JP5393178B2 - 二成分系現像剤、補給用現像剤及びそれらを用いた画像形成方法 - Google Patents

二成分系現像剤、補給用現像剤及びそれらを用いた画像形成方法 Download PDF

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Description

本発明は、電子写真方式、静電記録方式、静電印刷方式に用いられる二成分系現像剤及び補給用現像剤、更には該二成分系現像剤および補給用現像剤を用いる画像形成方法に関する。
電子写真等の現像方式には、トナーのみを使用する一成分現像方式と、磁性キャリアとトナーとを混合して使用する二成分現像方式がある。
二成分現像方式は磁性キャリアを使用することから、トナーの摩擦帯電機会が多いため、一成分現像方式に比較して、帯電特性が安定しており、長期にわたって高画質を維持するのに有利である。また、磁性キャリアによる現像領域へのトナー供給量能力が高いことから、特に高速機に使用されることが多い。
キャリアとしては、平均粒径が25〜55μmでありかつ磁化の強さを規定した樹脂コート磁性キャリア(特許文献1参照)や体積磁化を20〜60emu/cmした磁性キャリアが提案されている(特許文献2参照)。
これらの提案では、現像剤担持体上における磁性キャリアの穂立ちを密にし、ドット再現性を向上させると共に、常温常湿(25℃/50%RH)環境下での優れた耐久性を達成している。しかしながら、写真やPODで用いられる比較的画像面積が高い画像(画像面積50%以上)を、常温低湿環境下で多数枚印刷した場合に途中から画像濃度が低下することがあり、いまだ改善の余地があった。
また、多孔質磁性キャリアコアにポリマーを含有させた磁性キャリア(特許文献3参照)や多孔質磁性キャリアコアに含有される第一の被覆層と第一の被覆層をさらに被覆する第二の被覆層を設けた磁性キャリア(特許文献4参照)が提案されている。
上記磁性キャリアは、摩擦帯電性及び帯電安定性に関して優れているが、長期間使用した場合に、静電潜像のドットの再現性が低下したり、静電潜像担持体表層にキズを生じ、画質が低下したりすることがあり、いまだ改善の余地があった。
また、磁性キャリア芯材として多孔質磁性体を用い多孔質磁性体中に樹脂を含有させ、500ボルト印加時の抵抗LogRが10.0Ωcm以上である樹脂被覆磁性キャリアが提案されている(特許文献5参照)。
上記樹脂被膜磁性キャリアを用いることによって、画像へのキャリア付着や磁性キャリアのブレイクダウンによる静電潜像担持体上の白ポチを防止することができるが、ベタ画像部の後端に濃度低下が発生することがあり、いまだ改善の余地があった。
そこで、ドット再現性の向上、ベタ画像後端の濃度低下の防止、長期使用時の画像濃度低下の防止・静電潜像担持体表層のキズ防止を達成できるキャリアを含有する二成分系現像剤が待望されている。
特開2002−91090号公報 特開平09−281805号公報 特開平11−295933号公報 特開2003−131436号公報 特開2004−077568号公報
本発明の目的は、静電潜像担持体へのキャリア付着の抑制、静電潜像のドット再現性の向上、ベタ画像後端の濃度低下の抑制、長期使用時の画像濃度低下の抑制、静電潜像担持体表層の傷の発生を抑制することにある。
本発明の更なる目的は、高温高湿下放置時の画像濃度低下を抑制することにある。
本発明は、磁性キャリアとトナーとを含有する二成分系現像剤であって、
前記磁性キャリアは、多孔質磁性コア粒子の空孔に樹脂を含有する樹脂含有磁性粒子を含有するキャリアであり、
前記多孔質磁性コア粒子は、固め見掛け密度をρ1(g/cm)、真密度をρ2(g/cm)とした時、ρ1が0.80以上2.40以下であり、ρ1/ρ2が0.20以上0.42以下であり、
前記多孔質磁性コア粒子は、比抵抗が1.0×10以上5.0×10以下(Ω・cm)であり、
体積分布基準の50%粒径(D50)をD50とした時、(D50−5μm)以上(D50+5μm)以下の粒径を有する磁性キャリアの平均破壊強度をP1(MPa)、10μm以上20μm未満の粒径を有する磁性キャリアの平均破壊強度をP2(MPa)とした時、P1が20以上100以下であり、P2/P1が0.50以上1.10以下であり、
前記磁性キャリアは、D50が20μm以上70μm以下であり、
前記トナーは、少なくとも結着樹脂及びワックスを含有するトナー粒子を有し、
前記トナーは、トナーの毛細管吸引時間法により計測されたメタノール45体積%水溶液でのトナー表面張力定数が、3.0×10−6kN/m以上1.0×10−4kN/m
以下であることを特徴とする二成分系現像剤に関する。
更に、本発明は、静電潜像担持体を帯電する帯電工程、静電潜像担持体表面に静電潜像を形成する静電潜像形成工程、該静電潜像を現像器内の二成分系現像剤を用いて現像しトナー像を形成する現像工程、該トナー像を中間転写体を介して又は介さずに、転写材に転写する転写工程、転写されたトナー像を転写材に定着する定着工程を少なくとも有し、現像器内の該二成分系現像剤のトナー濃度の低下に応じて、補給用現像剤が現像器に補給され、現像器内で過剰になった磁性キャリアを現像器から排出する画像形成方法に用いられる補給用現像剤であって、
前記補給用現像剤は、磁性キャリア1質量部に対してトナーを2質量部以上50質量部以下の配合割合で含有しており、
前記磁性キャリアは、多孔質磁性コア粒子の空孔に樹脂を含有する樹脂含有磁性粒子を含有するキャリアであり、
前記多孔質磁性コア粒子は、固め見掛け密度をρ1(g/cm)、真密度をρ2(g/cm)とした時、ρ1が0.80以上2.40以下であり、ρ1/ρ2が0.20以上0.42以下であり、
前記多孔質磁性コア粒子は、比抵抗が1.0×10Ω・cm以上5.0×10Ω・cm以下であり、
体積分布基準の50%粒径(D50)をD50とした時、(D50−5μm)以上(D50+5μm)以下の粒径を有する磁性キャリアの平均破壊強度をP1(MPa)、10μm以上20μm未満の粒径を有する磁性キャリアの平均破壊強度をP2(MPa)とした時、P1が20以上100以下であり、P2/P1が0.50以上1.10以下であり、
前記磁性キャリアは、D50が20μm以上70μm以下であり、
前記トナーは、少なくとも結着樹脂及びワックスを含有するトナー粒子を有し、
前記トナーは、トナーの毛細管吸引時間法により計測されたメタノール45体積%水溶液でのトナー表面張力定数が、3.0×10−6kN/m以上1.0×10−4kN/m
以下であることを特徴とする補給用現像剤に関する。
更に本発明は、静電潜像担持体を帯電する帯電工程、静電潜像担持体表面に静電潜像を形成する静電潜像形成工程、該静電潜像を現像器内の二成分系現像剤を用いて現像しトナー像を形成する現像工程、該トナー像を中間転写体を介して又は介さずに、転写材に転写する転写工程、転写されたトナー像を転写材に定着する定着工程を少なくとも有し、現像器内の該二成分系現像剤のトナー濃度の低下に応じて、補給用現像剤が現像器に補給され、現像器内で過剰になった磁性キャリアを現像器から排出する画像形成方法であって、
前記二成分系現像剤および補給用現像剤は、磁性キャリアとトナーとを含有する現像剤であり、
前記補給用現像剤は、前記磁性キャリア1質量部に対して前記トナーを2質量部以上50質量部以下の配合割合で含有しており、
前記磁性キャリアは、多孔質磁性コア粒子の空孔に樹脂を含有する樹脂含有磁性粒子を含有するキャリアであり、
前記多孔質磁性コア粒子は、固め見掛け密度をρ1(g/cm)、真密度をρ2(g/cm)とした時、ρ1が0.80以上2.40以下であり、ρ1/ρ2が0.20以上0.42以下であり、
前記多孔質磁性コア粒子は、比抵抗が1.0×10Ω・cm以上5.0×10Ω・
cm以下であり、
体積分布基準の50%粒径(D50)をD50とした時、(D50−5μm)以上(D50+5μm)以下の粒径を有する磁性キャリアの平均破壊強度をP1(MPa)、10μm以上20μm未満の粒径を有する磁性キャリアの平均破壊強度をP2(MPa)とした時、P1が20以上100以下であり、P2/P1が0.50以上1.10以下であり、
前記磁性キャリアは、D50が20μm以上70μm以下であり、
前記トナーは、少なくとも結着樹脂及びワックスを含有するトナー粒子を有し、
前記トナーは、トナーの毛細管吸引時間法により計測されたメタノール45体積%水溶液でのトナー表面張力定数が、3.0×10−6kN/m以上1.0×10−4kN/m
以下であることを特徴とする画像形成方法に関する。
本発明の好ましい態様によれば、本発明の現像剤を用いることにより、静電潜像担持体へのキャリア付着や傷の発生を抑制することができる。また、静電潜像のドット再現性を向上させ、ベタ画像後端の画像濃度低下や長期使用時の画像濃度低下を抑制することができる。
本発明で使用する磁性キャリアは、多孔質磁性コア粒子の空孔に樹脂を充填し、含有させた樹脂含有磁性粒子を有するキャリアである。樹脂含有磁性粒子は、そのままでキャリアとして用いることもでき、また、耐汚染性や帯電量の調整等の目的でキャリアコアの表面にコート層を設けてキャリアとする場合には、キャリアコアとなる粒子である。
本発明においては、多孔質磁性コア粒子は、固め見掛け密度をρ1(g/cm)、真密度をρ2(g/cm)とした時にρ1が0.80以上2.40以下、ρ1/ρ2が0.20以上0.42以下であるものが用いられる。また、比抵抗が1.0×10Ω・cm以上5.0×10Ω・cm以下であるものが用いられる。
本発明者らは検討の結果、比抵抗が1.0×10Ω・cm以上5.0×10Ω・cm以下である多孔質磁性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、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。その為、キャリアとしての比抵抗だけではなく、コア粒子の比抵抗が現像性に大きな影響を与える。
尚、多孔質磁性コア粒子の比抵抗が、5.0×10Ω・cmより高い場合には、キャリ
ア粒子内に、後述するカウンター電荷がたまってしまい、トナーを強く引き付けて離さなくなるため、現像性が低下し、ベタ画像部の後端で濃度低下が発生してしまう。
しかしながら、1.0×10Ω・cmより比抵抗の低い多孔質磁性コア粒子を有するキャリア粒子を用いた場合には、静電潜像担持体上の静電潜像のドット再現性が低下することがあった。この現象は、多孔質磁性コア粒子の比抵抗が低いために、電荷が現像剤担持体上にできたキャリアの穂立ちを伝わり、結果、現像剤担持体と静電潜像担持体との間で電荷がリークし、静電潜像が乱されることによる。
本発明においては、多孔質磁性コア粒子の形状・構造を特定のものとした。それによって、トナーがキャリア粒子から離れる際にキャリアに残される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潜像担持体との間の電荷のリークのしやすさを適度に調整し、上記の課題を解決した。
本発明においては、多孔質磁性コア粒子として、固め見掛け密度をρ1(g/cm)、真密度をρ2(g/cm)とした時、ρ1が0.80以上2.40以下であり、ρ1/ρ2が0.20以上0.42以下である粒子を用いる。このような真密度に対する固め見掛け密度が大幅に小さい多孔質磁性コア粒子は、粒子内部に空孔を多く有しているものと考えられる。このような構造を有する粒子では、空孔の存在によって電荷の流れが適度に制限され、現像剤担持体と静電潜像担持体間のリークを適度に抑制しつつ、カウンター電荷を現像剤担持体に逃がすことができる。
