JPH0682229B2 - 静電潜像現像剤用キヤリア - Google Patents

静電潜像現像剤用キヤリア

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JPH0682229B2
JPH0682229B2 JP3001975A JP197591A JPH0682229B2 JP H0682229 B2 JPH0682229 B2 JP H0682229B2 JP 3001975 A JP3001975 A JP 3001975A JP 197591 A JP197591 A JP 197591A JP H0682229 B2 JPH0682229 B2 JP H0682229B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は静電潜像現像剤用キヤリ
ア、特に、内部に磁石を有し回転駆動される現像スリ−
ブによりトナ−と磁性キヤリアとからなる磁性現像剤を
現像領域へ搬送し、該現像領域で担体表面に担持された
静電潜像を現像する方法に適したキヤリアに関する。 【0002】 【従来の技術】従来、磁力により現像スリ−ブ表面に磁
性現像剤の磁気刷子を形成させ、該磁気刷子を静電潜像
担体として機能する感光体表面等に摺接させてその表面
に担持された静電潜像を顕像化する現像剤としては、平
均粒径100〜200μm程度の鉄粉粒子等からなる磁
性キヤリアと、平均粒径10〜20μm程度の絶縁性ト
ナ−とを混合したものが使用されていた。 【0003】しかし、この現像剤では、磁気刷子形成時
にキヤリア粒子間の磁気吸引力が強過ぎて磁気刷子の穂
が硬く、しかもキヤリア粒子が現像スリ−ブ上で連鎖状
もしくはフイン状に凝集するため、ソリッド状の現像画
像中に白スジ等を発生するなどのトラブルを生じる他、
キヤリア自体の体積固有抵抗が一般に106Ω・cm以
下と低い為、連続使用等により現像剤中のトナ−濃度が
低下すると、静電潜像担体上の電荷がキヤリアを介して
逃げてしまい、潜像が乱れ、画像に欠損等を生じたり、
キヤリアが現像スリ−ブからの注入電荷により静電潜像
担体の画像部に付着したりする問題があり、しかもキヤ
リアが静電潜像担体表面に付着した場合、キヤリア粒子
が硬いため担体表面をブレ−ドクリ−ナ等で清掃する
際、担体表面が損傷する欠点があった。また、この現像
剤では、ある意味ではエッジ効果があまり得られず、細
線の再現がシャ−プでないという欠点があった。 【0004】このキヤリアの抵抗が低いことによる問題
は、キヤリア粒子を樹脂等の絶縁性材料で被覆すること
によってある程度解決できるが、磁気刷子の穂が硬く現
像画像に白スジが発生する問題はそのまま残されてお
り、しかも抵抗が低い場合とは逆に、キヤリアに摩擦帯
電による電荷が蓄積し過ぎ、トナ−に与える帯電量が変
動して現像剤の寿命が短かくなったり、また一方で静電
潜像担体上の非画像部にキヤリアが付着し、担体表面を
同様に損傷するなどの問題がある。 【0005】他方、鉄粉等の磁性体単体からなるキヤリ
アの欠点を解決する手段として、磁性体微粉末を樹脂な
どの絶縁性材料に分散させた平均粒径5〜30μmのバ
インダ型キヤリアが、例えば、特開昭54−66134
号公報により提案され、実用に供されている。この種の
バインダ型キヤリアは、一般の現像装置における磁場中
での磁化が約1000ガウス程度と押並べて低く、ソフ
トな穂を形成することができ、キヤリアによる白スジの
発生のない優れた画像を得ることができる利点を有して
いる。 【0006】しかしながら、この種のバインダ型キヤリ
アは、最近要求されている高速現像を行なう場合、現像
スリ−ブの発熱が問題になるばかりでなく、トルクの大
きなモ−タを使用しなければならず、現像装置のコスト
が高くなるという難点があった。すなわち、バインダ型
キヤリアを含有してなる現像剤を使用する現像装置は、
通常、現像スリ−ブ内に配設された磁石を回転させるこ
