JPH10232511A - バインダー型キャリアの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 白ヌケやボイドのないバインダー型キャリア
を生産性よく製造する方法。 【解決手段】 １カ所以上の混練部が設けられ、かつ搬
送部全長Ｌ、混練部の長さＬｎｄ、スクリュー径Ｄ、混
練部までの搬送部長さＬ₁が一定のの関係にある構成の
混練押出機を用い、所定範囲の設定温度で混練りした混
練物を使用して製造することを特徴とする磁性粉含有率
が７５〜９０重量％のバインダー型キャリアの製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はトナーとキャリアか
らなる二成分現像剤に使用されるキャリア、特にバイン
ダー樹脂中に磁性粉を分散してなるバインダー型キャリ
アの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式の複写機あるいはプリンタ
ー等の画像形成装置においては、感光体等の像担持体上
に形成された静電潜像を現像するに際して、トナーと磁
性キャリアからなる二成分現像剤を用いた二成分現像方
法が実用化されている。

【０００３】一方、近年感光体としては、導電性基体上
に電荷発生層および電荷輸送層を順次積層した有機感光
層を備えた有機系感光体が感度等の諸特性に優れ、また
製造コストが低く安全性に優れた感光体として提供され
ている。このような有機系感光体は電荷輸送材料として
高性能なものが通常正孔輸送材料である関係から負帯電
性感光体として供されている。このためデジタル方式の
画像形成装置に上記有機系感光体を用いるためには、負
荷電性トナーを現像剤を用いて反転現像方式で現像を行
う必要があり、優れた特性を有する負荷電性の二成分現
像剤が必要とされている。

【０００４】二成分現像剤用のキャリアとしては、鉄粉
キャリア、フェライトキャリア、これらの磁性粒子を樹
脂で被覆した樹脂被覆キャリア、磁性粉をバインダー樹
脂中に分散したバインダー型キャリア等種々のキャリア
が知られている。これらのキャリアの中でもバインダー
型キャリアは、小粒径化が容易で体積固有電気抵抗が高
く現像剤担持体からの電荷の注入の生じにくいキャリア
であるとして着目されている。

【０００５】しかし、バインダー型キャリアを上述した
負荷電性トナーと組み合わせて使用する場合以下のよう
な問題が生じる。まず、負荷電性トナーに対する荷電性
を向上させるには、負荷電性トナーに対する荷電点とな
る磁性粉の含有量を増加させることが有効である。

【０００６】しかし、磁性粉含量の高いバインダー型キ
ャリアの製造に際しては、磁性粉を高密度で充填するた
め、バインダー樹脂比率が低くなり、混練物搬送機能の
低下、混練機への負荷の増大等が引きおこされ、結果的
にキャリアの生産性が低下する結果となる。

【０００７】また高密度充填キャリアを使用して現像を
行うと、白ヌケやボイド等の画像欠損が生じたりすると
いう問題があった。これはバインダー樹脂含有量の割合
を低くし、磁性粉の割合を高くして、キャリアを製造す
ると、各材料が均一には分散されにくく、結果的に各材
料が不均一に分散したキャリアが得られることに起因す
ると考えられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みなされたものであり、その目的とする所は、白ヌケや
ボイド等の画像欠損の問題の生じないバインダー型キャ
リアを生産性よく製造する方法を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のキャリア製造方
法においては、押出混練機が使用され、該押出混練機は
シリンダー中、軸方向に搬送部および１カ所の混練部が
設けられており、搬送部全長をＬ、全混練部の軸方向の
長さＬｎｄ、スクリュー径をＤ、混練部までの搬送部長
さをＬ₁としたとき、Ｌ／Ｄが２３以上、Ｌｎｄ／Ｄが
４以下、Ｌ₁／Ｌが０．０５以上０．８７以下の値を有
する構成とする。

【００１０】上記構成をより分かりやすくするために、
図１を用いて説明する。図１はシリンダー軸方向に搬送
部および１カ所の混練部が設けられている押出混練機の
概略構成図を示している。

【００１１】（１）は押出混練機のシリンダーであり、
加熱手段（図示せず）を備えている。シリンダー一端に
原料供給手段（６）、他端に吐出口（５）が設けられて
いる。原料供給手段（６）と吐出口（５）との間のシリ
ンダー内部には、原料供給手段側から第１搬送部
（２）、混練部（３）、第２搬送部（２’）が設けられ
ている。また原料が供給され排出されるまでの間にベン
トロ（７）が設けられており、脱気を行う構成としてい
る。

