JPH09258489A - 現像剤用磁性キャリア - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】トナーに対する帯電付与能力が高く、かつキャ
リア付着が少なく、高画質の画像を形成し得る二成分系
の現像剤用磁性キャリアを提供する。 【解決手段】トナーと混合されて磁性現像剤を形成し、
像担持体上に形成された静電荷像の現像に使用される現
像剤用磁性キャリアにおいて、平均粒径ｄを２０〜１３
０μｍに、かつ比表面積Ｓ（ｍ² ／ｇ）を 0.178− 7.7
×１０^-4ｄ≦Ｓ≦ 0.314−１２×１０^-4ｄに形成する。
また基本組成を（Ｍ・Ｏ）_100-X ・（Ｆｅ₂ Ｏ₃ ）
_x （但し、ＭはＣｕ＋ＺｎまたはＬｉ＋Ｍｎ、ｘ＝５５
〜８０モル％）に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真プリン
タ、ファクシミリ等において使用される静電荷像の現像
剤の構成要素である現像剤用磁性キャリア、特にトナー
に対する帯電付与能力が高く、かつキャリア付着が少な
く、高画質の画像を形成し得る乾式二成分系の現像剤用
磁性キャリアに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来電子写真法を応用したプリンタ、フ
ァクシミリ等においては、例えば円筒状に形成した感光
体ドラム上に情報に対応した静電荷像を形成し、感光体
ドラムと対向して設けた永久磁石部材を内蔵する現像ロ
ールにより、トナーと磁性キャリアとを混合してなる二
成分系の磁性現像剤を吸着搬送し、現像領域において磁
気ブラシを形成すると共に、この磁気ブラシによって前
記感光体ドラム上の静電荷像形成面を摺擦し、トナー像
として顕像化する。そしてこの顕像化したトナー像を記
録紙に転写した後、熱定着するのが最も一般的な手段で
ある。

【０００３】上記の二成分系の磁性現像剤においては、
トナーと磁性キャリアとを混合攪拌して相互の摩擦帯電
によりトナーを所定極性に帯電させ、感光体ドラムの表
面に形成された静電荷像に静電的に付着させることによ
り、静電荷像を現像するのである。従って現像ロールの
表面に滞留してトナーを帯電させる磁性キャリアとして
は、トナーに対する帯電付与能力の高いものが要求され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の二成分系の磁性
現像剤を構成するトナーと磁性キャリアとは、流動性を
向上させると共に、凝集を防止するために球形状に形成
することが好ましい。しかしながら球形状に形成した磁
性キャリアは、表面が平滑であると共に、比表面積が小
であるため、トナーに対する帯電付与能力が小さくなら
ざるを得ない。このため磁性現像剤中のトナー濃度を低
くする必要があり、磁性現像剤中の磁性キャリアの量が
相対的に多くなり、感光体ドラム上にキャリアが付着し
易くなる。このため画質が低下するという問題点があ
る。

【０００５】一方近年においては、デジタル潜像方式の
画像形成装置に代表されるように、画像の高精細化が要
求されるため、磁性現像剤中のトナーは従来の平均粒径
１０〜１２μｍから７〜９μｍのように小粒径のものが
使用されるようになってきている。従って磁性現像剤を
構成する磁性キャリアもトナーとの接触面積を増大させ
るために小粒径のものを使用する必要がある。

【０００６】この場合、磁性キャリアが現像ロールの表
面に吸着保持されるための磁力は、磁性キャリアの粒径
の３乗に比例するから、小粒径のものである程磁力が小
さく、感光体ドラムの表面に付着し易くなる。従って従
来においては、トナーに対する帯電付与能力が高く、か
つキャリア付着が少ない磁性キャリアを得ることが困難
であるという問題点があった。

【０００７】本発明は上記従来技術に存在する問題点を
解決し、トナーに対する帯電付与能力が高く、かつキャ
リア付着が少なく、高画質の画像を形成し得る二成分系
の現像剤用磁性キャリアを提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明においては、トナーと混合されて磁性現像
剤を形成し、像担持体上に形成された静電荷像の現像に
使用される現像剤用磁性キャリアにおいて、平均粒径ｄ
を２０〜１３０μｍに、かつ比表面積Ｓ（ｍ² ／ｇ）を
0.178− 7.7×１０^-4ｄ≦Ｓ≦ 0.314−１２×１０^-4ｄ
に形成する、という技術的手段を採用した。

