JP2014052625A - 磁性キャリア及び二成分系現像剤 - Google Patents

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Abstract

【課題】リーク、ベタ画像部の均一性に優れ、帯電付与安定性、及び低電界での高現像性を満足する磁性キャリアを提供する。
【解決手段】磁性体と結着樹脂を有する磁性体分散型樹脂キャリアコアの表面に樹脂被覆した磁性キャリアであって、該磁性体分散型樹脂キャリアコアの1000V/cmにおける比抵抗Rkが、5.0×106Ω・cm以上8.0×107Ω・cm以下であり、該磁性体は、形状が頂点を持つ磁性体を有し、個数平均粒径が0.20μm以上0.35μm以下であり、形状が頂点を持ち、粒子径が0.53μm以上である磁性体粒子の存在割合が10.0体積%以上32.0体積%以下であり、蛍光X線で検出される全酸化物の総量を100質量%としたとき、該磁性体分散型樹脂キャリアコアにおけるFe23の存在割合が98.00質量%以上であり、ZnOの存在割合が0.06質量%以上0.50質量%以下であることを特徴とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、電子写真法を用いて静電荷像を顕像化するための画像形成方法に使用される磁性キャリア及びそれを用いた二成分系現像剤に関するものである。
従来、電子写真方式の画像形成方法は、静電潜像担持体上に種々の手段を用いて静電潜像を形成し、この静電潜像にトナーを付着させて、静電潜像を現像する方法が一般的に使用されている。この現像に際しては、磁性キャリアと呼ばれる担体粒子をトナーと混合し、摩擦帯電させて、トナーに適当量の正または負の電荷を付与し、その電荷をドライビングフォースとしてトナーを現像させる二成分現像方式が広く採用されている。
二成分現像方式は、磁性キャリアに対して現像剤の撹拌、搬送、帯電などの機能を付与できるため、トナーとの機能分担が明確であり、このため現像剤の性能を制御しやすいという利点がある。
一方、近年、電子写真分野の技術進化により、本体スペースの省容量化を図った上で、装置の高速化、高寿命化はもとより高精細化、画像品位の安定化を有することがますます厳しく要求されてきている。
そこで、本体装置の部品の小型化や部品点数の削減、省力化が図られており、現像においてもトランスの小型化が求められている。現像電界の強度は、高めることによって、トナーの飛翔量及びベタやハーフトーンの均一性が改善されるが、キャリア付着やリークによる画像欠陥が発生する傾向にある。このため、低電界でも安定した現像が可能となるように、磁性キャリアの現像性を向上させる試みがなされている。
さらに、現像剤には、長期間にわたり安定した現像性を発現することが求められる。長期間にわたる安定性を得るために、磁性キャリアの低比重化、低磁気力化が図られており、軽元素を用いたフェライトや、多孔質フェライトや磁性体分散型の樹脂キャリアを用いることが提案されている。多孔質磁性フェライトに樹脂を充填及び被覆し、比抵抗のブレークダウンする寸前の電界強度を規定した磁性キャリアが提案されている(特許文献1)。また、磁性体分散型樹脂キャリアとしては、球形マグネタイトとフェノールを直接重合することで得られる磁性体分散型樹脂キャリアの提案がなされている(特許文献2)。
また、トナーの低温定着性の改良が進むにつれ、これらのキャリアにおいても、キャリア表面へのトナーの付着或いは融着(所謂、トナースペント)が生じるという課題がある。
この課題に対し、トナースペントや被覆層の剥離・摩耗を防止し、耐久安定する磁性キャリアの提案がなされている(特許文献3)。提案されているキャリアでは、大きさの異なるマグネタイトの形状を種々変えることにより、粒径の大きなマグネタイトの形状に起因したキャリアコア表面の凹凸をコントロールしている。これによって、被覆層の接着性を良好にし、剥がれや摩耗を軽減し、耐久性を向上させている。しかしながら、マグネタイトの形状を球形から不定形へと角を有するようにすると、磁性体の形状異方性が上がり、残留磁化が高くなる。これらのマグネタイトを使用した場合に、キャリアがチェーン状になった状態で、本来、トナーが飛翔するべき領域に、キャリアが付着してしまうことがある。特に、低電界での現像性を良好にするために、キャリアコア抵抗を下げた場合に、特に顕著となる。チェーン状でベタ画像部へキャリア付着した結果、転写時にキャリアがスペーサーとなり、転写電界が弱くなり、キャリアの周りのトナーが転写されず、その部分が「もや」部となり、ベタ画像の均一性が損なわれる。
低抵抗キャリアコアを用いた場合のキャリア付着の発生メカニズムは、以下のように考えられる。低抵抗のキャリアコアを用いたキャリアは、トナーに対する帯電付与性が小さいため、キャリアが受けるカウンターチャージも小さくなる。そして、カウンターチャージが小さいキャリアに、現像スリーブに印加された現像バイアスによって電荷が注入され、キャリア表面の電荷極性が反転し、トナーと同極性に帯電し、キャリアが画像部に飛翔することとなる。
WO2010/016605号公報 特登録2738734号公報 特開2011−13676号公報
本発明の目的は、上記の課題を解決した磁性キャリア、二成分系現像剤を提供することにある。すなわち、低電界強度での現像性に優れ、ベタ部へのキャリア付着を抑制することができ、均一性に優れた画像を、多数枚の画像形成時においても安定的に提供できる磁性キャリア及び二成分系現像剤を提供することである。
本発明は、磁性体と結着樹脂とを含有する磁性体分散型樹脂キャリアコア、及び、該磁性体分散型樹脂キャリアコアの表面に被覆樹脂を有する磁性キャリアであって、
該磁性体分散型樹脂キャリアコアは、1000V/cmにおける比抵抗Rkが5.0×106Ω・cm以上8.0×107Ω・cm以下であり、
該磁性体は、
i)個数平均粒径が0.20μm以上0.35μm以下であり、
ii)頂点を有する形状であって、且つ粒子径が0.53μm以上である磁性体粒子を、磁性体全量を基準として、10.0体積%以上32.0体積%以下含有し、
該磁性体分散型樹脂キャリアコアは、
蛍光X線分析により該磁性体分散型樹脂キャリアコアに含有される元素を分析し、FP定量法によって求めた、検出された元素が全て酸化物であるとみなして全酸化物の総量を100質量%としたときの鉄元素と亜鉛元素の含有量が、下記i)及びii)を満たすことを特徴とする磁性キャリアに関する。
i)Fe23の存在割合が98.00質量%以上。
ii)ZnOの存在割合が0.06質量%以上0.50質量%以下。
また、本発明は、トナーと磁性キャリアを有する二成分系現像剤であって、該磁性キャリアは、上記構成の磁性キャリアであることを特徴とする二成分系現像剤に関する。
本発明の磁性キャリアを用いることにより、低電界強度での現像性に優れ、ベタ部へのキャリア付着を抑制することができ、均一性に優れた画像を、多数枚の画像形成時においても安定的に提供できる磁性キャリア及び二成分系現像剤を提供することができる。
磁性体分散型樹脂キャリアコア(キャリアコア1)断面の反射電子像を可視化した投影像をあらわす一例である(2000倍)。 図1の表面近傍を拡大した投影像をあらわす一例である(10000倍)。 比較例の磁性体分散型樹脂キャリアコア(キャリアコア6)断面の表面近傍を拡大した反射電子像を可視化した投影像をあらわす一例である(10000倍)。 本発明で用いる磁性体、磁性体分散型樹脂キャリアコア、及び磁性キャリアの比抵抗の測定装置の概略図である。 本発明で用いる磁性体を説明する概略図である。(a)は、頂点を有する磁性体の断面投影図であり、(b)は、略球形の磁性体(頂点を有さない磁性体)の断面投影図である。 本発明の実施例で用いる熱風による表面処理装置の模式図である。
本発明の磁性キャリアは、磁性体と結着樹脂とを含有する磁性体分散型樹脂キャリアコア、及び、該磁性体分散型樹脂キャリアコアの表面に被覆樹脂を有する磁性キャリアであって、
該磁性体分散型樹脂キャリアコアは、1000V/cmにおける比抵抗Rkが5.0×106Ω・cm以上8.0×107Ω・cm以下であり、
該磁性体は、
i)個数平均粒径が0.20μm以上0.35μm以下であり、
ii)頂点を有する形状であって、且つ粒子径が0.53μm以上である磁性体粒子を、磁性体全量を基準として、10.0体積%以上32.0体積%以下含有し、
該磁性体分散型樹脂キャリアコアは、
蛍光X線分析により該磁性体分散型樹脂キャリアコアに含有される元素を分析し、FP定量法によって求めた、検出された元素が全て酸化物であるとみなして全酸化物の総量を100質量%としたときの鉄元素と亜鉛元素の含有量が、下記i)及びii)を満たすことを特徴とする。
i)Fe23の存在割合が98.00質量%以上。
ii)ZnOの存在割合が0.06質量%以上0.50質量%以下。
なお、「磁性体分散型樹脂キャリアコア」を以下「キャリアコア」と略すこともある。
本発明のキャリアに含有される磁性体について説明する。
図5に頂点を有する磁性体と頂点を有しない磁性体(略球形の磁性体)の断面のSEM反射電子像を示す。本発明において、頂点を有する磁性体とは、SEMによる磁性体粒子の断面観察において、角度150°以下の頂点を有する粒子のことである。好ましくは、頂点が鋭角、即ち90°以下であることが好ましい。例えば、四面体、五面体、六面体、七面体、八面体、およびそれらの混合体、また辺の長さが不均一である不定形より選ばれる磁性体が挙げられる。一方、頂点を有しない磁性体は、SEMによる磁性体粒子の断面観察において、角度150°以下の頂点を有さない粒子である。例えば、20面体以上の多面体や球形の磁性体が挙げられる。
本発明に係る磁性体は、
i)個数平均粒径が0.20μm以上0.35μm以下であって、
ii)頂点を有する形状であって、粒子径が0.53μm以上である磁性体粒子を、磁性体全量を基準として、10.0体積%以上32.0体積%以下含有する。
頂点を有する形状の粒子は嵩高いため、このような粒子が集まったときには、頂点を有さない形状の粒子が集まったときと比べて、粒子間の隙間が大きくなる傾向にある。そのため、樹脂中に頂点を有する形状の磁性体を分散させた場合には、樹脂部が多くなる。特に、大粒径側の磁性体(0.53μmを超える粒子)においては、磁性体間に存在する樹脂の量が多くなる。一方、多くの0.20μm以上0.35μm以下である磁性体は、粒子同士が接近しやすく、導電パスが部分的に形成される。即ち、本発明のキャリアにおいては、キャリアコアの内部で、ミクロ的な比抵抗が高い箇所と低い箇所が適度に形成される。