ρ1/ρ2が0.20未満の場合、多孔質磁性コア粒子内部に空孔が多すぎ、キャリアの強度が低下し、長期使用時にキャリアが壊れ、画質が低下する場合がある。
また、ρ1/ρ2が0.42より大きい場合、多孔質磁性コア粒子内部に空孔が少ないため、キャリア中の電荷の流れが制限できず、現像剤担持体と静電潜像担持体との間で電荷がリークし、画質が低下する場合がある。
よって、このような構造を有する多孔質磁性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の乱れを抑制することの両立を達成することができる。
また、前記多孔質磁性コア粒子の固め見掛け密度ρ1(g/cm)を0.80以上2.40以下とすることで、キャリアの磁気力を適当な範囲にコントロールしやすく、静電潜像担持体へのキャリアの付着防止とドット再現性を向上させることもできる。
また、1000/4π(kA/m)の磁界下における、上記磁性キャリアの磁化の強さが30Am/kg以上80Am/kg以下であることが好ましい。
キャリアの磁化の強さがこの範囲の場合、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30kAm/kg未満の場合、キャリアが現像時に静電潜像担持体上に飛翔しやすくなり、キャリア付着を起こす傾向がある。キャリアの磁化の強さが80kAm/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の間での現像剤へのストレスが大きくなり、長期間使用した場合に、現像剤が劣化し、画像濃度が低下する傾向がある。
また、上記磁性キャリアの残留磁化は1.0Am/kg以上20.0Am/kg以下であり、かつ保磁力が1.0kA/m以上20.0kA/m以下であることが好ましい。より好ましくは、キャリアの残留磁化は2.0Am/kg以上5.0Am/kg以下、保磁力が5.0kA/m以上18.0kA/m以下である。
キャリアの残留磁化及び保磁力が上記の範囲内である場合には、現像剤の流動性が特に良好となり、良好なドット再現性が得られる。
さらに、上記磁性キャリアの比抵抗は、1.0×10Ω・cm以上1.0×1010Ω・cm以下であることが好ましい。
キャリアの比抵抗が上記の範囲内にある場合には、現像バイアスによってキャリアに電
荷が注入されることを抑制でき、また、キャリアの電荷を適度にリークすることができる。そのため、静電潜像担持体へのキャリア付着を良好に抑制でき、静電潜像担持体に対する傷の発生やキャリアが紙上に転写されて画像欠陥を引き起こすことを良好に抑制できる。また、トナーの補給時においても、新たに補給されたトナーへの帯電付与を良好に行うことができ、ドット再現性を低下させることなく維持できる。
キャリアの比抵抗は、磁性体の種類・空孔径・空孔分布、多孔質磁性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、多孔質磁性コア粒子の固め見掛け密度、真密度及び比抵抗を上記範囲に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したりする手法が挙げられる。具体的には以下の手法が例示される。
i)多孔質磁性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)多孔質磁性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、多孔質磁性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、粒径など)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、60〜180℃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先ず粗粉砕を行う。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。
また多孔質磁性コア粒子の材質としては、以下のものが挙げられる。1)表面が酸化された鉄粉、2)未酸化の鉄粉、3)リチウム、カルシウム、マグネシウム、ニッケル、銅、亜鉛、コバルト、マンガン、クロム及び希土類元素の如き金属粒子、4)鉄、リチウム、カルシウム、マグネシウム、ニッケル、銅、亜鉛、コバルト、マンガン、クロム及び希土類元素の如き金属の合金粒子、又はこれらの元素を含む酸化物粒子、5)マグネタイト粒子又はフェライト粒子。
フェライト粒子とは、一般的に次式で表される焼結体である。
(M12O)u(M2O)v(M323w(M4O2x(M525y(Fe23z
(式中、M1は1価、M2は2価、M3は3価、M4は4価、M5は5価の金属であり、u+v+w+x+y+z=1.0とした時に、u、v、w、x及びyは、それぞれ0≦(u,v,w,x,y)≦0.8であり、zは、0.2<z<1.0である。)
また、上記式中において、M1〜M5としては、少なくともLi、Fe、Zn、Ni、Mn、Mg、Co、Cu、Ba、Sr、Ca、Si、V、Bi、In、Ta、Zr、B、Mo、Na、Sn、Ti、Cr、Al、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luからなる群から選ばれる1種類以上の金属元素を表す。
中でも以下の構造で表されるものが好ましい。
(M1O)(M2O)(M3(Fe
(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〜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。
例えば、磁性のLi系フェライト(例えば、(Li2O)a(Fe23b(0.0<a
<0.4,0.6≦b<1.0、a+b=1))、Mn系フェライト(例えば、(MnO)a(Fe23b(0.0<a<0.5、0.5≦b<1.0、a+b=1))、Mn−Zn系フェライト、Mn−Mg系フェライト(例えば、(MnO)a(MgO)b(Fe2
3c(0.0<a<0.5、0.0<b<0.5、0.5≦c<1.0、a+b+c=1))、Mn−Mg−Sr系フェライト(例えば、(MnO)a(MgO)b(SrO)c
(Fe23d(0.0<a<0.5、0.0<b<0.5、0.0<c<0.5、0.
5≦d<1.0、a+b+c+d=1))、Cu−Zn系フェライト(例えば、(CuO)a(ZnO)b(Fe23c(0.0<a<0.5、0.0<b<0.5、0.5≦c
<1.0、a+b+c=1)、Ni−Zn系フェライト、Ba系フェライトがある。なお、上記フェライトは主元素を示し、それ以外の微量金属を含有するものも含んでいる。
結晶の成長速度のコントロールの容易性の観点から、Mnを含有する、Mn系フェライト又はMn−Mg系フェライトの如きMn−Mg−Sr系フェライトが好ましい。
多孔質磁性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、600℃以上1000℃以下で熱処理を行うことにより調整することができる。
上述した如き内部に多くの空孔を有する多孔質磁性コア粒子を有するキャリア粒子は、通常、物理的強度が低くなりやすく、壊れやすいという課題があった。
そこで、発明者等は、多孔質磁性コア粒子の有する空孔に樹脂を充填し、含有させ、キャリア粒子としての物理的強度を高めることに関する検討を行い、以下のような知見を得た。
体積分布基準の50%粒径(D50)をD50とした時、(D50−5μm)以上(D50+5μm)以下の粒径を有する磁性キャリアの平均破壊強度をP1(MPa)、10μm以上20μm未満の粒径を有する前記磁性キャリアの平均破壊強度をP2(MPa)とした時、P1を20以上100以下とし、P2/P1を0.50以上1.10以下、より好ましくは0.70以上1.10以下にすると、磁性キャリア粒子の機械的強度を十分に確保できる。更に、長期使用時の静電潜像担持体への傷の発生を抑制できるようになる。
この理由を発明者らは以下のように推察している。
強度の低い磁性キャリア粒子が存在する場合、現像器内での攪拌時や現像剤担持体上の規制部材で磁性キャリアにかかるストレスによりキャリアが破壊されてしまう。破壊されたキャリア粒子からは高硬度の磁性粒子の微粉が生じるため、静電潜像担持体上に移行すると静電潜像担持体のクリーニング時に静電潜像担持体表層を摺擦し、キズを生じやすい。その結果、ベタ画像に白いスジが生じる場合がある。
このため、磁性キャリアの平均破壊強度P1を20MPa以上とすることが必要である

一方、磁性キャリアの平均破壊強度P1を100MPaより大きくするためには、多孔質磁性コア粒子の強度を大きくすることが必要である。一方、磁性キャリアの平均破壊強度P1が100MPaより大きくなるように多孔質磁性コア粒子強度を大きくすると、磁性コア粒子の多孔質構造を維持することが困難になる。
さらに、粒径が10μm以上20μm未満のキャリアは、粒径が(D50−5μm)以上(D50+5μm)以下のキャリアに比べ、樹脂が多孔質磁性コア粒子の空孔に入りにくく、また、一部の空孔に樹脂が入らなかった場合の影響が大きいため、強度が低下しやすい。
また、高温高湿環境で、帯電量の低いトナーが非画像領域に現像され、カブリを生じる場合がある。
その理由は明確ではないが、発明者らは以下のように考えている。
多孔質磁性コア粒子に樹脂が充填された場合と、十分に充填されなかった場合とでは、キャリアとしてのトナーに対する帯電付与性能は異なってくる。これは、樹脂の比誘電率(例えば、シリコーン樹脂 約4.0、アクリル樹脂 約3.5)と空気の比誘電率(約1.0)が異なるためであると推測される。そして、樹脂の充填状態のばらつきが大きい場合には、トナーの帯電量の分布がブロードになる。そのため、高温高湿環境に放置された場合、帯電量の低いトナーが、カブリを引き起こす場合がある。
特に、粒径が10μm以上20μm未満の磁性キャリアは、粒径が(D50−5μm)以上(D50+5μm)以下の磁性キャリアに比べ、比表面積が大きいために、トナーへの帯電付与能の与える影響が大きい。
このため、特に10μm以上20μm未満のキャリア粒子において、樹脂成分を多孔質磁性コア粒子の内部へしっかり充填することが必要であり、P2/P1を0.50以上1.10以下とすることが求められる。樹脂の充填度合いはキャリアの強度と相関があり、P2/P1は、樹脂の充填度合いを示す指標として考えることができる。そして、P2/P1を上記の範囲とすることで、キャリア強度を保持しつつ、高温高湿環境下でのカブリの発生を抑制することができる。
しかし、P2/P1が1.10より大きくなると、粒径10μm以上20μm未満のキャリアのトナーへの帯電性能が、粒径がD50−5μm以上D50+5μm以下のキャリアと異なってしまう。粒径10μm以上20μm未満のキャリア粒子は比表面積が大きく、トナーに対する摩擦帯電性への寄与が大きいため、P2/P1が1.10を超えるとトナーの摩擦帯電量の分布が広くなり、ドット再現性が低下することがある。
P2/P1を0.50以上1.10以下にするためには、多孔質磁性コア粒子の有する空孔の径や分布と、含有させる樹脂成分の組成、更には樹脂の充填方法を調整/選択し、樹脂成分の充填が均一に行われるようにすればよい。
