JPH02256065A - 磁性トナー - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子写真法、静電記録法、静電印刷法等に適
用される静電潜像現像用磁性トナーに関し、特に球形化
された磁性トナーに関する。

〔技術の背景〕

一般に、電子写真法においては、光導電性材料よりなる
感光層を有する潜像担持体（以下「感光体」ともいう。

）に均一な静電荷を与えた後、像様露光を行って、感光
体の表面に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像剤で
現像してトナー画像が形成される。得られたトナー画像
は紙等の転写材に転写された後、加熱あるいは加圧など
により定着されて複写画像が形成される。

現像に用いられる乾式現像剤としては、一般に磁性体を
含有しない非磁性トナーと磁性を有するキャリアとより
なる二成分系現像剤と、磁性体を含有しＩ；磁性トナー
から形成される一成分系現像剤とがあるが、トナー濃度
の調整を必要とせず、現像器の構成を簡素化できる観点
からは、磁性トナーから形成される一成分系現像剤が好
ましい。

磁性トナーは、通常、磁力により現像剤担持体（スリー
ブ）上に担持されて現像領域に搬送されるが、磁性トナ
ーの形状が不整形である場合には、その磁化に方向性が
生じ、スリーブ上に均一な密度及び厚さの現像剤層を形
成することが困難となる。

しかも、磁性トナーの形状が不整形であると流動性が低
く、そのため現像器内に上部から補給された磁性トナー
が上部に滞留、天蓋を生じて内部に空洞ができるキャビ
ティ現象が発生し、トナーの搬送性が不安定となる。

更に、磁性トナーが不整形であるとその表面には凹凸が
多く、スリーブ面との摩擦接触面積も少く摩擦帯電の立
上がりが鈍くなり、そのため弱帯電又は逆極性の磁性ト
ナーの割合が増大し、その結果、感光体上のトナー像に
かぶり、フリンジ現象が発生し、又定着画像においては
細線再現性が悪化する。本発明で、「フリンジ現象」と
は、感光体上の静電潜像の近傍の非画像部に、主に逆極
性トナーが付着する現象をいう。

このようなフリンジ現象が発生すると、有害無益のトナ
ーの消費量が増加して経済的な画像の形成が困難となり
、更に得られた画像の細線の再現性が悪くなる。又逆極
性トナーは、転写されずに残る割合が多いのでクリーニ
ングの負担が大きくなり、クリーニング不良が生じやす
い。

このような問題を解消するためには、摩擦帯電性を制御
する必要があり、磁性トナーを球形化することが有用で
ある。

今までに、次のような球形化の技術が知られている。

（１）　　混練、粉砕、分級の各工程を経て得られた粒
子の表面をスプレードライヤーを用いて熱風等により熔
融して球形化を図る技術（特開昭５６−５２７５８号、
同５９−１２７６６２号）。

（２）混線、粉砕、分級の各工程を経て得られた粒子を
、熱気流中に分散してその表面を熔融して球形化を図る
技術（特開昭５８−１３４６５０号）。

（３）混線、粗粉砕して得られた粒子を、微粉砕すると
同時に流入空気の温度を制御し、球形化を図る技術（特
開昭６１−６１６２７号）。

（４）造粒重合法によりトナーを製造して球形化を図る
技術（特開昭５６−１２１０４８号）。

（５）混練工程、粉砕工程及び、分級工程を経た粒子に
、気相中において衝撃力による機械的エネルギーを繰返
して付与することにより、実質上の球形化を図る技術（
特願昭６２−６８００１号）。

しかし、上記（１）、（２）及び（３）の技術において
は、いずれも粒子の表面を熱的に熔融して球形化を図る
際、すべての粒子に均等に熱を与えて熔融することがで
きず、従って、形状や表面形態が不揃いとなる。又、加
熱時に熔融した粒子が互に融着し、粗粉が増加する傾向
もあり、球形化処理後の形状、粒径が不揃いとなって粒
度分布が広く、所望の粒径分布から逸れ、球形化処理後
回分級工程を加える必要があり、これらの方法では高い
収率で磁性トナーの製造を行うことは困難であった。

