JP3639382B2

JP3639382B2 - 静電荷像現像用現像剤およびそれを使用した静電荷像現像方法

Info

Publication number: JP3639382B2
Application number: JP18439996A
Authority: JP
Inventors: 正久落合; 益実朝苗
Original assignee: Neomax Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1996-07-15
Filing date: 1996-07-15
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2016-07-15
Also published as: US5866289A; JPH1031326A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真法、静電印刷法および静電記録法などに使用される、磁性トナーと磁性キャリアとを混合してなる静電荷像現像用現像剤およびそれを使用した静電荷像現像方法に関するものであり、特にキャリア付着がなく高画質の画像が得られる静電荷像現像用現像剤および静電荷像現像方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来電子写真法や静電記録を応用したプリンタ、ファクシミリ等における画像形成方法においては、例えば円筒状に形成された感光体ドラムの表面に静電荷像を形成した後、この感光体ドラムと対向して設けられ、表面に複数個の磁極を有する永久磁石部材を内蔵すると共にこの永久磁石部材と同軸的に相対回転可能に嵌挿してなるスリーブとによって構成される現像ロールにより、磁性現像剤をスリーブの表面に吸着して搬送する。
【０００３】
その後、感光体ドラムと現像ロールとが対向する現像領域において、スリーブの表面に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に形成された静電荷像を摺擦し、トナー像として顕像化する方法を採用している。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。
【０００４】
上記のような磁気ブラシ現像に使用される現像剤としては、磁性キャリアと非磁性トナーとを混合した二成分系現像剤が多い。一方現像剤として樹脂と磁性粉による一成分系現像剤を使用する方法もある。前者の二成分系現像剤を使用する方法においては、画像濃度および解像度の良好な画像が得られる反面、中間調の再現性が劣ることや、トナー濃度の制御が必要であるなどの問題点がある。一方後者の一成分系現像剤を使用する方法においては、トナーの帯電凝集の発生、スリーブ上のトナーの帯電不足による現像不良等の問題点がある。
【０００５】
上記問題点を解決する手段として、磁性キャリアと磁性トナーとを混合した現像剤が提案されており、前記二成分系現像剤および一成分系現像剤の両者の長所を併有するものとされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年画像の高画質化の要請が強くなってきており、この要請に応えるために小粒径、例えば平均粒径５〜１５μｍの磁性トナーが使用されてきている。このため磁性キャリアも必然的に小粒径化の傾向があり、結果としてキャリア付着による画像の白抜けが発生し易くなるという問題点がある。一方キャリア付着を防止するために、磁性キャリアの磁化の値を大にすることも考えられるが、磁化の値が大きすぎると、磁気ブラシが硬くなりすぎる結果、現像性が低下するという問題点がある。
【０００７】
本発明は、上記従来技術に存在する問題点を解決し、キャリア付着の発生が少なくかつ高画質の画像が得られる静電荷像現像用現像剤およびそれを使用した静電荷像現像方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、第１の発明においては、結着樹脂と磁性粉とを必須成分として含有する磁性トナーと、磁性キャリアとを混合してなる静電荷像現像用現像剤において、
磁性キャリアの体積固有抵抗を１０⁹Ω・cm以上に形成すると共に、磁性キャリアの平均粒径を磁性トナーの平均粒径の0.５〜６倍とし、磁性キャリアの摩擦帯電量Ｑｃと磁性トナーの摩擦帯電量Ｑｔとを｜Ｑｔ−Ｑｃ｜＝５〜５０μｃ／ｇに形成する、という技術的手段を採用した。
【０００９】
上記の発明において、磁性トナーを、磁性粉の含有量２０〜６０重量％および平均粒径５〜１５μｍに形成し、かつトナー濃度を５〜７０重量％に形成することができる。
【００１０】
