JP2004309658A

JP2004309658A - 電子写真現像用キャリアおよび二成分系現像剤

Info

Publication number: JP2004309658A
Application number: JP2003100730A
Authority: JP
Inventors: Tomohide Iida; 智英飯田; Takanori Yamazaki; 崇徳山崎
Original assignee: Dowa Iron Powder Co Ltd; Dowa Mining Co Ltd
Current assignee: Dowa Iron Powder Co Ltd; Dowa Holdings Co Ltd
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】低温低湿環境および高温高湿環境を含めた様々な環境下における長期間の使用に際して良好な特性を維持できる電子写真現像用キャリアおよびそのキャリアを用いた二成分系現像剤を提供する。
【解決手段】グリシドキシ基を有するシランカップリング剤を含有する樹脂でキャリア芯材（ソフトフェライト粒子）の表面を被覆することによって電子写真現像用キャリアを形成する。シランカップリング剤を含有する樹脂でキャリア芯材の表面を直接被覆してもよいし、あるいは、シランカップリング剤を含有する樹脂とともにシリコーン系樹脂またはアクリル樹脂などの少なくとも１種以上の他の樹脂でキャリア芯材の表面を被覆してもよい。シランカップリング剤の量は、キャリア芯材に対して１．５重量％以下にするのが好ましい。この電子写真現像用キャリアと、ポリエステル樹脂を主成分として含有するトナーとを混合することによって二成分系現像剤とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真現像用キャリアおよびそのキャリアを用いた二成分系現像剤に関し、特に、表面に樹脂コーティングが施されたソフトフェライト粒子からなる電子写真現像用キャリアおよびそのキャリアを用いた二成分系現像剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真現像用のトナーとキャリアからなる二成分系現像剤に用いられる電子写真現像用キャリアには、電気特性、摩擦帯電性、耐久性、流動性などの様々な特性が要求されている。また、撹拌によるキャリア同士の衝突や現像ユニットとキャリアの間の摩擦などによりキャリア表面へのトナー成分の融着（スペント化）が生じて帯電不良が起こるのを防止するために、キャリアの表面に樹脂コーティングが施される場合がある。
【０００３】
このように樹脂コーティングが施されたキャリア（樹脂被覆キャリア）では、撹拌によるキャリア同士の衝突や現像ユニットとキャリアの間の摩擦などによりキャリアの表面の被覆樹脂が剥離してキャリア表面にトナー成分が融着して帯電不良が起こるのを防止することが要求されており、また、様々な環境下で絶えず所望の帯電特性が得られることが要求されている。
【０００４】
しかし、このようにキャリアの表面に樹脂コーティングを施した従来の二成分現像剤では、耐刷時の環境の変動により、高温高湿下では帯電量が低下してトナー飛散、画像かぶり、前引きなどの不具合が生じ、低温低湿時では帯電量が上昇して画像濃度が不足するという不具合が生じて、現像剤の寿命が短くなるという問題がある。
【０００５】
また、最近では、消費電力を低減させるために、トナーのメインバインダー樹脂として、様々な樹脂の中でも比較的溶融粘度が低く、負帯電性であり、酸価により帯電レベルが調整し易いポリエステル樹脂を使用することが多い。しかし、ポリエステル樹脂を使用すると、トナーの流動性が悪く、高温高湿環境下において吸湿し易く、帯電量が低下するという問題がある。
【０００６】
この問題を解消するために、トナーの表面にシリカ微粉末、アクリル微粉末、酸化チタン微粉末、アルミナ微粉末などの助剤を多量に外添する手法がある。しかし、このように多量に添加された表面処理剤は、長期間使用されるうちにトナーの表面から脱離し、キャリアの表面に移行して付着することにより、帯電不良が起こり、カブリ濃度の上昇や、トナー飛散による複写機やプリンタの機内の汚れという不具合が生じ、現像剤の寿命を大幅に短縮させるという問題がある。
【０００７】
また、高湿度雰囲気におけるトナーの帯電量の低下を防止して現像剤の耐久性を改良するために、ポリエステル樹脂を主成分としたトナーと、アミノシランカップリング剤を含有するシリコーン樹脂で被覆された摩擦帯電付与部材とを使用する電子写真現像法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特許第２６１９４３９号公報（第２頁、左欄８−１５頁）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に開示された電子写真現像法では、低温低湿環境および高温高湿環境を含めた様々な環境下における長期耐久性が十分でないという問題がある。
【００１０】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、低温低湿環境および高温高湿環境を含めた様々な環境下における長期間の使用に際して良好な特性を維持できる電子写真現像用キャリアおよびそのキャリアを用いた二成分系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、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、グリシドキシ基を有するシランカップリング剤を含有する樹脂でキャリア芯材の表面を被覆することによって、低温低湿環境および高温高湿環境を含めた様々な環境下における長期間の使用に際して良好な特性を維持できる電子写真現像用キャリアを提供することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明による電子写真現像用キャリアは、グリシドキシ基を有するシランカップリング剤を含有する樹脂によってキャリア芯材の表面が被覆されていることを特徴とする。この電子写真現像用キャリアにおいて、シランカップリング剤を含有する樹脂によってキャリア芯材の表面を直接被覆してもよいし、あるいは、シランカップリング剤を含有する樹脂とともに少なくとも１種以上の他の樹脂によってキャリア芯材の表面を被覆してもよい。また、シランカップリング剤の量がキャリア芯材に対して１．５重量％以下であるのが好ましい。また、他の樹脂として、シリコーン系樹脂またはアクリル樹脂を使用するのが好ましい。さらに、キャリア芯材がソフトフェライト粒子であるのが好ましい。
【００１３】
