JP6740957B2 - 静電潜像現像用キャリアの製造方法 - Google Patents
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Description
本実施形態に係るキャリアは、複数のキャリア粒子を含む。キャリア粒子は、各々、表面に凹部を有するキャリアコアと、キャリアコアの表面を覆う第1コート層及び第2コート層とを、備える。第1コート層及び第2コート層は、キャリアコアの表面から、第1コート層、第2コート層の順の積層構造を有する。第1コート層は、キャリアコアの表面全域を覆う。第2コート層は、第1コート層の表面領域のうちキャリアコアの表面の凹部に対応する部位を、選択的に覆う。第1コート層は、第1樹脂を含有する。第2コート層は、第2樹脂を含有する。第2コート層の電気抵抗は、第1コート層の電気抵抗に比べて低い。
本実施形態に係るキャリアは、摩擦によりトナーを正に帯電させる。図1を用いて、本実施形態に係るキャリアを含む2成分現像剤の構成の一例を説明する。図1は、本実施形態に係る2成分現像剤の構成の一例を示す図である。図1に示される2成分現像剤は、複数のトナー粒子30と、複数のキャリア粒子40とを含む。
図2(a)〜(c)を用いて、本実施形態に係るキャリアの製造方法の一例を説明する。図2(a)〜(c)は、本実施形態に係るキャリアの製造方法の一例を工程順に示す図である。図2(a)〜(c)に示すキャリアの製造方法は、キャリア粒子40を製造する方法であり、キャリアコアの準備工程と、第1コート工程と、第2コート工程と、攪拌工程とを含む。同時に製造されたキャリア粒子40は、互いに略同一の構成を有すると考えられる。
図2(a)に示すキャリアコア41を準備する。準備したキャリアコア41の表面には、複数の凹部Pが形成されている。これにより、キャリアコア41の表面は、凹凸を有する。好ましくは、キャリアコア41として、表面の算術平均粗さが0.3μm以上2.0μm以下であるキャリアコアを準備する。
図2(b)に示すように、凹凸を有するキャリアコア41の表面を、第1樹脂を含有する第1コート層42で覆う。これにより、キャリアコア41の表面は第1コート層42で完全に覆われる。つまり、キャリアコア41の表面における第1コート層42の被覆率は100%となる。以下、キャリアコア41の表面が第1コート層42で完全に覆われて構成されたキャリアコアを「第1被覆コア141」と記載する。
図2(c)に示すように、第1コート層42の表面を、第2樹脂を含有する第2コート層43aで覆う。これにより、第1コート層42の表面は第2コート層43aで完全に覆われる。つまり、第1コート層42の表面における第2コート層43aの被覆率は100%となる。以下、第1コート層42の表面が第2コート層43aで完全に覆われて構成されたキャリアコアを「第2被覆コア142」と記載する。つまり、第2被覆コア142では、キャリアコア41の表面全域に第1コート層42が形成され、第1コート層42の表面全域に第2コート層43aが形成されている。
図2(c)に示す第2被覆コア142を攪拌する。詳しくは、混合装置を用いて、第2被覆コア142を攪拌する。この攪拌により、第2被覆コア142には物理的衝撃が加えられる。より具体的には、第2コート層43aの表面領域のうちキャリアコア41の表面の凸部に対応する部位において、第2被覆コア142同士が衝突し易い。これにより、第2コート層43aの表面領域のうちキャリアコア41の表面の凸部に対応する部位では、第2コート層43aが優先的に削られるため、第1コート層42が露出し易い。このようにして、キャリア粒子40を複数含むキャリアが得られる。そのため、キャリア粒子40の表面は、キャリアコア41の表面の凹凸に沿った凹凸形状を有し易い。また、キャリア粒子40の表面のうち、キャリアコア41の表面の凸部に対応する部位には、第1コート層42が優先的に存在し、キャリアコア41の表面の凹部Pに対応する部位には、第2コート層43が優先的に存在する。
X:キャリアコアの表面全体にわたって、コート層が存在する。
Y:キャリアの表面領域のうち、キャリアコアの表面の凹部に対応する部位の方が、キャリアコアの表面の凸部に対応する部位に比べ、チタン(Ti)元素の存在量が多い。なお、チタン(Ti)元素は、第1酸化チタンと第2酸化チタンとに由来する。
