JP7321882B2 - 磁性キャリア及び二成分系現像剤 - Google Patents
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Description
二成分現像方式は、磁性キャリアに対して現像剤の撹拌、搬送、帯電などの機能を付与できるため、トナーとの機能分担が明確であり、このため現像剤性能の制御性が良いなどの利点がある。
高画質化を達成させるためには、現像・転写・定着といったプロセスにおいて、高い画像再現性を達成させることが不可欠である。特に転写プロセスにおいて静電潜像担持体に現像されたトナーが効率良く中間転写体又はメディア上に転写されることで高い画像再現性を獲得することが可能となる。
高い転写性を獲得させるためには、個々のトナーが転写バイアスによって受ける電界の力がトナーと静電潜像担持体との付着力よりも大きくなる必要がある。付着力は、ファンデルワールス力に代表される非静電付着力と、静電的な鏡映力に代表される静電付着力とに大別される。
そこで、転写性を高めるため、トナー粒子をシリカ粒子などの外添剤で多量に被覆することにより、非静電付着力を下げる手段が報告されている(特許文献1)。
しかしながら、長期使用においては、外添剤の一部がトナー粒子表面から移行し、磁性キャリアに付着することがある。その結果、磁性キャリアが汚染され、帯電付与能が低下することで、画像濃度の耐久安定性や、画像面内の濃度ムラ、カブリが低下することがわかった。
以上のことから、転写性及び磁性キャリアの耐汚染性はトレードオフ関係にあり、このトレードオフ関係を脱却し、長期使用においても高画質化を実現する磁性キャリア、二成分系現像剤が急務となっている。
磁性キャリアコア粒子と、該磁性キャリアコア粒子の表面に形成された樹脂被覆層とを有する磁性キャリア粒子と、
該磁性キャリア粒子表面に存在する無機微粒子Aと、
を有する磁性キャリアであって、
該無機微粒子Aは、直方体状の粒子形状を有し、
該無機微粒子Aは、個数平均粒径(D1)が10nm~60nmであり、
該無機微粒子Aは、表面処理剤で表面処理されており、
該表面処理剤が、フッ素シランカップリング剤およびイソブチルシランカップリング剤であり、
該樹脂被覆層の溶解度パラメーター(SP1)(J/mol)1/2と該表面処理剤の溶解度パラメーター(SP2)(J/mol)1/2が式(1)を満たし、
該磁性キャリア表面において、ESCAで測定される該無機微粒子Aによる被覆率が5.0atom%~20.0atom%であることを特徴とする磁性キャリアに関する。
SP1-SP2≦14.00 ・・・(1)
本発明の磁性キャリアと、トナーと、を少なくとも含むことを特徴とする二成分系現像剤に関する。
さらに、本発明は、
磁性キャリアコア粒子と、該磁性キャリアコア粒子の表面に形成された樹脂被覆層とを有する磁性キャリア粒子と、
該磁性キャリア粒子表面に存在する無機微粒子Aと、
を有する磁性キャリアであって、
該無機微粒子Aは、直方体状の粒子形状を有し、
該無機微粒子Aは、個数平均粒径(D1)が10nm~60nmであり、
該無機微粒子Aは、シランカップリング剤処理粒子であり、
該シランカップリング剤が、フッ素シランカップリング剤およびイソブチルシランカップリング剤であり、
該樹脂被覆層の溶解度パラメーター(SP1)(J/mol)1/2と該シランカップリング剤の溶解度パラメーター(SP2)(J/mol)1/2が式(1)を満たし、
該磁性キャリア表面において、ESCAで測定される該無機微粒子Aによる被覆率が5.0atom%~20.0atom%であることを特徴とする磁性キャリアに関する。
SP1-SP2≦14.00 ・・・(1)
本発明の磁性キャリアは、
磁性キャリアコア粒子と、該磁性キャリアコア粒子の表面に形成された樹脂被覆層とを有する磁性キャリア粒子と、
該磁性キャリア粒子表面に存在する無機微粒子Aと、
を有する磁性キャリアであって、
該無機微粒子Aは、直方体状の粒子形状を有し、
該無機微粒子Aは、個数平均粒径(D1)が10nm~60nmであり、
該無機微粒子Aは、表面処理剤で表面処理されており、
該樹脂被覆層の溶解度パラメーター(SP1)(J/mol)1/2と該表面処理剤の溶解度パラメーター(SP2)(J/mol)1/2が式(1)を満たし、
該磁性キャリア表面において、ESCAで測定される該無機微粒子Aによる被覆率が5.0atom%~20.0atom%であることを特徴とする。
SP1-SP2≦14.0 ・・・(1)
また、本発明の磁性キャリアは、
磁性キャリアコア粒子と、該磁性キャリアコア粒子の表面に形成された樹脂被覆層とを有する磁性キャリア粒子と、
該磁性キャリア粒子表面に存在する無機微粒子Aと、
を有する磁性キャリアであって、
該無機微粒子Aは、直方体状の粒子形状を有し、
該無機微粒子Aは、個数平均粒径(D1)が10nm~60nmであり、
該無機微粒子Aは、シランカップリング剤処理粒子であり、
該樹脂被覆層の溶解度パラメーター(SP1)(J/mol)1/2と該シランカップリング剤の溶解度パラメーター(SP2)(J/mol)1/2が式(1)を満たし、
該磁性キャリア表面において、ESCAで測定される該無機微粒子Aによる被覆率が5.0atom%~20.0atom%であることを特徴とする。
SP1-SP2≦14.00 ・・・(1)
磁性キャリア粒子表面に無機微粒子Aが存在することによって、トナーとの接点が少なくなり、トナーと磁性キャリアとの付着力が低下する。トナーから遊離した外添剤やトナー粒子からの磁性キャリアに対する衝突が緩和し、磁性キャリア表面の汚染が低減すると考えている。その結果、高温高湿環境下で、長期使用下における、耐久性及び安定した帯電性を維持できると考えている。
また、無機微粒子Aが直方体状の粒子形状を有することによって、磁性キャリア粒子とのファンデルワールス力が向上する。その結果、無機微粒子Aの脱離が起きにくくなり、トナーとの付着力を低減する効果を維持できると推測している。
また、無機微粒子Aの粒子形状は、直方体のなかでも立方体状であることが好ましい。なお、立方体状、直方体状とは、完全な立方体や直方体に限られず、例えば、角が一部欠けたり、丸みを帯びたりしているような略立方体や略直方体も含まれる。また、無機微粒子のアスペクト比は1.0~3.0であることが好ましい。
無機微粒子Aの粒子形状や直方体含有率は、粒子結晶性を高める条件や操作により調整することができる。たとえば、立方体状の粒子及び直方体状の粒子の含有量を多くするには、結晶成長工程における機械的ストレスを小さくすることが好ましい。
無機微粒子Aの個数平均粒径は、原材料のモル比や製造条件を調整することで制御することができる。
無機微粒子Aの誘電率は、粒子結晶性を小さくする条件や操作により制御することができる。誘電率を低くするには、結晶成長を乱すような機械的ストレスを与える操作を行うことが好ましい。たとえば、結晶成長工程に窒素によるマイクロバブリングを加えることで結晶成長を抑制し、低誘電率とすることができる。
無機微粒子Aに用いることができる無機化合物としては、具体的には、例えば、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、などが挙げられる。
なかでも、画像の均一性の観点から、チタン酸ストロンチウムを含むことが好ましく、チタン酸ストロンチウムであることがより好ましい。
チタン酸ストロンチウム粒子としては代表的には、常圧で反応させる常圧加熱反応法により製造された、ペロブスカイト型チタン酸ストロンチウム粒子が用いられる。
酸化チタン源としてチタン化合物の加水分解物の鉱酸解膠品を用い、またストロンチウム源として水溶性酸性化合物を用い、その混合液に温度60℃以上でアルカリ水溶液を添加しながら反応させ、次いで酸処理する方法で製造することができる。チタン酸ストロンチウム粒子の形状を制御する方法として、乾式で機械的処理を施す方法を採用することもできる。
酸化チタン源としてはチタン化合物の加水分解物の鉱酸解膠品を用いることができる。硫酸法で得られた、SO3含有量が1.0質量%以下のものが好ましく、0.5質量%以下のものがより好ましい。メタチタン酸を塩酸でpHを0.8~1.5に調整して解膠し
たものを用いることで、粒度分布が良好なチタン酸ストロンチウム系微細粒子を得ることができる。メタチタン酸中のSO3含有量が1.0質量%以下であると、解膠が効率よく進む。
ストロンチウム源としては、硝酸ストロンチウム、塩化ストロンチウムなどを使用することができる。アルカリ水溶液としては、苛性アルカリを使用することができるが、中でも水酸化ナトリウム水溶液が好ましい。
反応初期の酸化チタン源の濃度としては、TiO2として0.050mol/L~1.300mol/Lが好ましく、0.080mol/L~1.050mol/Lがより好ましい。反応初期の酸化チタン源の濃度をこの範囲内とすることで、チタン酸ストロンチウム粒子の一次粒子径を小さくすることができる。
また、アルカリ水溶液の添加速度は、添加速度が遅いほど大きな粒子径のチタン酸ストロンチウム粒子が得られ、添加速度が速いほど小さな粒子径のチタン酸ストロンチウム粒子が得られる。アルカリ水溶液の添加速度は、仕込み原料に対し0.001当量/h~1.2当量/hが好ましく、0.002当量/h~1.1当量/hがより好ましく、得ようとする粒子径に応じて適宜調整することができる。
例えば、ハイブリダイザー((株)奈良機械製作所製)、ノビルタ(ホソカワミクロン(株)製)、メカノフュージョン(ホソカワミクロン(株)製)、ハイフレックスグラル
((株)アーステクニカ製)等を用いることができる。チタン酸ストロンチウム粒子をこれらの装置で処理することで、チタン酸ストロンチウムの表面処理性を上げることができる。
機械的処理でチタン酸ストロンチウム粒子の形状を制御する場合、チタン酸ストロンチウム粒子の微粉が発生する場合がある。微粉を取り除くためには、酸処理を行うことが好ましい。
微粉を取り除くための酸処理では、酸を用いてpH0.1~5.0に調整することが好ましい。酸としては、塩酸の他に硝酸、酢酸等を該酸処理に用いることができる。チタン酸ストロンチウム粒子の形状を制御するための機械的処理は、チタン酸ストロンチウム粒子の表面処理を施す前に実施することが好ましい。
