JPS6371859A - 磁性トナ− - 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、静電記録、静電印刷等に於ける静電
荷像を現像する乾式現像剤を構成する磁性トナーに関す
る。

従来技術 静電荷像の形成法は従来周知であり、例えば電子写真法
においては通常光導電層を帯電させた後原図に基いた光
像を照射し、光照射部分の静電荷を減少又は消滅させて
静電潜像を形成する。

そしてこの静電潜像を乾式現像剤で現像する方法として
はキャリア及びトナーの二種の粒子を使用するものの外
、特にキャリア粒子を用いる事なくトナー粒子のみを使
って現鷹する一成分現像法が知られている。

この−成分現像法にも各種の形態が存在するが、中でも
磁性トナーを用い磁気ブラシ現像法で現像する方法が代
表的である。

これはトナーの磁性を利用し、磁気ロール等によりトナ
ーを靜１！署像部へ搬送し静電誘導、静電誘導、誘電分
極、摩擦Ｍ鑞等に基づくトナーの電荷と静電潜像間のク
ーロン力をトナーと磁気ロール間の磁気引力よフ大きく
なるようにコントロールすることで現像が行われる。こ
のような方式はキャリアを使用しないため、キャリア粒
子の汚染、即ち現渫削Ｏ劣化という問題を生ぜず、現像
機構も簡便となるなど多くの利点を有するが、転写時に
は現像時と異なる性質が要求されることから光導電体上
に良好に現像されたトナー像を紙等に同僚に転写するこ
とは極めて困難であり、現像性と転写性を如何にして両
立させるかといったことが１大な問題であった。

磁性トナーは一般に結着樹脂強磁性体微粉末、染料、顔
料、導電性ｔｉｔ！Ｊｆｆｉ剤及びその他添加剤から成
り、前述の様に比較的導電性のトナーを使用する場合に
は＃電」導によるトナーへの電荷注入が、又比紋的杷峰
性のトナーを用いた場合には誘電分極、或いは接触帯電
電荷等が、現１象性を支配すると考えられる。しかしな
がら、前者の様な高導電性トナーを用いると、非常に良
好な現像トナー像を得ることは可能であるが、静電転写
時にトナ一層の飛散が生じ、満足な画偉を得ることが出
来ない、一方後者の様な高絶縁性トナーを用いると、確
かに転写は良好に行われるが、それ以前の現像トナー像
はエツジ効果が強く、又非画像部の地汚れ、現像ムラ等
が頻発し、十分な像が得られない。

特開昭５２−１０２７３１号では１０１１Ω−以下の磁
性トナーを用いると、現像は良好であるが転写が不十分
であシ、１０１２０１以上の高絶縁性トナーを用いると
転写は良好であるがトナーの誘電分極が現像を支配する
ため十分な現像トナー像を得るためには、酸化亜鉛感光
材の様な電界強度の変化が大きいものを使用しなければ
ならないとしている。

磁性トナーは古くから研究開発が成されてきたが転写型
電子写真等に応用する場合には未だ現像性と転写性を十
分両立させることが出来ず問題の解決が要求されている
。

本発明の目的 従って、本発明は磁性トナーの電気的性質を制御する事
により、現像性、転写性共に著しく良好な現像剤を提供
することを目的とするものである。

本発明の構成 前述の目的は結看樹脂中に少くとも磁性粉が分散した微
粉末とこの微粉末の表面に付着した導電性粒子から構成
され、粉体トナー抵抗高が１０ｋｖ／ｃ’ｙｉの電界下
で１０１４Ωｃｍ以上、圧縮トナー抵抗率が５ｋＶ／ｃ
ｍの電界下で１０１２〜１０１５Ω傭であることを特徴
とする磁性トナーを使用することによって達成すること
ができる。

中　粉体トナー抵抗率、圧縮トナー抵抗率磁気ロールで
磁性トナーを搬送して静電１儂を現像する際のトナーを
観察すると、磁気ロール又は磁気ロール周囲のスリーブ
の回転によって磁性トナーが運動し、更に、現像ニップ
近傍ではトナ一層がかなシ圧縮されている事が解る。

