本発明者らは、前述の各種問題点を解決し、上述の本発明の目的にかなう二成分系現像剤、及び補給用現像剤を開発すべく鋭意検討する過程で下記の発明に至った。
本発明は、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であって、
該キャリアは、多孔質フェライトコア粒子の空孔に樹脂を含有した樹脂含有フェライト粒子を含有するキャリアであり、
該多孔質フェライトコア粒子が、含有する金属酸化物の総mol数に対して、Li2Oを10以上40(mol%)以下を有し、
該多孔質フェライトコア粒子の断面における該空孔の平均フェレ径が、0.5μm以上5.0μm以下であり、且つ、10μm×10μm当たりに10以上の該空孔を有し、
該トナーの毛細管吸引時間法により計測された45体積%メタノール水溶液でのトナー表面張力指数が、3.0×10-3以上1.0×10-1(N/m)以下であることを特徴とする二成分系現像剤を用いることで、環境安定性に優れ、静電荷潜像担持体へのキャリア付着やカブリの発生がなく、ドット再現性に優れ、なおかつ高い耐久性能を有する現像剤を提供可能であることを見出した。
本発明に使用するキャリアは、少なくとも多孔質フェライトコア粒子の空孔に樹脂を含有した樹脂含有フェライト粒子を含有するキャリア粒子からなる。
本発明において、該多孔質フェライトコア粒子は、含有する金属酸化物の総mol数に対して、Li2Oを10以上40(mol%)以下を有することを特徴とする。このようにフェライト成分が、軽金属元素の金属酸化物であるLi2Oを含有することにより、キャリアの比重を小さくコントロールすることが可能となる。そのため、トナーとの混合性が良く、トナーの帯電立ち上り性が良好で、かつ混合時にキャリアにかかるストレスを軽減可能で長期安定な画像を提供することができる。
Li2Oが10mol%よりも少なくなると、比重を小さくすることができず混合時にストレスが掛かり、耐久性に欠ける。一方、Li2Oが40mol%よりも多くなると、製造時において、Li2OはFe2O3との比重差が大きいため、不均一な組成になり易い。その結果、磁気的特性が不均一となりキャリア付着が発生したり、安定した帯電付与性が得られず、カブリが発生してしまう。
また、より好ましくは、Li2Oを12以上35(mol%)以下を有することである。
また、本発明においては、該多孔質フェライトコア粒子の断面における該空孔の平均フェレ径が、0.5μm以上5.0μm以下であり、且つ、10μm×10μm当たりに10以上の該空孔を有することを特徴とする。好ましくは該空孔の平均フェレ径が0.7μm以上3.5μm以下である。
ここで、一般的にフェライト成分は、各種金属酸化物の微粒子を高温状態で焼結して得られるグレイン(焼結一次粒子)の結合体(フェライトの構成成分)である。さらに該グレインの組成や分布状態は、キャリアとしての強度や電気的・磁気的特性に大きく影響する。
本発明の多孔質フェライトコア粒子の内部は、例えば図1に示すように小さなグレインが均一に分散し、多数の小さな空孔を有している。そしてさらに、これら空孔内部に樹脂成分を含有していることが、以下に述べる理由から重要である。
これまで特許文献1及び2で記載されているように、従来のLi系フェライトを主成分とした磁性キャリアは、比重を小さくコントロールすること可能であったが、グレインが大きく成長してグレイン同士が隙間なく存在していた(例えば、図2参照)。さらに、これらはいずれも軽金属のみで構成されたフェライトであり、構成成分の焼結速度に差が生じやすく、構成成分の密着性が乏しく、粒子強度が不十分となるという問題があった。
一方、本発明においては、コア中に多くの空孔が存在し、その内部に樹脂成分が充填されている。このようにして樹脂がグレインを取り囲むことにより、グレイン同士の接着力を高め、キャリアコアとしての粒子強度を高めることが可能になった。
さらに、一般に従来のLi系フェライトは、温度や湿度に大きく影響され易い。そのため、高温高湿環境下ではトナーの帯電立ち上り性が悪くカブリが発生し、低温低湿環境下ではトナーが過剰に帯電して画像濃度の低下という環境安定性の点において問題があった。その対策として、キャリア表面を樹脂による被覆層を設ける提案がなされているが、長期使用中に被覆層が剥れたり、被覆層を厚くする必要があった。
これに対し、本発明では樹脂成分がグレインを完全に覆うことができるため、環境安定性の点において顕著な改善をすることができるに至ったものである。
該多孔質フェライトコア粒子の断面における該空孔の平均フェレ径が、0.5μmよりも小さい場合、小さな空隙に樹脂を含有させることが困難になり、先述した環境安定性賀得られず好ましくない。一方、5.0μmよりも大きな場合、コア粒子の強度が不十分となり、長期使用における耐久性が低下する恐れがあるため好ましくない。
さらに該多孔質フェライトコア粒子の断面において、10μm×10μm当たりの空孔が10より少ない場合、多孔質な粒子ではなくなり、比重が大きくなったり、先述したような、樹脂がグレイン同士の密着性を高めることが困難となり、粒子強度が不十分となる。
さらに検討の結果、本発明の多孔質フェライトコア粒子を用いた場合、キャリアからのトナー離れが良好で、優れた現像性が得られるという知見を得た。その詳細な理由は不明であるが、該多孔質フェライトコア粒子が、小さなグレインと多数の小さな空孔を有し、均質な構造であることが重要であると推測される。
現像性の向上のためには、キャリアの粒子表面における電荷の流れよりも、キャリアの粒子内部における電荷の流れがより重要であると考えられる。一般に、トナーが現像された時にキャリア内部には、トナーと逆極性のカウンター電荷が残る。このカウンター電荷が溜まった部分には、トナーを強く引き付けて離さなくなるため、キャリアとしての帯電付与性が大きく低下する。さらに、カウンター電荷は、静電荷潜像担持体上に現像されたトナーを引き戻すため、現像性が低下する。
この現象を防止するには、キャリアに残ったトナーと逆極性のカウンター電荷を、キャリアを通し、現像剤担持体へスムーズに逃がす必要がある。これにより、トナーを引き戻す力がなくなり、優れた現像性が得られる。しかしながら、単に、抵抗の低いコア粒子を有するようなキャリア粒子を用いた場合には、静電荷潜像担持体上の静電潜像やトナー像を乱してしまうことがあった。この乱れの原因は、コア粒子の抵抗が低いために、現像剤担持体と静電荷潜像担持体が、現像剤担持体上にできたキャリアの穂立ちを介してリークし、静電潜像やトナー像が乱されるためである。
そこで、本発明においては、多孔質フェライトコア粒子の形状・構造を特定のものとすることによって、カウンター電荷を現像剤担持体へ逃がしつつ、現像剤担持体と静電荷潜像担持体間のリークのしやすさをコントロールし、上記の課題を解決した。
本発明の多孔質フェライトコア粒子は、小さなグレインが均一に分散し、多数の小さな空孔を有している。これら空孔が電荷の流れを適度に制限し、現像剤担持体と静電荷潜像担持体間のリークを制御しつつ、カウンター電荷を現像剤担持体に逃がすことができる。
さらに、該多孔質フェライトコア粒子は、小さなグレインと空孔を有する均質な構造であるため、キャリア表面のどの部分からトナーが現像されたとしても、カウンター電荷の発生、残留、移動という過程が均一となる。その結果、キャリア表面全体のトナー離れが均一になり、表面全体を効率的に使用することができるため、非常に優れた現像性が得られる。
以上のように、本発明の多孔質フェライトコア粒子を用いた場合には、優れた現像性を得ることと、静電潜像やトナー像を乱すのを抑制することの両立を達成することができる。
また、本発明においては、該多孔質フェライトコア粒子の全空孔のうち、80個数%以上が樹脂によって充填されていることが好ましく、より好ましくは85個数%以上、さらに好ましくは90個数%以上が樹脂によって充填されていることである。
充填された空孔が80個数%よりも少ない場合、特にキャリアに強いストレスが掛かる高速機において必要な強度が得られない場合がある。また、長期間使用した場合、環境安定性が低下する場合がある。
また、本発明においては、該多孔質フェライトコア粒子のBET比表面積が、0.10以上1.00(m2/g)以下であることが好ましい。
該多孔質フェライトコア粒子のBET比表面積が上記範囲であることは、非常に小さなグレインで構成され、内部には空孔が多数存在するだけでなく、コア粒子表面の凹凸が小さいことを意味している。フェライトコア粒子表面は、粒子を形成する際の結晶成長により微細な凹凸が存在する。この凹凸が樹脂を充填した後のキャリア粒子表面性にも影響する。トナーとキャリアを混合して長期間使用すると、キャリア表面の凹部にトナー微粉が付着するスペントが発生し、キャリアとしての帯電付与能が低下する。これを防止するには、キャリア表面が平滑であることが良い。また、凸部が多い場合、凸部にかかるストレスが強く、樹脂が剥れ易くなる。
