JP2769880B2

JP2769880B2 - 静電荷像現像用磁性トナー

Info

Publication number: JP2769880B2
Application number: JP1258681A
Authority: JP
Inventors: 真海野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-10-05
Filing date: 1989-10-05
Publication date: 1998-06-25
Anticipated expiration: 2013-06-25
Also published as: JPH03121463A

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、静電記録法などに用いられるト
ナーに関し、特に絶縁性の磁性トナーに関する。

［従来の技術］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4,071,3
61号明細書）等に記載されいる如く、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
をトナーで現像して可視像とし、必要に応じて、紙等の
転写剤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、同第2,618,552号明細
書に記載されているカスケード現像法及び同第2,221,77
6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
リア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、液体現像法など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画像の得られる優れ
た方法であるが、反面キャリアーの劣化、トナーとキャ
リアの混合比の変動という２成分系現像剤にまつわる共
通の欠点を有する。

かかる欠点を回避するため、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成る現像剤を用い
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
有する磁性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
上に導電性磁性トナーを支持し、これを静電像に接触せ
しめ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
電性磁性トナーを用いる現像方法は従来の２成分系現像
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ため、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
事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事が可能な高抵抗の磁性トナーを
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
速度がおそい、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、実用上困難である。

高抵抗の磁性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
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、実用上困難であっ
た。

ところが、特開昭55−18656号公報等において、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
スリーブ上に磁性トナーをきわめて薄く塗布し、これを
摩擦帯電し、次いでこれを静電像にきわめて近接して現
像するものである。この方法は、磁性トナーをスリーブ
上にきわめて薄く塗布する事によりスリーブとトナーの
接触する機会を増し、十分な摩擦帯電を可能にした事、
磁力によってトナーを支持し、かつ磁石とトナーを相対
的に移動させる事によりトナー粒子相互の凝集を解くと
ともにスリーブを十分に摩擦せしめている事、トナーを
磁力によって支持し又これを静電像に接する事なく対向
させて現像する事により地カブリを防止している事等に
よって優れた画像が得られるものである。

このような現像方法に用いられる現像器は、簡単な構
成で非常に小さくできることが特徴である。そのため例
えば高速機では、感光体の周囲に余裕ができるため、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、頁や
文字の書き込みを複写と同時に行うなどが容易になると
いうような利点がでてくる。

しかしながらシンプルで軽く、小さい現像器という特
徴のため逆にこの現像方式に使われるトナーは従来トナ
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、係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。

更に最近の複写機はより高速化の方向にも進んでいる
ためトナーは、高解像と高速現像、高耐久などを高度に
満足しなければならなくなってきている。

これらの厳しい要求に答えるためトナーの研究、開発
が鋭意行われている。磁性トナーに使われる材料の中で
特に磁性体はトナー全体に対して重量で20〜70％含有さ
れているためトナーの性能を大きく左右する。

ここで、Se感光体や、OPC感光体を高速機に適用する
際には、高湿環境下において、トナーの感光体上へのフ
ィルミング現象や感光体上での画像流れ現象が重要な問
題となってくる。このような現象を防止するためにはク
リーニングブレードと感光体間に挟まれた磁性トナーに
より感光体が穏やかに研磨されることが必要である。

ここで、特開昭59−64852号公報に見られるように、
立方状形状の磁性体を用いた磁性トナーでは、トナー粒
子表面上に露出した磁性体は鋭い角を持つためクリーニ
ングブレードと感光体間にトナーが挟まれるとブレード
圧により感光体を強くこすることになり繰返しコピーす
ると感光体に強い研磨作用が及ぼされることになる。従
って立方状形状の磁性体を用いた磁性トナーでは、高湿
環境下でのトナーの感光体上へのフィルミング現象や感
光体上での画像流れ現象を防止することになるのである
が、逆に感光体への強い研磨作用が有るため感光体の劣
化が早く、感光体の表面が傷つき傷の部分がスジとなっ
てコピー上に現れてくる。又、更に感光体層が薄くなる
ため必要な電位がとれなくなり、画像濃度が低下する。
特に高速機にSe感光体やOPC感光体を適用する際にはこ
の現象が促進されるため問題は深刻である。