即ち、転写前のトナーの状態を静的な状態と呼ぶならば
、現像時のトナーは動的な状態であり、トナー粒子同士
の接触確率、接触面積の大きな動的状四では、高電場下
で適当に低抵抗化させ、帯電効率が向上する様に制御す
ることができる。

本発明者らは、静的状態を、トナーの粉体トナー抵抗率
として、動的状態をトナー粒子を加圧成型して得た固体
試料の体積固有抵抗唾である圧縮トナー抵抗率として、
検討した結果、粉体トナー抵抗率が１０１４ΩＧ１以上
であれば転写性良好であシ、又、圧縮トナー抵抗率が１
０１２〜１０１５０６１であれば現像性も十分満足出来
ることを確認した。

仮りに粉体体積抵抗が１０１４Ω４程度であっても、圧
縮トナー抵抗率が１０１６Ωｃ！ＩＬｔｌ−壇えるもの
は、現像時間を十分長くしないと現像ムラ、白抜けが発
生し、逆に、圧縮トナー抵抗率が１０１０Ωｃｍ以上、
１０１５０口以下に調整逼れたトナーのみが、現像性と
転写性の両立が可能であった。特に実用的な現像スピー
ドの範囲では、粉体トナー抵抗率が１０１４０１以上、
圧縮トナー抵抗率が１０１２〜１０１５Ωｃｍであるこ
とが必要である。なお、一般に圧縮トナー抵抗率は粉体
トナー抵抗率より常に低い値を示す６通常、トナーの抵
抗値を制御する方法としてしはしば採用されるのは、結
Ｍ！Ｈ脂の抵抗ヲ変える方法、カーゲンブラック、金属
粉等の導電性扮を添加する方法等である。本発明の目的
を達成するためには、基本的にはこれらのどの方法も可
能である。しかし、最も簡便な方法はトナー粒子表面に
カ一対ンブラック等の導電性微粉末を付着させることで
ある。さらに、このような導電性微粉末をトナー粒子表
面に付着させることによシ、トナーの流動性・搬送性も
制御することが出来る。

トナー粒子表面に導電性微粉末を付着させる方法として
、高速で回転する攪拌羽根を攪拌室内に有する攪拌装置
ｉ１を使用するのが有効である。

またトナー粒子表面に対する、これら導電性微粉末の量
であるが、少なすぎると帯電性、流動性、搬送性の制御
が困難となる＠又、多すぎると、導電性微粉末が遊離し
てしまうことがある０従って最も有効な、導電性粉末の
使用量は、トナー粒子表面で導電性粉末が単一層を形成
する濃度に相当することが望ましい。

第１図及び第２図に示すようにコピーの画惚１度は現ｆ
ｌ　）ｔ　ｍと転写率との兼ね合いで決まる。

本発明は粉体トナー抵抗率と圧縮トナー抵抗率を規定す
ることによシ、トナーの現像性、転写性を制御し、適当
な画儂濃度のコピーが得られるトナーを得ようとするも
のである、第２図において、 ドラム上のトナーの現像重量 である。

なお、上記電気抵抗値の定義および測定法は下記の説明
に従う・本発明で、粉体トナー抵抗率と称する抵抗値は
、ＪＩＳに６９１１に準じガード電極ｔ−有し、直径５
０の電極間に流れる電流１よシ求めたものである。ただ
し、電極は、水銀ではなく真鍮製でこれを保持する絶縁
体は高絶縁性ポリ四沸化エチレン樹脂を用いた□この電
極間に、　　トナー粉末を厚さ０．１２±０．０２ｃｍ
で、かつ均一に充填し、電極との接触を良好にする丸め
に、約５０？／α２　の荷重を加えた・その後ＩＩ流定
電圧印加し、電流を測定し、それをさらに、固有抵抗率
に換算した。

ここで用いている粉体トナー抵抗高は、電界１０　ｖｋ
／αでの値を採用している＠これは、より低電界では、
高抵抗トナーの抵抗値は誤差が大きくなる事と、転写電
界は１０５Ωｃｍ　とされているが、本発明で用いた装
置では転写時より高密度にトナーが充填されているため
に、転写電界より低い電界でも、充分、転写電界下での
磁性トナーの抵抗値を反映しているからである。

