JPH09106108A - 電子写真用現像剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トナーの帯電特性を良好なものとし、カブリ
及びトナー飛散の発生を防止すると共に簡便に現像剤の
設計を行う。 【解決手段】 静電潜像担持体の表面に形成された静電
潜像を可視像化する電子写真用現像剤はトナーと、該ト
ナーとの摩擦によりトナーに電荷を付与して帯電させる
キャリアとからなる二成分系であり、トナーの仕事関数
をφt1、キャリアの仕事関数をφｃとした場合、トナー
の仕事関数とキャリアの仕事関数との差｜φt1−φｃ｜
が０．１ｅＶ以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリン
タ、ファクシミリ等の電子写真方式を利用した画像形成
装置において、静電潜像を可視像とするのに使用される
電子写真用現像剤に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、トナーを用いた画像形成に
は、カールソンプロセスの応用による電子写真方式が広
く用いられている。その原理を複写機等に用いられてい
る正現像方式を例に挙げて図４を参照して説明する。図
４に示すカールソンプロセスを採用した画像形成装置
は、基本的に、表面に感光層を有する静電潜像担持体４
１と、その周囲に順次設けられた帯電器４２、露光器４
３、現像器４４、転写器４５、クリーナ４６、除電器４
７及び定着器４８とで構成されている。

【０００３】カールソンプロセスを採用した画像形成装
置の上記構成を用いて、画像形成のプロセスを以下に説
明する。まず、暗所において所定の速度で回転移動する
静電潜像担持体４１の表面を帯電器４２で均一に帯電す
る。次に、露光器４３により静電潜像担持体４１の表面
に原稿像を投射することにより、光の当たった部分の帯
電電荷を除去し、投射された原稿像の部分に電荷を残し
た静電潜像を静電潜像担持体４１の表面に形成する。現
像器４４内において、この静電潜像と逆極性に帯電した
着色微粒子であるトナーを当該静電潜像に付着させて可
視像とし、トナー像を形成する。次に、記録紙４９をこ
のトナー像に重ね、記録紙４９の裏側から転写器４５で
コロナ放電を行い、トナーの帯電極性とは逆極性の電荷
を記録紙４９に与え、静電力によりトナー像を記録紙４
９に転写する。転写されたトナー像は、記録紙４９と共
に定着器４８に搬送されて、定着器４８の熱や圧力によ
り記録紙４９に定着されて永久像となる。一方、記録紙
４９に転写されずに静電潜像担持体４１の表面に残った
残留トナーは、クリーナ４６によって除去される。ま
た、静電潜像担持体４１上の残留電荷が除電器４７によ
り除かれた後、静電潜像担持体４１は再度、帯電器４２
によって帯電され、この帯電から除電に至る次の画像形
成プロセスが開始される。

【０００４】ところで、上述の現像器４４では、現像槽
内でトナーとキャリア等の電荷付与材とを摩擦混合させ
ることによってトナーを帯電させ、トナーの帯電電荷と
静電潜像間に作用する静電気力を利用して静電潜像を現
像している。このため、トナーの帯電特性は現像特性、
ひいては出力画像の画質に多大な影響を与える。例え
ば、トナーの帯電量が所望の帯電量より著しく大きい場
合には、静電潜像担持体上の静電ポテンシャルを少量の
トナーで埋めてしまうため画像濃度が低下してしまう。
逆に、トナーの帯電量が所望の帯電量より著しく低い場
合にはトナーとキャリアとの静電付着力が低下し、非画
像部にトナーが付着する所謂カブリを起こしたり、装置
内にトナーが飛散する所謂トナー飛散を引き起こしたり
する。特に、トナー補給時や装置を長時間休止した後で
は帯電量の低いトナーが発生しやすく上述のような問題
が発生しやすい。

