JPS638676A - 磁気ブラシ現像法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子写真プロセスにおける磁気ブラシ現像法
に関するものであり、より詳細には長い耐刷性と高い電
荷保持性乃至安定性とを有するトナー像を電荷像支持坦
体上に形成することが可能な磁気ブラシ現像法に関する
。

（従来の技術） 検電性トナーと磁性キャリヤとを混合して、該キャリヤ
底面に帯電トナー粒子を保持させ、この混合物の磁気ブ
ラシを電荷像支持坦体と摺擦させて、該坦体上にトナー
像を形成する磁気ブラシ現像法は、操作が比較的簡単で
且つ現像部もコンパクトなものとし得る。ため、商業的
な電子写真複写機に広く利用されている。

（発明が解決しようとする問題点） 検電性トナーを磁性キャリヤーと混合すると、該トナー
は全体として一定極性の電荷を得るが、トナーの帯電量
には当然分布があり、帯電量の少ないトナー粒子では、
カプリやトナー飛散の原因となる。

また、二成分系現像剤を長期にわたって使用すると、ト
ナー中の樹脂分で磁性キャリヤ表面がコートされること
による所謂スペント・トナーの発生や、トナー中のカー
ボンブラックが遊離することによる現像剤劣化の問題が
あり、現像剤の長期間使用性、即ち耐刷性は未だ十分に
満足し得るものではない。

更に、二成分系磁性現像剤に使用されるトナーには、現
像及び転写の全期間にわたって、電荷を安定に保持する
時性が要求され、これらの電荷保持性乃至安定性が不十
分であると、現像効率の低下及び転写効率の低下を免く
ことになる。

従来、二成分系磁性現像剤に使用する検電性トナーにつ
いては、トナー配合成分の検索や組成比の検討等につい
ては、多くの提案が認められるが、トナー全体としての
電気的性質面からのアプローチは殆んど行われていない
。

従って、本発明は、定着用樹脂媒質中にカーボンブラッ
クを分散させた組成物から成る検電性トナーと、磁性キ
ャリヤとを含有する二成分系磁性現像剤の磁気ブラシを
形成し、この磁気ブラシと電荷像支持坦体とを摺擦させ
る磁気ブラシ現像法において、カプリが少なく、コント
ラストが大きく且つ現像効率及び転写効率に優れたトナ
ー像を、長期にわたって安定に形成し得る磁気プ２シ現
稼法を提供することを課題とする。

（問題点を解決するだめの手段） 本発明者は、上述した磁気ブラシ現像法に２いて、トナ
ーとして、１００ｋＨｚの周波数を用いて測定して２．
３乃至３，５、特に２．７乃至３．１の誘電率と２．５
ＸＩＯ乃至６．０Ｘ１０　　の誘電正接（１ｕδ）を有
するトナーを使用し且つ正電荷像支持坦体と現像スリー
ブとの間に該坦体の表面電位の１３乃至６０％のバイア
ス電圧を印加して現像を行うことによシ、上記課題が達
成されることを見出した。

（作用） 本発明に使用するトナーは、誘電率（ε）が２．３乃至
３．５の比較的大きい一定の範囲にありながら、誘電正
接（ｔＩＩ！Ｉδ）が２．５Ｘ１０　　乃至６．０Ｘ１
０−５の比較的小さい範囲に抑制されていることが特徴
である。

今、感光体層上の現像剤層に作用するシャイン（Ｓｃｈ
ｅｉｎ）の電界モデルについて、現像時に現像剤に作用
する電界強ｉＥは、下記式 Ｌ；感光層に接触している現像剤層の厚み、ｅｋ；上記
現俸剤層の誘電率、 δ；現像剤層と感光層間のギャップ、 ｄ、；感光層の浮み、 ６；感光層の誘電率、 ｖ８；感光層の表面電位、 ε。；現像剤中のキャリヤの誘電率、 φ。；キャリヤの体積分率、 εｔ；現像剤中のトナーの誘電率、 φｔ；トナーの体積分率、 で表わされる。

