JPH0648395B2

JPH0648395B2 - 静電複写用フェライトキャリア材

Info

Publication number: JPH0648395B2
Application number: JP59084641A
Authority: JP
Inventors: 知義高坂; 丈夫前田; 博道鈴木; 五郎昆布谷
Original assignee: 富士電気化学株式会社
Priority date: 1984-04-26
Filing date: 1984-04-26
Publication date: 1994-06-22
Anticipated expiration: 2009-06-22
Also published as: JPS60227268A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、２成分系電子複写機用現像剤に用いられるキ
ャリア材料に関し、更に詳しくは、マグネシウム−亜鉛
系フェライト材料を主成分とし、それに周期律表のIII
族元素の一部を適量添加した組成を有し、表面が滑らか
で耐久性および画像特性のすぐれた球状の静電複写用フ
ェライトキャリア材に関するものである。

［従来の技術］電子写真の現像法の一つとして乾式２成分現像法があ
り、現在最も広く利用されているのは、そのうちの磁気
ブラシ現像法と呼ばれるものである。この種の２成分系
現像剤のキャリア材料に必要な諸特性としては、摩擦帯
電性、磁気特性、流動性、耐久性等があり、これら諸特
性については様々な面から検討が試みられている。

２成分系キャリア材料として現在広く利用されているの
がフェライトキャリア材である。フェライトは周知のと
おり金属酸化物であるため、鉄粉キャリア等に比べて見
掛け密度が小さく現像剤として軽量化が可能であるし、
更に鉄粉に比べ磁気特性上、残留磁束密度が低く、また
抗磁力も小さく結果的にヒステリシスループの面積が小
さい特徴を有し、磁化反転および磁化履歴に対して常に
初期特性を保持しうる特徴を有する。またフェライトは
酸化物であるため化学的に安定であり高速現像や多数枚
複写による現像剤表面汚染等の画像劣化に対し強く、メ
ンテナンスフリーというメリットを有し、キャリアに適
している。その上、組成を変えることによってフェライ
トの半導体的性質により電気抵抗値を１０⁴〜１０¹²Ω-
cm程度の範囲で自由に可変でき、帯電量制御により画像
特性を著しく向上させることができる。この様な優れた
特性を有するが故に、フェライトキャリア材は現在の電
子複写機における現像剤として必要欠くべかざる物質と
なっている。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、従来のこの種のフェライトキャリア材に
は次のような欠点があり、未だ改善の余地が残されてい
た。それはキャリア粒子表面が粗く不規則であり、粒子
相互の機械的あるいは衝撃的接触により結晶体の剥離あ
るいは破壊現象が生じ、それにより生成したフェライト
微粒子が、静電現像によって感光体表面へ付着し、複写
紙面を汚染したりあるいは感光体自体を損耗するという
ことである。

本発明の目的は、上記のような従来のフェライトキャリ
ア材料のもつ欠点を解消し、キャリア表面の平滑性を格
段と向上させ、安定かつ良好な静電複写性能を発揮させ
ることができるようにした経済的なフェライトキャリア
材料を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］このような目的を達成することのできる本発明は、組成
的には、Fe₂O₃４５〜６５モル％，MgO２６〜３２モル
％，ZnO１８〜２２モル％および場合によっては５モル
％以下のMnOを含むマグネシウム−亜鉛系フェライト材
を主成分とし、それに対して周期律表III族元素のうちI
n，Ga，Ｙの１種もしくは２種以上を酸化物に換算して
0.01〜３重量％添加した組成を有するものであり、形状
的には微小粒径の球状をなし、その表面が一次焼結粒子
の成長促進によって非常に滑らかな状態となっているよ
うな静電複写用フェライトキャリア材である。

［発明の具体的構成］以下、本発明について更に詳しく説明する。本発明は、
前述の如くマグネシウム−亜鉛系フェライトを母材と
し、それに周期律表III族の元素の一部を適量添加した
組成を有するものである。即ちまず母材となるマグネシ
ウム−亜鉛系フェライト材は、Fe₂O₃４５〜６５モル
％，MgO２６〜３２モル％，ZnO１８〜２２モル％を有す
る組成のものである。この組成に５モル％以下のMnOを
含むようにしてもよい。そして本発明にかかるフェライ
トキャリア材は、このような母材となるマグネシウム−
亜鉛系フェライトに対して、周期律表のIII族元素のう
ちIn，Ga，Ｙの１種もしくは２種以上を酸化物に換算し
て0.01〜３重量％添加した組成物を有するものである。

