JPH10319643A - 二成分系現像剤及び画像形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高画質の画像が長寿命で得られる二成分系現
像剤及び画像形成方法を提供する。 【解決手段】 トナー及びキャリアを含有し、キャリア
の７５μｍ以下の粒子の含有量が６体積％未満であるこ
とを特徴とする二成分系現像剤。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真法、静電
記録法などで形成された静電荷像の顕在化に供される乾
式二成分系現像剤に関し、詳しくはキャリアの粒度分布
を規定することにより、画像欠陥を大幅に改良せしめる
ようにした乾式二成分系現像剤に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子写真感光体などの潜像担
持体上に形成される静電潜像を現像するための現像剤と
してトナー粒子とキャリア粒子とからなる二成分系現像
剤が使用されている。この二成分系現像剤には次のよう
な性能が要求されている。 （１）現像槽内で現像が、トナーとキャリアの撹拌を行
うに十分な流動性及び搬送性を有していること。 （２）繰り返しの使用に対しキャリアの破壊を起こさな
い適度の機械的強度を有し、またキャリア表面にトナー
が付着しないなどの耐久性があること。 （３）温度、湿度などの環境変化に対して現像剤の電気
特性、物理特性が安定であるという環境安全性を有する
こと。 （４）現像剤を使用したさい、画像濃度が高く、カブリ
と呼ばれる非画像部の汚れがなく、キャリアの一部が感
光体表面上に付着し、このことによる画像欠陥（黒ベタ
部の白抜け）がないなどの画像品質が高いこと。 なお、上記性能は現像剤のみならず現像プロセス、現像
条件などの装置面にも影響される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】現在、高画質で高寿命
の現像剤を得るために、キャリアの小粒径化が行われて
いるが、キャリアの小粒径化は、高画質の画像を得られ
るものの、その高画質は長く持たないことが多い。ま
た、その傾向はプロセススピードが３８０ｍｍ／ｓｅｃ
以上の高速複写機やプリンターほど顕著に現れる。特
に、実写を続けていくとキャリアが飛散し、感光体表面
に付着し、感光体表面を傷つけるとともに、黒ベタの部
分が白く抜けるという白斑の現象が発生するという画像
欠陥の問題があった。本発明は、上記問題を解決すべく
なされたものであり、高画質で高寿命をもたらす現像剤
を提供することをその目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、かかる問題
を解消すべく種々の実験解析を繰り返した結果、高画質
で高寿命の現像剤には、キャリア粒径７５μｍ以下の体
積分布を規定することで上記の問題を解消しえることを
発見した。すなわち本発明の要旨は、トナー及びキャリ
アを含有し、キャリアの７５μｍ以下の粒子の含有量が
６体積％未満であることを特徴とする二成分系現像剤に
存する。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明に使用し得る樹脂として
は、静電荷現像用トナーに適した、公知の種々のものが
使用できる。スチレン系樹脂（スチレンまたはスチレン
置換体を含む単重合体または共重合体）としては、例え
ば、ポリスチレン、クロロポリスチレン、ポリ−α−メ
チルスチレン、スチレン−クロロスチレン共重合体、ス
チレン−プロピレン共重合体、スチレン−ブタジエン共
重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢
酸ビニル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重
合体（スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン
−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブ
チル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体
及びスチレン−アクリル酸フェニル共重合体等）、スチ
レン−メタクリル酸エステル共重合体（スチレン−メタ
クリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチ
ル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体及
びスチレン−メタクリル酸フェニル共重合体等）、スチ
レン−クロルアクリル酸メチル共重合体及びスチレン−
アクリルニトリル−アクリル酸エステル共重合体等があ
る。

【０００６】本発明に用いるのに好ましい樹脂としては
スチレン系樹脂、飽和または不飽和ポリエステル樹脂及
びエポキシ樹脂等が挙げられる。また、樹脂は単独に使
用するに限らず、２種以上併用することができ、本発明
に用いる樹脂としてはスチレン系樹脂を主成分（好まし
くは５０％以上）とし、分子量分布が２山以上のピーク
を有するものが特に好ましい。

【０００７】樹脂のフロー軟化温度（Ｔｍ）としては８
０〜１５０℃程度がよく、更には９０〜１４０℃程度が
好ましい。８０℃未満では紙への定着温度は低くて良好
であるが、ホットオフセットが発生しやすく、またトナ
ーが現像槽内部で破砕されやすくなりキャリア表面、ド
クターブレードにトナーが固着するスペント現象が発生
し、帯電特性の悪化を引き起こし、ひいては現像剤の耐
久性能の悪化を招き問題がある。また、１５０℃より高
いと定着温度紙への定着温度が高く、またトナー粉砕性
が悪い等の問題がある。

