JP2683623B2 - 二成分現像剤用キャリア - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電子写真現法等の磁気ブラシを形成して現像
を行う磁気ブラシ現像方法に使用する磁性キャリアに関
し、より詳細には感光層の移動方向とスリーブの移動方
向とが逆方向となるように摺擦させる磁気ブラシ現像方
法に使用する磁性キャリアに関する。

（従来技術） 二成分系現像剤を用いる電子写真法は、結着樹脂樹脂
中に着色剤が分散された着色樹脂粒子であるトナーと磁
性キャリアとを混合し、この二成分現像剤を内部に磁石
を備えた現像スリーブ上に供給して、この組成物から成
る磁気ブラシを形成させ、静電潜像を有する光導電性物
質から成る感光層にこの磁気ブラシを摺擦せしめること
により、トナー像を感光層上に形成させる。該トナーは
磁性キャリアとの摩擦によって所望の摩擦電荷を所得
し、磁気ブラシ上のトナー粒子が感光層上の静電潜像へ
クーロン力等によって移行して付着し、静電潜像の現像
が行われる。

一方磁性キャリアはスリーブ内に磁石により吸引され
ており、しかもその帯電電荷が静電潜像の電荷と同極性
であり、そのため、磁性キャリアはスリーブ上にそのま
ま残ることになる。

感光層と磁気ブラシとの摺擦には、摺擦位置において
両者の移動方向を同方向とする方式と、両者の移動方向
を逆方向とする方式との２つがあるが、これらはいずれ
も一長一短がある。前者の同方向移動方式では、磁気ブ
ラシと感光体表面がソフトな状態で接触するので、中間
調の再現に優れているが、画像濃度が得難いという問題
があり、画像濃度を出すためにはスリーブの回転速度を
速くしてトナー供給能を増す必要があり、特に、高速複
写に際しては感光層に対するスリーブの回転速度を極め
て速くする必要があるために、トナー飛散や画像カブリ
を発生し易いという問題点がある。一方、後者の逆方向
移動方式においては、磁気ブラシが圧縮された状態で感
光体表面に接触するため高い画像濃度が得られ、高速複
写においてもスリーブの回転速度を著しく増加させる必
要がないために、トナー飛散や画像カブリが発生しにく
いという利点を有する。しかしながら反面、画像にブラ
シマーク即ちブラシの摺擦方向に伸びる細くて短い白線
が入るという欠点や、画像に尾引き等の欠点を生じる場
合が多い。

そして、一般に同方向或いは逆方向の現像方式に限ら
ず、スリーブ上の現像剤は摺擦位置（現像域）を通過す
る時は、スリーブと感光層間の電界の強度によって抵抗
が適度に変化し得るものが好ましいといえる。

つまり、潜像電位が高く、スリーブと感光層間に高電
界が作用するべた部においては現像剤は現像電極として
作用することが好ましく低抵抗に、、また文字、線画の
潜像電位が低く狭い範囲に低電界が作用する位置におい
ては、高電気抵抗に作用してエッジ効果が働き解像度高
く現像されることが好ましい。

そこで、特開昭56−125751号公報には10V/cmの直流電
界を印加した時の固有抵抗値が100V/cmの直流電界を印
加した時の固有抵抗値の５〜15倍であるキャリアで、10
V/cmの直流電界を印加した時の固有抵抗値が10⁸〜10¹¹
Ω・cmで100V/cmの直流電界を印加した時の固有抵抗値
が10⁷〜10¹⁰Ω・cmである現像剤用キャリアが提案され
ている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記抵抗値を有し10Vの直流電界を印
加した時の固有抵抗値が、100Vの直流電界を印加した時
の固有抵抗値の５乃至15倍のキャリアからなる現像剤を
感光層と磁気ブラシの摺擦位置における移動方向が逆方
向の現像方式に適用する場合、摺擦位置において磁気ブ
ラシが感光層に対して圧縮した状態で接触すること、及
び同方向の現像方式に比べて感光層に対するスリーブの
相対速度が一般に低いことから、上記キャリアを使用す
ると固有抵抗値が低いために感光層に密に接触する磁気
ブラシが静電潜像の電荷をリークして、画像にブラシマ
ークを発生してしまう。