【０００９】本発明において、基本組成を（Ｍ・Ｏ）
_100-X ・（Ｆｅ₂ Ｏ₃ ）_x （但しＭはＣｕ＋Ｚｎまたは
Ｌｉ＋Ｍｎ、ｘ＝５５〜８０モル％）に形成することが
できる。

【００１０】本発明において、磁性キャリアの平均粒径
が２０μｍより小であると、像担持体の表面に付着し易
く、一方平均粒径が１３０μｍより大であると画像が荒
れ易くなるため好ましくない。

【００１１】次に磁性キャリアとしては、キャリア付着
を防止するために、飽和磁化が３０emu/g 以上のものが
好ましい。また磁性キャリアの体積固有抵抗は、１０³
〜１０¹³Ω・cmとするのが好ましい。体積固有抵抗の値
が低すぎるとキャリア付着が生じ易く、一方体積固有抵
抗の値が高すぎると、現像電極効果が小さくなり、画像
濃度が低下するため、何れも好ましくない。

【００１２】上記の磁性キャリアとしては、鉄粉（酸化
処理鉄粉、還元鉄粉など）、マグネタイト、フェライ
ト、あるいはこれらの粒子を結着樹脂中に分散させた粒
子を使用できるが、これらの内では化学的に安定であ
り、使用中における体積固有抵抗の変化が少なく、また
見掛密度が小さいフェライト粒子が望ましい。

【００１３】フェライトキャリアは、適当な金属酸化物
（ＭＯ、但しＭはＮｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｃｕ，Ｌ
ｉ，Ｂａ，Ｖ，Ｃｒ，Ｃａ等）と３価の鉄酸化物（Ｆｅ
₂ Ｏ₃）との焼結体であり、種々の組成のものが知られ
ているが、トナーに対する帯電付与能力や磁気的特性な
どの点からＣｕ−Ｚｎ系フェライトが好ましい。またＺ
ｎ，Ｂａ等の人体に有害な元素を含まないＬｉ−Ｍｎ系
フェライトも有効に使用できる。

【００１４】なおＣｕ−Ｚｎ系フェライトまたはＬｉ−
Ｍｎ系フェライトは、高画質の画像を得るための電気的
特性や磁気的特性を確保するために、上述した通り（Ｍ
Ｏ） _100-X ・（Ｆｅ₂ Ｏ₃ ）_x （Ｍ＝Ｃｕ＋Ｚｎまたは
Ｌｉ＋Ｍｎ、ｘ＝５５〜８０モル％）で表される基本組
成を有することが好ましい。この基本組成の他に、焼結
密度の向上や結晶組織の微細化を図るために、Ａｓ，
Ｖ，Ｂｉ，Ｓｂ，Ｂ，Ｓｉ，Ｃａ等の金属酸化物を少量
（ 0.1〜 1.5重量％）添加してもよい。

【００１５】上記のフェライトキャリアは、所定の金属
酸化物と酸化鉄および必要に応じて金属化合物を所定量
秤量して混合し、この混合物を８００〜１０００℃で数
時間仮焼し、その後数μｍ以下に粉砕し、次いで必要に
応じて粘結剤を加えてから、加熱雰囲気中で噴霧乾燥し
て造粒し、得られた球状粒子を１０００〜１３００℃の
温度で焼結し、その後解砕、分級を行うことによって製
造することができる。

【００１６】更に磁性キャリアと混合させるべきトナー
の組成は通常使用されるトナーと同様に、結着樹脂（ス
チレン−アクリル系共重合体、ポリエステル樹脂等）、
着色剤（カーボンブラック等、但し後述する磁性粉とし
てマグネタイトを使用する場合には特に添加しなくても
よい）を必須成分とし、任意成分として磁性粉（マグネ
タイト、ソフトフェライト等）、帯電制御剤（ニグロシ
ン、含金属アゾ染料等）、離型剤（ポリオレフィン
等）、流動化剤（疎水性シリカ）を含有（内添および／
または外添）したものを使用できる。

【００１７】なお磁性トナーとする場合は、磁性粉が多
いと定着性が低下するので、７０重量％以下の磁性粉量
とするのが好ましく、より好ましくは２０〜５０重量％
である。また着色剤を適宜選定することにより、カラー
トナーとすることもできる。

【００１８】次に上記トナーとしては、磁性若しくは非
磁性の何れのものでもよいが、転写性を向上させる点か
ら体積固有抵抗が１０¹⁴Ω・cm以上の絶縁性のものが好
ましく、またキャリアやドクターブレードなどとの摩擦
により帯電し易いもの（摩擦帯電量が絶対値で１０μｃ
／ｇ以上）が好ましい。なおトナーの平均粒径は高精細
画像を得るために、平均粒径を５〜１０μｍに形成する
のが好ましい。なお磁性現像剤中のトナーの混合比率
は、磁性トナーの場合には１０〜９０重量％、非磁性ト
ナーの場合には２〜１０重量％とするのがよい。