尚、詳細には後述するが、磁性キャリアは、体積分布基準の50%粒子径(D50)が20μm以上70μm以下であることが好ましい。
多孔質磁性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は、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好ましく例示できる。樹脂成分量は好ましくは、1質量%以上50質量%以下が好ましく、より好ましくは1質量%以上30質量%以下である。50質量%より樹脂成分量の多い樹脂成分溶液を用いると、溶液の粘度が高いために多孔質磁性コア粒子の空孔に樹脂成分溶液が均一に浸透しにくい傾向にある。また、樹脂成分量が1質量%未満であると樹脂成分の量が少なく、多孔質磁性コア粒子への樹脂の付着力が低くなる傾向がある。
前記多孔質磁性コア粒子内部に充填させる樹脂成分としては、多孔質磁性コア粒子の磁性成分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を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、多孔質磁性コア
粒子の空孔への樹脂の充填時に、同時に多孔質磁性コア粒子表面も樹脂で覆うことが容易になる。
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、多孔質磁性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、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。ストレートシリコーン樹脂としては、信越化学社製のKR271、KR255、KR152、東レダウコーニング社製のSR2400、SR2405等が挙げられる。変性シリコーン樹脂としては、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)等が挙げられる。
多孔質磁性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方法が挙げられる。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。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。また、水溶性の樹脂成分又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。前記多孔質磁性コア粒子内部に、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。
多孔質磁性コア粒子の空孔への樹脂の充填時、或いは別工程において、多孔質磁性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。多孔質磁性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、別途、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。
また、上記多孔質磁性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異なる樹脂成分
で被覆しても良い。
樹脂含有磁性粒子表面を被覆する樹脂成分としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のどちらを用いてもかまわない。上記熱可塑性樹脂としては、以下のものが挙げられる。ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、スチレン−アクリル樹脂;スチレン−ブタジエン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリフッ化ビニリデン樹脂、フルオロカーボン樹脂、パーフルオロカーボン樹脂、ポリビニルピロリドン、石油樹脂、ノボラック樹脂、飽和アルキルポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂。
上記熱硬化性樹脂としては、以下のものが挙げられる。フェノール樹脂、変性フェノール樹脂、マレイン樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、無水マレイン酸とテレフタル酸と多価アルコールとの重縮合によって得られる不飽和ポリエステル、尿素樹脂、メラミン樹脂、尿素−メラミン樹脂、キシレン樹脂、トルエン樹脂、グアナミン樹脂、メラミン−グアナミン樹脂、アセトグアナミン樹脂、グリプタール樹脂、フラン樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリウレタン樹脂。特には、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。
磁性キャリアは、体積分布基準の50%粒子径(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の抑制と静電潜像担持体上の静電潜像の再現性の低下防止の観点から好ましい。より好ましくは、30μm以上60μmである。
磁性キャリアの体積分布基準の50%粒子径(D50)が上記の範囲内にある場合には、静電潜像担持体へのキャリア付着を抑制でき、且つ、十分な比表面積を有するために、トナーに対する良好な電荷付与性を耐久後においても維持できる。
磁性キャリアの50%粒子径(D50)は、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、静電潜像担持体へのキャリア付着と、静電潜像担持体上の静電潜像のドット再現性の低下防止を効果的に達成し、さらにベタ画像後端の濃度低下や高温高湿度下に長期放置後の画像濃度の低下を防止するためには、磁性キャリアの誘電損失正接(tanδ=誘電損率ε”/誘電率ε’)を以下のようにすることが好ましい。周波数1×10Hz以上1×10Hz以下の範囲内において、常に0.0010≦tanδ≦0.0450であることが好ましく、より好ましくは0.0010≦tanδ≦0.0400である。
周波数1×10Hzのように比較的に低い周波数では、磁性キャリア内部での電荷の移動が起こる。このため、磁性キャリアの電界特性が主に関与してくると考えている。
周波数1×10Hzにおいて、tanδの値が上記の範囲内にある場合には、キャリア粒子は静電誘導現象を引き起こされにくく、現像バイアスに対する良好な追従性を維持でき、ベタ画像後端の画像濃度低下も抑制できる。また同時に、適度な絶縁性が維持されるため、電荷のリークをより良好に抑制でき、良好なドット再現性を維持できる。
また、周波数1×10Hzのように比較的に高い周波数では、磁性キャリア内部での電荷移動ではなく、接触する磁性キャリア粒子間の当接部における電荷移動が支配的であると考えられる。
周波数1×10Hzにおいて、tanδの値が上記の範囲内にある場合には、電荷の授受を良好に行うことができ、トナー補給時においても、帯電の立ち上がりが良好となる。また、長期放置後の画像形成においても、画像濃度の低下が生じにくくなる。
磁性キャリアの誘電損失正接tanδを上記範囲に調整するためには、多孔質磁性コア粒子を製造する際に用いる磁性体の材質と空孔比率を調整する方法がある。
次に、本発明において用いられるトナーに関して説明する。
本発明に係るトナーは、結着樹脂、着色剤及びワックスを含有するトナー粒子を有するものである。
本発明に係るトナーは、毛細管吸引時間法により計測されたメタノール45体積%水溶液でのトナー表面張力定数(kN/m)が、3.0×10−6kN/m以上1.0×10−4kN/m以下であり、好ましくは4.0×10−6kN/m以上1.0×10−4kN
/m以下である。
トナー表面張力定数(kN/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(kN/m)、トナーの比表面積をA(m/g)、トナーの真密度をB(g/cm)とした時に、下式より算出される。
トナー表面張力定数=Pα/(A×B×10
トナー表面張力定数は、トナー最表面の表面張力の大きさ示している。
特に本発明のキャリアは、キャリアのρ1が0.80以上2.40以下と、一般的なフェライトキャリアに比べ小さい。その結果、現像器内での攪拌時に現像剤にかかる圧力が小さく、トナーの帯電量が低くく、静電潜像のドット再現性が低下する場合がある。このため、トナーとキャリアとの間の付着力をコントロールすることが必要になってくる。
そこで、トナー表面張力定数を3.0×10−6以上1.0×10−4以下とし、トナーとキャリア間の付着力を増やし、現像器内での攪拌時の圧力を高め、トナーの帯電量を高めることが必要である。
それによって、ベタ画像後端の濃度低下と静電潜像担持体上の静電潜像のドット再現性を改善することができる。
トナー表面張力定数が上記の範囲あるようなトナーは、トナー粒子の表面の性質や粗度が制御されたものであり、特に、トナー粒子表面のワックスの露出量が適度にコントロールされたトナーである。
トナーの表面張力定数が1.0×10−4(kN/m)より大きくなると現像剤の流動性が低下しすぎ、ベタ画像後端の濃度低下が生じやすくなる。
また、トナーの表面張力定数が3.0×10−6(kN/m)未満となると、キャリアと混合した際の流動性が高くなりすぎてしまう。このため、現像剤担持体に現像剤をしっかりと保持させることが困難となり、現像剤が現像器内からもれてしまうことがある。また、現像剤の攪拌時に現像剤にかかる圧力が小さく、トナーの帯電量が低くなり、その結果、静電潜像担持体上の静電潜像のドット再現性が低下する場合がある。
トナーの表面張力は、トナーの表面組成の影響を大きく受けるため、使用する結着樹脂の種類やワックスの種類、含有量、さらには製造方法によって調整することができる。例えば、ワックスは、結着樹脂100質量部あたり0.5質量部以上15質量部以下使用されることが好ましく、より好ましくは2質量部以上8質量部以下である。また、ワックスの融点としては45℃以上140℃以下であることが好ましい。
ワックスとしては、例えば以下のものが挙げられる。低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、アルキレン共重合体、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスの如き炭化水素系ワックス;酸化ポリエチレンワックスの如き炭化水素系ワックスの酸化物又はそれらのブロック共重合物;カルナバワックス、ベヘン酸ベヘニルエステルワックス、モンタン酸エステルワックスの如き脂肪酸エステルを主成分とするワックス類;脱酸カルナバワックスの如き脂肪酸エステル類を一部又は全部を脱酸化したもの。
さらに、以下のものが挙げられる。パルミチン酸、ステアリン酸、モンタン酸の如き飽和直鎖脂肪酸類;ブランジン酸、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。
また、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ュージョンシステムを用いて、球形化処理や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る処理等を行うことが好ましい。これらの処理によって表面改質を行い、トナー粒子表面にワックスをある程度出すことで、トナーの表面張力を制御できる。
