JPS61213345A - 静電像現像用キヤリア材 - 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】 イ、産業上の利用分野 本発明は静電像現像用キャリア材に関するものである。

口、従来技術 電子写真複写における二成分系現像方法としては、カス
ケード現像法と磁気ブラシ現像法が良く知られている。

即ち、帯電、露光により感光体上に作られた静電荷像又
は静電潜像に、キャリアを担体としてトナー粒子を付着
せしめることにより可視像を形成し、これを紙その他の
支持体に転写、定着する方法である。

現在、一般に鉄粉系キャリアが実用されている。

例えば、特開昭４８−５１６３８号公報には、シリコン
（Ｓｉ）が１６重量％以下、アルミニウム（ＡＩりが１
６重量％以下、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、コ
バルト（Ｃｏ）及びマンガン（Ｍｎ）等の不純物が１重
量％以下のＦｅ−３ｉ−Ａ１合金からなるキャリアが示
されている。しかしながら、このキャリアは、基本的に
はＦｅ−３ｉ−ＡＩｌの三元系合金からなっているので
、Ｆｅに対するＳｉ及びＡｌの配合量及びこれら量元素
の配合比を相互に決める必要がある。しかも、Ｆｅ−３
ｉ　−Ａｌ微粉末をそのまま粒状に固めたものであるか
ら耐久性が不充分であり、かつ静かさ密度が大きくてキ
ャリア表面を樹脂被覆したときに混合攪拌時の衝撃によ
り被覆樹脂が破壊し易いという欠点もある。

また、鉄粉のみを焼結してなるキャリアも存在するが、
被焼結粉が３０μｍ以下の如（に小粒径である場合には
透磁率が低下してしまい、現像による画像濃度及び画像
再現性が著しく劣化するという欠点がある。

ハ、発明の目的 本発明の目的は、透磁率が充分に保持され、画像再現性
に優れ、かつ製造の容易なキャリア材を提供することに
ある。

二、発明の構成及びその作用効果 即ち、本発明は、２〜２０重量％のアルミニウム（Ａｌ
）と、実質的に残部を占める鉄（Ｆｅ）とからなる静電
像現像用キャリア材に係るものである。

本発明によれば、キャリア材の組成としてＡｌを２〜２
０重量％含有せしめているので、Ｆｅのみの場合に生じ
る透磁率の低下を防止し、透磁率を高く保持して最高画
像濃度（Ｄｍａｘ　）を向上させ、画像（特に細線）再
現性を向上させることができる。焼結等によってキャリ
ア材に作成されるべき磁性粉が特に３０μｍ以下と微細
化される場合には、Ｆｅのみの場合に透磁率の低下が顕
著となるので、本発明はそうした微細磁性粉を用いると
きに極めて有効である。

このためには、Ｆｅに対し実質的にＡｌ量のみを決めれ
ば良いので、キャリア材の製造が非常に容易となる。こ
の場合、本発明に従って、ＡＩ！含有量を２〜２０重量
％に特定することが必須不可欠であり、２重量％未満で
も２０重量％を越えても第１図に示す如くに磁化の強さ
く磁界１００００　ｅ印加下）が低下してしまうからで
ある。Ａ１が多い分にはよいと考えられるが、あまり多
くて２０重量％を越えると却ってＦｅ量が減るためにキ
ャリアの磁気特性が悪くなり、現像性が劣化する。Ａｌ
量は更に、４〜１６重量％とするのが望ましい。また、
キャリア材中の不純物（Ｃ１０、ＮＸＨ，Ｎ　ｉ、Ｃｒ
、、Ｍｎ、、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ｚｎ、Ｔｉ等）の
含有量は２０重量％以下とするのが望ましい。

また、本発明のキャリア材は、上記のＦｅ−Ａ／微細磁
性粉を焼結した粒子（平均粒径は望ましくは３０〜２０
０μｍ）からなっているのが望ましい。

即ち、焼結による場合、キャリア粒子の耐久性が大きく
、かつ適度な多孔性となっていて静かさ密度が小さいこ
とから混合攪拌時の衝撃が小さく、破損や被覆樹脂の破
壊が小さくなる。

