DE60125853T2

DE60125853T2 - Bildherstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60125853T2
Application number: DE60125853T
Authority: DE
Inventors: Keiji Komoto; Hiroaki Kawakami; Tatsuhiko Chiba; Atsuyoshi Abe; Yuji Moriki; Michihisa Magome; Satoshi Handa; Kiyokazu Suzuki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2021-03-27
Also published as: EP1143303A2; US20020048713A1; EP1143303A3; US6544708B2; EP1143303B1; DE60125853D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bilderzegungsverfahren wie z.B. Elektrophotographie, elektrostatische Aufzeichnung, magnetische Aufzeichnung und Toner-Jet-Aufzeichnung und insbesondere ein Bilderzeugungsverfahren, bei dem ein Tonerbild auf ein Übertragungs(bildempfangs)material (Aufzeichnungsmaterial) übertragen wird und unter Einwirkung von Wärme und Druck fixiert wird, wodurch ein fixiertes Bild erhalten wird.
Drucker und Kopiergeräte müssen gegenwärtig einer hohen Aufzeichnungsgeschwindigkeit sowie einer Bilderzeugung mit hoher Auflösung genügen. In Verbindung mit diesen Anforderungen muss eine erhöhte Betriebsgeschwindigkeit erzielt werden, und im Einzelnen ist bei einem Fixiervorgang (oder -schritt) das Zusammenpassen einer Fixiereinrichtung und eines Toners von entscheidender Bedeutung.
Ferner sind für so einen Fixiervorgang Verbesserungen der Brauchbarkeit wie z.B. Unterdrückung des Energieverbrauchs und Schnellstartfähigkeit erwünscht.
Bei so einem Fixiervorgang ist als Fixiereinrichtung zum Heißfixieren eines Tonerbildes (eines noch nicht fixierten Bildes) auf einem Aufzeichnungsmaterial wie z.B. einem Übertragungs(bildempfangs)blatt, einem Elektrofaxblatt, einem Aufzeichnungsblatt für elektrostatische Aufzeichnung, einer Schreibprojektorfolie (OHP-Folie), einem Druckblatt oder einem Formatpapier eine Heißwalzen-Fixiereinrichtung umfassend angewendet worden.
Eine Heißwalzen-Fixiereinrichtung ist jedoch von dem Problem begleitet, dass die Fixierwalze eine große Wärmekapazität hat, so dass sogar in dem Fall, dass gleichzeitig mit dem Einschalten einer Stromversorgung für das Bilderzeugungsgerät mit der Speisung einer Halogenlampe als Wärmequelle für die Fixiereinrichtung begonnen wird, von einem vollständig abgekühlten Zu stand der Fixierwalze bis zum Erreichen einer vorgeschriebenen Temperatur, bei der ein Fixieren möglich ist, eine beträchtliche Wartezeit erforderlich ist, so dass hinsichtlich der Schnellstartfähigkeit ein Problem zurückbleibt.
Ferner muss die Halogenlampe sogar in einem Bereitschaftszustand (in einem Zeitraum, in dem kein Bild erzeugt wird) weiter gespeist werden, damit ein vorgeschriebener Temperaturzustand der Fixierwalze aufrechterhalten wird, so dass eine Massnahme zur Verhinderung einer Zunahme der Innentemperatur in dem Bilderzeugungsgerät erforderlich ist und das Problem eines erhöhten Energieverbrauchs aufgeworfen wird.
Zur Lösung des vorstehend erwähnten Problems ist z.B. in der Japanischen Offengelegten Patentanmeldung (JP-A) 63-313182, der JP-A 2-157878, der JP-A 4-44075 und der JP-A 4-204980 eine Fixiereinrichtung mit Folienheizung beschrieben worden.
Bei so einer Fixiereinrichtung mit Folienheizung ist zwischen einem Keramik-Heizelement und einer als Presselement dienenden Presswalze eine hitzebeständige Folie (Fixierband) eingefügt, wodurch ein Spalt gebildet wird, bei dem zwischen der Folie und der Presswalze ein Aufzeichnungsmaterial, das ein darauf erzeugtes, noch nicht fixiertes Tonerbild trägt, eingeführt und dazwischen angeordnet wird und zusammen mit der Folie befördert wird, wobei dem noch nicht fixierten Tonerbild, das sich auf dem Aufzeichnungsmaterial befindet, bei dem Spalt über die Folie Wärme aus dem Keramik-Heizelement zugeführt wird, so dass das Tonerbild auch unter der Wirkung einer Presskraft bei dem Spalt auf der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials heißfixiert wird.
Es ist typisch für die Fixiereinrichtung mit Folienheizung, dass das Keramik-Heizelement und die Folie als Bauelemente mit niedriger Wärmekapazität gebildet werden können, um eine auf Anforderung arbeitende Einrichtung (Einrichtung vom "On-demand"-Typ) bereitzustellen, wodurch ein Bilderzeugungsgerät möglich gemacht wird, bei dem das Keramik-Heizelement, das als Wärmequelle dient, nur während der Bilderzeugung gespeist wird, um auf eine vorgeschriebene Fixiertemperatur erhitzt zu werden, so dass die Wartezeit vom Einschalten der Stromversorgung für das Bilderzeugungsgerät bis zum Erreichen des Zustandes, der eine Bilderzeugung erlaubt, kurz ist (Schnellstartfähigkeit) und der Energieverbrauch während der Bereitschaftszeit beträchtlich geringer ist (sparsamer Energieverbrauch).
Die Fixiereinrichtung mit Folienheizung sollte jedoch für den Fall, dass sie als Fixiereinrichtung für ein Vollfarben-Bilderzeugungsgerät oder ein schnell arbeitendes Bilderzeugungsgerät, das eine hohe Wärmezufuhr erfordert, angewendet wird, noch verbessert werden. Es sind auch weitere Verbesserungen in Bezug auf ein verbessertes Fixierverhalten und die Verhinderung von Schwierigkeiten wie z.B. unregelmäßigem Glanz fixierter Bilder und Abschmutzen erwünscht.
In der Japanischen Offengelegten Gebrauchsmusteranmeldung (JP-Y) 51-109739 ist als Heizeinrichtung eine Fixiereinrichtung mit Induktionsheizung offenbart, bei der eine Fixierwalze durch Joulesche Wärme erhitzt wird, die durch einen Strom erzeugt wird, der durch die Fixierwalze fließt und durch Einwirkung eines Magnetflusses induziert wird. Gemäß diesem Vorschlag wird die Fixierwalze direkt erhitzt, indem von einem erzeugten Induktionsstrom Gebrauch gemacht wird, wodurch ein Fixiervorgang erzielt wird, der einen höheren Wirkungsgrad hat als bei einer Heißwalzen-Fixiereinrichtung, bei der als Wärmequelle eine Halogenlampe angewendet wird.
Gemäß dem Induktionsheizungs-Fixierwalzensystem ist jedoch zum ausreichenden Erhitzen der Walze von Raumtemperatur auf eine Fixiertemperatur eine große Menge von Joulescher Wärme erforderlich, so dass es schwierig ist, die Wartezeit vom Einschalten der Stromversorgung für ein Bilderzeugungsgerät bis zu einem Zustand, der eine Bilderzeugung erlaubt, zu verkürzen und auf diese Weise das so genannte "On-demand"-Fixieren zu erzielen. Ferner erfordert das Induktionsheizungs-Fixierwalzensystem ein ausreichendes Vorheizen der Fixiereinrichtung, so dass dieses System unter dem Gesichtspunkt der Vermeidung einer Temperatur erhöhung in dem Gerät und der Erzielung eines sparsamen Energieverbrauchs nicht erwünscht ist, weshalb eine weitere Verbesserung erforderlich ist.
Der Fixiervorgang bringt im Allgemeinen die folgenden Probleme mit sich.
Die Oberfläche eines Heizelements wie z.B. einer Heizwalze oder einer Heizfolie kommt unter einem Druck mit einem geschmolzenen Tonerbild in Kontakt, wobei ein Anteil des Tonerbildes durch Anhaften auf die Oberfläche des Heizelements übertragen wird und zurück auf ein anschließendes Fixierblatt übertragen wird, wodurch das Fixierblatt verschmutzt wird. Dies ist das so genannte Abschmutzphänomen, das durch die Fixiergeschwindigkeit und die Fixiertemperatur stark beeinflusst wird. Die Oberfläche des Heizelements ist im Allgemeinen im Fall einer niedrigen Fixiergeschwindigkeit auf eine verhältnismäßig niedrige Temperatur und im Fall einer hohen Fixiergeschwindigkeit auf eine verhältnismäßig hohe Temperatur eingestellt. Diese Maßnahme wird ergriffen, damit unabhängig von der Fixiergeschwindigkeit eine im Wesentlichen konstante Wärmemenge zum Fixieren des Toners bereitgestellt wird.
Ein Tonerbild, das sich auf einem Fixierblatt befindet, ist aus mehreren Tonerschichten gebildet, so dass bei einem Fixiersystem mit höherer Fixiergeschwindigkeit, bei dem somit eine höhere Oberflächentemperatur des Heizelements erforderlich ist, die Neigung besteht, dass dies zu einer größeren Temperaturdifferenz zwischen der obersten Tonerschicht, die mit dem Heizelement in Kontakt ist, und der untersten Tonerschicht, die mit dem Fixierblatt in Kontakt ist, führt. Dies hat zur Folge, dass die oberste Tonerschicht bei einer höheren Oberflächentemperatur des Heizelements leicht Abschmutzen (Abschmutzen bei hoher Temperatur) verursacht und die unterste Tonerschicht bei einer niedrigeren Temperatur wegen einer Störung des Fixierens, die auf ungenügendes Schmelzen der untersten Tonerschicht zurückzuführen ist, auch leicht Abschmutzen (Abschmutzen bei niedriger Temperatur) verursacht.
Zur Lösung des vorstehend erwähnten Problems ist es im Allgemeinen üblich gewesen, den Fixierdruck bei einer höheren Fixiergeschwindigkeit zu erhöhen, damit eine Verankerung des Toners an dem Fixierblatt bewirkt wird. Entsprechend dieser Maßnahme ist es möglich, die Temperatur des Heizelements bis zu einem gewissen Grade herabzusetzen und das Abschmutzen der obersten Tonerschicht bei hoher Temperatur zu vermeiden. In diesem Fall wirkt jedoch auf den Toner eine sehr hohe Scherkraft ein, so dass sich das Fixierblatt leicht um das Heizelement herumwickelt, wodurch Abschmutzen durch Herumwickeln verursacht wird, oder die Neigung besteht, dass auf dem erhaltenen fixierten Bild wegen der starken Wirkung einer Trennklaue, die dazu dient, das Fixierblatt von dem Heizelement abzutrennen, Spuren der Trennklaue zurückbleiben. Ferner wird wegen eines höheren Druckes leicht eine Verschlechterung der Bildqualität verursacht, was auf eine Zerquetschung bzw. einen Zusammenbruch von Linienbildern oder auf ein Verstreuen von Toner während des Fixierens zurückzuführen ist.
Bei einem schnell arbeitenden Fixiersystem wird im Allgemeinen ein Toner verwendet, der eine niedrigere Schmelzviskosität hat als bei einem langsam arbeitenden Fixiersystem, damit das Tonerbild fixiert wird, während durch Verminderung der Oberflächentemperatur des Heizelements und auch des Fixierdrucks Abschmutzen bei hoher Temperatur und Abschmutzen durch Herumwickeln vermieden werden. Im Fall der Verwendung so eines Toners mit einer niedrigen Schmelzviskosität bei einem langsam arbeitenden Fixiersystem wird jedoch leicht Abschmutzen bei hoher Temperatur verursacht.
Als weitere Einflussgröße in Bezug auf das Abschmutzphänomen führt ein Toner mit geringerer Teilchengröße leicht zu einer schlechteren Fixierbarkeit eines Halbtonbildes. Dies liegt daran, dass bei einem Halbtonbildbereich die flächenbezogene Tonermasse (der Grad der Bedeckung durch den Toner) niedrig ist und ein Toner mit geringer Teilchengröße, der zu Vertiefungen auf dem Fixierblatt übertragen wird, eine geringere Wärmemenge empfängt und auf den Toner bei den Vertiefungen auch ein nied rigerer Fixierdruck ausgeübt wird, was auf eine Behinderung durch Vorsprünge des Fixierblatts zurückzuführen ist. Ferner erfährt ein Toner, der ein Halbtonbild erzeugt und zu Vorsprüngen des Fixierblatts übertragen wird, wegen einer geringeren Dicke der Tonerschicht eine größere Scherkraft je Tonerteilchen als bei einer dickeren Tonerschicht, die einen flächenhaften Bildbereich erzeugt, so dass er leicht Abschmutzen verursacht und zu einer niedrigeren Qualität des fixierten Bildes führt.
Zur Lösung solcher Probleme ist es üblich gewesen, die Molmassenverteilung und die Menge eines vernetzten Bestandteils eines zur Bildung des Toners verwendeten Bindemittelharzes einzustellen, damit sich der Toner für einen gewünschten Fixiervorgang eignet.
Beispielsweise ist in JP-A 8-262795 ein Toner vorgeschlagen worden, der ein Bindemittelharz enthält, das durch eine auf der Gel-Permeationschromatographie basierende Molmassenverteilung gekennzeichnet ist, die Styrol-Acrylharz mit einer hohen Molmasse, das einen Molmassenpeak in einem Molmassenbereich mit einem Mindestwert von 5 × 10⁵ zeigt, Styrol-Acrylharz, das einen Molmassenpeak im Molmassenbereich von 5 × 10⁴ bis 5 × 10⁵ zeigt, und Styrol-Acrylharz mit einer vernetzten Struktur und Polyesterharz, die einen Molmassenpeak in einem Molmassenbereich mit einem Höchstwert von 5 × 10⁴ zeigen, umfasst, jedoch sollte der Toner hinsichtlich der Anwendbarkeit für ein schnell arbeitendes Fixiersystem noch verbessert werden.
Außerdem wird die Fixierbarkeit eines Toners durch den Feuchtigkeitsgehalt des Toners stark beeinflusst. Dies liegt daran, dass die in einem Toner enthaltene Feuchtigkeit während des Fixierens sofort verdampft. Dies hat zur Folge, dass bei einem hohen Feuchtigkeitsgehalt die Neigung besteht, dass der Toner nicht ausreichend schmilzt, weil ein beträchtlicher Anteil der Wärme aus der Fixiereinrichtung zur Verdampfung der Feuchtigkeit verbraucht wird, oder die Neigung besteht, dass das Fixieren des Toners durch erzeugten Wasserdampf behindert wird. Diese Schwierigkeit ist bei einem Fixiersystem unter Anwendung eines niedrigen Fixierdrucks deutlich. Als Folge ist die Entwicklung eines Bilderzeugungsverfahrens erwünscht gewesen, das während des schnellen Fixierens eine hohe Bildqualität und ein sehr gutes Fixierverhalten liefert.
In JP-A 8-160675 und JP-A 8-202077 ist eine Verbesserung des Entwicklungsverhaltens durch Einstellung des Feuchtigkeitsgehalts eines Toners offenbart, jedoch wird auf den Einfluss des Feuchtigkeitsgehalts auf die Fixierbarkeit und auf die Eignung für eine Fixiereinrichtung nicht Bezug genommen.
Ferner ist in JP-A 11-249334 der Einfluss des Restmonomergehalts auf den Dispersionszustand von Wachs zur Verbesserung der Fixierbarkeit bei niedriger Temperatur offenbart, jedoch wird auf den Einfluss des Restmonomergehalts auf die Qualität fixierter Bilder und auf die Eignung für eine Fixiereinrichtung nicht Bezug genommen.
In US-A 5 745 833 ist eine Bildheizeinrichtung zum Fixieren eines nicht fixierten Bildes in einem Bilderzeugungsgerät, die der Einrichtung ähnlich ist, die bei der vorliegenden Anmeldung angewendet werden kann, offenbart.
In JP-A 61022354 ist eine elektrostatische Tonermischung offenbart, die einen niedrigen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 0,01 % hat.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bilderzeugungsverfahren unter Verwendung eines Trockentoners bereitzustellen, bei dem die vorstehend erwähnten Probleme des Standes der Technik gelöst worden sind.
Es ist eine speziellere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bilderzeugungsverfahren bereitzustellen, das einen Fixierschritt enthält, bei dem eine ausgezeichnete Schnellstartfähigkeit und ein sparsamer Energieverbrauch gezeigt werden.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bilderzeugungsverfahren unter Verwendung eines Trockentoners bereitzustellen, bei dem Abschmutzen unterdrückt werden kann und das ausgezeichnet zu einer Fixiereinrichtung passt.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bilderzeugungsverfahren bereitzustellen, mit dem bei der Erzeugung einfarbiger Bilder fixierte Bilder von ausgezeichneter Bildqualität erhalten werden können oder das Vollfarben- oder Mehrfarbenbilder von ausgezeichneter Qualität, die frei von unregelmäßig fixierten Bildern sind, liefern kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Bilderzeugungsverfahren bereitgestellt, bei dem
ein Tonerbild durch eine Heiz- und Presseinrichtung erhitzt und an ein Aufzeichnungsmaterial angepresst wird, um auf dem Aufzeichnungsmaterial ein fixiertes Bild zu erzeugen, wobei
die erwähnte Heiz- und Presseinrichtung (i) eine Magnetflusserzeugungseinrichtung, (ii) ein drehbares Heizelement mit einer Wärmeerzeugungsschicht, die durch elektromagnetische Induktion Wärme erzeugen kann, und einer Trennschicht und (iii) ein drehbares Presselement, das mit dem drehbaren Heizelement einen Fixierspalt bildet, umfasst, so dass das Tonerbild, das sich auf dem Aufzeichnungsmaterial befindet, unter Wärme und Druck fixiert wird, indem das drehbare Presselement über das Aufzeichnungsmaterial an das drehbare Heizelement angepresst wird, wobei die Temperaturverteilung um den Fixierspalt in der Anspruch 1 definierten Weise eingestellt wird,
das Tonerbild aus einem Toner erzeugt wird, der Tonerteilchen umfasst, die jeweils mindestens ein Bindemittelharz und ein Farbmittel enthalten,
der Toner einen Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 3,00 Masse% hat und
der Toner einen Speichermodul bei 110°C [G' (110°C)] und einen Speichermodul bei 140°C [G' (140°C)] hat, die die folgenden Beziehungen erfüllen: G' (110°C) ≤ 1,00 × 106 dN/m2 und G' (140°C) ≥ 7,00 × 103 dN/m2.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei einer Betrachtung der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klarer werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht den Aufbau eines mit der Erfindung zusammenhängenden Vollfarben-Bilderzeugungsgeräts.
2 ist ein schematischer Querschnitt einer mit der Erfindung zusammenhängenden Heizeinrichtung (Fixiereinrichtung).
3 ist eine schematische Vorderansicht eines wesentlichen Bereichs der Heizeinrichtung von 2.
4 ist ein schematischer Längsschnitt eines wesentlichen Bereichs der Heizeinrichtung von 2.
5 ist eine schematische Zeichnung einer Magnetfelderzeugungseinrichtung (Magnetflusserzeugungseinrichtung).
6 veranschaulicht eine Beziehung zwischen einem Magnetfluss und einer erzeugten Wärmemenge.
7 ist ein Schaltbild einer Sicherheitsschaltung für die Heizeinrichtung.
8 veranschaulicht den Schichtaufbau eines Fixierbandes der Heizeinrichtung.
9 veranschaulicht den Schnittaufbau einer bei einem Vergleichsbeispiel angewendeten Fixiereinrichtung mit Folienheizung.
10 veranschaulicht den Schnittaufbau einer Fixiereinrichtung mit elektromagnetischer Induktionsheizung.
11 veranschaulicht den Aufbau eines Bilderzeugungsgeräts für die Durchführung einer Ausführungsform des Bilderzeugungsverfahrens gemäß der Erfindung.
12 ist ein schematischer Querschnitt einer mit der Erfindung zusammenhängenden Heizeinrichtung (Fixiereinrichtung).
13 ist eine schematische Vorderansicht eines wesentlichen Bereichs der Heizeinrichtung von 12.
14 veranschaulicht eine Glasumwandlungstemperatur (Tg).
15A bis 15E veranschaulichen Temperaturmessstellen Z1, Z2 und Z3.
16 veranschaulicht den Schnittaufbau einer Fixiereinrichtung mit Folienheizung, die bei einem anderen Vergleichsbeispiel angewendet wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
(1) Bilderzeugungsverfahren und -gerät (für Farbbilderzeugung)
Die vorliegende Erfindung ist hauptsächlich durch ein Bilderzeugungsverfahren für die Erzeugung eines fixierten Bildes auf einem Aufzeichnungsmaterial gekennzeichnet.
Eine Ausführungsform des Bilderzeugungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1, die eine schematische Zeichnung eines elektrophotographischen Farbdruckers als Beispiel für ein Bilderzeugungsgerät ist, beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 1 enthält das Bilderzeugungsgerät eine lichtempfindliche Trommel (Bildträgerelement) 101, die ein organisches lichtempfindliches Material oder amorphes Silicium umfasst und derart angetrieben wird, dass sie sich in einer gezeigten Pfeilrichtung mit einer vorgegebenen Betriebsgeschwindigkeit (Umfangsgeschwindigkeit) dreht.
Die lichtempfindliche Trommel 101 wird durch eine Aufladeeinrichtung 102 wie z.B. eine Aufladewalze gleichmäßig auf eine vorgegebene Polarität und ein vorgegebenes Potenzial aufgeladen.
Die gleichmäßig aufgeladene Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 101 wird mit einem Abtastlaserstrahl 103, der die Bilddaten eines gewünschten Bildes trägt und aus einem Laseroptickasten (Laserabtaster) 110 projiziert wird, belichtet; der Laseroptikkasten 110 projiziert den Laserstrahl 103, während er entsprechend seriellen elektrischen Digitalsignalen, die die Bilddaten des gewünschten Bildes widerspiegeln, moduliert wird (Ein-Aus-Steuerung). Dies hat zur Folge, dass auf der Umfangsoberfläche der sich drehenden lichtempfindlichen Trommel 101 ein elektrostatisches Latentbild, das den Bilddaten des gewünschten Bildes entspricht, erzeugt wird. Die seriellen elektrischen Digitalsignale werden aus einem Bildsignalerzeuger wie z.B. einem Bildleser, der in der Zeichnung nicht veranschaulicht ist, zugeführt. Ein Spiegel 109 lenkt den Laserstrahl, der aus dem Laseroptikkasten 110 projiziert wird, zu einer zu belichtenden Stelle auf der lichtempfindlichen Trommel 101 ab.
Bei der Vollfarben-Bilderzeugung wird ein gewünschtes Bild einer Farbauszugsbehandlung unterzogen, bei der die Farbe des gewünschten Bildes in z.B. vier Primärfarbkomponenten aufgetrennt wird. Dann werden die vorstehend beschriebenen Vorgänge der Abtastbelichtung und Bilderzeugung für jede der Primärfarbkomponenten durchgeführt, wobei z.B. mit der Gelbkomponente begonnen wird. Das Latentbild, das der Gelbkomponente entspricht, wird durch die Wirkung einer Gelbkomponenten-Entwicklungseinrichtung 104Y einer Farbentwicklungseinrichtung 104 zu einem gelben Tonerbild entwickelt. Dann wird das gelbe Tonerbild bei einer Primärübertragungsstelle T₁, die die Kontaktstelle der lichtempfindlichen Trommel 101 und einer Zwischenübertragungstrommel 105 ist (oder die Stelle ist, an der der Abstand zwischen der lichtempfindlichen Trommel 101 und der Zwischenübertragungstrommel 105 am geringsten wird), auf die Umfangsoberfläche der Zwischenübertragungstrommel 105 übertragen. Nachdem das Tonerbild auf die Oberfläche der Zwischenübertragungstrommel 105 übertragen worden ist, wird die Umfangsoberfläche der lichtempfindlichen Trommel 101 mit einer Reinigungseinrichtung 107 gereinigt; Verunreinigungen wie z.B. restliche Tonerteilchen, die nach der Übertragung zurückgeblieben sind, werden durch die Reinigungseinrichtung 107 von der Umfangsoberfläche der lichtempfindlichen Trommel 101 entfernt.
Dann wird auch für die restlichen (die zweite, die dritte und die vierte) der Primärfarbkomponenten des gewünschten Bildes ein Vorgangszyklus wiederholt, der den Aufladevorgang, den Abtast-/Belichtungsvorgang, den Entwicklungsvorgang, den Primärübertragurgsvorgang und den Reinigungsvorgang, die vorstehend beschrieben wurden, umfasst. Im Einzelnen wird für das Latentbild, das der zweiten Primärfarbkomponente, d.h., der Magentakomponente (Purpurkomponente), entspricht, eine Magentakomponenten-Entwicklungseinrichtung 104M; für das Latentbild, das der dritten Primärfarbkomponente entspricht, eine Cyankomponenten-(Blaugrünkomponenten-)Entwicklungseinrichtung 104C und für das Latentbild, das der vierten Primärfarbkomponente entspricht, eine Schwarzkomponenten-Entwicklungseinrichtung 104BK in Betrieb gesetzt. Dies hat zur Folge, dass auf der Umfangsoberfläche der Zwischenübertragungstrommel 105 ein gelbes Tonerbild, ein magentafarbenes Tonerbild, ein cyanfarbenes Tonerbild und ein schwarzes Tonerbild in der vorstehend erwähnten Reihenfolge übereinandergelagert werden, wodurch ein zusammengesetztes Vollfarben-Tonerbild des gewünschten Bildes erzielt wird.
Die Zwischenübertragungstrommel 105 umfasst eine Metalltrommel, eine elastische Mittelschicht mit einem mittelhohen Widerstand und eine Oberflächenschicht mit einem hohen Widerstand. Sie ist derart angeordnet, dass ihre Umfangsoberfläche mit der Umfangs oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 101 in Kontakt oder in ihre äußerste Nähe gebracht wird. Sie wird derart angetrieben, dass sie sich in der gezeigten Pfeilrichtung im Wesentlichen mit derselben Umfangsgeschwindigkeit wie die lichtempfindliche Trommel 101 dreht. Das Tonerbild, das sich auf der lichtempfindlichen Trommel 101 befindet, wird unter Ausnutzung der Potenzialdifferenz, die durch Anlegen einer Vorspannung an die Metalltrommel der Zwischenübertragungstrommel 105 erzeugt wird, auf die Umfangsoberfläche der Zwischenübertragungstrommel 105 übertragen.
Das zusammengesetzte Vollfarben-Tonerbild, das auf der Umfangsoberfläche der Zwischenübertragungstrommel 105 erzeugt worden ist, wird bei einer Sekundärübertragungsstelle T₂, d.h., bei einem Kontaktspalt zwischen der Zwischenübertragungstrommel 105 und einer Übertragungswalze 106, auf die Oberfläche eines Aufzeichnungsmaterials P übertragen. Das Aufzeichnungsmaterial P wird der Sekundärübertragungsstelle T₂ von einem nicht veranschaulichten Blattzuführungsbereich mit einer vorgegebenen zeitlichen Steuerung zugeführt. Die Übertragungswalze 106 überträgt das zusammengesetzte Farbtonerbild auf einmal von der Umfangsoberfläche der Zwischenübertragungstrommel 105 auf das Aufzeichnungsmaterial P, indem dem Aufzeichnungsmaterial P von der Rückseite des Aufzeichnungsmaterials P her eine Ladung mit einer der Polarität des Toners entgegengesetzten Polarität erteilt wird.
Nach dem Durchgang durch die Sekundärübertragungsstelle T₂ wird das Aufzeichnungsmaterial P von der Umfangsoberfläche der Zwischenübertragungstrommel 105 abgetrennt und dann in eine Bildheizeinrichtung (Fixiereinrichtung) 100 eingeführt, in der das zusammengesetzte Vollfarben-Tonerbild, das aus Schichten von Tonerteilchen mit verschiedenen Farben besteht, thermisch (durch Wärmeeinwirkung) auf dem Aufzeichnungsmaterial P fixiert wird. Danach wird das Aufzeichnungsmaterial P aus dem Bilderzeugungsgerät auf einen nicht veranschaulichten Auflegetisch ausgetragen. Die Fixiereinrichtung 100 wird in dem Abschnitt "(2) Fixiereinrichtung (Heizeinrichtung)" ausführlich beschrieben.
Nach der Übertragung des zusammengesetzten Vollfarben-Tonerbildes auf das Aufzeichnungsmaterial P wird die Zwischenübertragungstrommel 105 durch eine Reinigungseinrichtung 108 gereinigt; der auf der Zwischenübertragungstrommel 105 befindliche Rückstand wie z.B. der restliche Toner, der nach der Sekundärübertragung zurückgeblieben ist, oder Papierstaub wird durch die Reinigungseinrichtung 108 entfernt. Die Reinigungseinrichtung 108 wird normalerweise von der Zwischenübertragungstrommel 105 entfernt gehalten, und die Reinigungseinrichtung 108 wird mit der Zwischenübertragungstrommel 105 in Kontakt gebracht, wenn das Vollfarben-Tonerbild von der Zwischenübertragungstrommel 105 auf das Aufzeichnungsmaterial P übertragen worden ist (Sekundärübertragung).
Auch die Übertragungswalze 106 wird normalerweise von der Zwischenübertragungstrommel 105 entfernt gehalten, und wenn das Vollfarben-Tonerbild von der Zwischenübertragungstrommel 105 auf das Aufzeichnungsmaterial P übertragen wird (Sekundärübertragung), wird die Übertragungswalze 106 über das dazwischengebrachte Aufzeichnungsmaterial P an die Zwischenübertragungstrommel 205 angepresst.
Das Bilderzeugungsgerät, das in 1 veranschaulicht ist, kann in einem Einfarbenbetrieb, beispielsweise in einem Schwarzweißbetrieb, betrieben werden. Es kann auch in einem doppelseitigen Druckbetrieb sowie in einem Mehrschichten-Druckbetrieb betrieben werden.
In einem doppelseitigen Druckbetrieb wird das Aufzeichnungsmaterial P nach dem Fixieren eines Bildes an einer (der ersten) der Oberflächen des Aufzeichnungsmaterials P einem nicht veranschaulichten Umlaufmechanismus zugeführt, in dem das Aufzeichnungsmaterial P umgewendet und dann ein zweites Mal in die Sekundärübertragungsstelle T₂ eingeführt wird, so dass auf die andere (zweite) Oberfläche ein anderes Tonerbild übertragen wird. Das Aufzeichnungsmaterial P wird dann ein zweites Mal in die Bildheizeinrichtung eingeführt, in der das zweite Tonerbild fixiert wird. Das Aufzeichnungsmaterial P wird somit aus der Haupt baugruppe des Bilderzeugungsgeräts als doppelseitiger Druck ausgetragen.
In einem Mehrschichten-Druckbetrieb wird das Aufzeichnungsmaterial P mit dem ersten Bild, das sich auf der ersten Oberfläche befindet, nach dem Austreten aus der Bildheizeinrichtung 100 ein zweites Mal in die Sekundärübertragungsstelle T₂ eingeführt, ohne dass es durch den Umlaufmechanismus umgewendet worden ist. Dann wird das zweite Tonerbild auf die erste Oberfläche, auf der das erste Bild fixiert worden ist, übertragen. Dann wird das Aufzeichnungsmaterial P ein zweites Mal in die Bildheizeinrichtung 100 eingeführt, in der das zweite Tonerbild fixiert wird. Danach wird das Aufzeichnungsmaterial P als Mehrschichten-Bilddruck aus der Hauptbaugruppe des Bilderzeugungsgeräts ausgetragen.
Die Fixiereinrichtung, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung angewendet wird, enthält im Wesentlichen eine Wärmeerzeugungsschicht und eine Trennschicht und kann auch eine elastische Schicht enthalten, z.B. für die Anwendung als Fixiereinrichtung zum Fixieren eines dicken Tonerbildes wie bei der Farbbilderzeugung zur Erzielung einer erhöhten Farbmischbarkeit.
Als Nächstes wird ein Beispiel für eine Heizeinrichtung beschrieben, die zusätzlich zu einer Wärmeerzeugungsschicht und einer Trennschicht eine elastische Schicht enthält.
(2) Fixiereinrichtung (Heizeinrichtung) 100
Eine Ausführungsform der Fixiereinrichtung als typisches Merkmal der vorliegenden Erfindung wird nun im Einzelnen beschrieben, jedoch ist die Heizeinrichtung, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung angewendet wird, nicht auf die nachstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann auch ein Typ einer Heißfixiereinrichtung sein, die außerhalb eines Fixierbandes (oder einer Fixierfolie) einen Erregerspulenbereich enthält.
2 ist ein schematischer Querschnitt des wesentlichen Bereichs der Fixiereinrichtung 100 bei dieser Ausführungsform, und 3 ist eine schematische Vorderansicht des in 2 veranschaulichten Bereichs. 4 ist ein vertikaler Längsschnitt des in 2 veranschaulichten Bereichs.
Die Fixiereinrichtung 100 ist von demselben Typ wie die in 10 veranschaulichte; somit wird bei ihr von einem zylindrischen Fixierband oder einer zylindrischen Fixierfolie, d.h., von einem drehbaren Element, das durch elektromagnetische Induktion Wärme erzeugt und durch eine Presswalze angetrieben wird, Gebrauch gemacht. Ihre Bauteile oder Bereiche, die dieselben sind wie die der in 10 veranschaulichten Fixiereinrichtung, werden deshalb mit identischen Bezugszahlen bezeichnet, um zu vermeiden, dass dieselbe Beschreibung wiederholt wird.
Die Magnetfelderzeugungseinrichtung umfasst Magnetkerne 17a, 17b und 17c und eine Erregerspule 18.
Die Magnetkerne 17a, 17b und 17c sind Elemente mit einer hohen magnetischen Permeabilität. Was das Material für diese Kerne anbetrifft, so ist ein Material wie z.B. Ferrit oder Permalloy, das als Material für einen Transformatorkern verwendet wird, erwünscht; Ferrit, bei dem der Verlust sogar im Fall einer Betriebsfrequenz von mehr als 100 kHz niedrig ist, wird bevorzugt.
Wie in 5 gezeigt ist, ist die Erregerspule 18 über Netzzuleitungsdrähte 18a und 18b an einen Erregerstromkreis 27 angeschlossen. Der Erregerstromkreis 27 kann durch Anwendung einer Schaltleistungsquelle hochfrequente Wellen von 10 kHz bis 500 kHz erzeugen. Die Erregerspule 18 erzeugt auf einem hochfrequenten Wechselstrom, der von dem Erregerstromkreis zugeführt wird, basierend einen wechselnden Magnetfluss.
Die Fixiereinrichtung 100 enthält auch halbzylindrische, muldenförmige Bandführungselemente 16a und 16b, deren Öffnungskanten einander gegenüberliegend derart angeordnet sind, dass ein kleiner Zwischenraum bleibt, wodurch sie miteinander eine fast zylindrische Bandführungseinrichtung 16 bilden, um die herum ein zylindrisches Band, das durch elektromagnetische Induktion Wärme erzeugt, (Fixierband) 10 locker (mit Spiel) angebracht ist.
Die Bandführungseinrichtung 16 trägt an ihrer Innenseite die Magnetkerne 17a bis 17c und die Erregerspule 18, die als Magnetfelderzeugungseinrichtung dienen.
