JP2602376B2

JP2602376B2 - 電子写真用ブラックトナー

Info

Publication number: JP2602376B2
Application number: JP3176496A
Authority: JP
Inventors: 雅彦久保; 昭宏渡辺; 隆文永井; 浩規丸山
Original assignee: 三田工業株式会社
Priority date: 1991-07-17
Filing date: 1991-07-17
Publication date: 1997-04-23
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: JPH0519537A; KR930002885A; DE69216946T2; US5314773A; EP0528531B1; DE69216946D1; EP0528531A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電式複写機やレーザ
ービームプリンタ等の、いわゆる電子写真法、静電印刷
法を用いた画像形成装置に使用される電子写真用ブラッ
クトナーに関し、特に、上記電子写真法によるフルカラ
ー画像形成等に、マゼンダ、シアン、イエローの各色用
のカラートナーと共に使用されるブラックトナーに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】電子写真法、静電印刷法の分野では、像
担持体上に形成された静電潜像を可視像化する目的でト
ナーを使用している。このトナーは、樹脂媒質中に着色
剤を分散させたもので、樹脂媒質としては所望の検電性
と結着性を備えた樹脂、例えばスチレン系樹脂、ポリエ
ステル系樹脂等の各種樹脂が使用され、着色剤としては
カーボンブラックや他の有機系または無機系の着色顔料
が使用されている。

【０００３】また、最近、マゼンダ、シアン、イエロー
の各カラートナーとブラックトナーとを重ね合わせて画
像を形成するフルカラー現像が行われている。このフル
カラー現像とは、多色原稿を色分解処理した後露光する
工程を、マゼンダ、シアン、イエローの各カラートナー
とブラックトナーとを用いて複数回繰り返し行い、各色
のトナー像を重ね合わせて多色のカラー画像を得るもの
である。

【０００４】上記各カラートナー用の着色剤としては種
々の有機顔料が用いられ、ブラックトナー用の着色剤と
してはカーボンブラックが用いられる。上記カーボンブ
ラックの特性を決定する重要な因子としては、 (1) 平均粒子径 (2) ストラクチャー (3) 粒子表面の化学的性質があげられる。

【０００５】平均粒子径は、カーボンブラックの着色性
能を決定する因子であり、その測定は、電子顕微鏡で撮
影した画像から、統計的な取り扱いをして行う。ストラ
クチャーとは、カーボンブラック粒子のつながり状態の
大小を表す、カーボンブラックに特有の用語であり、こ
のストラクチャーは、電子顕微鏡で撮影した画像から比
較的容易に観察できるが、一般には、カーボンブラック
の比表面積の測定と、ジブチルフタレート吸油量の測定
とから定量的に求めることができる。

【０００６】例えば、コロンビアンカーボン社発行の技
術サービス資料によれば、カーボンブラック粒子の構成
状態によって、粒子のつながりが大きいものをハイスト
ラクチャー、中程度のものをノルマルストラクチャー、
粒子のつながりの小さいものをローストラクチャーと言
い、その大小の程度を、ノルマルストラクチャーのカー
ボンブラックを任意に１００と定義したストラクチャー
指数で表している。

【０００７】そして、このストラクチャー指数を１００
に定義したノルマルストラクチャーのカーボンブラック
における、比表面積とジブチルフタレート吸油量との関
係を表すカーブ（横軸：比表面積、縦軸：ジブチルフタ
レート吸油量）を基に、カーボンブラックのストラクチ
ャー指数が求められる。粒子表面の化学的性質は、一般
には、粒子表面に存在する酸素含有物の種類と、その多
少で決定され、通常、揮発分の含有割合により評価され
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来、ブラックトナー
に配合される通常のカーボンブラックは、他の着色剤と
異なり、それ自身が高い導電性を有し、周知のように、
導電性付与剤としても使用されるものであるため、ブラ
ックトナーの電気特性と、他のカラートナーの電気特性
との間に大きな差が生じる。