また、本発明による二成分系現像剤は、ポリエステル樹脂を主成分として含有するトナーと、上記のいずれかの電子写真現像用キャリアとからなることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明による電子写真現像用キャリアの実施の形態では、グリシドキシ基を有するシランカップリング剤を含有する樹脂によってキャリア芯材の表面が被覆されている。この樹脂の被覆は、被膜強度、耐衝撃性、キャリア芯材との接着性および耐久性に優れており、長期にわたって安定した帯電性を維持することができ、このキャリアを二成分系現像剤に使用することによって優れた画像を形成することができる。
【００１５】
キャリア芯材の材料として、フェライト、マグネタイト、鉄、ニッケル、コバルトなどの金属や、これらの金属と、亜鉛、アンチモン、アルミニウム、鉛、スズ、ビスマス、ベリリウム、マンガン、セレン、タングステン、ジルコニウム、バナジウムなどの金属との合金または混合物や、酸化鉄、酸化チタン、酸化マグネシウムなどの金属酸化物、窒化クロム、窒化バナジウムなどの窒化物、炭化珪素、炭化タングステンなどの炭化物との混合物や、強磁性フェライト、またはこれらの混合物などを使用することができる。
【００１６】
このようなキャリア芯材（ソフトフェライト粒子）の表面を樹脂で被覆する。この被覆に使用する樹脂として、様々な樹脂を使用することができ、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、オレフィン系樹脂（ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ポリプロピレンなど）、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など）、フェノール系樹脂、キシレン系樹脂、ジアリルフタレート系樹脂などを使用することができるが、シリコーン樹脂またはアクリル樹脂を使用するのが好ましい。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明による電子写真現像用キャリアおよびそのキャリアを用いた二成分系現像剤の実施例について詳細に説明する。
【００１８】
［実施例１］
ＭｎＯ・ＭｇＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３のフェライト組成になるように、Ｍｎ源としてのＭｎＣＯ_３２５モル％と、Ｍｇ源としてのＭｇ（ＯＨ）_２２５モル％と、鉄源としてのＦｅ_２Ｏ_３５０モル％を混合して、原料調合を行なった。
【００１９】
この混合粉を大気雰囲気中において加熱炉によって９００℃で３時間加熱して仮焼した。得られた仮焼品を冷却した後、振動ミルによって約１μｍの大きさに粉砕し、得られた乾燥粉に対して１重量％の割合で分散剤（サンノプコＳＮデイスパーサント５４６８（商品名））を水と共に加えて、スラリー濃度７０重量％のスラリーとした。この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に供給し、平均粒径が５１μｍ程度の乾燥粒子からなる造粒品を得た。
【００２０】
この造粒品を焼成炉に装填し、窒素ガス中の酸素濃度を約２体積％に調整した混合ガス中において、１１４０℃で３時間焼成した。得られた焼成品を解砕機で粉砕した後、篩分けして、粒径が約３８μｍに揃った球形のソフトフェライト粉を得た。このフェライト粉の飽和磁化は６５ｅｍｕ／ｇであった。なお、このようにして得られた球形で平均粒径が３８μｍ、飽和磁化が６５ｅｍｕ／ｇ、嵩密度が２．３５ｇ／ｃｍ^３のＭｎ−Ｍｇ系ソフトフェライト粉を、以下において「キャリア芯材」と呼ぶ。
【００２１】
このようにして得られたキャリア芯材を万能撹拌機の容器に挿入した。また、グリシドキシ基を有するシランカップリング剤をキャリア芯材に対して１．０重量％になるように秤量し、このシランカップリング剤をメタノールに溶解して第１のコーティング樹脂液を用意し、この第１のコーティング樹脂液をキャリア芯材に挿入し、所定時間浸積しながら混合撹拌することにより、グリシドキシ基を有するシランカップリング剤樹脂のコーティングをキャリア芯材表面に施した。
【００２２】
次いで、シリコーン系樹脂をキャリア芯材に対して１．５重量％になるように秤量し、このシリコーン系樹脂をトルエンに溶解して第２のコーティング樹脂液を用意し、この第２のコーティング樹脂液を、グリシドキシ基を有するシランカップリング剤で被覆したキャリア芯材に挿入し、所定時間浸積しながら混合撹拌することにより、キャリア芯材の表面にシリコーン系樹脂のコーティングを施した。
【００２３】
この被覆粉を固定式加熱装置に装填し、２００℃で４時間加熱保持して樹脂を硬化させ、樹脂コーティングキャリアを得た。
【００２４】
［実施例２］
実施例１と同様の工程によって得られたキャリア芯材を万能撹拌機の容器に挿入した。また、シリコーン系樹脂をキャリア芯材に対して２．０重量％になるように秤量するとともに、グリシドキシ基を有するシランカップリング剤をキャリア芯剤に対して０．２重量％になるように秤量し、これらをメタノールとトルエンの混合溶媒に溶解してコーティング樹脂液を用意し、このコーティング樹脂液をキャリア芯材に挿入し、所定時間浸積しながら混合撹拌することにより、キャリア芯材の表面に樹脂のコーティングを施した。この被覆粉を固定式加熱装置に装填し、２００℃で４時間加熱保持して樹脂を硬化させ、樹脂コーティングキャリアを得た。
【００２５】
［実施例３］
シリコーン系樹脂をシリコーン系樹脂とアクリル系樹脂の混合物にした以外は実施例２と同様の工程によって、樹脂コーティングキャリアを得た。
【００２６】
［比較例１］
グリシドキシ基を有するシランカップリング剤をアミノシランカップリング剤にした以外は実施例２と同様の工程によって、樹脂コーティングキャリアを得た。
【００２７】
［比較例２］
グリシドキシ基を有するシランカップリング剤をクロロシランカップリング剤にした以外は実施例２と同様の工程によって、樹脂コーティングキャリアを得た。
【００２８】
［比較例３］
グリシドキシ基を有するシランカップリング剤をチタネート系カップリング剤にした以外は実施例２と同様の工程によって、樹脂コーティングキャリアを得た。
【００２９】
［比較例４］
カップリング剤を全く使用しなかった以外は実施例２と同様の工程によって、樹脂コーティングキャリアを得た。
【００３０】
キャリアの評価
（１）初期特性評価
実施例１〜３および比較例１〜４において得られた樹脂コーティングキャリアについて、以下のように初期特性を評価した。
【００３１】
ポリエステル樹脂を主成分とする二成分系トナー８重量部と、実施例１〜３および比較例１〜４で作製した各々のキャリア９２重量部とを混合して現像剤とし、デジタル反転現像方式を採用する４０枚機を評価機として使用して、初期画像を評価した。その結果を表１に示す。なお、表１において、各画像評価において良好なレベルを○、各画像評価において実用上使用可能なレベルを△、各画像評価において問題があって実用上使用できないレベルを×で示している。
【００３２】
【表１】