また、低抵抗であって頂点を有する形状の磁性体の凸部がキャリアコアの表面に存在していると、電界は鋭角部分に集中するという特性を有するため、表面に存在する凸部が内部導通の基点となる。その結果、樹脂被覆した磁性キャリアであっても、現像後の磁性キャリア表面に存在するカウンターチャージの減衰が促され、現像性が向上する。
また、磁性体の個数平均粒径が上記の範囲内であると、キャリアコアの比抵抗や磁化の強さが適度に制御される傾向にあり、リークやキャリア付着の発生を抑制することができる。また、形状が頂点を有し、粒子径が0.53μm以上である磁性体粒子の存在割合が、上記の範囲内であれば、キャリアコアの抵抗が適度であり、またカウンターチャージの減衰を良好に行うことができる。
また、キャリアコアの表面から深さ1.0μmの範囲において、結着樹脂部の面積と磁性体部の断面積の和を100%としたとき、結着樹脂部の面積割合が35%以上80%以下であることが好ましく、より好ましくは45%以上70%以下である。
本発明に係る磁性体には、亜鉛を含有していることが必要である。通常、マグネタイトは、結晶異方性があり、さらに頂点を有する磁性体は、形状異方性を併せ持つこととなる。亜鉛を結晶内に取り込むことにより、結晶異方性を緩和できる。亜鉛の含有量としては、磁性キャリアの蛍光X線分析のFP定量法により帰属される全酸化物の総量を100質量%としたとき、ZnOの存在割合が0.06質量%以上0.50質量%以下であることが必要である。このような含有量とすることで、最終的に磁性キャリアの残留磁化を8.5Am2/kg以下にすることができ、より好ましくは8.0Am2/kg以下とできる。蛍光X線分析のFP定量法については、後述する。ZnOの存在割合が上記範囲内である場合、キャリアコアの比抵抗が高くならないようにしつつ、磁性キャリアの残留磁化を低く抑えることができる。それにより、低電界での現像性を維持しつつ、ベタ画像へのキャリア付着を抑制でき、ベタ画像均一性を改善することができる。
また、本発明で用いられる磁性体分散型樹脂キャリアコアは、蛍光X線分析により該磁性体分散型樹脂キャリアコアに含有される元素を分析し、FP定量法によって求めた、検出された元素が全て酸化物であるとみなして全酸化物の総量を100質量%としたときの鉄元素と亜鉛元素の含有量に関し、Fe23の存在割合が98.00質量%以上であることが必要である。98.00質量%未満であると、磁化量が下がり、キャリア付着する場合がある。
図1に、FIBによりキャリアコアを輪切りにしたSEMの反射電子像を示す(2000倍)。その断面のキャリアコア表面近傍を拡大(10000倍)したSEMの反射電子像を図2に示す。図中、磁性体の断面は、ほとんどが図5(a)で表したような頂点を有する磁性体となっている。その中での粒径の大きな磁性体の存在は、ランダムである。
尚、キャリアコア製造時に、粒径の異なる2種類以上の磁性体を用い、その表面性をコントロールすることにより、キャリアコア表面近傍に粒径の大きな磁性体を存在させることで、低電界強度における現像性をより高めることができる。
本発明の磁性体の製造方法としては、湿式法、乾式法の従来公知の製造方法により製造できる。例えば、以下の様に製造することができる。先ず、窒素ガスで置換した反応槽内に、濃度2モル/L以上5モル/L以下の水酸化アルカリ水溶液及び濃度0.5モル/L以上2.0モル/L以下の硫酸鉄水溶液及び硫酸亜鉛水溶液を入れ、混合溶液を調製する。この際、水酸化アルカリと硫酸鉄とのモル比率(水酸化アルカリのモル数/硫酸鉄のモル数)が1.5以上5.0以下となるように添加する。また、硫酸鉄に対する硫酸亜鉛の含有量は、0.15モル%以上0.50モル%以下である。次いで、所望のpHになるようにさらに水酸化アルカリを添加する。上記混合溶液を70℃以上100℃以下の温度に維持しつつ、上記反応槽内に酸化性ガス(空気)を吹き込みながら、7時間以上15時間以下で撹拌混合し、マグネタイトを生成させる。さらに、生成されたマグネタイトを含む上記混合溶液を、濾過、水洗、乾燥、解砕してマグネタイトを得る。上記混合溶液に添加される硫酸鉄水溶液の濃度により、反応スラリー粘度をコントロールでき、生成マグネタイトの粒度分布を調節する。また、上記硫酸鉄水溶液には、Zn2+の他、Mn2+、Ni2+、Cr2+又はCu2+等の二価の金属イオンが含有されていてもよい。上記二価の金属イオン源としては、それらの硫酸塩、塩化物、硝酸塩が挙げられる。また、SiO2も必要に応じて含有してもよく、ケイ酸塩を原料とする。上記硫酸鉄水溶液に上記二価の金属イオンが含有される場合、その含有量は、硫酸鉄に対して、好ましくは0.10モル%以上1.50モル%以下である。
撹拌速度、反応温度、反応場のpH、反応時間、ケイ酸塩添加により、磁性体の形状および粒度分布をコントロールすることができる。pHは8以上であることが頂点を有する磁性体を得るために好ましい。八面体または不定形の磁性体を得るためには、pHを10以上にすることが好ましい。また、磁性体の磁気特性をコントロールするために、硫酸亜鉛の添加量を0.15モル%以上0.50モル%以下に調整することが好ましい。
他の頂点を有する磁性体の製造方法としては、上記マグネタイト粒子を製造後、ポリビニルアルコールをバインダーとして、マグネタイトを造粒し、還元雰囲気下で焼成する。その後、粉砕及び分級することで、粒度分布をコントロールした頂点を有する磁性体を製造できる。また、ヘマタイト、酸化亜鉛、必要に応じて、酸化マンガン、水酸化マグネシウムを所望量ボールミルで混合し、ポリビニルアルコールをバインダーとしてスプレードライヤーを用いて造粒し、乾燥した後、電気炉で900℃10時間の焼成を行う。その後、粉砕分級を行うことにより、得ることも可能である。
磁性体の比抵抗は、電界強度1000V/cmにおいて、1.0×103Ω・cm以上1.0×106Ω・cm以下であることが好ましい。
磁性体は、79.6kA/m(1000エルステッド)における磁化の強さが、60.0Am2/kg以上75.0Am2/kg以下であることが好ましい。また、79.6kA/m印加後の残留磁化が、13.0Am2/kg以下であることが好ましい。
<キャリアコア>
キャリアコアについて説明する。
キャリアコアは、バインダー樹脂中に磁性体を分散させたキャリアコアであれば、混練粉砕法、重合法のいずれで製造したものでもよい。熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂を用いた、重合法により製造したキャリアコアであることが磁性体の含有量を高めることができ、好ましい。
樹脂としては、ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、セルロース樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂及びポリエーテル樹脂の如き樹脂が挙げられる。樹脂は、一種であっても、二種以上の混合樹脂であってもよい。特に、フェノール樹脂は、比較的大きな磁性体を保持するようキャリアコアの強度アップの点で好ましい。キャリアコアの磁気力を高めるため、また比抵抗をコントロールするためには、磁性体の量を増量する。具体的には、マグネタイト粒子の場合、キャリアコアに対して80質量%以上90質量%以下添加することが好ましい。
水性モノマーであるフェノールとアルデヒドとを塩基性触媒下の水系媒体中で付加重合反応させ、フェノールレゾール樹脂として硬化させる。この際に磁性体を水系媒体中に入れ、モノマーと磁性体とを均一にスラリー化させ、反応が進み樹脂が硬化する際に磁性体を取り込むことでキャリアコアができる。必要に応じ、前記水系媒体と磁性体の表面性との親和性を利用して磁性体の存在状態をコントロールすることができる。
キャリアコアを製造するとき、あらかじめ磁性体粒子表面を親油化処理しておくことが好ましい。親油化処理は、シランカップリング剤やチタネートカップリング剤のカップリング剤で処理する方法や界面活性剤を含む水性溶媒中に磁性体を分散させて処理することができる。
キャリアコアは、体積分布基準の50%値が19.0μm以上69.0μm以下であることが好ましい。これにより、磁性キャリアの体積分布基準の50%値を20.0μm以上70.0μm以下とすることができる。キャリアコアの体積分布基準の50%値の調整は、重合反応時の撹拌スピードとスラリー濃度の調整による造粒条件をコントロールすることで可能となる。
キャリアコアの比抵抗Rkは、電界強度1000V/cmにおいて、5.0×106Ω・cm以上8.0×107Ω・cm以下であることが必要である。5.0×106Ω・cm未満であると、ベタキャリア付着やリークを防止できず、8.0×107Ω・cmを超えると現像性が低下し、濃度が出ない。より好ましくは、1.0×107Ω・cm乃至8.0×107Ω・cmであることが現像性を高め、ハーフトーン部の画質を良化させる上で好ましい。
キャリアコアの磁気特性は、79.6kA/m(1000エルステッド)における磁化の強さが、50.0Am2/kg以上65.0Am2/kg以下であることが、磁性キャリアの磁化の強さを50.0Am2/kg以上60.0Am2/kg以下にする上で好ましい。
外部磁場79.6kA/m(1000エルステッド)印加後のキャリアコアの残留磁化は、12.0Am2/kg以下であることが、磁性キャリアの残留磁化を8.5Am2/kg以下にする上で好ましい。より好ましくは、キャリアコアの残留磁化は8.5Am2/kg以下にすることが、ベタキャリア付着の防止をより良好にする上で好ましい。
キャリアコアは、蛍光X線分析蛍光X線分析により該磁性体分散型樹脂キャリアコアに含有される元素を分析し、FP定量法によって求めた、検出された元素が全て酸化物であるとみなして全酸化物の総量を100質量%としたときの鉄元素と亜鉛元素の含有量に関し、Fe23の存在割合が98.00質量%以上であり、ZnOの存在割合が0.06質量%以上0.50質量%以下であることが重要である。FP(ファンダメンタルパラメーター)定量法では、検出された元素全てが酸化物であると仮定し、それらの総質量を100質量%として定量を行う。表1に磁性体1(後述の実施例中の磁性体1)のFP定量法による結果を示す。
Figure 2014052625
尚、Nd23,TiO2,K2O,P25の合計が0.01質量%である。
<樹脂被覆層>
被覆層に用いられる被覆樹脂としては特に限定されないが、分子構造中に環式炭化水素基を有するビニル系モノマーと他のビニル系モノマーとの共重合体であるビニル系樹脂が好ましい。該ビニル系樹脂を被覆することで、高温高湿環境下における、帯電量の低下を抑制することができる。