【０００５】そこで、このような過剰に帯電したトナー
や帯電が不十分なトナーの発生を防止し、安定した画像
形成を行うためには、トナーをすばやく所望の帯電量に
帯電させることが必要となってくる。このようなトナー
の帯電特性をコントロールする方法はこれまで様々な形
で提案されており、例えば、特開平５−１８８６４７号
公報には、帯電付与能力が異なる２種類のキャリアを用
いてトナーの帯電特性を改善し、画質を高めようとする
試みが開示されている。同公報に開示された電子写真用
現像剤を用いた場合のトナーの帯電特性を図５に示す。
図５から明らかなように、この現像剤はトナーとキャリ
アとからなる所謂二成分系現像剤であり、すなわち、最
大帯電量がほぼ同じで帯電速度が異なる２種類のキャリ
アをトナーと混合したものであり、帯電速度の速い第１
のキャリアでトナーの帯電速度を速め、帯電速度の遅い
第２のキャリアでトナーの過剰帯電を防止している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に開示された現像剤によれば、トナーの帯電特性をコ
ントロールするためにはトナーとキャリアの帯電特性を
一つ一つについて測定／検討しなければならず、また、
その混合比も細かく規定する必要があり、現像剤の設計
が非常に複雑になるという問題がある。さらに、トナー
が良好な帯電特性を持つためには、帯電していないトナ
ーが第１のキャリア、第２のキャリアの順で接触する必
要があるが、実際には、必ずしも所望のキャリアとトナ
ーとが接触するとは限らず、過剰に帯電したトナーや帯
電が不十分なトナーの発生を確実に防止するには至って
いない。

【０００７】本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、トナーの帯電
特性を良好なものとし、カブリ及びトナー飛散の発生を
防止すると共に簡便に現像剤の設計を行うことができる
電子写真用現像剤を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、静電
潜像担持体の表面に形成された静電潜像を可視像化する
電子写真用現像剤において、当該現像剤はトナーと、該
トナーとの摩擦により前記トナーに電荷を付与して帯電
させるキャリアとからなる二成分系であり、前記トナー
の仕事関数をφt1、前記キャリアの仕事関数をφｃとし
た場合、前記トナーの仕事関数と前記キャリアの仕事関
数との差｜φt1−φｃ｜が０．１ｅＶ以上であることを
特徴とする電子写真用現像剤である。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１において、前
記トナーがプラスに帯電することを要求されている場合
には、 φt1−φｃ≦−０．１ｅＶ となるように前記トナー及び前記キャリアの仕事関数を
設定することを特徴とする電子写真用現像剤である。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１において、前
記トナーがマイナスに帯電することを要求されている場
合には、 φt1−φｃ≧０．１ｅＶ となるように前記トナー及び前記キャリアの仕事関数を
設定することを特徴とする電子写真用現像剤である。

【００１１】請求項４の発明は、静電潜像担持体の表面
に形成された静電潜像を可視像化する電子写真用現像剤
において、当該現像剤はトナーのみからなる一成分系で
あり、当該トナーの仕事関数をφt2、前記トナーの層厚
を規制すると共に当該トナーとの摩擦により前記トナー
に電荷を付与して帯電させるトナー層厚規制部材の仕事
関数をφｂとした場合、前記トナーの仕事関数と前記ト
ナー層厚規制部材の仕事関数との差｜φt2−φｂ｜が
０．１ｅＶ以上であることを特徴とする電子写真用現像
剤である。

【００１２】なお、請求項４において、前記トナーがプ
ラスに帯電することを要求されている場合には、 φt2−φｂ≦−０．１ｅＶ となるように前記トナー及び前記トナー層厚規制部材の
仕事関数を設定するのが好ましい。

