JP2583223B2 - 磁気ブラシ現像用キヤリア - Google Patents

磁気ブラシ現像用キヤリア

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Description

【発明の詳細な説明】 概要 本発明は、(i)強磁性遷移金属を含有する金属塩化
合物と、(ii)(イ)配位子元素を2個以上有する複素
芳香族環式化合物及び/又は(ロ)配位子元素を2個以
上有する側鎖に複素芳香族環式化合物が結合した重合体
との反応によって得られる多核金属錯体系有機磁性材中
に磁性微粉末を分散してなる磁性粒子を磁気ブラシ現像
用キャリアとして用いる。
〔産業上の利用分野〕
本発明は電子写真法、静電印刷法などにおいて記録媒
体上に形成された可視像化すべき静電潜像を現像するた
めに用いられる磁気ブラシ現像用キャリアに関する。
〔従来技術〕
電子写真法としては米国特許第2297691号明細書など
に記載された方式がよく知られている。この方式では、
一般に光導電性絶縁体(フォトコンドラムなど)を利用
し、コロナ放電などにより光導電性絶縁体上に一様な静
電荷を与え、様々な手段により光導電性絶縁体上に光像
を照射することによって静電潜像を形成し、次いで、こ
の潜像をトナーと呼ばれる微粉末を用いて現像可視化
し、必要に応じて紙等にトナー画像を転写した後、加
圧、加熱、溶剤蒸気、光等によりトナー画像を溶融させ
て紙等に定着させ、印刷物を得ている。前記トナーの現
像方法としては、特に米国特許2786439号明細書等に記
載された磁気ブラシ現像方法が広く実用化されており、
この磁気ブラシ現像方式では、磁性キャリアとトナーと
を混合撹拌して互いに逆極性に摩擦帯電させた磁性現像
剤を用い、磁石上に保持したブラシ状の穂により前記静
電潜像担体表面を摺擦することにより前記トナーのみを
電気的吸引力により分離付着させて静電潜像を現象す
る。
〔従来技術及び発明が解決しようとする問題点〕
従来、磁性現像剤としては、平均粒径が100〜200μm
程度の鉄粉、フェライト、マグネタイトなどの磁性粉末
またはこれらの磁性粉末の樹脂被膜粉末をキャリアとし
て含み、天然または合成高分子物質よりなる結着剤樹脂
中に着色剤等を分散し、平均粒径10〜20μm程度に粉砕
した非磁性絶縁性粉末をトナーとして含む、所謂2成分
系磁性現像剤を用いている。この磁気ブラシ現像法は極
めて実用的であり、多くの利点を有するので、現在広く
実用化されているが、反面次のような問題点がある。
即ち、トナーを構成するバインダ樹脂は紙等への定着
の過程で素早く溶融し、良好な定着性を示す必要がある
ため、バインダ樹脂としてはフェノール樹脂、ポリスチ
レン樹脂、アクリル酸エステル、スチレン−アクリル酸
エステル共重合体、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、
スチレン−ブタジエン共重合体などの熱可塑性ボリマー
が広く用いられているが、最近のように複写速度の増大
が求められるようになってくると、さらに素早く溶融し
て定着するトナーが必要であり、溶融温度のより低い低
分子量のポリマーをバインダー樹脂として用いる傾向に
ある。
しかしながら、バインダ樹脂の溶融温度を低くする
と、トナーが軟質となるため、高速現像における現像器
内でのトナーとキャリアの混合撹拌により、トナーとキ
ャリアとの間に働く衝撃力が大きくなり、このため、キ
ャリア表面に軟質なトナーが粘着する、いわゆるトナー
フィルミングと呼ばれる現象が生じやすい。このように
トナーにより被覆されたキャリアはトナーと混合撹拌し
ても摩擦帯電を起こさず、従って現像能力が全くなく、
印字品位の劣化を招いて現像剤の早期交換が必要となる
という問題がある。現像剤の交換を頻繁に行うことは当
然のことながらランニングコストの上昇につながるため
実用上好ましくない。
前記した問題を解決するために、シリコーン樹脂やフ
ッ素系樹脂などのように表面エネルギの低い樹脂でキャ
リア表面を被覆することによりキャリア表面へのトナー
