JP2603525B2 - 電子写真用一成分系トナー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子写真法、静電印刷法、静電記録法など
において形成される静電荷像を現像するための一成分系
トナー、特に加熱ローラー定着型の乾式一成分系トナー
に関するものである。

〔従来の技術〕 一般に電子写真は感光体上に電気的な潜像を形成し、
ついで該潜像をトナーを用いて現像し、必要に応じて紙
等の転写材にトナー画像を転写した後、加熱、圧力など
により定着し複写物を得るものである。このための現像
剤のうち、二成分系現像法は比較的安定した良画像の得
られる優れた方法であるが、常にトナーの帯電量を一定
に保持するためキャリヤーとトナーの混合比を一定にす
る必要がある。しかしながら該二成分系現像法はコピー
の過程でトナーとキャリヤーの混合比が変動するため常
にトナー濃度のコントロールを要し、またキャリヤー自
身が劣化するので耐久性に限界があるという問題を有す
る。

これに対してトナーにキャリヤーの機能を備えた一成
分系現像法はこれらの問題がなく消費しただけのトナー
を補給するだけで、中でも磁性を有するトナー粒子より
なる現像剤を用いる方法は一定の画像を維持できる点で
利点が多い。

〔発明が解決すべき課題〕

従来の一成分系トナーは結着樹脂中に10〜30重量％の
磁性粉を含み十分な導電性を得るためにカーボンブラッ
クのような導電性微粉末を混合し、混練、粉砕、分級法
によって製造される方法が一般的であるが、かかる方法
で得られるトナー粒子の形状は不定形になりやすく、ま
た適当な後処理を施してもカドのとれる程度であり球形
状に至らないのが一般的である。

この場合、不定形の粒子から構成されるトナーは流動
性に問題があることが多く、このようなトナーではトナ
ーホッパー内でのケーキング、現像機への補給性あるい
は現像機、マグネットロールのスリーブ上での搬送性に
劣る。これらの点について形状が球形状のトナーの方が
不定形状のものに対して優れた特性を有するのが一般的
である。また、混練、粉砕、分級法によるトナーは磁性
粉の一部が表面に露出しやすく、電気抵抗値が低くなり
やすい。このため解像性に難点があり、特に高湿下にお
いて転写性が劣る傾向がある。

トナーの球形化に関しては、例えばスプレードライ法
が知られているが、この方法では、揮発性の高い溶剤を
使用する場合が多く、作業上の危険性が高く、また衛生
上問題が多い。このようなことから、安全かつ簡便な球
形状でかつ電気特性（荷電特性）の良好なトナーの製造
方法の確立が望まれている。

〔課題を解決すべき手段〕

本発明は上記の問題を解決するためになされたもの
で、その概要は以下に記すとおりである。

すなわち本発明は樹脂母粒子と磁性顔料を主体とする
微粒子とを混合する段階で、強制的に圧縮力と摩擦力を
付与することにより樹脂母粒子の表面に磁性顔料微粒子
を固着した磁性顔料微粒子からなる内層と、該内層の上
に固着した樹脂微粒子からなる外層とよりなる積層構造
を１もしくは２以上くり返した電子写真用トナーに関
し、樹脂母粒子は平均粒径が１〜30μｍで、その表面の
磁性粒子は平均粒径が0.001〜1.0μｍで、更にその外法
の樹脂粒子は平均粒径が0.01〜1.0μｍのものを用い層
状に形成して固着してなる黒色かつ球形状の磁性トナー
に関するものである。

この樹脂母粒子としては、種々の重合方法により得ら
れる球形状を有する樹脂が望ましいが、通常の粉砕法に
よって得られる不定形状のものでも妨げない。これは樹
脂母粒子が不定形状であっても固着処理が繰り返されて
十分球形状化されるからである。

また、樹脂母粒子の内部に予めカーボンブラック、そ
の他の顔料を着色剤として内添することもできる。

次に本発明で配合する各成分の粒径を限定した理由を
説明すれば以下のとおりである。

樹脂母粒子の粒径を１〜30μｍとした理由は30μｍを
越えて大きいと解像力不良などの画像不良を生じてトナ
ーとしての機能を発揮できず、１μｍ未満ではトナーの
搬送性及び流動性が不良となるので、トナーとしての機
能を発揮できないからである。

