JP2910789B2 - 鉄を主成分とする針状磁性粒子粉末及びその製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁性トナー用に一般に
使用されているビニル芳香族系樹脂、アクリル系樹脂及
びこれらの共重合体樹脂等となじみやすく、これらの磁
性トナー用樹脂との混合性が良好である針状磁性粒子粉
末及びその製造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、静電潜像現像法の一つとして、キ
ャリアを使用せずに樹脂中にマグネタイト粒子粉末等の
磁性粒子粉末を混合分散させた複合体粒子を現像剤とし
て用いる所謂一成分系磁性トナーによる現像法が広く知
られ、汎用されている。

【０００３】近時、複写機器の高速度化、高画質化、連
続化等の高性能化に伴って、現像剤である磁性トナーの
特性向上が強く要求されており、その為には、磁性トナ
ー用樹脂との混合性が良好である磁性粒子粉末が強く要
求される。

【０００４】この事実は、特開昭５５−６５４０６号公
報の「一般に、このような一成分方式における磁性トナ
ー用の磁性粉には次のような諸特性が要求される。‥‥
ＶＩＩ）樹脂との混合性がよいこと。通常トナーの粒径
は数１０μｍ以下であり、トナー中の微視的混合度がト
ナーの特性にとって重要となる。‥‥」なる記載の通り
である。

【０００５】従来、磁性トナー用の樹脂としては、スチ
レン、ビニルトルエン等のビニル芳香族系樹脂、アクリ
ル酸、メタクリル酸等のアクリル系樹脂及びこれらの共
重合体樹脂等が知られている。

【０００６】また、磁性トナー用磁性粒子粉末として
は、八面体や球形等の等方的形状を呈した磁性粒子や針
状磁性粒子が知られているが、針状磁性粒子に比べ磁性
トナー用樹脂への混合性が容易である等方的形状を呈し
た磁性粒子が広く使用されている。

【０００７】近年、針状磁性粒子を用いて製造された磁
性トナーが等方的形状を呈した磁性粒子を用いて製造さ
れた磁性トナーに比べ搬送性が向上することから、針状
磁性粒子の磁性トナー用樹脂への混合性を改良すること
が強く要求されている。

【０００８】この事実は、特開昭５５−９５１２号公報
の「従来、磁性トナーは種々提案されているが、未だ前
記〜の要求を全て満足するものはない。例えば、四
三酸化鉄‥‥を磁性粉として使用すると、その形状が立
方形（軸比＝１）であるため、熱可塑性樹脂中への分散
は比較的簡単であるが、反面搬送性、流動性が劣り、画
像中に白地カブリを生じ、画像劣化を招く。‥‥一方、
針状‥‥の四三酸化鉄（Ｆｅ₃ Ｏ₄ ）を磁性粉として用
いると、磁性トナー搬送性は向上するものの、針状の磁
性粉自体が凝集していることもあって樹脂中への均一な
分散性が損なわれ、‥‥」なる記載の通りである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】樹脂との混合性が良好
である針状磁性粒子粉末は、現在最も要求されていると
ころであるが、公知の針状磁性粒子粉末は樹脂とのなじ
みが悪く未だ樹脂との混合性が良好な針状磁性粒子粉末
は得られていない。ここで、樹脂とのなじみとは、磁性
粒子の粒子表面と樹脂との親和性の程度を意味する。

【００１０】一般に磁性粒子粉末の樹脂への分散性の指
標として磁性粒子粉末を含む樹脂成型体表面の光沢度を
測定することが行われており、値が高いほど分散性が良
好であると解釈されている。

【００１１】そこで、本発明者は、公知の針状磁性粒子
粉末を用いて作成した樹脂成型体表面の光沢を入射角６
０°で測定したところ、ほとんどが８８〜９０％以上の
値を示したが、入射角を低下させ、樹脂成型体表面のよ
り微妙な凹凸も感知する入射角２０°で測定した場合に
は、光沢度がすべて９０％以下に低下してしまうという
現象が生起することを認めた。

