JPH10319645A

JPH10319645A - 表面処理剤及び静電潜像現像用キャリア及び現像剤支持部材

Info

Publication number: JPH10319645A
Application number: JP13061597A
Authority: JP
Inventors: Masahisa Ochiai; 正久落合; Masumi Asanae; 益實朝苗
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1997-05-21
Filing date: 1997-05-21
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】トナーやトナーを構成している樹脂がキャリア
や現像剤支持部材に付着することを防ぐとともに、剥離
のしにくい表面処理剤を提供するとともに、その表面処
理剤を塗布したキャリアや現像剤支持部材を提供する。【解決手段】被塗布材の上に強固に吸着するとともに、
フッ素樹脂のところでトナーとの滑りを生じる共重合体
を含む表面処理剤で、固形分としてフルオロエチレン・
アルキルエーテル共重合体と吸油量が140ml/100g以上の
カーボンブラックを含むものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電潜像の現像に
用いる現像ロール、ドクターブレードなどの現像剤支持
部材や、キャリアなどの表面を処理して、現像剤あるい
は現像剤に用いられている樹脂の付着を防止するための
表面処理剤及びその表面処理剤を塗布したキャリアや現
像剤支持部材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ページプリンターや複写機においては、
情報が光導電体や絶縁体の表面に静電潜像の形でまず形
成される。この静電潜像を直接に、あるいは他のものの
上に転写して、それを可視像に現像することが行われ
る。通常は、静電潜像は静電荷を持っているので、その
静電荷と反対極性に帯電した微小な現像剤粉末を接触さ
せることによって、現像剤粉末が静電潜像に付着するの
で可視像になる。この現像剤粉末で形成された可視像を
白紙に転写して、これに熱あるいは圧力を加えることに
よって定着することが行われる。

【０００３】現像剤としては、染料を樹脂の中に入れた
トナーと磁性材料粉末からなるキャリアを混合した二成
分現像剤、あるいはトナー粒子のみからなる一成分現像
剤が用いられる。二成分現像剤の場合、トナーとキャリ
アを混合することによってトナーとキャリアに反対極性
の電荷が帯電する。トナーに、静電潜像と反対極性の電
荷を帯電させることによって、トナーが静電潜像と接触
したときに静電潜像に付着して現像が行われる。あるい
は、トナーに静電潜像と同極性の電荷を帯電させること
によって、トナーが電荷をリークさせた部分からなる静
電潜像と接触したときに、静電潜像に付着して反転現像
が行われる。一成分現像剤の場合、現像ロールやドクタ
ーブレードなどとの接触によって静電荷を帯電して、二
成分現像剤と同様に静電潜像を現像する。

【０００４】静電潜像の現像は多くの場合、磁気ブラシ
現像が行われる。磁気ブラシ現像は、その上に静電潜像
を持った光導電体や絶縁体と、永久磁石を持った現像ロ
ールとを一定の間隔（現像ギャップ）で対向配置し、両
者の近接領域（現像領域）で行われる。二成分現像剤の
場合、キャリアとトナーはお互いに反対極性に帯電する
ようにその材料が選択されているので、よく混合すると
例えばキャリアが負に帯電し、トナーが正に帯電する。
そこで、トナーがキャリアの表面に静電気的に付着す
る。キャリアは磁性材料粉末を含んでいるので、永久磁
石を持った現像ロールの磁極上にトナーとキャリアから
なる現像剤のチェーンがブラシ状に形成される。この磁
気ブラシで静電潜像を摺擦したときにキャリアは磁気吸
引力で現像ロールに吸着されているので、トナーのみが
静電潜像に移る。

