JP7578260B2 - Ferrite particles, carrier core material for electrophotographic developer, carrier for electrophotographic developer, and electrophotographic developer - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to ferrite particles, carrier core materials for electrophotographic developers, carriers for electrophotographic developers, and electrophotographic developers.
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。 The electrophotographic development method is a method of developing an electrostatic latent image formed on a photoreceptor by attaching the toner in the developer to the electrostatic latent image formed on the photoreceptor. The developers used in this method are divided into two-component developers consisting of toner and carrier, and one-component developers that use only toner. In the past, the cascade method was used as a development method using two-component developers, but currently the magnetic brush method using a magnet roll is the mainstream.
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。 In the magnetic brush method, the carrier and toner are stirred and mixed in a developing box filled with developer, giving the toner an electric charge. The carrier is then transported to the surface of the photoconductor by a developing roll holding a magnet. At that time, the carrier transports the charged toner to the surface of the photoconductor. After a toner image is formed on the photoconductor by electrostatic action, the carrier remaining on the developing roll is collected back into the developing box, stirred and mixed with new toner, and reused for a certain period of time.
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。 Unlike single-component developers, two-component developers allow the magnetic and electrical properties of the carrier itself to be designed separately from the toner, allowing for good control when designing the developer. For this reason, two-component developers are suitable for full-color development devices that require high image quality, and high-speed printing devices that require reliable image maintenance and durability.
低速印刷時と比較すると高速印刷時には攪拌負荷が大きくなるため、キャリアの割れや欠けが生じやすくなり、いわゆるキャリア飛散が生じやすくなる。キャリア飛散は画像欠陥の原因となるだけではなく、割れや欠けの生じたキャリアが感光体や定着ローラに付着すると、その尖った部分によりこれらが損傷する場合もある。 Compared to low-speed printing, high-speed printing places a greater agitation load, which makes the carrier more likely to crack or chip, resulting in so-called carrier scattering. Carrier scattering not only causes image defects, but also means that if cracked or chipped carrier adheres to the photoconductor or fixing roller, the sharp edges can damage these.
このような課題に対処するため、例えば、特許文献1には、所定量のSiO2を含むマグネシウムフェライト粒子をキャリア芯材として用いることが提案されている。所定量のSiO2を添加することで焼結状態を調整し、BET比表面積を所定の範囲内とすることで、割れや欠けの少ない高強度なキャリア芯材が得られるとしている。 To address these issues, for example, Patent Document 1 proposes using magnesium ferrite particles containing a predetermined amount of SiO2 as a carrier core material. It is said that by adding a predetermined amount of SiO2 , the sintering state can be adjusted and the BET specific surface area can be set within a predetermined range, resulting in a high-strength carrier core material with fewer cracks and chips.
しかしながら、従来のキャリア芯材では高温高湿環境下においてキャリア飛散の発生を十分に抑制することは困難であり、上記特許文献1に開示のキャリア芯材についても同様である。また、上記特許文献1に開示のキャリア芯材を用いたキャリアでは、SiO2を添加することでは異常粒成長を防止し、攪拌時の割れや欠けは抑制しているものの、内部の焼結状態を十分に制御することは困難であった。また、当該特許文献1に開示のキャリア芯材では、内部空孔を所定の程度発生させることにより、粒子内部の結晶粒界を多く存在させ、結晶粒界の強度を高めることでキャリア芯材の機械的強度の低下を防ぐものとしている。つまり、特許文献1に開示のキャリア芯材では結晶粒界を多く存在させるには、内部空孔を所定の程度発生させる必要があるが、内部空孔の大きさ等を十分に制御することはできず、そのため結晶粒界の強度にはバラツキが生じるものと考えられる。 However, it is difficult to sufficiently suppress the occurrence of carrier scattering in a high-temperature and high-humidity environment with conventional carrier core materials, and the same is true for the carrier core material disclosed in the above Patent Document 1. In addition, in the carrier using the carrier core material disclosed in the above Patent Document 1, although the addition of SiO 2 prevents abnormal grain growth and suppresses cracking and chipping during stirring, it is difficult to sufficiently control the internal sintering state. In addition, in the carrier core material disclosed in Patent Document 1, a predetermined degree of internal voids is generated to cause many grain boundaries to exist inside the particles, and the strength of the grain boundaries is increased to prevent a decrease in the mechanical strength of the carrier core material. In other words, in order to cause many grain boundaries to exist in the carrier core material disclosed in Patent Document 1, it is necessary to generate a predetermined degree of internal voids, but the size of the internal voids cannot be sufficiently controlled, and therefore it is considered that the strength of the grain boundaries varies.
そこで、本件発明の課題は、高強度であり、割れや欠けが少なく、キャリア飛散の発生を抑制することできるフェライト粒子、電子写真現像剤用キャリア芯材、電子写真現像剤用キャリア及び電子写真現像剤を提供することにある。 The objective of the present invention is to provide ferrite particles, a carrier core material for electrophotographic developer, a carrier for electrophotographic developer, and an electrophotographic developer that are high in strength, have little cracking or chipping, and can suppress the occurrence of carrier scattering.
上記課題を解決するために、本件発明に係るフェライト粒子は、(MnO)x(MgO)y(Fe 2 O 3 )z(但し、15≦x≦50、2≦y≦35、45≦z≦60、x+y+z=100(mol%))の組成式で表されるスピネル型結晶相成分を50質量%以上含み、SrZrO 3 の組成式で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を含み、走査型電子顕微鏡により撮影された粒子断面の反射電子像において個々の粒子の粒径を断面における円相当径で表したとき、最大フェレ径が前記粒径の15%より大きい内部空孔を有する粒子の含有率が4%以下であるフェライト粒子であって、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%以下含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the ferrite particles according to the present invention contain 50% by mass or more of a spinel-type crystal phase component represented by the composition formula of (MnO)x(MgO)y(Fe2O3 ) z ( wherein 15≦x≦50, 2≦y≦35, 45≦z≦60, x+y+z=100 (mol%)), and a crystal phase component consisting of a perovskite-type crystal represented by the composition formula of SrZrO3 . When the particle size of each particle is expressed as a circle equivalent diameter in a backscattered electron image of the particle cross section taken by a scanning electron microscope, the content of particles having internal voids whose maximum Feret diameter is greater than 15% of the particle size is 4% or less. When a phase composition analysis of the crystal phase constituting the ferrite particles is performed by Rietveld analysis of an X-ray diffraction pattern, the ferrite particles contain 0.05% by mass or more and 4.00% by mass or less of the crystal phase component consisting of the perovskite-type crystal .
本発明に係るフェライト粒子の見掛密度が以下の式で表わされる範囲内であることが好ましい。
2.15≦ Y ≦ 2.45
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/cm3)である。
The apparent density of the ferrite particles according to the present invention is preferably within the range represented by the following formula.
2.15≦Y≦2.45
In the above formula, Y is the apparent density (g/cm 3 ) of the ferrite particles.
本発明に係るフェライト粒子のBET比表面積が以下の式で表わされる範囲内であることが好ましい。
0.08≦ X ≦ 0.300
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(m2/g)である。
The BET specific surface area of the ferrite particles according to the present invention is preferably within the range represented by the following formula.
0.08≦X≦0.300
In the above formula, X is the BET specific surface area (m 2 /g) of the ferrite particles.
本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。 The carrier core material for electrophotographic developer according to the present invention is characterized by containing the above-mentioned ferrite particles.
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。 The electrophotographic developer carrier 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.
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ことを特徴とする。 The electrophotographic developer according to the present invention is characterized by containing the above-mentioned electrophotographic developer carrier and toner.
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られることも好ましい。 The electrophotographic developer according to the present invention is also preferably used as a refill developer.
本件発明によれば、高強度であり、高温高湿環境下においてもキャリア飛散の発生を抑制することできるフェライト粒子、電子写真現像剤用キャリア芯材、電子写真現像剤用キャリア及び電子写真現像剤を提供することができる。 The present invention provides ferrite particles, a carrier core material for electrophotographic developer, a carrier for electrophotographic developer, and an electrophotographic developer that are high in strength and capable of suppressing carrier scattering even in high-temperature and high-humidity environments.
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。 Hereinafter, the embodiments of the ferrite particles, the carrier core material for electrophotographic developer, the carrier for electrophotographic developer, and the electrophotographic developer according to the present invention will be described. In this specification, the ferrite particles, the carrier core material for electrophotographic developer, the carrier for electrophotographic developer, and the electrophotographic developer mean an aggregate of individual particles, that is, powder, unless otherwise specified. First, the embodiments of the ferrite particles will be described. In the following, the ferrite particles according to the present invention will be described as being mainly used as a carrier core material for electrophotographic developer. However, the ferrite particles according to the present invention can be used for 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, electronic component materials, etc., and the applications of the ferrite particles are not limited to carrier core materials for electrophotographic developers.
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、RZrO3の組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を含み、走査型電子顕微鏡により撮影された粒子断面の反射電子像において個々の粒子の粒径を断面における円相当径で表したとき、最大フェレ径が前記粒径の15%より大きい内部空孔を有する粒子の含有率が4%以下であることを特徴とする。
1. Ferrite particles and carrier core material for electrophotographic developer First, an embodiment of the ferrite particles according to the present invention will be described. The ferrite particles according to the present invention contain a crystalline phase component consisting of perovskite crystals represented by the composition formula RZrO3 (wherein R is an alkaline earth metal element), and are characterized in that, when the particle size of each particle is expressed as a circle equivalent diameter in a cross section in a backscattered electron image of the particle cross section photographed by a scanning electron microscope, the content of particles having internal voids whose maximum Feret diameter is greater than 15% of the particle size is 4% or less.
1-1.ペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分
まず、RZrO3の組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分(ペロブスカイト型結晶相成分)について説明する。
1-1. Crystal Phase Component Made of Perovskite-Type Crystal First, the crystal phase component made of perovskite-type crystal represented by the composition formula RZrO3 (wherein R is an alkaline earth metal element) will be described.
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(Fe2O3)を主成分とする磁性酸化物であるフェライト粒子が主として用いられている。キャリアの小粒径化に伴うキャリア飛散を抑制するには、高磁化及び高抵抗なフェライト粒子を芯材とすることが求められる。 As a carrier for a two-component electrophotographic developer suitable for the magnetic brush method, a resin-coated carrier is used, in which a magnetic particle is used as a core material and the surface is coated with a resin. Ferrite particles, which are a magnetic oxide mainly composed of ferric oxide (Fe 2 O 3 ), are mainly used as the magnetic particle used as the core material. In order to suppress carrier scattering due to the reduction in the particle size of the carrier, it is required to use ferrite particles with high magnetization and high resistance as the core material.
近年、芯材には、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。 In recent years, multi-element ferrite particles containing metal elements such as Mg, Mn, Sr, and Ca in addition to Fe are widely used as core materials. When manufacturing ferrite, metal oxides, metal hydroxides, etc. containing metal elements of the desired composition are used as raw materials. To obtain highly magnetized ferrite particles, it is necessary to sufficiently advance the ferritization reaction of the raw materials so that unreacted raw materials that do not exhibit magnetism (hereinafter referred to as "unreacted raw materials") do not remain in the ferrite particles. However, in the case of multi-element ferrite, the ferrite formation temperature and formation speed differ depending on the combination of elements, and the ferrite reaction only proceeds at the contact surface between the raw materials, so it is difficult to completely ferrite the raw materials under general firing conditions. Therefore, unreacted raw materials remain in the ferrite particles.
また、フェライトの原料にはNa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。 Furthermore, the raw materials for ferrite contain metals or metal compounds, such as Na, that are not involved in the ferrite reaction as unavoidable impurities. These unavoidable impurities are not magnetic. Therefore, in order to obtain highly magnetized ferrite particles, it is necessary to reduce the amount of unavoidable impurities. However, no matter how pure the raw materials used are, there will always be traces of unavoidable impurities in the raw materials, and it is not realistic to completely remove the unavoidable impurities.
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。さらに、粒子に内部空孔が生じると、特に粒径に比して最大フェレ径の大きな内部空孔が生じると、その粒子の強度は低下する。 Furthermore, if there are defects in the organizational structure of the ferrite particles, the magnetization of the ferrite particles will decrease. Structural defects that cause a decrease in magnetization include defects within the ferrite particles (e.g., lattice defects, etc.). In the case of multi-element ferrites, the ferrite reaction is more complex than in single-element ferrites, making structural defects more likely to occur. Furthermore, if internal voids occur in the particles, especially if the internal voids have a large maximum Ferret diameter compared to the particle size, the strength of the particles will decrease.
従って、高磁化及び高抵抗であり、さらに高強度なフェライト粒子を得るには、フェライト粒子中の不可避不純物量を低減する必要がある。しかしながら、上述のとおり、不可避不純物を完全に除去することは現実的ではない。なお、上記未反応原料(但し、不可避不純物を除く)は、金属酸化物であるため、未反応原料を含むことはフェライト粒子の低抵抗化の要因とはならない。 Therefore, to obtain ferrite particles with high magnetization, high resistance, and high strength, it is necessary to reduce the amount of unavoidable impurities in the ferrite particles. However, as mentioned above, it is not realistic to completely remove the unavoidable impurities. Note that the unreacted raw materials (excluding the unavoidable impurities) are metal oxides, so the presence of unreacted raw materials does not cause the ferrite particles to have low resistance.
ところで、フェライト粒子は単結晶の集合体である多結晶体である場合が多い。フェライト粒子の組成が同じであっても、フェライト粒子の磁気特性や電気特性はフェライト粒子の組織構造によって変化する。そこで、本件発明者らは、フェライト粒子の組織構造に着目し、高磁化及び高抵抗であり、且つ、高強度のフェライトを得るには、RZrO3の組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶相成分を含むことが重要であることを見出し、本件発明に想到するに至った。 However, ferrite particles are often polycrystalline bodies that are aggregates of single crystals. Even if the composition of ferrite particles is the same, the magnetic and electrical properties of the ferrite particles change depending on the organizational structure of the ferrite particles. Therefore, the present inventors have focused on the organizational structure of ferrite particles and found that in order to obtain ferrite with high magnetization, high resistance, and high strength, it is important to include a perovskite-type crystal phase component represented by the composition formula RZrO3 (wherein R is an alkaline earth metal element), and have come up with the present invention.
RZrO3の組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶相成分を含むことで、上記課題が解決できる理由は定かではないが、本件発明者らは以下のように推察する。 The reason why the above problem can be solved by including a perovskite crystal phase component represented by the composition formula RZrO3 (wherein R is an alkaline earth metal element) is not clear, but the inventors of the present invention speculate as follows.
フェライト粒子の粒界には、未反応原料や不可避不純物などのフェライトと固溶しない成分が存在する。また、結晶粒の成長に伴い粒界に押し出されたこれらの成分はフェライト粒子の表面にも存在する。フェライト粒子を構成する結晶粒が大きいと、粒界は、フェライト粒子の表面における一点と他の点とを結ぶ流路のようにフェライト粒子内部に連続的に形成される。フェライト粒子の表面や粒界に存在する不可避不純物は容易にイオン化する。そのため、フェライト粒子内において連続的に形成された粒界に、Na等の不可避不純物が連続的に分布すると、水分がフェライト粒子の表面に付着すると粒界が導通路のようになり、フェライト粒子の抵抗は低下する。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。 At the grain boundaries of ferrite particles, there are components that are not dissolved in ferrite, such as unreacted raw materials and unavoidable impurities. In addition, these components are pushed out to the grain boundaries as the crystal grains grow, and are also present on the surface of the ferrite particles. When the crystal grains that make up the ferrite particles are large, the grain boundaries are continuously formed inside the ferrite particles like a flow path connecting one point to another on the surface of the ferrite particles. The unavoidable impurities present on the surface and grain boundaries of ferrite particles are easily ionized. Therefore, if unavoidable impurities such as Na are continuously distributed at the grain boundaries continuously formed within the ferrite particles, when moisture adheres to the surface of the ferrite particles, the grain boundaries become like a conductive path, and the resistance of the ferrite particles decreases. However, as mentioned above, it is difficult to completely remove the unreacted raw materials and unavoidable impurities in the ferrite particles.
