JPS6033264B2 - 電子写真用トナ− - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子写真法或いは静電印刷法などに於いて電気
的潜像を現像するのに用いられるトナーに関する。

従来、電子写真法としては米国特許第２２９７６９１号
明細書、特公昭４２一２３９１０号公報及び特公昭４３
一２４７４８号公報など多数の方法が知られているが、
一般には光導電物質を利用し、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を用い
て現像し、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・加圧或いは溶剤蒸気などにより定着
し複写物を得るものである。

電気的潜像を可視化する現像剤としては、トナ−粒子と
キャリア一粒子とから成るいわゆる２成分系或いはトナ
ー粒子のみから成るいわゆる１成分系のものが知られて
いる。

そしてこれらのトナーの特性に応じて、種々の現像方式
が採用されている。一般に１成分系トナーは、多くの利
点を有している。

例えば、トナー及びキャリア一粒子間の衝突によるトリ
ボ、凝集等の劣化がないこと、１成分であるからキャリ
ア一粒子とトナー粒子との相対量を一定にする必要がな
いこと等である。従って近年になって１成分系トナーに
対する関心が高まり、数多くの研究がなされてきている
。ところが、従来の１成分系トナーにはそれぞれ何らか
の欠点があり、実用上満足できるものが得られていなか
った。例えば、従来の非導電性磁性トナーでは、トナー
のトリボ電荷は例えば現像器スリーフとトナー粒子との
摩擦によって発生するが、実際にはトリボ電荷量が不充
分で複写物にはカスレ或いはカブレを生じていた。又導
電性樹脂トナーではトナー粉像の静電転写が不可能で、
ＥＦ方式（ェレクトロフアツクス方式）のように感光紙
上へ直接に定着画像を形成していた。更にこの種のトナ
ーでは、製造の為に特殊な工程を必要としコストが高く
なっていた。本発明は、従来の１成分系トナーの種々の
欠点をすべて解決することを目的としたものである。

即ちトナー自体のもつトリボ電荷と、トナーが導電性で
あるために生ずる誘起電荷とを利用して現像し、トナー
粉像の静電転写が可能で、且つ製造が容易な１成分系電
子写真用トナーを提供するものである。上記の目的を達
成する本発明とは、窒素吸着法による表面積が少なくと
も８５０〆／夕、且つＤＢＰ吸油量が少なくとも２８０
の‘／１００夕である多孔性カーボンブラックを含有す
ることを特徴とする電子写真用トナ−である。以下本発
明の構成、作用等について詳述する。

本発明者等の種々の実験の結果、特定の導電率及びトリ
ボ帯電性を示すトナーを用いた場合には、導電性がかな
り高いトナーであるにもかかわらず、トナー粉像の静電
転写が行なえることが判明した。更に又、特定の導電率
及びトリボ帯電性を示すトナーのうちでも、特に後述の
多子Ｌ性カーボンブラックを含有するトナーは、得られ
る複写物の画質が優れており、又製法も簡便である等の
著しい効果があることも判明した。本発明のトナーは、
結着樹脂１００重量部に対して後述の如く多孔性カーボ
ンブラックを３〜３広重量部、好ましくは３〜２の重量
部、特に好ましくは４〜１の重量部混合・分散して作成
されるものである。