【００１２】キャリア製造に際しては、原料である少な
くとも磁性粉およびバインダー樹脂が原料供給手段
（６）から供給口（４）を通って、搬送部（２）に供給
され、バインダー樹脂はモーター（８）により駆動され
る第１搬送部（２）中でシリンダーにより徐々に加熱さ
れて溶融状態になり、原料は混練部（３）で溶融混練さ
れる。搬送部はパドル構成とし、パドルとしては２条、
３条ねじ等が使用される。混練部においては混練物を前
方に送る効果はほとんどなく、混練物が滞留し充満す
る。そしてパドルの回転により圧縮、引き伸ばしの体積
変化を受けて混練される。また加熱シリンダー壁とパド
ル間、パドルおよびパドル間での剪断作用によっても混
練が行われる。混練部（３）中の混練物は、後ろからの
第１搬送部（２）を移動してくる混練物により、吐出口
側の第２搬送部（２’）に押し出され、再び混練物は第
２搬送部（２’）中を移動し吐出口（５）から排出され
る。

【００１３】本発明においては使用する混練機として、
搬送部全長をＬ、混練部の長さＬｎｄ、スクリュー径を
Ｄ、混練部までの搬送部長さをＬ₁としたとき、Ｌ／Ｄ
が２３以上、Ｌｎｄ／Ｄが４以下、Ｌ₁／Ｌが０．０５
以上０．８７以下を有する構成とする。

【００１４】搬送部全長Ｌとは図１に示したように供給
口（４）の中心部から、最終搬送部の吐出口側に最も近
い位置までの長さをいう。そして長さは軸方向、すなわ
ち材料が吐出口に向かって移動する方向をいう。本発明
においては長さはすべてこの方向の長さで表されてい
る。

【００１５】混練部の長さＬｎｄとは、混練部のニーデ
ィングディスクの長さをいう。

【００１６】スクリュー径Ｄとはシリンダー（１）中、
搬送部および混練部が設けられている円柱状空間の円柱
軸に垂直な断面の直径をいう。Ｄは１０ｍｍ以上を必要
とし、上限は特に制限はないが、装置の大型化等の観点
から１００ｍｍ程度以下の混練機が使用される。好まし
い混練機としてはスクリュー径（Ｄ）は３０〜６５ｍｍ
程度である。

【００１７】混練部までの搬送長さＬ₁とは供給口
（４）の中心部から混練部（３）の供給口（４）側の端
までの長さをいう。

【００１８】そしてシリンダー温度ｃ（℃）とキャリア
の磁性粉含有率ａ₁を下記式（Ｉ）： Ｃ＝７.２（ａ₁−７５）＋Ｋ₁ （Ｉ） （式中、ａ₁は７５〜９０(重量％)、Ｋ₁はバインダー樹
脂の軟化点〜軟化点＋４８℃、好ましくは軟化点＋１２
℃〜軟化点＋３６℃を満たすように設定する。通常、バ
インダー型キャリアの製造に使用されるバインダー樹脂
はポリエステル系、ポリスチレン系、スチレンアクリル
系、フェノール系、ポリエチレン系、エポキシ系、ウレ
タン系のもので、その軟化点Ｔｍが１１０℃〜１５０℃
を有するものが使用されるが、本発明においてもそのよ
うなバインダー樹脂が使用可能である。

【００１９】上記式（Ｉ）は最適のシリンダー設定温度
を所望の磁性粉含有率から即座に導ける関係を示してお
り、図２にその関係を示した。図２は横軸に磁性粉含有
率（重量％）、縦軸にシリンダー設定温度を示してい
る。図２中、バインダー樹脂の軟化点（Ｔｍ（℃））は
１２０℃を例に挙げ示している。平行四辺形ＡＢＣＤの
領域内が本発明でいう磁性粉含有率とシリンダー設定温
度の満たされる関係である。

【００２０】例えば磁性粉含有率が７５重量％のキャリ
アを所望する場合、シリンダーの設定温度は約１２０
（＝Ｔｍ）〜約１６８℃（＝Ｔｍ＋４８℃）の間で設定
されればよく、また磁性粉含有率が８０重量％のキャリ
アを所望する場合、シリンダーの設定温度は約１５６〜
２０４℃の間で設定されればよいことがすぐさまに読み
取れる。

