JP3353222B2

JP3353222B2 - 現像用キャリア

Info

Publication number: JP3353222B2
Application number: JP15325996A
Authority: JP
Inventors: 良明田中; 重幸白本; 英明安永; 智晴西川
Original assignee: ミノルタ株式会社
Priority date: 1996-05-24
Filing date: 1996-05-24
Publication date: 2002-12-03
Anticipated expiration: 2016-05-24
Also published as: JPH09319153A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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される現像用キ
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、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っては、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用い
たものの他に、これらの磁性粉をバインダー樹脂に分散
させたバインダー型のものが知られていた。

【０００４】ここで、鉄やフェライト等の粉体からなる
キャリアは一般に低抵抗であり、このためこのキャリア
を使用して現像を行なった場合、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
画像に抜けが生じたり、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という問題が
あり、更に、このようなキャリアにおいては磁気力が強
く、このキャリアによって形成される磁気ブラシの穂が
硬くなり、写真原稿等のハーフトーン画像を現像する際
に筋状のムラが発生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磁
性粉をバインダー樹脂に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】ここで、このようなバインダー型のキャリ
アの場合、鉄やフェライト等の粉体からなるキャリアに
比べて一般に磁気力が弱く、現像時においてこのキャリ
アが現像スリーブから離れて像担持体に付着し、これに
よって形成される画像にノイズが発生したり、像担持体
が傷ついたりする等の問題があった。

【０００７】このため、近年においては、上記のような
バインダー型のキャリアにおいて、キャリア中に含有さ
せる磁性粉の量を多くして、その磁気力を高めることが
行なわれるようになった。

【０００８】しかし、このようにキャリア中に含有させ
る磁性粉の量を多くすると、得られたキャリアにおける
電気抵抗値が低下し、このようなキャリアを用いて現像
を行なった場合、このキャリアを通して像担持体に電荷
が流れ、形成される画像に白抜けが生じたりするという
問題があった。

【０００９】また、キャリア中に含有させる磁性粉の量
を多くすると、バインダー樹脂と磁性粉等とを混練させ
た混練物を粉砕してキャリアを製造する際に、小粒径の
キャリアが発生し易くなり、このような小粒径のキャリ
アの像担持体に付着したり、またキャリアの流動性が悪
くなってトナーを適切に帯電させることができなくな
り、不良帯電トナーが飛散したり、形成される画像に地
肌カブリが生じたり、現像装置内における現像剤に片寄
りが生じて、形成された画像に濃度ムラが発生する等の
問題があった。

【００１０】また、従来においては、このように磁性粉
を多く含有させたキャリアを高抵抗化させるため、キャ
リアを熱処理することも行なわれたが、キャリアが充分
な電気抵抗値を持つようにするためには、キャリアを熱
処理する温度を高くして、処理時間を長くする必要があ
り、キャリアの生産性が低下すると共に、キャリアが凝
集して収率が低下する等の問題もあった。

【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使用する現像
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、上記のよ
うにバインダー樹脂と磁性粉とを含有する現像用キャリ
アにおいて、磁性粉を多く含有させた場合においても、
このキャリアが適当な電気抵抗値を示し、このキャリア
を用いて現像を行なった場合に、従来のように電荷がキ
ャリアを通して像担持体に注入されて形成される画像に
白抜けが生じるということがなく、またキャリアの流動
性が悪くなってトナーを適切に帯電させることができな
くなり、不良帯電トナーが飛散したり、形成される画像
に地肌カブリが生じたり、現像装置内における現像剤に
片寄りが生じて形成される画像に濃度ムラが発生すると
いうこともなく、良好な画像が安定して得られると共
に、生産性や収率にも優れた現像用キャリアを提供する
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】この発明における現像用
キャリアにおいては、上記のような課題を解決するた
め、少なくともバインダー樹脂と磁性粉とを含有する現
像用キャリアにおいて、バインダー樹脂１００重量部に
対して磁性粉が４５０〜９００重量部含有させると共
に、体積平均粒径が３０〜８０μｍの範囲，動的電流値
が３０〜１５０ｎＡの範囲，形状係数が０．５〜０．７
の範囲になるようにしたのである。

