以下、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
本発明の磁性キャリアは、多孔質磁性コア粒子と樹脂とを少なくとも含有する磁性キャリア粒子を有する磁性キャリアであって、前記磁性キャリア粒子の走査型電子顕微鏡により撮影された加速電圧2.0kVの反射電子像の投影面上で樹脂部分の面積が、前記磁性キャリア粒子投影面に対して、92.0面積%以上、99.5面積%以下であり、前記多孔質磁性コア粒子のブレークダウンする寸前の電界強度が、300V/cm以上1500V/cm以下であることを特徴とする磁性キャリアである。
本発明の磁性キャリアは、多孔質磁性コア粒子と樹脂とを少なくとも含有する磁性キャリア粒子表面に絶縁性の樹脂部分を最適に分布させ、多孔質磁性コア粒子のブレークダウンする寸前の電界強度を規定したものである。本発明規定の範囲に調整することで、高い帯電付与能と高い現像性が両立された磁性キャリアとすることができた。高い現像性が得られることから、交番バイアス電圧である現像バイアスを従来よりも低いVpp(ピーク間電圧)に設定して現像することができ、高Vppで問題となるリング状又はスポット状の模様が生じる画像不良の発生を抑えることができる。また、連続使用によっても、画像濃度が維持され、帯電量の変動が少なく、リークやカブリなどの画像欠陥のない画像を得ることができるようになった。
通常、帯電付与能を高めるためには、帯電付与に関係する磁性キャリア表面の樹脂組成を最適化する、樹脂比率を上げる、磁性キャリアの抵抗を上げる、あるいは、樹脂成分に帯電制御材料を添加する等の方法がとられる。しかし、帯電付与能を高めていくと、トナーと磁性キャリアとの付着力は大きくなる。その結果、トナーは飛翔しにくくなり、現像性が低下し、必要な画像濃度を得ることができなくなることがある。そのため、高い現像性を確保するために、磁性キャリアの抵抗を下げていくことが行なわれる。磁性キャリアの抵抗を下げることで、現像剤担持体上の磁気ブラシの電極効果によって、現像性は向上させることができる。磁性キャリアの低抵抗化は、現像性向上に有利に作用するが、帯電付与能の低下に繋がり、帯電付与能との両立が難しくなる。また、低Vppでの現像が可能な高い現像性を有する磁性キャリアは、高Vpp現像条件で起こる記録紙上にリング状又はスポット状の模様が生じる画像不良現象を発生させることもなく、より好ましい。
そのため、高い帯電付与能と高い現像性を両立させることが重要である。
本発明の磁性キャリアは、高い帯電付与能を有しながら、従来よりも低Vppでの現像を可能にする高い現像性を有するキャリアとなっている。
現像時には過渡的に低抵抗な磁性キャリアとして振る舞い、高い現像性を発現し、現像前後は、ある程度抵抗が維持された、充分な帯電付与能を有する磁性キャリアとなっているものと推察される。高帯電付与と高現像性との両立させる上で、磁性キャリア表面の樹脂面積%と多孔質磁性コアのブレークダウン寸前の電界強度とに関係があることをつきとめ、本発明に至った。
本発明の磁性キャリアがこのような優れた効果を発揮する理由は定かではないが、本発明者らは、以下のように考えている。
本発明の磁性キャリアは、磁性キャリア粒子の走査型電子顕微鏡により撮影された加速電圧2.0kVの反射電子像の投影面上で樹脂部分の面積が、前記磁性キャリア粒子投影面に対して、92.0面積%以上99.5面積%以下であり、好ましくは94.5面積%以上98.0面積%以下である。
加速電圧2.0kVの反射電子像の投影面上で樹脂部分の面積が92.0面積%以上99.5面積%以下のとき、絶縁性で帯電付与に関与する樹脂部分が磁性キャリア粒子表面に最適に存在し、高い帯電付与能が得られ、トナーの飛散やかぶりなどの画像欠陥が発生しない。
しかし、加速電圧2.0kVの反射電子像の投影面上で樹脂部分の面積が92.0面積%より小さい場合は、磁性キャリアが低抵抗化し、静電潜像担持体への電荷注入によって、静電潜像が乱されハーフトーン部のガサついた画像となることがある。また、帯電量が不足し、階調性の書けた画像になったり、トナー飛散が発生することがあった。
一方、加速電圧2.0kVの反射電子像の投影面上で樹脂部分の面積が99.5面積%を超えると、帯電量が大きくなりすぎたり、チャージアップするため、トナーと磁性キャリア間の静電的な付着力が大きくなるため、画像濃度が低下することがある。
また、本発明の磁性キャリアは、前記多孔質磁性コア粒子のブレークダウンする寸前の電界強度が300V/cm以上1500V/cm以下である。前記多孔質磁性コア粒子のブレークダウンする寸前の電界強度が、300V/cm以上1500V/cm以下のとき、低Vppでの現像が可能な高い現像性を有する磁性キャリアとなり、同時に、白抜けといった画像欠陥を改善することが可能となった。
通常、現像時にトナーが磁性キャリア粒子から飛翔すると、カウンターチャージが磁性キャリア粒子表面に発生する。カウンターチャージが蓄積すると、トナーと磁性キャリア粒子との付着力が大きくなり、画像濃度が低下する。さらに、カウンターチャージは、静電潜像担持体上にいったん現像されたトナーを、磁性キャリア側へ引き戻す力として作用するため、白抜けを助長することがある。
そのため、磁性キャリア粒子表面に発生したカウンターチャージは、すばやく減衰させる必要がある。
本発明の磁性キャリアは、前記多孔質磁性コア粒子のブレークダウンする寸前の電界強度が、300V/cm以上1500V/cm以下のとき、高い帯電量でありながら、高現像性を発現し、白抜け改善の効果が認められた。本発明におけるブレークダウンについての詳細は後述するが、多孔質磁性コア粒子に、ある一定以上の電界強度をかけた際に、過電流が流れることと定義している。多孔質磁性コア粒子が、ある一定以上の電界強度を印加されると一気に低抵抗化したと考えると、高い現像電界が印加される現像時に、本発明の多孔質磁性コア粒子からなる磁性キャリアが、過渡的に低抵抗化したとものと推察される。低抵抗化した磁性キャリア粒子を介して、現像剤担持体側へカウンターチャージをスムーズ漏洩させたため、高い帯電量でありながら、高い現像性を有し、カウンターチャージのすばやい減衰により白抜けも改善したと考えられる。
ブレークダウンする寸前の電界強度が300V/cmより小さいと、電荷注入が起こり静電潜像担持体にピンホールをあけてしまうなどの問題を生じることがある。また、トナーを十分に帯電させられず、かぶりなどの画像欠陥が発生する。
ブレークダウンする寸前の電界強度が1500V/cmを超えると、磁性キャリア粒子表面のカウンターチャージが十分に減衰せず、白抜けが発生したり、キャリア付着が発生する。
なお、本発明の樹脂部分とは、走査型電子顕微鏡により所定の加速電圧下に撮影された主に反射電子を可視化した像(図1)において、輝度の低い(画像上暗く、黒く見える)部分のことを指している。走査型電子顕微鏡は、加速した電子線を試料へ照射し、試料から放出されてくる二次電子や反射電子を検出することで、試料の表面や組成情報を可視化する装置である。走査型電子顕微鏡観察において、放出されてくる反射電子の量は、重元素ほど多いことが知られている。例えば、有機化合物と鉄が平面上に分布している試料であれば、鉄からの反射電子の放出量が多いため、鉄部分が画像上では明るく(輝度が高い、白く)見える。一方、軽元素から構成される有機化合物からの反射電子量は多くはないため、画像上では暗く(輝度が低く、黒く)見えることになる。
本発明の磁性キャリア粒子表面のように有機化合物である樹脂部分と金属酸化物である多孔質磁性コア部分とが存在する試料においては、樹脂部分は暗く、金属酸化物部分が明るく、画像上で大きなコントラストの差をもった投影像として得られる。図2は、図1の磁性キャリア表面の金属酸化物部分と樹脂部分の分布を模式的に示したものである。
本発明においては、まず、図1の磁性キャリアの投影像から磁性キャリア粒子を抽出し、磁性キャリア粒子の面積を求める。図5において、白く抜けている部分が、図1の投影像から磁性キャリア粒子部分として抽出された部分を示している。続いて、図1の磁性キャリア粒子部の投影像上で、白く抜けている部分を除いた部分が樹脂部分である(図4)。本発明では、図4において、白く抜けている部分を除いた部分の面積を磁性キャリア粒子部分の面積の差を樹脂部分の面積とする。磁性キャリア粒子の面積と樹脂部分の面積を画像処理によりそれぞれ求め、磁性キャリア粒子面積に占める樹脂部分の面積の割合を算出する。電子顕微鏡による観察条件、撮影条件、画像処理手順の詳細は、後述する。また、実際に、輝度の低い部分が樹脂部分であることは、電子顕微鏡に付属の元素分析装置で確認することもできる。
ブレークダウンについて説明する。図3に概略される装置を用いた比抵抗測定において、電極面積2.4cm2、磁性キャリアの厚みが約1.0mmとして、エレクトロメーター(例えば、ケスレー6517A ケスレー社製)を用いる。最大印加電圧1000Vとし、エレクトロメーターの自動レンジ機能を利用し、1V、2V、4V、8V、16V、32V、64V、128V、256V、512V、1000Vの電圧を1秒間ずつ印加するスクリーニングを行う。その際に最大1000Vまで印加可能かどうかをエレクトロメーターが判断し、過電流が流れる場合、「VOLTAGE SOURCE OPARATE」が点滅する。すると印加電圧を下げて、印加可能な電圧をさらにスクリーニングし、印加電圧の最大値を自動的に決める。その後、本測定を行う。その最大電圧値を5分割した電圧を各ステップとして30秒間保持させた後の電流値から抵抗値を測定する。
後述の実施例1に用いられる多孔質磁性コアを例に説明する。表1には、多孔質磁性コアを測定した結果を示す。
表中、印加電圧(V)、印加電圧を試料厚みdで除した電界強度(V/cm)、そのときの比抵抗(Ω・cm)を示してある。表中の第6ステップ以降を、電界強度と比抵抗でプロットしたものが、図4に示すグラフとなる。グラフ中、多孔質磁性コア1の68.2V印加したときの669V/cmの点をもって、ブレークダウンする寸前の電界強度とする。スクリーニング時には、17.1V、34.1V、51.2V、68.2V、85.3Vと最大85.3Vまで印加できると判断された電圧値が、本測定時に緩和時間を30秒とすることで85.3Vでは過電流が流れた。85.3V以上の電圧では抵抗が測定できず、測定値が0になることを本発明においては、ブレークダウンすると定義する。また、ブレークダウンする寸前の電界強度とは、「VOLTAGE SOURCE OPARATE」が点滅する電界強度値、あるいは、比抵抗のプロットされる電界強度の最大値をもって、ブレークダウンする寸前の電界強度とする。
また、本発明の磁性キャリアにおいて、加速電圧2.0kVの反射電子像の投影面上で金属酸化物に由来する部分の平均面積値が、0.45μm2以上1.40μm2以下であり、より好ましくは、0.70μm2以上1.00μm2以下である。加速電圧2.0kVの反射電子像の投影面上で金属酸化物に由来する部分の平均面積値が、0.45μm2以上1.40μm2以下の場合、現像性が向上する。
二成分現像剤は、現像剤担持体上で磁気穂を形成するが、加速電圧2.0kVの反射電子像の投影面上で金属酸化物に由来する部分の平均面積値を本発明の範囲とすることで、磁性キャリア粒子間で金属酸化物部分を介して接点を持つことができるようになったと推察される。磁気穂先端の磁性キャリア粒子表面から現像剤担持体への導通経路が確保され、現像時に発生した磁性キャリア粒子表面のカウンターチャージが減衰しやすくなったものと考えられる。その結果、磁性キャリアからのトナー離れが良化したと考えられる。また、白抜けなどの画像欠陥も発生しにくくなる。なお、加速電圧2.0kVの反射電子像の投影面上で金属酸化物に由来する部分の平均面積値の測定方法の詳細は後述するが、加速電圧2.0kVの反射電子像の投影面を画像処理することにより、求めることができる。
磁性キャリア粒子表面における樹脂の存在状態をコントロールする方法は、多孔質磁性フェライト粒子の含有する樹脂の組成や充填量、充填方法、被覆樹脂の組成、被覆樹脂の量、被覆方法など種々の方法で調整することができる。固形分濃度の異なる充填樹脂溶液や被覆樹脂溶液で複数回充填や被覆処理をしたり、処理中の樹脂溶液の粘度を調整することによって、コアの存在状態と樹脂の存在状態をコントロールすることができる。
多孔質磁性フェライト粒子は、磁性キャリア粒子表面での樹脂の存在状態のコントロールが、構造的にやりやすい。
多孔質磁性フェライト粒子のブレークダウン電圧を制御する方法は、原料組成、原料粒径、前処理条件、焼成条件、後処理条件によって内部構造を制御することで、コントロールすることができる。
本発明の多孔質磁性コア粒子は、以下のような工程で製造することができる。
多孔質磁性コア粒子の材質としては、以下のものが挙げられる。1)表面が酸化された鉄粉、2)未酸化の鉄粉、3)リチウム、カルシウム、マグネシウム、ニッケル、銅、亜鉛、コバルト、マンガン、クロム及び希土類元素の如き金属粒子、4)鉄、リチウム、カルシウム、マグネシウム、ニッケル、銅、亜鉛、コバルト、マンガン、クロム及び希土類元素の如き金属の合金粒子、又はこれらの元素を含む酸化物粒子、5)マグネタイト粒子又はフェライト粒子。
フェライト粒子とは次式で表される焼結体である。
(M12O)u(M2O)v(M32O3)w(M4O2)x(M52O5)y(Fe2O3)z
(式中、M1は1価、M2は2価、M3は3価、M4は4価、M5は5価の金属であり、u+v+w+x+y+z=1.0とした時に、u、v、w、x及びyは、それぞれ0<(u,v,w,x,y)≦0.8であり、zは、0.2<z<1.0である。)