An der Innenseite der Bandführungseinrichtung 16 ist einer Presswalze 30 gegenüberliegend und bei einem Spalt N an der Innenseite des Fixierbandes 10 ein wärmeleitendes Element 40 angeordnet, das sich senkrecht zu der Zeichnung von 2 erstreckt (was in der Seitenansicht von 4 besser zu verstehen ist). In einem besonderen Beispiel wurde das wärmeleitende Element 40 aus einem 1 mm dicken Aluminiumblech gebildet, das eine Wärmeleitfähigkeit k = 240 [W·m^–1·K^–1] zeigte.
Das wärmeleitende Element 40 ist außerhalb eines durch die Erregerspule 18 und die Magnetkerne 17a bis 17c, die die Magnetfelderzeugungseinrichtung bilden, erzeugten Magnetfelds angeordnet, damit es nicht durch das Magnetfeld beeinflusst wird. Im Einzelnen ist das wärmeleitende Element 40 an einer Stelle angeordnet, die der Erregerspule 18 in Bezug auf die Magnetkerne 17b und 17c entgegengesetzt ist, d.h., an einer Stelle, die sich außerhalb eines durch die Erregerspule erzeugten magnetischen Pfades befindet, damit ein Einfluss auf das wärmeleitende Element 40 vermieden wird.
Die Fixiereinrichtung 100 enthält ferner eine seitlich verlängerte starre Stütze 22 zum Ausüben von Druck, die an einen flachen Innenbereich des Bandführungselements 16a anstößt; ein Isolierelement 19 zum Isolieren des wärmeleitenden Elements 40 und der Stütze 22 von den Magnetkernen 17a bis 17c und der Erregerspule 18 und Flanschelemente 23a und 23b (3 und 4), die zum Regulieren der Kanten des Fixierbandes 10 um die Enden (in Längsrichtung) der aus den Bandführungselementen 16a und 16b bestehenden Baueinheit herum aufgepasst sind. Die Flanschelemente 23a und 23b können sich unabhängig oder der Drehung des Fixierbandes 10 folgend drehen und regulieren die Bewegung des Fixierbandes 10 in der Längsrichtung der Bandführungselemente 16a und 16b.
Die Presswalze 30, die als Press- oder Stützelement dient, umfasst einen Metallkern 30a und eine elastische Schicht 30b. Die elastische Schicht 30b ist konzentrisch um den Metallkern 30a herum gebildet, bedeckt die Umfangsoberfläche des Kerns 30a und besteht aus einem hitzebeständigen Material wie z.B. Siliconkautschuk, Fluorkautschuk, Fluorkohlenstoffharz o.dg1. Die Presswalze 30 ist zwischen nicht veranschaulichten Seitenplatten der Hauptbaugruppe des Bilderzeugungsgeräts eingepasst und wird durch Lager an den jeweiligen Enden (in Längsrichtung) des Metallkerns 30a drehbar abgestützt.
Zwischen den Enden (in Längsrichtung) der starren Pressstütze 22 und den Federauflageplatten 29a und 29b sind jeweils Federn 25a und 25b in einem zusammengedrückten Zustand eingepasst, um die starre Pressstütze 22 nach unten zu pressen. Bei dieser Anordnung wird ein Fixierspalt N mit einer vorgegebenen Breite gebildet, in dem das Fixierband 10 zwischen der Unterseite des Bandführungselements 16a und der nach oben zeigenden Umfangsoberfläche der Presswalze 30 angeordnet ist. Die Unterseite des Magnetkerns 17a ist rechtwinklig zu dem Fixierspalt N ausgerichtet.
Die Presswalze 30 wird durch eine Antriebseinrichtung M derart angetrieben, dass sie sich in der gezeigten Pfeilrichtung dreht. Da die Presswalze 30 derart angetrieben wird, dass sie sich dreht, wird auf das Fixierband 10 durch die Reibung zwischen der Presswalze 30 und der Außenfläche des Fixierbandes 10 eine Drehkraft ausgeübt, wodurch das Fixierband 10 entlang den Umfangsoberflächen der Bandführungselemente 16a und 16b in der gezeigten Pfeilrichtung mit einer Umfangsgeschwindigkeit, die der Umfangsgeschwindigkeit der Presswalze 30 im Wesentlichen gleich ist, gedreht wird. In dem Fixierspalt N gleitet die Innenfläche des Fixierbandes 10 auf der Unterseite des Bandführungselements 16a, mit der sie flach in Kontakt ist.
Zur Verminderung der Reibung zwischen der Unterseite des Bandführungselements 16a und der Innenfläche des Fixierbandes 10 in dem Spalt N bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann zwischen die Unterseite des Bandführungselements 16a und die Innenfläche des Fixierbandes 10 ein Gleitmittel wie z.B. ein hitzebeständiges Schmierfett eingebracht werden oder kann die Unterseite des Bandführungselements 16a mit einem Schmiermittel wie z.B. einem Formentrennmittel beschichtet werden. So eine Maßnahme kann wirksam sein, um z.B. in dem Fall, dass sich das Fixierband 10 beim Betrieb an einem Element, das ein niedriges Oberflächengleitvermögen zeigt, wie z.B. an einem aus Aluminium hergestellten wärmeleitenden Element 40 nach dessen Oberflächenbehandlung durch Grobschlichten, reibt, eine Verminderung der Haltbarkeit, die auf Beschädigungen während des Reibens an dem Fixierband 10 zurückzuführen ist, zu verhindern.
Das wärmeleitende Element 40 ist wirksam, um eine (leichmäßige Temperaturverteilung in Längsrichtung zu erzielen. Beispielsweise wird im Fall des Durchgangs eines kleinen Papierblattes die Wärme des Fixierbandes 10 bei dem Bereich, an dem das Papier nicht vorbeigeht, in Längsrichtung über das wärmeleitende Element 40 an den Bereich des Fixierelements, an dem das Papier vorbeigeht, und an das kleine Papierblatt abgegeben, so dass ein Tonerbild, das sich auf dem kleinen Papierblatt befindet, mit einem niedrigeren Wärmeverbrauch gut fixiert werden kann.
5 ist eine perspektivische Zeichnung des Bandführungselements 16a, dessen Außenfläche mit einer Vielzahl von Rippen 16e versehen ist, die aus der Umfangsoberfläche des Bandführungselements 16a nach außen vorstehen und mit gleichen Abständen parallel zu der Umfangsrichtung verlaufen. Diese vorstehenden Rippen 16e sind wirksam, um die Reibung zwischen der Außenfläche des Bandführungselements 16a und der Innenfläche des Fixierbandes 10 zu vermindern, so dass die Drehbelastung, die durch das Fixierband 10 getragen wird, vermindert wird. Das Bandführungselement 16b kann ebenfalls mit vorstehenden Rippen, die diesen Rippen 16e ähnlich sind, ausgestattet werden.
6 stellt schematisch die Richtung und Verteilung des wechselnden Magnetflusses in der Nachbarschaft des Fixierspalts N dar. Ein Magnetfluss C verkörpert einen Anteil des wechselnden Magnetflusses. Was die Verteilung des wechselnden Magnetflusses (C) anbetrifft, so wird der wechselnde Magnetfluss (C) durch die Magnetkerne 17a, 17b und 17c derart geleitet, dass er zwischen den Magnetkernen 17a und 17b und zwischen den Magnetkernen 17a und 17c gebündelt wird und in der Schicht 1 des Fixierbandes 10, die auf elektromagnetischer Induktion basierend Wärme erzeugt, (der Wärmeerzeugungsschicht) einen Wirbelstrom erzeugt. Dieser Wirbelstrom erzeugt in der Schicht 1, die auf elektromagnetischer Induktion basierend Wärme erzeugt, entsprechend dem spezifischen Widerstand der Wärmeerzeugungsschicht 1 Joulesche Wärme (Wirbelstromverlust). Die Menge der Wärme, die durch die Schicht 1 erzeugt wird, die auf elektromagnetischer Induktion basierend Wärme erzeugt, wird durch die Dichte des Magnetflusses, der durch die Schicht 1, die auf elektromagnetischer Induktion basierend Wärme erzeugt, hindurchdringt, bestimmt und wird in der durch den Graphen in 6 gezeigten Weise verteilt. In 6, die ein Graph ist, sind die Stellen auf dem Fixierband 10, die durch den mit der Mitte (0°) des Fixierspalts gebildeten Winkel θ ausgedrückt werden, auf der Ordinate aufgetragen und ist die Menge der Wärme, die in der Schicht 1 des Fixierbandes 10 erzeugt wird, die auf elektromagnetischer Induktion basierend Wärme erzeugt, auf der Abszisse aufgetragen. Ein Wärmeerzeugungsbereich oder exothermer Bereich ist als ein Bereich definiert, der eine in 6 gezeigte Wärmemenge Q/e erzeugt (worin Q eine örtlich erzeugte maximale Wärme bezeichnet und e die Basis der natürlichen Logarithmen bezeichnet). Dies ist ein Bereich, der eine zum Fixieren erforderliche Wärmemenge liefert.
Die Temperatur des Fixierspalts N wird bei einem vorgegebenen Wert gehalten, indem der elektrische Strom, der der Erregerspule 18 durch den Erregerstromkreis zugeführt wird, mit einem Temperatursteuersystem (nicht gezeigt), das auf den Temperaturdaten, die durch einen Temperaturfühler 26 erhalten werden, basierend arbeitet, geregelt wird. Der Temperaturfühler 26, der die Tem peratur des Fixierbandes 10 ermittelt, ist ein Temperaturfühler wie z.B. ein Thermistor.
Das zylindrische Fixierband 10 wird entlang den Außenflächen der Bandführungselemente 16a und 16b gedreht, und der Erregerspule 18, die sich innerhalb der Bandführungseinrichtung befindet, wird von dem Erregerstromkreis elektrischer Strom zugeführt, so dass in dem Fixierband 10 durch elektromagnetische Induktion Wärme erzeugt wird. Dies hat zur Folge, dass die Temperatur des Fixierspaltes N zunimmt. Sobald die Temperatur des Fixierspaltes N den vorgegebenen Wert erreicht hat, wird sie bei diesem Wert gehalten. Während sich die Heizeinrichtung in diesem Zustand befindet, wird in den Fixierspalt N zwischen dem Fixierband 10 und der Presswalze 30 ein Aufzeichnungsmaterial P, auf das ein Tonerbild t1 aufgetragen worden ist, ohne darauf fixiert zu werden, eingeführt, wobei die das Tonerbild tragende Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials P nach oben liegt, so dass sie mit der Außenfläche des Fixierbandes 10 in Kontakt kommt. Dann lässt man das Aufzeichnungsmaterial P zusammen mit dem Fixierband 10 durch den Fixierspalt N hindurchgehen, während es durch die Presswalze 30 und die Bandführungseinrichtung 16 gepresst wird, wobei die das Tonerbild tragende Oberfläche mit der Außenfläche des Fixierbandes 10 flach in Kontakt ist. Während das Aufzeichnungsmaterial P, auf dem das noch zu fixierende Tonerbild t1 getragen wird, durch den Fixierspalt N hindurchgeht, wie es vorstehend beschrieben wurde, wird dieses Tonerbild, das auf dem Aufzeichnungsmaterial P getragen wird, durch die Wärme, die auf elektromagnetischem Wege in dem Fixierband 10 induziert worden ist, erhitzt, wodurch es auf dem Aufzeichnungsmaterial P fixiert wird. Nachdem das Aufzeichnungsmaterial P durch den Fixierspalt N hindurchgegangen ist, wird es von der Außenfläche des sich drehenden Fixierbandes 10 abgetrennt und weiter befördert, um aus dem Bilderzeugungsgerät ausgetragen zu werden. Nach dem Durchgang durch den Fixierspalt N, während dessen es auf dem Aufzeichnungsmaterial P thermisch fixiert (heißfixiert) wird, kühlt das Tonerbild t2 ab und wird ein dauerhaft fixiertes Bild.
Das System der elektromagnetischen Induktionsheizung, das im Rahmen der vorliegenden Erfindung gewählt wird, kann vorzugsweise folgendermaßen betrieben werden.
Hinsichtlich der Temperaturverteilung um den Fixierspalt, der bei dem System der elektromagnetischen Induktionsheizung zwischen dem drehbaren Heizelement und dem drehbaren Presselement gebildet wird, ist gefunden worden, dass ein ausgezeichnetes Fixierverhalten erzielt werden kann, wenn die Temperatur Z1 (°C) des drehbaren Heizelements vor dem Eintritt in den Spalt, die Temperatur Z2 (°C) des Heizelements nach dem Durchgang durch den Spalt und die Temperatur Z3 (°C) bei einem Bereich des Heizelements, der dem Wärmeerzeugungsbereich vorangeht, die folgende Beziehung erfüllen: Z3 ≦ Z2 < Z1.
Wenn die vorstehend beschriebene Temperaturverteilungsbedingung erfüllt ist, nimmt der Toner, der sich auf dem Aufzeichnungsmaterial befindet, an einer Stelle genau vor dem Spalt bei einer hohen Temperatur die meiste Wärme auf, so dass er schnell schmilzt, wodurch sogar während des Schnellstarts eine ausreichende Fixierfestigkeit erzielt wird.
Das Heizelement zeigt an der Austrittsseite des Spaltes eine niedrigere Temperatur als an der Eintrittsseite, so dass ein Ankleben des Aufzeichnungsmaterials, das darauf zurückzuführen ist, dass der Toner am Spalteingang schnell geschmolzen ist, wirksam verhindert werden kann.
Eine andere Wirkung besteht darin, dass das Aufzeichnungsmaterial und der darauf befindliche Toner im Fall einer hohen Temperatur Z1 an der Spalteingangsseite des Heizelements vor dem Eintritt in den Spalt im Wesentlichen durch Wärmestrahlung von der Oberfläche des Heizelements erhitzt werden, wodurch das Schmelzen des Toners bei dem Spalt verstärkt wird, was zu einem verbesserten Fixierverhalten beiträgt.
Ferner kann dadurch, dass die Temperatur Z3 desjenigen Bereichs des Heizelements, das seinem Wärmeerzeugungsbereich vorangeht, unter der Temperatur Z2 bei der Spaltausgangsseite gehalten wird, ein übermäßiges Erhitzen bei dem Wärmeerzeugungsbereich vermieden werden.
Die Temperaturen Z1, Z2 und Z3 sind hierin folgendermaßen definiert. Die Oberflächentemperatur des Heizelements an einer Stelle, die der Spaltmitte um 1/8 der Umfangslänge des Heizelements vorangeht, wird als Z1 angesehen; die Oberflächentemperatur des Heizelements an einer Stelle, die sich um 1/8 der Umfangslänge des Heizelements nach der Spaltmitte befindet, wird als Z2 angesehen, und die Oberflächentemperatur des Heizelements über einen Teillängenbereich davon, der einer Stelle, mit deren Erhitzen durch die Wärmeerzeugungseinrichtung begonnen wird, vorangeht, wird als Z3 angesehen, wobei dieser Teillängenbereich 1/8 der Umfangslänge des Heizelements beträgt. 15A bis 15E veranschaulichen die Stellen auf dem Heizelement oder die Messung der Temperaturen Z1 bis Z3 an verschiedenen Stellen der Wärmeerzeugungseinrichtung.
An den vorstehend bezeichneten Stellen werden die Temperaturen Z1 bis Z3 zu dem Zeitpunkt gemessen, in dem das Aufzeichnungsmaterial durch die Fixiereinrichtung hindurchgeht.
Die Messung kann z.B. in einer Umgebung mit 23°C und 60°C durch Verwendung eines Aufzeichnungsmaterials von 75 g/m² (z.B. "4024", erhältlich von Xerox Co.) nach 24-stündigem Aufbewahren in dieser Umgebung durchgeführt werden.
Zur Messung von Z1 wird die Oberflächentemperatur eines Bereichs des Heizelements, der einem Bereich davon, der während des Durchgangs des Aufzeichnungsmaterials mit dem Aufzeichnungsmaterial in Kontakt ist, entspricht, aufgezeichnet, und ihr maximaler Wert wird als Z1 angesehen.
Zur Messung von Z2 wird die Oberflächentemperatur eines Bereichs des Heizelements, der einem Bereich davon, der während des Durchgangs des Aufzeichnungsmaterials mit dem Aufzeich nungsmaterial in Kontakt ist, entspricht, aufgezeichnet, und ihr minimaler Wert wird als Z2 angesehen.
Zur Messung von Z3 wird die Oberflächentemperatur eines Bereichs des Heizelements, der einem Bereich davon, der während des Durchgangs des Aufzeichnungsmaterials mit dem Aufzeichnungsmaterial in Kontakt ist, entspricht, aufgezeichnet, und ihr minimaler Wert wird als Z3 angesehen.
Die vorstehend beschriebene Bedingung kann durch geeignete Kombination von Einflussgrößen wie z.B. Außendurchmesser, Wärmekapazität und Umlaufgeschwindigkeit des Heizelements, Stromversorgungsrate des Heizelements, Wärmeerzeugungsstelle des Heizelements, Außendurchmesser und Wärmekapazität des Presselements und Betriebsgeschwindigkeit der Fixiereinrichtung erfüllt werden.
Wenn die Umfangslänge des Heizelements mit La bezeichnet wird, wird es in dem Fall, dass die Wärmeerzeugungsschicht mindestens in einem Bereich von einer Stelle, die der Spaltmitte um La/4 vorangeht, bis zu einer Stelle, die sich um La/8 nach der Spaltmitte befindet, gespeist wird, möglich, Unregelmäßigkeiten der Temperatur des Heizelements in der Nähe des Spaltes zu unterdrücken, wodurch Schwierigkeiten wie z.B. unregelmäßiges Fixieren wirksam vermieden werden.
Es wird ferner bevorzugt, dass Z1 im Hinblick auf eine wirksame Energieausnutzung auf einen Wert von weniger als 250°C eingestellt wird und dass die Differenz zwischen Z1 und Z2 zur Aufrechterhaltung einer hohen Qualität fixierter Bilder auf höchstens 40°C und insbesondere höchstens 30°C eingestellt wird. Durch die Wahl eines Fixierverfahrens, das diese Bedingungen erfüllt, wird es möglich, in einer Umgebung mit niedriger Temperatur/niedriger Feuchtigkeit, die eine strenge Umgebung für das Fixieren ist, ein ausreichendes Fixierverhalten aufrechtzuerhalten.
Es wird bevorzugt, eine Fixiereinrichtung anzuwenden, die ein drehbares Heizelement mit einer Umfangslänge La und ein drehba res Presselement mit einer Umfangslänge Lb hat, die die folgende Bedingung erfüllen: 0,4 × La ≦ Lb ≦ 0,95 × La < 400 mm.
Durch Verminderung der Umfangslänge des drehbaren Heizelements wird es möglich, die Wärmemenge zu vermindern, die von dem Heizelement an das Presselement abgegeben wird, wodurch die Fähigkeit der Fixierfläche, der Zuführung von Wärme zu folgen, und die Schnellstartfähigkeit verbessert werden.
Zur Verminderung der Wärmemenge, die von dem Heizelement abgegeben wird, wird es ferner bevorzugt, dass das drehbare Presselement derart eingestellt wird, dass es eine Umfangslänge in dem vorstehend beschriebenen Bereich hat, wodurch erlaubt wird, dass das drehbare Heizelement eine Umfangslänge La hat, die weniger als 400 mm und insbesondere 200 mm oder weniger beträgt.
Es wird ferner bevorzugt, dass ein Toner verwendet wird, der während des Erhitzens gemäß DSC (Differenzialabtastkalorimetrie bzw. dynamischer Differenz-Kalorimetrie) eine im Bereich von 20 bis 200°C liegende Temperatur beim Wärmeaufnahmepeak zeigt, die eine Temperatur beim maximalen Wärmeaufnahmepeak im Bereich von 50 bis 150°C, die um mindestens 30°C und insbesondere um mindestens 40°C niedriger als Z1 ist, einschließt, damit ein ausreichendes Schmelzen des Toners am Spalteingang und ein gutes Fixierverhalten erzielt werden.
Es wird ferner bevorzugt, dass der Toner während der Abkühlung gemäß DSC eine im Bereich von 20 bis 200°C liegende Temperatur beim Wärmeabgabepeak zeigt, die eine Temperatur beim maximalen Wärmeabgabepeak im Bereich von 40 bis 150°C, die niedriger als Z2 ist, einschließt, damit ein Ankleben des Toners an dem drehbaren Heizelement bei dem Spaltausgang unterdrückt wird.
Einzelheiten der DSC-Messung werden im Zusammenhang mit einem nachstehend beschriebenen Toner erläutert.
Bei dieser Ausführungsform ist dem (in 6 definierten) Wärmeerzeugungsbereich H des Fixierbandes 10 gegenüberliegend ein Thermoschalter (Temperaturfühler) 50 angeordnet, damit die Stromversorgung der Erregerspule 18 während eines Instabilwerdens unterbrochen wird.
7 ist ein Schaltbild einer Sicherheitsschaltung, die bei dieser Ausführungsform angewendet wird. Unter Bezugnahme auf 7 ist ein Thermoschalter (Temperaturfühler) 50 mit einer Gleichstromversorgung von +24 Volt und einem Umschaltrelais 51 in Reihe geschaltet. Wenn der Thermoschalter 50 gesperrt wird, wird die Stromversorgung des Umschaltrelais 51 unterbrochen, so dass das Umschaltrelais 51 eingeschaltet wird, wodurch die Stromversorgung des Erregerstromkreises 27 und somit die Stromversorgung der Erregerspule 18 unterbrochen wird. In einem besonderen Beispiel wurde der Thermoschalter 50 derart eingestellt, dass seine Ausschalttemperatur bei 220°C lag.
Der Thermoschalter 50 ist dem Wärmeerzeugungsbereich H des Fixierbandes oder der Fixierfolie 10 gegenüberliegend und frei von Kontakt mit der Außenfläche des Fixierbandes mit einem Abstand von etwa 2 mm angeordnet. Dadurch wird verhindert, dass das Fixierband durch Kontakt mit dem Thermoschalter beschädigt wird, wodurch eine Verschlechterung fixierter Bilder während einer langzeitigen kontinuierlichen Bilderzeugung vermieden wird.
Bei dieser Ausführungsform der Fixiereinrichtung wird im Unterschied zu einer Fixiereinrichtung mit einer in 10 veranschaulichten Anordnung sogar in dem Fall, dass die Fixiereinrichtung in einem Zustand angehalten wird, in dem der Spalt durch Papier verstopft ist und die Erregerspule 18 kontinuierlich gespeist wird, so dass eine kontinuierliche Wärmeerzeugung durch das Fixierband verursacht wird, das Papier nicht direkt erhitzt, weil bei dem Fixierspalt N keine Wärmeerzeugung auftritt. Da der Thermoschalter 50 ferner in dem Wärmeerzeugungsbereich H, der eine große Wärmemenge abgibt, angeordnet ist, wird die Stromversorgung der Erregerspule 18 durch das Um schaltrelais 51 unterbrochen, wenn der Thermoschalter durch Ermittlung einer Temperatur von 220°C ausgeschaltet wird.
Dies hat zur Folge, dass entsprechend dieser Ausführungsform die Wärmeerzeugung aus dem Fixierband beendet werden kann, ohne dass eine Entzündung des Papiers verursacht wird, da Papier einen Entzündungspunkt um 400°C hat.
Als Temperaturfühler kann anstelle des Thermoschalters auch eine Temperaturschmelzsicherung angewendet werden.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Toner verwendet, der eine Substanz mit niedrigem Erweichungspunkt enthält, so dass die Fixiereinrichtung nicht mit einem Ölauftragmechanismus ausgestattet wird, jedoch kann die Fixiereinrichtung im Fall der Verwendung eines Toners, der keine Substanz mit niedrigem Erweichungspunkt enthält, mit einem Ölauftragmechanismus ausgestattet werden. Ferner ist es sogar im Fall der Verwendung eines Toners, der eine Substanz mit niedrigem Erweichungspunkt enthält, auch möglich, so ein Auftragen von Öl zu bewirken oder das Aufzeichnungsmaterial unter Kühlung abzutrennen.
(A) Erregerspule 18
Das Material für die Erregerspule 18 ist Kupfer. Im Einzelnen wird aus einer Vielzahl von feinen Kupferdrähten, von denen jeder einzeln mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet ist, ein Bündel gebildet, und dieses Bündel von mit einem Isolator beschichteten feinen Drähten wird zur Bildung der Erregerspule 18 in einer vorgegebenen Zahl von Windungen gewickelt. Bei dieser Ausführungsform wird das Drahtbündel in zehn Windungen gewickelt.
Was den Isolator zum Beschichten der Kupferdrähte anbetrifft, so kann unter Berücksichtigung der Leitung der in dem Fixierband 10 erzeugten Wärme vorzugsweise ein hitzebeständiger Isolator wie z.B. Polyamidimid oder Polyimid verwendet werden.
Die Dichte der Spulendrähte kann erhöht werden, indem auf die Erregerspule 18 ein äußerer Druck ausgeübt wird.
Bei dieser Ausführungsform ist die Erregerspule 18 derart geformt, dass sie mit der Krümmung der Wärmeerzeugungsschicht 1 übereinstimmt. Der Abstand zwischen der Wärmeerzeugungsschicht 1 des Fixierbandes 10 und der Erregerspule 18 wird auf etwa 2 mm eingestellt.
Was das Material für das Erregerspulenhalteelement 19 anbetrifft, so ist für eine zufriedenstellende Isolierung der Erregerspule 18 von dem Fixierband 10 ein elektrisch isolierendes und hitzebeständiges Material empfehlenswert. Erwünschte Anwärter auf die Auswahl sind beispielsweise Phenolharz, Fluorkohlenstoffharz, Polyimidharz, Polyamidharz, Polyamidimidharz, PEEK-Harz, PES-Harz, PPS-Harz, PFA-Harz, PTFE-Harz, FEP-Harz, LCP-Harz u.dgl.
Wenn die Wärmeerzeugungsschicht des Fixierbandes 10 näher bei den Magnetkernen 17a bis 17c und der Erregerspule 18 angeordnet ist, kann ein höherer Wirkungsgrad der Magnetflussabsorption erzielt werden. Der Abstand beträgt vorzugsweise 5 mm oder weniger, da ein Abstand, der über 5 mm hinausgeht, zu einer beträchtlichen Verminderung des Wirkungsgrades führt. Wenn der Abstand in einem Bereich mit einem Höchstwert von 5 mm liegt, muss der Abstand zwischen der Wärmeerzeugungsschicht des Fixierbandes und der Erregerspule nicht konstant sein.
Die Drähte 18a und 18b, die aus der Erregerspule 18 herausführen und durch das Erregerspulenhalteelement 19 hindurchgeführt werden, sind bei den Bereichen, die sich außerhalb des Erregerspulenhalteelements 19 befinden, mit einer Isolierschicht bedeckt.
(B) Fixierband 10
8 ist ein schematischer Senkrechtschnitt des Fixierbandes 10 bei dieser Ausführungsform. Dieses Fixierband 10 hat einen zusammengesetzten (geschichteten) Aufbau, der eine elektrisch leitende Schicht, die die Wärmeerzeugungsschicht 1 bildet, aus einer Metallfolie o.dgl. gebildet ist und als Trägerschicht des Fixierbandes 10 dient; die elastische Schicht 2, die auf der Außenfläche der Wärmeerzeugungsschicht 1 aufgebracht ist; und die Trennschicht 3, die auf der Außenfläche der elastischen Schicht 2 aufgebracht ist, enthält. Zum Sicherstellen der Haftung zwischen der Wärmeerzeugungsschicht 1 und der elastischen Schicht 2 und der Haftung zwischen der elastischen Schicht 2 und der Trennschicht 3 können zwischen den jeweiligen Schichten Grundierschichten (nicht veranschaulicht) angeordnet sein. Die Wärmeerzeugungsschicht 1 befindet sich an der Innenseite des zylindrischen Fixierbandes 10, und die Trennschicht 3 befindet sich an seiner Außenseite. Wie vorstehend beschrieben wurde, wirkt auf die Wärmeerzeugungsschicht 1 ein wechselnder Magnetfluss ein, wird in der Wärmeerzeugungsschicht 1 ein Wirbelstrom erzeugt und wird durch diesen Wirbelstrom in der Wärmeerzeugungsschicht 1 Wärme erzeugt. Die so erzeugte Wärme erhitzt das Fixierband 10 durch die elastische Schicht 2 und die Trennschicht 3 hindurch, und das Fixierband 10 seinerseits erhitzt das Aufzeichnungsmaterial (d.h., einen zu erhitzenden Gegenstand), das man durch den Fixierspalt N hindurchgehen lässt, wodurch das Tonerbild thermisch fixiert (heißfixiert) wird.
a. Wärmeerzeugungsschicht 1
Die Wärmeerzeugungsschicht 1 kann aus einem nichtmagnetischen Metall bestehen, jedoch ist die Verwendung eines ferromagnetischen Materials oder einer Legierung davon wie z.B. von Nickel, Eisen, magnetischem SUS, Nickel-Cobalt-Legierung o.dgl. vorzuziehen.
Was die Dicke der Wärmeerzeugungsschicht 1 anbetrifft, so ist es erwünscht, dass sie nicht geringer ist als die Skin- oder Eindringtiefe σ (m), die durch die nachstehend angegebene Formel ausgedrückt wird: σ = 503 × (ρ/fμ)1/2 worin f die Frequenz (Hz) des Erregerstromkreises; μ die magnetische Permeabilität und ρ den spezifischen Widerstand (Ωm) bezeichnet, und nicht mehr als 200 μm beträgt.
Die Skin- oder Eindringtiefe σ bedeutet die Absorptionstiefe elektromagnetischer Wellen, die zur elektromagnetischen Induktion angewendet werden. Bei einer größeren Tiefe wird die Intensität der elektromagnetischen Wellen kleiner als 1/e. Mit anderen Worten, die meiste Energie wird in einer Tiefe bis zu der Skin- oder Eindringtiefe σ aufgenommen.
Im Einzelnen ist es erwünscht, dass die Dicke der Wärmeerzeugungsschicht 1 im Bereich von 1 bis 200 μm liegt. Wenn die Dicke der Wärmeerzeugungsschicht 1 weniger als 1 μm beträgt, kann nicht die gesamte elektromagnetische Energie aufgenommen werden, so dass sich der Wirkungsgrad der Wärmeerzeugung verschlechtert. Wenn die Dicke der Wärmeerzeugungsschicht 1 über 100 μm hinausgeht, wird die Wärmeerzeugungsschicht 1 zu starr; mit anderen Worten, ihr Flexibilitätsverlust ist für eine praktische Anwendung als drehbares Element zu groß.
b. Elastische Schicht 2
Die elastische Schicht 2 besteht aus einem Material mit einer guten Hitzebeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit wie z.B. Siliconkautschuk, Fluorkautschuk, Fluorsiliconkautschuk u.dgl.
Zur Vermeidung von unregelmäßigem Glanz, der leicht verursacht wird, wenn die Heizfläche (Trennschicht 3) den Ungleichmäßigkeiten des Aufzeichnungsmaterials oder den Ungleichmäßigkeiten der Tonerschicht, die sich auf dem Aufzeichnungsmaterial befindet, nicht folgt, ist es erwünscht, dass die Dicke der elastischen Schicht 2 im Bereich von 10 bis 500 μm liegt.
Wenn die Dicke der elastischen Schicht 2 unter 10 μm liegt, wirkt das Fixierband 10 nicht als elastisches Element, so dass es während des Fixierens eine ungleichmäßige Druckverteilung ausübt. Dies hat zur Folge, dass im Einzelnen während des Fi xierens eines Vollfarbenbildes ein ausreichendes Heißfixieren eines noch nicht fixierten Toners mit einer zweiten Farbe schwierig wird, was in dem fixierten Bild wegen ungenügenden Schmelzens zu unregelmäßigem Glanz führt, so dass keine Vollfarbenbilder mit hoher Schärfe bzw. Auflösung erhalten werden. Wenn die elastische Schicht 2 andererseits eine Dicke hat, die über 500 μm hinausgeht, kann die Wärmeleitung während des Fixierens behindert werden, was dazu führt, dass die Fixierfläche der Zuführung von Wärme schlechter folgen kann, so dass die Schnellstartfähigkeit beeinträchtigt werden kann und leicht unregelmäßiges Fixieren auftritt.
Was die Härte der elastischen Schicht 2 anbetrifft, so erlaubt eine übermäßige Härte der elastischen Schicht 2 keine Anpassung der elastischen Schicht 2 an Unregelmäßigkeiten der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials oder der Tonerschicht, so dass ein ungleichmäßiger Glanz über ein Bild verursacht wird. Es ist somit erwünscht, dass die Härte der elastischen Schicht 2 höchstens 60° (JIS-A) und vorzugsweise höchstens 45° (JIS-A) beträgt.
Es ist erwünscht, dass die Wärmeleitfähigkeit λ der elastischen Schicht 2 im Bereich von 0,25 bis 0,82 (J/m·s·K) liegt.
Wenn die Wärmeleitfähigkeit λ unter 0,25 (J/m·s·K) liegt, wird der Wärmeleitwiderstand hoch, wodurch die Geschwindigkeit, mit der die Temperatur der Oberflächenschicht (Trennschicht 3) des Fixierbandes 10 ansteigt, verlangsamt wird.
Wenn die Wärmeleitfähigkeit λ 0,82 (J/m·s·K) überschreitet, nimmt die Härte der elastischen Schicht 2 zu stark zu, und ferner verschlechtert sich die durch Zusammenpressen verursachte bleibende Verformung der elastischen Schicht 2.
Es ist deshalb erwünscht, dass die Wärmeleitfähigkeit λ im Bereich von 0,25 bis 0,82 (J/m·s·K) und vorzugsweise im Bereich von 0,33 bis 0,63 (J/m·s·K) liegt.
c. Trennschicht 3
Was das Material für die Trennschicht 3 anbetrifft, so kann es im Hinblick auf Trennbarkeit und Hitzebeständigkeit aus Materialien wie z.B. Fluorkohlenstoffharz, Siliconharz, Fluorsiliconkautschuk, Fluorkautschuk, Siliconkautschuk, PFA, PTFE, FEP o.dgl. ausgewählt werden.
Es ist erwünscht, dass die Dicke der Trennschicht 3 im Bereich von 1 bis 100 μm liegt. Wenn die Dicke der Trennschicht 3 unter 1 μm liegt, zeigt sich eine Ungleichmäßigkeit der Trennschicht 3 als ungleichmäßige Glätte, durch die Stellen mit schlechterer Gleitfähigkeit oder Haltbarkeit erzeugt werden. Wenn die Dicke der Trennschicht 3 andererseits 100 μm überschreitet, verschlechtert sich die Wärmeleitfähigkeit; im Einzelnen wird die Härte der Trennschicht 3 in dem Fall, dass die Trennschicht 3 aus Harz besteht, zu hoch, wodurch die Wirkung der elastischen Schicht 2 beseitigt wird.
d. Wärmeisolierschicht
Das Fixierband 10 kann an der Bandführungsseite (der Seite, die der elastischen Schicht 2 entgegengesetzt ist) der Wärmeerzeugungsschicht 1 auch eine Wärmeisolierschicht (nicht gezeigt) enthalten.
