JPS6199158A - 電子写真用二成分系現像剤およびそれを用いた現像方法 - 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】 （技術分野） 本発明は、電子写真用二成分系現像剤、特に。

摩擦帯電量の分布幅を広くしうる二成分系現像剤および
それを用いた現像方法に関する。

（従来技術） トナーとキャリヤーとでなる二成分系現像剤の該トナー
への電荷の付与は、トナー・キャリヤー間の摩擦帯電現
像を利用することにより行われる。

トナーはキャリヤーとの摩擦によりキャリヤーと逆極性
の電荷に帯電しキャリヤーのまわりに、主に静電気力に
より付着する０次いで、トナーとキャリヤーとで構成さ
れるこの現像剤は１例えば。

現像スリーブ上に磁気ブラシを形成し現像領域において
現像される。現像は感光体上の、トナーとは逆極性に帯
電している静電潜像の静電引力により、トナーが潜像電
荷に引きつけられ付着して行われる。このとき、トナー
は潜像電荷の強弱により潜像上に移行される。本来、ト
ナーおよびギャリヤーはそれぞれ固有の仕事関数を有す
るものであり、充分に摩擦帯電がなされたならば、トナ
ーおよびキャリヤーの帯電電荷は飽和になる。帯電量の
飽和な状態のトナーを用いて現像を行えば。

得られるトナー像は、感光体上の、原画の濃淡に対応し
て、微妙に異なった潜像電荷には忠実に対応しえないは
ずである。それにもかかわらず、１種類のトナーと１種
類のキャリヤーとを混合した従来の現像剤による現像に
おいては、ある程度の諧調性を有する複写画像が得られ
ている。これは。

キャリヤーおよびトナーの粉体粒子価々の仕事関数のば
らつきや、摩擦帯電におけるトナーとキャリヤーとの接
触回数の不均衡による帯電量の差異によるものにすぎな
い。あるいは、感光体ドラムの曲面に由来するトナーと
感光体との距離の違いによる静電引力の差によって得ら
れているにすぎない。したがって、このような消極的か
つ不確定な帯電量の相違では潜像電荷の微妙な差異に対
応しきれない。それゆえ、原画に忠実な画像諧調性をも
った複写画像は得られない。

（発明の目的） 本発明の目的は、トナーの摩擦帯電の分布を広げること
により諧調性に優れた複写画像を提供しうる電子写真用
二成分系現像剤およびそれを用し１だ現像方法を提供す
ることにある。

（発明の構成） 摩擦帯電は以下に示すような機構により生ずると考えら
れている。

摩擦は接触回数を多くしたものであるから９通常は接触
の状態を考えればよい。繰り返しの接触帯電は次式（１
）のように表される。

Ｑ＝Ｑｍ　（１−ｅ−”　）　＝（１）ここで、Ｑは総
帯電量、Ｑｍは飽和帯電量、Ｃは定数およびｎは接触回
数を示す。

上記接触帯電は接触し合う物質の仕事関数に起因してい
る。ここでいう仕事関数とは、第１図Ｇこ示すような箱
型ポテンシャルのモデルで表せ器ヨ。

箱内から電子を取り出すのに必要なエネルギーのことで
ある。仕事関数ＷＯは、真空中に静止している電子のエ
ネルギーＷとフェルミ準位ＥＶとの差で表される。つま
り、仕事関数の異なる２種類の物質が接触すると、それ
らの物質の電荷担体（電子またはイオン）が電気化学ポ
テンシャル（フェルミ準位）の高い方から低いほうへ接
触界面を横切って移動する。この移動は界面にあるエネ
ルギー障壁を熱励起によって飛び越えるか、あるいはト
ンネル効果によって突き抜けるかのいずれかもしくは両
方により生ずる。電荷担体が移動することにより１両物
質は等量異符号に帯電する。その電荷は界面をはさんで
電気二重層を形成する。

この電気二重層の電位差に相当する静電ポテンシャル（
いわゆる接触電位）がはじめの電気化学ポテンシャル（
フェルミ準位）の差を補い、そして両物質の電気化学ポ
テンシャル（フェルミ準位）が同一になったときに平衡
に達する。このとき。