【０００９】すなわち、カーボンブラック以外の着色剤
は、定着用樹脂と同程度の導電性しか有さないので、カ
ラートナーの導電率は、定着用樹脂単独とほぼ同オーダ
ーであるのに対し、カーボンブラックが配合されたブラ
ックトナーの導電率は、定着用樹脂よりも著しく高い値
になってしまう。このように、導電率等の電気特性に大
きな差のあるブラックトナーとカラートナーとを、同じ
条件で画像形成に使用した場合には、両者の間で、トナ
ーの転写量等に差が生じて、鮮明なカラー画像を再現で
きなくなる。

【００１０】画像形成の条件を、ブラックトナーおよび
カラートナーに合わせて変化させることも考えられる
が、１回の画像形成毎に条件を変化させたのでは、装置
の動作が安定せず、結局、画像に悪影響を及ぼすことに
なる。また、装置の構造も複雑化してしまう。本発明
は、以上の事情に鑑みてなされたものであって、カラー
トナーに近い電気特性を有し、当該カラートナーと同条
件で画像形成した際に鮮明なカラー画像を再現すること
ができる電子写真用ブラックトナーを提供することを目
的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段および作用】上記課題を解
決するため、本発明者らは、鋭意研究の結果、前述した
カーボンブラックの特性が、定着用樹脂中への分散状態
並びにブラックトナーの電気特性に大きくかかわること
を見出し、さらに検討を行って本発明を完成するに至っ
た。すなわち、本発明の電子写真用ブラックトナーは、
定着用樹脂中に、揮発分４％以上、ストラクチャー指数
１００以上で、かつ、平均粒子径２０〜３５nmのカーボ
ンブラックを含有することを特徴とする。

【００１２】また、本発明者らは、定着用樹脂について
も検討を行い、その結果、定着用樹脂の導電率を特定範
囲内に限定すれば、ブラックトナーの電気特性を安定化
できるとともに、その電気特性を、さらに、カラートナ
ーに近づけられることを見出した。すなわち、本発明
の、他の電子写真用ブラックトナーは、導電率が１．０
×１０^-9〜５．０×１０^-9Ｓ／cmの範囲内である定着用
樹脂中に、揮発分４％以上、ストラクチャー指数１００
以上で、かつ、平均粒子径２０〜３５nmのカーボンブラ
ックを含有することを特徴とする。

【００１３】本発明において、カーボンブラックの揮発
分が４％以上に限定されるのは、以下の理由による。す
なわち、カーボンブラックの揮発分が４％未満では、カ
ーボンブラック自体の導電率が高くなる上、凝集し易く
なって、定着用樹脂への分散性が低下し、トナー粒子中
で複数のカーボンブラックが電気的な連続体を形成する
等して、ブラックトナーの導電率が、カラートナーの導
電率より著しく高くなってしまう。これに対し、揮発分
が４％以上であれば、カーボンブラック自体の導電率を
低くし、かつ、カーボンブラックの定着用樹脂への分散
性を向上させて、ブラックトナーの導電率をカラートナ
ーの導電率に近づけることができる。

【００１４】なお、上記揮発分の上限は、本発明では特
に限定されず、カーボンブラックの種類に応じて、その
種類のカーボンブラックにおける揮発分の上限範囲まで
の使用が可能である。また、カーボンブラックのストラ
クチャー指数が１００以上に限定されるのは、以下の理
由による。

【００１５】すなわち、カーボンブラックのストラクチ
ャー指数が１００未満では、上記と同様に凝集し易くな
って、定着用樹脂への分散性が低下し、結果として、ブ
ラックトナーの導電率が、カラートナーの導電率より著
しく高くなってしまう。これに対し、ストラクチャー指
数が１００以上であれば、カーボンブラックの定着用樹
脂への分散性を向上させて、ブラックトナーの導電率を
カラートナーの導電率に近づけることができる。