次に、トナーは電界強度Ｅのもたらすクーロン力により
現像されていくが、潜像面上の電荷が全て中和されるま
でトナー付層が生じるわけではなく、現像剤層と付層ト
ナ一層とのギャップの電圧Ｖ、が下記式 ％式％（３） ■、；感光体電位、 ■Ｔ；付着トナ一層電位、 ｖｔ；トナー及びキャリヤによりリークする電位、 ｑ；トナー１個の電位、 ｒ；トナーの半径ｒ ｅｏ；真空の誘電率 で表わされる電位となった時に、トナーの付着は終了す
る。

また、トナ一層の静電転写モデルについて、転写される
トナーＪｉｍは、下記式 り；転写紙の厚み、 εｐ；転写紙の誘電率、 匂；転写紙とトナ一層との空隙、 ｖｌ；転写電圧、 Ｖｔ　：　）す一層の電位、 σｔｓ）す一層の電荷量、 ｖｌ；現像に寄与しないで残りでいる潜像電位、で表わ
される。

トナーの帯電量は、初期帯電量ｔ”（ｉｏ、を砂径の帯
電ｔｔｑ、緩和時間をτとしたとき、下記式％式％ で表わされる。ここで緩和時間τ（、、Ｃ）は下記式で
表わされるように交流導電率（Ｋ）と誘′亀率（ｇｔ）
との関数である。本発明に用いるトナーは２０ｍ５＠ｃ
以上の、緩和時間を有することが望ブしい。

トナーの誘電率（ｔｔ）が大きいと、式（１）及び（２
）から現像時の電界強度が強調され、且つ式（３−ｂ）
から現像停止電位も小さくなり、現像されるトナー量が
増大し、画像濃度が向上することが明らかである。また
、トナーの誘電率（’ｔ）が大である程、式（４）から
トナー転写ｉｔ（ｍ）も増大することか明らかである。

しかしながら、トナーの誘電率が大きくなると、分極力
が大きくなるため、感光体の誘導分極を引き起こし易く
なり、カプリを発生し易くなる。また、分極量が多いと
、帯電量の温度による変化割合が増すという不利益も生
ずる。

このように、トナーの誘電率（りには一定の制限が存在
し、本発明において２．３乃至３．５、特に２．７乃至
３．１の範囲内に規定しているのはこの理由による。

本発明においては、用いるトナーの誘電正接（ｔ２１！
Ｉδ）を、２．５　Ｘ　１０−’乃至６．０　Ｘ　１０
−１５、特に２．７Ｘ１０−’乃至４．５　Ｘ　１０−
’の範囲内に維持することが、トナーの帯電電荷を現像
及び転写時に適正な範囲に維持し、且つ耐刷性等を向上
させる上で重要であることがわかりた。

トナーの誘電正接は、漏れ電流と充電電流との比に相当
するものと考えられる。漏れ電流は、トナーの帯電電荷
の漏洩と関連しておシ、一方充電電流はトナー帯電の立
上シと関連している。この誘電正接が上記範囲よシも大
きい場合には、トナーの帯電電荷が減少し、現像に際し
てカプリを発生し易くなり、また感光層からの転写に際
しても転写効率も減少する傾向が認められる。一方、鴻
δの値が上記範囲よりも小さいと、トナーの帯電電荷を
大きくな９すぎる結果として、形成される画像濃度が低
下するようになる。

トナーの誘電率（ｇｔ）を増大させる手段として、トナ
ー中のカービンブラックの配合量を増大させる手段があ
るが、この場合にはトナーの−δも増大させることが認
められる。トナーの誘電率（ｇｔ）を増大させながら、
しかも−δの値を小さくするには、トナー中のカービン
ブラックの分散状態を歳良の状態に維持するのがよい。

カービンブラックの最良の分散状態において、誘電正接
（−δ）が最小値を示す理由は、カービンブラックの微
粒化分散状態では、カービンブラック粒子と樹脂連続相
との接触界面が大となるのに対し、カービンブラックが
粗粒で分散している状態では、カーボンブラック粒子相
互の接触界面が大でろる反面、カーボンブラック粒子と
樹脂との接触界面が小となっておシ、前者の場合には、
カーボンブラック粒子と、樹脂との接触界面の増大によ
り、分散系の電気抵抗が増大しており、これが誘電正接
が最小となる理由と考えられる。

本発明に使用するトナーでは、樹脂中でのカーボンブラ
ック等の分散状態が均一な微粒化分散状態に維持されて
いることから、トナーの帯電量の分布が一定の狭い範囲
内に制御されており、優れた電荷保持性及び安定性が得
られる。また、上記微粒化分散状態にあることから、ト
ナー中のカーボンブラックが遊離飛散する傾向が少なく
、耐刷性にも優れている。

