JP4360589B2 - 二成分現像剤、及びそれを使用する画像形成装置、画像形成方法 - 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、及び静電印刷法などに用いる現像剤、並びにそれを使用する画像形成装置、画像形成方法に関するものである。
【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トナー濃度センサを搭載する必要がある。そのために、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】
一方、一成分現像法では前記二成分現像法のようにキャリア粒子とトナー粒子を混合した現像剤を用いず、磁性体を含有する磁性トナーと磁石を内蔵した現像スリーブ間の磁力により現像スリーブ上にトナーを保持し、静電潜像に近接すると静電潜像が可視化する。電界によるトナー粒子に対する潜像方向への吸引力が、トナー粒子と現像スリーブ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。
【０００６】
従って、一成分現像法ではトナー濃度を制御する必要が無いために、現像装置が小型化できるという利点があるが、現像領域でのトナーの粒子数が二成分現像剤に比べて少ないために感光体上へのトナーの現像量が十分ではなく、高速の複写機への対応が困難であった。
【０００７】
一方、二成分現像においても高速複写機においてはスリーブ線速が速くなるためにトナーの帯電量が低い場合に、現像剤中のトナーがキャリアから離脱するいわゆるトナー飛散が生じやすく、二成分現像においても磁性トナーを用いた磁性二成分現像剤が提案されている。
【０００８】
しかしながら、二成分現像剤に磁性トナーを用いる場合、磁性体量を多くするとトナー磁化が大きくなり、二成分現像では現像能力が低下する。また、磁性体量を少なくすると、着色力が低下し、赤みを帯びた画像となる。これを改良するためにカーボンブラック等の非磁性の黒色顔料を併用すると、帯電性が低下し、地肌汚れが発生しやすくなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、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のない良好な画像を得ることができる二成分現像剤を提供することである。
【００１０】
本発明の第１の発明は、 磁性粒子の表面にシランカップリング剤を結着樹脂としたカーボンブラックを結着した複合磁性粒子である磁性体を有する磁性トナー（Ａ）と磁性キャリア（Ｂ）とを少なくとも含むことを特徴とする二成分現像剤である。
【００１１】
本発明は、前記トナー中の磁性体が磁性粒子の表面にカーボンブラックを結着した複合磁性粒子である磁性体であることを特徴とする現像剤を用いることにより、磁性体自身の色調が黒くなるため、少量の使用においてもトナーの黒色度を十分に得ることができ、画像濃度の高い良好な画像を得ることができる。また、同時に、トナー粒子に十分な帯電を付与することが可能となり、トナー飛散及び地肌汚れを防止することが可能となる。
【００１２】
本発明の第２は、磁性トナー（Ａ）中の磁性体含有量が１０〜３０重量％であることを特徴とする前記の二成分現像剤である。
【００１３】
磁性体含有量を１０〜３０重量％、好ましくは１０〜２５重量％とすることにより、現像能力とトナー飛散及び地肌汚れの両方を満足することが可能となる。
【００１５】
本発明の第３は、磁性トナー（Ａ）中の磁性体が磁性粒子の表面に磁性粒子に対し０．３〜３．０重量％のシランカップリング剤を結着樹脂とし磁性粒子に対し３〜２０重量％のカーボンブラック粉末の被覆層を有する複合磁性粒子であることを特徴とする。
【００１６】
上記の磁性体とすることにより、カーボンブラックが磁性粒子表面に強固に固定されるため、トナー製造時に、磁性体の分散工程において磁性体表面のカーボンブラックが脱離せず、地肌汚れ等の問題を防止できる。
【００１７】
本発明の第４は、磁性トナー（Ａ）の１０００Ｏｅの磁場中での磁化（σｔ）が１０〜３０ｅｍｕ／ｇであることを特徴とする前記第１〜３のいずれかの二成分現像剤にある。
【００１８】
前記磁性トナーの１０００Ｏｅの磁場中での磁化（σｔ）が１０〜３０ｅｍｕ／ｇであることにより、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、トナー自体の磁化による現像剤担持体方向への磁気束縛力により現像剤担持体の回転に伴うトナー飛散や地肌部分へのトナー現像を有効に防止できる。また、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。
【００１９】
本発明の第６は、磁性トナー（Ａ）中の磁性体が実質的にケイ素又はアルミニウム元素を含有しない球状磁性体であることを特徴とする前記第１〜４のいずれかの二成分現像剤にある。
【００２０】
前記磁性トナー（Ａ）中の磁性体が実質的にケイ素又はアルミニウム元素を含有しない球状磁性体であることにより、湿度環境の変動によるトナーの帯電量の変化を小さくすることができる。
【００２１】
本発明の第６は、磁性トナー（Ａ）中の磁性体の１０００Ｏｅの磁場中での磁化（σｍ）が３０〜７０ｅｍｕ／ｇであることを特徴とする前記第１〜５のいずれかの二成分現像剤にある。
【００２２】
磁性トナー（Ａ）中の磁性体の１０００Ｏｅの磁場中での磁化が、３０〜９０ｅｍｕ／ｇ、好ましくは３０〜７０ｅｍｕ／ｇであることにより、前記トナーの磁気特性を満足することが可能となる。
【００２３】
本発明の第７は、磁性トナー（Ａ）中の磁性体の平均粒径が、０．２〜０．４μｍであることを特徴とする前記第１〜６のいずれかの二成分現像剤にある。
【００２４】
本発明の第８は、磁性トナー（Ａ）中の磁性体の比表面積が１〜６０ｍ2／ｇであることを特徴とする前記第１〜７のいずれかの二成分現像剤にある。
【００２５】
特に磁性トナー（Ａ）中の磁性体の比表面積が１〜６０ｍ2／ｇの二成分現像剤を用いることにより、トナーの抵抗と帯電性を両立することができるため、画像濃度が高く、地肌汚れのない画像を得ることができる。
【００２６】
本発明の第９は、磁性キャリア（Ｂ）の重量平均粒子径が２０〜１００μｍで、磁性トナー（Ａ）の体積平均粒子径が５〜１５μｍであることを特徴とする前記第１〜８のいずれかの二成分現像剤にある。
【００２７】
本発明の第１０は、前記現像剤の磁性トナー（Ａ）と磁性キャリア（Ｂ）の重量比が１０：９０〜５０：５０であることを特徴とする前記第１〜９のいずれかの二成分現像剤にある。
【００２８】
現像剤を磁性トナー（Ａ）と磁性キャリア（Ｂ）の重量比が１０：９０〜５０：５０である構成とすることにより、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。
【００２９】
本発明の第１１は、内部に磁界発生手段を有し、トナーとキャリアとを少なくとも含む二成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に担持されて搬送される現像剤の量を規制する第１の規制部材と、該第１の規制部材よりも現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側に配設され、第１の規制部材により掻き落とされた現像剤を収容する現像剤収容部と、該現像剤収容部の搬送方向上流側に配設され現像剤担持体にトナーを供給するトナー収容部と、現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度が上昇し、現像剤の層厚が増加した場合に現像剤の増加分の通過を規制するよう現像剤担持体との間隙が設定されている第２の規制部材を少なくとも有し、該第２の規制部材により現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度の変化に応じて、現像剤とトナーとの接触状態を変化させて、現像剤担持体上の現像剤のトナー取り込み状態を変化させることが可能な画像形成装置に用いることを特徴とする前記第１〜１０のいずれかに記載の二成分現像剤にある。
【００３０】
前記現像剤を用いることにより、トナー補給機構及びトナー濃度センサを必要としない、小型で安価な現像装置においても、トナー粒子に十分な帯電を付与することが可能となり、また、磁性体自身の色調が黒くなるため、少量の使用においても画像濃度の高い良好な画像を得ることができる。
【００３１】
本発明の第１２は、前記第１〜１０のいずれかに記載の二成分現像剤を充填したことを特徴とする現像容器にある。
【００３２】
本発明の第１３は、内部に磁界発生手段を有し、トナーとキャリアとを少なくとも含む二成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に担持されて搬送される現像剤の量を規制する第１の規制部材と、該第１の規制部材よりも現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側に配設され、第１の規制部材により掻き落とされた現像剤を収容する現像剤収容部と、該現像剤収容部の搬送方向上流側に配設され現像剤担持体にトナーを供給するトナー収容部と、現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度が上昇し、現像剤の層厚が増加した場合に現像剤の増加分の通過を規制するよう現像剤担持体との間隙が設定されている第２の規制部材を少なくとも有し、該第２の規制部材により現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度の変化に応じて、現像剤とトナーとの接触状態を変化させて、現像剤担持体上の現像剤のトナー取り込み状態を変化させることが可能な画像形成装置において、前記二成分現像剤が、前記第１〜１０のいずれかに記載の二成分現像剤を用いることを特徴とする画像形成装置にある。
【００３３】
