WO2022045097A1 - 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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哲也 植村
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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 developer 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.
  • a 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 the developing roll holding the magnet. At that time, the carrier conveys the charged toner to the surface of the photoconductor. After the 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 from the viewpoint of imparting charge to the toner. If the charging capacity of the carrier is insufficient, fog caused by the low-charged toner and the amount of toner conveyed to the developing area are reduced, so that a memory image is likely to occur.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 Ti and Sr are added to use ferrite particles whose surface irregularities are appropriately controlled as a carrier core material, so that the carrier has a high ability to apply charge to the toner and has high environmental stability. Is said to be obtained.
  • the carrier using the above-mentioned conventional ferrite particles (Patent Document 1 and Patent Document 2) as the carrier core material has insufficient charging ability and environmental stability.
  • unavoidable impurities such as Cl due to Fe raw materials and the like are present on the surface of ferrite particles. These unavoidable impurities are easily ionized by the moisture in the atmosphere. Therefore, when a large amount of such unavoidable impurities are present on the surface of the ferrite particles, the resistance value tends to decrease in a high temperature and high humidity environment, and the environmental characteristics of the charging characteristics tend to fluctuate.
  • an object of the present invention is to provide ferrite particles having high charging ability and environmental stability, a carrier core material for an electrophotographic developer, a carrier for an electrophotographic developer, and an electrophotographic developer.
  • the 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 the Mg content is 0.45% by mass or less. It is characterized by that.
  • 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 Cl concentration measured by the elution method is preferably 30 ppm or less.
  • the ferrite particles according to the present invention are spinel-type ferrite particles containing Mn, and when the Mn content in the ferrite particles is x (mass%) and the Fe content is y (mass%), the following formula is satisfied. Is preferable. 0.30y ⁇ x ⁇ 0.60y
  • the ferrite particles according to the present invention do not substantially contain Ti.
  • 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 comprising the above 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 including a carrier for an electrophotographic developer and a toner.
  • the electrophotographic developer according to the present invention may be used as a supplementary developer.
  • ferrite particles having high charging ability and environmental stability, a carrier core material for an electrophotographic developer, a carrier for an electrophotographic developer, and an electrophotographic developer.
  • 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, various functional fillers such as fillers for bonded magnets and fillers for electromagnetic wave shielding materials, and materials for electronic parts.
  • 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 have 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) (hereinafter referred to as “perobskite-type crystal phase component”). including.
  • perovskite-type crystal phase component a perovskite-type crystal phase component represented by the composition formula of RZrO 3 (where R is an alkaline earth metal element) 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 ) are mainly used.
  • Fe 2 O 3 ferric oxide
  • the environmental stability of the charging characteristics means that there is little change between the charging amount in a normal temperature and humidity environment and the charging amount in a high temperature and high humidity environment, or the charging rising property in a normal temperature and humidity environment. It means that there is little change from the charge rising property in a high temperature and high humidity environment.
  • multidimensional ferrite particles containing metal elements such as Mg, Mn, Sr, and Ca have been widely used 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 ferriteation 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 ferrite 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 that are not involved in the ferrite reaction, such as Na, K, and Cl, 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, unavoidable impurities are present in a trace amount 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.
  • the 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 such as Na, K, and Cl contained in the raw material are easily ionized due to the presence of moisture in the atmosphere. Therefore, when the amount of unavoidable impurities in the ferrite particles increases, the resistance of the ferrite particles decreases and charge leakage tends to occur. Further, when the amount of unavoidable impurities increases, charge leakage is very likely to occur when the atmospheric humidity becomes high, which leads to deterioration of the environmental stability of the charge characteristics.
  • unavoidable impurities such as Na, K, and Cl contained in the raw material are easily ionized due to the presence of moisture in the atmosphere. Therefore, when the amount of unavoidable impurities in the ferrite particles increases, the resistance of the ferrite particles decreases and charge leakage tends to occur. Further, when the amount of unavoidable impurities increases, charge leakage
  • 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 of the ferrite particles, and in order to obtain ferrite having high environmental stability of charging characteristics, it is expressed by the composition formula of RZrO 3 (where R is an alkaline earth metal element). It was found that it is important to include the perovskite type crystal phase component.
  • the present inventors speculate as to the reason why the above-mentioned problems can be solved by including the perovskite-type crystal phase component represented by the composition formula of RZrO 3 (where R is an alkaline earth metal element).
  • 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. When looking at ferrite particles of the same size, the larger the crystal grains constituting the ferrite particles, the smaller the grain boundary volume as compared with the case where the crystal grains are small. As a result, unavoidable impurities such as Na, K, and Cl are also extruded from the grain boundaries and easily segregate on the surface of the ferrite particles. These substances have a high affinity for moisture in the air and are easily ionized as described above.
  • the perovskite-type crystal represented by the composition formula of RZrO 3 does not dissolve in solid solution with other crystal phases having different crystal structures such as spinel-type crystals, and therefore the perovskite-type crystal phase component. Disperses at the grain boundaries of ferrite particles. Therefore, the grain boundary volume of the ferrite particles in the ferrite particles is relatively increased as compared with the case where the ferrite particles containing the crystal phase component do not contain the crystal phase component. 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 crystal phase component is present at the grain boundaries.
  • 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 moisture is distributed on the surface of the ferrite particles. It is possible to suppress segregation of substances having a high affinity with the particles. Therefore, according to the ferrite particles according to the present invention, it is considered that the rise of charge is good and the environmental stability can be improved.
  • the perovskite-type crystal phase component represented by the composition formula of RZrO 3 (where R is an alkaline earth metal element) has high insulating properties, and the presence of the crystal phase component at the grain boundaries and the particle surface causes ferrite. It is possible to increase the resistance of particles and suppress charge leakage.
  • a compound containing Zr for example, ZrO 2
  • ZrO 2 a compound containing Zr
  • the polymorphic ferrite has a composition containing R
  • 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 relatively good charging characteristics.
  • the ferrite particles include the perovskite-type crystal phase component represented by the composition formula of RZrO 3 (where R is an alkaline earth metal element) means that the crystal phase component is contained at least inside the ferrite particles. That is, 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.
  • Mg content (% by mass)
  • the above-mentioned characteristics can be obtained by including the perovskite type crystal phase component in the ferrite particles.
  • the Mg content referred to in the present invention means a value obtained based on the value measured by ICP elemental analysis described later.
  • the charging ability of the ferrite particles is higher than that in the case where the Mg content is within the above range, as compared with the case where the Mg content is more than 0.45% by mass. It has been found that a ferrite core material having good environmental stability can be obtained. The present inventors infer the reason as follows.
  • Charging is caused by the transfer of charge.
  • the Mg content of the ferrite particles When comparing unit ferrite and multi-element ferrite, it is considered that charge transfer within the ferrite is unlikely to occur in multi-unit ferrite. Therefore, by setting the Mg content of the ferrite particles to 0.45% by mass or less and relatively reducing the Mg content in the ferrite composition, the ferrite particles become closer to unit ferrite or become unit ferrite, and charge transfer occurs. It is thought that it will be easier and the charging capacity will be improved.
  • the lower limit of the Mg content is 0.00% by mass, but the Mg content may be more than 0.00% by mass, and further more than 0.05% by mass or more than 0.05% by mass. It is also preferable.
  • the ferrite particles contain the above-mentioned perovskite-type crystal phase, and the ferrite particles are spinel-type ferrite particles, magnesium-plumbite-type ferrite particles, except that the Mg content is as described above. Although it may be garnet-type ferrite particles or the like, the ferrite particles are preferably spinel-type ferrite particles from the viewpoint of obtaining resistance and magnetization suitable as a core material for a carrier of a two-component electrophotographic developer. In particular, spinel-type ferrite particles containing Mn are preferable.
  • MnO manganese oxide
  • MgO manganese oxide
  • Fe 2 O 3 Fe 2 O 3
  • the magnetization on the low magnetic field side can be increased. Further, it is possible to prevent the reoxidation of the ferrite at the time of leaving the furnace after the main firing. Further, by forming spinel-type ferrite particles containing Mg together with Mn, it becomes easy to adjust the magnetization and resistance of the ferrite particles. However, even when Mg is not contained, the magnetization and resistance can be adjusted by strictly controlling the production conditions such as the oxygen concentration at the time of firing.
  • the ferrite particles satisfy the following formula when the Mn content is x (mass%) and the Fe content is y (mass%). 0.30y ⁇ x ⁇ 0.60y ... (1)
  • the content ratio of "MnO” becomes smaller than that of "Fe 2 O 3 " in the ferrite particles, and as described above, the content ratio of low resistance magnetite is relative. Will increase. In that case, it may be difficult to adjust the resistance value to be suitable for the carrier core material of the two-component electrophotographic developer because the electric charge easily leaks from the particle surface.
  • the upper limit value of the above formula (2) is exceeded, the content ratio of "MnO" to "Fe 2 O 3 " becomes large in the ferrite particles, and the resistance value becomes too high beyond an appropriate range. There is. In that case, image defects such as white spots may occur due to the high resistance value, and it may be difficult to adjust the resistance value to be suitable for the carrier core material of the two-component electrophotographic developer. be.
  • the content ratio of the perovskite-type crystal phase component 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, and structural defects are observed. It becomes easier to suppress the generation and to improve the environmental stability of the charging characteristics.
  • 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 preferably contain 3.50% by mass or less of the crystal phase component, and more preferably 3.00% by mass or less.
  • the ferrite particles are preferably spinel-type ferrite particles containing Mn.
  • the ferrite particles preferably contain 90% by mass or more, preferably 93% by mass or more, and more preferably 95% by mass or more of the spinel-type crystal phase component. That is, the ferrite particles are preferably spinel-type ferrite particles composed of the perovskite-type crystal phase component and a spinel-type crystal phase component excluding unavoidable impurities or unreacted raw materials.
  • the content of the spinel-type crystal phase component can be determined by the ratio of the metal element at the time of blending the raw materials.
  • spinel-type ferrite is produced by a solid-phase reaction.
  • a solid solution (spinel-type crystal phase) begins to be formed at about 850 ° C., and the ferrite formation reaction is completed at about 1250 ° C.
  • a spinel-type crystal phase can be selectively generated by appropriately adjusting the firing temperature, firing time, firing atmosphere, and cooling time in the firing step, thereby determining the content ratio of the spinel-type crystal phase in the ferrite particles. be able to.
  • the ferrite particles preferably contain zirconium in an amount of 0.04% by mass or more and 3.00% by mass or less.
  • zirconium in the above range, the content ratio of the perovskite-type crystal phase component represented by the composition formula of RZrO 3 is generally within the above range, the environmental stability of the charging characteristics is high, and the rise of the charging amount is good.
  • Ferrite particles can be obtained.
  • the zirconium content in the ferrite particles is more preferably 0.08% by mass or more. Further, the zirconium content in the ferrite particles is more preferably 2.25% by mass or less, and further preferably 2.60% by mass or less.
  • the zirconium content can be quantified by ICP elemental analysis in the same manner as Mg.
  • R alkaline earth metal element
  • R is at least one element selected from the group consisting of Ca, Sr, Ba and Ra, that is, an alkaline earth metal element.
