JPH06194866A

JPH06194866A - 静電潜像現像剤

Info

Publication number: JPH06194866A
Application number: JP4344355A
Authority: JP
Inventors: Kisho Sato; 紀章佐藤
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1992-12-24
Filing date: 1992-12-24
Publication date: 1994-07-15
Also published as: US5359147A

Abstract

(57)【要約】【目的】むらのない画像の形成できる画像記録装置に
使われる静電潜像現像剤を提供する事にある。また、ト
ナーが均一な帯電をし、帯電の立ち上がりを速くするこ
とで、高画質の出力を得るための静電潜像現像剤を提供
することにある。【構成】平均粒子径が５〜１０μｍで、嵩密度０．４
ｇ／ｃｃ以上、凝集度２０％以下で、交流電界１ｋＨｚ
における体積抵抗が１０⁹Ωｃｍ以上であり、少なくと
も磁性粉と樹脂を含んだ磁性トナー１０〜７０重量部
と、遷移金属の酸化物からなり、平均粒子径３０〜７０
μｍのキャリヤ３０〜９０重量部とが混合されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機、プリンタ等に
利用される画像記録装置に使われる静電潜像現像剤に関
し、詳しくは、電気信号として取り出された画像情報に
基づいて静電潜像剤を制御し、直接記録部材上に画像形
成する画像記録装置の静電潜像現像剤に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像記録方法として普及している
のは、複写機、プリンター等に使われる電子写真法や静
電記録法であり、静電潜像現像剤の多くは、この分野に
使われていた。こうした方法に使われる現像剤として
は、樹脂成分と顔料を少なくとも含んだ着色粒子だけで
現像する非磁性１成分系現像剤と、マグネタイト等の磁
性粉、樹脂を少なくとも含有した磁性１成分現像剤と、
マグネタイト、ガラスビーズ等の１成分系現像剤の着色
粒子よりも明らかに大きなキャリヤと呼ばれる粒子およ
び非磁性１成分系現像剤に使われる着色粒子を混合した
２成分系の現像剤が大別してある。

【０００３】さらに、１成分系現像剤と２成分現像剤の
中間的存在として、磁性１成分系現像剤に、キャリアを
混合した１．５成分系現像剤がある。２成分現像剤で
は、キャリヤ９０〜９５％に着色粒子を内包した現像剤
（以下トナーと称す。）を５〜１０％含んでいる。非磁
性、磁性に関わらず１成分系現像剤は、キャリヤを全く
含まず、トナーだけで構成されている。一方、１．５成
分現像剤は、キャリヤ３０〜９０％に対して、トナーを
１０〜７０％含んでいるので、１成分系現像剤と２成分
系現像剤の中間という意味で１．５成分現像剤と呼ばれ
ている。

【０００４】上記現像剤を利用した電子写真法の一般的
な方法としては、１成分系現像剤と２成分系現像剤も光
導電性物質によって形成された感光体上に電気的な潜像
を形成し、この潜像にトナーを現像して可視像とする。
これをそのまま或いは転写した後、加熱、圧力によって
画像の形成される記録媒体上に定着する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電子写真法、静電記録法などで、画像の高解像度化をは
かる場合種々の問題があった。

【０００６】高解像度な画像を形成するためには、粒子
径を微細にする必要がある。粉砕法で製造したトナー
は、最小粒子径の限界が７μｍ程度であり、これ以上微
細なトナーを作る事は、微粉除去をする限りほとんど不
可能であるため、画像の高解像度化は限界がみられる。
一方、重合によってトナーを製造する場合、７μｍ以下
のトナー粒子を形成する事ができ高解像度化が望めるも
のの、光導電物質で形成された感光体への重合粒子の付
着が、現在の画像記録装置では簡単にとれない事が問題
となってクリーニング不良を引き起こしていた。

【０００７】従来のキャリアを使用した２成分系現像剤
の帯電方式の場合、キャリヤの比表面積に対してトナー
の付着できる量が制限され、約５％のトナー濃度が限界
とされていた。キャリヤに対するトナー濃度が低い２成
分系の現像方式であると、トナー濃度を一定にするため
に常に現像部へ現像されたトナーと同量のトナーを補給
する構成を必要とするため、トナー消費量の多い画像を
出力したとき、トナーの補給が間に合わず、次の出力は
濃度の低い画像が形成されていた。

