WO2021200172A1 - フェライト粒子、電子写真現像剤用キャリア芯材、電子写真現像剤用キャリア及び電子写真現像剤 - Google Patents

フェライト粒子、電子写真現像剤用キャリア芯材、電子写真現像剤用キャリア及び電子写真現像剤 Download PDF

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ferrite
electrophotographic developer
carrier
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石川 誠
哲也 植村
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パウダーテック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to ferrite particles, a carrier core material for an electrophotographic developer, a carrier for an electrophotographic developer, and an electrophotographic developer.
  • the electrophotographic developing method refers to a method of developing by adhering toner in a developing agent to an electrostatic latent image formed on a photoconductor.
  • the developer used in this method is divided into a two-component developer composed of toner and a carrier and a one-component developer using only toner.
  • the cascade method or the like has been adopted in the old days, but nowadays, the magnetic brush method using a magnet roll is the mainstream.
  • an electric charge is given to the toner by stirring and mixing the carrier and the toner in a developing box filled with a developer. Then, the carrier is conveyed to the surface of the photoconductor by a developing roll holding the magnet. At that time, the carrier conveys the charged toner to the surface of the photoconductor. After a toner image is formed on the photoconductor by electrostatic action, the carriers remaining on the developing roll are collected again in the developing box, stirred and mixed with new toner, and used repeatedly for a certain period of time. ..
  • the two-component developer can be designed by separating the magnetic and electrical characteristics of the carrier itself from the toner, so that the controllability when designing the developer is good. Therefore, the two-component developer is suitable for a full-color developing device that requires high image quality, a device that performs high-speed printing that requires reliability and durability of image maintenance, and the like.
  • the particle size of toner has been reduced in order to develop electrostatic latent images with high definition.
  • the particle size of the carrier is also reduced.
  • the mechanical stress when the carrier and the toner are agitated and mixed can be reduced, and the generation of toner spent can be suppressed. Therefore, the developer is longer than the conventional one. It has reached the end of its life.
  • a carrier having a resin coating layer provided on the surface of a magnetic core material such as ferrite particles is generally used.
  • the resin coating layer on the carrier surface may peel off and the surface of the core material may be exposed. Since the resistance of the core material is low, when the surface of the core material is exposed, the surface resistance of the carrier decreases, carrier scattering occurs due to charge injection, and image defects are likely to occur.
  • Patent Document 1 describes the composition formula of (MnO) x (MgO) y (Fe 2 O 3 ) z, and the amounts of x, y, z are within a predetermined range. Ferrite particles containing the above-mentioned ferrite component and a predetermined amount of ZrO 2 not dissolved in the ferrite component have been proposed. By using the ferrite particles described in Patent Document 1 as a core material, carriers with high resistance can be obtained, and carrier scattering can be suppressed.
  • the resistance value tends to be low under high temperature and high humidity, and therefore it is difficult to sufficiently suppress carrier scattering under high temperature and high humidity environment. Further, there is a problem that the counter charge leak is less likely to occur after development, and good image density cannot be obtained particularly at the time of high-speed image printing or high print density printing.
  • the subject of the present invention is ferrite particles capable of suppressing the occurrence of carrier scattering under high temperature and high humidity and having good developability, a carrier core material for an electrophotographic developer, a carrier for an electrophotographic developer, and an electron.
  • the purpose is to provide a photographic developer.
  • the ferrite particles according to the present invention contain a crystal phase component composed of perovskite-type crystals represented by the composition formula of RZrO 3 (where R is an alkaline earth metal element), and have a surface roughness.
  • the Rz is 2.0 ⁇ m or more and 4.5 ⁇ m or less, and the following formula is satisfied.
  • logH 1000 The logarithmic value (log ⁇ ) of the resistance value H 1000 ( ⁇ ) of the ferrite particles when the applied voltage is 1000 V at a distance between the electrodes of 2 mm in a high temperature and high humidity environment (30 ° C. and relative humidity 80%).
  • logH 100 The logarithmic value (log ⁇ ) of the resistance value H 100 ( ⁇ ) of the ferrite particles when the applied voltage is 100 V at a distance between the electrodes of 2 mm in a high temperature and high humidity environment (30 ° C. and relative humidity 80%).
  • the surface roughness Rz is 2.5 ⁇ m or more and 4.2 ⁇ m or less.
  • the ferrite particles according to the present invention satisfy the following formula. 6.7 ⁇ logH 1000 ⁇ 8.2 0.85 ⁇ logH 1000 / logH 100 ⁇ 1.00
  • R is at least one element selected from the group consisting of Sr, Ca and Ba.
  • the crystal phase component composed of the perovskite type crystal was 0.05% by mass. It is preferable that the content is 4.00% by mass or less.
  • the carrier core material for an electrophotographic developer according to the present invention is characterized by containing the above ferrite particles.
  • the carrier for an electrophotographic developer according to the present invention is characterized by including the above-mentioned ferrite particles and a resin coating layer provided on the surface of the ferrite particles.
  • the electrophotographic developer according to the present invention is characterized by containing the carrier for the electrophotographic developer and toner.
  • the electrophotographic developer according to the present invention may be used as a supplementary developer.
  • ferrite particles capable of suppressing the occurrence of carrier scattering under high temperature and high humidity and having good developability, a carrier core material for an electrophotographic developer, a carrier for an electrophotographic developer, and an electrophotographic developer Agents can be provided.
  • the ferrite particles, the carrier core material for an electrophotographic developer, the carrier for an electrophotographic developer, and the electrophotographic developer according to the present invention mean an aggregate of individual particles, that is, a powder, unless otherwise specified. It shall be.
  • an embodiment of ferrite particles will be described. Further, in the following, the ferrite particles according to the present invention will be described as being mainly used as a carrier core material for an electrophotographic developer.
  • the ferrite particles according to the present invention can be used in various applications such as magnetic inks, magnetic fluids, magnetic fillers, fillers for bonded magnets, fillers for electromagnetic wave shielding materials, various functional fillers, electronic component materials, etc.
  • the use of the particles is not limited to the carrier core material for the electrophotographic developer.
  • the ferrite particles according to the present invention contain a crystal phase component composed of perovskite-type crystals represented by the composition formula of RZrO 3 (where R is an alkaline earth metal element), and have a surface roughness Rz within a predetermined range. However, the resistance value satisfies a predetermined condition.
  • Crystalline phase component containing the perovskite type crystal, surface properties and resistance (1) crystalline phase component containing the perovskite type crystal First, RZrO 3 of formula (wherein, R represents an alkaline earth metal element) perovskite type crystal represented by The crystal phase component composed of the above will be described.
  • a carrier for a two-component electrophotographic developer suitable for the magnetic brush method a resin-coated carrier having magnetic particles as a core material and whose surface is coated with a resin is used.
  • the magnetic particles used as the core material ferrite particles which are magnetic oxides containing ferric oxide (Fe 2 O 3 ) as a main component are mainly used. In order to suppress carrier scattering, it is required to use ferrite particles with high magnetization and high resistance as the core material.
  • ferrite particles containing metal elements such as Mg, Mn, Sr, and Ca have been widely used as core materials in addition to Fe.
  • a metal oxide, a metal hydroxide, or the like containing a metal element having a desired composition is used as a raw material.
  • the ferrite conversion reaction of the raw material is sufficiently advanced so that unreacted raw materials that do not exhibit magnetism (hereinafter referred to as "unreacted raw materials”) do not remain in the ferrite particles. Is required to be.
  • the formation temperature and rate of ferrite differ depending on the combination of elements, and the ferrite reaction proceeds only on the contact surface between the raw materials. Therefore, the raw materials should be completely ferriteized under general firing conditions. It is difficult. Therefore, unreacted raw materials remain in the ferrite particles.
  • the raw material for ferrite contains metals or metal compounds such as Na and K that are not involved in the ferrite reaction as unavoidable impurities. These unavoidable impurities do not exhibit magnetism. Therefore, in order to obtain highly magnetized ferrite particles, it is necessary to reduce the amount of unavoidable impurities. However, no matter how high the purity of the raw material is used, a small amount of unavoidable impurities are present in the raw material, and it is not realistic to completely remove the unavoidable impurities.
  • Structural defects that cause a decrease in magnetization include defects in ferrite particles (for example, lattice defects). In the case of multiple ferrite, structural defects are likely to occur because the ferrite reaction is more complicated than that of unit ferrite.
  • ferrite particles are composed of metal oxides, they generally have high resistance. However, when moisture adheres to the surface, the resistance decreases. In addition, unavoidable impurities containing alkali metals such as Na and K contained in the raw material are easily ionized due to the presence of moisture in the atmosphere. Therefore, as the amount of unavoidable impurities in the ferrite particles increases, the resistance of the ferrite particles decreases. In addition, as the amount of unavoidable impurities increases, the resistance tends to fluctuate due to changes in atmospheric humidity.
  • ferrite particles are often polycrystals, which are aggregates of single crystals. Even if the composition of the ferrite particles is the same, the magnetic characteristics and electrical characteristics of the ferrite particles change depending on the structure of the ferrite particles. Therefore, the present inventors pay attention to the structure structure of the ferrite particles, and in order to obtain a ferrite having high magnetization and high resistance and having a small resistance to the environment, the composition formula of RZrO 3 (however, R) Has found that it is important to contain a crystal phase component composed of perovskite-type crystals represented by (alkaline earth metal element), and came up with the present invention.
  • ferrite particles At the grain boundaries of ferrite particles, there are components such as unreacted raw materials and unavoidable impurities that do not dissolve in solid solution with ferrite. In addition, these components extruded to the grain boundaries as the crystal grains grow are also present on the surface of the ferrite particles.
  • grain boundaries are continuously formed inside the ferrite particles like a flow path connecting one point and another point on the surface of the ferrite particles. Inevitable impurities present on the surface and grain boundaries of ferrite particles are easily ionized.
  • the crystal phase component composed of perovskite-type crystals represented by the composition formula of RZrO 3 does not dissolve in ferrite, the crystal phase component is dispersed at the grain boundaries of ferrite particles. do. Therefore, in the ferrite particles containing the crystal phase component, the grain boundary volume of the ferrite particles is relatively increased as compared with the case where the crystal phase component is not contained. If the amount of unavoidable impurities contained in the ferrite particles is the same, the distribution density of unavoidable impurities at the grain boundaries decreases relatively as the grain boundary volume of the ferrite particles increases relatively.
  • the crystal phase component which is an insulating substance
  • the grain boundaries are complicatedly distributed in the particles, and inevitable impurities and insulating substances such as the crystal phase components are discontinuously distributed in the grain boundaries, so that the grain boundaries are conduction paths. It is possible to suppress the functioning as. Therefore, according to the ferrite particles according to the present invention, it is considered that the environment dependence of the resistance can be reduced.
  • the grain boundary volume of the ferrite particles is relatively small, the unavoidable impurities are extruded from the grain boundaries to the surface, and as a result, the amount of unavoidable impurities present on the surface of the ferrite particles becomes relatively large.
  • the grain boundary volume of the ferrite particles is relatively large, the amount of unavoidable impurities present on the surface of the ferrite particles can be relatively reduced. Therefore, the resistance of the ferrite particles can be increased, and the environmental dependence of the resistance caused by the unavoidable impurities on the surface of the ferrite particles can be reduced.
  • the resistance decreases as the atmospheric humidity increases, so that carriers using the same as the core material tend to scatter due to charge injection.
  • the ferrite particles can maintain high resistance even when the atmospheric humidity is high, carrier scattering due to charge injection can be suppressed.
  • the crystal phase component composed of perovskite-type crystals represented by the composition formula of RZrO 3 has high insulating properties, and the crystal phase component is present at the grain boundaries and the particle surface. Therefore, it is possible to increase the resistance of the ferrite particles.
  • a compound containing Zr for example, ZrO 2
  • the raw material containing R and the compound containing Zr undergo a solid-phase reaction, so that the content of the unreacted raw material in the ferrite particles can be reduced. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of structural defects, and it is possible to obtain ferrite particles having a relatively high magnetization.
  • the ferrite particles contain at least a crystal phase component composed of perovskite-type crystals represented by the composition formula of RzO 3 (where R is an alkaline earth metal element). It is preferable that the crystal phase component is well dispersed inside the ferrite particles, and it is more preferable that the crystal phase component is uniformly dispersed on the surface and inside of the ferrite particles. And.
  • the degree of dispersion of the Zr element in the ferrite particles which will be described later, is used as an index indicating that the crystal phase component is uniformly dispersed on the surface and inside of the ferrite particles, the degree of dispersion of the Zr element is 1.1. Below, it is preferably 1.0 or more. The preferable composition of the ferrite particles will be described later.
  • the ferrite particles are characterized by having a surface roughness Rz of 2.0 ⁇ m or more and 4.5 ⁇ m or less.
  • the ferrite particles can be obtained by controlling the production conditions such as the amount of zirconium dioxide and alkaline earth metal elements added, the firing temperature, and the atmospheric oxygen concentration during firing.
  • the surface roughness Rz within the above range and at the same time controlling the resistance within the range described later, the ferrite particles are particularly well suppressed in a high temperature and high humidity environment, and particularly in a low temperature and low humidity environment.
  • the convex part of the surface function as a leak point, it is possible to realize good developability.
  • a specific description will be given.
  • the surface of the core material has been made highly resistant by using ferrite particles subjected to surface oxidation treatment as the core material.
  • the surface resistance of the carrier is maintained high as a whole, and the conductive fine particles quickly countercharge after development. It has also been practiced to suppress carrier scattering and maintain good developability by leaking the particles.
  • carbon black is black, if carbon black is desorbed from the resin coating layer due to mechanical stress, it may be printed with carbon black mixed in the toner, which causes color turbidity. It becomes. Therefore, it is preferable that the desired leak property can be obtained without adding conductive fine particles such as carbon black, or by adding a smaller amount than before.
  • the present inventors controlled the unevenness of the surface of the ferrite particles to increase the resistance of the carrier surface, and distributed the low resistance portion on the surface of the carrier to suppress carrier scattering, and quickly countered after development. We found that it was possible to leak the charge, and came up with the present invention. This is due to the following reasons.
  • the thickness of the resin coating layer is relatively thin in the convex portion with respect to the concave portion.
  • the ferrite particles according to the present invention have a high resistance value even in a high humidity environment, by controlling the unevenness of the surface, the carrier surface resistance is maintained high as a whole when the carrier is used, and the carrier is used. It is possible to distribute the low resistance portion due to the convex portion of the ferrite particles on the surface substantially uniformly. As a result, it has become possible to maintain the developability by quickly leaking the countercharge after development while satisfactorily suppressing carrier scattering, especially in a high humidity environment.
  • the surface roughness Rz of the ferrite particles is 2.0 ⁇ m or more and 4.5 ⁇ m or less.
  • the surface roughness Rz is more preferably 2.5 or more, and the surface roughness Rz is more preferably 4.0 ⁇ m or less.
  • the unevenness of the surface of the ferrite particles is within an appropriate range. Therefore, when a resin coating layer is provided and used as a carrier, the convex portion of the ferrite particles The portion becomes a leak point, and the developability can be improved particularly in a low humidity environment.
  • logH 1000 The logarithmic value (log ⁇ ) of the resistance value H 1000 ( ⁇ ) of the ferrite particles when the applied voltage is 1000 V at a distance between the electrodes of 2 mm in a high temperature and high humidity environment (30 ° C. and relative humidity 80%).
  • logH 100 The logarithmic value (log ⁇ ) of the resistance value H 100 ( ⁇ ) of the ferrite particles when the applied voltage is 100 V at a distance between the electrodes of 2 mm in a high temperature and high humidity environment (30 ° C. and relative humidity 80%).
  • the ferrite particles are high even in a high temperature and high humidity environment. Since it is a resistor, carrier scattering due to the charge injection can be suppressed. Further, when a resin coating layer is provided on the surface of the ferrite particles to form a carrier, the convex portion can be used as a leak point to maintain developability.
  • the lower limit value of the above formula (1) is preferably 6.7, and the upper limit value is preferably 8.2.
  • the resistance value of the ferrite particles has a low electric field dependence, so that even if the developing electric field differs depending on the developing apparatus or the like, the development is performed while suppressing carrier scattering. Sex can be maintained.
  • the lower limit value of the above formula (2) is preferably 6.7, and the upper limit value is preferably 8.2.
  • the log H of the resistance value H 1000 ( ⁇ ) under a high temperature and high humidity environment (30 ° C. and relative humidity 80%) measured at a distance between the electrodes of 2 mm and an applied voltage of 1000 V is 6.5. It is preferably 8.5 or less. Since the ferrite particles exhibiting such a resistance value H 1000 in a high temperature and high humidity environment have high resistance even in a high temperature and high humidity environment, it is easy to suppress carrier scattering due to charge injection.
  • the ferrite particles preferably contain zirconium in an amount of 0.1 mol% or more and 3.0 mol% or less.
  • zirconium within the above range, the content ratio of the crystal phase component composed of the perovskite type crystal represented by the composition formula of RZrO 3 is generally within the above range, and the magnetization and resistance are high, and the resistance depends on the environment. Ferrite particles with low properties can be obtained.
  • the zirconium content in the ferrite particles is more preferably 1.0 mol% or less, and even more preferably 0.5 mol% or less.
  • R Alkaline Earth Metal Element Content Ratio
  • R is at least one element selected from the group consisting of Ca, Sr, Ba and Ra, that is, an alkaline earth metal element.
  • the alkaline earth metal element has a sufficiently larger ionic radius than zirconium and forms a perovskite compound with zirconate having a perovskite-type crystal structure.
  • R is more preferably at least one element selected from the group consisting of Sr, Ca and Ba. These elements undergo a solid-phase reaction with zirconium under predetermined temperature conditions to form the above-mentioned perovskite compound of zirconate. Therefore, the ferrite particles according to the present invention can be obtained by controlling the firing temperature within a predetermined temperature range in the process of producing the ferrite particles.
  • the content ratio of the alkaline earth metal element (R) is more preferably 0.1 mol% or more and 3.0 mol% or less.
  • the content ratio of the crystal phase component composed of the perovskite type crystal represented by the composition formula of RZrO 3 is generally within the above range, and high magnetization and high resistance are obtained. Therefore, ferrite particles with low resistance to the environment can be obtained.
  • the content ratio of the alkaline earth metal element (R) in the ferrite particles is more preferably 1.0 mol% or less, and further preferably 1.5 mol% or less.
  • Alkaline earth metal elements react with iron in a solid phase to form ferrite having a magnetoplumbite-type crystal structure and its precursors.
  • the alkaline earth metal element is contained within the above range, the ferrite particles have different crystal structures such as zirconium dioxide derived from the raw material of zirconium, perovskite compound zirconate, and ferrite having a magnetoplumbite-type crystal structure. Is included as a sub-ingredient. For example, when a crystal phase having another crystal structure such as a spinel type crystal structure is used as a main component, if a sub-component having a crystal structure different from these main components is present inside the particles, the main component grows relatively.
  • the unevenness of the particle surface can be controlled to a uniform state, and the surface roughness Rz can be kept within the above range.
  • the total amount of alkaline earth metal element and zirconium is preferably 0.2 mol% or more and 1.5 mol% or less. When both elements are contained within such a range, it becomes easier to set the surface roughness Rz and resistance of the ferrite particles within the range of the present invention.
  • the perovskite type crystal represented by the composition formula of the RZrO 3 It is preferable that the crystal phase component is contained in an amount of 0.05% by mass or more and 4.00% by mass or less.