本発明のトナー用結着樹脂としては、従来、トナーに用
いられてきたほとんどすべての樹脂が好ましく用いられ
る。

例えばポリスチレン、ポリＰ−クロルスチレン、ポリビ
ニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の単重合体
、スチレン−Ｐ−クロルスチレン共重合体、スチレンー
プロピレン共重合体、スチレンービニルトルェン共重合
体、スチレンービニルナフタリン共重合体、スチレンー
アクリル酸メチル共重合体、スチレンーアクリル酸エチ
ル共重合体、スチレンーアクリル酸ブチル共重合体、ス
チレンーアクリル酸オクチル共重合体、スチレンーメタ
アクリル酸メチル共重合体、スチレンーメタアクリル酸
エチル共重合体、スチレンーメタアクリル酸ブチル共重
合体、スチレンーＱクロルメタアクリル酸メチル共重合
＊＊体、スチレンーアクリロニトリル共重合体、スチレ
ンービニルメチルェーテル共重合体、スチレンービニル
ェチルェーテル共重合体、スチレンービニルメチルケト
ン共重合体、スチレンーブタジェン共重合体、スチレン
ーィソプレン共重合体、スチレンーアクリロニトリルー
インデン共重合体など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、ボリ塩
化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ェポ
キシ樹脂、ポリビニルブチラール、ロジン、変性ロジン
、テルベン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又は脂環族炭
化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パ
ラフィンワックスなどが単独或いは混合して使用できる
。なおこれらの樹脂のうち、例えばスチレンーブタジェ
ン共重合体、アルコール成分の炭素数が１〜４であるメ
タクリル酸ェステル若しくはアクリル酸ェステルとスチ
レンとの共重合体、ポリエチレン或いはエチレンを主成
分とする共重合体等はカーボンブラックの分散が良好に
なるので結着樹脂として特に好ましく用いられる。本発
明のトナーに用いられるカーボンブラックは、表面積及
びＤＢＰ吸油量が共に従来のものに比べて著しく大きな
ものである。これらの特性値は当業者にはよく知られた
方法によって決定される。即ちカーボンブラックの表面
積は、カーボンブラックの表面に吸着された液体窒素の
吸着量から求められ、又ＤＢＰ吸油量は、ＡＳＴＭ Ｄ
−２４１４〜７５による方法で測定される値である。下
記の表−１には、従来のトナーに用いられていたカーボ
ンブラックと、本発明で用いられるカーボンブラックと
の性質上の差異を示す。表一１ 上記の表に示す如く、本発明のトナーに適したカーボン
ブラックは表面積及び吸油量がともに著しく大きなもの
である。

しかし、あまり表面積或し、は吸減量が大きくなっても
樹脂中への分散が悪くなる等の欠点も生じるので、本発
明のトナー用としては好ましくは表面積が８５０〜１５
００め／夕、且つＤＢＰ吸油量が２８０〜５００叫／１
００夕のもの、そして特に好ましくは表面積が９００〜
１２００で／夕、且つＤＢＰ吸油量が３００〜４００の
Ｚ／１００夕のものである。この種のカーボンブラック
の最も代表的な例としては、ケツチェンプラツクＥＣ（
商品名，ライオンアクゾ社製）が挙げられる。又、本発
明のトナーには更に強磁性の粒子が添加される。即ち、
本発明のトナーに最も通した現像法は、現像器のスリー
ブ上に磁気吸引力でトナー層をブラシ状に形成させ、こ
のブラシにより粉像を生ぜしめる方法であり、そのため
には、マグネタイト、フェライト、鉄、ニッケル或いは
コバルト等の強磁性粒子が添加される。上記の如く構成
されたトナ一粒子は、次の様な電気的性質を有している
。

即ち導電率が１０‐３〜１０‐６（Ｑｃの）‐１、好ま
しくは１０‐４〜１０‐７（０弧）‐１の範囲にあり、
且つスリーブ表面上のトナー層が有する表面電位の絶対
値が少なくとも１０Ｖ、好ましくは少なくとも２０Ｖで
あるようなトナーである。但し上記の電気的特性値は下
記■及び｛Ｂ）に示す方法で測定されたものである。

なお脚の「スリ−ブ上のトナ−層が有する表面電位」に
関して附言するならば、１成分系トナーのトリボ電荷量
は、２成分系トナーで用いられるような直接的な方法で
は測定できないので、トリボ帯電したトナーが集合して
トナ−層を形成した状態の表面電位の値をもってトナー
のトリボ帯電性の尺度とした。この「スリーブ表面上の
トナ−層が生ずる電位」の絶対値及び極性は、一定の条
件下ではトナ−の有するトリボ電荷量の絶対値及び極性
に対応している。蜘 トナーの導電率測定法；トナー粉
を錠剤成型器（赤外線吸収スペクトル測定用のもの）に
入れ、約２００ｋ９／洲の圧力で約１肌厚のトナー成型
物とした。