さらに、よυ高電場で測定を行うと、トナー材料によっ
ては発熱変化し、測定値にノイズを含む様になると懸念
されるためである。

一方、圧４縮トナー抵抗率とは、トナー粉体を常温で加
圧成型して、直径５　ｃＩｎ、厚さ約２．５隨の円板状
試料とした後、直径３，４ｃ！ｌｌでガード電極を有す
る真鍮製電極間に？！着させて、直流電圧を印加し、電
流値を測定し、換算して、固有抵抗率にした。円板状試
料の加圧成型は約５００Ｋｇ／ａｎ２　　から約１００
０　ＫＩＦ／ａｎ２　の圧力と、約３０秒間、９０’ず
つ方向を変えて４回加圧する事によって行なった。成型
圧を変光るのは、圧縮トナー抵抗率が、加圧成型試料中
の空隙により変化する事がない様に、空隙率を５慢以下
にするためである。結着樹脂中に軟質成分を多く含有す
る磁性トナーは、低圧で成型し硬質成分を多く含有する
磁性トナーは高圧で成型することにより、一定の空隙を
有する試料がｖＩ４整できる。この圧力はほぼ約５００
　Ｋｆ／ｃｖ２から約１０００　Ｋ４／ｃｍ２であった
。加圧成型試料中に５１以下の空隙が存在する事は即ち
、本発明で定義するところの圧、＠トナー抵抗率はトナ
ー固体の実際の体積抵抗率というよシ、むしろ高充填、
高接触状、憧でのトナー粉体の接触抵抗というべきであ
り、トナー粉体集合の動的状態下での抵抗の指標として
、非常に有効であると考えられている。

圧縮トナー抵抗率は、５ｋｖ／ｃｍの電界での値を採用
している。これは、低電界の測定において、粉体トナー
抵抗率の測定と同様に低電界での誤差の開運と、現像電
界が１０　ｋｖ／　ｃｎとされているが、感光体上の潜
像の電位に分布があるため必ずしも一つの電界を規定で
きないが１現像の際のトナー粒子の充填と、加圧成型試
料の空隙率とを比較すると、は為’ｉ−Ｋ　、加圧成型
試料の方が密に充填されてお’）　、１０ｋｖＡよシ低
醒界で測定可能となる墨がわかった。さらに、本発明者
らが、種々、検討した結果、電界は５ｋｖ／ｃｍが最適
であること金兄い出し九ゆ粉体トナー抵抗率、圧縮トナ
ー抵抗率は共に温度約２５℃、湿度約６０チの環境条件
下で電圧印加１分後に測定した電流値から体積抵抗を計
算して求めたものである。

（ｉｉ）　　）ナー （ａ）　　結Ｍ樹脂 本発明のトナーに使用される結着樹脂材料は特に限定す
る必要はなく、基本的には天然及び合成の如何なる樹脂
状物質も使用可能である。但し、結着樹脂全体が体積固
有抵抗１０１２Ωｃｍ以上になる様に調整すると、トナ
ーの抵抗値の規定ｔ−満足しゃすい。結着＃脂の選択は
主にどの様な画像定着方法を採用するかで決定される拳
例えば、熱定着法を採用する場合ＫＦｉ、エポキシ系樹
脂、ｄリエステル系樹脂、或いはスチレン系、アクリル
系樹脂等のビニル系樹脂が一般にしばしば用いられる。

特に熱ロール定着の場合は結着樹脂の重量平均分子量を
−からみ合いＩの臨界分子量以上に十分大きくするか、
特公昭５１−２５５５４に記載されている様に部分的に
架橋構造を取らせる事が望ましい。圧力定着法を採用す
る場合には、常温で塑性変刑、粘弾性変形が可能となる
様に、例えば特公昭４４−９８８０号に記載されている
様な脂肪族成分、或いはその他のワックス状材料、更に
は特開昭４８−７８９３６号に記載されているアイオノ
マー等の弱架橋重合体、％開開４８−ｙｓｏｓｓ号に記
載されている様なブロック共重合体、その他ゴム状樹脂
−粘着性付与剤、液状添加剤をも使用する事ができる。

場合によっては、マイクロカプセル構造のトナーであっ
ても良い。結着樹脂状物質は結晶性であっても、非品性
であっても構わないが、使用時又は保存時にトナー粒子
が相互に、ブロッキングしない様に、結着布層の６０重
量−以上はガラス転移点或いは融点が５０℃以上である
事が望ましい。