本発明の第１４は、画像形成装置として内部に磁界発生手段を有し、トナーとキャリアとを少なくとも含む二成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に担持されて搬送される現像剤の量を規制する第１の規制部材と、該第１の規制部材よりも現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側に配設され、第１の規制部材により掻き落とされた現像剤を収容する現像剤収容部と、該現像剤収容部の搬送方向上流側に配設され現像剤担持体にトナーを供給するトナー収容部と、現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度が上昇し、現像剤の層厚が増加した場合に現像剤の増加分の通過を規制するよう現像剤担持体との間隙が設定されている第２の規制部材を少なくとも有し、該第２の規制部材により現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度の変化に応じて、現像剤とトナーとの接触状態を変化させて、現像剤担持体上の現像剤のトナー取り込み状態を変化させることが可能な画像形成装置、及び二成分現像剤として前記第１〜１０いずれかに記載の二成分現像剤を用いることを特徴とする画像形成方法にある。
【００３４】
【発明の実施の形態】
次に本発明について以下に詳しく説明する。
【００３５】
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。
【００３６】
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、スチレン−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、脂肪族又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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
トナーには極性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。極性制御剤によって、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り、特に本発明では極性制御剤を用いることにより前記のトナー濃度を制御しない現像方法に用いた場合、有効である。
【００４０】
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であるいは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。
【００４１】
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−ジターシャリ−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。
【００４２】
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、個数平均粒径３μｍ以下が好ましい。
【００４３】
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、好ましくは結着樹脂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重量部を越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が増大するため、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
【００４４】
本発明の磁性トナー（Ａ）に用いられる磁性体としては、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の磁性酸化鉄の表面にシランカップリング剤を結着樹脂としてカーボンブラックを被覆した物が使用され、なかでも、マグネタイトが好ましい。
【００４５】
シランカップリング剤の量は磁性粒子に対し０．３〜３．０重量％、好ましくは０．３〜１．５重量％で用いられる。０．３重量％未満ではカーボンブラックが磁性粒子に強固に付着しないために、トナー製造時に磁性体の分散工程において磁性体表面のカーボンブラックが脱離してしまい、カブリ等の問題が発生する。また、３重量％を超えると、磁性粒子表面のカーボンブラック被覆層が不均一となり、トナー中への分散性が悪くなったり、極端になると複合磁性粒子自体が造粒してしまい、問題となる。
【００４６】
更に、カーボンブラックの量は磁性粒子に対し、３〜２０重量％、好ましくは５〜１５重量％である。３重量％未満では、磁性体自体の黒色度に劣るため、出力した画像の濃度が低いという問題が発生する。また、２０重量％を超えると磁性体の流動性が低下しトナー製造時の磁性体分散性に劣る結果となり、更に磁性体からのカーボンブラックの脱離が起こりやすくなるため、地カブリ等の異常画像となる。
【００４７】
磁性粒子粉末の粒子表面のシランカップリング剤による被覆は、磁性粒子にシランカップリング剤の溶液を噴霧しながら混合攪拌すればよい。
【００４８】
結着樹脂に用いられるシランカップリング剤としては、例えばヘキサメチルジシラザン、トリメチルシラン、トリメチルクロルシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、β−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、トリオルガノシランメルカプタン、トリメチルシリルメルカプタン、トリオルガノシリルアクリレート、ビニルジメチルアセトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン、１，３−ジビニルテトラメチルジシロキサン、１，３−ジフェニルテトラメチルジシロキサンが挙げられる。
【００４９】
磁性粒子として用いられるマグネタイトは公知の製造方法で作られる。例えば、硫酸鉄水溶液をアルカリ性水溶液で中和し、水酸化鉄を得る。その後ｐＨを１０以上に調整した水酸化鉄懸濁液を酸素を含有するガスで酸化しマグネタイトスラリーを得る。次いで、該スラリーを水洗、濾過、乾燥、解砕しマグネタイト粒子が得られる。
【００５０】
これらの磁性体の好ましい態様としては、実質的にケイ素又はアルミニウムを含有しない球状磁性体が好ましい。さらに平均粒子が０．２〜０．４μｍ、好ましくは０．２〜０．３μｍのものがよい。
磁性トナー中に含有させる量としてはトナーに対し好ましくは５〜８０重量％、特に好ましくはトナー対し１０〜３０重量％がよい。
【００５１】
また、本発明に用いられる磁性トナー（Ａ）は、１０００Ｏｅの磁場中での磁化が１０〜３０ｅｍｕ／ｇ、好ましくは１５〜２５ｅｍｕ／ｇがよい。１０ｅｍｕ／ｇより小さいと、トナーの磁気バイアス効果が小さくなるため、トナー飛散や地肌汚れが発生し、また、３０ｅｍｕ／ｇより大きいと、トナーの磁気バイアス効果が大きくなるため、画像濃度が低くなる。
【００５２】
さらに、本発明に用いられる磁性トナー（Ａ）の磁性体は含有量が１０〜３０重量％、好ましくは１５〜２５重量％で、比表面積が１〜６０ｍ2／ｇ、好ましくは３〜２０ｍ2／ｇである。この範囲の含有量及び比表面積とする事により、トナーの抵抗と帯電性を両立することができるため、画像濃度が高く、地肌汚れのない画像を得ることができる。
【００５３】
本発明の磁性トナー（Ａ）には必要に応じて顔料や染料等の着色剤を添加してもよい。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、トナーの結着樹脂１００重量部に対し０．１〜２０重量部、好ましくは２〜１０重量部の添加量がよい。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、トナーの結着樹脂１００重量部に対し、０．０５〜１０重量部、好ましくは０．１〜３重量部の添加量がよい。
【００５４】
本発明の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。
【００５５】
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。
【００５６】
本発明の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よい。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、カルナウバワックス、サゾールワックス、パラフィンワックス等を結着樹脂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。
【００５７】
本発明において現像剤を構成するキャリアとしては、１０００Ｏｅの磁場中における磁化を３０〜１２０ｅｍｕ／ｇ、好ましくは４０〜１００ｅｍｕ／ｇとすることにより、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。
【００５８】
本発明において現像剤を構成する磁性トナーとしては、体積平均粒径が５〜１５μｍ、好ましくは６〜１０μｍとすることにより、細線の再現性や中間調の均一性に優れる。キャリアとしては、重量平均粒子径が２０〜１００μｍ、好ましくは２０〜８０μｍとすることにより、現像領域における現像剤層のトナー濃度を高くすることができるため、高速機での現像条件においても画像濃度の高い良好な画像が得られる。
【００５９】
本発明において現像剤を構成するキャリアの核体粒子としては、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。
【００６０】
これら本発明で用いられるキャリアはより耐久性をよくする目的で、表面を樹脂で被覆することが好ましい。
【００６１】
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。
【００６２】
