JPH05188654A - 電子写真用キャリア - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子写真法等において静電潜像を現像するた
めに用いられる電子写真用キャリアに関し、キャリアコ
ア材との密着性に優れる被覆層を形成し、長期に渡りキ
ャリアの適性な電気特性と帯電特性を維持することを目
的とする。 【構成】 コア材に樹脂をコーティングする電子写真用
キャリアにおいて、コーティング用樹脂として、イミド
結合を有する溶剤可溶性含フッ素重合体を用いるように
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真法等において
静電潜像を現像するために用いられる電子写真用キャリ
アに関する。従来、電子写真法としては米国特許第２２
９７６９１号などに記載された方式が周知である。これ
は、一般には光導電性絶縁体（フォトコンドラムなど）
を利用し、コロナ放電などにより該光導電性絶縁体上に
一様な静電荷を与え、様々な手段により該光導電性絶縁
体上に光像を照射することによって静電潜像を形成し、
次いで、該潜像をトナーと呼ばれる微粉末を用いて現像
可視化し、必要に応じて紙等にトナー像を転写した後、
加圧、加熱、溶剤蒸気、光等の照射などの手段により紙
等の記録媒体上にトナー画像を定着させて複写物を得る
ものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】これ
らの静電潜像を現像するためのトナーとしては、従来よ
り天然または合成高分子物質よりなるバインダ樹脂中に
カーボンブラックなどの着色剤を分散させたものを１〜
３０μｍ程度に微粉砕した粒子が用いられている。かか
るトナーは通常、トナー単体もしくは鉄粉、ガラスビー
ズなどの担体物資（キャリア）と混合され静電潜像の現
像に用いられる。キャリアとして鉄粉もしくは他の強磁
性体粒子を用いる場合、トナーとキャリアからなる現像
剤は現像装置内で混合撹拌されることにより摩擦帯電
し、さらに現像装置内のマグネットロールが回転するこ
とにより磁気ブラシを形成し、該マグネットロールが回
転することにより磁気ブラシが光導電性絶縁体上の潜像
部分に運ばれ、帯電したトナーのみが電気的吸引力によ
り潜像に付着することによって現像が行われる。現像
後、トナー濃度の低下した現像剤には、新たにトナーが
添加され、現像器内で混合撹拌され、一定のトナー濃度
を維持し、繰り返し使用される。

【０００３】ここで、トナーを構成するバインダ樹脂は
紙等への定着の過程においてすばやく溶融し、冷えて固
まった後においては良好な定着性を示す必要がある。こ
のようなトナー特性を得るために、溶融温度の低い低分
子量の、一般にオリゴマと称される高分子樹脂が広く用
いられている。しかし、トナーを構成するバインダ樹脂
の溶融温度を低くすると、トナーは軟質となり、現像装
置内でトナーとキャリアを混合撹拌する際にトナーとキ
ャリアの間に働く衝撃力によって、キャリア表面にトナ
ーフィルミングと呼ばれる現象が生じ、現像剤を長期間
使用するとキャリア表面はトナーの被覆によって完全に
被覆されてしまう。このように、トナーにより被覆され
たキャリアはトナーと混合撹拌しても摩擦帯電を起こさ
ず、現像能力をまったく失ってしまい、現像剤の交換が
必要となる。

【０００４】現像剤の交換を頻繁に行うことはランニン
グコストの上昇につながるため好ましくなく、キャリア
表面をシリコーン樹脂やフッ素系樹脂（例えば、テフロ
ン樹脂等）の表面エネルギの低い樹脂で被覆することに
より、キャリア表面へのトナーの粘着を防止し、現像剤
の交換周期を延ばすことが提案されている。しかし、キ
ャリアの被覆樹脂としてこのような表面エネルギの低い
樹脂を用いると、樹脂の有する非粘着性のため、キャリ
ア表面に対するトナーの粘着はある程度防止することが
できるものの、逆に、非粘着性のゆえに、これらの樹脂
はキャリアコア材に対する密着性が悪く、長期に渡り現
像剤を使用していると、混合撹拌の衝撃力によりキャリ
アコア材から被覆樹脂が剥離してしまい。この結果、キ
ャリアの有する適性な電気特性、帯電特性に変化をきた
し、良好な現像能力が維持できなくなるという問題が生
じる。

