(57)【要約】【課題】平均粒径が小粒径のキャリアの流動性を向上させて、感光体へのキャリア飛びを低減し、現像剤中のトナーの量を安定化する。【解決手段】平均粒径が３５から７０μｍで、重量平均粒径の２倍以上または７５μｍ以上の粒径を重量で１０％以上含み、１４０μｍ以上の粒径成分を重量で５％以下、２０μｍ以下の粒径を重量で２．０％以下のキャリアを用いる。また、キャリアの体積抵抗率が印加電界強度２０００Ｖ／ｃｍの時に１０１２Ωｃｍ以上とする。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真装置用キャリアであって、該キャリアの体積抵抗率が印加電界強度２０００Ｖ／ｃｍの時に１０１２Ωｃｍ以上であり、該キャリアは重量平均粒径の２倍以上または７５μｍ以上の粒径成分を重量で１０％以上含み、２０μｍ以下の粒径成分が重量で２．０％以下であることを特徴とする電子写真装置用キャリア。
【請求項２】
請求項１記載の電子写真装置用キャリアにおいて、重量平均粒径が３５μｍ以上７０μｍ以下であることを特徴とする電子写真用キャリア。
【請求項３】
請求項２記載の電子写真装置用キャリアにおいて、１４０μｍ以上の粒径成分が重量で５％以下であることを特徴とする電子写真用キャリア。
【請求項４】
請求項３記載の電子写真装置用キャリアとトナー混合した２成分現像剤を用いて画像を形成する電子写真装置において、該トナーは体積平均粒径が９μｍ以下であり、該２成分現像剤中の該トナーの重量割合を、該トナーの平均粒径を該キャリアの平均粒径で割った値に３０を乗じた重量割合以上にしたことを特徴とする電子写真装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トナーとキャリアを用いた２成分現像剤を使用した電子写真装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真装置に用いられるトナーは、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が、カラートナーの場合は顔料や染料が用いられる）やトナーの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】
このトナーの製造方法としては、上記樹脂と着色剤、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１０マイクロメートル前後の粒径）が主になるように、極端な小粒径（例えば４マイクロメートル以下）や大粒径（例えば２０マイクロメートル以上）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】
電子写真装置では、感光体を帯電し、画像データに応じた露光を行って、感光体上に画像パタ−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現像することによって初めて画像が目に見えるトナー像として感光体上に現れる。その後、そのトナー像を紙へ転写し、熱定着によって紙上に固定し、印刷画像として完成する。
【０００５】
感光体上のトナーを紙へ転写するとき、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る。用紙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の比率を転写効率と呼ぶ。
【０００６】
転写効率が低いトナーの場合、感光体上に残ったトナーが多くなるので、これをそのままにしておくと、次に形成される画像に重なって、その画像の品質を損ねるので、転写後に感光体上に残ったトナーの清掃を行う。この清掃によって感光体上から除去されたトナーは、そのまま使われずに廃棄される場合や、再び現像で使用される場合がある。
【０００７】
現像においては、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て、その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ある。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、それによる現像方法を２成分現像と呼び、トナーとキャリアの混合物を２成分現像剤と呼ぶ。
【０００８】
この２成分現像においては、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ルの表面に保持されて感光体との対向部に運ばれて、感光体表面の電荷分布に応じてトナーを付着せしめる。このとき、キャリアが感光体に接触してトナーを付着せしめる現像を接触現像という。
【０００９】
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。
【００１０】
感光体にトナーをむら無く一様に付着せしめるために、細かい刷毛目となるようにするためにはキャリア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せしめるために６０μｍ以下の小粒径のキャリアが用いられてきている。
【００１１】
このキャリアの粒径は小粒径ほどむらが無くなるがそのための弊害も生じている。その弊害の１つがキャリアの流れが悪くなるという流動性の悪化である。
【００１２】
２成分現像剤を用いた電子写真装置の現像装置では、感光体に現像するトナーの量を安定にするために、現像によって消費されたトナーを補給し、現像剤中のトナーの濃度を一定に制御している。このためには、現像剤中のトナーの濃度を検出する必要がある。検出したトナーの濃度が低くなった場合に、トナーを補給して濃度を一定に保ち、感光体に現像されるトナーの量を安定化する。
【００１３】