次に第２の発明においては、画像担体の表面に静電荷像を形成し、前記画像担体の表面に対向して配置され複数個の磁極を形成する永久磁石部材を備えた現像ロールに磁性トナーと磁性キャリアとを混合してなる現像剤を供給し、前記現像ロール上に形成された磁気ブラシによって前記静電荷像を現像する静電荷像現像方法において、
非磁性材料により中空円筒状に形成したスリーブ内に永久磁石部材を同軸的に嵌挿させ、かつスリーブと永久磁石部材とを相対回転可能に形成して現像ロールを構成すると共に、前記第１の発明における現像剤を使用する、という技術的手段を採用した。
【００１１】
上記の発明において、スリーブと永久磁石部材とを両者回転可能に、または永久磁石部材の特定の磁極を画像担体の表面に最接近させて固定し、スリーブを回転可能に形成することができる。
【００１２】
更に第３の発明においては、画像担体の表面に静電荷像を形成し、前記画像担体の表面に対向して配置され複数個の磁極を形成する永久磁石部材を備えた現像ロールに磁性トナーと磁性キャリアとを混合してなる現像剤を供給し、前記現像ロール上に形成された磁気ブラシによって前記静電荷像を現像する静電荷像現像方法において、
円筒面を有し回転可能に形成された永久磁石部材によって現像ロールを構成し、この永久磁石部材の表面に前記第１の発明における現像剤を吸着搬送する、という技術的手段を採用した。
【００１３】
本発明において、磁性トナーを構成する樹脂材料としては、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、縮合架橋型シリコーン樹脂、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もしくはブレンドして使用することができる。
【００１４】
磁性トナー中には、マグネタイト、ソフトフェライト等の微粉状の磁性粉を２０〜６０重量％含有させ、１０００Ｏｅの磁界中で測定した時の磁化の値σ₁₀₀₀を１１〜４０emu/ｇに形成する。σ₁₀₀₀は含有させる磁性粉の種類とその混合割合で調整できる。また磁性粉の保磁力（ｉＨｃ）を変えたものを用いることによっても調整できる。磁性粉が少ないとσ₁₀₀₀は小となり、トナー飛散が多くなり、一方磁性粉が多いと定着性が低下すると共に、σ₁₀₀₀が大きくなり、現像性が低下するため好ましくない。この場合、磁化の値は、振動試料型磁力計（東英工業製ＶＳＭ−３型）を使用して測定した。
【００１５】
上記の他に離型剤（ポリオレフィン等）を１０重量％以下および着色剤（カーボンブラック等、但し、前述の磁性粉としてマグネタイトを使用する場合には特に添加しなくてもよい）若干量を含有させると共に、流動化剤として後述するものを内添若しくは外添させる。
【００１６】
流動化剤としては、ステアリン酸亜鉛、ポリフッ化ビニリデン、シリコンワニス等を0.１〜５重量％内添させるか、ステアリン酸亜鉛、ポリフッ化ビニリデン、疎水性シリカ等を0.１〜２重量％外添させる。添加量が少ないと画質の汚れが発生し易く、一方多すぎるとカブリを発生するため好ましくない。
【００１７】
上記の他に任意成分として、ニグロシン、含金属アゾ染料等の公知の帯電制御剤を添加することができる。
なお磁性トナーの平均粒径は高精細画像を得るために５〜１５μｍ、好ましくは５〜１２μｍに形成し、磁性現像剤中のトナー濃度は５〜７０重量％とするのが好ましい。この場合、平均粒径（体積）は、粒度分析計（コールターエレクトロニクス社製コールターカウンターモデルＴＡ−II）を使用して測定した。
【００１８】
また磁性トナーの体積固有抵抗は、転写性を向上させる点から１０¹⁴Ω・cm以上の絶縁性のものが好ましく、また磁性キャリアやドクターブレードなどの摩擦により帯電し易いもの（摩擦帯電量が絶対値で１０μｃ／ｇ以上）が好ましい。
【００１９】
磁性トナーの摩擦帯電量Ｑｔの制御には公知の技術を用いることができ、添加する帯電制御剤の種類により極性を、添加量により帯電量をそれぞれ調節できる。例えばニグロシンを添加すると正の帯電性が、含金属アゾ染料を添加すると負の帯電性が付与される。また、磁性トナーを構成する樹脂材料によっても影響される。
【００２０】
次に磁性キャリアとしては、鉄粉等の磁性金属粉や、フェライト、マグネタイト等の磁性酸化物粉をそのままの状態で使用することができる他、樹脂材料によって表面を被覆したものも使用できる。また上記のような磁性粉を樹脂中に分散してなるバインダー型の粒子を使用してもよい。
【００２１】
バインダー型の磁性キャリアの場合において、樹脂として熱可塑性樹脂を使用することにより、キャリア付着を生じた際においても磁性トナーと共に定着されるという利点がある。このようなことから、着色剤、荷電制御剤を含有させてもよい。
【００２２】
また磁性キャリアの体積固有抵抗は１０⁹Ω・cm以上のものが好ましい。すなわち体積固有抵抗が１０⁹Ω・cm未満であると、感光体への付着を発生し易く、画質を低下させると共に、帯電手段においてリークを生ずると共に、現像時におけるトナーへの帯電付与性が不安定となるため好ましくない。
