JP3961384B2 - 現像剤製造装置及び製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ等の電子写真法、静電印刷法などを用いた画像形成方法・装置に用いる現像剤の製造装置及び製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トナーを用いて静電潜像を現像する方法としては、磁気ブラシ現像法（米国特許第２８７４０６３号明細書（特許文献１）参照）に代表される二成分現像方法や一成分現像法などが知られている。
【０００３】
二成分現像法に用いられる乾式二成分現像剤は、比較的大きなキャリア粒子表面上に微小なトナー粒子が、両粒子の摩擦により発生した電気力により保持されており、静電潜像に近接すると、静電潜像が形成する電界によるトナー粒子に対する潜像方向への吸引力が、トナー粒子とキャリア粒子間の結合力に打ち勝って、トナー粒子は静電潜像上に吸引付着されて静電潜像が可視化されるものである。そして、現像剤は現像によって消費されたトナーを補充しながら反復使用される。
【０００４】
したがって、この二成分現像法では安定した画像濃度を得るためにキャリアとトナーの混合比（トナー濃度）を一定にする必要があり、そのためのトナー補給機構や複雑なトナー濃度センサを搭載する必要があるために、現像装置が大型になり、その動作機構も複雑になるという欠点がある。
【０００５】
また、現像剤製造装置においては、現像剤の動きが活発な箇所とそうでない箇所、あるいは現像剤の多い箇所と少ない箇所においてトナーの取り込み量が異なり、部分的にトナー濃度が不安定となって、一定のトナー濃度の現像剤を安定供給できなくなる。
そのため、生産時には混合機内の各部からサンプリングを頻繁に行い、各部の現像剤中のトナー濃度が一定になるまで、攪拌／混合を続ける必要がある。
このような操作を繰り返すと現像剤中のトナー濃度が安定化するまで、生産効率／検査効率が非常に悪くなる問題がある。
そこで、混合状態を精度よく測定できる方法が提案されている。例えば、特開平６−３３１５４２号公報（特許文献２）では、光ファイバーによる反射光量の度合いを混合度として検出する方法が提案されている。しかし、このような方式では計測機器が高価且つ複雑になり、維持管理が大変になる問題がある。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第２８７４０６３号明細書
【特許文献２】
特開平６−３３１５４２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の欠点を解決しようとするもので、第１の目的は、トナーへの帯電の付与が十分に行われ、トナー飛散や地肌汚れ、スジ状汚れのない良好な画像を得ることができる現像剤を製造できる現像剤製造装置及び製造方法を提供することである。
また、本発明の第２の目的は、前記現像剤を効率よく一定に安定した現像剤を製造できる現像剤製造装置及び製造方法を提供することである。
さらに、本発明の第３の目的は、検査／計測頻度を極力少なくして、短時間での製造を可能にする現像剤製造装置及び製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明によれば上記課題は下記の技術的手段により解決される。
（１）トナーとキャリアを攪拌混合し二成分現像剤を製造する現像剤製造装置において、
原料投入口及び現像剤排出口を有し、水平方向に延び両端が閉塞された筒形状をなし、トナーとキャリアの攪拌混合のためにこれらを収容する攪拌混合容器と、
該攪拌混合容器の両端壁に回転自在に支持されたシャフトに固定され、トナーとキャリアを攪拌混合するための攪拌翼と、
該攪拌混合容器の内壁面に設置され、混合中の二成分現像剤の見かけの透磁率を検知する少なくとも３つのセンサーと、
該センサーの検知結果に基づき、混合中の二成分現像剤が設定トナー濃度になるまで該攪拌翼による攪拌及び該センサーによる検知を繰り返させる制御手段とを具備することを特徴とする現像剤製造装置。
（２）該センサーは、混合中の二成分現像剤と常に接触するように該シャフトと平行な方向に離間して配置され、さらに該センサーで検知された見かけの透磁率を電圧値に変換する検知手段を有することを特徴とする前記（１）に記載の現像剤製造装置。
（３）非計測時に該センサーの検知部にエアーを供給して保護するエアー供給手段を有し、該制御手段は、設定トナー濃度Ｔ０の基準電圧をＶ０としたとき、各攪拌／混合時間におけるサンプリングした計測トナー濃度Ｔ１の計測電圧がＶ１の時、下記に示す関係で攪拌／混合・停止サイクルを繰り返させることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の現像剤製造装置。
Ｖ０ ＜ Ｖ１ （攪拌／混合 稼動）
Ｖ０ ＝ Ｖ１ （攪拌／混合 停止）
（４）トナーとキャリアを攪拌混合し二成分現像剤を製造する現像剤製造方法において、
原料投入口及び現像剤排出口を有し、水平方向に延び両端が閉塞された筒形状をなす攪拌混合容器中に、トナーとキャリアの攪拌混合のためにこれらを投入し、
該攪拌混合容器の両端壁に回転自在に支持されたシャフトに固定された攪拌翼で、トナーとキャリアを攪拌混合し、
該攪拌混合容器内壁面に設置された少なくとも３つのセンサーで、混合中の二成分現像剤の見かけの透磁率を検知し、
該センサーの検知結果に基づき、混合中の二成分現像剤が設定トナー濃度になるまで該攪拌翼による攪拌及び該センサーによる検知を繰り返させて現像剤を製造することを特徴とする現像剤製造方法。
（５）該センサーを、混合中の二成分現像剤と常に接触するように該シャフトと平行な方向に離間して配置し、該センサーで検知された見かけの透磁率を電圧に変換して制御情報とすることを特徴とする前記（４）に記載の現像剤製造方法。
（６）該センサーを、非計測時には該センサーの検知部に周辺からエアーを供給して保護し、設定トナー濃度Ｔ０の基準電圧をＶ０としたとき、各攪拌／混合時間におけるサンプリングした計測トナー濃度Ｔ１の計測電圧がＶ１の時、下記に示す関係で攪拌／混合・停止サイクルを繰り返させることを特徴とする前記（４）又は（５）に記載の現像剤製造方法。
Ｖ０ ＜ Ｖ１ （攪拌／混合 稼動）
Ｖ０ ＝ Ｖ１ （攪拌／混合 停止）
（７）キャリアの１０００Ｏｅの磁場中での磁化：σｃが３０〜１２０ｅｍｕ／ｇである現像剤を製造することを特徴とする前記（４）〜（６）のいずれかに記載の現像剤製造方法。
（８）キャリアの重量平均粒子径が２０〜１００μｍで、トナーの体積平均粒子径が５〜１５μｍである現像剤を製造することを特徴とする前記（４）〜（７）のいずれかに記載の現像剤製造方法。
（９）トナーとキャリアの重量比が１：９９〜２０：８０である現像剤を製造することを特徴とする前記（４）〜（８）のいずれかに記載の現像剤製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に本発明による現像剤製造装置の構造を正面断面図で示す。１１は本発明による一構成例の現像剤製造装置である。この現像剤製造装置１１では、基台１２上に一対の支持部１３ａ、１３ｂが離間配置されており、これらの上部適所には図示しない透孔が設けられており、この透孔に設けられたベアリング機構のような周知の回転補助部材によりシャフト１４が両支持部１３ａ、１３ｂ間に回転自在に装架されている。支持部１３ａから図中左側に突出したシャフト部分にはプーリー１５が固設されている。また、支持部１３ａの下方適所には透孔を介して、攪拌翼駆動モーター１６の駆動軸１７が突出しており、その先端にはプーリー１８が固設されている。プーリー１５とプーリー１８間には回転ベルト１９が掛け渡され、攪拌翼駆動モーター１６の駆動力がこれらを介して伝達され、シャフト１４を回転駆動できるようになっっている。
【００１０】
攪拌混合容器２０は、円筒体を横倒させ、その両端面２１ａ、２１ｂは閉塞された形状を有し、現像剤（トナー及びキャリア）２２の混合攪拌ための密閉空間が形成されている（図２参照）。攪拌混合容器２０の両側面２１ａ、２１ｂの中央には透孔が形成され、それらをシャフト１４が挿通している。シャフト１４には図示のように、現像剤２２の混合攪拌のための攪拌翼２３ａ、２３ｂが取り付けられている。これら攪拌翼２３ａ、２３ｂとしては現像剤２２の効率的な混合攪拌のため従来公知の各種の形状のものを採用することができる。また、攪拌混合容器２０の上側には、混合すべきトナーとキャリアからなる原料を投入する原料投入口２４が設けられ、攪拌混合容器２０の下側には製造された現像剤２２を排出するための排出口２５が設けられている。
【００１１】
