KR101291984B1

KR101291984B1 - 전자 사진 현상제용 캐리어 심재, 전자 사진 현상제용 캐리어, 전자 사진 현상제, 및 전자 사진 현상제용 캐리어 심재의 제조 방법

Info

Publication number: KR101291984B1
Application number: KR1020127032842A
Authority: KR
Inventors: 타케시 카와우치
Original assignee: 도와 아이피 크리에이션 가부시키가이샤; 도와 일렉트로닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2010-06-14
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2013-08-09
Also published as: KR20130014064A; US20130084521A1; EP2581791A4; JP2012002868A; JP4938883B2; CN102939568A; WO2011158589A1; EP2581791A1; EP2581791B1; US20140154623A1

Abstract

전자 사진 현상제용 캐리어 심재는, 일반식: Fe₃O₄로 표시되는 코어 조성을 주성분으로서 포함하고, Na를 30ppm 이상 400ppm 이하 함유한다. 이와 같은 캐리어 심재는, 캐리어 심재 자체의 환경 의존성을 작게 하면서, 저항값의 적정화를 실현할 수 있다.

Description

전자 사진 현상제용 캐리어 심재, 전자 사진 현상제용 캐리어, 전자 사진 현상제, 및 전자 사진 현상제용 캐리어 심재의 제조 방법{CARRIER CORE MATERIAL FOR ELECTROPHOTOGRAPHIC DEVELOPER, CARRIER FOR ELECTROPHOTOGRAPHIC DEVELOPER, ELECTROPHOTOGRAPHIC DEVELOPER, AND METHOD FOR PRODUCING CARRIER CORE MATERIAL FOR ELECTROPHOTOGRAPHIC DEVELOPER}

본 발명은, 전자 사진 현상제용 캐리어 심재(이하, "캐리어 심재"로 약칭하는 경우도 있다), 전자 사진 현상제용 캐리어(이하, "캐리어"로 약칭하는 경우도 있다), 전자 사진 현상제(이하, "현상제"로 약칭하는 경우도 있다), 및 전자 사진 현상제용 캐리어 심재의 제조 방법에 관한 것이고, 특히, 복사기나 MFP(Multifunctional Printer) 등에 사용되는 전자 사진 현상제에 구비되는 전자 사진 현상제용 캐리어 심재, 전자 사진 현상제에 구비되는 전자 사진 현상제용 캐리어, 전자 사진 현상제, 및 이와 같은 전자 사진 현상제용 캐리어 심재의 제조 방법에 관한 것이다.

복사기나 MFP 등에 있어서는, 전자 사진에 있어서의 건식 현상 방식으로서, 토너만을 현상제의 성분으로 하는 1성분계 현상제와, 토너 및 캐리어를 현상제의 성분으로 하는 2성분계 현상제가 있다. 어느 한 현상 방식에 있어서도, 소정의 전하량으로 대전시킨 토너를 감광체에 공급한다. 그리고, 감광체 상에 형성된 정전잠상을 토너에 의해 가시화하고, 이를 용지에 전사한다. 그 후, 토너에 의한 가시 화상을 용지에 정착시켜 목적으로 하는 화상을 얻는다.

여기서, 2성분계 현상제에 있어서의 현상에 대해 간단히 설명한다. 현상기 내에는, 소정량의 토너 및 소정량의 캐리어가 수용되어 있다. 현상기에는, S극과 N극이 원주방향으로 교대로 복수 마련된 회전 가능한 마그넷 롤러 및 토너와 캐리어를 현상기 내에서 교반 혼합하는 교반 롤러가 구비되어 있다. 자성분말로 구성되는 캐리어는, 마그넷 롤러에 의해 담지(擔持)된다. 이 마그넷 롤러의 자력에 의해, 캐리어 입자에 의한 직쇄상(直鎖狀)의 자기 브러시가 형성된다. 캐리어 입자의 표면에는, 교반에 의한 마찰 대전에 의해 복수의 토너 입자가 부착되어 있다. 마그넷 롤러의 회전에 의해, 이 자기 브러시를 감광체에 접촉시켜 감광체의 표면에 토너를 공급한다. 2성분계 현상제에 있어서는 이와 같이 하여 현상을 한다.

토너에 관해서는, 용지에 대한 정착에 의해 현상기 내의 토너가 순차 소비되기 때문에, 현상기에 장착된 토너 호퍼로부터 소비된 양에 상당하는 새로운 토너가, 현상기 내에 수시로 공급된다. 한편, 캐리어에 관해서는, 현상에 의한 소비가 없고, 수명에 다할 때까지 그대로 사용된다. 2성분계 현상제의 구성 재료인 캐리어에는, 교반에 의한 마찰 대전에 의해 효율적으로 토너를 대전시키는 토너 대전 기능이나 절연성, 감광체에 토너를 적절히 반송하여 공급하는 토너 반송 능력 등, 다양한 기능이 요구된다.

근래, 상기한 캐리어는, 그 코어, 즉, 핵이 되는 부분을 구성하는 캐리어 심재와, 이 캐리어 심재의 표면을 피복하도록 마련되는 코팅 수지로 구성되어 있다.

