現像剤および画像形成方法
【課題】 ゴースト現象の発生やキャリア飛び現象の発生、さらには電流リーク現象の発生を抑制しながら、高画質な鮮明画像を提供するハイブリッド現像装置に適した現像剤、及びかかる現像剤を用いた画像形成方法を提供する。
【解決手段】 キャリア及びトナーからなる現像剤を磁気保持しながら帯電させるための現像剤搬送体と、該搬送体よりトナーを移送してその表面にトナーの薄層を形成するための現像ロールと、該現像ロールと潜像担持体の最近接位置において現像バイアスを印加して潜像担持体の潜像現像を行うための現像装置と、を備えたハイブリッド現像装置に使用される現像剤及びそれを用いた画像形成方法であって、キャリアの比抵抗を１×１０9〜１×１０12Ω・ｃｍの範囲内の値とするとともに、飽和磁化を３６〜６０ｅｍｕ／ｇの範囲内の値とし、かつ、トナーの比抵抗を１×１０13〜１×１０16Ω・ｃｍの範囲内の値とする。
【解決手段】 キャリア及びトナーからなる現像剤を磁気保持しながら帯電させるための現像剤搬送体と、該搬送体よりトナーを移送してその表面にトナーの薄層を形成するための現像ロールと、該現像ロールと潜像担持体の最近接位置において現像バイアスを印加して潜像担持体の潜像現像を行うための現像装置と、を備えたハイブリッド現像装置に使用される現像剤及びそれを用いた画像形成方法であって、キャリアの比抵抗を１×１０9〜１×１０12Ω・ｃｍの範囲内の値とするとともに、飽和磁化を３６〜６０ｅｍｕ／ｇの範囲内の値とし、かつ、トナーの比抵抗を１×１０13〜１×１０16Ω・ｃｍの範囲内の値とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド現像装置を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に適した現像剤およびそれを用いた画像形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真システムは、絶縁性トナーや導電性トナーのみを用いる１成分現像方式と、トナー及びキャリアを用いる２成分現像方式の二つに大別される。
このうち、１成分現像方式は、現像装置がコンパクトとなり、ドット再現性に優れているという利点が得られやすいものの、現像スリーブやブレードが劣化しやすく、耐久性に乏しいという問題点が見られた。
また、２成分現像方式は、キャリアを介してトナーを帯電させるため、帯電性に優れ、ベタ画像の均一性も比較的良好であって、長寿命であるものの、現像装置が大きくなったり、複雑化したり、さらには、キャリア飛びを起こしやすいという問題点が見られた。また、２成分現像方式の場合、一旦像担持体に付着したトナーが、キャリアによって引っかかれてしまい、画像欠陥が生じるという特有の問題点も見られた。
そこで、このような１成分現像方式と、２成分現像方式とを組み合わせたハイブリッド現像方式が提案されている。かかるハイブリッド現像方式とは、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる構成の現像剤を使用するとともに、現像スリーブ上に、帯電させたトナーのみを担持させて、静電潜像に対して飛翔させる現像方式のことである。このハイブリッド現像方式によれば、ドット再現性に優れるとともに、長寿命化が可能であり、かつ高速画像の形成が容易である。
【０００３】
このようなハイブリッド現像方式を採用した電子写真システムとして、例えば、キャリアの平均粒径を２０〜４５μｍに制限するとともに、キャリアの比抵抗を１×１０8〜１×１０12Ω・ｃｍの範囲内の値に制限し、かつ、その飽和磁化を６０〜１００ｅｍｕ／ｇの範囲内の値に制限した方法が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。
また、同様に、ハイブリッド現像方式を採用した電子写真システムとして、例えば、キャリアの比抵抗を１×１０12〜１×１０15Ω・ｃｍの範囲内の値にするとともに、飽和磁化を２０〜３５ｅｍｕ／ｇの範囲内の値に制限した方法が提案されていた（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
一方、例えば、キャリア飛び対策として、キャリアの平均粒径を５２〜１４８μｍに制限するとともに、キャリアの比抵抗を７．５×１０7〜８．４×１０13Ω・ｃｍの範囲内の値に制限し、かつ、その飽和磁化を５４〜７５ｅｍｕ／ｇの範囲内の値に制限した方法が提案されていた（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００２−１０８１０４号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開平１１−１８４２２３号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】特開平５−６６６１４号公報（特許請求の範囲、実施例）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のように、トナーの比抵抗を考慮せずに、飽和磁化の値を高くすると、キャリアが現像スリーブを強く掃くことになり、環境条件によっては、画像に掃き目模様が現れやすいという新たな問題が見られた。
また、特許文献２のように、飽和磁化の値を過度に低くすると、キャリアの穂の強度が弱くなるために、現像スリーブ上に残ったトナーを掻きとる効果が著しく低下するという問題が見られた。また、キャリアの比抵抗が高いために、高速駆動させると、ゴースト現象が発生しやすいという問題が見られた。
さらに、特許文献３のように、キャリアの平均粒径が大きい一方、キャリアの飽和磁化の値も比較的大きいことから、磁気スリーブ上においてキャリアと、トナー間における静電付着力が大きくなりやすいという問題が見られた。したがって、現像スリーブに対して十分な量のトナーが飛翔しないために、ゴースト現象の発生を効果的に制御できないという問題が見られた。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、キャリアの比抵抗及び飽和磁化、並びにキャリアの平均粒径をそれぞれ所定範囲内の値に制限することにより、ハイブリッド現像装置に用いた場合であっても、ゴースト現象、キャリア飛び現象及び電流リークの発生等を抑制しながら、鮮明画像が得られることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明は、高画質を提供するのに適したハイブリッド現像装置で使用される現像剤およびそれを用いた画像形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、キャリア及びトナーからなる現像剤を磁気保持しながら帯電させるための現像剤搬送体と、該搬送体よりトナーを移送してその表面にトナーの薄層を形成するための現像ロールと、該現像ロールと潜像担持体の最近接位置において現像バイアスを印加して潜像担持体の潜像現像を行うための現像装置と、を備えたハイブリッド現像装置に使用される現像剤であって、キャリアの比抵抗を１×１０9〜１×１０12Ω・ｃｍの範囲内の値とするとともに、飽和磁化を３６〜６０ｅｍｕ／ｇの範囲内の値とし、かつ、トナーの比抵抗を１×１０13〜１×１０16Ω・ｃｍの範囲内の値とした現像剤が提供され、上述した問題点を解決することができる。
すなわち、キャリアの比抵抗及び飽和磁化、並びにキャリアの平均粒径を所定範囲内の値とすることにより、ゴースト現象、キャリア飛び現象及び電流リークの発生等を抑制しながら、高画質の鮮明画像を得ることができる。
【０００８】
また、本発明の現像剤を構成するにあたり、キャリアの平均粒径を２０〜４５μｍの範囲内の値とすることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の現像剤を構成するにあたり、現像剤の全体量を１００重量％としたときに、トナーの含有量を０．１〜２０重量％の範囲内の値とすることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の現像剤を構成するにあたり、トナーが、バインダー樹脂と、カーボンブラックと、を含むとともに、バインダー樹脂１００重量部に対して、カーボンブラックの添加量を０．０１〜３０重量部の範囲内の値とすることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の別の態様は、上述したいずれかの現像剤を用いることを特徴とする画像形成方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
［第１の実施形態］
第１の実施形態は、キャリア及びトナーからなる現像剤を磁気保持しながら帯電させるための現像剤搬送体と、該搬送体よりトナーを移送してその表面にトナーの薄層を形成するための現像ロールと、該現像ロールと潜像担持体の最近接位置において現像バイアスを印加して潜像担持体の潜像現像を行うための現像装置と、を備えたハイブリッド現像装置に使用される現像剤であって、キャリアの比抵抗を１×１０9〜１×１０12Ω・ｃｍの範囲内の値とするとともに、飽和磁化を３６〜６０ｅｍｕ／ｇの範囲内の値とし、かつ、トナーの比抵抗を１×１０13〜１×１０16Ω・ｃｍの範囲内の値とした現像剤である。
以下、第１の実施形態の現像剤について、構成要件に分けて説明する。
【００１３】
１．トナー
（１）構成
第１の実施形態に用いられるトナーは、バインダー樹脂、ワックス類、着色剤、及び電荷制御剤を含むトナー粒子と、外添剤とから基本的に構成してあることが好ましい。
【００１４】
（１）−１ バインダー樹脂
第１の実施形態に用いられるトナーに使用するバインダー樹脂の種類は、特に制限されるものではないが、例えば、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレンーアクリル系共重合体、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ビニルエーテル系樹脂、Ｎービニル系樹脂、スチレンーブタジエン樹脂等の熱可塑性樹脂を使用することが好ましい。
【００１５】
（１）−２ ワックス類
また、第１の実施形態に用いられるトナーに使用するワックス類は、特に制限されるものではないが、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、フッ素樹脂系ワックス、フィッシャートロプッシュワックス、パラフィンワックス、エステルワックス、モンタンワックス、ライスワックス等の一種単独または二種以上の組み合わせが挙げられる。
【００１６】
また、ワックス類の添加量についても特に制限されるものではないが、例えば、トナー全体量を１００重量％としたときに、ワックス類の添加量を０．１〜２０重量％の範囲内の値とするのが好ましい。ワックス類の添加量が１重量％未満となると、読取ヘッドへのオフセットや像スミアリング等を効率的に防止することができない傾向があり、一方、ワックス類の添加量が５重量％を超えると、トナー同士が融着してしまい、保存安定性が低下する傾向がある。したがって、ワックス類の添加量を１〜１０重量％の範囲内の値とするのがより好ましい。
【００１７】
（１）−３ 着色剤
また、第１の実施形態に用いられるトナーに使用する着色剤は、特に制限されるものではないが、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、ランプブラック、アニリンブラック、アゾ系顔料、黄色酸化鉄、黄土、ニトロ系染料、油溶性染料、ベンジジン系顔料、キナクリドン系顔料、銅フタロシアニン系顔料等を使用することが好ましい。
また、着色剤の添加量についても特に制限されるものではないが、例えば、トナー全体量を１００重量％としたときに、着色剤の添加量を０．０１〜３０重量％の範囲内の値とするのが好ましい。