一方、特開昭59−64852号公報に見られるように球状
もしくは丸味を帯びた磁性体を用いた磁性トナーでは、
トナー粒子表面上に露出した磁性体は、丸みを帯びてい
るためクリーニングブレードと感光体間にトナーが挟ま
れた状態で繰返しコピーしてもSe感光体やOPC感光体に
は、弱い研磨作用しか及ぼさない。従って球状もしくは
丸味を帯びた磁性体を用いた磁性トナーでは、高湿環境
下でのトナーの感光体上へフィルミング現象や感光体上
での画像流れ現象を防止することは難しいため、外添剤
として研磨剤を用いる必要性が出てくる。しかし、外添
剤に研磨剤を用いるとトナー全体としての流動性が悪化
してくるため、高湿環境下でのクリーナー内でのトナー
のブロッキングが問題化してくる。又、研磨剤を外添す
る際、添加量、外添条件によりトナーの帯電特性が変化
してくるためトナーの帯電量と研磨剤外添によりもたら
されるSe感光体やOPC感光体への研磨作用とのバランス
をうまく保持することが難しくなる場合がある。又、研
磨剤を外添するため繰返しコピーしていくとトナー粒子
から研磨剤が遊離し感光体への研磨作用が均一化してく
ることもある。特に高速機にSe感光体やOPC感光体を適
用する際にはこの現象が促進される場合があるため問題
は深刻である。

［発明が解決しようとする課題］本発明の目的は、上記問題点を解決した静電荷像現像
用磁性トナーを提供することにある。即ち、Se感光体や
OPC感光体を高速機に適用する際に、高湿環境下におい
てもトナーの感光体上へのフィルミング現象や画像流れ
現象が発生しない静電荷像現像用磁性トナーを提供する
ものである。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明は、湿式法で合成された10〜25面体形状マグネ
タイト、結着樹脂及び定着助剤を少なくとも含有する磁
性トナー粒子を有する静電荷像現像用磁性トナーに関す
る。

以下、本発明について更に詳しく説明する。

本発明で用いるマグネタイトは、第一鉄塩溶液とアル
カリ性水溶液を混合し、温度70〜100℃、pH10以上の水
酸化第一鉄を含む懸濁液を生成させ、次いで、該懸濁液
に酸素含有ガスを通気することにより得られる。マグネ
タイト粒子の形状は、生成条件を選ぶことにより、６面
体,8面体,14面体等の多面体状の粒子形を呈する。

アルカリ性水溶液は、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及び水酸化マグネシウ
ム、水酸化カルシウム等のアルカリ土類金属の水酸化物
を使用することができる。

水酸化第一鉄を含む懸濁溶液中にケイ酸ナトリウム、
ケイ酸カリウム等の水可溶性ケイ酸塩（生成するマグネ
タイト粒子に対しSiO₂換算で0.1〜2.0重量％）を存在さ
せると生成するマグネタイトの分布を更に良くすること
ができるので好ましい。

ここでいう多面体マグネタイトの定義は、湿式法で合
成された多面体マグネタイトの走査型電子顕微鏡により
得られた８万倍の写真からランダムに50個のマグネタイ
トを選びその形状を観察する。

その際ｎ面体のものが40個以上の場合、そのマグネタ
イトの形状をｎ面体マグネタイトと規定する。

係る10〜25面体の多面体形状を有する磁性体をトナー
に分散させると、トナー粒子の表面に露出する磁性体の
形状は、８面体磁性体を用いた場合よりも角が鈍角とな
るため、クリーニングブレード付近で感光体が穏やかに
研磨されるようになることがわかった。この繰返しコピ
ーする時のSe感光体やOPC感光体の研磨の状況は、感光
体を高速機に適用する際の高湿環境下でのトナーの感光
体上へのフィルミング現象や感光体上での画像流れ現象
を防止するのに好適であることも明らかとなった。

