JP2000172017A - 電子写真現像用フェライトキャリアコアの製造方法 - Google Patents

電子写真現像用フェライトキャリアコアの製造方法

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JP2000172017A
JP2000172017A JP34291898A JP34291898A JP2000172017A JP 2000172017 A JP2000172017 A JP 2000172017A JP 34291898 A JP34291898 A JP 34291898A JP 34291898 A JP34291898 A JP 34291898A JP 2000172017 A JP2000172017 A JP 2000172017A
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magnetite
ferrite carrier
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Toshiaki Tomosawa
利昭 友澤
Takeshi Mochizuki
武史 望月
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 必要な磁気特性と表面特性の両方を同時に満
足させることができ、且つ有害重金属を含まない電子写
真現像用フェライトキャリアコアを歩留まりよく製造で
きるようにする。 【解決手段】 マグネタイトのみもしくは有害な重金属
を含まずにマグネタイトを主成分とする複合酸化物を出
発原料とし、該出発原料を粉砕混合した後、ほぼ球形に
造粒し、その球形造粒粉を、トップ温度850℃〜10
00℃で且つ焼成プロセスの当初から終了まで不活性ガ
ス雰囲気下で焼成することにより、焼成したコアの10
kOeにおける磁化度を80emu/g以上に、コア表
面の比表面積(BET値)を250cm2 /g以上に制御
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複写機やレーザプ
リンタ等の現像剤のトナー担体であるキャリアに使用す
るコア(酸化物磁性粒子)の製造方法に関し、更に詳し
く述べると、環境に有害な重金属を含まず、現像剤用と
して必要十分な磁気特性並びに表面特性を呈する電子写
真現像用フェライトキャリアコアを製造する方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】複写機あるいはレーザプリンタなどに利
用されている電子写真技術は、感光体上に形成された静
電潜像を磁気ブラシ法により現像する方式であり、その
現像の際に使用する乾式現像剤としては、一般に、トナ
ーとキャリアの2成分系のものが用いられている。そし
てトナー担体であるキャリアとしては、通常、酸化物磁
性材料が用いられている。
【0003】これら酸化物磁性材料からなるキャリア
は、実用磁界下において、ある程度以上の磁化度を有す
ることが必要とされ、マシン設計によっては80emu
/g以上(10kOe時)の磁気特性を有している必要
があった。また、現在では様々な表面コート法が開発さ
れ、それに伴ってキャリアコアの表面性に対する要求も
厳しくなってきている。それらの要求を満たすため、キ
ャリアとなる酸化物磁性材料の組成あるいは製造方法に
ついて種々の研究がなされており、例えばNi−Zn
系、Mn−Zn系、Mg−Zn−Cu系などのフェライ
トキャリアコアが開発されている。
【0004】ところが近年、廃棄処分の際の環境汚染防
止などの観点から、有害重金属(例えば、Cu,Zn,
Ni等)を含まないキャリア(これは「クリーンキャリ
ア」と呼ばれている)の使用が求められている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】電子写真現像剤として
用いるキャリアにおいて、その磁化特性は非常に重要で
あり、もし実用磁界下における磁化度が低いと、例えば
キャリアが感光体に付着するなどの不都合が発生し、現
像剤として問題が生じる可能性がある。
【0006】ところが、従来、「クリーンキャリア」と
呼ばれるものにおいては、この磁気特性と前記の表面特
性の両方を同時に満たすものを効率よく製造する技術は
開発途上にある。製造工程において多くの不要キャリア
が生成してしまうと、それを廃棄せざるを得ない場合も
多い。
【0007】本発明の目的は、必要な磁気特性と表面特
性の両方を同時に満足させることができ、且つ有害重金
属を含まず環境汚染を引き起こす恐れのない無い電子写
真現像用フェライトキャリアコアを、歩留まりよく製造
できる方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、マグネタイト
のみ、もしくは有害な重金属を含まずマグネタイトを主
成分とする複合酸化物を出発原料とする。マグネタイト
を粉砕し、複合酸化物の場合には副成分と混合する。そ
れをほぼ球形に造粒し、その球形造粒粉を、トップ温度
850℃〜1000℃で且つ焼成プロセスの当初から終
