JPH1097133A - 静電像の現像方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トナー粒子の帯電量が必要以上に増大するの
が防止され、低バイアス電圧でのカブリやエッジ効果が
防止され、更に現像剤の流動性向上も可能となる二成分
系現像剤を用いての磁器ブラシ現像方法を提供するこ
と。 【解決手段】 球状フェライトキャリヤと顕電性非磁性
トナーとの混合物から成る磁器ブラシで、静電像を有す
る感光体表面を摺擦して静電像に対応するトナー像を形
成させる現像方法において、該混合物のトナー濃度が下
記式 Ｃt ＝Ｋ・Ｓc ／（Ｓt ＋Ｓc ）×１００ 〔式中、Ｓc は透過法により測定されるキャリヤの比表
面積（cm²/g)、Ｓt は平均粒径から算出されるトナーの
比表面積（cm²/g)である〕を満足する濃度で現像を行う
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電像の現像方法
に関するもので、より詳細には、高濃度でしかもカブリ
のないトナー像を形成させるための二成分系磁性現像剤
による磁気ブラシ現像方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】二成分系磁性現像剤を用いる電子写真法
においては、顕電性トナーと磁性キャリヤとを混合し、
この二成分系組成物を、内部に磁石を備えた現像スリー
ブ上に供給して、この組成物から成る磁気ブラシを形成
させ、静電潜像を有する電子写真感光板にこの磁気ブラ
シを摺擦せしめることにより、顕電性トナー像を感光板
上に形成させる。顕電性トナーは磁性キャリヤとの摩擦
により、感光板上の静電潜像の電荷とは逆極性の電荷に
帯電され、磁気ブラシ上の顕電性トナー粒子がクーロン
力により静電潜像上に付着して、静電潜像の現像が行わ
れる。一方磁性キャリヤはスリーブ内の磁石により吸引
されており、しかもその帯電電荷が静電潜像の電荷と同
極性であり、そのため、極性キャリヤはスリーブ上にそ
のまま残ることになる。

【０００３】帯電トナー粒子は、静電潜像に対して静電
的に引付けられていると共に、磁性キャリヤに対しても
静電的に引付けられており、トナー粒子が過度に静電潜
像支持感光板に吸引される場合には、カブリが発生し、
また磁性キャリヤに過度に吸引される場合には濃度低
下、現像効率低下等のトラブルが発生する。この現像の
閾値は感光板とスリーブとの間のバイアス電圧の調節に
より行われるが、このバイアス電圧の調節にも自ずと制
限があり、例えば高いバイアス電圧を印加して、カブリ
を防止するような現像条件ではトナー像の濃度が概して
低くなる傾向がある。

【０００４】この二成分系現像剤のトナー濃度に関して
も、トナー濃度が高くなるとカブリが発生し易く、また
低くなると濃度低下を生ずることが経験的に知られてお
り、これを防止するために、一般にトナー濃度が５乃至
１０重量％となるように磁性キャリヤにトナーを混合し
て現像に用いられていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、二成分
系現像剤におけるキャリヤ及びトナーの粒子特性につい
ての広範な研究過程において、この混合物には、キャリ
ヤの比表面積及びトナーの比表面積に関連して、最適の
トナー濃度があり、このトナー濃度で静電像の現像を行
うことにより、トナー粒子の帯電量の増大、低いバイア
ス電圧でのカブリの防止、電気抵抗値の増大抑制により
エッジ効果防止及び現像剤の流動性向上等が可能となる
ことを見出した。

【０００６】即ち、本発明の目的は、トナー粒子の帯電
量が必要以上に増大するのが防止され、低バイアス電圧
でのカブリが防止されると共に、エッジ効果も防止さ
れ、さらに現像剤の流動向上も可能となる二成分系現像
剤を用いての磁気ブラシ現像方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、球状フ
ェライトキャリヤと顕電性非磁性トナーとの混合物から
成る磁気ブラシで、静電像を有する感光体表面を摺擦し
て、静電像に対応するトナー像を形成させることから成
る現像方法において、該混合物のトナー濃度（Ｃｔ％）
が、下記式（１） 式中、Ｓｃはキャリヤの比表面積（ｃｍ² ／ｇ）、Ｓｔ
はトナーの比表面積（ｃｍ² ／ｇ）であって、キャリヤ
の比表面積は透過法による測定値であり、トナーの比表
面積は平均粒径からの計算値であり、ｋは０．８０乃至
１．０７の数である、を満足する濃度で現像することを
特徴とする方法が提供される。尚、本発明で用いるトナ
ーは非磁性トナーであり、磁性粉を含有する磁性トナー
を使用することはない。磁性トナーを用いた場合には、
トナー自体に静電力に加えて磁力も作用するため、現像
条件が全く異なってくるからである。

