JP3009576B2

JP3009576B2 - 二成分系現像剤およびそれを使用した画像形成方法

Info

Publication number: JP3009576B2
Application number: JP5303683A
Authority: JP
Inventors: 益実朝苗; 正久落合; 務齋藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1993-12-03
Filing date: 1993-12-03
Publication date: 2000-02-14
Anticipated expiration: 2015-02-14
Also published as: JPH07160051A; DE4443030A1; US5516613A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真プリンタ、フ
ァクシミリ等において使用される静電荷像を現像する現
像剤および画像形成方法に関するものであり、特に小粒
径の磁性粒子からなるキャリアと、磁性トナーとを混合
してなる二成分系現像剤およびそれを使用した画像形成
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来電子写真法を応用したプリンタ、フ
ァクシミリ等においては、例えば円筒状に形成した感光
体ドラム上に情報に対応した静電荷像を形成し、感光体
ドラムと対向して設けた永久磁石部材を内蔵する現像ロ
ールにより、磁性現像剤を吸着搬送し、現像領域におい
て磁気ブラシを形成すると共に、この磁気ブラシによっ
て前記感光体ドラム上の静電荷像形成面を摺擦し、トナ
ー像として顕像化する。そしてこの顕像化したトナー像
を記録紙に転写した後、熱定着するのが最も一般的な手
段である。

【０００３】この場合トナー像を記録紙に転写した後に
おいても、画像担体である感光体ドラム上にはトナーが
若干残留しているため、この残留トナーを除去するため
のクリーニング装置を設けているのが通常である。この
ため感光体ドラムの周辺に上記クリーニング装置のため
のスペースを確保しなければならず、画像形成装置全体
のコンパクト化を阻害するという問題点がある。

【０００４】一方装置全体の小型化を図る手段の例とし
て、上記クリーニング装置を省略し、感光体ドラムと現
像ロールとが対向する領域において、感光体ドラム上に
残留するトナーの回収と静電荷像の顕像化とを併せて行
なう、所謂現像清掃器を設けたものがある（例えば特開
平４−８６８７８号公報参照）。このようにクリーニン
グ装置を省略した画像形成装置においては、トナーと球
形状に形成した磁性キャリアとを混合してなる磁性現像
剤を使用している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うに球形状に形成した磁性キャリアを使用した場合に
は、磁性キャリアの比表面積が小であるため、トナーと
の接触面積が必然的に小となる結果、トナーの摩擦帯電
量が小となり、画像濃度が低く、鮮明な画像を形成する
ことができないという問題点がある。

【０００６】また精細な画像を形成するために、磁性キ
ャリアを小粒径化すると、薄い現像剤層が形成され、解
像度の高い、高品質の画像を得ることができるが、現像
手段による磁性キャリアに対する磁気的保持力が不足す
る結果、キャリア飛散が増加し、現像手段近傍の汚染、
キャリア付着による画質の低下等を惹起するという問題
点がある。

【０００７】なお上記のような二成分系現像剤を構成す
る磁性トナーは磁性粉を含有しているため、現像ロール
の回転により、感光体ドラム上に形成された画像上の磁
性トナーが転動し易く、尾引き等の原因となり、画質を
低下させるという問題点もある。

【０００８】更に上記のようにトナーの回収と静電荷像
の顕像化とを併せて行う現像清掃器を使用して、感光体
ドラム１回転につき１回現像を行なった場合、記録紙に
トナー像を転写した後の残留トナーが感光体ドラムに存
在した際に、現像清掃部で残留トナーが完全に回収され
ず、現像後においても前の静電荷像形成部に付着残留し
ていることがある。

【０００９】上記のような残留トナーの回収不良がある
と、得られた画像の品質を著しく低下させるという問題
点がある。一方このような問題点を解決するために、感
光体ドラム２回転につき１回現像を行なう手段を使用
し、前記残留トナーの完全回収を行なう方式もあるが、
このような方式においては、必然的に画像形成速度が低
下し、情報伝達の迅速化の要請に応えられない場合があ
るという問題点がある。