一方、RZrO3の組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶相成分は例えばスピネルフェライト相等の結晶構造の異なる他の結晶相と固溶しないため、当該結晶相成分はフェライト粒子の粒界に分散する。従って、当該結晶相成分を含むフェライト粒子は、当該結晶相成分を含まない場合と比較すると、フェライト粒子における粒界体積が相対的に増加する。フェライト粒子に含まれる不可避不純物量が同じであれば、フェライト粒子の粒界体積が相対的に増加すると、粒界における不可避不純物の分布密度は相対的に低下する。粒界には、不可避不純物の他、絶縁性物質である当該結晶相成分が存在する。本件発明に係るフェライト粒子では、粒子内に粒界が複雑に分布すると共に、粒界内に不可避性不純物や当該結晶相成分などの絶縁性物質が不連続に分布するため、粒界が導通路のように機能することを抑制することができる。そのため、本件発明に係るフェライト粒子によれば、抵抗の環境依存性も小さくすることができると考えられる。 On the other hand, since the perovskite-type crystal phase component represented by the composition formula RZrO3 (where R is an alkaline earth metal element) is not dissolved in other crystal phases with different crystal structures such as spinel ferrite phase, the crystal phase component is dispersed in the grain boundaries of the ferrite particles. Therefore, the grain boundary volume of the ferrite particles containing the crystal phase component is relatively increased compared to the case where the crystal phase component is not contained. If the amount of inevitable impurities contained in the ferrite particles is the same, when the grain boundary volume of the ferrite particles increases relatively, the distribution density of the inevitable impurities in the grain boundaries is relatively decreased. In addition to the inevitable impurities, the crystal phase component, which is an insulating material, is present in the grain boundaries. In the ferrite particles according to the present invention, the grain boundaries are distributed in a complex manner within the particles, and the inevitable impurities and insulating materials such as the crystal phase component are distributed discontinuously within the grain boundaries, so that the grain boundaries can be suppressed from functioning as conductive paths. Therefore, it is considered that the ferrite particles according to the present invention can also reduce the environmental dependency of resistance.
また、当該フェライト粒子においてRZrO3の組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶相成分を粒子内部に均一に分散させつつ、後述する製造方法を採用することなどにより、上述のように内部空孔の少ない、或いは、内部空孔が存在する場合であっても粒径に比して最大フェレ径の小さいより強度の高いフェライト粒子を得ることが容易になる。また、本件発明によれば、上述のとおり粒界体積を相対的に大きくすることができるため、内部空孔を含まなくとも、粒界強度の高い粒子が得られる。さらに、当該ペロブスカイト型結晶相成分はスピネルフェライト相等の結晶構造の異なる他の結晶相成分と固溶しないため、これらの結晶相が偏析したり、異常粒成長するとその界面を起点として割れや欠けが生じやすくなる。 In addition, by uniformly dispersing the perovskite crystal phase component represented by the composition formula RZrO3 (wherein R is an alkaline earth metal element) in the ferrite particles and adopting the manufacturing method described later, it becomes easy to obtain ferrite particles with fewer internal voids as described above, or even if internal voids are present, the maximum Feret diameter is smaller than the particle diameter and the strength is higher. In addition, according to the present invention, since the grain boundary volume can be relatively increased as described above, particles with high grain boundary strength can be obtained even without internal voids. Furthermore, since the perovskite crystal phase component is not solid-dissolved with other crystal phase components with different crystal structures such as spinel ferrite phase, when these crystal phases segregate or grow abnormally, cracks and chips are likely to occur starting from the interface.
また、フェライト粒子における粒界体積が相対的に小さいと、不可避不純物が粒界から表面に押し出される結果、フェライト粒子表面に存在する不可避不純物量が相対的に多くなる。一方、フェライト粒子における粒界体積が相対的に大きいと、フェライト粒子の表面に存在する不可避不純物量を相対的に低減することができる。そのため、フェライト粒子を高抵抗化することができる。さらにフェライト粒子表面の不可避不純物に起因する抵抗の環境依存性も小さくすることができる。 In addition, when the grain boundary volume of a ferrite particle is relatively small, the unavoidable impurities are pushed out from the grain boundaries to the surface, resulting in a relatively large amount of unavoidable impurities present on the ferrite particle surface. On the other hand, when the grain boundary volume of a ferrite particle is relatively large, the amount of unavoidable impurities present on the ferrite particle surface can be relatively reduced. This makes it possible to increase the resistance of the ferrite particle. Furthermore, the environmental dependency of the resistance caused by the unavoidable impurities on the ferrite particle surface can be reduced.
さらに、RZrO3の組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶相成分は絶縁性が高く、粒界や粒子表面に当該結晶相成分が存在することで、フェライト粒子の高抵抗化を図ることができる。さらに、当該結晶相成分を含むフェライト粒子を得るには、Zrを含む化合物(例えば、ZrO2)を原料として用いる。例えば、多元フェライトがRを含む組成を有する場合、Rを含む原料と、Zrを含む化合物とが固相反応するため、フェライト粒子中の上記未反応原料の含有量を低減することができる。そのため、構造欠陥が生じるのも抑制することができ、相対的に高磁化のフェライト粒子を得ることができると共に、内部空孔が少なく、内部空孔が存在していたとしてもその最大フェレ径の小さい高強度のフェライト粒子を得ることができる。 Furthermore, the perovskite-type crystal phase component represented by the composition formula RZrO3 (where R is an alkaline earth metal element) has high insulation properties, and the presence of the crystal phase component at the grain boundary or particle surface can increase the resistance of the ferrite particles. Furthermore, to obtain ferrite particles containing the crystal phase component, a compound containing Zr (e.g., ZrO2 ) is used as a raw material. For example, when a multi-element 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, the occurrence of structural defects can be suppressed, and ferrite particles with relatively high magnetization can be obtained, and ferrite particles with few internal voids and a small maximum Feret diameter can be obtained even if internal voids exist.
このような理由から、RZrO3の組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶相成分を含むフェライト粒子とすることで、上述した理由から、高磁化及び高抵抗であり、且つ、高強度にすることができると推察する。 For these reasons, it is presumed that by using ferrite particles containing a perovskite-type crystal phase component represented by the composition formula RZrO3 (wherein R is an alkaline earth metal element), it is possible to achieve high magnetization, high resistance, and high strength for the reasons described above.
なお、当該フェライト粒子において、RzO3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。以下、本件発明に係るフェライト粒子についてより詳細に説明する。 In the ferrite particles, the perovskite-type crystal phase component represented by the composition formula RzO3 (wherein R is an alkaline earth metal element) means that the crystal phase component is contained at least inside the ferrite particles, and 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. The ferrite particles according to the present invention will be described in more detail below.
(1)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、ジルコニウムとペロブスカイト型の結晶構造を形成する。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、ペロブスカイト型の結晶構造を形成する。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、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ができる。
(1) R (alkaline earth metal element)
In the present invention, R is at least one element selected from the group consisting of Ca, Sr, Ba, and Ra, that is, an alkaline earth metal element. The alkaline earth metal element has an ionic radius sufficiently larger than that of zirconium, and forms a perovskite-type crystal structure with zirconium. In the present invention, 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 a predetermined temperature condition to form a perovskite-type crystal structure. Therefore, by controlling the firing temperature within a predetermined temperature range in the manufacturing process of the ferrite particles, ferrite particles containing a perovskite-type crystal phase component can be obtained.
(2)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RZrO3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。
(2) Content of Crystal Phase Component When a phase composition analysis of the crystal phase constituting the ferrite particles is performed by Rietveld analysis of an X-ray diffraction pattern, the perovskite-type crystal phase component represented by the composition formula RZrO3 is preferably contained in an amount of 0.05 mass% or more and 4.00 mass% or less.
上記RZrO3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、高磁化及び高抵抗のフェライト粒子を得ることがより容易になる。また、上記範囲内とすることで、当該結晶相成分の偏析を抑制するとともに、内部空孔の発生を抑制し、機械的ストレスを受けたときの割れや欠けが生じにくい強度の高いフェライト粒子を得ることができる。その結果、割れや欠けに起因するキャリア飛散も抑制することができる。 When the content ratio of the perovskite type crystal phase component represented by the composition formula of RZrO3 is within the above range, it becomes easy to uniformly disperse the crystal phase component inside the ferrite particles, suppressing the occurrence of structural defects and making it easier to obtain ferrite particles with high magnetization and high resistance. In addition, by setting it within the above range, it is possible to suppress the segregation of the crystal phase component and the occurrence of internal voids, and obtain ferrite particles with high strength that are less likely to crack or chip when subjected to mechanical stress. As a result, it is also possible to suppress carrier scattering caused by cracks and chips.
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2.00質量%以下含むことが好ましい。 To obtain these effects, the ferrite particles preferably contain 0.10% by mass or more of the crystalline phase component, more preferably 0.15% by mass or more, and even more preferably 0.20% by mass or more. In addition, the ferrite particles preferably contain 2.00% by mass or less of the crystalline phase component.
(3)ジルコニウム含有割合
当該フェライト粒子はジルコニウムを主原料に対して0.1mol%以上3.0mol%以下含むことが好ましい。当該範囲内でジルコニウムを含むことにより、上記RZrO3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、高磁化及び高抵抗であり、高強度の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0.2mol%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2.0mol%以下であることがより好ましく、1.5mol%以下であることがさらに好ましい。
(3) Zirconium content The ferrite particles preferably contain zirconium in an amount of 0.1 mol% or more and 3.0 mol% or less based on the main raw material. By containing zirconium within this range, the content of the perovskite-type crystal phase component represented by the composition formula RZrO3 is generally within the above range, and ferrite particles with high magnetization, high resistance, and high strength can be obtained. The content of zirconium in the ferrite particles is more preferably 0.2 mol% or more. In addition, the content of zirconium in the ferrite particles is more preferably 2.0 mol% or less, and even more preferably 1.5 mol% or less.
(4)アルカリ土類金属元素含有割合
アルカリ土類金属元素(R)の含有割合は主原料に対して0.1mol%以上3.0mol%以下であることがより好ましい。当該範囲内でアルカリ土類金属元素(R)を含むことにより、上記RZrO3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、高磁化及び高抵抗であり、高強度の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0.2mol%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2.0mol%以下であることがより好ましく、1.5mol%以下であることがさらに好ましい。
(4) Alkaline earth metal element content The content of the alkaline earth metal element (R) is more preferably 0.1 mol% or more and 3.0 mol% or less with respect to the main raw material. By including the alkaline earth metal element (R) within this range, the content of the perovskite crystal phase component represented by the composition formula of RZrO3 is generally within the above range, and ferrite particles having high magnetization, high resistance, and high strength can be obtained. The content of the alkaline earth metal element (R) in the ferrite particles is more preferably 0.2 mol% or more. In addition, the content of the alkaline earth metal element (R) in the ferrite particles is more preferably 2.0 mol% or less, and even more preferably 1.5 mol% or less.
1-2.所定粒子の含有率
上述のとおり、当該フェライト粒子では、走査型電子顕微鏡により撮影された粒子断面の反射電子像(断面SEM写真)において個々の粒子の粒径を断面における円相当径で表したとき、最大フェレ径が前記粒径の15%より大きい内部空孔を有する粒子(以下、「所定粒子」と称する。)の含有率が4%以下であることを特徴とする。ここで、円相当径とは、断面SEM写真における測定対象粒子の断面積と同面積を有する真円の直径に相当する値をいう。また、最大フェレ径は、測定対象粒子の内部空孔の射影幅をいい、測定対象とする内部空孔に外接する矩形の水平方向の辺の長さ(水平方向のフェレ径)と垂直方向の片の長さ(垂直方向のフェレ径)のうち、最大の辺長をいう。このような、最大フェレ径が前記粒径の15%より大きい内部空孔を有する粒子は粒子強度が弱く、トナーとの攪拌時などに機械的ストレスが加わったときに割れや欠けが生じやすくなる。当該フェライト粒子では、この所定粒子の含有率が4%以下であるため、機械的ストレスを受けたときに、粉体全体でみたときに割れや欠けが生じるのを防ぎ、キャリアの割れや欠けに起因するキャリア飛散を抑制することができる。当該所定粒子の含有率は後述する方法により測定することができる。
1-2. Content of the specified particle As described above, the ferrite particles are characterized in that, when the particle diameter of each particle is expressed as a circle-equivalent diameter in a cross section in a backscattered electron image (cross-sectional SEM photograph) of the particle cross section taken by a scanning electron microscope, the content of particles (hereinafter referred to as "specified particles") having internal voids with a maximum Feret diameter greater than 15% of the particle diameter is 4% or less. Here, the circle-equivalent diameter refers to a value equivalent to the diameter of a perfect circle having the same cross-sectional area as the cross-sectional area of the particle to be measured in the cross-sectional SEM photograph. In addition, the maximum Feret diameter refers to the projected width of the internal void of the particle to be measured, and refers to the maximum side length of the horizontal side length (horizontal Feret diameter) and the vertical side length (vertical Feret diameter) of a rectangle circumscribing the internal void to be measured. Such particles having internal voids with a maximum Feret diameter greater than 15% of the particle diameter have weak particle strength, and are prone to cracking and chipping when mechanical stress is applied during stirring with toner, etc. In the ferrite particles, the content of the specific particles is 4% or less, so that when mechanical stress is applied, cracks or chips are prevented from occurring in the powder as a whole, and carrier scattering due to cracks or chips in the carrier can be suppressed. The content of the specific particles can be measured by the method described below.
当該所定粒子の含有率が小さくなるほど粉体全体でみたときの粒子強度が高くなる。よって、当該所定粒子の含有率は3.8%以下であることがより好ましく、3.5%以下であることがさらに好ましい。 The smaller the content of the specified particles, the higher the particle strength of the powder as a whole. Therefore, it is more preferable that the content of the specified particles is 3.8% or less, and even more preferable that it is 3.5% or less.