環式炭化水素基の具体例としては、炭素数3以上10以下の環式炭化水素基が挙げられ、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、アダマンチル基、イソボニル基、ノルボニル基、イソボロニル基等である。なかでも、シクロヘキシル基、シクロペンチル基、アダマンチル基が好ましく、構造上安定でありキャリアコアとの密着性が高く離型性発現という観点からシクロヘキシル基が特に好ましい。
また、ガラス転移温度(Tg)を調整するために、さらにその他のモノマーをビニル系樹脂の構成成分として含有させてもよい。
ビニル系樹脂の構成成分として用いられるその他のモノマーとしては、公知のモノマーが用いられるが、例えば次のようなものが挙げられる。スチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ブタジエン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、酢酸ビニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルメチルケトンなどが挙げられる。
さらに、被覆層に用いられるビニル系樹脂が、グラフト重合体であることが、キャリアコアとの密着性を高め、均一な被覆層が形成されるため好ましい。
グラフト重合体を得るには、幹鎖を形成後グラフト重合する方法や、モノマーとしてマクロモノマーを用いて共重合する方法があるが、マクロモノマーを共重合して用いる方法が、枝鎖の分子量をあらかじめコントロールできるために好ましい。グラフト部分の個数平均分子量が、2000以上10000以下が好ましく、4000以上6000以下であることが、密着性向上のためにより好ましい。
用いられるマクロモノマーとしては特に限定されないが、メチルメタクリレートマクロモノマーが高温高湿下での帯電量を高め、キャリアコアとの密着性に優れるため好ましい。
上記マクロモノマーを重合する際に使用する量は、ビニル系樹脂の幹鎖の(共)重合体100質量部に対して、10乃至50質量部が好ましく、20乃至40質量部がより好ましい。
また、被覆樹脂に加えて、導電性を有する粒子や荷電制御性を有する粒子や材料を含有させた被覆樹脂層としてもよい。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。
導電性を有する粒子や材料の添加量としては、被覆樹脂100質量部に対し、0.1質量部以上10.0質量部以下であることが磁性キャリアの抵抗を調整し、キャリアコアと磁性キャリアの比抵抗比を好適にするためには好ましい。
荷電制御性を有する粒子や材料としては、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。
荷電制御性を有する粒子や材料の添加量としては、被覆樹脂100質量部に対し、0.5質量部以上50.0質量部以下であることが摩擦帯電量を調整するためには好ましい。
被覆樹脂とその他の添加材を含有する被覆樹脂組成物は、キャリアコア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リークを防止し、低電界強度における現像性を高めるために好ましい。より好ましくは、1.0質量部以上3.0質量部である。
磁性キャリア表面には、頂点を有する磁性体の凸部が0.8個/μm2以上3.0個/μm2以下の密度で存在することが好ましい。より好ましくは、1.3個/μm2以上2.5個/μm2以下の密度である。このような、磁性体の露出状態を得るためには、樹脂被覆層の厚さとしては0.1μm以上1.5μm以下が好ましい。
被覆樹脂組成物を被覆する方法としては、特に限定されないが、浸漬法、ニーダー法、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、頂点を有する磁性体の角を完全に覆い隠さない浸漬法、ニーダー法、または乾式法が好ましい。
<磁性キャリア>
磁性キャリアの磁気特性は、79.6kA/m(1000エルステッド)における磁化の強さが、50.0Am2/kg以上60.0Am2/kg以下であることが好ましい。より好ましくは、55.0Am2/kg以上60.0Am2/kg以下である。残留磁化は、8.5Am2/kg以下であることがベタキャリア付着を防止する上で好ましい。特に用いる現像バイアスが、矩形波であり、周波数が低い場合においては、キャリアコアの抵抗が低いとより注入しやすくなり、残留磁化の影響を受けやすい。
体積分布基準50%粒径(D50)は、20.0μm以上70.0μm以下であることが好ましい。これにより、ハーフトーン部の画質を満足し、ベタキャリア付着の防止のために好ましい。
本発明の磁性キャリアは、電界強度1000V/cmにおける比抵抗Rcが、7.0×107Ω・cm以上1.0×1010Ω・cm以下であることが低電界強度での高現像性を満足し、白抜けなどの高抵抗に起因する画像欠陥を防止する上で好ましい。
さらに、電界強度1000V/cmにおける比抵抗Rcが、0.8≦Rc/Rk≦70.0であることが、低電界強度における現像性を高くでき、白抜けのない画像を初期から多数枚プリント後において、安定的に出力できることから好ましい。
1000V/cmの値を用いた理由は、現像領域において、磁性キャリアはトナーと共に、もっと高電界強度にさらされているが、トナーは絶縁体であるため、電界強度が支配的にかかっている。そのため、磁性キャリアにかかる電界強度はもっと低くなっており、電界強度1000V/cm程度と推察される。そのため、本発明者等は、比抵抗測定法において、電界強度1000V/cmにおける比抵抗を採用している。
本発明の磁性キャリアの真比重は、3.0g/cm3以上4.0g/cm3以下であることが、耐久を通して、トナースペント軽減に対して好ましい。
<トナー>
次に、二成分系現像剤に磁性キャリアと共に含有されるトナーについて説明する。
本発明に用いることのできるトナーのトナー粒子を製造する方法としては、例えば、
i)結着樹脂、着色剤、ワックスを溶融混練し、混練物を冷却後、粉砕及び分級する粉砕法、
ii)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、該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、
iii)モノマーに着色剤等を均一に溶解または分散したモノマー組成物と分散安定剤とを含有する連続層(例えば水相)中に分散し、重合反応を行わせトナー粒子を作製する懸濁重合法、
iv)高分子分散剤を水系有機溶剤中に溶解し、モノマーが重合することで溶媒不溶の粒子を生成してトナー粒子を得る分散重合法、
v)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、
vi)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該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、
等が挙げられる。
特に、粉砕法によるトナーにおいては、粉砕後、あるいは粉砕・分級後に、100nm程度の大粒径の無機微粒子を添加し、トナーの表面を熱的な処理により改質することで、耐久等で遊離しやすい大粒径の無機微粒子を固着できる観点から好ましい。なお、大粒径の無機微粒子を固着させることでスペーサー効果が生まれ、転写性が向上する。
トナーの形状としては、平均円形度が、0.945以上0.985以下であることが、現像性、転写性、クリーニング性を考慮すると好ましい。さらに好ましくは、0.960以上0.980以下であることが、装置本体の小型化できるクリーナーレスシステムに好適である。
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。
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2,000以上50,000以下、数平均分子量(Mn)が1,500以上30,000以下、重量平均分子量(Mw)が2,000以上1,000,000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。
ワックスは、結着樹脂100質量部あたり0.5質量部以上20.0質量部以下使用されることが高光沢度の画像を提供できるために好ましい。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。トナーの保存性と耐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。中でも、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が、高光沢度の画像を提供できるため好ましい。
トナーに含有される着色剤としては、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、磁性体を例示することができ、また、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ても良い。
マゼンタ用着色剤としては、縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アンスラキノン、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、ペリレン化合物が挙げられる。
シアン用着色剤としては、C.I.ピグメントブルー1、2、3、7、15:2、15:3、15:4、16、17、60、62、66;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を1乃至5個置換した銅フタロシアニン顔料が挙げられる。
イエロー用着色剤としては、縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アンスラキノン化合物、アゾ金属化合物、メチン化合物、アリルアミド化合物が挙げられる。
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。
着色剤の使用量は、磁性体を用いる場合以外は、結着樹脂100質量部に対して好ましくは0.1質量部以上30.0質量部以下であり、より好ましくは0.5質量部以上20.0質量部以下である。
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。