また、上記式中において、M1乃至M5としては、少なくともLi、Fe、Zn、Ni、Mn、Mg、Co、Cu、Ba、Sr、Ca、Si、V、Bi、In、Ta、Zr、B、Mo、Na、Sn、Ti、Cr、Al、Sc、Y、La、Ce、Pr、NdSm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luからなる群から選ばれる1種類以上の金属元素を表す。例えば、磁性のLi系フェライト(例えば、(Li2O)a(Fe2O3)b(0.0<a<0.4,0.6≦b<1.0、a+b=1))、Mn系フェライト(例えば、(MnO)a(Fe2O3)b(0.0<a<0.5、0.5≦b<1.0、a+b=1))、Mn−Mg系フェライト(例えば、(MnO)a(MgO)b(Fe2O3)c(0.0<a<0.5、0.0<b<0.5、0.5≦c<1.0、a+b+c=1))、Mn−Mg−Sr系フェライト(例えば、(MnO)a(MgO)b(SrO)c(Fe2O3)d(0.0<a<0.5、0.0<b<0.5、0.0<c<0.5、0.5≦d<1.0、a+b+c+d=1)、Cu−Zn系フェライト(例えば、(CuO)a(ZnO)b(Fe2O3)c(0.0<a<0.5、0.0<b<0.5、0.5≦c<1.0、a+b+c=1)がある。なお、上記フェライトは主元素を示し、それ以外の微量金属を含有するものも含んでいる。
結晶の成長速度のコントロールの容易性の観点から、Mn元素を含有する、Mn系フェライト、Mn−Mg系フェライト、Mn−Mg−Sr系フェライトが好ましい。
以下に、多孔質磁性キャリア粒子としてフェライト粒子を用いる場合の製造工程を詳細に説明する。
工程1(秤量・混合工程):
フェライトの原料を、秤量し、混合する。
フェライト原料としては、例えば以下のものが挙げられる。Li、Fe、Zn、Ni、Mn、Mg、Co、Cu、Ba、Sr、Y、Ca、Si、V、Bi、In、Ta、Zr、B、Mo、Na、Sn、Ti、Cr、Al、希土類金属の金属粒子、酸化物、水酸化物、シュウ酸塩、炭酸塩。
混合する装置としては、例えば以下のものが挙げられる。ボールミル、遊星ミル、ジオットミル、振動ミル。特にボールミルが混合性の観点から好ましい。具体的には、ボールミル中に、秤量したフェライト原料、ボールを入れ、0.1時間以上20.0時間以下、粉砕・混合する。
工程2(仮焼成工程):
粉砕・混合したフェライト原料を、大気中で焼成温度700℃以上1000℃以下の範囲で、0.5時間以上5.0時間以下仮焼成し、フェライト化する。焼成には、例えば以下の炉が用いられる。バーナー式焼却炉、ロータリー式焼却炉、電気炉。
工程3(粉砕工程):
工程2で作製した仮焼フェライトを粉砕機で粉砕する。
粉砕機としては、所望の粒径が得られれば特に限定されない。例えば以下のものがあげられる。クラッシャーやハンマーミル、ボールミル、ビーズミル、遊星ミル、ジオットミル。
仮焼フェライト微粉砕品の体積基準の50%粒径(D50)は、0.5μm以上5.0μm以下とすることが好ましい。
フェライト微粉砕品を上記の粒径にするために、例えば、ボールミルやビーズミルでは用いるボールやビーズの素材、粒径、運転時間を制御することが好ましい。ボールやビーズの粒径は、所望の粒径・分布が得られれば、特に限定されない。例えば、ボールとしては、φ5mm以上φ60mmのものが好適に用いられる。また、ビーズとしてはφ0.03mm以上φ5mm未満のものが好適に用いられる。また、ボールミルやビーズミルは、乾式より湿式のほうが、粉砕品がミルの中で舞い上がることがなく粉砕効率が高い。このため、乾式より湿式の方がより好ましい。
工程4(造粒工程):
仮焼フェライトの粉砕品に対し、水、バインダーと、必要に応じて、空隙調整剤を加える。空隙調整剤としては、発泡剤や樹脂微粒子が挙げられる。
発泡剤として、例えば、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸アンモニウム。
樹脂微粒子として、例えば、ポリエステル、ポリスチレン、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体の如きスチレン共重合体;ポリ塩化ビニル、フェノール樹脂、変性フェノール樹脂、マレイン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、シリコーン樹脂;脂肪族多価アルコール、脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、芳香族ジアルコール類及びジフェノール類から選択されるモノマーを構造単位として有するポリエステル樹脂;ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリビニルブチラール、テルペン樹脂、クマロンインデン樹脂、石油樹脂、ポリエステルユニットとビニル系重合体ユニットを有しているハイブリッド樹脂の微粒子。
バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコールが用いられる。
得られたフェライトスラリーを、噴霧乾燥機を用い、100℃以上200℃以下の加温雰囲気下で、乾燥・造粒する。噴霧乾燥機としては、所望の多孔質磁性コア粒子の粒径が得られれば特に限定されない。例えば、スプレードライヤーが使用できる。
工程5(本焼成工程):
次に、造粒品を800℃以上1400℃以下で1時間以上24時間以下焼成する。
焼成温度を上げるたり、焼成時間を長くすることで、焼成が進み、その結果、多孔質磁性コア粒子内部の空隙容積が少なくなる。また、焼成する雰囲気をコントロールすることで、多孔質磁性キャリアコア粒子の比抵抗を好ましい範囲に調整することができる。例えば、酸素濃度を低くしたり、還元雰囲気(水素存在下)にすることで、多孔質磁性コア粒子の比抵抗を下げることができる。
工程6(選別工程):
以上の様に焼成した粒子を解砕した後に、必要に応じて、分級や篩で篩分して粗大粒子や微粒子を除去してもよい。
多孔質磁性コア粒子の体積分布基準50%粒径(D50)は、18.0μm以上68.0μm以下であることが、画像へのキャリア付着とガサツキの抑制のためより望ましい。
さらに、本発明の磁性キャリア粒子は、多孔質磁性コア粒子の空隙の少なくとも一部に、樹脂が充填された磁性キャリアであることが好ましい。
多孔質磁性コア粒子は、内部の空隙容積によっては物理的強度が低くなることがあり、磁性キャリア粒子としての物理的強度を高めるために、多孔質磁性コア粒子の空隙の少なくとも一部に樹脂の充填を行うことが好ましい。本発明の磁性キャリア粒子が充填される樹脂の量としては、多孔質磁性コア粒子に対して6質量%以上、25質量%以下であることが好ましい。磁性キャリア粒子毎の樹脂含有量にバラつきが少なければ、内部空隙内の一部にのみ樹脂が充填されていても、多孔質磁性コア粒子の表面近傍の空隙にのみ樹脂が充填され内部に空隙が残っていても、内部空隙が完全に樹脂で充填されていてもよい。
具体的な充填方法は、特に限定されないが、多孔質磁性コア粒子の空隙に、樹脂を充填する方法としては、浸漬法、スプレー法、ハケ塗り法、及び流動床の如き塗布方法により多孔質磁性コア粒子を樹脂溶液に含浸させ、その後、溶剤を揮発させる方法が挙げられる。樹脂と溶剤を混合した樹脂溶液を多孔質磁性コア粒子の空隙へ充填させる方法が好ましい。多孔質磁性コア粒子の空隙に樹脂を充填させる方法としては、樹脂を溶剤に希釈し、これを多孔質磁性コア粒子の空隙に添加する方法が採用できる。ここで用いられる溶剤は、樹脂を溶解できるものであればよい。有機溶剤に可溶な樹脂である場合は、有機溶剤として、トルエン、キシレン、セルソルブブチルアセテート、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メタノールが挙げられる。また、水溶性の樹脂またはエマルジョンタイプの樹脂である場合には、溶剤として水を用いればよい。
上記多孔質磁性コア粒子の空隙に充填する樹脂としては特に限定されず、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のどちらを用いてもかまわない。多孔質磁性コア粒子に対する親和性が高いものであることが好ましく、親和性が高い樹脂を用いた場合には、多孔質磁性コア粒子の空隙への樹脂の充填時に、同時に多孔質磁性コア粒子表面も樹脂で覆うことが容易になる。
上記充填する樹脂として、熱可塑性樹脂としては、以下のものが挙げられる。ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、スチレン−アクリル樹脂;スチレン−ブタジエン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリフッ化ビニリデン樹脂、フルオロカーボン樹脂、パーフルオロカーボン樹脂、ポリビニルピロリドン、石油樹脂、ノボラック樹脂、飽和アルキルポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂。
また、上記熱硬化性樹脂としては、以下のものが挙げられる。フェノール樹脂、変性フェノール樹脂、マレイン樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、無水マレイン酸とテレフタル酸と多価アルコールとの重縮合によって得られる不飽和ポリエステル、尿素樹脂、メラミン樹脂、尿素−メラミン樹脂、キシレン樹脂、トルエン樹脂、グアナミン樹脂、メラミン−グアナミン樹脂、アセトグアナミン樹脂、グリプタール樹脂、フラン樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリウレタン樹脂。
また、これらの樹脂を変性した樹脂を用いても良い。中でもポリフッ化ビニリデン樹脂、フルオロカーボン樹脂、パーフロロカーボン樹脂又は溶剤可溶性パーフロロカーボン樹脂等の含フッ素系樹脂、アクリル変性シリコーン樹脂あるいはシリコーン樹脂は、多孔質磁性コア粒子に対する親和性が高いため好ましい。
上記樹脂の中で、熱硬化性樹脂が、磁性キャリアの強度を高めることができるため好ましい。中でもシリコーン樹脂が、磁性キャリア粒子とトナーの付着力を低減でき、現像性が向上するため好ましい。
例えば、市販品として、以下のものが挙げられる。ストレートシリコーン樹脂では、信越化学社製のKR271、KR255、KR152、東レ・ダウコーニング社製のSR2400、SR2405、SR2410、SR2411。変性シリコーン樹脂では、信越化学社製のKR206(アルキッド変性)、KR5208(アクリル変性)、ES1001N(エポキシ変性)、KR305(ウレタン変性)、東レ・ダウコーニング社製のSR2115(エポキシ変性)、SR2110(アルキッド変性)。
上記樹脂溶液における樹脂固形分の量は、好ましくは1質量%以上50質量%以下であり、より好ましくは1質量%以上30質量%以下である。50質量%より樹脂量の多い樹脂溶液を用いると粘度が高いため多孔質磁性コア粒子の空隙に樹脂溶液が均一に浸透しにくい。また、1質量%未満であると樹脂量が少なく、多孔質磁性コア粒子への樹脂の付着力が低くなる場合がある。
充填用樹脂溶液に用いる溶剤はトルエンが好ましく、樹脂の20質量%トルエン溶液における粘度が1.0×10-6m2/s以上1.0×10-3m2/s以下である樹脂溶液が充填されやすくより好ましい。
また、本発明の磁性キャリアは、多孔質磁性コア粒子の空隙に樹脂を充填した後、表面を樹脂で被覆することがより好ましい。
磁性キャリア粒子の表面を樹脂により被覆することにより、樹脂部分の割合や金属酸化物部分の平均面積をより精密に制御することができるようになるためより好ましい。また、磁性キャリア粒子表面からのトナーの離型性、磁性キャリア粒子表面のトナーや外添剤の汚染性、トナーへの帯電付与能や磁性キャリア抵抗を制御する意味からも、表面を樹脂により被覆することが好ましい。
磁性キャリア粒子の表面を樹脂で被覆する方法としては、特に限定されないが、浸漬法、スプレー法、ハケ塗り法、乾式法、及び流動床の如き塗布方法により被覆する方法が挙げられる。中でも、磁性キャリア粒子表面の樹脂部分の割合の制御と、金属酸化物由来の部分の平均面積を制御する観点から浸漬法がより好ましい。
被覆する樹脂の量としては、多孔質磁性コア粒子100質量部に対し、0.1質量部以上5.0質量部以下であることが、磁性キャリア粒子表面の樹脂部分の割合を制御する上で好ましい。
被覆する樹脂は、単独でも使用できるが、種々、混合して使用してもよい。被覆する樹脂は、充填に使用する樹脂と同じであっても、異なっていても良く、熱可塑性樹脂であっても熱硬化性樹脂であってもよい。又、熱可塑性樹脂に硬化剤等を混合し硬化させて使用することもできる。特に、より離型性の高い樹脂を用いることが好ましい。
上記熱可塑性樹脂としては、以下のものが挙げられる。ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、スチレン−アクリル樹脂;スチレン−ブタジエン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリフッ化ビニリデン樹脂、フルオロカーボン樹脂、パーフルオロカーボン樹脂、ポリビニルピロリドン、石油樹脂、ノボラック樹脂、飽和アルキルポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂。
上記熱硬化性樹脂としては、以下のものが挙げられる。フェノール樹脂、変性フェノール樹脂、マレイン樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、無水マレイン酸とテレフタル酸と多価アルコールとの重縮合によって得られる不飽和ポリエステル、尿素樹脂、メラミン樹脂、尿素−メラミン樹脂、キシレン樹脂、トルエン樹脂、グアナミン樹脂、メラミン−グアナミン樹脂、アセトグアナミン樹脂、グリプタール樹脂、フラン樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリウレタン樹脂。
また、これらの樹脂を変性した樹脂を用いても良い。これらの樹脂を変性した樹脂として以下のものがあげられる。ポリフッ化ビニリデン樹脂、フルオロカーボン樹脂、パーフロロカーボン樹脂又は溶剤可溶性パーフロロカーボン樹脂等の含フッ素系樹脂、アクリル変性シリコーン樹脂。
上述した樹脂のなかでもシリコーン樹脂が特に好ましい。シリコーン樹脂としては、従来から知られているシリコーン樹脂を使用することができる。
