JP3240629B2 - 電子写真用キャリア - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真方式の複写機
およびプリンタ用の二成分系の静電荷像現像剤に用いら
れる耐久性、耐スペント性に優れた電子写真用キャリア
に関する。

【０００２】

【従来の技術および課題】電子写真方式の複写機、プリ
ンタにより画像を得るには、まず画像担体である感光体
の表面を均一に帯電し、これを原稿の画像に対応するパ
ターンに基づき露光するか、あるいはアウトプットの内
容を光で感光体上に描いて静電潜像を形成する。つぎ
に、この静電潜像を有する感光体表面を現像装置を用い
て現像（可視像化）し、得られたトナー像を紙などの転
写材へ転写する。

【０００３】このような現像装置では、トナーのみから
なる一成分現像剤、またはトナーと磁性キャリアからな
る二成分現像剤を用いて前記の感光体表面を均一に摺接
することにより感光体表面の静電潜像を顕像化させる。
かかる現像剤のうちトナーは通常、熱可塑性樹脂、着色
剤、荷電制御剤および流動化剤などからなっている。ま
た、二成分現像剤では、トナーとフェライトなどの磁性
キャリアとからなる。近年、電子写真はより高画質、高
速のものが求められ、また長寿命化の要求が高まってい
る。これに対し、キャリアに関してはキャリア表面を樹
脂で被覆することによりキャリア表面へのトナー融着を
防止して耐久性の改善がはかられている。このようなキ
ャリアに用いられる樹脂としては成形性、離型性等に優
れた熱可塑性樹脂が用いられる場合が多い。

【０００４】通常、熱可塑樹脂をキャリア芯材に被覆す
るには樹脂を溶剤に溶かし、これをキャリア芯材に塗布
し被覆を行う。この溶剤はキャリアの乾燥工程において
も完全には除去できずに残留し、トナーの融着、あるい
は被覆層の剥離を生じやすい。

【０００５】このような被覆層の樹脂に残留する溶剤を
除去するためには、 転動流動槽あるいは、焼成炉を用
いてキャリアを高温で長時間処理する必要がある。しか
しながら、このような処理によっても溶剤の完全な除去
はできず、一方、溶剤の完全除去が可能な条件で樹脂コ
ートキャリアを処理するとキャリア同士の凝集が生ず
る。また、熱可塑性樹脂が分解減量し、キャリアに対す
る樹脂コートの効果がなくなる。

【０００６】特開昭５６−７０５５６号公報には、バイ
ンダー型キャリアをガラス転移点近傍の温度で加熱処理
することが開示されている。かかる技術はキャリアを加
熱処理するものであるが、凝集を防ぐために処理温度を
ガラス転移温度近傍に限定しており加熱処理温度も低
い。

【０００７】本発明の目的はコートキャリアの樹脂層内
に残留する溶剤を被覆層の分解、キャリアの凝集を生ず
ることなく完全に除去し、トナーの融着、被覆層の剥離
を防ぐことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる課
題について種々検討を行った結果、極めて高温で瞬間加
熱処理を熱可塑性樹脂被覆キャリアに施すことにより、
溶剤が完全に除去され、前記課題が解決できることを知
り本発明を完成した。

【０００９】本発明は、キャリア芯材および該キャリア
芯材の表面を被覆する熱可塑性樹脂からなるコートキャ
リアを加圧エアーにより複数のノズルから、前記熱可塑
性樹脂のガラス転移温度＋１００℃以上で、ガラス転移
温度＋５００℃以下の熱気流の中央部にてコートキャリ
ア同士が衝突するように噴射して熱気流中に分散し、こ
の熱気流中にコートキャリアが存在する時間が２秒以下
となるように瞬間加熱処理して得られる電子写真用キャ
リアを提供するものである。

【００１０】本発明のコートキャリアの芯材としては、
鉄、フェライトキャリアが用いられる。かかるキャリア
材料としては、鉄、ニッケル、コバルト等の金属と亜
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、バナジウム等の金属との合金ある
いは混合物、酸化物、酸化チタン、酸化マグネシウム等
の金属酸化物、窒化クロム、窒化バナジウム等の窒化
物、炭化ケイ素、炭化タングステン等の炭化物との混合
物および強磁性フェライト、並びにこれらの混合物等が
挙げられる。

