JPH04372957A - 磁性トナー - Google Patents
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
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。
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
紙などの転写材にトナー画像を転写した後、熱・圧力な
どにより転写材上にトナー画像を定着して複写物を得る
ものである。
複写機以外にプリンターやファクシミリ等多数になって
きている。特に小型のプリンターやファクシミリでは、
複写装置部分を小さくする必要があるため、1成分トナ
ーを用いた現像装置を適用することが多い。2成分方式
は2成分現像剤中のトナー濃度を一定に保つ必要がある
ため、自動的にトナー濃度を検知して必要量のトナーを
補給する装置が必要であり、その結果現像装置が大きく
重くなる。1成分方式の現像装置はこのような装置が必
要でないため、小さく軽くできるというメリットがある
。
現像剤は、トナー中に磁性体を多量に含有したものがほ
とんどである。
化の方向が常に望まれている。一般に、2成分現像剤の
トナーは、カーボンブラックなどの着色剤の他はほとん
どポリマーからなっている。そのためトナー粒子は軽く
また静電気力以外にキャリア粒子に付着する力がないた
め、特に高速での現像では飛散を招き、長期の使用でレ
ンズや原稿台ガラス・搬送部などの汚れを生じ画像の安
定性を損なうことがある。そこでトナー中に磁性体を含
有させ、トナーを重くすると同時に磁性キャリア粒子に
静電気力以外に磁気力でも付着するようにし飛散を防ぐ
ようにした現像剤が実用化されている。
ますます重要性を増している。
ターが主になっており、技術の方向としてより高解像度
の方向へ進んでいる。即ち、従来240、300dpi
であったものが400、600、800dpiとできる
ようになってきた。それに伴って現像方式も高濃度でよ
り高精細のものでなければならなくなってきた。
そのためデジタル化の方向に進んでいる。この方向は、
潜像をレーザーで形成する方法が主であるため、やはり
高解像度の方向に進んでいる。ここでもやはり現像に対
して高濃度でしかも高精細という厳しい要求がある。さ
らに、より小型で複写スピードの早い複写機が求められ
ており、定着装置の小型化には定着性能の優れたトナー
が不可欠である。
く、高画質のプリンターから出力された画像を原稿とし
て複写する時高解像度に忠実に再現し、またアナログの
写真原稿を高階調に忠実に再現することが必要になって
きている。
、潜像に忠実・高濃度で現像ししかも定着性能に優れた
トナーが必要になってきている。
用いて以上のような高度な要求を満足することは難しい
。
させるためにトナーを小粒径化して高画質への要求を満
たすことが提案されている。しかしながら、トナー粒径
が小さくなるほど帯電量(q/m)は急激に増加するた
めに静電凝集力が増大し、画像濃度や高画質が期待通り
に出ないことが多い。帯電量の調節のためには、カーボ
ンブラックなどの導電性微粒子をトナーに添加すること
も考えられるが、環境依存性が大きくなり、特に高湿環
境下では画像濃度の低下や濃度ムラを生じ易くなる。
トナー粒径を小さくするに従い磁性体の含有量を多くす
る方法もある。磁性体の含有量を増やすこの方法は、環
境安定性を大きく損なわないという点では優れているが
、定着性能及び高解像度を十分満足させるにはまだ改良
の余地がある。なぜなら、磁性体を含有するトナーは磁
場の影響を受けるため、トナーの搬送に磁界を利用する
ような1成分トナーではトナー担持体上でトナー粒子が
磁力線に沿って盛り上がり穂を形成する。この時の穂の
大きさはそのトナーの持つ磁気力に関係している。磁性
体を増すと穂も大きくなる。このような穂はトナーが現
像した後の潜像上でも凝集力のため凝集塊として残る傾
向が有り、細い潜像を忠実に再現することが難しくなっ
てくる。即ち、トナーを小粒径化して潜像へのトナー粒
子の追従性を向上させて高画質化を達成する効果を幾分
なりとも相殺してしまう。
粒径が100〜1000Åの範囲にある金属微粉末を含
有し体積抵抗が102〜1014、10emu/g以上
の飽和磁化を有する磁性トナーが提案されている。この
ようなトナーは、またトナーの磁気力も小さい方向であ
るため磁気凝集が少なく、磁性粒子の粒径が小さいため
