JP3052466B2 - 静電荷像現像用キャリア - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真法、静電記録
法等により形成される静電潜像を磁気ブラシで現像する
際に使用する静電荷像現像用キャリアに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真法など静電潜像を経て画像情報
を可視化する方法は、現在様々の分野で利用されてい
る。電子写真法においては、帯電、露光工程により感光
体上に静電潜像を形成し、トナーを含む現像剤で静電潜
像を現像し、転写、定着工程を経て可視化される。ここ
で用いられる現像剤は、トナーとキャリアからなる二成
分現像剤と、磁性トナーなどのようにトナー単独で用い
る一成分現像剤とがあるが、二成分現像剤は、キャリア
が現像剤の攪拌・搬送・帯電などの機能を分担し、現像
剤として機能分離されているため、制御性がよいなどの
特徴があり、現在広く用いられている。特に、樹脂被覆
を施したキャリアを用いる現像剤は、帯電制御性が優
れ、環境依存性、経時安定性の改善が比較的容易であ
る。

【０００３】また、現像方法としては、古くはカスケー
ド法などが用いられていたが、現在は現像剤搬送単体と
して磁気ロールを用いる磁気ブラシ法が主流である。二
成分現像剤を用いる磁気ブラシ法には、現像剤の帯電劣
化による画像濃度の低下、著しい背景部の汚れの発生、
画像へのキャリア付着による画像荒れ及びキャリアの消
耗、さらには画像濃度ムラの発生などの問題がある。

【０００４】画像へのキャリア付着メカニズムは、キャ
リアの抵抗が低下することにより、画像部に誘導電荷が
注入されてキャリアが付着するか、キャリアの帯電量の
上限制御が不十分であるために、現像後のキャリアの帯
電量が過剰になり、エッジ部にキャリアが付着するもの
と考えられている。

【０００５】近年、負帯電型有機感光体が普及し、ま
た、無機感光体の場合でも静電荷像をレーザー等を用い
て記録する、反転現像法が多用されるようになり、負帯
電トナーはもちろんのこと、正帯電トナーにおいても高
品質な現像剤の需要が高い。このため、キャリアの帯電
性能は、トナーの帯電極性、帯電強さに応じて自由に制
御できることが望ましい。さらに、最近の複写機やプリ
ンターの小型化・高速化傾向にともない現像機自体の小
型化・高速現像化が必要となり、キャリアに対する機械
的強度・経時安定性の向上等の改善要求がさらに強くな
ってきた。

【０００６】これらの要求特性を満たす樹脂被覆型キャ
リアの検討が近年盛んであり、特に、キャリアの帯電性
を制御する方法として、多くのキャリア被覆処理方法が
提案されている。例えば、帯電極性の異なる少なくとも
２種類の樹脂でキャリアを被覆する方法（特開昭６４─
２９８６５号公報、特開昭６４─２９８６６号公報）が
提案されているが、この方法においてキャリア表面上に
（＋）極性を有する樹脂と（─）極性を有する樹脂を混
在させる場合は、キャリア表面上の摩擦帯電付与能が一
様でなくなり、トナーの帯電分布が広くなり、画像濃度
ムラなどの画質欠陥を招き易い。また、帯電極性の異な
る樹脂を順次被覆して複層を形成する場合は、最外層と
中間層それぞれのトナー帯電に対する寄与が混合時間に
よって異なることが予想され、トナー帯電量を適当な範
囲に安定させることが困難である。

【０００７】また、帯電極性の同／異を規定せずに帯電
能の異なる２種以上の樹脂を被覆する方法（特開昭６３
─２３５９６１号公報）も提案されているが、使用する
樹脂の帯電性能を規定していないため、使用する被覆樹
脂の帯電能の差が大きい場合には、上記の特開昭６４─
２９８６５号公報に記載の方法と同様の問題を有してお
り、帯電制御性に欠点がある。

【０００８】これらの樹脂混合被覆型キャリアは、一般
に、トナーに対して帯電付与能力を有する樹脂とその樹
脂の帯電付与能力を抑制する樹脂（以下、帯電抑制型樹
脂という）の混合比により、キャリア帯電性を制御する
ものであるが、従来は、帯電抑制型樹脂そのものの帯電
性について規定している発明はなく、帯電制御性、帯電
安定性に課題を残していた。