また、本発明においては、該多孔質フェライトコア粒子の固め見掛け密度をρ1(g/cm3)、真密度をρ2(g/cm3)とした時に、ρ1が0.80以上2.40以下、ρ1/ρ2が0.20以上0.50以下であることが好ましい。
該多孔質フェライトコア粒子内部の空孔率を調節し、ρ1及びρ1/ρ2固め見掛け密度と真密度の関係を上記のようにすることにより、静電荷潜像担持体へのキャリアの付着防止とドット再現性が向上を達成することができる。
ドット再現性を向上するためには、該多孔質フェライトコア粒子内部の空孔率を調節し、ρ1を2.40以下、且つρ1/ρ2を0.50以下にすることが好ましい。その結果、キャリアの磁化量が低くなり、現像剤担持体上の磁気ブラシの穂立ちを密し、ドット再現性を向上させることができる。
ρ1が0.80より小さい場合、又はρ1/ρ2が0.20より小さい場合には、キャリアの磁化量が低くなる。特に高速機に使用する場合には、該キャリアが現像時に現像剤担持体上に保持されず静電荷潜像担持体上に現像され、静電荷潜像担持体にキャリアが付着し易くなる。その結果、画像上にキャリアの黒い点が生じてしまう場合がある。
また、1000/4π(kA/m)の磁界下における、該キャリアの磁化の強さが30Am2/kg以上70Am2/kg以下であることが望ましい。
キャリアがこの範囲の場合、長期にわたり、良好なドット再現性の良い画像を得ることができる。キャリアの磁化の強さが30kAm2/kg未満の場合、現像時に感光ドラム上に現像されやすくなりキャリア付着を起こすことがある。キャリアの磁化の強さが70kAm2/kgを超える場合、現像器の現像剤規制ブレードと現像剤担持体間での現像剤へのストレスが大きくなり、現像剤が劣化し、画像が悪化する場合がある。
また、キャリアの比抵抗は、1×108以上1×1013Ωcm以下であることが好ましい。キャリアの比抵抗が1×108Ωcm未満であると、現像バイアスがキャリアに注入され易くなり、静電荷潜像担持体表面へのキャリア付着を起こし易くなる。これにより静電荷潜像担持体に傷を生じさせたり、キャリアが直接紙上に転写されたりして画像欠陥を起こし易くなる。さらに、現像バイアスがキャリアを介してリークし、静電荷潜像担持体上に描かれた静電潜像を乱してキャリアの比抵抗が1×1013Ωcmを超えると、キャリア表面のカウンター電荷がリークしづらくなる。このため、チャージアップ現象による画像濃度の低下や、新たに補給されたトナーへの帯電付与ができなくなくなることによるカブリ及びトナーの飛散等を起こしてしまうことがある。キャリアの比抵抗は、フェライトの種類・空孔径・空孔分布、多孔質フェライトコア粒子の樹脂含有量などによって調整することが可能である。
次に、多孔質フェライトコア粒子を調整する手法について述べる。
これらの物性を調整するための手法としては、適当な元素の種類を選択したり、結晶径、空孔径、空孔径分布、空孔比率等をコントロールする手法が挙げられ、例えば具体的には以下の手法が例示される。
i)多孔質フェライトコア粒子を焼成で形成する際の温度や時間を調整することにより結晶の成長度合いや成長速度をコントロールし、空孔の大きさや分布状態等を調整する。
ii)多孔質フェライトコア粒子を形成する際、発泡剤や有機微粒子の如き空孔形成剤を添加し、コア粒子内部に空孔を発生させる。その際、発泡剤の種類(組成、径など)を適当に選択し、その量を調整する。
上述した発泡剤としては、60℃以上500℃以下で気化又は分解し、その際に気体を発生する物質であれば特に限定はされない。例えば、以下のものが挙げられる。アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスジメチルバレロニトリル、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリルの如き発泡性のアゾ系重合開始剤;ナトリウム、カリウム、カルシウムの如き金属の炭酸水素塩;炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸カルシウム、硝酸アンモニウム塩、アジド化合物、4,4’−オキシビス(ベンゼンスルホヒドラジド)、アリルビス(スルホヒドラジド)、ジアミノベンゼン。
有機微粒子としては、ワックスとして用いられる樹脂や、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂の如き熱可塑性樹脂;フェノール樹脂、ポリエステル、尿素樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂の如き熱硬化性樹脂が挙げられる。これらを、微粒子化して使用する。
微粒子化する方法としては、公知の方法が使用できるが、例えば、粉砕工程で所望の粒径にまで粉砕する。粉砕工程では、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、更に、川崎重工業社製のクリプトロンシステム、日清エンジニアリング社製のスーパーローター、ターボ工業製のターボ・ミル(RSSローター/SNNBライナー)、エアージェット方式による微粉砕機で微粉砕する。
また、粉砕後に分級し、微粒子の粒度分布を調整しても良い。分級装置としては、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)の如き分級機や篩分機がある。
また、多孔質フェライト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、またはこれらの元素を含む酸化物粒子、5)マグネタイト粒子またはフェライト粒子。
フェライト粒子とは次式で表される焼結体である。
(M12O)w(M2O)x(M32O3)y(Fe2O3)z
(式中、M1は1価の金属原子であり、M2は2価の金属原子であり、M3は3価の金属であり、w+x+y+z=1.0であり、w、x及びyは、それぞれ0≦(w,x,y)≦1.0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M3としては、Ni、Cu、Zn、Li、Mg、Mn、Sr、Ca、Baからなる群から選ばれる金属原子を用いることができる。
多孔質フェライトコア粒子の比抵抗の調整は、磁性材料の種類の選択以外に、磁性粒子を不活性ガス中で熱処理し、磁性粒子表面を還元することによっても行うことができる。例えば、不活性ガス(例えば窒素)雰囲気下で600℃以上1000℃以下で熱処理を行うことができる。
多孔質フェライトコア粒子の空孔への樹脂成分の充填を均一に行うために、樹脂成分と溶剤を混合した樹脂成分溶液を用いることが必要である。樹脂成分量は好ましくは、1質量%以上30質量%以下が好ましい。30質量%より樹脂製分量の多い樹脂成分溶液を用いると粘度が高いために多孔質フェライトコア粒子の空孔に樹脂成分溶液が均一に浸透しにくい。また、1質量%未満であると樹脂成分の量が少なく、多孔質フェライトコア粒子への樹脂の付着力が低くなる場合がある。
樹脂成分を多孔質フェライトコア粒子の空孔部分に充填するためには、減圧下で溶剤粘度を5.0mPa・s以上100mPa・s以下にて、浸漬法により充填する方法が好ましい。
多孔質フェライトコア粒子内部に充填させる樹脂成分としては、多孔質フェライトコア粒子に対する濡れ性が高いものであることが好ましく、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂のどちら用いてもかまわない。濡れ性が高い樹脂成分を用いた場合には、多孔質フェライトコア粒子の空孔への樹脂の充填時に、同時に多孔質フェライトコア粒子表面も樹脂で覆うことが容易になる。
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−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、溶剤可溶性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、ポリアリレートといった芳香族ポリエステル樹脂、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。