여기서, 캐리어 심재에 관해서는, 자기적 특성이 양호한 것이 요망된다. 간단히 설명하면, 캐리어는 현상기 내에 있어서, 상기한 바와 같이 마그넷 롤러에 자력으로 담지되어 있다. 이와 같은 사용 상황에 있어서, 캐리어 심재 자체의 자성, 구체적으로는, 캐리어 심재 자체의 자화가 낮으면 마그넷 롤러에 대한 유지력이 약해져, 이른바 캐리어 비산 등의 문제가 발생하는 우려가 있다. 특히 최근에는, 형성되는 화상의 고화질화의 요구에 대응하기 위해, 토너 입자의 입경을 작게 하는 경향이고, 이에 대응하여, 캐리어 입자의 입경도 작게 하는 경향이다. 캐리어의 작은 입경화를 실현하고자 하면, 각 캐리어 입자의 담지력이 작아지는 우려가 있다. 따라서, 상기한 캐리어 비산의 문제에 대해, 더욱 효과적인 대책이 요망된다.

캐리어 심재에 관한 기술이 다양하게 개시되어 있지만, 캐리어 비산을 방지하는 관점에 착안한 기술에 관해서는, 일본국 특허출원공개 2008-241742호 공보(특허문헌 1)에 개시되어 있다.

일본국 특허출원공개 2008-241742호 공보

또한, 캐리어 심재에 대해서는, 전기적 특성이 양호하고, 예를 들면, 캐리어 심재 자체의 대전량이 높거나 높은 절연 파괴 전압을 갖고, 나아가 상기한 바와 같은 관점에서, 캐리어 심재 자체에 대해서도 적절한 저항값을 갖는 것이 요망된다. 구체적으로는, 예를 들면, 높은 절연성을 구비하는 것에 의해, 가령 장기간의 사용에 의해 캐리어의 코팅 수지의 일부가 벗겨져도, 전하의 누설에 의한 화상 결함을 막고, 캐리어의 장수명화를 실현할 수 있다. 또한, 캐리어 심재가 적절한 저항값을 갖는 것에 의해, 캐리어의 고저항에 의한 화상 농도의 저하 등의 화상 결함을 방지할 수 있다. 구체적으로는, 저항값은 1×10⁴~1×10¹¹Ω·cm의 범위 내인 것이 바람직하다.

여기서, 복사기는, 일반적으로 사무실 등에 설치되어 사용되는 것이지만, 같은 사무실 환경이라 해도, 세계각국에는 다양한 사무실 환경이 존재한다. 예를 들면, 30℃ 정도의 고온 환경에서 사용되는 경우나, 상대 습도 90% 정도의 고습 환경에서 사용되는 경우, 또한, 반대로 10℃ 정도의 저온에서 사용되는 경우나, 상대 습도 35% 정도의 저습 환경에서 사용되는 경우가 있다. 이와 같은 온도나 상대 습도가 변화하는 상황에서도, 복사기에 구비되는 현상기 내의 현상제에 대해서는, 그 특성 변화를 작게 하는 것이 바람직하고, 캐리어를 구성하는 캐리어 심재에 대해서도, 환경이 변화된 경우에 있어서의 특성 변화가 작은, 이른바 환경 의존성이 작은 것이 요구된다.

여기서, 본원의 발명자들은, 사용하는 환경에 의해 캐리어 물성, 구체적으로는, 대전량이나 저항값이 변동하는 원인에 대해 예의 검토를 했다. 그 결과, 캐리어 심재의 물성변동이, 코팅을 한 캐리어의 물성에 크게 영향을 미치는 것을 알았다. 그 때문에, 특허문헌 1에 개시되는 종래의 캐리어 심재에서는, 상기한 환경 의존성에 대해, 불충분한 것을 알았다. 예를 들면, 구체적으로는, 비교적 높은 상대 습도의 환경에서, 비교적 낮은 상대 습도의 환경에서의 저항값보다, 상기한 저항값이 크게 저하되는 경우가 있었다. 이와 같은 캐리어 심재에서는, 환경 변화에 의한 영향이 크고, 화질에 영향을 미치는 우려가 있다.

본원의 발명자들은, 캐리어 심재 자체의 전기적 특성을 양호하게 하기 위한 수단으로서, 우선, 기본적 특성으로서 양호한 자기적 특성을 확보하기 위해, 철을 코어 조성의 주성분으로 하는 것을 생각했다. 그리고, 저항값의 적정화를 도모하면서, 자기적 특성을 손상하지 않는 정도의 첨가물에 대해 예의 검토를 했다. 그 결과, 미량의 Na(나트륨)가 저항값의 상승을 억제하는 효과가 있는 것을 알았다. 나아가, Na의 첨가량을 소정의 범위 내로 하면, 고자화, 및 고절연성을 양립할 수 있는 것을 알았다.

또한, 본원의 발명자들이 예의 검토를 한 결과, 첨가한 Na 중, 과잉 기미로 첨가한 Na가, 환경 의존성에 악영향을 미치고 있는 것으로 생각했다. 구체적으로는, 첨가한 Na 중, 캐리어 심재의 표층부분에 위치하는 Na이, 높은 상대 습도의 환경에서 비교적 많이 존재하는 수분과 흡착하여 전하의 누설을 촉진하고, 그 결과, 높은 상대 습도의 환경에서 저항값을 저하시켜, 환경 차이를 크게 하고 있는 것으로 생각했다. 여기서, 이 Na에 기인하는 것으로 생각되는 환경 의존성에 대한 영향을 줄이고, 저항값을 적정한 범위로 하기 위해, 캐리어 심재의 성분으로서, Na의 함유량의 범위를 규정했다. 이와 같은 메커니즘으로, 저항값의 적정화 및 환경 의존성의 개선을 실현할 수 있는 것으로 생각된다.

