JP3221275B2 - 静電潜像現像用キャリア - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、複写機やプリンター
等の画像形成装置において、感光体等の像担持体に形成
された静電潜像を現像するのに使用する静電潜像現像用
キャリアに係り、特に、樹脂中に磁性粉が分散されたバ
インダー型の静電潜像現像用キャリアに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、複写機やプリンター等の画像
形成装置においては、感光体等の像担持体に形成された
静電潜像を現像するにあたり、その現像剤として、トナ
ーとキャリアとを混合させたものが広く利用されてい
た。

【０００３】そして、このようにトナーと混合させるキ
ャリアとしては、従来、鉄やフェライト等の粉体をその
まま用いるようにしたものの他に、これらの磁性粉を樹
脂に分散させたバインダー型のものが知られていた。

【０００４】ここで、鉄やフェライト等をそのまま使用
したキャリアは、一般に磁気強度が強くて、形成される
磁気ブラシの穂が硬くなり、黒べた画像中に白筋が発生
したり、写真原稿等のハーフトーン画像を現像する際に
筋状のむらが発生する等の問題があったり、またこのよ
うなキャリアは一般に体積固有電気抵抗が低いため、現
像剤中のトナー濃度が低下した場合、像担持体上におけ
る電荷がこのキャリアを通して流れ、これにより形成さ
れた画像にぬけが生じたり、現像スリーブからの注入電
荷によりキャリアが像担持体に付着したりする等の問題
があった。

【０００５】このため、近年においては、上記のように
樹脂中に磁性粉を分散させたバインダー型のキャリアが
注目されるようになった。

【０００６】一方、前記の複写機やプリンター等の画像
形成装置において高品質な画像形成を行なうため、近年
においては次第に粒径の小さなトナーが用いられるよう
になった。

【０００７】しかし、このように粒径の小さなトナーを
使用すると、単位体積あたりのトナーの比表面積が増大
し、これによりトナーとキャリアとからなる現像剤の流
動性が低下したり、トナーの荷電の立ち上がりが悪くな
るという問題があった。

【０００８】ここで、トナーにおける荷電の立ち上がり
を良くするため、従来においては、小粒径のキャリアを
使用することが行なわれていたが、このように小粒径の
キャリアを使用した場合、現像剤の流動性を向上させる
ことはできず、逆に現像剤の流動性が更に悪くなる傾向
にあり、またこのような小粒径のキャリアが像担持体に
付着して形成される画像にキャリアかぶりが生じたり、
付着したキャリアによって像担持体が傷ついたりすると
いう問題があった。

【０００９】また、従来においては、特開昭５８−１４
０７５３号公報に示されるように、現像剤の流動性を向
上させるため、小粒径のキャリアと大粒径のキャリアと
を組み合わせて使用することが提案されていた。

【００１０】しかし、前記のように樹脂中に磁性粉を分
散させたバインダー型のキャリアの場合、上記のように
大粒径のキャリアが含まれると、キャリア全体としての
比表面積が低下し、トナーを荷電させる荷電点が減少し
て、トナーの荷電が十分に行なえなくなるという問題が
あった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、複写機や
プリンター等の画像形成装置において、感光体等の像担
持体に形成された静電潜像を現像するのに用いる静電潜
像現像用キャリアにおける上記のような様々な問題を解
決することを課題とするものである。

【００１２】すなわち、この発明においては、樹脂中に
磁性粉が分散されたバインダー型のキャリアを使用する
にあたり、高品質な画像を得るために小粒径のトナーを
用いた場合においても、現像剤の流動性が低下するとい
うことがなく、トナーの荷電の立ち上がりも速やかに行
なわれ、トナーが十分に帯電されて良好な画像形成が安
定して行なえるようにすることを課題とするものであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明においては、上
記のような課題を解決するため、樹脂中に磁性粉が分散
されてなるバインダー型の静電潜像現像用キャリアにお
いて、平均粒径が８０〜１５０μｍ，飽和磁化が５０ｅ
ｍｕ／ｇ以下であって表面に磁性粉が固着されてなる第
１キャリアと、平均粒径が３０〜５０μｍ，飽和磁化が
５５ｅｍｕ／ｇ以上である第２キャリアとを用いるよう
にしたのである。