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、下記一般式（１）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。
【００６３】
【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のアルケニル基、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一般式（２）で示される基であり、
【００６４】
【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。
【００６５】
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。
【００６６】
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よい。分散される導電性付与材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。
【００６７】
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る。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。
【００６８】
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よい。
【００６９】
本発明に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。
【００７０】
【化３】
上記式中、Ｘはケイ素原子に結合している加水分解基で、例えばクロル基、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、Ｙは有機マトリックスと反応する有機官能基で、例えばビニル基、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挙げられる。Ｒは炭素数１〜２０のアルキル基又はアルキレン基である。
【００７１】
前記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。
【００７２】
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。
【００７３】
図１は、本発明の一例を示す画像形成装置の現像装置部分の概略図である。潜像担持体である感光体ドラム１の側方に配設された現像装置１３は、支持ケース１４、現像剤担持体としての現像スリーブ１５、現像剤収容部材１６、現像剤規制部材としての第１ドクターブレード１７等から主に構成されている。
【００７４】
感光体ドラム１側に開口を有する支持ケース１４は、内部にトナー１８を収容するトナー収容部としてのトナーホッパー１９を形成している。トナーホッパー１９の感光体ドラム１側寄りには、トナー１８と磁性粒子であるキャリアとからなる現像剤２２を収容する現像剤収容部１６ａを形成する現像剤収容部材１６が、支持ケース１４と一体的に設けられている。また、現像剤収容部材１６の下方に位置する支持ケース１４には、対向面１４ｂを有する突出部１４ａが形成されており、現像剤収容部材１６の下部と対向面１４ｂとの間の空間によって、トナー１８を供給するためのトナー供給開口部２０が形成されている。
【００７５】
トナーホッパー１９の内部には、図示しない駆動手段によって回動されるトナー供給手段としてのトナーアジテータ２１が配設されている。トナーアジテータ２１は、トナーホッパー１９内のトナー１８をトナー供給開口部２０に向けて撹拌しながら送り出す。また、トナーホッパー１９の、感光体ドラム１と対向する側には、トナーホッパー１９内のトナー１８の量が少なくなったときにこれを検知するトナーエンド検知手段１４ｃが配設されている。
【００７６】
感光体ドラム１とトナーホッパー１９との間の空間には、現像スリーブ１５が配設されている。図示しない駆動手段で図の矢印方向に回転駆動される現像スリーブ１５は、その内部に、現像装置１３に対して相対位置不変に配設された、磁界発生手段としての図示しない磁石を有している。現像剤収容部材１６の、支持ケース１４に取り付けられた側と対向する側には、第１ドクターブレード１７が一体的に取り付けられている。第１ドクターブレード１７は、その先端と現像スリーブ１５の外周面との間に一定の隙間を保った状態で配設されている。
【００７７】
現像剤収容部材１６の、トナー供給開口部２０の近傍に位置する部位には、規制部材としての第２ドクターブレード２３が配設されている。第２ドクターブレード２３は、その自由端が現像スリーブ１５の外周面に対して一定の隙間を保つべく、現像スリーブ１５の表面に形成される現像剤２２の層の流れを妨げる方向、すなわち、自由端を現像スリーブ１５の中心に向けて、基端を現像剤収容部材１６に一体的に取り付けられている。
【００７８】
現像剤収容部１６ａは、現像スリーブ１５の磁力が及ぶ範囲で、現像剤２２を循環移動させるに十分な空間を有するように構成されている。なお、対向面１４ｂは、トナーホッパー１９側から現像スリーブ１５側に向けて下向きに傾斜するよう、所定の長さにわたって形成されている。これにより、振動、現像スリーブ１５の内部に設けられた図示しない磁石の磁力分布のむら、現像剤２２中の部分的なトナー濃度の上昇等が発生した際に、第２ドクターブレード２３と現像スリーブ１５の周面との間から現像剤収容部１６ａ内のキャリアが落下しても、落下したキャリアは対向面１４ｂで受けられて現像スリーブ１５側に移動し、磁力で現像スリーブ１５に磁着されて再び現像剤収容部１６ａ内に供給される。これにより現像剤収容部１６ａ内のキャリア量の減少を防止することができ、画像形成時における、現像スリーブ１５の軸方向での画像濃度むらの発生を防止することができる。対向面１４ｂの傾斜角度αとしては５゜程度が、また、所定の長さｌとしては、好ましくは２〜２０ｍｍ、さらに好ましくは３〜１０ｍｍ程度が望ましい。
【００７９】
上記構成により、トナーホッパー１９の内部からトナーアジテータ２１によって送り出されたトナー１８は、トナー供給開口部２０を通って現像スリーブ１５に担持された現像剤２２に供給され、現像剤収容部１６ａへ運ばれる。そして、現像剤収容部１６ａ内の現像剤２２は、現像スリーブ１５に担持されて感光体ドラム１の外周面と対向する位置まで搬送され、トナー１８のみが感光体ドラム１上に形成された静電潜像と静電的に結合することにより、感光体ドラム１上にトナー像が形成される。ここで、上記トナー像形成時における現像剤２２の挙動を説明する。現像装置１３に磁性キャリア２２ａのみからなるスタート剤をセットすると、図２に示すように、磁性キャリア２２ａは現像スリーブ１５の表面に磁着されるものと現像剤収容部１６ａ内に収容されるものとに分かれる。現像剤収容部１６ａ内に収容された磁性キャリア２２ａは、現像スリーブ１５の矢印ａ方向への回転に伴い、現像スリーブ１５内からの磁力によって矢印ｂ方向へ、１ｍｍ／ｓ以上の移動速度で循環移動する。そして、現像スリーブ１５の表面に磁着された磁性キャリア２２ａの表面と現像剤収容部１６ａ内で移動する磁性キャリア２２ａの表面との境界部において界面Ｘが形成される。
【００８０】
次に、トナーホッパー１９にトナー１８がセットされると、トナー供給開口部２０より現像スリーブ１５に担持された磁性キャリア２２ａにトナー１８が供給される。従って、現像スリーブ１５は、トナー１８と磁性キャリア２２ａとの混合物である現像剤２２を担持することとなる。
【００８１】
現像剤収容部１６ａ内では、収容されている現像剤２２の存在により、現像スリーブ１５によって搬送される現像剤２２に対して、その搬送を停止させようとする力が働いている。そして、現像スリーブ１５に担持された現像剤２２の表面に存在するトナー１８が界面Ｘへ搬送されると、界面Ｘ近傍における現像剤２２間の摩擦力が低下して界面Ｘ近傍の現像剤２２の搬送力が低下し、これにより界面Ｘ近傍での現像剤２２の搬送量が減少する。
【００８２】
一方、合流点Ｙより現像スリーブ１５の回転方向上流側の現像剤２２には、上述の現像剤収容部１６ａ内のような、現像スリーブ１５によって搬送される現像剤２２に対して、その搬送を停止させるような力は作用しないので、合流点Ｙへ搬送されてきた現像剤２２と界面Ｘを搬送される現像剤２２との搬送量のバランスが崩れて、図３に示すように、現像剤２２の玉突状態が発生し、合流点Ｙの位置が上昇して界面Ｘを含む現像剤２２の層厚が増加する。また、第１ドクターブレード１７を通過した現像剤２２の層厚も徐々に増加し、この増加した現像剤２２が第２ドクターブレード２３によって掻き落とされる。そして、第１ドクターブレード１７を通過した現像剤２２が所定のトナー濃度に達すると、図４に示すように、第２ドクターブレード２３に掻き落とされて層状となった増加分の現像剤２２がトナー供給開口部２０を塞ぎ、この状態でトナー１８の取り込みが終了する。このとき、現像剤収容部１６ａ内ではトナー濃度が高くなることにより現像剤２２の嵩が大きくなり、これにより現像剤収容部１６ａ内の空間が狭くなることによって、現像剤２２が図の矢印ｂ方向に循環移動する移動速度も低下する。このトナー供給開口部２０を塞ぐように形成された現像剤２２の層において、第２ドクターブレード２３に掻き落とされた現像剤２２は、図４に矢印ｃで示すように、速度１ｍｍ／ｓ以上の移動速度で移動して対向面１４ｂで受けられるが、対向面１４ｂが現像スリーブ１５側に向けて角度αで下方に傾斜し、かつ、所定長さｌを有しているため、現像剤２２の層の移動による、トナーホッパー１９への現像剤２２の落下を防止することができ、現像剤２２の量を常に一定に保つことができるので、トナー供給を常時一定に自己制御することが可能となる。
【００８３】
【実施例】
以下本発明を磁性体製造例、トナー製造例、キャリアの製造例、及び実施例により具体的に説明する。
【００８４】
磁性体製造例１
マグネタイト１００重量部にメチルトリメトキシシラン溶液固形分０．５重量部を添加し、ヘンシェルミキサーにて３０分間混合攪拌を行った。