【０００８】樹脂のガラス転移温度は４５℃程度以上が
好ましく、４５℃未満では４０℃の高温で長時間トナー
を放置した場合にトナーの固い凝集或いは固着を招くな
ど保存安定性が悪く、また、外添工程でトナー凝集物を
生成し易い、更に篩別装置のスクリーン、側壁等に付着
し凝集物を生成しやすく、更にまたトナーを現像器内で
長時間使用した場合現像器内の軸受、穂立ち規制板等の
部位に固着したりするなどの使用上の問題がある。樹脂
の製造は公知の製造方法で行えばよく、例えばスチレン
系樹脂の場合には溶液重合、懸濁重合、塊状重合、乳化
重合等により行えばよく、必要に応じて低分子量体と高
分子量体の重合方法を違えてもよい。

【０００９】本発明で使用する樹脂の各試験方法を以下
に説明する。 ［フロー軟化温度（Ｔｍ）］フローテスター（（株）島
津製作所社製ＣＦＴ−５００）において、試料１ｇをノ
ズル１ｍｍ×１０ｍｍのダイ、荷重３０ｋｇ、予熱時間
５０℃で５分、昇温速度３℃／分の条件下で測定を行
い、フロー開始から終了までの距離の中間点の温度をフ
ロー軟化温度（Ｔｍ）とする。 ［ガラス転移温度（Ｔｇ）］示差熱分析計（（株）島津
製作所社製ＤＴＡ−４０）において、昇温速度１０℃／
分の条件で測定した曲線の転移（変曲）開始部に接線を
引き、その交点温度をガラス転移温度（Ｔｇ）とする。

【００１０】本発明で用いる着色剤としては、従来から
用いられているものであれば特に制限されるものではな
く、任意の適当な顔料又は染料が使用できる。例えば、
酸化チタン、亜鉛華、アルミナホワイト、炭酸カルシウ
ム、紺青、マグネタイト、カーボンブラック、フタロシ
アニンブルー、フタロシアニングリーン、ハンザイエロ
ーＧ、ローダミン系顔料、クロムイエロー、キナクリド
ン、ベンジジンイエロー、ローズベンガル、トリアリル
メタン系染料、アントラキノン染料、モノアゾ及びジス
アゾ系顔料などを所望するトナーの色に着色剤を単独ま
たは混合して用いる。

【００１１】着色剤の含有量は、現像により可視像を形
成することができるようトナーを着色するのに十分な量
であればよいが、カーボンブラックなどは添加量とトナ
ーとしての抵抗とが密接に関係する。この他、必要に応
じてトナーの熱特性、物理特性、離型特性等を改善する
目的で助剤を少量添加してもよく、例えば、ポリアルキ
レンワックス、パラフィンワックス、高級脂肪酸、脂肪
酸アミド、金属石鹸等が使用できる。その添加量は、ト
ナー粒子１００重量部に対して０．１〜１０重量部が好
ましい。

【００１２】更にこの他、トナーの帯電性を調整する目
的で公知の正荷電性または負荷電性の帯電制御剤を単独
または併用して使用することができる。正荷電性トナー
の場合にはニグロシン系染料、４級アンモニウム塩、ト
リアミノトリフェニルメタン系化合物、イミダゾール化
合物等の公知の帯電制御剤、負荷電性トナーの場合には
含金アゾ系染料、サルチル酸金属錯体、アルキルサルチ
ル酸金属錯体、カーリックスアレーン化合物等の公知の
帯電制御剤を適量添加しても良い。その添加量は樹脂１
００重量部に対して０．０５〜１０重量部程度が好まし
い。

【００１３】この他、必要に応じてトナーの熱特性、物
理特性、離型特性等を改善する目的で助剤を少量添加し
てもよく、例えば、ポリアルキレンワックス、パラフィ
ンワックス、高級脂肪酸、脂肪酸アミド、金属石鹸等が
使用できる。その添加量は、トナー粒子１００重量部に
対して０．１〜１０重量部が好ましい。この他に外添剤
として、感光体表面に付着したトナー組成物を研磨する
無機微粉末（抵抗調整、疎水性、帯電性等を改質する目
的でシランカップリング剤、チタネートカップリング
剤、シリコンオイル、アミノ基を含有したスチレン系樹
脂などで表面処理してもよい。）、例えば酸化鉄、酸化
クロム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、
酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、
酸化チタン、酸化亜鉛などがあり、これらを、総量の混
合量がトナー１００重量部に対して０．０５〜１０重量
を単独もしくは混合して用いる。

