JP3125493B2 - 静電荷像現像用キャリア及びそれを用いた画像形成方法 - 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荷像を二成分現像剤により現
像する際に用いられる静電荷像現像用キャリア及びそれ
を用いた画像形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真法など静電荷像を経て画像情報
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、磁性トナー等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・帯電等の機能を分担し、現像剤として
機能分離されているため、制御性がよい等の特徴があ
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。また、現
像方法としては、古くはカスケード法等が用いられてい
たが、現在は現像剤搬送担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。

【０００３】しかしながら、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、画像へのキャリアの付
着による画像荒れ及びキャリアの消費、さらには画像濃
度ムラの発生等の問題がある。なお、画像へのキャリア
付着のメカニズムとしては、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ことが考えられる。また、
近年、二成分現像では高画質化を目的としてキャリアの
より小径化が進みつつあり、キャリア付着の問題はより
改善が困難となる傾向にある。このキャリア付着は、感
光体への傷の発生、画質上の黒点の発生に悪影響を及ぼ
す要因と考えられ、問題となっている。

【０００４】また、最近の現像システムの動向として、
装置の小型化、高速化が急速に進められており、例えば
磁気ブラシに用いるマグネットロールは、小径でかつ高
速回転に設定される傾向がある。また、さらに現像性の
向上のため、感光体表面とマグネットロール表面の間隔
を、可能なかぎり狭く設定することも行われている。こ
の場合、現像領域におけるキャリア流動の不均一性が発
生し易く、そのため画質上濃度ムラ、ツブレが発生した
り、或いは、現像剤の詰まりによる現像剤のこぼれ等が
発生しやすくなり、機械内部の汚れ、引いては信頼性の
低下につながることが多くなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
上記のような実状に鑑み、その問題点を解消するために
なされたものである。すなわち、本発明の目的は、キャ
リア付着を防止して安定した高画質を確保すると共に、
キャリアの消費を抑制し、感光体への傷の発生、黒点の
発生を防止することができる静電荷像現像用キャリア及
びそれを用いた画像形成方法を提供することにある。本
発明の他の目的は、黒ベタおよび細線再現性に優れ濃度
むらのない画質が得られる静電荷像現像用キャリア及び
それを用いた画像形成方法を提供することにある。本発
明のさらに他の目的は、現像剤の現像領域からのこぼれ
の発生がない信頼性の高い現像システムが得られる静電
荷像現像用キャリア及びそれを用いた画像形成方法を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の静電荷像現像用
キャリアは、樹脂により被覆された磁性核体粒子よりな
り、そして被覆樹脂がキャリアに対して１重量％以上で
あり、かつセル中にて５ｋｇ／ｃｍ² の圧力下に５分間
加圧した後の５００ミクロンの網目通過重量率が、９５
％以上であることを特徴とする。

【０００７】また、本発明の画像形成方法は、静電潜像
保持体上に形成された静電潜像を、該静電潜像保持体と
同方向に回転する現像剤保持体上の現像剤にて現像する
ことからなるものであって、現像剤におけるキャリアと
して、上記記載のものを用い、そして、静電潜像保持体
の周速度が２００ｍｍ／ｓｅｃ以上であり、静電潜像保
持体に対する現像剤保持体の速度比が１．５以上であ
り、静電潜像保持体と現像剤保持体との間隙が０．６５
ｍｍ以下であり、かつ現像領域におけるキャリアの存在
量が３０乃至１２０ｍｇ／ｃｍ² であることを特徴とす
る。

【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。一般に、
トナーに帯電性を付与し、安定した画質を得るために
は、キャリア粒子を樹脂で被覆することが行われる。そ
の場合、被覆樹脂量が多くなると、摩耗、トナー固着、
現像剤の寿命延長に有利となるが、反面キャリア表面で
圧力による降伏変形が発生し、キャリアが凝集して流動
性が悪化する傾向がある。すなわち、キャリアの凝集性
は、被覆樹脂量に大きく依存し、通常のフェライトまた
はマグネタイト造粒粉では１重量％以上の領域から見ら
れる。キャリアの凝集性は、また樹脂の分子量或いは軟
化点にも依存する。本発明においては、磁性核体粒子と
して１重量％以上の樹脂によって被覆を行ったものをキ
ャリアとするが、その場合、キャリアの凝集性に関し
て、セル中にて５ｋｇ／ｃｍ² の圧力印加を５分間行っ
た後の５００ミクロンの網目通過重量率を求め、それを
キャリアの凝集性に関する指標として使用し、その値が
特定の範囲になるように設定する。すなわち、本発明に
おいては、樹脂により被覆された磁性核体粒子の上記測
定法による５００ミクロンの網目通過重量率が９５重量
％以上になるように設定する。