次にカーボンブラックを１２重量部添加し、更に６０分間混合攪拌を行い、メチルトリメトキシシラン被覆にカーボンブラック微粒子粉末を付着させた後、乾燥機を用いて１０５℃で６０分間乾燥し、カーボン複合磁性粒子である磁性体１を得た。
この磁性体１の特性としては、平均粒径：０．２０μｍ、ＦｅＯ含有量：２０ｗｔ％、比表面積：８．３ｍ2／ｇ、磁化：６１ｅｍｕ／ｇであった。
【００８５】
磁性体製造例２〜９
磁性体製造例１と同様の方法で、表１に示す処方にてカーボン複合磁性粒子である磁性体２〜８、及び磁性体９を得た。
【００８６】
次にトナーの製造例を以下に示す。
トナー製造例１
ポリエステル樹脂 １００重量部
含クロムアゾ染料 ３重量部
カルナウバワックス ５重量部
磁性体１ ７０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、１４０℃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平均粒径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。このトナーの１０００Ｏｅの磁場中での磁化は２４ｅｍｕ／ｇであった。
【００８７】
トナー製造例２〜９
磁性体として表１に示す処方の磁性体２〜９を用いる以外は、製造例１と同様にトナーを作製し、トナー粒子ｂ〜ｉを得た。
【００８８】
【表１】
【００８９】
トナー製造例１０
ポリエステル樹脂 １００重量部
含クロムアゾ染料 ３重量部
カルナウバワックス ５重量部
カーボン複合磁性粒子 ７０重量部
（平均粒径：０．２０μｍ、ＦｅＯ含有量：２０ｗｔ％、
比表面積：８．０ｍ2／ｇ、磁化：６１ｅｍｕ／ｇ）
上記処方の混合物をヘンシェルミキサーにて混合後、１４０℃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平均粒径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Ｊを得た。このトナーの１０００Ｏｅの磁場中での磁化は２４ｅｍｕ／ｇであった。
【００９０】
トナー製造例１１〜２０
カーボン複合磁性体粒子を表２記載のカーボン複合磁性粒子とした以外はトナー製造例１０と同様にトナーを製造し、トナー粒子ｋ〜ｔを得た。
【００９１】
トナー製造例２１
カーボン複合磁性体を用いない以外はトナー製造例１と同様にトナーを作製し、トナー粒子ｕを得た。特性を表２に示す。
【００９２】
【表２】
【００９３】
キャリアの製造例を以下に示す。
キャリア製造例１
湿式法により作製したマグネタイト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製した。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。
【００９４】
シリコーン樹脂溶液 １００重量部
トルエン １００重量部
γ−アミノプロピ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を調製した。
流動床型コーティング装置を用いて、この被覆層形成液を核体粒子１の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。
重量平均粒子径：５８μｍ
磁化 ：６５ｅｍｕ／ｇ
【００９５】
キャリア製造例２
ＣｕＯ２４ｍｏｌ％、ＺｎＯ２５ｍｏｌ％、Ｆｅ2Ｏ3５１ｍｏｌ％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、キャリア製造例２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。
重量平均粒子径：５５μｍ
磁化 ：５１ｅｍｕ／ｇ
【００９６】
キャリア製造例３
ポリエステル樹脂 ３０重量部
マグネタイト微粒子（平均粒子径：０．８μｍ） ７０重量部
上記混合物を溶融混練後、粉砕、分級して平均粒径５３μｍのキャリア粒子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。
重量平均粒子径：５３μｍ
磁化 ：４２ｅｍｕ／ｇ
【００９７】
実施例１
キャリア製造例１で作製されたキャリアＡ１００重量部に対してトナー製造例１で作製されたトナーａ２５重量部を加え、ターブラーミキサーで混合し現像剤を得た。
次に図１に示される現像装置を（株）リコー製のｉｍａｇｉｏＭＦ２００に組み込み、画像出し試験を行い、下記評価試験法により、画像濃度、地肌汚れ、中間調再現性、画像濃度制御性を評価した。結果を表３に示す。
【００９８】
実施例２〜実施例１９、比較例１〜比較例２
実施例１と同様にして表３に示すトナー及びキャリアの組み合せで現像剤を作製し、実施例１と同様の方法で評価を行った。結果を表３に示す。
【００９９】
評価試験法
（画像濃度）
原稿画像の上部、中部、下部に配したベタ画像９カ所の画像濃度をマクベス反射濃度計（Ｍｏｄｅｌ：ＲＤ５１４）で測定した。
【０１００】
（地肌汚れ）
原稿画像の中央部に配した非画像部の地肌汚れを５段階のランク評価を行い、ランク３以上を許容レベルとした。
ランク５：地肌汚れなし
ランク４：地肌汚れが僅かに発生するが気にならない程度
ランク３：地肌汚れが若干発生するが、許容できるレベル
ランク２：地肌汚れが発生し、許容できないレベル
ランク１：地肌汚れが極端に悪い
【０１０１】
（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
△ ：７〜９
× ：５〜７
××：５以下
【０１０２】
（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
○：画像濃度差が０．１以上０．２未満
△：画像濃度差が０．２以上０．５未満
×：画像濃度差が０．５以上
【０１０３】
【表３】
【０１０４】
【発明の効果】
本発明によると、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、及びそれを用いる画像形成方法、装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の現像装置部分の一例の概略断面図である。
【図２】本発明の画像形成装置における現像剤の挙動を説明する一例の部分側断面図である。
【図３】本発明の画像形成装置における現像剤の挙動を説明する一例の他の部分側断面図である。
【図４】本発明の画像形成装置における現像剤の挙動を説明する一例の他の部分側断面図である。
【符号の説明】
１ 潜像担持体（感光体ドラム）
１３ 現像装置
１４ 支持ケース
１４ａ １４の突出部
１４ｂ １４ａの対向面
１４ｃ トナーエンド検知手段
１５ 現像剤担持体（現像スリーブ）
１６ 現像剤収容部材
１６ａ 現像剤収容部
１７ 第１の規制部材（第１ドクターブレード）
１８ トナー
１９ トナー収容部（トナーホッパー）
２０ トナー供給開口部
２１ トナー供給手段（トナーアジテータ）
２２ 現像剤
２２ａ 磁性キャリア
２３ 第２の規制部材（第２ドクターブレード）
α 対向面１４ｂの傾斜角度
ｌ 対向面１４ｂの長さ
Ｘ 界面部（界面）
Ｙ 合流点
【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、及び静電印刷法などに用いる現像剤、並びにそれを使用する画像形成装置、画像形成方法に関するものである。
【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トナー濃度センサを搭載する必要がある。そのために、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】
一方、一成分現像法では前記二成分現像法のようにキャリア粒子とトナー粒子を混合した現像剤を用いず、磁性体を含有する磁性トナーと磁石を内蔵した現像スリーブ間の磁力により現像スリーブ上にトナーを保持し、静電潜像に近接すると静電潜像が可視化する。電界によるトナー粒子に対する潜像方向への吸引力が、トナー粒子と現像スリーブ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。
【０００６】
従って、一成分現像法ではトナー濃度を制御する必要が無いために、現像装置が小型化できるという利点があるが、現像領域でのトナーの粒子数が二成分現像剤に比べて少ないために感光体上へのトナーの現像量が十分ではなく、高速の複写機への対応が困難であった。
【０００７】
一方、二成分現像においても高速複写機においてはスリーブ線速が速くなるためにトナーの帯電量が低い場合に、現像剤中のトナーがキャリアから離脱するいわゆるトナー飛散が生じやすく、二成分現像においても磁性トナーを用いた磁性二成分現像剤が提案されている。
【０００８】
しかしながら、二成分現像剤に磁性トナーを用いる場合、磁性体量を多くするとトナー磁化が大きくなり、二成分現像では現像能力が低下する。また、磁性体量を少なくすると、着色力が低下し、赤みを帯びた画像となる。これを改良するためにカーボンブラック等の非磁性の黒色顔料を併用すると、帯電性が低下し、地肌汚れが発生しやすくなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、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のない良好な画像を得ることができる二成分現像剤を提供することである。
【００１０】
本発明の第１の発明は、 磁性粒子の表面にシランカップリング剤を結着樹脂としたカーボンブラックを結着した複合磁性粒子である磁性体を有する磁性トナー（Ａ）と磁性キャリア（Ｂ）とを少なくとも含むことを特徴とする二成分現像剤である。
【００１１】