1-3.組成
当該フェライト粒子は、RZrO3の組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶相成分を含む限り、その組成は特に限定されるものではない。しかしながら、高磁化及び高抵抗のフェライト粒子を得るという観点から、当該フェライト粒子は、(MO)a(Fe2O3)b(但し、MはFe,Mg,Mn,Cu,Zn及びNiからなる群から選ばれる少なくとも1つの金属元素、a+b=100(mol%))の組成式で表されるスピネル型結晶からなる結晶相成分(以下、スピネル型結晶相成分)を主成分とすることが好ましい。フェライトはスピネル型結晶構造、マグネトプランバイト型結晶構造、ガーネット型結晶構造などの結晶構造を有するが、スピネル型結晶構造を有するフェライトは軟磁性を示し、抵抗などの電気特性の調整も容易であることから、電子写真現像剤用キャリア芯材に好適である。なお、主成分とは、当該フェライトが複数の結晶相成分(上記RZrO3の組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶相成分を含む)を含む場合、それらの結晶相成分の中でスピネル結晶相が最も大きな割合を占めることをいい、特に当該スピネル結晶相成分が50質量%以上であることが好ましく、60質量%以上であることがより好ましく、70質量%以上であることがさらに好ましく、80質量%以上であることが一層好ましく、90質量%以上であることがより一層好ましく、95質量%以上99質量%以下等その大部分がスピネル結晶相成分であってもよい。スピネル相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。
1-3. Composition The composition of the ferrite particles is not particularly limited as long as it contains a perovskite crystal phase component represented by the composition formula RZrO3 (wherein R is an alkaline earth metal element). However, from the viewpoint of obtaining ferrite particles with high magnetization and high resistance, it is preferable that the ferrite particles mainly contain a crystal phase component (hereinafter, spinel crystal phase component) made of a spinel crystal represented by the composition formula (MO)a( Fe2O3 ) b (wherein M is at least one metal element selected from the group consisting of Fe, Mg, Mn, Cu, Zn and Ni, a+b=100 (mol%)). Ferrite has a crystal structure such as a spinel crystal structure, a magnetoplumbite crystal structure, or a garnet crystal structure, but ferrite with a spinel crystal structure exhibits soft magnetism and is easy to adjust electrical properties such as resistance, making it suitable for use as a carrier core material for electrophotographic developers. In addition, the main component means that when the ferrite contains a plurality of crystal phase components (including the perovskite crystal phase component represented by the composition formula of RZrO3 (wherein R is an alkaline earth metal element)), the spinel crystal phase occupies the largest proportion among the crystal phase components, and in particular, the spinel crystal phase component is preferably 50 mass% or more, more preferably 60 mass% or more, even more preferably 70 mass% or more, even more preferably 80 mass% or more, and even more preferably 90 mass% or more, and the majority of it may be 95 mass% or more and 99 mass% or less. The content of the spinel phase crystal phase component can be determined by the ratio of metal elements at the time of raw material blending. Generally, spinel ferrite is manufactured by a solid-phase reaction. In the ferritization reaction carried out in the firing process at that time, a solid solution (spinel crystal phase) begins to be generated from about 850 ° C., and the ferritization reaction is completed at about 1250 ° C. By appropriately adjusting the firing temperature, firing time, firing atmosphere, and cooling time in the firing step, the spinel crystal phase can be selectively generated, and the content ratio of the spinel crystal phase in the ferrite particles can be determined.
さらに、当該フェライト粒子は、(MnO)x(MgO)y(Fe2O3)z(但し、15≦x≦50、2≦y≦35、45≦z≦60、x+y+z=100(mol%))の組成式で表されるスピネル型結晶相成分を主組成とすることがさらに好ましい。上述の組成を従来のフェライト製造方法と組み合わせることでスピネル結晶相成分が50質量%以上のフェライトを得ることができる。 Furthermore, it is more preferable that the ferrite particles mainly contain a spinel crystal phase component represented by the formula (MnO)x(MgO)y( Fe2O3 )z (where 15≦x≦50, 2≦y ≦ 35, 45≦z≦60, and x+y+z=100 (mol %)). By combining the above composition with a conventional ferrite production method, it is possible to obtain ferrite with a spinel crystal phase component of 50 mass % or more.
Mnを含む組成とすることにより、低磁場側の磁化を高くすることができる。また、Mnを含む組成とすることにより、本焼成後の炉出の際のフェライトの再酸化を防止することができる。特にMnの含有量を15mol%以上とすることで、相対的にFeの含有量が増加するのを抑制し、当該フェライト粒子中のマグネタイト成分の含有割合が大きくなるのを抑制することができる。そのため、低磁場側の磁化の低下を抑制し、キャリア付着の発生を抑制することができる。また、電子写真印刷を行う上で良好な抵抗値に調整することが容易になるため、カブリの発生や階調性の悪化、白抜け等の画像欠陥の発生を抑制することができる。さらに、トナー消費量を適正に保つことができる。Mnの含有量を50mol%以下とすることで抵抗が高くなりすぎ、白抜け等の画像欠陥が発生するのを抑制できる。 By using a composition containing Mn, it is possible to increase the magnetization on the low magnetic field side. In addition, by using a composition containing Mn, it is possible to prevent reoxidation of ferrite when it is removed from the furnace after the main firing. In particular, by making the Mn content 15 mol% or more, it is possible to suppress the relative increase in the Fe content and the increase in the content ratio of the magnetite component in the ferrite particles. Therefore, it is possible to suppress the decrease in magnetization on the low magnetic field side and the occurrence of carrier adhesion. In addition, since it is easy to adjust the resistance value to a good value for electrophotographic printing, it is possible to suppress the occurrence of image defects such as fog, deterioration of gradation, and whiteout. Furthermore, it is possible to maintain the toner consumption at an appropriate level. By making the Mn content 50 mol% or less, it is possible to suppress the occurrence of image defects such as whiteout caused by the resistance becoming too high.
Mgを含む組成とすることにより、高抵抗のフェライト粒子を得ることができる。また、Mgの含有量を2mol%以上とすることで、Feの含有量に対してMnの含有量が適切になり、フェライト粒子の磁化や抵抗を電子写真印刷を行う上で良好な範囲内に調整することが容易になる。そのため、カブリの発生や階調性の悪化、はけ筋の発生、キャリア飛散等の画像欠陥の発生を抑制することができる。さらに、Mg原料として水酸化マグネシウムを用いたときに、当該フェライト粒子を製造する際の焼成温度が低いと、フェライト粒子に水酸基が残存する場合がある。Mgの含有量を35mol%以下とすることで、原料に起因して存在する残存水酸基の量を低減することができる。そのため、残存水酸基により当該フェライト粒子の帯電量や抵抗といった電気的特性が雰囲気湿度の影響を受けて変動するのを抑制し、当該フェライト粒子の電気的特性の環境依存性を良好にすることができる。 By making the composition contain Mg, it is possible to obtain ferrite particles with high resistance. In addition, by making the Mg content 2 mol% or more, the Mn content becomes appropriate relative to the Fe content, and it becomes easy to adjust the magnetization and resistance of the ferrite particles within a favorable range for electrophotographic printing. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of image defects such as the occurrence of fog, deterioration of gradation, the occurrence of brush lines, and carrier scattering. Furthermore, when magnesium hydroxide is used as the Mg raw material, if the firing temperature during the production of the ferrite particles is low, hydroxyl groups may remain in the ferrite particles. By making the Mg content 35 mol% or less, it is possible to reduce the amount of residual hydroxyl groups present due to the raw material. Therefore, it is possible to suppress the electrical properties of the ferrite particles, such as the charge amount and resistance, from fluctuating due to the influence of the atmospheric humidity due to the residual hydroxyl groups, and to improve the environmental dependency of the electrical properties of the ferrite particles.
当該フェライト粒子は酸化第二鉄を主成分とする磁性酸化物である。Feの含有量を45mol%以上60mol%以下とすることで、フェライト粒子の磁化や抵抗を電子写真印刷を行う上で良好な範囲内に調整することが容易になる。 The ferrite particles are magnetic oxides whose main component is ferric oxide. By setting the Fe content to 45 mol% or more and 60 mol% or less, it becomes easy to adjust the magnetization and resistance of the ferrite particles to within a favorable range for electrophotographic printing.
1-4.磁気特性
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55emu/g以上65emu/g以下であることが好ましい。飽和磁化が55emu/g以上になると、芯材の磁力が高く、低磁化に起因するキャリア飛散を良好に抑制することができる。また、飽和磁化と電気抵抗はトレードオフの関係にあるが、フェライト粒子の飽和磁化が当該範囲内であると、両者のバランスが良好になり高画質の電子写真印刷を良好に行うことのできる電子写真現像剤を得ることができる。また、磁化が高くとも抵抗が低いと、低抵抗に起因するキャリア飛散が生じることがある。飽和磁化を65emu/g以下とすることで、低抵抗に起因するキャリア飛散も良好に抑制することができる。
1-4. Magnetic properties When the ferrite particles are used as a core material of a carrier for electrophotographic developer, it is preferable that the saturation magnetization measured by VSM when a magnetic field of 1K·1000/4π·A/m is applied is 55 emu/g or more and 65 emu/g or less. When the saturation magnetization is 55 emu/g or more, the magnetic force of the core material is high, and carrier scattering caused by low magnetization can be suppressed well. In addition, although there is a trade-off between saturation magnetization and electrical resistance, when the saturation magnetization of the ferrite particles is within the above range, the balance between the two is good, and an electrophotographic developer capable of performing high-quality electrophotographic printing well can be obtained. In addition, even if the magnetization is high, if the resistance is low, carrier scattering due to low resistance may occur. By setting the saturation magnetization to 65 emu/g or less, carrier scattering due to low resistance can also be suppressed well.
1-5.電気的特性
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、1.0×106(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。
1-5. Electrical Characteristics The resistance value M in a normal temperature and normal humidity environment (23° C., relative humidity 55%) is desirably 1.0×10 6 (Ω) or more and 1.0×10 9.5 (Ω) or less when measured with an inter-electrode distance of 6.5 mm and an applied voltage of 1000 V. If the resistance value of the ferrite particles is within this range, when the ferrite particles are used as a core material and a resin coating layer is provided on the surface to form a carrier, even when the resin coating layer peels off during mixing with the toner, exposing the core material, carrier scattering due to charge injection can be suppressed.
1-6.物性
(1)見掛密度
当該フェライト粒子の見掛密度は以下の式で表される範囲内であることが好ましい。
2.15 ≦ Y ≦ 2.45
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/cm3)を表す。
1-6. Physical Properties (1) Apparent Density The apparent density of the ferrite particles is preferably within the range represented by the following formula.
2.15 ≦ Y ≦ 2.45
In the above formula, Y represents the apparent density (g/cm 3 ) of the ferrite particles.
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、内部空孔が少なく、内部空孔を有していてもその最大フェレ径が小さくなり、強度が高くなる。そのため、当該フェライト粒子を芯材とするキャリアを用いれば、トナーとの混合攪拌時に機械的ストレスが加わっても割れや欠けを防ぐことができる。 The apparent density referred to here is a value measured by the funnel method in accordance with JIS Z 2504:2012. When the apparent density of the ferrite particles is within the range represented by the above formula, there are few internal voids, and even if there are internal voids, the maximum Feret diameter is small and the strength is high. Therefore, by using a carrier with the ferrite particles as the core material, cracking and chipping can be prevented even if mechanical stress is applied when mixed and stirred with the toner.
当該フェライト粒子の見掛密度が小さいと、内部空孔の数が多い、或いは内部空孔の最大フェレ径が大きくなる傾向にある。そのため当該フェライト粒子を芯材とするキャリアに、トナーとの混合攪拌時に機械的ストレスが加わると、割れや欠けが生じやすくなる。キャリアの割れや欠けが生じると、キャリア飛散による画像欠陥が生じたり、感光体ドラムや定着ローラに付着してこれらを損傷するおそれがある。一方、当該フェライト粒子の見掛密度が2.50を超えると、内部空孔は少なくなるが過焼結により結晶粒が粗大化する。このとき、ペロブスカイト型結晶相成分が粒子内に偏析していると、この場合も、機械的ストレスが加わると、上述したとおり、結晶相の界面を起点として割れや欠けが生じやすくなり、キャリア飛散に伴う画像欠陥や感光体ドラムや定着ローラの損傷等を生じるおそれがあるため好ましくない。 When the apparent density of the ferrite particles is low, the number of internal voids tends to be large, or the maximum Feret diameter of the internal voids tends to be large. Therefore, when mechanical stress is applied to a carrier having the ferrite particles as a core material during mixing and stirring with a toner, it is prone to cracking and chipping. If the carrier cracks or chips, it may cause image defects due to carrier scattering, or it may adhere to the photoconductor drum or fixing roller and damage them. On the other hand, when the apparent density of the ferrite particles exceeds 2.50, the internal voids are reduced, but the crystal grains become coarse due to oversintering. In this case, if the perovskite crystal phase component is segregated within the particles, as described above, when mechanical stress is applied, cracks and chips are likely to occur starting from the interface of the crystal phase, which is undesirable because it may cause image defects due to carrier scattering and damage to the photoconductor drum or fixing roller.
これらの効果を得る上で、当該フェライト粒子の見掛密度は2.18以上であることが好ましく、2.20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の見掛密度は2.40以下であることがより好ましく、2.35以下であることがさらに好ましい。 To achieve these effects, the apparent density of the ferrite particles is preferably 2.18 or more, and more preferably 2.20 or more. The apparent density of the ferrite particles is more preferably 2.40 or less, and even more preferably 2.35 or less.
見掛密度が上記範囲内のフェライト粒子を得るには、当該フェライト粒子を製造する際に用いる原料となるアルカリ土類金属元素含有化合物の及び酸化ジルコニウムの配合量、酸化ジルコニウムの粒径及び比表面積、焼成温度、焼成時間、焼成時の雰囲気酸素濃度等を適宜調整することにより調整することができる。これらを調整することで、ペロブスカイト型結晶相成分の偏析を抑制し、当該結晶相成分を粒子表面及び内部に均一に分散させることができる。また、最初に述べた理由から、構造欠陥が生じるのを防ぎ、例えばスピネルフェライト相等の他の結晶相成分の成長を抑制することができる。これらのことから、上記の条件を適宜調整することで、所望の見掛密度を有するフェライト粒子を得ることができると考えられる。 In order to obtain ferrite particles having an apparent density within the above range, it is possible to appropriately adjust the blending amount of the alkaline earth metal element-containing compound and zirconium oxide used as raw materials in producing the ferrite particles, the particle size and specific surface area of the zirconium oxide, the firing temperature, the firing time, the oxygen concentration of the atmosphere during firing, etc. By adjusting these, it is possible to suppress the segregation of the perovskite-type crystal phase components and to uniformly disperse the crystal phase components on the particle surface and inside. In addition, for the reasons mentioned at the beginning, it is possible to prevent the occurrence of structural defects and suppress the growth of other crystal phase components such as spinel ferrite phase. For these reasons, it is believed that it is possible to obtain ferrite particles having the desired apparent density by appropriately adjusting the above conditions.
(2)BET比表面積
当該フェライト粒子のBET比表面積は以下の式で表される範囲内であることが好ましい。
0.08≦ X ≦ 0.300
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(m2/g)である。
(2) BET Specific Surface Area The BET specific surface area of the ferrite particles is preferably within the range represented by the following formula.
0.08≦X≦0.300
In the above formula, X is the BET specific surface area (m 2 /g) of the ferrite particles.
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。 The BET specific surface area here can be a value measured using, for example, a specific surface area measuring device (Macsorb HM model-1208 (manufactured by Mountec Co., Ltd.)). When the BET specific surface area of the ferrite particles is within the range expressed by the above formula, the surface irregularities of the ferrite particles are within an appropriate range for the particle size. Therefore, when the ferrite particles are used as a core material, the surface can be well coated with resin. In addition, since the difference in surface irregularities relative to the particle size is small, when mechanical stress is applied to the surface, the load is suppressed from concentrating on the protrusions, and cracks and chips can be prevented. Therefore, if the ferrite particles are used as a core material, peeling of the resin from the surface during mixing and stirring with the toner can be suppressed, and cracks and chips of the carrier can be prevented, and carrier scattering, etc. can be prevented.