So eine Wärmeisolierschicht kann vorzugsweise aus einem hitzebeständigen Harz wie z.B. fluorhaltigem Harz, Polyimidharz, Polyamidharz, Polyamidimidharz, PEER-Harz, PES-Harz, PPS-Harz, PFA-Harz, PTFE-Harz oder FEP-Harz bestehen.
Die Wärmeisolierschicht kann vorzugsweise eine Dicke von 10 bis 1000 μm haben. Wenn die Dicke der Wärmeisolierschicht unter 10 μm liegt, kann die erforderliche Wärmeisolierwirkung nicht erzielt werden und ist auch wahrscheinlich, dass die Haltbarkeit ungenügend ist. Wenn die Dicke andererseits 1000 μm überschreitet, vergrößert sich der Abstand der Wärmeerzeugungsschicht 1 von den Magnetkernen 17a bis 17d und der Erregerspule 18, so dass eine ausreichende Absorption des Magnetflusses durch die Wärmeerzeugungsschicht schwierig wird.
Die Wärmeisolierschicht wirkt derart, dass sie die Leitung von Wärme, die in der Wärmeerzeugungsschicht 1 erzeugt wird, zur Innenseite des Fixierbandes verhindert, wodurch der Wirkungsgrad der Wärmezuführung zu der Seite des Aufzeichnungsmaterials P verbessert und der Energieverbrauch gesenkt wird.
C) Spalt
Zur Sicherstellung eines guten Fixierverhaltens kann der Fixierspalt zwischen dem drehbaren Heizelement und dem Presselement in der Heißfixiereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise in einer Breite von 5,0 bis 15,0 mm gebildet werden. Bei einer Breite von weniger als 5,0 mm wird es schwierig, während der Vollfarben-Bilderzeugung an ein noch nicht fixiertes Tonerbild eine ausreichende Wärmemenge abzugeben und eine zufriedenstellende Farbmischung der Tonerschmelze zu bewirken, was leicht zu unnatürlich wirkenden Farbbildern führt.
Wenn die Spaltbreite N 15,0 mm überschreitet, kann eine ausreichende Wärmemenge zum Fixieren des Toners übertragen bzw. abgegeben werden, jedoch tritt leicht das Phänomen des Abschmutzens bei hoher Temperatur auf, und die Änderung der Krümmung des Fixierbandes 10 an beiden Enden des Fixierspalts N (d.h., an der stromaufwärts gelegenen und der stromabwärts gelegenen Seite des Fixierbandes 10) wird viel zu groß, so dass eine Verminderung der Haltbarkeit des Fixierbandes 10 wahrscheinlich ist.
D) Linearer Druck
Der Spaltdruck (lineare Druck) in der Heißfixiereinrichtung, der in einem Zustand, wo ein Aufzeichnungsmaterial eingefügt ist, gemessen wird, liegt vorzugsweise im Bereich von 490 bis 1372 N/m (0,5 bis 1,4 kp/cm) und insbesondere im Bereich von 490 bis 784 N/m (0,5 bis 0,8 kp/cm). Bei einem Druck von weniger als 490 N/m (0,5 kp/cm) treten leicht eine unregelmäßige Beförderung des Aufzeichnungsmaterials und eine Störung des Fixierens wegen ungenügenden Fixierdrucks auf. Bei einem Druck von mehr als 1372 N/m (1,4 kp/cm) ist es wahrscheinlich, dass eine Verschlechterung der Haltbarkeit des Fixierbandes 10 beschleunigt wird.
Der lineare Druck LP (N/m), auf den hierin Bezug genommen wird, wird wie folgt aus einer Kraft F (N), die auf ein Aufzeichnungsmaterial ausgeübt wird, und einer Anstoßlänge LR (m) (3) berechnet: LP (N/m) = F (N)/LR (m).
Die Kraft (F), die auf das Aufzeichnungsmaterial einwirkt, kann eingestellt werden, indem der Federdruck verändert wird, der durch die in 3 gezeigten Federn 25a und 25b ausgeübt wird. Die Kraft (F) kann auch gesteuert werden, indem der Abstand zwischen den Federauflageplatten 29a und 29b und der Presswalze 30 verändert wird.
E) Umfangslänge des Fixierbandes und Betriebsgeschwindigkeit
Bei dieser Ausführungsform werden die Umfangslänge des Fixierbandes 10, das durch elektromagnetische Induktion Wärme erzeugt, und die Dauer einer Drehung des Fixierbandes 10 in der nachstehend beschriebenen Weise vorgegeben, um Schnellstartfähigkeit und einen sparsamen Energieverbrauch zu verwirklichen, während ein stabiles Fixierverhalten sichergestellt wird.
Die Wärmeerzeugungsschicht 1 des Fixierbandes 10 hat wegen einer geringen Dicke eine niedrige Wärmekapazität und zeigt wegen eines Metalls, dessen Wärmeleitfähigkeit gut ist, eine beträchtliche Wärmeableitung. Wenn das Fixierband eine Umfangslänge La von 400 mm oder darüber hat, besteht folglich die Neigung, dass das Fixierband 10 während einer Drehung davon eine beträchtliche Temperaturverminderung verursacht. Ferner kann der Energieverbrauch wegen einer erhöhten Heizfläche, die die größere Umfangslänge begleitet, beträchtlich zunehmen. Aus diesem Grund liegt die Umfangslänge La des Fixierbandes 10 vorzugsweise unter 400 mm; sie beträgt insbesondere 200 mm oder ist noch kürzer.
Wenn die Umfangslänge des Fixierbandes 10 andererseits unter 70 mm liegt, wird die Krümmung des Fixierbandes 10 an beiden Seiten des Fixierspalts N (an der stromaufwärts gelegenen und der stromabwärts gelegenen Seite des Fixierbandes 10) viel zu groß, was eine deutlich schlechtere Haltbarkeit zur Folge hat. Die Umfangslänge La beträgt aus diesem Grund vorzugsweise mindestens 70 mm.
Wenn ferner die Drehgeschwindigkeit (Fixiergeschwindigkeit) des Fixierbandes 400 mm/s überschreitet, wird es schwierig, das Fixierband 10 stabil zu drehen, so dass leicht ein Bruch bzw. ein Reißen des Fixierbandes 10 auftritt. Aus diesem Grund ist es erwünscht, dass die Betriebsgeschwindigkeit V, die durch die Drehung des Fixierbandes 10 vorgegeben wird, höchstens 400 mm/s und vorzugsweise höchstens 300 mm/s beträgt.
10 ist eine Schnittzeichnung einer Ausführungsform der Fixiereinrichtung gemäß dem System der elektromagnetischen Induktionsheizung, die dazu bestimmt ist, den Wirkungsgrad durch Bündelung der Verteilung eines wechselnden Magnetflusses, die durch die Erregerspule bei dem Fixierspalt verursacht wird, zu verbessern.
Die Fixiereinrichtung enthält als drehbares Wärmeerzeugungs- bzw. Heizelement für elektromagnetische Induktionsheizung ein zylindrisches Fixierband oder eine zylindrische Fixierfolie 10 mit einer Wärmeerzeugungsschicht, die durch elektromagnetische Induktion Wärme erzeugt, (einer Leiterschicht, einer magnetischen Schicht und einer Widerstandsschicht).
Das zylindrische Fixierband 10 ist um eine muldenförmige Bandführungseinrichtung 16, die einen im Allgemeinen halbkreisförmigen Querschnitt hat, herum locker (mit Spiel) angebracht.
Eine Magnetfelderzeugungseinrichtung 15 ist an der Innenseite der Bandführungseinrichtung 16 angeordnet und besteht aus einer Erregerspule 18 und einem Magnetkern 17.
Eine elastische Presswalze 30 ist derart angeordnet, dass sie auf die Unterseite der Bandführungseinrichtung 16 einen vorgegebenen Druck ausübt, wobei das Fixierband dazwischen angeordnet ist, und bildet einen Fixierspalt N mit einer vorgegebenen Breite. Der Magnetkern 17 der Magnetfelderzeugungseinrichtung 15 ist rechtwinklig zu dem Fixierspalt N ausgerichtet.
Die Presswalze 30 wird durch eine Antriebseinrichtung M derart angetrieben, dass sie sich in der gezeigten Pfeilrichtung dreht. Da die Presswalze 30 derart angetrieben wird, dass sie sich dreht, wird das Fixierband 10 durch die Reibung zwischen der Presswalze 30 und der Außenfläche des Fixierbandes 10 in der gezeigten Pfeilrichtung angetrieben, wobei die Innenfläche des Fixierbandes 10 flach auf der Unterseite der Bandführungseinrichtung 16 gleitet; das Fixierband 10 dreht sich entlang der Außenfläche der Bandführungseinrichtung 16 mit einer Umfangsgeschwindigkeit, die im Wesentlichen gleich der Umfangsgeschwindigkeit der Presswalze 30 ist (Presswalzenantriebssystem).
Die Bandführungseinrichtung 16 spielt eine Rolle bei der Erzeugung eines Drucks in dem Fixierspalt N, trägt die Erregerspule 18 und den Magnetkern 17 der Magnetfelderzeugungseinrichtung 15, stützt das Fixierband 10 ab und stabilisiert die Beförderung des Fixierbandes 10, während das Fixierband 10 derart angetrieben wird, dass es sich dreht. Die Bandführungseinrichtung 16 ist aus einem dielektrischen Material gebildet, das die Durchdringung durch den Magnetfluss nicht stört, und kann auch die Belastung aushalten, die sie tragen muss.
Die Erregerspule 18 erzeugt einen wechselnden Magnetfluss, da ihr durch einen nicht veranschaulichten Erregerstromkreis ein elektrischer Wechselstrom zugeführt wird. Der wechselnde Magnetfluss wird durch einen Magnetkern 17 in Form eines umgekehrten "E", der dem Fixierspalt N gegenüberliegend angeordnet ist, bei dem Fixierspalt N gebündelt und verursacht in der Wärmeerzeugungsschicht, die durch elektromagnetische Induktion Wärme erzeugt, einen Wirbelstrom, wobei der Wirbelstrom wegen des Widerstandes der Wärmeerzeugungsschicht Joulesche Wärme erzeugt.
Da der wechselnde Magnetfluss derart erzeugt wird, dass er bei dem Fixierspalt N gebündelt wird, wird auch die durch elektromagnetische Induktion erzeugte Wärme zu dem Fixierspalt N hingeleitet. Mit anderen Worten, der Fixierspalt N wird sehr wirksam erhitzt.
Die Temperatur des Fixierspaltes N wird durch ein Temperatursteuerungssystem, das einen Temperaturfühler einschließt, geregelt; sie wird bei einem vorgegebenen Wert gehalten, indem der Strom, der der Erregerspule 18 zugeführt wird, gesteuert wird.
Da die Presswalze 30 beim Betrieb derart angetrieben wird, dass sie sich dreht, wird das zylindrische Fixierband 10 um die Bandführungseinrichtung 16 herumgedreht, und der Erregerspule 18 wird von dem Erregerstromkreis elektrischer Strom zugeführt, so dass in dem Fixierband 10 durch elektromagnetische Induktion Wärme erzeugt wird. Dies hat zur Folge, dass die Temperatur des Fixierspaltes N zunimmt. Sobald die Temperatur des Fixierspaltes N den vorgegebenen Wert erreicht hat, wird sie bei diesem Wert gehalten. Während sich die Heizeinrichtung in diesem Zustand befindet, wird in den Fixierspalt N zwischen dem Fixierband 10 und der Presswalze 30 ein Aufzeichnungsmaterial P, auf das gerade ein Tonerbild t1 aufgetragen worden ist, ohne darauf fixiert zu werden, eingeführt, wobei die das Tonerbild tragende Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials P nach oben liegt, so dass sie mit der Außenfläche der Fixierfolie 10 in Kontakt kommt. Dann lässt man das Aufzeichnungsmaterial P zusammen mit dem Fixierband 10 durch den Fixierspalt N hindurchgehen, während es durch die Presswalze 30 und die Bandführungseinrichtung 16 gepresst wird, wobei die das Tonerbild tragende Oberfläche mit der Außenfläche des Fixierbandes 10 flach in Kontakt ist. Während das Aufzeichnungsmaterial P mit dem Tonerbild t1 durch den Fixierspalt N hindurchgeht, wie es vorstehend beschrieben wurde, wird das Tonerbild t1, das auf dem Aufzeichnungsmaterial P getragen wird und noch fixiert werden muss, durch die Wärme, die auf elektromagnetischem Wege in dem Fixierband 10 induziert worden ist, erhitzt, wodurch es auf dem Aufzeichnungsmaterial P fixiert wird. Nachdem das Aufzeichnungsmaterial P durch den Fi xierspalt N hindurchgegangen ist, wird es von der Außenfläche des sich drehenden Fixierbandes 10 abgetrennt und weiter befördert, um aus dem Bilderzeugungsgerät ausgetragen zu werden.
(3) Bilderzeugungsverfahren und -gerät (für einfarbige Bilderzeugung)
11 veranschaulicht den Aufbau einer Ausführungsform des Bilderzeugungsgeräts, das als elektrophotographischer Drucker gebildet ist.
Unter Bezugnahme auf 11 enthält das Bilderzeugungsgerät eine lichtempfindliche Trommel 200, um die herum eine Primäraufladewalze 217, eine Entwicklungseinrichtung 240, eine Übertragungsaufladewalze 214, eine Reinigungseinrichtung 216 und Ausrichtungs- bzw. Passwalzen 224 angeordnet sind. Beim Betrieb wird die lichtempfindliche Trommel 200 durch die Primäraufladewalze 217, an die eine Wechselspannung mit einem Spitze-Spitze-Wert von -2,0 kV, der eine Gleichspannung von -700 V überlagert ist, angelegt wird, z.B. auf -700 Volt aufgeladen. Die aufgeladene lichtempfindliche Trommel 200 wird dann mit Laserlicht 223 aus einem Laser 221 belichtet, wodurch darauf ein elektrostatisches Latentbild erzeugt wird. Das Latentbild, das sich auf der lichtempfindlichen Trommel 200 befindet, wird durch die Entwicklungseinrichtung 240 mit einem magnetischen Einkomponententoner entwickelt, wodurch darauf ein Tonerbild erzeugt wird, das dann durch die Übertragungswalze 214, die über ein Aufzeichnungsmaterial P an die lichtempfindliche Trommel 200 anstößt, auf das Aufzeichnungsmaterial P übertragen wird. Das Aufzeichnungsmaterial P, auf dem das so darauf übertragene Tonerbild getragen wird, wird zu der Fixiereinrichtung 100 befördert, wo das Tonerbild auf dem Aufzeichnungsmaterial P fixiert wird. Ein Anteil des Toners, der auf der lichtempfindlichen Trommel 200 zurückgeblieben ist, wird dann durch die Reinigungseinrichtung 216 zurückgewonnen.
Im Entwicklungsbereich wird zwischen der lichtempfindlichen Trommel und einem Entwicklungszylinder 202 eine Entwicklungsvor spannung in Form einer Wechselspannung mit überlagerter Gleichspannung angelegt, wodurch bewirkt wird, dass ein Toner, der sich auf dem Entwicklungszylinder befindet, auf die lichtempfindliche Trommel 200 in Abhängigkeit von dem darauf vorhandenen elektrostatischen Latentbild überspringt.
Der Aufbau und der Betrieb der Fixiereinrichtung 100 sind mit denen, die in dem vorstehend erwähnten Abschnitt "(2) Fixiereinrichtung (Heizeinrichtung)" beschrieben wurden, identisch.
Das Bilderzeugungsgerät, das in 11 veranschaulicht ist, kann in einem doppelseitigen Druckbetrieb sowie in einem gewöhnlichen einseitigen Druckbetrieb betrieben werden. In einem doppelseitigen Druckbetrieb wird das Aufzeichnungsmaterial P nach dem Fixieren eines Bildes an einer (der ersten) der Oberflächen des Aufzeichnungsmaterials P einem nicht veranschaulichten Umlaufmechanismus zugeführt, in dem das Aufzeichnungsmaterial P umgewendet und dann ein zweites Mal in die Sekundärübertragungsstelle T₂ eingeführt wird, so dass auf die andere (zweite) Oberfläche ein anderes Tonerbild übertragen wird. Das Aufzeichnungsmaterial P wird dann ein zweites Mal in die Bildheizeinrichtung eingeführt, in der das zweite Tonerbild fixiert wird. Das Aufzeichnungsmaterial P wird somit aus der Hauptbaugruppe des Bilderzeugungsgeräts als doppelseitiger Druck ausgetragen.
(4) Toner
Als Nächstes wird der Toner gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Es ist unbedingt erforderlich, dass der Toner der vorliegenden Erfindung mindestens ein Bindemittelharz und ein Farbmittel enthält und auch einen Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 3,00 Masse% hat. Als vorzuziehende Merkmale kann der Toner eine mittlere Zirkularität von mindestens 0,940 und insbesondere von 0,960 oder darüber und einen auf die Masse des Toners bezogenen Restmonomergehalt von höchstens 300 ppm haben.
Es ist unbedingt erforderlich, dass der Toner einen Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 3,00 Masse% hat, und es wird bevorzugt, dass der Toner einen Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 2,00 Masse% und insbesondere von 1,00 Masse% oder darunter hat.
Die in einem Toner enthaltene Feuchtigkeit wird im Allgemeinen beim Empfang der zum Fixieren dienenden Wärme sofort in Wasserdampf umgewandelt und nach außerhalb des Systems abgelassen. Bei der im elektromagnetischen Induktionsheizbetrieb arbeitenden Fixiereinrichtung, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung gewählt wird und bei der ungeachtet einer hohen Fixiergeschwindigkeit ein verhältnismäßig niedriger Druck und als Heizbereich ein breiter Spalt angewendet werden, tritt jedoch bei dem Spalt zwischen dem drehbaren Heizelement und dem drehbaren Presselement eine große Menge von Wasserdampf auf, wenn der Feuchtigkeitsgehalt in dem Toner 3,00 Masse% überschreitet. Dies hat zur Folge, dass zwischen dem drehbaren Heizelement und dem drehbaren Presselement leicht ein kleiner Zwischenraum auftritt, wenn der Feuchtigkeitsgehalt in dem Toner 3,00 Masse% überschreitet, so dass sich das drehbare Heizelement, von dem erwartet wird, dass es sich mit der Drehung des Presselements mitgehend dreht, nicht dreht, weil es an dem Presselement vorbeirutscht, so dass wegen ungenügender Drehung des drehbaren Heizelements Fixierpapierstau oder Abschmutzen bei hoher Temperatur verursacht wird.
Es besteht insbesondere in einer Umgebung mit niedriger Temperatur/niedriger Feuchtigkeit die Neigung, dass eine große Menge von Wasserdampf, der aus dem Kopiergerät oder dem Drucker ausströmt, "Qualm", einen Nebel aus etwas zu Tau kondensiertem Wasserdampf in der Atmosphäre, verursacht.
Aus dem vorstehend beschriebenen Grund ist es wichtig, dass der Toner einen Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 3,00 Masse% hat.
"Feuchtigkeitsgehalt" bedeutet hierin einen auf die Masse bezogenen Feuchtigkeitsgehalt in der Gesamtmasse eines Toners, der nach der Karl-Fischer-Methode (JIS K-0068, Feuchtigkeitsver dampfungsverfahren) gemessen wird, indem man eine Probe verwendet, nachdem man sie 24 Stunden lang in einer Umgebung mit 23°C und 60 % rel.F. stehengelassen hat, worauf die Probe zur Messung von Gas auf 125°C erhitzt wird.
Als Nächstes werden einige morphologische Eigenschaften des Toners beschrieben.
Der Toner der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise eine (nachstehend definierte) mittlere Zirkularität von mindestens 0,940 und insbesondere von 0,960 oder darüber haben.
Wie vorstehend erwähnt wurde, zeigt die Unterdrückung des Feuchtigkeitsgehalts eine beträchtliche Wirkung hinsichtlich einer Verbesserung der Bildqualität der fixierten Bilder. Als Ergebnis weiterer Untersuchungen, die die Erfinder angestellt haben, ist gefunden worden, dass es durch Verwendung eines Toners mit einer hohen mittleren Zirkularität bei dem Bilderzeugungsverfahren der vorliegenden Erfindung möglich ist, Verbesserungen hinsichtlich eines gleichmäßigen Fixierens und des Verhaltens bei der kontinuierlichen Bilderzeugung zu erzielen.
Ein (aus Tonerteilchen bestehender) Toner, der eine mittlere Zirkularität von mindestens 0,940 hat, behält nur wenige Oberflächenkanten und übt deshalb an der Presskontaktstelle in der Fixiereinrichtung eine niedrigere Reibung auf das Fixierband oder die Fixierfolie aus, so dass der Abrieb des Fixierbandes und das Ankleben von geschmolzenem Toner an dem Fixierband unterdrückt werden. Andererseits wird im Fall der kontinuierlichen Verwendung eines Toners mit einer mittleren Zirkularität, die unter 0,940 liegt, durch Tonerkanten ein örtlicher Abrieb des Fixierbandes verursacht, was dazu führt, dass auf das Aufzeichnungsmaterial ein ungleichmäßiger Druck ausgeübt wird. Dies hat zur Folge, dass die erhaltenen Bilder leicht einen unregelmäßigen Glanz hervorrufen, was auf Bereiche mit unterschiedlichem Glanz in den Bildern zurückzuführen ist. Da der Toner mit einer mittleren Zirkularität, die unter 0,940 liegt, reich an Kanten ist, besteht ferner die Neigung, dass sich der Druck, der auf den Toner beim Durchgang durch den Fixierspalt ausgeübt wird, bei den Kantenbereichen verstärkt, wodurch eine Förderung des Abriebs des Fixierbandes und des Anklebens von geschmolzenem Toner wahrscheinlich ist. Das Ankleben von geschmolzenem Toner führt in den fixierten Bildern zu unregelmäßigem Glanz und zu einer Verschmutzung der fixierten Bilder, und dieser Toner wird während der Inbetriebnahme des Bilderzeugungsgeräts auf die Presswalze, die nicht ausreichend auf eine Betriebstemperatur erhitzt worden ist, übertragen, so dass die Rückseite eines Aufzeichnungsblattes (oder eine erste Oberfläche im Fall eines doppelseitigen Druckbetriebs) verschmutzt wird.
Wenn die mittlere Zirkularität mindestens 0,940 beträgt, treten die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten weniger leicht auf, und bei einer mittleren Zirkularität von 0,960 oder darüber können sie kaum jemals auftreten.
Es wird auch sehr bevorzugt, dass der Toner einen Modalwert der Zirkularität gemäß der auf die Anzahl bezogenen Zirkularitätsverteilung von mindestens 0,990 hat, was bedeutet, dass die meisten Tonerteilchen eine Gestalt haben, die einer vollkommenen Kugel nahe kommt, so dass die vorstehend erwähnten Wirkungen deutlicher hervortreten, ein schädlicher Einfluss auf das Fixierband minimiert wird und ferner ein sehr hoher Übertragungswirkungsgrad erzielt werden kann.
Im Einzelnen ist es im Fall der Verwendung eines Toners mit einer mittleren Zirkularität von 0,960 oder darüber möglich, dass die Tonerteilchen in einem dicht gepackten Zustand übertragen werden und bei dem Fixiersystem der vorliegenden Erfindung gleichmäßiger mit dem Fixierband in Kontakt kommen, was zur Folge hat, dass das Fixierverhalten durch zwischen den Tonerteilchen vorhandene Luft weniger beeinträchtigt wird und Wasserdampf leicht durch die Tonerteilchen hindurch freigesetzt werden kann, wodurch ein weiter verbessertes Fixierverhalten mit einer geringeren Neigung zum Rutschen bei einem schnellen Fixiervorgang erzielt wird.
Der Toner, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann auch durch das Pulverisierverfahren hergestellt werden, jedoch wird bei der Herstellung der Tonerteilchen durch das Pulverisierverfahren im Allgemeinen bewirkt, dass die Tonerteilchen eine unbestimmte Gestalt haben, und sie müssen einer zum Sphärischmachen (Kugeligmachen) dienenden Behandlung unterzogen werden, die eine mechanische, eine thermische oder eine etwas spezielle Behandlung sein kann. Im Einzelnen muss so eine zum Sphärischmachen dienende Behandlung zur Bereitstellung eines Toners mit einer mittleren Zirkularität von 0,960 oder darüber in ausreichendem Maße durchgeführt werden.
Ferner haben die durch Pulverisieren hergestellten Tonerteilchen eine im Wesentlichen unbestimmte Gestalt und sind im Fall eines magnetischen Toners davon begleitet, dass darin enthaltene magnetische Eisenoxidteilchen an der Oberfläche freiliegen. Dies hat zur Folge, dass es wahrscheinlich ist, dass der Toner sogar in dem Fall, dass ihm durch das Pulverisierverfahren eine mittlere Zirkularität von 0,960 oder darüber erteilt wird, in Bezug auf das Reinigungsverhalten und die Beständigkeit gegen Abschmutzen bei hoher Temperatur ein etwas schlechteres Verhalten bei der kontinuierlichen Bilderzeugung zeigt, weil ein Teil der Tonerteilchen von an der Oberfläche freiliegenden magnetischen Eisenoxidteilchen begleitet ist.
Zur Vermeidung der vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten, von denen die Anwendung eines durch ein Pulverisierverfahren hergestellten Toners begleitet ist, wird die Anwendung eines Toners bevorzugt, der direkt durch ein Polymerisationsverfahren wie z.B. Suspensionspolymerisation, Grenzflächenpolymerisation oder Dispersionspolymerisation, die in einem Dispersionsmedium oder Polymerisationsmedium durchzuführen ist, erhalten wird. Bei dem Polymerisationsverfahren wird durch gleichmäßiges Vermischen eines polymerisierbaren Monomers und eines Farbmittels (und wahlweise eines Polymerisationsinitiators, eines Vernetzungsmittels, eines Ladungssteuerungsmittels und gewünschtenfalls anderer Zusatzstoffe) in Lösung oder Dispersion eine polymerisierbare Monomermischung gebildet und dann durch eine ge eignete Rühreinrichtung in einer kontinuierlichen Phase eines Dispersionsmediums (z.B. in einer wässrigen Phase) dispergiert, worauf eine Polymerisationsreaktion folgt, wodurch Tonerteilchen mit einer gewünschten Teilchengröße erhalten werden. Der Toner, der auf diese Weise durch das Polymerisationsverfahren erhalten wird, (nachstehend manchmal als "Polymerisationstoner" bezeichnet) besteht aus Tonerteilchen, die jeweils eine gleichmäßig sphärische Gestalt haben und deshalb leicht die Bedingung einer mittleren Zirkularität von 0,960 oder darüber erfüllen können. Der Toner kann außerdem eine verhältnismäßig gleichmäßige Ladungsverteilung haben, so dass er einen hohen Übertragungswirkungsgrad zeigt.
Nun wird die Zirkularität eines Toners im Einzelnen beschrieben.
Der Begriff der mittleren Zirkularität wird hierin als quantitatives Maß zum Bewerten der Teilchengestalt angewendet und basiert auf Werten, die unter Anwendung eines Durchfluss-Teilchenbildanalysators ("FPIA-1000", hergest. durch Toa Iyou Denshi K.K.) gemessen werden. Die Zirkularität (Ci) jedes einzelnen Teilchens [das einen Durchmesser eines äquivalenten Kreises (D_CE) von mindestens 3,0 μm hat] wird gemäß der nachstehenden Gleichung (1) ermittelt, und die Zirkularitätswerte (Ci) werden addiert und durch die Gesamtzahl der Teilchen (m) dividiert, um die mittlere Zirkularität (C_av) zu ermitteln, wie es in der nachstehenden Gleichung (2) gezeigt ist: Zirkularität Ci = L0/L, (1)worin L die Umfangslänge eines projizierten Teilchenbildes bezeichnet und L₀ die Umfangslänge eines Kreises bezeichnet, der dieselbe Fläche hat wie das projizierte Teilchenbild.
Ferner wird der Modalwert der Zirkularität (C_mode) ermittelt, indem die gemessenen Zirkularitätswerte der einzelnen Tonerteilchen 61 Gruppen im Zirkularitätsbereich von 0,40 bis 1,00, d.h., von 0,400 bis 0,410, 0,410 bis 0,420, .., 0,990 bis 1,000 (wobei für jeden Bereich die Obergrenze nicht eingeschlossen ist) und 1,000 zugeteilt werden und die Zirkularität der Gruppe, die die größte Häufigkeit liefert, als Modalwert der Zirkularität (C_mode) angesehen wird.
Zur tatsächlichen Berechnung der mittleren Zirkularität (C_av) wurden übrigens die gemessenen Zirkularitätswerte (Ci) der einzelnen Teilchen in 61 Gruppen im Zirkularitätsbereich von 0,40 bis 1,00 aufgeteilt, und der mittlere Wert der Zirkularität jeder Gruppe wurde mit der Häufigkeit der Teilchen der Gruppe multipliziert, wobei Produkte erhalten wurden, die dann summiert wurden, um die mittlere Zirkularität zu erhalten. Es ist bestätigt worden, dass die auf diese Weise berechnete mittlere Zirkularität (C_av) mit einem Wert der mittleren Zirkularität, der [gemäß der vorstehend angegebenen Gleichung (2)] als arithmetisches Mittel von Zirkularitätswerten erhalten wird, die ohne die vorstehend erwähnte Aufteilung in Gruppen, die zur Vereinfachung der Datenverarbeitung, z.B. zur Verkürzung der Rechenzeit, gewählt wird, direkt für einzelne Teilchen gemessen werden, im Wesentlichen identisch ist.
Die vorstehend erwähnte FPIA-Messung wird im Einzelnen in der folgenden Weise durchgeführt. In 10 ml Wasser, die etwa 0,1 mg eines Tensids enthalten, werden etwa 5 mg einer Probe des magnetischen Toners dispergiert und 5 min lang einer Dispergierbehandlung unter Anwendung von Ultraschallwellen (20 kHz, 50 W) unterzogen, um eine Probendispersionsflüssigkeit zu bilden, die 5000 bis 20.000 Teilchen/μl enthält. Die Probendispersionsflüssigkeit wird der FPIA-Analyse unterzogen, um die mittlere Zirkularität (C_av) und den Modalwert der Zirkularität (C_mode) in Bezug auf Teilchen mit D_CE ≥ 3,0 μm zu messen.
Die hierin angewandte mittlere Zirkularität (C_av) ist ein Maß für die Rundheit, wobei eine Zirkularität von 1,00 bedeutet, dass die magnetischen Tonerteilchen die Gestalt einer vollkommenen Kugel haben, und eine niedrigere Zirkularität eine komplizierte Teilchengestalt des magnetischen Toners bedeutet.
Bei der vorstehend beschriebenen Messung werden übrigens zur Messung der Zirkularität nur Teilchen mit D_CE ≥ 3 μm, die in einer Tonerprobe enthalten sind, verwendet, weil Teilchen mit D_CE < 3 μm außer Tonerteilchen Teilchen äußerer Zusatzstoffe enthalten und die Einbeziehung dieser Teilchen eine genaue Bewertung der durchschnittlichen Tonerteilchengestalt behindert.
Als Nächstes wird die Bedeutung des Restmonomergehalts eines Toners beschrieben.
Der Toner der vorliegenden Erfindung kann durch Festlegung seines Feuchtigkeitsgehalts und seiner mittleren Zirkularität für eine lange Zeit fixierte Bilder von hoher Qualität liefern. So ein Toner ist jedoch im Fall seiner Verwendung bei dem Bilderzeugungsverfahren der vorliegenden Erfindung hinsichtlich der Verschmutzung und des Anklebens von geschmolzenem Toner an dem Fixierband nicht immer zufriedenstellend. Als Ergebnis weiterer Untersuchungen, die die Erfinder angestellt haben, ist gefunden worden, dass eine Unterdrückung des Restmonomergehalts wirksam ist, um zusammen mit der Festlegung der mittleren Zirkularität als synergistische Wirkung Verbesserungen in Bezug auf Verschmutzung und Ankleben von geschmolzenem Toner an der Fixiereinrichtung und auch Abriebfestigkeit zu erzielen. Ferner wird durch eine Unterdrückung des Restmonomergehalts auch die Anpassung an verschiedene Bauteile des Bilderzeugungsgeräts verbessert.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung beträgt der Restmonomergehalt vorzugsweise höchstens 300 ppm, insbesondere höchstens 200 ppm und vor Allem höchstens 100 ppm. Wenn der Restmonomergehalt in dem Toner 300 ppm überschreitet, wird in dem Fall, dass ein Aufzeichnungsmaterial, das ein von dem Bildträgerelement übertragenes Tonerbild trägt, in den erhitzten Spaltbereich in der Fixiereinrichtung eintritt, das restliche Monomer, das in dem Toner in einem flüssigen oder festen Zustand vorhanden ist, plötzlich erhitzt, so dass es verdampft und sich ausbreitet, wobei es zu einer Beeinträchtigung des Fixierverhaltens neigt. Im Einzelnen dringt das verdampfte Monomer leicht in Bauteile der Fixiereinrichtung (wie z.B. das Fixierband und die Presswalze), die aus organischen Materialien bestehen, ein, so dass sich solche Bauteile z.B. durch Rissbildung oder Versteifen verschlechtern, wodurch die Lebensdauer verkürzt wird. Der Grad bzw. die Geschwindigkeit der Verschlechterung kann in Abhängigkeit von der Art des restlichen Monomers verschieden sein, und aromatische Monomere wie z.B. Styrol und Styrolderivate neigen zu einer Beschleunigung der Verschlechterung, was vermutlich auf ein verhältnismäßig starkes Auflösungsvermögen in Bezug auf organische Materialien zurückzuführen ist.
Andererseits wird beim Fixieren des Toners die Oberfläche der Tonerteilchen einmal geschmolzen. Da Wärme von der Oberfläche zu dem Kern geleitet wird, wird die Zunahme oder Abnahme der Temperatur beim Kern im Vergleich zu der Oberfläche etwas verzögert. Wenn bei einem Tonerteilchenkern eine beträchtliche Monomermenge zurückgeblieben ist, fördert somit eine partielle Verdampfung des Monomers wegen seiner latenten Verdampfungswärme eine Temperaturabnahme, die an der Oberfläche der Tonerteilchen eingeleitet worden ist, so dass die Verfestigung an der Oberfläche der Tonerteilchen eingeleitet wird, was zu einer zusammenhängenden (halb geschmolzenen) Tonerschicht an der Oberfläche eines fixierten Bildes führt. Wenn in diesem Zustand bei dem Kern noch verdampfendes restliches Monomer zurückgeblieben ist, nimmt der Verdampfungsdruck des Monomers zu, wodurch eine kuppelförmige Anschwellung (Blase), ein Bruch oder eine Zerstörung der Tonerschicht verursacht wird, was direkt unerwünschte Bildfehler zur Folge hat.
Der Restmonomergehalt eines Toners hat seine Ursache in Monomer, das während der Herstellung eines Bindemittelharzes oder der Tonerherstellung durch die nachstehend beschriebene Polymerisation nicht in Reaktion getreten ist.