【０００５】さらに、このような表面エネルギの低い樹
脂の内、マイナスに強く帯電し易いことから、トナーに
対してプラスの帯電付与を行うキャリアの被覆樹脂とし
て多用されているテフロン等のフッ素系樹脂では、キャ
リアコア材に樹脂をコート後、樹脂の融点である３００
〜４００℃という非常に高い温度に加熱し、キャリアコ
ア材に樹脂を融着させる工程が必要となり、多くの熱エ
ネルギが必要となることから製造コストが高くなり、ま
た、キャリアの帯電付与特性がわずかな熱処理温度の違
いにより敏感に影響されるため、製造安定性に欠けると
いう欠点がある。

【０００６】本発明は、キャリア表面へのトナーの粘着
を防止するとともに、混合撹拌に伴う衝撃力により被覆
樹脂層の磨耗を防止し、特に、キャリアコア材との密着
性に優れる被覆層を形成し、長期に渡りキャリアの適性
な電気特性と帯電特性を維持する長寿命な電子写真用キ
ャリアを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】従来、電子写真における
磁気ブラシ現像法において、キャリア基材（コア材）と
しては、鉄、フェライト等に代表される強磁性体の微粉
末（粒径２０〜２００μｍ）が常用されてきた。このよ
うな強磁性体を基材としてそのまま用いた場合、トナー
とキャリアを混合し現像剤として連続印刷すると、磁性
体の表面にトナーが粘着し、電気特性あるいは帯電特性
を変化させ易い。キャリア表面にトナーが粘り着くのを
防止するためには、例えば、キャリア基材表面に表面エ
ネルギの小さい、シリコーン樹脂やフッ素樹脂等をコー
ティングする方法が考えられる。一般的に、トナーに対
してシリコーン樹脂はプラスに帯電し易いため負帯電現
像剤用キャリアのコーティング樹脂として、フッ素樹脂
はマイナスに帯電し易いため正帯電現像剤用キャリアの
コーティング樹脂として用いられる。ここで、フッ素樹
脂は、例えば、テフロンに代表されるように表面エネル
ギが特に小さく、非粘着性が極めて高い。このため、正
帯電現像剤用キャリアのコーティング樹脂に用いられる
ことが多い。

【０００８】フッ素樹脂をキャリア基材表面に被覆する
方法としては、以下の２つの方法が考えられる。 （１）フッ素樹脂をコア材にコーティング後、フッ素樹
脂の融点である３００〜４００℃という非常に高い温度
で加熱することにより、基材に樹脂を融着させる方法。 （２）コア材表面に、例えばアクリル樹脂、エポキシ樹
脂等をプライマとしてコーティングした後、フッ素樹脂
をコーティングする方法。

【０００９】（１）の方法を用いた場合、コーティング
工程の他にフッ素樹脂とキャリア基材の密着性を高める
ためにキュアリング工程が必要であるとともに、キュア
リング工程において多くの熱エネルギが必要となること
から製造コストが高くなる、また、熱処理温度の違いに
より帯電特性が変化し易いため製造安定性に欠けるとい
った問題点がある。

【００１０】（２）の方法を用いた場合、フッ素樹脂の
融点まで加熱するプライマが熱分解を起こすため、キュ
アリングの温度は通常３００℃以下とする必要があり、
この場合、フッ素樹脂はパウダのままでコーティングさ
れており、現像器内における混合撹拌に伴う衝撃力によ
りフッ素樹脂とプライマの間で剥離を生じるため、長期
に渡り適性な電気特性と帯電特性を維持するキャリアを
得ることができない。

【００１１】発明者らは検討の結果、フッ素樹脂をキャ
リア基材表面に被覆する方法として、２００℃以下でコ
ーティングすることができ、アクリル樹脂等のプライマ
を使用しない場合においても、少なくとも、キャリアの
被覆樹脂としてイミド結合を有する溶剤可溶性含フッ素
重合体を用いることにより、キャリア表面へのトナーの
粘着を防止するとともに、混合撹拌に伴う衝撃力により
被覆樹脂層の磨耗を防止し、かつ、キャリアコア材との
密着性に優れる被覆層を形成し、長期に渡りキャリアの
適性な電気特性と帯電特性を維持する長寿命な正帯電現
像剤用キャリアを得ることができることを見いだし、本
発明を成すに至った。

【００１２】イミド結合を有する溶剤可溶性含フッ素重
合体は、テトラカルボン酸およびこれらの酸無水物の少
なくともいずれかをフッ素化したモノマを用いて得られ
る以下の構造式で表される重合体である。