この理由は、かかる着色剤の添加量が０．０１重量％未満となると、画像濃度が薄くなり鮮明な画像を得るのが困難になる傾向があるためである。一方、かかる着色剤の添加量が３０重量％を超えると、定着性が低下する傾向があるためである。したがって、着色剤の添加量を０．１〜２０重量％の範囲内の値とするのがより好ましい。
【００１８】
（１）−４ 電荷制御剤
また、第１の実施形態に用いられるトナーに、電荷制御剤を添加することも好ましい。この理由は、帯電レベルや帯電立ち上がり特性（短時間で、一定の電荷レベルに帯電するかの指標）が著しく向上し、耐久性や安定性に優れた特性等が得られるためである。
このような電荷制御剤の種類としては、特に制限されるものではないが、例えば、ニグロシン、第四級アンモニウム塩化合物、樹脂にアミン系化合物を結合させた樹脂タイプの電荷制御剤等の正帯電性を示す電荷制御剤を使用することが好ましい。
【００１９】
また、トナーの全体量を１００重量％としたときに、電荷制御剤の添加量は、１．０〜１０重量％の範囲内の値とするのが好ましい。この理由は、電荷制御剤の添加量が１．０重量％未満となると、トナーに対して、安定した帯電を付与することが困難となり、画像濃度が低くなったり、いわゆるカブリの原因となったり、耐久性が低下したりする場合があるためである。一方、電荷制御剤の添加量が１０重量％を超えると、耐環境性、特に高温高湿下での帯電不良、画像不良となり、感光体汚染等の欠点が生じやすくなる場合があるためである。
【００２０】
（１）−５ 外添剤
また、トナーに対して、外添剤として、例えば、凝集シリカ粒子を外部添加することが好ましい。
また、このような凝集シリカ粒子において、粒径５μｍ以下の割合が、全体量に対して、１５％以下の値であるとともに、粒径５０μｍ以上の割合が、３％以下の値である粒度分布を有することが好ましい。
この理由は、粒径５μｍ以下の凝集シリカ粒子の割合が１５％を超えると、当該凝集シリカ粒子が、感光体粒子に付着しやすくなって、再凝集するとともに、比較的粒径が大きい凝集シリカ粒子の周囲に集まって、層むらの発生原因になりやすいためである。一方、粒径５０μｍ以上の凝集シリカ粒子の割合が３％を超えると、比較的粒径が小さい凝集シリカ粒子を周囲に集めて、大凝集シリカ粒子を形成して、やはり層むらの発生原因になりやすいためである。
【００２１】
したがって、このような凝集シリカ粒子のより好ましい粒度分布としては、粒径５μｍ以下の割合を、全体量に対して、１０％以下の値とするとともに、粒径５０μｍ以上の割合を２％以下の値とすることである。
なお、かかる凝集シリカ粒子の粒度分布は、堀場製作所（株）製のレーザ回折式粒度測定器ＬＡー５００を用いて測定することができる。
【００２２】
また、このような凝集シリカ粒子の比抵抗を１×１０１0〜１×１０16Ω・ｃｍ範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる凝集シリカの比抵抗をこのような所定値に制限することによって、トナーの搬送性を良好なものとすることができるためである。
なお、かかる凝集シリカ粒子の比抵抗は、四端子法を用いて測定することができる。すなわち、電極間に凝集シリカ粒子を挟んだ状態において、約２００Ｋｇｆ／ｃｍ2の荷重をかけて、凝集シリカ粒子の厚さを約１〜３ｍｍに圧縮した後、電圧１０００Ｖを印加した際に流れる電流を測定し、凝集シリカ粒子の比抵抗を算出することができる。
【００２３】
また、トナーに、外添剤として、酸化チタンを添加することも好ましい。
また、このような酸化チタンの平均粒径を０．０１〜０．５０μｍの範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる酸化チタンの平均粒径が０．０１μｍ未満になると、均一に研磨効果を発揮することが困難となって、チャージアップが生じたり、高温高湿時において像流れが発生したりして、画像欠陥となる場合があるためである。一方、かかる酸化チタンの平均粒径が０．５０μｍを超えると、トナーにおける帯電量のばらつきが大きくなり、画像濃度低下、耐久性の低下を引き起こす場合があるためである。
したがって、酸化チタンの平均粒径を０．０２〜０．４μｍの範囲内の値とすることがより好ましく、０．０５〜０．３μｍの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
なお、酸化チタンの平均粒径は、以下のように測定した。すなわち、３０，０００倍〜１００，０００倍の倍率を適宜用い、電子顕微鏡ＪＳＭー８８０（日本電子データム社製）を用いて、５０個の粒子の長径および短径をそれぞれ測定して、それらの平均を求めて算出した。
【００２４】
また、酸化チタンの表面をチタネート系化合物（チタン系カップリング剤を含む。）により表面処理することが好ましい。
この理由は、このような表面処理を施すことにより、酸化チタンの表面に疎水性基を容易に導入することができるためである。したがって、このように表面処理された酸化チタンを使用することにより、特に高温高湿条件下におけるトナーの帯電特性が低下することを防止することができる。
ここで、好ましいチタネート系化合物としては、イソプロピルトリイソステアロイルチタン、ビニルトリメトキシチタン、ナフチルトリメトキシチタン、フェニルトリメトキシチタン、メチルトリメトキシチタン、エチルトリメトキシチタン、プロピルトリメトキシチタン、イソブチルトリメトキシチタン、オクタデシルトリメトキシチタン等の一種単独または二種以上の組み合わせが挙げられる。
【００２５】
また、このような酸化チタンの体積固有抵抗を１×１０4Ω・ｃｍ以上の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる体積固有抵抗が１×１０4Ω・ｃｍ未満の値となると、高温高湿条件下での帯電特性が著しく低下する場合があるためである。ただし、酸化チタンの体積固有抵抗が過度に大きくなると、チャージアップが生じ易くなったり、低温低湿条件下での帯電特性が著しく低下したりする場合があるためである。
したがって、酸化チタンの体積固有抵抗を１×１０4Ω・ｃｍ〜１×１０7Ω・ｃｍの範囲内の値とすることがより好ましく、５×１０5Ω・ｃｍ〜５×１０6Ω・ｃｍの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
なお、酸化チタンの体積固有抵抗値は、ＵＬＴＲＡ ＨＩＧＨ ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ ＭＥＴＥＲ（アドバンテスト社製、Ｒ８３４０Ａ）を用い、電極間に酸化チタンを挟んだ状態で１ｋｇの荷重をかけ、次いで、印加電圧ＤＣ１０Ｖの測定条件にて算出することができる。
【００２６】
また、酸化チタンの添加量を、トナー粒子１００重量部に対して、０．５〜２．５重量部の範囲内の値とすることがより好ましい。
この理由は、かかる添加量が０．５重量部未満の値となると、研磨効果を有効に発揮することが困難になって、高温高湿条件下での帯電特性が著しく低下する場合があるためである。一方、かかる添加量が７重量部を超えると、チャージアップが生じ易くなったり、低温低湿条件下での帯電特性が局部的に著しく上昇したりする場合があるためである。
したがって、酸化チタンの添加量を、トナー粒子１００重量部に対して、１〜２重量部の範囲内の値とすることがより好ましく、１．２〜１．６重量部の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
【００２７】
（２）比抵抗
また、トナーの比抵抗を１×１０13〜１×１０16Ω・ｃｍの範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかるトナーの比抵抗が１×１０13未満の値になると、現像スリーブ及び像担持体間での電流のリークが生じる傾向があるためである。一方、トナーの比抵抗が１×１０16より大きくなると、磁気スリーブ上のキャリアとトナーと静電付着力が強くなり、トナーが十分に飛翔しないため、ゴースト現象が生じる傾向があるためである。
なお、トナーの比抵抗は、後述する実施例１に記載した方法で測定することができる。
【００２８】
（３）体積平均粒径
また、トナーの体積平均粒径は、特に制限されるものではないが、通常、当該体積平均粒径を３〜２０μｍの範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、トナーの体積平均粒径が３μｍ未満となると、安定して製造が困難になる傾向があり、一方、トナーの体積平均粒径が２０μｍより大きくなると、高画質の画像を得るのが困難になる傾向があるためである。したがって、トナー粒径を４〜１５μｍの範囲内の値とすることがより好ましい。
なお、かかるトナーの粒径は外添剤が被覆されていない状態のものを測定した値であり、堀場製作所（株）製のレーザ回折式粒度測定器ＬＡー５００を用いて測定することができる。
【００２９】
（４）添加量
また、現像剤の全体量を１００重量％としたとき、トナーの含有量を０．１〜２０重量％の範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかるトナーの含有量が０．１重量％未満の値になると、画像濃度が薄くなり、鮮明な画像を得るのが困難になる傾向があるためである。一方、トナーの含有量が２０重量％より大きくなると、キャリア含有量が相対的に低くなり、トナーの帯電性が低くなる傾向があるためである。
【００３０】
（５）製造方法
また、トナーの製造方法に関して、まず、上述したバインダー樹脂と、ワックス類と、着色剤と、必要に応じてその他添加剤とを、公知の方法を用いて、予備混合をした後、溶融混練を行って、トナー用樹脂組成物を調製する。次いで、得られたトナー用樹脂組成物を公知の方法を用いて微粉砕し、その後、粉級処理をしてトナー粒子を得ることが好ましい。
ここで、予備混合処理としては、例えば、ヘンシェルミキサー、ボールミル、スーパーミキサー、乾式ブレンダー等を用いて行うことが好ましい。
また、溶融混練処理としては、例えば、二軸押出機や一軸押出機等を用いて行うことが好ましい。また、微粉砕処理としては、例えば、気流式粉砕機等を用いて行うことが好ましい。さらに、分級処理としては、例えば、風力分級機等を用いて行うことが好ましい。
そして、このようにして得られたトナーを、上記外添剤等とともに公知の方法を用いて混合することによって、外添剤を含有したトナーを得る事ができる。
なお、このようなトナーと、外添剤との混合方法は、例えば、ヘンシェルミキサー等を用いて行うことができる。
【００３１】
２．キャリア
（１）構成
第１の実施形態に用いられるキャリアは、キャリアコアと、かかるキャリアコアを被覆する被覆材とからなることが好ましい。
【００３２】
（１）−１ キャリアコア
キャリアの一部を構成するキャリアコアとしては、磁性粉を用いることが好ましい。好ましい磁性粉の種類としては、フェライト、マグネタイト、鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性を示す金属もしくは合金、またはこれらの強磁性元素を含む化合物、あるいは、強磁性元素を含まないが適当な熱処理を施すことによって強磁性を示すようになる合金等を挙げることができる。
また、このようなキャリアコアとして、ポリビニルアルコール樹脂やポリビニルアセタール樹脂等おバインダー樹脂中に、上述した磁性粉を分散させて、造粒したものを用いることも好ましい。すなわち、磁性粉と、バインダー樹脂と、必要に応じて添加剤等とを混合分散した後、造粒し、乾燥してコア素粒子を得ることができる。その後、得られたキャリアコア素粒子を公知の方法を用いて焼成、粉砕を行ってキャリアコアを得ることができる。