【００２３】
本発明においては、磁性キャリアの平均粒径を磁性トナーの平均粒径の0.５〜６倍、好ましくは1.０〜3.５倍とする。平均粒径が小であると画像担体の表面に付着し易く、一方平均粒径が上記の値より大であると磁性キャリアの比表面積が小さくなり、磁性トナーに対する帯電付与能力が低下するため好ましくない。
【００２４】
磁性キャリアのσ₁₀₀₀の調整は、フェライトキャリアの場合その組成により調整できる。バインダー型磁性キャリアの場合は含有させる磁性粉の種類とその混合割合で調整でき、また磁性粉の保磁力（ｉＨｃ）を変えたものを用いることによっても調整できる。鉄粉等の磁性金属粉やマグネタイトの場合はほぼ一定値を示す。
【００２５】
次に１０００Ｏｅの磁界中で測定した時の磁性キャリアおよび磁性トナーの磁化の値を各々σ_1000c，σ_1000tとした場合において、σ_1000c／σ_1000t＝0.５〜４とするのが好ましい。上記磁化の比率が0.５未満であると画像担体へのキャリア付着が生じ易くなるため不都合である。一方上記の比率が４より大であると、現像剤の吸着搬送に要するトルクが大となるのみならず、キャリアのスペント現象が発生し易くなり、キャリアの寿命低下、かぶりの発生を招来するため好ましくない。
【００２６】
磁性キャリアの摩擦帯電量は、その材質（フェライトキャリアの場合Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト、Ｂａ−Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトなど）により、樹脂材料でキャリア表面を被覆する場合はその樹脂材料の種類により調整できる。
【００２７】
本発明において、磁性キャリアおよび磁性トナーの摩擦帯電量をＱｃ，Ｑｔとした場合に、｜Ｑｔ−Ｑｃ｜＝５〜５０μｃ／ｇに形成する。すなわち画像担体が負帯電性で正規現像を行なう場合、または画像担体が正帯電性で反転現像を行なう場合には、（Ｑｔ−Ｑｃ）＝５〜５０μｃ／ｇとする。一方画像担体が正帯電性で正規現像を行なう場合、または画像担体が負帯電性で反転現像を行なう場合には、（Ｑｔ−Ｑｃ）＝−５〜−５０μｃ／ｇとする。（Ｑｔ−Ｑｃ）の値が上記の範囲外であると、かぶり、ちり等が発生すると共に、画像の鮮明度が低下する等、画質が低下するため好ましくない。
【００２８】
なお上記磁化の値は、振動試料型磁力計（東英工業製ＶＳＭ−３型）を使用して測定した。
また上記体積固有抵抗の値は、試料を適当量（１０数mg) 秤取し、内径3.０５mmのテフロン（商品名）製シリンダ中に充填し、0.１kgの荷重下、Ｄ．Ｃ．１０kV／cmの電場を印加して測定し、抵抗値を算出した。抵抗の測定には横河ヒューレットパッカード製４３２９型絶縁抵抗計を使用した。
【００２９】
また、摩擦帯電量の測定は次のようにして行なった。
日立金属製キャリアＫＢＮ−２２０（Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト、粒径７４〜１４９μｍ（＃１００／＃２００））９５重量％と、被測定物（本発明の現像剤を構成する磁性トナーまたは磁性キャリア）５重量％とからなる測定試料１００ｇを１００cm³のポリエチレン製容器に入れ、２２℃、５０％相対湿度にて３０分間攪拌する。攪拌後ブローオフ粉体帯電量測定器（東芝ケミカル社製ＴＢ−２００型）にて測定した。ブローオフは２２℃、５０％相対湿度、ブロー圧1.０Kgf/cm²にて３０秒間行なった。メッシュはトナーが通過してキャリアが通過しない大きさとし、通常は＃３２５（４４μｍ）を使用した。
【００３０】
なお磁性キャリアと上記のＫＢＮ−２２０キャリアとの粒度分布の重なりが多い場合には、篩分けが困難であるので、磁力の差を利用したマグネットブローによって分離して測定した。
【００３１】
【発明の実施の形態】
まず磁性トナーを下記のようにして作製した。すなわち、スチレン−アクリル系樹脂（グッドイヤー製プライオトーンＡＣＬ若しくは三洋化成製ＵＮＩ３５００）、磁性粉（戸田工業製ＥＰＴ−５００若しくは関東電化製ＫＢＣ−１００）、ポリプロピレン（三洋化成製ＴＰ３２）および帯電制御剤（オリエント化学製ボントロンＮ−０４若しくは日本化薬製カヤチャージＴ−２Ｎ）を表１に示す重量比にて配合し、乾式混合した後、１５０〜１９０℃にて加熱混練し、冷却固化させ、ピンミルにより粗粉砕後、ジェットミルにより微粉砕し、分級して平均粒径7.５〜１２μｍの磁性トナーとした。この磁性トナーに、シリカ（ワッカーケミカル製Ｈ２０５０ＥＰ若しくは日本アエロジル製Ｒ９７２）を表１に示す量だけ外添した。
【００３２】
【表１】

