電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア及び該樹脂充填型フェライトキャリアを用いた電子写真現像剤
【課題】樹脂充填型キャリアの利点を保持しつつ、さらなる長寿命化が達成され、飛躍的に耐久性を向上させた樹脂充填型フェライトキャリア及び該樹脂充填型フェライトキャリアを用いた電子写真現像剤を提供する。
【解決手段】多孔質フェライト芯材の空隙に樹脂を充填したフェライト粒子の表面に、樹脂を被覆した電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアであって、該充填樹脂の純水に対する接触角が、該被覆樹脂の純水に対する接触角より大きい電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア及び該樹脂充填型フェライトキャリアを用いた電子写真現像剤を採用する。
【解決手段】多孔質フェライト芯材の空隙に樹脂を充填したフェライト粒子の表面に、樹脂を被覆した電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアであって、該充填樹脂の純水に対する接触角が、該被覆樹脂の純水に対する接触角より大きい電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア及び該樹脂充填型フェライトキャリアを用いた電子写真現像剤を採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンター等に用いられる二成分系電子写真現像剤に使用される電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア及び該フェライトキャリアを用いた電子写真現像剤に関し、詳しくは軽量等の樹脂充填型フェライトキャリアの利点を保持しつつ、耐久性を飛躍的に向上させた電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア及び該樹脂充填型フェライトキャリアを用いた電子写真現像剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真現像方法は、現像剤中のトナー粒子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であり、この方法で使用される現像剤は、トナー粒子とキャリア粒子からなる二成分系現像剤及びトナー粒子のみを用いる一成分系現像剤に分けられる。
【０００３】
こうした現像剤のうち、トナー粒子とキャリア粒子からな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。
【０００４】
二成分系現像剤において、キャリア粒子は、現像剤が充填されている現像ボックス内において、トナー粒子と共に撹拌されることによって、トナー粒子に所望の電荷を付与し、さらにこのように電荷を帯びたトナー粒子を感光体の表面に搬送して感光体上にトナー像を形成するための担体物質である。マグネットを保持する現像ロール上に残ったキャリア粒子は、この現像ロールから再び現像ボックス内に戻り、新たなトナー粒子と混合、撹拌され、一定期間繰り返して使用される。
【０００５】
二成分系現像剤は、一成分系現像剤とは異なり、キャリア粒子はトナー粒子と混合、撹拌され、トナー粒子を帯電させ、さらに搬送する機能を有しており、現像剤を設計する際の制御性が良い。従って、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。
【０００６】
このようにして用いられる二成分系現像剤においては、画像濃度、カブリ、白斑、階調性、解像力等の画像特性が、初期の段階から所定の値を示し、しかもこれらの特性が耐刷期間中に変動せず、安定に維持されることが必要である。これらの特性を安定に維持するためには、二成分系現像剤中に含有されるキャリア粒子の特性が安定していることが必要になる。
【０００７】
二成分系現像剤を形成するキャリア粒子として、従来は、表面を酸化被膜で覆った鉄粉あるいは表面を樹脂で被覆した鉄粉等の鉄粉キャリアが使用されていた。このような鉄粉キャリアは、磁化が高く、導電性も高いことから、ベタ部の再現性のよい画像が得られやすいという利点がある。
【０００８】
しかしながら、このような鉄粉キャリアは真比重が約７．８と重く、また磁化が高すぎることから、現像ボックス中におけるトナー粒子との撹拌、混合により、鉄粉キャリア表面へのトナー構成成分の融着、いわゆるトナースペントが発生しやすくなる。このようなトナースペントの発生により有効なキャリア表面積が減少し、トナー粒子との摩擦帯電能力が低下しやすくなる。
【０００９】
また、樹脂被覆鉄粉キャリアでは、耐久時のストレスにより表面の樹脂が剥離し、高導電性で絶縁破壊電圧が低い芯材（鉄粉）が露出することにより、電荷のリークが生ずることがある。このような電荷のリークにより、感光体上に形成された静電潜像が破壊され、ベタ部にハケスジ等が発生し、均一な画像が得られにくい。これらの理由から、酸化被膜鉄粉及び樹脂被覆鉄粉等の鉄粉キャリアは、現在では使用されなくなってきている。
【００１０】
近年は、鉄粉キャリアに代わって真比重約５．０程度と軽く、また磁化も低いフェライト芯材を用い、表面に樹脂を被覆した樹脂コートフェライトキャリアが多く使用されており、現像剤寿命は飛躍的に伸びてきた。
【００１１】
しかしながら、最近、オフィスのネットワーク化が進み、単機能の複写機から複合機への時代に進化し、サービス体制も、契約したサービスマンが定期的にメンテナンスを行って現像剤等を交換するようなシステムから、メンテナンスフリーシステムの時代へシフトしてきており、市場からは、現像剤の更なる長寿命化に対する要求が一層高まってきている。
【００１２】
また、オフィスではフルカラー画像が認知され、更なる高画質の要求が高まってきており、トナー粒径も、高解像度を得るため小粒径になってきている。
【００１３】
これに対応し、キャリア粒径もトナーに所望の電荷を素早く帯電させる必要があり、高比表面積を有する小粒径の方向にシフトしてきている。全体的に粒度分布を小粒径化した場合、特に、微粉側の粒子が、感光体へ飛散又は付着する現象、いわゆるキャリア付着が起きやすくなり、白抜け等致命的な画像欠陥を誘発しやすくなる。従って、小粒径キャリアは、粒度分布幅をさらに狭く管理することも要求されてきている。
【００１４】
このような中で、キャリア粒子の軽量化を図り、現像剤寿命を伸ばすことを目的として、微細な磁性微粒子を樹脂中に分散させた磁性粉分散型キャリアも多く提案されている。
【００１５】
このような磁性粉分散型キャリアは、磁性微粒子の量を少なくすることにより真密度を下げることができ、撹拌によるストレスを軽減できるため、被膜の削れや剥離を防止することができ、長期にわたって安定した画像特性を得ることができる。
【００１６】
しかしながら、磁性粉分散型キャリアは、バインダー樹脂が磁性微粒子を覆っているため、キャリア抵抗が高い。そのため、充分な画像濃度を得ることが難しいという問題がある。
【００１７】
また、磁性粉分散型キャリアは、磁性微粒子をバインダー樹脂で固めているものであり、撹拌ストレスや現像機内での衝撃により磁性微粒子が脱離したり、従来用いられてきた鉄粉キャリアやフェライトキャリアに比べ機械的強度に劣るためか、キャリア粒子自体が割れたりするという問題が発生することがあった。そして、脱離した磁性微粒子や割れたキャリア粒子は感光体に付着し、画像欠陥を引き起こす原因となることがあった。
【００１８】
さらに、磁性粉分散型キャリアは、微細な磁性微粒子を用いるため、残留磁化及び保磁力が高くなり、現像剤の流動性が悪くなるという欠点がある。特にマグネットロール上に磁気ブラシを形成した場合、残留磁化及び保磁力があるために、磁気ブラシの穂が硬くなり、高画質を得にくい。また、マグネットロールを離れても、キャリアの磁気凝集がほぐれず、補給されたトナーとの混合が速やかに行われないため、帯電量の立ち上がりが悪く、トナー飛散やかぶりといった画像欠陥を起こすという問題があった。
【００１９】
磁性粉分散型キャリアに代わるものとして多孔性キャリア芯材の空隙に樹脂を充填した樹脂充填型キャリアが提案されている。例えば特許文献１（特開平１１−２９５９３３号公報）には、コアと、コアの細孔に含まれるポリマーと、コアを覆うコーティングとを含むキャリアが記載されている。これらの樹脂充填型キャリアにより、衝撃が少なく、所望の流動性を持ち、摩擦帯電値の範囲が広く、所望の伝導率であり、体積平均粒径が一定範囲にあるキャリアが得られるとされている。
【００２０】
ここで、特許文献１には、コア材として、既知の多孔性コア等の、様々な適当な多孔性固体状コアキャリア物質を用いることができるとされている。
【００２１】
しかし、同特許文献１の実施例に記載の様に、ＢＥＴ面積が１６００ｃｍ２／ｇ程度の多孔度では、樹脂を充填させても充分な低比重化が図れるものではなかった。
【００２２】
加えて、同特許文献１には、多孔性コアを用い、そこに充填する樹脂とさらにその表面を被覆する樹脂の総含有量がキャリアの約０．５重量％〜約１０重量％であることが好ましいとされている。さらに同特許文献１の実施例では、それらの樹脂は、キャリアに対して高々６重量％に満たない。このような少量の樹脂では、所望とする低比重を実現することはできず、従来から使用されてきた樹脂被覆キャリアと同様の性能しか得ることができない。
【００２３】
加えて、特許文献１に記載のキャリアは、コア材の多孔性が充分でない上に、施している樹脂の量が少ないため、樹脂層とフェライト層とが交互に存在する立体的積層構造をなしている樹脂充填型キャリアを得ることはできない。本発明者らは、表面から連続する空隙が芯材内部まで達している多孔質フェライト芯材の空隙に樹脂を充填することにより、樹脂層とフェライト層とが交互に存在する立体的積層構造が複数回存在している樹脂充填型キャリアを得ることができることを知見している。ここでいう立体的積層構造とは、キャリア粒子の断面において、粒子の中心を通る直線（直径）をひいた場合、その直線に沿って粒子の端から端まで通過する間に、樹脂層とフェライト層とが交互に複数存在する構造である。本発明者らは、また、このような立体的積層構造をなすことにより、コンデンサー的な性質を保有しているため帯電付与能力に優れ、さらにその安定性に優れ、しかも、磁性粉分散型キャリアに比して高強度であり、熱や衝撃による割れ、変形、溶融がないという効果を奏することを知見している。
【００２４】
特許文献１で開示されているキャリアは、樹脂又は電気絶縁性樹脂の微粉末を充填するものであるが、その形態は実質的には、従来から知られているコア表面を樹脂で被覆したキャリアの樹脂量を増やしたものに過ぎず、僅かな空孔にしみ込んでいる程度のものであり、帯電付与能力やその安定性に関して、満足できるレベルではなかった。
【００２５】
特許文献２（特開２００６−３３７５７９号公報）には、空隙率が１０〜６０％であるフェライト芯材に樹脂を充填してなる樹脂充填型キャリアが提案されている。同特許文献２では、この樹脂充填型キャリアは、樹脂を充填しているため真密度が軽くなり長寿命化が達成でき、流動性に優れ、また充填する樹脂の選択により、帯電量等の制御が容易にでき、しかも磁性粉分散型キャリアに比して高強度であり、また熱や衝撃による割れ、変形、溶融がないとされている。この充填型キャリアは、上記特許文献１に記載されているような樹脂充填型キャリアの課題を解決するものである。
【００２６】
さらに、特許文献３（特開２００７−５７９４３号公報）には、表面から連続する空隙が内部まで達している多孔質フェライト芯材の空隙に樹脂を充填してなる樹脂充填型フェライトキャリアであって、樹脂層とフェライト層が交互に存在する立体的積層構造が複数回存在している電子写真現像剤用キャリアが開示されている。また、同特許文献３の実施例においては、フェライト芯材１００重量部に対して、縮合架橋型シリコーン樹脂１２〜２０重量部を充填する例が記載されている。
【００２７】
キャリア芯材に樹脂を充填又は被覆する樹脂及び被覆量については、例えば特許文献４（特開平３−２２９２７１号公報）には、長軸を含む断面の空隙面積が１０％未満であるキャリアコア粒子の表面を酸又はアルカリで腐食させることにより凹凸を作り、その表面に樹脂をコーティングした電子写真現像剤用キャリアが開示されている。また、同特許文献４の比較例２には、長軸を含む断面の空隙面積１７．８％、比表面積９１５ｃｍ２／ｇ、平均粒径９５μｍであるフェライト粒子を塩酸溶液中で処理した芯材（比表面積１３４１ｇｃｍ２／ｇ）並びに同芯材にアクリル系樹脂のコーティングを施したキャリアが例示されている。同特許文献４の比較例にも記載されているように、単にアクリル系樹脂をコーティングしたキャリアでは、充分な帯電安定性を得ることができなかった。同特許文献４には、施した樹脂コーティングの量に関する詳細な記載がなく、また施した樹脂の特性に関する開示もない。従って、帯電性が不安定な理由は定かではないが、比表面積がたかだか１４００ｃｍ２／ｇに満たないフェライト芯材に、多量の樹脂をコーティングすると、芯材に密着せずに浮遊した樹脂が多量に発生することが考えられ、帯電安定性の欠如の原因となるものと考えられる。さらには、同特許文献４の比較例２に記載のキャリアの平均粒径は約９５μｍであるが、このような大粒径のキャリアでは、近年のトナー小粒径化に対応できる程の帯電能力を得ることは困難であった。
【００２８】
また、特許文献５（特開２００４−７７５６８号公報）には、キャリア芯材表面に樹脂被覆層を形成した電子写真現像用樹脂被覆キャリアであって、該キャリアは重量平均粒径２０〜４５μｍの多孔質磁性体の表面及び内部の空隙に、該多孔質磁性体自体の抵抗よりも高抵抗物質を有し、かつ５０００ボルト印可時の抵抗ＬｏｇＲが１０．０Ωｃｍ以上である電子写真現像剤用キャリアが開示されている。
【００２９】
そして、同特許文献５のキャリア製造例３においては、芯材５ｋｇとメチルメタアクリレート１５０ｇ及びトルエン５ｋｇを混合しスプレードライする工程を２回繰り返し、その後シリコーン樹脂で約０．５μｍの被覆膜を形成した例が示されている。つまり、同特許文献５で開示されているキャリアは、多孔質磁性体粒子に高々６重量％の樹脂処理を施しているものである。このような量の樹脂では、低比重化を図ることは困難であり、帯電性の安定化や長寿命化を得ることは難しい。
【００３０】
上記特許文献１〜特許文献５には、充填又は被覆する樹脂の例として、上述のように様々な種類の樹脂が開示されている。しかし、これらの特許文献１〜特許文献５には、使用する樹脂の性状等に関する開示はなく、どのような樹脂でも使用できるとの説明があるのみである。
【００３１】
例えば、特許文献２では縮合架橋型シリコーン樹脂ＳＲ−２４１１（東レダウコーニングシリコーン社製）や熱可塑性アクリル樹脂（三菱レイヨン社製）が用いられている。このような樹脂では、多量の樹脂を充填しようとした場合、芯材に密着せずに浮遊した樹脂が多量に発生することが考えられ、帯電安定性の欠如の原因となるものと考えられる。
【００３２】
一方、特許文献６（特開平５−１７３３７１号公報）には、５０℃以上の軟化点を有し、赤外分光光度計による吸光度がメチル基とフェニル基との比で０．６〜３．０の範囲にあるメチルフェニルシリコーン重合体を含有する被覆用樹脂で、核体粒子を被覆した静電荷像現像用キャリアが開示されている。また、被覆用樹脂と核体粒子とを乾燥状態で混合した後、加熱して上記被覆用樹脂を溶融し、核体粒子を被覆する静電荷像現像用キャリアの製造方法の開示がある。
【００３３】
この特許文献６は、特定の樹脂を被覆するものであり、被覆樹脂の適正な配合量としては、０．３〜１０重量％程度、好ましくは０．５〜３重量％であるとしている。また、実施例においては高々２重量％程度の樹脂量である。さらに、同特許文献６では、メチル基とフェニル基の比が特定の範囲にあることが好ましいとされている。その理由として、メチル基とフェニル基の比が０．６未満で軟化点が５０℃以上のシリコーン重合体を用いると、残留ＯＨ基によって架橋が進行し易くなり、加熱溶融被覆法では均一なコートが得られにくく、かつ、剥がれ易くなり、また、上記の比が０．６以上で軟化点が５０℃未満のシリコーン重合体を用いると、重合が不十分になり易く、低分子量のポリマーが多数含まれ、製造時の凝集もしくは被覆後にキャリア凝集が発生し易くなる旨記載されている。
【００３４】
このことからも判るように、特許文献６はあくまでも樹脂被覆キャリアを開示するものであり、本発明のような樹脂充填型キャリアについて示唆するものではない。
【００３５】
