JP3306535B2 - 静電荷像現像用キャリアおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は樹脂被覆された静電荷像
現像用キャリアおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に電子写真法に用いられる二成分系
現像剤は非磁性トナーと磁性キャリアとを混合して構成
され、前記キャリアはトナーとの摩擦により、トナーに
必要な磁性と適正な電荷を付与すると共に、トナーを静
電的に吸着して搬送する搬送担体としての機能を有す
る。

【０００３】前記キャリアとしては、その耐久性、摩擦
帯電性の向上を図る観点から磁性を有する芯材粒子の表
面に樹脂を被覆して成る樹脂被覆キャリアが重要視され
ている。

【０００４】前記樹脂被覆キャリアの被覆層を形成する
方法としては、被覆用樹脂を溶解若しくは分散含有する
液を芯材粒子に噴霧する方法、または前記液中に芯材粒
子を浸漬する方法等の湿式法があるが、該湿式法では製
造時間が長くかかり、しかも収率が悪く、かつ良質の被
覆層が得られにくい。

【０００５】そこで、例えば特開昭63-235965号公報に
は、静電像現像用キャリアをうるため、重量平均粒径20
〜200μmの樹脂粉分散樹脂粒子から成る芯材粒子表面
に、その1/10以下の粒径の樹脂微粒子を乾式コーティン
グ法により固着させて樹脂被覆層を形成する技術が提案
されている。

【０００６】乾式コーティングとは、樹脂微粒子と芯材
を混合して得られたものに機械的衝撃力を繰り返し加え
て芯材の表面に樹脂被膜を形成する方法をさす。尚、機
械的衝撃力を加える時に同時に加熱しても良い。

【０００７】また特開平3-269544号公報には、磁性芯材
粒子表面に、体積平均粒径0.5μm以下の一次微粒子の複
数が凝集して成る体積平均粒径1.5〜5.0μmの凝集体を
乾式コーティング法により固着せしめて樹脂被覆層を形
成する技術が提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記各号
公報では芯材粒子の粒径範囲および被覆用樹脂微粒子の
粒径範囲にのみ着目して樹脂被覆キャリアの形成が行な
われているため、乾式コーティング法により芯材粒子表
面に樹脂微粒子を固着させて被覆層を形成するとき、芯
材粒子同志の衝突による芯材粒子の破壊が発生する。

【０００９】前記芯材粒子同士の衝突による破壊は、と
りもなおさず微細なキャリア粒子の発生を招き、これを
像形成に使用したとき像形成体へのキャリア付着を生じ
て画質を悪化せしめる。このため前記芯材粒子の破壊は
乾式コーティング法による樹脂被覆キャリア製造上の問
題点の１つとなっている。

【００１０】この問題を解決するため、乾式コーティン
グ時の撹拌の周速を下げるなど、装置条件の緩和化が提
案されているが、これは製膜性を低下させたり、遊離し
たままの樹脂微粒子が残り、これがキャリア中に含まれ
て画像に悪影響を与えるという問題があり、未だ有効な
解決策が見い出されていないのが現状である。

【００１１】本発明者等は鋭意検討の結果、乾式コーテ
ィング法により樹脂被覆キャリアを形成する際、芯材粒
子と、その表面に被覆層を形成するための樹脂微粒子と
の両方の粒径範囲および粒径分布を規定し、規定された
適正な粒径範囲およびシャープな粒径分布を有する前記
芯材粒子および樹脂微粒子を用いてキャリアを形成する
ことにより前記の問題を解決しうることを見出し、本発
明を完成したのである。