とにより、現像剤で磁気刷子を形成させると同時に、そ
の穂を現像スリ−ブ表面上で回転させて現像剤を搬送さ
せる形態にすることが望まれている。しかし、磁石の回
転が低速であつた場合、磁石の回転に伴なう磁極の変化
に対応して現像ムラが発生し易く、この現像ムラは現像
速度(静電潜像担体の移動速度)が速くなる程増大する傾
向を示し、これを防止するためには磁石の回転速度をで
きるだけ速くする必要がある。一般に、磁石の回転速度
は1000〜2500rpmの範囲に設定されているが、高速現像
を行なう場合には、静電潜像担体の移動速度に対応して
より高速度にしなければならず、その結果、現像スリ−
ブ中に発生するうず電流が増大することになり、高速現
像になればなるほど現像スリ−ブの高温発熱が生ずるば
かりでなく回転駆動負荷が増大し、トルクの大きなモ−
タを使用しなければならないからである。なお、市販の
電子写真複写機においては、磁石を高速回転させるだけ
でなく現像スリ−ブも補助的に回転させる方式の現像装
置を採用するものもあるが、この方式でも高速現像時に
おける前記問題はさけられなかった。 【0007】磁石を回転させる方式とは逆に磁石を固定
とし、現像スリ−ブのみを回転させる方法 (以下、現像
スリ−ブ回転式という) は磁石回転に起因する問題を生
じることがない。従つて、磁石回転方式で使用されるバ
インダ型キヤリアを現像スリ−ブ回転式において使用す
ることによって磁気凝集による白スジのない画像を得る
と共に、磁石回転に伴う欠点をも解消しようとする試み
が考えられるが、磁石回転方式で使用できるバインダ型
キヤリアを含有してなる現像剤を現像スリ−ブ回転方式
にそのまま流用したとしても、現像スリーブ回転方式に
おいては現像スリーブが高速回転させられるため、静電
潜像担体表面の非画像部に飛散したキヤリアが多量に付
着し、実用上で大きな支障が生じることが経験されてお
り、その試みも実用化されるに到つていないのが現状で
ある。 【0008】また、上述したキャリア付着の問題を解決
するために、キャリアの磁性体微粉末含有量を増加させ
ることが考えられるが、単に含有量を増加させるだけで
は、キャリアの体積固有抵抗が低下してしまうため、現
像剤中のトナー濃度が低下した際に、画像部へのキャリ
ア付着の問題が生じてしまう。 【0009】従って、本発明は、基本的には、内部に磁
石を有する現像スリ−ブを回転させることによりトナ−
と磁性キヤリアからなる磁性現像剤を搬送させ、静電潜
像担体表面に担持された静電潜像を現像する現像スリ−
ブ回転式現像法において、高速現像時のキャリアの磁気
凝集を防止すると共に、キャリアの静電潜像担体への付
着を防止することを目的とするものである。 【0010】 【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するための手段として、磁性キヤリアを、酸価または
OH価が5〜200mgKOH/gであるバインダ樹脂
に磁性体微粉末を分散させ、磁性体微粉末の含有量をバ
インダ樹脂100重量部に対し350〜800重量部と
し、体積固有抵抗を1012Ω・cm以上にするようにし
たものである。 【0011】本発明の好ましい実施態様においては、キ
ヤリアの凝集と静電潜像担体への付着防止をより完全に
するため、キヤリアの平均粒径が重量平均粒径で35〜
100μmの範囲に設定される。 【0012】本発明に係る磁性キヤリアは、磁性体微粉
末を絶縁性バインダ樹脂中に分散させることにより製造
し得るが、磁性体微粉末としては体積固有抵抗が107
Ω・cm以上のフエライトが好適である。具体的には、
フエライトとしては、例えば、特公昭57−19055
号公報に記載の一般式:MαFeβy(式中、MはM
n,Ni,Co,Mg,Cu,ZnおよびCdからなる
群から選ばれた少なくとも一種の原子を示し、α=(1
−x)(1−y)/(1+x)、β=(2x)(1−
y)/(1+x)、0.5≦x≦1、0.1≦y≦0.
