JP3333973B2 - 電子写真用キャリア - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子写真法により形成さ
れる静電潜像の現像に用いられるキャリアに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コピー単価の低減に加え、環境保
全の観点から、使用済みの現像剤の廃棄量を極力減らす
ことを目的に、電子写真現像剤の高耐久化の必要性が高
まっている。そこで、従来、例えば、特開昭55-118047
号、同55-163544号、同60-170865号、同62-106475号、
同63-235962号、同63-27859号公報に記載されているよ
うに、磁性粒子に樹脂被覆層を設ける技術が広く使用さ
れてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、昨今の更なる
高耐久化の要求の高まりに対しては、樹脂層を設けるの
みでは十分とは言えなくなっている。

【０００４】樹脂層を設けるのみでは、長期的な帯電量
の安定化はまだ十分とは言えず、連続使用にあたり帯電
量の低下が発生し、多くの画像不良の原因となってい
る。

【０００５】また、場合によっては現像機内における現
像剤のブロッキングの原因となることもある。

【０００６】現像剤の耐久性を延ばすには、これらの問
題を解決する必要がある。

【０００７】本発明の目的は、長期にわたり帯電量を安
定化させ、不良の無い高品位な画像を得ることのできる
高耐久樹脂被覆キャリアを得ることである。

【０００８】また、さらに本発明の目的は、長期使用し
ても現像剤のブロッキングの発生しない樹脂被覆キャリ
アを得ることである。

【０００９】また、さらに本発明の目的は、樹脂被覆キ
ャリア製造時においても、製造装置内にてキャリアブロ
ッキングや装置内壁への付着の発生しない製造収率の高
い樹脂被覆キャリアを得ることである。

【００１０】また、さらに本発明の目的は、複写機使用
時に異臭発生のない樹脂被覆キャリアを得ることにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前述の目的は、減圧雰囲
気下で乾燥させた樹脂微粒子を使用して、磁性粒子表面
に減圧雰囲気下での乾式コーティング法によって樹脂被
覆層を形成してなる電子写真用キャリアであって、前記
被覆層中の残存単量体の量を、被覆層を形成する樹脂総
量に対して、200ppm以下とすることを特徴とする電子写
真用キャリアにより達成することができる。

【００１２】本発明に用いることのできる磁性粒子とし
ては、磁場によってその方向に強く磁化する物資を用い
ることができる。

【００１３】具体的には、鉄、フェライト、マグネタイ
トをはじめとするニッケル、コバルトなどの強磁性を示
す金属あるいはこれらの金属を含む合金または化合物、
強磁性元素を含まなくても熱処理によって強磁性を示す
ようになる合金、例えばマンガン-銅-アルミニウムもし
くはマンガン-銅-スズなどのホイスラー合金や二酸化ク
ロムなどを用いることができる。

【００１４】なお、ここでいうフェライトとは、鉄を含
有する磁性化合物を総称しており、スピネル型には限定
されない。

【００１５】これらのうち、フェライトは比較的磁化を
低く、小粒径のトナーを損傷する恐れが少ないため、現
像剤の耐久性が向上する。

【００１６】また、フェライトは鉄粉やニッケル粉にく
らべ比重が小さいことから、トナーとの混合、撹拌が容
易になり、現像剤中におけるトナー濃度の均一化、また
トナーとの帯電量の適正化をする上で好ましい。

【００１７】また、フェライトとしては、1000エルステ
ッドの外部磁場中における飽和磁化が10〜80emu／ｇ、
保磁力が0.1〜100エルステッドであることが好ましく、
さらに、固有抵抗が１×10⁶〜10¹¹ohm・cm、比重が4.0〜
5.5であることが好ましい。

【００１８】本発明に用いることのできる磁性粒子は、
体積平均粒径で30〜100μm、好ましくは50〜80μmのも
のを用いるのがよい。

【００１９】その理由は、キャリアの体積平均粒径が過
小の場合、潜像担持体へのキャリア付着が発生しやす
く、感光体の傷などによる画像不良を引き起こすためで
ある。また、体積平均粒径が過大の場合は、キャリアの
比表面積が小さくなり、必要量のトナーを適正に摩擦帯
電させることが困難となり、地カブリなどの画像不良を
引き起こすためである。

【００２０】本発明に用いることのできる磁性粒子被覆
用樹脂としては、公知の重合法により得られる樹脂を使
用することができる。

【００２１】本発明に用いることのできる樹脂として
は、公知の樹脂を使用できるが、具体的には、スチレン
系樹脂、アクリル系樹脂、ビニル系樹脂、エチレン系樹
脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂など、もし
くはこれらのうちの２種以上の共重合体や混合体からな
る樹脂を用いることができる。