【００１２】本発明は前記実情に基づいて提案されたも
のであり、その目的とするところは、乾式コーティング
法により磁性芯材粒子に該粒子の破壊を伴なうことな
く、樹脂微粒子を均一かつ強固に固着させて樹脂被覆層
を形成し、それによって像形成時像形成体へのキャリア
付着や白ポチ等の発生がなく、高画質の画像が長期に亘
り安定して得られる静電荷像現像用キャリアおよびその
製造方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記の目的は、芯材粒子
表面に乾式コーティング法により樹脂被覆層を形成し成
る静電荷像現像用キャリアにおいて、体積平均粒径Ｄ₅₀
が40〜80μmの範囲にあり、Ｄ₅₀×1.20μm以上の粒子が
５重量％以下で、Ｄ₅₀×0.7μm以下の粒子が５重量％以
下である芯材粒子に、体積平均粒径Ｄ₅₀が0.5〜20μmの
範囲にあり、体積25％粒径Ｄ₂₅のＤ₅₀に対する比Ｄ₂₅／
Ｄ₅₀が0.5〜1.0であり、体積75％粒径Ｄ₇₅のＤ₅₀に対す
る比Ｄ₇₅／Ｄ₅₀が1.0〜1.8である樹脂微粒子凝集体を被
覆して成ることを特徴とする静電荷像現像用キャリアに
より達成される。

【００１４】また前記の目的は、芯材粒子表面に乾式コ
ーティング法により樹脂被覆層を形成して成る静電荷像
現像用キャリアの製造方法において、前記乾式コーティ
ング法が前記芯材粒子と前記樹脂微粒子凝集体を混合す
る工程、前記芯材粒子表面に前記樹脂被覆層を成膜する
工程および、成膜後冷却する工程を有することを特徴と
する静電荷像現像用キャリアの製造方法により達成され
る。

【００１５】さらに前記の目的は、前記混合工程におけ
る撹拌羽根の周速をＶ１、前記成膜工程の撹拌羽根の周
速をＶ２、および前記成膜後の冷却工程の撹拌羽根の周
速をＶ３とすると、以下の関係を満たす静電荷像現像用
キャリアの製造方法により達成される。

【００１６】Ｖ１≦８ｍ／ｓ、Ｖ１≦Ｖ２≧Ｖ３ 本発明に用いられる芯材粒子としては、例えば鉄、マグ
ネタイト、フェライト等が用いられるが、適切な磁化、
比重を有する点でフェライトが特に好ましい。

【００１７】ここで言うフェライトはMO・Fe₂O₃（Ｍは
銅、亜鉛、鉄、ニッケル、コバルト、マグネシウム、マ
ンガンなどの２価の金属）の化学式で表わすことができ
る。この化合物は比較的比重が小さいことから、乾式コ
ーティング時に芯材粒子間に作用する衝撃エネルギーを
小さくできるという点で好ましい。

【００１８】その内でも、特に比重が2.0〜6.0の範囲の
ものが好ましい。

【００１９】本発明では前記芯材粒子の図１に示される
体積平均粒径Ｄ₅₀を40〜80μmの範囲とし、Ｄ₅₀×1.20
μm以上の粒子を５重量％以下とし、Ｄ₅₀×0.7μm以下
の粒子を５重量％以下とすることを必須の要件としてい
る。

【００２０】ここで芯材粒子のＤ₅₀が40μm未満の場合
は、像形成時像形成体上にキャリア付着を生じ易く、ま
た像形成体を損傷して画像不良を引き起こす。また80μ
mを越えるとキャリアの比表面積が小となり、トナーに
十分な摩擦帯電を付与できなくなり、かつ地かぶりなど
の画像不良を生ずる。

【００２１】さらに芯材粒子のＤ₅₀×1.20μm以上の大
きい側の粒子が５重量％を越え、かつＤ₅₀×0.7μm以下
の小さい側の粒子が５重量％を越える場合、即ち芯材粒
子がブロードな粒径分布を有する場合は、コーティング
加工時粒子同士の衝撃力により芯材粒子の破壊が発生し
易くなり、像形成時キャリア飛散やキャリア付着を発生
するようになる。

【００２２】ところでキャリアの製造に供される芯材粒
子を所望の粒径範囲および粒径分布とするには、公知の
風力分級機の風力の調節または円篩い機のメッシュを選
択により遂行される。

