JP3521694B2 - 磁性一成分トナー母粒子及び磁性一成分トナー - Google Patents

磁性一成分トナー母粒子及び磁性一成分トナー

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JP3521694B2 JP19529197A JP19529197A JP3521694B2 JP 3521694 B2 JP3521694 B2 JP 3521694B2 JP 19529197 A JP19529197 A JP 19529197A JP 19529197 A JP19529197 A JP 19529197A JP 3521694 B2 JP3521694 B2 JP 3521694B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電子写真法等の静電
荷像を可視化するために用いる静電トナーに関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】電子写真プロセスとは、光導電現象を利
用して感光体上に静電潜像を形成し、トナーを静電気力
で静電潜像に付着させて可視像とするプロセスで、感光
紙上にトナー画像を直接形成する方法(CPC)と、感
光体上に形成したトナー画像を記録紙に転写する方法
(PPC)の2種類がある。電子写真の現像方式には乾
式現像法と湿式現像法があり、主な乾式現像法として
は、カスケード現像法(米国特許第2221776号明
細書)、二成分磁気ブラシ現像法(米国特許第2874
063号明細書)、一成分絶縁トナー現像法(特公昭4
1−9475号公報)、一成分導電トナー現像法(米国
特許第3909258号明細書、等があり、現在、現像
方法として主流になっているのは、二成分磁気ブラシ現
像法と一成分絶縁トナー現像法である。
【0003】また、前記現像方法による電子写真の現像
法には、潜像電荷と逆極性の電荷を持ったトナーを付着
させる正現像法と、感光体上の電荷の抜けた所に感光体
上の帯電と同極性に帯電したトナーを付着させる反転現
像法の二種類がある。普通紙複写機では主として正現像
法が使われているが、プリンターやデジタル複写機にお
いては反転現像法が用いられる。例えば、レーザービー
ムプリンターでは光源に半導体レーザー(発光波長76
0〜830nm)を用い、光源より発射されたレーザー
光をポリゴンミラーで感光体表面に走査し、画像部の電
荷を除去し静電潜像を形成する。この方式では光源が非
常に小さいため、高い解像度が得られ、またオフィスの
OA化に伴い需要が伸びている。
【0004】二成分磁気ブラシ現像法は、現像剤として
トナー粒子とキャリア粒子を混合したものを用い、マグ
ネットローラ上の現像ローラによって、現像剤を搬送し
現像する方式で、画質が良く、さらにカラー化が可能と
いった利点を持っている。しかし、トナーとキャリアの
割合を一定に保つ機構や、現像剤の攪拌機構等が必要な
ため装置としては大型で複雑になり、トナーのキャリア
表面への付着が原因でキャリアの帯電能力が低下するた
め、長時間使用するとキャリア粒子が劣化してしまい、
現像剤の交換が必要となる。
【0005】これに対し、一成分絶縁トナー現像法で
は、キャリア粒子を用いないため、トナー濃度の制御や
攪拌を行う機構が不用となり、装置としては小型化が可
能である。また不用になったキャリア等の廃棄物がでな
い、といった利点もある。代表的な一成分絶縁トナー現
像法としては、トナー同士の摩擦帯電を使うBMT法、
スリーブやブレードと摩擦帯電させた磁性トナーを飛翔
させるジャンピング現像法等がよく知られている。この
うちジャンピング現像法は、現像法としては非接触の現
像であり、トナー層と感光体の間に設けられたギャップ
間にバイアス電圧をかけてトナーの感光体に対する静電
吸引力及びスリーブの回転による遠心力とスリーブの中
のマグネットによる磁気吸引力とのバランスでトナーを
感光体上に飛翔させて現像を行う現像法であり、非接触
の現像法であるため背景部の汚れが少なく、また現像の
高速化が可能である、などの特徴を持つ。しかし、ジャ