【００２２】樹脂の製造方法としては具体的に、溶液重
合法、懸濁重合法、乳化重合法、塊状重合法、in-situ
重合法などを用いることができる。

【００２３】また、得られた樹脂を磁性粒子表面へ被覆
する方法としては、公知の被覆方法を用いることができ
る。

【００２４】

【００２５】しかし、より好ましくは公知の乾式コーテ
ィング方法を用いるのが良い。

【００２６】乾式コーティング法とは、具体的には、微
粒化した被覆用樹脂を溶媒などに溶解させることなく、
磁性粒子表面に被覆用樹脂を静電気的に付着させ、その
後、粒子に熱と機械応力のどちらか一方もしくは両方を
加えることにより、磁性粒子表面に樹脂層を被覆させる
方法である。

【００２７】一般に乾式コーティング法においては、湿
式コーティング法に比べ、 通風などの操作が不要なため、密閉系で行なえる 比較的低湿条件で行なえる 短時間で被覆できる などの利点がある。

【００２８】しかし、本発明へ乾式コーティング方法を
適用する場合は、前述の利点に加え、必要に応じてコー
ティングを減圧条件下にて行うことにより、工程中に、
つまり、コーティングと同時に樹脂中の残存単量体量を
制御することができるため、湿式コーティング法に比
べ、より好ましいコーティング方法といえる。

【００２９】なお、乾式コーティング法を適用する場
合、被覆用樹脂の製造方法は、樹脂微粒子を得られる方
法ならば特に限定されないが、樹脂微粒子の一次粒径は
0.01〜１μmの範囲にあるものが好ましい。また、さら
に好ましくは、得られる樹脂微粒子の緻密さ、均質さ等
の面から、乳化重合法を用いるのがよい。

【００３０】また、磁性粒子への被覆量は、磁性粒子の
単位重量当たり0.1〜10％が好ましい。

【００３１】本発明においては、必須要件として、磁性
粒子の樹脂被覆層中の残存単量体の量を、被覆層を形成
する樹脂総量に対して200ppm以下、より好ましくは150p
pm以下としており、前記残存単量体が200ppmを超える
と、長期的な帯電量の安定化が得られず、長期使用に当
り、トナー飛散がおきたり、画像上に地カブリが発生す
る。なお、この残存単量体の量の規定はキャリア被覆層
の形成方法が、減圧雰囲気下で乾燥させた樹脂微粒子を
使用し、減圧雰囲気下で乾式法を行う場合に適用され
る。

【００３２】また、現像機内でブロッキングを発生する
とか、複写機使用時悪臭を発生する等の弊害が生ずる場
合もある。

【００３３】前記樹脂被覆層中の残存単量体の量を200p
pm以下とするためには、樹脂被覆キャリアの製造工程中
に、必要に応じて残存単量体低減操作を行えば良い。

【００３４】具体的には、磁性粒子表面に被覆する前、
磁性粒子表面に被覆するのと同時、磁性粒子表面に被覆
した後の工程のいずれか、もしくは２つ以上の工程にて
残存単量体低減操作を行えばよい。

【００３５】残存単量体低減操作としては、公知の方法
を用いることができるが、一例としては、樹脂のガラス
転移点以上の温度雰囲気にての加熱・乾燥操作を用いる
ことができる。また、より好ましくはその操作を減圧雰
囲気下にて行なうとよい。ここで言う減圧雰囲気とは大
気圧以下のことを指すが、より効果を得るには100Pa
（パスカル）以下とするのがよい。

【００３６】ただし、磁性粒子被覆用樹脂としては、あ
らかじめ残存単量体量を200ppm以下に調整した樹脂を使
用する場合は、キャリア製造工程中の残存単量体低減操
作を省略することもできる。

【００３７】また、ここで言う残存単量体量はガスクロ
マトグラフィー法により定量化することができる。な
お、ガスクロマトグラフィー法により磁性粒子被覆層中
の残存単量体量を定量化する際には、樹脂被覆層をもつ
磁性粒子を直接測定する方法も可能であるが、磁性粒子
被覆層を適切な溶媒、例えばクロロホルム、テトラハイ
ドロフランなどに溶解し、磁性粒子をあらかじめ分離・
除去しておく方法をとると測定精度向上に役立つ。

【００３８】なお、前記磁性粒子の体積平均粒径は、レ
ーザ回折式粒度分布測定装置「ＨＥＬＯＳ」〈日本電子
(株)製〉により測定され、前記樹脂微粒子の体積平均粒
径はレーザ散乱式粒度分布測定装置「ＬＰＡ−3000／31
00」（大塚電子(株)製）によって測定される。