  • Alkaline earth metal elements have a sufficiently larger ionic radius than zirconium and form a perovskite compound of zirconate with 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 of the alkaline earth metal element (R) is more preferably 0.04% by mass or more and 3.15% by mass or less.
  • the content ratio of the perovskite type crystal phase component represented by the composition formula of the above RZrO 3 is generally within the above range, and the environmental stability of the charging characteristics is high. , Ferrite particles having a good rise in charge amount can be obtained.
  • the content ratio of the alkaline earth metal element (R) in the ferrite particles is more preferably 0.16% by mass or more. Further, the content ratio of the alkaline earth metal element (R) in the ferrite particles is more preferably 2.75% by mass or less, and further preferably 2.35% by mass or less.
  • the alkaline earth metal element content can be quantified by ICP elemental analysis in the same manner as Mg.
  • Alkaline earth metal element reacts with iron in a solid phase to form ferrite having a magnetoplumbite-type crystal structure and its precursor.
  • 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.
  • the main component is a spinel-type crystal phase component, if an auxiliary component having a crystal structure different from that of the spinel-type crystal structure is present inside the particle, the main component grows in the direction of the particle surface where it is relatively easy to grow. The unevenness of the particle surface is in an appropriate state. Further, by uniformly containing these sub-components inside the particles, it is possible to control the unevenness of the particle surface to a uniform state.
  • the ferrite particles according to the present invention preferably have an elution chlorine amount of 30 ppm or less as measured by the elution method.
  • the procedure for measuring the amount of eluted chlorine by the elution method will be described in the column of Examples. By setting the amount of eluted chlorine to 30 ppm or less, ferrite particles having small environmental fluctuations in charging characteristics can be obtained.
  • unavoidable impurities such as Na, K, and Cl contained in the raw material are present on the surface of the ferrite particles, they are easily ionized and the moisture in the atmosphere is adsorbed on the surface of the ferrite particles.
  • the resistance value greatly decreases in a high temperature and high humidity environment, and the environmental fluctuation of the charging characteristics also increases.
  • Fe raw material iron oxide produced as a by-product from the hydrochloric acid pickling step generated during steel production is generally used. Therefore, Cl is contained as an unavoidable impurity in the Fe raw material.
  • Na and K are often contained in Fe raw materials, Mn raw materials, and Mg raw materials, and become larger when seawater, sodium hydroxide, or the like is used in the manufacturing process.
  • the total amount of Cl contained in the raw material as an unavoidable impurity is large, and when the amount of eluted chlorine measured by the elution method is small, the amount of other unavoidable impurities tends to be small.
  • the amount of eluted chlorine measured by the elution method represents the amount of chlorine adhering to the surface of the ferrite particles.
  • the amount of eluted chlorine measured by the elution method is 30 ppm or less, the amount of unavoidable impurities such as Na, K, and Cl adhering to the surface of the ferrite particles is small, and even if the ambient humidity changes, The change in the amount of water adhering to the surface of the ferrite particles is small, the fluctuation of the resistance value can be reduced, and the environmental fluctuation of the charging characteristics can be reduced.
  • the amount of unavoidable impurities can be reduced by using a high-purity raw material.
  • most of the unavoidable impurities can be removed by performing the heat treatment at a high temperature (for example, about the same temperature suitable for growing the perovskite type crystal phase) in the main firing step described later.
  • a high temperature for example, about the same temperature suitable for growing the perovskite type crystal phase
  • the crystal grains are relatively small and the grain boundary volume is relatively large. Therefore, even if the content of unavoidable impurities such as Cl is about the same, it is possible to prevent these unavoidable impurities from being precipitated inside the ferrite particles and segregating these unavoidable impurities on the surface of the ferrite particles. Therefore, the amount of eluted chlorine by the elution method can be reduced and the environmental fluctuation of the charging characteristics can be reduced as compared with the case where the perovskite type crystal phase component is not contained.
  • the amount of eluted chlorine is more preferably 25 ppm or less, further preferably 20 ppm or less, further preferably 15 ppm or less, still more preferably 10 ppm or less.
  • the amount of eluted chlorine can be reduced by performing a surface oxidation treatment after the main firing step described later, the ferrite particles according to the present invention may not be subjected to the surface oxidation treatment after the main firing step.
  • the amount of eluted chlorine by the elution method can be reduced to 30 ppm or less.
  • the saturation magnetization by VSM measurement when a magnetic field of 1K / 1000 / 4 ⁇ / A / m is applied shall be 50emu / g or more and 70emu / 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 range, the balance between the two becomes good and high-quality electrophotographic printing can be performed well. A photodeveloper can be obtained. Further, even if the magnetization is high, if the resistance is low, carrier scattering due to the low resistance may occur. By setting the saturation magnetization to 70 emu / g or less, carrier scattering due to low resistance can be satisfactorily suppressed.
  • the resistance value M under normal temperature and humidity environment (23 ° C relative humidity 55%) measured at a distance between electrodes of 6.5 mm and an applied voltage of 1000 V is 1.0 ⁇ 106 ( ⁇ ) or more and 1.0 ⁇ . It is desirable that it is 109.5 ( ⁇ ) or less.
  • the resistance value of the ferrite particles is within the range, the resin coating layer is peeled off when the ferrite particles are used as the core material and the resin coating layer is provided on the surface to serve as a carrier, and the core material is separated. Even when exposed, carrier scattering due to charge injection can be suppressed.
  • volume average particle size (D 50 ) When the ferrite particles are used as a core material for a carrier for an electrophotographic developer, the volume average particle size (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 aggregated, the surface of each ferrite particle cannot be satisfactorily coated with the resin.
  • the developer has a high content of large carriers in the region not covered 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 chargeability for 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.
  • the lower limit of the volume average particle size (D 50 ) is more preferably 27 ⁇ m, further preferably 30 ⁇ m.
  • the upper limit of the volume average particle diameter (D 50 ) is preferably 38 ⁇ m, more preferably 36 ⁇ m.
  • the BET specific surface area of the ferrite particles is preferably within the range represented by the following formula. 0.08 ⁇ X ⁇ 0.550 However, in the above formula, X is the BET specific surface area (m 2 / g) of the ferrite particles.
  • the BET specific surface area referred to here can be, for example, a value measured using a specific surface area measuring device (model: Macsorb HM model-1208 (manufactured by Mountech)).
  • a specific surface area measuring device model: Macsorb HM model-1208 (manufactured by Mountech)
  • the unevenness of the surface of the ferrite particles is within an appropriate range with respect to the particle size. Therefore, when the ferrite particles are used as the core material, the surface can be satisfactorily covered with the resin. Further, since the difference in surface unevenness with respect to the particle size is small, it is possible to suppress the concentration of the load on the convex portion when mechanical stress is applied to the surface, and prevent cracking and chipping. Therefore, if the ferrite particles are used as the core material, it is possible to suppress the resin from peeling from the surface during mixing and stirring with the toner, prevent cracking and chipping of the carriers, and prevent carrier scattering and the like.
  • the lower limit of the above formula is more preferably 0.100, and further preferably 0.120. Further, the upper limit of the above formula is more preferably 0.400.
  • the apparent density of the ferrite particles is preferably within the range represented by the following formula. 1.90 ⁇ Y ⁇ 2.50 However, in the above formula, Y represents the apparent density (g / cm 3 ) of the ferrite particles.
  • the apparent density here is a value measured according to JIS Z 2504: 2012 by the funnel method.
  • the apparent density of the ferrite particles is within the range represented by the above formula, the fluidity is good and the weight of the ferrite particles is heavy, so that the contact frequency and contact strength with the toner can be increased.
  • the lower limit of the above formula is more preferably 1.95, further preferably 2.00, and even more preferably 2.15. Further, the upper limit of the above equation is more preferably 2.45.
  • the carrier for an electrophotographic developer according to the present invention is characterized by comprising 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 the coating resin is not particularly limited, and an appropriate one can be appropriately selected depending on 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 covers 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 amount of the resin coated 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 such as conductive agents and charge control agents for the purpose of controlling the electric resistance, charge amount, and charge rate of carriers.
  • the conductive agent include conductive carbon, oxides such as titanium oxide and tin oxide, and various organic conductive agents.
  • the content of the conductive agent is preferably 0.25% by mass or more and 20.0% by mass, and preferably 0.5% by mass or more and 15.0% by mass or less with respect to the solid content of the coating resin. It is more preferably 1.0% by mass or more and 10.0% by mass or less.
  • Examples of the charge control agent include various charge control agents generally used for toner and silane coupling agents.
  • 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, organometallic complexes, and metal-containing monoazo dyes, aminosilane coupling agents, and fluorosilane 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 with respect to 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 as long as they 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 In the electrophotographic developer, a carrier is attracted and adhered to a magnetic drum or the like by magnetic force to form a brush, and the toner is conveyed. While applying a bias electric field, the toner is applied 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 adhering and forming a visible image 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.
  • Carrier core material for ferrite powder and electrophotographic developer The ferrite powder and carrier core material for electrophotographic developer according to the present invention 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.
  • each raw material is weighed and pulverized and mixed so that a, b and c have desired values.
  • the raw material for example, one or more kinds of manganese selected from the group consisting of Fe 2 O 3 , Mg (OH) 2 and / or MgCO 3 , MnO 2 , Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 and Mn CO 3 . It is preferable to use a compound.
  • the ferrite particles according to the present invention contain a perovskite-type crystal phase component 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.
  • phase composition of the crystal phase constituting the ferrite particles is analyzed by Rietveld analysis of the perovskite type crystal phase component in an amount of 0.05% by mass or more and 4.00% by mass or less (however, the X-ray diffraction pattern is performed by Rietveld analysis).
  • ZrO 2 0.05 or more and 4.0 or less with respect to the main component raw material: 100 in terms of molar ratio, and ZrO 2 : It is more preferable to blend 0.1 or more and 3.0 or less.
  • the oxide of the alkaline earth metal element (R) 0.1 or more and 4.0 or less with respect to the main component raw material: 100 in terms of molar ratio, and ZrO 2 : 0.2 or more and 3.0 or less. It is more preferable to mix.
  • the perovskite-type crystal phase component is generated by a solid phase reaction between an oxide of an alkaline earth metal element (R) and ZrO 2 . Therefore, the amount of the perovskite-type crystal phase component produced is adjusted 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. Can be done.
  • ZrO 2 is weighed so as to have a desired addition amount, and is 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.
  • raw materials other than ZrO 2 are pulverized and mixed, and after calcining in the atmosphere, ZrO 2 is added and further pulverized and mixed.
  • a pulverized product obtained by pulverizing and mixing raw materials other than ZrO 2 is pelletized using a pressure molding machine or the like, and then calcined in the atmosphere at a temperature of 700 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower, and then ZrO 2 is added. ..
  • the perovskite-type crystal phase component can be more uniformly dispersed from the surface to the inside of the particles, and the above-mentioned various effects can be obtained.
  • ZrO having a BET specific surface area of 20 to 150 m 2 / g and a volume average particle size (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 perovskite-type crystal phase component while satisfactorily dispersing ZrO 2 in the particles.
  • the BET specific surface area can be adjusted within an appropriate range, and cracks and chips at the interface between different crystal phases that do not dissolve in each other even when mechanical stress is applied can be suppressed, and the ferrite particles can be adjusted.
  • the strength can be improved.