本発明においては、上述した綽電特性を有するトナーを
使用し、且つ正電荷像支持坦体と現像スリーブとの間に
、該坦体の表面電位の１３乃至６０％１％に１３乃至２
５％のバイアス電圧を印加して現像を行うことも重要な
特徴である。

坦体に印加されるバイアス電圧（ＶＢ）は、それ自体周
知のように、トナーのカプリを防止するものであるが、
現像バイアス電圧（ＶＢ）が低ければ、カプリの防止に
効果がすく、一方現像バイアス電圧（Ｖ、）が高ければ
、カプリは防止される反面、画像部の電位コントラスト
（ｖａ−”Ｂ）を十分に大きくすることができない。こ
の電位コントラストは、現像剤を通して流れる漏れ電流
にも関連しており、この漏洩電流が大きくなると、全体
としての電位コントラストは低下する。

本発明によれば、前述した誘電特性を有するトナーを用
いることにより、感光体の異面電位轟りのバイアス電圧
を１３乃至２５％という低い＠凹とする場合にもカプリ
を完全に防止し且つ電位コントラストを十分に大きくと
ることが可能となった。

（発明の作用効果） 本発明の現像方法によれば、以上述べた通シ、カプリが
少なく、コントラストが大きく且つ現像効率及び転写効
率に優れたトナー像を、長期にわたって安定に形成する
ことが可能となった。

（発明の好適実施態） トナ一 本発明に使用するトナーは、定着用樹脂媒質中にカーが
ンブラックを分散させたタイプのもので、誘電率及び誘
電正接が上記範囲内にあるものであれば、任意の負帯電
性トナーが使用される。

トナーの誘電率に影響する因子としては、樹脂中の極性
基の大きさ及び数、カーボンブラックの導電性及びカー
ボンブラックの配合量等があり、これらを大きくすれば
、誘電率も犬となる。一方、トナーの誘電正接に及ぼす
因子としては徨々のものがあり、用いる樹脂の種類によ
っても相違するが、平均分子量が大となると、−δは小
となり、極性基の濃度が旨くなると大となり、また不純
物の含有量が大となると、犬となる。更にカーボンブラ
ックの配合量が大となると犬となる。更にまた、既に指
摘した通υ、カーボンブラックの分散状態が均一化する
と小となる。本発明においては、これらの諸要因を調節
することにより、誘電率及び誘電正接が上記範囲となる
のである。

本発明に用いるトナー用の定着用樹脂媒質は、誘電的特
性や検電性の見地から、スチレン−アクリル系樹脂であ
ることが好ましく、就中５３乃至７０℃のガラス転移温
度（Ｔｇ）と４乃至２５の酸価とを有するスチレン−ア
クリル系樹脂から成ることが最も好ましい。

この樹脂のＴｇが上記範囲を越えると、定着性の点で問
題があり、また上記範囲よりも小さいと、−δが本発明
よりも大きくなる場合がある。酸価が上記範囲よシも小
さいと、負帯電性が不満足となることが多く、上記範囲
を越えると、−δが本発明範囲を越えることがある。

本発明の共重合体に用いるスチレン系単量体としては、
下記式 式中、Ｒ１は水素原子、低級（炭素数４以下の）アルキ
ル基、或いはノーログン原子であシ、Ｒ２は低級アルキ
ル基、ノ・ログン原子等の置換基°であシ、ｎはゼロを
含む２以下の整数である、 で表わされる単量体、例えばスチレン、ビニルトルエン
、α−メチルスチレン、α−クロルスチレン、ビニルキ
シレン等やビニルナフタレ：４を挙げることができる。

この中でも、スチレンが好適でおる。

他方のアクリル系単量体としては、 Ｃ）（２＝　Ｃ・・・（８） −０−Ｒ４ 式中、Ｒ３は水素原子または低級アルキル基であυ、Ｒ
４は水素原子又は炭素数１８迄のアルキル基である、 で表わされる単量体、例えばエチルアクリレート、メチ
ルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタク
リレート、２−エチルへキシルアクリレート、２−エチ
ルへキシルメタクリレート、アクリル酸、メタクリル酸
等である。アクリル系単量体としては、上述したものの
他に他のエチレン系不飽和カルボン酸乃至その無水物、
例えば無水マレイン酸、フマル酸、マレイン酸、クロト
ン酸、イタコン酸等を用いることもできる。

