DE60209952T2

DE60209952T2 - Magnetischer Toner und Prozesskartusche

Info

Publication number: DE60209952T2
Application number: DE60209952T
Authority: DE
Inventors: Kaori Ohta-ku Hiratsuka; Hirohide Ohta-ku Tanikawa; Tsutomu Ohta-ku Onuma; Nobuyuki Ohta-ku Okubo; Tsuneo Ohta-ku Nakanishi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2022-03-14
Also published as: KR100501854B1; CN100394310C; KR20020073410A; DE60209952D1; US20030039908A1; EP1241530B1; EP1241530A3; CN1375747A; EP1241530A2; US6630275B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen magnetischen Toner, der zum Entwickeln von latenten elektrostatischen Bildern in Bilderzeugungsverfahren, wie der Elektrofotografie und dem elektrostatischen Aufzeichnen, oder einem Bilderzeugungsverfahren vom Tonerabstrahlschema Verwendung findet, und eine Prozesskassette, die diesen magnetischen Toner enthält.
Die Forderungen nach Vorrichtungen zur Nutzung der Elektrofotografie sind auf Drucker als Ausgangseinrichtungen von Computern und Faxgeräten zusätzlich zur herkömmlichen Verwendung als Kopiergeräte zum Reproduzieren von Originalen ausgedehnt worden. In neuerer Zeit besteht ein erhöhter Bedarf nach kompakteren Geräten, die mit höherer Geschwindigkeit arbeiten. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, sind Toner entwickelt worden, die Verbesserungen in bezug auf diverse Eigenschaften aufwiesen, einschließlich des Entwicklungsverhaltens, des Fixiervermögens bei niedriger Temperatur, der Verhinderung einer Bildverschlechterung in Umgebungen niedriger Temperatur/niedriger Feuchtigkeit und des kontinuierlichen Langzeitbilderzeugungsverhaltens in Umgebungen hoher Temperatur/hoher Feuchtigkeit.
Genauer gesagt muß ein Toner, der für einen Drucker mit hoher Geschwindigkeit Anwendung findet, auf sichere Weise eine gleichmäßig hohe triboelektrische Aufladung auf einer Entwicklungshülse halten und zur Entwicklung auf eine lichtempfindliche Trommel überführt werden. Als Maßnahme zur Schaffung eines verbesserten Toneraufladevermögens wurde vorgeschlagen, die Tonerformen die einer Kugel anzunähern. Ferner wurden Verfahren zur Erzeugung von derartigen kugelförmigen Tonern durch Sprühzerteilung, Auflösungen in Lösungen und Polymerisation in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen (JP-A) 3-84558, JP-A 3-229268, JP-A 4-1766 und JP-A 4-102862 offenbart.
Beim herkömmlichen Pulverisierungstonerherstellprozeß werden Tonerbestandteile, wie ein Bindemittelharz, ein Farbmittel und ein Freigabemittel, mit einer herkömmlichen Knetvorrichtung, wie einer Walzenmühle, einem Extruder etc., trocken vermischt und schmelzgeknetet. Nach der Verfestigung durch Abkühlen wird das geknetete Produkt pulverisiert und von einer pneumatischen Klassiereinrichtung etc. klassiert, um eine für einen Toner erforderliche Partikelgröße einzustellen, und dann weiter mit externen Additiven, wie einem die Fließfähigkeit verbessernden Mittel und einem Schmiermittel, wie gewünscht, vermischt, um einen zur Bilderzeugung verwendeten Toner zu formulieren.
Als Pulverisierungseinrichtung wurden diverse Pulverisiermühlen verwendet, und es wurde eine Pulverisiermühle vom Luftstrahl-Typ, insbesondere eine pneumatische Pulverisiermühle vom Aufpralltyp, zur Pulverisierung eines grob zerkleinerten Tonerproduktes eingesetzt. Bei einer derartigen pneumatischen Pulverisiermühle vom Aufpralltyp wird ein pulverförmiges Beschickungsmaterial zusammen mit einem Hochdruckgas ausgestoßen, um auf eine Prallfläche aufzutreffen, und durch den Aufprall pulverisiert. Als Folge davon kann der pulverisierte Toner eine unbestimmte und winklige Form besitzen sowie ein relativ geringes triboelektrisches Aufladevermögen infolge der reichlichen Anwesenheit von magnetischem Eisenoxid auf der Tonerpartikeloberfläche besitzen, so daß eine geringere Bilddichte infolge einer geringeren triboelek-trischen Aufladung in einer Umgebung hoher Temperatur/hoher Feuchtigkeit resultieren kann.
Sphärische Tonerpartikel mit einer glatten und weniger eckigen Oberfläche besitzen geringere Kontaktbereiche mit einer Entwicklungshülse und der lichtempfindlichen Trommel und weisen eine kleinere Befestigungskraft an diesen Elementen auf, so daß ein Toner erzeugt wird, der gute Entwicklungs- und Übertragungseigenschaften besitzt.
