JP2010276730A - コートキャリアおよびコートキャリアの製造方法 - Google Patents

コートキャリアおよびコートキャリアの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】
コート層の剥離や摩耗が起こりにくいコートキャリアおよびコートキャリアの製造方法を提供する。
【解決手段】 コートキャリアは、磁性体を含むコア粒子と、前記コア粒子を被覆する第1樹脂層と、前記第1樹脂層に単層で固定される樹脂粒子からなる樹脂粒子層と、第2樹脂層とで構成される。第1樹脂層は、第1反応性基を有する第1樹脂を含み、樹脂粒子層は、前記第1反応性基と架橋反応し得る第2反応性基を有する架橋樹脂を含み、第2樹脂層は、前記樹脂粒子間の隙間を埋めるように設けられる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、コートキャリアおよびコートキャリアの製造方法に関する。
電子写真方式を用いた画像形成装置においては、高画質化を図るために、体積平均粒子が5〜7μmの小粒子径トナーと、体積平均粒子径が30〜40μmの小粒径キャリアとからなる2成分現像剤が使用されている。2成分現像剤の耐久性および環境安定性を優れたものとするためには、画像形成装置内で、現像剤を安定に帯電させることが重要である。そのためのキャリア開発として、キャリアを構成するコア材およびコート樹脂原料の探索や、コート量の最適化などが行われている。
特許文献1に記載のカラー現像剤は、非磁性カラートナーとキャリアとを含む現像剤で、キャリア芯材が0.1〜5.0重量%の電気絶縁性樹脂で被覆されたキャリアを含んでいる。
また特許文献2に記載の磁性キャリアは、磁性コア粒子と樹脂コート層からなり、樹脂コート層は熱硬化性樹脂を主体としている。特許文献2では、シリコン樹脂、熱硬化型アクリル樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、熱硬化型ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることで、樹脂コート層の密着性、耐摩耗性が優れたものとなる。その結果、キャリアが全体として耐久性のある構造となっている。
特開平4−177369号公報 特開平8−44118号公報
しかしながら熱硬化性樹脂をコート層に用いたキャリアであっても、長時間の使用によりコート層が剥れ、キャリア特性が変化する問題は残っている。特に、小粒径トナーにおいては、転写効率を向上させるなどの目的で、100〜300nmの比較的粒子径の大きな外添剤が用いられることが多い。このような場合、キャリア表面のコート層が外添剤により研磨されるため、初期状態のキャリア特性を維持できず、キャリアの耐久性が低下する。
この問題に対し、コート層を厚くすることにより、コート層が摩耗してもキャリアの特性に影響が出ないようにする方法が考えられるが、熱硬化性樹脂でコア材を被覆する際、数個のキャリアが凝集し、凝集したキャリアが解砕され、コート層に破断面が生じるなど、コート層を厚くするのに伴い、厚みが均一となるよう制御するのが難しくなるといった問題がある。
本発明の目的は、コート層の剥離および摩耗が生じにくい耐摩耗性に優れたコートキャリアおよびコートキャリアの製造方法を提供することである。
本発明は、磁性体を含むコア粒子と、前記コア粒子を被覆する第1樹脂層と、前記第1樹脂層に単層で固定される樹脂粒子からなる樹脂粒子層と、第2樹脂層とで構成され、
第1樹脂層は、第1反応性基を有する第1樹脂を含み、
樹脂粒子層は、前記第1反応性基と架橋反応し得る第2反応性基を有する架橋樹脂を含み、
第2樹脂層は、前記樹脂粒子間の隙間を埋めるように設けられることを特徴とするコートキャリアである。
また本発明は、前記第2樹脂層が、前記第1反応性基を備える第2樹脂を含むことを特徴とする。
また本発明は、前記第1反応性基を有する第1樹脂、および前記第2反応性基を有する架橋樹脂のうち、一方が、グリシジル基を有するアクリル樹脂であり、他方がカルボキシル基を有するアクリル樹脂であることを特徴とする。
また本発明は、磁性体を含むコア粒子表面に、第1反応性基を有する第1樹脂を含む第1樹脂層を形成する第1樹脂層形成工程と、前記第1樹脂表面に、前記第1反応性基と架橋反応し得る第2反応性基を有する架橋樹脂を単層で固定する樹脂粒子層形成工程と、前記第1樹脂層および樹脂粒子層の隙間を埋めるように第2樹脂層を設ける第2樹脂層形成工程とを有するコートキャリアの製造方法である。
また本発明は、前記樹脂粒子層形成工程において、使用する樹脂粒子の90個数%以上が、粒径が個数平均粒径の0.8倍以上1.2倍以下であることを特徴とする。
本発明によれば、樹脂粒子層を形成する樹脂粒子が、第1樹脂層を形成する樹脂との架橋反応により強固に固定され、さらに第2樹脂層が樹脂粒子層の隙間を埋めるように設けられることで、樹脂粒子の離脱が抑えられる。よって、均一で厚いコート層を有するコートキャリアが得られる。さらに、コート層中に硬い樹脂粒子を含むので、コートキャリア同士または、コートキャリアと現像装置の部材との摩擦によるコート層の摩耗の進行を遅らせることができ、耐摩耗性に優れたコートキャリアが得られる。
また本発明によれば、第2樹脂層に含まれる第1反応性基と、樹脂粒子に含まれる第2反応性基とが架橋反応することによって、第2樹脂層がより強固に固定され、コートキャリアの耐摩耗性がさらに向上する。