【０００９】他方、現像機の小型化・高速現像化を実現
するためには、少量のキャリア量でも帯電立ち上がり速
度が速く、短時間のトナーとの混合でトナー帯電量分布
幅を狭くし、現像に適切な帯電量範囲にあるトナーを多
くすることにより、十分な画質濃度を安定して得ること
が可能となるキャリアの設計が望まれる。

【００１０】そこで、本発明は、上記の問題点を解消
し、 帯電維持性に悪影響を及ぼすことがなく、被覆樹脂量
や混合比率を比較的自由に選択してキャリアの帯電性、
電気抵抗等の特性を任意に制御することができ、 経時的安定性に優れ、通常の現像はもちろんのこと、
高速現像においてもキャリア付着やキャリア消耗を抑制
し、高い画質濃度並びに良好な画質を得ることができ、 キャリアが少量であっても、短時間のトナーとの混合
で現像に適切な帯電量を帯電させることができ、現像機
の小型化を可能にする、 静電荷像現像用キャリアを提供しようとするものであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、芯材粒子上
に、該芯材粒子との摩擦帯電量が−５〜＋５μＣ／ｇと
なる帯電抑制型樹脂と、帯電付与能力を有する樹脂を含
有する樹脂被覆層を設けることを特徴とする静電荷像現
像用キャリアである。

【００１２】

【作用】本発明者等は、鋭意検討した結果、樹脂混合被
覆型キャリアにおいて、トナーに対して帯電付与能力を
有する樹脂の帯電能を抑制する樹脂（帯電抑制型樹脂）
の帯電性を芯材粒子とほぼ同等のものにすることによ
り、上記の発明の課題を解決できることを見出した。即
ち、キャリア材料を帯電列上の２点（１点は帯電付与能
力を有する樹脂、もう１点は芯材及び帯電抑制型樹脂）
より選択することにより、材料配合比調整によるキャリ
ア帯電性制御を従来より容易にし、帯電立ち上がり速度
や経時安定性に優れたキャリアを得ることができた。従
来は、樹脂混合被覆型キャリアにおける帯電抑制型樹脂
と芯材粒子との帯電性の差は規定されていなかった。そ
れ故、キャリア材料を帯電列上の３点以上（１点は帯電
付与能力を有する樹脂、もう１点は帯電抑制型樹脂、他
の１点は芯材粒子、さらに無機微粒子・導電性粒子など
を混合する場合は点数追加）から選択することとなり、
単なる被覆樹脂の配合比調整のみでは、時間経過により
芯材粒子や他の添加剤の帯電性が現れて、トナー帯電量
分布が広くなったり、追加トナーの帯電立ち上がり速度
が遅くなったりする不具合が発生することが想定され、
実際にも、そのような問題点は高速現像によるトナー消
費速度の速い系において、本発明者等の検討で確認され
た。

【００１３】本発明の特徴は、帯電抑制型樹脂の帯電性
が芯材粒子との摩擦帯電量において─５〜＋５μＣ／ｇ
の範囲にある帯電抑制型樹脂を選択することにある。こ
の範囲外になると、従来技術のように芯材粒子の帯電性
が経時的に現れて、トナー帯電量分布幅の拡大や追加ト
ナーの帯電立ち上がり速度低下等がおき、その結果、高
速現像時に画像濃度の低下や濃度ムラが発生し易い。本
発明における、トナーに対する帯電付与能力を有する樹
脂とは、未被覆時の芯材粒子をキャリアとしたときより
も、トナー帯電量を狙いの極性に高くすることのできる
樹脂をいい、芯材粒子や帯電抑制型樹脂よりも、トナー
に対する逆極方向に強い帯電能を示すものの総称とす
る。

