JP3493473B2 - 静電荷像現像用現像剤 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子写真法等に用いられ
る静電荷像現像用現像剤に関する。

【０００２】

【従来の技術と問題点】電子写真法は、一般に光導電性
物質を利用し、種々の手段により感光体上に電気的潜像
を形成し、次いで潜像をトナーを用いて現像し、必要に
応じて紙などの転写材にトナー画像を転写した後、加
熱、圧力、熱圧、あるいは溶剤蒸気により定着し、複写
物を得るものである。

【０００３】上記のごとく、トナーはまず現像器から感
光体へ、次いで感光体から転写材へ移行されるため、ト
ナーはトナー同士の流動性と被接触物からの離型性を保
持しなければならない。さらに、現像器内でのトナー粒
子の凝集を防止しなければならない。従来、このような
問題を解決すべく、トナー粒子に比べて小粒径の粒子を
内添または外添する方法が用いられてきた。

【０００４】トナー中に微粒子を内添する方法は、特公
昭４４−１８９９５号公報、特開昭５１−８１６２３号
公報、特開昭５６−１９４８号公報等に開示されている
が、この方法でトナー表面及びその近傍に微粒子を存在
させて充分な内添の効果を得るためには、多量の微粒子
を溶融混練時に添加しなければならない。また、それに
伴い定着性を低下させる原因となっていた。

【０００５】一方、微粒子を外添する方法としては、単
なる添加あるいは混合機による撹拌羽根の周速が数ｍ／
秒〜４０ｍ／秒程度の混合が一般的である。この場合、
微粒子は物理的吸着力と電気的引力によってトナー粒子
とトナー粒子間に介在し、微粒子はトナー粒子の流動性
の向上に寄与している。しかも、その微粒子は流動性に
関わるトナー粒子の表面だけに存在するという点で、そ
の効果は内添するよりも大きい。

【０００６】一般的な静電荷像現像法では、トナーに適
切な帯電量を付与し、かつ現像面を摺動する磁気ブラシ
を形成させるため、キャリアと呼ばれる磁性粒子を用い
ており、現像器にはキャリアとトナーを混合し摩擦帯電
させた現像剤が投入される。しかし、この混合過程で、
比重の大きいキャリアと衝突や摩擦を繰り返すトナーの
表面は激しい衝撃にさらされる。また現像器内にあって
も該現像剤はスリーブやパドルの回転で前記と同様のス
トレスを受けることとなる。そのため現像剤作製以前に
トナー表面に付着していた微粒子がトナー中に埋まり込
むことが多く、電子顕微鏡での観察（倍率３０，０００
倍）で外添した微粒子が全く見えなくなるほど埋没した
例もある。そしてこの埋没によってトナーおよび現像剤
の流動性は大きく低下する。

【０００７】前記埋没現象が発生しやすい現像剤やプロ
セスであれば、コピーの進行に伴いトナーの流動性は劣
化し、画像濃度の低下（現像能力の低下）、ベタ画像部
の濃度ムラ（転写性の低下）等の画質の低下が起こる。
また、最悪の場合、現像剤のブロッキング、トナーの凝
集といった問題も発生する。

【０００８】埋没現象が生じやすいトナーとは、ガラス
転移点が７２℃以下の比較的軟らかいトナーであり、特
に粒径が１０μｍ以下の小粒径トナーは、トナー自身の
流動性が悪いため前述のような画質の低下が激しかっ
た。またフルカラーコピーでは、高い画像濃度で、ベタ
画像が多いため、やはり画質の低下が際だつ。