このため、球形磁性体を用いた場合に時として必要と
された研磨剤の外添が不要とすることができ、トナーの
帯電量と流動性を長期にわたり安定に保持することが可
能となった。

また、係る10面体以上の多面体形状を有する磁性体を
トナーに分散させることにより、トナーの溶融粘度が、
向上してくることもわかった。これは多面体形状の磁性
体がポリマー中のセグメントに挟まれるように存在する
ためではないかと推察される。このことにより高速機に
おいて懸念される耐低温オフセットの性能を向上できる
ことが示唆された。

又、ここで、マグネタイトの形状が25面体を超えると
形状が丸味を帯び球形に近づいてくるため、感光体に
は、弱い研磨作用しか及ばず研磨効果としては球形マグ
ネタイトを用いた際とほとんど差がなくなり、本発明の
効果が得られなくなる。

本発明の磁性トナーに用い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
して使用出来る。

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して使用出来る。

用いる重合体、共重合体、或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。

本発明の磁性トナーには、任意の適当な顔料や染料が
着色剤として使用できる。例えば、カーボンブラック、
フタロシアニンブルー、群青、キナクリドン、ベンジジ
ンイエローなど公知の染顔料がある。

又、本発明の磁性トナーには必要に応じて添加剤を混
合しても良い。そのよう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、或は定着助剤（例え
ば低分子量ポリエチレン及び後述する実施例で用いてい
る低分子量ポリプロピレンなど）、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など）があ
る。

［実施例］実施例１を混合し混練機にて溶融混練後ハンマーミルにて粗粉砕
した後、ジェット粉砕機にて微粉砕した。次いで風力分
級機を用いて分級し、およそ粒径が10〜12μの微粉体を
得た。この微粉体100重量部にコロイダルシリカ0.4重量
部を添加し、トナーとした。

得られたトナーを市販の複写機（商品名;NP−8580キ
ヤノン製）の改造機（OPC感光体ドラムを装着した）に
適用して画出しをしたことろ得られた転写画像は反射画
像濃度が、1.37と充分高く、かぶりも全くなく、画像周
辺のトナー飛び散りがなく解像力の高い良好な画像が得
られた。

上記トナーを用いて連続して転写画像を作成し、耐久
性を調べたが、40000枚後の転写画像も初期の画像と比
較して、全く、そん色のない画像であった。

又、環境条件を35℃,85％にしたところ、画像濃度は
1.38と常温常湿とほとんど変化のない値であり、かぶり
や飛び散りもなく鮮明な画像が得られ耐久性も40000枚
までほとんど変化なかった。又、40000枚耐久中には、
感光体にフィルミングや画像流れが発生することはな
く、また、40000枚耐久後感光体に傷が発生して、傷の
部分がスジとなってコピー上に現れることもなかった。

次に10℃10％の低温低湿度において転写画像を得たと
ころ、画像濃度は1.38と高く、ベタ黒も極めて滑らかに
現像、転写され飛び散りや中抜けのない優秀な画像であ
った。この環境条件で耐久試験を行ない、連続、及び間
けつでコピーしたが、やはり40000枚まで濃度変動は±
0.1と実用上充分であった。

又、10℃,10％環境下で耐久始動開始時における低温
オフセットは、発生することはなかった。

実施例２を混合し混練機にて溶融混練後ハンマーミルにて粗粉砕
した後、ジェット粉砕機にて微粉砕した。次いで風力分
級機を用いて分級し、およそ粒径が10〜12μの微粉体を
得た。この微粉体100重量部にコロイダルシリカ0.4重量
部を添加し、トナーとした。

