JPS61215559A - 電子写真用現像剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は電子写真用現像剤に関し、特にトナーとキャ
リアとが混合されたいわゆる２成分系現像剤に関する。

（従来技術） 磁気ブラシによる静電潜像の現像法では、樹脂およびカ
ーボンからなるトナー粒子と鉄粉または磁性粉もしくは
ガラス球からなるキャリアとを混合したものを現像剤と
する。そして、それらを混合することにより両者は摩擦
帯電し、互いに逆極性の電荷を帯びる。その結果、静電
潜像の極性に応じて、トナーとキャリアとの摩擦帯電系
列を適当に選ぶことにより、このトナーを感光体ドラム
に静電的に付着させて静電潜像の電荷を中和しながら、
これを可視像として現像する。このとき、トナーの帯電
量が大きいと潜像電荷は少量のトナーで中和することが
できる。したがって、トナーの帯電量が少ないほうが、
付着するトナー量が多くなり写真濃度は高くなる。

そこで、トナーの帯電量をパラメータとして、その画質
および電子プロセスへの影響を調べれば、次表のように
なる。

（以下余白） 表 この表から、トナーの帯電量が高い場合、画像濃度が薄
くなるばかりでなく、強いエツジ効果が生じ、さらに、
いわゆる中ぬけ現象が生じる。そのうえ、トナー濃度の
変化に対するトナーの帯電量の変化が大きく、一定の画
質を得るのが非常に困難であった。また、このような問
題点を解決しようとして、トナーの帯電量を低くすると
、キャリアとトナーとの静電気的な付着力が弱くなりト
ナーの飛散が多くなるばかりでなく、画像に対するいわ
ゆるかぶり（Ｂａｃｋ　Ｇｒｏｕｎｄ　）が多くなり、
トナー消費が多くなるという欠点がある。

そこで、トナーの帯電量の高い特性と低い特性との中間
の特性を有する現像剤を調製することが考えられるが、
現像剤の特性や物性値だけをコントロールしてそのよう
な特性を得たものにおいては、それを繰り返し使用して
いるとその特性自体が変化し、結果的に、帯電量の高い
特性または低い特性のどちらかを有する現像剤に移行す
る、いわゆるスペント化現象が生じる。すなわ、ち、適
当に調製した現像剤においても、そのトナー帯電量の経
時的な安定性に欠けるという問題があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、長期にわたって
安定した画質の電子写真を得ることができる、電子写真
用現像剤を提供することである。

（問題点を解決するための手段） この発明は、トナーに対する帯電付与性が互いに異なる
２種以上のキャリアを混合した２成分系の現像剤である
。

（作用） 帯電付与性の異なるキャリアの欠点が互いに補完される
。たとえば、帯電付与性の高いキャリアがあれば、必要
最小以上の帯電量を保有するトナーやキャリアから、静
電気的に離れた非帯電トナーや弱帯電トナーに帯電電荷
を与えることができる。また、トナーに対する帯電付与
性の低いキャリアは、集中的な高帯電領域の分布を防止
する。

すなわち、高帯電量分布領域では帯電付与性の低いキャ
リアが、低帯電量分布領域では帯電付与性の高いキャリ
アが、それぞれ、トナーに対して作用し、その結果、ト
ナーの帯電量分布の広がりを防止する。

（発明の効果） この発明によれば、トナーに対する帯電付与性の異なる
キャリアの存在によって、現像剤における帯電量分布を
改善し、はぼ理想的なものにすることができるので、良
好な画質の電子写真を得ることができる。すなわち、こ
の発明によれば、現像装置を複雑にすることなく、また
特別な付加装置も必要とせず、しかもキャリアやトナー
の現像剤特性をあまり厳しくコントロールしなくても、
現像画質を向上できる。また、そのようなキャリアの作
用によって、トナーの帯電量分布の経時的な広がりすな
わち現像剤の劣化を防止することができるので、従来の
現像剤に比べて、ロングライフの現像剤が得られる。そ
のために、メンテナンスサイクルや現像剤の交換サイク
ルを長くし得て、その保守等が簡便になる。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点
は、図面を参照して行なう以下の実施例の詳細な説明か
ら一層明らかとなろう。

