(57)【要約】【課題】キャリアの平均粒径を小粒径化した場合でも、キャリア飛びを生じさせず、安定した印刷画像濃度が得られる電子写真用キャリアを提供する。【解決手段】印加電界強度１０００Ｖ／ｃｍにおける体積抵抗率の値をＲ１、印加電界強度１００Ｖ／ｃｍにおける体積抵抗率の値をＲ２とした時、Ｒ１≧１／１０８・Ｒ２を満足する電子写真用キャリアを得る。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加電界強度１０００Ｖ／ｃｍにおける体積抵抗率の値をＲ１、印加電界強度１００Ｖ／ｃｍにおける体積抵抗率の値をＲ２とした時、Ｒ１≧１／１０８・Ｒ２を満たしていることを特徴とする電子写真用キャリア。
【請求項２】
１平方センチメートルあたり１ｋｇ加重した際の体積抵抗率の値をＲ３、１平方センチメートルあたり０．１ｋｇ加重した際の体積抵抗率の値をＲ４とした時、Ｒ３≧１／１０・Ｒ４を満たしていることを特徴とする電子写真用キャリア。
【請求項３】
印加電界強度１０００Ｖ／ｃｍにおける体積抵抗率の値をＲ１、印加電界強度１００Ｖ／ｃｍにおける体積抵抗率の値をＲ２とした時、Ｒ１≧１／１０８・Ｒ２を満たし、且つ１平方センチメートルあたり１ｋｇ加重した際の体積抵抗率の値をＲ３、１平方センチメートルあたり０．１ｋｇ加重した際の体積抵抗率の値をＲ４とした時、Ｒ３≧１／１０・Ｒ４を満たしていることを特徴とする電子写真用キャリア。
【請求項４】
体積抵抗率が１０１２Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子写真用キャリア。
【請求項５】
電子写真用キャリアを構成するコア材がマグネタイトであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子写真用キャリア。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真用キャリアに関するものであり、複写機やプリンタなどの電子写真装置の現像剤としてトナーとともに用いられるキャリアに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真装置に用いられるトナーには、スチレンアクリルやポリエステル等の樹脂中に着色剤（黒トナーの場合は主にカーボンブラック、カラートナーの場合は顔料や染料が用いられる）やトナー帯電量を調整するための帯電制御剤を混合させている。
【０００３】
トナーの製造方法としては、上記樹脂、着色剤および帯電制御剤を溶融混練し、ジェットミル等の粉砕機で微粉に粉砕し、分級機によって所望の粒径（例えば１０μｍ前後の粒径）が主になるように極端な小粒径（例えば４μｍ以下）や大粒径（例えば２０μｍ以上）を除く。その後、シリカ等の微粉を外添して現像剤として使用できるトナーが得られる。
【０００４】
電子写真装置においては、感光体を帯電し、画像データに応じた露光を行い、感光体上に画像パターンに対応した電荷分布を形成し、現像において電荷分布に応じてトナーを供給することによって可視トナー像として感光体上に現れる。その後、トナー像を紙などの記録材に転写し、熱定着によって記録材上に固定させ、印刷画像として完成する。
【０００５】
感光体上のトナーを記録材に転写するとき、感光体上の全てのトナーが用紙に転写されるわけではなく、一部は転写されずに感光体上に残留する。記録材に転写されたトナーの重量と、転写前の感光体上のトナーの重量との比率（いわゆる転写効率）が低いトナーの場合は、感光体上に残留するトナーが多くなるので、この状態のままにしておくと、次に形成される画像に重なってしまい、その画像の品質を損ねるので転写後に感光体上に残留したトナーを清掃装置によって除去する。この清掃によって感光体上から除去されたトナーは、廃棄される場合や再利用される場合がある。