【０００８】１．５成分系現像剤は、キャリヤと磁性ト
ナーの混合物として構成されており、現像剤中のトナー
濃度が、５％を越えている。トナー自身、磁力を持ち１
成分系磁性トナーとしても十分現像可能な能力を持って
いるため、キャリヤの混合を全く行わなくても良い。す
なわち、１．５成分系現像剤は、１成分の磁性トナー中
に帯電能力を補い、画質を向上させるためにキャリヤを
含んでいるということが言える。

【０００９】ところが、従来の嵩密度０．４ｇ／ｃｃ以
下、もしくは凝集度２０％以下のトナーでは、接触面積
が小さく、トナーに対して帯電を補うための十分な摩擦
帯電を施すことができなかった。

【００１０】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、むらのない画像の形成できる画
像記録装置に使われる静電潜像現像剤を提供する事にあ
る。

【００１１】また、トナーが均一な帯電をし、帯電の立
ち上がりを速くすることで、高画質の出力を得るための
静電潜像現像剤を提供することにある。

【００１２】さらには、現像剤中のトナー濃度を向上し
て、少ないキャリヤ量で十分な画質が得られ、なおかつ
装置構成を簡略化するための静電潜像現像剤を提供する
ことにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の静電潜像現像剤は、平均粒子径が５〜１０μ
ｍで、嵩密度が０．４ｇ／ｃｃ以上、凝集度２０％以下
であり、交流電界１ｋＨｚにおける体積抵抗が１０⁹Ω
ｃｍ以上で、少なくとも磁性粉と樹脂を含んだ磁性トナ
ー１０〜７０重量部と、遷移金属の酸化物からなり、平
均粒子径３０〜７０μｍのキャリヤ３０〜９０重量部と
が混合されている。

【００１４】

【作用】上記の構成を有する本発明の静電潜像現像剤に
よれば、画像形成装置のトナー供給手段に充填されるキ
ャリアの体積基準平均粒子径が３０〜７０μｍであり、
トナー中の磁性粉と樹脂との質量比が、磁性粉：樹脂＝
２０〜６０：４０〜８０であることが好ましい。磁性粉
の重量比がこの値より大きいと十分な画像濃度が得られ
ず、磁性粉の重量比がこの値より小さいと十分な帯電量
が得られない。また、現像剤中のトナーとキャリヤの比
率は、トナー：キャリア＝１０〜７０：９０〜３０で形
成されれている事が好ましい。トナーの重量比がこの値
より大きいと、十分な濃度が得られず、トナーの重量比
がこの値より小さいと、かぶりが多く発生する。

【００１５】従来の現像剤に比べてトナーの帯電量を大
きく、速く飽和帯電量に達することができ、文字回りへ
のトナーの飛散現象を抑える事ができるため、画像の高
解像度化がはかれる、また、流動性をあげることで逆帯
電トナーが減り、かぶりを抑えることができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を具体化した実施例を図面を参
照して説明する。

【００１７】図１には、後に詳述する本実施例の静電潜
像現像剤を充填したときの現像装置の概略を示してあ
る。光導電性の感光体５に対向して、非磁性体の円筒ス
リーブ２を設け、この円筒スリーブ２の内部に複数個の
磁極を有する磁石ロール１を有している。トナーケース
３に蓄えられた静電潜像現像剤６は、円筒スリーブ２が
回転することにより担持され、円筒スリーブ２が回転す
ることにより、規制ブレード４でその層圧が規制される
ので、感光体５と対向する位置まで搬送される。

【００１８】磁石ロール１は、円筒スリーブ２と反対方
向に回転させるか、又は固定する。回転することによっ
て、トナーの摩擦帯電量を高くすることができるため、
感光体５上の静電潜像に対するトナーの付着量を多くす
ることはできるものの、円筒スリーブ１と感光体５との
現像ギャップ間でトナーが不規則な移動をするために、
非画像部へのトナーの付着が増える。一方、磁石スリー
ブ１を固定すると、トナーの帯電量が低くなり、画像濃
度は低くなるが、非画像部へのトナーの飛散は少なくな
る傾向にある。