【０００８】本発明は、キャリヤの比表面積Ｓｃとトナ
ーの比表面積Ｓｔとの関連において、形成される画像の
濃度、カブリ防止、解像度及び階調性の見地から、最適
トナー濃度が存在するとの新規知見に基づくものであ
る。

【０００９】先ず、前記式における右辺の項Ｓｃ／（Ｓ
ｔ＋Ｓｃ）は、キャリヤ及びトナーの比表面積に関する
項であり、具体的には、キャリヤとトナーとを等重量混
合した組成物の全表面積当りのキャリヤの占める表面積
の割合い（以下単にキャリヤ表面積占有率と呼ぶ）を表
わす数値である。

【００１０】しかして、本発明においては、このキャリ
ヤ表面積占有率乃至はその近傍値とトナー濃度とが等し
くなるような条件で、二成分系現像剤による静電像の現
像を行うと、画像の濃度の向上、カブリ濃度の低下、解
像度の向上及び階調性の向上がもたらされるものであ
る。トナー濃度（Ｃｔ％）とキャリヤ表面積占有率（Ｓ
ｃ／（Ｓｔ＋Ｓｃ）、％）とのずれは、両者の比率、即
ち ｋ＝Ｃｔ／［Ｓｃ／（Ｓｔ＋Ｓｃ）］ 係数ｋを求めることにより評価することができる。この
係数ｋは使用するキャリヤの形状によって相違するが本
発明においては、この係数ｋを０．８０乃至１．０７の
範囲とすることが、前述した現像諸特性に関して極めて
クリテカルなのである。この事実は後述する実施例の表
−１の結果を参照することにより、直ちに明白となる。
即ち、これらの結果によると、ｋが前述した範囲では、
ｋの値がそれよりも小さい場合或いは大きい場合の何れ
の場合に比しても、高い画像濃度、低いカブリ濃度、高
い解像力及び優れた階調性が得られ、しかもこれらの特
性は現像開始初期のみならず、１００００枚もの連続複
写後においても殆んど低下しないという事実が明白とな
る。

【００１１】本発明において、最適トナー濃度（Ｃｔ、
％）が、前述したキャリヤ表面積占有率に依存して定ま
るという事実は、真に以外の知見であった。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明において、磁性キャリヤと
しては、電子写真複写の分野で従来使用されている球状
フェライトキャリヤが使用される。球状フェライトキャ
リヤとしては、たとえば、図３として添付した電子顕微
鏡写真に示されたフェライト系キャリヤが使用できる。
尚、比較のために図１には不定形偏平状のキャリヤの粒
子形状、及び図２には不定形球状のキャリヤの粒子形状
を示した。これらの図を比較することにより粒子形状の
相違が理解される。

【００１３】キャリヤとしては、粒径（数平均粒径）
が、一般に２０乃至１１０ミクロン、特に４０乃至６０
ミクロンのものが使用され、この粒径に関連して、比表
面積は５０乃至５００ｃｍ² ／ｇ、特に３００乃至４０
０ｃｍ² ／ｇの範囲にある。球状フェライトキャリヤの
例としては、粒径が２０乃至１００ミクロンの焼結フェ
ライト粒子が有利に使用される。この焼結フェライト粒
子の粒径が２０ミクロンよりも小さい場合には、磁気ブ
ラシの穂立ちを良好にすることが困難となる傾向があ
り、一方この粒径が１００ミクロンよりも大きい場合に
は、形成されるトナー像に前述したブラシマーク、即ち
引掻き傷が入る傾向がある。