【００２３】次に前記芯材粒子表面に樹脂被覆層を形成
するための樹脂微粒子凝集体としては、公知の重合法、
例えば懸濁重合法、乳化重合法、塊状重合法、ブロック
重合法等により得られ、通常0.5μm以下の微細な一次粒
子の凝集体として得られる。

【００２４】前記樹脂粒子に用いられる樹脂としては、
例えばスチレン樹脂、アクリル樹脂、スチレン-アクリ
ル系共重合体樹脂、ビニル系樹脂、エチレン系樹脂、ポ
リアミド樹脂、ポリエステル樹脂など任意の樹脂が用い
られる。

【００２５】本発明では前記樹脂微粒子凝集体に関して
図２（イ）または（ロ）で示す体積平均粒径Ｄ₅₀を0.5
〜20μmの範囲とし、かつ体積25％粒径Ｄ₂₅のＤ₅₀に対
する比Ｄ₂₅／Ｄ₅₀を0.5〜1.0とし、体積75％粒径Ｄ₇₅の
Ｄ₅₀に対する比Ｄ₇₅／Ｄ₅₀を1.0〜1.8とすることを必須
の要件としている。

【００２６】ここで前記樹脂微粒子凝集体のＤ₅₀が0.5
μm未満の場合は、乾式コーティング時飛散して装置内
壁に付着してロスが多くなり、かつ遊離の粒子が残留し
て白ポチが発生し易くなり、また均一な被覆層が得られ
なくなる。またＤ₅₀が20μmを越えた場合も同様均一な
被覆層が得られず、かつ遊離の粒子が残り白ポチ等の原
因となる。

【００２７】なお本発明において芯材粒子により均一な
被覆層を形成するための好ましい前記樹脂微粒子凝集体
のＤ₅₀としては、1.0〜10μmの範囲とされる。

【００２８】前記樹脂微粒子のＤ₂₅／Ｄ₅₀が0.5未満の
場合は微粒側に尾を引いた粒子群が磁性粒子上への樹脂
微粒子の均質な配列を乱し、その結果磁性粒子同士の衝
突による破壊が増大する。またＤ₇₅／Ｄ₅₀が1.8を越え
ると粗粉側に尾を引いた粒子群が、樹脂微粒子の磁性粒
子上への均質な配列を乱し、その結果磁性粒子の破壊が
増大する。またそれと共に粗大粒子が多くなり被覆層が
形成されにくく、遊離の樹脂微粒子が多くなる。

【００２９】なお、図１は芯材粒子の体積粒径分布を、
図２（Ａ）は樹脂微粒子の体積粒径分布を、図２（Ｂ）
は体積累積粒径分布を表わす。各図共に横軸は粒径μm
を表わし、縦軸は芯材粒子の体積粒径頻度、樹脂微粒子
の体積粒径頻度および体積累積粒径頻度をそれぞれ表わ
す。

【００３０】図中Ｄ₅₀はその粒径の小径側の粒子の体積
と、大径側の粒子の体積とが等しくなるように設定され
た粒径を表わし、Ｄ₂₅はその粒径より小径側の粒子の体
積が粒子全体の体積の25％となるよう設定された粒径を
表わし、Ｄ₇₅はその粒径より小径側の粒子の体積が粒子
全体の体積の75％となるよう設定された粒径を表わす。

【００３１】また、樹脂微粒子の凝集体の体積平均粒径
を制御するには、公知の粉砕機を用いることができる。
好ましくは、ジェットミル、ターボミルなどの気流を利
用した粉砕機が良好な結果を与える。

【００３２】また、樹脂微粒子の凝集体の粒度分布の制
御には、ミクロプレックス、ターボクラシファイアなど
の公知の風力分級機を用いることができる。

【００３３】なお、磁性粒子系と樹脂微粒子の凝集体系
は、レーザー回析式粒度分布測定装置「ＨＥＬＯＳ」
（日本電子(株)製）により求めることができる。

【００３４】磁性粒子を測定する場合は、前処理を必要
としない。

【００３５】尚、詳しい測定条件は以下のとおりであ
る。

【００３６】Sonication Time ：120sec Pause ： 10sec Measure Time ： 15sec Measure Method ： Suspencion Cell Dispersant ： Water また、Focal lengthは、測定する粒径範囲によって以下
のように変える。

