JP2750184B2

JP2750184B2 - 静電潜像現像用磁性トナー

Info

Publication number: JP2750184B2
Application number: JP1323890A
Authority: JP
Inventors: 高木　　誠一
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-12-15
Filing date: 1989-12-15
Publication date: 1998-05-13
Anticipated expiration: 2013-05-13
Also published as: JPH03185456A

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や静電記録法等に用いられるトナ
ーに関し、特に平板状磁性体を含む静電潜像現像用磁性
トナートナーに関する。

（従来の技術及びその問題点）従来、電子写真法としては、米国特許第2,297,691号
明細書、特公昭42-23910号公報（米国特許第3,666,363
号明細書）及び特公昭43-24748号公報（米国特許第4,07
1,361号明細書）等に記載されている如く、多数の方法
が知られているが、一般には光導電性物質を利用し、種
々の手段により感光体上に電気的潜像を形成し、次いで
該潜像をトナーで現像を行って可視像とし、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
等により定着し、複写物を得るものである。

静電潜像をトナーを用いて可視像化する現像方法も種
々知られている。例えば、米国特許第2,874,063号明細
書に記載されている磁気ブラシ法、米国特許第2,618,55
2号明細書に記載されているカスケード現像法及び米国
特許第2,221,776号明細書に記載されているパウダーク
ラウド法、ファーブラシ現像法、液体現像法等、多数の
現像法が知られている。

これらの現像法において、特にトナー及びキャリヤー
を主体とする現像剤を用いる磁気ブラシ法、カスケード
法、液体現像法等が広く実用化されている。これらの方
法はいずれも比較的安定に良好な画像が得られる優れた
方法であるが、反面キャリヤーの劣化、トナーとキャリ
ヤーとの混合比の変動という２成分現像剤にまつわる共
通の欠点を有している。

かかる欠点を回避する為、トナーのみよりなる１成分
系現像剤を用いる現像方法が各種提案されているが、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
方法に優れたものが多い。

米国特許第3,909,258号明細書には、電気的に導電性
を有するトナーを用いて現像する方法が提案されてい
る。これは内部に磁性を有する円筒状の導電性スリーブ
上に導電性トナーを支持し、これを静電像に接触せしめ
て現像するものである。この際、現像部において、記録
体表面とスリーブ表面の間にトナー粒子により導電路が
形成され、この導電路を経てスリーブよりトナー粒子に
電荷が導かれ、静電像の画像部との間のクーロン力によ
りトナー粒子が画像部に付着して現像される。

この導電性トナーを用いる現像方法は、従来の２成分
現像方法にまつわる問題点を回避した優れた方法である
が、反面トナーが導電性である為、現像した画像を記録
体から普通紙等の最終的な支持部材へ静電的に転写する
ことが困難であるという欠点を有している。

静電的に転写をすることが可能な高低抗のトナーを用
いる現像方法として、トナー粒子の誘電分極を利用した
現像方法がある。しかし、かかる方法は本質的に現像速
度が遅い、現像画像の濃度が十分に得られない等の欠点
を有しており、実用上採用困難である。

高低抗のトナーを用いるその他の現像方法として、ト
ナー粒子相互の摩擦、トナー粒子とスリーブ等との摩擦
等によりトナー粒子を摩擦帯電し、これを静電像保持部
材に接触して現像する方法が知られている。しかしなが
ら、これらの方法は、トナー粒子と摩擦部材との接触回
数が少なく摩擦帯電が不十分となり易い、帯電したトナ
ー粒子はスリーブとの間のクーロン力が強まりスリーブ
上で凝集し易い等の欠点を有しており、実用上採用困難
であった。

ところが、特開昭55-18656号公報において、上述の欠
点を除去した新規な現像方法が提案された。これはスリ
ーブ上にトナーを極めて薄く塗布し、これを摩擦帯電
し、次いでこれを静電像に極めて近接させて現像するも
のである。この方法では、トナーをスリーブ上に極めて
薄く塗布することにより、スリーブとトナーとの接触す
る機会を増し、十分な摩擦帯電を可能にしたこと、磁力
によってトナーを支持し、且つ磁石とトナーを相対的に
移動させることにより、トナー粒子相互の凝集を解くと
共に、スリーブと十分に摩擦せしめていること、トナー
を磁力によって支持し又これを静電像に接することなく
対向させて現像することにより、地カブリを防止してい
ること等によって優れた画像が得られるものである。

