JP2756692B2 - 静電像現像用キャリアの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は静電像現像用キャリアに関し、特にその乾式
コーティング法及び該法による樹脂コーティングキャリ
アの製造方法に関する。

〔従来の技術〕

一般に、電子写真法においては、光導電性材料により
なる感光層を有する感光体に均一な静電荷を与えた後、
画像露光を行なうことにより感光体の表面に静電潜像を
形成し、この静電潜像を現像剤により現像してトナー画
像が形成される。得られたトナー画像は紙などの転写材
に転写された後、加熱あるいは加圧などにより定着され
て複写画像が形成される。

現像剤としては、一般に、磁性体及び顔料を包含する
磁性トナーよりなる１成分現像剤と、磁性体を含有しな
い非磁性トナーと磁性を有するキャリアとを含有する２
成分現像剤とが知られている。

後者の２成分現像剤は、トナーとキャリアを機械的に
攪拌することによってトナーを摩擦帯電させるので、キ
ャリアの特性、攪拌の条件等を選定することにより、ト
ナーの帯電極性及び帯電量を相当程度自由に制御するこ
とが可能であり、またトナーに付与することのできる色
彩の選択範囲が広く、これらの点で前者の１成分現像剤
よりも優れている。

２成分現像剤に用いられるキャリアとしては、キャリ
アの耐久性、摩擦帯電性が向上することから、磁性体粒
子を樹脂によりコーティングした樹脂コーティドキャリ
アが好ましく用いられている。

キャリアの樹脂コーティング法としては、 （１） 流動層式スプレーコーティング コーティング用樹脂を溶剤に溶解した塗布液を、流動
層（気相）に浮遊する磁性体粒子の表面にスプレー塗布
し、次いで乾燥する方法 （２） 浸漬コーティング コーティング用樹脂を溶剤に溶解した塗布液中に、磁
性体粒子を浸漬して被覆処理し、次いで乾燥する方法 （３） 焼結式コーティング コーティング用樹脂を溶剤に溶解した塗布液を、磁性
体粒子の表面に塗布し、次いで樹脂を焼結する方法 しかしながら、上記（１）の技術においては、樹脂溶
液を用いるため粒子相互の付着による凝塊率が高くな
り、その結果キャリアが大粒径化し所望の粒度分布のキ
ャリアの収率が大幅に減少し、また、乾燥工程が必要で
あり、キャリアの製造に相当長い時間を要し、生産性が
低い。これに対して、時間を短縮し生産性を高めるた
め、塗布液のコーティング樹脂濃度を高くする、或は
スプレーノズルの本数を多くする、ことが考えられ
る。しかしながら、上記の場合には、塗布液の粘度が
高くなり、塗布液が磁性体粒子に付着した際滑らかに延
展せず、むらのあるコーティングとなり、その結果耐久
性が低下する。また、塗布液の粘性が高いため磁性体粒
子同志が一度接触すると容易に凝塊となり、キャリアの
収率が大幅に減少する。また上記の場合には、スプレ
ーノズルの本数の増加にも限度があり、また一度にスプ
レーされる塗布液量が多くなると、磁性体粒子の凝塊率
が高くなり、上記と同様の問題が起る。一方凝塊を防
止するために、流動層内に剪断力を付与するアジテータ
機構を備える技術もあるがアジテータにより凝塊を強制
的に解砕すると表面が粗く不均一となり、その結果キャ
リアの耐久性が低下する。

上記（２）の浸漬コーティング技術においては、樹脂
溶液中に磁性体粒子が直接浸漬されるため、凝塊が著し
く生じ、結局キャリアの収率が大幅に低下する。

上記（３）の技術においては、焼結に相当長い時間を
要し、また樹脂溶液を用いるため凝塊率も高く、生産性
が低いことが問題となる。また、焼結により樹脂を熱架
橋させるためにキャリアの被覆層が不均一となりやす
く、キャリアの耐久性の低下が問題である。