該成型物を平行電極間に挟持し、印加電圧１肌で電極間
に流れる電流を微少電流測定器（商品名，ェレクトロメ
ータＴＲ−８６５１、竹田理研製）で測定した。

この電流値より成型物の形状因子を考慮してトナーの導
電率を求めた。但し、電極と成型物とは導電性樹脂で接
着して、両者間の接触抵抗を事実上無視しうる程度に小
さくした。‘Ｂ’スリーブ表面上のトナー層が有する表
面電位の測定方法；第１図に示す如く、その内部に磁束
密度８００ガウス・８極で構成された円筒状永久磁石１
を有し、且つ外径３物肋、長さ３０仇肋のアルミニウム
（或いはステンレス）製スリーブ２の表面上に、トナー
粉を磁気吸引させてトナー層を形成した。

この時スリーブを回転することによりスリーブ表面とト
ナー粒子とを互いに摩擦した。又スリーブ表面に対し鉄
製穂切りブレード３の先端３′（両刃型になっている）
を５０〃の間隔で設置し、スリーブ上のトナー層の厚み
を一定にした。第１図には、スリーブ２の表面上に吸引
されたトナー層６が穂切りブレード３によって一定の厚
みのトナー層７にされる状態が概略的に示されている。
次いで、スリ−ブ表面に対し約１伽の位置に設置された
ブローブ４及び該プローブに接続した表面電位計５（静
電電位計モデル２３０モンロー社製）を用いて、接地に
対するトナー層が有する電位を求めた（スリーブ上のト
ナー層とプローブとの間隔が多少変動しても、表面電位
の読みが事実上無視しうるように補償されている）。な
お、上記の測定は温度２５ｑｏ、湿度６０％の条件下で
行なったものである。画質の良好な複写物を得る為には
、上記の方法で測定された電気的な特性値が、種々のト
ナーにおいて下記の表−２に示す範囲にあることが必要
である。

表−２ 本発明のトナーは、かなり高い導電性を示すにもかかわ
らず、現像器のスリーブ表面上である程度のトリボ電荷
を保持しうろこと、又実際に現像した後、トナー粉像を
静電転写できること等が確められた。

更に又、本発明で用いられている多孔性のカーボンブラ
ックは、わずかの量でトナーの導電率を増大させる作用
をもつことも確められた。

例えば、結着樹脂の種類によっては、結着樹脂１００重
量部に対し多孔性カーボンブラックの添加量を３重量部
から５重量部に増加するだけで導電率が１ぴ〜１ぴ倍も
増加する。上記の如くの特異な性質が何によるのか正確
には説明できないが、多孔性カーボンブラックの表面積
及び吸油量が共に大きいことにより、カーボンブラック
が特異な形態で結着樹脂中に分散している為であると思
われる。

従って見かけ上はかなり高い導電性を示すにもかかわら
ず、トナー粒子の表面にはカーボンブラックの露出して
いない部分もかなり存在し、この部分がトリボ電荷を保
持しうるのである。本発明のトナーを用いた場合、現像
時には、金属製の現像器スリーブとトナー粒子が摩擦さ
れて、トナーの表面にはある程度のトリボ電荷が生ずる
。

又この時スリーブは接地されているので、接地側からス
リーブ表面上のトナー層まで導電路が形成されて、潜像
電荷とは逆極‘性の電荷が誘起され、上間のトリボ電荷
及び誘起電荷を用いて感光体上にトナ−粉像が形成され
る。そして転写時には、前記トリボ電荷とは逆極性の帯
電器を用いて静電転写を行なうことができる。なお・粉
像の転写性を爵歌善する為こ、粉像形成後にコロナ帯電
等の手段により粉像に電荷を与えた後に転写を行なって
もよい。

即ち、本発明のトナーは、現像時には絶縁性及び導電性
が作用し、又転写時には主として絶縁性が作用するので
ある。従って、従来のトナーで不足していたトリボ電荷
量を誘起電荷で補うことができるもので、現像或いは転
写時にトナーに存在する電荷が安定し、結果的に複写物
はカブリ或いはカスレも生じないのである。なお、トリ
ボ帯電性を更に改善するために本発明のトナーには荷電
制御剤の如き添加剤を加えてよい。