攪拌混合容器２０の円筒状部内壁には図１及び図２に示すように、３つのセンサー２６ａ、２６ｂ、２６ｃがシャフト１４と平行な方向に沿って図中、左、中央、右の３カ所に離間して設置されている。もちろんセンサー２６の数は４つ以上でも構わない。センサー２６は現像剤２２のトナー濃度を見かけの透磁率を介して検知するようになっている。具体的には、図３に示すようなセンサー回路により、トナー濃度を見かけの透磁率として、電圧に変換し、その検知信号に基づいて図示しない制御部（パソコン等を利用）により、攪拌翼２３による攪拌／混合とセンサー２６による検知・計測が繰り返す制御が行われるようになっている。前記センサー回路は、図３に示すような構成で、攪拌混合容器２０内の現像剤２２に磁界を印加し、見かけの透磁率の検知を行う。
【００１２】
ここで、センサー２６の検知電圧とトナー濃度との関係の一例を図４に示す。
所望のトナー濃度は、画像形成装置の機種／プロセスによって異なり、各機種別の所望設定トナー濃度（＝センサー基準電圧）が設定される。図４の例では、下記式で示される関係が成り立っている。
【数１】
Ｙ＝−０．６０７８Ｘ＋５．２１９２
（Ｒ＝０．９９４３）
例えば、トナー濃度の設定値が４．０±０．０５％の場合、センサー電圧は、１．９２Ｖ〜２．１０Ｖの幅で制御される。
センサー２６の数は、攪拌混合容器２０内での測定値のばらつきを押さえるため、少なくとも左・中央・右の３点設置されており、各センサー２６が所望のトナー濃度（基準電圧）に達するまで、攪拌翼２３による攪拌／混合とセンサー２６による検知・計測が繰り返される。センサー２６の検知部は、検知誤差を無くすため、非計測時にはセンサー保護エアーホース２７から供給されるエアーにより保護され、検知時にはエアー供給が停止するようになっている。その様子を図５に示す。
【００１３】
次に、本構成例の現像剤製造装置の動作について述べる。
二成分現像剤の原料となるトナーとキャリアは原料投入口２４から攪拌混合容器２０内に投入される。所要量の投入がされると、駆動モーター１６が作動し、その回転力はシャフト１７、プーリー１８、ベルト１９、プーリー１５、シャフト１４に伝達され、攪拌翼２３を回転させ、現像剤２２の攪拌混合が行われる。図示しない制御部は、駆動モーター１６の稼働動作とセンサー２６による計測動作を制御し、センサー２６は一定の混合時間ごとに現像剤２２の見かけの透磁率を測定し、それが電圧値に変換される。センサー２６の検知時にはセンサー保護エアーホース２７からのエアー供給が停止する。各センサー２６の電圧値が設定トナー濃度に相当する基準電圧に達すると、図示しない制御部は駆動モーター１６の稼働を停止し、これにより攪拌混合が停止する。一方、各センサー２６の電圧値が設定トナー濃度に相当する基準電圧に達しないと、駆動モーター１６を稼働させ、攪拌混合を行わせる。以上のような動作により、設定トナー濃度の二成分現像剤２２が安定して得られることになる。
【００１４】
次に、本発明の現像剤製造装置ないし製造方法で製造される、好ましい二成分現像剤並びにその原料となるキャリア及びトナーについて述べる。
【００１５】
本発明に使用するトナーとしては、従来の公知の方法で製造されたものを使用できる。具体的には、結着樹脂、磁性体、極性制御剤、必要に応じて任意の添加剤より成る混合物を熱ロールミルで溶融混練した後、冷却固化せしめ、これを粉砕分級し、必要に応じて外添剤を混合して得られる。
【００１６】
この結着樹脂としては、公知のものがすべて使用できる。例えば、ポリスチレン、ポリ−ｐ−クロルスチレン、ポリビニルトルエンの如きスチレン及びその置換体の単重合体；スチレン−ｐ−クロルスチレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スタレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体の如きスチレン系共重合体；ポリ塩化ビニル、フェノール樹脂、天然変性フェノール樹脂、天然樹脂変性マレイン酸樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ酢酸ビニール、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ポリアミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール、、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、クマロインデン樹脂、脂肪族叉は脂肪族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなどが単独であるいは混合して使用できる。
【００１７】
特に加熱加圧定着方式においては、結着樹脂としてポリエステル樹脂を用いることにより、耐塩ビマット融着性に優れ、熱ロールへの耐オフセット性に優れたトナーを得ることができる。
【００１８】
加圧定着方式を用いる場合には、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチレン、ポリウレタンエラストマー、エチレン−エチルアクリレート共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アイオノマー樹脂、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、線状飽和ポリエステル、パラフィンなどがある。
【００１９】
トナーには荷電制御剤をトナー粒子に内添、又はトナー粒子に外添して用いることが好ましい。荷電制御剤によって、現像システムに応じた最適の荷電量コントロールが可能となる。
【００２０】
トナーに用いられる極性制御剤としては従来より公知の物でよく、正極性制御剤としては、ニグロシン及び脂肪酸金属塩等による変性物；トリブチルベンジルアンモニウム−１−ヒドロキシ−４−ナフトスルフォン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートなどの四級アンモニウム塩；ジブチルスズオキサイド、ジオクチルスズオキサイド、ジシクロヘキシルスズオキサイドなどのジオルガノスズオキサイド；ジブチルスズボレート、ジオクチルスズボレート、ジシクロヘキシルスズボレートなどのジオルガノスズボレートを単独あるいは２種類以上組み合わせて用いることができる。これらの中でも、ニグロシン系化合物、有機四級アンモニウム塩の如き極性制御剤が特に好ましく用いられる。
【００２１】
負極性制御剤としては、例えば有機金属化合物、キレート化合物が有効である。その例としてはアルミニウムアセチルアセトナート、鉄（ＩＩ）アセチルアセトナート、３，５−ジタ−シャリ−ブチルサリチル酸クロム等があり、特にアセチルアセトン金属錯体、モノアゾ金属錯体、ナフトエ酸あるいはサリチル酸系の金属錯体又は塩が好ましく、特にサリチル酸系金属錯体、モノアゾ金属錯体又はサリチル酸系金属塩が好ましい。
【００２２】
前記の極性制御剤は、微粒子状として用いることが好ましく、具体的には、３μｍ以下の個数平均粒径が好ましい。
【００２３】
トナーに使用される極性制御剤の使用量は、結着樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくは結着剤１００重量部に対して、０．１〜２０重量部の範囲、好ましくは０．２〜１０重量部で用いられる。０．１重量部未満では、トナーの帯電量が不足し実用的でない。また２０重量部を超える場合にはトナーの帯電量が大きすぎ、キャリアとの静電的吸引力の増大のため、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
【００２４】
また、本発明で用いるトナーには必要に応じて顔料や染料等の着色剤を添加しても良い。顔料としては、例えば黒色の着色剤として、カーボンブラック、アニリンブラック、ファーネスブラック、ランプブラック等が使用できる。シアンの着色剤として例えば、フタロシアニンブルー、メチレンブルー、ビクトリアブルー、メチルバイオレット、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー等が使用できる。マゼンタの着色剤として例えば、ローダミン６Ｇレーキ、ジメチルキナクリドン、ウォッチングレッド、ローズベンガル、ローダミンＢ、アリザリンレーキ等が使用できる。イエローの着色剤として例えば、クロムイエロー、ベンジジンイエロー、ハンザイエロー、ナフトールイエロー、モリブデンオレンジ、キノリンイエロー、タートラジン等が使用でき、その使用量は、樹脂１００重量部に対し０．１〜２０重量部、好ましくは２〜１０重量部の添加量が良い。染料としては例えば、アゾ系染料、アントラキノン系染料、キサンテン系染料、メチン系染料等があり、樹脂１００重量部に対し、０．０５〜１０重量部、好ましくは０．１〜３重量部の添加量が良い。
【００２５】