上記トナーと上記磁性キャリアを用いた現像剤で、長期耐久時の画像濃度低下を効果的に防止することができる。また、トナー中にワックスを含有しているために定着機にオイルを塗布せずとも定着させることができ、定着画像のグロスをコントロールすることができる。
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、6
4、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1〜5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質量部以下であり、より好ましくは0.5質量部以上15質量部以下であり、最も好ましくは3質量部以上10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。重量平均粒径(D4)が上記の範囲内にある場合には、トナーの流動性が良好であり、十分な帯電量を得やすく、また、良好な解像度を得やすい。
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、平均円形度は、一視野が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0.20〜1.00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上記の範囲内にある場合には、キャリアとトナーとの離型性が良好であり、ベタ画像部の後端部においても十分な画像濃度が得られやすい。また、良好なクリーニング性が得られやすい。
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軸又は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、冷却工程で水などによって冷却される。
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ュ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。
トナー粒子の表面改質には、例えば図1に示すような表面改質装置を用いることができる。トナー粒子1は、オートフィーダー2を用いて、供給ノズル3を通り、一定量で表面改質装置内部4に供給される。表面改質装置内部4はブロワー8で吸引されているので、供給ノズル3から導入されたトナー粒子1は機内に分散する。機内に分散にされたトナー粒子1は、熱風導入口5から導入される熱風で、瞬間的に熱が加えられて表面改質される。本発明ではヒーターにより熱風を発生させているが、トナー粒子の表面改質に十分な熱風を発生させられるものであれば装置は特に限定されない。表面改質されたトナー粒子7は、冷風導入口6から導入される冷風で瞬時に冷却される。本発明では冷風には液体窒素を用いているが、表面改質されたトナー粒子7を瞬時に冷却することができれば、手段は特に限定されない。表面改質されたトナー粒子7はブロワー9で吸引されて、サイクロン
8で捕集される。
また、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もできる。
図2は、上記装置の一例を示す模式的断面図である。図2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ており、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ており、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;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により機外へ排出される。一方、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。
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を調整することによって、トナーの円形度等をコントロールすることができる。
円形度を上げるには、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50m/sec以上500m/sec以下とし、サイクルタイムを15〜60秒とすることが有効である。
二成分系現像剤は、二成分系現像剤を用いる公知の画像形成方法に適用することができる。例えば、静電潜像担持体を帯電する帯電工程、静電潜像担持体表面に静電潜像を形成する静電潜像形成工程、該静電潜像を現像器内の二成分系現像剤を用いて現像しトナー像を形成する現像工程、該トナー像を中間転写体を介して又は介さずに、転写材に転写する転写工程、転写されたトナー像を転写材に定着する定着工程を少なくとも有する画像形成方法に用いることができる。この場合には、トナーと磁性キャリアの混合比率は磁性キャリア100質量部に対して、トナーを2質量部以上35質量部以下とすることが好ましく、4質量部以上25質量部以下がより好ましく、特に5質量部以上20質量部以下が好ましい。混合比率が上記の範囲内であれば、カブリや機内飛散の発生を容易に抑制しやすい。
前記磁性キャリアと前記トナーとを含有する現像剤は、静電潜像担持体を帯電する帯電工程、静電潜像担持体表面に静電潜像を形成する静電潜像形成工程、該静電潜像を現像器内の二成分系現像剤を用いて現像しトナー像を形成する現像工程、該トナー像を中間転写体を介して又は介さずに、転写材に転写する転写工程、転写されたトナー像を転写材に定着する定着工程を少なくとも有し、現像器内の該二成分系現像剤のトナー濃度の低下に応じて、補給用現像剤が現像器に補給され、現像器内で過剰になった磁性キャリアを現像器から排出する画像形成方法において、補給用現像剤として使用することもできる。
また、補給系の装置において、補給用現像剤として用いると、長期使用時に帯電性能や強度が低下したキャリアを排出できる。このため、これによって、耐久時の濃度低下や、静電潜像担持体に対する傷の発生を抑制することができる。
その理由は明確ではないが、発明者らは以下のように考えている。
本発明の磁性キャリアのρ1は、従来のフェライトキャリアに比べ小さく、その結果、トナーとキャリアの比重差が小さくなっている。このため、キャリアが現像器内で滞留することが少なく、良好な排出性を達成できるためだと思われる。
補給用現像剤として用いる場合には、磁性キャリア1質量部に対してトナーを2質量部以上50質量部以下用いることが好ましい。
補給用現像剤において、混合割合が上記の範囲内である場合には、現像剤の補給回数を程度な範囲とすることができ、帯電不足のトナーの発生やキャリアの過度の劣化を良好に抑制できる。また、キャリアの排出量を適当な範囲とすることができる。
また、二成分系現像剤としては、二成分法により測定したトナーの摩擦帯電量の絶対値が、10mC/kg以上50mC/kg未満であれば、キャリアとトナーの静電的な付着力を抑制でき、より良好な現像性が得られる。
上記、磁性キャリア及びトナーの各種物性の測定法について以下に説明する。
<多孔質磁性コア粒子の固め見掛け密度>
試料として多孔質磁性コア粒子を用いて、パウダーテスターPT−R(ホソカワミクロン社製)で、固め見掛け密度を測定した。
測定においては、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となるまで多孔質磁性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回タッピングした。そして、タッピング後の多孔質磁性コア粒子量から、固め見掛け密度(g/cm)を計算した。
<多孔質磁性コア粒子及びトナーの真密度>
試料として多孔質磁性コア粒子を用いて、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)で測定した。トナーの場合は、トナーをそのまま試料として用いた。
セル SMセル(10ml)
サンプル量 2.0g(キャリア)、1.5g(トナー)
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、置換媒体としてガス(アルゴンガス)を用いるため、微細孔への精度が高い。
<多孔質磁性コア粒子及び磁性キャリアの比抵抗>
本発明に用いられる多孔質磁性コア粒子及び磁性キャリアの比抵抗は、図3に記載の測定装置を用いて測定される。抵抗測定セルEに磁性キャリア17を充填し、充填された磁性キャリアに接するように下部電極11及び上部電極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多孔質磁性コア粒子及びキャリアの比抵抗を求める。
多孔質磁性コ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2.4cm、上部電極の荷重を240gとする。サンプルを10.0g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。印加条件IIIの時の電界強度100V/cm(即ち、印加電圧/d=100(V/cm)になる時)における比抵抗を、多孔質磁性コア粒子の比抵抗とした。
印加条件I :(0Vから500Vに変更:30秒おき100Vずつステップ状に増大)
II :(500Vで30秒ホールド)
III:(500Vから0Vに変更:30秒おき100Vずつステップ状に減少)
キャリア粒子の比抵抗の測定は、上記多孔質磁性コア粒子と同様の測定装置を用いて測定を行う。
測定条件は、サンプルを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、磁性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(cm)/d(cm)(式中、“印加電圧(V)/d(cm)”の値は、多孔質磁性コア粒子の測定においては100(V/cm)であり、キャリアの測定においては3000(V/cm)である。)
<(D50−5μm)以上(D50+5μm)以下の粒径を有するキャリアの平均破壊強度及び10μm以上20μm未満の粒径を有するキャリアの平均破壊強度>
微小圧縮試験機MCTM−500(島津製作所製)で測定を行った。各種設定は以下の通り。
測定モード 1(圧縮試験)
荷重 300mN
負荷速度 3.87mN/sec
変位スケール 100μm
上部加圧圧子 平面圧子50μm径
下部加圧板 SKS平板
下部加圧板上の磁性キャリアを装置の光学モニタで観察し、体積分布基準の50%粒径(D50)をD50とした時に、D50−5μm以上D50+5μm以下の粒径を有する磁性キャリアを無作為に選択し、該当する粒子を100個測定する。その破壊強度の平均値をキャリアの平均破壊強度(P1)(MPa)とした。
なお、D50が25μm未満のキャリアは、20μm以上D50+5μm以下の粒径を有する磁性キャリアを同様に測定し、P1とした。
また、粒径が10μm以上20μm未満のキャリアに関しても、無作為に選択し、該当する粒子を30個測定し、その破壊強度の平均値を10μm以上20μm未満の粒径を有するキャリアの平均破壊強度(P2)(MPa)とした。