なお、造粒処理は、例えば、スプレードライヤー等を用いて行うことが好ましい。また、焼成処理は、例えば、電気炉や赤外ランプ等を用いて行うことができる。また、粉砕処理は、例えば、ハンマーミル等を用いて行うことが好ましい。さらに、粉砕処理後、風力分級機等を用いて分級処理を行うことが好ましい。
【００３３】
（１）−２ 被覆材
また、キャリアの被覆材としては、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂等を用いることが好ましい。
また、かかる被覆材の被覆量は、キャリアコア１００重量部に対して、０．１〜２０重量部の範囲内の値にすることが好ましい。この理由は、かかる被覆材の添加量が０．１未満の値になると、キャリアコアを十分に被覆することができず、耐久性、帯電性が低下する傾向があるためである。一方、被覆材の添加量が２０重量部よりも大きい値になると、流動性が低下したり、スペントが発生しやすくなったりする傾向があるためである。
また、かかる被覆材は、キャリアの周囲に全面又は部分的に被覆されていることが好ましい。この理由は、かかる被覆材がキャリアの周囲全面に被覆されていることにより、流動性が向上するためであり、一方、キャリアの周囲に部分的に被覆されていることにより、長期間にわたって耐久性、帯電性を維持することができるためである。
【００３４】
さらに、キャリアの周囲に部分的に被覆されている場合、その被覆率を０．１〜９０％の範囲内の値にすることが好ましい。また、かかる被覆率は、走査型電子顕微鏡（日本電子社製、ＪＳＭ−６３８０ＬＶ）及び画像解析装置（日本ＡＶＩＯＮＩＣＳ社製、ＥＸＣＥＬ）を併用して測定することができる。すなわち、樹脂被覆したキャリア粒子の表面を走査型電子顕微鏡にて加速電圧５０ＫＶ、真空度５０Ｐａ（反射）の条件のもと５００倍に拡大して反射像撮影及び通常のＳＥＭ撮影を行ない、得られた二つの写真を画像解析装置に取り込んで、それらを重ね合わせて画像処理することで、被覆率を算出することができる。
【００３５】
なお、キャリアの被覆材中に添加剤を用いることが好ましい。かかる添加剤としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、シリカ等の無機微粒子、または硬化剤や着色剤等が挙げられる。
また、かかる添加剤の添加量を、例えば、被覆材１００重量部に対して、０．１〜２０重量部の範囲内の値とすることが好ましい。
【００３６】
（２）製造方法
また、キャリアの製造方法としては特に制限されるものではないが、例えば、キャリアコアに対して、被覆材と、必要に応じて添加剤とをコーティングした後、解砕処理及び分級処理を行って製造することが好ましい。
例えば、コーティング処理は、噴霧法や浸漬法等を用いることが好ましく、具体的には、流動層造粒装置等を用いて行うことが好ましい。
また、解砕処理は、例えば、ハンマーミル等を用いて行うことが好ましい。さらに、粉砕処理後、風力分級機等を用いて分級処理を行うことが好ましい。
【００３７】
（３）比抵抗
また、キャリアの比抵抗を１×１０9〜１×１０12Ω・ｃｍの範囲内の値とすることを特徴とする。
この理由は、かかるキャリアの比抵抗が１×１０9未満の値になると、磁気スリーブと現像スリーブとの間で電流リークが生じる傾向があるためである。一方、キャリアの比抵抗が１×１０12より大きくなると、磁気スリーブ上のキャリアと、トナーとの間の静電付着力が強くなる傾向があるためである。したがって、トナーが十分に飛翔しないため、ゴースト現象が生じるとともに、トナー脱離後にキャリアがトナーの逆極性の電荷を帯びるため、かかるキャリア飛びが生じる傾向があるためである。
したがって、キャリアの比抵抗を５×１０9〜５×１０11Ω・ｃｍの範囲内の値とすることがより好ましく、１×１０10〜１×１０11Ω・ｃｍの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
なお、このようなキャリアの比抵抗は、後述する実施例１に記載した方法で測定することができる。
【００３８】
（４）飽和磁化
また、キャリアの飽和磁化を３６〜６０ｅｍｕ／ｇの範囲内の値とすることを特徴とする。
この理由は、かかるキャリアの飽和磁化が３６ｅｍｕ／ｇ未満の値になると、キャリアの穂の強度が弱くなるため、ゴースト現象及びキャリア飛びが発生する傾向があるためである。一方、キャリアの飽和磁化が６０ｅｍｕ／ｇより大きくなると、キャリアの穂の強度が強くなりすぎ、現像スリーブ上を掃いてしまうため画像に掃き目をつける可能性があるためである。
なお、キャリアの飽和磁化は、後述する実施例１に記載した方法で測定することができる。
【００３９】
［第２の実施形態］ 第２の実施形態は、キャリア及びトナーからなる現像剤を磁気保持しながら帯電させるための現像剤搬送体と、該搬送体よりトナーを移送してその表面にトナーの薄層を形成するための現像ロールと、該現像ロールと潜像担持体の最近接位置において現像バイアスを印加して潜像担持体の潜像現像を行うための現像装置と、を備えたハイブリッド現像装置に使用される現像剤であって、キャリアの比抵抗を１×１０9〜１×１０12Ω・ｃｍの範囲内の値とするとともに、飽和磁化を３６〜６０ｅｍｕ／ｇの範囲内の値とし、かつ、トナーの比抵抗を１×１０13〜１×１０16Ω・ｃｍの範囲内の値とした現像剤を用いることを特徴とする画像形成方法である。
【００４０】
以下、図１及び図２を参照しながら、第１の実施形態において既に説明した内容は省略し、第２の実施形態として、ハイブリッド現像装置で使用される現像剤を用いた画像形成装置の構成及び画像形成方法について中心に説明する。
【００４１】
図１は、本発明の実施例１による現像装置が用いられるカラー画像形成装置の一例を示す図である。このカラー画像形成装置２０は、無端状ベルト（搬送ベルト）２１を備えており、この無端状ベルト２１は給紙カセット２２から給紙された記録紙を定着装置２３に向かって搬送するように構成されている。また、無端状ベルト２１の上側には、ハイブリッド現像装置であるブラック用現像装置２４ａ、イエロー用現像装置２４ｂ、シアン用現像装置２４ｃ、及びマゼンタ用現像装置２４ｄが、それぞれ記録紙の搬送方向に沿って配置されている。また、これらハイブリッド現像装置２４ａ〜２４ｄには、それぞれ供給ローラ（磁気ローラ）２５ａ〜２５ｄ及び現像ローラ２６ａ〜２６ｄが備えられており、現像ローラ２６ａ〜２６ｄに対して、ハイブリッド現像方式によって、トナー薄層を形成することができる。
【００４２】
また、現像ローラ２６ａ〜２６ｄに対面して、それぞれ像担持体である感光体ドラム２７ａ〜２７ｄが配置されている。また、これら感光体ドラム２７ａ〜２７ｄの周囲には、それぞれ帯電器２８ａ〜２８ｄ及び露光装置２９ａ〜２９ｄ等が配置されている。そして、感光体ドラム２７ａ〜２７ｄが、帯電器２８ａ〜２８ｄによって帯電された後、画像データに応じて、露光装置２９ａ〜２９ｄにより感光体ドラム２７ａ〜２７ｄを露光する。このようにして、感光体ドラム２７ａ〜２７ｄ上に、静電潜像が形成される。次いで、現像ローラ２６ａ〜２６ｄによって、感光体ドラム２７ａ〜２７ｄ上の静電潜像が現像されて、各色トナー像が形成される。
また、無端状ベルト２１で搬送されてくる記録紙上に、順次、転写装置３０ａ〜３０ｄによって各色トナー像が転写されて、カラートナー像が形成される。その後、記録紙は定着装置２３に送られて、ここでカラートナー像が定着されて、排紙経路を介して記録紙が排紙される。
【００４３】
次いで、図２を参照しながら、ハイブリッド現像装置２４ａを例にとって、より詳細に説明する。
かかるハイブリッド現像装置２４ａは、磁気ローラ（供給ローラ）２５ａ及び現像ローラ２６ａを備えており、このうち、磁気ローラ２５ａは、非磁性金属材料で円筒状の回転スリーブ３１ａとその内部に配置された固定磁石体３１ｂとを有し、固定磁石体３１ｂには複数の磁極が形成されている。また、これら磁気ローラ２５ａ及び現像ローラ２６ａは現像容器３２中に配置されている。そして、現像ローラ２６ａに対して、直流（ＤＣ）バイアス電源３３ａからＤＣバイアスＶｄｃ１が印加されるとともに、交流（ＡＣ）バイアス電源３３ｂから交流バイアスＶａｃが印加されるように構成されている。さらにまた、磁気ローラ２５ａには、直流（ＤＣ）バイアス電源３４からＤＣバイアスＶｄｃ２が印加されるように構成されている。そして、これらバイアス電源３３ａ及び３４は、図示しない制御装置によって制御されている。
【００４４】
また、現像容器３２中には、パドルミキサー３５及び攪拌ミキサー３６が備えてあり、パドルミキサー３５及び攪拌ミキサー３６との間には、仕切板３７が配置されている。そして、現像容器３２中の２成分現像剤は、攪拌ミキサー３６によって攪拌搬送されつつ帯電する。そして、パドルミキサー３５によって現像剤が攪拌帯電されつつ、磁気ローラ２５ａに供給される。また、磁気ローラ２５ａに対面して、穂切りブレード（層厚規制ブレード）３８が設けられており、この層厚規制ブレード３８によって磁気ローラ２５ａに形成される磁気ブラシの高さが規制される。なお、仕切板３７は、その長手方向（現像ローラ２６ａの軸方向）長さが現像容器３２の幅より短く、仕切板３７の両端側で現像剤が自由に通過できるようになっている。
【００４５】
そして、ＤＣバイアス（Ｖｄｃ２）と、ＤＣバイアス（Ｖｄｃ１）との電位差の絶対値（（Ｖｄｃ２）−（Ｖｄｃ１））（以下、デルタ値と表す）に応じて、現像ローラ２６ａ上のトナー層厚が規制される。例えば、かかるデルタ値を大きくすると、現像ローラ２６ａ上のトナー薄層が厚くなり、逆にデルタ値を小さくすると、トナー薄層が薄くなる。
したがって、このようにトナー薄層の厚さが制御された状態において、感光体ドラム２７ａと現像ローラ２６ａとの電位差に応じて、現像ローラ２６ａ上のトナー薄層からトナーが感光体ドラム２７ａ上に形成された静電潜像に飛翔して、ハイブリッド現像が行われる。
すなわち、このようなハイブリッド現像装置の構成下、使用する現像剤において、キャリアの比抵抗及び飽和磁化、並びにキャリアの平均粒径をそれぞれ所定範囲内の値に制限することにより、ゴースト現象、キャリア飛び現象及び電流リークの発生等を抑制しながら、鮮明画像を得ることができる。
なお、ゴースト現象とは、図３（ａ）に示すように、矩形黒ベタのソリッド画像１１に続けて、ソリッド画像１１より広いハーフトーン画像１２を印刷した際、残像部分（ゴースト）１３が生じる現象である。すなわち、現像ローラ上に、トナーの消費領域と、非消費領域とが生じてしまうことに起因して、図３（ｂ）に示すように、ハーフトーン画像１２中に残像部分（ゴースト）１３が生じる現象である。
【実施例】
【００４６】
１．各種トナーの合成
（１）トナーＡの合成方法
ポリエステル（数平均分子量：４３００、重量平均分子量：９８００、Ｔｇ＝５８℃）９０重量部と、フィッシャートロプシュワックス（日本精鑞製）３重量部と、カーボンブラックＰｒ−９０（キャボット製）９．５重量部とを、ヘンシェルミキサーを用いて、３０００ｒｐｍ、５５℃以下、１０分の条件で混合した。その後、２軸押出機を用いて溶融混練し、トナー用樹脂組成物を調整した。得られたトナー用樹脂組成物に対して、気流式粉砕を用いて微粉砕し、さらに風力分級機を用いて分級処理して、体積平均粒子径が９μｍのコア材を得た。次いで、平均粒径２０ｎｍの疎水化度６０、比抵抗値１０12Ω・ｃｍのシリカ微粒子をコア材に対する被覆率が８０％となるように、前述のコア材に添加し、ヘンシェルミキサー３０００ｒｐｍを用いて、１０分間、混合してトナーＡを作成した。なお、トナーＡの比抵抗値は４．６×１０14Ω・ｃｍであった。
【００４７】
また、トナー粒子に対するシリカ微粒子の被覆率は、走査型電子顕微鏡（日本電子社製、ＪＳＭ−６３８０ＬＶ）にて測定した。すなわち、樹脂コートで被覆したキャリア粒子の表面を走査型電子顕微鏡（日本電子社製、ＪＳＭ−６３８０ＬＶ）にて加速電圧５０ＫＶ、真空度５０Ｐａ（反射）の条件のもと５００倍に拡大して反射像撮影及び通常のＳＥＭ撮影を行ない、得られた二つの写真を画像解析装置（日本ＡＶＩＯＮＩＣＳ社製、ＥＸＣＥＬ）に取り込んで、それらを重ね合わせて画像処理することで、被覆率を算出した。