了まで不活性ガス雰囲気下で焼成する。これにより、焼
成したコアの実用磁界下(10kOe)における磁化度
を80emu/g以上に、コアの表面の比表面積(BE
T値)を250cm2 /g以上に制御する。本発明は、こ
のようにして電子写真現像用フェライトキャリアコアを
製造する方法である。
【0009】出発原料は、マグネタイトのみでもよい
し、主成分であるマグネタイトに添加物あるいは副成分
としてMgOあるいはCaO等の有害重金属でない金属
酸化物を含む複合酸化物でもよい。勿論、いずれにして
も有害な重金属を含まないものとする。マグネタイト
(四酸化三鉄:Fe34)は、一般的手法を用いて生成
したものでもよいし、天然の材料(磁鉄鉱)でもよい。
添加物あるいは副成分を含む場合には、マグネタイト粉
砕後に混入して混合する。焼成雰囲気である不活性ガス
雰囲気には、通常、窒素ガス雰囲気を用いる。
【0010】焼成したコアの粒径は、通常20μm〜1
00μmであるが、中心粒径を50μm〜80μm程度
とするのがよい。また、焼成したコアの保磁力は20O
e以下とする。本発明のキャリアコアは、通常、表面に
樹脂等のコート層を形成して使用する。
【0011】
【発明の実施の態様】上記のように、本発明では基本的
にはマグネタイトを出発原料とする。その理由は、もし
ヘマタイトを出発原料とすると、1300℃〜1400
℃というような高温で焼成しなければマグネタイトにな
らないからである。因みに、800℃〜1000℃で焼
成すると、マグネタイトとヘマタイト(α−Fe23
非磁性体)の相が混在することになり、必要な磁気特性
が得られないからである。
【0012】本発明方法によれば、所望の磁気特性が発
現し、且つ焼成時にコア表面の粒成長が抑えられコアの
比表面積(BET値)は250cm2 /g以上となる。コ
ア表面には微小な凹凸がびっしりと形成されてごつごつ
した感じとなり、そのため表面コート処理した時のコー
ト層の剥がれを防止できる。因みに、1000℃を超え
るトップ温度で焼成すると、コア表面が滑らかになり表
面コート処理してもコート層が剥がれ易くなる。逆に、
850℃未満のトップ温度で焼成すると、実用磁界下
(10kOe)における磁化度は50〜60emu/g
程度と大幅に低下してしまう。本発明において、焼成温
度(焼成プロセスにおけるトップ温度)は850℃〜1
000℃であるが、表面特性の観点から850℃〜95
0℃とすることがより好ましい。なお、コア表面のコー
ト層は、帯電性を制御すると共に、耐環境性(湿度や温
度など)を向上させる機能を果たす。
【0013】なお、副成分としてMgOあるいはCaO
等を添加する場合には、1重量%以下とするのがよい。
その程度の少量添加であれば、磁気特性低下などの不都
合は生じない。
【0014】
【実施例】(実施例1)マグネタイト(Fe34)を振
動ミルにより粉砕した後、ポリビニルアルコール0.2
重量%を添加し、水と混合して粉体濃度50重量%のス
ラリーとし、アトライターで1時間攪拌後、スプレード
ライヤーを用いてほぼ球形に造粒した。その後、この造
粒粉を電気炉にて窒素ガス雰囲気下で所定のトップ温度
で2時間で焼成し、電子写真現像用フェライトキャリア
コアを得た。焼成プロセスにおける温度制御プログラム
を図1に示す。200℃/hで昇温し、トップ温度で2
時間保持し、降温する。その焼成プロセスにおける焼成
当初から焼成終了までの間中、窒素ガス雰囲気を保つ。
【0015】トップ温度を700℃〜1400℃まで変
えて、試料1−1〜試料1−13の合計13種類の試料
(フェライトキャリアコア)を作製し、磁気特性と比表
面積を測定した。測定結果を表1に示す。磁気特性は、
試料を直径6mmの樹脂製の試料ホルダに埋め込み、振動
型磁力計(VSM)によって10kOeにおける最大磁
化σs を測定することで行った。また、比表面積はBE
T法により測定した。BET法はガス吸着法であり、コ
ア表面に窒素ガスを吸着させ、吸着したガス量を機械的
に計測することで比表面積を求める方法である。なお、
使用した測定器は株式会社島津製作所製GEMINI−
2360である。
【0016】
【表1】
【0017】表1から焼成温度(トップ温度)が低いと
最大磁化σs が低く、逆に焼成温度が高いとBET値が
小さくなることが分かる。本発明方法のように、焼成温
度を850℃〜1000℃に設定すると、最大磁化σs
を80emu/g以上に、BET値を250cm2 /g以
上にでき、極めて良好なフェライトキャリアコアとな
る。より好ましくは、焼成温度を850℃〜950℃に
することである。それによってBET値を400cm2
上にすることができる。
【0018】また、上記焼成温度の異なる試料のうちの
いくつかについて、キャリアコアの表面状態の電子顕微
鏡写真を図2に示す。焼成温度が低いほどコア表面に細
かな凹凸が密に存在しており、焼成温度が高くなるほど
コア表面が滑らかになっていることが分かる。これは前
記のBET値の測定結果と完全に対応している。
【0019】(実施例2)主成分であるマグネタイト
(Fe34)を振動ミルにより粉砕した後、副成分とし
て酸化マグネシウム(MgO)を1重量%加え、ポリビ
ニルアルコール0.2重量%を添加し、水と混合して粉