【００１３】また、請求項４において、前記トナーがマ
イナスに帯電することを要求されている場合には、 φt2−φｂ≧０．１ｅＶ となるように前記トナー及び前記トナー層厚規制部材の
仕事関数を設定するのが望ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】一般に、二つの物質が接触、摩擦
すると二物質間で電子が移動し、二物質のうち一方はプ
ラスに、他方はマイナスに帯電する。この電子の移動は
バンド理論により説明することができ、これによれば二
つの物質の仕事関数の大小によって電子の移動は決定さ
れ、電子は仕事関数の小さい物質から仕事関数の大きい
物質の方へ移動する事が知られている。したがって、仕
事関数が異なる二つの物質が接触、摩擦すると、仕事関
数の小さい物質はプラスに、仕事関数の大きい物質はマ
イナスに帯電し、この時の電子移動の駆動力は二物質の
仕事関数の差ということになる。

【００１５】本発明においては、静電潜像を可視像化す
る電子写真用現像剤として、トナーと、このトナーとの
摩擦によりトナーに電荷を付与して帯電させるキャリア
とからなる二成分現像剤を使用し、トナーの仕事関数φ
t1とキャリアの仕事関数付与φｃとの差｜φt1−φｃ｜
を０．１ｅＶ以上とすることで、トナーとキャリアとの
摩擦帯電による駆動力（電子移動の駆動力）を充分確保
し、ひいてはトナーの帯電速度を速くしている。

【００１６】また、本発明においては、静電潜像を可視
像化する電子写真用現像剤として、トナーのみからなる
一成分現像剤も使用し、トナーの仕事関数φt2とトナー
層厚規制部材の仕事関数φｂとの差｜φt2−φｂ｜を
０．１ｅＶ以上とすることでトナーとトナー層厚規制部
材との摩擦帯電による駆動力（電子移動の駆動力）を充
分確保し、ひいてはトナーの帯電速度を速くしている。
なお、上記トナー層厚規制部材は、一成分現像方式の画
像形成装置を構成する現像器（静電潜像担持体の表面に
形成された静電潜像と同極性又は逆極性に帯電したトナ
ーを潜像に付着させて可視像とするもの）に内設され、
トナーの層厚を規制すると共に当該トナーとの摩擦によ
りトナーに電荷を付与して帯電させるものである。

【００１７】上記現像剤に関して、トナーがプラスに帯
電することを要求されている場合には、 φt1−φｃ≦−０．１ｅＶ 又は φt2−φｂ≦−０．１ｅＶ となるようにトナーの仕事関数及びキャリア又はトナー
層厚規制部材の仕事関数を設定することで、トナーを積
極的にプラスに帯電させ、ひいては所望の極性と逆極性
に帯電するトナーの発生や帯電量が不足したトナーの発
生を防ぐことができる。

【００１８】同様に、トナーがマイナスに帯電すること
を要求されている場合には、 φt1−φｃ≧０．１ｅＶ 又は φt2−φｂ≧０．１ｅＶ となるようにトナーの仕事関数及びキャリア又はトナー
層厚規制部材の仕事関数を設定することで、トナーを積
極的にマイナスに帯電させ、ひいては所望の極性と逆極
性に帯電するトナーの発生や帯電量が不足したトナーの
発生を防ぐことができる。

【００１９】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に
説明する。 （実施例１）図１は本発明にかかる電子写真用現像剤の
一実施例を利用した二成分用現像器を示す構成図であ
る。図１において、１０は静電潜像担持体であり、図示
されていない帯電器によってその表面が約−５５０Ｖに
帯電された後、露光器によって画像情報に応じた光照射
が行われ静電潜像が形成された。１６は二成分用現像器
であり、静電潜像担持体１０上にトナー１５ａを供給
し、静電潜像を現像するものである。

【００２０】即ち、二成分用現像器１６は、二成分現像
剤１５を撹拌するためのアジテータ１１と、マグネット
１２ｂ上に回転可能な非磁性スリーブ１２ａを設けると
共に二成分現像剤１５を静電潜像担持体１０に供給する
現像ローラ１２と、現像ローラ１２上の二成分現像剤１
５の層厚を規制するドクターブレード１３と、トナー１
５ａを補給するトナーホッパー１４とを有している。こ
の二成分用現像器１６では、トナー１５ａがキャリア１
５ｂに付着してスリーブ１２ａ上に磁気ブラシが形成さ
れ、スリーブ１２ａの回転でトナー１５ａとキャリア１
５ｂとからなる二成分現像剤１５が静電潜像担持体１０
に供給される。ここでは、キャリア１５ｂがトナー１５
ａを搬送する現像剤搬送材を構成し、トナー１５ａの帯
電はトナー１５ａとキャリア１５ｂとの摩擦帯電によっ
て行われる。