【００１４】ここで、この発明の静電潜像現像用キャリ
アにおいて、第１キャリアに平均粒径が８０〜１５０μ
ｍで飽和磁化が５０ｅｍｕ／ｇ以下のものを用いるよう
にしたのは、平均粒径が小さいと、現像剤の流動性を十
分に向上させることができなくなる一方、平均粒径が大
きすぎると、トナーに対する荷電性が悪くなるためであ
り、また飽和磁化が５０ｅｍｕ／ｇより大きいと、現像
剤の流動性や細線の再現性に悪影響を及ぼすためであ
り、好ましくは、平均粒径が９０〜１００μｍ、飽和磁
化が４５〜５０ｅｍｕ／ｇのものを用いるようにする。

【００１５】また、この第１キャリアにおいて、その表
面に磁性粉を固着させるにあたっては、この第１キャリ
アが適当な抵抗値を持つと共に、この第１キャリアが十
分な荷電点を持つようにようにするため、上記の磁性粉
としては、一般にその比表面積が８〜１２ｍ² ／ｇのも
のを、好ましくは比表面積が８〜１０ｍ² ／ｇのものを
用いるようにし、このような磁性粉を第１キャリアに使
用するバインダー樹脂１００重量部に対して５０〜２０
０重量部の範囲で使用することが好ましい。

【００１６】また、上記のように第１キャリアの表面に
磁性粉を固着させるにあたっては、例えば、オングミル
（ホソカワミクロン社製）等のメカノフュージョンシス
テムを用いて、磁性粉を第１キャリアの表面に押し込む
ようにして融着させるようにしたり、サフュージングシ
ステム（日本ニューマチック工業社製）等の気流中加熱
処理システムを用いて、第１キャリアにおける樹脂表面
を加熱溶融させて、磁性粉をこのキャリア粒子の表面に
融着させるようにする。なお、この第１のキャリアの収
率を向上させる点からは、上記のメカノフュージョンシ
ステムを用いることが好ましい。

【００１７】さらに、現像剤の流動性をより向上させ
て、現像剤の片寄りや凝集物の発生を抑制するために
は、この第１のキャリアとして残留磁化が１０ｅｍｕ／
ｇのものを用いることが好ましい。

【００１８】一方、第２キャリアとして、平均粒径が３
０〜５０μｍで飽和磁化が５５ｅｍｕ／ｇ以上のものを
用いるようにしたのは、この第２キャリアにおける平均
粒径が大きすぎると、小粒径のトナーに対する帯電安定
性が悪くなり、細線やハーフトーン画像の再現性等が低
下する一方、この平均粒径が小さすぎると、現像剤の流
動性が悪くなり、また飽和磁化が５５ｅｍｕ／ｇより小
さいと、像担持体に対するキャリア付着が生じやすくな
るためであり、好ましくは、飽和磁化が６０〜６５ｅｍ
ｕ／ｇのものを用いるようにする。

【００１９】そして、上記の第１キャリアと第２キャリ
アとを含有させるにあたっては、現像剤における流動性
やトナーに対する帯電性能を向上させると共に、キャリ
ア付着等を防止する点から、一般に粒径の小さな第２キ
ャリアの含有量が３０〜７０重量％、好ましくは３０〜
５０重量％になるようにする。

【００２０】ここで、上記の第１及び第２の各キャリア
におけるバインダー樹脂としては、例えば、ポリスチレ
ン系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、スチレン−ア
クリル共重合系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエス
テル系樹脂、エポキシ系樹脂等を使用することができ
る。

