JP3116623B2 - 静電潜像現像用キャリア - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電潜像を現像するた
めの現像剤に使用されるキャリア、特にバインダー樹脂
中に磁性粉を分散してなるキャリアに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式の複写機あるいはプリンタ
ー等に使用される現像剤として、トナーおよび鉄粉等の
磁性キャリアからなる二成分現像剤が知られている。こ
のような二成分現像剤を使用した現像方法においては、
キャリア粒子間の磁気強度が大きすぎて磁気ブラシの穂
が硬くなり、黒べたの画像中に白スジが発生する等の問
題が生じる。また、鉄粉キャリアではキャリア自体の体
積固有電気抵抗が低いため、連続使用等により現像剤中
のトナー濃度が低下すると、静電潜像担持体上の電荷が
キャリアを介して逃げてしまって潜像が乱れ、画像に欠
損等が生じたり、現像スリーブからキャリアへの電荷の
注入によりキャリアが画像部に付着したりする問題が生
じる。また、鉄粉等の硬いキャリアが静電潜像担持体に
付着すると、残留トナーを除去する際に静電潜像担持体
表面を傷付けることがある。

【０００３】このような問題を解決するために磁性微粉
末をバインダー樹脂中に分散してなるバインダー型キャ
リアが提案されている。バインダ−型キャリアは、鉄粉
等のキャリアに較べて一般の現像装置における磁場中で
の磁化が低く、ソフトな穂を形成することができ、キャ
リアによる白スジのない優れた画像を得られる利点を有
している。

【０００４】しかしながら、このようなバインダー型キ
ャリアにおいても、初期状態では優れた特性を示すもの
の、複写枚数を重ねて行くうちにトナーカブリや画像濃
度の低下の問題が発生する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
事情に鑑みなされたもので、その課題とするところは、
初期および多数枚複写後においてもトナー帯電量が安定
しており、優れた画質の得られるキャリアを提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、バインダー樹
脂中に磁性粉を分散してなる静電潜像現像用キャリアに
おいて、このキャリアが加熱処理されており、かつキャ
リア表面に露出している磁性粉量がキャリアの重量に対
して１０〜２５重量％である静電潜像現像用キャリアに
関する。

【０００７】本発明者らは、上述した耐刷時のトナーか
ぶりや画像濃度の低下の問題が、耐刷時にトナー中の成
分である荷電制御剤がキャリア表面に付着したり、キャ
リア自身が混合ストレスを受けて活性化したりすること
によるキャリアの摩擦帯電性能の変化に起因することを
見い出した。そして、上記問題とキャリアの表面状態と
の間に密接な関係があり、上記問題がキャリア表面に露
出している磁性粉量を所定の範囲に制御することにより
解決できることを見い出したものである。

【０００８】本発明のキャリアは、キャリア表面に露出
している磁性粉量がキャリアの重量に対して１０〜２５
重量％、好ましくは１５〜２５重量％である。露出磁性
粉量が１０重量％より少ないと、トナ−成分のスペント
や混合ストレスによるトナ−帯電量の変化が大きくな
り、繰り返し使用時の安定性が損なわれる。また、２５
重量％より多いと、環境変動に対する安定性が損なわれ
る。

【０００９】本発明のキャリアは、バインダ樹脂と磁性
粉を所定の混合比で加熱混合し、冷却後粉砕・分級して
得られた粒子、溶剤中にバインダ樹脂を溶解した樹脂溶
液に磁性粉を分散し、その溶液をスプレードライするこ
とにより得られた粒子、あるいは懸濁重合等の湿式造粒
法により得られた磁性粉を分散してなる粒子を加熱処理
することにより得ることができる。

【００１０】加熱処理は図１に示すごとくキャリアを気
流中に噴出して瞬間的に加熱処理を施すことが望まし
く、このような加熱処理装置としては、例えばサフュー
ジングシステム（日本ニューマチック工業社製）等を使
用することができ、加熱温度は約１５０〜３５０℃程度
で行うことが好ましい。

