JPH08511108A - リチウムフェライトキャリヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 式：［（Ｌｉ₂Ｏ）_.25（Ｆｅ₂Ｏ₃）_.25］_x（Ｆｅ₂Ｏ₃）_1.00-x［式中、０．３５≦ｘ≦０．５０のモル％である］により示される組成範囲を有する非化学量論的リチウムフェライト粉末は環境上安全なキャリヤを与える。

Description

【発明の詳細な説明】 リチウムフェライトキャリヤ 発明の背景 本発明は電子写真現像装置と共に使用するための磁性キャリヤに関し、より詳 細には非化学量論的組成を有する環境的に優しいリチウムフェライトキャリヤに 関するものである。 粉末の形態のキャリヤは、電子写真現像装置、たとえばフォトコピー機にて、 特に最近ではレーザープリンターにてトーナー粒子を転写させるべく使用される 。典型的には、この種のキャリヤは各種の金属、たとえばニッケル、亜鉛もしく は銅と組合わせたフェライトまたはフェライト粉末である。各種のフェライトキ ャリヤ組成物に向けられた多くの特許が存在し、次のものを包含する：イイムラ 等に係る米国特許第４，６２３，６０３号；ホンジョウ等に係る米国特許第４， ５９８，０３４号；タチバナ等に係る米国特許第４，８９８，８０１号；イマム ラ等に係る米国特許第４，４８５，１６２号；およびジョーンズに係る米国特許 第３，９２９，６５７号。 これら従来技術に関する特許公報は、単一成分および二成分のフェライトキャ リヤの両者を教示しいてる。これら特許公報はキャリヤのための各種の結晶構造 をも教示している。一般に、これら特許公報は各種の金属とフ ェライトとの化学量論的組成物の使用を教示している。さらに、これら特許公報 はこの種のキャリヤを製造するための各種の方法を教示している。 この種のキャリヤに関する探求につき努力が払われており、極く最近ではたと えば金属：すなわちニッケル、銅および亜鉛のような環境に対し有害と見なしう る元素を含有した組成物により多くのフェライトキャリヤ粉末が製造されている と認識されている。したがって、有効寿命を果たした後に安全かつ容易に廃棄し うるような環境的に優しいキャリヤを提供するニーズが発生している。本発明は 、環境上安全と考えられない従来技術のキャリヤに対する効率的かつ効果的な代 替物となる環境上安全なキャリヤに向けられる。 発明の要点 主面ににおいて本発明は、特定の組成範囲を有する一般に非化学量論的なリチ ウムフェライト粉末からなる電子写真現像用のキャリヤからなっている。このキ ャリヤは実質的にスピネル結晶構造を有し、従来存在する慣用の電子写真装置に 使用するため一般に球形状の磁性コア構成にて形成することができる。 したがって本発明の目的は、環境的に安全もしくは優しい改善された電子写真 現像用のキャリヤ材料を提供することにある。 さらに本発明の目的は、他の金属元素を混入する従来技術のキャリヤと同様に 有用である電子写真用キャリヤ を提供することにある。 さらに本発明の他の目的は、非化学量論的リチウムフェライト化合物である電 子写真用キャリヤを提供することにある。 さらに本発明の目的は、既に使用されている電子写真装置と共に使用するため の形態を有しかつその状態にあるキャリヤとして使用するためのリチウムフェラ イト粉末を提供することにある。 本発明の他の目的は、所定の組成範囲を有するリチウムフェライトで構成され た電子写真現像用のキャリヤを提供することにある。 さらに本発明の他の目的は、スピネル結晶構造を有すると共に電子写真プロセ スにて有用であるリチウムフェライトキャリヤの製造方法を提供することにある 。 本発明のこれらおよび他の目的、利点、並びに特徴につき以下詳細に説明する 。 