JP4700677B2

JP4700677B2 - 電子写真用キャリア

Info

Publication number: JP4700677B2
Application number: JP2007322731A
Authority: JP
Inventors: 政友林; 尚之高橋
Original assignee: Kanto Denka Kyogyo Co.,Ltd.
Current assignee: Kanto Denka Kyogyo Co.,Ltd.
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2019-11-29
Also published as: JP2008107841A

Description

本発明は、二成分系現像剤における電子写真用キャリアに関する。

電子写真法は、光導電現象を利用し、感光体面に静電潜像を形成し、これを現像剤で現像化し、転写用紙等に定着せしめるものである。従来より、静電潜像を可視化するためには、カスケード法や磁気ブラシ法等で知られるように、キャリアとトナーを混合した二成分系現像剤が使用されている。

二成分系現像剤のキャリアとして、特公昭６２−３７７８３号公報（特許文献１）に記載されているように、Ｃｕ、Ｃｏ、ＣｕとＺｎとの組み合わせ、または、ＣｏとＣｕ、Ｚｎ及びＭｇの１〜３種との組み合わせによる磁性キャリア粒子、及び特公平５−５９４２３号公報（特許文献２）に記載されているように、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３からなる電子写真用フェライトキャリアがある。

しかし、近年、環境面の問題から、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｚｎ等を含まないキャリアの使用が検討されている。例えば、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｚｎ等を含まないキャリアとして、特公平２−６０１８６号公報（特許文献３）に記載されている、球状マグネタイト粒子よりなる電子写真用キャリアがある。

しかし、球状マグネタイト粒子よりなる電子写真用キャリアは、実質的に飽和磁化のコントロールが不可能で、飽和磁化が高い。このため、キャリア付着に対しては有利であるが、現像トルクが高いため、現像剤の劣化が早く、耐久性に問題があった。
特公昭６２−３７７８３号公報特公平５−５９４２３号公報特公平２−６０１８６号公報

本発明の目的は、上記キャリアの問題点を解消し、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｐｂ等の重金属を含まない成分で構成された、環境に優しく、キャリア付着が無く、耐久性に優れた電子写真用キャリアを提供することにある。

本発明は、下記の構成よりなるキャリアであることを特徴とする。
構成成分が鉄・酸素・マグネシウムで、該マグネシウムを０．５〜１０重量％含有するコア材が樹脂被覆されている電子写真用キャリアであって、保磁力が４（ｋＡ／ｍ）以下であり、飽和磁化をσｓ（Ａｍ^２／ｋｇ）、体積基準粒度分布１％粒径をｘ１（μｍ）、体積基準粒度分布５０％粒径をｘ５０（μｍ）としたとき、σｓ、ｘ１、ｘ５０が下記式（１）〜（４）を満足することを特徴とする電子写真用キャリア。

（１／σｓ）×７５０ ≦ ｘ１（１）
ｘ５０×０．３５≦ｘ１（２）
５５ ≦ σｓ ≦ ８５（３）
１４ ≦ ｘ１ ≦ ５９（４）
本発明者等は、上記目的を達成するべく鋭意検討した結果、鉄・酸素以外の主構成成分として、環境に優しい成分は、マグネシウムであることを見出した。

本発明のコア材の構成として、最も基本的なものは、鉄・酸素・マグネシウムである。その他の成分の含有量は、合計で２重量％以下であることが望ましい。

マグネシウムの含有量は、０．５〜１０重量％であることが必要で、特に０．８〜８重量％の範囲であることが望ましい。飽和磁化は、５５〜８５（Ａｍ^２／ｋｇ）であることが必要で、特に５８〜８３（Ａｍ^２／ｋｇ）の範囲であることが望ましい。マグネシウムの含有量が少なくて、飽和磁化が高いと、現像トルクが高くなり耐久性に劣る。また、マグネシウムの含有量が多くて、飽和磁化が低いと、キャリア付着が発生する。

マグネシウムの含有量を多くすると飽和磁化は低下し、焼成温度を高くすると飽和磁化は高くなる。このため、焼成温度を調整することにより、マグネシウムの含有量が０．５重量％未満でも、飽和磁化が８５（Ａｍ^２／ｋｇ）以下の粒子を得ることができるが、粒子の空隙量が増大し、キャリアとしては好ましくない。また、マグネシウムの含有量が、１０重量％を超えても、飽和磁化が５５（Ａｍ^２／ｋｇ）以上のキャリアを得ることができるが、焼成温度が高くなり、経済性に問題が生じる。

また、焼成の雰囲気を調整することにより、飽和磁化は調整できる。通常、焼成は窒素雰囲気で行うが、窒素、酸素共存下で焼成することにより、飽和磁化は低くなる。しかし、残留磁化及び保磁力が高くなる欠点がある。このため、酸素分圧を調整し、残留磁化及び保磁力を調整する必要がある。