【００１１】このような加熱処理により、キャリアの表
面状態を改質することができ、繰り返し使用時にも磁性
粉の脱離等のない優れた耐久性を有するキャリアを得る
ことができる。

【００１２】また、キャリアは加熱処理した後、冷却風
を導入したり、配管等を冷却することにより冷却するこ
とが好ましい。かかる冷却により装置器壁へのキャリア
の付着、あるいはキャリアの凝集が少なくなり収率も向
上する。

【００１３】加熱処理における加熱気流の流速並びにキ
ャリアの供給速度は、加熱気流の温度、キャリアの粒
径、比重およびバインダ樹脂の熱的特性等により適宜選
定すればよい。

【００１４】キャリアの磁性粉露出量は、添加する磁性
粉量、加熱処理の温度、加熱処理回数等を適宜選択する
ことにより調整することができる。即ち、磁性粉露出量
を少なくするには、添加磁性粉量を少なくする、加熱処
理温度を高くする、加熱処理回数を増やす、サイクロン
での吸引エアー速度を小さくする等の操作を行えばよ
く、磁性粉露出量を多くするには逆の操作を行えばよ
い。これらの操作は、キャリアの特性を損なわず、かつ
所望の磁性粉露出量が得られるように適宜組み合わせて
行えばよい。

【００１５】本発明のキャリアのキャリア電流は、２０
〜１５０ｎＡ、好ましくは３０〜１００ｎＡである。キ
ャリア電流が２０ｎＡより小さいと初期の帯電量が高く
なりすぎ、１５０ｎＡより大きいと帯電量が低くなる。
なお、キャリア電流は、図２に示される測定装置におい
て、スリーブ２１にキャリア２０を所定量セットし、ス
リーブ２１またはマグネットロ−ラ−２２を回転させな
がら直流電源２３にて電圧を印加する時、スリーブ２１
からキャリア２０及び規制ブレ−ド２４を通じて流れる
電流を電流計２５で測定した電流値である。

【００１６】本発明のキャリアに用いるバインダー樹脂
としては、例えば、ポリスチレン系樹脂、ポリ（メタ）
アクリル系樹脂、スチレンーアクリル共重合系樹脂、ポ
リオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系
樹脂等が使用可能である。

【００１７】本発明のキャリアに用いる磁性粉として
は、例えば、鉄、ニッケル、コバルト等の金属、これら
の金属と亜鉛、アンチモン、アルミニウム、鉛、スズ、
ビスマス、ベリリウム、マンガン、セレン、タングステ
ン、ジルコニウム、バナジウム等の金属との合金あるい
は混合物、酸化鉄、酸化チタン、酸化マグネシウム、等
の金属酸化物との混合物、および強磁性フェライト、マ
グネタイト並びにこれらの混合物が使用可能である。

【００１８】これらの磁性粉の粒径は、バインダー中で
の均一分散の観点から一次粒径が５μｍ以下、好ましく
は２μｍ以下、より好ましくは０．１〜１μｍであるこ
とが望ましい。

【００１９】バインダー樹脂と磁性粉との配合割合は、
樹脂１００重量部に対して磁性粉１００〜９００重量
部、好ましくは２００〜６００重量部である。磁性粉の
配合量が９００重量部より多いと、磁性粉の二次粒子化
を生じ均一分散されずキャリアが脆くなる。また、磁性
粉の配合量が１００重量部より少ないと充分な磁性が得
られない。

【００２０】キャリアの平均粒径は２０〜１００μｍ、
好ましくは３０〜６０μｍである。キャリアの平均粒径
が２０μｍより小さいと静電潜像担持体へのキャリア付
着が生じやすくなり、１００μｍより大きくなると、通
常の鉄粉キャリア等のようにハケムラが生じ、鮮明な画
像が得られなくなる。