以上の問題を解決するために、特開昭63-235959号、
特願昭63-239180号に記載される如き乾式コーティング
が提案されている。乾式コーティングによれば、磁性体
粒子の表面に特定粒径の磁性体粒子を溶媒を使用せずに
機械的混合攪拌によって付着延展するコーティングが行
われ、凝塊の発生が少なく、磁性体粒子の粒度分布に対
応したキャリアを高い収率で得ることができる。また、
洗浄、乾燥などの処理が不用となり、コーティングに要
する時間を大幅に短縮することができる。更に、溶剤回
収装置、溶剤燃焼装置などの処理設備が不用となるた
め、生産コストを低減化することができる。

しかしながら、乾式コーティングは、まず芯材となる
磁性体粒子の表面に樹脂微粒子を均一に付着せしめ粉体
よりなる包接層を形成し、その後攪拌による機械的衝撃
力を付与することによって包接層中の樹脂微粒子を延展
し樹脂皮膜とした被覆層を形成・固着せしめる。形成さ
れた被覆層の膜厚は、包接層の樹脂微粒子の付着量に依
存するが、樹脂微粒子の付着量が少ない磁性体粒子には
必要な被覆層膜厚が得られず、キャリアの摩擦帯電性が
低く、かつ摩耗による劣化が早く耐用性に乏しい。逆に
樹脂微粒子が過剰であると、キャリアとの付着力の弱い
もしくは付着の機会に恵まれなかった樹脂微粒子がチャ
ンバ内壁に汚着し、また過剰な樹脂微粒子は一次粒子へ
と壊砕されずに凝集し塊粒化する、いわゆる二次凝集体
が発生し、均一な厚みを持つ包接層が形成されない。斯
かる二次凝集体のなかで粒径が大きいものは芯材表面の
被覆層に同化することなくキャリア粒子上に瘤状に残存
し、或は独立塊粒としてキャリア粒子中に混在し、キャ
リア粒子とトナー粒子の摩擦帯電性を阻害し、引いては
複写機内のトナー飛散や地かぶりの原因となる。

また、二次凝集体のなかで粒径の小さいものは、キャ
リア表面上に固着されるが充分に延展するためには製造
時間を多く要する。

〔発明の目的〕

本発明は、トナー飛散、地かぶりの発生がなく、また
摩擦帯電性が安定であり、耐久性が高く、かつ製造収率
の高い静電像現像用キャリアの製造方法を提供すること
を目的とする。

〔発明の構成及び作用効果〕

前記本発明の目的は、磁性体粒子に樹脂微粒子を供給
し、繰返し付与される衝撃力によって樹脂被覆する静電
像現像用キャリアの乾式コーティング法において、乾式
コーティング装置のチャンバ中のキャリアと芯材の流動
の最大流速領域に、供給する樹脂微粒子の放出口端を位
置させることを特徴とする静電像現像用キャリアの製造
方法によって達成される。

尚本発明に謂うキャリア芯材とは、裸の磁性体粒子及
び既にコーティング処理を蒙り尚被覆を進めるべき磁性
体粒子を包含した核粒を指す。

本発明の静電像現像用キャリアの乾式コーティング製
造方法によれば樹脂微粒子の二次凝集による塊粒の発生
がなく、安定した摩擦帯電性が得られ、トナー飛散、地
かぶりのない乾式コーティングキャリアが製造できる。

また、樹脂微粒子がキャリア芯材の最大流速領域に供
給されるため、芯材から受ける衝撃力によって一次粒子
への壊砕が効率よく進み厚みにばらつきがない包接層が
塑性変形によって皮膜形成、固着に必要な衝撃力が均等
に付与され、表面が平滑で被着強度が強く、耐久性の高
いキャリアが短時間で製造できる。

さらに、本発明においてはキャリア芯材への樹脂微粒
子の粉体包接層の形成及び該包接層の樹脂微粒子の粉体
層から連続相をなす樹脂皮膜への塑性変形、被覆層形成
に過不足のない樹脂微粒子量を供給し、均質な被覆層の
形成が行われる。従って帯電極性及び帯電密度の等しい
樹脂微粒子同志の凝集よりも、大きさ及び帯電状況の異
なるキャリア芯材への樹脂微粒子の付着が支配的とな
り、樹脂被覆層厚化が可能となる。