また本発明で用いるトナーには帯電安定性、現像性、流動性、耐久性向上のために、添加剤を用いることが好ましい。これら添加剤としては例えば、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化アンチモン、酸化錫等の金属酸化物や炭化ケイ素、窒化ケイ素等の微粉末等の流動性向上剤や、例えばフッ素系樹脂微粒子、シリコーン系樹脂微粒子、アクリル系樹脂微粒子等の樹脂微粒子やステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸マグネシウム等の金属石鹸系滑剤等のクリーニング助剤が挙げられる。この中でも特に流動性向上剤としては酸化ケイ素、酸化チタンが好ましく、クリーニング助剤としては、ステアリン酸亜鉛が好ましい。
【００２６】
本発明に用いられる流動性向上剤は、必要に応じシリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、シリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シランカップリング剤、官能基を有するシランカップリング剤、その他の有機ケイ素化合物等の処理剤、あるいは種々の処理剤で併用して処理されていることが好ましい。
【００２７】
本発明で用いるトナーには定着時の離型性を良くする目的で離型剤を含有させても良い。離型剤としては公知の物が使用でき、例えば低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、マイクロクリスタリンワックス、カルナバワックス、サゾールワックス、パラフィンワックス等をバインダー樹脂１００重量％に対し０．１〜１０重量％を磁性トナーに加えることが好ましい。
【００２８】
また、本発明において用いるキャリアは、１０００［Ｏｅ］の磁場中における飽和磁化が好ましくは３０〜１２０［ｅｍｕ／ｇ］、より好ましくは４０〜１００［ｅｍｕ／ｇ］である。このような範囲であると、トナー取り込み時に現像剤がトナーを効率よく取り込むことができるため、トナー消費量の多い画像を繰り返し複写しても画像濃度の低下を防止できる。また、現像領域における現像剤の現像スリーブへの磁気束縛力が大きくなるために、感光体上へのキャリアの現像が有効に防止され、良好な画像が得られる。
【００２９】
また、キャリアの重量平均粒子径は好ましくは２０〜１００μｍ、より好ましくは２０〜８０μｍであり、トナーの体積平均粒子径は好ましくは５〜１５μｍである。このような範囲であると、現像剤を画像形成装置に取り込んだとき、現像剤が現像スリーブから離脱し感光体上に付着することを防止することが可能で、さらに現像に寄与する現像剤を構成するキャリアの粒子径を小さくすることによりトナーの保有率を高くできるために、高速複写機においても十分な画像濃度及び細線再現性を達成できる。
【００３０】
さらに、キャリアとトナーの重量比は１：９９〜２０：８０であることが好ましい。このような範囲であると、現像領域において現像に寄与するトナーの量が多く、トナーの保有率を高くできるために、高速複写機においても十分な画像濃度及び細線再現性を達成できる。
【００３１】
キャリアの核体粒子としては、従来より公知のものでよく例えば鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性金属；マグネタイト、ヘマタイト、フェライトなどの合金や化合物；前記強磁性体微粒子と樹脂との複合体等が挙げられる。
【００３２】
これら本発明で用いられるキャリアはより耐久性を長くする目的で、表面を樹脂で被覆することが好ましい。
被覆層を形成する樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂；ポリスチレン、アクリル（例えばポリメチルメタクリレート）、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル、ポリビリケトン等のポリビニル及びポリビニリデン系樹脂；塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体；；オルガノシロキサン結合からなるシリコーン樹脂又はその変成品（例えばアルキッド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン等による変成品）；ポリテトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビニル、ポリ弗化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン等の弗素樹脂；ポリアミド；ポリエステル；ポリウレタン；ポリカーボネート；尿素−ホルムアルデヒド樹脂等のアミノ樹脂；エポキシ樹脂等が挙げられる。中でもトナースペントを防止する点で好ましいのはシリコーン樹脂又はその変成品、弗素樹脂、特にシリコーン樹脂又はその変成品である。
【００３３】
シリコーン樹脂としては、従来から知られているいずれのシリコーン樹脂であってもよく、下記式で示されるオルガノシロキサン結合のみからなるストレートシリコーン及びアルキド、ポリエステル、エポキシ、ウレタンなどで変成したシリコーン樹脂が挙げられる。
【００３４】
【化１】
【００３５】
上記式中Ｒ１は水素原子、炭素原子１〜４のアルキル基又はフェニル基、Ｒ２及びＲ３は水素基、炭素原子数１〜４のアルコキシ基、フェニル基、フェノキシ基、炭素原子数２〜４のアリケニル基、炭素原子数２〜４のアルケニルオキシ基、ヒドロキシ基、カルボキシル基、エチレンオキシド基、グリシジル基又は下記式で示される基である。
【００３６】
【化２】
【００３７】
上記式中Ｒ４，Ｒ５はヒドロキシ基、カルボキシル基、炭素原子数１〜４のアルキル基、炭素原子数１〜４のアルコキシ基、炭素原子数２〜４のアルケニル基、炭素原子数２〜４のアルケニルオキシ基、フェニル基、フェノキシ基、ｋ，ｌ，ｍ，ｎ，ｏ，ｐは１以上の整数を示す。
上記各置換基は未置換のもののほか、例えばアミノ基、ヒドロキシ基、カルボキシル基、メルカプト基、アルキル基、フェニル基、エチレンオキサイド基、グリシジル基、ハロゲン原子のような置換基を有してもよい。
【００３８】
また本発明で用いられるキャリアは、その体積固有抵抗を制御するために被覆層中に導電性付与材料を分散しても良い。分散される導電性材付与は従来より公知の物でよく、例えば鉄、金、銅等の金属；フェライト、マグネタイト等の酸化鉄；カーボンブラック等の顔料が挙げられる。
【００３９】
この中でも特にカーボンブラックの一つであるファーネスブラックとアセチレンブラックの混合物を用いることにより、少量の導電性微粉末の添加で効果的に導電性の調整が可能で、更に被覆層の耐摩耗性に優れたキャリアを得ることが可能となった。これらの導電性微粉末は、粒径０．０１〜１０μｍ程度のものが好ましく、被覆樹脂１００重量部に対して２〜３０重量部添加されることが好ましく、さらには５〜２０重量部が好ましい。
【００４０】
また、キャリア被覆層中には核体粒子との接着性を向上させたり導電性付与剤の分散性を向上させる目的でシランカップリング剤、チタンカップリング剤等を添加しても良い。
【００４１】
本発明で用いるシランカップリング剤としては下記一般式で示される化合物である。
【００４２】
【化３】
ＹＲＳｉＸ３
【００４３】
但し、Ｘはけい素原子に結合している加水分解基でクロル基、アルコキシ基、アセトキシ基、アルキルアミノ基、プロペノキシ基などがある。
Ｙは有機マトリックスと反応する有機官能基でビニル基、メタクリル基、エポキシ基、グリシドキシ基、アミノ基、メルカプト基などがある。
Ｒは炭素数１〜２０のアルキル基又はアルキレン基である。
【００４４】
このシランカップリング剤の中でも、特に負帯電性を有する現像剤を得るにはＹにアミノ基を有するアミノシランカップリング剤が好ましく、正帯電性を有する現像剤を得るにはＹにエポキシ基を有するエポキシシランカップリング剤が好ましい。
【００４５】
被覆層の形成法としては、従来と同様、キャリア核体粒子の表面に被覆層形成液を噴霧法、浸漬法等の手段で塗布すればよい。
被覆層の厚さは０．１〜２０μｍが好ましい。
【００４６】
【実施例】
以下本発明を実施例により具体的に説明する。
【００４７】
トナーの製造例を以下に示す。
［製造例１］
スチレン−アクリル樹脂 １００重量部
カーボンブラック ５重量部
ニグロシン染料 ３重量部
上記処方の混合物をヘンシェルミキサーにて混合後、１８０℃に設定した混練押し出し機によって混練した後、冷却固化せしめ、これをカッターミルにて粗粉砕後、機械式粉砕機を使用して微粉砕し、得られた微粉砕物を、コアンダ効果を利用した多分割分級機を使用してジェットミルで粉砕し、分級して平均１６μｍの母体粒子を得た。この母体粒子１００重量部に対して、疎水化処理されたコロイダルシリカ：０．３重量部、ステアリン酸亜鉛：０．２重量部を加え、ヘンシェルミキサーにて混合しトナー粒子ａを得た。