【００２１】また、本発明のキャリアにおいては、カー
ボンブラック、シリカ、チタニア、アルミナ等の分散剤
を含有しても良い。分散剤を含有することによりバイン
ダ樹脂中の磁性粉の均一分散性を向上させることができ
る。分散剤の含有量はキャリアに対して０．０１〜３重
量％とすることが好ましい。

【００２２】次に本発明の加熱処理について図１を参照
して具体的に説明する。図１に示すごとく、熱風発生装
置１にて発生する高温高圧エアーは導入管２を経て、熱
風噴射ノズル６より噴射される。一方、キャリア粒子
（試料）は、定量供給器４より所定量加圧エアーにより
導入管２’を経て搬送され、熱風噴射ノズル６の周囲に
設けられた試料噴射ノズル７より熱気流中に噴射され
る。この場合、試料噴射ノズル７の噴出流が熱気流を横
切ることがないように試料噴射ノズル７を熱風噴射ノズ
ル６に対して所定の傾きを設けておくことが好ましい。
また、試料噴射ノズル７は１本であっても複数本であっ
てもよいが、試料の熱気流中での分散性を向上させるた
め、前記所定の傾きを有して対向する複数本（好ましく
は２〜３本）の試料噴射ノズルを設けることが望まし
い。複数本の試料噴射ノズルを使用する場合、前記所定
の傾きで各々の試料噴射ノズルからキャリアを熱気流中
央部に向けて噴出し、熱気流中央部でキャリア粒子同士
が適度な力でぶつかり合うことによりキャリア粒子を熱
気流中で充分に分散させ、キャリア粒子１つ１つの加熱
処理を均質に行うことが好ましい。このようにして噴射
されたキャリア粒子は高温の熱風と瞬間的に接触して均
質に加熱処理される。

【００２３】次いで加熱処理されたキャリア粒子は、直
ちに冷却風導入部８から導入される冷風により急冷却さ
れる。かかる急冷により装置器壁への付着、キャリア粒
子同士の凝集がなくなり収率も向上する。次にキャリア
粒子は導入管２”を経てサイクロン９により捕集され、
製品タンク１１にたまる。キャリア粒子が捕集された後
の搬送エアーはさらにバグフィルター１２を通過して微
粉が除去された後、ブロア−１３を経て大気中に放出さ
れる。なお、サイクロン９には冷却ジャケット１０が設
けられ、冷却水によりサイクロン内のキャリア粒子を冷
却し凝集を防止する。

【００２４】

【実施例】次に、この発明の具体的な実施例について説
明すると共に、比較例を挙げてこの発明の実施例に係る
キャリアが優れたものであることを明らかにする。

【００２５】キャリアの製造例 ポリエステル樹脂（タフトンＮＥ−１１１０：花王社
製）１００重量部と、フェライト粉（ＭＦＰ−２：ＴＤ
Ｋ社製）５００重量部と、カーボンブラック（ケッチェ
ンブラックＥＣ：ライオン油脂社製）２重量部と、シリ
カ（＃２００：日本アエロジル社製）１．５重量部とを
充分混合した後、溶融混練し、この混練物を冷却後粉砕
・分級して平均粒径が５５μｍの磁性粒子を得た。この
磁性粒子をサフュージングシステム（日本ニューマチッ
ク工業社製）を用いて下記表１に示す条件で加熱処理を
行った。得られたキャリアの磁性粉露出量およびキャリ
ア電流値を表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】磁性粉露出量の測定 キャリアに使用されている磁性粉を希塩酸に溶解し分光
光度計を用いて分光透過率を測定し、透過率５０％であ
る波長λ50と溶液中の磁性粉含有量との検量線を求め
る。