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、アクリル樹脂、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でも良い。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が、多孔質フェライトコア粒子に対する濡れ性が高いため好ましい。
上記した樹脂の中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が使用可能である。具体的には、下記式に示されるオルガノシロキサン結合のみからなるストレートシリコーン樹脂、及び、該ストレートシリコーン樹脂をアルキッド、ポリエステル、エポキシ、ウレタンなどで変性したシリコーン樹脂が挙げられる。
例えば、以下のものが挙げられる。市販品として、ストレートシリコーン樹脂は、信越化学社製のKR271、KR255、KR152、東レダウコーニング社製のSR2400、SR2405等がある。変性シリコーン樹脂は、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)等がある。
多孔質フェライトコア粒子内部に樹脂成分を充填する方法としては、樹脂成分を溶剤に希釈し、その希釈液中に多孔質磁性コア粒子に添加するのが一般的である。ここに用いられる溶剤は、各樹脂成分を溶解できるものであればよい。尚、多孔質フェライトコア粒子の空孔へ樹脂成分の充填する際、予め樹脂成分溶液に用いる溶媒のみ、又は使用する樹脂成分溶液よりも低濃度の溶液で、多孔質フェライト粒子の空孔を濡らしておいてもよい。
有機溶剤に可溶な樹脂である場合は、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、メタノールの如き有機溶剤を用いればよい。水溶性の樹脂成分またはエマルジョンタイプの樹脂成分である場合には、水を用いればよい。多孔質フェライトコア粒子内部に、溶剤で希釈された樹脂成分を添加させる方法としては、浸漬法、スプレー法、ハケ塗り法、流動床、及び混練法の如き塗布方法により樹脂成分を含浸させ、その後、溶剤を揮発させる方法が挙げられる。
多孔質フェライトコア粒子の空孔への樹脂の充填時に、多孔質フェライトコア粒子表面にも同じ樹脂を塗布して、粒子表面を該樹脂で覆うことが好ましい。多孔質フェライトコア粒子表面を充填時に同時に樹脂で処理することにより、コート層を設けなくても良好な比抵抗を有するキャリアを得ることが容易になる。
上記多孔質フェライトコア粒子内部に充填させる樹脂成分とは別に、耐汚染性の向上や、帯電付与能や抵抗の調整等を考慮して、さらに樹脂含有磁性粒子表面を被覆する樹脂成分を有しても良い。その場合、充填樹脂と被覆樹脂は同じであっても、異なっても良い。
粒子表面を被覆する樹脂成分として、アクリル樹脂を用いることが好ましく、磁性キャリアの耐久性能を高めることができる。
キャリアは、体積分布基準の50%粒径(D50)が20μm以上70μm以下であることが、トナーへの摩擦帯電付与能と画像領域へのキャリア付着とカブリ防止の観点から好ましい。
キャリアの50%粒径(D50)が20μmより小さいと、現像時にトナーと共にキャリアが飛翔してしまい、画像領域にキャリア付着を生じやすくなる。これは、キャリアとトナーの粒径差が小さくなるため、現像時にトナーに引っ張られキャリアも同時に画像領域へ現像されるためだと思われる。また、キャリアの50%粒径(D50)が70μmより大きいと、キャリアの比表面積が小さいために帯電性が低下し、特に、長期間使用し帯電性能が低下した現像剤において、画像の白地部へのカブリが発生する場合がある。キャリアの50%粒径(D50)は、造粒時にスプレードライヤーの噴霧条件をコントロールすることや、風力分級や篩分級を行うことで調整することができる。
また、本発明のトナーは、毛細管吸引時間法により計測された45体積%メタノール水溶液でのトナー表面張力指数が、3.0×10-3以上1.0×10-1(N/m)以下である。
トナー表面張力指数(N/m)とは、トナーの毛細管吸引時間法により測定された毛管圧力Pα(N/m2)、トナーの比表面積A(m2/g)、トナーの真密度B(g/cm3)とした時に、
トナー表面張力指数=Pα/(A×B×106)でも算出される。
トナーの表面張力指数(N/m)が3.0×10-3以上1.0×10-1以下なることで、高画質と高現像性の両立を達成できる。
トナーの表面張力定数(N/m)が、1.0×10-1より大きくなるとトナーとキャリアの付着力が高くなり、その結果、キャリアからのトナーが離れが悪化し、長期使用による画像濃度の変化が生じやすくなる。
また、トナーの表面張力指数(N/m)が、3.0×10-3未満となると、トナーとキャリアの付着力が低下し、現像剤の流動性が高くなりすぎてしまう。このため、現像剤担持体上の現像剤の穂立ちが、現像剤担持体の動きについていくことができず、画像にムラを生じてしまう。
本発明に用いられるトナーは、ワックスを含有してもよく、該ワックスは、示差走査熱量計(DSC)によって測定される吸熱曲線において、温度30℃以上200℃以下の範囲に1個又は複数の吸熱ピークを有し、該吸熱ピーク中の最大吸熱ピークのピーク温度が、45℃以上140℃以下の範囲にあることが好ましい。さらに好ましくは、60℃以上120℃以下の範囲である。
トナーの最大吸熱ピークのピーク温度が45℃未満であると、現像剤を長期使用した場合、トナー中のワックスがキャリアに付着し、磁性キャリアの帯電性能が低下する傾向にある。その結果、前記キャリアを用いた場合においても、長期使用時に画像濃度の低下が発生しやすい。
また、トナーの最大吸熱ピークのピーク温度が140℃より高いと、トナーの結着樹脂とワックスとの混合性が悪いために、トナー中のワックスの分散性が悪く、トナーの帯電性が低下する。その結果、カブリが発生しやすくなる。
ワックスは、結着樹脂100質量部あたり0.5質量部以上10.0質量部以下、好ましくは2.0質量部以上8.0質量部以上使用するのが良い。
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また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また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。
次に、トナーに含有される結着樹脂について説明する。
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単量体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。
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;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、163、202、206、207.209、238;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乃至5個置換した銅フタロシアニン顔料。
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30.0質量部以下であり、より好ましくは0.5質量部以上20.0質量部以下であり、最も好ましくは3.0質量部以上15.0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。
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10.0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無機微粉体が好ましい。無機微粉体は、シランカップリング剤、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。
トナーは、重量平均粒子径(D4)が3μm以上11μm以下であることが高画質及び耐久性を両立するために好ましい。重量平均粒子径(D4)が3μm未満であると、現像器内でのトナー飛散が顕著になる。また、重量平均粒子(D4)が11μmより大きいと、画像の解像度が低下する。
また、トナーは、平均円形度が0.930以上0.990未満であることが好ましい。尚、本発明における平均円形度は、1視野が512画素×512画素であり、1画素あたり0.37μm×0.37μmの解像度であるフロー式粒子像測定装置によって計測された粒子の円形度を、円形度範囲0.200以上1.000を800分割したチャンネルに振り分けて解析した円形度分布に基づくものである。