これに対して、BET比表面積が0.08未満である場合は、粒径に対するフェライト粒子表面の凹凸が少なくなり、或いは、小さくなりすぎるため、当該フェライト粒子を芯材としてその表面を樹脂で被覆した際に、樹脂がトナーとの混合時等に剥離し易くなる。キャリアの表面から樹脂が剥離すると、その部分は芯材が露出する。すなわち、フェライト粒子の表面が露出するため、キャリア飛散や帯電性低下による画像欠陥が生じ易くなる。一方、BET比表面積が大きくなるにつれて、粒径に対するフェライト粒子表面の凹凸が多く、或いは、大きくなっていくため、フェライト粒子の凸部を樹脂で被覆することが困難になり、凸部が露出する場合がある。そのため、トナーに対する十分な帯電付与性を有するキャリアを得ることができない場合がある。また、表面の凹凸が大きくなると、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、凸部に負荷が集中し、キャリアの割れ・欠けが生じやすくなる。これらのことからBET比表面積を0.300未満とすることで、現像剤使用時におけるキャリアの強度を良好に維持することができて好ましい。 On the other hand, when the BET specific surface area is less than 0.08, the unevenness of the ferrite particle surface relative to the particle size is small or too small, so when the ferrite particle is used as a core material and the surface is coated with a resin, the resin is likely to peel off when mixed with toner, etc. When the resin peels off from the surface of the carrier, the core material is exposed at that part. In other words, the surface of the ferrite particle is exposed, so image defects due to carrier scattering and reduced charging ability are likely to occur. On the other hand, as the BET specific surface area increases, the unevenness of the ferrite particle surface relative to the particle size increases or becomes larger, making it difficult to coat the convex parts of the ferrite particles with resin, and the convex parts may be exposed. Therefore, it may not be possible to obtain a carrier with sufficient charging ability for the toner. In addition, if the surface unevenness becomes large, mechanical stress is applied to the convex parts of the carrier surface when mixed with toner, etc., and the load is concentrated on the convex parts, making the carrier more likely to crack or chip. For these reasons, it is preferable to set the BET specific surface area to less than 0.300, as this allows the carrier strength to be well maintained when the developer is in use.
BET比表面積が上記範囲内のフェライト粒子は、当該フェライト粒子を製造する際の造粒条件、焼成条件を適宜制御することにより得ることができる。造粒条件として、例えば、造粒時のスラリー粒径、アトマイザーディスク回転数、スラリー吐出量、乾燥温度等が挙げられる。また、焼成条件として、焼成温度、焼成時間、焼成時の雰囲気酸素濃度等が挙げられる。これらを調整することで、RZrO3の組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶相成分の原料を他の原料と良好に混合分散させることができ、その結果当該結晶相成分が粒子表面及び内部に均一に分散したフェライト粒子を得ることができ、当該フェライト粒子の見掛密度を所望の範囲に調整することができると考えられる。 The ferrite particles having a BET specific surface area within the above range can be obtained by appropriately controlling the granulation conditions and sintering conditions when producing the ferrite particles. Examples of the granulation conditions include the slurry particle size during granulation, the atomizer disk rotation speed, the slurry discharge amount, and the drying temperature. Examples of the sintering conditions include the sintering temperature, the sintering time, and the atmospheric oxygen concentration during sintering. By adjusting these, the raw material of the perovskite-type crystal phase component represented by the composition formula RZrO3 (where R is an alkaline earth metal element) can be well mixed and dispersed with other raw materials, and as a result, ferrite particles in which the crystal phase component is uniformly dispersed on the particle surface and inside can be obtained, and the apparent density of the ferrite particles can be adjusted to a desired range.
(3)粒子強度指数
後述する実施例において述べる方法により粒子強度指数を求めたとき、当該フェライト粒子の粒子強度指数は0.5以下であることが好ましく、0.4以下であることがより好ましい。上記所定粒子の含有率が4%以下であるフェライト粒子は高強度であり、トナーとの攪拌時などに機械的ストレスが加わったときも割れや欠けの発生を抑制し、微粉の発生によるキャリア飛散の発生を抑制することができる。さらに、フェライト粒子を芯材とし、その表面に樹脂被覆層を有するキャリアを使用する場合、割れや欠けが生じると芯材であるフェライト粒子が露出し、キャリアの帯電性が変化して、画像濃度低下やトナー飛散を生じる場合がある。しかしながら、当該フェライト粒子によれば、粒子強度が高いため、長期間にわたってこれらの不具合を抑制し、より長寿命で信頼性の高いキャリアを実現することができる。
(3) Particle Strength Index When the particle strength index is determined by the method described in the examples below, the particle strength index of the ferrite particles is preferably 0.5 or less, more preferably 0.4 or less. The ferrite particles having a content of the above-mentioned specific particles of 4% or less have high strength, and even when mechanical stress is applied during stirring with toner, the occurrence of cracks and chips can be suppressed, and the occurrence of carrier scattering due to the generation of fine powder can be suppressed. Furthermore, when a carrier is used in which ferrite particles are used as a core material and the surface of the carrier has a resin coating layer, if cracks or chips occur, the ferrite particles as the core material are exposed, and the chargeability of the carrier changes, which may cause a decrease in image density or toner scattering. However, the ferrite particles have high particle strength, so these problems can be suppressed for a long period of time, and a carrier with a longer life and higher reliability can be realized.
(4)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。
(4) Volume average particle size ( D50 )
When the ferrite particles are used as a core material of a carrier for electrophotographic developer, the volume average particle diameter ( D50 ) is preferably 24 μm or more and 40 μm or less. However, the volume average particle diameter referred to here refers to a value measured in accordance with JIS Z 8825:2013 by a laser diffraction/scattering method. When the volume average particle diameter is within this 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.
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。 On the other hand, when the volume average particle diameter ( D50 ) of the ferrite particles is less than 24 μm, the particle diameter is small, so that carrier scattering is likely to occur. Also, when the volume average particle diameter ( D50 ) of the ferrite particles is less than 24 μm, the particle diameter is small, so that the ferrite particles are likely to aggregate. When the ferrite particles are used as a core material and the surface is coated with a resin to form a carrier, if the ferrite particles are aggregated, the surface of each ferrite particle cannot be well coated with the resin. After that, when the aggregate of the ferrite particles is loosened during the production or use of the developer, the content of the carrier having a large area not coated with the resin becomes high in the developer. Therefore, when a developer is produced using a carrier having such a ferrite particle as a core material, it is not preferable because sufficient charge imparting ability to the toner may not be obtained.
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。 On the other hand, when the volume average particle diameter (D 50 ) of the ferrite particles exceeds 40 μm, the particle diameter of each particle constituting the powder becomes large. Therefore, compared with ferrite particles having a small volume average particle diameter (D 50 ), the surface area of the carrier contributing to triboelectric charging with the toner becomes small when viewed as a whole powder. Therefore, sufficient charge imparting ability to the toner may not be obtained. In order to improve this, if the surface area of each ferrite particle is increased by giving unevenness to the surface of each ferrite particle, the surface area of the carrier contributing to triboelectric charging with the toner can be increased. In this case, the charge imparting ability to the toner is improved, but it is not preferable because the carrier is likely to crack or chip due to mechanical stress applied to the convex parts of the carrier surface when mixed with the toner. In other words, it may not be possible to maintain the strength of the carrier when the developer is used, which is not preferable.
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。
2. Carrier for electrophotographic developer Next, the carrier for electrophotographic developer according to the present invention will be described. The carrier for 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 above-mentioned ferrite particles are characterized by being used as a core material of the carrier for electrophotographic developer. The ferrite particles are as described above, so here, the resin coating layer will be mainly described.
(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。
(1) Types of Coating Resin The type of resin (coating resin) constituting the resin coating layer is not particularly limited. For example, 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. Modified silicone resins obtained by modifying silicone resins with acrylic resins, polyester resins, epoxy resins, polyamide resins, polyamideimide resins, alkyd resins, urethane resins, fluororesins, etc. may also be used. For example, from the viewpoint of suppressing resin peeling due to mechanical stress received during stirring and mixing with the toner, it is preferable that the coating resin is a thermosetting resin. Examples of thermosetting resins suitable for the coating resin include epoxy resins, phenol resins, silicone resins, unsaturated polyester resins, urea resins, melamine resins, alkyd resins, and resins containing them. However, as described above, the type of coating resin is not particularly limited, and an appropriate one can be selected depending on the type of toner to be combined and the usage environment.
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。 The resin coating layer may be formed using one type of resin, or two or more types of resin. When two or more types of resin are used, two or more types of resin may be mixed to form one resin coating layer, or multiple resin coating layers may be formed. For example, it is preferable to provide a first resin coating layer having good adhesion to the ferrite particles on the surface of the ferrite particles, and provide a second resin coating layer on the surface of the first resin coating layer to impart the desired charging performance to the carrier.
(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。
(2) Resin Coating Amount The amount of resin (resin coating amount) coating the surface of the ferrite particles is preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the ferrite particles used as the core material. If the resin coating amount is less than 0.1% by mass, it becomes difficult to sufficiently coat the surface of the ferrite particles with resin, and it becomes difficult to obtain the desired charging ability. In addition, if the resin coating amount exceeds 10% by mass, aggregation of carrier particles occurs during production, which leads to a decrease in productivity such as a decrease in yield, and the developer characteristics such as the fluidity of the developer in the actual machine or the charging ability to the toner fluctuate, which is not preferable.
(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。
(3) Additives The resin coating layer may contain additives such as conductive agents and charge control agents for controlling the electrical resistance, charge amount, and charging speed of the carrier. Examples of conductive agents include conductive carbon, oxides such as titanium oxide and tin oxide, and various organic conductive agents. However, since the electrical resistance of the conductive agent is low, if the amount of the conductive agent added is too large, charge leakage is likely to occur. Therefore, the content of the conductive agent is preferably 0.25% by mass or more and 20.0% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or more and 15.0% by mass or less, and even more preferably 1.0% by mass or more and 10.0% by mass or less, based on the solid content of the coating resin.
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。 Examples of charge control agents include various charge control agents commonly used for toners and silane coupling agents. The types of these charge control agents and coupling agents are not particularly limited, but charge control agents such as nigrosine dyes, quaternary ammonium salts, organometallic complexes, and metal-containing monoazo dyes, as well as aminosilane coupling agents and fluorine-based silane coupling agents, 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, more preferably 0.5% by mass or more and 15.0% by mass or less, and even more preferably 1.0% by mass or more and 10.0% by mass or less, based on the solid content of the coating resin.
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。
3. Electrophotographic Developer Next, an embodiment of the electrophotographic developer according to the present invention will be described. The electrophotographic developer contains the above-mentioned carrier for electrophotographic developer and a toner.
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。 As 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 any toner may be used as long as it can be used as an electrophotographic developer in combination with the above carrier.
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。 The toner preferably has a volume average particle diameter ( D50 ) of 2 μm or more and 15 μm or less, and more preferably 3 μm or more and 10 μm or less. When the toner has a volume average particle diameter ( D50 ) within this range, an electrophotographic developer capable of performing high-quality electrophotographic printing can be obtained.
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。 The mixture ratio of the carrier and the toner, i.e., the toner concentration, is preferably 3% by mass or more and 15% by mass or less. An electrophotographic developer containing toner at this concentration makes it easier to obtain the desired image density and can better suppress fogging and toner scattering.
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。 On the other hand, when the electrophotographic developer is used as a replenishment developer, it is preferable that the toner amount is 2 parts by weight or more and 50 parts by weight or less per 1 part by weight of the carrier.
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。 The electrophotographic developer can be suitably used in various electrophotographic developing devices that apply a magnetic brush development method in which a carrier is attracted and attached to a magnetic drum or the like by magnetic force to form a brush-like toner, and a visible image is formed by attaching the toner to an electrostatic latent image formed on a photoconductor or the like while applying a bias electric field. The electrophotographic developer can be used not only in electrophotographic developing devices that use a DC bias electric field when applying a bias electric field, but also in electrophotographic developing devices that use an alternating bias electric field in which an AC bias electric field is superimposed on a DC bias electric field.
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. Manufacturing Method Hereinafter, a manufacturing method of the ferrite powder, the carrier core material for an electrophotographic developer, the carrier for an electrophotographic developer, and the electrophotographic developer according to the present invention will be described.
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。
4-1 Ferrite Powder and Carrier Core Material for Electrophotographic Developer The ferrite powder and carrier core material for electrophotographic developer according to the present invention can be produced as follows.
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。 First, the raw materials are weighed out in appropriate amounts to obtain the desired ferrite composition, then they are ground and mixed in a ball mill or vibrating mill for 0.5 hours or more, preferably 1 hour to 20 hours, and then pre-fired.
例えば、(MnO)x(MgO)y(Fe2O3)z(但し、15≦x≦50、2≦y≦35、45≦z≦60、x+y+z=100(mol%))の組成式で表されるスピネル型結晶相成分を主組成とするフェライト粒子を製造するには、x、y、zが所望の値となるように、それぞれの原料を秤量し、粉砕混合する。原料としては、例えば、Fe2O3と、Mg(OH)2及び/又はMgCO3と、MnO2、Mn2O3、Mn3O4及びMnCO3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。 For example, to produce ferrite particles mainly composed of a spinel - type crystal phase component represented by the composition formula (MnO)x(MgO)y( Fe2O3 )z (where 15≦x≦50, 2≦y≦35, 45≦z≦60, x+y+z=100 (mol%)), each raw material is weighed and pulverized and mixed so that x, y, and z are the desired values. As the raw materials, for example, it is preferable to use Fe2O3 , Mg(OH) 2 and / or MgCO3 , and one or more manganese compounds selected from the group consisting of MnO2, Mn2O3 , Mn3O4 , and MnCO3 .
本件発明に係るフェライト粒子は、RZrO3の組成式(但し、Rはアルカリ土類金属元素)で表されるペロブスカイト型結晶相成分を含む。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、ZrO2を原料とすることができる。 The ferrite particles according to the present invention contain a perovskite-type crystalline phase component represented by the composition formula RZrO3 (wherein R is an alkaline earth metal element). Therefore, for the alkaline earth metal element (R), an oxide of the alkaline earth metal element (R) is used as a raw material, weighed out to obtain a desired amount, and pulverized and mixed with other raw materials. For Zr, ZrO2 can be used as a raw material.
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2.50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、ZrO2:0.1以上3.0以下配合することが好ましく、ZrO2:0.2以上1.5以下配合することがより好ましい。また、モル比で主成分原料:100に対してアルカリ土類金属元素(R)の酸化物:0.1以上3.0以下配合することが好ましく、ZrO2:0.2以上1.5以下配合することがより好ましい。当該ペロブスカイト型結晶相成分はアルカリ土類金属元素(R)の酸化物と、ZrO2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ZrO2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。 Here, when manufacturing ferrite particles containing the perovskite crystal phase component in an amount of 0.05% by mass or more and 2.50% by mass or less (however, this is the mass fraction obtained when performing a phase composition analysis of the crystal phase constituting the ferrite particles by Rietveld analysis of the X-ray diffraction pattern), it is preferable to mix ZrO 2 : 0.1 to 3.0 and more preferably to mix ZrO 2 : 0.2 to 1.5 with respect to 100 of the main component raw material in a molar ratio. Also, it is preferable to mix an oxide of an alkaline earth metal element (R) : 0.1 to 3.0 and more preferably to mix ZrO 2 : 0.2 to 1.5 with respect to 100 of the main component raw material in a molar ratio. The perovskite crystal phase component is generated by a solid-phase reaction between the oxide of an alkaline earth metal element (R) and ZrO 2 . Therefore, by appropriately changing the amounts and ratios of the oxides of alkaline earth metal elements (R) and ZrO2 added within the above-mentioned preferred blending ranges, the amount of the perovskite crystal phase component produced can be adjusted.
