JPH09236948A - フェライトキャリア - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 有害元素を含まず、高画質の画像が得られる
Ｌｉ−Ｍｎ系のフェライトキャリアを提供する。 【解決手段】 モル比にてＬｉ₂ Ｏ５〜１５％、ＭｎＯ
８〜３０％、Ｆｅ₂ Ｏ₃６０〜９０％の基本組成を有
し、１０００Ｏｅの磁場における磁化の値σ₁₀₀₀を１５
〜６０emu/ｇ、平均粒径を１０〜１５０μｍに形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビームプリ
ンタ、乾式複写機などの画像形成装置における画像担体
の表面に形成された静電荷像を現像する際に使用される
二成分系現像剤を構成する磁性キャリアに関するもので
あり、特に画質の向上が可能であるＬｉ−Ｍｎ系フェラ
イトキャリアに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来電子写真法を応用したプリンタ、フ
ァクシミリ等においては、例えば円筒状に形成した感光
体ドラム上に情報に対応した静電荷像を形成し、感光体
ドラムと対向して設けた永久磁石部材を内蔵する現像ロ
ールにより、磁性現像剤を吸着搬送し、現像領域におい
て磁気ブラシを形成すると共に、この磁気ブラシによっ
て前記感光体ドラム上の静電荷像形成面を摺擦し、トナ
ー像として顕像化する。そしてこの顕像化したトナー像
を記録紙に転写した後、熱定着するのが最も一般的な手
段である。

【０００３】上記の現像方法において使用される磁性現
像剤としては、トナーのみからなる一成分系現像剤と、
トナーと磁性キャリアとの混合粉体である二成分系現像
剤とがある。二成分系現像剤を使用する現像方法におい
ては、トナーと磁性キャリアとを所定の比率で混合し、
両者を摩擦帯電させて、所定の極性に帯電したトナーの
みを、感光体ドラムの表面に形成された静電荷像に付着
させて可視像とするのである。

【０００４】上記の二成分系現像剤には、一般的に連続
現像における画像品質の安定性、維持性が要求される。
そのためには、トナーに対する磁性キャリアの帯電付与
能力および現像剤抵抗を適正範囲内に維持する必要があ
り、現像初期における帯電付与能力および現像剤抵抗
が、長時間使用後においても変化しないことが望まし
い。

【０００５】次にトナーとしては結着樹脂中に染料、顔
料などの着色剤や、磁性粉、電荷制御剤、ワックスなど
の各種の機能性添加剤を混合分散させて粉砕した微粉末
が使用されている。一方磁性キャリアとしては鉄粉また
はフェライト粉が多用されている。このようなトナーと
磁性キャリアとの混合粉体である現像剤における帯電付
与能力および抵抗を安定した状態に維持することを目的
として、従来からトナーについては結着樹脂、電荷制御
剤、その他の添加剤の設計や選択が検討されると共に、
磁性キャリアについては鉄粉の酸化処理法、フェライト
の構成材料、更にはこれら磁性粉の表面性状、被覆材料
およびその処理方法などが種々検討されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記磁性キャリアのう
ち鉄粉キャリアは表面に適当な処理（例えば酸化処理）
を施して使用されるが、長時間使用すると粒子の表面が
物理的にあるいは化学的に変化してトナーが付着（トナ
ースペント）し、帯電付与能力が低下してしまったり、
あるいは使用環境の湿度に敏感となって画像の鮮明度が
低下することがあり、寿命が短いという欠点がある。

【０００７】一方フェライトキャリアは鉄粉キャリアと
比較して化学的に安定であると共に、使用中における抵
抗の変化が少なく、更に見掛け密度が鉄粉キャリアの約
２／３である等の利点を有することから実用化が進めら
れてきた。

【０００８】フェライトキャリアは適当な金属酸化物と
鉄酸化物との完全混合物から構成されており、Ｎｉ，Ｚ
ｎ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｃｕ，Ｌｉ，Ｂａ，Ｖ，Ｃｒ，Ｃａ等
の酸化物と、３価の鉄酸化物との焼結体である。このよ
うなフェライトキャリアとしては種々の組成のものが知
られているが、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｚｎ系
フェライト、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトが一般的である。

【０００９】しかしながら、これらのフェライトキャリ
ア中にはＺｎ，Ｎｉ等の人体に有害な元素が含有される
ことから、廃棄物として処理される際には法的規制を受
けるなどの実用上の面で問題がある。この点Ｌｉ−Ｍｎ
系フェライトキャリアは上記のような法的規制を受ける
ことがないため、近年において注目されてはいるもの
の、組成も含めて磁気特性が適切でないと、高画質の画
像を安定して形成することができないという問題点があ
る。

