JP2005345675A

JP2005345675A - 電子写真現像剤用キャリア及び電子写真現像剤

Info

Publication number: JP2005345675A
Application number: JP2004164209A
Authority: JP
Inventors: Hideji Fujimoto; 秀次藤本; Naoyuki Kobayashi; 直行小林; Hideyuki Todaka; 秀幸戸▲高▼
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-06-02
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】嵩密度の小さい、即ち軽量化したキャリアであり、かつ、強度及び摩耗性にすぐれた長寿命で優れた画質を与える電子写真現像剤用キャリアおよび電子写真現像剤を提供する。
【解決手段】芯部１に磁性粒子よりも比重の小さいセラミック材、その外郭に磁性粒子層２を形成し、その表層部に樹脂コーティングした樹脂被覆層３を形成したことを特徴とする電子写真現像剤用キャリアである。その製造方法は、磁性粒子よりも小さい比重のセラミック焼結体をキャリアの芯材として芯部１を形成し、その外郭に磁性粒子と樹脂をスラリー化したものをコーティングし、熱処理により磁性粒子層２を形成するものである。さらに、磁性粒子層２の表面に樹脂を被覆して樹脂被覆層３を形成してキャリアを構成したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、プリンタ等に使用される二成分系の電子写真現像剤用キャリア及び電子写真現像剤に関する。

電子写真の二成分系磁気ブラシ現像剤用のキャリアは、従来から鉄粉やフェライトが用いられている。現像剤用のキャリアには１０⁶〜１０¹⁵Ω・ｃｍ程度の高い体積固有抵抗が求められている。

一般に使用されている鉄粉キャリアは、その表面を酸化させて酸化膜を形成したり、または、高分子樹脂でその表面を被覆するなどして用いられる。しかしながら、表面の酸化膜は、現像剤として使用する際、攪拌による摩擦や衝撃によって、磨耗しやすくなり寿命が短い。

また、高分子樹脂で表面を被覆した樹脂被覆キャリアは、鉄粉と樹脂との密着性が十分でないことが多く、はがれが生じやすいので、長時間の使用に耐えられない。

また、キャリアの寿命を左右する要素の１つにキャリア表面へのトナー付着（スペント）がある。現像中のキャリアの役割は、均一な摩擦帯電を付与したトナーを、感光体の潜像部へ搬送することである。この際、電子写真現像剤の攪拌によってキャリアとトナーが相互に衝突を繰り返すことで、破壊されたトナー粒の一部がキャリア表面を覆うようにして付着して膜を形成することがある。このような現象が生じると、キャリアのトナーに対する摩擦帯電能力が低下し、トナーの搬送能力が低下して、画像濃度が低下する。

このようなトナー付着は、現像時の攪拌抵抗が大きく関与している。攪拌抵抗が大きくなると、キャリアとトナーの衝突時の圧力が増して摩耗しやすく、トナー付着が生じやすくなる。そこで、キャリアの長寿命を実現するためには、攪拌抵抗を下げる必要がある。鉄粉キャリアは比重が大であり、攪拌抵抗が大きいためトナー付着が生じ易く長時間の使用に耐難いと言える。

また、鉄粉キャリアは飽和磁化が約２００ｅｍｕ／ｇと高いため、現像時の磁気ブラシ強度を過大とする必要がある。そうなると、現像されたトナー像を硬いブラシで掃くことになり、コピー画面に刷毛状の痕跡（ブラシマーク）が残る等の問題が発生する。

このような問題の解決と画質の向上、キャリアの長寿命化をはかるために鉄粉キャリアよりも軽いフェライトキャリアが用いられているが、それでもフェライトキャリアの比重は５〜６ｇ／ｃｍ³と大きく、攪拌抵抗の低下、及び、キャリアへのトナー付着の現象の解決には至っていない。

一方、鉄粉キャリアやフェライトキャリアのこれらの欠点を解消するために（特許文献１）、（特許文献２）に開示されているようにキャリア粒子径を規定することにより解決しようとする方法、または、（特許文献３）に開示されているように、樹脂をコートすることにより対処する方法が試みられている。
特開昭６１−２０４６４４号公報特開昭６１−２０４６４５号公報特開昭６１−２０４６４３号公報特開平２−１２２６６号公報