もし分級工程を入れずに広い粒度分布のままトナーを使
用すると、べた黒部の濃度不足、濃度むら、文字画質と
しては、文字かすれ、潰れ、かぶり等の問題か発生する
。

又、熱ローラ定着特性の向上を図るためには、磁性トナ
ー粒子中にワックスを含有させることが有用であるが、
ワックスを含有した粒子を熱的に熔融して球形化する場
合には、ワックスが粒子の表面に滲みでて、しかもその
程度は夫々に異なるので、その表面特性が個々に摩擦帯
電列的に異質になりやすい。そのため、摩擦帯電性が不
均一となり、トナー相互には逆極性帯電を起こし、又ス
リーブ等とは弱帯電又は逆極性の磁性トナーを生じ、そ
の結果、現像が不安定になり、フリンジ現象のため転写
残トナーが増大し、クリーニング負荷が増大してクリー
ニング不良を招き、画質の面では、細線の周囲にフリン
ジが集中し、文字画像再現性が悪化する。

上記（４）の技術においては、造粒重合法を採用するた
めバインダ樹脂として選択し得る樹脂の範囲が狭くて不
利であるばかりでなく、トナー製造工程の時間が長く収
率が低い欠点がある。

（５）については、本発明の基本となるものであるが、
その長所として、 イ）加熱しないため、球形化処理時の相互融着かない。

口）ワックスのトナー表面への滲出しがない。

ハ）逆極性のトナー割合が少ない。

二）製造時間が短い。

等数々の長所があるが、一方問題点としては、ホ）機械
的エネルギーによる粒子破砕（微細粒の発生と、遊離磁
性体粒子の発生。） であることが挙げられる。

機械的エネルギーを樹脂粒子に加えると、樹脂粒子の球
形化と同時に粒子の破砕は避けられず、微細粒が発生す
る。

一成分現像剤においては、小粒子トナーは大粒子トナー
に比べ現像性が高く、勢い前記発生した微細粒トナーは
新現像剤の使用初期からのかぶり発生の大きな原因とな
る。またトナー飛散の原因となり、更に破砕によって放
出された磁性体粒子がスリーブ上に蓄積するとトナー搬
送不良を起し、濃度むら、白筋故障の発生間となる。

現像性もしくはかぶりの調整は現像バイアスの制御によ
って対処できるが、現像バイアスの制御幅を拡げること
は装置機能として経費との絡み合いで容易なことではな
い。

或は又微細粒は、球形化処理後に分級工程を追加するこ
とによっていくらかのものは除くことができるが、完全
に除くことはできず、更にその分、工数を喰い、収率は
低下し、現像剤のコストアップ、直ちにランニングコス
トのアップにつながる。

更に遡って微細粒の発生を抑えるために、球形化の衝撃
エネルギーを極端に小さくすると、球形化が不均一　不
充分となり球形化のメリットを失フＯ 〔発明の目的〕 前記した状況に照し、本発明の目的は、画像かぶりがな
く、高画質を与え、 トナー飛散、搬送不良を起さず、しかも最終分級の必要
のない高生産性、低廉な磁性トナーの提供にある。

〔発明の構成及び作用効果〕

前記本発明の目的は、樹脂中に少くとも磁性体粒子を含
む樹脂粒子に、機械的衝撃力による球形化処理を施す磁
性トナーにおいて、前記磁性体粒子形状が球形であるこ
とを特徴とする磁性トナーによって達成される。

本発明の態様において、磁性体粒子形状が実質上球形状
であるとは、電子顕微鏡等、視覚的に球形と判断出来る
形状であることであるが、短径／長径≧０．９であるこ
とが好ましい。

また本発明に係る磁性体粒子は樹脂粒子中に核として存
在していてもよいし、また樹脂中に懸濁、分散状態で存
在していてもよい。

一方磁性体粒子表面は一般に平滑ではなく凹凸の多い不
整面であり、樹脂と練肉する場合、該粒子への樹脂の濡
れが悪いとその凹部等に除去困難な空洞を生ずる。

この空洞には樹脂粒子中の応力が集中し、繰返しの衝撃
によって、その点から固体（剛体）としての樹脂中にひ
び割れ破面（クラック）が生長し遂に破断に到る。

固体破断に導く衝撃力は繰返しを前提とすると甚だ小さ
くても充分である。

本発明に係る衝撃力による球形化においては、練肉、粉
砕された素磁性トナー粉が空中に浮遊流動状態で処理装
置の中に吹込まれ、高速回転する回転板に取付けられた
ブレードに激突させられながら、球形化され、この際破
断力を受けることになる。