【００１９】比表面積はマイクロメリティックス社製の
比表面積測定装置（ＲＡＰＩＤ ＳＵＲＦＡＣＥＡＲＥ
Ａ ＡＮＡＬＹＳＥＲ ２２００）を用い、ＢＥＴ吸着
法に従って測定した。すなわち試料を約１０ｇ精秤し、
窒素ガスで２００°Ｃ、３０分間脱ガスを行ない、液体
窒素を用いて窒素ガスを吸着させた。

【００２０】次に上記磁化の値の測定は、振動試料型磁
力計（東英工業製ＶＳＭ−３型）を使用し、平均粒径
（体積）は、粒度分析計（コールターエレクトロニクス
社製コールターカウンターモデルＴＡ−II）を使用して
測定した。

【００２１】また上記体積固有抵抗の値は、試料を適当
量（１０数ｍｇ）秤取し、ダイヤルゲージを改良した内
径3.05mmのテフロン（商品名）製シリンダ中に充填し、
0.1kgの荷重下、キャリアの場合はＤ．Ｃ．１００Ｖ／
ｃｍの電場を、そしてトナーの場合はＤ．Ｃ．４０００
Ｖ／cmの電場を印加して測定し、抵抗値を算出した。

【００２２】抵抗の測定には横河ヒューレットパッカー
ド製４３２９型絶縁抵抗計を使用した。またトナーの摩
擦帯電量は、まずフェライトキャリア（日立金属製 Ｋ
ＢＮ−１００）とトナーとをトナー濃度５重量％に調整
した現像剤をよく混合し、ブロー圧 1.0ｋｇｆ／cm² で
トナーをブローし、これをブローオフ粉体帯電量測定器
（東芝ケミカル製 ＴＢ−２００型）により測定した。

【００２３】本発明の磁性キャリアを構成成分とする現
像剤の搬送方式は特に限定されないが、現像剤を構成す
る磁性キャリアの磁気的凝集を防止するために、少なく
ともスリーブを回転させる方式が望ましい。従ってスリ
ーブのみを回転させる方式の他に、スリーブと永久磁石
部材とを同方向に回転させる方式（例えば特公昭５７−
１２１４８号公報参照）若しくは逆方向に回転させる方
式でもよい。

【００２４】現像ギャップ（現像位置における画像担体
とスリーブとのギャップ）は、磁気ブラシと画像担体と
の接触幅を確保するために、 2.0mm以下とする必要があ
り、磁気ブラシが画像担体に軟かく接触するために、
0.1mm以上とすることが望ましい。好ましい範囲は 0.2
〜 1.0mmである。またドクターギャップは、上記現像ギ
ャップに応じて設定すればよい。

【００２５】上記のように磁性キャリアの平均粒径およ
び比表面積を特定の範囲に形成することにより、トナー
に対する帯電付与能力を高め得ると共に、キャリア付着
が少ない高画質の画像が得られるのである。

【００２６】なお磁性キャリアの比表面積の調整は、磁
性キャリアの製造工程中における焼結条件、就中焼結温
度の制御によって行う。

【００２７】

【実施例】まず表１に示す原料を配合してミキサーで均
一混合し、次いで大気中９００℃で仮焼後、ボールミル
で粉砕したスラリーを熱風中で噴霧乾燥してペレットと
し、これを大気中において夫々の温度で焼結、解砕、分
級して磁性キャリアを作製した。夫々の磁性キャリアの
物理的特性、電気的特性および磁気的特性を表１に併記
する。

【００２８】次にトナーは次のようにして作製した。す
なわち重量部でビスフェノールＡ型ポリエステル（Ｍｗ
＝19,600、Ｍｎ＝2,000 ）９２部、カーボンブラック
（三菱化成製 ＃５０）５部、ポリピロピレン（三洋化
成製 ＴＰ３２）２部および荷電制御剤（オリエント化
学製 ボントロンＥ８８）１部を乾式混合後、ニーダに
よって加熱溶融混練し、冷却固化させ、ジェットミル等
で粉砕し、分級により平均粒径８μｍのトナー粒子とし
た。次にこのトナー粒子に疎水性シリカ（日本アエロジ
ル製 Ｒ９７２） 0.5部を添加して、Ｖ型ミキサーで混
合することにより、疎水性シリカをトナー粒子の表面に
分散固定し、体積固有抵抗１０¹⁴Ω・cm、摩擦帯電量−
３５μｃ／ｇのトナーとした。