また、上記状況による樹脂微粒子の多重包接層化のた
め、キャリア芯材への樹脂微粒子の付着が多く、チャン
バ内壁への樹脂微粒子付着及びチャンバ外への樹脂微粒
子漏出が少なくなり収率が向上する。

本発明において、樹脂微粒子の磁性体粒子に対する供
給重量は、磁性体粒子100重量部（wtと表す）に対し、
総量で0.5〜15wt供給することが好ましい。供給，混合
量が0.5wtより小さいと、充分な絶縁性が得られず摩擦
帯電性が低下する。また、供給，混合量が15wtより大き
いと、磁性体粒子同志が樹脂微粒子により連結されて凝
塊を生ずる。

磁性体粒子の重量平均粒径は、10〜200μｍの範囲が
好ましい。10μｍ以下の粒子は、感光体上に付着しやす
くなり、200μｍを越える粒子は、画質の鮮明度に悪影
響を及ぼす。

磁性体粒子の材料としては、磁場によってその方向に
強く磁化する物質、例えば鉄、フェライト、マグネタイ
トをはじめとする鉄、ニッケル、コバルト等の強磁性を
示す金属あるいはこれらの合金または化合物等を用いる
ことができる。

本発明に使用される樹脂微粒子は、磁性体粒子表面に
累積重層として付着及び固着せしめるために、重量平均
粒径が１μｍ以下であることが好ましい。

また、樹脂微粒子は通常の乾式コーティングキャリア
に使用される樹脂でよく、例えばスチレン系樹脂、アク
リル系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、ビニル系樹
脂、エチレン系樹脂等の樹脂を用いることができる。ポ
リアミド樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系樹脂、シリ
コーン系樹脂等の樹脂を用いることができる。これらの
樹脂は組み合わせて用いてもよい。

本発明に係る磁性体粒子の樹脂微粒子による乾式コー
ティング手段は、特に限定されるものではなく、通常の
乾式コーティング手段、例えば、回転羽根型コーティン
グ装置を使用すればよい。前記回転羽根を有する回転羽
根型コーティング装置の例の概要を第１図に示す。

図において１はチャンバ、２は４枚の攪拌羽根2a,2b,
2c及び2dを有する攪拌機、４は２つの回転駆動モータで
ある。各羽根は回転の際に、空気，磁性体粒子及び樹脂
微粒子を粉流として跳ね上げる向きに回転軸に植付けら
れている。この傾きによって、回転時各羽根からのa,b,
c及びｄの向き、大きさのベクトルによって、チャンバ
中に上向きの螺旋旋回粉流が生じ、前記粒子は浮遊旋回
する。しかしチャンバ周辺で流速が速く、中心部では遅
い。従って中心部の静圧は高く周辺部では低いので層流
となり易く、中心部と周辺部との粉流の入替りが少く、
また羽根2a〜2dによる粒子への衝撃付与の機会が甚だ乏
しくなる。これを防止するためのチャンバの上部を、前
記上向き旋回流を中心部に追返す搾み壁12とすると同時
に下向き粉流を生ずる補助攪拌機３を設け、チャンバ内
に軸流を形成させている。これによって粒子への衝撃効
果が大幅に上る。５は素材の供給部、図示の例では投入
方法を採っており、51はホッパ、52はスクリューフィー
ダ、53は最大流速領域に位置する放出口である。尚放出
口はチャンバの側面に限らず底部、上部に位置してもよ
い。

６はコーティドキャリアの取出部、61は取出弁、62は
取出管である。７はチャンバ内の温度を調整するジャケ
ットであり、工程のフェースによって、蒸気，温水での
加熱或は冷風，冷水による冷却が行われる。８は温度計
であってアルメル−クロメル熱電対等用いられる。

回転羽根の周速は、１〜20m/秒程度が好ましい。周速
1m/秒では、樹脂微粒子がチャンバ内部で均一に分散さ
れず樹脂微粒子の二次粒子の凝塊が発生し、20m/秒以上
では、磁性体粒子の解砕、変形が発生する。

樹脂微粒子の投入と混合は、樹脂微粒子が軟化しない
温度で行なうことが好ましい。投入時にチャンバ内が、
樹脂微粒子が軟化するほどの高温であると、樹脂微粒子
の二次凝塊が発生する。