本発明は、前記トナー中の磁性体が磁性粒子の表面にカーボンブラックを結着した複合磁性粒子である磁性体であることを特徴とする現像剤を用いることにより、磁性体自身の色調が黒くなるため、少量の使用においてもトナーの黒色度を十分に得ることができ、画像濃度の高い良好な画像を得ることができる。また、同時に、トナー粒子に十分な帯電を付与することが可能となり、トナー飛散及び地肌汚れを防止することが可能となる。
【００１２】
本発明の第２は、磁性トナー（Ａ）中の磁性体含有量が１０〜３０重量％であることを特徴とする前記の二成分現像剤である。
【００１３】
磁性体含有量を１０〜３０重量％、好ましくは１０〜２５重量％とすることにより、現像能力とトナー飛散及び地肌汚れの両方を満足することが可能となる。
【００１５】
本発明の第３は、磁性トナー（Ａ）中の磁性体が磁性粒子の表面に磁性粒子に対し０．３〜３．０重量％のシランカップリング剤を結着樹脂とし磁性粒子に対し３〜２０重量％のカーボンブラック粉末の被覆層を有する複合磁性粒子であることを特徴とする。
【００１６】
上記の磁性体とすることにより、カーボンブラックが磁性粒子表面に強固に固定されるため、トナー製造時に、磁性体の分散工程において磁性体表面のカーボンブラックが脱離せず、地肌汚れ等の問題を防止できる。
【００１７】
本発明の第４は、磁性トナー（Ａ）の１０００Ｏｅの磁場中での磁化（σｔ）が１０〜３０ｅｍｕ／ｇであることを特徴とする前記第１〜３のいずれかの二成分現像剤にある。
【００１８】
前記磁性トナーの１０００Ｏｅの磁場中での磁化（σｔ）が１０〜３０ｅｍｕ／ｇであることにより、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、トナー自体の磁化による現像剤担持体方向への磁気束縛力により現像剤担持体の回転に伴うトナー飛散や地肌部分へのトナー現像を有効に防止できる。また、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。
【００１９】
本発明の第６は、磁性トナー（Ａ）中の磁性体が実質的にケイ素又はアルミニウム元素を含有しない球状磁性体であることを特徴とする前記第１〜４のいずれかの二成分現像剤にある。
【００２０】
前記磁性トナー（Ａ）中の磁性体が実質的にケイ素又はアルミニウム元素を含有しない球状磁性体であることにより、湿度環境の変動によるトナーの帯電量の変化を小さくすることができる。
【００２１】
本発明の第６は、磁性トナー（Ａ）中の磁性体の１０００Ｏｅの磁場中での磁化（σｍ）が３０〜７０ｅｍｕ／ｇであることを特徴とする前記第１〜５のいずれかの二成分現像剤にある。
【００２２】
磁性トナー（Ａ）中の磁性体の１０００Ｏｅの磁場中での磁化が、３０〜９０ｅｍｕ／ｇ、好ましくは３０〜７０ｅｍｕ／ｇであることにより、前記トナーの磁気特性を満足することが可能となる。
【００２３】
本発明の第７は、磁性トナー（Ａ）中の磁性体の平均粒径が、０．２〜０．４μｍであることを特徴とする前記第１〜６のいずれかの二成分現像剤にある。
【００２４】
本発明の第８は、磁性トナー（Ａ）中の磁性体の比表面積が１〜６０ｍ2／ｇであることを特徴とする前記第１〜７のいずれかの二成分現像剤にある。
【００２５】
特に磁性トナー（Ａ）中の磁性体の比表面積が１〜６０ｍ2／ｇの二成分現像剤を用いることにより、トナーの抵抗と帯電性を両立することができるため、画像濃度が高く、地肌汚れのない画像を得ることができる。
【００２６】
本発明の第９は、磁性キャリア（Ｂ）の重量平均粒子径が２０〜１００μｍで、磁性トナー（Ａ）の体積平均粒子径が５〜１５μｍであることを特徴とする前記第１〜８のいずれかの二成分現像剤にある。
【００２７】
本発明の第１０は、前記現像剤の磁性トナー（Ａ）と磁性キャリア（Ｂ）の重量比が１０：９０〜５０：５０であることを特徴とする前記第１〜９のいずれかの二成分現像剤にある。
【００２８】
現像剤を磁性トナー（Ａ）と磁性キャリア（Ｂ）の重量比が１０：９０〜５０：５０である構成とすることにより、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。
【００２９】
本発明の第１１は、内部に磁界発生手段を有し、トナーとキャリアとを少なくとも含む二成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に担持されて搬送される現像剤の量を規制する第１の規制部材と、該第１の規制部材よりも現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側に配設され、第１の規制部材により掻き落とされた現像剤を収容する現像剤収容部と、該現像剤収容部の搬送方向上流側に配設され現像剤担持体にトナーを供給するトナー収容部と、現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度が上昇し、現像剤の層厚が増加した場合に現像剤の増加分の通過を規制するよう現像剤担持体との間隙が設定されている第２の規制部材を少なくとも有し、該第２の規制部材により現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度の変化に応じて、現像剤とトナーとの接触状態を変化させて、現像剤担持体上の現像剤のトナー取り込み状態を変化させることが可能な画像形成装置に用いることを特徴とする前記第１〜１０のいずれかに記載の二成分現像剤にある。
【００３０】
前記現像剤を用いることにより、トナー補給機構及びトナー濃度センサを必要としない、小型で安価な現像装置においても、トナー粒子に十分な帯電を付与することが可能となり、また、磁性体自身の色調が黒くなるため、少量の使用においても画像濃度の高い良好な画像を得ることができる。
【００３１】
本発明の第１２は、前記第１〜１０のいずれかに記載の二成分現像剤を充填したことを特徴とする現像容器にある。
【００３２】
本発明の第１３は、内部に磁界発生手段を有し、トナーとキャリアとを少なくとも含む二成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に担持されて搬送される現像剤の量を規制する第１の規制部材と、該第１の規制部材よりも現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側に配設され、第１の規制部材により掻き落とされた現像剤を収容する現像剤収容部と、該現像剤収容部の搬送方向上流側に配設され現像剤担持体にトナーを供給するトナー収容部と、現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度が上昇し、現像剤の層厚が増加した場合に現像剤の増加分の通過を規制するよう現像剤担持体との間隙が設定されている第２の規制部材を少なくとも有し、該第２の規制部材により現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度の変化に応じて、現像剤とトナーとの接触状態を変化させて、現像剤担持体上の現像剤のトナー取り込み状態を変化させることが可能な画像形成装置において、前記二成分現像剤が、前記第１〜１０のいずれかに記載の二成分現像剤を用いることを特徴とする画像形成装置にある。
【００３３】
本発明の第１４は、画像形成装置として内部に磁界発生手段を有し、トナーとキャリアとを少なくとも含む二成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に担持されて搬送される現像剤の量を規制する第１の規制部材と、該第１の規制部材よりも現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側に配設され、第１の規制部材により掻き落とされた現像剤を収容する現像剤収容部と、該現像剤収容部の搬送方向上流側に配設され現像剤担持体にトナーを供給するトナー収容部と、現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度が上昇し、現像剤の層厚が増加した場合に現像剤の増加分の通過を規制するよう現像剤担持体との間隙が設定されている第２の規制部材を少なくとも有し、該第２の規制部材により現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度の変化に応じて、現像剤とトナーとの接触状態を変化させて、現像剤担持体上の現像剤のトナー取り込み状態を変化させることが可能な画像形成装置、及び二成分現像剤として前記第１〜１０いずれかに記載の二成分現像剤を用いることを特徴とする画像形成方法にある。
【００３４】
【発明の実施の形態】
次に本発明について以下に詳しく説明する。
【００３５】
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。
【００３６】
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、スチレン−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、脂肪族又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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
トナーには極性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。極性制御剤によって、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り、特に本発明では極性制御剤を用いることにより前記のトナー濃度を制御しない現像方法に用いた場合、有効である。
【００４０】
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であるいは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。
【００４１】
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−ジターシャリ−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。