  • 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 and the drying temperature is 150 ° C. or more and 300 ° C. or less.
  • the classification of the granulated product can be performed by 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 primary firing is performed in a firing furnace of a type that allows the granulated material to pass through the hot part while flowing, such as a rotary kiln, and the granulated product is placed in a kou pot or the like for primary firing.
  • a firing furnace of a type that allows the granulated material to pass through the hot part while flowing such as a rotary kiln
  • the granulated product is placed in a kou pot or the like for primary firing.
  • organic substances such as binders used at the time of granulation from the granulated products in a relatively short time.
  • a part of the ferrite reaction can be promoted during the primary firing, and it is possible to suppress the variation in the surface Rz during the subsequent main firing.
  • the temperature is preferably 750 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower, for example.
  • the primary firing temperature is more preferably 800 ° C. or higher, and further preferably 850 ° C. or higher.
  • the primary firing temperature is more preferably 1000 ° C. or lower, and further preferably 980 ° C. or lower.
  • the firing temperature is not particularly limited as long as the ferrite particles according to the present invention can be obtained.
  • active atmosphere or “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.
  • the oxygen concentration is more preferably 0.1% by volume (1000 ppm) or more and 3.5% by volume (35000 ppm) or less, and more preferably 0.1% by volume (1000 ppm) or more and 2.5% by volume (25000 ppm) or less. More preferred.
  • a temperature suitable for forming a spinel-type crystal phase (850 ° C. or higher and 1150 ° C. or lower) for 3 hours or longer, and then, for example, a perovskite-type crystal phase represented by the composition formula of RZrO3 such as strontium zirconate is prepared.
  • a temperature suitable for formation for example, 1150 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower
  • a spinel-type crystal phase is sufficiently formed and a zirconium component is good at the grain boundaries.
  • the ferrite particles dispersed in can be obtained.
  • the BET specific surface area and resistance are appropriately controlled by appropriately controlling the firing temperature, firing time, and atmospheric oxygen concentration during firing according to the type of alkaline earth metal element (R) and the blending amount of ZrO 2 .
  • the value M, apparent density, and magnetization can be within the scope of the present invention.
  • the amount of eluted chlorine can be further reduced by holding at a temperature of 1200 ° C. or higher for 2 hours or longer.
  • the firing temperature is preferably 1170 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower. It is more preferably held at a temperature of 1180 ° C. or higher and 1350 ° C. or lower, more preferably 1200 ° C. or higher and 1330 ° C. or lower 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, a reaction accelerator is added, and the material is calcined at a predetermined temperature.
  • a reaction accelerator is added, and the material is calcined at a predetermined temperature.
  • the raw material by finely pulverizing the raw material to a primary particle size of about several tens of nanometers and adding an aluminum compound (for example, alumina (Al 2 O 3 ) or the like) as a reaction accelerator, these can be obtained even at a temperature of 1500 ° C. or lower.
  • an aluminum compound for example, alumina (Al 2 O 3 ) or the like
  • Perovskite type crystal phase component can be generated.
  • the ferrite particles according to the present invention can be obtained by keeping the temperature suitable for producing a perovskite-type crystal phase component according to the desired composition and adjusting other conditions as necessary. Can be done.
  • a tunnel kiln is used rather than a firing furnace of a type that allows the granulated material (object to be fired) to pass through the hot part while flowing, unlike the rotary kiln.
  • a firing furnace of a type such as an elevator kiln in which the granulated material is placed in a kou pot or the like and allowed to pass through the heat in a stationary state.
  • a firing furnace such as a rotary kiln that allows the granulated material to pass through the hot part while flowing
  • the oxygen concentration in the firing atmosphere is low
  • 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 meet 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 It may not meet the electrical characteristics. Further, if the inside of the calcined product is not sufficiently sintered, the perovskite-type crystal phase component represented by the composition formula of RZrO 3 cannot be sufficiently produced in the calcining 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 the perovskite type crystal phase component represented by the composition formula of RZrO 3 is sufficiently produced. 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 surface of the ferrite particles can be subjected to surface oxidation treatment by heating at a low temperature to adjust the surface resistance of the ferrite particles.
  • a rotary electric furnace, a batch electric furnace, or the like is used, and the ferrite particles are heat-treated at 400 ° C. or higher and 730 ° C. or lower, preferably 450 ° C. or higher and 650 ° C. or lower in an oxygen-containing atmosphere such as the atmosphere. Can be done by. If the heating temperature during the surface oxidation treatment is lower than 400 ° C., the surface of the ferrite particles cannot be sufficiently oxidized, and the desired surface resistance characteristics may not be obtained.
  • the heating temperature is higher than 730 ° C.
  • manganese-containing ferrite is not preferable because the oxidation of manganese proceeds too much and the magnetization of the ferrite particles is lowered.
  • the surface oxidation treatment is an arbitrary step.
  • the carrier for electrophotographic developer 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 is 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.
  • the 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 progresses sufficiently.
  • the electrophotographic developer according to the present invention includes the carrier for the electrophotographic developer and toner. As described above, either the polymerized toner or the 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 aggregation 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 saturating 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 fixing agent 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 Henshell 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 Henshell mixer
  • toner having a desired particle size can be obtained by, for example, classifying with a wind power classifier or the like. If necessary, wax, magnetic powder, viscosity modifier, and other additives may be contained. Further, an external additive can be added after the classification.
  • the ferrite particles of Example 1 are spinel-type ferrite particles containing a spinel-type crystal phase component as a main component, and as a main component raw material, Fe 2O 3 : 50.0 in terms of molar ratio, MnO conversion: 49.5, MgO.
  • the Fe 2 O 3 raw material, the MnO raw material, and the MgO raw material were weighed so as to have a conversion of 0.5.
  • the SrO raw material was weighed so that the molar ratio was SrO: 0.8 with respect to the main component raw material: 100.
  • trimanganese tetraoxide 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 with a vibrating sieve having a mesh opening of 0.5 mm. Was done.
  • Water and zirconium dioxide having a BET specific surface area of 30 m 2 / g and an average particle size of 2 ⁇ m as a ZrO2 raw material for obtaining a perovskite-type crystal phase component are added to the obtained pulverized product, and a wet media mill (horizontal type) is added. It was pulverized for 6 hours using a bead mill (1 mm diameter zirconia beads). At this time, zirconium dioxide was added to the pulverized product so that the molar ratio was ZrO 2 : 0.30 with respect to the main component raw material: 100.
  • 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 is added. Granulated and dried. The particle size of the obtained granulated product was adjusted, and then the primary firing was performed by heating at 950 ° C. for 2 hours in an air atmosphere using a rotary electric furnace (rotary kiln).
  • PVA polyvinyl alcohol
  • the granulated product was mainly fired by holding it in a tunnel type electric furnace at a firing temperature (holding temperature) of 1225 ° C. and an atmosphere of an oxygen concentration of 0.5% by volume for 3 hours. At this time, the temperature rising rate was 100 ° C./hour and the cooling rate was 110 ° C./hour.
  • the obtained calcined 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 beneficiation 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 a silicone resin (KR-350 manufactured by Shinetsu Silicone Co., Ltd.) 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 / heating device at 250 ° C. for 3 hours while stirring to volatilize the volatile components contained in the resin solution 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.
  • the Fe 2 O 3 raw material and the MnO raw material are weighed so that the molar ratio is Fe 2 O 3 : 50.0 and the MnO conversion: 50.0 as the main component raw materials, and the main component is MgO.
  • the ferrite particles of Example 2 were produced in the same manner as in Example 1 except that the spinel composition did not contain. Table 1 shows the main manufacturing 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.
  • the Fe 2 O 3 raw material, the MnO raw material and the MnO raw material are used so that the molar ratio is Fe 2 O 3 : 50.0, MnO conversion: 48.0, MgO conversion: 2.0, as the main component raw materials.
  • Ferrite particles of Example 3 were produced in the same manner as in Example 1 except that the MgO raw materials were weighed. Table 1 shows the main manufacturing 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.
  • the Fe 2 O 3 raw materials, the MnO raw materials and the MnO raw materials are set so that the molar ratio is Fe 2 O 3 : 59.5, MnO conversion: 40.0, MgO conversion: 0.5.
  • the ferrite particles of Example 4 were produced in the same manner as in Example 1 except that the MgO raw materials were weighed and the firing temperature (holding temperature) at the time of the main firing was 1213 ° C. Table 1 shows the main production conditions of Example 4. 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.
  • the Fe 2 O 3 raw material, the MnO raw material, and the MgO raw material are weighed so that the molar ratio is Fe 2 O 3 : 45.0, MnO conversion: 54.5, and MgO conversion: 0.5.
  • the ferrite particles of Example 5 were produced in the same manner as in Example 1 except for the above-mentioned points and the point that the firing temperature (holding temperature) at the time of the main firing was set to 1218 ° C.
  • 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.
  • ferrite particles having a Mg content of more than 0.45% by mass were produced as follows.
  • the ferrite particles in this reference example are also spinel-type ferrite particles whose main component is a spinel-type crystal phase component, and are used as main component raw materials in terms of molar ratio: MnO conversion: 38.3, MgO conversion: 10.4, Fe 2 O.
  • MnO raw material, the MgO raw material and the Fe 2 O3 raw material were weighed so as to have a ratio of 3 : 51.3. Further, the SrO raw material was weighed so that the molar ratio was SrO: 0.8 with respect to the main component raw material: 100.
  • the same raw materials as in Example 1 were used.
  • 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 with a vibrating sieve having a mesh opening of 0.5 mm. Was done.
  • 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 is added. Granulated and dried. The particle size of the obtained granulated product was adjusted, and then the mixture was heated at 800 ° C. for 2 hours in an air atmosphere using a rotary electric furnace to remove organic components such as a dispersant and a binder.
  • PVA polyvinyl alcohol
  • the granulated product was mainly fired by holding it in a tunnel type electric furnace at a firing temperature (holding temperature) of 1250 ° C. and an atmosphere of 0% by volume of oxygen concentration for 3 hours. At this time, the temperature rising rate was 100 ° C./hour and the cooling rate was 110 ° C./hour.
  • the obtained calcined 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 beneficiation to separate ferrite particles.
  • the obtained ferrite particles were subjected to surface oxidation treatment by a rotary electric furnace provided with a hot portion and a cooling portion following the hot portion, and subsequently cooled to perform surface oxidation treatment. Ferrite particles were obtained. In the surface oxidation treatment, an oxide film was formed on the surface of the ferrite particles at 540 ° C. in the hot part under an atmospheric atmosphere.
  • a carrier for an electrophotographic developer can be obtained by using the ferrite particles thus produced as a carrier core material and performing resin coating according to the same procedure as in Example 1 above.
  • Comparative Example 1 In this comparative example, the Fe 2 O 3 raw material, the MnO raw material, and the MgO raw material were weighed so that the molar ratio was Fe 2 O 3 : 50.0, MnO conversion: 40.0, and MgO conversion: 10.0.
  • the ferrite particles of Comparative Example 1 were produced in the same manner as in Example 1 except that the firing temperature (holding temperature) at the time of the main firing was set to 1230 ° C. Table 1 shows the main manufacturing 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.
