(57)【要約】【課題】結着樹脂中に磁性粉が分散した複合粒子において、見掛け密度を小さくし、しかも所定の強度を維持するようにする。【解決手段】見掛け密度が１．１ｇ／ｃｍ３以下であり、粒子断面における磁性粉の占める面積割合が３０％〜５０％で、前記粒子断面を複数の領域に区分して求めた前記面積割合の標準偏差σが７．０％以下であることを特徴とする。ここで、真密度は３．８ｇ／ｃｍ３〜４．５ｇ／ｃｍ３の範囲であるのが好ましい。【選択図】図１
2015132656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結着樹脂中に磁性粉が分散した複合粒子であって、
見掛け密度が１．１ｇ／ｃｍ３以下であり、
粒子断面における磁性粉の占める面積割合が３０％〜５０％であり、前記粒子断面を複数の領域に区分して求めた前記面積割合の標準偏差σが７．０％以下であることを特徴とする複合粒子。
【請求項２】
真密度が３．８ｇ／ｃｍ３〜４．５ｇ／ｃｍ３の範囲である請求項１記載の複合粒子。
【請求項３】
体積平均粒径が２０μｍ〜５０μｍの範囲である請求項１又は２記載の複合粒子。
【請求項４】
前記結着樹脂がポリウレタン及びポリオレフィンの少なくとも一方を含む請求項１〜３のいずれかに記載の複合粒子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の複合粒子の表面を樹脂で被覆したことを特徴とする電子写真現像用キャリア。
【請求項６】
請求項５記載の電子写真現像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用現像剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複合粒子並びにそれを用いた電子写真現像用キャリア及び電子写真用現像剤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を用いたファクシミリやプリンター、複写機などの画像形成装置では、現像剤である粉体のトナーを感光体上の静電潜像に付着させ、当該付着したトナー像を所定の用紙等へ転写した後、加熱・加圧して用紙等へ溶融定着させている。ここで、現像剤としては、トナーのみを含む一成分系現像剤を用いる一成分系現像法と、トナーとキャリアとを含む二成分系現像剤を用いる二成分系現像法とに大別される。そして、近年は、ほとんどの場合、トナーの荷電制御が容易で安定した高画質を得ることができ、高速現像が可能であることから二成分系現像法が用いられている。
【０００３】
二成分系現像法では、トナーとキャリアとを含む現像剤を現像装置内で撹拌混合し、摩擦によってトナーを所定量まで帯電させる。そして、回転する現像スリーブに現像剤を供給し、現像スリーブ上で磁気ブラシを形成させて、磁気ブラシを介して感光体へトナーを電気的に移動させて感光体上の静電潜像を可視像化する。
【０００４】
近年、画像形成装置の高速化に伴い、現像剤の撹拌混合及び回転搬送の速度も速くなっている。一方、省エネルギーの観点から、現像剤を撹拌混合及び回転搬送させるための動力を抑えることが求められている。そのためには、使用するキャリアの見掛け密度を小さくするのが望ましい。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１では、断面面積基準で２０％〜６５％の空孔を少なくとも１つ有し、見掛け密度が０．５０ｇ／ｃｍ３〜１．５０ｇ／ｃｍ３の範囲である磁性コア粒子が提案されている。また、特許文献２では、所定量の強磁性体微粒子とフェノール樹脂とからなり、所定の平均粒子径と嵩密度とを有する複合体粒子からなる静電潜像現像用磁性粉体が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2008-310104号公報
