JP2692910B2 - 静電像現像剤製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は静電像現像用キャリヤを製造するに好適な静
電像現像剤製造装置に関する。

［発明の背景］ トナーとキャリヤとからなる２成分系現像剤は、トナ
ーの帯電特性および帯電量を相当程度制御することがで
き、また、トナーに付与できる色彩の選択の範囲が広い
という利点がある。

２成分系現像剤に用いられるキャリヤは、キャリヤの
耐久性、摩擦帯電性等の向上を図るために、芯材表面を
樹脂でコーティングしたコーティングキャリヤが採用さ
れている。

このコーティングキャリヤの製造装置としては、流動
層式装置、浸漬式装置および焼結式装置等がよく知られ
ているが、生産性に優れている点から、流動層式装置が
多く採用されている。しかし、流動層式装置を用いた場
合、廃溶剤を処理するための、溶剤回収装置や溶剤燃焼
装置等の付属設備が必要であるため生産コストが高く、
さらに可燃性の溶剤を用いるため安全性に欠けるという
欠点がある。さらに、流動層式スプレー塗布法では、生
産能力をある程度以上に高くすることは不可能である。
つまり、生産能力を上げようとして、スプレー本数の増
加やスプレー量の増加などにより、単位時間当りの塗布
溶液量を上げると、キャリヤ芯材間に存在する溶液が気
化しにくく、このため、造粒作用を生じ、粒径の大きな
キャリヤとなってしまう。また、溶液濃度を高くする
と、粘性が高くなり、同様に造粒を生じてしまう。さら
に、この方法では、被覆される樹脂は、溶媒に必ず溶解
するものでなくてはならず、このため、樹脂の選択性お
よび分子量に限りがある。さらには、高画質、高現像性
に対応した微小粒径キャリヤでは、そのキャリヤ１個当
りの質量が小さいため、キャリヤ芯材が適切な流動層状
態を得られず、コーティングができないのが現状であ
る。

そこで、新たな装置の開発が強く望まれ、近年、樹脂
粒子に衝撃力を加えて芯材に固着する乾式コーティング
が着目されている。

乾式コーティングは以下のような利点がある。

洗浄、乾燥等の処理が不要となり、コーティングに要
する時間が大幅に短縮される。

造粒率が小さく、そのため芯材である磁性体粒子に対
応した粒度分布のキャリヤを高い収率で得ることができ
る。

溶剤回収装置、溶剤燃焼装置等の処理設備が不要とな
り、生産コストを低減化し安全性を高めることができ
る。

磁性体粒子に対する樹脂粒子量を減少させることが可
能となり、原料を効率的に利用することができる。

磁性体粒子の表面に樹脂粒子が付着して展延されるよ
うになるため、剥離しにくいコーティング膜が形成さ
れ、耐久性が優れていて安定した摩擦帯電性が発揮され
る。

溶剤に溶解しにくい樹脂をも用いることが可能となっ
て、樹脂の選択範囲が格段に広くなり、微粒子キャリヤ
でも容易にコーティングでき、種々の特性を有するコー
ティングキャリヤを得ることができる。

［発明が解決しようとする課題］ 溶剤を用いない乾式コーティング装置は、固着させる
にあたり、加熱を行ない融着させる装置およびメカノケ
ミカル効果を用いる装置に大別される。

前者には特開昭55−118047号,55−163544号公報に炉
型式装置が、特開昭60−170865号,62−106475号公報に
回転炉装置が開示されている。また、特開昭63−27858
号公報に装置の具体的な構造については説明されていな
いが、高速撹拌装置を用い、樹脂粒子を付着させた後、
融着する方法が開示されている。

これらの加熱融着方式では、コーティングされる樹脂
の軟化点あるいは融点以上まで温度を上昇させるため
に、キャリヤ芯材どうしを樹脂がバインダーとなって融
着結合し、粒径が大きくなってしまう造粒効果を生じて
しまう。これにより粒径が大きくなると、実際の現像機
内において、現像部への現像剤の引き出しにムラを生
じ、均一で高画質なものを得ることができなくなる。