図面の簡単な説明 以下の詳細な説明においては、下記する添付図面を参照する： 第１図は本発明によるキャリヤの組成範囲を示すリチウムフェライト組成物の 相図であり； 第２図は本発明の実施例１によるキャリヤの倍率５０倍の顕微鏡写真図であり ； 第３図は本発明の実施例１によるキャリヤの倍率２００倍の顕微鏡写真図であ り； 第４図は本発明の実施例２によるキャリヤの倍率５０倍の顕微鏡写真図であり ； 第５図は本発明の実施例２によるキャリヤの倍率２００倍の顕微鏡写真図であ り； 第６図は本発明の実施例３によるキャリヤの倍率５０倍の顕微鏡写真図であり ； 第７図は本発明の実施例３によるキャリヤの倍率２００倍の顕微鏡写真図であ り； 第８図は本発明の実施例４によるキャリヤの倍率５０倍の顕微鏡写真図であり ； 第９図は本発明の実施例４によるキャリヤの倍率２００倍の顕微鏡写真図であ り； 第１０図は本発明の実施例５によるキャリヤの倍率５０倍の顕微鏡写真図であ り； 第１１図は本発明の実施例５によるキャリヤの倍率２００倍の顕微鏡写真図で ある。 好適実施態様の説明 本発明は、コピー機およびレーザープリンターにて磁気ブラシ現像につき使用 しうる一般に球形状の磁性キャリヤコア粉末からなっている。たとえば上記した ような従来の特許公報に教示されたように、たとえばフェライトのような磁性キ ャリヤはトーナー粒子を現像剤ミックスから受光体へ転写させるべく使用される 。次いで、これら粒子は受光体により普通紙に転写される。フェライトキャリヤ 粉末は典型的には球状のビーズもしくは粉末 の形態であって、樹脂により被覆されていてもされていなくても良い。さらに典 型的にはフェライトを、キャリヤ粉末の利用性を増大させるため各種の金属酸化 物と組合わせる。 本発明は、たとえばニッケル、銅、亜鉛およびバリウムのような潜在的に有害 であると考えられる元素を含有しない磁性フェライトキャリヤ粉末である。した がって、本発明は一般に非化学量論的リチウムフェライトからなっている。 化学量論的リチウムフェライト組成は次式 （Ｌｉ₂Ｏ）_.25（Ｆｅ₂Ｏ₃）_.25Ｆｅ₂Ｏ₃ によって示すことができる。リチウムフェライト組成物の化学量論組成を他の方 法で示せば次のものを包含する： １． ＬｉＦｅ₅Ｏ₈、または ２． Ｌｉ₂Ｏ・５Ｆｅ₂Ｏ₃ リチウムは一価であり、したがってフェライトとしての所望のスピネル結晶構造 を得るには等モル量の三価イオンを必要とする。その結果、上記式はリチウムフ ェライトの化学量論組成を示す。 これに対し、本発明を構成するものとして好適であり或いは特定される組成範 囲は次の一般に非化学量論的な関係により示される： ［（Ｌｉ₂Ｏ）_.25（Ｆｅ₂Ｏ₃）_.25］_x（Ｆｅ₂Ｏ₃）_1.00-x ［式中、０．３５≦ｘ≦０．５０のモル％である］。 第１図を参照して、この組成範囲はフェライト／リチウムフェライト相図におけ るハッチング部分によって示される。キャリヤを構成するこの種のリチウムフェ ライト粉末材料の所望の組成はスピネル構造を有し、環境上安全であり、さらに 優秀なキャリヤとして作用するのに必要な特性を有する。一般に、組成物は次の 順次の工程により作製される： １． 炭酸リチウムもしくは酸化リチウムを上記組成式により規定された量の酸 化鉄と混合する。これら２種の化合物を湿式法もしくは乾式法により激しく混合 する。 ２． これら酸化物の混合物を任意の工程として７００〜１１００℃の温度で焼 成して混合物を予備反応させる。 ３． 工程１および／または２からの焼成された材料もしくは酸化物を、たとえ ば磨砕器またはボールミルのような微粉砕装置でスラリーとして水と共に微粉砕 する。このスラリーに結合剤および解膠剤（deflocculant）を添加する。焼結用 助剤をも添加して、緻密化および強度特性を促進することもできる。典型的には たとえばＳｉＯ₂、Ｂｉ₂Ｏ₃のような他の各種の添加剤を添加する。この微粉砕 操作を、所望の粒子寸法が得られた際に終了する。 ４． 微粉砕操作からのスラリーを噴霧乾燥して、特定寸法のビーズと呼ばれる 球体を生成させる。この操作 は、回転式もしくはノズル式噴霧を用いて典型的な噴霧乾燥機で行われる。 ５． 噴霧乾燥された粉末を生状態にて特定寸法分布まで篩分する。この操作は 典型的には振動篩装置を用いて行われる。 ６． 篩分操作で得た篩分した生の生成物を炉もしくはキルンにて１０００〜１ ３００℃の温度に達しうる、２１％Ｏ₂を含有する雰囲気で焼結させる。焼結の 程度は、所望の表面組織の種類および見掛け密度に依存する。 ７． 焼成された粉末は典型的には或る程度のビーズとビーズとの融合を示し、 したがってハンマー型のミルによりかたまりをくだく。 ８． かたまりをくだかれた粉末は特定寸法分布まで篩分される。空気分別を用 いて、微細粒子分布物を分離または篩分することができる。 ９． 選択として磁気分離を行って、非磁性粒子が粉末生成物に含有されるない よう確保することもできる。 １０． 最終的な焼結粉末を樹脂コーティングで被覆して、所望の複写特性の獲 得を促進することもできる。 本発明は、磁気ブラシ現像の種々異なる用途に使用しうる各種の磁気特性を有 するキャリヤを生産する。下記する表は、組成と関連する磁気飽和の範囲を示す 。 以下、本発明による酸化リチウムフェライトキャリヤの幾つかの特定実施例、 および典型的な工業生産されたＣｕＺｎおよびＮｉＺｎフェライト材料に対する その比較を示す。キャリヤ組成は、酸化リチウムフェライト混合物につき第１図 に示したモル％範囲内にある。したがって、実施例のキャリヤは主としてスピネ ル構造である性質を有すると共にその結晶構造を有する。実施例１： 式 （Ｌｉ₂Ｏ）_.1521（Ｆｅ₂Ｏ₃）_.8479 によるリチウムフェライトを作製した。詳細には７．６ ７重量％の炭酸リチウムと９２．３３重量％の酸化鉄とを含む１００ポンド（４ ５ｋｇ）のバッチ混合物を混合した。 これらバッチをアイリッヒＲ−７ミキサー／ペレタイザーで激しく乾式混合し た。ペレット化の後、２ガロン（７．６Ｌ）の水を添加して粉塵形成を最小化さ せると共に原料酸化物および炭酸塩のペレット化を促進させた。これらペレット をオーブン乾燥すると共に、バッチ式電気キルンにて１０１０℃で４時間焼成し た。 焼成されたペレットをバッチ式スチールボール磨砕ミルに充填して、次の添加 剤と共に６時間微粉砕した： 適当に微粉砕した後、２０ポンド（９ｋｇ）の１０重量％ポリビニルアルコー ル（ＰＶＡ）溶液をスラリーに添加して、噴霧乾燥の際のビーズの結合を促進さ せた。 Ａｉｒｖｏｌ ２０５ＳブランドのＰＶＡを用いた。生成したスラリーを単一の 流体圧ノズル式乾燥機でノズル噴霧し、その際に直径０．０４６インチ（０．１ ２ｍｍ）のオリフィスを３５０ｐｓｉ（２．４ＭＰａ）で用いて適当なビーズ寸 法を生ぜしめた。 上記から得られた噴霧乾燥粉末もしくはビーズを４８インチ（１２２ｃｍ）直 径のＳｗｅｃｏブランドの振動分離機を用いて分別した。許容しうるメッシュフ ラクションは−１２０ＴＢＣメッシュ、＋２００ＴＢＣメッシュ（−１４９μ、 ＋８８μ）である。 得られた生成物を約１１６５℃にて７時間空気雰囲気下で電気焼成バッチキル ンにより焼結した。焼結の際、粉末を収納するために耐火性ボードを用いた。 得られた粉末ケーキをハンマー型ミルでかたまりをくだき、生成物を再び４８ インチ（１２２ｃｍ）のＳｗｅｃｏ振動分離器で篩分した［−１４５ＴＢＣメッ シュ、＋２５０市販グレードメッシュ（−１２５μ、＋６３μ）］。次いで、得 られたキャリヤ粉末をその諸特性を決定すべく試験した。典型的な複写試験特性 を第３表に示す。第２図および第３図は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた倍 率５０倍および２００倍におけるキャリヤの物理的外観を示す。分離したコア要 素は一般に寸法が均一でありかつ球状であると認められる。 実施例２： 式 （Ｌｉ₂Ｏ）_.145（Ｆｅ₂Ｏ₃）_.855 にしたがうリチウムフェライトを実施例１におけると同様な手順を用いて作製し た。