また本発明によれば、グリシジル基とカルボキシル基との架橋反応により、各樹脂層と樹脂粒子との密着性が強くなり、コートキャリア同士あるいは、コートキャリアと現像装置の部材との摩擦時において、樹脂粒子がコートキャリア表面から脱離することを防ぎ、耐剥離性に優れるコートキャリアが得られる。
また本発明によれば、コートキャリアに含まれる樹脂粒子の遊離が抑えられるので、トナーの定着性を損なわないコートキャリアを得ることができる。
また本発明によれば、樹脂粒子の粒径が揃っていることから、コート層を厚くしても、解砕面の発生が少なく、コート層の厚みが均一なコートキャリアが得られる。
本発明の実施形態であるコートキャリア50の構成を示す概略図である。
1、コートキャリアの構成
図1は、本発明の実施形態であるコートキャリア50の構成を示す概略図である。本実施形態のコートキャリア50は、フェライト粒子からなるコア粒子40と、第1樹脂層41と、樹脂粒子42aで構成される単層の樹脂粒子層42と、第2樹脂層43とからなるコート層44とを備える。
(1)コア粒子
コア粒子40には、公知の磁性粒子が使用できるが、フェライト成分を含むフェライト系粒子が好ましい。フェライト系粒子は、飽和磁化が高いため、密度の小さいコートキャリアを得ることができる。したがって、感光体へのコートキャリア付着が起こりにくく、ソフトな磁気ブラシが形成され、ドットの再現性が高い画像が得られる。
フェライト系粒子としては、公知のものを使用でき、たとえば、亜鉛系フェライト、ニッケル系フェライト、銅系フェライト、ニッケル−亜鉛系フェライト、マンガン−マグネシウム系フェライト、銅−マグネシウム系フェライト、マンガン−亜鉛系フェライト、マンガン−銅−亜鉛系フェライト等の粒子が挙げられる。
フェライト系粒子は、公知の方法で作成できる。たとえば、FeやMg(OH)等のフェライト原料を混合し、この混合物を加熱炉で加熱して仮焼する。得られた仮焼品を冷却後、振動ミルで1μm程度の粒子となるように粉砕し、粉砕物に分散剤を加えてスラリーを作成する。このスラリーを湿式ボールミルで湿式粉砕した懸濁液をスプレードライヤーで造粒乾燥することにより、フェライト系粒子を得る。
(2)第1樹脂層
第1樹脂層41は、第1反応性基を有する第1樹脂を含み、コア粒子40の表面を被覆するとともに、樹脂粒子42aを単層の樹脂粒子層として保持するものである。第1樹脂層41の厚さとしては、樹脂粒子42aの粒径の1/4〜1/2が好ましく、具体的には0.5〜1μmが適している。
<第1反応性基を備える第1樹脂>
第1樹脂層41に含まれる、第1反応性基を備える第1樹脂としては、側鎖あるいは主鎖末端に第1反応性基を有するアクリル樹脂、スチレンアクリル共重合体樹脂、スチレンアクリルブロック重合体樹脂などが使用でき、第1反応性基を備える単量体と他の単量体とを共重合あるいはブロック重合することにより得られる。
本発明において、第1反応性基とは、後述する第2反応性基と反応可能な反応性基のことであり、たとえばグリシジル基、カルボキシル基、イソシアネート基、アミン基、水酸基などが挙げられる。
また、第2樹脂層43を形成する際、第1樹脂層41が溶剤で剥れないように、第1反応性基と反応可能な架橋剤、たとえばジアミン化合物、ジオール化合物などを添加するのが好ましい。
第1樹脂層41に含まれる第1樹脂としては、反応制御性や物性設計、コストなどを考慮すると、特にアクリル系樹脂構造やスチレンアクリル系樹脂構造を有するものが好ましく、具体的には、架橋剤となるグリシジル基またはカルボキシル基を有するアクリル樹脂が好ましい。
グリシジル基を有するアクリル樹脂は、通常、重合性二重結合を有する単量体と、グリシジル基と二重結合とを有する単量体とを、重合させることによって得られる。グリシジル基を有する単量体としては、アクリル酸グリシジル、アクリル酸βグリシジル、メタアクリル酸βメチルグリシジル、メタアクリル酸グリシジルなどが挙げられる。
グリシジル基を有するアクリル樹脂は、100g/Eq以上2000g/Eq以下のエポキシ当量を有していることが好ましい。エポキシ当量がこの範囲内であることにより、後述する樹脂粒子層形成工程において、樹脂粒子42aが強固に固定される。
なお、エポキシ当量とはエポキシ基1グラム当量当たりのエポキシ樹脂の質量(g数)をいう。エポキシ当量は、塩酸−ジオキサン法(垣内弘著「エポキシ樹脂」、161〜164頁、昭晃堂)により求めた。
カルボキシル基を有するアクリル樹脂は、重合性二重結合を有する単量体と、カルボキシル基と二重結合とを有する単量体とを、重合させることによって得られる。
カルボキシル基を有する単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、ケイヒ酸等が挙げられる。
カルボキシル基を有するアクリル樹脂は、10〜300KOHmg/gの酸価を有していることが好ましい。酸価をこの範囲とすることで、後述する樹脂粒子層形成工程において、樹脂粒子42aが強固に固定される。
なお、酸価とは、樹脂1gを中和する為に必要な水酸化カリウムのmg数であり、JIS K−5601−2−1に準拠して測定した値である。
重合性二重結合を有する単量体としては、スチレン類、アクリル酸エステル類、メタアクリル酸エステル類、フマル酸エステル類などを挙げることができる。スチレン類としてはスチレン、アクリル酸エステル類としてはアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ジメチルアミノメチル、メタアクリル酸エステル類としてはメタアクリル酸メチル、メタアクリル酸ブチル、フマル酸エステル類としてはフマル酸ジメチル、フマル酸ジブチル、等が挙げられる。また、重合性二重結合を有する単量体としては、上記以外に、メタアクリルアミド、アクリロニトリル等を用いてもよい。これらの中で、好ましい単量体は、スチレン類、アクリル酸エステル類、メタアクリル酸エステル類などである。
