JP3729381B2 - 画像形成方法及びこれに用いる磁性トナー - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、感光体を使用せず、直流電界によって磁性トナーを直接記録媒体に飛翔させる画像形成方法及びこれに使用する磁性トナーに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来利用されている電子写真法は、光導電性を有する感光体に一様に電荷を保持させ、画像部(あるいは非画像部)を露光して潜像を形成し、その潜像を現像手段で現像し、それを紙などの転写記録媒体に転写し、定着手段で定着して画像を得ている。従って、電子写真法は画像形成までの工程数と部品数が多くなり、装置が複雑かつ大型化するという問題があった。
【0003】
この様な従来の電子写真法の問題を解決する方法として、スウェーデン特許第8704883号に代表される画像形成法が提案されている。
この画像形成法は、トナー担持体とそれに対向して設けられた背面電極との間に直流電界を形成し、該トナー担持体と背面電極に沿って設置された記録媒体との間にトナーの通過を制御する電気的手段(制御電極)を設けてトナー担持体上のトナーを画像パターンに応じて記録媒体上に直接飛翔させる画像形成法(以下、直接飛翔法という)である。この直接飛翔法は電子写真法における感光体が必要なく、これに伴う帯電・転写・剥離・感光体クリーニングなどの工程が省略できる利点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
電子写真法と同様に直接飛翔法においても、良好な画像を得るためにはトナー担持体上に均一な層厚と帯電量を有する磁性トナー層を形成する必要がある。このため、トナー表面には帯電安定性と流動性の向上を目的に疎水性シリカを外添する方法がとられることが多い。この疎水性シリカの外添により、画像部の濃度、非画像部のカブリは飛躍的に改善されるが、磁性トナーの通過を制御する制御電極の周辺や制御電極の網目の中に磁性トナー及び疎水性シリカが付着し、これらの静電荷によってトナーの飛翔が制御できなくなり記録媒体上に所望の画像が得られなかったり、黒スジ状の汚れが生じやすくなり、画像品質を損なうなどの問題が発生しやすい。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記の問題点を解決するためになされたものであり、磁性材を内包するトナー担持体上に規制部材により磁性トナーの薄層を形成し、該トナー担持体とそれに対向して設けられた背面電極との間に直流電界を形成し、該トナー担持体と該背面電極に沿って設置された記録媒体との間にトナーの通過を制御する制御電極を設けてトナー担持体上の磁性トナーを画像パターンに応じて直接飛翔させる画像形成方法において、該磁性トナーは少なくとも結着樹脂、磁性粉、荷電制御剤から成る粉体を有し、該粉体の表面に少なくとも疎水性シリカが付着及び/又は固着され、該疎水性シリカは、BET比表面積が120乃至200m2/gで、その凝集体を含んだ粒度分布において、体積基準粒径5.04μm以下の粒子割合が60体積%以上、且つ体積基準粒径20.2μm以下の粒子割合が90体積%以上であることを特徴とする画像形成方法(請求項1)である。
【0006】
また、磁性材を内包するトナー担持体上に規制部材により磁性トナーの薄層を形成し、該トナー担持体とそれに対向して設けられた背面電極との間に直流電界を形成し、該トナー担持体と該背面電極に沿って設置された記録媒体との間にトナーの通過を制御する制御電極を設けてトナー担持体上の磁性トナーを画像パターンに応じて直接飛翔させる画像形成方法に用いられる磁性トナーにおいて、該磁性トナーは少なくとも結着樹脂、磁性粉、荷電制御剤から成る粉体を有し、該粉体の表面に少なくとも疎水性シリカが付着及び/又は固着され、該疎水性シリカは、BET比表面積が120乃至200m2/gで、その凝集体を含んだ粒度分布において、体積基準粒径5.04μm以下の粒子割合が60体積%以上、且つ体積基準粒径20.2μm以下の粒子割合が90体積%以上であることを特徴とする磁性トナー(請求項2)である。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図1に基づいて詳細に説明する。
図1において、8は磁性トナーを貯蔵するホッパー、9はトナー攪拌羽根である。ホッパー8内の磁性トナー4は、内部に磁性材1を有するアルミニウムなどからなるトナー担持体2の回転により移動する。
トナー担持体2の上の磁性トナー4はシリコーンゴムやウレタンゴム等の弾性規制部材3によって薄層化され、トナー担持体2と対向して設けられた背面電極5との間に直流電界を形成し、トナー担持体2と背面電極5に沿って設置された記録紙などの記録媒体6との間に磁性トナー4の通過を制御する制御電極7を設けてトナー担持体2上の磁性トナー4を画像パターンに応じて直接記録媒体6に飛翔させ画像を形成する。記録媒体上の磁性トナーは、加圧熱ローラーなどにより定着し固定される。