（ｂ）　　磁性体粉末及び導電性粉末 又、磁性体粉末としては感磁性を示すあらゆる材料が用
いられる。例えば、鉄、ニッケル、コバルト等の金属、
金属酸化物、合金等が用いられる。磁性トナーの場合、
四三酸化鉄、三二酸化鉄、コバルト添加！夕化鉄、フェ
ライト、ニッケル粉末等がしばしば使用され、その添加
量は現像条件によシ決定されるが、例えば粒径０．２〜
０．８μの粒状の四三酸化鉄微粉末の場合、トナー全体
量の５５〜６０Ｍ量係が効果的である。

磁性体の磁気特性も、添加量、現家方弐に依存する丸め
、明確に定義する事は鑓しいが１保磁力５０〜７０００
・、飽和磁化５０〜２００　＊ｍ＋／／ｆ程度の範四の
ものは不都合なく（Ｚ用する事が可能であった。磁性体
粉末の粒径はトナーの粒径との関連で決定きれるが、通
常の粒径数十序のトナーに対しては、０．０１〜１μへ
好ましくは０．０５〜０．５ＰＸ４度の４のが使用しや
すい。又、磁性体粉末の形状は特に限定する必要はない
。

しかし、本発明の規定抵抗値を達成する丸めに磁性体粉
末のみをトナーに内添する場合、針状粉を用いた場合に
は抵抗値が下がりすぎることがあり、粒状磁性体粉末を
用いる方がトナーの抵抗値を容易に制御することができ
る・但し、カーボンブラック等の４電性粉末をトナー中
に内添する場合は針状磁性体粉末の方がトナーの抵抗値
を容易に割針できる点で好ましい。

なお、磁性体粉末は一般に比較的硯水性の表面を有する
。そのため、結着樹脂への分散性を安定させたり、トナ
ーの汲置依存性を改善したシするためにその表面をステ
アリン酸等の高級脂１彷酸及びその誘導体重シラン系１
チタネート系等のカップリング剤等で親油化処理して用
いても良い・ さらに、）ナーの帯電性を安定させ、かつ流動性、搬送
性を上げる手段としてトナー粒子表面の磁性体粉末の突
出を防ぐために極性基を持つ結着樹脂を使用するのが有
効である。

即ち、磁性体粉末の親水性の表面と結着樹脂の極性基と
の相互作用で磁性体粉末を結着樹脂で囲み、トナー粒子
表面の磁性体粉末の突出を少なくシ、トナー表面を清ら
かにすることＫよシ、トナー粒子表面への導電性粉末の
付着を均一にし、トナーとトリマー間の電荷交換性を安
定させることが出来る。

本発明の効果 以上のように構成された磁性トナーは、現像１転写のい
ずれにおいても優れた特性を有する◎さらに、結着樹脂
の選択を適当に行り１磁性粉末の混合量、導電性微粉末
の付着量、及びそれらの粒径、形状を制御することによ
り種々の光導電性材料に対して適合させることができ、
良好な現像性、転写性を与えることができる。また、こ
の磁性トナーは安定した帯電量を有するため反復現像に
対しても良好な特性を有するとともに、環境が変化して
も常に安定した現像性、転写性を有する。また、流動性
、搬送性も良い。

実施例の説明 以下実施例により本発明を説明する。

（比較例１）　　＾トナー ／　ＩＪ　スｆレン樹脂、１８　ｗｔ　　／豐−セント
、スチレンアルコール共重合体６ｗｔ’４、スチレング
ラフトポリエチレンワックス１０　ｗｔ　１１　、スチ
レン−ブタジェン共重合体４　ｗｔ慢、四三酸化鉄（粒
状、粒径０．５μｍ）６０ｗｔチを溶融混練し、その後
、粉砕、分級を行い平均粒径１５．２Ｐの磁性トナーを
得た。こうして得たトナーにカーがンブラック（粒径０
．０２μｍ）を０．５ｗｔ幅を加え、高速で回転する攪
拌羽根を攪拌室内に有する攪拌装置を用いて攪拌を行い
トナー粒子表面にカーメンブラック粒子を付着させたト
ナーを得た（＾トナーとする）。＾トナーでコピーをと
ると、ドラム上の現像重量は満足出来るものであったが
、普通紙への転写性が悪く画質濃度が低く実用的ではな
かった。

