JP2003005437A

JP2003005437A - 磁性トナー

Info

Publication number: JP2003005437A
Application number: JP2001193262A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nagai; 孝永井; Hidekazu Tamura; 英一田村; Seiji Kikushima; 誠治菊島; Toru Takatsuna; 徹高綱; Hiroko Higuchi; 博子樋口; Takaaki Arai; 孝明新井; Kozo Teramoto; 浩三寺本; Hiroaki Moriyama; 浩明森山
Original assignee: Kyocera Corp; Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Corp; Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2003-01-08

Abstract

(57)【要約】【課題】現像スリーブ上に均一なトナー薄層を形成で
き、また高温・高湿環境下での画像濃度不足を起こさな
い磁性トナーを提供する。【解決手段】Ｍｎ：０．５〜２．０ｗｔ％、Ｚｎ：
０．２〜０．８ｗｔ％、Ｃｕ：０．１〜０．６ｗｔ％の
各金属元素を含む磁性粒子を磁性トナーに含有させる。
ここで、磁性粒子としてはマグネタイト粒子が好まし
く、磁性粒子の含有量はトナーの結着樹脂１００重量部
に対して５０〜２００重量部の範囲が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁性トナーに関し、
より詳細には環境安定性に優れた磁性トナーに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】複写機やプリンター、ファクシミリなど
の静電画像形成装置において、小型・軽量化という近年
の市場要求に応えるため、キャリアを使用しない、いわ
ゆる一成分系磁性トナーによる静電荷像現像方法が広く
採用されつつある。

【発明が解決しようとする課題】

【０００３】しかし、このような一成分系磁性トナーに
おいて、用いる磁性粒子によっては現像スリーブ上のト
ナー薄層が均一に形成されず、画像上にムラ状の模様が
現れる問題があった。また高温・高湿の環境下では画像
濃度が不足するという問題もあった。

【０００４】本発明はこのような従来の問題に鑑みてな
されたものであり、現像スリーブ上に均一なトナー薄層
を形成でき、また高温・高湿環境下での画像濃度不良を
起こさない磁性トナーを提供することをその目的とする
ものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明者等はトナーに含有させる磁性粒子について
鋭意検討を重ねた結果、特定の金属元素を特定量含んだ
磁性粒子を用いればよいことを見出し本発明をなすに至
った。

【０００６】すなわち、本発明の磁性トナーでは、Ｍ
ｎ：０．５〜２．０ｗｔ％、Ｚｎ：０．２〜０．８ｗｔ
％、Ｃｕ：０．１〜０．６ｗｔ％の各金属元素を含む磁
性粒子を含有する構成とした。

【０００７】ここで、前記磁性粒子としてはマグネタイ
ト粒子であることが好ましく、また磁性粒子の含有量と
してはトナーの結着樹脂１００重量部に対して５０〜２
００重量部の範囲が好ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明で用いる磁性粒子の大きな
特徴は、Ｍｎ：０．５〜２．０ｗｔ％、Ｚｎ：０．２〜
０．８ｗｔ％、Ｃｕ：０．１〜０．６ｗｔ％の金属元素
を含むことにある。このような構成により、高温・高湿
（３５℃・８０％）および低温・低湿（１０℃・２０
％）環境下での磁性粒子の電気抵抗が安定化し、引いて
はトナー帯電量の安定化が図れ、画像濃度の不良が有効
に防止される。

【０００９】磁性粒子におけるＭｎの含有量が０．５ｗ
ｔ％より少ないと、高温・高湿下で画像濃度不足という
問題が生じ、他方含有量が２．０ｗｔ％を超えると現像
スリーブ上のトナー薄層にムラ（以下、「薄層ムラ」と
記すことがある）が生じる。Ｍｎのより好ましい含有量
は０．９〜１．１ｗｔ％の範囲である。

【００１０】磁性粒子におけるＺｎの含有量が０．２ｗ
ｔ％より少ないと、高温・高湿下での画像濃度不足とい
う問題が生じ、他方含有量が０．８ｗｔ％を超えると薄
層ムラが生じる。Ｚｎのより好ましい含有量は０．４〜
０．６ｗｔ％の範囲である。

【００１１】磁性粒子におけるＣｕの含有量が０．１ｗ
ｔ％より少ないと、高温・高湿下での画像濃度不足とい
う問題が生じ、他方含有量が０．６ｗｔ％を超えると薄
層ムラが生じる。Ｃｕのより好ましい含有量は０．３〜
０．５ｗｔ％の範囲である。