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ZrO2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、ZrO2以外の原料を粉砕、混合し、大気下で仮焼成した後に、ZrO2を加え、さらに粉砕混合することも好ましい。その場合は、ZrO2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、ZrO2を加える。 When producing the ferrite particles according to the present invention, ZrO2 is weighed out to a desired amount and pulverized and mixed with other raw materials. In order to uniformly disperse zirconium dioxide inside the particles, it is desirable to add zirconium dioxide when pulverizing and mixing the raw materials. It is also preferable to pulverize and mix raw materials other than ZrO2 , calcinate them in the atmosphere, add ZrO2 , and further pulverize and mix them. In that case, the pulverized product obtained by pulverizing and mixing the raw materials other than ZrO2 is pelletized using a pressure molding machine or the like, calcined in the atmosphere at a temperature of 700°C to 1200°C, and then ZrO2 is added.
ZrO2を含め全ての原料を粉砕混合した後、又は、ZrO2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ZrO2を加え、さらにボー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、上記所定粒子の含有率が本件発明の範囲内であるフェライト粒子を得る上で、粉砕物の体積平均粒径(D50)が2.0μm以下になるように粉砕することが好ましく、1.5μm以下になるように粉砕することがより好ましい。当該方法を採用することにより、内部空孔が少なく、或いは内部空孔が存在していたとしてもその最大フェレ径の小さい粒子からなるフェライト粒子を得ることができる。また、異常粒成長を抑制するため、粒度分布の粗目側の粒径(D90)は3.5μm以下になるように粉砕することが好ましい。これらを調整することで、ペロブスカイト型結晶相成分が粒子の表面から内部までより均一に分散させることができる。 After all the raw materials including ZrO2 are ground and mixed, or after other raw materials other than ZrO2 are ground and mixed and calcined, a predetermined amount of ZrO2 is added to the calcined product obtained, and further ground with a ball mill or a vibration mill, etc., and in either case, water is added to the ground mixture and finely ground with a bead mill or the like to obtain a slurry. The degree of grinding can be controlled by adjusting the diameter, composition, and grinding time of the beads used as media. In order to uniformly disperse the raw materials, it is preferable to use fine beads having a particle size of 1 mm or less as media. In addition, in order to obtain ferrite particles whose content of the above-mentioned predetermined particles is within the range of the present invention, it is preferable to grind the ground product so that the volume average particle size ( D50 ) is 2.0 μm or less, and more preferably to grind it so that it is 1.5 μm or less. By adopting this method, it is possible to obtain ferrite particles consisting of particles with few internal voids, or even if internal voids exist, whose maximum Feret diameter is small. In addition, in order to suppress abnormal grain growth, it is preferable to grind the grains so that the grain size ( D90 ) on the coarse side of the grain size distribution is 3.5 μm or less. By adjusting these, the perovskite crystal phase components can be dispersed more uniformly from the surface to the interior of the particles.
さらに、BET比表面積及び見掛密度が上記好ましい範囲のフェライト粒子を得る上で、BET比表面積が20~150m2/gであり、且つ、体積平均粒径(D50)が0.5μm~2.5μmのZrO2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、ZrO2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することができる。そのため、機械的ストレスが加わったときも互いに固溶しない異なる結晶相間の界面での割れや欠けが生じるのを抑制し、当該フェライト粒子の強度を向上させることができる。 Furthermore, in order to obtain ferrite particles having a BET specific surface area and apparent density in the above-mentioned preferred ranges, it is desirable to use ZrO 2 having a BET specific surface area of 20 to 150 m 2 /g and a volume average particle size (D 50 ) of 0.5 μm to 2.5 μm as a raw material. By using a raw material having such characteristics, it is possible to uniformly advance the growth of the perovskite-type crystal phase component while dispersing ZrO 2 well within the particles. It is possible to suppress the segregation of the crystal phase component within the particles and the abnormal grain growth of each crystal phase component. Therefore, even when mechanical stress is applied, it is possible to suppress the occurrence of cracks and chips at the interface between different crystal phases that are not solid-soluble with each other, and to improve the strength of the ferrite particles.
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。 Next, it is preferable to add a dispersant, binder, etc. to the slurry obtained in this manner as necessary to adjust the viscosity to 2 poise or more and 4 poise or less. In this case, polyvinyl alcohol or polyvinylpyrrolidone can be used as the binder.
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。 The slurry prepared as above is sprayed and dried using a spray dryer to obtain a granulated product. In this case, the granulation conditions are preferably set to a discharge rate of 20 Hz or more and 50 Hz or less, an atomizer disk rotation speed of 11,000 rpm or more and 20,000 rpm or less, and a drying temperature of 100°C or more and 500°C or less. For example, to obtain ferrite particles having an apparent density within the above range, it is preferable to set the atomizer disk rotation speed to 11,000 rpm or more and 16,000 rpm or less, and a drying temperature to 150°C or more and 300°C or less.
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。 Next, it is preferable to classify the granulated material before firing and remove fine particles contained in the granulated material in order to obtain ferrite powder with a uniform particle size. The classification of the granulated material can be performed using a known air classification or a sieve.
次に、分級された造粒物を焼成する。造粒物は必要に応じて一次焼成した後に、本焼成を行うことが好ましい。一次焼成を行う場合、その焼成温度は600℃以上900℃以下にすることが好ましい。 Next, the classified granules are fired. It is preferable to perform primary firing of the granules as necessary, followed by main firing. When primary firing is performed, the firing temperature is preferably 600°C or higher and 900°C or lower.
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4時間以上24時間以下保持することにより、行うことが好ましい。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く、0.1体積%(1000ppm)以上1.5体積%(25000ppm)以下であることが一層好ましく、0.1体積%(1000ppm)以上1.0体積%(25000ppm)以下であることがより一層好ましい。 In addition, the firing is preferably carried out in an inert atmosphere or a weakly oxidizing atmosphere by maintaining the temperature at 850°C or higher for 4 hours to 24 hours. However, the firing temperature is not particularly limited as long as the ferrite particles according to the present invention can be obtained. Here, an inert atmosphere or a weakly oxidizing atmosphere refers to an atmosphere of a mixed gas of nitrogen and oxygen in which the oxygen concentration is 0.1% by volume (1000 ppm) or more and 5% by volume (50000 ppm) or less, and more preferably, the atmospheric oxygen concentration is 0.1% by volume (1000 ppm) or more and 3.5% by volume (35000 ppm) or less, even more preferably, 0.1% by volume (1000 ppm) or more and 2.5% by volume (25000 ppm) or less, even more preferably, 0.1% by volume (1000 ppm) or more and 1.5% by volume (25000 ppm) or less, and even more preferably, 0.1% by volume (1000 ppm) or more and 1.0% by volume (25000 ppm) or less.
さらに、上記所定粒子の含有率が本件発明の範囲内のフェライト粒子を得る上で、本焼成温度に至るまでの昇温速度は30℃/時以上100℃/時以下とすることが好ましく、40℃/時以上90℃/時以下とすることがより好ましく、50℃/時以上85℃/時以下とすることがさらに好ましい。 Furthermore, in order to obtain ferrite particles having a content of the above-mentioned specified particles within the range of the present invention, the heating rate up to the firing temperature is preferably 30° C./hour or more and 100° C./hour or less, more preferably 40° C./hour or more and 90° C./hour or less, and even more preferably 50° C./hour or more and 85° C./hour or less.
例えば、(MnO)x(MgO)y(Fe2O3)z(但し、15≦x≦50、2≦y≦35、45≦z≦60、x+y+z=100(mol%))の組成式で表されるスピネル型結晶相成分を主組成とするフェライト粒子を製造するには、スピネル型結晶からなるフェライト成分を十分に生成させつつ、粒界にジルコニウム成分を分散させるためにスピネル型結晶からなるフェライト成分の生成に適した温度(850℃以上1150℃以下)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RZrO3の組成式で表されるペロブスカイト型結晶相成分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がより好ましい。また、その際、アルカリ土類金属元素(R)の種類と、ZrO2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比表面積を本件発明の範囲内にすることができる。 For example, in order to produce ferrite particles mainly composed of a spinel type crystal phase component represented by the composition formula of (MnO)x(MgO)y( Fe2O3 )z (where 15≦x≦50, 2≦y≦35, 45≦z≦60, x+y+z=100 (mol %)), it is more preferable to hold the mixture at a temperature suitable for generating the ferrite component made of spinel type crystals (850°C or higher and 1150°C or lower) for 3 hours or more in order to sufficiently generate the ferrite component made of spinel type crystals while dispersing the zirconium component at the grain boundaries, and then hold the mixture at a temperature suitable for generating a perovskite type crystal phase component represented by the composition formula of RZrO3, such as strontium zirconate , for 1 hour or more to perform the main firing. In addition, at that time, the firing temperature, firing time, and atmospheric oxygen concentration during firing can be appropriately controlled according to the type of alkaline earth metal element (R) and the amount of ZrO2 blended, thereby making it possible to make the BET specific surface area fall within the range of the present invention.
例えば、ジルコン酸ストロンチウム(SrZrO3)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(ZrO2)の配合量を0.05mol~3.00molとすることが好ましい。 For example, in the case of strontium zirconate (SrZrO 3 ), in order to obtain an apparent density within the range of the present invention while sufficiently generating perovskite crystal phase components, it is preferable to maintain the firing temperature at a temperature of preferably 1170° C. to 1400° C., more preferably 1180° C. to 1350° C., and even more preferably 1200° C. to 1330° C. for one hour or more. In this case, the amount of zirconium oxide (ZrO 2 ) blended is preferably 0.05 mol to 3.00 mol.
また、例えば、ジルコン酸カルシウム(CaZrO3)やジルコン酸バリウム(BaZrO3)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(CaZrO3)やジルコン酸バリウム(BaZrO3)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(Al2O3)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。 In addition, for example, in the case of calcium zirconate (CaZrO 3 ) or barium zirconate (BaZrO 3 ), it is preferable to pulverize the raw material, add a reaction accelerator, and then sinter at a predetermined temperature. In order to generate the perovskite crystal phase components of calcium zirconate (CaZrO 3 ) or barium zirconate (BaZrO 3 ), if no reaction accelerator is added, it is necessary to sinter at a high temperature of 2000° C. or higher. On the other hand, by pulverizing the raw material to a primary particle size of about several tens of nanometers and adding an aluminum compound (e.g., alumina (Al 2 O 3 ) or the like) as a reaction accelerator, these perovskite crystal phase components can be generated even at a temperature of 1500° C. or lower. In this way, the ferrite particles according to the present invention can be obtained by maintaining the temperature suitable for generating the perovskite crystal phase components according to the target composition and adjusting other conditions as necessary.
なお、本焼成を行う際は、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RZrO3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。 In addition, when the main firing is performed, it is preferable to use a firing furnace such as a tunnel kiln or elevator kiln in which the granulated material (material to be fired) is passed through the hot section while being moved, rather than a firing furnace such as a rotary kiln in which the granulated material is passed through the hot section while being moved. In a firing furnace such as a rotary kiln in which the granulated material is passed through the hot section while being moved, if the oxygen concentration in the firing atmosphere is low, the granulated material may adhere to the inner surface of the furnace when passing through the hot section, and the granulated material passing through the inside while flowing may not be able to be sufficiently heated. In that case, the granulated material passes through the hot section without being sufficiently sintered, so that the surface of the obtained fired material is sufficiently sintered, but the inside is often insufficiently sintered. Such fired material does not meet the strength required for a carrier core material for electrophotographic developer, and the ferrite reaction inside is insufficient, so that the magnetic properties and electrical properties required for a carrier core material for electrophotographic developer may not be met. Furthermore, if the sintering inside the fired product is insufficient, the perovskite crystal phase component represented by the composition formula RZrO3 cannot be sufficiently generated in the firing process, which makes it difficult to obtain the ferrite particles according to the present invention.
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、RZrO3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。 On the other hand, if the granulated material is placed in a sintering furnace such as a kiln and passed through a hot section while remaining stationary, the inside of the material to be sintered can be sufficiently sintered, making it easy to obtain ferrite particles that have high magnetization and high resistance and in which the perovskite crystal phase component represented by the composition formula RZrO3 is sufficiently generated. For these reasons, it is preferable to use a tunnel kiln, elevator kiln, or the like when carrying out the main sintering step.
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。 The fired product is then crushed and classified to obtain ferrite particles. As classification methods, the particle size is adjusted to the desired particle size using existing methods such as air classification, mesh filtration, and sedimentation. When performing dry recovery, it is also possible to recover using a cyclone, etc. When adjusting the particle size, two or more of the above classification methods may be selected and carried out, or the conditions may be changed for one classification method to remove coarse and fine particles.
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。 Thereafter, if necessary, the surface of the ferrite particles can be heated at a low temperature to perform a surface oxidation treatment, thereby adjusting the surface resistance of the ferrite particles. The surface oxidation treatment can be performed by subjecting the ferrite particles to a heat treatment at 400°C to 730°C, preferably 450°C to 650°C, in an oxygen-containing atmosphere such as air, using a rotary electric furnace, a batch electric furnace, or the like. 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. On the other hand, if the heating temperature is higher than 730°C, in the case of manganese-containing ferrite, the oxidation of manganese proceeds too much, and the magnetization of the ferrite particles decreases, which is not preferable. To form a uniform oxide film on the surface of the ferrite particles, it is preferable to use a rotary electric furnace. However, the surface oxidation treatment is an optional process.
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。
4-2. Carrier for electrophotographic developer The carrier for electrophotographic developer according to the present invention is a carrier in which the above-mentioned ferrite particles are used as a core material and a resin coating layer is provided on the surface of the ferrite particles. The resin constituting the resin coating layer is as described above. When forming a resin coating layer on the surface of the ferrite particles, a known method such as a brush coating method, a spray drying method using a fluidized bed, a rotary drying method, a liquid immersion drying method using a universal stirrer, etc. can be adopted. In order to improve the ratio of the resin coating area to the surface of the ferrite particles (resin coating rate), it is preferable to adopt a spray drying method using a fluidized bed. In any case, the ferrite particles can be subjected to a resin coating treatment once or multiple times. The resin coating liquid used in forming the resin coating layer may contain the above-mentioned additives. In addition, since the amount of resin coating on the surface of the ferrite particles is as described above, a description thereof will be omitted here.
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。 After the resin coating liquid is applied to the surface of the ferrite particles, baking may be performed by external or internal heating as necessary. For external heating, a fixed or flow type electric furnace, a rotary type electric furnace, a burner furnace, etc. can be used. For internal heating, a microwave furnace can be used. If a UV-curable resin is used as the coating resin, a UV heater is used. Baking should be performed at a temperature equal to or higher than the melting point or glass transition point of the coating resin. If a thermosetting resin or a condensation cross-linking type resin is used as the coating resin, baking should be performed at a temperature at which the curing of these resins progresses sufficiently.
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。
4-3. Electrophotographic Developer Next, a method for producing an electrophotographic developer according to the present invention will be described.
The electrophotographic developer according to the present invention contains the above-mentioned carrier for electrophotographic developer and a toner. As the toner, either a polymerized toner or a pulverized toner can be preferably used as described above.
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。 Polymerized toner can be produced by known methods such as suspension polymerization, emulsion polymerization, emulsion aggregation, ester elongation polymerization, and phase inversion emulsification. For example, a colored dispersion liquid in which a colorant is dispersed in water using a surfactant is mixed and stirred with a polymerizable monomer, a surfactant, and a polymerization initiator in an aqueous medium to emulsify and disperse the polymerizable monomer in the aqueous medium, and polymerize while stirring and mixing. A salting-out agent is then added to salt out the polymer particles. The particles obtained by salting out are filtered, washed, and dried to obtain a polymerized toner. External additives may then be added to the dried toner particles as necessary.
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。 When producing the polymerized toner particles, a toner composition containing a polymerizable monomer, a surfactant, a polymerization initiator, a colorant, etc. may be used. The toner composition may also contain a fixation improver and a charge control agent.