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10.0質量部以下が好ましい。
トナーには、流動性向上のため、外添剤が添加されていることが好ましい。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粒子が好ましい。無機微粒子は、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。外添剤は、トナー粒子100質量部に対して0.1質量部以上5.0質量部以下使用されることが好ましい。トナー粒子と外添剤との混合は、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。
二成分系現像剤としては、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15質量部以下とすることが好ましく、4質量部以上12質量部以下がより好ましい。上記範囲とすることで、トナーの飛散を低減し、長期に渡って摩擦帯電量が安定する。
さらに、補給用現像剤として用いる場合には、トナーと磁性キャリアの混合比率が磁性キャリア1質量部に対してトナーが2質量部以上50質量部以下とすることが好ましく、4質量部以上20質量部以下がより好ましい。上記範囲とすることで、安定した摩擦帯電量が得られた上で、ユーザーの負荷となる補給用現像剤の交換の頻度を少なくできる。
補給用現像剤を調整する場合、磁性キャリア及びトナーを所望量秤量し、混合機にて混合する。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、ナウターミキサー等が挙げられる。この中でも、V型ミキサーが磁性キャリアの分散性の観点から好ましい。
本発明に係る各種物性の測定について以下に説明する。
<磁性キャリア、キャリアコア及び磁性体の比抵抗>
磁性キャリア及びキャリアコアの比抵抗は、図4に概略を示した測定装置を用いて測定される。
なお、キャリアコアの測定には、樹脂被覆する前の試料を用いて測定する。あるいは、被覆後の磁性キャリアをクロロホルムで被覆層を溶解した後、乾燥したものを用いることもできる。耐久後の磁性キャリアの比抵抗測定に用いる磁性キャリアは、以下のようにして調製する。耐久を行った後の二成分系現像剤から磁性キャリアを取り出し、比抵抗を測定する場合は、ポリ容器に界面活性剤を入れた水の中に二成分系現像剤をいれ、容器を回して、トナーを磁性キャリアから剥がす。ポリ容器の下に磁石を付けて、磁性キャリアを容器の下に保持させ、トナーを洗い流す。さらに水によりすすぎを繰り返し行い、排水の色がトナー色を呈しなくなるまでトナーを取り除く。その後、40℃の乾燥機に入れ、24時間乾燥して耐久後の磁性キャリアを得る。
いずれの試料も測定する場合は、温度23℃湿度50%RHの環境に24時間放置後、測定を行う。
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、試料(磁性キャリア或いはキャリアコア、磁性体)5を約0.7g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)、約0.7g充填したときの実際の試料の厚みd、試料を充填したときの厚みd2(試料)とすると、試料の厚みdは下記式で表せる。
d=d2(試料)−d1(ブランク)
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磁性キャリア、キャリアコア及び磁性体の比抵抗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6517 ケスレー社製)及び制御用にコンピュータ7を用いる。
測定条件は、試料(磁性キャリア、キャリアコア及び磁性体)と電極との接触面積S=2.4cm2、上部電極の荷重230g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(例えば、1.00mmの試料厚みの場合は、電界強度としては、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 OPERATE」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(第1ステップ)、400V(第2ステップ)、600V(第3ステップ)、800V(第4ステップ)、1000V(第5ステップ)、1000V(第6ステップ)、800V(第7ステップ)、600V(第8ステップ)、400V(第9ステップ)、200V(第10ステップ)と最大印加電圧の1/5である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。
それをコンピュータにより処理することで、電界強度、比抵抗を算出して、グラフにプロットする。そのプロットから電界強度1000V/cmにおける比抵抗を読み取る。
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)
<磁性体、キャリアコア中のFe23及びZnO含有量の測定方法>
キャリアコア中のFe23およびZnOの含有量測定には、樹脂被覆する前の試料を用いて測定する。あるいは、被覆後の磁性キャリアをクロロホルムで被覆層を溶解した後、乾燥したものを用いることもできる。
波長分散型蛍光X線分析装置Axios advanced(スペクトリス社製)を用いてHe雰囲気下、キャリアコアにおけるNaからUまでの元素を直接測定する。尚、キャリアコアには、樹脂成分も存在しているが、蛍光X線分析により検出する元素が金属であるため、実質的には、磁性体中のFe23、ZnOの割合が求められる。
試料は、装置付属の液体試料用カップを使用し、PP(ポリプロピレン)フィルムを底面に張り、試料を十分量(10g)入れ、底面に均一厚に層を形成させて、ふたをする。出力が2.4kWの条件で測定する。
解析には、FP(ファンダメンタルパラメーター)法を用いる。その際、検出された元素全てが酸化物であると仮定し、それらの総質量を100質量%とする。ソフトウエアUniQuant5(ver.5.49)(スペクトリス社製)にて総質量に対するFe23およびZnOの含有量(質量%)を酸化物換算値として求める。
<磁性キャリア、キャリアコアの体積分布基準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)にて測定を行う。
磁性キャリア、キャリアコアの体積分布基準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)を装着して行う。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とする。制御は、ソフトウエア上で自動的に行う。粒径は体積分布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。測定条件は下記の通りである。
SetZero時間 :10秒
測定時間 :10秒
測定回数 :1回
粒子屈折率 :1.81
粒子形状 :球形
測定上限 :1408μm
測定下限 :0.243μm
測定環境 :23℃/50%RH
<磁性体の個数平均粒径、体積基準の粒度分布における粒子径0.53μm以上の存在割合の測定方法>
磁性体の粒度分布の測定は、キャリアコアを製造する前のものを測定する。また、磁性キャリアから測定する場合は、磁性キャリアからクロロホルムを用いて被覆樹脂組成物を取り除き、キャリアコアをアルミナボートにのせ、マッフル炉で600℃で1時間焼き、メノウ乳鉢ですりつぶした粒子を測定する。
磁性体を走査型電子顕微鏡(SEM)、S−4800(日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて、以下の条件にて観察を行う。
SignalName=SE(U,LA80)
AcceleratingVoltage=2000Volt
EmissionCurrent=11000nA
WorkingDistance=8000um
LensMode=High
CondenSer1=5000
ScanSpeed=Capture_Slow(20)
Magnification=30000(測定に使用)
DataSize=1280×960
ColorMode=Grayscale
SpecimenBias=0V
なお、反射電子像の取り込みは、上記条件のほか、走査型電子顕微鏡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、磁性体観察モードはOFFとして、256階調のグレースケール画像を得る。
続いて、得られた画像をA3用紙に拡大プリントし、水平方向フェレ径及び磁性体形状を計測する。水平方向フェレ径の計測は、写真上の目盛りから実際の長さに変換し、(0.016μm−0.023μm)、(0.023μm−0.033μm)、(0.033μm−0.047μm)、(0.047μm−0.066μm)、(0.066μm−0.094μm)、(0.094μm−0.133μm)、(0.133μm−0.187μm)、(0.187μm−0.265μm)、(0.265μm−0.375μm)、(0.375μm−0.530μm)、(0.530μm−0.750μm)、(0.750μm−1.060μm)、(1.060μm−1.499μm)、(1.499μm−2.121μm)、(2.121μm−2.999μm)、(2.999μm−4.241μm)の16カラムに測定する粒径を振り分けて粒度分布を計算する。個数平均粒径は、算術平均粒径を用いる。また、体積基準の粒度分布にする場合は、水平方向フェレ径をもって直径とする球形換算して、体積分布を求める。
一方、磁性体形状の計測は、写真上、2辺の間の角度150°以下の頂点を有さない粒子と角度150°以下の頂点を有する粒子のそれぞれの個数をカウントする。磁性体粒子の水平方向フェレ径が0.1μm以上のものを対象とし、略直線となっている辺(0.05μm以上)に挟まれる角度を求める。角度の計測は、分度器をもって判断する。
(0.530μm−0.750μm)のカラム以上に存在する「頂点を持つ磁性体」の累積値を全体の粒子累積値で除することをもって、「頂点を持つ磁性体」の0.530μm以上の存在割合とする。粒度分布の測定には、任意の300個の粒子について計測する。
具体的には、個数平均粒径を計算する場合、全粒子を上記カラムに分類し、各カラムの中間値(代表粒子径)に相対粒子量(差分%)を掛けて、相対粒子量の合計(100%)で割る。