【００１２】本発明で使用する磁性粒子は、Ｍｎ，Ｚ
ｎ，Ｃｕの各金属元素を前記割合で含んでいるものであ
れば特に限定はなく、例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ等の磁性
体金属及びそれらの合金、あるいは希土類を含有する合
金類、ヘマタイト、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚ
ｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ系フェライト、Ｌｉ系フェ
ライトなどのソフトフェライト、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライ
ト等のＦｅ系酸化物及びそれらの混合物を挙げることが
できる。この中でもＦｅ系酸化物が好ましく、中でもマ
グネタイトが好ましい。

【００１３】磁性粒子の粒径としては特に限定はなく、
磁性トナーの製法において結着樹脂中に分散しえるもの
であればよい。後述するように磁性トナーの平均粒子径
は一般に５〜１２μｍ程度であるから、磁性粒子の粒径
としては０．０５〜０．５μｍ程度が好ましい。

【００１４】また磁性粒子の含有量は、トナー結着樹脂
１００重量部に対して５０〜２００重量部の範囲が好ま
しい。含有量が５０重量部より少ないと非画像部分にト
ナーが付着する（カブリ）問題が起こるおそれがあり、
他方２００重量部より多いと画像濃度不足および定着不
良という問題が起こるおそれがあるからである。より好
ましい含有量は６０〜１００重量部の範囲である。

【００１５】磁性粒子の形状は黒色度の点などから多面
体形状が好ましく、さらには八面体形状がより好まし
い。

【００１６】次に本発明で使用する磁性粒子の製造方法
について述べる。その一例としてＭｎ，Ｚｎ，Ｃｕの各
金属元素を所定量含むマグネタイト粒子の製造方法を挙
げる。まず、第一鉄塩水溶液と、該第一鉄塩水溶液中の
第一鉄塩に対し所定当量の水酸化アルカリ水溶液とを反
応させて、水酸化第一鉄コロイドを含む第一鉄塩反応水
溶液を得る。そして、この第一鉄塩反応水溶液に、７０
〜１００℃の温度範囲に加熱しながら酸素含有ガスを通
気して酸化反応を行いマグネタイト粒子を生成させる。
このとき、水溶液のｐＨを調整することによりマグネタ
イト粒子の形状を球体や六面体、八面体と変化させるこ
とができる。さらに、前記反応終了後に残存Ｆｅ²⁺に対
し１．００当量以上の水酸化アルカリ水溶液を添加し、
７０〜１００℃の温度範囲に加熱し酸素含有ガスを通気
してマグネタイト核晶粒子を生成させる。前記第一鉄塩
水溶液としては、硫酸第一鉄水溶液、塩化第一鉄水溶液
等を使用することができる。水酸化アルカリ水溶液とし
ては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ
金属の水酸化物の水溶液、水酸化マグネシウム、水酸化
カルシウム等のアルカリ土類金属の水酸化物の水溶液、
また、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸アンモニウ
ム等の炭酸アルカリ水溶液及びアンモニア水等を使用す
ることができる。

【００１７】ここで、Ｍｎ，Ｚｎ，Ｃｕの各金属元素の
金属塩を原料中又は酸化反応中に添加することにより、
これらの各金属元素をマグネタイト粒子に含有させるこ
とができる。使用する金属塩としては、硫酸鉛や硝酸
塩、塩化物などが挙げられる。

【００１８】次に本発明の磁性トナーの製造方法につい
て説明する。本発明の磁性トナーは、粉砕分級法、溶融
造粒法、スプレー造粒法、懸濁・乳化重合法等のそれ自
体公知の方法で製造し得るが、製造設備や生産性などの
点から粉砕分級法が好適に使用できる。かかる粉砕分級
法について以下説明する。まず結着樹脂及び磁性粒子、
必要により電荷制御剤や離型剤などのトナー組成物をヘ
ンシェルミキサーやＶ型混合機などで前混合した後、二
軸押出機などの融混練装置を用いて溶融混練する。この
溶融混練物を冷却した後、粗粉砕・微粉砕し、必要によ
りその後分級して、所定の粒度分布を有するトナー粒子
とする。そして必要によりこのトナー粒子の表面を表面
処理剤で処理し本発明の磁性トナーとする。なお、上記
製法では磁性粒子をトナー粒子に内添しているが、磁性
粒子は外添しても構わない。

【００１９】高品質の画像を得るためには、本発明の磁
性トナーの体積中心粒径は５．０〜１２．０μｍの範囲
とするのが好ましい。

【００２０】前記結着樹脂としては特に限定はなく、例
えばスチレン−アクリル樹脂やポリエステル樹脂を挙げ
ることができる。もちろん必要によりこれらの樹脂にそ
の他の樹脂を併用してもよい。