【００１４】本発明に用いる焼結フェライト粒子はそれ
自体公知のものであり、例えば酸化鉄亜鉛（ＺｎＦｅ₂
Ｏ₄ ）、酸化鉄イットリウム（Ｙ₃ Ｆｅ₅ Ｏ₁₂）、酸化
鉄カドミウム（ＣｄＦｅ₂ Ｏ₄ ）、酸化鉄ガドリニウム
（Ｇｄ₃ Ｆｅ₅ Ｏ₁₂）、酸化鉄銅（ＣｕＦｅ₂ Ｏ₄ ）、
酸化鉄鉛（ＰｂＦｅ₁₂Ｏ₁₉）、酸化鉄ニッケル（ＮｉＦ
ｅ₂ Ｏ₄ ）、酸化鉄ネオジウム（ＮｄＦｅＯ₃ ）、酸化
鉄バリウム（ＢａＦｅ ₁₂Ｏ₁₉）、酸化鉄マグネシウム
（ＭｇＦｅ₂ Ｏ₄ ）、酸化鉄マンガン（ＭｎＦｅ ₂ Ｏ
₄ ）、酸化鉄ランタン（ＬａＦｅＯ₃ ）等の１種或いは
２種以上から成る組成の焼結フェライト粒子が使用され
る。本発明の目的に特に好適なものは、酸化鉄マンガン
亜鉛から成る焼結フェライト粒子である。

【００１５】トナーとしては、顕電性と定着性とを有す
る着色非磁性トナーが何れも使用でき、結着剤樹脂中
に、着色顔料、荷電制御剤等が分散させた粒径５乃至３
０ミクロンの粒状組成物が使用される。樹脂としては、
熱可塑性樹脂や、未硬化乃至は初期縮合物の熱硬化性樹
脂が使用される。その適当な例は、重要なものの順序
に、ビニール芳香族樹脂、アクリル系樹脂、ポリビニル
アセタール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フ
ェノール樹脂、石油樹脂、オレフィン樹脂等である。顔
料としては例えばカーボンブラック、カドミウムエロ
ー、モリブデンオレンジ、ピラゾロンレッド、ファスト
バイオレットＢ、フタロシアニンブルー等の１種又は２
種以上が使用され、荷電制御剤としては、例えばニグロ
シンベース（ＣＩ５０４１５）、オイルブラック（ＣＩ
２６１５０）、スピロンブラック等の油溶性染料や、ナ
フテン酸金属塩、脂肪酸金属石鹸、樹脂酸石鹸等が必要
により使用される。好適なトナーは、前述した組成物を
溶融混練し、冷却後粉砕し、次いで必要により分級する
ことにより得られるトナーである。

【００１６】本発明に使用するトナーは、一般に３４０
０乃至１１０００ｃｍ² ／ｇ、好ましくは４０００乃至
７０００ｃｍ² ／ｇ、特に好ましくは４０００乃至５０
００ｃｍ² ／ｇの比表面積を有する。この比表面積の値
は、コールターカウンターを用いて測定した平均粒径を
基に、トナーが真球であると仮定して計算した有効比表
面積である。即ちコールターカウンターで求めた体積平
均粒径から得られるトナーの半径をｒ（ｃｍ）とし、ト
ナーの真比重をρ（ｇ／ｃｍ³ ）とした場合、下記式 式中Ｓｔはトナーの比表面積を示す。で計算された値で
ある。この様にして比表面積を求めた理由は、トナーが
キャリヤよりその径が遙かに小さいことに着目し、トナ
ーがキャリヤと摩擦するのはトナー表面の凸部だけであ
って、この凸部だけを摩擦帯電に有効な表面と仮定し
て、トナーをこの凸部だけの表面積を有する真球と近似
したことによる。ただし、キャリヤの比表面積Ｓｃにつ
いては、透過法による実測値である。この測定法につい
ては日刊工業新聞社刊 粉粒体ハンドブック、日本粉体
工業協会編１０８〜１１３頁に詳述されている。

【００１７】前述した磁性キャリヤとトナーとを、式
（１）を満足する量比で混合し、キャリヤとトナーとの
帯電複合体を形成させ、これを内部に磁石を備えた現像
スリーブ上に供給して磁気ブラシを形成させる。静電潜
像を有する電子写真感光層をこの磁気ブラシと摺擦さ
せ、静電潜像に対応するトナー像を形成させる。

