JP2702195B2 - 電子写真用乾式コーティングキャリヤ原料の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、帯電した静電像を顕像化する静電像現像用
キャリヤの製造に用いられるキャリヤ原料の製造方法に
関する。

［発明の背景］ トナーとキャリヤとから成る２成分系現像剤は、トナ
ーの帯電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。

このような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、
芯材表面を樹脂によりコーティングしたコーティングキ
ャリヤが好ましく用いられている。

２成分系キャリヤの製造方法は、流動層式スプレーコ
ーティングキャリヤの製造方法、浸漬式コーティングキ
ャリヤの製造方法および焼結式コーティングキャリヤの
製造方法が知られている。

これらの方法の中で、特に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。しかしなが
ら、流動層式装置は、キャリヤ・コア材料を流動層状態
として、その層内に被覆する樹脂を溶媒（通常、有機溶
媒）に溶解した溶液を、スプレー塗布してコーティング
を行なうために、気化した溶媒を回収するか、あるいは
燃焼させる必要がある（大気中に放出できないため）。
このため、付属の装置が大がかりとなり、設備が非常に
大きくなってしまう。また、流動層式スプレー塗布法で
は、生産能率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・コア間に存在する
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。また、キャリヤの耐久性を確保するためには、膜厚
を一定以上に厚くする必要がある。これは、被覆層が使
用中に徐々に削られるためである。このため、膜厚を厚
くするには、塗布時間を長くして対応しなければなら
ず、このような方法では、生産性が低下してしまう欠点
がある。

特に近年、高速コピー機が普及するにあたり、これら
の欠点を解決することが強く望まれている。そこで、特
開昭55−118047号,55−163544号,60−170865号,62−106
475号,63−235962号,63−27859号の各公報に記載されて
いる乾式コーティングが、注目されている。

上記各公報に記載されている乾式コーティングは、芯
材上に樹脂粒子を付着させた後、樹脂粒子を固着させて
いる。

［発明が解決しようとする課題］ キャリヤの耐久性を上げるには、被覆層厚が厚くなる
ように、芯材に付着する樹脂粒子の量を増やしたキャリ
ヤ原料を、固着すればよい。

しかし、乾式コーティングで用いられる樹脂粒子の粒
径は、１μｍ以下と小さいので、比表面積が大きく、二
次凝集体を作りやすい。特に、被覆層の厚いキャリヤを
得るために、芯材に付着する樹脂粒子の量を増やしたキ
ャリヤ原料を製造しようと樹脂粒子量を増やすと、系内
に多数の二次凝集体が発生してしまい、成膜時にも、そ
のまま樹脂粒子塊として残ってしまう。このような樹脂
粒子塊が入ったまま、現像剤を調整すると、樹脂粒子塊
が、トナーの帯電性を邪魔して初期におけるカブリなど
の画像不良を発生する。

そこで、本発明の目的は、被覆層厚が厚く、成膜性の
よいキャリヤを提供できるキャリヤ原料を製造するに当
り、樹脂粒子の凝集体の発生がないキャリヤ原料の製造
方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、トナー飛散を発生せず、帯電量
の低下がなく、耐久性が良好で、鮮明な画像を得ること
のできるキャリヤ原料の製造方法を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明の目的を達成する電子写真用コーティングキャ
リヤ原料の製造方法は、芯材と樹脂粒子を混合槽に入
れ、該槽内で水平方向回転体により、衝撃力を付与し
て、該芯材に該樹脂粒子を付着させる。

このようにして製造したキャリヤ原料は、樹脂粒子が
芯材である磁性体粒子上に多層でかつ均一に付着してい
る。

なお、本発明においては、芯材として磁性体粒子を好
ましく用いる。従って、以下の説明では、磁性体粒子を
芯材とする場合について説明する。もっとも、本発明
は、磁性体粒子以外の芯材を用いる場合にも適用でき
る。

本発明でいう水平方向回転体は、磁性体粒子を破損す
ることなく、樹脂粒子を磁性体粒子に付着させる。付着
を促進するために、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ていることが好まし
い。ここでいう所定の角度とは、θ＝20゜〜60゜をさ
す。