特許文献７（特開２００８−２４２３４８号公報）には、多孔質フェライト芯材に充填する樹脂として、４０℃以上の軟化点をもち、該軟化点以上で硬化されているシリコーン系樹脂を用いることが記載されている。そして、この特許文献７には、特定の熱的性質を持つシリコーン樹脂を用いることで、浮遊樹脂をほとんどなくすことが可能であると開示されている。
【００３６】
しかし、特許文献７にて示されるようなシリコーン系樹脂を用いただけでは、樹脂が充填された粒子の表面を被覆しようとした場合、被覆樹脂と粒子との密着性が極度に低く、事実上シリコーン系樹脂以外の樹脂を被覆することは不可能であった。このため、使用中に被覆樹脂の剥離が生じ、経時劣化が起き、耐久性に問題がある。また、被覆樹脂の選択が限られるため、トナーの種類も制限される。
【００３７】
また、帯電性能を調節するために、充填樹脂中にアミノシランカップリング剤等のアミノ基含有物質を添加した場合、特許文献７の実施例に示されたようなシリコーン系樹脂（ポリメチルシルセスキオキサン）ではシラノール基の縮合反応が急速に進み、充填が完了する前に樹脂溶液がゲル化することが多く見られる。そのため、帯電量を制御することが非常に困難であるという課題があった。
【００３８】
そこで、特許文献８（特開２０１０−２５６８５５号公報）には、多孔質フェライト芯材に充填する樹脂として、フェニル基を有するメチルフェニルシリコーン樹脂を用いることが記載されている。そして、この様な樹脂を使用することにより、アミノシランカップリング剤等のアミノ基含有物質と併用することができ、高帯電化や帯電量の制御が可能となる旨が記載されている。しかも樹脂が多孔性フェライト芯材の空隙部により完全に浸透するため、フェライトキャリアの強度が強まり、現像剤として使用中に割れや欠けが減少する旨の記載がある。
【００３９】
しかしながら、特許文献８に示されるようなメチルフェニルシリコーン樹脂を用いた場合、一般的には、フェニル基は有機基との相溶性が良いため、トナーによるキャリア表面の汚染、所謂トナースペントと呼ばれる現象が発生しやすくなる。そのため、特に耐刷時において帯電付与能力の低下が起き、現像剤の更なる長寿命化に対する要求を満たすことが困難であった。
【００４０】
これら特許文献７及び特許文献８は、充填樹脂を特定したものであるが、このように充填樹脂を特定しても樹脂充填型キャリアの長寿命化を達成することができなかった。
【００４１】
一方、特許文献９（特開平７−２１９２８０号公報）には、核体粒子に樹脂を被覆してなり、被覆樹脂がメタクリル酸イソブチルを含む共重合体又はメタクリル酸単独重合体を含有し、該樹脂の水に対する接触角が８０〜１７０度である電子写真用キャリアが記載されている。このような樹脂を用いることによって、被覆樹脂の硬度を高くして被膜の剥離を防止し、かつトナーの付着防止が可能であるとされている。
【００４２】
この特許文献９は、樹脂被覆キャリアに用いられる被覆樹脂の接触角を規定したものであり、樹脂充填型フェライトキャリアに関するものではない。
【００４３】
一方、特許文献１０（特開２００６−１８４６９９号公報）には、バインダー樹脂と少なくとも磁性金属酸化物粒子とからなる磁性体分散型粒子をコア粒子とし、この表面に設けられた樹脂被覆層を有する磁性コートキャリアが開示され、被覆樹脂としてフッ素系樹脂を用い、磁性コートキャリアの粉体の接触角が９５〜１２５°であること好ましいことが記載されている。このような接触角によって、白抜けやトナー飛散による機内の汚染が回避されるとしている。
【００４４】
この接触角は、磁性体分散型粒子の表面に樹脂を被覆した後の接触角を示すものであり、樹脂充填型フェライトキャリアに関するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４５】
【特許文献１】特開平１１−２９５９３３号公報
【特許文献２】特開２００６−３３７５７９号公報
【特許文献３】特開２００７−５７９４３号公報
【特許文献４】特開平３−２２９２７１号公報
【特許文献５】特開２００４−７７５６８公報
【特許文献６】特開平５−１７３３７１号公報
【特許文献７】特開２００８−２４２３４８号公報
【特許文献８】特開２０１０−２５６８５５号公報
【特許文献９】特開平７−２１９２８０号公報
【特許文献１０】特開２００６−１８４６９９号公報
【００４６】
このように、上記した樹脂充填型キャリアの利点を保持しつつ、さらなる長寿命化が達成され、飛躍的に耐久性を向上させた樹脂充填型キャリアが求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４７】
従って、本発明の目的は、樹脂充填型キャリアの利点を保持しつつ、さらなる長寿命化が達成され、飛躍的に耐久性を向上させた樹脂充填型フェライトキャリア及び該樹脂充填型フェライトキャリアを用いた電子写真現像剤を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４８】
本発明者らは、上記のような課題を解決すべく鋭意検討した結果、多孔質フェライト芯材（多孔質フェライト粒子）の空隙に樹脂を充填したフェライト粒子の表面に、さらに樹脂を被覆した樹脂充填型フェライトキャリアにおいて、水に対する樹脂の接触角が被覆樹脂よりも充填樹脂が大きい樹脂を組み合わせて用いることによって、上記課題が解決し得ることを知見し、本発明に至った。
【００４９】
すなわち、本発明は、多孔質フェライト芯材の空隙に樹脂を充填したフェライト粒子の表面に、樹脂を被覆した電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアであって、該充填樹脂の純水に対する接触角が、該被覆樹脂の純水に対する接触角より大きいことを特徴とする電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアを提供するものである。
【００５０】
本発明に係る上記電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアにおいて、上記充填樹脂の純水に対する接触角が９５〜１０５度であることが望ましい。
【００５１】
本発明に係る上記電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアにおいて、上記被覆樹脂の純水に対する接触角が８０〜８８度であることが望ましい。
【００５２】
本発明に係る上記電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアにおいて、上記充填樹脂の充填量が、上記多孔質フェライトキャリア芯材１００重量部に対して６〜３０重量部であることが望ましい。
【００５３】
本発明に係る上記電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアにおいて、上記被覆樹脂の被覆量が、樹脂を充填した上記フェライト粒子１００重量部に対して０．１〜５．０重量部であることが望ましい。
【００５４】
本発明に係る上記電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアは、体積平均粒径が２０〜５０μｍ、飽和磁化が３０〜８０Ａｍ２／ｋｇ、真密度が２．５〜４．５ｇ／ｃｍ３、見掛け密度が１．０〜２．２ｇ／ｃｍ３であることが望ましい。
【００５５】
本発明に係る上記電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアにおいて、上記多孔質フェライト芯材の組成が、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｕ、Ｚｎが選ばれる少なくとも１種を含むことが望ましい。
【００５６】
また、本発明は、上記フェライトキャリアとトナーとからなる電子写真現像剤を提供するものである。
【００５７】
本発明に係る上記電子写真現像剤は、補給用現像剤としても用いられる。
【発明の効果】
【００５８】
本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアは、樹脂充填型フェライトキャリアであるため、真密度が軽くなり長寿命化が達成でき、流動性に優れ、帯電量等の制御が容易にでき、しかも磁性粉分散型キャリアに比して高強度であり、また熱や衝撃による割れ、変形、溶融がない。また、水に対する樹脂の接触角が被覆樹脂よりも充填樹脂が大きい樹脂を組み合わせて用いることによって、さらなる長寿命化が達成され、飛躍的に耐久性が向上する。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
＜本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア＞
本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアは、多孔質フェライト芯材（多孔質フェライト粒子）の空隙に樹脂を充填したキャリア粒子の表面に樹脂を被覆する。このような樹脂充填型フェライトキャリアは、真密度が軽くなり長寿命化が達成でき、流動性に優れ、帯電量等の制御が容易にでき、しかも磁性粉分散型キャリアに比して高強度であり、また熱や衝撃による割れ、変形、溶融がない。また、シリコーン樹脂はある程度の硬度が得られる上に、表面張力が低いために、キャリアとして用いられた場合にトナーによる汚染（トナースペント）を軽減できる。また、樹脂を充填したフェライト粒子の表面に樹脂を被覆することによって、耐久性を向上させ、かつトナーによるスペント化が防止される。
【００６０】
本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアは、キャリア芯材として多孔質フェライト芯材を用いる。その組成は、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｕ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種を含むことが望ましい。近年の廃棄物規制を始めとする環境負荷低減の流れを考慮すると、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉの重金属を、不可避不純物（随伴不純物）の範囲を超えて含まないことが好ましい。
【００６１】
本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアは、多孔質フェライト芯材の空隙に樹脂が充填されている。ここに用いられる充填樹脂は特に制限されない。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、あるいはアクリル樹脂、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性シリコーン樹脂等が挙げられる。使用中の機械的ストレスによる樹脂の脱離を考慮すると、熱硬化性樹脂が好ましく用いられる。具体的な熱硬化性樹脂としては、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。
【００６２】
ここで多孔質フェライト芯材に対する樹脂の充填量は、多孔質フェライト芯材１００重量部に対して６〜３０重量部が望ましく、より望ましくは６〜２０重量部、更に望ましくは７〜１８重量部、最も望ましくは８〜１７重量部である。樹脂の充填量が６重量部未満であると、十分な軽量化が図れない。また、樹脂の充填量が３０重量部を超えると、充填しきれずに残った遊離樹脂が多量に発生するため、帯電不良等の不具合の原因となる。
【００６３】
フェライト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に、充填樹脂中に導電剤を添加することができる。導電剤はそれ自身の持つ電気抵抗が低いことから、添加量が多すぎると急激な電荷リークを引き起こしやすい。従って、添加量としては、充填樹脂の固形分に対し０．２５〜２０．０重量％であり、好ましくは０．５〜１５．０重量％、特に好ましくは１．０〜１０．０重量％である。導電剤としては、導電性カーボンや酸化チタン、酸化スズ等の酸化物、各種の有機系導電剤が挙げられる。
【００６４】
また、上記充填樹脂中には、帯電制御剤を含有させることができる。帯電制御剤の例としては、トナー用に一般的に用いられる各種の帯電制御剤や、各種シランカップリング剤が挙げられる。これは多量の樹脂を充填した場合、帯電付与能力が低下することがあるが、各種の帯電制御剤やシランカップリング剤を添加することにより、コントロールできるためである。使用できる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、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が好ましい。
【００６５】
本発明に係る樹脂充填型フェライトキャリアは、樹脂を充填したフェライト粒子の表面に樹脂が被覆されている。被覆樹脂は特に制限されず、上記充填樹脂と同種のものが用いられる。この被覆樹脂には、上記充填樹脂と同様に導電剤や荷電制御剤が適宜含有される。
【００６６】
ここで、樹脂を充填したフェライト粒子に対する樹脂の被覆量は、樹脂を充填したフェライト粒子１００重量部に対して０．５〜５．０重量部が望ましい。樹脂被覆量が０．５重量％未満であると、トナーのスペントが悪化し、耐久後の帯電量が低下する。また、樹脂の被覆量が５．０重量％を超えると粒子間凝集が発生し、トナーのスペントが悪化する。
【００６７】
本発明では、充填樹脂の純水に対する接触角が、被覆樹脂の純水に対する接触角より大きいことが必要である。このことによって、キャリアとしての耐久性が飛躍的に向上する。充填樹脂の純水に対する接触角が、該被覆樹脂の純水に対する接触角以下である場合には、飛躍的に耐久性を向上することができない。この正確な理由は明らかではないが、以下のように考えられる。
【００６８】
本発明のような、樹脂充填型フェライトキャリアでは、その表面に接触角が異なる複数の樹脂が存在することが予想される．そのような状況でトナーがキャリアにスペントする場合、より接触角が小さい樹脂に対して先にスペントすることが予測される。キャリアは使用される時に周囲からストレスを受け、ほんの僅かずつではあるものの表面が削られてくると考えられている。そのため、接触角が小さい樹脂をより表面側、すなわち被覆樹脂として用いると、トナースペントが発生したとしても、使用中に被覆樹脂と共に削られて除去され、キャリアの性能は保たれるものと考えられる．
【００６９】
本発明では、充填樹脂は純水に対する接触角が９５〜１０５度であることが望ましい。この範囲で特に耐久性に優れた樹脂充填型フェライトキャリアを得ることができる。充填樹脂の純水に対する接触角が９５度未満では、被覆樹脂との密着性向上は期待できるものの、耐スペント性に劣るため、樹脂充填型フェライトキャリアの耐久性が低くなる。また、充填樹脂の純水に対する接触角が１０５度よりも大きいと、耐スペント性は向上するが、被覆樹脂との密着性が低下してしまい、耐久性が低くなる。
【００７０】
本発明では、被覆樹脂は純水に対する接触角が８０〜８８度であることが望ましい。この範囲で特に耐久性に優れた樹脂充填型フェライトキャリアを得ることができる。被覆樹脂の純水に対する接触角が８０度未満では、充填樹脂及びキャリア芯材との密着性の向上は期待できるものの、耐スペント性に劣るため、樹脂充填型フェライトキャリアの耐久性が低くなる。また、被覆樹脂の純水に対する接触角が８８度よりも大きいと、耐スペント性は向上するが、充填樹脂及びキャリア芯材との密着性が低下してしまい、耐久性が低くなる。これら樹脂の純水に対する接触角は、下記により測定される。
【００７１】
（純水に対する接触角）
１．試料の調製
充填又は被覆に使用する樹脂溶液を用い、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１ｍｍのアルミニウム板に、１００μｍ厚のフィルムアプリケーター（コーティングテスター工業社製）を用いて塗布した。室温で３０分乾燥させた後、キャリア製造時と同じ条件で硬化した。
２．測定
上記試料を、接触角測定装置ＣＡ−ＶＰ（協和界面科学社製）を用いて測定した。測定には純水を用い、着滴から測定までの待ち時間を５０００ｍｓとして、ＪＩＳ−Ｒ３２５７に記載してある「静滴法」に準拠したθ／２法で測定した。試料中心部の任意の１０点を測定し、その平均値をもって接触角とした。
【００７２】