  • the content ratio of the crystal phase component composed of the perovskite type crystal represented by the composition formula of RZrO 3 is within the above range, it becomes easy to uniformly disperse the crystal phase component inside the ferrite particles. Ferrite particles having high magnetization and high resistance and having good resistance environment dependence can be obtained.
  • the ferrite particles preferably contain the crystal phase component in an amount of 0.10% by mass or more, more preferably 0.15% by mass or more, and further preferably 0.20% by mass or more. preferable. Further, the ferrite particles may contain the crystal phase component in an amount of 3.50% by mass or less, 3.00% by mass or less, and even if the content is 1.50% by mass or less, the effect of the present invention can be obtained. Obtainable.
  • composition of the ferrite particles is not particularly limited as long as it contains a crystal phase component composed of perovskite-type crystals represented by the composition formula of RZrO 3 (where R is an alkaline earth metal element).
  • R is an alkaline earth metal element
  • the ferrite particles are (MO) a (Fe 2 O 3 ) b (where M).
  • Is mainly composed of a crystal phase component composed of a spinel-type crystal represented by a composition formula of at least one metal element selected from the group consisting of Fe, Mg, Mn, Cu, Zn and Ni, a + b 100 (mol%)). Is preferable.
  • Ferrite has a crystal structure such as a spinel-type crystal structure, a magnetoplumbite-type crystal structure, and a garnet-type crystal structure. Ferrite having a spinel-type crystal structure exhibits soft magnetism, and it is easy to adjust electrical characteristics such as resistance. Therefore, it is suitable as a carrier core material for an electrophotographic developer.
  • the main component includes a crystal phase component in which the ferrite is composed of a plurality of crystal phase components (including a crystal phase component composed of a perovskite type crystal represented by the composition formula of RZrO 3 (where R is an alkaline earth metal element)).
  • the spinel crystal phase occupies the largest proportion among those crystal phase components, and in particular, the spinel crystal phase component is preferably 50% by mass or more, and more preferably 60% by mass or more. , 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and the ferrite particles are preferably spinel-type ferrite particles except for the perovskite-type crystal phase component and unavoidable impurities.
  • the content of the spinel phase crystal phase component can be determined by the composition of the metal element, and is obtained when the phase composition analysis of the crystal phase constituting the ferrite particles is performed by the Rietveld analysis of the X-ray diffraction pattern described later. It can be a mass fraction to be obtained.
  • the content ratio of the spinel-type crystal phase component is preferably 75% by mass or more, more preferably 85% by mass or more, further preferably 95% by mass or more, and 96% by mass. It is more preferably% or more, and even more preferably 98% by mass or more.
  • the magnetization on the low magnetic field side can be increased. Further, by adopting a composition containing Mn, it is possible to prevent reoxidation of the ferrite at the time of ejection from the furnace after the main firing.
  • the Mn content to 15 mol% or more, it is possible to suppress a relative increase in the Fe content and suppress an increase in the content ratio of the magnetite component in the ferrite particles. Therefore, it is possible to suppress a decrease in magnetization on the low magnetic field side and suppress the occurrence of carrier adhesion.
  • the resistance value since it becomes easy to adjust the resistance value to a good value for performing electrophotographic printing, it is possible to suppress the occurrence of fog, deterioration of gradation, and occurrence of image defects such as white spots. Further, the toner consumption can be kept appropriate. By setting the Mn content to 50 mol% or less, the resistance becomes too high, and it is possible to suppress the occurrence of image defects such as white spots.
  • High resistance ferrite particles can be obtained by using a composition containing Mg. Further, by setting the Mg content to 2 mol% or more, the Mn content becomes appropriate with respect to the Fe content, and the magnetization and resistance of the ferrite particles are kept within a good range for electrophotographic printing. It will be easier to adjust. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of fog, deterioration of gradation, occurrence of brush streaks, occurrence of image defects such as carrier scattering. Further, when magnesium hydroxide is used as the Mg raw material, if the firing temperature at the time of producing the ferrite particles is low, hydroxyl groups may remain in the ferrite particles.
  • the Mg content By setting the Mg content to 35 mol% or less, the amount of residual hydroxyl groups present due to the raw material can be reduced. Therefore, it is possible to suppress fluctuations in electrical characteristics such as the amount of charge and resistance of the ferrite particles due to the residual hydroxyl groups under the influence of atmospheric humidity, and to improve the environmental dependence of the electrical characteristics of the ferrite particles. can.
  • the ferrite particles are magnetic oxides containing ferric oxide as the main component. Therefore, it is a prerequisite that x ⁇ z is satisfied.
  • the saturation magnetization measured by VSM when a magnetic field of 1K / 1000 / 4 ⁇ / A / m is applied is 50 emu / g or more and 65 emu / g or less. Is preferable.
  • the saturation magnetization is 50 emu / g or more, the magnetic force of the core material is high, and carrier scattering due to low magnetization can be satisfactorily suppressed.
  • the saturation magnetization and the electric resistance are in a trade-off relationship, if the saturation magnetization of the ferrite particles is within the above range, the balance between the two becomes good and high-quality electrophotographic printing can be performed well. A photodeveloper can be obtained. Further, if the resistance is low even if the magnetization is high, carrier scattering due to the low resistance may occur. By setting the saturation magnetization to 65 emu / g or less, carrier scattering due to low resistance can be satisfactorily suppressed.
  • volume average particle size (D 50 ) When the ferrite particles are used as the core material of a carrier for an electrophotographic developer, the volume average particle diameter (D 50 ) is preferably 24 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less. However, the volume average particle diameter referred to here is a value measured in accordance with JIS Z 8825: 2013 by a laser diffraction / scattering method. When the volume average particle size is within the range, the charge-imparting property to the toner is high, and the charge-imparting property can be maintained for a long period of time. Therefore, the life of the electrophotographic developer can be extended.
  • the volume average particle size (D 50 ) of the ferrite particles is less than 24 ⁇ m, the particle size is small, so that carrier scattering is likely to occur. Further, when the volume average particle size (D 50 ) of the ferrite particles is less than 24 ⁇ m, the ferrite particles tend to aggregate because the particle size is small.
  • the ferrite particles are used as a core material and the surface thereof is coated with a resin to form a carrier, if the ferrite particles are agglomerated, the surface of each ferrite particle cannot be satisfactorily coated with the resin.
  • the developer has a high content of carriers in a region not coated with the resin. Therefore, it is not preferable to manufacture a developer using a carrier having such ferrite particles as a core material because it may not be possible to obtain sufficient charge imparting property to the toner.
  • the volume average particle size (D 50 ) of the ferrite particles exceeds 40 ⁇ m, the particle size of each particle constituting the powder becomes large. Therefore, the surface area of the carrier that contributes to triboelectric charging with the toner is smaller than that of the ferrite particles having a small volume average particle size (D 50). Therefore, it may not be possible to obtain sufficient charge imparting property to the toner. In order to improve this, by imparting irregularities to the surface of the individual ferrite particles to increase the surface area of the individual ferrite particles, the surface area of the carrier that contributes to triboelectric charging with the toner can be increased.
  • the charge imparting property to the toner is improved, but it is not preferable because mechanical stress is applied to the convex portion of the carrier surface at the time of mixing with the toner and the carrier is likely to be cracked or chipped. That is, it may not be possible to maintain the strength of the carrier when the developer is used, which is not preferable.
  • Shape coefficient SF-1 (circularity) It is preferable that the value of the shape coefficient SF-1 obtained for the ferrite particles based on the following formula is 100 or more and less than 120. The closer the value of the following formula is to 100, the closer the shape of the ferrite particles is to a true sphere. When the value of the shape coefficient SF-1 of the ferrite particles is within the above range, it means that the ferrite particles are substantially spherical and the cross section thereof is substantially circular.
  • the carrier for an electrophotographic developer according to the present invention is characterized by including the above-mentioned ferrite particles and a resin coating layer provided on the surface of the ferrite particles. That is, the ferrite particles are characterized in that they are used as a core material for a carrier for an electrophotographic developer. Since the ferrite particles are as described above, the resin coating layer will be mainly described here.
  • the type of resin (coating resin) constituting the resin coating layer is not particularly limited.
  • fluororesin, acrylic resin, epoxy resin, polyamide resin, polyamideimide resin, polyester resin, unsaturated polyester resin, urea resin, melamine resin, alkyd resin, phenol resin, fluoroacrylic resin, acrylic-styrene resin, silicone resin, etc. Can be used.
  • a modified silicone resin or the like obtained by modifying a silicone resin or the like with each resin such as an acrylic resin, a polyester resin, an epoxy resin, a polyamide resin, a polyamideimide resin, an alkyd resin, a urethane resin or a fluororesin may be used.
  • the coating resin is preferably a thermosetting resin from the viewpoint of suppressing resin peeling due to mechanical stress received during stirring and mixing with toner.
  • the thermosetting resin suitable for the coating resin include epoxy resin, phenol resin, silicone resin, unsaturated polyester resin, urea resin, melamine resin, alkyd resin, and resins containing them.
  • the type of coating resin is not particularly limited, and an appropriate one can be appropriately selected according to the type of toner to be combined, the usage environment, and the like.
  • the resin coating layer may be formed by using one kind of resin, or the resin coating layer may be formed by using two or more kinds of resins.
  • two or more kinds of resins may be mixed to form one resin coating layer, or a plurality of resin coating layers may be formed.
  • a first resin coating layer having good adhesion to the ferrite particles is provided on the surface of the ferrite particles, and the surface of the first resin coating layer is given a desired charge-imparting performance to the carrier. It is also preferable to provide a second resin coating layer.
  • the resin coating amount (resin coating amount) that coats the surface of the ferrite particles is preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the ferrite particles used as the core material. If the resin coating amount is less than 0.1% by mass, it becomes difficult to sufficiently coat the surface of the ferrite particles with the resin, and it becomes difficult to obtain a desired charging ability. Further, if the resin coating amount exceeds 10% by mass, carrier particles agglomerate during manufacturing, resulting in a decrease in productivity such as a decrease in yield and a decrease in the fluidity of the developer in the actual machine or with respect to the toner. It is not preferable because the developer characteristics such as chargeability vary.
  • the resin coating layer may contain additives for controlling the electrical resistance, the amount of charge, and the charge rate of carriers such as conductive agents and charge control agents.
  • the conductive agent include conductive carbon, oxides such as titanium oxide and tin oxide, and various organic conductive agents.
  • the electrical resistance of the conductive agent is low, if the amount of the conductive agent added is too large, a charge leak is likely to occur.
  • the ferrite particles control the unevenness of the surface and use the convex portion as a leak point when the resin coating layer is provided, the amount of the conductive agent added can be reduced as compared with the conventional case. ..
  • the content of the conductive agent is preferably 0.1% by mass or more and 12.0% by mass, and preferably 0.1% by mass or more and 10.0% by mass or less with respect to the solid content of the coating resin. More preferably, it is 0.1% by mass or more and 8.0% by mass or less.
  • Examples of the charge control agent include various charge control agents generally used for toner and a silane coupling agent.
  • the types of these charge control agents and coupling agents are not particularly limited, but charge control agents such as niglosin dyes, quaternary ammonium salts, organic metal complexes, and metal-containing monoazo dyes, aminosilane coupling agents, and fluorine-based silane cups.
  • a ring agent or the like can be preferably used.
  • the content of the charge control agent is preferably 0.25% by mass or more and 20.0% by mass or less, and 0.5% by mass or more and 15.0% by mass or less, based on the solid content of the coating resin. More preferably, it is more preferably 1.0% by mass or more and 10.0% by mass or less.
  • the electrophotographic developer includes the carrier for the electrophotographic developer and toner.
  • the toner constituting the electrophotographic developer for example, either a polymerized toner produced by a polymerization method or a pulverized toner produced by a pulverization method can be preferably used.
  • These toners may contain various additives and may be any toner as long as it can be used as an electrophotographic developer in combination with the above carriers.
  • the volume average particle size (D 50 ) of the toner is preferably 2 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less, and more preferably 3 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • an electrophotographic developer capable of performing high-quality electrophotographic printing can be obtained.
  • the mixing ratio of the carrier and the toner is preferably 3% by mass or more and 15% by mass or less.
  • An electrophotographic developer containing toner at the concentration can easily obtain a desired image density, and fog and toner scattering can be suppressed more satisfactorily.
  • the electrophotographic developer when used as a replenishing developer, it is preferably 2 parts by mass or more and 50 parts by mass or less of the toner with respect to 1 part by mass of the carrier.
  • the electrophotographic developer attracts and adheres carriers to a magnetic drum or the like by magnetic force to form a brush and conveys toner, and while applying a bias electric field, applies toner to an electrostatic latent image formed on a photoconductor or the like. It can be suitably used for various electrophotographic developing devices to which a magnetic brush developing method for forming a visible image by adhering is applied.
  • the electrophotographic developer is used not only in an electrophotographic developing device that uses a DC bias electric field when applying a bias electric field, but also in an electrophotographic developing device that uses an alternating bias electric field in which an AC bias electric field is superimposed on a DC bias electric field. be able to.
  • Ferrite powder and carrier core material for electrophotographic developer can be produced as follows.
  • an appropriate amount of the raw material is weighed so as to have a desired ferrite composition, and then pulverized and mixed with a ball mill or a vibration mill for 0.5 hours or more, preferably 1 hour or more and 20 hours or less, and calcined.
  • the raw material for example, a Fe 2 O 3, Mg (OH ) 2 and / or MgCO 3, MnO 2, Mn 2 O 3, Mn 3 O 4 and one or more manganese selected from the group consisting of MnCO 3 It is preferable to use a compound.
  • the ferrite particles according to the present invention contain a crystal phase component composed of perovskite-type crystals represented by the composition formula of RZrO 3 (where R is an alkaline earth metal element). Therefore, for the alkaline earth metal element (R), the oxide of the alkaline earth metal element (R) is used as a raw material, weighed so as to have a desired addition amount, and pulverized and mixed with other raw materials. For Zr, ZrO 2 can be used as a raw material.
  • the phase composition analysis of the crystal phase constituting the ferrite particles is carried out by the Rietbelt analysis of the X-ray diffraction pattern of the crystal phase component composed of the perovskite type crystal in an amount of 0.05% by mass or more and 4.00% by mass or less.
  • the mass fraction obtained by the above it is preferable to mix ZrO 2 : 0.1 or more and 3.0 or less with respect to the main component raw material: 100 in terms of molar ratio.
  • ZrO 2 It is more preferable to blend 0.2 or more and 1.5 or less.
  • the oxide of the alkaline earth metal element (R) 0.1 or more and 3.0 or less with respect to the main component raw material: 100 in terms of molar ratio, and ZrO 2 : 0.2 or more and 1.5 or less. It is more preferable to blend.
  • the crystal phase component composed of the perovskite type crystal is generated by a solid phase reaction between an oxide of an alkaline earth metal element (R) and ZrO 2. Therefore, by appropriately changing the addition amount and addition ratio of the oxide of the alkaline earth metal element (R) and ZrO 2 within the above preferable blending amount, the amount of the crystal phase component composed of the perovskite type crystal can be increased. Can be adjusted.
  • the alkaline earth metal element and zirconium dioxide in a total amount of 0.2 mol% or more and 1.5 mol% or less.
  • the surface roughness Rz of the ferrite particles tends to increase, and the standard deviation Rz ⁇ also tends to increase.
  • the total amount of both elements is more than 1.5 mol%, Rz tends to be small. Therefore, from the viewpoint that the surface roughness Rz can be easily controlled within the range of the present invention, it is preferable to keep the total amount within the above range when both are added.
  • ZrO 2 is weighed so as to have a desired addition amount, and pulverized and mixed with other raw materials.
  • zirconium dioxide In order to uniformly disperse zirconium dioxide inside the particles, it is desirable to add zirconium dioxide during pulverization and mixing of the raw materials.
  • the raw materials other than ZrO 2 are pulverized and mixed, and after being calcined in the air, ZrO 2 is added and further pulverized and mixed.
  • a crushed product obtained by crushing and mixing raw materials other than ZrO 2 is pelletized using a pressure molding machine or the like, and then calcined in the air at a temperature of 700 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower, and then ZrO 2 is added. ..
  • the volume average particle size (D 50 ) is 2.5 ⁇ m or less, and it is more preferable to pulverize the pulverized product so that the volume average particle diameter (D 50) is 2.0 ⁇ m or less. preferable.
  • ZrO having a BET specific surface area of 20 to 150 m 2 / g and a volume average particle diameter (D 50 ) of 0.5 ⁇ m to 2.5 ⁇ m. It is desirable to use 2 as a raw material. By using a raw material having such characteristics, it is possible to uniformly promote the growth of the crystal phase component composed of perovskite-type crystals while satisfactorily dispersing ZrO 2 in the particles. It becomes easy to control the surface roughness Rz within the range of the present invention by suppressing segregation of the crystal phase component and abnormal grain growth of each crystal phase component in the particles.
  • the crystal phase component composed of perovskite-type crystals can be more uniformly dispersed from the surface to the inside of the particles.
  • a dispersant e.g., a binder, or the like
  • a binder e.g., polyvinyl alcohol or polyvinylpyrrolidone
  • the binder e.g., polyvinyl alcohol or polyvinylpyrrolidone
  • the slurry prepared as described above is sprayed with a spray dryer and dried to obtain a granulated product.
  • the discharge amount is 20 Hz or more and 50 Hz or less
  • the atomizer disk rotation speed is 11000 rpm or more and 20000 rpm or less
  • the drying temperature is 100 ° C. or more and 500 ° C. or less.
  • the atomizer disk rotation speed is 11000 rpm or more and 16000 rpm or less
  • the drying temperature is 150 ° C. or more and 300 ° C. or less.
  • the classification of the granulated product can be performed using a known air flow classification, a sieve, or the like.
  • the classified granules are fired. It is preferable that the granulated product is first fired in a firing furnace of a type such as a rotary kiln that allows the granulated product (object to be fired) to pass through a hot portion while flowing, and then the main firing is performed.
  • a firing furnace of a type such as a rotary kiln that allows the granulated product (object to be fired) to pass through a hot portion while flowing, and then the main firing is performed.
  • the temperature is preferably 850 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower, for example.
  • the primary firing temperature is preferably performed at a temperature higher than 850 ° C, more preferably 900 ° C or higher or higher than 900 ° C.
  • the primary firing temperature is more preferably performed at a temperature lower than 1050 ° C, and further preferably performed at a temperature of 1000 ° C or lower or lower than 1000 ° C, for example, 980 ° C or lower.
  • the main firing should be held at a temperature of 850 ° C. or higher for 4 hours or longer and 24 hours or shorter in a weakly oxidizing atmosphere. Therefore, it is preferable to carry out. Further, it is preferable that the main firing is performed at a temperature higher than that of the primary firing.
  • the firing temperature is not particularly limited as long as the ferrite particles according to the present invention can be obtained.
  • the term "weakly oxidizing atmosphere” means that the oxygen concentration is 0.1% by volume (1000ppm) or more and 5% by volume (50,000ppm) or less in a mixed gas atmosphere of nitrogen and oxygen, and the atmospheric oxygen concentration is 0.
  • the ferrite particles spinel-type ferrite particles having a crystal phase component composed of a spinel-type crystal represented by the composition formula as a main composition
  • the ferrite crystal grains composed of spinel-type crystals are sufficiently grown and the grains are formed.