これらの化合物を重合させる方法としては、懸濁重合、乳化重合、溶液重合などが用いられる。
(3)樹脂粒子層
樹脂粒子42aは、第1樹脂層に単層で固定され、第1樹脂層41の表面に樹脂粒子層42を形成する。図1では、樹脂粒子42aは第1樹脂層41に半埋没状態で固定されている。
樹脂粒子42aとしては、第1反応性基と反応可能な第2反応性基を備える架橋樹脂を粒子化したものが使用できる。第2反応性基としては、たとえばグリシジル基、カルボキシル基、イソシアネート基、アミン基、水酸基などが挙げられる。このような架橋樹脂粒子を用いることによって、耐摩耗性に優れ、第1樹脂層41および第2樹脂層43との接着性に優れる樹脂粒子層が得られる。
架橋樹脂としては、反応制御性や物性設計、粒径制御性などを考慮すると、特にアクリル系樹脂構造やスチレンアクリル系樹脂構造を有するものが好ましく、具体的には、架橋剤となるグリシジル基またはカルボキシル基を有するアクリル樹脂が好ましい。
グリシジル基またはカルボキシル基を有するアクリル樹脂は、前述のように、単量体の重合によって得られ、重合方法としては、分散重合、懸濁重合、乳化重合などが用いられる。
また樹脂粒子42aとしては、第2樹脂層43で被覆する際、溶剤で溶けないように、ジビニルベンゼンなどの架橋剤で架橋された架橋樹脂粒子を用いるのが好ましい。
グリシジル基を有するアクリル樹脂は、前述の第1樹脂層41に含まれる樹脂と同様、100g/Eq以上2000g/Eq以下のエポキシ当量を有していることが好ましい。エポキシ当量がこの範囲内であることにより、樹脂粒子42aが第1樹脂層41に強固に固定される。
カルボキシル基を有するアクリル樹脂は、前述の第1樹脂層41に含まれる樹脂と同様、10〜300KOHmg/gの酸価を有していることが好ましい。酸価をこの範囲とすることで、樹脂粒子42aが第1樹脂層41に強固に固定される。
第1反応性基を有する第1樹脂および第2反応性基を備える架橋樹脂は、いずれか一方がグリシジル基を有するアクリル樹脂で、他方がカルボキシル基を有するアクリル樹脂であることが好ましい。
第1樹脂層にグリシジル基を有するアクリル樹脂を用いた場合、架橋樹脂はカルボキシル基を有することが好ましい。第1樹脂層と架橋樹脂とは、グリシジル基とカルボキシル基との架橋反応により、より高い密着性を有すると考えられる。
樹脂粒子の粒径は、設定するコート層の厚さに応じて選択されるが、たとえば、体積平均粒径1.5〜5μmの粒子が使用できる。
コート層の厚さは、樹脂粒子の粒度分布が狭いほど均一になる。したがって、樹脂粒子は、粒径が体積平均粒径の0.8倍以上1.2倍以下の範囲にある粒子の含有率が、90個数%以上であることが好ましい。
樹脂粒子42aによる第1樹脂層41表面の被覆率としては、30〜70%が好ましい。30%未満では、コート層の厚さが不均一になりやすく、70%を超えると、後述のように、第2樹脂層43を形成する際空隙が生じ、コート層の強度が低下しやすくなる。
(4)第2樹脂層
第2樹脂層43は、第1樹脂層41の表面を被覆するとともに、樹脂粒子42aの隙間を埋めることにより、樹脂粒子42aの結合力を高め、コートキャリア50の表面を平滑化するものである。
第2樹脂層43の厚さとしては、樹脂粒子42aをほぼ被覆する程度が好ましく、コート層44の厚さが樹脂粒子42aの粒径と等しくなることが好ましく、具体的には1〜5μmが適している。
第2樹脂層43に使用できる樹脂としては、特に制限はないが、第1樹脂層41との接着性を考慮して、第1樹脂層41に含まれる樹脂と同じ成分の樹脂を用いるのが好ましい。
また、第2樹脂層43には、キャリアの電気抵抗や帯電性を調整するため、カーボンブラックなどの導電剤や帯電制御剤を添加することが好ましい。
2、コートキャリアの製造方法
本発明のコートキャリア製造方法は、磁性体を含むコア粒子表面に第1樹脂層を形成する第1樹脂層形成工程と、該第1樹脂層表面に樹脂粒子を半埋没状態で固定する樹脂粒子層形成工程と、樹脂粒子間の隙間を埋めるように第2樹脂層を形成させる第2樹脂層形成工程とを含む。
以下に、本発明のコートキャリア製造方法の一例を示す。
(1)第1樹脂層形成工程
第1樹脂層形成工程は、磁性体を含むコア粒子表面を第1樹脂で被覆し、第1樹脂層を形成する工程である。
第1樹脂層の形成方法としては、公知の方法を用いることができる。たとえば、第1樹脂層に含まれる樹脂やカーボンブラックなどの原料をトルエンなどの溶剤に溶解あるいは分散させることにより、第1樹脂層の原料溶液を調整し、この原料溶液中にコア粒子を浸漬させる浸漬法がある。
また、上記以外の方法として、第1樹脂層の原料溶液をコア粒子に噴霧するスプレー法、コア粒子を流動エアにより浮遊させた状態で第1樹脂層の原料溶液を噴霧する流動床法、ニーダーコーター中でコア粒子と第1樹脂層の原料溶液とを混合し、溶媒を除去するニーダーコーター法などを用いることができる。これらの方法の中では、膜形成が容易なことから、浸漬法が好ましい。
(2)樹脂粒子層形成工程
樹脂粒子層形成工程は、第1樹脂層で被覆されたコア粒子と樹脂粒子とを混合攪拌することにより、第1樹脂層表面に樹脂粒子を半埋没状態で固定し、第1樹脂層の表面に単層の樹脂粒子層を形成する工程である。
コア粒子と樹脂粒子との混合には、攪拌羽根を備える攪拌装置や、V型混合機などが使用できる。攪拌羽根やV型混合機の回転速度は、コア粒子が破壊されない範囲で、第1樹脂層表面に樹脂粒子を半埋没状態で固定できる程度のせん断力を与える速度であればよく、たとえば、1分間に20〜60回転である。
