JP2013088656A - 静電潜像現像剤用キャリア、キャリアとトナーとからなる静電潜像現像剤及び該現像剤を用いたプロセスカートリッジ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】自発磁化の発現した磁性を有する芯材粒子と該芯材粒子表面を被覆する導電材含有の被覆層とで構成し、下記方法による電気抵抗率LogRΩcmが8.0〜12.0で且つ重量平均粒径Dwが25〜45μmとなるように調整してキャリアを得る。このキャリアとトナーを組み合せて現像剤とし、プロセスカートリッジ憎み込んで画像を形成する。〔測定方法〕:電極間距離2mm、表面積2×4cm2の対向電極を収容したセルにキャリアを充填し、両電極間に1000Vの直流電圧を印加し、直流抵抗を測定して算出する。
【選択図】図4
Description
本発明において、「静電潜像現像剤用キャリア」を「キャリア」と呼称することがある。
また、「静電潜像現像剤」を「二成分現像剤」あるいは「現像剤」と呼称することがある。
即ち、上記課題は、自発磁化の発現した磁性を有する芯材粒子と、該芯材粒子表面を被覆する導電材含有の被覆層とで構成され、下記方法で測定される電気抵抗率LogR[Ωcm]が8.0〜12.0で、且つ重量平均粒径Dwが25〜45[μm]であることを特徴とする静電潜像現像剤用キャリアにより解決される。
〔電気抵抗率の測定方法〕:電極間距離2[mm]、表面積2×4[cm2]の対向電極を収容したセルにキャリアを充填し、両電極間に1000[V]の直流電圧を印加し、直流抵抗を測定して電気抵抗率LogR[Ωcm]を算出する。
また、上記課題は、請求項1乃至6のいずれかに記載のキャリアとトナーとからなることを特徴とする静電潜像現像剤により解決される。
また、上記課題は、静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に形成された静電潜像を請求項7に記載の静電潜像現像剤を用いて現像する手段が少なくとも一体に支持され、画像形成装置本体に着脱自在とされたことを特徴とするプロセスカ−トリッジにより解決される。
詳細には、現像剤担持体へのトナー付着は、非画像時に現像スリーブ方向へバイアスがかかるため、トナーが現像剤担持体上へ現像されてしまうことで発生し、現像剤担持体上へ現像されたトナーは電位を持つために、印刷時には現像剤担持体上のトナーの持つ電位分だけ現像電位が嵩上げされ、トナー現像量が増加してしまう。また、現像剤担持体上へ現像されたトナーは、現像時に消費されてしまうため、現像剤担持体上のトナー量は一定ではなく前画像の履歴により変動する。即ち、直前画像が非画像である場合や、用紙と用紙の間隔直後である場合の現像時は、現像剤担持体上にはトナーが現像され、現像剤担持体上にトナーが付着しており、画像濃度は高くなる。一方、直前画像が画像面積の多い画像の場合には、現像剤担持体上にはトナーは消費されるために少なくなり画像濃度は低くなる。
以上のように、本発明が課題とする現象は、直前画像の履歴を受け、現像剤担持体上のトナー現像量が変動し、その変動の影響を受け、次画像の濃度変動が現れる現象である。
即ち、本発明における静電潜像現像剤用キャリアは、自発磁化の発現した磁性を有する芯材粒子と、該芯材粒子表面を被覆する導電材含有の被覆層とで構成され、下記方法で測定される電気抵抗率LogR[Ωcm]が8.0〜12.0で、且つ重量平均粒径Dwが25〜45[μm]であることを特徴とするものである。
〔電気抵抗率の測定方法〕:電極間距離2[mm]、表面積2×4[cm2]の対向電極を収容したセルにキャリアを充填し、両電極間に1000[V]の直流電圧を印加し(印加電界;1000[V]/2[mm])、直流抵抗を測定して電気抵抗率LogR[Ωcm]を算出する。
先ず、本発明における芯材粒子の自発磁化について述べる。
キャリア用の芯材粒子は、一般に小さな単結晶(結晶粒)の集まった多結晶の強磁性体、あるいはフェリ磁性体である。それらは、単結晶の大きさに応じていくつかの磁区(小磁石)に分かれており、単結晶単位、及び芯材粒子全体として、外部に磁化を発現させないような磁区配列をとることによって、低エネルギー状態を保っている。従って、芯材粒子は磁界が印加されて初めて、単結晶内の磁区が磁界方向に配列し、単結晶、各芯材粒子(単結晶の集合)、更に芯材粒子群全体が磁化されることになる。
これに対し、本発明の芯材粒子は、磁場が印加されていない初期の状態において、既に、単結晶の大きさレベル、あるいは芯材の粒子単位でわずかな磁化を持っている(小磁石となっている)。即ち、多結晶体である芯材粒子のごく一部が局所的に磁化して(小磁石となって)おり、芯材粒子が自発磁化を発現していることが特徴である。
現像スリーブ上の現像剤充填密度が小さく、磁気ブラシが疎の状態であると、印刷時に現像剤担持体上のトナーが移動し易くなり、結果的に現像されるトナー量が多くなってしまい、ゴースト現象が悪化する傾向がある。この現象に対しては、ドクターギャップを広げて汲み上げ量を増やすことが有効であるが、よく知られているように単に汲み上げ量を増やすと、現像剤の寿命低下や感光体のフィルミングにつながり易く、信頼性を要求される高速マシン、フルカラー現像のマシンでは採用が難しいのが現状である。