Die JP-A 2-87157 und die JP-A 10-097095 schlagen ein Verfahren vor, bei dem über einen Pulverisierungsprozeß hergestellte Tonerpartikel über eine Hybridisiereinrichtung einem mechanischen Aufprall ausgesetzt werden, um die Partikelform und die Oberflächeneigenschaften zu modifizieren und auf diese Weise für ein verbessertes Übertragungsvermögen zu sorgen. Bei diesem Verfahren können mehr sphärische Tonerpartikel erhalten werden als bei dem pneumatischen Pulverisierungsverfahren, so daß eine höhere triboelektrische Aufladbarkeit erreicht wird. Da der Aufprallschritt als zusätzlicher Schritt nach der Pulverisierung eingeführt wird, werden hierdurch die Tonerproduktivität und die Herstellkosten nachteilig beeinflusst. Des weiteren wird durch die Oberflächenbehandlung der Feinpulveranteil erhöht, so daß das Toneraufladevermögen nur örtlich verbessert wird, was in manchen Fällen zu Bilddefekten, wie Trübungserscheinungen, führt.
Die JP-A 6515161 beschreibt ein Verfahren zum Sphärischmachen von Tonerpartikeln durch Oberflächenschmelzen in einem Heißluftstrom. Bei der Tonerbehandlung über dieses Verfahren kann jedoch die Toneroberflächenzusammensetzung verändert werden, was zum Zeitpunkt der Triboelektrifizierung zu einer unbeständigen Ladungsanstiegsrate führt. Das hat zur Folge, daß dann, wenn die Möglichkeit der Erhöhung der Reibung in einem Hochgeschwindigkeitsgerät besteht, eine Ladungsdifferenz zwischen einem frisch zugeführten Tonerabschnitt und dem verbleibenden Tonerabschnitt auf der Hülse entstehen kann, wodurch negative Geisterbilder oder positive Geisterbilder verursacht werden (d.h. ein Abschnitt einer lichtempfindlichen Trommel, der ein einfarbiges schwarzes Bild geliefert hat, lässt einen Abschnitt mit geringerer Dichte oder einen Abschnitt mit höherer Dichte in einem nachfolgenden einfarbigen Halbtonbild zurück, wie in den 7 und 8 gezeigt). Infolge einer Beaufschlagung mit hoher Temperatur kann eine im Toner enthaltene Wachskomponente zur Tonerpartikeloberfläche austreten und auf diese Weise die Antiblockiereigenschaften und Speichereigenschaften in einer Umgebung mit hoher Temperatur/hoher Feuchtigkeit nachteilig beeinflussen. Ferner beschreibt die japanische Patentschrift (JP-B) 309 4676 einen Toner mit einem speziellen dielektrischen Verlust, der durch Oberflächenmodifikation durch Behandlung in einem Heißluftstrom oder Aufbringung einer kontinuierlichen Prallkraft, die von einem rotierenden oder vibrierenden Rührelement aufgebracht wird, erhalten wird. Bei diesem Verfahren wird jedoch magnetisches Eisenoxid, das der Tonerpartikeloberfläche ausgesetzt ist, mit den Tonerharzkomponenten bedeckt, so daß dessen Funktion als Ladungsleckstellen zur Verhinderung einer übermäßig großen Aufladung und zum Schaffen eines geeigneten Ladungspegels entfällt.
Somit beeinträchtigt der Tonerpartikeloberflächenzustand wesentlich das Toneraufladevermögen und ferner das Entwicklungsverhalten des Toners. JP-A 6-342224 beschreibt ein Verfahren zum Fixieren von feinen Harzpartikeln auf Basistonerpartikeln zur Anwendung einer mechanischen Aufprallkraft, um auf diese Weise das Harz und den Wachsanteil auf den Tonerpartikeloberflächen zu steuern. Bei diesem Verfahren zum Fixieren der feinen Harzpartikel unter Aufbringung einer mechanischen Prallkraft kann sich jedoch die Harzschicht von der Tonerpartikelober fläche lösen, so daß es schwierig ist, die gesamten Tonerpartikel gleichmäßig zu behandeln.
Die JP-A 11-194533 offenbart ein Verfahren zum Messen des Absorptionsmaßes von Tonerpartikeln, die in einer Ethanol/Wassergemischlösung mit einem spezifischen volumetrischen Verhältnis von 26/73 als Maß zur Auswertung des Vorhandenseins von magnetischem Material auf der Tonerpartikeloberfläche dispergiert sind, und zum Steuern des Absorptionsvermögens innerhalb eines spezifischen Bereiches, um das Toneraufladevermögen zu steuern und eine Tonerschmelzhaftung auf dem lichtempfindlichen Element zu unterdrücken. Bei diesem Verfahren wird jedoch der Tonerzustand nur an einem Punkt überprüft, so daß daher das Gesamtverhalten und die Verteilung der Tonerpartikel nicht ausgewertet werden können. Es bleibt daher noch Raum für Verbesserungen.