（実施例） 第１図はこの発明が通用される電子複写機の一部を示す
図解図である。この発明は、このような電子複写機以外
の他の装置たとえばプリンタ、ファクシミリなどにも通
用され得るということを予め指摘しておく。

電子複写機１０は、感光体ドラム１２を含み、この感光
体ドラム１２は矢印方向に順次回動される。この感光体
ドラム１２の近傍には、現像装置１４が設けられる。現
像装置１４は現像剤容器１６およびその容器１６に現像
剤を供給するための供給ホッパ１８を含む。供給ホッパ
１８内には、その部分から現像剤を下方の容器１６に送
り出すためのスクリューコンベアないしスクリューロー
ラ２０が設けられる。現像剤容器１６内には磁気ローラ
ないし現像スリーブ２２が設けられ、この現像スリーブ
２２は、矢印方向に感光ドラム１２とは逆方向に回転さ
れ得る。容器１６内には、さらに、攪拌器２４が設けら
れ、それによって、この容器内の現像剤が攪拌される。

現像スリーブ２２の近傍には、それに付着する現像剤の
穂先の高さを制限するためのドクタブレード（図示せず
）と、このスリーブに付着した現像剤を掻き落とすため
のスクレーパ２６などが、関連して設けられる。

現像剤は、トナー２８と、そのトナー２８に対する帯電
付与性の相対的に高いキャリア３０および帯電付与性の
相対的に低いキャリア３２とが混合された混合キャリア
タイプの２成分系の現像剤として構成される。

電子写真における現像とは、Ｆ＝ｑＥにしたがって、す
なわち静電潜像に対応した電界強度已によって電荷量ｑ
を持つトナーを駆動し、潜像面に付着させ保持させて、
静電潜像電荷を中和しながらこれを可視化するプロセス
である。実際には、他の力も作用して複雑であるが、こ
の静電気的なり−ロンカＦが支配的であることには変わ
りない。したがって、潜像面付着するトナーの帯電電荷
量が大きいと、潜像電荷は少量のトナーで中和すること
ができ、逆にトナーの帯電電荷量が小さいと多量のトナ
ーが必要となり、その結実現像濃度は濃くなるがトナー
の消費量は多くなる。しかし、トナーの帯電電荷量が余
り小さくなり過ぎると、トナーとキャリアとの静電的な
吸引力が減少し、現像剤の搬送中にトナーが機内に飛散
したり、潜像面の非画部に付着してかぶり（Ｂａｃｋ　
Ｇｒｏｕｎｄ）の原因となったりする。このことから、
トナーには一定以上の帯電量が必要であるということが
理解できよう。実際には、トナーが保有する帯電量は、
分布を持っているので平均値で評価し、その平均帯電量
は必要最小トナー帯電量に対してかなり余裕を持ってい
なければならない。しかしながら、余裕を持ちすぎると
、先の表のように、トナーの帯電量が高くなりすぎて、
色々なデメリットが生じる。

また、２成分系の現像剤では、トナーのみが消費される
ため、トナー濃度の変化に対してこの帯電量と帯電量分
布とが変動しないことも必要条件である。

このような背景に対して、この発明の実施例のように、
トナーに対する帯電付与性の異なる複数の種類のキャリ
アを含む現像剤は、種々の利点がある。

たとえば、帯電付与性の高いキャリアが必要最小量以下
の帯電量を有するトナーやキャリアから静電気的に離れ
た非帯電トナーあるいは弱帯電トナーに帯電電荷を与え
ることができる。その結果、トナーの帯電量分布の広が
りが防止でき上述のようなかぶりや機内飛散が防止でき
る。そのうえ、トナーが保有する帯電量の絶対値に注目
すれば、トナーの保有電荷量Ｑ／Ｍ　（μＣ／ｇ）の値
が低いために生じる難点すなわちコピー濃度が濃過ぎる
ことやエツジ効果が弱い点などが改良され、画質が一層
向上され得る。