例えば、市販品として、以下のものが挙げられる。ストレートシリコーン樹脂では、信越化学社製のKR271、KR255、KR152、東レ・ダウコーニング社製のSR2400、SR2405、SR2410、SR2411。変性シリコーン樹脂では、信越化学社製のKR206(アルキッド変性)、KR5208(アクリル変性)、ES1001N(エポキシ変性)、KR305(ウレタン変性)、東レ・ダウコーニング社製のSR2115(エポキシ変性)、SR2110(アルキッド変性)。
さらに、樹脂中に、導電性を有する粒子や荷電制御性を有する粒子を含有していてもよい。導電性を有する粒子としては、カーボンブラック、マグネタイト、グラファイト、酸化亜鉛、酸化錫が挙げられる。
該荷電制御性を有する粒子としては、有機金属錯体の粒子、有機金属塩の粒子、キレート化合物の粒子、モノアゾ金属錯体の粒子、アセチルアセトン金属錯体の粒子、ヒドロキシカルボン酸金属錯体の粒子、ポリカルボン酸金属錯体の粒子、ポリオール金属錯体の粒子、ポリメチルメタクリレート樹脂の粒子、ポリスチレン樹脂の粒子、メラミン樹脂の粒子、フェノール樹脂の粒子、ナイロン樹脂の粒子、シリカの粒子、酸化チタンの粒子、アルミナの粒子など挙げられる。
本発明の磁性キャリアは、体積分布基準50%粒径(D50)が20.0μm以上70.0μm以下であることがキャリア付着を抑制したり、トナースペントを抑制し、長期間の使用においても安定して用いることができ、好ましい。
本発明の磁性キャリアは、1000/4π(kA/m)における磁化の強さが、40Am2/kg以上65Am2/kg以下であることが、ドットの再現性を向上させ、キャリア付着を防止し、また、トナースペントを防止して安定した画像を得るために好ましい。
本発明の磁性キャリアは、真比重が3.2g/cm3以上5.0g/cm3以下であることが、トナースペントを防止して安定した画像を長期にわたり維持できるために好ましい。より好ましくは、3.4g/cm3以上4.2g/cm3以下であり、キャリア付着を防止し、耐久性により優れる。
本発明では、該磁性キャリアとトナーを少なくとも含有する二成分系現像剤を用いることが、高画質の画像を得ることができるため好ましい。
本発明の二成分系現像剤において用いられるトナーに関して説明する。
本発明に用いられるトナーは、画像処理解像度512×512画素(1画素あたり0.37μm×0.37μm)のフロー式粒子像測定装置によって計測された円相当径0.500μm以上1.985μm以下である粒子(以下小粒子トナーともいう)が30個数%以下であることが好ましい。
この小粒子トナーの割合は、より好ましくは20個数%以下であり、更に好ましくは10個数%以下であり、小粒子トナーは、より少ないことが好ましい。小粒子トナーの割合が30個数%以下の場合、現像器内での現像剤とトナーの混合性が良好であり、かつ小粒子トナーの磁性キャリア粒子への付着を少なくすることができるため、長期にわたりトナー補給時の帯電安定性を保持することが出来る。
これは、上記磁性キャリアを用いることにより、現像器内でのトナーと磁性キャリア粒子間のストレスを少なくすることができるため、小粒子トナーの磁性キャリア粒子への付着をさらに抑制できる。そのため、長期にわたりトナー補給時の帯電安定性を保持することが可能となり、カブリなどの画像欠陥の発生をおさえることができる。
更に、本発明で用いるトナーの重量平均径(D4)は、3.0μm以上8.0μm以下が好ましい。
トナーの重量平均径が8.0μmよりも大きい場合には、トナーと磁性キャリア間の離型性が高くなりすぎるために、現像剤担持体上で現像剤がスリップして、搬送不良をおこしやすくなる場合がある。また、トナーの重量平均径が3.0μm未満の場合には、トナーと磁性キャリア粒子との付着力が高すぎるために現像性が低下する場合がある。
本発明のトナーは、結着樹脂と着色剤を含有するトナー粒子を有するものが用いられる。
トナーに含有される結着樹脂としては、以下のものが挙げられる。ポリエステル、ポリスチレン;ポリ−p−クロルスチレン、ポリビニルトルエンの如きスチレン誘導体の重合体;スチレン−p−クロルスチレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体の如きスチレン共重合体;ポリ塩化ビニル、フェノール樹脂、変性フェノール樹脂、マレイン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、シリコーン樹脂;脂肪族多価アルコール、脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、芳香族ジアルコール類及びジフェノール類から選択されるモノマーを構造単位として有するポリエステル樹脂;ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリビニルブチラール、テルペン樹脂、クマロンインデン樹脂、石油樹脂、ポリエステルユニットとビニル系重合体ユニットを有しているハイブリッド樹脂。
本発明に用いられるポリエステル樹脂はアルコールモノマーとカルボン酸モノマーが縮重合したものが用いられる。
アルコールモノマーとしては以下のものが挙げられる。
ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(3.3)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(2.0)−ポリオキシエチレン(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(6)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン等のビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、ソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼン。
カルボン酸モノマーとしては、以下のものが挙げられる。
フタル酸、イソフタル酸及びテレフタル酸の如き芳香族ジカルボン酸類又はその無水物;コハク酸、アジピン酸、セバシン酸及びアゼライン酸の如きアルキルジカルボン酸類又はその無水物;炭素数6〜18のアルキル基又はアルケニル基で置換されたコハク酸もしくはその無水物;フマル酸、マレイン酸及びシトラコン酸の如き不飽和ジカルボン酸類又はその無水物。
また、その他のモノマーとしては、以下のものが挙げられる。
グリセリン、ソルビット、ソルビタン、さらには例えばノボラック型フェノール樹脂のオキシアルキレンエーテル等の多価アルコール類;トリメリット酸、ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸やその無水物等の多価カルボン酸類。
それらの中でも、特に、下記一般式(1)で表されるビスフェノール誘導体を2価アルコールモノマー成分とし、2価以上のカルボン酸又はその酸無水物、又はその低級アルキルエステルとからなるカルボン酸成分(例えば、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等)を酸モノマー成分として、これらのポリエステルユニット成分で縮重合した樹脂が良好な帯電特性を有するので好ましい。
(式中、Rはエチレン又はプロピレン基を示し、x,yはそれぞれ1以上の整数であり、かつx+yの平均値は2乃至10である。)
ポリスチレン、スチレン誘導体等のビニル系樹脂に用いられるモノマーとしては、以下のものが挙げられる。
スチレン;o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、α−メチルスチレン、p−フェニルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン、p−メトキシスチレン、p−クローラースチレン、3,4−ジクローラースチレン、m−ニトロスチレン、o−ニトロスチレン、p−ニトロスチレンの如きスチレン及びその誘導体;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレンの如きスチレン不飽和モノオレフィン類;ブタジエン、イソプレンの如き不飽和ポリエン類;塩化ビニル、塩化ビニルデン、臭化ビニル、フッ化ビニルの如きハロゲン化ビニル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ベンゾエ酸ビニルの如きビニルエステル類;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルの如きα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−クローラーエチル、アクリル酸フェニルの如きアクリル酸エステル類;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルの如きビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトンの如きビニルケトン類;N−ビニルピローラー、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドンの如きN−ビニル化合物;ビニルナフタリン類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドの如きアクリル酸もしくはメタクリル酸誘導体。
本発明で用いられる前記ハイブリッド樹脂とは、ポリエステルユニットとビニル系重合体ユニットが化学的に結合された樹脂を意味する。具体的には、ポリエステルユニットと、(メタ)アクリル酸エステルの如きカルボン酸エステル基を有するモノマーを重合したビニル系重合体ユニットとが、エステル交換反応によって形成されるものでもよい。また、少なくとも二重結合およびカルボキシル基を有する付加重合と縮重合の両方の反応をするモノマー(例えば、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸、アルケニルコハク酸、フマル酸、メサコン酸の如き不飽和二塩基酸;マレイン酸無水物、シトラコン酸無水物、イタコン酸無水物、アルケニルコハク酸無水物の如き不飽和二塩基酸無水物)を用いて縮重合したポリエステルユニットに、ビニル系重合モノマーを付加重合させたものでもよい。
本発明に用いられる結着樹脂は、トナーの保存性と低温定着性を両立するために、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される分子量分布のピーク分子量(Mp)が2000以上50000以下、数平均分子量(Mn)が1500以上30000以下、重量平均分子量(Mw)が2000以上1000000以下、ガラス転移点(Tg)が40℃以上80℃以下であることが好ましい。
本発明のトナーが含有する着色剤としては、以下のものが挙げられる。
黒色着色剤としては、カーボンブラック;磁性体;イエロー着色剤とマゼンタ着色剤及びシアン着色剤とを用いて黒色に調色したものが挙げられる。
着色剤には、顔料を単独で使用してもかまわないが、染料と顔料とを併用してその鮮明度を向上させた方がフルカラー画像の画質の点からより好ましい。
マゼンタトナー用着色顔料としては、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントレッド1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、21、22、23、30、31、32、37、38、39、40、41、48、49、50、51、52、53、54、55、57、58、60、63、64、68、81、83、87、88、89、90、112、114、122、123、146、147、150、163、184、202、206、207、209、238、269;C.I.ピグメントバイオレット19;C.I.バットレッド1、2、10、13、15、23、29、35。
マゼンタトナー用染料としては、以下のものが挙げられる。C.I.ソルベントレッド1、3、8、23、24、25、27、30、49、81、82、83、84、100、109、121;C.I.ディスパースレッド9;C.I.ソルベントバイオレット8、13、14、21、27;C.I.ディスパーバイオレット1の如き油溶染料;、C.I.ベーシックレッド1、2、9、12、13、14、15、17、18、22、23、24、27、29、32、34、35、36、37、38、39、40;C.I.ベーシックバイオレット1、3、7、10、14、15、21、25、26、27、28の如き塩基性染料。
シアントナー用着色顔料としては、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントブルー2、3、15:3、15:4、16、17;C.I.バットブルー6;C.I.アシッドブルー45、フタロシアニン骨格にフタルイミドメチル基を1〜5個置換した銅フタロシアニン顔料。
シアン用着色染料としては、C.I.ソルベントブルー70がある。
イエロー用着色顔料としては、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントイエロー1、2、3、4、5、6、7、10、11、12、13、14、15、16、17、23、62、65、73、74、83、93、94、95、97、109、110、111、120、127、128、129、147、151、154、155、168、174、175、176、180、181、185;C.I.バットイエロー1、3、20。
イエロー用着色染料としては、C.I.ソルベントイエロー162がある。
着色剤の使用量は、結着樹脂100質量部に対して好ましくは0.1質量部以上30質量部以下であり、より好ましくは0.5質量部以上20質量部以下であり、最も好ましくは3質量部以上15質量部以下である。
ワックスは、結着樹脂100質量部あたり0.5質量部以上20質量部以下使用されることがこのましい。好ましくは2質量部以上8質量部以下である。また、ワックスの最大吸熱ピークのピーク温度としては45℃以上140℃以下であることが好ましい。トナーの保存性とホットオフセット性を両立でき好ましい。