【００１０】本発明は、上記従来技術に存在する問題点
を解決し、高画質の現像が可能であると共に、画像担体
表面の残留トナー回収が完全であり、かつ装置全体の小
型化が可能である静電荷像現像用の二成分系現像剤およ
びそれを使用した画像形成方法を提供することを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明においては、平均粒径５〜１００μｍの
非球形状に形成した磁性粒子からなるキャリアと、平均
粒径１０μｍ以下、飽和磁化σs ５０ｅｍｕ／ｇ以下お
よび保磁力ｉＨｃ５０Ｏｅ以下に形成した磁性トナーと
を混合する、という技術的手段を採用した。また第２の
発明においては、上記第１の発明の二成分系現像剤によ
り磁気ブラシを形成し、画像担体の表面を摺擦して残留
トナーの回収と静電荷像の現像とを併せて行なう、とい
う技術的手段を採用した。

【００１２】本発明において、磁性粒子の平均粒径が小
であると、所謂キャリア飛散が発生して画像担体の表面
に付着し、画質を低下させることとなり好ましくない。
一方粒径が大であると画像が荒れ易くなるため不都合で
ある。従って磁性粒子の平均粒径は５〜１００μｍとす
るのがよい。

【００１３】上記のような磁性粒子は、ソフトフェライ
ト粉末（Ｎｉ−Ｚｎ系，Ｍｎ−Ｚｎ系，Ｍｇ−Ｚｎ系，
Ｃｕ−Ｚｎ系等）あるいは粉砕鉄粉、還元鉄粉等の鉄
粉、マグネタイトまたは磁性体を樹脂中に分散した粒子
の何れでもよく、形状としては、多面体形、多面形状、
鱗状、偏平状、不定形状等の非球形状に形成し、比表面
積を大にすることが好ましい。但し、キャリア付着防止
の点から、磁性粒子としては飽和磁化（σs ）が６０ｅ
ｍｕ／ｇ以上のものが望ましい。

【００１４】また本発明の現像剤用キャリアは、上記の
磁性粒子の表面を樹脂材料によって被覆して形成しても
よい。このような樹脂材料としては、Ｐ−クロルスチレ
ン、メチルスチレン等のスチレン類：塩化ビニル、臭化
ビニル、フッ化ビニル等のハロゲン化ビニル類：酢酸ビ
ニル、プロピオン酸ビニル、ベンゾエ酸ビニル、酢酸ビ
ニル等のビニルエステル類：アクリル酸メチル、アクリ
ル酸エチル、アクリル酸ルーブチル、アクリル酸イソブ
チル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸ｎ−オクチル、
アクリル酸３−クロルエチル、アクリル酸フェニル、α
−クロルアクリル酸メチル、メタアクリル酸ブチル等の
α−メチレン脂肪族モノカルボン酸のエステル類：アク
リルニトリル、メタアクリロニトリル、アクリルアミ
ド、ビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテ
ル、ビニルエチルエーテル等のビニルエーテル類：ビニ
ルエチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプ
ロペニルケトン等のビニルケトン類などの単量体を重合
させたホモポリマー又はコポリマー、あるいはこの他の
樹脂としてエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ロジン変性
フェノールホルマリン樹脂、セルローズ樹脂、ポリエー
テル樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエステル樹
脂、スチレン−ブタジエン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポ
リカーボネート樹脂、４フッ化エチレン等のフッ素樹脂
などを単独で若しくはブレンドして使用することができ
る。

【００１５】このうち、スチレン−アクリル系樹脂、シ
リコーン樹脂、エポキシ樹脂、スチレン−ブタジエン樹
脂、セルローズ樹脂等が特に有用である。上記のような
被覆キャリアは、例えば次のようにして作製することが
できる。まず樹脂を適当に溶解するが溶剤として、例え
ばベンゼン、トルエン、キシレン、メチルエチルケト
ン、テトラヒドロフラン、クロロホルム、ヘキサン等を
使用することができる。また樹脂をエマルジエンとして
使用することもできる。樹脂溶液又はエマルジョンは磁
性粒子の表面を均一に被覆するようにスプレーする。均
一な表面被覆を得るために、磁性粒子を流動状態に維持
するのが好ましい。この目的にはスプレードライヤー又
は流動床等を使用することが望ましい。樹脂溶液のスプ
レーは約２００℃以下、好ましくは約１００〜１５０℃
の雰囲気で行ない、溶剤を迅速に除去する。この工程で
樹脂被覆の乾燥まで行なう。また樹脂エマルジョンの場
合、スプレーは、常温〜１００℃で行ない、樹脂を磁性
粒子表面に融着させる。

【００１６】次に磁性トナーの平均粒径が１０μｍを超
えると、解像度が低下し、近年要請されている４００D.
P.I.以上の高画質の現像に対応できないため好ましくな
い。但し、平均粒径が小さすぎると、トナーの飛散が生
じ易くなるため、平均粒径は３μｍ以上とすることが好
ましい。