本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアは、その平均粒径が２０〜５０μｍであり、この範囲でキャリア付着が防止され、また良好な画質が得られる。平均粒径が２０μｍ未満では、キャリア付着が発生しやすくなるため好ましくない。平均粒径が５０μｍを超えると、画質が劣化しやすくなり、好ましくない。
【００７３】
本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアは、その飽和磁化が望ましくは３０〜８０Ａｍ２／ｋｇ、さらに望ましくは５０〜７０Ａｍ２／ｋｇである。飽和磁化が３０Ａｍ２／ｋｇ未満では、キャリア付着を誘発しやすくなり、８０Ａｍ２／ｋｇを超えると、磁気ブラシの穂が高くなり、高画質を得にくく好ましくない。
【００７４】
本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアは、その真密度が望ましくは２．５〜４．５ｇ／ｃｍ３、さらに望ましくは２．８〜４．０ｇ／ｃｍ３、最も望ましくは３．０〜４．０ｇ／ｃｍ３である。真密度が２．５ｇ／ｃｍ３未満では、キャリアの真密度が低すぎ、流動性が悪化するため、帯電速度が低下したり、１粒子当たりの磁化が下がりすぎ、キャリア付着の原因となる。真密度が４．５ｇ／ｃｍ３を超えると、真密度が高すぎるため、耐久時のストレスにより、長寿命化が図れない。
【００７５】
本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアは、その見掛け密度が望ましくは１．０〜２．２ｇ／ｃｍ３である。見掛け密度が１．０ｇ／ｃｍ３未満では、形状が悪く、突起している部分が多くなりやすい。そういった部分は機械的ストレスに弱く、脆いため、強度が低くなりキャリアが破壊されやすくなる。見掛け密度が２．２ｇ／ｃｍ３を超えると、長寿命化が図りにくい。
【００７６】
＜測定方法＞
本発明に係る上記樹脂充填型フェライトキャリアの上記各特性の測定方法を下記に示す。
【００７７】
（平均粒径）
この平均粒径の測定は、日機装株式会社製マイクロトラック粒度分析計（Ｍｏｄｅｌ９３２０−Ｘ１００）を用いて測定される。分散媒には水を用いた。試料１０ｇと水８０ｍｌを１００ｍｌのビーカーにいれ、分散剤（ヘキサメタリン酸ナトリウム）を２〜３滴添加する。次いで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秒間分散を行った。その後、ビーカー表面にできた泡を取り除き、試料を装置へ投入した。２４μｍ未満の粒子の体積％も同様に測定して算出した。
【００７８】
（磁気特性）
飽和磁化の測定は、積分型Ｂ−ＨトレーサーＢＨＵ−６０型（（株）理研電子製）を使用して測定した。電磁石間に磁場測定用Ｈコイル及び磁化測定用４πＩコイルを入れる。この場合、試料は４πＩコイルに入れる。電磁石の電流を変化させ磁場Ｈを変化させたＨコイル及び４πＩコイルの出力をそれぞれ積分し、Ｈ出力をＸ軸に、４πＩコイルの出力をＹ軸に、ヒステリシスループを記録紙に描く。ここで測定条件としては、試料充填量：約１ｇ、試料充填セル：内径７ｍｍφ±０．０２ｍｍ、高さ１０ｍｍ±０．１ｍｍ、４πＩコイル：巻数３０回にて測定した。
【００７９】
（真密度）
キャリア粒子の真密度は、ＪＩＳ Ｒ９３０１−２−１に準拠して、ピクノメーターを用いて測定した。ここで、溶媒としてメタノールを用い、温度２５℃にて測定を行った。
【００８０】
（見掛け密度）
この見掛け密度の測定は、ＪＩＳ−Ｚ２５０４（金属粉の見掛け密度試験法）に従って測定される。
【００８１】
＜本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアの製造方法＞
次に、本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアの製造方法の一例について説明する。
【００８２】
本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアの芯材を製造する場合、原材料を適量秤量した後、ボ−ルミル又は振動ミル等で０．５時間以上、好ましくは１〜２０時間粉砕混合する。このようにして得られた粉砕物を加圧成型機等を用いてペレット化した後、７００〜１２００℃の温度で仮焼成する。加圧成型機を使用せずに、粉砕した後、水を加えてスラリー化し、スプレードライヤーを用いて粒状化しても良い。仮焼成後さらにボ−ルミル又は振動ミル等で粉砕した後、水及び必要に応じ分散剤、バインダー等を添加し、粘度調整後、スプレードラヤーにて粒状化し、酸素濃度を制御し、１０００〜１５００℃の温度で１〜２４時間保持し、本焼成を行う。仮焼後に粉砕する際は、水を加えて湿式ボールミルや湿式振動ミル等で粉砕しても良い。
【００８３】
上記のボールミルや振動ミル等の粉砕機は特に限定されないが、原料を効果的かつ均一に分散させるためには、使用するメディアに１ｍｍ以下の粒径を持つ微粒なビーズを使用することが好ましい。また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。
【００８４】
このようにして得られた焼成物を、粉砕し、分級する。分級方法としては、既存の風力分級、メッシュ濾過法、沈降法など用いて所望の粒径に粒度調整する。
【００８５】
その後、必要に応じて、表面を低温加熱することで酸化皮膜処理を施し、電気抵抗調整を行うことができる。酸化被膜処理は、一般的なロータリー式電気炉、バッチ式電気炉等を用い、例えば３００〜７００℃で熱処理を行うことができる。この処理によって形成された酸化被膜の厚さは、０．１ｎｍ〜５μｍであることが好ましい。０．１ｎｍ未満であると、酸化被膜層の効果が小さく、５μｍを超えると、磁化が低下したり、高抵抗になりすぎたりするため、所望の特性を得にくくなり好ましくない。また、必要に応じて、酸化被膜処理の前に還元を行っても良い。
【００８６】
このようにして得られた電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア芯材に、多孔質フェライト芯材に充填樹脂を充填する方法としては、様々な方法が使用できる。その方法としては、例えば乾式法、流動床によるスプレードライ方式、ロータリードライ方式、万能撹拌機等による液浸乾燥法等が挙げられる。充填樹脂としては上述したものが用いられる。
【００８７】
加熱方式としては、外部加熱方式又は内部加熱方式のいずれでもよく、例えば固定式又は流動式電気炉、ロータリー式電気炉、バーナー炉でもよく、もしくはマイクロウェーブによる焼き付けでもよい。温度は、充填する樹脂によって異なるが、充分硬化が進む温度まで上げることにより、衝撃に対して強い樹脂充填型フェライトキャリアを得ることができる。
【００８８】
また、上記充填樹脂を充填後のフェライト粒子の表面に樹脂をさらに被覆する方法としては、公知の方法、例えば刷毛塗り法、乾式法、流動床によるスプレードライ方式、ロータリードライ方式、万能撹拌機による液浸乾燥法等により被覆することができる。被覆率を向上させるためには、流動床による方法が好ましい。被覆樹脂としては上述したものが用いられ、純水に対する接触角が充填樹脂の純水に対する接触角よりも小さい樹脂が適宜選択される。
【００８９】
樹脂を充填したフェライト粒子の表面に被覆後、焼き付けする場合には、外部加熱方式又は内部加熱方式のいずれでもよく、例えば固定式又は流動式電気炉、ロータリー式電気炉、バーナー炉でもよく、もしくはマイクロウェーブによる焼き付けでもよい。ＵＶ硬化樹脂を用いる場合は、ＵＶ加熱器を用いる。焼き付けの温度は使用する樹脂により異なるが、融点又はガラス転移点以上の温度は必要であり、熱硬化性樹脂又は縮合架橋型樹脂等では、充分硬化が進む温度まで上げる必要がある。
【００９０】
＜本発明に係る電子写真現像剤＞
次に、本発明に係る電子写真現像剤について説明する。
本発明に係る電子写真現像剤は、上記した電子写真現像剤用樹脂充填型キャリアとトナーとからなるものである。
【００９１】
本発明の電子写真現像剤を構成するトナー粒子には、粉砕法によって製造される粉砕トナー粒子と、重合法により製造される重合トナー粒子とがある。本発明ではいずれの方法により得られたトナー粒子を使用することができる。
【００９２】
粉砕トナー粒子は、例えば、結着樹脂、荷電制御剤、着色剤をヘンシェルミキサー等の混合機で充分に混合し、次いで、二軸押出機等で溶融混練し、冷却後、粉砕、分級し、外添剤を添加後、ミキサー等で混合することにより得ることができる。
【００９３】
粉砕トナー粒子を構成する結着樹脂としては特に限定されるものではないが、ポリスチレン、クロロポリスチレン、スチレン−クロロスチレン共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、更にはロジン変性マレイン酸樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂及びポリウレタン樹脂等を挙げることができる。これらは単独又は混合して用いられる。
【００９４】
荷電制御剤としては、任意のものを用いることができる。例えば正荷電性トナー用としては、ニグロシン系染料及び４級アンモニウム塩等を挙げることができ、また、負荷電性トナー用としては、含金属モノアゾ染料等を挙げることができる。
【００９５】
着色剤（色剤）としては、従来より知られている染料、顔料が使用可能である。例えば、カーボンブラック、フタロシアニンブルー、パーマネントレッド、クロムイエロー、フタロシアニングリーン等を使用することができる。その他、トナーの流動性、耐凝集性向上のためのシリカ粉体、チタニア等のような外添剤をトナー粒子に応じて加えることができる。
【００９６】
重合トナー粒子は、懸濁重合法、乳化重合法、乳化凝集法、エステル伸長重合法、相転乳化法といった公知の方法で製造されるトナー粒子である。このような重合法トナー粒子は、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攪拌し、重合性単量体を水性媒体中に乳化分散させて、攪拌、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、重合トナー粒子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する。
【００９７】
更に、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、着色剤以外に、定着性改良剤、帯電制御剤を配合することができ、これらにより得られた重合トナー粒子の諸特性を制御、改善することができる。また、水性媒体への重合性単量体の分散性を改善するとともに、得られる重合体の分子量を調整するために連鎖移動剤を用いることができる。
【００９８】
上記重合トナー粒子の製造に使用される重合性単量体に特に限定はないが、例えば、スチレン及びその誘導体、エチレン、プロピレン等のエチレン不飽和モノオレフィン類、塩化ビニル等のハロゲン化ビニル類、酢酸ビニル等のビニルエステル類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸ジメチルアミノエステル及びメタクリル酸ジエチルアミノエステル等のα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類等を挙げることができる。
【００９９】
上記重合トナー粒子の調製の際に使用される着色剤（色材）としては、従来から知られている染料、顔料が使用可能である。例えば、カーボンブラック、フタロシアニンブルー、パーマネントレッド、クロムイエロー及びフタロシアニングリーン等を使用することができる。また、これらの着色剤はシランカップリング剤やチタンカップリング剤等を用いてその表面が改質されていてもよい。
【０１００】
上記重合トナー粒子の製造に使用される界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両イオン性界面活性剤及びノニオン系界面活性剤を使用することができる。
【０１０１】
ここで、アニオン系界面活性剤としては、オレイン酸ナトリウム、ヒマシ油等の脂肪酸塩、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム等のアルキル硫酸エステル、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等のアルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、アルキルリン酸エステル塩、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ポリオキシエチレンアルキル硫酸エステル塩等を挙げることができる。また、ノニオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、グリセリン、脂肪酸エステル、オキシエチレン−オキシプロピレンブロックポリマー等を挙げることができる。更に、カチオン系界面活性剤としては、ラウリルアミンアセテート等のアルキルアミン塩、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド等の第４級アンモニウム塩等を挙げることができる。また、両イオン性界面活性剤としては、アミノカルボン酸塩、アルキルアミノ酸等を挙げることができる。
【０１０２】
上記のような界面活性剤は、重合性単量体に対して、通常は０．０１〜１０重量％の範囲内の量で使用することができる。このような界面活性剤の使用量は、単量体の分散安定性に影響を与えるとともに、得られた重合トナー粒子の環境依存性にも影響を及ぼすことから、単量体の分散安定性が確保され、かつ重合トナー粒子の環境依存性に過度の影響を及ぼしにくい上記範囲内の量で使用することが好ましい。
【０１０３】
重合トナー粒子の製造には、通常は重合開始剤を使用する。重合開始剤には、水溶性重合開始剤と油溶性重合開始剤とがあり、本発明ではいずれも使用することができる。本発明で使用することができる水溶性重合開始剤としては、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩、水溶性パーオキサイド化合物を挙げることができ、また、油溶性重合開始剤としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ系化合物、油溶性パーオキサイド化合物を挙げることができる。
【０１０４】
また、本発明において連鎖移動剤を使用する場合には、この連鎖移動剤としては、例えば、オクチルメルカプタン、ドデシルメルカプタン、ｔｅｒｔ−ドデシルメルカプタン等のメルカプタン類、四臭化炭素等を挙げることができる。
【０１０５】
更に、本発明で使用する重合トナー粒子が、定着性改善剤を含む場合、この定着性改良剤としては、カルナバワックス等の天然ワックス、ポリプロピレン、ポリエチレン等のオレフィン系ワックス等を使用することができる。
【０１０６】
また、本発明で使用する重合トナー粒子が、帯電制御剤を含有する場合、使用する帯電制御剤に特に制限はなく、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を使用することができる。
【０１０７】
また、重合トナー粒子の流動性向上等のために使用される外添剤としては、シリカ、酸化チタン、チタン酸バリウム、フッ素樹脂微粒子、アクリル樹脂微粒子等を挙げることができ、これらは単独であるいは組み合わせて使用することができる。
【０１０８】
更に、水性媒体から重合粒子を分離するために使用される塩析剤としては、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、塩化バリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化ナトリウム等の金属塩を挙げることができる。
【０１０９】
上記のようにして製造されたトナー粒子の平均粒径は、２〜１５μｍ、好ましくは３〜１０μｍの範囲内にあり、重合トナー粒子の方が粉砕トナー粒子よりも、粒子の均一性が高い。トナー粒子が２μｍよりも小さくなると、帯電能力が低下しカブリやトナー飛散を引き起こしやすく、１５μｍを超えると、画質が劣化する原因となる。
【０１１０】
上記のように製造されたキャリアとトナーとを混合し、電子写真現像剤を得ることができる。キャリアとトナーの混合比、すなわちトナー濃度は、３〜１５重量％に設定することが好ましい。３重量％未満であると所望の画像濃度が得にくく、１５重量％を超えると、トナー飛散やかぶりが発生しやすくなる。
【０１１１】