またスリーブと感光層間で、非画像部や文字線画部と
ベタ部との間では数十ボルトから数百ボルトとの電界強
度の変化が起こっており、10Vと100Vの電界間での抵抗
値が上記範囲に変化するキャリアは数百ボルトの電界強
度の変化が起こる摺擦位置では抵抗値変化が一層大きく
なり、摺擦部においては低電界の非画像部の潜像部分か
ら高電界のベタ部の潜像部分へ磁気ブラシが侵入する
際、電界の急激な変化によって静電誘導を受けやすくな
り、ブラシを通って穂先のキャリアに感光層上の帯電電
荷とは逆極性の電荷が注入される。また、ブラシの穂先
のトナーはブラシがベタ部に侵入する前からベタ部の高
い潜像電荷に引きつけられて、ブラシから遊離してベタ
部の潜像部分に付着する。このため、低電界の非画像部
の潜像部分から高電界のベタ部の潜像部分へ磁気ブラシ
が侵入する際、磁気ブラシの感光層に対するスリーブの
相対速度が一般に小さいことから、潜像の電荷が先にト
ナーによって付着して中和され、ベタ部の先端の非画像
部にキャリアが付着し、複写画像にキャリアによる黒点
やスジ状の汚れを生じることがある。

よって、本発明は上述する問題点に鑑みてなされたも
のであり、本発明の目的はキャリア付着を発生すること
なくベタ部は高濃度に且つ文字、線画部が解像度高く現
像され、高速複写においても画像品質が良好に安定し、
尾引き、ブラシマーク、画像カブリを発生することのな
い逆方向移動方式の現像方法に適用する現像剤用キャリ
アを提供することにある。

（問題点を解決するたの手段及び作用） 本発明によれば、1000V/cm直流電界印加時の固有抵抗
値が５×10⁸乃至２×10⁹Ω・cm、100V/cm直流電界印加
時の固有抵抗値が２×10⁹乃至１×10¹⁰Ω・cmの範囲に
あり、100V/cm印加時の固有抵抗値が100V/cm印加時の固
有抵抗値の２乃至10倍に変動するキャリアを使用するこ
とにより、感光層とスリーブ上の磁気ブラシとの摺擦位
置における感光層とスリーブの移動方向が互いに逆方向
となるようにして摺擦させる現像方法に極めて好適に作
用し、上記従来技術の問題点が解決され本発明の目的が
達成される。

以下、本発明を詳細に説明する。

先ず、本発明に適用する逆方向移動方式の現像方法を
図を用いて説明する。

第２図において、例えば駆動ドラム１の表面には、セ
レン系光導電層のような電子写真感光層２が設けられて
おり、その表面には、図示していないが、一様帯電及び
画像露光のような手段で静電潜像が形成される。

この感光層２の移動路に沿って全体として３で示す現
像装置が設けられている。この装置には、複数の磁極を
備えたマグネット４があり、このマグネット４の周囲に
は、アルミの如き非磁性材料からなるスリーブ５が設け
られている。このスリーブ５は、矢印Ａ方向に回転可能
に設けられており、このスリーブ５内にマグネット４は
固定されて設けられている。二成分系現像剤６を撹拌す
るために、撹拌機構７が設けられており、この撹拌機構
７により、磁性キャリアとトナー粒子とが混合されて、
相互に摩擦帯電して、相互に静電的に結合した混合物が
形成され、スリーブ５上に供給される。