本発明者等は、これら現象をレオロジイ的に捉え、適用
する衝撃力の前には樹脂粒子は既に剛性粒子ではなく、
塑性粒子として挙動すると考えている。

但し粒子に加わる衝撃力は粒子の浮遊もしくは飛翔方向
によってベクトル合成された衝撃力の強さに幅が生じ、
従って素磁性トナー粒子は衝撃力の強弱によって塑性変
形と破断の入り交じった衝撃を受けると考えられる。

一方、本発明に係る磁、性体粒子は、不整形な形状の磁
性体粒子に比べて比表面積が小さいため、バインダ樹脂
に対する濡れ性が良く、磁性体上の応力集中点となる空
洞の強力な着座点をもたない。

又練肉その他の工程中再び空洞を磁性体面に着生させる
着座点はない。又、練肉工程での樹脂中の磁性体の分散
性が向上し、トナー成分が均一となることからも、球形
化処理工程で受ける衝撃力に対する応力集中がなく破砕
されにくく、磁性体粒子の遊離も起こらない。

即ち、練肉時には、バインダ樹脂である樹脂の粉末を熔
融混練するため、練肉物中に多量の気泡が内包されるこ
ととなる。粉末を熔融する場合、粒子間に空気を抱いた
空隙が多数存在しているので、これらの樹脂粉末を加熱
すると、粒子間の空気はほぼ保存されたまま熔融状態と
なり、混練時もこの気泡は逃散することはない。

粉砕工程で粉砕するのに十分な高エネルギーを付与した
場合、この気泡が応力集中点となり破壊が促進され、粉
砕性を向上させる働きもあり、通常は特に練肉時に脱気
工程の必要はないが、この気泡の磁性体表面への着生の
仕方如何により、球形化時の機械的衝撃力を繰返し付与
した場合現象が異ってくる。

機械的衝撃力を繰返し与え、トナーを球形化処理する場
合、トナー粒子中の樹脂と磁性体は、その物性上、弾性
係数が異なり、同一負荷を与えた場合の変形量は、樹脂
は磁性体に比べ大きく、その界面に気泡が存在した場合
や、磁性体が不均一に分散した場合は、樹脂と磁性体と
気泡の界面に極めて大きな応力集中が発生する。又、磁
性体がブレードによる衝撃を直接受ければ、磁性体粒子
が瞬時に変位する為、より大きな応力集中が発生し、ト
ナー粒子の破壊が発生する。

しかしながら、磁性体粒子が、球形であることは、それ
自身も外力に対する強度が高く、応力が一部に集中せず
分散するので、この様な粒子を内部に均一に分散した樹
脂粒子は極めて、破砕され難く、外部からのエネルギー
は、粒子の球形化のために有効に使われることになる。

以上の様に、磁性体表面上に着生する気泡の有無と、磁
性体粒子のバインダ樹脂中への分散の均一性が微細粉発
生の重要なポイントとなる。

換言すれば、本発明に係る球形磁性粒子を含む素磁性ト
ナー粉は機械的球形化処理（塑性球形化処理と称す）に
よって、微細粉を生ずことがなく、塑性球形化を終った
磁性トナーには微細粉分級の工数を加える必要がない。

かつ微細粉に基く画質、複写操作上の支障が既に解消し
ている。　本発明の構成においては当然の帰結であるが
、甚だ有用な帰結であり、良質の磁性トナーが生産性高
く廉価に調製される。