しかし、（特許文献１から３）に記載のキャリアは、キャリア粒子の軽量化という点では考慮されていないため、本質的な解決には至っていない。また、フェライトキャリアにおいて、芯部を中空にした中空キャリアなどが考えられているが、軽量化は図れているものの強度や摩耗性に弱く、寿命が短く、信頼性に問題がある。また、芯部に樹脂を配した構造のキャリアが（特許文献４）に記載されているが、軽量化は図れるものの、長時間の攪拌により樹脂の劣化や強度が弱いという問題は解決できない。

そこで本発明は、嵩密度の小さい、即ち軽量化したキャリアであり、かつ、強度及び摩耗性にすぐれた長寿命で優れた画質を与える電子写真現像剤用キャリア及び電子写真現像剤を提供することを目的とする。

本発明の電子写真現像剤用キャリアは比重を小さくすることにより、著しい攪拌トルクの低下が現れ、機械の軽量化並びにキャリアの長寿命化が期待できる。

即ち、本発明の電子写真用現像キャリアは、セラミック材で形成された芯部と、その外郭を覆うように形成された磁性粒子層とを備えたことを特徴とする。

本発明は、キャリア芯部のセラミック材の外郭部に磁性粒子層を形成し、その表面に樹脂を被覆した構造である。芯部をセラミック材で形成することにより長時間の使用に耐えることが可能となり、高寿命化を図ることができる。

本願の第１の発明は、セラミック材で形成された芯部と、その外郭を覆うように形成された磁性粒子層とを備えたことを特徴としたものであり、芯部をセラミック材で形成することにより、芯部に磁性材（フェライト、鉄粉、マグネタイト）を使用したキャリアより軽量化が図れるので、現像時の攪拌抵抗を小さくすることが可能となるので、キャリアとトナーの衝突時の圧力を小さくでき、トナー付着を抑えることができる。また、キャリア同士の衝突による衝撃も小さくすることができるので、キャリアの被膜の剥離、摩耗を抑えることができ、さらに、キャリアの割れ・欠けを抑えることができる。

本願の第２の発明は、磁性粒子層は、少なくとも磁性粒子または磁性粒子と樹脂のコンポジット材とを含むことを特徴としたものであり、所望の磁気特性を有する磁性粉を使用したり、磁性粒子層の厚みを変えたりすることにより、使用目的に好適な磁気特性を有する電子写真現像剤用キャリアとすることができる。

本願の第３の発明は、芯部を形成するセラミック材は、比重が５ｇ／ｃｍ³未満であることを特徴としたものである。フェライトキャリアの比重は５〜６ｇ／ｃｍ³であるため、５ｇ／ｃｍ³未満として比重を軽くすることで、フェライトキャリアより長時間の使用を可能とすることができる。

本願の第４の発明は、芯部は、球状に形成され、中実または中空であることを特徴としたものであり、芯部を中空とすることにより、芯部の軽量化を図ることができ、フェライトキャリアの比重を、中実のものより軽くできるので、長時間の使用を可能とすることができる。

本願の第５の発明は、磁性粒子層に、樹脂を被覆させたことを特徴としたものであり、磁性粒子層表面に樹脂を被覆した構造であるため、帯電量等の電気特性を自由に制御できる。

本願の第６の発明は、前記第１から５の発明の電子写真現像剤用キャリアを用いたことを特徴とする電子写真現像剤としたものであり、長時間の使用に耐えることが可能なので、高寿命化を図ることができる電子写真現像剤とすることができる。

（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る電子写真現像剤用キャリアについて、フェライトキャリアを例に図１に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態に係る電子写真現像剤用キャリアの構成を説明する断面図である。

図１に示すように、本実施の形態のフェライトキャリアは、芯部１がセラミック材で形成されており、その外殻を覆うように磁性粒子層２が形成されている。そして、磁性粒子層２に樹脂を被覆させた樹脂被覆層３が形成されている。

