JP6269529B2 - 静電潜像現像用キャリア、及び2成分現像剤 - Google Patents
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Description
(2)キャリアコアの表面粗さが、キャリア粒子の表面粗さの1.5倍以上である。
(3)キャリア粒子の表面粗さが20nm以上200nm以下である。
本実施形態に係るキャリアは、前述の構成(1)〜(3)を有するキャリア粒子を含む。キャリアとしては、磁性キャリアが好ましい。
トナー粒子のトナーコアは、結着樹脂を含む。また、トナー粒子のトナーコアは、内添剤(例えば、着色剤、離型剤、電荷制御剤、及び磁性粉)を含んでもよい。
トナー粒子のトナーコアにおいては、トナーコア成分の大部分(例えば、85質量%以上)を結着樹脂が占めることが多い。このため、結着樹脂の性質がトナーコア全体の性質に大きな影響を与えると考えられる。例えば、結着樹脂がエステル基、水酸基、エーテル基、酸基、又はメチル基を有する場合には、トナーコアはアニオン性になる傾向が強くなり、結着樹脂がアミノ基、アミン、又はアミド基を有する場合には、トナーコアはカチオン性になる傾向が強くなる。結着樹脂が強いアニオン性を有するためには、結着樹脂の水酸基価(OHV値)及び酸価(AV値)がそれぞれ10mgKOH/g以上であることが好ましく、20mgKOH/g以上であることがより好ましい。
トナー粒子のトナーコアは、着色剤を含んでいてもよい。着色剤としては、トナーの色に合わせて公知の顔料又は染料を用いることができる。着色剤の使用量は、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上20質量部以下であることが好ましく、3質量部以上10質量部以下であることがより好ましい。
トナー粒子のトナーコアは、離型剤を含有していてもよい。離型剤は、例えばトナーの定着性又は耐オフセット性を向上させる目的で使用される。トナーコアのアニオン性を強めるためには、アニオン性を有するワックスを用いてトナーコアを作製することが好ましい。トナーの定着性又は耐オフセット性を向上させるためには、離型剤の使用量は、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上30質量部以下であることが好ましく、5質量部以上20質量部以下であることがより好ましい。
トナー粒子のトナーコアは、電荷制御剤を含んでいてもよい。電荷制御剤は、例えばトナーの帯電安定性又は帯電立ち上がり特性を向上させる目的で使用される。また、トナーコアに負帯電性の電荷制御剤を含ませることで、トナーコアのアニオン性を強めることができる。トナーの帯電立ち上がり特性は、短時間で所定の帯電レベルにトナーを帯電可能か否かの指標になる。
トナー粒子のトナーコアは、磁性粉を含んでいてもよい。磁性粉の例としては、鉄(より具体的には、フェライト又はマグネタイト)、強磁性金属(より具体的には、コバルト又はニッケル)、鉄及び/又は強磁性金属を含む化合物(より具体的には、合金)、強磁性化処理(例えば、熱処理)が施された強磁性合金、又は二酸化クロムが挙げられる。
シェル層は、実質的に熱硬化性樹脂のみから構成されてもよいし、実質的に熱可塑性樹脂のみから構成されてもよいし、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂との両方を含有してもよい。また、シェル層において、熱可塑性樹脂が、架橋性を有するモノマー又はプレポリマー(例えば、後述する熱硬化性樹脂の調製に用いられ得るモノマー)で架橋されてもよい。熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂との割合は任意である。熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂との割合の例としては、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、2:1、3:1、4:1、又は5:1(それぞれ質量比で、熱可塑性樹脂:熱硬化性樹脂)が挙げられる。
トナー粒子の表面には、必要に応じて外添剤を付着させてもよい。外添剤としては、金属酸化物(例えば、アルミナ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム、又はチタン酸バリウム)、又はシリカの粒子が挙げられる。
(キャリアコア準備工程)