なお、疎水化度とは、メタノール滴定試験により測定されたものである。すなわち、水５０ｍｌ中に添加されたシリカ微粒子０．２ｇの全量が湿潤されるまで、溶液を攪拌しながらビュレットよりメタノールを滴下して滴定し、その終点でのメタノールと水の混合物中に含まれるメタノール（％）により表される値をいう。
【００４８】
（２）トナーＢの合成方法
カーボンブラックの添加量を１１重量部とした以外は、トナーＡと同様に作成した。比抵抗値は２．８×１０13Ω・ｃｍであった。
【００４９】
（３）トナーＣの合成方法
カーボンブラックの添加量を８．５重量部とした以外はトナーＡと同様に作成した。比抵抗値は７．８×１０15Ω・ｃｍであった。
【００５０】
（４）トナーＤの合成方法
カーボンブラックの添加量を１１．５重量部とした以外はトナーＡと同様に作成した。比抵抗値は５．４×１０12Ω・ｃｍであった。
【００５１】
（５）トナーＥの合成方法
カーボンブラックの添加量を８重量部とした以外はトナーＡと同様に作成した比抵抗値は１．７×１０16Ω・ｃｍであった。
【００５２】
２．トナー比抵抗測定
トナーの比抵抗測定は、２００Ｋｇｆ／ｃｍ2の荷重をかけてφ２０ｍｍ、厚さ１ｍｍのペレットにし、その後、電極でペレットを挟んで、電圧を印加し、流れる電流を測定してトナーの比抵抗とした。なお、測定条件としては、荷重１８０ｇ、測定電界強度を２×１０4Ｖ／ｍとした。
【００５３】
３．各種キャリアの合成及び評価
（１）キャリア製造例Ａ
ＣｕＯを２０重量部、ＺｎＯを１５重量部、Ｆｅ2Ｏ3を６５重量部、乾式ボールミルに充填し、１２０ｒｐｍの回転条件で２時間粉砕混合した。次いで、ロータリーキルンを用いて、８００℃、２時間の条件で焼成した。得られた磁性粉粒につき、ボールミルを用いて、１２０ｒｐｍの回転条件で２時間粉砕し、その後、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ−２３５：クラレ社）を１０重量部添加し、スプレードライヤーを用いて造粒した。その後、電気炉において１２００℃、２０時間の条件で焼成し、さらにハンマーミルを用いて粉砕して、キャリアコアを得た。
このように作成したキャリアコアに対し、シリコーン樹脂（ＳＲ２１１５、東レシリコーン社製）２０重量部と、酸化チタン（ＥＣ−１００、チタン工業製）２重量部と、を流動層造粒装置を用いて、１８０℃、３時間の条件でキャリアコアにコーティングをした。その後ハイブリタイザーを用いて解砕し、さらにディスパージョンセパレータを用いて、篩い分けを行い、比抵抗値２．５×１０10Ω・ｃｍ、飽和磁化４７ｅｍｕ／ｇのキャリア粒子Ａを得た。
なお、キャリアの比抵抗については、セルにキャリア粒子を充填し、該充填キャリアに接するように電極を配し、該電極間に電圧を印加した際に流れる電流を測定し、キャリアの比抵抗値を算出した。すなわち、比抵抗の測定条件としては、充填キャリアと電極との間の接触面積を約２．３ｃｍ2、厚みを０．５ｍｍ、荷重１８０ｇ、測定電界強度を２×１０4Ｖ/ｍとした。
また、キャリアの飽和磁化の測定は、振動磁力計ＶＳＭ-３Ｓ-１５（東英工業製）により、１Ｋエルステッド下において行い、その磁化量を飽和磁化とした。
【００５４】
（２）キャリア製造例Ｂ
酸化チタン３重量部を添加した以外はキャリア製造例Ａと同様に行い、比抵抗値３．１×１０9Ω・ｃｍ、飽和磁化４７ｅｍｕ／ｇのキャリア粒子Ｂを得た。
【００５５】
（３）キャリア製造例Ｃ
酸化チタン１重量部を添加した以外はキャリア製造例Ａと同様に行い、比抵抗値７．１×１０11Ωcm、飽和磁化４７ｅｍｕ／ｇのキャリア粒子Ｃを得た。
【００５６】
（４）キャリア製造例Ｄ
酸化チタン５重量部を添加した以外はキャリア製造例Ａと同様に行い、比抵抗値６．９×１０8Ω・ｃｍ、飽和磁化４７ｅｍｕ／ｇのキャリア粒子Ｄを得た。
【００５７】
（５）キャリア製造例Ｅ
酸化チタンを添加しなかった以外はキャリア製造例Ａと同様に行い、比抵抗値２.２×１０12Ω・ｃｍ、飽和磁化４７ｅｍｕ／ｇのキャリア粒子Ｅを得た。
【００５８】
（６）キャリア製造例Ｆ
原材料の配合をＣｕＯが１５重量部、ＺｎＯが１０重量部、Ｆｅ2Ｏ3が７５重量部とし、ボールミルにて２時間粉砕、混合した事以外は製造例Ａと同様に行い、比抵抗値２．５×１０10Ω・ｃｍ、飽和磁化３８ｅｍｕ／ｇのキャリアＦを得た。
【００５９】
（７）キャリア製造例Ｇ
原材料の配合をＣｕＯが２０重量部、ＺｎＯが２０重量部、Ｆｅ2Ｏ3が６０重量部とし、ボールミルにて２時間粉砕、混合した事以外は製造例Ａと同様に行い、比抵抗値２．５×１０10Ω・ｃｍ、飽和磁化５５ｅｍｕ／ｇのキャリアＧを得た。
【００６０】
（８）キャリア製造例Ｈ
原材料の配合をＣｕＯが１５重量部、ＺｎＯが５重量部、Ｆｅ2Ｏ3が８０重量部とし、ボールミルにて２時間粉砕、混合した事以外は製造例Ａと同様に行い、比抵抗値２．５×１０10Ω・ｃｍ、飽和磁化３０ｅｍｕ／ｇのキャリアＨを得た。
【００６１】
（９）キャリア製造例Ｉ
原材料の配合をＣｕＯが２０重量部、ＺｎＯが３０重量部、Ｆｅ2Ｏ3が５０重量部とし、ボールミルにて２時間粉砕、混合した事以外は製造例Ａと同様に行い、比抵抗値２．５×１０10Ω・ｃｍ、飽和磁化６３ｅｍｕ／ｇのキャリアIを得た。
【００６２】
４．ゴースト現象の評価
ゴースト現象の評価として、得られた現像剤をカラープリンターＬＳ−５０１６（京セラミタ製）にセットし、原稿濃度１００％で画像形成を行った。その後、すぐに原稿濃度２５％でベタ画像を出力し、濃度１００％で画像形成を行ってからちょうど現像スリーブが一回転した箇所の濃度、および２５％ベタ画像の濃度を反射濃度センサー（ＳｐｅｃｔｒｏＥｙｅ ＧｒｅｔａｇＭａｃｂｅｔｈ社製）によりそれぞれ測定し、その濃度差を求めた。得られた濃度差から、下記基準に準じてゴースト現象を評価した。
【００６３】
◎：０．０１％未満
○：０．０１〜０．０１５％
△：０．０１６〜０．０１８％
×：０．０１９％以上
【００６４】
５．リーク性評価
リーク性については画像濃度１００％のベタ画像を出力し、目視で確認を行うことにより評価した。すなわち、かかる画像濃度１００％のベタ画像に白い箇所がある場合は評価を×で示し、白い箇所がない場合は評価を○にした。
【００６５】
６．キャリア飛び評価
キャリア飛びについては画像濃度１００％のベタ画像を出力し、目視で確認を行うことにより評価した。すなわち、かかる画像濃度１００％のベタ画像に白い箇所がある場合は評価を×で示し、白い箇所がない場合は評価を○にした。
【００６６】
[実施例１]
トナーＡとキャリアＡをトナー濃度が１０％となるように配合し、ボールミルにより均一に攪拌混合して現像剤とした。
この現像剤をカラープリンターＬＳ−５０１６（京セラミタ製）を用いて感光体の表面電位を２００Ｖ、磁気スリーブの表面電位を２００Ｖ、現像スリーブの表面電位を５０Ｖ、感光体と現像スリーブの間に印加する交流電圧を周波数２．４ＫＨｚ、ピーク電圧１．３ＫＶに設定して画像形成を行い、上述したゴースト現象の評価、リーク性評価、及びキャリア飛び評価を実施した。得られた結果を表１に示す。
【００６７】
[実施例２〜３]
実施例２〜３においては、トナーＢ〜Ｃを用いたこと以外は、実施例１と同様に、ゴースト現象等の評価を行った。得られた結果を表１にそれぞれ示す。
【００６８】
[実施例４〜７]
実施例４〜７においては、キャリアＢ、Ｃ、Ｆ、Ｇを用いたこと以外は、実施例１と同様に、ゴースト現象等の評価を行った。得られた結果を表１にそれぞれ示す。
【００６９】
[比較例１〜２]
比較例１〜２においては、トナーＤ〜Ｅを用いたこと以外は、実施例１と同様に、ゴースト現象等の評価を行った。得られた結果を表１にそれぞれ示す。
【００７０】
[比較例３〜６]
比較例３〜６においては、キャリアＤ、Ｆ、Ｈ、Iを用いたこと以外は、実施例１と同様に、ゴースト現象等の評価を行った。得られた結果を表１にそれぞれ示す。
【００７１】
【表１】
【００７２】
表１に示す結果から理解されるように、実施例１〜７においては、キャリアの比抵抗が１×１０9〜１×１０12Ω・ｃｍ、飽和磁化が３６〜６０ｅｍｕ／ｇであり、トナーの比抵抗が１×１０13〜１×１０16Ω・ｃｍである現像剤を用いたので、ゴーストの発生が抑制され、リークやキャリア飛びのない良好な画像が得られた。
一方、比較例１においては、トナーの比抵抗が５．４×１０12Ω・ｃｍと小さいので、リークが発生した。
また、比較例２においてはトナーの比抵抗が１．７×１０16Ω・ｃｍと大きいのでキャリアとトナーとの静電付着力が強くなり、トナーが現像スリーブに十分に供給できず、ゴーストが発生した。
また、比較例３においては、キャリアの比抵抗が６．９×１０8Ω・ｃｍと小さいので、リーク及びキャリア飛びが発生した。
また、比較例４においては、キャリアの比抵抗が２．２×１０12Ω・ｃｍと大きいのでキャリアとトナーとの静電付着力が強くなり、トナーが現像スリーブに十分に供給できず、ゴーストが発生した。また、トナー脱離後の逆帯電によるキャリア飛びが起こった。
また、比較例５においては、キャリアの飽和磁化が３０ｅｍｕ／ｇと小さいので、キャリアの穂が弱く、ゴーストが発生し、且つキャリア飛びが起こった。
さらに、比較例６においてはキャリアの飽和磁化が６３ｅｍｕ／ｇと大きいのでゴーストは現れなかったが、キャリアが現像スリーブを強く掃き、画像に掃き目の模様が現れた。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】画像形成装置を説明するために供する図である。
【図２】画像形成装置における現像器を説明するために供する図である。
【図３】ゴースト現象を説明するために供する図である。
【符号の説明】
【００７４】
１１：矩形黒ベタのソリッド画像
１２：ソリッド画像１１より広いハーフトーン画像
１３：残像部分（ゴースト）
２０：画像形成装置
２１：無端状ベルト（搬送ベルト）
２２：給紙カセット
２３：定着装置
２４ａ：ブラック用現像装置
２４ｂ：イエロー用現像装置
２４ｃ：シアン用現像装置
２４ｄ：マゼンダ用現像装置
２５ａ〜２５ｄ：供給ローラ（磁気ローラ）
２６ａ〜２６ｄ：現像ローラ
２７ａ〜２７ｄ：感光体ドラム
２８ａ〜２８ｄ：帯電器
２９ａ〜２９ｄ：露光装置
３０ａ〜３０ｄ：転写装置
３１ａ：回転スリーブ
３１ｂ：固定磁石
３２：現像器
３３ａ：直流（ＤＣ）バイアス電源
３３ｂ：交流（ＡＣ）バイアス電源
３４：直流（ＤＣ）バイアス電源
３５：パドルミキサー
３６：攪拌ミキサー
３７：仕切板
３８：穂切りブレード（層厚規制ブレード）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド現像装置を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に適した現像剤およびそれを用いた画像形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真システムは、絶縁性トナーや導電性トナーのみを用いる１成分現像方式と、トナー及びキャリアを用いる２成分現像方式の二つに大別される。
このうち、１成分現像方式は、現像装置がコンパクトとなり、ドット再現性に優れているという利点が得られやすいものの、現像スリーブやブレードが劣化しやすく、耐久性に乏しいという問題点が見られた。
また、２成分現像方式は、キャリアを介してトナーを帯電させるため、帯電性に優れ、ベタ画像の均一性も比較的良好であって、長寿命であるものの、現像装置が大きくなったり、複雑化したり、さらには、キャリア飛びを起こしやすいという問題点が見られた。また、２成分現像方式の場合、一旦像担持体に付着したトナーが、キャリアによって引っかかれてしまい、画像欠陥が生じるという特有の問題点も見られた。