【００３３】
表１に示すように、実施例１〜３では、帯電量はそれぞれ−１４．８（μＣ／ｇ）、−１５．９（μＣ／ｇ）、−１７．１（μＣ／ｇ）であり、画像濃度、かぶり濃度、キャリアの飛び、画質はいずれも良好なレベルであった。また、比較例１および４では、帯電量はそれぞれ−１６．０（μＣ／ｇ）、−１４．２（μＣ／ｇ）であり、画像濃度、かぶり濃度、キャリアの飛び、画質はいずれも良好なレベルであった。
【００３４】
しかし、比較例２では、帯電量が−５．５（μＣ／ｇ）であり、キャリアの飛びは良好なレベルであったものの、画像濃度は実用上使用可能なレベルまたは実用上使用できないレベルであり、かぶり濃度と画質は実用上使用できないレベルであった。また、比較例３では、帯電量が−１７．２（μＣ／ｇ）であり、かぶり濃度は良好なレベルであったものの、画像濃度、キャリアの飛びおよび画質は実用上使用できないレベルであった。
【００３５】
（２）長期耐久性評価
初期画像評価において基準をクリアした実施例１〜３、比較例１および４について、上記と同一の評価機によって、低温低湿環境および高温高湿環境を含む環境下における長期耐久性を評価した。その結果を表２および図１に示す。なお、表２において、各画像評価において良好なレベルを○、各画像評価において問題があって実用上使用できないレベルを×で示している。
【００３６】
【表２】

