JP2009229736A - 磁気潜像現像用磁性重合体粒子及びその製造方法、並びに、磁気潜像用液体現像剤、カートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

磁気潜像現像用磁性重合体粒子及びその製造方法、並びに、磁気潜像用液体現像剤、カートリッジ及び画像形成装置 Download PDF

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Abstract


【課題】磁性潜像に対し良好な応答性を有し高画質な画像形成が可能であり、さらに色調に優れたカラー画像が得られる磁気潜像現像用磁性重合体粒子及びその製造方法、さらにはそれを用いた磁気潜像用液体現像剤、カートリッジ及び画像形成装置の提供である。
【解決手段】磁性成分、高分子化合物及び色材を含む磁性重合体粒子として構成され、前記磁性成分が、個数平均粒径が0.2μm以上1.2μm以下の鉄を構成成分とする磁性粒子であり、該磁性粒子を磁性重合体粒子1個中に1個以上10個以下含み、個数平均粒径が2.0μm以上7.0μm以下である磁気潜像現像用磁性重合体粒子である。
【選択図】なし

Description

本発明は、磁気潜像現像用磁性重合体粒子及びその製造方法、並びに、磁気潜像用液体現像剤、カートリッジ及び画像形成装置に関する。
一回の潜像形成で必要部数の印刷が可能な磁気印写装置が知られている。この磁気印写装置では、磁気記録媒体(磁気潜像保持体)に磁気的に形成された磁気潜像を保持させ、現像領域でその磁気記録媒体に磁性トナーを供給して磁気潜像をトナー像として顕像化し、転写領域で紙などの記録媒体を磁気記録媒体へ押し当て、顕像化されたトナー像を記録媒体へ転写し、更に転写後の記録媒体を定着領域に搬送して定着処理することにより印写を完成させる。この方式は、一般にマグネトグラフィと呼ばれている。
上記においては、磁気記録媒体における磁化状態は半永久的に保たれるから、1回潜像形成すると、現像・転写のプロセスを繰り返すだけできわめて多数のコピーが得られる。また、マルチコピーを得るのに潜像を記録し直す必要がないので、高速化への対応が可能である。さらに、磁気は静電気と比較して環境変動(特に、湿度変動)に対して安定である上、解像度の高い画像を得ることもできる。
一方、磁気潜像は容易に磁気的に形成および消去可能であり、刷版が不要なため、コストの低減が可能である。
前記マグネトグラフィの具体的なプロセスとしては、例えば磁性トナーは磁気記録媒体に対して離間位置に配置された供給ローラによって供給される。供給ローラは磁性トナー層をその周面上に保持し、磁性トナー層を磁気記録媒体へ接触させて、磁気記録媒体の磁気潜像へ磁性トナーを供給し、付着させる。
上記プロセスを用いた画像形成装置として、粉体の磁性トナーを利用したいわゆる乾式の画像形成装置があるが、磁性トナーを液体中に分散させた液体現像剤を用いた画像形成装置(いわゆる「液体マグネトグラフィ」)も検討されている(例えば、特許文献1、2参照)。
前記磁性トナーは磁性粉を含むが、マグネトグラフィ用磁性トナーとしては、BET比表面積を規定した磁性体を45質量部乃至70質量部含有し、ポリエチレンワックスを含むものが開示されている(例えば、特許文献3参照)。
また、磁性粉の表面に蛍光顔料を合成樹脂と共にコーティングする技術が開示されている(例えば、特許文献4参照)。また、プロセス側からの試みとしては、磁気記録媒体の画像を作成しない部分に磁気潜像を形成し、磁性体含有粒子を吸着させ画像を形成させる部分に非磁性トナーを吸着させ画像を作成する技術が開示されている(例えば、特許文献5参照)
特公平5−87834号公報 特開平5−188827号公報 特開平9−134033号公報 特開2005−107528号公報 特開平10−247037号公報
本発明は、磁性潜像に対し良好な応答性を有し高画質な画像形成が可能であり、さらに色調に優れたカラー画像が得られる磁気潜像現像用磁性重合体粒子及びその製造方法、さらにはそれを用いた磁気潜像用液体現像剤、カートリッジ及び画像形成装置を提供することを目的とする。
上述した課題は、以下の本発明によって達成される。
すなわち、本発明の請求項1に係る発明は、磁性成分、高分子化合物及び色材を含む磁性重合体粒子として構成され、
前記磁性成分が、個数平均粒径が0.2μm以上1.2μm以下の鉄を構成成分とする磁性粒子であり、該磁性粒子を磁性重合体粒子1個中に1個以上10個以下含み、
個数平均粒径が2.0μm以上7.0μm以下である磁気潜像現像用磁性重合体粒子である。
請求項2に係る発明は、前記磁性成分の含有量が2質量%以上10質量%以下である請求項1に記載の磁気潜像現像用磁性重合体粒子である。
請求項3に係る発明は、単位質量あたりの飽和磁化が3.6emu/g以上24.0emu/g以下である請求項1または2に記載の磁気潜像現像用磁性重合体粒子である。
請求項4に係る発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の磁気潜像現像用磁性重合体粒子と、水性媒体と、を含む磁気潜像用液体現像剤である。
請求項5に係る発明は、液体現像剤を貯留する現像剤貯留手段と、
前記液体現像剤を外部に供給する現像剤供給手段と、を有し、
前記液体現像剤が、請求項4に記載の磁気潜像用液体現像剤であるカートリッジである。
請求項6に係る発明は、磁気潜像保持体と、
前記磁気潜像保持体上に磁気潜像を形成する磁気潜像形成手段と、
磁性トナー及び水性媒体を含む液体現像剤を貯留する現像剤貯留手段と、
前記磁気潜像をトナー像として顕像化するために前記液体現像剤を磁気潜像が形成された磁気潜像保持体に供給する現像剤供給手段と、を有し、
前記液体現像剤が、請求項4に記載の磁気潜像用液体現像剤である画像形成装置である。
請求項7に係る発明は、磁性成分、高分子化合物及び色材を含む磁性重合体粒子を造粒する造粒工程と、
前記磁性重合体粒子の粒径を制御する粒径制御工程と、
前記粒径が制御された磁性重合体粒子における粒子中の磁性成分量を制御する磁性成分量制御工程と、を有する磁気潜像現像用磁性重合体粒子の製造方法である。
本発明の請求項1に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比較して、磁性潜像に対し良好な応答性を有し高画質な画像形成が可能であり、さらに色調に優れたカラー画像が得られる磁気潜像現像用磁性重合体粒子が提供される。
請求項2に係る発明によれば、磁性重合体粒子における磁区がそろいやすくなるとともに磁性成分の色調への影響がより低減される。
請求項3に係る発明によれば、低磁場での磁気応答性に優れより高画質な画像形成に有利な磁気潜像現像用磁性重合体粒子が得られる。
請求項4に係る発明によれば、磁性潜像に対し良好な応答性を有し高画質な画像形成が可能であり、さらに色調に優れたカラー画像が得られる磁気潜像用液体現像剤が提供される。
請求項5に係る発明によれば、磁性潜像に対し良好な応答性を有し高画質な画像形成が可能であり、さらに色調に優れたカラー画像が得られる磁気潜像用液体現像剤の取り扱いを容易にし、液体マグネトグラフィ方式を採用した種々の画像形成装置への適応性を高めることができる。
請求項6に係る発明によれば、液体マグネトグラフィ方式でも高画質で、しかも色調に優れたカラー画像が安定的に形成される。
請求項7に係る発明によれば、磁性潜像に対し良好な応答性を有し高画質な画像形成が可能であり、さらに色調に優れたカラー画像が得られる磁気潜像現像用磁性重合体粒子が簡易にかつ良好な収率で製造される。
以下、本発明を実施形態により詳細に説明する。
<磁気潜像現像用磁性重合体粒子及びその製造方法>
本実施形態の磁気潜像現像用磁性重合体粒子(以下、単に「磁性重合体粒子」という場合がある)は、磁性成分、高分子化合物及び色材を含む磁性重合体粒子として構成され、前記磁性成分が、個数平均粒径が0.2μm以上1.2μm以下の鉄を構成成分とする磁性粒子であり、該磁性粒子を磁性重合体粒子1個中に1個以上10個以下含み、個数平均粒径が2.0μm以上7.0μm以下であることを特徴とする。
本発明者等は、磁性成分及び高分子化合物を含む磁性重合体粒子に関し、磁性成分量を低減させつつ磁気応答性を高めるべく検討を行った。
その結果、重合体粒子1個ごとに従来より粒径が大きい特定材質の磁性粒子を少数個含有させることにより、従来の小粒径の磁性粉を一定以上含有させた磁性重合体粒子に比べて、磁気潜像に対する良好な応答性が得られることを見出した。
すなわち、磁性重合体粒子に含まれる磁性成分が鉄を構成成分とする比較的大粒径の磁性粒子である場合、1個の粒子中の磁性粒子の含有個数を1個以上10個以下とすることにより、粒子中での磁区方向が揃うこととなり、磁気応答性を含めた好適な磁気特性を発揮されることがわかった。
