JP5692766B1 - 外殻構造を有するフェライト粒子を用いた電子写真現像剤用フェライトキャリア芯材及びフェライトキャリア、並びに該フェライトキャリアを用いた電子写真現像剤 - Google Patents
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Abstract
Description
<本発明に係る電子写真現像剤用フェライトキャリア芯材及びフェライトキャリア>
本発明に係る電子写真現像剤用フェライトキャリア芯材として用いられるフェライト粒子は、内部が多孔質構造でその外周に外殻構造(コアシェル形状)を有する。このことで低い見掛け密度を有し、さまざまな特性を制御可能な状態に維持できる。また、本発明に用いられるフェライト粒子は、一定容積に少ない重量でフェライト粒子を満たすことができる。なお、本発明でいうフェライト粒子とは、特記しない限り個々のフェライト粒子の集合体を意味し、また単に粒子とは、個々のフェライト粒子をいう。
ここで、粒子の外殻構造の厚さの測定は下記の手順にて行う。
フェライト粒子を樹脂に包埋・成形したのち、研磨機にて断面を研磨し、金蒸着を行い断面観察用(外殻部の厚さ測定用)サンプルとした。得られたサンプルは日本電子社製JSM−6060Aを用い、加速電圧は5kVとし、SEMを200倍視野にて撮影し、その画像情報を、インターフェースを介してメディアサイバネティクス社製画像解析ソフト(Image−Pro PLUS)に導入して解析を行った。具体的には得られた画像のコントラストを調整後、本解析ソフトウエアのラインプロファイル機能により、画像の輝度を1粒子ごとに抽出する。この時ラインプロファイルは粒子のほぼ中心を水平方向に通過するよう直線を設定し、得られたプロファイルに存在するピークのうち、外殻部に対応するピークを2つのマーカーで挟み、このときの幅を外殻部の厚さとした。なお、上記ピークはラインプロファイルの極大値を挟む極小値と極小値として定義される。また、コントラストは包埋樹脂の部分(バックグラウンドに相当)の輝度は最大輝度の50%以下になるように調整することが好ましい。同様の操作を30粒子について同様に行い、平均値を外殻構造の厚さとした。
上記と同様の画像処理を行い、ラインプロファイルを円環または自由曲線(閉曲線)を1粒子ごとに粒子の外殻構造に対して設定する。このときプロファイルの最大輝度をI最大、最小輝度をI最小とし、最大輝度と最小輝度の差をIΔとしたとき、I最小以上、I最小+IΔ×0.2未満の範囲は外殻構造がない部分、I最小+IΔ×0.2以上I最大が外殻部と判別する。したがってラインプロファイル機能で得られたラインプロファイル長(周囲長)の輝度データうち、のうち、I最小+IΔ×0.2以上I最大以下となっている輝度のラインプロファイル長を積算し、ラインプロファイル長(周囲長)で割ることで、一定範囲の厚みを持った外周部分の比率を算出することで求めた。同様の操作を30粒子について同様に行い、平均値を外周部分の周囲長にしめる割合とした。
これらFe、Mg、Ti及びSrの含有量は、下記によって測定される。
フェライト粒子(フェライトキャリア芯材)0.2gを秤量し、純水60mlに1Nの塩酸20ml及び1Nの硝酸20mlを加えたものを加熱し、フェライト粒子を完全溶解させた水溶液を準備し、ICP分析装置(島津製作所製ICPS−1000IV)を用いてFe、Mg、Ti及びSrの含有量を測定した。
磁気特性は、振動試料型磁気測定装置(型式:VSM−C7−10A(東英工業社製))を用いて測定した。測定試料(フェライト粒子)は、内径5mm、高さ2mmのセルに詰めて上記装置にセットした。測定は、印加磁場を加え、5K・1000/4π・A/mまで掃引した。次いで、印加磁場を減少させ、記録紙上にヒステリシスカーブを作成した。このカーブのデータより印加磁場が5K・1000/4π・A/mにおける磁化を読み取った。また、残留磁化及び保磁力も同様に算出した。