【００３７】
表２に示すように、実施例１〜３では、低温低湿環境下の画像濃度、高温高湿下のかぶり、耐久性（帯電維持特性）（図１も参照）はいずれも良好なレベルであった。しかし、比較例１および４では、低温低湿環境下の画像濃度は良好なレベルであったものの、高温高湿下のかぶりと耐久性（帯電維持特性）（図１も参照）は実用上使用できないレベルであり、機内に汚れがあった。
【００３８】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、樹脂被覆キャリアを様々な環境下において長期間使用しても、摩擦帯電性能に優れ、画像かぶりや前引きが無いシャープな画像を得ることができる。また、キャリア芯材と被覆樹脂との結着性を向上させることができるので、被覆樹脂の剥がれや欠落を防止することができるとともに、抵抗値を維持することができ、キャリアの飛びや白抜け（ホワイトスポット）が無い画像を長期間にわたって維持することができる高耐久性キャリアを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１〜３、比較例１および４において得られた樹脂コーティングキャリアを現像剤に使用した場合の耐刷枚数に対する帯電量の変化を示すグラフ。

Claims

グリシドキシ基を有するシランカップリング剤を含有する樹脂によってキャリア芯材の表面が被覆されていることを特徴とする、電子写真現像用キャリア。
前記シランカップリング剤を含有する樹脂によって前記キャリア芯材の表面が直接被覆されていることを特徴とする、請求項１に記載の電子写真現像用キャリア。
前記シランカップリング剤を含有する樹脂とともに少なくとも１種以上の他の樹脂によって前記キャリア芯材の表面が被覆されていることを特徴とする、請求項１に記載の電子写真現像用キャリア。
前記シランカップリング剤の量が前記キャリア芯材に対して１．５重量％以下であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の電子写真現像用キャリア。
前記他の樹脂が、シリコーン系樹脂またはアクリル樹脂であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の電子写真現像用キャリア。
前記キャリア芯材がソフトフェライト粒子であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の電子写真現像用キャリア。
ポリエステル樹脂を主成分として含有するトナーと、請求項１乃至６のいずれかに記載の電子写真現像用キャリアとからなることを特徴とする、二成分系現像剤。