JP2003207950A - 電子写真現像用キャリヤ - Google Patents

電子写真現像用キャリヤ

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JP2003207950A JP2002007742A JP2002007742A JP2003207950A JP 2003207950 A JP2003207950 A JP 2003207950A JP 2002007742 A JP2002007742 A JP 2002007742A JP 2002007742 A JP2002007742 A JP 2002007742A JP 2003207950 A JP2003207950 A JP 2003207950A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子写真現像用キャリヤに応力が加わったと
きに発生する二次微粉が惹起する画像品質の劣化を防止
する。 【解決手段】 主としてフエライトまたはマグネタイト
の粒子からなる電子写真現像用キャリヤ,あるいはフエ
ライトまたはマグネタイトを主成分とする粒子を芯材と
する電子写真現像用キャリヤにおいて,該粒子中に0.
001〜0.1重量%のB(ホウ素)および0.01〜
0.5重量%のSiを含有することを特徴とする耐衝撃
性に優れた電子写真現像用キャリヤである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子写真現像用キャリヤ
に関する。
【0002】
【従来の技術】静電荷像の現像剤としてトナーとキャリ
ヤからなる二成分系の現像剤が普及しているが,この現
像剤に用いられるキャリヤ(静電写真現像用キャリヤ)
には様々な特性(磁気特性,摩擦帯電性,耐久性,流動
性など)が要求され,芯材の表面に樹脂被覆されたキャ
リヤにおいては,芯材(粉体)の見掛け密度や流動性,
粒度分布,形状,表面性などを目標値に合わせる必要が
ある。他方,近年フルカラーの複写機やプリンターが開
発され,その高画質要求を満たすために,キャリヤ/ト
ナーの小粒子化が図られるようになり,この場合には,
キャリヤに含まれる微粉の割合が必然的に多くなる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】二成分系の現像方式を
用いるマシンでは,感光体(ドラム)へのキャリヤ付着
(キャリヤ飛び)等による現像不良が問題となってお
り,その原因の一つにキャリヤの微粉の存在が挙げられ
ている。この点からすると,キャリヤとしては,平均粒
径が小さくて(全体的に小粒径でありながら)且つ微粉
量が少ない粒度分布をもつもの(粒度分布が狭いもの)
が望ましい。このため,製造の面では,キャリヤの整粒
過程において可能な限り微粉側のものを除くように整粒
されるのが望ましく,帯電付与のために樹脂被覆する場
合も,このように微粉側のものが除かれたうえで,樹脂
被覆が施されるのが好ましく,事実,このような考慮が
なされている。
【0004】しかしながら,樹脂被覆されたキャリヤで
は,樹脂コーテイングの種類によってはその被覆層が芯
材に対して強いストレスを付与することにもなり,これ
が原因で,処理中や現像中に機械的な外部応力が加わる
と,芯材に亀裂や割れが発生して二次微粉を生成させる
ことがある。
【0005】したがって,本発明の課題は,このような
機械的ストレスが加わっても二次微粉の発生を可能な限
り抑制できるようなキャリヤを得ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば,主とし
てフエライトまたはマグネタイトの粒子からなる電子写
真現像用キャリヤ,或いは,フエライトまたはマグネタ
イトを主成分とする粒子を芯材としこの芯材の表面に樹
脂被覆が施された電子写真現像用キャリヤにおいて,該
粒子中に0.001〜0.1重量%のB(ホウ素)および
0.01〜0.5重量%のSiを含有することを特徴とす
る電子写真現像用キャリヤを提供する。ここで,フエラ
イトは, 一般式(MO)Xn (Fe23)Y,・・(1) 〔式中,M=Mn, MgまたはFeの1種または2種,