【００１４】ここで、この発明における現像用キャリア
において、バインダー樹脂１００重量部に対して磁性粉
を４５０〜９００重量部含有させるようにしたのは、こ
の磁性粉の量が４５０重量部より少ないと、得られたキ
ャリアの磁気力が弱く、像担持体にキャリアが付着し
て、像担持体がキャリアによって傷ついたりする一方、
磁性粉の量が９００重量部より多くなると、磁性粉をバ
インダー樹脂中に均一に分散させることが困難になり、
キャリアを製造する際に磁性粉が遊離する等の問題を生
じるためであり、好ましくは、バインダー樹脂１００重
量部に対して磁性粉を５００〜８５０重量部の範囲で含
有させるようにする。

【００１５】また、この発明における現像用キャリアに
おいて、体積平均粒径が３０〜８０μｍの範囲のものを
用いるようにしたのは、その粒径が３０μｍより小さい
と、キャリアにおける磁気力が低下し、像担持体にキャ
リアが付着したり、キャリアの流動性が悪くなり、形成
される画像に濃度ムラ等が生じる一方、その粒径が８０
μｍより大きくなると、キャリアの電気抵抗が低下し
て、形成される画像に白抜けが生じたり、トナーに対す
る帯電性が悪くなって、飛散するトナーの量が多くなっ
たり、形成される画像に地肌カブリが生じたりするため
である。

【００１６】また、この発明における現像用キャリアに
おいて、その動的電流値が３０〜１５０ｎＡの範囲のも
のを用いるようにしたのは、動的電流値が３０ｎＡより
小さいと、キャリアの電気抵抗が高くなりすぎ、像担持
体にトナーを供給した際にキャリアに残るカウンターチ
ャージによって、像担持体にトナーを十分に供給するこ
とができなくなり、現像効率が非常に悪くなる一方、動
的電流値が１５０ｎＡより大きいと、キャリアの電気抵
抗が低くなりすぎ、像担持体における電荷がキャリアを
通して流れ、形成される画像に白抜け等が発生するため
である。

【００１７】ここで、この現像用キャリアにおける動的
電流値は、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５ｇのキャリア３を供給すると共に、
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５０ｒｐｍ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、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によって測定するようにし、この電流値を動的電流
値として表した。

【００１８】また、この発明における現像用キャリアに
おいて、形状係数が０．５〜０．７の範囲のものを用い
るようにしたのは、形状係数が０．７より大きくなる
と、キャリアが球形状に近づいて電気抵抗値が低下し、
動的電流値が１５０ｎＡより大きな場合と同様に、形成
される画像に白抜けが発生しやすくなる一方、形状係数
が０．５より小さくなると、キャリアの形状が球形から
大きく離れた不定形状になって、その電気抵抗が高くな
り、動的電流値が３０ｎＡより小さい場合と同様に、像
担持体にトナーを十分に供給することができなくなり、
現像効率が非常に悪くなるためである。

【００１９】ここで、上記の形状係数は、画像解析装置
（ＰＩＡＳ社製；ＬＡ−５２５）を用いて下記の式１に
よって求めた値である。形状係数＝（４π×面積）／（周囲長）² （１）なお、上記の式１中において、面積とは粉体の投影面
積、周囲長とは粉体の投影像における周囲の長さを示
し、この形状係数の値が１に近づくほど球形状に近づ
く。

【００２０】そして、上記のような条件を満たすこの発
明の現像用キャリアにおいては、キャリア中に磁性粉が
高密度に充填されて十分な磁気力を有すると共に、この
キャリアが適当な電気抵抗をもつようになり、またキャ
リアの流動性もよくなり、この現像用キャリアを用いて
現像を行なった場合、像担持体にキャリアが付着した
り、形成される画像に白抜けが生じるということが少な
くなり、またこのキャリアによってトナーが適切に帯電
されるようになると共に、現像装置内における現像剤に
片寄りも抑制され、地肌カブリや濃度ムラの発生も少な
い良好な画像が安定して得られるようになる。

