(57)【要約】【課題】充分な耐久性と環境安定性を兼ね備え、さらには感光体劣化をできるだけ少なくした二成分現像剤を提供する。【解決手段】キャリアにおけるコート量がコア材重量に対して５重量％以上である二成分現像剤において、現像剤中のトナー濃度をＸ重量％とすると、０．３５×Ｃｔ≦Ｘ≦０．７０×Ｃｔを満たす。ここで、Ｃｔ＝ｋ×ρｔｒ／ρｃＲ、ρｔ＝トナーの比重、ρｃ＝キャリアの比重、ｒ＝トナーの平均粒径、Ｒ＝キャリアの平均粒径、ｋ＝被覆係数＜ｋ＝２／（３０．５）×π×１００＞である。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアにおけるコート量がコア材重量に対して５重量％以上である二成分現像剤において、現像剤中のトナー濃度をＸ重量％とすると、
０．３５×Ｃｔ≦Ｘ≦０．７０×Ｃｔ
を満たすことを特徴とする電子写真用現像剤。
（ここで、
Ｃｔ＝ｋ×ρｔｒ／ρｃＲ、
ρｔ＝トナーの比重、
ρｃ＝キャリアの比重、
ｒ＝トナーの平均粒径、
Ｒ＝キャリアの平均粒径、
ｋ＝被覆係数＜ｋ＝２／（３０．５）×π×１００＞
である。）
【請求項２】
前記キャリアの平均粒径が５０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の電子写真用現像剤。
【請求項３】
現像剤中のトナーに無機微粒子を外添せしめたことを特徴とする請求項１乃至２に記載の電子写真用現像剤。
【請求項４】
前記無機微粒子がシリカであることを特徴とする請求項３に記載の電子写真用現像剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、トナーとキャリアからなる二成分系の電子写真用現像剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トナーを用いた画像形成方法には、カールソンプロセスの応用による電子写真方式が広く用いられている。カールソンプロセスを採用した装置は、一般的に表面に感光層を有する感光体ドラムの周囲に、帯電装置、露光装置、現像装置、転写装置、定着装置、クリーナー、及び除電装置を順次設けた構成である。ここで、カールソンプロセスについて説明する。
【０００３】
カールソンプロセスでは、まず、暗所において、感光体ドラムの表面が、帯電装置により均一に帯電される。次に露光装置によって、感光体ドラム表面に原稿像を投射することにより、光の当たった部分の帯電が除去されて感光体ドラム表面に静電潜像が形成される。次いでこの静電潜像に、感光体ドラム上の帯電電界と逆極性に帯電させた現像装置内のトナーが付着することにより、トナーによる可視画像が形成される。その後、紙等の記録材をこの可視画像に重ね、記録材の裏面より転写装置でコロナ放電を行って、トナーと逆極性の電荷を与えることにより、トナー像が記録材に転写される。転写後、トナー像は、定着装置の熱や圧力により記録材に定着され、永久像となる。一方、記録材に転写されずに感光体ドラム上に残った残留トナーは、クリーナーにより除去される。また、感光体ドラム上の静電潜像は、除電装置により除電される。この後、再度、感光体ドラムの帯電から始まる上述の工程が繰り返されることにより、連続的な画像形成が行われる。
【０００４】
従来のトナーとしては、例えば、熱可塑性樹脂に対して着色剤、帯電制御剤、オフセット防止剤としてのワックス等を溶融混練した後、冷却により固化させ、次いで、粉砕及び分級することによりトナー粒子を得る粉砕法によって製造されたトナーや、懸濁重合法、乳化重合法などに代表される重合法によって製造されたトナーなどが知られている。
【０００５】
また、現像剤がトナーとキャリアからなる二成分系の現像方式の場合、現像装置内でトナーを安定に帯電させるためには、キャリアのコア材やコート材の種類、コート量の最適化等のキャリア開発が、トナー開発とともに重要なファクターとなる。
【０００６】