【００４８】
［製造例２］
ポリエステル樹脂 １００重量部
カーボンブラック ５重量部
含クロムアゾ染料 ３重量部
上記処方の混合物をヘンシェルミキサーにて混合後、１５０℃に設定した混練押し出し機によって混練した後、冷却固化せしめ、これをハンマーミルにて粗粉砕後、機械式粉砕機を使用して微粉砕し、得られた微粉砕物をコアンダ効果を利用した多分割分級機を使用してジェットミルで粉砕し、分級して平均８μｍの母体粒子を得た。この母体粒子１００重量部に対して、疎水化処理されたコロイダルシリカ：０．３重量部、疎水化処理された酸化チタン：０．２重量部を加え、ヘンシェルミキサーにて混合しトナー粒子ａを得た。
【００４９】
キャリアの製造例を以下に示す。
［キャリア製造例１］
湿式法により作成したマグネタイト１００重量部に対してポリビニルアルコール２重量部、水６０重量部をボールミルに入れ１２時間混合してマグネタイトのスラリーを調整した。このスラリーをスプレードライヤーにて噴霧造粒し、平均粒径５４μｍの球形粒子とした。
この粒子を窒素雰囲気中で１０００℃の温度で３時間焼成後冷却し核体粒子１を得た。
シリコーン樹脂溶液 １００重量部
トルエン １００重量部
メチルトリメトキシシラン ６重量部
カーボンブラック １０重量部
上記混合物をホモミキサーで２０分間分散し、被覆層形成液１を調整した。
この被覆層形成液を流動床型コーティング装置を用いて核体粒子１を１０００重量部の表面にコーティングして、シリコーン樹脂被覆キャリアＡを得た。
このキャリア粒子の特性は以下の通りであった。
平均粒子径 ：５８μｍ
飽和磁化 ：６５ｅｍｕ／ｇ
【００５０】
［キャリア製造例２］
ＣｕＯ：２４ｍｏｌ％、ＺｎＯ：２５ｍｏｌ％、Ｆｅ２Ｏ３：５１ｍｏｌ％に水を加え、湿式ボールミルにて１２時間粉砕混合し、スラリーを得た。このスラリーを乾燥し粉砕した後１０００℃の温度で仮焼成を行った。仮焼成後さらに湿式ボールミルにて１０時間粉砕し、分散剤及びバインダーを加えて、次いでスプレードライヤーにより造粒、乾燥し、電気炉にて１１００℃で３時間焼成した後、粉砕し、さらに分級して、平均粒径５１μｍの核体粒子２を得た。この核体粒子に対して、製造例１４と同様の方法で被覆層を形成し、キャリアＢを得た。
このキャリア粒子の特性は以下の通りであった。
平均粒子径 ：５５μｍ
飽和磁化 ：５１ｅｍｕ／ｇ
【００５１】
［キャリア製造例３］
軟鋼屑を一次粉砕した後，油焼，選鉱等の工程を経た後，窒化処理して脆い一次粒子を形成する。この一次粒子を粉砕処理した後，分級して平均粒径が５３μｍの核体粒子３を得た。この核体粒子に対して、製造例１４と同様の方法で被覆層を形成し、キャリアＣを得た。
このキャリア粒子の特性は以下の通りであった。
平均粒子径 ：５５μｍ
飽和磁化 ：１１７ｅｍｕ／ｇ
【００５２】
［実施例１］
製造例で作成されたキャリアＡ：１００重量部に対してトナーａ：４重量部をそれぞれ加え、図１に示す構成のレーディゲミキサーで攪拌／混合を繰り返し、前記したような制御を行い、二成分現像剤を得た。センサー電圧とトナー濃度の関係を図６及び表１に示す。
図６は、実際にサンプリングし計測したトナー濃度とセンサー制御によって得られたトナー濃度の比較グラフを示す。グラフ及び表１からわかるように、センサー制御によって制御されたトナー濃度と実測トナー濃度とほぼ同等のトナー濃度が達成できている。
【００５３】
【表１】
【００５４】
［実施例２］
製造例で作成されたキャリアＡ：１００重量部に対してトナーａを２重量部に変えた他は全て実施例１と同様にして、現像剤を得た。その結果を図７及び表２に示す。
グラフ及び表２からわかるように、トナー濃度設定値を２．０％に変更した条件も同様に実測濃度とほぼ同等レベルのトナー濃度を得ている。安定するまでの時間としては、１２〜１５分までの時間で安定している。高濃度設定条件に比べると、若干であるが早く安定化している。
【００５５】
【表２】
【００５６】
［比較例１］
製造例で作成されたキャリアＡ：１００重量部に対してトナーａを４重量部に変えセンサー検知をさせないで、通常のサンプリング方法でサンプリング／計測した他は全て同じ方法でそれぞれ加え、レーディゲミキサーで攪拌／混合を繰り返し現像剤を得た。
【００５７】
［比較例２］
製造例で作成されたキャリアＡ：１００重量部に対してトナーａを４重量部に変えセンサー検知をさせないで、通常のサンプリング方法でサンプリング／計測した他は全て同じ方法でそれぞれ加え、レーディゲミキサーで攪拌／混合を繰り返し現像剤を得た。
【００５８】
次に上記実施例で作成した現像剤を用いて（株）リコー製のＦＴ２２００に組み込み、画像出し試験を行い、画像濃度、地肌汚れ、キャリア現像、中間調再現性、画像濃度制御性を評価した。その結果を表３に示す。
【００５９】
【表３】
【００６０】
［試験］
（画像濃度、地肌汚れ）
画像の上部、中部、下部からそれぞれ３カ所、計９カ所の位置の画像濃度及び地肌汚れをマクベス反射濃度計で測定した。
（中間調再現性）
コダック社グレースケール（Ｎｏ．Ｑ−１３）を複写して階調可能な数を評価した。
評価基準は次の通りとした。
◎：１３以上
○：１０〜１２
△： ６〜 ９
×： ５以下
（画像濃度制御性）
原稿濃度が１．６の１００％ソリッド画像を２０枚連続複写し、画像濃度の変化を評価した。
評価基準は次の通りとした。
◎：画像濃度差が０．１未満
○： ０．１以上０．２未満
△： ０．２以上０．５未満
×： ０．５以上
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、前記構成及び手法を採用したので、トナー濃度のばらつきがない安定した二成分現像剤が得られる。また、本発明によれば、攪拌混合容器内のトナー濃度を逐次センサーによって検知しているので、検査／計測頻度が減り、生産効率が上がる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による現像剤製造装置の一構成例を示す正面断面図である。
【図２】図１の装置の側面断面図及び正面断面図である。
【図３】センサー回路図である。
【図４】センサー電圧とトナー濃度の関係を示す図である。
【図５】センサー拡大図である。
【図６】実施例１におけるトナー濃度と混合時間の関係を示すグラフである。
【図７】実施例２におけるトナー濃度と混合時間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１１ 現像剤製造装置
１２ 基台
１３（１３ａ、１３ｂ） 支持部
１４ シャフト
１５ プーリー
１６ 攪拌翼駆動モーター
１７ 駆動軸
１８ プーリー
１９ 回転ベルト
２０ 攪拌混合容器
２１ 両端面
２２ 現像剤
２３（２３ａ、２３ｂ） 攪拌翼
２４ 原料投入口
２５ 排出口
２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ） センサー
２７ センサー保護エアーホース
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ等の電子写真法、静電印刷法などを用いた画像形成方法・装置に用いる現像剤の製造装置及び製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トナーを用いて静電潜像を現像する方法としては、磁気ブラシ現像法（米国特許第２８７４０６３号明細書（特許文献１）参照）に代表される二成分現像方法や一成分現像法などが知られている。
【０００３】
二成分現像法に用いられる乾式二成分現像剤は、比較的大きなキャリア粒子表面上に微小なトナー粒子が、両粒子の摩擦により発生した電気力により保持されており、静電潜像に近接すると、静電潜像が形成する電界によるトナー粒子に対する潜像方向への吸引力が、トナー粒子とキャリア粒子間の結合力に打ち勝って、トナー粒子は静電潜像上に吸引付着されて静電潜像が可視化されるものである。そして、現像剤は現像によって消費されたトナーを補充しながら反復使用される。
【０００４】
したがって、この二成分現像法では安定した画像濃度を得るためにキャリアとトナーの混合比（トナー濃度）を一定にする必要があり、そのためのトナー補給機構や複雑なトナー濃度センサを搭載する必要があるために、現像装置が大型になり、その動作機構も複雑になるという欠点がある。
【０００５】
また、現像剤製造装置においては、現像剤の動きが活発な箇所とそうでない箇所、あるいは現像剤の多い箇所と少ない箇所においてトナーの取り込み量が異なり、部分的にトナー濃度が不安定となって、一定のトナー濃度の現像剤を安定供給できなくなる。
そのため、生産時には混合機内の各部からサンプリングを頻繁に行い、各部の現像剤中のトナー濃度が一定になるまで、攪拌／混合を続ける必要がある。