芯部１は、中実とした球状である。また芯部１を形成するセラミック材の比重は、磁性粒子より小さい、５ｇ／ｃｍ³未満としている。従来のフェライトキャリアの比重は５〜６ｇ／ｃｍ³であるため、５ｇ／ｃｍ³以上であれば、従来のフェライトキャリアより長時間の使用ができない。

本発明の実施の形態に係る電子写真現像剤用キャリアの一例であるフェライトキャリアの製造方法について述べる。

本実施の形態のフェライトキャリアの芯部１に使用するセラミック材として、アルミナ材を例にその製造方法について説明する。

純度９０％以上からなるアルミナ材（Ａｌ₂Ｏ₃）を湿式ボールミルまたは湿式振動ミル等で１５時間以上、好ましくは１５〜２０時間粉砕した後、必要に応じ分散剤、バインダー等を添加し、粘度調整したスラリーを作製する。

前記スラリーをスプレードライヤ等において造粒を行い球体とする。さらに、１２００℃〜１６００℃で焼成を行い、図１に示される芯部１であるアルミナ焼結体（球体）とする。

次に、磁性粒子層２の製造方法について以下に述べる。ＭｇＯ、ＭｎＯ、及び、Ｆｅ₂Ｏ₃からなる原料を適量配合し、水を加えて、湿式ボールミルまたは湿式振動ミル等で１時間以上、好ましくは１〜２０時間粉砕混合する。このようにして得られたスラリーを乾燥し、さらに粉砕した後、７００℃〜１２００℃の温度で仮焼成する。

仮焼成後さらに粉砕を行い、１１００℃〜１３００℃で本焼成を行う。焼成品を湿式ボールミルまたは湿式振動ミル等で５μｍ以下、さらに好ましくは２μｍ以下に粉砕した後、必要に応じ分散剤、樹脂等を添加し、粘度調整したスラリーを作製する。

作製したスラリーを転動造粒法等により前記作製のアルミナ焼結体上に磁性粒子層のコーティングを行う。さらに、コーティングされた磁性粒子層を樹脂の硬化温度（２００℃〜２５０℃）で焼付けを行い硬化させる。焼付けを行う場合は、外部加熱、内部加熱方式のいずれの方法でもよい。

このようにして得られた本発明の実施の形態のフェライトキャリアの表面を樹脂で被覆して図１に示される樹脂被覆層３を形成する。樹脂を被覆する方法としては、溶剤で希釈された樹脂を浸漬法、スプレー法、はけ塗り法等により塗布され、その後、溶剤を揮発させて乾燥を行い、焼付けを行い硬化させる。本発明の実施の形態では、磁性粒子層２の被覆に用いられる樹脂として、各種の樹脂を用いることは可能である。正荷電性トナーに対しては、例えば、フッ素系樹脂、フッ素アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂を用いることができ、できれば、縮合型のシリコーン系樹脂が望ましい。また、負荷電性トナーに対しては、例えば、アクリル・スチレン系樹脂、アクリル・スチレン系樹脂とメラミン系樹脂の混合樹脂およびその硬化樹脂、シリコーン系樹脂、シリコーンアクリル変性樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂等が挙げられ、できれば、アクリル・スチレン系樹脂とメラミン系樹脂の硬化樹脂および縮合型のシリコーン系樹脂がよい。必要によっては、荷電制御剤または抵抗制御剤等を用いてもよい。

本発明の実施の形態の電子写真現像剤用キャリアに用いる樹脂の被覆量としては、芯部１に対して、０．０５〜１０．０ｗｔ％が好ましく、樹脂量が０．０５ｗｔ％以下未満では、表面に均一なコートを行うことが出来ず、また、１０．０ｗｔ％を超えると樹脂被覆層３が厚くなりすぎ、キャリア同士の造粒が発生し、均一なキャリア粒子が得難くなる。