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。 To prepare pulverized toner, for example, binder resin, colorant, charge control agent, etc. are thoroughly mixed in a mixer such as a Henschel mixer, then melt-kneaded in a twin-screw extruder or the like to disperse uniformly, cooled, finely pulverized in a jet mill or the like, and classified, for example, by a wind classifier, to obtain a toner of the desired particle size. If necessary, wax, magnetic powder, viscosity modifier, and other additives may be added. Furthermore, external additives can be added after classification.
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。 Next, the present invention will be specifically described with examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
(1)フェライト粒子
実施例1では、(MnO)x(MgO)y(Fe2O3)zの組成式で表されるスピネル型結晶相成分を主成分とし、SrZrO3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むフェライト粒子を次のようにして製造した。まず、主成分原料として、モル比でMnO換算:38.3、MgO換算:10.4、Fe2O3:51.3となるように、MnO原料、MgO原料及びFe2O3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。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、Fe2O3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。
(1) Ferrite particles In Example 1, ferrite particles containing a spinel type crystal phase component represented by the composition formula of (MnO)x(MgO)y( Fe2O3 )z as the main component and a perovskite type crystal phase component represented by the composition formula of SrZrO3 (R = Sr) were manufactured as follows. First, as the main component raw materials, MnO raw material, MgO raw material, and Fe2O3 raw material were weighed out so that the molar ratio was MnO equivalent: 38.3, MgO equivalent: 10.4, and Fe2O3 : 51.3 . In addition, SrO raw material was weighed out so that the molar ratio was SrO: 0.8 with respect to the main component raw material: 100. Here, trimanganese tetroxide was used as the MnO raw material, magnesium oxide was used as the MgO raw material, ferric oxide was used as the Fe2O3 raw material, and strontium carbonate was used as the SrO raw material.
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。 The weighed raw materials were then pulverized for 5 hours in a dry media mill (vibration mill, 1/8-inch diameter stainless steel beads), and the resulting pulverized material was made into pellets of approximately 1 mm square using a roller compactor. The resulting pellets were passed through a vibrating sieve with 3 mm openings to remove coarse powder, and then through a vibrating sieve with 0.5 mm openings to remove fine powder. The pellets were then heated at 800°C for 3 hours in a continuous electric furnace for pre-firing. The raw materials were then pulverized using a dry media mill (vibration mill, 1/8-inch diameter stainless steel beads) until the average particle size was approximately 5 μm. The pulverization time was 6 hours.
得られた粉砕物に、水と、ZrO2原料としてのBET比表面積が30m2/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ZrO2:1.0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0.9μmであった。 Water and zirconium dioxide as a ZrO2 raw material having a BET specific surface area of 30 m2 /g and an average particle size of 2 μm were added to the obtained pulverized material, and the mixture was pulverized for 6 hours using a wet media mill (horizontal bead mill, zirconia beads having a diameter of 1 mm). At this time, zirconium dioxide was added to the pulverized material so that the molar ratio of the main component raw material: 100 to ZrO2 : 1.0 was obtained. The particle size (primary particle size of the pulverized material) of the obtained slurry was measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer (LA-950, Horiba, Ltd.), and D50 was 0.9 μm.
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。 Furthermore, an appropriate amount of dispersant was added to the slurry prepared as described above, and 0.4 mass% of PVA (polyvinyl alcohol) was added as a binder relative to the solid content (amount of pre-calcined material in the slurry), followed by granulation and drying using a spray dryer. The particle size of the resulting granulated material was adjusted, and then the material was heated in an air atmosphere at 800°C for 2 hours using a rotary electric furnace to remove organic components such as the dispersant and binder.
その後、トンネル式電気炉により、焼成温度(保持温度)1230℃、酸素濃度0.3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50℃/時、冷却速度を110℃/時とした。得られた焼成物をハンマークラッシャーにより解砕し、さらにジャイロシフター(振動篩機)及びターボクラシファイア(気流分級機)により分級して粒度調整を行い、磁力選鉱により低磁力品を分別し、フェライト粒子を得た。 The granulated material was then fired in a tunnel-type electric furnace at a firing temperature (holding temperature) of 1230°C in an atmosphere with an oxygen concentration of 0.3% by volume for 3 hours. The heating rate was 50°C/hour and the cooling rate was 110°C/hour. The fired material was crushed using a hammer crusher, and further classified using a gyro sifter (vibrating sieve) and a turbo classifier (air classifier) to adjust the particle size. Low magnetic particles were separated by magnetic separation to obtain ferrite particles.
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、450℃でフェライト粒子の表面に酸化被膜を形成した。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。 The obtained ferrite particles were subjected to a surface oxidation treatment in a rotary electric furnace equipped with a hot section and a cooling section following the hot section, and then cooled to obtain surface-oxidized ferrite particles. In the surface oxidation treatment, an oxide film was formed on the surface of the ferrite particles at 450°C in the hot section under air atmosphere. The main production conditions for the ferrite particles of Example 1 are shown in Table 1.
(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、以下のようにアクリル樹脂を被覆して、実施例1のキャリアを得た。
(2) Carrier for Electrophotographic Developer The above ferrite particles were used as a core material, and the ferrite particles were coated with an acrylic resin as follows to obtain a carrier of Example 1.
まず、アクリル樹脂(ダイヤナールLR-269、三菱レイヨン株式会社製)とトルエンとを混合したアクリル樹脂溶液(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1.5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を用い、145℃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。 First, an acrylic resin solution (resin solid content 10% by mass) was prepared by mixing acrylic resin (Dianal LR-269, manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) with toluene. This resin solution was mixed with the ferrite particles of Example 1 using a universal stirrer to coat the surfaces of the ferrite particles with the resin solution. At that time, an amount of resin solution was used such that the resin solid content was 1.5% by mass relative to the ferrite particles. Next, the ferrite particles with the resin solution attached were heated while stirring at 145°C for 3 hours using a heat exchange type stirring and heating device, and the volatile components contained in the resin solution were volatilized to dry the ferrite particles. This resulted in the electrophotographic developer carrier of Example 1 having a resin coating layer on the surfaces of the ferrite particles.
(3)電子写真現像剤
上記電子写真現像剤用キャリアとトナーとをターブラミキサーを用いて30分間撹拌して混合し、1kgの現像剤(トナー濃度7.5重量%)を得た。ここで、トナーはフルカラープリンターに使用されている市販の負極性トナー(シアントナー、富士ゼロックス株式会社製DocuPrintC3530用;平均粒径約5.8μm)を用いた。
(3) Electrophotographic Developer The above-mentioned electrophotographic developer carrier and toner were mixed by stirring for 30 minutes using a Turbula mixer to obtain 1 kg of developer (toner concentration 7.5% by weight). The toner used here was a commercially available negative toner (cyan toner, for DocuPrint C3530 manufactured by Fuji Xerox Co., Ltd.; average particle size approx. 5.8 μm) used in full-color printers.
本実施例では、スラリーの粒径(粉砕の一次粒子径)D50が1.4μmになるように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、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。 In this example, the ferrite particles of Example 2 were produced in the same manner as in Example 1, except that the particle size (primary particle size of pulverization) D50 of the slurry was set to 1.4 μm. The main production conditions of Example 2 are shown in Table 1. In addition, a carrier for an electrophotographic developer was produced in the same manner as in Example 1, except that the ferrite particles were used as a core material, and an electrophotographic developer was produced using the carrier for an electrophotographic developer.
本実施例では、スラリーの粒径(粉砕の一次粒子径)D50が1.0μmになるようにした点と、本焼成時の昇温速度が80℃/時となるようにした点とを除いて実施例1と同様にして、実施例3のフェライト粒子を製造した。実施例3の主たる製造条件を表1に示す。また、当該フェライト粒子を芯材として用いたこと以外は、実施例1と同様にして電子写真現像剤用キャリアを製造し、当該電子写真現像剤用キャリアを用いて電子写真現像剤を製造した。 In this example, the ferrite particles of Example 3 were produced in the same manner as in Example 1, except that the particle size (primary particle size of pulverization) D50 of the slurry was set to 1.0 μm, and the temperature rise rate during main baking was set to 80° C./hour. The main production conditions of Example 3 are shown in Table 1. In addition, a carrier for an electrophotographic developer was produced in the same manner as in Example 1, except that the ferrite particles were used as a core material, and an electrophotographic developer was produced using the carrier for an electrophotographic developer.
本実施例では、スラリーの粒径(粉砕の一次粒子径)D50が1.3μmになるようにした点と、本焼成時の昇温速度が75℃/時となるよう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、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。 In this example, the ferrite particles of Example 4 were produced in the same manner as in Example 1, except that the particle size (primary particle size after pulverization) D50 of the slurry was set to 1.3 μm, and the temperature rise rate during main baking was set to 75° C./hour. The main production conditions of Example 4 are shown in Table 1. In addition, a carrier for an electrophotographic developer was produced in the same manner as in Example 1, except that the ferrite particles were used as a core material, and an electrophotographic developer was produced using the carrier for an electrophotographic developer.
[比較例1]
本比較例では、スラリーの粒径(粉砕の一次粒子径)D50が2.3μmになるようにした点と、本焼成時の昇温速度が150℃/時となるようにした点と、本焼成時の焼成温度(保持温度)が1250℃になるようにした点とを除いて実施例1と同様にして、比較例1のフェライト粒子を製造した。比較例1の主たる製造条件を表1に示す。また、当該フェライト粒子を芯材として用いたこと以外は、実施例1と同様にして電子写真現像剤用キャリアを製造し、当該電子写真現像剤用キャリアを用いて電子写真現像剤を製造した。
[Comparative Example 1]
In this comparative example, the ferrite particles of Comparative Example 1 were produced in the same manner as in Example 1, except that the particle size (primary particle size of pulverization) D50 of the slurry was set to 2.3 μm, the temperature rise rate during main baking was set to 150° C./hour, and the baking temperature (retention temperature) during main baking was set to 1250° C. The main production conditions of Comparative Example 1 are shown in Table 1. Moreover, a carrier for an electrophotographic developer was produced in the same manner as in Example 1, except that the ferrite particles were used as a core material, and an electrophotographic developer was produced using the carrier for an electrophotographic developer.
[比較例2]
本比較例では、スラリーの粒径(粉砕の一次粒子径)D50が2.2μmになるようにした点と、本焼成時の昇温速度が150℃/時となるようにした点と、本焼成時の焼成温度(保持温度)が1300℃になるようにした点とを除いて実施例1と同様にして、比較例2のフェライト粒子を製造した。比較例2の主たる製造条件を表1に示す。また、当該フェライト粒子を芯材として用いたこと以外は、実施例1と同様にして電子写真現像剤用キャリアを製造し、当該電子写真現像剤用キャリアを用いて電子写真現像剤を製造した。
[Comparative Example 2]
In this comparative example, the ferrite particles of Comparative Example 2 were produced in the same manner as in Example 1, except that the particle size (primary particle size of pulverization) D50 of the slurry was set to 2.2 μm, the temperature rise rate during main baking was set to 150° C./hour, and the baking temperature (retention temperature) during main baking was set to 1300° C. The main production conditions of Comparative Example 2 are shown in Table 1. In addition, a carrier for an electrophotographic developer was produced in the same manner as in Example 1, except that the ferrite particles were used as a core material, and an electrophotographic developer was produced using the carrier for an electrophotographic developer.
[比較例3]
本比較例では、スラリーの粒径(粉砕の一次粒子径)D50が2.3μmになるようにした点と、本焼成時の昇温速度が150℃/時となるようにした点と、本焼成時の焼成温度(保持温度)が1210℃になるようにした点とを除いて実施例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、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。
[Comparative Example 3]
In this comparative example, the ferrite particles of Comparative Example 3 were produced in the same manner as in Example 1, except that the particle size (primary particle size of pulverization) D50 of the slurry was set to 2.3 μm, the temperature rise rate during main baking was set to 150° C./hour, and the baking temperature (retention temperature) during main baking was set to 1210° C. The main production conditions of Comparative Example 3 are shown in Table 1. Moreover, a carrier for an electrophotographic developer was produced in the same manner as in Example 1, except that the ferrite particles were used as a core material, and an electrophotographic developer was produced using the carrier for an electrophotographic developer.
〈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)スピネル型結晶相成分含有量、(3)Zr元素の分散度合い、(4)体積平均粒径、(5)所定粒子の含有比率、(6)見掛密度、(7)BET比表面積、(8)粒子強度指数、(9)飽和磁化、(10)抵抗について評価した。
以下、各評価方法/測定方法及び評価結果を述べる。
<evaluation>
The ferrite particles of each Example and Comparative Example obtained as described above were evaluated for (1) the perovskite type crystal phase component content, (2) the spinel type crystal phase component content, (3) the degree of dispersion of Zr element, (4) the volume average particle size, (5) the content ratio of a specified particle, (6) the apparent density, (7) the BET specific surface area, (8) the particle strength index, (9) the saturation magnetization, and (10) the resistance.
The evaluation methods/measurement methods and evaluation results are described below.
1.評価方法/測定方法
(1)ペロブスカイト型結晶相含有量(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。
1. Evaluation method/measurement method (1) Perovskite crystal phase content (mass%)
The ferrite particles produced in each Example and Comparative Example were used as samples, and the perovskite crystal phase content in each ferrite particle was determined by Rietveld analysis of the powder X-ray diffraction pattern. Although it may be difficult to identify and quantify each crystal phase by waveform separation of the powder X-ray diffraction pattern, Rietveld analysis based on a crystal structure model makes it possible to identify and quantify each phase.
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
The X-ray diffraction device used was "X'PertPRO MPD" manufactured by PANalytical. A Co tube (CoKα ray) was used as the X-ray source. A focused optical system and a high-speed detector "X'Celarator" were used as the optical system. The measurement conditions were as follows.
Scan speed: 0.08°/sec Divergence slit: 1.0°
Scattering slit: 1.0°
Receiving slit: 0.15 mm
Voltage and current of the sealed tube: 40 kV/40 mA
Measurement range: 2θ = 15° to 90°
Number of times: 5
得られた測定結果を元に、「国立研究開発法人物質・材料研究機構、"AtomWork"(URL:http://crystdb.nims.go.jp/)」に開示の構造より結晶構造を以下の通り同定した。
A相:マンガンフェライト(スピネル型結晶)からなる結晶相
結晶構造: 空間群 F d -3 m (No. 227)
B相:RZrO3の組成式で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相
結晶構造:空間群 P n m a (No. 62)
C相:二酸化ジルコニウム(ジルコニア)
結晶構造:空間群 P -4 2 m (No. 111)
Based on the obtained measurement results, the crystal structure was identified as follows from the structure disclosed in the National Institute for Materials Science, "AtomWork" (URL: http://crystdb.nims.go.jp/).
Phase A: A crystalline phase consisting of manganese ferrite (spinel type crystal) Crystal structure: Space group F d -3 m (No. 227)
Phase B: Perovskite-type crystals represented by the formula RZrO3 . Crystal structure: Space group P nma (No. 62)
Phase C: Zirconium dioxide (zirconia)
Crystal structure: space group P -4 2 m (No. 111)
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。
Next, the identified crystal structure was refined using the analytical software “RIETAN-FP v2.83 (http://fujioizumi.verse.jp/download/download.html)” to calculate the abundance ratio of each crystal phase in terms of mass as the phase composition ratio.
The profile function used was the pseudo-Voigt function of Thompson, Cox and Hastings, and asymmetrization was performed by the Howard method.
The Rwp value and S value, which indicate the accuracy of fitting, were 2% or less and 1.5 or less, respectively, and it was confirmed that the main peaks of B and C phases were fitted at 2θ = 35 to 37°, after which each parameter was optimized.