このような方法に対して、自発磁化を有し、チェーン化、磁気凝集を生じている芯材粒子を使用したキャリアの場合、ゴースト現象を大幅に改善することができる。磁気凝集がゴースト現象を抑制する理由は十分明確になっているとは言い難いが、それは、あたかも汲み上げ量を増やしたことと同様の効果を発揮しているものと推察している。
H=(3M/4πr3)(3cos2θ−1)2 ・・・(I)
式(I)中の記号は、下記を示す。
[磁界の法線方向に対する角度(θ)、キャリア間の距離(r)、M(キャリア1個当りの磁化)=m×v×ρ]、磁化m(emu/g)、キャリア体積v(cm3)、真比重ρ(g/cm3)]
(1)磁界中で二個のキャリアが近接している時、両者間には磁界方向に直角に(→現像スリーブ方向)に、−M2/4πr3 の大きさの斥力(図1参照)が働く。
(2)現像領域では、現像スリーブ接線方向の磁界が小さいため、キャリアに水平方向の斥力が働くと、キャリア間隔が広がり、ブラシが粗になり易い。
(3)斥力が大きくなるのは、磁化m(emu/g)、v(体積→粒径)、及び真密度(ρ)、即ち一粒子あたりの磁化が大きい場合である。
(4)キャリアの凝集性(物理的付着力、磁気凝集など)は、斥力を打ち消し、ブラシの密度が疎になるのを防ぐ役目を果たす。
〔電気抵抗率の測定方法〕
キャリアの電気抵抗率は、次の方法により、測定することができる。
図2に示すように、電極間距離2[mm]、表面積2×4[cm2]の電極(12a)、(12b)を収容したフッ素樹脂製容器からなるセル(11)にキャリア(13)を充填し、両極間に1000Vの直流電圧を印加し、ハイレジスタンスメーター4329A(4329A+LJK 5HVLVWDQFH OHWHU;横川ヒューレットパッカード株式会社製)にて直流抵抗を測定し、電気抵抗率LogR[Ωcm]を算出する。
キャリア抵抗測定の際における充填の度合いは、キャリアをセルにあふれるまで入れ、セル全体を20回タッピングした後、セルの上面を非磁性でできた水平なへらを用いてセルの上端に沿って一回の操作で平らにかきとる。充填の際に加圧は不要である。
尚、上記キャリアの抵抗率の調整は、芯材粒子表面を被覆する導電材含有の被覆層(例えば、樹脂層:導電材を含有する)の抵抗調整、膜厚の制御、及び樹脂層へ導電性微粉末を含有させることによって可能である。
本発明においてキャリア、及びキャリア芯材に関して言う重量平均粒径Dwは、個数基準で測定された粒子の粒径分布(個数頻度と粒径との関係)に基づいて算出されたものである。この場合の重量平均粒径DWは次式(II)で表される。
DW={1/Σ(nD3)}×{Σ(nD4)} ・・・(II)
[式(II)中、Dは各チャネルに存在する粒子の代表粒径(μm)を示し、nは各チャネルに存在する粒子の総数を示す。]
尚、チャネルとは、粒径分布図における粒径範囲を等分に分割するための長さを示すもので、本発明の場合には、2μmの長さを採用した。また、各チャネルに存在する粒子の代表粒径としては、各チャネルに保存する粒子粒径の下限値を採用した。
また、本発明においてキャリア及び芯材粒子における個数平均粒径Dpは、個数基準で測定された粒子の粒径分布に基づいて算出されたものである。この場合の個数平均粒径Dpは次式(III)で表される。
Dp=(1/N)×(ΣnD) ・・・(III)
[式(III)中、Nは計測した全粒子数を示し、nは各チャネルに存在する粒子の総数を示し、Dは各チャネル(2μm)に存在する粒子粒径の下限値を示す。]
〔1〕粒径範囲:100〜8μm
〔2〕チャネル長さ(チャネル幅):2μm
〔3〕チャネル数:46
〔4〕屈折率:2.42
強磁性体、あるいはフェリ磁性体の磁化は、原子の磁気モーメントに起因している。原子磁気モーメントは一定の集合単位までは同じ方向を保つことができるため、それに対応した大きさの単結晶(単磁区粒子)は自発磁化を発現できる。つまり、小磁石となっている。芯材粒子が自発磁化を発現する場合について、本発明者らが詳細に検討した結果、自発磁化は単磁区粒子のみではなく、大きな粒径の単磁区粒子と小さな粒径の多磁区粒子が混在している領域・場所でも発現していることを見出した。単磁区粒子の大きさは、通常、サブμmから数μmであるが、前述のように、単磁区と多磁区粒子の中間の大きさ、即ち、1〜10μmの大きさの領域・結晶粒(以後、擬単磁区粒子と呼ぶ)において自発磁化の所在が認められ、本願の発明に至った。
擬単磁区粒子の大きさは、磁性体の組成、作成条件、添加物の種類、及び量などにより、その大きさが異なっている。
(MO)x(NO)y(Fe203)z ・・・(a)
[但し、式(a)中、x+y+z=100mol%である。M、Nはそれぞれ、Fe、Ni、Cu、Zn、Li、Mg、Mn、Sr、Caから選択される異なる原子を示す。]
式(a)で表される焼結体は、2価の金属酸化物と3価の鉄酸化物との完全混合物から構成されている。