トナーの平均円形度が0.930より小さすぎると、トナー同士、またトナーと磁性キャリアの接触面積が大きくなり、キャリアからのトナー離れを阻害し、画像濃度が低下する傾向にある。
逆に平均円形度が0.990以上であると、形状が球形に近すぎるため、高速機において転写残トナーがクリーニングブレードをすり抜け、クリーニング不良が起こる場合がある。
次に、本発明のトナーを製造する方法について説明する。例えば、以下の工程を経てトナーを製造することができる。
原料混合工程では、トナー粒子を構成する材料として、少なくとも結着樹脂、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、ナウターミキサーがある。
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軸または2軸押出機が主流となっている。例えば、神戸製鋼所社製KTK型2軸押出機、東芝機械社製TEM型2軸押出機、池貝鉄工製PCM混練機、ケイ・シー・ケイ社製2軸押出機、ブス社製コ・ニーダーが使用できる。
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、水冷等で冷却する冷却工程で冷却される。
ついで、樹脂組成物の冷却物は、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、川崎重工業社製のクリプトロンシステム、日清エンジニアリング社製のスーパーローター、ターボ工業製のターボ・ミル(RSSローター/SNNBライナー)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)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、奈良機械製作所製のハイブリタイゼーションシステム又はホソカワミクロン社製のメカノフージョンシステムを用いて、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。
また、トナーの円形度を上記範囲に調整するには、トナー粒子製造の際に発生する微粉を系外に排出しながら機械的衝撃力を与えて処理を行う装置を用いることが好ましい。
図3は、表面改質を行うことのできる装置の一例を示す模式的断面図である。図3の表面改質装置は、以下の部材で構成されている。ケーシング30、冷却水或いは不凍液を通水できるジャケット(図示しない)、ケーシング30内において中心回転軸に取り付けられた、上面に角型のディスク或いは円筒型のピン40を複数個有し、高速で回転する円盤状の回転体である表面改質手段としての分散ローター36。分散ローター36の外周に一定間隔を保持して配置された、表面に多数の溝が設けられているライナー34(尚、ライナー表面上の溝はなくても構わない)。表面改質された原料を所定粒径に分級するための手段である分級ローター31。冷風を導入するための冷風導入口35、被処理原料を導入するための原料供給口33、表面改質時間を自在に調整可能となるように、開閉可能なように設置された排出弁38、処理後の粉体を排出するための粉体排出口37。分級ローター31と分散ローター36−ライナー34との間の空間を、分級ローター31へ導入される前の第一の空間41と、分級手段により微粉を分級除去された粒子を表面処理手段へ導入するための第二の空間42に仕切る案内手段である円筒形のガイドリング39。分散ローター36とライナー34との間隙部分が表面改質ゾーンであり、分級ローター31及びその周辺部分が分級ゾーンである。
上記表面改質装置では、排出弁38を閉じた状態で原料供給口33から微粉砕品を投入すると、投入された微粉砕品は、まずブロワー(図示しない)により吸引され、分級ローター31で分級される。その際、分級された所定粒径以下の微粉は装置外へ連続的に排出除去され、所定粒径以上の粗粉は遠心力によりガイドリング39の内周(第二の空間42)に沿いながら分散ローター36により発生する循環流にのり表面改質ゾーンへ導かれる。
表面改質ゾーンに導かれた原料は分散ローター36とライナー34間で機械式衝撃力を受け、表面改質処理される。表面改質された表面改質粒子は、機内を通過する冷風にのって、ガイドリング39の外周(第一の空間41)に沿いながら分級ゾーンに導かれる。この時発生した微粉は、分級ローター31により再度機外へ排出され、粗粉は循環流にのって再度表面改質ゾーンに戻され、繰り返し表面改質作用を受ける。一定時間経過後、排出弁38を開き、排出口37より表面改質粒子を回収する。
本発明者らが検討した結果、上記表面改質装置を用いた表面改質工程において、原料供給口33からの微粉砕品の投入から排出弁開放までの時間(サイクルタイム)と分散ローターの回転数が、トナーの球形度等をコントロールする上で重要である。
球形度を上げるには、サイクルタイムを長くするか、分散ローターの周速を上げるのが効果的である。サイクルタイムを長くした場合には、表面ワックス量が多くなってしまうことがあるため、トナーの円形度を上記範囲とするためには、分散ローラーの周速を1.2×105mm/secとし、サイクルタイムを15秒以上60秒以下とすることが有効である。
本発明の二成分系現像剤においては、トナーとキャリアの混合比率はキャリア100質量部に対して、トナーは、2質量部以上35質量部以下の範囲で使用することが好ましい。更に4質量部以上25質量部以下が好ましく、特に5質量部以上20質量部以下が好ましい。2質量部未満では画像濃度が低くなりやすく、35質量部を超えるとカブリや機内飛散が発生しやすい。
上述の如きキャリアとトナーとを含有する現像剤は、トナー及び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前記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、該補給用現像剤として使用できる。
また、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言う観点から、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。
補給用現像剤において、キャリア1質量部に対しトナーの含有量が2質量部未満であると、特に印刷濃度の高い画像を高速で印刷した場合に補給用現像剤を多量に補給することが必要になる。その結果、補給用現像剤と現像期中の現像剤が十分に混合しないうちに、トナーの帯電が不均一なままで現像に使用され、その結果、画質が低下することがある。また、排出される現像剤量が多くなってしまう。また、キャリア1質量部に対しトナーが50質量部より多く含有されると、劣化したキャリアが排出されずに長期間使用され、磁性キャリアの劣化が進行し画像が低下することがある。
上記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。
<キャリアの多孔質フェライトコア粒子の取り出し方法>
キャリアを10.0g準備し、るつぼ中に入れる。N2ガス導入口、排気装置ユニットを装着したマッフル炉(FP−310、ヤマト科学製)を用い、N2ガスを導入しながら、900℃で16時間加熱した。その後、キャリアの温度が50℃以下になるまで放置した。
50ccのポリ瓶中に加熱後のキャリアを入れ、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを0.2g、水を20g加え、キャリアに付着しているスス等を洗浄した。この時、キャリアが流れないようにするために、磁石で固定して行った。また、アルキルベンゼンスルホン酸塩がキャリアに残らないように水で5回以上すすいだ。その後、60℃で24時間乾燥させた。
以上のようにして、キャリアから多孔質フェライトコア粒子を取り出した。なお、上記の操作を必要に応じて複数回行った。
<多孔質フェライトコア粒子の断面における空孔のフェレ径、及び空孔数の測定方法>
集束イオンビーム加工観察装置(FIB)、FB−2100(日立製作所)を用い加工観察した。試料の作製は、試料台にカーボンペースト水溶液を塗布し、その上に試料を少量載せる。その後、白金蒸着を行い、試料をFIB装置にセットする。試料最大径部にビームを照射・切断し、磁性コア粒子の断面を観察した。測定によりランダムに抽出された20個の断面写真から、画像解析ソフトImage−ProPlusを用いて平均フェレ径を算出した。さらに、上記20個の断面写真から、それぞれ10μm×10μm視野を3視野、計60視野を抽出し、その平均値より算出したものを10μm×10μm当たりの空孔数を算出した。