シランカップリング剤として用いられる処理剤は特に限定はされないが、例えばメチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、n-プロピルトリメトキシシラン、n-ヘキシルトリメトキシシラン、n-オクチルトリメトキシシラン、トリフロロプロピルトリメトキシシラン、3-イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、トリメトキシペンタフルオロフェニルシラン、トリエトキシペンタフルオロフェニルシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、n-ドデシルトリ
メトキシシラン、などが挙げられる。なかでも、トリフロロプロピルトリメトキシシラン、トリメトキシペンタフルオロフェニルシラン、トリエトキシペンタフルオロフェニルシランなどのフッ素シランカップリング剤;イソブチルトリメトキシシランなどのイソブチルシランカップリング剤が好ましい。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
処理の方法としては、処理する表面処理剤などを溶媒中に溶解、分散させ、その中に無機化合物の粒子を添加し、撹拌しながら溶媒を除去して処理する湿式方法が挙げられる。また、カップリング剤、脂肪酸金属塩と無機化合物の粒子を直接混合して撹拌しながら処理を行う乾式方法なども挙げられる。
組み合わせるシランカップリング剤として、アルキルシランカップリング剤などを利用することがより好ましい。具体的には、イソブチルトリメトキシシラン、n-プロピルトリメトキシシシランなどが挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。無機微粒子Aの疎水化度は、20~90であることが好ましく、50~80であることがより好ましい。
SP2は、表面処理剤の種類や量を変更することにより調整することができる。また、表面処理剤を複数用いる場合、SP2の値はそれぞれの表面処理剤のSPを加重平均した値とする。例えば、表面処理剤全体のモル数を基準として、SP2の値がSP21の表面処理剤AをAモル%含み、SP2の値がSP22の表面処理剤Bを(100-A)モル%含む場合のSP2の値は、
SP2=(SP21×A+SP22×(100-A))/100
である。表面処理剤を3以上用いる場合も同様に計算する。
ここで、該樹脂被覆層は、樹脂A及び樹脂Bを含有することが好ましい。
前記樹脂Aが、
(a)脂環式炭化水素基を有する(メタ)アクリル酸エステルモノマーと、
(b)アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル及びメタクリル酸2-エチルヘキシルからなる群より選択される少なくとも1種のモノマーの重合体であるポリマー部位及び該ポリマー部位に結合し反応性C-C二重結合を有する反応性部位を有するマクロモノマーと
の共重合体であり、
前記樹脂Bが、
(c)スチレン系モノマーと、
(d)下記式(2)で示される(メタ)アクリル酸エステルモノマーと、
の共重合体であることが好ましい。
また、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による前記樹脂被覆層の分子量分布において、前記樹脂B由来のピークが分子量1000~9500の範囲に存在することがより好ましい。
前記樹脂B由来のピークが分子量1000以上の場合、樹脂被覆層の靱性、耐摩耗性が向上し、長期間使用時の樹脂被覆層の剥がれや削れを抑制し、画像濃度の変化が改善傾向にある。前記樹脂B由来のピークが分子量9500以下の場合、樹脂B由来の帯電緩和性が十分に発現し、画像面内の濃度均一性やカブリが改善傾向にある。
前記樹脂B由来のピークの分子量は、樹脂B製造時の反応時間を変更することにより重合度を制御することで、調整できる。
前記樹脂A由来のピークを分子量25000以上にすると、樹脂被覆層の靱性、耐摩耗性を保つことができ、長期間使用時に樹脂被覆層の剥がれや削れを抑制でき、画像濃度の
変化も抑制できる。前記樹脂A由来のピークを分子量70000以下にすると樹脂被覆層の帯電緩和性が十分に得られ、画像面内の濃度ムラの低下やカブリが抑制される。
前記樹脂A由来のピークの分子量は、樹脂A製造時の反応時間を変更することにより重合度を制御することで、調整できる。
SP1は、樹脂被覆層に用いる樹脂の種類や量を変更することにより調整することができる。また、樹脂被覆層に用いる樹脂を複数用いる場合には、樹脂全体における各モノマーユニットの割合(モル数基準)からSP1が算出される。
樹脂被覆層に用いられる樹脂Aとしては、分子構造中に環式炭化水素基を有するビニル系モノマーと他のビニル系モノマーとの共重合体であるビニル系樹脂である。その中でも、脂環式の炭化水素基を有する(メタ)アクリル酸エステルモノマー、及びマクロモノマーとの共重合体であることが必要である。
脂環式の炭化水素基を有する(メタ)アクリル酸エステルモノマーを少なくとも含むモノマーの重合体(樹脂A)は、磁性キャリアコア粒子表面に被覆された樹脂層の塗膜面を平滑にする。その結果、磁性キャリアに対するトナー由来成分の付着を抑制し、帯電性低下を抑える働きがある。また、マクロモノマーは、磁性キャリアコア粒子との密着性が向上し、画像濃度安定性が向上する。さらに本発明においては長期間高湿環境でコート薄層部分の電荷漏えいを低減でき、放置後の画像濃度も安定し、カブリが抑制される。
上記マクロモノマーとしては、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル、及びメタクリル酸2-エチルヘキシルからなる群より選択される1種以上のモノマーを重合させることによって得られるマクロモノマーである。
緩和性が十分に得られ、画像面内の濃度ムラの低下やカブリが抑制される。
その他の(メタ)アクリル系モノマーとしては、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸ブチル(n-ブチル、sec-ブチル、iso-ブチル又はtert-ブチル。以下同様)、メタクリル酸ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸2-エチルヘキシル、アクリル酸又はメタクリル酸などが挙げられる。これらは、1種又は2種以上を選択して使用してもよい。
樹脂被覆層に用いられる樹脂Bとしては、スチレンおよびビニルトルエンなどのスチレン系モノマーと、上記式(2)で示される(メタ)アクリル酸エステルモノマーとの共重合体である。
共重合体中にスチレン系モノマーを含むことにより、スチレン系モノマーを含まない樹脂に比べて同じ分子量でもガラス転移点を上昇させることができ、低分子量でも樹脂被覆層の強靭性を維持することができる。また、式(2)で示される(メタ)アクリル酸エステルモノマーを含むことにより、構造の近い樹脂Aのマクロモノマーとの親和性が高まり、前述した前記樹脂Bのマクロモノマー部への入り込みがより効果的に発現し、樹脂被覆層の靱性、耐摩耗性の向上と画像面内の濃度ムラの低下やカブリの抑制が両立できる。
率は、5ppm~6000ppmであることが好ましく、10ppm~5000ppmであることがさらに好ましい。上記範囲にすることにより、樹脂被覆層の強靭性が高まるとともに、(メタ)アクリル酸エステルモノマー部とマクロモノマー部の親和性がより高まり、樹脂被覆層の靱性、耐摩耗性の向上と、画像面内の濃度ムラの低下やカブリの抑制と、が両立できる。
また、被覆樹脂中の樹脂Aの質量基準の比率(樹脂A/(樹脂A+樹脂B)×100)は、60~100であることが好ましく、70~100であることがより好ましい。
該被覆率は、無機微粒子Aの個数平均粒子径や、磁性キャリア粒子に対する無機微粒子Aの含有量を変更することにより制御することができる。
磁性キャリアに用いる磁性キャリアコア粒子としては、公知の磁性キャリアコア粒子を用いることができるが、樹脂成分中に磁性体が分散された磁性体分散型樹脂粒子、又は空孔部に樹脂を含有する多孔質磁性コア粒子を用いることが好ましい。これらは、磁性キャリアの真密度を低くできるため、トナーへの負荷を軽減することができる。これにより、長期間の使用においても、画質の劣化が少なく、トナーと磁性キャリアで構成された二成分系現像剤の交換頻度を減らすことが可能となる。しかし磁性体分散型樹脂粒子、あるいは多孔質磁性コア粒子ではなく、市販の磁性キャリアコア粒子を用いても、本発明の効果は十分に発揮する。
磁性鉄化合物粒子粉末と非磁性無機化合物粒子粉末とを混合して使用する場合には、これらの混合割合は、磁性鉄化合物粒子粉末が少なくとも30質量%含有されていることが
好ましい。
その場合に用いられる親油化処理剤としては、エポキシ基、アミノ基、メルカプト基、有機酸基、エステル基、ケトン基、ハロゲン化アルキル基及びアルデヒド基からから選ばれた1種又は2種以上の官能基を有する有機化合物やそれらの混合物が使用できる。
官能基を有する有機化合物としてはカップリング剤が好ましく、より好ましくはシランカップリング剤、チタンカップリング剤及びアルミニウムカップリング剤であり、シラン系カップリング剤が特に好ましい。
熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などがあるが、安価で製法面の容易性からフェノール樹脂を含有していることが好ましい。例えば、フェノール-ホルムアルデヒド樹脂が挙げられる。
磁性体分散型樹脂粒子を構成するバインダー樹脂と磁性鉄化合物粒子粉末との含有割合は、バインダー樹脂1質量%~20質量%と磁性鉄化合物粒子粉末80質量%~99質量%であることが好ましい。
磁性体分散型樹脂粒子は、例えば、後述する実施例に記載されている通り、磁性の無機化合物粒子粉末及び塩基性触媒の存在下で、フェノール類とアルデヒド類とを水性媒体中で撹拌を行う。その後フェノール類とアルデヒド類とを反応および硬化させて、磁性鉄酸化物粒子粉末などの無機化合物粒子とフェノール樹脂とを含有する複合体粒子を生成する方法がある。
また磁性鉄酸化物粒子粉末などの無機化合物粒子を含有したバインダー樹脂を粉砕する、所謂、混練粉砕法などによって製造することもできる。