571である。)で示されるフエライトなどがあげられ
る。 【0013】また、バインダ樹脂としてはフエライト上
の水酸基と相互作用を有する極性基を有する樹脂が好適
である。具体的には、カルボキシル基、水酸基、グリシ
ジル基、アミノ基などの極性基を有するアクリル系樹
脂、例えば、メタクリル酸、アクリル酸、マレイン酸、
イタコン酸などの不飽和酸; ヒドロキシポリプロピレン
モノメタクリレ−ト、ポリエチレングリコ−ルモノメタ
クリレ−トなどの水酸基を有するモノマ−; ジメチルア
ミノエチルメタクリレ−トなどアミノ基を有するモノマ
−; グリシジルメタクリレ−トなどを、アクリル酸低級
アルキルエステルおよび/またはスチレンと共重合させ
たものがあげられる。また、ポリエステル樹脂、例え
ば、エチレングリコ−ル、トリエチレングリコ−ル、
1,2−プロピレングリコ−ル、1,4ブタンジオ−ル
などのポリオ−ルと、ジカルボン酸、例えば、マレイン
酸、イタコン酸、マロン酸などを縮合させて得られるポ
リエステル樹脂、さらにはエポキシ樹脂があげられる。 【0014】 【作用】キャリアの磁性体微粉末とバインダ樹脂をバイ
ンダ樹脂100重量部に対して磁性体微粉末350〜8
00重量部の割合で配合することにより、現像スリ−ブ
回転式現像法に於けるキヤリアの磁気凝集を防止すると
同時に、トナ−との摩擦により帯電したキヤリアが静電
潜像担体表面の非画像部に付着するのを防止し、また、
バインダ樹脂として酸価またはOH価が5〜200mg
KOH/gである樹脂を使用することにより、磁性体微
粉末の割合の増加に基づく磁性体微粉末のバインダ樹脂
に対する相溶性の悪化を防止し、かつ、前記条件との相
関条件として、キヤリアの体積固有抵抗を1012Ω・c
m以上とすることにより、適度なエッジ効果を得、か
つ、現像スリ−ブからキヤリアへの注入電荷による画像
乱れや静電潜像担体表面の画像部へのキヤリア付着を防
止する。 【0015】本発明に係るバインダ型キヤリアを前記特
性を有するものに限定したのは次の理由による。磁性体
微粉末の含有量をバインダ樹脂100重量部に対し35
0〜800重量部としたのは、バインダ樹脂100重量
部に対する磁性体微粉末の割合が350重量部未満で
は、現像スリーブ回転式現像法においてキャリア飛散が
生じ易くなり非画像部へのキャリア付着が生じ、また、
800重量部を越えると、キャリアの体積固有抵抗が低
下すると共に、キャリアが脆くなるからである。 【0016】また、バインダ樹脂の極性基、即ち、酸価
またはOH価を5〜200mgKOH/gとしたのは、
酸価またはOH価が5mgKOH/g未満では、磁性体
微粉末のバインダ樹脂に対する相溶性を十分に改善する
ことができなくなり、キャリアの体積固有抵抗の低下を
招き、200mgKOH/gを越えると、耐湿性に問題
を生じる他、環境安定性に乏しくなるため抵抗値や帯電
量の低下が起こり易くなるからである。 【0017】キヤリアの体積固有抵抗を1012Ω・cm
以上としたのは、次の理由による。即ち、現像剤中のト
ナ−の含有量を多く(一般に5wt%以上)すれば、ト
ナ−が絶縁性であるため現像剤の体積固有抵抗を高くす
ることができ、従って、キヤリアが108〜1012Ω・
cmとやや低い体積固有抵抗のものでも使用可能ではあ
るが、キャリアの体積固有抵抗が1012Ω・cm未満で
は、エツジ効果が適度に得られず、また現像剤中のトナ
−の含有量が少なくなつた場合には注入電荷によるキヤ
リアの多量付着がさけられないので好ましくないからで
ある。 【0018】キヤリアの平均粒径を重量平均で35〜1
00μmとしたのは、35μm未満では静電潜像担体へ
のキヤリア付着が生じ易くなり、100μmを超えると
鮮明な画像が得られなくなるからである。 【0019】以下、実施例について説明する。 【0020】 【実施例】 実施例1:スチレン100重量部、ブチルメタクリレ−
ト90重量部、メタクリル酸4重量部、アゾビスイソブ
