JPH04367867A

JPH04367867A - 磁性トナー

Info

Publication number: JPH04367867A
Application number: JP3170347A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Baba; 善信馬場; Satoshi Yoshida; 聡吉田; Tatsuya Tada; 達也多田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-06-17
Filing date: 1991-06-17
Publication date: 1992-12-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子写真法、静電記録法
等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。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真法としては多数の方法が
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、ついで該
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、加熱、圧
力などにより定着し、複写物を得るものである。

【０００３】近年、電子写真法を用いた機器は、従来の
複写機以外にプリンターやファクシミリなど多数になっ
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使う場合が多い。１成分現像方
式は、２成分方式のようにガラスや鉄粉などのキャリア
粒子を用いないため、現像剤の重量が軽く、そのため装
置自体も軽くできる。さらに、２成分方式は２成分現像
剤のキャリア中のトナーの濃度を一定に保つ必要がある
ため、自動的に濃度を検知し必要量のトナーを補給する
装置が必要である。よって、ここでも現像装置が大きく
重くなる。１成分方式の現像装置はこのような装置が必
要とならないため、やはり小さく軽くできる。

【０００４】このような１成分現像方式を用いる１成分
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。

【０００５】また、複写機においては、より高速、安定
化の方向が常に望まれている。特に中速機、高速機など
では２成分現像方式が主流である。これはこのようにあ
る程度大きな機械であると現像装置の大きさや重さの問
題より高速での長期使用に対しての安定性が重要点にな
ってくるからである。一般に、２成分現像剤のトナーは
カーボンブラックなどにより着色し、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トナーの飛散を招き、長期の使用で
レンズや原稿ガラス、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。

【０００６】以上のように、磁性体を含有するトナーは
ますます重要性を増している。

【０００７】一方、プリンターはＬＥＤ、ＬＢＰプリン
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、３００ｄｐ
ｉであったものが４００、６００ｄｐｉにできるように
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ている。

【０００８】また、中速の複写機は高機能化しており、
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。

【０００９】さらに、高速複写機は、高速化・安定化だ
けでなく、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。

【００１０】このように信号に忠実、原稿に忠実、即ち
、潜像に忠実でしかも高濃度で現像をするトナーが必要
になってきている。

【００１１】しかしながら、磁性体を含有するトナーを
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
。

【００１２】例えば、トナーの凝集力を下げ、トナー１
個１個をばらばらにして、潜像に忠実に現像する目的で
針状磁性体を用いるとトナーの凝集力は下がり、またト
ナーの搬送性は向上する反面、通常の針状磁性体では磁
性体自身の凝集により、結着樹脂との分散性が悪くなり
、ひいては部分的な帯電不良となり、画像に悪影響を及
ぼす。

【００１３】そこで、特公昭５９−７３７９号公報にコ
バルト置換四三化鉄粉からなり、その軸比が１〜５であ
る磁性粉を用いたトナーの残留磁化が１０〜２０ｅｍｕ
／ｇ、保磁力が１５０〜４５０エルステッドなる磁性ト
ナーが提案されている。これは、磁性体の結着樹脂中へ
の分散性が向上し、トナーの搬送性も向上するというも
のである。しかし、高画質化をはかるためには、トナー
の残留磁化をさらに下げ、磁気凝集力を減少させること
が好ましい。

【００１４】以上のように、小型化、軽量化、飛散など
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・高階調性などを実現する潜像に忠実
な現像をするトナーはいまだ十分なものが得られていな
い。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
問題点を解決した磁性トナーを提供することである。即
ち、■原稿に忠実、信号に忠実、即ち潜像に忠実な現像
をする、■高解像性、高細線再現性である、■高階調性
である、■高画像濃度である、■飛散のない、磁性トナ
ーを提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段及び作用】上記の目的は下
記の本発明により達成される。即ち本発明は、少くとも
結着樹脂、及び金属酸化物からなる磁性体を主成分とす
る磁性トナーにおいて、該磁性体の形状が針状であり、
その長軸及び短軸の比が２〜４であり、且つ該磁性体の
比表面積が１０〜２０ｍ２／ｇであることを特徴とする
磁性トナーである。

【００１７】本発明者らは、上記磁性体を含有する磁性
トナーについて鋭意検討した結果、長軸及び短軸の比が
２〜４であり、比表面積が１０〜２０ｍ２／ｇである針
状磁性体を用いることで、トナー性能を大幅に向上させ
ることを見いだし、本発明を完成した。