【０００５】一成分現像剤の場合、トナーの内部にカー
ボンブラックなどの染料と磁性材料粉末が樹脂で固めら
れているものを用いる。トナーは上に述べたように帯電
するが、同時に現像ロールに磁気吸着されて、現像ロー
ルの磁極上にトナーのチェーンがブラシ状に形成され
る。この磁気ブラシで静電潜像を摺擦したときに、トナ
ーは現像ロールに吸着されている磁気吸引力よりも強い
静電吸引力を静電潜像から受けて静電潜像に移る。

【０００６】現像ロールは、通常円柱状永久磁石の円筒
外周面に複数の磁極を有するものが使用される。現像ロ
ールがその円柱の中心軸の周りに回転することによっ
て、現像剤をその上に磁気吸引力で吸着して静電潜像と
対向している現像領域まで搬送する。

【０００７】現像ロールとしては、円柱状永久磁石その
ものが使われているものや、円柱状永久磁石の外周に円
筒状のスリーブが永久磁石に対して相対的に回転するよ
うになっているものがある。また、現像領域に供給され
る現像剤の量は、現像ロールと微小な間隙（ドクターギ
ャップ）を介して配置されたドクターブレードの位置を
調整することによって調節される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上に述べたように静電
潜像を現像するのに用いられる現像剤、特にトナーは摩
擦帯電をして、その帯電量によって静電潜像へ付着する
量が変わってくるので、その摩擦帯電特性は極めて重要
なものである。この摩擦帯電特性は、一緒に混合される
キャリアや、混合時に接触する現像ロールやドクターブ
レードなどの現像剤支持部材の表面の性質によっても大
きな影響を受ける。すなわち、接触する相手の表面状態
が変わると帯電特性も変わってくる。

【０００９】現像剤中のトナーは潜像を現像して消費さ
れていくが、キャリアは現像ロール側に残り、繰り返し
何度も使用される。トナーがキャリアの表面に繰り返し
接触し摺擦すると、トナーを構成している樹脂がキャリ
アの表面に付着して、その表面状態が変わってくる。ま
た、現像ロールやドクターブレードの表面との接触を繰
り返えすので、次第にトナーの樹脂などがその表面に付
着してくる。

【００１０】このような付着を防ぐために、キャリアや
現像剤支持部材の表面に表面処理を施すことが行われて
いる。例えば、低表面エネルギーのポリテトラフルオロ
エチレン(PTFE)、パーフルオロアルコキシ(PFA) 、テト
ラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合
体（FEP ）などのフッ素樹脂やシリコーン樹脂を表面に
塗布してコートを行うことによって付着を防ぐことが行
われている。

【００１１】このようにフッ素樹脂やシリコーン樹脂を
塗布することによって、トナーやトナーを構成している
樹脂がキャリアや現像剤支持部材に付着しいわゆるトナ
ースペントを生じることを防ぐことはできる。しかし、
フッ素樹脂やシリコーン樹脂は、トナー付着を防ぐこと
はできるが、塗布されているものの表面への吸着力も小
さいために、キャリアや現像剤支持部材からの剥離も生
じやすいという問題があった。

【００１２】そこで、本発明では、トナーやトナーを構
成している樹脂がキャリアや現像剤支持部材に付着する
ことを防ぐとともに、剥離のしにくい表面処理剤を提供
することを目的としている。また、その表面処理剤を塗
布したキャリアや現像剤支持部材を提供することを目的
としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の表面処理剤は、
その一部に電気モーメントを有して、塗布されたものの
表面に強固に吸着するとともに、フッ素樹脂のところで
低表面エネルギーの表面を形成しトナーとの滑りを生じ
る共重合体を含むもので、固形分としてフルオロエチレ
ン・アルキルエーテル共重合体と吸油量が140ml/100g以
上のカーボンブラックを含むものである。