このトナー濃度を検出するセンサがトナー濃度センサであり、光学式、磁気ブリッジ式、透磁率式など、各種の方式がある。これらのセンサは現像装置の内面にセンサの検出面が向けられており、そのセンサの面に接した現像剤のトナー濃度を検出するようになっている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、現像剤の流動性が悪い場合、センサの面に接した現像剤が流れなくなると、実際にはトナーが消費されてトナー濃度が下がってもセンサ面付近の現像剤がトナー濃度が下がった現像剤と入れ替わらなかったりすると、実際にはトナーが消費されて現像剤全体としてはトナー濃度が低下しているにもかかわらず、トナー濃度が低下したことが検出されず、トナーが補給されないため、感光体に現像されるトナーの量が少なくなる。また、その逆にトナーが補給されたにもかかわらず、トナー濃度が増加したことを検出できない場合は、トナーを過剰に補給して、感光体に過剰なトナーを現像したり、不必要な部分にトナーを現像してしまうなどの問題が生じる。
【００１５】
また、小粒径のキャリアの別の弊害として、キャリアが感光体に付着するというキャリア飛びの問題がある。この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、現像ロールで搬送される現像剤の量にむらが生じたりして、画像のむらの原因となる。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。
【００１６】
このキャリア飛びは、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低い場合には、トナーを感光体に現像させる能力も高くなり、現像剤からのトナー消費が多くなる。すると、現像剤中で局所的にトナー濃度が低くなって、電気抵抗も低くなるので、更に電荷注入が生じてキャリア飛びが増えるという問題がある。
【００１７】
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、キャリア飛びや流動性の低下が無く、トナー濃度を的確に検出することによって、感光体に現像されるトナー量を安定にできる電子写真装置用キャリアおよび電子写真装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、キャリアの体積抵抗率が印加電界強度２０００Ｖ／ｃｍの時に１０１２Ωｃｍ以上とし、キャリアを重量平均粒径の２倍以上または７５μｍ以上の粒径分布のキャリアが重量で１０％以上含まれるようにすることで達成される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図を用いて説明する。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で、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−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−ル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−ル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ル間の電界の作用で、感光体表面の電荷が消失した場所に付着する。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７に転写される。用紙７に転写されたトナー像は、図示していないが、定着機での加熱によって融解されて、用紙７上に固定される。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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
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無いように、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、８０μｍ以上の粒径を重量で１５％含み、２０μｍ以下を重量で２．０％含み、キャリアの電気的体積抵抗率は、印加電界強度２０００Ｖ／ｃｍで１０１３Ωｃｍである。
【００２３】
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、現像剤のトナー濃度は安定であり、感光体へ現像されるトナー量も安定となり、印刷画像の濃さも安定していた。また、線画の周辺もぎざつきがなく滑らかで、キャリアとびも発生していなかった。
【００２４】
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。直径９０ｍｍのＳＵＳの円板に５ｍｍの間隔を隔てて、直径５０ｍｍの円板とその周囲に１０ｍｍの間隔を隔てて内径７０ｍｍ、外径９０ｍｍのリング状円板を配置し、円板を垂直方向に立てて、円板の間に現像剤を自然落下させて充填した時、直径９０ｍｍの円板に１０００Ｖの電圧を印加し、リング状円板は接地させた状態で、直径５０ｍｍの円板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、直径５０ｍｍの円板の面積を乗じて、さらに間隔５ｍｍで割って得られる。
【００２５】
図１の現像装置の現像ロール４１に印加する現像バイアス電圧は、典型的な例では−４００Ｖであり、感光体１の電位は−６００Ｖ、感光体１と現像ロール４１の間隔は１ｍｍである。キャリアとびはトナーが感光体１の電位が低い（０に近い）場所に現像されるのとは逆に、感光体が−６００Ｖに帯電した場所に飛ぶので、キャリアを飛ばす電界強度は２００Ｖ割る１ｍｍの２０００Ｖ／ｃｍとなる。このような電界強度で抵抗が１０１２Ωｃｍでは絶縁性となり、電荷注入が生じ難くなるのでキャリアとびは起こり難くなる。
（実施例２）
実施例１に対して、平均粒径が４０μｍで、７５μｍ以上の粒径が１０％含まれるキャリアを、トナー濃度を６．５％で用いたところ、トナー濃度も安定で、画像むらの線画周辺のぎざつきも注意深く目視してようやく認識できる程度であった。
（実施例３）
実施例１に対して、平均粒径が５３μｍで、１１０μｍ以上の粒径が１０％含まれるキャリアを、トナー濃度を５％で用いたところ、トナー濃度も安定で、画像むらの線画周辺のぎざつきも注意深く目視してようやく認識できる程度であった。
（実施例４）