磁性キャリアの粒径を容易に制御し、シャープな粒度分布にするために、前者の方法が好ましい。
多孔質磁性コア粒子の材質としては、マグネタイト又はフェライトが好ましい。さらに、多孔質磁性コア粒子の材質は、フェライトであることが多孔質磁性コア粒子の多孔質の構造を制御したり、抵抗を調整できるため、より好ましい。
(M12O)x(M2O)y(Fe2O3)z
(式中、M1は1価、M2は2価の金属であり、x+y+z=1.0とした時、x及びyは、それぞれ0≦(x,y)≦0.8であり、zは、0.2<z<1.0である)
式中において、M1及びM2としては、Li、Fe、Mn、Mg、Sr、Cu、Zn、Ca、からなる群から選ばれる1種類以上の金属原子を用いることが好ましい。そのほかにもNi、Co、Ba、Y、V、Bi、In、Ta、Zr、B、Mo、Na、Sn、Ti、Cr、Al、Si、希土類なども用いることができる。
ましい。
上記フェライトの原料を、秤量し、混合する。
フェライト原料としては、上記金属元素の金属粒子、又はその酸化物、水酸化物、シュウ酸塩、炭酸塩などが挙げられる。
混合する装置としては、例えば以下のものが挙げられる。ボールミル、遊星ミル、ジェットミル、振動ミル。特にボールミルが混合性の観点から好ましい。
具体的には、ボールミル中に、秤量したフェライト原料、ボールを入れ、0.1時間~20.0時間、粉砕および混合する。
粉砕・混合したフェライト原料を、大気中又は窒素雰囲気下で焼成温度700℃~1200℃の範囲で、0.5時間~5.0時間仮焼成し、フェライト化する。焼成には、例えば以下の炉が用いられる。バーナー式焼却炉、ロータリー式焼成炉、電気炉などが挙げられる。
工程2で作製した仮焼フェライトを粉砕機で粉砕する。
粉砕機としては、所望の粒径が得られれば特に限定されない。例えば以下のものがあげられる。クラッシャーやハンマーミル、ボールミル、ビーズミル、遊星ミル、ジェットミルなどが挙げられる。
フェライト粉砕品を所望の粒径にするために、例えば、ボールミルやビーズミルでは用いるボールやビーズの素材、粒径、運転時間を制御することが好ましい。具体的には、仮焼フェライトスラリーの粒径を小さくするためには、真密度の重いボールを用いたり、粉砕時間を長くしたりすればよい。また、仮焼フェライトの粒度分布を広くするためには、真密度の重いボールやビーズを用い、粉砕時間を短くすることで得ることができる。また、粒径の異なる複数の仮焼フェライトを混合することでも分布の広い仮焼フェライトを得ることができる。
また、ボールミルやビーズミルは、乾式より湿式の方が、粉砕品がミルの中で舞い上がることがなく粉砕効率が高い。このため、乾式より湿式の方がより好ましい。
仮焼フェライトの粉砕品に対し、水、バインダーと、必要に応じて、細孔調整剤を加える。細孔調整剤としては、発泡剤や樹脂微粒子が挙げられる。
発泡剤として、例えば、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸アンモニウムが挙げられる。
樹脂微粒子として、例えば、ポリエステル、ポリスチレン、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ようなスチレン共重合体;ポリ塩化ビニル、フェノール樹脂、変性フェノール樹脂、マレイン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、シリコーン樹脂;脂肪族多価アルコール、脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、芳香族ジアルコール類及びジフェノール類から選択されるモノマーを構造単位とし
て有するポリエステル樹脂;ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリビニルブチラール、テルペン樹脂、クマロンインデン樹脂、石油樹脂、ポリエステルユニットとビニル系重合体ユニットを有しているハイブリッド樹脂の微粒子が挙げられる。
上記バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコールが用いられる。
工程3において、湿式で粉砕した場合は、フェライトスラリー中に含まれている水も考慮し、バインダーと必要に応じて細孔調整剤を加えることが好ましい。
また、必要に応じて、フェライトスラリーに分散剤を加えることもできる。分散剤としては、特に制限はないが、例えばポリカルボン酸アンモニウムを用いることができる。
得られたフェライトスラリーを、噴霧乾燥機を用い、100℃~200℃の加温雰囲気下で、乾燥および造粒する。噴霧乾燥機としては、所望の多孔質磁性コア粒子の粒径が得られれば特に限定されない。例えば、スプレードライヤーが使用できる。
得られた造粒物に対して、粒度調整を行った後、ロータリー式電気炉などを用いて、焼成温度700℃~1200℃の範囲で、0.5時間~5.0時間加熱し、分散剤やバインダー等の有機物を除去することもできる。
次に、造粒品を800℃~1400℃で1時間~24時間焼成する。
焼成温度を上げ、焼成時間を長くすることで、多孔質磁性コア粒子の焼成が進み、その結果、細孔径は小さく、かつ、細孔の数も減る。
以上の様に焼成した粒子を解砕した後に、必要に応じて、分級や篩で篩分して粗大粒子や微粒子を除去してもよい。
磁性コア粒子の体積分布基準50%粒径(D50)は、18.0μm~68.0μmであることが、画像への磁性キャリアの付着とガサツキの抑制のためより望ましい。
多孔質磁性コア粒子は、内部の細孔容積によっては物理的強度が低くなることがあり、磁性キャリアとしての物理的強度を高めるために、多孔質磁性コア粒子の空孔の少なくとも一部に樹脂の充填を行うことが好ましい。多孔質磁性コア粒子に充填される樹脂の量としては、多孔質磁性コア粒子に対して2質量%~15質量%であることが好ましい。磁性キャリア毎の樹脂含有量にバラつきが少なければ、内部空隙内の一部にのみ樹脂が充填されていても、多孔質磁性コア粒子の表面近傍の空隙にのみ樹脂が充填され内部に空隙が残っていても、内部空隙が完全に樹脂で充填されていてもよい。
ここで用いられる溶剤は、樹脂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、有機溶剤として、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、メタノールが挙げられる。また、水溶性の樹脂又はエマルジョンタイプの樹脂である場合には、溶剤として水を用いればよい。
上記充填する樹脂として、熱可塑性樹脂としては、以下のものが挙げられる。ノボラック樹脂、飽和アルキルポリエステル樹脂、ポリアリレート、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂など。
また、上記熱硬化性樹脂としては、以下のものが挙げられる。フェノール系樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、など。
磁性キャリアコア粒子の表面を樹脂で被覆する方法としては、特に限定されないが、浸漬法、スプレー法、ハケ塗り法、乾式法、及び流動床のような塗布方法により被覆する方法が挙げられる。
導電性を有する粒子としては、カーボンブラック、マグネタイト、グラファイト、酸化亜鉛、酸化錫などが挙げられる。
導電性を有する粒子の添加量としては、被覆樹脂100質量部に対し、0.1質量部~10.0質量部であることが、磁性キャリアの抵抗を調整するためには好ましい。
荷電制御性を有する粒子としては、有機金属錯体の粒子、有機金属塩の粒子、キレート化合物の粒子、モノアゾ金属錯体の粒子、アセチルアセトン金属錯体の粒子、ヒドロキシカルボン酸金属錯体の粒子、ポリカルボン酸金属錯体の粒子、ポリオール金属錯体の粒子、ポリメチルメタクリレート樹脂の粒子、ポリスチレン樹脂の粒子、メラミン樹脂の粒子、フェノール樹脂の粒子、ナイロン樹脂の粒子、シリカの粒子、酸化チタンの粒子、アルミナの粒子などが挙げられる。
荷電制御性を有する粒子の添加量としては、被覆樹脂100質量部に対し、0.5質量部~50.0質量部であることが、摩擦帯電量を調整するためには好ましい。
トナーは結着樹脂、着色剤及び離型剤を含有することが好ましい。結着樹脂としては、ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。中でもビニル樹脂とポリエステル樹脂が、帯電性や定着性の点でより好ましい。特にポリエステル樹脂が好ましい。
ビニル系モノマーの単重合体又は共重合体、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂等を、必要に応じて前述した結着樹脂に混合して用いることができる。
2種以上の樹脂を混合して、結着樹脂として用いる場合、より好ましい形態としては分子量の異なるものを適当な割合で混合するのが好ましい。
ポリエステル樹脂を構成する全モノマーユニットを基準として、45mol%~55mol%がアルコール成分であり、45mol%~55mol%が酸成分であることが好ましい。
ポリエステル樹脂の酸価は好ましくは90mgKOH/g以下、より好ましくは50mgKOH/g以下であり、水酸基価は好ましくは50mgKOH/g以下、より好ましくは30mgKOH/g以下である。これは、分子鎖の末端基数が増えるとトナーの帯電特性において環境依存性が大きくなる為である。
ポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tg)は好ましくは50℃~75℃、より好ましくは55℃~65℃である。数平均分子量(Mn)は好ましくは1,500~50,000、より好ましくは2,000~20,000である。重量平均分子量(Mw)は好ましくは6,000~100,000、より好ましくは10,000~90,000である。
結晶性ポリエステルとしては、炭素数2~22の脂肪族ジオールと、炭素数2~22の脂肪族ジカルボン酸とを主成分として含む単量体組成物の重縮合体が例としてあげられる。ここで、主成分とは、その含有量が50質量%以上であることをいう。