【００２１】なお上記例示はＴｍが１２０℃の場合を挙
げているが、バインダー樹脂の軟化点Ｔｍが１４０℃の
場合は、図２におけるＢ点の縦軸１２０℃（Ｔｍ）の位
置が、１４０℃（Ｔｍ）と変えることにより融点１４０
℃を有する樹脂に対して、所望の磁性粉含有量に対して
設定されるべきシリンダー温度がすぐ読み取れる。

【００２２】上記のように高密度バインダー型キャリア
を製造するに際して、混練機のシリンダー温度を磁性粉
含有量および樹脂の軟化点（Ｔｍ）により変えること
で、所望の磁性粉含有率で最適な樹脂の粘性が設定でき
るため、溶融しすぎによる粘度低下を起こすことがな
く、シリンダー内部の搬送部で混練物が詰まることがな
く、フェライト、マグネタイト、鉄粉、ヘマタイト等の
磁性粉が７５重量％〜９０重量％の高含量で含有される
バインダー型キャリア、特に８５重量％を越える磁性粉
を含有するバインダー型キャリアを製造するに適した方
法となる。

【００２３】しかしながら、Ｌ／Ｄが２３より小さい場
合、原材料の溶融混練物の滞留が不十分となり、バイン
ダー樹脂と磁性粉の分散不良を起こすため、そのような
混練機で製造されたキャリアを使用して複写画像を形成
すると画像に白ヌケが発生する問題が生じる。またＬ／
Ｄの上限は分散性の向上が飽和域の観点から５０が好ま
しい。

【００２４】またＬｎｄ／Ｄが４より大きいと、混練物
を吐出口の方へ送る効果が小さくなるため、搬送部内部
に樹脂が滞留し粘性がなくなってくるため、結果的に混
練物が詰まるという問題が生じる。またＬｎｄ／Ｄの下
限は、得られたキャリアの磁性粉の分散性に起因する品
質を確保する観点から１が好ましい。

【００２５】混練部の位置を表すＬ₁／Ｌが０．０５よ
り小さいと、原料供給口（６）から供給される原料の第
１搬送部への供給性が悪くなり、換言すると原料の第１
搬送部への食い込み性が悪くなり、原料が供給口から第
１搬送部への入り口付近で詰まってしまうブリッジとい
う問題が生じる。最終混練部の位置を表すＬｘ／Ｌが
０．８７より大きいと吐出口に近すぎてスクリューによ
る搬送性が低下する。

【００２６】キャリア製造に際しては、以上のように押
出混練機で混練りされた混練物を粉砕する。粉砕に際し
ては機械式粉砕機を使用することが、キャリアの形状に
丸みを持たせることができ、その形状をそろえることが
できる等の点から好ましい。ここにいう機械式粉砕機と
は、冷却された混練物を粗粉砕した後、該粗粉砕粒子を
粉砕室壁面と僅かな間隔をもって配置されたロータとの
間の粉砕領域に供給し、粗粉砕粒子をロータおよび内壁
面との衝突により粉砕し、かつ粉砕された粒子の凹凸の
凸部を削り取って、球形化することによって粉砕する機
械式粉砕機を用いる。粉砕室内壁面はロータの回転軸方
向に多数の溝が形成されて凹凸をなしている。またロー
タは該内壁面に対向する外周面に多数の溝が回転軸方向
に形成されたものや、円盤の上面の外周に沿って多数の
ピンが配置され、このピンが内壁面に対向する形態等の
ように、粉砕室内壁面に対向する部分に凹凸が形成され
た形態となっている。このため粗粉砕粒子は粉砕領域に
おいて粉砕室内壁面およびロータ外周の凹凸と多数回衝
突を繰り返し、大粒径の粒子が体積粉砕されると共に、
粉砕された粒子の表面が摩砕されて球形化され、空気と
共に排出される。

【００２７】上記機械式粉砕機としては粗粉砕分級機が
組み込まれており、粗大粒子は所定以下の粒径になるま
で繰り返し粉砕領域に供給され、所定以下の粒径の粒子
のみを製品側粒子として排出されるものが好ましい。こ
のように閉回路で粉砕を行うことにより、製品粒子の球
形化をより高めることができる。このような機械式粉砕
機としては、イノマイザー（ホソカワミクロン社製）、
ＡＣＭパルベライザ（ホソカワミクロン社製）等を使用
することができる。