【００１１】これらキャリア芯材を被覆する熱可塑性樹
脂としては、例えば、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポ
リオレフィン系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテル樹
脂、ポリスルフォン酸系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポ
リブチラール系樹脂、ウレタン／ウレア系樹脂、ポリエ
チレン系樹脂、テフロン系樹脂等の各種熱可塑性樹脂お
よびその混合物、並びに、これら樹脂の共重合体、ブロ
ック重合体、グラフト重合体およびポリマーブレンド等
が用いられる。さらに、帯電性を改良するため、各種極
性基を有する樹脂を用いてもよい。

【００１２】さらに、帯電性およびその他各種現像剤特
性を改良するために各種有機および／または無機材料を
分散および／または溶解させてコーティングしてもよ
く、また、これら材料をコートキャリア表面に固定処理
した物を用いてもよい。キャリアコーティングおよび各
種材料の固定化処理を行うための装置としては、スプレ
ードライヤー、転動流槽等の各種コーティング装置およ
び高速気流中衝撃法を応用したハイビリダイゼーション
システム（奈良機械製作所社製）、コスモスシステム
（川崎重工業社製）、乾式メカノケミカル法を応用した
メカノフュージョンシステム（ホソカワミクロン社
製）、メカノミル（岡田精工社製）、熱気流中改質法を
応用したサフュージングシステム（日本ニューマチック
工業社製）、湿式コーティンング法を応用したディスパ
ーコート（日清製粉社製）、コートマイザー（フロイン
ト産業社製）等の各種表面改質装置が用いられる。ま
た、特開昭６０−１０６８０８号公報に記載された方法
によってキャリア被覆層を形成してもよい。

【００１３】磁性芯材の粒径は２０〜８０μｍであるの
が好ましい。また、熱可塑性樹脂のコート層は前記芯材
の粒径の１／１０以下であるのが好ましい。キャリアの
平均粒径は、一般に２０〜２００μｍであるが、現像方
式等に応じて適宜設定される。一般的にキャリア粒径
が、２０μｍより小さいと、キャリア自身の現像が生
じ、また、２００μｍより大きいと画像のキメが粗くな
る等の問題点が生ずる。

【００１４】コートキャリアは気流中に噴出して瞬間加
熱処理を行う。本発明に使用する熱気流としては加熱し
た圧縮空気が最も一般的であるが、窒素等の不活性ガス
を用いてもよい。熱気流の温度はこの気流にキャリアが
接触した際に樹脂被覆層が極めて短時間で軟化すること
が必要であり、加熱のピーク温度はキャリアを被覆する
熱可塑性樹脂のガラス転移温度＋１００℃〜ガラス転移
温度＋５００℃の範囲であり、好ましくはガラス転移温
度＋１５０℃〜ガラス転移温度＋３５０℃である。加熱
のピーク温度がガラス転移温度＋１００℃より低いと溶
剤は充分に除去できない。また、ピーク温度がガラス転
移＋５００℃を越える高温であると、キャリア同士の凝
集、被覆樹脂の分解が生ずる。

【００１５】また、キャリアが上述した加熱雰囲気に存
在する滞留時間は２秒以下、好ましくは１秒以下であ
る。かかる滞留時間が２秒を越えるとキャリア同士の凝
集、被覆樹脂の分解が生ずる。このような瞬間加熱によ
りキャリアの被覆樹脂層内に残留する溶剤が被覆層の分
解、キャリアの凝集を生ずることなく完全に除去され、
キャリア表面の均質化が達成されるとともに遊離樹脂微
粉を除去することができる。かかる瞬間加熱を行うこと
により樹脂が溶解状態にある時間が非常に短く、粒子相
互および熱処理装置の器壁への粒子付着がなくなる。こ
の結果、収率が高く、製造装置の清掃頻度も極端に少な
くできる。

【００１６】本発明においてはキャリアが熱気流中で懸
濁状態で分散された状態で加熱処理される。ここで用い
られる分散気流中の粒子濃度は１０００ｇ／ｍ³以下で
あることが好ましい。キャリアの分散濃度が高くなる
と、熱気流中において１個１個の単一粒子としてではな
く凝集状態で熱処理されるキャリア粒子が生じ、本発明
の目的とする均一な熱処理が困難となると共に粒子同士
が固着団塊化する粒子が発生し問題となる。