樹脂微粒子の包接層を延展して被覆層を固着する工程
では、常温で攪拌してもよく、樹脂微粒子をわずかに軟
化せしめる程度に加熱して攪拌してもよい。

〈実施例〉 次に本発明を実施例により具体的に説明する。

実施例１ 回転羽根型攪拌装置に平均粒径80μｍのフェライト粒
子100重量部を投入し、周速が10m/秒の回転翼にて攪拌
を行ないながら平均粒径0.1μｍのスチレン−アクリル
系樹脂微粒子（重量組成比；スチレン：メチルアクリレ
ート＝3:7）をフェライト粒子に対し毎分0.05重量部の
供給速度で80分間，総量で４重量部を混合槽側部より攪
拌中のフェライト粒子層に投入混合を行ない予備混合物
を得た。この予備混合物を走査型電子顕微鏡で観察した
ところ、樹脂微粒子はフェライト粒子上に約0.1μｍの
一次粒子が均一に包接し0.5μｍ以上の二次粒子は存在
しなかった。

次に混合層内を60℃まで加温し、15分間混合攪拌し
た。得られたキャリアを「キャリア−１」とする。

「キャリア−１」を走査型電子顕微鏡で観察したとこ
ろキャリア表面は平滑でキャリアに固着していない樹脂
の凝集体は観察できなかった。

「キャリア−１」を攪拌装置から排出したところ、装
置内壁への樹脂微粒子の固着汚染はほとんどなかった。

〈実施例２〉 回転羽根型攪拌装置に平均粒径80μｍのフェライト粒
子100重量部を投入し、周速が10m/秒の回転翼にて攪拌
を行ないながら、平均粒径0.1μｍのスチレン−アクリ
ル系樹脂微粒子（重量組成比；スチレン：メチルアクリ
レート＝3:7）をフェライト粒子に対し毎分0.5重量部の
供給速度で８分間総量で４重量部を混合層側部より攪拌
中のフェライト粒子層に投入混合を行ない予備混合物を
得た。この予備混合物を走査型電子顕微鏡で観察したと
ころ、樹脂微粒子の約0.1μｍの一次粒子がフェライト
粒子上に均一に包接し1.5μｍ以上の凝集体は存在しな
かった。

次に混合槽内を60℃まで加温し、15分間混合攪拌し
た。得られたキャリアを「キャリア−２」とする。

「キャリア−２」を走査型電子顕微鏡で観察したとこ
ろキャリア表面は平滑でキャリアに固着しない樹脂の凝
集体は観察できなかった。

「キャリア−２」を攪拌装置から排出したところ装置
内壁への樹脂微粒子の固着汚染はほとんどなかった。

〈実施例３〉 回転羽根型攪拌装置に平均粒径80μｍのフェライト粒
子100重量部を投入し周速が10m/秒の回転翼にて攪拌を
行ないながら、平均粒径0.1μｍのスチレン−アクリル
系樹脂微粒子（重量組成比；スチレン：メチルアクリレ
ート＝3:7）をフェライト粒子に対し毎分１重量部の供
給速度で４分間総量で４重量部を混合槽側部より攪拌中
のフェライト粒子層に投入し、さらに５分間混合を行な
い予備混合物を得た。この予備混合物を走査型電子顕微
鏡で観察したところ、樹脂微粒子の約0.1μｍの一次粒
子がフェライト粒子上に均一に付着し0.5μｍ以上の凝
集体は存在しなかった。

次に混合槽内を60℃まで加温し、15分間混合攪拌し
た。得られたキャリアを「キャリア−３」とする。

「キャリア−３」を走査型電子顕微鏡で観察したとこ
ろキャリア表面は平滑で、キャリアに固着しない樹脂の
凝集体は観察できなかった。

「キャリア−３」を攪拌装置から排出したところ、装
置内壁への樹脂微粒子の固着汚染はほとんどなかった。

〈実施例４〉 回転羽根型攪拌装置に平均粒径80μｍのフェライト粒
子100重量部を投入し周速が10m/秒の回転翼にて攪拌を
行ないながら、平均粒径0.1μｍのスチレン−アクリル
系樹脂微粒子（重量組成比；スチレン：メチルアクリレ
ート＝3:7）をフェライト粒子に対し毎分1.5重量部なる
供給速度で総量で４重量部を混合槽側部より攪拌中のフ
ェライト粒子層に投入し、さらに５分間混合を行ない予
備混合物を得た。この予備混合物を走査型電子顕微鏡で
観察したところ、樹脂微粒子の約0.1μｍの一次粒子が
フェライト粒子上に均一に包接し0.5μｍ以上の凝集体
は存在しなかった。