逆に、トナーの帯電量が極端に大きい場合、帯電付与性
の相対的に低いキャリアが存在することによって、従来
の単一キャリア系の現像剤に比べて、確率的に高帯電量
領域に分布していたトナー帯電量分布が抑制され得る。

その結果、黒べたの濃度不足、中ぬけ現象あるいは潜像
に付着したトナーが再び注入電荷によって再捕獲される
ことなどが防止され、細線や低いコントラストのものも
、連続階調の良好な画質を再現性良く得ることができる
。これと同時に、極端に帯電量が多いトナーがなくなる
ので、高潜像電位面に対する現像トナーのキャリア同伴
によるキャリアあがりあるいは付着が防止でき、感光体
ドラムへのダメージや機内飛散に伴う２次的弊害が防止
できる。

これらのことを、トナーチャージスペクトログラフによ
って測定した結果に基づいて、模式的に説明すれば第２
図のようになる。この第２図において、Ｙ軸はμ（＝帯
電量（μＣ）／トナー粒径（μｍ）を示す、Ｙ軸はμの
存在確率を示す。この第２図において実線は従来の単一
キャリア系の一般的なトナー帯電量分布を示す、破線は
、この実施例のようにトナーに対する帯電付与性の異な
る複数のキャリアが存在する混合キャリア系の帯電量分
布を示している。

この第２図から分かるように、高帯電量分布領域では帯
電付与性の低いキャリアがトナーに作用し、逆に低帯電
量分布領域では帯電付与性の高いキャリアが非帯電トナ
ーや弱帯電トナニに作用し、その結果、従来の実線のよ
うな分布を破線のように比較的鋭い分布にすることがで
き理想的な２−成分系現像剤によるトナー帯電量の分布
を得ることができる。

これらの帯電付与性の高いキャリアと低いキャリアの混
在の効果は、長期間の繰り返し使用に対しても期待でき
る。すなわち、２成分系現像剤による現像方法は、キャ
リア粒子とトナー粒子とを混合攪拌してその摩擦帯電に
よって両者う静電吸着させ、これを磁力で磁気ブラシを
形成して静電潜像に摺接させることにより現像が行われ
る。この場合、現像剤中のトナー粒子は静電潜像の静電
気力により画像部分に付着して消費されるが、キャリア
粒子は消費されずにそのまま繰り返し使用されることに
なる。このように、現像剤が長期間にわたって使用され
ると、次のような問題を生じる。

（ｉ）現像に寄与しないトナーいわゆるスペントトナー
がキャリアの表面に融着ないし固着するようになり、ト
ナーを摩擦帯電させるキャリアの能力が低下し、現像画
像が変化したり、かぶりの発生、トナーの機内飛散、キ
ャリアあがり等、画像やプロセスに悪影響を及ぼす。

（ｉｉ）トナーのみが消費され、その補給量が適正でな
いと、適正領域を外れて低トナー濃度あるいは高トナー
濃度の現像剤となり、トナーが飛散したりキャリアあが
りあるいはかぶりなどが発生し、（ｉ）と同様に、画質
や装置に悪影響を及ぼす。

これらのことをトナーチャージスペクトログラフで評価
すると、第３図および第４図に示すようになる。このよ
うに、現像剤を繰り返し長期間使用していると、スペン
ト化が進み、劣化し、使用開始時の比較的鋭い帯電量分
布が第４図に示すように段々伝がるばかりでなく、第３
図に示すように逆極性に帯電したトナーが出現すること
もあるこれに対して帯電付与性の相対的に高いキャリア
と相対的に低いキャリアとが混在すると、互いの欠点を
利点で補完することができるため、第３図のような逆極
性のトナーの出現に対して、帯電付与性の高いキャリア
が作用し、トナーの帯電量′分布の広がりが防止できる
。したがって、従来の単一キャリア系の現像剤に比べて
２倍程度のコピーボリュームでも安定した画像が得られ
、現像剤のロングライフ化が可能になる。