【００２１】本実施例では、キャリア１５ｂとしてシリ
コンコートした平均粒径約１００μｍのフェライトキャ
リアを用いた。また、トナー１５ａの構成成分であるバ
インダー樹脂としてスチレン-アクリル系樹脂を用い、
このバインダー樹脂１００重量部にプラス帯電用の帯電
制御剤（オリエント化学工業製：ボントロンＰ５１）
と、カーボンブラック６重量部（キャボット製：リーガ
ル３３０Ｒ）と、ポリプロピレンワックス２重量部（三
洋化成工業製：ハイマーＴＰ３２）と、ポリエチレンワ
ックス１重量部（ヘキスト製：ＰＥ１３０）とを乾式混
合機（ヘンシェルタイプのミキサー）で混合し、２軸混
練機にて溶融混練した後、ジェットミルにて粉砕分級を
行って平均粒径１０μｍのトナー１５ａを作製した。
尚、トナーサンプルは帯電制御剤の添加量を０．５〜４
重量部の間で変化させ、６種類用意した（トナー１-１
〜１-６）。

【００２２】上記トナーとキャリアの仕事関数の測定結
果（理研計器製：低エネルギー電子分光装置ＡＣ−１）
を表１に示す。これらのトナーサンプルとキャリアを撹
拌混合させてトナー帯電量の時間的変化を測定（東芝ケ
ミカル製：ブローオフ）したところ、トナーサンプルに
よって帯電速度が異なりトナーとキャリアの仕事関数差
｜φt1−φｃ｜が大きくなるにつれトナーの帯電速度が
上昇することが判明した。

【００２３】

【表１】

【００２４】図２に帯電速度が速いトナーサンプル（ト
ナー１-１）と帯電速度が遅いトナーサンプル（トナー
１-６）の帯電特性図を示す。ここで、それぞれのトナ
ーに外添剤としてシリカ０．２重量部（日本アエロジル
製：Ｒ９７２）を乾式混合機（ヘンシェルタイプのミキ
サー）を用いて外添し、実際に複写特性（カブリ、トナ
ー飛散）を調べた。その結果を上記表１に示す。なお、
複写特性の判断基準は以下のとおりである。

【００２５】 １）カブリ ◎：ほとんどカブリが確認できない程度 ○：多少のカブリが発見されたが実使用上問題のない程
度 ×：カブリが多く実使用できない程度 ２）トナー飛散 ◎：ほとんどトナー飛散が確認できない程度 ○：多少のトナー飛散があるものの実使用上問題のない
程度 ×：トナー飛散が多く実使用できない程度

【００２６】上記表１に示すように、トナー１-１〜１-
３ではトナー補給、装置の長時間休止に関わらず良好な
複写特性が得られた。一方、トナー１-４〜１-６ではト
ナー補給時や装置の長時間休止後にカブリが見られ、ま
た装置内にはトナー飛散が見られた。

【００２７】（実施例２）図３は本発明にかかる電子写
真用現像剤の他の実施例を利用した一成分用現像器を示
す構成図である。図３において、２０は静電潜像担持体
であり、実施例１と同様に、図示されていない帯電器に
よってその表面が約−５５０Ｖに帯電された後、露光器
によって画像情報に応じた光照射が行われ静電潜像が形
成された。２６は一成分用現像器であり、静電潜像担持
体２０上に非磁性一成分トナー２１を供給し、静電潜像
を現像するものである。

