JPS60134249A - 静電複写用フエライトキヤリア材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、２成分系電子複写機用現像剤に用いられるキ
ャリア材料に関し、更に詳しくｌよ、マグネシウム−亜
鈴系フェライト材料を主成分とし、それに適量の酸化銅
あるいは酸化ニ・ツケルを添加した組成を有し、耐久性
および画像特性のすぐれた球状の静電複写用フェライト
キャリア材に関するものである。

電子写真の現像法の一つとして乾式２成分現像法があり
、現在量も広く利用されているのζよ、そのうちの磁気
ブラシ現像法と呼ばれるものである。この種の２成分系
現像剤のキャリア材料に必要な緒特性としては、摩擦帯
電性、磁気特性、流動性、耐久性等があり、これら緒特
性にりいては様々な面から検討が試みられている。

従来、２成分系キャリア材料としては、鉄粉が多く使用
されていた。しかし酸化波Ｉｌｌ法による鉄粉粒子は、
不定形あるいは表面の粗さにより流動性および帯電性の
劣化が生じ、場合によっては感光体を傷つける等の欠点
が生じて１１な。

また、高速複写する場合、磁気ドラムの回転速度が早く
なるほどドラム駆動部の負荷が増大し、最悪時には磁気
ドラムの回転機構の破壊が生ずるなどという問題もあっ
た。更に現像剤寿命を決定するキャリア表面へのトナー
付着現象（所謂スベントトナーンが生じるが、これは磁
気ドラム回転に対する負荷と同一原因、即ち鉄粉の物理
的性質の一つである見掛は密度が大きいということに起
因していることが判明しｔこ。

当然のことながら、これら諸現象に対して鉄粉キャリア
表面へのコーティング等の手段を講じ、画像特性あるい
は流動性の改善が図られてきた。しかしながら上記の如
きキャリア物性の基本的な改善とはなりえず、そのため
基本物性的に見掛は密度が小さい磁性キャリア材が要求
されてきていｔこ。この様な鉄粉キャリアの欠点を解消
するため現在広く利用されているのがフェライトキャリ
ア材である。

フェライトは周知のとおり金属酸化物でアルため、上記
の如き鉄粉等に比べて見掛は密度が小さく現像剤として
軽量化が可能であるし、更に鉄粉に比べ磁気特性上、残
留磁束密度が低く、また抗磁力も小さく結果的にヒステ
リシスル〜ブの面積が小さい特徴を有し、磁化反転およ
び磁化履歴に対して常に初期特性を保持しうる特徴を有
する。またフェライトは前述の如く酸化物であるため鉄
粉に比べて化学的に安定であり高速現像や多数枚複写に
よる現像剤表面汚染等の画像劣化に対し強く、メンテナ
ンスフリーというメリットを有し、キャリア材料として
極めて使用目的に適合している。その上、フェライトの
半導体特性により電気的特性、例えば電気抵抗値、を組
成を変えることにより所望の値に１０６〜１０１９Ω−
帥程度まで自由に可変でき、帯電皿制御により画像特性
を著しく向」ニさせることができる。この様な優れた特
性を有するが故に、フェライトキャリア材は現在の電子
複写機における現像剤として必要欠くべからざる物質と
なっている。

しかしながら、従来のこの種フェライトキャリア材には
次のような欠点があり、未だ改善の余地が残されていた
。それは、キャリア表面が粗く不規則であり、このため
そのような粗い表面を有するキャリア粒子相互の機械的
あるいは衝撃的接触により結晶体の剥離あるいは破壊現
象が生ずることである。そしてそれにより生成したフェ
ライト黴粒子が、静電現象によって感光体表面へ付着し
、複写紙面を汚染したりあるいは感光体自体を損耗する
乙とが生じるという欠点があった。

本発明の目的は、上記のような従来のフェライトキャリ
ア材料のもつ欠点を解消し、キャリア表面の平滑性を格
段と向上させることにより、安定かつ良好な酊電複写性
能を発揮させることができるようにした経済的なフェラ
イトキャリア材料を提供することにある。

このような目的を達成することのできる本発明は、組成
的には、Ｆ　ｅ２０．　４５〜６５−［−ル％。

ＭｇＯ２６〜３２モル％、’Ｚｎ０　１８−２２　モル
％および場合によっては５モル％以下のＭｎＯを含むマ
グネシウム−亜鉛系フェライト材を主成分とし、それに
対してＣｕ０Ｏ，５〜１０重景％またはＮｉ００．１〜
１０！量％を添加した組成を有するものであり、形状的
には球状をなし、その粒径が５〜２００μ爪で、ＢＥＴ
表面積測定による焼結比表面積が００１〜１．０ｍ／　
ｇであるような静電複写用フェライトキャリア材である
。