また、このように造粒したキャリヤを解砕して用いた
ものは、その被覆層が均一でないため、トナーの帯電性
にムラを生じ、カブリまたはトナー飛散などの画像不良
を生じやすい欠点を有している。さらに、高温処理を必
要とし、安全上の問題もある。

一方、後者に含まれる特開昭63−235962号公報に記載
されている装置は、垂直方向回転体により衝撃を加え、
垂直方向にキャリヤをかき上げて循環させるために、必
要以上の衝撃力が付与されてしまう。このために、フェ
ライトのような焼結キャリヤを用いた場合、内部にクラ
ックが入りやすく、耐久性に難点があった。

このように内部にクラックの入ったキャリヤを使用し
ていると、現像機内での撹拌により、キャリヤは、徐々
に粉砕され、このため樹脂で被覆されていない表面が増
加する。このような表面は、樹脂で被覆された部分とは
帯電性が異なるため、トナーの帯電性が変化し、良好な
画像が得られなくなる。また、破壊された粒子は小さい
ために、スリーブ上への保持力が弱く、感光体（静電荷
像保持体）上へ移行しやすい。このため、それらの粒子
は画像へのキャリヤ付着、あるいは、クリーニング不良
などにより画像不良を引き起こす。

以上のように、乾式コーティングに用いられる装置
は、いまだ十分なものが開発されていない。

そこで本発明の目的は、均一な樹脂層が形成され、収
率が高く、耐久性に優れたキャリヤの製造装置を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の装置は、 チャンバーに投入された原料に衝撃力を付与する水平
方向回転体と、チャンバー内の温度を調整する加熱およ
び／または冷却機構を有する。

さらに、本発明の装置は、 水平方向回転体により衝撃力を受けた原料が、その遠
心力によりチャンバー内壁に衝突後、水平方向回転体の
翼部の回転範囲に戻る機能を有することが好ましい。

本発明でいう原料とは、キャリヤ芯材上に樹脂粒子が
付着した混合物、ならびに、芯材、樹脂粒子、被覆層上
を覆う表面改質材、さらに、被覆層に含有される添加剤
など、キャリヤを構成するすべての素材とし、特に限定
されるものではない。

本発明の装置は、加熱および／または冷却機構を持
つ。通常は、加熱機構および冷却機構の双方を持つこと
が好ましいが、装置の設置条件、使用条件により一方の
機構のみを持ってもかまわない。

一般的な使用では、被覆層の成膜途中には加熱を行な
い、成膜終了後には冷却を行なう。加熱と冷却の切り換
えを簡便、かつ、速やかにできることが好ましい。

熱交換は、チャンバー壁面から行なう。加熱および／
または冷却手段としては、温水または冷水を通水するジ
ャケット構造、チャンバー外またはチャンバー内への温
風または冷風の吹きつけ、高周波・赤外線等による加熱
などが可能である。これらの中で、加熱冷却を速やかに
行ない、かつ、構造が単純なジャケット構造が好まし
い。

加熱および／または冷却手段の装着位置は、ジャケッ
ト内の原料がもっとも壁面と接触し、撹拌が強い位置で
ある、水平方向回転体の外周部を囲むチャンバー壁面、
および、その上方部である。さらに、チャンバーの底面
にも装着されているとより好ましい。

キャリヤの被覆層に用いられる樹脂粒子のガラス転位
点は、65℃以上が好ましいとされているために、加熱機
構はチャンバー内の品温を65℃以上にできることが好ま
しい。

なお、品温とは、芯材に樹脂粒子を付着してなる粒子
が、衝撃力を付与されて流動する粒子集団中に、温度測
定プロープを挿入して、該プローブに粒子をランダムに
接触させて得られる、粒子の近似的な表面温度の平均値
をいう。温度測定プローブは、熱電対、測温抵抗体等か
らなり、その起電力、抵抗値等を電気的に測定すること
により、温度を測定することができる。熱電対として
は、例えば、クロメルーアルメル熱電対が挙げられる。

水平方向回転体は原料に衝撃力を付与する。衝撃力は
芯材を破損することなく、均一な被覆層を形成するエネ
ルギであり、樹脂粒子が芯材に固着するように、繰り返
し付与される。