【００３３】
次にバインダー型の磁性キャリアは下記のようにして作製した。すなわち、樹脂（グッドイヤー製プライオトーンＡＣ若しくは油化・シェル・エポキシ製
Ｈ１００７）、磁性粉（戸田工業製ＭＡＴ−２２２若しくはＥＰＴ−５００）および帯電制御剤（藤倉化成製ＦＣＡ２０１，日本化薬製Ｔ−２Ｎ若しくはオリエント化学製Ｓ３４）を表２に示す重量比で配合し、前記磁性トナーと同様の方法でバインダー型の磁性キャリアとした。なおＮo.１１の磁性キャリアにおいては、磁性粉にアミノシランカップリング剤（東レ・シリコーン製ＳＨ６０２０）の処理を施した。またＣｕ−Ｚｎフェライトまたは鉄粉からなる磁性キャリアのあるものについては、体積固有抵抗調整のために、表面にフッ素系樹脂を表２に示す量だけ被覆した。
【００３４】
【表２】

【００３５】
図１は本発明の実施の形態における現像装置の例を示す要部断面図である。図１において、１はトナー槽であり、磁性トナー２を収容する。トナー槽１の底部には、表面にＮＳ磁極を有する永久磁石部材３と、例えばステンレス鋼その他の非磁性材料により中空円筒状に形成されたスリーブ４とからなる現像ロール５を設ける。永久磁石部材３とスリーブ４とは相対回転可能に形成されている。次に６は画像担体であり、前記スリーブ４と現像ギャップＤｓを介して矢印方向に回転可能に設けられる。
【００３６】
上記の構成により、永久磁石部材３とスリーブ４とを相対回転させると、予めスリーブ４の表面に供給された磁性キャリアと、トナー槽１内に収容された磁性トナー２とが混合され、ドクターギャップＤｇを経て更に攪拌作用を受けながらスリーブ４によって搬送される。そして永久磁石部材３の表面の磁極によって磁気ブラシが形成され、画像担体６の表面を摺擦する。従って画像担体６の表面に形成された静電荷像を現像することができるのである。スリーブ４の外径は１０〜３２mm、回転数は１００〜４００r.p.m.とする場合が多い。
【００３７】
【実施例】
（実施例１）
上記の現像装置および前記磁性キャリアと磁性トナーとからなる現像剤を使用して画像形成した結果を表３に示す。
【００３８】
この場合、画像担体６はＯＰＣにより負帯電性に形成し、正規現像を行なうため、表面電位−６００Ｖ、周速７０mm／秒とした。次に現像ロール５は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）により外径を２０mmに形成したスリーブ４内に、８極対称着磁（表面磁束密度７５０Ｇ）の永久磁石部材３を設けて形成した。なお回転数はスリーブ４を１４０r.p.m.、永久磁石部材３を５００r.p.m.とし、同一の方向に回転させた。現像ギャップＤｓ＝0.５mm、ドクターギャップＤｇ＝0.２mmとし、スリーブ４にＶｂ＝−１２０Ｖの直流電圧と、Ｖp-p ＝２０００Ｖ、周波数ｆ＝1.０ｋHzの交流電圧を重畳させて印加した。現像後普通紙にコロナ転写し、１８０℃、１kg／cmで熱ロール定着した。この結果を表３に示す。
【００３９】
【表３】

【００４０】
表３から明らかなように、Ｎo.１１およびＮo.１２は、磁性トナーと磁性キャリアとの摩擦帯電量の差が各々4.５μｃ／ｇおよび５0.８μｃ／ｇであり、画像にかぶり、ちりが発生すると共に、シャープ度がよくない。またＮo.１４は磁性キャリアの体積固有抵抗が低すぎるため、かぶり、ちり、シャープ度の点で若干劣ると共に、キャリア付着が発生している。更にＮo.１３は、平均粒径の比ｄｃ／ｄｔが大きすぎるため、かぶり、ちり、シャープ度の点で画質の低下が認められている。
【００４１】
これに対して、Ｎo.１〜７はトナー濃度の広い範囲において、画像濃度が高いと共に、かぶり、ちり等がなく、キャリア付着の発生がない高画質の画像が得られている。
【００４２】
（実施例２）
前記図１において、画像担体６をα−Ｓｉにより正帯電性に形成し、反転現像を行なうため、表面電位＋４００Ｖ、周速５０mm／秒とした。現像ロール５は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）により外径２０mmのスリーブ４（周速１００mm／秒）内に、４極非対称着磁（表面磁束密度：現像ギャップ位置の主極７００Ｇ，他極６００Ｇ）の永久磁石部材３を固定し、現像ギャップＤｓ＝0.４mm、ドクターギャップＤｇ＝0.３mmとし、スリーブ４に＋３５０Ｖの直流バイアス電圧を印加したものとした。現像後普通紙にコロナ転写し、１８０℃、１kg／cmで熱ロール定着した。この結果を表４に示す。
【００４３】
【表４】