以下、本発明について更に詳しく説明する。

本発明は、前述の如くマグネシウム−亜鈴系フェライト
をベースとし、それに適量の酸化銅および／または酸化
ニッケルを添加した組成を有するものである。即ちまず
ベースとなるマグネシウム−亜鉛系）エライト材は、Ｆ
ｅ、Ｏ，４５〜６５モル％、　Ｍｇ０　２６〜３２モル
％、ＺｎＯ１８〜２２モル％を有する組成のものである
。

この場合、この組成に対して更に５モル％以下のＭｎ０
を含むようにしてもよい。そして、このような母材とな
るマグネシウム−亜鈴系フェライト材に対して、Ｃｕ０
　０．５〜１０１ｉｆｉ％またはＮｉ００．１〜１０重
景％を添加した組成を有するものである。なお、ＣｕＯ
とＮｉＯは同時に添那してもかまわない。

フェライトキャリア材の製造方法は従来技術とほぼ同様
である。これはインダクタンス用素子に用いられるフェ
ライトの初期段階の製法とほぼ同一の作成法であるとい
える。つまり、球状粒子を作成する方法として、噴霧乾
燥法（スプレードライヤー法）あるいは流動造粒法等が
あるが、これらよく知られた方法によって作成すること
ができる。例えば、バインダー、分散剤、水あるいは有
機溶媒等とともに前記組成のフェライト微粒子をよく混
合し、スラリー状にしｔコ溶液を適当な条件で噴′ｆＮ
乾燥し、球状ベレットを作成する。この工程で粉体比重
を適当：こ制御する乙とができるし、また空孔の分散状
態を所望の形に制御することができる。このようにして
作成した球状粒子をキルンあるシ）（よ炉（ごて焼成し
た後、篩別分級し、所望の粒度分布を有するキャリア材
とするのである。

本発明においてマグネシウム−亜鉛系フェライトを用い
ている理由は、従来一般に用いられているニッケルー亜
鉛系フェライトよりも安価であり、しかも静電複写用キ
ャリア材に適しｔこ抵抗値範囲に入る高抵抗材料だから
である。そしてそこにおける各成分の組成範囲は、通常
この種のマグネシウム−亜鉛系フェライトキイ料として
用いられているものとほぼ同様の範囲であるから、個々
の組成範囲についての説明は省略する。静電複写用キャ
リア材として要求される電気的抵抗率は、それを用いる
複写装置側の要求によってかなり広い範囲にわたってい
るが、通常１０４〜ｉ’　ｏ　ｌ　ＱΩ−ｃＩ１１程度
である。本発明においては、前記組成範囲において主と
して酸化亜鈴の配合量を変化させることによって乙の電
気抵抗率を適当な値に調整することができる。

また前述の如く、乙のマグネシウム−亜鈴系フェライト
に酸化マンガンを少量加えた構成も本発明に含まれるも
のであり、マンガンを入れると抵抗率が高くなる傾向（
とあるが、マンガンを入れる主たる目的は、抵抗値を安
定化させるとともに増量材的機能を果たさせるためであ
る。

いずれにしてもこのような組成のマグネシウム−亜鈴系
フェライト材をベースとし、それに酸化銅あるいは酸化
ニッケルを添加する点に本発明の一つの大きな特徴があ
り、それによって所望の特性をもたせているのである。

これらの材料を添加することにより、まず第１に焼成温
度を５０〜１００℃程度下げることができ、製造間にお
ける省エネルギー化を実現することができる。また、こ
れらの材料を添加することによって、フェライトキャリ
ア材の表面の平滑性が大幅に改善され、従来技術の欠点
を著しく改善することができるのである。ここで、酸化
銅は０５５重部以上まｔ二酸化ニッケルは０１１重部以
上添加するように構成されているが、それは酸化銅と酸
化ニッケルとを比べた場合には酸化ニッケルの方が添加
効果が大きく、はんの僅かの添加量でも表面の平滑性が
著しく改善されることが知得されたからである。下限を
０５あるいはｏｌいう意味からこれらの数値以上の添加
が必要だからである。逆に、上限を１００重部とした−
のけ、１０重量％を超えて添加しても特性的にはあまり
極端な変化は生じないし、これらの添加剤は高価である
のでそれ以上添加することは全く無意味だからである。