ΣXn=40〜60(モル%),Y=100−ΣXn(モル
%)である〕で表されるフエライトであることができ
る。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明で言う「主としてフエライ
トまたはマグネタイトの粒子からなる電子写真現像用キ
ャリヤ」とは,理想的にはフエライト粒子および/また
はマグネタイト粒子からなるものを言うが,ヘマタイト
成分等の他の鉄酸化物や他の元素やその化合物等を粒子
中に若干含有したものでもよいし,フエライトまたはマ
グネタイト以外の化合物や酸化物等からなる粒子がフエ
ライト粒子やマグネタイト粒子中に若干量混在したもの
でもよい。
【0008】本発明者らは,このようなキャリヤからの
二次微粉発生の原因調査とその抑制手段について種々の
試験検討を重ねたが,キャリヤ粒子の表面状態が二次微
粉発生に関与していることがわかったが,二次微粉が発
生しないような表面状態を有するキャリヤを得ること
は,焼結温度などのキャリヤ製造の条件を変えるだけで
は至難であった。
【0009】一般に,キャリヤの製造には,前記の(1)
式に示されるようなフエライトを例とすると,目標組成
となるように原料を調合し,これを仮焼,粉砕,造粒,
乾燥,焼成,解砕,分級を経て所望の粒径もしくは粒度
分布のフエライト粒子からなる粉体を得る。そのさい,
フエライト結晶の成長は,前記の焼成の段階において,
表面成長,粒界成長,内部成長,蒸発成長といった機構
を経ると考えられが,結晶成長には結晶中の空格子点の
量が深く関わっており,この空格子点が移動することで
結晶が成長してゆくとされており,この空格子点は結晶
中の不純物の量が多いほど多くなることが知られてい
る。
【0010】本発明者らはこの点に着目し,目標組成と
なるように調合された焼結原料中にフエライトの構成成
分以外の元素を意図的に有させ,これによってフエライ
ト結晶の成長挙動を制御し,もって二次微粉が発生し難
いような結晶粒子を得るべく試験を重ねた。その結果,
そのような物質としてB化合物とSi化合物が有利な効
果を示すことがわかった。すなわち,フエライトの目標
組成となるように調合された焼成原料中に例えばH3
3等のホウ素化合物やSiO2等のケイ素化合物を適量
含有させておくと,耐衝撃性に優れた表面性をもつフエ
ライト結晶が得られることがわかった。
【0011】その含有量については,ホウ素化合物につ
いてはB元素に換算して0.001〜0.1重量%,ケイ
素化合物についてはSi元素に換算して0.01〜0.5
重量%となる範囲であるのがよい。ホウ素化合物および
ケイ素化合物とも,BおよびSiが前記の含有量となる
ように焼結前の原料に配合するが,実際には,仮焼し粉
砕した原料粉を造粒する段階で添加するのが都合がよ
い。焼成時にホウ素化合物は分解および酸化してホウ素
の酸化物になると考えられ,SiO2以外のケイ素化合
物を添加した場合にも焼成時に分解および酸化してケイ
素の酸化物になると考えられる。本発明で使用できるホ
ウ素化合物としてはホウ酸,ホウ酸アンモニウム,ホウ
酸エステル,ホウ砂等が挙げられ,本発明で使用できる
ケイ素化合物としては無水シリカ,ホウケイ酸塩,コロ
イダルシリカ等が挙げられる。
【0012】芯材中のB含有量が0.001重量%未満
では,Si含有量をたとえ本発明で規定する0.01重
量%以上含有させても前記のような二次微粉の発生を抑
制することができず,またSi含有量が0.01重量%
未満の場合にも,B含有量を本発明で規定する0.00
1重量%以上含有させても二次微粉の発生を充分に抑制
できない。逆に,B含有量が0.1重量%より多くなる
と,フエライトやマグネタイトの組成中に含まれる不純
物量が多くなり,芯材の磁気的特性に影響を与えるよう
になることに加え,芯材粒子の表面形状がいびつになっ
て流動性が悪くなるので好ましいことではない。同様に
Si含有量も0.5重量%より多くなっても芯材粒子の
表面形状がいびつになり,また芯材の磁気的特性を劣化
させるので好ましくない。このような理由から,芯材中
のB含有量は0.001〜0.1重量%,Si含有量は
0.01〜0.5重量%とする。好ましいB含有量は0.
01〜0.06重量%,さらに好ましくは0.02〜0.