このような操作を繰り返すと現像剤中のトナー濃度が安定化するまで、生産効率／検査効率が非常に悪くなる問題がある。
そこで、混合状態を精度よく測定できる方法が提案されている。例えば、特開平６−３３１５４２号公報（特許文献２）では、光ファイバーによる反射光量の度合いを混合度として検出する方法が提案されている。しかし、このような方式では計測機器が高価且つ複雑になり、維持管理が大変になる問題がある。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第２８７４０６３号明細書
【特許文献２】
特開平６−３３１５４２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の欠点を解決しようとするもので、第１の目的は、トナーへの帯電の付与が十分に行われ、トナー飛散や地肌汚れ、スジ状汚れのない良好な画像を得ることができる現像剤を製造できる現像剤製造装置及び製造方法を提供することである。
また、本発明の第２の目的は、前記現像剤を効率よく一定に安定した現像剤を製造できる現像剤製造装置及び製造方法を提供することである。
さらに、本発明の第３の目的は、検査／計測頻度を極力少なくして、短時間での製造を可能にする現像剤製造装置及び製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明によれば上記課題は下記の技術的手段により解決される。
（１）トナーとキャリアを攪拌混合し二成分現像剤を製造する現像剤製造装置において、
原料投入口及び現像剤排出口を有し、水平方向に延び両端が閉塞された筒形状をなし、トナーとキャリアの攪拌混合のためにこれらを収容する攪拌混合容器と、
該攪拌混合容器の両端壁に回転自在に支持されたシャフトに固定され、トナーとキャリアを攪拌混合するための攪拌翼と、
該攪拌混合容器の内壁面に設置され、混合中の二成分現像剤の見かけの透磁率を検知する少なくとも３つのセンサーと、
該センサーの検知結果に基づき、混合中の二成分現像剤が設定トナー濃度になるまで該攪拌翼による攪拌及び該センサーによる検知を繰り返させる制御手段とを具備することを特徴とする現像剤製造装置。
（２）該センサーは、混合中の二成分現像剤と常に接触するように該シャフトと平行な方向に離間して配置され、さらに該センサーで検知された見かけの透磁率を電圧値に変換する検知手段を有することを特徴とする前記（１）に記載の現像剤製造装置。
（３）非計測時に該センサーの検知部にエアーを供給して保護するエアー供給手段を有し、該制御手段は、設定トナー濃度Ｔ０の基準電圧をＶ０としたとき、各攪拌／混合時間におけるサンプリングした計測トナー濃度Ｔ１の計測電圧がＶ１の時、下記に示す関係で攪拌／混合・停止サイクルを繰り返させることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の現像剤製造装置。
Ｖ０ ＜ Ｖ１ （攪拌／混合 稼動）
Ｖ０ ＝ Ｖ１ （攪拌／混合 停止）
（４）トナーとキャリアを攪拌混合し二成分現像剤を製造する現像剤製造方法において、
原料投入口及び現像剤排出口を有し、水平方向に延び両端が閉塞された筒形状をなす攪拌混合容器中に、トナーとキャリアの攪拌混合のためにこれらを投入し、
該攪拌混合容器の両端壁に回転自在に支持されたシャフトに固定された攪拌翼で、トナーとキャリアを攪拌混合し、
該攪拌混合容器内壁面に設置された少なくとも３つのセンサーで、混合中の二成分現像剤の見かけの透磁率を検知し、
該センサーの検知結果に基づき、混合中の二成分現像剤が設定トナー濃度になるまで該攪拌翼による攪拌及び該センサーによる検知を繰り返させて現像剤を製造することを特徴とする現像剤製造方法。
（５）該センサーを、混合中の二成分現像剤と常に接触するように該シャフトと平行な方向に離間して配置し、該センサーで検知された見かけの透磁率を電圧に変換して制御情報とすることを特徴とする前記（４）に記載の現像剤製造方法。
（６）該センサーを、非計測時には該センサーの検知部に周辺からエアーを供給して保護し、設定トナー濃度Ｔ０の基準電圧をＶ０としたとき、各攪拌／混合時間におけるサンプリングした計測トナー濃度Ｔ１の計測電圧がＶ１の時、下記に示す関係で攪拌／混合・停止サイクルを繰り返させることを特徴とする前記（４）又は（５）に記載の現像剤製造方法。
Ｖ０ ＜ Ｖ１ （攪拌／混合 稼動）
Ｖ０ ＝ Ｖ１ （攪拌／混合 停止）
（７）キャリアの１０００Ｏｅの磁場中での磁化：σｃが３０〜１２０ｅｍｕ／ｇである現像剤を製造することを特徴とする前記（４）〜（６）のいずれかに記載の現像剤製造方法。
（８）キャリアの重量平均粒子径が２０〜１００μｍで、トナーの体積平均粒子径が５〜１５μｍである現像剤を製造することを特徴とする前記（４）〜（７）のいずれかに記載の現像剤製造方法。
（９）トナーとキャリアの重量比が１：９９〜２０：８０である現像剤を製造することを特徴とする前記（４）〜（８）のいずれかに記載の現像剤製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に本発明による現像剤製造装置の構造を正面断面図で示す。１１は本発明による一構成例の現像剤製造装置である。この現像剤製造装置１１では、基台１２上に一対の支持部１３ａ、１３ｂが離間配置されており、これらの上部適所には図示しない透孔が設けられており、この透孔に設けられたベアリング機構のような周知の回転補助部材によりシャフト１４が両支持部１３ａ、１３ｂ間に回転自在に装架されている。支持部１３ａから図中左側に突出したシャフト部分にはプーリー１５が固設されている。また、支持部１３ａの下方適所には透孔を介して、攪拌翼駆動モーター１６の駆動軸１７が突出しており、その先端にはプーリー１８が固設されている。プーリー１５とプーリー１８間には回転ベルト１９が掛け渡され、攪拌翼駆動モーター１６の駆動力がこれらを介して伝達され、シャフト１４を回転駆動できるようになっっている。
【００１０】
攪拌混合容器２０は、円筒体を横倒させ、その両端面２１ａ、２１ｂは閉塞された形状を有し、現像剤（トナー及びキャリア）２２の混合攪拌ための密閉空間が形成されている（図２参照）。攪拌混合容器２０の両側面２１ａ、２１ｂの中央には透孔が形成され、それらをシャフト１４が挿通している。シャフト１４には図示のように、現像剤２２の混合攪拌のための攪拌翼２３ａ、２３ｂが取り付けられている。これら攪拌翼２３ａ、２３ｂとしては現像剤２２の効率的な混合攪拌のため従来公知の各種の形状のものを採用することができる。また、攪拌混合容器２０の上側には、混合すべきトナーとキャリアからなる原料を投入する原料投入口２４が設けられ、攪拌混合容器２０の下側には製造された現像剤２２を排出するための排出口２５が設けられている。
【００１１】
攪拌混合容器２０の円筒状部内壁には図１及び図２に示すように、３つのセンサー２６ａ、２６ｂ、２６ｃがシャフト１４と平行な方向に沿って図中、左、中央、右の３カ所に離間して設置されている。もちろんセンサー２６の数は４つ以上でも構わない。センサー２６は現像剤２２のトナー濃度を見かけの透磁率を介して検知するようになっている。具体的には、図３に示すようなセンサー回路により、トナー濃度を見かけの透磁率として、電圧に変換し、その検知信号に基づいて図示しない制御部（パソコン等を利用）により、攪拌翼２３による攪拌／混合とセンサー２６による検知・計測が繰り返す制御が行われるようになっている。前記センサー回路は、図３に示すような構成で、攪拌混合容器２０内の現像剤２２に磁界を印加し、見かけの透磁率の検知を行う。
【００１２】
ここで、センサー２６の検知電圧とトナー濃度との関係の一例を図４に示す。
所望のトナー濃度は、画像形成装置の機種／プロセスによって異なり、各機種別の所望設定トナー濃度（＝センサー基準電圧）が設定される。図４の例では、下記式で示される関係が成り立っている。
【数１】
Ｙ＝−０．６０７８Ｘ＋５．２１９２
（Ｒ＝０．９９４３）
例えば、トナー濃度の設定値が４．０±０．０５％の場合、センサー電圧は、１．９２Ｖ〜２．１０Ｖの幅で制御される。
センサー２６の数は、攪拌混合容器２０内での測定値のばらつきを押さえるため、少なくとも左・中央・右の３点設置されており、各センサー２６が所望のトナー濃度（基準電圧）に達するまで、攪拌翼２３による攪拌／混合とセンサー２６による検知・計測が繰り返される。センサー２６の検知部は、検知誤差を無くすため、非計測時にはセンサー保護エアーホース２７から供給されるエアーにより保護され、検知時にはエアー供給が停止するようになっている。その様子を図５に示す。
【００１３】
次に、本構成例の現像剤製造装置の動作について述べる。