MnO換算で40mol%、MgO換算で10mol%、Fe2O3換算で50mol%になるように各原材料(MnO、MgO及びFe2O3)を適量配合し、水を加えた。その後、スプレードライヤーを用いて造粒させ、乾燥させた。湿式ボールミルで2時間かけて粉砕し、混合した。その後、1200℃(以下、焼成温度という)で5時間(以下、焼成時間という)焼成して、3000(103/4π・A/m)の印加磁場での飽和磁化が65Am2/kgである体積中位径40μmのキャリアコアA(マンガン系フェライトキャリア)を得た。
第1層形成用液を調製するために、メチルエチルケトン100質量部に、フッ素系樹脂としてFEP10質量部を分散させた。流動コーティング装置を用いて、上記キャリアコアAを100質量部流動させた。流動しているキャリアコアAに、第1層形成用液の固形分を5質量部スプレーコートした。
第2層形成用液としてポリアミドイミド樹脂溶液を用いた。このポリアミドイミド樹脂溶液は、極性溶液中でトリメット酸無水物(TMA)と4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)とを共重合させて得た。このポリアミドイミド樹脂溶液の固形分濃度(ポリアミドイミド樹脂濃度)は10質量%であった。流動コーティング装置を用いて、上記キャリアコアAを100質量部流動させた。流動しているキャリアコアAに、第2層形成用液の固形分を5質量部スプレーコートした。その後、流動層を280℃(硬化温度)で1時間(硬化時間)加熱処理して、ポリアミドイミド樹脂を硬化させた。これにより、キャリアAが得られた。
第1層形成用液供給工程において、第1層形成用液としてFEP10質量部の代わりに、PFAを10質量部使用した以外は、キャリアAと同様の方法でキャリアBを作製した。
第1層形成用液供給工程において、第1層形成用液としてFEP10質量部の代わりに、PTFEを10質量部使用した以外は、キャリアAと同様の方法でキャリアCを作製した。
第1層形成用液供給工程において、第1層形成用液としてFEP10質量部の代わりに、FEP5質量部及びPTFEを5質量部使用した以外は、キャリアAと同様の方法でキャリアDを作製した。
キャリアコア準備工程において、焼成温度を1200℃から1300℃に変更し、焼成時間を5時間から7時間に変更した以外は、キャリアコアAと同様の方法でキャリアコアEを作製した。得られたキャリアコアEの3000(103/4π・A/m)の印加磁場での飽和磁化は65Am2/kgであり、体積中位径は40μmであった。
キャリアコア準備工程において、焼成温度を1200℃から1000℃に変更した以外は、キャリアコアAと同様の方法でキャリアコアFを作製した。得られたキャリアコアFの3000(103/4π・A/m)の印加磁場での飽和磁化は65Am2/kgであり、体積中位径は40μmであった。
第2層形成用液供給工程において、硬化温度を280℃から300℃に変更した以外は、キャリアAと同様の方法でキャリアGを作製した。
キャリアAと同様の方法で、第1層で被覆されたキャリアコアHを作製した。得られた第1層で被覆されたキャリアコアHに第2層形成用液供給工程を実施した。第2層形成用液としてポリアミドイミド樹脂溶液を用いた。このポリアミドイミド樹脂溶液は、極性溶液中でトリメット酸無水物(TMA)と4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)とを共重合させて得た。このポリアミドイミド樹脂溶液の固形分濃度(ポリアミドイミド樹脂濃度)は10質量%であった。流動コーティング装置を用いて、第1層100質量部で被覆されたキャリアコアHを流動させた。流動している上記キャリアコアHに、第2層形成用液の固形分を5質量部スプレーコートした。その後、流動層を240℃(硬化温度)で1時間(硬化時間)加熱処理して、ポリアミドイミド樹脂を硬化させた。これにより、流動前キャリアHを作製した。さらに、得られた流動前キャリアを、FMミキサー(日本コークス工業株式会社製「FM−10B」)を用いて、流動速度2500rpmの条件で20分間流動させて、キャリアHを作製した。
第2層形成用液供給工程において、硬化温度を300℃から310℃に変更し、硬化時間を1時間から2時間に変更した以外は、キャリアEと同様にキャリアIを作製した。
第2層形成用液供給工程において、硬化温度を240℃から230℃に変更した以外は、キャリアFと同様の方法でキャリアJを作製した。
第2層形成用液供給工程において、硬化温度を300℃から270℃に変更した以外は、キャリアEと同様の方法でキャリアKを作製した。