また、この工程は、第1樹脂層表面への樹脂粒子の固定を容易にするため、第1樹脂層の原料溶液に含まれる溶剤をある程度残した状態で行うことが好ましい。
この後、第1樹脂層表面への樹脂粒子の固定をより強固にするために、コア粒子を被覆する第1樹脂層表面に樹脂粒子が半埋没状態で固定されたキャリア粒子を加熱して、第1樹脂層を硬質化させるのが望ましい。これにより、第1樹脂層がトルエンなどの溶剤に対し溶解しにくくなるので、次の第2樹脂層形成工程において、樹脂粒子の離脱を防止できる。
(3)第2樹脂層形成工程
第2樹脂層形成工程は、第1樹脂層表面に樹脂粒子が半埋没状態で固定されたキャリア粒子の表面を、第2樹脂層で被覆し、第2樹脂層を形成し、コートキャリアを完成させる工程である。この工程により、樹脂粒子層の隙間が第2樹脂層で埋められ、樹脂粒子がより強固に保持されるとともに、キャリア粒子の表面が平滑化される。
第2樹脂層の形成方法としては、公知の方法を用いることができる。たとえば、第2樹脂層に含まれる樹脂やカーボンブラックなどの原料を、トルエンなどの溶剤に溶解あるいは分散させることにより、第2樹脂層の原料溶液を調製し、その原料溶液中にコア粒子を浸漬させる浸漬法がある。
また、上記以外の方法として、上述した第1樹脂層の形成方法と同様の方法を用いることができる。これらの方法の中では、膜形成が容易なことから、浸漬法が好ましい。
3、コートキャリアの諸物性
コートキャリアの体積平均粒径は、20〜60μmであることが好ましく、30〜50μmがより好ましい。体積平均粒径が20μm未満であると、現像時に現像ローラから感光体ドラムにコートキャリアが付着し、転写不良による画像の白抜けが発生することがある。また、体積平均粒径が60μmより大きいとドット再現性が悪くなり、画像が粗くなることがある。ここで、コートキャリアの体積平均粒径とは、コア粒子とコート層を合わせたキャリア粒子の粒径を意味する。測定法については後述する。
コートキャリアの飽和磁化は、30〜100emu/gの範囲内が好ましく、50〜80emu/gの範囲内がより好ましい。コートキャリアの飽和磁化が低いほど、感光体ドラムと接する磁気ブラシが柔らかくなるため、静電潜像に忠実な画像が得られる。しかし、飽和磁化が30emu/g未満であると、感光体ドラム表面にコートキャリアが付着し、転写不良による画像の白抜けが発生しやすくなる。一方、飽和磁化が100emu/gより大きいと、磁気ブラシの剛直化により、静電潜像に忠実な画像が得られにくくなる。測定法については後述する。
コートキャリアの電気抵抗値は、3×10〜5×1012Ωの範囲であることが好ましく、2×1010〜5×1011Ωの範囲がより好ましい。電気抵抗値が3×10Ωより低いと感光体へのキャリア付着や、画像濃度カブリが生じやすくなり、電気抵抗値が5×1012Ωより高いとトナー帯電量の上昇が起こり、画像濃度が低下しやすくなる。測定法については後述する。
4、二成分現像剤
本発明のコートキャリアは、トナーと混合して二成分現像剤として使用される。混合比は、コートキャリア100重量部に対してトナー3〜15重量部の割合である。二成分現像剤は、コートキャリアとトナーとをV型混合機で攪拌することによって製造できる。
<トナー>
トナーは、特に限定されず、公知のトナーを使用できる。トナーは、着色樹脂粒子と、必要に応じて着色樹脂粒子の表面に付着する外添剤とを含み、たとえば、これらをヘンシェルミキサのような気流混合機を用いて混合する、すなわち外添処理することによって作製できる。
(着色樹脂粒子)
着色樹脂粒子は、混練粉砕法や重合法等、公知の方法によって作製できる。
混練粉砕法による着色樹脂粒子の作製では、バインダー樹脂、着色剤、帯電制御剤、離型剤、ならびにその他の添加剤を、ヘンシェルミキサ、スーパーミキサ、メカノミル、Q型ミキサ等の混合機により混合する。この原料混合物を、2軸混練機、1軸混練機等の混練機により、温度100〜180℃で溶融混練し、得られた混練物を冷却固化し、固化物をジェットミルのようなエア式粉砕機により粉砕する。このようにして得られた粉砕物を、必要に応じて分級等、粒度調整し、着色樹脂粒子を得る。
バインダー樹脂としては、公知のスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられる。この中でも線形又は非線形のポリエステル樹脂が特に好ましい。ポリエステル樹脂は、トナーの機械的強度(微粉が発生しにくい)、定着性(定着後に紙から剥離しにくい)、および耐ホットオフセット性を同時に向上させる点で優れている。
ポリエステル樹脂は、2価以上の多価アルコールと多塩基酸とからなる単量体組成物を重合することにより得られる。
2価のアルコールとしては、たとえば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−ヘキサンジオール等のジオール類、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、ポリオキシエチレン化ビスフェノールA、ポリオキシプロピレン化ビスフェノールA等のビスフェノールAアルキレンオキシド付加物、その他を挙げることができる。
2価の多塩基酸としては、たとえばマレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、マロン酸、これらの酸の無水物や低級アルキルエステル、又はn−ドデセニルコハク酸、n−ドデシルコハク酸等のアルケニルコハク酸類もしくはアルキルコハク酸類を挙げることができる。