【０００９】前記問題を解決するために、特開昭６１−
２２８４６０号公報には、現像器内に補給するトナーの
シリカ（微粒子）含有量を多くすることで、現像器内の
シリカの不足を補う方法が開示されている。また特公昭
６３−６５７０１号公報や特開平２−１６７５６１号公
報に、現像剤の流動性の維持に必要なトナーの表面に埋
没した状態のシリカと埋没していない状態のシリカ添加
量を規定しているが、埋没状態のシリカはトナーの流動
性に関与しないうえに、定着性を著しく損なう原因とな
るとの指摘もある。特開平４−１７７２５８号公報で
は、現像剤の製造方法として、トナーと外添微粒子との
混合を２段階で行うことを提案している。つまり、ここ
では初期流動性の維持を果たすための微粒子と経時での
流動性向上を目的とした微粒子を異なる混合方法で共存
させることを特徴としているが、微粒子の混合が２回必
要であり、製造工程の複雑さが問題である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した問題を解決した静電荷像現像用現像剤を提供するこ
とにある。また、本発明の目的は、流動性が良く、画像
濃度が高く、かつムラがなく、多数枚連続で複写しても
劣化なく良好な画像が得られる静電荷像現像用現像剤を
提供することにある。さらに、本発明の目的は、長時間
放置した場合でも、画像の劣化の少ない長期保存性に優
れた静電荷像現像用現像剤を提供することにある。さら
にまた、本発明の目的は、環境変動の影響の少ない、安
定かつ充分な摩擦帯電性を示す静電荷像現像用現像剤を
提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、第一
に、表面に微粒子を付着させたトナーとキャリアから構
成され、前記微粒子として少なくとも粒径１６ｎｍ以下
のチタニアを用い、前記トナーとキャリアのそれぞれの
濃度、比重および体積平均粒径から下記式（１）により
算出されるα値が０．３５〜０．８０の範囲にあること
を特徴とする静電荷像現像用現像剤が提供される。

【数１】 α＝［Ｔｃ／（１００−Ｔｃ）］（ρ₂／ρ₁）（ｒ₂／４ｒ₁） ……（１） （式中、Ｔｃはトナー濃度（重量％）、ρ₁はトナーの
真比重、ρ₂はキャリアの真比重、ｒ₁はトナーの体積平
均粒径（μｍ）、ｒ₂はキャリアの体積平均粒径（μ
ｍ）を表す） 第二に、上記第一に記載した現像剤において、微粒子と
してシリカを併用することを特徴とする静電荷像現像用
現像剤が提供される。第三に、上記第一または第二に記
載した現像剤において、トナーとして分散重合トナーを
用いることを特徴とする静電荷像現像用現像剤が提供さ
れる。

【００１２】以下に本発明を詳細に説明する。本発明に
係わる現像剤は、前記したα値が０．３５〜０．８０、
好ましくは０．３５〜０．６０の範囲となるように調整
されており、従来品のそれより高く設定されている。そ
れにより、トナー粒子の表面にあらゆる過程で衝撃がか
かりにくく、故にトナー粒子中への微粒子の埋没が防止
され、かつ、経時で安定した流動性が維持される。

【００１３】すなわち、トナー粒子の表面に負荷がかか
る、現像剤作製時のキャリアとの混合、現像器内で
のスリーブ混合、パドル撹拌等の過程におけるトナー
粒子表面へのキャリア等による衝撃を緩和することがで
きる。

【００１４】ここで式（１）を書き換えると下記式
（２）で表されるが、この式の後半は微粒子が付着して
いるトナーとキャリアの容積をそれぞれの体積平均粒径
で割った値であるので、値は表面積の比を示す指標の一
つと言える。

【数２】 α＝１／４［(Ｔｃ／ρ₁)／ｒ₁］／［｛(１００−Ｔｃ)／ρ₂｝／ｒ₂］ ……（２） α値が０．３５未満であると、式（２）から分かるよう
に現像剤中のキャリアの総表面積に対してトナーの割合
が少なく、トナー１個あたりに及ぶキャリアからの衝撃
力が強まるようである。それ故、現像剤作製時の混合に
始まり現像器内でもスリーブ混合とパドル撹拌でトナー
への微粒子の埋没が加速度的に促進され、複写を重ねる
につれて現像剤およびトナーの流動性は随時劣化してい
き、得られる画像も濃度が低く濃度ムラがでていて鮮明
さに欠けることとなる。一方、α値が０．８０を越える
と、キャリアの間隙に過剰のトナーが存在することにな
り、トナーは充分な帯電が得られにくくカブリが起きや
すい。また現像時、トナーと同伴して、感光体上へのキ
ャリア付着が発生することもある。