Das Bindemittelharz ist ein unbedingt erforderlicher Tonerbestandteil und nimmt einen beträchtlichen Anteil, z.B. etwa 45 bis 85 Masse%, der Gesamtmasse eines Toners ein, wobei dieser Anteil von der Art des Toners abhängt. Die vorstehend erwähnten Schwierigkeiten sind somit größtenteils dem restlichen Monomer, das in dem Bindemittelharz enthalten ist, zuzuschreiben und weniger Bestandteilen zuzuschreiben, die in anderen Materialien enthalten sind. Der Restmonomergehalt in dem Toner wird aus diesem Grund festgelegt. Als Ergebnis von Untersuchungen, die die Erfinder angestellt haben, wird jedoch angenommen, dass bei dem Bilderzeugungsverfahren, das einen Fixierschritt mit elektromagnetischer Induktionsheizung umfasst, der Feuchtigkeitsgehalt und der Restmonomergehalt in Kombination mit dem Fixierverhalten des Toners zu tun haben.
Der hierin beschriebene Restmonomergehalt in dem Toner basiert auf Werten, die in der folgenden Weise gemessen werden. Etwa 500 mg einer Tonerprobe werden genau in eine Probenflasche eingewogen. Dann werden in die Flasche etwa 10 g Aceton genau eingewogen, und der Flascheninhalt wird gut vermischt und dann durch eine Ultraschall-Waschvorrichtung 30 min lang Ultraschallwellen ausgesetzt. Dann wird der Flascheninhalt durch ein Membranfilter (z.B. ein Einweg-Membranfilter "25JP020AN", hergestellt von Advantec Toyo K.K.) filtriert, und 2 ml des flüssigen Filtrats werden einer Gaschromatoqraphie unterzogen. Die Ergebnisse werden mit Eichkurven verglichen, die im Voraus unter Verwendung von Styrol und anderen Monomeren erstellt worden sind. Die Gaschromatographiebedingungen sind wie folgt:

Gaschromatograph: "Model 6890GC", hergestellt von Hewlett-Packard Corp.
Trennsäule: INNOWax (200 μm × 0,40 μm × 25 m), hergestellt von Hewlett-Packard Corp.
Trägergas: He (Konstantdruckbetrieb: 20 psi)
Ofen: 10 min lang bei 50°C gehalten, mit einer Geschwindigkeit von 10°C/min auf 200°C erhitzt und 5 min lang bei 200°C gehalten.
INJ: 200°C, Impulsbetrieb ohne Split (20 bis 40 psi, Einheit 0,5 min)
Splitverhältnis: 5,0:1,0
DET: 250°C (FID)

Wie vorstehend erwähnt wurde, besteht ein Tonerbild, das auf ein Aufzeichnungsmaterial übertragen wird, aus mehreren Toner teilchenschichten, und die Wärmeleitung zu den Tonerteilchen ist in den jeweiligen Schichten nicht gleichmäßig. Im Einzelnen unterscheidet sich die Wärmeleitung zu der Tonerteilchenschicht, die von dem Aufzeichnungsmaterial am weitesten entfernt ist (d.h., dem Heizelement am nächsten ist), von der Wärmeleitung zu der Tonerteilchenschicht, die dem Aufzeichnungsmaterial am nächsten ist (d.h., von dem Heizelement am weitesten entfernt ist). Außerdem ist der Einfluss der thermischen Eigenschaften des Aufzeichnungsmaterials auf die Tonerteilchenschicht, die dem Heizelement am nächsten ist, gering, jedoch auf die Tonerteilchenschicht, die von dem Heizelement am weitesten entfernt ist, groß.
Zur Bewertung des thermischen Verhaltens eines Toners um den Fixierspalt herum ist es somit nicht zweckmäßig, nur die Tonereigenschaften bei dem Sollwert der Oberflächentemperatur des Fixierelements zu beachten.
Unter Berücksichtigung der vorstehend erwähnten Einflussgrößen ist gefunden worden, dass es wirksam ist, als Parameter, der das Verhalten des Toners auf dem Aufzeichnungsmaterial, das in den Fixierspalt eintritt, gut darstellt, einen Speichermodul bei 110°C [G' (110°C)] des Toners und als Parameter, der das Verhalten des Toners auf dem Aufzeichnungsmaterial, das aus dem Fixierspalt austritt, gut darstellt, einen Speichermodul bei 140°C [G' (140°C)] des Toners anzuwenden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es wichtig, dass der Toner "G' (110°C) ≤ 1,00 × 10⁶ dN/m²" zeigt. Wenn G' (110°C) 1,00 × 10⁶ dN/m² überschreitet, wird die Verformung von Tonerteilchen im Anfangsstadium des Fixierschrittes ungenügend, so dass möglich ist, dass ein Anteil des als äußerer Zusatzstoff verwendeten anorganischen Feinpulvers im Anfangsstadium des Fixierens nicht gut an der Oberfläche der Tonerteilchen eingebettet wird. Dies hat zur Folge, dass bei einem langzeitigen kontinuierlichen Fixierbetrieb eine Beschädigung des Fixierelements wahrscheinlich ist. Aus einem ähnlichen Grund beträgt G' (110°C) vorzugsweise höchstens 7,00 × 10⁵ dN/m².
Andererseits ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch wichtig, dass der Toner "G' (140°C) ≥ 7,00 × 10³ dN/m²" zeigt. Eine gewisser Anteil, jedoch eine sehr geringe Menge, des anorganischen Feinpulvers haftet an einem Nicht-Bildbereich, d.h., an einem nicht mit einem Tonerbild bedeckten Bereich, des Aufzeichnungsmaterials, das zu dem Fixierschritt befördert wird, an. Dies ist ein Anteil des anorganischen Feinpulvers, der von der Oberfläche von Tonerteilchen freigesetzt und auf das Aufzeichnungsmaterial übertragen worden ist. Wenn der Anteil des anorganischen Feinpulvers, der sich auf dem Aufzeichnungsmaterial befindet, auf das Fixierelement übertragen wird und für eine lange Zeit kontinuierlich an dem Fixierelement anhaftet, ist wahrscheinlich, dass das Fixierelement durch das anorganische Feinpulver, das an sich ein starres Material ist, beschädigt wird, so dass auf dem Fixierelement sehr kleine Schäden zurückbleiben, die zu einem ungleichmäßigen Fixierverhalten führen.
Durch Verwendung eines Toners, der einen geeigneten Wert des Speichermoduls G' (140°C) zeigt, ist es möglich, ein kontinuierliches Anhaften des anorganischen Feinpulvers an dem Fixierelement zu verhindern. Im Einzelnen kann das an dem Fixierelement anhaftende Feinpulver durch Kontakt mit einem frischen Tonerbild an das fixierte Bild angelagert werden, so dass es von dem Fixierelement abgetrennt wird, wodurch eine Beschädigung des Fixierelements durch das anhaftende anorganische Feinpulver verhindert wird.
Wenn G' (140°C) unter 7,00 × 10³ dN/m² liegt, ist eine wirksame Anlagerung des anorganischen Feinpulvers an das Fixierelement schwierig. "G' (140°C) ≥ 1,00 × 10⁴ dN/m²" wird ferner aus einem ähnlichen Grund bevorzugt.
Bei dem Fixierschritt gemäß dem System der elektromagnetischen Induktionsheizung des Bilderzeugungsverfahrens der vorliegenden Erfindung wird es ferner zum wirksamen Fixieren eines Tonerbildes unter Verwendung eines Toners mit einer geringen Teilchengröße und insbesondere eines Vollfarben-Tonerbildes unter Ver wendung eines Farbtoners mit einer geringen Teilchengröße bevorzugt, dass die Temperatur Z1 (°C) des drehbaren Heizelements vor dem Eintritt in den Spalt, die Temperatur Z2 (°C) des Heizelements nach dem Durchgang durch den Spalt und die Temperatur Z3 (°C) bei einem Bereich des Heizelements, der dem Wärmeerzeugungsbereich vorangeht, die folgende Beziehung erfüllen: Z3 ≦ Z2 < Z1und der Toner mindestens Tonerteilchen und anorganisches Feinpulver umfasst und die folgenden Beziehungen erfüllt: G' (110°C) ≤ 1,00 × 106 dN/m2 und G' (140°C) ≥ 7,00 × 103 dN/m2.
Der "G' (110°C)"-Wert und der "G' (140°C)"-Wert eines Toners, die hierin beschrieben werden, basieren auf Werten des Speichermoduls G', die unter Anwendung eines Viskoelastizitätsmessgeräts (Rheometers) ("Model RDA-II", hergest. durch Rheometrics Co.) in einem Temperaturbereich von 60 bis 210°C unter den folgenden Bedingungen gemessen werden:

Haltevorrichtung: Kreisrunde parallele Platten mit einem Durchmesser von 25 mm, die eine kreisrunde Platte und ein Betätigungselement in Form einer flachen Schale umfassen, wobei der Abstand zwischen der kreisrunden Platte und der Unterseite der flachen Schale etwa 2 mm beträgt.
Probe: Eine Tonerprobe wird zu einer scheibenförmigen Probe mit einem Durchmesser von etwa 25 mm und einer Höhe von etwa 2 mm formgepresst.
Messhäufigkeit: 6,28 rad/s.
Probendehnungskorrektur: automatische Messweise.
Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit: 2°C/min im Bereich von 60 bis 210°C.

Die Speichermodulwerte, die bei der vorstehend beschriebenen Messung bei 110°C und 140°C gemessen werden, werden als G' (110°C) bzw. G' (140°C) angesehen.
Der Toner, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass er hydrophobiertes anorganisches Feinpulver mit einer mittleren Primärteilchengröße von 4 bis 80 nm enthält.
So ein anorganisches Feinpulver wird einem Toner im Allgemeinen zugesetzt, um die Fließfähigkeit zu verbessern und die Ladung der Tonerteilchen gleichmäßig zu machen. Durch Hydrophobieren des anorganischen Feinpulvers mit z.B. Siliconöl ist es jedoch möglich, nicht nur die Aufladbarkeit einzustellen und Beständigkeit des Toners gegenüber Umwelteinflüssen zu erzielen, sondern auch die Trennbarkeit des Toners von dem Fixierband zu verbessern.
Der Zusatz von hydrophobiertem anorganischem Feinpulver wird auch bevorzugt, um eine hohe Aufladbarkeit des Toners aufrechtzuerhalten, damit sogar in einer Umgebung mit hoher Feuchtigkeit ein Verstreuen von Toner verhindert wird.
Das Hydrophobieren von anorganischem Feinpulver kann beispielsweise durchgeführt werden, indem als erster Reaktionsschritt eine Silylierung zur Entfernung oder Verminderung von Silanolgruppen durch Bildung chemischer Bindungen bewirkt wird und dann auf der Oberfläche als zweiter Reaktionsschritt eine hydrophobe Siliconölschicht gebildet wird.
Das Siliconöl, das zu dem vorstehend beschriebenen Zweck verwendet wird, kann bei 25°C vorzugsweise eine Viskosität von 10 bis 200.000 mm²/s und insbesondere von 3000 bis 80.000 mm²/s haben. Wenn die Viskosität unter 10 mm²/s liegt, ist es wahrscheinlich, dass das anorganische Feinpulver mit dem Siliconöl nicht stabil behandelt werden kann, so dass das Siliconöl, mit dem das anorganische Feinpulver für die Behandlung beschichtet worden ist, wegen thermischer oder mechanischer Spannung oder Beanspruchung leicht abgetrennt, übertragen oder abgegeben oder verschlechtert wird, was eine schlechtere Bildqualität zur Folge hat. Wenn die Viskosität andererseits höher als 200.000 mm²/s ist, besteht die Neigung, dass die Behandlung des anorganischen Feinpulvers mit dem Siliconöl schwierig wird.
Besonders bevorzugte Arten des verwendeten Siliconöls können Dimethylsiliconöl, Methylphenylsiliconöl, α-methylstyrolmodifi ziertes Siliconöl, Chlorphenylsiliconöl und fluorhaltiges Siliconöl umfassen.
Die Siliconölbehandlung kann z.B. durchgeführt werden, indem das anorganische Feinpulver (das wahlweise im Voraus z.B. mit einem Silan-Haftmittel behandelt worden ist) durch einen Mischer wie z.B. einen Henschel-Mischer direkt mit Siliconöl vermischt wird; indem Siliconöl auf das anorganische Feinpulver aufgesprüht wird oder indem Siliconöl in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst oder dispergiert wird und das anorganische Feinpulver zum Vermischen dazugegeben wird, worauf Entfernung des Lösungsmittels folgt. Im Hinblick auf die Bildung von weniger Agglomeraten als Nebenprodukt wird das Aufsprühen besonders bevorzugt.
Das Siliconöl kann in einer Menge von 1 bis 23 Masseteilen und vorzugsweise 5 bis 20 Masseteilen je 100 Masseteile des anorganischen Feinpulvers vor der Behandlung verwendet werden. Bei weniger als 1 Masseteil kann keine gute Hydrophobie erzielt werden, und bei mehr als 23 Masseteilen werden leicht Schwierigkeiten wie z.B. das Auftreten von Schleier verursacht.
Als Hydrophobierungsmittel für das anorganische Feinpulver können auch Siliconlack, verschiedene modifizierte Siliconlacke, Siliconöl, verschiedene modifizierte Siliconöle, Silanverbindungen, Silan-Haftmittel, andere organische Siliciumverbindungen und organische Titanatverbindungen allein oder in Kombination verwendet werden.
Das anorganische Feinpulver kann vorzugsweise eine mittlere Primärteilchengröße von 4 bis 80 nm haben.
Wenn das anorganische Feinpulver eine mittlere Primärteilchengröße von mehr als 80 nm hat oder das anorganische Feinpulver nicht zugesetzt wird, ist es wahrscheinlich, dass die nach der Übertragung zurückgebliebenen Tonerteilchen in dem Fall, dass sie an dem Aufladeelement anhaften, an dem Aufladeelement ankleben, so dass es schwierig wird, beständig eine gute, gleichmäßige Aufladbarkeit des Bildträgerelements zu erzielen. Ferner wird es schwierig, eine gute Fließfähigkeit des Toners zu erzielen, und ist es wahrscheinlich, dass die Tonerteilchen ungleichmäßig aufgeladen werden, was zu Problemen wie z.B. verstärktem Schleier, Verminderung der Bilddichte und Verstreuen von Toner führt.
In dem Fall, dass das anorganische Feinpulver eine mittlere Primärteilchengröße von weniger als 4 nm hat, wird bewirkt, dass das anorganische Feinpulver eine starke Agglomerierbarkeit zeigt, so dass wahrscheinlich ist, dass das anorganische Feinpulver eine breite Teilchengrößenverteilung hat und anstelle von Primärteilchen eher Agglomerate, deren Zerkleinerung schwierig ist, enthält, was leicht zu Bildfehlern wie z.B. Bildausfall aufgrund einer Entwicklung mit den Agglomeraten des anorganischen Feinpulvers und Fehlern, die Beschädigungen des Bildträgerelements, des Entwicklerträgerelements oder des Kontaktaufladeelements durch die Agglomerate zuzuschreiben sind, führt. Zur Erzielung einer gleichmäßigeren Ladungsverteilung der Tonerteilchen wird es ferner bevorzugt, dass die mittlere Primärteilchengröße des anorganischen Feinpulvers im Bereich von 6 bis 35 nm liegt.
Die hierin beschriebene anzahlgemittelte Primärteilchengröße des anorganischen Feinpulvers basiert auf Werten, die in der folgenden Weise gemessen werden. Eine Entwicklerprobe wird durch ein Rasterelektronenmikroskop (REM), das mit einem Elementaranalysator wie z.B. einem Röntgenmikroanalysator bzw. einer Elektronenmikrosonde (ESMA) ausgerüstet ist, in vergrößerter Form photographiert, wodurch ein gewöhnliches REM-Bild und auch ein ESMA-Bild, auf dem in dem anorganischen Feinpulver enthaltene Elemente abgebildet sind, erhalten werden. Dann werden durch Vergleich dieser Bilder die Größen von 100 oder mehr Primärteilchen des anorganischen Feinpulvers, die an den Tonerteilchen anhaften oder von diesen freigesetzt worden sind, gemessen, wodurch die anzahlgemittelte Teilchengröße erhalten wird.
Das anorganische Feinpulver, das im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann vorzugsweise Feinpulver mindestens einer Oxidart umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Siliciumdioxid, Titandioxid und Aluminiumoxid besteht.
Beispielsweise kann Siliciumdioxid-Feinpulver Trockenverfahren-Siliciumdioxid [manchmal als "Fumed Silica" (Kieselpuder) bezeichnet] sein, das durch Dampfphasenoxidation eines Siliciumhalogenids gebildet wird, oder Nassverfahren-Siliciumdioxid sein, das aus Wasserglas gebildet wird, jedoch wird Trockenverfahren-Siliciumdioxid bevorzugt, weil es an seiner Oberfläche und in seinem Inneren weniger Silanolgruppen hat und auch weniger Herstellungsrückstände wie z.B. Na₂O und SO₃ ^2- zurückbleiben. Das Trockenverfahren-Siliciumdioxid kann in Form eines zusammengesetzten Metalloxidpulvers mit anderen Metalloxiden erhalten werden, indem beispielsweise bei dem Herstellungsverfahren zusammen mit Siliciumhalogenid ein anderes Metallhalogenid wie z.B. Aluminiumchlorid oder Titanchlorid verwendet wird.
Es wird bevorzugt, dass das anorganische Feinpulver, das eine anzahlgemittelte Primärteilchengröße von 4 bis 80 nm hat, in einer Menge von 0,1 bis 3,0 Masseteilen je 100 Masseteile der Tonerteilchen zugesetzt wird. Bei weniger als 0,1 Masseteilen ist die Wirkung ungenügend, und bei mehr als 3,0 Masseteilen ist eine Verschlechterung der Fixierbarkeit wahrscheinlich.
Das anorganische Feinpulver, das eine anzahlgemittelte Primärteilchengröße von 4 bis 80 nm hat, kann vorzugsweise eine durch die Stickstoffadsorptions-BET-Methode, z.B. durch die BET-Mehrpunktmethode unter Anwendung eines Geräts zur Messung der spezifischen Oberfläche ("Autosorb 1", hergestellt von Yuasa Ionix K.K.), gemessene spezifische Oberfläche von 20 bis 250 m²/g und insbesondere 40 bis 200 m²/g haben.
Es ist auch möglich, dass andere Zusatzstoffe, die Gleitmittelpulver wie z.B. Teflonpulver, Zinkstearatpulver und Polyvinylidenfluoridpulver; Schleifmittel wie z.B. Ceroxidpulver, Siliciumcarbidpulver und Strontiumtitanatpulver; Fließfähigkeit erteilende Mittel oder Antibackmittel wie z.B. Titanoxidpulver und Aluminiumoxidpulver; anorganische oder organische sphäri sche Teilchen mit einer mittleren oder großen Teilchengröße, die eine Primärteilchengröße von mehr als 30 nm haben, als Mittel zur Verbesserung des Reinigungsverhaltens wie z.B. sphärische Siliciumdioxidteilchen, sphärische Polymethylsilsesquioxanteilchen und sphärische Harzteilchen und Mittel zur Verbesserung des Entwicklungsverhaltens wie z.B. organische und/oder anorganische Feinteilchen, die auf eine Polarität, die der Polarität der Tonerteilchen entgegengesetzt ist, aufladbar sind, umfassen, in einem Ausmaß, durch das der Toner der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt wird, enthalten sind. Solche Zusatzstoffe können auch nach Hydrophobierung der Oberfläche zugesetzt werden.
Es werden die anderen Tonerbestandteile beschrieben.
Das im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete Bindemittelharz des Toners kann vorzugsweise eine THF-lösliche Substanz mit einer Molmassenverteilung, die im Molmassenbereich von 10³ bis 10⁵ mindestens einen Peak zeigt, umfassen. Wenn in dem vorstehend angegebenen Bereich kein Peak gefunden wird, ist es wahrscheinlich, dass der erhaltene Toner eine schlechtere Beständigkeit gegen Zusammenbacken hat oder über einen weiten Temperaturbereich nicht fixierbar ist. Im Fall der Vollfarben-Bilderzeugung wird es schwierig, einen Farbmischungs-Temperaturbereich sicherzustellen, der sich bei der Erzeugung von Vollfarbenbildern durch Entwicklung übereinandergelagerter Bilder für eine reine bzw. deutliche Farbwiedergabe eignet.
Beispiele für das Bindemittelharz, das zur Herstellung des Toners durch Pulverisieren verwendet wird, können Polystyrol; Homopolymere substituierter Derivate wie z.B. Polyvinyltoluol; Styrolcopolymere wie z.B. Styrol-Propylen-Copolymer, Styrol-Vinyltoluol-Copolymer, Styrol-Vinylnaphthalin-Copolymer, Styrol-Methylacrylat-Copolymer, Styrol-Ethylacrylat-Copolymer, Styrol-Butylacrylat-Copolymer, Styrol-Octylacrylat-Copolymer, Styrol-Dimethylaminoethylacrylat-Copolymer, Styrol-Methylmethacrylat-Copolymer, Styrol-Ethylmethacrylat-Copolymer, Styrol-Butylmethacrylat-Copolymer, Styrol-Dimethylaminoethylmethacrylat-Copoly mer, Styrol-Vinylmethylether-Copolymer, Styrol-Vinylethylether-Copolymer, Styrol-Vinylmethylketon-Copolymer, Styrol-Butadien-Copolymer, Styrol-Isopren-Copolymer, Styrol-Maleinsäure-Copolymer und Styrol-Maleinsäureester-Copolymere; Polymethylmethacrylat, Polybutylmethacrylat, Polyvinylacetat, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylbutyral, Siliconharz, Polyesterharz, Polyamidharz, Epoxyharz, Polyacrylsäureharz, Terpentinharz, modifiziertes Terpentinharz, Terpenharz, Phenolharz, aliphatische oder alicyclische Kohlenwasserstoffharze, aromatisches Erdölharz; Paraffinwachs, Esterwachs, Carnaubawachs und Polyethylenwachs umfassen. Diese Bindemittelharze und harzartigen Materialien können allein oder in Form einer Mischung verwendet werden. Im Hinblick auf Entwicklungsverhalten und Fixierverhalten bzw. Fixierbarkeit werden Styrolcopolymere und Polyesterharze besonders bevorzugt.
(GPC-Messung der Molmassenverteilung)
Die GPC-Messung (GPC = Gel-Permeationschromatographie) zur Bereitstellung eines Chromatogramms, mit dem Peak- oder/und Schultermolmassen als Polystyrol äquivalente Molmassen bestimmt werden, kann in der folgenden Weise durchgeführt werden.
Eine Tonerprobe wird in THF (Tetrahydrofuran) gelöst, um eine Lösung mit einer Harzkonzentration von etwa 0,4 bis 0,6 mg/ml zu bilden, und die Lösung wird durch ein lösungsmittelbeständiges Membranfilter mit einem Porendurchmesser von 0,2 μm filtriert.
Dann werden Trennsäulen in einem Heizschrank bei 40°C stabilisiert; es wird bewirkt, dass THF als Lösungsmittel in einer Durchflussmenge von 1 ml/min hindurchfließt, und etwa 100 ml der in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten Probenlösung werden zur GPC-Messung in die Trennsäulen eingespritzt. Zur Ermittlung der Molmassenverteilung einer Probe ist unter Verwendung mehrerer monodisperser Standard-Polystyrolproben, d.h., von TSK Standard Polystyrene F-850, F-450, F-288, F-128, F-80, F-40, F-20, F-10, F-4, F-2, F-1, A-5000, A-2500, A-1000 und A-500, erhältlich von Toso K.K., eine Eichkurve erstellt worden, die eine Wechselbeziehung zwischen einer logarithmischen Molmassenskale und entsprechenden GPC-Zählimpulszahlen zeigt. Der Detektor besteht aus einer Kombination eines Brechungsindexdetektors und eines UV-Detektors (Ultraviolettdetektors), die reihengeschaltet sind. Die Trennsäulen können vorzugsweise aus einer Vielzahl von handelsüblichen Polystyrolgel-Säulen bestehen. Zur Erzielung der hierin beschriebenen GPC-Daten wurde für ein schnell arbeitendes GPC-Gerät ("HPLC 8120 GPC", erhältlich von Toso K.K.) eine Kombination von Shodex GPC KF-801, 802, 803, 804, 805, 806, 807 und 800P, erhältlich von Showa-Denko K.K., angewendet.
Im Fall der Tonerherstellung durch ein Polymerisationsverfahren kann eine polymerisierbare Monomermischung aus den folgenden Materialien hergestellt werden.
Beispiele für das polymerisierbare Monomer können Monomere der Styrolklasse wie z.B. Styrol, o-Methylstyrol, p-Methylstyrol, p-Methoxystyrol und p-Ethylstyrol; Acrylatester wie z.B. Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, n-Propylacrylat, n-Octylacrylat, Dodecylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Stearylacrylat, 2-Chlorethylacrylat und Phenylacrylat; Methacrylatester wie z.B. Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, n-Propylmethacrylat, n-Butylmethacrylat, Isobutylmethacrylat, n-Octylmethacrylat, Dodecylmethacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat, Stearylmethacrylat, Phenylmethacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat und Diethylaminoethylmethacrylat; Acrylnitril, Methacrylnitril und Acrylamid umfassen.
Die vorstehend beschriebenen Monomere können allein oder in Form einer Mischung von zwei oder mehr als zwei Arten verwendet werden. Im Hinblick auf das Entwicklungsverhalten und das Verhalten bei der kontinuierlichen Bilderzeugung des erhaltenen Toners wird es bevorzugt, dass von den vorstehend beschriebenen Monomeren Styrol oder ein Styrolderivat allein oder in Form einer Mischung mit einer anderen Mischung verwendet wird.
Bei der Tonerherstellung durch Polymerisation ist es auch möglich, dass der Monomermischung vor der Polymerisation ein Harz zugesetzt wird. Beispielsweise ist es möglich, dass zur Einführung von polymerisierten Einheiten eines Monomers mit einer hydrophilen funktionellen Gruppe wie z.B. einer Aminogruppe, Carboxylgruppe, Hydroxylgruppe, Sulfongruppe, Glycidylgruppe oder Nitrilgruppe, wobei dieses Monomer wegen seiner Löslichkeit, durch die eine Emulsionspolymerisation verursacht wird, nicht direkt in einem wässrigen Suspensionsmedium verwendet werden kann, ein Copolymer wie z.B. ein statistisches Copolymer, ein Blockcopolymer oder ein Pfropfcopolymer so eines funktionellen Monomers mit einer Vinylverbindung wie z.B. Styrol oder Ethylen; ein Polykondensat wie z.B. ein Polyester oder ein Polyamid oder ein Polyadditionspolymer wie z.B. ein Polyether oder ein Polyimin verwendet wird.
Im Fall der Verwendung so eines Polymers mit einer funktionellen Gruppe beträgt seine Durchschnittsmolmasse vorzugsweise mindestens 5000. Im Fall einer Durchschnittsmolmasse von weniger als 5000 und insbesondere von 4000 oder weniger besteht die Neigung, dass sich so ein funktionelles Monomer an der Oberfläche der durch Polymerisation erhaltenen Tonerteilchen anreichert, wodurch das Entwicklungsverhalten und die Beständigkeit gegen Zusammenbacken beeinträchtigt werden. Als so ein Polymer wird ein Polyesterharz besonders bevorzugt.
Ferner ist es zur Verbesserung der Dispergierbarkeit von Zusatzstoffen, der Fixierbarkeit und des Verhaltens bei der Bilderzeugung auch möglich, dass ein Harz zugesetzt wird, das sich von den vorstehend erwähnten Harzen unterscheidet. Beispiele für so ein Harz können Polystyrol; Homopolymere substituierter Derivate wie z.B. Polyvinyltoluol; Styrolcopolymere wie z.B. Styrol-Propylen-Copolymer, Styrol-Vinyltoluol-Copolymer, Styrol-Vinylnaphthalin-Copolymer, Styrol-Methylacrylat-Copolymer, Styrol-Ethylacrylat-Copolymer, Styrol-Butylacrylat-Copolymer, Styrol-Octylacrylat-Copolymer, Styrol-Dimethylaminoethylacrylat-Copolymer, Styrol-Methylmethacrylat-Copolymer, Styrol-Ethylmethacrylat-Copolymer, Styrol-Butylmethacrylat-Copolymer, Styrol-Dimethylaminoethylmethacrylat-Copolymer, Styrol-Vinylmethylether-Copolymer, Styrol-Vinylethylether-Copolymer, Styrol-Vinylmethylketon-Copolymer, Styrol-Butadien-Copolymer, Styrol-Isopren-Copolymer, Styrol-Maleinsäure-Copolymer und Styrol-Maleinsäureester-Copolymere; Polymethylmethacrylat, Polybutylmethacrylat, Polyvinylacetat, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylbutyral, Siliconharz, Polyesterharz, Polyamidharz, Epoxyharz, Polyacrylsäureharz, Terpentinharz, modifiziertes Terpentinharz, Terpenharz, Phenolharz, aliphatische oder alicyclische Kohlenwasserstoffharze und aromatisches Erdölharz umfassen. Diese Harze können allein oder in Form einer Mischung verwendet werden.
Diese Harze können vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 20 Masseteilen je 100 Masseteile des Monomers zugesetzt werden. Im Fall von weniger als 1 Masseteil ist die Wirkung des Zusatzes gering, und im Fall von mehr als 20 Masseteilen wird die Ausbildung verschiedener Eigenschaften des durch Polymerisation erhaltenen Toners schwierig.
Ferner wird es dadurch, dass in einem Monomer vor der Polymerisation ein Polymer gelöst wird, das eine Molmasse hat, die sich von dem Molmassenbereich eines Polymers, das durch Polymerisation des Monomers erhalten wird, unterscheidet, möglich, einen Toner zu erhalten, der eine breite Molmassenverteilung hat und eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Abschmutzen zeigt.
Sowohl bei dem Toner, der durch das Polymerisationsverfahren hergestellt wird, als auch bei dem Toner, der durch das Pulverisierverfahren hergestellt wird, kann das Bindemittelharz vorzugsweise eine Glasumwandlungstemperatur (Tg) von 40 bis 70°C und insbesondere von 45 bis 65°C haben. So eine Glasumwandlungstemperatur kann im Allgemeinen erzielt werden, indem Monomere derart vermischt werden, dass eine theoretische Glasumwandlungstemperatur gemäß der Druckschrift "Polymer Handbook", Zweite Auflage, III, S. 139-192 (John Wiley & Sons, Co.), die 40 bis 70°C beträgt, erhalten wird. Wenn Tg unter 40°C liegt, ist es wahrscheinlich, dass der Toner eine schlechtere Lager beständigkeit hat und in Bezug auf ein stabiles Verhalten bei der Bilderzeugung schlechter ist. Bei einem Tg-Wert von mehr als 70°C kann das Fixierverhalten des Toners problematisch sein.
Die hierin beschriebenen Tg-Werte basieren auf Werten, die in der folgenden Weise gemessen werden.
Eine Tonerprobe (oder Harzprobe) wird zur Beseitigung ihrer thermischen Vorgeschichte einmal erhitzt und abgekühlt und dann zum zweiten Mal erhitzt, wodurch eine DSC-Erhitzungs- bzw. -Temperaturerhöhungskurve erhalten wird. Bei so einer DSC-Kurve, die in 14 schematisch veranschaulicht ist, wird zwischen den Basislinien vor und nach dem Erhitzen eine Mittellinie gezogen, und die Temperatur an der Stelle, an der sich die Mittellinie und die DSC-Erhitzungskurve schneiden, wird als Tg (Glasumwandlungstemperatur) angesehen.
Der Toner der vorliegenden Erfindung enthält als unbedingt notwendigen Bestandteil zum Anfärben ein Farbmittel. Organische Pigmente oder Farbstoffe, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise verwendet werden, können die folgenden umfassen.
Organische Pigmente oder Farbstoffe, die als cyanfarbene Farbmittel dienen, können Kupferphthalocyaninverbindungen und Derivate davon, Anthrachinonverbindungen und basische Farblackverbindungen umfassen. Bestimmte Beispiele dafür können C.I. Pigment Blue 1, C.I. Pigment Blue 7, C.I. Pigment Blue 15, C.I. Pigment Blue 15:1, C.I. Pigment Blue 15:2, C.I. Pigment Blue 15:3, C.I. Pigment Blue 15:4, C.I. Pigment Blue 60, C.I. Pigment Blue 62 und C.I. Pigment Blue 66 umfassen.
Organische Pigmente oder Farbstoffe, die als magentafarbene Farbmittel dienen, können kondensierte Azoverbindungen, Diketopyrrolopyrrolverbindungen, Anthrachinon, Chinacridonverbindungen, basische Farblackverbindungen, Naphtholverbindungen, Benzimidazolonverbindungen, Thioindigoverbindungen und Perylenverbindungen umfassen. Bestimmte Beispiele dafür können C.I. Pigment Red 2, C.I. Pigment Red 3, C.I. Pigment Red 5, C.I. Pigment Red 6, C.I. Pigment Red 7, C.I. Pigment Violet 19, C.I. Pigment Red 23, C.I. Pigment Red 48:2, C.I. Pigment Red 48:3, C.I. Pigment Red 48:4, C.I. Pigment Red 57:1, C.I. Pigment Red 81:1, C.I. Pigment Red 122, C.I. Pigment Red 144, C.I. Pigment Red 146, C.I. Pigment Red 166, C.I. Pigment Red 169, C.I. Pigment Red 177, C.I. Pigment Red 184, C.I. Pigment Red 185, C.I. Pigment Red 202, C.I. Pigment Red 206, C.I. Pigment Red 220, C.I. Pigment Red 221 und C.I. Pigment Red 254 umfassen.
Organische Pigmente oder Farbstoffe, die als gelbe Farbmittel dienen, können typischerweise kondensierte Azoverbindungen, Isoindolinonverbindungen, Anthrachinonverbindungen, Azo-Metallkomplexe, Methinverbindungen und Arylamidverbindungen umfassen. Bestimmte Beispiele dafür können C.I. Pigment Yellow 12, C.I. Pigment Yellow 13, C.I. Pigment Yellow 14, C.I. Pigment Yellow 15, C.I. Pigment Yellow 17, C.I. Pigment Yellow 62, C.I. Pigment Yellow 74, C.I. Pigment Yellow 83, C.I. Pigment Yellow 93, C.I. Pigment Yellow 94, C.I. Pigment Yellow 95, C.I. Pigment Yellow 97, C.I. Pigment Yellow 109, C.I. Pigment Yellow 110, C.I. Pigment Yellow 111, C.I. Pigment Yellow 120, C.I. Pigment Yellow 127, C.I. Pigment Yellow 128, C.I. Pigment Yellow 129, C.I. Pigment Yellow 147, C.I. Pigment Yellow 151, C.I. Pigment Yellow 154, C.I. Pigment Yellow 168, C.I. Pigment Yellow 174, C.I. Pigment Yellow 175, C.I. Pigment Yellow 176, C.I. Pigment Yellow 180, C.I. Pigment Yellow 181, C.I. Pigment Yellow 191 und C.I. Pigment Yellow 194 umfassen.
Diese Farbmittel können allein oder in Form einer Mischung oder ferner im Zustand einer festen Lösung verwendet werden. Bei der Herstellung des Toners der vorliegenden Erfindung können diese Farbmittel im Hinblick auf Farbtonwinkel, Sättigung (Chromatizität), Helligkeit, Lichtbeständigkeit, Eignung zur Herstellung von OHP-Folien (Overheadprojektorfolien) und Dispergierbarkeit in Tonerteilchen ausgewählt werden.