【００２８】即ち、一成分用現像器２６はトナーホッパ
ー２８から供給された平均粒径が約１０μｍの非磁性一
成分トナー２１を収容しており、アジテータ２７は現像
器２６内で矢印Ａの方向に回転する。このアジテータ２
７の回転によって非磁性一成分トナー２１はパドルロー
ラ２２に搬送される。パドルローラ２２まで搬送された
トナー２１はパドルローラ２２の回転によって現像ロー
ラ２４上に搬送され、トナー層厚規制部材２５によって
層厚が一定のトナー層が現像ローラ２４上に形成され
る。そして、トナー２１は静電潜像担持体２０に供給さ
れ、静電潜像担持体２０との接触部で静電潜像を現像す
る。現像ローラ２４上のトナー２１は静電潜像担持体２
０と接触した後、再び現像器２６内に搬送され、回収ロ
ーラ２３により現像ローラ２４上から取り除かれる。

【００２９】現像ローラ２４は金属製の芯金に多孔質体
である高分子発泡ポリウレタンが被膜されたものであ
り、この芯金に現像バイアス（−３００Ｖ）が印加され
ている。更に、図示されていないスプリングによって現
像器２６全体が静電潜像担持体２０の方向に押圧されて
いる。トナー層厚規制部材２５はブレード２５ａとブレ
ード支持軸２５ｂとで構成され、ブレード２５ａはブレ
ード支持軸２５ｂの回りを回動自在に設けられている。
このトナー層厚規制部材２５によって現像ローラ２４上
のトナー２１はその層厚を一定値に規制される。ここ
で、トナー２１の帯電はトナー２１とブレード２５ａと
の摩擦帯電によって行われる。また、トナー２１の帯電
をより均一に行うために、ブレード２５ａに電圧を印加
してもよい。

【００３０】本実施例では、ブレード２５ａにニッケル
コートした鉄ブレードを使用した。また、トナー２１の
構成成分であるバインダー樹脂としてスチレン-アクリ
ル系の樹脂を用い、このバインダー樹脂１００重量部に
マイナス帯電用の帯電制御剤（オリエント化学工業製：
ボントロンＳ３４）と、カーボンブラック６重量部（キ
ャボット製：リーガル３３０Ｒ）と、ポリプロピレンワ
ックス２重量部（三洋化成工業製：ハイマーＴＰ３２）
と、ポリエチレンワックス１重量部（ヘキスト製：ＰＥ
１３０）とを乾式混合機（ヘンシェルタイプのミキサ
ー）で混合し、２軸混練機にて溶融混練した後、ジェッ
トミルにて粉砕分級を行って平均粒径１０μｍのトナー
２１を作製した。尚、トナーサンプルは帯電制御剤の添
加量を０．５〜２重量部の間で変化させ、４種類用意し
た（トナー２-１〜２-４）。

【００３１】実施例１と同様に、トナーとブレードの仕
事関数を測定し、また、それぞれのトナーにシリカ０．
２重量部（日本アエロジル製：Ｒ９７２）を外添して複
写特性（カブリ、トナー飛散）を調べた。その結果を表
２に示す。なお、複写特性の判断基準は実施例１と同様
である。表２から明らかなように、トナー２-４ではカ
ブリやトナー飛散が見られたが、トナー２-１〜２-３で
はトナー補給、装置の長時間休止に関わらず良好な複写
特性が得られた。

【００３２】

【表２】

【００３３】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように本発明
によると次のような効果がある。すなわち、本発明にか
かる電子写真用現像剤によれば、静電潜像を可視像化す
る現像剤を二成分現像剤とし、該現像剤におけるトナー
の仕事関数φt1とキャリアの仕事関数φｃとの差｜φt1
−φｃ｜を０．１ｅＶ以上とすることで、トナーの帯電
特性を良好なものとし、トナー補給時や装置を長時間休
止させた後の画像形成においてもカブリやトナー飛散を
起こすことのない現像剤を得ることができ、しかもその
現像剤の設計が従来より簡便に行うことができる。