【００１０】本発明は、上記従来技術に存在する問題点
を解決し、有害元素を含まず、高画質の画像が得られる
Ｌｉ−Ｍｎ系のフェライトキャリアを提供することを課
題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明においては、モル比にてＬｉ₂ Ｏ５〜１５
％、ＭｎＯ８〜３０％、Ｆｅ₂ Ｏ₃ ６０〜９０％の基本
組成を有し、１０００Ｏｅの磁場における磁化の値σ
₁₀₀₀を１５〜６０emu/ｇ、平均粒径を１０〜１５０μｍ
に形成する、という技術的手段を採用した。

【００１２】本発明において、表面に樹脂材料を主体と
する被覆層を形成することができる。本発明におけるＬ
ｉ−Ｍｎ系フェライトキャリアは、結晶学的にはスピネ
ル型結晶構造を有するものであり、具体的には、モル比
でＬｉ₂ Ｏ５〜１５％、ＭｎＯ８〜３０％、Ｆｅ₂ Ｏ₃
６０〜９０％の基本組成を有する。Ｌｉ₂ Ｏは、５％未
満であるとトナーを充分に帯電させることができず、ま
た体積固有電気抵抗が高くなりすぎるため画像濃度が低
下し、更にエッジ効果が強すぎてベタ黒濃度が不均一と
なるため好ましくない。一方Ｌｉ₂ Ｏが１５％を超える
と、体積固有電気抵抗が低くなりすぎて、キャリア付着
が生じ易くなるため不都合である。

【００１３】次にＭｎＯは、８％未満であると、飽和磁
化が低くなるのでキャリア付着が生じ易くなり、一方３
０％を超えると、飽和磁化が高すぎて、磁気ブラシによ
る像担持体に対する摺擦力が強くなりすぎ、ブラシマー
クが生じ易いため、何れも好ましくない。更にＦｅ₂ Ｏ
₃ は、６０％未満であると、飽和磁化が低くなって画像
濃度が低下すると共に、キャリア付着が生じ易くなり、
一方９０％を超えると、飽和磁化が高くなりすぎて、ブ
ラシマークを生じ易いため、何れも好ましくない。

【００１４】次に本発明におけるＬｉ−Ｍｎ系フェライ
トキャリアでは、上記の基本組成に対して、Ａｓ，Ｖ，
Ｂｉ，Ｓｂ，Ｂ，Ｓｉ，Ｃａ等の金属化合物を単独また
は複合で0.１〜1.５重量％添加してもよい。これにより
焼結密度の向上と異常結晶粒成長の抑制がなされ、均質
な粒子表面形態を有するＬｉ−Ｍｎ系フェライトキャリ
アが得られる。

【００１５】上記の発明において、磁化の値σ₁₀₀₀が１
５emu/ｇ未満であると、現像剤支持手段への吸着力が低
下するために、キャリア付着が生じ易くなり、画像上に
白抜けなどの欠陥を生じるので好ましくない。一方σ
₁₀₀₀が６０emu/ｇを超えると、中間調の再現性が低下す
るため不都合である。

【００１６】上記σ₁₀₀₀の調整には、前記の基本組成の
変更および／または例えばＡｌ₂ Ｏ ₃ ，ＭｇＯ，ＳｒＣ
Ｏ₃ 等の添加物の添加によって行ない得る。これらの金
属酸化物の含有量は、１〜１０モル％とするのがよい。

【００１７】この場合において、添加物としては、例え
ば、Ａｓ₂ Ｏ₃ ，Ｖ₂ Ｏ₅ ，Ｂｉ₂Ｏ₃ ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ ，
Ｂ₂ Ｏ₃ ，ＳｉＯ₂ ，ＣａＯなどの金属酸化物が適用さ
れるが、これらは加熱により金属酸化物となりうる金属
化合物（例えばＣａＣＯ₃ ）であってもよい。

【００１８】なおＬｉ−Ｍｎ系フェライトキャリアの焼
結密度の向上と異常結晶粒成長の抑制のためには、添加
する金属化合物の量は、重量にして0.５％以下が望まし
いが、異常結晶粒成長が発生し始める0.５％以上の添加
であっても、その重量が1.５％程度までは粒子表面への
樹脂等によるコーティングをしなくとも実用が可能であ
る。金属化合物の添加量は0.１〜0.５％の範囲内で使用
するのが最も望ましい。

【００１９】本発明において、Ｌｉ−Ｍｎ系フェライト
キャリア粒子は、その平均粒径（振動篩法によって得ら
れた各粒子の重量百分率（粒度分布）から算出）が１０
〜１５０μｍの範囲内にあることが望ましく、特殊な静
電記録などの用途の場合を除いては、粒径が１０μｍ未
満の場合にはキャリアが感光体表面に付着しやすくな
り、一方、粒径が１５０μｍを超える場合には、画像そ
のものが粗となり好ましくない。より好ましくは３０〜
１００μｍの範囲である。