<多孔質フェライトコア粒子の固め見掛け密度>
上記の如くして取り出した多孔質フェライトコア粒子を用い、パウダーテスタPT−R(ホソカワミクロン社製)を用い、固め見掛け密度を測定した。
目開き500μmの篩を用いて、振幅を1mmで振動させながら、ちょうど10mlとなるまで多孔質フェライトコア粒子を補給しつつ、金属性カップを振幅18mmにて上下往復180回タッピングさせ、タッピング後の現像剤量から、固め見掛け密度(g/cm3)を計算した。
<多孔質フェライトコア粒子の真密度・トナーの真密度>
乾式自動密度計オートピクノメーター(ユアサアイオニクス社製)により測定した。
セル SMセル(10ml)
サンプル量 約2.0g
<キャリアの比抵抗>
本発明に用いられるキャリアの比抵抗は、図4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Eにキャリア17を充填し、充填されたキャリアに接するように下部電極11および上部電極12を配し、これらの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キャリアの比抵抗を求める。
キャリア粒子の比抵抗の測定条件は、粒子と電極との接触面積S=約2.4cm2、上部電極の荷重240gとする。サンプル量を1.0g測りとり、サンプルを抵抗測定セルに充填し、サンプルの厚みdを正確に測定する。電圧の印加条件は、印加条件I、II、IIIの順に印加し、印加条件IIIでの印加電圧での電流を測定する。その後、それぞれの電界強度(V/cm)における比抵抗(Ω・cm)を計算により求めた。印加条件IIIの時の電界強度3000V/cm(即ち、印加電圧/d=3000(V/cm)になる時)における比抵抗を、キャリアの比抵抗とした。
印加条件I :(0Vから1000Vに変更:30秒おき200Vずつステップ状に増大)
II:(1000Vで30秒ホールド)
III:(1000Vから0Vに変更:30秒おき200Vずつステップ状に減少)
尚、比抵抗は、下式より求めることができる。
比抵抗(Ω・cm)=(印加電圧(V)/測定電流(A))×S(cm2)/d(cm)
<ワックスの最大吸熱ピークのピーク温度の測定>
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(DSC)装置「Q1000」(TA Instruments社製)を用いてASTM D3418−82に準じて測定する。即ち、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、トナー約5mg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30〜200℃の範囲におけるDSC曲線の最大の吸熱ピークのピーク温度を、本発明のトナーのDSC測定における吸熱曲線の最大吸熱ピークのピーク温度とする。
<キャリアの体積分布基準の50%粒径(D50)>
キャリアの体積分布基準の50%粒径(D50)は、マイクロトラックMT3300EX(日機装社製)にて測定を行った。測定には、乾式測定用のTurbotrac試料供給機を装着して行った。
<キャリアの磁化の強さ>
本発明の補給用現像剤に含まれるキャリアの磁化の強さは、振動磁場型磁気特性装置VSM(Vibrating sample magnetometer)や直流磁化特性記録装置(B−Hトレーサー)などで求めることが可能である。好ましくは、振動磁場型磁気特性装置で測定できる。振動磁場型磁気特性装置の例には、理研電子(株)製の振動磁場型磁気特性自動記録装置BHV−30が含まれる。これを用いて、以下の手順で測定することができる。円筒状のプラスチック容器にキャリアを十分に密に充填し、一方で1000/4π(kA/m)(1000エルステッド)の外部磁場を作り、この状態で容器に充填されたキャリアの磁化モーメントを測定する。さらに、該容器に充填したキャリアの実際の質量を測定して、キャリアの磁化の強さ(Am2/kg)を求める。
<トナーの平均円形度>
トナーの平均円形度は、フロー式粒子像分析装置「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。
フロー式粒子像分析装置「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を用いて円相当径と円形度を求める。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り、円形度は、円形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C=2×(π×S)1/2/L
粒子像が真円形の時に円形度は1.000になり、粒子像の外周の凹凸の程度が大きく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以上1.000以下の範囲を800分割したチャンネルに振り分け、各チャンネルの中心値を代表値として平均値を計算し平均円形度の算出を行う。
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、好ましくはドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを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)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2.00μm以上200.00μm以下に限定し、トナーの平均円形度を求めた。
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し、解析粒子径を円相当径2.00μm以上、200.00μm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ない、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、解析を行なう前に、以下のように専用ソフトの設定を行なった。
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から60μmまでに設定する。
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/秒にて行なう。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なう。
(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ない、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。
<トナーの比表面積>
BET比表面積は、比表面積測定装置Tristar3000(島津製作所社製)を用いて行う。
トナーの比表面積は、BET法にしたがって試料表面に窒素ガスを吸着させ、BET多点法を用いて比表面積を算出する。比表面積の測定前には、試料管にサンプルを約2g精秤し、室温で、24時間真空引きを行う。真空引き後、サンプルセル全体の質量を測定し、空サンプルセルとの差から試料の正確な質量を算出する。
BET測定装置の分析ポートに調製されたサンプルセルをセットし、次に、所定の位置に液体窒素の入ったデュワー瓶をセット後、測定コマンドにより測定を開始する。後は自動でBET比表面積が算出される。
<トナーの表面張力指数>
トナー 約5.5gを測定セルに静かに投入し、三協パイオテク社製:タッピングマシンPTM−1型を用いて、タッピングスピード30回/minにて1分間タッピング操作を行う。これを測定装置(三協パイオテク社製:WTMY−232A型ウェットテスタ)内にセットし測定を行う。
定流量法により毛管圧力Pα(N/m2)をもとめた。各条件は下記の通りである。
溶媒 45質量%メタノール水溶液
測定モード 定流量法 (A2モード)
液体流量 2.4ml/min
セル Y型測定セル
トナー表面張力指数(N/m)とは、トナーの毛細管吸引時間法により測定された毛管圧力をPα(N/m2)、トナーの比表面積をA(m2/g)、トナーの真密度をB(g/cm3)とした時に、次式より算出される。
トナー表面張力指数=Pα/(A×B×106)
