JP2701848B2 - 現像方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、有機感光体の表面に形成された静電潜像
を、２成分系現像剤を使用して顕像化する現像方法に関
するものである。 ＜従来の技術＞ 従来、カールソンプロセスを利用した複写機等の画像
形成装置が広く使用されている。上記カールソンプロセ
スは、通常、感光体をコロナ放電等により帯電させる帯
電工程と、均一に帯電した感光体に原稿像を露光する露
光工程と、露光工程により形成された静電潜像を現像剤
で現像する現像工程と、現像工程により感光体上に形成
されたトナー像を複写紙等の基材に転写する転写工程
と、基材に転写したトナー像を定着させる定着工程と、
転写工程の後、感光体に残留するトナーを除去するクリ
ーニング工程とを基本工程としている。 また、上記現像工程で用いられる現像剤としては、ト
ナーとキャリアとを含む２成分系現像剤が広く用いられ
ており、上記キャリアとして、酸化鉄粉、フェライト粉
等の無被覆キャリアの他、トナーとの摩擦帯電性、キャ
リアの電気抵抗などを容易に制御でき、画像特性に優れ
る被覆キャリア、すなわち、上記キャリアをポリエステ
ル、フッ素系高分子等で被覆した被覆キャリアが用いら
れている。一方、該キャリアは、トナーとの摩擦帯電特
性、ひいては画像特性、すなわち、中間調部、ベタ部等
の再現性等に大きな影響を及ぼす。 上記の点に鑑み、高抵抗物質で被覆したキャリアにお
いて、上記高抵抗物質中に高誘電率物質を含有させたキ
ャリアが提案されている（特開昭60−19157号公報参
照）。 ＜発明が解決しようとする問題点＞ 上記のキャリアによれば、高抵抗物質が高い誘電率を
有する高誘電率物質を含有するため、中間調部、ベタ部
に再現性に優れるという利点がある。 しかしながら、上記のキャリアによれば、アクリル樹
脂等の高抵抗物質にチタン酸バリウム等の高誘電率物質
を含有させているため、酸化鉄やフェライト等のキャリ
ア芯材を被覆する被覆層の機械的強度が十分でなく、機
械的強度を高めるには多量の樹脂を使用しなければなら
ないだけでなく、ベタ部の再現性が未だ十分でなく、カ
ブリが生じ易い。特に、感光体として有機感光体、中で
もコロナ放電が安定し、オゾンの発生がなく、トナーの
選択幅が広い等の利点を有する正帯電用有機感光体を使
用した場合、ストライプパターン、例えば、１〜3mm程
度隔ててベタ部が配された原稿を用い複写画像を形成す
ると、ベタ部の後端部が中実に現像されずに後端部にか
すれが生じ、ベタ部の再現性が十分でないという問題が
ある。 ＜発明の目的＞ 本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、２
成分系現像剤のキャリアにおける、キャリア芯材を被覆
する被覆層の機械的強度を低下させることなく、カブリ
がなく、画像再現性、特にベタ部の再現性に優れた画像
を形成しうる現像方法を提供することを目的とする。 ＜問題点を解決するための手段および作用＞ 上記目的を達成するため、本発明の現像方法は、有機
感光体の表面に形成された静電潜像を顕像化する２成分
系現像剤のキャリアとして、キャリア芯材と、該芯材を
被覆する有機高分子とで構成され、かつ有機高分子の、
キャリアにおける被覆量が0.01〜0.25重量％であると共
に、充填率40％における動的誘電率７〜12を有するもの
を使用することを特徴とするものである。 上記構成の現像方法によれば、２成分系現像剤のキャ
リアを被覆する被覆層が高誘電率物質などを含有せず、
キャリア芯材と、該芯材を被覆する有機高分子とで構成
されているので、被覆層の機械的強度を低下させること
なく、トナーとの摩擦帯電特性を制御することができ
る。また、キャリアが動的誘電率７〜12を有するので、
カブリが生じることなく、有機感光体に形成された静電
潜像に対応して忠実に現像することができ、ストライプ
パターンを有する原稿像であっても原稿を再現すること
ができる。 ここでいう充填率とは、有機感光体の表面の静電潜像
を顕像化する現像領域に形成される、キャリヤ（固体）
と空気（気体）との混在物における、キャリヤの体積
の、混在物の全体積に占める割合である。上記充填率
は、現像領域におけるキャリヤの詰まり具合を示すもの
で、上記混在物の空隙率、すなわち上記混在物の全体積