【００２１】スチレン−アクリル樹脂の基体となる単量
体としては、例えばスチレン、α−メチルスチレン、ｐ
−メチルスチレン、ｐ−ｔ−ブチルスチレン、ｐ−クロ
ルスチレン、ヒドロキシスチレン等のスチレン誘導体；
メタクリル酸、メチル（メタ）アクリレート、エチル
（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレー
ト、ブチル（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）
アクリレート、メトキシエチル（メタ）アクリレート、
プロポキシエチル（メタ）アクリレート、メトキシジエ
チレングリコール（メタ）アクリレート、エトキシジエ
チレングリコール（メタ）アクリレート、ベンジル（メ
タ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレー
ト、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、
（メタ）アクリロニトリル、（メタ）アクリルアミド、
Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド、エチレングリ
コールジ（メタ）アクリレート、１，３−ブチレングリ
コールジ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオー
ルジ（メタ）アクリレート、トリメチロールエタントリ
（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリル酸エステル
を挙げることができる。

【００２２】上記各種単量体の混合物は、溶液重合、塊
状重合、乳化重合、懸濁重合等任意の方法で重合し、本
発明で使用する結着樹脂とすることができる。かかる重
合に際し、使用できる重合開始剤としては過酸化アセチ
ル、過酸化デカノイル、過酸化ラウロイル、過酸化ベン
ゾイル、アゾビスイソブチロニトリル、２，２’−アゾ
ビス−２，４−ジメチルバレロニトリル、２，２’−ア
ゾビス−４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリ
ル等の公知の重合開始剤を使用することができる。これ
ら重合開始剤は単量体総重量に対して０．１〜１５重量
％の範囲で使用するのが好ましい。

【００２３】またポリエステル樹脂は、主として多価カ
ルボン酸類と多価アルコール類との縮重合により得られ
るものであって、多価カルボン酸類としては、例えばフ
タル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、コハク酸、１，
２，４−ベンゼントリカルボン酸、２，５，７−ナフタ
レントリカルボン酸、１，２，４−ナフタレントリカル
ボン酸、ピロメリット酸等の芳香族多価カルボン酸；マ
レイン酸、フマール酸、コハク酸、アジピン酸、セバチ
ン酸、マロン酸、アゼライン酸、メサコン酸、シトラコ
ン酸、グルタコン酸等の脂肪族ジカルボン酸；シクロヘ
キサンジカルボン酸、メチルメジック酸等の脂環式ジカ
ルボン酸；これらカルボン酸の無水物や低級アルキルエ
ステルが挙げられ、これらの１種又は２種以上が使用さ
れる。

【００２４】ここで３価以上の成分の含有量は架橋度に
依存し、所望の架橋度とするためにはその添加量を調整
すればよい。一般的には、３価以上の成分の含有量は１
５ｍｏｌ％以下が好ましい。

【００２５】一方、ポリエステル樹脂に用いられる多価
アルコール類としては、例えば、エチレングリコール、
１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレング
リコール、１，４−ブタンジオール、１，４−ブテンジ
オール、ネオペンチルグリコール、１，５−ペンタング
リコール、１，６−ヘキサングリコール等のアルキレン
グリコール類；ジエチレングリコール、トリエチレング
リコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリ
コール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレ
ングリコール等のアルキレンエーテルグリコール類；
１，４−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフ
ェノールＡ等の脂環族多価アルコール類；ビスフェノー
ルＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ等のビスフ
ェノール類及びビスフェノール類のアルキレンオキサイ
ドを挙げることができ、これらの１種又は２種以上を組
み合わせて使用できる。

【００２６】なお、分子量の調整や反応の制御を目的と
して、モノカルボン酸、モノアルコールを必要により使
用してもよい。モノカルボン酸としては、例えば安息香
酸、パラオキシ安息香酸、トルエンカルボン酸、サリチ
ル酸、酢酸、プロピオン酸及びステアリン酸等が挙げら
れる。モノアルコールとしては、ベンジルアルコール、
トルエン−４−メタノール、シクロヘキサンメタノール
などのモノアルコールが挙げられる。

【００２７】使用する結着樹脂はガラス転移温度が４５
〜９０℃の範囲のものが好ましい。ガラス転移温度が４
５℃未満の場合、トナーカートリッジや現像装置内で固
まるおそれがあり、他方９０℃を超えると場合、紙など
の被転写物にトナーが十分に定着しないことがあるから
である。