複写機、プリンターがますます高速化、多様化していく中、現像剤の耐久性や環境安定性がますます要求され、耐久性と環境安定性に優れた現像剤の開発は急務であると言える。このため、下記特許文献１には、上記特性、すなわち耐久性と環境安定性に優れた二成分系カラー現像剤が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平４−１７７３６９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、高速化、小型化が進んでいる複写機等の場合、現像剤に与えられるストレスはより大きく、よりいっそうの耐久性が要求される。上記特許文献１では、キャリアにおけるコート量がコア材重量に対して０．１重量％〜５重量％と定義されているが、その範囲内で高速化、小型化された複写機等に使用した場合、充分な耐久性が得られない可能性がある。すなわち、ライフ後半でコート剥がれによるコア材の表面化によって、キャリア特性が初期状態とは大きく異なり、画像濃度の低下等の問題を引き起こす可能性がある。
【０００９】
そこで、本発明者らは、今後さらに高速化、小型化された複写機等に使用した場合でも充分な耐久性が得られるよう、キャリアのコート量を増した現像剤を考案した。しかしながら、コート量をコア材重量に対して５重量％以上含有せしめた場合、選択するコート剤によっては環境安定性が大きく阻害される可能性があり、特に高温高湿下では、現像剤中のトナー濃度推移が安定せず、トナー飛散や白地カブリ等の問題を引き起こす場合がある。
【００１０】
本発明は、充分な耐久性と環境安定性を兼ね備え、さらには感光体劣化をできるだけ少なくした現像剤を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、現像剤中のトナー濃度を最適化することで環境特性を改善できるのではないかと考えた。高温高湿下では前にも述べたが、現像剤中のトナー濃度が上がり易く、トナー飛散や白地カブリ等の問題を引き起こす可能性がある。これはトナー濃度が上がることでトナーのキャリアに対する接触確率が減るため、キャリアとの摩擦帯電を基本とする二成分現像方式では帯電性の悪化を招き、トナー飛散や白地カブリを引き起こす結果となるのである。高温高湿下でのトナー濃度上昇は温度センサーや湿度センサーの導入で抑制させることは可能であるが、複写機やプリンター本体のコストアップに繋がることは避けられない。
【００１２】
そこで、現像剤設計で高温高湿下での問題を解決しようと思えば、高温高湿下でのトナー濃度上昇を見越した設計をすればよいのである。すなわちある程度トナー濃度が上昇してもトナーが補給された際、キャリアと摩擦帯電能力を損なわないトナー濃度に現像剤をあらかじめ設計しておきさえすれば、温度センサーや湿度センサーに頼らずとも高温高湿下でもトナー飛散や白地カブリは抑えられるというものである。
【００１３】
しかし、トナー濃度を闇雲に下げただけでは、画像濃度の問題が生じるため、本発明者等は、キャリアにおけるコート量がコア材重量に対して５重量％以上である二成分現像剤において、現像剤中のトナー濃度をＸ重量％とすると、
０．３５×Ｃｔ≦Ｘ≦０．７０×Ｃｔ
を満たす時に、環境特性と画像濃度の両立を果たすことを見出した。
【００１４】
ここで、Ｃｔ＝ｋ×ρｔｒ／ρｃＲ、ρｔ＝トナーの比重、ρｃ＝キャリアの比重、ｒ＝トナーの平均粒径、Ｒ＝キャリアの平均粒径、ｋ＝被覆係数＜ｋ＝２／（３０．５）×π×１００＞である。
【００１５】
キャリアにおけるコート量がコア材重量に対して５重量％以上含有させることによって、現像剤の耐久性が向上し、さらに上記式を満足させるようにトナー濃度を決めることで環境特性に優れた現像剤となる。
【００１６】
本発明においては、前記キャリアの平均粒径が５０〜１００μｍであることが好ましい。キャリア平均粒径を上記範囲内とすることで、安定した画質を維持させることができ、またキャリア上がりを抑制することができる。
【００１７】
また、本発明においては、現像剤中のトナーに無機微粒子を外添せしめることが好ましい。無機微粒子を外添することで帯電性を向上させ、特に高温高湿下でトナー濃度を安定推移させることが可能となる。ここで、無機微粒子がシリカであることがより好ましい。無機微粒子としてシリカを用いた場合、特に帯電性の向上に大きな効果があるからである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に用いられるトナーの製造方法について説明する。
【００１９】
本発明におけるトナーの製造方法は、結着樹脂、着色剤、ワックス、帯電制御剤、必要に応じてその他の添加剤をヘンシェルミキサー、スーパーミキサーなどの混合機により充分混合し、得られた混合物を二軸混練機によって溶融混練する。この混練物をジェット式粉砕機にて粉砕後分級し、体積平均粒径で５μｍ〜１５μｍ程度のトナーを得ることができる。さらに、該トナーに無機微粒子を添加し、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサーなどの混合機により付着、均一分散させる。