【００１２】本発明者は、この現象について、公知の針
状磁性粒子粉末は、磁性粒子粉末の１個１個と樹脂との
なじみが悪いことに起因して針状磁性粒子粉末が凝集体
を形成したまま樹脂中に存在しているものと推定し、磁
性粒子粉末１個１個が樹脂とのなじみがすぐれていれば
樹脂との混合性に優れ樹脂中に均一に分散して樹脂成形
体表面は平滑となり、入射角２０°においても光沢度９
０％以上が得られるものと考えた。

【００１３】即ち、樹脂とのなじみやすさの指標として
入射角２０°で測定した場合の光沢度を用い、この時の
光沢度が９０％以上を示す針状磁性粒子粉末は樹脂とな
じみやすい粒子であるといえるのである。

【００１４】そこで、本発明は、樹脂となじみやすい針
状磁性粒子粉末、即ち、針状磁性粒子粉末を含む樹脂成
形体表面の光沢が入射角２０°で測定した場合９０％以
上を示す針状磁性粒子粉末を得ることを技術的課題とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記技術的課題は、次の
通りの本発明によって達成できる。

【００１６】即ち、本発明は、ホイール形混練機又はら
いかい機によって粒子の凝集が解きほぐされ、且つ、疎
水基を有するチタネート系又はシラン系カップリング剤
によって粒子表面が被覆されている長軸径が０．１〜
３．０μｍである鉄を主成分とする針状磁性粒子からな
り、且つ、下記測定方法において測定した吸液量が１８
ｍｌ以下である鉄を主成分とする「磁性トナー用」針状
磁性粒子粉末。スチレン−アクリル樹脂とキシレンと
を樹脂濃度（（樹脂／（樹脂＋キシレン））×１００）
が２０重量％となるように５００ｍｌの上ぶた付ポリエ
ステル容器にはかり取った後ペイントコンディショナー
を用いて混合することにより樹脂溶液を調整する。鉄
を主成分とする針状磁性粒子粉末１０ｇを電子天秤では
かり取って１００ｍｌのポリエステル容器に入れ、次い
で、該容器中にあらかじめ調整しておいた樹脂溶液を５
０ｍｌビュレットを用い滴下しながらガラス棒でかきま
ぜる。ポリエステル容器中のペーストが均一となって
流動性が高くなりガラス棒の先端から液滴が最初に自然
落下したときを終点とする。終点に至るまでに使用し
た樹脂溶液の量を吸液量とする。及び長軸径が０．１〜
３．０μｍである鉄を主成分とする針状磁性粒子と疎水
基を有するチタネート系又はシラン系カップリング剤と
を、ホイール形混練機又はらいかい機を用いて圧縮、せ
ん断及びへらなでによって混練することにより、前記鉄
を主成分とする針状磁性粒子の粒子表面を前記疎水基を
有するチタネート系又はシラン系カップリング剤によっ
て被覆することよりなる疎水基を有するチタネート系又
はシラン系カップリング剤によって粒子表面が被覆され
ている長軸径が０．１〜３．０μｍである鉄を主成分と
する針状磁性粒子からなり、且つ、吸油量が１８ｍｌ以
下である鉄を主成分とする磁性トナー用針状磁性粒子粉
末の製造法である。

【００１７】

【作用】先ず、本発明において最も重要な点は、下記測
定方法において測定した吸液量が１８ｍｌ以下の針状磁
性粒子粉末は、樹脂となじみやすい、即ち、針状磁性粒
子粉末を含む樹脂成形膜表面の光沢が入射角２０°で測
定した場合９０％以上を示す磁性粒子粉末であるという
事実である。