ワックスとしては、例えば以下のものが挙げられる。低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、アルキレン共重合体、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスの如き炭化水素系ワックス;酸化ポリエチレンワックスの如き炭化水素系ワックスの酸化物又はそれらのブロック共重合物;カルナバワックス、ベヘン酸ベヘニルエステルワックス、モンタン酸エステルワックスの如き脂肪酸エステルを主成分とするワックス類;脱酸カルナバワックスの如き脂肪酸エステル類を一部又は全部を脱酸化したもの。
さらに、以下のものが挙げられる。パルミチン酸、ステアリン酸、モンタン酸の如き飽和直鎖脂肪酸類;ブラシジン酸、エレオステアリン酸、バリナリン酸の如き不飽和脂肪酸類;ステアリルアルコール、アラルキルアルコール、ベヘニルアルコール、カルナウビルアルコール、セリルアルコール、メリシルアルコールの如き飽和アルコール類;ソルビトールの如き多価アルコール類;パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸、モンタン酸の如き脂肪酸類と、ステアリルアルコール、アラルキルアルコール、ベヘニルアルコール、カルナウビルアルコール、セリルアルコール、メリシルアルコールの如きアルコール類とのエステル類;リノール酸アミド、オレイン酸アミド、ラウリン酸アミドの如き脂肪酸アミド類;メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミドの如き飽和脂肪酸ビスアミド類;エチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、N,N’ジオレイルアジピン酸アミド、N,N’ジオレイルセバシン酸アミドの如き不飽和脂肪酸アミド類;m−キシレンビスステアリン酸アミド、N,N’ジステアリルイソフタル酸アミドの如き芳香族系ビスアミド類;ステアリン酸カルシウム、ラウリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウムの如き脂肪族金属塩(一般に金属石けんといわれているもの);脂肪族炭化水素系ワックスにスチレンやアクリル酸の如きビニル系モノマーを用いてグラフト化させたワックス類;ベヘニン酸モノグリセリドの如き脂肪酸と多価アルコールの部分エステル化物;植物性油脂の水素添加によって得られるヒドロキシル基を有するメチルエステル化合物。
トナーには、必要に応じて荷電制御剤を含有させることもできる。トナーに含有される荷電制御剤としては、公知のものが利用できるが、特に、無色でトナーの帯電スピードが速く且つ一定の帯電量を安定して保持できる芳香族カルボン酸の金属化合物が好ましい。
ネガ系荷電制御剤としては、サリチル酸金属化合物、ナフトエ酸金属化合物、ダイカルボン酸金属化合物、スルホン酸又はカルボン酸を側鎖に持つ高分子型化合物、スルホン酸塩或いはスルホン酸エステル化物を側鎖に持つ高分子型化合物、カルボン酸塩或いはカルボン酸エステル化物を側鎖に持つ高分子型化合物、ホウ素化合物、尿素化合物、ケイ素化合物、カリックスアレーンが挙げられる。
ポジ系荷電制御剤としては、四級アンモニウム塩、前記四級アンモニウム塩を側鎖に有する高分子型化合物、グアニジン化合物、イミダゾール化合物が挙げられる。荷電制御剤はトナー粒子に対して内添しても良いし外添しても良い。
荷電制御剤の添加量は結着樹脂100質量部に対し0.2質量部以上10質量部以下が好ましい。
さらに、本発明に用いられるトナーは、トナーとキャリア粒子との離型性を高めるためのスペーサー粒子として、個数分布基準の50nm以上300nm以下の範囲に粒径分布の極大値を少なくとも一つ以上の無機粒子を含有することが好ましい。スペーサー粒子として機能させつつ、トナーからの無機粒子の脱離をより良好に抑制するためには、80nm以上150nm以下の範囲に極大値を少なくとも1つ以上有する無機粒子が外添されることがより好ましい。
さらに、トナーには、流動性向上のため、外添剤が添加されていてもよい。外添剤としては、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウムの如き無機微粉体が好ましい。無機微粉体は、シラン化合物、シリコーンオイル又はそれらの混合物の如き疎水化剤で疎水化されていることが好ましい。前記外添剤は、個数分布基準の粒度分布における20nm以上50nm以下の範囲に極大値を少なくとも一つ以上有するものであることが好ましい。
前記無機粒子と外添剤の総含有量は、トナー粒子100質量部に対して、0.3質量部以上5.0質量部以下であることが好ましく、0.8質量部以上4.0質量部以下であることがより好ましい。その中で個数分布基準の粒度分布における50nm以上300nm以下の範囲に極大値を少なくとも1つ以上有する無機粒子の含有量は、0.1質量部以上2.5質量部以下、より好ましくは、0.5質量部以上2.0質量部以下である。この範囲内であれば、スペーサー粒子として効果がより顕著となる。
また、前記無機粒子及び外添剤の表面は、シラン化合物、シリコーンオイル又はそれらの混合物の如き疎水化剤で疎水化されていることが好ましい。疎水化処理は、各種チタンカップリング剤、シランカップリング剤の如きカップリング剤;脂肪酸及びその金属塩;シラン化合物;シリコーンオイル;またはそれらの組み合わせによってなされることが好ましい。
チタンカップリング剤としては、例えば、以下のものが挙げられる。テトラブチルチタネート、テトラオクチルチタネート、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリデシルベンゼンスルフォニルチタネート、ビス(ジオクチルパイロフォスフェート)オキシアセテートチタネート。
また、シランカップリング剤またはシラン化合物としては、例えば、以下のものが挙げられる。γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N−β−(N−ビニルベンジルアミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン塩酸塩、ヘキサメチルジシラザン、メチルトリメトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、ヘキシルトエリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、o−メチルフェニルトリメトキシシラン、p−メチルフェニルトリメトキシシラン。
脂肪酸としては、例えば、以下のものが挙げられる。ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ドデシル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ペンタデシル酸、ステアリン酸、ヘプタデシル酸、アラキン酸、モンタン酸、オレイン酸、リノール酸、アラキドン酸の如き長鎖脂肪酸。それらの脂肪酸金属塩の金属としては、例えば、亜鉛、鉄、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、ナトリウム、リチウムが挙げられる。
シリコーンオイルとしては、例えば、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイルが挙げられる。
疎水化処理は、被処理粒子に対して1質量%以上30質量%以下(より好ましくは3質量%以上7質量%以下)の疎水化処理剤を被処理粒子に添加して、被処理粒子を被覆することにより行われることが好ましい。
疎水化処理された無機粒子及び外添剤の疎水化の程度は特に限定されないが、例えば、処理後の疎水化度が40以上98以下であることが好ましい。疎水化度とは、試料のメタノールに対する濡れ性を示すものであり、疎水性の指標である。
トナー粒子と前記無機粒子及び外添剤との混合は、ヘンシェルミキサーの如き公知の混合機を用いることができる。
本発明のトナーは、混練粉砕法、溶解懸濁法、懸濁重合法、乳化凝集重合法又は会合重合法により得ることができ、その製造方法は特に限定されるものではない。
トナー粒子を製造する方法としては、例えば、結着樹脂及び着色剤を溶融混練し、混練物を冷却後、粉砕及び分級する粉砕法;結着樹脂と着色剤とを溶剤中に溶解または分散させた溶液を水系媒体中に導入し懸濁造粒させ、前記溶剤を除去することによってトナー粒子を得る懸濁造粒法;懸濁重合方法を用いて直接トナー粒子を生成する法;モノマーでは可溶であるが、重合体を形成すると不溶となるモノマーと水系有機溶媒を用いて直接トナー粒子を生成するモノマーには可溶で得られる重合体が不溶な水系有機溶剤を用い直接トナー粒子を生成する分散重合法;水溶性極性重合開始剤存在下で直接重合しトナー粒子を生成する乳化重合法;少なくとも重合体微粒子及び着色剤微粒子を凝集して微粒子凝集体を形成する工程と前記微粒子凝集体中の微粒子間の融着を起こさせる熟成工程を経て得られる乳化凝集法;などがある。
粉砕法でのトナー製造手順について説明する。
原料混合工程では、トナー粒子を構成する材料として、例えば、結着樹脂、着色剤及びワックス、必要に応じて荷電制御剤等の他の成分を所定量秤量して配合し、混合する。混合装置の一例としては、ダブルコン・ミキサー、V型ミキサー、ドラム型ミキサー、スーパーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウタミキサ、メカノハイブリッド(三井鉱山社製)。
次に、混合した材料を溶融混練して、結着樹脂中に着色剤等を分散させる。その溶融混練工程では、加圧ニーダー、バンバリィミキサーの如きバッチ式練り機や、連続式の練り機を用いることができ、連続生産できる優位性から、1軸又は2軸押出機が主流となっている。例えば、KTK型2軸押出機(神戸製鋼所社製)、TEM型2軸押出機(東芝機械社製)、PCM混練機(池貝鉄工製)、2軸押出機(ケイ・シー・ケイ社製)、コ・ニーダー(ブス社製)、ニーデックス(三井鉱山社製)。
更に、溶融混練することによって得られる着色された樹脂組成物は、2本ロール等で圧延され、冷却工程で水などによって冷却してもよい。
ついで、冷却された混練物は、粉砕工程で所望の粒径にまで粉砕される。粉砕工程では、例えば、クラッシャー、ハンマーミル、フェザーミルの如き粉砕機で粗粉砕した後、更に、例えば、クリプトロンシステム(川崎重工業社製)、スーパーローター(日清エンジニアリング社製)、ターボ・ミル(ターボ工業製)やエアージェット方式による微粉砕機で微粉砕する。
その後、必要に応じて慣性分級方式のエルボージェット(日鉄鉱業社製)、遠心力分級方式のターボプレックス(ホソカワミクロン社製)、TSPセパレータ(ホソカワミクロン社製)、ファカルティ(ホソカワミクロン社製)の如き分級機や篩分機を用いて分級し、トナー粒子を得る。
また、必要に応じて、粉砕後に、ハイブリタイゼーションシステム(奈良機械製作所製)又はメカノフージョンシステム(ホソカワミクロン社製)を用いて、球形化処理の如きトナー粒子の表面改質処理を行うこともできる。
本発明の二成分系現像剤は、トナーと磁性キャリアの混合比率が磁性キャリア100質量部に対してトナーを2質量部以上35質量部以下とすることが好ましく、5質量部以上20質量部以下が好ましい。上記範囲とすることで、高画像濃度を達成しトナーの飛散を低減することができる。
本発明の磁性キャリアとトナーとを含有する二成分系現像剤は、トナー及び磁性キャリアを含有する補給用現像剤を現像器に補給し、且つ、少なくとも現像器内部で過剰になった磁性キャリアを現像器から排出する二成分現像方法にも使用することができ、前記補給用現像剤として使用できる。補給系の装置において、本発明の二成分系現像剤を補給用現像剤として用いる場合には、現像剤の耐久性を高めるという観点から、磁性キャリア1質量部に対してトナーを2質量部以上50質量部以下の配合割合が好ましい。
上記磁性キャリア及びトナーの各種物性の測定法について以下に説明する。
<キャリア表面上の樹脂部分の面積%>
本発明の磁性キャリア粒子表面上の樹脂部分の面積%は、走査電子顕微鏡による反射電子像(図7)の観察と、続く画像処理により求めることができる。
本発明に用いられる磁性キャリア粒子表面の樹脂部分の面積%は、走査電子顕微鏡(SEM)、S−4800(日立製作所社製)を用いて行った。樹脂部分の面積%は、加速電圧2.0kVのときの、主に反射電子を可視化した像の画像処理から算出される。走査型電子顕微鏡観察において、試料から放出されてくる反射電子の量は、重元素ほど多いことが知られている。本発明のキャリア表面のように、樹脂部とコアに由来する金属酸化物部が存在する試料では、金属酸化物部が明るく(輝度が高い、白く)、樹脂部は暗く(輝度が低く、黒く)見えるため、それぞれ大きなコントラスト差を持った画像が得られる。
具体的には、電子顕微鏡観察用の試料台上にカーボンテープでキャリア粒子を一層になるように固定し、白金による蒸着は行わずに、以下の条件にて、走査電子顕微鏡S−4800(日立製作所社製)で観察した。フラッシング操作を行ってから観察を行う。
SignalName=SE(U,LA80)
AcceleratingVoltage=2000Volt
EmissionCurrent=10000nA
WorkingDistance=6000um
LensMode=High
Condencer1=5
ScanSpeed=Slow4(40秒)
Magnification=600
DataSize=1280x960
ColorMode=Grayscale
反射電子像は、走査電子顕微鏡S−4800の制御ソフト上で‘コントラスト5、ブライトネス−5’に明るさを調整し、キャプチャスピード/積算枚数‘Slow4を40秒’、画像サイズ1280×960pixelsの8bitの256階調グレースケール画像として磁性キャリアの投影像を得た(図7)。画像上のスケールから、1pixelの長さは0.1667μm、1pixelの面積は0.0278μm2となる。