本発明の装置は、水平方向回転体により衝撃力を受け
た原料が、チャンバー内壁に衝突後、水平方向回転体の
翼部の回転範囲に戻ることができるように、チャンバー
内に原料をかき上げまたは噴き上げる機構を持つことが
好ましい。

以下、かき上げ機構と噴き上げ機構の態様について説
明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

かき上げ機構は、水平方向回転体の翼部の断面が、回
転方向に対して所定の角度で傾斜し、ここでいう所定の
角度とは、θ＝20゜〜60゜をさす。

さらに、チャンバー上部がすぼまっていることが好ま
しい。チャンバー上部がすぼまるとは、チャンバー上部
の内壁が水平方向回転体の中心軸方向へ傾斜しているこ
とをいう。このとき、チャンバー下部の内壁は、水平方
向回転体の中心軸と平行でも、軸方向と逆方向へ傾斜し
ていてもよい。

噴き上げ機構は、チャンバー内部に水平方向回転体を
有し、チャンバー底部よりスリットエアーを噴き出す。
このような噴き上げ機構式では、キャリヤを噴き上げる
ために、かなりの風量を必要とするため、キャリヤ芯材
表面上に付着した樹脂粒子が付着、成膜する前に遊離し
て系外へと飛散する。

また、このような噴き上げ機構では、比重の小さいキ
ャリヤ芯材や微小粒径キャリヤ芯材が系外へと飛散しや
すい。これに対して、かき上げ機構では、回転軸の軸封
エアー程度のため、風量が少ない。

従って、かき上げ機構では、噴き上げ機構に比べて、
仕込量に体する実際の被覆量が大きく、効率がよい。ま
た、微小キャリヤが系外へ飛散しにくいため、均一な成
膜を達成することができる。

このように、かき上げ機構が微粒子キャリヤを作り易
く、被覆率が高く均一な被覆層を形成できるため、特
に、好ましく用いられる。

本発明に用いられる装置は、より効果的に乾式コート
を行なうために、垂直方向回転体を有してもよい。

また、キャリヤの芯材の重量平均粒径は10〜200μｍ
であり、樹脂粒子は0.01〜２μｍのものが好ましく使用
される。この範囲のものを用いると、コーティングキャ
リヤの収率がよく、より好ましくは、樹脂粒子が0.01〜
0.5μｍがよい。

また、芯材上に樹脂粒子を付着させたキャリヤ原料の
製造にも、本発明の装置を用いることができる。

本発明の装置で製造されたキャリヤと共に用いるトナ
ー粒子は、正または負帯電性の樹脂および／または色材
を含む正または負帯電性トナー粒子である。

本発明の装置で製造されたキャリヤとトナー粒子の混
合重量比は、任意であるが、トナー粒子：キャリヤ＝1:
99〜10:90が好ましく、2:98〜8:92がさらに好ましい。

キャリヤとトナー粒子の混合は、常法に従って行なう
ことができる。

［作用効果］ 本発明の電子写真用乾式コーティング装置は、水平方
向回転体と加熱および／または冷却機構を持つ。

水平方向回転体は、原料に衝撃力を付与しながら、原
料をかき上げる。かき上げられた原料は、傾きをもった
チャンバー内壁に衝突してはね返り、再び、水平方向回
転体の翼部の回転範囲に戻ることができる。このため
に、原料に、効率よくかつばらつきなく、均一に衝撃力
が付加され、メカノケミカル効果が促進される。この
時、チャンバー内壁の上部が内側に傾斜していると、か
き上げられて上昇する原料を、翼部の回転範囲に効率よ
く戻すことができる。

また、スリットエアーによってまき上げられた原料
も、同様に効率よく、かつ、ばらつきなく、均一に衝撃
力が付加され、メカノケミカル効果が促進される。

また、成膜工程では、成膜性がよいキャリヤを得るた
めに、品温をガラス転位点付近にすることで、芯材に付
着している樹脂粒子を適度に軟化することが好ましい。

本発明では、加熱および／または冷却機構を持つこと
により、チャンバー内の品温を変化させることが可能で
あり、さまざまな樹脂粒子に対して、製造環境に合った
適正な品温を設定することが可能である。