【０００９】本発明の上記キャリアは、上記のように、
５００ミクロンの網目通過重量率が９５重量％以上であ
るので、樹脂被覆量が１重量％以上であるにも拘らず、
キャリアが凝集して流動性が悪化するという問題がな
く、安定した画像が得られる。５００ミクロンの網目通
過重量率が９５重量％よりも小さくなると、すなわち、
キャリアの凝集率が５重量％よりも大きくなると、現像
領域において流動性低下による部分的な閉塞が発生し、
キャリア付着、感光体傷、画質低下、現像剤こぼれ等の
トラブルの発生を招き、特に小型マグネットロールにお
ける高速現像システムにおいて問題を発生し易くなる。

【００１０】本発明のキャリアは、静電潜像保持体（例
えば感光体）上に形成された静電潜像を、その静電潜像
保持体と同方向に回転する現像剤保持体（例えばマグネ
ットロール）上の現像剤で現像する画像形成方法（ウイ
ズモード）に使用することができるが、特に、次の現像
条件で使用する場合に、良好な画質が得られ、画質維持
性および動作信頼性が両立するので好ましい。すなわ
ち、現像条件として、静電潜像保持体の周速が２００ｍ
ｍ／ｓｅｃ以上、静電潜像保持体に対する現像剤保持体
の速度比が１．５以上、静電潜像保持体と現像剤保持体
との間の間隔が０．６５ｍｍ以下であり、かつ、現像領
域におけるキャリアの存在量が３０〜１２０ｍｇ／ｃｍ
² になる条件を採用する場合に良好な結果が得られる。

【００１１】なお、上記において現像領域とは、現像に
関与している領域で現像剤担持体表面の磁気ブラシが静
電潜像保持体上に接触し始める部分から、完全に離れて
しまう直前の部分までの領域を意味し、また現像領域に
おけるキャリアの存在量とは、静電潜像保持体に対向す
る現像剤担持体表面から現像剤を剥離し、ブローオフ等
によりトナーとキャリアとに分離し、定量して得た現像
剤担持体上の単位面積当りの量（以下、キャリア粒子密
度という）を意味する。

【００１２】また、上記樹脂被覆された磁性核体粒子の
５００ミクロンの網目通過重量率は、図１に示すキャリ
ア凝集性の評価法によって求めることができる。すなわ
ち、横断面積１ｃｍ² のセル１に、被覆された磁性核体
粒子４の２０ｇを入れ、押圧蓋２に５ｋｇの錘３を載
せ、５分間加圧する。得られた凝集物を５００ミクロン
の網目を有する篩にかけ、その篩を通過した樹脂被覆さ
れた磁性核体粒子の重量を測定し、得られた重量の全重
量に対する比率を求める。

【００１３】本発明における磁性核体粒子としては、通
常のフェライト、マグネタイト粉のほか、酸化鉄粉また
は、ニッケル、コバルト、銅、亜鉛、マンガン、クロ
ム、希土類等の金属、それら金属を含む合金をあげるこ
とができる。通常、２０〜１００μｍ程度の粒径のもの
が使用される。

【００１４】本発明で使用する被覆樹脂としては、フッ
化ビニリデン、テトラフロロエチレン、ヘキサフルオロ
プロピレン、モノクロロトリフロロエチレン、モノクロ
ロエチレン、トリフロロエチレン等のビニル系フッ素含
有モノマーの共重合体；スチレン、クロロスチレン、メ
チルスチレン等のスチレン類；メチルメタクリレート、
メチルアクリレート、プロピルアクリレート、ラウリル
アクリレート、メタクリル酸、アクリル酸、ブチルメタ
クリレート、ブチルアクリレート、２−エチルヘキシル
アクリレート、エチルメタクリレート等のα−メチレン
脂肪族モノカルボン酸類；ジメチルアミノエチルメタク
リレート等の含窒素原子（メタ）アクリレート類；アク
リロニトリル、メタクリロニトリル等の（メタ）アクリ
ロニトリル類；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；エチレン、プロピレン、ブタジエン等のオレフ
ィン類；メチルシリコン、メチルフェニルシリコン等の
シリコン類等の単独重合体、又はこれらモノマーの共重
合体；ビスフェノール、グリコール等を含むポリエステ
ル類があげられる。また上記の併用樹脂類の２種を混合
して主に、正負帯電トナー用の被覆組成とすることもで
きる。