本発明によるキャリア材を製造するには、例えば微細磁
性粉と結合剤とからなるスラリーを霧状化（アトマイズ
）して球状の粒体を形成し、乾燥する工程と；これによ
って得られた乾燥粉を非酸化性雰囲気下で焼結する工程
と；必要な場合には望ましくはこの焼結物表面に絶縁性
材料を被覆する工程とを有する製造方法を採用するのが
望ましい。

特に、微細磁性粉、又は微細磁性粉と金属粉もしくは金
属酸化物との混合粉を水と結合剤、もしくは有機溶剤と
結合剤のスラリーとなしたのち、ジェット噴霧もしくは
高速回転円盤面で霧状化し、空中に滞留生乾燥を行って
捕集した後、更に、非酸化性雰囲気下で４００〜１２０
０℃で焼結すること、更に表面に絶縁性材料を被覆する
ことが望ましい。

即ち、例えば、平均粒径０．１〜１０μｍの微細磁性粉
を水又は、アルコール、ケトンなどの有機溶剤に３０〜
７０重量％混合恐濁してスラリー状とする。

更に、このスラリー中に結合剤として０．５〜５重量％
のポリビニルアルコール、糖類あるいは各種プラスチッ
クスを添加混合する。このスラリーを圧縮して、ノズル
より噴霧するか、又は高速回転する円盤の上へ滴下し遠
心力により噴霧を行うことにより、１０〜１０００μｍ
の液滴とする。この液滴は空中を飛行中に表面張力によ
り球形となる。次に、球形となった液滴が、空中に滞留
している間に、適温の熱風を導入して、液滴中の水分あ
るいは有機溶剤を蒸発除去して乾燥すれば、落下捕集さ
れた粉体として微細磁性粉が結合剤で固められた１０〜
１０００μｍの球形粉が得られる。更に、この球形粉を
非酸化雰囲気にある高温焼成炉で４００〜１２００℃の
温度で焼結すると、結合剤は蒸発し、また、微細粉粒子
間に強固な焼結が生じて、球形粉はキャリアとして充分
な強度に達する。

上記製造工程において、微細磁性粉と水又は有機溶剤、
それに結合剤よりなるスラリー中に他の金属粉あるいは
それらの酸化物を混合することにより、それらが鉄粉粒
子間に均一に分散し、介在した球形のキャリアが得られ
る。添加する金属粉あるいはそれらの酸化物は種類と量
により、磁力、電気抵抗などを自由に調整でき、この様
な製造方法によれば、キャリアとして要求される諸特性
に対し一層広範囲な対応を可能とするものである。

また、本発明において、微細な磁性粉、又は微細磁性粉
と金属微細粉又は金属酸化物の混合粉の集合を形成する
に際し、結合剤として高分子及び有機物質を用いれば、
次の焼結によって結合剤が蒸発、除去されるので、キャ
リア材の軽量化に有効である。使用する微細磁性粉の粒
径は平均粒径で３０μｍ以下（例えば１０Ｉ！ｍ以下、
０．１　μｍ以上、特に５μｍ以下、０．５μｍ以上）
とするのがよく、また焼結に際しては非酸化性雰囲気下
で４００〜１２００℃好ましくは９００〜１０５０℃で
焼結するのがよい。焼結温度が、４００℃未満では焼結
不充分となり易い。

また、上記の金属微細粉はニッケルをはじめ、マンガン
、銅、クロム、コバルト、亜鉛等からなっていてよい。

また、上記の金属酸化物は、アルミナの他、シリカ、酸
化チタン、酸化カルシウム等であってよい。これらは微
細鉄粉に対して重量比で５〜２０％混合するのがよ＜、
１０〜１５％混合するのが更によい。

なお、本発明によるキャリア材は、上記の如き結合剤を
用いずに焼結したものであってもよい。

上記において、使用可能な結合剤としては、ポリビニル
アルコール、飽和及び不飽和脂肪酸から導かれるポリエ
ステル、アルキルセルロース、ブチラール樹脂、アクリ
ル樹脂、エポキシ樹脂等が使用可能であり、分散効果と
結合効果との両方をもつポリカルボン酸塩、ナフタレン
スルホン酸塩、リグニンスルホン酸塩が好ましい。