二成分現像剤の原料となるトナーとキャリアは原料投入口２４から攪拌混合容器２０内に投入される。所要量の投入がされると、駆動モーター１６が作動し、その回転力はシャフト１７、プーリー１８、ベルト１９、プーリー１５、シャフト１４に伝達され、攪拌翼２３を回転させ、現像剤２２の攪拌混合が行われる。図示しない制御部は、駆動モーター１６の稼働動作とセンサー２６による計測動作を制御し、センサー２６は一定の混合時間ごとに現像剤２２の見かけの透磁率を測定し、それが電圧値に変換される。センサー２６の検知時にはセンサー保護エアーホース２７からのエアー供給が停止する。各センサー２６の電圧値が設定トナー濃度に相当する基準電圧に達すると、図示しない制御部は駆動モーター１６の稼働を停止し、これにより攪拌混合が停止する。一方、各センサー２６の電圧値が設定トナー濃度に相当する基準電圧に達しないと、駆動モーター１６を稼働させ、攪拌混合を行わせる。以上のような動作により、設定トナー濃度の二成分現像剤２２が安定して得られることになる。
【００１４】
次に、本発明の現像剤製造装置ないし製造方法で製造される、好ましい二成分現像剤並びにその原料となるキャリア及びトナーについて述べる。
【００１５】
本発明に使用するトナーとしては、従来の公知の方法で製造されたものを使用できる。具体的には、結着樹脂、磁性体、極性制御剤、必要に応じて任意の添加剤より成る混合物を熱ロールミルで溶融混練した後、冷却固化せしめ、これを粉砕分級し、必要に応じて外添剤を混合して得られる。
【００１６】
この結着樹脂としては、公知のものがすべて使用できる。例えば、ポリスチレン、ポリ−ｐ−クロルスチレン、ポリビニルトルエンの如きスチレン及びその置換体の単重合体；スチレン−ｐ−クロルスチレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スタレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体の如きスチレン系共重合体；ポリ塩化ビニル、フェノール樹脂、天然変性フェノール樹脂、天然樹脂変性マレイン酸樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ酢酸ビニール、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ポリアミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール、、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、クマロインデン樹脂、脂肪族叉は脂肪族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなどが単独であるいは混合して使用できる。
【００１７】
特に加熱加圧定着方式においては、結着樹脂としてポリエステル樹脂を用いることにより、耐塩ビマット融着性に優れ、熱ロールへの耐オフセット性に優れたトナーを得ることができる。
【００１８】
加圧定着方式を用いる場合には、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチレン、ポリウレタンエラストマー、エチレン−エチルアクリレート共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アイオノマー樹脂、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、線状飽和ポリエステル、パラフィンなどがある。
【００１９】
トナーには荷電制御剤をトナー粒子に内添、又はトナー粒子に外添して用いることが好ましい。荷電制御剤によって、現像システムに応じた最適の荷電量コントロールが可能となる。
【００２０】
トナーに用いられる極性制御剤としては従来より公知の物でよく、正極性制御剤としては、ニグロシン及び脂肪酸金属塩等による変性物；トリブチルベンジルアンモニウム−１−ヒドロキシ−４−ナフトスルフォン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートなどの四級アンモニウム塩；ジブチルスズオキサイド、ジオクチルスズオキサイド、ジシクロヘキシルスズオキサイドなどのジオルガノスズオキサイド；ジブチルスズボレート、ジオクチルスズボレート、ジシクロヘキシルスズボレートなどのジオルガノスズボレートを単独あるいは２種類以上組み合わせて用いることができる。これらの中でも、ニグロシン系化合物、有機四級アンモニウム塩の如き極性制御剤が特に好ましく用いられる。
【００２１】
負極性制御剤としては、例えば有機金属化合物、キレート化合物が有効である。その例としてはアルミニウムアセチルアセトナート、鉄（ＩＩ）アセチルアセトナート、３，５−ジタ−シャリ−ブチルサリチル酸クロム等があり、特にアセチルアセトン金属錯体、モノアゾ金属錯体、ナフトエ酸あるいはサリチル酸系の金属錯体又は塩が好ましく、特にサリチル酸系金属錯体、モノアゾ金属錯体又はサリチル酸系金属塩が好ましい。
【００２２】
前記の極性制御剤は、微粒子状として用いることが好ましく、具体的には、３μｍ以下の個数平均粒径が好ましい。
【００２３】
トナーに使用される極性制御剤の使用量は、結着樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくは結着剤１００重量部に対して、０．１〜２０重量部の範囲、好ましくは０．２〜１０重量部で用いられる。０．１重量部未満では、トナーの帯電量が不足し実用的でない。また２０重量部を超える場合にはトナーの帯電量が大きすぎ、キャリアとの静電的吸引力の増大のため、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
【００２４】
また、本発明で用いるトナーには必要に応じて顔料や染料等の着色剤を添加しても良い。顔料としては、例えば黒色の着色剤として、カーボンブラック、アニリンブラック、ファーネスブラック、ランプブラック等が使用できる。シアンの着色剤として例えば、フタロシアニンブルー、メチレンブルー、ビクトリアブルー、メチルバイオレット、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー等が使用できる。マゼンタの着色剤として例えば、ローダミン６Ｇレーキ、ジメチルキナクリドン、ウォッチングレッド、ローズベンガル、ローダミンＢ、アリザリンレーキ等が使用できる。イエローの着色剤として例えば、クロムイエロー、ベンジジンイエロー、ハンザイエロー、ナフトールイエロー、モリブデンオレンジ、キノリンイエロー、タートラジン等が使用でき、その使用量は、樹脂１００重量部に対し０．１〜２０重量部、好ましくは２〜１０重量部の添加量が良い。染料としては例えば、アゾ系染料、アントラキノン系染料、キサンテン系染料、メチン系染料等があり、樹脂１００重量部に対し、０．０５〜１０重量部、好ましくは０．１〜３重量部の添加量が良い。
【００２５】
また本発明で用いるトナーには帯電安定性、現像性、流動性、耐久性向上のために、添加剤を用いることが好ましい。これら添加剤としては例えば、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化アンチモン、酸化錫等の金属酸化物や炭化ケイ素、窒化ケイ素等の微粉末等の流動性向上剤や、例えばフッ素系樹脂微粒子、シリコーン系樹脂微粒子、アクリル系樹脂微粒子等の樹脂微粒子やステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸マグネシウム等の金属石鹸系滑剤等のクリーニング助剤が挙げられる。この中でも特に流動性向上剤としては酸化ケイ素、酸化チタンが好ましく、クリーニング助剤としては、ステアリン酸亜鉛が好ましい。
【００２６】
本発明に用いられる流動性向上剤は、必要に応じシリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、シリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シランカップリング剤、官能基を有するシランカップリング剤、その他の有機ケイ素化合物等の処理剤、あるいは種々の処理剤で併用して処理されていることが好ましい。
【００２７】
本発明で用いるトナーには定着時の離型性を良くする目的で離型剤を含有させても良い。離型剤としては公知の物が使用でき、例えば低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、マイクロクリスタリンワックス、カルナバワックス、サゾールワックス、パラフィンワックス等をバインダー樹脂１００重量％に対し０．１〜１０重量％を磁性トナーに加えることが好ましい。
【００２８】