<磁性キャリアの体積分布基準の50%粒径(D50)>
磁性キャリアの体積分布基準の50%粒径(D50)は、例えばマルチイメージアナライザー(ベックマン・コールター社製)を用いて、以下のようにして測定される。
約1%NaCl水溶液とグリセリンとを、50体積%:50体積%で混合した溶液を電解液として用いる。ここでNaCl水溶液は、一級塩化ナトリウムを用いて調製されればよく、例えばISOTON(登録商標)−II(コールターサイエンティフィックジャパン社製)であってもよい。グリセリンは、特級あるいは一級の試薬であればよい。
電解液(約30ml)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塩)を、0.5ml加え、さらに測定試料を10mg加える。試料が懸濁された電解液を、超音波分散器で約1分間分散処理して、分散液を得る。
アパーチャーとして200μmアパーチャーを用い、20倍のレンズを用いて、以下の測定条件で円相当径を算出する。
測定フレーム内平均輝度:220〜230
測定フレーム設定:300
SH(スレシュホールド):50
2値化レベル:180
ガラス測定容器に電解液、及び前記分散液を入れて、測定容器中の磁性キャリア粒子の濃度を10体積%とする。ガラス測定容器内容物を最大撹拌スピードで撹拌する。サンプルの吸引圧を10kPaにする。磁性キャリア粒子の比重が大きく沈降しやすい場合は、測定時間を20分とする。また、5分ごとに測定を中断して、サンプル液の補充及び電解溶液−グリセリン混合溶液の補充を行う。
測定個数は2000個とする。測定終了後、本体ソフトにより、粒子画像画面でピンぼけ画像、凝集粒子(複数同時測定)などの除去を行う。
磁性キャリア円相当径は、下記式で算出される。
円相当径=(4・Area/π)1/2
ここで、「Area」とは二値化された粒子像の投影面積である。円相当径は、「Area」を真円の面積としたときの真円の直径で表される。得られた個々の粒子の円相当径を、4〜100μmを256分割し、体積基準で対数表示したグラフに載せ、これより、体積分布基準の50%粒径(D50)を求める。
<磁性キャリアの誘電損失正接>
磁性キャリアの誘電損失正接の測定は、4284AプレシジョンLCRメーター(ヒューレット・パッカード社製)を用いて測定した。具体的には、上記装置を1×10Hz及び1×10Hzの周波数で校正したものを使用した。
測定に供される磁性キャリアは、常温常湿環境下(23℃/60%)に24時間以上放置したものを使用した。試料を固定する装置として、上部に直径25mmの誘電率測定治具を装着し、下部には40mmの誘電率測定治具を装着したARES(TA Instruments社製)を使用する。調湿させた磁性キャリアを一定の厚さに揃えるために、上部と下部の誘電率測定治具の間に、テフロン樹脂をリング状にしたもの、直径35mm、高さ10mmを用いた。下部の誘電率測定治具の上に、リング状のテフロン樹脂を中心に置き、磁性キャリアをリング内に一杯に入れた後、上部の誘電率測定治具にて、0.98N(100g)の荷重をかけた状態で、正確な成型済みサンプルの厚さを入力し、LCRメーターを用いて常温(23℃)で測定した。10Hz、10Hz、10Hzの周波数における誘電損失正接(tanδ)を3回測定し、各点の平均値を算出して各々の損失正接を得た。
<キャリアの磁化の強さ、残留磁化、保磁力>
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。キャリアを、断面積約2.5cmの円筒状のプラスチック容器に入れ十分密になるようにパッキングした状態にした。この状態で磁化モーメントを測定し、試料(キャリア)を入れたときの実際の体積を測定して、これをもって単位体積当たりの磁化の強さを求めた。測定は印加磁場を徐々に加え、3000/4π(kA/m)まで変化させ、次いで印加磁場を減少させ、最終的に試料のヒステリシスカーブを得た。これより、1000/4π(kA/m)時の磁化の強さ(Am/kg)、残留磁化(Am/kg)、保磁力(kA/m)を求めた。
<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0.37μm×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0.200〜1.000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、以下のようにして行う。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塩を0.02g加えた後、測定試料0.02gを加えた。試料を加えた後、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た。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、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)の測定方法>
トナーの重量平均粒径(D4)は、100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer
3」(登録商標、ベックマン・コールター社製)と、測定条件設定及び測定データ解析をするための付属の専用ソフト「ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51」(ベックマン・コールター社製)を用いて、実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで測定し、測定データの解析を行い、算出した。
測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解して濃度が約1質量%となるようにしたもの、例えば、「ISOTON II」(ベックマン・コールター社製)が使用できる。
尚、測定、解析を行う前に、以下のように専用ソフトの設定を行った。
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/秒にて行う。そして、解析ソフトの「アパーチャーのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100ml平底ビーカーに前記電解水溶液約30mlを入れ、この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で3質量倍に希釈した希釈液を約0.3ml加える。
(3)発振周波数50kHzの発振器2個を位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispension System Tetora150」(日科機バイオス社製)の水槽内に所定量のイオン交換水を入れ、この水槽中に前記コンタミノンNを約2ml添加する。
(4)前記(2)のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整する。
(5)前記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。尚、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナーを分散した前記(5)の電解質水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行う。
(7)測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行い、重量平均粒径(D4)を算出する。尚、専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、分析/体積統計値(算術平均)画面の「平均径」が重量平均粒径(D4)である。
<トナーの比表面積>
比表面積測定装置トライスター3000(島津製作所製)を用いて試料表面に窒素ガスを吸着させ、BET多点法を用いて、トナーの比表面積を算出した。
試料セル 丸フラスコ型 (球部内容積 約5cm
サンプル量 1.0g
<トナーの毛管圧力>
トナー5.5gを測定セルに静かに投入し、三協パイオテク社製のタッピングマシン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。こうして得られた試料を三協パイオテク社製のWTMY−232A型ウェットテスタにセットし、毛管圧力の測定を行う。
定流量法により毛管圧力をもとめた。
溶媒 45体積%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
尚、得られた毛管圧力を用いて、トナー表面張力定数を下式より求める。
トナー表面張力定数=Pα/(A×B×10
(式中、Pαは毛管圧力(kN/m)、Aはトナーの比表面積(m/g)、Bはトナーの真密度(g/cm)である。)
<二成分法によるトナーの摩擦帯電量>
50mlのポリビン(ポリエチレン製)に、磁性キャリア9.2gを秤量する。その上に、トナー0.8gを秤量し、磁性キャリアとトナーを積層させた状態で、常温常湿環境下(23℃、60%RH)に24時間調湿する。調湿後、ポリビンの蓋を閉め、ロールミルで、一秒間に1回転の速度で、15回転させた。続いて、試料をポリ瓶ごと振とう機(Model-YS 株式会社ヤヨイ)に取り付け、一分間あたり150回のストロークで振とうし、5分間トナーと磁性キャリアを混合し測定用の現像剤を調製した。
摩擦帯電量を測定する装置として、吸引分離式帯電量測定器セパソフト STC−1−C1型(三協パイオテク製)を用いた。サンプルフォルダー(ファラデーゲージ)底に目開き20μmのメッシュ(金網)を設置し、その上に、現像剤0.10gを入れフタをする。この時のサンプルフォルダー全体の質量を秤りW1(g)とする。次にサンプルフォルダーを本体に設置し風量調節弁を調整して吸引圧力を2kPaとする。この状態で2分間吸引しトナーを吸引除去する。この時の電荷Q(μC)とする。また、吸引後のサンプルフォルダー全体の質量を秤りW2(g)とする。こうして求められるQは、キャリアの電荷を計測しているため、トナーの摩擦帯電量としては、その逆極性になる。この現像剤の摩擦帯電量(mC/kg)の絶対値は下式の如く算出される。尚、測定も、常温常湿環境下(23℃、60%)で実施した。摩擦帯電量(mC/kg)=Q/(W1−W2)
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。
<キャリアの製造>
〔多孔質磁性コア粒子製造例1〕
1.秤量・混合工程
Fe 66.5質量%
MnCO 28.1質量%
Mg(OH) 4.8質量%
SrCO 0.6質量%
となるように秤量し、上記フェライト原材料に水を加えて、ボールミルで湿式混合した。2.仮焼成工程
乾燥・粉砕した後、900℃で2時間焼成し、フェライトを作製した。
3.粉砕工程
クラッシャーで0.1〜1.0mm程度に粉砕した後に、水を加え湿式ボールミルで0.1〜0.5μmに微粉砕し、フェライトスラリーを得た。
4.造粒工程
フェライトスラリーに、空孔形成剤としてポリエステル微粒子(重量平均粒径2μm)を5%、バインダーとしてポリビニルアルコール2%を添加し、スプレードライヤー(製造元:大川原化工機)で球状粒子に造粒した。
5.焼成工程