磁性顔料の粒径を0.001〜1.0μｍとした理由は1.0μ
ｍを越えて大きいと樹脂母粒子の表面に固着し難くなる
からであり、0.001μｍ未満では２次凝集を生じ易く樹
脂母粒子の表面に均一に固着し難くなるからである。

樹脂粒径を0.01〜1.0μｍとした理由は1.0μｍを越え
て大きいと磁性顔料粒子による内層に固着し難く、0.01
μｍ未満では２次凝集を生じ易く解砕し難く、内層に均
一に付着し難いためである。

次に本発明で用いられる各成分の配合比について説明
すれば、以下のとおりである。

本発明では平均粒径１〜30μｍの樹脂母粒子に対し
て、平均粒径0.01〜1.0μｍの磁性顔料粒子が固着され
るが、その好ましい量は母粒子に対し５〜50重量％であ
り、５重量％未満では添加の効果が薄く50重量％を越え
ると固着性に欠け、電気抵抗値が低すぎ画像に悪影響を
与える。又、添着される平均粒径0.01〜1.0μｍの樹脂
粒子は被覆すべき母粒子の表面積に対し、適宜きめられ
る。

いま本発明によるトナーの構造モデルを示せば第１図
の如く樹脂母粒子１の外部に磁性顔料粒子２、樹脂粒子
３が順次に添着された１対の積層構造からなるトナーと
するか、第２図の如く磁性顔料粒子２と樹脂粒子３とを
くり返して外側に固着することにより２対の積層構造か
らなるトナーとする。但しこの２対に限定されないこと
は勿論である。

本発明に於いて用いられる樹脂母粒子及びその外部に
固着される樹脂としては公知のものが殆んど使用できる
が、樹脂を構成する単量体即ちトナーの構成成分である
重合体を与える単量体としては、モノオレフィン系単量
体の場合、スチレン、ｏ−メチルスチレン、ｍ−メチル
スチレン、ｐ−メチルスチレン、ｐ−クロルスチレンな
どのスチレン類、エチレン、プロピレン、ブチレン、イ
ソブチレンなどのエチレン系不飽和モノオレフィン類、
塩化ビニル、塩化ビニリデン類、酢酸ビニル、臭化ビニ
ルなどのハロゲン化ビニル類、酢酸ビニル、プロピオン
酸ビニルなどのビニルエステル類、アクリル酸メチル、
アクリル酸エチル、アクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸
イソブチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ステアリ
ル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタク
リル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸イ
ソブチル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸２−エ
チルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸
ジエチルアミノエチルなどのα−メチレン脂肪族、モノ
カルボン酸エステル類、アクリロニトリル、メタクリロ
ニトリル、アクリルアミドなどのアクリル酸もしくはメ
タクリル酸誘導体、ビニルメチルエーテル、ビニルエチ
ルエーテルなどのビニルエーテル類、ビニルメチルケト
ン、ビニルヘキシルケトンなどのビニルケトン類、Ｎ−
ビニルピロール、Ｎ−ビニルカーバゾールなどのＮ−ビ
ニル化合物類、ビニルナフタレン類その他を挙げられ
る。

またジオレフィン系単量体としては例えばプロパジエ
ン、ブタジェン、ヘキサジェンなどを挙げることができ
る。これらの単量体は単独に用いてもよいし、複数のも
のを組合せて用いてもよく、重合して共重合体を与える
組合せとすることができる。

更に本発明においては宿業重合により重合体を与える
多価アルコール物質と多価カルボン酸物質との組合せ、
及びポリアミドを与える多価アミン物質と多価カルボン
酸物質との組合せを挙げることができる。

上記の多価アルコール物質の具体例としては、エチレ
ングリコール、１・２−プロピレングリコール、１・４
−ブタンジオール、ビスフェノールＡ、水素添加ビスフ
ェノールＡ、ポリオキシエチレン化ビスフェノールＡそ
の他を挙げることができ、多価アミン物質の具体例とし
ては、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペ
ンタメチレンジアミン、ピペラジンその他を挙げること
ができる。また多価カルボン酸物質の具体例としては、
マレイン酸、フマール酸、メサコニン酸、シトラコン
酸、イタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル
酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、マロン酸また
はこれらの酸無水物又は低級アルコールとのエステル、
リノレイン酸の二量体その他を挙げることができる。