<キャリアコア>
キャリアコアは、磁性材料を含有することが好ましい。より具体的には、キャリアコアは、磁性材料で構成された粒子(磁性材料粒子)であってもよい。キャリアコアが結着樹脂を含有する場合には、結着樹脂中に磁性材料粒子が分散していてもよい。
(第1樹脂)
第1樹脂は、例えば、シリコーン系樹脂、アクリル樹脂、スチレン−アクリル酸系樹脂、ポリエステル樹脂及びフッ素樹脂からなる群より選択される1種であることが好ましい。
シリコーン系樹脂は、主鎖としてシロキサン結合「Si−O−Si」を有し、側鎖として有機基を有する。メチルシリコーン樹脂は、側鎖の有機基としてメチル基のみを有する。メチルフェニルシリコーン樹脂は、側鎖の有機基としてメチル基及びフェニル基を有する。シリコーン系樹脂は、例えば、下記式(1−1)又は下記式(1−2)で示される構造を有する。式(1−1)及び式(1−2)中のn11、n21、及びn22は、各々独立して、繰返し単位の繰返し数(任意の数)を示す。シリコーン系樹脂が優れた耐久性を有するためには、シリコーン系樹脂の主鎖(シロキサン結合:Si−O−Si)同士が3次元的につながっていることが好ましい。
アクリル樹脂は、1種以上のアクリル酸系モノマーの重合体である。アクリル樹脂を合成するためには、例えば以下に示すようなアクリル酸系モノマーを好適に使用できる。
スチレン−アクリル酸系樹脂は、1種以上のスチレン系モノマーと1種以上のアクリル酸系モノマーとの共重合体である。スチレン−アクリル酸系樹脂を合成するために使用されるスチレン系モノマーとしては、以下に示すスチレン系モノマーを好適に使用できる。また、スチレン−アクリル酸系樹脂を合成するために使用されるアクリル酸系モノマーとしては、前述の(第1樹脂:アクリル樹脂)に記載のアクリル酸系モノマーを好適に使用できる。
ポリエステル樹脂は、1種以上のアルコールと1種以上のカルボン酸との共重合体である。ポリエステル樹脂を合成するためのアルコールとしては、例えば以下に示す2価アルコール又は3価以上のアルコールを使用できる。2価アルコールとしては、例えば、ジオール類又はビスフェノール類を使用できる。ポリエステル樹脂を合成するためのカルボン酸としては、例えば以下に示す2価カルボン酸又は3価以上のカルボン酸を使用できる。
フッ素樹脂は、例えば、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリトリフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、又はテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)であることが好ましい。ポリトリフルオロエチレンは、例えば、ポリクロロトリフルオロエチレンであることが好ましい。
第1コート層における第1樹脂の含有量は、キャリアコア100質量部に対して0.3質量部以上5.0質量部以下であることが好ましい。第1コート層における第1樹脂の含有量がキャリアコア100質量部に対して0.3質量部以上であれば、キャリア現像の発生をより効果的に防止できる。第1コート層における第1樹脂の含有量がキャリアコア100質量部に対して5.0質量部以下であれば、チャージアップの発生をより効果的に防止できる。よって、より良好な現像性を得ることができる。より好ましくは、第1コート層における第1樹脂の含有量は、キャリアコア100質量部に対して0.5質量部以上3.0質量部以下である。
第1酸化チタンは、導電性を有することが好ましい。第1酸化チタンは、より好ましくは複数の第1導電性粒子を含み、さらに好ましくは複数の第1導電性粒子で構成された粉体である。より具体的には、第1導電性粒子は、各々、酸化チタンで構成された基体と、被覆層とを有することが好ましい。基体を構成する酸化チタンの結晶構造は、アナターゼ型であってもよいし、ルチル型であってもよいし、ブルッカイト型であってもよい。基体は、互いに異なる結晶構造を有する酸化チタンの混合物であってもよい。基体の外形は、球状であることが好ましい。被覆層は、基体の表面の少なくとも一部分を被覆する。被覆層は、チタン元素とは異なる金属元素の酸化物を含むことが好ましい。例えば、被覆層は、酸化スズ(SnO2)を含むことが好ましく、アンチモン(Sb)がドープされた酸化スズ膜であることが好ましい。