これらのうち、本発明におけるキャリアの芯材粒子として、MnMgSr系フェライト、Mnフェライト、マグネタイトが好ましい。つまり、自発磁化を発現するフェライトとして、例えば、MnMg系フェライト、MnMgSr系フェライト又はMnMgCa系フェライトからなる磁性材料を特に好ましく用いることができる。また、磁性材料にはP2O5、Al2O3、SiO2、Bi2O3、ZrO2、B2O3、BaO、TiO2、Na2O、PbO、Y2O3などの添加物を含有することができる。
MnMg系フェライト、MnMgSr系フェライト又はMnMgCa系フェライトはいずれも自発磁化を発現し、適切な大きさの磁気凝集状態を形成することができてゴースト現象を改善することができる。特に、MnMgSr系フェライト又はMnMgCa系フェライトは着磁なしでも自発磁化の状態(磁気凝集状態に反映される)が非常に良好(◎)である。MnMg系フェライトは着磁なしで自発磁化の状態は良好(○)であり、着磁することにより非常に良好(◎)となる。
特に、芯材粒子の表面にマグネトプラムバイト型フェライトの単相又はカルシウムフェライトの単相が部分的に形成(分散析出)された芯材粒子は好適な自発磁化を発現する。
ここで、カルシウムフェライト(2CaOFe2O3、CaOFe2O3、CaO2Fe2O3からなる酸化物の総称である)の単相が部分的に形成された芯材粒子の場合、好適な自発磁化によりゴースト画像の解消に対して良好な効果を発揮する。
また、マグネトプラムバイト型フェライト単相が部分的に形成された場合も同様に好適な自発磁化を発現する。マグネトプラムバイト型フェライトとしては、MO・6Fe2O3(MはSr、Ba、Pb等)で表される構造が挙げられる。
MO・6Fe2O3(MはSr、Ba、Pb等)で表されるマグネトプラムバイト型フェライト単相が部分的に形成(分散析出)された芯材粒子は、六方晶の結晶形(六角形の板状)を呈しており、磁化の大きさは結晶軸の方向によって異なっている。即ち、磁気異方性があり、六角形の面に対して、垂直方向の磁化が最も大きい。その結果、単相、及び周辺領域に自発磁化が発現している。この自発磁化を有する芯材を使用したキャリアは、ゴースト画像が大幅に改良される。
(1)30ccのガラス瓶に、界面活性剤・直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩(固形分27%)の水溶液20ccを入れる。
(2)試料(例えば、芯材粒子)0.3gを(1)の水溶液中に投入し、超音波分散器で30秒分散させる。
(3)1時間放置後、ガラス瓶の底に溜まった試料のチェーン化状態を10倍のルーペで観察する。
(4)更に、(3)の状態のガラス瓶を逆さにして試料を水溶液中に落下させ、写真撮影し、その凝集状態を判定した(図3、図4及び下記表1参照)。
本発明のキャリアは、磁性材料を解砕、または粉砕し、その粉砕物粒子を所定の粒径が得られるように分級し、この分級により得られた芯材粒子の表面に樹脂被膜を形成することにより得られる。
〔流動性(FL)の測定方法〕:流動性試験法(JIS−Z2502)に準拠し、オリフィス径3.00mmの漏斗を使用して、50gの芯材粒子がオリフィスから流出するのに要する時間を求める。
流動性の変化が3[秒]より小さいとゴースト画像に対する効果見られず、12[秒]より大きいと、キャリア(現像剤にも影響を及ぼす)の磁気的凝集が強すぎ、補給したトナーのキャリアへの分散性が悪くなりトナー飛散が増える。
〔流動性(FL)の測定方法〕:流動性試験法(JIS−Z2502)に準拠し、オリフィス径3.00mmの漏斗を使用して、50gのキャリアがオリフィスから流出するのに要する時間を求める。
流動性の変化が2[秒]より小さいとゴースト画像に対する効果見られず、8[秒]より大きいと、キャリア(現像剤にも影響を及ぼす)の磁気的凝集が強すぎ、補給したトナーのキャリアへの分散性が悪くなりトナー飛散が増える。
本発明における芯材粒子表面を被覆する被覆層は、導電材を含有する被覆層用組成物から構成されるが、導電材として導電性粒子が好ましく用いられる。導電性粒子を含有させることにより、キャリアの体積固有抵抗を適性に調整することができる。導電性粒子としては、カーボンブラック、ITO、酸化錫、酸化亜鉛等が挙げられ、二種以上併用してもよい。酸化インジウムを使用すると、ゴースト画像が大幅に改善される。例えば、導電材として、酸化アルミニウム基体の上にスズをドープした酸化インジウムからなる導電性微粒子が好ましく用いられる。
上記式(b)のアリール基において、その炭素数は6〜20、好ましくは6〜14である。このアリール基には、ベンゼン由来のアリール基(フェニル基)の他、ナフタレンやフェナンスレン、アントラセン等の縮合多環式芳香族炭化水素由来のアリール基及びビフェニルやターフェニル等の鎖状多環式芳香族炭化水素由来のアリール基等が包含される。該アリール基には、各種の置換基が結合していてもよい。
上記変性シリコーン樹脂の具体例としては、エポキシ変性物:ES−1001N、アクリル変性シリコーン:KR−5208、ポリエステル変性物:KR−5203、アルキッド変性物:KR−206、ウレタン変性物:KR−305(以上、信越化学工業社製)、エポキシ変性物:SR2115、アルキッド変性物:SR2110(東レダウコーニングシリコーン社製)などが挙げられる。