【００２８】磁性粒子を含有するトナーの場合、磁性粒
子によりトナー色彩は黒になるので、黒色トナーとして
用いる場合には一般に着色剤を用いる必要がないが、着
色補強としてアセチレンブラック、ランブラック、アニ
リンブラック等のカーボンブラックをトナー粒子中に分
散混合しても構わない。この場合の着色剤の含有量は結
着樹脂１００重量部に対して０．１〜１０重量部程度で
ある。

【００２９】前記電荷制御剤としては、これまで公知の
電荷制御剤を使用でき、例えば正帯電性電荷制御剤とし
ては、ニグロシン染料、脂肪酸変性ニグロシン染料、カ
ルボキシル基含有脂肪酸変性ニグロシン染料、四級アン
モニウム塩、アミン系化合物、有機金属化合物等を使用
でき、負帯電性電荷制御剤としては、オキシカルボン酸
の金属錯体、アゾ化合物の金属錯体、金属錯塩染料やサ
リチル酸誘導体等を使用できる。

【００３０】前記離型剤としては、各種ワックス類や低
分子量オレフィン系樹脂を使用することができる。ワッ
クス類としては、例えば脂肪酸の多価アルコールエステ
ル、脂肪酸の高級アルコールエステル、アルキレンビス
脂肪酸アミド化合物、天然ワックスを使用することがで
きる。低分子量オレフィン系樹脂としては、数平均分子
量が１，０００〜１０，０００、特に２，０００〜６，
０００の範囲にあるポリプロピレン、ポリエチレン、プ
ロピレン−エチレン共重合体等を使用することができ、
特にポリプロピレンを好適に使用することができる。

【００３１】前記表面処理剤としては、トナーの帯電制
御性や流動性等を改良するために、シリカ、アルミナ、
酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、炭酸カルシ
ウム等の無機微粉末；ポリメチルメタクリレート等の有
機微粉末；ステアリン酸亜鉛等の脂肪酸金属塩等を挙げ
ることができ、これらの１種又は２種以上を併用するこ
とができる。表面処理剤の添加量は、トナー当たり０．
１〜２．０ｗｔ％の範囲が好ましい。当該表面処理剤と
トナー粒子との混合は、例えばヘンシェルミキサー、Ｖ
型混合機、ターブラミキサー、ハイブリタイザー等を用
いて行うことができる。

【００３２】本発明の磁性トナーは、一成分系および二
成分系のいずれの現像剤としても用いることができる。
二成分系現像剤として用いる場合のキャリアとしては、
鉄、ニッケル、コバルト等の磁性体金属及びそれらの合
金、あるいは希土類を含有する合金類、ヘマタイト、マ
グネタイト、マンガン−亜鉛系フェライト、ニッケル−
亜鉛系フェライト、マンガン−マグネシウム系フェライ
ト、リチウム系フェライトなどのソフトフェライト、銅
−亜鉛系フェライト等の鉄系酸化物及びそれらの混合物
等の磁性体材料を焼結及びアトマイズ等を行うことによ
って製造した磁性体粒子、及び当該磁性体粒子の表面を
樹脂被覆したものを使用することができる。また、上記
キャリアとして磁性体分散型樹脂を使用することもでき
る。この場合、用いる磁性体としては上記磁性体材料が
使用でき、結着樹脂としては、例えばビニル系樹脂、ポ
リエステル系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿
素樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、セルロー
ス樹脂、ポリエーテル樹脂あるいはこれらの混合物を挙
げることができる。

【００３３】キャリアの粒子径は、一般に電子顕微鏡法
による粒径で表して３０〜２００μｍ、特に５０〜１５
０μｍのものが好ましい。またキャリアの見掛け密度
は、磁性材料を主体とする場合は磁性体の組成や表面構
造等によっても相違するが、一般に２．４〜３．０ｇ／
ｃｍ³の範囲が好ましい。

【００３４】二成分系現像剤中のトナー濃度は１〜１０
重量％、好ましくは１〜７重量％である。トナー濃度が
１重量％未満の場合、画像濃度が薄くなりすぎ、他方ト
ナー濃度が１０重量％を超える場合、現像装置内でトナ
ー飛散が発生し機内汚れや転写紙などの背景部分にトナ
ーが付着する不具合が生じるおそれがあるからである。