本発明に係る電子写真現像剤は、補給用現像剤として用いることもできる。この際のキャリアとトナーの混合比、即ちトナー濃度は１００〜３０００重量％に設定することが好ましい。
【０１１２】
上記のように調製された本発明に係る電子写真現像剤は、有機光導電体層を有する潜像保持体に形成されている静電潜像を、バイアス電界を付与しながら、トナー及びキャリアを有する二成分現像剤の磁気ブラシによって反転現像する現像方式を用いたデジタル方式のコピー機、プリンター、ＦＡＸ、印刷機等に使用することができる。また、磁気ブラシから静電潜像側に現像バイアスを印加する際に、ＤＣバイアスにＡＣバイアスを重畳する方法である交番電界を用いるフルカラー機等にも適用可能である。
【０１１３】
以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明する。
【実施例１】
【０１１４】
ＭｎＯ：３５ｍｏｌ％、ＭｇＯ：１４．５ｍｏｌ％、Ｆｅ２Ｏ３：５０ｍｏｌ％及びＳｒＯ：０．５ｍｏｌ％になるように原料を秤量し、湿式のメディアミルで５時間粉砕してスラリーを得た。得られたスラリーをスプレードライヤーにて乾燥し、真球状の粒子を得た。形成する空隙度合いを調整するために、ＭｎＯ原料としては炭酸マンガンを、ＭｇＯ原料としては水酸化マグネシウムを用いた。
【０１１５】
得られた粒子を９５０℃で２時間加熱し、仮焼成を行った。次いで、空隙率を高めにしつつ適度な流動性を得るために、１／８インチ径のステンレスビーズを用いて湿式ボールミルで１時間粉砕したのち、さらに１／１６インチ径のステンレスビーズを用いて４時間粉砕した。このスラリーに分散剤を適量添加し、また造粒される粒子の強度を確保し、空隙度合いを調整する目的で、バインダーとしてＰＶＡ（２０％水溶液）を固形分に対して１重量％添加し、次いでスプレードライヤーにより造粒、乾燥した。得られた粒子を粒度調整した後、６５０℃で２時間加熱し、分散剤やバインダーといった有機成分を除去した。その後、電気炉にて、温度１１５０℃、酸素濃度０体積％で４時間保持し、本焼成を行った。その後、解砕し、さらに分級して粒度調整し、その後磁力選鉱により低磁力品を分別し、多孔質フェライト粒子の芯材を得た。
【０１１６】
次に、樹脂溶液を以下のように準備した。
上記多孔質フェライトの空隙に充填する樹脂として、メチルシリコーン樹脂１を用い、この樹脂溶液４５重量部（樹脂溶液濃度２０重量％のため固形分としては９重量部、希釈溶媒：トルエン）にアミノシランカップリング剤（Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン）を、樹脂固形分に対して１０重量％添加し樹脂溶液を得た。上記多孔質フェライト芯材１００重量部と、樹脂溶液を６０℃、２．３ｋＰａの減圧下で混合撹拌し、トルエンを揮発させながら、樹脂を多孔質フェライト芯材の空隙に浸透、充填させた。
【０１１７】
容器内を常圧に戻し、トルエンが充分揮発したことを確認した後、撹拌機の内部を目視観察したところ、湿った感じもなく非常に流動性が良い状態であった、常圧下で撹拌を続けながら２℃／分の昇温速度で、撹拌機の熱媒温度を２２０℃まで上げた。この温度で６０分間加熱撹拌を行い、樹脂を硬化させた。６０分後、樹脂充填後のフェライト粒子そのものの温度を接触温度計で測定したところ、２０７℃であった。このアミノシランカップリング剤を樹脂固形分に対して１０重量％含有する充填樹脂の純水に対する接触角は９９．８度であった。
【０１１８】
その後、室温まで冷却し、樹脂が充填、硬化されたフェライト粒子を取り出し、１５０Ｍの目開きの振動篩にて粒子の凝集を解し、磁力選鉱機を用いて、非磁性物を取り除いた。その後、再度振動篩にて粗大粒子を取り除き樹脂が充填されたフェライト粒子を得た。
【０１１９】
次に、アクリル樹脂１１０重量部をトルエン９０重量部に混合して樹脂溶液を調製した。上記した樹脂が充填されたフェライトキャリア１００重量部を万能混合撹拌器に投入し、上記アクリル樹脂溶液を添加して、液浸乾燥法により樹脂の被覆量が１重量部となるように樹脂被覆を行った。その後、温度を１４５℃まで上げ、２時間撹拌を行い、樹脂を硬化した。この被覆樹脂の純水に対する接触角は８３．９度であった。
【０１２０】
樹脂が被覆、硬化されたフェライト粒子を取り出し、１５０Ｍの目開きの振動篩にて粒子の凝集を解し、磁力選鉱機を用いて、非磁性物を取り除いた。その後、再度振動篩にて粗大粒子を取り除き、表面が樹脂で被覆された樹脂充填型フェライトキャリアを得た。
【実施例２】
【０１２１】
充填に用いられる樹脂としてメチルシリコーン樹脂２を用いた以外は、実施例１と同様にして樹脂充填型フェライトキャリアを得た。このアミノシランカップリング剤を樹脂固形分に対して１０重量％含有する充填樹脂の純水に対する接触角は１０１．４度であった。
【実施例３】
【０１２２】
充填に用いられる樹脂としてメチルフェニルシリコーン樹脂１を用いた以外は、実施例１と同様にして樹脂充填型フェライトキャリアを得た。このアミノシランカップリング剤を樹脂固形分に対して１０重量％含有する充填樹脂の純水に対する接触角は９６．１度であった。
【実施例４】
【０１２３】
充填に用いられる樹脂としてメチルフェニルシリコーン樹脂２を用い、アミノシランカップリング剤を樹脂の固形分に対して２０重量％含有させた以外は、実施例１と同様にして樹脂充填型フェライトキャリアを得た。このアミノシランカップリング剤を樹脂固形分に対して２０重量％含有する充填樹脂の純水に対する接触角は１０２．５度であった。
【実施例５】
【０１２４】
被覆に用いられる樹脂としてフッ素変性アクリル樹脂４を用いた以外は、実施例１と同様にして樹脂充填型フェライトキャリアを得た。この被覆樹脂の純水に対する接触角は８７．１度であった。
【実施例６】
【０１２５】
被覆に用いられる樹脂としてアクリル樹脂２を用いた以外は、実施例４と同様にして樹脂充填型フェライトキャリアを得た。この被覆樹脂の純水に対する接触角は８１．２度であった。
【実施例７】
【０１２６】
充填に用いられる樹脂としてメチルフェニルシリコーン樹脂２を用いた以外は、実施例１と同様にして樹脂充填型フェライトキャリアを得た。このアミノシランカップリング剤を樹脂固形分に対して１０重量％含有する充填樹脂の純水に対する接触角は９３．８度であった。
【実施例８】
【０１２７】
充填に用いられる樹脂としてフッ素樹脂１を用い、アミノシランカップリング剤を含有させない以外は、実施例１と同様にして樹脂充填型フェライトキャリアを得た。この充填樹脂の純水に対する接触角は１１０．７度であった。
【実施例９】
【０１２８】
被覆に用いられる樹脂としてアクリル樹脂３を用いた以外は、実施例３と同様にして樹脂充填型フェライトキャリアを得た。この被覆樹脂の純水に対する接触角は８９．７度であった。
【実施例１０】
【０１２９】
被覆に用いられる樹脂としてアクリル樹脂４を用いた以外は、実施例３と同様にして樹脂充填型フェライトキャリアを得た。この被覆樹脂の純水に対する接触角は７９．０度であった。
【実施例１１】
【０１３０】
被覆に用いられる樹脂としてメチルフェニルシリコーン樹脂２を用い、アミノシランカップリング剤（Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン）を樹脂の固形分に対して２０重量％含有させた以外は、実施例３と同様にして樹脂充填型フェライトキャリアを得た。このアミノシランカップリング剤を樹脂固形分に対して２０重量％含有する被覆樹脂の純水に対する接触角は９３．４度であった。
【比較例】
【０１３１】
［比較例１］
被覆に用いられる樹脂としてメチルシリコーン樹脂２を用い、アミノシランカップリング剤（Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン）を樹脂の固形分に対して２０重量％含有させた以外は、実施例３と同様にして樹脂充填型フェライトキャリアを得た。このアミノシランカップリング剤を樹脂固形分に対して２０重量％含有する被覆樹脂の純水に対する接触角は１０１．４度であった。
【０１３２】
実施例１〜１１及び比較例１で用いた充填樹脂（充填する樹脂の種類及びその充填量、アミノシランカップリンク剤の種類及び含有量、純水に対する接触角）と被覆樹脂（充填する樹脂の種類及びその充填量、アミノシランカップリンク剤の種類及び含有量、純水に対する接触角）の詳細を表１に示す。
【０１３３】
また、実施例１〜１１及び比較例１により得られた樹脂充填型フェライトキャリアの体積平均粒径、見掛密度、真密度及び飽和磁化を測定して結果を表２に示す。これらの測定方法は、上述の通りである。さらに、帯電量（初期及び１ｈｒ×１０回）、帯電維持率、電気抵抗（初期、１ｈｒ×１０回及び初期と耐久後の比）及びトナースペントを下記の方法で測定し、結果を表２に示す。
【０１３４】
（帯電量）
帯電量は、キャリアとトナーとの混合物を、吸引式帯電量測定装置（Ｅｐｐｉｎｇ ｑ／ｍ−ｍｅｔｅｒ、ＰＥＳ−Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｕｍｕ社製）により測定し求めた。トナーはフルカラープリンターに使用されている市販の負極性トナー（シアントナー、富士ゼロックス株式会社製ＤｏｃｕＰｒｉｎｔＣ３５３０用）を用い、トナー濃度を５重量％に調整した。調整した現像剤を５０ｃｃのガラス瓶に入れ、１００ｒｐｍの回転数で５分間撹拌した。
【０１３５】
（耐久試験）
また、下記のようにしてトナーを入れ替えながら現像剤の攪拌を行い、キャリアの耐久試験を行った。キャリア１８ｇと上記トナー２ｇを５０ｃｃのガラス瓶に秤量し、ペイントシェーカー（米国レッドデビル社製）で１時間攪拌した。攪拌後の現像剤から、２５μｍの目開きを持つメッシュの篩を用いてトナーを除去した（その際現像材をメッシュの上に置き、下から掃除機等で吸引してトナーを分離しても構わない）。最後に新しいトナーを２ｇ加え、これを１サイクルとした。これを１０サイクル行った。１０サイクル目にはトナーの補給を行わなかった。このようにして得られた耐久後のキャリアについて、耐久前のキャリアと同様にして帯電量と後述する電気抵抗及びトナースペントを求めた。
【０１３６】
（帯電維持率）
帯電維持率は、下記により求めた
【０１３７】
【数１】
【０１３８】
（電気抵抗）
上記攪拌後（５分、耐久試験後）の現像剤からトナーを除去し、電気抵抗を測定した。トナーを除去するには、２５μｍの目開きを持つメッシュの篩を用いてトナーを除去した（その際現像材をメッシュの上に置き、下から掃除機等で吸引してトナーを分離しても構わない）。トナーを除去した後、以下のようにして抵抗を測定した。すなわち、電極間間隔１．０ｍｍにて非磁性の平行平板電極（１０ｍｍ×４０ｍｍ）を対抗させ、その間に、試料２００ｍｇを秤量して充填した。磁石（表面磁束密度：１５００Ｇａｕｓｓ、電極に接する磁石の面積：１０ｍｍ×３０ｍｍ）を平行平板電極に付けることにより電極間に試料を保持させ、１００Ｖの電圧を印加し、抵抗を絶縁抵抗計（ＳＭ−８２１０、東亜ディケーケー（株）製）にて測定した。なお、室温２５℃、湿度５５％に制御された恒温恒湿室内で測定を行った。
【０１３９】
（スペント量）
トナースペントの評価方法は、下記の通りである。すなわち、耐久試験後のキャリアからトルエンでスペントしたトナーを洗浄した後、上澄み液の、波長５６０ｎｍの光の透過率（％）を可視光分光光度計（ＪＥＮＷＡＹ社製、ＭＯＤＥＬ６１００）により測定し、透過率９０％以上を合格として評価した。
【０１４０】
また、表２に示される帯電量と電気抵抗及びトナースペントの評価値に基づいて、帯電安定性、抵抗安定性及び耐スペント性を下記に基づいて評価し、その結果を表３に示す。
【０１４１】
上記測定の結果から、帯電安定性を下記４段階にて評価した。
（帯電安定性）
◎：大変良好で、特に使用に適している（帯電維持率が６０％以上）。
○：良好で、使用に適している（帯電維持率が５０％以上６０％未満）。
△：使用レベルにある（帯電維持率が４０％以上５０％未満）。
×：使用レベルにない（帯電維持率が４０％未満）。
【０１４２】
（抵抗安定性）
上記測定の結果から、抵抗安定性を下記４段階にて評価した。
◎：大変良好で、特に使用に適している（初期値に対する耐久後の値の比が１．０×１０２未満）。
○：良好で、使用に適している（初期値に対する耐久後の値の比が１．０×１０２以上１．０×１０３未満）。
△：使用レベルにある（初期値に対する耐久後の値の比が１．０×１０３以上１．０×１０４未満）。
×：使用レベルにない（初期値に対する耐久後の値の比が１．０×１０４以上）。
【０１４３】
（耐スペント性）
上記測定の結果から、耐スペント性を下記４段階にて評価した。
◎：大変良好で、特に使用に適している（透過率９７％以上）。
○：良好で、使用に適している（透過率９５％以上９７％未満）。
△：使用レベルにある（透過率９０％以上９５％未満）。
×：使用レベルにない（透過率９５％未満）。
【０１４４】
【表１】
【０１４５】
【表２】
【０１４６】
【表３】
【０１４７】
表２に示した結果から明らかなように、実施例１〜１１により得られた樹脂充填型フェライトキャリアは、帯電維持率が大きく、電気抵抗変化も小さい。また、トナースペントは、いずれも９０％以上で良好な結果が得られた。
【０１４８】
さらに詳細に検討すると、実施例１〜１１の中でも、充填樹脂の接触角が９５〜１０５度の範囲にあり、かつコート樹脂の接触角が８０〜８８度の範囲にある実施例１〜６が、各項目において良好な結果を示している。
【０１４９】
これに対し、比較例１は、帯電維持率が小さく、抵抗が大きく変化し、トナースペントも劣った結果であった。
【０１５０】
そして、表３に示される評価において、実施例１〜１１は、帯電安定性、抵抗安定性及び耐スペント性において許容範囲にあり、特に実施例１〜６は好適な評価がなされた。これに対して、比較例１は、帯電安定性、抵抗安定性及び耐スペント性のいずれにおいても使用レベルになく、劣った評価であった。
【産業上の利用可能性】
【０１５１】
本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアは、樹脂充填型フェライトキャリアであるため、真密度が軽くなり長寿命化が達成でき、流動性に優れ、帯電量等の制御が容易にでき、しかも磁性粉分散型キャリアに比して高強度であり、また熱や衝撃による割れ、変形、溶融がない。また、水に対する樹脂の接触角が被覆樹脂よりも充填樹脂が大きい樹脂を組み合わせて用いることによって、さらなる長寿命化が達成され、飛躍的に耐久性が向上する。
【０１５２】
従って、本発明は、高画質の要求されるフルカラー機並びに画像維持の信頼性及び耐久性の要求される高速機等の分野に広く使用可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンター等に用いられる二成分系電子写真現像剤に使用される電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア及び該フェライトキャリアを用いた電子写真現像剤に関し、詳しくは軽量等の樹脂充填型フェライトキャリアの利点を保持しつつ、耐久性を飛躍的に向上させた電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア及び該樹脂充填型フェライトキャリアを用いた電子写真現像剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真現像方法は、現像剤中のトナー粒子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であり、この方法で使用される現像剤は、トナー粒子とキャリア粒子からなる二成分系現像剤及びトナー粒子のみを用いる一成分系現像剤に分けられる。
【０００３】
こうした現像剤のうち、トナー粒子とキャリア粒子からな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。
【０００４】
二成分系現像剤において、キャリア粒子は、現像剤が充填されている現像ボックス内において、トナー粒子と共に撹拌されることによって、トナー粒子に所望の電荷を付与し、さらにこのように電荷を帯びたトナー粒子を感光体の表面に搬送して感光体上にトナー像を形成するための担体物質である。マグネットを保持する現像ロール上に残ったキャリア粒子は、この現像ロールから再び現像ボックス内に戻り、新たなトナー粒子と混合、撹拌され、一定期間繰り返して使用される。
【０００５】
二成分系現像剤は、一成分系現像剤とは異なり、キャリア粒子はトナー粒子と混合、撹拌され、トナー粒子を帯電させ、さらに搬送する機能を有しており、現像剤を設計する際の制御性が良い。従って、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。