の粘着を防止し、安定した帯電特性を得ようという試み
が提案されている。しかしながら、キャリアの被覆樹脂
としてこのような樹脂を用いると、これらの樹脂が非粘
着性であるため、キャリア表面へのトナーの粘着はある
程度防止できるものの、キャリアコア材に対する密着性
が逆に悪くなり、現像剤を長期にわたって使用している
と、混合撹拌の衝撃力により被覆樹脂がコア材から剥離
し、その結果、キャリアの有する電気的特性、特に帯電
特性に変化をきたし、良好な現像能力が維持できなくな
るという問題が生じる。また、使用する樹脂によっては
被膜強度が弱いため、現像器中での混合撹拌の際にキャ
リア同士が摩擦され樹脂層が摩耗して、キャリアの電気
的特性が変化し良好な現像能力を維持できなくなるとい
う問題もある。
以上説明したようにコーティングキャリア又はノンコ
ーティングキャリアの何れの場合にも、キャリア用コア
材として従来の鉄粉、フェライト、マグネタイトなどを
用いたのでは現像器内におけるトナーとの混合撹拌によ
り衝撃力が大きく働き、現像剤の寿命が損われて好まし
くないという問題がある。
更に、特公昭59−24416号公報に例示されているよう
に、絶縁性樹脂中に0.1〜2μm程度の磁性微粉末を分
散せしめた、粒径が5〜30μm程度の樹脂キャリアが提
案されている。この樹脂キャリアは現像剤中におけるト
ナーの混合比の許容範囲を広くし、キャリアに対するト
ナー濃度の制御を容易にして高品位の画像を得ることを
目的として提案されているものである。更に、樹脂キャ
リアの場合、粒径を実質的に30μmより大きくすれば、
その軽量という特徴から現像器内でのトナー粒子とキャ
リア粒子の衝撃を軽減でき、樹脂キャリアの長寿命化を
達成することができる可能性がある。しかしながら、そ
の材料構成は、約50〜70重量%の絶縁性樹脂と、例えば
一般的な磁性微粒子であるマグネタイト微粉末からなる
ため、飽和磁化が低く、現像器のマグネットロールから
の飛散が起こり、感光体のキャリアが付着し、ひいては
画像の白抜け現像が発生するという問題がある。そのた
め、感光体に付着したキャリアの回収機構やキャリアの
補給などが必要となり、これらの問題から、粒径系が30
μm以下の小粒径樹脂キャリアを除いては従来の鉄粉等
の磁性キャリアに実質的にとって代るものとはなり得な
いのである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明に従えば、(i)強磁性遷移金属を含有する金
属塩化合物と、(ii)(イ)イミダゾール、ピリミジ
ン、チアゾール、オキサゾール及びその誘導体の群から
選ばれた環の構成原子として配位子元素を2個有する複
素芳香族環式化合物及び(ロ)前記複素芳香族環式化合
物が側鎖に結合した重合体から選ばれた少なくとも一種
との反応によって得られる、複素芳香族環式化合物が金
属塩化合物中の遷移金属原子と配位して構成された複素
芳香族環式化合物の環から成る多核金属錯体系有機磁性
材中に平均粒径0.1〜2μmの少なくとも1kOeの磁場に
おいて80emu/g以上の磁化を有するFe及びFe3O4の群から
選ばれた少なくとも一種の磁性微粉末を分散してなる磁
性粒子を用いることを特徴とする磁気ブラシ現像用キャ
リアが提供される。
〔作 用〕
前記した如く、本発明は、金属塩と有機化合物から得
られる金属錯体系有機磁性剤中に、磁性微粒子を分散し
た混合物を粒子化して磁気ブラシ現像用キャリアとして
用いるものであり、更に詳しくは、(i)遷移金属から
なる金属塩化合物と、(ii)共役π電子を介して互いに
結合した2個以上の配位子元素を含有する複素芳香族環
式化合物との反応によって得られる多核金属錯体構造を
有する有機磁性材料と磁性微粒子とからなる粒子化した
磁性キャリアに関するものである。
本発明において使用される強磁性遷移金属からなる金
属塩化合物としてはCr、Co、Mn、Fe、Ni、Mo、Tcなどの
遷移金属の塩を単独または2種以上組合せて用いられ、
また、塩の構造としては、一般に、Cl-、Br-、I-、CN-.