炭素数2~22(より好ましくは炭素数6~12)の脂肪族ジオールとしては、特に限定されないが、鎖状(より好ましくは直鎖状)の脂肪族ジオールであることが好ましい。これらの中でも、特にエチレングリコール、ジエチレングリコール、1,4-ブタンジオール、及び1,6-ヘキサンジオールのような直鎖脂肪族、α,ω-ジオールが好ましく例示される。
アルコール成分のうち、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上が、炭素数2~22の脂肪族ジオールから選ばれるアルコールである。
脂肪族ジオール以外の多価アルコール単量体を用いることもできる。前記多価アルコール単量体のうち2価アルコール単量体としては、ポリオキシエチレン化ビスフェノールA、ポリオキシプロピレン化ビスフェノールA等の芳香族アルコール;1,4-シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。
3価以上の多価アルコール単量体としては、1,3,5-トリヒドロキシメチルベンゼン等の芳香族アルコール;ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4-ブタントリオール、1,2,5-ペンタントリオール、グリセリン、2-メチルプロパントリオール、2-メチル-1,2,4-ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン等の脂肪族アルコール等が挙げられる。
さらに、結晶性ポリエステルの特性を損なわない程度に1価のアルコ-ルを用いてもよい。
カルボン酸成分のうち、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上が、炭素数2~22の脂肪族ジカルボン酸から選ばれるカルボン酸である。
上記炭素数2~22の脂肪族ジカルボン酸以外の多価カルボン酸を用いることもできる。その他の多価カルボン酸単量体のうち、2価のカルボン酸としては、イソフタル酸、テレフタル酸等の芳香族カルボン酸;n-ドデシルコハク酸、n-ドデセニルコハク酸の脂肪族カルボン酸;シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環式カルボン酸が挙げられ、これらの酸無水物または低級アルキルエステルなども含まれる。
また、3価以上の多価カルボン酸としては、1,2,4-ベンゼントリカルボン酸(トリメリット酸)、2,5,7-ナフタレントリカルボン酸、1,2,4-ナフタレントリ
カルボン酸、ピロメリット酸等の芳香族カルボン酸、1,2,4-ブタントリカルボン酸、1,2,5-ヘキサントリカルボン酸、1,3-ジカルボキシル-2-メチル-2-メチレンカルボキシプロパン、等の脂肪族カルボン酸が挙げられ、これらの酸無水物または低級アルキルエステル等の誘導体等も含まれる。
さらに、結晶性ポリエステルの特性を損なわない程度に1価のカルボン酸を含有していてもよい。
結晶性ポリエステルの使用量は、結着樹脂100質量部に対して好ましくは0.1質量部~30質量部であり、より好ましくは0.5質量部~20質量部であり、さらに好ましくは3質量部~15質量部である。
黒色着色剤としては、カーボンブラック;イエロー着色剤、マゼンタ着色剤及びシアン着色剤とを用いて黒色に調整したものが挙げられる。
マゼンタトナー用着色顔料しては、以下のものが挙げられる。縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アンスラキノン、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、ペリレン化合物が挙げられる。具体的には、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、48:2、48:3、48:4、49、50、51、52、53、54、55、57:1、58、60、63、64、68、81:1、83、87、88、89、90、112、114、122、123、144、146、150、163、166、169、177、184、185、202、206、207、209、220、221、238、254、269;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などが挙げられる。
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.ディスパースバイオレット1などの油溶染料、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などの塩基性染料。
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1、2、3、7、15:2、15:3、15:4、16、17、60、62、66;C.I.バットブルー6、C.I.アシッドブルー45、フタロシアニン骨格にフタルイミドメチルを1~5個置換した銅フタロシアニン顔料など。
イエロー用着色顔料としては、以下のものが挙げられる。縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アンスラキノン化合物、アゾ金属化合物、メチン化合物、アリルアミド化合物。具体的には、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、95、97、109、110、111、120、127、128、129、147、1
55、168、174、180、181、185、191;C.I.バットイエロー1、3、20などが挙げられる。また、C.I.ダイレクトグリーン6、C.I.ベーシックグリーン4、C.I.ベーシックグリーン6、ソルベントイエロー162などの染料も使用することができる。
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~30質量部であり、より好ましくは0.5質量部~20質量部であり、さらに好ましくは3質量部~15質量部である。
トナーを負荷電性に制御する負荷電性制御剤として、例えば有機金属錯体又はキレート化合物が有効である。モノアゾ金属錯体、芳香族ヒドロキシカルボン酸の金属錯体、芳香族ジカルボン酸系の金属錯体が挙げられる。他には、芳香族ハイドロキシカルボン酸、芳香族モノ及びポリカルボン酸及びその金属塩、その無水物、又はそのエステル類、又は、ビスフェノールのフェノール誘導体類が挙げられる。
トナーを正荷電性に制御する正荷電性制御剤としては、ニグロシン及び脂肪酸金属塩等による変性物、トリブチルベンジルアンモニウム-1-ヒドロキシ-4-ナフトスルホン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレート等の4級アンモニウム塩、及びこれらの類似体であるホスホニウム塩等のオニウム塩及びこれらのキレート顔料として、トリフェニルメタン染料及びこれらのレーキ顔料(レーキ化剤としては、燐タングステン酸、燐モリブデン酸、燐タングステンモリブデン酸、タンニン酸、ラウリン酸、没食子酸、フェリシアン酸、フェロシアン化合物等)、高級脂肪酸の金属塩として、ジブチルスズオキサイド、ジオクチルスズオキサイド、ジシクロヘキシルスズオキシド等のジオルガノスズオキサイドやジブチルスズボレート、ジオクチルスズボレート、ジシクロヘキシルスズボレート等のジオルガノスズボレートが挙げられる。
低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックスなどの脂肪族炭化水素系ワックスが好ましく使用できる。また、酸化ポリエチレンワックスなどの脂肪族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、サゾールワックス、モンタン酸エステルワックスなどの脂肪酸エステルを主成分とするワックス類;及び脱酸カルナバワックスなどの脂肪酸エステル類を一部または全部を脱酸化したものなどが挙げられる。
離型剤の量は、結着樹脂100質量部あたり0.1質量部~20質量部が好ましく、0.5質量部~10質量部がより好ましい。
また、該離型剤の示差走査型熱量計(DSC)で測定される昇温時の最大吸熱ピーク温度で規定される融点は、65℃~130℃であることが好ましい。より好ましくは80℃~125℃である。融点が65℃以上であると、トナーの粘度が適切な範囲となり、感光体へのトナー付着が発生しにくくなる。融点が130℃以下であると、低温定着性が良好
となる。
該流動性向上剤としては、例えば、フッ化ビニリデン微粉末、ポリテトラフルオロエチレン微粉末などのフッ素系樹脂粉末、湿式製法シリカ、乾式製法シリカなどの微粉末シリカ、微粉末酸化チタン、微粉末チタン酸ストロンチウム、微粉末アルミナ等を、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコーンオイルにより表面処理を施し、疎水化処理したものであり、メタノール滴定試験によって測定された疎水化度が20~90の範囲の値を示すように処理したものが特に好ましい。
流動性向上剤は、トナー100質量部に対して、好ましくは0.1質量部~10質量部、より好ましくは0.2質量部~8質量部用いる。
また、現像器内の二成分系現像剤のトナー濃度の低下に応じて現像器に補給するための補給用現像剤では、補給用磁性キャリア1質量部に対しトナー量は2質量部~50質量部である。
図1おいて、静電潜像担持体1は図中矢印方向に回転する。静電潜像担持体1は帯電手段である帯電器2により帯電され、帯電した静電潜像担持体1表面には、静電潜像形成手段である露光器3により露光させ、静電潜像を形成する。現像器4は、二成分系現像剤を収容する現像容器5を有し、現像剤担持体6は回転可能な状態で配置され、且つ、現像剤担持体6内部に磁界発生手段としてマグネット7を内包している。マグネット7の少なくとも一つは潜像担持体に対して対向の位置になるように設置されている。二成分系現像剤は、マグネット7の磁界により現像剤担持体6上に保持され、規制部材8により、二成分系現像剤量が規制され、静電潜像担持体1と対向する現像部に搬送される。現像部においては、マグネット7の発生する磁界により磁気ブラシを形成する。その後、直流電界に交番電界を重畳してなる現像バイアスを印加することにより静電潜像はトナー像として可視像化される。静電潜像担持体1上に形成されたトナー像は、転写帯電器11によって記録媒体12に静電的に転写される。