  • the zirconium component in the boundary In order to disperse the zirconium component in the boundary, hold it for 5 hours or more and less than 10 hours under a temperature range suitable for producing a ferrite component composed of spinel-type crystals (850 ° C. or higher and 1150 ° C. or lower) before reaching the main firing temperature. then, for example, it is more preferable to perform the main firing by holding for 1 hour or more at a temperature suitable to generate the crystalline phase component containing the perovskite type crystal represented by the composition formula of RZrO 3 such as strontium zirconate ..
  • a temperature suitable for producing a ferrite component composed of spinel-type crystals As the main component, it is possible to promote the growth of crystal grains and increase the surface roughness Rz.
  • a predetermined range is specified within the range of 850 ° C. or higher and 1150 ° C. or lower. It may be maintained at a temperature (for example, 1000 ° C., 1100 ° C., etc.).
  • the loading time may be adjusted to be 5 hours or more and less than 10 hours.
  • a firing furnace at 850 ° C. or higher and 1150 ° C. or lower for 5 hours or more and less than 10 hours. Thereafter, a suitable temperature be maintained for at least one hour (the sintering temperature) in order to produce a crystalline phase component containing the perovskite type crystal represented by the composition formula of RZrO 3 such as strontium zirconate, according to the present invention Ferrite particles can be obtained.
  • the firing temperature is preferably 1170 ° C. or higher in order to sufficiently generate a crystal phase component composed of perovskite-type crystals and keep the apparent density within the range of the present invention.
  • the temperature is 1400 ° C. or lower, more preferably 1180 ° C. or higher and 1350 ° C. or lower, still more preferably 1200 ° C. or higher and 1330 ° C. or lower, and it is preferable to keep the temperature at such a main firing temperature for 1 hour or longer.
  • the blending amount of zirconium oxide (ZrO 2 ) is preferably 0.2 mol to 3.00 mol.
  • the raw material is finely pulverized and a reaction accelerator is added and then calcined at a predetermined temperature.
  • a reaction accelerator is added and then calcined at a predetermined temperature.
  • the raw material is finely pulverized to a primary particle size of about several tens of nanometers, and an aluminum compound (for example, alumina (Al 2 O 3 ) or the like) is added as a reaction accelerator to bring the firing temperature to 1500 ° C. or lower. It is possible to generate a crystal phase component composed of these perovskite-type crystals even at the temperature of.
  • the ferrite particles according to the present invention are maintained at a temperature suitable for producing a crystal phase component composed of perovskite-type crystals according to the desired composition, and other conditions are adjusted as necessary. Can be obtained.
  • a tunnel kiln is used rather than a firing furnace of a type such as a rotary kiln in which a granulated material (object to be fired) is passed through a hot portion while flowing.
  • a firing furnace of a type such as an elevator kiln or the like in which the granulated material is placed in a kou pot or the like and allowed to pass through hot air.
  • a firing furnace such as a rotary kiln
  • the granulated material adheres to the inner surface of the furnace when it passes through the hot part.
  • the obtained fired product has an internal surface even if the surface is sufficiently sintered. Sintering is often inadequate.
  • Such a fired product does not satisfy the strength required as a carrier core material for an electrophotographic developer, and the ferrite reaction inside is insufficient.
  • the magnetic properties required as a carrier core material for an electrophotographic developer and the magnetic properties may not meet the electrical characteristics. Further, if the inside of the fired product is not sufficiently sintered, it is not possible to sufficiently generate a crystal phase component composed of perovskite-type crystals represented by the composition formula of RZrO 3 in the firing step. Therefore, it becomes difficult to obtain the ferrite particles according to the present invention.
  • the inside of the object to be calcined can be sufficiently sintered. Therefore, it becomes easy to obtain ferrite particles having high magnetization and high resistance and in which a crystal phase component composed of a perovskite type crystal represented by the composition formula of RZrO 3 is sufficiently generated. For these reasons, it is preferable to use a tunnel kiln, an elevator kiln, or the like when performing the main firing step.
  • the fired product is crushed and classified to obtain ferrite particles.
  • the particle size is adjusted to a desired particle size by using an existing wind power classification, mesh filtration method, sedimentation method, or the like.
  • two or more of the above-mentioned classification methods may be selected and carried out, or the conditions may be changed by one type of classification method to remove the coarse powder side particles and the fine powder side particles.
  • the carrier for electrophotographic developing agent according to the present invention is formed by using the above ferrite particles as a core material and providing a resin coating layer on the surface of the ferrite particles.
  • the resin constituting the resin coating layer is as described above.
  • a known method such as a brush coating method, a spray drying method using a fluidized bed, a rotary drying method, an immersion drying method using a universal stirrer, or the like can be adopted.
  • a spray-drying method using a fluidized bed In order to improve the ratio of the resin coating area to the surface of the ferrite particles (resin coating ratio), it is preferable to adopt a spray-drying method using a fluidized bed.
  • the ferrite particles can be subjected to the resin coating treatment once or a plurality of times.
  • the resin coating liquid used when forming the resin coating layer may contain the above additives. Further, since the amount of resin coated on the surface of the ferrite particles is as described above, the description thereof will be omitted here.
  • baking may be performed by an external heating method or an internal heating method, if necessary.
  • a fixed or fluid electric furnace, a rotary electric furnace, a burner furnace, or the like can be used.
  • a microwave furnace can be used.
  • a UV curable resin is used as the coating resin
  • a UV heater is used. Baking is required to be performed at a temperature equal to or higher than the melting point of the coating resin or the glass transition point.
  • a thermosetting resin, a condensation-crosslinked resin, or the like is used as the coating resin, it is necessary to bake at a temperature at which the curing of these resins proceeds sufficiently.
  • the electrophotographic developer according to the present invention includes the carrier for the electrophotographic developer and toner. As described above, either a polymerized toner or a pulverized toner can be preferably used as the toner.
  • the polymerized toner can be produced by a known method such as a suspension polymerization method, an emulsification polymerization method, an emulsification agglutination method, an ester extension polymerization method, or a phase transfer emulsification method.
  • a colored dispersion in which a colorant is dispersed in water using a surfactant, a polymerizable monomer, a surfactant and a polymerization initiator are mixed and stirred in an aqueous medium, and the polymerizable monomer is aqueous.
  • a salting agent is added to salt the polymer particles.
  • Polymerized toner can be obtained by filtering, washing, and drying the particles obtained by salting out. Then, if necessary, an external additive may be added to the dried toner particles.
  • a toner composition containing a polymerizable monomer, a surfactant, a polymerization initiator, a colorant and the like is used.
  • a fixability improver and a charge control agent can be added to the toner composition.
  • pulverized toner for example, a binder resin, a colorant, a charge control agent, etc. are sufficiently mixed with a mixer such as a Henschel mixer, then melt-kneaded with a twin-screw extruder or the like to uniformly disperse, and after cooling, a jet mill is used.
  • a mixer such as a Henschel mixer
  • toner having a desired particle size can be obtained by, for example, classifying with a wind classifier or the like. If necessary, wax, magnetic powder, viscosity modifier, and other additives may be included. Further, an external additive can be added after the classification.
  • the SrO raw material was weighed so that the molar ratio was SrO: 0.30 with respect to the main component raw material: 100.
  • trimanganese tetroxide was used as the MnO raw material
  • magnesium oxide was used as the MgO raw material
  • ferric oxide was used as the Fe 2 O 3 raw material
  • strontium carbonate was used as the SrO raw material.
  • the weighed raw material was crushed with a dry media mill (vibration mill, stainless beads with a diameter of 1/8 inch) for 5 hours, and the obtained crushed product was made into pellets of about 1 mm square by a roller compactor.
  • Coarse powder was removed from the obtained pellets with a vibrating sieve having a mesh opening of 3 mm, and then fine powder was removed by a vibrating sieve having a mesh opening of 0.5 mm. Was done.
  • a dry media mill vibration mill, stainless beads having a diameter of 1/8 inch
  • the mixture was pulverized until the average particle size became about 5 ⁇ m. At this time, the crushing time was set to 6 hours.
  • a dispersant is added to the slurry prepared as described above, 0.4% by mass of PVA (polyvinyl alcohol) as a binder is added to the solid content (amount of tentatively calcined product in the slurry), and then a spray dryer. Granulated and dried. The particle size of the obtained granulated product was adjusted, and then the particles were heated at 900 ° C. for 2 hours in an air atmosphere using a rotary electric furnace and first fired to remove organic components such as dispersants and binders. ..
  • PVA polyvinyl alcohol
  • the granulated product was main-baked by holding it in a tunnel-type electric furnace at a main firing temperature (holding temperature) of 1215 ° C. and an atmosphere of an oxygen concentration of 1.2% by volume for 3 hours.
  • a main firing temperature holding temperature
  • an atmosphere of an oxygen concentration 1.2% by volume for 3 hours.
  • the rate of temperature rise to 850 ° C. was set to 100 ° C./hour
  • the rate of temperature rise from 850 ° C. to 1215 ° C., which is the main firing temperature was set to 50 ° C./hour
  • the cooling rate was set to 110 ° C./hour.
  • the obtained fired product is crushed by a hammer crusher, further classified by a gyro shifter (vibration sieve) and a turbo classifier (air flow classifier) to adjust the particle size, and low magnetic force products are separated by magnetic dressing to separate ferrite particles.
  • Got Table 1 shows the main production conditions of the ferrite particles of Example 1.
  • a silicone resin solution (resin solid content 10% by mass) was prepared by mixing silicone resin (manufactured by Shinetsu Silicone Co., Ltd., KR-350) and toluene.
  • the surface of the ferrite particles was coated with the resin solution by mixing the resin solution and the ferrite particles of Example 1 with a universal stirrer.
  • a resin solution having a resin solid content of 1.0% by mass with respect to the ferrite particles was used.
  • the ferrite particles to which the resin solution was attached were heated by a heat exchange type stirring and heating device at 250 ° C. for 3 hours while stirring, and the volatile components contained in the resin solution were volatilized to dry the ferrite particles.
  • a carrier for an electrophotographic developer of Example 1 having a resin coating layer on the surface of the ferrite particles was obtained.
  • Electrophotodeveloping agent The carrier for the electrophotographic developing agent and the toner were stirred and mixed for 30 minutes using a turbo mixer to obtain 50 g of a developer (toner concentration 7.5% by weight).
  • a commercially available negative electrode toner cyan toner, for DocuPrint C3530 manufactured by Fuji Xerox Co., Ltd .; average particle size of about 5.8 ⁇ m
  • cyan toner for DocuPrint C3530 manufactured by Fuji Xerox Co., Ltd .; average particle size of about 5.8 ⁇ m
  • the ZrO 2 raw material was weighed so that the ZrO 2 : 0.75 was obtained with respect to the main component raw material: 100 in terms of molar ratio, and the SrO raw material was weighed so that the SrO: 0.75.
  • Example 2 in the same manner as in Example 1 except that the main firing temperature was 1245 ° C. and 850 ° C. and the heating rate from the main firing temperature of 1245 ° C. was 60 ° C./hour. Ferrite particles were produced. Table 1 shows the main production conditions of Example 2. Further, a carrier for an electrophotographic developer was produced in the same manner as in Example 1 except that the ferrite particles were used as a core material, and an electrophotographic developer was produced using the carrier for an electrophotographic developer.
  • the ZrO 2 raw material was weighed so that the ZrO 2 : 0.15 was obtained with respect to the main component raw material: 100 in terms of molar ratio, and the SrO raw material was weighed so that the SrO: 0.15.
  • Example 3 in the same manner as in Example 1 except that the main firing temperature was 1205 ° C. and 850 ° C. and the heating rate from the main firing temperature of 1205 ° C. was 40 ° C./hour. Ferrite particles were produced. Table 1 shows the main production conditions of Example 3. Further, a carrier for an electrophotographic developer was produced in the same manner as in Example 1 except that the ferrite particles were used as a core material, and an electrophotographic developer was produced using the carrier for an electrophotographic developer.
  • Example 4 the ferrite particles of Example 4 were produced in the same manner as in Example 1 except that the atmospheric oxygen concentration at the time of the main firing was set to 0.7% by volume.
  • Table 1 shows the main production conditions of Example 4.
  • a carrier for an electrophotographic developer was produced in the same manner as in Example 1 except that the ferrite particles were used as a core material, and an electrophotographic developer was produced using the carrier for an electrophotographic developer.
  • Example 5 the ferrite particles of Example 5 were produced in the same manner as in Example 1 except that the atmospheric oxygen concentration at the time of the main firing was set to 1.8% by volume.
  • Table 1 shows the main production conditions of Example 5.
  • a carrier for an electrophotographic developer was produced in the same manner as in Example 1 except that the ferrite particles were used as a core material, and an electrophotographic developer was produced using the carrier for an electrophotographic developer.
  • the atmospheric oxygen concentration at the time of the main firing was set to 0.4% by volume, the SrO raw material was weighed so that SrO: 0.15, and the hot portion after obtaining the ferrite particles.
  • the surface oxidation treatment is performed by a rotary electric furnace provided with a cooling portion following the hot portion (however, in a hot portion atmosphere atmosphere, 450 ° C.), and then cooled to perform a surface oxidation treatment.
  • the ferrite particles of Example 6 were produced in the same manner as in Example 1 except for the points where the above was applied. Table 1 shows the main production conditions of Example 6. Further, a carrier for an electrophotographic developer was produced in the same manner as in Example 1 except that the ferrite particles were used as a core material, and an electrophotographic developer was produced using the carrier for an electrophotographic developer.
  • Comparative Example 1 In this comparative example, the ZrO 2 raw material was weighed so that the ZrO 2 : 0.90 was obtained with respect to the main component raw material: 100 in terms of molar ratio, and the SrO raw material was weighed so that the SrO: 0.90. Comparative Example 1 in the same manner as in Example 1 except that the main firing temperature was 1235 ° C. and 850 ° C. and the heating rate from the main firing temperature of 1235 ° C. was 100 ° C./hour. Ferrite particles were produced. Table 1 shows the main production conditions of Comparative Example 1. Further, a carrier for an electrophotographic developer was produced in the same manner as in Example 1 except that the ferrite particles were used as a core material, and an electrophotographic developer was produced using the carrier for an electrophotographic developer.
  • Comparative Example 2 In this comparative example, the ZrO 2 raw material was weighed so that the molar ratio was ZrO 2 : 0.15 with respect to the main component raw material: 100, and the SrO raw material was weighed so that SrO: 0.15. Comparative Example 2 in the same manner as in Example 1 except that the main firing temperature was 1230 ° C. and 850 ° C. and the heating rate from the main firing temperature of 1230 ° C. was 30 ° C./hour. Ferrite particles were produced. Table 1 shows the main production conditions of Comparative Example 2. Further, a carrier for an electrophotographic developer was produced in the same manner as in Example 1 except that the ferrite particles were used as a core material, and an electrophotographic developer was produced using the carrier for an electrophotographic developer.
  • Comparative Example 3 In this comparative example, ZrO 2 was not weighed, the SrO raw material was weighed so that SrO: 0.05, the atmospheric oxygen concentration at the time of the main firing was set to 0% by volume, and the main firing temperature. After producing ferrite particles in the same manner as in Example 1 except that the heating rate from 1180 ° C. and 850 ° C. to 1180 ° C., which is the main firing temperature, was 100 ° C./hour, the same as in Example 6. The ferrite particles of Comparative Example 3 were produced by subjecting the surface oxidation treatment by the method (however, the oxidation treatment temperature in the hot portion was 600 ° C.). Table 1 shows the main production conditions of Comparative Example 3. Further, a carrier for an electrophotographic developer was produced in the same manner as in Example 1 except that the ferrite particles were used as a core material, and an electrophotographic developer was produced using the carrier for an electrophotographic developer.
  • the crystal structure is as follows from the structure disclosed in "National Institute for Materials Science,” AtomWork "(URL: http://crystdb.anime.go.jp/)". Identified as street.
  • Phase A Crystal phase composed of manganese ferrite (spinel type crystal) Crystal structure: Space group F d -3 m (No. 227)
  • Phase B Crystal phase consisting of perovskite-type crystals represented by the composition formula of RZrO3 Crystal structure: Space group P n ma (No. 62)
  • Phase C Zirconium dioxide (zirconia) Crystal structure: Space group P 4-2 m (No. 111)
  • the Wyckoff position of each atom was set as Mn atom for 8b, Fe atom for 16c, and O atom for 32e.
  • the central part of the cross section (particle cross section) of the ferrite particle is defined as follows.
  • the maximum diameter in the particle cross section for example, SEM image
  • the midpoint of the line segment Dx is the center C of the particle cross section
  • the end points of the line segment Dx are the points P, respectively.
  • the center C is set as the center position
  • the square whose side length is 35% of the line segment Dx is defined as the square S.
  • the area surrounded by the square S is defined as the central part.
  • the surface of the particle cross section is defined as follows.
  • a rectangle having a line segment having a length of 15% as a short side is defined as a rectangle R1.
  • the region surrounded by the rectangle R1 is defined as the surface portion.
  • FIG. 1 shows the cross-sectional shape of the ferrite particles 100 in a simplified circular shape for the sake of explanation, and does not show the actual cross-sectional shape of the ferrite particles according to the present invention.
  • EDX analysis Energy dispersive X-ray analysis
  • a cross-section sample for measurement is prepared by embedding ferrite particles in a resin and performing cross-section processing by ion milling. Ion milling is performed in an argon atmosphere using IM4000PLUS manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation and setting the acceleration voltage of the ion beam to 6.0 kV.
  • ferrite single particle to be analyzed when the volume average particle diameter of the ferrite particles (powder) that includes the single ferrite particles was D 50, the maximum diameter Dx is D 50 ⁇ 0.8 ⁇ Dx ⁇ The particles are in the range of D 50 ⁇ 1.2.
  • EDX analysis is performed on the central portion and the surface portion (the region defined above) of the cross section of the ferrite particles.
  • mapping collection is performed for Fe, Mn, Mg, Sr and Zr using an energy dispersive X-ray analyzer (EMax X-Max50 manufactured by HORIBA, Ltd.), and each element is collected from the obtained X-ray spectrum peak. Calculate the amount (% by mass).
  • the amount of Zr at the center of the obtained particle cross section is defined as "Zr (c)”
  • Zr (s) the amount of Zr at the surface of the particle cross section
  • the amount of Zr on the surface of the particle cross section is the same as that of the above points P and P'for the rectangle R2 defined in the same manner as the rectangle R1 and the straight line Dy passing through the center C of the particle cross section and orthogonal to the straight line Dx.
  • the rectangles R1, R2, R3, and R4 are arranged at substantially equal intervals along the contour of the particle cross section.
  • the line segment Dy (line segment QQ') has a length of 0.5 or more with respect to the line segment Dx.
  • Sx and Dy be things.
  • the ferrite particles produced in each example have a substantially grain shape (see SF-1 value). Therefore, when the length of the line segment Dy (line segment QQ') is less than 0.5 with respect to the line segment Dx, it is highly probable that such particles are cracked or chipped particles. Therefore, the ferrite single particle to be analyzed has a line segment Dy (line segment QQ') having a length of 0.5 or more with respect to the line segment Dx.
  • volume average particle size (D 50 ) was measured as follows using a Microtrack particle size analyzer (Model 9320-X100) manufactured by Nikkiso Co., Ltd. Using the ferrite particles produced in each Example and each Comparative Example as samples, 10 g of each sample and 80 ml of water were placed in a 100 ml beaker, 2 to 3 drops of a dispersant (sodium hexametaphosphate) were added, and an ultrasonic homogenizer (SMT) was added. Using a Co. LTD. UH-150 type), set the output level to 4, disperse for 20 seconds, prepare a sample by removing bubbles formed on the beaker surface, and use the sample to prepare the above micro. The volume average particle size of the sample was measured with a track particle size analyzer.