【００１８】本発明の磁性トナーは、トナー担持体上で
のトナー搬送に優れ、しかも高精細、高階調のために、
十分小さな磁気凝集力、静電凝集力、十分な着色力を発
揮する。

【００１９】これは、磁性体を含有するトナーにおいて
は、トナーの搬送性、画像性能が磁性体の性質に左右さ
れ、特に磁性体の形状、大きさによりトナー担持体上で
のトナーの穂立ちの形、大きさ、密度が依存するためで
ある。即ち、本発明の磁性トナーは、長軸及び短軸の比
が２〜４であり、且つその比表面積が１０〜２０ｍ２／
ｇである針状の磁性体を用いることで、トナー表面近傍
に針状磁性体が適度に存在するために、静電的な凝集が
大きくならず、トナー担持体上でのトナーの穂立ちの高
さが高くならず、さらに大きさ、形、密度が均一になる
ためであると考えられる。

【００２０】本発明で重要なことは、針状磁性体の長軸
及び短軸の比が２〜４であり、軸比が２未満であるとト
ナー担持体上での搬送性が問題となり均一な画像が得ら
れなくなる。一方軸比が４を越えると結着樹脂との分散
性が悪くなりトナーの帯電量が部分的に下がり過ぎ、ト
ナー担持体上でトナーのコーティングが不均一となり、
これも均一な画像が得られない。

【００２１】また、磁性体の軸比と密接な関係にあるの
が磁性体の比表面積である。好ましくは、次の関係式を
満たすものである。

【００２２】比表面積（ｍ２／ｇ）＝５×軸比±３本発
明において比表面積が１０未満であると、針状磁性体の
粒度が荒くなり、トナー表面近傍にある磁性体がまばら
に存在する様になり、帯電量が上がり、がさついた画像
しか得られない。一方、比表面積が２０を越えると逆に
トナー表面近傍の磁性体が増えすぎて帯電量が減少し、
トナー担持体上でトナーのコーティングが不均一となり
、均一な画像が得られない。

【００２３】さらに、針状磁性体の最大径は、０．３５
μｍ以下が好ましい。０．３５μｍを越えると、トナー
表面近傍にある磁性体がまばらに存在する様になり、帯
電量が上がり、がさついた画像しか得られない。また、
着色力も低下する。

【００２４】磁性体の最大径及び軸比は、透過型電子顕
微鏡により得られた１万倍の磁性体の写真を４倍に拡大
し、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最大径及び軸比を求めた
。また、比表面積はＢＥＴ法で測定した値である。

【００２５】磁性体の含有量としては、トナー中に２５
〜４５重量％が好ましい。２５重量％未満であると、ト
ナーの着色力、搬送性が不十分となり、画像濃度が低く
なったり、濃度ムラ等を生じ、均一な画像が得られない
。また、４５重量％よりも大きいとトナーの残留磁化が
大きくなり、画像上にトナー塊等を生じ、良好な画像が
得られない。従って本発明において、トナーの残留磁化
は１０ｅｍｕ／ｇ未満が好ましい。

【００２６】また、保磁力も画像性と関係する。保磁力
の範囲としては、５０〜３５０エルステッドが良い。理
由は明確ではないが、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。また３５０エ
ルステッドよりも大きいと凝集性が悪くなりコーティン
グが良好でなくなり画像濃度ムラなど画質が悪化する場
合がある。尚、磁性体の磁気特性は、東英工業社製のも
のを用い、測定磁場１Ｋエルステッドで測定した。

【００２７】トナーの帯電量は、ブローオフ測定法によ
り求め、測定器は東芝ケミカル社製のものを用いた。こ
の際、キャリアには、ＥＦＶ２００／３００（パウダー
テック社製）を用い、トナー濃度２重量％で測定した。混合時間は約２分とした。この時の測定値の絶対値が５
〜５０μｃ／ｇが良い。５μｃ／ｇ未満であると、画像
の先鋭さが悪くなり、バックグラウンドの汚れを生じる
。さらに、高温高湿環境下では、画像濃度の低下などが
問題となってくる。５０μｃ／ｇより大きいと、静電凝
集力が大きくなり画質が低下し細線再現性などが不十分
となる。特に、低温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るため、画像濃度の低下など
が生じる。

【００２８】本発明のトナーの粒径は、コールターカウ
ンター社製ＴＡ−ＩＩ型機により測定した。アパーチャ
ーとして１００μｍのものを用い、粒度は体積分布から
求めた重量基準の平均径を出した。