【０００６】
このようにして用いられる二成分系現像剤においては、画像濃度、カブリ、白斑、階調性、解像力等の画像特性が、初期の段階から所定の値を示し、しかもこれらの特性が耐刷期間中に変動せず、安定に維持されることが必要である。これらの特性を安定に維持するためには、二成分系現像剤中に含有されるキャリア粒子の特性が安定していることが必要になる。
【０００７】
二成分系現像剤を形成するキャリア粒子として、従来は、表面を酸化被膜で覆った鉄粉あるいは表面を樹脂で被覆した鉄粉等の鉄粉キャリアが使用されていた。このような鉄粉キャリアは、磁化が高く、導電性も高いことから、ベタ部の再現性のよい画像が得られやすいという利点がある。
【０００８】
しかしながら、このような鉄粉キャリアは真比重が約７．８と重く、また磁化が高すぎることから、現像ボックス中におけるトナー粒子との撹拌、混合により、鉄粉キャリア表面へのトナー構成成分の融着、いわゆるトナースペントが発生しやすくなる。このようなトナースペントの発生により有効なキャリア表面積が減少し、トナー粒子との摩擦帯電能力が低下しやすくなる。
【０００９】
また、樹脂被覆鉄粉キャリアでは、耐久時のストレスにより表面の樹脂が剥離し、高導電性で絶縁破壊電圧が低い芯材（鉄粉）が露出することにより、電荷のリークが生ずることがある。このような電荷のリークにより、感光体上に形成された静電潜像が破壊され、ベタ部にハケスジ等が発生し、均一な画像が得られにくい。これらの理由から、酸化被膜鉄粉及び樹脂被覆鉄粉等の鉄粉キャリアは、現在では使用されなくなってきている。
【００１０】
近年は、鉄粉キャリアに代わって真比重約５．０程度と軽く、また磁化も低いフェライト芯材を用い、表面に樹脂を被覆した樹脂コートフェライトキャリアが多く使用されており、現像剤寿命は飛躍的に伸びてきた。
【００１１】
しかしながら、最近、オフィスのネットワーク化が進み、単機能の複写機から複合機への時代に進化し、サービス体制も、契約したサービスマンが定期的にメンテナンスを行って現像剤等を交換するようなシステムから、メンテナンスフリーシステムの時代へシフトしてきており、市場からは、現像剤の更なる長寿命化に対する要求が一層高まってきている。
【００１２】
また、オフィスではフルカラー画像が認知され、更なる高画質の要求が高まってきており、トナー粒径も、高解像度を得るため小粒径になってきている。
【００１３】
これに対応し、キャリア粒径もトナーに所望の電荷を素早く帯電させる必要があり、高比表面積を有する小粒径の方向にシフトしてきている。全体的に粒度分布を小粒径化した場合、特に、微粉側の粒子が、感光体へ飛散又は付着する現象、いわゆるキャリア付着が起きやすくなり、白抜け等致命的な画像欠陥を誘発しやすくなる。従って、小粒径キャリアは、粒度分布幅をさらに狭く管理することも要求されてきている。
【００１４】
このような中で、キャリア粒子の軽量化を図り、現像剤寿命を伸ばすことを目的として、微細な磁性微粒子を樹脂中に分散させた磁性粉分散型キャリアも多く提案されている。
【００１５】
このような磁性粉分散型キャリアは、磁性微粒子の量を少なくすることにより真密度を下げることができ、撹拌によるストレスを軽減できるため、被膜の削れや剥離を防止することができ、長期にわたって安定した画像特性を得ることができる。
【００１６】
しかしながら、磁性粉分散型キャリアは、バインダー樹脂が磁性微粒子を覆っているため、キャリア抵抗が高い。そのため、充分な画像濃度を得ることが難しいという問題がある。
【００１７】
また、磁性粉分散型キャリアは、磁性微粒子をバインダー樹脂で固めているものであり、撹拌ストレスや現像機内での衝撃により磁性微粒子が脱離したり、従来用いられてきた鉄粉キャリアやフェライトキャリアに比べ機械的強度に劣るためか、キャリア粒子自体が割れたりするという問題が発生することがあった。そして、脱離した磁性微粒子や割れたキャリア粒子は感光体に付着し、画像欠陥を引き起こす原因となることがあった。
【００１８】
さらに、磁性粉分散型キャリアは、微細な磁性微粒子を用いるため、残留磁化及び保磁力が高くなり、現像剤の流動性が悪くなるという欠点がある。特にマグネットロール上に磁気ブラシを形成した場合、残留磁化及び保磁力があるために、磁気ブラシの穂が硬くなり、高画質を得にくい。また、マグネットロールを離れても、キャリアの磁気凝集がほぐれず、補給されたトナーとの混合が速やかに行われないため、帯電量の立ち上がりが悪く、トナー飛散やかぶりといった画像欠陥を起こすという問題があった。
【００１９】
磁性粉分散型キャリアに代わるものとして多孔性キャリア芯材の空隙に樹脂を充填した樹脂充填型キャリアが提案されている。例えば特許文献１（特開平１１−２９５９３３号公報）には、コアと、コアの細孔に含まれるポリマーと、コアを覆うコーティングとを含むキャリアが記載されている。これらの樹脂充填型キャリアにより、衝撃が少なく、所望の流動性を持ち、摩擦帯電値の範囲が広く、所望の伝導率であり、体積平均粒径が一定範囲にあるキャリアが得られるとされている。
【００２０】
ここで、特許文献１には、コア材として、既知の多孔性コア等の、様々な適当な多孔性固体状コアキャリア物質を用いることができるとされている。
【００２１】
しかし、同特許文献１の実施例に記載の様に、ＢＥＴ面積が１６００ｃｍ２／ｇ程度の多孔度では、樹脂を充填させても充分な低比重化が図れるものではなかった。
【００２２】
加えて、同特許文献１には、多孔性コアを用い、そこに充填する樹脂とさらにその表面を被覆する樹脂の総含有量がキャリアの約０．５重量％〜約１０重量％であることが好ましいとされている。さらに同特許文献１の実施例では、それらの樹脂は、キャリアに対して高々６重量％に満たない。このような少量の樹脂では、所望とする低比重を実現することはできず、従来から使用されてきた樹脂被覆キャリアと同様の性能しか得ることができない。
【００２３】
加えて、特許文献１に記載のキャリアは、コア材の多孔性が充分でない上に、施している樹脂の量が少ないため、樹脂層とフェライト層とが交互に存在する立体的積層構造をなしている樹脂充填型キャリアを得ることはできない。本発明者らは、表面から連続する空隙が芯材内部まで達している多孔質フェライト芯材の空隙に樹脂を充填することにより、樹脂層とフェライト層とが交互に存在する立体的積層構造が複数回存在している樹脂充填型キャリアを得ることができることを知見している。ここでいう立体的積層構造とは、キャリア粒子の断面において、粒子の中心を通る直線（直径）をひいた場合、その直線に沿って粒子の端から端まで通過する間に、樹脂層とフェライト層とが交互に複数存在する構造である。本発明者らは、また、このような立体的積層構造をなすことにより、コンデンサー的な性質を保有しているため帯電付与能力に優れ、さらにその安定性に優れ、しかも、磁性粉分散型キャリアに比して高強度であり、熱や衝撃による割れ、変形、溶融がないという効果を奏することを知見している。
【００２４】
特許文献１で開示されているキャリアは、樹脂又は電気絶縁性樹脂の微粉末を充填するものであるが、その形態は実質的には、従来から知られているコア表面を樹脂で被覆したキャリアの樹脂量を増やしたものに過ぎず、僅かな空孔にしみ込んでいる程度のものであり、帯電付与能力やその安定性に関して、満足できるレベルではなかった。
【００２５】
特許文献２（特開２００６−３３７５７９号公報）には、空隙率が１０〜６０％であるフェライト芯材に樹脂を充填してなる樹脂充填型キャリアが提案されている。同特許文献２では、この樹脂充填型キャリアは、樹脂を充填しているため真密度が軽くなり長寿命化が達成でき、流動性に優れ、また充填する樹脂の選択により、帯電量等の制御が容易にでき、しかも磁性粉分散型キャリアに比して高強度であり、また熱や衝撃による割れ、変形、溶融がないとされている。この充填型キャリアは、上記特許文献１に記載されているような樹脂充填型キャリアの課題を解決するものである。
【００２６】
さらに、特許文献３（特開２００７−５７９４３号公報）には、表面から連続する空隙が内部まで達している多孔質フェライト芯材の空隙に樹脂を充填してなる樹脂充填型フェライトキャリアであって、樹脂層とフェライト層が交互に存在する立体的積層構造が複数回存在している電子写真現像剤用キャリアが開示されている。また、同特許文献３の実施例においては、フェライト芯材１００重量部に対して、縮合架橋型シリコーン樹脂１２〜２０重量部を充填する例が記載されている。
【００２７】
キャリア芯材に樹脂を充填又は被覆する樹脂及び被覆量については、例えば特許文献４（特開平３−２２９２７１号公報）には、長軸を含む断面の空隙面積が１０％未満であるキャリアコア粒子の表面を酸又はアルカリで腐食させることにより凹凸を作り、その表面に樹脂をコーティングした電子写真現像剤用キャリアが開示されている。また、同特許文献４の比較例２には、長軸を含む断面の空隙面積１７．８％、比表面積９１５ｃｍ２／ｇ、平均粒径９５μｍであるフェライト粒子を塩酸溶液中で処理した芯材（比表面積１３４１ｇｃｍ２／ｇ）並びに同芯材にアクリル系樹脂のコーティングを施したキャリアが例示されている。同特許文献４の比較例にも記載されているように、単にアクリル系樹脂をコーティングしたキャリアでは、充分な帯電安定性を得ることができなかった。同特許文献４には、施した樹脂コーティングの量に関する詳細な記載がなく、また施した樹脂の特性に関する開示もない。従って、帯電性が不安定な理由は定かではないが、比表面積がたかだか１４００ｃｍ２／ｇに満たないフェライト芯材に、多量の樹脂をコーティングすると、芯材に密着せずに浮遊した樹脂が多量に発生することが考えられ、帯電安定性の欠如の原因となるものと考えられる。さらには、同特許文献４の比較例２に記載のキャリアの平均粒径は約９５μｍであるが、このような大粒径のキャリアでは、近年のトナー小粒径化に対応できる程の帯電能力を得ることは困難であった。
【００２８】
また、特許文献５（特開２００４−７７５６８号公報）には、キャリア芯材表面に樹脂被覆層を形成した電子写真現像用樹脂被覆キャリアであって、該キャリアは重量平均粒径２０〜４５μｍの多孔質磁性体の表面及び内部の空隙に、該多孔質磁性体自体の抵抗よりも高抵抗物質を有し、かつ５０００ボルト印可時の抵抗ＬｏｇＲが１０．０Ωｃｍ以上である電子写真現像剤用キャリアが開示されている。
【００２９】
そして、同特許文献５のキャリア製造例３においては、芯材５ｋｇとメチルメタアクリレート１５０ｇ及びトルエン５ｋｇを混合しスプレードライする工程を２回繰り返し、その後シリコーン樹脂で約０．５μｍの被覆膜を形成した例が示されている。つまり、同特許文献５で開示されているキャリアは、多孔質磁性体粒子に高々６重量％の樹脂処理を施しているものである。このような量の樹脂では、低比重化を図ることは困難であり、帯電性の安定化や長寿命化を得ることは難しい。
【００３０】
上記特許文献１〜特許文献５には、充填又は被覆する樹脂の例として、上述のように様々な種類の樹脂が開示されている。しかし、これらの特許文献１〜特許文献５には、使用する樹脂の性状等に関する開示はなく、どのような樹脂でも使用できるとの説明があるのみである。
【００３１】
例えば、特許文献２では縮合架橋型シリコーン樹脂ＳＲ−２４１１（東レダウコーニングシリコーン社製）や熱可塑性アクリル樹脂（三菱レイヨン社製）が用いられている。このような樹脂では、多量の樹脂を充填しようとした場合、芯材に密着せずに浮遊した樹脂が多量に発生することが考えられ、帯電安定性の欠如の原因となるものと考えられる。
【００３２】
一方、特許文献６（特開平５−１７３３７１号公報）には、５０℃以上の軟化点を有し、赤外分光光度計による吸光度がメチル基とフェニル基との比で０．６〜３．０の範囲にあるメチルフェニルシリコーン重合体を含有する被覆用樹脂で、核体粒子を被覆した静電荷像現像用キャリアが開示されている。また、被覆用樹脂と核体粒子とを乾燥状態で混合した後、加熱して上記被覆用樹脂を溶融し、核体粒子を被覆する静電荷像現像用キャリアの製造方法の開示がある。
【００３３】
この特許文献６は、特定の樹脂を被覆するものであり、被覆樹脂の適正な配合量としては、０．３〜１０重量％程度、好ましくは０．５〜３重量％であるとしている。また、実施例においては高々２重量％程度の樹脂量である。さらに、同特許文献６では、メチル基とフェニル基の比が特定の範囲にあることが好ましいとされている。その理由として、メチル基とフェニル基の比が０．６未満で軟化点が５０℃以上のシリコーン重合体を用いると、残留ＯＨ基によって架橋が進行し易くなり、加熱溶融被覆法では均一なコートが得られにくく、かつ、剥がれ易くなり、また、上記の比が０．６以上で軟化点が５０℃未満のシリコーン重合体を用いると、重合が不十分になり易く、低分子量のポリマーが多数含まれ、製造時の凝集もしくは被覆後にキャリア凝集が発生し易くなる旨記載されている。
【００３４】
このことからも判るように、特許文献６はあくまでも樹脂被覆キャリアを開示するものであり、本発明のような樹脂充填型キャリアについて示唆するものではない。
【００３５】
特許文献７（特開２００８−２４２３４８号公報）には、多孔質フェライト芯材に充填する樹脂として、４０℃以上の軟化点をもち、該軟化点以上で硬化されているシリコーン系樹脂を用いることが記載されている。そして、この特許文献７には、特定の熱的性質を持つシリコーン樹脂を用いることで、浮遊樹脂をほとんどなくすことが可能であると開示されている。
【００３６】
しかし、特許文献７にて示されるようなシリコーン系樹脂を用いただけでは、樹脂が充填された粒子の表面を被覆しようとした場合、被覆樹脂と粒子との密着性が極度に低く、事実上シリコーン系樹脂以外の樹脂を被覆することは不可能であった。このため、使用中に被覆樹脂の剥離が生じ、経時劣化が起き、耐久性に問題がある。また、被覆樹脂の選択が限られるため、トナーの種類も制限される。
【００３７】
また、帯電性能を調節するために、充填樹脂中にアミノシランカップリング剤等のアミノ基含有物質を添加した場合、特許文献７の実施例に示されたようなシリコーン系樹脂（ポリメチルシルセスキオキサン）ではシラノール基の縮合反応が急速に進み、充填が完了する前に樹脂溶液がゲル化することが多く見られる。そのため、帯電量を制御することが非常に困難であるという課題があった。
【００３８】
そこで、特許文献８（特開２０１０−２５６８５５号公報）には、多孔質フェライト芯材に充填する樹脂として、フェニル基を有するメチルフェニルシリコーン樹脂を用いることが記載されている。そして、この様な樹脂を使用することにより、アミノシランカップリング剤等のアミノ基含有物質と併用することができ、高帯電化や帯電量の制御が可能となる旨が記載されている。しかも樹脂が多孔性フェライト芯材の空隙部により完全に浸透するため、フェライトキャリアの強度が強まり、現像剤として使用中に割れや欠けが減少する旨の記載がある。
【００３９】
しかしながら、特許文献８に示されるようなメチルフェニルシリコーン樹脂を用いた場合、一般的には、フェニル基は有機基との相溶性が良いため、トナーによるキャリア表面の汚染、所謂トナースペントと呼ばれる現象が発生しやすくなる。そのため、特に耐刷時において帯電付与能力の低下が起き、現像剤の更なる長寿命化に対する要求を満たすことが困難であった。
【００４０】
これら特許文献７及び特許文献８は、充填樹脂を特定したものであるが、このように充填樹脂を特定しても樹脂充填型キャリアの長寿命化を達成することができなかった。
【００４１】
一方、特許文献９（特開平７−２１９２８０号公報）には、核体粒子に樹脂を被覆してなり、被覆樹脂がメタクリル酸イソブチルを含む共重合体又はメタクリル酸単独重合体を含有し、該樹脂の水に対する接触角が８０〜１７０度である電子写真用キャリアが記載されている。このような樹脂を用いることによって、被覆樹脂の硬度を高くして被膜の剥離を防止し、かつトナーの付着防止が可能であるとされている。
【００４２】
この特許文献９は、樹脂被覆キャリアに用いられる被覆樹脂の接触角を規定したものであり、樹脂充填型フェライトキャリアに関するものではない。
【００４３】
一方、特許文献１０（特開２００６−１８４６９９号公報）には、バインダー樹脂と少なくとも磁性金属酸化物粒子とからなる磁性体分散型粒子をコア粒子とし、この表面に設けられた樹脂被覆層を有する磁性コートキャリアが開示され、被覆樹脂としてフッ素系樹脂を用い、磁性コートキャリアの粉体の接触角が９５〜１２５°であること好ましいことが記載されている。このような接触角によって、白抜けやトナー飛散による機内の汚染が回避されるとしている。
【００４４】