【００１５】本発明の現像剤は、前記α値が０．３５〜
０．８０となるように微粒子をトナー粒子１００重量部
当り０．１〜２．０重量部、好ましくは０．２５〜１．
２重量部添加すると共に、該トナーの２〜２０倍、好ま
しくは６〜１６倍の粒径を持つキャリアをトナーの１１
〜９９重量倍、好ましくは１２〜３９重量倍使用してい
る。本発明の現像剤は、以上に記した方法、あるいはそ
の他の方法でα値を０．３５〜０．８０の範囲にすれば
よく、どのような方法でα値を前記範囲にしても同等の
効果を得ることができる。

【００１６】本発明の現像剤は、キャリアには従来品と
同一の強い磁性を持つ金属または金属酸化物、あるいは
強磁性体微粉末を接着剤中に分散させた磁性体分散型キ
ャリアを使えば良い。そして、これらのキャリアは従来
品と同様にシリコン樹脂等で被覆することによってさら
に性能を向上させることができる。

【００１７】従来、流動性向上剤として様々な無機微粒
子が使用されてきたが、それらの中でチタニア微粒子
は、微粒子自身がキャリアとの摩擦帯電性が小さいため
トナーの摩擦帯電における環境依存性を小さくすること
ができる。

【００１８】しかしながら、肝心の流動性向上という点
では従来のチタニア微粒子ではシリカ微粒子に及ばな
い。本発明者はチタニア微粒子の流動性改良剤としての
性能について各種検討したところ、その一次粒子径（体
積平均）が１６ｎｍ以下の粒子がシリカ微粒子と同等の
流動性向上の能力を有することを見いだし、本発明に到
達した。つまりチタニア微粒子も小粒径化することによ
って、トナー表面上での分散状態が良好となり、シリカ
微粒子と同等の流動性が得られる。そして、これとさら
に前述したα値の範囲をコントロールすることにより、
一層、流動性が向上し、複写初期および連続複写後とも
に帯電性、画像濃度および画質に優れ、しかも環境依存
性の小さい現像剤とすることができる。

【００１９】また、本発明においてはトナーとしては、
種々の製造法で得られるトナーが使用できるが、分散重
合で得られる粒子は真球で凹凸がなく、外添した微粒子
は全て外部と接触するため、少量の添加で格段に流動性
を向上させることができ、従来の粉砕トナー以上の補給
性と転写性が得られるので、好ましく使用される。

【００２０】

【実施例】以下に実施例をもって本発明を具体的に説明
する。なお、以下で示す部、％はすべて重量基準であ
る。

【００２１】＜トナー作製例１＞ スチレン−アクリル酸メチル共重合体（５０：５０） １００部 ３，５−ジ−ターシャリーブチルサリチル酸のクロム錯体 ２部 カーボンブラック ３部 上記組成物をヘンシェルミキサー（三井三池制作所社製
ＨＥＮＳＣＨＥＬ ＦＭ２０Ｂ改造機）で予備混合を行
い、ロールミル（１００℃）で３０分間熱混練し、冷却
後ジェットミルにて微粉砕し、得られた微粉末を分級
し、体積平均粒径が６．８μｍ、個数平均粒径が５．２
μｍで、ガラス転移点が６２℃の分級品を得た。