体濃度50重量%のスラリーとし、アトライターで1時
間攪拌後、スプレードライヤーを用いてほぼ球形に造粒
した。その後、この造粒粉を電気炉にて窒素ガス雰囲気
下で所定のトップ温度で2時間で焼成し、電子写真現像
用フェライトキャリアコアを得た。焼成プロセスにおけ
る温度制御プログラムは図1に示す通りである。200
℃/hで昇温し、トップ温度で2時間保持し、降温す
る。その焼成プロセスにおける焼成当初から焼成終了ま
での間中、窒素ガス雰囲気を保つ。
【0020】トップ温度を700℃〜1400℃まで変
えて、試料2−1〜試料2−13の合計13種類の試料
(フェライトキャリアコア)を作製し、磁気特性と比表
面積を測定した。測定結果を表2に示す。なお、磁気特
性及び比表面積は、上記実施例1と同様の方法で測定し
た。
【0021】
【表2】
【0022】(実施例3)主成分であるマグネタイト
(Fe34)を振動ミルにより粉砕した後、副成分とし
て炭酸カルシウム(CaCO3 )を1重量%加えて、ポ
リビニルアルコール0.2重量%を添加し、水と混合し
て粉体濃度50重量%のスラリーとし、アトライターで
1時間攪拌後、スプレードライヤーを用いてほぼ球形に
造粒した。その後、この造粒粉を電気炉にて窒素ガス雰
囲気下で所定のトップ温度で2時間で焼成し、電子写真
現像用フェライトキャリアコアを得た。焼成プロセスに
おける温度制御プログラムは図1に示す通りである。2
00℃/hで昇温し、トップ温度で2時間保持し、降温
する。その焼成プロセスにおける焼成当初から焼成終了
までの間中、窒素ガス雰囲気を保つ。
【0023】トップ温度を700℃〜1300℃まで変
えて、試料3−1〜試料3−13の合計13種類の試料
(フェライトキャリアコア)を作製し、磁気特性と比表
面積を測定した。測定結果を表3に示す。なお、磁気特
性及び比表面積は、上記実施例1と同様の方法で測定し
た。
【0024】
【表3】
【0025】表2及び表3から、表1の場合と同様、焼
成温度(トップ温度)が低いと最大磁化σs が低く、逆
に焼成温度が高いとBET値が小さくなることが分か
る。前記実施例と同様、焼成温度を850℃〜1000
℃に設定すると、最大磁化σsを80emu/g以上
に、BET値を実施例2では375cm2 /g以上に、実
施例3では330cm2 /g以上に、でき極めて良好なフ
ェライトキャリアコアとなる。これら副成分を添加する
場合においても、より好ましくは、焼成温度を850℃
〜950℃にすることである。
【0026】
【発明の効果】本発明は上記のように、有害な重金属を
含まずマグネタイトを主成分とする酸化物を出発原料と
し、該出発原料を粉砕混合した後、ほぼ球形に造粒し、
その球形造粒粉を、トップ温度850℃〜1000℃で
且つ焼成プロセスの当初から終了まで不活性ガス雰囲気
下で焼成し、焼成したコアの実用磁界下(10kOe)
における磁化度を80emu/g以上に、コア表面の比
表面積(BET値)を250cm2 /g以上に制御する方
法であるから、必要な磁気特性と表面特性を兼ね備えた
電子写真現像用フェライトキャリアコアが得られる。し
かも、このフェライトキャリアコアは、環境汚染の懸念
がなく、不要キャリアコアの再生も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】各試料を製造する際の焼成プロセスにおける温
度制御プログラムの説明図。
【図2】各試料の表面状態を示す電子顕微鏡写真。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マグネタイトを出発原料とし、マグネタ
    イトを粉砕した後、ほぼ球形に造粒し、その球形造粒粉
    を、トップ温度850℃〜1000℃で且つ焼結プロセ
    スの当初から終了まで不活性ガス雰囲気下で焼成するこ
    とにより、焼成したコアの10kOeにおける磁化度を
    80emu/g以上に、コア表面の比表面積(BET
    値)を250cm2 /g以上に制御することを特徴とする
    電子写真現像用フェライトキャリアコアの製造方法。
  2. 【請求項2】 有害な重金属を含まず、マグネタイトを
    主成分とする複合酸化物を出発原料とし、該出発原料を
    粉砕混合した後、ほぼ球形に造粒し、その球形造粒粉
    を、トップ温度850℃〜1000℃で且つ焼結プロセ
    スの当初から終了まで不活性ガス雰囲気下で焼成するこ
    とにより、焼成したコアの10kOeにおける磁化度を
    80emu/g以上に、コア表面の比表面積(BET
    値)を250cm2 /g以上に制御することを特徴とする
    電子写真現像用フェライトキャリアコアの製造方法。
  3. 【請求項3】 焼成したコアの粒径を20μm〜100
    μmとする請求項1又は2に記載の電子写真現像用フェ
    ライトキャリアコアの製造方法。
  4. 【請求項4】 焼成を窒素ガス雰囲気下で行う請求項1
    乃至3のいずれかに記載の電子写真現像用フェライトキ
    ャリアコアの製造方法。
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