【００２９】上記トナーを前記の磁性キャリアと混合し
てトナー濃度５重量％の二成分系現像剤とし、画像形成
を行い、画像評価した結果を表１に併記する。この場
合、感光体ドラムはＯＰＣにより形成し、表面電位−６
００Ｖ，周速６０mm／秒とした。現像ロールは永久磁石
部材（４極非対称着磁、現像用主磁極の表面磁束密度８
００Ｇ、他の磁極の表面磁束密度６００Ｇ）固定，ＳＵ
Ｓ３０４製外径２０mmスリーブ回転（１５０r.p.m.）と
した。

【００３０】なお現像ギャップは 0.4mm、ドクターギャ
ップは 0.3mmとし、バイアス電圧−５００Ｖを印加して
画像形成を行った。得られたトナー像は普通紙にコロナ
転写後、オイルレスタイプの熱ロール定着（定着温度１
６０℃、線圧１kg／cm）を行った。環境条件は２０℃、
６０％Ｒ．Ｈ．であった。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１において、組成の欄のＭ，Ｍ′，Ｍ″
は夫々金属元素を表している。また画質の欄の地カブリ
は、0.05以下であれば良好と認められる。なお画質の欄
の中間調、キャリア付着およびトナー飛散の評価記号
は、○：優、△：良、×：可を夫々示している。

【００３３】表１から明らかなように、比較例であるN
o. １６〜２０の磁性キャリアを構成要素とするものに
おいては、画像濃度は良好であるものの、地カブリが認
められると共に、中間調、キャリア付着およびトナー飛
散の評価において不都合が認められる。これに対して本
発明のNo. １〜１５の磁性キャリアを構成要素とするも
のにおいては、何れも優れた画質の画像が得られてい
る。

【００３４】図１は磁性キャリアの平均粒径と比表面積
との関係を示す図であり，前記表１に示す数値を図化し
たものである。図１において、曲線ａ〜ｄは夫々表１に
おけるNo. １〜５、No. ６〜１０、No. １１〜１５およ
びNo. １６〜２０に対応するものである。すなわち曲線
ａ〜ｃのものは何れも曲線ｄのものより比表面積が大で
あることが認められる。

【００３５】これは曲線ｄで示される従来の磁性キャリ
アは、粒子の表面が滑らかに形成されているのに対し、
曲線ａ〜ｃで示される本発明の磁性キャリアは、粒子の
表面に凹凸が存在することによる。このためトナーとの
接触面積が増大し、トナーに対する帯電付与能力が増大
するものと考えられる。このような磁性キャリアは、表
１に示すように従来のものより低温度において焼結する
ことによって得られる。

【００３６】図１において良好な画質が得られる範囲
は、平均粒径が２０μｍおよび１３０μｍにおける垂直
線と、直線Ａ，Ｂとによって囲まれる領域である。そし
て直線Ａ，Ｂは実験的に下記の式で表すことができる。

【００３７】直線Ａ Ｓ＝ 0.314−１２×１０^-4ｄ 直線Ｂ Ｓ＝ 0.178− 7.7×１０^-4ｄ 従って好ましい比表面積Ｓの範囲は、 0.178− 7.7×１０^-4ｄ≦Ｓ≦ 0.314−１２×１０^-4ｄ として表すことができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明は以上記述のような構成および作
用であるから、トナーに対する帯電付与能力を向上させ
ることができ、画像濃度を向上させることができると共
に、キャリア付着およびトナー飛散が少ない高画質の画
像が得られるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁性キャリアの平均粒径と比表面積との関係を
示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トナーと混合されて磁性現像剤を形成
   し、像担持体上に形成された静電荷像の現像に使用され
   る現像剤用磁性キャリアにおいて、 平均粒径ｄを２０〜１３０μｍに、かつ比表面積Ｓ（ｍ
   ² ／ｇ）を 0.178− 7.7×１０^-4ｄ≦Ｓ≦ 0.314−１２
   ×１０^-4ｄに形成したことを特徴とする現像剤用磁性キ
   ャリア。
2. 【請求項２】 基本組成を（Ｍ・Ｏ）_100-x ・（Ｆｅ₂
   Ｏ₃ ）_x （但しＭはＣｕ＋ＺｎまたはＬｉ＋Ｍｎ、ｘ＝
   ５５〜８０モル％）に形成したことを特徴とする請求項
   １記載の現像剤用磁性キャリア。