【００１６】ストラクチャー指数の上限についても、本
発明では特に限定されず、常識的なストラクチャー指数
の上限範囲である２００程度までのものが使用可能であ
る。さらに、カーボンブラックの平均粒子径が２０〜３
５nmの範囲内に限定されるのは、以下の理由による。カ
ーボンブラックの平均粒子径が３５nmを超えると、満足
の行く黒色を出すのに多量のカーボンブラックを配合し
なければならず、結果として、ブラックトナーの導電率
が、カラートナーの導電率より著しく高くなってしま
う。これに対し、平均粒子径が３５nm以下であれば、よ
り少量の配合で、満足の行く黒色を出せるため、カーボ
ンブラックの配合量を減少させて、ブラックトナーの導
電率をカラートナーの導電率に近づけることができる。

【００１７】一方、カーボンブラックの平均粒子径が２
０nm未満では、凝集し易くなり、定着用樹脂への分散性
が低下して、結果として、ブラックトナーの導電率が、
カラートナーの導電率より著しく高くなってしまう。こ
れに対し、平均粒子径が２０nm以上であれば、カーボン
ブラックの定着用樹脂への分散性を向上させて、ブラッ
クトナーの導電率をカラートナーの導電率に近づけるこ
とができる。

【００１８】本発明に使用されるカーボンブラックとし
ては、チャンネルブラック、ローラーブラック、ディス
クブラック、ガスファーネスブラック、オイルファーネ
スブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック等
の、従来公知の種々のカーボンブラックの中から、上記
の各特性を満足するカーボンブラックを選択すれば良
い。

【００１９】カーボンブラックの配合量については、特
に限定されないが、ブラックトナーの導電率をカラート
ナーの導電率に近づけるためには、配合量は少ない方が
好ましい。具体的には、カーボンブラックの配合量は、
定着用樹脂１００重量部に対し、３〜８重量部の範囲内
であることが好ましい。定着用樹脂としては、ポリスチ
レン、クロロポリスチレン、ポリ−α−メチルスチレ
ン、スチレン−クロロスチレン共重合体、スチレン−プ
ロピレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、ス
チレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共
重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−ア
クリル酸エステル共重合体（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−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリ
ル酸オクチル共重合体、スチレン−アクリル酸フェニル
共重合体等）、スチレン−メタクリル酸エステル共重合
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
酸ブチル共重合体、スチレン−メタクリル酸フェニル共
重合体等）、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共
重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エス
テル共重合体等のスチレン系樹脂（スチレンまたはスチ
レン置換体を含む単独重合体または共重合体）、ポリ塩
化ビニル、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−アクリル酸エチル共重合体、ポリビニ
ルブチラール、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ロジン
変性マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、
ポリエステル樹脂、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹
脂、シリコーン樹脂、ケトン樹脂、キシレン樹脂、ポリ
アミド樹脂等があげられ、これらが単独で、または２種
以上混合して用いられる。

【００２０】定着用樹脂の導電率は、前述したように、
１．０×１０^-9〜５．０×１０^-9Ｓ／cmの範囲内である
ことが好ましい。定着用樹脂の導電率が１．０×１０^-9
Ｓ／cm未満では、定着用樹脂自体の導電性が低過ぎて、
ブラックトナーの導電率と、カラートナーの導電率との
差が著しく大きくなってしまうおそれがある。

【００２１】一方、導電率が５．０×１０^-9Ｓ／cmを超
えると、電荷が逃げ易くなって、トナーの帯電特性が不
安定化するおそれがある。本発明の電子写真用ブラック
トナーには、上記両成分の他に、例えば、電荷制御剤や
離型剤（オフセット防止剤）等の各種添加剤を配合して
も良い。電荷制御剤としては、トナーの極性に応じて、
正電荷制御用と負電荷制御用の２種の電荷制御剤の何れ
か一方が用いられる。