【００１７】また磁性トナーの保磁力ｉＨｃが５０Ｏｅ
を超え、若しくは飽和磁化σs が５０ｅｍｕ／ｇを超え
ると、現像ロールの回転により、画像担体上に形成され
た画像上の磁性トナーが転動し易くなり、尾引き等の原
因となり、画質を低下させるため好ましくない。

【００１８】上記のような磁性トナーを形成するために
含有させる磁性粉としては、例えばマグネタイト、ヘマ
タイト等の酸化鉄を使用することができる。また磁性ト
ナーに所定の磁気特性を付与するために、磁性粉の含有
量は１０〜７０重量％の範囲が適当である。

【００１９】本発明における磁性トナーは、上記の磁性
粉と定着用樹脂を必須成分として含有し、任意成分とし
て流動性改質剤（疏水性シリカ、アルミナ等の無機質微
粒子など）、荷電制御剤（ニグロシン系染料、含Ｃｒア
ゾ系染料など）、離型剤（ポリアルキレンなど）、着色
剤（カーボンブラックなど）等の公知の添加剤を含有し
てもよい。定着用樹脂は、定着方式に応じて適宜選定す
ればよく、例えば熱ロール定着方式の場合は、スチレン
系樹脂またはポリエステル樹脂を使用することが望まし
い。なお上記の磁性トナーは、粉砕法や噴霧乾燥法ある
いは懸濁重合法などの公知の手法によって製造すること
ができる。

【００２０】

【作用】上記の構成により、現像清掃領域における磁気
ブラシの残留トナーに対する剥離回収作用を向上させる
ことができ、静電荷像形成前における画像担体の表面の
清掃工程を省略した画像形成手段においても、静電荷像
形成部の残留トナーを完全に回収することができ、鮮明
かつ高品質の画像を得ることができる。なお本発明の二
成分系現像剤は、静電荷像形成前において画像担体の表
面の清掃を行なう画像形成方法に対しても、当然に使用
可能である。

【００２１】

【実施例】まず軟鋼屑を一次粉砕した後、油焼、選鉱等
の工程を経た後、窒化処理して脆い一次粒子を形成す
る。この一次粒子を粉砕処理した後、分級して平均粒径
が夫々５μｍ、１０μｍ、３０μｍ、５０μｍ、１００
μｍ、１２０μｍの鉄粉粒子を得た。これらの鉄粉粒子
は多面形状、偏平状を呈する非球形であり、体積固有抵
抗は４×１０⁵Ω・cmであり、これらを現像剤用キャリ
アとした。

【００２２】一方比較例として球形状の鉄粉粒子からな
る現像剤用キャリアを次の要領で作製した。すなわち上
記一次粒子の粉砕処理後、脱窒処理し、表面を酸化、還
元処理して分級後、平均粒径３０μｍの球形状の現像剤
用キャリアを得た。この現像剤用キャリアの体積固有抵
抗は８×１０⁵Ω・cmであった。

【００２３】次に下記の原材料配合により、荷電型磁性
トナーを作製した。スチレン−ｎブチルメタクリレート５０重量部（Ｍｗ＝２１×１０⁴，Ｍｎ＝1.６×１０⁴）マグネタイト（ｉＨｃ＝３０Ｏｅ）４５重量部ポリプロピレン（三洋化成製ビスコール５５０Ｐ）３重量部荷電制御剤（オリエント化学製ボントロンＥ−８１）２重量部上記配合の原料を、加熱ローラを有するニーダで３０分
間混練を行ない、冷却、固化後、粉砕、分級を行なっ
て、体積平均粒径９μｍの磁性トナーとした。この磁性
トナーの体積固有抵抗は３×１０¹⁴Ω・cm、保磁力ｉＨ
ｃは３０Ｏｅ、飽和磁化σs は３６ｅｍｕ／ｇであっ
た。

【００２４】なお上記体積固有抵抗は、測定すべきサン
プルを数十mg採取し、ダイヤルゲージを改良した3.０５
mmφ（断面積0.０７３cm²）のテフロン（商品名）製絶
縁シリンダ中に充填し、0.１kgf の圧力を印加した状態
で、D.C.４０００Ｖ／cmの電場で荷電型磁性トナーに対
するものを、またD.C.２００Ｖ／cmの電場で現像剤用キ
ャリアに対するものを測定して算出した。測定には横河
ヒューレッドパッカード製絶縁抵抗計（４３２９Ａ型）
を使用した。またキャリアおよび磁性トナーの磁気特性
は、振動試料型磁力計（東英工業（株）製ＶＳＭ−３
型）により、最大１０ｋＯｅの磁場を印加して測定し
た。