前述した特性を付与するために、定着用樹脂中には、ス
チレン系単量体（Ａ）とアクリル系単輩体（Ｂ）とは、
Ａ：Ｂ＝５０：５０乃至９０：１０．特に６０：４０乃
至８５：１５の範囲とするのがよい。

カーボンブラックとしては、ファー坏スブラック、チャ
ンネルプラック等の任意のカーボンブラックを用いるこ
とができる。カーボンブラックは、定着用樹脂１００重
量部当９４．３乃至１１重量部、特に６乃至１０重量部
の量で用いるのがよい。上記量比よりも少ない場合には
、トナーのｖｊ電軍を上記範囲とすることが困難となυ
、一方上記範囲を越えると、−δが本発明範囲よシも大
さくなる場合がめる。

このトナーには、公知の他の配合剤を、誘電特性に悪影
響を及ぼさない範囲内で配合でき、例えばシリコーンオ
イル、低分子量オレフィン樹脂類、各種ワックス等を離
型性補助の目的で定着剤当シＯ乃至５重量％の量で用い
てもよい。

本発明に用いるトナーの製造は、これに限定されないが
、次の方法で有利に製造される。上述した各トナー成分
を、乾式で即ち樹脂の軟化点よりも低い温度で前混合す
る。この前混合は、カーボンブラックの二次粒子構造が
破壊されるような摩砕混合機を用いて有利に実施される
。摩砕混合機の適当な例は、ヘンシェルミキサー、ゾー
ルミル、振動ミル、テエープミル等である。

前混合物を溶融混練し、この混線組成物を冷却した後、
これを粉砕し、必要により篩分けすることによりトナー
が得られる。勿論、不定形粒子の角取シを行うために、
機械的な急速攪拌を行っても特に差支えはない。

トナー粒子の粒度は、解像力等にも関連するが、一般に
３乃至３５ミクロンの範囲にあることが望ましい。

二成分系現像剤 磁性キャリヤーとしては、不規則形状或いは球状の鉄粉
粒子や焼結フェライト粒子が使用され、その粒径は２０
乃至１４０μｍ、特に３０乃至９０μｍの範囲にあるも
のがよい。

鉄粉キャリヤーの場合、その粒子表面には酸化鉄被覆層
が形成されたものや、樹脂被覆を施したものが有利に使
用される。

本発明に用いる焼結フェライト粒子はそれ自体公知の組
成のものであり、例えば酸化鉄亜鉛（ＺｎＦｅ　２０４
　）、酸化鉄イツトリウム（Ｙ、ｒｅ５ｏ、□）、酸化
鉄カドミウム（ＣｄＦｅ２０４）、酸化鉄がトリニウム
（ＧｄａＦｅｓＯ１２）、酸化鉄銅（ＣｕＦｅ２０４）
、酸化鉄錯（ＰｂＦｅ　１２０１９　）、酸化鉄ニッケ
ル（Ｎ　ｉＦｅ　２０４）　、酸化鉄ネオジウム（Ｎｄ
　Ｆ　ｅ　Ｏｓ　）、酸化鉄バリウム（Ｂ＆Ｆ＠　１２
０１９　）、酸化鉄マグネシウム（ＭｇＦｅ２Ｏ４）　
、酸化鉄マンガン（ＭｎＦｅ　２０４　）　、Ｒ化鉄ラ
ンタン（Ｌｍ　Ｆ　ｅ　Ｏｓ　）　等の１種或いは２種
以上から取る組成の焼結フェライト粒子が使用される。

好適なフェライトは、Ｃｕ　、　Ｚｎ　。

Ｍｇ、Ｍｎ及びＮＩから成る群より選ばれた金属成分の
少なくとも１種、好適には２種以上を含有するソフトフ
ェライト、例えば銅−亜鉛−マグネシウムフェライトで
ある。特に好適なフェライトは、モルチでＦｅ２０３３
３乃至７０％、ＣｕＯ３乃至１５％、ＺｎＯ３乃至３５
％及びＭｇＯ及び／又はＭｎ０Ｏ乃至４０チから成るフ
ェライトである。