  • a dispersant sodium hexametaphosphate
  • SMT ultrasonic homogenizer
  • the resistance values H 1000 ( ⁇ ) and H 100 (30 ° C. relative humidity 80%) in a high temperature and high humidity environment (30 ° C. and relative humidity 80%) according to the following procedure. ⁇ ) was measured respectively.
  • the distance between the electrodes was set to 2.0 mm, and non-magnetic parallel plate electrodes (10 mm ⁇ 40 mm) were placed facing each other, and 200 mg of a sample was filled between them.
  • the sample was held between the parallel plate electrodes by a magnet attached to the parallel plate electrode (surface magnetic flux density: 1500 Gauss, area of the magnet in contact with the electrode: 10 mm ⁇ 30 mm).
  • a predetermined voltage 1000 V for H 1000 and 100 V for H 100
  • a predetermined voltage 1000 V for H 1000 and 100 V for H 100
  • an electrometer insulation resistance meter model 16517A manufactured by KEYTHLEY
  • the above-mentioned resistance values H 1000 and resistance value H 100 are obtained by exposing the sample to a constant temperature and humidity chamber in which the atmospheric temperature and humidity are adjusted in the high temperature and high humidity environment by the method for 12 hours or more, and then performing the above procedure under the environment. It is a resistance value measured by.
  • a xanthan gum aqueous solution having a viscosity of 0.5 Pa ⁇ s was prepared as a dispersion medium, and 0.1 g of each ferrite particle was dispersed in 30 cc of the xanthan gum aqueous solution.
  • the measurement conditions were that the magnification of the objective lens was 10 times, the filter was ND4 ⁇ 2, and the sample solution was prepared using a xanthan gum aqueous solution with a viscosity of 0.5 Pa ⁇ s. It was set to 0.08 ⁇ l / sec.
  • the three-dimensional shape of the surface of the particle to be measured was acquired using a hybrid laser microscope mc2000 manufactured by Lasertec Co., Ltd.
  • double-sided tape was attached on the slide glass, and ferrite particles were sprinkled on the adhesive surface to fix the ferrite particles on the slide glass.
  • a xenon lamp was used as the light source, the magnification of the objective lens was set to 100 times, the ferrite particles to be measured (measurement target particles) were selected, and the three-dimensional shape of the surface was acquired by the automatic shooting function of the software LMeye7 attached to the device. ..
  • the average value of the values obtained based on the 21 line segments in this way was taken as the Rz of each particle to be measured. Then, 30 particles were used as the measurement target particles in the same procedure, and the average value of the surface roughness Rz values of the 30 measurement target particles was used as the surface Rz of the ferrite particles of each Example and Comparative Example.
  • Image Density The image density was evaluated as follows using the electrophotographic developer produced in each Example and Comparative Example. The image density was appropriately exposed using a full-color electrophotographic developer (Ricoh's imageo MP C2500) in a constant temperature and humidity chamber in which the ambient temperature and humidity were adjusted in a low temperature and low humidity environment (10 ° C. and relative humidity 20%). After printing a 1000 (1k) test image under the conditions, a solid image was printed. Then, the solid image was evaluated by the following criteria by measuring the image density using a spectrophotometric densitometer (“Model 938” manufactured by X-Rite). It was evaluated as ⁇ , ⁇ , or ⁇ according to the following criteria.
  • (9) Carrier Scattering Amount The carrier scattering amount was evaluated as follows using the electrophotographic developer produced in each Example and Comparative Example. 1000 under suitable exposure conditions using a full-color electrophotographic processor (Ricoh's image MP C2500) in a constant temperature and humidity chamber in which the ambient temperature and humidity are adjusted in a high temperature and high humidity environment (30 ° C. and relative humidity 80%). (1k) After printing the test image, three solid images were printed. Then, the total amount of carrier scattering in the solid image was visually counted, and ⁇ , ⁇ , and ⁇ were determined based on the following criteria.
  • Table 2 shows the measurement results of each of the above evaluation items.
  • the XRD analysis value indicates the perovskite-type crystal phase component content (mass%) obtained by Rietveld analysis of the powder X-ray diffraction pattern.
  • the logarithmic values of the resistance value H 1000 and the resistance value H 100 are shown.
  • the ferrite particles of Examples 1 to 6 are oxides containing an alkaline earth metal element (R) as a raw material. It was confirmed that by using zirconium dioxide and zirconium dioxide, ferrite particles containing 0.22% by mass to 0.64% by mass of the perovskite-type crystal phase component represented by the composition formula of RZrO 3 can be obtained. Further, since the degree of dispersion of Zr in the ferrite particles of Examples 1 to 6 is as small as 1.0 to 1.1, the perovskite-type crystal phase component is well dispersed in the ferrite particles. confirmed.
  • R alkaline earth metal element
  • the total amount of zirconium dioxide and alkaline earth metal element (R) used as raw materials is smaller than that of other examples. There were few. Further, in the other examples, the degree of dispersion of Zr was 1.0, whereas only the ferrite particles of Example 3 showed a slightly large value of 1.1 in the degree of dispersion of Zr. Since the firing conditions of Example 2 and Example 3 are different, they cannot be simply compared, but by controlling the total amount of zirconium dioxide and alkaline earth metal element (R) used as raw materials and the firing conditions. It was confirmed that the content of the perovskite-type crystal phase component in the ferrite particles can be adjusted.
  • the ferrite particles of each Example and Comparative Example had a spinel-type crystal phase component content of 98% by mass or more, confirming that they were spinel-type ferrite particles.
  • the ferrite particles of Examples 1 to 6 had a surface roughness Rz of 2.1 ⁇ m or more and 4.3 ⁇ m or less.
  • the ferrite particles of Comparative Example 1 had a small surface roughness Rz of 1.8 ⁇ m
  • the ferrite particles of Comparative Example 2 had a large surface roughness Rz of 4.7 ⁇ m, both of which were outside the range specified in the present invention. ..
  • the ferrite particles of Comparative Example 1 all contain a perovskite-type crystal phase component within the range specified in the present invention, the heating rate in the temperature range of 850 ° C. or higher and 1150 ° C.
  • the surface roughness Rz was too small or too large for less than 5 hours or 10 hours or more. From this, it was confirmed that the surface roughness Rz can be adjusted by controlling the temperature rising rate in the temperature range of 850 ° C. or higher and 1150 ° C. or lower.
  • the thickness of the resin coating layer is reduced. Since the ferrite particles according to the present invention have a high resistance value even in a high humidity environment, by controlling the unevenness of the surface, the carrier surface resistance is maintained high as a whole when the carrier is used, and the carrier is used. It is possible to distribute the low resistance portion due to the convex portion of the ferrite particles on the surface substantially uniformly. As a result, it has become possible to maintain the developability by quickly leaking the countercharge after development while satisfactorily suppressing carrier scattering, especially in a high humidity environment.
  • the resistance value is within the range of the present invention, but the surface roughness Rz is small, and carrier scattering can be suppressed in a high temperature and high humidity environment.
  • the image density decreased and good developability could not be obtained.
  • the resistance value was within the range of the present invention, but the surface roughness Rz was large, and although good image density was obtained in a low temperature and low humidity environment, carriers were obtained in a high temperature and high humidity environment.
  • the scattering could not be suppressed.
  • the ferrite particles of Comparative Example 3 did not contain a perovskite-type crystal phase, the effect of increasing the surface resistance was obtained by subjecting the surface oxidation treatment.
  • a portion that is not sufficiently oxidized and exhibits a low resistance value and a portion that the surface is oxidized and becomes excessively high resistance are locally present. As a result, the effect of lowering the image density and the effect of suppressing the scattering of carry could not be obtained.
  • ferrite particles capable of suppressing the occurrence of carrier scattering under high temperature and high humidity and having good developability, a carrier core material for an electrophotographic developer, a carrier for an electrophotographic developer, and an electrophotographic developer Agents can be provided.

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Abstract

高温高湿下におけるキャリア飛散の発生を抑制することでき、かつ良好な現像性を有するフェライト粒子、電子写真現像剤用キャリア芯材、電子写真現像剤用キャリア及び電子写真現像剤を提供する。 RZrO3の組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を含み、表面粗さRzが2.0μm以上4.5μm以下であり、所定の式を満たすことを特徴とするフェライト粒子とする。また、電子写真現像剤用キャリア芯材として、当該フェライト粒子を用いる。また、これを用いて、電子写真現像剤用キャリア及び電子写真現像剤を得る。

Description

フェライト粒子、電子写真現像剤用キャリア芯材、電子写真現像剤用キャリア及び電子写真現像剤
 本発明は、フェライト粒子、電子写真現像剤用キャリア芯材、電子写真現像剤用キャリア及び電子写真現像剤に関する。
 電子写真現像方法は、現像剤中のトナーを感光体上に形成された静電潜像に付着させて現像する方法をいう。この方法で使用される現像剤は、トナーとキャリアからなる二成分系現像剤と、トナーのみを用いる一成分系現像剤とに分けられる。二成分系現像剤を用いた現像方法としては、古くはカスケード法等が採用されていたが、現在では、マグネットロールを用いる磁気ブラシ法が主流である。