ここで、図2に示すように、静電潜像担持体1から中間転写体9に一旦転写し、その後、転写材(記録媒体)12へ静電的に転写してもよい。その後記録媒体12は、定着器13に搬送され、ここで加熱、加圧されることにより、記録媒体12上にトナーが定着される。その後、記録媒体12は、出力画像として装置外へ排出される。尚、転写工程後、静電潜像担持体1上に残留したトナーは、クリーナー15により除去される。その後、クリーナー15により清掃された静電潜像担持体1は、前露光16からの光照射により電気的に初期化され、上記画像形成動作が繰り返される。
図中のK、Y、C、Mなどの画像形成ユニットの並びや回転方向を示す矢印は何らこれに限定されるものではない。ちなみにKはブラック、Yはイエロー、Cはシアン、Mはマゼンタを意味している。図2において、静電潜像担持体1K、1Y、1C、1Mは図中矢印方向に回転する。各静電潜像担持体は帯電手段である帯電器2K、2Y、2C、2Mにより帯電され、帯電した各静電潜像担持体表面には、静電潜像形成手段である露光器3K、3Y、3C、3Mにより露光し、静電潜像を形成する。その後、現像手段である現像器
4K、4Y、4C、4Mに具備される現像剤担持体6K、6Y、6C、6M上に担持された二成分系現像剤により静電潜像はトナー像として可視像化される。さらに転写手段である中間転写帯電器10K、10Y、10C、10Mにより中間転写体9に転写される。さらに転写手段である転写帯電器11により、記録媒体12に転写され、記録媒体12は、定着手段である定着器13により加熱圧力定着され、画像として出力される。そして、中間転写体9のクリーニング部材である中間転写体クリーナー14は、転写残トナーなどを回収する。
現像方法としては、具体的には、現像剤担持体に交流電圧を印加して、現像領域に交番電界を形成しつつ、磁気ブラシが感光体に接触している状態で現像を行うことが好ましい。現像剤担持体(現像スリーブ)6と感光ドラムとの距離(S-D間距離)は、100μm~1000μmであることが、キャリア付着防止及びドット再現性の向上において良好である。100μm以上であると現像剤の供給が行われやすく、画像濃度の低下が抑えられる。1000μm以下であると磁極S1からの磁力線が狭まり磁気ブラシの密度が高くなり、ドット再現性が優れたり、磁性キャリアを拘束する力が強まりキャリア付着が生じにくくなる。
ここで、トナー像の形成速度の変化に対応するためには、非連続の交流バイアス電圧を有する現像バイアス電圧(断続的な交番重畳電圧)を現像剤担持体に印加して現像を行うことが好ましい。印加電圧が300V以上であると十分な画像濃度が得られやすく、また非画像部のカブリトナーを回収しやすくなる。また、3000V以下であると磁気ブラシを介して潜像を乱すことが起きにくく、画質低下を起こしにくくなる。
良好に帯電したトナーを有する二成分系現像剤を使用することで、カブリ取り電圧(Vback)を低くすることができ、感光体の一次帯電を低めることができるために感光体寿命を長寿命化できる。Vbackは、現像システムにもよるが、好ましくは200V以下、より好ましくは150V以下である。コントラスト電位としては、十分な画像濃度が出るように、100V~400Vが好ましく用いられる。
また、静電潜像担感光体の構成としては、通常、画像形成装置に用いられる感光体と同じでよい。例えば、アルミニウム、SUS等の導電性基体の上に、順に導電層、下引き層、電荷発生層、電荷輸送層、必要に応じて電荷注入層を設ける構成の感光体が挙げられる。
導電層、下引き層、電荷発生層、電荷輸送層は、通常、感光体に用いられるものでよい。感光体の最表面層として、例えば電荷注入層あるいは保護層を用いてもよい。
<SP値の算出>
SP値とは溶解度パラメーターであり、値が近いほど親和性が高くなる。樹脂被覆層のSP値(SP1)(J/mol)1/2と、無機微粒子Aに用いられる表面処理剤のSP値(SP2)(J/mol)1/2が、
SP1-SP2≦14.00 ・・・(1)
を満たすことで、磁性キャリア粒子表面から無機微粒子Aが脱離しにくくなる。その結果、優れた帯電性を得ることができる。SP1-SP2は、好ましくは13.00以下であり、より好ましくは12.00以下である。下限は特に制限されないが、好ましくは-14.00以上であり、より好ましくは-12.00以上である。
Δviの値は著「コーティングの基礎科学」54~57頁、1986年(槇書店)の表3-9による原子及び原子団の蒸発エネルギーとモル体積(25℃)を参照する。
式:δi=[Ev/V](1/2)=[Δei/Δvi](1/2)
Ev:蒸発エネルギー
V:モル体積
Δei:i成分の原子又は原子団の蒸発エネルギー
Δvi:i成分の原子又は原子団のモル体積
磁性キャリアから樹脂被覆層を分離する方法としては、1.0gの磁性キャリアをカップに取り、10.0gのトルエンを用いて被覆用樹脂を溶出させる方法を採る。
溶出させた被覆用樹脂を乾固させ、樹脂サンプルを得る。得られた樹脂サンプルを、熱分解装置JPS-700(日本分析工業社製)を用い、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)共存下で595℃まで加熱し、メチル化しながら熱分解する。その後、GC-MASS(Thermo Fisher Scientific社製 ISQ Focus GC、HP-5MS[30m])によってエステル化合物由来のアルコール成分、カルボン酸成分のそれぞれについてのピークを得る。一般的にポリエステルやポリスチレンを熱分解した際にはメチル化物が得られる。得られたピークを解析し、被覆用樹脂の構造を推測および同定することができる。
被覆用樹脂の構造から、「SP値の算出」に記載した方法を用いて被覆用樹脂のSP値の算出し、磁性キャリアのSP値とする。
無機微粒子Aの個数平均粒径は、日立超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡S-4800((株)日立ハイテクノロジーズ)にて撮影された磁性キャリア表面の画像から算出される。S-4800の画像撮影条件は以下のとおりである。
(1)試料作製
試料台(アルミニウム試料台15mm×6mm)に導電性ペーストを薄く塗り、その上に磁性キャリアを吹きつける。さらにエアブローして、余分な磁性キャリアを試料台から除去し十分乾燥させる。試料台を試料ホルダにセットし、試料高さゲージにより試料台高さを36mmに調節する。
(2)S-4800観察条件設定
個数平均粒径の算出は、S-4800の反射電子像観察により得られた画像を用いて行う。S-4800の筐体に取り付けられているアンチコンタミネーショントラップに液体窒素を溢れるまで注入し、30分間置く。S-4800の「PC-SEM」を起動し、フラッシング(電子源であるFEチップの清浄化)を行う。画面上のコントロールパネルの加速電圧表示部分をクリックし、[フラッシング]ボタンを押し、フラッシング実行ダイアログを開く。フラッシング強度が2であることを確認し、実行する。フラッシングによるエミッション電流が20μA~40μAであることを確認する。試料ホルダをS-4800筐体の試料室に挿入する。コントロールパネル上の[原点]を押し試料ホルダを観察位置に移動させる。
加速電圧表示部をクリックしてHV設定ダイアログを開き、加速電圧を[1.1kV]、エミッション電流を[20μA]に設定する。オペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、信号選択を[SE]に設置し、SE検出器を[上(U)]および[+BSE]を選択し、[+BSE]の右の選択ボックスで[L.A.100]を選択し、反射電子像で観察するモードにする。同じくオペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、電子光学系条件ブロックのプローブ電流を[Normal]に、焦点モードを[UHR]に、WDを[4.5mm]に設定する。コントロールパネルの加速電圧表示部の[ON]ボタンを押し、加速電圧を印加する。
(3)焦点調整
操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、ある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中心に移動させる。次に[アパーチャ]を選択し、STIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を一つずつ回し、像の動きを止める又は最小の動きになるように合わせる。アパーチャダイアログを閉じ、オートフォーカスで、ピントを合わせる。その後、倍率を80,000(80k)倍に設定し、上記と同様にフォーカスつまみ、STIGMA/ALIGNMENTつまみを使用して焦点調整を行い、再度オートフォーカスでピントを合わせる。この操作を再度繰り返し、ピントを合わせる。
(4)画像保存
ABCモードで明るさ合わせを行い、サイズ640×480ピクセルで写真撮影して保存する。この画像ファイルを用いて下記の解析を行う。磁性キャリア一つに対して写真を1枚撮影し、少なくとも磁性キャリア25粒子以上について画像を得る。
(5)画像解析
磁性キャリア表面上の少なくとも500個の無機微粒子Aについて粒径を測定して、個数平均粒径を求める。本発明では画像解析ソフトImage-Pro Plus ver.5.0(日本ローパー社製)を用いて、上述した手法で得た画像を2値化処理することで、無機微粒子Aの個数平均粒径を算出する。
トナー表面の無機微粒子Aによる被覆率は、以下のようにして算出する。
下記装置を下記条件にて使用し、トナーの表面の元素分析を行う。
・測定装置:X線光電子分光装置:Quantum2000(商品名、アルバックファイ株式会社製)
・X線源:モノクロAl Kα
・Xray Setting:100μmφ(25W(15KV))
・光電子取りだし角:45度
・中和条件:中和銃とイオン銃の併用
・分析領域:300×200μm
・Pass Energy:58.70eV
・ステップサイズ:0.125eV
・解析ソフト:Maltipak(PHI社)