二成分系現像剤は、スリーブ５上で磁気ブラシ８を形
成し、この磁気ブラシは穂切機構９により適当な穂長に
切り揃えられて、現像域10に供給される。現像域10にお
いて、感光層２とスリーブ５とは互いに逆方向に移動
し、磁気ブラシ８と感光層２との摺擦が行われる。摺擦
により磁性キャリア上の帯電トナー粒子は感光層２の静
電潜像に吸引され、静電潜像の現像が行われる。現像後
の磁気ブラシ８は、掻落とし板11によりスリーブ５から
剥離され、剥離された二成分系現像剤は、撹拌機構７に
よって撹拌さた後、再びスリーブ５上に供給される。現
像で消費されるトナー12を供給するために、トナー収容
部13とトナー補給ローラ１とが設けられ、現像機構３内
にトナー12を連続的或いは間欠的に供給する。そして、
現像域10においては、現像様主極15と感光層２とがほぼ
対向するような位置関係で、磁気ブラシの感光層との摺
擦を行って現像が行われる。そして、本発明のキャリア
は1000V/cm印加時の固有抵抗値が５×10⁸乃至２×10⁹Ω
・cmで、100V/cmの印加時の固有抵抗値が３×10⁹乃至１
×10¹⁰Ω・cmの範囲にあり、100V/cmの直流電界印加時
の固有抵抗値が1000V/cmの直流電界印加時の固有抵抗値
２乃至10倍に変動することが重要な特徴である。

上記キャリアの抵抗値はキャリア200mgを電極間距離2
mmの電極に入れ、両極より磁石をゆっくりと近づけると
共に、上記磁石を複数回移動させて現像剤を均一化した
後、温度23℃、相対湿度60±５％で、1000V及び100Vの
直流電界を印加させた時の抵抗値であり、実際の現像時
の感光層とスリーブ間に作用する電界強度の変化（数百
ボルト）に対応するように100Vと1000Vの印加電圧でキ
ャリアの抵抗値を測定した。

そして、100V印加時のキャリアの抵抗値が上記範囲よ
りも離れて大きくなると文字、線画がかすれやすくな
り、小さくなると解像度低下が起こりやすくなる。ま
た、1000V印加時のキャリアの抵抗値が上記範囲を離れ
て大きくなると画像濃度の低下が起こりやすくなり、小
さくなると尾引きやブラシマークを発生し易くなる。更
に、100V時の固有抵抗値とが1000V時の固有抵抗値の変
動値が２乃至10倍の間で推移することでキャリアのベタ
部先端の非画像部にキャリアが付着することが有効に防
止でき、極めて良好に画像形成が行え、濃度及び解像度
が良孔な鮮明画像を形成することができる。

また、上記キャリアの100V印加時の固有抵抗値と1000
V時の固有抵抗値の比が上記範囲を越えるとキャリアの
付着による画像汚れが発生し、また上記範囲より小さい
場合はべた部での濃度不足や、文字、細線部での画像つ
ぶれが発生したりする。

本発明に使用されるキャリアとしては、酸化鉄、還元
鉄、銅、フェライト、ニッケル、コバルト等やこれら亜
鉛、アルミニウム等との合金などが挙げられるが、電気
抵抗の環境及び経時変化が小さく、柔らかい穂の形成で
きるフェライト系粒子が好ましい。例えば、Zn系フエラ
イト、Ni系フエライト、Cu系フエライト、Mn系フェライ
ト、Ni−Zn系フェライト、Mn−Mg系フェライト、Cu−Mg
系フェライト、Mn−Zn系フェライト、Mn−Cu−Zn系フェ
ライト等が挙げられる。特に、Mn−Cu−Zn系フェライト
が好ましい。これらキャリア粒子は樹脂で被覆してもよ
く、例えばシリコーン系樹脂、弗素系樹脂、アクリル系
樹脂、スチレン系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、オ
レフィン系樹脂、ケトン樹脂、フェノール系樹脂、キシ
レン樹脂、ジアリルフタレート樹脂等の一種または二種
以上を混合して用いられる。

そして、キャリアの印加電圧依存度は組成は勿論のこ
と、焼結温度や焼結時間等によって変化させることがで
きる。

上記キャリアは粒径一般に、20乃至300μｍ、特に30
乃至150μｍが好ましく使用される。また、上記キャリ
アの飽和磁化は45乃至60emu/g特に48乃至58emu/gが好ま
しく、残留磁化は0.3emu/g前後に調整されたものが好ま
しい。

また、トナーとしては、キャリアとの帯電特性及び定
着性を考慮して選択された、結着樹脂中に着色剤、電荷
制御剤、必要に応じて磁性材料を分散させた粒径が５乃
至20μｍの樹脂微粉末が使用される。