電気化学ポテンシャル（フェルミ準位）の高い方。

つまり仕事関数の小さい方が正、電気化学ポテンシャル
（フェルミ準位）の低い方、つまり仕事関数の大きい方
が負に帯電する。次いで１両物質を分離すると、はじめ
の界面のエネルギー障壁の高さや厚さがまだ電荷担体の
移動を許す範囲内においては、電気二重層の電位差を一
定に保つように電荷担体が逆に流れる。この分離がさら
に進んで逆流を生じないようになるとき、電気二重層の
うちで電荷担体が流入した側の全電荷は、電荷担体が接
触によって流入する前に比べて増加することになる。こ
の増加分の電荷が帯電量として観測される。

例えば２両物質を金属とした場合、仕事関数の異なる２
種類の金属を接触させると両金属間に生ずる電位差ＶＣ
は次式（２）のように表される。

ここで、ＷｌおよびＷ２はそれぞれの仕事関数（ｗ＋　
＞Ｗ２　）を示す。さらに２両金属を分離すると９分離
後の電荷密度σ１は次式（３）で表される。

ｄ ここで、ε。は真空の誘電率、ε、は接触界面の比誘電
率、ｄは両金属間の距離（ｄ＝１２．７人−トンネル効
果の限界値）およびｖｃは両金属間の電位差を示す。

また１両物質を絶縁体および金属とした場合。

接触時の電荷密度σ２および分離時に逆流した電荷担体
による電荷密度の低下分σ３はそれぞれ次式（４）およ
び（５）で表される。

したがって２分離後の電荷密度σ４は１次式（６）に示
すように、接触時の電荷密度σ２から分離時に逆流した
電荷担体による電荷密度の低下分σ３をひいたものであ
る。これが１分離後の帯電筒として残る。

σ４３　σ２−　σ３ ここで、ε。は真空の誘電率、ε、は接触界面の空間の
比誘電率、Ｗｉｓは絶縁体の仕事関数、Ｗｍは金属の仕
事関数、Ｗｃｏは接触前の絶縁体の接触障壁の高さ、お
よびＷｃは接触後の絶縁体の接触障壁の高さを示す。

このように両物質は、接触もしくは摩擦されることによ
りそれぞれの表面に帯電筒が付与される。

電子写真用の二成分系現像剤を構成する導電性キャリヤ
ーおよび絶縁性トナーはこの摩擦帯電により所定の極性
に帯電されうる。帯電したトナーは感光体上に形成され
た静電潜像の静電引力により、吸引され潜像上に移行し
現像が行われる。したがって、同じ現像条件下ではトナ
ーの帯電荷量が現像を支配する。このことは、キャリヤ
ーとトナーとの摩擦帯電量、すなわち、キャリヤーおよ
びトナーの仕事関数により現像が左右されることにほか
ならない。したがって９本発明者らは、■仕事関数の異
なる数種のトナーおよびキャリヤーを摩擦帯電すること
により積極的９強制的にトナーの帯電荷量の分布を広げ
諧調性に優れた複写画像を。

得ることができる；■他方、二成分系現像剤においては
、トナーはたえず消費されているので仕事関数の異なる
トナーを用いることはその電荷量を制御する上で難しい
、という知見に基づいて本発明を完成した。それゆえ１
本発明の電子写真用二成分系現像剤は、仕事関数の異な
る少なくとも２種類のキャリヤーを包含し、そのことに
より上記目的が達成される。

本発明の現像剤を用いる静電写真複写法において、静電
潜像の形成は、それ自体公知の任意の方式で行うことが
できる。例えば、感光体を一様に帯電させ、さらに画像
露光を施して静電潜像を形成する。この静電潜像を本発
明現像剤で現像する。

したがって１本発明の現像方法は、少なくとも１種類の
トナーと仕事関数の異なる少なくとも２種類のキャリヤ
ーとで構成される現像剤の該トナーを所定の極性に帯電
させ１次いで、該帯電トナーを異なる極性の静電潜像を
有する感光体上に移行させることを包含し、そのことに
より上記目的が達成される。