ここで、無機微粒子Aの原子の定量値の算出には、Sr(B.E.eV),Ba(B.E.eV),Ca(B.E.eV),Мg(B.E.eV)のピークを使用する。ここで得られた無機微粒子A由来の元素の定量値をXとする。
次いで、上述のトナーの表面の元素分析と同様にして、無機微粒子A単体の元素分析を行い、ここで得られた無機微粒子A由来の元素の定量値をYとする。
トナーの表面の、無機微粒子Aによる被覆率は、上記XとYを用いて下記式のように定義する。
被覆率(%)=X/Y×100
なお、本測定の精度を向上させるために、測定を2回以上行うことが好ましい。定量値を求めるに際して、外添に使用された無機微粒子Aを入手できれば、それを用いて測定を行えばよい。
前述した電子顕微鏡画像より、粒径が10nm~60nmの無機微粒子Aを1000個カウントする。そのうち、直方体の粒子形状を有する粒子の個数をカウントし、無機微粒子A 1000個に対する個数%を算出する。
また、粒子形状が直方体状かどうかは、粒子が6面体状であることにより判断する。
無機微粒子Aから直方体含有率を直接測定する場合、磁性キャリアを観察した際と同様の条件で電子顕微鏡画像を取得する。粒径が10nm~60nmの無機微粒子Aを1000個カウントする。そのうち、直方体の粒子形状を有する粒子の個数をカウントし無機微粒子A全体の個数に対する個数%を算出する。
284A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、1kHz及び1MHzの周波数で校正後、周波数1MHzにおける複素誘電率を測定する。測定する無機微粒子Aに39200kPa(400kg/cm2)の荷重を5分間かけて、直径25mm、厚さ0.07mmの円盤状の測定試料に成型する。この測定試料を直径25mmの誘電率測定治具(電極)を装着したARES(レオメトリック・サイエンティフィック・エフ・イー社製)に装着し、温度25℃の雰囲気下で0.49N(50g)の荷重をかけた状態で1MHzの周波数で測定することにより、無機微粒子Aの誘電率が得られる。
無機微粒子Aの疎水化度は、粉体濡れ性試験機「WET-100P」((株)レスカ製)によって測定する。
直径5cmおよび厚さ1.75mmの円筒型ガラス容器中に、フッ素樹脂コーティングされた長さ25mmおよび最大胴径8mmの紡錘型回転子を入れる。上記円筒型ガラス容器中にメタノール50体積%と水50体積%とからなる含水メタノール液70mLを入れた後、0.5gの無機微粒子Aを添加し、粉体濡れ性試験機にセットする。マグネティックスターラーを用いて、回転数3.3回/秒で撹拌しながら、上記粉体濡れ性試験機を通して、メタノールを0.8mL/分の速度で液中に添加する。波長780nmの光で透過率を測定し、透過率が50%に達した時のメタノールの体積百分率(=(メタノールの体積/混合物の体積)×100)により表される値を疎水化度とする。試料の疎水化度に応じて、最初のメタノールと水の体積比率は適宜調整する。
無機微粒子Aの真密度は、乾式自動密度計アキュピック1330((株)島津製作所製)を用いて測定する。
まず、23℃/50%RHの環境に24時間放置したサンプルを1g精秤し、測定用セル(10cm3)に入れ、本体試料室に挿入する。測定は、サンプルの質量(重量)を本体に入力し、測定をスタートさせることにより自動測定できる。自動測定の測定条件は、20.000psig(2.392×102kPa)で調整されたヘリウムガスを用いる。試料室内に10回パージした後、試料室内の圧力変化が0.005psig/分(3.447×10-2kPa/分)になる状態を平衡状態とし、平衡状態になるまで繰り返しヘリウムガスをパージする。平衡状態のときの本体試料室の圧力を測定する。その平衡状態に達したときの圧力変化により、サンプル体積を算出し、以下の式でサンプルの真密度を計算する。
サンプルの真密度(g/cm3)=サンプル質量(g)/サンプル体積(cm3)
この自動測定を5回繰り返し測定した値の平均値を、無機微粒子Aの真密度(g/cm3)とする。
磁性キャリア粒子、磁性キャリアコア粒子の粒度分布および体積平均粒径(D50)の測定は、乾式測定用の試料供給機「ワンショットドライ型サンプルコンディショナーTurbotrac」(日機装社製)をレーザー回折・散乱方式の粒度分布測定装置「マイク
ロトラックMT3300FX」(日機装社製)に装着して行う。Turbotracの供給条件として、真空源として集塵機を用い、風量約33L/sec、圧力約17kPaとする。制御は、ソフトウエア上で自動的に行う。粒径は体積平均の累積値である50%粒径(D50)を求める。制御及び解析は付属ソフト(バージョン10.3.3-202D)を用いて行う。測定条件は下記の通りである。
SetZero時間 :10秒
測定時間 :10秒
測定回数 :1回
粒子屈折率 :1.81%
粒子形状 :非球形
測定上限 :1408μm
測定下限 :0.243μm
測定環境 :23℃、50%RH
磁性キャリアから樹脂被覆層を分離する方法としては、1.0gの磁性キャリアをカップに取り、10.0gのトルエンを用いて被覆用樹脂を溶出させる方法を採る。
溶出させた樹脂を乾固させたのち、10.0gのテトラヒドロフラン(THF)に溶解させ、以下の装置を用いて分取する。
LC-908(日本分析工業株式会社製)
JRS-86(同社;リピートインジェクタ)
JAR-2(同社;オートサンプラー)
FC-201(ギルソン社;フラクションコレクタ)
[カラム構成]
JAIGEL-1H~5H(20φ×600mm:分取カラム)(日本分析工業株式会社製)
[測定条件]
温度:40℃
溶媒:THF
流量:5mL/min.
検出器:RI
なお、フーリエ変換赤外分光分析装置(Spectrum One:PerkinElmer社製)を用いて吸光波数から原子団を特定し、被覆用樹脂A、被覆用樹脂Bの樹脂構成を特定することができる。
被覆用樹脂A、被覆用樹脂B、及び樹脂被覆層の重量平均分子量(Mw)及びピーク分子量(Mp)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用い、以下の手順で測定する。
試料(磁性キャリアから分離した被覆用樹脂、分取装置で分取した被覆用樹脂A及び被
覆用樹脂B)と、テトラヒドロフラン(THF)とを5mg/mLの濃度で混合し、室温にて24時間静置して、試料をTHFに溶解する。その後、サンプル処理フィルター(マイショリディスクH-25-2 東ソー社製)を通過させたものをGPCの試料とする。
次に、GPC測定装置(HLC-8120GPC 東ソー社製)を用い、前記装置の操作マニュアルに従い、下記の測定条件で測定する。
(測定条件)
装置:高速GPC「HLC8120 GPC」(東ソー社製)
カラム:Shodex KF-801、802、803、804、805、806、807の7連(昭和電工社製)
溶離液 :THF
流速 :1.0mL/min
オーブン温度:40.0℃
試料注入量 :0.10mL
また、含有量比については、分子量分布測定のピーク面積比により求める。図3のように、領域1と領域2が完全に分かれているものは、それぞれの領域の面積比から、樹脂の含有量比を求める。図4のように、それぞれの領域が重なる場合は、GPC分子量分布曲線の変極点から垂直に横軸に降ろした線で分割し、図4に示す領域1と領域2の面積比から含有量比を求める。
磁性キャリアからの無機微粒子Aの分離する方法としては、下記の方法を採る。
ガラス製の100mL平底ビーカーにイオン交換水30mLを入れる。この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で3質量倍に希釈した希釈液を0.3mL加え、コンタミノンN溶液を調製する。
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 Tetra150」(日科機バイオス社製)を準備する。超音波分散器の水槽内に3.3Lのイオン交換水を入れ、この水槽中にコンタミノンNを2mL添加する。
コンタミノンN溶液を入れたビーカーを、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。
コンタミノンN溶液を入れたビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、磁性キャリア1.0gをいれ、分散させる。そして、30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℃~40℃となる様に適宜調節する。
その後、磁性キャリアを入れたビーカーに磁石を近づけ、ビーカー越しにキャリアを引き寄せる。その状態でビーカー内の上澄み液(コンタミノンN溶液)を採取する。採取した上澄み液を濾過し、固形分をイオン交換水5gで洗浄し、無機微粒子Aを得る。
無機微粒子Aから表面処理剤を分取する方法としては、下記の方法を採る。
無機微粒子A 0.5gをカップに取り、10.0gのテトラヒドロフランを用いて表面処理剤を溶出させる。
溶出させた表面処理剤を乾固させることで、表面処理剤を分取できる。
トナー粒子の重量平均粒径(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)を用いる。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、算出する。
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、「ISOTON II」(ベックマン・コールター社製)を使用する。