まず測定対象となる粒子径範囲(最大粒子径:x1、最小粒子径:xn+1)をn分割し、それぞれの粒子径区間を、[xj、xj+1](j=1,2,・・・・,n)とする。この場合の分割は対数スケール上での等分割となる。また、対数スケールに基づいてそれぞれの粒子径区間での代表粒子径は、下記式で表される。
Figure 2014052625
さらにrj(j=1,2,・・・・,n)を、粒子径区間[xj、xj+1]に対応する相対粒子量(差分%)とし、全区間の合計を100%とすると、対数スケール上での平均値μは下記式で計算できる。
Figure 2014052625
このμは、対数スケール上の数値であり、粒子径としての単位を持たないので、粒子径の単位に戻すために10μすなわち10のμ乗を計算する。この10μを個数平均粒径とする。
また、個数基準で表される分布から体積基準で表される分布への変換は、以下の式により、差分%(個数基準)から差分%(体積基準)を計算できる。求めた差分%(体積基準)を前記カラムに適応し、(0.530μm−0.750μm)のカラム以上に存在する「頂点を持つ磁性体」累積値を全体の粒子累積値で除することをもって、「頂点を持つ磁性体」の0.530μm以上の存在率とする。
Figure 2014052625
粒子径の分割数 :m
粒子経 :xj(j=1,2,・・・m+1)
各区間毎の平均粒子径 :zj(j=1,2,・・・m)
差分%(個数基準) :rj(j=1,2,・・・m)
差分%(体積基準) :qj(j=1,2,・・・m)
<磁性キャリアの真比重の測定方法>
本発明の磁性キャリアの真比重は、乾式自動密度計オートピクノメータ(ユアサアイオニクス社製)を用いて測定する。
セル :SMセル(10mL)
サンプル量:2.0g
この測定方法は、気相置換法に基づいて、固体・液体の真密度を測定するものである。液相置換法と同様、アルキメデスの原理に基づいているが、置換媒体としてHeガスを用いるため、キャリアコアを用いた磁性キャリアの測定には精度が高い。
<磁性キャリア、キャリアコア及び磁性体の磁化の強さ、残留磁化の測定方法>
磁性キャリアの磁化の強さは、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。本発明においては、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を十分に密に充填したものを試料として用い、79.6kA/m(1000エルステッド)の外部磁場における磁化モーメントを測定する。測定では、プラス側の最大外部磁場(+79.6kA/m)をかけ、その後マイナスの最大外部磁場(−79.6kA/m)をかけるようにヒステリシスループを測定する。そのときのプラス側とマイナス側の最大値の絶対値の平均をもって最大磁化モーメント(emu)とし、外部磁場の強さが0になる時のプラス側とマイナス側磁化モーメントの絶対値の平均値をもって残留磁化モーメント(emu)とする。また、該容器に充填した磁性キャリアの実際の質量(g)を測定する。磁化モーメントを質量で除することにより、磁性キャリアの磁化の強さ(Am2/kg)、残留磁化(Am2/kg)を求める。同様にキャリアコア及び磁性体の磁化の強さ、残留磁化も求める。
<キャリアコア表面から1.0μm深さにおけるバインダー樹脂部と磁性体部の断面積割合の算出方法>
キャリアコアの断面加工は、集束イオンビーム加工観察装置(FIB)、FB−2100(日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて行うことが可能である。キャリアコアは、磁性キャリアをあらかじめクロロホルムで被覆層を剥がしたものを使用する。
試料の作製は、FIB用切り欠きメッシュ端部側面にカーボンペーストを塗り、その上にキャリアコアを1粒子ずつ独立して存在するように少量固着させ、導電膜として白金蒸着することによって作製する。断面加工を行うキャリアコアは、体積分布基準の50%粒径(D50)の±10%以内の大きさの粒子を無作為に選び出す。
なお、最終的に得られる加工断面の直径が、加工方向において概ね最大となるように切削を行う。具体的には、試料の固着面に対して平行な方向における、粒子の最大長を含む平面の位置を固着面からの距離hとする。(例えば、半径rの完全な球体の場合、h=rとなる)固着面より垂直な方向に、h±10%の距離の範囲において(例えば、半径rの完全な球体の場合、固着面からの距離r±10%の距離の範囲)、断面を削り出す。
切削は、加速電圧40kV、Gaイオン源を用いて、粗加工(ビーム電流39nA)、仕上げ加工(ビーム電流7nA)にて行う。
断面加工した試料は、そのまま走査型電子顕微鏡(SEM)観察に適用することができる。走査型電子顕微鏡観察において、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キャリアコア断面の組成画像を得ることができる。キャリアコアの断面観察においては、磁性体である例えば、マグネタイト成分に由来する重元素領域が明るく(輝度が高く、白くなる)、樹脂成分や空隙部分に由来する軽元素領域が暗く(輝度が低く、黒くなる)観察される。測定する場所は、「キャリアコア表面」近傍として、FIB加工する最初にビームが当たらない場所とする。
具体的には、走査型電子顕微鏡(SEM)、S−4800(日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて、以下の条件にて観察を行う。
SignalName=SE(U,LA30)
AcceleratingVoltage=2000Volt
EmissionCurrent=10000nA
WorkingDistance=8000um
LensMode=High
CondenSer1=12
ScanSpeed=40sec
Magnification=10000(測定に使用)
DataSize=1280×960
ColorMode=Grayscale
SpecimenBias=0V
反射電子像の取り込みは、上記条件のほか、走査型電子顕微鏡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、磁性体観察モードはOFFとして、256階調のグレースケール画像を得る。
得られた画像上のキャリアコア表面から1.0μmキャリアコア内部にずらしたところに、キャリアコア表面のトレース線を書く。該トレース線で分けられた表面側の領域における、バインダー樹脂部と磁性体粒子部の面積割合を求める。これらの処理は、画像処理ソフトを用いて行っても、紙上にプリントアウトした画像を用いて行ってもよい。
例えば、具体的には、以下の方法で行うことができる。
上記のグレースケール画像を用い、トレース線をPowerPoint(マイクロソフト社製)を利用して書き、それをA3用紙にプリントアウトする。プリントアウトされた画像上にトレーシングペーパーを重ねて、輪郭及びトレース線を写し取り、更に、磁性体粒子部を全て黒く塗りつぶす。
次に、カメラによりトレーシングペーパー上の外郭および磁性体粒子像、塗りつぶしていないバインダー樹脂領域を取り込む。この作成した画像に対して、画像解析ソフトImage−ProPlus(MediaCybernetics社製ver5.1.1.32)を用いて、バインダー樹脂と磁性体総量の断面積割合を算出する。
バインダー樹脂の面積割合(面積%)=(外郭の面積−磁性体の面積の和)/外郭の面積×100
この操作を10個のキャリアコア粒子について測定し、キャリアコア表面近傍のバインダー樹脂の面積割合(面積%)の平均として、計算する。
<磁性キャリア表面における磁性体の凸部個数の測定方法>
磁性キャリア表面における磁性体の凸部個数の測定方法は、磁性キャリア表面を走査型電子顕微鏡(SEM)観察により測定する。走査型電子顕微鏡観察において、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磁性キャリア表面の組成画像を得ることができる。磁性キャリア表面観察においては、磁性体である例えば、マグネタイト成分に由来する重元素領域が明るく(輝度が高く、白くなる)、樹脂成分に由来する軽元素領域が暗く(輝度が低く、黒くなる)観察される。また、表面は樹脂であり、その内部に磁性体が存在する場合は、その中間濃度(グレー)となる。測定する場所は、視野の中心が磁性キャリアの頭頂部にくるように合わせる。
具体的には、走査型電子顕微鏡(SEM)、S−4800(日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて、以下の条件にて観察を行う。
SignalName=SE(U,LA30)
AcceleratingVoltage=2000Volt
EmissionCurrent=10000nA
WorkingDistance=8000um
LensMode=High
CondenSer1=12
ScanSpeed=40sec
Magnification=10000(測定に使用)
DataSize=1280×960
ColorMode=Grayscale
SpecimenBias=0V
なお、反射電子像の取り込みは、上記条件のほか、走査型電子顕微鏡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、磁性体観察モードはOFFとして、256階調のグレースケール画像を得る。
得られた画像から一辺が5μmの正方形エリアの中に存在する「マグネタイト成分に由来する重元素領域(白い部分)」の個数をカウントし、25で除したものが、磁性キャリア表面における磁性体の凸部個数(個/μm2)となる。この場合、マグネタイト成分に由来する重元素領域(白い部分)は、最大径が0.2μm以上の領域(白い部分)をカウントする。本測定は、体積分布基準の50%粒径(D50)の±10%以内の大きさの粒子を無作為に選び出し、10個の粒子で行う。
<トナーの重量平均粒径(D4)、個数平均粒径(D1)の測定方法>
トナーの重量平均粒径(D4)および個数平均粒径(D1)は、以下のようにして算出する。測定装置としては、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)を用いる。測定条件の設定及び測定データの解析は、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)を用いる。尚、測定は実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで行う。