第2層形成用液供給工程において、硬化温度を280℃から250℃に変更した以外は、キャリアAと同様の方法でキャリアLを作製した。
第2層形成用液としてポリアミドイミド樹脂溶液5質量部の代わりに、シリコーン樹脂溶液(東レダウコーニング株式会社製「SR 2410」)5質量部を使用した以外は、キャリアAと同様の方法でキャリアMを作製した。
(トナーコア作製工程)
FMミキサー(日本コークス工業株式会社製「FM−10B」)を用いて、ポリエステル樹脂(三井化学株式会社製「XPE258」)100質量部と、ポリプロピレンワックス(三洋化成工業株式会社製「ビスコール(登録商標)660P」)5質量部と、カーボンブラック(キャボット社製「REGAL(登録商標)330R」)5質量部と、4級アンモニウム塩(オリヱント化学工業株式会社製「BONTRON(登録商標)P−51」)1質量部とを、攪拌速度2400rpmで混合した。
温度計及び攪拌羽根を備えた容量1Lの3つ口フラスコを準備し、フラスコをウォーターバスにセットした。そして、ウォーターバスを用いてフラスコ内の温度を30℃に保った。続けて、フラスコ内に、イオン交換水500mLと、ポリアクリル酸ナトリウム(東亞合成株式会社製「ジュリマー(登録商標)AC−103」)50gとを添加した。その結果、フラスコ内にポリアクリル酸ナトリウム水溶液が得られた。
上記のようにして得られたトナー母粒子の分散液をろ過(固液分離)して、トナー母粒子を得た。その後、得られたトナー母粒子をイオン交換水に再分散させた。さらに、分散とろ過とを繰り返して、トナー母粒子を洗浄した。続けて、トナー母粒子を乾燥した。
上記乾燥後、トナー母粒子に外添を行った。トナー母粒子100質量部と、導電性酸化チタン微粒子(チタン工業株式会社製「EC−100」)1.0質量部と、疎水性シリカ微粒子(日本アエロジル株式会社製「RA−200H」)0.7質量部とを、FMミキサー(日本コークス工業株式会社製「FM−10B」)を用いて攪拌速度3500rpmで5分間混合した。その結果、トナー母粒子の表面に外添剤が付着した。これにより、多数のトナー粒子を含むトナーが製造された。
トナーとキャリアAとの合計量100質量部に対して、トナーの添加量が10質量部となるようにトナーとキャリアAとを混合した。続けて、粉体混合機(愛知電機株式会社製「ロッキングミキサー(登録商標)」)にて、トナーとキャリアAとを1時間攪拌した。これにより、実施例1の2成分現像剤が得られた。
キャリアAの代わりにキャリアBを使用した以外は、実施例1の2成分現像剤と同様に、実施例2の2成分現像剤を得た。
キャリアAの代わりにキャリアCを使用した以外は、実施例1の2成分現像剤と同様に、実施例3の2成分現像剤を得た。
キャリアAの代わりにキャリアDを使用した以外は、実施例1の2成分現像剤と同様に、実施例4の2成分現像剤を得た。
キャリアAの代わりにキャリアEを使用した以外は、実施例1の2成分現像剤と同様に、実施例5の2成分現像剤を得た。
キャリアAの代わりにキャリアFを使用した以外は、実施例1の2成分現像剤と同様に、実施例6の2成分現像剤を得た。
キャリアAの代わりにキャリアGを使用した以外は、実施例1の2成分現像剤と同様に、実施例7の2成分現像剤を得た。
キャリアAの代わりにキャリアHを使用した以外は、実施例1の2成分現像剤と同様に、実施例8の2成分現像剤を得た。
キャリアAの代わりにキャリアIを使用した以外は、実施例1の2成分現像剤と同様に、比較例1の2成分現像剤を得た。
キャリアAの代わりにキャリアJを使用した以外は、実施例1の2成分現像剤と同様に、比較例2の2成分現像剤を得た。
キャリアAの代わりにキャリアKを使用した以外は、実施例1の2成分現像剤と同様に、比較例3の2成分現像剤を得た。
キャリアAの代わりにキャリアLを使用した以外は、実施例1の2成分現像剤と同様に、比較例4の2成分現像剤を得た。
キャリアAの代わりにキャリアMを使用した以外は、実施例1の2成分現像剤と同様に、比較例5の2成分現像剤を得た。
各試料(実施例1〜8及び比較例1〜5の2成分現像剤)の評価方法は、以下の通りである。