【特許文献２】特開平3-61955号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、内部に空孔を有する粒子や磁性粉を樹脂に分散させた粒子は、通常、粒子の割れや欠けが発生しやすい。
【０００８】
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、見掛け密度が小さく、しかも所定以上の強度を維持する複合粒子を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、省エネルギー及び高速化を達成できる電子写真現像用キャリア及び電子写真用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】
【００１０】
前記目的を達成する本発明に係る複合粒子は、結着樹脂中に磁性粉が分散した複合粒子であって、見掛け密度が１．１ｇ／ｃｍ３以下であり、粒子断面における磁性粉の占める面積割合が３０％〜５０％であり、前記粒子断面を複数の領域に区分して求めた前記面積割合の標準偏差σが７．０％以下であることを特徴とする。なお、粒子断面における磁性粉の占める面積割合及びその標準偏差σの求め方は、後段の実施例で詳述する。
【００１１】
ここで、複合粒子の真密度は３．８ｇ／ｃｍ３〜４．５ｇ／ｃｍ３の範囲であるのが好ましい。
【００１２】
また、複合粒子の体積平均粒径は２０μｍ〜５０μｍの範囲であるのが好ましい。
【００１３】
前記結着樹脂はポリウレタン及びポリオレフィンの少なくとも一方を含むのが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る電子写真現像用キャリアは、前記の複合粒子の表面を樹脂で被覆したことを特徴とする。
【００１５】
そしてまた、本発明に係る電子写真用現像剤は、前記の電子写真現像用キャリアとトナーとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の複合粒子は、結着樹脂中に所定量の磁性粉が均一に分散してなるので、見掛け密度が小さく、しかも所定以上の強度を維持する。これにより、小さな動力で撹拌混合等を行うことができ、また、撹拌混合等による粒子の割れや欠けも大幅に減少できる。
【００１７】
本発明に係る電子写真現像用キャリア及び電子写真用現像剤は、前記複合粒子を用いるので、省エネルギー及び高速化に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例１の複合粒子のＳＥＭ写真である。
【図２】実施例１の複合粒子の断面ＳＥＭ写真である。
【図３】実施例２の複合粒子のＳＥＭ写真である。
【図４】実施例２の複合粒子の断面ＳＥＭ写真である。
【図５】実施例３の複合粒子のＳＥＭ写真である。
【図６】実施例３の複合粒子の断面ＳＥＭ写真である。
【図７】比較例１の複合粒子のＳＥＭ写真である。
【図８】比較例１の複合粒子の断面ＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係る複合粒子は、結着樹脂中に磁性粉が分散した複合粒子であって、見掛け密度が１．１ｇ／ｃｍ３以下であり、粒子断面における磁性粉の占める面積割合が３０％〜５０％であり、前記粒子断面を複数の領域に区分して求めた前記面積割合の標準偏差σが７．０％以下であることを特徴とする。粒子断面における磁性粉の占める面積割合を前記範囲とし、粒子中に磁性粉を均一に分散させることによって、見掛け密度を小さくでき且つ高い粒子強度が維持されるようになる。
【００２０】
粒子断面における磁性粉の占める面積割合が３０％未満であると、見掛け密度は小さくなるが粒子強度が低くなる。一方、前記面積割合が５０％を超えると、粒子強度は高くなるが見掛け密度が大きくなる。前記面積割合のより好ましい範囲は、３５％〜４５％の範囲である。
【００２１】