【００１４】本発明における帯電抑制型樹脂は、その種
類を何等問わず、芯材粒子との摩擦帯電量が─５〜＋５
μＣ／ｇの範囲となる樹脂であれば広くこれを使用する
ことができる。例えば、芯材粒子としてＣｕ−Ｚｎ系フ
ェライトを用いた場合、スチレン系樹脂、エポキシ樹
脂、シリコーン樹脂等が好ましく用いられる。なお、芯
材粒子との摩擦帯電量の測定は、帯電抑制型樹脂を全粒
子径が２０μｍ以下で平均粒子径が８〜１２μｍ範囲内
に調整し、芯材粒子１００重量部に対する帯電抑制型樹
脂粒子２重量部を１分間ターブラミキサーで混合した
後、東芝ケミカル社製ブローオフ帯電量測定機ＴＢ−２
００を用いて評価したものである。

【００１５】本発明で使用される、トナーに対する帯電
付与能力を有する被覆用樹脂としては、従来から一般に
用いられている樹脂が使用可能である。正帯電トナー用
即ち負帯電キャリア用の被覆樹脂としては、フッ素含有
樹脂が主に使用され、負帯電トナー用即ち正帯電キャリ
ア用の被覆樹脂としては、アクリル系樹脂が主に使用さ
れる。

【００１６】フッ素含有樹脂の例としては、フッ化ビニ
リデン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロ
ピレン、モノクロロトリフルオロエチレンなどのビニル
系フッ素含有モノマーの単独重合体、または共重合体を
挙げることができる。

【００１７】アクリル系樹脂の例としては、ラウリルア
クリレート、ラウリルメタアクリレート、メタクリレー
ト、アクリル酸、ブチルメタクリレート、２─エチルヘ
キシルアクリレート、エチルメタクリレートなどのα─
メチレン脂肪族モノカルボン酸類の単独重合体、または
共重合体を挙げることができる。また、これらのアクリ
ル系モノマー類に対し、エチレン、メチルスチレン等の
スチレン類；アクリロニトリル、メタクリロニトリル等
のニトリル類；２─ビニルピリジン、４─ビニルピリジ
ン等のビニルピリジン類；ビニルエーテル類；ビニルケ
トン類；オレフィン類；メチルシリコン、メチルフェニ
ルシリコン等のシリコン類などの共重合体を使用するこ
とも可能である。

【００１８】これらの帯電付与性樹脂は、単独で芯材粒
子に被覆処理してキャリアとし、トナーと混合したとき
に、該トナーの帯電量の絶対値は１５〜５０μＣ／ｇ、
特に２０〜３５μＣ／ｇの範囲にあることが好ましい。
ここで、１５μＣ／ｇを下回ると、帯電付与性樹脂とし
ての帯電能に乏しく、帯電抑制型樹脂と混合被覆すると
帯電性の低いキャリアとなり、カブリや画像濃度ムラの
原因となるのでよくない。また、５０μＣ／ｇを越える
と、帯電付与性樹脂としての帯電能が強すぎ、帯電抑制
型樹脂と混合被覆してもトナー帯電量の適性範囲の上限
を越え、十分な画像濃度を得ることができないのでよく
ない。

【００１９】被覆樹脂の配合量は、通常キャリアに対す
る樹脂総量で０．２〜３．０重量％、帯電付与性樹脂と
帯電抑制型樹脂との混合比率は、２０：８０〜９０：１
０であることが好ましく、２０：８０より帯電付与性樹
脂の比率が少ないと、トナーに十分な帯電量を付与する
ことができず、９０：１０より帯電抑制型樹脂の比率が
少ないと、キャリア帯電性の制御効果がみられない。

【００２０】本発明で使用する芯材粒子としては、通常
使用する鉄粉、フェライト、マグネタイト造粒物を用い
ることができ、粒径は、通常３０〜２００μ程度のもの
が使用される。

【００２１】本発明のキャリアの製法は、公知のスプレ
ードライ法、浸漬法等の溶液被覆法、或いは、芯材粒子
と被覆用樹脂粒子とを乾燥状態で混合、加熱、溶融、冷
却工程を有する乾式被覆法等が全て適用可能である。