  • Comparative Example 2 In this comparative example, the Fe 2 O 3 raw material, the MnO raw material, and the MgO raw material were weighed so that the molar ratio was Fe 2 O 3 : 50.0, MnO conversion: 47.0, and MgO conversion: 3.0. Ferrite particles of Comparative Example 2 were produced in the same manner as in Example 1 except for the points. Table 1 shows the main manufacturing 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.
  • Comparative Example 3 In this comparative example, the Fe 2 O 3 raw material, the MnO raw material, and the MgO raw material were weighed so that the molar ratio was Fe 2 O 3 : 65.0, MnO conversion: 35.0, and MgO conversion: 3.0.
  • the ferrite particles of Comparative Example 3 were produced in the same manner as in Example 1 except that the firing temperature (holding temperature) at the time of the main firing was set to 1210 ° C.
  • Table 1 shows the main production conditions of Comparative Example 3.
  • 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.
  • Comparative Example 4 Ferrite particles of Comparative Example 4 were produced in the same manner as in Example 1 except that SrO was not used as a raw material in this comparative example and the firing temperature (holding temperature) during the main firing was set to 1200 ° C. .. Table 1 shows the main production conditions of Comparative Example 4. 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.
  • Comparative Example 5 In this comparative example, the Fe 2 O 3 raw material, the MnO raw material, and the MgO raw material are weighed so that the molar ratio is Fe 2 O 3 : 50.0, MnO conversion: 49.5, and MgO conversion: 0.5. , ZrO 2 was not used as a raw material, and the calcination particles of Comparative Example 5 were produced in the same manner as in Example 1 except that the calcination temperature (holding temperature) at the time of the main calcination was set to 1195 ° C. Table 1 shows the main production conditions of Comparative Example 5. 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.
  • Comparative Example 6 In this comparative example, the Fe 2 O 3 raw material, the MnO raw material, and the MgO raw material were weighed so that the molar ratio was Fe 2 O 3 : 50.0, MnO conversion: 47.0, and MgO conversion: 3.0.
  • the ferrite particles of Comparative Example 6 were produced in the same manner as in Example 1 except that the firing temperature (holding temperature) at the time of the main firing was set to 1135 ° C.
  • Table 1 shows the main production conditions of Comparative Example 6.
  • 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.
  • the TiO 2 raw material was used instead of the ZrO 2 raw material in order to compare with the above reference example, and the molar ratio was such that the TiO 2 : 0.80 mol with respect to the above main component raw material: 100.
  • Ferrite particles of the reference comparative example were produced in the same manner as in the above reference example except that the TiO 2 raw material was weighed and the firing temperature (holding temperature) at the time of the main firing was set to 1200 ° C.
  • a carrier for an electrophotographic developer was manufactured in the same manner as in the above reference example except that the ferrite particles were used as a core material, and an electrophotographic developer was manufactured using the carrier for an electrophotographic developer.
  • Perovskite-type crystal phase component content (% by mass) The perovskite-type crystal phase component content in each ferrite particle was determined by Rietveld analysis of the powder X-ray diffraction pattern using the ferrite particles produced in each Example and each Comparative Example as a sample. Although it may be difficult to identify and quantify each crystal phase in the waveform separation of the powder X-ray diffraction pattern, Rietveld analysis based on the crystal structure model enables identification and quantification of each phase.
  • the crystal structure is as follows from the structure disclosed in "National Institute for Materials Science,” AtomWork "(URL: http://crystdb.nims.go.jp/)". Identified as a street.
  • Phase A Manganese ferrite (spinel type crystal phase)
  • Crystal structure Space group F d -3 m (No. 227)
  • Phase B Perovskite-type crystal phase represented by the composition formula of RZrO 3 Crystal structure: Space group P n m a (No. 62)
  • Phase C Zirconia dioxide (zirconia) Crystal structure: Space group P -4 2 m (No. 111)
  • the Wyckoff position of each atom is set as Mn atom for 8b, Fe atom for 16c, and O atom for 32e.
  • each ferrite particle was determined by ICP analysis as follows. First, 0.2 g of each ferrite particle is weighed, and a mixture of 60 ml of pure water, 20 ml of 1N hydrochloric acid and 20 ml of 1N nitric acid is heated to prepare an aqueous solution in which the ferrite particles are completely dissolved, and an ICP analyzer is used. The contents (wt%) of Fe, Mn, and Mg were measured using (ICPS-1000IV manufactured by Shimadzu Corporation).
  • Degree of dispersion of Zr element The degree of dispersion of Zr element defined by the following formula was measured for the ferrite particles produced in each Example and each Comparative Example.
  • Degree of dispersion of Zr Zr (s) / Zr (c)
  • Zr (s) Zr amount (% by mass) on the surface of the particle cross section measured by energy dispersive X-ray analysis.
  • Zr (c) Zr amount (% by mass) at the center of the particle cross section measured by energy dispersive X-ray analysis.
  • the central part of the cross section (particle cross section) of ferrite particles 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 portion of the particle cross section is defined as follows.
  • a point P' is a point on the line segment Dx and is 15% of the length of the line segment Dx from the point P toward the center C.
  • the length of the line segment Dx is 35% of the length of the line segment Dx
  • the long side is the line segment orthogonal to the line segment Dx
  • the point P or the point P' is the midpoint.
  • 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 in the cross section of the ferrite particles 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 IM4000PLUS manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation is used, the acceleration voltage of the ion beam is 6.0 kV, and the ion milling is performed in an argon atmosphere.
  • the ferrite single particles to be analyzed have a maximum diameter Dx of D 50 ⁇ 0.8 ⁇ Dx ⁇ , where the volume average particle size of the ferrite particles (powder) containing the ferrite single particles is D 50 .
  • 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).
  • Zr (c) The amount of Zr in the central portion of the obtained particle cross section
  • Zr (s) the amount of Zr in the surface portion of the obtained particle cross section
  • the rectangle R 2 defined in the same manner as the rectangle R 1 and the straight line Dy passing through the center C of the particle cross section and orthogonal to the straight line Dx have the above points P and P'.
  • the rectangles R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are arranged at approximately 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 are substantially spherical. 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 particles in which cracks or chips are generated. 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, put 10 g of each sample and 80 ml of water in a 100 ml beaker, add 2 to 3 drops of a dispersant (sodium hexametaphosphate), and add an ultrasonic homogenizer (SMT). 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 surface of the beaker, 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.
  • the resistance value M ( ⁇ ) was measured in a normal temperature and humidity environment (23 ° C. relative humidity 55%) by the following procedure. First, the distance between the electrodes was 6.5 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).
  • the above-mentioned resistance value M is the above-mentioned resistance value M after exposing the sample to a constant temperature and humidity chamber in which the ambient temperature and humidity are adjusted in a normal temperature and humidity environment (23 ° C. and a relative humidity of 55%) for 12 hours or more by the method. It is the resistance value measured by the procedure.
  • the BET specific surface area was determined using a specific surface area measuring device (Macsorb HM model-1208, Mountech Co., Ltd.) by the following procedure. .. First, about 20 g of a sample was placed in a glass petri dish and then degassed to ⁇ 0.1 MPa with a vacuum dryer. After degassing and confirming that the degree of vacuum in the glass petri dish reached ⁇ 0.1 MPa or less, the mixture was heated at 200 ° C. for 2 hours. About 5 to 7 g of these pretreated samples were housed in a standard sample cell dedicated to the specific surface area measuring device.
  • a specific surface area measuring device Macsorb HM model-1208, Mountech Co., Ltd.
  • the mass of the sample contained in the standard sample cell was accurately weighed with a precision balance. Then, a standard sample cell containing the sample was set in the measurement port, and the BET specific surface area was measured by the one-point method at a temperature of 10 ° C. to 30 ° C. and a relative humidity of 20% to 80%. At the end of the measurement, the mass of the sample was input, and the calculated value was used as the measured value of the BET specific surface area.
  • the carrier for the electrophotographic developer and the toner produced in each Example and Comparative Example were mixed with a turbo mixer to obtain 50 g of a developer (toner concentration 8.0% by weight).
  • a developer toner concentration 8.0% by weight
  • the toner a commercially available negative electrode toner (average particle size of about 5.8 ⁇ m) used in a full-color printer was used.
  • the developer was exposed to each of the environments described below for 12 hours or more. Then, the developer was placed in a 50 cc glass bottle, stirred at a rotation speed of 100 rpm, and the developer was withdrawn 30 minutes after the start of stirring to prepare a sample for measuring the amount of charge.
  • a total of 8 magnets (magnetic flux density 0.1T) are placed inside a cylindrical aluminum tube (hereinafter referred to as a sleeve) with a diameter of 31 mm and a length of 76 mm, alternating between N and S poles.
  • the magnet roll and the cylindrical electrode having the sleeve and 5.0 mm Gap were arranged on the outer periphery of the sleeve.
  • the DC voltage 2000 V between the outer electrode and the sleeve while rotating the inner magnet roll at 100 rpm while fixing the outer aluminum tube. was applied for 60 seconds to transfer the toner in the developer to the outer electrode.
  • an electrometer (insulation resistance tester model6517A manufactured by KEITHLEY) was connected to the cylindrical electrode, and the charge amount of the transferred toner was measured.
  • the applied voltage was turned off, the rotation of the magnet roll was stopped, the outer electrode was removed, and the weight of the toner transferred to the electrode was measured. The charge amount was calculated from the measured charge amount and the transferred toner weight.
  • NN environment Temperature 20 ° C to 25 ° C, relative humidity 50% to 60%
  • HH environment Temperature 30 ° C to 35 ° C, relative humidity 80% to 85%
  • NN charge amount the charge amount measured in a normal temperature and humidity environment
  • HH charge amount the charge amount measured in a high temperature and high humidity environment
  • the charge amount measured for the sample having a stirring time of 30 minutes is set as a "30 min value", and based on the following calculation formula, the charge amount under normal temperature and humidity environment and the high temperature and high humidity environment, and the charge amount environmental change. Asked.
  • Table 2 shows the measurement results of each of the above evaluation items.
  • the XRD analysis value indicates the content (% by mass) of the perovskite-type crystal phase component obtained by Rietveld analysis of the powder X-ray diffraction pattern.
  • the resistance value M indicates the value of the logarithmic value logM.
  • the spinel-type crystal phase component content in the ferrite particles of each Example and each comparative example is as shown in Table 2, and each has 90 mass of spinel-type crystal phase component. It was confirmed that the spinel-type ferrite particles contained% or more. Further, when the composition ratio of the spinel-type crystal phase component was obtained based on the measured value of ICP elemental analysis, it was confirmed that the composition ratio was substantially the same as the charged molar ratio, but a slight variation was observed from the charged molar ratio. Was done.
  • the ferrite particles of Example 2 had a Mg content of 0% by mass, and the ferrite particles of each example other than Example 2 had a Mg content of 0.10% by mass to 0.42% by mass. It was confirmed that it was%.
  • the Mg content of the ferrite particles of Comparative Examples 1 to 3 and Comparative Example 6 is 0.56% by mass to 2.14% by mass, which is higher than that of the ferrite particles of the examples according to the present invention. There are many. Further, it was confirmed that the ferrite particles of Comparative Example 4 and Comparative Example 5 had Mg contents of 0.11% by mass and 0.10% by mass, respectively, and the Mg contents were about the same as those of Examples 1 and 5. rice field. Further, when producing the ferrite particles of each example, a compound containing Ti such as Ti and TiO 2 is not used as a raw material, and these ferrite particles do not substantially contain Ti.