また、成膜工程終了後、室温まで速やかにチャンバー
内を冷却することもできるために、キャリヤがガラス転
位点付近の温度にさらされたまま排出されることがな
く、キャリヤどうしの凝集も防げる。

以上のように本発明の装置は、メカノケミカル効果を
促進し、適正な品温で成膜ができ、さらに、成膜工程終
了後、速やかに冷却できるために、造粒のない、耐久性
に優れた、均一で被覆率の高い被覆層キャリヤを製造す
ることができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は
これに限定されるものではない。

実施例−１ 第１図、第２図、第３図および第４図を用いて実施例
−１の乾式コーティング装置について説明する。

第１図は、乾式コーティング装置の構造を模式的に示
す説明図である。また、第２図、および、第３−ａ図と
第３−ｂ図は、水平方向回転体の平面図、並びに、正面
断面図および要部拡大図である。さらに、第４図は本装
置平面図である。

本体上蓋11には、投入弁13が設置された原料投入口1
2、フィルター14、点検口15が敷設されている。

投入弁13を経て原料投入口12より、投入された原料
は、モーター22より駆動される水平方向回転体18によ
り、衝撃力を付与される。

水平方向回転体18は、第２図で示されるごとく、中心
部18dと翼部18a,18b,18cよりなる。さらに、翼部は第３
−ａ図と第３−ｂ図に示すごとく、本体容器10の底部10
aに対して35゜なる角度を持つ。このために、原料は上
方へかき上げられる。また、水平方向回転体18の翼部の
先端は、チャンバー下部の内壁と同じ向きになってい
る。

かき上げられた原料は、水平方向回転体18の中心方向
へ傾斜しているチャンバー上部の内壁か、チャンバー下
部の内壁に衝突し、水平方向回転体の翼部18a,18b,18c
の回転範囲に落下する。

本実施例では、垂直方向回転体19が、水平方向回転体
18の上部に具備されている。２枚の翼部よりなる垂直方
向回転体19は、上下方向に回転して、チャンバーの内壁
を反射した原料に衝突する。こうして、垂直方向回転体
19は、原料の撹拌を促進し、凝集した原料を解砕する。

なお、凝集した原料の解砕は、水平方向回転体18によ
っても行われるが、垂直方向回転体を用いると効率的で
ある。

原料は、水平方向回転体18、垂直方向回転体19、チャ
ンバー内壁との衝突や、原料どうしの衝突により、衝撃
力を与えられ、樹脂粒子が芯材表面上に固着される。成
膜されたキャリヤは、排出弁21を開き、製品排出口20よ
り取り出される。

ジャケット17はチャンバーのほぼ3/4の高さ、すなわ
ち、垂直方向回転体19が装着されている高さまでチャン
バー外壁を覆っている。ジャケット17は、使用する樹脂
粒子のガラス転位点、チャンバー内の品温によっても異
なるが、通常は、撹拌時に、加熱機構として働き、撹拌
終了後は冷却機構として働く。

品温は、品温計16によって測定される。品温計16は、
長さ10cm、直径6.4mmのステンレス（SUS304）製カバー
付きのクロメル−アルメル熱電対（林電工株式会社製、
T40−Ｋ−２−6.4−100−Ｕ−304−KX−Ｇ−3000）を用
いる。この品温計は、本体容器10のぼぼ1/3の高さの地
点から、本体容器の底部10aに平行に、水平方向回転体1
8の中心へ向けて挿入することにより、本体容器10に装
着する。挿入の深さは、品温計の先端が、翼部の先端側
から、ほぼ1/5の長さに位置するように設定している。

なお、本実施例では、垂直方向回転体19の翼部は２枚
設けられているが、３枚以上設けられていてもよい。

また、本実施例では、垂直方向回転体19を具備してい
るが、これを具備していなくともよい。

実施例−２ 第５図は、実施例−２の乾式コーティング装置の構造
を、模式的に示す説明図である。

10〜22までの構成は実施例−１と同じである。

実施例−２は、実施例−１とは本体容器10の形状が異
なる。

実施例−２ではチャンバー下部の内壁は、水平方向回
転体の中心軸方向と逆方向に傾斜し、上部の内壁は、中
心軸方向に傾斜している。すなわち、このチャンバー
は、上下方向の中央部で、その径が最大となるような形
状となっている。