又粒子全体としては塑性変形が重なるにつれて球形化は
進み、磁性トナーの流動性、摩擦帯電性が上り、表面の
帯電列的等磁化によって異極帯電性がなくなる。

尚、トナーの球形度としては、ワーデルの真の球形化度
（？）で０．４〜０．８の範囲が好ましい。尚上記ψは
下記式で定義される。

本発明に係る塑性球形化処理を行う具体的装置としては
、奈良機械（株）「ハイブリダイゼーション・システム
」、ターボ工業（株）「ターボミル」なとがあり、例え
ば、ハイブリダイゼーション・システムは第１図に示す
様な装置である。回転板にブレードが装着されており、
回転板が高速回転をすることにより、循環気流中のトナ
ーが、高速回転するブレードに激突する。この際、トナ
ーの曲部分が衝撃エネルギーにより塑性変形をうけて滑
面化されトナー全体としては、球形方向への形状変化が
起る。

又、衝撃エネルギー量は、原料により調節する必要があ
る。

本発明に用いるトナー用バインダ樹脂は、正又は負荷電
性、転写性、加熱或は圧力定着性、クリニング性、保存
安定性、耐久性などを考慮して選択される。具体例とし
ては、例えば、ポリスチレン、スチレン−無水マレイン
酸共重合体、スチレン−アクリル系共重合体、スチレン
−ブタジェン共重合体などのスチレン及びその置換体の
重合体まｌ；は共重合体、ポリ酢醜ビニル、ポリエステ
ル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂
などが使用される。

磁性トナーを構成する磁性体としては、磁場によってそ
の方向に強く磁化する物質、例えば鉄、フェライト、マ
グネタイトをはじめとする鉄、ニッケル、コバルト等の
強磁性を示す金属あるいはこれらの金属を含む合金また
は化合物等を挙げることができる。

樹脂粒子を得るに際して、前記バインダ樹脂及び磁性体
粒子のほかに必要に応じて用いられる添加剤としては、
例えば荷電制御剤、離型剤等がある。

荷電制御剤としては、ニグロシン系、アゾ系、第４級ア
ンモニウム塩系、チオ尿素系等の顔料また−は染料を用
いることができる。荷電制御剤の含有割合は、バインダ
樹脂と磁性体粒子の合計１００重量（ｖｔ）に対して、
好ましくは０．５〜１０ｗｔ、特に好ましくは１〜５ｗ
ｔである。

離型剤としては、例えばポリオレフィン、脂肪酸エステ
ル、高級脂肪酸、高級アルコール、パラフィンワックス
、アミド系ワックス、多価アルコールエステル等を用い
ることができる。

離型剤の含有割合は、バインダ樹脂と磁性体粒子の合計
１００ｗｔに対して好ましくはｌ＝１０ｗｔである。

本発明の１成分系現像剤を構成する磁性トナーは、樹脂
粒子を球形化処理した後、さらに無機微粉末、クリーニ
ング性向上助剤の外部添加剤が添加混合されたものであ
ってもよい。

無機微粉末としては、特に金属もしくは非金属の酸化物
の微粒子を好ましく用いることができ、具体的には、酸
化珪素、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化セリウム
、酸化クロム、チタン酸ストロンチウム等を用いること
ができる。これらは組合せて用いてもよい。

本発明の１成分系現像剤を構成する磁性トナーは、例え
ば以下のような方法により製造することができる。

すなわち、バインダ樹脂と、磁性体粒子と、その他必要
に応じて用いられる添加剤とを、予備混合し、次いで例
えばエクストルーダ等を用いて熔融しながら混練する。

その後冷却し、次いで例えばハンマーミル、ウィレー式
粉砕機等を用いて粗粉砕し、さらに例えばシェドミル等
を用いて微粉砕し、次いで分級して、所望の粒径の樹脂
粒子を得る。

次に前記ハイブリダイゼーション・システム等を用いて
、上記樹脂粒子に、気相中において衝撃力による機械的
エネルギーを繰り返して付与することにより、塑性球形
化処理を行って、磁性トナーを得る。また、必要に応じ
てさらに外部添加剤を添加混合して特性の改良された磁
性トナーを得る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明は
これらの実施例に限定されるものではない。