【００３７】 また、樹脂微粒子を測定する場合、前処理として以下の
操作を行う。

【００３８】界面活性剤を適量加えた蒸留水50ccに樹脂
微粒子0.05ｇを混合し、超音波分散装置「ホモジナイザ
ー」にて30秒間超音波分散を行ない、前処理とされる。

【００３９】本発明で用いられる乾式コーティング法
は、従来多く用いられている湿式法に比して、(1)溶剤
を使用しないこと、(2)溶剤を使用しないため通風など
の操作が不要で、かつ密閉系で加工できること、(3)短
い時間で加工ができること、および(4)被覆層の芯材粒
子への固着性、被覆層の膜特性が優れているなど多くの
利点を有する。

【００４０】前記乾式コーティング法としては、例えば
ローターとライナーを有するハイブリタイザー（奈良機
械社製）等が用いられるが、好ましくは図３に示す高速
撹拌混合機が用いられる。

【００４１】図中11は本体上蓋で、該上蓋11には原料投
入口12、投入弁13、フィルター14、点検口15が設けられ
ている。

【００４２】原料投入口12より所定量の芯材粒子および
樹脂微粒子凝集体が投入され、投入された前記原料は、
モーター22により駆動される水平方向回転体18により撹
拌される。該回転体18はその中心部18ｄに対して互いに
120°の角度間隔で配置された撹拌羽根18ａ，18ｂ，18
ｃが結合されていて、これらの羽根は底部10ａの面に対
して35°の角度で傾けて取付けられている。このため前
記撹拌羽根18ａ，18ｂ，18ｃを高速回転させると、前記
原料は上方へ掻き上げられ、本体容器10の上部内壁に衝
突して落下するが、途中垂直方向回転体19に衝突し、原
料の撹拌が行なわれる。

【００４３】前記高速撹拌混合機を用いて被覆層を形成
する場合、芯材同士の衝突による破壊をより防止し、か
つ均一で固着性に優れた被覆層を形成するため、次の
（イ）、（ロ）、（ハ）の各工程が必要とされ、各工程
の処理条件を以下のようにするのが好ましい。

【００４４】（イ）混合工程：ジャケット17に10℃〜15
℃の冷却水を通して撹拌羽根18ａ，18ｂ，18ｃを８ｍ／
sec以下の周速で回転させ、容器10内の温度を樹脂微粒
子凝集体のＴｇ以下、通常は50℃以下とし、投入された
原料を10〜20分間撹拌混合する。

【００４５】（ロ）成膜工程：（イ）の混合工程と同じ
か、またはそれ以上の周速で前記撹拌羽根を回転し、ジ
ャケット17に温水を通して、樹脂微粒子凝集体のＴｇ以
上の温度に昇温し撹拌混合する。

【００４６】（ハ）成膜後工程：ジャケット17に10〜15
℃の冷水を通して冷却する。その間前記撹拌羽根の周速
を成膜工程の場合の周速またはそれ以下にして撹拌冷却
し、樹脂微粒子凝集体のＴｇ以下、通常は70℃以下にな
ったら、得られた製品キャリアを排出弁21を開き取出し
口20から排出する。

【００４７】前記乾式コーティング法において、芯材粒
子に被覆される樹脂微粒子の量は、芯材粒子単位重量当
り、0.1〜５重量％とされ、0.1重量％未満では膜が弱く
現像中摩耗して被覆層の効果が失われ、５重量％を越え
るとキャリアの磁力が不足し、かつ膜付きが弱くなる。