(第2樹脂)
第2樹脂としては、前述の<第1コート層>において第1樹脂の具体例として記載された樹脂を好適に使用できる。第2樹脂は、第1樹脂とは異なる樹脂であってもよいが、第1樹脂とは同一の樹脂であることが好ましい。第1樹脂と第2樹脂とが互いに同一の樹脂であれば、第1コート液を熱処理する条件と同一の熱処理条件で、第2コート液を熱処理することができる。これにより、本実施形態に係るキャリアを容易に製造できる。
第2コート層における第2樹脂の含有量は、キャリアコア100質量部に対して0.3質量部以上5.0質量部以下であることが好ましい。第2コート層における第2樹脂の含有量がキャリアコア100質量部に対して0.3質量部以上であれば、チャージアップの発生をより効果的に防止できる。よって、より良好な現像性を得ることができる。第2コート層における第2樹脂の含有量がキャリアコア100質量部に対して5.0質量部以下であれば、電荷のリークをより効果的に防止できる。よって、かぶりの発生をより効果的に防止できる。より好ましくは、第2コート層における第2樹脂の含有量は、キャリアコア100質量部に対して0.5質量部以上3.0質量部以下である。
第2酸化チタンは、導電性を有することが好ましい。第2酸化チタンは、より好ましくは複数の第2導電性粒子を含み、さらに好ましくは複数の第2導電性粒子で構成された粉体である。第2導電性粒子としては、前述の(第1酸化チタン)において第1導電性粒子の具体例として記載された導電性粒子を好適に使用できる。好ましくは、第1導電性粒子と第2導電性粒子とが互いに同一に構成されている。これにより、第1酸化チタンと第2酸化チタンとは互いに同一の物性を有し易い。例えば、第1酸化チタンと第2酸化チタンとは互いに同一の電気抵抗値を有し易い。よって、第1コート層における第1酸化チタンの含有率を第2コート層における第2酸化チタンの含有率に比べて低くすれば、第2コート層の電気抵抗は第1コート層の電気抵抗に比べて低くなる。ここで、「第1酸化チタンと第2酸化チタンとが互いに同一の電気抵抗値を有する」とは、バルク状態での第1酸化チタンの電気抵抗値とバルク状態での第2酸化チタンの電気抵抗値とが同一であることを意味する。例えば、バルク状態での第2酸化チタンの電気抵抗値がバルク状態での第1酸化チタンの電気抵抗値の90%以上110%以下であることを意味する。
<キャリアC−1の製造方法>
キャリアコアの表面に、第1コート液と第2コート液とをこの順で塗布した。その後、熱処理を行った。得られた第2被覆コアを攪拌した。このようにして、多数のキャリア粒子を含むキャリア(キャリアC−1)を得た。以下、詳細に説明する。
ボールミルを用いて、40質量部のMnOと9質量部のMgOと50質量部のFe2O3と1質量部のSrOとを、2時間かけて粉砕した。得られた粉砕物を1000℃で5時間焼成した。このようにして、マンガン系フェライト(Mn−Mg−Srフェライト)からなるキャリアコアを得た。得られたキャリアコアでは、3000(103/4π・A/m)の印加磁場での飽和磁化が65Am2/kgであり、体積中位径(D50)が40μmであった。
メチルエチルケトンとFEP樹脂溶液とを混合して、第1コート液を得た。その後、前述の手順で得たキャリアコアを流動コーティング装置に入れた。キャリアコアを流動させながら、キャリアコアに向けて第1コート液をスプレーした。このとき、キャリアコア100質量部に対してFEPの量が2質量部になるように、第1コート液の添加量を調整した。これにより、キャリアコアの表面領域は、第1コート液で完全に(被覆率100%で)覆われた。このようにして、表面が第1コート液で覆われた状態のキャリアコア(以下、「第3被覆コア」と記載する)を得た。