続いて、得られた反射電子による投影像を用いて、磁性キャリア粒子50個について樹脂部分の面積%を算出した。解析する磁性キャリア粒子50個の選択方法の詳細は後述する。樹脂部分の面積%は、画像処理ソフトImage−Pro Plus5.1J(MediaCybernetics社製)を使用した。
まず、図7の画像下部の文字列は画像処理に不必要であり、不要な部分を削除し1280×895のサイズに切り出した(図8)。
次に、磁性キャリア粒子の部分を抽出し、抽出された磁性キャリア粒子部分のサイズをカウントした。具体的には、まず、解析する磁性キャリア粒子を抽出するため、磁性キャリア粒子と背景部分を分離する。Image−Pro Plus5.1Jの「測定」−「カウント/サイズ」を選択する。「カウント/サイズ」の「輝度レンジ選択」で、輝度レンジを50乃至255の範囲に設定して、背景として写りこんでいる輝度の低いカーボンテープ部分を除外し、磁性キャリア粒子の抽出を行った(図9)。カーボンテープ以外の方法で磁性キャリア粒子を固定した際には、必ずしも背景が輝度の低い領域とならない、あるいは、部分的に磁性キャリア粒子と同じような輝度となる可能性は皆無ではない。しかし、磁性キャリア粒子と背景の境界については、反射電子観察像から容易に区別できる。抽出を行う際、「カウント/サイズ」の抽出オプションで、4連結を選択し、平滑度5を入力、穴埋めるにチェックを入れ、画像の全ての境界(外周)上に位置する粒子や他の粒子と重なっている粒子については、計算から除外するものとした。次に「カウント/サイズ」の測定項目で、面積とフェレ径(平均)を選択し、面積の選別レンジを最小300pixel、最大10000000pixelとした(図10)。また、フェレ径(平均)は、後述する磁性キャリアの体積分布基準50%粒径(D50)の測定値の±25%径の範囲になるよう選別レンジを設定し、画像解析する磁性キャリア粒子を抽出した(図11)。抽出された磁性キャリア粒子に由来する部分の大きさ(pixel数)を(ja)、それぞれの抽出部分の和(Σja=Ja)、抽出された部分の数(Jc)を求めた。抽出されたキャリア粒子の数Jcが、Jc=50となるまで、別視野の磁性キャリア粒子投影像について同様の操作を繰り返した。
次に、磁性キャリア粒子の面積の画像解析時に選択した粒子上の、樹脂部分の面積を算出した。Image−Pro Plus5.1Jの「カウント/サイズ」の「輝度レンジ選択」で、輝度レンジを140〜255の範囲に設定して、キャリア粒子上の輝度の高い部分の抽出を行った。面積の選別レンジを最小10pixel、最大10000pixelとし、磁性キャリア粒子表面の樹脂部分以外の部分を抽出した(図12)。さらに、上記磁性キャリア部分の抽出時と同様に、画像外周に位置する粒子や50%粒径(D50)の測定値の±25%径の範囲から逸脱したものは、計算から除外した。樹脂部分以外の大きさ(pixel数)(ma)、それぞれの抽出部分の和(Ma)とした。キャリア粒子面積から樹脂部分以外の面積を差し引くことで樹脂部分の面積とし、下式に従い樹脂部分の面積%を計算した。
樹脂部分の面積%
=(キャリア粒子面積−樹脂部分以外の面積)/キャリア粒子面積×100
=((Ja−Ma)/Ja)×100
<金属酸化物に由来する部分の平均面積>
磁性キャリア粒子表面上の樹脂部分の面積%を算出するのと同様にして、金属酸化物部分に由来する部分(=樹脂部分以外)の大きさ(pixel数)(ma)、それぞれの抽出部分の和(Ma)を求めた。
また、金属酸化物部分に由来する部分の個数(mc)をカウントし、下式に従い金属酸化物に由来する部分の平均面積を計算した。
金属酸化物に由来する部分の平均面積=Ma/mc
<多孔質磁性コアのブレークダウンする寸前の電界強度>
多孔質磁性コア粒子のブレークダウンする寸前の電界強度及び比抵抗は、図3に概略される測定装置を用いて測定される。
抵抗測定セルAは、断面積2.4cm2の穴の開いた円筒状のPTFE樹脂容器1、下部電極(ステンレス製)2、支持台座(PTFE樹脂製)3、上部電極(ステンレス製)4から構成される。支持台座3上に円筒状のPTFE樹脂容器1を載せ、多孔質磁性コア粒子5 を0.5g乃至1.3g程度の範囲で充填し、充填された試料5に上部電極4を載せ、試料の厚みを測定する。予め試料のないときの厚みをd1(ブランク)、0.5g乃至1.3g程度の試料を充填したときの厚みd2(試料)とすると、実際の試料の厚みdは下記式で表せる。
d=d2(試料)−d1(ブランク)
この時、試料の厚みが0.95mm以上1.04mmとなるように試料の量を適宜変えることが重要である。
電極間に電圧を印加し、そのときに流れる電流を測定することによって多孔質磁性キャリアコア粒子のブレークダウンする寸前の電界強度を求めることができる。測定には、エレクトロメーター6(ケスレー6517A ケスレー社製)及び制御用にコンピュータ7を用いる。
制御用コンピュータにナショナルインスツルメンツ社製の制御系と制御ソフトウエア(LabVEIW ナショナルインスツルメンツ社製)を用いたソフトウエアにより行う。測定条件として、試料と電極との接触面積S=2.4cm2、試料の厚み0.95mm以上1.04mm以下になるように実測した値dを入力する。また、上部電極の荷重120g、最大印加電圧1000Vとする。
電圧の印加条件は、制御用コンピュータとエレクトロメーター間の制御にIEEE−488インターフェースを用いて、エレクトロメーターの自動レンジ機能を利用し、1V、2V、4V、8V、16V、32V、64V、128V、256V、512V、1000Vの電圧を1秒間ずつ印加するスクリーニングを行う。その際に最大1000V(電界強度としては、約10000V/cm)まで印加可能かどうかをエレクトロメーターが判断し、過電流が流れる場合、「VOLTAGE SOURCE OPARATE」が点滅する。すると印加電圧を下げて、印加可能な電圧をさらにスクリーニングし、印加電圧の最大値を自動的に決める。その後、本測定を行う。その最大電圧値を5分割した電圧を各ステップとして30秒間保持させた後の電流値から抵抗値を測定する。例えば、最大印加電圧が1000Vの場合には、200V、400V、600V、800V、1000V、1000V、800V、600V、400V、200Vと200V刻みで電圧を上げた後下げていくような順で印加し、それぞれのステップで30秒保持後の電流値から抵抗値を測定する。
また、例えば、表1に示すように後述の実施例1に用いられる多孔質磁性キャリアコアの場合には、スクリーニング時には、最大印加電圧が85.3Vであり、17.1V、34.1V、51.2V、68.2V、85.3V、85.3V、68.2V、51.2V、34.1V、17.1Vの順で印加する。そこで得られる電流値をコンピュータにより処理することで、試料厚み、電極面積から電界強度及び比抵抗を算出して、グラフにプロットする。その場合、最大印加電圧から電圧を下げていく5点(表1中の第6ステップから第10ステップまで)をプロットする。なお、各ステップでの測定において、「VOLTAGE SOURCE OPARATE」が点滅し、過電流が流れた場合には、測定上、抵抗値が0と表示される。この現象をブレークダウンすると定義する。この「VOLTAGE SOURCE OPARATE」が点滅する現象をもって、ブレークダウンする寸前の電界強度と定義する。したがって、「VOLTAGE SOURCE OPARATE」が点滅し、かつ、上述したプロファイルの最大電界強度のプロットされる点をもって、ブレークダウンする寸前の電界強度と定義する。最大印加電圧がかかった場合に「VOLTAGE SOURCE OPARATE」が点滅した場合、抵抗値が0とならず、プロットができる場合には、その点をもって、ブレークダウンする寸前の電界強度とする。表1に示す実施例1の多孔質磁性キャリアコアの場合には、85.3Vでブレークダウンしており、寸前の電圧としては68.2Vであり、ブレークダウンする寸前の電界強度は、669V/cmとなる。これを図4中に矢印で示す。
尚、比抵抗、電界強度は、下記式にて求められる。
比抵抗(Ω・cm)=(印加電圧(V)/測定電流(A))×S(cm2)/d(cm)
電界強度(V/cm)=印加電圧(V)/d(cm)
図4に実施例1に用いられる多孔質磁性キャリアコアに関して、プロットを行った結果を示す。
<磁性キャリア粒子及び多孔質磁性コア粒子の体積分布基準50%粒径(D50)、の測定方法>
粒度分布測定は、レーザー回折・散乱方式の粒度分布測定装置「マイクロトラックMT3300EX」(日機装社製)にて測定を行った。
磁性キャリア粒子及び多孔質磁性コア粒子の体積分布基準50%粒径(D50)の測定には、乾式測定用の試料供給機「ワンショットドライ型サンプルコンディショナーTurbotrac」(日機装社製)を装着して行った。Turbotracの供給条件として、真空源として集塵機を用い、風量約33リットル/sec、圧力約17kPaとした。制御は、ソフトウエア上で自動的に行う。粒径は体積基準の累積値である50%粒径(D50)を求める。制御及び解析は付属ソフト(バージョン10.3.3−202D)を用いて行う。
測定条件は、SetZero時間10秒、測定時間10秒、測定回数1回、粒子屈折率は、1.81、粒子形状を非球形、測定上限1408μm、測定下限0.243μmとする。測定は、常温常湿環境下で行う。
<トナーの円相当径0.500μm以上、1.985μm以下である粒子(小粒子)の割合の測定>
上記トナーの円相当径0.500μm以上1.985μm以下である粒子(小粒子)の割合は、フロー式粒子像測定装置「FPIA−3000型」(シスメックス社製)によって、校正作業時の測定・解析条件で測定した。
フロー式粒子像測定装置「FPIA−3000型」(シスメックス社製)の測定原理は、流れている粒子を静止画像として撮像し、画像解析を行うというものである。試料チャンバーへ加えられた試料は、試料吸引シリンジによって、フラットシースフローセルに送り込まれる。フラットシースフローに送り込まれた試料は、シース液に挟まれて扁平な流れを形成する。フラットシースフローセル内を通過する試料に対しては、1/60秒間隔でストロボ光が照射されており、流れている粒子を静止画像として撮影することが可能である。また、扁平な流れであるため、焦点の合った状態で撮像される。粒子像はCCDカメラで撮像され、撮像された画像は、1視野が512画素×512画素であり、1画素あたり0.37×0.37μmの画像処理解像度で画像処理され、各粒子像の輪郭抽出を行い、粒子像の投影面積や周囲長等が計測される。
次に、各粒子像の投影面積Sと周囲長Lを求める。上記面積Sと周囲長Lを用いて円相当径を求める。円形当径とは、粒子像の投影面積と同じ面積を持つ円の直径のことである。
具体的な測定方法としては、イオン交換水20mlに、分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を0.02g加えた後、測定試料0.02gを加え、発振周波数50kHz、電気的出力150Wの卓上型の超音波洗浄器分散機(例えば「VS−150」(ヴェルヴォクリーア社製など)を用いて2分間分散処理を行い、測定用の分散液とした。その際、分散液の温度が10℃以上40℃以下となる様に適宜冷却する。
測定には、標準対物レンズ(10倍 開口数0.40)を搭載した前記フロー式粒子像分析装置を用い、シース液にはパーティクルシース「PSE−900A」(シスメックス社製)を使用した。前記手順に従い調整した分散液を前記フロー式粒子像測定装置に導入し、HPF測定モードで、トータルカウントモードにて3000個のトナー粒子を計測した。また、粒子解析時の2値化閾値を85%とし、解析粒子径を指定することにより、その範囲の粒子の個数割合(%)を算出することができる。円相当径0.500μm以上1.985μm以下である粒子(小粒子)の割合は、円相当径の解析粒子径範囲を、0.500μm以上1.985μm以下とし、その範囲に含まれる粒子の個数割合(%)を算出した。
測定にあたっては、測定開始前に標準ラテックス粒子(例えばDuke Scientific社製5200Aをイオン交換水で希釈)を用いて自動焦点調整を行う。その後、測定開始から2時間毎に焦点調整を実施することが好ましい。
なお、本願実施例では、シスメックス社による校正作業が行われた、シスメックス社が発行する校正証明書の発行を受けたフロー式粒子像測定装置を使用し、解析粒子径を0.500μm以上、1.985μm以下に限定した以外は、校正証明を受けた時の測定及び解析条件で測定を行った。
<トナーの重量平均粒子径(D4)の測定>
トナーの重量平均粒径(D4)は、100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター社製)と、測定条件設定及び測定データ解析をするための付属の専用ソフト「ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51」(ベックマン・コールター社製)を用いて、実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで測定し、測定データの解析を行い、算出した。
測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解して濃度が約1質量%となるようにしたもの、例えば、「ISOTON II」(ベックマン・コールター社製)が使用できる。
尚、測定、解析を行う前に、以下のように前記専用ソフトの設定を行った。
前記専用ソフトの「標準測定方法(SOM)を変更画面」において、コントロールモードの総カウント数を50000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマン・コールター社製)を用いて得られた値を設定する。閾値/ノイズレベルの測定ボタンを押すことで、閾値とノイズレベルを自動設定する。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON IIに設定し、測定後のアパーチャーチューブのフラッシュにチェックを入れる。