【００３４】また、トナーがプラスに帯電することを要
求されている場合には、 φt1−φｃ≦−０．１ｅＶ となるようにトナーの仕事関数及びキャリアの仕事関数
を設定することで、逆極性に帯電するトナーや帯電量が
不足したトナーの発生を防止し、ひいてはカブリやトナ
ー飛散等のトラブルを起こすことなく常時安定に画像形
成を行える。

【００３５】一方、トナーがマイナスに帯電することを
要求されている場合には、 φt1−φｃ≧０．１ｅＶ となるようにトナーの仕事関数及びキャリアの仕事関数
を設定することで、逆極性に帯電するトナーや帯電量が
不足したトナーの発生を防止し、ひいてはカブリやトナ
ー飛散等のトラブルを起こすことなく常時安定に画像形
成を行える。

【００３６】さらに、本発明にかかる他の電子写真用現
像剤によれば、静電潜像を可視像化する現像剤を一成分
現像剤とし、該現像剤におけるトナーの仕事関数φt2と
トナー層厚規制部材の仕事関数φｂとの差｜φt2−φｂ
｜を０．１ｅＶ以上とすることで、トナーの帯電特性を
良好なものとし、トナー補給時や装置を長時間休止させ
た後の画像形成においてもカブリやトナー飛散を起こす
ことのない現像剤を得ることができ、しかもその現像剤
の設計が従来より簡便に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる電子写真用現像剤の一実施例を
利用した二成分用現像器を示す構成図である。

【図２】帯電速度が速いトナーサンプルと帯電速度が遅
いトナーサンプルとを示す帯電特性図である。

【図３】本発明にかかる電子写真用現像剤の他の実施例
を利用した一成分用現像器を示す構成図である。

【図４】従来のカールソンプロセスを応用した画像形成
装置を示す構成図である。

【図５】従来の電子写真用現像剤を用いた場合のトナー
の帯電特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ 静電潜像担持体 １１ アジテータ １２ 現像ローラ １２ａ スリーブ １２ｂ マグネット １３ ドクターブレード １４ トナーホッパー １５ 二成分現像剤 １５ａ トナー １５ｂ キャリア １６ 二成分用現像器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静電潜像担持体の表面に形成された静電
   潜像を可視像化する電子写真用現像剤において、当該現
   像剤はトナーと、該トナーとの摩擦により前記トナーに
   電荷を付与して帯電させるキャリアとからなる二成分系
   であり、前記トナーの仕事関数をφt1、前記キャリアの
   仕事関数をφｃとした場合、前記トナーの仕事関数と前
   記キャリアの仕事関数との差｜φt1−φｃ｜が０．１ｅ
   Ｖ以上であることを特徴とする電子写真用現像剤。
2. 【請求項２】 前記トナーがプラスに帯電することを要
   求されている場合には、 φt1−φｃ≦−０．１ｅＶ となるように前記トナー及び前記キャリアの仕事関数を
   設定することを特徴とする請求項１記載の電子写真用現
   像剤。
3. 【請求項３】 前記トナーがマイナスに帯電することを
   要求されている場合には、 φt1−φｃ≧０．１ｅＶ となるように前記トナー及び前記キャリアの仕事関数を
   設定することを特徴とする請求項１記載の電子写真用現
   像剤。
4. 【請求項４】 静電潜像担持体の表面に形成された静電
   潜像を可視像化する電子写真用現像剤において、当該現
   像剤はトナーのみからなる一成分系であり、当該トナー
   の仕事関数をφt2、前記トナーの層厚を規制すると共に
   当該トナーとの摩擦により前記トナーに電荷を付与して
   帯電させるトナー層厚規制部材の仕事関数をφｂとした
   場合、前記トナーの仕事関数と前記トナー層厚規制部材
   の仕事関数との差｜φt2−φｂ｜が０．１ｅＶ以上であ
   ることを特徴とする電子写真用現像剤。