【００３５】

【実施例】（トナーの作製）結着樹脂としてスチレン−
アクリル系樹脂を１００重量部、帯電制御剤を７重量
部、表１に示す各金属元素を含むマグネタイト粒子を７
０重量部それぞれヘンシェルミキサーに投入・混合した
後、二軸押し出し機で溶融混練してドラムフレーカーで
冷却し、ハンマーミルで粗粉砕した。次にジェットミル
で微粉砕し、風力分級機を用いて分級して、所定の体積
平均粒径のトナー粒子を作製した。そして、このトナー
粒子１００重量部に対して、疎水性シリカを０．６重量
部投入し、ヘンシェルミキサーで高撹拌混合してＮｏ．
１〜Ｎｏ．１３の正帯電性の磁性一成分系トナーとし
た。

【００３６】（特性評価）５０枚／分の高速プリンター
（非晶質シリコン感光体、ビーズブラスト表面処理・磁
石内蔵の現像スリーブ、ジャンピング反転現像）を用い
て、前記作製した磁性一成分系トナーの高温高湿におけ
る初期画像濃度を測定した。さら低温・低湿下において
現像スリーブ上のトナー薄層の状態を観察した。具体的
測定・評価方法は下記の通りである。結果を表２に示
す。

【００３７】（画像濃度測定）反射濃度計（東京電色社
製の型番ＴＣ−６Ｄ）を用いて複写画像黒べた部の濃度
を測定した。画像濃度の評価基準は初期で１．３０以上
である。

【００３８】（薄層ムラ）低温低湿環境下で耐刷を始め
る前の現像スリーブの表面状態を目視により観察し、下
記の基準で評価した。 ○：トナーの凝集なし。 ×：トナーの凝集あり。

【００３９】

【表１】

【００４０】表１から明らかなように、本発明の磁性ト
ナーであるNo.1〜No.5の磁性トナーでは、高温高湿下で
も画像濃度は高かった。また低温低湿下でも現像スリー
ブ上に薄層ムラは観察されなかった。一方、Ｍｎ，Ｚ
ｎ，Ｃｕの各金属元素の含有量が本発明の規定量よりも
それぞれ多いNo.6、No.8、No.10の磁性トナーではいず
れも、低温低湿環境下で現像スリーブ上に薄層ムラが生
じた。また、Ｍｎ，Ｚｎ，Ｃｕの各金属元素の含有量が
本発明の規定量よりもそれぞれ少ないNo.7、No.9、No.1
1の磁性トナーではいずれも、高温高湿環境下で画像濃
度不足であった。Ｍｎ，Ｚｎ，Ｃｕの各金属元素の含有
量が本発明の規定量よりも少ないNo.12の磁性トナーで
は、低温低湿環境下で現像スリーブ上に薄層ムラが生じ
た。逆に、Ｍｎ，Ｚｎ，Ｃｕの各金属元素の含有量が本
発明の規定量よりも多いNo.13の磁性トナーでは、高温
高湿環境下で画像濃度不足であった。

【００４１】

【発明の効果】本発明の磁性トナーでは、Ｍｎ、Ｚｎ、
Ｃｕの各金属元素を特定量含む磁性粒子を含有するの
で、現像スリーブ上に均一なトナー薄層を形成でき、ま
た高温・高湿環境下での画像濃度不足が起こらない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田村英一大阪府大阪市中央区玉造１丁目２番28号京セラミタ株式会社内 (72)発明者菊島誠治大阪府大阪市中央区玉造１丁目２番28号京セラミタ株式会社内 (72)発明者高綱徹大阪府大阪市中央区玉造１丁目２番28号京セラミタ株式会社内 (72)発明者樋口博子大阪府大阪市中央区玉造１丁目２番28号京セラミタ株式会社内 (72)発明者新井孝明三重県度会郡玉城町野篠字又兵衛704番地 19 京セラ株式会社三重工場玉城ブロック内 (72)発明者寺本浩三三重県度会郡玉城町野篠字又兵衛704番地 19 京セラ株式会社三重工場玉城ブロック内 (72)発明者森山浩明三重県度会郡玉城町野篠字又兵衛704番地 19 京セラ株式会社三重工場玉城ブロック内Ｆターム(参考） 2H005 AA02 CB03 EA07 FA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｍｎ：０．５〜２．０ｗｔ％、Ｚｎ：
０．２〜０．８ｗｔ％、Ｃｕ：０．１〜０．６ｗｔ％の
各金属元素を含む磁性粒子を含有することを特徴とする
磁性トナー。
【請求項２】前記磁性粒子がマグネタイト粒子である
請求項１記載の磁性トナー。
【請求項３】前記磁性粒子の含有量がトナーの結着樹
脂１００重量部に対して５０〜２００重量部の範囲であ
る請求項１又は２記載の磁性トナー。