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う。
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50,000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。
前記専用ソフトの「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から60μmまでに設定する。
重量平均粒径(D4)及び個数平均粒径(D1)の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、専用ソフトの「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を入れる。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)をイオン交換水で約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)を準備する。超音波分散器の水槽内に約3.3Lのイオン交換水を入れ、この水槽中にコンタミノン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50,000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)および個数平均粒径(D1)を算出する。尚、前記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)であり、前記専用ソフトでグラフ/個数%と設定したときの、「分析/個数統計値(算術平均)」画面の「平均径」が個数平均粒径(D1)である。
<トナーの平均円形度の測定方法>
トナーの平均円形度は、フロー式粒子像分析装置「FPIA−3000」(シスメックス社製)によって、校正作業時の測定及び解析条件で測定する。
フロー式粒子像分析装置「FPIA−3000」(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512×512の画像処理解像度(一画素あたり0.37μm×0.37μm)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Sや周囲長L等が計測される。
次に、上記面積Sと周囲長Lを用いて円相当径と円形度を求める。円相当径とは、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り、円形度は、円相当径から求めた円の周囲長を粒子投影像の周囲長で割った値として定義され、次式で算出される。
円形度=2×(π×S)1/2/L
粒子像が円形の時に円形度は1になり、粒子像の外周の凹凸の程度が大きくなればなるほど円形度は小さい値になる。各粒子の円形度を算出後、円形度0.200乃至1.000の範囲を800分割し、得られた円形度の相加平均値を算出し、その値を平均円形度とする。
具体的な測定方法は、以下の通りである。まず、ガラス製の容器中に予め不純固形物などを除去したイオン交換水約20mLを入れる。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)をイオン交換水で約3質量倍に希釈した希釈液を約0.2mL加える。更に測定試料を約0.02g加え、超音波分散器を用いて2分間分散処理を行い、測定用の分散液とする。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。超音波分散器としては、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器(例えば「VS−150」(ヴェルヴォクリーア社製))を用い、水槽内には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。
測定には、標準対物レンズ(10倍)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)を使用する。前記手順に従い調整した分散液を前記フロー式粒子像分析装置に導入し、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する。そして、粒子解析時の2値化閾値を85%とし、解析粒子径を円相当径1.985μm以上39.69μm未満の粒子に限定し、トナー粒子の平均円形度を求める。
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社製の「RESEARCH AND TEST PARTICLES Latex Microsphere Suspensions 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、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分析装置を使用する。解析粒子径を円相当径1.985μm以上、39.69μm未満に限定した以外は、校正証明を受けた時の測定及び解析条件で測定を行う。
<頂点を有する磁性体と頂点を有しない磁性体との判別方法>
頂点を有する磁性体と頂点を有しない磁性体との判別方法としては、磁性キャリアを断面加工したものを、そのまま走査型電子顕微鏡(SEM)観察により、磁性体の判別を行うこともできる。
具体的には、本発明に用いられる磁性キャリアの断面加工は、集束イオンビーム加工観察装置(FIB)、FB−2100(日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて行うことが可能である。
試料の作製は、FIB用切り欠きメッシュ端部側面にカーボンペーストを塗り、その上に磁性キャリアを1粒子ずつ独立して存在するように少量固着させ、導電膜として白金蒸着することによって作製する。断面加工を行う磁性キャリアは、体積分布基準の50%粒径(D50)の±10%以内の大きさの粒子を無作為に選び出す。
切削は、加速電圧40kV、Gaイオン源を用いて、粗加工(ビーム電流39nA)、仕上げ加工(ビーム電流7nA)にて行う。
断面加工した試料は、そのまま走査型電子顕微鏡(SEM)観察に適用することができる。走査型電子顕微鏡観察において、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磁性体分散樹脂コア断面の組成画像を得ることができる。本発明に用いられる磁性体分散樹脂コアの断面観察においては、磁性体である例えば、マグネタイト成分に由来する重元素領域が明るく(輝度が高く、白くなる)、樹脂成分や空隙部分に由来する軽元素領域が暗く(輝度が低く、黒くなる)観察される。
具体的には、走査型電子顕微鏡(SEM)、S−4800(日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて、以下の条件にて観察を行う。
SignalName=SE(U,LA30)
AcceleratingVoltage=2000Volt
EmissionCurrent=10000nA
WorkingDistance=8000um
LensMode=High
CondenSer1=12
ScanSpeed=40sec
Magnification=30000(測定に使用)
DataSize=1280×960
ColorMode=Grayscale
SpecimenBias=0V
なお、反射電子像の取り込みは、上記条件のほか、走査型電子顕微鏡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、磁性体観察モードはOFFとして、256階調のグレースケール画像を得る。
上記条件で、走査型電子顕微鏡(SEM)観察して、角度150°以下の頂点を有さない粒子と角度150°以下の頂点を有する粒子のそれぞれの個数をカウントする。30000倍に拡大した画像を用いて、磁性体粒子の断面の最大径が0.1μm以上のものについて、測定する。
30000倍に拡大した画像において、略直線となっている辺(0.05μm以上)に関して、挟まれる角度を求める。
以下、本発明を製造例及び実施例により具体的に説明するが、これは本発明をなんら限定するものではない。
[磁性体1の調製]
ガス吹き込み管を有する反応槽に5モル/Lの水酸化ナトリウム水溶液40Lを入れ、窒素ガスを20L/分で通気しながら、Fe2+2.0モル/Lを含む硫酸第一鉄水溶液50LとZn2+1.0モル/Lを含む硫酸亜鉛水溶液0.5L、Si4+0.2モル/Lを含むケイ酸ソーダ3号水溶液1.0L、Mn2+0.2モル/Lを含む硫酸マンガン水溶液1.0Lを混合する。混合液のpHを12に調整して、温度90℃まで昇温させる。撹拌を続け、窒素ガスを空気に代え、100L/分で30分間通気、酸化する。希硫酸を用いて、pH7に中和し、生成粒子を水洗、濾過、乾燥、粉砕を行い、マグネタイトを得る。出発原料種、量、pHを種々変更することで、表2に示す磁性体1を得る。
磁性体1(不定形マグネタイト、個数平均粒径0.21μm)100質量部と、シラン系カップリング剤(3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)1.0質量部とを、容器に導入する。そして、該容器内において100℃で1時間高速混合撹拌して、磁性体1を表面処理する。
[磁性体2乃至5,8,9の調製]
磁性体2乃至5、8、9を表1に示す条件に変える以外、磁性体1と同様にして粒子を合成して得た後、表面処理を施す。
[磁性体6の調製]
Fe23を99.30質量部、ZnOを0.15質量部、Mn34を0.15質量部、MgCO3を0.40質量部混ぜ、湿式ボールミルで20時間混合、粉砕する。ポリビニルアルコール1質量部を加え、スプレードライヤーで造粒乾燥させる。電気炉にて酸素濃度0.0体積%窒素雰囲気下で焼成を900℃、10時間行う。
得られた磁性体を乾式ボールミルで5時間粉砕する。風力分級機(エルボジェットラボEJ−L3、日鉄鉱業社製)で分級して微粉及び粗粉を同時に分級除去し磁性体6を得る。磁性体1と同様にして、表2に示す表面処理を行う。
[磁性体7,10の調製]
磁性体7及び10も出発原料を適宜代え、粉砕、分級条件を代えること以外、磁性体6と同様にして粒子を得、表面処理を施す。
Figure 2014052625