【００２５】上記現像剤用キャリアと磁性トナーとを混
合してトナー濃度３０重量％の現像剤を作製し、次に記
述する画像形成手段により画像評価した。次に図１は本
発明の実施例における画像形成手段の例を示す要部構成
説明図である。図１において、１は画像形成ユニットで
あり、後述する構成部材を収容すると共に、コントロー
ルユニット２上に一体に設けられている。３は感光体ド
ラムであり、円筒状に形成され、外周面に酸化亜鉛若し
くは有機半導体からなる感光層（図示せず）を備え、画
像形成ユニット１内に矢印方向に回転可能に設けられ
る。４は帯電器、５は後述するように形成した現像清掃
器、６は転写器であり、夫々感光体ドラム３の外周近傍
に設けられる。８はマグネットロールであり、現像清掃
器５に回転可能に設けられると共に感光体ドラム３に臨
むように形成されている。

【００２６】次に９は定着器であり、画像形成ユニット
１の記録紙経路１０の下流側に設けられ、加熱ロール１
９および加圧ロール２０を圧接回転可能に形成して構成
される。なお加熱ロール１９および加圧ロール２０は各
々外径を２０mmに形成し、線圧0.５kg／cmで圧接させて
構成する。加熱ロール１９は例えばアルミニウムからな
る芯材の外周に電気抵抗材料からなる発熱体を設けると
共に、その外周に例えばＰＴＦＥからなる離型性層を１
０μｍ程度被着させて構成する。一方加圧ロール２０は
前記加熱ロール１９と同様な材料からなる芯材の外周
に、例えばシリコンゴムからなる外層を被着させて構成
する。

【００２７】上記の構成により、コントロールユニット
２を介して画像形成ユニット１内の夫々の構成部材を駆
動状態若しくは作動状態とし、レーザスキャナ１６に情
報若しくは画像に対応する電気信号を入力させる。次に
感光体ドラム３は帯電器４により表面を一様に帯電さ
れ、この帯電された表面に前記電気信号によるレーザビ
ームが照射されて静電荷像が形成される。そしてこの静
電荷像は、現像清掃器５においてマグネットロール８に
よって吸着搬送される磁性現像剤により、トナー像とし
て顕像化され、転写器６により記録紙経路１０を移動す
る記録紙（図示せず）上に転写される。なお転写後に感
光体ドラム３上に残留する磁性トナーは、上記現像清掃
器５における静電荷像の顕像化（現像）時において、感
光体ドラム３上から同時に除去される。

【００２８】次にトナー像を担持する記録紙は定着器９
に給送され、加熱ロール１９の熱が記録紙上のトナー像
に伝播され、磁性トナーを構成する結着樹脂が溶融し、
定着が行なわれるのである。

【００２９】図２は図１におけるマグネットロール８を
示す要部拡大横断面図である。図２において、マグネッ
トロール８は例えばハードフェライトのような焼結粉末
磁石材料により円柱状に一体成形し、若しくは強磁性磁
石材料粉末とバインダーとの混合物により円柱状に一体
成形してなる永久磁石部材２１と、例えばアルミニウム
合金若しくはステンレス鋼等の非磁性材料によって中空
円筒状に形成したスリーブ２２とを同軸的に設けて形成
する。

【００３０】永久磁石部材２１の外周面には軸方向に延
びる複数個の磁極を設け、特定の磁極（例えばＮ極）を
感光体ドラム３と対向させて固定する。なおスリーブ２
２は永久磁石部材２１の回りを反時計方向に回転するこ
とにより、磁性現像剤（図示せず）を吸着して、感光体
ドラム３に搬送するように形成する。

【００３１】上記の構成により、マグネットロール８と
感光体ドラム３とが対向する領域においては、磁極Ｎに
より磁性現像剤による磁気ブラシ２３が形成され、感光
体ドラム３の表面を摺擦する。従って前記図１に示す転
写器６を通過後においても感光体ドラム３上に残留する
磁性トナーは、磁気ブラシ２３によって除去回収される
と共に、感光体ドラム３上に形成された静電荷像が現像
される。すなわち磁性現像剤中の磁性トナーが前記静電
荷像に付着して顕像化したトナー像となるのである。