以下、本発明の具体的実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
<多孔質フェライトコアの製造例>
(多孔質フェライトコア1の製造例)
Li2Oを19.0mol%、CaOを1.5mol%、MnOを0.2mol%、CuOを0.2mol%、Fe2O3とを79.1mol%とを湿式ボールミルで5時間粉砕、混合し、乾燥させた後、850℃で1時間保持し、仮焼成を行なった。これを湿式ボールミルで7時間粉砕し、1μm以下とした。このスラリーに、空孔形成剤としてCaCO3を5質量%、およびバインダー(ポリビニルアルコール)を2.5質量%添加し、次いでスプレードライヤーにより造粒、乾燥し、電気炉にて、1100℃で4時間保持し、本焼成を行なった。その後、解砕し、目開き250μmの篩で篩い分けして粗大粒子を除去し、次いで風力分級(エルボジェット:日鉄鉱業社製)でさらに分級して、多孔質フェライトコア1を得た。得られた多孔質フェライトコアの成分及び物性を表1に示す。
(多孔質フェライトコア2、3の製造例)
多孔質フェライトコア1の製造例のうち、本焼成温度をそれぞれ1170℃、1050℃に変更したこと以外は、多孔質フェライトコア1と同様にして多孔質フェライトコア2、及び3を製造した。得られた多孔質フェライトコアの成分及び物性を表1に示す。
(多孔質フェライトコア4の製造例)
多孔質フェライトコア1の製造例のうち、Li2Oを29.0mol%、CaOを2.1mol%、MnOを0.3mol%、CuOを0.2mol%、Fe2O3とを68.4mol%に変更したこと以外は、多孔質フェライトコア1と同様にして多孔質フェライトコア4を製造した。得られた多孔質フェライトコアの成分及び物性を表1に示す。
(多孔質フェライトコア5の製造例)
多孔質フェライトコア1の製造例のうち、Li2Oを14.0mol%、MgOを1.61mol%、MnOを0.1mol%、CuOを0.1mol%、Fe2O3とを84.2mol%に変更したこと以外は、多孔質フェライトコア1と同様にして多孔質フェライトコア5を製造した。得られた多孔質フェライトコアの成分及び物性を表1に示す。
(多孔質フェライトコア6の製造例)
多孔質フェライトコア1の製造例のうち、Li2Oを36.0mol%、CaOを1.9mol%、MnOを0.4mol%、CuOを0.3mol%、Fe2O3とを61.4mol%に、空孔形成剤を10質量%に変更したこと以外は、多孔質フェライトコア1と同様にして多孔質フェライトコア6を製造した。得られた多孔質フェライトコアの成分及び物性を表1に示す。
(多孔質フェライトコア7の製造例)
多孔質フェライトコア1の製造例のうち、Li2Oを11.0mol%、MgOを2.8mol%、MnOを0.1mol%、CuOを0.1mol%、Fe2O3とを86.0mol%に、空孔形成剤を3質量%に変更したこと以外は、多孔質フェライトコア1と同様にして多孔質フェライトコア7を製造した。得られた多孔質フェライトコアの成分及び物性を表1に示す。
(多孔質フェライトコア8の製造例)
多孔質フェライトコア1の製造例のうち、本焼成時間を3時間に変更したこと以外は、多孔質フェライトコア1と同様にして多孔質フェライトコア8を製造した。得られた多孔質フェライトコアの成分及び物性を表1に示す。
(多孔質フェライトコア9の製造例)
多孔質フェライトコア1の製造例のうち、空孔形成剤の量を20質量%に変更し、本焼成温度を1050℃に変更したこと以外は、多孔質フェライトコア1と同様にして多孔質フェライトコア9を製造した。得られた多孔質フェライトコアの成分及び物性を表1に示す。
(多孔質フェライトコア10の製造例)
多孔質フェライトコア1の製造例のうち、Li2Oを3.0mol%、ZnOを24.1mol%、CuOを21.1mol%、Fe2O3とを54.8mol%に変更したこと以外は、多孔質フェライトコア1と同様にして多孔質フェライトコア10を製造した。得られた多孔質フェライトコアの成分及び物性を表1に示す。
(多孔質フェライトコア11の製造例)
多孔質フェライトコア1の製造例のうち、Li2Oを43.0mol%、CaOを4.4mol%、CuOを0.2mol%、Fe2O3とを52.4mol%に、空孔形成剤を20質量%に変更したこと以外は、多孔質フェライトコア1と同様にして多孔質フェライトコア11を製造した。得られた多孔質フェライトコアの成分及び物性を表1に示す。
<キャリアの製造例>
(キャリア1の製造例)
ストレートシリコーン(信越化学社製KR255(固形分換算)) 15.0質量%
シラン系カップリング剤(γ−アミノプロピルエトキシシラン) 0.5質量%
キシレン 84.5質量%
上記成分を混合して、樹脂溶液1とした。この樹脂溶液を用いて70℃に加熱した流動床を用いて撹拌しながら、多孔質フェライトコア1に対して樹脂固形分が5.8質量%となるように樹脂充填および溶媒除去操作を行った。さらに、オーブンを用いて、窒素雰囲気下において230℃で2.5時間の処理を行い、解砕、篩による分級処理を行った。さらに最後にキャリアをナウターミキサーに入れ、100rpmで30分間混合しキャリア1を得た。尚、得られたキャリア1は、多孔質フェライトコアの表面が、空孔に充填された樹脂によって覆われていた。キャリア1の物性を表2に示す。
(キャリア2乃至8、10乃至14の製造例)
キャリア1の製造例において、多孔質フェライトコア、及び樹脂充填量を表2に示すように変更した以外は、キャリア1の製造例と同様にしてキャリアを得た。
(キャリア9の製造例)
フッ素−アクリル樹脂(パーフルオロオクチルエチルアクリレート−メチルメタクリレート) 25.0質量%
トルエン 75.0質量%
上記成分を混合して、樹脂溶液2とした。この樹脂溶液を用いて70℃に加熱した流動床を用いて撹拌しながら、多孔質フェライトコア6に対して樹脂固形分が3.4質量%となるように樹脂充填および溶媒除去操作を行った。さらに、オーブンを用いて、窒素雰囲気下において250℃で3.0時間の処理を行い、解砕、篩による分級処理を行った。さらに最後にキャリアをナウターミキサーに入れ、100rpmで30分間混合しキャリア9を得た。尚、得られたキャリア9は、多孔質フェライトコアの表面が、空港に充填された樹脂によって覆われていた。キャリア9の物性を表2に示す。
(トナー1の製造例)
ビニル系重合体ユニットの材料として、スチレン2.0mol、2−エチルヘキシルアクリレート0.21mol、フマル酸0.14mol、α−メチルスチレンの2量体0.03mol及びジクミルパーオキサイド0.05molを滴下ロートに入れた。ポリエステルユニットの材料として、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1.9mol、フマル酸5.0mol及び酸化ジブチル錫0.2gをガラス製4リットルの四つ口フラスコに入れた。この四つ口フラスコに温度計、撹拌棒、コンデンサー及び窒素導入管を取り付け、前記四つ口フラスコをマントルヒーター内においた。
次に四つ口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上記ビニル系重合体ユニットの単量体及び重合開始剤を6時間かけて滴下した。次いで得られた生成物を200℃に昇温し、6時間反応せしめて樹脂1を得た。この樹脂1のGPCによる分子量は、重量平均分子量(Mw)が145000、数平均分子量(Mn)が4500であり、ピーク分子量が15500であった。
・樹脂1 100質量部
・精製ノルマルパラフィン(DSC最大吸熱ピーク 67℃) 5質量部
・3,5−ジ−t−ブチルサリチル酸アルミニウム化合物 0.5質量部
・C.I.ピグメントブルー15:3 5質量部
上記材料をヘンシェルミキサー(FM−75型、三井三池化工機(株)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、高圧気体を用いた衝突式気流粉砕機を用いて微粉砕した。得られた微粉砕物は、重量平均粒径(D4)が4.9μmであり、平均円形度は0.915であった。
次に、得られた微粉砕物を図3に示した表面改質装置を用い、この表面改質装置に一回当たり1.3kgずつ投入し、分級ローター35の回転数を7300rpmとして微粒子を除去しながら、分散ローター32の回転数を5800rpmとして(回転周速を130m/sec)で70秒間表面処理を行った(原料供給口39より微粉砕物を投入終了後、70秒間処理後、製品排出弁41を開けて処理品として取り出した)。