【００１４】フルオロエチレンはエチレンの４個の水素
原子の少なくとも一つをフッ素原子で置換したもので、
低表面エネルギーの表面を形成しトナーとの滑りを生じ
させる。アルキルエーテルは酸素原子に２個のアルキル
基が結合（エーテル結合）したもので、このエーテル結
合は負電荷を持つので電気モーメントが生じて表面処理
されたものの表面に強固に吸着する。本発明で用いるフ
ルオロエチレン・アルキルエーテル共重合体は例えば化
１で表される。フルオロエチレン・アルキルエーテル共
重合体としては、例えば旭化成製のルミフロンLF200 を
使用することができる。

【００１５】

【化１】

【００１６】カーボンブラックは吸油量が大きいほど樹
脂被覆の中でチェンを形成しやすく樹脂被覆の導電性を
高める。吸油量が小さいと樹脂中に分散してしまいチェ
ンを形成しにくいので樹脂被覆の導電性はあまり高くな
らない。よって、吸油量が小さいカーボンブラックで樹
脂被覆の導電性を高めるにはより多くのカーボンブラッ
クを添加しなければならない。あまり多くのカーボンブ
ラックを含んだ樹脂は脆くなるので好ましくない。本発
明に用いるカーボンブラックは吸油量が140ml/100g以上
のものである。好ましくは150ml/100g以上、更に好まし
くは160ml/100g以上のものである。カーボンブラックと
しては、デグサ社製のチャネルブラック、プリンテック
スXE2 、カラーブラックFW4200、カラーブラックFW2 、
スペシャルブラック4 、5 、6 等を用いることができ
る。

【００１７】本発明の表面処理剤はフルオロエチレン・
アルキルエーテル共重合体を35〜90重量％、吸油量が14
0ml/100g以上のカーボンブラックを２〜60重量％含むこ
とが好ましい。フルオロエチレン・アルキルエーテル共
重合体が35重量％未満では樹脂被覆が脆くなりやすく、
90重量％を超えると電気抵抗が高くなりやすい。より好
ましくは40〜85重量％、更に好ましくは50〜75重量％で
ある。またカーボンブラックが２重量％未満では電気抵
抗が高くなりトナーがチャージアップしやすくなり、60
重量％を超えると樹脂被覆が脆くなりやすい。より好ま
しくは10〜55重量％、更に好ましくは20〜50重量％であ
る。

【００１８】本発明の表面処理剤には、その硬化剤とし
てメラミンやイソシアネートを含むことができ、その量
は10重量％以下が好適である。硬化剤の量はフルオロエ
チレン・アルキルエーテル共重合体の量にほぼ比例す
る。

【００１９】本発明の表面処理剤はキシレンやトルエン
などの溶媒中に溶解あるいは分散して塗布する。溶解あ
るいは分散する際の上記表面処理剤の固形分の濃度は10
〜70重量％とすることが好ましく、塗布しやすい濃度
（粘度）とすればよい。

【００２０】塗布方法はスプレードライ法や流動床法が
好適である。例えばキャリアに塗布する場合、50〜60℃
の空気中でキャリアを混合機に入れて表面処理剤を滴下
しながらよく混合する。その後、50〜60℃の空気中で数
分間500hPa以下の気圧下で真空乾燥をする。その後更に
200 ℃で２時間ほど熱処理することによって、表面処理
剤がキャリア表面に強固に付着する。

【００２１】円筒状スリーブや円筒状永久磁石などの現
像剤支持部材やドクターブレードの表面に塗布する場合
にもキシレンやトルエンなどの溶媒中に表面処理剤の固
形分の濃度が10〜70重量％となるように溶解あるいは分
散して塗布する。これを乾燥した上で熱処理をして表面
処理剤を強固に付着させる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の表面処理剤をキャリアに
塗布したものと、現像ロールに塗布したものについて、
その比較例と対比させながら以下に説明する。

【００２３】キャリアに塗布した例キャリアの芯材として平均粒径が40μm のCu-Zn フェラ
イトを用い、これを100 重量部に対して、表１の(a) 〜
(e) に示す表面処理剤を固形分が２重量部になるように
して、キシレンを溶媒として固形分が20重量％になるよ
うに希釈して、流動床法により塗布した。