これらの例示樹脂とシリコーン樹脂の混合比(例示樹脂/シリコーン樹脂)の範囲は、樹脂の種類及び相溶性にもよるが一般的に、0/100〜60/40、好ましくは0/100〜50/50、より好ましくは0/100〜40/60である。尚、一般的にストレートシリコーンは組成によっては相溶性が劣る場合がある。
本発明のキャリアとトナーにより静電潜像現像剤(現像剤)を構成することができる。このような、現像剤の下記方法で測定される帯電量(Q/M)は、23℃50%の環境下において、該トナーによるキャリアの被覆率が50[%]のときの該トナーの帯電量が10〜70[μc/g]、より、好ましくは15〜50[μc/g]である。
〔現像剤の帯電量測定方法〕:
現像剤の帯電量は図5に示す方法で測定することができる。即ち、一定量の現像剤を、両端に金属メッシュを備えた導体容器(ブローオフケージ15)に入れる。メッシュ(ステンレス製)の目開きはトナー11とキャリア10の粒径の中間のもの(目開き20μm)を選び、トナーがメッシュの間を通過するように設定する。ノズル12から圧縮窒素ガス13[1kgf/cm2]を60秒間吹き付けて、トナーをゲージの外へ飛び出させると、ケージ内にトナーの電荷と逆極性を持ったキャリアが残される。符号14は電位計を示す。
その電荷量Qと、飛び出したトナーの質量Mを測定し、単位質量当たりの電荷量を帯電量Q/Mとして算出する。トナー帯電量は[μc/g]で表示される。
なお、前記被覆率は下記式(IV)で算出される。
被覆率(%)=(Wt/Wc)×(ρc/ρt)×(Dc/Dt)×(1/4)×100 ・・・(IV)
[上記式(IV)中、Dcはキャリアの重量平均粒径(μm)、Dtはトナーの重量平均粒径(μm)、Wtはトナーの重量(g)、Wcはキャリアの重量(g)、ρtはトナー真密度(g/cm3)、ρcはキャリア真密度(g/cm3)をそれぞれ表す。]
橙色顔料としては、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダンスレンブリリアントオレンジRK、ベンジジンオレンジG、インダンスレンブリリアントオレンジGKが挙げられる。
赤色顔料としては、ベンガラ、カドミウムレッド、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドD、ブリリアントカーミン6B、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン3Bが挙げられる。
紫色顔料としては、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキが挙げられる。
青色顔料としては、コバルトブルー、アルカリブルー、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダンスレンブルーBCなどが挙げられる。
緑色顔料としては、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンB、マラカイトグリーンレーキ等が挙げられる。
黒色顔料としては、カーボンブラック、オイルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、アニリンブラック等のアジン系色素、金属塩アゾ色素、金属酸化物、複合金属酸化物が挙げられる。
また、これら着色剤は1種または2種以上を使用することができる。
前記無機微粒子はその表面が疎水化処理されていることが好ましく、疎水化処理されたシリカや酸化チタン等の金属酸化物微粒子が好適に用いられる。また、樹脂微粒子としては、ソープフリー乳化重合法により得られた平均粒径0.05乃至1[μm]程度のポリメチルメタクリレートやポリスチレン微粒子が好適に用いられる。さらに、疎水化処理されたシリカ及び疎水化処理された酸化チタンを併用し、疎水化処理されたシリカの外添量より疎水化処理された酸化チタンの外添量を多くすることにより湿度に対する帯電の安定性にも優れたトナーとすることができる。
図6に本発明のプロセスカートリッジの概略構成を示す。図6はプロセスカートリッジ(60)全体を示し、画像形成装置の主要手段である、感光体(61)、帯電手段(62)、本発明の現像剤を用いた現像手段(63)及びクリーニング手段(64)を備えている。
即ち、本発明おいては、上述の感光体、帯電手段、現像手段、及びクリーニング手段等の構成要素のうち、本発明の現像剤を用いる現像手段と、他の単数又は複数の手段とをプロセスカートリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカートリッジを複写機やプリンタ等の画像形成装置本体に対して着脱可能(着脱自在)に構成する。
以下、トナー製造例、芯材粒子製造例、キャリア製造例について説明する。以下において、「部」は重量部を表す。
〔トナー1〕
(トナーバインダーの合成)