【００２１】また、この発明における現像用キャリアに
おいて、小粒径のキャリアが多く存在すると、この小粒
径のキャリアが像担持体に付着しやすくなるため、その
体積平均粒径を５０μｍ以上にした場合には、体積平均
粒径が３２μｍ以下の小粒径のキャリアの含有率が１０
％以下になるようにすることが好ましい。

【実施例】以下、この発明に係る現像用キャリアについ
て実施例を挙げて具体的に説明すると共に、この実施例
における現像用キャリアが優れている点を、比較例を挙
げて明確にする。

【００２２】（実施例１）この実施例においては、原料
として、バインダー樹脂となるポリエステル樹脂（花王
社製；タフトン）を１００重量部、磁性粉（ＴＤＫ社
製：ＭＦＰ−II）を５００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、この原料３ｋｇをヘンシェルミキ
サー（三井三池社製）により混合回転数３８００ｒｐｍ
で２分間混合させ、このように混合させた混合物を２回
分合わせて６ｋｇの混合物を用い、この混合物を加圧ニ
ーダー（森山製作所社製）によりケーシング温度２１０
℃、回転数２０ｒｐｍの条件で１０分間混練し、このよ
うにして得られた混練物を冷却させた後、粗粉砕し、更
にこれを図２に示すジェットミル（ＩＤＳ−II型）を用
いて微粉砕するようにした。

【００２３】ここで、ジェットミルによって粗粉砕物を
微粉砕するにあたっては、図２に示すように、このジェ
ットミルにおける供給部１１から粗粉砕物Ａ１を投入
し、供給エアーａ１によってこの粗粉砕物Ａ１を分級部
１２に導いて分級し、所定の粒径より大きな粗粉砕物Ａ
１だけを粉砕部１３に導き、この粉砕部１３における粉
砕エアーａ２により粗粉砕物Ａ１を衝突部材１４に衝突
させて粉砕し、この粉砕物Ａ２を上記の供給部１１から
導かれた粗粉砕物Ａ１と一緒にして分級部１２に導くよ
うにし、このような操作を繰り返して粗粉砕物Ａ１の微
粉砕をする。

【００２４】ここで、この実施例においては、上記の衝
突部材１４として、図３に示すように、円柱状で粗粉砕
物Ａ１が衝突する衝突面１４ａが平坦な円形状になった
ものを用いると共に、上記の粉砕エアーａ２の圧力を７
ｋｇ／ｃｍ² にして微粉砕を行なった。

【００２５】そして、上記のようにして粗粉砕物Ａ１を
微粉砕した後は、これを分級し、更にサーフュージョン
システム（日本ニューマチック工業社製）を用いて３５
０℃に加熱された熱風によって熱処理し、これを冷却し
て体積平均粒径が６０μｍになった現像用キャリアを製
造した。

【００２６】（実施例２）この実施例においては、実施
例１におけるキャリアの製造において、原料における磁
性粉の割合を６００重量部にし、それ以外については、
実施例１の場合と同様にして体積平均粒径が６３μｍに
なった現像用キャリアを製造した。

【００２７】（実施例３）この実施例においては、実施
例１におけるキャリアの製造において、原料における磁
性粉の量を７００重量部に変更させると共に、前記のジ
ェットミルによって粗粉砕物Ａ１を微粉砕するにあた
り、上記の粉砕エアーａ２の圧力を８ｋｇ／ｃｍ² に
し、それ以外については、実施例１の場合と同様にして
体積平均粒径が６５μｍになった現像用キャリアを製造
した。

【００２８】（実施例４）この実施例においては、実施
例１におけるキャリアの製造において、原料における磁
性粉の量を８００重量部に変更させると共に、前記のジ
ェットミルによって粗粉砕物Ａ１を微粉砕するにあた
り、上記の粉砕エアーａ２の圧力を９ｋｇ／ｃｍ² に
し、それ以外については、実施例１の場合と同様にして
体積平均粒径が６９μｍになった現像用キャリアを製造
した。