【００２１】一方、これらの各キャリアに用いる磁性粉
としては、例えば、鉄，ニッケル，コバルト等の金属、
これらの金属と亜鉛，アンチモン，アルミニウム，鉛，
錫，ビスマス，ベリリウム，マンガン，セレン，タング
ステン，ジルコニウム，バナジウム等の金属との合金或
いは混合物、酸化鉄，酸化チタン，酸化マグネシウム等
の金属酸化物との混合物、強磁性フェライト，マグネタ
イト及びこれらの混合物を使用することができる。

【００２２】そして、上記の第１及び第２の各キャリア
において、上記のようなバインダー樹脂中に含有させる
磁性粉については、この磁性粉がバインダー樹脂中にお
いて均一に分散されるようにするため、その一次粒径が
５μｍ以下、好ましくは２μｍ以下、より好ましくは
０．１〜１μｍのものを用いるようにする。

【００２３】また、第１及び第２の各キャリアが上記の
ような磁気特性を持つように調整するため、各キャリア
のバインダー樹脂中に含有させる磁性粉の量について
は、第１キャリアの場合、バインダー樹脂１００重量部
に対して２５０〜３５０重量部、第２キャリアの場合、
バインダー樹脂１００重量部に対して６００〜７５０重
量部の範囲にする。

【００２４】また、この発明における上記の第１及び第
２の各キャリアにおいては、バインダー樹脂中に磁性粉
が均一に分散されるようにするため、カーボンブラッ
ク，シリカ，チタニア，アルミナ等の分散剤を含有させ
るようにしても良く、分散剤を含有させる量について
は、キャリアに対して０．０１〜３重量％の範囲にする
ことが好ましい。

【００２５】また、上記の各キャリアを製造するにあた
っては、例えば、バインダー樹脂と磁性粉を所定の混合
比で加熱混合し、これを冷却させた後、粉砕し分級する
方法や、バインダー樹脂を溶剤に溶解させた樹脂溶液に
磁性粉を分散させた後、スプレードライする方法等によ
って製造することができる。

【００２６】また、この発明における静電潜像現像用キ
ャリアと組み合わせて使用するトナーとしては、高繊細
な画像が得られるようにするため、その体積平均粒径が
９μｍ以下、好ましくは４〜９μｍの粒径の小さなトナ
ーを用いるようにする。なお、このようなトナーは、公
知の方法によって製造されたトナーを使用することがで
き、例えば、懸濁重合法、粉砕法、マイクロカプセル
法、スプレードライ法、メカノケミカル法等で製造され
たものを使用することができる。

【００２７】

【作用】この発明における静電潜像現像用キャリアにお
いては、樹脂中に磁性粉が分散されたバインダー型のキ
ャリアとして、平均粒径が８０〜１５０μｍ，飽和磁化
が５０ｅｍｕ／ｇ以下である表面に磁性粉が固着された
第１キャリアと、平均粒径が３０〜５０μｍ，飽和磁化
が５５ｅｍｕ／ｇ以上である第２キャリアとを一緒に使
用するようにしたため、これらのキャリアが十分な流動
性を持つようになり、小粒径のトナーを使用した場合で
あっても安定した帯電が行なえるようになると共に、像
担持体へのキャリアの付着も少なくなる。

【００２８】また、この発明における静電潜像現像用キ
ャリアにおいては、上記のように粒径の大きい第１キャ
リアの表面に磁性粉を固着させるようにしたため、この
第１キャリアにおける荷電点が増加し、小粒径のトナー
に対しても十分な荷電が行なえるようになる。

【００２９】

【実施例】以下、この発明の実施例に係る静電潜像現像
用キャリアについて具体的に説明すると共に、比較例を
挙げ、この発明の実施例の静電潜像現像用キャリアが優
れていることを明らかにするが、この発明は特に実施例
に示したものに限定されるものではない。

【００３０】ここで、実施例及び比較例のキャリアを得
るにあたっては、下記のようにして粒径の大きい３種類
のキャリアａ，ｂ，ｃと、粒径の小さな１種類のキャリ
アｄを製造した。