メチルエチルケトンとFEP樹脂溶液と導電性酸化チタン粒子(チタン工業株式会社製「EC−100」)とを混合して、第2コート液を得た。得られた第2コート液は、FEP樹脂溶液100質量部に対して4質量部の酸化チタンを含有していた。その後、第3被覆コアを流動コーティング装置に入れた。第3被覆コアを流動させながら、第3被覆コアに向けて第2コート液をスプレーした。このとき、キャリアコア100質量部に対してFEPの量が2質量部になるように、第2コート液の添加量を調整した。これにより、第3被覆コアの表面領域は、第2コート液で完全に(被覆率100%で)覆われた。
1時間にわたって流動コーティング装置内の流動層を280℃の温度で熱処理して、第1コート液と第2コート液とを各々硬化(樹脂化)させた。このようにして、第2被覆コアを得た。第1コート層は、FEP(第1樹脂:フッ素樹脂)を含有していた。第2コート層は、FEP(第2樹脂:フッ素樹脂)と酸化チタンとを含有していた。
得られた第2被覆コア(粉体)をFMミキサー(日本コークス工業株式会社製「FM−10B」)に入れた。FMミキサーを用い、攪拌速度1200rpm、処理時間10分間という条件で、第2被覆コアを攪拌した。この攪拌により、第2被覆コアの表面領域のうちキャリアコアの表面の凸部に対応する部位において、第2コート層が削られて第1コート層が露出した。その結果、多数のキャリア粒子を含むキャリア(キャリアC−1)が得られた。
第2コート液における酸化チタンの含有量をFEP樹脂溶液100質量部に対して10質量部とした。このことを除いてはキャリアC−1の製造方法に従い、キャリアC−2を製造した。
メチルエチルケトンとFEP樹脂溶液と導電性酸化チタン粒子(チタン工業株式会社製「EC−100」)とを混合して、第1コート液を得た。得られた第1コート液は、FEP樹脂溶液100質量部に対して2質量部の酸化チタンを含有していた。このことを除いてはキャリアC−1の製造方法に従い、キャリアC−3を製造した。
第1コート液として、キャリアC−3の製造に用いた第1コート液を用いた。第2コート液として、キャリアC−2の製造に用いた第2コート液を用いた。これらを除いてはキャリアC−1の製造方法に従い、キャリアC−4を製造した。
FEP樹脂溶液の代わりに加熱硬化型シリコーン樹脂溶液(東レダウコーニング株式会社製「SR2400」、樹脂:メチルシリコーン樹脂、溶剤:トルエン、不揮発分:50質量%)を用いて、第1コート液と第2コート液とを各々得た。これらを除いてはキャリアC−1の製造方法に従い、キャリアC−5を製造した。
FEP樹脂溶液の代わりに加熱硬化型シリコーン樹脂溶液(東レダウコーニング株式会社製「SR2400」、樹脂:メチルシリコーン樹脂、溶剤:トルエン、不揮発分:50質量%)を用いて、第1コート液と第2コート液とを各々得た。これらを除いてはキャリアC−4の製造方法に従い、キャリアC−6を製造した。
第2被覆コアを攪拌しなかった。このことを除いてはキャリアC−2の製造方法に従い、キャリアC−7を製造した。
キャリアコアに対し、第2コート液をスプレーした後、第1コート液をスプレーした。このことを除いてはキャリアC−4の製造方法に従い、キャリアC−8を製造した。
第3被覆コアに対して第2コート液をスプレーしなかった。第1コート液を硬化させた後、第1コート層のみが表面に形成されたキャリアコアを攪拌しなかった。これらを除いてはキャリアC−3の製造方法に従い、キャリアC−9を製造した。
キャリアコアに対して第1コート液をスプレーすることなく第2コート液をスプレーした。第2コート液を硬化させた後、第2コート層のみが表面に形成されたキャリアコアを攪拌しなかった。これらを除いてはキャリアC−2の製造方法に従い、キャリアC−10を製造した。
次に示す方法に従い、対象装置を準備した。対象装置を用いて、キャリア(より具体的には、キャリアC−1〜C−10の各々)を評価した。
(トナーの製造方法)
まず、FMミキサー(日本コークス工業株式会社製「FM−10B」)を用いて、100質量部のポリエステル樹脂(三井化学株式会社製「XPE258」)と、5質量部のポリプロピレンワックス(三洋化成工業株式会社製「ビスコール(登録商標)660P」)と、5質量部の着色剤(キャボット社製「REGAL(登録商標)330R」)と、1質量部の4級アンモニウム塩(オリヱント化学工業株式会社製「BONTRON(登録商標)P−51」)とを混合した。得られた混合物を、2軸押出機(株式会社池貝製「PCM−30」)を用いて、溶融混練した。得られた混練物を、冷却した後、粉砕機(フロイント・ターボ株式会社製「ターボミル」)を用いて粉砕した。得られた粉砕物を、分級機(日鉄鉱業株式会社製「エルボージェットEJ−LABO型」)を用いて、分級した。その結果、体積中位径(D50)7μmのトナー母粒子を得た。