【００２９】（比較例１）この比較例においては、実施
例１におけるキャリアの製造において、前記のジェット
ミルで粗粉砕物Ａ１を微粉砕するにあたり、上記の粉砕
エアーａ２の圧力を１０ｋｇ／ｃｍ² にし、それ以外に
ついては、実施例１の場合と同様にして体積平均粒径が
２８μｍになった現像用キャリアを製造した。

【００３０】（比較例２）この比較例においては、実施
例１におけるキャリアの製造において、前記のジェット
ミルで粗粉砕物Ａ１を微粉砕するにあたり、上記の粉砕
エアーａ２の圧力を３ｋｇ／ｃｍ² にし、それ以外につ
いては、実施例１の場合と同様にして体積平均粒径が１
０５μｍになった現像用キャリアを製造した。（比較例３）この比較例においては、実施例１における
現像用キャリアの製造において、前記のジェットミルで
粗粉砕物Ａ１を微粉砕するにあたり、図４に示すよう
に、粗粉砕物Ａ１が衝突する先端部１５ａが先端角３０
゜の円錐状になった衝突部材１５を用い、上記の粉砕エ
アーａ２の圧力を７ｋｇ／ｃｍ² にして粉砕を行なうよ
うにし、それ以外については、実施例１の場合と同様に
して体積平均粒径が８２μｍになった現像用キャリアを
製造した。

【００３１】（比較例４）この比較例においては、実施
例１における現像用キャリアの製造において、前記のジ
ェットミルで粗粉砕物Ａ１を微粉砕するにあたり、粗粉
砕物Ａ１が衝突する先端部１５ａが先端角９０゜の円錐
状になった衝突部材１５を用い、上記の粉砕エアーａ２
の圧力を７ｋｇ／ｃｍ² にして粉砕を行なうようにし、
それ以外については、実施例１の場合と同様にして体積
平均粒径が７５μｍになった現像用キャリアを製造し
た。

【００３２】次に、上記のようにして製造した実施例１
〜４及び比較例１〜４の各現像用キャリアにおいて、そ
れぞれ粒径が３２μｍ以下のキャリア粒子の含有率
（％）、各現像用キャリアにおける動的電流値（ｎＡ）
及び形状係数を求め、その結果を下記の表１に示した。
ここで、動的電流値については、前記の図１に示した装
置を使用して前記の条件の下で動的電流値を測定し、ま
た形状係数については、前記の画像解析装置（ＰＩＡＳ
社製：ＬＡ−５２５）を使用し、前記の式１に基づいて
求めた。

【００３３】

【表１】

【００３４】次に、上記のようにして製造した実施例１
〜４及び比較例１〜４の各現像用キャリアを、市販の複
写機（ミノルタ社製；Ｄｉ−３０）に使用されている負
帯電トナーと混合させて、トナー濃度が４重量％になっ
た各現像剤を調整し、上記の各キャリアにおけるトナー
に対する帯電性を調べると共に、各現像剤を上記の複写
機に使用して画像形成を行ない、各キャリアの流動性
や、像担持体に対するキャリアの付着の状態や、形成さ
れた画像における白抜けを調べて、それぞれの評価を行
ない、その結果を下記の表２に示した。

【００３５】ここで、各キャリアのトナーに対する帯電
性については、各キャリア２０ｇとテフロンビーズ（Ｔ
ＦＯ−Ｖ）０．０３ｇとをロールミルで５時間混合して
帯電性を劣化させたキャリアに対して上記負帯電性トナ
ーをトナー濃度３重量％で６０分混合させた時のトナー
の帯電量をＱ１、各キャリア２０ｇと負荷電制御剤（Ｓ
−３４）０．００３ｇとをロールミルで１２時間混合し
て帯電性を劣化させたキャリアに対して上記負帯電性ト
ナーをトナー濃度７重量％で３分混合させた時のトナー
の帯電量をＱ２、初期のキャリアによるトナーの帯電量
をＱ０とし、（Ｑ１−Ｑ２）／Ｑ０の値が０．４未満で
トナーの帯電量の変化が非常に少ない場合を◎、０．４
〜０．７の場合を○、０．７〜０．１の場合を△、１以
上の場合を×で同表に示した。