【００１５】被覆用樹脂の配合量は、キャリアに対して
１重量％以上であるが、好ましくは最大２０重量％まで
の量、特に好ましくは１重量％〜５重量％の範囲が画
質、２次障害、帯電性の両立の点で適当である。また、
軟化点及び硬度の高い樹脂は、被覆樹脂量を多くする場
合に有利であるため、部分的に架橋を行うことも有効で
ある。

【００１６】磁性核体粒子の樹脂被覆は、加熱型ニーダ
ー、加熱型ヘンシェルミキサー、ＵＭミキサー、プラネ
タリーミキサー等により乾燥状態で磁性核体粒子と樹脂
材料を混合し、加熱攪拌に続いて冷却撹拌を行う方法や
転動流動床や減圧ニーダー等で樹脂溶液と磁性核体粒子
を混合減圧乾燥する方法等を使用することができる。

【００１７】本発明の静電荷像現像用キャリアは、トナ
ーと混合して２成分現像剤として用いられる。トナー
は、結着樹脂中に着色剤等を分散させたものであり、ト
ナーに使用する結着樹脂としては、スチレン、パラクロ
ロスチレン、α−メチルスチレン等のスチレン類；アク
リル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ｎ−プロ
ピル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸２−エチルヘキ
シル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタ
クリル酸ｎ−プロピル、メタクリル酸ラウリル、メタク
リル酸２−エチルヘキシル等のα−メチレン脂肪族モノ
カルボン酸エステル類；アクリロニトリル、メタクリロ
ニトリル等の（メタ）アクリロニトリル類；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；
ビニルメチルエーテル、ビニルイソ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、ビニルエチル
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、エチレン、プロピレン、イソプレン、ブタジエン等
の不飽和炭化水素類及びそのハロゲン化物、クロロプレ
ン等のハロゲン系不飽和炭化水素類等の単量体の単独重
合体、あるいは、これらの単量体を２種以上組み合わせ
て得られる共重合体、及びこれら重合体の混合物、さら
にはロジン変性フェノールホルマリン樹脂、エポキシ樹
脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド
樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂等の非ビニル
縮合系樹脂あるいはこれらと前記ビニル系重合体との混
合物があげられる。

【００１８】また、トナーに用いる着色剤としては、カ
ーボンブラック、ニグロシン染料、アニリンブルー、カ
ルコイルブルー、クロームイエロー、ウルトラマリンブ
ルー、メチレンブルー、ローズベンガル、フタロシアニ
ンブルー、又はこれらの混合物があげられる。着色剤以
外のトナー成分としては、荷電制御剤、オフセット防止
剤、流動性向上剤等があり、また、必要に応じて磁性体
微粉末を含有してもよい。

【００１９】

【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
する。 実施例１ （キャリアの製造）平均粒径８０μｍのフェライト粒子
（パウダーテック社製；飽和磁化６２ｅｍｕ／ｇ）１０
００ｇに対し、下記の組成物１８ｇを１リットルの小型
ニーダーに入れ、５分間混合し、熱媒温度を２００℃に
設定して４０分間攪拌混練した後、ヒーターを切り、攪
拌しながら５０分間冷却した。その後、１０６ミクロン
の篩で篩分を行ってキャリアを得た。 ポリフッ化ビニリデン １．０重量部 （ＫＹＮＡＲ７２０１、ペンウオルト社製） メチルフェニルシリコーン ０．８重量部 （東レダウコーニングシリコーン社製） （キャリアの凝集性評価）この樹脂被覆されたフェライ
ト粒子を図１に示すセル中にて５ｋｇ／ｃｍ² の圧力下
に５分間加圧した後、凝集物の５００ミクロンの網目通
過重量を測定し、樹脂被覆されたフェライト粒子の５０
０ミクロンの網目通過重量率を算出したところ、９７．
５％であった。