【００２０】本発明において、上記フェライトキャリア
は、その体積固有電気抵抗が１０⁵〜１０¹⁰Ω・cmの範
囲内であることが望ましい。これは体積固有電気抵抗が
１０ ⁵ Ω・cm未満では、磁気ブラシからキャリアが離脱
し易くなり、画像担体の表面への付着を招いてしまい、
一方１０¹⁰Ω・cmを超えると、エッジ効果が強まり、ベ
タ黒画像濃度が不均一となるからである。

【００２１】なお上記体積固有電気抵抗値は、キャリア
粒子の表面に樹脂被覆層を形成することによって調整す
ることができる。このような樹脂被覆層を形成する材料
としては、スチレン−アクリル系共重合体、シリコーン
樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。そして上記樹脂被覆
層は、体積固有電気抵抗を上記範囲に収めるためにキャ
リア粒子の表面に薄く、またはキャリア粒子の表面が一
部露出するように形成するのが好ましく、このためには
樹脂材料をキャリア粒子１００重量部に対して0.５〜2.
０重量部添加するとよい。

【００２２】樹脂の被覆法としては、例えば樹脂をトル
エン、キシレン等の溶剤に希釈し、流動床法、スプレー
法または浸漬法等により樹脂溶液をキャリア粒子表面に
塗布し、次いで溶剤を揮発させればよい。なお樹脂被覆
層の内部および／または表面に種々の添加物（カーボン
ブラック、金属またはその酸化物等の導電材、シリカ、
アルミナ、酸化チタン、タルク等の無機物質、ニグロシ
ン染料、含金属アゾ染料、トリフェニルメタン系染料、
アルキルサリチル酸金属錯体等）などを添加してもよ
い。

【００２３】本発明において、上記フェライトキャリア
の保磁力が５０Ｏｅを超える場合には、粒子そのものが
永久磁石の性質を持ち、現像剤支持手段等に強く付着し
て現像に直接寄与するトナーの流動性を悪くするため
に、画像ムラが発生し良好な画像は得られなくなるの
で、その保磁力は５０Ｏｅ以下であることが望ましい。

【００２４】また上記フェライトキャリアには長寿命に
つながることから耐摩耗性が必要である。フェライト粒
子の破壊強度は５０００ｇ／cm² 以上であることが望ま
しい。

【００２５】本発明のＬｉ−Ｍｎ系フェライトキャリア
は、例えば次のような方法によって製造することができ
る。最初に、所定量の金属酸化物と酸化鉄（Ｆｅ
₂ Ｏ₃ ）および添加物として金属化合物を所定量秤量し
混合する。次に、得られた混合物を８００〜１０００℃
の範囲で数時間仮焼し、その後数μｍ以下の粒径に粉砕
する。得られた粉砕粉は、必要に応じて粘結剤を加えて
から、加熱雰囲気中で噴霧乾燥して造粒する。得られた
球状粒子は１１００〜１３００℃の温度で焼結し、次い
で解砕および分級を行ってＬｉ−Ｍｎ系フェライトキャ
リアが得られる。

【００２６】次に先に述べた物性値の測定方法を記す。
磁化の値σ₁₀₀₀は振動試料型磁力計（東英工業社製 Ｖ
ＳＭ−３型）により１０００Ｏｅの磁場中で測定でき
る。体積固有電気抵抗（Ｒ）は、テフロン（登録商標）
製の直径3.０４mmのシリンダー中に約２mmの厚さに試料
を挿入し、約２００ｇの荷重を加え、両電極間に２００
Ｖ／cmの直流電圧を印加し測定した。。

【００２７】

【発明の実施の形態】まず表１に示すモル比のＬｉ
₂ Ｏ，ＭｎＯ，Ｆｅ₂ Ｏ₃ と、これらの総量に対して表
１に示す添加物を秤量して、ボールミルにより混合し
た。得られた混合粉を９００℃の温度で２時間仮焼し、
仮焼した試料はアトライターにより粉砕した。粉砕後の
平均粒径は約0.７μｍであった。次いで、粉砕した試料
に粘結剤としてＰ．Ｖ．Ａ（ポリビニルアルコール）を
0.５〜1.０重量％加え、スプレードライヤーにより噴霧
乾燥して造粒した。得られた造粒粉をアルミナ製の容器
に入れて１２００℃の温度で焼成し、更に解砕および分
級してＬｉ−Ｍｎ系フェライトキャリアを得た。このフ
ェライトキャリアの物性値を表１に併記する。なおＮo.
７に示すものは、Ｎ₂ ガス雰囲気において焼成したもの
である。