【００４２】
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、個数平均粒径３μｍ以下が好ましい。
【００４３】
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、好ましくは結着樹脂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重量部を越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が増大するため、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
【００４４】
本発明の磁性トナー（Ａ）に用いられる磁性体としては、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の磁性酸化鉄の表面にシランカップリング剤を結着樹脂としてカーボンブラックを被覆した物が使用され、なかでも、マグネタイトが好ましい。
【００４５】
シランカップリング剤の量は磁性粒子に対し０．３〜３．０重量％、好ましくは０．３〜１．５重量％で用いられる。０．３重量％未満ではカーボンブラックが磁性粒子に強固に付着しないために、トナー製造時に磁性体の分散工程において磁性体表面のカーボンブラックが脱離してしまい、カブリ等の問題が発生する。また、３重量％を超えると、磁性粒子表面のカーボンブラック被覆層が不均一となり、トナー中への分散性が悪くなったり、極端になると複合磁性粒子自体が造粒してしまい、問題となる。
【００４６】
更に、カーボンブラックの量は磁性粒子に対し、３〜２０重量％、好ましくは５〜１５重量％である。３重量％未満では、磁性体自体の黒色度に劣るため、出力した画像の濃度が低いという問題が発生する。また、２０重量％を超えると磁性体の流動性が低下しトナー製造時の磁性体分散性に劣る結果となり、更に磁性体からのカーボンブラックの脱離が起こりやすくなるため、地カブリ等の異常画像となる。
【００４７】
磁性粒子粉末の粒子表面のシランカップリング剤による被覆は、磁性粒子にシランカップリング剤の溶液を噴霧しながら混合攪拌すればよい。
【００４８】
結着樹脂に用いられるシランカップリング剤としては、例えばヘキサメチルジシラザン、トリメチルシラン、トリメチルクロルシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、β−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、トリオルガノシランメルカプタン、トリメチルシリルメルカプタン、トリオルガノシリルアクリレート、ビニルジメチルアセトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン、１，３−ジビニルテトラメチルジシロキサン、１，３−ジフェニルテトラメチルジシロキサンが挙げられる。
【００４９】
磁性粒子として用いられるマグネタイトは公知の製造方法で作られる。例えば、硫酸鉄水溶液をアルカリ性水溶液で中和し、水酸化鉄を得る。その後ｐＨを１０以上に調整した水酸化鉄懸濁液を酸素を含有するガスで酸化しマグネタイトスラリーを得る。次いで、該スラリーを水洗、濾過、乾燥、解砕しマグネタイト粒子が得られる。
【００５０】
これらの磁性体の好ましい態様としては、実質的にケイ素又はアルミニウムを含有しない球状磁性体が好ましい。さらに平均粒子が０．２〜０．４μｍ、好ましくは０．２〜０．３μｍのものがよい。
磁性トナー中に含有させる量としてはトナーに対し好ましくは５〜８０重量％、特に好ましくはトナー対し１０〜３０重量％がよい。
【００５１】
また、本発明に用いられる磁性トナー（Ａ）は、１０００Ｏｅの磁場中での磁化が１０〜３０ｅｍｕ／ｇ、好ましくは１５〜２５ｅｍｕ／ｇがよい。１０ｅｍｕ／ｇより小さいと、トナーの磁気バイアス効果が小さくなるため、トナー飛散や地肌汚れが発生し、また、３０ｅｍｕ／ｇより大きいと、トナーの磁気バイアス効果が大きくなるため、画像濃度が低くなる。
【００５２】
さらに、本発明に用いられる磁性トナー（Ａ）の磁性体は含有量が１０〜３０重量％、好ましくは１５〜２５重量％で、比表面積が１〜６０ｍ2／ｇ、好ましくは３〜２０ｍ2／ｇである。この範囲の含有量及び比表面積とする事により、トナーの抵抗と帯電性を両立することができるため、画像濃度が高く、地肌汚れのない画像を得ることができる。
【００５３】
本発明の磁性トナー（Ａ）には必要に応じて顔料や染料等の着色剤を添加してもよい。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、トナーの結着樹脂１００重量部に対し０．１〜２０重量部、好ましくは２〜１０重量部の添加量がよい。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、トナーの結着樹脂１００重量部に対し、０．０５〜１０重量部、好ましくは０．１〜３重量部の添加量がよい。
【００５４】
本発明の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。
【００５５】
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。
【００５６】
本発明の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よい。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、カルナウバワックス、サゾールワックス、パラフィンワックス等を結着樹脂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。
【００５７】
本発明において現像剤を構成するキャリアとしては、１０００Ｏｅの磁場中における磁化を３０〜１２０ｅｍｕ／ｇ、好ましくは４０〜１００ｅｍｕ／ｇとすることにより、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。
【００５８】
本発明において現像剤を構成する磁性トナーとしては、体積平均粒径が５〜１５μｍ、好ましくは６〜１０μｍとすることにより、細線の再現性や中間調の均一性に優れる。キャリアとしては、重量平均粒子径が２０〜１００μｍ、好ましくは２０〜８０μｍとすることにより、現像領域における現像剤層のトナー濃度を高くすることができるため、高速機での現像条件においても画像濃度の高い良好な画像が得られる。
【００５９】
本発明において現像剤を構成するキャリアの核体粒子としては、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。
【００６０】
これら本発明で用いられるキャリアはより耐久性をよくする目的で、表面を樹脂で被覆することが好ましい。
【００６１】
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。
【００６２】
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、下記一般式（１）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。
【００６３】
【化１】
【００６４】
【化２】
【００６５】
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。
【００６６】
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よい。分散される導電性付与材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。
【００６７】
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る。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。
【００６８】
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よい。
【００６９】
本発明に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。
【００７０】
【化３】
【００７１】
前記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。
【００７２】
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。
【００７３】
図１は、本発明の一例を示す画像形成装置の現像装置部分の概略図である。潜像担持体である感光体ドラム１の側方に配設された現像装置１３は、支持ケース１４、現像剤担持体としての現像スリーブ１５、現像剤収容部材１６、現像剤規制部材としての第１ドクターブレード１７等から主に構成されている。
【００７４】
感光体ドラム１側に開口を有する支持ケース１４は、内部にトナー１８を収容するトナー収容部としてのトナーホッパー１９を形成している。トナーホッパー１９の感光体ドラム１側寄りには、トナー１８と磁性粒子であるキャリアとからなる現像剤２２を収容する現像剤収容部１６ａを形成する現像剤収容部材１６が、支持ケース１４と一体的に設けられている。また、現像剤収容部材１６の下方に位置する支持ケース１４には、対向面１４ｂを有する突出部１４ａが形成されており、現像剤収容部材１６の下部と対向面１４ｂとの間の空間によって、トナー１８を供給するためのトナー供給開口部２０が形成されている。
【００７５】
トナーホッパー１９の内部には、図示しない駆動手段によって回動されるトナー供給手段としてのトナーアジテータ２１が配設されている。トナーアジテータ２１は、トナーホッパー１９内のトナー１８をトナー供給開口部２０に向けて撹拌しながら送り出す。また、トナーホッパー１９の、感光体ドラム１と対向する側には、トナーホッパー１９内のトナー１８の量が少なくなったときにこれを検知するトナーエンド検知手段１４ｃが配設されている。