 磁気ブラシ法では、現像剤が充填されている現像ボックス内においてキャリアとトナーとを攪拌・混合することによって、トナーに電荷を付与する。そして、マグネットを保持する現像ロールによりキャリアを感光体の表面に搬送する。その際、キャリアにより、電荷を帯びたトナーが感光体の表面に搬送される。感光体上で静電的な作用によりトナー像が形成された後、現像ロール上に残ったキャリアは再び現像ボックス内に回収され、新たなトナーと撹拌・混合され、一定期間繰り返して使用される。
 二成分系現像剤は、一成分系現像剤とは異なり、キャリア自体の磁気特性や電気特性をトナーと分離して設計することができるため、現像剤を設計する際の制御性がよい。そのため、二成分系現像剤は高画質が要求されるフルカラー現像装置及び画像維持の信頼性、耐久性が要求される高速印刷を行う装置等に適している。
 近年、静電潜像を高精細に現像するためトナーの小粒径化が進められている。トナーの小粒径化に伴いキャリアも小粒径化されている。キャリアを小粒径化することで、キャリアとトナーとが撹拌・混合される際の機械的ストレスが軽減し、トナースペント等の発生を抑制することができるため、従来と比較すると現像剤は長寿命化している。キャリアは一般にフェライト粒子などの磁性を有する芯材の表面に樹脂被覆層を設けたものが使用されている。現像剤を長期間使用すると、キャリア表面の樹脂被覆層が剥離して芯材の表面が露出することがある。芯材の抵抗は低いため、芯材の表面が露出するとキャリアの表面抵抗が低下し、電荷注入によるキャリア飛散が生じ、画像欠陥が生じやすくなる。
 このような課題に対処するため、例えば、芯材として抵抗の高いフェライト粒子を用いることが種々提案されている。そのような抵抗の高いフェライト粒子として、特許文献1には、(MnO)x(MgO)y(Fe)zの組成式で表され、x,y,zの量が所定の範囲内であるフェライト成分と、このフェライト成分に固溶されていない所定量のZrOとを含むフェライト粒子が提案されている。特許文献1に記載のフェライト粒子を芯材とすることで、高抵抗なキャリアを得ることができ、キャリア飛散を抑制することができる。さらに、樹脂被覆層が剥離したときも、芯材自体の抵抗が高いため、電荷注入によるキャリア飛散を抑制することができる。これらのことから、長期間にわたってキャリア飛散を抑制し、キャリア飛散に伴う画像欠陥を抑制することが可能になる。
特許第3872025号公報
 しかしながら、上記従来のフェライト粒子を芯材とするキャリアでは、高温高湿下では抵抗値が低くなる傾向にあり、そのため高温高湿環境下では十分にキャリア飛散を抑制することが困難であった。さらに、現像後にカウンターチャージのリークが起こりにくくなり、特に高速画像印刷時や高印字濃度印刷時に良好な画像濃度が得られないという課題がある。
 そこで、本件発明の課題は、高温高湿下におけるキャリア飛散の発生を抑制することでき、かつ良好な現像性を有するフェライト粒子、電子写真現像剤用キャリア芯材、電子写真現像剤用キャリア及び電子写真現像剤を提供することにある。
 上記課題を解決するために、本件発明に係るフェライト粒子は、RZrOの組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を含み、表面粗さRzが2.0μm以上4.5μm以下であり、以下の式を満たすことを特徴とする。
 6.5 ≦ logH1000 ≦ 8.5
 0.80 ≦ logH1000/logH100 ≦1.00
 但し、
 logH1000:高温高湿環境(30℃相対湿度80%)下において電極間距離2mmで印加電圧1000Vとしたときの当該フェライト粒子の抵抗値H1000(Ω)の対数値(logΩ)
 logH100:高温高湿環境(30℃相対湿度80%)下において電極間距離2mmで印加電圧100Vとしたときの当該フェライト粒子の抵抗値H100(Ω)の対数値(logΩ)
 本件発明に係るフェライト粒子において、前記表面粗さRzが2.5μm以上4.2μm以下であることが好ましい。
 本件発明に係るフェライト粒子において、以下の式を満たすことが好ましい。
 6.7  ≦ logH1000 ≦ 8.2
 0.85 ≦ logH1000/logH100≦1.00
 本件発明に係るフェライト粒子において、前記RがSr、Ca及びBaからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の元素であることが好ましい。
 本件発明に係るフェライト粒子において、X線回折パターンのリートベルト解析により当該フェライト粒子を構成する結晶相の相組成分析を行ったときに、前記ペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を0.05質量%以上4.00質量%以下含むことが好ましい。
 本件発明に係るフェライト粒子は、(MnO)x(MgO)y(Fe)z(但し、15≦x≦50、2≦y≦35、45≦z≦60、x+y+z=100(mol%))の組成式で表されるスピネル型結晶からなる結晶相成分を主組成とするスピネル型フェライト粒子であることが好ましい。
 上記課題を解決するために本件発明に係る電子写真現像剤用キャリア芯材は、上記フェライト粒子を含むことを特徴とする。
 上記課題を解決するために本件発明に係る電子写真現像剤用キャリアは上記フェライト粒子と、当該フェライト粒子の表面に設けられた樹脂被覆層とを備えることを特徴とする。
 上記課題を解決するために本件発明に係る電子写真現像剤は、上記電子写真現像剤用キャリアとトナーとを含むことを特徴とする。
 本件発明に係る電子写真現像剤は補給用現像剤として用いられてもよい。
 本件発明によれば、高温高湿下におけるキャリア飛散の発生を抑制することでき、かつ良好な現像性を有するフェライト粒子、電子写真現像剤用キャリア芯材、電子写真現像剤用キャリア及び電子写真現像剤を提供することができる。
フェライト粒子の断面を模式的に示した図であり、フェライト粒子におけるZrの分散度合いを求める方法を説明するための図である。
 以下、本件発明に係るフェライト粒子、電子写真現像剤用キャリア芯材、電子写真現像剤用キャリア及び電子写真現像剤の実施の形態を説明する。なお、本明細書において、フェライト粒子、電子写真現像剤用キャリア芯材、電子写真現像剤用キャリア及び電子写真現像剤は、特記しない限り、それぞれ個々の粒子の集合体、つまり粉体を意味するものとする。まず、フェライト粒子の実施の形態を説明する。また、以下では、本件発明に係るフェライト粒子は、主として、電子写真現像剤用キャリア芯材として用いられるものとして説明する。しかしながら、本件発明に係るフェライト粒子は磁性インク、磁性流体、磁性フィラー、ボンド磁石用フィラー及び電磁波シールド材用フィラー等の各種機能性フィラー、電子部品材料等の各種用途に用いることができ、当該フェライト粒子の用途は電子写真現像剤用キャリア芯材に限定されるものではない。
1.フェライト粒子及び電子写真現像剤用キャリア芯材
 まず、本件発明に係るフェライト粒子の実施の形態を説明する。本件発明に係るフェライト粒子は、RZrOの組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を含み、所定の範囲内の表面粗さRzを有し、抵抗値が所定の条件を満たすことを特徴とする。
1-1.ペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分、表面性状及び抵抗値
(1)ペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分
 まず、RZrOの組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分について説明する。
 磁気ブラシ法に好適な二成分系の電子写真現像剤用キャリアとして、磁性粒子を芯材とし、その表面を樹脂で被覆した樹脂被覆キャリアが用いられている。芯材とする磁性粒子として、酸化第二鉄(Fe)を主成分とする磁性酸化物であるフェライト粒子が主として用いられている。キャリア飛散を抑制するには、高磁化及び高抵抗なフェライト粒子を芯材とすることが求められる。
 近年、芯材として、Feの他に、Mg,Mn,Sr,Ca等の金属元素を含む多元フェライト粒子が広く用いられている。フェライトを製造する際には、目的とする組成の金属元素を含む金属酸化物や金属水酸化物等を原料として用いる。高磁化のフェライト粒子を得るには、原料のフェライト化反応を十分に進行させて、磁性を示さない未反応の原料(以下、「未反応原料」と称する。)がフェライト粒子中に残存しないようにすることが求められる。しかしながら、多元フェライトの場合、元素の組み合わせによってフェライトの生成温度や生成速度が異なり、フェライト反応は原料同士の接触面でしか進行しないため、一般的な焼成条件により、原料を完全にフェライト化することは困難である。そのため、フェライト粒子中には未反応原料が残存する。
 また、フェライトの原料にはNa、K等のフェライト反応に関与しない金属又は金属化合物が不可避不純物として含まれる。これらの不可避不純物は磁性を示さない。そのため、高磁化のフェライト粒子を得るには、不可避不純物量を低減する必要がある。しかしながら、どのように純度の高い原料を用いても、原料中に不可避不純物は微量に存在し、不可避不純物を完全に除去することは現実的ではない。
 さらに、フェライト粒子の組織構造に欠陥があると、フェライト粒子の磁化は低下する。磁化の低下要因となる構造欠陥として、フェライト粒子内の欠陥(例えば、格子欠陥等)が挙げられる。多元フェライトの場合、単元フェライトと比較すると、フェライト反応が複雑になるため、構造欠陥が生じやすい。
 一方、フェライト粒子は金属酸化物からなるため、一般に、高抵抗である。しかしながら、表面に水分が付着すると、抵抗は低下する。また、原料に含まれるNa、K等のアルカリ金属を含む不可避不純物は雰囲気中の水分の存在により容易にイオン化する。そのため、フェライト粒子中の不可避不純物量が増加すると、フェライト粒子の抵抗は低くなる。また、不可避不純物量が増加すると、雰囲気湿度の変化によって抵抗が変動しやすくなる。
 これらのことから、高抵抗であり、抵抗の環境依存性が小さいフェライト粒子を得るには、フェライト粒子中の不可避不純物量を低減する必要がある。しかしながら、上述のとおり、不可避不純物を完全に除去することは現実的ではない。なお、上記未反応原料(但し、不可避不純物を除く)は、金属酸化物であるため、未反応原料を含むことはフェライト粒子の低抵抗化の要因とはならない。
 ところで、フェライト粒子は単結晶の集合体である多結晶体である場合が多い。フェライト粒子の組成が同じであっても、フェライト粒子の磁気特性や電気特性はフェライト粒子の組織構造によって変化する。そこで、本件発明者らは、フェライト粒子の組織構造に着目し、高磁化及び高抵抗を有し、且つ、抵抗の環境依存性の小さいフェライトを得るには、RZrOの組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を含むことが重要であることを見出し、本件発明に想到するに至った。
 RZrOの組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を含むことで、上記課題が解決できる理由は定かではないが、本件発明者らは以下のように推察する。
 フェライト粒子の粒界には、未反応原料や不可避不純物などのフェライトと固溶しない成分が存在する。また、結晶粒の成長に伴い粒界に押し出されたこれらの成分はフェライト粒子の表面にも存在する。フェライト粒子を構成する結晶粒が大きいと、粒界は、フェライト粒子の表面における一点と他の点とを結ぶ流路のようにフェライト粒子内部に連続的に形成される。フェライト粒子の表面や粒界に存在する不可避不純物は容易にイオン化する。そのため、フェライト粒子内において連続的に形成された粒界に、Na等の不可避不純物が連続的に分布すると、水分がフェライト粒子の表面に付着すると粒界が導通路のようになり、フェライト粒子の抵抗は低下する。また、このような構造を有するフェライト粒子では、雰囲気湿度の変化によって、抵抗の変動も大きくなると考えられる。また、上述したとおり、フェライト粒子中の未反応原料や不可避不純物を完全に除去することは困難である。
 一方、RZrOの組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分はフェライトと固溶しないため、当該結晶相成分はフェライト粒子の粒界に分散する。従って、当該結晶相成分を含むフェライト粒子は、当該結晶相成分を含まない場合と比較すると、フェライト粒子における粒界体積が相対的に増加する。フェライト粒子に含まれる不可避不純物量が同じであれば、フェライト粒子の粒界体積が相対的に増加すると、粒界における不可避不純物の分布密度は相対的に低下する。粒界には、不可避不純物の他、絶縁性物質である当該結晶相成分が存在する。本件発明に係るフェライト粒子では、粒子内に粒界が複雑に分布すると共に、粒界内に不可避性不純物や当該結晶相成分などの絶縁性物質が不連続に分布するため、粒界が導通路のように機能することを抑制することができる。そのため、本件発明に係るフェライト粒子によれば、抵抗の環境依存性を小さくすることができると考えられる。
 また、フェライト粒子における粒界体積が相対的に小さいと、不可避不純物が粒界から表面に押し出される結果、フェライト粒子表面に存在する不可避不純物量が相対的に多くなる。一方、フェライト粒子における粒界体積が相対的に大きいと、フェライト粒子の表面に存在する不可避不純物量を相対的に低減することができる。そのため、フェライト粒子を高抵抗化することができ、且つ、フェライト粒子表面の不可避不純物に起因する抵抗の環境依存性を小さくすることができる。さらに、通常のフェライト粒子の場合は、雰囲気湿度が高くなると抵抗が低くなるため、それを芯材としたキャリアでは電荷注入によるキャリア飛散が生じやすくなる。一方、当該フェライト粒子では雰囲気湿度が高いも高抵抗を維持することができるため、電荷注入によるキャリア飛散を抑制することができる。
 さらに、RZrOの組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分は絶縁性が高く、粒界や粒子表面に当該結晶相成分が存在することで、フェライト粒子の高抵抗化を図ることができる。さらに、当該結晶相成分を含むフェライト粒子を得るには、Zrを含む化合物(例えば、ZrO)を原料として用いる。例えば、多元フェライトがRを含む組成を有する場合、Rを含む原料と、Zrを含む化合物とが固相反応するため、フェライト粒子中の上記未反応原料の含有量を低減することができる。そのため、構造欠陥が生じるのも抑制することができ、相対的に高磁化のフェライト粒子を得ることができる。
 なお、当該フェライト粒子において、RzOの組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を含むとは、少なくともフェライト粒子の内部に当該結晶相成分が含まれることをいい、フェライト粒子の内部における当該結晶相成分の分散が良好であることが好ましく、当該フェライト粒子の表面及び内部に当該結晶相成分が均一に分散していることがより好ましいものとする。なお、当該結晶相成分がフェライト粒子の表面及び内部に均一に分散していることを示す指標として、後述するフェライト粒子におけるZr元素の分散度合いを用いたとき、Zr元素の分散度合いが1.1以下1.0以上であることが好ましい。当該フェライト粒子の好ましい組成については後述する。
(2)表面性状(表面粗さRz)
 次に、当該フェライト粒子の表面性状について説明する。当該フェライト粒子は、その表面粗さRzが2.0μm以上4.5μm以下であることを特徴とする。本件発明者らの鋭意検討の結果、当該フェライト粒子において、二酸化ジルコニウムやアルカリ土類金属元素の添加量、焼成温度、焼成時の雰囲気酸素濃度などの製造条件を制御することで、当該フェライト粒子の表面粗さRzを上記の範囲内に制御し、同時に抵抗を後述する範囲内に制御することで、特に高温高湿環境下におけるキャリア飛散を良好に抑制しつつ、特に低温低湿環境下においてフェライト粒子の凸部をリークポイントとして機能させることにより、良好な現像性を実現することを可能にした。以下、具体的に説明する。
 一般に、フェライト粒子等の磁性粒子を芯材とし、その表面に樹脂被覆層を設けて電子写真現像剤用キャリアとしたとき、芯材の抵抗値が低いと、樹脂被覆層が剥離して芯材が露出したときに、キャリアの抵抗が低下することから電荷注入によるキャリア飛散が生じやすくなる。一方、芯材の抵抗値が高い場合、現像後にカウンターチャージのリークが起こりにくく、次の画像を良好に現像することが困難になる。すなわち、現像性が悪化する。
 従来より、キャリア飛散を抑制すると共に良好な現像性を維持するために、表面酸化処理を施したフェライト粒子を芯材とすることにより、芯材表面を高抵抗化することが行われていた。しかしながら、フェライト粒子の表面を均一に酸化処理することは困難である。そのため、フェライト粒子の表面には、十分に酸化されておらず低抵抗値を示す部分と、表面の酸化が進み、高抵抗になり過ぎる部分とがそれぞれ局所的に存在し、その効果は限定的であった。
 また、芯材表面を高抵抗化しつつ、樹脂被覆層にカーボンブラックなどの導電性微粒子を添加することでキャリアの表面抵抗を全体的に高く維持しつつ、導電性微粒子により現像後にカウンターチャージを速やかにリークさせることで、キャリア飛散を抑制すると共に良好な現像性を維持することも行われてきた。しかしながら、カーボンブラックは黒色であることから、機械的ストレスを受けることにより樹脂被覆層からカーボンブラックが脱離すると、トナーにカーボンブラックが混ざった状態で印字されてしまうことがあり、色濁りの原因となる。従って、カーボンブラック等の導電性微粒子を添加せず、或いは、従来よりも少量の添加量により、所望のリーク性が得られることが好ましい。
 そこで、本件発明者らはフェライト粒子表面の凹凸を制御することで、キャリア表面を高抵抗化しつつ、低抵抗の部分をキャリア表面に分布させることでキャリア飛散を抑制しつつ、現像後に速やかにカウンターチャージをリークさせることが可能になることを見出し、本件発明に想到した。これは次の理由による。フェライト粒子の表面に凹凸を設けることで、フェライト粒子を芯材としてその表面に樹脂被覆層を設けた際に、凹部に対して凸部は相対的に樹脂被覆層の厚みが薄くなる。本件発明に係るフェライト粒子は、高湿環境下においても高い抵抗値を有することから、表面の凹凸を制御することで、キャリアにしたときにキャリアの表面抵抗を全体的に高く維持しつつ、キャリア表面にフェライト粒子の凸部に起因する低抵抗の部分を略均一に分布させることが可能になる。その結果、特に高湿環境下において、キャリア飛散を良好に抑制しつつ、現像後は速やかにカウンターチャージをリークして、現像性を維持することを可能にした。
  当該フェライト粒子の表面粗さRzは2.0μm以上4.5μm以下であるものとする。ここで、当該表面粗さRzは2.5以上であることがより好ましく、また、当該表面粗さRzは4.0μm以下であることがより好ましい。当該フェライト粒子の表面粗さRzがこれらの範囲内である場合、当該フェライト粒子の表面の凹凸が適度な範囲内になるため、樹脂被覆層を設けてキャリアとした際にフェライト粒子の凸部の部分がリークポイントとなり、特に低湿環境下において現像性を良好にすることができる。
(3)抵抗値
 当該フェライト粒子は上記の範囲内の表面粗さRzを有しつつ、その抵抗値が以下の式を満たすものとする。
 6.5 ≦ logH1000 ≦ 8.5         ・・・(1)
 0.80 ≦ logH1000/logH100 ≦1.00 ・・・(2)
 logH1000:高温高湿環境(30℃相対湿度80%)下において電極間距離2mmで印加電圧1000Vとしたときの当該フェライト粒子の抵抗値H1000(Ω)の対数値(logΩ)
 logH100:高温高湿環境(30℃相対湿度80%)下において電極間距離2mmで印加電圧100Vとしたときの当該フェライト粒子の抵抗値H100(Ω)の対数値(logΩ)
 当該フェライト粒子の高温高湿環境下における抵抗値(H1000)の対数値が上記式(1)で表される数値範囲内の値であると、当該フェライト粒子は高温高湿環境下においても高抵抗であることから、上記電荷注入によるキャリア飛散を抑制することができる。また、当該フェライト粒子の表面に樹脂被覆層を設けてキャリアにしたときに凸部をリークポイントとして現像性を維持することができる。
 上記効果を得る上で、上記式(1)の下限値は6.7であることが好ましく、上限値は8.2であることが好ましい。
 また、当該フェライト粒子が上記式(2)で表す関係を満たすとき、当該フェライト粒子の抵抗値は電界依存性が低いため、現像装置等によって現像電界が異なる場合もキャリア飛散を抑制しつつ、現像性を維持することができる。
 上記効果を得る上で、上記式(2)の下限値は6.7であることが好ましく、上限値は8.2であることが好ましい。
 さらに当該フェライト粒子において、電極間距離2mm及び印加電圧1000Vで測定したときの、高温高湿環境(30℃相対湿度80%)下での抵抗値H1000(Ω)の対数値logHが6.5以上8.5以下であることが好ましい。
 高温高湿環境下においてこのような抵抗値H1000を示すフェライト粒子は、高温高湿環境下においても高抵抗であるため、電荷注入によるキャリア飛散を抑制することが容易である。
1-2.構成元素及び組成等
1-2-1.構成元素
 次に本件発明に係るフェライト粒子の構成元素及び組成等について好ましい態様を説明する。まず、RZrOの組成式を有するペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分に関する事項について述べる。
(1)ジルコニウム含有割合
 当該フェライト粒子はジルコニウムを0.1mol%以上3.0mol%以下含むことが好ましい。当該範囲内でジルコニウムを含むことにより、上記RZrOの組成式で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分の含有割合が概ね上記範囲内となり、高磁化及び高抵抗であり、抵抗の環境依存性の小さいフェライト粒子を得ることができる。当該フェライト粒子におけるジルコニウムの含有割合は1.0mol%以下であることがより好ましく、0.5mol%以下であることがさらに好ましい。
(2)R(アルカリ土類金属元素)含有割合
 本件発明において、Rは、Ca、Sr、Ba及びRaからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の元素、すなわちアルカリ土類金属元素である。アルカリ土類金属元素はジルコニウムよりもイオン半径が十分大きく、ペロブスカイト型の結晶構造を有するジルコン酸ペロブスカイト化合物を形成する。本件発明において、Rは、Sr、Ca及びBaからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の元素であることがより好ましい。これらの元素は所定の温度条件でジルコニウムと固相反応し、上記ジルコン酸ペロブスカイト化合物を形成する。そのため、フェライト粒子の製造工程において焼成温度を所定の温度範囲内において制御することにより、本件発明に係るフェライト粒子を得ることができる。