【００１９】磁石ロール１は、いずれの条件においても
他の条件を変更することで満足の得られる画像を形成す
ることができる。規制ブレード４と円筒スリーブ２との
ギャップ、円筒スリーブ２と感光体５とのギャップに関
係があり、規制ブレード４とのギャップを感光体５との
ギャップよりも小さくしないと、感光体５とのギャップ
間で現像剤が搬送しきれず余ることになる。そのギャッ
プの比は、０．５〜１の間で調節しなければならない。
ギャップの比が０．５以下であると、現像ギャップで現
像されるトナーの量が少なく、十分な濃度を得ることが
できない。感光体５とのギャップの大きさは、０．１〜
０．６ｍｍの範囲にあるのが望ましい。

【００２０】本実施例におけるキャリヤは、遷移金属の
酸化物と鉄酸化物の混合体から構成されており、ニッケ
ル、亜鉛、マンガン、マグネシウム、銅、リチウム、バ
リウム、バナジウム、クロム、カルシウム、鉄等の、酸
化物と３価の鉄酸化物との混合物である。必要に応じて
キャリヤにシリコン系、アクリル系、フッ素系の樹脂で
被膜しても良い。この種のキャリヤは、鉄粉に比べて錆
にくく、球形にすることもでき、流動性をよくすること
ができる。上記現像装置に対応するための、キャリヤと
しては、飽和磁化が４０〜１００ｅｍｕ／ｇで、直流１
００Ｖ／ｃｍにおける体積抵抗が１０⁵〜１０¹⁰Ωｃｍ
の範囲にあり、平均粒子径３０〜７０μｍの範囲にある
のが望ましい。

【００２１】本実施例の静電潜像現像剤を構成している
トナーは、従来の製造方法である粉砕法によって製造す
ることもできる。粉砕法によるトナーの製造方法は、ト
ナー原料をミキサーで混合して、均一に混ざりあった混
合物を構成し、ニーダーで原料混合物を加熱溶融しなが
ら、それぞれ相溶性のない原料を微少な粒子として混合
する。ニーダーで混練後のトナー原料は、圧延ローラー
で冷却され、カッターミルのような粗粉砕機によって粒
子状に形成され、さらにエアージェット型の微粉砕機に
よって平均粒子径２０μｍ以下の微少粒子となる。でき
た微少粒子は、粒子径分布が不均一で画像形成装置のト
ナーに使用するには微粉が多すぎるため、これを分級行
程を通すことによって粒子径分布のシャープな微小粒子
を得る事ができる。また、分級行程を２回以上通すこと
により、流動性をさらに向上させることもできる。この
微小粒子には、流動性を改善するための疎水性シリカ微
粒子を混合することもできる。

【００２２】静電潜像現像剤を構成する磁性トナーは、
主に結着樹脂と磁性粉とから構成されており、結着樹脂
の具体的な例としては、ポリスチレン、スチレン−アク
リル酸系共重合体、スチレン−マレイン酸系共重合体、
ポリアクリレート系樹脂、ポリエステルなどがあげられ
る。磁性粉は、主にマグネタイトが使用される。

【００２３】本発明のトナーには、必要に応じて着色剤
を使用することもでき、カーボンブラック等の顔料成分
かあるいは、ニグロシン、ベンジジンイエロー、キナク
リドン、ローダミンＢ、フタロシアニンブルーなどの染
料があげられる。

【００２４】また、荷電制御剤、離型剤を混合してもよ
く、荷電制御剤として含金属染料、ニグロシン等、離型
剤としてワックス等があげられる。

【００２５】上記トナーは、構成する成分の内、磁性粉
の量で現像条件が大きく異なる。その構成比率として
は、磁性粉が２０〜６０重量部に対して、樹脂は４０〜
８０重量部であることが望ましい。樹脂と磁性粉量が全
体に占める割合を１００重量部としたとき、磁性粉量が
６０重量部を越えるとトナーの飽和磁化が高くなり、磁
石ロール１による吸引力が強くなって、磁気束縛力に打
ち勝って感光体５上の静電潜像に付着するトナー量が減
少する。磁性粉量が２０重量部よりも少なくなると、磁
気束縛力を受けないトナーが装置内へ飛散したり、十分
な帯電量が得られないために、非画像部に付着してカブ
リの原因になる。