【００１８】吸液量の測定方法は、以下に示す方法であ
る。スチレン−アクリル樹脂とキシレンとを樹脂濃度
（（樹脂／（樹脂＋キシレン））×１００）が２０重量
％となるように５００ｍｌの上ぶた付ポリエステル容器
にはかり取った後ペイントコンディショナーを用いて混
合することにより樹脂溶液を調整する。鉄を主成分と
する針状磁性粒子粉末１０ｇを電子天秤ではかり取って
１００ｍｌのポリエステル容器に入れ、次いで、該容器
中にあらかじめ調整しておいた樹脂溶液を５０ｍｌビュ
レットを用い滴下しながらガラス棒でかきまぜる。ポ
リエステル容器中のペーストが均一となって流動性が高
くなりガラス棒の先端から液滴が最初に自然落下したと
きを終点とする。終点に至るまでに使用した樹脂溶液
の量を吸液量とする。

【００１９】上記吸液量の測定方法において、樹脂とし
てスチレン−アクリル樹脂を使用したのは、磁性トナー
用樹脂として最も広く使用されている代表的な樹脂であ
るからである。また、溶剤としてキシレンを使用したの
は、キシレンが強い官能基を有していないことに起因し
て磁性粒子粉末に優先して樹脂に作用して樹脂を希釈す
る為、樹脂の磁性粒子表面への影響を観察する上で有効
であり、しかも、沸点が１３０℃程度と高い為作業中に
揮発しにくいからである。

【００２０】本発明においては、吸液量が１８ｍｌ以下
の針状磁性粒子粉末が得られる。本発明において、使用
する針状磁性粒子の軸比（長軸径／短軸径）が５以下の
場合には、吸液量が１４ｍｌ以下の針状磁性粒子粉末が
得られ、軸比（長軸径／短軸径）が３以下の場合には、
吸液量が１０ｍｌ以下の針状磁性粒子粉末が得られる。

【００２１】本発明に係る針状磁性粒子粉末の吸液量が
小さい理由について、本発明者は、本発明に係るホイー
ル形混練機又はらいかい機を用いた場合には、圧縮作用
によって磁性粒子間に介在している疎水基を有する有機
化合物を磁性粒子表面に押しつけるとともに、粒子間隙
を通して押し広げて粒子表面との密着性を増し、そし
て、せん断作用によって上記疎水基を有する有機化合物
を引き延ばしながら粒子群に対してはせん断力により位
置を変えてばらばらに凝集を解きはなし、更に、へらな
で作用により粒子表面に存在する疎水基を有する有機化
合物をへらでなでるように均一に広げるという上記三つ
の作用が繰り返されることによって針状磁性粒子相互間
の凝集が解きほぐされて再凝集することなく１個１個バ
ラバラの状態で存在し、しかも、個々の粒子表面が高度
に疎水化されていることによるものと考えている。

【００２２】後出比較例に示す通り、針状磁性粒子の表
面処理に通常使用されているブレード形混練機に属する
ヘンシェルミキサーは攪拌作用のみを有するものである
から本発明の効果は得られない。

【００２３】次に、本発明実施にあたっての諸条件につ
いて述べる。

【００２４】本発明に係る鉄を主成分とする針状磁性粒
子粉末は、長軸径が０．１〜３．０μｍである鉄を主成
分とする針状磁性粒子と疎水基を有する有機化合物とを
ホイール型混練機又はらいかい機を用いて圧縮、せん断
及びへらなですることによって混練することにより、前
記針状磁性粒子の表面を前記疎水基を有する有機化合物
よって被覆することによって得られる。

【００２５】鉄を主成分とする針状磁性粒子粉末として
は、マグネタイト粒子粉末、マグヘマイト粒子粉末、こ
れらにＦｅ以外の亜鉛、マンガン等の異種元素を含有す
る粒子粉末並びに亜鉛、マンガン、ニッケルから選ばれ
た１種又は２種以上を含むスピネル型フェライト粒子粉
末がある。

【００２６】ここで、針状とは、針状形状はもちろん、
紡錘状、米粒状、回転楕円形状、短冊状等の形状の粒子
をも含む。磁性トナー用樹脂との混合性及び均一分布を
考慮すれば、軸比（長軸径／短軸径）の上限は１０程度
であり、好ましくは、軸比（長軸径／短軸径）５以下、
より好ましくは３以下である。軸比（長軸径／短軸径）
が小さくなる程吸液量が小さくなり、磁性トナー用樹脂
との混合性及び均一分布が良好となる傾向にある。