【００２８】試料となるキャリアおよび希塩酸を計量
し、ガラスビン中で３０分間混合してキャリア表面の磁
性粉を溶出させる。

【００２９】この溶出液をろ過し、ろ液を分光光度計に
より分光透過率を測定し透過率５０％となる波長を求
め、検量線からろ液中の磁性粉含有量を得る。

【００３０】キャリア電流の測定 図２に示す装置を使用してキャリア電流を測定した。測
定条件は以下の通りである。

【００３１】 ・規制ブレードとスリーブ間距離：０．６５ｍｍ ・スリーブ回転数：５０ｒｐｍ ・直流電源電圧：５００Ｖ ・サンプル量：３ｇ 上記測定条件において、スリーブ２１にキャリア２０を
セットし、スリーブ２１を回転させながら直流電源２３
により電圧を印加する。スリーブ２１からキャリア２０
および規制ブレード２４を通じて電流計２２に流れる電
流を測定する。

【００３２】 トナーの調整 成 分 重量部 スチレンーｎーブチルメタクリレート樹脂 １００ （軟化点：１３２℃、ガラス転移温度：６０℃） カーボンブラック ８ （ＭＡ＃８：三菱化成工業社製） ニグロシン染料 ５ （ボントロンＮ−０１：オリエント化学工業社製） 上記材料をボールミルで充分混合した後、１４０℃に加
熱した３本ロール上で混練した。混練物を放置冷却後、
粗粉砕し、さらにジェットミルで微粉砕した。次に、風
力分級し、平均粒径１４μｍのトナーを得た。

【００３３】初期トナー帯電量の測定 キャリア１〜６と上記トナーの調整で得られたトナーと
を、トナー混合比５％でバイアルローテータを用いて１
０分間混合して現像剤を調整し、２５℃、湿度６５％の
条件でトナー帯電量を測定した。結果を表２に示す。

【００３４】 ＋側劣化状態のキャリア使用時のトナー帯電量の測定 ＋側劣化状態の評価とは、耐刷時、トナ−濃度が低下し
た際にキャリア同士の接触回数が増加することにより、
キャリアが活性化しトナ−に対する摩擦帯電性が高くな
った状態を想定した評価である。

【００３５】キャリア１〜６をそれぞれ単独でポリビン
に入れ３時間混合し、キャリアを＋側に劣化させた。こ
れらのキャリアと上記トナーの調整で得られたトナーと
を、トナー混合比５％でバイアルローテータを用いて１
０分間混合して現像剤を調整し、２５℃、湿度６５％の
条件でトナー帯電量を測定した。結果を表２に示す。

【００３６】 −側劣化状態のキャリア使用時のトナー帯電量の測定 −側劣化状態の評価とは、耐刷時にキャリアにトナーの
荷電制御剤が付着（スペント化）して、トナーに対する
摩擦帯電性が低下する状態を想定した評価である。

【００３７】キャリア１〜６にトナーに使用した荷電制
御剤（ニグロシン染料）０．０１重量％を付着させてキ
ャリアを−側に劣化させた。これらのキャリアと上記ト
ナーの調整で得られたトナーとを、トナー混合比５％で
バイアルローテータを用いて１０分間混合して現像剤を
調整し、２５℃、湿度６５％の条件でトナー帯電量を測
定した。結果を表２に示す。

【００３８】

【表２】

【００３９】キャリア１〜６を用いて調整された現像剤
を電子写真複写機ＥＰ−４７０Ｚ（ミノルタカメラ社
製）を用いて実写評価した。結果を表３に示す。

【００４０】表中、カブリは画像の白地部のトナーカブ
リを目視により評価し、○は実用上問題とならないこと
を、×はカブリが目立ち画像ノイズとして問題があるこ
とを示す。また、画像濃度（Ｉ．Ｄ．）の評価におい
て、○は十分な画像濃度が得られたことを、△は若干画
像濃度が低いことを、×は画像濃度が低く実用上問題が
あることを示す。