【００１４】更に、上記無機微粉末と一緒に流動性改善
などの目的で酸化珪素、酸化チタン、酸化アルミニウ
ム、酸化亜鉛、酸化マグネシウムの群より選択される１
種類以上の非磁性粉末を併用するのが好ましい。特に、
最近の高画質化に伴いトナー粒子径が小さくなる傾向に
あり、無機微粉末と非磁性粉末の併用はトナー粒子径が
３〜１２μｍの範囲で有効に作用し、更に好ましくは３
〜１０μｍの範囲が好適である。

【００１５】該当する無機微粉末のＢＥＴ法比表面積は
１０〜５００ｍ² ／ｇが好ましく、この範囲内だとトナ
ー貯蔵安定性、トナー供給部からのトナー補給性、現像
部でのトナー搬送性等に優れている。比表面積が１０ｍ
² ／ｇ未満では十分な流動性改善機能、搬送機能が付与
できず、また、５００ｍ² ／ｇより大きいと高温保管時
でのトナー凝集、固着を招きやすく、更に有機光導電体
等の感光体へのフィルミングを発生しやすいなどの問題
がある。

【００１６】非磁性粉末は表面を公知の処理剤及び処理
方法で疎水化処理されていることが好ましく、これによ
り疎水性機能が付与され環境依存性が改善されるととも
に、非磁性粉末同士の凝集が少なくなり、トナーの流動
性改善機能が優れたものとなる。表面処理としてはトナ
ーの流動性改善機能の面でシランカップリング剤が好ま
しいが、シランカップリング剤と他の処理剤を併用した
り、多層に表面処理してもよい。シランカップリング剤
としては、例えば、オルガノアルコキシシラン（メトキ
シトリメチルシラン、ジメトキシジメチルシラン、トリ
メトキシメチルシラン、エトキシトリメチルシラン
等）、オルガノクロルシラン（トリクロルメチルシラ
ン、ジクロルジメチルシラン、クロルトリメチルシラ
ン、トリクロルエチルシラン、ジクロルジエチルシラ
ン、クロルトリエチルシラン、クロルトリフェニルシラ
ン等）、オルガノシラザン（トリエチルシラザン、トリ
プロピルシラザン、トリフェニルシラザン、ヘキサメチ
ルジシラザン、ヘキサエチルジシラザン、ヘキサフェニ
ルジシラザン等）、オルガノジシラン、オルガノシラン
等があり、これらは１種あるいは２種以上の混合物で用
いられ、好ましくは、オルガノクロルシラン、オルガノ
シラザンがよい。

【００１７】非磁性粉末の添加量は、トナー粒子１００
重量部に対して０．０１〜１０重量部が好ましく、更に
は０．０５〜８重量部が好適である。非磁性粉末が０．
０１重量部未満だと流動性改善効果が少なく、また１０
重量部より多いと遊離した非磁性粉末により感光体にフ
ィルミングが発生したり、二成分系現像剤のキャリアの
帯電付与部材に付着して帯電機能劣化等の障害を引き起
こし易くなり好ましくなく、更にまた正荷電性トナーの
場合には帯電性の著しい低下を招き、カブリの悪化、ト
ナー飛散量の増大を引き起こす場合があり、負荷電性ト
ナーの場合には帯電性に著しい上昇を招き、画像濃度の
低下を引き起こす場合がある。

【００１８】この他、トナーの外添剤としては該当する
無機微粉末以外の導電性チタン、酸化アンチモン、酸化
錫、酸化セリウム、硫酸バリウム、チタン酸ストロンチ
ウム、ハイドロタルサイト類化合物、アクリルビーズ、
シリコンビーズ、ポリエチレンビーズなどの公知の無
機、有機微粉末を適量添加してもよく、好ましくはトナ
ー粒子１００重量部に対して０．００５〜８重量部であ
る。