また、この場合酸化ニッケルと酸化網を両方同時に添加
混入することも可能であり、それによっても同様の効果
が生じる乙とが認められた。その場合の添加量は前記そ
れぞれ単独に添加した場合を勘案して決めればよいこと
になる。

このようなキャリア材表面の平滑性については、特に電
子顕微鏡による観察によって明瞭に把握できる。これは
、多数のキャリア材を含む領域を約２００〜３００倍程
度の低倍率で多数回撮影した電子ａｍ鏡写真をランダム
に数枚抜き出し、−窓以上（例えば２０μｍ程度以上）
の大きさのユニットグレン（ｕｎｉｔ　ｇｒａｉｎｌ　
＊　モつ球状コアがコア総数に対して何％存在するかを
算出ずｚｙｂｌｒ）−η−−１−１１ＭＬＩ？式Ｚ）−
１７−２６Ｍｌθ５ＩｒＩＰ’ｕｄできる。これら電子
顕微鏡による観察や、それに基づく大結晶化率の算出か
ら、酸化銅や酸化ニッケルを添加していない場合に比し
、少量添加したものは表面の粗さが大幅に改善されてい
ることが判る。これは、この種の添加剤を混入すること
によって、焼結時の結晶成長段階において結晶粒子の濡
れ性が改善され、粘性流動が生じキャリア粒子の表面が
平滑になるためと考えられる。

また、本発明においてキャリア材の粒径を５〜２００μ
ｍとしたのは次のような理由による。２成分系の現像剤
において画像の分解能を向上させるためにはキャリア粒
子が細かいほうがよいが、しかし細かすぎると流動性が
悪くなるからである。つまり、トナーと均一に混ざりあ
うためにはある程度の流動性がなければならず、５μｍ
よりも細かすぎると流動性が極端に悪くなってしまうか
らである。また、逆に２００μｍを超えて大きな粒径の
ものとなると、画像の分解能が著しく悪くなってしまう
からである。更に、本発明ではＢＥＴ表面積測定による
焼結比表面積を０．０１〜１０ｍ”７ｇの範囲としてい
る。前記粒径との相関があるが、一般に比表面積が著し
く小さいということは乙の場合粒径が大きいということ
を意味しているし、逆に比表面積が大きすぎるというこ
とは粒径が小さく、表面が粗く、流動性が乏しいし、ま
た非常に表面が多孔性であるということを意味しており
、表面を帯電量の制御等のために樹脂等によってコーテ
ィングする場合等に大きな問題が生じる。帯電量は用い
るトナーにより異なるが、電気抵抗を一定にした場合、
比表面積との相関があり、結晶粒径が小なるコアについ
ては大なるコアに比べて大きくなる傾向がある。上記の
ような最適な比表面積であれば適当なユニットグレンの
場合、摩擦帯電量が安定するからである。また、樹脂コ
ーティングする場合、コート厚はミクロンオーダーであ
り、できるだけ均一な膜厚であることが好ましい。とこ
ろが、比表面積が非常に大きく表面が非常にポーラスな
状態にあると、孔の中までコーティング剤が入り込んで
いく乙ととなり、コーティング剤が多量に必要となるば
かリテナク、厚みのばらつきが生じ易く、コーティング
するうえで不都合が生しる。そのような不都合を回避す
るためにも上記のような焼結比表面８１Ｎ囲が好ましい
のである。

次に、本発明の実施例について説明する。

［実施例１］ Ｆ　ｅ２０．　５３．４モル％、Ｍ　ｇｏ　２７．５モ
に％、Ｚｎ０１８１モル％、　ＭｎＯ１，０モル％なる
配合割合にＣｕＯ無添加の場合（比較品）と０５〜１０
重景％添置部た場合（本発明品）の組成の異なる６種類
の粉体を用意し、それぞれボールミルで混合する。そし
て乾燥した後、９００℃で１時間仮焼きし、再びボール
ミルで粉砕する。この溶液にバインダーを加え、噴霧乾
燥法により球状ペレットを造粒し、得られたペレットを
１２５０℃で焼成し、分級した後、６０〜２００μｍの
フェライトキャリア材を得ｔこ。

これら各組成のキャリア材の緒特性は、第１表に示す通
りである。また、この時の見掛は密度は２４８±０．０
５　ｇ　／　ｃｅであった。なお、ここで「大結晶化率
」とは、電子顕微鏡にて２００〜３００倍で約３０個程
度のキャリアコアを含む写真をｉ影し、ユニットグレン
が２０μｍ以上で構成されるキャリアコアが全キャリア
コア数の何％存在するかを算出したものである。