【００２８】

【表１】

【００２９】次にトナーは下記の要領で作製した。すな
わち重量部でビスフェノールＡ型ポリエステル（結着樹
脂；Ｍｗ＝１9,６００，Ｍｎ＝2,０００）８７部、カー
ボンブラック（着色剤；三菱化成製 ＃５０）１０部、
ポリプロピレン（離型剤；三洋化成製 ＴＰ３２）２
部、電荷制御剤（日本化薬製 カヤチャージ Ｔ−２
Ｎ）１部を乾式混合する。それを１５０℃に加熱した２
軸ルーダーにて溶融混練した後に冷却し、冷却物を機械
式粉砕機にて開口径１mmの金網を通過する程度まで粗粉
砕し、次いで風力式粉砕機・ジェットミルで微粉砕し
た。これを風力式分級機（アルピネ社製 １００ＭＺ
Ｒ）で体積平均粒径が約１０μｍとなるように分級し、
負帯電性の粉末を調整した。この粉末に疎水性シリカ
（流動化剤；日本アエロジル社製 アエロジル Ｒ９７
２）0.５部を添加し、トナーとした。このトナーの摩擦
帯電量は−２7.８μｃ／ｇ、体積固有電気抵抗は１０¹⁴
Ω・cmであった。

【００３０】体積固有電気抵抗（Ｒ）は、テフロン（登
録商標）製の直径3.０４mmのシリンダー中に約２mmの厚
さに試料を挿入し、約２００ｇの荷重を加え、両電極間
に４ｋＶ／cmの直流電圧を印加し測定した。摩擦帯電量
（Tribo-Electrostatic Charge；ＴＥＣ）は、市販の摩
擦帯電量測定器（東芝ケミカル社製 ＴＢ−２００型）
を用いて、フェライトキャリアとトナーの組み合わせに
よる摩擦帯電量を測定して得られた値である。トナーの
平均粒径（体積基準）の測定には、同じく市販されてい
るコールターカウンターモデルＴＡ−II型（コールター
カウンター社製）を用いた。

【００３１】上記トナーを前記の磁性キャリアと混合し
て、トナー濃度５重量％の二成分系の磁性現像剤とし、
画像形成を行い、画像評価した結果を表１に併記する。
この場合、感光体ドラムはＯＰＣにより形成し、表面電
位−６５０Ｖ、周速６０mm／秒とした。現像ロールは永
久磁石部材（４極非対称着磁、現像用主磁極の表面磁束
密度８００Ｇ、他の磁極の表面磁束密度７００Ｇ）と、
ＳＵＳ３０４製、外径２０mmのスリーブ（１５０r.p.
m.）とにより形成した。

【００３２】なお現像ギャップは0.４mm、ドクターギャ
ップは0.３mmとし、スリーブからバイアス電圧として、
直流−５５０Ｖを印加して画像形成を行った。得られた
トナー像は普通紙にコロナ転写後、オイルレスタイプの
熱ロール定着（定着温度１８０℃、線圧１kg／cm）を行
った。環境条件は２０℃、６０％Ｒ．Ｈ．であった。

【００３３】表１において、Ｒは体積固有電気抵抗を示
している。画像濃度はマクベス濃度計によって測定した
反射光学密度である。また地カブリは、印字後の画像の
白色部と印字前の白紙との濃度差であり、日本電色工業
製測色色差計による測定値である。なお地カブリは0.０
５以下であれば良好と認められる。またキャリア付着お
よびハケスジについての評価記号は、○：優、×：可を
各々表している。

【００３４】表１から明らかなように、Ｎo.１のものに
おいてはσ₁₀₀₀の値が小であるため、現像ロールへの吸
着力が低下し、キャリア付着が発生している。また画像
濃度も低く、地カブリも認められる。次にＮo.７のもの
においては、σ₁₀₀₀の値が大であるため、地カブリおよ
びハケスジの発生が認められている。

【００３５】これに対してＮo.２〜６のものにおいては
何れもσ₁₀₀₀の値が適切であるため、地カブリ、キャリ
ア付着およびハケスジがなく、かつ画像濃度の高い高画
質の画像が得られている。

【００３６】

【発明の効果】本発明は以上記述のような構成および作
用であるから、有害元素を含まないＬｉ−Ｍｎ系のフェ
ライトキャリアの磁気特性を適切に設定したことによ
り、高画質の画像を安定して形成できるという効果があ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モル比にてＬｉ₂ Ｏ５〜１５％、ＭｎＯ
   ８〜３０％、Ｆｅ₂Ｏ₃ ６０〜９０％の基本組成を有
   し、１０００Ｏｅの磁場における磁化の値σ_{10 00}を１５
   〜６０emu/ｇ、平均粒径を１０〜１５０μｍに形成した
   ことを特徴とするフェライトキャリア。
2. 【請求項２】 表面に樹脂材料を主体とする被覆層を形
   成したことを特徴とする請求項１記載のフェライトキャ
   リア。