また、磁性顔料としては、磁場によってその方向に強
く磁化する物質であり、好ましくは黒色でありその粒径
は１μ以下の微粒子である。代表的な材料としては鉄、
ニッケルのような金属、アルミニウム、コバルト、銅、
鉄、鉛、マグネシウム、ニッケル、スズ、亜鉛、アンチ
モン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウ
ム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナシ
ウムのような金属の合金、及びその他の混合物、酸化ア
ルミニウム、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、酸化亜
鉛、酸化チタンおよび酸化マグネシウムの如き金属酸化
物を含む金属化合物、チッ化バナジウムチッ化クロムの
ような耐火性チッ化物、炭化タングステン及び炭化シリ
カのような炭化物、フェライト及びそれらの混合物等が
使用し得られる。

次に本発明のトナーを製造するには、先ず高速型の撹
拌機を用いて樹脂顔料と磁性顔料とを予め十分に混合を
行っておく。このように得られた樹脂母粒子と磁性顔料
の混合物をさらに高速型の撹拌機を用いて撹拌処理する
ことにより、粒子間あるいは粒子と羽根との衝撃的打撃
により磁性顔料粒子を樹脂母粒子の表面に均一に埋め込
みまたは固着して固体粒子の表面を改質することができ
る。

本発明の電子写真用一成分系トナーは、樹脂母粒子の
表面に磁性顔料粒子が埋め込まれた粒子層すなわち内層
とその上に0.01〜1.0μｍの樹脂粒子の固着層すなわち
外層との積層構造が１個または多層に製造される。

この場合樹脂粒子による外層を設ける理由は次のとお
りである。

すなわち一成分系磁性トナーにおいて、該トナー粒子
の周囲または最上層に磁性粉があると電気抵抗値が低
く、特に高湿下において転写性能の低下に伴い画像の鮮
明さが劣り、またカブリの発生要因となる。このため本
発明では更に0.01〜1.0μｍのカバー用樹脂粒子を磁性
顔料粒子の固着層の上に同様の方法によって固着するこ
とによりトナーに絶縁性を付与し耐環境性の高いトナー
を得ることが可能となる。かくしてこの母粒子の周囲に
磁性顔料粒子の固着層と樹脂粒子の固着層との積層構造
を多く重ねることによりトナーの形状が球形状化されて
くるので複写システムに応じた磁性トナーの特性を得る
ことができる。

〔作 用〕

本発明では、このように樹脂母粒子と微粒子とを両者
が実質的に粉砕を起こさない状態で混合し、圧縮力およ
び摩擦力、必要に応じて衝撃力を与えることにより、樹
脂母粒子の表面に複数の微粒子を固着あるいは埋め込ま
せるものである。本発明を実施する際の固着手段の例と
しては、タービン型撹拌機、ヘンシェルミキサー、スー
パーミキサーなどの一般的な撹拌機を用いる方法を挙げ
るが、表面改質機と呼ばれる装置（奈良機械製作所のナ
ラ・ハイブリダイゼーションシステムやホソカワミクロ
ン社のオングミルなど）を使用するのが望ましい。

前記の如き固着手段を用いれば、樹脂母粒子と微粒子
とを両者が実質的に破砕を起こさない状態で樹脂母粒子
と微粒子との間に圧縮力及び摩擦力、必要に応じて衝撃
力を与えることができる。〔実施例〕 本発明の実施例について説明する。

＜実施例−１＞ 樹脂母粒子のスチレン−アクリル酸エステル共重合体
（平均粒系５μｍ、球形粒子）85重量部と、磁性顔料粒
子径0.5μｍ（商品名EPT−500,戸田工業社製）15重量部
とを混合しヘンシェルミキサーで５分間混合した後、高
速撹拌機で10分間処理して、樹脂母粒子の表面に磁性顔
料を固着させる。続いて、この得られた粉体90重量部に
対して平均粒径0.3μｍの球形状スチレン−アクリル酸
エステル共重合体10重量部を混合し、最初の処理と同様
に処理して積層した固着層を生成し第１の１対の固着層
を生成した。つぎ、得られたこの第１の１対の固着層を
もった処理粉85重量部に対して磁性顔料（商品名EPT−5
00）15重量部を混合し前の工程と同様に処理し、磁性顔
料の固着層を作成した。さらにこの得られた処理粉90重
量部に対して平均粒径0.3μｍの球形状スチレン−アク
リル酸エステル共重合体10重量部を混合し最初の工程と
同様に処理して積層構造の第２の１対の固着層を生成し
てトナーとした。このトナー100重量部に対してコロイ
ド状シリカ（商品名Ｒ−972,日本アエロジル社製）１重
量部をヘンシェルミキサーで混合して外側に付着せし
め、一成分系トナーとした。