【００４４】
表４から明らかなように、比較例であるＮo.２４においては、磁性トナーと磁性キャリアとの摩擦帯電量の差が小であるため、画像濃度が低いと共に、かぶり、ちり等が発生し、画質が低下している。これに対してＮo.２１〜２３のものにおいては、トナー濃度の広い範囲において、高画像濃度が得られると共に、かぶり、ちり、キャリア付着等のない高画質の画像が得られている。
【００４５】
（実施例３）
前記図１において、画像担体６をＯＰＣにより負帯電性に形成し、反転現像を行なうために、表面電位−６００Ｖ、周速５０mm／秒とした。現像ロール５はスリーブ４を欠如した永久磁石部材３のみにより形成した。すなわちフェライト磁石（日立金属製ＹＢＭ−３）により、外径２０mmとし、３２極対称着磁、表面磁束密度を４００Ｇとし、周速１５０mm／秒とした。現像ギャップＤｓ＝0.４mm、ドクターギャップＤｇ＝0.３５mmとし、ドクターブレード７から−５００Ｖの直流電圧と、Ｖp-p ＝８００Ｖ、周波数ｆ＝２ｋHzの交流電圧を重畳させて印加した。現像後の定着条件は前記実施例１，２と同様である。この結果を表５に示す。
【００４６】
【表５】

【００４７】
表５から明らかなように、比較例であるＮo.３４においては、磁性トナーと磁性キャリアとの摩擦帯電量の差が小であるため、画像濃度が低いと共に、かぶり、ちりが発生し、シャープ度が低い。これに対してＮo.３１〜３３のものにおいては、高画像濃度が得られると共に、かぶり、ちり、キャリア付着のない高画質の画像が得られている。
【００４８】
【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、トナー濃度制御手段が不要であるに拘らず広いトナー濃度範囲に亘って、キャリア付着や、かぶり、ちり等の発生がない高画質の画像が得られるという効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における現像装置の例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
５現像ロール

Claims

結着樹脂と磁性粉とを必須成分として含有する磁性トナーと、磁性キャリアとを混合してなる静電荷像現像用現像剤において、
磁性キャリアの体積固有抵抗を１０⁹Ω・cm以上に形成すると共に、磁性キャリアの平均粒径を磁性トナーの平均粒径の0.５〜６倍とし、磁性キャリアの摩擦帯電量Ｑｃと磁性トナーの摩擦帯電量Ｑｔとを｜Ｑｔ−Ｑｃ｜＝５〜５０μｃ／ｇに形成したことを特徴とする静電荷像現像用現像剤。
磁性トナーを、磁性粉の含有量２０〜６０重量％および平均粒径５〜１５μｍに形成し、かつトナー濃度を５〜７０重量％に形成したことを特徴とする請求項１記載の静電荷像現像用現像剤。
画像担体の表面に静電荷像を形成し、前記画像担体の表面に対向して配置され複数個の磁極を形成する永久磁石部材を備えた現像ロールに磁性トナーと磁性キャリアとを混合してなる現像剤を供給し、前記現像ロール上に形成された磁気ブラシによって前記静電荷像を現像する静電荷像現像方法において、
非磁性材料により中空円筒状に形成したスリーブ内に永久磁石部材を同軸的に嵌挿させ、かつスリーブと永久磁石部材とを相対回転可能に形成して現像ロールを構成すると共に、請求項１若しくは２記載の現像剤を使用することを特徴とする静電荷像現像方法。
画像担体の表面に静電荷像を形成し、前記画像担体の表面に対向して配置され複数個の磁極を形成する永久磁石部材を備えた現像ロールに磁性トナーと磁性キャリアとを混合してなる現像剤を供給し、前記現像ロール上に形成された磁気ブラシによって前記静電荷像を現像する静電荷像現像方法において、
円筒面を有し回転可能に形成された永久磁石部材によって現像ロールを構成し、この永久磁石部材の表面に請求項１若しくは２記載の現像剤を吸着搬送することを特徴とする静電荷像現像方法。