得られたトナーを市販の複写機（商品名;NP−8580キ
ヤノン製）の改造機（OPC感光体ドラムを装着した）に
適用して画出しをしたところ得られた転写画像は反射画
像濃度が、1.40と充分高く、かぶりも全くなく、画像周
辺のトナー飛び散りがなく解像力の高い良好な画像が得
られた。

又、環境条件を35℃,85％にしたところ、画像濃度は
1.41と常温常湿とほとんど変化のない値であり、かぶり
や飛び散りもなく鮮明な画像が得られ耐久性も40000枚
までほとんど変化なかった。又、40000枚耐久中には、
感光体にフィルミングや画像流れが発生することはな
く、また、40000枚耐久後感光体に傷が発生して、傷の
部分がスジとなってコピー上に現れることもなかった。

次に10℃10％の低温低湿度において転写画像を得たと
ころ、画像濃度は1.39と高く、ベタ黒も極めて滑らかに
現像、転写され飛び散りや中抜けのない優秀な画像であ
った。この環境条件で耐久試験を行ない、連続、及び間
けつでコピーしたが、やはり40000枚まで濃度変動は±
0.12と実用上充分であった。

実施例３を混合し混練機にて溶融混練後ハンマーミルにて粗粉砕
した後、ジェット粉砕機にて微粉砕した。次いで風力分
級機を用いて分級し、およそ粒径が10〜12μの微粉体を
得た。この微粉体100重量部にコロイダルシリカ0.4重量
部を添加し、トナーとした。

得られたトナーを市販の複写機（商品名;NP−8580キ
ヤノン製）の改造機（OPC感光体ドラムを装着した）に
適用して画出しをしたところ得られた転写画像は反射画
像濃度が、1.41と充分高く、かぶりも全くなく、画像周
辺のトナー飛び散りがなく解像力の高い良好な画像が得
られた。

上記トナーを用いて連続して転写画像を作成し、耐久
性を調べたが、20000枚後の転写画像も初期の画像と比
較して、全く、そん色のない画像であった。

又、環境条件を35℃,85％にしたところ、画像濃度は
1.40と常温常湿とほとんど変化のない値であり、かぶり
や飛び散りもなく鮮明な画像が得られ耐久性も20000枚
までほとんど変化なかった。又、20000枚耐久中には、
感光体にフィルミングや画像流れが発生することはな
く、又、20000枚耐久後、感光体に傷が発生して、傷の
部分がスジとなってコピー上に現れることもなかった。

次に10℃10％の低温低湿度において転写画像を得たと
ころ、画像濃度は1.39と高く、ベタ黒も極めて滑らかに
現像、転写され飛び散りや中抜けのない優秀な画像であ
った。この環境条件で耐久試験を行ない、連続、及び間
けつでコピーしたが、やはり20000枚まで濃度変動は±
0.14と実用上充分であり、画質も初期の画像と比較して
全くそん色のない画像であった。

実施例４を混合し混練機にて溶融混練後ハンマーミルにて粗粉砕
した後、ジェット粉砕機にて微粉砕した。次いで風力分
級機を用いて分級し、およそ粒径が10〜12μの微粉体を
得た。この微粉体100重量部にコロイダルシリカ0.4重量
部を添加し、トナーとした。

得られたトナーを市販の複写機（商品名;NP−8580キ
ヤノン製）の改造機（OPC感光体ドラムを装着した）に
適用して画出しをしたところ得られた転写画像は反射画
像濃度が、1.38と充分高く、かぶりも全くなく、画像周
辺のトナー飛び散りがなく解像力の高い良好な画像が得
られた。

又、環境条件を35℃,85％にしたところ、画像濃度は
1.39と常温常湿とほとんど変化のない値であり、かぶり
や飛び散りもなく鮮明な画像が得られ耐久性も20000枚
までほとんど変化なかった。又、20000枚耐久中には、
感光体にフィルミングや画像流れが発生することはな
く、又、20000枚耐久後、感光体に傷が発生して、傷の
部分がスジとなってコピー上に現れることもなかった。