またこれにより、磁性重合体粒子に含まれる磁性成分量を減らすことができ、色材を含有する場合の粒子の色合いへの影響を抑制することができるため、色調に優れたカラー画像形成を可能とすることができた。
ここで、前記磁気応答性とは、外部磁場(磁力)に対して敏感に反応して用途に応じた作用を発揮できる能力を有することをいう。
なお、上記磁性重合体粒子とは、磁性成分が重合体(高分子化合物)中に分散されてなる磁性成分の分散粒子で構成されるものである。
より具体的には、磁性成分としては鉄を構成成分とする磁性粒子を用い、その個数平均粒径が0.2μm以上1.2μm以下のものを、磁性重合体粒子1個ごとに1個以上10個以下で含ませることが必要である。
磁性粒子の個数平均粒径は0.2μm以上1.0μm以下とすることが望ましく、0.5μm以上0.8μm以下とすることがより好適である。また、磁性粒子の含有個数は1個以上6個以下が望ましく、1個以上4個以下がより好適である。
上記個数平均粒径が0.2μmに満たないと、磁性体としての大きさが不足し十分な磁力が得られない。1.2μmを超えると、磁性重合体粒子中での存在比率が大きくなり画質に影響することとなる。
また、1個ごとの磁性重合体粒子中に前記磁性粒子を1個以上10個以下とすることで、磁性重合体粒子中の磁性粒子の飽和磁化を最大限に生かすことができる。磁性粒子が0個では磁力で粒子が移動できなくなる。10個より大きくなると、磁性重合体粒子中での存在割合が大きくなり画質に影響することとなる。
なお、上記磁性重合体粒子中の磁性粒子は、走査型電子顕微鏡(SEM)の反射電子像観察により粒子を切断することなく確認することができる。その観察方法の詳細については後述する。そして、5個から10個の磁性重合体粒子について1個ごとの含有磁性粒子個数を測定し、さらに、磁性重合粒子を溶解させ磁性成分のみを分取してSEM観察によりと磁性粒子の粒子径を測定し、それらの平均を前記磁性重合体粒子1個中の含有個数、磁性粒子の個数平均粒径とした。
またこの場合、前記磁性粒子を含む磁性重合体粒子の個数平均粒径が2.0μm以上7.0μm以下であることが必要である。個数平均粒径が2.0μmに満たないと、前記比較的大粒径の磁性粒子を完全に粒子中に包接することができないことがあり、トナーとしての特性を満たすことができなくなる。7.0μmを超えると、高画質の画像形成を行うことができない。
磁性重合体粒子の個数平均粒径は2.0μm以上6.0μm以下であることが望ましく、2.5μm以上5.5μm以下であることがより好適である。
なお、上記個数平均粒径は、乾燥粒子を光学顕微鏡または電子顕微鏡にて写真撮影し、その中から無作為に選んだ100個から200個の粒子の粒子径を各々測定し、それらの合計を個数で除した値である。以下同様である。
さらに、本実施形態の磁性重合体粒子においては、前記磁性成分の含有量が2質量%以上10質量%以下であることが望ましい。
磁性重合体粒子中の磁性成分の含有量は、粒子の飽和磁化だけでなく色目にも大きく関係する。したがって、磁性成分の含有量を上記範囲とすることで、粒子の磁力を保持しつつ後述する色材(着色剤)を含む場合の色合いの低下を抑制することができる。また、磁性重合体粒子の個数平均粒径を前記範囲とすることで高画質化が図れることから、前記条件を満たすことにより、磁性粒子の存在個数の低減が確実となりより高画質なカラー画像を形成することができる。
前記磁性成分の含有量は1.0質量%以上15.0質量%以下であることがより望ましい。
なお、前記磁性成分の含有量は、作製した磁性重合体粒子について、室温(20℃)から600℃までの熱重量分析(TGA)を行い、重量減少分を測定し、初期の測定試料の重量から該重量減少分差し引いた重量を初期の測定試料の重量で除することにより、比率(%)として求めることができる。
以下、本実施形態の磁性重合体粒子の構成を、その製造方法と共に説明する。
本実施形態の磁性重合体粒子は、磁性成分、高分子化合物及び色材を含むものである。具体的に前記磁性重合体粒子は、例えば結着樹脂としての高分子化合物、前記特定の磁性粒子、カラー画像用に必要な色材(着色剤)、その他必要な成分を含んで構成されるが、後述するように液体マグネトグラフィ用の現像剤に好適に用いられる粒子状の磁性重合体粒子である。したがって、一定以上の磁力を保持しつつ、水などの水性媒体中にばらつきを抑制して(均一に)分散可能とすることが望ましい。
(磁性成分)
本実施形態における磁性成分は、前記個数平均粒径が特定範囲の鉄を構成成分とする磁性粒子である。より具体的には、純鉄やカルボニル鉄などの鉄材料を用いた鉄粉である。
前記鉄を構成成分とする鉄粉の製造方法としては、下記の5種類が挙げられる。
(1)ミルスケール還元鉄粉法:鋼材の圧延の際に発生するミルスケールをコークスで還元
(2)鉱石還元鉄粉法:鉄鉱石を原料とし、同上処理
(3)噴霧鉄粉法:溶融鉄を細孔より流出させ、高圧水や高圧ガスで粉末化
(4)電解鉄粉法:鉄を含む硫酸鉄、塩化鉄などの水溶液から鉄を電解析出
(5)カルボニル鉄粉法:カルボニル鉄Fe(CO)に水蒸気を加え熱分解し粉末化
これらのうち、前記カルボニル鉄粉は(5)の方法により得られた鉄粉をいう。
本実施形態においては、前記磁性粒子はその表面が疎水化処理されていることが望ましい。疎水化処理の方法としては特に制限されず、各種カップリング剤、シリコーンオイル、樹脂などの疎水化剤を磁性粉の表面に被覆処理すること等により行うことができるが、これらの中ではカップリング剤により表面被覆処理することが好適である。
前記カップリング剤としては、例えば、シランカップリング剤、チタンカップリング剤等が挙げられる。より好適に用いられるのはシランカップリング剤であり、下記一般式(1)で示される構造のシラン化合物が特に好適である。
一般式(1): RmSiYn
(上記式中、Rはアルコオキシ基を示し、mは1乃至3の整数を示し、Yはアルキル基、ビニル基、グリシドキシ基、メタクリル基の如き炭化水素基を示し、nは1乃至3の整数を示す。)
具体的には、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、ヒドロキシプロピリトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェネチルトリメトキシシラン、n−ヘキサデシルトリメトキシシラン、n−オクタデシルトリメトキシシラン等を挙げることができる。
特に、C2p+1−Si−(OC2q+1(式中、pは2乃至20の整数を表し、qは1乃至3の整数を表す。)で示されるアルキルトリアルコキシシランカップリング剤、C−C2r−Si−(OC2s+1(式中、rは2乃至20の整数を示し、sは1乃至3の整数を示す。)で示されるアラルキルトリアルコキシシランカップリング剤を使用して磁性粉を疎水化処理するのが好ましい。なお、ここで使用される“アラルキル” は、芳香族構造および脂肪族構造の両方を有する炭化水素基を意味する。即ち、アルキル基の水素原子の代わりに置換または未置換のアリール基が置換されている。そのアラルキル基の例としては、ベンジル基、フェネチル基、α−メシチル基等が挙げられる。
上記各式におけるp、rが上記範囲にあると、磁性粉同士の合一を回避しつつ所望の疎水性を付与することができ、重合体粒子中に磁性粉を均一に分散させることができる。また、q、sが前記範囲にあると、シランカップリング剤の反応性がよく、所望の疎水化を行うことができる。
前記のうちでは、特に、C2p+1−Si−(OC2q+1で示されるアルキルトリアルコキシシランカップリング剤を使用することが、重合性単量体中での良好な分散性を得る上で望ましい。
磁性粒子の疎水化処理は、例えばシランカップリング剤処理の場合は、磁性粒子を撹拌によりクラウド状としたものに気化したシランカップリング剤を反応させる乾式処理、又は、磁性粒子を溶媒中に分散させシランカップリング剤を滴下反応させる湿式法、あるいは、磁性粒子を溶媒中に分散させシランカップリング剤を混合した後ロータリーエバポレータのごとき蒸留装置で溶媒を蒸発させ、シランカップリング剤が付着した磁性粒子を熱処理する方法等の一般に知られた方法で処理することができる。また、前記の疎水化処理も併用可能である。
前記疎水化処理での磁性粉に対する疎水化剤の処理量は、磁性粒子100質量部に対して、0.05質量部以上20質量部以下の範囲が望ましく、0.1質量部以上10質量部以下の範囲とするのがより好適である。
磁性重合体粒子中の磁性粒子の含有量としては、求める磁力によって決定されるのであるが、本実施形態においては、磁性重合体粒子構成成分の総量に対して1.0質量%以上15.0質量%以下の範囲とすることが望ましく、より好適な範囲は前述の通りである。
(高分子化合物)