【００１９】また、本発明のキャリアの体積平均粒径及
び粒度分布（粒径ごとの割合い）は、ドイツ シンパテ
ック社製 レーザ回折式粒度分布測定装置（型式ＨＥＲ
ＯＳ＆ＲＯＤＯＳ）を用いて測定される。この測定はキ
ャリアの分散圧２ｂａｒ、測定時間２秒、レンズ焦点距
離１００ｍｍを条件として行われる。この条件での測定
で、キャリアの体積平均粒径が８０〜２００μｍ程度の
ものが使用できるが、特に９０〜１２０μｍが好まし
い。キャリアの７５μｍ以下は６体積％未満であり、５
体積％未満が好ましい。また、キャリアの６０μｍ以下
の割合は０．４体積％以下、中でも特に０．３体積％以
下が好適であり、さらには６０μｍ以下の粒子は実質的
に含まれていないことが好ましい。飛散するキャリア
は、分析結果から粒径５０μｍ以下が支配的であり、こ
の飛散キャリアの個数はレーザ回折式粒度分布測定装置
で測定した７５μｍ以下の割合に比例して増えていくこ
とが判明し、また複写機、プリンターのプロセススピー
ド（潜像担持体の移動速度を表し、例えば円筒状感光体
においては感光体の周速を表す。）によっても高速（例
えば、３８０ｍｍ／ｓｅｃ以上）になるにつれ飛散キャ
リアの個数が増えていくことが確認された。

【００２０】ここで使用されるキャリアは鉄粉、フェラ
イト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂キャリアなど従来か
ら公知のものが使用できるが、特にフェライト粉が好ま
しい。またこれらの表面に公知のシリコーン系樹脂、ア
クリル系樹脂、フッ素系樹脂、スチレン系樹脂など、或
いはこれらの樹脂の混合物を単層、または多層にコーテ
ィングしたものも好適に使用できる。

【００２１】まず、本発明のトナー製造方法について一
例を説明するが、その要旨を越えない限り以下の説明に
何等制限されるものではない。トナー内添剤としては少
なくとも樹脂、着色剤を所定量秤量して配合し、混合す
る。混合装置の一例としては、ダブルコン・ミキサー、
Ｖ型ミキサー、ドラム型ミキサー、スーパーミキサー、
ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー等がある。

【００２２】次に、混練工程では、バッチ式（例えば加
圧ニーダー、バンバリーミキサー等）または連続式の練
り機を用いるが、連続生産できる等の優位性から、近年
は１軸または２軸押出機が主流であり、例えば神戸製鋼
所ＫＴＫ型２軸押出機、東芝機械社製ＴＥＭ型２軸押出
機、ケイ・シー・ケイ社製２軸押出機、池貝鉄工社製Ｐ
ＣＭ型２軸押出機、ブス社製コ・ニーダー等が良い。練
り後、トナーは２本ロール等で圧延され、水冷等で冷却
・固化する冷却工程を経る。

【００２３】次いで、粉砕工程では、クラッシャー、ハ
ンマーミル、フェザーミル等で粗粉砕し、ジェットミ
ル、高速ローター回転式ミル等で細粉砕し、段階的に所
定トナー粒度まで粉砕する。粉砕後、慣性分級方式のエ
ルボジェット、遠心力分級方式のミクロプレックス、Ｄ
Ｓセパレーター等でトナーを分級し、平均粒子径３〜１
２μｍのトナーを得る。分級工程で発生したトナー粗粉
は粉砕工程に戻し、また発生した微粉はトナー原料の配
合工程に戻して再利用しても良い。

【００２４】平均粒径が１２μｍより大きいとコピー画
質の解像度が劣化し、３μｍ未満だとトナー搬送時トナ
ーが飛散し環境上支障がある。尚、トナー粒子の平均粒
径は公知の粒度分布測定装置で測定すればよく、例えば
コールター社製コールターカウンター（型式ＴＡ−２）
などがある。

【００２５】更に、トナーに外添処理する場合には、分
級後のトナーと公知の各種外添剤を所定量配合して、ヘ
ンシェルミキサー、スーパーミキサー等の粉体にせん断
力を与える高速撹拌機などで、撹拌・混合するのがよ
い。この際、外添機内部で発熱があり、凝集物を生成し
易くなるので外添機の容器部周囲を水で冷却するなどの
手段で温度調整をする方が好ましい。

【００２６】更に外添トナーは必要に応じて公知の篩別
装置、例えば佐藤式振動篩、ジャイロシフター、遠心式
スクリーン分級機などで、トナー凝集物、遊離した外添
剤等を除去すればよい。上記の方法で得られた現像剤及
びトナーを実写する複写機としては、例えば間接静電方
式を採用し、感光体はＯＰＣ、Ｓｅ、アモルファスのい
ずれでも良いが、ＯＰＣが好ましい。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、キャリアの粒度分布を規定す
ることで、高画質の画像が長寿命で得られる性能を有し
た現像剤を提供するものであり、多大な工業的利益を提
供するものである。