これを用いて固定スリーブ内部マグネット回転型現像
器（８極マグネットロール径30mm、スリーブ回転はドラ
ムと逆方向で周速はドラムと同じ）をスリーブ上のトナ
ー層が絶縁層に接触しない条件で市販の複写機に適用
し、画像出しを行ったところ、画像濃度の高い鮮明な画
像が得られた。

＜実施例−２＞ 樹脂母粒子のスチレン−ブタジェン共重合体（平均粒
径15μｍ、球形粒子）65重量部と磁性顔料（商品名EPT
−500,粒子径0.5μｍ戸田工業社製）30重量部とを混合
しヘンシェミキサーで10分間混合した後、高速撹拌機で
10分間処理して、樹脂母粒子の表面に磁性顔料を固着す
る。続いて、この得られた粉体94重量部に対して平均粒
径0.3μｍと球形状スチレン−アクリル酸エステル共重
合体５重量部とクロム金属含有染料１重量部を混合し、
最初の処理と同様に処理して樹脂母粒子の表面に積層し
て生成して１対の固着層をもったトナーとした。このト
ナー100重量部に対してコロイド状シリカ（商品名Ｒ−9
72,日本アエロジル社製）１重量部をヘンシェルミキサ
ーで混合して外側に付着せしめ、一成分系トナーとし
た。

これを用いて実施例−１と同様に市販の複写機に適用
し、画像出しを行ったところ、画像濃度の高い鮮明な画
像が得られた。

＜実施例−３＞ トナー処方をスチレン−アクリル酸エステル共重合体
（平均粒系10μｍ、球形粒子）65重量部と磁性顔料（商
品名EPT−500,粒子系0.5μｍ戸田工業社製）35重量部と
を混合し実施例−１と同様の第１段階の処理工程を行っ
た。続いて、この得られた粉体91.8重量部に対してスチ
レン−アクリル酸エステル共重合体（平均粒径0.75μｍ
球形状）８重量部とクロム金属含有染料0.2重量部を混
合し、最初の処理と同様に処理して樹脂母粒子の表面に
積層して生成して１対の固着層をもったトナーとした。
このトナー100重量部に対してコロイド状シリカ（商品
名Ｒ−972,日本アエロジル社製）１重量部をヘンシェミ
キサーで混合して外側に付着せしめ、一成分系トナーと
した。

これを用いて実施例−１と同様に市販の複写機に適用
し、画像出しを行ったところ、画像濃度の高い鮮明な画
像が得られた。

＜実施例−４＞ 樹脂母粒子のスチレン−アクリル酸エステル共重合体
樹脂（平均５μｍ、球形粒子）85重量部と磁性顔料（岡
村製油製0.005μｍ）15重量部とを混合しヘンシェルミ
キサーで５分間混合した後、高速撹拌機で10分間処理し
て、樹脂母粒子の表面に磁性顔料を固着させ第１の１対
の固着層を生成した。この得られた粉体70重量部に対し
て平均粒径0.15μｍの球形スチレンアクリル酸エステル
共重合体15重量部を混合し前の工程と同様に処理し第２
の一対の固着層を生成してトナーとした。このトナー10
0重量部に対してコロイド状シリカ（商品名Ｒ−972,日
本アエロジル社製）１重量部をヘンシェルミキサーで混
合し外側に付着せしめ、１成分トナーとした。

これを用いて固定スリーブ内部マグネット回転型現像
器（８極マグネットローラー30mm、スリーブ回転はドラ
ムと逆方向で周速はドラムと同じ）をスリーブ上のトナ
ー層が絶縁層に接触しない条件で市販の複写機に適用
し、画像出しを行ったところ、画像濃度の高い鮮明な画
像が得られた。