【００２９】本発明における磁性体としては、鉄、亜鉛
、コバルト、ニッケル、銅、マグネシウム、マンガン、
アルミニウム、珪素などの元素を含む金属酸化物などが
ある。本発明の磁性体の製法は、従来知られている方法
でよい。１例としてこのような磁性体の中から軸比の小
さい針状マグネタイトの合成例について記述する。

【００３０】合成例クエン酸ナトリウムを添加した硫酸第一鉄の水溶液に炭
酸アンモニウム溶液を加え、温度７５℃において炭酸第
一鉄の生成を行い、その溶液に酸素を通じ粒子を得た。生成粒子をろ過、乾燥、粉砕した。これを還元処理して
軸比３のマグネタイトを得た。

【００３１】得られた磁性体は、粒子最大径０．２５μ
ｍ、ＢＥＴ１４．６ｍ２／ｇ、σｓ６２．１ｅｍｕ／ｇ
、Ｈｃ２５７エルステッド、σｒ２７．０ｅｍｕ／ｇで
あった。

【００３２】本発明に使用する磁性トナーの結着樹脂と
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重合性
単量体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できる。

【００３３】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、低分子量ポリエチレン、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で
きる。

【００３４】上記の結着樹脂として用いる重合体、共重
合体、或い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
。

【００３５】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
イエロー等公知の染顔料がある。

【００３６】本発明に用いられる磁性体を含有するトナ
ーの製法としては従来知られた方法でよい。即ち、結着
樹脂、荷電制御剤、着色剤、磁性体、他添加剤をヘンシ
ェルミキサー等であらかじめ粉体混合し、次いで、これ
を１５０℃位に熱したロールミルで約３０分間混練し、
混練物を得、冷却後、粉砕、必要に応じて分級しトナー
組成物を得る。

【００３７】この際、必要に応じて、流動性付与剤、潤
滑剤、研磨剤、クリーニング助剤、抵抗調節剤、荷電制
御剤などを内添或いは外添する。

【００３８】また、２成分現像剤とする場合、キャリア
粒子として、従来知られているものを用いることができ
る。

【００３９】

【実施例】以下本発明を実施例により具体的に説明する
が、これは本発明を何ら限定するものではない。尚以下
の配合における「％」は全て重量％である。本発明に用
いた磁性体を表−１に示す。

【００４０】

【表１】実施例１スチレン−アクリル系共重合体　　　　　　　　　　５
８．０％負荷電制御剤　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　０．５％磁性体１　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４
０．５％離型剤　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　１．０％前記処方量
を粉体混合し、これを１４０℃に設定した２本ロールミ
ルで約３０分間熱混練し、冷却後、粗粉砕、微粉砕（ジ
ェットミル）した。さらに、エルボウジェット分級器に
より、微粉、粗粉をカットし、トナー組成物を得た。得
られたトナーの粒度は、重量平均径８．５μｍであった
。

【００４１】この時、トナーの磁気特性を測定したとこ
ろ、σｓ＝２４．１ｅｍｕ／ｇ、σｒ＝８．９ｅｍｕ／
ｇ、保磁力＝２５４エルステッドであった。

【００４２】これに負帯電性コロイダルシリカを０．８
％外添し現像剤とした。このトナーの帯電量は、−２０
μｃ／ｇであった。これを、キヤノン製レーザービーム
プリンターＬＢＰ−ＳＸを改造し、３００ｄｐｉから８
００ｄｐｉへ高微細潜像化した機械で評価した。

【００４３】その結果、トナー担持体上でのトナーの穂
が短く、さらに均一であり、搬送性も良好であった。従
って、潜像を忠実に現像するため、細線再現性が非常に
優れていることがわかった。また、網点も非常に良く再
現し、階調性が非常に良かった。さらに、ベタ黒画像の
画像濃度も１．４以上あり、しかも濃度ムラがなく均一
であった。

【００４４】比較例１実施例１の磁性体１を磁性体４に変える以外、実施例１
と同様にトナーを作製した。得られたトナーは、８．３
μｍであった。この時、トナーの磁気特性は、σｓ＝３
０．６ｅｍｕ／ｇ、σｒ＝１．２ｅｍｕ／ｇ、保磁力＝
４８エルステッドであった。これに実施例１と同様に外
添したトナーの帯電量は、−４０．１μｃ／ｇであった
。