水平方向回転体の周速は、５〜20m/secが好ましい。
さらに、好ましくは、５〜15m/secである。5m/sec以下
では、衝撃力が不充分のため、均一な多層被覆層ができ
ず、20m/sec以上では、芯材として通常用いられるフェ
ライトの焼結体等では、芯材にクラックが入り耐久性が
落ちる。

また、衝撃力は３分間以上付与することが好ましく、
より好ましくは、５〜15分間である。３分間以下では、
樹脂粒子が磁性体粒子に、充分に、付着しない。

本発明の水平方向回転体を有する混合槽は、壁面また
は底面より冷却されることが好ましい。樹脂粒子を磁性
体粒子に付着させるために衝撃力を繰り返し付与する
と、発熱が生じ、樹脂粒子どうしの凝集を引き起こしや
すい。そこで、冷却を行ない、混合層内の昇温を防ぐ。
微粒子キャリヤを用いる場合は、発熱が大きいために、
特に、冷却装置があることが好ましい。

さらに、本発明の水平方向回転体を有する混合槽は、
垂直方向回転体を持つことが好ましい。垂直方向回転体
は、剪断力および衝撃力を付与することにより、短時間
で効率的に、キャリヤ原料を製造することができる。

本発明に用いられる磁性体粒子と樹脂粒子は、キャリ
ヤ原料に用いられるものであればよく、特に限定されな
い。

以下、本発明を達成するのに好ましく用いられる製造
装置（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）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。

（Ａ） 第１図、第２図、第３図および第４図を用い
て、製造装置（Ａ）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
置の平面図である。

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図に示されるごとく、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にたいして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。

本製造装置では、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。なお、この時、垂直方向
回転体の翼部は２枚に限らず、３枚以上でもよい。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に
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。

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のほぼ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、本製造装置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。

（Ｂ） 第５図を用いて、製造装置（Ｂ）説明する。

10〜22までの構成は製造装置（Ａ）と同じである。

製造装置（Ｂ）は、製造装置（Ａ）とは本体容器10の
形状が異なる。

製造装置（Ｂ）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、本製造装置では垂直方向回転体19とを具備して
いるが、これを具備していなくともよい。

（Ｃ） 第６図を用いて、製造装置（Ｃ）について説明
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、製造装
置（Ａ）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。

その他の構成は製造装置（Ａ）と、同じである。

（Ｄ） 第７図を用いて、製造装置（Ｄ）について説明
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。

上記、本発明に好ましく用いられる装置のうち、
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はいわゆるかき上げ機構を有
し、（Ｄ）はいわゆる噴き上げ機構を有する。

本発明では、製造装置（Ａ），（Ｂ）は水平方向回転
体により衝撃力を受けた原料が、再び、水平方向回転体
の翼部の回転方向に戻ることができるために、撹拌効率
がよく、特に好ましく用いられる。

製造装置（Ｃ）は、底面が湾曲しているために、水平
方向回転体の衝撃付与面を広くとることができず、撹拌
効率が製造装置（Ａ），（Ｂ）と比較すると劣る。

製造装置（Ｄ）は混合初期において、付着していない
樹脂粒子が、噴き上げられたエアーによって飛散してし
まい、被覆率が製造装置（Ａ），（Ｂ）と比較すると劣
る。また、微小芯材を用いた場合にも、エアーにより飛
散してしまい、収率が製造装置（Ａ），（Ｂ）と比較し
た場合に劣る。

［作用効果］ 本発明の電子写真用乾式コーティングキャリヤ原料の
製造方法は、混合槽内に水平方向回転体を有するので、
撹拌効率がよく、二次凝集体の発生がない。また、混合
槽内の樹脂粒子の量を増しても、その効果は変わらな
い。

さらに、芯材上に、樹脂粒子を多層に付着させるため
には、多くの樹脂粒子を付着させる必要があり、単なる
静電付着では困難である。すなわち、多層付着させるに
は、同一物質どうしを強制的に付着させなければならな
い。本発明は、この強制力を水平方向回転体により付与
するものである。

そこで、本発明では、被覆率を上げ耐久性の優れたキ
ャリヤを製造できる多層で均一なキャリヤ原料を得るに
あたり、樹脂粒子の量を増やしても、未付着の樹脂粒子
がなく、得られたキャリヤは、カブリやトナー帯電性の
低下等の問題を生じない。

［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１〜９ 第１表に示すように、銅−亜鉛フェライトに粒径0.06
μｍのスチレン−アクリレート系共重合体を付着させ、
キャリヤ原料を製造した。