この様な現像方法に用いられる現像器は、簡単な構成
で非常に小さく出来ることが特徴である。その為、例え
ば、高速機においては感光体の周りに余裕が出来る為、
他の色の現像器をいくつか配置し、ワンタッチで色の変
更をしたり、アナログ光と同時にレーザー光を用い、ペ
ージや文字の書き込みを複写と同時に行う等が容易にな
るといる様な利点が出てくる。

特に小型機においては、全体を軽く小さく出来る為、
複写機のパーソナル化には必要な技術となってきてい
る。

又、小型のLBP（レーザービームプリンター）に代表
される様なプリンターにおいても、ドットプリンターや
熱転写プリンターにない音が静かで、しかも高速という
相反する性能を両立させる為に、現像器スペースを非常
に小さく取れ、しかも、シンプルで軽いということが非
常に有効となっている。

しかしながら、この現像方式はシンプルで軽く、小さ
い現像器という特徴の為、逆にこの方式に使われるトナ
ーは、従来のトナー以上により高性能でなければ全体と
して優れた画像性、耐久性、安定性を得られないという
問題を含んでいる。即ち、かかるトナーの性能がシステ
ムの性能にそのまま反映される場合が多いということで
ある。

ところで、特に転写機自体も従来のアナログ式に変わ
り、デジタル潜像を用いた物が出来る様になり、その為
潜像が今までになく微細に書かれる様になった。この様
な微細な潜像に充分追従していくトナーは、高解像の現
像能力をもったものでなけらばならない。更に、複写機
はより高速化の方向にも進んでいる為、トナーは高解像
と高速現像、高耐久等を高度に満足しなければならなく
なってきている。

プリンターにこの様な現像方式を用いた場合も、同様
の高度の性能の要求があるが、高耐久性という面では、
コンピューターのアウトプットとして用いられる為出力
頻度が高く、耐久性能は複写機以上に厳しいものがあ
る。

又、画像はただ黒いというだけでは不十分となってき
ている。複写機の場合は特に写真も忠実に再現する（即
ち中間調の再現）ことが要求され、又、デジタル潜像方
式では、中間調を線の密度の違いで表現する為、常に線
の太さが同じでないと中間調を同じ様に表現出来ず問題
となってくる。

この様な段調性の再現も、特にデジタル潜像方式のプ
リンターでは高度に要求され、耐久の初期と終わり等と
で常に安定に同じ中間調を出力することは従来のトナー
では充分なし得ていないといってよい。

更に環境安定性についても、複写機のパーソナル化、
或いはLBPの低価格化による家庭への普及が進んだ為、
従来では使われなかった厳しい環境で使われることが多
くなった。これらの厳しい要求に応える為、トナーの研
究開発が鋭意行われている。

トナーの中で磁性体は含有される割合も多く、トナー
の性能に関しても重要な要素となっている。トナー用の
磁性体について種々提案がなされているが、更なる性能
の向上が強く要求されている。

特に、磁性体はトナーの中に多く入れすぎると定着性
を劣化させる為、より少ない割合で性能を充分満足しな
けらばならない。又、トナーの帯電性、特に、帯電量の
コントロール、耐久時の経時変化、環境特性等に影響す
ることが知られており、これらを総合的に充分満足する
磁性体トナーを開発しなけらばならない。