So ein Farbmittel kann in einem Anteil von 1 bis 20 Masseteilen je 100 Masseteile des Bindemittelharzes zugesetzt werden.
Als schwarzes Farbmittel können Ruß, ein magnetisches Material oder eine schwarze Mischung aus gelben/magentafarbenen/cyanfarben Farbmitteln, die zweckmäßig aus den vorstehend angegebenen Farbmitteln ausgewählt worden sind, verwendet werden.
Ein als schwarzes Farbmittel dienendes magnetisches Material kann im Unterschied zu anderen Farbmitteln in einer Menge von 30 bis 200 Masseteilen je 100 Masseteile des Bindemittelharzes zugesetzt werden.
Als so ein magnetisches Material kann ein Metall, eine Legierung oder ein Metalloxid, das ein Element wie z.B. Eisen, Cobalt, Nickel, Kupfer, Magnesium, Mangan, Aluminium oder Silicium enthält, verwendet werden. Es ist vorzuziehen, dass von diesen ein magnetisches Material, das hauptsächlich aus Eisenoxid besteht, wie z.B. Trieisentetroxid oder γ-Eisenoxid verwendet wird. Solche magnetischen Eisenoxidteilchen können zur Steuerung der Aufladbarkeit des Toners ein anderes Element wie z.B. Silicium oder Aluminium enthalten. Diese magnetischen Teilchen können vorzugsweise eine durch die BET-Stickstoffadsorptionsmethode gemessene spezifische Oberfläche von 2 bis 30 m²/g und insbesondere 3 bis 28 m²/g und eine Mohs-Härte von 5 bis 7 haben.
Die magnetischen Teilchen können eine Teilchengestalt haben, die oktaedrisch, hexaedrisch, sphärisch (kugelförmig), nadelförmig oder flockenartig ist. Eine weniger anisotrope Gestalt wie z.B. eine oktaedrische, hexaedrische, sphärische oder unregelmäßige Gestalt wird zur Erzielung einer hohen Bilddichte bevorzugt. Die magnetischen Teilchen können vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße von 0,05 bis 1,0 μm, insbesondere 0,1 bis 0,6 μm und vor Allem 0,1 bis 0,3 μm haben.
Das magnetische Material kann vorzugsweise in einer Menge von 30 bis 200 Masseteilen, insbesondere 40 bis 120 Masseteilen und vor Allem 50 bis 150 Masseteilen zugesetzt werden. Bei weniger als 30 Masseteilen verschlechtert sich das Anfärbevermögen und besteht bei einer Entwicklungseinrichtung, bei der zur Beförderung des Toners von einer Magnetkraft Gebrauch gemacht wird, die Neigung, dass das Beförderungsverhalten beeinträchtigt wird, was leicht eine unregelmäßige Schicht des magnetischen Toners auf dem Entwicklerträgerelement zur Folge hat, die zu unregelmäßigen Bildern führt. Ferner besteht die Neigung, dass die triboelektrische Ladung des magnetischen Toners zunimmt, was zu unregelmäßigen Bildern führt. Andererseits besteht bei mehr als 200 Masseteilen die Neigung, dass die Fixierbarkeit des Toners problematisch ist.
Bei der Tonerherstellung durch Polymerisation muss beachtet werden, dass Farbmittel eine Polymerisationsinhibitorwirkung zeigen und in die wässrige Phase wandern können. Aus diesem Grund wird es bevorzugt, dass das Farbmittel einer Oberflächenmodifizierungsbehandlung wie z.B. einer Hydrophobierung mit einer Substanz, die keine Polymerisationsinhibitorwirkung zeigt, unterzogen wird. Die Behandlung eines Farbstoffs oder eines Pigments kann beispielsweise durchgeführt werden, indem ein polymerisierbares Monomer in Gegenwart so eines Farbstoffs oder Pigments polymerisiert wird. Das erhaltene farbige Polymer kann für eine weitere Polymerisation zur Herstellung von Tonerteilchen in eine polymerisierbare Monomermischung eingemischt werden.
Die vorstehend erwähnte Behandlung ist auch auf Ruß anwendbar. Außerdem kann Ruß auch mit einer Substanz, die mit einer funktionellen Oberflächengruppe des Rußes reaktionsfähig ist, z.B. mit einem Polyorganosiloxan, behandelt werden.
Die vorstehend erwähnte Oberflächenbehandlung kann auch wirksam sein, um ein magnetisches Material vor seiner Aufnahme in eine polymerisierbare Monomermischung zu behandeln.
Bei der Tonerherstellung durch Polymerisation kann zur Bildung eines Polymers, das eine Peak-Molmasse im Molmassenbereich von 1 × 10⁴ bis 10 × 10⁴ hat, wodurch dem erhaltenen Toner eine erwünschte Festigkeit und zweckmäßige Viskoelastizitätseigenschaften erteilt werden, ein Polymerisationsinitiator, der bei der Reaktionstemperatur eine Halbwertszeit von 0,5 bis 30 Stunden zeigt, in einer Menge von 0,5 bis 20 Masseteilen je 100 Masseteile des polymerisierbaren Monomers zugesetzt werden. Beispiele für den Polymerisationsinitiator können Polymerisationsinitiatoren vom Azo- oder Bisazotyp wie z.B. 2,2'-Azobis(2,4-dimethylvaleronitril), 2,2'-Azobisisobutyronitril, 1,1'-Azobis(cyclohexan-2-carbonitril), 2,2'-Azobis-4-ethoxy-2,4-dimethylvaleronitril, Azobisisobutyronitril und Polymerisationsinitiatoren vom Peroxidtyp wie z.B. Benzoylperoxid, Methylethylketonperoxid, Diisopropylperoxycarbonat, Cumolhydroperoxid, 2,4-Dichlorbenzoylperoxid, Lauroylperoxid und t-Butylperoxy-2-ethylhexanoat umfassen.
Für die Tonerherstellung durch Polymerisation kann ein Vernetzungsmittel in einem Anteil von 0,001 bis 15 Masseteilen je 100 Masseteile des Monomers zugesetzt werden.
Das Vernetzungsmittel kann beispielsweise eine Verbindung mit zwei oder mehr als zwei polymerisierbaren Doppelbindungen sein. Beispiele dafür können aromatische Divinylverbindungen wie z.B. Divinylbenzol und Divinylnaphthalin; Carboxylatester mit zwei Doppelbindungen wie z.B. Ethylenglykoldiacrylat, Ethylenglykoldimethacrylat und 1,3-Butandioldimethacrylat; Divinylverbindungen wie z.B. Divinylanilin, Divinylether, Divinylsulfid und Divinylsulfon und Verbindungen mit drei oder mehr als drei Vinylgruppen umfassen. Diese können einzeln oder in Form einer Mischung verwendet werden.
Zur Herstellung des Toners durch ein Suspensionspolymerisationsverfahren kann die vorstehend erwähnte polymerisierbare Monomermischung, d.h., eine Mischung aus einem polymerisierbaren Monomer und einem Farbmittel oder einem magnetischen Pulver und gewünschtenfalls anderen Tonerbestandteilen wie z.B. einem Wachs, einem Plastifiziermittel (Weichmacher), einem Ladungssteuerungsmittel und einem Vernetzungsmittel und ferner wahlweisen Bestandteilen wie z.B. einem organischen Lösungsmittel, einem Polymer, einem Zusatzstoffpolymer und einem Dispergiermittel, die durch ein Dispergiergerät wie z.B. einen Homogenisator, eine Kugelmühle, eine Kolloidmühle oder ein Ultraschall- Dispergiergerät gleichmäßig gelöst oder dispergiert worden sind, in einem wässrigen Medium suspendiert werden. Es wird in diesem Fall bevorzugt, dass ein Schnelldispergiergerät wie z.B. ein Schnellrührer oder ein Ultraschall-Dispergiergerät angewendet wird, damit zur Erzielung von Tonerteilchen mit einer engeren Teilchengrößenverteilung auf einen Schlag Tröpfchen der Monomermischung, die eine gewünschte Größe haben, gebildet werden.
Der Polymerisationsinitiator kann dem Polymerisationssystem zu gesetzt werden, indem er der Monomermischung zusammen mit den anderen Bestandteilen für die Bildung der Monomermischung oder unmittelbar vor dem Dispergieren der Monomermischung in dem wässrigen Medium zugesetzt wird. Alternativ ist es auch möglich, dass ein Polymerisationsinitiator vom Peroxidtyp, der in einem polymerisierbaren Monomer oder einem anderen Lösungsmittel gelöst ist, unmittelbar nach der Bildung von Tröpfchen der Monomermischung und vor der Einleitung der Polymerisation in das Polymerisationssystem hineingegeben wird. Nach der Bildung von Tröpfchen der Monomermischung kann das System mit einem gewöhnlichen Rührer in einem Grade gerührt werden, der zweckmäßig ist, um den Tröpfchenzustand aufrechtzuerhalten und ein Aufschwimmen oder eine Sedimentation der Tröpfchen zu verhindern. In das Suspensionspolymerisationssystem kann ein Dispersionsstabilisator hineingegeben werden. Es ist möglich, dass als Dispersionsstabilisator ein bekanntes Tensid oder ein bekanntes organisches oder anorganisches Dispergiermittel verwendet wird. Von diesen kann vorzugsweise ein anorganisches Dispergiermittel verwendet werden, weil es weniger leicht zu übermäßig kleinen Teilchen führt, die bestimmte Bildfehler verursachen können, weil seine Dispergierwirkung sogar bei einer Temperaturänderung weniger leicht beeinträchtigt wird, da seine stabilisierende Wirkung hauptsächlich auf seiner sterischen Hinderung beruht, und weil es auch leicht durch Waschen entfernt werden kann, so dass es weniger dazu neigt, das Betriebsverhalten des erhaltenen Toners zu beeinträchtigen. Beispiele für so ein anorganisches Dispergiermittel können Phosphate mehrwertiger Metalle wie z.B. Calciumphosphat, Magnesiumphosphat, Aluminiumphosphat und Zinkphosphat; Carbonate wie z.B. Calciumcarbonat und Magne siumcarbonat; anorganische Salze wie z.B. Calciummetasilicat, Calciumsulfat und Bariumsulfat und anorganische (Hydr)oxide wie z.B. Calciumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Aluminiumhydroxid, Siliciumdioxid, Bentonit und Aluminiumoxid umfassen.
Es kann erwünscht sein, dass so ein anorganisches Dispergiermittel allein in einer Menge von 0,2 bis 20 Masseteilen je 100 Masseteile der polymerisierbaren Monomermischung verwendet wird, damit das Auftreten ultrafeiner Teilchen verhindert wird, jedoch ist es auch möglich, dass in Kombination 0,001 bis 0,1 Masseteile eines Tensids verwendet werden, damit kleinere Tonerteilchen erhalten werden.
Beispiele für so ein Tensid können Natriumdodecylbenzolsulfat, Natriumtetradecylsulfat, Natriumpentadecylsulfat, Natriumoctylsulfat, Natriumoleat, Natriumlaurat, Natriumstearat und Kaliumstearat umfassen.
Ein anorganisches Dispergiermittel, wie es vorstehend erwähnt wurde, kann als solches verwendet werden, jedoch kann es in situ in dem wässrigen Medium für die Suspensionspolymerisation hergestellt werden, damit Tonerteilchen mit einer engeren Teilchengrößenverteilung erhalten werden. Beispielsweise können im Fall von Calciumphosphat eine wässrige Natriumphosphatlösung und eine wässrige Calciumchloridlösung unter schnellem Rühren vermischt werden, um wasserunlösliches Calciumphosphat zu bilden, das ein Dispergieren einer Monomermischung unter Bildung von Tröpfchen mit einer gleichmäßigeren Größe erlaubt. Dabei wird als Nebenprodukt wasserlösliches Natriumchlorid erzeugt, jedoch ist das Vorhandensein so eines wasserlöslichen Salzes wirksam, um die Auflösung eines polymerisierbaren Monomers in dem wässrigen Medium zu unterdrücken, so dass eine auf Emulsionspolymerisation zurückzuführende Bildung ultrafeiner Tonerteilchen unterdrückt wird, was zweckmäßig ist. So ein wasserlösliches Salz kann die Entfernung von restlichem polymerisierbarem Monomer behindern, und es ist deshalb erwünscht, dass es durch Austausch des wässrigen Mediums oder durch Behandlung mit einem Ionenaustauscherharz enfernt wird. Ein anorganisches Dis pergiermittel kann jedenfalls durch Auflösen mit Säure oder Alkali nach der Polymerisation fast vollständig entfernt werden.
Die Temperatur für die Suspensionspolymerisation kann auf mindestens 40°C und im Allgemeinen im Bereich von 50 bis 90°C eingestellt werden. Die Polymerisation in diesem Temperaturbereich wird bevorzugt, weil das Wachs durch Phasentrennung ausgefällt wird, wodurch es vollständiger umhüllt wird. Zum Verbrauch des restlichen polymerisierbaren Monomers ist es möglich, dass die Reaktionstemperatur im Endstadium der Polymerisation bis auf 90 bis 150°C erhöht wird.
Die durch Polymerisation erhaltenen Tonerteilchen gemäß der vorliegenden Erfindung können durch Filtrieren, Waschen und Trocknen gewonnen und dann in bekannter Weise mit dem anorganischen Feinpulver vermischt werden, damit das anorganische Feinpulver an den Tonerteilchen anhaftet. Eine bevorzugte Art der Modifizierung besteht auch darin, dass die durch Polymerisation erhaltenen Tonerteilchen nach ihrer Gewinnung einem Klassierschritt zur Entfernung einer groben und einer feinen Pulverfraktion unterzogen werden.
Die Herstellung eines Toners durch ein Pulverisierverfahren kann in bekannter Weise durchgeführt werden. Beispielsweise werden Tonerbestandteile wie z.B. ein Bindemittelharz, ein Farbmittel, ein magnetisches Material, ein Trennmittel, ein Ladungssteuerungsmittel und/oder andere Zusatzstoffe in einem Mischer wie z.B. einem Henschel-Mischer oder einer Kugelmühle ausreichend vermischt und schmelzgeknetet, um die Harze, in denen das Farbmittel oder das magnetische Material dispergiert ist, gut miteinander zu verschmelzen, wodurch ein geknetetes Produkt gebildet wird, das dann zum Verfestigen abgekühlt, pulverisiert, klassiert und gewünschtenfalls oberflächenbehandelt wird, wodurch Tonerteilchen erhalten werden. Die Klassier- und die Oberflächenbehandlung können in jeder Reihenfolge durchgeführt werden. Bei dem Klassierschritt wird im Hinblick auf den Herstellungswirkungsgrad die Anwendung eines Mehrkammersichters bevorzugt.
Der Pulverisierschritt kann unter Anwendung einer bekannten Pulverisiermühle, bei der mechanische Schläge ausgeübt werden, einer Strahlprallmühle usw. durchgeführt werden. Um einen Toner mit einer hohen Zirkularität, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, zu erhalten, kann das Pulverisieren vorzugsweise unter Erhitzen oder unter zusätzlicher Ausübung mechanischer Schläge bewirkt werden. Es ist ferner auch möglich, dass man fein pulverisierte (und wahlweise klassierte) Tonerteilchen in einem heißen Wasserbad dispergiert oder durch einen heißen Gasstrom hindurchgehen lässt.
Die Ausübung mechanischer Schläge kann unter Anwendung einer Pulverisiermühle, bei der mechanische Schläge ausgeübt werden, wie z.B. Kryptron System (von Kawasaki Jukogyo K.K.) oder Turbo Mill (von Turbo Kogyo K.K.) oder eines Systems, bei dem mechanische Schläge ausgeübt werden, wie z.B. Mechanofusion System (von Hosokawa Micron K.K.) oder Hybridization System (von Nara Kikai Seisakusho K.K.), bei dem Tonerteilchen unter der Wirkung einer Zentrifugalkraft, die durch Flügel oder Schaufeln, die mit hohen Drehzahlen rühren, ausgeübt wird, an die Innenwand eines Gehäuses gepresst werden, wodurch auf die Tonerteilchen mechanische Schlagkräfte, die eine Kompressionskraft und eine Abriebkraft umfassen, ausgeübt werden, bewirkt werden.
Für die Behandlung zum Sphärischmachen (Kugeligmachen) von Tonerteilchen durch Ausübung mechanischer Schläge wird es im Hinblick auf die Verhinderung einer Agglomeration und auf die Produktivität bevorzugt, dass die Temperatur der Behandlungsatmosphäre im Temperaturbereich von "Tg ± 10°C" um die Glasumwandlungstemperatur (Tg) der Tonerteilchen liegt. Zur Erzielung eines verbesserten Übertragungswirkungsgrades wird eine Behandlungstemperatur im Bereich von "Tg ± 5°C" mehr bevorzugt.
Die Tonerteilchen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können auch durch ein Verfahren, bei dem eine geschmolzene Mischung durch eine Scheibe oder eine Mehrfachfluiddüse in die Luft versprüht bzw. zerstäubt wird, wodurch sphärische Tonerteilchen erhalten werden (JP-B 56-13945), und durch andere Polymerisationsverfahren als die Suspensionspolymerisation einschließlich Verfahren hergestellt werden, die durch ein Dispersionspolymerisationsverfahren, bei dem Tonerteilchen direkt in einem wässrigen organischen Lösungsmittel, in dem ein Monomer löslich ist, jedoch das erhaltene Polymer unlöslich ist, hergestellt werden; und ein Emulsionspolymerisationsverfahren wie z.B. ein seifenfreies Polymerisationsverfahren, bei dem Tonerteilchen in Gegenwart eines wasserlöslichen polaren Polymerisationsinitiators direkt durch Polymerisation hergestellt werden, verkörpert werden.
Eine bevorzugte Form des Toners, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, enthält auch ein Trennmittel in einem Anteil von 0,5 bis 50 Masse% des Toners.
Ein Tonerbild, das auf ein Aufzeichnungsmaterial übertragen worden ist, wird dann erhitzt und gepresst, wodurch es auf dem Aufzeichnungsmaterial fixiert wird, so dass ein semipermanentes fixiertes Bild erhalten wird.
Wenn ein Toner mit einer massegemittelten Teilchengröße von höchstens 10 μm verwendet wird, kann ein sehr scharfes Bild erhalten werden, jedoch besteht die Neigung, dass solche Tonerteilchen mit geringer Teilchengröße in Zwischenräumen der Fasern von Papier, das als Aufzeichnungsmaterial dient, steckenbleiben, so dass eine ungenügende Wärmezuführung aus dem zum Fixieren dienenden Heizelement wahrscheinlich ist, wodurch Abschmutzen bei niedriger Temperatur verursacht wird. Durch Aufnahme einer geeigneten Menge eines Wachses als Trennmittel ist es jedoch möglich, eine hohe Auflösung und eine gute Beständigkeit gegen Abschmutzen zu erzielen, während ein Abrieb des lichtempfindlichen Elements vermieden wird.
Beispiele für Wachse, die in dem Toner der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, können Erdölwachse und Derivate davon wie z.B. Paraffinwachs, Mikrowachs und Petrolatum; Montanwachs und Derivate davon; durch das Fischer-Tropsch-Verfahren erhaltenes Kohlenwasserstoffwachs und Derivate davon; Polyolefinwachse wie z.B. Polyethylenwachs und Derivate davon und natürliche Wachse wie z.B. Carnaubawachs und Candelillawachs und Derivate davon umfassen. Die Derivate können Oxide, Blockcopolymere mit Vinylmonomeren und pfropfmodifizierte Produkte umfassen. Weitere Beispiele können höhere Fettalkohole, Fettsäuren wie z.B. Stearinsäure und Palmitinsäure und Verbindungen von diesen, Säureamidwachs, Esterwachs, Ketone, gehärtetes Ricinusöl und Derivate davon, pflanzliche Wachse und tierische Wachse umfassen.
Es wird bevorzugt, dass der Toner, der ein Wachs enthält, wie es vorstehend erwähnt wurde, ein thermisches Verhalten zeigt, das durch eine unter Anwendung eines Kalorimeters für Differenzialabtastkalorimetrie bzw. dynamische Differenz-Kalorimetrie (DSC) erhaltene DSC-Kurve wiedergegeben wird, die bei Temperaturerhöhung einen Wärmeaufnahmepeak im Bereich von 20 bis 200°C und einen maximalen Wärmeaufnahmepeak im Bereich von 50 bis 150°C zeigt. Es wird ferner bevorzugt, dass der Toner eine DSC-Kurve liefert, die bei Temperaturverminderung einen Wärmeabgabepeak im Temperaturbereich von 20 bis 200°C und einen maximalen Wärmeabgabepeak im Temperaturbereich von 40 bis 150°C zeigt. Der Toner kann dadurch, dass er einen Wärmeaufnahmepeak und einen maximalen Wärmeaufnahmepeak in den vorstehend erwähnten Temperaturbereichen hat, sowohl Fixierbarkeit bei niedriger Temperatur als auch Trennbarkeit zeigen, während er gut zu dem Fixierschritt der vorliegenden Erfindung passt. Wenn der Wärmeaufnahmepeak unterhalb von 20°C vorhanden ist, ist eine Beeinträchtigung der Beständigkeit des Toners gegen Abschmutzen bei hoher Temperatur wahrscheinlich, und wenn er oberhalb von 200°C vorhanden ist, ist eine Beeinträchtigung der Fixierbarkeit des Toners bei niedriger Temperatur wahrscheinlich. Wenn andererseits der maximale Wärmeaufnahmepeak bei Temperaturerhöhung unterhalb von 50°C (oder der maximale Wärmeabgabepeak bei Temperaturverminderung unterhalb von 40°C) liegt, kann die Wachsverbindung nur eine schwache Selbstkohäsionskraft zeigen, so dass sie leicht eine schlechtere Beständigkeit gegen Abschmutzen bei hoher Temperatur zeigt. Wenn der maximale Wärmeaufnahmepeak bei einer Temperatur von mehr als 150°C liegt, wird die Fixiertemperatur hoch und besteht die Neigung, dass Abschmutzen bei niedriger Temperatur auftritt.
Die Temperatur beim Wärmeaufnahmepeak oder die Temperatur beim Wärmeabgabepeak eines Toners oder eines Wachses kann ähnlich wie die Glasumwandlungstemperatur eines Wachses durch Differenzialthermoanalyse in der nachstehend beschriebenen Weise gemessen werden. Im Einzelnen kann die Glasumwandlungstemperatur unter Anwendung eines Kalorimeters für Differenzialabtastkalorimetrie bzw. dynamische Differenz-Kalorimetrie (DSC) (z.B. "DSC-7", erhältlich von Perkin-Elmer Corp.) gemäß ASTM D3418-8 gemessen werden. Eine Temperaturkorrektur bei der Messeinrichtung kann auf Basis der Schmelzpunkte von Indium und Zink erfolgen, und eine Wärmemengenkorrektur kann auf Basis der Schmelzwärme von Indium durchgeführt werden. Eine Probe wird auf eine Aluminiumschale aufgebracht und parallel zu einer leeren Aluminiumschale als Vergleichsprobe mit einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von 10°C/min erhitzt.
In dem Toner, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann so ein Wachsbestandteil vorzugsweise in einer Menge von 0,5 bis 50 Masse% des Toners enthalten sein. Bei weniger als 0,5 Masse% ist die Wirkung der Verhinderung von Abschmutzen bei niedriger Temperatur ungenügend, und bei mehr als 50 Masse% wird die Langzeit-Lagerfähigkeit des Toners schlechter und wird die Dispergierbarkeit anderer Tonerbestandteile beeinträchtigt, was zu einer niedrigeren Fließfähigkeit des Toners und zu einer niedrigeren Bildqualität führt.
Der Toner, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann ferner zum Stabilisieren der Aufladbarkeit ein Ladungssteuerungsmittel enthalten. Es können bekannte Ladungssteuerungsmittel verwendet werden. Es wird bevorzugt, dass ein Ladungssteuerungsmittel verwendet wird, das eine hohe Aufladegeschwindigkeit liefert und beständig für eine konstante Ladung sorgt. Im Fall der Tonerherstellung durch Polymerisation wird es besonders bevorzugt, dass ein Ladungssteuerungsmittel verwendet wird, das eine niedrige Polymerisationsinhibitorwirkung und im Wesentlichen keine Löslichkeit in einem wässrigen Dispersionsmedium zeigt. Bestimmte Beispiele dafür können negative Ladungssteuerungsmittel wie z.B. Metallverbindungen aromatischer Carbonsäuren wie z.B. Salicylsäure, Alkylsalicylsäuren, Dialkylsalicylsäuren, Naphthoesäure und Dicarbonsäuren; Metallsalze oder Metallkomplexe von Azofarbstoffen und Azopigmenten; polymere Verbindungen, die in Seitenketten eine Sulfongruppe oder eine Carboxylgruppe haben; Borverbindungen, Harnstoffverbindungen, Siliciumverbindungen und Calixarene umfassen. Positive Ladungssteuerungsmittel können quaternäre Ammoniumsalze, polymere Verbindungen, die in Seitenketten solche quaternären Ammoniumsalze haben, Chinacridonverbindungen, Nigrosinverbindungen und Imidazolverbindungen umfassen. Das Ladungssteuerungsmittel kann vorzugsweise in einer Menge von 0,5 bis 10 Masseteilen je 100 Masseteile des Bindemittelharzes enthalten sein.
Es ist jedoch nicht unbedingt notwendig, dass der Toner der vorliegenden Erfindung ein Ladungssteuerungsmittel enthält, vielmehr muss der Toner in dem Fall, dass ausdrücklich von der triboelektrischen Aufladung mit einem Tonerschichtdicken-Regulierelement und einem Tonerträgerelement Gebrauch gemacht wird, nicht unbedingt ein Ladungssteuerungsmittel enthalten.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Herstellungsbeispielen und Beispielen, die jedoch nicht derart aufgefasst werden sollten, dass sie den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise einschränken, ausführlicher beschrieben.
Herstellung von oberflächenbehandeltem magnetischem Pulver
In eine wässrige Eisen(II)-sulfatlösung wurde eine wässrige Lösung von Ätznatron in einer Menge von 1,0 bis 1,1 Äquivalenten in Bezug auf das in dem Eisen(II)-sulfat enthaltene Eisen hineingegeben, wodurch eine Eisen(II)-hydroxid enthaltende wässrige Lösung gebildet wurde. Während der pH-Wert der wässrigen Lösung bei etwa 9 gehalten wurde, wurde zum Bewirken einer Oxidation bei 80 bis 90°C Luft hineingeblasen, wodurch eine Impfkristalle enthaltende Aufschlämmung gebildet wurde.
Dann wurde in die Aufschlämmung eine wässrige Eisen(II)-sulfatlösung in einer Menge von 0,9 bis 1,2 Äquivalenten in Bezug auf das anfänglich zugesetzte Alkali (in dem Ätznatron enthaltene Natrium) hineingegeben, und zur weiteren Oxidation wurde Luft hineingeblasen, während der pH-Wert der Aufschlämmung bei 7,8 gehalten wurde.
Die erhaltenen nach der Oxidation gebildeten magnetischen Eisenoxidteilchen wurden gewaschen und einmal durch Filtrieren gewonnen. Zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts wurde ein Teil des feuchten Produkts entnommen. Dann wurde das übrige wasserhaltige Produkt ohne Trocknung wieder dispergiert, und zwar in einem anderen wässrigen Medium, und der pH-Wert der durch Wiederdispergieren erhaltenen Dispersionsflüssigkeit wurde auf etwa 6 eingestellt. Dann wurde in die Dispersionsflüssigkeit unter ausreichendem Rühren ein Silan-Haftmittel [n-C₁₀H₂₁Si(OCH₃)₃] in einer auf das magnetische Eisenoxid bezogenen Menge von 1,0 Masse% (durch Subtrahieren des Feuchtigkeitsgehalts von dem als wasserhaltiges Produkt erhaltenen magnetischen Eisenoxid berechnet) hineingegeben, um eine Haftmittelbehandlung zum Hydrophobieren durchzuführen. Die auf diese Weise hydrophobierten magnetischen Eisenoxidteilchen wurden in gewöhnlicher Weise gewaschen, filtriert und getrocknet, worauf ferner Zerkleinerung der in geringem Maße agglomerierten Teilchen folgte, wodurch oberflächenbehandeltes magnetisches Pulver mit einer volumengemittelten Teilchengröße (Dv) von 0,35 μm erhalten wurde.
Toner-Herstellungsbeispiel 1
In 809 Masseteile entionisiertes Wasser wurden 501 Masseteile einer wässrigen 0,1 m Na₃PO₄-Lösung hineingegeben, und nach Erhitzen auf 60°C wurden nach und nach 67,7 Masseteile einer wässrigen 1,07 m CaCl₂-Lösung dazugegeben, wodurch ein Calciumphosphat enthaltendes wässriges Medium gebildet wurde.
Die vorstehend angegebenen Bestandteile wurden zur Bildung einer Monomermischung mit einer Reibmühle gleichmäßig dispergiert und gemischt. Die Monomermischung wurde auf 60°C erwärmt, und 10 Masseteile eines hauptsächlich aus Behenylbehenat bestehenden Esterwachses [T_abs (Temperatur bei dem maximalen Wärmeaufnahmepeak auf einer DSC-Kurve bei Temperaturerhöhung) = 72°C, T_evo (Temperatur bei dem maximalen Wärmeabgabepeak auf der DSC-Kurve bei Temperaturverminderung) = 70°C] wurden dazugegeben und eingemischt. Ferner wurden darin 3 Masseteile 2,2'-Azobis-(2,4-dimethylvaleronitril) (T_1/2 = 140 min bei 60°C, Polymerisationsinitiator) gelöst, wodurch eine polymerisierbare Monomermischung erhalten wurde.
Die polymerisierbare Monomermischung wurde in das in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellte wässrige Medium eingebracht und zum Dispergieren der Tröpfchen der polymerisierbaren Mischung 15 min lang bei 60°C in einer N₂-Atmosphäre mit 10.000 U/min mit einem Homogenisiermischer (TK Homomixer, hergestellt von Tokushu Kika Kogyo K.K.) gerührt. Dann wurde das System weiter mit einem Schaufelrührer gerührt und einer 6-stündigen Reaktion bei 60°C unterzogen, worauf weiteres 4-stündiges Rühren bei einer erhöhten Temperatur von 80°C folgte. Nach der Polymerisation wurde das System einer 2-stündigen Destillation bei 80°C unterzogen. Danach wurde die Suspensionsflüssigkeit abgekühlt, und zum Auflösen des Calciumphosphats wurde Salzsäure dazugegeben, worauf Gewinnung von Polymerisatteilchen durch Filtrieren und Waschen mit Wasser folgte, wodurch feuchte magnetische farbige Teilchen gewonnen wurden.
Die farbigen Teilchen wurden dann 12 Stunden lang bei 40°C getrocknet, wodurch magnetische farbige Teilchen (magnetische Tonerteilchen) mit einer massegemittelten Teilchengröße (D4) von 7,0 μm gewonnen wurden.
100 Masseteile der magnetischen Tonerteilchen wurden dann mit einem Henschel-Mischer (hergestellt von Mitsui Miike Kakoki K.K.) mit 1,2 Masseteilen eines hydrophoben Siliciumdioxid-Feinpulvers mit einer spezifischen Oberfläche gemäß BET (S_BET) von 200 m²/g, das erhalten worden war, indem Siliciumdioxid-Feinpulver mit einer mittleren Primärteilchengröße (Dp1) von 8 nm zuerst mit Hexamethyldisilazan und dann mit Siliconöl oberflächenbehandelt wurde, vermischt, wodurch Toner 1 (schwarzer magnetischer Toner) erhalten wurde.
Einige typische Eigenschaften und charakteristische Merkmale des auf diese Weise hergestellten Toners 1 sind in der nachstehenden Tabelle 1 zusammen mit denen der in den folgenden Herstellungsbeispielen hergestellten Toner 2 bis 24 gezeigt.
Toner-Herstellungsbeispiele 2 bis 4
Toner 2 bis 4 wurden in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 1 hergestellt, außer dass die Trocknungsdauer zu 10 Stunden, 8 Stunden bzw. 6 Stunden verändert wurde. Von diesen ist Toner 4 ein Vergleichstoner.
Toner-Herstellungsbeispiel 5
Toner 5 (nichtmagnetischer schwarzer Toner) wurde in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 1 hergestellt, außer dass die 100 Masseteile des oberflächenbehandelten magnetischen Pulvers durch 7,5 Masseteile Ruß (S_BET = 60 m²/g) ersetzt wurden.
Toner-Herstellungsbeispiele 6 bis 8
Toner 6 bis 8 wurden in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 5 hergestellt, außer dass die Trocknungsdauer zu 10 Stun den, 8 Stunden bzw. 6 Stunden verändert wurde. Von diesen ist Toner 8 ein Vergleichstoner.
Toner-Herstellungsbeispiel 9
Toner 9 (nichtmagnetischer gelber Toner) wurde in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 1 hergestellt, außer dass die 100 Masseteile des magnetischen Pulvers durch 10 Masseteile C.I. Pigment Yellow 174 ersetzt wurden und die Monoazofarbstoff-FeVerbindung durch eine Dialkylsalicylsäure-Metallverbindung ersetzt wurde.
Toner-Herstellungsbeispiele 10 bis 12
Toner 10 bis 12 wurden in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 9 hergestellt, außer dass die Trocknungsdauer zu 10 Stunden, 8 Stunden bzw. 6 Stunden verändert wurde. Von diesen ist Toner 12 ein Vergleichstoner.
Toner-Herstellungsbeispiel 13
Toner 13 (nichtmagnetischer magentafarbener Toner) wurde in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 1 hergestellt, außer dass die 100 Masseteile des magnetischen Pulvers durch 10 Masseteile C.I. Pigment Red 122 ersetzt wurden und die Monoazofarbstoff-Fe-Verbindung durch eine Dialkylsalicylsäure-Metallverbindung ersetzt wurde.
Toner-Herstellungsbeispiele 14 bis 16
Toner 14 bis 16 wurden in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 13 hergestellt, außer dass die Trocknungsdauer zu 10 Stunden, 8 Stunden bzw. 6 Stunden verändert wurde. Von diesen ist Toner 16 ein Vergleichstoner.
Toner-Herstellungsbeispiel 17
Toner 17 (nichtmagnetischer cyanfarbener Toner) wurde in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 1 hergestellt, außer dass die 100 Masseteile des magnetischen Pulvers durch 10 Masseteile C.I. Pigment Blue 15:3 ersetzt wurden und die Monoazofarbstoff-Fe-Verbindung durch eine Dialkylsalicylsäure-Metallverbindung ersetzt wurde.
Toner-Herstellungsbeispiele 18 bis 20
Toner 18 bis 20 wurden in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 17 hergestellt, außer dass die Trocknungsdauer zu 10 Stunden, 8 Stunden bzw. 6 Stunden verändert wurde. Von diesen ist Toner 20 ein Vergleichstoner.