【００１７】本発明における加圧熱気流の流速並びにキ
ャリアの吹込速度は加圧熱気流の温度、キャリアの粒
径、粒径分布、比重及びコートされている熱可塑性樹脂
の熱的特性、膜厚等により適宜選定すればよい。また、
キャリア粒子加熱処理後の冷却は必須である。加熱処理
後、意図的に冷却しないと熱処理時の残熱により、また
キャリア粒子を捕集するサイクロン内で旋回する際発生
する熱によりキャリア表面の熱可塑性樹脂のガラス転移
温度以上の温度となりキャリア同士が熱凝集する。すな
わち、加熱処理時に単一粒子として処理されているにも
かかわらず加熱処理後冷却を行わないと熱凝集する。

【００１８】ここで冷却とは、キャリアコート材として
使用する熱可塑性樹脂のガラス転移温度以下の温度雰囲
気下にキャリア粒子を導入し、かつキャリア粒子を該ガ
ラス転移温度以下の温度で保持することを意味する。な
お、好ましくは該ガラス転移温度の１０℃以下、さらに
好ましくは２０℃以下にキャリア粒子を冷却する。ま
た、キャリア粒子を冷却するには加熱処理した後、前記
温度の冷却風を導入する方法、あるいはさらにキャリア
導入管を水等の液体および／またはエアーにて冷却する
方法などが用いられる。加えて前述した通り、必要に応
じてキャリア粒子を捕集するサイクロン自体も冷却水等
を用いて該温度以下に保持することが望ましい。

【００１９】次に、本発明における熱処理について図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にて調整された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）５は定量供給器４より所定量の加圧エアー
により導入管２′を経て搬送され、前記熱風噴射ノズル
６の周囲に設けられた試料噴射ノズル７より熱風気流中
に噴射される。この場合、試料噴射ノズル７の噴出流が
熱風気流を横切ることがないように試料噴射ノズル７に
所要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、
キャリア試料の熱風気流中での分散を向上させるため前
記所要の傾きを有する対抗する複数本（好ましくは２〜
３本）の試料噴射ノズル７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、前記所要の傾き
で各々のノズルを熱風気流中央部に向けて噴出し、熱風
気流中央部にてキャリア粒子同士を適度な力でぶつけ合
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のが
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。こ
こで瞬間的とは、処理温度並びに試料の熱風気流中での
濃度により異なるが、必要なキャリア粒子の改質（加熱
処理）が達成され、かつキャリア粒子同士の凝集が発生
しない時間であり、通常２秒以下であるのが好ましい。

【００２０】次いで、この瞬間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
前記の温度に急冷却される。かかる急冷により装置器壁
への付着、粒子同士の凝集がなくなり収率も向上する。
つぎ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に貯まる。トナーが捕集
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、ブロアー１３を経て大気放
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部でのキャリア粒
子を前記の温度範囲に保持してキャリア粒子の凝集を防
ぐ。なお、これらの冷却については、前記の温度雰囲気
下にキャリア粒子が保持できるよう適宜行うものであ
り、その方法、条件については特に限定されるものでは
ない。

【００２１】本発明のキャリアと共に用いられるトナー
は従来公知の二成分系現像剤と公知のトナーであってよ
く、バインダー樹脂、荷電制御剤、着色剤などはいずれ
も従来公知のものが用いられてよい。

【００２２】

【作用】本発明のキャリアは、芯材にコーティングされ
た熱可塑性樹脂層中の残留溶剤が高温での瞬間加熱処理
により完全に除去され、被覆層が均一化されるとともに
遊離樹脂の微粉を除去することができる。

【００２３】

【実施例】つぎに本発明を実施例、製造例にもとづきさ
らに具体的に説明する。

【００２４】 ［トナーの製造例１］ 成 分 重量部 スチレン−ｎ−ブチルメタクリレート樹脂 （軟化点：１３２℃、ガラス転移温度：６０℃） １００ カーボンブラック （ＭＡ＃８：三菱化成工業社製） ８ 低分子量ポリプロピレン （ビスコール ５５０Ｐ：三洋化成工業社製） ３ ニグロシン系染料 （ボントロンＮ−０１：オリエント化学工業社製） ５ 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６μｍのトナーａを得た。