前記高分子化合物としては、例えばスチレン、クロロスチレン等のスチレン類;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソプレン等のモノオレフィン類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酢酸ビニル等のビニルエステル類;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ドデシル等のα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルブチルエーテル等のビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類;などの単独重合体又は共重合体を例示することができる。
上記の中で好適な重合体としては、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸アルキル共重合体、スチレン−メタクリル酸アルキル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレンなどを挙げることができる。さらに、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド、変性ロジン、パラフィン、ワックス類を挙げることができる。
本実施形態において、特に好適に用いられる構成する高分子化合物は、(メタ)アクリレートモノマー及びスチレン系モノマーのうちの少なくとも1つを重合した重合体である。以下、この重合体について詳細に説明する。
なお、ここで上記(メタ)アクリレートとは、アクリレートまたはメタクリレートを表す表現であり、また、「(メタ)アクリレート」とは、常用されるように「(メタ)アクリル酸エステル」を意味し、スチレン系モノマーとは、スチレン及びスチレン誘導体を意味する。以下においてもこれに準ずる。
(メタ)アクリレートモノマーにおいては、(メタ)アクリル酸エステルのアルコール残基のアルキル基が、炭素数1乃至18の置換・無置換のアルキル基であることが好ましく、該アルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、n−オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基などが挙げられ、その他にベンジル基、ヒドロキシエチル基、水酸基をジヒドロピラン等の疎水性保護基で保護したヒドロキシエチル基、ポリオキシエチレン基等であってもよい。重合体粒子の水への分散性を考慮すると、前記高分子化合物としてはヒドロキシエチルメタアクリレートを含む重合体を用いたり、前記(メタ)アクリレートの重合体にさらに(ポリ)エチレングリコールで修飾させたりすることが望ましい。
前記スチレン系モノマーとしては、炭素数6乃至12の置換・無置換のアリール基を有するビニル基含有モノマーが望ましく、該アリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、トリル基、p−n−オクチルオキシフェニル基等が挙げられるが、フェニルが望ましい。
なお、前記(メタ)アクリレートモノマーのアルキル基、スチレン系モノマーのアリール基における置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、アリール基等が挙げられる。
前記アルキル基としては、前述のアルキル基で例示したものに準じて挙げることができる。前記アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等が挙げられ、これらの中ではメトキシ基、エトキシ基が好ましい。また、前記ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられるが、フッ素原子、塩素原子が好ましい。前記アリール基としては、前述のアリール基で例示したものに準じて挙げることができる。
モノマーとして(メタ)アクリレートモノマー及びスチレン系モノマーの双方を用いる場合には、混合物中の(メタ)アクリレートとスチレン系モノマーとの含有量の比は、モル比((メタ)アクリレートモノマー/スチレン系モノマー)で95/10乃至5/95が望ましく、90/10乃至10/90がさらに好適である。
また、本実施形態の磁性重合体粒子には、前記単量体の重合体成分の他に、他の単量体をさらに共重合させてもよい。
本実施形態における高分子化合物は、必要に応じて架橋性を有する単量体(架橋剤)をさらに共重合させたものであってもかまわない。具体的には、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、2−([1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ)エチル(メタ)アクリレート等の架橋ポリマーであり、重合の際に架橋構造とするか、重合によるポリマー粒子化した後に架橋させてもよい。
また、モノマー混合物中の架橋剤の含有量は、(メタ)アクリレートモノマー及び/またはスチレン系モノマー合計量100質量部に対して0.05質量部以上20質量部以下が望ましく、0.5質量部以上10質量部以下がより好適である。
本実施形態の磁性重合体粒子には、更にその他の樹脂成分を含有させることもできる。
前記樹脂成分としては、例えば塑性結着樹脂などの非架橋重合体が挙げられ、具体的には、スチレン、パラクロロスチレン、α−メチルスチレン等のスチレン類の単独重合体又は共重合体(スチレン系樹脂);(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、等のビニル基を有するエステル類の単独重合体又は共重合体(ビニル系樹脂);アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のビニルニトリル類の単独重合体又は共重合体(ビニル系樹脂);ビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニルエーテル類の単独重合体又は共重合体(ビニル系樹脂);ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類の単独重合体又は共重合体( ビニル系樹脂);エチレン、プロピレン、ブタジエン、イソプレン等のオレフィン類の単独重合体又は共重合体(オレフィン系樹脂);エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂等の非ビニル縮合系樹脂、及びこれらの非ビニル縮合系樹脂とビニル系単量体とのグラフト重合体などが挙げられる。これらの樹脂は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの樹脂の中でも、スチレン系樹脂、ビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、オレフィン系樹脂が好ましく、スチレンと(メタ)アクリル酸n−ブチルとの共重合体、(メタ)アクリル酸n−ブチル、ビスフェノールA・フマル酸共重合体、スチレンとオレフィンとの共重合体が特に好ましい。
また、本実施形態における高分子化合物が非架橋重合体を含む場合、該非架橋重合体の分子量(数平均分子量)は、5000以上1000000以下が望ましく、10000以上500000以下がより好適である。
なお、上記数平均分子量は、前記THFを用いて溶解分として分離した成分について、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)を用いて測定した。GPCは、HLC−8120GPC、SC−8020(東ソー(株)社製)を用い、カラムは、TSKgel、SuperHM−H(東ソー(株)社製、6.0mmID×15cm)を2本用い、溶離液としてTHF(テトラヒドロフラン)を用いて測定した。
(色材)
前記色材としては、例えば、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック;ベンガラ、紺青、酸化チタン等の無機顔料;ファストイエロー、ジスアゾイエロー、ピラゾロンレッド、キレートレッド、ブリリアントカーミン、パラブラウン等のアゾ顔料;銅フタロシアニン、無金属フタロシアニン等のフタロシアニン顔料;フラバントロンイエロー、ジブロモアントロンオレンジ、ペリレンレッド、キナクリドンレッド、ジオキサジンバイオレット等の縮合多環系顔料;などが挙げられる。
本実施形態の磁性重合体粒子は、前述のようにカラー表示用に好適に用いられるため、マゼンタ、イエロー、シアンなどの着色用の顔料等が好適に用いられる。