上記第１表から判るように、ＣｕＯを０５重置部以上添
加すると、大結晶化率（ユニットグレンの大きい粒子の
存在確率）が急激に大きくなり、１０重量％程度で飽和
する。大結晶化率カζ増大するという乙とは、換言すれ
ば粒子の平滑性が良好となるということであり、このこ
とは次の電子顕微鏡写真からも容易に理解しうるであろ
う。

第１図はＣｕＯ添加無しの場合の２００倍の電子顕微鏡
写真、第２図はその７００倍の電子顕微鏡写真である。

各キャリアコアは、表面に鋭く細かい凹凸が無数に存在
するのがよくわかる。これに対して第３図はＣｕＯ３，
０重量％添加した場合の２００倍の電子顕微鏡写真、第
４図はその７００倍の電子顕微鏡写真である。この第３
図、第４図と前記第１図、第２図とを比べると、ＣｕＯ
を添加することによってキャリアコアの表面の平滑性が
著しく改善されることがはっきりと理解されるであろう
。

［実施例２］ Ｆ　ｅ、０３４５．　ｓモル％、Ｍｒ、０３１１モル％
、’Ｚｎ０１８３モル％、　ＭｎＯ５，０モル％なる配
合割合にＮｉＯ無添加の場合（比較品）と０５〜１０重
量％添加した場合（本発明品）の組成の異なる６種類の
粉体を用意し、前記実施例１と同様の方法により６０〜
２００μｍのフェライトキャリア材を得た。

これらキャリア材の緒特性は第２表に示す通りである。

なお、ここで大結晶化率は前記実施例１と同様の方法に
より算出したものである。

第　２　表 なお、第２表には記載していないが、Ｎ１０を０１重量
％添加した場合でも０５重最先添加した場合とほぼ同様
の大結晶化率が得られている。

本発明は上記のように構成した静電複写機用フェライト
キャリア材であるので、フェライトキャリア材を構成す
る粒子中の結晶粒子を成長させることによってキャリア
材表面の平滑性を良好ならしめ、画像特性の安定化と流
動性の向上を図ることができ、それ故キャリア粒子相互
の機械的あるいはＩＩｊ７撃的接触等が生じても結晶体
の剥離あるいは破損現象がほとんど生じず、複写紙面の
汚染あるいは感光体自体の損耗といった従来技術の欠点
を完全に解消することができる。また本発明によれば、
フェライトキャリア材自体が表面平滑性を有しているた
め従来コーティングが不可欠であったものをコーティン
グなしで使用することができるし、原料自身が安価であ
ることと相俟って低廉なキャリア材料を得ることができ
、更にキャリア材表酊をコーティングする場合であって
もコート厚を均一化することができ、コーテイング材が
少量で済むし、また現像剤としての耐湿特性をも安定化
させることが可能であるなど数々のすぐれた効果を奏し
うるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は添加剤なしのマグネシウム−亜鉛系はその７０
０倍の電子顕微鏡写真、第３図は本発明にかかるマグネ
シウムー亜鉛系フェライトキャリア材の２００倍の電子
顕微鏡写真、第４図はその７００倍の電子顕微鏡写真で
ある。 特許出願人　富士電気化学株式会社 代　卵　人　茂　見　積 第１図 第２図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｆｅ、０３４５〜６５　モに％、ＭｇＯ２６〜３２
   モル％、ＺｎＯ１８〜２２モル％を有するマグネシウム
   −亜鉛系フェライト材に対してＣｕＯを０５〜１０．ｌ
   ｉ量％添加した組成を有し、球状をなすコアの粒径が５
   〜２００μｍで、ＢＥＴ表面積測定による焼結比表面積
   が０．０１〜１．　Ｏｒ＋ｉ”７ｇであることを特徴と
   する静Ｍ嫂写用フェライトキャリア材。 ２、Ｆｅ、Ｏ３４５−６５モＡ％、Ｍｇ０２６−３２モ
   ル％、ＺｎＯ１Ｂ〜２２モル％を有するマグネシウム−
   亜鈴系フェライト材に対してＮｉ０を０１〜１０３１景
   ％添加した組成を有し、球状をなすコアの粒径が５〜２
   ００μｍで、ＢＥＴ表曲積測定による焼結比表面積が０
   ０１〜１．０ｒｎ’／ｇであることを特徴とする静電複
   写用フェライトキャリア材。