NO3 -、SO4 2-などを用いることができる。
このような金属塩化合物の具体例としては、塩化鉄、
硝酸鉄、硫酸鉄、塩化コバルト、硫酸コバルト、塩化コ
バルト、硝酸ニッケル、硫酸ニッケルなどがあり、これ
らは単独または2種類以上の混合物として用いることが
できる。
一方、本発明において用いられる複素芳香族環式化合
物としては、前記の強磁性遷移金属に配位し得る互いに
共役なπ電子を介して結合した配位子元素を2個以上有
し、これが金属原子と配位することにより、多核金属錯
体構造を形成するような化合物が用いられる。ここで
「多核金属錯体構造」とは1個の有機化合物に2個以上
の金属原子が配位しながら重合体構造を形成している構
造をいう。
複素芳香族環式化合物としては、遷移金属原子に対し
配位能を有する配位子元素としてN,O,Sを有する化合物
を用いることができ、そのような化合物としてイミダゾ
ール、ピリミジン、チアゾール、オキサゾール及びその
誘導体をあげることができる。又、側鎖にこれらの複素
芳香族環式化合物が結合した重合体、例えば、ポリ(2
−メチル4−ビニルイミダゾール)やイミダゾールグラ
フト化ポリスチレン等を単独又は前記複素芳香族環式化
合物と併用して用いるとも出来る。
本発明において用いられる磁性粉末としては、少なく
とも1kOeの磁場において80emu/g以上の磁化を有する平
均粒径が0.1〜2μmのFe及び平均粒径が0.1〜2μmの
Fe3O4があげられ、特にFe鉄粉末の使用が好適である。
本発明に従った前記多核金属錯体系有機磁性材料を用
いたキャリアは、例えば前記金属塩化合物と、複素芳香
族環式化合物又は複素芳香族環式化合物が側鎖に結合し
た重合体を溶媒中で加熱及び撹拌下に反応せしめ、次に
溶媒を除去して得られる反応物を1〜5mm程度に粗粉砕
し、ジェット粉砕機などを用いて平均粒径20〜200μm
の所望の粒径に粉砕分級するか、もしくは反応後の溶液
をスプレードライなどの方法により、粒子化して製造す
ることができる。このようにして得られた多核金属錯体
系有機磁性材中に磁性微粉末(例えばFe,Fe3O4を分散さ
せるには、例えばあらかじめ反応前に溶液中に分散して
おくか、反応後の反応物と磁性微粉末を加熱下に2本の
ロール装置などで溶融混練して分散させるなどの方法に
よって行なうことができる。本発明に従った磁性粒子中
に分散される磁性粉末の量には特に限定がないが好まし
くは多核金属錯体系有機磁性材に対し30〜70重量%配合
される。
なお、本発明に従ったキャリアは従来のものと同様に
染料、カーボンなどの着色剤や帯電制御剤などを配合す
ることができる。
〔効 果〕
本発明に係るキャリアを用いた現像剤は、鉄粉、フェ
ライト、マグネタイトなどの従来の磁性キャリアに比較
し、更に、絶縁樹脂をバインダーとしてこの中に磁性粉
末を分散した従来の樹脂キャリアに比べて、低比重、軽
量であるため、トナーとの混合撹拌による衝撃力を小さ
くでき、現像剤の長寿命化が得られる。また、従来の樹
脂キャリアと比較すると、高い飽和磁化が得られるた
め、粒径の大きい通常の2成分現像剤の使用方法でも、
従来の樹脂キャリアで問題となる感光体へのキャリア付
着が発生せず、きわめて優れた印刷特性が得られるとい
う特徴がある。しかも本発明のキャリアはトナーの製造
方法と全く同じ粉砕手段によって粒子化が可能であるこ
とから製造性に優れ、一定の温度以上で溶融または軟化
するための他のポリマー、フィラー、添加剤などを配合
して高機能性付与が可能であるなどの特徴も有してい
る。
〔実施例〕
以下、実施例に従って本発明を更に具体的に説明する
が、本発明の技術的範囲をこれらの実施例に限定するも
のでないことはいうまでもない。
実施例1 下記3成分を水500重量部に溶解した。
・FeSO4・7H2O 100重量部 ・CoSO4・7H2O 100重量部 ・2−メチルイミダゾール 65重量部 得られた水溶液にFe微粉末(平均粒径約1μm)200
重量部を加えて磁性粉末分散系水溶液とし、この水溶液
を温度120℃で3時間加熱撹拌した後、冷却し、濾過・