より具体的には、クロムイエロー、ハンザイエロー、ベンジジンイエロー、スレンイエロー、キノリンイエロー、パーマネントオレンジGTR、ピラロゾンオレンジ、バルカンオレンジ、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド、デュポンオイルレッド、リソールレッド、ローダミンBレーキ、レーキレッドC、ローズベンガル、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオクサレート、C.I.ピグメント・レッド48:1、C.I.ピグメント・レッド122、C.I.ピグメント・レッド57:1、C.I.ピグメント・レッド238、C.I.ピグメント・イエロー12、C.I.ピグメント・イエロー97、C.I.ピグメント・イエロー17、C.I.ピグメント・イエロー180、C.I.ピグメント・イエロー74、C.I.ピグメント・イエロー93、C.I.ピグメント・ブルー15:1、C.I.ピグメント・ブルー15:3などの種々の顔料などを例示することができ、これらを1種又は2種以上を併せて使用することができる。
本実施形態の磁性重合体粒子において、前記色材の含有量としては、高分子化合物100質量部に対して、1質量部以上30質量部以下が好ましいが、また、必要に応じて表面処理された色材を使用したり、顔料分散剤を使用することも有効である。前記色材の種類を選択することにより、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー等を得ることができる。
またこの場合、色材の色に応じて各種の前記磁性粒子が添加されるが、該磁性粒子の含有質量Aと色材の含有質量Bとの比(A/B)は、1.0/30乃至2.0/1.0の範囲であることが望ましい。
磁性粒子の含有量比が1.0/30満たないと、所望の磁気特性が得られない場合がある。2.0/1.0を超えると、特にカラー表示用に用いられるときに表示色の明度や彩度が劣る場合がある。
(その他の成分)
本実施形態の磁性重合体粒子には、更に目的に応じて、離型剤、無機粒体、滑剤、研磨材などの成分を含有させてもよい。ここで用いる離型剤としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等の低分子量ポリオレフィン類; 加熱により軟化点を有するシリコーン類;オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、ステアリン酸アミド等の脂肪酸アミド類;ラウリルアルコール、ステアリルアルコール、ベヘニルアルコール等の長鎖脂肪族アルコール類;カルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木ロウ、ホホバ油等の植物系ワックス;ミツロウ等の動物系ワックス;モンタンワックス、オゾケライト、セレシン、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス等の鉱物・石油系ワックス;及びそれらの変性物などが挙げられる。
(磁気潜像現像用磁性重合体粒子の製造)
次に、本実施形態の磁気潜像現像用磁性重合体粒子の製造方法について説明する。
本実施形態の磁気潜像現像用磁性重合体粒子の製造方法は、磁性成分、高分子化合物及び色材を含む磁性重合体粒子を造粒する造粒工程と、前記磁性重合体粒子の粒径を制御する粒径制御工程と、前記粒径が制御された磁性重合体粒子における粒子中の磁性成分量を制御する磁性成分量制御工程と、を有することを特徴とする。
−造粒工程−
前記造粒工程としては、公知の方法が利用でき、例えば、懸濁重合法、乳化重合法、分散重合法、シード重合法等が好適に用いられる。さらに、膜乳化法として知られる乳化方法を使って懸濁重合することもできる。
具体的に、例えば前記懸濁重合法により磁性重合体粒子を作製する場合には、まず前記高分子化合物を構成する所望量のモノマー、磁性成分としての前記特定の磁性粒子及び前記色材に、さらに架橋剤、重合開始剤等を加えた混合物を調製する。
架橋剤としては、公知の架橋剤を選択して用いることができ、好適なものとしては、例えばジビニルベンゼン、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、メチレンビス(メタ)アクリルアミド、グリシジル(メタ)アクリレート、メタクリル酸2−([1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ)エチル等が挙げられる。これらの中でも、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレートがより望ましく、更には、ジビニルベンゼンが特に好適である。また、重合開始剤としては、アゾ系重合開始剤、過酸化物系開始剤等が好適なものとして挙げられるが、中でも油溶性開始剤が望ましい。
以上の各単量体等を含む混合物の作製方法としては、例えば、まず前記モノマー、重合開始剤及びその他の必要な成分とを混合して単量体等の混合液を作製する。混合の方法は特に制限されない。
次いで、これに磁性成分である特定の磁性粒子及び色材を分散させる。上記混合液への磁性成分等の分散には公知の方法が適用できる。すなわち、例えばボールミル、サンドミル、アトライター、ロールミル等の分散機が使用できる。なお、あらかじめ単量体成分を別途重合し、得られた重合体に磁性成分等を分散させる場合には、ロールミル、ニーダー、バンバリーミキサー、エクストルーダー等の混練機が使用できる。
なお、混合物の作製方法としては、上記に限られず、例えば前記混合液作製の際に磁性成分や色材を混合したものを用いて、この段階で磁性成分等を含有させてもよいし、前記単量体、磁性成分等を一度に混合して混合物としてもよい。
次に、前記モノマー等を含む混合物の水性媒体への懸濁を行う。懸濁は、例えば以下のようにして行うことができる。
すなわち、無機塩類などの塩を溶解し且つ分散安定剤を存在させた水性媒体中に、前記混合物を投入し、懸濁させる。懸濁の方法としては、公知の懸濁方法が利用できる。例えば、ミキサーのごとく、特殊な攪拌羽根を高速で回転させ水性媒体中に単量体等を懸濁させる方法、ホモジナイザーとして知られるローター・ステーターの剪断力で懸濁する方法、超音波によって懸濁する方法等の機械的な懸濁方法が挙げられる。
前記分散安定剤としては、硫酸エステルスルホン酸塩系、燐酸エステル系、せっけん系等のアニオン界面活性剤;アミン塩型、4級アンモニウム塩型等のカチオン系界面活性剤;以外に、ポリエチレングリコール系、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物系、アルキルアルコールエチレンオキサイド付加物系、多価アルコール系等の非イオン性界面活性剤、及び種々のグラフトポリマー等を挙げることができるが、特に制限されるものではない。
次いで、前記懸濁させた単量体及び磁性成分等を含む粒子を懸濁重合させることにより磁性重合体粒子を得る。重合反応は、大気下だけでなく、加圧下においても行うことができるが、これらその他の反応条件は、必要に応じて適用されるもので、特に限定されるものではない。
反応条件としては、例えば、大気圧下で、前記懸濁粒子が分散した懸濁液を攪拌しながら、40℃乃至100℃の反応温度で1時間乃至24時間反応させることが、80%程度以上の収率で重合体粒子を得る等の観点から好適である。
また、乳化重合法で磁性重合体粒子を作製する場合は、少量の不飽和酸、例えばアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、スチレンスルホン酸等を保護コロイド層を形成することができ、ソープフリー重合が可能になるので特に好ましい。
なお、本実施形態で使用する重合開始剤としては、アゾ系重合開始剤、過酸化物系開始剤等が好適なものとして挙げられるが、中でも水溶性開始剤が望ましい。
水溶性アゾ開始剤としては、2,2’−アゾビス[N−(2−ヒドロキシエチル)−2−メチル−プロピオンアミジン]二塩酸塩、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸塩、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]、4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)等が挙げられる。
水溶性過酸化物系開始剤としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過酸化水素などが挙げられる。
上記重合開始剤の添加量は特に制限されないが、全単量体成分100質量部に対して0.05質量部以上10質量部以下の範囲であることが望ましく、0.1質量部以上5質量部以下であることがより好適である。