Toner-Herstellungsbeispiel 21
Die vorstehend angegebenen Materialien wurden in einem Mischer vermischt und mit einem auf 110°C erhitzten Doppelschneckenextruder schmelzgeknetet. Das geknetete Produkt wurde nach seiner Abkühlung mit einer Hammermühle grob zerkleinert und mit einer Prallstrahlmühle (hergestellt von Nippon Pneumatic Kogyo K.K.) fein pulverisiert, worauf Windsichten folgte, wodurch Tonerteilchen mit einer massegemittelten Teilchengröße (D4) von 7,2 μm gewonnen wurden. Die Tonerteilchen wurden dann einer zum Sphärischmachen dienenden Behandlung mit einem diskontinuierlich arbeitenden Oberflächenbehandlungsgerät vom Schlag- bzw. Pralltyp (Temp. = 45°C, Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Behandlungsschaufel = 80 m/s, Behandlungsdauer = 3 min) unterzogen.
Dann wurden 100 Masseteile der sphärisch (kugelig) gemachten Tonerteilchen mit einem Henschel-Mischer mit 1,0 Masseteilen des in Herstellungsbeispiel 1 verwendeten hydrophoben Siliciumdioxid-Feinpulvers vermischt, wodurch Toner 21 erhalten wurde.
Toner-Herstellungsbeispiel 22
Toner 22 wurde in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 21 hergestellt, außer dass die 1,0 Masseteile des hydrophoben Siliciumdioxids durch 0,8 Masseteile eines unbehandelten Siliciumdioxids (S_BET = 300 m²/g) ersetzt wurden.
Toner-Herstellungsbeispiel 23
Toner 23 wurde in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 21 hergestellt, außer dass die zum Sphärischmachen dienende Behandlung unterlassen wurde.
Toner-Herstellungsbeispiel 24
Toner 24 wurde in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 21 hergestellt, außer dass nach dem Pulverisieren, das unter Bedingungen durchgeführt wurden, die anders waren als die in Herstellungsbeispiel 23 gewählten Bedingungen, die zum Sphärischmachen dienende Behandlung mit dem Oberflächenbehandlungsgerät vom Schlag- bzw. Pralltyp unterlassen wurde.
Einige typische Eigenschaften und charakteristische Merkmale der in den vorstehend beschriebenen Herstellungsbeispielen hergestellten Toner 1 bis 24 sind zusammen in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt.
Wie in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt ist, zeigten die in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten Toner alle G' (110°C) ≤ 1,00 × 10⁶ dN/m² und G' (140°C) ≥ 7,00 × 10³ dN/m².
Anmerkungen zu Tabelle 1

*1: Die Einteilung der Toner wird durch die folgenden Symbole bezeichnet: M-Bk = magnetischer schwarzer Toner NM-Bk = nichtmagnetischer schwarzer Toner NM-Cy = nichtmagnetischer cyanfarbener Toner NM-Ye = nichtmagnetischer gelber Toner NM-Ma = nichtmagnetischer magentafarbener Toner
*2: Das Tonerherstellungsverfahren wird durch die folgenden Abkürzungen bezeichnet: Pmsn = Polymerisation Pvs_sphär. = Pulverisieren, gefolgt von Sphärischmachen Pvs = Pulverisieren, nicht gefolgt von Sphärischmachen

Beispiele 1 bis 3 und Vergleichsbeispiel 1
(1) Farbbilderzeugungsgerät
Für diese Beispiele wurde ein handelsüblicher Vollfarbendrucker ("LBP-2160", hergestellt von Canon K.K.) derart umgebaut, dass die Fixiereinrichtung durch eine Fixiereinrichtung 100 mit elektromagnetischer Induktionsheizung ersetzt wurde und die Zwischenübertragungstrommel 105 mit einer kastenförmigen Reinigungseinrichtung 108 ausgestattet wurde, um beispielsweise das Bilderzeugungsgerät zu bilden, das in 1 (vorstehend erläutert) veranschaulicht ist.
Im Einzelnen hatte eine lichtempfindliche Trommel 101 unter Bezugnahme auf 1 eine auf einem Schichtträger befindliche organische halbleitende lichtempfindliche Schicht und wurde in einer gezeigten Pfeilrichtung gedreht, wobei sie mit einer Aufladewalze 102 (die einen Metallkern und eine elektrisch leitende elastische Schicht umfasste), die mit der lichtempfindlichen Trommel 101 mitlaufend gedreht wurde, während daran eine Vorspannung angelegt wurde, gleichmäßig auf ein Oberflächenpotenzial von etwa -650 Volt aufgeladen wurde. Die lichtempfindliche Trommel 101 wurde dann mit EIN/AUS-Laserlicht 103, das digitale Bilddaten trug, belichtet, wodurch darauf ein elektrostatisches Latentbild mit einem Hellbereichspotenzial von -100 Volt und einem Dunkelbereichspotenzial von -650 Volt erzeugt wurde. Die Latentbilderzeugung wurde jeweils bei einer Umdrehung der lichtempfindlichen Trommel 101 viermal wiederholt, und die entsprechenden Latentbilder auf der lichtempfindlichen Trommel 101 wurden durch ein Umkehrentwicklungssystem nacheinander mit einem negativ aufladbaren gelben Toner, magentafarbenen Toner, cyanfarbenen Toner und schwarzen Toner aus der Entwicklungseinrichtung 104Y, 104M, 104C bzw. 104Bk entwickelt, wodurch auf der lichtempfindlichen Trommel 101 entsprechende Farbtonerbilder erzeugt wurden. Die jeweiligen Farbtonerbilder wurden nacheinander auf ein Zwischenübertragungselement 105 übertragen, wodurch ein vierfarbiges übereinandergelagertes Tonerbild erzeugt wurde. Toner, der nach jeder Übertragung eines Farbtonerbildes auf der lichtempfindlichen Trommel 101 zurückgeblieben war, wurde durch eine Reinigungseinrichtung 107 zurückgewonnen.
Das Zwischenübertragungselement 105 umfasste einen rohrförmigen Metallkern und eine elastische leitfähige Deckschicht, die auf dem Metallkern gebildet war und Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR) mit darin dispergiertem Ruß (als Material zur Erteilung von elektrischer Leitfähigkeit) umfasste. Die Deckschicht hatte eine Härte von 30 Grad (JIS K-6301) und einen spezifischen Volumenwiderstand von 10⁹ Ω·cm. An das Zwischenübertragungselement 105 wurde durch den Metallkern eine Vorspannung von +500 Volt angelegt, um einen Übertragungsstrom von etwa 5 μA zur Übertragung der jeweiligen Farbtonerbilder auf das Zwischenübertragungselement 105 bereitzustellen.
Das vierfarbige übereinandergelagerte Tonerbild auf dem Zwischenübertragungselement 105 wurde dann unter der Wirkung eines Übertragungsstromes von 15 μA, der durch eine Vorspannung, die an eine Übertragungswalze 106 angelegt wurde, verursacht wurde, auf ein Aufzeichnungsmaterial P übertragen, das einem Sekundärübertragungsspalt T₂ bei der Übertragungswalze 106 zugeführt wurde. Die Übertragungswalze 106 umfasste einen Metallkern mit einem Durchmesser von etwa 10 mm und eine darauf gebildete elastische Deckschicht, die einen Ethylen-Propylen-Dien-Terpo lymer(EPDM)-Schaumstoff mit darin dispergiertem elektrisch leitendem Kohlenstoff umfasste. Die elastische Deckschicht zeigte einen spezifischen Volumenwiderstand von 10⁶ Ω·cm und eine Härte von 35 Grad (JIS R-6301).
Das Aufzeichnungsmaterial P, auf dem das übertragene Tonerbild getragen wurde, wurde dann zu einer Heißfixiereinrichtung (Heizeinrichtung) 100 befördert, wo das Tonerbild unter Erhitzen fixiert wurde, wodurch ein fixiertes Bild erzeugt wurde. Die in diesem Beispiel angewendete Fixiereinrichtung 100 war eine Fixiereinrichtung mit elektromagnetischer Induktionsheizung, deren wesentlicher Teil in einer Querschnittansicht von 2, einer schematischen Vorderansicht von 3 und einer Vorderschnittansicht von 4 gezeigt ist. Ein Ölauftragmechanismus wurde aus der Heißfixiereinrichtung 100 weggelassen.
Die Magnetfelderzeugungseinrichtung umfasste Magnetkerne 17a, 17b und 17c und eine Erregerspule 18.
Die Magnetkerne 17a bis 17c bestanden aus Ferrit. Die Erregerspule 18 wurde gebildet, indem aus einer Vielzahl von feinen Kupferdrähten, die jeweils elektrisch isoliert waren, ein Bündel gebildet wurde und das Bündel in zehn Windungen gewickelt wurde. An die Erregerspule wurde eine Erregerspannung mit einer Frequenz von 100 kHz angelegt.
Die Fixiereinrichtung 100 enthielt ein Fixierband 10 mit einem in 8 gezeigten Schnittaufbau, das eine Wärmeerzeugungsschicht 1 in Form einer zur elektromagnetischen Induktionsheizung dienenden Metallschicht, an einer Außenseite davon eine elastische Schicht 2 und noch weiter außen eine Trennschicht 3 umfasste. Das Fixierband 10 war im Allgemeinen zylinderförmig, enthielt die Wärmeerzeugungsschicht 1 an der inneren Seite und die Trennschicht 3 an der äußeren Seite und hatte einen Durchmesser von 50 mm.
Die Wärmeerzeugungsschicht 1 war eine 10 μm dicke Nickelschicht. Die elastische Schicht 2 war eine 100 μm dicke Silicongummi schicht, die eine Härte von 5 Grad (JIS K-6301) zeigte. Die Trennschicht 3 war 20 μm dick und bestand aus fluorhaltigem Harz.
Die Fixiereinrichtung 100 enthielt ferner eine Presswalze 30, die einen Metallkern 30a und eine hitzebeständige Schicht 30b aus fluorhaltigem Gummi umfasste, die konzentrisch und in einem Stück mit dem Metallkern 30a derart gebildet wurde, dass ein Walzenaußendurchmesser von 35 mm erhalten wurde. Die Presswalze 30 wurde an das Fixierband 10 angepresst, indem zwischen den Federauflageplatten 29a, 29b und den beiden Endteilen einer zur Ausübung von Druck dienenden starren Stütze 22 Pressfedern 25a und 25b angeordnet wurden. Dies hatte zur Folge, dass die untere Oberfläche des Bandführungselements 16a und die obere Oberfläche der Presswalze 30 über das dazwischen befindliche Fixierband einen Fixierspalt N von 9,5 mm bildeten, so dass in dem Fall, dass in den Fixierspalt N Papier von 80 g/m² eingefügt war, ein linearer Druck von 882 N/m (0,9 kp/cm) ausgeübt wurde.
Die örtlichen Temperaturparameter Z1, Z2 und Z3 der Fixiereinrichtung wurden wie folgt gemessen: Z1 = 182°C, Z2 = 165°C und Z3 = 140°C.
Unter den vorstehend angegebenen Bedingungen und in einer Umgebung mit normaler Temperatur/normaler Feuchtigkeit (23°C/60 % rel.F.) wurden unter Verwendung der in den entsprechenden Entwicklungseinrichtungen enthaltenen Toner (der Toner 5, 9, 13 und 17 in Beispiel 1; der Toner 6, 10, 14 und 18 in Beispiel 2; der Toner 7, 11, 15 und 19 in Beispiel 3 und der Toner 8, 12, 16 und 20 in Vergleichsbeispiel 1) kontinuierliche Vollfarben-Bilderzeugungtests durchgeführt. Jeder Bilderzeugungstest wurde zur Erzeugung von Querlinienbildern mit den jeweiligen Farben, deren bedruckter Flächenanteil jeweils 4 % betrug, auf 3000 Blättern in einem kontinuierlichen Vollfarbenbetrieb (d.h., in einer Betriebsweise, bei der der Tonerverbrauch beschleunigt wurde, ohne dass für eine wesentliche Haltezeit der Entwicklungseinrichtung gesorgt wurde) mit einer Fixiergeschwindigkeit von 94 mm/s durchgeführt.
Zur Bewertung wurde überprüft, ob an der Rückseite der Blätter mit aufgedrucktem Bild Verschmutzung, die auf abgeschmutzten Toner zurückzuführen war, beobachtet wurde oder nicht.
Ferner wurden zur Prüfung auf unregelmäßigen Glanz auf jedes 500. Blatt flächenhafte Bilder mit den jeweiligen Farben aufgedruckt, und die Bilder auf jedem Blatt wurden auf unregelmäßigen Glanz geprüft. Ferner wurden Bilddichte und Schleier der gedruckten Bilder und die Einflüsse des Anklebens von Toner an dem Fixierband 10 und des Abriebs des Fixierbandes 10 auf die Verschmutzung und die Verschlechterung der erhaltenen Bilder bewertet.
Als Ergebnis wurden in Beispiel 1 während des kontinuierlichen Kopiertests und danach ausreichende Bilddichten erhalten und wurden für die jeweiligen Farben schleierfreie, deutliche Bilder erzeugt. Ferner wurden weder unregelmäßiger Glanz noch Verschmutzung der Blattrückseite beobachtet.
In Beispiel 2 wurde eine geringe Zunahme von Schleier beobachtet. Ferner wurden in geringem Maße unregelmäßiger Glanz und Verschmutzung der Blattrückseite beobachtet, deren Grad jedoch praktisch überhaupt kein Problem darstellte.
In Beispiel 3 wurden eine geringe Verminderung der Bilddichte und verstärkter Schleier beobachtet, deren Grad jedoch praktisch kein Problem darstellte. Ferner wurden ein geringer unregelmäßiger Glanz und Verschmutzung der Blattrückseite beobachtet, deren Grad jedoch auch praktisch kein Problem darstellte. Ferner wurde beim Drucken eines flächenhaften Bildes auf ein 3000. Blatt das Phänomen beobachtet, dass vermutlich ein leichtes "Rutschen" auftrat, dessen Grad jedoch praktisch kein Problem darstellte.
In Vergleichsbeispiel 1 wurden ein hoher Grad der Verminderung der Bilddichte und starker Schleier beobachtet. Ferner trat bei dem Fixierschritt "Rutschen" auf, und es traten auch ein Fixierblattstau und Abschmutzen bei hoher Temperatur auf. Ferner waren die erhaltene Bilder von starker Verschmutzung der Blattrückseite und unregelmäßigem Glanz begleitet.
Die Ergebnisse der Bewertung sind zusammen mit denen der folgenden Beispiele in Tabelle 2 gezeigt.
Beispiel 4
Der Ausdrucktest von Beispiel 1 wurde wiederholt, während die Pressfedern (25a und 25b in 3 und 4) derart verändert wurden, dass in dem Fall, dass Papier (80 g/m²) eingefügt war und ein Fixierspalt N von 11,0 mm gebildet wurde, ein linearer Druck von 1568 N/m (1,6 kp/cm) ausgeübt wurde.
Während des kontinuierlichen Kopiertestes und danach wurden für die jeweiligen Farben deutliche, schleierfreie Bilder mit ausreichender Bilddichte erhalten, während in geringem Maße Verschmutzung der Blattrückseite beobachtet wurde, deren Grad kein Problem darstellte. Dies kann einem Abschmutzen bei hoher Temperatur, das durch eine Verschlechterung des Fixierbandes verursacht worden ist, zuzuschreiben sein, was daraus gefolgert wird, dass bei einem geringfügig beschädigten Bereich des Fixierbandes nach dem kontinuierlichen Kopiertest in geringem Maße Ankleben von geschmolzenem Toner beobachtet wurde.
Beispiel 5
Der Ausdrucktest von Beispiel 1 wurde wiederholt, während die Pressfedern (25a und 25b in 3 und 4) derart verändert wurden, dass in dem Fall, dass Papier (80 g/m²) eingefügt war und ein Fixierspalt N von 7 mm gebildet wurde, ein linearer Druck von 294 N/m (0,3 kp/cm) ausgeübt wurde.
Während des kontinuierlichen Kopiertestes und danach wurden für die jeweiligen Farben deutliche, schleierfreie Bilder mit ausreichender Bilddichte erhalten, während in geringem Maße unregelmäßiger Glanz und Verschmutzung der Blattrückseite beobachtet wurden, deren Grad praktisch kein Problem darstellte. Diese Mängel wurden in geringem Maße nur im Anfangsstadium beobachtet und könnten einer teilweisen Abschälung von Bildern aufgrund ungenügenden Fixierens zuzuschreiben sein.
Zur Ergänzung werden nachstehend die Bewertungspunkte, die bei den vorstehenden Beispielen und Vergleichsbeispielen beurteilt wurden, und die Bewertungsmaßstäbe beschrieben.
[Bewertung ausgedruckter Bilder]
<1> Bilddichte (I.D.)
Nach dem Bedrucken von 3000 Blatt Normalpapier im Format A4 [für CLC (Farb-Laserkopiergerät)] (80 g/m², hergestellt von Canon K.K.) wurden an fünf Stellen eines flächenhaften Bildes unter Anwendung eines Macbeth-Reflexionsdensitometers (hergestellt von Macbeth Co.) Bilddichten gemessen, und der Mittelwert der Bilddichten an den fünf Stellen wurde aufgezeichnet. (Übrigens zeigten alle Tonerbilder, die im Anfangsstadium des kontinuierlichen Kopiertests erzeugt wurden, eine Bilddichte von 1,40 oder darüber.) Anhand des Mittelwertes der nach 3000 Blättern an fünf Stellen gemessenen Bilddichte wurde die Bewertung gemäß dem folgenden Maßstab durchgeführt:
A: ≧ 1,40
B: ≧ 1,35 und < 1,40
C: ≧ 1,00 und < 1,35
D: < 1,00
<2> Bildschleier (Schleier)
Nach kontinuierlichem Bedrucken von 3000 Blättern im Format A4 wurde unter unter Verwendung jedes Farbtoners ein weißes (im Wesentlichen tonerfreies) Bild erzeugt, und der Weißgrad des Papiers nach dem Bedrucken und der des leeren Papiers wurden unter Anwendung eines Reflektometers "Model TC-6DS", hergestellt von Tokyo Denshoku K.K.) gemessen.
Zur Messung des Weißgrades wurde für einen cyanfarbenen Toner ein Amberlitfilter, für einen gelben Toner ein Blaufilter und für andere Toner ein Grünfilter angewendet. Anhand der gemessenen Weißgradwerte wurden gemäß der folgenden Formel Schleierwerte berechnet. Ein kleinerer Wert bedeutet weniger Schleier.
Schleier (%) = (Weißgrad von leerem Papier) – [Weißgrad des weißen Hintergrundbereichs (Nicht-Bildbereichs) des Papiers nach Bedrucken]
Für die jeweiligen Farbtoner wurde die Bewertung anhand des gemessenen Schleierwertes gemäß dem folgenden Maßstab durchgeführt:
A: < 1,5 % (sehr gut)
B: ≧ 1,5 % und < 2,5 % (gut)
C: ≧ 2,5 % und < 4,0 % (ziemlich gut)
D: ≧ 4,0 % (schlecht)
<3> Unregelmäßiger Glanz (Glanz)
Der Grad des unregelmäßigen Glanzes wurde in Bezug auf flächenhafte Bilder mit den jeweiligen Farben auf dem Papier im Format A4 (80 g/m²) gemäß dem folgenden Maßstab bewertet:
A: Überhaupt nicht beobachtet.
B: Im Wesentlichen nicht beobachtet.
C: In geringem Grade beobachtet, der jedoch praktisch kein Problem darstellt.
D: Beträchtlicher unregelmäßiger Glanz beobachtet.
<4> Verschmutzung der Blattrückseite (Rückseitenverschmutzung)
Nach kontinuierlichem Bedrucken von 3000 Blättern im Format A4 wurde die Rückseite des Bildblattes in Bezug auf die Verschmutzung betrachtet und gemäß dem folgenden Maßstab bewertet:
A: Überhaupt keine Verschmutzung beobachtet.
B: Im Wesentlichen keine Verschmutzung beobachtet.
C: In geringem Grade, der jedoch praktisch kein Problem darstellt, Verschmutzung beobachtet.
D: Beträchtliche Verschmutzung beobachtet.
Beispiele 6 bis 12 und Vergleichsbeispiel 2
Für diese Beispiele wurde ein Bilderzeugungsgerät, wie es in 11 (vorstehend beschrieben) veranschaulicht ist, bereitgestellt, indem ein handelsüblicher Laserdrucker (hergestellt von Canon), bei dem von einem elektrophotographischen Verfahren, das ein Einkomponentenentwicklungssystem umfasst, Gebrauch gemacht wird, derart umgebaut wurde, dass die Fixiereinrichtung durch eine Fixiereinrichtung 100 mit elektromagnetischer Induktionsheizung ersetzt wurde.
Unter Bezugnahme auf 11 enthält das Bilderzeugungsgerät eine lichtempfindliche Trommel 200, um die herum eine Primäraufladewalze 217, an die eine Vorspannung angelegt wird, eine Entwicklungseinrichtung 240, eine Übertragungsaufladewalze 214, an die eine Vorspannung angelegt wird, eine Reinigungseinrichtung 216 und Ausrichtungs- bzw. Passwalzen 224 angeordnet sind. Die lichtempfindliche Trommel wurde durch die Primäraufladewalze 217, an die eine Wechselspannung mit einem Spitze-Spitze-Wert von -2,0 kV und eine Gleichspannung von -700 V angelegt wurden, auf -700 Volt aufgeladen und dann mit Laserlicht 223 bestrahlt, um darauf ein elektrostatisches Latentbild zu erzeugen. Das elektrostatische Latentbild auf der lichtempfindlichen Trommel 200 wurde dann gemäß dem Umkehrentwicklungssystem durch die Entwicklungseinrichtung 240 mit einem negativ aufladbaren magnetischen Einkomponententoner entwickelt, um auf der lichtempfindlichen Trommel 200 ein Tonerbild zu erzeugen, das dann durch die Übertragungswalze 214 auf ein Aufzeichnungsmaterial P, das zu einer Übertragungsstelle befördert und an die lichtempfindliche Trommel 200 angepresst wurde, übertragen wurde. Das Aufzeichnungsmaterial P, auf dem das darauf übertragene Tonerbild getragen wurde, wurde durch ein Förderband 225 zu einer Fixiereinrichtung 100 befördert, wo das Tonerbild durch Erhitzen auf dem Aufzeichnungsmaterial P fixiert wurde. Ein auf der lichtempfindlichen Trommel zurückgebliebener Teil des Toners wurde zur Reinigung durch die Reinigungseinrichtung 216 entfernt.
In dem Entwicklungsbereich wurde zwischen der lichtempfindlichen Trommel 200 und einem Entwicklungszylinder 202 eine Entwicklungsvorspannung in Form einer mit einer Gleichspannung überlagerten Wechselspannung angelegt, um zu bewirken, dass der auf dem Entwicklungszylinder 202 befindliche Toner auf das elektrostatische Latentbild überspringt, das sich auf der lichtempfindlichen Trommel 200 befindet.
Die Fixiereinrichtung 100, die in diesem Beispiel angewendet wurde, war eine durch eine Presswalze angetriebene Fixiereinrichtung mit elektromagnetischer Induktionsheizung, die in 12 veranschaulicht ist.
In diesem Beispiel umfasste das drehbare Heizelement 301 ein Fixierband 313, das aus einem Eisen-Kernzylinder 311 mit einem Außendurchmesser von 40 mm und einer Dicke von 0,7 mm und einer 25 μm dicken PTFE-Oberflächendeckschicht 312 bestand, und eine aus einem Magnetkern 304, einer Erregerspule 303 und einem Spulenträgerelement 305 bestehende Magnetfelderzeugungseinrichtung.
Der Magnetkern 304 bestand aus einem Ferrit. Die Erregerspule 303 wurde gebildet, indem aus einer Vielzahl von feinen Kupferdrähten, die jeweils elektrisch isoliert waren, ein Bündel gebildet wurde und das Bündel in zehn Windungen gewickelt wurde. An die Erregerspule wurde eine Erregerspannung mit einer Frequenz von 100 kHz angelegt.
Das drehbare Heizelement 301 wurde an eine Presswalze 302 mit einem Außendurchmesser von 35 mm angepresst, so dass es unter der Wirkung einer bei der Anstoßstelle (Spalt) auftretenden Reibungskraft der Drehung der Presswalze 302 folgend gedreht wurde. Die Presskraft wurde auf das Heizelement 301 durch Federn 325a und 325b in Richtung auf die Welle der Presswalze 302 ausgeübt.
Dies hatte zur Folge, dass die untere Oberfläche der Bandführungseinrichtung 318 und die obere Oberfläche der Presswalze 302 über das dazwischen befindliche Fixierband 313 einen Fixierspalt N von 9,5 mm bildeten, so dass in dem Fall, dass in den Fixierspalt N Papier von 75 g/m² eingefügt war, ein linearer Druck von 882 N/m (0,9 kp/cm) ausgeübt wurde. Die örtlichen Temperaturparameter Z1, Z2 und Z3 der Fixiereinrichtung wurden wie folgt gemessen: Z1 = 175°C, Z2 = 162°C und Z3 = 159°C.
Unter den vorstehend angegebenen Bedingungen und in einer Umgebung mit normaler Temperatur/normaler Feuchtigkeit (23°C/60 % rel.F.) wurden unter Verwendung der Toner 1 bis 4 und 21 bis 24, die alle negativ aufladbare magnetische schwarze Toner waren, jeweils kontinuierliche Einfarben-Bilderzeugungtests durchgeführt. Jeder Bilderzeugungstest wurde zur Erzeugung von Querlinienbildern, deren bedruckter Flächenanteil jeweils 4 % betrug, auf 5000 Blättern in einem kontinuierlichen Einfarbenbetrieb (d.h., in einer Betriebsweise, bei der der Tonerverbrauch beschleunigt wurde, ohne dass für eine wesentliche Haltezeit des Bilderzeugungsgeräts gesorgt wurde) mit einer Fixiergeschwindigkeit von 190 mm/s durchgeführt.
Zur Bewertung wurde überprüft, ob an der Rückseite der Blätter mit aufgedrucktem Bild Verschmutzung, die auf abgeschmutzten Toner zurückzuführen war, beobachtet wurde oder nicht.
Ferner wurden Bilddichte und Schleier der gedruckten Bilder und die Einflüsse des Anklebens von Toner an dem Fixierband und des Abriebs des Fixierbandes auf die Verschmutzung und die Verschlechterung der erhaltenen Bilder bewertet.
Als Ergebnis wurde in Beispiel 6 sogar nach dem kontinuierlichen Kopiertest eine ausreichende Bilddichte erhalten, ohne dass eine Verschmutzung der (Papier)blattrückseite verursacht wurde.
In Beispiel 7 wurde eine geringe Zunahme von Schleier erkannt und trat eine geringe Verschmutzung der Blattrückseite auf, deren Grad jedoch überhaupt kein Problem darstellte.
In Beispiel 8 wurden eine Verminderung der Bilddichte und eine Zunahme von Schleier beobachtet, deren Grad jedoch praktisch kein Problem darstellte.
In Beispiel 9 ergab sich eine etwas niedrigere Bilddichte als in Beispiel 6. Ferner trat eine geringe Verschmutzung der Blattrückseite auf, deren Grad jedoch überhaupt kein Problem darstellte.
In Beispiel 10 war die Bilddichte etwas niedriger und die Schleierbildung stärker als in Beispiel 6. Ferner wurde eine geringe Verschmutzung der Blattrückseite beobachtet, deren Grad jedoch kein Problem darstellte.
In Beispiel 11 stellten Bilddichte und Schleierbildung kein Problem dar. Es trat eine geringe Verschmutzung der Blattrückseite auf, die vermutlich auf eine Verschlechterung des Fixierbandes zurückzuführen war, deren Grad jedoch praktisch kein Problem darstellte.
In Beispiel 12 wurde die Schleierbildung stärker als in Beispiel 11, jedoch stellte ihr Grad praktisch kein Problem dar.
In Vergleichsbeispiel 2 wurden starke Verminderung der Bilddichte und starker Schleier beobachtet. Ferner trat beim Fixierschritt "Rutschen" auf, und es traten auch Fixierblattstau und Abschmutzen bei hoher Temperatur auf. Ferner waren die erhaltenen Bilder von starker Verschmutzung der Blattrückseite und unregelmäßigem Glanz begleitet.
Die Bewertungsergebnisse sind zusammen in Tabelle 3 gezeigt. Die Bewertungspunkte und Bewertungsmaßstäbe sind dieselben wie für Tabelle 2.
Tabelle 3
Beispiele 13 bis 24 und Vergleichsbeispiele 3 bis 6
Alle Toner 5 bis 20 (von denen die Toner 8, 12, 16 und 28 Vergleichstoner waren) wurden unter Anwendung eines Bilderzeugungsgeräts, das mit dem in Beispielen 1 bis 5 angewendeten identisch war, in einer Umgebung mit niedriger Temperatur/niedriger Feuchtigkeit (15°C/10 % rel.F.) einem Bildausdrucktest zur Wiedergabe einfarbiger Bilder mit einer auf 1,5 eingestellten Bilddichte auf 15 Blättern, die kontinuierlich zugeführt wurden, mit einer Ausdruckgeschwindigkeit von 12 Blättern im Format A4/min im Schnellstartbetrieb unterzogen [d.h., der Bilderzeugungstest wurde eingeleitet, nachdem man die Fixiereinrichtung derart stehengelassen hatte, dass sie ausreichend auf Raumtemperatur abgekühlt war, und mit der tatsächlichen Bilderzeugung wurde 20 s nach Einschalten des Bilderzeugungsgeräts begonnen (Anlaufzeit = 20 s)]. Die ausgedruckten Bilder wurden in Bezug auf die folgenden Punkte bewertet.
[Bewertung ausgedruckter Bilder]
<5> Fixierbarkeit (Reibtest)
Flächenhafte quadratische Bilder (10 mm × 10 mm) wurden in einer großen Zahl mit einer auf 1,0 mg/cm² eingestellten flächenbezogenen Tonermasse auf CLC-Papier im Format A4 (105 g/m², hergestellt von Canon K.K.) aufgedruckt. Die erhaltenen fixierten Bilder wurden durch fünf Hin- und Herbewegungen eines Linsenreinigungspapiers unter einer Belastung von 50 g/cm² gerieben, und die prozentuale Verminderung der Bilddichte wurde gemessen. Anhand der gemessenen Werte der Verminderung der Bilddichte wurde eine Bewertung gemäß dem folgenden Maßstab durchgeführt:
A: < 2 %
B: ≥ 2 % und < 5 %
C: ≥ 5 % und < 10 %
D: ≥ 10 %
Die Bewertung wurde für jeden Toner auf einem ersten Blatt und einem 15. Blatt durchgeführt. Die Ergebnisse sind zusammen in der folgenden Tabelle 4 gezeigt.
Tabelle 4
Die Toner, die in Beispielen 13 bis 24 verwendet wurden, lieferten bei dem Reibechtheits-Fixierbarkeitstest gute Ergebnisse. Dies kann Umständen wie z.B. den folgenden zuzuschreiben sein: (1) Die Fixiereinrichtung konnte als Reaktion auf den Schnellstartbetrieb sofort eine ausreichende Fixierenergie erzeugen und dem Toner zuführen; (2) die Zuführung von Fixierwärme wurde bei dem kontinuierlichen Test in beständiger Weise (ohne Wärmemangel oder -überschuss) bewirkt, und (3) der Feuchtigkeitsgehalt in dem Toner war auf ein vorgeschriebenes niedriges Niveau vermindert. Gemäß Beispielen 13 bis 24 wurde bestätigt, dass es möglich ist, einen Toner und ein Bilderzeugungsverfahren bereitzustellen, die während einer Wartezeit des Bilderzeugungsgeräts kein Vorerhitzen einer Fixiereinrichtung erfordern, d.h. eine ausgezeichnete Schnellstartfähigkeit und einen sparsamen Energieverbrauch zeigen.
Andererseits zeigten Vergleichsbeispiele 3 bis 6 einen etwas niedrigeren Fixierbarkeitsgrad und verursachten etwas "Qualm".
Vergleichsbeispiel 7
Die Fixiereinrichtung in dem Bilderzeugungsgerät von Beispiel 13 wurde durch eine so genannte Surf-Fixiereinrichtung ersetzt, d.h., durch eine Fixiereinrichtung, bei der für die Zuführung von zum Fixieren dienender Wärme von einem Heizwiderstandselement ein Fixierband angewendet wird. Bei der Fixiereinrichtung von 9 wurde Wärme, die von einer Heizeinrichtung 113, die einem Tonerbild t1 gegenüberliegend angeordnet war, erzeugt worden war, dem Tonerbild über ein dazwischen eingefügtes Folienelement 111 zugeführt, während ein Spalt mit einer Breite von 7 mm gebildet und ein linearer Druck von 392 N/m (0,4 kp/cm) ausgeübt wurde. Das Fixieren wurde mit einer Geschwindigkeit von 72 mm/s, einer Temperatur von 190°C in der Nähe des Fixierspaltes und einer Anlaufzeit von 20 s durchgeführt. Die Presswalze 112 umfasste einen Metallkern, der nacheinander mit einer elastischen Schicht, einer Schicht aus fluorhaltigem Gummi und einer Schicht aus fluorhaltigem Harz beschichtet worden war. Mit Ausnahme der Anwendung der Surf-Fixiereinrichtung wurde ein im Schnellstartbetrieb durchgeführter Kopiertest (d.h., ein Kopiertest mit einer vom Zustand einer ausreichenden Abkühlung auf Raumtemperatur ausgehend eingeleiteteten Bilderzeugung) ähnlich wie in Beispiel 13 unter Verwendung von Toner 9 (gelb) in einer Umgebung mit niedriger Temperatur/niedriger Feuchtigkeit (15°C/10 % rel.F.) durchgeführt. Wie in 9 gezeigt ist, betrugen die Temperaturen vor und nach dem Spalt 145°C bzw. 151°C. Die Beständigkeit des fixierten Bildes wurde in ähnlicher Weise durch Reiben bewertet.
Als Ergebnis betrug die auf das Reiben zurückzuführende Verminderung der Bilddichte auf dem ersten bedruckten Blatt 15,3 % (Grad D), so dass eine schlechtere Fixierbarkeit bei der kontinuierlichen Bildausgabe gezeigt wurde.
Beispiele 25 bis 31 und Vergleichsbeispiel 8
Alle Toner 1 bis 4 und 21 bis 24 (von denen Toner 4 ein Vergleichstoner war) wurden unter Anwendung eines Bilderzeugungs geräts, das mit dem in Beispielen 6 bis 12 angewendeten identisch war, in einer Umgebung mit niedriger Temperatur/niedriger Feuchtigkeit (15°C/10 % rel.F.) einem Bildausdrucktest zur Wiedergabe einfarbiger Bilder mit einer auf 1,5 eingestellten Bildichte auf 15 Blättern, die kontinuierlich zugeführt wurden, mit einer Ausdruckgeschwindigkeit von 12 Blättern im Format A4/min im Schnellstartbetrieb unterzogen (d.h., die Bilderzeugung wurde eingeleitet, nachdem man die Fixiereinrichtung derart stehengelassen hatte, dass sie ausreichend auf Raumtemperatur abgekühlt war). Die ausgedruckten Bilder wurden ähnlich wie in Beispielen 13 bis 24 bewertet. Die Ergebnisse sind zusammen in der nachstehenden Tabelle 5 gezeigt.