冷却管、攪拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物724部、イソフタル酸276部およびジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧で230℃で8時間反応し、さらに10乃至15mmHgの減圧で5時間反応した後、160℃まで冷却して、これに32部の無水フタル酸を加えて2時間反応した。次いで、80℃まで冷却し、酢酸エチル中にてイソフォロンジイソシアネート188部と2時間反応を行いイソシアネート含有プレポリマー(1)を得た。次いでプレポリマー(1)267部とイソホロンジアミン14部を50℃で2時間反応させ、重量平均分子量64000のウレア変性ポリエステル(1)を得た。上記と同様にビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物724部、テレフタル酸276部を常圧下、230℃で8時間重縮合し、次いで10乃至15mmHgの減圧で5時間反応して、ピーク分子量5000の変性されていないポリエステル(a)を得た。ウレア変性ポリエステル(1)200部と変性されていないポリエステル(a)800部を酢酸エチル/MEK(1/1)混合溶剤2000部に溶解、混合し、トナーバインダー(1)の酢酸エチル/MEK溶液を得た。一部減圧乾燥し、トナーバインダー(1)を単離した。Tgは62℃であった。
(トナーの作成)
ビーカー内に前記のトナーバインダー(1)の酢酸エチル/MEK溶液240部、ペンタエリスリトールテトラベヘネート(融点81℃、溶融粘度25cps)20部、銅フタロシアニンブルー4部を入れ、60℃にてTK式ホモミキサーで12000rpmで攪拌し、均一に溶解、分散させた。ビーカー内にイオン交換水706部、ハイドロキシアパタイト10%懸濁液(日本化学工業(株)製スーパタイト10)294部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.2部を入れ均一に溶解した。ついで60℃に昇温し、TK式ホモミキサーで12000rpmに攪拌しながら、上記トナー材料溶液を投入し10分間攪拌した。次いで、この混合液を攪拌棒および温度計付のコルベンに移し、98℃まで昇温して溶剤を除去した。分散スラリーを減圧濾過した後、濾過ケーキを得た。
〈洗浄・乾燥・フッ素処理等〉
1:濾過ケーキにイオン交換水100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
2:上記1の濾過ケーキに10%水酸化ナトリウム水溶液1OO部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで30分間)した後、減圧濾過した。
3:上記2の濾過ケーキに10%塩酸100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
4:上記3の濾過ケーキにイオン交換水300部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過する操作を2回行い、ケーキ状物を得た。これを、[濾過ケーキ1]とする。
5:上記[濾過ケーキ1]を循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥した。
6:その後、水90部に対して[濾過ケーキ1]15部を加えて、これにフッ素化合物を0.0005部分散させることで、トナー粒子表面にフッ素化合物(2)を付着させた後、循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥した。
7:その後目開き75μmメッシュで篩い、体積平均粒径5.3μmのトナー母体粒子を得た。
これを、[トナー母体粒子1]とする。上記で得られた[トナー母体粒子1]100部に対して、外添剤として疎水性シリカ1.5部と、疎水化酸化チタン0.7部をヘンシェルミキサーにて2000rpm×30秒、5サイクルで混合処理し、シアントナーを得た。これを、[トナー1]とする。
[芯材粒子製造例]
〔芯材製造例1〕
MnCO3、Mg(OH)2、及びFe2O3、SiO2、P2O5粉を秤量し混合して混合粉を得た。この混合粉を、加熱炉により900℃、3時間、大気雰囲気下で仮焼し、得られた仮焼物を冷却後、粉砕して、ほぼ粒径7μm径の粉体とした。この粉体を1wt%の分散剤を水と共に加えてスラリーとし、このスラリーをスプレードライヤに供給して造粒し、平均粒径約40μmの造粒物を得た。この造粒物を焼成炉に装填し、窒素雰囲気下で、1250℃、5時間焼成した。得られた焼成物を解砕機で解砕した後、篩い分けにより粒度調整を行い、重量平均粒径が約41.2μmのMnMg系フェライト芯材粒子(1)[略称、芯材(1):以下同様]を得た。この造粒物の成分分析を行ったところMnO:45.2mol%、MgO:1.24mol%、Fe2O3:49.25mol%、SiO2:1.81mol%、P2O5:2.09mol%であった。主組成はMnフェライトである。
芯材粒子(1)の特性(粒径、自発磁化の発現、流動性、磁気特性)及び芯材(1)を構成する磁性体の主組成分と主添加物をまとめて下記表2に示す。