残留磁化は３（Ａｍ^２／ｋｇ）以下にすることが必要で、特に２（Ａｍ^２／ｋｇ）以下にすることが望ましい。また、保磁力は４（ｋＡ／ｍ）以下にすることが必要で、特に３（ｋＡ／ｍ）以下にすることが望ましい。残留磁化及び保磁力が高くなると、現像剤の流動性が悪化し、耐久性が悪化する。また、前記のキャリアは、通常樹脂被覆されている。

本発明によれば、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｏ等の重金属による環境汚染を防ぎ、キャリア付着がなく、耐久性に優れた電子写真用キャリアを得ることができる。

本発明で、使用される被覆樹脂としては、例えば、シリコーン系樹脂（シリコーン樹脂及びその誘導体）、フッ素系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、メタアクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエーテル系樹脂、フェノール系樹脂等が挙げられる。これらは、単独或いは組み合わせて使用することができ、また、共重合体として使用することもでき、その使用に特に制限はない。

上記樹脂の被覆量は、樹脂の種類、キャリアに要求される帯電特性及び電気抵抗特性によって異なるが、キャリアの重量に対して、０．０５〜５．０重量％の範囲が望ましい。

次に、飽和磁化をσｓ（Ａｍ^２／ｋｇ）とし、体積基準粒度分布１％粒径をｘ１（μｍ）としたとき、σｓとｘ１が、（１／σｓ）×７５０≦ｘ１、特に（１／σｓ）×１０００≦ｘ１を満足することが望ましい。さらに好ましくは、体積基準粒度分布５０％粒径をｘ５０（μｍ）としたとき、ｘ５０×０．３５≦ｘ１を満足することが望ましい。この場合、キャリア付着が防止できる。

本発明での飽和磁化、残留磁化、保磁力の測定は、東英工業（株）製の振動型磁力計ＶＳＭＰ−１Ｓ型を用いる。サンプルは測定用カプセル（０．０５６５ｃｃ）に充填し、磁場１．１（ＭＡ／ｍ）で測定する。また、本発明での体積基準粒度分布の測定は、ＳＹＭＰＡＴＥＣ社製のレーザー回折式粒度分布測定装置を用いる。体積基準粒度分布１％粒径、及び体積基準粒度分布５０％粒径は、得られた体積基準粒度分布を、粒径の小さい方から積算して算出する。

本発明のキャリアは、トナーと混合して、二成分現像剤として用いられる。トナーは、結着樹脂中に着色剤等を分散させたもので、結着樹脂としては、ポリスチレン系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂等が挙げられる。

以下、本発明を実施例により説明する。尚、本発明は、以下の実施例に限られるものではない。

実施例１
ヘマタイトに、酸化マグネシウムをマグネシウム含有量５．０重量％になるよう配合し、次に、バインダー（ポリビニルアルコール）１．５重量％及び分散剤０．５重量％を添加し、スラリー濃度５０重量％になるよう水を加えた。これを、三井鉱山（株）製のアトライターで１時間湿式粉砕混合し、スラリーを作成した。

該スラリーをスプレードライヤーで造粒乾燥し、次に電気炉で、窒素雰囲気下、１４６０℃で５時間焼成し、振動フルイで分級を行ない、芯材キャリアを得た。得られた芯材キャリア１０００重量部に対し、メチル系シリコーン樹脂（東レダウコーニング（株）製のＳＲ２４１０）７５重量部をトルエンで希釈して被覆樹脂溶液を調製し、この樹脂溶液を流動コーティング装置を用いて、上記芯材キャリアにスプレーコートした。その後、流動層にて、２５０℃で６０分間の熱処理を行い、本発明のキャリアを得た。得られたキャリアのマグネシウム含有量は５．０重量％、飽和磁化は５７（Ａｍ^２／ｋｇ）、残留磁化は１（Ａｍ^２／ｋｇ）、保磁力は１（ｋＡ／ｍ）、体積基準粒度分布１％粒径は５５（μｍ）、体積基準粒度分布５０％粒径は１２５（μｍ）であった。

このようにして得られた樹脂被覆キャリア１０００重量部に対して、市販のトナー５５重量部を５リットルのＶ型ブレンダーで３０分間混合して二成分現像剤を得た。この現像剤を用い、市販の複写機で連続実写テストを行った。その結果、２０万枚後においても初期の画質と大差なく、キャリア付着もなく、カブリも少なく、画像濃度の高い画像が得られた。

