JPS61213861A - 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
（Ｓ　ｉ）が１６重量％以下、アルミニウム（Ａｌ）が
１６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−Ｓｉ−／１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、Ｆｅ−
Ｓｉ−Ａｆ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以下の如く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、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｆ系合金からなる微ｍ
＠性粉を焼結して得られた粒子によって構成された静電
像現像用キャリア材に係るものである。

本発明によれば、キャリア材をＦｅ−Ｓｉ−ＡＩ系合金
の焼結粒子によって構成しているので、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、Ａｌ含有量を２〜２０重量％、Ｓｊ含有
量を１〜１０重量％に特定することが望ましい。

Ａｌが２重量％未満でも２０重量％を越えても、及びＳ
ｉが１重量％未満でも１０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。／ｌ又はＳｉが多い分には
よいと考えられるが、あまり多くてＡｌの場合は２０重
量％、Ｓｉの場合は１０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％、Ｓｉ量は更
に２〜８重量％とするのが望ましい。また、キャリア材
中の不純物（Ｃ，Ｏ，、Ｎ、　Ｈ，Ｎｉ、　Ｃｒ、、Ｍ
ｎ、　Ｔｉ、Ｍ　ｏ　、Ｃｒ　、Ｗ　−、Ｚ　ｎ　、、
Ｔ　ｉ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−Ｓｉ−Ａｌ
微細磁性粉を焼結した粒子（平均粒径は望ましくは３０
〜２００μｍ）からなっているので、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
の破壊が少な（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、空中に滞留中乾燥を行って
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％混合懸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緒特性
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１０μｍ以下、０
．１μｍ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４
００〜１２００℃、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％混合するのがより、
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、ナフクレン
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、メタノール、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、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、フッ化ビニル等
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のビニルケトン類
などの単量体を重合させたホモポリマー或い奢 はコポリマーｌ使用することができる。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
た樹脂を溶剤に熔解し塗布液を作り、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、溶解
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．Ｏｗｔ％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
孔ををし、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外見的に球形のキャリア材
であるのが望ましいが、「外見的に球形」とは、その形
状係数が５．８　Ｘ　１０−２以上、８．ＯＸ　１０−
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、研摩処理をする事によ
って５．８Ｘ１０″″２以上となり、真珠では８．ＯＸ
　１０−２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。

実蓬順ロー 平均粒径２５μｍのＦｅ−２ｗｔ％Ｓｔ−４ｗｔ％Ａ／
からなる微細粉２０ｋｇに水１０ｋｉｒ、ポリビニルア
ルコール３００ｇを攪拌混合したスラリーを、５００Ｑ
ｒｐｍ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メツシユ
に篩分けし、１２．７１ｑｒ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　ｋｇ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
７３００ｍｌ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■製の複写機Ｕ　−Ｂｉ
ｘ　１６００用のトナーと混合し、同社製のＵ　−Ｂｉ
ｘ　４５００改造機を用いて２０℃、６０％ＲＨでコピ
ーを行っまた。結果を下記表−１に示したが、Ｄｍａｘ
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−２ｗｔ％５ｔ−４ｅｖｔ％Ａ
Ｊ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−２ｗｔ％Ｓｉ−４ｗｔ％Ａ１の代わり
に、Ｆｅ−８ｗｔ％Ｓｉ　　１６ｗｔ％Ａ１に、これ以
外の不純物（例えばＣ，Ｏ−、Ｎｓ　Ｈ，Ｎ　ｉ、Ｃｒ
。

Ｃ０％　Ｍｎｓ　Ｔｉｓ　Ｚｎ、Ｗ、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の如くに結果が良
好であるが、不純物量は２０重量％以下がよいことが分
かる。

（以下余白、次頁に続く） 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Ａ／又
はＳｉ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電子
顕微鏡写真（倍率５００倍） である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金からなる微細磁性粉を焼結
   して得られた粒子によって構成された静電像現像用キャ
   リア材。