【０００６】
現像において、感光体上の電荷分布に応じてトナーを付着させるためにはトナーにも電荷を与える必要がある。このトナーに電荷を与える方法として、磁性を有した粒子であるキャリアを用い、キャリアとの摩擦帯電によってトナーに電荷を与える方法が知られている。この方法はトナーとキャリアの２つの成分を用いるので一般にその現像方法は２成分現像方法と呼ばれ、トナーとキャリアの混合物は２成分現像剤と呼ばれている。
【０００７】
この２成分現像方法においては、キャリアはトナーを帯電させるだけでなく、トナーを感光体へ運ぶ機能も有する。キャリアは現像装置で内部に磁石を備えて外部の円筒が回転する現像ローラの表面に保持されて感光体との対向部に運ばれ、感光体表面の電荷分布に応じてトナーを付着させる。このとき、キャリアが感光体に接触してトナーを付着させる現像を接触現像という。
【０００８】
この接触現像ではペンキを塗る場合に刷毛が細かい場合にはペンキを一様に塗ることができるが、刷毛が粗い場合には塗ったペンキにその刷毛目が出るのと同様に、付着せしめたトナーにキャリアの大きさに応じたむらが発生する。
【０００９】
感光体にトナーをむらなく一様に付着させるために細かい刷毛目となるようにするにはキャリア粒径を小さくする必要がある。このキャリアとしては１００μｍ前後の粒径が多く用いられてきたが、トナーを一様に付着させるために６０μｍ以下の小粒径のキャリアが用いられてきている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このキャリア粒径は小粒径ほどむらがなくなるがそのための弊害も生じている。その弊害の１つがキャリア飛びである。キャリア飛びが生じると現像装置から現像剤が減少していくのでトナーを十分に帯電させられなくなったり、現像ローラで搬送される現像剤の量にむらが生じ、画像むらの原因となる。また、キャリア飛びで感光体に付着したキャリアは転写においてそのキャリア周辺のトナーが転写されなくなる転写不良が生じる。
【００１１】
キャリア飛びはキャリアの電気的抵抗が低い場合に、キャリアにトナーの電荷とは逆極性の電荷が注入されて感光体に付着する現象であるが、キャリアの電気抵抗が一見高い場合でも生じる場合がある。このキャリア飛びが生じると転写時に転写不良を発生させてしまう。また、キャリアの電気抵抗が変化するとトナー帯電量が変化し、印刷画像濃度が変化してしまうという問題もある。
【００１２】
従って、本発明の目的は、キャリアの平均粒径を小粒径化した場合でも、キャリア飛びを生じさせず、安定した印刷画像濃度が得られる電子写真用キャリアを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、印加電界強度１０００Ｖ／ｃｍにおける体積抵抗率の値をＲ１、印加電界強度１００Ｖ／ｃｍにおける体積抵抗率の値をＲ２とした時、Ｒ１≧１／１０８・Ｒ２を満足する電子写真用キャリアを得ることにより達成される。
【００１４】
キャリアの電気抵抗が一見高い場合でもキャリア飛びが生じるのは、感光体表面の電荷分布による電位分布と現像ローラに印加した現像バイアス電圧との電位差で感光体と現像ローラ間のギャップで生じる電界強度が局所的に強くなる場所があり、そのような強い電界がキャリアに作用するとキャリア抵抗が極端に低下し、電荷注入されるためである。
【００１５】
このようなキャリア飛びが生じるキャリアの抵抗とキャリアに印加される電界強度の関係を調べると、おおよそキャリアの体積抵抗率が印加電界強度１０００Ｖ／ｃｍの時の値が印加電界強度１００Ｖ／ｃｍの時の値の１／１０８より小さくなっていた。
【００１６】