＾トナーの粉体トナー抵抗率は９．０Ｘ１０１２ΩＧ、
圧縮トナー抵抗高は５．３Ｘ１０１０ΩＧ１であった。

Ｃ＊施例１）　　８トナー スチレン−！チルメタクリレート共重合体２３ｗｔ％、
低分子量ポリプロピレンワックス１２ｗｔチ、スチレン
−ブタジェン共重合体５　ｗｔ嗟、四三酸化鉄（粒状、
粒径０．５μｍ）　６０　ｗｔ俤を用い、Ａトナーの場
合と全く同じ方法によシ、平均粒径１５．５μ℃磁性ト
ナーを得た。更にこのトナー粒子表面にカーメンブラッ
ク（粒径０，０２μｍ）０・　５　ｗｔｌｓを＾トナー
と同じ方法で８トナーでコピーをとると、ドラム上の現
像ｉｉ分も満足のゆくものであり、普通紙への転写性も
曳く、画像濃度の高い満足のゆくコピーが得られた。

Ｂ）ナーの粉体トナー抵抗率は３．７ＸＩＱ１６０口、
圧縮トナー抵抗率は７．５ＸＩＱｔ４Ω口であった。

（実施例２）　　Ｃトナー ポリスチレン樹脂２５　ｗｔチ、有機酸グラフトポリエ
チレンワックス１３　ｗｔ％　、スチレン−ブタジェン
共重合体７ｗｔ９１ｉ、四三酸化鉄（粒状、粒径０．５
μｍ）５５ｗｔ％を用い、Ａトナー、８トナーと全く同
じ方法で平均粒径１５．１μ哨磁性・トナーを得た。さ
らにこのトナー粒子表面にカーＭンブラック（粒径Ｑ　
、　０２　ｕｎ）　Ｇ　、　Ｓ　ｗｔ％をＡトナー、Ｂ
トナーと全く同じ方法で付着させこれをＣトナーとした
。Ｃトナーでコピーをとるとドラム上の現１象重舊はＡ
トナー、８トナーより４多く、また普通紙への転写性も
よく、Ｂトナーよりも画質的に満足のゆくコピーが得ら
れた。Ｃトナーの粉体トナー抵抗率は７．５Ｘ１０１４
Ω１、圧縮トナー抵抗率は２．ｌＸ１０１５Ω国であっ
た。

（比較例２）　　０トナー ？リスチレン樹脂２７　ｗｔｌ　、スチレン−アリルア
ルコール共重合体９ｗｔチ、エチレン−酢酸ビニル共重
合体ワックス１５　ｗｔｌ　、スチレンーツタジエン共
重合体ｔ　ｗｔ慢、四三酸化鉄（粒状、粒径０．５μｍ
７１）　４０　ｗｔｌを用い、Ａ、８％Ｃトナーと全く
同じ方法で粒径１５．６７ｍ磁性トナーを得た。さらに
このトナー粒子表面にカーメンブラック（粒径０　、０
２　ｐｍ）　０　、５５　ｗｔ慢を＾、ａ、　Ｃトナー
と全く同じ方法で付着させこれをＯトナーとした。０ト
ナーでコピーをとると、ドラム上の現像重量が少く、満
足のゆくコピーはとれなかった。しかし、普通紙への転
写性は喪好であった。

Ｏトナーの粉体トナー抵抗率は４．５Ｘ１０１７Ωｄ圧
縮トナー抵抗率は２．ｌＸ１０１６Ωｃｍであった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、圧縮トナー抵抗率とドラム上のトナーの現像
重量の関係を示したグラフ、第２図は粉体トナー抵抗率
と転写率との関係を示したものである。 第１図 第２図 亀

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 結着樹脂中に少くとも磁性粉が分散した微粉末とこの微
   粉末の表面に付着した導電性粒子から構成され、粉体ト
   ナー抵抗率が１０ｋＶ／ｃｍの電界下で１０＾１＾４Ω
   ｃｍ以上、圧縮トナー抵抗率が５ｋｖ／ｃｍの電界下で
   １０＾１＾２〜１０＾１＾５Ωｃｍであることを特徴と
   する磁性トナー。