JPS62173478A - 現像用キヤリア - 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】 イ、産業上の利用分野 本発明は、現像用キャリアに関し、特に、電子写真法に
よる像形成に於いて静電潜像を可視像とする現像に使用
するに好適な現像用キャリアに関する。

口、従来技術 電子写真法では、感光層を備える像担持体に像露光を行
って静電潜像を形成し、この静電潜像を現像して可視像
として像形成がなされる。

上記の現像に使用する現像剤は、磁性体を内在させて磁
性を付与した磁性トナーからなる一成分現像剤と、非磁
性トナーと磁性キャリアとからなる二成分現像剤とに大
別される。二成分現像剤は、トナーに黒色乃至褐色の磁
性体を含ませる必要がなくて色の鮮明なトナー像を得る
ことができ、トナーの帯電制御も一成分現像剤に較べて
容易であるので、特にカラー複写に好適である。

このような磁性キャリア粒子は、磁性体として従来の磁
性キャリア粒子におけると同様の、鉄、クロム、ニッケ
ル、コバルト等の金属、或いはそれらの化合物や合金、
例えば、四三酸化鉄、Ｔ−酸化第二鉄、二酸化クロム、
酸化マンガン、フェライト、マンガン−銅系合金、と云
った強磁性体乃至は常磁性体の粒子を微細化、好ましく
は球形化したり、又は好ましくはそれら磁性体粒子の表
面をスチレン系樹脂、ビニル系樹脂、エチル系樹脂、ロ
ジン変性樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド樹脂、エポ
キシ樹脂、ポリエステル樹脂等の樹脂やパルミチン酸、
ステアリン酸等の脂肪酸ワックスで球状に被覆するか、
或いは、更に好ましくは磁性体微粒子を分散して含有し
た樹脂や脂肪酸ワックスの粒子を粉砕或いは造粒重合す
るかじて好ましくは球状粒子を作るかして得られた粒子
を従来公知の平均粒径別事段で粒径選別することによっ
て得られる。

本発明者は、検討を重ねた結果、上記の従来の磁性キャ
リアは次のような欠点を有することを見出した。叩ち、 （１１表面物性（表面エネルギー状態、表面形状、表面
抵抗、表面の酸化度）が環境や機械的ストレスによって
変化し、安定して良質なトナー像を得ることが困難であ
る。

（２）樹脂等を使用して球形にした樹脂分散型キャリア
は、寿命が長く、また、現像条件の許容範囲が広いもの
の、基本的に樹脂粉体であるために流動性が悪く、トナ
ーとの攪拌性が良好でなく、その結果、現像に十分な帯
電をトナーに付与する攪拌時間が長くなる。

（３）現像剤搬送体上に現像剤によって形成された磁気
刷子を像担持体に摺擦して現像を行う磁気刷子現像法で
は、高濃度のトナー像を得るためには密度の高い磁気刷
子を形成する必要があるが、従来の高磁化のキャリアで
は、キャリア相互の反撥力が強く、荒い刷子になる傾向
があり、その結果、得られるトナー像は解像度が低い荒
れた画像になる傾向がある。

ハ９発明の目的 本発明は、従来の磁性キャリアが有する上記の問題点を
解消し、寿命が長く、環境や機械的ストレスの影響が少
なくて長期間安定であり、かつ、攪拌性が良好で帯電の
容易な現像用キャリアを提供することを目的としている
。

二９発明の構成 本発明は、非磁性セラミックスと磁性セラミックスとを
含有する現像用キャリアに係る。

ホ、実施例 上記非磁性セラミックスとしては、非磁性で、かつ絶縁
性、誘導性を有するアルミナ、ステアタ　　　゛イト等
のセラミックスが使用でき、上記磁性セラミックスとし
ては、磁性を有するマグネタイトやフェライト等のセラ
ミックスが使用できる。

先ず、本発明に基づく現像用キャリア（以下、単にキャ
リアと呼ぶ。）の好適な態様について述べる。

（１）　　粒径は１０μｍ未満では流動性が悪くなるこ
ととキャリア同士が付着し易くなって、トナーとの攪拌
性が低下するようになる。他方、これが２００μｍを超
えると、トナーの現像空間への供給量の低下、キャリア
鎖のもつ現像電極効果による電界分布が粗（なるために
、現像性が低下する。従って、平均粒径は１０〜２００
μｍの範囲内とするのが良＜、２０〜１００　μｍが特
に好適な範囲である。