その際、本実施例においては、分散ローター32上部に角型ディスク33を10個設置し、ガイドリング36と分散ローター32上の角型ディスク33の間隔を30mmとし、分散ローター32とライナー34との間隔を5mmとした。またブロワー風量を14m3/min、ジャケットに通す冷媒の温度及び冷風温度T1を−20℃とした。
この状態で繰り返し20分間運転した結果、分級ローター35の後方の温度T2は27℃で安定した。
さらに、網面固定式風力篩ハイボルター(NR−300型、新東京機械(株)製:金網の裏にエアーブラシを装着)を用い、これに直径が30cm、目開きが29μm、ワイヤーの平均径が30μmの金網を設置し、トナー粒子を風量が5Nm3/minの気流に乗せて前記金網に供給し、粗粒が分離されたトナー粒子を得た。
得られたトナー粒子100質量部に、無機微粒子として、個数平均粒径が40nmであり疎水化処理した1.0質量部の酸化チタン微粉体及び個数平均粒径が110nmであり疎水化処理した0.5質量部のアモルファスシリカ微粉体を外添混合し、トナー1を得た。
(トナー2の製造例)
下記材料
・スチレン 87質量部
・nブチルアクリレート 13質量部
・アクリル酸 3質量部
・ドデカンチオール 6質量部
・四臭化炭素 1質量部
を混合して溶解して有機溶液を得た。
一方、非イオン性界面活性剤(三洋化成(株)製:ノニポール400)1.5質量部、およびアニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)2.5質量部を、イオン交換水140質量部にフラスコ中で溶解させた。得られた水溶液に、前記有機溶液を加えて分散させて乳化し、10分間ゆっくりと混合した。
得られた混合物に、過硫酸アンモニウム1質量部が溶解したイオン交換水10質量部を投入し、窒素置換を行った。前記フラスコ内を撹拌しながら内容物が70℃になるまでオイルバスで加熱し、6時間そのまま乳化重合を継続して、樹脂粒子分散液1を調製した。樹脂粒子分散液1に含まれる粒子の個数平均粒径は0.18μmであった。
下記材料
・スチレン 78質量部
・nブチルアクリレート 20質量部
・アクリル酸 2質量部
を混合して有機溶液を得た。
一方、非イオン性界面活性剤(三洋化成(株)製:ノニポール400)1.5質量部、およびアニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)3質量部を、イオン交換水150質量部にフラスコ中で溶解させて水溶液を得た。得られた水溶液に、前記有機溶液を加え、分散させて乳化し、10分間ゆっくりと混合した。
混合しながら、さらに過硫酸アンモニウム0.8質量部が溶解したイオン交換水10質量部を投入して窒素置換を行った。前記フラスコ内を撹拌しながら内容物が75℃になるまでオイルバスで加熱し、5時間そのまま乳化重合を継続して樹脂粒子分散液2を調製した。樹脂粒子分散液2に含まれる粒子の個数平均粒径は0.13μmであった。
下記材料
・パラフィンワックス(融点92℃) 50質量部
・アニオン性界面活性剤 5質量部
(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)
・イオン交換水 200質量部
を混合して97℃に加熱して、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT50)を用いて分散処理した後、さらに圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理して離型剤粒子分散液を調製した。分散液の離型剤粒子の個数平均粒径は0.42μmであった。
下記材料
・C.I.ピグメンブルー15:3 12質量部
・アニオン性界面活性剤 2質量部
(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)
・イオン交換水 78質量部
を、サンドグラインダーミルを用いて分散処理することにより、着色剤分散液を調製した。
上記したように処理して得られた下記材料
・上記樹脂粒子分散液1 150質量部
・上記樹脂粒子分散液2 210質量部
・上記着色剤分散液 40質量部
・上記離型剤分散液 70質量部
を撹拌装置、冷却管、温度計を装着した反応容器に投入して撹拌した。この混合液を1N−水酸化カリウムを用いてpH=5.0に調整した。
得られた混合液に、凝集剤として10%塩化ナトリウム水溶液150質量部を滴下し、加熱用オイルバス中でフラスコ内を撹拌しながら70℃まで加熱した。この温度を保持した状態で、樹脂粒子分散液2をさらに3質量部加えた。得られた溶液を60℃で1時間保持した後、ここにアニオン製界面活性剤(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)3質量部を追加した後、ステンレス製反応容器を密閉し、磁力シールを用いて撹拌を継続しながら90℃まで加熱し、3時間保持した。
冷却後、反応生成物をろ過し、得られた濾取物をイオン交換水で十分に洗浄した後、乾燥させることによりトナー粒子を得た。得られたトナー粒子の重量平均粒径は6.0μm、個数平均粒径は5.2μm、平均円形度は0.975であった。
得られたトナー粒子100質量部に、無機微粒子として、個数平均粒径が40nmであり疎水化処理した1.0質量部の酸化チタン微粉体及び個数平均粒径が110nmであり疎水化処理した0.5質量部のアモルファスシリカ微粉体を外添混合し、トナー2を得た。
トナー2の重量平均粒径は6.0μm、平均円形度は0.973であった。
(トナー3の製造例)
イオン交換水710質量部に、0.12M−Na3PO4水溶液450質量部を投入し、60℃に加温して得られた水溶液を、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて15,000rpmにて撹拌した。これに1.2M−CaCl2水溶液68質量部を徐々に添加し、Ca3(PO4)2を含む水系媒体を得た。
下記材料
・スチレン 162質量部
・n−ブチルアクリレート 38質量部
・エステルワックス(最大吸熱ピーク温度72℃) 20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
・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 15,ピーク分子量6000) 10質量部
・C.I.ピグメントブルー15:3 12質量部
を60℃に加温し、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて11,000rpmにて均一に溶解及び分散させた。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)10質量部を溶解させ、重合性単量体組成物を調製した。
得られた重合性単量体組成物を、前述の水系媒体中に投入した。得られた混合物を60℃、窒素雰囲気下で、TK式ホモミキサーを用いて13,000rpmで20分間撹拌して、重合性単量体組成物を造粒した。その後、パドル撹拌翼で撹拌しつつ80℃に昇温し、10時間反応させた。重合反応終了後、減圧下で残存モノマーを留去して除去した。冷却後、塩酸を加えてCa3(PO4)2を溶解させた。得られた溶液をろ過し、濾取物を水洗、乾燥してトナー粒子を得た。このトナー粒子の重量平均粒径は6.4μm、平均円形度は0.988であった。
得られたトナー粒子100質量部に、無機微粒子として、個数平均粒径が40nmであり疎水化処理した1.0質量部の酸化チタン微粉体及び個数平均粒径が110nmであり疎水化処理した0.5質量部のアモルファスシリカ微粉体を外添混合し、トナー3を得た。
トナー3の重量平均粒径は6.4μm、平均円形度は0.987であった。
(トナー4の製造例)
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560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250質量部、テレフタル酸300質量部、および酸化ジブチル錫2質量部を、ガラス製4リットルの四つ口フラスコに入れた。この四つ口フラスコに温度計、撹拌棒、コンデンサー及び窒素導入管を取り付け、マントルヒーター内においた。窒素雰囲気下で、230℃で7時間反応させた。その後、160℃まで冷却し、無水フタル酸30質量部を加えて2時間反応させた。
次いで80℃にまで冷却した。酢酸エチル1000質量部にイソフォロンジイソシアネート180質量部を溶解した溶液(予め80℃に加温した)を、上記溶液に入れて2時間反応を行った。
