JPH0648399B2

JPH0648399B2 - 静電像の現像方法

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Publication number: JPH0648399B2
Application number: JP59027351A
Authority: JP
Inventors: 康司矢野; 修宏宮川; 照昭東口; 一雄山本; 善信川上
Original assignee: 三田工業株式会社
Priority date: 1984-02-17
Filing date: 1984-02-17
Publication date: 1994-06-22
Anticipated expiration: 2009-06-22
Also published as: US4963454A; JPS60172060A; EP0154433B2; DE3561085D1; EP0154433B1; EP0154433A1

Description

【発明の詳細な説明】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。

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、磁性キャリヤはスリーブ上にそのまま残るこ
とになる。

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。

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。

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る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。

即ち、本発明によれば、不定形磁性キャリヤと顕電性ト
ナーとの混合物から成る磁気ブラシで、静電像を有する
トナー表面を摺擦して、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）、ｋは0.90乃至1.14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、更
に球状磁性キャリヤと顕電性トナーとの混合物から成る
磁気ブラシで、静電像を有するトナー表面を摺擦して、
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）、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。

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。

先ず、前記式における右辺の項Ｓｃ／（Ｓｔ＋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。

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（Ｓｃ／
（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を不定形の磁性キャリ
ヤを用いる場合には0.90乃至1.14の範囲に、また球状の
磁性キャリヤの場合には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−３及び表−５
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。

また、ｋの値は不定形の磁性キャリヤと球状の磁性キャ
リヤとではその範囲に若干の差を有している。具体的に
は球状の磁性キャリヤの方が小さい値側にシフトしてい
る。これは、トナー濃度として考えれば低濃度側にシフ
トしているということである。本発明者らは、この理由
を以下のように推論している。即ち、画像上のブラシマ
ーク（ベタ黒部における細かな白スジ）の発生や解像度
の低下は、現像時における磁性キャリヤと静電潜像との
間の電荷のリークが影響している、この電荷のリークは
キャリヤ表面に角が多い程発生し易い。それゆえ、トナ
ー濃度の低下に伴い現像剤中でのキャリヤの表面露出度
が増加してくると不定形のものの方がいち早く上記電荷
のリークが発生するため、球状のキャリヤを用いる場合
の方が低濃度側での許容範囲が大きくなる。逆に、高濃
度側では不定形のものの方がいびつな形状ゆえにトナー
の吸着保持能力に優れているため許容範囲は球状のもの
よりも大きくなるものと考えられる。

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。

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任意の磁性キャリヤが使用
され、例えば鉄粉キャリヤ、フエライトキャリヤ等が使
用される。またキャリヤの形状としては不定形又は球状
のものが使用できる。不定形の磁性キャリヤとしては不
定形偏平状（第１図として添付した電子顕微鏡写真に示
された形状）、不定形球状（第２図として添付した電子
顕微鏡写真に示された形状）、の鉄粉系磁性キャリヤが
使用できる。球状の磁性キャリヤとしては第３図として
添付した電子顕微鏡写真に示されたフエライト系キャリ
ヤ或いは球形の鉄粉系磁性キャリヤが使用できる。キャ
リヤとしては、粒径（数平均粒径）が、一般に４０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５０
０cm²/ｇ、特に３００乃至４００cm²/ｇの範囲にある。

磁性キャリヤの好適な一例は、角取された不定形鉄粉
（以下単に不定形球状と呼ぶ）であり、粒径が１０５ミ
クロン以下のものが全体の９０重量％以上、粒径が３７
乃至７４ミクロンのものが全体の５０重量％以上である
粒度分布と、2.65乃至3.20ｇ／ccのゆるみ見掛比重とを
有するものが好適に使用される。

磁性キャリヤの他の好適な例は、フエライトキャリヤと
呼ばれるものであり、焼結フエライト粒子、特に球状の
焼結フエライト粒子が有利に使用される。この焼結フエ
ライト粒子の粒径は、一般に２０乃至１００ミクロンの
範囲にあるのがよい。

この焼結フエ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。

本発明に用いる焼結フエ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(ZnFe₂O₄)、酸化鉄イット
リウム(Y₃Fe₅O₁₂)、酸化鉄カドミウム(CdFe₂O₄)、酸化
鉄ガドリニウム(Gd₃Fe₅O₁₂)、酸化鉄銅(CuFe₂O₄)、酸化
鉄鉛(PbFe₁₂O₁₉)、酸化鉄ニッケル(NiFe₂O₄)、酸化鉄ネ
オジウム(NdFeO₃)、酸化鉄バリウム(BaFe₁₂O₁₉)、酸化
鉄マグネシウム(MgFe₂O₄)、酸化鉄マンガン(MnFe₂O₄)、
酸化鉄ランタン(LaFeO₃)等の１種或いは２種以上から成
る組成の焼結フエ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
結フエライト粒子である。

トナーとしては、顕電性と定着性とを有するトナーが何
れも使用でき、結着剤樹脂中に、着色顔料、荷電制御剤
等を分散させた粒径５乃至３０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、フエノール樹脂、石油樹脂、オ
レフイン樹脂等である。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、ファストバイオレツ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（ＣＩ２６１５０）、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。