専用ソフトの「パルスから粒径への変換設定画面」において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μm以上60μm以下に設定する。
具体的な測定法は以下の通りである。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250ml丸底ビーカーに前記電解水溶液約200mlを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行う。そして、解析ソフトの「アパーチャーのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100ml平底ビーカーに前記電解水溶液約30mlを入れ、この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で3質量倍に希釈した希釈液を約0.3ml加える。
(3)発振周波数50kHzの発振器2個を位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispension System Tetora150」(日科機バイオス社製)の水槽内に所定量のイオン交換水を入れ、この水槽中に前記コンタミノンNを約2ml添加する。
(4)前記(2)のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整する。
(5)前記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。尚、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナーを分散した前記(5)の電解質水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行う。
(7)測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行い、重量平均粒径(D4)を算出する。尚、専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、分析/体積統計値(算術平均)画面の「平均径」が重量平均粒径(D4)である。
<樹脂のピーク分子量(Mp)、数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)の測定方法>
樹脂の分子量分布は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、以下のようにして測定する。
まず、室温で24時間かけて、樹脂をテトラヒドロフラン(THF)に溶解する。そして、得られた溶液を、ポア径が0.2μmの耐溶剤性メンブランフィルター「マエショリディスク」(東ソー社製)で濾過してサンプル溶液を得る。尚、サンプル溶液は、THFに可溶な成分の濃度が約0.8質量%となるように調整する。このサンプル溶液を用いて、以下の条件で測定する。
装置:HLC8120 GPC(検出器:RI)(東ソー社製)
カラム:Shodex KF−801、802、803、804、805、806、807の7連(昭和電工社製)
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
流速:1.0ml/min
オーブン温度:40.0℃
試料注入量:0.10ml
試料の分子量の算出にあたっては、標準ポリスチレン樹脂(例えば、商品名「TSKスタンダード ポリスチレン F−850、F−450、F−288、F−128、F−80、F−40、F−20、F−10、F−4、F−2、F−1、A−5000、A−2500、A−1000、A−500」、東ソ−社製)を用いて作成した分子量校正曲線を使用する。
<ワックスの最大吸熱ピークのピーク温度、結着樹脂のガラス転移温度Tg>
ワックスの最大吸熱ピークのピーク温度は、示差走査熱量分析装置「Q1000」(TA Instruments社製)を用いてASTM D3418−82に準じて測定する。
装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。
具体的には、ワックスを約10mgを精秤し、これをアルミニウム製のパンの中に入れ、リファレンスとして空のアルミニウム製のパンを用い、測定温度範囲30〜200℃の間で、昇温速度10℃/minで測定を行う。尚、測定においては、一度200℃まで昇温させ、続いて30℃まで降温し、その後に再度昇温を行う。この2度目の昇温過程での温度30乃至200℃の範囲におけるDSC曲線の最大の吸熱ピークを、本発明のワックスの最大吸熱ピークとする。
また、トナー及び結着樹脂のガラス転移温度(Tg)は、ワックス測定時と同様に、結着樹脂を約10mgを精秤し測定を行う。すると、温度40℃乃至100℃の範囲において比熱変化が得られる。このときの比熱変化が出る前と出た後のベースラインの中間点の線と示差熱曲線との交点を、結着樹脂のガラス転移温度Tgとする。
<無機粒子の個数分布基準の粒径の測定>
無機粒子の個数分布基準の粒径は、以下の手順で測定した。
トナーを、走査型電子顕微鏡S−4800(日立製作所社製)を用いて、未蒸着の状態で、加速電圧2.0kVにて行う。反射電子像を50,000倍で観察する。反射電子の放出量は試料を構成する物質の原子番号に依存することから無機粒子とトナー粒子母体など有機系物質とのコントラストができる。トナー粒子母体よりハイライト(白いもの)成分の粒子をもって、無機粒子と判断できる。そして、粒径が5nm以上の微粒子をランダムに500個抽出する。抽出された粒子の長軸と短軸をデジタイザにより測定し、長軸と短軸の平均値を微粒子の粒径とする。抽出された500個の粒子の粒径分布(カラム幅を5乃至15nm,15乃至25nm,25乃至35nm,・・・のように10nm毎に区切ったカラムのヒストグラムを用いる)において、カラムの中心値の粒径をもって、ヒストグラムを描く。ヒストグラムから、極大となる粒径が50nm以上300nm以下の範囲にあるかを判断する。ヒストグラム中、極大となる粒径は単独でも複数でもよく、50nm以上300nm以下の範囲におけるピークが最大値をとっても取らなくてもよい。
<磁性キャリアの磁化の強さの測定方法>
磁性キャリア及び磁性コアの磁化の強さは、振動磁場型磁気特性測定装置(Vibrating sample magnetometer)や直流磁化特性記録装置(B−Hトレーサー)で求めることが可能である。後述の実施例においては、振動磁場型磁気特性測定装置BHV−30(理研電子(株)製)で以下の手順で測定する。
円筒状のプラスチック容器に磁性キャリア又は磁性コアを十分に密に充填したものを試料とする。該容器に充填した試料の実際の質量を測定する。その後、瞬間接着剤により試料が動かないようにプラスチック容器内の試料を接着する。
標準試料を用いて、5000/4π(kA/m)での外部磁場軸及び磁化モーメント軸の校正を行う。
スイープ速度5min/roopとし、1000/4π(kA/m)の外部磁場を印加した磁化モーメントのループから磁化の強さを測定した。これらより、試料重さで除して、磁性キャリア及び磁性コアの磁化の強さ(Am2/kg)を求める。
<多孔質磁性コアの真密度の測定方法>
多孔質磁性コアの真密度は、乾式自動密度計アキュピック1330(島津製作所社製)を用い測定する。まず、23℃50%RHの環境に24時間放置したサンプル試料を5g精秤し、測定用セル(10cm3)に入れ、本体試料室に挿入する。測定は、試料サンプル質量を本体に入力し測定をスタートさせることにより自動測定できる。
自動測定の測定条件は、20.000psig(2.392×102kPa)で調整されたヘリウムガスを用い、試料室内に10回パージした後、試料室内の圧力変化が0.005psig/min(3.447×10-2kPa/min)になる状態を平衡状態とし、平衡状態になるまで繰り返しヘリウムガスをパージする。平衡状態の時の本体試料室の圧力を測定する。その平衡状態に達した時の圧力変化により試料サンプル体積が算出できる(ボイルの法則)。
試料サンプル体積が算出できることにより、以下の式で試料サンプルの真比重が計算できる。
試料サンプルの真比重(g/cm3)=試料サンプル質量(g)/試料サンプル体積(cm3)
この自動測定により5回繰り返し測定した値の平均値を磁性キャリア及び多孔質磁性コアの真比重(g/cm3)とする。
<多孔質磁性コアの見かけ密度の測定方法>
JIS−Z2504(金属粉の見かけ密度試験方法)に準じ、金属粉に代えて磁性キャリア及び多孔質磁性コアを用いることにより、磁性キャリア及び多孔質磁性コアの見かけ密度を求める。
<外添剤(無機粒子及びシリカ微粒子)の個数平均粒径の測定方法>
測定は走査型電子顕微鏡S−4700(日立製作所製)を用いて行う。撮影倍率は5万倍とし、さらに撮影された写真を2倍に引き伸ばした後、FE−SEM写真像から測長する。球状粒子に関してはその直径、楕円形球状粒子に関しては最大径(長軸径)をもって当該粒子の粒径とし、100個の無機微粒子測長し、その平均の値を求め個数平均粒径を算出した。
以下、実施例を参照して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではない。
多孔質磁性コア粒子の製造例1
工程1(秤量・混合工程):
Fe2O3 61.1質量%
MnCO3 33.5質量%
Mg(OH)2 4.5質量%
SrCO3 0.9質量%
となるようにフェライト原材料を秤量した。その後、ジルコニア(φ10mm)のボールを用いた乾式ボールミルで2時間粉砕・混合した。
工程2(仮焼成工程):
粉砕・混合した後、バーナー式焼成炉を用い大気中で950℃で2時間焼成し、仮焼フェライトを作製した。フェライトの組成は、下記の通り。
(MnO)a(MgO)b(SrO)c(Fe2O3)d
上記式において、a=0.39、b=0.10、c=0.01、d=0.50
工程3(粉砕工程):
クラッシャーで0.5mm程度に粉砕した後に、ジルコニアのビーズ(φ1.0mm)を用い、仮焼フェライト100質量部に対し水を30質量部加え、湿式ビーズミルで4時間粉砕し、フェライトスラリーを得た。
工程4(造粒工程):
フェライトスラリーに、バインダーとして仮焼フェライト100質量部に対してポリビニルアルコール2.0質量部を添加し、スプレードライヤー(製造元:大川原化工機)で、36μmの球状粒子に造粒した。
工程5(本焼成工程):
焼成雰囲気をコントロールするために、電気炉にて窒素雰囲気下(酸素濃度0.02体積%)で、1050℃で4時間焼成した。
工程6(選別工程):
凝集した粒子を解砕した後に、目開き250μmの篩で篩分して粗大粒子を除去し、多孔質磁性コア粒子1を得た。物性は、D50=34.5、300v/cmにおける比抵抗=6.0×106、真比重=4.8、見かけ比重=1.2であった。多孔質磁性コア粒子1の物性を表2にまとめた。
多孔質磁性コア粒子の製造例2
工程1(秤量・混合工程):
Fe2O3 80.3質量%
MnCO3 28.3質量%
Mg(OH)2 1.4質量%
となるようにフェライト原材料を秤量した。その後、ジルコニア(φ10mm)のボールを用いた乾式ボールミルで2時間粉砕・混合した。フェライトの組成は、下記の通り。
(MnO)a(MgO)b(Fe2O3)C
上記式において、a=0.36、b=0.05、c=0.59
以降の工程は、多孔質磁性コア粒子の製造例1と同様にして、多孔質磁性コア粒子2を得た。多孔質磁性コア粒子2の物性を表2にまとめた。
多孔質磁性コア粒子の製造例3
工程5の焼成条件の窒素雰囲気を酸素濃度0.01体積%未満にした以外は、多孔質磁性コア粒子の製造例2と同様にして、多孔質磁性コア粒子3を得た。多孔質磁性コア粒子3の物性を表2にまとめた。
多孔質磁性コア粒子の製造例4
多孔質磁性コア粒子の製造例1の工程3におけるジルコニアのビーズ(φ1.0mm)による粉砕時間を3時間に変更した。また、工程5の焼成条件において、電気炉にて窒素雰囲気下(酸素濃度0.01体積%未満)とした。加えて、1100℃で4時間焼成した以外は、多孔質磁性コア粒子の製造例1と同様にして、多孔質磁性コア粒子4を得た。多孔質磁性コア粒子4の物性を表2にまとめた。
多孔質磁性コア粒子の製造例5
工程5の焼成条件において、雰囲気の酸素濃度を0.30体積%にした以外は、多孔質磁性コア粒子の製造例4と同様にして、多孔質磁性コア粒子5を得た。多孔質磁性コア粒子5の物性を表2にまとめた。
多孔質磁性コア粒子の製造例6
工程3のジルコニアのビーズ(φ1.0mm)による粉砕時間を2時間に変更し、工程5の焼成条件において、雰囲気の酸素濃度を0.05体積%とした以外は、多孔質磁性コア粒子の製造例4と同様にして、多孔質磁性コア粒子6を得た。多孔質磁性コア粒子6の物性を表2にまとめた。
多孔質磁性コア粒子の製造例7
工程5の焼成条件において、雰囲気の酸素濃度を0.20体積%とした以外は、多孔質磁性コア粒子の製造例6と同様にして、多孔質磁性コア粒子7を得た。多孔質磁性コア粒子7の物性を表2にまとめた。
多孔質磁性コア粒子の製造例8
工程5の焼成条件において、電気炉にて窒素雰囲気下(酸素濃度0.01体積%未満)として1150℃で4時間焼成した以外は、多孔質磁性コア粒子の製造例6と同様にして、多孔質磁性コア粒子8を得た。多孔質磁性コア粒子8の物性を表2にまとめた。
多孔質磁性コア粒子の製造例9
工程5の焼成条件において、雰囲気の酸素濃度を0.30体積%とした以外は、多孔質磁性コア粒子の製造例8と同様にして、多孔質磁性コア粒子9を得た。多孔質磁性コア粒子9の物性を表2にまとめた。
多孔質磁性コア粒子の製造例10
工程5の焼成条件において、雰囲気の酸素濃度を0.50体積%とした以外は、多孔質磁性コア粒子の製造例8と同様にして、多孔質磁性コア粒子10を得た。多孔質磁性コア粒子10の物性を表2にまとめた。
多孔質磁性コア粒子の製造例11
工程1(秤量・混合工程):
Fe2O3 61.6質量%
MnCO3 31.6質量%
Mg(OH)2 5.7質量%
SrCO3 0.7質量%