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。 Based on the results of the Rietveld analysis of the X-ray diffraction patterns obtained as described above, the content (mass%) of the perovskite-type crystal phase component (phase B) was determined when a phase composition analysis of the crystal phases constituting the ferrite particles was performed.
(2)スピネル型結晶相含有量(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Fe2O3(D相)、Mn2O3(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。
(2) Spinel-type crystal phase content (mass%)
The results of the X-ray diffraction measurements of phases A, B, and C obtained above were analyzed in addition to phases D , E , and F, to determine the spinel crystal phase component content (mass%) in each ferrite particle.
(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%)
(3) Dispersion Degree of Zr Element For the ferrite particles produced in each of the Examples and Comparative Examples, the dispersion degree of Zr element defined by the following formula was measured.
Dispersion degree of Zr=Zr(s)/Zr(c)
however,
Zr(s): Zr content (mass%) in the surface portion of the particle cross section measured by energy dispersive X-ray analysis
Zr(c): Zr content (mass%) at the center of the particle cross section measured by energy dispersive X-ray analysis
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。 Here, we will explain with reference to Figure 1. The center of a ferrite particle's cross section (particle cross section) is defined as follows. If the maximum diameter in the particle cross section (for example, an SEM image) is defined as a line segment Dx, the midpoint of the line segment Dx is defined as the center C of the particle cross section, and the end points of the line segment Dx are defined as points P. Then, the center C is defined as the center position, and a square with one side that is 35% of the length of the line segment Dx is defined as square S. The area enclosed by this square S is defined as the center.
また、粒子断面の表面部は、次のように定義する。線分Dx上の点であって、点Pから中心Cに向かって線分Dxの長さの15%の距離の位置を点P’とする。そして、線分Dxの長さの35%の長さを有し、線分Dxに直交し、かつ点P又は点P’を中点とする線分を長辺とし、線分Dxの長さの15%の長さを有する線分を短辺とする長方形を長方形R1とする。本件発明では、フェライト粒子の断面において、この長方形R1で囲まれた領域を表面部と定義する。なお、図1は説明のためにフェライト粒子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。 The surface portion of the cross section of the particle is defined as follows. Point P' is a point on the line segment Dx, and is located at a distance of 15% of the length of the line segment Dx from point P toward the center C. Rectangle R1 is a rectangle having a long side that is a line segment having a length of 35% of the length of the line segment Dx, perpendicular to the line segment Dx, and having point P or point P' as a midpoint, and a short side that is a line segment having a length of 15% of the length of the line segment Dx . In the present invention, the area surrounded by this rectangle R1 in the cross section of the ferrite particle is defined as the surface portion. Note that FIG. 1 shows the cross-sectional shape of the ferrite particle simplified to a circular shape for the purpose of explanation, and does not show the actual cross-sectional shape of the ferrite particle according to the present invention.
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。 Energy dispersive X-ray analysis (EDX analysis) is performed on the central and surface areas of the particle cross section defined in this way to measure the Zr element content in each area. The specific measurement method is as follows.
(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した。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した。 (a) Ferrite particles were embedded in resin and subjected to cross-sectional processing by ion milling to prepare cross-sectional samples for measurement. Ion milling was performed using IM4000PLUS manufactured by Hitachi High-Technogies Corporation, with the ion beam acceleration voltage set to 6.0 kV under an argon atmosphere. Here, the ferrite single particles to be analyzed were particles with a maximum diameter Dx in the range of D50 x 0.8 ≦ Dx ≦ D50 x 1.2, where D50 is the volume average particle diameter of the ferrite particles (powder) containing the ferrite single particles.
(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した。 (b) The cross-section of the ferrite particle to be analyzed is observed using a scanning electron microscope (SEM, Hitachi High-Technogies SU8020) with an acceleration voltage of 15 kV and a WD of 15 mm for the obtained cross-sectional sample. The magnification is set so that only one ferrite particle to be analyzed is present in the field of view, and the entire particle fits within the field of view.
(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%)を算出した。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)」とした。 (c) Then, EDX analysis was performed on the center and surface regions (regions defined above) of the ferrite particle cross section. In the EDX analysis, mapping collection was performed for Fe, Mn, Mg, Sr, and Zr using an energy dispersive X-ray analyzer (Horiba, Ltd. EMax X-Max50), and the amount of each element (mass%) was calculated from the obtained X-ray spectrum peaks. The amount of Zr in the center of the obtained particle cross section was designated "Zr(c)," and the amount of Zr in the surface region of the particle cross section was designated "Zr(s)."
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。 Then, by substituting the amount of Zr in the center of the particle cross section (Zr(c)) and the amount of Zr in the surface of the particle cross section (Zr(s)) obtained by EDX analysis into the above-mentioned formula (1), the degree of dispersion of Zr in the ferrite particles being analyzed can be obtained.
このとき、粒子断面の表面部におけるZr量については、長方形R1と同様に定義された長方形R2と、粒子断面の中心Cをとおり直線Dxに直行する直線Dyについて上記点P,P’と同様に定めた点Q,Q’に基づき定義した長方形R3及び長方形R4で囲まれた4つの領域を表面部と定義し、各領域におけるZr量の平均値とした。各長方形R1、R2、R3、R4は、粒子断面の輪郭に沿って略等間隔に配置されるようにした。 In this case, the amount of Zr in the surface portion of the cross section of the particle was defined as four regions surrounded by a rectangle R2 defined similarly to the rectangle R1 , and rectangles R3 and R4 defined based on points Q and Q' defined similarly to the points P and P' with respect to a line Dy passing through the center C of the cross section of the particle and perpendicular to the line Dx , and the surface portion was defined as the average value of the amount of Zr in each region. The rectangles R1 , R2 , R3 , and R4 were arranged at approximately equal intervals along the contour of the cross section of the particle.
(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。
(4) Volume average particle size ( D50 )
The volume average particle diameter (D 50 ) was measured using a Microtrack particle size analyzer (Model 9320-X100) manufactured by Nikkiso Co., Ltd., as follows: Ferrite particles manufactured in each Example and Comparative Example were used as samples, 10 g of each sample and 80 ml of water were placed in a 100 ml beaker, 2 to 3 drops of a dispersant (sodium hexametaphosphate) were added, and a sample was prepared by dispersing for 20 seconds using an ultrasonic homogenizer (UH-150 type manufactured by SMT.Co.LTD.) at an output level of 4, removing bubbles formed on the surface of the beaker, and measuring the volume average particle diameter of the sample using the Microtrack particle size analyzer.
(5)所定粒子の含有率
上記所定粒子の含有率を次のようにして求めた。
a)フェライトキャリア芯材を樹脂包埋し、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した。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った。
(5) Content of Predetermined Particles The content of the above-mentioned predetermined particles was determined as follows.
a) A cross-sectional sample for measurement was prepared by embedding a ferrite carrier core material in resin and subjecting the core material to cross-sectional processing by ion milling. The ion milling was performed using an IM4000PLUS manufactured by Hitachi High-Technogies Corporation, with an ion beam acceleration voltage of 6.0 kV, in an argon atmosphere.
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1.0kV、WDを8mmとし、450倍視野にて撮影し、断面を観察した。このとき視野に存在する粒子が100粒子未満の場合、測定場所を変え、複数の視野を撮影してもよい。 b) The cross-section of the obtained cross-section sample was photographed with a scanning electron microscope (SEM, Hitachi High-Technogies SU8020) at an acceleration voltage of 1.0 kV, a WD of 8 mm, and a 450x field of view to observe the cross-section. If there are less than 100 particles in the field of view, the measurement location may be changed and multiple fields of view may be photographed.
c)その二次電子画像情報を、インターフェースを介してメディアサイバネティクス社製画像解析ソフト(Image-Pro PLUS)に導入して解析を行い、上記所定粒子の含有率を求めた。 c) The secondary electron image information was input via an interface into Media Cybernetics' image analysis software (Image-Pro PLUS) for analysis, and the content of the above-mentioned specified particles was determined.
測定対象粒子は以下の条件(1)を満たす円相当径を有するフェライト粒子100個とした。実施例及び比較例では、略粒形の造粒粉を焼成することによりフェライト粒子を得ている。従って、得られたフェライト粒子は造粒粉と略同様の形状を維持する。以下の条件(1)を満たさない粒子は、そのフェライト粒子の体積平均粒径D50に対して、粒径が小さすぎる粒子或いは大きすぎる粒子である、断面位置が適切ではない、又は、試料調製時に粒子同士が接触するなどして粒子の形状が球形から大きく逸脱した粒子等であると考えられるため、そのような粒子を測定対象粒子に含めた場合、粉体の代表値にそぐわなくなるためである。 The particles to be measured were 100 ferrite particles having a circle equivalent diameter that satisfies the following condition (1). In the examples and comparative examples, ferrite particles were obtained by firing granulated powder having an approximately granular shape. Therefore, the obtained ferrite particles maintain approximately the same shape as the granulated powder. Particles that do not satisfy the following condition (1) are considered to be particles whose particle diameter is too small or too large with respect to the volume average particle diameter D 50 of the ferrite particles, whose cross-sectional position is not appropriate, or whose particle shape deviates significantly from a spherical shape due to contact between particles during sample preparation, etc., and if such particles are included in the particles to be measured, they will not match the representative value of the powder.
条件(1):
0.8X ≦ Y ≦ 1.3X
但し、
X:体積平均粒径D50(μm)
Y:測定対象粒子の断面積の円相当径
Condition (1):
0.8X ≦ Y ≦ 1.3X
however,
X: Volume average particle diameter D 50 (μm)
Y: Equivalent circle diameter of the cross-sectional area of the particle to be measured
d)測定対象粒子1個について、画像解析ソフトの選択ツールにて粒子1個を選択し、その粒子面積から円相当径Yを算出する。上記条件(1)を満たすことを確認した後、断面粒子内の空孔(内部空孔)を選択し最大フェレ径Zを求めた。なお内部空孔とは、断面SEM写真において測定粒子の外周と接しておらず、表面から連続していない空孔を指す。同様の方法により、視野内の粒子のうち上記条件(1)を満たす100粒子について評価を行った。 d) For each particle to be measured, one particle was selected using the selection tool in the image analysis software, and the circle equivalent diameter Y was calculated from the particle area. After confirming that the above condition (1) was satisfied, voids (internal voids) in the cross-sectional particle were selected to determine the maximum Feret diameter Z. Note that an internal void refers to a void that is not in contact with the outer periphery of the measured particle in the cross-sectional SEM photograph and is not continuous from the surface. Using the same method, evaluation was performed on 100 particles within the field of view that satisfied the above condition (1).
e)測定対象粒子の断面積の円相当径Yと、内部空孔の最大フェレ径Zについて以下の式を満たす粒子を上記所定粒子とし、当該所定粒子の数をカウントし、全測定粒子(100粒子)に対する所定粒子の比率を算出した。なお、1つの測定対象粒子に複数の内部空孔が存在する場合がある。そのような場合、以下の条件を満たす内部空孔が少なくとも1つ存在するとき、当該測定対象粒子を上記所定粒子としてカウントするものとした。
0.15Y ≦ Z
但し、
e) The particles that satisfy the following formula for the circle equivalent diameter Y of the cross-sectional area of the measurement target particle and the maximum Feret diameter Z of the internal void are defined as the above-mentioned specified particles, the number of the specified particles is counted, and the ratio of the specified particles to all measurement particles (100 particles) is calculated. Note that one measurement target particle may have multiple internal voids. In such a case, when there is at least one internal void that satisfies the following condition, the measurement target particle is counted as the above-mentioned specified particle.
0.15Y≦Z
however,
(6)見掛密度
この見掛け密度の測定は、JIS Z2504:2012(金属粉の見掛密度試験法)に従って測定した。
(6) Apparent density This apparent density was measured in accordance with JIS Z2504:2012 (Test method for apparent density of metal powder).
(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。
(7) BET specific surface area The ferrite particles produced in each Example and Comparative Example were used as samples, and the BET specific surface area was determined using a specific surface area measuring device (Macsorb HM model-1208, Mountec Co., Ltd.) according to the following procedure. First, about 20 g of sample was placed in a glass petri dish, and then degassed to -0.1 MPa using a vacuum dryer. After degassing and confirming that the degree of vacuum in the glass petri dish had reached -0.1 MPa or less, the sample was heated at 200 ° C. for 2 hours. About 5 to 7 g of the sample subjected to these pretreatments was placed in a standard sample cell dedicated to the specific surface area measuring device. The mass of the sample placed in the standard sample cell was accurately weighed using a precision balance. Then, the 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%. When the measurement was completed, the mass of the sample was entered, and the calculated value was regarded as the measured value of the BET specific surface area.
(8)粒子強度指数
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、その粒子強度指数を以下のようにして求めた。
(8) Particle Strength Index The particle strength index of the ferrite particles produced in each of the Examples and Comparative Examples was determined as follows.
粒子強度指数は、フェライト粒子に対して破砕処理を施した前後のメッシュ通過量の差から算出することができる。 The particle strength index can be calculated from the difference in the amount of ferrite particles passing through the mesh before and after the crushing process.
(破砕処理前のメッシュ通過量X)
破砕処理前のメッシュ通過量Xは次のようにして求めた。メッシュ通過量Xの測定の際には、帯電量測定装置ブローオフ(京セラケミカル TB-200)を用いて、サンプルとして体積が30mLとなるように秤量したフェライト粒子を用いた。
(Mesh passing amount X before crushing treatment)
The mesh passing amount X before the crushing treatment was determined as follows. When measuring the mesh passing amount X, a charge amount measuring device Blow-off (Kyocera Chemical TB-200) was used, and ferrite particles were weighed out to have a volume of 30 mL as a sample.
まず、635M(メッシュ)(目開き20μm)を張った専用セル(ファラデーゲージ)の重量を測定し、フェライト粒子を0.5000±0.0005g秤量して当該専用セルに投入し(これを投入重量Aとする)、フェライト粒子の入った専用セルの重量Bを測定する。続いて、フェライト粒子の入った専用セルを上記帯電量測定装置ブローオフにセットし、ブロー圧0.5kgf/cm2で30秒間ブローした後に、当該専用セルを取り外し、ブロー後のキャリア芯材の入った専用セルの重量Cを測定する。そして、次式(1)に基づいてキャリア芯材のメッシュ通過量を求める。 First, the weight of a special cell (Faraday gauge) fitted with 635M (mesh) (opening 20 μm) is measured, 0.5000±0.0005 g of ferrite particles are weighed and put into the special cell (this is the put-in weight A), and the weight B of the special cell containing the ferrite particles is measured. Next, the special cell containing the ferrite particles is set in the blow-off charge measuring device and blown for 30 seconds at a blow pressure of 0.5 kgf/ cm2 , after which the special cell is removed and the weight C of the special cell containing the carrier core material after blowing is measured. Then, the amount of carrier core material passing through the mesh is calculated based on the following formula (1).
メッシュ通過量(重量%)=(ブロー前重量B-ブロー後重量C)/投入重量A×100(%) ・・・(1) Amount passing through the mesh (weight %) = (weight before blow B - weight after blow C) / weight input A x 100 (%) ... (1)
(破砕処理後のメッシュ通過量Y)
破砕処理後のメッシュ通過量Yは、次のようにフェライト粒子に対して破砕処理を行った上で、上記と同様にして求めた。破砕処理は、小型粉砕器としてのサンプルミル(SK-M2、協立理工株式会社)の試料ケース(内径φ78mm×内高37mm、ステンレス製)に収容し、AC100V、120W、2.7Aのモーターを使用し、回転速度15000rpm(無負荷時)で30秒間撹拌することにより行った。
サンプルミル内の破砕羽根として、M2-04(協立理工株式会社)を用いた。また、1つのサンプルについて破砕処理が終了する毎に新品の破砕羽根を用いた。
(Mesh passing amount Y after crushing treatment)
The mesh passing amount Y after crushing was determined in the same manner as above after crushing the ferrite particles as follows: The crushing was performed by placing the particles in a sample case (inner diameter φ78 mm × inner height 37 mm, stainless steel) of a sample mill (SK-M2, Kyoritsu Riko Co., Ltd.) as a small grinder, and stirring for 30 seconds at a rotation speed of 15,000 rpm (unloaded) using a motor of AC 100 V, 120 W, 2.7 A.