また、スラリー用の有機溶剤としては、メタノ、　−ル
、エタノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチ
ルケトン等の゛ケトン類等が挙げられる。

また、キャリア材の表面を被覆する絶縁性材料、特に樹
脂としては、スチレン、ｐ−クロルスチレン、メチルス
チレン等のスチレン類；塩化ビニル、臭化ビニル、フン
化ビニル等のハロゲン化ビニル類；酢酸ビニル、プロピ
オン酸ビニル、ベンジェ酸ビニル、酪酸ビニル等のビニ
ルエステル類；アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、
アクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリ
ル酸ドデシル、アクリル酸ｎ−オクチル、アクリル酸３
−クロルエチル、アクリル酸フェニル、α−クロルアク
リル酸メチル、メタアクリル酸メチル、メタアクリル酸
エチル、メタアクリル酸ブチル等のα−メチレン脂肪族
モノカルボン酸のエステル類；アクリロニトリル、メタ
アクリロニトリル、アクリルアミド、ビニルメチルエー
テル、ビニルイソブチルエーテル、ビニルエチルエーテ
ル等のビニルエーテル類；ビニルメチルケトン、ビニル
へキシルケトン、メチルイソプロペニルケトン等る。こ
の他の樹脂として、エポキシ樹脂、ロジン変性フェノー
ルホルマリン樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂
、ポルビニルブチラール樹脂、ポリエステル樹脂、スチ
レン−ブタジェン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリビニル
ホルマール樹脂、メラミン樹脂、ポリカーボネート樹脂
が挙げられる。これらの樹脂は単独で若しくはブレンド
して使用することができる。

このうち、スチレン−アクリル系樹脂（例えばスチレン
−メチルメタアクリレート、スチレン−ブチルメタアク
リレート等）、エポキシ樹脂、スチレン−ブタジェン樹
脂、ブチラール樹脂、セルロース樹脂等が特に有用であ
る。

また、絶縁性材料のコーティング方法としては、前述し
た樹脂を溶剤に溶解し塗布液を作り、この塗布液をキャ
リア用核体粒子としての鉄粉集合体の表面に塗布する。

この塗布のためには、浸漬法、スプレー法等を用いるこ
とができるが、特に流動化ベッド法によるのが好適であ
る。この流動化ベッド法は、流動化ベッド装置内におい
て、上昇する加圧ガスにより、核体粒子を平衡高さに迄
上昇浮遊させ、当該核体粒子が再び落下する迄の間に前
記塗布液を上方からスプレーして各粒子に塗布し、これ
を繰り返して所望の厚さの塗膜を形成する方法であり、
この方法により各粒子に均一な塗布を行うことができる
。前記塗布液には相溶性の良い他の樹脂を混合し、熔解
しても良い。

この方法において用いられる溶剤としては、前記樹脂を
溶解するものであればよく、例えばメタノール、エタノ
ール、ブタノール、イソプロパツール等のアルコール類
；メチレンクロライド、ジクロルエタン、トリクロルエ
チレン等のハロゲン化炭化水素類；トルエン、キシレン
等の芳香族炭化水素類；アセトン、メチルエチルケトン
等のケトン類；その他テトラヒドロフラン、ジオキサン
等の有機溶剤又はこれらの混合溶剤が用いられる。

絶縁性コーティングキャリアを得るためには、被覆材重
量は０．２〜５．Ｏｗｔ％が適当であり、好ましくは０
□５〜３．０　ｗｔ％の範囲が良い。

本発明のキャリア材は、球形キャリア材内部に多数の気
孔を有し、また、キャリア粒子表面はちょうど滑らかな
面に微粒子を無数配列させた様になっているもの、従っ
て無数の凹凸が観察されるものであるのが望ましい。こ
のため球状でありながら、しかも見掛密度が小さく、有
効面積の大きな特徴をもつキャリアが得られるのである
。この球形キャリア材は第２図の如く粒子内部に適度に
気孔が存在している（気孔率は望ましくは２０〜３０％
とする。）。