＜比較例−１＞ トナー処方として＜実施例−３＞と同様の樹脂材料す
なわちスチレン−アクリル酸エステル共重合体（平均粒
径10μmm、球形粒子）65重量部と磁性顔料（商品名EPT
−500,戸田工業社製）32重量部とクロム金属含有染料３
重量部とをロールミルで溶融、混練する。冷却後ハンマ
ーミルで粉砕し、ジェット粉砕機で微粉砕した。得られ
た粉体を分級して平均粒子径10μｍのトナーとする。こ
のトナー100重量部に対してコロイド状シリカ（商品名
Ｒ−972,日本アエロジル社製）0.3重量部をヘンシェル
ミキサーで混合して外側に付着せしめ、一成分系トナー
とした。実施例−１と同様に市販の複写機に適用し、画
像出しを行ったところ、画像濃度の低い不鮮明な画像し
か得られなかった。

＜比較例−２＞ トナー処方としてカーボンブラック５重量部を予め含
んだ着色母粒子スチレン−アクリル酸エステル共重合体
（平均粒径10μｍ、球形粒子）65重量部と磁性顔料（商
品名EPT−500,戸田工業社製）35重量部とを混合しヘン
シェルミキサーで５分間混合した後、高速撹拌機で10分
間処理して、樹脂母粒子の表面に磁性顔料の固着層を作
成してトナーとした。このトナー100重量部に対してコ
ロイド状シリカ（商品名Ｒ−972,日本アエロジル社製）
0.3重量部を用いて一成分系現像剤とし、実施例−１と
同様に市販の複写機に適用し、画像出しを行ったとこ
ろ、画像濃度の低いやや不鮮明な画像しか得られなかっ
た。

＜比較例−３＞ 実施例２において、樹脂母粒子の表面に固着する際に
磁性顔料（商品名EPT−500,戸田工業社製）30重量部を1
5重量部とし、更に平均粒子径0.3μｍの球形状スチレン
−アクリル酸エステル共重合体を15重量部混合して用い
て固着して内層を形成した以外は、全く実施例２と同様
にして一成分系トナーを得た。かかるトナーを用いて実
施例１と同様に市販の複写機に適用し、画像出しを行っ
たところ、画像濃度が低く、解像力が悪い不鮮明な画像
しか得られなかった。

＜比較例−４＞ 実施例２において、樹脂母粒子の表面に固着する際に
磁性顔料（商品名EPT−500,戸田工業社製）30重量部を1
5重量部とし、更に平均粒子径0.3μｍの球形状スチレン
−アクリル酸エステル共重合体を15重量部を混合して用
いて固着して内層を形成し、次に外層として球形状スチ
レン−アクリル酸エステル共重合体を15重量部、磁性顔
料（商品名EPT−500,戸田工業社製）を15重量部、及び
クロム金属含有染料１重量部を混合し、内層と同様に形
成して一対の固着層を形成した以外は、全く実施例２と
同様にして一成分系トナーを得た。これを用いて実施例
１と同様に市販の複写機に適用し、画像出しを行ったと
ころ、画像濃度が低く、解像力が悪い不鮮明な画像しか
得られなかった。

なおここで、各々実施例、比較例におけるトナーの安
息角、マグネットロールの搬送性および電気抵抗値の測
定結果と市販の複写機での撮像した解像力のデータを次
表に示す。

マグネットロールの搬送性のテストについては（表面
磁束密度ガウス、８極直径30mm）マグネットロール上に
幅130mmのトナーホッパーを載置し、ドクターギャップ
を調整可能とした磁性トナーの搬送性評価テスト機を試
作しマグネットローラーの表面を磁性トナー30gが完全
に流出する迄の時間で磁性トナーの搬送性を評価した値
である。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば樹脂母粒子表面に微粒
子が固着された積層構造の電子写真用トナーはマグネッ
トロールの搬送性に優れ、またトナーの電気抵抗値が高
く、高解像度の画像が得られるという格別の効果を発揮
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の電子写真用トナーを模式的
に示す説明図であり、第１図は１対の積層構造からなる
トナー、第２図は２対の積層構造からなるトナーを示
す、 １……樹脂母粒子、２……磁性顔料粒子 ３……樹脂粒子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐野 昭洋 静岡県静岡市用宗巴町３番１号 株式会 社巴川製紙所技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−151651（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−246073（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−2075（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平均粒径１〜30μｍの樹脂母粒子の表面
   に、平均粒径0.001〜1.0μｍの磁性顔料粒子を圧縮力と
   摩擦力により固着してなる内層と、平均粒径0.01〜1.0
   μｍの樹脂粒子を圧縮力と摩擦力により内層の上に固着
   してなる外層との組合わせ積層構造を１対もしくは２対
   以上繰り返して設けられていることを特徴とする電子写
   真用一成分系トナー。