フェライトキャリア材の製造方法は従来技術とほぼ同様
であり、噴霧乾燥法（スプレードライヤー法）あるいは
流動造粒法等のような周知の球状粒子を作成する方法に
よって製造することができる。例えば、バインダー、分
散剤、水あるいは有機溶媒等とともに前記組成のフェラ
イト微粒子をよく混合し、スラリー状にした溶液を適当
な条件で噴霧乾燥し、球状ペレットを作成する。この工
程で粉体比重を適当に制御することができるし、また空
孔の分散状態を所望の形に制御することができる。この
ようにして作成した球状粒子をキルンあるいは炉で焼成
した後、篩別分級し、所望の粒度分布を有するキャリア
材とするのである。

本発明においてマグネシウム−亜鉛系フェライトを用い
ている理由は、従来一般に用いられているニッケル−亜
鉛系フェライトよりも安価であり、しかも静電複写用キ
ャリア材に適した抵抗値範囲に入る高抵抗材料だからで
ある。そして各成分の組成範囲は、通常この種のマグネ
シウム−亜鉛系フェライト材料として用いられているも
のとほぼ同様であるから、個々の組成範囲についての説
明は省略する。静電複写用キャリア材として要求される
電気抵抗率は、それを用いる複写機側の要求によってか
なり広い範囲にわたっているが、通常１０⁴〜１０¹²Ω-
cm程度である。本発明においては、前記組成範囲におい
て主として酸化亜鉛の配合量を変化させることによって
この電気抵抗率を適当な値に調整することができる。ま
た前述の如く、このマグネシウム−亜鉛系フェライトに
酸化マンガンを少量加えた構成も本発明に含まれる。マ
ンガンを入れると抵抗率が高くなる傾向が生じ、抵抗値
を安定化させるとともに増量材的機能を果たさせること
ができる。

いずれにしてもこのような組成のマグネシウム−亜鉛系
フェライト材を母材とし、それに周期律表のIII族元素
のうちIn，Ga，Ｙの１種もしくは２種以上を適量添加せ
しめる点に本発明の一つの大きな特徴があり、それによ
って所望の特性を発現させているのである。これらの材
料が添加されていることにより、焼結時の結晶成長段階
において結晶粒子の濡れ性が改善され、粒成長の促進と
相俟てフェライトキャリア材の表面の平滑性が大幅に改
善され、従来技術の欠点を著しく改善することができる
のである。ここでこれらIn，Ga，Ｙの１種もしくは２種
以上は、単体，酸化物，水酸化物，もしくは塩の形で添
加すればよい。これらの添加物は、焼結工程において酸
化物の形で粒子中に含有されることになる。前記添加物
の量は、酸化物に換算して0.01〜３重量％の範囲であ
る。下限を0.01重量％としたのは、表面の平滑性を改善
するという意味から少なくともこのような数値以上の添
加が必要だからである。逆に、上限を３重量％としたの
は、３重量％を超えて添加すると、大結晶化率が逆に低
下しはじめるし、これらの添加物は母材に比べて高価た
からである。

このようなキャリア材表面の平滑性については、特に電
子顕微鏡による観察によって明瞭に把握できる。これ
は、多数のキャリア材を含む領域を数百倍程度の低倍率
で多数回撮影した電子顕微鏡写真をランダムに数枚抜き
出し、一定以上（例えば２０μｍ程度以上）の大きさの
ユニットグレン（unit grain）をもつ球状コアがコア総
数に対して何％存在するかを算出することによって大結
晶化率として数値的に把握できる。これら電子顕微鏡に
よる観察や、それに基づく大結晶化率の算出から、前記
添加物を加えていない場合に比し、少量添加したものは
表面の粗さが大幅に改善されていることが判る。

本発明において、キャリア材の粒径は５〜200μｍ程度
とするのがよい。２成分系の現像剤において画像の分解
能を向上させるためにはキャリア粒子が細かいほうがよ
いが、しかし細かすぎると流動性が悪くなるからであ
る。つまり、トナー粒子と均一に混ざりあうためにはあ
る程度の流動性がなければならず、５μｍよりも細かす
ぎると流動性が極端に悪くなってしまうし、逆に200μ
ｍを超えて大きくなると、画像の分解能が著しく悪くな
ってしまう。

次に、本発明の実施例について説明する。

［実施例１］ Fe₂O₃46.8モル％，MgO29.6モル％，ZnO22.1モル％，MnO
1.5モル％なる配合割合に対して、Ga₂O₃無添加の場合
（比較品）と0.1〜3.0重量％添加した場合（本発明品）
の組成の異なる６種類の粉体を用意し、それぞれボール
ミルで混合する。そして乾燥した後、900℃で１時間仮
焼し、再びボールミルで粉砕する。この溶液にバインダ
ーを加え、噴霧乾燥法により球状ペレットを造粒し、得
られたペレットを1250℃で焼成し、分級した後、60〜20
0μｍのフェライトキャリア材を得た。