Tabelle 5
Vergleichsbeispiel 9
Der im Schnellstartbetrieb durchgeführte Kopiertest von Beispiel 25 wurde wiederholt, außer dass die dabei angewendete Fixiereinrichtung durch eine in 16 veranschaulichte Oberflächenfixiereinrichtung (mit der in Vergleichsbeispiel 7 angewendeten identisch) ersetzt wurde und die Fixierbedingungen ähnlich wie in Vergleichsbeispiel 7 abgeändert wurden. Zu dieser Zeit betrugen die Folientemperaturen 141°C und 151°C, wie es in 16 gezeigt ist.
Als Ergebnis betrug die auf das Reiben zurückzuführende Verminderung der Bilddichte 16,2 % (Grad D), so dass eine schlechtere Fixierbarkeit bei der kontinuierlichen Bildausgabe gezeigt wurde.
Bindemittelharz-Herstellungsbeispiel 1
In einen aus Glas hergestellten auseinandernehmbaren Kolben, der mit einem Temperaturfühler, einem Edelstahl-Rührstab, einem Rückflusskühler und einem Stickstoffeinleitungsrohr ausgestattet war, wurden 200 Masseteile Xylol eingebracht und auf die Rückflusstemperatur erhitzt. Dem System wurde eine Flüssigkeitsmischung aus 80 Masseteilen Styrol, 20 Masseteilen n-Butylacrylat und 2,3 Masseteilen Di-tert.-butylperoxid tropfenweise zugesetzt, worauf zur Beendigung der Polymerisation der Lösung 7-stündiges Erhitzen unter Rückfluss des Xylols folgte, wodurch eine Lösung eines niedermolekularen Harzes erhalten wurde.
Andererseits wurden 65 Masseteile Styrol, 25 Masseteile Butylacrylat, 10 Masseteile Monobutylmaleat, 0,2 Masseteile Polyvinylalkohol, 200 Masseteile entgastes Wasser und 0,5 Masseteile Benzoylperoxid vermischt und dispergiert. Die erhaltene SuspensionsDispersionsflüsigkeit wurde in einer Stickstoffatmosphäre auf 85°C erhitzt und zur Beendigung der Polymerisation 24 Stunden lang bei dieser Temperatur gehalten, wodurch ein hochmolekulares Harz gewonnen wurde.
30 Masseteile des hochmolekularen Harzes wurden der in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten Lösung, die 70 Masseteile des niedermolekularen Harzes enthielt, unmittelbar nach Beendigung der Lösungspolymerisation zugesetzt und darin vollständig gelöst, worauf Abdestillieren des Lösungsmittels folgte, wodurch Bindemittelharz (I) gewonnen wurde.
Als Ergebnis einer Analyse zeigte Bindemittelharz (I) eine Peak-Molmasse an der Seite niedrigerer Molmassen (Mp1) von 1 × 10⁴, eine Peak-Molmasse an der Seite höherer Molmassen (Mp2) von 55 × 10⁴, eine massegemittelte Molmasse (Mw) von 30 × 10⁴, eine anzahlgemittelte Molmasse (Mn) von 5,5 × 10⁴ und eine Glasumwandlungstemperatur (Tg) von 55°C.
Toner-Herstellungsbeispiel 25
Die vorstehend angegebenen Materialien wurden in einem Mischer vermischt und mit einem auf 160°C erhitzten Doppelschneckenextruder schmelzgeknetet. Das geknetete Produkt wurde nach seiner Abkühlung mit einer Hammermühle grob zerkleinert und mit eines Prallstrahlmühle (hergestellt von Nippon Pneumatic Kogyo K.K.) fein pulverisiert, worauf Windsichten folgte, wodurch Tonerteilchen gewonnen wurden. Die Tonerteilchen wurden dann einer zum Sphärischmachen dienenden Behandlung mit einem diskontinuierlich arbeitenden Oberflächenbehandlungsgerät vom Schlag- bzw. Pralltyp (Temp. = 50°C, Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Behandlungsschaufel = 90 m/s) unterzogen, wodurch sphärisch gemachte Tonerteilchen (D4 = 7,7 μm) erhalten wurden.
Dann wurden 100 Masseteile der sphärisch gemachten Tonerteilchen mit einem Henschel-Mischer (hergestellt von Mitsui Miike Kakoki K.K.) mit 1,0 Masseteilen eines hydrophoben Siliciumdioxid-Feinpulvers mit einer spezifischen Oberfläche gemäß BET (S_BET) von 140 m²/g, das erhalten worden war, indem Siliciumdioxid-Feinpulver mit einer mittleren Primärteilchengröße (Dp1) von 12 nm zuerst mit Hexamethyldisilazan und dann mit Siliconöl oberflächenbehandelt wurde, vermischt, wodurch Toner 25 (schwarzer magnetischer Toner) erhalten wurde.
Toner 25 zeigte eine mittlere Zirkularität (C_av) von 0,954, einen Restmonomergehalt (M_res.) von 80 ppm und einen Feuchtigkeitsgehalt
von 0,25 Masse%.
Einige Zusammensetzungseigenschaften und physikalische Eigenschaften von Toner 25 sind in Tabelle 6 bzw. 7 zusammen mit denen von Tonern, die in den folgenden Beispielen erhalten wurden, gezeigt.
Toner-Herstellungsbeispiele 26 bis 29
Toner 26 bis 29 wurden in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 25 hergestellt, außer dass die Art und die Mengen des Ladungssteuerungsmittels und der Farbmittel in der in Tabelle 6 gezeigten Weise verändert wurden.
Toner-Herstellungsbeispiel 30
In Tabelle 6 gezeigte Ausgangsmaterialien (mit Ausnahme von hydrophobem Siliciumdioxid) wurden in einem Mischer vermischt und mit einem auf 160°C erhitzten Doppelschneckenextruder schmelzgeknetet. Das geknetete Produkt wurde nach seiner Abkühlung mit einer Hammermühle grob zerkleinert und mit einer Prallstrahlmühle (hergestellt von Nippon Pneumatic Kogyo K.K.) fein pulverisiert. Das erhaltene pulverisierte Produkt wurde mit einem Windsichter klassiert, wodurch Tonerteilchen mit unbestimmter Gestalt (D4 = 7,8 μm) erhalten wurden. Dann wurden 100 Masseteile der Tonerteilchen mit 1,0 Masseteilen eines hydrophoben Siliciumdioxid-Feinpulvers, das mit dem in Herstellungsbeispiel 25 hergestellten identisch war, vermischt.
Toner-Herstellungsbeispiele 31 bis 34
Toner 31 bis 34 wurden in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 30 hergestellt, außer dass die Art und die Mengen des Ladungssteuerungsmittels und der Farbmittel in der in Tabelle 6 gezeigten Weise verändert wurden.
Einige Eigenschaften der Toner 25 bis 34 sind zusammen in Tabelle 7 gezeigt.
Tabelle 6: Zusammensetzung von Tonern
Wie in Tabelle 7 gezeigt ist, zeigten die in Toner-Herstellungsbeispielen 25 bis 34 hergestellten Toner 25 bis 34 alle G' (110°C) ≤ 1,00 × 10⁶ dN/m² und G' (140°C) ≥ 7,00 × 10³ dN/m².
Toner-Herstellungsbeispiel 35
In 710 Masseteile entionisiertes Wasser wurden 450 Masseteile einer wässrigen 0,1 m Na₃PO₄-Lösung hineingegeben, und nach Erhitzen auf 60°C wurden nach und nach 67,7 Masseteile einer wässrigen 1,07 m CaCl₂-Lösung dazugegeben, wodurch ein Calciumphosphat enthaltendes wässriges Medium gebildet wurde.
Die vorstehend angegebenen Bestandteile wurden zur Bildung einer Monomermischung mit einem Homogenisiermischer (TK Homomixer, hergestellt von Tokushu Kika Kogyo K.K.) gleichmäßig dispergiert und vermischt. Die Monomermischung wurde auf 60°C erwärmt, und 7,5 Masseteile desselben Esterwachses wie in Herstellungsbeispiel 1 verwendet wurden dazugegeben und eingemischt. Ferner wurden darin 4 Masseteile 2,2'-Azobis(2,4-dimethylvaleronitril) gelöst, wodurch eine polymerisierbare Monomermischung erhalten wurde.
Die polymerisierbare Monomermischung wurde in das in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellte wässrige Medium eingebracht und mit einem Homogenisiermischer (TK Homomixer, hergestellt von Tokushu Kika Kogyo K.K.) bei 65°C in einer N₂-Atmosphäre 15 min lang mit 10.000 U/min gerührt, um die Tröpfchen der polymerisierbaren Mischung zu dispergieren. Dann wurde das System weiter mit einem Schaufelrührer gerührt und einer 6-stündigen Reaktion bei 65°C unterzogen, worauf weiteres 4-stündiges Rühren bei einer erhöhten Temperatur von 80°C folgte. Nach der Polymerisation wurde das System einer 2-stündigen Destillation bei 80°C unterzogen. Danach wurde die Suspensionsflüssigkeit abgekühlt, und zum Auflösen des Calciumphosphats wurde Salzsäure dazugegeben, worauf Gewinnung von Polymerisatteilchen durch Filtrieren und Waschen mit Wasser folgte, wodurch feuchte magnetische farbige Teilchen gewonnen wurden.
Die farbigen Teilchen wurden dann 72 Stunden lang bei 40°C getrocknet, wodurch farbige Teilchen (nichtmagnetische Tonerteilchen) mit einer massegemittelten Teilchengröße (D4) von 6,6 μm gewonnen wurden.
100 Masseteile der Tonerteilchen wurden dann mit einem Henschel-Mischer (hergestellt von Mitsui Miike Kakoki K.K.) mit 1,2 Masseteilen eines hydrophoben Siliciumdioxid-Feinpulvers mit einer spezifischen Oberfläche gemäß BET (S_BET) von 140 m²/g, das erhalten worden war, indem Siliciumdioxid-Feinpulver mit einer mittleren Primärteilchengröße (Dp1) von 12 nm mit Heramethyldisilazan oberflächenbehandelt wurde, vermischt, wodurch Toner 35 (negativ aufladbarer, nichtmagnetischer schwarzer Toner) erhalten wurde.
Toner 35 zeigte eine mittlere Zirkularität (C_av) von 0,990, einen Restmonomergehalt (M_res.) von 80 ppm und einen Feuchtigkeitsgehalt
von 0,18 Masse%.
Einige Zusammensetzungseigenschaften und physikalische Eigenschaften von Toner 35 sind in Tabelle 8 bzw. 9 zusammen mit denen von Tonern, die in den folgenden Beispielen erhalten wurden, gezeigt.
Toner-Herstellungsbeispiele 36 bis 39
Toner 36 bis 39 wurden in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 35 hergestellt, außer dass die Art und die Mengen der Farbmittel in der in Tabelle 8 gezeigten Weise verändert wurden.
Toner-Herstellungsbeispiele 40 und 41
Toner 40 und 41 wurden in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 35 hergestellt, außer dass die Destillationsdauer nach der Polymerisation auf 20 min bzw. 1 Stunde verändert wurde und die Trocknungsdauer auf 36 Stunden bzw. 60 Stunden verändert wurde.
Toner-Herstellungsbeispiel 42
Die Schritte bis zur Bildung von Tröpfchen der polymerisierbaren Mischung wurden ähnlich wie in Herstellungsbeispiel 35 durchgeführt, außer dass in Tabelle 8 gezeigte Ausgangsmaterialien verwendet wurden. Dann wurde das System ferner mit einem Schaufelmischer gerührt und einer 6-stündigen Reaktion bei 65°C unterzogen, worauf eine weitere 1-stündige Reaktion bei 80°C unter Rühren folgte. Die Suspensionsflüssigkeit wurde nach der Reaktion nicht destilliert, sondern wurde danach abgekühlt, worauf ähnlich wie in Herstellungsbeispiel 35 Zusatz von Salzsäure zum Auflösen des Calciumphosphats, Filtrieren, Waschen mit Wasser und Trocknen folgten, außer dass die Trocknungsdauer zu 10 Stunden verändert wurde, wodurch Tonerteilchen (D4 = 6,8 μm) gewonnen wurden.
100 Masseteile der Tonerteilchen wurden mit 1,0 Masseteilen desselben hydrophoben Siliciumdioxidpulvers, das in Herstellungsbeispiel 35 verwendet wurde, vermischt, wodurch Toner 42 erhalten wurde.
Toner 42 zeigte C_av = 0,987, M_res. = 350 ppm und
= 0,20 %.
Toner-Herstellungsbeispiele 43 bis 46
Toner 43 bis 46 wurden in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 42 hergestellt, außer dass die Art und die Mengen der Farbmittel in der in Tabelle 8 gezeigten Weise verändert wurden.
Toner-Herstellungsbeispiel 47
Toner 47 wurde in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 39 hergestellt, außer dass die Art und die Menge des Farbmittels in der in Tabelle 8 gezeigten Weise verändert wurden und Siliciumdioxid ohne Oberflächenbehandlung verwendet wurde.
Die Eigenschaften der in den vorstehend beschriebenen Herstellungsbeispielen hergestellten Toner 35 bis 47 sind zusammen in Tabelle 9 gezeigt.
Wie in Tabelle 9 gezeigt ist, zeigten die in Toner-Herstellungsbeispielen 35 bis 47 hergestellten Toner 35 bis 47 alle G' (110°C) ≤ 1,00 × 10⁶ dN/m² und G' (140°C) ≥ 7,00 × 10³ dN/m².
Beispiele 32 bis 35
Ein kontinuierlicher Vollfarben-Kopiertest wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt, außer dass in jedem Beispiel vier Farbtoner verwendet wurden, die in Tabelle 10 gezeigt sind. Die Bewertungsergebnisse sind auch in Tabelle 10 gezeigt.
In Beispielen 32 bis 35 wurde auch die Vollfarben-Bildmischbarkeit bewertet. Eine Sichtprüfung der Vollfarbenbilder ergab, dass in allen Bereichen des Bildes eine vollständige Farbmischung bewirkt worden war, so dass überhaupt kein Problem zurückblieb.
Beispiele 36 bis 42
Ein Einfarben-Bilderzeugungtest wurde in derselben Weise wie in Beispiel 6 durchgeführt, außer dass die in Tabelle 11 gezeigten magnetischen schwarzen Toner verwendet wurden. Die Ergebnisse sind auch in Tabelle 11 gezeigt.
Tabelle 11
Beispiele 43 bis 58
(1) Farbbilderzeugungsgerät
Es wurde ein Bilderzeugungsgerät bereitgestellt, wie es in 1 veranschaulicht ist. Es war dem in Beispiel 1 angewendeten Bilderzeugungsgerät ähnlich, außer dass die lichtempfindliche Trommel 101 auf ein Oberflächenpotenzial von etwa -600 Volt aufgeladen wurde und die Federn 25a und 25b (3) verändert wurden, so dass die untere Oberfläche des Bandführungselements 16a und die obere Oberfläche der Presswalze 30 derart aneinandergepresst wurden, dass ein Fixierspalt N von 9,0 mm gebildet wurde und beim Einfügen eines Papiers von 80 g/m² in den Fixierspalt N ein linearer Druck von 784 N/m (0,8 kp/cm) ausgeübt wurde.
Unter den vorstehend angegebenen Bedingungen und in einer Umgebung mit normaler Temperatur/normaler Feuchtigkeit (23°C/60 % rel.F.) wurden unter Verwendung der jeweils in Tabelle 12 angegebenen Toner kontinuierliche Vollfarben-Bilderzeugungtests durchgeführt. Jeder Bilderzeugungstest wurde zur Erzeugung von Querlinienbildern mit den jeweiligen Farben, deren bedruckter Flächenanteil jeweils 5 % betrug, auf 7000 Blättern in einem kontinuierlichen Vollfarbenbetrieb (d.h., in einer Betriebsweise, bei der der Tonerverbrauch beschleunigt wurde, ohne dass für eine wesentliche Haltezeit der Entwicklungseinrichtung gesorgt wurde) mit einer Fixiergeschwindigkeit von 94 mm/s durchgeführt.
Zur Bewertung wurde überprüft, ob an der Rückseite der Blätter mit aufgedrucktem Bild Verschmutzung, die auf abgeschmutzten Toner zurückzuführen war, beobachtet wurde oder nicht.
Ferner wurden zur Prüfung auf unregelmäßigen Glanz auf jedes 500. Blatt flächenhafte Bilder mit den jeweiligen Farben aufgedruckt, und die Bilder auf jedem Blatt wurden auf unregelmäßigen Glanz geprüft. Ferner wurden Bilddichte und Schleier der gedruckten Bilder und die Einflüsse des Anklebens von Toner an dem Fixierband 10 und des Abriebs des Fixierbandes 10 auf die Verschmutzung und die Verschlechterung der erhaltenen Bilder bewertet.
Die jeweiligen Toner der vorliegenden Erfindung behielten die Bilddichte und den Schleiergrad, die im Anfangsstadium erhalten wurden, bis zum Ende des kontinuierlichen Kopiertests bei.
Die Bewertungsergebnisse sind auch in Tabelle 12 gezeigt. Die Bewertungspunkte Rückseitenverschmutzung (Verschmutzung der Blattrückseite), Glanz (unregelmäßiger Glanz), I.D. (Bilddichte) und Schleier (Bildschleier) wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 bewertet, außer dass die Bilder nach dem Bedrucken von 7000 Blättern bewertet wurden.
Weitere Bewertungspunkte wurden in der folgenden Weise bewertet.
<6> Verschmutzung und Ankleben an Fixierband (Verschmutzung und Ankleben)
Nach kontinuierlichem Aufdrucken der vorstehend erwähnten Bilder auf 7000 Blatt CLC-Papier im Format A4 (80 g/m², hergestellt von Canon K.K.) wurden der Grad der Verschmutzung und des Anklebens von geschmolzenem Toner an dem in der Fixiereinrichtung enthaltenen Fixierband durch Sichtprüfung beurteilt und gemäß dem folgenden Maßstab bewertet, während parallel zu den flächenhaften Bildern, die zur Bewertung des unregelmäßigen Glanzes angewendet wurden, schadhafte Bereiche (falls beobachtet) bestätigt wurden:
A: Überhaupt nicht beobachtet.
B: Im Wesentlichen nicht beobachtet.
C: In geringem Grade beobachtet, der jedoch praktisch kein Problem darstellt.
D: Beträchtliche Verschmutzung oder beträchtliches Ankleben von geschmolzenem Toner beobachtet.
<7> Beschädigung des Fixierbandes
Nach kontinuierlichem Aufdrucken der vorstehend erwähnten Bilder auf 7000 Blatt CLC-Papier im Format A4 wurden an dem Fixierband vorhandene Schäden wie z.B. Abrieb oder sehr feine Schrammen durch Sichtprüfung beurteilt und gemäß dem folgenden Maßstab bewertet, während parallel zu den flächenhaften Bildern, die zur Bewertung des unregelmäßigen Glanzes angewendet wurden, schadhafte Bereiche (falls beobachtet) bestätigt wurden:
A: Überhaupt nicht beobachtet.
B: Im Wesentlichen nicht beobachtet.
C: In geringem Grade beobachtet, der jedoch praktisch kein Problem darstellt.
D: Beträchtliche Schäden beobachtet.
Beispiele 59 bis 65
(2) Einfarbenbilderzeugungsgerät
Es wurde ein Bilderzeugungsgerät bereitgestellt, wie es in 11 veranschaulicht ist. Es war dem in Beispiel 6 angewendeten Bilderzeugungsgerät ähnlich, außer dass die lichtempfindliche Trommel 200 auf ein Oberflächenpotenzial von etwa -600 Volt aufgeladen wurde und die Federn 325a und 325b (13) verändert wurden, so dass die untere Oberfläche der Bandführungseinrichtung 318 und die obere Oberfläche der Presswalze 302 derart aneinandergepresst wurden, dass ein Fixierspalt N von 9,0 mm gebildet wurde und beim Einfügen eines Papiers von 75 g/m² in den Fixierspalt N ein linearer Druck von 784 N/m (0,8 kp/cm) ausgeübt wurde.
Unter den vorstehend angegebenen Bedingungen und in einer Umgebung mit normaler Temperatur/normaler Feuchtigkeit (25°C/50 % rel.F.) wurden unter Verwendung der jeweils in Tabelle 13 angegebenen Toner kontinuierliche Einfarben-Bilderzeugungtests durchgeführt. Jeder Bilderzeugungstest wurde zur Erzeugung von Querlinienbildern, deren bedruckter Flächenanteil jeweils 5 % betrug, auf 7000 Blättern in einem kontinuierlichen Betrieb (d.h., in einer Betriebsweise, bei der der Tonerverbrauch beschleunigt wurde, ohne dass für eine wesentliche Haltezeit des Bilderzeugungsgeräts gesorgt wurde) mit einer Fixiergeschwindigkeit von 190 mm/s durchgeführt.
Zur Bewertung wurde überprüft, ob an der Rückseite der Blätter mit aufgedrucktem Bild Verschmutzung, die auf abgeschmutzten Toner zurückzuführen war, beobachtet wurde oder nicht.
Ferner wurden nach dem Bedrucken von 7000 Blättern in derselben Weise wie vorstehend beschrieben Bilddichte und Schleier der gedruckten Bilder und die Einflüsse des Anklebens von Toner an dem Fixierband 313 und des Abriebs des Fixierbandes 313 auf die Verschmutzung und die Verschlechterung der erhaltenen Bilder bewertet.
Die Bewertungsergebnisse sind auch in Tabelle 13 gezeigt.
Tabelle 13
Beispiele 66 bis 73
Alle Toner 35 bis 38 und 42 bis 45 wurden unter Anwendung eines Bilderzeugungsgeräts, das mit dem in Beispiel 1 angewendeten identisch war, in einer Umgebung mit niedriger Temperatur/niedriger Feuchtigkeit (15°C/10 % rel.F.) einem Bildausdrucktest zur Wiedergabe einfarbiger Bilder mit einer auf 1,5 eingestellten Bilddichte auf 20 Blättern, die kontinuierlich zugeführt wurden, mit einer Ausdruckgeschwindigkeit von 12 Blättern im Format A4/min im Schnellstartbetrieb unterzogen (d.h., die Bilderzeugung wurde eingeleitet, nachdem man die Fixiereinrichtung derart stehengelassen hatte, dass sie ausreichend auf Raumtemperatur abgekühlt war). Die ausgedruckten Bilder wurden in Bezug auf die folgenden Punkte bewertet.
[Bewertung ausgedruckter Bilder]
<8> Fixierbarkeit (Reibtest)
Flächenhafte quadratische Bilder (10 mm × 10 mm) wurden in einer großen Zahl mit einer auf 1,0 mg/cm² eingestellten flächenbezogenen Tonermasse auf CLC-Papier im Format A4 (105 g/m², hergestellt von Canon K.K.) aufgedruckt. Die erhaltenen fixierten Bilder wurden durch fünf Hin- und Herbewegungen eines Linsenreinigungspapiers unter einer Belastung von 50 g/cm² gerieben, und die prozentuale Verminderung der Bilddichte wurde gemessen. Anhand der gemessenen Werte der Verminderung der Bilddichte wurde eine Bewertung gemäß dem folgenden Maßstab durchgeführt:
A: < 2 %
B: ≥ 2 % und < 5 %
C: ≥ 5 % und < 10 %
D: ≥ 10 %
Die Bewertung wurde für jeden Toner auf einem ersten Blatt und einem 20. Blatt durchgeführt. Die Ergebnisse sind zusammen in der folgenden Tabelle 14 gezeigt.
Tabelle 14
Die Toner, die in Beispielen 66 bis 73 verwendet wurden, lieferten bei dem Reibechtheits-Fixierbarkeitstest gute Ergebnisse. Dies kann Umständen wie z.B. den folgenden zuzuschreiben sein: (1) Die Fixiereinrichtung konnte als Reaktion auf den Schnellstartbetrieb sofort eine ausreichende Fixierenergie erzeugen und dem Toner zuführen; (2) die Zuführung von Fixierwärme wurde bei dem kontinuierlichen Test in beständiger Weise (ohne Wärmemangel oder -überschuss) bewirkt, und (3) der Feuchtigkeitsgehalt in dem Toner war auf ein vorgeschriebenes niedriges Niveau vermindert. Gemäß Beispielen 66 bis 73 wurde bestätigt, dass es möglich ist, einen Toner und ein Bilderzeugungsverfahren bereitzustellen, die während einer Wartezeit des Bilderzeugungsgeräts kein Vorerhitzen einer Fixiereinrichtung erfordern, d.h. eine ausgezeichnete Schnellstartfähigkeit und einen sparsamen Energieverbrauch zeigen.
Vergleichsbeispiel 10
Die Fixiereinrichtung in dem Bilderzeugungsgerät von Beispiel 66 wurde durch eine so genannte Surf-Fixiereinrichtung ersetzt, d.h., durch eine Fixiereinrichtung, bei der für die Zuführung von zum Fixieren dienender Wärme von einem Heizwiderstandselement ein Fixierband angewendet wird. Bei der Fixiereinrichtung von 9 wurde Wärme, die von einer Heizeinrichtung 113, die einem Tonerbild t1 gegenüberliegend angeordnet war, erzeugt worden war, dem Tonerbild über ein dazwischen eingefügtes Folienelement 111 zugeführt, während ein Spalt mit einer Breite von 7 mm gebildet und ein linearer Druck von 392 N/m (0,4 kp/cm) ausgeübt wurde. Das Fixieren wurde mit einer Geschwindigkeit von 72 mm/s, einer Temperatur von 190°C in der Nähe des Fixierspaltes und einer Anlaufzeit von 20 s durchgeführt. Die Presswalze 112 umfasste einen Metallkern, der nacheinander mit einer elastischen Schicht, einer Schicht aus fluorhaltigem Gummi und einer Schicht aus fluorhaltigem Harz beschichtet worden war. Mit Ausnahme der Anwendung der Surf-Fixiereinrichtung wurde ein im Schnellstartbetrieb durchgeführter Kopiertest (d.h., ein Kopiertest mit einer vom Zustand einer ausreichenden Abkühlung auf Raumtemperatur ausgehend eingeleiteteten Bilderzeugung) ähnlich wie in Beispiel 66 unter Verwendung von Toner 35 (schwarz) in einer Umgebung mit niedriger Temperatur/niedriger Feuchtigkeit (15°C/10 % rel.F.) durchgeführt. Die Beständigkeit des fixierten Bildes wurde in ähnlicher Weise durch Reiben bewertet.
Als Ergebnis betrug die auf das Reiben zurückzuführende Verminderung der Bilddichte auf dem ersten Blatt 13,2 %, so dass eine schlechtere Fixierbarkeit bei der kontinuierlichen Bildausgabe gezeigt wurde.
Beispiele 74 bis 78
Alle Toner 39, 40, 41, 46 und 47 wurden unter Anwendung eines Bilderzeugungsgeräts, das mit dem in Beispiel 59 angewendeten identisch war, in einer Umgebung mit niedriger Temperatur/nied riger Feuchtigkeit (15°C/10 % rel.F.) einem Bildausdrucktest zur Wiedergabe einfarbiger Bilder mit einer auf 1,5 eingestellten Bilddichte auf 20 Blättern, die kontinuierlich zugeführt wurden, mit einer Ausdruckgeschwindigkeit von 12 Blättern im Format A4/min im Schnellstartbetrieb unterzogen (d.h., die Bilderzeugung wurde eingeleitet, nachdem man die Fixiereinrichtung derart stehengelassen hatte, dass sie ausreichend auf Raumtemperatur abgekühlt war). Die ausgedruckten Bilder wurden ähnlich wie in Beispiel 59 bewertet. Die Ergebnisse sind zusammen in der nachstehenden Tabelle 15 gezeigt.
Tabelle 15
Vergleichsbeispiel 11
Der im Schnellstartbetrieb durchgeführte Kopiertest von Beispiel 74 wurde wiederholt, außer dass die dabei angewendete Fixiereinrichtung durch eine in 9 veranschaulichte Oberflächenfixiereinrichtung (mit der in Vergleichsbeispiel 7 angewendeten identisch) ersetzt wurde und die Fixierbedingungen ähnlich wie in Vergleichsbeispiel 7 abgeändert wurden.
Als Ergebnis betrug die auf das Reiben zurückzuführende Verminderung der Bilddichte auf dem ersten Blatt 14,9 %, so dass eine schlechtere Fixierbarkeit bei der kontinuierlichen Bildausgabe gezeigt wurde.
Beispiel 79
Der Ausdrucktest von Beispiel 59 wurde wiederholt, während die Pressfedern (25a und 25b in 3 und 4) derart verändert wurden, dass in dem Fall, dass Papier (75 g/m²) eingefügt war und ein Fixierspalt N von 11,0 mm gebildet wurde, ein linearer Druck von 1568 N/m (1,6 kp/cm) ausgeübt wurde.
Während des kontinuierlichen Kopiertestes und danach wurden deutliche, schleierfreie Bilder mit ausreichender Bilddichte erhalten, während in geringem Maße Verschmutzung der Blattrückseite beobachtet wurde, deren Grad kein Problem darstellte. In geringem Maße wurde auch Beschädigung des Fixierbandes erkannt.
Beispiel 80
Der Ausdrucktest von Beispiel 59 wurde wiederholt, während die Pressfedern (25a und 25b in 3 und 4) derart verändert wurden, dass in dem Fall, dass Papier (75 g/m²) eingefügt war und ein Fixierspalt N von 7 mm gebildet wurde, ein linearer Druck von 294 N/m (0,3 kp/cm) ausgeübt wurde.
Während des kontinuierlichen Kopiertestes und danach wurden deutliche, schleierfreie Bilder mit ausreichender Bilddichte erhalten, während in geringem Maße unregelmäßiger Glanz und Verschmutzung der Blattrückseite beobachtet wurden, deren Grad praktisch kein Problem darstellte.
Die Ergebnisse sind zusammen in der nachstehenden Tabelle 16 gezeigt.
Tabelle 16
Toner-Herstellungsbeispiel 48
In 809 Masseteile entionisiertes Wasser wurden 501 Masseteile einer wässrigen 0,1 m Na₃PO₄-Lösung hineingegeben, und nach Er hitzen auf 60°C wurden nach und nach 67,7 Masseteile einer wässrigen 1,07 m CaCl₂-Lösung dazugegeben, wodurch ein Calciumphosphat enthaltendes wässriges Medium gebildet wurde.
Die vorstehend angegebenen Bestandteile wurden zur Bildung einer Monomermischung mit einer Reibmühle gleichmäßig dispergiert und gemischt. Die Monomermischung wurde auf 60°C erwärmt, und 12 Masseteile eines hauptsächlich aus Behenylbehenat bestehenden Esterwachses (T_abs = 72°C, T_evo = 70°C) wurden dazugegeben und eingemischt. Ferner wurden darin 3 Masseteile 2,2'-Azobis(2,4-dimethylvaleronitril) (T_1/2 = 140 min bei 60°C, Polymerisationsinitiator) gelöst, wodurch eine polymerisierbare Monomermischung erhalten wurde.
Die polymerisierbare Monomermischung wurde in das in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellte wässrige Medium eingebracht und zum Dispergieren der Tröpfchen der polymerisierbaren Mischung 15 min lang bei 60°C in einer N₂-Atmosphäre mit 10.000 U/min mit einem Homogenisiermischer (TK Homomixer, hergestellt von Tokushu Kika Kogyo K.K.) gerührt. Dann wurde das System weiter mit einem Schaufelrührer gerührt und einer 6-stündigen Reaktion bei 60°C unterzogen, worauf weiteres 4-stündiges Rühren bei einer erhöhten Temperatur von 80°C folgte. Nach der Polymerisation wurde das System einer 3-stündigen Destillation bei 80°C unterzogen. Danach wurde die Suspensionsflüssigkeit abgekühlt, und zum Auflösen des Calciumphosphats wurde Salzsäure dazugegeben, worauf Gewinnung von Polymerisatteilchen durch Filtrieren und Waschen mit Wasser folgte, wodurch feuchte farbige Teilchen gewonnen wurden.
Die farbigen Teilchen wurden dann 12 Stunden lang bei 40°C getrocknet, wodurch farbige Teilchen (Tonerteilchen) (D4 = 7,6 μm) gewonnen wurden.
100 Masseteile der Tonerteilchen wurden dann mit einem Henschel-Mischer (hergestellt von Mitsui Miike Kakoki K.K.) mit 1,2 Masseteilen eines hydrophoben Siliciumdioxid-Feinpulvers (S_BET = 200 m²/g), das erhalten worden war, indem Siliciumdioxid-Feinpulver (Dp1 = 12 nm) mit Siliconöl oberflächenbehandelt wurde, vermischt, wodurch Toner 48 erhalten wurde.
Einige typische Eigenschaften und charakteristische Merkmale des auf diese Weise hergestellten Toners 48 sind in der nachstehenden Tabelle 17 zusammen mit denen der in den folgenden Herstellungsbeispielen hergestellten Toner 49 bis 68 gezeigt.
Toner-Herstellungsbeispiele 49 und 50
Toner 49 und 50 wurden in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 48 hergestellt, außer dass die Trocknungsdauer zu 10 Stunden bzw. 8 Stunden verändert wurde.
Toner-Herstellungsbeispiel 51
Toner 51 wurde in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 48 hergestellt, außer dass die 7,5 Masseteile Ruß (S_BET = 60 m²/g) durch 10 Masseteile C.I. Pigment Yellow 174 ersetzt wurden und die Monoazofarbstoff-Fe-Verbindung durch eine Dialkylsalicylsäure-Metallverbindung ersetzt wurden.
Toner-Herstellungsbeispiele 52 und 53
Toner 52 und 53 wurden in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 51 hergestellt, außer dass die Trocknungsdauer zu 10 Stunden bzw. 8 Stunden verändert wurde.
Toner-Herstellungsbeispiel 54
Toner 54 wurde in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 48 hergestellt, außer dass die 7,5 Masseteile Ruß (S_BET = 60 m²/g) durch 10 Masseteile C.I. Pigment Red 122 ersetzt wurden und die Monoazofarbstoff-Fe-Verbindung durch eine Dialkylsalicylsäure-Metallverbindung ersetzt wurde.
Toner-Herstellungsbeispiele 55 und 56
Toner 55 und 56 wurden in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 54 hergestellt, außer dass die Trocknungsdauer zu 10 Stunden bzw. 8 Stunden verändert wurde.
Toner-Herstellungsbeispiel 57
Toner 57 wurde in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 48 hergestellt, außer dass die 7,5 Masseteile Ruß (S_BET = 60 m²/g) durch 10 Masseteile C.I. Pigment Blue 15:3 ersetzt wurden und die Monoazofarbstoff-Fe-Verbindung durch eine Dialkylsalicylsäure-Metallverbindung ersetzt wurde.
Toner-Herstellungsbeispiele 58 und 59
Toner 58 und 59 wurden in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 57 hergestellt, außer dass die Trocknungsdauer zu 10 Stunden bzw. 8 Stunden verändert wurde.