【００２０】
結着樹脂としては、ポリスチレン、スチレン−アクリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル−無水マレイン酸共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ウレタン変性ポリエステル樹脂、アクリル樹脂等が単独あるいは混合物で使用できるほか、ブロック重合体、グラフト重合体として使用することができる。また、これらの結着樹脂は１山あるいは２山分布のものなどトナー用として公知の分子量分布を有するものがすべて使用可能である。
【００２１】
また、結着樹脂の熱的特性としては、ガラス転移点（Ｔｇ）が４０℃〜７０℃であるものが好ましい。４０℃未満のガラス転移点を有するものでは、機内温度が上昇した場合に、溶融し、トナー同士の凝集が発生してしまう可能性が高い。また７０℃を越えるガラス転移点を有するものでは、定着性能が劣り、実使用上に耐えない。
【００２２】
着色剤としては、カーボンブラック、鉄黒、合金アゾ染料、その他各種の油溶性染料・顔料等を用いることができ、これらの着色剤は、樹脂成分１００重量部に対して、１〜１０重量部添加するのが望ましい。
【００２３】
ワックスとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン重合体、ポリオレフィン系ワックス群から選ばれる少なくとも１種類を樹脂成分１００重量部に対して、１〜１０部含有するのが望ましい。
【００２４】
帯電制御剤には、正帯電制御用と負帯電制御用の２種類があり、例えば、アゾ系染料、カルボン酸金属錯体、四級アンモニウム化合物、ニグロシン系染料等を用いることができ、これらの帯電制御剤は、樹脂成分１００重量部に対して、０．１〜５重量部添加するのが望ましい。
【００２５】
添加無機微粒子としては、シリカ、チタン、アルミナ、マグネタイト、フェライトなどの金属酸化物微粒子、チッ化珪素、チッ化ホウ素などの金属チッ化物微粒子などの微粉末が挙げられ、さらにこれらの微粉末表面をジメチルジクロルシラン、アミロシラン等のシランカップリング処理やシリコーンオイル処理を施したもの、フッ素含有成分などを付与したものなどが使用でき、これらのうちの１種あるいは複数種を添加すればよい。
【００２６】
本発明においては、特にシリカを添加することが望ましい。これは他の無機微粒子のみの場合、キャリアと接触した際の帯電性が悪く、その結果請求項１に示すような範囲内に現像剤中のトナー濃度があったとしても環境特性が満たされない。またシリカはトナーの流動化剤としても働き、現像槽内へのトナー供給量を安定化させている。
【００２７】
一方キャリアは、粉体特性、電気特性、磁気特性といった要素があり、現像システムに合わせた性能が要求される。近年では、摩擦帯電性、環境安定性、耐久性向上のためにコア材を樹脂でコートしたキャリアが広く使用されるようになっている。本発明には一般的なキャリアのコア材である、鉄粉、フェライト等が使用可能であり、形状も不定形から球形まで、平均粒子径は１０μｍから１ｍｍくらいのものまで幅広く用いることができる。
【００２８】
ただし、本発明においては、平均粒子径が５０μｍから１００μｍであることが好ましい。これは、近年、高速化、小型化が進んでいる複写機等の場合、平均粒子径が５０μｍ未満のものを用いた場合、キャリア上がり（キャリアが感光体に付着して流出する現象）を引き起こし、現像剤量が初期からライフにかけて徐々に減少することにより、現像剤中のトナー濃度がうまく制御できなくなってしまう可能性が高くなる。さらにキャリア上がりがひどい場合には、記録材上に現れたりすることもある。逆に１００μｍを越えるものを用いた場合、穂立ち（磁気ブラシ）が粗く、安定した画質を供給することが困難となったり、現像剤が現像槽からこぼれてしまうような現象を引き起こす可能性が生じる。
【００２９】
また、コート材には、ポリエステル系樹脂、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂などすべて用いることができ、噴霧法や浸漬法といった方法によりコア材表面に被覆される。
【００３０】