ンピング現像法においては、大きな帯電付与能力を持つ
キャリアを有しないため、トナー自体の帯電能力が非常
に重要である。特に、高温高湿の環境におけるジャンピ
ング現像法においては、画像濃度が低下するという欠点
を有している。
【0006】一成分現像法に適用するトナーは、結着樹
脂中に染料、顔料、磁性粉等を分散し、二軸押し出し機
等によって溶融混練した後、1〜30μmに粉砕・分級
したものが使用されている。また、トナーの外添剤とし
ては乾式コロイダルシリカなどが使われ、流動性改善に
大きく寄与する。また流動性および帯電性の改善のた
め、外添剤に湿式シリカを用いることもよく知られてい
る。流動性が向上すると現像時におけるスリーブ上のト
ナー層の均一化を促進し、安定した画像を得ることがで
きる。しかし、良好な画像を得るためには、トナーに安
定した電荷を与えることが必要である。その方法の一つ
として、トナーに帯電助剤となる酸化アルミニウムや酸
化亜鉛などの金属酸化物を添加し、帯電電荷を補う方法
がよく採られているが、帯電助剤の効果は小さく、特に
高温高湿の環境では、その効果は激減してしまう。この
ため、良好な画像を得るためには、トナーに含有させる
荷電制御剤が非常に重要となる。トナーの荷電制御剤と
しては、例えば、金属塩アゾ顔料、アゾ系クロム錯体等
が良く知られている。しかし、以上の様な荷電制御剤は
温度や湿度の変化によりトナーの帯電特性が変わり、ジ
ャンピング現像法においては高温高湿の環境において画
像濃度の低下を引き起こす。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、一成
分現像法、特に負帯電性トナーを用いる一成分現像法に
おいて、1.高温高湿の環境及び低温低湿の環境において
も安定した画像が得られ、2.画像濃度が低下せず、カブ
リ現象を引き起こさない、トナーを提供することであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前述のジ
ャンピング現像法に関する問題点を解決するために鋭意
検討を行った結果、外添処理前のトナー、即ちトナー母
粒子の帯電量(以下q/dともいう)の分布状態と高温
高湿の環境における画像濃度に関係のあることを見出し
た本発明に至ったものである。即ち、第1の発明は、ポ
リエステル樹脂、磁性粉及び荷電制御剤を含有し、帯電
量の分布曲線が、負又は正極性側のどちらか一方に、少
なくとも二つのピークを有するか、又は一つのピークと
一つの肩とを有する磁性一成分トナー母粒子と、乾式シ
リカ微粉体及び湿式シリカ微粉体を含有することを特徴
とするジャンピング現像法に用いる磁性一成分トナーで
ある。
【0009】第2の発明は、荷電制御剤が、ジアリルジ
アルキルアンモニウム塩の重合体であることを特徴とす
る第1の発明記載の磁性一成分トナーである。
【0010】第3の発明は、ジアリルジアルキルアンモ
ニウム塩の重合体を0.2 〜5重量%、及び磁性粉を
30〜50重量%含有することを特徴とする上記第2の
発明記載の磁性一成分トナーである。
【0011】第4の発明は、ジアリルジアルキルアンモ
ニウム塩の重合体が、ジアリルジアルキルアンモニウム
のテトラフェニルボラート塩の重合体であることを特徴
とする上記第2又は第3の発明記載の磁性一成分トナー
である。
【0012】第5の発明は、機械式粉砕法によって製造
されることを特徴とする上記第1から第4いずれかの発
明記載の磁性一成分トナーである。
【0013】
【0014】
【発明の実施の形態】以下に本発明における帯電分布測
定方法について述べる。トナー母粒子の摩擦帯電量(q
/d)の分布は、摩擦帯電されたトナー母粒子が一定の
電界及び一定の気流中に置かれたとき、対向(表示)電
極に向かって飛行する距離によって求められるものであ
る。図1は、トナー母粒子の摩擦帯電量q/d分布を測
定する装置(Dr.R.H.Epping PES−L
aboratorium 製)の模式的な断面図及び測
定部の模式的な断面図である。(参考:電子写真学会
誌、第27巻、第4号(1988))。トナー母粒子の摩擦帯
電量q/d分布の測定の手順は以下の通りである。な