なお、本発明のキャリア材は不定形であってもよいし、
球形であってもよい。外見的に球形のキャリア材である
のが望ましい。「外見的に球形」とは、ソノ形状係数が
５．８Ｘ１０”以上、８．０Ｘ１０″′２未満であるよ
うな焼結体として定義される。ここで、形状係数は、キ
ャリア１個の投影面積をその投影周囲長の２乗で割った
値として定義し、好ましくは研摩処理をする事によって
より球形化を図ることができる。好ましい形状係数は５
．８Ｘ１０″′２以上となり、真珠ではほぼ８．０Ｘ１
０−２となる。

本発明によるキャリア材は、表面に絶縁性材料が被覆（
コーティング）された絶縁性キャリアとすることができ
るが、球形であるとコーティング時の流動性が良いため
にキャリア表面に絶縁性材料が充分に被着されることに
なる。このためコーテイング膜の薄膜化、コーティング
時間の短縮が可能となる上に、コーテイング膜の接着性
が良好であり、かつ潜像電荷のリークがなくて鮮鋭性の
良いトナー像の形成が可能となり、白粉の発生、かぶり
の発生、クリーニング不良もなくすことができる。

ホ、実施例 以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、
以下の実施例は本発明の技術的思想に基づいて種々変更
することが可能である。

災患桝よ 平均粒径２５μｍのＦｅ　　４ｗｔ％Ａ１からなる微細
粉２０ｋｇに水１０ｋｇ、ポリビニルアルコール３００
ｇを攪拌混合したスラリーを、５０００ｒｐｍで回転し
ている円盤上に滴下し、噴霧飛行中の液滴に１６０℃の
熱風を吹きつけて乾燥して１９．５ｋｇの球状粉を得た
。この球状粉を１００〜２００メソシユに篩分けし、１
２．７ｋｇの試料が得られた。次に、これを水素ガス気
流中で１０００℃×６０分焼結し、ポーラス焼結体から
なる平均粒径８０μｍのキャリア材を得た。

このキャリア材１　ｋ＋ｒに、スチレン−メチルメタク
リレート樹脂（組成比３ニア）１５ｇをメチルエチルケ
トン３００ｍ１中に溶解して得られる塗布液を温度５０
℃に設定した流動床型コーティング装置を用いてスプレ
ー塗布し、キャリア材表面に１．０μｍの樹脂被覆層を
形成して絶縁性キャリアを製造した。

このキャリアを小西六写真工業ｆｉｌｌ製の複写機Ｕ　
−Ｂｉｘ　１６００用のトナーと混合し、同社製のＵ　
−Ｂｉｘ　４５００改造機を用いて２０℃、６０％ＲＨ
でコピーを行った。結果を下記表−１に示したが、Ｄｍ
ａｘ及び画像再現性が良好に保持され、２０万コピー後
もカブリのない鮮明な画像が得られた。

表−１ 実施例１において、Ｆｅ　　４ｗｔ％Ａ１に代えてＦｅ
粉を用い、これを同様に焼結し、キャリアを得た。この
キャリアを同様にコピーテストに供したが、下記表−２
に示すように結果が不良であった。

表−２ 実施例１のＦｅ−４ｗｔ％Ａｉの代わりに、Ｆｅ−１６
ｗｔ％Ａ！！に、これ以外の不純物（例えばＣ１０、、
Ｎ　ｓ　ＨＳＮ　ｉｌＣｒ　％　Ｃｏ　、、Ｍ　ｕ　％
　Ｔ　ｔ　ｓ　Ｚ　ｎＷ％　Ｍｏなど）が含まれている
磁性粉を焼結し、キャリアを得た。これをコピーテスト
に供したところ、下記表−３の如（に結果が良好である
が、不純物量は２０重量％以下がよいことが分かる。

表〜３

【図面の簡単な説明】

図面は本発明を説明するものであって、第１図はＡβ含
有量による磁化の強さを示すグラフ、 第２図は本発明に基づくキャリアの粒子形状を示す顕微
鏡写真（倍率ＥＯＯ倍） である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、２〜２０重量％のアルミニウムと、実質的に残部を
   占める鉄とからなる静電像現像用キャリア材。