05重量%である。好ましくはSi含有量は0.1〜0.
2重量%,さらに好ましくは0.12〜0.16重量%で
ある。
【0013】本発明に従うキャリヤの製造法について,
MnO−MgO−Fe23系フェライトの製造を例とす
ると,まず原料中のMn, MgおよびFeの組成比が意
図するフェライトの組成比に相当するように,炭酸塩,
水酸化物または酸化物等の形態の原料を秤量調合し,よ
く混合したうえ,加熱炉中で600〜1000℃の温度
に大気雰囲気中で加熱し,1〜5時間保持して仮焼す
る。これにより,炭酸塩や水酸化物等の形態で調合した
原料は実質的に酸化物の形態の塊状物となり,揮発性成
分や非金属介在物などは分解・蒸発除去される。得られ
た仮焼品は,冷却後,粉砕機例えば振動ミルで1μm程
度まで粉砕する。
【0014】この粉砕品に水を加えてスラリーとする
が,このスラリーを作成するさいに,前記のホウ素化合
物およびケイ素化合物を,フエライト中のB含有量およ
びSi含有量が既述の範囲となるように添加し,スラリ
ー濃度が60〜75%程度の粗スラリーとし,これをボ
ールミル等で湿式粉砕する。これにより,微細に粉砕さ
れた仮焼粉のスラリーが得られる。この仮焼粉スラリー
に,必要に応じてポリカルボン酸等の分散剤を加えたう
え,噴霧乾燥機等で噴霧乾燥するか,或いはペレタイザ
ーで造粒し,10〜500μmの球状ペレットにして乾
燥する。
【0015】次いで,前記の造粒品を焼成してフェライ
トとするが,そのさい,窒素ガス中の酸素濃度が0.5
〜6容積%範囲内の所定の値となるように調整した雰囲
気中の電気炉で1100〜1300℃の温度に少なくと
も60分間保持する焼成処理を行う。
【0016】焼成された焼成品は解砕機で解砕し,解砕
粉を分級または篩分けしてキャリヤとして適正な粒度の
ものを採取する。これにより例えば平均粒子径が40μ
m程度の粒子からなるキャリヤ粉を得るが,場合によっ
てはさらに磁場選鉱し,微粒子を排除して粒度分布の狭
い平均粒径40μm程度のものを採取する。
【0017】樹脂被覆キャリヤを製造する場合には,得
られた粉体を芯材として,これに樹脂被覆するが,その
被覆量としては芯材総量の1.0〜5.0重量%に調整す
るのがよい。被覆する樹脂としては種々のものが適用で
き,例えばアクリル系樹脂,スチレン系樹脂,スチレン
−アクリル系樹脂,オレフイン系樹脂(ポリエチレン,
塩素化ポリエチレン,ポリプロピレン等),ポリエステ
ル系樹脂(ポリエチレンテレフタレート,ポリカーボネ
ート等),不飽和ポリエステル系樹脂,塩化ビニル系樹
脂,ポリアミド系樹脂,ポリウレタン系樹脂,エポキシ
系樹脂,シリコーン系樹脂,フッ素系樹脂(ポリテトラ
フルオロエチレン,ポリクロロトリフルオロエチレン,
ポリ弗化ビニリデン等),フエノール系樹脂,キシレン
系樹脂,ジアリルフタレート系樹脂等が挙げられる。
【0018】樹脂コーテイングを行うには,前記の樹脂
を溶剤に希釈して芯材の表面に被覆するのが一般的であ
る。溶剤としては各樹脂が可溶なものであればよく,有
機溶剤に可溶な樹脂の場合の溶剤としては,トルエン,
キシレン,メチルエチルケトン,メチルイソブチルケト
ン,メタノール等を使用することができ,水溶性樹脂ま
たはエマルジョンタイプの樹脂であれば,水を用いる。
【0019】芯材の表面に対し溶剤で希釈された樹脂を
被覆するには,その液に芯材を浸漬して攪拌する浸漬
法,該液を芯材にスプレーするスプレー法,刷毛塗りす
る刷毛塗り法等が適用でき,該液を塗布後は溶剤を乾燥
させる。このようなコーテイング法は湿式法とも言える
が,溶剤を使用しないで乾式法によって芯材表面に樹脂
粉末を被着させる方法も採用できる。
【0020】いずれにしても,芯材粒子の表面に被覆付