また、前記面積割合の標準偏差σが７．０％を超える、換言すると、粒子内における磁性粉の分散が不均一であると、粒子に強度の弱い部分が現れ、粒子の割れや欠けが生じるおそれがある。前記面積割合の標準偏差σのより好ましい上限値は６．０％である。
【００２２】
複合粒子の真密度としては３．８ｇ／ｃｍ３〜４．５ｇ／ｃｍ３の範囲が好ましい。複合粒子の真密度をこの範囲とすることによって、例えば、複合粒子をキャリア芯材として用いた場合に、キャリアを含む現像剤の撹拌動力の軽減が図れるようになる。また、複合粒子が受ける撹拌ストレスを大幅に軽減することができる。より好ましい複合粒子の真密度の範囲は３．９ｇ／ｃｍ３〜４．２ｇ／ｃｍ３である。複合粒子の真密度は、結着樹脂と磁性粉との配合比率などにより制御することができる。
【００２３】
複合粒子の体積平均粒径としては２０μｍ〜５０μｍの範囲が好ましい。複合粒子の体積平均粒径をこの範囲とすることによって、例えば、複合粒子をキャリア芯材として用いた場合に、感光体表面へのキャリア付着を抑制でき、また、画質の鮮明化を図ることができる。さらに、複合粒子が受ける撹拌ストレスを軽減することができる。複合粒子の体積平均粒径を上記範囲とするには、複合粒子の製造工程において篩等を用いて分級処理を行えばよい。また、粒径分布はシャープであるのが好ましい。
【００２４】
また、本発明の複合粒子の形状は球状であるのが好ましい。複合粒子を、例えば、キャリア芯材として用いた場合に、キャリアを含む現像剤の撹拌動力の軽減が図れるようになるからである。
【００２５】
本発明で使用する磁性粉としては、Ｍｇ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｓｒ，Ｎｉ等の鉄以外の金属を１種類以上含むフェライト、γ−Ｆｅ２Ｏ３、マグネタイト等が挙げられる。また、種類の異なる２種以上の磁性粉を使用してもよい。磁性粉の粒径は０.０５μｍ〜５μｍの範囲のものが好ましく、０．１μｍ〜３μｍの範囲がより好ましい。使用する磁性粉の粒径が複合粒子の所望粒径に対してあまり大きいと、樹脂により結着させて複合粒子としたとき、粒子強度が低下するおそれがあり、また複合粒子の粒子形状が非球形化しやすくなり好ましくない。
【００２６】
本発明で使用する結着樹脂としては、熱可塑性樹脂や未硬化あるいは初期縮合物の形の熱硬化性樹脂などが挙げられ、例えば、ポリスチレン等のビニル芳香族樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂等が挙げられる。また、これらの樹脂を変性した樹脂でもあってもよい。これらの内でもポリウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂が好適に使用される。
【００２７】
本発明の複合粒子をキャリア芯材として用いる場合には、それ自体公知の助剤、例えば電気抵抗を調節するためのカーボンブラック、分散剤、分散助剤、低分子又は高分子の電荷制御剤等を配合してもよい。
【００２８】
本発明の複合粒子は各種用途に用いることができ、例えば、電子写真現像用キャリアや電磁波吸収材、電磁波シールド材用材料粉末、ゴム、プラスチック用充填材・補強材、ペンキ、絵具・接着剤用艶消材、充填材、補強材等として用いることができる。これらの中でも特に電子写真現像用キャリアとして好適に用いられる。
【００２９】
本発明の複合粒子の製造方法に特に限定はないが、以下に説明する製造方法が好適である。
【００３０】
まず、磁性粉と結着樹脂とを秤量して分散媒中に投入し混合してスラリーを作製する。本発明で使用する分散媒としては水が好適である。分散媒には、前記の磁性粉及び結着樹脂の他、必要により分散剤等を配合してもよい。分散剤の配合量としてはスラリー中の濃度が０．５〜２ｗｔ％程度とするのが好ましい。
【００３１】