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。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250mL丸底ビーカーに前記電解水溶液約200mLを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行う。そして、専用ソフトの「アパーチャーチューブのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100mL平底ビーカーに前記電解水溶液約30mLを入れる。この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で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 Dispersion 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る。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、トナー粒子約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℃~40℃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粒子を分散した前記(5)の電解水溶液を滴下し、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。
トナー粒子中の個数基準の微粉量(個数%)は、以下のようにして算出する。
例えば、トナー粒子中の4.0μm以下の粒子の個数%は、前記のMultisize
r 3の測定を行った後、(1)専用ソフトでグラフ/個数%に設定して測定結果のチャートを個数%表示とする。(2)書式/粒径/粒径統計画面における粒径設定部分の「<」にチェック、その下の粒径入力部に「4」を入力する。そして、(3)分析/個数統計値(算術平均)画面を表示したときの「<4μm」表示部の数値が、トナー粒子中の4.0μm以下の粒子の個数%である。
トナー粒子中の体積基準の粗粉量(体積%)は、以下のようにして算出する。
例えば、トナー粒子中の10.0μm以上の粒子の体積%は、前記のMultisizer 3の測定を行った後、(1)専用ソフトでグラフ/体積%に設定して測定結果のチャートを体積%表示とする。(2)書式/粒径/粒径統計画面における粒径設定部分の「>」にチェック、その下の粒径入力部に「10」を入力する。そして、(3)分析/体積統計値(算術平均)画面を表示したときの「>10μm」表示部の数値が、トナー粒子中の10.0μm以上の粒子の体積%である。
<無機微粒子A1の製造例>
ステップS101:
硫酸法で得られたメタチタン酸を脱鉄漂白処理した後、水酸化ナトリウム水溶液を加えpH9.0とし、脱硫処理を行い、その後、塩酸によりpH5.8まで中和し、ろ過水洗を行った。洗浄済みケーキに水を加えTiO2として1.85モル/Lのスラリーとした後、塩酸を加えpH1.4とし解膠処理を行った。
ステップS102:
脱硫・解膠を行ったメタチタン酸をTiO2として1.88モルを採取し、3Lの反応容器に投入した。
ステップS103:
該解膠メタチタン酸スラリーに、塩化ストロンチウム水溶液を2.16モル添加し、SrCl2/TiO2モル比が1.15となるようにした。
ステップS104:
TiO2濃度を1.039モル/Lに調整した。
ステップS105:
次に、撹拌混合しながら90℃に加温した後、10モル/L水酸化ナトリウム水溶液440mLを40分間かけて添加した。
ステップS106:
温度95℃で45分撹拌を続け反応を終了した。
ステップS107:
当該反応スラリーを50℃まで冷却し、pH4.9となるまで塩酸を加え20分間撹拌を続けた。
ステップS108:
得られた沈殿をデカンテーション洗浄し、ろ過・分離後、120℃の大気中で8時間乾燥した。
ステップS109:
続いて乾燥品300gを、乾式粒子複合化装置(ホソカワミクロン(株)製 ノビルタNOB-130)に投入した。処理温度30℃、回転式処理ブレード90m/秒で10分
間処理を行った。
ステップS110:
さらに乾燥品にpH0.1となるまで塩酸を加え1時間撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄した。
ステップS111:
当該沈殿を含むスラリーを40℃に調整し、塩酸を加えpH2.5に調整した。
ステップS112:
次に、固形分に対して4.6質量%のイソブチルトリメトキシシランと4.6質量%のトリフロロプロピルトリメトキシシランを1時間撹拌混合した後に添加し、10時間撹拌保持を続けた。
ステップS113:
5モル/L水酸化ナトリウム溶液を加えpH6.5に調整し1時間撹拌を続けた。
ステップS114:
ろ過および洗浄を行い得られたケーキを120℃の大気中で8時間乾燥し、無機微粒子A1を得た。物性を表2に示す。
表1に示すように製造条件を変更した以外は無機微粒子A1と同様にして、無機微粒子A2~A12を得た。物性を表2に示す。
また、酸化チタンの表面処理は、無機微粒子A7と同様の処理をおこなった。
表3に記載の原料(合計109.0部)を、還流冷却器、温度計、窒素吸い込み管及びすり合わせ方式撹拌装置を配した4ツ口フラスコに添加し、更にトルエン100.0部、メチルエチルケトン100.0部、アゾビスイソバレロニトリル2.4部を加え、窒素気流下80℃で10時間保ち、被覆用樹脂A-1溶液(固形分35質量%)を得た。
また、表3に記載の原料を用いて、同様にして被覆用樹脂A-2~A-11を得た。
オートクレーブにキシレン500部を仕込み、窒素で置換した後、撹拌下密閉状態で185℃まで昇温した。表3に記載の原料と、ジ-t-ブチルパーオキサイド50部、およびキシレン200部の混合溶液を、オートクレーブ内温度を185℃にコントロールしながら、3時間連続的に滴下し重合させた。更に同温度で1時間保ち重合を完了させ、溶媒を除去し、樹脂B-1を得た。
MMA:メタクリル酸メチル
マクロモノマー:反応性C-C二重結合を有する反応性部位としてメタクリロイル基を末端に有する、メタクリル酸メチルのポリマー。Mw5000。
工程1(秤量・混合工程)
Fe2O3 68.3質量%
MnCO3 28.5質量%
Mg(OH)2 2.0質量%
SrCO3 1.2質量%
上記フェライト原材料を秤量し、フェライト原料80部に水20部を加え、その後、直径(φ)10mmのジルコニアを用いてボールミルで3時間湿式混合しスラリーを調製した。スラリーの固形分濃度は、80質量%とした。
工程2(仮焼成工程)
混合したスラリーをスプレードライヤー(大川原化工機社製)により乾燥した後、バッチ式電気炉で、窒素雰囲気下(酸素濃度1.0体積%)、温度1050℃で3.0時間焼成し、仮焼フェライトを作製した。
工程3(粉砕工程)
仮焼フェライトをクラッシャーで0.5mm程度に粉砕した後に、水を加え、スラリーを調製した。スラリーの固形分濃度を70質量%とした。1/8インチのステンレスビーズを用いた湿式ボールミルで3時間粉砕し、スラリーを得た。さらにこのスラリーを直径1mmのジルコニアを用いた湿式ビーズミルで4時間粉砕し、体積基準の50%粒子径(D50)が1.3μm仮焼フェライトスラリーを得た。
工程4(造粒工程)
上記仮焼フェライトスラリー100部に対し、分散剤としてポリカルボン酸アンモニウム1.0部、バインダーとしてポリビニルアルコール1.5部の割合で添加した後、スプレードライヤー(大川原化工機社製)で球状粒子に造粒、乾燥した。得られた造粒物に対して、粒度調整を行った後、ロータリー式電気炉を用いて700℃で2時間加熱し、分散剤やバインダー等の有機物を除去した。
工程5(焼成工程)
窒素雰囲気下(酸素濃度1.0体積%)で、室温から焼成温度(1100℃)になるまでの時間を2時間とし、温度1100℃で4時間保持し、焼成した。その後、8時間をか
けて温度60℃まで降温し、窒素雰囲気から大気に戻し、温度40℃以下で取り出した。
工程6(選別工程)
凝集した粒子を解砕した後に、目開き150μmの篩で篩分して粗大粒子を除去、風力分級を行って微粉を除去し、さらに磁力選鉱により低磁力分を除去して多孔質磁性コア粒子を得た。
多孔質磁性コア粒子を100部、混合撹拌機(ダルトン社製の万能撹拌機NDMV型)の撹拌容器内に入れ、60℃に温度を保ち、常圧でメチルシリコーンオリゴマー:95.0質量%、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン:5.0質量%からなる充填樹脂を5部滴下した。
滴下終了後、時間を調整しながら撹拌を続け、70℃まで温度を上げ、多孔質磁性コア粒子内に樹脂組成物を充填した。
冷却後得られた樹脂充填型磁性コア粒子を、回転可能な混合容器内にスパイラル羽根を有する混合機(杉山重工業社製のドラムミキサーUD-AT型)に移し、窒素雰囲気下で、2℃/分の昇温速度で、攪拌しながら220℃まで上昇させた。その後140℃で50分間加熱撹拌を続けた。
その後室温まで冷却し、樹脂が充填、硬化されたフェライト粒子を取り出し、磁力選鉱機を用いて、非磁性物を取り除いた。さらに、振動篩にて粗大粒子を取り除き、樹脂が充填された磁性キャリアコア粒子1を得た。
個数平均粒径0.30μmのマグネタイト粉に対して、4.0質量%のシラン系カップリング剤(3-(2-アミノエチルアミノ)プロピルトリメトキシシラン)を加え、容器内にて100℃以上で高速混合撹拌した。
・フェノール 10部
・ホルムアルデヒド溶液 6部
(ホルムアルデヒド40%、メタノール10%、水50%)
・処理したマグネタイト 84部
上記材料と、28%アンモニア水5部、水20部をフラスコに入れ、攪拌、混合しながら30分間で85℃まで昇温・保持し、3時間重合反応させて、生成するフェノール樹脂を硬化させた。その後、硬化したフェノール樹脂を30℃まで冷却し、さらに水を添加した後、上澄み液を除去し、沈殿物を水洗した後、風乾した。次いで、これを減圧下(5mmHg以下)、60℃の温度で乾燥して、磁性体が分散された状態の、球状の磁性キャリアコア粒子2を得た。
・磁性キャリアコア粒子1 100部
・樹脂A-1 2.0部
上記の樹脂A-1をトルエンで20倍に希釈し、充分に攪拌された樹脂溶液を準備した。その後、温度60℃で維持されている遊星運動型混合機(ホソカワミクロン社製のナウタミキサVN型)に磁性キャリアコア粒子1を入れ、上記の樹脂溶液を投入した。投入の仕方として、1/2の量の樹脂溶液を投入し、30分間溶媒除去及び塗布操作を行った。次いで、さらに1/2の量の樹脂溶液を投入し、40分間溶媒除去及び塗布操作を行った。
その後、樹脂被覆層で被覆された磁性キャリア粒子を、回転可能な混合容器内にスパイラル羽根を有する混合機(杉山重工業社製のドラムミキサーUD-AT型)に移し、混合容器を1分間に10回転させて撹拌しながら、窒素雰囲気下に温度120℃で2時間熱処理した。得られた磁性キャリア粒子を、磁力選鉱により低磁力品を分別し、開口150μmの篩を通した後、風力分級器で分級し、磁性キャリア粒子C1を得た。得られた磁性キ