【００２８】また、粗粉分級機が組み込まれていない機
械式粉砕機の場合は、別途粗粉分級機を併用して粗大粒
子を再度機械式粉砕機に供給し、所定以下の粒径の粒子
を製品粒子として得るようにすることが好ましい。この
ような機械式粉砕機としては、クリプトン（川崎重工業
社製）等を使用することができる。

【００２９】得られた粉砕粒子は必要に応じて微粉分級
してもよい。キャリアの体積平均粒径は２０〜８０μｍ
に調整することが好ましい。

【００３０】

【実施例】

実施例１〜２および比較例１〜５ 本実施例においてキャリア製造のために使用した樹脂、
磁性粉、カーボンブラックおよびシリカの商品名、メー
カー、物性および添加部数を下記表１にまとめた。

【００３１】

【表１】

【００３２】なお表１中、タフトンはポリエステル系樹
脂であり、軟化点１２０℃を有する。磁性粉はフェライ
トである。

【００３３】表１に示した原材料を混合混練し、得られ
た混練物を粗粉砕しさらに微粉砕したものを分級、熱処
理することによりキャリアを調製した（実施例１、２お
よび比較例１〜５）。

【００３４】このとき、混合工程はヘンシェルミキサー
（三井三池社製）を使用し、回転数４０００ｒｐｍで２
分間混合することにより行った。混練は下記表２の構成
を有するように変更した２軸押出機（ＰＣＭ−６５、池
貝鉄工社製）（スクリュー径（Ｄ）：３０ｍｍ）を使用
し、処理量２００（Ｋｇ／ｈｒ）、回転数２３０ｒｐ
ｍ、シリンダー温度２２８℃に設定して行った。ただ
し、処理量については、２００Ｋｇ／ｈｒの条件で安定
した混練ができない場合、表３に示す処理量(安定した
混練の行える最大処理量)で行った。また、その際の押
出機の負荷電電値も表３に示す。

【００３５】本実施例では断面形状が図３左端に示すお
むすび型三角形となる３条ねじをパドルに使用してい
る。搬送部（２）の２本のパドルはスクリュー型をして
おり同方向に回転し、噛合部のどの直角断面をとっても
２本のねじ山が必ず一点で接触し、かつ接触点を結ぶ線
が一方のねじ底円から他方のねじ底円に終わるねじ山輪
郭をもつ。

【００３６】混練部（３）は混練作用を高めるためにデ
ィスクを組み合わせたニーディングディスクからなる。
該ディスクは図３の直角断面と同形状のもので、これが
数枚組み合わされたセグメントをパドルの途中に組み込
んでいる。ここでは、ディスクの位相をわずかづつ変え
ているので、材料はディスク面相互間やシリンダー内壁
との間で強力な剪断作用を受け、強力な混練が可能とな
る。

【００３７】本実施例の条件下では式（Ｉ）中、磁性粉
含有率が８６．７％（６５０／７５０×１００）あり、
シリンダー設定温度はバインダー樹脂の軟化点（１２０
℃）より約１０８℃高い。粉砕は、粉砕機としてＡＣＭ
バルベライザー(ホソカワミクロン社製)を使用し、粗粉
分級を組み込んだ閉回路の条件下に機械式粉砕を行っ
た。

【００３８】

【表２】

【００３９】得られたキャリアの体積平均粒径は５０μ
ｍであり、３２μｍ以下の含有率が１％以下であった。

【００４０】実施例３ 磁性粉部数を３００部（磁性粉含有率７５．０重量％）
とし、シリンダー設定温度を１４４℃とした以外は、実
施例１と同様にしてキャリアを調製した。

【００４１】実施例４ バインダー樹脂としてスチレン−アクリル樹脂（軟化点
１２０℃）（ＳＢＭ−７３Ｆ、三洋化成社製）を使用し
た以外は、実施例１と同様にしてキャリアを調製した。

【００４２】実施例５ マグネタイト系磁性粉（ＲＢ−ＢＬ、チタン工業社製）
を使用した以外は実施例１と同様にして、キャリアを調
製した。

【００４３】比較例６ 混練機のシリンダー温度を１５０℃に設定した以外は実
施例１と同様にしてキャリアを調製した。

【００４４】比較例７ 混練機のシリンダー温度を２７０℃に設定した以外は実
施例１と同様にしてキャリアを調製した。

【００４５】実施例６ 磁性粉部数を３２０部(磁性粉含有率７６.２重量％)と
し、シリンダー設定温度を１６０℃とした以外は、実施
例１と同様にしてキャリアを調整した。

