JP2824778B2

JP2824778B2 - 電子写真用キャリア

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Publication number: JP2824778B2
Application number: JP1084113A
Authority: JP
Inventors: 武志池田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-04-04
Filing date: 1989-04-04
Publication date: 1998-11-18
Anticipated expiration: 2013-11-18
Also published as: JPH02264268A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、トナーとともに静電荷像現像剤を構成する
キャリアに関する。

［従来の技術］電子写真法として米国特許第2,297,691号明細書、特
公昭42-23910号公報及び特公昭43-24748号公報等に種々
の方法が記載されているが、これらの方法は、いずれも
光導電層に原稿に応じた光像を照射することにより静電
潜像を形成し、次いで該静電潜像上にこれとは反対の極
性を有するトナーと呼ばれる着色微粉末を付着させて該
静電潜像を現像し、必要に応じて紙等の転写材にトナー
画像を転写した後、熱、圧力あるいは溶剤蒸気等により
定着し複写物を得るものである。

該静電潜像を現像する工程は、潜像とは反対の極性に
帯電せしめたトナー粒子を静電引力により吸引せしめて
静電潜像上に付着させるものであるが、一般にかかる静
電潜像をトナーを用いて現像する方法としては大別して
トナーをキャリアと呼ばれる媒体に少量分散させたいわ
ゆる二成分系現像剤を用いる方法と、キャリアを用いる
ことなくトナー単独使用のいわゆる一成分系現像剤を用
いる方法とがある。

一般にかかる二成分系現像剤を構成するキャリアは導
電性キャリアと絶縁性キャリアに大別される。

導電性キャリアとしては通常酸化または未酸化の鉄粉
が用いられているが、この鉄粉キャリアを成分とする現
像剤においてはトナーに対する摩擦帯電性が不安定であ
り、また現像剤により形成される可視像にカブリが発生
する欠点がある。すなわち現像剤の使用に伴い、鉄粉キ
ャリア粒子の表面にトナー粒子が付着するためキャリア
粒子の電気抵抗が増大してバイアス電流が低下し、しか
も摩擦帯電性が不安定となり、この結果形成される可視
像の画像濃度が低下しカブリが増大する。

また、絶縁性キャリアを用いた従来の現像剤において
も、粒子間の衝突、又粒子と現像機械との衝突等の機械
的衝突又はこれらによる発熱によって、トナー粒子の一
部はキャリア粒子の表面に物理的に付着して膜を形成す
る、すなわちスペント化する性質がある。このような事
態となると、キャリア粒子表面上にトナー材の膜が除々
に蓄積され、キャリア粒子とトナー粒子との間の摩擦帯
電がトナー同士の摩擦帯電に置換されてしまい、現像剤
全体の摩擦帯電特性が劣化し、ひいてはコピー画像の地
肌部にトナーが多数付着するという所謂地汚れの現象が
生じ、コピー品質が低下することとなる。また、キャリ
ア表面に対するトナー膜の形成がひどくなると現像剤全
体を交換しなければならなくなり、コスト増につながる
欠点となっている。

このようなスペント化を防止するため、従来よりキャ
リア表面に種々の樹脂をコートする方法が提案されてい
るが、十分満足のいくものは得られていない。

例えば、四フッ化エチレン共重合体等のフッ素系樹脂
をコートしたキャリアは臨界表面張力が低いためトナー
のスペント化は起こりにくいが、成膜性が悪くキャリア
芯材を充分均一に覆うことができず安定した帯電特性が
得られない。また、芯材との接着性も弱く、耐摩耗性に
不満足である。さらに、その帯電系列との関係から、フ
ッ素系樹脂コートキャリアは、負帯電性トナーにおいて
は充分な帯電能力を持ち得ない。

一方、スチレン、メタクリレート共重合体等のアクリ
ル系樹脂でコートされたキャリアは、成膜性が良好でキ
ャリア芯材との接着性も強く、耐摩耗性に優れており、
前述のフッ素系樹脂と混合して使用されたり単独で使用
される。しかしながら、このアクリル系樹脂は臨界表面
張力が比較的高いため、繰返しの使用に際してはやはり
トナーのスペントが起こり易く、現像剤の寿命に若干問
題がある。また、その成膜性の良さのためにキャリアが
高抵抗化し易く、そのため、トナーのチャージアップに
よりキャリアからのトナー離れが悪くなり易い。

さらに、この様にトナーがキャリアから離れづらくな
った状態で現像を長時間続けていると、上述のトナーに
よるキャリアのスペント化が一層促進されることとなり
好ましくない。

また、キャリアがあまりに高抵抗すぎる場合、画像濃
度の低下ベタ部中間調の再現性の劣化、或は、感光体上
へキャリアが現像されてしまい感光体をキズつけたり、
画像上にキャリアが付着してしまうことがある。