そこで、このような１成分現像方式と、２成分現像方式とを組み合わせたハイブリッド現像方式が提案されている。かかるハイブリッド現像方式とは、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる構成の現像剤を使用するとともに、現像スリーブ上に、帯電させたトナーのみを担持させて、静電潜像に対して飛翔させる現像方式のことである。このハイブリッド現像方式によれば、ドット再現性に優れるとともに、長寿命化が可能であり、かつ高速画像の形成が容易である。
【０００３】
このようなハイブリッド現像方式を採用した電子写真システムとして、例えば、キャリアの平均粒径を２０〜４５μｍに制限するとともに、キャリアの比抵抗を１×１０8〜１×１０12Ω・ｃｍの範囲内の値に制限し、かつ、その飽和磁化を６０〜１００ｅｍｕ／ｇの範囲内の値に制限した方法が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。
また、同様に、ハイブリッド現像方式を採用した電子写真システムとして、例えば、キャリアの比抵抗を１×１０12〜１×１０15Ω・ｃｍの範囲内の値にするとともに、飽和磁化を２０〜３５ｅｍｕ／ｇの範囲内の値に制限した方法が提案されていた（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
一方、例えば、キャリア飛び対策として、キャリアの平均粒径を５２〜１４８μｍに制限するとともに、キャリアの比抵抗を７．５×１０7〜８．４×１０13Ω・ｃｍの範囲内の値に制限し、かつ、その飽和磁化を５４〜７５ｅｍｕ／ｇの範囲内の値に制限した方法が提案されていた（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００２−１０８１０４号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開平１１−１８４２２３号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】特開平５−６６６１４号公報（特許請求の範囲、実施例）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のように、トナーの比抵抗を考慮せずに、飽和磁化の値を高くすると、キャリアが現像スリーブを強く掃くことになり、環境条件によっては、画像に掃き目模様が現れやすいという新たな問題が見られた。
また、特許文献２のように、飽和磁化の値を過度に低くすると、キャリアの穂の強度が弱くなるために、現像スリーブ上に残ったトナーを掻きとる効果が著しく低下するという問題が見られた。また、キャリアの比抵抗が高いために、高速駆動させると、ゴースト現象が発生しやすいという問題が見られた。
さらに、特許文献３のように、キャリアの平均粒径が大きい一方、キャリアの飽和磁化の値も比較的大きいことから、磁気スリーブ上においてキャリアと、トナー間における静電付着力が大きくなりやすいという問題が見られた。したがって、現像スリーブに対して十分な量のトナーが飛翔しないために、ゴースト現象の発生を効果的に制御できないという問題が見られた。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、キャリアの比抵抗及び飽和磁化、並びにキャリアの平均粒径をそれぞれ所定範囲内の値に制限することにより、ハイブリッド現像装置に用いた場合であっても、ゴースト現象、キャリア飛び現象及び電流リークの発生等を抑制しながら、鮮明画像が得られることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明は、高画質を提供するのに適したハイブリッド現像装置で使用される現像剤およびそれを用いた画像形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、キャリア及びトナーからなる現像剤を磁気保持しながら帯電させるための現像剤搬送体と、該搬送体よりトナーを移送してその表面にトナーの薄層を形成するための現像ロールと、該現像ロールと潜像担持体の最近接位置において現像バイアスを印加して潜像担持体の潜像現像を行うための現像装置と、を備えたハイブリッド現像装置に使用される現像剤であって、キャリアの比抵抗を１×１０9〜１×１０12Ω・ｃｍの範囲内の値とするとともに、飽和磁化を３６〜６０ｅｍｕ／ｇの範囲内の値とし、かつ、トナーの比抵抗を１×１０13〜１×１０16Ω・ｃｍの範囲内の値とした現像剤が提供され、上述した問題点を解決することができる。
すなわち、キャリアの比抵抗及び飽和磁化、並びにキャリアの平均粒径を所定範囲内の値とすることにより、ゴースト現象、キャリア飛び現象及び電流リークの発生等を抑制しながら、高画質の鮮明画像を得ることができる。
【０００８】
また、本発明の現像剤を構成するにあたり、キャリアの平均粒径を２０〜４５μｍの範囲内の値とすることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の現像剤を構成するにあたり、現像剤の全体量を１００重量％としたときに、トナーの含有量を０．１〜２０重量％の範囲内の値とすることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の現像剤を構成するにあたり、トナーが、バインダー樹脂と、カーボンブラックと、を含むとともに、バインダー樹脂１００重量部に対して、カーボンブラックの添加量を０．０１〜３０重量部の範囲内の値とすることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の別の態様は、上述したいずれかの現像剤を用いることを特徴とする画像形成方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
［第１の実施形態］
第１の実施形態は、キャリア及びトナーからなる現像剤を磁気保持しながら帯電させるための現像剤搬送体と、該搬送体よりトナーを移送してその表面にトナーの薄層を形成するための現像ロールと、該現像ロールと潜像担持体の最近接位置において現像バイアスを印加して潜像担持体の潜像現像を行うための現像装置と、を備えたハイブリッド現像装置に使用される現像剤であって、キャリアの比抵抗を１×１０9〜１×１０12Ω・ｃｍの範囲内の値とするとともに、飽和磁化を３６〜６０ｅｍｕ／ｇの範囲内の値とし、かつ、トナーの比抵抗を１×１０13〜１×１０16Ω・ｃｍの範囲内の値とした現像剤である。
以下、第１の実施形態の現像剤について、構成要件に分けて説明する。
【００１３】
１．トナー
（１）構成
第１の実施形態に用いられるトナーは、バインダー樹脂、ワックス類、着色剤、及び電荷制御剤を含むトナー粒子と、外添剤とから基本的に構成してあることが好ましい。
【００１４】
（１）−１ バインダー樹脂
第１の実施形態に用いられるトナーに使用するバインダー樹脂の種類は、特に制限されるものではないが、例えば、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレンーアクリル系共重合体、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ビニルエーテル系樹脂、Ｎービニル系樹脂、スチレンーブタジエン樹脂等の熱可塑性樹脂を使用することが好ましい。
【００１５】
（１）−２ ワックス類
また、第１の実施形態に用いられるトナーに使用するワックス類は、特に制限されるものではないが、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、フッ素樹脂系ワックス、フィッシャートロプッシュワックス、パラフィンワックス、エステルワックス、モンタンワックス、ライスワックス等の一種単独または二種以上の組み合わせが挙げられる。
【００１６】
また、ワックス類の添加量についても特に制限されるものではないが、例えば、トナー全体量を１００重量％としたときに、ワックス類の添加量を０．１〜２０重量％の範囲内の値とするのが好ましい。ワックス類の添加量が１重量％未満となると、読取ヘッドへのオフセットや像スミアリング等を効率的に防止することができない傾向があり、一方、ワックス類の添加量が５重量％を超えると、トナー同士が融着してしまい、保存安定性が低下する傾向がある。したがって、ワックス類の添加量を１〜１０重量％の範囲内の値とするのがより好ましい。
【００１７】
（１）−３ 着色剤
また、第１の実施形態に用いられるトナーに使用する着色剤は、特に制限されるものではないが、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、ランプブラック、アニリンブラック、アゾ系顔料、黄色酸化鉄、黄土、ニトロ系染料、油溶性染料、ベンジジン系顔料、キナクリドン系顔料、銅フタロシアニン系顔料等を使用することが好ましい。
また、着色剤の添加量についても特に制限されるものではないが、例えば、トナー全体量を１００重量％としたときに、着色剤の添加量を０．０１〜３０重量％の範囲内の値とするのが好ましい。
この理由は、かかる着色剤の添加量が０．０１重量％未満となると、画像濃度が薄くなり鮮明な画像を得るのが困難になる傾向があるためである。一方、かかる着色剤の添加量が３０重量％を超えると、定着性が低下する傾向があるためである。したがって、着色剤の添加量を０．１〜２０重量％の範囲内の値とするのがより好ましい。
【００１８】
（１）−４ 電荷制御剤
また、第１の実施形態に用いられるトナーに、電荷制御剤を添加することも好ましい。この理由は、帯電レベルや帯電立ち上がり特性（短時間で、一定の電荷レベルに帯電するかの指標）が著しく向上し、耐久性や安定性に優れた特性等が得られるためである。
このような電荷制御剤の種類としては、特に制限されるものではないが、例えば、ニグロシン、第四級アンモニウム塩化合物、樹脂にアミン系化合物を結合させた樹脂タイプの電荷制御剤等の正帯電性を示す電荷制御剤を使用することが好ましい。
【００１９】
また、トナーの全体量を１００重量％としたときに、電荷制御剤の添加量は、１．０〜１０重量％の範囲内の値とするのが好ましい。この理由は、電荷制御剤の添加量が１．０重量％未満となると、トナーに対して、安定した帯電を付与することが困難となり、画像濃度が低くなったり、いわゆるカブリの原因となったり、耐久性が低下したりする場合があるためである。一方、電荷制御剤の添加量が１０重量％を超えると、耐環境性、特に高温高湿下での帯電不良、画像不良となり、感光体汚染等の欠点が生じやすくなる場合があるためである。
【００２０】
（１）−５ 外添剤
また、トナーに対して、外添剤として、例えば、凝集シリカ粒子を外部添加することが好ましい。
また、このような凝集シリカ粒子において、粒径５μｍ以下の割合が、全体量に対して、１５％以下の値であるとともに、粒径５０μｍ以上の割合が、３％以下の値である粒度分布を有することが好ましい。
この理由は、粒径５μｍ以下の凝集シリカ粒子の割合が１５％を超えると、当該凝集シリカ粒子が、感光体粒子に付着しやすくなって、再凝集するとともに、比較的粒径が大きい凝集シリカ粒子の周囲に集まって、層むらの発生原因になりやすいためである。一方、粒径５０μｍ以上の凝集シリカ粒子の割合が３％を超えると、比較的粒径が小さい凝集シリカ粒子を周囲に集めて、大凝集シリカ粒子を形成して、やはり層むらの発生原因になりやすいためである。
【００２１】
したがって、このような凝集シリカ粒子のより好ましい粒度分布としては、粒径５μｍ以下の割合を、全体量に対して、１０％以下の値とするとともに、粒径５０μｍ以上の割合を２％以下の値とすることである。
なお、かかる凝集シリカ粒子の粒度分布は、堀場製作所（株）製のレーザ回折式粒度測定器ＬＡー５００を用いて測定することができる。