そして、作製されたスラリーを噴霧して造粒する。具体的には、スプレードライヤーなどの噴霧造粒機にスラリーを導入し、雰囲気中へ噴霧することによって球状に造粒する。噴霧造粒時の雰囲気温度は１２０℃〜２５０℃の範囲が好ましい。これにより、平均粒径２０〜５０μｍの球状の造粒物が得られる。なお、得られた造粒物は、振動ふるい等を用いて、粗大粒子や微粉を除去し粒度分布をシャープなものとするのが望ましい。
【００３２】
次いで、造粒物を送風乾燥機に投入し、乾燥温度（硬化温度）１２０℃〜２００℃で０．５時間〜５時間乾燥し、結着樹脂を硬化させて複合粒子を得る。
【００３３】
そして、複合粒子が互いに固着している場合には必要により解粒する。具体的には、例えば、ハンマーミル等によって複合粒子を解粒する。解粒工程の形態としては連続式及び回分式のいずれであってもよい。そして、必要により、粒径を所定範囲に揃えるため分級を行ってもよい。分級方法としては、風力分級や篩分級など従来公知の方法を用いることができる。また、風力分級機で１次分級した後、振動篩や超音波篩で粒径を所定範囲に揃えるようにしてもよい。
【００３４】
以上のようにして作製した本発明の複合粒子を、電子写真現像用キャリアとして用いる場合、複合粒子をそのまま電子写真現像用キャリアとして用いることもできるが、帯電性等の観点からは、複合粒子の表面を樹脂で被覆して用いるのが好ましい。
【００３５】
複合粒子の表面を被覆する樹脂としては、従来公知のものが使用でき、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ−４−メチルペンテン−１、ポリ塩化ビニリデン、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）樹脂、ポリスチレン、（メタ）アクリル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、並びにポリ塩化ビニル系やポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系等の熱可塑性エストラマー、フッ素シリコーン系樹脂などが挙げられる。
【００３６】
複合粒子の表面を樹脂で被覆するには、樹脂の溶液又は分散液を複合粒子に施せばよい。塗布溶液用の溶媒としては、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒；テトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテル類溶媒；エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール系溶媒；エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のセロソルブ系溶媒；酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒；ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒などの１種又は２種以上を用いることができる。塗布溶液中の樹脂成分濃度は、一般に０．００１０ｗｔ％〜３０ｗｔ％、特に０．００１０ｗｔ％〜２ｗｔ％の範囲内にあるのがよい。
【００３７】
複合粒子への樹脂の被覆方法としては、例えばスプレードライ法や流動床法あるいは流動床を用いたスプレードライ法、浸漬法等を用いることができる。これらの中でも、少ない樹脂量で効率的に塗布できる点で流動床法が特に好ましい。樹脂被覆量は、例えば流動床法の場合には吹き付ける樹脂溶液量や吹き付け時間によって調整することができる。
【００３８】
本発明に係る電子写真用現像剤は、以上のようにして作製した電子写真現像用キャリアとトナーとを混合してなる。電子写真現像用キャリアとトナーとの混合比に特に限定はなく、使用する現像装置の現像条件などから適宜決定すればよい。一般に現像剤中のトナー濃度は１ｗｔ％〜２０ｗｔ％の範囲が好ましい。トナー濃度が１ｗｔ％未満の場合、画像濃度が薄くなりすぎ、他方トナー濃度が２０ｗｔ％を超える場合、現像装置内でトナー飛散が発生し機内汚れや転写紙などの背景部分にトナーが付着する不具合が生じるおそれがあるからである。より好ましいトナー濃度は３ｗｔ％〜１５ｗｔ％の範囲である。