（２）電気抵抗は１０°２〜１０１′ΩＣｌ１１の範囲
内が良く、用いられるセラミックスの種類、磁性セラミ
ックスと非磁性セラミックスとの混合比によって異なり
、現像条件によって上記範囲内で選択する。

なお、抵抗率は、粒子をＱ、５Ｑｃｎｉの断面積を有す
る容器に入れてタッピングした後、詰められた粒子上に
１ｋｇ／ｃ−の荷重を掛け、このときのキャリア粒子は
１１ｍ位の厚さであるようにして、荷重と底面電極との
間に１０００　Ｖ　／　ｃｍの電界が生ずる電圧を印加
したときの電流値を読み取ることで得られる値である。

（３）磁化特性は磁性セラミックスと非磁性セラミック
スとの混合比で調整し、現像条件に合わせて２０〜１０
１００ｅ／　ｇの広い範囲内で選択、設定することがで
きる。

（４）摩擦帯電性は、トナーの樹脂及び現像剤に配合す
る荷電制御剤との関係で、トナーを所望の極性に帯電さ
せるセラミックスを選ぶ。例えば、ア、ルミナ（Ａｆｆ
ｉｚＯ３）はトナー樹脂との摩擦帯電で正に帯電し、ト
ナーは負に帯電する。逆帯電性トナーについては、この
キャリアと、トナーにニグロシン等の電子供与性の荷電
制御剤を添加して得ることができる。

本発明に基づ（キャリアは、次のようにして製造できる
。

（１）　　スプレードライヤによる造粒例えば、湿式で
非磁性セラミックス粉末と磁性セラミックス粉末とを混
合してなるスラリーから、回転円板式のスプレードライ
ヤにより造粒し、これを焼結して平均粒径１０〜１００
／ｊ−７ｎの粉末とする。

（２）破砕造粒 例えば、平均粒径１〜１０μｍ程度の非磁性セラミック
ス粉末と、平均粒径０．１　μｍ程度の磁性セラミック
ス粉末と、スチレン、アクリル、ポリエステル等の樹脂
バインダとを混練し、破砕造粒法によって造粒する。

次に、本発明に基づくキャリアと共に現像剤を構成する
トナーについて説明する。

一般に、二成分現像剤のトナー粒子の平均粒径が小さく
なると、定性的に粒径の二乗に比例して帯電量が減少し
、相対的にファンデルワールス力のような付着力が大き
くなって、トナー粒子がキャリア粒子から離れにくくな
ったり、またトナー粒子が一旦像担持体面の非画像部に
付着すると、それが従来の磁気ブラシによる摺擦では容
易に除去されずにかぶりを生せしめるようになる。従来
の磁気ブラシ現像方法では、トナー粒子の平均粒径が１
０μｍ以下になると、このような問題が顕著になった。

この点を本発明の現像方法は、現像剤層、所謂磁気ブラ
シによる現像を振動電界下で行うようにしたことで解消
するようにしている。即ち、現像剤層に付着しているト
ナー粒子は、電気的に与えられる振動によって現像剤層
から離れて像担持体面の画像部及び非画像部に移行し易
く、かつ、離れ易くなる。そして、帯電量の低いトナー
粒子が画像部や非画像部に移行することが殆どなくなり
、また、像担持体面と擦られることがないために摩擦帯
電により像担持体に付着することもなくなって、１μｍ
程度のトナー粒径のものまで用いられるようになる。従
って、静電潜像を忠実に現像した再現性のよい鮮明なト
ナー像を得ることができる。更に、振動電界はトナー粒
子とキャリア粒子の結合を弱めるので、トナー粒子に伴
うキャリア粒子の像担持体面への付着も減少する。

画像部及び非画像部領域において、大きな帯電量を持つ
トナー粒子が振動電界下で振動し、電界の強さによって
はキャリア粒子も振動することにより、トナー粒子が選
択的に像担持体面の画像部に移行するようになるから、
キャリア粒子の像担持体面への付着は大幅に軽減される
。

一方、トナーの平均粒径が大きくなると、先にも述べた
ように画像の荒れが目立つようになる。

通常、１０本／龍程度のピッチで並んだ細線の解像力あ
る現像には、平均粒径２０μｍ程度のトナーでも実用上
は問題ないが、しかし、平均粒径１０μｍ以下の微粒子
化したトナーを用いると、解像力は格段に向上して、濃
淡差等も忠実に再現した鮮明な高画質画像を与えるよう
になる。以上の理由からトナーの粒径は平均粒径が２０
μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下が適正条件である。