その分散性が良好であれば着色力が高く、そのため高画
質になる。しかしながら、該金属微粉末のように非常に
細かい粒子は、トナー製造時の熱混練工程・微粉砕工程
での酸化を受ける可能性があり、管理が難しく生産効率
の低下を生じ実用上問題である。さらに、高温高湿環境
下では金属微粉末の体積抵抗が顕著に低下すると考えら
れ、トナー帯電量の低下による画像性の悪化、転写性の
悪化が生じる。さらに、特開平1−269946号では
平均粒径が300Å以下で表面が界面活性剤で被覆され
たマグネタイトを含有した平均粒径8μm以下の磁性ト
ナーが提案されている。これは、粒径の小さなトナーに
おいてもトナー粒子間での磁性体の偏析の無いよう超微
細なマグネタイトを用い、このマグネタイトを界面活性
剤で処理することで凝集を防止しトナー粒子中に均一に
分散させるものである。しかし、300Å以下という超
微細なマグネタイトでは保磁力が5〜30エルステッド
と小さくなり通常の現像プロセスにおいては顕著なバッ
クグラウンド汚れを生じてしまう。
1粒の着色力が画像濃度に従来以上に影響してくる。即
ち、トナー1粒が紙等の転写材上に乗ったときその厚み
分で転写材を被覆していることになり、厚みが薄ければ
薄いほど画像濃度が落ちることになる。トナー1粒の着
色力を高めるために、磁性体を多くいれたり、カーボン
ブラックを添加したりすると、前述のように画質の低下
或いは画像濃度の低下等の不都合を招き問題である。
トロール及び着色剤としての磁性体の影響は、トナーの
粒径が小さくなるにつれて顕著に大きくなる。これら磁
性トナーの特性に大きく寄与するのが、磁性トナー中に
おける磁性体の分散である。磁性体のトナー中での分散
が良好であるほど、磁性トナーの着色力は高まり、均一
な帯電特性が得られるものと考えられる。
磁性体のトナー中での分散状態を均一化して高画質化を
実現することを目的とする提案もなされている。例えば
、特開昭56−65147号公報では酸価5〜60の樹
脂中に磁性微粒子を含有する磁性トナーが提案されてい
るが、この明細書中には、トナー結着樹脂中に酸根を導
入することにより、磁性体表面の酸化被膜と結着樹脂中
の酸根との化学的物理的親和性により、磁性体と結着樹
脂との密着性が向上し磁性体の分散性が向上する、こと
が開示されている。しかし、トナーを小粒径化してさら
なる高画質化を計るには、結着樹脂中の酸根がトナーの
帯電量の増加を助長する、或いは帯電性の環境依存性を
増長する等の不都合を生ずることがある。
に非常に有効である磁性体を含有するトナーにおいて、
さらに、高解像性・高階調性、優れた定着性能などを実
現するトナーはいまだ十分なものが得られていない。
問題点を解決した磁性トナーを提供することである。即
ち具体的には以下のような磁性トナーである。
る。
。
するところは、少なくとも結着樹脂と磁性体からなる重
量平均粒径7μm以下の磁性トナーにおいて、該結着樹
脂が極性官能基を有し且つ該磁性体が水平方向フェレ径
0.03〜0.1μmであり、トナー中の磁性体含有量
をWt(重量%)、トナーの重量平均粒径をDt(μm
)としたとき、下記式 Wt=−(10/3)Dt+(53±5) (ただし
、Dt≦7) を満足することを特徴とする磁性トナーにある。
する極性官能基が、カルボキシル基・酸無水物・ジカル
ボキシル基・ジカルボキシモノエステルより選ばれた1
種以上であることが望ましい。
れ、磁気力が搬送及び飛散防止のためには十分であり、
しかも高精細・高階調の現像のためには十分小さな静電
凝集力・磁気凝集力、着色力となるものである。
なトナーについて鋭意検討した結果、極性官能基を有す
る結着樹脂を用い、粒径が非常に小さい磁性体を従来よ
り少ない量含有させることにより、トナーの帯電量を適
切に制御し、トナーの着色力を高め、高画質を実現させ
ることができることを見いだした。
を制御するメカニズムについては、必ずしも明らかでは
ないが、磁性体の粒径が非常に小さいため磁性体の表面
積が大きくなり、従ってトナー表面層近傍に存在する磁
性体の表面積も大きくなり、比較的少量の添加でもトナ
ーの帯電量を制御する働きが大きくなるためと推測して
いる。
ーの帯電量を制御する能力に優れ、帯電量が急激に増加
するトナーの小粒径化においても少ない添加量でトナー
の帯電量を適正に制御することができるが、トナー中へ
の均一な分散という点では課題を残している。一方、極
性官能基を有する結着樹脂は、その極性官能基と磁性体