【００３９】

【作用】本発明の電子写真用キャリアは、前記構成とし
たことにより、キャリアの帯電性能の低下がなく、かつ
製造時、装置内壁への付着や現像機内での現像剤のブロ
ッキング等を生ずることがなく、長期に亘る像形成に際
し、高画質の画像を安定して得ることができる。また、
複写機使用時に異臭発生がないので、快適な作業環境を
提供することができる。このような作用効果を奏しうる
理由としては、必ずしも明確ではないが、残存単量体が
限度以上に存在した場合の弊害、例えば残存単量体がそ
の可塑性なるが故に、トナーの構成成分やトナー表面に
添加した外添剤を取り込んでしまい、帯電性に影響を与
えたり、ブロッキングが発生したりする弊害が除去され
るためと推察される。

【００４０】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが本発明の実施の態様はこれらより限定されるもので
はない。

【００４１】まず実施例及び比較例用のキャリアの製造
に用いられる樹脂微粒子を以下のようにして用意した。
即ち、乳化重合法により得られた平均一次粒径0.1μmの
スチレン／メチルメタクリレート＝6/4の共重合樹脂微
粒子を使用し、これの乾燥時間を表１に示すように３通
りに変化させ120℃雰囲気下で減圧乾燥を行ない、残存
単量体の異なる樹脂微粒子Ａ，Ｂ及びＣを用意した。

【００４２】また、図１は実施例及び比較例のキャリア
を製造するために使用した調温用ジャケット付高速撹拌
混合機の構成図である。図２は該撹拌混合機の水平方向
回転体の拡大平面図である。

【００４３】図１において、11は本体上蓋で、該上蓋11
には原料投入口12、投入弁13、フィルター14、点検口15
が設けられている。投入弁13を開いて投入口12より原料
が投入され、投入された前記原料はモーター22により駆
動される撹拌羽根付水平方向回転体18により撹拌され
る。該水平方向回転体18では、図２に示すようにその中
心部18ｄに互に120°の角度間隔で配置された撹拌羽根1
8ａ、18ｂ及び18ｃが結合されていて、これらの撹拌羽
根は底部10ａの面に対して35°の角度で傾斜して取付け
られている。

【００４４】このため水平方向回転体18の回転により原
料は上方に掻き上げられ、本体容器10の上部内壁に衝突
して落下するが、途中、垂直方向回転体19に衝突し、落
下する原料の撹拌の促進及び凝集の解砕が行なわれる。
原料は前記撹拌羽根付水平方向回転体18、垂直方向回転
体19、容器内壁への衝突及び原料同士の衝突により磁性
粒子への被覆層形成が行なわれる。

【００４５】なお図１の16は温度計、20はキャリア取出
口、21は排出弁、23は容器内排気口、24は真空ポンプ、
25及び26は排気弁である。

【００４６】（実施例１，２及び比較例１，２） 〈実施例１用キャリア〉 （イ）混合工程として、投入弁13を用いて原料投入口12
より平均粒径60μmのフェライト芯材粒子（98重量％）
及び平均一次粒径0.1μmの樹脂微粒子Ａ（２重量％）か
ら成る原料を本体容器10に投入し、水平方向の撹拌羽根
の周速を６ｍ／secとし、常温常圧下で10分間撹拌混合
した。

【００４７】次いで（ロ）成膜工程として、熱媒を調温
用ジャケットに通して容器10内を120℃迄昇温させ、撹
拌羽根の周速を12ｍ／secまで上昇させ、常圧下で60分
間撹拌混合した。

【００４８】次いで（ハ）成膜後の工程として、常圧下
で撹拌羽根の周速を６ｍ／secにまで戻し、冷却水をジ
ャケット17に流して容器10内を常温にまで戻すことによ
り実施例のキャリアを得た。

【００４９】〈実施例２用キャリア〉原料の樹脂微粒子
を樹脂微粒子Ｂとし、（ロ）の成膜工程における容器10
内の圧力を真空ポンプ24を作動させて100Pa（パスカ
ル）の減圧とし、撹拌混合時間を120分とした他は実施
例１用のキャリアと同様にして実施例２用のキャリアを
得た。

【００５０】〈比較例１用のキャリア〉（ロ）の成膜工
程における撹拌混合時間を40分とした他は実施例２用の
キャリアと同様にして比較例１用のキャリアを得た。

【００５１】〈比較例２用のキャリア〉原料の樹脂微粒
子を樹脂微粒子Ｃとし、（ロ）の成膜工程における撹拌
混合時間を60分とした他は実施例２用のキャリアと同様
にして比較例２用のキャリアを得た。

【００５２】前記実施例１，２及び比較例１，２のキャ
リアの被覆層中の単量体の残存量を島津製作所製クロマ
トグラフィー「ＧＣ−14Ａ」によりそれぞれ測定し、そ
の結果を表１に示した。また実施例１，２及び比較例
１，２のキャリアの製造収率をそれぞれ測定し、その結
果を表１に示した。