得られた試験の特性を第３表に示す。第４および５図は倍率５０倍および２ ００倍のＳＥＭ顕微鏡写真におけるキャリヤの物理的外観を示す。これらコア要 素は一般に形状が球状かつ均一である。実施例３： 式 （ＣｕＯ）_0.20（ＺｎＯ）_0.11（Ｆｅ₂Ｏ₃）_0.69 の銅亜鉛フェライトを実施例１と同様な手順により作製した。ただし、焼成温度 を７９０℃にすると共に最終的な焼結温度を１３００℃とした。測定された試験 の特性を第３表に示す。第６および７図は記載された従来技術のキャリヤのＳＥ Ｍ顕微鏡写真図であって、実施例１および実施例２のキャリヤに対する比較の目 的で示した。寸法、形状および外観はリチウムフェライトキャリヤに極めて類似 する。実施例４： 式 （ＣｕＯ）_0.20（ＺｎＯ）_0.25（Ｆｅ₂Ｏ₃）_0.55 の銅亜鉛フェライトを実施例１と同様な処理により作製した。ただし、焼成温度 を７９０℃にすると共に最終的な焼結温度を１１６０℃とした。測定された試験 の特性 を第３表に示す。第８および９図は他の従来技術によるキャリヤの構成のＳＥＭ 顕微鏡写真図であり、比較の目的で第２、３、４および５図と関連して評価すべ きである。ここでも比較は高い類似を有する。実施例５： 式 （ＮｉＯ）_.1563（ＺｎＯ）_.3220（ＭｎＯ）_.0263（ＣｕＯ）_.0160（Ｆｅ₂Ｏ₃）_.4793 のニッケル亜鉛フェライトを実施例１に示したと同様な処理により作製し た。ただし、噴霧を回転噴霧乾燥機で行うと共に焼成を１２９０℃で行った。第 １０および１１図はこの構成のＳＥＭ顕微鏡写真図であり、第２、３、４および ５図のキャリヤと対比することができる。測定された試験の特性を第３表に示す 。実施例の検討 フェライトキャリヤコア材料組成は好ましくは、複写もしくは電子写真キャリ ヤコア材料として使用を可能にする幾つかの特性を有する。たとえば、これは実 施例３および４のキャリヤと同様な磁気モーメント、Ｍｓに調整できる能力を有 する。このことは各種のコピー機設計に利用することができる。記載した非化学 量論的リチウムフェライトキャリヤは、第１表および実施例１と２とにつき示し たと同様な変化を可能にする。嵩密度は現存するフェライトコア材料と類似する 。本発明のリチウムフェライトキャリヤは、現存するフェライトコア材料に 極めて類似した嵩密度を有する。さらに、焼結温度およびその温度でのソーク（ soak）時間を変化させることにより、嵩密度は所望の数値に対応し一層高く或い は一層低く変化させることができる。 流量は、コピー機の磁気ブラシ現像過程における材料の流動特性を決定する。 ここでも本発明のリチウムフェライト組成物は、現存するフェライトキャリヤと 極めて類似した流動特性を有する。 大抵のキャリヤコア材料では、特定のトナーと共に使用するために、キャリヤ コア表面に付着したアクリル、シリコーンもしくはフルオロポリマーのコーティ ングにより、摩擦電気もしくは抵抗の特性を改変もしくは向上させることが普通 である。現存する被覆技術に対して許容しうる代用品で構成する新規なフェライ ト組成物に関し、ＢＥＴ表面積および走査型電子顕微鏡による肉眼観察で測定さ れる表面組織が同様な特性を示すことが重要である。実施例１〜５の走査型電子 顕微鏡分析が示すところでは、本発明のリチウムフェライトキャリヤコアはＣｕ Ｚｎフェライトキャリヤコア材料とは実質的に区別できず、ＮｉＺｎキャリヤコ ア材料と類似する。ＢＥＴ表面積の比較も極めて類似した数値を示す。さらにＢ ＥＴ表面組織は、キャリヤコアを作製すべく使用するソーク時間、温度および処 理条件の調節によって改変することができる。 カリホルニア州管理コード、標題２２、部門４のセク ション６６６９９は、有害廃棄物として分類される（可溶性閾値限界濃度（ＳＴ ＬＣ）および全閾値限界濃度（ＴＴＬＣ）範囲ごとに）有害元素を示している。 