芯材製造例1においてP2O5粉を秤量・混合しないこと以外は、芯材製造例1と全く同様にして芯材(2)を得た。芯材(2)の特性(粒径、自発磁化の発現、流動性、磁気特性)及び芯材(2)を構成する磁性体の主組成分と主添加物をまとめて下記表2に示す。
芯材製造例1において仮焼物を粉砕して得られた粉体を1wt%の分散剤を水と共に加えてスラリーとし、このスラリーをスプレードライヤに供給して造粒し、重量平均粒径約を46μmの造粒物とした以外は、キャリア製造例1と全く同様にして、芯材(3)を得た。芯材(3)の特性(粒径、自発磁化の発現、流動性、磁気特性)及び芯材(3)を構成する磁性体の主組成分と主添加物をまとめて下記表2に示す。
芯材製造例1において仮焼物を粉砕して得られた粉体を1wt%の分散剤を水と共に加えてスラリーとし、このスラリーをスプレードライヤに供給して造粒し、重量平均粒径約を28μmの造粒物とした以外は、キャリア製造例1と全く同様にして、芯材(4)を得た。芯材(4)の特性(粒径、自発磁化の発現、流動性、磁気特性)及び芯材(4)を構成する磁性体の主組成分と主添加物をまとめて下記表2に示す。
芯材製造例1で得た芯材(1)を、Imagio Neo 600(リコー社製)の主極を23.7[kA/m](300[Oe])の磁石に変更した現像装置に投入し、30分間現像スリーブを回転させ、芯材の自発磁化がより大きく発現した芯材(5)を得た。芯材(5)の特性(粒径、自発磁化の発現、流動性、磁気特性)及び芯材(5)を構成する磁性体の主組成分と主添加物をまとめて下記表2に示す。
処理前芯材(5)[芯材(1)と同じ]の流動性(FL)は、30.8秒であったものが、上記30分処理後の芯材(5)の流動性(FL)は、39.5秒であった。
MnCO3、Mg(OH)2、Fe2O3、及びSrCO3粉を秤量し混合して混合粉を得た。
得られた混合粉を、加熱炉により1200℃、1時間、大気雰囲気下で仮焼し、得られた仮焼物を冷却後、粉砕して、粒径3μm以下の粉体とした。この粉体を1wt%の分散剤を水と共に加えてスラリーとし、このスラリーをスプレードライヤに供給して造粒し、平均粒径約40μmの造粒物を得た。この造粒物を焼成炉に装填し、窒素雰囲気下で、1275℃、4時間焼成した。得られた焼成物を解砕機で解砕した後、篩い分けにより粒度調整を行い、重量平均粒径が約35μmのMnMgSr系フェライトの芯材(6)を得た。この造粒物の成分分析を行ったところMnO:40.0mol%、MgO:10.0mol%、Fe2O3:50mol%、SrO:0.4mol%、であった。主組成はMnMgSrフェライト(略、MnMgSr)である。
芯材(6)は良好な自発磁化を発現している。電子顕微鏡で芯材(6)を観察すると、図7に示すように六方晶の板状の粒界が方々に析出している(黒色にマーキング)のが確認される[芯材粒子の表面にマグネトプラムバイト型フェライトの単相が部分的に形成(分散析出)されている。]。芯材(6)の特性(粒径、自発磁化の発現、流動性、磁気特性)及び芯材粒子(6)を構成する磁性体の主組成分と主添加物をまとめて下記表2に示す。
MnCO3、Mg(OH)2、Fe2O3、及びCaCO3粉を秤量し混合して混合粉を得た。この混合粉を、加熱炉により950℃、1時間、大気雰囲気下で仮焼し、得られた仮焼物を冷却後、粉砕して、粒径3μm以下の粉体とした。この粉体を1wt%の分散剤を水と共に加えてスラリーとし、このスラリーをスプレードライヤに供給して造粒し、平均粒径約40μmの造粒物を得た。この造粒物を焼成炉に装填し、窒素雰囲気下で、1250℃、5時間焼成した。得られた焼成物を解砕機で解砕した後、篩い分けにより粒度調整を行い、重量平均粒径が約35μmのMnMgCa系フェライトの芯材(7)[芯材粒子の表面にカルシウムフェライトの単相が部分的に形成(分散析出)されている。]を得た。この造粒物の成分分析を行ったところMnO:44.3mol%、MgO:0.7mol%、Fe2O3:53mol%、CaO:2.0mol%であった。主組成はカルシウムフェライトである。
粒子(7)の特性(粒径、自発磁化の発現、流動性、磁気特性)及び芯材(7)を構成する磁性体の主組成分と主添加物をまとめて下記表2に示す。
(キャリア製造例1)
下記に示す処方の組成分を0.5mmZrビーズ1000重量部とともに、ペイントシェイカーで1時間分散した後、メッシュでビーズを除去し、樹脂被覆膜形成溶液を得た。
〈組成分処方〉
メタクリル系共重合体1[固形分100重量%]: 18.0重量部
シリコン樹脂溶液[固形分20重量%(SR2410;
東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)]: 360.0重量部
アミノシラン[固形分100重量%(SH6020;東レ・
ダウコーニング・シリコーン社製)]: 4.0重量部
EC−700(チタン工業社製 粒径;0.35μm): 200重量部
トルエン: 900重量部
キャリア用の芯材として前述した芯材(1)を5000重量部用い、上記被覆膜形成溶液にTC−750(マツモトファインケミカル社製)10.5重量部を加えたコート溶液を作成し、芯材(1)表面にスピラコーター(岡田精工社製)によりコーター内温度70℃で塗布した後、乾燥した。