上下記特許文献１では、キャリアにおけるコート量がコア材重量に対して０．１重量％〜５重量％と定義されているが、その範囲内で高速化、小型化された複写機等に使用した場合、充分な耐久性が得られない可能性がある。これは、ライフ後半でコート剥がれによるコア材の表面化によって、キャリア特性が初期状態とは大きく異なり、画像濃度の低下等の問題を引き起こすというものである。そこで、本願発明においてはコート量をコア材重量に対して５重量％以上含有せしめることを特徴とする。
【００３１】
鉄粉キャリアは製造方法により、還元鉄粉、アトマイズ鉄粉、窒化鉄粉などに分けられ、還元鉄粉や窒化鉄粉は不定形であるため、球形化処理を行いしばしば用いる。フェライトキャリアには銅、ニッケル、亜鉛、コバルト、マンガン、マグネシウムなどのフェライト粉末を用い、球形で流動性がよく化学的にも安定なことから、一般的に高画質化、長寿命化に適しているといえる。
【００３２】
【実施例】
以下、具体的な実験結果を述べる。ただし、以下のトナー及び現像剤の製造例は本発明の一例であり、これらに限定されるものではない。
【００３３】
（トナーの製造例）
樹脂１００重量部に対し、ワックスとしてポリエチレン（クラリアントジャパン社製：ＰＥ１３０）１．０部、ポリプロピレン（三井化学社製：ＮＰ−５０５）１．５部、帯電制御剤（保土ケ谷化学工業社製：Ｓ−３４）を１部、マグネタイト（関東電化社製：ＫＢＣ−１００）を１．５部、着色剤としてカーボンブラック（キャボット社製：３３０Ｒ）を５部加え、スーパーミキサー（川田社製：Ｖ−２０）で充分混合し、得られた混合物を二軸混練機（池貝鉄工社製：ＰＣＭ−３０）によって溶融混練した。この混練物をジェット式粉砕機（日本ニューマチック工業社製：ＩＤＳ−２）にて粉砕後分級し、体積平均粒径で７．５μｍ程度のトナーを得た。シリカ微粒子（日本アエロジル社製：Ｒ９７２）を０．３部外添し製造を完了する。
【００３４】
（現像剤の製造例）
上記製造方法にて得られたトナーと、シリコン系樹脂でコートしたフェライトキャリアを、トナー濃度が５％になるようにナウターミキサー（ホソカワミクロン社製：ＶＬ−０）にて２０分間攪拌し、製造を完了する。
【００３５】
上記製造法によって得られたトナー及びコート量の違うキャリアから成る現像剤を使用し、市販のモノクロ複写機ＡＲ−４５０（シャープ製）を用いて行い、初期の画像濃度と印字率５％原稿を５枚間欠で１００Ｋ枚通紙後の画像濃度を比較した。
【００３６】
表１に、コア材に対するキャリアコート量と画像濃度の関係を表す。
【表１】
2004144777.tif 000002
【００３７】
表１によれば、キャリアコート量が５重量％未満の場合、１００Ｋ後の画像濃度が大きく低下する。これはキャリアのコート剥がれによるものと推察される。一方、キャリアコート量が５重量％以上の場合、１００Ｋ後も安定した画像濃度を保っており、非常に高い耐久性を示したと言える。
【００３８】
（比較例１）
樹脂１００重量部に対し、ワックスとしてポリエチレン（クラリアントジャパン社製：ＰＥ１３０）１．０部、ポリプロピレン（三井化学社製：ＮＰ−５０５）１．５部、帯電制御剤（保土ケ谷化学工業社製：Ｓ−３４）を１部、マグネタイト（関東電化社製：ＫＢＣ−１００）を１．５部、着色剤としてカーボンブラック（キャボット社製：３３０Ｒ）を５部加え、スーパーミキサー（川田社製：Ｖ−２０）で充分混合し、得られた混合物を二軸混練機（池貝鉄工社製：ＰＣＭ−３０）によって溶融混練した。この混練物をジェット式粉砕機（日本ニューマチック工業社製：ＩＤＳ−２）にて粉砕後分級し、体積平均粒径で８．５μｍのトナーを得た。シリカ微粒子（日本アエロジル社製：Ｒ９７２）を０．３部外添し（トナー比重ρｔ＝１．２）製造を完了する。
【００３９】
上記製造方法にて得られたトナーとコート量がコア材重量に対し８．０重量％である平均粒径が９０μｍのキャリア（キャリア比重ρｃ＝４．８）をトナー濃度が２．８重量％になるようにナウターミキサー（ホソカワミクロン社製：ＶＬ−０）にて２０分間攪拌し製造を完了する。またこのとき、Ｃｔ＝８．６（８．５７）となる。
【００４０】
（実施例１）
比較例１のように、Ｃｔ＝８．６であって、現像剤中のトナー濃度のみを３．０重量％とした。
（実施例２）
比較例１のように、Ｃｔ＝８．６、であって、現像剤中のトナー濃度のみを４．０重量％とした。
（実施例３）
比較例１のように、Ｃｔ＝８．６、であって、現像剤中のトナー濃度のみを６．０重量％とした。