この様な問題を解決するために、従来から、導電性微
粒子をキャリアコート樹脂中に分散させ、抵抗をコント
ロールする試みがなされている。例えば、特公昭53-653
5号公報では、0.1μｍ以下の導電性微粒子を添加するこ
が示されているし、他にも特開昭54-7343号公報等多数
検討されている。しかしながら、これらの提案の方法に
おいて、未だ改良の余地のある点は、抵抵抗化のために
必要十分な量の導電性微粉を添加すると1.キャリア芯材
と樹脂の密着性が低下する、2.摩擦帯電能が低下する
（特に高湿下で）という問題点である。

［発明が解決しようとする課題］以上のような現状の問題点に鑑み、本発明の目的とす
るところは、以下の点を解決することにある。

本発明の第１の目的は、トナーのスペント化の少ない
樹脂コートキャリアを提供することにある。

本発明の第２の目的は、チャージアップしにくい樹脂
コートキャリアを提供することにある。

本発明の第３の目的は、繰り返しの使用に際しても安
定した帯電特性を有する樹脂コートキャリアを提供する
ことにある。

本発明の第４の目的は、耐摩耗性に優れた樹脂コート
キャリアを提供することにある。

［課題を解決するための手段及び作用］上記の目的は、以下の本発明の構成により達成される。

本発明は、平均粒径が0.1〜0.5μｍのグラファイト及
び平均粒径が0.1μｍ以下の導電性カーボンブラックを
分散させた樹脂により、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用キャリアに関する。

本発明にグラファイトを用いるのは、グラファイトが鱗片状である滑性に優れている導電性が高いという性質を有することが、先述の樹脂コートキャリア
におけるトナースペント化のメカニズムに対して有効だ
からである。

すなわち、鱗片状グラファイトが表面にあるため、そ
の滑性によりトナーは付着しにくく、また、たとえ付着
（スペント化）しても、へき開性の高い鱗片状であるこ
とにより容易に剥れるため、常に新規な面が出易い。ま
た、その導電性のゆえにキャリア表面にチャージが蓄積
しにくく、トナーのキャリア離れが促進されるからであ
ると考えられる。

しかしながら、コートキャリアの表面抵抗を下げると
いう目的に対しては、未だ改良の余地がある。すなわ
ち、グラファイトそれ自体は、導電性の高い物質である
が、粒径が比較的大きく、コート剤としての抵抗を十分
下げるには、グラファイト単独では、相当量の添加を必
要とする。ところが、多量のグラファイトの添加は、樹
脂のキャリア芯材との密着性を低下せしめるために、キ
ャリアコート剤としては、不適当である。これは、グラ
ファイトに限らず、粒径の極めて小さい導電性のカーボ
ンブラックの場合も同様であり、さらに、カーボンブラ
ックは多量の添加によりトナーとの摩擦帯電能が低下す
る傾向にあり、この現象は特に高湿下で顕著となる。

本発明の目的は、粒径が比較的大きく、前述の，
，の性質のうち、特に，を有するグラファイト
と、グラファイトのの性質を少量の添加量で引き出す
ための粒径の極めて小さい導電性のカーボンブラックの
混合系により初めて達成されるものである。

本発明の概念図を第１図に示す。グラファイトとカー
ボンブラックの比較的少量の混合系で、表面抵抗を下げ
ながらコート層として十分な耐久性、耐摩耗性を有する
理由は、カーボンブラックがグラファイトとグラファイ
トまたは、グラファイトとキャリア芯材を連結し、ミク
ロ的な導電路を形成するからではないかと考えている。

また、用いるグラファイトの粒径は、大きいほど、上
記，の性質が顕著であり、本発明の効果が大きい
が、逆に、コート樹脂中への均一な分散が困難となり、
コート樹脂への添加剤としては不適となる。このためグ
ラファイトの平均粒径は、0.1μｍ以上5.0μｍ以下であ
ることが必要であり添加量にもよるが好ましくは、0.1
μｍ〜3.0μｍである。

また、滑性に優れていることから、用いるグラファイ
トは摩擦係数0.3以下の粒子形状であることが必要であ
る。さらに先述の高い導電性を望むために、比電気抵抗
は、２Ω・cm以下、好ましくは１Ω・cm以下のグラファ
イトが良い。

一方、用いるカーボンブラックの平均粒径は、逆に0.
1μｍ以下であることが必要である。また、高い導電性
が望まれるためにグラファイトと同様に、比電気抵抗は
２Ω・cm以下好ましくは１Ω・cm以下のカーボンブラッ
クが良い。

グラファイトとカーボンブラックの混合比率は、グラ
ファイトの比率が99〜10重量％、好ましくは97〜30重量
％、より好ましくは95〜50重量％である。99重量％以上
では、先述のグラファイトの性質，に基く効果は十
分得られるものの、キャリアコート材としての抵抵抗化
は十分ではない。一方、10重量％以下では、グラファイ
ト特有の性質，に基く効果が得られない。

