JPH06118723A - 電子写真用キャリア - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 キャリア表面へのトナーの粘着を防止すると
ともに、混合攪拌に伴う衝撃力により被覆樹脂層の磨耗
を防止し、長期に亘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、かつ、温湿度環境変化に対
する帯電安定性が高い電子写真用キャリアを提供する。 【構成】 電子写真法に用いる樹脂コートキャリアにお
いて、コーティング樹脂が、分子主鎖中に少なくとも下
記構造式、 【化１】 （式中、Ｒ₁ は４価の有機基を表し、Ｒ₂ は２価の有機
基を表す）で示される単位を含むポリマに下記構造式、 【化２】 （式中、Ｒ₃ は有機基を表す）を有する化合物を共重合
させて得られる樹脂を含む。

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磁気ブラシ現像用
キャリアに関する。さらに詳しくは、本発明は、トナー
フィルミングに基づくキャリアの帯電付与能の低下を起
こしにくく、かつ被覆強度の高い樹脂コートキャリアで
あって、温湿度環境変化に対する帯電安定性に優れるキ
ャリアに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真法としては、米国特許第
２２９７６９１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画像を転写し
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。

【０００３】かかる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質（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攪拌されるこ
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、現像器内で混合攪拌され、一定
のトナー濃度を維持しつつ、繰り返し使用される。

【０００４】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攪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攪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。

【０００５】しかるに、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、
長期に亘り現像剤を使用していると、混合攪拌の衝撃力
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や帯電特性に
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。

【０００６】さらに、このような表面エネルギの低い樹
脂のうち、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、温湿度環境の変化に対する
帯電安定性に欠けるという欠点がある。

【０００７】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２０〜２
００μｍ）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用いられ、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。即ち、
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、および
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である。しかしながら、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り、
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。の方法を
用いた場合、フッ素樹脂の融点まで加熱するとプライマ
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
合攪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、長期に亘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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らの検討によ
れば、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、混合攪拌
に伴う衝撃力による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
期に亘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
ことが見出されたのである。

【００１０】本発明の目的は、従って、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、混合攪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、長期に亘りキャリアの適性
な電気特性と帯電特性を維持する長寿命なキャリアであ
って、温湿度環境変化に対する帯電安定性が高い電子写
真用キャリアを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、電子写真法に用いる樹脂コートキャリアに
おいて、コーティング樹脂が、分子主鎖中に少なくとも
下記構造式、

【００１２】

【化３】

【００１３】（式中、Ｒ₁ は４価の有機基を表し、Ｒ₂
は２価の有機基を表す）で示される単位を含むポリマに
下記構造式、

【００１４】

【化４】

【００１５】（式中、Ｒ₃ は有機基を表す）を有する化
合物を共重合させて得られる樹脂を含むことを特徴とす
る電子写真用キャリアを提供する。

【００１６】上記Ｒ₁ としての有機基の例としては、例
えば、下記の如き基を挙げることができる。

【００１７】

【化５】 またはそれらのフッ素化物を含む機能的誘導体基。

【００１８】また、上記Ｒ₂ としての有機基の例として
は、例えば、下記の如き基を挙げることができる。

【００１９】

【化６】 またはそれらのフッ素化物を含む機能的誘導体基。

【００２０】さらに、上記Ｒ₃ としての有機基の例とし
ては、例えば、下記の如き基を挙げることができる。

【００２１】

【化７】 またはそのフッ素化物を含む機能的誘導体基。

【００２２】上記樹脂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。即ち、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。即ち、コーテ
ィングに用いる溶剤として、通常用いられる溶剤、例え
ば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチル
アセトアミド（ＤＭＡｃ）、ジメチルスルホキシド（Ｄ
ＭＳＯ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、スルホラ
ンなどの極性溶媒を用いることができ、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。

【００２３】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。即ち、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が
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℃程度またはそれ以
下の温度での乾燥工程のみで、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。

【００２４】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攪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、長期に亘り適性な帯電特性を維持す
ることができる。

【００２５】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９〜14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５重量％以上60重量％以
下、好ましくは15重量％以上とすることが望ましい。

【００２６】本発明で用いられるコーティング樹脂とし
ては、上記ポリマを単独で用いることができ、または電
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には、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２０重量％以上とするのがよい。

【００２７】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
もよく、例えば、鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉
などを用いることができる。

【００２８】本発明のキャリアは、従来公知の方法で製
造できる。即ち、前記ポリマ（フッ素樹脂）、前記化合
物、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。さらに、コーティングしたキャリアを電気炉等に入
れ、加熱処理することにより前記ポリマに前記化合物を
共重合させることができる。

【００２９】

【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、本発明はこれら実施例によって何ら限定さ
れるものではない。

【００３０】実施例１ コーティング樹脂として下記、

【００３１】

【化８】

【化９】

【化１０】

【００３２】の構造を有し、溶解度パラメータ＝10.9、
フッ素化率＝39％のポリマ 15gと、下記、

【００３３】

【化１１】

【００３４】の構造を有する化合物0.05ｇとをメチルエ
チルケトン３ｌ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
イ法によるコーティングを行った。

【００３５】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
炉中において 150℃で30分間加熱して乾燥およびキュア
リングを行い、コーティングキャリアＡを得た。

【００３６】実施例２ 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とを用いた以外は、実施例
１と全く同様にして、コーティングキャリアＢを得た。

【００３７】比較例１ 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３ｌ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
イ法によるコーティングを行った。

【００３８】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
Ｃを得た。

【００３９】比較例２ コーティング樹脂として下記、

【００４０】

【化１２】

【００４１】構造を有するポリマ 15gを用いた以外は、
実施例１と全く同様にして、コーティングキャリアＤを
得た。

【００４２】試作した各コーティングキャリア５重量部
と正帯電トナー（ポリエステル９０重量部、染料４重量
部、カーボン５重量部およびワックス１重量部からなる
混練物を５〜１５μm に微粉砕したトナー）９５重量部
を用いて現像剤とした。各現像剤の帯電量を測定（ブロ
ーオフ粉体帯電量測定装置、東芝ケミカル製）した結果
を下記の表１に示す。また、小型卓上レーザプリンタ
（Ｍ３７２２、富士通製）を用いて印字評価した。

【００４３】

【表１】

【００４４】表１からわかるように、コーティングキャ
リアＡおよびＢは長期に亘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Ｃでは、
連続印刷に伴い帯電が低下しており、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Ｄはほとんど帯電しなかった。また、
コーティングキャリアＣでは25℃、80％RHの環境下で印
字すると印字背景部に地汚れを生じたが、コーティング
キャリアＡおよびＢでは印字品質に問題はなかった。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、キャリア表面へのトナ
ーの粘着を防止するとともに、混合攪拌に伴う衝撃力に
より被覆樹脂層の磨耗を防止し、かつ、長期に亘りキャ
リアの適性な電気特性と帯電特性を維持する長寿命なキ
ャリアであって、温湿度環境変化に対する帯電安定性が
高い電子写真用キャリアが提供される。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子写真法に用いる樹脂コートキャリア
   において、コーティング樹脂が、分子主鎖中に少なくと
   も下記構造式、 【化１】 （式中、Ｒ₁ は４価の有機基を表し、Ｒ₂ は２価の有機
   基を表す）で示される単位を含むポリマに下記構造式、 【化２】 （式中、Ｒ₃ は有機基を表す）を有する化合物を共重合
   させて得られる樹脂を含むことを特徴とする電子写真用
   キャリア。