このことが、第５図および第６図に示されている。第５
図はコピーボリュームに対する帯電量変化を示し、第６
図はコピーボリュームに対するスペントトナー量変化を
示す。すなわち、従来の単一キャリア系の２成分現像剤
では、コピーボリュームが大きくなるとすなわち長期間
繰り返し使用されると、その現像剤の帯電量が大きく変
化してしまう。これに対して、帯電付与性の異なるキャ
リアが混在されると、前述のように、それぞれが互いに
補完され得るので、トナー帯電量は第５図に示すように
経時的に安定である。同じように、帯電付与性の異なる
キャリアが混在されると、第６図に示すように、スペン
トトナー量もごく少なく抑えされ得る。

さらに、コピー負荷に対してトナー補給量が不適正な場
合、たとえばトナー濃度が低い場合、第４図のように分
布が広がり、かぶりやキャリアあがりが多くなり、電子
写真の画質や感光体もしくはクリーニングブレードのエ
ツジに欠損を与え装置に致命的なダメージを与えること
がある。しかしながら、この実施例のようにトナーへの
帯電付与性の異なるキャリアが混在すれば、上述したよ
うに現像剤の帯電量分布を理想的な形に近づけることが
できるため、このような問題の解決は勿論のこと、トナ
ー濃度が薄くなったためのコピー濃度の低下やエツジ効
果の強すぎる画像は生じず、画質のトナー濃度の変化の
依存性すなわち帯電分布のトナー濃度の依存性が緩和で
き、トナー濃度の制御の許容幅の拡大など電子プロセス
における信頼性およびその効果は極めて大きくなる。

このことについて、次に、第７図を参照して、現像剤系
におけるトナーの平均帯電量のトナー濃度変化の依存性
に基づいて説明する。従来の単一キャリア系では、第７
図で示すように、トナ一対キャリアの比Ｔ／Ｃ（ｗｔ％
）が大きくなると、トナー保有電荷量Ｑ／Ｍ　（μＣ／
ｇ）が低下し、逆に、Ｔ／Ｃが小さくなるとＱ／Ｍは高
くなり、先の表のような特性になる。これに対してこの
実施例のように、トナーに対する帯電付与性の高いキャ
リアと低いキャリアとの混合キャリア系の現像剤を用い
れば、帯電量分布に対すると同じような効果が期待でき
る。すなわち、Ｑ／Ｍのトナー濃度の依存性が、単一キ
ャリア系に比べて緩和できる。すなわち、第７図に示す
ようにその依存性は単一キャリア系のものに比べて明ら
かに緩和され、それによって、トナーコントロールの許
容幅の拡大、標準トナー濃度±０．５〜１％から±３〜
４％に拡大され、トナー濃度制御システムに多大の効果
を発揮することができる。

このように、この発明の実施例では、トナーに対する帯
電付与性が相対的に高いキャリアと相対的に低いキャリ
アとからなる混合キャリア系でトす−の帯電量とその分
布をコントロールして、画質の改善と帯電量のトナー濃
度変化に対する依存性の緩和を図り、さらに、繰り返し
使用時の現像剤の交換サイクルを長期化することができ
る。

実ｌ」ロー たとえば、Ｂａ−Ｚｎ系フェライトキャリア（平均粒径
：９３μｍ、固有抵抗：１．７Ｘ１０’Ωｃｍ、Ｑ／Ｍ
：　２９．６μＣ／ｇ）からなる帯電付与性の相対的に
高いキャリアと、たとえばＣｕ−Ｚｎ系フェライトキャ
リア（平均粒径：６４μｍ、固有抵抗：８．７Ｘ１０”
Ωｃｍ、Ｑ／Ｍ：１９．ｌμＣ／ｇ）からなる帯電付与
性の低いキャリアとを、５．６：１の比率で混合して混
合キャリア系とした。それに、平均粒系１１゜９μｍの
トナー粒子を６゜２ｗｔ％になるように加えて、２成分
系現像剤を得た。