【００４６】実施例７、比較例８および９ 磁性粉部数を５００部(磁性粉含有率８３.３重量％)と
し、シリンダー設定温度を表２に示す温度とした以外、
実施例１と同様にしてキャリアを調整した。

【００４７】比較例１０ 磁性粉部数を３２０部(磁性粉含有率７６.２重量％)と
し、シリンダー設定温度を２００℃とした以外は、実施
例１と同様にしてキャリアを調整した。

【００４８】以上、実施例１〜７および比較例１〜１０
で得られたキャリアの図２における位置を示してある。
また各実施例１〜７および比較例１、２、５〜１０で得
られた各キャリアについて、表３に混練機の処理量およ
び混練機の負荷電流値を示した。さらにこれらのキャリ
アとデジタル複写機(Ｄｉ３０、ミノルタ社製)用の負帯
電性トナーとをトナー含量５％で混合調製した現像剤
を、複写機（Ｄｉ３０、ミノルタ社製）に適用し、実験
室環境（温度：２５℃、湿度：４０％）下で複写を１万
回行った。複写機の設定はＤｉ３０標準条件に設定し
た。

【００４９】評価は以下の項目について行った。 白ヌケ：網点画像中における白ヌケを目視により評価
し、以下のようにランク付した。 ５：白ヌケは全く観察されなかった。 ４：白ヌケは若干観察されたが、実用上全く問題ない。 ３：白ヌケは観察されるが、実用上許容できる。 ２：白ヌケが多く実用上若干問題がある。 １：白ヌケが目立ち実用上問題がある。

【００５０】ボイド：網点画像上に形成されたボイド
を目視により観察し、以下の評価した。 ５：ボイドは全く観察されなかった。 ４：ボイドは若干観察されたが、実用上全く問題ない。 ３：ボイドは観察されるが、実用上許容できる。 ２：ボイドが多く実用上若干問題がある。 １：ボイドが目立ち実用上問題がある。

【００５１】以上の評価結果を下記表３にまとめた。

【表３】

【００５２】なお、比較例３では、混練部が原料の供給
口に近いため、原料供給口から供給された後の原料の送
り機能が極端に悪く、原料がパドルにスムーズに食い込
まれず、供給口で原料が詰まるブリッジ現象を起こし
た。

【００５３】比較例４では混練部が吐出口に近いため、
混練物の排出性が悪く、パドル内に混練物が滞留し、過
負荷となり、混練機が停止した。

【００５４】

【発明の効果】生産性を向上させたバインダー型キャリ
アの製造方法を提供するものであり、かかるキャリアを
用いて現像すると白ヌケ、ボイドのない高画質の画像を
形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 １カ所の混練部が設けられている押出混練機
の概略構成図。

【図２】 磁性粉含有率とシリンダー設定温度との関係
を示すグラフ。

【図３】 搬送部と混練部の概略構成を示す図。

【符号の説明】

１：シリンダー ２：搬送部 ３：混練部 ４：供給口 ５：吐出口 ６：原料供給手段 ７：ベントロ ８：モータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダー中、軸方向に搬送部および１
   カ所の混練部が設けられており、搬送部全長をＬ、混練
   部の長さＬｎｄ、スクリュー径をＤ、混練部までの搬送
   部長さをＬ₁としたとき、Ｌ／Ｄが２３以上、Ｌｎｄ／
   Ｄが４以下、Ｌ₁／Ｌが０．０５以上０．８７以下の値
   を有する構成の押出混練機を使用して、シリンダーの設
   定温度ｃ（℃）とキャリアの磁性粉含有率ａ₁(重量％)
   とが下記式（Ｉ）： Ｃ＝７.２（ａ₁−７５）＋Ｋ₁ （Ｉ） （式中、ａ₁は７５〜９０(重量％)、Ｋ₁はバインダー樹
   脂の軟化点〜軟化点＋４８℃）を満たす条件下で、少な
   くともバインダー樹脂と磁性粉との混合物を溶融混練し
   て得られる混練物を粉砕分級することを特徴とする磁性
   粉含量７５〜９０重量％のバインダー型キャリアの製造
   方法。