また、トナー粒子が電界に追随するために、トナー粒子
の帯電量が１〜３μＣ／ｇより大きいこと（好ましくは
３〜１００　μＣ／ｇ）が望ましい。特に粒径の小さい
場合は高い帯電量が必要である。また抵抗率は１０ＳΩ
ｃｍ以上、好ましくは１０１３Ωｃｍ以上であるとよい
。

そして、このようなトナーは、従来のトナーと同様の方
法で得られる。即ち、従来のトナーにおける球形や不定
形の非磁性又は磁性のトナー粒子を平均粒径選別手段に
よって選別したようなトナーを用いることができる。中
でも、トナー粒子が磁性体粒子を含有した磁性粒子であ
ることは好ましく、特に磁性体微粒子の量が６０ｗ　ｔ
％を越えないものが好ましいが色の鮮明度も得るために
は３０ｗ　ｔ％以下の少量がよい。トナー粒子が磁性粒
子を含有したものである場合は、トナー粒子が現像剤搬
送解体に含まれる磁石の磁力の影響を受けるようになる
から、磁気ブラシの均一形成性が一層向上して、しかも
、かぶりの発生が防止され、さらにト、ナー粒子の飛散
も起こりにくくなる。しかし、含有する磁性体の量を多
くし過ぎると、キャリア粒子との間の磁気力が太き（な
り過ぎて、十分な現像濃度を得ることができなくなるし
、また、磁性体微粒子がトナー粒子の表面に現れるよう
にもなって、摩擦帯電制御が難しくなったり、トナー粒
子が破損し易くなったり、キャリア粒子との間で凝集し
易くなったりする。

以上を纏めると、本発明の画像形成ｌ洸において好まし
いトナーは、キャリアについて述べたような樹脂及びさ
らには磁性体の微粒子を用い、それにカーボン等の着色
成分や必要に応じて帯電制御剤等を加えて、従来公知の
トナー粒子製造方法と同様の方法によって作ることがで
きる平均粒径が２０μｍ以下、特に好ましくは１０μｍ
以下の粒子からなるものである。

本発明の画像形成ｌ〆においては、以上述べたような球
状のキャリア粒子とトナー粒子とが従来の二成分現像剤
におけると同様の割合で混合した現像剤が好ましく用い
られるが、これにはまた、必要に応じて粒子の流動滑り
をよくするための流動化剤や像担持体面の清浄化に役立
つクリーニング剤等が混合される。流動化剤としては、
コロイダルシリカ、シリコンフェス、金属石鹸或いは非
イオン表面活性剤等を用いることができ、クリーニング
剤としては、脂肪酸金属塩、有機基置換シリコン或いは
フッ素等表面活性剤等を用いることができる。

以上が現像剤についての条件でありこのような現像剤に
より各モザイクフィルタ間の色にごりを防止することが
できる。次に、このような現像剤で現像剤層を形成して
像担持体上の静電像を現像する現像剤（股送〆体に関す
る条件について述べる。

現像剤１般送体には、バイアス電圧を印加し得る従来の
現像方法におけると同様の現像剤ＩＩ送体が用いられる
が、特に、表面に現像剤層が形成されるスリーブの内部
に複数の磁掻を有する回転磁石体が設けられている構造
のものが好ましく用いられる。このような現像剤搬送体
においては、回転磁石体の回転によって、スリーブの表
面に形成される現像剤層が波状に起伏して移動するよう
になるから、新しい現像剤が次々と供給され、スリーブ
表面の現像剤層に多少の層厚の不均一があっても、その
影響は上記波状の起伏によって実際上問題とならないよ
うに十分カバーされる。そして、回転磁石体の回転成い
はさらにスリーブの回転による現像剤の搬送速度は、像
担持体の移動速度と殆ど同じか、それよりも早いことが
好ましい。また、回転磁石体の回転とスリーブの回転に
よる搬送方向は、同方向が好ましい。同方向の方が反対
方向の場合よりも画像再現性に優れている。しかし、そ
れらに限定されるものではない。