お、本発明においては、トナー母粒子の摩擦帯電量(q
/d)の分布は、トナー母粒子比重(Spec.Density)を1
mg/cm3 とし、23℃、50%RH環境下で求めた。
【0015】(1)所定量(0.08g )の試料を入れたア
ルミニウム製のセル1の開口部bをエアーフロー用の筒
3の下部開口部にセットし、エアーフロー用の筒3の下
部内面をベース電極2に装着し、エアーフロー用の筒3
の上部内面に表示電極4を装着し、これらをバンド5に
て固定する。このときベース電極2と表示電極4間の距
離を5cm とする。なお、試料としては、この装置は、測
定は、以下の手順で行う。平均粒径10μmの鉄粉キャリ
ア47.5g とトナー母粒子2.5gを容量50ccのポリエチレン
製の容器に秤量し、ボールミルにて分速100回転にな
る条件で30分間攪拌混合したものを測定用試料とす
る。
【0016】(2)セル1の下部に設置した磁気ブラシ
を所定時間(4秒間)回転せしめ、試料に電荷を付与
し、次いでセル1の開口部aから所定風量(80cm3
分)の空気を送り(トナーフローエア)、トナー母粒子
をセル1の開口部bからエアーフロー用の筒3内に送り
ながら、負帯電性のトナー母粒子の場合は表示電極4に
所定の電圧(+5KV)を、正帯電性のトナー母粒子の
場合は表示電極4に所定の電圧(−5KV)を印加して
形成した所定の電場(5KV/5cm、又は−5KV/
5cm)中に、所定の風量(10リットル/分)にて、
所定時間(10秒間)トナー母粒子を飛翔せしめ、表示
電極上に帯電したトナー母粒子を静電的に付着せしめ
る。次いで、表示電極上に付着したトナー母粒子を粘着
テープにより転写剥離する。
【0017】(3)トナー母粒子を転着せしめた粘着テ
ープ上のトナー母粒子を画像解析することにより、トナ
ー母粒子の帯電量(q/d)及びその分布を求める。即
ち、テープ上のトナー母粒子粒子個々の始点からの飛翔
距離と粒子径の求め、得られた距離と粒子径のデータか
ら、下記式に基づいてトナー母粒子の帯電量q/d値
〔fc/10μm〕は求める。式中、V〔kV〕は電極間の印
加電圧、AF〔l/min 〕はエアーフロー量、x〔mm〕
はトナー母粒子移動距離である。 q/d=a×36×AF/(V×x) 尚、aはcorrection factor for smoll broadness of r
egistration elctrode. と称される定数である。本発明
におけるq/d分布曲線は、グラフの横軸をq/d(fC
/10 μm )とし、縦軸をそのq/dを呈するトナー母粒
子の量(百分率)とし、横軸目盛り0.2(fC/10μm)毎
にトナー母粒子の量をプロットしたものである。
【0018】発明者らは、この測定方法によって得られ
たトナー母粒子のq/d分布曲線において、同極性側に
少なくとも二つのピークを有するか、又は少なくとも一
つのピークと一つの肩を持つ場合に、環境による画像濃
度の変化が少ないことを見出したものである。q/d分
布と高温高湿の環境における画像濃度の因果関係は、未
だ不明な点はあるものの、次のように推測される。q/
d分布曲線において同極性側に一つのピークしか持たな
いものは、磁性粉及び荷電制御剤がトナー母粒子中に均
一に分散されていると考えられる。しかし、均一に分散
されているために、トナー母粒子粒子間の帯電序列に差
がなく、トナー母粒子同士の摩擦により帯電することが
難しい。このため、係るトナー母粒子を含有するトナー
は通常の環境においてはスリーブやブレード等で十分に
帯電されるが、高温高湿の環境においては帯電性が低下
してしまうため、画像濃度が低くなると考えられる。
【0019】これに対して、q/d分布曲線において同
極性側に少なくとも二つのピーク又は少なくとも一つの
ピークと一つの肩を持つものは、ある意味ではトナー母
粒子中に磁性粉や荷電制御剤が均一には分散されてな
い。しかし、均一には分散されていないために、トナー
母粒子同士の摩擦によっても帯電することが可能とな
る。通常の環境での画像濃度においては、前者と後者の
違いは把握しにくいが、より帯電し難い環境である高温
高湿下においては、トナー母粒子同士の摩擦による帯電
