JPH0731422B2 - 現像剤用キャリア - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電子写真法、静電印刷法等に使用する現像剤用
キャリアに関し、より詳細に現像能力とクリーニング能
力とが適切に調整され、低速から高速の現像システムの
いずれにおいても高濃度で鮮明な画像が形成できる現像
剤用キャリアに関する。

（従来技術及びその問題点） 二成分現像剤を用いる電子写真法は、結着樹脂樹脂中に
着色剤が分散された着色樹脂粒子であるトナーと磁性キ
ャリアとを混合し、この二成分現像剤を内部に磁石を備
えた現像スリーブ上に供給して、この組成物から成る磁
気ブラシ形成させ、光導電性物質から成る像担持体上の
静電潜像を磁気ブラシで摺擦せしめることにより、トナ
ー像を像担持体上に形成して現像を行うものである。こ
れは、磁性キャリアとの摩擦により帯電された磁気ブラ
シ上のトナーが、クーロン力によって静電潜像に付着し
て静電潜像の現像が行われる。そして、鮮明で且つ濃度
の高い画像を形成させるためには、像担持体と磁気ブラ
シとの間に十分に相対的な速度差を与えて、感光板が磁
気ブラシで十分に摺擦されるようにすることが重要であ
る。この、磁気ブラシを形成する磁性キャリアは、トナ
ーとの摩擦帯電性もさることながら、電気抵抗が形成さ
れる画像に大きく影響を与える。一般に、キャリアの電
気抵抗値は固有抵抗値で１×10⁶〜１×10¹³Ω・cmのも
のが多く使用され、一定容積内にキャリア（試料）を充
填し、直流電場を印加した時の抵抗値を測定している。

しかしながら、本発明者らは鋭意検討を重ねたところ、
圧縮された状態でのキャリアの固有抵抗値が等しくても
磁性材料の組成や焼結の度合い等が異なれば現像性は異
なり、また樹脂被覆キャリアであれば被覆後の樹脂被覆
キャリアの抵抗値が等しくても、キャリアコア材自体の
抵抗値が異なれば現像性が大きく異なり、特に複写速度
が変わると画像濃度の低下や、画像後端欠け、画像滲
み、画像流れが発生して画像品質を低下させてしまうキ
ャリアが少なくなく、従来、複写速度の変化等の複写条
件の変動に対応して良好な現像性を有するキャリアの電
気特性を十分に把握することが出来ていなかった。

本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、複写条件
の変化、特に複写スピードの変化にも対応して常に好ま
しい現像性を与えるキャリアを提供することにある。

更に、本発明の目的は、画像滲み、画像流れ、キャリア
現像等を起こさず、高濃度で鮮明な画像が形成できる現
像剤用キャリアを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、像担持体上の静電潜像を摺擦すること
によって現像を行う現像剤用キャリアであって、荷重下
に圧縮された時の印加電圧1000V時の固有抵抗Ｘ（Ω・c
m）と、1600Gaussの磁界中で粒子を鎖状に連結した時の
印加電圧1000V時の固有抵抗とＹ（Ω・cm））とする
時、両者の関係が、1.7≦X/Y≦3.3である現像剤用キャ
リアを使用することにより、本発明の目的が達成され
る。（作用） 現像時における磁気ブラシの状態の変化を説明すると、
現像スリーブ上の磁気ブラシが像担持体上の静電潜像を
摺擦する際、現像開始時は像担持上と磁気ブラシとの間
隙は広めにあって、磁気ブラシを構成するキャリアが鎖
状に連結された穂は各々が独立に粗の状態で像担持体を
摺擦し、この時にクーロン力によってブラシ上のトナー
は速やかに潜像へ移行していく。そして、その後に像担
持体と磁気ブラシとの間隙は次第に狭く成ってゆき、磁
気ブラシは各々の穂が密に近接して圧縮された状態で像
担持体に接触するようになり、この時トナーの潜像への
付着とともに、トナーの移行によってトナーの付着量が
減少したブラシによって、潜像上に過剰に付着したトナ
ー及び非画像部へ付着したトナーの掻き取りが行われ
る。そして、再び磁気ブラシと像担持体との間隙が広く
成っていくにつれて磁気ブラシの圧縮は解かれ、再び鎖
状に像担持体と接触しながら遊離して現像がなされる。

本発明者等はキャリアの抵抗を圧縮した状態の固有抵抗
だけでなく、現像開始及び終了時の磁気ブラシの状態に
近似させた抵抗値として磁界中でキャリア粒子を鎖状に
連結した時の抵抗を測定することにより、現像初期から
現像終了までの磁気ブラシ（キャリア）の状態変化と電
気抵抗の好ましい関係を検討した。

つまり、圧縮された状態での固有抵抗Ｘ（Ω・cm）と、
磁界中で粒子を鎖状に連結した時の抵抗をＹ（Ω）とす
る時に両者の関係が、1.7≦X/Y≦3.3であるキャリアを
用いると、高速から低速の何れの複写速度においても、
トナーの潜像への移行量と磁気ブラシによる過剰トナー
や非画像部へ付着したトナーの掻き取り量のバランスが
良好に保たれて、画像濃度維持性に優れ、画像カブリ、
ブラシマーク、キャリア引きを発生することなく鮮明な
画像が形成できることを見出したのである。