【００２２】
また、このような凝集シリカ粒子の比抵抗を１×１０１0〜１×１０16Ω・ｃｍ範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる凝集シリカの比抵抗をこのような所定値に制限することによって、トナーの搬送性を良好なものとすることができるためである。
なお、かかる凝集シリカ粒子の比抵抗は、四端子法を用いて測定することができる。すなわち、電極間に凝集シリカ粒子を挟んだ状態において、約２００Ｋｇｆ／ｃｍ2の荷重をかけて、凝集シリカ粒子の厚さを約１〜３ｍｍに圧縮した後、電圧１０００Ｖを印加した際に流れる電流を測定し、凝集シリカ粒子の比抵抗を算出することができる。
【００２３】
また、トナーに、外添剤として、酸化チタンを添加することも好ましい。
また、このような酸化チタンの平均粒径を０．０１〜０．５０μｍの範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる酸化チタンの平均粒径が０．０１μｍ未満になると、均一に研磨効果を発揮することが困難となって、チャージアップが生じたり、高温高湿時において像流れが発生したりして、画像欠陥となる場合があるためである。一方、かかる酸化チタンの平均粒径が０．５０μｍを超えると、トナーにおける帯電量のばらつきが大きくなり、画像濃度低下、耐久性の低下を引き起こす場合があるためである。
したがって、酸化チタンの平均粒径を０．０２〜０．４μｍの範囲内の値とすることがより好ましく、０．０５〜０．３μｍの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
なお、酸化チタンの平均粒径は、以下のように測定した。すなわち、３０，０００倍〜１００，０００倍の倍率を適宜用い、電子顕微鏡ＪＳＭー８８０（日本電子データム社製）を用いて、５０個の粒子の長径および短径をそれぞれ測定して、それらの平均を求めて算出した。
【００２４】
また、酸化チタンの表面をチタネート系化合物（チタン系カップリング剤を含む。）により表面処理することが好ましい。
この理由は、このような表面処理を施すことにより、酸化チタンの表面に疎水性基を容易に導入することができるためである。したがって、このように表面処理された酸化チタンを使用することにより、特に高温高湿条件下におけるトナーの帯電特性が低下することを防止することができる。
ここで、好ましいチタネート系化合物としては、イソプロピルトリイソステアロイルチタン、ビニルトリメトキシチタン、ナフチルトリメトキシチタン、フェニルトリメトキシチタン、メチルトリメトキシチタン、エチルトリメトキシチタン、プロピルトリメトキシチタン、イソブチルトリメトキシチタン、オクタデシルトリメトキシチタン等の一種単独または二種以上の組み合わせが挙げられる。
【００２５】
また、このような酸化チタンの体積固有抵抗を１×１０4Ω・ｃｍ以上の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる体積固有抵抗が１×１０4Ω・ｃｍ未満の値となると、高温高湿条件下での帯電特性が著しく低下する場合があるためである。ただし、酸化チタンの体積固有抵抗が過度に大きくなると、チャージアップが生じ易くなったり、低温低湿条件下での帯電特性が著しく低下したりする場合があるためである。
したがって、酸化チタンの体積固有抵抗を１×１０4Ω・ｃｍ〜１×１０7Ω・ｃｍの範囲内の値とすることがより好ましく、５×１０5Ω・ｃｍ〜５×１０6Ω・ｃｍの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
なお、酸化チタンの体積固有抵抗値は、ＵＬＴＲＡ ＨＩＧＨ ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ ＭＥＴＥＲ（アドバンテスト社製、Ｒ８３４０Ａ）を用い、電極間に酸化チタンを挟んだ状態で１ｋｇの荷重をかけ、次いで、印加電圧ＤＣ１０Ｖの測定条件にて算出することができる。
【００２６】
また、酸化チタンの添加量を、トナー粒子１００重量部に対して、０．５〜２．５重量部の範囲内の値とすることがより好ましい。
この理由は、かかる添加量が０．５重量部未満の値となると、研磨効果を有効に発揮することが困難になって、高温高湿条件下での帯電特性が著しく低下する場合があるためである。一方、かかる添加量が７重量部を超えると、チャージアップが生じ易くなったり、低温低湿条件下での帯電特性が局部的に著しく上昇したりする場合があるためである。
したがって、酸化チタンの添加量を、トナー粒子１００重量部に対して、１〜２重量部の範囲内の値とすることがより好ましく、１．２〜１．６重量部の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
【００２７】
（２）比抵抗
また、トナーの比抵抗を１×１０13〜１×１０16Ω・ｃｍの範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかるトナーの比抵抗が１×１０13未満の値になると、現像スリーブ及び像担持体間での電流のリークが生じる傾向があるためである。一方、トナーの比抵抗が１×１０16より大きくなると、磁気スリーブ上のキャリアとトナーと静電付着力が強くなり、トナーが十分に飛翔しないため、ゴースト現象が生じる傾向があるためである。
なお、トナーの比抵抗は、後述する実施例１に記載した方法で測定することができる。
【００２８】
（３）体積平均粒径
また、トナーの体積平均粒径は、特に制限されるものではないが、通常、当該体積平均粒径を３〜２０μｍの範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、トナーの体積平均粒径が３μｍ未満となると、安定して製造が困難になる傾向があり、一方、トナーの体積平均粒径が２０μｍより大きくなると、高画質の画像を得るのが困難になる傾向があるためである。したがって、トナー粒径を４〜１５μｍの範囲内の値とすることがより好ましい。
なお、かかるトナーの粒径は外添剤が被覆されていない状態のものを測定した値であり、堀場製作所（株）製のレーザ回折式粒度測定器ＬＡー５００を用いて測定することができる。
【００２９】
（４）添加量
また、現像剤の全体量を１００重量％としたとき、トナーの含有量を０．１〜２０重量％の範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかるトナーの含有量が０．１重量％未満の値になると、画像濃度が薄くなり、鮮明な画像を得るのが困難になる傾向があるためである。一方、トナーの含有量が２０重量％より大きくなると、キャリア含有量が相対的に低くなり、トナーの帯電性が低くなる傾向があるためである。
【００３０】
（５）製造方法
また、トナーの製造方法に関して、まず、上述したバインダー樹脂と、ワックス類と、着色剤と、必要に応じてその他添加剤とを、公知の方法を用いて、予備混合をした後、溶融混練を行って、トナー用樹脂組成物を調製する。次いで、得られたトナー用樹脂組成物を公知の方法を用いて微粉砕し、その後、粉級処理をしてトナー粒子を得ることが好ましい。
ここで、予備混合処理としては、例えば、ヘンシェルミキサー、ボールミル、スーパーミキサー、乾式ブレンダー等を用いて行うことが好ましい。
また、溶融混練処理としては、例えば、二軸押出機や一軸押出機等を用いて行うことが好ましい。また、微粉砕処理としては、例えば、気流式粉砕機等を用いて行うことが好ましい。さらに、分級処理としては、例えば、風力分級機等を用いて行うことが好ましい。
そして、このようにして得られたトナーを、上記外添剤等とともに公知の方法を用いて混合することによって、外添剤を含有したトナーを得る事ができる。
なお、このようなトナーと、外添剤との混合方法は、例えば、ヘンシェルミキサー等を用いて行うことができる。
【００３１】
２．キャリア
（１）構成
第１の実施形態に用いられるキャリアは、キャリアコアと、かかるキャリアコアを被覆する被覆材とからなることが好ましい。
【００３２】
（１）−１ キャリアコア
キャリアの一部を構成するキャリアコアとしては、磁性粉を用いることが好ましい。好ましい磁性粉の種類としては、フェライト、マグネタイト、鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性を示す金属もしくは合金、またはこれらの強磁性元素を含む化合物、あるいは、強磁性元素を含まないが適当な熱処理を施すことによって強磁性を示すようになる合金等を挙げることができる。
また、このようなキャリアコアとして、ポリビニルアルコール樹脂やポリビニルアセタール樹脂等おバインダー樹脂中に、上述した磁性粉を分散させて、造粒したものを用いることも好ましい。すなわち、磁性粉と、バインダー樹脂と、必要に応じて添加剤等とを混合分散した後、造粒し、乾燥してコア素粒子を得ることができる。その後、得られたキャリアコア素粒子を公知の方法を用いて焼成、粉砕を行ってキャリアコアを得ることができる。
なお、造粒処理は、例えば、スプレードライヤー等を用いて行うことが好ましい。また、焼成処理は、例えば、電気炉や赤外ランプ等を用いて行うことができる。また、粉砕処理は、例えば、ハンマーミル等を用いて行うことが好ましい。さらに、粉砕処理後、風力分級機等を用いて分級処理を行うことが好ましい。
【００３３】
（１）−２ 被覆材
また、キャリアの被覆材としては、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂等を用いることが好ましい。
また、かかる被覆材の被覆量は、キャリアコア１００重量部に対して、０．１〜２０重量部の範囲内の値にすることが好ましい。この理由は、かかる被覆材の添加量が０．１未満の値になると、キャリアコアを十分に被覆することができず、耐久性、帯電性が低下する傾向があるためである。一方、被覆材の添加量が２０重量部よりも大きい値になると、流動性が低下したり、スペントが発生しやすくなったりする傾向があるためである。
また、かかる被覆材は、キャリアの周囲に全面又は部分的に被覆されていることが好ましい。この理由は、かかる被覆材がキャリアの周囲全面に被覆されていることにより、流動性が向上するためであり、一方、キャリアの周囲に部分的に被覆されていることにより、長期間にわたって耐久性、帯電性を維持することができるためである。
【００３４】
さらに、キャリアの周囲に部分的に被覆されている場合、その被覆率を０．１〜９０％の範囲内の値にすることが好ましい。また、かかる被覆率は、走査型電子顕微鏡（日本電子社製、ＪＳＭ−６３８０ＬＶ）及び画像解析装置（日本ＡＶＩＯＮＩＣＳ社製、ＥＸＣＥＬ）を併用して測定することができる。すなわち、樹脂被覆したキャリア粒子の表面を走査型電子顕微鏡にて加速電圧５０ＫＶ、真空度５０Ｐａ（反射）の条件のもと５００倍に拡大して反射像撮影及び通常のＳＥＭ撮影を行ない、得られた二つの写真を画像解析装置に取り込んで、それらを重ね合わせて画像処理することで、被覆率を算出することができる。
【００３５】
なお、キャリアの被覆材中に添加剤を用いることが好ましい。かかる添加剤としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、シリカ等の無機微粒子、または硬化剤や着色剤等が挙げられる。
また、かかる添加剤の添加量を、例えば、被覆材１００重量部に対して、０．１〜２０重量部の範囲内の値とすることが好ましい。
【００３６】
（２）製造方法
また、キャリアの製造方法としては特に制限されるものではないが、例えば、キャリアコアに対して、被覆材と、必要に応じて添加剤とをコーティングした後、解砕処理及び分級処理を行って製造することが好ましい。
例えば、コーティング処理は、噴霧法や浸漬法等を用いることが好ましく、具体的には、流動層造粒装置等を用いて行うことが好ましい。