乾燥して水分を除去した。得られた反応生成物は室温で
強磁性を示し、その飽和磁化は108emu/gと高い値を示し
た。
次に、上記Fe微粒子分散有機磁性材料を常法により粉
砕分級して、平均粒径が70μmの磁性キャリアを得た。
この磁性キャリアと絶縁性トナー(平均粒径11μmをト
ナー濃度が6重量%になるように混合撹拌して2成分磁
気ブラシ現像剤を得た。この現像剤をF 6134C 1レーザ
プリンタ(富士通(株)製)にて印字評価したところ、
キャリア付着は全く発生せず、高い解像性を示す優れた
印刷特性が得られた。更に、この現像剤を用いて10万枚
の連続印刷試験を行ったところ、10万枚印刷後も初期と
全く変らない優れた寿命特性が確認できた。
実施例2 実施例1においてFe微粉末に変えてFe3O4微粉末(平
均粒径0.5μm)用いた実施例1と同様の方法によりFe3
O4微粉末有機磁性材料からなる磁性キャリアを得た。次
に得られたキャリアの印刷特性を実施例1と同様に評価
した。なお、このキャリアの飽和磁化は82emu/gであっ
た。評価の結果、印刷開始当初から100枚印刷程度までB
4用紙1枚の印刷に数個のキャリア付着の発生が見られ
たが、以後キャリア付着は発生しなくなり実用上全く問
題とならなかった。また、得られたキャリアを用いて10
万枚連続印刷試験を行ったところ、10万枚印刷開始当初
と全く変らない優れた寿命特性が確認できた。
比較例1 実施例2に用いたFe3O4微粉末120重量部及びバインダ
樹脂としてのスチレン−アクリル樹脂100重量部を加圧
ニーダを用いて温度150℃で30分間溶融混合し、Fe3O4
粒子分散スチレン−アクリル樹脂を得た。この混合物の
飽和磁化は50emu/gであった。次に、この混合物を常法
により粉砕分級し、平均粒径70μmの樹脂キャリアを得
た。この樹脂キャリアを絶縁性トナーとトナー濃度が6
重量%になるように混合撹拌し、2成分磁気ブラシ現像
剤を得た。この現像剤の印刷特性を実施例1と同様のレ
ーザプリンタを用いて評価したところ、キャリア付着が
B4用紙1枚あたり数百個発生し、画像の白抜け現象が多
発した。また、この状態で連続印刷を行ったところキャ
リア付着及び用紙への持ち出しによりキャリア不足によ
り、500枚印刷後から磁気ブラシ現像剤が感光体に充分
接触しなくなり、印字濃度の低下がみられ、実用に供し
得なかった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片桐 善道 川崎市中原区上小田中1015番地 富士通 株式会社内 (72)発明者 柏川 貴弘 川崎市中原区上小田中1015番地 富士通 株式会社内 (72)発明者 立岩 義弘 川崎市中原区上小田中1015番地 富士通 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−194464(JP,A) 特開 昭61−122660(JP,A) 特開 昭61−122661(JP,A) 特開 昭61−118768(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(i)強磁性遷移金属を含有する金属塩化
    合物と、(ii)(イ)イミダゾール、ピリミジン、チア
    ゾール、オキサゾール及びその誘導体の群から選ばれ
    た、環の構成原子として配位子元素を2個有する複素芳
    香族環式化合物及び(ロ)前記複素芳香族環式化合物が
    側鎖に結合した重合体から選ばれた少なくとも一種との
    反応によって得られる、複素芳香族環式化合物が金属塩
    化合物中の遷移金属原子と配位して構成された多核金属
    錯体系有機磁性材中に平均粒径0.1〜2μmの少なくと
    も1kOeの磁場において80emu/g以上の磁化を有するFe及
    びFe3O4の群から選ばれた少なくとも一種の磁性微粉末
    を分散してなる磁性粒子を用いることを特徴とする磁気
    ブラシ現像用キャリア。
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