【００２８】

【実施例】実施例により本発明を更に説明する。実施例
中、「部」は重量部を表す。 フェライトキャリアＡ ７５μｍ以下の割合：４．４３体積％ ６０μｍ以下の割合：０．１１体積％ 体積平均粒径 ：１０８μｍ このキャリアＡと組合わせる補給トナーＡを以下の要領で得た。 ・スチレン／ｎ−ブチルアクリレート １００部 ＝モノマー重量比＝８５／１５の共重合樹脂 （フロー軟化点１３０〜１３５℃、ガラス転移点６０〜６５℃） ・着色剤 カーボンブラック ＭＡ１００Ｓ ６部 （三菱化学社製） ・低分子量ポリプロピレン ２．５部 （蒸気圧浸透圧法による数平均分子量＝７０００） ・帯電制御剤 ボントロンＰ５１ ２部 （オリエント化学社製４級アンモニウム塩化合物） を配合し、連続２軸押出機を用いて混練、粉砕し、分級
して黒色トナーを得た。

【００２９】この黒色トナー１００部に対してマグネタ
イト粉末０．２部とハイドロタルサイト化合物０．１部
とシリカ０．３部をスーパーミキサーで外添処理したも
のを補給トナーＡとした。スタート現像剤は、上記黒色
トナー１００部に対して、マグネタイト粉末０．２部と
ハイドロタルサイト化合物０．２部とを外添処理したも
のをスタート現像剤用トナーＡとし、次に、現像剤とし
て、スタート現像剤用トナーＡとフェライトキャリアＡ
をＶ型混合機により以下の比率で混合し、現像剤Ａを得
た。 スタート現像剤用トナーＡ：３．６３部 フェライトキャリアＡ ： １００部 ここで扱う複写機の現像条件は以下の通りである。 複写機現像条件 ・プロセススピード［ｍｍ／ｓｅｃ］：４５０

【００３０】＜実施例１＞上記の現像剤Ａと補給トナー
Ａで複写機（有機光導電体を感光体とし、ブレードクリ
ーニング方式で、二成分磁気ブラシの正規現像方式）を
用いて、次の実写試験を行った。 ◇実写試験 温度２３〜２５℃、湿度５０〜６０ＲＨ％の通常環境下
で３００，０００枚の実写試験を実施した。この試験の
結果、３００，０００枚実写中で画像濃度及びカブリが
安定して良好であり、中間調再現性に優れ、トナー飛散
による機内の汚染も、白斑による画像欠陥も発生せず良
好であった。

【００３１】＜比較例１＞下記の要領で現像剤Ｂと補給
トナーＡで＜実施例１＞で使用した複写機にて実写試験
を行った。 フェライトキャリアＢ ７５μｍ以下の割合：６．６２体積％ ６０μｍ以下の割合：０．４３体積％ 体積平均粒径 ：１０４μｍ スタート現像剤は、上記スタート現像剤用トナーＡとフ
ェライトキャリアＢをＶ型混合機により以下の比率で混
合し、現像剤Ｂを得た。 スタート現像剤用トナーＡ：３．６３部 フェライトキャリアＢ ： １００部 ◇実写試験 １０，０００枚過ぎより、白斑による画像欠陥が発生
し、白斑数もコピー枚数とともにひどくなっていった。
また、５０，０００枚から画像濃度が低下した。

【００３２】

【表１】 ７５μｍ以下の割合［％］ ６０μｍ以下の割合［％］ ────────────────────────────────── 実施例１ ４．４３ ０．１１ 比較例１ ６．６２ ０．４３

【００３３】

【表２】 白斑レベル 画像濃度 トナー消費量 機内汚染 ───────────────────────────────── 実施例１ 発生なし 良好 良好 少量 比較例１ 多発 不良 不良 やや多目

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トナー及びキャリアを含有し、キャリア
   の７５μｍ以下の粒子の含有量が６体積％未満であるこ
   とを特徴とする二成分系現像剤。
2. 【請求項２】 キャリアの６０μｍ以下の粒子の含有量
   が０．４体積％以下であることを特徴とする請求項１に
   記載の二成分系現像剤。
3. 【請求項３】 キャリアの体積平均粒径が８０〜２００
   μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の
   二成分系現像剤。
4. 【請求項４】 潜像担持体上に静電潜像を形成し、請求
   項１乃至３に記載の二成分系現像剤を用いて該静電潜像
   を現像する画像形成方法であって、プロセススピードが
   ３８０ｍｍ／ｓｅｃ以上であることを特徴とする画像形
   成方法。