表面の化学的物理的親和性により磁性体の分散性を向上
させることができるが、より高画質を得るためにトナー
粒径を小さくする場合には極性官能基のトナーの帯電性
に与える影響を制御することが困難となる不都合を有し
ている。本発明者らの検討のよれば、磁性体の水平方向
フェレ径が0.03〜0.1μmである場合に、結着樹
脂が有する極性官能基の効果によりトナー中での磁性体
の均一な分散が得られ且つ少ない磁性体量でトナーの帯
電量を制御しトナーの磁気凝集による画像劣化のない高
画質が得られることが知見された。
温高湿環境下に至るまで安定した帯電量を有し、従来多
く用いられてきた水平方向フェレ径0.2〜0.6μm
程度の磁性体では達成できなかった小粒径化されたトナ
ーにおける帯電量コントロール、トナー帯電性の環境安
定性と画像性を悪化させるトナー磁気力増大の抑制の3
者の両立を実現した。これによって磁性体含有量を増や
して定着性を損ねることなく、トナーの磁気力を増大さ
せて画像性を悪化させることなく、環境条件によらず安
定して、トナーの帯電を制御して潜像に忠実な現像によ
る高画質が実現できる。しかも磁性体の均一な分散は、
粒径の小さなトナー粒子でも着色力を高め、高画像濃度
を得ることができる。
粒径は小さいほど、粒径の小さなトナーで起こりがちな
トナーの過剰な帯電を抑え帯電量を適切に制御する効果
が大きい。磁性体の粒径が0.03〜0.1μmの範囲
であれば、トナー粒子の帯電量をトナーの定着性能に有
利な比較的少ない量の磁性体で適切に制御でき、ほぼ良
好な着色力を有する。磁性体の粒径が0.1μmよりも
大きい場合は、過剰に帯電しがちなトナーの帯電を制御
する効果が小さく多くの磁性体をトナーに含有させねば
ならないため、トナーの磁気力が大きくなるため磁気凝
集力による画質の低下・定着性能を損ねる等の不都合を
生ずる。また、0.03μm未満では、極性官能基を有
する結着樹脂を用いた場合でも磁性体自体の凝集をほぐ
すことが困難になり、磁性体が凝集体として挙動しトナ
ー中での磁性体の均一な分散が得られないため、やはり
本発明の効果を十分には得られない、或いは磁性体の保
磁力が小さくなるためバックグラウンド汚れを生ずる。
フェレ径で示す。測定は透過型電子顕微鏡で得られた1
万倍の磁性体の写真を4倍に拡大して4万倍の写真とし
た後、ランダムに250個の磁性体を選び、その径を実
測し平均粒径を求めるものである。
の含有量Wt(重量%)は、トナーの重量平均粒径に関
係し、トナーの重量平均粒径Dtが7μm以下であると
、次式で表せられる。
しかし、Wt<−(10/3)Dt+(53±5)であ
るとトナー帯電量の制御が困難となり現像性の低下を招
き易い不安定な状態となる。Wt>−(10/3)Dt
+(53±5)であると、トナーの定着性能を改善する
効果が得られない、或いはトナーの磁気力が大きくなり
画像性を損ねてしまう。
明における結着樹脂が有する極性官能基としては、カル
ボキシル基・酸無水物・ジカルボキシル基・ジカルボキ
シモノエステルより選ばれた1種以上の極性官能基であ
ることが特に好ましい。
体において5〜30であることが望ましい。酸価が5よ
りも小さい場合には、磁性体を均一に分散させる本発明
の効果が得られがたく、酸価が30よりも大きい場合に
は、酸価によって与えられる負帯電性が過剰となり帯電
量制御が不十分となる、或いは帯電量を制御するために
多くの磁性体をトナー中に含有させねばならなくなるた
めやはり本発明の効果が得られにくくなる。
ルステッドにおける磁性体のσsは50emu/g以上
であることが望ましい。トナー中の磁性体含有量Wt(
重量%)が上述までによって規定される場合、磁性体の
σsが50emu/g未満ではトナーの飛散、トナー搬
送力の低下による画像の均一性の低下などが問題となる
場合もある。また、磁性体のHcも画像性と関係する。 Hcの範囲としては50〜200エルステッドがよい。 理由は明確ではないが、Hcが50エルステッド未満で
あると、バックグラウンドの汚れが生じ易くなる。 Hcが200エルステッドよりも大きいと搬送性が悪く
なり画像濃度ムラなど画質が悪化する場合がある。尚、
本発明においては、磁気力の測定には東英工業社製VS
Mを用いた。
ーの帯電量を適切に制御する効果を有しているが、ここ
でいう適切な帯電量とは5〜50μc/gである。トナ
ー帯電量が5μc/g未満であると、画像濃度が不十分
となり、バックグラウンドの汚れを生ずる。50μc/