電気炉にて、酸素濃度1.0%の窒素雰囲気下、1200℃で4時間焼成し、更に酸素を含まない窒素雰囲気下で30分間750℃で焼成した。
6.選別工程1
目開き250μmの篩で篩分して粗大粒子を除去した。
7.選別工程2
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、多孔質磁性コア粒子1を得た。
〔多孔質磁性コア粒子の製造例2、3、10〕
多孔質磁性コア粒子の製造例1のうち、造粒工程において、ポリエステル微粒子の添加量を5%から10%に、ポリビニルアルコールの添加量を2%から4%に変更した。それ以外は同様にして磁性キャリアの多孔質磁性コア粒子2を得た。
多孔質磁性コア粒子の製造例1のうち、造粒工程において、ポリエステル微粒子の添加量を5%から3%に変更した。それ以外は同様にして磁性キャリアの多孔質磁性コア粒子3を得た。
多孔質磁性コア粒子の製造例1のうち、造粒工程において、ポリエステル微粒子の添加量を5%から20%に、ポリビニルアルコールの添加量を2%から7%に変更した。それ以外は同様にして磁性キャリアの多孔質磁性コア粒子10を得た。
〔多孔質磁性コア粒子の製造例4〕
多孔質磁性コア粒子の製造例1のうち、焼成工程と選別工程1の間に、焼成工程2(窒素雰囲気下で800℃で1時間焼成)を行う以外は同様にして、多孔質磁性コア粒子4を得た。
〔多孔質磁性コア粒子の製造例5〕
多孔質磁性コア粒子の製造例1のうち、焼成の工程において、電気炉にて、酸素濃度1.5%の窒素雰囲気下、1150℃で4時間焼成した以外は、同様にして多孔質磁性コア粒子5を得た。
〔多孔質磁性コア粒子の製造例6〕
多孔質磁性コア粒子の製造例1のうち、以下のフェライト原材料を用いる以外は同様にして、多孔質磁性コア粒子6を得た。
Fe 75.0質量%
ZnO 13.0質量%
CuO 12.0質量%
〔多孔質磁性コア粒子の製造例7〕
多孔質磁性コア粒子の製造例1のうち、以下のフェライト原材料を用いる以外は同様にして、多孔質磁性コア粒子7を得た。
Fe 78.0質量%
ZnO 12.0質量%
CuO 10.0質量%
〔多孔質磁性コア粒子の製造例8,9,13〕
多孔質磁性コア粒子の製造例1において、造粒工程のスプレードライヤーのスプレー条件及び選別工程2の風力分級機(エルボジェットラボEJ−L3、日鉄鉱業社製)の分級条件を変更した以外は同様にして、多孔質磁性コア粒子8,9,13を得た。
尚、多孔質磁性コア粒子8及び13の製造時には、スプレードライヤーのアトマイザーディスクの回転数を上げ、風力分級時に大きい粒子を取り除くように条件を変更した。
また、多孔質磁性コア粒子9の製造時には、スプレードライヤーのアトマイザーディスクの回転数を下げると同時に、風力分級時に小さい粒子を取り除くように条件を変更した。
〔多孔質磁性コア粒子の製造例11〕
多孔質磁性コア粒子の製造例1において、造粒工程でのポリエステル微粒子の添加量を5%から1%に変更した。また、焼成工程を、電気炉にて、酸素濃度0.5%の窒素雰囲気下、1100℃で4時間焼成を行うように変更した以外は、同様にして多孔質磁性コア粒子11を得た。
〔多孔質磁性コア粒子の製造例12〕
多孔質磁性コア粒子の製造例1のうち、以下のフェライト原材料を用いる以外は同様にして、多孔質磁性コア粒子12を得た。
Fe 69.0質量%
ZnO 16.0質量%
CuO 15.0質量%
〔磁性コア粒子1〕
磁性コア粒子として、表1に示すような物性を有する球形鉄粉を用いた。
上記を磁性コア粒子1とした。
〔磁性コア粒子2の製造例〕
多孔質磁性コア粒子の製造例1において、造粒工程でポリエステル微粒子を使用しないように変更した。また、焼成工程を、電気炉にて、酸素濃度1.0%の窒素雰囲気下、1300℃で4時間焼成を行うように変更した以外は、同様にして磁性コア粒子2を得た。得られた磁性コア粒子2は、多孔質形状を有する粒子ではなかった。
ここで、多孔質磁性コア粒子及び磁性コア粒子の物性を表1に示す。
Figure 0005393178
〔磁性キャリアの製造例1〕
1.樹脂液の調製工程
ストレートシリコーン(信越化学社製KR255) 20.0質量%
γ−アミノプロピルトリエトキシシラン 0.5質量%
トルエン 79.5質量%
以上を混合し、樹脂液1を得た。
2.樹脂含有工程
多孔質磁性コア粒子に対してシリコーン樹脂の質量が10質量%となるように、多孔質磁性コア粒子1に樹脂液1を充填した。樹脂の充填は、万能混合攪拌機(製品名NDMV;不二パウダル株式会社)を用いて、真空度を50kPaにし、70℃に加熱して行った。樹脂液1は、0分、10分、20分の3回に分け投入し、その後、1時間攪拌した。
3.乾燥工程
万能混合攪拌機(製品名NDMV;不二パウダル株式会社)を用いて、真空度を5kPaにし、100℃で5時間加熱してトルエンを除去した。
4.硬化工程
オーブンを用い、窒素雰囲気下、200℃で3時間加熱し樹脂を硬化させた。
5.篩工程
篩振とう機(300MM−2型、筒井理化学機械製、75μm開口)で篩い、樹脂含有磁性粒子1を得た。樹脂含有磁性粒子1を磁性キャリア1をとした。得られた磁性キャリアの物性を表2に示す。
尚、得られた磁性キャリア1は、多孔質磁性コア粒子の表面が、空孔に充填された樹脂によって覆われていた。
〔磁性キャリアの製造例2〕
磁性キャリアの製造例1の樹脂含有工程において、多孔質磁性コア粒子1の代わりに多孔質磁性コア粒子2を用い、多孔質磁性コア粒子2の質量に対してシリコーン樹脂の質量が20質量%となるように多孔質磁性コア粒子の空孔に樹脂を含有させた。
それ以外は、磁性キャリアの製造例1と同様にして、樹脂含有磁性粒子2を得た。樹脂含有磁性粒子2を磁性キャリア2をとした。
尚、得られた磁性キャリア2は、多孔質磁性コア粒子の表面が、空孔に充填された樹脂によって覆われていた。
〔磁性キャリアの製造例3〕
磁性キャリアの製造例1の樹脂含有工程において多孔質磁性コア粒子1の代わりに多孔質磁性コア粒子3を用い、多孔質磁性コア粒子3の質量に対してシリコーン樹脂の質量が5質量%となるように多孔質磁性コア粒子の空孔に樹脂を含有させた。
それ以外は、磁性キャリアの製造例1と同様にして、樹脂含有磁性粒子3を得た。樹脂含有磁性粒子3を磁性キャリア3とした。
尚、得られた磁性キャリア3は、多孔質磁性コア粒子の表面が、空孔に充填された樹脂によって覆われていた。
〔磁性キャリアの製造例4〜7、10、11、14〕
磁性キャリアの製造例1の樹脂含有工程において、多孔質磁性コア粒子1の代わりに下記の多孔質磁性コア粒子を用いた以外は磁性キャリアの製造例1と同様にして、樹脂含有磁性粒子4〜7、10、11、14を得た。得られた樹脂含有磁性粒子4〜7、10、11、14を磁性キャリア4〜7、10、11、14とした。
磁性キャリア4:多孔質磁性コア粒子4を使用。
磁性キャリア5:多孔質磁性コア粒子5を使用。
磁性キャリア6:多孔質磁性コア粒子6を使用。
磁性キャリア7:多孔質磁性コア粒子7を使用。
磁性キャリア10:多孔質磁性コア粒子8を使用。
磁性キャリア11:多孔質磁性コア粒子9を使用。
磁性キャリア14:多孔質磁性コア粒子12を使用。
尚、得られた磁性キャリアはいずれも、多孔質磁性コア粒子の表面が、空孔に充填された樹脂によって覆われていた。
〔磁性キャリアの製造例8〕
1.樹脂液の調製工程
ポリメチルメタクリレート(Mw=56,000) 1.2質量%
トルエン 98.8質量%
以上を混合し、樹脂液2を得た。
2.樹脂含有工程
多孔質磁性コア粒子に対してポリメチルメタクリレートの質量が4質量%となるように、多孔質磁性コア粒子1に樹脂液2を充填した。樹脂の充填は、万能混合攪拌機(製品名NDMV;不二パウダル株式会社)を用いて、60℃で行った。尚、樹脂液2は、0分、10分、20分の3回に分け投入し、その後、1時間攪拌した。
3.乾燥工程
万能混合攪拌機(製品名NDMV;不二パウダル株式会社)を用いて、真空度を5kPaにし、100℃で5時間加熱してトルエンを除去した。
4.硬化工程
オーブンを用い、窒素雰囲気下、220℃で3時間加熱し樹脂を硬化させた。
5.篩工程
篩振とう機(300MM−2型、筒井理化学機械製、75μm開口)で篩い、樹脂含有
磁性粒子8を得た。樹脂含有磁性粒子8を磁性キャリア8とした。
尚、得られた磁性キャリア8は、多孔質磁性コア粒子の表面が、空孔に充填された樹脂によって覆われていた。
〔磁性キャリアの製造例9〕
磁性キャリアの製造例1の篩工程の後に、衝突式気流粉砕機を用い磁性キャリア1を粉砕し、その後、風力分級機(エルボジェットラボEJ−L3、日鉄鉱業社製)で分級した以外は磁性キャリア製造例1と同様にして、樹脂含有磁性粒子9を得た。樹脂含有磁性粒子9を磁性キャリア9とした。
尚、得られた磁性キャリア9は、多孔質磁性コア粒子の表面が、空孔に充填された樹脂によって覆われていた。
〔磁性キャリアの製造例12〕
磁性キャリアの製造例2において、多孔質磁性コア粒子2から多孔質磁性コア粒子10に変更した以外は同様にして樹脂含有磁性粒子12を得た。樹脂含有磁性粒子12を磁性キャリア12とした。
尚、得られた磁性キャリア12は、多孔質磁性コア粒子の表面が、空孔に充填された樹脂によって覆われていた。
〔磁性キャリアの製造例13〕
磁性キャリア製造例3において、多孔質磁性コア粒子3から多孔質磁性コア粒子11に変更した以外は同様にして樹脂含有磁性粒子13を得た。樹脂含有磁性粒子13を磁性キャリア13とした。
尚、得られた磁性キャリア13は、多孔質磁性コア粒子の表面が、空孔に充填された樹脂によって覆われていた。
〔磁性キャリアの製造例15〕
磁性キャリアの製造例1の樹脂含有工程において多孔質磁性コア粒子の質量に対してシリコーン樹脂の質量が3質量%となるように樹脂液の投入量を変更し、また、樹脂液1を0分に全量投入するように変更した。
それ以外は、磁性キャリアの製造例1と同様にして、樹脂含有磁性粒子15を得た。樹脂含有磁性粒子15を磁性キャリア15とした。
尚、得られた磁性キャリア15は、多孔質磁性コア粒子の表面が、空孔に充填された樹脂によって覆われていた。
〔磁性キャリアの製造例16〕
磁性キャリア製造例2の樹脂含有工程において、多孔質磁性コア粒子2から多孔質磁性コア粒子13に変更した以外は同様にして、磁性粒子を得た。得られた磁性粒子は、多孔質磁性コア粒子の表面が、空孔に充填された樹脂によって覆われていた。
得られた磁性粒子20質量%と磁性キャリア1を80質量%混合し、樹脂含有磁性粒子16を得た。樹脂含有磁性粒子16を磁性キャリア16とした。
〔磁性キャリアの製造例17〕
磁性キャリアの製造例1において、硬化工程と篩工程の間で、以下の4−2〜4−5の工程を行うこと以外は同様にして、樹脂含有磁性粒子17を得た。樹脂含有磁性粒子17を磁性キャリア17とした。
尚、得られた磁性キャリア17は、多孔質磁性コア粒子の空孔に樹脂液1に由来する樹脂が充填されており、その表面は該樹脂と共に、樹脂液3に由来する樹脂によって覆われていた。
4−2.樹脂液の調製工程2
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共重合体;Mw=86,000) 10質量%
メラミン樹脂微粒子(体積平均粒径350nm) 5質量%
トルエン 85質量%
以上を混合し、樹脂液3を得た。
4−3.樹脂含有工程
万能混合攪拌機(製品名NDMV;不二パウダル株式会社)を用いて、70℃で、硬化工程終了後の樹脂が充填された多孔質磁性コア粒子1に対して、樹脂の固形分濃度が1質量%となるように、樹脂液3の塗布を行った。尚、樹脂液3は、最初に全量投入し、2時間撹拌した。