この接触角は、磁性体分散型粒子の表面に樹脂を被覆した後の接触角を示すものであり、樹脂充填型フェライトキャリアに関するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４５】
【特許文献１】特開平１１−２９５９３３号公報
【特許文献２】特開２００６−３３７５７９号公報
【特許文献３】特開２００７−５７９４３号公報
【特許文献４】特開平３−２２９２７１号公報
【特許文献５】特開２００４−７７５６８公報
【特許文献６】特開平５−１７３３７１号公報
【特許文献７】特開２００８−２４２３４８号公報
【特許文献８】特開２０１０−２５６８５５号公報
【特許文献９】特開平７−２１９２８０号公報
【特許文献１０】特開２００６−１８４６９９号公報
【００４６】
このように、上記した樹脂充填型キャリアの利点を保持しつつ、さらなる長寿命化が達成され、飛躍的に耐久性を向上させた樹脂充填型キャリアが求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４７】
従って、本発明の目的は、樹脂充填型キャリアの利点を保持しつつ、さらなる長寿命化が達成され、飛躍的に耐久性を向上させた樹脂充填型フェライトキャリア及び該樹脂充填型フェライトキャリアを用いた電子写真現像剤を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４８】
本発明者らは、上記のような課題を解決すべく鋭意検討した結果、多孔質フェライト芯材（多孔質フェライト粒子）の空隙に樹脂を充填したフェライト粒子の表面に、さらに樹脂を被覆した樹脂充填型フェライトキャリアにおいて、水に対する樹脂の接触角が被覆樹脂よりも充填樹脂が大きい樹脂を組み合わせて用いることによって、上記課題が解決し得ることを知見し、本発明に至った。
【００４９】
すなわち、本発明は、多孔質フェライト芯材の空隙に樹脂を充填したフェライト粒子の表面に、樹脂を被覆した電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアであって、該充填樹脂の純水に対する接触角が、該被覆樹脂の純水に対する接触角より大きいことを特徴とする電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアを提供するものである。
【００５０】
本発明に係る上記電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアにおいて、上記充填樹脂の純水に対する接触角が９５〜１０５度であることが望ましい。
【００５１】
本発明に係る上記電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアにおいて、上記被覆樹脂の純水に対する接触角が８０〜８８度であることが望ましい。
【００５２】
本発明に係る上記電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアにおいて、上記充填樹脂の充填量が、上記多孔質フェライトキャリア芯材１００重量部に対して６〜３０重量部であることが望ましい。
【００５３】
本発明に係る上記電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアにおいて、上記被覆樹脂の被覆量が、樹脂を充填した上記フェライト粒子１００重量部に対して０．１〜５．０重量部であることが望ましい。
【００５４】
本発明に係る上記電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアは、体積平均粒径が２０〜５０μｍ、飽和磁化が３０〜８０Ａｍ２／ｋｇ、真密度が２．５〜４．５ｇ／ｃｍ３、見掛け密度が１．０〜２．２ｇ／ｃｍ３であることが望ましい。
【００５５】
本発明に係る上記電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアにおいて、上記多孔質フェライト芯材の組成が、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｕ、Ｚｎが選ばれる少なくとも１種を含むことが望ましい。
【００５６】
また、本発明は、上記フェライトキャリアとトナーとからなる電子写真現像剤を提供するものである。
【００５７】
本発明に係る上記電子写真現像剤は、補給用現像剤としても用いられる。
【発明の効果】
【００５８】
本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアは、樹脂充填型フェライトキャリアであるため、真密度が軽くなり長寿命化が達成でき、流動性に優れ、帯電量等の制御が容易にでき、しかも磁性粉分散型キャリアに比して高強度であり、また熱や衝撃による割れ、変形、溶融がない。また、水に対する樹脂の接触角が被覆樹脂よりも充填樹脂が大きい樹脂を組み合わせて用いることによって、さらなる長寿命化が達成され、飛躍的に耐久性が向上する。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
＜本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア＞
本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアは、多孔質フェライト芯材（多孔質フェライト粒子）の空隙に樹脂を充填したキャリア粒子の表面に樹脂を被覆する。このような樹脂充填型フェライトキャリアは、真密度が軽くなり長寿命化が達成でき、流動性に優れ、帯電量等の制御が容易にでき、しかも磁性粉分散型キャリアに比して高強度であり、また熱や衝撃による割れ、変形、溶融がない。また、シリコーン樹脂はある程度の硬度が得られる上に、表面張力が低いために、キャリアとして用いられた場合にトナーによる汚染（トナースペント）を軽減できる。また、樹脂を充填したフェライト粒子の表面に樹脂を被覆することによって、耐久性を向上させ、かつトナーによるスペント化が防止される。
【００６０】
本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアは、キャリア芯材として多孔質フェライト芯材を用いる。その組成は、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｕ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種を含むことが望ましい。近年の廃棄物規制を始めとする環境負荷低減の流れを考慮すると、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉの重金属を、不可避不純物（随伴不純物）の範囲を超えて含まないことが好ましい。
【００６１】
本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアは、多孔質フェライト芯材の空隙に樹脂が充填されている。ここに用いられる充填樹脂は特に制限されない。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、あるいはアクリル樹脂、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性シリコーン樹脂等が挙げられる。使用中の機械的ストレスによる樹脂の脱離を考慮すると、熱硬化性樹脂が好ましく用いられる。具体的な熱硬化性樹脂としては、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。
【００６２】
ここで多孔質フェライト芯材に対する樹脂の充填量は、多孔質フェライト芯材１００重量部に対して６〜３０重量部が望ましく、より望ましくは６〜２０重量部、更に望ましくは７〜１８重量部、最も望ましくは８〜１７重量部である。樹脂の充填量が６重量部未満であると、十分な軽量化が図れない。また、樹脂の充填量が３０重量部を超えると、充填しきれずに残った遊離樹脂が多量に発生するため、帯電不良等の不具合の原因となる。
【００６３】
フェライト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に、充填樹脂中に導電剤を添加することができる。導電剤はそれ自身の持つ電気抵抗が低いことから、添加量が多すぎると急激な電荷リークを引き起こしやすい。従って、添加量としては、充填樹脂の固形分に対し０．２５〜２０．０重量％であり、好ましくは０．５〜１５．０重量％、特に好ましくは１．０〜１０．０重量％である。導電剤としては、導電性カーボンや酸化チタン、酸化スズ等の酸化物、各種の有機系導電剤が挙げられる。
【００６４】
また、上記充填樹脂中には、帯電制御剤を含有させることができる。帯電制御剤の例としては、トナー用に一般的に用いられる各種の帯電制御剤や、各種シランカップリング剤が挙げられる。これは多量の樹脂を充填した場合、帯電付与能力が低下することがあるが、各種の帯電制御剤やシランカップリング剤を添加することにより、コントロールできるためである。使用できる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、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が好ましい。
【００６５】
本発明に係る樹脂充填型フェライトキャリアは、樹脂を充填したフェライト粒子の表面に樹脂が被覆されている。被覆樹脂は特に制限されず、上記充填樹脂と同種のものが用いられる。この被覆樹脂には、上記充填樹脂と同様に導電剤や荷電制御剤が適宜含有される。
【００６６】
ここで、樹脂を充填したフェライト粒子に対する樹脂の被覆量は、樹脂を充填したフェライト粒子１００重量部に対して０．５〜５．０重量部が望ましい。樹脂被覆量が０．５重量％未満であると、トナーのスペントが悪化し、耐久後の帯電量が低下する。また、樹脂の被覆量が５．０重量％を超えると粒子間凝集が発生し、トナーのスペントが悪化する。
【００６７】
本発明では、充填樹脂の純水に対する接触角が、被覆樹脂の純水に対する接触角より大きいことが必要である。このことによって、キャリアとしての耐久性が飛躍的に向上する。充填樹脂の純水に対する接触角が、該被覆樹脂の純水に対する接触角以下である場合には、飛躍的に耐久性を向上することができない。この正確な理由は明らかではないが、以下のように考えられる。
【００６８】
本発明のような、樹脂充填型フェライトキャリアでは、その表面に接触角が異なる複数の樹脂が存在することが予想される．そのような状況でトナーがキャリアにスペントする場合、より接触角が小さい樹脂に対して先にスペントすることが予測される。キャリアは使用される時に周囲からストレスを受け、ほんの僅かずつではあるものの表面が削られてくると考えられている。そのため、接触角が小さい樹脂をより表面側、すなわち被覆樹脂として用いると、トナースペントが発生したとしても、使用中に被覆樹脂と共に削られて除去され、キャリアの性能は保たれるものと考えられる．
【００６９】
本発明では、充填樹脂は純水に対する接触角が９５〜１０５度であることが望ましい。この範囲で特に耐久性に優れた樹脂充填型フェライトキャリアを得ることができる。充填樹脂の純水に対する接触角が９５度未満では、被覆樹脂との密着性向上は期待できるものの、耐スペント性に劣るため、樹脂充填型フェライトキャリアの耐久性が低くなる。また、充填樹脂の純水に対する接触角が１０５度よりも大きいと、耐スペント性は向上するが、被覆樹脂との密着性が低下してしまい、耐久性が低くなる。
【００７０】
本発明では、被覆樹脂は純水に対する接触角が８０〜８８度であることが望ましい。この範囲で特に耐久性に優れた樹脂充填型フェライトキャリアを得ることができる。被覆樹脂の純水に対する接触角が８０度未満では、充填樹脂及びキャリア芯材との密着性の向上は期待できるものの、耐スペント性に劣るため、樹脂充填型フェライトキャリアの耐久性が低くなる。また、被覆樹脂の純水に対する接触角が８８度よりも大きいと、耐スペント性は向上するが、充填樹脂及びキャリア芯材との密着性が低下してしまい、耐久性が低くなる。これら樹脂の純水に対する接触角は、下記により測定される。
【００７１】
（純水に対する接触角）
１．試料の調製
充填又は被覆に使用する樹脂溶液を用い、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１ｍｍのアルミニウム板に、１００μｍ厚のフィルムアプリケーター（コーティングテスター工業社製）を用いて塗布した。室温で３０分乾燥させた後、キャリア製造時と同じ条件で硬化した。
２．測定
上記試料を、接触角測定装置ＣＡ−ＶＰ（協和界面科学社製）を用いて測定した。測定には純水を用い、着滴から測定までの待ち時間を５０００ｍｓとして、ＪＩＳ−Ｒ３２５７に記載してある「静滴法」に準拠したθ／２法で測定した。試料中心部の任意の１０点を測定し、その平均値をもって接触角とした。
【００７２】
本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアは、その平均粒径が２０〜５０μｍであり、この範囲でキャリア付着が防止され、また良好な画質が得られる。平均粒径が２０μｍ未満では、キャリア付着が発生しやすくなるため好ましくない。平均粒径が５０μｍを超えると、画質が劣化しやすくなり、好ましくない。
【００７３】
本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアは、その飽和磁化が望ましくは３０〜８０Ａｍ２／ｋｇ、さらに望ましくは５０〜７０Ａｍ２／ｋｇである。飽和磁化が３０Ａｍ２／ｋｇ未満では、キャリア付着を誘発しやすくなり、８０Ａｍ２／ｋｇを超えると、磁気ブラシの穂が高くなり、高画質を得にくく好ましくない。
【００７４】
本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアは、その真密度が望ましくは２．５〜４．５ｇ／ｃｍ３、さらに望ましくは２．８〜４．０ｇ／ｃｍ３、最も望ましくは３．０〜４．０ｇ／ｃｍ３である。真密度が２．５ｇ／ｃｍ３未満では、キャリアの真密度が低すぎ、流動性が悪化するため、帯電速度が低下したり、１粒子当たりの磁化が下がりすぎ、キャリア付着の原因となる。真密度が４．５ｇ／ｃｍ３を超えると、真密度が高すぎるため、耐久時のストレスにより、長寿命化が図れない。
【００７５】
本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアは、その見掛け密度が望ましくは１．０〜２．２ｇ／ｃｍ３である。見掛け密度が１．０ｇ／ｃｍ３未満では、形状が悪く、突起している部分が多くなりやすい。そういった部分は機械的ストレスに弱く、脆いため、強度が低くなりキャリアが破壊されやすくなる。見掛け密度が２．２ｇ／ｃｍ３を超えると、長寿命化が図りにくい。
【００７６】
＜測定方法＞
本発明に係る上記樹脂充填型フェライトキャリアの上記各特性の測定方法を下記に示す。
【００７７】
（平均粒径）
この平均粒径の測定は、日機装株式会社製マイクロトラック粒度分析計（Ｍｏｄｅｌ９３２０−Ｘ１００）を用いて測定される。分散媒には水を用いた。試料１０ｇと水８０ｍｌを１００ｍｌのビーカーにいれ、分散剤（ヘキサメタリン酸ナトリウム）を２〜３滴添加する。次いで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秒間分散を行った。その後、ビーカー表面にできた泡を取り除き、試料を装置へ投入した。２４μｍ未満の粒子の体積％も同様に測定して算出した。
【００７８】
（磁気特性）
飽和磁化の測定は、積分型Ｂ−ＨトレーサーＢＨＵ−６０型（（株）理研電子製）を使用して測定した。電磁石間に磁場測定用Ｈコイル及び磁化測定用４πＩコイルを入れる。この場合、試料は４πＩコイルに入れる。電磁石の電流を変化させ磁場Ｈを変化させたＨコイル及び４πＩコイルの出力をそれぞれ積分し、Ｈ出力をＸ軸に、４πＩコイルの出力をＹ軸に、ヒステリシスループを記録紙に描く。ここで測定条件としては、試料充填量：約１ｇ、試料充填セル：内径７ｍｍφ±０．０２ｍｍ、高さ１０ｍｍ±０．１ｍｍ、４πＩコイル：巻数３０回にて測定した。
【００７９】
（真密度）
キャリア粒子の真密度は、ＪＩＳ Ｒ９３０１−２−１に準拠して、ピクノメーターを用いて測定した。ここで、溶媒としてメタノールを用い、温度２５℃にて測定を行った。
【００８０】
（見掛け密度）
この見掛け密度の測定は、ＪＩＳ−Ｚ２５０４（金属粉の見掛け密度試験法）に従って測定される。
【００８１】
＜本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアの製造方法＞