また、本発明において用いるキャリアは、１０００［Ｏｅ］の磁場中における飽和磁化が好ましくは３０〜１２０［ｅｍｕ／ｇ］、より好ましくは４０〜１００［ｅｍｕ／ｇ］である。このような範囲であると、トナー取り込み時に現像剤がトナーを効率よく取り込むことができるため、トナー消費量の多い画像を繰り返し複写しても画像濃度の低下を防止できる。また、現像領域における現像剤の現像スリーブへの磁気束縛力が大きくなるために、感光体上へのキャリアの現像が有効に防止され、良好な画像が得られる。
【００２９】
また、キャリアの重量平均粒子径は好ましくは２０〜１００μｍ、より好ましくは２０〜８０μｍであり、トナーの体積平均粒子径は好ましくは５〜１５μｍである。このような範囲であると、現像剤を画像形成装置に取り込んだとき、現像剤が現像スリーブから離脱し感光体上に付着することを防止することが可能で、さらに現像に寄与する現像剤を構成するキャリアの粒子径を小さくすることによりトナーの保有率を高くできるために、高速複写機においても十分な画像濃度及び細線再現性を達成できる。
【００３０】
さらに、キャリアとトナーの重量比は１：９９〜２０：８０であることが好ましい。このような範囲であると、現像領域において現像に寄与するトナーの量が多く、トナーの保有率を高くできるために、高速複写機においても十分な画像濃度及び細線再現性を達成できる。
【００３１】
キャリアの核体粒子としては、従来より公知のものでよく例えば鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性金属；マグネタイト、ヘマタイト、フェライトなどの合金や化合物；前記強磁性体微粒子と樹脂との複合体等が挙げられる。
【００３２】
これら本発明で用いられるキャリアはより耐久性を長くする目的で、表面を樹脂で被覆することが好ましい。
被覆層を形成する樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂；ポリスチレン、アクリル（例えばポリメチルメタクリレート）、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル、ポリビリケトン等のポリビニル及びポリビニリデン系樹脂；塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体；；オルガノシロキサン結合からなるシリコーン樹脂又はその変成品（例えばアルキッド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン等による変成品）；ポリテトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビニル、ポリ弗化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン等の弗素樹脂；ポリアミド；ポリエステル；ポリウレタン；ポリカーボネート；尿素−ホルムアルデヒド樹脂等のアミノ樹脂；エポキシ樹脂等が挙げられる。中でもトナースペントを防止する点で好ましいのはシリコーン樹脂又はその変成品、弗素樹脂、特にシリコーン樹脂又はその変成品である。
【００３３】
シリコーン樹脂としては、従来から知られているいずれのシリコーン樹脂であってもよく、下記式で示されるオルガノシロキサン結合のみからなるストレートシリコーン及びアルキド、ポリエステル、エポキシ、ウレタンなどで変成したシリコーン樹脂が挙げられる。
【００３４】
【化１】
上記式中Ｒ１は水素原子、炭素原子１〜４のアルキル基又はフェニル基、Ｒ２及びＲ３は水素基、炭素原子数１〜４のアルコキシ基、フェニル基、フェノキシ基、炭素原子数２〜４のアリケニル基、炭素原子数２〜４のアルケニルオキシ基、ヒドロキシ基、カルボキシル基、エチレンオキシド基、グリシジル基又は下記式で示される基である。
【００３６】
【化２】
上記式中Ｒ４，Ｒ５はヒドロキシ基、カルボキシル基、炭素原子数１〜４のアルキル基、炭素原子数１〜４のアルコキシ基、炭素原子数２〜４のアルケニル基、炭素原子数２〜４のアルケニルオキシ基、フェニル基、フェノキシ基、ｋ，ｌ，ｍ，ｎ，ｏ，ｐは１以上の整数を示す。
上記各置換基は未置換のもののほか、例えばアミノ基、ヒドロキシ基、カルボキシル基、メルカプト基、アルキル基、フェニル基、エチレンオキサイド基、グリシジル基、ハロゲン原子のような置換基を有してもよい。
【００３８】
また本発明で用いられるキャリアは、その体積固有抵抗を制御するために被覆層中に導電性付与材料を分散しても良い。分散される導電性材付与は従来より公知の物でよく、例えば鉄、金、銅等の金属；フェライト、マグネタイト等の酸化鉄；カーボンブラック等の顔料が挙げられる。
【００３９】
この中でも特にカーボンブラックの一つであるファーネスブラックとアセチレンブラックの混合物を用いることにより、少量の導電性微粉末の添加で効果的に導電性の調整が可能で、更に被覆層の耐摩耗性に優れたキャリアを得ることが可能となった。これらの導電性微粉末は、粒径０．０１〜１０μｍ程度のものが好ましく、被覆樹脂１００重量部に対して２〜３０重量部添加されることが好ましく、さらには５〜２０重量部が好ましい。
【００４０】
また、キャリア被覆層中には核体粒子との接着性を向上させたり導電性付与剤の分散性を向上させる目的でシランカップリング剤、チタンカップリング剤等を添加しても良い。
【００４１】
本発明で用いるシランカップリング剤としては下記一般式で示される化合物である。
【００４２】
【化３】
ＹＲＳｉＸ３
【００４３】
但し、Ｘはけい素原子に結合している加水分解基でクロル基、アルコキシ基、アセトキシ基、アルキルアミノ基、プロペノキシ基などがある。
Ｙは有機マトリックスと反応する有機官能基でビニル基、メタクリル基、エポキシ基、グリシドキシ基、アミノ基、メルカプト基などがある。
Ｒは炭素数１〜２０のアルキル基又はアルキレン基である。
【００４４】
このシランカップリング剤の中でも、特に負帯電性を有する現像剤を得るにはＹにアミノ基を有するアミノシランカップリング剤が好ましく、正帯電性を有する現像剤を得るにはＹにエポキシ基を有するエポキシシランカップリング剤が好ましい。
【００４５】
被覆層の形成法としては、従来と同様、キャリア核体粒子の表面に被覆層形成液を噴霧法、浸漬法等の手段で塗布すればよい。
被覆層の厚さは０．１〜２０μｍが好ましい。
【００４６】
【実施例】
以下本発明を実施例により具体的に説明する。
【００４７】
トナーの製造例を以下に示す。
［製造例１］
スチレン−アクリル樹脂 １００重量部
カーボンブラック ５重量部
ニグロシン染料 ３重量部
上記処方の混合物をヘンシェルミキサーにて混合後、１８０℃に設定した混練押し出し機によって混練した後、冷却固化せしめ、これをカッターミルにて粗粉砕後、機械式粉砕機を使用して微粉砕し、得られた微粉砕物を、コアンダ効果を利用した多分割分級機を使用してジェットミルで粉砕し、分級して平均１６μｍの母体粒子を得た。この母体粒子１００重量部に対して、疎水化処理されたコロイダルシリカ：０．３重量部、ステアリン酸亜鉛：０．２重量部を加え、ヘンシェルミキサーにて混合しトナー粒子ａを得た。
【００４８】
［製造例２］
ポリエステル樹脂 １００重量部
カーボンブラック ５重量部
含クロムアゾ染料 ３重量部
上記処方の混合物をヘンシェルミキサーにて混合後、１５０℃に設定した混練押し出し機によって混練した後、冷却固化せしめ、これをハンマーミルにて粗粉砕後、機械式粉砕機を使用して微粉砕し、得られた微粉砕物をコアンダ効果を利用した多分割分級機を使用してジェットミルで粉砕し、分級して平均８μｍの母体粒子を得た。この母体粒子１００重量部に対して、疎水化処理されたコロイダルシリカ：０．３重量部、疎水化処理された酸化チタン：０．２重量部を加え、ヘンシェルミキサーにて混合しトナー粒子ａを得た。
【００４９】
キャリアの製造例を以下に示す。
［キャリア製造例１］
湿式法により作成したマグネタイト１００重量部に対してポリビニルアルコール２重量部、水６０重量部をボールミルに入れ１２時間混合してマグネタイトのスラリーを調整した。このスラリーをスプレードライヤーにて噴霧造粒し、平均粒径５４μｍの球形粒子とした。
この粒子を窒素雰囲気中で１０００℃の温度で３時間焼成後冷却し核体粒子１を得た。
シリコーン樹脂溶液 １００重量部
トルエン １００重量部
メチルトリメトキシシラン ６重量部
カーボンブラック １０重量部
上記混合物をホモミキサーで２０分間分散し、被覆層形成液１を調整した。
この被覆層形成液を流動床型コーティング装置を用いて核体粒子１を１０００重量部の表面にコーティングして、シリコーン樹脂被覆キャリアＡを得た。
このキャリア粒子の特性は以下の通りであった。
平均粒子径 ：５８μｍ
飽和磁化 ：６５ｅｍｕ／ｇ
【００５０】
［キャリア製造例２］