この体積平均粒径は、レーザー回折散乱法により測定した。装置として日機装株式会社製マイクロトラック粒度分析計(Model9320−X100)を用いた。屈折率は2.42とし、25±5℃、湿度55±15%の環境下で測定を行った。ここで言う体積平均粒径(メジアン径)とは、体積分布モード、ふるい下表示での累積50%粒子径である。分散媒には水を用いた。
このBET比表面積の測定は、比表面積測定装置(型式:Macsorb HM model−1208(マウンテック社製))を用いた。測定試料を比表面積測定装置専用の標準サンプルセルに約5〜7g入れ、精密天秤で正確に秤量し、測定ポートに試料(フェライト粒子)をセットし、測定を開始した。測定は1点法で行い、測定終了時に試料の重量を入力すると、BET比表面積が自動的に算出される。なお、測定前に前処理として、測定試料を薬包紙に20g程度を取り分けた後、真空乾燥機で−0.1MPaまで脱気し−0.1MPa以下に真空度が到達していることを確認した後、200℃で2時間加熱した。
環境:温度;10〜30℃、湿度;相対湿度で20〜80% 結露なし
この電気抵抗は、下記によって測定される。
電極間間隔6.5mmで非磁性の平行平板電極(10mm×40mm)を対向させ、その間に、試料(フェライト粒子)200mgを秤量して充填する。磁石(表面磁束密度:1500Gauss、電極に接する磁石の面積:10mm×30mm)を平行平板電極に付けることにより電極間に試料を保持させ、50V、100V、250V、500V及び1000Vの電圧を印加し、それらの印加電圧における抵抗を絶縁抵抗計(SM−8210、東亜ディケーケー(株)製)にて測定した。
このフェライト粒子の細孔径及び細孔容積の測定は、次のようにして行われる。すなわち、水銀ポロシメーターPascal140とPascal240(ThermoFisher Scientific社製)を用いて測定した。ディラトメータはCD3P(粉体用)を使用し、サンプルは複数の穴を開けた市販のゼラチン製カプセルに入れて、ディラトメータ内に入れた。Pascal140で脱気後、水銀を充填し低圧領域(0〜400Kpa)を測定し、1st Runとした。次に再び脱気と低圧領域(0〜400Kpa)の測定を行い、2nd Runとした。2nd Runの後、ディラトメーターと水銀とカプセルとサンプルを合わせた重量を測定した。次にPascal240で高圧領域(0.1Mpa〜200Mpa)を測定した。この高圧部の測定で得られた水銀圧入量をもって、フェライト粒子の細孔容積、細孔径分布及びピーク細孔径を求めた。また、細孔径を求める際には水銀の表面張力を480dyn/cm、接触角を141.3°として計算した。
次に、本発明に係る電子写真現像剤用フェライトキャリア芯材及びフェライトキャリアの製造方法について説明する。
Fe及びMgの各化合物、さらに必要に応じてTi等の化合物を粉砕、混合、仮焼した後、ロッドミルで粉砕し、フェライト芯材用仮焼粉(粒子)とする。
上記のようにして得られたフェライト芯材用粒子に被覆用TiO2粒子を添加し、混合ミルで混合し、フェライト粒子用原料とした。このフェライト粒子用原料を不活性雰囲気又は弱酸化性雰囲気、例えば窒素雰囲気下や酸素濃度が3体積%以下の窒素と酸素の混合ガス雰囲気下、950〜1230℃で行う。
次に、本発明に係る電子写真用現像剤について説明する。
本発明に係る電子写真現像剤は、上述した電子写真現像剤用フェライトキャリアとトナーとからなるものである。
[フェライトキャリア芯材(フェライト粒子)の調製]
Fe2O3を86モル、MgOを12モル、TiO20.5モル、及びSrCO3を0.5モルとなるように秤量し、さらに、還元剤としてカーボンブラックを原料重量に対して1.03重量%添加したものを混合、粉砕後、ローラーコンパクターでペレット化した。得られたペレットを1000℃にて酸素濃度0体積%下の窒素雰囲気下、ロータリー式の焼成炉で仮焼成を行った。これをロッドミルにて粉砕したものをフェライトキャリア芯材用仮焼粉とした。