【００５３】なお、投入した原料（ｇ）に対して排出さ
れた製品キャリア（ｇ）の比の百分率を製造収率とし
た。

【００５４】〈実施例・比較例用各現像剤〉前記実施例
１，２及び比較例１，２用のキャリアのそれぞれ1728ｇ
と下記ポリエステルトナー72ｇとをＶ型混合機により混
合して実施例１，２及び比較例１，２用の４通りの現像
剤を得た。

【００５５】ポリエステルトナー：ポリエステル88重量
％、カーボンブラック10重量％、ポリプロピレン２重量
％をよく混合した後、溶解混練機にて混練し、その後冷
却、粉砕、分級工程を経て、体積平均粒径8.0μmに調整
したものに、さらに流動性、帯電性を付与するために、
シリカ微粒子を0.5重量％外添したものをトナーとし
た。

【００５６】〈実写テスト〉次にコニカ（株）製電子写
真複写機「Ｕ−Ｂｉｘ5082」に前記４通りの現像剤を順
次充填して５万コピーずつの実施例１，２及び比較例
１，２の４通りの実写テストを行い、そのときの初期と
５万コピー後の現像剤を採取し、ブローオフ法により各
現像剤の帯電量（μC／ｇ）を求め、その結果を表１に
示した。また５万コピー後の画像の画質を目視判定し、
その結果を表１に示した。

【００５７】

【表１】

【００５８】（比較例３，４及び実施例３） 〈比較例・実施例用各キャリア〉前記比較例２用のキャ
リアを３分割し、その３部分を順次減圧乾燥機に入れ、
120℃で100Pa（パスカル）の減圧下に減圧乾燥時間を表
２の如く変化させ比較例３，４及び実施例３用の３通り
のキャリアを得た。

【００５９】前記３通りのキャリアのそれぞれの減圧乾
燥後の被覆層の残存単量体の量（ppm）を前記クロマト
グラフィーにより測定し、その結果を前記減圧乾燥前の
値と共に表２に示した。また、各キャリアの減圧乾燥に
要した時間も同様に表２に示した。

【００６０】〈比較例・実施例用各現像剤〉前記３通り
のキャリアのそれぞれと前記実施例１で用いたポリエス
テルトナーとを用い、同様にして比較例３，４及び実施
例３用の３通りの現像剤を得た。

【００６１】〈実写テスト〉前記３通りの現像剤を前記
実施例１の場合と同様「Ｕ−Ｂｉｘ5082」複写機に順次
充填して５万コピーずつの比較例３，４及び実施例３の
３通りの実写テストを行ない実施例１の場合と同様に初
期と５万コピー後の現像剤の帯電量（μC／ｇ）の測定
及び５万コピー後の画質の評価を行ない、その結果を表
２に示した。

【００６２】

【表２】

【００６３】表１及び表２から樹脂微粒子のとき、被覆
層形成時、被覆層形成後のいずれかの時点で、樹脂中の
単量体の残存量を200ppm以下になるよう調整された実施
例の各キャリアは、現像剤としたときの摩擦帯電量が長
期使用に渡って安定し、かつ像形成時の画質が優れてい
るが、最終的に被覆層中の樹脂の単量体の残存量が200p
pmを超える比較例の各キャリアは現像剤としたときの摩
擦帯電量が長期使用時に不安定であり、像形成に際して
地かぶりが多く、かつブロッキング等を生じる場合もあ
り、好ましくないことが理解される。

【００６４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の電子写真用キャリアによれば、現像剤としての使用に
際して、終始安定した適正な摩擦帯電量が確保され、従
って、像形成時、トナー飛散や地カブリの発生がなく、
高画質の画像が長期にわたり安定して得られ、さらに、
現像機内のブロッキングの発生がなく、かつ複写機使用
機の悪臭発生が無いなどの優れた効果を奏することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のキャリアの製造に適用される高速撹拌
混合機の構成図。

【図２】水平方向回転体18の拡大平面図。

【符号の説明】

10 本体容器 11 本体上蓋 12 原料投入口 13 投入弁 14 フィルター 15 点検口 16 温度計 17 調温用ジャケット 18 撹拌羽根付水平方向回転体 18ａ、18ｂ、18ｃ 撹拌羽根 18ｄ 中心部 19 垂直方向回転体 20 キャリア取出口 21 排出弁 22 モーター 23 排気口 24 真空ポンプ 25 排気弁 26 排気弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−61260（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−249749（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−256073（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−160032（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−235959（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 9/113

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 減圧雰囲気下で乾燥させた樹脂微粒子を
   使用して、磁性粒子表面に、減圧雰囲気下での乾式コー
   ティング法によって樹脂被覆層を形成してなる電子写真
   用キャリアであって、前記被覆層中の残存単量体の量
   が、被覆層を形成する樹脂総量に対して、200ppm以下で
   あることを特徴とする電子写真用キャリア。