に占める、空気の部分の体積の割合と、下記計算式の関
係にある。 充填率（％）＝100−空隙率（％） 以下に、本発明を詳細に説明する。 本発明の現像方法は、たとえば複写機、ファクシミ
リ、レーザプリンタなどで使用される有機感光体の表面
に形成された静電潜像を、キャリアとトナーとを含む２
成分系現像剤によって顕像化するものである。かかる顕
像化方法には、カスケード現像法、磁気ブラシ現像法な
どがあるが、本発明はこのいずれにも適用できる。 本発明に使用する有機感光体の構成は特に限定されな
いが、前記のようにコロナ放電が安定し、オゾンの発生
がなく、トナーの選択幅が広い等の利点を有する正帯電
用有機感光体が好ましい。 本発明に使用するキャリアは、キャリア芯材と、該芯
材を被覆する有機高分子とで構成されている。 上記キャリア芯材としては、種々のものが使用できる
が、磁性体、例えば、酸化鉄、還元鉄、鋼、ケイ素鋼、
フェライト、ニッケル、コバルト等や、これらと、マン
ガン、亜鉛、アルミニウム等との合金、例えば、鉄・ニ
ッケル合金、鉄・コバルト合金、鉄・アルミニウム合金
などの磁性体；高い誘電率を有する高誘電率物質、例え
ば、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化銅、酸化マグ
ネシウム、酸化鉛、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素など
や、チタン酸マグネシウム、チタン酸バリウム、チタン
酸リチウム、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、ニオブ酸リチ
ウムなどのセラミックス、ADP（NH₄H₂PO₄）、KDP（KH₂P
O₄）、ロッシェル塩などが例示される。上記キャリア芯
材は一種または二種以上使用される。なお、上記キャリ
ア芯材のうち、安価で、画像特性に優れる酸化鉄、還元
鉄等の鉄やフェライトが好ましい。 また、上記キャリア芯材は、種々の粒径を有していて
もよいが、粒径20〜1000μｍ、好ましくは50〜500μｍ
程度のものが用いられる。なお、キャリアが対向電極と
して作用し、高品質の画像を形成することができる磁気
ブラシ現像法においては、磁気的にトナーを保持させる
ため、磁性を有するか磁化可能なキャリアが好ましく用
いられる。また、前記キャリア芯材は、高い誘電率を有
しているので、通常、小さな誘電率を有する有機高分子
で被覆することによりキャリアの誘電率を容易に制御す
ることができる。 上記キャリア芯材を被覆する有機高分子としては、ト
ナーとの摩擦帯電によるトナーの帯電量、帯電極性等に
応じて種々のものが使用でき、例えば、アクリル系重合
体、スチレン系重合体、スチレン−アクリル系共重合
体、ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ポリプロピレ
ン等のオレフィン系重合体、ポリ塩化ビニル、ポリエス
テル、不飽和ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタ
ン、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、シリコーン樹
脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフル
オロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂、
ケトン樹脂、フェノール樹脂、キシレン樹脂、ジアリル
フタレート樹脂等、各種のポリマーが例示される。上記
有機高分子は一種または二種以上使用できる。上記有機
高分子のうち、トナーとの摩擦帯電性、機械的強度等の
点から、アクリル系重合体、スチレン系重合体、スチレ
ン−アクリル系共重合体、ポリエステル、シリコーン樹
脂、フッ素樹脂、中でもシリコーン樹脂が好ましい。 そして、前記キャリア芯材が有機高分子で被覆された
キャリアは、充填率40％における動的誘電率７〜12、好
ましくは８〜10を有している。誘電率が７未満であると
画像濃度が低下するだけでなく、ストライプパターンを
有する原稿を用いて現像した場合、ベタ部の後端部がか
すれ、忠実に画像を形成することが困難である。また、