図1においては磁性トナー4をマイナス帯電とし、背面電極5及び制御電極7をプラス帯電としているが、磁性トナー4をプラス帯電、背面電極5と制御電極7をマイナス帯電にしてもよい。
【0008】
本発明の画像形成法は上記磁性トナーに特徴があり、該磁性トナーは少なくとも結着樹脂、磁性粉、荷電制御剤から成る粉体を有し、該粉体の表面に少なくとも疎水性シリカが付着及び/又は固着してなり、該疎水性シリカは、BET比表面積が120乃至200m2/gで、その凝集体を含んだ粒度分布において、体積基準粒径5.04μm以下の粒子割合が60体積%以上で、且つ体積基準粒径20.2μm以下の粒子割合が90体積%以上であることを特徴とする。
公知の疎水性シリカの一次粒径は3〜50nmの範囲にあるが、これらのサブミクロン粒子は凝集体を形成しやすく、本発明の画像形成法及び磁性トナーには不適当である。
【0009】
つまり、このような公知の疎水性シリカは、BET比表面積が120乃至200m2/gで、体積基準径5.04μm以下の粒子割合が60体積%を下回り、且つ体積基準粒径20.2μm以下の割合が90体積%を下回り粗大凝集粒が多い。そして疎水性シリカを磁性トナー表面に付着及び/又は固着させるためヘンシェルミキサーなどを使用するが、これらの混合機では疎水性シリカの解砕があまり進まないため、外添処理工程後も多数の凝集シリカ粒がトナー表面又はトナーから遊離して存在することになり、トナーの一部表面を高帯電化したり、高帯電化した遊離シリカが制御電極の付近及び制御電極の網目に付着し、所望の画像を得ることが不可となる。このような凝集シリカを少なくするためには、シリカの外添量を極力少なくすればよいが、この場合には、磁性トナーの流動性が向上せず、トナー担持体上にトナー層が均一に形成できず、所望の画像が得られない。
本発明は種々検討した結果、粉体に前記の粒子径を満足する疎水性シリカを付着及び/又は固着した磁性トナーが所望の好ましい画像を得ることを見出した。
【0010】
本発明で使用する疎水性シリカは、シラン系及び/又はチタン系カップリング剤やシリコンオイルなどのポリシロキサンなどにより疎水化してあれば良く、好ましい疎水化度はメタノールウェッタビリティ値で50以上である。又、シリカを正極性化するために、これら処理剤にアミノ基を導入してもよい。好ましいBET比表面積は120〜200m2 /gであり、この範囲のものが磁性トナーに良好な流動性が付与できて使用しやすい。本発明の磁性トナーは、上記の粒度分布を有する疎水性シリカと他の外添物質を併用しても良い。例えば、トナー電荷の調整のため疎水化した酸化チタン微粒子やアルミナ微粒子、これらにスズやアンチモンなどをドープした微粒子などを弊害のない範囲で添加してもよい。
【0011】
本発明で使用されるシリカは、親水性シリカを公知の方法にて疎水化処理後、ヘンシェルミキサーなどの高せん断力を付与できるミキサーなどで解砕処理したのち、機械式又は気流式粉砕機と分級機を使用するなどして所望の粒度分布に調整すれば良く、別段この方法に限定されるものではない。シリカの粒度分布は100μmのアパチャーを用いてコールターカウンターにて測定したものである。
【0012】
トナーを構成する結着樹脂としては、ポリエステル樹脂、スチレン樹脂、スチレンアクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、エポキシ樹脂などの公知の熱可塑性樹脂が主に用いられ、必要であれば、これら樹脂をブレンドしてもよい。
【0013】
磁性粉としては、一次平均径0.1〜0.5μmのマグネタイトやフェライト粉が好ましく用いられる。その添加量は一概に決められないが、結着樹脂100重量部に対して5〜300重量部の範囲内で調整することが好ましい。
【0014】
荷電制御剤としては、負帯電性のものではアゾ系金属錯体あるいは錯塩、4級アンモニウム化合物、或いは官能基を共重合させた、いわゆる樹脂型荷電制御剤などが用いられ、正帯電性のものには、ニグロシン、トリフェニルメタン系化合物、4級アンモニウム化合物などがあり、これら公知の材料を適宜選択すればよい。
【0015】
その他の添加剤としては、磁性トナーの体積抵抗調整剤としてカーボンブラックなどの導電材料や、定着オフセット防止機能を有する離型ワックス類などを添加してもよい。
【0016】
本発明の磁性トナーは、結着樹脂、磁性粉、荷電制御剤、必要により離型ワックスなどを均一混合し、その後押出機、2本ロールなどの混練機により溶融混練後、粉砕分級により製造される。また、懸濁重合や乳化重合などの重合法によっても製造される。磁性トナーの粒子径は、体積平均径9μm以下であれば良好な画像が得られ好ましい。疎水性シリカなどの外添工程では、前記したヘンシェルミキサーやQ型ミキサーなどが好ましく用いられ、周速20〜100mm/sec の範囲で適宜調整して外添すれば良い。
【0017】
【実施例】