【００３１】（キャリアａ，ｂの製造）これらのキャリ
アを製造するにあたっては、比表面積が７．４ｍ² ／ｇ
で粒径が約０．５μｍのフェライト粉末（ＴＤＫ社製：
ＭＦＰ−２）を３００重量部、ポリエステル樹脂（花王
社製：タフトンＮＥ１１１０）を１００重量部、カーボ
ンブラック（ライオン油脂社製：ケッチェンブラック）
を２重量部、シリカ（日本アエロジル社製：＃２００）
を１．５重量部の割合で用い、これらの材料をヘンシェ
ルミキサーで混合した後、この混合物を加圧ニーダーで
溶融・混練し、この混練物を冷却させた後、フェザーミ
ルで粗粉砕し、更にジェットミルで微粉砕し、風力分級
機により分級した後、これをサフュージングシステム
（日本ニューマチック工業社製）により熱処理して平均
粒径が９０μｍになったキャリア粒子を得た。

【００３２】そして、上記のキャリア粒子におけるバイ
ンダー樹脂１００重量部に対して、比表面積が９．６ｍ
² ／ｇの小粒径のフェライト粉末を１００重量部加え、
これらを混合させた後、キャリアａにおいては、この混
合物をオングミル（ホソカワミクロン社製）により、摩
擦熱が約９０℃になるようにして１０分間熱処理を行な
い、上記のキャリア粒子の表面に上記のフェライト粉末
を固着させ、またキャリアｂにおいては、上記の混合物
３０００ｇに対して上記のサフュージョンシステムによ
り、温度５００℃，搬送エアー８ｎｌ／ｈ，熱風０．３
Ｎｍ³ ／ｍｉｎの条件で熱処理を行ない、上記のキャリ
ア粒子の表面に上記のフェライト粉末を固着させるよう
にした。

【００３３】（キャリアｃの製造）このキャリアｃを製
造するにあたっては、材料として、上記のキャリアａ，
ｂにおける材料中のフェライト粉末の添加量だけを４０
０重量部に変更し、それ以外の材料についてはキャリア
ａ，ｂと同じにし、この材料をキャリアａ，ｂの場合と
同様にして混合，混練，粉砕，分級及び熱処理を行な
い、平均粒径が９０μｍになったキャリアｃを得た。な
お、このキャリアｃにおいては、その表面にフェライト
粉末を表面に固着させなかった。

【００３４】（キャリアｄの製造）このキャリアｄを製
造するにあたっては、材料として、上記キャリアａ，ｂ
における材料中のフェライト粉末の添加量だけを７００
重量部に変更し、それ以外の材料についてはキャリア
ａ，ｂと同じにし、この材料をキャリアａ，ｂの場合と
同様にして混合，混練，粉砕，分級及び熱処理を行な
い、平均粒径が４０μｍになったキャリアｄを得た。

【００３５】次に、上記のようにして製造したキャリア
ａ〜ｄにおける飽和磁化と残留磁化（外部磁場の強さ１
ＫＯｅ）を測定すると共に、動的電流値を求め、その結
果を下記の表１に示した。なお、飽和磁化及び残留磁化
については直流磁化特性自動記録装置（横河北辰電機社
製：ＴＹＰＥ−３２５７）を用いて測定した。また、動
的電流値については、図１に示すように、内部にマグネ
ットローラ１が設けられて磁束密度が１０００ガウスに
なったスリーブローラ２上に各キャリア３をそれぞれ５
ｇ供給すると共に、このスリーブローラ２と電極管４と
の間隔を１ｍｍに設定し、上記マグネットローラ１を５
０ｒｐｍで回転させると共に、電源５から５００Ｖのバ
イアス電圧を印加し、各キャリア３を通して電極管４に
流れた電流値を電流計６により測定し、これを動的電流
値として示した。

