JPS6237780B2 - - Google Patents

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JPS6237780B2
JPS6237780B2 JP56066362A JP6636281A JPS6237780B2 JP S6237780 B2 JPS6237780 B2 JP S6237780B2 JP 56066362 A JP56066362 A JP 56066362A JP 6636281 A JP6636281 A JP 6636281A JP S6237780 B2 JPS6237780 B2 JP S6237780B2
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JP
Japan
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magnetic
powder
toner
iron
weight
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JP56066362A
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English (en)
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JPS57181554A (en
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Shiro Sato
Mitsuhiro Katayama
Shuichi Mya
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Kanto Denka Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Kanto Denka Kogyo Co Ltd
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Publication of JPS6237780B2 publication Critical patent/JPS6237780B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G9/00Developers
    • G03G9/08Developers with toner particles
    • G03G9/083Magnetic toner particles
    • G03G9/0835Magnetic parameters of the magnetic components
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03G9/00Developers
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    • G03G9/083Magnetic toner particles
    • G03G9/0831Chemical composition of the magnetic components

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)
  • Developing Agents For Electrophotography (AREA)
  • Compounds Of Iron (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電子写真磁性トナー用磁性粉に関す
る。
電子写真の現像方式としては、樹脂とカーボン
の混合体からなる粉体をトナーとし、これをキヤ
リヤー鉄粉で生成した磁気ブラシにより電子写真
感光体を移動させる二成分方式と、トナー中にマ
グネタイト、フエライト、鉄粉、合金粉等の磁性
粉を混入し、トナー自体に磁性を与えてキヤリヤ
ーを用いない一成分方式とがある。
ところで現在は二成分方式が主流である。これ
は二成分方式の方が画像特性が優れているためで
あるが、いずれの方式にしろ一長一短がある。
一成分方式の画像特性が二成分方式に比べ劣る
主な理由は、二成分用トナーは通常樹脂が90wt
%以上であるのに対し、一成分用トナーは通常樹
脂が50〜30wt%で残りは磁性粉であるために二
成分方式のトナーに比べて熱容量及び溶融粘度が
大きく、このトナーを熱や圧力で紙に定着させる
とき不完全になりやすいこと、またマグネタイト
やフエライトのような磁性酸化物は耐湿性が劣
り、これを用いたトナーは湿度の高い状態で電気
的にリークしやすく画像特性が低下するためであ
る。鉄粉や合金粉はマグネタイトのような磁性酸
化物に比べて吸湿性は小さいが、微粒子のものが
製造しにくいこと、製造コストが高いこと及び錆
が発生しやすいことなどにより鉄粉や合金粉を磁
性トナーとして使用する提案は示唆にとどまり、
実際に適用された例はない。
一方、二成分方式は、現像剤中のトナー濃度が
画質に与える影響が大きいこと、長時間の使用に
よつて現像剤の劣化が生じるため現像剤の交換の
必要があること及び現像剤の循環などのために現
像メカニズムが複雑で装置が大型化することなど
の欠点を有する。
このような現況の中で、一成分方式は、現像の
メカニズムが簡単で且つ調整が容易であり、トナ
ーの追加供給だけで現像剤の交換が不用であり、
しかも現像ユニツトが簡素であるということか