gよりも大きいと、静電凝集力が大きくなり細線再現性
の低下など画質を損ねる。特に低湿環境下では、トナー
担持体との鏡映力が必要以上に大きくなり画像濃度低下
などを生ずる。本発明において、トナーの帯電量はブロ
ーオフ測定法により求めた。測定機は、東芝ケミカル社
製のものを用いた。キャリアは、EFV200/300
(日本鉄粉社製)を用い、トナー濃度2重量%、混合時
間は約2分で測定した。
カウンター社製TA−II型機(100μmアパーチャ
ー)により測定して、2〜40μmの粒子の体積分布と
個数分布を算出し、体積分布から求めた重量基準の重量
平均粒径(各チャンネルの中央値をチャンネルの代表値
とする)を用いた。
等の強磁性元素、或いは、マグネタイト、ヘマタイト、
フェライトなどの鉄、コバルト、ニッケル等の合金や化
合物、その他の強磁性合金などがある。例えば、マグネ
タイトの製造方法としては、水酸化第一鉄水溶液とアル
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、
該懸濁液に加熱しながら酸素含有ガスを通気することで
得られ、上記反応条件のうち、水酸化第一鉄を含む懸濁
液を生成する際のFe2+濃度、温度、PH、酸素含有
ガス量等を調整することによって、粒径・磁気特性など
を変えることができる。
ては、モノマー単位として、アクリル酸、メタクリル酸
、マレイン酸、フマール酸及びこれら等の酸無水物又は
及びこれらの部分エステル化物を有する単重合体或いは
、これらとオレフィン系、ビニル系、又は/及び架橋性
モノマーとの共重合体、末端もしくは側鎖にカルボキシ
ル基、フェノール性水酸基を有するポリエステル、フェ
ノール樹脂、及びロジン変性樹脂、オレフィン系樹脂の
酸化物等がある。
より異なるが、アクリル酸やメタクリル酸等を含むビニ
ル系の共重合体では、従来より知られている塊状重合な
どの重合法に従って行えばよいが、モノマー比を変える
ことにより、またエステル化の度合いを変えることによ
り酸価調節が行える。
は、多価アルコールと多価カルボン酸の量比を変化させ
るほかに、重合が進むにつれて末端のカルボキシル基の
量比が減少することから、重合度を調節することにより
酸価の調整が行える。
ンでは融点近くまで温度を上げると、空気をよく溶かし
た水中よりも速やかに空気中で酸化が起こりポリエチレ
ン酸化物を得られるので、適宜酸価を検査しつつ酸化反
応を進めて行けば良い。
、日本工業規格JIS K007−66「化学製品の
酸価の試験方法」に準じて行った。
−マレイン酸モノブチルエステル共重合体を表1のよう
にそれぞれモノマー比を変化させて塊状重合法により得
た。
0.04μmの微小磁性体A32.5重量%、負荷電制
御剤1.3重量%、低分子量ポリエチレン樹脂1.3重
量%をブレンダーでよく混合した後、150℃に設定し
た2軸押出機にて混練した。得られた混練物を冷却し、
カッターミルにて粗粉砕した後、ジェット気流を用いた
微粉砕機を用いて微粉砕し、得られた微粉砕粉をエルボ
ウジェット分級機により微粉・粗粉をカットし、トナー
の重量平均粒径がおよそ6μmのトナー組成物を得た。 これらに疎水化処理されたコロイダルシリカ0.8重量
%を外添しトナー化した。これをキヤノン製レーザービ
ームプリンターLASER SHOTB406を改造
し300dpiから600dpiへ高微細潜像化した機
械で評価した。
の範囲で高画像濃度でバックグラウンド汚れのない、し
かも高解像度の良好な画像が得られた。
57.4重量% 水平方
向フェレ径0.04μmの微小磁性体A 4
0.2重量% 負荷電制御剤(実施例1と同じもの)
1.2重量% 低
分子量ポリオレフィン
1.2重量%上記材料を微
粉砕及び分級条件を変えた以外は実施例1と同様にして
表1の結着樹脂 を用いて重量平均粒径3.0,
3.3,4.0,4.8,5.6μmの5個のトナー組
成物を得た。これらに疎水化処理されたコロイダルシリ
カ1.2重量%を外添してトナー化し、実施例1と同様
にして評価した。
・網点による階調の再現性が特に優れており、優れた解
像性を有する画像が得られたが、重量平均粒径5.6μ
mのトナーは階調再現及び解像性において他より劣って
いた。
.09μmの微小磁性体Bを用いる以外は実施例2と同
様に重量平均粒径4.1μmのトナーを得、評価を行っ
たところ良好な画像が得られた。
.17μmの磁性体Cを用いる以外は実施例3と同様に
重量平均粒径4.1μmのトナーを得、評価を行ったと