着させた樹脂を焼き付けるのが好ましく,固定式または
流動式の電気炉,ロータリー式電気炉,バーナー炉など
を使用して,外部加熱方式または内部加熱方式で焼き付
けることができる。マイクロウエーブによる焼き付けも
可能である。焼き付け温度は樹脂によって異なるが,融
点以上またはガラス転移点以上の温度が必要である。熱
硬化性樹脂または縮合型樹脂では硬化が十分に進む温度
まで上げる必要がある。
【0021】シリコーン樹脂で芯材の被膜を形成する場
合を例として具体的に説明すると,シリコーン樹脂をト
ルエンで希釈し,この液と芯材を攪拌機の容器に入れて
攪拌する。これにより,例えばシリコーン樹脂の割合が
3重量%となるように浸漬法で被着させる。そのさい,
使用する樹脂種に応じて硬化剤を添加する。攪拌混合が
終えたら,溶媒を乾燥除去する(例えば130℃×30
分の加熱処理)。ついで加熱攪拌しながら硬化する(例
えばオイルバスで加熱し且つ攪拌しながら190℃×3
0分の加熱処理を行う)。ついでオーブンまたはトンネ
ル炉を用いて樹脂の焼き付け処理を行う(例えば160
〜280℃×3時間)。これにより樹脂被覆キャリヤ成
品が得られる。
【0022】このようにして得られた樹脂被覆キャリヤ
は,この状態でトナーと組み合わされて2成分系の電子
写真用現像剤となるが,その場合,被覆樹脂がフェライ
トコア表面に強固に焼き付けられていても,帯電特性や
抵抗性さらには耐久性などにおいてさらなる改善を必要
とする場合がある。この場合には,この樹脂被覆キャリ
ヤ成品を研磨処理することによって,具体的には,この
成品の樹脂コーテイング層に圧縮応力が作用する機械的
表面処理を施すことによって,より具体的には,この成
品の粒子同士を互いに衝突させる粒子同士の研磨処理に
よって,該成品の前記の特性を一層良好にすることがで
きる。このような場合にも,本発明に従う芯材は二次微
粉の発生が少ないので,微粉によるキャリヤ飛びなどが
起きがたいものが得られる。
【0023】
【実施例】〔実施例1〕Mn源としてMn34,Mg
源としてMg(OH)2を,そしてFe源としてFe23
を使用し,焼成後のフエライト組成として,(MnO)
Fe23 :(MgO)Fe23 =70:30となる割
合でこれらの原料を調合した。
【0024】この混合粉を加熱炉で900℃で3時問大
気雰囲気で加熱して仮焼した。得られた仮焼品を冷却
後,振動ミルでほぼ1μm大に粉砕し,乾燥粉に対して
1重量%の割合で分散剤(商品名:サンノプコSNデイ
スパーサント5468)を水と共に加えてスラリー濃度
が75%程度の粗スラリーとし,この粗スラリーにホウ
酸と無水シリカを添加した。ホウ酸の添加量は,混合粉
に対するホウ酸の割合が0.25重量%となる量(B換
算では,混合粉に対するB含有量が0.04重量%とな
る量)とし,無水シリカの添加量は,混合粉に対する無
水シリカの割合が0.3重量%となる量(Si換算で
は,混合粉に対するSi含有量が0.14重量%となる
量)とした。
【0025】次いで,これらの化合物を添加したスラリ
ーを湿式ボールミルに装填して湿式粉砕し,得られた懸
濁液をスプレードライヤーに供給し,アトマイザーの回
転数を 15000〜18000 rpm 程度で造粒し,54μmの篩
を用いて平均粒径が40μm程度の乾燥粒子からなる造
粒品を得た。
【0026】この造粒品を焼成炉に装填し,酸素濃度を
ほぼ4〜5vol.%に調整した窒素ガス雰囲気中で118
0℃で3時間焼成した。得られた塊状の焼成品をハンマ
ーミルで粗砕し,さらにパルベライザーで解砕した。こ
の解砕品を風力分級機にかけて微粉を分級除去し,さら
に磁場選鉱して非磁性分を分離し,54μmの篩を通し
て平均粒径が35μmのキャリヤ粉を得た。このキャリ