The crushing blade in the sample mill was M2-04 (Kyoritsu Riko Co., Ltd.). A new crushing blade was used each time the crushing process for one sample was completed.
(粒子強度指数)
以上のようにして求めた破砕処理前後のメッシュ通過量に基づいて、次式(2)に従って、粒子強度指数を求めた。
粒子強度指数(重量%)=破砕処理後メッシュ通過量Y(重量%)-破砕処理前メッシュ通過量X(重量%) ・・・(2)
(Particle Strength Index)
Based on the mesh passing amounts before and after the crushing treatment obtained as described above, the particle strength index was calculated according to the following formula (2).
Particle strength index (wt%)=mesh passing amount Y (wt%) after crushing treatment−mesh passing amount X (wt%) before crushing treatment (2)
(9)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とした。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。
(9) Saturation magnetization The saturation magnetization was measured using a vibrating sample magnetic measuring device (model: VSM-C7-10A (manufactured by Toei Kogyo Co., Ltd.)). The specific measurement procedure was as follows. First, the ferrite particles produced in each Example and Comparative Example were used as samples, and the samples were filled into a cell with an inner diameter of 5 mm and a height of 2 mm and set in the above device. Then, a magnetic field was applied and swept up to 1K·1000/4π·A/m (=1 kOe). Next, the applied magnetic field was reduced, and a hysteresis curve was created on a recording paper. From the data of this curve, the magnetization at an applied magnetic field of 1K·1000/4π·A/m was read and taken as the saturation magnetization.
(10)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。
(10) Resistance The ferrite particles produced in each Example and Comparative Example were used as samples, and the resistance value M (Ω) was measured under normal temperature and humidity environment (23°C, relative humidity 55%) according to the following procedure. First, the electrodes were spaced 6.5 mm apart, and non-magnetic parallel plate electrodes (10 mm x 40 mm) were placed facing each other, and 200 mg of sample was filled between them. The sample was held between the parallel plate electrodes by a magnet (surface magnetic flux density: 1500 Gauss, area of magnet in contact with electrode: 10 mm x 30 mm) attached to the parallel plate electrodes. Then, a voltage of 1000 V was applied between the parallel plate electrodes facing each other, and the resistance was measured using an electrometer (KEITHLEY, insulation resistance meter model 16517A). The above-mentioned resistance value M is a resistance value measured by the above-mentioned procedure in a constant temperature and humidity chamber in which the atmospheric temperature and humidity are adjusted to a normal temperature and humidity environment (23°C, relative humidity 55%) by the method, after exposing the sample for 12 hours or more in the constant temperature and humidity chamber in which the atmospheric temperature and humidity are adjusted to the normal temperature and humidity environment (23°C, relative humidity 55%) by the method.
2.評価結果
表2に上記各評価項目の測定結果を示す。
(1)ペロブスカイト型結晶相成分含有量等
表2に示すように、実施例1~実施例4のフェライト粒子はペロブスカイト型結晶相成分を0.94質量%~0.97質量%含み、比較例1~比較例3のフェライト粒子はペロブスカイト型結晶相成分を0.84質量%~0.95質量%含むことが確認された。
また、実施例1~実施例4のフェライト粒子はスピネル型結晶相成分を96.6質量%~97.4質量%含み、比較例1~比較例3のフェライト粒子はスピネル型結晶相成分を95.7質量%~96.7質量%含むことが確認された。
さらに、各実施例及び各比較例のフェライト粒子のZr分散度合いはいずれも1.0であり、スピネル型結晶相成分を主成分とし、ペロブスカイト型結晶相が粒子内に良好に分散されたフェライト粒子であることが確認された。
2. Evaluation Results Table 2 shows the measurement results for each of the above evaluation items.
(1) Perovskite-type crystal phase component content, etc. As shown in Table 2, it was confirmed that the ferrite particles of Examples 1 to 4 contained 0.94% by mass to 0.97% by mass of a perovskite-type crystal phase component, and the ferrite particles of Comparative Examples 1 to 3 contained 0.84% by mass to 0.95% by mass of a perovskite-type crystal phase component.
It was also confirmed that the ferrite particles of Examples 1 to 4 contained 96.6% by mass to 97.4% by mass of a spinel-type crystal phase component, and the ferrite particles of Comparative Examples 1 to 3 contained 95.7% by mass to 96.7% by mass of a spinel-type crystal phase component.
Furthermore, the Zr dispersion degree of the ferrite particles in each of the Examples and Comparative Examples was 1.0, and it was confirmed that the ferrite particles were mainly composed of a spinel crystal phase component and had a perovskite crystal phase well dispersed within the particles.
(2)体積平均粒径(D50)
表2に示すように、各フェライト粒子の体積平均粒径(D50)は32μm~33μm程度であり、同程度の大きさであることが確認された。
(2) Volume average particle size ( D50 )
As shown in Table 2, the volume average particle size (D 50 ) of each ferrite particle was about 32 μm to 33 μm, and it was confirmed that the sizes were approximately the same.
(3)所定粒子の含有率
実施例1~実施例4のフェライト粒子では上記所定粒子の含有率が1%~3%であったのに対して、比較例1~比較例3のフェライト粒子では上記所定粒子の含有率は5%~8%であった。各実施例のフェライト粒子も各比較例のフェライト粒子も同じ原料を同じ量用いて製造し、同程度の大きさに製造されたものであり、いずれもペロブスカイト型結晶相を含むが、スラリー粒径を小さく、且つ、焼成時の昇温速度を遅くすることにより、円相当径に比して最大フェレ径の大きな空孔が生じるのを防ぎ、上記所定粒子の含有率を小さくすることができることが確認された。なお、別途検証実験を行ったところ、スラリー粒径を0.9μmから2.3μmの範囲で変化させ、昇温速度を一定としたときよりも、スラリー粒径を一定としたときに昇温速度を50℃/時から150℃/時の範囲で変化させたときの方が所定粒子の含有率に与える影響は大きいことも確認された。
(3) Content of the specified particles In the ferrite particles of Examples 1 to 4, the content of the specified particles was 1% to 3%, whereas in the ferrite particles of Comparative Examples 1 to 3, the content of the specified particles was 5% to 8%. The ferrite particles of each Example and the ferrite particles of each Comparative Example were manufactured using the same amount of the same raw material and were manufactured to the same size, and both contained a perovskite crystal phase, but it was confirmed that by reducing the slurry particle size and slowing the heating rate during firing, it was possible to prevent the generation of voids with a large maximum Feret diameter compared to the circle equivalent diameter, and to reduce the content of the specified particles. In addition, when a separate verification experiment was conducted, it was also confirmed that the effect on the content of the specified particles was greater when the slurry particle size was kept constant and the heating rate was changed in the range of 50 ° C. / hour to 150 ° C. / hour than when the slurry particle size was changed in the range of 0.9 μm to 2.3 μm and the heating rate was constant.
(4)見掛密度及びBET比表面積
実施例1~実施例4のフェライト粒子の見掛密度と比較例1及び比較例2の見掛密度は同程度(2.28g/cm3~2.32g/cm3)であったが、比較例3のフェライト粒子の見掛密度は2.14g/cm3であり、他のフェライト粒子と比較すると低い値となった。比較例3のフェライト粒子では上記所定粒子の含有率が8%であり、他のフェライト粒子と比較すると高いため、見掛密度が低くなったと考えられる。
実施例1~実施例4のフェライト粒子は、比較例1及び比較例2のフェライト粒子よりもBET比表面積が大きく、比較例3のフェライト粒子と比較するとBET比表面積は小さくなった。焼成温度の相違に起因してこのような結果になったと考えられる。
(4) Apparent density and BET specific surface area The apparent densities of the ferrite particles of Examples 1 to 4 and those of Comparative Examples 1 and 2 were similar (2.28 g/ cm3 to 2.32 g/ cm3 ), but the apparent density of the ferrite particles of Comparative Example 3 was 2.14 g/ cm3 , a lower value compared to the other ferrite particles. The content of the above-mentioned specified particles in the ferrite particles of Comparative Example 3 was 8%, which is higher than the other ferrite particles, and this is thought to have resulted in the lower apparent density.
The ferrite particles of Examples 1 to 4 had a larger BET specific surface area than the ferrite particles of Comparative Examples 1 and 2, but had a smaller BET specific surface area than the ferrite particles of Comparative Example 3. It is believed that this result was due to the difference in firing temperature.
(5)粒子強度指数
実施例1~実施例4のフェライト粒子の粒子強度指数は0.3以下であるのに対して、比較例1~比較例3のフェライト粒子は0.6~1.0であり、上記所定粒子の含有率が高いほど粒子強度指数が低く、より強度の高いフェライト粒子が得られることが確認された。特に、上記所定粒子の含有率が他と比較して高い比較例3のフェライト粒子では粒子強度指数が1.0であり、他と比較すると強度が低くなることが確認された。比較例1及び比較例2のフェライト粒子の上記所定粒子の含有率は5%であり、実施例3のフェライト粒子の上記所定粒子の含有率は3%である。一方、比較例1及び比較例2のフェライト粒子のBET比表面積は実施例3のフェライト粒子のBET比表面積よりも小さく表面の凹凸が小さい。しかしながら、比較例1及び比較例2のフェライト粒子の粒子強度指数は、実施例3のフェライト粒子よりも低く、上記所定粒子の含有率の低いフェライト粒子を得ることで粒子強度の極めて高いフェライト粒子が得られることが確認された。
(5) Particle Strength Index The particle strength index of the ferrite particles of Examples 1 to 4 is 0.3 or less, whereas the ferrite particles of Comparative Examples 1 to 3 are 0.6 to 1.0. It was confirmed that the higher the content of the predetermined particles, the lower the particle strength index, and the stronger the ferrite particles obtained. In particular, the particle strength index of the ferrite particles of Comparative Example 3, which has a higher content of the predetermined particles than the others, is 1.0, and it was confirmed that the strength is lower than the others. The content of the predetermined particles of the ferrite particles of Comparative Examples 1 and 2 is 5%, and the content of the predetermined particles of the ferrite particles of Example 3 is 3%. On the other hand, the BET specific surface area of the ferrite particles of Comparative Examples 1 and 2 is smaller than the BET specific surface area of the ferrite particles of Example 3, and the surface unevenness is small. However, the particle strength index of the ferrite particles of Comparative Examples 1 and 2 is lower than that of the ferrite particles of Example 3, and it was confirmed that ferrite particles with extremely high particle strength can be obtained by obtaining ferrite particles with a low content of the predetermined particles.
(6)飽和磁化及び抵抗
各フェライト粒子の飽和磁化及び抵抗は同程度であり、磁気的特性及び電気的特性については同程度であることが確認された。
(6) Saturation Magnetization and Resistance The saturation magnetization and resistance of each ferrite particle were approximately the same, and it was confirmed that the magnetic properties and electrical properties were also approximately the same.
以上より実施例1~実施例4のフェライト粒子及び比較例1~比較例3のフェライト粒子は飽和磁化及び抵抗が高く、低磁化等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。一方、実施例1~実施例4のフェライト粒子は、比較例1~比較例3のフェライト粒子と比較すると、上記所定粒子の含有率が低く、より高い粒子強度を有する。そのため、実施例1~実施例4のフェライト粒子は、比較例1~比較例3のフェライト粒子と比較すると、機械的ストレスを受けたときにより良好に割れや欠けを防ぐことができ、微粉発生に伴うキャリア飛散を良好に抑制することができる。 As described above, the ferrite particles of Examples 1 to 4 and the ferrite particles of Comparative Examples 1 to 3 have high saturation magnetization and resistance, and can effectively suppress carrier scattering due to low magnetization, etc. On the other hand, the ferrite particles of Examples 1 to 4 have a lower content of the above-mentioned specific particles and higher particle strength compared to the ferrite particles of Comparative Examples 1 to 3. Therefore, the ferrite particles of Examples 1 to 4 can better prevent cracking and chipping when subjected to mechanical stress, and can effectively suppress carrier scattering associated with the generation of fine powder, compared to the ferrite particles of Comparative Examples 1 to 3.
本件発明に係るフェライト粒子は、高磁化及び高抵抗であり、さらに粒子の強度が高い。そのため、当該フェライト粒子をキャリア芯材として用いることにより、割れや欠けが少なく、割れや欠けに起因するキャリア飛散の発生を良好に抑制することできる。そのため、従来に比して、長寿命な現像剤を得ることができ、且つ、感光体や定着ローラにキャリアが付着してこれらが損傷するのを抑制することができるため、電子写真現像装置の長寿命化を図ることができる。 The ferrite particles according to the present invention have high magnetization and high resistance, and furthermore, the particle strength is high. Therefore, by using the ferrite particles as the carrier core material, cracks and chipping are reduced, and the occurrence of carrier scattering caused by cracks and chipping can be effectively suppressed. As a result, a developer with a longer life than conventional ones can be obtained, and damage to the photoconductor or fixing roller due to the carrier being adhered thereto can be suppressed, thereby extending the life of the electrophotographic developing device.
Claims (7)
SrZrO 3 の組成式で表されるペロブスカイト型結晶からなる結晶相成分を含み、
走査型電子顕微鏡により撮影された粒子断面の反射電子像において個々の粒子の粒径を断面における円相当径で表したとき、最大フェレ径が前記粒径の15%より大きい内部空孔を有する粒子の含有率が4%以下であるフェライト粒子であって、
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、
を特徴とするフェライト粒子。 The composition of the present invention is such that the composition of the present invention contains 50% by mass or more of a spinel-type crystal phase component represented by the composition formula (MnO)x(MgO)y(Fe2O3 ) z ( wherein 15≦x≦50, 2≦y≦35, 45≦z≦60, and x+y+z=100 (mol%)),
Contains a crystalline phase component consisting of a perovskite type crystal represented by the composition formula SrZrO3 ,
Ferrite particles, in which when the particle size of each particle is expressed as a circle equivalent diameter in a cross section in a backscattered electron image of the particle cross section photographed by a scanning electron microscope, the content of particles having internal voids whose maximum Feret diameter is larger than 15% of the particle size is 4% or less,
When a phase composition analysis of a crystal phase constituting the ferrite particles is performed by Rietveld analysis of an X-ray diffraction pattern, the ferrite particles contain 0.05 mass % or more and 4.00 mass % or less of a crystal phase component consisting of a perovskite type crystal .
The ferrite particles are characterized by:
2.15≦ Y ≦ 2.45
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/cm3)である。 2. The ferrite particles according to claim 1, characterized in that the apparent density of the ferrite particles is within the range represented by the following formula:
2.15≦Y≦2.45
In the above formula, Y is the apparent density (g/cm 3 ) of the ferrite particles.
0.08≦ X ≦ 0.300
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(m2/g)である。 3. The ferrite particles according to claim 1, wherein the BET specific surface area of the ferrite particles is within the range represented by the following formula:
0.08≦X≦0.300
In the above formula, X is the BET specific surface area (m 2 /g) of the ferrite particles.
The electrophotographic developer according to claim 6, which is used as a replenishment developer.
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