【００２５】［トナーの製造例２］トナーの製造例１に
おいてニグロシン染料をクロム錯塩Ｅ−８１（オリエン
ト化学工業社製）５重量部に変えた以外は全く同様の方
法で、平均粒径６μｍのトナーｂを得た。

【００２６】［トナーの製造例３］トナーの製造例１に
おいて、ニグロシン染料をアイゼンスピロンブラックＴ
ＲＨ（保土谷化学工業社製）５重量部に変えた以外は全
く同様の方法で、平均粒径７μｍのトナーｃを得た。

【００２７】上記トナーａ〜ｃは、それぞれトナー１０
０重量部に対して、疎水性シリカＲ−９７４（日本アエ
ロジル社製）０.３重量部をヘンシュルミキサーにより
後処理してキャリアの評価に用いた。

【００２８】［実施例１］トルエン１０００重量部に対
し、スチレンアクリル樹脂（ハイマーＳＢＭ７３：ガラ
ス転移温度６３℃、軟化温度１２０℃；三洋化成工業社
製）１００重量部を溶解し、塗布液を調製した。この溶
液を転動流動装置を用いて平均粒径５０μｍの球形フェ
ライト（Ｆ−３００：パウダーテック社製）に塗布し、
７０℃にて乾燥した。さらに表１の条件に設定した図１
の装置を用いて瞬間加熱処理を行い、平均粒径５３μｍ
のキャリアを得た。ここで得られたキャリアをキャリア
Ａとする。

【００２９】［実施例２］トルエン／テトラヒドロフラ
ン（３：１）の混合溶媒１００重量部、ポリエステル樹
脂（ＮＥ−１１１０：ガラス転移温度６５℃、軟化温度
１２０℃；花王(株)製)１００重量部の混合物をホモミ
キサーで２０分間撹拌し、塗布液を調製した。この溶液
を平均粒径５０μｍの球形フェライトＦ−３００（パウ
ダーテック社製）の表面に、流動床形型塗布装置を用い
て塗布した後、７０℃にて乾燥した。さらに表１の条件
に設定し図１の装置を用いて瞬間加熱処理を行い、平均
粒径５２μｍのキャリアを得た。ここで得られたキャリ
アをキャリアＢとする。

【００３０】［実施例３］実施例１において、樹脂をス
チレン−Ｎ−ブチルメタクリレート樹脂（軟化点１３２
℃：ガラス転移点６０℃）に変えた以外は全く同様の方
法で、平均粒径５２μｍのキャリアを得た。ここで得ら
れたキャリアをキャリアＣとする。

【００３１】［実施例４］実施例２において、樹脂をポ
リスチレン樹脂（ガラス転移温度６０℃、軟化温度１４
０℃）に変えた以外は全く同様の方法で、平均粒径５２
μｍのキャリアを得た。ここで得られたキャリアをキャ
リアＤとする。

【００３２】［比較例１および２］実施例１、２におい
て、加熱処理を施さない以外は全く同様の方法で、それ
ぞれ平均粒径５３μｍ、５２μｍのキャリアを得た。こ
こで得られたキャリアをそれぞれキャリアＥ、キャリア
Ｆとする。

【００３３】［比較例３］実施例１において製造条件を
表１の条件とした以外は同様の製造装置を用いてキャリ
アの加熱処理を行ったが、キャリアの凝集物が発生した
（キャリアＧ）。実用的に使用できないものであると判
断されたため、各種評価は行わなかった。

【表１】 物性評価 （１）トナー粒径 トナー平均粒径の測定は、コールターカウンタＴＡ−II
型（コールターカウンタ社製）を用い、１００μｍのア
パチャーチューブで粒径別相対重量分布を測定した。

【００３４】（２）キャリア粒径 キャリア粒径は、マイクロトラック モデル ７９９５−
１０ ＳＲＡ（日機装社製）を用い測定し、その平均粒
径を求めた。

【００３５】（３）帯電量（Ｑ／Ｍ）および飛散量 帯電量は表２に記載の組み合わせでトナー２ｇと前記キ
ャリア２８ｇとをポリエチレンビン（５０cc）に入れて
回転架台にのせ、１,２００ｒｐｍにて回転し、１０分
間撹拌後に測定した。