【００３９】
電子写真現像用キャリアとトナーとの混合は、従来公知の混合装置を用いることができる。例えばヘンシェルミキサー、Ｖ型混合機、タンブラーミキサー、ハイブリタイザー等を用いることができる。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが本発明はこれらの例に何ら限定されるものではない。
【００４１】
実施例１
複合粒子を下記方法で作製した。出発原料として、１０００ｇのフェライト粉（組成：Ｍｎ０．８６Ｆｅ２．１４Ｏ４，平均粒径：２．９μｍ）と、２３１ｇのポリウレタン樹脂（樹脂濃度３０ｗｔ％）とを、５８７ｇの純水中に分散し、濃度５８．０ｗｔ％で粘度６９０ｃｐの混合スラリーを得た。この混合スラリーをスプレードライヤーにて約１５０℃の熱風中に噴霧して造粒物を得た。得られた造粒物を送風乾燥機に投入し、温度１５０℃で６０分間乾燥させポリウレタン樹脂を硬化させて複合粒子を得た。得られた複合粒子を振動ふるいを用いて分級し、体積平均粒径３２．０μｍの複合粒子を得た。
【００４２】
複合粒子断面における、磁性粉の占める面積割合およびその標準偏差、複合粒子の見掛け密度、粒子強度、真密度、体積平均粒径、磁気特性、電気抵抗を下記の方法で測定した。結果を表２にまとめて示す。また、図１及び図２に、実施例１の複合粒子のＳＥＭ写真及び断面ＳＥＭ写真をそれぞれ示す。
【００４３】
（複合粒子における磁性粉の占める面積割合の測定）
得られた複合粒子を熱硬化性樹脂中に分散させた後、加熱により樹脂を硬化させた。この硬化物の表面をクロスセクションポリッシャー（日本電子社製）を用いて研磨した。研磨した粒子表面を走査電子顕微鏡（日本電子社製）を用いて観察し、粒子の断面写真を撮影した。そして、１００個の粒子の断面をそれぞれ９つに等分し、それぞれの区分における粒子部分と樹脂部分とを画像解析ソフト「Image-Pro」を使用して計測して、総面積に対する磁性粉部分の面積比（磁性粉面積割合）を算出し、その平均値と標準偏差を算出した。
【００４４】
（見掛け密度の測定）
複合粒子の見掛け密度はJIS Z 2504に準拠して測定した。
【００４５】
（粒子強度）
複合粒子３０ｇをサンプルミルに投入した。サンプルミルは、協立理工株式会社製のＳＫ−Ｍ１０型を用い、回転数１４０００ｒｐｍで６０秒間破砕試験を行った。次いで、レーザー回折式粒度分布測定装置（「マイクロトラックＭｏｄｅｌ９３２０−Ｘ１００」日機装社製）を用いて、粒径２０μｍ以下の累積粒子頻度を測定する。そして、サンプルミルによる処理前後の、粒径２０μｍ以下の累積粒子頻度の増加率（％）を算出し、粒子強度の指標とした。
○：破砕後の２０μｍ以下の破砕片における増加率が４０％未満
×：破砕後の２０μｍ以下の破砕片における増加率が４０％以上
【００４６】
（真密度）
複合粒子の真密度は、Quantachrome社製、「ULTRA PYCNOMETER 1000」を用いて測定を行った。
【００４７】
（体積平均粒径の測定）
体積平均粒径の測定については、日機装株式会社製のマイクロトラック、Ｍｏｄｅｌ９３２０−Ｘ１００を用いて実施した。
【００４８】
（磁気特性の測定）
ＶＳＭ（東英工業株式会社製、ＶＳＭ−Ｐ７）を用いて、飽和磁化σｓ及び磁化σ１ｋ、残留磁化σｒ、保磁力Ｈｃをそれぞれ測定した。
【００４９】
（電気抵抗）
表面を電解研磨した厚さ２ｍｍの電極としての真鍮板２枚を、距離２ｍｍ離して対向するように配置した。電極間に複合粒子２００ｍｇを装入した後、それぞれの電極の背後に断面積２４０ｃｍ２の磁石（表面磁束密度が１５００ガウスのフェライト磁石）を配置して、電極間に複合粒子のブリッジを形成させた。そして、１０００Ｖの直流電圧を電極間に印加し、複合粒子に流れる電流値を測定し、電圧１０００Ｖのときの複合粒子の電気抵抗を算出した。