【００２２】正電荷制御用の電荷制御剤としては、塩基
性窒素原子を有する有機化合物、例えば塩基性染料、ア
ミノピリン、ピリミジン化合物、多核ポリアミノ化合
物、アミノシラン類等や、上記各化合物で表面処理され
た充填剤等があげられる。負電荷制御用の電荷制御剤と
しては、カルボキシル基を含有する化合物（例えばアル
キルサリチル酸金属キレート等）、金属錯塩染料、脂肪
酸石鹸、ナフテン酸金属塩等があげられる。

【００２３】電荷制御剤は、定着用樹脂１００重量部に
対して０．１〜１０重量部、好ましくは０．５〜８重量
部の割合で配合される。離型剤（オフセット防止剤）と
しては、脂肪族系炭化水素、脂肪族金属塩類、高級脂肪
酸類、脂肪酸エステル類もしくはその部分ケン化物、シ
リコーンオイル、各種ワックス等があげられる。中で
も、重量平均分子量が１０００〜１００００程度の脂肪
族系炭化水素が好ましい。具体的には、低分子量ポリプ
ロピレン、低分子量ポリエチレン、パラフィンワック
ス、炭素原子数４以上のオレフィン単位からなる低分子
量のオレフィン重合体等の１種または２種以上の組み合
わせが適当である。

【００２４】離型剤は、定着用樹脂１００重量部に対し
て０．１〜１０重量部、好ましくは０．５〜８重量部の
割合で使用される。本発明の電子写真用ブラックトナー
は、以上の各成分を乾式ブレンダー、ヘンシェルミキサ
ー、ボールミル等によって均質に予備混合して得られた
混合物を、バンバリミキサー、ロール、一軸または二軸
の押出混練機等の混練装置を用いて均一に溶融混練した
後、得られた混練物を冷却して粉砕し、必要に応じて分
級することで製造される他、懸濁重合法等により製造す
ることもできる。

【００２５】本発明の電子写真用ブラックトナーの粒径
は、３〜３５μｍであることが好ましく、５〜２５μｍ
であることがより好ましい。本発明の電子写真用ブラッ
クトナーの表面には、表面処理剤（流動化剤）をまぶし
て、流動性や帯電性を向上させることもできる。表面処
理剤としては、無機微粒子やフッソ樹脂粒子等の、従来
公知の種々の材料を使用でき、特に、疎水性または親水
性のシリカ微粒子を含むシリカ系表面処理剤、例えば超
微粒子状無水シリカやコロイダルシリカ等が好適に使用
される。

【００２６】本発明の電子写真用ブラックトナーは、フ
ェライトや鉄粉等の磁性キャリヤと混合して、二成分系
現像剤として、フルカラー用またはモノカラー用の種々
の画像形成装置に使用することができる。

【００２７】

【実施例】以下、実施例並びに比較例に基づいて、本発
明を説明する。実施例１，２、比較例１〜４定着用樹脂としてのポリエステル樹脂（導電率２．８×
１０^-10Ｓ／cm）１００重量部および電荷制御剤として
のサリチル酸の亜鉛化合物２重量部と、表１に示す特性
を有するカーボンブラック５重量部とを混合し、溶融混
練した後、粉砕、分級して、中心粒径１０μｍのブラッ
クトナーを作製した。

【００２８】

【表１】

【００２９】参考例カーボンブラックに代えて、同量のフタロシアニン系顔
料（シアントナー）、キナクリドン系顔料（マゼンダト
ナー）、および、ベンジジン系顔料（イエロートナー）
を配合したこと以外は、上記実施例１，２、比較例１〜
４と同様にして、シアン、マゼンダ、および、イエロー
の各色のカラートナーを作製した。