さらに、50℃まで冷却し、イソフォロンジアミン70質量部を加えて2.5時間反応させてウレア変性ポリエステル樹脂を得た。このウレア変性ポリエステル樹脂の重量平均分子量は62,000、数平均分子量は5,600であった。
・上記ウレア変性ポリエステル樹脂 100質量部
・エステルワックス(最大吸熱ピーク温度72℃) 6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
・C.I.ピグメントブルー15:3 6質量部
上記材料を酢酸エチル100質量部に加え、60℃に加温してTK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて11,000rpmにて均一に溶解及び分散した。
一方、イオン交換水710質量部に、0.12M−Na3PO4水溶液450質量部を投入し、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14,000rpmにて撹拌した。得られた水溶液に、1.2M−CaCl2水溶液68質量部を徐々に添加し、Ca3(PO4)2を含む水系媒体を調製した。
得られた水系媒体に前述の分散液を入れて、得られた混合液を、60℃においてTK式ホモミキサーを用いて13,000rpmで15分間撹拌して造粒した。その後、パドル撹拌翼で撹拌しながら98℃に昇温して溶剤を除去し、冷却後、塩酸を加えてCa3(PO4)2を溶解した。得られた混合液をろ過し、濾取物を水洗、乾燥して粒子を得た。得られた粒子を風力分級してトナー粒子を得た。このトナー粒子の重量平均粒径は7.0μm、平均円形度は0.986であった。
得られたトナー粒子100質量部に、無機微粒子として、個数平均粒径が40nmであり疎水化処理した1.0質量部の酸化チタン微粉体及び個数平均粒径が110nmであり疎水化処理した0.5質量部のアモルファスシリカ微粉体を外添混合し、トナー4を得た。
トナー4の重量平均粒径は7.2μm、平均円形度は0.984であった。
(トナー5の製造例)
トナー1の製造例において、精製ノルマルパラフィン(DSC最大吸熱ピーク 67℃)をノルマルパラフィン(DSC最大吸熱ピーク 51℃)、表面処理時間を70秒間から140秒間に変更した以外は、トナー1の製造例と同様にし、トナー5を得た。
(トナー6の製造例)
トナー1の製造例において、精製ノルマルパラフィン(DSC最大吸熱ピーク 67℃)をポリエチレン(DSC最大吸熱ピーク 112℃)、分散ローター32の回転数を5800rpmから2000rpmに変更した以外は、トナー1の製造例と同様にし、トナー6を得た。
トナー1乃至6の特性を表3に示す。
〔実施例1〕
上記で得られたキャリア1(90質量%)と、トナー1(10質量%)をV型混合機にて、38rpmで3分間で混合し、現像剤1とした。
次に評価機としては市販のカラーレーザー複写機CLC−5100(キヤノン社製)改造機を用いて画だし評価を行った。尚、改造した点は、定着ユニットの定着ローラの表層をPFAチューブに変え、オイル塗布機構を取り外した。そして、レーザースポット径を絞り、600dpiで出力できるようにした。また、シアンステーションを用い、排出スクリューの如きキャリア回収部材を取り付け、過剰になったキャリアは、現像室内より排出できるようにした。現像器には、現像剤を400g入れ、印刷に伴い必要に応じて補給用現像剤を補給した。
単色モードで低温低湿度環境下(5℃/5RH%、以下L/Lとも記載する)で画像面積比率3%のオリジナル原稿を用いて50000枚の画だし試験の評価をCLC80g紙(キヤノンマーケティングジャパン社製)を用いて行った。
また、高温高湿環境下(32.5℃/90RH%、以下H/Hとも記載する)にて画像面積比率30%のオリジナル原稿を用いて30000枚の画だし試験を同様に行った。
以下の評価方法に基づいて評価し、その結果を表4に示す。
[評価方法及び基準]
1)トナーの帯電環境差
(トナーの摩擦帯電量の測定方法)
摩擦帯電量を測定する装置の概略図を図5に示す。底に635メッシュのスクリーン53のある金属製の測定容器52に、複写機の現像剤担持体上から採取した二成分系現像剤を約0.5乃至1.5g入れ金属製のフタ54をする。この時の測定容器52全体の質量を秤りW1(g)とする。次に吸引機51(測定容器52と接する部分は少なくとも絶縁体)において、吸引口57から吸引し風量調節弁56を調整して真空計55の圧力を250mmAqとする。この状態で充分、好ましくは2分間吸引を行いトナーを吸引除去する。この時の電位計59の電位をV(ボルト)とする。ここで58はコンデンサーであり容量をC(mF)とする。また、吸引後の測定容器全体の重量を秤りW2(g)とする。この試料の摩擦帯電量(mC/kg)は下式の如く算出した。
試料の摩擦帯電量(mC/kg)=C×V/(W1−W2)
但し、測定は常温常湿環境下(23.0℃/60RH%、以下N/Nとも記載する)
N/N環境下における初期帯電量とH/H環境との初期帯電量の差を測定した。
A:帯電量差が5.0以下 (非常に良好)
B:帯電量差が5.0以上15.0未満 (良好)
C:帯電量差が15.0以上25.0未満(実用可能なレベル)
D:帯電量差が25.0以上(実用困難なレベル)
2)カブリ
L/L及びH/H環境下での通紙試験において、耐久前後でのカブリを測定した。画出し前の紙上の平均反射率Dr(%)を各色の補色のフィルターを搭載したリフレクトメーター(東京電色株式会社製の「REFLECTOMETER MODEL TC−6DS」)によって測定した。一方、紙上にベタ白画像を画出しし、次いでベタ白画像の反射率Ds(%)を測定した。カブリ(%)は下記式から算出した。
カブリ(%)=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 (実用可能なレベル)
D:2.0%以上 (実用困難なレベル)
3)キャリア付着
N/N環境下において静電荷潜像担持体上のトナー現像量が0.3mg/cm2になるよう現像コントラストを調整し、A4全面ベタハーフトーン画像を紙上に5枚連続出力した。この時のキャリア粒径程度に白く抜ける個数をカウントし、A4用紙1枚あたりに平均したもので表した。
A:全くなし (非常に良好)
B:0.8個未満 (良好)
C:0.8個以上1.8個未満 (実用可能なレベル)
D:1.8個以上 (実用困難なレベル)
4)耐久安定性(耐久試験における画像濃度の変化)
耐久試験前に、静電荷潜像担持体上のトナー現像量が0.6mg/cm2になるよう現像コントラストを調整した。L/L環境、H/H環境それぞれにおいてベタ画像濃度を測定し、耐久前後の差を評価した。
A:0.00以上0.05未満(非常に良好)
B:0.05以上0.10未満 (良好)
C:0.10以上0.20未満 (実用可能なレベル)
D:0.20以上 (実用困難なレベル)
5)ハーフトーン画像均一性
N/N環境にて、静電荷潜像担持体上のトナー現像量が0.3mg/cm2になるよう現像コントラストを調整し、A4全面ベタハーフトーン画像を紙上にて出力した。この時の反射濃度計RD918(マクベス社製)で測定される画像濃度が1.5である直径20mmの円を5ヶ所設けたオリジナル原稿を複写し、画像部の中心の画像濃度を反射濃度計RD918で測定し、5ヶ所の平均値とした。
なお、反射濃度の測定は、X−Riteカラー反射濃度計(X−rite社製、X−rite 500Series)を用いた。
ベタ均一性の評価は、上記の画像濃度の評価で測定した5箇所の画像濃度の最大値と最小値との差を求めた。
A:0.04未満 (非常に良好)
B:0.04以上0.08未満 (良好)
C:0.08以上0.12未満 (実用可能なレベル)
D:0.12以上(実用困難なレベル)
6)ドット再現性
1画素を1ドットで形成するドット画像を作成した。
紙上の1ドットあたりの面積が、20000以上25000μm2となるように、レーザービームのスポット径を調整した。
デジタルマイクロスコープVHX−500(レンズワイドレンジズームレンズVH−Z100・キーエンス社製)を用い、ドット1000個の面積を測定した。
ドット面積の個数平均(S)とドット面積の標準偏差(σ)を算出し、ドット再現性指数を書き式により算出した。
ドット再現性指数(I)=σ/S×100
A:Iが4.0未満 (非常に良好)
B:Iが4.0以上6.0未満 (良好)
C:Iが6.0以上8.0未満 (実用可能なレベル)
D:Iが8.0以上 (実用困難なレベル)
〔実施例2乃至13、及び比較例1乃至4〕
表4に示したように、キャリアとトナーの組み合わせを代えたこと以外は、実施例1と同様にして画だし評価を行った。評価結果を表4に示す。