また、解砕処理は、例えば、ハンマーミル等を用いて行うことが好ましい。さらに、粉砕処理後、風力分級機等を用いて分級処理を行うことが好ましい。
【００３７】
（３）比抵抗
また、キャリアの比抵抗を１×１０9〜１×１０12Ω・ｃｍの範囲内の値とすることを特徴とする。
この理由は、かかるキャリアの比抵抗が１×１０9未満の値になると、磁気スリーブと現像スリーブとの間で電流リークが生じる傾向があるためである。一方、キャリアの比抵抗が１×１０12より大きくなると、磁気スリーブ上のキャリアと、トナーとの間の静電付着力が強くなる傾向があるためである。したがって、トナーが十分に飛翔しないため、ゴースト現象が生じるとともに、トナー脱離後にキャリアがトナーの逆極性の電荷を帯びるため、かかるキャリア飛びが生じる傾向があるためである。
したがって、キャリアの比抵抗を５×１０9〜５×１０11Ω・ｃｍの範囲内の値とすることがより好ましく、１×１０10〜１×１０11Ω・ｃｍの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
なお、このようなキャリアの比抵抗は、後述する実施例１に記載した方法で測定することができる。
【００３８】
（４）飽和磁化
また、キャリアの飽和磁化を３６〜６０ｅｍｕ／ｇの範囲内の値とすることを特徴とする。
この理由は、かかるキャリアの飽和磁化が３６ｅｍｕ／ｇ未満の値になると、キャリアの穂の強度が弱くなるため、ゴースト現象及びキャリア飛びが発生する傾向があるためである。一方、キャリアの飽和磁化が６０ｅｍｕ／ｇより大きくなると、キャリアの穂の強度が強くなりすぎ、現像スリーブ上を掃いてしまうため画像に掃き目をつける可能性があるためである。
なお、キャリアの飽和磁化は、後述する実施例１に記載した方法で測定することができる。
【００３９】
［第２の実施形態］ 第２の実施形態は、キャリア及びトナーからなる現像剤を磁気保持しながら帯電させるための現像剤搬送体と、該搬送体よりトナーを移送してその表面にトナーの薄層を形成するための現像ロールと、該現像ロールと潜像担持体の最近接位置において現像バイアスを印加して潜像担持体の潜像現像を行うための現像装置と、を備えたハイブリッド現像装置に使用される現像剤であって、キャリアの比抵抗を１×１０9〜１×１０12Ω・ｃｍの範囲内の値とするとともに、飽和磁化を３６〜６０ｅｍｕ／ｇの範囲内の値とし、かつ、トナーの比抵抗を１×１０13〜１×１０16Ω・ｃｍの範囲内の値とした現像剤を用いることを特徴とする画像形成方法である。
【００４０】
以下、図１及び図２を参照しながら、第１の実施形態において既に説明した内容は省略し、第２の実施形態として、ハイブリッド現像装置で使用される現像剤を用いた画像形成装置の構成及び画像形成方法について中心に説明する。
【００４１】
図１は、本発明の実施例１による現像装置が用いられるカラー画像形成装置の一例を示す図である。このカラー画像形成装置２０は、無端状ベルト（搬送ベルト）２１を備えており、この無端状ベルト２１は給紙カセット２２から給紙された記録紙を定着装置２３に向かって搬送するように構成されている。また、無端状ベルト２１の上側には、ハイブリッド現像装置であるブラック用現像装置２４ａ、イエロー用現像装置２４ｂ、シアン用現像装置２４ｃ、及びマゼンタ用現像装置２４ｄが、それぞれ記録紙の搬送方向に沿って配置されている。また、これらハイブリッド現像装置２４ａ〜２４ｄには、それぞれ供給ローラ（磁気ローラ）２５ａ〜２５ｄ及び現像ローラ２６ａ〜２６ｄが備えられており、現像ローラ２６ａ〜２６ｄに対して、ハイブリッド現像方式によって、トナー薄層を形成することができる。
【００４２】
また、現像ローラ２６ａ〜２６ｄに対面して、それぞれ像担持体である感光体ドラム２７ａ〜２７ｄが配置されている。また、これら感光体ドラム２７ａ〜２７ｄの周囲には、それぞれ帯電器２８ａ〜２８ｄ及び露光装置２９ａ〜２９ｄ等が配置されている。そして、感光体ドラム２７ａ〜２７ｄが、帯電器２８ａ〜２８ｄによって帯電された後、画像データに応じて、露光装置２９ａ〜２９ｄにより感光体ドラム２７ａ〜２７ｄを露光する。このようにして、感光体ドラム２７ａ〜２７ｄ上に、静電潜像が形成される。次いで、現像ローラ２６ａ〜２６ｄによって、感光体ドラム２７ａ〜２７ｄ上の静電潜像が現像されて、各色トナー像が形成される。
また、無端状ベルト２１で搬送されてくる記録紙上に、順次、転写装置３０ａ〜３０ｄによって各色トナー像が転写されて、カラートナー像が形成される。その後、記録紙は定着装置２３に送られて、ここでカラートナー像が定着されて、排紙経路を介して記録紙が排紙される。
【００４３】
次いで、図２を参照しながら、ハイブリッド現像装置２４ａを例にとって、より詳細に説明する。
かかるハイブリッド現像装置２４ａは、磁気ローラ（供給ローラ）２５ａ及び現像ローラ２６ａを備えており、このうち、磁気ローラ２５ａは、非磁性金属材料で円筒状の回転スリーブ３１ａとその内部に配置された固定磁石体３１ｂとを有し、固定磁石体３１ｂには複数の磁極が形成されている。また、これら磁気ローラ２５ａ及び現像ローラ２６ａは現像容器３２中に配置されている。そして、現像ローラ２６ａに対して、直流（ＤＣ）バイアス電源３３ａからＤＣバイアスＶｄｃ１が印加されるとともに、交流（ＡＣ）バイアス電源３３ｂから交流バイアスＶａｃが印加されるように構成されている。さらにまた、磁気ローラ２５ａには、直流（ＤＣ）バイアス電源３４からＤＣバイアスＶｄｃ２が印加されるように構成されている。そして、これらバイアス電源３３ａ及び３４は、図示しない制御装置によって制御されている。
【００４４】
また、現像容器３２中には、パドルミキサー３５及び攪拌ミキサー３６が備えてあり、パドルミキサー３５及び攪拌ミキサー３６との間には、仕切板３７が配置されている。そして、現像容器３２中の２成分現像剤は、攪拌ミキサー３６によって攪拌搬送されつつ帯電する。そして、パドルミキサー３５によって現像剤が攪拌帯電されつつ、磁気ローラ２５ａに供給される。また、磁気ローラ２５ａに対面して、穂切りブレード（層厚規制ブレード）３８が設けられており、この層厚規制ブレード３８によって磁気ローラ２５ａに形成される磁気ブラシの高さが規制される。なお、仕切板３７は、その長手方向（現像ローラ２６ａの軸方向）長さが現像容器３２の幅より短く、仕切板３７の両端側で現像剤が自由に通過できるようになっている。
【００４５】
そして、ＤＣバイアス（Ｖｄｃ２）と、ＤＣバイアス（Ｖｄｃ１）との電位差の絶対値（（Ｖｄｃ２）−（Ｖｄｃ１））（以下、デルタ値と表す）に応じて、現像ローラ２６ａ上のトナー層厚が規制される。例えば、かかるデルタ値を大きくすると、現像ローラ２６ａ上のトナー薄層が厚くなり、逆にデルタ値を小さくすると、トナー薄層が薄くなる。
したがって、このようにトナー薄層の厚さが制御された状態において、感光体ドラム２７ａと現像ローラ２６ａとの電位差に応じて、現像ローラ２６ａ上のトナー薄層からトナーが感光体ドラム２７ａ上に形成された静電潜像に飛翔して、ハイブリッド現像が行われる。
すなわち、このようなハイブリッド現像装置の構成下、使用する現像剤において、キャリアの比抵抗及び飽和磁化、並びにキャリアの平均粒径をそれぞれ所定範囲内の値に制限することにより、ゴースト現象、キャリア飛び現象及び電流リークの発生等を抑制しながら、鮮明画像を得ることができる。
なお、ゴースト現象とは、図３（ａ）に示すように、矩形黒ベタのソリッド画像１１に続けて、ソリッド画像１１より広いハーフトーン画像１２を印刷した際、残像部分（ゴースト）１３が生じる現象である。すなわち、現像ローラ上に、トナーの消費領域と、非消費領域とが生じてしまうことに起因して、図３（ｂ）に示すように、ハーフトーン画像１２中に残像部分（ゴースト）１３が生じる現象である。
【実施例】
【００４６】
１．各種トナーの合成
（１）トナーＡの合成方法
ポリエステル（数平均分子量：４３００、重量平均分子量：９８００、Ｔｇ＝５８℃）９０重量部と、フィッシャートロプシュワックス（日本精鑞製）３重量部と、カーボンブラックＰｒ−９０（キャボット製）９．５重量部とを、ヘンシェルミキサーを用いて、３０００ｒｐｍ、５５℃以下、１０分の条件で混合した。その後、２軸押出機を用いて溶融混練し、トナー用樹脂組成物を調整した。得られたトナー用樹脂組成物に対して、気流式粉砕を用いて微粉砕し、さらに風力分級機を用いて分級処理して、体積平均粒子径が９μｍのコア材を得た。次いで、平均粒径２０ｎｍの疎水化度６０、比抵抗値１０12Ω・ｃｍのシリカ微粒子をコア材に対する被覆率が８０％となるように、前述のコア材に添加し、ヘンシェルミキサー３０００ｒｐｍを用いて、１０分間、混合してトナーＡを作成した。なお、トナーＡの比抵抗値は４．６×１０14Ω・ｃｍであった。
【００４７】
また、トナー粒子に対するシリカ微粒子の被覆率は、走査型電子顕微鏡（日本電子社製、ＪＳＭ−６３８０ＬＶ）にて測定した。すなわち、樹脂コートで被覆したキャリア粒子の表面を走査型電子顕微鏡（日本電子社製、ＪＳＭ−６３８０ＬＶ）にて加速電圧５０ＫＶ、真空度５０Ｐａ（反射）の条件のもと５００倍に拡大して反射像撮影及び通常のＳＥＭ撮影を行ない、得られた二つの写真を画像解析装置（日本ＡＶＩＯＮＩＣＳ社製、ＥＸＣＥＬ）に取り込んで、それらを重ね合わせて画像処理することで、被覆率を算出した。
なお、疎水化度とは、メタノール滴定試験により測定されたものである。すなわち、水５０ｍｌ中に添加されたシリカ微粒子０．２ｇの全量が湿潤されるまで、溶液を攪拌しながらビュレットよりメタノールを滴下して滴定し、その終点でのメタノールと水の混合物中に含まれるメタノール（％）により表される値をいう。
【００４８】
（２）トナーＢの合成方法
カーボンブラックの添加量を１１重量部とした以外は、トナーＡと同様に作成した。比抵抗値は２．８×１０13Ω・ｃｍであった。
【００４９】
（３）トナーＣの合成方法
カーボンブラックの添加量を８．５重量部とした以外はトナーＡと同様に作成した。比抵抗値は７．８×１０15Ω・ｃｍであった。
【００５０】
（４）トナーＤの合成方法
カーボンブラックの添加量を１１．５重量部とした以外はトナーＡと同様に作成した。比抵抗値は５．４×１０12Ω・ｃｍであった。
【００５１】
（５）トナーＥの合成方法
カーボンブラックの添加量を８重量部とした以外はトナーＡと同様に作成した比抵抗値は１．７×１０16Ω・ｃｍであった。
【００５２】
２．トナー比抵抗測定
トナーの比抵抗測定は、２００Ｋｇｆ／ｃｍ2の荷重をかけてφ２０ｍｍ、厚さ１ｍｍのペレットにし、その後、電極でペレットを挟んで、電圧を印加し、流れる電流を測定してトナーの比抵抗とした。なお、測定条件としては、荷重１８０ｇ、測定電界強度を２×１０4Ｖ／ｍとした。
【００５３】
３．各種キャリアの合成及び評価
（１）キャリア製造例Ａ
ＣｕＯを２０重量部、ＺｎＯを１５重量部、Ｆｅ2Ｏ3を６５重量部、乾式ボールミルに充填し、１２０ｒｐｍの回転条件で２時間粉砕混合した。次いで、ロータリーキルンを用いて、８００℃、２時間の条件で焼成した。得られた磁性粉粒につき、ボールミルを用いて、１２０ｒｐｍの回転条件で２時間粉砕し、その後、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ−２３５：クラレ社）を１０重量部添加し、スプレードライヤーを用いて造粒した。その後、電気炉において１２００℃、２０時間の条件で焼成し、さらにハンマーミルを用いて粉砕して、キャリアコアを得た。
このように作成したキャリアコアに対し、シリコーン樹脂（ＳＲ２１１５、東レシリコーン社製）２０重量部と、酸化チタン（ＥＣ−１００、チタン工業製）２重量部と、を流動層造粒装置を用いて、１８０℃、３時間の条件でキャリアコアにコーティングをした。その後ハイブリタイザーを用いて解砕し、さらにディスパージョンセパレータを用いて、篩い分けを行い、比抵抗値２．５×１０10Ω・ｃｍ、飽和磁化４７ｅｍｕ／ｇのキャリア粒子Ａを得た。