となるようにフェライト原材料を秤量した。その後、ジルコニア(φ10mm)のボールを用いた湿式ボールミルで5時間粉砕・混合した。その後スプレードライヤーで乾燥し、球状粒子を得た。
工程2(仮焼成工程):
球状粒子を、バーナー式焼成炉を用い大気中で950℃で2時間焼成し、仮焼フェライトを作製した。フェライトの組成は、下記の通り。
(MnO)a(MgO)b(SrO)c(Fe2O3)d
上記式において、a=0.36、b=0.13、c=0.01、d=0.50
工程3(粉砕工程):
クラッシャーで0.5mm程度に粉砕した後に、ステンレスビーズ(φ3mm)を用い、仮焼フェライト100質量部に対し水を30質量部加え、湿式ボールミルで1時間粉砕した。そのスラリーを、ステンレスビーズ(φ1.0mm)を用いた湿式ビーズミルで4時間粉砕しフェライトスラリーを得た。
工程4(造粒工程):
フェライトスラリーに、バインダーとして仮焼フェライト100質量部に対してポリビニルアルコール1.0質量部を添加し、スプレードライヤー(製造元:大川原化工機)で、35μmの球状粒子に造粒した。
工程5(本焼成工程):
焼成雰囲気をコントロールするために、電気炉にて酸素濃度0.5体積%で、1100℃で4時間焼成した。
工程6(選別工程):
凝集した粒子を解砕した後に、目開き250μmの篩で篩分して粗大粒子を除去し、多孔質磁性コア粒子11を得た。多孔質磁性コア粒子11の物性を表2にまとめた。
磁性コア粒子の製造例12
工程1:
Fe2O3 71.0質量%
CuO 12.5質量%
ZuO 16.5質量%
となるようにフェライト原材料を秤量した。その後、ジルコニア(φ10mm)のボールを用いた乾式ボールミルで2時間粉砕・混合した。
工程2:
粉砕・混合した後、大気中で950℃で2時間焼成し、仮焼フェライトを作製した。フェライトの組成は、下記の通り。
(CuO)a(ZnO)b(Fe2O3)c
上記式において、a=0.25、b=0.20、c=0.55
なお、上記フェライトは主元素を示し、それ以外の微量金属を含有するものも含んでいる。
工程3:
クラッシャーで0.5mm程度に粉砕した後に、ステンレスのボール(φ10mm)を用い、仮焼フェライト100質量部に対し水を30質量部加え、湿式ボールミルで2時間粉砕した。そのスラリーを、ステンレスビーズ(φ1.0mm)を用いた湿式ビーズミルでさらに4時間粉砕しフェライトスラリーを得た。
工程4:
フェライトスラリーに、バインダーとして仮焼フェライト100質量部に対しポリビニルアルコール0.5質量部を添加し、スプレードライヤー(製造元:大川原化工機)で75μmの球状粒子に造粒した。
工程5:
大気中で1300℃で4時間焼成した。
工程6:
凝集した粒子を解砕した後に、目開き250μmの篩で篩分して粗大粒子を除去し、磁性コア粒子12を得た。磁性コア粒子12の物性を、表2に記載した。
磁性コア粒子の製造例13
磁性コア粒子12の製造例において、工程3でクラッシャーによって0.5mm程度に粉砕した後、ステンレスのボール(φ10mm)を用いて湿式ボールミルで6時間粉砕を行なった。さらに、工程4で、39μmの球状粒子に造粒した以外は、磁性コア粒子12と同様にして磁性コア粒子13を得た。磁性コア粒子13の物性を表2に記載した。
(樹脂溶液Aの調製)
シリコーンワニス
(SR2410 東レ・ダウコーニング社製 固形分濃度20質量%)75.8質量部
γ−アミノプロピルトリエトキシシラン 1.5質量部
トルエン 22.7質量部
以上を混合し、樹脂溶液A(粘度1.2×10-4m2/sec)を得た。
(樹脂溶液B及びCの調製)
表3に従い、樹脂溶液B及びCを調製した。樹脂溶液B及びCの粘度は、それぞれ、1.1×10-4m2/sec、粘度1.2×10-4m2/secであった。
(樹脂溶液Dの調製)
表3に従い、各材料を混合した。3mmのガラスビーズをメディア粒子として加え、サンドミルにて1時間分散した後、フルイを用いてビーズを分離して、樹脂溶液Dとした。
(充填コア粒子1の製造例)
多孔質磁性コア粒子1 100質量部を万能撹拌混合機(ダルトン社製)に入れ、80℃に加熱し、多孔質磁性コア粒子1 100質量部に対して充填樹脂成分として15質量部に相当する樹脂溶液Aを加え、揮発してくる有機溶剤を排気しながら撹拌した。2時間の間、80℃で加熱と撹拌を続け、溶剤を除去した。得られた試料をジュリアミキサー(徳寿工作所)に移し、窒素雰囲気下に200℃で2時間熱処理して、開口70μmのメッシュで分級して充填コア粒子1を得た(樹脂充填量15.0質量部)。
(充填コア粒子2、3、7、9製造例)
表4に従い、使用する磁性コア種、樹脂溶液種を切り替え、それぞれの磁性コア材 100質量部に対して表4の樹脂充填量となるよう樹脂の充填を行った以外は、充填コア粒子1の製造例と同様にして、充填コア粒子2、3、7、9を得た。
(充填コア4の製造例)
多孔質磁性キャリアコア粒子5 100質量部を万能撹拌混合機(ダルトン社製)に入れ、減圧下、50℃に加熱した。多孔質磁性キャリアコア粒子5 100質量部に対して充填樹脂成分として11質量部に相当する樹脂液Aを加え、2時間の間、50℃を保持し、撹拌を続け、樹脂を含浸した。その後、80℃まで昇温して溶剤を除去した。得られた試料をジュリアミキサー(徳寿工作所)に移し、窒素雰囲気下に200℃で2時間熱処理して、開口70μmのメッシュで分級して充填コア粒子4を得た。
(充填コア5、6、8、11の製造例)
表4に従い、使用する磁性コア種、樹脂溶液種を切り替え、それぞれ磁性コア材100質量部に対して表4の樹脂充填量となるよう樹脂の充填を行った。それ以外は、充填コア粒子4の製造例と同様にして、充填コア粒子5、6、8、11を得た。
(充填コア10の製造例)
多孔質磁性コア粒子11 100質量部を一軸式間接加熱型乾燥機に入れ、75℃に保持し撹拌しながらして充填樹脂成分として13質量部に相当する樹脂液Aを滴下した。その後、200℃まで昇温し、2時間保持した。開口70μmのメッシュで分級して充填コア粒子10を得た。
〔磁性キャリア1の製造例〕
充填コア粒子1 100質量部をナウタミキサ(ホソカワミクロン社製)に投入し、スクリューの回転速度100min-1、自転速度が3.5min-1の条件で撹拌しながら減圧下で70℃に加熱した。続いて、樹脂溶液Cを固形分濃度が10質量%になるようにトルエンで希釈し、充填コア粒子1 100質量部に対して被覆樹脂成分として1.5質量部になるように樹脂溶液を投入した。2時間かけて溶媒除去及び塗布操作を行った。その後、180℃まで昇温し、2時間撹拌を続けた後、70℃まで降温した。さらに、樹脂溶液Cを用いて、充填コア粒子1 100質量部に対して、被覆樹脂成分として1.0質量部になるよう樹脂溶液を投入し、2時間かけて溶媒除去及び塗布操作を行った。得られた試料は、ジュリアミキサー(徳寿工作所社製)に移し、窒素雰囲気下、温度180℃で4時間熱処理した後、開口70μmのメッシュで分級して磁性キャリア1を得た。得られた磁性キャリア1の物性を表4に示す。
〔磁性キャリア2の製造例〕
充填コア粒子として、充填コア粒子2を用い、樹脂溶液Aを用いた以外は、磁性キャリア1と同様にして、磁性キャリア2を得た。磁性キャリア2の物性を表4に示す。
〔磁性キャリア3の製造例〕
充填コア粒子3 100質量部をナウタミキサ(ホソカワミクロン社製)に投入し、スクリューの自転速度100min-1、スクリューの公転速度が3.5min-1の条件で撹拌しながら減圧下で70℃に加熱した。続いて、樹脂溶液Aを固形分濃度が15質量%になるようにトルエンで希釈し、充填コア粒子3 100質量部に対して被覆樹脂成分として1.0質量部になるように樹脂溶液を投入した。2時間かけて溶媒除去及び塗布操作を行った。その後、180℃まで昇温し、2時間撹拌を続けた後、70℃まで降温した。さらに、スクリューの自転速度70min-1、スクリューの公転速度が2.0min-1にして、充填コア粒子1 100質量部に対して、被覆樹脂成分として0.5質量部になるよう樹脂溶液Aを投入し、2時間かけて溶媒除去及び塗布操作を行った。得られた試料は、ジュリアミキサー(徳寿工作所社製)に移し、窒素雰囲気下、温度180℃で4時間熱処理した後、開口70μmのメッシュで分級して磁性キャリア3を得た。得られた磁性キャリア3の物性を表4に示す。
〔磁性キャリア4の製造例〕
充填コア粒子4 100質量部をナウタミキサ(ホソカワミクロン社製)に投入し、スクリューの自転速度100min-1、スクリューの公転速度が3.5min-1の条件で撹拌しながら減圧下で70℃に加熱した。続いて、樹脂溶液Aを固形分濃度が10質量%になるようにトルエンで希釈し、充填コア粒子4 100質量部に対して被覆樹脂成分として0.5質量部になるように樹脂溶液を投入した。2時間かけて溶媒除去及び塗布操作を行った。その後、180℃まで昇温し、2時間撹拌を続けた後、70℃まで降温した。さらに、固形分濃度が15質量%になるよう希釈した樹脂溶液Aを投入し、充填コア粒子4 100質量部に対して、被覆樹脂成分として1.0質量部になるよう2時間かけて溶媒除去及び塗布操作を行った。得られた試料は、ジュリアミキサー(徳寿工作所社製)に移し、窒素雰囲気下、温度180℃で4時間熱処理した後、開口70μmのメッシュで分級して磁性キャリア4を得た。得られた磁性キャリア4の物性を表4に示す。
〔磁性キャリア5の製造例〕
充填コア粒子5 100質量部をナウタミキサ(ホソカワミクロン社製)に投入し、スクリューの回転速度100min-1、自転速度が3.5min-1の条件で撹拌しながら減圧下で70℃に加熱した。続いて、樹脂溶液Aを固形分濃度が15質量%になるようにトルエンで希釈し、充填コア粒子5 100質量部に対して被覆樹脂成分として0.5質量部になるように樹脂溶液を投入した。2時間かけて溶媒除去及び塗布操作を行った。その後、180℃まで昇温し、2時間撹拌を続けた。さらに、70℃まで降温して、充填コア粒子5 100質量部に対して、被覆樹脂成分として0.5質量部になるよう固形分濃度が15質量%になるよう希釈した樹脂溶液Aを投入し、2時間かけて溶媒除去及び塗布操作を行った。その後、180℃まで昇温し、2時間撹拌を続けた後、70℃まで降温した。さらに、充填コア粒子5 100質量部に対して、被覆樹脂成分として0.5質量部になるよう固形分濃度が10質量%になるよう希釈した樹脂溶液Aを投入し、2時間かけて溶媒除去及び塗布操作を行った。得られた試料は、ジュリアミキサー(徳寿工作所社製)に移し、窒素雰囲気下、温度180℃で4時間熱処理した後、開口70μmのメッシュで分級して磁性キャリア5を得た。得られた磁性キャリア5の物性を表4に示す。
〔磁性キャリア6の製造例〕
充填コア粒子6に、樹脂被覆操作は行わず、そのまま磁性キャリア6として評価に用いた。磁性キャリア6の物性も表4に示す。
〔磁性キャリア7〕
充填コア粒子1に、樹脂被覆操作は行わず、そのまま磁性キャリア7として評価に用いた。磁性キャリア7の物性も表4に示す。
〔磁性キャリア8の製造例〕
充填コア粒子7 100質量部をナウタミキサ(ホソカワミクロン社製)に投入し、スクリューの回転速度100min-1、自転速度が3.5min-1の条件で撹拌しながら減圧下で70℃に加熱した。続いて、樹脂溶液Cを固形分濃度が5質量%になるようにトルエンで希釈し、充填コア粒子8 100質量部に対して被覆樹脂成分として1.5質量部になるように固形分濃度が5質量%になるよう希釈した樹脂溶液を投入した。6時間かけて溶媒除去及び塗布操作を行った。その後、180℃まで昇温し、2時間撹拌を続けた後、70℃まで降温した。充填コア粒子7 100質量部に対して、被覆樹脂成分として0.5質量部になるよう固形分濃度が10質量%になるよう希釈した樹脂溶液Aを投入し、6時間かけて溶媒除去及び塗布操作を行った。得られた試料は、ジュリアミキサー(徳寿工作所社製)に移し、窒素雰囲気下、温度180℃で4時間熱処理した後、開口70μmのメッシュで分級して磁性キャリア8を得た。得られた磁性キャリア8の物性を表4に示す。
〔磁性キャリア9の製造例〕
充填コア粒子8に、樹脂被覆操作は行わず、そのまま磁性キャリア9として評価に用いた。磁性キャリア9の物性も表4に示す。
〔磁性キャリア10の製造例〕
多孔質磁性コア3 100質量部をナウタミキサ(ホソカワミクロン社製)に投入し、スクリューの自転速度50min-1、スクリューの公転速度が1.0min-1の条件で撹拌しながら70℃に加熱した。続いて、樹脂溶液Cを多孔質磁性コア3 100質量部に対して、被覆樹脂成分として1.5質量部になるように樹脂溶液を投入して、2時間撹拌した。減圧して、2時間かけて溶媒除去及び塗布操作を行った。その後、180℃まで昇温し、2時間撹拌を続けた後、70℃まで降温した。多孔質磁性コア11 100質量部に対して、被覆樹脂成分として2.5質量部になるよう固形分濃度10%となるよう希釈した樹脂溶液Aを投入し、6時間かけて溶媒除去及び塗布操作を行った。得られた試料は、ジュリアミキサー(徳寿工作所社製)に移し、窒素雰囲気下、温度180℃で4時間熱処理した後、開口70μmのメッシュで分級して磁性キャリア10を得た。得られた磁性キャリア10の物性を表4に示す。
〔磁性キャリア11の製造例〕
充填コア粒子9 100質量部をナウタミキサ(ホソカワミクロン社製)に投入し、スクリューの自転速度100min-1、スクリューの公転速度が2.0min-1の条件で撹拌しながら減圧下で70℃に加熱した。続いて、樹脂溶液Cを充填コア粒子9 100質量部に対して被覆樹脂成分として0.7質量部になるように樹脂溶液を投入した。2時間かけて溶媒除去及び塗布操作を行った。その後、180℃まで昇温し、2時間撹拌を続けた後、70℃まで降温した。充填コア粒子9 100質量部に対して、被覆樹脂成分として0.3質量部になるよう固形分濃度10%となるよう希釈した樹脂溶液Aを投入し、6時間かけて溶媒除去及び塗布操作を行った。得られた試料は、ジュリアミキサー(徳寿工作所社製)に移し、窒素雰囲気下、温度180℃で4時間熱処理した後、開口70μmのメッシュで分級して磁性キャリア11を得た。得られた磁性キャリア11の物性を表4に示す。
〔磁性キャリア12の製造例〕