 アルカリ土類金属元素(R)の含有割合は0.1mol%以上3.0mol%以下であることがより好ましい。当該範囲内でアルカリ土類金属元素(R)を含むことにより、上記RZrOの組成式で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分の含有割合が概ね上記範囲内となり、高磁化及び高抵抗であり、抵抗の環境依存性の小さいフェライト粒子を得ることができる。当該フェライト粒子におけるアルカリ土類金属元素(R)の含有割合は1.0mol%以下であることがより好ましく、1.5mol%以下であることがさらに好ましい。
 アルカリ土類金属元素は鉄と固相反応して、マグネトプランバイト型の結晶構造を有するフェライトやその前駆体も形成する。アルカリ土類金属元素を上記範囲内で含む場合、当該フェライト粒子が、ジルコニウムの原料に起因する二酸化ジルコニウムや、ジルコン酸ペロブスカイト化合物と共に、マグネトプランバイト型の結晶構造を有するフェライトなど結晶構造が異なる種々の成分を副成分として含む。例えばスピネル型結晶構造等の他の結晶構造を有する結晶相を主成分とする場合、これらの主成分と異なる結晶構造を有する副成分が粒子の内部に存在すると、主成分は相対的に成長しやすい粒子表面の方向に成長し、粒子表面の凹凸が適切な状態となる。また、これらの副成分を粒子内部に均一に含有させることで、粒子表面の凹凸を均一な状態に制御することができ、表面粗さRzを上記範囲内にすることができる。
(3)アルカリ土類金属元素及びジルコニウム含有割合
 さらにアルカリ土類金属元素及びジルコニウムの合計量は、0.2mol%以上1.5mol%以下であることが好ましい。このような範囲内で両元素を含む場合、当該フェライト粒子の表面粗さRz及び抵抗を本件発明の範囲内とすることがより容易になる。
(4)結晶相成分含有割合
 X線回折パターンのリートベルト解析により当該フェライト粒子を構成する結晶相の相組成分析を行ったときに、上記RZrOの組成式で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を0.05質量%以上4.00質量%以下含むことが好ましい。
 上記RZrOの組成式で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分の含有割合が上記範囲内であると、当該フェライト粒子の内部に当該結晶相成分を均一に分散させることが容易になり、高磁化及び高抵抗であり、抵抗の環境依存性の良好なフェライト粒子を得ることができる。
 これらの効果を得る上で、当該フェライト粒子は当該結晶相成分を0.10質量%以上含むことが好ましく、0.15質量%以上含むことがより好ましく、0.20質量%以上含むことがさらに好ましい。また、当該フェライト粒子は当該結晶相成分を3.50質量%以下含んでもよく、3.00質量%以下含んでもよく、1.50質量%以下の含有量であっても、本件発明の効果を得ることができる。
1-2-2.組成(主成分の組成)
 当該フェライト粒子は、RZrOの組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を含む限り、その組成は特に限定されるものではない。しかしながら、二成分系電子写真現像剤のキャリアの芯材として好適な抵抗や磁化を持つフェライト粒子を得るという観点から、当該フェライト粒子は、(MO)a(Fe)b(但し、MはFe,Mg,Mn,Cu,Zn及びNiからなる群から選ばれる少なくとも1つの金属元素、a+b=100(mol%))の組成式で表されるスピネル型結晶からなる結晶相成分を主成分とすることが好ましい。
 フェライトはスピネル型結晶構造、マグネトプランバイト型結晶構造、ガーネット型結晶構造などの結晶構造を有するが、スピネル型結晶構造を有するフェライトは軟磁性を示し、抵抗などの電気特性の調整も容易であることから、電子写真現像剤用キャリア芯材に好適である。なお、主成分とは、当該フェライトが複数の結晶相成分(上記RZrOの組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を含む)を含む場合、それらの結晶相成分の中でスピネル結晶相が最も大きな割合を占めることをいい、特に当該スピネル結晶相成分が50質量%以上であることが好ましく、60質量%以上であることがより好ましく、70質量%以上であることがさらに好ましく、80質量%以上であることが一層好ましく、上記ペロブスカイト型結晶相成分と不可避不純物を除いて当該フェライト粒子はスピネル型フェライト粒子であることが好ましい。スピネル相結晶相成分の含有量は、金属元素の組成によって決定することができ、後述するX線回折パターンのリートベルト解析により当該フェライト粒子を構成する結晶相の相組成分析を行ったときに得られる質量分率とすることができる。
 さらに、当該フェライト粒子は、(MnO)x(MgO)y(Fe)z(但し、15≦x≦50、2≦y≦35、45≦z≦60、x+y+z=100(mol%))の組成式で表されるスピネル型結晶からなる結晶相成分を主組成とすることがさらに好ましい。上述の組成を従来のフェライト製造方法と組み合わせることでスピネル型結晶相成分が50質量%以上のフェライトを得ることができる。本発明に係るフェライト粒子においてスピネル型結晶相成分の含有割合は75質量%以上であることが好ましく、85質量%以上であることがより好ましく、95質量%以上であることがさらに好ましく、96質量%以上であることが一層好ましく、98質量%以上であることがより一層好ましい。
 Mnを含む組成とすることにより、低磁場側の磁化を高くすることができる。また、Mnを含む組成とすることにより、本焼成後の炉出の際のフェライトの再酸化を防止することができる。特にMnの含有量を15mol%以上とすることで、相対的にFeの含有量が増加するのを抑制し、当該フェライト粒子中のマグネタイト成分の含有割合が大きくなるのを抑制することができる。そのため、低磁場側の磁化の低下を抑制し、キャリア付着の発生を抑制することができる。また、電子写真印刷を行う上で良好な抵抗値に調整することが容易になるため、カブリの発生や階調性の悪化、白抜け等の画像欠陥の発生を抑制することができる。さらに、トナー消費量を適正に保つことができる。Mnの含有量を50mol%以下とすることで抵抗が高くなりすぎ、白抜け等の画像欠陥が発生するのを抑制できる。
 Mgを含む組成とすることにより、高抵抗のフェライト粒子を得ることができる。また、Mgの含有量を2mol%以上とすることで、Feの含有量に対してMnの含有量が適切になり、フェライト粒子の磁化や抵抗を電子写真印刷を行う上で良好な範囲内に調整することが容易になる。そのため、カブリの発生や階調性の悪化、はけ筋の発生、キャリア飛散等の画像欠陥の発生を抑制することができる。さらに、Mg原料として水酸化マグネシウムを用いたときに、当該フェライト粒子を製造する際の焼成温度が低いと、フェライト粒子に水酸基が残存する場合がある。Mgの含有量を35mol%以下とすることで、原料に起因して存在する残存水酸基の量を低減することができる。そのため、残存水酸基により当該フェライト粒子の帯電量や抵抗といった電気的特性が雰囲気湿度の影響を受けて変動するのを抑制し、当該フェライト粒子の電気的特性の環境依存性をより良好にすることができる。
 当該フェライト粒子は酸化第二鉄を主成分とする磁性酸化物である。従って、x<zを満たすことが前提となる。Feの含有量を45mol%以上60mol%以下とすることで、フェライト粒子の磁化や抵抗を電子写真印刷を行う上で良好な範囲内に調整することが容易になる。
1-3.磁気特性
 次に、当該フェライト粒子の磁気特性について述べる。当該フェライト粒子を電子写真現像剤用キャリアの芯材として用いる場合、1K・1000/4π・A/mの磁場をかけたときのVSM測定による飽和磁化が50emu/g以上65emu/g以下であることが好ましい。飽和磁化が50emu/g以上になると、芯材の磁力が高く、低磁化に起因するキャリア飛散を良好に抑制することができる。また、飽和磁化と電気抵抗はトレードオフの関係にあるが、フェライト粒子の飽和磁化が当該範囲内であると、両者のバランスが良好になり高画質の電子写真印刷を良好に行うことのできる電子写真現像剤を得ることができる。また、磁化が高くとも抵抗が低いと、低抵抗に起因するキャリア飛散が生じることがある。飽和磁化を65emu/g以下とすることで、低抵抗に起因するキャリア飛散も良好に抑制することができる。
1-4.物性
(1)体積平均粒径(D50
 当該フェライト粒子を電子写真現像剤用キャリアの芯材として用いる場合、その体積平均粒径(D50)は24μm以上40μm以下であることが好ましい。但し、ここでいう体積平均粒径は、レーザ回折・散乱法によりJIS Z 8825:2013に準拠して測定した値をいう。体積平均粒径が当該範囲内であると、トナーに対する帯電付与性が高く、長期間に亘って当該帯電付与性を維持することができる。そのため、電子写真現像剤の長寿命化を図ることができる。
 これに対して、当該フェライト粒子の体積平均粒径(D50)が24μm未満であると、粒径が小さいため、キャリア飛散が生じやすくなる。また、当該フェライト粒子の体積平均粒径(D50)が24μm未満であると、粒径が小さいため、当該フェライト粒子が凝集しやすくなる。当該フェライト粒子を芯材とし、その表面に樹脂を被覆してキャリアとする際に、当該フェライト粒子が凝集していると、個々のフェライト粒子の表面を良好に樹脂で被覆することができなくなる。その後、現像剤の製造時或いは使用時に、フェライト粒子の凝集がほぐれると、当該現像剤は樹脂が被覆されていない領域の大きいキャリアの含有率が高くなる。そのため、このようなフェライト粒子を芯材とするキャリアを用いて現像剤を製造すると、トナーに対する十分な帯電付与性を得られない場合があるため好ましくない。
 一方、当該フェライト粒子の体積平均粒径(D50)が40μmを超えると、当該粉体を構成する一つ一つの粒子の粒径が大きくなる。そのため、体積平均粒径(D50)が小さいフェライト粒子と比較すると、粉体全体としてみたときにトナーとの摩擦帯電に寄与するキャリアの表面積が小さくなる。そのため、トナーに対する十分な帯電付与性が得られなくなる場合がある。これを改善するために、個々のフェライト粒子の表面に凹凸を付与して、個々のフェライト粒子の表面積を増加させると、トナーとの摩擦帯電に寄与するキャリアの表面積を増加させることができる。この場合、トナーに対する帯電付与性は向上するが、トナーとの混合時等にキャリア表面の凸部に機械的ストレスが加わるなどして、キャリアの割れ・欠けが生じやすくなるため好ましくない。すなわち、現像剤使用時におけるキャリアの強度を維持することができない場合があり、好ましくない。
(2)形状係数SF-1(円形度)
 当該フェライト粒子について以下の式に基づき求めた形状係数SF-1の値が100以上、120未満であることが好ましい。下記式の値が100に近いほど、そのフェライト粒子の形状は真球形状に近くなる。当該フェライト粒子の形状係数SF-1の値が上記範囲内であることは当該フェライト粒子が略球形であり、その断面が略円形であることを意味する。
 SF-1 = (R2/S)×(π/4)×100
 但し、
 R:フェレ径(最大)、S:Area(投影面積)
2.電子写真現像剤用キャリア
 次に、本件発明に係る電子写真現像剤用キャリアについて説明する。本発明に係る電子写真現像剤用キャリアは、上記フェライト粒子と、当該フェライト粒子の表面に設けられた樹脂被覆層とを備えることを特徴とする。すなわち、上記フェライト粒子は、電子写真現像剤用キャリアの芯材として用いられることを特徴とする。フェライト粒子については上述したとおりであるため、ここでは主として樹脂被覆層について説明する。
(1)被覆樹脂の種類
 樹脂被覆層を構成する樹脂(被覆樹脂)の種類は、特に限定されるものではない。例えば、フッ素樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、フッ素アクリル樹脂、アクリル-スチレン樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができる。また、シリコーン樹脂等をアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アルキッド樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂等の各樹脂で変性した変成シリコーン樹脂等を用いてもよい。例えば、トナーとの撹拌混合時に受ける機械的ストレスによる樹脂剥離を抑制するという観点からは、被覆樹脂は熱硬化性樹脂であることが好ましい。当該被覆樹脂に好適な熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂及びそれらを含有する樹脂等が挙げられる。但し、上述のとおり、被覆樹脂の種類は特に限定されるものではなく、組み合わせるトナーの種類や使用環境等に応じて、適宜適切なものを選択することができる。
 また、1種類の樹脂を用いて樹脂被覆層を構成してもよいし、2種類以上の樹脂を用いて樹脂被覆層を構成してもよい。2種類以上の樹脂を用いる場合は、2種類以上の樹脂を混合して1層の樹脂被覆層を形成してもよいし、複数層の樹脂被覆層を形成してもよい。例えば、フェライト粒子の表面に、フェライト粒子と密着性の良好な第一の樹脂被覆層を設け、当該第一の樹脂被覆層の表面に、当該キャリアに所望の帯電付与性能を付与するための第二の樹脂被覆層を設けることなども好ましい。
(2)樹脂被覆量
 フェライト粒子の表面を被覆する樹脂量(樹脂被膜量)は、芯材として用いるフェライト粒子に対して0.1質量%以上10質量%以下であることが好ましい。当該樹脂被覆量が0.1質量%未満であると、フェライト粒子の表面を樹脂で十分被覆することが困難になり、所望の帯電付与能力を得ることが困難になる。また、当該樹脂被覆量が10質量%を超えると、製造時にキャリア粒子同士の凝集が発生してしまい、歩留まり低下等の生産性の低下と共に、実機内での現像剤の流動性或いは、トナーに対する帯電付与性等の現像剤特性が変動するため好ましくない。
(3)添加剤
 樹脂被覆層には、導電剤や帯電制御剤等のキャリアの電気抵抗や帯電量、帯電速度をコントロールすることを目的とした添加剤が含まれていてもよい。導電剤としては、例えば、導電性カーボン、酸化チタンや酸化スズ等の酸化物、又は、各種の有機系導電剤を挙げることができる。但し、導電剤の電気抵抗は低いため、導電剤の添加量が多くなりすぎると、電荷リークを引き起こしやすくなる。特に当該フェライト粒子では表面の凹凸を制御し、樹脂被覆層を設けた際に凸部をリークポイントとするため、導電剤を添加するときもその添加量を従来に比して少なくすることができる。例えば、導電剤の含有量は、被覆樹脂の固形分に対して0.1質量%以上12.0質量%であることが好ましく、0.1質量%以上10.0質量%以下であることがより好ましく、0.1質量%以上8.0質量%以下であることがさらに好ましい。
 帯電制御剤としては、トナー用に一般的に用いられる各種の帯電制御剤や、シランカップリング剤が挙げられる。これらの帯電制御剤やカップリング剤の種類は特に限定されないが、ニグロシン系染料、4級アンモニウム塩、有機金属錯体、含金属モノアゾ染料等の帯電制御剤や、アミノシランカップリング剤やフッ素系シランカップリング剤等を好ましく用いることができる。帯電制御剤の含有量は、被覆樹脂の固形分に対して好ましくは0.25質量%以上20.0質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以上15.0質量%以下であることがより好ましく、1.0質量%以上10.0質量%以下であることがさらに好ましい。
3.電子写真現像剤
 次に、本件発明に係る電子写真現像剤の実施の形態について説明する。当該電子写真現像剤は、上記電子写真現像剤用キャリアとトナーとを含む。
 当該電子写真現像剤を構成するトナーとして、例えば、重合法により製造される重合トナー及び粉砕法によって製造される粉砕トナーのいずれも好ましく用いることができる。これらのトナーは各種の添加剤を含んでいてもよく、上記キャリアと組み合わせて電子写真現像剤として使用することができる限り、どのようなものであってもよい。
 トナーの体積平均粒径(D50)は2μm以上15μm以下であることが好ましく、3μm以上10μm以下であることがより好ましい。トナーの体積平均粒径(D50)が当該範囲内であると、高画質な電子写真印刷を行うことができる電子写真現像剤を得ることができる。
 キャリアとトナーとの混合比、すなわちトナー濃度は、3質量%以上15質量%以下であることが好ましい。トナーを当該濃度で含む電子写真現像剤は、所望の画像濃度が得られやすく、カブリやトナー飛散をより良好に抑制することができる。
 一方、当該電子写真現像剤を補給用現像剤として用いる場合には、キャリア1質量部に対してトナー2質量部以上50質量部以下であることが好ましい。
 当該電子写真現像剤は、磁気ドラム等にキャリアを磁力により吸引付着させてブラシ状にしてトナーを搬送し、バイアス電界を付与しながら、感光体上等に形成された静電潜像にトナーを付着させて可視像を形成する磁気ブラシ現像法を適用した各種電子写真現像装置に好適に用いることができる。当該電子写真現像剤は、バイアス電界を付与する際に、直流バイアス電界を用いる電子写真現像装置だけでなく、直流バイアス電界に交流バイアス電界を重畳した交番バイアス電界を用いる電子写真現像装置にも用いることができる。
4.製造方法
 以下では、本件発明に係るフェライト粉、電子写真現像剤用キャリア芯材、電子写真現像剤用キャリア及び電子写真現像剤の製造方法について説明する。
4-1.フェライト粉及び電子写真現像剤用キャリア芯材
 本件発明に係るフェライト粉及び電子写真現像剤用キャリア芯材は、次のようにして製造することができる。
 まず、所望のフェライト組成となるように原料を適量秤量した後、ボールミル又は振動ミル等で0.5時間以上、好ましくは1時間以上20時間以下粉砕混合し、仮焼成する。
 例えば、(MnO)x(MgO)y(Fe)z(但し、15≦x≦50、2≦y≦35、45≦z≦60、x+y+z=100(mol%))の組成式で表されるスピネル型結晶からなる結晶相成分を主組成とするフェライト粒子(スピネル型フェライト粒子)を製造するには、x、y、zが所望の値となるように、それぞれの原料を秤量し、粉砕混合する。原料としては、例えば、Feと、Mg(OH)及び/又はMgCOと、MnO、Mn、Mn及びMnCOからなる群から選ばれる1種類以上のマンガン化合物を用いることが好ましい。
 本件発明に係るフェライト粒子は、RZrOの組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を含む。そのため、アルカリ土類金属元素(R)については、アルカリ土類金属元素(R)の酸化物を原料とし、所望の添加量となるように秤量し、他の原料と粉砕混合する。Zrについては、ZrOを原料とすることができる。
 ここで、当該ペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を0.05質量%以上4.00質量%以下(但し、X線回折パターンのリートベルト解析により当該フェライト粒子を構成する結晶相の相組成分析を行ったときに得られる質量分率とする)含むフェライト粒子を製造する際には、モル比で主成分原料:100に対して、ZrO:0.1以上3.0以下配合することが好ましく、ZrO:0.2以上1.5以下配合することがより好ましい。また、モル比で主成分原料:100に対してアルカリ土類金属元素(R)の酸化物:0.1以上3.0以下配合することが好ましく、ZrO:0.2以上1.5以下配合することがより好ましい。当該ペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分はアルカリ土類金属元素(R)の酸化物と、ZrOとの固相反応により生じる。そのため、アルカリ土類金属元素(R)の酸化物及びZrOの添加量及び添加比率を上記好ましい配合量の範囲内において適宜変化させることにより、当該ペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分の生成量を調整することができる。
 さらに、フェライト粒子のRzを本件発明の範囲内に制御する上で、アルカリ土類金属元素及び二酸化ジルコニウムは合計量で0.2mol%以上1.5mol%以下の範囲で添加とすることが好ましい。アルカリ土類金属元素及びジルコニウムの合計量0.2mol%より少なくなると、当該フェライト粒子の表面粗さRzが大きくなる傾向にあり、標準偏差Rzσも大きくなる傾向にある。一方、両元素の合計量が1.5mol%よりも多くなると、Rzが小さくなる傾向にある。よって、表面粗さRzを本件発明の範囲内に制御することが容易になるという観点から、両者を添加する際にその合計量を上述の範囲内にすることが好ましい。
 本件発明に係るフェライト粒子を製造する際に、所望の添加量となるようにZrOを秤量し、他の原料と粉砕混合する。二酸化ジルコニウムを粒子内部に均一に分散するためには、原料の粉砕混合時に二酸化ジルコニウムを加えることが望ましい。また、ZrO以外の原料を粉砕、混合し、大気下で仮焼成した後に、ZrOを加え、さらに粉砕混合することも好ましい。その場合は、ZrO以外の原料を粉砕混合した粉砕物を加圧成形機等を用いてペレット化した後、大気下で700℃以上1200℃以下の温度で仮焼成した後に、ZrOを加える。
 ZrOを含め全ての原料を粉砕混合した後、又は、ZrO以外の他の原料を粉砕混合し、仮焼成した後、得られた仮焼物に所定量のZrOを加え、さらにボ-ルミル又は振動ミル等で粉砕した後、いずれの場合もそれらの粉砕混合物に水を加えてビーズミル等を用いて微粉砕し、スラリーを得る。メディアとして使用するビーズの径、組成、粉砕時間を調整することによって、粉砕度合いをコントロールすることができる。原料を均一に分散させる上で、1mm以下の粒径を持つ微粒なビーズをメディアとして使用することが好ましい。また、原料を均一に分散させる上で、粉砕物の体積平均粒径(D50)が2.5μm以下になるように粉砕することが好ましく、2.0μm以下になるように粉砕することがより好ましい。