즉, 본 발명에 따른 전자 사진 현상제용 캐리어 심재는, 일반식: Fe₃O₄로 표시되는 코어 조성을 주성분으로서 포함하고, Na를 30ppm(parts per million) 이상 400ppm 이하 함유한다.

캐리어 심재 중의 Na 함유량을 30ppm 이상으로 하는 것에 의해, 저항값의 적정화를 실현하고, 고저항에 의한 화상 농도의 저하를 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 캐리어 심재 중의 Na 함유량을 400ppm 이하로 하는 것에 의해, 과잉의 Na에 의한 환경 변동의 증대를 억제할 수 있기 때문에 바람직하다.

이와 같은 캐리어 심재는, 캐리어 심재 자체의 환경 의존성을 작게 하면서, 저항값의 적정화를 실현할 수 있다. 또, 캐리어 심재에 관해서는, Fe₃O₄로 표시되는 코어 조성을 주성분으로 하고 있지만, 미량의 Fe₂O₃도 포함되는 것이다.

여기서, 캐리어 심재의 Na 함유량은, 이하의 방법으로 분석을 했다. 본원 발명에 따른 캐리어 심재를 산용액 중에서 용해하고, ICP에 의해 정량 분석을 했다. ICP 분석은, SHIMADZU CORPORATION에서 제조한 ICPS-7510을 사용하고, ICP의 측정은, 검량선법(calibration-curve method)을 채용했다. 또, Na의 파장을, 589.592nm으로 했다. 본원 발명에 기재한 캐리어 심재의 Na 함유량은, 이 ICP에 의한 정량 분석에서 얻어진 Na량이다. 또, Na 함유량의 분석에 있어서, Na는 비커나 공정 중에 혼입하여, 분석 결과가 변동하는 경우도 있다. 따라서, 혼입하지 않는 조건에서 실시하는 것으로 한다. 즉, 예를 들면, Na를 전혀 함유시키지 않는 계에 있어서의 분석 결과로부터, 비커나 공정 중에 혼입되는 Na의 함유량을 분석하고, 이 Na의 함유량을 뺀 양을, 캐리어 심재에 있어서의 Na 함유량으로 한다. 또한 기타의, 가능한 Na을 혼입시키지 않는 분석 수법을 이용하여 분석을 하도록 해도 좋다.

또, 진일보의 환경 의존성의 저감을 실현하기 위해서는, Na의 함유량을 50ppm 이상 200ppm 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 전자 사진 현상제용 캐리어는, 전자 사진의 현상제에 사용되는 전자 사진 현상제용 캐리어이고, 일반식: Fe₃O₄로 표시되는 코어 조성을 주성분으로서 포함하고, Na를 30ppm 이상 400ppm 이하 함유하는 전자 사진 현상제용 캐리어 심재와, 전자 사진 현상제용 캐리어 심재의 표면을 피복하는 수지를 구비한다.

이와 같은 전자 사진 현상제용 캐리어는, 상기한 구성의 전자 사진 현상제용 캐리어 심재를 구비하기 때문에, 전기적 특성이 양호하고, 환경 의존성이 작다.

또한, 본 발명에 따른 전자 사진 현상제는, 전자 사진의 현상에 사용되는 전자 사진 현상제이고, 일반식: Fe₃O₄로 표시되는 코어 조성을 주성분으로서 포함하고, Na를 30ppm 이상 400ppm 이하 함유하는 전자 사진 현상제용 캐리어 심재, 및 전자 사진 현상제용 캐리어 심재의 표면을 피복하는 수지를 구비하는 전자 사진 현상제용 캐리어와, 전자 사진 현상제용 캐리어와의 마찰 대전에 의해 전자 사진에 있어서의 대전이 가능한 토너를 구비한다.

이와 같은 전자 사진 현상제는, 상기한 구성의 전자 사진 현상제용 캐리어를 구비하기 때문에, 다양한 환경에서도 양호한 화질의 화상을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전자 사진 현상제용 캐리어 심재의 제조 방법은, 철, 산소 및 나트륨을 코어 조성으로서 포함하는 전자 사진 현상제용 캐리어 심재의 제조 방법이고, 철을 포함하는 원료와 나트륨을 포함하는 원료를 혼합하여 조립분 중의 Na 함유량이 100~1000ppm이 되도록 조립을 하는 조립 공정과, 조립 공정에 의해 조립한 분말체를 소성하는 소성 공정을 포함한다.

이와 같은 전자 사진 현상제용 캐리어 심재의 제조 방법에 의하면, 상기한 구성의 전자 사진 현상제용 캐리어 심재를 효율적으로 제조할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 소성 공정은, 산소 농도를 0.001% 이상으로 한 분위기에서 냉각하는 냉각 공정을 포함하도록 해도 좋다. 이와 같이 하는 것에 의해, 더욱 환경 의존성을 작게 할 수 있다.

본 발명에 따른 전자 사진 현상제용 캐리어 심재는, 캐리어 심재 자체의 전기적 특성이 양호하고, 환경 의존성이 작다.