一方、コート樹脂に対するグラファイトとカーボンブ
ラック混合粉末の添加量は、樹脂に対して0.1〜30重量
％、好ましくは0.5〜20重量％である。0.1重量％以下で
は本発明の効果が顕著でなく、30重量％以上では、本発
明の特徴のひとつであるコート膜の耐久性、耐摩耗性が
十分でなくなる。

グラファイトとカーボンブラック混合粉末を添加する
樹脂としては、一般にキャリアのコート樹脂として用い
られているものが使用できる。例えば天然樹脂、ポリオ
レフィン樹脂・ポリビニル、ポリビニリデン樹脂、フル
オロカーボン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹
脂、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノ
ール樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、アミノ樹脂、
エポキシ樹脂等及びこれらの混合物等である。

本発明に用いられるキャリア芯材としては、鉄粉、フ
ェライト等の一般のものが使用され、その粒径は、10〜
1000μｍ、好ましくは20〜200μｍが適当である。

本発明によるコート材のコート量は、キャリア芯材に
対して、コート材固形分が0.1〜20重量％（好ましく
は、0.5〜10重量％）である。0.1重量％未満では、コー
トによる効果が不十分であり、20重量％を越える場合
は、本発明のグラファイトとカーボンブラック混合粉末
の効果が不十分となる。

上記のキャリア芯材の表面を前述のグラファイトとカ
ーボンブラックの混合粉末の添加された樹脂で被覆する
方法としては、該樹脂を溶剤中に溶解もしくは懸濁せし
め、さらに、グラファイト粉末とカーボンブラック粉末
を所定の割合で混合した粉末を添加し、分散機にて充分
分散させ、スプレー等の一般的な方法で塗布させること
ができる。

［実施例］以下に示す様な処方のコート液を作成し、キャリア芯
材にコートし、コートキャリアを得た。

なお、上記コート液は、イ，ロ，ハを所定の比率で混
合し、ボールミルポット24時間分散して作成した。ま
た、キャリア芯材へのコートは、流動床を用いたスプレ
ー法により行なった。

このキャリアと、キヤノン製フルカラーコピアCLC-1
用のマゼンタトナーを温度／湿度がN/N（23℃/60％）,H
/H（32.5℃/85％）,L/L（15℃/10％）の各環境下におい
てトナー濃度８％で混合し現像剤を作成した。この現像
剤の帯電量は、表−１に示す通りであった。この現像剤
を用い、CLC-1機においてN/N,H/H,L/Lの各環境で実機画
像出しを行なったところ、十分な濃度の、高精細な画像
が得られた。

さらに、上記現像剤をCLC-1用現像器に投入し、画像
出しを行なわないで、スリーブのみを回転させる外部空
回転器により、L/L環境下で４時間空回転耐久を行な
い、L/Lにおけるチャージアップ、およびキャリア劣化
のシュミレート耐久とした。この空回転耐久後の現像剤
の入った現像器でCLC-1で画像を出したところ、初期と
ほとんど変わらない濃度1.3以上の高濃度の高精細画像
が得られ、L/Lにおけるチャージアップが防止でき、か
つ、キャリアのトナースペント等に劣化もないことがわ
かった。さらに、このL/L空回転耐久後の現像剤から、
キャリアのみを分離し、再び新規なトナーと混合して帯
電量を測定したところ、表−１に示される様に、耐久前
とほとんど変わらぬ値を示した。このことからも、キャ
リアのトナースペント等による耐久劣化がないことがわ
かった。

比較例１実施例１におけるコート液の処方において、ロのグラ
ファイトとハのカーボンブラックを除き、イのみにした
以外は、ほぼ実施例１と同様の方法でコートキャリアを
得た。実施例１と同様の方法で評価したところ、L/L空
回転耐久後のCLC-1での画像は、濃度が0.95と低くなっ
ていた。また、分離後キャリアによる帯電量も−10.5μ
c/gと初期の約1/2に低下しており、何らかのキャリア劣
化が生じていることがわかった。

比較例２実施例１におけるコート液処方において、ロのグラフ
ァイトのみを除くこと以外、ほぼ実施例１と同様にして
コートキャリアを得た。

その性能は表−１に示される様に、比較例１とほとん
ど同等であり、空回転耐久の結果も比較例１とほぼ同等
であり、カーボンブラックのみの添加の効果が不十分で
あることがわかった。

比較例３比較例２において、カーボンブラックの添加量を樹脂
固形分に対して10重量％添加に変えて、同様にキャリア
を作成した。このキャリアを用いて、実施例１と同様の
評価をしたところ、表−１に示す様に、高温高湿下での
現像剤の帯電量が低下し、H/Hでの実機画像出しにおい
ても、若干カブリが目立ち、耐久5000枚で機内への飛散
が目立つようになってしまった。