【００４５】これを実施例１と同様に評価した。その結
果、トナー担持体上でトナーのコート不良が起こり、潜
像に忠実とは言えなかった。

【００４６】比較例２実施例１の磁性体１の磁性体を磁性体５に変える以外、
実施例１と同様にトナーを作製した。得られたトナーの
粒度は重量平均径８．８μｍであった。この時、トナー
の磁気特性は、σｓ＝２４．２ｅｍｕ／ｇ、σｒ＝１３
．５ｅｍｕ／ｇ、保磁力＝３１８エルステッドであった
。これに実施例１と同様に外添したトナーの帯電量は、
−５．９μｃ／ｇであった。

【００４７】これを実施例１と同様に評価した。その結
果、潜像に忠実とは言えず、細線再現性が劣っていた。

【００４８】比較例３実施例１の磁性体１の磁性体を磁性体６に変える以外、
実施例１と同様にトナーを作製した。得られたトナーの
粒度は重量平均径８．４μｍであった。この時、トナー
の磁気特性は、σｓ＝２３．７ｅｍｕ／ｇ、σｒ＝８．
０ｅｍｕ／ｇ、保磁力＝２１７エルステッドであった。これに実施例１と同様に外添したトナーの帯電量は、−
３５．９μｃ／ｇであった。

【００４９】これを実施例１と同様に評価した。その結
果、静電凝集力が大きく、特に細線再現性が不十分であ
った。

【００５０】比較例４スチレン−アクリル系共重合体　　　　　　　　　　４
８．０％負荷電性制御剤　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　０．５％磁性体１　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
５０．５％離型剤　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　１．０％実施例１
と同様にトナーを作製した。得られたトナーの粒度は、
重量平均径８．６μｍであった。この時、トナーのσｓ
＝３０．６ｅｍｕ／ｇ、σｒ＝１１．２ｅｍｕ／ｇ、保
磁力＝２５５エルステッドであった。

【００５１】実施例１と同様に負帯電性コロイダルシリ
カを０．８％外添したトナーの帯電量は、−４．７μｃ
／ｇであった。

【００５２】これを実施例１と同様に評価した。その結
果、特に細線再現性は、潜像に忠実とはいえなかった。

【００５３】実施例２スチレン−アクリル系共重合体　　　　　　　　　　６
６．８％正荷電性制御剤　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　１．２％磁性体２　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
３０．５％離型剤　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　１．５％上記処方
を実施例１と同様にしてトナーを作製した。得られたト
ナーの粒度は、重量平均径９．７μｍであった。この時
、トナーのσｓ＝２０．６ｅｍｕ／ｇ、σｒ＝７．９ｅ
ｍｕ／ｇ、保磁力＝２６６エルステッドであった。また
、流動性付与剤として正帯電性コロイダルシリカを１．
０％外添した。このトナーの帯電量は、＋１２．８μｃ
／ｇであった。

【００５４】これを、キヤノン製デジタル複写機ＮＰ−
９３３０を３００ｄｐｉから６００ｄｐｉとした機械で
評価した。その結果、特に細線再現性が良好であり、階
調性、画像濃度ともに良好で、非常に潜像に忠実であっ
た。

【００５５】実施例３ポリエステル　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　６２．５％負荷電性制御剤　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．８％磁
性体３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　３５．０％離型剤　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
１．７％実施例１の磁性体１を磁性体３に変えて、実施
例１と同様にトナー化した。トナー化の際、粉砕効率が
良好であった。得られたトナーの粒度は、重量平均径９
．０μｍであった。トナーのσｓ＝２０．３ｅｍｕ／ｇ
、σｒ＝６．４ｅｍｕ／ｇ、保磁力＝２００エルステッ
ドであった。これに負帯電性コロイダルシリカを０．６
％外添した。このトナーの帯電量は、−１８．７μｃ／
ｇであった。

【００５６】これを、キヤノン製複写機ＮＰ−８５８２
改造機を用いて評価した。得られた画像は、細線再現性
、階調性が非常に良好であり、高速機にもかかわらず、
飛び散り、画像乱れ等もなく高品質なものであった。

【００５７】

【発明の効果】本発明のトナーにおいては、磁性体がト
ナー表面付近に適度に存在することで、静電的な凝集が
弱くなり、トナー担持体上でのトナーの穂が均一になる
。また、トナーの残留磁化が大きくならず、安定した画
像が得られる。従って、原稿に忠実、信号に忠実、すな
わち潜像に忠実な現像が可能となり、高解像度、高細線
再現性に優れる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　少くとも結着樹脂、及び金属酸化物か
らなる磁性体を主成分とする磁性トナーにおいて、該磁
性体の形状が針状であり、その長軸及び短軸の比が２〜
４であり、且つ該磁性体の比表面積が１０〜２０ｍ２／
ｇであることを特徴とする磁性トナー。