ＣｕＯ：２４ｍｏｌ％、ＺｎＯ：２５ｍｏｌ％、Ｆｅ２Ｏ３：５１ｍｏｌ％に水を加え、湿式ボールミルにて１２時間粉砕混合し、スラリーを得た。このスラリーを乾燥し粉砕した後１０００℃の温度で仮焼成を行った。仮焼成後さらに湿式ボールミルにて１０時間粉砕し、分散剤及びバインダーを加えて、次いでスプレードライヤーにより造粒、乾燥し、電気炉にて１１００℃で３時間焼成した後、粉砕し、さらに分級して、平均粒径５１μｍの核体粒子２を得た。この核体粒子に対して、製造例１４と同様の方法で被覆層を形成し、キャリアＢを得た。
このキャリア粒子の特性は以下の通りであった。
平均粒子径 ：５５μｍ
飽和磁化 ：５１ｅｍｕ／ｇ
【００５１】
［キャリア製造例３］
軟鋼屑を一次粉砕した後，油焼，選鉱等の工程を経た後，窒化処理して脆い一次粒子を形成する。この一次粒子を粉砕処理した後，分級して平均粒径が５３μｍの核体粒子３を得た。この核体粒子に対して、製造例１４と同様の方法で被覆層を形成し、キャリアＣを得た。
このキャリア粒子の特性は以下の通りであった。
平均粒子径 ：５５μｍ
飽和磁化 ：１１７ｅｍｕ／ｇ
【００５２】
［実施例１］
製造例で作成されたキャリアＡ：１００重量部に対してトナーａ：４重量部をそれぞれ加え、図１に示す構成のレーディゲミキサーで攪拌／混合を繰り返し、前記したような制御を行い、二成分現像剤を得た。センサー電圧とトナー濃度の関係を図６及び表１に示す。
図６は、実際にサンプリングし計測したトナー濃度とセンサー制御によって得られたトナー濃度の比較グラフを示す。グラフ及び表１からわかるように、センサー制御によって制御されたトナー濃度と実測トナー濃度とほぼ同等のトナー濃度が達成できている。
【００５３】
【表１】
［実施例２］
製造例で作成されたキャリアＡ：１００重量部に対してトナーａを２重量部に変えた他は全て実施例１と同様にして、現像剤を得た。その結果を図７及び表２に示す。
グラフ及び表２からわかるように、トナー濃度設定値を２．０％に変更した条件も同様に実測濃度とほぼ同等レベルのトナー濃度を得ている。安定するまでの時間としては、１２〜１５分までの時間で安定している。高濃度設定条件に比べると、若干であるが早く安定化している。
【００５５】
【表２】
［比較例１］
製造例で作成されたキャリアＡ：１００重量部に対してトナーａを４重量部に変えセンサー検知をさせないで、通常のサンプリング方法でサンプリング／計測した他は全て同じ方法でそれぞれ加え、レーディゲミキサーで攪拌／混合を繰り返し現像剤を得た。
【００５７】
［比較例２］
製造例で作成されたキャリアＡ：１００重量部に対してトナーａを４重量部に変えセンサー検知をさせないで、通常のサンプリング方法でサンプリング／計測した他は全て同じ方法でそれぞれ加え、レーディゲミキサーで攪拌／混合を繰り返し現像剤を得た。
【００５８】
次に上記実施例で作成した現像剤を用いて（株）リコー製のＦＴ２２００に組み込み、画像出し試験を行い、画像濃度、地肌汚れ、キャリア現像、中間調再現性、画像濃度制御性を評価した。その結果を表３に示す。
【００５９】
【表３】
［試験］
（画像濃度、地肌汚れ）
画像の上部、中部、下部からそれぞれ３カ所、計９カ所の位置の画像濃度及び地肌汚れをマクベス反射濃度計で測定した。
（中間調再現性）
コダック社グレースケール（Ｎｏ．Ｑ−１３）を複写して階調可能な数を評価した。
評価基準は次の通りとした。
◎：１３以上
○：１０〜１２
△： ６〜 ９
×： ５以下
（画像濃度制御性）
原稿濃度が１．６の１００％ソリッド画像を２０枚連続複写し、画像濃度の変化を評価した。
評価基準は次の通りとした。
◎：画像濃度差が０．１未満
○： ０．１以上０．２未満
△： ０．２以上０．５未満
×： ０．５以上
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、前記構成及び手法を採用したので、トナー濃度のばらつきがない安定した二成分現像剤が得られる。また、本発明によれば、攪拌混合容器内のトナー濃度を逐次センサーによって検知しているので、検査／計測頻度が減り、生産効率が上がる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による現像剤製造装置の一構成例を示す正面断面図である。
【図２】図１の装置の側面断面図及び正面断面図である。
【図３】センサー回路図である。
【図４】センサー電圧とトナー濃度の関係を示す図である。
【図５】センサー拡大図である。
【図６】実施例１におけるトナー濃度と混合時間の関係を示すグラフである。
【図７】実施例２におけるトナー濃度と混合時間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１１ 現像剤製造装置
１２ 基台
１３（１３ａ、１３ｂ） 支持部
１４ シャフト
１５ プーリー
１６ 攪拌翼駆動モーター
１７ 駆動軸
１８ プーリー
１９ 回転ベルト
２０ 攪拌混合容器
２１ 両端面
２２ 現像剤
２３（２３ａ、２３ｂ） 攪拌翼
２４ 原料投入口
２５ 排出口
２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ） センサー
２７ センサー保護エアーホース
Claims (9)
- トナーとキャリアを攪拌混合し二成分現像剤を製造する現像剤製造装置において、
原料投入口及び現像剤排出口を有し、水平方向に延び両端が閉塞された筒形状をなし、トナーとキャリアの攪拌混合のためにこれらを収容する攪拌混合容器と、
該攪拌混合容器の両端壁に回転自在に支持されたシャフトに固定され、トナーとキャリアを攪拌混合するための攪拌翼と、
該攪拌混合容器の内壁面に設置され、混合中の二成分現像剤の見かけの透磁率を検知する少なくとも３つのセンサーと、
該センサーの検知結果に基づき、混合中の二成分現像剤が設定トナー濃度になるまで該攪拌翼による攪拌及び該センサーによる検知を繰り返させる制御手段とを具備することを特徴とする現像剤製造装置。 - 該センサーは、混合中の二成分現像剤と常に接触するように該シャフトと平行な方向に離間して配置され、さらに該センサーで検知された見かけの透磁率を電圧値に変換する計測手段を有することを特徴とする請求項１に記載の現像剤製造装置。
- 非計測時に該センサーの検知部にエアーを供給して保護するエアー供給手段を有し、該制御手段は、設定トナー濃度Ｔ０の基準電圧をＶ０としたとき、各攪拌／混合時間におけるサンプリングした計測トナー濃度Ｔ１の計測電圧がＶ１の時、下記に示す関係で攪拌／混合・停止サイクルを繰り返させることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像剤製造装置。
Ｖ０ ＜ Ｖ１ （攪拌／混合 稼動）
Ｖ０ ＝ Ｖ１ （攪拌／混合 停止） - トナーとキャリアを攪拌混合し二成分現像剤を製造する現像剤製造方法において、
原料投入口及び現像剤排出口を有し、水平方向に延び両端が閉塞された筒形状をなす攪拌混合容器中に、トナーとキャリアの攪拌混合のためにこれらを投入し、
該攪拌混合容器の両端壁に回転自在に支持されたシャフトに固定された攪拌翼で、トナーとキャリアを攪拌混合し、
該攪拌混合容器の内壁面に設置された少なくとも３つのセンサーで、混合中の二成分現像剤の見かけの透磁率を検知し、
該センサーの検知結果に基づき、混合中の二成分現像剤が設定トナー濃度になるまで該攪拌翼による攪拌及び該センサーによる検知を繰り返させて現像剤を製造することを特徴とする現像剤製造方法。 - 該センサーを、混合中の二成分現像剤と常に接触するように該シャフトと平行な方向に離間して配置し、該センサーで検知された見かけの透磁率を電圧値に変換して制御情報とすることを特徴とする請求項４に記載の現像剤製造方法。
- 該センサーを、非計測時には該センサーの検知部に周辺からエアーを供給して保護し、設定トナー濃度Ｔ０の基準電圧をＶ０としたとき、各攪拌／混合時間におけるサンプリングした計測トナー濃度Ｔ１の計測電圧がＶ１の時、下記に示す関係で攪拌／混合・停止サイクルを繰り返させることを特徴とする請求項４又は５に記載の現像剤製造方法。
Ｖ０ ＜ Ｖ１ （攪拌／混合 稼動）
Ｖ０ ＝ Ｖ１ （攪拌／混合 停止） - キャリアの１０００Ｏｅの磁場中での磁化：σｃが３０〜１２０ｅｍｕ／ｇである現像剤を製造することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の現像剤製造方法。
- キャリアの重量平均粒子径が２０〜１００μｍで、トナーの体積平均粒子径が５〜１５μｍである現像剤を製造することを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の現像剤製造方法。
- トナーとキャリアの重量比が１：９９〜２０：８０である現像剤を製造することを特徴とする請求項４〜８のいずれかに記載の現像剤製造方法。
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