또한, 본 발명에 따른 전자 사진 현상제용 캐리어는, 전기적 특성이 양호하고, 환경 의존성이 작다.

또한, 본 발명에 따른 전자 사진 현상제는, 다양한 환경에서도 양호한 화질의 화상을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전자 사진 현상제용 캐리어 심재의 제조 방법에 의하면, 상기한 구성의 전자 사진 현상제용 캐리어 심재를 효율적으로 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 캐리어 심재의 외관을 나타내는 전자 현미경 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 캐리어 심재를 제조하는 제조 방법에 있어서, 대표적인 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 3은 Na 함유량을 변화시킨 경우의 저항값과 인가 전압의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 우선, 본 발명의 일 실시형태에 따른 캐리어 심재에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 캐리어 심재의 외관을 나타내는 전자 현미경 사진이다.

도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 캐리어 심재(11)는, 그 외형 형상이 거의 구형상이다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 캐리어 심재(11)의 입경은, 약 35㎛이고, 적당한 입도 분포를 갖추고 있다. 상기한 입경은, 부피 평균 입경을 의미한다. 이 입경 및 입도 분포에 관해서는, 요구되는 현상제의 특성이나 제조 공정에 있어서의 수율 등에 따라 임의로 설정된다. 캐리어 심재(11)의 표면에는, 주로 후술하는 소성 공정에서 형성되는 미소한 요철이 형성되어 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 캐리어는, 캐리어 심재(11)와 동일하게, 그 외형 형상이 거의 구형상이다. 캐리어는, 캐리어 심재(11)의 표면에 얇게 수지를 코팅, 즉 피복한 것이고, 그 입경도 캐리어 심재(11)와 거의 변화가 없다. 캐리어의 표면은 캐리어 심재(11)와 달리, 수지로 거의 완전히 피복되어 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 현상제는, 상기한 캐리어와 토너로 구성되어 있다. 토너의 외형 형상도 거의 구형상이다. 토너는, 스티렌아크릴계 수지나 폴리에스텔계 수지를 주성분으로 하는 것이고, 소정량의 안료나 왁스 등이 배합되어 있다. 이와 같은 토너는, 예를 들면, 분쇄법이나 중합법에 의해 제조된다. 토너의 입경은, 예를 들면, 캐리어의 입경의 7분의 1 정도인 약 5㎛ 정도인 것이 사용된다. 또한, 토너와 캐리어의 배합비에 관해서도, 요구되는 현상제의 특성 등에 따라 임의로 설정된다. 이와 같은 현상제는, 소정량의 캐리어와 토너를 적당한 혼합기로 혼합하는 것에 의해 제조된다.

다음으로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 캐리어 심재를 제조하는 제조 방법에 대해 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 캐리어 심재를 제조하는 제조 방법에 있어서, 대표적인 공정을 나타내는 플로차트이다. 이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시형태에 따른 캐리어 심재의 제조 방법에 대해 설명한다.

우선, 나트륨(Na)을 포함하는 원료와, 철을 포함하는 원료를 준비한다. 그리고, 준비한 원료를, 요구되는 특성에 따라, 적당한 배합비로 배합하고, 이를 혼합한다(도 2(A)). 여기서, 적당한 배합비란, 최종적으로 얻어지는 캐리어 심재가, Na를 30ppm 이상 400ppm 이하 함유하는 배합비이다. Na에 관해서는, 가소, 본소성, 또는 산화 처리중에 증발하기 때문에, 증발 분분을 감안한 배합비로 한다. 구체적으로는, 예를 들면, 후술하는 조립 공정에 있어서, 철을 포함하는 원료와 나트륨을 포함하는 원료를 혼합하여 조립분 중의 Na 함유량이 100~1000ppm이 되도록 한다. 여기서, Na는, 산화철, 혹은 기타 원료 중에 포함되지만, 원료 중에 포함되는 Na는 소성, 혹은 기타 공정에서 거의 증발한다. 그 때문에, 본원 발명은 불가피 불순물의 범위 밖이다. 즉, 굳이 Na를 포함하는 원료를 혼입하지 않는 계에서 제조한 캐리어 심재에 포함되는 Na 함유량은, 본원 발명에서 규정한 Na 함유량보다 필연적으로 적은 것이 된다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 캐리어 심재를 구성하는 철원료에 관해서는, 금속철 또는 그 산화물인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 상온 상압에서 안정적으로 존재하는 Fe₂O₃이나 Fe₃O₄, Fe 등이 바람직하게 사용된다. 또한, 나트륨 원료에 관해서는, 상온 상압에서 안정적으로 존재하는 NaOH나 NaCl이 바람직하게 사용된다. 또, 상기 원료를 각각, 혹은 목적으로 하는 조성이 되도록 혼합한 원료를 가소하고 분쇄하여 원료로서 사용해도 좋다. 여기서, 캐리어 심재의 기계적 강도를 향상시키는 관점에서, SiO₂ 등, Si를 캐리어 심재에 미량 첨가해도 좋다. 첨가하는 SiO₂ 원료는, 비정질 실리카, 결정 실리카, 콜로이달 실리카(Colloidal Silica) 등이 바람직하게 사용된다.

다음으로, 혼합한 원료의 슬러리화를 진행한다(도 2(B)). 즉, 이 원료를, 캐리어 심재의 목적으로 하는 조성에 맞춰서 측량하고, 혼합하여 슬러리 원료로 한다.