例えば代表的なものとしては、ニグロシン、塩基性染料
のレーキ顔料、フタロシアニン群青、高級脂肪酸及びそ
の金属塩等が挙げられる。更に本発明のトナーの特徴は
、製造が容易なことである。従来の導電性トナーにおい
ては、工程が複雑であること、一時に大量のものが製造
できないこと等多くの問題があったのである。例えば、
樹脂及び願料等を溶剤に溶解し、この溶液を贋霧乾燥す
る方法では、溶剤回収が困難であること、装置が大きく
なること、生成するトナーが中空になり易く生産効率も
低いこと等の欠点がある。

又、トナー粒子の表面にカーボンブラックを適当量だけ
付着させる方法では、粉体を融解させてその表面にカー
ボンブラックを付着させるという複雑な工程を必要とす
ること、生産効率が低いこと等の欠点がある。ところが
、本発明のトナーでは、上記の如くの特殊な工程を一切
必要としないで、単に結着樹脂中に多孔性カーボンブラ
ックを均一に分散すればよいのである。

以下実施例を以って本発明を具体的に説明する。

実施例 １ スチレンーブタジヱン共重合体１０の重量部と、窒素吸
着法による表面積が約１０００わ／夕、ＤＢＰ吸油量が
約３４０舷／１００タ平均粒蓬が約３仇ｈ仏のカーポン
プラック３頂重量部を混合し、ロールミルにて混練した
。

得られた混合物１５の重量部にスチレンーブタジェン共
重合体４００重量部、ニグロシン１０重量部、マグネタ
ィト（商品名、ＥＰＴ−１０００、戸田工業社製）２５
の重量部を加えて、予備混合の後、ロールミルにて濠練
した。得られた混合物をハンマーミルにて粗粉砕し、超
音速ジェット粉砕機を用いて備粉砕した。得られた備粉
末を分級して約５〜２０一の粒径のものを選んでトナ−
とした。酸化亜鉛−バインダー系感光体上に負の潜像を
形成し、前記トナ−によって、径３仇舷のスリーフ及び
その内部に８００ガウス８種の磁石を有する磁石回転型
マグネドラィ現像器を用いて（スリーフ表面と穂切りブ
レードとの距離を７００山にして）、潜像を摺擬して現
像した。

次いで感光体上に転写紙を重ね、転写紙の背面から約一
７ＫＶの直流コロナを照射しトナ−粉像を転写し、加熱
ローラーにより定着した。得られた複写物の画像は連続
階調整も良く鮮明であった。なおトナ−の導電率は１０
５（０ｃｍ）‐１であり、又表面電位計を用いて第１図
の如くスリーブ上のトナ一層の有する表面電位を測定し
たところ、約３０Ｖでありスリーブ上でトナーが正のト
リボ電荷を有していることがわかつた。実施例 ２ 上記の実施例１において、スチレンーブタジェン共重合
体１０の重量部に対しカーボンブラックの量を１の重量
部に変えたほかは全く同様にしたところ、ほぼ同様に良
好な画質の複写物が得られた。

なおこれらのトナ−は導電率がそれぞれ約１０‐５（Ｑ
ｃの）‐１の値を示し、又、スリーブ表面上でトナー層
は約２７Ｖの表面電位を生じていた。実施例 ３
Ｊスチレンーブタジェン共
重合体の代わりに、スチレンーブチルメタクリレート共
重合体を用いること以外は実施例１と同様に行なったと
ころ、実施例１とほぼ同様な結果が得られた。なおスリ
−ブー上でトナ一層は約３５Ｖの電位を有しており、又
２トナーの導電率は１０‐６（Ｑ伽）‐１であった。実
施例 ４フマル酸及びビスフェノールＡから成るポリエ
ステル樹脂１００重量部、実施例１と同じカーボンブラ
ック２０重量部、マグネタィト（商品名、２ＥＰＴ−１
０００、戸田工業社製）３０重量部を用いてほぼ実施例
１と同様にしてトナ−を作成した。