本発明に使用するトナーは、一般に３４００乃至１１０
００cm²/ｇ、好ましくは４０００乃至７０００cm²/ｇ、
特に好ましくは４０００乃至５０００cm²/ｇの比表面積
を有する。

この比表面積の値はコール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
ヤよりその径が遥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。

前述した磁性キャリヤとトナーとを、式を満足する量比
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。

現像の進行に伴ない、現像機構中の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Ｃｔｏ（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Ｃｔｏとの比、即ちｋの値が下限の0.90
（不定形磁性キャリヤ使用の場合）或いは0.80（球状磁
性キャリヤ使用の場合）乃至はその近傍に達すると、ト
ナー補給機構を作動させて、ｋの値が上限の1.14（不定
形磁性キャリヤ使用の場合）或いは1.07（球状磁性キャ
リヤ使用の場合）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。

現像剤の調製ｉ）キャリヤ成分下記表−１に示す鉄粉キャリヤを用いた。

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重量部ピスコール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：デグサ社
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（ロートブ
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、その後超音波ジェットミル（NIPPON PNEUM
ATIC 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。

実施例１． No１のキャリヤを用い、トナー濃度が４，６，７，８，
９，１１wt％の現像剤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、転写の各行程をくり返す公知
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−３に示す。

以上の結果から、No１のキャリヤを使用した場合、画像
濃度は現像剤Noｄの７wt％以上でほぼ飽和し、Noａ，ｂ
の６wt％以下ではブラシマークも発生しかなり低いもの
であった。

また、解像度及び階調性についてはNoｃ及びNoｄの７，
８wt％をピークに低濃度側で良く、Noｅの０％以上では
字太りによる解像度の低下、トナーの飛散によるカブリ
濃度の上昇が認められた。

このことから、No１のキャリヤを用いる場合、トナー濃
度は７，８wt％が適正であった。この実験結果より前述
した数式によれば、７及び８％時のｋ値はｋ＝1.12（トナー濃度８wt％）ｋ＝.097（トナー濃度７wt％）である。実施例２． No４のキャリヤを用い、Se感光体を用いる以外、実施例
１と同様にして複写テストを行った。この時の現像条件
及び複写結果を表−４及び表−５に示す。

表−５の結果より、トナー濃度9.0、9.5の場合好結果が
得られた。

実施例３． No２及びNo３のキャリヤを用いて実施例１と同様にして
複写テストを行った結果、No２のキャリヤを用いたもの
では、６wt％の場合に好結果が得られ、７wt％を越える
と字太りやカブリが生じた。また５wt％の場合、カブリ
は生じていないものの画像濃度が低くブラシマークの生
じた複写物した得られなかった。

また、No３のキャリヤを用いた場合には、４wt％の場合
に好結果が得られ、５wt％のものではカブリや字太りが
発生し、また3.5wt％では画像濃度も低く、良好な複写
物が得られなかった。

以上実施例１乃至実施例４の結果を総合すれば、No１乃
至No４のいずれかのキャリヤを用いた場合でも、トナー
及びキャリヤの比表面積から導き出される式を満足する
範囲内において好結果が得られた。

実施例４． No５の球状キャリヤ（フエライト系）を用いて実施例１
と同様にして複写テストを行った結果を表−６に示す。

この結果からトナー濃度が1.17、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。この値
は前述した実施例１〜３のものに比べ幾分低い値にシフ
トしている。これは用いたキャリヤが球状のものである
ことから、低濃度側での許容が広がったためと考えられ
る。

【図面の簡単な説明】第１図乃至第３図は磁性キャリヤの粒子形状を示すため
の電子顕微鏡写真であり、各写真とも写真黒枠中の線の
長さが１００μを示している。尚、各図の粒子形状は、第１図……不定形平偏状鉄粉系キャリヤ粒子第２図……不定形球状鉄粉系キャリヤ粒子第３図……球状フエライトキャリヤ粒子を夫々表わす。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本一雄大阪府大阪市東区玉造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府大阪市東区玉造１丁目２番28号三田工業株式会社内 (56)参考文献特開昭54−14238（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−153637（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−86555（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−199355（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】不定形磁性キャリヤと顕電性トナーとの混
合物から成る磁気ブラシで、静電像を有するトナー表面
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）、ｋは0.90乃至1.14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。
【請求項２】不定形磁性キャリヤが不定形球状又は不定
形偏平状の形状を有する鉄粉系キャリヤである特許請求
の範囲第１項記載の方法。
【請求項３】不定形磁性キャリヤの比表面積（Ｓｃ）が
５０乃至５００cm²/ｇの範囲、トナーの比表面積（Ｓ
ｔ）が３４００乃至１１０００cm²/ｇの範囲にある特許
請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項４】球状磁性キャリヤと顕電性トナーとの混合
物から成る磁気ブラシで、静電像を有するトナー表面を
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（Ｃ
ｔ％）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）、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。
【請求項５】球状磁性キャリヤがフエライト系キャリヤ
である特許請求の範囲第４項記載の方法。
【請求項６】球状磁性キャリヤの比表面積（Ｓｃ）が５
０乃至５００cm²/ｇの範囲、トナーの比表面積（Ｓｔ）
が３４００乃至１１０００cm²/ｇの範囲にある特許請求
の範囲第４項記載の方法。