본 발명에 따른 캐리어 심재를 제조할 때의 제조 공정에 있어서는, 후술하는 소성 공정의 일부에 있어서, 환원 반응을 진행시키기 위해, 상술한 슬러리 원료에 환원제를 더 첨가해도 좋다. 환원제로서는, 카본 분말이나 폴리카르복실산계 유기물, 폴리아크릴산계 유기물, 말레산, 아세트산, 폴리비닐알코올(PVA(polyvinyl alcohol))계 유기물, 및 이들의 혼합물이 바람직하게 사용된다.

상술한 슬러리 원료에 물을 첨가하고 혼합 교반하여, 고형분 농도를 40중량% 이상, 바람직하게는 50중량% 이상으로 한다. 슬러리 원료의 고형분 농도가 50중량% 이상이면, 조립 펠릿의 강도를 유지할 수 있기 때문에 바람직하다.

다음으로, 슬러리화한 원료에 대해 조립을 진행한다(도 2(C)). 상기 혼합 교반하여 얻어진 슬러리의 조립은, 분무 건조기를 사용하여 진행한다. 또, 슬러리에 대해, 조립 전에, 습식 분쇄를 더 실시하는 것도 바람직하다.

분무 건조시의 분위기 온도는 100~300℃ 정도로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 입경이 약 10~200㎛인 조립분을 얻을 수 있다. 얻어진 조립분은 제품의 최종 입경을 고려하여 진동체(vibrating sieve) 등을 이용하여, 조대 입자나 미세 분말을 제거하고, 이 시점에서 입도 조정하는 것이 바람직하다.

그 후, 조립한 조립물에 대해 소성을 진행한다(도 2(D)). 구체적으로는, 승온 공정으로서, 얻어진 조립분을, 900~1500℃ 정도로 가열한 로(爐)에 투입하여 승온시키고, 소결 반응 공정으로서, 1~24시간 유지하여 소결 반응시켜, 목적으로 하는 소성물을 생성시킨다. 그 후, 냉각 공정으로서, 실온 정도까지의 소성물의 냉각을 진행한다. 이와 같이 크게 나눠 3개의 공정을 포함하는 소성을 진행한다. 즉, 소성 공정은, 조립 공정에 의해 조립한 분말체를 소결 가능한 소정의 온도까지 승온시키는 승온 공정, 승온 공정의 후에, 소결 가능한 소정의 온도에서 분말체를 소정 시간 유지하여 분말체를 소결 반응시키는 소결 반응 공정, 및 소결 반응 후에 냉각시키는 냉각 공정으로 이루어지는 3개의 공정을 포함한다. 이때, 소성로 내의 산소 농도는, 페라이트화의 반응이 진행되는 조건이라면 되고, 구체적으로는, 1200℃의 경우, 10^-7% 이상 3% 이하가 되도록 도입 가스의 산소 농도를 조정하고, 플로(flow) 상태에서 소성을 진행한다. 여기서, 산소 농도의 조정에 있어서는, DAIICHI NEKKEN CO.,LTD.에서 제조한 산소계(지르코니아식 O₂센서 TB-IIF+컨트롤 유닛)를 사용했다.

또한, 상기 환원제의 조정에 의해, 페라이트화에 필요한 환원 분위기를 제어해도 좋다. 특히, 공업화시에 충분한 생산성을 확보할 수 있는 반응 속도를 얻는 관점에서는, 900℃ 이상의 온도가 바람직하다. 한편, 소성 온도가 1500℃ 이하이면, 입자끼리의 과잉 소결이 일어나지 않고, 분말체의 형태로 소성물을 얻을 수 있다.

또, 환경 의존성을 낮추는 관점에서는, 코어 조성중의 산소량을 과잉 기미로 하는 것이 유리하다. 여기서, 코어 조성중의 산소량을 과잉 기미로 하는 일 수단으로서, 소성 공정에 있어서의 냉각시의 산소 농도를 소정량 이상으로 하는 것을 생각할 수 있다. 즉, 소성 공정에 있어서, 실온 정도까지 냉각을 할 때에, 산소 농도를 소정의 농도, 구체적으로는, 0.001% 이상으로 한 분위기에서 냉각을 진행하도록 해도 좋다. 더 구체적으로는, 전기로 내에 도입하는 도입 가스의 산소 농도를 0.001% 이상, 바람직하게는 0.001% 이상 1% 이하로 하고, 플로(flow) 상태에서 진행한다. 이와 같이 구성하는 것에 의해, 캐리어 심재의 내부층에 있어서, 페라이트 중의 산소량을 과잉으로 존재하게 할 수 있다. 그렇게 되면, 내부층에 있어서의 산소의 함유량을 상대적으로 많게 하여, 전하의 누설 등의 영향에 의한 고온 고습시의 저항값의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 여기서는 상기 산소 농도의 환경에서 냉각을 진행한다.

얻어진 소성물은, 이 단계에서 입도 조정을 더 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 소성물을 해머밀(Hammer Mill) 등으로 초벌 해립(解粒)한다. 즉, 소성을 한 입상물에 대해 해립을 진행한다(도 2(E)). 그 후, 진동체 등으로 분급을 한다. 즉, 해립한 입상물에 대해 분급을 한다(도 2(F)). 이와 같이 함에 하는 것에 의해, 목적으로 하는 입경을 가진 캐리어 심재의 입자를 얻을 수 있다.