これら各組成のキャリア材の諸特性は、第１表に示す通
りである。なお、ここで「大結晶化率」とは、電子顕微
鏡にて200〜300倍で約30個程度のキャリアコアを含む写
真を撮影し、ユニットグレンが20μｍ以上で構成される
キャリアコアが全キャリアコア数の何％存在するかを算
出したものである。

第１表から分かるように、Ga₂O₃を0.1重量％添加する
と、大結晶化率（ユニットグレンの大きい粒子の存在確
率）が急激に大きくなり、３重量％程度で飽和する。な
お第１表には記載していないが、Ga₂O₃を0.1重量％添加
した場合でもかなり大きな大結晶化率が得られている。
大結晶化率が増大するということは、換言すれば粒子の
平滑性が良好となるということであり、このことは次の
電子顕微鏡の映像を模写した図からも容易に理解しうる
であろう。Ga₂O₃無添加の場合（第２図参照）、キャリ
アコアの表面には鋭く細かい凹凸が無数に存在する。こ
れに対してGa₂O₃を適量添加した場合には第１図に示す
ように、キャリアコアの表面の平滑性が著しく改善され
る。

［実施例２］ Fe₂O₃47.5モル％，MgO28.8モル％，ZnO19.7モル％，MnO
2.0モル％，CuO2.0モル％なる配合割合にIn₂O₃無添加の
場合および過剰添加（５重量％添加）の場合（比較品）
と0.5〜3.0重量％添加した場合（本発明品）の組成の異
なる６種類の粉体を用意し、前記実施例１と同様の方法
により60〜200μｍのフェライトキャリア材を得た。

これら各組成のキャリア材の諸特性は、第２表に示す通
りである。また大結晶化率は前記実施例１と同様の方法
により算出したものである。

なお、第２表には記載していないが、In₂O₃を0.01重量
％添加した場合でもかなり大きな大結晶化率が得られて
いる。

［実施例３］ Fe₂O₃51.2モル％，MgO26.6モル％，ZnO18.3モル％，MnO
3.9モル％なる配合割合に対して、Y₂O₃無添加の場合
（比較品）と0.1〜3.0重量％添加した場合（本発明品）
の組成の異なる６種類の粉体を用意し、前記実施例１と
同様の方法により60〜200μｍのフェライトキャリア材
を得た。

これら各組成のキャリア材の諸特性は、第３表に示す通
りである。また大結晶化率は前記実施例１と同様の方法
により算出したものである。

なお第３表には記載していないが、Y₂O₃を0.01重量％添
加した場合でもかなり大きな大結晶化率が得られてい
る。

上記実施例はIn，Ga，Ｙ単独添加の場合であるが、それ
らの２種以上を複合添加したものについてもほぼ同様の
効果が生じる。それらについての実施例の記載は省略す
る。

［発明の効果］本発明は上記のように構成した静電複写用フェライトキ
ャリア材であるので、キャリア材を構成する粒子中の結
晶粒子を成長させることによってキャリア材表面の平滑
性を良好ならしめ、画像特性の安定化と流動性の向上を
図ることができ、それ故キャリア粒子相互の機械的ある
いは衝撃的接触等が生じても結晶体の剥離あるいは破損
現象がほとんど生じず、複写紙面の汚染あるいは感光体
自体の損耗といった従来技術の欠点を完全に解消するこ
とができる。また本発明によれば、フェライトキャリア
材自体が表面平滑性を有しているためコーティングなし
で使用することができるし、原料自身が安価であること
と相俟て低廉なキャリア材料を得ることができ、更にキ
ャリア材表面をコーティングする場合であってもコート
厚を均一化することができ、コーティング材が少量で済
むし、また現像剤としての耐湿特性をも安定化させるこ
とが可能であるなど数々のすぐれた効果を奏しうるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るマグネシウム−亜鉛系フェライト
キャリア材の電子顕微鏡の影像を模写した図、第２図は
添加剤なしのマグネシウム−亜鉛系フェライトキャリア
材の電子顕微鏡の影像を模写した図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木博道東京都港区新橋５丁目36番11号富士電気化学株式会社内 (72)発明者昆布谷五郎東京都港区新橋５丁目36番11号富士電気化学株式会社内 (56)参考文献特開昭58−145625（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−145621（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−144839（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Fe₂O₃４５〜６５モル％，MgO２６〜３２モ
ル％，ZnO１８〜２２モル％を有するマグネシウム−亜
鉛系フェライト材に対して周期律表のIII族元素のうちI
n，Ga，Ｙの１種もしくは２種以上を酸化物に換算して
0.01〜３重量％添加した組成を有し、球状キャリアを構
成する焼結粒子の成長促進によって表面が滑らかな性状
を呈することを特徴とする静電複写用フェライトキャリ
ア材。