チロニトリル3.4重量部からなる混合物をキシレン2
00重量部に溶解させた後、窒素気流中100℃で20
分間予備重合させた後、70℃まで冷却し、その温度で
4時間重合させ、数平均分子量(Mn)20000、重
量平均分子量(Mw)44000、酸価14mgKOH
/gの共重合樹脂を得た。次に、この共重合樹脂100
重量部と、Zn系フエライト(最大磁化:72emu/
g、Hc:110、体積固有抵抗:3×108Ω・c
m、平均粒径:0.6μm)500重量部と、カ−ボン
ブラツク(ケツチエンブラツクEC、ライオンアクゾ
(株)製)2.0重量部と、シリカ(アエロジル#20
0、アエロジル(株)製)1.5重量部を配合し、この
組成物を加熱、混練し、冷却後、粉砕、分級して、平均
粒径60μmのキヤリアAを得た。 【0021】また、これとは別に、前記モノマ−組成に
おいてメタクリル酸の重量比を変え、酸価がそれぞれ
5、50、100、200mgKOH/gの共重合樹脂
を得、各共重合樹脂を用いて前記キヤリア組成で平均粒
径60μmのキヤリアB、C、D、Eを製造した。 【0022】実施例2:スチレン100重量部、ブチル
メタクリレ−ト20重量部、ヒドロキシポリエチレング
リコ−ル(ブレンマ−PE350、日本油脂(株)製)
10重量部、過酸化ベンゾイル0.1重量部を混合し、
この混合物を窒素気流中100℃で20分間予備重合さ
せた後、オ−トクレ−ブ中85〜90℃で40Kg/c
2の加圧下で4時間重合させ、数平均分子量(Mn)
6000、重量平均分子量(Mw)15000、OH
価:21mgKOH/gの共重合樹脂を得た。また、こ
れとは別に、前記モノマ−組成においてヒドロキシポリ
エチレングリコ−ルの重量比を変え、OH価がそれぞれ
5、50、100、170mgKOH/gの共重合樹脂
を得た。各共重合樹脂を用いて前記キヤリア組成で平均
粒径60μmのキヤリアF、G、H、I、Jを製造し
た。 【0023】実施例3:ポリオキシプロピレン(2、
2)−2、2−ビス(4−ヒドロキシフエニル)プロパ
ン700重量部と、テレフタル酸97.2重量部を入れ
た撹拌機付きの反応容器をマントルヒ−タ中に置き、窒
素雰囲気にして昇温し、0.05gのジブチル錫オキシ
ドを加えて反応させた。さらに、無水1、2、4−ベン
ゼンカルボン酸15.6gを加えて反応させ、軟化点1
20℃、ガラス転移点58℃、酸価18mgKOH/
g、OH価40mgKOH/gのポリエステル樹脂を得
た。この樹脂を用いて前記キヤリア組成で平均粒径60
μmのキヤリアKを製造した。また、このキヤリアKの
組成に2.5重量部の酸化型ポリプロピレン(酸価19
mgKOH/g)を添加して、同様に平均粒径60μm
のキヤリアLを製造した。 【0024】比較例1:無極性のスチレンブチルメタク
リレ−トSMB73(Mn:10000、Mw:280
00、三洋化成(株)製)を用いて前記キヤリア組成で
平均粒径60μmのキヤリアMを製造した。 【0025】比較例2:実施例1のキヤリアAの組成に
おいて、磁性体微粉末としてマグネタイトEPT−10
00(Hc:110エルステツド、最大磁化:62em
u/g、体積固有抵抗2×107Ω・cm、戸田工業
(株)製)500重量部を用いた以外は同じ成分組成、
方法で平均粒径60μmのキヤリアNを製造した。 【0026】実施例4:エポキシ樹脂エピコ−ト100
7(OH価:11mgKOH/g、シエル化学(株)
製)を用い、実施例1のキヤリア組成で平均粒径60μ
mのキヤリアOを製造した。 【0027】実施例5:実施例1のキヤリアAの組成に
おいて、実施例1で得た共重合樹脂と比較例1の無極性
スチレンブチルメタクリレ−トSBM73とを1:1で
混合して同量用いた以外は同じ成分組成、方法で平均粒
径60μmのキヤリアPを製造した。 【0028】このようにして得た各キヤリアについて、
体積固有抵抗を測定した。それらの結果を表1に示す。
なお、体積固有抵抗は285g/cm2の荷重の下で5