다음으로, 분급한 입상물에 대해 산화를 진행한다(도 2(G)). 즉, 이 단계에서 얻어진 캐리어 심재의 입자 표면을 열처리(산화 처리)한다.

구체적으로는, 산소 농도 10~100%의 분위기에서, 200~700℃에서 0.1~24시간 유지하고, 목적으로 하는 캐리어 심재를 얻는다. 더욱 바람직하게는 250~600℃에서 0.5~20시간, 특히 바람직하게는 300~550℃에서 1시간~12시간이다. 이와 같이 하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 캐리어 심재를 제조한다. 또, 이와 같은 산화 처리 공정에 관해서는, 필요에 따라 임의로 진행할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 전자 사진 현상제용 캐리어 심재의 제조 방법은, 철, 산소 및 나트륨을 코어 조성으로서 포함하는 전자 사진 현상제용 캐리어 심재의 제조 방법이고, 철을 포함하는 원료와 나트륨을 포함하는 원료를 혼합하여 조립분 중의 Na 함유량이 100~1000ppm이 되도록 조립을 하는 조립 공정과, 조립 공정에 의해 조립한 분말체를 소성하는 소성 공정을 포함한다.

이 경우, 소성 공정은, 산소 농도를 0.001% 이상으로 한 분위기에서 냉각하는 냉각 공정을 포함하고 있기 때문에, 환경 의존성을 더욱 작게 할 수 있다.

다음으로, 이와 같이 하여 얻어진 캐리어 심재에 대해, 수지에 의해 피복을 한다(도 2(H)). 구체적으로는, 얻어진 본 발명에 따른 캐리어 심재를 실리콘계 수지나 아크릴 수지 등으로 피복한다. 이와 같이 하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자 사진 현상제용 캐리어를 얻는다. 실리콘계 수지나 아크릴 수지 등의 피복 방법은, 공지의 수법에 의해 할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전자 사진 현상제용 캐리어는, 전자 사진의 현상제에 사용되는 전자 사진 현상제용 캐리어이고, 일반식: Fe₃O₄로 표시되는 코어 조성을 주성분으로서 포함하고, Na을 30ppm 이상 400ppm 이하 함유하는 전자 사진 현상제용 캐리어 심재와, 전자 사진 현상제용 캐리어 심재의 표면을 피복하는 수지를 구비한다.

다음으로, 이와 같이 하여 얻어진 캐리어와 토너를 소정량씩 혼합한다(도 2(I)). 구체적으로는, 상기한 제조 방법으로 얻어진 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자 사진 현상제용 캐리어와, 적당한 공지의 토너를 혼합한다. 이와 같이 하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자 사진 현상제를 얻을 수 있다. 혼합은, 예를 들면, V형 혼합기 등 임의의 혼합기를 사용한다. 즉, 본 발명에 따른 전자 사진 현상제는, 전자 사진의 현상에 사용되는 전자 사진 현상제이고, 일반식: Fe₃O₄로 표시되는 코어 조성을 주성분으로서 포함하고, Na를 30ppm 이상 400ppm 이하 함유하는 전자 사진 현상제용 캐리어 심재, 및 전자 사진 현상제용 캐리어 심재의 표면을 피복하는 수지를 구비하는 전자 사진 현상제용 캐리어와, 전자 사진 현상제용 캐리어와의 마찰 대전에 의해 전자 사진에 있어서의 대전이 가능한 토너를 구비한다.

[실시예]

(실시예 1)

Fe₂O₃(평균 입경: 0.6㎛) 15kg을 물 3.8kg 중에 분산시키고, 분산제로서 폴리카르복실산 암모늄계 분산제를 150g, 환원제로서 카본블랙을 170g, SiO₂ 원료로서 콜로이달 실리카(고형분 농도 50%)를 398g, NaOH를 3g 첨가하여 혼합물로 했다. 이때의 고형분 농도를 측정한 결과, 75중량%였다. 이 혼합물을 습식 볼밀(Media diameter: φ2mm)에 의해 분쇄 처리하여 혼합 슬러리를 얻었다.

이 슬러리를 스프레이 드라이어에 의해 약 130℃의 열풍 중에 분무하여 건조 조립분을 얻었다. 또, 이때, 목적으로 하는 입도 분포 이외의 조립분은, 체에 의해 제거했다. 이 조립분을 전기로에 투입하고, 1075℃에서 3시간 소성했다. 이때, 전기로 내는 산소 농도가 0.03%가 되도록 분위기를 조정한 전기로에 플로(flow)하고, 냉각시의 산소 농도도 0.03%가 되도록 했다. 얻어진 소성물을 해립 후에 체를 이용하여 분급하여 부피 평균 입경 35㎛으로 했다. 나아가, 얻어진 캐리어 심재에 대해, 550℃, 대기에서 1시간 유지하는 것에 의해 산화 처리를 하고, 실시예 1에 따른 캐리어 심재를 얻었다. 얻어진 캐리어 심재의 물질적 특성, 자기적 특성 및 전기적 특성을 표 1에 나타낸다. 또, 표 1에 기재된 심재 조성은, 얻어진 캐리어 심재를 상기한 분석 방법으로 측정하여 얻어진 결과이다. 실시예 2 이후에 관해서도 동일하다.