また、現像剤搬送体上に形成する現像剤層の厚さは、付
着した現像剤が厚さの規制ブレードによって十分に播き
落とされて均一な層となる厚さであることが好ましく、
そして、現像剤搬送体と像担持体との間隙は数１０〜２
０００μｍが好ましい。現像剤１般送体と像担持体の表
面間隙が数１０μｍよりも狭くなり過ぎると、それに対
して均一に現像作用する磁気ブラシの穂を形成するのが
困難となり、また、十分なトナー粒子を現像部に供給す
ることもできな（なって、安定した現像が行われな（な
るし、間隙が２０００μｍを大きく超すようになると、
対向電極効果が低下して十分な現像濃度が得られないよ
うになり、静電像の中央部に対して輪郭部のトナー付着
が多くなると云うエツジ効果も大きくなる。このように
、現像剤搬送〆体と像担持体の間隙が極端になると、そ
れに対して現像剤搬送体上の現像剤層の厚さを適当にす
ることができな（なるが、間隙が数１０μｍ〜２０００
μｍの範囲では、それに対して現像剤層を厚さを適当に
形成することができる。そこで、間隙と現像剤層の厚さ
を振動電界を与えていない状態の下で磁気ブラシの穂先
が像担持体の表面に１０〜５００ＩＪｍの間隙をもつよ
うに接触せず、かつ近接するような条件に設定すること
が特に好ましい。それは、潜像のトナー現像に磁気ブラ
シの摺擦による掃き目が生じたり、また、かぶりが生じ
たりすることが防止されるからである。

更に、振動電界下での現像は、現像剤搬送体のスリーブ
に振動するバイアス電圧を印加することによるのが好ま
しい。また、バイアス電圧には非画像部分へのトナー粒
子の付着を防止する直流電圧とトナー粒子をキャリア粒
子から離れ易くするための交流電圧との重畳した電圧を
用いることが好ましい。しかし本発明は、スリーブへの
振動電圧の印加による方法や直流と交流の重畳電圧印加
による方法に限られるものではない。

また、現像方法は、上記の磁気刷子法のほか、像担持体
を現像剤で摺擦しない非接触現像法によることもできる
。非接触現像法については、後述する具体的実施例中で
説明する。

次に、本発明の具体的な実施例について説明する。

天新Ｉ町１ この例は、樹脂をバインダとしてなるキャリアの例であ
る。

平均粒径１μｍのアルミナ粉末２０重量％、平均粒径０
．１　μｍのマグネタイト粉末５５重量％、バインダ樹
脂としてポリエステル樹脂２５重量％を配合、混練し、
破砕造粒して後粒径２０〜３０μｍに分級してキャリア
とした。このキャリアの比重は約３．０以下であった。

かくして得られた１個のキャリア粒子は、第１図に拡大
して示すように、アルミナ（非磁性セラミックス）粒子
１と、マグネタイト（磁性セラミックス）粒子２と、バ
インダとしてのポリエステル樹脂３とによって構成され
ている。

このキャリアにＵ−Ｂ　ｉ　Ｘ１８００　（商品名）複
写機用トナー（ポリエステル樹脂にカーボンを含有させ
たトナー）をトナー濃度が２０重量％になるように配合
して現像剤とし、５分間接伴してからトナーの帯電量を
測定したところ、１５〜２５μＣ／ｇと十分な帯電量で
あった。

裏施皿ｌ この例は、スプレードライヤによって造粒されたキャリ
アの例である。

平均粒径０６２μｍのアルミナ粉末６０重量％、平均粒
径０．１　μｍのマグネタイト粉末４０重量％を湿式混
合し、スプレードライヤによって粒径２０〜３０μｍに
造粒し、これを焼結してキャリアとした。

かくして得られた１個のキャリア粒子は、第２図に拡大
して示すように、アルミナ粒子１とマグネタイト粒子２
とによって構成されている。

このキャリアに、前記実施例１に於けると同様にトナー
を配合して現像剤とし、攪拌したところ、トナーの帯電
量は、前記実施例１に於けると同様、１５〜２５μＣ／
ｇであった。

裏見皿主 ゛第３図に示す現像器２０を使用し、前記実施例１又は
２の現像剤によって現像を行った。現像剤［）ｅは磁気
ロール２２が矢印Ｆ方向、スリーブ２１が矢印Ｇ方向に
回転することにより矢印方向に搬送される。現像剤Ｄｅ
は、搬送途中で穂立規制ブレード２３によりその厚さが
規制される。穂立規制ブレード２３は弾性金属板製で、
スリーブ２１の表面を押圧し、搬送される現像剤の厚さ
を制御する。現像剤溜り２９内には、現像剤（）ｅの攪
拌が十分に行われるよう攪拌スクリュー２４が設けられ
ており、現像剤溜り２９内の現像剤［）ｅが消費された
ときには、トナー供給ローラ２５が回転することにより
、トナーホッパー２６からトナーＴが補給される。そし
て、スリーブ２１に現像バイアスを印加する直流電源２
７と交流電極２８、及び保護抵抗Ｒが直列に接続されて
いる。また、スリーブ２１と像担持体４１とは間隙ｄを
隔てて対向配列され、現像領域Ｅでトナーが像担持体４
１に対し非接触状態に保持されている。