ら、保守が大巾に低減できるとともに装置が簡素
となり、装置の軽量化、低コスト化が可能である
ので、一成分用の高性能磁性トナーが開発されれ
ば一成分方式の飛躍的な発展が期待される。
ところで、一成分トナー用磁性粉は、複写機の
磁気ロールの磁力1000Oe程度の磁場で磁速密度
が大きいことが好ましいが、これは磁気ブラシと
しての穂を高くしたり、穂の密度を大きくするた
めである。一成分トナー用磁性粉としては、現在
1000Oe程度の磁場で磁束密度(σs)40〜
65emu/g程度のマグネタイトが一般的に用いら
れているが、この場合前述の如くマグネタイトを
磁性トナー中に50〜70%混入させる必要があり、
満足出来るものではない。
本発明は、これら従来の電子写真磁性トナー用
磁性粉の欠点を一挙に解決した高性能の磁性トナ
ー用磁性粉を提供することをその目的としてい
る。
本発明者らは、種々検討した結果、窒化鉄
(Fe4N)を主成分とし、窒素含有量が3〜10重量
%、平均粒径が10μ以下であり、且つ外部磁場
1000Oeにおいて磁束密度が60〜140emu/gであ
ることを特徴とする電子写真磁性トナー用磁性粉
が上記目的を達成し得ることを見出し、本発明を
完成した。
以下、本発明の磁性トナー用磁性粉をその種々
の特徴と共に詳細に説明する。
本発明の高性能の磁性トナー用磁性粉は窒素を
含有する高磁束密度の鉄粉である。
本発明の磁性粉の窒素含有量は3〜10重量%で
あり、この場合窒素は主に窒化鉄(Fe4N)とし
て含有される。
窒素含有量が上記範囲内にあるものは、60℃相
対湿度90%の状態に2週間放置しても磁気特性の
劣下はほとんどみられず、またこの場合の吸湿量
は0.1〜0.2%程度であり、マグネタイト、フエラ
イトの様な現在一成分方式用として使用されてい
る磁性酸化物の吸湿量が3〜5%であることを考
えると著しく小さいことがわかる。窒素含有量が
3重量%以下のものは、保存中やトナー製造中に
錆が発生することがあり、このため磁気特性が低
下する。また、窒素含有量が10重量%以上のもの
は、磁束密度の小さいFe2N、Fe3N等の窒化物が
増加するため磁気特性が低下する。
本発明の磁性粉の平均粒径は10μ程度以下のも
のであり、一般的に磁性トナーの粒度が7〜40μ
程度であることを考慮すれば5μ以下のものが特
に好ましい。また、粒度分布はシヤープなもので
あることがよい。
本発明の磁性トナー用窒素含有鉄粉は、
1000Oeの磁場における磁束密度(σs)が60〜
140emu/gのものである。
現在、磁性トナー用として広く採用されている
マグネタイトは、例えば1000Oe程度の磁場で磁
束密度(σs)が55emu/g程度であり、磁性ト
ナー中の磁性粉量を50%(重量)とすると磁性ト
ナーの磁束密度(σs)は27.5emu/g程度であ
る。これに対し、本発明の磁性粉、例えば磁束密
度(σs)120emu/gのものを用いれば磁束密
度(σs)27.5emu/gの磁性トナーを製造する
のに22.9%(重量)で済み、トナーの熱容量及び
溶融粘度が著しく低下するので定着性が一段と改
善される。
本発明の高性能の磁性トナー用の窒素含有鉄粉
は次のような方法で製造することができる。
酸化鉄をH2、CO、CH4等の還元性ガスを用い
て400〜900℃の温度範囲で実質的に鉄の段階まで
還元したのち、NH3等の窒素含有ガスで窒化し、
冷却後還元窒化炉よりとりだし、必要に応じボー
ルミル、振動ミル、アトライター、サンドミル等
により粉砕し、分級して所定の粒度の磁性粉を得
る方法である。
窒化反応はNH3でおこなうのが簡便で工業的に
好ましいが、窒素やチレンアミン類、ヒドラジン
類等の窒素化合物を用いることも可能である。窒
素の場合は窒化速度が遅く、またエチレンアミン
類等の有機窒素化合物の場合はNH3に比べ高価と
いう点で工業的に難点はあるが、窒化反応が可能
であり、これらの窒化剤も本発明の磁性粉の製造
に使用可能である。
また、上記製造法において、H2、CO、CH4
の還元性ガスを用いずにNH3により直接還元窒化
することもできる。
さらに、酸化鉄の代りに還元鉄粉、電解鉄粉、
アトマイズ鉄粉、カルボニル鉄粉等の種々の鉄粉
をNH3雰囲気中、400〜900℃で窒化処理し、つい
で必要に応じボールミル等により粉砕し、分級し
て所定粒度範囲ものを得ることも出来る。この場
合、原料や還元窒化条件によつては窒化反応が進
みすぎ、Fe2N、Fe3N等の磁束密度の小さいもの
が生成することがあるので必要に応じて脱窒処理
を施し、磁束密度の大きいFe4N等に転換したの
ち、粉砕、分級しても本発明の目的を達成でき
る。
本発明の窒素含有微細鉄粉は必要に応じてその
表面を酸化処理して使用する。この酸化処理は、
水蒸気を帯同した不活性気体中もしくは空気中で
窒素含有微細鉄粉を加熱処理することによつてお
こなわれる。
以下、本発明の電子写真磁性トナー用磁性粉を
その製造法と共に示す実施例により本発明を説明
する。
実施例 1 顔料酸化鉄(森下弁柄製NSR−300)を還元炉
に仕込み、N2雰囲気中で500℃まで昇温させたと
ころでN2をH2に切り換えた。この後100℃/hrの
割合で昇温し、700℃の温度に3hr保持し、更に
H2をNH3に切り換えて1hr保持し、ついで冷却し
た。500℃まで冷却したところでNH3をN2に切り
換え、更に常温まで冷却し、窒素含有の鉄粉を取
出した。
これをボールミルに仕込み約32hr粉砕し、粉砕
物を取出して分級したところ、粒度が10μ以下の
量は35%(重量)であつた。
なお、粉砕物をそのまま空気中に取り出すと微