【００２２】＜トナー作製例２＞撹拌翼、冷却コンデン
サー、窒素ガス導入管を取り付けた密閉可能な反応容器
を恒温水槽内に取り付け、この反応容器に次の組成のも
のを仕込んだ。 メタノール ９０部 ポリビニルピロリドン ４部 撹拌翼を回転させポリビニルピロリドンを完全に溶解さ
せ、以下の組成のものを容器内に仕込んだ。 スチレン ２２部 アクリル酸メチル １８部 エチレングリコールジメタクリレート ０．２部 tert−ドデシルメルカプタン ０．１部 引続き撹拌翼を回転させながら、容器内に窒素ガスを吹
き込み完全に酸素を追い出したところで、水槽内を６５
±０．１℃にまで昇温し、次のものを添加して重合を開
始した。 アゾビスイソブチロニトリル ０．６部 メタノール １０部 重合開始から６時間後、次のものをシリンジで添加し
た。 チオグリセリン ０．４部 メタノール １部 その後、１５時間反応を続けた後に室温にまで冷却し
た。次にこの分散液８０部をフラスコにとり、イオン交
換水２０部を混合しスターラー撹拌している中に、次の
染料粉体を少量ずつ３０分かけて投入した。 オイルブラック８６０ １．８部 オイルオレンジ２０１ ０．４５部 染料投入後、そのまま室温で１０時間撹拌し、この染着
液を７５μｍのフィルターに通した。その後、この染着
液を遠心沈降し、上澄みを取り除き、メタノール７０
部、イオン交換水３０部の混合溶媒に再分散するという
工程を２回行い、最後にメタノール５０部、イオン交換
水５０部の混合溶媒に再分散した。濾別後、風乾し、体
積平均粒径５．５μｍ、個数平均粒径４．９μｍでガラ
ス転移点が６０℃の粒子を得た。

【００２３】〔実施例１〕トナー作製例１の分級品１０
０部に対し、チタニアＡ（一次粒子径１５ｎｍ）０．８
部を加え、高速混合機によって混合してトナーを得た。
キャリアａ（体積平均粒径７０μｍで真比重５．０の市
販シリコン被覆フェライトキャリア）９５部に対し、上
記トナー５部を混合し、Ｔｃ５％でα値０．５６の現像
剤を得た。上記現像剤を当社製複写機ＩＭＡＧＩＯ ４
２０によってコピーテスト（２２℃、６０％ＲＨ）を行
ったところ、初期帯電量−１８．３μＣ／ｇで良好な画
像濃度１．３９（マクベス濃度計）が得られた。さらに
２０，０００枚の連続複写を行ったところ、その間α値
は０．３９〜０．７５の範囲で変動し、ベタ画像にムラ
がなく、またカブリやクリーニング不良に基づく汚れの
ない優れた画像が得られた。さらに高温高湿（３０℃、
９０％ＲＨ）の条件下で５，０００枚の連続複写を行っ
たが、平均帯電量も−１７．９μＣ／ｇと安定し、画質
の変化は殆ど認められなかった。

【００２４】〔実施例２〕トナー作製例２の粒子１００
部に対し、チタニアＡ０．５部を加え、実施例１と同様
にしてトナーを得た。キャリアｂ（体積平均粒径６０μ
ｍで真比重５．０の市販シリコン被覆フェライトキャリ
ア）９５部に対し、上記トナー５部を混合し、Ｔｃ５％
でα値０．６０の現像剤を得た。上記現像剤を実施例１
と同様にしてコピーテストを行ったところ、初期帯電量
−２１．０μＣ／ｇで良好な画像濃度１．２５が得られ
た。さらに２０，０００枚の連続複写を行ったところ、
その間α値は０．４１〜０．７９の範囲で変動し、ベタ
画像にムラがなく特に細線再現性に優れ、またカブリや
クリーニング不良に基づく汚れのない高品位な画像が得
られた。さらに高温高湿の条件下で５，０００枚の連続
複写を行ったが、平均帯電量も−２０．５μＣ／ｇと安
定し、画質の変化は殆ど認められなかった。

【００２５】削除

【００２６】削除

【００２７】〔比較例１〕実施例１において、チタニア
Ａ０．８部の代わりに、疎水性シリカＲ９７２を０．８
部を用いた以外は、実施例１と同様にしてトナーを得
た。キャリアａ９５部に対し、上記トナー５部を混合
し、Ｔｃ５％でα値０．５６の現像剤を得た。上記現像
剤を実施例１と同様にしてコピーテストを行ったとこ
ろ、初期帯電量−２６．１μＣ／ｇで画像濃度は０．９
７と低かった。さらに２０，０００枚の連続複写を行っ
たところ、その間α値は０．４９〜０．８０の範囲で変
動し、ベタ画像にムラがなく、またカブリやクリーニン
グ不良に基づく汚れのない優れた画像が得られた。さら
に高温高湿の条件下で５，０００枚の連続複写を行った
が、平均帯電量が−５．２μＣ／ｇと大きく低下し、カ
ブリやブラシクリーニング不良に基づく地肌部の汚れが
目立った。