【００２６】本発明の静電潜像現像剤６を構成するトナ
ーは、交流電圧１ｋＨｚにおける体積抵抗が１０⁹Ωｃ
ｍ以上であることが望ましく、これ以下の体積抵抗では
十分な摩擦帯電量が得られず、濃度が低下するばかり
か、非画像部への飛散も増加する。トナーの粒子径は、
５〜１０μｍの粒子径が望ましく、さらには６〜９μｍ
の粒子径が望ましい。粒子径が小さいことは、解像度を
高めることはできるものの、十分な摩擦帯電量が得られ
ないと、カブリが多く、濃度の低い画像が得られる。そ
の限界が平均粒径で５μｍである。平均粒径が１０μｍ
よりも大きな粒子は、カブリや濃度の低下は見られない
が、文字回りの飛散が多くなり、静電潜像の電界強度に
沿った現像がされなくなる。

【００２７】トナーとキャリヤの比率は、トナーが１０
〜７０重量部に対してキャリヤ３０〜９０重量部が望ま
しい。トナーが１０重量部をきれば、現像方式として２
成分の帯電方式と変わらないので、トナーの補給が必要
になってくる。望ましくは２０重量部以上の混合量が良
い。トナー混合量が、７０重量部を越えるとキャリヤと
の接触が少なくなり、トナーが飽和帯電量に達しないた
めに逆極性のトナーが増え、非画像部へのカブリが多く
なる。キャリヤの混合量は、全体量を１００重量部とし
たときのトナーに対して増減するため、起こりうる問題
としてはトナーの時と同様で、キャリヤ量が９０重量部
を越えれば２成分と変わらない現像方式となり、３０重
量部を下れば、磁性１成分の現像方式に近くなり飛散が
多くなる。

【００２８】こうして混合された静電潜像現像剤６は、
円筒スリーブ２に載って搬送される。感光体５の回転数
は、図１の矢印方向に５０〜１００ｒｐｍの速度で回転
している。感光体５に対抗する位置に設けられた円筒ス
リーブ２は、磁石ロール１を回転させるときと停止して
いるときでは、回転数が異なる。感光体５の静電潜像に
対して、十分なトナーを提供することが必要であるか
ら、磁石ロール１を停止しているときには１５０〜２５
０ｒｐｍの速度で回転する。磁石ロール１を回転させる
ときには、磁石ロールが４００〜９００ｒｐｍの速度で
回転するため、円筒スリーブの回転数は、感光体と同方
向に５０〜１００ｒｐｍの速度で回転すれば、十分なト
ナーの現像量が提供される。

【００２９】以上のように詳述した画像形成装置に使わ
れる本実施例のトナーの製造方法について実験例をあげ
て以下に説明する実験例１スチレン・アクリル酸ブチル共重合体４５重量部（三洋
化成ＴＢＨ１５００）マグネタイト５５重量部（戸田工業ＥＰＴ−１０００）カーボンブラック１０重量部（三菱化成ＭＡ１００）荷電制御剤２重量部（オリエント化学Ｓ−３４）ワックス４重量部（三洋化成５５０Ｐ）以上の材料からなる混合物を溶融混練し、冷却後エアー
ジェット粉砕機で粉砕した後、分級を２回行い平均粒径
８．５μｍの粒子を得た。この粒子に疎水性シリカ（ア
エロジルＲ９７２）を粒子１００部に対して０．５部添
加した。嵩密度０．５１８ｇ／ｃｃで凝集度８．９％、
２成分のブローオフ帯電量計を使用して帯電量−４８μ
Ｃで、体積抵抗３．５＊１０¹⁰Ωｃｍのトナーを得る事
が出来た。このトナーを平均粒径７５μｍのフェライト
キャリアと、トナー：キャリア＝４０：６０で混合し
て、磁石ロール固定、円筒スリーブ２００ｒｐｍの条件
で現像装置に充填して画像形成を行ったところ、トナー
飛散が少なく、反射濃度１．６のむらの無い画像を形成
することが出来た。

【００３０】比較例１実験例と組成が同じで、分級を１度しか行なわず、嵩密
度０．３９８ｇ／ｃｃで凝集度１５．６％のトナーを使
い平均粒径７５μｍのフェライトキャリアと、実験例と
同じ比率で混合し、実験例と同じ現像装置に充填して画
像形成を行ったところ、記録部材上に現像されたトナー
の濃度において０．８の部分もあり、１．２の部分もあ
るむらのある画像が形成された。