特に磁性体の形状については種々提案され、有効なも
のもあるが、更に性能の向上する磁性体が望まれてい
る。

磁性体トナーの提案の中で、特開昭61-138959号公報
に記載の小板状の粒子又は鱗片状の粒子を用いた磁性体
トナーは、カラー用磁性体トナーとしては優れた着色性
等を有し有効であるが、反面、着色剤の存在下で、特に
好ましいとするFeO_xのｘが1.33≦ｘ＜1.5で、しかも磁
性粒子の直径が好ましい0.5乃至25μｍであると、絶縁
性磁性体トナーの現像において、帯電量が異常に上昇す
るチャージアップ現象や、高温高湿下での帯電量の低
下、耐久特性の劣化等、帯電コントロールにまつわる種
々の問題が発生し、充分なものとは言えない。

従って本発明の第一の目的は、高画質で高濃度でバッ
クグラウンドの汚れ等がないトナーを提供することであ
る。

本発明の第二の目的は、定着性の良いトナーを提供す
ることである。

本発明の第三の目的は、チャージアップによる画像濃
度低下や、スリーブ上トナーの不均一コート等のないト
ナーを提供することである。

本発明の第四の目的は、高速機でも耐久安定性の良い
トナーを提供することである。

本発明の第五の目的は、環境安定性の優れたトナーを
提供することである。

（問題点を解決する為の手段）上記目的は以下の本発明によって達成される。

即ち、本発明は、結着樹脂及び磁性体を含有する磁性
トナー粒子を有する静電潜像現像用磁性トナーにおい
て、該磁性体が、FeO_x系の平板状磁性体であって、平面方
向の平均直径が0.15μｍ以上、0.5μｍ未満であり、且
つFeO_xのｘが1.33以上、1.4未満であり、該磁性トナー粒子は、荷電制御剤をさらに含有してい
ることを特徴とする静電潜像現像用磁性トナーである。

（作用）何ら理論にとらわれるわけではないが、本発明で使用
する板状のFeO_x系磁性体は、その形状によってトナーの
表面付近に平らに存在することが多い為、他の形状の磁
性体と比して有効にトナー中の磁性体がスリーブ等のト
ナー担持体表面に接触するためトナーの帯電量を適度に
コントロールすることが出来、従って、従来技術の種々
の問題が解決され、前記の本発明の目的が達成された磁
性体トナーが提供される。

これに対して従来磁性体のトナーを同様に働かせよう
とすると、磁性体の含有割合を増す必要があり、トナー
の定着性能、画質、耐久特性にも悪影響を与えることが
ある。

（好ましい実施態様）次に好ましい実施態様を挙げて本発明を更に詳しく説
明する。

本発明において使用する平板状磁性体のFeO_xのｘが1.
4より大きいと、色味が赤くなり磁性体の電気抵抗が増
し、チャージアップ現象が発生する場合があり、一方、
1.33より小さいと耐熱性が低下する。又、その平面方向
の平均直径が0.15μｍより小さいと色味が赤くなり好ま
しくなく、又、耐熱性も劣ってくる。更に、結着樹脂と
の分散性も悪くなる。又、その平面方向の平均直径が0.
5μｍより大きいとチャージアップ現象の発生や、環境
特性の低下、耐久性の低下等を生じる。好ましくは、0.
2μｍから0.4μｍであり、更に好ましくは、0.25μｍ乃
至0.35μｍである。

磁性体の平面方向の平均直径の求め方としては、透過
型電子顕微鏡（TEM）の10,000倍の写真をとり、これを
４倍に引き延ばして40,000倍とした写真から任意に100
個の磁性体を選び、水平方向フェレ径を計り、平均値を
求めたものである。直径は厚み方向ではなく面方向を測
定したものをいう。又、直径と厚みの比は２乃至10が好
ましい。

又、平板状磁性体の磁気特性は、10KOeにおいてHc70
乃至100、δ_ｓ85乃至89、δ_ｒ５乃至13は好ましい範囲
である。

上記平板状磁性体の製造方法としては、一般に知られ
ている方法を用いればよい。平板状のα酸化鉄を還元し
て、黒色の平板状磁性体を得てもよく、又、湿式で平板
状炭酸鉄から黒色の平板状磁性体を得てもよい。