【００２７】鉄を主成分とする針状磁性粒子粉末の長軸
径が０．１μｍ未満の場合には、針状磁性粒子粉末の磁
気的凝集が大きくなって樹脂への分散が困難となり、ま
た、３．０μｍを越える場合には、針状磁性粒子粉末の
樹脂中での分布が不均一となり磁性トナー用磁性粒子粉
末として好ましくない。樹脂への分散性及び均一分布を
考慮すれば０．１〜１．０μｍが好ましい。

【００２８】本発明における疎水基を有する有機化合物
としては、チタネート系、シラン系等のカップリング剤
又は汎用界面活性剤等が用いられる。

【００２９】疎水基を有するチタネート系カップリング
剤としては、イソプロピルトリイソステアロイルチタネ
ート、イソプロピルトリドデシルベンゼンスルホニルチ
タネート、イソプロピルトリス（ジオクチルピロホスフ
ェート）チタネート、ビス（ジオクチルピロホスフェー
ト）オキシアセテートチタネート、ビス（ジオクチルピ
ロホスフェート）エチレンチタネート等が、疎水基を有
するシラン系カップリング剤としては、ビニルトリクロ
ルシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス
（β−メトキシエトキシ）シラン、γ−グリシドキシプ
ロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。

【００３０】汎用界面活性剤としては、周知のリン酸エ
ステル系等のアニオン界面活性剤、脂肪酸エステル系等
のノニオン界面活性剤並びにアルキルアミン等天然油脂
誘導体等が使用できる。

【００３１】疎水基を有する有機化合物の添加量は、被
処理針状磁性粒子粉末１００重量部に対し０．３〜１０
重量部である。０．３重量部未満である場合には、針状
磁性粒子粉末の疎水化が不十分であるので、本発明の目
的とする樹脂とのなじみが改良できない。１０重量部を
越える場合には、磁性に関与しない成分が増加すること
によって磁性粒子粉末の飽和磁化が減少し、磁性トナー
用磁性粒子粉末として好ましくない。樹脂とのなじみ並
びに飽和磁化を考慮すれば好ましくは、０．３〜５重量
部である。

【００３２】本発明においては、ホイール型混練機又は
らいかい機を用いることができる。尚、ホイール型混練
機としては、シンプソンミックスマーラー、マルチマ
ル、ストッツミル、逆流混練機、アイリッヒミル等が適
用できるが、ウエットパンミル、メランジャ、ワールミ
ックス及び速連機は、いずれも圧縮及びへらなで作用の
みでせん断作用を有しないので適用できない。

【００３３】

【実施例】次に、実施例並びに比較例により、本発明を
説明する。

【００３４】尚、以下の実施例並びに比較例における粒
子の形状は、透過型電子顕微鏡及び走査型電子顕微鏡に
より観察したものである。

【００３５】磁性粒子粉末の磁気特性は、「振動試料型
磁力計ＶＳＭ−３Ｓ−１５」（東英工業（株）製）を用
いて外部磁場１０ＫＯｅの下で測定した値である。樹脂
成形膜表面の光沢は、デジタル光沢計ＵＧＶ−５０（ス
ガ試験機（株）製）を用い、入射角２０°、６０°のそ
れぞれで測定した値で示した。

【００３６】実施例１ 長軸径０．５μｍ、軸比（長軸径／短軸径）７であっ
て、磁化値８４．２ｅｍｕ／ｇ、保磁力３４９ Ｏｅで
ある針状マグネタイト粒子粉末１０Ｋｇとチタネートカ
ップリング剤プレンアクトＴＴＳ（味の素（株）製）３
０ｇとをシンプソン・ミックスマーラー（松本鋳造社
（株）製）に投入し、１時間作動することにより、上記
針状マグネタイト粒子の粒子表面を上記チタネートカッ
プリング剤で被覆処理を行った。