このようにして得られた粒径未制御の磁性重合体粒子は、個数平均粒径が2.0μm以上6.0μm以下であることが望ましく、2.5μm以上5.5μm以下であることがより好適である。個数平均粒径が上記範囲にあると、粒子の製造や取り扱いがしやすくなるとともに、磁性粒子を粒子内部に有効に取り込むことができる。
本実施形態においては、前記高分子化合物が、水酸基、カルボキシル基及びそのアルキルエステル基から選択される少なくとも1種を有することが望ましい。これにより、磁性重合体粒子の水分散性が大幅に改善される。高分子化合物が前記官能基を有するためには、前記高分子化合物を構成するモノマーを選択することにより行うことができる。
なお、上記各官能基の存在は、磁性重合体粒子について赤外吸収スペクトルを測定することにより確認することもできるが、磁性成分等の影響を受けるため、下記の方法により行うことが望ましい。
すなわち、前記磁性重合体粒子における水酸基、カルボキシル基は、磁性成分によって異なるので、高分子化合物の水酸基等は、磁性成分を除いた重合体成分の水酸基量、カルボキシ基量として求めることにより確認することが望ましい。
この場合、前記高分子化合物が水酸基のみを有するときは、水酸基量は0.1mmol/g以上5.0mmol/g以下であることが望ましい。水酸基量がこの範囲あれば、重合体粒子が膨潤することなく良好な水性媒体への分散性を得ることができる。
水酸基量は、0.2mmol/g以上4.0mmol/g以下であることが望ましく、0.3mmol/g以上3.0mmol/g以下であることがより好適である。
一方、高分子化合物がカルボキシル基を有する場合には、カルボキシル基量が0.005mmol/g以上0.5mmol/g以下であることが望ましい。カルボキシル基量が前記範囲にあると、水酸基に比べて少ない官能基数であっても良好な水性媒体への分散性、膨潤抑制効果が得られ、他の官能基が存在する場合の変動に対してもこれらの特性を維持できる。
カルボキシル基量は、0.008mmol/g以上0.3mmol/g以下がより望ましく、0.01mmol/g以上0.1mmol/g以下であることがさらに好適である。なおこの場合、水酸基も有するときは、水酸基量は、0.2mmol/g以上4.0mmol/g以下であることがより望ましく、0.3mmol/g以上3.0mmol/g以下であることがさらに好適である。
なお上記水酸基量、カルボキシル基量は、例えば水酸基量は、上記ポリマーに無水酢酸のピリジン溶液等の試薬を一定量加え、加熱して、水を加えて加水分解し、遠心分離機により粒子と上澄みとに分け、該上澄みをフェノールフタレイン等の指示薬を用いて、エタノール性水酸化カリウム溶液等で滴定することにより、その水酸基量を求めることができる。
また酸性基量は、前記高分子化合物に水酸化カリウムのエタノール溶液等の試薬を加えて中和反応を行い、遠心分離機により粒子と上澄みとに分け、過剰の水酸化カリウムが含まれる該上澄みを自動滴定装置を用いて、イソプロパノール塩酸溶液等で滴定することにより、そのカルボキシル基量を求めることができる。
また、カルボキシル基が後述する塩構造(−COO:ここでYはアルカリ金属イオンやアルカリ土類金属イオン、もしくはアンモニウムなどの有機カチオンを示す)を形成している場合は、塩酸等の酸で塩をカルボン酸に変換した後、上述の滴定を行いカルボキシル基量を求めることができる。
すなわち、本実施形態におけるカルボキシル基量とは、カルボキシル基が塩構造を形成している場合には、該塩構造に寄与しているカルボキシル基を含めたカルボキシル基量をいう。
−粒径制御工程−
前記造粒された磁性重合体粒子は、その後本工程においてさらに粒径が制御される。具体的には、分級操作により前記所望の粒径、粒度分布とする。
前記分級操作は、例えば重力式の分級機、遠心分離式の分級機、慣性方式の分級機、あるいは、篩による選別により行うことができ、より具体的には、例えば、各種振動篩、超音波篩、空気式篩、及び湿式篩、遠心力の原理を使用したローター回転式分級機、風力分級機等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。これらは、単独、又は、複数組み合わせることにより、所望の粒度分布に調整できる。特に精密に調整する場合は、湿式篩を使用するのが望ましい。
−磁性成分量制御工程−
前記粒径制御工程により、所望の粒径範囲、粒度分布とした場合でも、磁性重合体粒子では粒子ごとに含有される磁性粒子量はばらつきがあり、粒子全体として磁性粒子含有量の分布を有している。このため、本工程において磁性重合体粒子ごとに含まれる磁気成分量を一定範囲とする必要がある。また、前記本実施形態により得られる磁性重合体粒子では、本工程を経ることにより粒子1個中の磁性粒子個数も前記望ましい範囲とすることができる。
本工程における操作については、特に制限されないが、本実施形態の磁気潜像現像用磁性重合体粒子が比較的磁力の小さい粒子であることから、磁気泳動を用いて得られた磁性重合体粒子全体から磁性粒子を多く含む粒子を取り除く方法を用いることが望ましい。
ここで、上記磁気泳動を用いた分離とは、磁性粒子を含む磁性重合体粒子を液体中に分散し、一定の磁力を有する磁石に粒子を吸着させることによって行う分離方法であり、例えばある磁性重合体粒子を分散させた液体に、磁力を順次変更した前記磁石を浸漬して高磁力の(すなわち磁性粒子を多く含む)粒子、あるいは磁性粒子を含まない粒子を分離していくことにより、最終的な液体中の残留粒子として本実施形態の磁気潜像現像用磁性重合体粒子を得ることができる。
装置としては、一般にはマグネチックセパレーターやマグネットキャッチャーを用いることができ、例えばマグネットセパレーターMS0型((株)ノリタケカンパニー)などを用いることができる。
この場合、磁性重合体粒子を分散させる液体としては水を用い、マグネットドラムの磁力を0.1T以上0.8T以下とすることが好適である。
以上の工程を経て得られる本実施形態の磁気潜像現像用磁性重合体粒子の単位重量あたりの飽和磁化が3.6emu/g以上 24.0emu/g以下であることがより好適である。
飽和磁化が上記範囲にあることにより、特に低磁場での磁気応答性が向上し、後述する液体マグネトグラフィ方式の現像時に、磁気潜像に対する良好な応答性が得られる。
なお、飽和磁化の具体的な測定法としては、振動式試料型磁力計(VSM)(測定装置としてVSM−C7型(東英工業(株)製を使用)し、M−H曲線を得て、10kOeにおける磁化を測定に用いた試料量で除すことによって求められる。
<磁気潜像用液体現像剤>
本実施形態の磁気潜像用液体現像剤(以下、単に「液体現像剤」という場合がある)は、前記本実施形態の磁気潜像現像用磁性重合体粒子をトナーとして水などの水性媒体中に分散させた粒子分散液である。
水性媒体としては、水、若しくは水にメタノール、エタノール等の水溶性有機溶媒を加えたものが好適に用いられる。この中でも水単独が特に好ましい。水溶性有機溶媒を添加する場合の添加量は、分散させる磁性重合体粒子の性状にもよるが、全溶媒に対し30質量%以下が望ましく、10質量%以下がより好適である。
液体現像剤の製造に当たっては、通常の水系の粒子分散体に使用することのできる各種副資材、例えば、分散剤、乳化剤、界面活性剤、安定化剤、湿潤剤、増粘剤、起泡剤、消泡剤、凝固剤、ゲル化剤、沈降防止剤、帯電制御剤、帯電防止剤、老化防止剤、軟化剤、可塑剤、充填剤、着色剤、付香剤、粘着防止剤、離型剤等を併用してもよい。
具体的に、上記界面活性剤としては、例えばアニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤等、いずれの公知の界面活性剤も使用可能である。また、ポリシロキサンオキシエチレン付加物等のシリコーン系界面活性剤;パーフルオロアルキルカルボン酸塩、パーフルオロアルキルスルホン酸塩、オキシエチレンパーフルオロアルキルエーテル等のフッ素系界面活性剤;スピクリスポール酸やラムノリピド、リゾレシチン等のバイオサーファクタント;等も挙げられる。
前記分散剤としては、親水性構造部と疎水性構造部とを有する重合体であれば有効に用いることができる。例えば、スチレン−スチレンスルホン酸共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、ビニルナフタレン−マレイン酸共重合体、ビニルナフタレン−メタクリル酸共重合体、ビニルナフタレン−アクリル酸共重合体、アクリル酸アルキルエステル−アクリル酸共重合体、メタクリル酸アルキルエステル−メタクリル酸、スチレン−メタクリル酸アルキルエステル−メタクリル酸共重合体、スチレン−アクリル酸アルキルエステル−アクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸フェニルエステル−メタクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸シクロヘキシルエステル−メタクリル酸共重合体等が挙げられ、これら共重合体は、ランダム、ブロックおよびグラフト共重合体等いずれの構造でもあってもよい。