【００２８】〔比較例２〕実施例１において、チタニア
Ａ０．８部の代わりに、疎水性チタニアＴ８０５０．８
部を用いた以外は、実施例１と同様にしてトナーを得
た。キャリアａ９５部に対し、上記トナー５部を混合
し、Ｔｃ５％でα値０．５６の現像剤を得た。上記現像
剤を実施例１と同様にしてコピーテストを行ったとこ
ろ、初期帯電量−１６．３μＣ／ｇで画像濃度は１．１
８であった。さらに２０，０００枚の連続複写を行った
ところ、その間α値は０．３５〜０．６７の範囲で変動
したが、部分的にベタ画像に転写ムラがみられ、細字で
書かれた部分もかすれていた。またカブリも若干発生し
全体的にぼやけた画像になっていた。さらに高温高湿の
条件下でトナーディスペンス量が不足し、トナー濃度低
下のため像濃度が低下した。またトナーボックスと現像
器の間においてトナーの塊が発生した。

【００２９】〔比較例３〕キャリアａ９７部に対し、実
施例１で使用したトナー３部を混合し、Ｔｃ３％でα値
０．３３の現像剤を得た。上記現像剤を実施例１と同様
にしてコピーテストを行ったところ、初期帯電量−２
１．５μＣ／ｇで画像濃度は１．１２であった。さらに
２０，０００枚の連続複写を行ったところ、その間α値
は０．２２〜０．５１の範囲で低めで変動し、カブリや
クリーニング不良に基づく画像上の汚れはなかったが、
部分的にベタ画像に転写ムラがみられ、細字で書かれた
部分もかすれていた。

【００３０】〔比較例４〕キャリアａ９２．５部に対
し、実施例１で使用したトナー７．５部を混合し、Ｔｃ
７．５％でα値０．８７の現像剤を得た。上記現像剤を
実施例１と同様にしてコピーテストを行ったところ、初
期帯電量−１４．９μＣ／ｇで画像濃度は１．５７と高
かった。さらに２０，０００枚の連続複写を行ったとこ
ろ、その間α値は０．６８〜１．００の範囲で高めで変
動し、ベタ画像部に濃度の均一性がみられたが、カブリ
に基づく地肌部の汚れが目立った。

【００３１】〔比較例５〕実施例２において、チタニア
Ａ０．５部の代わりに、疎水性シリカＲ９７２０．５部
を用いた以外は、実施例１と同様にしてトナーを得た。
キャリアｂ９５部に対し、上記トナー５部を混合し、Ｔ
ｃ５％でα値０．６０の現像剤を得た。上記現像剤を実
施例１と同様にしてコピーテストを行ったところ、初期
帯電量−２８．４μＣ／ｇで画像濃度は０．９５と低か
った。さらに２０，０００枚の連続複写を行ったとこ
ろ、その間α値は０．５３〜０．８０の範囲で変動し、
ベタ画像にムラがなく特に細線再現性に優れ、またカブ
リやクリーニング不良に基づく汚れのない高品位な画像
が得られた。さらに高温高湿の条件下で５，０００枚の
連続複写を行ったが、平均帯電量が−６．０μＣ／ｇと
大きく低下し、カブリやブラシクリーニング不良に基づ
く地肌部の汚れが目立った。

【００３２】〔比較例６〕実施例２において、チタニア
Ａ０．５部の代わりに、疎水性チタニアＴ８０５０．５
部を用いた以外は、実施例１と同様にしてトナーを得
た。キャリアｂ９５部に対し上記トナー５部を混合し、
Ｔｃ５％でα値０．６０の現像剤を得た。上記現像剤を
実施例１と同様にしてコピーテストを行ったところ、初
期帯電量−１７．２μＣ／ｇで画像濃度は１．１４であ
った。さらに２０，０００枚の連続複写を行ったとこ
ろ、その間α値は０．４０〜０．７３の範囲で変動した
が、部分的にベタ画像に転写ムラがみられ、細字で書か
れた部分もかすれていた。またカブリも若干発生し全体
的にぼやけた画像になっていた。さらに高温高湿の条件
下でトナーディスペンス量が不足し、トナー濃度低下の
ため画像濃度が低下した。またトナーボックスと現像器
の間においてトナーの塊が発生した。