以下具体的実施例によって本発明を説明するが、本発明は何らこれらに限定されるものではない。
実施例1
【0018】
上記材料をヘンシェルミキサーにて均一混合し、押し出し混練機にて混練した。混練物は冷却後、粉砕分級を行い、体積平均粒径8.2μm、個数平均径5.04μm以下23%の磁性粉体を得た。この磁性粉体100重量部と疎水性シリカ1.1重量部をヘンシェルミキサーにて4分間混合し、磁性粉体表面にシリカを付着させた。その後200メッシュフルイにかけて本発明の磁性トナーAを得た。
疎水性シリカの製造は、BET比表面積約130m2 /gの親水性シリカ(湿式法)にシリコンオイル処理を行いシリカを得た。その後気流式粉砕分級機にかけ、体積基準粒径5.04μm以下の粒子割合が70.6体積%、体積基準粒径20.2μm以下の粒子割合が95.8体積%の本発明で使用される疎水性シリカを得た。
【0019】
実施例2
実施例1にて得た磁性粉体に次の疎水性シリカを実施例1と同様の方法にて0.8重量部を付着させ本発明の磁性トナーBを得た。
疎水性シリカの製造は、BET比表面積約200m2 /gの親水性シリカ(乾式法)にジメチルジクロルシラン処理を行いシリカを得た。その後気流式粉砕分級機にかけ、体積基準粒径5.04μm以下の粒子割合が63.6体積%、且つ体積基準粒径20.2μm以下の粒子割合が90.2体積%の本発明で使用される疎水性シリカ得た。
【0020】
比較例1
実施例1にて得られた磁性粉体に、市販の疎水性シリカ(乾式法、BET比表面積約125m2 /g、ジメチルジクロルシラン処理、体積基準粒径5.04μm以下の粒子割合37.1体積%、体積基準粒径20.2μm以下の粒子割合85.3体積%)を使用した以外は、実施例1と同様にして比較用の磁性トナーCを得た。
【0021】
比較例2
実施例1にて得られたシリコンオイル処理をしたBET比表面積約130m2 /gの疎水性シリカを粉砕分級機にかけ、体積基準粒径5.04μm以下の粒子割合が43.2体積%、体積基準粒径20.2μm以下の粒子割合が92.3体積%であるシリカを使用した以外は、実施例1と同様にして比較用の磁性トナーDを得た。
【0022】
上記の実施例及び比較例の磁性トナーA〜Dを図1の画像形成装置を用いてN/N(常温、常湿)環境にて1000枚までの転写紙への印字を行い、その後外部定着機にてトナーを定着し、マクベス濃度計にて画像濃度(ID)を測定した。画像形成装置の条件は以下の通りで表1に示す評価結果を得た。
・トナー担持体印可電圧=+100V
・制御電極印可電圧=+250V(画像信号部)
・背面電極印可電圧=+1800V
【0023】
【表1】
【0024】
【発明の効果】
以上の比較検討結果から明らかなとおり、本発明による場合にはIDは1000枚印字後も変わらず、画質はスジ状の濃度ムラや画像ヌケのないものが得られるという好ましい効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の画像形成方法の簡略説明図。
【符号の説明】
1 磁性材
2 トナー担持体
3 弾性規制部材
4 磁性トナー
5 背面電極
6 記録媒体
7 制御電極
8 ホッパー
9 トナー攪拌羽根
Claims (2)
- 磁性材を内包するトナー担持体上に規制部材により磁性トナーの薄層を形成し、該トナー担持体とそれに対向して設けられた背面電極との間に直流電界を形成し、該トナー担持体と該背面電極に沿って設置された記録媒体との間にトナーの通過を制御する制御電極を設けてトナー担持体上の磁性トナーを画像パターンに応じて直接飛翔させる画像形成方法において、該磁性トナーは少なくとも結着樹脂、磁性粉、荷電制御剤から成る粉体を有し、該粉体の表面に少なくとも疎水性シリカが付着及び/又は固着され、該疎水性シリカは、BET比表面積が120乃至200m2/gで、その凝集体を含んだ粒度分布において体積基準粒径5.04μm以下の粒子割合が60体積%以上、且つ体積基準粒径20.2μm以下の粒子割合が90体積%以上であることを特徴とする画像形成方法。
- 磁性材を内包するトナー担持体上に規制部材により磁性トナーの薄層を形成し、該トナー担持体とそれに対向して設けられた背面電極との間に直流電界を形成し、該トナー担持体と該背面電極に沿って設置された記録媒体との間にトナーの通過を制御する制御電極を設けてトナー担持体上の磁性トナーを画像パターンに応じて直接飛翔させる画像形成方法に用いられる磁性トナーにおいて、該磁性トナーは少なくとも結着樹脂、磁性粉、荷電制御剤から成る粉体を有し、該粉体の表面に少なくとも疎水性シリカが付着及び/又は固着され、該疎水性シリカは、BET比表面積が120乃至200m2/gで、その凝集体を含んだ粒度分布において体積基準粒径5.04μm以下の粒子割合が60体積%以上、且つ体積基準粒径20.2μm以下の粒子割合が90体積%以上であることを特徴とする磁性トナー。
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