【００７６】
感光体ドラム１とトナーホッパー１９との間の空間には、現像スリーブ１５が配設されている。図示しない駆動手段で図の矢印方向に回転駆動される現像スリーブ１５は、その内部に、現像装置１３に対して相対位置不変に配設された、磁界発生手段としての図示しない磁石を有している。現像剤収容部材１６の、支持ケース１４に取り付けられた側と対向する側には、第１ドクターブレード１７が一体的に取り付けられている。第１ドクターブレード１７は、その先端と現像スリーブ１５の外周面との間に一定の隙間を保った状態で配設されている。
【００７７】
現像剤収容部材１６の、トナー供給開口部２０の近傍に位置する部位には、規制部材としての第２ドクターブレード２３が配設されている。第２ドクターブレード２３は、その自由端が現像スリーブ１５の外周面に対して一定の隙間を保つべく、現像スリーブ１５の表面に形成される現像剤２２の層の流れを妨げる方向、すなわち、自由端を現像スリーブ１５の中心に向けて、基端を現像剤収容部材１６に一体的に取り付けられている。
【００７８】
現像剤収容部１６ａは、現像スリーブ１５の磁力が及ぶ範囲で、現像剤２２を循環移動させるに十分な空間を有するように構成されている。なお、対向面１４ｂは、トナーホッパー１９側から現像スリーブ１５側に向けて下向きに傾斜するよう、所定の長さにわたって形成されている。これにより、振動、現像スリーブ１５の内部に設けられた図示しない磁石の磁力分布のむら、現像剤２２中の部分的なトナー濃度の上昇等が発生した際に、第２ドクターブレード２３と現像スリーブ１５の周面との間から現像剤収容部１６ａ内のキャリアが落下しても、落下したキャリアは対向面１４ｂで受けられて現像スリーブ１５側に移動し、磁力で現像スリーブ１５に磁着されて再び現像剤収容部１６ａ内に供給される。これにより現像剤収容部１６ａ内のキャリア量の減少を防止することができ、画像形成時における、現像スリーブ１５の軸方向での画像濃度むらの発生を防止することができる。対向面１４ｂの傾斜角度αとしては５゜程度が、また、所定の長さｌとしては、好ましくは２〜２０ｍｍ、さらに好ましくは３〜１０ｍｍ程度が望ましい。
【００７９】
上記構成により、トナーホッパー１９の内部からトナーアジテータ２１によって送り出されたトナー１８は、トナー供給開口部２０を通って現像スリーブ１５に担持された現像剤２２に供給され、現像剤収容部１６ａへ運ばれる。そして、現像剤収容部１６ａ内の現像剤２２は、現像スリーブ１５に担持されて感光体ドラム１の外周面と対向する位置まで搬送され、トナー１８のみが感光体ドラム１上に形成された静電潜像と静電的に結合することにより、感光体ドラム１上にトナー像が形成される。ここで、上記トナー像形成時における現像剤２２の挙動を説明する。現像装置１３に磁性キャリア２２ａのみからなるスタート剤をセットすると、図２に示すように、磁性キャリア２２ａは現像スリーブ１５の表面に磁着されるものと現像剤収容部１６ａ内に収容されるものとに分かれる。現像剤収容部１６ａ内に収容された磁性キャリア２２ａは、現像スリーブ１５の矢印ａ方向への回転に伴い、現像スリーブ１５内からの磁力によって矢印ｂ方向へ、１ｍｍ／ｓ以上の移動速度で循環移動する。そして、現像スリーブ１５の表面に磁着された磁性キャリア２２ａの表面と現像剤収容部１６ａ内で移動する磁性キャリア２２ａの表面との境界部において界面Ｘが形成される。
【００８０】
次に、トナーホッパー１９にトナー１８がセットされると、トナー供給開口部２０より現像スリーブ１５に担持された磁性キャリア２２ａにトナー１８が供給される。従って、現像スリーブ１５は、トナー１８と磁性キャリア２２ａとの混合物である現像剤２２を担持することとなる。
【００８１】
現像剤収容部１６ａ内では、収容されている現像剤２２の存在により、現像スリーブ１５によって搬送される現像剤２２に対して、その搬送を停止させようとする力が働いている。そして、現像スリーブ１５に担持された現像剤２２の表面に存在するトナー１８が界面Ｘへ搬送されると、界面Ｘ近傍における現像剤２２間の摩擦力が低下して界面Ｘ近傍の現像剤２２の搬送力が低下し、これにより界面Ｘ近傍での現像剤２２の搬送量が減少する。
【００８２】
一方、合流点Ｙより現像スリーブ１５の回転方向上流側の現像剤２２には、上述の現像剤収容部１６ａ内のような、現像スリーブ１５によって搬送される現像剤２２に対して、その搬送を停止させるような力は作用しないので、合流点Ｙへ搬送されてきた現像剤２２と界面Ｘを搬送される現像剤２２との搬送量のバランスが崩れて、図３に示すように、現像剤２２の玉突状態が発生し、合流点Ｙの位置が上昇して界面Ｘを含む現像剤２２の層厚が増加する。また、第１ドクターブレード１７を通過した現像剤２２の層厚も徐々に増加し、この増加した現像剤２２が第２ドクターブレード２３によって掻き落とされる。そして、第１ドクターブレード１７を通過した現像剤２２が所定のトナー濃度に達すると、図４に示すように、第２ドクターブレード２３に掻き落とされて層状となった増加分の現像剤２２がトナー供給開口部２０を塞ぎ、この状態でトナー１８の取り込みが終了する。このとき、現像剤収容部１６ａ内ではトナー濃度が高くなることにより現像剤２２の嵩が大きくなり、これにより現像剤収容部１６ａ内の空間が狭くなることによって、現像剤２２が図の矢印ｂ方向に循環移動する移動速度も低下する。このトナー供給開口部２０を塞ぐように形成された現像剤２２の層において、第２ドクターブレード２３に掻き落とされた現像剤２２は、図４に矢印ｃで示すように、速度１ｍｍ／ｓ以上の移動速度で移動して対向面１４ｂで受けられるが、対向面１４ｂが現像スリーブ１５側に向けて角度αで下方に傾斜し、かつ、所定長さｌを有しているため、現像剤２２の層の移動による、トナーホッパー１９への現像剤２２の落下を防止することができ、現像剤２２の量を常に一定に保つことができるので、トナー供給を常時一定に自己制御することが可能となる。
【００８３】
【実施例】
以下本発明を磁性体製造例、トナー製造例、キャリアの製造例、及び実施例により具体的に説明する。
【００８４】
磁性体製造例１
マグネタイト１００重量部にメチルトリメトキシシラン溶液固形分０．５重量部を添加し、ヘンシェルミキサーにて３０分間混合攪拌を行った。
次にカーボンブラックを１２重量部添加し、更に６０分間混合攪拌を行い、メチルトリメトキシシラン被覆にカーボンブラック微粒子粉末を付着させた後、乾燥機を用いて１０５℃で６０分間乾燥し、カーボン複合磁性粒子である磁性体１を得た。
この磁性体１の特性としては、平均粒径：０．２０μｍ、ＦｅＯ含有量：２０ｗｔ％、比表面積：８．３ｍ2／ｇ、磁化：６１ｅｍｕ／ｇであった。
【００８５】
磁性体製造例２〜９
磁性体製造例１と同様の方法で、表１に示す処方にてカーボン複合磁性粒子である磁性体２〜８、及び磁性体９を得た。
【００８６】
次にトナーの製造例を以下に示す。
トナー製造例１
ポリエステル樹脂 １００重量部
含クロムアゾ染料 ３重量部
カルナウバワックス ５重量部
磁性体１ ７０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、１４０℃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平均粒径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。このトナーの１０００Ｏｅの磁場中での磁化は２４ｅｍｕ／ｇであった。
【００８７】
トナー製造例２〜９
磁性体として表１に示す処方の磁性体２〜９を用いる以外は、製造例１と同様にトナーを作製し、トナー粒子ｂ〜ｉを得た。
【００８８】
【表１】
トナー製造例１０
ポリエステル樹脂 １００重量部
含クロムアゾ染料 ３重量部
カルナウバワックス ５重量部
カーボン複合磁性粒子 ７０重量部
（平均粒径：０．２０μｍ、ＦｅＯ含有量：２０ｗｔ％、
比表面積：８．０ｍ2／ｇ、磁化：６１ｅｍｕ／ｇ）
上記処方の混合物をヘンシェルミキサーにて混合後、１４０℃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平均粒径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Ｊを得た。このトナーの１０００Ｏｅの磁場中での磁化は２４ｅｍｕ／ｇであった。
【００９０】
トナー製造例１１〜２０
カーボン複合磁性体粒子を表２記載のカーボン複合磁性粒子とした以外はトナー製造例１０と同様にトナーを製造し、トナー粒子ｋ〜ｔを得た。
【００９１】
トナー製造例２１
カーボン複合磁性体を用いない以外はトナー製造例１と同様にトナーを作製し、トナー粒子ｕを得た。特性を表２に示す。
【００９２】
【表２】
キャリアの製造例を以下に示す。
キャリア製造例１
湿式法により作製したマグネタイト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製した。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。
【００９４】
シリコーン樹脂溶液 １００重量部
トルエン １００重量部
γ−アミノプロピ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を調製した。
流動床型コーティング装置を用いて、この被覆層形成液を核体粒子１の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。
重量平均粒子径：５８μｍ
磁化 ：６５ｅｍｕ／ｇ
【００９５】
キャリア製造例２
ＣｕＯ２４ｍｏｌ％、ＺｎＯ２５ｍｏｌ％、Ｆｅ2Ｏ3５１ｍｏｌ％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、キャリア製造例２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。
重量平均粒子径：５５μｍ