この混合キャリア系現像剤のトナー保有帯電量は２３．
６μＣ／ｇとなり、そのトナー濃度変化に対する依存性
は１．６〜９．７％であった。そして、帯電量分布を測
定すると、第２図に示すように、従来の単一キャリア系
の現像剤より良好であった・ このような現像剤を磁気ブラシ現像装置を用いて複写し
たところ画質の面では、中ぬけやかぶりがなく、連続階
調の再現性および細線や低コントラストの再現性も良好
であった。電子プロセスについてみれば、トナーの飛散
あるいはキャリアあがりもなく、現像剤の交換サイクル
も単一成分キャリア系に比べて、２．４倍に延びた。

皇ｌ■１ 帯電付与性の高いキャリアとしてのＢａ−Ｚｎ系フェラ
イトキャリア（９３μｍ、１．’ｙｘｉ。

９Ωｃｍ、２６．６４Ｃ／ｇ）と、帯電付与性の低いキ
ャリアとし・ての酸化鉄粉系キャリア（５４μｍ、７．
８ｘｌＯ’Ωｃｍ、１８．４．ＩＪｃ／ｇ）とを、８：
１で混合して混合キャリア系とし、それに、平均粒径１
１．９μｍのトナーを５．６ｗｔ％になるように加えて
現像剤とした。

大ｉ貫主 帯電付与性の高いキャリアとして球形の鉄粉系キャリア
（１０６μｍ、２．７Ｘ１０９Ωｃｍ。

２５．６μＣ／　ｇ　）を、帯電付与性の低いキャリア
として鉄粉系キャリア（５４μｍ、７．８Ｘ１０７Ωｃ
ｍ、１６．１　μｃ／ｇ）を用い、それらを８：１の比
率で混合して混合キャリア系とし、それに平均粒径１１
．９μｍのトナーを５８６ｗｔ％になるように加えて現
像剤とした。

実施例２および実施例３ともに、実施例１と同様に良好
な特性を示した。

実土桝↓ 実施例２を基本として、黒色現像剤を、赤色現像剤とし
て作成した。この場合、帯電付与性が高いキャリア、帯
電付与性の低いキャリアおよびトナーは、実施例２では
８３．９ｗｔ％、１０．５ｗｔ％および５．６％であっ
たのに対し、それぞれ、６４．４ｗｔ％、３Ｑｗｔ％お
よび５．６ｗｔ％とした。

このような帯電付与性の異なるキャリアの混合比を変更
するだけで、カラーの現像剤の作成が容易になる。そし
て、さらに、黒色トナーと同一の定着条件で定着可能な
ため、カラーコピー用複写機を製造する上で大きな制約
がなくなる。

すなわち、黒色トナーと同じバインダ樹脂に顔料を添加
してカラートナーにした場合には、トナーの帯電量と帯
電量分布が異なるので、コピー濃度が異なり、したがっ
て、一般的には、トナーの帯電量制御が必要である。帯
電量制御をするためには、キャリアの種類を変更するか
トナー基材となるバインダ樹脂あるいは帯電制御剤の種
類または添加量を変更しなければならない。トナー基材
（バインダ樹脂）を変更する場合であれば、黒色トナー
と同一定着条件でなければならず、また、キャリアの種
類や抵抗あるいは帯電制御剤を変更するとすればその管
理が煩わしいものとなる。これに対して、実施例４では
、黒色トナーと同一の定着条件でしかも帯電量制御が簡
単にできたので、カラー複写機を容易に作ることができ
る。