【００２０】 （現像剤の製造） スチレン−ｎブチルメタクリレート ８６重量％ カーボンブラック（ＢＰＬ、キャボット社製） ８重量％ 帯電制御剤（ボントロンＮ０４、オリエント化学社製） ２重量％ ポリプロピレンワックス（６６０Ｐ、三洋化成工業社製） ４重量％ 上記組成物を混練粉砕法により、平均粒径９μｍのトナ
ーを得た。次に、トナー濃度６％となるようキャリアを
加え、混合して、現像剤を作製した。

【００２１】（画質維持性試験）この現像剤について、
富士ゼロックス製ＶＩＶＡＣＥ５００改造機を用いて、
画質維持性試験を行った。改造機の設定条件は、感光体
周速３００ｍｍ／ｓｅｃ、感光体に対するマグネットロ
ールの速度比１．３、現像領域でのキャリア粒子密度８
０ｍｇ／ｃｍ² 、感光体とマグネットロールとの間隔
０．５５ｍｍであった。 その結果、５万枚複写試験に
おいて画像濃度はやや低めであったものの、キャリア付
着、現像剤こぼれの問題がなく、画質の維持性も良好で
あった。

【００２２】実施例２ （画質維持性試験）複写機の設定条件を、感光体周速３
００ｍｍ／ｓｅｃ、感光体に対するマグネットロールの
速度比１．８、現像領域でのキャリア粒子密度８０ｍｇ
／ｃｍ² 、感光体とマグネットロールとの間隔０．５５
ｍｍに変えた以外、実施例１と同じ現像剤及び複写機を
用いて画質維持性試験を行った。その結果、１０万枚複
写試験において初期画像濃度も高く、画質良好で、キャ
リア付着、現像剤こぼれの問題がなく、維持性も良好で
あった。

【００２３】比較例１ （キャリアの製造）実施例１と同一フェライト粒子１０
００ｇに対し、下記の組成物１５ｇを１リットルの小型
ニーダーに入れ、５分間混合し、熱媒温度を２００℃に
設定して４０分間攪拌混練した後、ヒーターを切り、攪
拌しながら５０分間冷却した。その後、１０６ミクロン
の篩で篩分を行ってキャリアを得た。 ポリフッ化ビニリデン １．５重量部 （ＫＹＮＡＲ７２０１、ペンウオルト社製） メチルフェニルシリコーン １．０重量部 （ 東レダウコーニングシリコーン社製） （キャリアの凝集性評価）この樹脂被覆されたフェライ
ト粒子の５００ミクロンの網目通過重量率を実施例１と
同様にして算出したところ、９３．２％であった。

【００２４】 （現像剤の製造） スチレン−ｎブチルメタクリレート ８６重量％ カーボンブラック（ＢＰＬ、キャボット社製） ８重量％ 帯電制御剤（ボントロンＮ０４、オリエント化学社製） ２重量％ ポリプロピレンワックス（６６０Ｐ、三洋化成工業社製） ４重量％ 上記組成物を混練粉砕法により、平均粒径９μｍのトナ
ーを得た。次に、トナー濃度６％となるようキャリアを
加え、混合して、現像剤を作製した。

【００２５】（画質維持性試験）この現像剤について、
富士ゼロックス製ＶＩＶＡＣＥ５００改造機を用いて、
画質維持性試験を行った。改造機の設定条件は、感光体
周速３００ｍｍ／ｓｅｃ、感光体に対するマグネットロ
ールの速度比１．８、現像領域でのキャリア粒子密度８
０ｍｇ／ｃｍ² 、感光体とマグネットロールとの間隔
０．５５ｍｍであった。 その結果、初期にキャリア付
着と共に細線の荒れが目立ち連続複写１０００枚後で現
像機下部に現像剤こぼれの発生がみられた。

【００２６】実施例３ 実施例１と同一フェライト粒子１０００ｇに対し、下記
の組成物１１ｇを１リットルの小型ニーダーに入れ、５
分間混合し、熱媒温度を２００℃に設定して４０分間攪
拌混練した後、ヒーターを切り、攪拌しながら５０分間
冷却した。その後、１０６ミクロンの篩で篩分を行って
キャリアを得た。 メチルフェニルシリコーン樹脂 ０．５重量部 （東レダウコーニング社製） スチレン−ＭＭＡ共重合体（三菱レーヨン社製） ０．６重量部

【００２７】（キャリアの凝集性評価）この樹脂被覆さ
れたフェライト粒子の５００ミクロンの網目通過重量率
を実施例１と同様にして算出したところ、９６．５％で
あった。