  • the ferrite particles of Examples 1 to 5 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 0.27% by mass to 0.35% by mass of the perovskite-type crystal phase component represented by the composition formula of RZrO 3 can be obtained. Further, the degree of dispersion of Zr in the ferrite particles of Examples 1 to 5 was 1.0, and it was confirmed that the perovskite-type crystal phase component was well dispersed in the ferrite particles.
  • R alkaline earth metal element
  • the content of the perovskite-type crystal phase component was 0.95% by mass, and the degree of dispersion of Zr was 1.0. As described above, it was confirmed that ferrite particles containing a perovskite-type crystal phase component represented by the composition formula of RZrO 3 can be obtained even when the Mg content is larger than the range specified in the present invention.
  • Comparative Examples 1 to 3 ferrite particles containing 0.27% by mass to 0.35% by mass of the perovskite-type crystal phase component and having a Zr dispersion degree of 1.0 were obtained.
  • Comparative Examples 4 to 6 ferrite particles containing the above perovskite-type crystal component could not be obtained. Since “SrO” was not used as a raw material in Comparative Example 4 and “ZrO 2 " was not used as a raw material in Comparative Example 5, the perovskite-type crystal phase component (SrZrO 2 ) could not be obtained.
  • the ferrite particles of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were also fired at the same firing temperature as in Examples 1 to 5, but elution was performed because the content of Fe 2 O 3 was higher than that of each example. The amount of chlorine was low. It is considered that the ferrite particles of Comparative Example 3 had a high content of Fe 2 O 3 as compared with each example, so that the chlorine content due to the Fe raw material was high and the amount of eluted chlorine was high.
  • the ferrite particles of Comparative Example 4 and Comparative Example 5 have the same MgO content as in each example, and the MnO content with respect to Fe 2 O 3 is also relatively high. Further, the firing temperature in this firing step is also relatively high.
  • the saturation magnetization of the ferrite particles of Examples 1 to 4 was as high as 60 emu / g.
  • the saturation magnetization of the ferrite particles of Example 5 is 54 emu / g, which is considered to be due to the high content of Fe 2 O 3 which is a high magnetization component as compared with other examples.
  • the log value (logM) of the resistance value M of Examples 1 to 5 is in the range of 6.5 to 7.4, which is suitable as a carrier core material for an electrophotographic developer. It was a range.
  • Comparative Example 3 Compared with Examples 1 to 4, Comparative Example 3 also contained a large amount of Fe 2 O 3 which is a high magnetization component, and the saturation magnetization showed a high value of 75 emu / g.
  • the logarithmic value (logM) of the resistance value M of the ferrite particles of Comparative Example 3 was equal to or less than the measurement limit value (BD). Since the ferrite particles of Comparative Example 3 have extremely low resistance, it is difficult to use them as a carrier core material for an electrophotographic developer. It was confirmed that Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Examples 4 to 6 had a resistance value in a range suitable for the carrier core material of the electrophotographic developer under a normal temperature and humidity environment.
  • the charging characteristics will be described with reference to Table 3.
  • the NN charge amount (30 min value) of the electrophotographic developer of each example was 65 ⁇ C / g or more, which was higher than that of the comparative example.
  • the HH charge amount (30 min value) of the electrophotographic developer of each example was 56 ⁇ C / g or more, which was higher than that of the comparative example (however, excluding Comparative Example 2).
  • the environmental fluctuation of the charge amount each example showed a value of -10 or less, and it was confirmed that the environmental change of the charge amount was small.
  • the NN charge amount (30 min value) of the electrophotographic developer of Comparative Example 2 was 62.5 ⁇ C / g, and the HH charge amount (30 min value) was 56.3 ⁇ C / g, which were close to those of the examples.
  • the NN charge amount (30 min value) of the electrophotographic developer of the other comparative examples was less than 60 ⁇ C / g, and the HH charge amount (30 min value) was less than 50 ⁇ C / g, which were inferior in charge characteristics as compared with the examples. Further, it was confirmed that the environmental fluctuation of the charge amount of the electrophotographic developers of Comparative Example 3, Comparative Example 5 and Comparative Example 6 was large, and the environmental stability of the charging characteristics was low.
  • ferrite particles having high environmental stability in charging characteristics and good charging rising property, a carrier core material for an electrophotographic developer, a carrier for an electrophotographic developer, and an electrophotographic developer. ..

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Abstract

【課題】帯電特性の環境安定性が高く、帯電立ち上がり性の良好なフェライト粒子、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。 【解決手段】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、Mg含有量が0.45質量%以下であることを特徴とする。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、トナーへの帯電付与の観点からキャリアも小粒径化されている。キャリアの帯電能力が不十分であると、低帯電トナーに起因するカブリや現像領域へのトナー搬送量が低下することでメモリー画像が生じやすくなる。
 そのため、帯電能力の高いキャリアについて様々な検討が行われてきた。例えば特許文献1及び特許文献2では、TiやSrを添加し、表面の凹凸を適度に制御したフェライト粒子をキャリア芯材とすることでトナーへの帯電付与能力が高く、環境安定性の高いキャリアが得られるとされている。
特開2016-106262 特許第5886336号公報
 しかしながら、上記従来のフェライト粒子(特許文献1及び特許文献2)をキャリア芯材としたキャリアでは帯電能力や環境安定性が不十分である。一般に、フェライト粒子の表面には、Fe原料等に起因するCl等の不可避不純物が存在する。これらの不可避不純物は雰囲気中の水分によって容易にイオン化する。そのため、フェライト粒子の表面にこのような不可避不純物が多く存在する場合、高温高湿環境下では抵抗値が低下しやすく、帯電特性の環境特性が変動しやすくなる。
 そこで、本件発明の課題は、帯電能力および環境安定性が高いフェライト粒子、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、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、Mg含有量が0.45質量%以下であることを特徴とする。
 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において、溶出法により測定されるCl濃度が30ppm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はMnを含むスピネル型フェライト粒子であり、当該フェライト粒子におけるMnの含有量をx(質量%)、Feの含有量をy(質量%)としたとき、下記式を満たすことが好ましい。
 0.30y  ≦ x ≦ 0.60y
 本件発明に係るフェライト粒子はTiを実質的に含まないことが好ましい。
 上記課題を解決するため、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、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、本件発明に係る電子写真現像剤は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、帯電能力および環境安定性が高いフェライト粒子、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(以下、「ペロブスカイト型結晶相成分」と称する。)を含む。
1-1.ペロブスカイト型結晶相成分
 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)を含む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。ここで、キャリアの帯電特性について環境安定性を高めるためには、キャリア表面からの電荷のリークを抑制することが重要になる。また、帯電立ち上がり性の良好なキャリアを得るには、キャリアとトナーとの接触頻度や接触強度を上げることが重要になる。なお、本明細書等において帯電特性の環境安定性とは常温常湿環境下における帯電量と高温高湿環境下における帯電量との変化が少ないこと、或いは常温常湿環境下における帯電立ち上がり性と高温高湿環境下における帯電立ち上がり性との変化が少ないことを意味する。
 まず、帯電特性の環境安定性について述べる。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、Cl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、Cl等の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り電荷のリークが生じやすくなる。また、不可避不純物量が増加すると、雰囲気湿度が高湿となった際、電荷のリークが非常に起こりやすく、帯電特性の環境安定性の悪化につながる。