【００１３】

【化２】

【００１４】Ｒ：フッ素化した４価の有機基 Ｒ
´：２価の有機基 上記ポリマを用いたコーティングキャリアが正帯電現像
剤用キャリアとして好ましい理由は、以下の特徴を有す
るためである。第一に、上記ポリマは通常のフッ素樹
脂、例えば、テフロンに比較して、溶剤に対する溶解性
に極めて優れている。すなわち、コーティングに用いる
溶剤として、通常用いられる溶剤、Ｎ−メチル−２−ピ
ロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ
ｃ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジメチルホ
ルムアミド（ＤＭＦ）、スルホランなどの極性溶媒、さ
らに、テトラヒドロフラン、ブチロラクトン、シクロヘ
キサノン、アセトン、メチルエチルケトン、ジアセトア
ルコールなどの汎用溶剤と併用したり、場合によっては
汎用溶剤のみを溶剤として使用することができる。この
ため、上記ポリマを用いるとコーティング剤を溶液とす
ることができ、均一なコーティングを行うことができ
る。これに対して、一般的にフッ素樹脂として用いられ
ているテフロンなどにおいては、コーティング樹脂が溶
剤に溶けず、溶剤に分散した状態でコーティングされる
ため、均一なコーティング膜を形成することができな
い。

【００１５】第二に、上記ポリマは通常のフッ素樹脂、
例えば、テフロンに比較して、キャリア基材に対する接
着性が良い。すなわち、テフロンなどはキャリア基材と
強固に接着するためには、例えば、コーティングした樹
脂を３００〜４００℃の高温下でキュアリングする工程
か必要となる。これに対して、上記ポリマを用いたキャ
リアでは、溶剤を除去するための２００℃程度の乾燥工
程のみで、十分な接着性を得ることができる。このた
め、製造コストを低く抑えることができる。

【００１６】第三に、上記ポリマは通常のフッ素樹脂を
コーティングする場合に必要なプライマ、例えば、アク
リル樹脂、エポキシ樹脂などを必要としない。このた
め、現像器内における混合撹拌に伴う過剰の衝撃力によ
り、樹脂が磨耗してもコート剤表面にプライマが露出す
ることがなく、コート剤表面は常に上記ポリマで覆われ
ている。このため、長期に渡り適性な帯電特性を維持す
る。

【００１７】上記ポリマのフッ素化率はトナーに対する
帯電付与能の大きさにより決定されるものである。ただ
し、フッ素化率の低下により、キャリア基材との密着性
が低下し、また、溶剤に対する溶解性が低下する。溶剤
に対する溶解性を満足するためには上記ポリマの溶解度
パラメータ（ＳＰ値）を９〜１２とすることが好まし
い。また、密着性の低下を抑えるためには、経験による
と、上記ポリマのフッ素化率を５ｗｔ％以上６０ｗｔ％
以下とするが、好ましくは１５ｗｔ％以上とすることが
望ましい。

【００１８】本発明で用いられるコーティング樹脂は、
上記ポリマを単独で用いることができ、また、電子写真
で従来から用いられているアクリル樹脂、エポキシ樹
脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、スチレン、スチレン
−アクリル樹脂等と併用して用いることもできる。上記
ポリマを他のポリマと併用して用いる場合、上記ポリマ
の含有量をコーティングに用いられる樹脂総量の２０ｗ
ｔ％以上とする。

【００１９】本発明に用いられるキャリア基材として
は、電子写真法に用いられる強磁性体粒子ならいずれで
も良く、例えば、鉄粉、フェライト、マグネタイトなど
を用いることができる。本発明で用いるキャリアは、従
来公知の方法で製造できる。すなわち、フッ素樹脂およ
び要すれば帯電制御剤、導電性制御剤などを溶剤に溶か
し、これとキャリア基材とを混合し、例えば、ロータリ
ドライ方式によりコーティングすることができる。

【００２０】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに具体的に
説明するが、本発明はこれによって限定されるものでは
ない。 実施例１ コーティング樹脂として以下の構造式のポリマ１５ｇ

【００２１】

【化３】

【００２２】溶解度パラメータ＝１０．１ ， フッ素
化率＝３９％ をメチルエチルケトン３リットル中に溶解し、コーティ
ング剤を調製した。調製後のコーティング剤を平均粒径
５０μｍの球状フェライト粉５ｋｇを入れたポットに注
ぎ、ロータリドライコーティングを行った。次に、コー
ティング後のフェライト粉を取り出し、粒径１２０μｍ
以上のものを除去してから、電気炉で１５０℃、３０分
間乾燥して、コーティングキャリアＡを得た。 実施例２ コーティング樹脂として以下の構造式のポリマ１５ｇ