また、必要に応じて、単量体組成物中に3価以上の多価アルコールあるいは多塩基酸を添加してもよい。
3価以上の多価アルコールとしては、たとえばソルビトール、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、蔗糖、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、その他を挙げることができる。
3価以上の多塩基酸としては、たとえば1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸、1,3−ジカルボキシル−2−メチル−2−メチレンカルボキシプロパン、テトラ(メチレンカルボキシル)メタン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸、およびこれらの無水物等を挙げることができる。
着色剤としては、トナーに一般に用いられている公知の顔料や染料を使用できる。
黒色の着色剤としては、たとえば、カーボンブラックやマグネタイト等を使用できる。
黄色の着色剤としては、C.I.ピグメント・イエロー1、C.I.ピグメント・イエロー3、C.I.ピグメント・イエロー74、C.I.ピグメント・イエロー97、C.I.ピグメント・イエロー98等のアセト酢酸アリールアミド系モノアゾ黄色顔料、C.I.ピグメント・イエロー12、C.I.ピグメント・イエロー13、C.I.ピグメント・イエロー14、C.I.ピグメント・イエロー17等のアセト酢酸アリールアミド系ジスアゾ黄色顔料、C.I.ピグメント・イエロー93、C.I.ピグメント・イエロー155等の縮合モノアゾ系黄色顔料;C.I.ピグメント・イエロー180、C.I.ピグメント・イエロー150、C.I.ピグメント・イエロー185等のその他黄色顔料、C.I.ソルベント・イエロー19、C.I.ソルベント・イエロー77、C.I.ソルベント・イエロー79、C.I.ディスパース・イエロー164等の黄色染料等を使用できる。
赤色の着色剤としては、C.I.ピグメント・レッド48、C.I.ピグメント・レッド49:1、C.I.ピグメント・レッド53:1、C.I.ピグメント・レッド57、C.I.ピグメント・レッド57:1、C.I.ピグメント・レッド81、C.I.ピグメント・レッド122、C.I.ピグメント・レッド5、C.I.ピグメント・レッド146、C.I.ピグメント・レッド184、C.I.ピグメント・レッド238;C.I.ピグメント・バイオレット19等の赤色もしくは紅色顔料;C.I.ソルベント・レッド49、C.I.ソルベント・レッド52、C.I.ソルベント・レッド58、C.I.ソルベント・レッド8等の赤色系染料等を使用できる。
青色の着色剤としては、C.I.ピグメント・ブルー15:3、C.I.ピグメント・ブルー15:4等の銅フタロシアニンおよびその誘導体の青色系染顔料;C.I.ピグメント・グリーン7、C.I.ピグメント・グリーン36(フタロシアニン・グリーン)等の緑色顔料等を使用できる。
着色剤の含有量としては、バインダー樹脂100重量部に対して1〜15重量部程度であることが好ましく、より好適には2〜10重量部の範囲である。
帯電制御剤としては、公知のものが使用できる。
負帯電性を付与する帯電制御剤としては、クロムアゾ錯体染料、鉄アゾ錯体染料、コバルトアゾ錯体染料、サリチル酸もしくはその誘導体のクロム・亜鉛・アルミニウム・ホウ素錯体もしくは塩化合物、ナフトール酸もしくはその誘導体のクロム・亜鉛・アルミニウム・ホウ素錯体もしくは塩化合物、ベンジル酸もしくはその誘導体のクロム・亜鉛・アルミニウム・ホウ素錯体もしくは塩化合物、長鎖アルキル・カルボン酸塩、長鎖アルキル・スルフォン酸塩等が挙げられる。
正帯電性を付与する帯電制御剤としては、ニグロシン染料およびその誘導体、トリフェニルメタン誘導体、四級アンモニウム塩、四級ホスフォニウム塩、四級ピリジニウム塩、グアニジン塩、アミジン塩等の誘導体等が挙げられる。
これらの帯電制御剤の含有量は、バインダー樹脂100重量部に対して0.1重量部〜20重量部の範囲内が好ましく、0.5重量部〜10重量部の範囲内がより好ましい。
離型剤としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等の合成ワックスやパラフィンワックスおよびその誘導体、マイクロクリスタリンワックスおよびその誘導体等の石油系ワックスおよびその変成ワックス、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等の植物系ワックス等が挙げられる。これらの離型剤をトナー中に含有させることにより、定着ローラあるいは定着ベルトに対するトナーの離型性を高めることができ、トナー定着時の高温・低温オフセットを防止できる。離型剤の添加量は特に制限されないが、一般的には、バインダー樹脂100重量部に対して1重量部以上5重量部以下である。
着色樹脂粒子の体積平均粒径は、5〜7μmの範囲内が好ましい。この範囲内であれば、ドット再現性に優れ、カブリやトナー飛散の少ない、高画質の画像が得られる。
(外添剤)
外添剤は、トナーの凝集を防ぎ、感光体ドラムから記録媒体へのトナーの転写効率の低下を防ぐために、トナーに含まれていることが好ましい。
外添剤としては、平均粒径が7〜100nmの、シリカ、酸化チタン、アルミナ等からなる無機粒子が使用できる。また、これらの無機粒子に、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコンオイルで表面処理することによって疎水性を付与してもよい。疎水性を付与された無機粒子は、高湿下において電気抵抗や帯電量の低下が少なくなる。特に、シランカップリング剤としてヘキサメチルジシラザンを用いて、表面にトリメチルシリル基を導入したシリカ粒子は、疎水性や絶縁性に優れる。このようなシリカ粒子を外添したトナーは、高湿環境下においても、優れた帯電性を維持できる。