本発明現像方法により得られた感光体上のトナー像は複
写紙上に転写され、これを７例えば、加熱ロールと接触
させることにより定着が行われる。

複写紙上に得られた複写画像は諧調性に優れる。

本発明にいう仕事関数の異なるキャリヤーは。

次のような方法により得られる。ひとつは、鉄やフェラ
イトなどでなるキャリヤーの表面を異なった仕事関数を
有する樹脂で被覆する方法である。

樹脂などの絶縁体は半導体の電子準位に相当する帯電列
が実験的に知られている。この帯電例は。

ほぼ絶縁体の仕事関数の大小に準する。したがって、ト
ナーの結着樹脂を決定すれば、帯電列によりおのずと仕
事関数の異なるキャリヤーの被覆樹脂を決定することが
できる。例えば、トナーの結着樹脂がポリスチレン樹脂
とすれば、２種類のキャリヤーの被覆樹脂としては、帯
電列においてポリスチレン樹脂より負領域側に位置する
１例えば。

ポリ四弗化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）およびポリ塩化ビ
ニル樹脂（Ｐ　Ｖ　Ｃ）を選択しうる。あるいは、２種
類のキャリヤーをポリスチレン樹脂より正領域側に位置
する樹脂から選択しうる。これら樹脂の仕事関数は８表
面処理の仕方あるいは度合により任意に設定されうる。

もう一つの方法は、２種類のキャリヤーがいづれも樹脂
で被覆されない場合である。仕事関数は。

本来、物質に固有である（例えば、鉄の仕事関数は約４
．２ｅＶ）が、キャリヤーに用いる鉄あるいはフェライ
トなどの酸化物の仕事関数は酸化の程度により変化する
。したがって、キャリヤー表面の酸化度合等を制御する
ことにより、仕事関数の異なるキャリヤーを得ることが
できる。

本発明のキャリヤーおよびトナーに用いる樹脂および金
属類の仕事関数Ｗは、適度な電荷担体の移動を生せしめ
るため、　　３．５ｅＶ＜Ｗ＜　５．５ｅＶの範囲内の
ものが適宜使用される。　　３．５ｅＶ以下になると、
電荷担体の移動が起こり易いため電荷が帯電量として残
らない。５．５ｅＶ以上になると、摩擦が生じても電荷
担体の移動が起こらない。また、２種類のキャリヤーの
仕事関数の差は、トナー帯電量の幅を広く設定するとい
うことから０．１ｅＶ以上であることが好ましい。

本発明に用いるトナーとしては９通常、電子写真用の二
成分系現像剤に用いられるトナーが適宜選択されうる。

このようなトナーは、主に、結着樹脂とこの樹脂中に分
散した着色剤とで構成される。結着樹脂としては、ポリ
スチレン樹脂の他に。

ポリエステル樹脂あるいはスチレン・アクリル樹脂など
から所望の仕事関数を有するものが適宜選択される。着
色剤としては２カーボンブランクなどの黒色顔料もしく
はその他の有色顔料が適宜用いられる。着色剤は結着樹
脂１００重量部当り１例えば、１〜１５重量部の量で使
用される。その他。

助剤として２例えば、低分子量ポリプロピレンなどの離
型剤やニグロシンベースなどの電荷制御剤などが結着樹
脂１００重量部に対して２〜５重量部の割合で添加され
る。これら着色剤および助剤は結着樹脂に対してその添
加量がわずかであるため。

結着樹脂の仕事関数を左右するほどではない。

（実施例） 以下に本発明を実施例について述べる。

２施■エ ポリスチレン樹脂（ハイマーＳＢＭ−７３；三洋化成工
業に、に、製、仕事関数；　４．１５ｅＶ）　８７重量
部。

カーボンブラック（スペシャルブラック＃４；デグサ社
製）５．５重量部、低分子量ポリプロピレン（ビスコー
ル５５０Ｐｉ三洋化成工業に、に、製）３重量部および
電荷制御剤（ボントロンＳ−３２ｉオリエント化学社製
）１．５重量部をヘンシェルミキサーで前混合した。こ
れをさらに二軸押出機で溶融混練し、そして放冷した。

この混練品をカッティングミルで粗粉砕し９次いで超音
波式シェアドミルＰＪＭ−１００で微粉砕した。これを
アルピネ分級機で５μｍ以下を除去して粒子径が５〜２
５μｍの範囲（平均粒子径１１μｍ）のトナーを得た。