【００３７】得られた粒子表面がチタネートカップリン
グ剤によって被覆されている針状マグネタイト粒子粉末
は、吸液量が１７．５ｍｌであり、磁化値及び保磁力は
処理前の値とほぼ同等であった。

【００３８】上記粒子表面がチタネートカップリング剤
によって被覆されている針状マグネタイト粒子粉末１５
ｇとあらかじめ６０℃で乾燥したスチレン−アクリル樹
脂ハイマーＴＢ−１０００（三洋化成（株）製）３５ｇ
とを表面温度１３０℃の熱間ロールで５分間練り込み混
練物を得た。

【００３９】得られた混練物を熱間プレスでシート状に
加工し、シート状樹脂を作成した。このシート状樹脂の
光沢度は、入射角６０°の場合１０１．５％、入射角２
０°の場合９１．１％であった。

【００４０】実施例２〜７、比較例１〜３ 被処理磁性粒子粉末の種類、疎水基を有する有機化合物
の種類及び量並びに機器の種類を種々変化させた以外は
実施例１と同様にして処理済磁性粒子粉末を得た。この
時の主要製造条件及び処理済磁性粒子粉末の諸特性を表
１に示す。

【００４１】参考例１〜２ 磁気トナー用針状磁性粒子粉末として市販されている代
表的な商品について本発明に係る吸液量及び光沢度を測
定した結果は、表２に示す通りであり、いずれも吸液量
が大きく、樹脂とのなじみが小さいものであった。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【表２】

【００４４】

【発明の効果】本発明に係る鉄を主成分とする針状磁性
粒子粉末は、吸液量が１８ｍｌ以下であることに起因し
て、樹脂、殊に、磁性トナー用に一般に使用されている
ビニル芳香族系樹脂、アクリル系樹脂及びこれらの共重
合体樹脂等となじみやすく、これらと樹脂との混合性が
良好であるので、磁性トナー用磁性粒子粉末として好適
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡野 洋司 広島県広島市中区舟入南４丁目１番２号 戸田工業株式会社創造センター内 審査官 平塚 義三 (56)参考文献 特開 昭58−57708（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−161706（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01F 1/11 H01F 1/113

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホイール形混練機又はらいかい機によっ
   て粒子の凝集が解きほぐされ、且つ、疎水基を有するチ
   タネート系又はシラン系カップリング剤によって粒子表
   面が被覆されている長軸径が０．１〜３．０μｍである
   鉄を主成分とする針状磁性粒子からなり、且つ、下記の
   測定方法において測定した吸液量が１８ｍｌ以下である
   鉄を主成分とする「磁性トナー用」針状磁性粒子粉末。
   スチレン−アクリル樹脂とキシレンとを樹脂濃度
   （（樹脂／（樹脂＋キシレン））×１００）が２０重量
   ％となるように５００ｍｌの上ぶた付ポリエステル容器
   にはかり取った後ペイントコンディショナーを用いて混
   合することにより樹脂溶液を調整する。鉄を主成分と
   する針状磁性粒子粉末１０ｇを電子天秤ではかり取って
   １００ｍｌのポリエステル容器に入れ、次いで、該容器
   中にあらかじめ調整しておいた樹脂溶液を５０ｍｌビュ
   レットを用い滴下しながらガラス棒でかきまぜる。ポ
   リエステル容器中のペーストが均一となって流動性が高
   くなりガラス棒の先端から液滴が最初に自然落下したと
   きを終点とする。終点に至るまでに使用した樹脂溶液
   の量を吸液量とする。
2. 【請求項２】 長軸径が０．１〜３．０μｍである鉄を
   主成分とする針状磁性粒子と疎水基を有するチタネート
   系又はシラン系カップリング剤とを、ホイール形混練機
   又はらいかい機を用いて圧縮、せん断及びへらなでによ
   って混練することにより、前記鉄を主成分とする針状磁
   性粒子の粒子表面を前記疎水基を有するチタネート系又
   はシラン系カップリング剤によって被覆することを特徴
   とする請求項１記載の鉄を主成分とする磁性トナー用針
   状磁性粒子粉末の製造法。