【００４８】

【作用】本発明の静電荷像現像用キャリアは、微細な一
次粒子の凝集体から成る粒径分布がシャープな樹脂微粒
子を、乾燥コーティング法により、同じくシャープな粒
径分布を有する芯材粒子に被覆して形成され、その結果
芯材粒子に樹脂微粒子が均一にかつ強固に被覆される。
また特に芯材粒子同士の衝突による該粒子の破壊が回避
され、かつ加工後の遊離の樹脂微粒子の残留がなく、粒
径の揃った良質のキャリアが得られる。

【００４９】その理由としては、芯材粒子が適切な粒径
範囲とシャープな粒径分布を有していて粒子が揃ってい
るため粒子同士の衝突の際の衝撃力が小さく、破壊が回
避され、かつ樹脂微粒子が均一かつ、強固に付着し易い
ものと推察される。さらにまた樹脂微粒子が適切な粒径
の凝集体から成り、かつ粒径分布がシャープで粒子が揃
っているため前記芯材粒子に速かに、かつ均一に付着し
て、芯材粒子同士の衝突の衝撃力をより一層緩和するも
のと推察される。即ち芯材粒子と樹脂微粒子の両方の前
記特性の相剰作用により、均一で膜剥がれのない良質の
キャリアが得られるものと推察される。

【００５０】その結果前記キャリアを像形成に用いたと
き、像形成体上へのキャリア付着、樹脂粉付着による白
ポチ発生や像形成の損傷等がなくベタ黒部が均一な良質
の画像を安定して提供することが可能となる。

【００５１】

【実施例】以下本発明を実施例により具体的に説明する
が本発明の実施の態様がこれにより限定されるものでは
ない。

【００５２】〈芯材粒子〉 CuO，ZnO，Fe₂O₃フェライトから成る芯材原料を円篩機
（ダルトン社製）で篩分けを行ないメッシュにより粒度
を選択して表１に示す実施例用の芯材粒子１〜４と、比
較例用の芯材粒子５，６の６種類の芯材粒子を得た。

【００５３】

【表１】

【００５４】〈樹脂微粒子の作成〉 Ｔｇが110℃のメタクリル酸エステル系樹脂微粒子を乳
化重合法により合成し、得られた粒子を風力分級機「ミ
クロプレックス」（ホソカワ社製）により分級して表２
に示す実施例用の樹脂微粒子１〜４、比較例用の樹脂微
粒子５，６を得た。

【００５５】

【表２】

【００５６】〈樹脂被覆キャリアの作成〉 表１及び表２の各芯材粒子および樹脂微粒子凝集体のう
ち各１種ずつを表３の如く選択して図３の高速撹拌混合
機により表３及び表４の加工条件で乾式コーティングし
て表３及び表４に示す実施例用の樹脂被覆キャリア１〜
７および比較例用の樹脂被覆キャリア８〜10の10種類の
キャリアを得た。

【００５７】

【表３】

【００５８】

【表４】

【００５９】〈現像剤の作成〉別にポリエステル100重
量部に対してカーボンブラック８重量部、ワックス２重
量部を混合、混練、粉砕、分級して平均粒径８μmのト
ナー粒子を得た。このトナー粒子を72ｇづつに10分割
し、前記10種類のキャリア1728ｇずつとそれぞれＶ型混
合機により混合して10種類の現像剤を作成し、前記キャ
リア１〜10に対応する現像剤１〜10を得た。

【００６０】〈像形成テスト〉 （実施例１）コニカ社製電子複写機「Ｕ−Ｂｉｘ 517
0」を用い原稿台にＡ３判白紙チャートを載置し、現像
器には現像剤１を充填し、かつ350Ｖのバイアス印加下
に帯電-露光-現像（転写は除く）の工程を連続3000回繰
り返して感光体上へのキャリア付着量を測定し、その結
果を表５に示した。この時の白紙電位は100Ｖに設定し
た。次いで原稿台にＡ３ベタ黒チャートを載置し、適正
絞りで帯電-露光-現像-転写の工程をへて初期転写画像
を得、Ａ３当りの白ポチ発生個数を測定し、その結果を
表５に示した。