このようにして、キャリア表面に樹脂が被覆、焼付けされた後、冷却され、解砕、粒度調整を経てフェライトキャリアを得ることができる。

芯部１に磁性粒子層２を形成する方法は、この方法に限定されるものではなく、蒸着、めっき等の方法を用いたものを利用してもよい。磁気ブラシ現像剤用キャリアとして所望の磁気特性を有する磁性粉を使用し、磁性層の厚みを変えることにより、磁気特性の異なるキャリア材を製造できる。

また、上記の実施の形態では、フェライトキャリアの芯部１にアルミナ材を用いたが、この他に、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ₂）、ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ₂）、ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）等のセラミック材を用いてもよい。また、フェライトキャリアの芯部１のセラミック材の形状は中実の球状であるが、中空としてもよい。図２に芯部を中空にした電子写真現像剤用キャリアの構成を説明する断面図を示す。

中空部４の大きさは、芯部１の半径Ｒに対して中空部４の半径ｒとしたときに、ｒ≦０．８×Ｒであればよい。この中空部４を有する芯部１の製造方法については、松崎景一郎著（他６名）「回転ディスク法による非ニュートン性スラリーの噴霧乾燥造粒」北海道立工業試験場報告Ｎｏ．２９９，ｐ．５９−６６ｐ．に記載の方法で形成することが可能である。

中空部４を形成する方法としては、アルミナのスラリーを乾燥し、造粒する際にスプレードライヤで行っているが、スラリーの濃度、乾燥温度を所定の条件で行うことにより中空とすることが可能である。このように中空部４が形成された芯部１とすることで、中実とするよりも軽量化ができ、フェライトキャリアの高寿命化を図ることができる。

本発明の実施の形態のフェライトキャリアは、トナーと混合して二成分現像剤として用いられる。本発明の実施の形態のフェライトキャリアを使用した二成分現像剤は、キャリアの軽量化が図られているので、長時間の使用に耐えることが可能となり、高寿命化を図ることができる。

なお、本実施の形態ではフェライトキャリアを例に説明したが、鉄粉、マグネタイト系のキャリアについても同様の効果が得ることができる。

本発明の実施の形態に係る電子写真現像剤用キャリアの芯部をセラミック材であるアルミナ材、フォルステライト、ステアタイト、ムライトで形成し、これらを磁性粒子層としてフェライト粒子をコーティングしたものをそれぞれ発明品として作製した。従来品としては、従来の製造方法で作製されたフェライトキャリア、鉄粉キャリア、マグネタイトキャリアを用いた。図３に、発明品と従来品との特性の比較を表す図を示す。また図４に発明品と従来品との耐久性の評価結果の比較を表す図を示す。

図３および図４に示されるように、電子写真現像剤用キャリアの芯部をセラミックで形成したものは、従来品と比較して耐久性が向上しており、高寿命である。

本発明は、長時間の使用に耐えることが可能となり、高寿命化を図ることができるので、複写機、プリンタ等に使用される二成分系の電子写真現像剤用キャリア及び電子写真現像剤に好適である。

本発明の実施の形態に係る電子写真現像剤用キャリアの構成を説明する断面図芯部を中空にした電子写真現像剤用キャリアの構成を説明する断面図発明品と従来品との特性の比較を表す図発明品と従来品との耐久性の評価結果の比較を表す図

符号の説明

１芯部
２磁性粒子層
３樹脂被覆層
４中空部

Claims

セラミック材で形成された芯部と、その外郭を覆うように形成された磁性粒子層とを備えたことを特徴とする電子写真現像剤用キャリア。
前記磁性粒子層は、少なくとも磁性粒子または磁性粒子と樹脂のコンポジット材とを含むことを特徴とする請求項１記載の電子写真現像剤用キャリア。
前記芯部を形成するセラミック材は、比重が５ｇ／ｃｍ³未満であることを特徴とする請求項１または２記載の電子写真現像剤用キャリア。
前記芯部は、球状に形成され、中実または中空であることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の電子写真現像剤用キャリア。
前記磁性粒子層に、樹脂を被覆させたことを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に記載の電子写真現像剤用キャリア。
請求項１から５のいずれかの項に記載の電子写真現像剤用キャリアを用いたことを特徴とする電子写真現像剤。