カラー複写にあって好ましい画像を得るためには、この
非接触状態であることは、特に２回目以降の現像にあっ
ては不可欠である。

上記非接触状態とは、スリーブ２１と像担持体４１との
間に電位差が存在しない状！３（現像バイアスが印加さ
れていない状！３）では両者が間隙ｄを隔てて対向配列
され、現像剤の層厚ｔが前記間隙ｄより小さく設定され
ている状態を意味する。

このようにすることにより、２回目以降の現像時に像担
持体４１上に既に形成されているトナー像の損傷が避け
られ、また、既に像担持体４１上に付着しているトナー
がスリーブ２１に逆戻りして前段のトナーと異なる色の
トナーを収納している後段の現像器中に混入することに
よる色濁りの発生が避けられる。

像担持体４１の感光層は有機光導電材料（ＯＰＣ）から
なるものとし、その周速を６０−ｍ／ｓｅｃ、前記間隙
ｄを０．５鶴、現像剤層厚りを０　、０５　ａｍ、スリ
ーブ２１の直径を２４鰭、その回転数を１５０ｒｐｒｒ
ｌ、交流バイアスをＩ　Ｋ　Ｖｒ、ｍ、ｓ、、２ＫＩＩ
ｚ、直流バイアスを一１００■とした。

図示しない帯電器による帯電及び図示しない像露光装置
による像露光を像担持体４１に施し、その表面電位を黒
地部で一７００■、白地部で−５０Ｖに設定し、この静
電潜像を第３図の現像器２０で現像してトナー像を像担
持体４１上に形成し、図示しない転写器及び定着器によ
って記録紙に複写を行い、キャリアの耐久性を調べた。

その結果、前記実施例１．２の現像剤共に、キャリアは
１０万枚コピー以上の寿命を示し、その間に得られた複
写物の画質の変化は極めて僅かであった。

比較例として、フェライト粒子８０μｍ径にスチレン−
アクリル重合体のコーティングを施したキャリアと、上
述のトナーを混合した現像剤を用いたところ、その抵抗
値及び分極率のためキャリア付着が起こりやすく感光体
表面電位を高精度で安定させる、交流バイアス電圧を小
さくして、わざと現像性を低下させるなどの対策が必要
となり、上述のセラミックスキャリアに比べて現像条件
の適正範囲が極めて狭くなる欠点があった。

へ８発明の詳細 な説明したように、本発明に基づ（キャリアは、非磁性
セラミックスと磁性セラミックスとを含有する構成にし
ているので、表面物性が安定であり、　　　　　　　−
１流動性 が良好で、トナーとの摩擦によるトナーの帯電が容易と
なる。また、帯電や磁化の程度を両者の配合比の選択に
よって広い範囲で所望の値に設定することができる。そ
の結果、キャリアの寿命が長く、得られる複写物の画質
も安定して良好である。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも本発明の実施例を示すものであって、 第１図及び第２図はキャリアの構造を示す拡大図、 第３図は現像器の概略断面図 である。 なお、図面に示された符号に於いて、 １・・・・・・・・・アルミナ（非磁性セラミックス）
粒子２・・・・・・・・・マグネタイト（磁性セラミッ
クス）粒子３・・・・・・・・・バインダ樹脂 ２０・・・・・・・・・現像器 ２１・・・・・・・・・スリーブ（現像剤搬送体）２２
・・・・・・・・・磁気ロール ２４・・・・・・・・・攪拌スクリュー２６・・・・・
・・・・トナーホッパ ２７・・・・・・・・・直流バイアス電源２８・・・・
・・・・・交流バイアス電源２９・・・・・・・・・現
像剤溜り ４１・・・・・・・・・像担持体 ε・・・・・・・・・現像領域 ［）ｅ・・・・・・・・・現像剤 Ｔ・・・・・・・・・トナー である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、非磁性セラミックスと磁性セラミックスとを含有す
   る現像用キャリア。