 これらのことから、帯電特性が良好であり、帯電特性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には困難である。
 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、帯電特性の環境安定性が高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相成分を含むことが重要であることを見出した。
 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相成分を含むことで、上記課題が解決できる理由について、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。同じ大きさのフェライト粒子についてみた場合、フェライト粒子を構成する結晶粒が大きくなると、結晶粒が小さい場合に比べて粒界体積が小さくなる。その結果、Na、K、Cl等の不可避不純物は粒界からも押し出されてフェライト粒子の表面に偏析しやすくなる。これらの物質は空気中の水分と親和性が高く、上記のとおり容易にイオン化する。フェライト粒子の表面においてこのような水分と親和性の高い物質が存在すると、当該物質が起点となって電荷リークが生じ易くなる。そのためキャリアの帯電立ち上がり性が悪化し、キャリアの帯電付与能が低下する。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、帯電特性の環境変動も大きくなると考えられる。しかしながら、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はスピネル型結晶等、結晶構造の異なる他の結晶相と固溶しないため、ペロブスカイト型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、フェライト粒子表面に水分と親和性の高い物質が偏析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、帯電の立ち上がりが良好で環境安定性を高くすることができると考えられる。
 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、電荷のリークを抑制する。また、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、構造欠陥が生じることも抑制することができ、相対的に帯電特性が良好なフェライト粒子を得ることができる。
 このような理由から、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相成分を含むフェライト粒子とすることで、上述した理由から帯電特性の環境安定性を高くすることができたものと推察する。
 なお、当該フェライト粒子において、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。
1-2.Mg含有量(質量%)
 当該フェライト粒子は、上記ペロブスカイト型結晶相成分を含むことにより上述の特性が得られる。当該フェライト粒子において更にMg含有量を0.45質量%以下とすることにより、次に示すような特性が得られる。但し、本件発明にいうMg含有量は、後述するICP元素分析によって測定される値に基づいて求めた値をいうものとする。本件発明者等が鋭意検討した結果、当該フェライト粒子において、Mgの含有量を上記範囲内とすることで、Mg含有量が0.45質量%より多い場合と比較したときに帯電能力が高く、環境安定性が良好なフェライト芯材を得ることができることを見出した。その理由について、本件発明者らは以下のように推察する。帯電は電荷の移動によって生じる。単元フェライトと多元フェライトを比較した場合、多元フェライトではフェライト内での電荷移動が起こりにくいと考えられる。そのため、当該フェライト粒子においてMg含有量を0.45質量%以下とし、フェライト組成におけるMg含有量を相対的に減らすことで当該フェライト粒子が単元フェライトに近くなり、或いは、単元フェライトとなり、電荷移動が容易になり帯電能力が向上すると考えられる。ここで、Mg含有量の下限値は0.00質量%であるが、Mg含有量は0.00質量%より多くともよく、さらには0.05質量%以上又は0.05質量%よりも多いことも好ましい。
1-3.スピネル型フェライト粒子及びスピネル型結晶相成分
 当該フェライト粒子は上記ペロブスカイト型結晶相を含み、Mg含有量が上記である点を除いて、当該フェライト粒子はスピネル型フェライト粒子、マグネトプランバイト型フェライト粒子、ガーネット型フェライト粒子等であってもよいが、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得るという観点から、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く、特に、Mnを含むスピネル型フェライト粒子であることが好ましい。なお、Mnを含むスピネル型フェライト粒子は、例えば、(MnO)a(MgO)b(Fe)c(但し、a+b+c=100(mol%)、a≠0、0≦b、c≠0)で表すことができる。このようなMnを含むスピネル型フェライト粒子において、Mg含有量が上記範囲内であることにより、当該フェライト粒子は単元フェライトとしてのMnフェライトに近く、或いは、略Mnフェライトとなり、上述のとおり帯電能力が向上すると考えられる。
 また、当該フェライト粒子をMnを含むスピネル型フェライト粒子とすることにより、低磁場側の磁化を高くすることができる。さらに、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。また、Mnと共にMgを含むスピネル型フェライト粒子とすることで、当該フェライト粒子の磁化や抵抗を調整することが容易になる。しかしながら、Mgを含まない場合でも、焼成時の酸素濃度といった製造条件を厳密に管理することで磁化や抵抗を調整することが出来る。
 また、上記の効果を得る上で、Mnの含有量をx(質量%)、Feの含有量をy(質量%)としたとき、当該フェライト粒子は下記式を満たすことが好ましい。
 0.30y≦x≦0.60y・・・(1)
 上記組成式で表されるスピネル型結晶相成分において、上記「x」と「y」の値が変化すると、磁気的特性、電気的特性が変化する。当該フェライト粒子が上記組成式で表されるスピネル型フェライト粒子であるとき、上記「x」の値が「y」の値に対して相対的に小さくなると、低抵抗であるマグネタイトの含有割合が増加し、フェライト粒子全体でみたときの抵抗値も変化する。そのため、「x」と「y」の含有割合を上記式(1)を満足する範囲内で適宜調整することで磁化と抵抗のバランスを良好にし、上述したような効果を得ることがより容易になる。
 例えば、上記式(1)の下限値未満になると、当該フェライト粒子では「Fe」に対して「MnO」の含有割合が小さくなり、上述のとおり、低抵抗なマグネタイトの含有割合が相対的に増加することになる。その場合、粒子表面から電荷がリークしやすくなるため二成分系電子写真現像剤のキャリア芯材に好適な抵抗値に調整することが困難になる場合がある。また、上記式(2)の上限値を超えると、当該フェライト粒子では「Fe」に対して「MnO」の含有割合が大きくなり、抵抗値が適正な範囲を超えて高くなり過ぎる場合がある。その場合、高抵抗値に起因して、白抜け等の画像欠陥が発生する場合があり、二成分系電子写真現像剤のキャリア芯材に好適な抵抗値に調整することが困難になる場合がある。
 上記式(1)を満足させることにより、例えば、下記式(2)のように、当該フェライト粒子において「Fe」に対して「MnO」の含有割合が低い場合でも、Mgの含有量やフェライト粒子製造時の焼成条件(例えば、焼成温度や焼成時の雰囲気酸素濃度)等を調整することで、上記効果を得ることができる。
 0.30y≦x≦0.36y・・・(2)
 また、上記効果を得る上で、上記式(1)の範囲内において、例えば、下記式(3)に表すように「Fe」に対して「MnO」の含有割合を高くすると、高磁化であり、電子写真現像剤のキャリア芯材に適正な範囲の抵抗値を得ることができ、帯電能力がより高く、帯電特性の環境安定性がより優れたフェライト粒子を得ることができる。
 0.44y≦x≦0.60y・・・(3)
 また、上記効果を得る上で、「x」、「y」が以下の範囲内であることも好ましい。「x」、「y」を以下の範囲内で適宜調整することにより、上記と同様の効果を得ることができる。
  17.0≦x≦27.5、44.5≦y≦54.5
 なお、上記各式及び以下に示す式において等号付き不等号を不等号に変換してもよく、好ましい上限値と好ましい下限値を適宜組み合わせてもよい。
1-4.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、構造欠陥の発生を抑制したり、帯電特性の環境安定性を高くすることがより容易になる。
 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%以下含むことが好ましく、3.00質量%以下含むことがより好ましい。
 また、当該フェライト粒子はMnを含むスピネル型フェライト粒子であることが好ましい。この場合、当該フェライト粒子はスピネル型結晶相成分を90質量%以上、好ましくは93質量%以上、より好ましくは95質量%以上含むことが好ましい。すなわち、当該フェライト粒子は、上記ペロブスカイト型結晶相成分と、不可避不純物或いは未反応原料を除いて、スピネル型結晶相成分からなるスピネル型フェライト粒子であることが好ましい。なお、スピネル型結晶相成分の含有量は原料配合時の金属元素の比率によって決定することができる。一般的にスピネル型フェライトは固相反応により製造される。その際の焼成工程で行われるフェライト化反応では、約850℃から固溶体(スピネル型結晶相)が生成しはじめ、約1250℃にて当該フェライト化反応が完了する。焼成工程における焼成温度、焼成時間、焼成雰囲気、冷却時間を適宜調整することで選択的にスピネル型結晶相を生成させることができ、それにより当該フェライト粒子におけるスピネル型結晶相の含有割合を決定することができる。
1-5.構成元素及び組成等
 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)ジルコニウム含有量
 当該フェライト粒子はジルコニウムを0.04質量%以上3.00質量%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相成分の含有割合が概ね上記範囲内となり、帯電特性の環境安定性が高く、帯電量の立ち上がりが良好な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0.08質量%以上であることがより好ましい。また、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2.25質量%以下であることがより好ましく、2.60質量%以下であることがさらに好ましい。なお、当該ジルコニウム含有量は、Mgと同様にICP元素分析によって定量することができる。
(2)R(アルカリ土類金属元素)
 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)の含有量は0.04質量%以上3.15質量%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相成分の含有割合が概ね上記範囲内となり、帯電特性の環境安定性が高く、帯電量の立ち上がりが良好な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0.16質量%以上であることがより好ましい。また、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2.75質量%以下であることがより好ましく、2.35質量%以下であることがさらに好ましい。なお、当該アルカリ土類金属元素含有量は、Mgと同様にICP元素分析によって定量することができる。
 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。スピネル型結晶相成分を主成分とする場合、スピネル型結晶構造とは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る。
(3)その他
 なお、ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物として、例えば、チタン酸バリウムやチタン酸ストロンチウムなどが知られている。本件発明に係るフェライト粒子は、Tiを実質的に含まず、Tiを含むペロブスカイト型結晶相を実質的に含まないものとする。なお、Tiを実質的に含まないとは、当該フェライト粒子を製造する際に、Ti又はTiO等のチタンを含む化合物を原料として用いず、Tiを意図的に添加することは行われていないことをいう。すなわち、当該フェライト粒子を製造する際に用いる下記各原料において不可避的に随伴する不可避不純物の範囲内でTiを含む場合を除いて、Tiを含まないことをいう。
1-6.溶出塩素量
 本件発明に係るフェライト粒子は、溶出法により測定した溶出塩素量が30ppm以下であることが好ましい。なお、溶出法による溶出塩素量の測定手順は実施例の欄において述べる。溶出塩素量を30ppm以下とすることで帯電特性の環境変動の小さいフェライト粒子とすることができる。
 上述のとおり、原料に含まれるNa、K、Cl等の不可避不純物がフェライト粒子の表面に存在するとこれらは容易にイオン化し、雰囲気中の水分がフェライト粒子の表面に吸着する。フェライト粒子の表面におけるこれらの不可避不純物量が増加すると、例えば、高温高湿環境下では抵抗値が大きく低下し、帯電特性の環境変動も大きくなる。例えば、Fe原料として、一般に、鉄鋼生産時に発生する塩酸酸洗工程から副生する酸化鉄が用いられている。そのためFe原料にはClが不可避不純物として含まれる。Na、KはFe原料やMn原料、Mg原料に含まれることが多く、製造工程において海水や水酸化ナトリウムなどが使用されることでより多くなる。ClはNa、K等と比較すると、不可避不純物として原料に含まれる総量が多く、溶出法により測定した溶出塩素量が小さいと、他の不可避不純物量も少ない傾向にある。また、溶出法により測定する溶出塩素量はフェライト粒子の表面における塩素の付着量を表す。そこで、上述のとおり、溶出法により測定した溶出塩素量が30ppm以下である場合、フェライト粒子の表面に付着するNa、K、Cl等の不可避不純物量が少なく、雰囲湿度が変化しても、フェライト粒子の表面に付着する水分量の変化が少なく、抵抗値の変動を小さくすることができ、帯電特性の環境変動を小さくすることができる。
 なお、純度の高い原料を用いることで不可避不純物量を低減することができる。また、後述する本焼成工程等において高温(例えば、ペロブスカイト型結晶相を成長させるために適した温度と同程度)で熱処理を行うことで不可避不純物の大部分を除去することができる。本件発明に係るフェライト粒子はペロブスカイト型結晶相成分を含むため、上述のとおり、相対的に結晶粒を小さく、粒界体積が相対的に大きくなる。そのため、Cl等の不可避不純物含有量が同程度であっても、フェライト粒子内部にこれらの不可避不純物を析出させ、フェライト粒子の表面にこれらの不可避不純物が偏析することを回避することができる。そのため、ペロブスカイト型結晶相成分を含まない場合と比較すると、溶出法による溶出塩素量を小さくすることができ、帯電特性の環境変動が小さくすることができる。
 上記効果を得る上で、溶出塩素量は25ppm以下であることがより好ましく、20ppm以下であることがさらに好ましく、15ppm以下であることが一層好ましく、10ppm以下であることがより一層好ましい。なお、後述する本焼成工程の後に、表面酸化処理を施すことによっても溶出塩素量を小さくすることができるが、本件発明に係るフェライト粒子では本焼成工程の後に表面酸化処理を施さない場合であっても、上述のとおり、スピネル型結晶相成分とペロブスカイト型結晶相成分とを含むことにより、溶出法による溶出塩素量を30ppm以下にすることができる。