4−4.乾燥工程2
万能混合攪拌機(製品名NDMV;不二パウダル株式会社)を用いて、真空度を5kPaにし、90℃の条件下で5時間加熱してトルエンを除去した。
4−5.硬化工程2
230℃で2.5時間加熱し樹脂を硬化させた。
〔磁性キャリアの製造例18,19〕
磁性キャリアの製造例1の樹脂含有工程において多孔質磁性コア粒子1の代わりに磁性コア粒子1或いは磁性コア粒子2を用い、磁性コア粒子1の質量に対してシリコーン樹脂の質量が1質量%となるように樹脂を被覆した。
それ以外は、磁性キャリアの製造例1と同様にして、樹脂被覆磁性粒子18及び樹脂被覆磁性粒子19を得た。樹脂被覆磁性粒子18を磁性キャリア18、樹脂被覆磁性粒子19を磁性キャリア19とした。
Figure 0005393178
<トナーの製造>
〔トナー製造例1〕
・ハイブリッド樹脂1の製造
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及びテトラブチルチタネート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を得るため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時間反応せしめてハイブリッド樹脂1を得た。GPCで求めたハイブリッド樹脂1の分子量は、重量平均分子量(Mw)が145000、数平均分子量(Mn)が450
0であり、ピーク分子量が15500、Tgが61℃、酸価が45mgKOH/gであった。
・上記ハイブリッド樹脂1 100質量部
・精製ノルマルパラフィン(DSC最大吸熱ピーク70℃)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2に示した表面改質装置を用い表面処理を行った。この表面改質装置には一回当たり1.3kgずつ微粉砕物を投入し、分級ローター35の回転数を8200rpm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6300rpmとして(最外部の周速130m/sec)で70秒間表面処理を行った。即ち、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。
表面改質装置の設定は、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14m/min、ジャケットに通す冷媒の温度及び冷風温度T1を−10℃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、直径30cm、目開き29μm、ワイヤーの平均径30μmの金網を設置した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、風量を5m/minとし、上記の処理品から粗粉を除去し、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質量部のシリカ微粉体を外添混合し、トナー1を得た。
〔トナー製造例2〕
トナー製造例1において、ハイブリッド樹脂1の代わりに、テレフタル酸2.0mol、無水トリメリット酸0.1mol、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2.1molから合成したポリエステル樹脂1を用いた。
GPCで求めたポリエステル樹脂1の分子量は、重量平均分子量(Mw)38000、数平均分子量(Mn)6000であり、ピーク分子量8500、Tgが55℃、酸価が38mgKOH/gであった。
また、C.I.ピグメントブルー15:3を5質量部用いる代わりにC.I.ピグメントレッド122を5質量部用いた。
更に、分級ローター35の回転数を7300rpm、分散ローター回転数を5800rpmとし、ジャケットに通す冷媒の温度及び冷風温度T1を−20℃として微粒子を除去しながら、150秒間表面処理を行った。
上記以外は、トナー製造例1と同様にしてトナー2を得た。
〔トナー製造例3〕
トナー製造例2において、C.I.ピグメントブルー15:3を5質量部用いる代わりに、C.I.ピグメントイエロー74を4質量部用いた以外は、トナー製造例2と同様にしてトナー3を得た。
〔トナー製造例4〕
トナー製造例1において、ハイブリッド樹脂1の代わりに、スチレン78.4質量%、アクリル酸−n−ブチル20.8質量%、メタクリル酸2.0質量%、2,2−ビス(4,4−ジ−t−ブチルパーオキシシクロへキシル)プロパン0.8質量%から合成したスチレン−アクリル樹脂1を用いた。
GPCで求めたスチレン−アクリル樹脂1の分子量は、重量平均分子量(Mw)35000、数平均分子量(Mn)8000であり、ピーク分子量12000、Tgが63℃、酸価が10mgKOH/gであった。
また、C.I.ピグメントブルー15:3の7質量部の代わりにカーボンブラックを5質量部、精製ノルマルパラフィン5質量部の代わりに、フィッシャートロプシュワックス(DSC最大吸熱ピーク77.0℃)4質量部を用いた。
上記以外は、トナー製造例1と同様にしてトナー4を得た。
〔トナー製造例5〕
・スチレン 3質量部
・アクリル酸−n−ブチル 6質量部
・アクリロニトリル 9質量部
・ジ−t−ブチルパーオキサイド 1質量部
反応器にキシレン80質量部とポリエチレンワックス10質量部を入れ170℃に昇温し、上記の成分の混合液を4時間かけて滴下した。さらに170℃で1時間保持した後、有機溶剤を留去し、得られた重合体を冷延・固化後、粉砕して、ビニル系樹脂にポリオレフィンがグラフトした構造を有するグラフト重合体1を得た。
・前記ハイブリッド樹脂1 100質量部
・精製ノルマルパラフィン(DSC最大吸熱ピーク70℃)5質量部
・C.I.ピグメントブルー15:3 5質量部
・上記グラフト重合体1 2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。
得られた微粉砕物を図1に示す表面改質装置により表面改質を行った。表面改質時の条件は、原料供給速度は2.0kg/hr、熱風の吐出温度は220℃で表面改質を行った。
次に、表面改質さ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)で分級しで微粉及び粗粉を同時に分級除去し、重量平均粒径(D4)が5.1μmであるトナー粒子を得た。
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1.5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0.8質量部のシリカ微粉体を外添混合し、トナー5を得た。
〔トナー製造例6〕
トナー製造例5において、結着樹脂として、ハイブリッド樹脂1の100質量部の代わりに、テレフタル酸 2.0mol、無水トリメリット酸 0.1mol、プロピレングリコール 2.1molから合成したポリエステル樹脂2の100質量部を用いた。
ポリエステル樹脂1のGPCによる分子量は、重量平均分子量(Mw)が24000、数平均分子量(Mn)が5500であり、ピーク分子量が8000Tgが55℃、酸価が64mgKOH/gであった。
また、精製ノルマルパラフィン(DSC最大吸熱ピーク70℃)5質量部の代わりに精製ノルマルパラフィン(DSC最大級熱ピーク60℃)10質量部を用いた。
表面改質時の原料供給速度を1.0kg/hr、熱風の吐出温度は280℃に変更し表
面改質を行った。
上記以外は、トナー製造例5と同様にしてトナー6を得た。
〔トナー製造例7〕
トナー製造例1において、精製ノルマルパラフィン(DSC最大吸熱ピーク70℃)をポリプロピレンワックス(DSC最大吸熱ピーク130℃)に変更した。また、表面改質装置の分散ローター32の回転数を5800rpmから1000rpmに変更した。上記の変更以外は、トナー製造例1と同様にして、トナー7を得た。
〔トナー製造例8〕
トナー製造例1において、精製ノルマルパラフィン(DSC最大吸熱ピーク70℃)を精製ノルマルパラフィン(DSC最大吸熱ピーク43℃)に変更した以外は、トナー製造例1と同様にして、トナー8を得た。
〔トナー製造例9〕
トナー製造例5において、精製ノルマルパラフィン(DSC最大吸熱ピーク70℃)の5質量部を精製ノルマルパラフィン(DSC最大吸熱ピーク45℃)の20質量部に変更し、グラフト重合体1を用いなかった。
また、表面改質時の条件を原料供給速度は1.0kg/hr、熱風の吐出温度は330℃で表面改質を行った。
上記の変更以外は、トナー製造例5と同様にして、トナー9を得た。
〔トナー製造例10〕
トナー製造例1において、精製ノルマルパラフィン(DSC最大吸熱ピーク70℃)を用いない以外は、トナー製造例1と同様にして、トナー10得た。
〔トナー製造例11〕
トナー製造例1において、精製ノルマルパラフィン(DSC最大吸熱ピーク70℃)5質量部の代わりに、精製ノルマルパラフィン(DSC最大吸熱ピーク60℃)を1質量部用いた以外は、トナー製造例1と同様にして、トナー11を得た。
以上、得られたトナーの物性を表3に示す。
Figure 0005393178
〔実施例1〜20及び比較例1〜10〕
次に、このように作成した磁性キャリアとトナーを表4の組み合わせで二成分系現像剤及び補給用現像剤を作成した。
二成分系現像剤は、磁性キャリア90質量%、トナー10質量%の配合割合とした。
実施例19、比較例7で用いる補給用現像剤は、磁性キャリア5質量%、トナー95質量%の配合割合とし、その他の実施例及び比較例に係る補給用現像剤は、トナーのみ(トナー100質量%)とした。
なお、実施例14を、参考例14とする。
Figure 0005393178
次に、定着ユニットの定着ローラーの表層をPFAチューブに変え、オイル塗布機構を取り外したカラー複写機CLC−5100(キヤノン株式会社)の改造機を用いて画出しし、評価試験を行った。現像器には、二成分系現像剤を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。
また、実施例19、比較例7では、補給用現像剤導入口105から補給用現像剤を導入でき、過剰になった磁性キャリアが、現像室に設置してある排出口106より排出されるように、CLC−5100の現像器を改造した(図4を参照)。
下記条件で耐久試験を行った。耐久試験の前後で後述の各種評価を行った。評価結果を表5〜8に示す。
印刷環境 温度23℃/湿度60%RH(以下「N/N」と記載。)
温度23℃/湿度5%RH(以下「N/L」と記載。)
温度30℃/湿度80%RH(以下「H/H」と記載。)
紙 カラーレーザーコピアペーパー(81.4g/m
(キヤノンマーケティングジャパン株式会社より販売)
画像形成速度 400mm/sec
オリジナル画像 画像面積50%のベタ画像
印刷枚数 10万枚
<ドット再現性>
像担持体上の1ドットあたりの面積が、20000以上25000μmとなるように、CLC−5100(キヤノン製)のレーザービームのスポット径を調整し、1ドット画像を形成した。
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値(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下記式により算出した。
ドット再現性指数(I)=(σ/S)×100