実施例３に対して、平均粒径が５３μｍで、７５μｍ以上の粒径が１０％含まれるキャリアを、トナー濃度を５％で用いたところ、トナー濃度も安定で、画像むらの線画周辺のぎざつきは認識できなかった。
（実施例５）
実施例１に対して、平均粒径３５μｍで、７５μｍ以上の粒径が１０％含まれるキャリアをトナー濃度１０％で用いたところ、トナー濃度は安定で、画像むらもなく線画周辺も滑らかであった。
（実施例６）
実施例１に対して、平均粒径７０μｍで、７５μｍ以上の粒径が１０％含み、１４０μｍ以上の粒径が５％以下含まれるキャリアをトナー濃度４％で用いた場合も、トナー濃度は安定で、画像むらもなく線画周辺のぎざつきは認識できなかった。
（実施例７）
実施例５に対して、平均粒径３５μｍで、７０μｍ以上の粒径が２５％含まれるキャリアをトナー濃度７．５％で用いた場合も、トナー濃度は安定で、画像むらもなく線画周辺も滑らかであった。
（比較例１）
実施例１に対して、トナー濃度を６％とした場合、トナー濃度センサがトナー濃度が低下した場合の値を出力しつづけ、トナーが過剰に補給される場合があった。また、キャリアが画像中に混入していた。
（比較例２）
実施例１に対して、平均粒径は４０μｍであり、８０μｍ以上の粒径を重量で１５％含み、２０μｍ以下のキャリアを２．５％含むキャリアを用いた場合、トナー補給時にトナー濃度センサがトナーが補給されてトナー濃度が高くなったことを検出できない場合が発生し、過剰なトナーが補給されて、画像背景部にかぶりが生じた。
（比較例３）
実施例１に対して、平均粒径４０μｍで、８０μｍ以上の粒径を重量で８％以下含み、２０μｍ以下のキャリアを２．０％含むキャリアを用いた場合も、トナー補給時にトナー濃度センサがトナーが補給されてトナー濃度が高くなったことを検出できない場合が発生し、過剰なトナーが補給されて、画像背景部にかぶりが生じた。
（比較例４）
実施例１に対して、トナーの粒径を９．５μｍで、トナー濃度を８％とした場合、トナー濃度は安定していたが、画像にむらが生じていた。具体的には、線画の辺にぎざつきが見られた。
（比較例５）
実施例６に対して、平均粒径が７０μｍで、１４０μｍ以上の粒径が６％含まれるキャリアを用いたところ、トナー濃度は安定していたが、画像にむらが生じ、線画の周辺にぎざつきが見られた。
（比較例６）
実施例１に対して、キャリアの電気的体積抵抗率が、印加電界強度２０００Ｖ／ｃｍの時に１０１０Ωｃｍ以下の場合、キャリア飛びが発生し、印刷画像を擦ると、キャリアが出てきた。
【００２６】
以上の検討結果から、キャリアの粒径分布、特に大粒径成分の量を適切に調整すれば流動性を向上させることができることが判った。
【００２７】
平均粒径が３８μｍ以上に平均粒径が大きい場合は、大粒径成分の割合は、平均粒径に対する比率ではなく、およそ７５μｍの粒径成分が１０％以上である場合に流動性向上に寄与していることが、いろいろな粒径のキャリアの粒度分布から判った。
【００２８】
また、平均粒径が３８μｍより小さいキャリアに関しては、平均粒径の２倍以上の粒径成分が１０％以上で流動性向上に寄与していることが判った。
【００２９】
さらに、微小粒径成分については、２０μｍ以下の粒径成分が、２％以下では流動性が悪化しないが、２．５％では悪化することが判った。
【００３０】
したがって、平均粒径に対して２倍以上の粒径成分または７５μｍ以上の粒径成分を重量で１０％以上含み、２０μｍ以下の粒径成分が重量で２．０％以下含むキャリアを用いることによって２成分現像剤の流動性の悪化が阻止され、トナー濃度が安定することが分かった。特に、流動性が悪くなる７０μｍ以下のキャリアを用いた２成分現像剤に有効であることが分かった。
【００３１】
また、トナー濃度は、トナーとキャリアの粒径比に３０を乗じた値以上で用いることによって、キャリアを画像中に混入させなくできた。これは、キャリア表面のトナーの量が不足しない適切な値以上となり、キャリア同士の接触が妨げられ、キャリア間が直接接触して、キャリア飛びを引き起こす電荷注入が起こり難くなるためである。また、この場合、キャリアの電気抵抗を、印加電界強度２０００Ｖ／ｃｍの時に１０１２Ωｃｍ以上とすればさらに注入を起こり難くし、小粒径キャリアのキャリア飛び防止に有効が処方である。
【００３２】
また、大粒径成分は、１４０μｍ以上の粒径成分が重量で５％以下とすることで、画像にギザツキを感じさせないことが判った。
【００３３】
なお、キャリアの粒径の分布は、キャリアの篩い分け条件で調整できる。また、平均粒径の異なるキャリアを混合しても粒径分布を調節できる。具体的には、実施例１のキャリアは、平均粒径３２μｍのキャリアと平均粒径７２μｍのキャリアを重量で４対１で混合することによって得られた。
【００３４】
以上の説明を補足すると、この発明によって現像剤の流動性の悪化が阻止されるのは、適切な量で含まれた流動性の良い大粒径成分で流動性を改善し、平均の粒径が画像のむらやぎざつき防止に効果があるためである。また、キャリア抵抗を高くしているので、キャリア飛びを少なくできる。キャリアの抵抗を高くするためには、キャリアの表面に樹脂コートする方法などがある。また、キャリアの材質としては、マグネタイト、フェライトが使用できる。
【００３５】
【発明の効果】
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、キャリア飛びの発生が無く、現像剤の流動性の低下を防止できるので、現像剤のトナー濃度を安定に保つことが可能であり、現像されるトナー量が安定な電子写真装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子写真装置の一実施例を示す概略構成図。
【図２】トナー濃度センサの特性図。
【符号の説明】
１は感光体、２は帯電器、３は露光器、４は現像機、５は転写器、６は清掃機、７は用紙、１１は本発明のトナーの転写特性、４１は現像ロ−ル、４２はトナーホッパ、４３はトナー補給ローラ、４４はトナー濃度センサ、４５は攪拌スクリュー、５１は帯電器、５２はベルト、５３は転写電源である。
【図１】
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【図２】
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