実施例２
ヘマタイトに、酸化マグネシウムをマグネシウム含有量１．０重量％になるよう配合し、分級条件以外は実施例１と同様な方法で芯材キャリアを得、実施例１と同様な方法で、樹脂被覆キャリアを得た。得られたキャリアのマグネシウム含有量は１．０重量％、飽和磁化は８４（Ａｍ^２／ｋｇ）、残留磁化は１（Ａｍ^２／ｋｇ）、保磁力は１（ｋＡ／ｍ）、体積基準粒度分布１％粒径は５９（μｍ）、体積基準粒度分布５０％粒径は１４０（μｍ）であった。実施例１と同様な方法で、二成分現像剤を得、連続実写テストを行った。その結果、２０万枚後においても初期の画質と大差なく、キャリア付着もなく、カブリも少なく、画像濃度の高い画像が得られた。

実施例３
マグネタイトに、酸化マグネシウムをマグネシウム含有量４．６重量％になるよう配合し、実施例１と分級条件以外は同様な方法で芯材キャリアを得、実施例１と同様な方法で、樹脂被覆キャリアを得た。得られたキャリアのマグネシウム含有量は４．６重量％、飽和磁化は５８（Ａｍ^２／ｋｇ）、残留磁化は１（Ａｍ^２／ｋｇ）、保磁力は１（ｋＡ／ｍ）、体積基準粒度分布１％粒径は２０（μｍ）、体積基準粒度分布５０％粒径は５３（μｍ）であった。実施例１と同様な方法で、二成分現像剤を得、連続実写テストを行った。その結果、２０万枚後においても初期の画質と大差なく、キャリア付着もなく、カブリも少なく、画像濃度の高い画像が得られた。

実施例４
マグネタイトに、酸化マグネシウムをマグネシウム含有量１．３重量％になるよう配合し、実施例１と分級条件以外は同様な方法で芯材キャリアを得、実施例１と同様な方法で、樹脂被覆キャリアを得た。得られたキャリアのマグネシウム含有量は１．３重量％、飽和磁化は８２（Ａｍ^２／ｋｇ）、残留磁化は１（Ａｍ^２／ｋｇ）、保磁力は１（ｋＡ／ｍ）、体積基準粒度分布１％粒径は１４（μｍ）、体積基準粒度分布５０％粒径は３５（μｍ）であった。実施例１と同様な方法で、二成分現像剤を得、連続実写テストを行った。その結果、２０万枚後においても初期の画質と大差なく、キャリア付着もなく、カブリも少なく、画像濃度の高い画像が得られた。

実施例５
マグネタイトに、酸化マグネシウムをマグネシウム含有量２．５重量％になるよう配合し、実施例１と分級条件以外は同様な方法で芯材キャリアを得、実施例１と同様な方法で、樹脂被覆キャリアを得た。得られたキャリアのマグネシウム含有量は２．５重量％、飽和磁化は７４（Ａｍ^２／ｋｇ）、残留磁化は１（Ａｍ^２／ｋｇ）、保磁力は１（ｋＡ／ｍ）、体積基準粒度分布１％粒径は２２（μｍ）、体積基準粒度分布５０％粒径は５０（μｍ）であった。実施例１と同様な方法で、二成分現像剤を得、連続実写テストを行った。その結果、２０万枚後においても初期の画質と大差なく、キャリア付着もなく、カブリも少なく、画像濃度の高い画像が得られた。

実施例６
マグネタイトに、酸化マグネシウムをマグネシウム含有量２．０重量％になるよう配合し、実施例１と同様な方法でスラリーを得た。スラリーをスプレードライヤーで造粒乾燥し、次に、電気炉で、窒素＋酸素雰囲気下、１４６０℃で焼成し、振動フルイで分級を行い、芯材キャリアを得、実施例１と同様な方法で、樹脂被覆キャリアを得た。得られたキャリアのマグネシウム含有量は２．０重量％、飽和磁化は７５（Ａｍ^２／ｋｇ）、残留磁化は２（Ａｍ^２／ｋｇ）、保磁力は２（ｋＡ／ｍ）、体積基準粒度分布１％粒径は５２（μｍ）、体積基準粒度分布５０％粒径は１１５（μｍ）であった。実施例１と同様な方法で、二成分現像剤を得、連続実写テストを行った。その結果、２０万枚後においても初期の画質と大差なく、キャリア付着もなく、カブリも少なく、画像濃度の高い画像が得られた。

実施例７
マグネタイトに、酸化マグネシウムをマグネシウム含有量２．５重量％になるよう配合し、実施例６と分級条件以外は同様な方法で芯材キャリアを得、実施例１と同様な方法で、樹脂被覆キャリアを得た。得られたキャリアのマグネシウム含有量は２．５重量％、飽和磁化は７２（Ａｍ^２／ｋｇ）、残留磁化は２（Ａｍ^２／ｋｇ）、保磁力は２（ｋＡ／ｍ）、体積基準粒度分布１％粒径は１９（μｍ）、体積基準粒度分布５０％粒径は４０（μｍ）であった。実施例１と同様な方法で、二成分現像剤を得、連続実写テストを行った。その結果、２０万枚後においても初期の画質と大差なく、キャリア付着もなく、カブリも少なく、画像濃度の高い画像が得られた。