ヤ粉について,比表面積をBET法で測定したところ
0.036m2/gであり,走査型電子顕微鏡(SEM)
で表面観察したところ,ほぼ球形の滑らかな表面を有す
る粒子からなることが確認された。
【0027】以降の例と対比するために,本例のキャリ
ヤ粉の組成・B添加量,Si添加量,比表面積,SEM
観察結果を表1に示した。
【0028】さらに,このキャリヤ粉10gを採取し,
サンプルミルに投入して15秒間処理して機械的ストレ
スを付加し,この処理の前後の粒度分布を日本レーザー
株式会社製のHELOS粒度分布測定器を用いて測定し
た。その測定結果を表2に示した。表2において,D1
0,D50,D90の各値は,ヘロス粒度分布測定装置
によって粒度分布を計測したときに,粒径(μm)を横
軸とし,縦軸にその粒径以下の粒子が存在する容積%を
とって表わされた累積粒度曲線において,粒径が10,
50,90μmであるときの,縦軸の値を表している。
【0029】〔実施例2〕ホウ酸の添加量を,混合粉に
対するホウ酸の割合が0.01重量%となる量(B換算
では,混合粉に対するB含有量が0.002重量%とな
る量)とし,無水シリカの添加量を,混合粉に対する無
水シリカの割合が0.03重量%となる量(Si換算で
は,混合粉に対するSi含有量が0.01重量%となる
量)とした以外は,実施例1を繰り返した。本例のキャ
リヤ粉の組成・B添加量,Si添加量,比表面積,SE
M観察結果を表1に示すと共に,本例で得られたキャリ
ヤ粉に対して実施例1と同様に機械的ストレスを付与し
た前後の粒度分布を表2に示した。
【0030】〔実施例3〕ホウ酸の添加量を,混合粉に
対するホウ酸の割合が0.60重量%となる量(B換算
では,混合粉に対するB含有量が0.10重量%となる
量)とし,無水シリカの添加量を,混合粉に対する無水
シリカの割合が1.0重量%となる量(Si換算では,
混合粉に対するSi含有量が0.47重量%となる量)
とした以外は,実施例1を繰り返した。本例のキャリヤ
粉の組成・B添加量,Si添加量,比表面積,SEM観
察結果を表1に示すと共に,本例で得られたキャリヤ粉
に対して実施例1と同様に機械的ストレスを付与した前
後の粒度分布を表2に示した。
【0031】〔実施例4〕原料調合において(MnO)
Fe23 :(MgO)Fe23 =25:75に変更
し,且つ焼結時の焼成雰囲気を大気雰囲気とした以外
は,実施例1を繰り返した。本例のキャリヤ粉の組成・
B添加量,Si添加量,比表面積,SEM観察結果を表
1に示すと共に,本例で得られたキャリヤ粉に対して実
施例1と同様に機械的ストレスを付与した前後の粒度分
布を表3に示した。
【0032】〔実施例5〕造粒時に用いた篩を54μm
のものから63μmのものに変更した以外は,実施例1
を繰り返した。本例のキャリヤ粉の組成・B添加量,S
i添加量,比表面積,SEM観察結果を表1に示すと共
に,本例で得られたキャリヤ粉に対して実施例1と同様
に機械的ストレスを付与した前後の粒度分布を表3に示
した。
【0033】〔比較例1〕ホウ酸と無水シリカをいずれ
も無添加とした以外は,実施例1を繰り返した。本例の
キャリヤ粉の組成,比表面積,SEM観察結果を表1に
示すと共に,本例で得られたキャリヤ粉に対して実施例
1と同様に機械的ストレスを付与した前後の粒度分布を
表4に示した。
【0034】〔比較例2〕ホウ酸を無添加とし,無水シ
リカの添加量を,混合粉に対する無水シリカの割合が
1.3重量%となる量(Si換算では,混合粉に対する
Si含有量が0.61重量%となる量)とした以外は,
実施例1を繰り返した。本例のキャリヤ粉の組成・Si
添加量,比表面積,SEM観察結果を表1に示すと共
に,本例で得られたキャリヤ粉に対して実施例1と同様