【００２４】比較例として、同じキャリアの芯材に対し
て、表１の(f) 〜(i) をフェライト100 重量部に対して
２重量部を、キシレンを溶媒として固形分が20重量％に
なるように希釈して塗布した。また、比較例として表１
の(j)(k)を含むエマルジョンを流動床法で塗布後、250
℃で焼き付けたフェライトキャリアを用意した。各フェ
ライトキャリアの電気抵抗を表１に併記する。

【００２５】電気抵抗は試料を10数mg秤取し内径3.05mm
のテフロン（商品名）製シリンダー中に充填し、0.1Kgf
の荷重下、キャリアの場合はDC100V/cm の電場を、トナ
ーの場合はDC4000V/cmの電場を印加して測定し、抵抗値
を算出した。抵抗の測定には横川ヒューレットパッカー
ド社製4329型絶縁抵抗計を使用した。

【００２６】

【表１】

【００２７】カーボンブラック(MA600) を10重量％、ポ
リプロピレン(TP32)を２重量％、帯電制御剤(No.4)を２
重量％として残部がスチレン・n-ブチルメタクリレート
共重合体(Mw:350,000 、Mn:8,000) を混合して平均粒径
を11μm としたもの100 重量部に、流動制御剤として疎
水性シリカ微粉末(R972)の0.4 重量部を外添してトナー
を準備した。このトナーの摩擦帯電量は15μC/g 、体積
固有抵抗は1 ×10¹⁵ohm ・cmであった。上で準備した各
キャリアにこのトナーを５重量％となるように混合して
二成分現像剤とした。

【００２８】周速度Vp:60mm/sec で回転する有機光導電
体に-650V の静電潜像を作成し、現像ロールとして現像
磁極が750 ガウス、他の３極が550 ガウスの円柱状永久
磁石の周りにSUS304から出来た20mm径のスリーブを付け
て、150rpmで回転させた。有機光導電体と現像ロール間
の現像ギャップを0.5mm 、ドクターブレードとのドクタ
ーギャップを0.4mm として、現像ギャップに-150V の直
流バイアス電圧を印加して、上で準備した二成分現像剤
を用いて現像して、可視像を白紙上にコロナ転写した上
で、160 ℃の熱ロールで線圧1Kg/cmを加えて定着した。

【００２９】このようにして得た画像の評価結果を表２
に示す。ここで使用した表面処理剤の符号は表１のもの
に対応している。160ml/100g以上の吸油量を持ったカー
ボンブラックを含有する本発明の表面処理剤を塗布した
キャリアを用いて現像した画像は、100,000 枚の現像後
においてもカブリの少ない良好なものであった。吸油量
の小さなカーボンブラックを用いたもの(f) はキャリア
電気比抵抗が大きくなったために画像濃度が小であっ
た。電気比抵抗を表面処理剤(a) 〜(c) と同程度まで小
さくするためにカーボンブラックの添加量を増やしたも
の(g) は脆い樹脂となり初期画像は良好であるが100,00
0 枚後においてはカブリが大きくなった。また走査型電
子顕微鏡(SEM) でキャリアを観察したところ剥離が認め
られた。フルオロエチレン・アルキルエーテル共重合体
と吸油量の大きなカーボンブラックを用いたもの(h)(i)
でも本発明の範囲外の添加量では良好な画像は得られな
かった。

【００３０】また、ポリテトラフルオロエチレンやポリ
フッ化ビニリデンを塗布したキャリアは画像濃度は大で
あったが、100,000 枚の現像後にはカブリが大きくな
り、また走査型電子顕微鏡(SEM) でキャリアを観察した
ところ剥離が認められた。