本焼成温度を1085℃とした以外は実施例1と同様の方法でフェライト粒子(フェライトキャリア芯材)を得た。
本焼成温度を1000℃とした以外は実施例1と同様の方法でフェライト粒子(フェライトキャリア芯材)を得た。
フェライト被覆用TiO2粒子を、フェライト芯材用粒子に対して3.5重量%添加した以外は実施例1と同様の方法でフェライト粒子(フェライトキャリア芯材)を得た。
被覆用TiO2粒子を、フェライト芯材用粒子に対して6重量%添加した以外は実施例1と同様の方法でフェライト粒子(フェライトキャリア芯材)を得た。
Fe2O3を94モル、MgOを5モル、TiO2を0.5モル及びSrCO3を0.5モルとなるようにし、還元剤としてカーボンブラックを原料重量に対して1.16重量%添加した以外は実施例1と同様の方法でフェライト粒子(フェライトキャリア芯材)を得た。
Fe2O3を79モル、MgOを20モル、TiO2を0.5モル及びSrCO3を0.5モルとなるようにし、還元剤としてカーボンブラックを原料重量に対して0.87重量%添加した以外は実施例1と同様の方法でフェライト粒子(フェライトキャリア芯材)を得た。
Fe2O3を86モル、MgOを12モル及びSrCO3を0.5モルとなるようにし、還元剤としてカーボンブラックを原料重量に対して1.04重量%添加した以外は実施例1と同様の方法でフェライト粒子(フェライトキャリア芯材)を得た。
Fe2O3を86モル、MgOを12モル、TiO2を2モル及びSrCO3を0.5モルとなるようにし、還元剤としてカーボンブラックを原料重量に対して1重量%添加した以外は実施例1と同様の方法でフェライト粒子(フェライトキャリア芯材)を得た。
Fe2O3を86モル、MgOを12モル及びTiO2を0.5モルとなるようにし、還元剤としてカーボンブラックを原料重量に対して1.03重量%添加した以外は実施例1と同様の方法でフェライト粒子(フェライトキャリア芯材)を得た。
Fe2O3を86モル、MgOを12モル、TiO2を0.5モル及びSrCO3を1.25モルとなるようにし、還元剤としてカーボンブラックを原料重量に対して1.02重量%添加した以外は実施例1と同様の方法でフェライト粒子(フェライトキャリア芯材)を得た。
分級する条件を変えて平均粒径を20.94μmとした以外は、実施例1と同様にしてフェライト粒子(フェライトキャリア芯材)を得た。
分級する条件を変えて平均粒径を48.34μmとした以外は、実施例1と同様にしてフェライト粒子(フェライトキャリア芯材)を得た。
本焼成温度を950℃とした以外は、実施例1と同様の方法でフェライト粒子(フェライトキャリア芯材)を得た。
本焼成温度を1150℃とした以外は、実施例1と同様の方法でフェライト粒子(フェライトキャリア芯材)を得た。
被覆用TiO2粒子を、フェライト芯材用粒子に対して添加しなかった以外は実施例1と同様の方法でフェライト粒子(フェライトキャリア芯材)を得た。
実施例1で得られたフェライトキャリア芯材(フェライト粒子)に100重量部に対して、アクリル樹脂(三菱レイヨン製BR−80)粉末をトルエンに溶解し、樹脂固形分を10重量%とした樹脂溶液を調製した。この樹脂溶液に、帯電制御剤としてアミノシランカップリング剤(SZ−6011)を樹脂固形分100重量部に対して5重量部を添加したものを樹脂含浸溶液とした。得られた樹脂含浸溶液とフェライトキャリア芯材を万能混合攪拌機で撹拌混合し、得られた混合物を145℃設定の熱風乾燥機に2時間焼き付けを行いフェライトキャリア芯材に樹脂含浸処理を行った。その後、凝集粒子を解砕し樹脂含浸フェライトキャリアを得た。
実施例14の樹脂溶液に導電剤としてカーボンブラック(EC600JD)を樹脂固形分100重量部に対して5重量部を添加し、分散したものを樹脂含浸溶液とした以外は、実施例14と同様にして樹脂含浸フェライトキャリアを得た。
フェライトキャリア芯材100重量部に対して、アクリル樹脂を樹脂固形分として5重量部としたものを樹脂含浸溶液とした以外は、実施例15と同様にして樹脂被覆フェライトキャリアを得た。