誘電率が12を越えると、トナー像の転写効率が低下し、
クリーニング不良を生じる虞があるだけでなく、カブリ
が多くなる。 なお、上記動的誘電率は、第２図に示す誘電率測定装
置を用い、以下の方法により測定したものである。すな
わち、第２図に示すように、撹拌ローラ（11）を備えた
現像器（12）にキャリア（13）を導入し、スリーブ（1
4）上にキャリア（13）を担持させると共に、穂立ち規
制部材（15）によりキャリア（13）層を所定の厚みに調
整した状態でキャリア（13）を搬送する。また、上記ス
リーブ（14）と所定間隔離間して対向する感光体の表面
の仮想線（16）に沿って、電極間距離調整手段としての
マイクロメータ（17）にて所定の表面積を有する検出部
（18）を配設し、前記スリーブ（14）と共にキャリア
（13）を搬送しつつ、前記スリーブ（14）に所定周波数
の交流電圧を印加している。なお、検出部（18）はダミ
ーとオシロ（19）に並列に接続されており、交流電源は
スリーブ（14）とオシロ（19）に並列に接続されてい
る。そして、検出部（18）からの検出信号ｙをダミーと
オシロ（19）との並列回路に供給すると共に、オシロ
（19）上の波形データを読取り手段（20）で読取り、読
取ったデータに基づき下記計算式に従い演算部（21）に
て有効誘電率εを算出したものである。なお、図中、符
号（22）はスリーブ（14）上に残留するキャリア（13）
を除去するクリーニング手段としてのクリーニングブレ
ードである。 Ｃ＝I/（ω×Ｖ） ε＝（ｄ×Ｃ）／（ε０×Ｓ） 式中、Ｃは静電容量、ωは角周波数、Ｖは印加交流電
圧の最大値、εは有効誘電率、ε０は真空の誘電率、ｄ
は電極間距離、Ｓは電極面積を示す。 なお、上記測定装置による誘電率の測定においては、
スリーブ（14）と検出部（18）との距離、すなわち、電
極間距離ｄ＝1.2mm、検出部（18）の表面積、すなわ
ち、電極面積Ｓ＝0.785cm²に設定し、周波数50Hzの交流
電圧を印加した。 また、スリーブ（14）に担持されたキャリア（13）の
層厚を穂立ち規制部材（15）で厚み1.0mmとすることに
より、キャリアの充填率を約40％に設定することができ
る。 なお、上記の測定装置において撹拌ローラ（11）、ダ
ミーおよびモニタとしてのオシロ（19）は必ずしも必要
ではなく、検出部（18）からの信号を直接前記読取り手
段（19）に供給してもよい。また、現像剤キャリアを担
持する担持部材は、スリーブ（14）に限らず、シート状
であってもよく、シート状担持部材にあっては、該担持
部材を所定の速度で移動させればよい。また、上記演算
部（21）で算出された有効誘電率εをプリントアウトし
てもよい。 また、上記誘電率測定装置によると、検出部（18）か
らの検出信号ｙと原信号ｘとに基づき、以下の計算式に
従い、演算部（21）で演算することにより、抵抗Ｒ、抵
抗率ρおよび緩和時間τをも算出することができる。 Ｒ＝tanΨ×（V/I） ρ（Ω・cm）＝Ｒ×（S/d） τ＝tanΨ／ω 式中、Ψは電圧と電流の位相差を示す。 なお、上記キャリアの動的誘電率は、電極間距離1.2m
m、電極面積0.785cm²、周波数50Hzおよび充填率40％の
条件で、常法により静的に測定した場合、静的誘電率９
〜17に対応する。 上記動的誘電率の測定方法によれば、静的に誘電率を
測定した場合と異なり、実際の現像工程に対応した条件
下で誘電率等の特性を測定することができるので、現像
剤用キャリアの特性を実際の現像工程に対応させて評価
することができる。特に、スリーブ（14）としてマグネ
ットを内蔵する現像スリーブを用いると、現像剤用キャ
リアとして一般に汎用されている鉄粉などの磁性キャリ
アを磁気的に担持させることができるので、より一層、
実際の現像工程に対応させて現像剤用キャリアの特性を
評価することができる。従って、上記誘電率測定装置に
あっては、トナーの特性を評価する上でも有用である。 上記キャリアの誘電率は、有機高分子の被覆量を調製
することにより制御することができる。有機高分子の被
覆量は、0.01〜0.25重量％に限定され、その範囲内で、
前記キャリア芯材および有機高分子の種類等に応じて種
々設定される。有機高分子の被覆量が0.01重量％未満で
あると、キャリアを均一に被覆し被覆層の機械的強度を
高めると共に、キャリアの誘電率を12以下に制御するの