A:Iが4.0未満。
B:Iが4.0以上6.0未満。
C:Iが6.0以上8.0未満。
D:Iが8.0以上。
<キャリア付着>
トナーの紙上への載り量が0.1mg/cmとなるように現像電圧を調整し、ベタ画像(1cm×1cm)を印刷した。
像担持体へトナーが現像された時に本体電源を切り、像担持体上に付着している磁性キャリアの個数を光学顕微鏡で数えた。
A:3個以下。
B:4個以上10個以下。
C:11個以上20個以下。
D:21個以上。
<像担持体の傷の発生>
トナーの紙上への載り量が0.6mg/cmとなるように現像電圧を調節し、ベタ画像(3cm×3cm)を印刷した。
画像上のスジの発生の有無を目視及びルーペにより観察した。
A:スジが存在しない。
B:画像上に0.3mm以下のスジが3個以下存在する。
C:画像上に0.3mm以上のスジが4個以上10個以下存在する。
D:画像上に0.3mm以上のスジが11個以上存在する。
<先端後端の濃度差>
現像電圧を調整し、トナーの紙上への載り量が0.6mg/cmとなるようにして、画像面積100%のベタ画像(3cm×5cm)を印刷した。得られた画像の「先端画像濃度」と「後端画像濃度」とを求め、以下の基準により評価した。
尚、画像濃度は、SPIフィルターを装着したマクベス社製マクベスデンシトメータRD918タイプ(Macbeth Densitometer RD918 manufactured by Mcbeth Co.)を使用して、測定した。
先端画像濃度:画像の先端(先に印刷された方)から0.5cm位置の3点の濃度を測定
し、その平均値を先端画像濃度とした。
後端画像濃度:画像の後端(後に印刷された方)から0.5cm位置の3点の濃度を測定し、その平均値を後端画像濃度とした。
A:0.05未満。
B:0.05以上0.10未満。
C:0.10以上0.20未満。
D:0.20以上。
<耐久前後の濃度差>
耐久試験前に、トナーの紙上への載り量が0.6mg/cmとなるように現像電圧を調整した。その条件で、画像面積100%のベタ画像(3cm×3cm)を印刷した。 耐久試験後に、耐久試験前と同じ現像電圧で画像面積100%のベタ画像を印刷した。
SPIフィルターを装着したマクベス社製マクベスデンシトメータRD918タイプ(Macbeth Densitometer RD918 manufactured by Mcbeth Co.)を使用し、画像濃度を測定し、耐久前後の差を求めた。
A:0.05未満。
B:0.05以上0.10未満。
C:0.10以上0.20未満。
D:0.20以上。
<放置前後の濃度差>
各環境で10万枚の耐久試験後、測定環境を「H/H(30℃/80%RH)」とした。
トナーの紙上への載り量が0.6mg/cmとなるように現像電圧を調整した。その条件で、画像面積100%のベタ画像(3cm×3cm)を印刷した。24時間後に同じ画像を印刷し、24時間放置前後の画像濃度差を求めた。
A:0.00以上0.05未満。
B:0.05以上0.10未満。
C:0.10以上0.20未満。
D:0.20以上。
<カブリ評価>
カブリの測定は、東京電色社製のREFLECTMETER MODEL TC−6DSを使用して測定した。フィルターは、アンバーフィルターを用いた。下式を用いてカブリの値を算出し、下記の基準で評価した。
カブリ(%)=標準紙上の反射率(%)−サンプル非画像部の反射率(%)
A:0.5%未満
B:0.5%以上1.0%未満
C:1.0%以上2.0%未満
D:2.0%以上
Figure 0005393178
Figure 0005393178
Figure 0005393178
Figure 0005393178
表面改質装置の模式図である。 表面改質装置の模式図である。 比抵抗値を測定する装置の概略構成図である。 実施例19、比較例7で用いた現像器の概略図である。
1 トナー粒子
2 オートフィーダー
3 供給ノズル
4 表面改質装置内部
5 熱風導入口
6 冷風導入口
7 表面改質されたトナー粒子
8 サイクロン
9 ブロワー
30 本体ケーシング
31 冷却ジャケット
32 分散ローター
33 角型ディスク
34 ライナー
35 分級ローター
36 ガイドリング
37 原料投入口
38 原料供給弁
39 原料供給口
40 製品排出口
41 製品排出弁
42 製品抜取口
43 天板
44 微粉排出部
45 微粉排出口
46 冷風導入口
47 第一の空間
48 第二の空間
49 表面改質ゾーン
50 分級ゾーン
11 下部電極
12 上部電極
13 絶縁物
14 電流計
15 電圧計
16 定電圧装置
17 磁性キャリア
18 ガイドリング
E 抵抗測定セル
L 試料厚み
101 補給用現像剤容器
102 現像器
103 クリーニングユニット
104 廃現像剤容器
105 補給用現像剤導入口
106 排出口

Claims (8)

  1. 磁性キャリアとトナーとを含有する二成分系現像剤であって、
    前記磁性キャリアは、多孔質磁性コア粒子の空孔に樹脂を含有する樹脂含有磁性粒子を含有するキャリアであり、
    前記多孔質磁性コア粒子は、固め見掛け密度をρ1(g/cm)、真密度をρ2(g/cm)とした時、ρ1が0.80以上2.40以下であり、ρ1/ρ2が0.20以上0.42以下であり、
    前記多孔質磁性コア粒子は、比抵抗が1.0×10Ω・cm以上5.0×10Ω・cm以下であり、
    体積分布基準の50%粒径(D50)をD50とした時、(D50−5μm)以上(D50+5μm)以下の粒径を有する磁性キャリアの平均破壊強度をP1(MPa)、10μm以上20μm未満の粒径を有する磁性キャリアの平均破壊強度をP2(MPa)とした時、P1が20以上100以下であり、P2/P1が0.50以上1.10以下であり、
    前記磁性キャリアは、D50が20μm以上70μm以下であり、
    前記トナーは、少なくとも結着樹脂及びワックスを含有するトナー粒子を有し、
    前記トナーは、トナーの毛細管吸引時間法により計測されたメタノール45体積%水溶液でのトナー表面張力定数が、3.0×10−6kN/m以上1.0×10−4kN/m
    以下であることを特徴とする二成分系現像剤。
  2. 前記磁性キャリアは、P2/P1が0.70以上1.10以下であることを特徴とする請求項1に記載の二成分系現像剤。
  3. 前記磁性キャリアは、誘電損率ε”/誘電率ε’で示される誘電損失正接tanδが、周波数1×10Hz以上1×10Hz以下の範囲において、0.0010≦tanδ≦0.0450の範囲内に常にあることを特徴とする請求項1又は2に記載の二成分系現像剤。
  4. 前記多孔質磁性コア粒子は、フェライトで形成されており、Mn酸化物を含有することを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の二成分系現像剤。
  5. 前記樹脂含有磁性粒子の表面が、前記空孔に含有される樹脂で覆われていることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の二成分系現像剤。
  6. 前記磁性キャリアの比抵抗が、1.0×10Ω・cm以上1.0×1010Ω・cm以下であることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の二成分系現像剤。
  7. 静電潜像担持体を帯電する帯電工程、静電潜像担持体表面に静電潜像を形成する静電潜像形成工程、該静電潜像を現像器内の二成分系現像剤を用いて現像しトナー像を形成する現像工程、該トナー像を中間転写体を介して又は介さずに、転写材に転写する転写工程、転写されたトナー像を転写材に定着する定着工程を少なくとも有し、現像器内の該二成分系現像剤のトナー濃度の低下に応じて、補給用現像剤が現像器に補給され、現像器内で過剰になった磁性キャリアを現像器から排出する画像形成方法に用いられる補給用現像剤であって、
    前記補給用現像剤は、磁性キャリア1質量部に対してトナーを2質量部以上50質量部以下の配合割合で含有しており、
    前記磁性キャリアは、多孔質磁性コア粒子の空孔に樹脂を含有する樹脂含有磁性粒子を含有するキャリアであり、
    前記多孔質磁性コア粒子は、固め見掛け密度をρ1(g/cm)、真密度をρ2(g/cm)とした時、ρ1が0.80以上2.40以下であり、ρ1/ρ2が0.20以上0.42以下であり、
    前記多孔質磁性コア粒子は、比抵抗が1.0×10Ω・cm以上5.0×10Ω・cm以下であり、
    体積分布基準の50%粒径(D50)をD50とした時、(D50−5μm)以上(D50+5μm)以下の粒径を有する磁性キャリアの平均破壊強度をP1(MPa)、10μm以上20μm未満の粒径を有する磁性キャリアの平均破壊強度をP2(MPa)とした時、P1が20以上100以下であり、P2/P1が0.50以上1.10以下であり、
    前記磁性キャリアは、D50が20μm以上70μm以下であり、
    前記トナーは、少なくとも結着樹脂及びワックスを含有するトナー粒子を有し、
    前記トナーは、トナーの毛細管吸引時間法により計測されたメタノール45体積%水溶液でのトナー表面張力定数が、3.0×10−6kN/m以上1.0×10−4kN/m
    以下であることを特徴とする補給用現像剤。
  8. 静電潜像担持体を帯電する帯電工程、静電潜像担持体表面に静電潜像を形成する静電潜像形成工程、該静電潜像を現像器内の二成分系現像剤を用いて現像しトナー像を形成する現像工程、該トナー像を中間転写体を介して又は介さずに、転写材に転写する転写工程、転写されたトナー像を転写材に定着する定着工程を少なくとも有し、現像器内の該二成分系現像剤のトナー濃度の低下に応じて、補給用現像剤が現像器に補給され、現像器内で過剰になった磁性キャリアを現像器から排出する画像形成方法であって、
    前記二成分系現像剤および補給用現像剤は、磁性キャリアとトナーとを含有する現像剤であり、
    前記補給用現像剤は、前記磁性キャリア1質量部に対して前記トナーを2質量部以上5
    0質量部以下の配合割合で含有しており、
    前記磁性キャリアは、多孔質磁性コア粒子の空孔に樹脂を含有する樹脂含有磁性粒子を含有するキャリアであり、
    前記多孔質磁性コア粒子は、固め見掛け密度をρ1(g/cm)、真密度をρ2(g/cm)とした時、ρ1が0.80以上2.40以下であり、ρ1/ρ2が0.20以上0.42以下であり、
    前記多孔質磁性コア粒子は、比抵抗が1.0×10Ω・cm以上5.0×10Ω・cm以下であり、
    体積分布基準の50%粒径(D50)をD50とした時、(D50−5μm)以上(D50+5μm)以下の粒径を有する磁性キャリアの平均破壊強度をP1(MPa)、10μm以上20μm未満の粒径を有する磁性キャリアの平均破壊強度をP2(MPa)とした時、P1が20以上100以下であり、P2/P1が0.50以上1.10以下であり、
    前記磁性キャリアは、D50が20μm以上70μm以下であり、
    前記トナーは、少なくとも結着樹脂及びワックスを含有するトナー粒子を有し、
    前記トナーは、トナーの毛細管吸引時間法により計測されたメタノール45体積%水溶液でのトナー表面張力定数が、3.0×10−6kN/m以上1.0×10−4kN/m
    以下であることを特徴とする画像形成方法。
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