以上の如く特定の磁性体は、後記の結着樹脂100重量
部当たり20乃至120重量部の範囲で使用することが好ま
しく、更に好ましくは40乃至80重量部である。使用量が
上記範囲未満であると搬送性の低下やトナーコーティン
グの不均一が生じ、画像濃度の低下やバックグラウンド
の汚れ等が発生する問題があり、一方、使用量が上記範
囲を越えると画像性の低下や特に高湿環境下での転写性
の低下、画像濃度低下が生じる等の問題があり好ましく
ない。

又、トナーの粒径の方向として、小粒径化することが
高画質等の面から考えられているが、この方向はチャー
ジアップ、バックグラウンドの汚れ等が問題となり、本
発明のトナーはこれらの問題を改善するのにも効果があ
る。

本発明のトナーに使用する結着樹脂としては、ポリス
チレン、ポリｐ−クロルスチレン、ポリビニルトルエ
ン、スチレン−ｐクロルスチレン共重合体、スチレンビ
ニルトルエン共重合体等のスチレン及びその置換体の単
独重合体及びそれらの共重合体：スチレン−アクリル酸
メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合
体、スチレン−アクリル酸ｎ−ブチル共重合体等のスチ
レンとアクリル酸エステルとの共重合体；スチレン−メ
タクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エ
チル共重合体、スチレン−メタクリル酸ｎ−ブチル共重
合体等のスチレンとメタクリル酸エステルとの共重合
体；スチレンとアクリル酸エステル及びメタクリル酸エ
ステルとの多元共重合体；その他スチレン−アクリロニ
トリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重
合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−ビニ
ルメチルケトン共重合体、スチレン−アクリロニトリル
−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共
重合体等のスチレンと他のビニル系モノマーとのスチレ
ン系共重合体；ポリメチルメタクリレート、ポリブチル
メタクリレート、ポリ酢酸ビニル、ポリエステル、ポリ
アミド、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ポリア
クリル酸、フェノール樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素
樹脂、石油樹脂、塩素化パラフィン等が単独又は混合物
として使用することが出来る。

特に圧力定着方式に供せられるトナー用の結着樹脂と
して、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレ
ン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリ
ル酸エステル共重合体、高級脂肪酸、ポリアミド樹脂、
ポリエステル樹脂等が単独又は混合物として使用するこ
とが出来る。

結着樹脂として用いる重合体、共重合体或いはポリマ
ーブレンドは、スチレンに代表されるビニル芳香族系又
はアクリル系のモノマーを40重量％以上の量で含有する
と、より望ましい結果が得られる。

トナーには必要に応じて添加剤を混合してもよい。そ
の様な添加剤としては、例えば、テフロン、ステアリン
酸亜鉛の如き滑剤或いは定着助剤（例えば、低分子量ポ
リエチレン、低分子量ポリプロピレン等）、又、流動性
付与剤、ケーキング防止剤（例えば、コロイダルシリカ
等）が挙げられる。

又、研磨剤として酸化セリウム、チタン酸ストロンチ
ウム等、又、電気抵抗調整剤として酸化スズ等が挙げら
れる。

以上の如き成分からなる本発明の平板状磁性体トナー
は従来公知の方法で製造することが出来、製造方法は特
に限定されない。

（実施例）次に実施例及び比較例に従って本発明を更に詳細に説
明する。尚、文中、部又は％とあるのは特に断りのない
限り重量基準である。

実施例１ポリエステル系樹脂 100部負荷電性制御剤２部離型剤３部平板状磁性体Ａ（平面方向の平均直径0.33μｍ、FeO
_1.33） 60部を設定温度140℃のロールミルにて、約15分間熱混練
し、冷却後、粗粉砕、微粉砕し、次いで風力分級機で微
粉、粗粉をカットして本発明のトナー粉を得た。

上記トナー粉の平均粒径はコールターカウンター社の
TA-II型により測定し、体積平均径9.0μｍ、標準偏差を
平均粒径で徐して％で表した変動係数30％を得た。

このトナー粉に疎水性コロイダルシリカを、0.5％の
割合でヘンシェルミキサーで外添し、現像剤とした。こ
れをキヤノン製複写機NP-8580でテストした。

その結果、低温低湿環境下での間欠耐久テストにおい
て、高画質で画像濃度が高くバックグラウンドの汚れも
なく、長期間安定した画像が得られた。又、特に複写機
のスイッチを入れて使用可能直後の定着テストにおいて
も良好な定着性を示した。