ャリア粒子C1の被覆樹脂を分離し、GPC測定装置にて測定した結果、図3または4に示すように分子量分布にピークが得られた。
表4に示すように材料の種類、添加量を変えた以外は、磁性キャリア粒子C1と同様にして磁性キャリア粒子C2~C12を得た。
磁性キャリア粒子C1 100部、無機微粒子A1 0.05部をターブラシェイカーに仕込み、10分間振とう撹拌して磁性キャリアE1を得た。
表5に示すように材料の種類、添加量を変えた以外は磁性キャリアE1と同様にして、磁性キャリアE2~E14を得た。
・結着樹脂 100部
(Tg:57℃、酸価:12mgKOH/g、水酸基価:15mgKOH/gのポリエステル)
・C.I.ピグメントブルー15:3 5.5部
・3,5-ジ-t-ブチルサリチル酸アルミニウム化合物 0.2部
・ノルマルパラフィンワックス(融点:90℃) 6部
上記の処方の材料を、ヘンシェルミキサー(FM-75J型、日本コークス工業(株)製)でよく混合した後、温度130℃に設定した2軸混練機(商品名:PCM-30型、池貝鉄鋼(株)製)にて10kg/hrのFeed量で混練(吐出時の混練物温度は150℃)した。得られた混練物を冷却し、ハンマーミルで粗砕した後、機械式粉砕機(商品名:T-250、ターボ工業(株)製)にて15kg/hrのFeed量で微粉砕した。そして、重量平均粒径が5.5μmであり、粒径4.0μm以下の粒子を55.6個数%含有し、粒径10.0μm以上の粒子を0.8体積%含有する粒子を得た。
得られた粒子を回転式分級機(商品名:TTSP100、ホソカワミクロン(株)製)にて、微粉及び粗粉をカットする分級を行った。重量平均粒径が6.0μmであり、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が27.8個数%、かつ粒径10.0μm以上の粒子の存在率が2.2体積%であるシアントナー粒子1を得た。
・シアントナー粒子1: 100部
・シリカ粒子: 3.5部
(フュームド法で作製したシリカ粒子にヘキサメチルジシラザン1.5質量%で表面処理した後、分級によって所望の粒度分布に調整したもの)
・酸化チタン粒子: 0.5部
(アナターゼ形の結晶性を有するメタチタン酸をオクチルシラン化合物で表面処理したもの。)
・チタン酸ストロンチウム粒子: 0.5部
(オクチルシラン化合物で表面処理したもの。)
一方、10部の磁性キャリア1~14に対し、シアントナー1を90部加え、常温常湿23℃/50%RHの環境において、V型混合機により5分間混合し、補給用現像剤1~14を得た。二成分現像剤の詳細を表6に示す。
評価する画像形成装置として、キヤノン製フルカラー複写機imagePRESS C800改造機を用いた。この画像形成装置は、像坦持体として静電潜像を形成させる感光体を有し、感光体の静電潜像を二成分現像器によりトナー像として現像する現像工程を有
する。さらに、現像されたトナー像を中間転写体に転写し、その後に中間転写体のトナー像を紙に転写する転写工程を有し、紙上のトナー像を熱により定着する定着工程を有する。この画像形成装置のシアンステーションの現像器に、二成分系現像剤1~14を投入し、評価を行った。評価結果を表6に示す。なお、以下、実施例2~11は、それぞれ参考例2~11とする。
画像形成装置としてキヤノン製フルカラー複写機imagePress C800を用いて、上記二成分系現像剤を、画像形成装置のシアン用現像器に入れて後述の評価を行った。改造点は、現像器内部で過剰になった磁性キャリアを現像器から排出する機構を取り外したことである。
FFh画像(ベタ画像)におけるトナーの紙上への載り量が0.45mg/cm2となるように、調整した。FFhとは、256階調を16進数で表示した値であり、00hが256階調の1階調目(白地部)であり、FFが256階調の256階調目(ベタ部)である。
条件:
紙 :レーザービームプリンター用紙CF―081(81.4g/m2)(キヤノンマーケティングジャパン株式会社)
画像形成速度:A4サイズ、フルカラーで85枚/min
現像条件:現像コントラストを任意値で調整可能にし、本体による自動補正が作動しないように改造した。交番電界のピーク間の電圧(Vpp)は、周波数2.0kHz、Vppが0.7kVから1.8kVまで0.1kV刻みで変えられるように改造した。各色とも、単色で画像が出力できるように改造した。
初期(1枚目)と1万枚連続通紙時の画出し評価の項目と評価基準を以下に示す。また評価結果を表6に示す。
A:0.05未満
B:0.05以上0.10未満
C:0.10以上0.15未満
D:0.15以上
上記1万枚の耐久出力後にベタ画像を出力し、2cm角の画像をデジタルマイクロスコープにて取り込み、取り込んだ画像をImage-J(https://imagej.nih.gov/ij/より入手可能)にて8bitグレースケール変換を行った後、濃度ヒストグラムを計測し、その標準偏差を求めた。その標準偏差の値に応じ以下の評価基準にてランク付けを行った。評価がA~Cである場合、本発明の効果が得られていると判断した。
A:標準偏差2.0未満
B:標準偏差2.0以上4.0未満
C:標準偏差4.0以上6.0未満
D:標準偏差6.0以上
上記1万枚の耐久出力後に全面白画像を出力し、耐久後の紙上のかぶり濃度を測定した。耐久試験後に出力した全面白画像の反射率(%)を「REFLECTOMETER MODEL TC-6DS」(東京電色社製)で3点測定して、その平均値を算出した。得られた反射率の平均値を、同様にして測定した未使用の用紙(標準紙)の反射率(%)から差し引いた数値(%)を用いて評価した。かぶりの評価結果は、下記の様にランクを付けた。評価がA~Cである場合、本発明の効果が得られていると判断した。
A:かぶり濃度が1.0%未満
B:かぶり濃度が1.0%以上2.0%未満
C:かぶり濃度が2.0%以上3.0%未満
D:かぶり濃度が3.0%以上
Claims (11)
- 磁性キャリアコア粒子と、該磁性キャリアコア粒子の表面に形成された樹脂被覆層とを有する磁性キャリア粒子と、
該磁性キャリア粒子表面に存在する無機微粒子Aと、
を有する磁性キャリアであって、
該無機微粒子Aは、直方体状の粒子形状を有し、
該無機微粒子Aは、個数平均粒径(D1)が10nm~60nmであり、
該無機微粒子Aは、表面処理剤で表面処理されており、
該表面処理剤が、フッ素シランカップリング剤およびイソブチルシランカップリング剤であり、
該樹脂被覆層の溶解度パラメーター(SP1)(J/mol)1/2と該表面処理剤の溶解度パラメーター(SP2)(J/mol)1/2が式(1)を満たし、
該磁性キャリア表面において、ESCAで測定される該無機微粒子Aによる被覆率が5.0atom%~20.0atom%であることを特徴とする、磁性キャリア。
SP1-SP2≦14.00 ・・・(1) - 前記樹脂被覆層の溶解度パラメーター(SP1)が18.00(J/mol)1/2~20.00(J/mol)1/2である、請求項1に記載の磁性キャリア。
- 前記表面処理剤の溶解度パラメーター(SP2)が7.00(J/mol)1/2~9.00(J/mol)1/2である、請求項1または2に記載の磁性キャリア。
- 前記無機微粒子Aは、25℃、1MHzにおける誘電率が25pF/m~100pF/mである、請求項1~3のいずれか一項に記載の磁性キャリア。
- 前記無機微粒子Aの真密度が4.5g/mL~6.0g/mLである、請求項1~4のいずれか一項に記載の磁性キャリア。
- 前記無機微粒子Aがチタン酸ストロンチウム粒子を含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の磁性キャリア。
- 前記樹脂被覆層が、樹脂A及び樹脂Bを含有し、
該樹脂Aが、
(a)脂環式炭化水素基を有する(メタ)アクリル酸エステルモノマーと、
(b)アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル及びメタクリル酸2-エチルヘキシルからなる群より選択される少なくとも1種のモノマーの重合体であるポリマー部位及び該ポリマー部位に結合し反応性C-C二重結合を有する反応性部位を有するマクロモノマーと、
の共重合体であり、
該樹脂Bが、
(c)スチレン系モノマーと、
(d)下記式(2)で示される(メタ)アクリル酸エステルモノマーと、
の共重合体である、請求項1~6のいずれか一項に記載の磁性キャリア。
(式(2)中、R1はHまたはCH3を表し、nは2~8の整数を表す。) - ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による前記樹脂被覆層の分子量分布において、前記樹脂B由来のピークが分子量1000~9500の範囲に存在する、請求項7に記載の磁性キャリア。
- 前記無機微粒子Aの直方体含有率が60個数%~100個数%である、請求項1~8のいずれか一項に記載の磁性キャリア。
- 請求項1~9のいずれか一項に記載の磁性キャリアと、トナーと、を少なくとも含むことを特徴とする、二成分系現像剤。
- 磁性キャリアコア粒子と、該磁性キャリアコア粒子の表面に形成された樹脂被覆層とを有する磁性キャリア粒子と、
該磁性キャリア粒子表面に存在する無機微粒子Aと、
を有する磁性キャリアであって、
該無機微粒子Aは、直方体状の粒子形状を有し、
該無機微粒子Aは、個数平均粒径(D1)が10nm~60nmであり、
該無機微粒子Aは、シランカップリング剤処理粒子であり、
該シランカップリング剤が、フッ素シランカップリング剤およびイソブチルシランカップリング剤であり、
該樹脂被覆層の溶解度パラメーター(SP1)(J/mol)1/2と該シランカップリング剤の溶解度パラメーター(SP2)(J/mol)1/2が式(1)を満たし、
該磁性キャリア表面において、ESCAで測定される該無機微粒子Aによる被覆率が5.0atom%~20.0atom%であることを特徴とする、磁性キャリア。
SP1-SP2≦14.00 ・・・(1)
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