このため、チャンバー下部の内壁に衝突した原料が、
チャンバー上部の内壁方向に反射され、水平方向回転体
の翼部の中心部に落下しやすい。

水平方向回転体18の翼部の先端は、チャンバー下部の
内壁と同じ向きになっており、水平方向回転体の中心軸
方向と逆方向に傾斜している。

なお、本実施例では垂直方向回転体19を具備している
が、これを具備していなくともよい。

実施例−３ 第６図を用いて説明する。

第６図は、水平方向回転体18と本体容器10の形状のみ
を示している。

本体容器10は円筒状であり、チャンバー内に、実施例
−１と同様な水平方向回転体18を持つ。底面外周部が上
方に曲げられており、遠心力により外側にだされる原料
に、上方への運動エネルギを付与して、撹拌を行なう。

ただし、水平方向回転体18の翼部の先端は、チャンバ
ー下部の内壁と同じ向きになっており、上方に曲げられ
ている。

その他の構成は実施例−１と、同じである。

実施例−４ 第７図を用いて説明する。

チャンバー内に水平方向回転体18を持ち、底部からス
リットエアー噴出機23よりエアーが噴出され、混合物が
エアーにより巻き上げられる。矢印はエアーの流れ方を
示す。この場合の加熱方法は、エアーを加熱することに
より行なうと、より効果的である。

比較例−１ 従来、知られている乾式コーティング装置を、第８図
を用いて説明する。

51は原料投入口、52は入口用蓋、53は製品排出口、54
は出口用蓋、55は撹拌モーター、56は回転羽根、57Aお
よび58Bはリサイクル用配管である。

この装置においては、原料投入口51より投入された原
料が、回転羽根56により衝撃力を付与され、芯材上に付
着している樹脂粒子が固着される。そして、これらの粒
子はリサイクル用配管57Aまたは58Bを通過して、再び回
転羽根56により打ちすえられるようになる。このような
操作を繰り返して乾式コーティングが行なわれる。

比較例−２ さらに、従来知られている乾式コーティング装置を第
９図を用いて説明する。

61は原料投入弁、62は原料投入シュート、63は循環回
路、64はケーシング、65は回転盤、66はブレード、67は
ステーター、68は冷却または加熱用ジャケット、69は原
料排出シュート、70は原料排出弁である。

原料投入シュート62から投入された原料は、循環回路
63を介して循環する。この循環過程で、原料はブレード
66と衝突して衝撃力を受け、芯材上に付着している樹脂
粒子が固着され、乾式コーティングされたキャリヤを得
る。

装置内部の温度を制御するためにジャケット68によ
り、循環回路63および原料投入シュート69を冷却または
加熱してもよい。

以下、本発明の実施例および比較例の装置を用いて、
キャリヤを製造した事例について、説明する。

実施例−１で説明した装置において、垂直方向回転体
19が設置されていない乾式コーティング装置を、用い
た。

まず、重量平均粒径80μｍの銅−亜鉛フェライトに、
平均粒径0.4μｍの樹脂粒子を0.4wt％添加し、YGG混合
機にて20分間撹拌し混合物を得た。

前記装置に混合物を投入し、品温が80℃になるような
温水をジャケットに流しながら、15分間、衝撃力を付与
した。その後、ジャケットに冷却水を流し、品温を40℃
まで冷却した。周速は、10m/secであった。