粉体混合機(愛知電機株式会社製「ロッキングミキサー(登録商標)」、混合方式:容器回転揺動方式)を用い、1時間にわたって、キャリア(より具体的には、キャリアC−1〜C−10の各々)と、トナーT−1とを混合した。このとき、キャリアの配合量とトナーT−1の配合量とを調整して、2成分現像剤におけるトナーT−1の配合割合を10質量%とした。このようにして、2成分現像剤を得た。
複合機(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製「TASKalfa 500ci」)の現像装置の収容部に、前述のようにして調製した2成分現像剤を入れた。また、複合機のトナーコンテナに、トナーT−1を入れた。このようにして、対象装置を準備した。
まず、温度20℃かつ湿度50%RHの環境下、対象装置を用いて、第1評価用サンプル画像を印刷した。第1評価用サンプル画像は、ソリッド画像部と白紙部(印字の無い領域)とを含んでいた。その後、第1評価用サンプル画像の画像濃度(ID)及びかぶり濃度(FD)を各々測定した。このようにして、初期の画像濃度(ID)及びかぶり濃度(FD)を各々測定した。
非常に良い(◎):画像濃度(ID)が1.3以上である。
良い(○):画像濃度(ID)が1.0以上1.3未満である。
悪い(×):画像濃度(ID)が1.0未満である。
FD=(白紙部の反射濃度)−(未印刷紙の反射濃度)
非常に良い(◎):かぶり濃度(FD)が0.005未満である。
良い(○):かぶり濃度(FD)が0.005以上0.010未満である。
悪い(×):かぶり濃度(FD)が0.010以上である。
第1評価用サンプル画像が形成された印刷用紙を用いて、印刷用紙の白紙部に付着したキャリア粒子(印刷用紙の白紙部に転写されたキャリア粒子)の数を目視で確認した。このようにして、初期のキャリア粒子数を数えた。
非常に良い(◎):キャリア粒子数が0.00個/cm2である。
良い(○):キャリア粒子数が0.00個/cm2超0.25個/cm2以下である。
悪い(×):キャリア粒子数が0.25個/cm2超である。
表2には、画像濃度の評価結果を示す。表2の括弧内には、画像濃度(ID)の測定値を記す。表3には、かぶり濃度の評価結果を示す。表3の括弧内には、かぶり濃度(FD)の算出値を記す。表4には、キャリア現像の評価結果を示す。表4の括弧内には、キャリア粒子数の計測値を記す。
41 キャリアコア
42 第1コート層
43,43a 第2コート層
P 凹部
Claims (1)
- 摩擦により静電潜像現像用トナーを正に帯電させる静電潜像現像用キャリアの製造方法であって、
凹凸を有するキャリアコアの表面全域を、第1樹脂を含有する第1コート層で覆う第1コート工程と、
前記第1コート層の表面を、第2樹脂を含有する第2コート層で覆う第2コート工程と、
前記第1コート層と前記第2コート層とで覆われたキャリアコアを、攪拌する攪拌工程と、
を含み、
前記攪拌工程では、前記第2コート層の表面領域のうち前記キャリアコアの表面の凸部に対応する部位において、前記第2コート層が削られて前記第1コート層が露出し、
前記第2コート層の電気抵抗は、前記第1コート層の電気抵抗に比べて低く、
前記第1コート層及び前記第2コート層のうち少なくとも前記第2コート層は、酸化チタンを含有し、
前記第1コート層における前記酸化チタンの含有率は、前記第2コート層における前記酸化チタンの含有率に比べて低く、
前記第1コート層における前記酸化チタンの含有量は、前記第1樹脂100質量部に対し、0質量部以上2質量部以下であり、
前記第2コート層における前記酸化チタンの含有量は、前記第2樹脂100質量部に対し、4質量部以上10質量部以下である、静電潜像現像用キャリアの製造方法。
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