性の向上が大きな効果を発揮し、画像濃度の低下を抑制
していると考えられる。
【0020】本発明に用いられる結着樹脂としては、ポ
リエステルが単独又は混合して使用できる。
【0021】本発明に用いられる磁性粉としては、例え
ば、マグネタイト、γ−酸化鉄、フェライト、鉄過剰型
フェライト等の酸化鉄;鉄、コバルト、ニッケルのよう
な金属又はこれらの金属とアルミニウム、コバルト、
銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ベリ
リウム、ビスマス、カルシウム、マンガン、チタン、タ
ングステン、バナジウムのような金属との合金及びその
混合物等が使用でき、これらの磁性粉は0.2 〜1.0 μm
であることが好ましく、トナー母粒子中にこれらの磁性
分を30〜50重量%含有することが好ましい。磁性粉
が0.2 μmよりも小さいと、色目が黒色から赤目に変化
し易く、一方、1.0 μmよりも大きいと粗大粒子が急激
に増加し、画像欠損を生じ易い。また、磁性粉が30重
量%よりも少ないと、スリーブに対する付着力が弱いた
めに、機内飛散が発生し易く、一方、50重量%よりも
多いと、スリーブに対する付着力が強すぎるために、現
像不良が発生し易い。本発明においては上記磁性粉と共
に必要に応じて、カーボンブラックを用いても良い。
【0022】本発明において用いられる荷電制御剤とし
ては、ジアリルアルキルアンモニウム塩の重合体、含金
属アゾ染料、アルキルサリチル酸の金属錯体または金属
塩等が挙げられるが、含金属アゾ染料やアルキルサリチ
ル酸の金属錯体または金属塩は、金属をその骨格内に含
有するため高温高湿下において吸湿し易く、その結果こ
れら金属含有荷電制御剤を含有するトナー母粒子やトナ
ーの抵抗が低下し、帯電性が低下するために画像濃度が
低下する傾向にある。一方、ジアリルジアルキルアンモ
ニウム塩の重合体は、金属を含有しないため高湿状態に
おいても、吸湿し難く、かかる重合体を荷電制御剤とし
て含有するトナー母粒子やトナーは高湿下においても吸
湿による帯電低下を生じ難く、画像濃度が低下し難いの
で、荷電制御剤としてはジアリルジアルキルアンモニウ
ム塩の重合体を用いることが好ましい。
【0023】ジアリルジアルキルアンモニウム塩の対ア
ニオンとしては、ハロゲンアニオン、硫酸アニオン、リ
ン酸アニオン、フッ化硼素アニオン、テトラフェニルボ
ラートアニオン等が挙げられ、ハロゲンアニオン、テト
ラフェニルボラートアニオンが好ましい。これらの対ア
ニオンは、その一部又は全部を、重合前に又は重合後
に、他の対アニオンで置換してもよい。
【0024】ジアリルジアルキルアンモニウムハライド
としては、ジアリルジアルキルアンモニウムクロライ
ド、ジアリルジアルキルアンモニウムブロマイド等が挙
げられ、中でもジアリルジアルキルアンモニウムクロラ
イドが好ましく、ジアリルジアルキルアンモニウムクロ
ライドとしては、ジアリルエチルメチルアンモニウムク
ロライド、ジアリルジメチルアンモニウムクロライド、
ジアリルジエチルアンモニウムクロライド、ジアリルメ
チルオクチルアンモニウムクロライド等が挙げられる。
これらのジアリルジアルキルアンモニウム塩は、単独で
重合しても良いし、アクリル系モノマーと共重合しても
よい。尚、単独重合及び共重合を合わせて重合といい、
得られる単独重合体及び共重合体を合わせて重合体とい
う。
【0025】本発明においてこれらのジアリルジアルキ
ルアンモニウム塩をトナー母粒子に含有させる方法とし
ては、ジアリルジアルキルアンモニウム塩を結着樹脂、
磁性粉等とともに溶融混練し、内添させることが望まし
く、トナー母粒子中に0.2 〜5 重量%含有させることが
好ましい。0.2 重量%未満では、高温多湿下において画
像濃度が不十分となり、一方、5 重量%よりも多く含有
せしめてもそれ以上の効果が現れず、逆にコストが高く
なり好ましくない。
【0026】本発明のトナー母粒子は、上記溶融混練の
後、種々の方法で粉砕してなるものであり、衝突板にト
ナー粒子を高速で衝突させることによって粉砕を行う所
謂衝突式粉砕法、ローターとライナー間の隙間を有する
回転体で粉砕を行う所謂機械式粉砕法等が挙げられる