次に混合槽内を60℃まで加温し、15分間混合攪拌し
た。得られたキャリアを「キャリア−３」とする。

「キャリア−３」を走査型電子顕微鏡で観察したとこ
ろキャリア表面は平滑で、キャリアに固着しない樹脂の
凝集体がキャリア粒子１個につき２〜３個存在した。

「キャリア−４」を攪拌装置から排出したところ、装
置内壁への樹脂微粒子の固着汚染が多く発生した。

比較例１ 樹脂微粒子を混合槽上部から投入し他の工程はすべて
実施例１と同様にして「比較キャリア−１」を得た。

比較例２ 樹脂微粒子を混合槽上部から投入し他の工程はすべて
実施例２と同様にして「比較キャリア−２」を得た。

比較例３ 樹脂微粒子を混合槽上部から投入し他の工程はすべて
実施例３と同様にして「比較キャリア−３」を得た。

比較例４ 樹脂微粒子を混合槽上部から投入し他の工程はすべて
実施例４と同様にして「比較キャリア−４」を得た。

（被覆状態の評価） 上記のキャリアを走査型電子顕微鏡で観察し、成膜状
態及び二次凝集の発生状況を判定した。

（被覆率及び被覆効率の測定） 上記キャリア3gを50mlのメチルエチルケトンで樹脂被
膜を溶出し、溶出前後の質量差から被覆率を求めた。ま
た樹脂微粒子添加率に対する被覆率の比を被覆効率とし
た。

（現像剤の調製） 上記の各キャリア965gとトナー35gを用い、トナー濃
度が3.5重量％となる割合にてそれぞれ混合して現像剤
を調整した。

（帯電量の測定） 上記の現像剤を公知のブローオフ法でトナーの帯電量
を測定した。

（実写テスト） 上記の現像剤を電子写真複写機「Ｕ−Bix3042」（コ
ニカ社製）で、実写テストを行い以下の項目を評価し
た。

カブリ 「サクラデンシトメーター」（コニカ社製）を用いて
原稿濃度が0.0の白地部分の複写画像に対する相対濃度
を測定した。評価は0.05未満の場合を「○」,0.05以上
の場合を「×」とした。

トナー飛散 複写機内を目視により観察し、トナー飛散がほとんど
認められない場合を「○」トナー飛散が多く認められる
場合を「×」とした。

耐久性 「サクラデンシトメーター」（コニカ社製）を用いて
原稿濃度が0.0の白地部分の複写画像に対する相対濃度
を測定し、ソリッド画像の濃度が1.0以下になる時点の
複写回数で評価した。

以上の評価結果を後述の第１表に示す。

〔発明の効果〕 表１に明らかなように、本発明の被覆用樹脂微粒子を
複数回にキャリア芯材の流動の最大流速領域に供給する
樹脂微粒子の放出口端を位置させる乾式コーティングを
行ったコーティドキャリアは、被覆状態，被覆効率が高
く，かつ帯電特性，耐久性等比較例に比べ遥かに良好で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に適用可能な回転羽根型コーティング装
置の概要図である。 １……チャンバ、２……攪拌機、2a,2b,2c及び2d……回
転羽根、３……補助攪拌機、５……供給部、６……取出
部、７……ジャケット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−235959（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−158750（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁性体粒子に樹脂微粒子を供給し、衝撃力
   を繰返し付与することによって樹脂被覆する静電像現像
   用キャリアの乾式コーティング法において、乾式コーテ
   ィング装置のチャンバ中のキャリア芯材の流動の最大流
   速領域に、供給する樹脂微粒子の放出口端を位置させる
   ことを特徴とする静電像現像用キャリアの製造方法。