結着樹脂としては、ポリスチレン等のビニル芳族樹
脂、アクリル系樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリ
エステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、石油樹
脂、オレフィン樹脂等の一般の熱可塑性樹脂や熱硬化性
樹脂が使用される。

着色剤としては、一般にこの分野で使用されている従
来公知の着色剤が使用できるが、特に、カーボンブラッ
ク、ランプブラック、クロムイエロー、ハンザイエロ
ー、ベンジジンイエロー、スレンイエローＧ、キノリン
イエロー、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレ
ンジ、バルカンオレンジ、ウオチャングレッド、パーマ
ネントレッド、ブリリアントカーミン3B、ブリリアント
カーミン6B、デュポンオイルレッド、ピラゾロンレッ
ド、リソールレッド、ローダミンＢレーキ、レーキレッ
ドＣ、ローズベンガル、アニリンブルー、ウルトラマリ
ンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロラ
イド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリー
ン、マラカイトグリーンオクサレート等、またはC.I.So
lvent Yellow60、C.I.Solvent Red27、C.I.Solvent Blu
e35等の油溶性染料などが例示される。これらの着色剤
は、一種または二種以上混合して用いられ。また、電荷
制御剤もこの分野て使用されている従来公知の電荷制御
剤が使用できるが、例えばニグロシンベース、オイルブ
ラック、スピロンブラック等の油溶性染料や、ナフテン
酸の金属塩や、脂肪酸金属石鹸、樹脂酸石鹸等を挙げる
ことができる。

上記磁性キャリア及びトナーからなる現像剤の電気抵
抗の調整は、種々の手段が用いられるが、トナー粒子の
濃度を多くしたり、またトナー粒子の粒径を小さくして
現像剤（磁気ブラシ）の抵抗を高めたり、また、磁性キ
ャリアの径を大きくして抵抗を高めたり、またその夫々
その逆を行って抵抗を下げることもできる。また、キャ
リア粒子そのものの材質、被覆樹脂の材質、トナー粒子
の樹脂の材質等によって電気抵抗を変化させることは当
然のことである。例えば特開昭58−145621号公報に記載
のように、焼成の際に焼成雰囲気を空気中から窒素雰囲
気中まで連続的に酸素分圧を変化させることにより、キ
ャリア粒子の抵抗を連続的に変化させることができ、焼
成の際の平衡酸素分圧を減少させれば抵抗値は減少し、
増加させれば抵抗値は上昇する。また、特開昭61−2005
51号公報や特開昭61−270769号公報に記載のように、キ
ャリアの組成によって抵抗を変化させたり、キャリア表
面に被覆する樹脂を調整することにより、任意の抵抗値
を持ったキャリアを得ることが可能である。

そして、上記キャリアとトナーからなる現像剤の固有
抵抗値は100V時において６×10⁹乃至２×10¹⁰Ω・cm、1
000V時において１×10⁹乃至６×10⁹Ω・cmであることが
好ましい。摺擦部において作用する電界は現像剤層全体
に作用するために、現像剤を構成するキャリアの電気抵
抗が上述する条件を満たし、トナーと現像剤とした時の
現像剤の電気抵抗が上記範囲になるようなトナーを選択
することが本発明の効果を得る上でより好ましい。

本発明において感光体ドラムと現像スリーブとの間に
は、バイアス電圧を印加するが、このバイアス電圧は感
光体と磁気ブラシに放電破壊等のトラブルが生じないよ
うに定める。この電圧は一般的にいって、100乃至350ボ
ルト、特に150乃至300ボルトの範囲が適当である。

また、本発明の磁気ブラシ現像に際して、感光体ドラ
ム−スリーブ間距離は一般的に言って、1.0乃至2.0mm、
特に1.5乃至1.8mmが本発明のキャリアを使用する上で好
適である。更に、磁気ブラシの穂切は、上記感光体ドラ
ム−スリーブ間距離に対して1.1乃至3.0、特に1.2乃至
2.0倍の穂長となるように穂切を行うことが好ましい。