000V/cmの電圧を印加し、電圧印加後10秒後の
測定値である。 【0029】 【表1】 第 1 表 No 組 成 体積固有抵抗 磁性体微粉末 樹 脂 酸価 OH価 (Ω・cm) A フエライト 酸基含有 14 − 4×1014 スチレンアクリル B 〃 〃 5 − 5×1012 C 〃 〃 50 − 6×1014 D 〃 〃 100 − 8×1014 E 〃 〃 200 − 9×1014 F 〃 水酸基含有 − 21 2×1013 スチレンアクリル G 〃 〃 − 5 2×1012 H 〃 〃 − 50 6×1013 I 〃 〃 − 100 8×1013 J 〃 〃 − 170 9×1013 K 〃 ポリエステル 18 40 6×1014 L 〃 ポリエステル + 〃 〃 7×1014 酸価型ワックス M 〃 スチレンアクリル − − 7×107 N マグネタイト 酸基含有 14 − 8×1011 スチレンアクリル O フエライト エポキシ − 11 6×1012 P 〃 酸基含有 7 − 2×1014 スチレンアクリル + スチレンアクリル 【0030】この表1からも明らかなように、キヤリア
中に磁性体微粉末を高充填したとしても、キヤリアの体
積固有抵抗の低下を生じさせないためには、樹脂が極性
基を含有していることが重要であることが判るが、その
中でも酸基を含有している場合の低下が最も少なく、次
いで水酸基、グリシジル基の順になる。 【0031】表1中、キヤリアMの体積抵抗値が低いの
は、極性基を含有しないスチレンアクリル樹脂が使用さ
れているため、フエライト微粉末と樹脂との相溶性が悪
いことが原因であると考えられる。一方、キヤリアNの
体積抵抗値が低いのは、磁性体微粉末としてフエライト
微粉末でなく、マグネタイト微粉末が使用されているた
めだと考えられる。なお、推定ではあるが、フエライト
微粉末が使用されている方が体積抵抗値が高い原因とし
ては、一般的にフエライトの方がマグネタイトよりも抵
抗が高いこと、更には、フエライトの方が極性基を含有
する樹脂との相溶性に関して良好であり、キヤリア製造
時における混練時の混練性が良いこと等々が挙げられ
る。 【0032】また、前記各キヤリアを負帯電性トナ−
(体積固有抵抗1015Ω・cm以上、平均粒径:12μ
m)と重量比100:5の割合で混合し、静電潜像現像
用2成分系現像剤を調製した。各現像剤を図1の現像装
置を備えた電子写真複写機に装填し、感光体表面上の静
電潜像を現像し、転写紙上に形成された画像および静電
潜像担体である感光体表面上の現像画像を観察した。 【0033】なお、前記現像装置は、50μm厚のセレ
ン系光電層を表面に形成した感光体ドラム1と、その表
面との間に微小間隙をおいて回転可能に配設された現像
スリ−ブ2と、現像スリ−ブ内にそれと同軸に固設され
た8極の磁性ロ−ラ3と、現像剤を撹拌してトナ−とキ
ヤリアに摩擦帯電をおこさせると共に、該現像剤を現像
スリ−ブの周面に供給するバケットロ−ラ4とからな
り、現像スリ−ブ2の回転により磁性ロ−ラ3の磁力を
作用を受けて現像剤の磁気刷子を形成させると共に、感
光体ドラム1の現像領域へ現像剤を搬送しつつ穂高規制
ブレ−ド5で磁気刷子の穂高を規制し、現像領域で感光
体ドラム表面に担持された静電潜像を現像するものであ
り、現像画像は転写紙上に転写された後、定着されるよ
うになつている。なお、現像条件等は次の通りである。
即ち、感光体ドラムの周速度は26cm/秒、光導電層
上の静電潜像の最高電位は+650V、現像スリ−ブの
バイアス電圧は+150V、現像スリ−ブの直径は37
mm、現像スリ−ブの回転速度は250rpm(現像ス
リ−ブの周速度:48cm/秒)、磁石の磁極における
磁束密度は1000ガウスである。 【0034】本発明に係る磁性キヤリアA〜L、O、P
を含有してなる現像剤では、転写紙上の定着された文字
画像の周辺部にキヤリア付着、あるいはトナ−付着によ