外添剤としては、たとえば、日本アエロジル株式会社製アエロジル50(個数平均粒径約30nm)、アエロジル90(個数平均粒径約30nm)、アエロジル130(個数平均粒径約16nm)、アエロジル200(個数平均粒径約12nm)、アエロジル300(個数平均粒径約7nm)、アエロジル380(個数平均粒径約7nm)、西独デグサ株式会社製アルミナムオキサイドC(個数平均粒径約13nm)、チタニウムオキサイドP−25(個数平均粒径約21nm)、MOX170(個数平均粒径約15nm)、石原産業株式会社製TTO−51(個数平均粒径約20nm)、TTO−55(個数平均粒径約40nm)、キャボット株式会社製シリカ(個数平均粒径約115nm)、(個数平均粒径約85nm)、信越化学工業株式会社製シリカX−24(個数平均粒径約110nm)などが挙げられる。
外添剤の添加量は、0.2〜3重量%が好ましい。0.2重量%未満では、トナーに十分な流動性を付与できないことがあり、また、3重量%を超えると、トナーの定着性が低下することがある。
本発明における体積平均粒径、飽和磁化、電気抵抗値、被覆率、個数平均粒径の測定法は以下のとおりである。
<コートキャリアの体積平均粒径>
コートキャリアの体積平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置HELOS(SYMPATEC社製)および乾式分散装置RODOS(SYMPATEC社製)を用い、分散圧3.0barの条件下で測定した。
<着色樹脂の体積平均粒径>
着色樹脂の体積平均粒径は、コールターマルチサイザーIIあるいはコールターカウンターTA−II(ベックマン・コールター株式会社製)で100μmのアパーチャを用いて測定した。電解液として、たとえば、ISOTON R−II(ベックマン・コールター株式会社製)などの、約1%NaCl水溶液を用いる。前記電解液水溶液100〜150ml中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、0.1〜5ml加え、さらに試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液を、超音波分散機で約1〜3分間分散処理し、前記測定装置を用い、100μmアパーチャ径でトナーの体積,個数を測定し、それらの値から体積分布と個数分布とを算出し、体積平均粒径を得た。
<飽和磁化>
飽和磁化は、東英工業株式会社製のVSMP−1により測定した。
<コア粒子の電気抵抗値測定>
コア粒子の電気抵抗値を、上記コートキャリアの電気抵抗値測定と同一の方法で測定した。樹脂層で被覆する前のコア粒子をブリッジ抵抗測定治具にセットし、1×10(V/cm)の電界強度が生じる電圧を印加した時の電流値を測定し、電気抵抗値(コア粒子電気抵抗値)を算出した。
<コートキャリアの電気抵抗値測定>
コートキャリアの電気抵抗値を、ブリッジ抵抗測定治具(対向電極間距離1mm、測定電極エリア面積40×16mm)を用い、常温・常湿環境下で測定した。具体的には、電子天秤等で秤量した上記コートキャリア0.2mgをブリッジ抵抗測定治具の対向する電極間に挿入し、磁石により対向電極間にコートキャリアのブリッジを形成させた。この際、ブリッジ間のコートキャリアを均一にするために、5〜6回程度タッピングした。ブリッジ間のコートキャリアを均一にした後、4×10(V/cm)の電界強度が生じる電圧を印加し、デジタルエレクトロンメータR834(商品名、株式会社アドバンテスト製)を用いて電流値を測定し、電気抵抗値(コートキャリア電気抵抗値)を算出した。
<被覆率>
被覆率は以下の方法で算出した。まず、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、コア粒子あるいはコートキャリア表面に金等の導電剤を蒸着しないまま、加速電圧2.0eVの電子線で観察する。キャリア中の樹脂層は、帯電により白く観察される。次いで、白く観察される領域の、キャリアの全面積に対する割合を計算する。これをコア粒子あるいはコートキャリア100個について行ない、得られた値の平均値を被覆率とした。
<樹脂粒子の個数平均粒子径>
樹脂粒子の個数平均粒子径は、走査型電子顕微鏡を用いて100個の樹脂粒子の粒子径を測定し、それらの平均値を個数平均粒子径とした。
実施例および比較例のコートキャリアは、以下の方法により作製した。
(実施例1)
<コア粒子>
フェライト原料の酸化鉄50mol%、酸化マンガン35mol%、酸化マグネシウム14.5mol%、および酸化ストロンチウム0.5mol%(株式会社KDK製)を、ボールミルで4時間粉砕し、スラリーとした。これをスプレードライヤーにて乾燥し、得られた真球状の粒子をロータリーキルンにて930℃で2時間仮焼した。生成した仮焼粉を、湿式粉砕機により、粉砕媒体としてスチールボールを使用し、平均粒子径2μm以下にまで微粉砕し、スラリーとした。
このスラリーにポリビニルアルコールを2重量%添加し、スプレードライヤーで造粒、乾燥した後、電気炉にて、温度1100℃、酸素濃度0体積%条件下で4時間、本焼成を行った。その後、解砕、分級を行うことによって、体積平均粒子径39μm、電気抵抗値2×10Ωの、フェライト成分からなるコア粒子を得た。
<第1樹脂層形成工程>