【００３０】上記各実施例、比較例で得られたブラック
トナー、並びに、参考例で得られたカラートナーを用い
て、以下の各試験を行った。導電率測定各実施例並びに比較例で得られたブラックトナーおよび
参考例のカラートナーをシールドケース内に充填した
後、２０kg／cm²に加圧し、試料厚が０．４mmになるよ
うに調整して、電極アダプター（安藤電気（株）製の粉
体用電極ＳＥ−４３）にセットした。そして、上記電極
アダプターをインピーダンスアナライザ（横河ヒューレ
ットパッカード社製の型番４１９２ＡＬＦ）に接続し
て、導電率を測定した。

【００３１】現像量、転写量測定トナー１００重量部に、平均粒径７０μｍのフェライト
キャリアを配合し、均一に攪拌混合して、トナー濃度４
％の２成分系現像剤を作製した。得られた現像剤を、電
子写真複写機（三田工業株式会社製の型番ＡＣ−９５０
０）に使用し、カラートナーの現像量が１２０mg（Ａ３
ｄｕｔｙ２０％）になるように装置の現像条件を設定し
て、べた原稿の複写を行った。そして、紙に転写された
トナー量と、装置のクリーニング部に回収されたトナー
量とを測定して、両者の合計量を現像量（mg）、紙に転
写されたトナー量を転写量（mg）として記録した。

【００３２】画像濃度測定上記現像量、転写量測定で得られた転写画像のうち、実
施例並びに比較例のブラックトナーで形成された画像の
濃度（Ｉ．Ｄ．）を、デンシトメータ（サクラ（株）
製）を用いて測定した。以上の結果を表２に示す。

【００３３】

【表２】

【００３４】上記表２の結果より、カーボンブラックの
揮発分が６％未満である比較例１、ストラクチャー指数
が１００未満である比較例２、および、平均粒子径が２
０nm未満である比較例３は、何れも、同じ定着用樹脂を
用いた各カラートナーに比べて導電率が高く、同じ現像
条件における現像量がカラートナーより多く、かつ、転
写量がカラートナーより少ないことから、カラートナー
と同じ現像条件での使用に適さないことが判った。ま
た、カーボンブラックの平均粒子径が３５nmを超える比
較例４では、画像濃度が著しく低く、このことから、満
足の行く黒色を出せないことが判った。

【００３５】これに対し、実施例１，２は、何れも、導
電率、現像量、転写量がカラートナーに近く、しかも、
画像濃度が高いので、同じ定着用樹脂を用いたカラート
ナーと同じ現像条件での使用に適することが判明した。実施例３、比較例５〜８定着用樹脂としてのポリエステル樹脂（導電率１．２×
１０^-9Ｓ／cm）１００重量部および電荷制御剤としての
サリチル酸の亜鉛化合物２重量部と、表３に示す特性を
有するカーボンブラック５重量部とを混合し、溶融混練
した後、粉砕、分級して、中心粒径１０μｍのブラック
トナーを作製した。

【００３６】

【表３】

【００３７】参考例カーボンブラックに代えて、同量のフタロシアニン系顔
料（シアントナー）、キナクリドン系顔料（マゼンダト
ナー）、および、ベンジジン系顔料（イエロートナー）
を配合したこと以外は、上記実施例３、比較例５〜８と
同様にして、シアン、マゼンダ、および、イエローの各
色のカラートナーを作製した。

【００３８】上記各実施例、比較例で得られたブラック
トナー、並びに、参考例で得られたカラートナーを用い
て、前記導電率測定、現像量、転写量測定、および、画
像濃度測定の各試験を行った。結果を表４に示す。

【００３９】

【表４】

【００４０】上記表４の結果より、カーボンブラックの
揮発分が６％未満である比較例５、ストラクチャー指数
が１００未満である比較例６、および、平均粒子径が２
０nm未満である比較例７は、何れも、同じ定着用樹脂を
用いた各カラートナーに比べて導電率が高く、同じ現像
条件における現像量がカラートナーより多く、かつ、転
写量がカラートナーより少ないことから、カラートナー
と同じ現像条件での使用に適さないことが判った。ま
た、カーボンブラックの平均粒子径が３５nmを超える比
較例８では、画像濃度が著しく低く、このことから、満
足の行く黒色を出せないことが判った。