また１粒子径が２０〜１５０μｍの範囲の鉄粉キャリヤ
”−（ＳＴＶ−２５７；日本鉄粉社製）の表面にそれぞ
れポリ四弗化エチレン樹脂（ルブロン；ダイキン工業株
式会社製、仕事関数；　４．２６ｅＶ）およびポリ塩化
ビニル樹脂（ゼオン１２１；日本ゼオン社製、仕事関数
；　５．０５ｅＶ）を塗布し、それぞれ噴霧装置中で乾
燥・硬化させて第一キャリヤーおよび第二キャリヤーを
得た。それぞれの被覆樹脂の厚さは５００人〜５μｍの
範囲（平均厚さは１μｍ）であった。

上記トナー８０ｇ、第一キャリャ−３６０ｇおよび第二
キャリヤー３６０ｇをロールミルで１時間回転部合し現
像剤を調製した。このとき、トナーは正極性に、そして
第一キャリヤーおよび第二キャリヤーは負極性にそれぞ
れ摩擦帯電された。本現像剤を市販の複写機（ＤＣ−２
３２；三田工業株式会社製）内現像器にセットした。現
像剤は現像器内の現像スリーブ上に磁気ブラシを形成し
、それにより現像領域において感光体上の潜像が現像さ
れた。現像は感光体上のトナーとは逆極性（負極性）に
帯電している静電潜像の静電引力により、トナーが潜像
電荷に引きつけられ付着して行われた。

このとき、トナーの帯電量の分布幅は広く設定されてい
るので潜像電荷の強弱に応じて忠実に潜像上に移行され
た。次いで、得られた感光体上のトナー像は複写紙上に
転写・定着された。このようにして得られた複写画像は
原画に忠実な諧調性に優れたものであった。その現像感
度曲線を第２図に示す。図から明らかなように立ち上が
りが緩やかで諧調性に優れ中間調の再現性のよいことが
わかる。

劣ｌＪ建影 トナー結着樹脂のポリスチレン樹脂の仕事関数を４．２
２ｅＶ、第一キャリヤー被覆樹脂のポリ四弗化エチレン
の仕事関数を４．３９ｅＶそして第二キャリヤー被覆樹
脂のポリ塩化ビニルの仕事関数を４．６５ｅＶとしたこ
と以外はすべて実施例１と同様な工程を経て諧調性に優
れた複写画像を得た。その現像感度曲線を第２図に示す
。

ル較斑上 第二キャリヤーを用いることなく、第一キャリヤーを７
２０ｇとしたこと以外はすべて実施例１と同様な工程を
経て複写画像を得た。その諧調性は実施例１および実施
例２よりも劣っていた。その現像感度曲線を第２図に示
す。

止較■主 第−キャリヤーを用いることなく、第二キャリヤーを７
２０ｇと、したこと以外はすべて実施例１と同様な工程
を経て複写画像を得た。その諧調性は実施例１および実
施例２よりも劣っていた。その現像感度曲線を第２図に
示す。

（発明の効果） 本発明によれば、このように、仕事関数の異なる少なく
とも２種類のキャリヤーを用いてトナーと摩擦帯電する
ことによりトナーの帯電量の幅が著しく大きくなる。そ
の結果、原画に忠実な諧調性に優れた複写画像が得られ
る。

４、ズ　の　　な説 第１図は仕事関数を説明する箱型ポテンシャルモデル図
、第２図は本発明の実施例および比較例の現像感度曲線
を示す図である。

Ｗ、・・・仕事関数、ＥＦ・・・フェルミ準位。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、仕事関数の異なる少なくとも２種類のキャリヤーを
   包含する電子写真用二成分系現像剤。 ２、前記各キャリヤーの仕事関数はいづれもトナーの仕
   事関数より低い値であるかもしくは高い値である特許請
   求の範囲第１項に記載の電子写真用二成分系現像剤。 ３、少なくとも１種類のトナーと仕事関数の異なる少な
   くとも２種類のキャリヤーとで構成される現像剤の該ト
   ナーを所定の極性に帯電させ、次いで、該帯電トナーを
   異なる極性の静電潜像を有する感光体上に移行させるこ
   とを包含する現像方法。 ４、前記各キャリヤーの仕事関数はいづれも前記トナー
   の仕事関数より低い値であるかもしくは高い値である特
   許請求の範囲第３項に記載の現像方法。