コア粒子を被覆する第1樹脂層を形成するための被覆用塗液S1を、以下の方法で調製した。
窒素置換したフラスコにキシレン80重量部を仕込み、キシレン還流温度まで加熱した。キシレン還流下において、予め混合溶解しておいたスチレン45重量部、メタクリル酸メチル45重量部、メタクリル酸グリシジル10重量部、ジ‐t‐ブチルパーオキサイド0.5重量部を5時間かけて連続添加し、さらに還流を1時間続けた。その後フラスコ内の温度を130℃に保ち、ジ‐t‐ブチルパーオキサイド0.5重量部を加えて反応を2時間続けた後終了し、重合液を得た。この重合液を160℃、10mmHgのベッセル中にフラッシュして溶剤等を留去し、重量平均分子量65000、エポキシ当量500g/Eqのグリシジル基含有樹脂を得た。
こうして得たグリシジル基含有樹脂40重量部を、トルエン160重量部中に溶かし、被覆用塗液としてグリシジル基含有樹脂20%溶液S1を作製した。
次に、前述の、体積平均粒子径39μmのコア粒子1000重量部と、上記グリシジル基含有樹脂20%溶液S1、200重量部と、架橋剤としてメキサメチレンジアミン1重量部とを、加熱ジャケットおよび攪拌羽根を備える攪拌機に投入し、攪拌羽根を1分間30回転で回転させて混合した。得られた混合物から減圧および加熱下にてトルエンを除去し、コア粒子表面に第1樹脂層を形成させた。第1樹脂層によるコア粒子の被覆率は、100%であった。なお、この時の、第1樹脂層中の残留トルエン量は2500ppmであった。
<樹脂粒子層形成工程>
樹脂粒子層を形成するための樹脂粒子P1を下記方法により作製した。
3Lのセパラブルフラスコに、イソプロピルアルコール1600g、水400g、ポリアクリル酸20gを混合し、これにメタクリル酸60g、スチレン120g、ジビニルベンゼン20g、スチレンスルホン酸ナトリウム25gおよびアゾビスイソブチロニトリル10gを加え、150rpmで攪拌しながら、窒素気流下80℃で、重合反応を12時間行った。
重合反応後の溶液を遠心分離機にかけ、分離した粒子を乾燥し、白色の樹脂粒子P1を得た。
得られた樹脂粒子P1は、個数平均粒径3μmで、個数平均粒径の0.8倍以上1.2倍以下の粒径を有する粒子の含有率は95%であった。
次に、この樹脂粒子P1を4重量部と、第1樹脂層で被覆されたコア粒子1000重量部とを、加熱ジャケットおよび攪拌羽根を備える攪拌機に投入し、ジャケット温度50℃の条件下で、攪拌羽根を1分間60回転で回転させて混合し、樹脂粒子層を形成させた。その後、200℃で1時間加熱し、第1樹脂層を硬化させ、コア粒子表面に単層の樹脂粒子層を形成させた。
この樹脂粒子層を電子顕微鏡で観察すると、樹脂粒子P1は第1樹脂層表面に半埋没状態で固定化されており、コア粒子表面の被覆率は52%であった。
<第2樹脂層形成工程>
第2樹脂層を形成するための被覆用塗液S2を、以下の方法で調製した。
グリシジル基含有樹脂20%溶液S1 400重量部
負帯電制御剤(ホウ素化合物)(商品名:LR−147、日本カーリット株式会社製) 2重量部
導電性粒子(導電性カーボンブラック)(商品名:VULCANXC72、キャボット株式会社製) 5重量部
架橋剤メキサメチレンジアミン(和光純薬株式会社製) 1重量部
上記材料の混合物を、スリーワンモータを用いて5分間攪拌し、被覆用塗液S2を調製した。
上記被覆用塗液S2を406重量部と、樹脂粒子層を有するコア粒子1000重量部とを、加熱ジャケットおよび攪拌羽根を備える攪拌機に投入し、攪拌羽根を1分間30回転で回転させて混合した。得られた混合物から減圧および加熱下にてトルエンを除去し、第2樹脂層を形成させた。その後、230℃で1時間加熱し、第2樹脂層を硬化させ、続いて100メッシュのふるいにかけ、コートキャリアC1を得た。このコートキャリア中の残留トルエン量は60ppm以下であった。
コートキャリアC1を電子顕微鏡で観察すると、キャリア表面は第2樹脂層で平滑に被覆されており、被覆率は100%であった。また、コートキャリアC1の断面を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察すると、コート層は3μmの均一な厚みを有しており、単層の樹脂粒子層が形成されていた。また、解砕面については、コートキャリアをSEMで観察し、10ミクロン以上のコア露出面の有無を目視で調べた。
コートキャリアC1は、体積平均粒子径45μm、電気抵抗値5×1010Ω、飽和磁化65emu/gであった。
(実施例2,3および比較例1〜5)
第1樹脂層および第2樹脂層に使用する被覆用塗液の添加量を変更する以外は、コートキャリアC1と同様の方法で、表1に示すコートキャリアC2〜C8を作製した。コートキャリアC2〜C8の飽和磁化は、いずれも65emu/gであった。
Figure 2010276730
<トナー>
実施例および比較例のトナーを、以下の方法で作製した。
バインダー樹脂(ビスフェノールAプロピレンオキサイド、テレフタル酸または無水トリメリット酸を単量体として重縮合して得られるポリエステル樹脂、ガラス転移温度60℃、軟化温度125℃、藤倉化成工業株式会社製) 100重量部
着色剤(カーボンブラック)(商品名:MA100、三菱化学株式会社製)
5重量部
帯電制御剤(ホウ素化合物)(商品名:LR−147、日本カーリット株式会社製)
2重量部
離型剤(ポリプロピレンワックス)(商品名:550P、三洋化成株式会社製)
3重量部