比較例１
ヘマタイトに、酸化マグネシウムをマグネシウム含有量１０．５重量％になるよう配合し、実施例１と分級条件以外は同様な方法で芯材キャリアを得、実施例１と同様な方法で、樹脂被覆キャリアを得た。得られたキャリアのマグネシウム含有量は１０．５重量％、飽和磁化は５２（Ａｍ^２／ｋｇ）、残留磁化は１（Ａｍ^２／ｋｇ）、保磁力は１（ｋＡ／ｍ）、体積基準粒度分布１％粒径は２２（μｍ）、体積基準粒度分布５０％粒径は５０（μｍ）であった。実施例１と同様な方法で、二成分現像剤を得、連続実写テストを行った。その結果、初期からキャリア付着が発生した。

比較例２
芯材キャリアにマグネタイト（ヘガネス社製）を使用した以外は、実施例１と同様な方法で、樹脂被覆キャリアを得た。得られたキャリアのマグネシウム含有量は０重量％、飽和磁化は９０（Ａｍ^２／ｋｇ）、残留磁化は２（Ａｍ^２／ｋｇ）、保磁力は２（ｋＡ／ｍ）、体積基準粒度分布１％粒径は５２（μｍ）、体積基準粒度分布５０％粒径は１１５（μｍ）であった。実施例１と同様な方法で、二成分現像剤を得、連続実写テストを行った。その結果、１０万枚後において、カブリが発生した。

比較例３
マグネタイトに酸化マグネシウムをマグネシウム含有量２．５重量％になるよう配合し、実施例１と同様な方法でスラリーを得た。スラリーをスプレードライヤーで、造粒乾燥し、次に電気炉で、窒素＋酸素雰囲気下、１４６０℃で、焼成し、振動フルイで、分級を行い、芯材キャリアを得た。芯材キャリアを得、実施例１と同様な方法で、樹脂被覆キャリアを得た。得られたキャリアのマグネシウム含有量は２．５重量％、飽和磁化は６８（Ａｍ^２／ｋｇ）、残留磁化は４（Ａｍ^２／ｋｇ）、保磁力は５（ｋＡ／ｍ）、体積基準粒度分布１％粒径は１９（μｍ）、体積基準粒度分布５０％粒径は４０（μｍ）であった。実施例１と同様な方法で、二成分現像剤を得、連続実写テストを行った。その結果、キャリア付着は発生しなかったが、１５万枚後において、カブリが発生した。

比較例４
ヘマタイトに、酸化マグネシウムをマグネシウム含有量２．５重量％になるよう配合し、実施例１と分級条件以外は同様な方法で芯材キャリアを得、実施例１と同様な方法で、樹脂被覆キャリアを得た。得られたキャリアのマグネシウム含有量は２．５重量％、飽和磁化は７５（Ａｍ^２／ｋｇ）、残留磁化は１（Ａｍ^２／ｋｇ）、保磁力は１（ｋＡ／ｍ）、体積基準粒度分布１％粒径は９（μｍ）、体積基準粒度分布５０％粒径は３５（μｍ）であった。実施例１と同様な方法で、二成分現像剤を得、連続実写テストを行った。その結果、初期からキャリア付着が発生した。

以上の実施例と比較例をまとめた結果を表１に示す。また、図１の本発明のマグネシウム含有量と飽和磁化の関係を示す図に、実施例と比較例の結果を記入し、図２の本発明の飽和磁化とｘ１の関係を示す図に、実施例と比較例の結果を記入した。図１の太線で囲まれた部分と、図２の太線の内側の部分を合わせた範囲が、本発明の範囲である。

本発明のマグネシウム含有量と飽和磁化の関係を示した図である。本発明の飽和磁化とｘ１の関係を示した図である。

Claims

構成成分が鉄・酸素・マグネシウムで、該マグネシウムを０．５〜１０重量％含有するコア材が樹脂被覆されている電子写真用キャリアであって、保磁力が４（ｋＡ／ｍ）以下であり、飽和磁化をσｓ（Ａｍ^２／ｋｇ）、体積基準粒度分布１％粒径をｘ１（μｍ）、体積基準粒度分布５０％粒径をｘ５０（μｍ）としたとき、σｓ、ｘ１、ｘ５０が下記式（１）〜（４）を満足することを特徴とする電子写真用キャリア。
（１／σｓ）×７５０ ≦ ｘ１（１）
ｘ５０×０．３５≦ｘ１（２）
５５ ≦ σｓ ≦ ８５（３）
１４ ≦ ｘ１ ≦ ５９（４）
被覆樹脂がシリコーン系樹脂であることを特徴とする請求項１記載の電子写真用キャリア。