本発明において圧縮した状態の固有抵抗は底面が1.0cm²
の主電極と主電極の周囲のガード電極からなる内筒に、
13.6gの試料を装填し、断面荷重20g/cm²の上部電極にて
圧縮し、1000Vの直流電圧を印加した状態で測定したも
のである。また、磁界中で鎖状にキャリアを連結した時
の抵抗は間隔が2.0mmの電極（電極面積1.2cm²）間にサ
ンプルとしてのキャリア200mgを挿入し、表面時速密度
が1600GAUSSの磁界を作用させてキャリアを鎖状に連結
させて1000Vの直流電圧を印加した状態で測定したもの
である。

そして、上記関係式を離れて、3.3＜X/Yであると、低速
の複写システムには好適に対応できるが、中高速に対応
しようとすると画像滲みや画像流れが発生し易くなり、
引いてはトナー消費量が多くなり転写不良やクリーニン
グ不良を発生してしまう。また、1.7＞X/Yであると高速
の複写に好適に対応するが、低速複写において画像濃度
が出なくなってしまう。

本発明のキャリアに使用される磁性材料としては、酸化
鉄、還元鉄、銅、フェライト、ニッケル、コバルト等や
これら亜鉛、アルミニウム等との合金などが挙げられる
が、電気抵抗の環境及び経時変化が小さく、柔らかい穂
の形成できるフェライト系粒子が好ましい。例えば、Zn
系フェライト、Ni系フェライト、Cu系フェライト、Mn系
フェライト、Ni−Zn系フェライト、Mn−Mg系フェライ
ト、Cu−Mg系フェライト、Cu−Zn系フェライト、Mn−Cu
−Zn系フェライト等が挙げられる。特に、Cu−Zn系フェ
ライトが好ましい。これら磁性材料の粒径は10乃至200
μｍ、好ましくは30乃至150μｍのものが使用され、飽
和磁化は35乃至70emu/g特に40乃至65emu/gのものが好ま
しく使用される。また、上記磁性材料をコア材として、
樹脂被覆層を形成するための樹脂としては、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、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、ベンゾエ酸ビニル等のビニル
エステル類：アクリル酸ビニル、アクリル酸メチル、ア
クリル酸エチル等、アクリル酸ｎ−ブチル、アクル酸イ
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、アクリロニトリル、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等の単量体を重
合させたホモポリマー或いは、この他の樹脂としてエポ
キシ樹脂、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、スチレンーブタジエン樹脂、
ポリウレタン樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、メラミ
ン樹脂、ポリカーボネート樹脂、４フッ化エチレン等の
フッ素樹脂等の樹脂を単独或いは２種以上を混合して使
用することができる。

そして、未被覆、樹脂被覆キャリアの何れにおいても、
1000ひの印加時の圧縮固有抵抗が１×10⁸乃至１×10¹⁰
Ω・cmであり、磁界を作用させてキャリアを鎖状に連結
させ1000V印加した時の抵抗値が、１×10⁷乃至１×10⁹
Ωとなるように、磁性材料及び被覆樹脂、被覆量を選択
することが好ましい。上記キャリアと現像剤を構成する
トナーとしては、キャリアとの帯電特性及び定着性を考
慮して選択された結着樹脂中に着色剤、電荷制御剤、必
要に応じて磁性材料を分散させた粒径が５乃至30μｍの
樹脂粒子が使用される。

結着樹脂としては、ポリスチレン等のビニル芳香族樹
脂、アクリル系樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリ
エステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、石油樹
脂、オレフィン樹脂等の一般の熱可塑性樹脂や熱硬化性
樹脂が使用される。

着色剤としては、一般にこの分野で使用されている従来
公知の着色剤が使用できるが、特に、カーボンブラッ
ク、ランプブラック、クロムイエロー、ハンザイエロ
ー、ベンジジンイエロー、スレーンイエローＧ、キノリ
ンイエロー、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオ
レンジ、バルカンオレンジ、ウオチャングレッド、パー
マネントレッド、ブリリアントカーミン3B、ブリリアン
トカーミン6B、デュポンオイルレッド、ピラゾロンレッ
ド、リソールレッド、ローダミンＢレーキ、レーキレッ
ドＣ、ローズベンガル、アニリンブルー、ウルトラマリ
ンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロラ
イド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリー
ン、マラカイトグリーンオクサレート等、またはC.I.So
lvent Yellow60、C.I.Solvent Red27、C.I.Solvent Blu
e35等の油溶性染料などが例示される。これらの着色剤
は、一種または二種以上混合して用いられ。また、電荷
制御剤もこの分野で使用されるている従来公知の電荷制
御剤が使用できるが、例えばニグロシンベース、オイル
ブラック、スピロンブラック等の油溶性染料や、ナフテ
ン酸の金属塩や、脂肪酸金属石鹸、樹脂酸石鹸等を挙げ
ることができる。