次に、本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアの製造方法の一例について説明する。
【００８２】
本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアの芯材を製造する場合、原材料を適量秤量した後、ボ−ルミル又は振動ミル等で０．５時間以上、好ましくは１〜２０時間粉砕混合する。このようにして得られた粉砕物を加圧成型機等を用いてペレット化した後、７００〜１２００℃の温度で仮焼成する。加圧成型機を使用せずに、粉砕した後、水を加えてスラリー化し、スプレードライヤーを用いて粒状化しても良い。仮焼成後さらにボ−ルミル又は振動ミル等で粉砕した後、水及び必要に応じ分散剤、バインダー等を添加し、粘度調整後、スプレードラヤーにて粒状化し、酸素濃度を制御し、１０００〜１５００℃の温度で１〜２４時間保持し、本焼成を行う。仮焼後に粉砕する際は、水を加えて湿式ボールミルや湿式振動ミル等で粉砕しても良い。
【００８３】
上記のボールミルや振動ミル等の粉砕機は特に限定されないが、原料を効果的かつ均一に分散させるためには、使用するメディアに１ｍｍ以下の粒径を持つ微粒なビーズを使用することが好ましい。また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。
【００８４】
このようにして得られた焼成物を、粉砕し、分級する。分級方法としては、既存の風力分級、メッシュ濾過法、沈降法など用いて所望の粒径に粒度調整する。
【００８５】
その後、必要に応じて、表面を低温加熱することで酸化皮膜処理を施し、電気抵抗調整を行うことができる。酸化被膜処理は、一般的なロータリー式電気炉、バッチ式電気炉等を用い、例えば３００〜７００℃で熱処理を行うことができる。この処理によって形成された酸化被膜の厚さは、０．１ｎｍ〜５μｍであることが好ましい。０．１ｎｍ未満であると、酸化被膜層の効果が小さく、５μｍを超えると、磁化が低下したり、高抵抗になりすぎたりするため、所望の特性を得にくくなり好ましくない。また、必要に応じて、酸化被膜処理の前に還元を行っても良い。
【００８６】
このようにして得られた電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア芯材に、多孔質フェライト芯材に充填樹脂を充填する方法としては、様々な方法が使用できる。その方法としては、例えば乾式法、流動床によるスプレードライ方式、ロータリードライ方式、万能撹拌機等による液浸乾燥法等が挙げられる。充填樹脂としては上述したものが用いられる。
【００８７】
加熱方式としては、外部加熱方式又は内部加熱方式のいずれでもよく、例えば固定式又は流動式電気炉、ロータリー式電気炉、バーナー炉でもよく、もしくはマイクロウェーブによる焼き付けでもよい。温度は、充填する樹脂によって異なるが、充分硬化が進む温度まで上げることにより、衝撃に対して強い樹脂充填型フェライトキャリアを得ることができる。
【００８８】
また、上記充填樹脂を充填後のフェライト粒子の表面に樹脂をさらに被覆する方法としては、公知の方法、例えば刷毛塗り法、乾式法、流動床によるスプレードライ方式、ロータリードライ方式、万能撹拌機による液浸乾燥法等により被覆することができる。被覆率を向上させるためには、流動床による方法が好ましい。被覆樹脂としては上述したものが用いられ、純水に対する接触角が充填樹脂の純水に対する接触角よりも小さい樹脂が適宜選択される。
【００８９】
樹脂を充填したフェライト粒子の表面に被覆後、焼き付けする場合には、外部加熱方式又は内部加熱方式のいずれでもよく、例えば固定式又は流動式電気炉、ロータリー式電気炉、バーナー炉でもよく、もしくはマイクロウェーブによる焼き付けでもよい。ＵＶ硬化樹脂を用いる場合は、ＵＶ加熱器を用いる。焼き付けの温度は使用する樹脂により異なるが、融点又はガラス転移点以上の温度は必要であり、熱硬化性樹脂又は縮合架橋型樹脂等では、充分硬化が進む温度まで上げる必要がある。
【００９０】
＜本発明に係る電子写真現像剤＞
次に、本発明に係る電子写真現像剤について説明する。
本発明に係る電子写真現像剤は、上記した電子写真現像剤用樹脂充填型キャリアとトナーとからなるものである。
【００９１】
本発明の電子写真現像剤を構成するトナー粒子には、粉砕法によって製造される粉砕トナー粒子と、重合法により製造される重合トナー粒子とがある。本発明ではいずれの方法により得られたトナー粒子を使用することができる。
【００９２】
粉砕トナー粒子は、例えば、結着樹脂、荷電制御剤、着色剤をヘンシェルミキサー等の混合機で充分に混合し、次いで、二軸押出機等で溶融混練し、冷却後、粉砕、分級し、外添剤を添加後、ミキサー等で混合することにより得ることができる。
【００９３】
粉砕トナー粒子を構成する結着樹脂としては特に限定されるものではないが、ポリスチレン、クロロポリスチレン、スチレン−クロロスチレン共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、更にはロジン変性マレイン酸樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂及びポリウレタン樹脂等を挙げることができる。これらは単独又は混合して用いられる。
【００９４】
荷電制御剤としては、任意のものを用いることができる。例えば正荷電性トナー用としては、ニグロシン系染料及び４級アンモニウム塩等を挙げることができ、また、負荷電性トナー用としては、含金属モノアゾ染料等を挙げることができる。
【００９５】
着色剤（色剤）としては、従来より知られている染料、顔料が使用可能である。例えば、カーボンブラック、フタロシアニンブルー、パーマネントレッド、クロムイエロー、フタロシアニングリーン等を使用することができる。その他、トナーの流動性、耐凝集性向上のためのシリカ粉体、チタニア等のような外添剤をトナー粒子に応じて加えることができる。
【００９６】
重合トナー粒子は、懸濁重合法、乳化重合法、乳化凝集法、エステル伸長重合法、相転乳化法といった公知の方法で製造されるトナー粒子である。このような重合法トナー粒子は、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攪拌し、重合性単量体を水性媒体中に乳化分散させて、攪拌、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、重合トナー粒子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する。
【００９７】
更に、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、着色剤以外に、定着性改良剤、帯電制御剤を配合することができ、これらにより得られた重合トナー粒子の諸特性を制御、改善することができる。また、水性媒体への重合性単量体の分散性を改善するとともに、得られる重合体の分子量を調整するために連鎖移動剤を用いることができる。
【００９８】
上記重合トナー粒子の製造に使用される重合性単量体に特に限定はないが、例えば、スチレン及びその誘導体、エチレン、プロピレン等のエチレン不飽和モノオレフィン類、塩化ビニル等のハロゲン化ビニル類、酢酸ビニル等のビニルエステル類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸ジメチルアミノエステル及びメタクリル酸ジエチルアミノエステル等のα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類等を挙げることができる。
【００９９】
上記重合トナー粒子の調製の際に使用される着色剤（色材）としては、従来から知られている染料、顔料が使用可能である。例えば、カーボンブラック、フタロシアニンブルー、パーマネントレッド、クロムイエロー及びフタロシアニングリーン等を使用することができる。また、これらの着色剤はシランカップリング剤やチタンカップリング剤等を用いてその表面が改質されていてもよい。
【０１００】
上記重合トナー粒子の製造に使用される界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両イオン性界面活性剤及びノニオン系界面活性剤を使用することができる。
【０１０１】
ここで、アニオン系界面活性剤としては、オレイン酸ナトリウム、ヒマシ油等の脂肪酸塩、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム等のアルキル硫酸エステル、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等のアルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、アルキルリン酸エステル塩、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ポリオキシエチレンアルキル硫酸エステル塩等を挙げることができる。また、ノニオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、グリセリン、脂肪酸エステル、オキシエチレン−オキシプロピレンブロックポリマー等を挙げることができる。更に、カチオン系界面活性剤としては、ラウリルアミンアセテート等のアルキルアミン塩、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド等の第４級アンモニウム塩等を挙げることができる。また、両イオン性界面活性剤としては、アミノカルボン酸塩、アルキルアミノ酸等を挙げることができる。
【０１０２】
上記のような界面活性剤は、重合性単量体に対して、通常は０．０１〜１０重量％の範囲内の量で使用することができる。このような界面活性剤の使用量は、単量体の分散安定性に影響を与えるとともに、得られた重合トナー粒子の環境依存性にも影響を及ぼすことから、単量体の分散安定性が確保され、かつ重合トナー粒子の環境依存性に過度の影響を及ぼしにくい上記範囲内の量で使用することが好ましい。
【０１０３】
重合トナー粒子の製造には、通常は重合開始剤を使用する。重合開始剤には、水溶性重合開始剤と油溶性重合開始剤とがあり、本発明ではいずれも使用することができる。本発明で使用することができる水溶性重合開始剤としては、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩、水溶性パーオキサイド化合物を挙げることができ、また、油溶性重合開始剤としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ系化合物、油溶性パーオキサイド化合物を挙げることができる。
【０１０４】
また、本発明において連鎖移動剤を使用する場合には、この連鎖移動剤としては、例えば、オクチルメルカプタン、ドデシルメルカプタン、ｔｅｒｔ−ドデシルメルカプタン等のメルカプタン類、四臭化炭素等を挙げることができる。
【０１０５】
更に、本発明で使用する重合トナー粒子が、定着性改善剤を含む場合、この定着性改良剤としては、カルナバワックス等の天然ワックス、ポリプロピレン、ポリエチレン等のオレフィン系ワックス等を使用することができる。
【０１０６】
また、本発明で使用する重合トナー粒子が、帯電制御剤を含有する場合、使用する帯電制御剤に特に制限はなく、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を使用することができる。
【０１０７】
また、重合トナー粒子の流動性向上等のために使用される外添剤としては、シリカ、酸化チタン、チタン酸バリウム、フッ素樹脂微粒子、アクリル樹脂微粒子等を挙げることができ、これらは単独であるいは組み合わせて使用することができる。
【０１０８】
更に、水性媒体から重合粒子を分離するために使用される塩析剤としては、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、塩化バリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化ナトリウム等の金属塩を挙げることができる。
【０１０９】
上記のようにして製造されたトナー粒子の平均粒径は、２〜１５μｍ、好ましくは３〜１０μｍの範囲内にあり、重合トナー粒子の方が粉砕トナー粒子よりも、粒子の均一性が高い。トナー粒子が２μｍよりも小さくなると、帯電能力が低下しカブリやトナー飛散を引き起こしやすく、１５μｍを超えると、画質が劣化する原因となる。
【０１１０】
上記のように製造されたキャリアとトナーとを混合し、電子写真現像剤を得ることができる。キャリアとトナーの混合比、すなわちトナー濃度は、３〜１５重量％に設定することが好ましい。３重量％未満であると所望の画像濃度が得にくく、１５重量％を超えると、トナー飛散やかぶりが発生しやすくなる。
【０１１１】
本発明に係る電子写真現像剤は、補給用現像剤として用いることもできる。この際のキャリアとトナーの混合比、即ちトナー濃度は１００〜３０００重量％に設定することが好ましい。
【０１１２】
上記のように調製された本発明に係る電子写真現像剤は、有機光導電体層を有する潜像保持体に形成されている静電潜像を、バイアス電界を付与しながら、トナー及びキャリアを有する二成分現像剤の磁気ブラシによって反転現像する現像方式を用いたデジタル方式のコピー機、プリンター、ＦＡＸ、印刷機等に使用することができる。また、磁気ブラシから静電潜像側に現像バイアスを印加する際に、ＤＣバイアスにＡＣバイアスを重畳する方法である交番電界を用いるフルカラー機等にも適用可能である。
【０１１３】
以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明する。
【実施例１】
【０１１４】
ＭｎＯ：３５ｍｏｌ％、ＭｇＯ：１４．５ｍｏｌ％、Ｆｅ２Ｏ３：５０ｍｏｌ％及びＳｒＯ：０．５ｍｏｌ％になるように原料を秤量し、湿式のメディアミルで５時間粉砕してスラリーを得た。得られたスラリーをスプレードライヤーにて乾燥し、真球状の粒子を得た。形成する空隙度合いを調整するために、ＭｎＯ原料としては炭酸マンガンを、ＭｇＯ原料としては水酸化マグネシウムを用いた。
【０１１５】
得られた粒子を９５０℃で２時間加熱し、仮焼成を行った。次いで、空隙率を高めにしつつ適度な流動性を得るために、１／８インチ径のステンレスビーズを用いて湿式ボールミルで１時間粉砕したのち、さらに１／１６インチ径のステンレスビーズを用いて４時間粉砕した。このスラリーに分散剤を適量添加し、また造粒される粒子の強度を確保し、空隙度合いを調整する目的で、バインダーとしてＰＶＡ（２０％水溶液）を固形分に対して１重量％添加し、次いでスプレードライヤーにより造粒、乾燥した。得られた粒子を粒度調整した後、６５０℃で２時間加熱し、分散剤やバインダーといった有機成分を除去した。その後、電気炉にて、温度１１５０℃、酸素濃度０体積％で４時間保持し、本焼成を行った。その後、解砕し、さらに分級して粒度調整し、その後磁力選鉱により低磁力品を分別し、多孔質フェライト粒子の芯材を得た。
【０１１６】
次に、樹脂溶液を以下のように準備した。
上記多孔質フェライトの空隙に充填する樹脂として、メチルシリコーン樹脂１を用い、この樹脂溶液４５重量部（樹脂溶液濃度２０重量％のため固形分としては９重量部、希釈溶媒：トルエン）にアミノシランカップリング剤（Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン）を、樹脂固形分に対して１０重量％添加し樹脂溶液を得た。上記多孔質フェライト芯材１００重量部と、樹脂溶液を６０℃、２．３ｋＰａの減圧下で混合撹拌し、トルエンを揮発させながら、樹脂を多孔質フェライト芯材の空隙に浸透、充填させた。
【０１１７】
容器内を常圧に戻し、トルエンが充分揮発したことを確認した後、撹拌機の内部を目視観察したところ、湿った感じもなく非常に流動性が良い状態であった、常圧下で撹拌を続けながら２℃／分の昇温速度で、撹拌機の熱媒温度を２２０℃まで上げた。この温度で６０分間加熱撹拌を行い、樹脂を硬化させた。６０分後、樹脂充填後のフェライト粒子そのものの温度を接触温度計で測定したところ、２０７℃であった。このアミノシランカップリング剤を樹脂固形分に対して１０重量％含有する充填樹脂の純水に対する接触角は９９．８度であった。
【０１１８】
その後、室温まで冷却し、樹脂が充填、硬化されたフェライト粒子を取り出し、１５０Ｍの目開きの振動篩にて粒子の凝集を解し、磁力選鉱機を用いて、非磁性物を取り除いた。その後、再度振動篩にて粗大粒子を取り除き樹脂が充填されたフェライト粒子を得た。