上記トナー材料をヘンシェルミキサにて10分間混合した後、混練分散処理装置(商品名:ニーディックスMOS140−800、三井鉱山株式会社製)で溶融混練分散処理した。その混練物をカッティングミルで粗粉砕した後、ジェット式粉砕機(商品名:IDS−2型、日本ニューマチック工業株式会社製)によって微粉砕した。微粉砕物を、風力分級機(商品名:MP−250型、日本ニューマチック工業株式会社製)で分級し、体積平均粒径6.5μmの着色樹脂粒子を得た。
得られた着色樹脂粒子100重量部に、ヘキサメチルジシラザンで表面を処理した個数平均粒径12nmのシリカ粒子(日本アエロジル株式会社製)1重量部と、個数平均粒径110nmのシリカX−24(信越化学工業株式会社製)とを加え、攪拌羽根の先端速度を15m/秒に設定した気流混合機(商品名:ヘンシェルミキサ、三井鉱山株式会社製)で2分間攪拌することにより負帯電性のトナーT1を作製した。
<二成分現像剤>
実施例および比較例の二成分現像剤は、トナー(T1)6重量部と各コートキャリア(C1〜C8)94重量部とをナウターミキサ(商品名:VL−0、ホソカワミクロン株式会社製)に投入し、20分間攪拌混合することによって作製した。
<印刷試験>
作製した二成分現像剤について、デジタル複合機MXM−350(シャープ株式会社製)を用い、50K枚の連続印刷試験を行った。試験紙として、A4サイズの電子写真用紙マルチレシーバー(シャープドキュメントシステム株式会社製)を使用し、以下の評価項目について評価を行った。
(画像濃度)
マクベス反射濃度計RD918(サカタインクスエンジニアリング株式会社製)により、画像サンプルの濃度を、印刷初期から50K枚にかけて5K枚ごとに測定した。画像サンプルは、一辺3cmの正方形のベタ画像を紙上の中央部1ヶ所に印刷したものを用いた。すべての画像サンプルにおいて、1.3以上であれば良好(○;紙の繊維がトナーで完全に覆われた状態)とし、いずれかの画像サンプルにおいて画像濃度が1.2以上1.3未満であればやや不良(△)とし、いずれかの画像サンプルにおいて画像濃度が1.2未満であれば不良(×;紙の繊維がトナーで十分に覆われていない状態)とした。
(カブリ)
印刷初期から50K枚にかけて5K枚ごとに印刷した画像サンプルを用いて、白度計Z−Σ90 COLOR MEASURING SYSTEM(日本電色工業株式会社製)により、印刷前の非画像部の白色度W1および印刷後の非画像部の白色度W2を測定し、両者の差(W2−W1)をカブリ濃度として求めた。すべての画像サンプルにおいて、カブリ濃度が0.6未満であれば良好(○;肉眼ではカブリがほとんど見えない状態)とし、いずれかの画像サンプルにおいて0.6以上1.0未満であればやや不良(△)とし、いずれかの画像サンプルにおいて1.0以上であれば不良(×;肉眼でカブリが明確に見える状態)とした。
(耐摩耗性)
耐摩耗性は、画像濃度測定後のコートキャリアを電子顕微鏡で観察し、コート樹脂層が剥がれてコア粒子が露出しているかどうかを調べた。コート樹脂層の剥がれがなかったものについては○、剥がれが観察されたものについては×とした。
表2に印刷試験の結果を示す。
Figure 2010276730
実施例1〜3のコートキャリアにおいては、解砕面の発生がなく、コート層の厚さが均一であった。また、連続印刷試験においても、コート層の剥離や摩耗がなく、長期にわたり安定した画像が得られた。
一方、比較例1,2のコートキャリアにおいては、解砕面の発生が見られ、被覆層の厚さが不均一であった。また、連続印刷試験においても、被覆層の剥離や摩耗が見られ、画像濃度の低下やカブリの発生が見られた。比較例3,4のコートキャリアにおいては、解砕面の発生は見られなかったものの、被覆層の厚さが不均一であった。また、連続印刷試験においても、被覆層の剥離や摩耗が見られ、画像濃度の低下やカブリの発生が見られた。比較例5のコートキャリアにおいては、被覆層の厚さが均一であったが、連続印刷試験において、被覆層の剥離や摩耗が早期に見られ、画像濃度の低下やカブリの発生が見られた。
40 コア粒子
41 第1樹脂層
42 樹脂粒子層
42a 樹脂粒子
43 第2樹脂層
44 コート層
50 コートキャリア

Claims (5)

  1. 磁性体を含むコア粒子と、前記コア粒子を被覆する第1樹脂層と、前記第1樹脂層に単層で固定される樹脂粒子からなる樹脂粒子層と、第2樹脂層とで構成され、
    第1樹脂層は、第1反応性基を有する第1樹脂を含み、
    樹脂粒子層は、前記第1反応性基と架橋反応し得る第2反応性基を有する架橋樹脂を含み、
    第2樹脂層は、前記樹脂粒子間の隙間を埋めるように設けられることを特徴とするコートキャリア。
  2. 前記第2樹脂層が、前記第1反応性基を備える第2樹脂を含むことを特徴とする、請求項1に記載のコートキャリア。
  3. 前記第1反応性基を有する第1樹脂、および前記第2反応性基を有する架橋樹脂のうち、一方が、グリシジル基を有するアクリル樹脂であり、他方がカルボキシル基を有するアクリル樹脂であることを特徴とする、請求項1または2に記載のコートキャリア。
  4. 磁性体を含むコア粒子表面に、第1反応性基を有する第1樹脂を含む第1樹脂層を形成する第1樹脂層形成工程と、前記第1樹脂表面に、前記第1反応性基と架橋反応し得る第2反応性基を有する架橋樹脂を単層で固定する樹脂粒子層形成工程と、前記第1樹脂層および樹脂粒子層の隙間を埋めるように第2樹脂層を設ける第2樹脂層形成工程とを有するコートキャリアの製造方法。
  5. 前記樹脂粒子層形成工程において、使用する樹脂粒子の90個数%以上が、粒径が個数平均粒径の0.8倍以上1.2倍以下であることを特徴とする請求項4に記載のコートキャリアの製造方法。
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