【００１８】現像の進行に伴ない、現像機構中に二成分
現像剤のトナー濃度が次第に低下する。本発明の一好適
態様では、現像機構中のトナー濃度検出機構（例えば、
レベルセンサー）とトナー補給機構との間に、マイコン
制御機構を設ける。この制御機構には、前記式における
Ｓｃ、Ｓｔの値が設定されており、これに伴なって、ト
ナーの基準濃度Ｃｔ₀ （ｋ＝１の場合のトナー濃度）が
設定される。かくして、レベルセンサーの検出値から算
出される濃度Ｃｔと基準濃度Ｃｔ₀ との比、即ちｋの値
が下限の０．８０乃至はその近傍に達すると、トナー補
給機構を差動させて、ｋの値が上限の１．０７又はその
近傍になる迄トナー補給を行う。かくして、常に高品質
のトナー画像を形成させることが可能となる。本発明を
次の例で説明する。

【００１９】

【実施例】現像剤の調製 ｉ）キャリヤ成分 下記に示すフェライトキャリヤを用いた。 ※ Ａ．Ｄ． ：見掛け密度 ※※ 適正トナー濃度：下記トナー（比表面積４１３６ｃｍ² ／ｇ）を使用し た場合において両比表面積より式でｋ＝１として求め た値 ii）トナー成分 ハイマーＳＢＭ−７３（スチレン系樹脂：三洋化成工業kk製）… ８７重量部 ビスコール５５０Ｐ（低分子量ポリプロピレン：三洋化成工業kk製）… ５重量部 スペシャルブラック４（カーボンブラック：テグサ社製）…５．５重量部 ボントロンＳ−３２（染料：オリエント化学社製） …１．５重量部 上記組成からなる混合物を熱三本ロールミルで充分に溶
融混練分散を行い、取り出し冷却後粗粉砕機（ロールブ
レックスカッティングミル：アルビネ社製）で２ｍｍ程
度に粗粉砕し、その後超音速ジェットミル（ＮＩＰＰＯ
Ｎ ＰＮＥＵＭＡＴＩＣ ＭＦＣ Ｃｏ ＬＴＤ製）に
て微粉砕して１０〜２０μ程度の粒径にしたもの。この
トナーの比表面積は４１３６ｃｍ² ／ｇであった。

【００２０】実施例１．上記のキャリヤを用い、トナー
濃度が表−１に示すとおりである現像剤ａ乃至ｆを調製
した。この各現像剤を感光体としてａ−Ｓｉ感光体を装
着した複写機を用いて、帯電、露光、現像、転写の各行
程を繰り返す公知の複写プロセスにより複写テストを行
った。この時の現像条件は下記表２のとおりであり、１
万枚複写時の複写結果を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】 現像バイアス電圧 ：スタート時における複写物のカブリ濃度を0.004 以下となるように印加するバイアス電圧 ドラム・スリーブ間抵抗：感光体ドラムの代わりにアルミ素管ドラムを装着 し、現像スリーブからアルミ素管に対して２００ Ｖの電圧を印加して通常複写時の速度で回転させ た時に流れる電流値より求めた抵抗 この結果からトナー濃度が７．１７、８．１５ｗｔ％の
時、即ち、ｋ値が０．８８、１．００の時に適切な複写
画像が得られｋ値が０．７９の場合が階調性において使
用限界であった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いる球状フェライトキャリヤの粒子
形状を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 一雄 大阪市中央区玉造１丁目２番28号 三田工 業株式会社内 (72)発明者 川上 善信 大阪市中央区玉造１丁目２番28号 三田工 業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 球状フェライトキャリヤと顕電性非磁性
   トナーとの混合物から成る磁気ブラシで、静電像を有す
   る感光体表面を摺擦して、静電像に対応するトナー像を
   形成させることから成る現像方法において、該混合物の
   トナー濃度（Ｃｔ％）が、下記式 式中、Ｓｃはキャリヤの比表面積（ｃｍ² ／ｇ）、Ｓｔ
   はトナーの比表面積（ｃｍ² ／ｇ）であって、キャリヤ
   の比表面積は透過法による測定値であり、トナーの比表
   面積は平均粒径からの計算値であり、ｋは０．８０乃至
   １．０７の数である、を満足する濃度で現像することを
   特徴とする方法。
2. 【請求項２】 球状フェライトキャリヤの比表面積（Ｓ
   ｃ）が５０乃至５００ｃｍ² ／ｇの範囲、トナーの比表
   面積（Ｓｔ）が３４００乃至１１０００ｃｍ ² ／ｇの範
   囲にある特許請求の範囲第１項記載の方法。