るカブリは全く認められず、また、画像部へのキヤリア
付着、更にはソリッド画像に白スジも認められず、現像
スリ−ブ上での現像剤の凝集も全く認められなかった。
また、得られた画像は、エツジ効果の適度にきいたシヤ
−プな画質のものであった。 【0035】なお、前記キヤリア中、特にキヤリアLに
関して前記実験を長期に渡り連続的に繰返したところ、
A4サイズにして60000枚相当の静電潜像の現像を
行つた時点においても、キヤリア自体の帯電量の異常上
昇(キヤリア中での電荷の蓄積)もなく、トナ−の帯電
量が常時安定することから、絶えず下地カブリもなく、
良好な画質の画像が得られることが確認されている。こ
れは、キヤリアが高抵抗でありながら、いわゆるバイン
ダ型であることに依拠して、キヤリアの表面に存在する
磁性体微粉末が、キヤリア中の電荷の一部を適度にリ−
クさせる機能を果すからだと思われる。 【0036】これに対し、体積固有抵抗の低い比較例1
および2のキヤリアM,Nを含有してなる現像剤では、
トナ−濃度が抵下した際に感光体の画像部へのキヤリア
付着に起因する画像の欠損等を生じ、また細線の再現性
も不十分なものであった。 【0037】実施例6:実施例3のポリエステル樹脂1
00重量部に対し、実施例1のZn系フエライトを第2
表に示す割合で混合した以外は実施例1と同様にして平
均粒径40μmのキヤリアを得た(いずれのキヤリアの
体積固有抵抗も1012Ω・cm以上である。)。このキ
ヤリアを前記実施例で用いたトナ−とを100:5で混
合して現像剤を調製し、図示の現像装置を用いて前記条
件下で実験を行なった。それらの結果も表2に示す。 【0038】 【表2】 表2 磁性体微粉末量 (樹脂100に対する 200 300 400 500 600 900 重量部) 現像スリ−ブ上での 若干 磁気凝集の程度 良好 良好 良好 良好 良好 凝集発生 感光体の非画像部へ のキヤリア付着によ 有 有 無 無 無 − るカブリ 【0039】表2の結果から、本発明の磁性キヤリア
は、現像スリ−ブ上で磁気凝集を生じたり、感光体の非
画像部へのキヤリア付着によるカブリを生じたりするこ
とがないことがわかる。 【0040】 【発明の効果】以上説明したように、本発明は、現像ス
リーブ回転式の現像法において高速現像を行っても、キ
ャリアの磁気凝集を防止すると同時に、キャリアの静電
潜像担体への付着を防止でき、白スジがなく、しかもエ
ッジ効果のきいたシャープな画像を得ることができると
いう優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】 【図1】 現像装置の概略説明図である。 【符号の説明】 1 感光体ドラム 2 現像スリ−ブ 3 磁石ロ−ラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−155553(JP,A) 特開 昭58−105166(JP,A) 特開 昭55−32073(JP,A) 特公 昭54−27878(JP,B2) 米国特許4284702(US,A)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)内部に磁石を有する現像スリ−ブを回転させるこ
    とによりトナ−と磁性キヤリアからなる磁性現像剤を搬
    送させ、静電潜像担体表面に担持された静電潜像を現像
    する方法に使用される磁性キヤリアにおいて、前記キヤ
    リアが、磁性体微粉末を酸価またはOH価が5〜200
    mgKOH/gであるバインダ樹脂に分散させてなる粒
    子からなり、前記磁性体微粉末の含有量がバインダ樹脂
    100重量部に対し350〜800重量部で、体積固有
    抵抗が1012Ω・cm以上であることを特徴とする静電
    潜像現像剤用キヤリア。
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