また、キャリア飛びはキャリアに印加する電界強度が同じであっても、現像ローラで搬送する現像剤量を多くすると発生量が増える場合があった。このような場合に感光体は帯電させるが露光を行わないでトナーが現像しないような条件にして現像ローラに現像バイアス電圧を印加して、現像バイアス電源に流れる電流を測定すると、キャリア飛びが発生しない現像剤量の場合に比べて電流が多くなっていた。これは現像剤量を多くして感光体と現像ローラ間の現像剤の密度を上げて、現像剤に印加される圧力が増大して抵抗が低下したためである。
【００１７】
このキャリア飛びが生じるキャリアの抵抗とキャリアに印加する加重の関係を調べると、おおよそ体積抵抗率が１平方センチメートルあたり１ｋｇ加重した時の値が、１平方センチメートルあたり０．１ｋｇ加重した時の値の１／１０より小さくなっていた。
【００１８】
以上のような印加電界強度や加重の増加に対して、抵抗が大きく低下するキャリアでは一旦、抵抗が低下して電荷注入された後、印加電界強度や加重が減少した場合にはその注入された電荷が蓄積したままとなり、キャリア飛びを生じてしまうものと考えられる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を用いて説明する。先ず電子写真装置の画像形成過程を図１を用いて説明する。図１において時計方向に回転する感光体１は帯電器２によってその表面が一様に帯電され、露光器３は画像データに応じて光が明滅し、感光体１上では光が照射された部分が導電化して表面の電荷が消失する。
【００２０】
現像機４には、トナーとキャリアからなる２成分現像剤が保持されており、内部に磁石を備えた現像ローラ４１の回転にともなって感光体１と向かい合った領域へと搬送される。現像ローラ４１には、図示していないがバイアス電圧が印加されており、感光体と同じ帯電極性のトナーは感光体と現像ローラ間の電界の作用で、感光体表面の電荷が消失した場所に付着する。
【００２１】
現像によって感光体１上に形成されたトナー像は、転写器５によって用紙などの記録材７に転写される。記録材７に転写されたトナー像は、図示しない定着機での加熱によって融解されて記録材７上に固定される。
【００２２】
その後、感光体１上に残留したトナーを清掃機６で除去し、以後同様に画像形成が行なわれる。清掃機６で除去されたトナーは、トナーホッパ４２に回収されて再び現像に使用される。
【００２３】
現像によってトナーが消費されると、現像機４の現像剤中のトナー濃度が低下し、トナー濃度センサ４４の出力値が変化し、制御部４６で基準値と比較しトナー濃度が所定値より低下したことを検出すると、トナー補給ローラ４３を駆動して、トナーホッパ４２から現像機４内にトナーを補給する。トナー濃度センサ４４の出力が所定のトナー濃度に対応した値になると、現像機４内のトナー濃度が過剰にならないように制御部４６は補給ローラ４３を停止させる。
【００２４】
トナー濃度センサが磁気ブリッジ方式の場合、トナー濃度検出特性は、図２の１３で示す曲線のようにトナー濃度が高くなると出力が低下する特性である。制御部４６は、トナー濃度センサの出力信号（電圧値）を取り込み、基準値と比較して高くなればトナー濃度が低下したと判断してトナー補給を行い、基準値より低くなれば補給を停止し、トナー濃度を安定化する。
【００２５】
トナー濃度センサ４４はその検出面が、現像機４内の攪拌スクリュー４５の側に向くように取り付けられ、攪拌スクリュー４５の回転に伴ってトナー濃度センサ４４表面上を搬送される現像剤のトナー濃度を検出する。トナー濃度を安定に制御するためには、トナー濃度センサ４４表面で現像剤が滞ることがないように現像剤の流動性を調整する必要がある。
（実施例１）