【００４１】

【表３】

【００４２】キャリア１〜６を用いた現像剤は、初期状
態においては実用可能な帯電量が得られたが、＋側劣化
状態においてキャリア６を用いた現像剤は帯電量が高く
なり画像濃度が低下することが確認された。また、−側
劣化状態においてキャリア１を用いた現像剤は帯電量が
低くなりカブリが生じることが確認された。

【００４３】参考実験例１ キャリアの磁性粉添加量、加熱処理回数、加熱処理温度
を変化させてキャリア電流値を変化させ、キャリア電流
値と初期トナ−帯電量との関係を調べた。

【００４４】なお、各キャリアと上記トナーの調整で得
られたトナーとを、トナー混合比５％でバイアルローテ
ータを用いて１０分間混合して現像剤を調整し、２５
℃、湿度６５％の条件、および３０℃、湿度８５％の条
件でトナー帯電量を測定した。結果を表４に示す。

【００４５】

【表４】

【００４６】（＊１）トナー帯電量１（μｃ／ｇ）は２
５℃、湿度６５％での測定値。

【００４７】（＊２）トナー帯電量２（μｃ／ｇ）は３
０℃、湿度８５％での測定値。

【００４８】トナ−帯電量は、通常環境下（２５℃、湿
度６５％）で１２〜１８μｃ／ｇが適正であり、高温高
湿環境下（３０℃、湿度８５％）でも１０μｃ／ｇ以上
必要である。

【００４９】従って、表４の結果より、キャリア電流値
は２０〜１５０ｎＡであることが必要であり、好ましく
は３０〜１００ｎＡである。

【００５０】参考実験例２ 加熱処理されたキャリアの表面状態と、加熱処理後のサ
イクロンでの吸引エア−速度との関係を調べた。

【００５１】加熱処理されたキャリアに対して、サイク
ロンの吸引エア−速度を５〜３０ｍ／ｓの間で変化さ
せ、磁性粉露出量およびキャリア電流値を測定した。結
果を表５に示す。

【００５２】

【表５】

【００５３】この結果から、吸引エアー速度が２０ｍ／
ｓを越えるとキャリアの磁性粉露出量とキャリア電流値
が増加することがわかる。これは加熱処理されたキャリ
アがサイクロンに入った段階でサイクロン内壁への衝突
により表面が荒らされてしまうためであると推測され、
吸引エアー速度が大きい状態では、キャリアがサイクロ
ン内壁に衝突するエネルギーが大きく、サイクロン内で
の滞留時間も長くなりキャリアの表面状態が悪くなると
考えられる。また、吸引エアー速度を小さくしすぎる
と、キャリア搬送量が制限されてしまうため、吸引エア
ー速度は１０ｍ／ｓ程度は必要である。従って、サイク
ロンでの回収エアー速度は１０〜２０ｍ／ｓが好ましい
と考えられる。

【００５４】

【発明の効果】本発明のキャリアは、初期帯電特性が優
れているとともに、繰り返し使用時の帯電特性が安定し
て優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】加熱処理装置を示す概略図である。

【図２】キャリア電流値を測定する測定装置の概略図で
ある。

【符号の説明】

１ 熱風発生装置 ４ 定量供給器 ５ キャリア粒子 ６ 熱風噴射ノズル ７ 試料噴射ノズル ８ 冷却風導入部 ９ サイクロン 10 冷却ジャケット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−270061（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−157657（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−204070（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 9/10

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バインダー樹脂中に磁性粉を分散してな
   る静電潜像現像用キャリアにおいて、このキャリアが加
   熱処理されており、かつキャリア表面に露出している磁
   性粉量がキャリアの重量に対して１０〜２５重量％であ
   る静電潜像現像用キャリア。
2. 【請求項２】 前記磁性粉量が１５〜２５重量％である
   請求項１記載の静電潜像現像用キャリア。
3. 【請求項３】 前記キャリアが、５００Ｖ印加時に２０
   〜１５０ｎＡのキャリア電流値を有する請求項１記載の
   静電潜像現像用キャリア。