【００３１】ここで、画像濃度(ID)は、マクベス濃度計
によりベタ黒部の反射光学濃度を測定して得た。カブリ
は色差計を用い通紙前後の紙の白度の差を測定した。

【００３２】

【表２】

【００３３】現像ロールに塗布した例現像ロールとして20mm径の円柱状フェライト磁石（日立
金属（株) 製YBM-3)の外周に32極の磁極を付け、その磁
極のオープン磁束密度が400 ガウスのものを使用した。
その表面にフルオロエチレンアルキルエーテル60重量％
とカーボンブラック( 吸油量:260ml/100g)33重量％とイ
ソシアネート7 重量％からなる固形分を用いて、それを
キシレン中に30重量％となるように溶解して表面処理剤
とした。これを上の円柱状フェライト磁石の表面に約10
μm の厚さにスプレーして付けて200 ℃に加熱して固定
しその表面を1 μm(Rz) の凹凸が付くようにブラスト処
理をして、本発明の現像ロールとした。

【００３４】また、上でフルオロエチレンアルキルエー
テル32重量％とカーボンブラックとして#50(吸油量:65m
l/100g)66 重量％とイソシアネート２重量％を使用した
以外は同じ様に処理して作成したものを、現像ロールａ
とした。また、現像ロールｂとしてポリテトラフルオロ
エチレン70重量％とカーボンブラック( 吸油量:260ml/1
00g)30重量％からなる固形分を用いて、それをエマルジ
ョン化して上記と同様のフェライト磁石に塗布後、250
℃で焼き付けた。表面処理剤中に添加するカーボンブラ
ックの量を加減して各現像ロールはほぼ同じ表面体積抵
抗とした。

【００３５】平均粒径30μm の偏平鉄粉の表面にシリコ
ーンをコートして体積固有抵抗を10 ⁷hm・cmとしたキャ
リアを用いた。また、スチレン・アクリル共重合体57重
量％とマグネタイト( 戸田工業製EPT500)40 重量％とポ
リプロピレン(TP32)２重量％と帯電制御剤(E81)1重量％
からなる平均粒径９μm の磁性トナー100 重量部の表面
に流動制御剤として疎水性シリカ微粉末(R972)0.5 重量
部を外添して、摩擦帯電量-22 μC/g 、体積固有抵抗が
5 ×10¹⁴ohm ・cmのトナーを準備した。このキャリアと
トナーを混合して、トナー濃度50％の現像剤とした。

【００３６】周速度Vp:25mm/sec で回転する有機光導電
体に-650V の静電潜像を作成して、上記の現像ロールと
の現像ギャップを0.4mm 、ドクターギャップを0.3mm と
して、現像ギャップに-500V の直流バイアス電圧を印加
して現像ロールの回転方向を有機光導電体と同じあるい
は逆にして、静電潜像を現像して、画像の評価をした結
果を表3 に示す。表３から、現像ロールa,b のものは10
0,000 枚の現像後の画像濃度およびカブリが低下してい
るのに対して、本発明のものは低下していない。また、
現像ロールa,b を100,000 枚現像後SEM で観察したとこ
ろ表面層の剥離が認められた。

【００３７】

【表３】

【００３８】

【発明の効果】本発明の表面処理剤を塗布したキャリア
や現像剤支持部材は、100,000 枚の現像後においても、
塗布した処理剤の剥離がなく、トナーの付着がほとんど
認められないので、カブリ、濃度ムラのない画像が得ら
れる。すなわち、本発明の表面処理剤は、使用するキャ
リアや現像剤支持部材の寿命を大幅に延ばすことができ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固形分として、フルオロエチレン・アルキ
ルエーテル共重合体を35〜90重量％と、吸油量が140ml/
100g以上のカーボンブラックを２〜60重量％とを含むこ
とを特徴とする表面処理剤。
【請求項２】請求項１の表面処理剤を表面に塗布したこ
とを特徴とする静電潜像現像用キャリア。
【請求項３】請求項１の表面処理剤を表面に塗布したこ
とを特徴とする現像剤支持部材。