SEMによる磁性体粒子の断面観察の結果、磁性体3及び8が頂点を有しない磁性体(略球形の磁性体)であり、磁性体1,2,4乃至7,9,10が頂点を有する磁性体であることが確認された。尚、磁性体1、2、5乃至7、10は鋭角の頂点を有するものであった。
[磁性体分散樹脂キャリアコア1の調製]
・フェノール 10.0質量部
・ホルムアルデヒド溶液(ホルムアルデヒド37質量%水溶液) 15.0質量部
・表面処理した磁性体1 70.0質量部
・表面処理した磁性体2 30.0質量部
・25質量%アンモニア水 3.5質量部
・水 15.0質量部
上記材料を反応釜に導入し、温度40℃にしてよく混合する。その後、撹拌しながら平均昇温速度1.5℃/分で、温度85℃に加熱し、温度85℃にて保持し、3時間重合反応させて硬化させる。このときの撹拌翼の周速は1.96m/秒とする。
重合反応させた後、温度30℃まで冷却して水を添加する。上澄み液を除去して得られた沈殿物を水洗し、さらに風乾する。得られた風乾物を、減圧下(5hPa以下)にて、温度60℃で乾燥して、磁性体が分散された平均粒径36.4μmの磁性体分散樹脂キャリアコア1を得る。
磁性体分散樹脂キャリアコア1の真比重は3.56g/cm3、1000V/cmにおける比抵抗は5.6×107Ω・cmである。79.6kA/mにおける磁化の強さは57.4Am2/kg、そのときの残留磁化は、3.8Am2/kgである。FP定量法によるFe23とZnOの含有量は、それぞれ99.05質量%、0.45質量%である。図2に、キャリアコア1の断面のSEM反射電子像を示す。
[磁性体分散樹脂キャリアコア2乃至9の調製]
磁性体分散樹脂キャリアコア2乃至9を表3に示す条件に変える以外、磁性体分散樹脂キャリアコア1と同様にしてキャリアコアを得る。得られる物性を表4に示す。図3に、キャリアコア6の断面のSEM反射電子像を示す。
Figure 2014052625
Figure 2014052625
[被覆樹脂溶液1の調製]
一方の末端にエチレン性不飽和基を有する重量平均分子量5,000のメタクリル酸メチルマクロマー(平均値n=50)28質量部、シクロヘキシルをユニットとしてエステル部位を有するメタクリル酸シクロヘキシルモノマー70質量部、メタクリル酸メチルモノマー2質量部とを、還流冷却器、温度計、窒素吸い込み管、及びすり合わせ方式撹拌装置を有する四つ口フラスコに加える。さらにトルエン90質量部、メチルエチルケトン110質量部、及びアゾビスイソバレロニトリル2.0質量部を加える。得られた混合物を、窒素気流下70℃で10時間保持し、樹脂1の溶液(固形分33質量%)を得る。この溶液のゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)による重量平均分子量は、55,000である。また、Tgは94℃である。
得られた樹脂1の溶液30質量部に、架橋メラミン粒子(個数分布基準の最大ピーク粒径が0.2μm)0.5質量部、カーボンブラック微粒子(個数分布基準の最大ピーク粒径が0.04μm、比抵抗が9.0×10-1Ω・cm)0.5質量部、およびトルエン70質量部を加える。次いで、ホモジナイザーによりよく混合して、被覆樹脂溶液1を得る(被覆樹脂固形分が10質量%)。
[被覆樹脂溶液2の調製]
被覆樹脂溶液1で得られた樹脂1の溶液(固形分33質量%)30質量部に、トルエン70質量部を加える。よく混合して、被覆樹脂溶液2を得る(被覆樹脂固形分が10質量%)。
[被覆樹脂溶液3の調製]
シクロヘキシルをユニットとしてエステル部位を有するメタクリル酸シクロヘキシルモノマー70質量部、メタクリル酸メチルモノマー30質量部とを、樹脂1と同様にして合成して、樹脂2の溶液(固形分33質量%)を得る。重量平均分子量は、57,800である。また、Tgは93℃である。被覆樹脂溶液1と同様にして、表4に記載する処方量になるようにして、被覆樹脂溶液3を得る。
[磁性キャリア1の製造]
キャリアコア1の100質量部をナウターミキサー(ホソカワミクロン社製VN型)に投入し、スクリュー状の撹拌羽根の公転を1分間に3.5回転させ、自転を1分間に100回転させながら撹拌し、窒素を流量0.1m3/minでフローさせ、減圧(約0.01MPa)になるようする。また、温度70℃に加熱する。被覆樹脂溶液1を総量で12質量部滴下する。滴下のタイミングは、4質量部ずつを3回に分け、間隔を20分間とする。全量滴下後、溶媒を除去するために、30分間混合を続ける。冷却後、磁性キャリアを取り出す。キャリアコア100質量部に対する被覆量は、1.2質量部である。磁性キャリアを回転可能な混合容器内にスパイラル羽根を有する混合機(杉山重工業社製のドラムミキサーUD−AT型)に移し、窒素雰囲気下に温度100℃で2時間熱処理する。冷却後、目開き75μmの篩を通すことにより磁性キャリア1を製造する。得られる磁性キャリアの物性を表5に示す。
[磁性キャリア2乃至11の製造]
磁性キャリア1と同様にして、表5に示す処方量となるように樹脂溶液を代える以外は、磁性キャリア1と同様にして磁性キャリア2乃至11を得る。得られる磁性キャリアの物性を表5に示す。
Figure 2014052625
[ポリエステル樹脂1の製造例]
・テレフタル酸: 299質量部
・無水トリメリット酸: 19質量部
・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: 747質量部
・チタニウムジヒドロキシビス(トリエタノールアミネート): 1質量部
冷却管、撹拌機、及び、窒素導入管のついた反応槽中に、上記の材料を秤量する。その後、温度200℃に加熱し、窒素を導入し生成する水を除去しながら10時間反応させ、その後、1.3kPaに減圧し1時間反応させ、重量平均分子量(Mw)6,100であるポリエステル樹脂1を得る。
[ポリエステル樹脂2の製造例]
・テレフタル酸: 332質量部
・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
996質量部
・チタニウムジヒドロキシビス(トリエタノールアミネート): 1質量部
冷却管、撹拌機、及び、窒素導入管のついた反応槽中に、上記の材料を秤量する。その後、220℃に加熱し、窒素を導入し生成する水を除去しながら10時間反応させた。さらに、無水トリメリット酸96質量部を加え、温度180℃に加熱し、2時間反応させ、重量平均分子量(Mw)83,000であるポリエステル樹脂2を得る。
[トナー1の製造例]
・ポリエステル樹脂1: 80質量部
・ポリエステル樹脂2: 20質量部
・パラフィンワックス(融点:75℃): 7質量部
・シアン顔料(C.I.Pigment Blue 15:3): 7質量部
・3,5−ジ−t−ブチルサリチル酸アルミニウム化合物: 1質量部
上記材料をヘンシェルミキサー(FM−75型、日本コークス社製)でよく混合した後、温度130℃に設定した二軸混練機(PCM−30型、池貝社製)にて混練する。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、粗砕物を得る。得られた粗砕物を、高圧気体を用いた衝突式気流粉砕機を用いて微粉砕する。
次に、得られた微粉砕物を、コアンダ効果を利用した風力分級機(エルボジェットラボEJ−L3、日鉄鉱業社製)で分級して微粉及び粗粉を同時に分級除去する。得られた粒子100質量部に、ルチル型酸化チタン(体積平均粒径:0.02μm、n−デシルトリメトキシシラン処理)0.5質量部、シリカA(ゾルゲル法により作製、体積平均粒径:0.11μm、ヘキサメチルジシラザン処理)3.0質量部を加え、ヘンシェルミキサー(FM−10型、日本コークス鉱業社製)で、回転数65s-1、回転時間5minで混合し、図6で示す表面処理装置によって熱処理を行い、トナー粒子1を得る。
図6において、気流噴射部材102の下端はトナー供給口100から100mmの位置に装備して熱処理を行う。尚、図6において、符号101は熱風供給口、符号103は冷風供給口、符号104は第2の冷風供給口、符号106は冷却ジャケット、符号114はトナー粒子、符号115は高圧エア供給ノズル、符号116は移送配管である。
運転条件はフィード量=5kg/hr、熱風温度=185℃、熱風流量=6m3/min、冷風温度=5℃、冷風流量=4m3/min、冷風絶対水分量=3g/m3、ブロワー風量=20m3/min、インジェクションエア流量=1m3/min、拡散エア=0.3m3/min.とする。
得られるトナー粒子1は、平均円形度が0.969、重量平均粒径(D4)が7.2μmである。
次いで、上記トナー粒子1 100質量部に、ルチル型酸化チタン(平均粒径:0.02μm、n−デシルトリメトキシシラン処理)0.5質量部、シリカA(ゾルゲル法により作製、平均粒径:0.11μm、HMDS処理)0.5質量部、シリカB(気相酸化法により作製、平均粒径:0.04μm、シリコーンオイル処理)1.0質量部を加え、ヘンシェルミキサー(FM−10型、日本コークス鉱業社製)で、回転数65s-1、回転時間5minで混合を行う。その後、45μmの目開きの篩を用いて粗大粒子を除去し、トナー1を得る。
トナー1の物性を表6に示す。
[トナー2の製造例]
イオン交換水500質量部に、0.12モル/リットル−Na3PO4水溶液600質量部を投入し、温度60℃に加温した後、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて、11,000rpmにて撹拌する。これに1.2モル/リットル−CaCl2水溶液93質量部を徐々に添加し、Ca3(PO42を含む水系媒体を得る。
・スチレン 162.0質量部
・n−ブチルアクリレート 38.0質量部
・エステルワックス(ベヘン酸ベヘニル:融点78℃) 20.0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 1.0質量部
・飽和ポリエステル(テレフタル酸−プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA、酸価15mgKOH/g、ピーク分子量6000) 10.0質量部
・シアン顔料(PigmentBlue15:3) 13.0質量部
上記材料を温度60℃に加温し、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて、10,000rpmにて均一に溶解、分散する。これに、重合開始剤2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)8質量部を溶解し、モノマー組成物を調製する。