ころ実施例3に比べて、バックグラウンド汚れが目立ち
、画像濃度も薄く、画質も悪かった。
39.4重量% 水
平方向フェレ径0.17μmの磁性体C
59.0重量% 負荷電制御剤(実施例1と同
じもの) 1.2重量
% 低分子量ポリオレフィン
1.2重量%上記
材料を用い比較例1と同様にして重量平均粒径4.2μ
mのトナーを得、評価を行ったところ微細なライン画像
の再現性に劣った画像となった。
レイン酸共重合体(酸価20)
62.8重量% 水平方向フェレ径0.09μmの
微小磁性体B 34.6重量% 負荷電制
御剤
1.3重量% 離型
剤
1.3重量
%上記材料を微粉砕及び分級条件を変えた以外は実施例
1と同様にして重量平均粒径3.5,4.5,5.8,
6.9,7.2μmの5個のトナー組成物を得た。これ
らに疎水化処理されたコロイダルシリカ0.6重量%を
外添してトナー化し、実施例1と同様にして評価した。
4.5,5.8,6.9μmのトナーは良好な画像を得
たが、3.9μmのトナーはバックグラウンド汚れを生
じ、7.2μmのトナーは画像濃度が他よりも薄く、ラ
イン画像ではラインからのトナーの凝集体のはみ出しが
目立った再現性・解像性に劣った画像となった。
−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、
テレフタル酸、アルキル置換コハク酸及びトリメリット
酸より合成されたポリエステル樹脂(酸価20)を結着
樹脂として用いる以外は実施例4と同様にして重量平均
粒径5.7μmのトナー組成物を得、これに疎水化処理
されたコロイダルシリカ0.6重量%を外添しトナー化
し、実施例4と同様にして評価した。
得られた。
れる画像は、画像濃度が高く、バックグラウンド汚れが
なく、細線・階調再現性に優れた高品質のものであり、
安定して提供することができる。
Claims (2)
- 【請求項1】 少なくとも結着樹脂と磁性体からなる
重量平均粒径7μm以下の磁性トナーにおいて、該結着
樹脂が極性官能基を有し且つ該磁性体が水平方向フェレ
径0.03〜0.1μmであり、トナー中の磁性体含有
量をWt(重量%)、トナーの重量平均粒径をDt(μ
m)としたとき、下記式 Wt=−(10/3)Dt+(53±5) (ただし
、Dt≦7) を満足することを特徴とする磁性トナー。 - 【請求項2】 結着樹脂の有する極性官能基が、カル
ボキシル基・酸無水物・ジカルボキシル基・ジカルボキ
シモノエステルより選ばれた1種以上であることを特徴
とする請求項1記載の磁性トナー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03175857A JP3086968B2 (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 磁性トナー |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03175857A JP3086968B2 (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 磁性トナー |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04372957A true JPH04372957A (ja) | 1992-12-25 |
JP3086968B2 JP3086968B2 (ja) | 2000-09-11 |
Family
ID=16003413
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03175857A Expired - Lifetime JP3086968B2 (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 磁性トナー |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3086968B2 (ja) |
-
1991
- 1991-06-21 JP JP03175857A patent/JP3086968B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP3086968B2 (ja) | 2000-09-11 |
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