が、機械式粉砕法の場合は、ローター及びライナーへの
衝突で粉砕されるだけでなく、トナー粒子同士の衝突に
よっても粉砕されるため、衝突式粉砕機における粉砕よ
りも弱いエネルギーで粉砕されるものがあること、ま
た、粉砕時に系内の温度が上昇するため、角の取れた丸
みのある粉砕形状ととなり、トナーの流動性が向上する
ので係る方法で粉砕することが好ましい。
【0027】また、本発明においては、シリカ微粉体、
酸化チタン、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化亜鉛等
の無機金属微粒子やポリフッ化ビニリデン、ポリメチル
メタアクリレート等の有機物の微粒子等のうち少なくと
も1種を外添剤として、トナー母粒子に添加・混合する
ことが好ましく、これらの添加剤は、平均粒子径が0.1
〜5 μmの物が望ましく、必要に応じて表面処理による
改質を行っても良く、上記外添剤としては、特にシリカ
微粉体が好ましい。
【0028】シリカ微粉体は乾式法、湿式法のどちらで
製造された物でも使用できるが、トナーの流動性の向上
には、乾式法により製造されたシリカ微粉体を使用する
ことが望ましい。一方、湿式法により製造されたシリカ
は帯電付与に効果を奏するので、両者を併用することも
好ましい。シリカ微粉体の添加量は、トナー母粒子100
重量部に対して0.01〜3 重量部が好ましく、特に好まし
くは0.1 〜1.0 重量部が好ましい。添加量が0.01重量部
未満であると、流動性が不十分となりやすい。また、3
重量部より多く添加しても、それ以上流動性は向上せ
ず、逆にコスト高となるため好ましくない。また、シリ
カ微粉体は、表面処理を行うことにより、疎水性や帯電
性等を改良した物を使用することが望ましい。
【0029】
【実施例】以下本発明を実施例により具体的に説明する
が、これは本発明を何等限定するものではない。
【0030】
【0031】
【0032】実施例3 数平均分子量3000のポリエステル樹脂48重量%、
体積平均粒径0.4μm のマグネタイト49重量%、
数平均分子量4000のポリプロピレンワックス1重量
%、ジアリルジメチルアンモニウムクロライドの重合体
の変性物(ジアリルジメチルアンモニウムクロライドの
ホモポリマーを水に溶解し、ナトリウム−テトラフェニ
ルボラートを添加して得られた化合物)2重量%、をヘ
ンシェルミキサーを用いて混合し、二軸押出機により溶
融混練した後、機械式粉砕機の1種であるKTM粉砕機
で粉砕し、更に気流分級機で12μm に分級し、トナ
ー母粒子を得た。トナー母粒子のq/d分布を測定した
ところ、負極性側に二つのピークを有していた。
【0033】次いで、得られたトナー母粒子100重量
部に対して、乾式シリカ微粉体0.3重量部、湿式シリ
カ微粉体0.4重量部を添加し、同様に磁性一成分トナ
ーを得た。得られたトナーを市販の一成分現像法の複写
機(商品名:NP-8570 キャノン社製)に用いて高温高湿
(30℃、85%R.H.)の環境で画像出しを行ったところ、画
像濃度 1.37 と十分な画像濃度が得られ、カブリの発生
も見られなかった。また、5万枚の耐刷テストを行った
ところ5万枚印字後においても、初期と同等な画像濃度
1.35 が得られ、同様にカブリの発生も見られず、安定
して高品質の画像を得ることができた。また、低温低湿
(10℃、20%R.H.)の環境でも安定して高品質の画像を得
ることができた。
【0034】比較例1 金属架橋された数平均分子量12000 のスチレン−アクリ
ル系レジン62重量%、体積平均粒径0.4 μm のマグネ
タイト35重量%、数平均分子量4000のポリプロピレン
ワックス1重量%、アルキルサリチル酸のクロム錯体化
合物2重量%、をヘンシェルミキサーを用いて混合し、
二軸押出機により溶融混練した後、ジェットミル粉砕機
で粉砕し、更に気流分級機で12μm に分級し、トナー母
粒子を得た。得られたトナー母粒子q/d分布を測定し
たところ、負極性側に一つのピークしか有していなかっ
た。
【0035】次いで、得られたトナー母粒子100重量
部に対して、乾式シリカ微粉体0.4重量部を添加し、