すなわち組成、焼成条件および化学量論に応じ、恐らくＮｉ、Ｃｕおよび／また はＺｎを含有するフェライト材料がこれら試験限界の一方または両方に失格する ことがあり、したがってこの種のキャリヤは有害廃棄物として分類され、適切か つ高価な廃棄過程にかけられる。 ここで新たに開示したリチウムフェライト材料については有害元素が存在せず 、使用済みキャリヤ材料は良好な廃棄物として分類することができる。そのまま で、これらは極めて安価に処分またはリサイクルすることができる。 したがって、非化学量論的組成の範囲とスピネル構造とを有するリチウムフェ ライト材料の本発明による製造は、環境上安全な材料であると思われる。すなわ ち、この種の材料は、トナー粒子がついた磁気ブラシを与えるのに安全に用いる ことができ、この材料を消費し或いはもはや有用でなくなった際に環境被害を与 えることなく容易に処分することができる。 各種の僅かな成分の置換、成分の添加および勿論キャリヤの製造における手順 変更も本発明の思想および範囲を逸脱することなく可能であり、したがってこれ らの改変も本発明の範囲内である。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項 【提出日】１９９４年１０月２６日 【補正内容】 請求の範囲 １． 式： ［（Ｌｉ₂Ｏ）_.25（Ｆｅ₂Ｏ₃）_.25］_x（Ｆｅ₂０₃）_1.00-x ［式中、０．３５≦ｘ≦０．５０のモル％である］ により示される組成範囲を有する非化学量論的リチウムフェライト粉末からなる 電子写真現像用の環境的に優しい複写用フェライト粉末キャリヤ。 ２． キャリヤのリチウムフェライト粉末がスピネル結晶構造を有する請求項１ に記載のフェライト粉末キャリヤ。 ３． キャリヤが一般に球形状の磁性コアキャリヤである請求項１に記載のキャ リヤ。 ４． 樹脂被覆された請求項１に記載のキャリヤ。 ５． 式： ［（Ｌｉ₂Ｏ）_.25（Ｆｅ₂Ｏ₃）_.25］_x（Ｆｅ₂Ｏ₃）_1.00-x ［式中、０．３５≦ｘ≦０．５０のモル％である］ により示される組成範囲を有する非化学量論的リチウムフェライト粉末であって 、キャリヤ粉末の磁気モーメントが４００００ｅの磁場のもとで約３３．４〜６ ０．６ｅｍｕ／ｇである電子写真現像用の環境的に優しい複写用フェライト粉末 キャリヤ。 ６． 式： ［（Ｌｉ₂Ｏ）_.25（Ｆｅ₂Ｏ₃）_.25］_x（Ｆｅ₂Ｏ₃）_1.00-x ［式中、０．３５≦ｘ≦０．５０のモル％である］ により示される組成範囲を有する非化学量論的リチウムフェライト粉末であって 、粉末上には樹脂被覆がなされている電子写真現像用の環境的に優しい複写用フ ェライト粉末キャリヤ。 ７． 式： ［（Ｌｉ₂Ｏ）_.25（Ｆｅ₂Ｏ₃）_.25］_x（Ｆｅ₂Ｏ₃）_1.00-x ［式中、０．３５≦Ｘ≦０．５０のモル％である］ により示される組成範囲を有する非化学量論的リチウムフェライト粉末であって 、キャリヤ粉末の磁気モーメントが４００００ｅの磁場のもとで約３３．４〜６ ０．６ｅｍｕ／ｇであり、粉末上には樹脂被覆がなされている電子写真現像用の 環境的に優しい複写用フェライト粉末キャリヤ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 式： ［（Ｌｉ₂Ｏ）_.25（Ｆｅ₂Ｏ₃）_.25］_x（Ｆｅ₂Ｏ₃）_1.00-x ［式中、０．３５≦ｘ≦０．５０のモル％である］ により示される組成範囲を有する非化学量論的リチウムフェライト粉末からなる ことを特徴とする電子写真現像用の環境的に優しいキャリヤ。 ２． キャリヤにおけるリチウムフェライト粉末がスピネル結晶構造を有する請 求項１に記載のキャリヤ。 ３． キャリヤが一般に球形状の磁性コアキャリヤである請求項１に記載のキャ リヤ。 ４． 緻密化要素および強化要素としてＳｉＯ₂もしくはＢｉ₂Ｏ₃またはその両 者を添加することを含む請求項１に記載のキャリヤ。 ５． 樹脂被覆された請求項１に記載のキャリヤ。 ６． 樹脂被覆された請求項４に記載のキャリヤ。