Toner-Herstellungsbeispiel 60
Die vorstehend angegebenen Materialien wurden in einem Mischer vermischt und mit einem auf 110°C erhitzten Doppelschneckenextruder schmelzgeknetet. Das geknetete Produkt wurde nach seiner Abkühlung mit einer Hammermühle (hergestellt von Hosokawa Micron K.K.) grob zerkleinert und mit einer Prallstrahlmühle, bei der die Prallplatte bezüglich der Aufprallrichtung in einem Winkel von 90 Grad angeordnet war, fein pulverisiert. Das pulverisierte Produkt wurde durch Windsichten klassiert, wodurch Tonerteilchen (D4 = 7,2 μm) gewonnen wurden. Die Tonerteilchen wurden dann einer zum Sphärischmachen dienenden Behandlung mit einem diskontinuierlich arbeitenden Oberflächenbehandlungsgerät vom Schlag- bzw. Pralltyp (Umfangsgeschwindigkeit der Behandlungsschaufel = 80 m/s, Behandlungsdauer = 3 min) unterzogen.
Dann wurden 100 Masseteile der sphärisch gemachten Tonerteilchen mit einem Henschel-Mischer mit 1,2 Masseteilen eines nicht oberflächenbehandelten Siliciumdioxid-Feinpulvers (S_BET = 200 m²/g, Dp1 = 12 μm) vermischt, wodurch Toner 60 erhalten wurde.
Toner-Herstellungsbeispiel 61
Toner 61 wurde in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 60 hergestellt, außer dass die zum Sphärischmachen dienende Behandlung nach dem Pulverisieren weggelassen wurde.
Toner-Herstellungsbeispiel 62
Die vorstehend angegebenen Bestandteile wurden miteinander zur Reaktion gebracht, wodurch Polyesterharz 1 (Mw = 78.000, Mn = 63.000, Tg = 65°C, Säurezahl = 12,3 mg KOH/g) hergestellt wurde.
Die vorstehend angegebenen Materialien wurden mit einem Henschel-Mischer ausreichend vermischt und mit einem Doppelschneckenextruder schmelzgeknetet. Das geknetete Produkt wurde nach seiner Abkühlung grob auf etwa 1 bis 2 μm zerkleinert und dann mit einer Luftstrahl-Pulverisiermühle, bei der die Prallplatte bezüglich der Aufprallrichtung in einem Winkel von 45 Grad angeordnet war, fein pulverisiert. Das pulverisierte Produkt wurde klassiert, wodurch farbige Teilchen (Tonerteilchen) (D4 = 7,4 μm) erhalten wurden.
100 Masseteile der Tonerteilchen wurden mit einem Henschel-Mischer (hergestellt von Mitsui Miike Kakoki K.K.) mit Titandioxid-Feinpulver (S_BET = 12 m²/g, Dp1 = 290 nm) vermischt, wodurch Toner 62 erhalten wurde.
Toner-Herstellungsbeispiel 63
Toner 63 wurde in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 62 hergestellt, außer dass die 4 Masseteile Ruß (S_BET = 60 m²/g) durch 5 Masseteile C.I. Pigment Red 122 ersetzt wurden und das Titandioxid-Feinpulver durch Titandioxid-Feinpulver, das mit Siliconöl oberflächenbehandelt worden war, ersetzt wurde.
Toner-Herstellungsbeispiel 64
Die vorstehend angegebenen Bestandteile wurden miteinander zur Reaktion gebracht, wodurch Polyesterharz 2 (Mw = 12.000, Mn = 4200, Tg = 58°C, Säurezahl = 12,3 mg KOH/g) hergestellt wurde.
Die vorstehend angegebenen Materialien wurden mit einem Henschel-Mischer ausreichend vermischt und mit einem Doppelschneckenextruder schmelzgeknetet. Das geknetete Produkt wurde nach seiner Abkühlung grob auf etwa 1 bis 2 μm zerkleinert und dann mit einer Luftstrahl-Pulverisiermühle, bei der die Prallplatte bezüglich der Aufprallrichtung in einem Winkel von 45 Grad angeordnet war, fein pulverisiert. Das pulverisierte Produkt wurde klassiert, wodurch farbige Teilchen (Tonerteilchen) (D4 = 7,2 μm) erhalten wurden.
100 Masseteile der Tonerteilchen wurden mit einem Henschel-Mischer (hergestellt von Mitsui Miike Kakoki K.K.) mit nicht oberflächenbehandeltem Siliciumdioxid-Feinpulver (S_BET = 200 m²/g, Dp1 = 12 nm) vermischt, wodurch Toner 64 erhalten wurde.
Toner-Herstellungsbeispiel 65
Toner 65 wurde in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 64 hergestellt, außer dass die 4,5 Masseteile Ruß (S_BET = 60 m²/g) durch 5 Masseteile C.I. Pigment Yellow 174 ersetzt wurden.
Toner-Herstellungsbeispiel 66
Toner 66 wurde in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 64 hergestellt, außer dass die 4,5 Masseteile Ruß (S_BET = 60 m²/g) durch 5 Masseteile C.I. Pigment Red 122 ersetzt wurden.
Toner-Herstellungsbeispiel 67
Toner 67 wurde in derselben Weise wie in Herstellungsbeispiel 64 hergestellt, außer dass die 4,5 Masseteile Ruß (S_BET = 60 m²/g) durch 5 Masseteile C.I. Pigment Blue 15:3 ersetzt wurden.
Toner-Herstellungsbeispiel 68
In 809 Masseteile entionisiertes Wasser wurden 501 Masseteile einer wässrigen 0,1 m Na₃PO₄-Lösung hineingegeben, und nach Erhitzen auf 60°C wurden nach und nach 67,7 Masseteile einer wässrigen 1,07 m CaCl₂-Lösung dazugegeben, wodurch ein Calciumphosphat enthaltendes wässriges Medium gebildet wurde.
Die vorstehend angegebenen Bestandteile wurden zur Bildung einer Monomermischung mit einer Reibmühle gleichmäßig dispergiert und gemischt. Die Monomermischung wurde auf 60°C erwärmt, und 12 Masseteile niedermolekulares Polyethylen (T_abs = 115°C, T_evo = 110°C) wurden dazugegeben und eingemischt. Ferner wurden darin 3 Masseteile 2,2'-Azobis(2,4-dimethylvaleronitril) (T_1/2 = 140 min bei 60°C, Polymerisationsinitiator) gelöst, wodurch eine polymerisierbare Monomermischung erhalten wurde.
Die polymerisierbare Monomermischung wurde in das in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellte wässrige Medium eingebracht und zum Dispergieren der Tröpfchen der polymerisierbaren Mischung 15 min lang bei 60°C in einer N₂-Atmosphäre mit 10.000 U/min mit einem Homogenisiermischer (TK Homomixer, hergestellt von Tokushu Kika Kogyo K.K.) gerührt. Dann wurde das System weiter mit einem Schaufelrührer gerührt und einer 6-stündigen Reaktion bei 60°C unterzogen, worauf weiteres 4-stündiges Rühren bei einer erhöhten Temperatur von 80°C folgte. Nach der Polymerisation wurde die Suspensionsflüssigkeit ohne vorangehende Destillation abgekühlt, und zum Auflösen des Calciumphosphats wurde Salzsäure dazugegeben, worauf Gewinnung von Polymerisatteilchen durch Filtrieren und Waschen mit Wasser folgte, wodurch feuchte farbige Teilchen gewonnen wurden.
Die farbigen Teilchen wurden dann 4 Stunden lang bei 40°C getrocknet, wodurch farbige Teilchen (Tonerteilchen) (D4 = 7,1 μm) gewonnen wurden.
Die Tonerteilchen wurden als Toner 68 verwendet, ohne dass sie mit anorganischem Feinpulver vermischt wurden.
Einige typische Eigenschaften und charakteristische Merkmale der in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten Toner 48 bis 68 sind zusammen in der nachstehenden Tabelle 17 gezeigt.
Beispiele 81 bis 83 und Vergleichsbeispiel 12
Die jeweiligen Toner wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 unter Anwendung eines in 1 veranschaulichten Bilderzeugungsgeräts bewertet.
Im Einzelnen wurden in einer Umgebung mit normaler Temperatur/normaler Feuchtigkeit (23°C/60 % rel.F.) unter Verwendung der in den entsprechenden Entwicklungseinrichtungen enthaltenen Toner (der Toner 48, 51, 54 und 57 in Beispiel 81; der Toner 49, 52, 55 und 58 in Beispiel 82; der Toner 50, 53, 56 und 59 in Beispiel 83 und der Toner 64, 65, 66 und 67 in Vergleichsbeispiel 12) kontinuierliche Vollfarben-Bilderzeugungtests durchgeführt. Jeder Bilderzeugungstest wurde zur Erzeugung von Querlinienbildern mit den jeweiligen Farben, deren bedruckter Flächenanteil jeweils 4 % betrug, auf 10.000 Blättern in einem kontinuierlichen Vollfarbenbetrieb mit einer Fixiergeschwindigkeit von 94 mm/s durchgeführt, während die jeweiligen Toner nötigenfalls zur Ergänzung den entsprechenden Entwicklungseinrichtungen zugeführt wurden.
Zur Bewertung wurde überprüft, ob an der Rückseite der Blätter mit aufgedrucktem Bild Verschmutzung, die auf abgeschmutzten Toner zurückzuführen war, beobachtet wurde oder nicht.
Ferner wurden zur Prüfung auf unregelmäßigen Glanz auf jedes 500. Blatt flächenhafte Bilder mit den jeweiligen Farben aufgedruckt, und die Bilder auf jedem Blatt wurden auf unregelmäßigen Glanz geprüft. Ferner wurden Bilddichte und Schleier der gedruckten Bilder und die Einflüsse des Anklebens von Toner an dem Fixierband 10 und des Abriebs des Fixierbandes 10 auf die Verschmutzung und die Verschlechterung der erhaltenen Bilder bewertet. Die Einflüsse der Beschädigungen des Fixierbandes wurden auch nach dem Bedrucken von 7000 Blättern geprüft.
Als Ergebnis wurden in Beispiel 81 während des kontinuierlichen Kopiertests und danach ausreichende Bilddichten erhalten und wurden für die jeweiligen Farben schleierfreie, deutliche Bil der erzeugt. Ferner wurden weder unregelmäßiger Glanz noch Verschmutzung der Blattrückseite oder Schäden an dem Fixierband beobachtet.
In Beispiel 82 wurde eine geringe Zunahme von Schleier beobachtet. Ferner wurden in geringem Maße unregelmäßiger Glanz und Verschmutzung der Blattrückseite beobachtet, deren Grad jedoch überhaupt kein Problem darstellte. Der Grad der Schäden an dem Fixierband stellte kein Problem dar.
In Beispiel 83 wurden eine geringe Verminderung der Bilddichte und verstärkter Schleier beobachtet, deren Grad jedoch praktisch kein Problem darstellte. Ferner wurden in geringem Maße unregelmäßiger Glanz und Verschmutzung der Blattrückseite beobachtet, deren Grad jedoch auch praktisch kein Problem darstellte. Der Grad der Schäden an dem Fixierband stellte kein Problem dar.
In Vergleichsbeispiel 12 wurde eine geringe Zunahme von Schleier erkannt. Auch der Grad des unregelmäßigen Glanzes stellte kein Problem dar. Was die Schäden an dem Fixierband anbetrifft, so stellte ihr Grad nach dem Bedrucken von 7000 Blättern kein Problem dar, jedoch wurden nach dem Bedrucken von 10.000 Blättern über die gesamte Oberfläche des Fixierbandes sehr feine Schrammen beobachtet, und es wurde erkannt, dass von den Schrammen eine große Zahl von Flecken herrührte, an denen Toner anklebte. Nach dem Bedrucken von 10.000 Blättern wurde auch eine Verschmutzung der Blattrückseite beobachtet, die vermutlich auch den Schrammen zuzuschreiben ist.
Die Bewertungsergebnisse sind in Tabelle 18 zusammen mit denen der folgenden Beispiele gezeigt.
Beispiel 84
Der Ausdrucktest von Beispiel 81 wurde wiederholt, während die Pressfedern (25a und 25b in 3 und 4) derart verändert wurden, dass in dem Fall, dass Papier (80 g/m²) eingefügt war und ein Fixierspalt N von 11,0 mm gebildet wurde, ein linearer Druck von 1568 N/m (1,6 kp/cm) ausgeübt wurde.
Während des kontinuierlichen Kopiertests und danach wurden für die jeweiligen Farben deutliche, schleierfreie Bilder mit ausreichenden Bilddichten erhalten, während in geringem Maße Verschmutzung der Blattrückseite beobachtet wurde, deren Grad kein Problem darstellte. Der Grad der Schäden an dem Fixierband stellte nach dem Bedrucken von 7000 Blättern überhaupt kein Problem dar, jedoch wurden nach dem Bedrucken von 10.000 Blättern bis zu einem gewissen Grade solche Schäden erkannt. Dies könnte mit einem Abschmutzen bei hoher Temperatur zusammenhängen, was daraus gefolgert wird, dass bei einem beschädigten Bereich des Fixierbandes nach dem kontinuierlichen Kopiertest in geringem Maße Ankleben von geschmolzenem Toner beobachtet wurde.
Beispiel 85
Der Ausdrucktest von Beispiel 81 wurde wiederholt, während die Pressfedern (25a und 25b in 3 und 4) derart verändert wurden, dass in dem Fall, dass Papier (80 g/m²) eingefügt war und ein Fixierspalt N von 7 mm gebildet wurde, ein linearer Druck von 294 N/m (0,3 kp/cm) ausgeübt wurde.
Während des kontinuierlichen Kopiertests und danach wurden für die jeweiligen Farben deutliche, schleierfreie Bilder mit ausreichenden Bilddichten erhalten, während in geringem Maße unregelmäßiger Glanz und Verschmutzung der Blattrückseite beobachtet wurden, deren Grad kein Problem darstellte. Diese Mängel wurden in geringem Maße nur im Anfangsstadium beobachtet und könnten einer teilweisen Abschälung von Bildern aufgrund ungenügenden Fixierens zuzuschreiben sein. Der Grad der Schäden an dem Fixierband stellte überhaupt kein Problem dar.
Zur Ergänzung werden nachstehend die Bewertungspunkte, die bei den vorstehenden Beispielen und Vergleichsbeispielen beurteilt wurden, und die Bewertungsmaßstäbe beschrieben.
[Bewertung ausgedruckter Bilder]
<1> Bilddichte (I.D.)
Nach dem Bedrucken von 10.000 Blatt Normalpapier im Format A4 [für CLC (Farb-Laserkopiergerät)] (80 g/m², hergestellt von Canon K.K.) wurden an fünf Stellen eines flächenhaften Bildes unter Anwendung eines Macbeth-Reflexionsdensitometers (hergestellt von Macbeth Co.) Bilddichten gemessen, und der Mittelwert der Bilddichten an den fünf Stellen wurde aufgezeichnet. (Übrigens zeigten alle Tonerbilder, die im Anfangsstadium des kontinuierlichen Kopiertests erzeugt wurden, eine Bilddichte von 1,40 oder darüber.) Anhand des Mittelwertes der nach 10.000 Blättern an fünf Stellen gemessenen Bilddichte wurde die Bewertung gemäß dem folgenden Maßstab durchgeführt:
A: ≥ 1,40
B: ≥ 1,35 und < 1,40
C: ≥ 1,00 und < 1,35
D: < 1,00
<2> Bildschleier (Schleier)
Nach kontinuierlichem Bedrucken von 10.000 Blättern im Format A4 wurde unter unter Verwendung jedes Farbtoners ein weißes (im Wesentlichen tonerfreies) Bild erzeugt, und der Weißgrad des Papiers nach dem Bedrucken und der des leeren Papiers wurden unter Anwendung eines Reflektometers "Model TC-6DS", hergestellt von Tokyo Denshoku K.K.) gemessen.
Zur Messung des Weißgrades wurde für einen cyanfarbenen Toner ein Amberlitfilter, für einen gelben Toner ein Blaufilter und für andere Toner ein Grünfilter angewendet. Anhand der gemessenen Weißgradwerte wurden gemäß der folgenden Formel Schleierwerte berechnet. Ein kleinerer Wert bedeutet weniger Schleier.
Schleier (%) = (Weißgrad von leerem Papier) – [Weißgrad des weißen Hintergrundbereichs (Nicht-Bildbereichs) des Papiers nach Bedrucken]
Für die jeweiligen Farbtoner wurde die Bewertung anhand des gemessenen Schleierwertes gemäß dem folgenden Maßstab durchgeführt:
A: < 1,5 % (sehr gut)
B: ≧ 1,5 % und < 2,5 % (gut)
C: ≧ 2,5 % und < 4,0 % (ziemlich gut)
D: ≧ 4,0 % (schlecht)
<3> Unregelmäßiger Glanz (Glanz)
Der Grad des unregelmäßigen Glanzes wurde in Bezug auf flächenhafte Bilder mit den jeweiligen Farben auf dem Papier im Format A4 (80 g/m²) gemäß dem folgenden Maßstab bewertet:
A: Überhaupt nicht beobachtet.
B: Im Wesentlichen nicht beobachtet.
C: In geringem Grade beobachtet, der jedoch praktisch kein Problem darstellt.
D: Beträchtlicher unregelmäßiger Glanz beobachtet.
<4> Verschmutzung der Blattrückseite (Rückseitenverschmutzung)
Nach kontinuierlichem Bedrucken von 10.000 Blättern im Format A4 wurde die Rückseite des Bildblattes in Bezug auf die Verschmutzung betrachtet und gemäß dem folgenden Maßstab bewertet:
A: Überhaupt keine Verschmutzung beobachtet.
B: Im Wesentlichen keine Verschmutzung beobachtet.
C: In geringem Grade, der jedoch praktisch kein Problem darstellt, Verschmutzung beobachtet.
D: Beträchtliche Verschmutzung beobachtet.
<5> Beschädigung des Fixierbandes
Nach Bedrucken von 7000 Blatt und nach Bedrucken von 10.000 Blatt CLC-Papier im Format A4 wurden an dem Fixierband vorhandene Schäden wie z.B. Abrieb oder sehr feine Schrammen durch Sichtprüfung beurteilt und gemäß dem folgenden Maßstab bewertet, während parallel zu den flächenhaften Bildern, die zur Bewertung des unregelmäßigen Glanzes angewendet wurden, schadhafte Bereiche (falls beobachtet) bestätigt wurden:
A: Überhaupt nicht beobachtet.
B: Im Wesentlichen nicht beobachtet.
C: In geringem Grade beobachtet, der jedoch praktisch kein Problem darstellt.
D: Beträchtliche Schäden beobachtet.
Beispiele 86 bis 92 und Vergleichsbeispiel 13
Jeder Toner wurde in derselben Weise wie in Beispiel 6 unter Anwendung eines in 11 veranschaulichten Bilderzeugungsgeräts bewertet.
Im Einzelnen wurde in einer Umgebung mit normaler Temperatur/normaler Feuchtigkeit (23°C/60 % rel.F.) unter Verwendung von jedem der Toner 48 bis 50, 60 bis 63 und 68 ein kontinuierlicher Bilderzeugungstest durchgeführt. Jeder Bilderzeugungstest wurde zur Erzeugung von Querlinienbildern, deren bedruckter Flächenanteil 4 % betrug, auf 10.000 Blättern in einem kontinuierlichen Einfarbenbetrieb mit einer Fixiergeschwindigkeit von 190 mm/s durchgeführt.
Zur Bewertung wurde überprüft, ob an der Rückseite der Blätter mit aufgedrucktem Bild Verschmutzung, die auf abgeschmutzten Toner zurückzuführen war, beobachtet wurde oder nicht.
Ferner wurden nach dem Bedrucken von 10.000 Blättern Bilddichte und Schleier der gedruckten Bilder und die Einflüsse des Anklebens von Toner an dem Fixierband und der Beschädigung des Fixierbandes auf die Verschmutzung und die Verschlechterung der erhaltenen Bilder bewertet. Nach dem Bedrucken von 7000 Blättern wurden auch die Schäden an dem Fixierband geprüft.
Als Ergebnis wurde in Beispiel 86 sogar nach dem kontinuierlichen Kopiertest eine ausreichende Bilddichte erhalten, ohne dass eine Verschmutzung der (Papier)blattrückseite verursacht wurde.
In Beispiel 87 wurde eine geringe Zunahme von Schleier erkannt und trat eine geringe Verschmutzung der Blattrückseite auf, deren Grad jedoch überhaupt kein Problem darstellte. An dem Fixierband wurden keine Schäden beobachtet.
In Beispiel 88 wurden eine geringe Verminderung der Bilddichte und eine Zunahme von Schleier beobachtet, deren Grad jedoch praktisch kein Problem darstellte. Ferner wurden in geringem Maße unregelmäßiger Glanz und Verschmutzung der Blattrückseite beobachtet, deren Grad jedoch auch praktisch kein Problem darstellte. An dem Fixierband wurden keine Schäden beobachtet.
In Beispiel 89 ergab sich eine etwas geringere Bilddichte als in Beispiel 86. Ferner trat eine geringe Verschmutzung der Blattrückseite auf, deren Grad jedoch überhaupt kein Problem darstellte. An dem Fixierband wurden nach dem Bedrucken von 7000 Blättern keine Schäden beobachtet, doch wurden nach 10.000 Blättern in geringem Maße Schrammen beobachtet, deren Grad jedoch kein Problem darstellte.
In Beispiel 90 war die Bilddichte etwas niedriger und der Schleier etwas stärker als in Beispiel 86. Ferner wurden in geringem Maße unregelmäßiger Glanz und Verschmutzung der Blattrückseite beobachtet, deren Grad jedoch kein Problem darstellte. Nach 7000 Blättern wurden bis zu einem gewissen Grade Schäden an dem Fixierband erkannt, die nach 10.000 Blättern etwas zugenommen hatten, deren Grad jedoch kein Problem darstellte.
In Beispiel 91 wurden im Vergleich zu Beispiel 86 eine geringe Verminderung der Bilddichte und unregelmäßigerer Glanz beobachtet, jedoch stellte der Grad des Schleiers überhaupt kein Problem dar. Es trat ein geringer Grad der Verschmutzung der Blattrückseite auf, der vermutlich auf eine Verschlechterung des Fixierbandes zurückzuführen, jedoch praktisch kein Problem darstellte. Nach 7000 Blättern und nach 10.000 Blättern wurden geringe Schäden an dem Fixierband beobachtet, deren Grad jedoch kein Problem darstellte.
In Beispiel 92 wurden im Vergleich zu Beispiel 86 eine geringe Verminderung der Bilddichte und unregelmäßigerer Glanz beobachtet, jedoch stellte der Grad des Schleiers überhaupt kein Problem dar. Es wurde eine geringe Verschmutzung der Blattrückseite beobachtet, die vermutlich auf eine Verschlechterung des Fixierbandes zurückzuführen war, deren Grad jedoch praktisch kein Problem darstellte. Nach 7000 Blättern wurden keine Schäden an dem Fixierband beobachtet, doch wurden nach 10.000 Blät tern geringe Schäden beobachtet, deren Grad jedoch kein Problem darstellte.
In Vergleichsbeispiel 13 waren Bilddichte, Schleier und Verschmutzung der Blattrückseite nach dem Bedrucken von 300 Blättern deutlich schlechter, so dass der Bilderzeugungstest abgebrochen wurde.
Die Ergebnisse der Bewertung sind zusammen in Tabelle 19 gezeigt. Die Bewertungspunkte und die Bewertungsmaßstäbe sind dieselben wie die vorstehend angegebenen.
Beispiele 93 bis 96 und Vergleichsbeispiel 14
Alle Toner 48 bis 50, 62 und 68 (von denen Toner 68 ein Vergleichstoner war) wurden unter Anwendung eines Bilderzeugungsgeräts, das mit dem in Beispielen 1 bis 5 angewendeten identisch war, in einer Umgebung mit niedriger Temperatur/niedriger Feuchtigkeit (15°C/10 % rel.F.) einem Bildausdrucktest zur Wiedergabe einfarbiger Bilder mit einer auf 1,5 eingestellten Bildichte auf 15 Blättern, die kontinuierlich zugeführt wurden, mit einer Ausdruckgeschwindigkeit von 12 Blättern im Format A4/min im Schnellstartbetrieb unterzogen (d.h., die Bilderzeugung wurde eingeleitet, nachdem man die Fixiereinrichtung derart stehengelassen hatte, dass sie ausreichend auf Raumtemperatur abgekühlt war). Die ausgedruckten Bilder wurden ähnlich wie in Beispielen 13 bewertet.
Die Bewertungsergebnisse sind zusammen in Tabelle 20 gezeigt.
Tabelle 20
Die Toner, die in Beispielen 93 bis 96 verwendet wurden, lieferten bei dem Reibechtheits-Fixierbarkeitstest gute Ergebnisse. Dies kann Umständen wie z.B. den folgenden zuzuschreiben sein: (1) Die Fixiereinrichtung konnte als Reaktion auf den Schnellstartbetrieb sofort eine ausreichende Fixierenergie erzeugen und dem Toner zuführen; (2) die Zuführung von Fixierwärme wurde bei dem kontinuierlichen Test in beständiger Weise (ohne Wärmemangel oder -überschuss) bewirkt, und (3) der Feuchtigkeitsgehalt in dem Toner war auf ein vorgeschriebenes niedriges Niveau vermindert. Gemäß Beispielen 93 bis 96 wurde bestätigt, dass es möglich ist, einen Toner und ein Bilderzeugungsverfahren be reitzustellen, die während einer Wartezeit des Bilderzeugungsgeräts kein Vorerhitzen einer Fixiereinrichtung erfordern, d.h. eine ausgezeichnete Schnellstartfähigkeit und einen sparsamen Energieverbrauch zeigen.
Andererseits zeigte Vergleichsbeispiel 14 einen etwas niedrigeren Fixierbarkeitsgrad und verursachte etwas "Qualm".
Vergleichsbeispiel 15
Die Fixiereinrichtung in dem Bilderzeugungsgerät von Beispiel 93 wurde durch eine so genannte Surf-Fixiereinrichtung ersetzt, d.h., durch eine Fixiereinrichtung, bei der für die Zuführung von zum Fixieren dienender Wärme von einem Heizwiderstandselement ein Fixierband angewendet wird. Bei der Fixiereinrichtung von 9 wurde Wärme, die von einer Heizeinrichtung 113, die einem Tonerbild t1 gegenüberliegend angeordnet war, erzeugt worden war, dem Tonerbild über ein dazwischen eingefügtes Folienelement 111 zugeführt, während ein Spalt mit einer Breite von 7 mm gebildet und ein linearer Druck von 392 N/m (0,4 kp/cm) ausgeübt wurde. Das Fixieren wurde mit einer Geschwindigkeit von 72 mm/s, einer Temperatur von 190°C in der Nähe des Fixierspaltes und einer Anlaufzeit von 20 s durchgeführt. Die Presswalze 112 umfasste einen Metallkern, der nacheinander mit einer elastischen Schicht, einer Schicht aus fluorhaltigem Gummi und einer Schicht aus fluorhaltigem Harz beschichtet worden war. Mit Ausnahme der Anwendung der Surf-Fixiereinrichtung wurde ein im Schnellstartbetrieb durchgeführter Kopiertest (d.h., ein Kopiertest mit einer vom Zustand einer ausreichenden Abkühlung auf Raumtemperatur ausgehend eingeleiteteten Bilderzeugung) ähnlich wie in Beispiel 93 unter Verwendung von Toner 48 in einer Umgebung mit niedriger Temperatur/niedriger Feuchtigkeit (15°C/10 % rel.F.) durchgeführt. Die Beständigkeit des fixierten Bildes wurde in ähnlicher Weise durch Reiben bewertet.
Als Ergebnis betrug die auf das Reiben zurückzuführende Verminderung der Bilddichte 12,7 %, so dass eine schlechtere Fixierbarkeit bei der kontinuierlichen Bildausgabe gezeigt wurde.
Beispiele 97 bis 100 und Vergleichsbeispiel 16
Alle Toner 48 bis 50, 63 und 68 (von denen Toner 68 ein Vergleichstoner war) wurden unter Anwendung eines Bilderzeugungsgeräts, das mit dem in Beispiel 86 angewendeten identisch war, in einer Umgebung mit niedriger Temperatur/niedriger Feuchtigkeit (15°C/10 % rel.F.) einem Bildausdrucktest zur Wiedergabe einfarbiger Bilder mit einer auf 1,5 eingestellten Bildichte auf 15 Blättern, die kontinuierlich zugeführt wurden, mit einer Ausdruckgeschwindigkeit von 12 Blättern im Format A4/min im Schnellstartbetrieb unterzogen (d.h., die Bilderzeugung wurde eingeleitet, nachdem man die Fixiereinrichtung derart stehengelassen hatte, dass sie ausreichend auf Raumtemperatur abgekühlt war). Die ausgedruckten Bilder wurden ähnlich wie in Beispiel 93 bewertet. Die Ergebnisse sind zusammen in der nachstehenden Tabelle 21 gezeigt.
Tabelle 21
Vergleichsbeispiel 17
Der im Schnellstartbetrieb durchgeführte Kopiertest von Beispiel 97 wurde wiederholt, außer dass die dabei angewendete Fixiereinrichtung durch eine in 16 veranschaulichte Oberflächenfixiereinrichtung (mit der in Vergleichsbeispiel 7 angewendeten identisch) ersetzt wurde und die Fixierbedingungen ähnlich wie in Vergleichsbeispiel 7 abgeändert wurden. Zu dieser Zeit betrugen die Folientemperaturen 141°C und 151°C, wie es in 16 gezeigt ist.
Als Ergebnis betrug die auf das Reiben zurückzuführende Verminderung der Bilddichte 13,2 % (Grad D), so dass eine schlechtere Fixierbarkeit bei der kontinuierlichen Bildausgabe gezeigt wurde.

Claims

Bilderzeugungsverfahren, bei dem ein Tonerbild durch eine Heiz- und Presseinrichtung erhitzt und an ein Aufzeichnungsmaterial angepresst wird, um auf dem Aufzeichnungsmaterial ein fixiertes Bild zu erzeugen, wobei die erwähnte Heiz- und Presseinrichtung (i) eine Magnetflusserzeugungseinrichtung, (ii) ein drehbares Heizelement mit einer Wärmeerzeugungsschicht, die durch elektromagnetische Induktion Wärme erzeugen kann, und einer Trennschicht und (iii) ein drehbares Presselement, das mit dem drehbaren Heizelement einen Fixierspalt bildet, umfasst, so dass das Tonerbild, das sich auf dem Aufzeichnungsmaterial befindet, unter Wärme und Druck fixiert wird, indem das drehbare Presselement über das Aufzeichnungsmaterial an das drehbare Heizelement angepresst wird, das Tonerbild bei dem Fixierspalt erhitzt und gepresst wird, um unter einer Temperaturverteilung um den Fixierspalt des drehbaren Heizelements, die die folgende Beziehung erfüllt, fixiert zu werden: Z3 ≤ Z2 < Z1,worin Z1 eine Temperatur an einer Stelle des drehbaren Heizelements vor dem Eintritt in den Fixierspalt bezeichnet, Z2 eine Temperatur an einer Stelle des Heizelements nach dem Durchgang durch den Fixierspalt bezeichnet und Z3 eine Temperatur an einer Stelle des Heizelements vor dem Bewirken einer Wärmeerzeugung bezeichnet; das Tonerbild aus einem Toner erzeugt wird, der Tonerteilchen umfasst, die jeweils mindestens ein Bindemittelharz und ein Farbmittel enthalten, der Toner einen Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 3,00 Masse% hat und der Toner einen Speichermodul bei 110°C [G' (110°C)] und einen Speichermodul bei 140°C [G' (140°C)] hat, die die folgenden Beziehungen erfüllen: G' (110°C) ≤ 1,00 × 106 dN/m2 und G' (140°C) ≥ 7,00 × 103 dN/m2.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Toner einen Restmonomergehalt von höchstens 300 Masse-ppm des Toners hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Toner eine mittlere Zirkularität von mindestens 0,940 hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Toner eine mittlere Zirkularität von mindestens 0,960 hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erwähnte drehbare Heizelement eine Wärmeerzeugungsschicht in einer Dicke von 1 bis 200 μm und eine Trennschicht in einer Dicke von 1 bis 100 μm hat, mit dem drehbaren Presselement einen Spalt mit einer Breite von 5 bis 15 mm bildet und das Tonerbild, das sich auf dem Aufzeichnungsmaterial befindet, erhitzt und presst, um das Tonerbild unter Ausübung eines linearen Drucks von 490 bis 1372 N/m (0,5 bis 1,4 kp/cm), der zwischen dem drehbaren Heizelement und dem drehbaren Presselement in Gegenwart des dazwischen befindlichen Aufzeichnungsmaterials wirkt, mit einer Fixiergeschwindigkeit von höchstens 400 mm/s zu fixieren.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erwähnte drehbare Heizelement ferner eine elastische Schicht enthält.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die elastische Schicht eine Dicke von 10 bis 500 μm hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erwähnte drehbare Heizelement eine Umfangslänge La hat und das erwähnte drehbare Presselement eine Umfangslänge Lb hat, die die folgende Beziehung erfüllen: 0,4 × La ≤ Lb < 0,95 × La < 400 mm.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die wärmeerzeugungsschicht des erwähnten drehbaren Heizelements mindestens in einem Bereich von einer Stelle, die sich um La/4 stromaufwärts von der Fixierspaltmitte befindet, bis zu einer Stelle, die sich um La/8 stromabwärts von der Spaltmitte befindet, auf die Umfangslänge La des drehbaren Heizelements bezogen, Wärme erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das drehbare Heizelement vor dem Eintritt in den Fixierspalt eine Temperatur Z1 von weniger als 250°C annimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Toner einen Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 2,00 Masse% hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Toner einen Restmonomergehalt von höchstens 200 Masse-ppm des Toners hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Toner einen Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 1,00 Masse% hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Toner einen Restmonomergehalt von höchstens 100 Masse-ppm des Toners hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Toner auf einer im Bereich von 20 to 200°C aufgenommenen DSC-Kurve eine Temperatur bei den maximalen Wärmeaufnahmepeak im Bereich von 50 bis 150°C zeigt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Toner auf einer im Bereich von 20 to 200°C aufgenommenen DSC-Kurve eine Temperatur bei dem maximalen Wärmeabgabepeak im Bereich von 40 bis 150°C zeigt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Toner durch Polymerisation erhaltene Tonerteilchen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Toner einen Modalwert der Zirkularität von mindestens 0,990 hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Toner ferner hydrophobiertes anorganisches Feinpulver mit einer mittleren Primärteilchengröße von 4 bis 80 nm enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Toner Tonerteilchen und anorganisches Feinpulver umfasst und der Toner einen Speichermodul bei 110°C [G' (110°C)] und einen Speichermodul bei 140°C [G' (140°C)] hat, die die folgenden Beziehungen erfüllen: G' (110°C) ≤ 7,00 × 105 dN/m2 und G' (140°C) ≥ 1,00 × 104 dN/m2.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der Toner eine mittlere Zirkularität von mindestens 0,940, einen Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 2,00 Masse% und einen Restmonomergehalt von höchstens 200 Masse-ppm des Toners hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Toner eine Mischung von Tonerteilchen und äußerlich dazugegebenem anorganischem Feinpulver umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem das anorganische Feinpulver hydrophobiert worden ist.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem das anorganische Feinpulver durch Behandlung mit einer Silanverbindung hydrophobiert worden ist.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem das anorganische Feinpulver eine mittlere Primärteilchengröße von 4 bis 80 nm hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Toner durch Suspensionspolymerisation erhaltene Tonerteilchen umfasst.