【００２２】本発明に用いる二成分現像剤を構成するト
ナーは結着樹脂中に着色剤をなどのトナー成分を分散さ
せたものであり、ここで使用する結着樹脂としては、ス
チレン、クロルスチレン等のスチレン類；酢酸ビニル、
プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニル等の
ビニルエステル類；アクリル酸メチル、アクリル酸エチ
ル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル
酸オクチル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチ
ル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタク
リル酸ドデシル等のα─メチレン脂肪族モノカルボン酸
エステル類；ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエー
テル、ビニルブチルエーテル等のビニルエーテル類；ビ
ニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソ
プロペニルケトン等のビニルケトン類；オレフィン類な
どの単独重合体及び共重合体を例示することができ、特
に代表的な結着樹脂としては、ポリスチレン、スチレン
─アクリル酸アルキル共重合体、スチレン─メタクリル
酸アルキル共重合体、スチレン─アクリロニトリル共重
合体、スチレン─ブタジエン共重合体、スチレン─無水
マレイン酸共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン等
を挙げることができる。更に、ポリエステル、ポリウレ
タン、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド、変
性ロジン、パラフィンワックス類を挙げることができ
る。

【００２３】トナーの着色剤としては、カーボンブラッ
ク、アニリンブルー、カルコイリブルー、クロムイエロ
ー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キ
ノリンイエロー、メチレンブルークロリド、フタロシア
ニンブルー、マラカイトグリーンオキザレート、ランプ
ブラック、ローズベンガル等を代表的なものとして例示
することができる。

【００２４】本発明において、トナーの平均粒径は、約
３０μｍ以下、好ましくは３〜２０μｍの範囲がよい。
なお、本発明のトナーは、磁性材料を内包する磁性トナ
ー若しくはカプセルトナーとしてもよい。本発明のトナ
ーには、必要に応じて種々の添加剤を添加することがで
きる。添加剤としては、クリーニング助剤、流動性促進
剤等を挙げることができる。

【００２５】このようにして得られた本発明の現像剤組
成物は、感光体或いは静電記録体に形成された静電潜像
を現像するのに用いられる。即ち、セレン、酸化亜鉛、
硫化カドミウム、無定形シリコン等の無機光導電材料、
若しくは、フタロシアニン顔料、ビスアゾ顔料等の有機
光導電材料からなる感光体に、電子写真的に静電潜像を
形成し、或いは、ポリエチレンテレフタレートのような
誘電体を有する静電記録体に針状電極などにより静電潜
像を形成し、磁気ブラシ法、タッチダウン法等の現像方
法によって、静電潜像に本発明の現像剤組成物を接近若
しくは接触させ、トナー像を形成する。このトナー像
は、紙などの転写材に転写した後、定着して複写物もし
くは印刷物となる。なお、感光体などの表面に残留する
トナーはクリーニングされる。

【００２６】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれにより限定されるものではない。 （実施例１）フッ化ビニリデン─テトラフルオロエチレ
ン共重合体（８０／２０）６重量部と、メチルフェニル
シリコーン（東レダウコーニングシリコーン社Ｍ９０８
０；使用芯材粒子との帯電量−１．５μＣ／ｇ）４重量
部をジメチルホルムアミド１００重量部に溶解した。得
られた溶液を平均粒径８０μｍの球形フェライト１００
０重量部に加えて、加熱のためのジャケットを備えた減
圧ニーダー内で５分間混合した。次いで、温水をジャケ
ットに循環させ、ニーダー壁面を１００℃に設定してそ
のまま２０分間、─８００ｍｍＨｇで攪拌した後、─７
５０ｍｍＨｇで３０分間攪拌しながら溶剤を完全に除去
した。その後、ニーダーから取り出して、１５０μｍの
網で篩分を行ってキャリアを得た。次に、結着樹脂とし
てスチレン─ｎブチルメタクリレート共重合体８８重量
％、カーボンとしてキャボット社製Ｒ３３０を８重量
％、及び、ポリエチレンワックスとして三井石油化学社
製４００Ｐを４重量％を、混練粉砕法により、平均粒径
１１μｍのトナーをを得た。そして、トナー濃度４％と
なるように上記キャリアと上記トナーを混合して現像剤
を作成した。