なお、キャリアの比抵抗については、セルにキャリア粒子を充填し、該充填キャリアに接するように電極を配し、該電極間に電圧を印加した際に流れる電流を測定し、キャリアの比抵抗値を算出した。すなわち、比抵抗の測定条件としては、充填キャリアと電極との間の接触面積を約２．３ｃｍ2、厚みを０．５ｍｍ、荷重１８０ｇ、測定電界強度を２×１０4Ｖ/ｍとした。
また、キャリアの飽和磁化の測定は、振動磁力計ＶＳＭ-３Ｓ-１５（東英工業製）により、１Ｋエルステッド下において行い、その磁化量を飽和磁化とした。
【００５４】
（２）キャリア製造例Ｂ
酸化チタン３重量部を添加した以外はキャリア製造例Ａと同様に行い、比抵抗値３．１×１０9Ω・ｃｍ、飽和磁化４７ｅｍｕ／ｇのキャリア粒子Ｂを得た。
【００５５】
（３）キャリア製造例Ｃ
酸化チタン１重量部を添加した以外はキャリア製造例Ａと同様に行い、比抵抗値７．１×１０11Ωcm、飽和磁化４７ｅｍｕ／ｇのキャリア粒子Ｃを得た。
【００５６】
（４）キャリア製造例Ｄ
酸化チタン５重量部を添加した以外はキャリア製造例Ａと同様に行い、比抵抗値６．９×１０8Ω・ｃｍ、飽和磁化４７ｅｍｕ／ｇのキャリア粒子Ｄを得た。
【００５７】
（５）キャリア製造例Ｅ
酸化チタンを添加しなかった以外はキャリア製造例Ａと同様に行い、比抵抗値２.２×１０12Ω・ｃｍ、飽和磁化４７ｅｍｕ／ｇのキャリア粒子Ｅを得た。
【００５８】
（６）キャリア製造例Ｆ
原材料の配合をＣｕＯが１５重量部、ＺｎＯが１０重量部、Ｆｅ2Ｏ3が７５重量部とし、ボールミルにて２時間粉砕、混合した事以外は製造例Ａと同様に行い、比抵抗値２．５×１０10Ω・ｃｍ、飽和磁化３８ｅｍｕ／ｇのキャリアＦを得た。
【００５９】
（７）キャリア製造例Ｇ
原材料の配合をＣｕＯが２０重量部、ＺｎＯが２０重量部、Ｆｅ2Ｏ3が６０重量部とし、ボールミルにて２時間粉砕、混合した事以外は製造例Ａと同様に行い、比抵抗値２．５×１０10Ω・ｃｍ、飽和磁化５５ｅｍｕ／ｇのキャリアＧを得た。
【００６０】
（８）キャリア製造例Ｈ
原材料の配合をＣｕＯが１５重量部、ＺｎＯが５重量部、Ｆｅ2Ｏ3が８０重量部とし、ボールミルにて２時間粉砕、混合した事以外は製造例Ａと同様に行い、比抵抗値２．５×１０10Ω・ｃｍ、飽和磁化３０ｅｍｕ／ｇのキャリアＨを得た。
【００６１】
（９）キャリア製造例Ｉ
原材料の配合をＣｕＯが２０重量部、ＺｎＯが３０重量部、Ｆｅ2Ｏ3が５０重量部とし、ボールミルにて２時間粉砕、混合した事以外は製造例Ａと同様に行い、比抵抗値２．５×１０10Ω・ｃｍ、飽和磁化６３ｅｍｕ／ｇのキャリアIを得た。
【００６２】
４．ゴースト現象の評価
ゴースト現象の評価として、得られた現像剤をカラープリンターＬＳ−５０１６（京セラミタ製）にセットし、原稿濃度１００％で画像形成を行った。その後、すぐに原稿濃度２５％でベタ画像を出力し、濃度１００％で画像形成を行ってからちょうど現像スリーブが一回転した箇所の濃度、および２５％ベタ画像の濃度を反射濃度センサー（ＳｐｅｃｔｒｏＥｙｅ ＧｒｅｔａｇＭａｃｂｅｔｈ社製）によりそれぞれ測定し、その濃度差を求めた。得られた濃度差から、下記基準に準じてゴースト現象を評価した。
【００６３】
◎：０．０１％未満
○：０．０１〜０．０１５％
△：０．０１６〜０．０１８％
×：０．０１９％以上
【００６４】
５．リーク性評価
リーク性については画像濃度１００％のベタ画像を出力し、目視で確認を行うことにより評価した。すなわち、かかる画像濃度１００％のベタ画像に白い箇所がある場合は評価を×で示し、白い箇所がない場合は評価を○にした。
【００６５】
６．キャリア飛び評価
キャリア飛びについては画像濃度１００％のベタ画像を出力し、目視で確認を行うことにより評価した。すなわち、かかる画像濃度１００％のベタ画像に白い箇所がある場合は評価を×で示し、白い箇所がない場合は評価を○にした。
【００６６】
[実施例１]
トナーＡとキャリアＡをトナー濃度が１０％となるように配合し、ボールミルにより均一に攪拌混合して現像剤とした。
この現像剤をカラープリンターＬＳ−５０１６（京セラミタ製）を用いて感光体の表面電位を２００Ｖ、磁気スリーブの表面電位を２００Ｖ、現像スリーブの表面電位を５０Ｖ、感光体と現像スリーブの間に印加する交流電圧を周波数２．４ＫＨｚ、ピーク電圧１．３ＫＶに設定して画像形成を行い、上述したゴースト現象の評価、リーク性評価、及びキャリア飛び評価を実施した。得られた結果を表１に示す。
【００６７】
[実施例２〜３]
実施例２〜３においては、トナーＢ〜Ｃを用いたこと以外は、実施例１と同様に、ゴースト現象等の評価を行った。得られた結果を表１にそれぞれ示す。
【００６８】
[実施例４〜７]
実施例４〜７においては、キャリアＢ、Ｃ、Ｆ、Ｇを用いたこと以外は、実施例１と同様に、ゴースト現象等の評価を行った。得られた結果を表１にそれぞれ示す。
【００６９】
[比較例１〜２]
比較例１〜２においては、トナーＤ〜Ｅを用いたこと以外は、実施例１と同様に、ゴースト現象等の評価を行った。得られた結果を表１にそれぞれ示す。
【００７０】
[比較例３〜６]
比較例３〜６においては、キャリアＤ、Ｆ、Ｈ、Iを用いたこと以外は、実施例１と同様に、ゴースト現象等の評価を行った。得られた結果を表１にそれぞれ示す。
【００７１】
【表１】
【００７２】
表１に示す結果から理解されるように、実施例１〜７においては、キャリアの比抵抗が１×１０9〜１×１０12Ω・ｃｍ、飽和磁化が３６〜６０ｅｍｕ／ｇであり、トナーの比抵抗が１×１０13〜１×１０16Ω・ｃｍである現像剤を用いたので、ゴーストの発生が抑制され、リークやキャリア飛びのない良好な画像が得られた。
一方、比較例１においては、トナーの比抵抗が５．４×１０12Ω・ｃｍと小さいので、リークが発生した。
また、比較例２においてはトナーの比抵抗が１．７×１０16Ω・ｃｍと大きいのでキャリアとトナーとの静電付着力が強くなり、トナーが現像スリーブに十分に供給できず、ゴーストが発生した。
また、比較例３においては、キャリアの比抵抗が６．９×１０8Ω・ｃｍと小さいので、リーク及びキャリア飛びが発生した。
また、比較例４においては、キャリアの比抵抗が２．２×１０12Ω・ｃｍと大きいのでキャリアとトナーとの静電付着力が強くなり、トナーが現像スリーブに十分に供給できず、ゴーストが発生した。また、トナー脱離後の逆帯電によるキャリア飛びが起こった。
また、比較例５においては、キャリアの飽和磁化が３０ｅｍｕ／ｇと小さいので、キャリアの穂が弱く、ゴーストが発生し、且つキャリア飛びが起こった。
さらに、比較例６においてはキャリアの飽和磁化が６３ｅｍｕ／ｇと大きいのでゴーストは現れなかったが、キャリアが現像スリーブを強く掃き、画像に掃き目の模様が現れた。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】画像形成装置を説明するために供する図である。
【図２】画像形成装置における現像器を説明するために供する図である。
【図３】ゴースト現象を説明するために供する図である。
【符号の説明】
【００７４】
１１：矩形黒ベタのソリッド画像
１２：ソリッド画像１１より広いハーフトーン画像
１３：残像部分（ゴースト）
２０：画像形成装置
２１：無端状ベルト（搬送ベルト）
２２：給紙カセット
２３：定着装置
２４ａ：ブラック用現像装置
２４ｂ：イエロー用現像装置
２４ｃ：シアン用現像装置
２４ｄ：マゼンダ用現像装置
２５ａ〜２５ｄ：供給ローラ（磁気ローラ）
２６ａ〜２６ｄ：現像ローラ
２７ａ〜２７ｄ：感光体ドラム
２８ａ〜２８ｄ：帯電器
２９ａ〜２９ｄ：露光装置
３０ａ〜３０ｄ：転写装置
３１ａ：回転スリーブ
３１ｂ：固定磁石
３２：現像器
３３ａ：直流（ＤＣ）バイアス電源
３３ｂ：交流（ＡＣ）バイアス電源
３４：直流（ＤＣ）バイアス電源
３５：パドルミキサー
３６：攪拌ミキサー
３７：仕切板
３８：穂切りブレード（層厚規制ブレード）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリア及びトナーからなる現像剤を磁気保持しながら帯電させるための現像剤搬送体と、該搬送体よりトナーを移送してその表面にトナーの薄層を形成するための現像ロールと、該現像ロールと潜像担持体の最近接位置において現像バイアスを印加して潜像担持体の潜像現像を行うための現像装置と、を備えたハイブリッド現像装置に使用される現像剤であって、
前記キャリアの比抵抗を１×１０9〜１×１０12Ω・ｃｍの範囲内の値とするとともに、飽和磁化を３６〜６０ｅｍｕ／ｇの範囲内の値とし、かつ、トナーの比抵抗を１×１０13〜１×１０16Ω・ｃｍの範囲内の値とすることを特徴とする現像剤。
【請求項２】
前記キャリアの平均粒径を２０〜４５μｍの範囲内の値とすることを特徴とする請求項１に記載の現像剤。
【請求項３】
前記現像剤の全体量を１００重量％としたときに、前記トナーの含有量を０．１〜２０重量％の範囲内の値とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像剤。
【請求項４】
前記トナーが、バインダー樹脂と、カーボンブラックと、を含むとともに、前記バインダー樹脂１００重量部に対して、前記カーボンブラックの添加量を０．０１〜３０重量部の範囲内の値とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の現像剤。
【請求項５】
前記請求項１〜４のいずれか一項に記載の現像剤を用いることを特徴とする画像形成方法。
【請求項１】
キャリア及びトナーからなる現像剤を磁気保持しながら帯電させるための現像剤搬送体と、該搬送体よりトナーを移送してその表面にトナーの薄層を形成するための現像ロールと、該現像ロールと潜像担持体の最近接位置において現像バイアスを印加して潜像担持体の潜像現像を行うための現像装置と、を備えたハイブリッド現像装置に使用される現像剤であって、
前記キャリアの比抵抗を１×１０9〜１×１０12Ω・ｃｍの範囲内の値とするとともに、飽和磁化を３６〜６０ｅｍｕ／ｇの範囲内の値とし、かつ、トナーの比抵抗を１×１０13〜１×１０16Ω・ｃｍの範囲内の値とすることを特徴とする現像剤。
【請求項２】
前記キャリアの平均粒径を２０〜４５μｍの範囲内の値とすることを特徴とする請求項１に記載の現像剤。
【請求項３】
前記現像剤の全体量を１００重量％としたときに、前記トナーの含有量を０．１〜２０重量％の範囲内の値とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像剤。
【請求項４】
前記トナーが、バインダー樹脂と、カーボンブラックと、を含むとともに、前記バインダー樹脂１００重量部に対して、前記カーボンブラックの添加量を０．０１〜３０重量部の範囲内の値とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の現像剤。
【請求項５】
前記請求項１〜４のいずれか一項に記載の現像剤を用いることを特徴とする画像形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２８４７８６（Ｐ２００６−２８４７８６Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０２９９０（Ｐ２００５−１０２９９０）
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（０００００６１５０）京セラミタ株式会社 (13,173)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（０００００６１５０）京セラミタ株式会社 (13,173)
【Ｆターム（参考）】
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