【００３６】

【表１】

【００３７】次に、上記のキャリアａ〜ｄを用いて実施
例１〜６及び比較例１〜４の各キャリアを得た。

【００３８】（実施例１〜３）これらの実施例において
は、フェライト粉末が表面に固着された粒径の大きなキ
ャリアａと、粒径の小さなキャリアｄとを組み合わせて
用いるようにし、実施例１においてはキャリアｄが３０
重量％、実施例２においてはキャリアｄが４０重量％、
実施例３においてはキャリアｄが５０重量％含有される
ようにした。

【００３９】（実施例４〜６）これらの実施例において
は、フェライト粉末が表面に固着された粒径の大きなキ
ャリアｂと、粒径の小さなキャリアｄとを組み合わせて
用いるようにし、実施例４においてはキャリアｄが３０
重量％、実施例５においてはキャリアｄが４０重量％、
実施例６においてはキャリアｄが５０重量％含有される
ようにした。

【００４０】（比較例１，２）比較例１においてはフェ
ライト粉末が表面に固着されていない粒径の大きなキャ
リアｃだけを用いるようにし、また比較例２においては
粒径の小さなキャリアｄだけを用いるようにした。

【００４１】（比較例３，４）これらの比較例において
は、上記のキャリアｃとキャリアｄとを組み合わせて用
いるようにし、比較例３においてはキャリアｄが３０重
量％、比較例４においてはキャリアｄが４０重量％含有
されるようにした。

【００４２】次に、上記実施例１〜６及び比較例１〜４
の各キャリアについて、前記の場合と同様にして残留磁
化，飽和磁化及び動的電流値を求め、その結果を下記の
表２に示した。

【００４３】また、キャリアが使用によってトナーの帯
電量を上昇させる方向と下降させる方向の双方の劣化を
受けることを考慮し、上記実施例１〜６及び比較例１〜
４の各キャリアについて、トナーの帯電量を上昇させる
方向に劣化した場合とトナーの下降させる方向に劣化し
た場合とにおけるトナーの帯電量の変化幅を調べ、その
結果を下記の表２に合わせて示した。

【００４４】ここで、トナーの帯電量を上昇させる方向
に劣化したキャリアを得るにあたっては、上記の各キャ
リア１０ｇにそれぞれテフロン樹脂微粒子（セントラル
硝子社製：ＴＦＯ−Ｖ）を１．５ｍｇ加え、これらをロ
ールミルにより１２０ｒｐｍで５時間混合撹拌させ、ま
たトナーの帯電量を下降させる方向に劣化したキャリア
を得るにあたっては、各キャリア１０ｇにそれぞれＣＣ
Ａ（オリエント化学社製：Ｓ−３４）を１．５ｍｇ加
え、これらをロールミルにより１２０ｒｐｍで１２時間
混合撹拌させるようにした。

【００４５】そして、市販の複写機（ミノルタ社製：Ｄ
ｉ３０）に使用されている粒径８μｍのトナーを用い、
このトナーを上記のようにトナーの帯電量を上昇させる
方向に劣化したキャリアに加えてトナー濃度が３重量％
になった現像剤を得、この現像剤１０ｇをロールミルに
より１２０ｒｐｍで６０分間撹拌し、このキャリアによ
るトナーの帯電量を測定する一方、上記のトナーをトナ
ーの帯電量を下降させる方向に劣化したキャリアに加え
てトナー濃度が７重量％になった現像剤を得、この現像
剤１０ｇをロールミルにより１２０ｒｐｍで３分間撹拌
し、このキャリアによるトナーの帯電量を測定し、両キ
ャリアによるトナーの帯電量の差を帯電量の変化幅とし
て表２に示した。

【００４６】

【表２】

【００４７】この結果、粒径の小さなキャリアｄの含有
量が多くなるに連れて、残留磁化，飽和磁化及び動的電
流値が高くなる一方、トナーの帯電量の変化幅が少なく
なっており、またフェライト粉末が表面に固着された粒
径の大きなキャリアａ又はｂと、粒径の小さなキャリア
ｄとを組み合わせた実施例１〜６のものは、フェライト
粉末が表面に固着されていない粒径の大きなキャリア
ｃ、粒径の小さなキャリアｄとを組み合わせた比較例の
ものに比べて、一般にトナーの帯電量の変化幅が少なく
なっており、またキャリアｄの含有量が変化した場合に
おけるその変動も少なくなっていた。