フェライトキャリア芯材100重量部に対して、アクリル樹脂を樹脂固形分として15重量部としたものを樹脂溶液とした以外は、実施例15と同様にして樹脂含浸フェライトキャリアを得た。
実施例16で得られた樹脂含浸フェライトキャリア(フェライト粒子)を樹脂含浸フェライトキャリア芯材とし、この樹脂含浸フェライトキャリア芯材100重量部に対して、アクリル樹脂(三菱レイヨン製BR−80)粉末をトルエンに溶解し、樹脂固形分を1重量%とした樹脂溶液を調製した。この樹脂被覆溶液とフェライトキャリア芯材を流動床コーティング装置で樹脂被覆を行い、得られた混合物を145℃設定の熱風乾燥機に2時間焼き付けを行いフェライトキャリア芯材に樹脂被覆を行った。その後、凝集粒子を解砕し樹脂被覆フェライトキャリアを得た。
試料(フェライトキャリア)と、フルカラープリンターに使用されている市販の負極性トナーで平均粒径が約5.5μmのものを、トナー濃度を6.5重量%(トナー重量=3.25g、フェライトキャリア重量=46.75g)に秤量した。秤量したフェライトキャリ及びトナーを、後述の各環境下に12時間以上暴露した。その後、フェライトキャリアとトナーを50ccのガラス瓶に入れ、100rpmの回転数にて、30分間撹拌を行った。
帯電量測定装置として、直径31mm、長さ76mmの円筒形のアルミ素管(以下、スリーブ)の内側に、N極とS極を交互に合計8極の磁石(磁束密度0.1T)を配置したマグネットロールと、該スリーブと5.0mmのGapをもった円筒状の電極を、該スリーブの外周に配置した。
このスリーブ上に、現像剤0.5gを均一に付着させた後、外側のアルミ素管は固定したまま、内側のマグネットロールを100rpmで回転させながら、外側の電極とスリーブ間に、直流電圧2000Vを60秒間印加し、トナーを外側の電極に移行させた。このとき、円筒状の電極にはエレクトロメーター(KEITHLEY社製 絶縁抵抗計model6517A)をつなぎ、移行したトナーの電荷量を測定した。
60秒経過後、印加していた電圧を切り、マグネットロールの回転を止めた後、外側の電極を取り外し、電極に移行したトナーの重量を測定した。
測定された電荷量と移行したトナー重量から、帯電量を計算した。
常温常湿(N/N)環境=温度20〜25℃、相対湿度50〜60%
低温低湿(L/L)環境=温度10〜15℃、相対湿度10〜15%
高温高湿(H/H)環境=温度30〜35℃、相対湿度80〜85%
Claims (8)
- 内部が多孔質構造のフェライトからなり、且つ、その外周に当該内部よりも密度の高いフェライトからなる外殻構造を有するフェライト粒子を用いたことを特徴とする電子写真現像剤用フェライトキャリア芯材。
- 上記フェライト粒子の上記外殻構造を有する部分の厚さが0.5〜10μmである請求項1に記載のフェライトキャリア芯材。
- 上記フェライト粒子の体積平均粒径が15〜60μmである請求項1又は2に記載のフェライトキャリア芯材。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のフェライトキャリア芯材に樹脂を含浸した電子写真現像剤用樹脂含浸フェライトキャリア芯材。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のフェライトキャリア芯材に樹脂を含浸した電子写真現像剤用フェライトキャリア。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のフェライトキャリア芯材に樹脂を含浸し、さらに被覆した電子写真現像剤用フェライトキャリア。
- 請求項5又は6に記載のフェライトキャリアとトナーとからなる電子写真現像剤。
- 補給用現像剤として用いられる請求項7に記載の電子写真現像剤。
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