また、本実施形態において、蒸発性制御や界面特性制御の目的で、水溶性有機溶媒の使用が可能である。水溶性有機溶媒としては、水に添加したときに2相に分離しない有機溶剤であって、例えば一価もしくは多価のアルコール類、含窒素溶媒、含硫黄溶媒、その他その誘導体等が挙げられる。
さらに、水性媒体に導電率、pHの調整等を目的として、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等のアルカリ金属類の化合物、水酸化アンモニウム、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、エタノールアミン、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール等の含窒素化合物、水酸化カルシウム等のアルカリ土類金属類の化合物、硫酸、塩酸、硝酸等の酸、硫酸アンモニウム等の強酸と弱アルカリの塩等の添加が可能である。
また、その他に、必要に応じて、防カビ、防腐、防錆等を目的として安息香酸、ジクロロフェン、ヘキサクロロフェン、ソルビン酸等を添加してもよい。また、酸化防止剤、粘度調整剤、導電剤、紫外線吸収剤、キレート化剤等も添加してもよい。
液体現像剤中の磁性トナーとして、前記本実施形態の好適に設計された磁性重合体粒子を用いた場合には、粒子表面にほとんど磁性粒子が存在しないため、水性媒体に対して良好な分散性を示す。
このため、上記液体現像剤を用いた場合には、液中でのミクロな表面張力のばらつきがなく、しかも現像時の磁気力に対する粒子の移動性も粒子間でばらつきが小さいため、現像時の画質(濃度均一性、細線再現性等)向上に有効である。
なお、前記水性媒体に対する分散性の評価は、水分散性(純水中での分散性)により評価することができる。具体的には、重合体粒子の質量の20倍量の水に対し該磁性重合体粒子を投入し、これを攪拌したときの粒子状態の観察により行うことができる。この場合、前記水を収容する容器としては、開口面積が1cm乃至10cm程度のガラス容器を用いる。この評価において、磁性重合体粒子は、攪拌後に重合体粒子が水面に浮いたり容器壁面に堆積したりすることなく、粒子全体が良好に水中に良好に分散していることが望ましい。
前記磁気潜像用液体現像剤の製造は、以下の手順により行うことができるが、これに限られるものではない。
まず、主溶媒の水と前記各添加剤とを含む分散媒をマグネチックスターラー等を用いて調製し、これに前記磁性重合体粒子を分散させる。分散には公知の方法が適用できる。すなわち、ボールミル、サンドミル、アトライター、ロールミル等の分散機が使用できる。また、ミキサーのごとく、特殊な攪拌羽根を高速で回転させ分散させる方法、ホモジナイザーとして知られるローター・ステーターの剪断力で分散する方法、超音波によって分散する方法等が挙げられる。
液中で磁性重合体粒子同士が単独の分散状態になったことを分取した分散液の顕微鏡観察等により確認し、その後、防腐剤等の添加物を加えて溶解していることを確認した後、得られた分散液を、例えば孔径100μmの膜フィルターを用いて濾過し、ゴミ及び粗大粒子を除去することにより画像形成用記録液としての液体現像剤が得られる。
本実施形態における液体現像剤の粘度は、用いる画像形成システムにもよるが、1mPa・s以上500mPa・s以下が好ましい。液体現像剤の粘度が1mPa・s未満の場合、磁性重合体粒子の量や添加剤の量が十分でないことから十分な画像の濃度が得られない場合がある。また、液体現像剤の粘度が500mPa・sより大きいと、粘度が高すぎるためハンドリングが難しくなったり、現像性が低下したりする場合がある。
<カートリッジ、画像形成装置>
次に、本実施形態の磁性重合体粒子を含む磁気潜像用液体現像剤が用いられるプロセスについて説明する。
本実施形態の液体現像剤が適用される画像形成プロセスは、いわゆる電子写真プロセスや、誘電体上にイオンなどで静電潜像を形成するプロセス(イオノグラフィ)、帯電した誘電体にサーマルヘッドの熱により画像情報に応じて静電潜像を形成するプロセスなど、静電潜像を利用するものではなく、像保持体上に磁気潜像を形成してトナー像を形成するプロセス(液体マグネトグラフィ)であり、その構成は、現像剤として水性媒体を含む液体現像剤を用いる以外特に制限されない。
下記において、前述の本実施形態における磁気潜像用液体現像剤を用いた磁気現像プロセスによる画像形成装置を簡単に説明する。
図1は、前記液体マグネトグラフィ方式を採用した本実施形態の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
画像形成装置100は、磁気ドラム(磁気潜像保持体)10、磁気ヘッド(磁気潜像形成手段)12、現像装置(現像剤貯留手段及び現像剤供給手段)14、中間転写体(転写手段)16、クリーナ18、消磁装置(消磁手段)20、転写定着ローラ(転写手段)28を含んで構成される。磁気ドラム10は円柱形状を有し、該磁気ドラム10の外周に磁気ヘッド12、現像装置14、中間転写体16、クリーナ18及び消磁装置20が順次に設けられている。
以下、この画像形成装置100の動作について簡単に説明する。
まず、磁気ヘッド12が、例えば図示しない情報機器と接続され、該情報機器から送られた2値化された画像データを受ける。磁気ヘッド12は、磁気ドラム10の側面上を走査しながら磁力線を放出することによって、磁気ドラム10に磁気潜像22を形成する。なお、図1では磁気潜像22は磁気ドラム10における斜線を付した部分で示される。
現像装置14は、現像ローラ(現像剤供給手段)14aと現像剤貯蔵容器(現像剤貯留手段)14bとを含んで構成される。現像ローラ14aは、現像剤貯蔵容器14bに貯蔵される液体現像剤24に一部が浸るようにして設けられる。
なお、現像ローラ(現像剤供給手段)14aと現像剤貯蔵容器(現像剤貯留手段)14bとを備えた現像装置14は、本実施形態のカートリッジの一例である。
液体現像剤24は、水性媒体とトナー粒子とを含んで構成される。トナー粒子は磁性体を含んで構成される磁性トナー(磁性重合体粒子)である。水性媒体やトナー粒子の詳細については、前述の通りである。
液体現像剤24中では、トナー粒子は均一に分散されているが、例えば液体現像剤24を、さらに現像剤貯蔵容器14b内に設けられる撹拌部材によって所定の回転速度で撹拌し続けることで、液体現像剤24中のトナー粒子の濃度の位置ばらつきは低減される。これにより図の矢印A方向に回転する現像ローラ14aには、トナー粒子の濃度バラツキが低減された液体現像剤24が供給される。
現像ローラ14aに供給された液体現像剤24は、後述する規制部材によって一定の供給量に制限された状態で磁気ドラム10に搬送され、現像ローラ14aと磁気ドラム10とが近接(あるいは接触)する位置で磁気潜像22に供給される。これによって磁気潜像22は顕像化されてトナー像26となる。
上記現像されたトナー像26は、図の矢印B方向に回転する磁気ドラム10に搬送され用紙(記録媒体)30に転写されるが、この画像形成装置では、用紙30に転写する前に、磁気ドラム10からのトナー像の剥離効率を含めた記録媒体への転写効率を向上させ、さらに記録媒体への転写と同時に定着を行うため、一旦中間転写体16にトナー像を転写する。
中間転写体16への転写は、トナー粒子が電荷をほとんど有していないため、シアリング転写(非電界転写)により行うことが好適である。具体的には、矢印B方向に回転する磁気ドラム10と矢印C方向に回転する中間転写体16とを一定のニップ(移動方向の接触幅を有する接触面)を持って接触させ、トナー像26に対して磁気ドラム10との磁気力以上の吸着力により中間転写体上にトナー像26を移行させる。このとき、磁気ドラム10及び中間転写体16間に周速差を設けてもよい。
次いで、中間転写体16により矢印C方向に搬送されたトナー像は、転写定着ローラ28との接触位置において用紙30に転写され、同時に定着される。
転写定着ローラ28は、中間転写体16とによって用紙30を挟み、中間転写体16上のトナー像を用紙30に密着させる。これによって用紙30にトナー像を転写し、同時に用紙上にトナー像を定着させることができる。トナー像の定着は、現像剤として本実施形態の磁気潜像用液体現像剤を用いているため、非加熱で加圧によってのみ行うことができる。この場合、転写定着ローラ28による中間転写体16への押圧力は0.05MPa以上10MPa以下とすることが望ましい。なお、本実施形態とは異なり、別途定着装置を設ける場合にも、例えば定着ローラ間の押圧力は上記と同程度とすることが望ましい。