次に10℃10％の低温低湿度において転写画像を得たと
ころ、画像濃度は1.40と高く、ベタ黒も極めて滑らかに
現像、転写された飛び散りや中抜けのない優秀な画像で
あった。この環境条件で耐久試験を行ない、連続、及び
間けつでコピーしたが、やはり20000枚まで濃度変動は
±0.15と実用上充分であった。

又、10℃、10％環境下で耐久始動開始時における低温
オフセットは、発生することはなかった。

比較例１を混合し混練機にて溶融混練後ハンマーミルにて粗粉砕
した後、ジェット粉砕機にて微粉砕した。次いで風力分
級機を用いて分級し、およそ粒径が10〜12μの微粉体を
得た。この微粉体100重量部にコロイダルシリカ0.4重量
部を添加し、トナーとした。

得られたトナーを市販の複写機（諸品名;NP8580キヤ
ノン製）の改造機（OCP感光体ドラムを装着した）に適
用して画出しをしたところ得られた転写画像は反射画像
濃度が、1.37と充分高く、かぶりも全くなく、画像周辺
のトナー飛び散りがなく解像力の高い良好な画像が得ら
れた。

又、環境条件を35℃,85％にしたところ、画像濃度は
1.36と常温常湿とほとんど変化のない値であったが、耐
久開始後15000枚で感光体上にトナーのフィルミングが
発生し、そのまま耐久を続けたところ耐久開始後30000
枚で画像流れ現象が発生したため耐久を中止した。

比較例２を混合し混練機にて溶融混練後ハンマーミルにて粗粉砕
した後、ジェット粉砕機にて微粉砕した。次いで風力分
級機を用いて分級し、およそ粒径が10〜12μの微粉体を
得た。この微粉体100重量部にコロイダルシリカ0.4重量
部を添加し、トナーとした。

得られたトナーを市販の複写機（商品名;NP−8580キ
ヤノン製）の改造機（OPC感光体ドラムを装着した）に
適用して画出しをしたところ得られた転写画像は反射画
像濃度が、1.37と充分高く、かぶりも全くなく、画像周
辺のトナー飛び散りがなく解像力の高い良好な画像が得
られた。

しかし、耐久開始後15000枚付近から感光体に傷が発
生し傷の部分がスジとなってコピー上に現れてきたため
耐久を中止した。

［発明の効果］以上のように本発明の磁性トナーをSe感光体やOPC感
光体を用いた高速複写機に、高湿下で繰返し用いても、
フィルミング現象や画像流れ現象が発生せず、長期間に
渡って高品位の画像を提供することができる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】湿式法で合成された10〜25面体形状マグネ
タイト、結着樹脂及び定着助剤を少なくとも含有する磁
性トナー粒子を有する静電荷像現像用磁性トナー。
【請求項２】該10〜25面体形状マグネタイトは、pH10以
上の水酸化第一鉄を含む懸濁液に酸素含有ガスを通気す
ることによって生成されたものであることを特徴とする
請求項１に記載の静電荷像現像用磁性トナー。
【請求項３】該磁性トナーは、該定着助剤として低分子
量ポリプロピレンを含有していることを特徴とする請求
項１又は２に記載の静電荷像現像用磁性トナー。
【請求項４】該磁性トナーは、該磁性トナー粒子に加え
て、さらに、コロイダルシリカを有していることを特徴
とする請求項１乃至３のいずれかに記載の静電荷像現像
用磁性トナー。
【請求項５】該磁性トナーは、Se感光体又はOPC感光体
をクリーニングブレードによってクリーニングする工程
を含む画像形成方法に用いられることを特徴とする請求
項１乃至４のいずれかに記載の静電荷像現像用磁性トナ
ー。