現像機４内の現像剤のキャリアの平均粒径は４０μｍであり、キャリアの電気的体積抵抗率は、印加電界強度１００Ｖ／ｃｍで１０１５Ω・ｃｍ前後の値から、印加電界強度１０００Ｖ／ｃｍでは１０１４Ω・ｃｍのオーダーになる。キャリアのコア材はマグネタイトを使用した。キャリアのコア材のみの抵抗率は、およそ１０５Ω・ｃｍであり、キャリアの抵抗はコーティング材の量とコーティング材に添加する導電材の量で調整した。コーティング材はシリコン樹脂、導電材はカーボンブラックである。
【００２６】
このキャリアを、トナー粒径は８．５μｍで、トナー濃度は重量割合で８％で現像剤に調合した。この現像剤を用いた場合には、キャリアとびによる転写不良は発生していなかった。
【００２７】
なお、ここでキャリアの電気的体積抵抗率の測定方法について説明する。図３に示すように。直径４０ｍｍのＳＵＳの円板８４に幅５ｍｍの絶縁樹脂８６で間隔を隔てて、内径７０ｍｍ、外径９０ｍｍのリング状凹型円板８３を配置し、凹型円板８３内にキャリア８５を充填させ、その上から電極兼加重となる直径５０ｍｍの金属円柱８２に電圧を印加し、リング状凹型円板８３は接地させた状態で、直径４０ｍｍの円板８４に流れる電流を測定して、印加電圧をその電流で割って抵抗値の値として算出する高抵抗計８１を用いる。抵抗率は、抵抗値に円板８４の面積を乗じ、電極８４と８２の間隔Ｄで割って得られる。
【００２８】
実施例１で用いたキャリアの抵抗率は図４に、９１、９２、９３で示しており、それぞれ印加電界強度が、１００Ｖ／ｃｍ、５００Ｖ／ｃｍ、１０００Ｖ／ｃｍである。印加電界強度が１００Ｖ／ｃｍから１０００Ｖ／ｃｍに増加すると抵抗率は最大で１／６に低下した。
【００２９】
また、加重を０．１ｋｇ／ｃｍ２から１ｋｇ／ｃｍ２に増加させた場合は、抵抗率は最大で１／７に低下した。
【００３０】
なお、この実施例ではキャリアのコア材にマグネタイトを用いたが、銅や亜鉛、マグネシウムを添加したフェライトキャリアも用いることができる。銅亜鉛フェライトキャリアを用いた場合、マグネタイトに比べて飽和磁化が３／４に小さくなるが、この抵抗率と同じ場合でもキャリア飛びによる転写不良は発生しなかった。
（実施例２）
実施例１に対して、図４の９７、９８、９９で示す、それぞれ印加電界強度が、１００Ｖ／ｃｍ、５００Ｖ／ｃｍ、１０００Ｖ／ｃｍの場合の抵抗率特性のキャリアを用いた。なお、加重によって異なるが、このキャリアの印加電界強度１００Ｖ／ｃｍで１０１４Ω・ｃｍから１０１５Ω・ｃｍの間の値であり、１０００Ｖ／ｃｍにした場合の抵抗率は約１０１２Ω・ｃｍから１０１３Ω・ｃｍの間であり、印加電界強度１００Ｖ／ｃｍの場合の抵抗率に対して１０００Ｖ／ｃｍでの抵抗率は最大で１／１０８に低下していた。
【００３１】
また、印加電界強度によって若干異なるが、加重０．１ｋｇ／ｃｍ２での抵抗率に対して、１ｋｇ／ｃｍ２の抵抗率は最大で１／１０に低下していた。
【００３２】
キャリアのコア材はマグネタイトであり、コーティング材はアクリル変性シリコン樹脂、コーティング材に添加する導電材はカーボンブラックであるが、実施例１に比べてコーティング材中で分散をよくした。
【００３３】
実施例１に比べて、抵抗の電圧依存性が大きくなっているが、図４に、９７、９８、９９で示す抵抗率のキャリアを用いた場合でも、キャリアとびによる転写不良は発生しなかった。
【００３４】
この場合も、銅亜鉛フェライトキャリアを用いた場合でも、この抵抗率と同じ場合はキャリア飛びによる転写不良は発生しなかったが、画像中にわずかにキャリアが混在する場合があった。これはフェライトキャリアでは飽和磁化が小さくなるので、マグネタイトに比べて磁気力が弱くなるので、キャリア飛びが起こりやすくなったためである。ただし、キャリア飛びしたキャリアの径は平均粒径４０μｍに対して、その半分程度の２０μｍであり、小粒径で磁気力が小さいキャリアが選択的に飛んだと考えられる。
【００３５】
キャリア飛びは、体積抵抗率は１０１２Ω・ｃｍが、キャリア飛び発生するかしないかの境目であることが分かった。