【００３６】また、キャリアの流動性については、上記
の複写機により５千枚の複写を行なった後、黒ベタ画像
の複写を行ない、その通紙方向と直交する方向に２０ｃ
ｍ離れた２点においてそれぞれの画像濃度をマクベス濃
度計により測定し、この２点において測定された画像濃
度の差が０．０５未満と少なくなっている場合を◎、
０．０５〜０．１の場合を○、０．１〜０．２の場合を
△、０．２以上の場合を×で同表に示した。

【００３７】また、キャリア付着や形成された画像にお
ける白抜けについては、１万枚の耐刷試験中において、
千枚毎における画像を目視評価し、それぞれ最悪の状態
のものについて評価を行なうようにし、全くこれらが発
生していないレベルを５、若干発生しているが実用上問
題ないレベルを４、実用上の下限レベルを３、実用上問
題が発生するレベルを２、問題が大きいレベルを１で同
表に示した。

【００３８】

【表５】

【００３９】この結果、キャリアにおける体積平均粒径
や動的電流値や形状係数が、この発明に示す前記の条件
を満たしていない比較例１〜４の各現像用キャリアを使
用した場合には、トナーの帯電性，キャリアの流動性，
像担持体へのキャリア付着，形成された画像における白
抜けの評価において、少なくとも１つの評価が悪くなっ
ており、良好な画像を安定して得ることが出来なかった
のに対し、この発明の条件を満たす実施例１〜４の各現
像用キャリアを使用した場合には、トナーに対する帯電
性やキャリアの流動性が良好であると共に、像担持体に
キャリアが付着したり、形成された画像に白抜けが生じ
るということもなく、良好な画像を安定して得ることが
できた。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明における
現像用キャリアにおいては、磁性粉が高密度に充填され
て十分な磁気力を有すると共に、このキャリアが適当な
電気抵抗をもち、キャリアの流動性もよくなった。

【００４１】この結果、この発明の現像用キャリアを用
いて現像を行なった場合、像担持体にキャリアが付着し
たり、形成される画像に白抜けが生じるということが少
なくなり、またこのキャリアによりトナーが適切に帯電
されるようになり、トナーが飛散したり、形成された画
像にカブリが発生するということも抑制され、また現像
装置内における現像剤の片寄りも抑制されて、形成され
た画像に濃度ムラが発生するということも少なく、良好
な画像が安定して得られるようになった。

【００４２】

【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。

【図２】実施例１〜４の各現像用キャリアを製造するに
あたって使用したジェットミルの概略説明図である。

【図３】図２に示すジェットミルにおいて、粗粉砕物を
粉砕するのに使用した円柱状の衝突部材の概略図であ
る。

【図４】図２に示すジェットミルにおいて、粗粉砕物を
粉砕するのに使用した先端部が円錐状になった衝突部材
の概略図である。

【符号の説明】

３キャリア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西川智晴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)参考文献特開平７−92813（ＪＰ，Ａ) 特開平３−226763（ＪＰ，Ａ) 特開平７−43951（ＪＰ，Ａ) 特開平６−130729（ＪＰ，Ａ) 特開平８−40724（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 9/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともバインダー樹脂と磁性粉とを
含有する現像用キャリアにおいて、バインダー樹脂１０
０重量部に対して磁性粉が４５０〜９００重量部含有さ
れると共に、体積平均粒径が３０〜８０μｍの範囲，動
的電流値が３０〜１５０ｎＡの範囲，形状係数が０．５
〜０．７の範囲になっていることを特徴とする現像用キ
ャリア。
【請求項２】請求項１に記載した現像用キャリアにお
いて、上記のバインダー樹脂１００重量部に対して上記
の磁性粉が５００〜８５０重量部含有されていることを
特徴とする現像用キャリア。
【請求項３】請求項１又は２に記載した現像用キャリ
アにおいて、体積平均粒径が５０μｍ以上であり、３２
μｍ以下の小粒径のキャリアの含有率が１０％以下であ
ることを特徴とする現像用キャリア。