：磁性トナー処方： パインダ：スチレンアクリル酸ブチル共重合体０ｖｔ 磁性体：マグネタイト　　　　　　　　４６ｗｔ添加剤
：ニグロシンＳＯ（オリエント化学社製）１ｗｔ ポリプロピレンワックス　　　　　　　　３ｗｔ：製造
工程： １）予備混合（Ｖ型ブレンダ） ２）練肉（エクストルーダ） ３）冷却・粗砕 ４）微粉砕（ジェットミル） ５）分級 ６）球形化処理（塑性球形化処理） ７）外添剤処理（疎水性シリカ微粒子０．８ｗｔ混合）
実施例−１ 本発明トナー■ 磁性体：球形（短径／長径＃　０．９６）　、Ｄ　、。

＃０．３μｍを用い上記工程により球形化度０．７，３
の本発明トナー■を得た。

実施例−２ 本発明トナー■ 磁性体、球形（短径／長径＃０．９６）　、Ｄ５．＝０
．３μｍを用い実施例−１と同様の工程で球形化度０．
４５の本発明トナー■を得た。

実施例−３ 本発明トナー■ 磁性体、球形（短径／長径＃０．９１）　、Ｄａ。＃０
．３μｍを用い実施例−１と同様にして、球形化度０．
６０の本発明トナー■を得た。

比較例−（１） 比較トナー■ 磁性体が不整形（短径／長径＝　０．８５）、Ｄ　ｓｏ
＝　０．３μｍである以外は実施例−１と同様にして比
較トナー■を得た。

前記製造工程−５）において、 Ｄ　ａｏ−１１，０−１１，８μｍ ５μｍ以下１ｗｔ％以下 ２０μｍ以上２ｗｔ％以下 となる様に分級した素、磁性トナー粉を塑性球形化処理
にかけた結果を表１の粒径分布表に掲げた。

比較例−（２） 比較トナー■ 前記製造工程−６）を行わない以外は実施例−１と同様
にして、比較トナー■を得た。

（真の球形化度＝０．３７） 表１ 評価） 評価機：伊藤忠エレクトロニクス社製ＬｉＰＳ　−１０
に感光体として新品のＯＰＣ感光体（ドラム）と、１万
枚使用済のＯＰＣ感光体（ドラム）を用いて画質、転写
率等について評価した。

表２は新品ドラム５００回の総合結果、但し転写率は線
画５００回の平均値である。また表３は使用済ドラムを
用いたときの複写連続作動初期の結果である。

表　　２ ネＤ、。；体積基準のメデイアン径 表　　３ 画質評価法＝目視 べた黒：〇−十分な濃度を均一に得ている。

△−濃度むらが発生しているが実用に耐える程度 ×−濃度不足、むら、白筋発生。

文字画質二〇−細線も良好に再現。

（潰れ、かすれ、かぶりもない） Ｘ−文字かすれ、かぶり発生。

本発明トナー■の使用では、新、使用済ドラムどちらで
も均一かつ十分な濃度のべた黒と、かぶりの発生のない
鮮明な文字画質を高転写率で得ることができた。

一方、比較トナー■は、新ドラムでは文字の再現性は良
くかぶりの発生もなかったが、ショート・ランニングを
行うと遊離磁性体がスリーブ上に残り白筋発生の原因と
なりトナー飛散も起っていた。

トナー飛散評価法＝目視 現像器及びその周辺を清掃後ショートランニングを行う
。３ＫＰ後に、実機内の汚れ（トナー飛散に依る）を確
認した。

転写率についても、球形化処理工程での粒子粉砕に依り
不整形トナーの発生は避は難く、高転写率のための、球
形トナーの効果を十分に発揮できず、本発明トナー■よ
り劣っている。

また、使用済ドラムではべた黒濃度の低下とかぶりの発
生で初期より、実用レベルに届いていない。　また比較
トナー■は、不整形であるため流動性が低く、現像器内
でキャビティ現象が発生し、トナーの搬送性が不安定と
なり、新ドラムでも、べた部の濃度不足、むら、文字か
すれ等が発生し、転写率も低く、使用済ドラムでは、更
にその程度が悪くなり画質が低下し、どちらでも初期か
ら、実用レベルに届いていなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いられる塑性球形化装置の１例の作
動説明のための側面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　樹脂中に少くとも磁性体粒子を含む樹脂粒子に、機械
   的衝撃力による球形化処理を施す磁性トナーにおいて、
   前記磁性体粒子形状が球形であることを特徴とする磁性
   トナー。