（比較例１）
実施例１に対して、図４に９４、９５、９６で示す抵抗率特性のキャリアを用いた場合は、キャリアとびが発生し、画像の一部が転写されない不良が発生した。
【００３６】
図４の９４、９５、９６はそれぞれ印加電界強度が、１００Ｖ／ｃｍ、５００Ｖ／ｃｍ、１０００Ｖ／ｃｍである。印加電界強度が１０００Ｖ／ｃｍの抵抗率は、１００Ｖ／ｃｍでの抵抗率に対して、最小でも１／１６００に低下していた。また、加重が０．１ｋｇ／ｃｍ２の抵抗率に対して１ｋｇ／ｃｍ２の抵抗率はその１／１００００００となった。
【００３７】
キャリアのコア材はマグネタイトであり、コーティング材はシリコン樹脂、コーティング材に添加するカーボンブラックの量を実施例に比べて多くした。なお、カーボンブラックの量を調節して、加重が０．１ｋｇ／ｃｍ２の抵抗率に対して１ｋｇ／ｃｍ２の抵抗率が１／１００、１／１０００になるよう調節を試みたが、１／１０より小さくなるようなカーボンブラックの量では、１／１００や１／１０００の調整は安定的にできず、それよりも小さな１／１０００００００になってしまった。
【００３８】
キャリアのコア材の抵抗が低く、加重が大きい場合に、抵抗を下げるためにカーボンブラックの量を増やしたコーティングが絶縁破壊してキャリアのコア材の抵抗が現れた結果と考える。このようなキャリアでは、キャリア飛びが発生し、画像の一部が転写されない不良が発生した。
【００３９】
以上の実施例と比較例から、印加電界強度が１００Ｖ／ｃｍでの抵抗率に対して１０００Ｖ／ｃｍでの抵抗率がおよそ１／１０８以上、また、加重が０．１ｋｇ／ｃｍ２での抵抗率に対して１ｋｇ／ｃｍ２での抵抗率がおよそ１／１０以上であれば、キャリアとびによる転写不良が発生しないことが分かった。また、キャリアの抵抗率で見ると、抵抗率が１０１２Ω・ｃｍ以上ではキャリアとびによる転写不良が発生しない結果となっていた。
【００４０】
また、印加電界強度と加重に対して、抵抗低下が少ないキャリアは、環境変化に対しても安定であることがわかった。図５は、キャリアを高湿度（２０℃、８０％ＲＨ）の環境にさらした場合の印加電界強度５００Ｖ／ｃｍ、加重０．１ｋｇ／ｃｍ２での抵抗率の変化であるが、印加電界強度と加重に対して抵抗低下が少ないキャリア９７は、吸湿に対しても抵抗低下が少なく、１桁以下であった。一方、印加電界強度や加重に対して抵抗低下が大きいキャリア９５は吸湿によって抵抗が約３桁低下した。
【００４１】
キャリアの抵抗が変化すると、２成分現像剤ではトナー帯電量が変化する特性がある。キャリア抵抗が高い場合に比べて、抵抗が低下するとトナーの電荷量の絶対値が小さくなる。キャリア抵抗が低いと、キャリア表面の局所的に電界強度が強くなった場所で放電が起こりやすくなり電荷量を多く蓄積できないため、キャリアと逆極で絶対値が同じトナーの電荷も減少する（放電でキャリアの電荷がトナーに戻ると考えられる）。
【００４２】
トナーの電荷量が小さくなったのは、キャリア飛びの原因となるキャリアのトナーと逆極の電荷量も少なくなった結果であるが、それはキャリア飛びが減少するという一見すると利点と思われる特性である。しかし、トナー帯電量がキャリア抵抗の変化で生じた場合には、実際には利点はなく、問題が生じる。
【００４３】
たとえば、図５の加重０．１ｋｇ／ｃｍ２で抵抗を測定した結果の中で、キャリア９５を用いた現像剤で２０℃、３５％ＲＨでのトナー電荷量が−２０μＣ／ｇ程度であるが、２０℃、８０％ＲＨの環境で抵抗が３桁低下すると、−１２μＣ／ｇに絶対値が減少した。そして、このキャリアを用いて印刷した場合、２０℃、８０％ＲＨでは過剰な現像が生じ、カブリも発生した。
【００４４】