ヘンシェルミキサーにより乾式混合して、磁性一成分の
トナーを得た。得られたトナーを市販の一成分現像法の
複写機(商品名:NP-6060 キャノン社製)に用いて、低
温低湿(10℃、20%R.H.)の環境においては安定して高品
質の画像を得ることができたが、高温高湿(30℃、85%
R.H.)の環境で画像出しを行ったところ、画像濃度 1.20
と低くい画像濃度しか得られなかった。また、5万枚
の耐刷テストを行ったところ5万枚印字後においても、
画像濃度は1.25と低かった。
【0036】比較例2 数平均分子量7000のスチレン−アクリル系樹脂48量
%、体積平均粒径4 m のマグネタイト49重量%、数平
均分子量4000のポリプロピレンワックス1重量%、含金
属アゾ染料2重量%、をヘンシェルミキサーを用いて混
合し、二軸押出機により溶融混練した後、アトマイザー
粉砕機で粉砕し、更に気流分級機で12μmに分級し、ト
ナー母粒子を得た。得られたトナー母粒子のq/d分布
を測定したところ、負極性側に一つのピークしか有して
いなかった。
【0037】次いで、得られたトナー母粒子100重量
部に対して、乾式シリカ微粉体0.4重量部を添加し、
ヘンシェルミキサーにより乾式混合して、磁性一成分ト
ナーを得た。得られたトナーを市販の一成分現像法の複
写機(商品名:NP-6060 キャノン社製)に用いて低温低
湿(10℃、20%R.H.)の環境においては安定して高品質の
画像を得ることができたが、高温高湿(30℃、85%R.H.)
の環境で画像出しを行ったところ、画像濃度が1.10と低
く、耐刷テストを行っても画像濃度が高くならないため
1万枚で中止した。
【0038】
【発明の効果】本発明によって、低温低湿の環境の環境
はもちろん、高温高湿下において繰り返し印字を行った
際にもカブリを発生せずに高い画像濃度を維持すること
ができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】:帯電量(q/d)測定装置(模式図)
【図2】:機械式粉砕装置概念図
【符号の説明】
1:セル 2:ベース電極 3:エアフロー用の筒 4:表示電極 5:バンド 6:吸気口 7:排気孔 8:ローター 9:ライナー 10:電動機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−80807(JP,A) 特開 平6−95511(JP,A) 特開 平6−172272(JP,A) 特開 平4−110672(JP,A) 特開 昭59−232360(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03G 9/08 - 9/097

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリエステル樹脂、磁性粉及び荷電制御
    剤を含有し、帯電量の分布曲線が、負又は正極性側のど
    ちらか一方に、少なくとも二つのピークを有するか、又
    は一つのピークと一つの肩とを有する磁性一成分トナー
    母粒子と、乾式シリカ微粉体及び湿式シリカ微粉体を含
    有することを特徴とするジャンピング現像法に用いる磁
    性一成分トナー。
  2. 【請求項2】荷電制御剤が、ジアリルジアルキルアンモ
    ニウム塩の重合体であることを特徴とする請求項1記載
    磁性一成分トナー。
  3. 【請求項3】ジアリルジアルキルアンモニウム塩の重合
    体を0.2 〜5重量%、及び磁性粉を30〜50重量
    %含有することを特徴とする請求項2記載の磁性一成分
    トナー。
  4. 【請求項4】ジアリルジアルキルアンモニウム塩の重合
    体が、ジアリルジアルキルアンモニウムのテトラフェニ
    ルボラート塩の重合体であることを特徴とする請求項2
    又は3記載の磁性一成分トナー。
  5. 【請求項5】機械式粉砕法によって製造されることを特
    徴とする請求項1乃至4いずれか記載の磁性一成分トナ
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