（比較例２）
比較例１のように、Ｃｔ＝８．６、であって、現像剤中のトナー濃度のみを６．２重量％とした。
（比較例３）
上記製造方法にて得られたトナーとコート量がコア材重量に対し８．０重量％である平均粒径が７０μｍのキャリア（キャリア比重ρｃ＝４．８）をトナー濃度が３．５重量％になるようにナウターミキサー（ホソカワミクロン社製：ＶＬ−０）にて２０分間攪拌し製造を完了する。このとき、Ｃｔ＝１１（１１．０）となる。
（実施例４）
比較例３のように、Ｃｔ＝１１であって、現像剤中のトナー濃度のみを３．８重量％とした。
（実施例５）
比較例３のように、Ｃｔ＝１１であって、現像剤中のトナー濃度のみを５．０重量％とした。
（実施例６）
比較例３のように、Ｃｔ＝１１であって、現像剤中のトナー濃度のみを７．７重量％とした。
（比較例４）
比較例３のように、Ｃｔ＝１１であって、現像剤中のトナー濃度のみを８．０重量％とした。
（比較例５）
樹脂１００重量部に対し、ワックスとしてポリエチレン（クラリアントジャパン社製：ＰＥ１３０）１．０部、ポリプロピレン（三井化学社製：ＮＰ−５０５）１．５部、帯電制御剤（保土ケ谷化学工業社製：Ｓ−３４）を１部、マグネタイト（関東電化社製：ＫＢＣ−１００）を１．５部、着色剤としてカーボンブラック（キャボット社製：３３０Ｒ）を５部加え、スーパーミキサー（川田社製：Ｖ−２０）で充分混合し、得られた混合物を二軸混練機（池貝鉄工社製：ＰＣＭ−３０）によって溶融混練した。この混練物をジェット式粉砕機（日本ニューマチック工業社製：ＩＤＳ−２）にて粉砕後分級し、体積平均粒径で８．５μｍのトナーを得た（トナー比重ρｔ＝１．２）。
【００４１】
上記製造方法にて得られたトナーとコート量がコア材重量に対し８．０重量％である平均粒径が７０μｍのキャリア（キャリア比重ρｃ＝４．８）をトナー濃度が５．０重量％になるようにナウターミキサー（ホソカワミクロン社製：ＶＬ−０）にて２０分間攪拌し製造を完了する。このとき、Ｃｔ＝１１（１１．０）となる。
【００４２】
下記の表２に、実施例及び比較例によって得られた現像剤を使用し、市販のモノクロ複写機ＡＲ−４５０（シャープ製）を用いて行い、初期画像濃度と高温高湿環境下（３５℃、８５％）において現像剤初期設定後、１７時間放置した時のトナー補給時間の計測と放置後に印字した画像の白地カブリを測定した結果を示す。
【００４３】
（トナーの評価方法）
画像濃度…初期の画像濃度と印字率５％原稿を５枚間欠で１００Ｋ枚通紙後の画像濃度を比較した。画像濃度はマクベス反射濃度計（Ｍａｃｂｅｔｈ社製：ＲＤ−９１４）によって測定し、１００Ｋ枚通紙後の画像濃度が１．３未満を×、１．３〜１．３２を○、１．３３以上を◎とした。
【００４４】
環境特性…現像剤初期設定後、１７時間放置した時のトナー補給時間の計測と放置後に印字した画像の白地カブリを測定（日本電色工業社製：ハンター白度計）した。白地カブリの値が０．５未満を◎、０．５〜１．０未満を○、１．０〜１．５未満を△、１．５以上を×とした。
【００４５】
【表２】
2004144777.tif 000003
【００４６】
表２の結果より、０．７０×Ｃｔ以下のとき、環境特性の向上が見られた。しかしながら、０．３５×Ｃｔ未満になると、画像濃度が大きく低下し０．３５×Ｃｔ以上が望ましい。また、感光体の膜べり量はいずれの場合も問題なかった。また比較例５にあるように、シリカを外添しない場合には現像剤中のトナー濃度が上記範囲を満たしていたとしても環境特性は良い結果が得られなかった。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は、キャリアにおけるコート量がコア材重量に対して５重量％以上である二成分現像剤において、現像剤中のトナー濃度を特定の範囲内とするものであり、キャリアにおけるコート量がコア材重量に対して５重量％以上含有させることによって、現像剤の耐久性が向上し、さらに上記式を満足させるようにトナー濃度を決めることで環境特性に優れた現像剤となる。
【００４８】
また、キャリアの平均粒径を５０〜１００μｍとすることで、安定した画質を維持させることができ、またキャリア上がりを抑制することができる。
更に、現像剤中のトナーに無機微粒子を外添せしめることで帯電性を向上させ、特に高温高湿下でトナー濃度を安定推移させることが可能となる。特に、無機微粒子としてシリカを用いた場合、帯電性の向上に大きな効果がある。