それに対して、図５のキャリア９７を用いた場合は、２０℃、３５％ＲＨでのトナー電荷量が−１５μＣ／ｇ程度であるが、２０℃、８０％ＲＨの環境でも−１４μＣ／ｇであり、絶対値が１μＣ／ｇ低下するだけであり、印刷画像濃度は安定で、カブリも生じなかった。なお、これは、図４に示した９１、９２、９３の抵抗特性のキャリアを用いても同様に、印刷画像濃度は安定であった。このような抵抗特性のキャリアで環境に対する印刷画像濃度が安定な理由は、印加電界強度や加重に対して抵抗率の変化が少ないことが、環境、特に高湿度での水分による抵抗低下を起こし難い特性があると考えられる。
【００４５】
印加電界強度や加重で抵抗が低下するのは、電気伝導を担う物質がキャリア中に存在するが、それらが強電界や高加重で伝導開始するためであり、高湿度での水分が電界や加重と同様に、それらの物質の伝導を開始させる作用があるためと考えられる。印加電界強度や加重で体積抵抗率の変化が少ないキャリアは、そのような強電界や高加重で電気伝導を開始する物質が少ないため、環境に対しても安定であると考える。
【００４６】
以上説明したように、使用するキャリアの体積抵抗率が印加電界強度１０００Ｖ／ｃｍの時の値が、印加電界強度１００Ｖ／ｃｍの時の値に１／１０８以上、さらに、キャリアの体積抵抗率が１平方センチメートルあたり１ｋｇ加重した時の値が、１平方センチメートルあたり０．１ｋｇ加重した時の値１／１０以上のキャリアを使用することによって、キャリア飛びによる転写不良を防止し、かつ印刷画像濃度を安定にできる。
【００４７】
また、体積抵抗率は、１０１２Ω・ｃｍ以上がキャリア飛びによる転写不良を防止できた値である。
【００４８】
なお、キャリアの抵抗率の調整は、キャリアのコア材の酸化処理や、フェライトキャリアであれば添加金属元素の種類、例えば、Ｂａ（バリウム）やＳｒ（ストロンチウム）を添加すると抵抗を高くでき、Ｆｅ（鉄）を添加したマグネタイトでは抵抗を下げられる。また、コーティング処理でも抵抗を調整でき、コート材に添加する導電剤の量とコート材への混合条件、コート材の量で行うことができる。その場合、コア材の抵抗とは独立に抵抗を調整できるので、磁気特性からコア材を選定し、抵抗はコーティングで調整することが可能となり、電子写真装置の構造や使用条件に応じて適切な抵抗、磁気特性のキャリアを選定することが可能である。
【００４９】
特に、飽和磁化の大きいマグネタイトキャリアをコーティングによって高抵抗化して用いると、磁力でキャリアとびを抑えるとともに、抵抗で電荷注入を阻止してキャリアとびを抑える作用があいまって、特に小粒径のキャリアを用いた電子写真装置でキャリアとびを抑える効果は大きくなる。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、キャリアの平均粒径を小粒径化した場合でも、キャリア飛びを生じさせず、安定した印刷画像濃度が得られる電子写真用キャリアを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子写真装置の概略構成図である。
【図２】トナー濃度センサの特性図である。
【図３】キャリア抵抗測定装置の説明図である。
【図４】キャリア抵抗測定結果を示す説明図である。
【図５】キャリア抵抗の吸湿特性を示す説明図である。
【符号の説明】
１  感光体
２  帯電器
３  露光器
４  現像機
５  転写器
６  清掃機
７  記録材
【図１】
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【図２】
2004317933.tif 000004
【図３】
2004317933.tif 000005
【図４】
2004317933.tif 000006
【図５】
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