細鉄粉のため急激に酸化反応がおこり、燃焼す
る。これを防ぐためにボールミル中の酸素濃度を
コントロールしながら粉砕をおこなつた。すなわ
ち、ボールミルの運転をはじめるとボールミル内
は減圧になるが、これは微細鉄粉と空気中の酸素
とが反応するためと考えられ、この減圧におぎな
うだけの空気を送りながらボールミルを運転する
と急激な酸化反応を防ぐことが出来た。
粒度が10μ以下の鉄粉の磁気特性を調べたとこ
ろ、外部磁場1000OeにおいてHc70Oe、σ
s105emu/gであつた。
また、X線回析からその組成はFe4N90%、
Fe10%であり、窒素含有量は5.4%(重量)であ
つた。
実施例 2 酸化鉄(酸鉄工業製S−2000)を還元炉に仕
み、N2雰囲気中で500℃まで昇温したところでN2
をNH3に切り換えた。この後100℃/hrの割合で
昇温し、700℃の温度に4hr保持して還元窒化反応
をおこなつた。NH3雰囲気中で冷却し、500℃に
なつたところでNH3をN2に切り換え、更に常温ま
で冷却して取出した。
この還元窒化鉄とトルエンを回分式の振動ミル
に仕込み15hr粉砕した。トルエンを添加したのは
取出し時の鉄粉の急激な酸化反応による熱焼を防
ぐためである。なお、鉄とトルエンとの割合は
1:1(重量)である。
粉砕終了後、微細鉄粉のスラリーを取出し、風
乾によりトルエンを飛ばしたのち、磁気特性を調
べたところ、外部磁場1000OeにおいてHc82Oe、
σs90emu/gであつた。
X線回析法により、その組成を調べたところ
Fe4N80%、Fe20%であつた。また粒度が10μ以
下のものは87%(重量)であつた。
実施例 3 実施例1で得た還元窒化鉄粉とメチルアルコー
ルをアトライターに仕込み10時間粉砕した。
粉砕物を取出し、メチルアルコールを風乾によ
り飛ばしたのち磁気性を調べたところ
Hc110Oe、σs85emu/gであつた。
また粒度が10μ以下のものは98%(重量)であ
つた。
実施例 4 エポキシ樹脂70%(重量)、カーボンブラツク
ツク4%(重量)及び実施例1で得られた窒素含
有鉄粉26%(重量)の混合物を加熱ニーダーを用
いて十分混練し、常温まで冷却後ジヨツトミルに
より約35μ以下の粒度に粉砕した。これを分級し
て10〜35μの磁性トナーを得た。この磁性トナー
の磁気特性は1000Oeの外部磁場において
Hc85Oe、σs27emu/gであつた。
次にセレン感光板ドラム上に静電画像を形成
し、常法に従い、磁気ブラシ法により本トナーを
用いて現像し、かかる後普通紙上に転写し、定着
したところ、良好な画像を得ることができた。さ
らに、セレン感光板を酸化亜鉛感光板にかえても
同様に良好な画像が得られた。
比較例 エポキシ樹脂50%(重量)、カーボンブラツク
4%(重量)及び立方状マグネタイト46%(重
量)の混合物を実施例4と同様の方法で磁性トナ
ーを製造した。この磁性トナーの磁気特性は
1000Oeの外部磁場においてHc90Oe、σ
s28emu/gであつた。これを実施例4と同様の
条件で画像特性を調べたところ、エツヂ効果やカ
ブリ現象が見られ満足出来るものではなかつた。
特に高湿特性が悪く、高湿においては画像がほと
んど出なかつた。
このように本発明の磁性粉を用いた磁性トナー
は、熱圧力のいずれの定着方式においても画像特
性の一段と改善されたものであつた。
実施例 5 電解鉄粉(東邦亜鉛製マイロン)を窒化炉に仕
込み、N2雰囲気で400℃まで昇温したところでN2
をNH3に切り換えた。この後、600℃まで昇温
し、この温度で4hr保持し、窒化をおこなつた。
NH3雰囲気中で冷却し、400℃になつたところで
NH3をN2に切り換え、常温まで冷却して取出し
た。
これを実施例2と同様の条件で粉砕した。
このものの磁気特性を調べたところ、外部磁場
1000Oeにおいて、Hc65Oe、σs85emu/gであ
つた。
またX線回析法でその組成を調べたところ、
Fe4Nのみのピークしか検出されなかつた。
実施例 6 還元鉄を窒化して窒化鉄を製造した。窒化温度
を700℃としたが、他は実施例5と同様の条件で
ある。
このものの磁気特性は外部磁場1000Oeにおい
てHc98Oe、σs77emu/gであつた。
またX線回析によりその組成を調べたところほ
ぼFe3N25%、Fe2N15%、Fe4N60%であつた。
尚、本発明の磁性粉を用いた磁性トナーは、そ
の磁気特性から現在注目をあびている磁気潜像法
電子写真用にも使用し得ることにも留意すべきで
ある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 窒化鉄(Fe4N)を主成分とし、窒素含有量
    が3〜10重量%、平均粒径が10μ以下であり、且
    つ外部磁場1000Oeにおいて磁束密度が60〜
    140emu/gであることを特徴とする電子写真磁
    性トナー用磁性粉。 2 窒化鉄(Fe4N)以外の成分として他の鉄窒
    化物(Fe2N、Fe3N)を含有することを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の電子写真磁性トナ
    ー用磁性粉。
JP56066362A 1981-04-30 1981-04-30 Magnetic powder for electrophotographic magnetic toner and its manufacture Granted JPS57181554A (en)

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