【００３３】〔比較例７〕キャリアｂ９７．５部に対
し、実施例２で使用したトナー２．５部を混合し、Ｔｃ
２．５％でα値０．２９の現像剤を得た。上記現像剤を
実施例１と同様にしてコピーテストを行ったところ、初
期帯電量−２５．２μＣ／ｇで画像濃度は０．８９と低
かった。さらに２０，０００枚の連続複写を行ったとこ
ろ、その間α値は０．１７〜０．４７の範囲で低めで変
動し、カブリやクリーニング不良に基づく画像上の汚れ
はなかったが、部分的にベタ画像に転写ムラがみられ、
細字で書かれた部分もかすれていた。

【００３４】〔比較例８〕キャリアｂ９３部に対し、実
施例２で使用したトナー７部を混合し、Ｔｃ７％でα値
０．８６の現像剤を得た。上記現像剤を実施例１と同様
にしてコピーテストを行ったところ、初期帯電量−１
６．９μＣ／ｇで画像濃度は１．５３と高かった。さら
に２０，０００枚の連続複写を行ったところ、その間α
値は０．６６〜０．９９の範囲で高めで変動し、ベタ画
像部に濃度の均一性がみられたが、カブリに基づく地肌
部の汚れが目立った。

【００３５】〔比較例９〕キャリアａ９７部に対し、実
施例３で使用したトナー３部を混合し、Ｔｃ３％でα値
０．３３の現像剤を得た。上記現像剤を実施例１と同様
にしてコピーテストを行ったところ、初期帯電量−２
５．０μＣ／ｇで画像濃度は０．９２と低かった。さら
に２０，０００枚の連続複写を行ったところ、その間α
値は０．１７〜０．４６の範囲で低めで変動し、カブリ
やクリーニング不良に基づく画像上の汚れはなかった
が、部分的にベタ画像に転写ムラがみられ、細字で書か
れた部分もかすれていた。

【００３６】削除

【００３７】削除

【００３８】削除

【００３９】

【発明の効果】以上のように、請求項１および２の発明
によれば、ともに流動性に優れ、複写初期および連続複
写後の帯電性および画像濃度が良好で、かつ、画質もベ
タ画像にムラがなく、また、カブリやクリーニング不良
による汚れのない画像が得られる。さらに、高温高湿下
においても帯電量が安定しており画質もほとんど変化し
ないなど環境依存性の小さい現像剤を得ることができ
る。また、請求項３の発明によれば、少量の微粉末添加
により上述した効果が得られる。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−172860（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−204751（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−204749（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−208241（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−27476（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−19203（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−104513（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−256052（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 9/08 - 9/10

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に微粒子を付着させたトナーとキャ
   リアから構成され、前記微粒子として少なくとも粒径１
   ６ｎｍ以下のチタニアを用い、前記トナーとキャリアの
   それぞれの濃度、比重および体積平均粒径から下記式
   （１）により算出されるα値が０．３５〜０．８０の範
   囲にあることを特徴とする静電荷像現像用現像剤。 【数１】 α＝［Ｔｃ／（１００−Ｔｃ）］（ρ₂／ρ₁）（ｒ₂／４ｒ₁） ……（１） （式中、Ｔｃはトナー濃度（重量％）、ρ₁はトナーの
   真比重、ρ₂はキャリアの真比重、ｒ₁はトナーの体積平
   均粒径（μｍ）、ｒ₂はキャリアの体積平均粒径（μ
   ｍ）を表す）
2. 【請求項２】 前記微粒子としてシリカを併用すること
   を特徴とする請求項１記載の静電荷像現像用現像剤。
3. 【請求項３】 トナーとして分散重合トナーを用いるこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の静電荷像現像用
   現像剤。