(실시예 2)

첨가하는 NaOH를 8g으로 한 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법에 의해, 실시예 2에 따른 캐리어 심재를 얻었다. 얻어진 캐리어 심재의 물질적 특성, 자기적 특성 및 전기적 특성을 표 1에 나타낸다.

(실시예 3)

첨가하는 NaOH를 18g으로 한 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법에 의해, 실시예 3에 따른 캐리어 심재를 얻었다. 얻어진 캐리어 심재의 물질적 특성, 자기적 특성 및 전기적 특성을 표 1에 나타낸다.

(실시예 4)

첨가하는 NaOH를 30g으로 한 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법에 의해, 실시예 4에 따른 캐리어 심재를 얻었다. 얻어진 캐리어 심재의 물질적 특성, 자기적 특성 및 전기적 특성을 표 1에 나타낸다.

(비교예 1)

첨가하는 NaOH를 0.5g으로 한 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법에 의해, 비교예 1에 따른 캐리어 심재를 얻었다. 얻어진 캐리어 심재의 물질적 특성, 자기적 특성 및 전기적 특성을 표 1에 나타낸다.

(비교예 2)

첨가하는 NaOH를 35g으로 한 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법에 의해, 비교예 2에 따른 캐리어 심재를 얻었다. 얻어진 캐리어 심재의 물질적 특성, 자기적 특성 및 전기적 특성을 표 1에 나타낸다.

표 1에 있어서, 산화 처리 조건에 있어서의 산화 온도란, 상기한 산화 공정에 있어서의 온도(℃)이고, 모두 550℃이다. 또한, 산화 시간은 모두 2시간이다. Na 함유량의 측정에 관해서는, 상술한 바와 같다. 또, 표 1 중의 B.D.란, 절연 파괴(Break Down)된 상태를 나타낸다.

다음으로, 저항값의 측정에 대해 설명한다. 캐리어 심재를, 10℃, 상대 습도 35%의 환경(LL 환경에서) 및 30℃, 상대 습도 90%의 환경(HH 환경에서)에서 1주야 습도 조정을 한 후, 그 환경에서 측정을 했다. 우선, 수평으로 놓인 절연판, 예를 들면, TEFLON(등록상표)으로 코팅된 아크릴판 위에, 전극으로서 표면을 전해 연마한 두께 2mm의 SUS(JIS) 304판 2장을, 전극간 거리 1mm가 되도록 배치한다. 이때, 2장의 전극판은, 그 법선 방향이 수평 방향이 되도록 한다. 2장의 전극판 사이의 간극에 피측정 분말체 200±1mg을 장입한 후, 각각의 전극판의 배후에 단면적 240mm²의 자석을 배치하여 전극간에 피측정 분말체 브리지를 형성시킨다. 이 상태에서, 전극간에 각 전압을 작은 것부터 차례로 직류 전압으로 인가하고, 피측정 분말체를 흐르는 전류값을 2단자법에 의해 측정하여, 전기 저항값을 산출한다. 또, 여기서는, HIOKI E.E. CORPORATION에서 제조한 슈퍼 절연 저향계(super megohmmeter) SM-8215를 사용하고 있다. 또한, 전기 저항값의 산출식은, 전기 저항값(Ω·cm)=실측 저항값(Ω)×단면적(2.4cm²)÷전극간 거리(0.1cm)가 된다. 그리고, 표 중의 각 전압을 인가한 경우의 인가시의 저항값(Ω·cm)을 측정했다. 또, 사용하는 자석은, 분말체가 브리지를 형성할 수 있는 것이면, 다양한 것을 사용할 수 있지만, 이 실시형태에서는, 표면의 자속 밀도가 1000gauss 이상인 영구자석, 예를 들면, 페라이트 자석을 사용하고 있다.

또, 표 1에 기재된 저항값은, LL 환경에서의 저항값을 대수값으로 나타내고 있다. 즉, 예를 들면, 1×10⁶Ω·cm=Log R=6.0으로 나타내고 있다. 또한, 저항값의 환경 차이란, 100V 인가했을 때의 저온 저습 환경에 있어서의 저항값에서 고온 고습 환경에 있어서의 저항값을 뺀 것이다. 또한, 표 1에 있어서 "σ₁₀₀₀"란, 외부 자기장 1000Oe인 경우에 있어서의 자화이다.

도 3은 상기한 실시예 1~4, 비교예 1 및 비교예 2에 대해, Na 함유량을 변화시킨 경우의 저항값과 인가 전압의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 3에 있어서, 종축은 저항값(Ω·cm)을 나타내고, 횡축은 인가 전압(V)을 나타낸다. 도 3에 있어서, 종축의 저항값의 표시에 관해서는, 1.0E×10=1×10¹⁰을 의미한다.

표 1 및 도 3을 참조하여, 비교예 1에 있어서는 저항값이, 750V 이하의 인가 전압에 있어서, 1.0E×11Ω·cm보다 높아져 있다. 이에 대해, 실시예 1~실시예 4에 있어서는, 어느 한 인가 전압에 있어서도, 저항값이 1.0E×11Ω·cm보다 낮아져 있다. 즉, 1×10¹¹Ω·cm 이하이다. 이와 같이, 실시예 1~4에 있어서의 캐리어 심재는, 비교예 1에 나타내는 캐리어 심재에 비해, 저항값의 적정화를 실현하고 있다. 이는, 캐리어 심재의 주성분으로서의 결정의 Fe₃O₄ 내에 미량 포함되는 내부층의 Na의 함유량이 비율적으로 많아지면, 전하의 누설이 미소하게 발생하고, 그 결과, 저항값이 미소하게 저하되는 것으로 생각된다.