上記水系媒体中に上記モノマー組成物を投入し、温度60℃で窒素雰囲気下において、TK式ホモミキサーにて10,000rpmで10分間撹拌し、モノマー組成物を造粒する。その後、パドル撹拌翼で撹拌しつつ、温度80℃に昇温し、10時間反応する。重合反応終了後、減圧下で残存モノマーを留去し、冷却後、塩酸を加えてCa3(PO42を溶解した後、ろ過、水洗、乾燥を行い、トナー粒子2を得る。
次いで、上記トナー粒子2の100質量部に、
i)ルチル型酸化チタン(体積平均粒径:0.02μm、n−デシルトリメトキシシラン処理)1.0質量部
ii)シリカA(ゾルゲル法により作製、体積平均粒径:0.11μm、ヘキサメチルジシラザン処理)2.0質量部
iii)シリカB(気相酸化法により作製、平均粒径:0.04μm、シリコーンオイル処理)2.0質量部
を、トナー1の場合と同様にして外添し、トナー2を得る。
トナー2の物性を表6に示す。
Figure 2014052625
〔実施例1〕
磁性キャリア1を93質量部に対し、トナー1を7質量部加え、V型混合機(V−20、セイシン企業製)により混合し、表7に示すように二成分系現像剤を得る。
画像形成装置として、キヤノン製デジタルオフィス向け複合機imageRUNNER ADVANCE C5030改造機を用い、シアン位置の現像器に前記二成分系現像剤を入れ、シアン位置の補給用ボトルにトナー1を入れ、画像形成し、後述の評価を行う。尚、改造点は、現像剤担持体の回転方向を逆回転にして、周波数8.0kHz、Vpp0.7kVの矩形交流電圧と直流電圧VDCを現像剤担持体に印加する点である。耐久画像出力評価時、現像剤担持体の直流電圧VDC、静電潜像担持体の帯電電圧VD、及びレーザーパワーは、トナー消費量を合わせるため、FFh画像(ベタ画像)のトナーの紙上への載り量が0.50mg/cm2となるように調整する。FFhとは、256階調を16進数で表示した値であり、00hが256階調の1階調目(白地部)であり、FFhが256階調の256階調目(ベタ部)である。
耐久画像出力試験としては、画像比率30%のベタ画像(FFh出力)の帯チャートを用いて、A4用紙に30,000枚出力を行う。
試験は、温度23℃/湿度50%RH環境下(以下「N/N」)で行い、転写子としては、レーザービームプリンター用紙GF−C081(81.4g/m2)(キヤノンマーケティングジャパン社製)を使用した。
以下の評価方法に基づいて評価し、その結果を表8に示す。
[現像性]
初期(1枚目)の現像性を評価する。静電潜像担持体上にベタ画像(FFh)を形成し、中間転写体に転写される前に、静電潜像担持体の回転を止め、静電潜像担持体上のトナーを、円筒フィルターを備えた金属円筒管(ファラデーケージ)により吸引捕集する。その際、金属円筒管を通じてコンデンサーに蓄えられた電荷量Q及び捕集した画像面積Sを測定し、それより単位面積当たりの電荷量Q/S(mC/kg)をコントラスト電位(Vcont)で割ることにより、Q/S/Vcont(μC・s3・A・m-4・kg-1)の値をもって現像性を評価する。この値が大きいほど、現像性に優れていることを意味する。
A:1.20以上
B:1.10以上1.20未満
C:1.00以上1.10未満
D:0.90以上1.00未満
E:0.90未満
[リーク(白ポチ)]
リークの評価を行う。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を算出し、以下の基準により評価する。リークの評価においては、現像剤担持体に周波数8.0kHz、Vpp1.2kVの矩形交流電圧にする点が通常の画像出力と異なる。
A:0個
B:1個以上6個未満
C:6個以上10個未満
D:10個以上20個未満
E:20個以上
[Q/M維持率]
耐久前後の静電潜像担持体上Q/Mを評価する。静電潜像担持体上にベタ画像(FFh)を形成し、中間転写体に転写される前に、静電潜像担持体の回転を止め、静電潜像担持体上のトナーを、円筒フィルターを備えた金属円筒管(ファラデーケージ)により吸引捕集する。その際金属円筒管を通じてコンデンサーに蓄えられた電荷量Q及び捕集されたトナー質量Mを測定し、それより単位質量当たりの電荷量Q/M(mC/kg)を計算し、静電潜像担持体上Q/M(mC/kg)とする。
上記の初期の静電潜像担持体上Q/Mの絶対値を100%とし、耐久後の静電潜像担持体上Q/M絶対値の維持率を算出して以下の基準で判断する。
維持率(%)=│耐久後のQ/M│/│初期のQ/M│×100
A:静電潜像担持体上Q/M維持率が90%以上
B:静電潜像担持体上Q/M維持率が80%以上90%未満
C:静電潜像担持体上Q/M維持率が70%以上80%未満
D:静電潜像担持体上Q/M維持率が60%以上70%未満
E:静電潜像担持体上Q/M維持率が60%未満
[ドット再現性]
ハーフトーン画像(30h画像)を出力して目視観察し、前記画像のドットの再現性について以下の基準に基づいて評価する。なお30h画像とは、256階調を16進数で表示した値であり、00hをベタ白とし、FFhをベタ黒とするときのハーフトーン画像である。
A:全くガサツキを感じなく、なめらかである。
B:ガサツキを余り感じない。
C:ややガサツキ感はあるが、実用上問題ない。
D:ガサツキ感がある。
E:非常にガサツキ感がある。
[ベタ黒キャリア付着]
ベタ黒部のキャリア付着の評価は、30,000枚出力後に各評価を行った後、評価機械を高温高湿環境(30℃/80%RH)に3日間放置した後、30℃/80%RH環境下でベタ黒チャートを出力し、目視観察で行う。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「もや」状の不均一さの程度により評価する。
A:全く「もや」を感じなく、なめらかである。
B:5枚のうち1枚、または各紙で一部に不均一さを感じる。
C:各紙で部分的に不均一さを感じるが、実用上問題ない。
D:不均一さ感がある。
E:全体的に不均一さ感がある。
〔実施例2乃至8、比較例1乃至4〕
表7に示すようにトナー及び磁性キャリアを所定量混合し、実施例1と同様にして評価を行う。評価結果を表8に示す。
比較例1では、使用する磁性体が球形であり、また小さいため、キャリアコア表面の磁性体による突起がなく、現像性に劣り、またトナースペントがおこり、耐久安定性に劣る。
比較例2では、使用する磁性体が不定形であるが、粒径が小さく、キャリアコア表面における存在率が少なく、リーク性に劣る。
比較例3では、使用する磁性体が亜鉛を含有しないため、残留磁化が大きく、耐久後にベタ部キャリア付着を生じ、ベタ画質均一性に劣る。
比較例4では、使用する磁性体の平均粒径が大きく、磁性キャリア中の磁性体量が少なくなり、抵抗が上がることにより耐久後に現像性に劣る。
Figure 2014052625
Figure 2014052625
1‥樹脂容器、2‥下部電極、3‥支持台座、4‥上部電極、5‥試料、6‥エレクトロンメーター、7‥処理コンピュータ、A‥抵抗測定セル、d‥サンプル高さ、100‥トナー粒子供給口、101‥熱風供給口、102‥気流噴射部材、103‥冷風供給口、104‥第二の冷風供給口、106‥冷却ジャケット、114‥トナー粒子、115‥高圧エア供給ノズル、116‥移送配管

Claims (10)

  1. 磁性体と結着樹脂とを含有する磁性体分散型樹脂キャリアコア、及び、該磁性体分散型樹脂キャリアコアの表面に被覆樹脂を有する磁性キャリアであって、
    該磁性体分散型樹脂キャリアコアは、1000V/cmにおける比抵抗Rkが5.0×106Ω・cm以上8.0×107Ω・cm以下であり、
    該磁性体は、
    i)個数平均粒径が0.20μm以上0.35μm以下であり、
    ii)頂点を有する形状であって、且つ粒子径が0.53μm以上である磁性体粒子を、磁性体全量を基準として、10.0体積%以上32.0体積%以下含有し、
    該磁性体分散型樹脂キャリアコアは、
    蛍光X線分析により該磁性体分散型樹脂キャリアコアに含有される元素を分析し、FP定量法によって求めた、検出された元素が全て酸化物であるとみなして全酸化物の総量を100質量%としたときの鉄元素と亜鉛元素の含有量が、下記i)及びii)を満たすことを特徴とする磁性キャリア:
    i)Fe23の存在割合が98.00質量%以上、
    ii)ZnOの存在割合が0.06質量%以上0.50質量%以下。
  2. 該磁性キャリアは、79.6kA/mにおける磁化の強さが、50.0Am2/kg以上60.0Am2/kg以下であり、残留磁化が8.5Am2/kg以下であることを特徴とする請求項1に記載の磁性キャリア。
  3. 該磁性キャリアの1000V/cmにおける比抵抗をRcとしたとき、該Rkと該Rcとが、
    0.8≦Rc/Rk≦70.0
    を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の磁性キャリア。
  4. 該Rcが5.0×106Ω・cm以上8.0×107Ω・cm以下であることを特徴とする請求項3に記載の磁性キャリア。
  5. 該磁性体分散型樹脂キャリアコアの表面から深さ1.0μmの範囲において、結着樹脂部の面積と磁性体部の断面積の和を100%としたとき、結着樹脂部の面積割合が35%以上80%以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の磁性キャリア。
  6. 該磁性体分散型樹脂キャリアの表面には、頂点を有する形状の磁性体粒子の凸部が、0.8個/μm2以上3.0個/μm2以下の密度で存在することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の磁性キャリア。
  7. 該磁性キャリアは、体積分布基準50%粒径(D50)が20.0μm以上70.0μm以下であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の磁性キャリア。
  8. 該磁性キャリアは、真比重が3.0g/cm3以上4.0g/cm3以下であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の磁性キャリア。
  9. トナーと磁性キャリアを有する二成分系現像剤であって、該磁性キャリアは、請求項1乃至8のいずれかの磁性キャリアであることを特徴とする二成分系現像剤。
  10. 該トナーは、平均円形度が0.945以上0.985以下であることを特徴とする請求項9に記載の二成分系現像剤。
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