磁性キャリヤとトナーとは、９９：１乃至８０：２０、
特に９７：３乃至９０：１０の重量比で混合して、正電
荷像を現像するための磁気ブラシの形成に用いる。

現像方法 本発明の磁気ブラシ現像法は、上述した制限を除けば、
それ自体公知の手段で行われる。

例えば、感光体としては、正電荷像を形成し得る任意の
感光体、例えばセレン、非晶質シリコン、有機感光体等
が使用される。

磁気ブラシを形成するだめのスリーブとしては、内部に
磁極を備えた非磁性材料製のスリーブが使用され、磁気
ブラシの搬送には、磁石固定−スリーブ回転型、磁石回
転−スリーブ固定型或いは磁石−スリーブ両回転凰の任
意のものが使用される。

本発明を次の例で更に説明する。

（実施例） （ａ）トナー スチレン−アクリル樹脂・・・１００１［−ｆｆｉ部カ
ーデンブラック・・・・・・・・・・・・Ｘ重量部離型
剤・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・１．８１童部（ビスコール５５０Ｐ：三洋化成社
製）電荷制御剤・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・２ｍ童部（ケントロン５−３４：オリエント化学
社製）以上のトナー材料処方を基に下記の種類の樹脂媒
質（表１）ならびにカーデンブラックを用いてトナー組
成物とし、この組成物をヘンシェルミキサで充分に混合
して分散し、二軸押出機によυ熔融混練し、冷却後ロー
タリカットミルで２間８度に粗粉砕し、その後ジェット
ミルＰＪＭ−１００（日本一ニーチック社製）にて微粉
砕し、さらに−分級機で微粉側を除去して、中心粒径１
２μｍのトナーサンプル（表２）とした。

表１　スチレン−アクリル樹脂の種類 表２　トナーサンプル （注）プリンテックスＬ１プリンテックス９０はデグサ
社製 サンプル８のみ電荷制御としてスピロンブラックＴＲＨ
（保土谷化学社製）を１重量部使用した。

このようにして得られたトナーサンプルの誘電正接（ｔ
ａｎＪ）、誘電率（−）、緩和時間（τ）のトナー物性
測定結果と、これらトナーサンプルをさらにシリカとア
ルミナ微粉をそれぞれトナーに対して０．１６重量俤、
０，０７重量％で表面処理し、次いで、フェライトキャ
リヤ（中心粒径：８０ＪＲ）：トナーを９５：５の重量
比の割合でボールミルにより混合して現像剤を得、これ
を複写機ＤＣ−１１１（三田工業社製）で複写テストを
行なった結果を表３に示す。この時の、複写機のドラム
表面電位は＋７００ｖでバイアス電位は＋１８０■であ
った。

以上のように本発明であるトナー物性を満足するトナー
を用いて複写したときに満足な画像が得られた。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）定着用樹脂媒質中にカーボンブラックを分散させ
   た組成物から成る負帯電性トナーと、磁性キャリヤとを
   含有する二成分系磁性現像剤の磁気ブラシを現像スリー
   ブ上に形成し、この磁気ブラシと正電荷像支持坦体とを
   摺擦させることから成る磁気ブラシ現像法において、 前記トナーとして、１００ｋＨｚの周波数を用いて測定
   して２．５乃至３．５の誘電率と２．５×１０＾−＾３
   乃至６．０×１０＾−＾３の誘電正接（ｔａｎδ）を有
   するトナーを使用し且つ 正電荷像支持坦体と現像スリーブとの間に該坦体の表面
   電位の１５乃至６０％のバイアス電圧を印加して現像を
   行うことを特徴とする磁気ブラシ現像法。
2. （２）トナーの定着用樹脂媒質が５５乃至７０℃のガラ
   ス転移温度と４乃至２５の酸価とを有するスチレン−ア
   クリル系樹脂から成る特許請求の範囲第１項記載の現像
   法。
3. （３）トナーが定着用樹脂媒質当り４．５乃至１１重量
   ％のカーボンブラックを含有するものである特許請求の
   範囲第１項記載の現像法。
4. （４）磁性キャリヤとトナーとが９９：１乃至８０：２
   ０の重量比で存在する特許請求の範囲第１項記載の現像
   法。