【００２７】（実施例２）ポリフッ化ビニリデン（ペン
ウォルト社製ＫＹＮＡＲ２０１）１０重量部と、スチレ
ン─メチルメタクリレート─ｎ−ブチルメタクリレート
共重合体（７０／２０／１０；使用芯材粒子との帯電量
＋２．３μＣ／ｇ）５重量部をジメチルホルムアミド１
００重量部に溶解した。得られた溶液を平均粒径６０μ
ｍの球形フェライト１０００重量部に加えて、実施例１
と同様の条件で被覆処理してキャリアを得た。そして、
濃度４％となるように実施例１のトナーと上記キャリア
を混合して現像剤を作成した。

【００２８】（実施例３）スチレン─メチルメタクリレ
ート共重合体粉砕品（２０／８０：平均粒径９μｍ）１
２重量部と、軟化点１００℃のメチルフェニルシリコー
ン（東レダウコーニングシリコーン社製Ｍ９１１０：平
均粒径１５μｍ：使用芯材粒子との帯電量─３．０μＣ
／ｇ）１２重量部と、平均粒径６５μｍの球形フェライ
ト１０００重量部とを用い、加熱のためのジャケットを
有する回分式ニーダー内で１０分間混合し、次いで、１
５０℃の熱媒をジャケット内に循環させながら、上記混
合物を３０分間加熱攪拌・混練した後、熱媒の循環を停
止して３０分間冷却しながら攪拌を行った。その後、ニ
ーダーから取り出して、１４９μｍの網で篩分を行って
キャリアを得た。次に、結着樹脂としてスチレン─ｎブ
チルメタクリレート共重合体８６重量％、カーボンとし
てキャボット社製ＢＰＬを１０重量％、及び、ポリエチ
レンワックスとして三井石油化学社製４００Ｐを４重量
％を、混練粉砕法により、平均粒径１１μｍのトナーを
を得た。そして、トナー濃度４％となるように上記キャ
リアと上記トナーを混合して現像剤を作成した。

【００２９】（比較例１）実施例１におけるメチルフェ
ニルシリコーン４重量部の代わりにスチレン─メチルメ
タアクリレート（３０／７０：使用芯材粒子との帯電量
＋１７μＣ／ｇ）３重量部を使用した以外実施例１と同
様にして現像剤を作成した。

【００３０】（比較例２）実施例３におけるメチルフェ
ニルシリコーン４重量部を除外した以外は実施例３と同
様にして現像剤を作成した。

【００３１】（画質維持性試験）上記実施例１，２及び
比較例１で得た現像剤について、富士ゼロックス社製増
速改造機ＦＸ５０１７を用い、感光体の周速３００ｍｍ
／ｓｅｃで画質維持性の試験を行い、上記実施例３及び
比較例２で得た現像剤について、富士ゼロックス社製増
速改造機ＦＸ５０３０を用い、感光体の周速３００ｍｍ
／ｓｅｃで画質維持性の試験を行った。試験の結果は表
１に示した。表１から明らかなように、実施例１〜３
は、初期画質及び１５万枚複写後の画質に全く問題がな
く、長期にわたって良好な複写画像を得ることができる
が、比較例１は、初期画質は問題がないものの、８万枚
複写時に逆極トナーが増加してカブリ悪化が生じ、１５
万枚複写後には全面カブリを生じた。また、比較例２
は、初期画質で低画像濃度を示し、かつ、キャリア付着
が多かった。１５万枚複写後の画質は問題がなかった。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用して、芯材
粒子との摩擦帯電量の少ない樹脂をコート剤として用い
ることにより、所望の帯電量のコートキャリアを得るこ
とができ、キャリア付着がなく、カブリや濃度ムラのな
い安定した画質を長期にわたり得ることができるように
なった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−110574（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−29866（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 9/113

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 芯材粒子上に、該芯材粒子との摩擦帯電
   量が−５〜＋５μＣ／ｇとなる帯電抑制型樹脂と、帯電
   付与能力を有する樹脂を含有する樹脂被覆層を設けるこ
   とを特徴とする静電荷像現像用キャリア。