【００３６】トナーの飛散量測定は、デジタル粉塵計Ｐ
５Ｈ２型（柴田化学社製）で測定した。前記粉塵計とマ
グネットロールとを１０ｃｍ離れた所に設置し、このマ
グネットロールの上に現像剤２ｇセットした後、マグネ
ットを２,０００ｒｐｍで回転させた時に発塵するトナ
ー粒子を前記粉塵計が粉塵として読み取って、１分間の
カウント数（ｃｐｍ）で表示した。ここで得られた飛散
量が３００ｃｐｍ以下を〇、５００ｃｐｍ以下を△、５
００ｃｐｍより多い場合を×として３段階の評価を行っ
た。△ランク以上で実用上使用可能であるが〇が望まし
い。帯電量および飛散量の測定結果を表２に示す。

【００３７】（４）画像評価（画像上のかぶり） 表２に示す所定のトナーおよびキャリアをトナー／キャ
リア＝５／９５の割合で混合し、二成分系現像剤を調製
した。実施例１、２、比較例１のキャリアを用いた現像
剤については複写機ＥＰ−８６００（ミノルタカメラ社
製)を該フェライトキャリアに対して混合撹拌が良好に
なるよう現像装置を改良したものを用いた。また、実施
例３〜４および比較例２、３に対しては、複写機ＥＰ−
５７０Ｚ（ミノルタカメラ社製）の現像装置をフェライ
トキャリアに対して混合撹拌が良好になるように改良し
たものを用いた。これらを用いて初期の画出しを行っ
た。画像上のかぶりについては、白地画像上のトナーか
ぶりを評価し、ランク付けを行った。△ランク以上で実
用上使用可能であるが、○以上が望ましい。結果を表２
に示す。

【００３８】（５）耐湿テスト 各複写機を３５℃、相対湿度８５％の高湿度下に２４時
間放置した後、前記と同様の方法にて（i）帯電量、（i
i）飛散性および（iii）画像評価を行った。表中の記号
は前記と同じである。結果を表２に示す。

【００３９】（６）耐刷時 Ｂ／Ｗ比６％のチャートを用い１０万枚までの耐刷テス
トを行い帯電量の評価を行った。結果を表２に示す。

【００４０】

【表２】

【発明の効果】本発明キャリアでは樹脂層内に残留する
溶剤が被覆層の分解、キャリアの凝集を生ずることなく
完全に除去され、キャリア表面が均質化するとともに遊
離樹脂の微粉が除去される。このため、トナーの融着、
被覆層の剥離がなくなり、耐久性、耐スペント性に優れ
たキャリアが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いる瞬間加熱処理装置を示す概略図
である。

【符号の説明】

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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷上 行夫 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大 阪国際ビル ミノルタカメラ株式会社内 (56)参考文献 特公 昭44−3677（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 9/113

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャリア芯材および該キャリア芯材の表
   面を被覆する熱可塑性樹脂からなるコートキャリアを加
   圧エアーにより複数のノズルから、前記熱可塑性樹脂の
   ガラス転移温度＋１００℃以上で、ガラス転移温度＋５
   ００℃以下の熱気流の中央部にてコートキャリア同士が
   衝突するように噴射して熱気流中に分散し、この熱気流
   中にコートキャリアが存在する時間が２秒以下となるよ
   うに瞬間加熱処理して得られる電子写真用キャリア。
2. 【請求項２】 前記熱気流の温度が前記熱可塑性樹脂の
   ガラス転移温度＋１５０℃以上で、かつガラス転移温度
   ＋３５０℃以下である前記請求項１記載の電子写真キャ
   リア。
3. 【請求項３】 前記瞬間加熱処理されたコートキャリア
   を、直ちに前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度以下の温
   度に冷却して得られる請求項１記載の電子写真用キャリ
   ア。
4. 【請求項４】 前記熱気流中のコートキャリアの分散濃
   度が１０００ｇ／ｍ^３以下である前記請求項１記載の電
   子写真用キャリア。