【００２３】

【化４】

【００２４】溶解度パラメータ＝１２．８ ， フッ素
化率＝２０％ をジメチルアセトアミド１００ミリリットル中に溶解
し、さらに、メチルエチルケトンで３リットルに希釈
し、コーティング剤を調製することを除いては実施例１
と同様にコーティングし、コーティングキャリアＢを得
た。 実施例３ コーティング樹脂として以下の構造式のポリマ１５ｇ

【００２５】

【化５】

【００２６】溶解度パラメータ＝１３．８ ， フッ素
化率＝１２％ をジメチルアセトアミド５００ミリリットル中に溶解
し、さらに、メチルエチルケトンで３リットルに希釈
し、コーティング剤を調製することを除いては実施例１
と同様にコーティングし、コーティングキャリアＣを得
た。 実施例４ コーティング樹脂として実施例１で用いたポリマ１０ｇ
とテフロン微粉末（０．２μｍ）５ｇを用いることを除
いては、実施例１と同様にコーティングし、コーティン
グキャリアＤを得た。 実施例５ コーティング樹脂として実施例１で用いたポリマ１０ｇ
とビスフェノールＡ型エポキシ５ｇを用いることを除い
ては、実施例１と同様にコーティングし、コーティング
キャリアＥを得た。 比較例１ コーティング樹脂として以下の構造式のポリマ１５ｇ

【００２７】

【化６】

【００２８】をジメチルアセトアミド１リットル中に溶
解し、さらに、メチルエチルケトンで３リットルに希釈
し、コーティング剤を調製することを除いては実施例１
と同様にコーティングし、コーティングキャリアＦを得
た。 比較例２ コーティング樹脂として以下の構造式のポリマ１５ｇ

【００２９】

【化７】

【００３０】溶解度パラメータ＝１５．８ ， フッ素
化率＝４％ をジメチルアセトアミド３リットル中に溶解し、コーテ
ィング剤を調製することを除いては実施例１と同様にコ
ーティングし、コーティングキャリアＧを得た。 比較例３ コーティング樹脂としてテフロン微粉末１５ｇをメチル
エチルケトン３リットル中に溶解し、コーティング剤を
調製した。調製後のコーティング剤を、平均粒径５０μ
ｍの球状フェライト粉５ｋｇを入れたポットに注ぎ、ロ
ータリドライ法によるコーティングを行った。

【００３１】次に、コーティング後のフェライト粉を取
り出し、粒径１２０μｍ以上のものを除去してから、電
気炉で３５０℃、３０分間加熱処理し、コーティングキ
ャリアＨを得た。別表からわかるように、コーティング
キャリアＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは長期に渡り安定した帯電
特性を示し、５万シート印字後においても印字品質に変
化は見られなかった。これに対して、コーティングキャ
リアＨは連続印刷に伴い帯電低下しており、５０００な
いし、１万シートの連続印字において背景部に地汚れを
生じた。コーティングキャリアＦ，Ｇはほとんど帯電せ
ず、初期から背景部に地汚れを生じた。

【００３２】

【表１】

【００３３】注 表中の数字の単位はμｃ／ｇ

【００３４】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、キャリアの被覆樹脂としてイミド結合を有する溶剤
可溶性含フッ素重合体を用いることにより、キャリア表
面へのトナーの粘着を防止するとともに、混合撹拌に伴
う衝撃力により被覆樹脂層の磨耗を防止し、特に、キャ
リアコア材との密着性に優れる被覆層を形成し、長期に
渡りキャリアの適性な電気特性と帯電特性を維持するこ
とができる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コア材に樹脂をコーティングする電子写真
   用キャリアにおいて、 コーティング用樹脂として、分子主鎖中に少なくとも以
   下の構造式を有する樹脂を用いることを特徴とする電子
   写真用キャリア。 【化１】 Ｒ：フッ素化した４価の有機基 Ｒ´：２価の有機
   基
2. 【請求項２】前記コーティング用樹脂の溶解度パラメー
   タが９〜１４であることを特徴とする請求項１の電子写
   真用キャリア。
3. 【請求項３】前記コーティング用樹脂のフッ素の含有量
   が５〜６０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１の電
   子写真用キャリア。
4. 【請求項４】前記コーティング用樹脂であるフッ素樹脂
   の含有量がコーティングに用いられる樹脂総量の２０ｗ
   ｔ％以上であることを特徴とする請求項１の電子写真用
   キャリア。