또한, 저항값의 환경 차이에 관해서는, 비교예 1이 1.3, 비교예 2가 1.5인 것에 대해, 실시예 1~실시예 4에 있어서는 모두 1.2 이하로 되어 있다. 즉, 실시예 1~4에 있어서는, 저항값의 환경 차이는 작아져 있고, 환경 의존성이 작아져 있다.

자화에 관해서는, 실시예 1~4에 있어서 모두 50emu/g 이상이고, 실제 사용 상황에서 문제가 없는 수준이다.

이상으로부터, 본 발명에 따른 전자 사진 현상제용 캐리어 심재는, 상기 구성을 구비하기 때문에, 캐리어 심재 자체의 전기적 특성이 양호하고, 환경 의존성이 작다.

여기서, 실시예 2 및 실시예 3에 관해서는, 각각 환경 차이가 0.8이고, 적어도 1 이하로 되어 있다. 따라서, 진일보의 환경 의존성의 저감을 실현하기 위해서는, Na의 함유량을 50ppm 이상 200ppm 이하로 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 캐리어 심재는 자화(σ₁₀₀₀)가 모두 60emu/g 이상이기 때문에, 더욱 높은 자화가 요구되는 경우에도 적용할 수 있다.

또, 상기 실시형태에 있어서는, Na를 NaOH나 NaCl로서 첨가하는 것으로 했지만, 이에 한정되지 않고, 기타의 형태, 예를 들면, NaHCO₃으로서 첨가하도록 해도 좋다.

또한, 냉각하기 전의 공정인 소결 반응을 진행하는 공정에 있어서, 냉각 공정과 동일한 분위기에서 진행하는 것으로 해도 좋다.

또, 소성 공정은, 산소 농도를 0.001% 이상으로 한 분위기에서 냉각하는 냉각 공정을 포함하는 것으로 했지만, 요구되는 환경 의존성이 충분한 경우에는 이 공정을 생략해도 좋다. 즉, 산소 농도가 0.001% 미만인 상태로 냉각을 진행해도 좋다.

이상, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명했지만, 본 발명은, 도시한 실시형태에 한정되지 않는다. 도시한 실시형태에 대해, 본 발명과 동일한 범위 내에서 혹은 균등한 범위 내에서 다양한 수정이나 변형을 더할 수 있다.

본 발명에 따른 전자 사진 현상제용 캐리어 심재, 전자 사진 현상제용 캐리어, 전자 사진 현상제, 및 전자 사진 현상제용 캐리어 심재의 제조 방법은, 다양한 환경에서 사용되는 복사기 등에 적용되는 경우에 유효하게 이용된다.

11: 캐리어 심재

Claims

일반식: Fe₃O₄로 표시되는 코어 조성을 포함하고,
Na를 30 중량ppm 이상 400 중량ppm 이하 함유하는 전자 사진 현상제용 캐리어 심재.
제 1항에 있어서,
Na의 함유량이 50 중량ppm 이상 200 중량ppm 이하인 전자 사진 현상제용 캐리어 심재.
전자 사진의 현상제에 사용되는 전자 사진 현상제용 캐리어로서,
일반식: Fe₃O₄로 표시되는 코어 조성을 포함하고, Na를 30 중량ppm 이상 400 중량ppm 이하 함유하는 전자 사진 현상제용 캐리어 심재; 및
상기 전자 사진 현상제용 캐리어 심재의 표면을 피복하는 수지를 포함하는 전자 사진 현상제용 캐리어.
전자 사진의 현상에 사용되는 전자 사진 현상제로서,
일반식: Fe₃O₄로 표시되는 코어 조성을 포함하고, Na를 30 중량ppm 이상 400 중량ppm 이하 함유하는 전자 사진 현상제용 캐리어 심재, 및 상기 전자 사진 현상제용 캐리어 심재의 표면을 피복하는 수지를 포함하는 전자 사진 현상제용 캐리어; 및
상기 전자 사진 현상제용 캐리어와의 마찰 대전에 의해 전자 사진에 있어서의 대전이 가능한 토너를 포함하는 전자 사진 현상제.
철, 산소 및 나트륨을 코어 조성으로서 포함하는 전자 사진 현상제용 캐리어 심재의 제조 방법으로서,
철을 포함하는 원료와 나트륨을 포함하는 원료를 혼합하여 조립분(造粒粉) 중의 Na 함유량이 100~1000 중량ppm이 되도록 조립을 하는 조립 공정; 및
상기 조립 공정에 의해 조립한 분말체를 소성(sintering)하는 소성 공정을 포함하는 전자 사진 현상제용 캐리어 심재의 제조 방법.
제 5항에 있어서,
상기 소성 공정은, 산소 농도를 0.001% 이상 1%이하로 한 분위기에서 냉각하는 냉각 공정을 포함하는 전자 사진 현상제용 캐리어 심재의 제조 방법.