が困難であり、被覆量が0.25重量％を越えると、経済的
でないだけでなく、キャリアの誘電率を７以上に制御す
るのが困難である。 上記キャリアは、従来慣用の種々の方法、例えば、有
機高分子の溶液を調製し、該溶液を前記キャリア芯材に
噴霧し乾燥する流動コーティング法、上記溶液にキャリ
ア芯材を浸漬し乾燥する方法等により製造することでき
る。上記流動コーティング法では、流動床型コーティン
グ装置の下部より空気を供給して前記キャリア芯材を浮
遊、流動状態とし、所定量の前記有機高分子溶液を上記
装置の上方より噴霧し、乾燥することによりキャリア芯
剤を有機高分子で被覆することができる。また、上記工
程において、有機高分子溶液の使用量や有機高分子の濃
度を調製することにより、キャリア芯材を被覆する有機
高分子の被覆量を制御することができる。 有機高分子溶液を調製する際に使用される有機溶剤と
しては、有機高分子の種類等に応じて種々のものが適宜
選択され、例えば、メタノール、エタノール、プロパノ
ール、イソプロパノール等のアルコール類、ｎ−ヘキサ
ン、オクタン、シクロヘキサン等の脂肪族系炭化水素、
ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、ジ
クロロメタン、ジクロロエタン、四塩化炭素、クロロベ
ンゼン等のハロゲン化炭化水素、ジメチルエーテル、ジ
エチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコ
ールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエ
ーテル等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケト
ン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸
メチル等のエステル類等、種々の溶剤が例示される。上
記溶剤は一種または二種以上混合して用いられる。 上記キャリアはトナーと共に使用され、該トナーとし
ては、カーボンブラック等の着色剤、スチレン−アクリ
ル系共重合体等の結着樹脂、電荷制御剤などからなる粒
径５〜20μｍ程度のものが使用される。また、上記トナ
ーは種々の濃度で使用できるが、通常、トナー濃度２〜
10重量％使用される。 上記キャリアは、キャリア芯材と該芯材を被覆する有
機高分子とで構成されているので、トナーとの摩擦帯電
特性を制御することができると共に、キャリア芯材を被
覆する被覆層の機械的強度を低下させることができな
い。また、キャリアが充填率40％における誘電率７〜12
を有するので、有機感光体に形成された静電潜像に対応
して静電潜像を忠実に現像することができ、カブリが生
じることなく、細線部、中間調部、ベタ部などの画像再
現性に優れ、ストライプパターンを有する原稿像であっ
てもベタ部の後端部でのかすれが生じない。 ＜実施例＞ 以下に、実施例に基づき、本発明をより詳細に説明す
る。 実施例１〜３および比較例１、２ 現像剤用のキャリアの作製 キャリア芯材としての平均粒径150μｍのフェライト
（日本鉄粉社製）3kgを、シリコーン樹脂（信越シリコ
ーン社製、商品名KR−255）40gおよびメチルエチルケト
ン1960gからなるシリコーン樹脂溶液を用いて流動コー
ティング法により被覆した。すなわち、上記フェライト
を流動床型コーティング装置に入れ、該装置の下部より
空気を供給して上記フェライトを浮遊させ、流動状態と
し、所定量の前記シリコーン樹脂溶液を上記装置の上方
より噴霧し、キャリア芯剤としてのフェライトがシリコ
ーン樹脂で被覆されたキャリアを作製した。上記工程に
おいて、前記シリコーン樹脂溶液の使用量を変化させる
ことによりシリコーン樹脂の被覆量0.038〜0.266重量％
のキャリア（実施例１〜３および比較例２）を作製し
た。また、参考までにシリコーン樹脂で被覆されていな
い未被覆キャリアを用いた（比較例１）。 上記のようにして得られた各キャリアの動的誘電率を
図に示す装置を用いて測定した。 各キャリアの動的誘電率とシリコーン樹脂の被覆量と
の関係を第１図に示す。 第１図より明らかなように、有機高分子の被覆量が多
くなるにつれてキャリアの誘電率が小さくなる。 現像剤の調製および画像形成 上記各キャリア95.5重量部と、平均粒径約10μｍのト