得られた芯材(1)表面に被覆層が形成された粒子を電気炉中にて210℃で1時間放置して焼成した。冷却後フェライト粉バルクを目開き63μmの篩を用いて解砕し、キャリアAを得た。
キャリアAの特性(粒径、電気抵抗、磁気特性、自発磁化の発現、流動性)及び用いた芯材をまとめて下記表3に示す。
キャリア製造例1において芯材(2)を使用する以外は、キャリア製造例1と全く同じ方法で、キャリアBを得た。
キャリアBの特性(粒径、電気抵抗、磁気特性、自発磁化の発現、流動性)及び用いた芯材をまとめて下記表3に示す。
キャリア製造例1においてEC−700(チタン工業社製 粒径:0.35μm)の量を、200重量部から550重量部に変更する以外は、キャリア製造例1と全く同じ方法で、キャリアCを得た。
キャリアCの特性(粒径、電気抵抗、磁気特性、自発磁化の発現、流動性)及び用いた芯材をまとめて下記表3に示す。
キャリア製造例1においてEC−700(チタン工業社製 粒径:0.35μm)の量を、200重量部から110重量部に変更する以外は、キャリア製造例1と全く同じ方法で、キャリアDを得た。
キャリアDの特性(粒径、電気抵抗、磁気特性、自発磁化の発現、流動性)及び用いた芯材をまとめて下記表3に示す。
キャリア製造例1において芯材(3)を使用する以外は、キャリア製造例1と全く同じ方法で、キャリアEを得た。
キャリアEの特性(粒径、電気抵抗、磁気特性、自発磁化の発現、流動性)及び用いた芯材をまとめて下記表3に示す。
キャリア製造例1において芯材粒子(4)を使用する以外は、キャリア製造例1と全く同じ方法で、キャリアFを得た。
キャリアFの特性(粒径、電気抵抗、磁気特性、自発磁化の発現、流動性)及び用いた芯材をまとめて下記表3に示す。
キャリア製造例1において芯材粒子(5)を使用する以外は、キャリア製造例1と全く同じ方法で、キャリアHを得た。
キャリアHの特性(粒径、電気抵抗、磁気特性、自発磁化の発現、流動性)及び用いた芯材をまとめて下記表3に示す。
キャリア製造例1で得たキャリアAをImagio Neo 600(リコー社製)の主極を23.7[kA/m](300[Oe])の磁石に変更した現像装置に投入し、30分間現像スリーブを回転させ、自発磁化がより大きく発現したキャリアIを得た。
キャリアAとキャリアIの流動性の相違を前記芯材粒子の流動性(FL)と同様に流動性試験法(JIS−Z2502)に準拠して所要時間を測定し評価した。具体的には、オリフィス径3.00mmのものを使用して、50gの試料がオリフィスから流出するのに要する時間を、0.1秒の単位で求めた。
処理前のキャリアAの流動性(FL)は23.2秒であったものが、上記30分処理後のキャリアIの流動性(FL)は28.3秒であった。
キャリアIの特性(粒径、電気抵抗、磁気特性、自発磁化の発現、流動性)及び用いた粒子芯材をまとめて下記表3に示す。
キャリア製造例1において芯材粒子(6)を使用する以外は、キャリア製造例1と全く同じ方法で、キャリアJを得た。
キャリアJの特性(粒径、電気抵抗、磁気特性、自発磁化の発現、流動性)及び用いた粒子芯材をまとめて下記表3に示す。
キャリア製造例1において芯材粒子(7)を使用する以外は、キャリア製造例1と全く同じ方法で、キャリアKを得た。
キャリアKの特性(粒径、電気抵抗、磁気特性、自発磁化の発現、流動性)及び用いた粒子芯材をまとめて下記表3に示す。
前記[トナー1]7部と、前記[キャリアA]〜[キャリアF]及び[キャリアH]〜[キャリアK]のそれぞれ93部を混合撹拌してトナーとキャリアとからなる10種類の電子写真用現像剤(略、現像剤)を得た。
これら10種類の現像剤を用いて実機での品質評価を実施した。即ち、それぞれの現像剤を市販のデジタルフルカラープリンター(リコー社製 RICOH Pro C901)にセットし、初期画像品質をチェック後、100枚印字テストを行い、100K枚印字テスト後の画像品質を評価した。評価結果を下記表4に示す。
画像品質評価は転写紙上で実施した。但し、キャリア付着は現像後、転写前の状態を感光体上から粘着テープに転写して観察した。
(1)ベタ部画像濃度(ID):30mm×30mmのベタ部の中心をX−Rite938分光測色濃度計で、5個所測定し平均値を出した。
(2)地汚れ:画像上の地肌部の汚れを目視で評価し、○は「良好」、×は「不良」とした。
(3)ゴースト画像の評価方法:ゴーストについては、市販のデジタルフルカラープリンター(リコー社製 RICOH Pro C901)に現像剤をセットし、画像面積8%の文字チャート(1文字の大きさ;2mm×2mm程度)を100K枚出力後に、図8に示す縦帯チャートを印刷し、スリーブ一周分(a)と一周後(b)の濃度差をX-Rite938(X-Rite社製)により、センター、リア、フロントの3箇所測定の平均濃度差をΔIDとし、以下ランク分けした。
◎は「非常に良好」、○は「良好」、△は「許容」、×は「実用上使用できないレベル」であり、◎、○、△を合格とし×を不合格とした。
◎:0.01≧ΔID
○:0.01<ΔID≦0.03
△:0.03<ΔID≦0.06
×:0.06<ΔID