一方、中間転写体16にトナー像26を転写した磁気ドラム10では、転写残トナーがクリーナ18との接触位置まで運ばれ、クリーナ18によって回収される。クリーニング後、磁気潜像22を保持したまま磁気ドラム10は消磁位置まで回転移動する。
消磁装置20は、磁気ドラム10に形成された磁気潜像22を消去する。前記クリーナ18と消磁装置20とによって磁気ドラム10は画像形成前の磁性層の帯磁状態にばらつきがない状態に戻される。以上の動作を繰返すことによって、前記情報機器から次々に送られてくる画像を連続的に短時間で形成する。なお、上記画像形成装置100に備えられる磁気ヘッド12、現像装置14、中間転写体16、転写定着ローラ28、クリーナ18及び消磁装置20は、すべて磁気ドラム10の回転速度と同期をとって動作されている。
上記画像形成装置においては、磁気潜像保持体として、撥水性を有する磁気ドラム10を用いことが望ましい。ここで撥水性とは水をはじく性質のことを意味し、具体的には純水との接触角が70度以上であることをいう。
なお、上記磁気ドラム10表面の接触角は、接触角計(協和界面科学(株)製:CA−X)を用い、25℃、50%RHの環境下で、純水を磁気ドラムの表面に3.1μl滴下し、15秒後の接触角を求めたものである。
すなわち、液体現像剤における分散媒としては水性媒体が用いられているが、水が水素結合により表面張力が大きいため、撥水性の像保持体と組み合わせることで、現像の際に液体現像剤が像保持体と接触しても分散媒である液体が像保持体に転移しにくく、液体を像保持体上に残さない状態でトナー像を記録媒体に転写させることができる。したがって、像保持体上の残留溶媒を除去するためのスクイズローラ等が不要であり、トナー像が転写された記録媒体もほとんど乾燥させる必要がない。
さらに、現像の際には表面張力の大きい水性媒体は像保持体表面にほとんど濡れ広がることはなく、一方現像剤中に高い易動性を有して均一に分散している磁性トナーは、像保持体との接触と同時に磁気潜像のみに磁気力で転移するため、画像かぶりがほとんど発生しにくい現像環境がつくり出される。
以上に例示した液体マグネトグラフィ方式を採用した画像形成装置に、特定の磁性粒子を含む磁性重合体粒子が均一に分散した本実施形態の磁気潜像用液体現像剤を、画像形成用現像剤として用いることにより、明度、彩度の低下のない高画質の画像が得られるだけでなく、非水溶媒による作業環境の汚染も発生することがない。
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。尚、実施例中に示した「部」及び「%」は、特に断りのない限りそれぞれ「質量部」及び「質量%」を表す。
<実施例1>
(磁性重合体粒子の製造)
n−ブチルメタクリレート(和光純薬(株)製)36部、スチレン単量体(和光純薬(株)製)38部及びスチレン−アクリル樹脂(エスレックP−SE−0020、積水化学(株)製)11部を混合した後、これに、酸化鉄表面を有する鉄粉(JFE社製、超微粒鉄粉、平均一次粒径:0.8μm)7部及びシアン顔料(C.I.ビグメントブルー15:3、クラリアントジャパン(株)製):10部を加え、ボールミルで24時間分散した。この磁性成分を含む混合液90部に、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル(和光純薬(株)製)5部を加えて、単量体、磁性粒子及び顔料を含む混合物を作製した。
一方、塩化ナトリウム(和光純薬(株)製)28部をイオン交換水160部に溶解させた水溶液に、分散安定剤として炭酸酸カルシウム(丸尾カルシウム(株)製、ルミナス)30部と、カルボキシメチルセルロース(第一工業製薬(株)製、セロゲン)3.5部とを加え、ボールミルで24時間分散して分散媒体とした。
この分散媒体200部に前記混合物を投入して、乳化装置(エスエムテー社製、HIGH−FLEX HOMOGENIZER)にて8000rpmで3分間乳化し、懸濁液を得た。
撹伴機、温度計、冷却管及び窒素導入管を備えたセパラブルフラスコに、窒素導入管より窒素を導入し、フラスコ内を窒素雰囲気にした。ここに上記懸濁液を入れ、65℃で3時間反応させ、更に70℃で10時間加熱し、その後冷却した。反応液は良好な分散液となっており、目視では重合中に凝集塊は確認できなかった。
反応液に10%塩酸水溶液を加えて炭酸カルシウムを分解した後、遠心分離によって固液分離を行った。得られた粒子を1Lのイオン交換水で3回繰り返して洗浄を行った後、マグネットセパレーターMS0((株)ノリタケカンパニー製)を使用して、処理スピード4.4l/minの条件で磁性粉の入っていない粒子と、磁性粉の入りすぎている粒子を除去した。得られた粒子を40℃で真空乾燥した後、風力分級機(エルボージェット)で粗粉と微粉とをカットし、個数平均粒子径が5.0μmの磁性重合体粒子1を得た。
(磁性重合体粒子の分析)
−磁性粒子個数、含有量−
磁性重合体粒子1について、走査型電子顕微鏡(SEM)により観察を行った。図2(A)は通常の条件での観察写真、(B)は反射電子像の観察写真を各々示すが、(B)に示すように、通常の観察条件では観察されない磁性重合体粒子中の磁性粒子が反射電子像では確認された(粒子中に白く見える部分)。これを8個の粒子について観察して、各々個数を測定したところ粒子1個中の磁性粒子は2個と求められた。また、磁性粒子10mgの高分子成分をメチルエチルケトン(和光純薬(株)製)を用いて溶解させ、走査型電子顕微鏡(SEM)観察で写真を作成し、粒子径を測定したところ、磁性粒子の個数平均粒径は0.8μmであった。
また前記熱分析測定により、粒子中の磁性粒子の含有量を算出したところ、7.3質量%であった。
−飽和磁化−
磁性重合体粒子1について、透磁率をJIS−C2531に記載の方法に準拠して測定(測定装置として、VSM東英(株)社製VSM−C7型を使用)し、得られたM−H曲線から10kOeにおける磁化を測定し、飽和磁化を求めたところ、15emu/gであった。
(磁気潜像用液体現像剤の作製)
・磁性重合体粒子1:5部
・ポリオキシエチレン(20)セチルエーテル(和光純薬(株)製):0.5部
・イオン交換水:94.5部
上記各成分を混合し、ボールミルで3時間分散して、磁気潜像用液体現像剤1を得た。なお、この液体現像剤作製において、粒子が水面に浮いたり容器壁面に堆積したりすることなく、粒子全体が良好に水中に再分散し、分散性は良好であった。
(実機特性の評価)
図1に示した構成で、市販の磁気プリンター(MG−8100型プリンター、岩崎通信機(株)製)の磁気ドラムを用いた画像形成装置100を用意し、現像剤として前記磁気潜像用液体現像剤1を用いて、画像評価を行った。
なお、磁気ヘッド12としては、Mn−Znフェライトで構成される600dpi相当の画素を形成できる4チャネルのフルライン型磁気ヘッドを用意した。
現像装置14としては、現像ローラ14aとしてアルミニウム製の非磁性スリーブ中に円筒状の永久磁石が同心円状に配置されたマグネットロールを備え、現像剤貯蔵容器14bに内部で液体現像剤を攪拌する攪拌羽とを設けた現像装置14を用いた。この現像剤貯蔵容器14bに前記磁気潜像用液体現像剤1を投入し、非磁性スリーブ表面と磁気ドラム10表面とのギャップが50μmとなるように現像装置14を配置した。
中間転写体16としては、表面に厚さが7.5mmのシリコーンゴム層を有し、磁気ドラム10と同一周速で回転するアルミニウム製の中間転写ドラムを用いた。また、転写定着ローラ28としては、ステンレス製の芯材の外周にシリコーンゴム層、フッ素ゴム層をこの順に被覆してなる弾性ロールを用いた。
以上の構成の画像形成装置100により印字条件を下記のように設定した。
・磁気ドラム線速:100mm/秒。
・現像ローラ周速/磁気ドラム周速比:1.2。
・転写条件(中間転写):中間転写体の磁気ドラムへの押圧力を0.147MPa(1.5kgf/cm)に設定。
・転写定着条件:中間転写体に対する転写定着ローラの押圧力を0.245MPa(2.5kgf/cm)、表面温度を140℃に設定。
上記条件により、磁気ヘッド12により磁気ドラム10上にベタ画像及び細線画像の磁気潜像を形成し、これに前記現像ローラにより液体現像剤を接触させて現像、転写定着を行った。一方、前記磁性粒子を含まない以外は同組成の液体現像剤を作製し、前記に準じて画像形成装置100により画像形成を行った。転写定着後の画像はいずれも明るい青色であった。
−現像性−
前記ソリッド画像及び細線画像を目視で観察し、以下の評価基準により評価した。
◎:ソリッド画像にムラがなく、細線もシャープ。
○:細線はシャープだが、ソリッド画像にムラあるいはエッジに凹凸が見られる。
△:ソリッド画像にムラあるいはエッジに凹凸が見られ、細線に滲み、ぼやけがある。
×:ソリッド画像にムラあるいはエッジに凹凸が見られ、細線も線太り。
−色調−