【００４１】これに対し、実施例３は、導電率、現像
量、転写量がカラートナーに近く、しかも、画像濃度が
高いので、同じ定着用樹脂を用いたカラートナーと同じ
現像条件での使用に適することが判明した。実施例４定着用樹脂として、導電率４．８×１０^-9Ｓ／cmのポリ
エステル樹脂１００重量部を使用するとともに、揮発分
６％、ストラクチャー指数１３５、平均粒子径２５nmの
カーボンブラック５重量部を使用したこと以外は、上記
実施例１〜３、比較例１〜８と同様にして、中心粒径１
０μｍのブラックトナーを作製した。

【００４２】参考例カーボンブラックに代えて、同量のフタロシアニン系顔
料（シアントナー）、キナクリドン系顔料（マゼンダト
ナー）、および、ベンジジン系顔料（イエロートナー）
を配合したこと以外は、上記実施例４と同様にして、シ
アン、マゼンダ、および、イエローの各色のカラートナ
ーを作製した。

【００４３】上記実施例で得られたブラックトナー、並
びに、参考例で得られたカラートナーを用いて、前記導
電率測定、および、現像量、転写量測定の各試験を行っ
た。結果を表５に示す。

【００４４】

【表５】

【００４５】上記表５の結果より、実施例４は、導電
率、現像量、転写量がカラートナーに近く、しかも、画
像濃度が高いので、同じ定着用樹脂を用いたカラートナ
ーと同じ現像条件での使用に適することが判明した。実施例５定着用樹脂として、導電率２．５×１０^-9Ｓ／cmのポリ
エステル樹脂１００重量部を使用するとともに、揮発分
６％、ストラクチャー指数１３５、平均粒子径２５nmの
カーボンブラック５重量部を使用したこと以外は、上記
実施例１〜３、比較例１〜８と同様にして、中心粒径１
０μｍのブラックトナーを作製した。

【００４６】参考例カーボンブラックに代えて、同量のフタロシアニン系顔
料（シアントナー）、キナクリドン系顔料（マゼンダト
ナー）、および、ベンジジン系顔料（イエロートナー）
を配合したこと以外は、上記実施例５と同様にして、シ
アン、マゼンダ、および、イエローの各色のカラートナ
ーを作製した。

【００４７】上記実施例で得られたブラックトナー、並
びに、参考例で得られたカラートナーを用いて、前記導
電率測定、および、現像量、転写量測定の各試験を行っ
た。結果を表６に示す。

【００４８】

【表６】

【００４９】上記表６の結果より、実施例５は、導電
率、現像量、転写量がカラートナーに近く、しかも、画
像濃度が高いので、同じ定着用樹脂を用いたカラートナ
ーと同じ現像条件での使用に適することが判明した。

【００５０】

【発明の効果】本発明の電子写真用ブラックトナーは、
以上のように構成されているため、カラートナーに近い
電気特性を有しており、当該カラートナーと同条件で画
像形成した際に鮮明なカラー画像を再現することが可能
となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者丸山浩規大阪府大阪市中央区玉造１丁目２番28号三田工業株式会社内 (56)参考文献特開昭59−102250（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−33151（ＪＰ，Ａ) 特開平３−67268（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】定着用樹脂中に、揮発分４％以上、ストラ
クチャー指数１００以上で、かつ、平均粒子径２０〜３
５nmのカーボンブラックを含有することを特徴とする電
子写真用ブラックトナー。
【請求項２】導電率が１．０×１０^-9〜５．０×１０^-9
Ｓ／cmの範囲内である定着用樹脂中に、揮発分４％以
上、ストラクチャー指数１００以上で、かつ、平均粒子
径２０〜３５nmの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ブラックトナー。