ナー4.5重量部とからなる２成分系現像剤を調製し、正
帯電用有機感光体を備えた複写機（三田工業社製、DC−
111型改造機）に上記各現像剤を装填すると共に、幅約5
mmのストライプパターンが約1.5mm隔てて複数配された
原稿を用い、複写画像を形成した。 実施例４ 上記実施例３で用いたシリコーン樹脂に代えて、ポリ
メタクリル酸メチルを用い、実施例３と同様にして被覆
量0.05重量％のキャリアを作製した。 実施例５ 実施例３で用いたフェライト芯材に代えて、平均粒径
約100μｍの酸化鉄を用い、上記実施例３と同様にし
て、被覆量0.114重量％のキャリアを作製した。 比較例３ 実施例５で用いた酸化鉄を、ポリメタクリル酸メチル
75重量％およびチタン酸バリウム25重量％からなる被覆
材50重量部と、トルエン1500重量部とからなる分散液を
用いて被覆量約0.7重量％のキャリアを作製した。 上記実施例４、５および比較例３で得られたキャリア
の動的誘電率を測定すると共に、上記実施例１と同様に
して現像剤を調製し複写画像を形成した。 得られた複写画像についてベタ部の画像濃度、細線
部、中間調部、ベタ部の再現性、カブリの程度および上
記ストライプパターンに対応する後端部のかすれの程度
を以下の基準で評価した。 細線部、中間調部、ベタ部の再現性 ○：優、△：良、×：不可 カブリの程度 ○：カブリがない、 △：カブリが若干みられる、 ×：カブリが多い 後端部のかすれの程度 ○：かすれがない、 △：かすれが若干みられる、 ×：かすれが多い 得られた結果を表に示す。 表より明らかなように、比較例１の未被覆で誘電率が
大きいキャリアを用いた場合、ベタ部の付きは良好であ
るものの、硬調の画像であり、画像先端部で凝集状のト
ナーがチリ状に付着しているだけでなく、かぶりが大き
く、誘電率が７未満の比較例２のものでは画像濃度が低
いだけでなく、後端部のかすれが若干生じた。また、比
較例３のものは被覆層が高い誘電率を有するチタン酸バ
リウムを含有するものの、後端部のかすれが大きく上記
比較例２と同様な結果を示した。なお、比較例１のもの
を用いて正帯電用有機感光体上に形成されたトナー像の
転写効率を調べたところ70％未満であり、転写効率が十
分でなかった。 これに対して、実施例１〜５のものは、いずれも画像
濃度、画像再現性に優れると共に、カブリや後端部のか
すれがなく、鮮明な複写画像が得られることが判明し
た。 ＜発明の効果＞ 以上のように、本発明の現像方法によれば、２成分系
現像剤のうちキャリアが、充填率40％における動的誘電
率７〜12を有するので、有機感光体に形成された静電潜
像に対応して静電潜像を忠実に現像することができ、画
像再現性、特にベタ部の再現性に優れると共に、カブリ
が殆どない。また、２成分系現像剤のキャリアを被覆す
る被覆層が、キャリア芯材と、該芯材を被覆する有機高
分子とで構成されているので、トナーとの摩擦帯電特性
を制御することができるだけでなく、被覆層の機械的強
度が大きく、長期に亘り使用してもトナーとの摩擦帯電
特性を低下させることがない。従って、画像再現性等に
優れ、高品質の画像を長期に亘り形成することができる
という特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】 第１図は実施例におけるキャリアの動的誘電率と有機高
分子の被覆量との関係を示す図、 第２図は動的誘電率の測定方法を説明するための誘電率
測定装置の概略図である。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．有機感光体の表面に形成された静電潜像を、２成分
   系現像剤によって顕像化する現像方法であって、上記２
   成分系現像剤のキャリアとして、キャリア芯材と、該芯
   材を被覆する有機高分子とで構成され、かつ有機高分子
   の、キャリアにおける被覆量が0.01〜0.25重量％である
   と共に、充填率40％における動的誘電率７〜12を有する
   ものを使用することを特徴とする現像方法。 ２．キャリアが、シリコーン樹脂で被覆されている上記
   特許請求の範囲第１項記載の現像方法。 ３．キャリアが、充填率40％における動的誘電率８〜10
   を有する上記特許請求の範囲第１項記載の現像方法。