実施例２以下に示す処方により、実施例１と同様の方法でコー
トキャリアを得た。

このキャリアと、キヤノン製NP4835用赤トナーとをト
ナー濃度８％の割合で混合し、現像剤を得た。この様に
して作成した現像剤に関して、現像器及び複写機を、NP
4835を用いる以外は、ほぼ実施例１と同様の評価をし
た。

その結果、NP4835のN/N,H/H,L/Lの各環境下での画像
は、いずれも濃度1.2以上でカブリ、トビチリのない高
精細な画像が得られた。また、NP4835の現像剤器による
４時間のL/L空回転耐久後の画像も良好であり、この耐
久後の現像剤から、キャリアのみを分離して新たに作成
した現像剤の帯電量は、表−１に示す様に、初期の値と
ほとんど差がなかった。

比較例４実施例２におけるコート液の処方において、ロのグラ
ファイトとハのカーボンブラックを除き、イのみにした
以外は、同様の方法でコートキャリアを得た。このキャ
リアを用いて実施例２と同様の評価を行なったところ、
L/L空回転耐久後のNP4835の画像は、濃度が0.85と低く
なっていた。また、分離後キャリアによる新規現像剤の
帯電量も、新規キャリアによる帯電量の約2/3に低下し
ており、キャリア劣化が生じていることがわかった。

比較例５実施例２におけるコート液の処方において、ロのグラ
ファイトのみを除きハのカーボンブラックのみを、イの
バインダー固形分100部に対して５部（ハ／イ＝5/100重
量比）にしたものを用い同様の方法でキャリアを作成し
た。

このキャリアを用いて、実施例２と同様に現像剤を作
成し、帯電量を測定したところ、＋2.8μc/gしかなかっ
た。このキャリア表面を電子顕微鏡にて観察したところ
コート材が均一にコートされておらず、相当部分が、芯
材が露出していることが判明した。

比較例６実施例２におけるキャリア芯材（球形フェライト,72
μｍ）に対し、コートをほどこさないキャリアを用い
て、実施例２と同様の現像剤を作成し、各環境における
帯電量を測定したところ、表−１の様に、低い値しか得
られなかった。

実施例３上記処方により、実施例１と同様の方法でコートキャ
リアを得た。

このキャリアとキヤノン製NP-5500用トナーを混合し
（トナー濃度２％）現像剤を作成したところ、その帯電
量は、−7.8μc/gであった。この現像剤を用いてNP-550
0で20万枚の画像出しを行なったところ、初期と変わら
ぬ良好な画像が得られた。この耐久後のキャリアを分離
して新規トナーと混合し、帯電量を測定したところ、−
7.5μc/gであり初期とほとんど変わらなかった。

比較例７実施例３において、ロとハを除いたキャリアを作成し
同様の評価をしたところ、耐久20万枚後のキャリアを用
いて作成した新規現像剤の帯電量と、全く初期の現像剤
の帯電量は、−5.8μc/g/−8.1μc/gであり、耐久によ
る低下が認められた。

［発明の効果］以上説明した様に、本発明のキャリアはトナーのスペ
ント化を防止し、良質の画像を長期間提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概念図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】平均粒径が0.1〜5.0μｍのグラファイト及
び平均粒径が0.1μｍ以下の導電性カーボンブラックを
分散させた樹脂により、キャリア芯材の表面が被覆され
ていること特徴とする電子写真用キャリア。
【請求項２】該キャリア芯材は、フェライト粒子である
ことを特徴とする請求項１に記載の電子写真用キャリ
ア。
【請求項３】該グラファイトは、0.3以下の摩擦係数を
有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子写
真用キャリア。
【請求項４】該グラファイトは、２Ω・cm以下の比電気
抵抗を有す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用キャリア。
【請求項５】該導電性カーボンブラックは、２Ω・cm以
下の比電気抵抗を有す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用キャリア。
【請求項６】該グラファイトの含有比率は、該グラファ
イトと該導電性カーボンブラックとの総量基準で、10〜
99重量％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用キャリア。
【請求項７】該樹脂中に分散されている該グラファイト
及び該導電性カーボンブラックの総量は、該樹脂に対し
て、0.1〜30重量％であることを特徴とする請求項１乃
至６のいずれかに記載の電子写真用キャリア。
【請求項８】該キャリアは、該グラファイト、該導電性
カーボンブラック及び該樹脂を有するコート剤を、該キ
ャリア芯材に対し、固形分0.1〜20重量％コートするこ
とにより形成されたものであることを特徴とする請求項
１乃至７のいずれかに記載の電子写真用キャリア。