更に、トナー中に含有される他の添加剤としては、流動
性向上剤、定着助剤としてのシリカ、酸価アルミニウム
等や、フオセット防止剤として各種ワックス類が挙げら
れる。

また、前記キャリアと該トナーが混合された現像剤に外
添剤を添加混合してもよく、これら外添剤としては研磨
剤、流動性向上剤あるいはフィルミング防止剤の従来よ
りこの分野で使用されている外添剤をあげることかでき
る。例えば、酸価アルミニウム、シリカ等の無機系微粉
末やシリコン樹脂、アクリル系重合体、スチレン−アク
リル系重合体、弗素樹脂等の重合体微粉末が挙げられ
る。

以下、実験例によって本発明を更に詳細に説明する。
尚、本発明がこれによって限定されるものではない。

（実験例） 結着樹脂としてのスチレン−アクリル共重合体100重量
部、着色剤としてのカーボンブラック８重量部、電荷制
御剤としての含金属モノアゾ染料1.5重量部、オフセッ
ト防止剤としての低分子量ポリプロピレン1.5重量部を
混合して、常法により平均粒径17μｍの粉体トナーを作
成した。このトナー100重量部に対して、疎水性シリカ
0.2重量部、酸化アルミニウム0.2重量部を外部添加して
トナー組成物とした。

そして、Fe₂O₃・CuO・ZnOを主成分とし、焼結条件を各
々変更して（例えば、焼結温度1000℃〜2000℃で種々変
更）キャリアコアとしてのフェライト粒子を数種作成し
た。次いで、被覆樹脂としてシリコーン系樹脂としてア
クリル変成シリコーン・KR−9706（信越シリコーン社製
商品名）、アクリル系樹脂としてアクリル樹脂・BR−83
（三菱レイヨン社製商品名）、フッ素樹脂としてフッ素
樹脂・ニューガーメットPCクリアー（東亜ペイント社製
商品名）をキャリアコアに対して0.8〜1.6％の被覆量で
被覆して樹脂被覆キャリアを10種作成した。

そして、前述したように印加電圧を1000Vととし、圧縮
時と磁界中でキャリアを連結した状態でのそれぞれの固
有抵抗を測定した。

表−１にそれぞれの特性を示す。

そして、それぞれのキャリアを上述したトナーと混合し
て現像剤とし、複写スピードのことなる電子写真複写機
DC−111（A4:11枚／分）〔三田工業社製、商品名〕及び
電子写真複写機DC−5585（A4:55枚／分）〔三田工業社
製、商品名〕にて複写テストを行ない画像特性を調べ
た。その結果を表−２及び表−３に示す 表中、トナー消費量はA4原稿（画像面積８％）複写時の
１枚当りのトナー消費量を表し、転写効率は複写操作に
おける全トナー消費量とクリーニングによるトナー回収
量との差を全トナー消費量で割ることでもとめている。

また、文字ニジミ、尾引き及び後端欠けは目視により判
断して、○：全く発生せず，△：殆ど発生せず，×：頻
繁或いは連続的に発生，として評価した。機内汚れにつ
いては目視及び複写機内の特定位置に両面テープを張り
つけ、テープに付着したトナーを反射濃度計で測定して
判断し、○：殆ど汚れが発生せず，△：多少の汚れが認
められる，×：汚れがかなり目立つ，として評価した。

実験例より、磁界中で鎖状に粒子を連結した状態での固
有抵抗に対して圧縮した状態での固有抵抗が略1.7〜3.3
倍に変動するものを使用すると、低速及び高速のいずれ
の複写機においても高濃度で文字ニジミ、後端欠け等を
発生することなく鮮明な画像が形成すできることが分か
る。そして、1.7倍よりも小さい場合は、複写スピード
の低下とともにトナーの潜像への移行量が不足して画像
濃度低下や後端欠けを発生し、3.3倍を越えて大きい場
合は、トナーの移行量と潜像上のトナーの掻き取り量が
バランスが保たれず、複写スピードが高速になるにつれ
て、トナーが過剰に消費されて画像ニジミや尾引きやを
頻繁に発生して鮮明画像が形成できなくなり、また、飛
散トナーの発生によって複写機内も汚れやすくなること
が分かる。

（発明の効果） 本発明によれば、圧縮時と磁界中で鎖状にキャリアを連
結した状態との固有抵抗が特定関係にあるキャリアを使
用することにより、何れの複写速度においても好ましい
現像作用を示し、高濃度で鮮明な画像が形成される。

また、キャリアの使用できる現像条件を認知することが
でき、１品種のキャリアで様々な複写システムに対応で
きる為に結果的にコストが低減できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−229033（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−130959（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−38953（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−107256（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−125370（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−28236（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−81966（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−11462（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】像担持体上の静電潜像を摺擦することによ
   って現像を行う現像剤用キャリアであって、 圧縮された状態での1000Vの直流電圧を印加した時の固
   有抵抗Ｘ（Ω・cm）と、1600Gaussの磁界中で粒子を鎖
   状に連結した状態での1000Vの直流電圧を印加した時の
   固有抵抗をＹ（Ω・cm）とする時、 両者の関係が、 1.7≦X/Y≦3.3 であることを特徴とする現像剤用キャリア。