1-7.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70emu/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70emu/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。
1-8.電気的特性
 次に、当該フェライト粒子の電気特性について述べる。
 電極間距離6.5mm及び印加電圧1000Vで測定したときの、常温常湿環境(23℃相対湿度55%)下での抵抗値Mは、1.0×10(Ω)以上1.0×109.5(Ω)以下であることが望ましい。当該フェライト粒子の抵抗値が当該範囲内であると、当該フェライト粒子を芯材とし、表面に樹脂被覆層を設けてキャリアとしたとき、トナーとの攪拌時に樹脂被覆層が剥離し、芯材が露出したときも電荷注入によるキャリア飛散を抑制することができる。
1-9.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。
 上記観点から、体積平均粒径(D50)の下限値は27μmであることがより好ましく、30μmであることがさらに好ましい。また、体積平均粒径(D50)の上限値は38μmであることが好ましく、36μmであることがさらに好ましい。
(2)BET比表面積
 当該フェライト粒子のBET比表面積は下記式で表される範囲内であることが好ましい。
 0.08≦ X ≦ 0.550
 但し、上記式においてXは当該フェライト粒子のBET比表面積(m/g)である。
 ここでいうBET比表面積は、例えば、比表面積測定装置(型式:Macsorb HM model-1208(マウンテック社製))を用いて測定した値とすることができる。当該フェライト粒子のBET比表面積が上記式で表される範囲内であるとフェライト粒子の表面の凹凸が粒径に対して適正な範囲内となる。そのため、当該フェライト粒子を芯材としたときに表面を樹脂で良好に被覆することができる。また、粒径に対する表面の凹凸差が小さくなるため、表面に機械的ストレスが加えられた際に凸部に負荷が集中するのを抑制し、割れや欠けを防ぐことができる。そのため、当該フェライト粒子を芯材として用いれば、トナーとの混合攪拌時に表面から樹脂が剥離することを抑制でき、キャリアの割れや欠けを防いで、キャリア飛散等を防ぐことができる。
 上記効果を得る上で、上記式の下限値は0.100であることがより好ましく、0.120であることがさらに好ましい。また、上記式の上限値は0.400であることがより好ましい。
(3)見掛密度
 当該フェライト粒子の見掛密度は下記式で表される範囲内であることが好ましい。
 1.90≦ Y ≦ 2.50
 但し、上記式においてYは当該フェライト粒子の見掛密度(g/cm)を表す。
 ここでいう見掛密度は、漏斗法によりJIS Z 2504:2012に準拠して測定した値をいう。当該フェライト粒子の見掛密度が上記式で表される範囲内であると、流動性が良好であり、且つ、自重が重いため、トナーとの接触頻度及び接触強度を高めることができる。
 上記効果を得る上で、上記式の下限値は1.95であることがより好ましく、2.00であることがさらに好ましく、2.15であることが一層好ましい。また、上記式の上限値は2.45であることがより好ましい。
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。そのため、導電剤の含有量は、被覆樹脂の固形分に対して0.25質量%以上20.0質量%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。
 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)a(MgO)b(Fe)c(但し、a+b+c=100(mol%)、a≠0、0≦b、c≠0)において、所望の組成のスピネル型フェライト粒子を製造するには、a,b,c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:0.05以上4.0以下配合することが好ましく、ZrO:0.1以上3.0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4.0以下配合することが好ましく、ZrO:0.2以上3.0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相成分の生成量を調整することができる。
 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。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、上記各種の作用効果を得ることができる。
 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、ペロブスカイト型結晶相成分を粒子内に均一に分散させ、粒子表面におけるNa、K、Cl等の不可避不純物量を低減させることができる。また、BET比表面積を適切な範囲内に調整することができ、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。
 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750℃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。さらに、有機物の除去及びフェライト反応を効率よく行う上で、一次焼成温度は800℃以上で行うことがより好ましく、850度以上で行うことがさらに好ましい。また、異常粒成長を抑制する上では、一次焼成温度は1000℃以下で行うことがより好ましく、980℃以下で行うことがさらに好ましい。
 また、本焼成は、不活性雰囲気又は弱酸化性雰囲気下で、850℃以上の温度で1.5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。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、不活性雰囲気又は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0.1体積%(1000ppm)以上3.5体積%(35000ppm)以下であることがより好ましく、0.1体積%(1000ppm)以上2.5体積%(25000ppm)以下であることがさらに好ましい。
 例えば、スピネル型結晶相の生成に適した温度(850℃以上1150℃以下)で3時間以上保持し、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相を生成させるために適した温度(例えば、1150℃以上1500℃以下)で1時間以上保持することにより本焼成を行うことで、スピネル型結晶相を十分に生成させつつ、粒界にジルコニウム成分が良好に分散した当該フェライト粒子を得ることができる。また、その際、アルカリ土類金属元素(R)の種類と、ZrOの配合量に応じて、焼成温度、焼成時間、焼成時の雰囲気酸素濃度を適宜制御することで、BET比表面積、抵抗値M、見掛密度、磁化を本件発明の範囲内にすることができる。また、1200℃以上の温度で2時間以上保持することで溶出塩素量をより少なくすることができる。
 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、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℃以下の温度で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、1500℃以下の温度でもこれらのペロブスカイト型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。
 その後、必要に応じて、フェライト粒子の表面を低温加熱することで表面酸化処理を施し、フェライト粒子の表面抵抗を調整することができる。表面酸化処理は、ロータリー式電気炉、バッチ式電気炉等を用い、大気等の酸素含有雰囲気下で、400℃以上730℃以下、好ましくは450℃以上650℃以下でフェライト粒子に熱処理を施すことにより行うことができる。表面酸化処理時の加熱温度が400℃よりも低い場合は、フェライト粒子表面を十分に酸化することができず、所望の表面抵抗特性が得られない場合がある。一方、加熱温度が730℃よりも高い場合、マンガン含有フェライトでは、マンガンの酸化が進みすぎ、フェライト粒子の磁化が低下するため好ましくない。フェライト粒子の表面に均一に酸化被膜を形成するには、ロータリー式電気炉を用いることが好ましい。但し、当該表面酸化処理は任意の工程である。
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、SrZrOの組成式(R=Sr)で表されるペロブスカイト型結晶相成分を含み、Mgの含有量が0.45質量%以下であるフェライト粒子を次のようにして製造した。本実施例1のフェライト粒子はスピネル型結晶相成分を主成分とするスピネル型フェライト粒子であり、主成分原料として、モル比でFe:50.0、MnO換算:49.5、MgO換算:0.5となるように、Fe原料、MnO原料及びMgO原料をそれぞれ秤量した。また、ペロブスカイト型結晶相成分を得るために、モル比で主成分原料:100に対してSrO:0.8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、ペロブスカイト型結晶相成分を得るための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:0.30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3.3μm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(ロータリーキルン)を用い、大気雰囲気下で950℃、2時間加熱し、一次焼成を行った。
 その後、トンネル式電気炉により、焼成温度(保持温度)1225℃、酸素濃度0.5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、昇温速度を100℃/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。
 本実施例では、主成分原料として、モル比でFe:50.0、MnO換算:50.0となるように、Fe原料及びMnO原料をそれぞれ秤量し、主成分をMgOを含まないスピネル組成とした点を除いて実施例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た。
 本実施例では、主成分原料として、モル比でFe:50.0、MnO換算:48.0、MgO換算:2.0、となるように、Fe原料、MnO原料及びMgO原料をそれぞれ秤量した点を除いて実施例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た。
 本実施例では、主成分原料として、モル比でFe:59.5、MnO換算:40.0、MgO換算:0.5、となるように、Fe原料、MnO原料及びMgO原料をそれぞれ秤量した点と、本焼成時の焼成温度(保持温度)を1213℃にした点とを除いて実施例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た。
 本実施例では、モル比でFe:45.0、MnO換算:54.5、MgO換算:0.5、となるように、Fe原料、MnO原料及びMgO原料をそれぞれ秤量した点と、本焼成時の焼成温度(保持温度)を1218℃にした点とを除いて実施例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た。
[参考例]
 参考例として、Mg含有量が0.45質量%よりも多いフェライト粒子を以下のように製造した。本参考例のフェライト粒子についてもスピネル型結晶相成分を主成分とするスピネル型フェライト粒子であり、主成分原料として、モル比でMnO換算:38.3、MgO換算:10.4、Fe:51.3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:0.8になるようにSrO原料を秤量した。各原料は上記実施例1と同じものを用いた。
 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:1.0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)をレーザー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2μm、D90は3.2μm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800℃、2時間加熱し、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、焼成温度(保持温度)1250℃、酸素濃度0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、昇温速度を100℃/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。
 得られたフェライト粒子を、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を行い、続いて冷却することにより、表面酸化処理が施されたフェライト粒子を得た。表面酸化処理では、熱間部では大気雰囲気下、540℃でフェライト粒子の表面に酸化被膜を形成した。このようにして製造したフェライト粒子をキャリア芯材として、上記実施例1と同じ手順等により樹脂被覆を行うことで電子写真現像剤用キャリアを得ることができる。
比較例
[比較例1]
 本比較例ではモル比でFe:50.0、MnO換算:40.0、MgO換算:10.0、となるように、Fe原料、MnO原料及びMgO原料をそれぞれ秤量した点と、本焼成時の焼成温度(保持温度)を1230℃にした点を除いて実施例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た。
[比較例2]
 本比較例ではモル比でFe:50.0、MnO換算:47.0、MgO換算:3.0、となるように、Fe原料、MnO原料及びMgO原料をそれぞれ秤量した点を除いて実施例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た。
[比較例3]
 本比較例ではモル比でFe:65.0、MnO換算:35.0、MgO換算:3.0、となるように、Fe原料、MnO原料及びMgO原料をそれぞれ秤量した点と、本焼成時の焼成温度(保持温度)を1210℃にした点を除いて実施例1と同様にして、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た。
[比較例4]
 本比較例ではSrOを原料として用いなかった点と、本焼成時の焼成温度(保持温度)を1200℃にした点を除いて実施例1と同様にして、比較例4のフェライト粒子を製造した。比較例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た。
[比較例5]
 本比較例ではモル比でFe:50.0、MnO換算:49.5、MgO換算:0.5、となるように、Fe原料、MnO原料及びMgO原料をそれぞれ秤量し、ZrOを原料として用いなかった点と、本焼成時の焼成温度(保持温度)を1195℃にした点を除いて実施例1と同様にして、比較例5のフェライト粒子を製造した。比較例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た。
[比較例6]
 本比較例ではモル比でFe:50.0、MnO換算:47.0、MgO換算:3.0、となるように、Fe原料、MnO原料及びMgO原料をそれぞれ秤量した点と、本焼成時の焼成温度(保持温度)を1135℃にした点を除いて実施例1と同様にして、比較例6のフェライト粒子を製造した。比較例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た。
[参考比較例]
