JP2811077B2 - 静電像現像用キャリア及びその製造方法 - 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が
画像が形成される。得られたトナー画像は紙などの転写
剤に転写された後、加熱或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
撹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、撹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、又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、
及び （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、 が挙げられる。

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、又、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、或いは
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。又、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。又上記の場合には、スプレーノズル
の本数にも限度があり、又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データ機構を備える技術
もあるがアジデ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、又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。又、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
ャリアの耐久性もしくは耐用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62−235959号、
特開平２−87167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樹脂微粒子溶媒を使用せずに混
合撹拌によって付着させ、機械的衝撃力を繰返し付与す
ることによって付着樹脂微粒子塑性変形して延展するコ
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。又、洗浄、乾燥などの処理が不要となり、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
要となるため、生産コストを低減することができる。

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、その後撹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部粒子を延展
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
し、この樹脂微粒子の付着量は一般に少なく、充分な膜
厚が得られない。その結果、キャリアの摩擦帯電性が低
く、摩耗による劣化が早く耐久性に乏しい。被覆層の厚
みを増すために、樹脂微粒子の混合投入比を大きくして
包接層の多粒子層化を図ると、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、
コーティング槽内壁に汚着する。又、樹脂微粒子が多量
に投入されるため、樹脂微粒子（一次粒子）同志が凝集
し塊状化し、いわゆる二次粒子の塊粒が発生する。斯か
る二次粒子は粒径が大きくキャリア芯材表面の被覆槽に
同化することなくキャリア粒子上に瘤状に残存し、或い
は独立塊粒をしく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、延いては複写機
内のトナー飛散や地かぶりの原因となる。

〔発明の目的〕

本発明は、トナー飛散、地かぶりの発生がなく、又摩
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及びそ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、衝撃力を繰返し付与することによって樹脂微粒子を
延展し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、流動しているキャリア芯材に対
し、樹脂被覆に用いる樹脂微粒子を、連続的に、かつキ
ャリア芯材の磁性体粒子重量の1wt％／分以下の供給速
度で供給する乾式コーティング工程に含むことを特徴と
する静電像現像用キャリアの製造方法及び前記製造方法
で作成された静電像現像用キャリアによって達成され
る。

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るためトナー飛
散、地かぶりのない乾式コーティドキャリアが製造でき
る。

又、樹脂被覆槽を必要なだけ厚くすることができ、皮
膜を形成し、かつ固着に必要な衝撃力が均一に付与され
るため、表面が平滑で被着強度が強く、耐久性が高いキ
ャリアが製造できる。

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。

本発明において、流動させるキャリア芯材及び樹脂微
粒子の付着に関与する要因としては、静電的な付着力が
あるが夫々の帯電極性、帯電強度があり、また粒子の大
小によって、粒子に作用する静電引力が異ってくる。

その他の付着に関与する要因としてはファンデルワー
ルス力或は温度依存性のある樹脂粘着性、また表面形状
の凹凸等による物理的係止効果が考えられる。

これらの要因の総合作用結果として形成される粉体包
接層が付着が進むままに累積多層化すると、累積多重包
接層中には幾多の空隙を含み、塑性変形に対する衝撃力
の効果を減じ、また剪断応力の集中点となる空泡を被覆
層中に残し、コーティドキャリアの耐久性を損ずる。

本発明は前記の事態を勘案し、被覆に用いる樹脂微粒
子を少量当てかつ連続的に供給し、包接層が累積多重包
接層となる前に、付着した樹脂微粒子に片端から叩打も
しくは摺擦の衝撃力を加え逐次塑性変形して延展し、緻
密な被覆層を効率よく形成してゆくものである。

前記包接層の形成速度は、前記静電的要因、粘着性、
キャリア芯材と樹脂微粒子の粒径比等によって大いに異
るが、キャリアの大きさ、コーティドキャリアの必要被
覆厚み、磁性体粒子、樹脂粒子の磁化技術等実用的条件
にかんがみ、樹脂微粒子の連続供給速度は流動させるキ
ャリア芯材の磁性体粒子の重量を基準にしてその1wt％
／分以下に保つことが好ましい。

尚1wt％／分を超えると前記空泡欠陥を生じ易く、ま
た樹脂のみの有害無用の二次粒子の塊粒が発生が認めら
れる。またあまりにも小さいと被覆層形成に長時間を要
して生産性が悪く、またキャリアの潰裂を招くので0.01
wt％／分程度に止めることが好ましい。

樹脂微粒子の磁性体粒子に対する供給重量比は、磁性
体粒子100重量部（wtと表す）に対し、最終的に総量で
0.5〜15wt供給することが好ましい。供給、混合比が0.5
wt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。又、供給、混合比が15wtより大きいと、磁性
体粒子同志が樹脂微粒子により結着されて凝塊を生ず
る。

本発明に係る樹脂微粒子の連続供給は、乾式コーティ
ング法の全工程に亙ってもよいし、或はその一部工程に
のみ適用してもよい。

また樹脂微粒子の供給が終了し、一応被覆層が形成さ
れた後に被覆層のない馴化、コーティドキャリアの球形
化の促進のために更に衝撃の付与を行ってもよい。

また衝撃力の強さ、コーティング装置チャンバ内の温
度は工程のフェイスに従って調整することが好ましい。

磁性体粒子の重量平均粒径は、10〜200μｍの範囲が
好ましい。10μｍ未満の粒子は、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
示す金属或いはこれらの合金又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
多層化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。