以下に示す方法により、試料(2成分現像剤)に含まれるキャリアコア及びキャリア粒子の各々の表面粗さを測定した。走査型プローブ顕微鏡(SPM、株式会社日立ハイテクサイエンス製「AFM5000」)及びカンチレバー(株式会社日立ハイテクサイエンス製「OMCL―AC−240TS―C3」)を用いて、観察エリア3μm×3μm、走査周波数1Hz、Qカーブ測定倍率1.001、且つ振幅減衰率−0.4の条件で、測定対象(キャリアコア又はキャリア粒子)の表面形状を測定し、画素数512×512の画像を得た。そして、得られた画像について粗さ解析を行い、測定対象(キャリアコア又はキャリア粒子)の表面粗さ(十点平均粗さ)を測定した。粗さ解析には、株式会社日立ハイテクサイエンス製「AFM5000」付属のソフトウェアを用いた。測定対象10個についてそれぞれ表面粗さ(十点平均粗さ)を測定し、10個の個数平均値を評価値(試料に含まれるキャリアコア又はキャリア粒子の表面粗さ)とした。
実施例及び比較例にて得られた2成分現像剤と補充用のトナー粒子とを用い、通常環境(温度20℃、湿度50%RH)にて、複合機(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製「Taskalfa 500ci」)を用いて、初期評価用の画像サンプルAを出力した。その後、1.0%の印字率の条件で1万枚連続印刷を行った。そして、10万枚連続印刷後の画像サンプル(画像サンプルB)を出力した。引き続き、20%の印字率の条件で5千枚連続印刷を行った。そして、5千枚連続印刷後の画像サンプル(画像サンプルC)を出力した。引き続き、5.0%の印字率の条件で10万枚連続印刷を行った。そして10万連続印刷後の画像サンプル(画像サンプルD)を出力した。
非常に良い(◎):画像濃度(ID)が1.3以上であった。
良い(○) :画像濃度(ID)が1.0以上1.3未満であった。
悪い(×) :画像濃度(ID)が1.0未満であった。
上記画像濃度評価で得た画像サンプルA、画像サンプルC、及び画像サンプルDを対象として、非印字領域のカブリ濃度(FD)を反射濃度計(IHARA社製「R710」)にて測定した。なお、FDは下記式にて算出した。なお、5箇所の測定値の平均をカブリ濃度とした。そして、以下の基準でカブリ濃度を評価した。
FD=(印刷を施した紙の白紙部の反射濃度)―(印刷を施していない紙の反射濃度)
カブリ濃度(FD)の評価基準は次のとおりである。
非常に良い(◎):カブリ濃度(FD)が0.005以下であった。
良い(○) :カブリ濃度(FD)が0.005超0.010以下であった。
悪い(×) :カブリ濃度(FD)が0.010超であった。
実施例1〜8及び比較例1〜5のトナーの各々についての評価結果は以下のとおりである。表1に、キャリアコアの表面粗さ(Ra)と、キャリア粒子の表面粗さ(Rb)と、キャリア粒子の表面粗さに対するキャリアコアの表面粗さの比率(Ra/Rb)とを示す。表2に、画像濃度、及びカブリ濃度の評価結果を示す。
Claims (6)
- キャリアコアと、前記キャリアコアの表面に形成されている第1層と、前記第1層の表面に形成されている第2層とを含有する複数のキャリア粒子を含む静電潜像現像用キャリアであって、
前記第1層が、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、及びポリテトラフルオロエチレンからなる群から選択される1種以上のフッ素系樹脂を含み、
前記第2層が、ポリアミドイミド樹脂を含み、
前記キャリアコアの表面粗さが、前記キャリア粒子の表面粗さの1.5倍以上であり、
前記キャリア粒子の表面粗さが、20nm以上200nm以下であり、
前記キャリアコアの表面粗さが、55nm以上355nm以下である、静電潜像現像用キャリア。 - 前記フッ素系樹脂の含有量が、前記キャリアコア100質量部に対して1質量部以上15質量部以下であり、
前記ポリアミドイミド樹脂の含有量が、前記キャリアコア100質量部に対して、1質量部以上15質量部以下である、請求項1に記載の静電潜像現像用キャリア。 - 前記フッ素系樹脂の含有量が、前記キャリアコア100質量部に対して5質量部以上15質量部以下であり、
前記ポリアミドイミド樹脂の含有量が、前記キャリアコア100質量部に対して、5質量部以上15質量部以下である、請求項2に記載の静電潜像現像用キャリア。 - 前記キャリア粒子の体積中位径が、20μm以上120μm以下である、請求項1〜3の何れか1項に記載の静電潜像現像用キャリア。
- 前記キャリアコアの体積中位径が、30μm以上100μm以下である、請求項1〜3の何れか1項に記載の静電潜像現像用キャリア。
- 請求項1〜5の何れか1項に記載の静電潜像現像用キャリアと、トナーとを含有する2成分現像剤。
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