 この点に加えて、本件発明に係るフェライト粒子を得る上で、BET比表面積が20~150m/gであり、且つ、体積平均粒径(D50)が0.5μm~2.5μmのZrOを原料として用いることが望ましい。このような特性を有する原料を用いることで、ZrOを粒子内に良好に分散させつつ、ペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分の成長を均一に進めさせることができる。粒子内で当該結晶相成分の偏析や各結晶相成分の異常粒成長を抑制し、表面粗さRzを本件発明の範囲内に制御することが容易になる。そのため、機械的ストレスが加わったときも互いに固溶しない異なる結晶相間の界面での割れや欠けが生じるのを抑制し、当該フェライト粒子の強度を向上させることができる。また、異常粒成長を抑制するため、粒度分布の粗目側の粒径(D90)は3.5μm以下になるように粉砕することが好ましい。これらを調整することで、ペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分が粒子の表面から内部までより均一に分散させることができる。
 次いで、このようにして得られたスラリーに、必要に応じて分散剤、バインダー等を添加し、2ポイズ以上4ポイズ以下に粘度調整することが好ましい。この際、バインダーとしてポリビニルアルコールやポリビニルピロリドンを用いることができる。
 上記のように調整されたスラリーを、スプレードライヤーを用いてスラリーを噴霧し、乾燥させることで造粒物を得る。この際、造粒条件としては、吐出量を20Hz以上50Hz以下、アトマイザーディスク回転数を11000rpm以上20000rpm以下、乾燥温度を100℃以上500℃以下の範囲とすることが好ましい。例えば、上記見掛密度が上記範囲内のフェライト粒子を得るには、アトマイザーディスク回転数を11000rpm以上16000rpm以下、乾燥温度を150℃以上300℃以下とすることが好ましい。
 次に、上記造粒物を焼成する前に分級し、当該造粒物に含まれる微細粒子を除去することが粒度の揃ったフェライト粉を得る上で好ましい。造粒物の分級は、既知の気流分級や篩等を用いて行うことができる。
 次に、分級された造粒物を焼成する。造粒物は、ロータリーキルンのように、造粒物(被焼成物)を流動させながら熱間部を通過させるような形式の焼成炉で一次焼成した後に、本焼成を行うことが好ましい。
 ロータリーキルンのように、造粒物を流動させながら熱間部を通過させるような形式の焼成炉で一次焼成を行うことで、造粒物をコウ鉢などに静置した状態で一次焼成を行う場合と比較すると、相対的に短時間で、且つ、均一に造粒物から造粒時に用いられたバインダー等の有機物を除去することができる。これと同時に一次焼成時にフェライト反応の一部を進めることができ、その後の本焼成時に表面Rzにばらつきが生じるのを抑制することができる。
 また、上記形式の焼成炉を用いて一次焼成を行う際に、その温度は、例えば850℃以上1050℃以下とすることが好ましい。当該温度範囲で一次焼成を行うことで有機物の除去及びフェライト反応を効率よく行いつつ、異常粒成長を抑制し、上記の通り表面粗さRzのばらつきが生じるのを抑制することがより容易になる。また、有機物の除去及びフェライト反応をより効率よく行う上で、一次焼成温度は850℃より高い温度で行うことが好ましく、900℃以上又は900℃より高い温度で行うことがより好ましい。また、異常粒成長を抑制する上では、一次焼成温度は1050℃より低い温度で行うことがより好ましく、1000℃以下又は1000℃より低い温度、例えば、980℃以下で行うことがさらに好ましい。
 また、上記式(2)を満たす抵抗の電界依存性が低いフェライト粒子を製造するには、本焼成は、弱酸化性雰囲気下で、850℃以上の温度で4時間以上24時間以下保持することにより、行うことが好ましい。また、本焼成は1次焼成よりも高い温度で行うことが好ましい。但し、本焼成温度は、本件発明に係るフェライト粒子が得られる限り、特に限定されるものではない。ここで、弱酸化性雰囲気下とは、窒素と酸素の混合ガス雰囲気下において酸素濃度が0.1体積%(1000ppm)以上5体積%(50000ppm)以下であることをいい、雰囲気酸素濃度が0.2体積%(2000ppm)以上3.5体積%(35000ppm)以下であることがより好ましく、0.3体積%(3000ppm)以上2.5体積%(25000ppm)以下であることがさらに好ましい。本焼成後に粒子表面再酸化を防止するため、上記弱酸化性雰囲気下にて300℃以下まで冷却を行うことが好ましい。
 例えば、本件発明において(MnO)x(MgO)y(Fe)z(但し、15≦x≦50、2≦y≦35、45≦z≦60、x+y+z=100(mol%))の組成式で表されるスピネル型結晶からなる結晶相成分を主組成とする当該フェライト粒子(スピネル型フェライト粒子)を製造するには、スピネル型結晶からなるフェライト結晶粒を十分に成長させつつ、粒界にジルコニウム成分を分散させるために、本焼成温度に至る前にスピネル型結晶からなるフェライト成分の生成に適した温度(850℃以上1150℃以下)域下で5時間以上10時間未満保持し、その後、例えば、ジルコン酸ストロンチウムなどのRZrOの組成式で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を生成させるために適した温度で1時間以上保持することにより本焼成を行うことがより好ましい。主成分であるスピネル型結晶からなるフェライト成分の生成に適した温度で長時間ゆっくりと焼成することで、結晶粒の成長を促し、表面粗さRzを大きくすることができる。但し、スピネル型結晶からなるフェライト成分の生成に適した温度(850℃以上1150℃以下)域下で5時間以上10時間未満保持する際に、850℃以上1150℃以下の範囲内で、所定の温度(例えば、1000℃、1100℃等)で保持してもよいし、例えば、当該温度域下においては昇温速度を60℃/時以下とすることで、850℃以上1150℃以下で熱が負荷される時間を5時間以上10時間未満となるように調整してもよい。要は、850℃以上1150℃以下の焼成炉内で5時間以上10時間未満焼成されればよい。その後、ジルコン酸ストロンチウムなどのRZrOの組成式で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を生成させるために適した温度(本焼成温度)で1時間以上保持することで、本件発明に係るフェライト粒子を得ることができる。
 例えば、ジルコン酸ストロンチウム(SrZrO)の場合、ペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を十分に生成させつつ、見掛密度を本件発明の範囲内とするには、本焼成温度を好ましくは1170℃以上1400℃以下、より好ましくは1180℃以上1350℃以下、さらに好ましくは1200℃以上1330℃以下とし、このような本焼成温度で1時間以上保持することが好ましい。この場合、酸化ジルコニウム(ZrO)の配合量を0.2mol~3.00molとすることが好ましい。
 また、例えば、ジルコン酸カルシウム(CaZrO)やジルコン酸バリウム(BaZrO)の場合、原料を微粉砕すると共に反応促進剤を添加した上で所定の温度下で焼成することが好ましい。ジルコン酸カルシウム(CaZrO)やジルコン酸バリウム(BaZrO)のペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を生成させるには、反応促進剤を添加しない場合には、2000℃以上の高温で焼成する必要がある。一方、原料を数十ナノメートル程度の一次粒径まで微粉砕し、反応促進剤としてアルミニウム化合物(例えば、アルミナ(Al)等)等を添加することで、本焼成温度が1500℃以下の温度でもこれらのペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を生成させることができる。このように目的とする組成に応じて、ペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を生成する上で適した温度で保持すると共に、必要に応じてその他の条件を調整することで本件発明に係るフェライト粒子を得ることができる。
 なお、本焼成を行う際は、一次焼成時とは異なり、ロータリーキルンのように、造粒物(被焼成物)を流動させながら熱間部を通過させるような形式の焼成炉よりも、トンネルキルン或いはエレベータキルン等のように造粒物をコウ鉢等に入れて静置した状態で熱間を通過させるような形式の焼成炉で行うことが好ましい。ロータリーキルン等のように造粒物を流動させながら熱間部を通過させる形式の焼成炉では、焼成雰囲気の酸素濃度が低いと、造粒物が熱間部を通過する際に炉の内面に付着し、その内側を流動しながら通過する造粒物に十分に熱を加えることができない場合がある。その場合、造粒物を十分に焼結することができないまま、造粒物が熱間部を通過するため、得られた焼成物は表面の焼結は十分に行われていても、内部の焼結が不十分であることが多い。そのような焼成物は電子写真現像剤用キャリア芯材として要求される強度を満たさない他、内部におけるフェライト反応が不十分であるため、電子写真現像剤用キャリア芯材として要求される磁気特性及び電気特性を満たさない場合がある。さらに、焼成物の内部の焼結が不十分である場合、焼成工程においてRZrOの組成式で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を十分に生成させることができない。そのため、本件発明に係るフェライト粒子を得ることが困難になる。
 一方、造粒物をコウ鉢等に入れて静置した状態で熱間部を通過させる形式の焼成炉で造粒物を焼成すれば、被焼成物の内部を十分に焼結させることができるため、高磁化及び高抵抗であり、且つ、RZrOの組成式で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分が十分に生成されたフェライト粒子を得ることが容易になる。これらの理由から、本焼成工程を行う際には、トンネルキルン、エレベータキルン等を用いることが好ましい。
 その後、焼成物を解砕、分級を行ってフェライト粒子を得る。分級方法としては、既存の風力分級、メッシュ濾過法、沈降法等を用いて所望の粒子径に粒度調整する。乾式回収を行う場合は、サイクロン等で回収することも可能である。粒度調整を行う際は前述の分級方法を2種類以上選んで実施してもよく、1種類の分級方法で条件を変更して粗粉側粒子と微粉側粒子を除去してもよい。
4-2.電子写真現像剤用キャリア
 本件発明に係る電子写真現像剤用キャリアは、上記フェライト粒子を芯材とし、当該フェライト粒子の表面に樹脂被覆層を設けたものである。樹脂被覆層を構成する樹脂は上述したとおりである。フェライト粒子の表面に樹脂被覆層を形成する際には、公知の方法、例えば刷毛塗り法、流動床によるスプレードライ法、ロータリドライ方式、万能攪拌機による液浸乾燥法等を採用することができる。フェライト粒子の表面に対する樹脂の被覆面積の割合(樹脂被覆率)を向上させるためには、流動床によるスプレードライ法を採用することが好ましい。いずれの方法を採用する場合であっても、フェライト粒子に対して、1回又は複数回樹脂被覆処理を行うことができる。樹脂被覆層を形成する際に用いる樹脂被覆液には、上記添加剤を含んでいてもよい。また、フェライト粒子表面における樹脂被覆量は上述したとおりであるため、ここでは説明を省略する。
 フェライト粒子の表面に樹脂被覆液を塗布した後、必要に応じて、外部加熱方式又は内部加熱方式により焼き付けを行ってもよい。外部加熱方式では、固定式又は流動式の電気炉、ロータリー式電気炉、バーナー炉などを用いることができる。内部加熱方式では、マイクロウェーブ炉を用いることができる。被覆樹脂にUV硬化樹脂を用いる場合は、UV加熱器を用いる。焼き付けは、被覆樹脂の融点又はガラス転移点以上の温度で行うことが求められる。被覆樹脂として、熱硬化性樹脂又は縮合架橋型樹脂等を用いる場合は、これらの樹脂の硬化が十分進む温度で焼き付ける必要がある。
4-3.電子写真現像剤
 次に、本発明に係る電子写真現像剤の製造方法について説明する。
 本発明に係る電子写真現像剤は、上記電子写真現像剤用キャリアとトナーとを含む。トナーは上述したとおり、重合トナー及び粉砕トナーのいずれも好ましく用いることができる。
 重合トナーは、懸濁重合法、乳化重合法、乳化凝集法、エステル伸長重合法、相転乳化法等の公知の方法で製造することができる。例えば、界面活性剤を用いて着色剤を水中に分散させた着色分散液と、重合性単量体、界面活性剤及び重合開始剤を水性媒体中で混合撹拌し、重合性単量体を水性媒体中に乳化分散させて、撹拌、混合しながら重合させた後、塩析剤を加えて重合体粒子を塩析させる。塩析によって得られた粒子を、濾過、洗浄、乾燥させることにより、重合トナーを得ることができる。その後、必要により乾燥されたトナー粒子に外添剤を添加してもよい。
 さらに、この重合トナー粒子を製造するに際しては、重合性単量体、界面活性剤、重合開始剤、着色剤等を含むトナー組成物を用いる。当該トナー組成物には、定着性改良剤、帯電制御剤を配合することができる。
 粉砕トナーは、例えば、バインダー樹脂、着色剤、帯電制御剤等を、例えばヘンシェルミキサー等の混合機で充分混合し、次いで二軸押出機等で溶融混練して均一分散し、冷却後に、ジェットミル等により微粉砕化し、分級後、例えば風力分級機等により分級して所望の粒径のトナーを得ることができる。必要に応じて、ワックス、磁性粉、粘度調節剤、その他の添加剤を含有させてもよい。さらに分級後に外添剤を添加することもできる。
 次に、実施例および比較例を示して本件発明を具体的に説明する。但し、本件発明は以下の実施例に限定されるものではない。
(1)フェライト粒子
 実施例1では、(MnO)x(MgO)y(Fe)zの組成式で表されるスピネル型結晶からなる結晶相成分を主成分とし、SrZrOの組成式(R=Sr)で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を含むフェライト粒子を次のようにして製造した。まず、主成分原料として、モル比でMnO換算:46.0、MgO換算:3.0、Fe:51.0となるように、MnO原料、MgO原料及びFe原料をそれぞれ秤量した。また、モル比で主成分原料:100に対してSrO:0.30になるようにSrO原料を秤量した。ここで、MnO原料としては四酸化三マンガン、MgO原料としては酸化マグネシウム、Fe原料として酸化第二鉄、SrO原料としては炭酸ストロンチウムをそれぞれ用いた。
 次いで、秤量した原料を乾式のメディアミル(振動ミル、1/8インチ径のステンレスビーズ)で5時間粉砕し、得られた粉砕物をローラーコンパクターにより約1mm角のペレットにした。得られたペレットを目開き3mmの振動篩により粗粉を除去し、次いで、目開き0.5mmの振動篩により微粉を除去した後、連続式電気炉で800℃で3時間加熱し、仮焼成を行った。次いで、乾式のメディアミル(振動ミル、1/8インチ径のステンレスビーズ)を用いて、平均粒径が約5μmになるまで粉砕した。このとき粉砕時間は6時間とした。
 得られた粉砕物に、水と、ZrO原料としてのBET比表面積が30m/g、平均粒径が2μmの二酸化ジルコニウムを加え、湿式のメディアミル(横型ビーズミル、1mm径のジルコニアビーズ)を用いて6時間粉砕した。このとき、モル比で上記主成分原料:100に対してZrO:0.25になるように、粉砕物に二酸化ジルコニウムを加えた。得られたスラリーの粒径(粉砕の一次粒子径)をレーザ回折式粒度分布測定装置(LA-950、株式会社堀場製作所)で測定したところ、D50は約1.9μm、D90は3.4μmであった。
 さらに、上記のようにして調製したスラリーに分散剤を適量添加し、バインダーとしてPVA(ポリビニルアルコール)を固形分(スラリー中の仮焼成物量)に対して0.4質量%添加し、次いでスプレードライヤーにより造粒、乾燥した。得られた造粒物の粒度調整を行い、その後、ロータリー式電気炉を用い、大気雰囲気下で900℃、2時間加熱し、一次焼成を行い、分散剤やバインダーといった有機成分の除去を行った。
 その後、トンネル式電気炉により、本焼成温度(保持温度)1215℃、酸素濃度1.2体積%雰囲気下で3時間保持することにより造粒物の本焼成を行った。このとき、850℃までの昇温速度を100℃/時とし、850℃から本焼成温度である1215℃までの昇温速度を50℃/時、冷却速度を110℃/時とした。得られた焼成物をハンマークラッシャーにより解砕し、さらにジャイロシフター(振動篩機)及びターボクラシファイア(気流分級機)により分級して粒度調整を行い、磁力選鉱により低磁力品を分別し、フェライト粒子を得た。実施例1のフェライト粒子の主たる製造条件を表1に示す。
(2)電子写真現像剤用キャリア
 上記フェライト粒子を芯材とし、当該フェライト粒子に対して、以下のようにシリコーン樹脂を被覆して、実施例1のキャリアを得た。
 まず、シリコーン樹脂(信越シリコーン社製、KR-350)とトルエンとを混合したシリコーン樹脂溶液(樹脂固形分10質量%)を調製した。この樹脂溶液と上記実施例1のフェライト粒子とを万能撹拌機によって混合することによりフェライト粒子の表面を当該樹脂溶液で被覆した。その際、フェライト粒子に対して樹脂固形分が1.0質量%となる量の樹脂溶液を用いた。続いて、樹脂溶液が付着したフェライト粒子を熱交換型撹拌加熱装置により、250℃で3時間撹拌しながら加熱し、樹脂溶液に含まれる揮発成分を揮発させてフェライト粒子を乾燥させた。これにより、フェライト粒子の表面に樹脂被覆層を備える実施例1の電子写真現像剤用キャリアを得た。
(3)電子写真現像剤
 上記電子写真現像剤用キャリアとトナーとをターブラミキサーを用いて30分間撹拌して混合し、50gの現像剤(トナー濃度7.5重量%)を得た。ここで、トナーは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(シアントナー、富士ゼロックス株式会社製DocuPrintC3530用;平均粒径約5.8μm)を用いた。
 本実施例では、モル比で上記主成分原料:100に対してZrO:0.75になるようにZrO原料を秤量した点と、SrO:0.75になるようにSrO原料を秤量した点と、と、本焼成温度を1245℃、850℃から本焼成温度である1245℃までの昇温速度を60℃/時とした点とを除いて実施例1と同様にして、実施例2のフェライト粒子を製造した。実施例2の主たる製造条件を表1に示す。また、当該フェライト粒子を芯材として用いたこと以外は、実施例1と同様にして電子写真現像剤用キャリアを製造し、当該電子写真現像剤用キャリアを用いて電子写真現像剤を製造した。
 本実施例では、モル比で上記主成分原料:100に対してZrO:0.15になるようにZrO原料を秤量した点と、SrO:0.15になるようにSrO原料を秤量した点と、と、本焼成温度を1205℃、850℃から本焼成温度である1205℃までの昇温速度を40℃/時とした点とを除いて実施例1と同様にして、実施例3のフェライト粒子を製造した。実施例3の主たる製造条件を表1に示す。また、当該フェライト粒子を芯材として用いたこと以外は、実施例1と同様にして電子写真現像剤用キャリアを製造し、当該電子写真現像剤用キャリアを用いて電子写真現像剤を製造した。
 本実施例では、本焼成時の雰囲気酸素濃度を0.7体積%にした点を除いて実施例1と同様にして、実施例4のフェライト粒子を製造した。実施例4の主たる製造条件を表1に示す。また、当該フェライト粒子を芯材として用いたこと以外は、実施例1と同様にして電子写真現像剤用キャリアを製造し、当該電子写真現像剤用キャリアを用いて電子写真現像剤を製造した。
 本実施例では、本焼成時の雰囲気酸素濃度を1.8体積%にした点を除いて実施例1と同様にして、実施例5のフェライト粒子を製造した。実施例5の主たる製造条件を表1に示す。また、当該フェライト粒子を芯材として用いたこと以外は、実施例1と同様にして電子写真現像剤用キャリアを製造し、当該電子写真現像剤用キャリアを用いて電子写真現像剤を製造した。
 本実施例では、本焼成時の雰囲気酸素濃度を0.4体積%にした点と、SrO:0.15になるようにSrO原料を秤量した点と、フェライト粒子を得た後に、熱間部と、当該熱間部に後続する冷却部とを備えるロータリー式の電気炉により表面酸化処理(但し、熱間部大気雰囲気下、450℃))を行い、続いて冷却することにより、表面酸化処理を施した点とを除いて実施例1と同様にして、実施例6のフェライト粒子を製造した。実施例6の主たる製造条件を表1に示す。また、当該フェライト粒子を芯材として用いたこと以外は、実施例1と同様にして電子写真現像剤用キャリアを製造し、当該電子写真現像剤用キャリアを用いて電子写真現像剤を製造した。
比較例
[比較例1]
 本比較例では、モル比で上記主成分原料:100に対してZrO:0.90になるようにZrO原料を秤量した点と、SrO:0.90になるようにSrO原料を秤量した点と、と、本焼成温度を1235℃、850℃から本焼成温度である1235℃までの昇温速度を100℃/時とした点とを除いて実施例1と同様にして、比較例1のフェライト粒子を製造した。比較例1の主たる製造条件を表1に示す。また、当該フェライト粒子を芯材として用いたこと以外は、実施例1と同様にして電子写真現像剤用キャリアを製造し、当該電子写真現像剤用キャリアを用いて電子写真現像剤を製造した。
[比較例2]
 本比較例では、モル比で上記主成分原料:100に対してZrO:0.15になるようにZrO原料を秤量した点と、SrO:0.15になるようにSrO原料を秤量した点と、と、本焼成温度を1230℃、850℃から本焼成温度である1230℃までの昇温速度を30℃/時とした点とを除いて実施例1と同様にして、比較例2のフェライト粒子を製造した。比較例2の主たる製造条件を表1に示す。また、当該フェライト粒子を芯材として用いたこと以外は、実施例1と同様にして電子写真現像剤用キャリアを製造し、当該電子写真現像剤用キャリアを用いて電子写真現像剤を製造した。
[比較例3]
 本比較例では、ZrO秤量しなかった点と、SrO:0.05になるようにSrO原料を秤量した点と、本焼成時の雰囲気酸素濃度を0体積%にした点と、本焼成温度を1180℃、850℃から本焼成温度である1180℃までの昇温速度を100℃/時とした点を除いて実施例1と同様にしてフェライト粒子を製造した後、実施例6と同様の方法(但し、熱間部における酸化処理温度600℃)で表面酸化処理を施して、比較例3のフェライト粒子を製造した。比較例3の主たる製造条件を表1に示す。また、当該フェライト粒子を芯材として用いたこと以外は、実施例1と同様にして電子写真現像剤用キャリアを製造し、当該電子写真現像剤用キャリアを用いて電子写真現像剤を製造した。
〈評価〉
 以上のようにして得た各実施例及び各比較例のフェライト粒子について、(1)ペロブスカイト型結晶相成分含有量、(2)Zr元素の分散度合い、(3)体積平均粒径、(4)飽和磁化、(5)電気特性、(6)SF-1、(7)表面粗さRzを測定した。また、以上のようにして得た各実施例及び各比較例の電子写真現像剤を用いて(8)画像濃度、(9)キャリア飛散に関する評価を行った。
 以下、各評価方法/測定方法及び評価結果を述べる。
1.評価方法/測定方法
(1)ペロブスカイト型結晶相成分含有量(質量%)