【００５０】
実施例２
出発原料として、１０００ｇのフェライト粉（組成：Ｍｎ０．８６Ｆｅ２．１４Ｏ４，平均粒径：２．９μｍ）と、１８８ｇのポリウレタン樹脂（樹脂濃度３５ｗｔ％）とを、５７８ｇの純水中に分散し、濃度５７．７ｗｔ％で粘度６５４ｃｐの混合スラリーを得た。この混合スラリーをスプレードライヤーにて約１５０℃の熱風中に噴霧して造粒物を得た。得られた造粒物を送風乾燥機に投入し、温度１５０℃で６０分間乾燥させポリウレタン樹脂を硬化させて複合粒子を得た。得られた複合粒子を振動ふるいを用いて分級し、体積平均粒径３９．９μｍの複合粒子を得た。
得られた複合粒子の特性を実施例１と同様にして測定した。結果を表２にまとめて示す。また、図３及び図４に、実施例２の複合粒子のＳＥＭ写真及び断面ＳＥＭ写真をそれぞれ示す。
【００５１】
実施例３
出発原料として、１０００ｇのフェライト粉（組成：Ｍｎ０．８６Ｆｅ２．１４Ｏ４，平均粒径：２．９μｍ）と、３１６ｇのポリオレフィン樹脂（樹脂濃度２２ｗｔ％）とを、２２５ｇの純水中に分散し、濃度６８．９ｗｔ％で粘度１２３４ｃｐの混合スラリーを得た。この混合スラリーをスプレードライヤーにて約１５０℃の熱風中に噴霧して造粒物を得た。得られた造粒物を送風乾燥機に投入し、温度１２０℃で６０分間乾燥させポリオレフィン樹脂を硬化させて複合粒子を得た。得られた複合粒子を振動ふるいを用いて分級し、体積平均粒径３２．５μｍの複合粒子を得た。
得られた複合粒子の特性を実施例１と同様にして測定した。結果を表２にまとめて示す。また、図５及び図６に、実施例３の複合粒子のＳＥＭ写真及び断面ＳＥＭ写真をそれぞれ示す。
【００５２】
比較例１
出発原料として、７００ｇのフェライト粉（組成：Ｍｎ０．８６Ｆｅ２．１４Ｏ４，平均粒径：２．９μｍ）と、９６ｇのアクリル樹脂（樹脂濃度５０ｗｔ％）とを、４７６ｇの純水中に分散し、濃度６３．９ｗｔ％で粘度１１２２ｃｐの混合スラリーを得た。この混合スラリーをスプレードライヤーにて約１５０℃の熱風中に噴霧して造粒物を得た。得られた造粒物を送風乾燥機に投入し、温度１８０℃で６０分間乾燥させアクリル樹脂を硬化させて複合粒子を得た。得られた複合粒子を振動ふるいを用いて分級し、体積平均粒径３０．６μｍの複合粒子を得た。
得られた複合粒子の特性を実施例１と同様にして測定した。結果を表２にまとめて示す。また、図７及び図８に、比較例１の複合粒子のＳＥＭ写真及び断面ＳＥＭ写真をそれぞれ示す。
【００５３】
【表１】
2015132656.tif 000003
【００５４】
【表２】
2015132656.tif 000004
【００５５】
表２から明らかなように、実施例１〜３の複合粒子は、見掛け密度が１．０４ｇ／ｃｍ３以下と小さく、しかも粒子強度は高かった。これに対し、比較例１の複合粒子は、粒子内における磁性粉の分散が不十分で、粒子強度が低く割れや欠けが発生した。見掛け密度が高い程、強度は向上されると思われたが、比較例１においては強度不足であった。これは磁性粉の面積割合の標準偏差（％）が１０を超えたためである。
【００５６】
標準偏差の影響を確認するため、実施例１における磁性粉を平均粒径５．０μｍのものとし、面積割合３０％とした以外は、同様に実施例１の製法で確認試験をした。結果、磁性粉の面積割合の標準偏差（％）が１０を超え、強度が不足していた。複合粒子内の均質性が強度に影響を与えることを確認した。
【図１】
2015132656.tif 000005
【図２】
2015132656.tif 000006
【図３】
2015132656.tif 000007
【図４】
2015132656.tif 000008
【図５】
2015132656.tif 000009
【図６】
2015132656.tif 000010
【図７】
2015132656.tif 000011
【図８】
2015132656.tif 000012