【００４８】次に、上記実施例１〜６及び比較例１〜４
の各キャリアに上記の粒径８μｍのトナーを加えてトナ
ー濃度が４〜５重量％になった各現像剤を調製し、これ
らの現像剤をそれぞれ市販の複写機（ミノルタ社製：Ｄ
ｉ３０）に使用して１万枚の連続コピーを行ない、クリ
ーニング装置によって回収されたトナー中に含まれるキ
ャリアの量（キャリア回収量）を測定すると共に、トナ
ー補給時において発生した地肌かぶりの状態及び現像器
内における現像剤の片寄りや凝集物の有無を調べ、その
結果を下記の表３に示した。なお、キャリア回収量につ
いては、クリーニング装置に回収されたトナーとキャリ
アとを焙焼してキャリアの含有量を求め、キャリアの含
有量が０〜８０ｍｇ／千枚の場合を○、８０〜１２０ｍ
ｇ／千枚の場合を△、１２０ｍｇ／千枚以上の場合を×
で示した。また、地肌かぶりについては、湿度３０％の
低湿環境下でトナーを連続補給してコピーを行ない、白
画像部分におけるかぶりの状態を調べ、ほとんどかぶり
が生じていない場合を◎、少しかぶりが生じているが品
質上問題がない場合を○、かぶりが生じているが問題が
ない限界レベルを△、多くかぶりが生じて品質上問題が
ある場合を×で示した。また、現像器内における現像剤
の片寄りや凝集物の有無については、目視によりこれら
の有無を調べ、凝集物や現像剤の片寄りがない場合を
○、凝集物や現像剤の片寄りがある場合を×で示した。

【００４９】

【表３】

【００５０】この結果、粒径の大きなキャリアｃだけを
用いた比較例１のものや粒径の小さなキャリアｄだけを
用いた比較例２のものは実用上問題がある一方、粒径の
大きなキャリアと粒径の小さなキャリアとを組み合わせ
た実施例１〜６及び比較例３，４の各キャリアは実用上
問題がなかったが、特に、実施例１〜６の各キャリアの
ように、フェライト粉末が表面に固着された粒径の大き
なキャリアａ又はｂを用いた場合、フェライト粉末が表
面に固着されていない粒径の大きなキャリアｃを用いた
比較例３，４の各キャリアよりさらにトナーに対する荷
電性が向上し、トナー補給時における地肌かぶりの発生
がより一層抑制されるようになった。

【００５１】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明における
静電潜像現像用キャリアを用いると、小粒径のトナーを
使用した場合であっても、現像剤が十分な流動性をしめ
すようになると共に像担持体へのキャリアの付着も少な
く、さらにトナーの荷電の立ち上がりも速やかに行なわ
れ、トナーが十分に帯電されて地肌かぶり等のない良好
な画像形成が安定して行なえるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】キャリアにおける動的電流値を測定する状態を
示した概略説明図である。

【符号の説明】

３ キャリア

フロントページの続き (72)発明者 芝野 広志 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大 阪国際ビル ミノルタ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−192262（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−51628（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−237369（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−266167（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−127428（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−158286（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−216060（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−146591（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−333909（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 9/10 - 9/107

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 樹脂中に磁性粉が分散されてなるバイン
   ダー型の静電潜像現像用キャリアにおいて、平均粒径が
   ８０〜１５０μｍ，飽和磁化が５０ｅｍｕ／ｇ以下であ
   って表面に磁性粉が固着されてなる第１キャリアと、平
   均粒径が３０〜５０μｍ，飽和磁化が５５ｅｍｕ／ｇ以
   上である第２キャリアとが含有されていることを特徴と
   する静電潜像現像用キャリア。