上述の実施例１では、帯電付与性の高Ｇ゛）キャリアと
して、飽和磁化の相対的に低いバリ゛ウム系フェライト
たとえば（（Ｂａ、Ｎｉ、Ｚｎ）ＯＦｅ２０３〕が利用
され帯電付与性の相対的に低いキャリアとして、飽和磁
化の相対的に高いＣｕ系フェライトが利用された。実施
例２および実施例４では、帯電付与性の高いキャリアと
して、遷移金属（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ）系フェライ
トを用い、帯電付与性の低いキャリアとして、鉄粉系キ
ャリアを用いた。実施例３では、帯電付与性の高いキャ
リアとして、球形形状のキャリアが、低いキャリアとし
て不定形または偏平形状のキャリアを、それぞれ用いた
。

これ以外に、キャリアとしては、樹脂コートしたものも
利用可能である。樹脂材料としては、ふっ素樹脂、ポリ
アミド樹脂、シリコーン樹脂、エチルセルロースおよび
ポリメチルメタアクリレート樹脂などが利用できる。そ
して、これらの樹脂から、その帯電系列に従って、適当
に組み合わせることによって、帯電付与性の異なるキャ
リアを得ることができる。特に鉄粉形キャリアでは、樹
脂コートによって、その長寿命化が期待できる。

さらに、上述の実施例のようにキャリアの粒径を異なら
せ、比較的小粒径のキャリア（これは帯電付与性の高い
キャリアまたは低いキャリアのいずれでもよい）を混在
させれば、上述の種々の効果の他、画像の緻密性、刷毛
筋１片エツジ効果（先端欠け）なども併せて改善できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す要部図解図である。 第２図は第１図実施例の帯電量分布を単一成分キャリア
系現像剤と比べて示すグラフである。 第３図および第４図は現像剤の劣化現象を説明するため
グラフであり、第３図は逆極性のトナーが出現した場合
を示し、第４図は帯電量分布が拡がりすぎた場合を示す
。 第５図および第６図はこの発明の実施例の効果を説明す
るためのグラフであり、第５図はコピーボリュームに対
する帯電量変化を示し、第６図はコピーボリュームに対
するスペントトナー量を示す。 第７図は帯電量のトナー濃度への依存性を示すグラフで
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　トナーと、トナーに対する帯電付与性が異なる少な
   くとも２種類のキャリアとを混合した、電子写真用現像
   剤。 ２　帯電付与性の相対的に高い第１のキャリアと帯電付
   与性の相対的に低い第２のキャリアとを含む、特許請求
   の範囲第１項記載の電子写真用現像剤。 ３　前記第１のキャリアの粒径と第２のキャリアの粒径
   とが異なる、特許請求の範囲第２項記載の電子写真用現
   像剤。 ４　前記第２のキャリアの粒径が前記第１のキャリアの
   粒径に比べて小さい、特許請求の範囲第３項記載の電子
   写真用現像剤。 ５　前記第１のキャリアは遷移金属系のフェライトキャ
   リアを含み、前記第２のキャリアは鉄粉系キャリアを含
   む、特許請求の範囲第２項記載の電子写真用現像剤。 ６　前記鉄粉系キャリアは樹脂コートされている、特許
   請求の範囲第５項記載の電子写真用現像剤。 ７　前記第１のキャリアは飽和磁化の相対的に低いフェ
   ライトキャリアを含み、前記第２のキャリアは飽和磁化
   の相対的に高いフェライトキャリアを含む、特許請求の
   範囲第２項記載の電子写真用現像剤。 ８　前記第１のキャリアは球形形状のキャリアであり、
   前記第２のキャリアは不定形もしくは偏平形状のキャリ
   アである、特許請求の範囲第２項記載の電子写真用現像
   剤。 ９　前記第１および第２のキャリアはそれぞれ樹脂コー
   トを含み、それぞれにその樹脂材料が変えられる、特許
   請求の範囲第２項記載の電子写真用現像剤。 １０　前記樹脂材料は、ふっ素樹脂、ポリアミド樹脂、
   シリコーン樹脂、エチルセルロース樹脂およびポリメチ
   ルメタアクリレート樹脂を含む樹脂群のうちから選ばれ
   る、特許請求の範囲第１０項記載の電子写真用現像剤。