【０１１９】
次に、アクリル樹脂１１０重量部をトルエン９０重量部に混合して樹脂溶液を調製した。上記した樹脂が充填されたフェライトキャリア１００重量部を万能混合撹拌器に投入し、上記アクリル樹脂溶液を添加して、液浸乾燥法により樹脂の被覆量が１重量部となるように樹脂被覆を行った。その後、温度を１４５℃まで上げ、２時間撹拌を行い、樹脂を硬化した。この被覆樹脂の純水に対する接触角は８３．９度であった。
【０１２０】
樹脂が被覆、硬化されたフェライト粒子を取り出し、１５０Ｍの目開きの振動篩にて粒子の凝集を解し、磁力選鉱機を用いて、非磁性物を取り除いた。その後、再度振動篩にて粗大粒子を取り除き、表面が樹脂で被覆された樹脂充填型フェライトキャリアを得た。
【実施例２】
【０１２１】
充填に用いられる樹脂としてメチルシリコーン樹脂２を用いた以外は、実施例１と同様にして樹脂充填型フェライトキャリアを得た。このアミノシランカップリング剤を樹脂固形分に対して１０重量％含有する充填樹脂の純水に対する接触角は１０１．４度であった。
【実施例３】
【０１２２】
充填に用いられる樹脂としてメチルフェニルシリコーン樹脂１を用いた以外は、実施例１と同様にして樹脂充填型フェライトキャリアを得た。このアミノシランカップリング剤を樹脂固形分に対して１０重量％含有する充填樹脂の純水に対する接触角は９６．１度であった。
【実施例４】
【０１２３】
充填に用いられる樹脂としてメチルフェニルシリコーン樹脂２を用い、アミノシランカップリング剤を樹脂の固形分に対して２０重量％含有させた以外は、実施例１と同様にして樹脂充填型フェライトキャリアを得た。このアミノシランカップリング剤を樹脂固形分に対して２０重量％含有する充填樹脂の純水に対する接触角は１０２．５度であった。
【実施例５】
【０１２４】
被覆に用いられる樹脂としてフッ素変性アクリル樹脂４を用いた以外は、実施例１と同様にして樹脂充填型フェライトキャリアを得た。この被覆樹脂の純水に対する接触角は８７．１度であった。
【実施例６】
【０１２５】
被覆に用いられる樹脂としてアクリル樹脂２を用いた以外は、実施例４と同様にして樹脂充填型フェライトキャリアを得た。この被覆樹脂の純水に対する接触角は８１．２度であった。
【実施例７】
【０１２６】
充填に用いられる樹脂としてメチルフェニルシリコーン樹脂２を用いた以外は、実施例１と同様にして樹脂充填型フェライトキャリアを得た。このアミノシランカップリング剤を樹脂固形分に対して１０重量％含有する充填樹脂の純水に対する接触角は９３．８度であった。
【実施例８】
【０１２７】
充填に用いられる樹脂としてフッ素樹脂１を用い、アミノシランカップリング剤を含有させない以外は、実施例１と同様にして樹脂充填型フェライトキャリアを得た。この充填樹脂の純水に対する接触角は１１０．７度であった。
【実施例９】
【０１２８】
被覆に用いられる樹脂としてアクリル樹脂３を用いた以外は、実施例３と同様にして樹脂充填型フェライトキャリアを得た。この被覆樹脂の純水に対する接触角は８９．７度であった。
【実施例１０】
【０１２９】
被覆に用いられる樹脂としてアクリル樹脂４を用いた以外は、実施例３と同様にして樹脂充填型フェライトキャリアを得た。この被覆樹脂の純水に対する接触角は７９．０度であった。
【実施例１１】
【０１３０】
被覆に用いられる樹脂としてメチルフェニルシリコーン樹脂２を用い、アミノシランカップリング剤（Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン）を樹脂の固形分に対して２０重量％含有させた以外は、実施例３と同様にして樹脂充填型フェライトキャリアを得た。このアミノシランカップリング剤を樹脂固形分に対して２０重量％含有する被覆樹脂の純水に対する接触角は９３．４度であった。
【比較例】
【０１３１】
［比較例１］
被覆に用いられる樹脂としてメチルシリコーン樹脂２を用い、アミノシランカップリング剤（Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン）を樹脂の固形分に対して２０重量％含有させた以外は、実施例３と同様にして樹脂充填型フェライトキャリアを得た。このアミノシランカップリング剤を樹脂固形分に対して２０重量％含有する被覆樹脂の純水に対する接触角は１０１．４度であった。
【０１３２】
実施例１〜１１及び比較例１で用いた充填樹脂（充填する樹脂の種類及びその充填量、アミノシランカップリンク剤の種類及び含有量、純水に対する接触角）と被覆樹脂（充填する樹脂の種類及びその充填量、アミノシランカップリンク剤の種類及び含有量、純水に対する接触角）の詳細を表１に示す。
【０１３３】
また、実施例１〜１１及び比較例１により得られた樹脂充填型フェライトキャリアの体積平均粒径、見掛密度、真密度及び飽和磁化を測定して結果を表２に示す。これらの測定方法は、上述の通りである。さらに、帯電量（初期及び１ｈｒ×１０回）、帯電維持率、電気抵抗（初期、１ｈｒ×１０回及び初期と耐久後の比）及びトナースペントを下記の方法で測定し、結果を表２に示す。
【０１３４】
（帯電量）
帯電量は、キャリアとトナーとの混合物を、吸引式帯電量測定装置（Ｅｐｐｉｎｇ ｑ／ｍ−ｍｅｔｅｒ、ＰＥＳ−Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｕｍｕ社製）により測定し求めた。トナーはフルカラープリンターに使用されている市販の負極性トナー（シアントナー、富士ゼロックス株式会社製ＤｏｃｕＰｒｉｎｔＣ３５３０用）を用い、トナー濃度を５重量％に調整した。調整した現像剤を５０ｃｃのガラス瓶に入れ、１００ｒｐｍの回転数で５分間撹拌した。
【０１３５】
（耐久試験）
また、下記のようにしてトナーを入れ替えながら現像剤の攪拌を行い、キャリアの耐久試験を行った。キャリア１８ｇと上記トナー２ｇを５０ｃｃのガラス瓶に秤量し、ペイントシェーカー（米国レッドデビル社製）で１時間攪拌した。攪拌後の現像剤から、２５μｍの目開きを持つメッシュの篩を用いてトナーを除去した（その際現像材をメッシュの上に置き、下から掃除機等で吸引してトナーを分離しても構わない）。最後に新しいトナーを２ｇ加え、これを１サイクルとした。これを１０サイクル行った。１０サイクル目にはトナーの補給を行わなかった。このようにして得られた耐久後のキャリアについて、耐久前のキャリアと同様にして帯電量と後述する電気抵抗及びトナースペントを求めた。
【０１３６】
（帯電維持率）
帯電維持率は、下記により求めた
【０１３７】
【数１】
【０１３８】
（電気抵抗）
上記攪拌後（５分、耐久試験後）の現像剤からトナーを除去し、電気抵抗を測定した。トナーを除去するには、２５μｍの目開きを持つメッシュの篩を用いてトナーを除去した（その際現像材をメッシュの上に置き、下から掃除機等で吸引してトナーを分離しても構わない）。トナーを除去した後、以下のようにして抵抗を測定した。すなわち、電極間間隔１．０ｍｍにて非磁性の平行平板電極（１０ｍｍ×４０ｍｍ）を対抗させ、その間に、試料２００ｍｇを秤量して充填した。磁石（表面磁束密度：１５００Ｇａｕｓｓ、電極に接する磁石の面積：１０ｍｍ×３０ｍｍ）を平行平板電極に付けることにより電極間に試料を保持させ、１００Ｖの電圧を印加し、抵抗を絶縁抵抗計（ＳＭ−８２１０、東亜ディケーケー（株）製）にて測定した。なお、室温２５℃、湿度５５％に制御された恒温恒湿室内で測定を行った。
【０１３９】
（スペント量）
トナースペントの評価方法は、下記の通りである。すなわち、耐久試験後のキャリアからトルエンでスペントしたトナーを洗浄した後、上澄み液の、波長５６０ｎｍの光の透過率（％）を可視光分光光度計（ＪＥＮＷＡＹ社製、ＭＯＤＥＬ６１００）により測定し、透過率９０％以上を合格として評価した。
【０１４０】
また、表２に示される帯電量と電気抵抗及びトナースペントの評価値に基づいて、帯電安定性、抵抗安定性及び耐スペント性を下記に基づいて評価し、その結果を表３に示す。
【０１４１】
上記測定の結果から、帯電安定性を下記４段階にて評価した。
（帯電安定性）
◎：大変良好で、特に使用に適している（帯電維持率が６０％以上）。
○：良好で、使用に適している（帯電維持率が５０％以上６０％未満）。
△：使用レベルにある（帯電維持率が４０％以上５０％未満）。
×：使用レベルにない（帯電維持率が４０％未満）。
【０１４２】
（抵抗安定性）
上記測定の結果から、抵抗安定性を下記４段階にて評価した。
◎：大変良好で、特に使用に適している（初期値に対する耐久後の値の比が１．０×１０２未満）。
○：良好で、使用に適している（初期値に対する耐久後の値の比が１．０×１０２以上１．０×１０３未満）。
△：使用レベルにある（初期値に対する耐久後の値の比が１．０×１０３以上１．０×１０４未満）。
×：使用レベルにない（初期値に対する耐久後の値の比が１．０×１０４以上）。
【０１４３】
（耐スペント性）
上記測定の結果から、耐スペント性を下記４段階にて評価した。
◎：大変良好で、特に使用に適している（透過率９７％以上）。
○：良好で、使用に適している（透過率９５％以上９７％未満）。
△：使用レベルにある（透過率９０％以上９５％未満）。
×：使用レベルにない（透過率９５％未満）。
【０１４４】
【表１】
【０１４５】
【表２】
【０１４６】
【表３】
【０１４７】
表２に示した結果から明らかなように、実施例１〜１１により得られた樹脂充填型フェライトキャリアは、帯電維持率が大きく、電気抵抗変化も小さい。また、トナースペントは、いずれも９０％以上で良好な結果が得られた。
【０１４８】
さらに詳細に検討すると、実施例１〜１１の中でも、充填樹脂の接触角が９５〜１０５度の範囲にあり、かつコート樹脂の接触角が８０〜８８度の範囲にある実施例１〜６が、各項目において良好な結果を示している。
【０１４９】
これに対し、比較例１は、帯電維持率が小さく、抵抗が大きく変化し、トナースペントも劣った結果であった。
【０１５０】
そして、表３に示される評価において、実施例１〜１１は、帯電安定性、抵抗安定性及び耐スペント性において許容範囲にあり、特に実施例１〜６は好適な評価がなされた。これに対して、比較例１は、帯電安定性、抵抗安定性及び耐スペント性のいずれにおいても使用レベルになく、劣った評価であった。
【産業上の利用可能性】
【０１５１】
本発明に係る電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアは、樹脂充填型フェライトキャリアであるため、真密度が軽くなり長寿命化が達成でき、流動性に優れ、帯電量等の制御が容易にでき、しかも磁性粉分散型キャリアに比して高強度であり、また熱や衝撃による割れ、変形、溶融がない。また、水に対する樹脂の接触角が被覆樹脂よりも充填樹脂が大きい樹脂を組み合わせて用いることによって、さらなる長寿命化が達成され、飛躍的に耐久性が向上する。
【０１５２】
従って、本発明は、高画質の要求されるフルカラー機並びに画像維持の信頼性及び耐久性の要求される高速機等の分野に広く使用可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質フェライト芯材の空隙に樹脂を充填したフェライト粒子の表面に、樹脂を被覆した電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアであって、該充填樹脂の純水に対する接触角が、該被覆樹脂の純水に対する接触角より大きいことを特徴とする電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア。
【請求項２】
上記充填樹脂の純水に対する接触角が９５〜１０５度である請求項１に記載の電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア。
【請求項３】
上記被覆樹脂の純水に対する接触角が８０〜８８度である請求項１又は２に記載の電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア。
【請求項４】
上記充填樹脂の充填量が、上記多孔質フェライトキャリア芯材１００重量部に対して６〜３０重量部である請求項１〜３のいずれかに記載の電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア。
【請求項５】
上記被覆樹脂の被覆量が、樹脂を充填した上記フェライト粒子１００重量部に対して０．１〜５．０重量部である請求項１〜４のいずれかに記載の電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア。
【請求項６】
体積平均粒径が２０〜５０μｍ、飽和磁化が３０〜８０Ａｍ２／ｋｇ、真密度が２．５〜４．５ｇ／ｃｍ３、見掛け密度が１．０〜２．２ｇ／ｃｍ３である請求項１〜５のいずれかに記載の電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア。
【請求項７】
上記多孔質フェライト芯材の組成が、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｕ、Ｚｎが選ばれる少なくとも１種を含む請求項１〜６のいずれかに記載の電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のフェライトキャリアとトナーとからなる電子写真現像剤。
【請求項９】
補給用現像剤として用いられる請求項８に記載の電子写真現像剤。
【請求項１】
多孔質フェライト芯材の空隙に樹脂を充填したフェライト粒子の表面に、樹脂を被覆した電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリアであって、該充填樹脂の純水に対する接触角が、該被覆樹脂の純水に対する接触角より大きいことを特徴とする電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア。
【請求項２】
上記充填樹脂の純水に対する接触角が９５〜１０５度である請求項１に記載の電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア。
【請求項３】
上記被覆樹脂の純水に対する接触角が８０〜８８度である請求項１又は２に記載の電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア。
【請求項４】
上記充填樹脂の充填量が、上記多孔質フェライトキャリア芯材１００重量部に対して６〜３０重量部である請求項１〜３のいずれかに記載の電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア。
【請求項５】
上記被覆樹脂の被覆量が、樹脂を充填した上記フェライト粒子１００重量部に対して０．１〜５．０重量部である請求項１〜４のいずれかに記載の電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア。
【請求項６】
体積平均粒径が２０〜５０μｍ、飽和磁化が３０〜８０Ａｍ２／ｋｇ、真密度が２．５〜４．５ｇ／ｃｍ３、見掛け密度が１．０〜２．２ｇ／ｃｍ３である請求項１〜５のいずれかに記載の電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア。
【請求項７】
上記多孔質フェライト芯材の組成が、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｕ、Ｚｎが選ばれる少なくとも１種を含む請求項１〜６のいずれかに記載の電子写真現像剤用樹脂充填型フェライトキャリア。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のフェライトキャリアとトナーとからなる電子写真現像剤。
【請求項９】
補給用現像剤として用いられる請求項８に記載の電子写真現像剤。
【公開番号】特開２０１２−２１５６２４（Ｐ２０１２−２１５６２４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７９１７３（Ｐ２０１１−７９１７３）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００２３１９７０）パウダーテック株式会社 (91)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００２３１９７０）パウダーテック株式会社 (91)
【Ｆターム（参考）】
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