得られたキャリヤを走査型電子顕微鏡で観察すると、
均一な樹脂層が形成されていた。

次に、実施例−１で説明した装置を用いた。

平均粒径40μｍの銅−亜鉛フェライトに平均粒径0.10
μｍの樹脂粒子を0.8wt％添加し、YGG混合機にて20分間
撹拌し混合物を得た。

この混合物を、実施例−１で説明した装置に投入し、
前述した条件と同様にして、キャリヤを製造した。

得られたキャリヤを走査型電子顕微鏡で観察すると、
均一な樹脂層が形成されていた。

さらに、比較例−２で説明した装置を用いた。

重量平均粒径80μｍの銅−亜鉛フェライトに平均粒径
0.40μｍの樹脂粒子を0.4wt％添加し、YGG混合機にて20
分間撹拌し、混合物を得た。この混合物を、比較例−２
で説明した装置に投入し、品温が80℃になるように温水
を流し、８分間衝撃力を付与した後、ジャケットに冷却
水を流し、品温を60℃まで冷却した。周速は20m/secと
した（周速がこの20m/sec以下では、キャリヤ・コアを
かき上げることができず、このため、成膜が不均一とな
る）。

この方法で得られたキャリヤでは、衝撃力が強すぎる
ため、走査型電子顕微鏡で観察すると、不均一な樹脂層
が形成されていた。

以上のように、本発明の装置を用いて製造したキャリ
ヤは、被覆率が高い、均一な樹脂層が形成されている
が、比較例の装置を用いて製造したキャリヤは樹脂層の
成膜性が若干劣り、実際に、実機に投入して評価したと
ころ、数千コピーでカブリ、トナー飛散を生じて画像不
良を発生した。これに対し、実施例のキャリヤは、６万
コピーの耐久性テストでも問題はなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図および第５図は、本発明に、特に、好ましく用い
られる乾式コーティングキャリヤ原料製造装置の断面図
である。 第２図は第１図の水平方向回転体18の平面図、第３−ａ
図は第１図の水平方向回転体18の正面断面図、第３−ｂ
図は第３−ａ図の水平方向回転体18の要部拡大図、第４
図は第１図の平面図である。 第６図および第７図は、異なる乾式コーティング原料製
造装置の断面図である。 第８図および第９図は従来知られている乾式コーティン
グ装置である。 10……本体容器、10a……本体容器底部 11……本体上蓋、12……原料投入口 13……投入弁、14……フィルター 15……点検口、16……品温計 17……ジャケット、18……水平方向回転体 18a,18b,18c……水平方向回転体翼部 18d……水平方向回転体中心部 19……垂直方向回転体、20……製品排出口 21……排出弁、22……モーター 23……スリットエアー噴出機 51……原料投入口、52……入口用蓋 53……製品排出口、54……出口用蓋 55……撹拌モーター、56……回転羽根 57A,58B……リサイクル用配管 61……原料投入弁 62……原料投入シュート 63……循環回路、64……ケーシング 65……回転盤、66……ブレード 67……ステーター、68……ジャケット 69……製品排出シュート 70……製品排出弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大村 健 東京都八王子市石川町2970番地 コニカ 株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−157027（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】キャリア芯材と樹脂粒子とを混合させた原
   料に衝撃力を与えて、前記樹脂粒子で前記キャリア芯材
   の表面にコーティングする静電像現像剤キャリアの乾式
   製造装置であって、 前記原料を保持するためのチャンバーと、 前記チャンバー内部の温度を調節する加熱／冷却手段
   と、 前記チャンバー内部に配置され、水平面内で回転しなが
   ら前記チャンバー内部の原料に前記衝撃力を付与する水
   平方向回転体と、 前記チャンバー内部の原料をかき上げるかき上げ機構、
   または、前記チャンバー内部の原料を噴き上げる噴上げ
   機構の内の少なくとも一方の機構とを備えることを特徴
   とする静電像現像剤キャリアの乾式製造装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の静電像現像剤キャリアの乾
   式製造装置であって、 前記水平方向回転体は、水平方向に対して＋20゜以上＋
   60゜以下の傾角をなす羽根断面を有する羽根を備え、 前記かき上げ機構は、前記水平方向回転体の備える羽根
   であることを特徴とする静電像現像剤キャリアの乾式製
   造装置。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の静電像現像剤キャ
   リアの乾式製造装置であって、 前記チャンバーの内壁は、当該内壁の上方が前記水平方
   向回転体の回転軸に向けて傾斜していることを特徴とす
   る静電像現像剤キャリアの乾式製造装置。