 各実施例及び各比較例で製造したフェライト粒子を試料とし、粉末X線回折パターンをリートベルト解析することにより、各フェライト粒子におけるRZrO3の組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶相成分含有量を求めた。粉末X線回折パターンの波形分離では各結晶相の同定と定量を行うことが困難な場合があるが、結晶構造モデルに基づいたリートベルト解析により各相の同定と定量が可能になる。
 X線回折装置として、パナリティカル社製「X’PertPRO MPD」を用いた。X線源としてCo管球(CoKα線)を用いた。光学系として集中光学系及び高速検出器「X’Celarator」を用いた。測定条件は以下のとおりである。
 スキャンスピード   :0.08°/秒
 発散スリット     :1.0°
 散乱スリット     :1.0°
 受光スリット     :0.15mm
 封入管の電圧及び電流値:40kV/40mA
 測定範囲       :2θ=15°~90°
 積算回数       :5回
 得られた測定結果を元に、「国立研究開発法人物質・材料研究機構、”AtomWork”(URL:http://crystdb.nims.go.jp/)」に開示の構造より結晶構造を以下の通り同定した。
 A相:マンガンフェライト(スピネル型結晶)からなる結晶相
 結晶構造: 空間群 F d -3 m  (No. 227)
 B相:RZrO3の組成式で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相
 結晶構造:空間群 P n m a  (No. 62)
 C相:二酸化ジルコニウム(ジルコニア)
 結晶構造:空間群 P -4 2 m  (No. 111)
 但し、A相に帰属する空間群Fd-3mにおいて各原子のWyckoff位置は8bをMn原子、16cをFe原子、32eをO原子と設定した。
 次に解析用ソフト「RIETAN-FP v2.83(http://fujioizumi.verse.jp/download/download.html)」を用いて同定した結晶構造を精密化することで、質量換算の存在比率を各結晶相の相組成比として算出した。
 プロファイル関数はThompson,Cox,Hastingの擬Voigt関数を使用しHowardの方法で非対称化を行った。 フィッティングの正確さを表すRwp値,S値が各々Rwp:2%以下,S値:1.5以下であり、2θ=35~37°に於いてB,C相のメインピークがフィッティングされていることを確認した上で、各パラメータの最適化を行った。
 以上のようにして行ったX線回折パターンのリートベルト解析結果に基づき、フェライト粒子を構成する結晶相の相組成分析を行ったときのペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分(B相)の含有量(質量%)を求めた。また、スピネル型結晶からなる結晶相成分(A相)の含有量(質量%)についても求めた。
(2)Zr元素の分散度合い
 各実施例及び各比較例で製造したフェライト粒子について、以下の式で定義するZr元素の分散度合いを測定した。
 Zrの分散度合い=Zr(s)/Zr(c)
 但し、
 Zr(s):エネルギー分散型X線分析によって測定された粒子断面の表面部におけるZr量(質量%)
 Zr(c):エネルギー分散型X線分析によって測定された粒子断面の中心部におけるZr量(質量%)
 ここで、図1を参照しながら説明する。フェライト粒子の断面(粒子断面)の中心部は、次のように定義する。粒子断面(例えば、SEM画像)における最大直径を線分Dxとしたとき、線分Dxの中点を粒子断面の中心Cとし、線分Dxの端点をそれぞれ点Pとする。そして、当該中心Cをその中心位置とし、一辺の長さが線分Dxの35%の長さである正方形を正方形Sとする。この正方形Sで囲まれた領域を中心部と定義する。
 また、粒子断面の表面部は、次のように定義する。線分Dx上の点であって、点Pから中心Cに向かって線分Dxの長さの15%の距離の位置を点P’とする。そして、線分Dxの長さの35%の長さを有し、線分Dxに直交し、かつ点P又は点P’を中点とする線分を長辺とし、線分Dxの長さの15%の長さを有する線分を短辺とする長方形を長方形R1とする。本件発明では、フェライト粒子の断面において、この長方形R1で囲まれた領域を表面部と定義する。なお、図1は説明のためにフェライト粒子100の断面形状を簡略化して円形に模して示したものであり、本件発明に係るフェライト粒子の実際の断面形状を示すものではない。
 このように定義した粒子断面の中心部及び表面部に対して、エネルギー分散型X線分析(EDX分析)を行い、各領域におけるZr元素の含有量を測定する。具体的な測定方法は以下のとおりである。
 (a)フェライト粒子を樹脂包埋し、イオンミリングによる断面加工を施すことにより、測定用の断面試料を作製する。イオンミリングは、日立ハイテクノジーズ社製のIM4000PLUSを使用し、イオンビームの加速電圧を6.0kVとして、アルゴン雰囲気下で行う。ここで、分析対象とするフェライト単粒子は、当該フェライト単粒子が含まれるフェライト粒子(粉体)の体積平均粒径をD50としたとき、最大直径DxがD50×0.8≦Dx≦D50×1.2の範囲である粒子とする。
 (b)得られた断面試料に対して、走査電子顕微鏡(SEM、日立ハイテクノジーズ社製SU8020)にて加速電圧を15kV、WDを15mmとして分析対象とするフェライト粒子の断面を観察する。このとき、視野の中に分析対象とするフェライト粒子1つのみが存在し、かつ粒子全体が視野内に収まるように倍率を設定する。
 (c)そして、フェライト粒子断面の中心部及び表面部(上記定義した領域)に対してEDX分析を行う。EDX分析では、エネルギー分散型X線分析装置(堀場製作所製EMax  X-Max50)によって、Fe、Mn、Mg、Sr及びZrを対象としてマッピング収集を行い、得られたX線スペクトルピークから各々の元素量(質量%)を算出する。得られた粒子断面の中心部におけるZr量を「Zr(c)」とし、粒子断面の表面部におけるZr量を「Zr(s)」とする。
 そして、EDX分析によって得られた粒子断面の中心部におけるZr量(Zr(c))及び粒子断面の表面部におけるZr量(Zr(s))を、上述した式(1)に代入することにより、分析対象としたフェライト粒子のZrの分散度合いを得ることができる。
 このとき、粒子断面の表面部におけるZr量については、長方形R1と同様に定義された長方形R2と、粒子断面の中心Cをとおり直線Dxに直交する直線Dyについて上記点P,P’と同様に定めた点Q,Q’に基づき定義した長方形R3及び長方形R4で囲まれた4つの領域を表面部と定義し、各領域におけるZr量の平均値とした。各長方形R1、R2、R3、R4は、粒子断面の輪郭に沿って略等間隔に配置されるようにした。
 ここで、一つのフェライト粒子について最大直径である線分Dxが複数存在するときは、線分Dxに対して線分Dy(線分QQ’)が0.5以上の長さを示す関係にあるものをSx,Dyとするものとする。なお、後述するとおり、各実施例で製造したフェライト粒子は略粒形(SF-1値参照)である。よって、線分Dxに対して線分Dy(線分QQ’)の長さが0.5未満になる場合、そのような粒子は割れや欠けなどが生じた粒子である蓋然性が高い。従って、分析対象とするフェライト単粒子は、線分Dxに対して線分Dy(線分QQ’)の長さが0.5以上のものとする。
(3)体積平均粒径(D50
 体積平均粒径(D50)は、日機装株式会社製マイクロトラック粒度分析計(Model9320-X100)を用いて、次のようにして測定した。各実施例及び各比較例で製造したフェライト粒子を試料とし、各試料10gと水80mlを100mlのビーカーに入れ、分散剤(ヘキサメタリン酸ナトリウム)を2滴~3滴添加し、超音波ホモジナイザー(SMT.Co.LTD.製UH-150型)を用い、出力レベル4に設定し、20秒間分散を行い、ビーカー表面にできた泡を取り除くことによりサンプルを調製し、当該サンプルを用いて、上記マイクロトラック粒度分析計によりサンプルの体積平均粒径を測定した。
(4)飽和磁化
 飽和磁化は、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。具体的な測定手順は次のとおりである。まず、各実施例及び各比較例で製造したフェライト粒子を試料とし、内径5mm、高さ2mmのセルに試料を充填し上記装置にセットした。そして、磁場を印加し、1K・1000/4π・A/m(=1kOe)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1K・1000/4π・A/mにおける磁化を読み取り、飽和磁化とした。
(5)抵抗
 各実施例及び各比較例で製造したフェライト粒子を試料とし、次の手順により高温高湿環境下(30℃相対湿度80%)での抵抗値H1000(Ω)、H100(Ω)をそれぞれ測定した。まず、電極間間隔2.0mmとし、非磁性の平行平板電極(10mm×40mm)を対向させて配置し、その間に試料を200mg充填した。試料は、平行平板電極に取り付けた磁石(表面磁束密度:1500Gauss、電極に接する磁石の面積:10mm×30mm)により平行平板電極間に保持させた。そして、互いに対向する平行平板電極間に所定の電圧(H1000については1000V、H100については100V)を印加し、エレクトロメータ(KEITHLEY社製、絶縁抵抗計model16517A)を用いて測定した。上述した抵抗値H1000、抵抗値H100は当該方法で上記高温高湿環境に雰囲気温度及び湿度が調整された恒温恒湿室内に試料を12時間以上暴露した後、当該環境下において上記の手順により測定した抵抗値である。
 また、このように測定した抵抗値H1000及び抵抗値H100の対数値に基づき、抵抗の電界変動比(logH100/logH1000)を求めた。各値を表1に示す。
(6)SF-1(円形度)
 各実施例及び各比較例で製造したフェライト粒子を用いてサンプル液を調製し、当該サンプル液を用いてセイシン企業社製粒度・形状分布測定器PITA-1によりサンプル液中の3000粒子を観察した。次いで、装置付属のソフトウエアImageAnalysisを用いてArea(投影面積)及びフェレ径(最大)を求め、上記式に従って1粒子毎に形状指数SF-1の値を算出した。そして、観察対象とした3000粒子の平均値を各フェライト粒子の形状指数SF-1とした。
 なお、サンプル液は分散媒として粘度0.5Pa・sのキサンタンガム水溶液を調製し、その中にキサンタンガム水溶液30ccに各フェライト粒子0.1gを分散させてものを用いた。このように分散媒の粘度を適正にあわすことで各フェライト粒子が分散媒中で分散したままの状態を保つことが出来、測定をスムーズに行なうことが出来る。さらに測定条件は対物レンズの倍率を10倍とし、フィルタはND4×2、サンプル液の調製には粘度0.5Pa・sのキサンタンガム水溶液を使用し、その流量はいずれも10μl/sec、サンプル液流量0.08μl/secとした。
(7)表面粗さRz
 各実施例及び比較例で製造したフェライト粒子を試料として、以下の方法で表面粗さRzを測定した。
 まず、レーザーテック株式会社製ハイブリッドレーザーマイクロスコープmc2000を用いて測定対象粒子表面の3次元形状を取得した。サンプルの前処理として、スライドガラス上に両面テープを貼り、粘着面にフェライト粒子を振りかけてフェライト粒子をスライドガラス上に固定した。光源としてキセノンランプを用い、対物レンズの倍率を100倍とし、測定対象とするフェライト粒子(測定対象粒子)を選択し、その表面の3次元形状を装置付属のソフトウェアLMeye7のオート撮影機能により取得した。
 上記のようにして取得した測定対象粒子の3次元画像上に15.0umの線分21本を0.75um間隔で引き、各線分上の測定断面曲線を抽出した。得られた各測定断面曲線に輪郭曲線フィルタによる補正をそれぞれ行い、粗さ曲線を取り出した。そして、輪郭曲線フィルタのカットオフ値として、粗さ成分とそれより短い波長成分を分離するλs、粗さ成分とうねり成分を分離するλcを用い、それぞれのカットオフ値をλs=0.0025mm、λc=0.0800mmをとし、得られた粗さ曲線から表面粗さRzを算出した。このようにして21本の線分に基づき得た値の平均値を各測定対象粒子のRzとした。そして同様の手順で30粒子を測定対象粒子とし、測定対象粒子30粒子分の表面粗さRzの値の平均値を各実施例及び比較例のフェライト粒子の表面Rzとした。
(8)画像濃度
 各実施例及び比較例で製造した電子写真用現像剤を用いて画像濃度を次のようにして評価した。画像濃度は、低温低湿環境(10℃相対湿度20%)下に雰囲気温度及び湿度が調整された恒温恒湿室内にてフルカラー電子写真現像機(Ricoh社製imagio MP C2500)を用いて、適性露光条件下で1000(1k)試験画像の印刷を行った後、ベタ画像を印刷した。そして、ベタ画像を分光測色濃度計(X-RIte社製「モデル938」)を用いて画像濃度を測定し下記基準で評価した。
により評価し、以下の基準により○、△、×のいずれかに判定した。
 「○」:1.2以上
 「△」:1.0以上1.2未満
 「×」:1.0未満
(9)キャリア飛散量
 各実施例及び比較例で製造した電子写真用現像剤を用いてキャリア飛散量を次のようにして評価した。高温高湿環境(30℃相対湿度80%)に雰囲気温度及び湿度が調整された恒温恒湿室内にてフルカラー電子写真現像機(Ricoh社製imagio MP C2500)を用いて、適性露光条件下で1000(1k)試験画像の印刷を行った後、ベタ画像を3枚印刷した。そして、ベタ画像中のキャリア飛散量の合計を目視によってカウントし、以下の基準で○、△、×の判定を行った。
 「○」:0個~5個
 「△」:6個~10個
 「×」:11個以上
2.評価結果
 表2に上記各評価項目の測定結果を示す。なお、表2においてXRD解析値は、粉末X線回折パターンをリートベルト解析することにより得られたペロブスカイト型結晶相成分含有量(質量%)を示す。また、抵抗値H1000、抵抗値H100についてはそれぞれその対数値を示す。
(1)ペロブスカイト型結晶相成分含有量及びZr元素の分散度合い
 表2に示すように、実施例1~実施例6のフェライト粒子は、原料として、アルカリ土類金属元素(R)を含む酸化物と、二酸化ジルコニウムとを用いることにより、RZrOの組成式で表されるペロブスカイト型結晶相成分を0.22質量%~0.64質量%含むフェライト粒子が得られることが確認された。また、実施例1~実施例6のフェライト粒子におけるZrの分散度合いは1.0~1.1と値が小さいことから、フェライト粒子内にペロブスカイト型結晶相成分が良好に分散していることが確認された。原料として用いた二酸化ジルコニウムとアルカリ土類金属元素(R)の合計量が他の実施例と比較すると少ない実施例3のフェライト粒子はペロブスカイト型結晶相成分の含有量が他の実施例と比較すると少なかった。また、他の実施例ではZrの分散度合いが1.0であるのに対して実施例3のフェライト粒子のみがZrの分散度合いが1.1とやや大きな値を示した。実施例2及び実施例3は焼成条件が異なるため、単純に比較することはできないが、原料として用いた二酸化ジルコニウムとアルカリ土類金属元素(R)の合計量と、焼成条件を制御することにより、フェライト粒子中のペロブスカイト型結晶相成分の含有量を調整することが可能であることが確認された。
 一方、原料としてZrOを添加しなかった比較例3のフェライト粒子ではペロブスカイト型結晶相成分を含むフェライト粒子は得られなかった。これに対してZrO及びSrOを原料として各実施例と同等またはそれ以上用いた比較例1及び比較例2では、ペロブスカイト型結晶相成分を含むフェライト粒子が得られている。
 また、各実施例及び比較例のフェライト粒子はスピネル型結晶相成分の含有割合が98質量%以上であり、スピネル型フェライト粒子であることが確認された。
(2)表面粗さRz
 表2から実施例1~実施例6のフェライト粒子は表面粗さRzが2.1μm以上4.3μm以下であった。一方、比較例1のフェライト粒子は表面粗さRzが1.8μmと小さく、比較例2のフェライト粒子は表面粗さRzが4.7μmと大きく、いずれも本件発明において規定する範囲外となった。比較例1のフェライト粒子はいずれもペロブスカイト型結晶相成分を本件発明において規定する範囲内で含むものの、850℃以上1150℃以下の温度域における昇温速度が100℃/時又は30℃/時と5時間未満又は10時間以上であり表面粗さRzが小さく過ぎる、又は大きすぎる結果となった。また、このことから、850℃以上1150℃以下の温度域における昇温速度を制御することで、表面粗さRzを調整可能であることが確認された。
(3)その他
 各実施例及び比較例の体積平均粒径、飽和磁化、SF-1は表2に示すとおりである。
(4)電気特性
 次に、表2を参照して各フェライト粒子の電気特性について述べる。実施例1~実施例6のフェライト粒子は、抵抗値H1000の対数値logH1000、抵抗値H100の対数値logH100はそれぞれ6.6~7.9、7.1~8.2であり高温高湿環境下において高い抵抗値を有していることが確認された。また、電界依存性(logH1000/logH1000)が0.83~0.96の範囲内にあり、電界依存性が低く現像装置によって現像電界が異なる場合も抵抗の変動が少ないものと認められる。また、比較例1及び比較例2のフェライト粒子は電界依存性については実施例と同等であった。一方、比較例3のフェライト粒子は抵抗値H1000を測定できなかった。
(5)画像濃度及びキャリア飛散量
 表3から実施例1~実施例6のフェライト粒子を芯材としたキャリアを用いた場合、低温低湿環境下においても良好又は使用に問題のないレベルの画像濃度を維持することができることが確認された。また、実施例1~実施例6のフェライト粒子を芯材としたキャリアを用いた場合、高温高湿環境下においてもキャリア飛散を十分に抑制することが可能であることが確認された。よって、本件発明に係るフェライト粒子によれば、フェライト粒子の表面の凹凸を制御することで、フェライト粒子を芯材としてその表面に樹脂被覆層を設けた際に、凹部に対して凸部は相対的に樹脂被覆層の厚みが薄くなる。本件発明に係るフェライト粒子は、高湿環境下においても高い抵抗値を有することから、表面の凹凸を制御することで、キャリアにしたときにキャリアの表面抵抗を全体的に高く維持しつつ、キャリア表面にフェライト粒子の凸部に起因する低抵抗の部分を略均一に分布させることが可能になる。その結果、特に高湿環境下において、キャリア飛散を良好に抑制しつつ、現像後は速やかにカウンターチャージをリークして、現像性を維持することを可能にした。
 一方、比較例1~比較例3のフェライト粒子を用いた場合、画像濃度又はキャリア飛散量のいずれか一方又は双方が「×」の評価となった。具体的には、例えば、比較例1のフェライト粒子では抵抗値は本件発明の範囲内であるが、表面粗さRzが小さく、高温高湿環境下においてはキャリア飛散を抑制することができているものの、低温低湿環境下においては画像濃度が低下し、良好な現像性を得ることができなかった。比較例2のフェライト粒子では抵抗値は本件発明の範囲内であるが表面粗さRzが大きく、低温低湿環境下においてて良好な画像濃度が得られているものの、高温高湿環境下においてはキャリア飛散を抑制することができなかった。比較例3のフェライト粒子は、ペロブスカイト型結晶相を含まないものの表面酸化処理を施すことにより表面抵抗を高くする効果が得られた。しかしながら、上述したとおり、フェライト粒子の表面には、十分に酸化されておらず低抵抗値を示す部分と、表面の酸化が進み、高抵抗になり過ぎる部分とがそれぞれ局所的に存在するものと認められ、その結果、画像濃度の低下効果及びキャリ飛散の抑制効果を得ることができなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 本件発明によれば、高温高湿下におけるキャリア飛散の発生を抑制することでき、かつ良好な現像性を有するフェライト粒子、電子写真現像剤用キャリア芯材、電子写真現像剤用キャリア及び電子写真現像剤を提供することができる。

Claims (10)

  1.  RZrOの組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を含み、表面粗さRzが2.0μm以上4.5μm以下であり、以下の式を満たすことを特徴とするフェライト粒子。
     6.5 ≦ logH1000 ≦ 8.5
     0.80 ≦ logH1000/logH100 ≦1.00
     logH1000:高温高湿環境(30℃相対湿度80%)下において電極間距離2mmで印加電圧1000Vとしたときの当該フェライト粒子の抵抗値H1000(Ω)の対数値(logΩ)
     logH100:高温高湿環境(30℃相対湿度80%)下において電極間距離2mmで印加電圧100Vとしたときの当該フェライト粒子の抵抗値H100(Ω)の対数値(logΩ)
  2.  前記表面粗さRzが2.5μm以上4.2μm以下である請求項1に記載のフェライト粒子。
  3.  以下の式を満たす請求項1又は請求項2に記載のフェライト粒子。
     6.7  ≦ logH1000 ≦ 8.2
     0.85 ≦ logH1000/logH100≦1.00
  4.  前記RがSr、Ca及びBaからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の元素である請求項1~請求項3のいずれか一項に記載のフェライト粒子。
  5.  X線回折パターンのリートベルト解析により当該フェライト粒子を構成する結晶相の相組成分析を行ったときに、前記ペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を0.05質量%以上4.00質量%以下含む請求項1~請求項4のいずれか一項に記載のフェライト粒子。
  6.  当該フェライト粒子は、(MnO)x(MgO)y(Fe)z(但し、15≦x≦50、2≦y≦35、45≦z≦60、x+y+z=100(mol%))の組成式で表されるスピネル型結晶からなる結晶相成分を主組成とするスピネル型フェライト粒子である請求項1~請求項5のいずれか一項に記載のフェライト粒子。
  7.  請求項1~請求項6のいずれか一項に記載のフェライト粒子を含むことを特徴とする電子写真現像剤用キャリア芯材。
  8.  請求項1~請求項6のいずれか一項に記載のフェライト粒子と、当該フェライト粒子の表面に設けられた樹脂被覆層とを備えることを特徴とする電子写真現像剤用キャリア。
  9.  請求項8に記載の電子写真現像剤用キャリアとトナーとを含むことを特徴とする電子写真現像剤。
  10.  補給用現像剤として用いられる請求項9に記載の電子写真現像剤。
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