樹脂溶液Dを用いて、80℃に加熱した流動床を用いて撹拌しながら、充填コア粒子10に100質量部に対して、被覆樹脂成分が1.3質量%となるように塗布操作及び溶媒除去を行った。を行った。その後、その後、220℃で2時間熱処理を行った後、開口70μmのメッシュで分級して磁性キャリア12を得た。得られた磁性キャリア12の物性を表4に示す。
〔磁性キャリア13の製造例〕
磁性コア粒子12 100質量部に対して、被覆樹脂成分が0.5質量%となるように、樹脂溶液Bを用いて、80℃に加熱した流動床で塗布操作及び溶媒除去を行った。その後、220℃で2時間の熱処理を行った後、開口70μmのメッシュで分級して磁性キャリア13を得た。得られた磁性キャリア13の物性を表4に示す。
〔磁性キャリア14の製造例〕
充填コア粒子11に、樹脂被覆操作は行わず、そのまま磁性キャリア14として評価に用いた。磁性キャリア14の物性も表4に示す。
〔磁性キャリア15の製造例〕
磁性コア粒子13 100質量部に対して、被覆樹脂成分が1.0質量%となるように、樹脂溶液Aを用いて、80℃に加熱した流動床で塗布操作及び溶媒除去を行った。塗布溶媒除去を行った後80℃で2時間撹拌を続け、さらに磁性コア粒子13 100質量部に対して、被覆樹脂成分が1.5質量%となるように、樹脂溶液Aを用いて、流動床で塗布操作及び溶媒除去を行った。200℃で2時間の熱処理を行った後、開口70μmのメッシュで分級して磁性キャリア15を得た。得られた磁性キャリア15の物性を表4に示す。
[樹脂Aの製造例(ハイブリッド樹脂)]
スチレン1.9mol、2−エチルヘキシルアクリレート0.21mol、フマル酸0.15mol、α−メチルスチレンの2量体0.03mol、ジクミルパーオキサイド0.05molを滴下ロートに入れた。また、ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン7.0mol、ポリオキシエチレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン3.0mol、テレフタル酸3.0mol、無水トリメリット酸2.0mol、フマル酸5.0mol及び酸化ジブチル錫0.2gをガラス製4リットルの4つ口フラスコに入れ、温度計、撹拌棒、コンデンサー及び窒素導入管を取りつけマントルヒーター内においた。次にフラスコ内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、145℃の温度で撹拌しつつ、先の滴下ロートよりビニル系樹脂のモノマー、架橋剤及び重合開始剤を5時間かけて滴下した。次いで200℃に昇温し、200℃で4.0時間反応させてハイブリッド樹脂(樹脂A)を得た。この樹脂AのGPCによる分子量は、重量平均分子量(Mw)64000,数平均分子量(Mn)4500、ピーク分子量(Mp)7000であった。
[無機粒子(ゾルゲルシリカ微粒子)の製造例]
メタノール、水、アンモニア水存在下、35℃に加温し、撹拌しながら、テトラメトキシシランを滴下し、シリカ微粒子の懸濁液を得た。溶媒置換を行い、得られた分散液に疎水化処理剤としてヘキサメチルジシラザンを室温で添加し、その後、130℃まで加熱して反応させ、シリカ微粒子表面の疎水化処理を行なった。湿式で篩いを通過させ、粗大粒子を除去した後、溶媒を除去し、乾燥して、無機粒子A(ゾルゲルシリカ微粒子)を得た。前記無機粒子Aの個数分布基準の粒径は110nmであった。同様に、反応温度と撹拌速度を適宜変更することによって個数平均粒径が43nm、50nm、280nm、330nmの無機粒子(ゾルゲルシリカ微粒子)B〜Eをそれぞれ調製した。
<マゼンタマスターバッチの製造>
・樹脂A 60質量部
・マゼンタ顔料(PigmentRed−57 20質量部
・マゼンタ顔料(PigmentRed−122) 20質量部
上記の材料をニーダーミキサーにより溶融混練し、マゼンタマスターバッチを作製した。
<トナー製造例1>
・樹脂A 88.3質量部
・精製パラフィンワックス(最大吸熱ピーク:70℃) 5.0質量部
・上記マゼンタマスターバッチ(着色剤分40質量%) 19.5質量部
・ジ−ターシャリーブチルサリチル酸のアルミニウム化合物(負荷電制御剤)
0.9質量部
上記処方をヘンシェルミキサー(FM−75型、三井三池化工機(株)製)で混合した後、温度150℃に設定した二軸混練機(PCM−30型、池貝鉄工(株)製)にて混練した。得られた混練物を冷却し、ハンマーミルにて1mm以下に粗粉砕し、粗砕物を得た。得られた粗砕物を、機械式粉砕機(T−250、ターボ工業(株)製)にて微粉砕した。ホソカワミクロン社製の粒子設計装置(製品名:ファカルティ)を用いて、分級を行い、円相当径0.500μm以上1.985μm未満である粒子(小粒子)が5個数%になるように調整を行ない、重量平均粒径(D4)6.2μmのトナー粒子1を得た。
得られたトナー粒子1 100質量部に、無機粒子(ゾルゲルシリカ微粒子)A1.0質量部、及びヘキサメチルジシラザン20質量%で表面処理した一次平均粒子径16nmの疎水性シリカ微粒子1.0質量部を添加し、ヘンシェルミキサー(FM−75型、三井三池化工機(株)製)で混合して、トナー1を得た。
<トナー製造例2>
トナー1の製造例において、トナー粒子1 100質量部に、無機粒子(ゾルゲルシリカ微粒子)C1.0質量部とした以外は、トナー製造例1と同様にして、トナー2を得た。
<トナー製造例3>
トナー1の製造例において、トナー粒子1 100質量部に、無機粒子(ゾルゲルシリカ微粒子)D1.0質量部とした以外は、トナー製造例1と同様にして、トナー3を得た。
<トナー製造例4>
トナー1の製造例において、トナー粒子1 100質量部に、無機粒子(ゾルゲルシリカ微粒子)E1.0質量部とした以外は、トナー製造例1と同様にして、トナー4を得た。
<トナー製造例5>
トナー製造例1において、ホソカワミクロン社製の粒子設計装置(製品名:ファカルティ)を用いて、分級を行い、円相当径0.500μm以上1.985μm未満である粒子(小粒子)が28個数%になるように調整を行なう以外は同様にし、トナー粒子Bを得た。得られたトナー粒子Bは、重量平均粒径(D4)が5.6μmであった。トナー1の製造例において、トナー粒子Bを用い、トナー粒子B 100質量部に対して、無機粒子(ゾルゲルシリカ微粒子)Eを1.0質量部添加した以外は、トナー製造例1と同様にして、トナー5を得た。
<トナー製造例6>
トナー製造例1において、ホソカワミクロン社製の粒子設計装置(製品名:ファカルティ)を用いて、分級を行い、円相当径0.500μm以上1.985μm未満である粒子(小粒子)が32個数%になるように調整を行なう以外は同様にし、トナー粒子Cを得た。得られたトナー粒子Cは、重量平均粒径(D4)が5.4μmであった。トナー1の製造例において、トナー粒子Cを用い、トナー粒子C 100質量部に対して、無機粒子(ゾルゲルシリカ微粒子)Bを1.0質量部添加した以外は、トナー製造例1と同様にして、トナー6を得た。
得られた各トナーの円相当径0.500μm以上、1.985μm未満である粒子(小粒子)率と、外添された無機粒子の処方を表5にまとめた。
〔実施例1〕
磁性キャリア1の92質量部に対し、トナー1を8質量部加え、V型混合機により10分間振とうさせて、二成分系現像剤を調製した。この二成分系現像剤を用いて以下の評価を行った結果を表7に記載する。
画像形成装置として、キヤノン製デジタル商業印刷用プリンターimagePRESSC7000VP改造機を用い、シアン位置の現像器に上記現像剤を入れ、常温常湿(23℃、50%RH)環境下で画像形成を行った。改造点は、感光体に対する現像スリーブ周速を1.5倍となるように改造し、また、補給用現像剤の排出口を塞ぎ、補給はトナーのみとした。そして、現像スリーブには、周波数2.0kHz、Vpp1.3kVの交流電圧と直流電圧VDCを印加した。画出し試験は、カラーレーザーコピアペーパー(A4、81.4g/m2)上のトナー載り量が0.5mg/cm2になるようVback 150Vに固定した条件で、直流電圧VDCを50V刻みで調整し、以下の評価項目について評価を行った。ただし、現像性については、、画出し試前にのみ評価を行なった。詳細は、後述する。
評価には、カラーレーザーコピアペーパー(A4、81.4g/m2)上に、FFH画像(ベタ画像)を形成し、FFH画像とは、256階調を16進数で表示した値であり、00Hを1階調目(白地部)、FFHを256階調目(ベタ部)とする。
(1)画出し試験は、画像割合が5%の画像を用いて10万枚の画出し試験を行った。画出し試験後、現像剤をサンプリングし、現像剤中のトナー濃度を確認した。初期のトナー濃度8%から変動のあった現像剤については、現像器にトナーを補給するか、トナーの補給を止めて画出しを行うなどしてトナーを消費させ、画出し試験後のトナー濃度が8%となるよう調整した。トナー濃度を調整した後、現像性を除く、以下の項目について評価を行った。
(2)現像性
画出し試験を行う前に、カラーレーザーコピアペーパー(A4、81.4g/m2)上に、FFH画像(ベタ画像)を形成し、コントラスト電位300Vを基準とし、反射濃度で1.30以上1.60以下の画像濃度を得るために必要なVppと、得られた反射濃度から現像性を評価した。反射濃度は、分光濃度計500シリーズ(X−Rite社製)を用いて測定した。
1.3kVppでFFH画像(ベタ画像)の反射濃度が1.30に未達な場合には、Vppを上げてトナーの現像量を上げていく。
なお、FFH画像とは、256階調を16進数で表示した値であり、00Hを1階調目(白地部)、FFHを256階調目(ベタ部)とする。
上記の条件で、Vpp、画像濃度により判定する。
(現像性の評価基準)
(A)Vpp1.3kVで、画像反射濃度1.30以上1.60以下(非常に良好)
(B)Vpp1.5kVで、1.30以上1.60以下(良好)
(C)Vpp1.8kVで、1.30以上1.60以下(本発明において許容できるレベル)
(D)Vpp1.8kVで、1.30未満(本発明において許容できないレベル)
(2)画像欠陥(白抜け)評価
転写紙の搬送方向に対して、ハーフトーン横帯(30H 幅10mm)とベタ画像横帯(FFH 幅10mm)を交互に並べたチャートを出力する。その画像をスキャナで読み取り、二値化処理を行う。なお、30H画像とは、256階調を16進数で表示した値であり、00Hを無画像とし、FFHをベタ画像とするときのハーフトーン画像である。二値化画像の搬送方向に於ける、あるラインの輝度分布(256階調)をとり、その時のハーフトーンの輝度に接線を引き、ベタ画像部輝度と交わるまでのハーフトーン画像部後端の接線からずれた輝度の領域(面積:輝度数の和)をもって、白抜け度とする。耐久開始時および10万枚後の白抜けレベルを評価した。
(白抜けの評価基準)
A:50以下(非常に良好)
B:51以上150以下(良好)
C:151以上300以下(本発明において許容できるレベル)
D:301以上(本発明において許容できないレベル)
(3)画質(ガサツキ)
ハーフトーン画像(30H)をA4で1枚印刷し、耐久開始時および10万枚後の画像を目視にて観察した。
(ガサツキの評価基準)
ハーフトーン画像のガサツキを目視で評価した。
A:ガサツキなし(非常に良好)
B:わずかにガサツキあり(良好)
C:ガサツキがあるが許容レベル(本発明において許容できるレベル)
D:ひどいガサツキ(本発明において許容できないレベル)
(5)カブリ
ベタ白画像をA4で1枚印刷した(Vback 150Vに設定)。
紙の平均反射率Dr(%)をリフレクトメータ(東京電色株式会社製の「REFLECTOMETER MODEL TC−6DS」)によって測定した。
ベタ白画像の反射率Ds(%)を測定した。
下記式を用いてカブリ率(%)を算出した。耐久開始時および10万枚後のカブリレベルを下記の評価基準に従って評価した。
(カブリの評価基準)
カブリ率(%)=Dr(%)−Ds(%)
A:0.5%未満(非常に良好)
B:0.5以上1.0%未満(良好)
C:1.0以上2.0%未満(本発明において許容できるレベル)
D:2.0%以上(本発明において許容できないレベル)
(6)キャリア付着
耐久開始時及び10万枚出力後に、00H画像を印刷し、感光ドラム上の部分を透明な粘着テープを密着させてサンプリングし、1cm×1cm中の感光ドラム上に付着していた磁性キャリア粒子の個数をカウントし、1cm2当りの付着キャリア粒子の個数を光学顕微鏡で数えた。
(キャリア付着の評価基準)
A:3個以下(非常に良好)
B:4個以上10個以下(良好)
C:11個以上20個以下(本発明において許容できるレベル)
D:21個以上(本発明において許容できないレベル)
(7)リーク試験(白ポチ)
初期のリークの試験には、耐久に用いる現像剤と別にトナー濃度4%の現像剤を同様にして調製する。耐久後に関しては、耐久後の評価を終えた現像剤を用いて、トナー補給を止めて、トナー濃度が4%になるまで、トナーを消費させてから、以下の方法で試験を行った。
耐久初期および10万枚後にA4普通紙上にベタ(FFH)画像を5枚連続して出力して、画像に直径が1mm以上の白く抜けている点の個数をカウントして、5枚中のその合計個数から評価を行う。
(リークの評価基準)
A:0個(非常に良好)
B:1個以上10個未満(良好)
C:10個以上20個未満(本発明において許容できるレベル)
D:20個以上100個未満(本発明において許容できないレベル)
(8)画像濃度変動
X−Riteカラー反射濃度計(500シリーズ:X−Rite社製)を使用し、画像濃度、カブリを測定した。耐久開始時および10万枚後の画像濃度の差を以下の基準で評価とした。
(評価基準)
A:0.00以上0.05未満
B:0.05以上0.10未満
C:0.10以上0.20未満(本発明において許容できるレベル)
D:0.20以上(本発明において許容できないレベル)
〔実施例2乃至10、比較例1乃至8〕
表6に示す磁性キャリアとトナーとを組み合わせて、それぞれ二成分系現像剤を作製した。実施例1と同様にして、磁性キャリア90.0質量%、トナー10.0質量%の配合割合とし、V型混合機で10分間混合して、評価に供した。それぞれの評価結果を表7に示した。