磁化 ：５１ｅｍｕ／ｇ
【００９６】
キャリア製造例３
ポリエステル樹脂 ３０重量部
マグネタイト微粒子（平均粒子径：０．８μｍ） ７０重量部
上記混合物を溶融混練後、粉砕、分級して平均粒径５３μｍのキャリア粒子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。
重量平均粒子径：５３μｍ
磁化 ：４２ｅｍｕ／ｇ
【００９７】
実施例１
キャリア製造例１で作製されたキャリアＡ１００重量部に対してトナー製造例１で作製されたトナーａ２５重量部を加え、ターブラーミキサーで混合し現像剤を得た。
次に図１に示される現像装置を（株）リコー製のｉｍａｇｉｏＭＦ２００に組み込み、画像出し試験を行い、下記評価試験法により、画像濃度、地肌汚れ、中間調再現性、画像濃度制御性を評価した。結果を表３に示す。
【００９８】
実施例２〜実施例１９、比較例１〜比較例２
実施例１と同様にして表３に示すトナー及びキャリアの組み合せで現像剤を作製し、実施例１と同様の方法で評価を行った。結果を表３に示す。
【００９９】
評価試験法
（画像濃度）
原稿画像の上部、中部、下部に配したベタ画像９カ所の画像濃度をマクベス反射濃度計（Ｍｏｄｅｌ：ＲＤ５１４）で測定した。
【０１００】
（地肌汚れ）
原稿画像の中央部に配した非画像部の地肌汚れを５段階のランク評価を行い、ランク３以上を許容レベルとした。
ランク５：地肌汚れなし
ランク４：地肌汚れが僅かに発生するが気にならない程度
ランク３：地肌汚れが若干発生するが、許容できるレベル
ランク２：地肌汚れが発生し、許容できないレベル
ランク１：地肌汚れが極端に悪い
【０１０１】
（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
△ ：７〜９
× ：５〜７
××：５以下
【０１０２】
（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
○：画像濃度差が０．１以上０．２未満
△：画像濃度差が０．２以上０．５未満
×：画像濃度差が０．５以上
【０１０３】
【表３】
【発明の効果】
本発明によると、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、及びそれを用いる画像形成方法、装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の現像装置部分の一例の概略断面図である。
【図２】本発明の画像形成装置における現像剤の挙動を説明する一例の部分側断面図である。
【図３】本発明の画像形成装置における現像剤の挙動を説明する一例の他の部分側断面図である。
【図４】本発明の画像形成装置における現像剤の挙動を説明する一例の他の部分側断面図である。
【符号の説明】
１ 潜像担持体（感光体ドラム）
１３ 現像装置
１４ 支持ケース
１４ａ １４の突出部
１４ｂ １４ａの対向面
１４ｃ トナーエンド検知手段
１５ 現像剤担持体（現像スリーブ）
１６ 現像剤収容部材
１６ａ 現像剤収容部
１７ 第１の規制部材（第１ドクターブレード）
１８ トナー
１９ トナー収容部（トナーホッパー）
２０ トナー供給開口部
２１ トナー供給手段（トナーアジテータ）
２２ 現像剤
２２ａ 磁性キャリア
２３ 第２の規制部材（第２ドクターブレード）
α 対向面１４ｂの傾斜角度
ｌ 対向面１４ｂの長さ
Ｘ 界面部（界面）
Ｙ 合流点
Claims (14)
- 磁性粒子の表面にシランカップリング剤を結着樹脂としたカーボンブラックを結着した複合磁性粒子である磁性体を有する磁性トナー（Ａ）と磁性キャリア（Ｂ）とを少なくとも含むことを特徴とする二成分現像剤。
- 前記磁性トナー（Ａ）中の磁性体含有量が１０〜３０重量％であることを特徴とする請求項１記載の二成分現像剤。
- 前記磁性トナー（Ａ）中の磁性体が磁性粒子の表面に磁性粒子に対し０．３〜３．０重量％のシランカップリング剤を結着樹脂とし、磁性粒子に対し３〜２０重量％のカーボンブラック粉末の被覆層を有する複合磁性粒子であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の二成分現像剤。
- 前記磁性トナー（Ａ）の１０００Ｏｅの磁場中での磁化（σｔ）が１０〜３０ｅｍｕ／ｇであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の二成分現像剤。
- 前記磁性トナー（Ａ）中の磁性体が実質的にケイ素又はアルミニウム元素を含有しない球状磁性体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の二成分現像剤。
- 前記磁性トナー（Ａ）中の磁性体の１０００Ｏｅの磁場中での磁化（σｍ）が３０〜７０ｅｍｕ／ｇであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の二成分現像剤。
- 前記磁性トナー（Ａ）中の磁性体の平均粒径が、０．２〜０．４μｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の二成分現像剤。
- 前記磁性トナー（Ａ）中の磁性体の比表面積が１〜６０ｍ2／ｇであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の二成分現像剤。
- 前記磁性キャリア（Ｂ）の重量平均粒子径が２０〜１００μｍで、磁性トナー（Ａ）の体積平均粒子径が５〜１５μｍであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の二成分現像剤。
- 前記二成分現像剤の磁性トナー（Ａ）と磁性キャリア（Ｂ）の重量比が１０：９０〜５０：５０であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の二成分現像剤。
- 内部に磁界発生手段を有し、トナーとキャリアとを少なくとも含む二成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に担持されて搬送される現像剤の量を規制する第１の規制部材と、該第１の規制部材よりも現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側に配設され、第１の規制部材により掻き落とされた現像剤を収容する現像剤収容部と、該現像剤収容部の搬送方向上流側に配設され現像剤担持体にトナーを供給するトナー収容部と、現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度が上昇し、現像剤の層厚が増加した場合に現像剤の増加分の通過を規制するよう現像剤担持体との間隙が設定されている第２の規制部材を少なくとも有し、該第２の規制部材により現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度の変化に応じて、現像剤とトナーとの接触状態を変化させて、現像剤担持体上の現像剤のトナー取り込み状態を変化させることが可能な画像形成装置に用いることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の二成分現像剤。
- 請求項１〜１０のいずれかに記載の二成分現像剤を充填したことを特徴とする現像容器。
- 内部に磁界発生手段を有し、トナーとキャリアとを少なくとも含む二成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に担持されて搬送される現像剤の量を規制する第１の規制部材と、該第１の規制部材よりも現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側に配設され、第１の規制部材により掻き落とされた現像剤を収容する現像剤収容部と、該現像剤収容部の搬送方向上流側に配設され現像剤担持体にトナーを供給するトナー収容部と、現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度が上昇し、現像剤の層厚が増加した場合に現像剤の増加分の通過を規制するよう現像剤担持体との間隙が設定されている第２の規制部材を少なくとも有し、該第２の規制部材により現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度の変化に応じて、現像剤とトナーとの接触状態を変化させて、現像剤担持
体上の現像剤のトナー取り込み状態を変化させることが可能な画像形成装置において、前記二成分現像剤が、請求項１〜１０のいずれかに記載の二成分現像剤であることを特徴とする画像形成装置。 - 画像形成装置として内部に磁界発生手段を有し、トナーとキャリアとを少なくとも含む二成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に担持されて搬送される現像剤の量を規制する第１の規制部材と、該第１の規制部材よりも現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側に配設され、第１の規制部材により掻き落とされた現像剤を収容する現像剤収容部と、該現像剤収容部の搬送方向上流側に配設され現像剤担持体にトナーを供給するトナー収容部と、現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度が上昇し、現像剤の層厚が増加した場合に現像剤の増加分の通過を規制するよう現像剤担持体との間隙が設定されている第２の規制部材を少なくとも有し、該第２の規制部材により現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度の変化に応じて、現像剤とトナーとの接触状態を変化させて、現像剤担持体上の現像剤のトナー取り込み状態を変化させることが可能な画像形成装置、及び二成分現像剤として請求項１〜１０のいずれかに記載の二成分現像剤を使用することを特徴とする画像形成方法。
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