に機械的ストレスを付与した前後の粒度分布を表4に示
した。
【0035】〔比較例3〕無水シリカを無添加とし,ホ
ウ酸の添加量を,混合粉に対するホウ酸の割合が0.8
0重量%となる量(B換算では,混合粉に対するB含有
量が0.14重量%となる量)とした以外は,実施例1
を繰り返した。本例のキャリヤ粉の組成・B添加量,比
表面積,SEM観察結果を表1に示すと共に,本例で得
られたキャリヤ粉に対して実施例1と同様に機械的スト
レスを付与した前後の粒度分布を表4に示した。
【0036】〔比較例4〕ホウ酸と無水シリカをいずれ
も無添加とした以外は,実施例4を繰り返した。本例の
キャリヤ粉の組成,比表面積,SEM観察結果を表1に
示すと共に,本例で得られたキャリヤ粉に対して実施例
1と同様に機械的ストレスを付与した前後の粒度分布を
表4に示した。
【0037】
【表1】
【0038】
【表2】
【0039】
【表3】
【0040】
【表4】
【0041】表1〜4の結果から,実施例1〜5のもの
は,表面が平滑で球状のキャリヤ粉であり,機械的スト
レスを付与した後でも,ストレス付与前の粒度分布を維
持し,微粉は発生していないことがわかる。これに対し
て,比較例1〜2のものは表面に凹凸があり,機械的ス
トレスを付与した後では微粉が発生した。比較例3のも
のはホウ酸の添加量が多いためにコア形状かいびつにな
り,比較例4のものでは脆い表面状態となり,機械的ス
トレスを付与した後では微粉が発生した。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように,本発明によると,
微量の添加物によってキャリヤ粉の衝撃強度を向上させ
ることができるので,二次微粉の発生の少ない電子写真
現像用キャリヤを経済的に得ることができ,微粉が混在
することによるキャリヤ飛び等による画像劣化の問題を
未然に回避することができる。
フロントページの続き (72)発明者 飯田 智英 岡山県岡山市築港栄町7番地 同和鉄粉工 業株式会社内 (72)発明者 後藤 崇 岡山県岡山市築港栄町7番地 同和鉄粉工 業株式会社内 (72)発明者 中尾 竜介 岡山県岡山市築港栄町7番地 同和鉄粉工 業株式会社内 Fターム(参考) 2H005 BA02 BA06 CA12 CB03 CB04 CB07 CB12 CB13 DA10 EA07 FA02

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主としてフエライトまたはマグネタイト
    の粒子からなる電子写真現像用キャリヤにおいて,該粒
    子中に0.001〜0.1重量%のB(ホウ素)および
    0.01〜0.5重量%のSiを含有することを特徴とす
    る電子写真現像用キャリヤ。
  2. 【請求項2】 フエライトまたはマグネタイトを主成分
    とする粒子を芯材とし,この芯材の表面に樹脂被覆が施
    された電子写真現像用キャリヤにおいて,該粒子中に
    0.001〜0.1重量%のB(ホウ素)および0.01
    〜0.5重量%のSiを含有することを特徴とする電子
    写真現像用キャリヤ。
  3. 【請求項3】 フエライトは, 一般式(MO)Xn (Fe23)Y, 式中, M=Mn, MgまたはFeの1種または2種, ΣXn=40〜60(モル%), Y=100−ΣXn(モル%)である, で表される請求項1または2に記載の電子写真現像用キ
    ャリヤ。
  4. 【請求項4】 請求項1,2または3に記載のキャリヤ
    とトナーとからなる電子写真現像剤。
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