特公昭４２−２３９１ぴ号公報及び同４３−２４７４８
号公報に記載された絶縁層−光導電体層−導電性支持体
層の三層からなる感光体を用いて、絶縁層上に正３の潜
像を形成した。該潜像を、前記トナーにより実施例１の
現像器で現像した。得られた粉像に転舎紙を重ね転写紙
背面から十７ＫＶの直流コロナを照射して転写を行なっ
た。転写紙上には鮮明な画像が得られた。トナーの導電
率は１０‐７（０ｃの）‐１３であった。第１図のよう
にしてトナ一層の電位を求めたところ約一２０Ｖであっ
た。実施例 ５ 低分子量ポリエチレン５０重量部、天然樹脂変性マレィ
ン酸樹脂５の重量部、実施例１と同じカーボ ４ンブラ
ック３の重量部、磁性酸化鉄（商品名、ＢＬ−１０ｕ
チタン工業社製）３の重量部を用いてほぼ実施例１と同
様にトナーを作成し、実施例４とほぼ同様に画像出しを
行なったところ、良好な画質の複写物が得られた。

このトナーの導電率は１０‐５（０伽）‐１であり、ま
たスリーブ上でトナー層は約１５Ｖの表面電位を生じて
いた。

実施例 ６ スチレンーメチルメタクリレート共重合体１００重量部
、ニグロシン３重量部、実施例１のカーボンブラック１
の重量部及びマグネタィト３の重量部を用いて実施例１
とほぼ同様に行ったところ、ほぼ同様の結果を得た。

実施例 ７ 実施例６において、スチレンーメチルメタクリレート共
重合体の代わりにェポキシ樹脂を用いること以外は同様
に行なったところ、ほぼ同様の結果を得た。

ただし、スリーブ上でトナー層は約１０Ｖの電位を有し
ており、又トナーの導電率は１０‐７（０弧）‐１であ
った。実施例 ８ 実施例４の感光体上に正の潜像を形成し、実施例１のト
ナ−及び実施例１と同様の現像器を用いて前記潜像を現
像した。

生成した粉像に一郎Ｖの直流コロナを照射した後、転写
紙の背面から十７ＫＶの直流コロナを照射しつつトナー
粉像を転写して、加熱ロール定着器で定着した。得られ
た複写物の画質は良好であった。実施例 ９ 実施例１，２，３及び４において、表面積が約９００で
／夕、ＤＢＰ吸油量が約２８０の【／１００夕のカーボ
ンブラックを用いたほかは全く同様に行なったところ、
それぞれの例とほぼ同様の結果を得た。

実施例 １０実施例１，２，３及び４において、表面積
が約１１００淋／夕、ＤＢＰ吸油量が約３０地／１００
夕のカーボンブラックを用いたほかは全く同様に行なっ
たところ、それぞれの例とほぼ同様の結果を得た。

比較例 １カーボンブラックとして、表面積が２５４で
／夕、ＤＢＰ吸油量が１８５の‘／１００夕のカーボン
ブラック（キヤボツト社製導電性ファーネスブラックバ
ルカンＸＣ−７２Ｒ）を用いることを除いては実施例１
と同様に行なったところ、画像濃度は薄くカブリがあっ
て良好な画像は得られなかった。

なお、スリーブ上でトナー層は約３５Ｖの電位を生じ、
又トナーの導電率は約１０‐１３（０ｃｍ）‐１であつ
た。比較例 ２ カーボンブラックとして、表面積が９０６力／タＤＢＰ
吸油量が１９０の【／１００タ粒径が１３ｈ仏のカーボ
ンブラック（商品名、ネオスベクトラアークＤ、コロン
ビアカーボン社製チャンネルブラック）を用いることを
除いては実施例１と同様に行なったところ濃度も薄く、
カブリもあって良好な結果は得られなかった。

このトナーはスリーブ上で約４５Ｖの電位を有し、又そ
の導電率は約１０‐１５（Ｏｃの）‐１であった。

【図面の簡単な説明】

第１図はスリーブ表面上においてトナー層が生ずる表面
電位の測定方法を示す断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 結着樹脂中に窒素吸着法による表面積が８５０ｍ＾
   ２／ｇ〜１５００ｍ＾２／ｇ且つＤＢＰ吸油量が２８０
   ｍｌ／１００ｇ〜５００ｍｌ／１００ｇである多孔性カ
   ーボンブラツクを含有することを特徴とする電子写真用
   トナー。 ２ 結着樹脂１００重量部に対し前記多孔性カーボンブ
   ラツクを３〜３０重量部含有する特許請求の範囲第１項
   記載の電子写真用トナー。