定着後の双方の画像の色域を、色再現性測定値(L、a、b)、目視によりそれぞれ評価した。なお、上記L、a、bの各数値は、分光計(938 Spectrodentitometer、X−Rite社)で測定した。その測定結果からΔE(色差)を求め、以下の基準により色調を評価した。
◎:ΔEが5以下。
○:ΔEが5を超え8以下。
△:ΔEが8を超え10以下。
×:ΔEが10を超える。
なお、上記ΔE(色差)は、{(L −L +(a −a +(b −b 1/2で求められ、L 、a 、b は磁性粒子を含まない液体現像剤のサンプル測定値、L 、a 、b は磁性粒子を含む液体現像剤のサンプル測定値を示す。
以上の結果を表1に示す。
<実施例2>
実施例1の磁性重合体粒子の製造において、鉄粉の配合量を4.5部とし、シアン顔料の代わりにマゼンタ顔料(C.I.ピグメントレッド57:1、クラリアントジャパン(株)製)10部を用いた以外は、同様にして磁性重合体粒子2を作製した。この磁性重合体粒子2について、実施例1と同様の分析を行った。
次いで、磁性重合体粒子2を用いて実施例1と同様に液体現像剤を作製し、同様の評価を行った。
前記磁性重合体粒子の分析と併せて、結果を表1にまとめて示す。
<実施例3>
実施例1の磁性重合体粒子の製造において、鉄粉として超微粒鉄粉(JFE社製、平均一次粒径:0.8μm)をデカンテーションによって微粉を取り除いて平均一次粒径を1.1μmとしたもの:10部を用いた以外は、同様にして磁性重合体粒子3を作製した。この磁性重合体粒子3について、実施例1と同様の分析を行った。
次いで、磁性重合体粒子3を用いて実施例1と同様に液体現像剤を作製し、同様の評価を行った。
前記磁性重合体粒子の分析と併せて、結果を表1にまとめて示す。
<実施例4>
実施例2の磁性重合体粒子の製造において、鉄粉の代わりにカルボニル鉄粉(BASFジャパン社製HQ、平均一次粒径:1.0μm)を分級して粗粉を取り除き0.3μmとしたもの:6.0部を用いた以外は、同様にして磁性重合体粒子4を作製した。この磁性重合体粒子4について、実施例1と同様の分析を行った。
次いで、磁性重合体粒子4を用いて実施例1と同様に液体現像剤を作製し、同様の評価を行った。
前記磁性重合体粒子の分析と併せて、結果を表1にまとめて示す。
<実施例5>
実施例1の磁性重合体粒子の製造において、鉄粉の代わりにカルボニル鉄粉(BASFジャパン社製、平均一次粒径:1.0μm)を分級して粗粉を取り除き0.4μmとしたもの:3.6部を用いた以外は、同様にして磁性重合体粒子5を作製した。この磁性重合体粒子5について、実施例1と同様の分析を行った。
次いで、磁性重合体粒子5を用いて実施例1と同様に液体現像剤を作製し、同様の評価を行った。
前記磁性重合体粒子の分析と併せて、結果を表1にまとめて示す。
<実施例6>
実施例2の磁性重合体粒子の製造において、鉄粉として超微粒鉄粉0.5μmグレード(JFE社製、平均一次粒径:0.5μm)2部を用いた以外は、同様にして磁性重合体粒子6を作製した。この磁性重合体粒子6について、実施例1と同様の分析を行った。
次いで、磁性重合体粒子6を用いて実施例1と同様に液体現像剤を作製し、同様の評価を行った。
前記磁性重合体粒子の分析と併せて、結果を表1にまとめて示す
<実施例7>
実施例2の磁性重合体粒子の製造において、鉄粉として超微粒鉄粉(JFE社製、平均一次粒径0.8μm)の微粉を取り除き平均一次粒径を1.1μmとしたもの:13部を用いた以外は、同様にして磁性重合体粒子7を作製した。この磁性重合体粒子7について、実施例1と同様の分析を行った。
次いで、磁性重合体粒子7を用いて実施例1と同様に液体現像剤を作製し、同様の評価を行った。
前記磁性重合体粒子の分析と併せて、結果を表1にまとめて示す
<比較例1>
実施例1の磁性重合体粒子の製造において、鉄粉の代わりにマグネタイト(戸田工業社製、平均一次粒径:0.1μm)40部を用い、洗浄後のマグネットセパレーターによる除去を行わなかった以外は、同様にして磁性重合体粒子8を作製した。この磁性重合体粒子8について、実施例1と同様の分析を行った。
次いで、磁性重合体粒子8を用いて実施例1と同様に液体現像剤を作製し、同様の評価を行った。
前記磁性重合体粒子の分析と併せて、結果を表1にまとめて示す。
<比較例2>
実施例2の磁性重合体粒子の製造において、鉄粉の代わりにマグネタイト(戸田工業社製、平均一次粒径:0.1μm)5部を用い、洗浄後のマグネットセパレーターによる除去を行わなかった以外は、同様にして磁性重合体粒子9を作製した。この磁性重合体粒子9について、実施例1と同様の分析を行った。
次いで、磁性重合体粒子9を用いて実施例1と同様に液体現像剤を作製し、同様の評価を行った。
前記磁性重合体粒子の分析と併せて、結果を表1にまとめて示す。
<比較例3>
実施例1の磁性重合体粒子の製造において、鉄粉として超微粒鉄粉(JFE社製、平均一次粒径:0.8μm)の粗粉を分離して平均一次粒径を0.6μmとしたもの:12部を用いた以外は、同様にして磁性重合体粒子10を作製した。この磁性重合体粒子10について、実施例1と同様の分析を行った。
次いで、磁性重合体粒子10を用いて実施例1と同様に液体現像剤を作製し、同様の評価を行った。
前記磁性重合体粒子の分析と併せて、結果を表1にまとめて示す。
<比較例4>
実施例1の磁性重合体粒子の製造において、鉄粉として超微粒鉄粉(JFE社製、平均一次粒径:0.8μm)を孔径1μmのメッシュで分離して平均一次粒径を1.5μmとしたもの:15部を用いた以外は、同様にして磁性重合体粒子11を作製した。この磁性重合体粒子11について、実施例1と同様の分析を行った。
次いで、磁性重合体粒子11を用いて実施例1と同様に液体現像剤を作製し、同様の評価を行った。
前記磁性重合体粒子の分析と併せて、結果を表1にまとめて示す。
以上のように、前記実施例では、磁性粒子の粒径が大きく含有個数の少ない磁性重合体粒子を用いているため、現像性に優れ、明度、彩度の低下がない表示、画像が得られた。これに対し、従来のマグネタイトや粒径、含有量が外れる磁性粒子を用いた比較例では、色合い等に何らかの問題が発生した。
本実施形態の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 実施例の磁性重合体粒子の走査型顕微鏡写真(A)及び反射型電子顕微鏡写真(B)である。
符号の説明
10 磁気ドラム(磁気潜像保持体)
12 磁気ヘッド(磁気潜像形成手段)
13 規制部材
14 現像装置(現像剤供給手段)
15 攪拌部材
16 中間転写体
18 クリーナ
20 消磁装置
22 磁気潜像
24 液体現像剤
26 トナー像
28 転写定着ローラ
29 定着像
30 記録媒体

Claims (7)

  1. 磁性成分、高分子化合物及び色材を含む磁性重合体粒子として構成され、
    前記磁性成分が、個数平均粒径が0.2μm以上1.2μm以下の鉄を構成成分とする磁性粒子であり、該磁性粒子を磁性重合体粒子1個中に1個以上10個以下含み、
    個数平均粒径が2.0μm以上7.0μm以下であることを特徴とする磁気潜像現像用磁性重合体粒子。
  2. 前記磁性成分の含有量が2質量%以上10質量%以下であることを特徴とする請求項1に記載の磁気潜像現像用磁性重合体粒子。
  3. 単位重量あたりの飽和磁化が3.6emu/g以上24.0emu/g以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の磁気潜像現像用磁性重合体粒子。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の磁気潜像現像用磁性重合体粒子と、水性媒体と、を含むことを特徴とする磁気潜像用液体現像剤。
  5. 液体現像剤を貯留する現像剤貯留手段と、
    前記液体現像剤を外部に供給する現像剤供給手段と、を有し、
    前記液体現像剤が、請求項4に記載の磁気潜像用液体現像剤であることを特徴とするカートリッジ。
  6. 磁気潜像保持体と、
    前記磁気潜像保持体上に磁気潜像を形成する磁気潜像形成手段と、
    磁性トナー及び水性媒体を含む液体現像剤を貯留する現像剤貯留手段と、
    前記磁気潜像をトナー像として顕像化するために前記液体現像剤を磁気潜像が形成された磁気潜像保持体に供給する現像剤供給手段と、を有し、
    前記液体現像剤が、請求項4に記載の磁気潜像用液体現像剤であることを特徴とする画像形成装置。
  7. 磁性成分、高分子化合物及び色材を含む磁性重合体粒子を造粒する造粒工程と、
    前記磁性重合体粒子の粒径を制御する粒径制御工程と、
    前記粒径が制御された磁性重合体粒子における粒子中の磁性成分量を制御する磁性成分量制御工程と、を有することを特徴とする磁気潜像現像用磁性重合体粒子の製造方法。
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