【００３２】次に前記鉄粉キャリアと荷電型磁性トナー
とを混合してなる現像剤を使用し、図１に示す画像形成
ユニット１により、画像形成を行なった結果について記
述する。まず感光体ドラム３を帯電器４によって−５５
０Ｖに一様帯電させ、表面速度６０mm／秒で矢印方向に
回転させる。

【００３３】現像清掃器５を構成するマグネットロール
８は、ＳＵＳ３０４からなるスリーブの外径を２０mmと
し、矢印方向に１５０r.p.m.で回転させる。なお図２に
示す永久磁石部材２１は６極着磁とし、スリーブ２２上
の表面磁束密度を７５０Ｇとした。なおスリーブ２２に
は−４５０Ｖのバイアス電圧を印加し、ドクターギャッ
プおよび現像ギャップを各々0.２mmおよび0.３mmとし
た。また転写後の熱ロール定着は、温度１８０℃、線圧
１kgf/cmで行なった。

【００３４】表１は前記のようにして作製した現像剤を
使用して画像形成した結果を示す表である。

【００３５】

【表１】

【００３６】表１から明らかなように、比較例（No.7）
に示す球形キャリアを使用した場合は、画像濃度がやや
低く、また地カブリやキャリア付着が発生する。これに
対して実施例（No.1〜６）に示す非球形キャリアを使用
した場合は、画像濃度および解像度が高く、しかも尾引
き、地カブリ、キャリア付着のない高画質の画像が得ら
れる。但し、非球形キャリアを使用したものにおいて
も、平均粒径が１００μｍより大であると（No.6）ドラ
ム傷が発生する。従ってキャリアの平均粒径は１００μ
ｍ以下がよく、更に解像度の点からキャリアの平均粒径
は５０μｍ以下とするのが望ましい。

【００３７】次に磁性トナー中に含有させる磁性粉の種
類およびその含有量を変更して、磁性トナーとして表２
に示すものを作製し、前記と同様の条件で画像形成した
結果を併記する。なお使用したキャリアは、前記表１に
示すNo.3のもの（平均粒径３０μｍ）である。

【００３８】

【表２】

【００３９】表２から明らかなように、磁性トナーの保
磁力および飽和磁化が大であると（No.1０，No.1１）尾
引きが発生するが、保磁力が５０Ｏｅ以下でかつ飽和磁
化が５０ｅｍｕ／ｇ以下であると（No.8，No.9）、尾引
き、地カブリ、キャリア付着がなく、しかも画像濃度お
よび解像度が高い高品質の画像が得られる。

【００４０】上記の実施例においては、現像剤用キャリ
アと磁性トナーとを混合し、トナー濃度３０重量％とし
たものについて記述したが、この場合トナー濃度は１０
〜９０重量％、好ましくは１０〜４０重量％の範囲とす
るのがよい。

【００４１】

【発明の効果】本発明は以上記述のような構成および作
用であるから、小粒径かつ非球形状のキャリアを使用す
ることにより、画質を向上させ得ると共に、キャリア飛
散を防止することができる。また現像清掃領域における
磁気ブラシの残留トナーに対する剥離回収作用を向上さ
せることができ、画像担体の表面の清掃手段若しくは清
掃工程を省略した画像形成の場合においても、残留トナ
ーを完全に回収することができる。

【００４２】また比較的低磁力の磁性トナーを使用する
ことにより、画像担体上に形成された画像上における磁
性トナーの転動に起因する尾引き等の発生を防止でき
る。従って鮮明かつ高品質の画像を得ることができると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における画像形成手段の例を示
す要部構成説明図である。

【図２】図１におけるマグネットロール８を示す要部拡
大横断面図である。

【符号の説明】３感光体ドラム５現像清掃器８マグネットロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭57−124356（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−45452（ＪＰ，Ａ) 特開平４−68362（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 9/107 G03G 9/083

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】平均粒径５〜１００μｍの非球形状に形
成した磁性粒子からなるキャリアと、平均粒径１０μｍ
以下、飽和磁化σs ５０ｅｍｕ／ｇ以下および保磁力ｉ
Ｈｃ５０Ｏｅ以下に形成した磁性トナーとを混合したこ
とを特徴とする二成分系現像剤。
【請求項２】請求項１記載の二成分系現像剤により磁
気ブラシを形成し、画像担体の表面を摺擦して残留トナ
ーの回収と静電荷像の現像とを併せて行なうことを特徴
とする画像形成方法。