比較例 １の容器に、平均粒径100μｍの芯材と樹脂粒子を
1.5wt％の割合で仕込み、TURBULA混合機により室温で撹
拌して、キャリヤ原料を製造した。

実施例１〜９と比較例との、キャリヤ原料を製造する
のに用した時間と二次凝集体の発生の有無とを、表−２
にまとめた。なお、この時間は、目視において、浮遊粒
子がなくなったと判断できる時間である。また、付着状
態、とくに、芯材に被覆している樹脂粒子が多層をなし
ているか否かを、電子顕微鏡により確認した。

比較例のキャリヤ原料は、撹拌を１時間連続して行な
ったが、浮遊樹脂粒子が多く発生していた。

さらに、前述したキャリヤ原料を、80℃にてTURBULA
混合機を用いて１時間処理し、成膜化を行うことにより
作られたキャリヤの、被覆率と被覆効率を重量法により
測定した。

（被覆率測定方法） 20gのキャリヤを20ccサンプル管に精秤し、メチルエ
チルケトンをサンプル管に約15cc入れ、ウェーブロータ
ー上で20分間撹拌する。次に、キャリヤを磁石で保持し
ながら、メチルエチルケトンでの洗浄を繰り返し、樹脂
部分を完全に溶解した。その後、ホットプレート上でキ
ャリヤを乾燥し、重量減少量を求めた。

この各重量測定値より、下記の式により被覆率を求め
た。

また、成膜過程の加熱によって、樹脂粒子の二次凝集
体や未付着の樹脂粒子が融着して発生する凝集体の有無
について確認し、電子顕微鏡により成膜状態を確認し
た。以上の結果を表−３にまとめた。

実写特性を見るために、平均粒径100μｍのキャリヤ
はＵ−Bix3042（（株）コニカ製）を用いて、Ｕ−Bix30
42用トナーと、前述した成膜したキャリヤを混合した。
平均粒径40μｍのキャリヤはＵ−Bix3042（（株）コニ
カ製）改造機を用いて、Ｕ−Bix3042用トナーと混合し
た。この改造とは、小粒径キャリヤ対応用に現像機及び
現像プロセスを改造したものである。実写評価の結果を
表−４に示す。

以上から明らかなように、試料１〜５までのキャリヤ
原料は、多層化され、二次凝集体また未付着の樹脂粒子
の発生がない。このため、このキャリヤ原料により作ら
れたキャリヤは、カブリやトナー帯電量の低下によるト
ナー飛散の発生がなく、耐久性もすぐれている。

試料7,8は、水平方向回転体の周速が4m/secあるいは2
1m/secであって、好ましい範囲である５〜20m/secに含
まれない。そこで、キャリヤ原料があ均一に多層化して
おらず、また若干の二次凝集体や非付着の樹脂粒子の発
生があり、実写性能がNo.1〜５と比較して劣る。しか
し、実用範囲内ではある。

試料6,9は、キャリヤ原料を装置（Ｃ），（Ｄ）で製
造しているため、製造時の撹拌が装置（Ａ），（Ｂ）よ
り劣る。そこで、キャリヤ原料が均一に多層化しておら
ず、また若干の二次凝集体や未付着の樹脂粒子の発生が
あり、実写性能がNo.1〜５を比較して劣る。しかし、実
用範囲内ではある。

比較例のキャリヤ原料は、浮遊粒子が多く発生してお
り、芯材上に樹脂粒子が付着していなかった。

【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。 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 24……モーター

───────────────────────────────────────────────────── 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 昭63−235959（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−244057（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−83029（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】混合槽の内部に収容された回転羽根の回転
   により当該混合槽の内部に投入された芯材と樹脂粒子に
   衝撃力を繰り返し付与して、前記芯材の表面上に前記樹
   脂粒子を付着させる電写真用乾式コーティングキャリア
   原料の製造方法であって、 前記回転羽根は、当該回転羽根の回転方向と約20度以上
   60度以下の範囲の角度をなす羽根断面を有し、 前記回転羽根を、当該回転羽根により前記芯材と前記樹
   脂粒子とがかき上げられるように、水平面内の回転方向
   に回転させることを特徴とする電子写真用乾式コーティ
   ングキャリア原料の製造方法。