以下に実施例に本発明を更に詳細に説明する。

（実験例） トナー スチレン−アクリル樹脂XPA−3421（三井東圧（株）
製、商品名） 100 重量部 カーボンブラックＲ−330R（キャブラック（株）製、商
品名） 10 重量部 電荷制御剤スピンロブラック（保土谷化学（株）製、商
品名） ３ 重量部 オフセット防止剤ビスコール550P（三洋化成（株）製、
商品名） 1.5重量部 上記混合物を二本ロールにより加熱混合して混練し、
混練物を粉砕、分級して平均粒径が12μｍのトナーを得
た。

キャリア Fe₂O₃・CuO・ZnO・MgOを温度、時間等をそれぞれ変更し
て焼結することにより、飽和磁化50emu/g、残留磁化0.3
emu/g、保持力3Oe、平均粒径が40μｍの略等しい範囲に
あり、電気抵抗特性が異なるキャリアを作成した。そし
て、前述する本発明の方法によって100Vと1000Vの直流
電圧印加時の各固有抵抗値を測定し、そして、上記トナ
ーを各種キャリアと混合しててトナー濃度10％に調整し
て現像剤とし、下記の現像条件において各現像剤につい
て同様の複写テストをおこなった。

ドラム−スリーブ間距離 1.7mm 感光対表面電位 850V 現像バイアス電位 250V 結果を表−１及び表−２にしめす。

表中においてブラシマーク、キャリア現像の評価は
○：発生せず、×：発生を表し、ベタ部濃度、カブリ濃
度については反射濃度計によって測定し、また、解像度
については解像度テストチャートによって得られた複写
画像において、1mmの間隔内に等しい幅の細線が何本再
現性良く現像されているかで判断した。そして、総ての
項目から総合判断をおこなった。

更に、表−１、及び２の結果を両対数グラフを用い
て、横軸に1000Vの直流電圧印加時のキャリアの抵抗値
を、縦軸に100Vの直流電圧印加時のキャリアの抵抗値を
取り、それぞれのキャリアの電気特性と画像の総合判断
による結果をプロットした。

図より、1000V印加時のキャリアの抵抗値が５×10⁸〜
２×10⁹の範囲で尾引きやカブリを発生することなく、
高濃度画像が得られることがわかる。また、100V印加時
のキャリアの抵抗が２×10⁹〜９×10⁹の範囲で解像度が
高く、カスレを起こさずに現像できることがわかる。直
線L₁はキャリアの抵抗値の1000V印加時と100V印加時の
変動量が２倍を示す直線であり、また直線L₂はキャリア
の抵抗値の1000V印加時と100V印加時の変動量が10倍を
示す直線であり、これらの直線を境にしてブラシマーク
やキャリア現像が発生し易くなっており、この範囲内で
抵抗値が変動するキャリアが好ましいことがわかる。

（発明の効果） 本発明によれば、感光層と現像スリーブとが摺擦位置
において互いに逆方向に移動する現像方法に好適に作用
するキャリアであって、カブリ、ブラシマーク、尾引
き、キャリア現像を発生することなく、ベタ部及び文字
部細線部が良好に再現され、高濃度且つ高解像度の複写
画像の得られる二成分現像剤用キャリアが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、表−１及び表−２に示された各種キャリアの
印加電圧に対する抵抗値の変化と画像評価の関係を示す
図である。 第２図は、本発明のキャリアが好適に使用される、感光
層とスリーブとが摺擦位置において逆方向に移動する現
像装置の一例を示す図である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】1000V/cm直流電界印加時の固有抵抗値が５
   ×10⁸乃至２×10⁹Ω・cm、100V/cm直流電界印加時の固
   有抵抗値が９×10⁹乃至２×10⁹Ω・cmの範囲にあり、10
   0V/cm印加時の固有抵抗値が1000V/cmの印加時固有抵抗
   値の２乃至10倍に変動することを特徴とし、感光層とス
   リーブ上の磁気ブラシとの摺擦位置における感光層とス
   リーブとの移動方向が互いに逆方向となるようにして摺
   擦させる現像方法に使用する二成分現像剤用キャリア。