【００２８】 （現像剤の製造） スチレン−ｎブチルメタクリレート ８７重量％ カーボンブラック（ＢＰＬ、キャボット社製） ８重量％ 帯電制御剤（ＴＲＨ、保土ヶ谷化学工業社製） １重量％ ポリプロピレンワックス（６６０Ｐ、三洋化成工業社製） ４重量％ 上記組成物を混練粉砕法により、平均粒径９μｍのトナ
ーを得た。次に、トナー濃度６％となるようキャリアを
加え、混合して、現像剤を作製した。

【００２９】（画質維持性試験）この現像剤について、
富士ゼロックス製ＶＩＶＡＣＥ４００反転現像改造機を
用いて、画質維持性試験を行った。改造機の設定条件
は、感光体周速２００ｍｍ／ｓｅｃ、感光体に対するマ
グネットロールの速度比２．４、現像領域でのキャリア
粒子密度１１０ｍｇ／ｃｍ² 、感光体とマグネットロー
ルとの間隔０．６２ｍｍであった。その結果、初期画質
及び１０万枚試験後における画質も良好であった。

【００３０】比較例２ 実施例１と同一フェライト粒子１０００ｇに対し、下記
の組成物１５ｇを１リットルの小型ニーダーに入れ、５
分間混合し、熱媒温度を２００℃に設定して４０分間攪
拌混練した後、ヒーターを切り、攪拌しながら５０分間
冷却した。その後、１０６ミクロンの篩で篩分を行って
キャリアを得た。 メチルフェニルシリコーン樹脂 １．０重量部 （東レダウコーニング社製） スチレン−ＭＭＡ共重合体（三菱レーヨン社製） ０．５重量部 （キャリアの凝集性評価）この樹脂被覆されたフェライ
ト粒子の５００ミクロンの網目通過重量率を実施例１と
同様にして算出したところ、９４．５％であった。得ら
れたキャリア使用し、実施例１と同様にして現像剤を作
製した。

【００３１】（画質維持性試験）この現像剤について、
富士ゼロックス製ＶＩＶＡＣＥ５００改造機を用いて、
画質維持性試験を行った。改造機の設定条件は、感光体
周速２００ｍｍ／ｓｅｃ、感光体に対するマグネットロ
ールの速度比２．４、現像領域でのキャリア粒子密度１
１０ｍｇ／ｃｍ² 、感光体とマグネットロールとの間隔
０．６２ｍｍであった。その結果、初期画質は良好であ
ったが１万枚の連続複写試験により、現像剤のこぼれが
発生し、感光体の傷発生により、部分的に黒線が発生し
た。

【００３２】

【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、画像へのキャリアの付着が防止され、濃度ムラの
ない、黒ベタおよび細線再現性に優れた画質を得ること
ができる。また、現像機からの現像剤こぼれの発生が抑
制させれ、機内汚れがなくなり、現像システムの信頼性
向上がはかられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ５００ミクロンの網目通過重量率の測定方法
を説明する説明図である。

【符号の説明】

１…セル、２…押圧蓋、３…錘、４…樹脂被覆された磁
性核体粒子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−147269（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−73965（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−119363（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−293254（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−126570（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−120173（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−135371（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−8771（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 9/10 G03G 15/09

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 樹脂により被覆された磁性核体粒子より
   なる静電荷像現像用キャリアにおいて、被覆樹脂がキャ
   リアに対して１重量％以上であり、かつセル中にて５ｋ
   ｇ／ｃｍ² の圧力下に５分間加圧した後の５００ミクロ
   ンの網目通過重量率が、９５％以上であることを特徴と
   する静電荷像現像用キャリア。
2. 【請求項２】 静電潜像保持体上に形成された静電潜像
   を、該静電潜像保持体と同方向に回転する現像剤保持体
   上の現像剤にて現像することからなる画像形成方法にお
   いて、静電潜像保持体の周速度が２００ｍｍ／ｓｅｃ以
   上であり、静電潜像保持体に対する現像剤保持体の速度
   比が１．５以上であり、静電潜像保持体と現像剤保持体
   との間隙が０．６５ｍｍ以下であり、かつ現像領域にお
   けるキャリアの存在量が３０乃至１２０ｍｇ／ｃｍ² で
   あり、さらに該キャリアとして請求項１に記載の静電荷
   像現像用キャリアを使用することを特徴とする画像形成
   方法。