又、樹脂微粒子は通常の乾式コーティドキャリアに使
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
組合わせて用いてもよい。

又空気との摩擦帯電性の極性、大小によってキャリア
芯材の帯電性に応じ、乾式コーティングのフェイスに応
じ樹脂を選んでもよい。更にコーティドキャリアの被覆
層表面近傍には帯電制御剤、樹脂を選んで正負帯電性を
選定してもよい。

本発明に係る磁性体粒子の樹脂微粒子によるコーティ
ング手段は、得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枚の撹拌羽根2a,2b,
2c及び2dを有する撹拌機、４は２の回転駆動モータであ
る。各羽根は回転の際に、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、中心部では遅く、中心部
と周辺部との粉流の入替りが少いため、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とすると同時に補助撹拌機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
示の例では投入方式を採っており、51はホッパ、52は供
給量の制御可能なスクリューフィーダである。

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
加熱或いは冷風、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−クロメル熱電対等が用いられる。

回転羽根の周速は、１〜20m/秒程度が好ましい、周速
1m/秒未満では、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
を越える周速以上では、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、常温で撹拌してもよく、樹脂微粒子をわずかに軟
化せしめる程度に加熱して撹拌してもよい。

〔実施例〕

次に実施例によって本発明を具体的に説明する。

比較例１ 回転羽根型撹拌装置に平均粒径80μｍのフェライト粒
子100重量部に、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）４重量部添加し、周速が10m/秒の回転翼に
て15分間混合した。この予備混合物を走査型電子顕微鏡
で観察したところ、樹脂微粒子が１〜３μｍの凝集体と
して付着していた。

次に混合槽内を60℃まで加温し、15分間混合撹拌し
た。

得られた樹脂被覆粒子を「比較キャリア−１」とす
る。「比較キャリア−１」を走査型電子顕微鏡で観察し
たところキャリア表面に凹凸が多く、粒径３〜８μｍの
樹脂の塊粒が残存していた。

比較キャリア−１を撹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、汚染著しくあった。

実施例１ 回転羽根型撹拌装置に平均粒径80μｍのフェライト粒
子100重量部を投入し、周速が10m/秒の回転翼にて撹拌
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重量部を混合槽上部より投
入混合を行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
ト粒子上に均一に付着し、１μｍ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分間混合撹拌し
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、キャリアに固着しない樹脂の
凝集体は観察できなかった。

「キャリア−１」を撹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 回転羽根型撹拌装置に平均粒径80μｍのフェライト粒
子100重量部を投入し、周速が10m/秒の回転翼にて撹拌
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重量部を混合槽上部より投入
混合を行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
粒子上に均一に付着し、１μｍ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分間混合撹拌し
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」を撹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 回転羽根型撹拌装置に平均粒径80μｍのフェライト粒
子100重量部を投入し、周速が10m/秒の回転翼にて撹拌
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重量部を混合槽上部より投入
し、さらに５分間混合を行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均一に付着し、１μｍ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分間混合撹拌し
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
塊粒は観察できなかった。

「キャリア−３」を撹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。

比較例２ 回転羽根型撹拌装置に平均粒径80μｍのフェライト粒
子100重量部を投入し、周速が10m/秒の回転翼にて撹拌
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重量部の供
給速度で２分40秒間総量で４重量部を混合槽上部より投
入し、さらに５分間混合を行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均一に付着し、１μｍ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分間混合撹拌し
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」を撹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多く発生した。

（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。又
樹脂微粒子添加率に対する被覆率比を被覆効率とした。

（現像剤の調整） 上記の各キャリア965gとトナー35gを用いトナー濃度
が3.5wt％となる割合にてそれぞれ混合して現像剤を調
製した。

（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「UBix3042」（コニカ
社製）で、実写テストを行い以下の項目を評価した。

かぶり 「サクラデンシトメータ」（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。結果は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。

以下の評価結果を表１に示す。

〔発明の効果〕 表１に明かなように、本発明の被覆用樹脂微粒子を少
量宛連続供給し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、
耐用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……撹拌機、 2a,2b,2c及び2d……回転羽根 ３……補助撹拌機 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 昭63−228174（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03G 9/113

Claims (2)

(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
   を用いて、樹脂微粒子を延展し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、流動してい
   るキャリア芯材に対し、樹脂被覆に用いる樹脂微粒子
   を、連続的に、かつキャリア芯材の磁性体粒子重量の1w
   t％/min以下の供給速度で供給する乾式コーティング工
   程を含むことを特徴とする静電像現像用キャリアの製造
   方法。
2. 【請求項２】磁性体粒子に樹脂微粒子を供給し、衝撃力
   を用いて、樹脂微粒子を延展し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、流動してい
   るキャリア芯材に対し、樹脂被覆に用いる樹脂微粒子
   を、連続的に、かつキャリア芯材の磁性体粒子重量の1w
   t％/min以下の供給速度で供給する乾式コーティング工
   程を含んで樹脂被覆されたことを特徴とする静電像現像
   用キャリア。