【００６１】（実施例２〜７）次いで現像剤２〜７を現
像器に順次充填し、実施例１と同様に像形成テストを行
ない、キャリア付着量及び白ポチの発生個数を測定し、
その結果を表５に示した。

【００６２】（比較例１〜３）次いで現像剤８〜10を現
像機に順次充填して、実施例と同様の像形成テストを行
ない、キャリア付着量及び白ポチ発生個数を測定し、そ
の結果を表５に示した。また白ポチとしては観察されな
いが、遊離樹脂粉の影響でベタ黒部に濃度の不均一さが
目立つ場合があるので、その度合を目視で評価し、その
結果を表５に示した。

【００６３】なお前記キャリア付着量の測定では、現像
後クリーニングブレードにより感光体ドラム付着物を回
収し、マグネットを利用してキャリアのみを取出し、化
学天秤によりそのmg数を測定した。

【００６４】

【表５】

【００６５】表５より本発明のキャリアを含む現像剤を
用いた場合は、キャリア付着及び白ポチの発生共に少な
いばかりでなくベタ黒の均一性が良好であるが、比較例
ではキャリア付着、白ポチ等の発生が多く、又、画質上
実用性を有していないことが理解される。

【００６６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の静電荷像現像用キャリアによれば、乾式コーティング
法による芯材粒子及び樹脂微粒子凝集体が共に適性な粒
径範囲を有し、かつシャープな粒径分布を有しているこ
とから、多数回使用時のキャリア付着及び白ポチ等の画
像欠陥の発生がなく高耐久性であり、高画質の画像が安
定して得られる等の効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】芯材粒子の体積粒径分布を表わす特性図。

【図２】樹脂微粒子凝集体の体積基準粒径分布を表す特
性図および体積基準累積粒径分布を表わす特性図。

【図３】樹脂被覆キャリア製造用の高速撹拌混合機の断
面図。

【符号の説明】

10 本体容器 11 本体上蓋 12 原料投入口 16 温度計 17 ジャケット 18ａ，18ｂ，18ｃ 撹拌羽根 18 水平方向回転体 19 垂直方向回転体

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−170661（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−84143（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−269545（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−269544（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−170662（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−271753（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−198947（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−245159（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−256072（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−266167（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】 芯材粒子表面に乾式コーティング法によ
   り樹脂被覆層を形成して成る静電荷像現像用キャリアに
   おいて、体積平均粒径Ｄ₅₀が40〜80μmの範囲にあり、
   Ｄ₅₀ ×1.20μm以上の粒子が５重量％以下で、Ｄ₅₀ ×0.7
   μm以下の粒子が５重量％以下である芯材粒子に、体積
   平均粒径Ｄ₅₀が0.5〜20μmの範囲にあり、体積25％粒径
   Ｄ₂₅のＤ₅₀に対する比Ｄ₂₅／Ｄ₅₀が0.5〜1.0であり、体
   積75％粒径Ｄ₇₅のＤ₅₀に対する比Ｄ₇₅／Ｄ₅₀が1.0〜1.8
   である樹脂微粒子凝集体を被覆して成ることを特徴とす
   る静電荷像現像用キャリア。
2. 【請求項２】 芯材粒子表面に乾式コーティング法によ
   り樹脂被覆層を形成して成る静電荷像現像用キャリアの
   製造方法において、前記乾式コーティング法が前記芯材
   粒子と前記樹脂微粒子凝集体を混合する工程、前記芯材
   粒子表面に前記樹脂被覆層を成膜する工程および、成膜
   後冷却する工程を有することを特徴とする請求項１に記
   載の静電荷像現像用キャリアの製造方法。
3. 【請求項３】 前記混合工程における撹拌羽根の周速を
   Ｖ１、前記成膜工程の撹拌羽根の周速をＶ２、および前
   記成膜後の冷却工程の撹拌羽根の周速をＶ３とすると、
   以下の関係を満たすことを特徴とする請求項２記載の静
   電荷像現像用キャリアの製造方法。 Ｖ１≦８ｍ／ｓ、Ｖ１≦Ｖ２≧Ｖ３