【００３１】比較例２実験例と同じキャリアを使い、従来の嵩密度０．３７５
ｇ／ｃｃで凝集度２２．８％のトナーと混合し、実験例
と同じ現像装置に充填して画像形成を行ったところ、か
ぶりがみられ記録部材上に現像されたトナーの濃度にお
いて０．９の部分もあり、１．１の部分もあるむらのあ
る画像が形成された。

【００３２】実験例２スチレン・アクリル酸ブチル共重合体６０重量部（三洋
化成ＵＮＩ３０００）マグネタイト３５重量部（戸田工業ＥＰＴ−１０００）ワックス５重量部（三洋化成５５０Ｐ）荷電制御剤４重量部（藤倉化成ＦＣＡ１００１ＮＢ）以上の材料からなる混合物を溶融混練し、冷却後エアー
ジェト粉砕機で粉砕した後、分級を２回行い平均粒径
８．１μｍの粒子を得た。この粒子に疎水性シリカ（ワ
ッカーケミカルＨ２０００）をトナー１００重量部に対
して０．５重量部添加した。嵩密度０．４８６ｇ／ｃｃ
で凝集度４．８％、東芝ケミカル製２成分のブローオフ
帯電量測定装置を使用して測定したところ−３４μＣ
で、体積抵抗４．０＊１０¹⁰Ωｃｍ、誘電率３．１のト
ナーを得ることができた。このトナーを平均粒径７０μ
ｍのマグネタイトキャリアと、トナー：キャリア＝４０
重量部：６０重量部で混合して、磁石ロール回転、円筒
スリーブ２００ｒｐｍの条件下で現像装置に充填して画
像形成を行ったところ、トナー飛散が少なく、反射濃度
１．８のむらの無い画像を形成することができた。

【００３３】比較例３実験例２と同じ組成が同じで、分級を１回しか行わなか
った、嵩密度０．３６５ｇ／ｃｃで凝集度１４．３％の
トナーを使い平均粒径７０μｍのマグネタイトキャリア
と、実験例２と同じ比率で混合し、実験例２と同じ現像
装置に充填して画像形成を行ったところ、記録部材上に
現像されたトナーの濃度において１．０の部分もあり、
１．５の部分もあるむらのある画像が形成された。

【００３４】比較例４実験例２と同じ７０μｍのマグネタイトキャリアを使
い、従来の嵩密度０．４３９ｇ／ｃｃで凝集度３２．８
％で平均粒径１１μｍのトナーとを、トナー：キャリア
＝４０重量部：６０重量部で混合し、実験例２と同じ磁
石ロール固定タイプの現像装置に充填して画像形成を行
ったところ、かぶりがみられ記録部材上に現像されたト
ナーの濃度において１．３の部分もあり、１．６の部分
もあるむらのある画像が形成された。

【００３５】また以上の比較例を一覧にして図２に示
す。

【００３６】以上、説明したことから明らかなように、
本実施例の静電潜像現像剤６を使用したことにより、記
録部材上に形成されたトナー画質の解像度を高めること
が出来る。トナーの嵩密度と凝集度を上げたことによ
り、帯電が均一になされ、トナーの濃度にむらが起こり
にくく、かぶりの少ないそして高解像度の画像が得られ
る。

【００３７】尚、本発明は以上詳述した実施例に限定さ
れるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲の変更は
可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上、説明したことから明かなように、
本発明の静電潜像現像剤を使用した事により、記録部材
上に形成されたトナー画質の解像度を高める事ができ
る。トナーの嵩密度と凝集度を上げたことにより、帯電
が均一になされ、トナーの濃度にむらが起こり難く、か
ぶりの少ないそして高解像度の画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電潜像現像剤を用いた現像装置の概
略を示す図である。

【図２】本発明の静電潜像現像剤と他の静電潜像現像剤
との比較を示す図である。

【符号の説明】

６静電潜像現像剤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平均粒子径が５〜１０μｍで、嵩密度
０．４ｇ／ｃｃ以上で、凝集度が２０％以下で、交流電
界１ｋＨｚにおける体積抵抗が１０⁹Ωｃｍ以上であ
り、少なくとも磁性粉、樹脂を含んだ磁性トナー１０〜
７０重量部と、遷移金属の酸化物からなり、平均粒子径３０〜７０μｍ
のキャリヤ３０〜９０重量部とを混合したことを特徴と
する静電潜像現像剤。