(4)キャリア付着(黒ベタ部):キャリア付着が発生すると、感光体ドラムや定着ローラーの傷の原因となり、画像品質の低下を招く。感光体上にキャリア付着が発生しても、一部のキャリアしか紙に転写しないため、以下の方法で評価した。
ベタ画像(30mm×30mm)に付着したキャリアの個数を、感光体上でカウントしてベタキャリア付着の評価を行った。表中記載の記号は、○は「1個以下」、×は「2個以上」とした。
(5)キャリア付着((地肌部)):キャリア付着が発生すると、感光体ドラムや定着ローラーの傷の原因となり、画像品質の低下を招く。感光体上にキャリア付着が発生しても、一部のキャリアしか紙に転写しないため、以下の方法で評価した。
感光体上に現像された2ドットラインを粘着テープ(面積100cm2)で転写し、その個数をカウントしてキャリア付着の評価を行った。表中記載の記号は、○は「1個以下」、×は「2個以上」とした。
(6)トナー飛散:100K枚ランニング後の現像装置周辺のトナーの飛散状態を以下の基準で評価した。表中記載の記号は、○は「許容範囲」、×は「非常に多い」とした。
一方、自発磁化を発現しない芯材粒子を用いた[キャリアB]、[キャリアE]、[キャリアF]、及び電気抵抗率LogR[Ωcm]が8.0〜12.0の範囲にない[キャリアC]、[キャリアD]、重量平均粒径Dwが25〜45[μm]の範囲にない[キャリアE]、[キャリアF]では、はいずれも初期画像品質においてゴースト画像が悪く(実用上使用できないレベル)であり、100K枚印字テスト後では特に電気抵抗率LogR[Ωcm]が8.0〜12.0の範囲にない[キャリアC]、[キャリアD]、重量平均粒径Dwが25〜45[μm]の範囲にない[キャリアE]において地汚れ、ゴースト画像、キャリア付着(黒ベタ部)、キャリア付着(エッジ)、トナー飛散の少なくともいずれかの特性が悪化している。[キャリアF]の場合には全ての特性が悪化している。
11 セル
12a、12b 電極
13 キャリア
(図5の符号)
10 キャリア
11 トナー
12 ノズル
13 圧縮窒素ガス
14 電位計
15 ブローオフケージ
(図6の符号)
60 プロセスカートリッジ
61 感光体
62 帯電手段
63 現像手段
64 クリーニング手段
Claims (8)
- 自発磁化の発現した磁性を有する芯材粒子と、該芯材粒子表面を被覆する導電材含有の被覆層とで構成され、下記方法で測定される電気抵抗率LogR[Ωcm]が8.0〜12.0で、且つ重量平均粒径Dwが25〜45[μm]であることを特徴とする静電潜像現像剤用キャリア。
〔電気抵抗率の測定方法〕:電極間距離2[mm]、表面積2×4[cm2]の対向電極を収容したセルにキャリアを充填し、両電極間に1000[V]の直流電圧を印加し、直流抵抗を測定して電気抵抗率LogR[Ωcm]を算出する。 - 前記芯材粒子が、自発磁化の発現するMnMg系フェライト、MnMgSr系フェライト及びMnMgCa系フェライトから選択される少なくとも一種の磁性材料であることを特徴とする請求項1に記載の静電潜像現像剤用キャリア。
- 前記芯材粒子の表面にマグネトプラムバイト型フェライトの単相又はカルシウムフェライトの単相が部分的に形成されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の静電潜像現像剤用キャリア。
- 前記芯材粒子の自発磁化が118.5[kA/m]より小さい磁場によって発現し、且つ着磁後において下記方法で測定される前記芯材粒子の流動性(FL)が、着磁前より3〜12[秒]遅いことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の静電潜像現像剤用キャリア。
〔流動性(FL)の測定方法〕:流動性試験法(JIS−Z2502)に準拠し、オリフィス径3.00mmの漏斗を使用して、50gの芯材粒子がオリフィスから流出するのに要する時間を求める。 - 現像装置投入時の着磁後において前記キャリアの下記方法で測定される流動性(FL)が、着磁前より2〜8[秒]遅いことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の静電潜像現像剤用キャリア。
〔流動性(FL)の測定方法〕:流動性試験法(JIS−Z2502)に準拠し、オリフィス径3.00mmの漏斗を使用して、50gのキャリアがオリフィスから流出するのに要する時間を求める。 - 前記導電材が、酸化アルミニウム基体の上にスズをドープした酸化インジウムを被覆層として有する導電性微粒子を含有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の静電潜像現像剤用キャリア。
- 請求項1乃至6のいずれかに記載のキャリアとトナーとからなることを特徴とする静電潜像現像剤。
- 静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に形成された静電潜像を請求項7に記載の静電潜像現像剤を用いて現像する手段が少なくとも一体に支持され、画像形成装置本体に着脱自在とされたことを特徴とするプロセスカ−トリッジ。
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