更に高温高湿下のテストでも非常に良好であった。

比較例１実施例１の平板状磁性体を平均粒径0.32μｍのキュー
ビック型マグネタイトに変更した以外は同様にトナーを
作成した。得られたトナー粉の平均粒径は9.1μｍ、変
動係数は33％であった。

このトナーを同様にテストした結果、低温低湿環境下
でチャージアップによる画質の低下、画像濃度の低下、
バックグラウンドの汚れの発生等が生じた。

実施例２スチレン−アクリル系樹脂 100部正荷電性制御剤２部離型剤３部平板状磁性体Ｂ（平面方向の平均直径0.27μｍ、FeO
_1.35） 60部を実施例１と同様にトナー化して本発明のトナー粉を得
た。トナー粉の平均粒径は8.2μｍであり、その変動係
数は29％であった。このトナー粉に正帯電疎水性コロイ
ダルシリカを0.6％外添し、現像剤とした。

これをキヤノン製複写機NP-1215でテストした。その
結果、低温低湿環境下で現像機を機外に出し、スリーブ
を空回転させる促進劣化テストにおいて、10時間たって
も画質、画像濃度、バックグラウンドの汚れが良好で非
常に優れていた。又、定着性も非常に良好であり、更に
高温高湿のテストでも非常に良好であった。

比較例２実施例２の平板状磁性体を粒径0.27μｍのキュービッ
ク型マグネタイトにした以外は実施例２と同様にトナー
を作成した。トナーの平均粒径は7.9μｍで変動係数は3
0％であった。

このトナーを同様に評価した。その結果低温低湿環境
下の促進テストで約３時間でスリーブ上に異常コーテイ
ングが発生し、画質の低下、画像濃度の低下、バックグ
ラウンドの汚れが発生した。

実施例３実施例１のポリエステル系樹脂をスチレンアクリル系
樹脂に、平板状磁性体を平面方向の平均直径0.4μｍ、F
eO_1.36の平板状磁性体C80部に代えた以外は実施例１と
同様に作成した。得られたトナーの平均粒径は6.2μ
ｍ、変動係数は31％であった。これに疎水性コロイダル
シリカを0.8％外添し、現像剤とした。

これをキヤノン製レーザービームプリンターLBP-8II
で評価した。その結果、非常に高画質で低温低湿、高温
高湿の耐久でも高画像濃度が安定に保たれた。又、定着
性も非常に良好であった。

（効果）以上の如き本発明によれば、定着性及び環境安定性が
良好で、高画質で高濃度でバックグラウンドの汚れ等が
ない画像形成が可能なトナーが提供される。

又、これらのトナーは、チャージアップによる画像濃
度低下や、スリーブ上トナーの不均一コート等がなく、
高速機でも耐久安定性に優れている。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】結着樹脂及び磁性体を含有する磁性トナー
粒子を有する静電潜像現像用磁性トナーにおいて、該磁性体が、FeO_x系の平板状磁性体であって、平面方向
の平均直径が0.15μｍ以上、0.5μｍ未満であり、且つF
eO_xのｘが1.33以上、1.4未満であり、該磁性トナー粒子は、荷電制御剤をさらに含有している
ことを特徴とする静電潜像現像用磁性トナー。
【請求項２】該結着樹脂と該平板状磁性体との重量比
が、該結着樹脂100重量部当たり該平板状磁性体20乃至1
20重量部の範囲であることを特徴とする請求項１に記載
の静電潜像現像用磁性トナー。
【請求項３】該磁性トナー粒子が、離型剤をさらに含有
していることを特徴とする請求項１に記載の静電潜像現
像用磁性トナー。
【請求項４】該静電潜像現像用磁性トナーが、デジタル
潜像を現像するために用いられることを特徴とする請求
項１乃至３のいずれか１項に記載の静電潜像現像用磁性
トナー。