 本参考比較例では、上記参考例と対比するためにZrO原料に代えてTiO原料を用いた点と、モル比で上記主成分原料:100に対してTiO:0.80molになるようにTiO原料を秤量した点と、本焼成時の焼成温度(保持温度)を1200℃にした点とを除いて上記参考例と同様にして参考比較例のフェライト粒子を製造した。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、上記参考例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)スピネル型結晶相含有量及び元素組成、(3)Zr元素の分散度合い、(4)体積平均粒径、(5)飽和磁化、(6)抵抗、(7)BET比表面積、(8)見掛密度、(9)溶出塩素量を測定した。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時用キャリアを用いて電子写真現像剤を調製し(10)帯電特性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(スピネル型結晶相)
 結晶構造: 空間群 F d -3 m  (No. 227)
 B相:RZrOの組成式で表されるペロブスカイト型結晶相
 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相成分(B相)の含有量(質量%)を求めた。
(2)スピネル型結晶相成分含有量(質量%)及び元素組成(質量%)
 上記で得たX線回折によるA相、B相、C相の測定結果にFe(D相)、Mn(E相)、ストロンチウムフェライト(F相)を加えて解析を行い、各フェライト粒子におけるスピネル型結晶相成分含有量(質量%)を求めた。
 また、各フェライト粒子における元素組成はICP分析により次のようにして求めた。まず、各フェライト粒子0.2gを秤量し、これに純水60mlに1Nの塩酸20ml及び1Nの硝酸20mlを加えたものを加熱し、フェライト粒子を完全溶解させた水溶液を準備し、ICP分析装置(島津製作所製ICPS-1000IV)を用いてFe、Mn、Mgの含有量(wt%)を測定した。
(3)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R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R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Rと同様に定義された長方形R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R及び長方形R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R、R、R、R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、各実施例で製造したフェライト粒子は略球形である。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。
(4)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。
(5)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。
(6)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、次の手順により常温常湿環境(23℃相対湿度55%)下での抵抗値M(Ω)を測定した。まず、電極間間隔6.5mm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1000Vの電圧を印加し、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Mは当該方法で常温常湿環境(23℃相対湿度55%)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。
(7)BET比表面積
 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、次の手順により比表面積測定装置(Macsorb HM model-1208、株式会社マウンテック)を用いてBET比表面積を求めた。まず、ガラスシャーレに20g程度の試料を取り分けた後、真空乾燥機で-0.1MPaまで脱気した。脱気し、ガラスシャーレ内の真空度が-0.1MPa以下に到達していることを確認した後、200℃で2時間加熱した。これらの前処理を施した試料を上記比表面積測定装置専用の標準サンプルセルに約5~7g収容した。標準サンプルセルに収容した試料の質量は精密天秤で正確に秤量した。そして、測定ポートに試料を収容した標準サンプルセルをセットし、温度10℃~30℃、相対湿度20%~80%で、1点法によりBET比表面積の測定を行った。測定終了時に試料の質量を入力し、算出された値をBET比表面積の測定値とした。
(8)見掛密度
 見掛密度の測定は、JIS Z2504:2012(金属粉の見掛密度試験法)に従って測定した。
(9)溶出塩素量
 まず、試料を50.000g+0.0002g以内に正確に秤り、150mlガラス瓶に入れた。次に、フタル酸塩(pH4.01)50mlをガラス瓶に添加した。そして、イオン強度調整剤、1mlをガラス瓶に続けて添加し、蓋を閉めた。そして、ペイントシェ-カ-によりガラス瓶内の試料を10分間撹拌した。その後、150mlガラス瓶の底に磁石を当てキャリアが落ちないように注意しながらNo.5Bの濾紙を用いてPP製(50ml)の容器にろ過した。得られた上澄み液を、pHメーターにて電圧を測定した。同様に、検量線用に作成した塩素濃度別の溶液(純水、1ppm、10ppm、100ppm及び1000ppm)を測定し、それらの値から、試料の溶出塩素量を計算した。
(10)帯電特性
 各実施例及び比較例で製造した電子写真用現像剤用キャリアを用いて、以下の方法により電子写真現像剤を調製し、帯電量を求めた。
 各実施例及び比較例で製造した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で混合し、50gの現像剤(トナー濃度8.0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(平均粒径約5.8μm)を用いた。上記現像剤を後述の各環境下に12時間以上暴露した。その後、現像剤を50ccのガラス瓶に入れ、100rpmの回転数にて攪拌を行い、攪拌開始から30min後に現像剤を抜き取り、帯電量測定用の試料とした。
 帯電量測定装置として、直径31mm、長さ76mmの円筒形のアルミ素管(以下、スリーブ)の内側に、N極とS極を交互に合計8極の磁石(磁束密度0.1T)を配置したマグネットロールと、該スリーブと5.0mmのGapをもった円筒状の電極を、該スリーブの外周に配置した。
 このスリーブ上に、上記試料0.5gを均一に付着させた後、外側のアルミ素管を固定したまま、内側のマグネットロールを100rpmで回転させながら、外側の電極とスリーブ間に、直流電圧2000Vを60秒間印加し、現像剤中のトナーを外側の電極に移行させた。このとき、円筒状の電極にはエレクトロメーター(KEITHLEY社製 絶縁抵抗計model6517A)をつなぎ、移行したトナーの電荷量を測定した。
 60秒経過後、印加していた電圧を切り、マグネットロールの回転を止めた後、外側の電極を取り外し、電極に移行したトナーの重量を測定した。
 測定された電荷量と移行したトナー重量から、帯電量を計算した。
 帯電量の測定において、上記所定の環境条件として、以下を採用した。
 常温常湿環境(NN環境):温度20℃~25℃、相対湿度50%~60%
 高温高質環境(HH環境):温度30℃~35℃、相対湿度80%~85%
 ここで、常温常湿環境下で測定した帯電量をNN帯電量、高温高湿環境下で測定した帯電量をHH帯電量とする。
 そして、攪拌時間が30分の試料について測定した帯電量を「30min値」とし、以下の計算式に基づいて、常温常湿環境下及び高温高湿環境下における帯電量と、帯電量環境変動とを求めた。
 帯電量=30min値
 環境変動=HH帯電量(30min値)-NN帯電量(30min値)
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Mについてはその対数値logMの値を示す。
(1)スピネル型結晶相成分含有量及び元素組成
 各実施例及び各比較例のフェライト粒子におけるスピネル型結晶相成分含有量は表2に示すとおりであり、いずれもスピネル型結晶相成分を90質量%以上含むスピネル型フェライト粒子であることが確認された。また、ICP元素分析の測定値に基づき、スピネル型結晶相成分の組成比を求めると、当該組成比は仕込みモル比と略同じであるが、仕込みモル比から僅かに変動がみられることも確認された。
 ICP元素分析の結果から、実施例2のフェライト粒子はMg含有量が0質量%であり、実施例2以外の各実施例のフェライト粒子のMg含有量は0.10質量%~0.42質量%であることが確認された。一方、比較例1~比較例3及び比較例6のフェライト粒子のMg含有量は0.56質量%~2.14質量%であり、本件発明に係る実施例のフェライト粒子と比較するとMg含有量が多い。また、比較例4及び比較例5のフェライト粒子ではそれぞれMg含有量が0.11質量%、0.10質量%であり、Mg含有量は実施例1及び5と同程度であることが確認された。また、各実施例のフェライト粒子を製造する際に、TiやTiO等のTiを含む化合物を原料として用いておらず、これらのフェライト粒子は実質的にTiを含まない。
(2)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5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0.27質量%~0.35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5のフェライト粒子におけるZrの分散度合いは1.0であり、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。なお、参考例のフェライト粒子では、ペロブスカイト型結晶相成分の含有量は0.95質量%であり、Zrの分散度合いも1.0であった。このようにMg含有量が本件発明に規定する範囲を超えて多く含む場合であっても、RZrOの組成式で表されるペロブスカイト型結晶相成分含むフェライト粒子が得られることが確認された。
 比較例1~比較例3についても、当該ペロブスカイト型結晶相成分を0.27質量%~0.35質量%含み、Zrの分散度合いが1.0のフェライト粒子が得られた。一方、比較例4~比較例6では、上記ペロブスカイト型結晶成分を含むフェライト粒子は得られなかった。比較例4は「SrO」を原料として用いず、比較例5では「ZrO」を原料として用いていないため、上記ペロブスカイト型結晶相成分(SrZrO)が得られなかった。比較例6では「SrO」及び「ZrO」を実施例1~実施例5及び比較例1~比較例3と同じ量用いたが本焼成温度が1135℃と低く、ペロブスカイト型結晶相が生成しなかったものと考えられる。参考比較例では、「ZrO」を原料として用いず「TiO」を原料としたため、上記RZrOの組成式で表されるペロブスカイト型結晶相成分を含むフェライト粒子を得ることはできなかった。
(3)溶出塩素量
 実施例1~実施例5のフェライト粒子ではペロブスカイト型結晶相成分を得るために好適な焼成温度範囲で焼成している。これらの実施例の焼成温度は高いため、焼成時に塩素化合物が分解することで溶出塩素量が4ppm以下と低い値を示したと考えられる。実施例1~実施例5の中でもFeの含有量が多い実施例4では溶出塩素量が相対的に多く、Feの含有量が少ない実施例5では溶出塩素量が相対的に少なかった。
 比較例1及び比較例2のフェライト粒子においても、実施例1~実施例5と同程度の焼成温度で焼成しているが、Feの含有量が各実施例と比較すると多いため溶出塩素量が少なかった。比較例3のフェライト粒子はFeの含有量が各実施例と比較すると多いためFe原料に起因する塩素含有量が多く、溶出塩素量が多くなったと考えられる。
 比較例4及び比較例5のフェライト粒子はMgOの含有量が各実施例と同程度であり、Feに対するMnO含有量も比較的多い。さらに、本焼成工程における焼成温度も比較的高い。これらのことから、各実施例と比較するとやや高い値を示すものの溶出塩素量を低水準に抑えることができたものと考えられる。一方、比較例6のフェライト粒子では本焼成温度が1135℃と低かったため、原料中の塩素等の不可避不純物を本焼成工程において十分に分解除去することができず、その結果、各実施例及び他の比較例と比較すると溶出塩素量が32ppmと多くなったものと考えられる。
(4)飽和磁化及び抵抗
 実施例1~実施例4のフェライト粒子の飽和磁化は60emu/gと高磁化であることが確認された。実施例5のフェライト粒子の飽和磁化は54emu/gであり、他の実施例と比較すると、高磁化成分であるFe含有量が多いためであると考える。一方、抵抗値についてみると、実施例1~実施例5の抵抗値Mの対数値(logM)は6.5~7.4の範囲内にあり、電子写真現像剤のキャリア芯材として好適な範囲であった。
 比較例3も実施例1~実施例4と比較すると、高磁化成分であるFe含有量が多く、飽和磁化は75emu/gと高い値を示した。比較例3のフェライト粒子の抵抗値Mの対数値(logM)は測定限界値以下(B.D.)となった。比較例3のフェライト粒子は抵抗が極めて低いため、電子写真現像剤のキャリア芯材として用いることは難しい。比較例1、比較例2、比較例4~比較例6については、常温常湿環境下においては電子写真現像剤のキャリア芯材に好適な範囲の抵抗値を有することが確認された。
(5)その他
 各実施例及び比較例の体積平均粒径(D50)、BET比表面積、見掛密度は表2に示すとおりである。
(6)帯電特性
 次に、表3を参照して帯電特性について述べる。各実施例の電子写真現像剤のNN帯電量(30min値)はいずれも65μC/g以上であり、比較例と比較すると高い値を示した。また、各実施例の電子写真現像剤のHH帯電量(30min値)は56μC/g以上であり、比較例(但し、比較例2を除く)と比較すると高い値を示した。さらに、帯電量環境変動についてみると、各実施例は-10以下の値を示し、帯電量の環境変動が少ないことが確認された。これらのことから、各実施例のフェライト粒子を電子写真現像剤用キャリア芯材として用いることにより、高温高湿環境下においても常温常湿環境下から帯電特性が大きく悪化することなく電子写真印刷が可能であることが確認された。
 一方、比較例2の電子写真現像剤のNN帯電量(30min値)は62.5μC/g、HH帯電量(30min値)は56.3μC/gと、実施例に近い値を示したが、他の比較例の電子写真現像剤のNN帯電量(30min値)は60μC/g未満、HH帯電量(30min値)は50μC/g未満と、実施例と比較すると帯電特性が劣っていた。また、比較例3、比較例5及び比較例6の電子写真現像剤の帯電量の環境変動が大きく、帯電特性の環境安定性が低いことが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 本件発明によれば、帯電特性の環境安定性が高く、帯電立ち上がり性の良好なフェライト粒子、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、Mg含有量が0.45質量%以下であることを特徴とするフェライト粒子。
  2.  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に記載のフェライト粒子。
  3.  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又は請求項2に記載のフェライト粒子。
  4.  溶出法により測定されるCl濃度が30ppm以下である請求項1~請求項3のいずれか一項に記載のフェライト粒子。
  5.  当該フェライト粒子はMnを含むスピネル型フェライト粒子であり、当該フェライト粒子におけるMn含有量をx(質量%)、Fe含有量をy(質量%)
    としたとき、下記式を満たす請求項1~請求項4のいずれか一項に記載のフェライト粒子。
     0.30y ≦ x ≦ 0.60y
  6.  当該フェライト粒子はTiを実質的に含まない請求項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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