Die EP-A 1058157 beschreibt einen magnetischen Toner mit Tonerpartikeln, die durch Suspensionspolymerisation hergestellt werden und einen geringen an der Oberfläche freiliegenden Eisengehalt aufweisen. Der Toner besitzt jedoch eine geringe Ethanolbenetzbarkeit, so daß Raum für Verbesserungen in bezug auf die Ladungsstabilität bei der kontinuierlichen Bilderzeugung verbleibt.
Die EP-A-0 881 544 offenbart einen magnetischen Toner zum Entwickeln von elektrostatischen Bildern, der magnetische Tonerpartikel umfasst, die mindestens ein Bindemittelharz, ein magnetisches Feinpulver und ein Wachs enthalten.
Die EP-A-1 058 157 offenbart einen Toner, der aus Tonerpartikeln geformt ist, welche jeweils ein Bindemittelharz und darin dispergierte Eisenoxidpartikel aufweisen.
Ein generelles Ziel der vorliegenden Erfindung betrifft die Schaffung eines magnetischen Toners, der die vorstehend aufgezeigten Probleme löst.
Ein genaueres Ziel der vorliegenden Erfindung betrifft die Schaffung eines magnetischen Toners, der rasch aufgeladen werden und Trübungserscheinungen sowie Geisterbilder unterdrücken kann.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung betrifft die Schaffung eines magnetischen Toners, der eine geringe Bildstreuung verursacht und eine hohe Punktreproduzierbarkeit aufweist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung betrifft die Schaffung eines magnetischen Toners, der Bilddefekte, wie durch Entwicklungsfehler verursachte weiße Streifen, unterdrücken kann.
Erfindungsgemäß wird ein magnetischer Toner geschaffen, der umfasst: magnetische Tonerpartikel, die jeweils mindestens ein Bindemittelharz und ein magnetisches Eisenoxid aufweisen, wobei der magnetische Toner eine solche Benetzbarkeitscharakteristik in Flüssigkeitsgemischen aus Methanol/Wasser aufweist, daß er eine Lichtdurchlässigkeit von 80 % für Licht mit einer Wellenlänge von 780 nm bei einer Methanolkonzentration in einem Bereich von 65–75 % und eine Lichtdurchlässigkeit von 20 % bei einer Methanolkonzentration in einem Bereich von 66–76 % besitzt.
Des weiteren weist der magnetische Toner eine gewichtsgemittelte Partikelgröße X in einem Bereich von 4,5–11,0 μm auf und enthält mindestens 90 Anzahl % Partikel mit einer Zirkularität Ci gemäß der nachfolgenden Formel (1) von mindestens 0,900 in bezug auf darin enthaltene Partikel von 3 μm oder größer. Ci = L0/L (1),wobei L die Umfangslänge eines Projektionsbildes eines einzelnen Partikels und L₀ die Umfangslänge eines Kreises mit einer identischen Fläche wie das Projektionsbild bedeuten und der magnetische Toner einen Prozentsatz Y (%) auf Anzahlbasis von Partikeln mit Ci ≥ 0,950 innerhalb der Partikel von 3 μm oder mehr enthält, die die folgende Bedingung erfüllen: Y ≥ X–0,645 × exp 5,51 (2)
Die vorliegende Erfindung sieht des weiteren eine Prozesskartusche vor, die lösbar an der Haupteinheit einer Bilderzeugungsvorrichtung montierbar ist und umfasst: mindestens ein Bildträgerelement zum Tragen eines latenten elektrostatischen Bildes und eine Entwicklungseinrichtung, die den vorstehend erwähnten magnetischen Toner zum Entwickeln des latenten elektrostatischen Bildes auf dem Bildträgerelement mit dem magnetischen Toner zur Ausbildung eines Tonerbildes enthält.
Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher bei Studium der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Hiervon zeigen:
1 eine Durchlässigkeitskurve, die die Methanolbenetzbarkeitscharakteristik eines magnetischen Toners wiedergibt;
2 ein Beispiel eines Systems zur Durchführung eines Tonerherstellprozesses;
3 eine schematische Schnittansicht einer mechanischen Pulvermühle, die im Tonerpulverisierungsschritt verwendet wird;
4 eine schematische Ansicht des Schnittes D-D' in 3;
5 eine perspektivische Ansicht eines in der Pulvermühle der 3 enthaltenen Rotors;
6 eine schematische Schnittansicht einer pneumatischen Klassiereinrichtung mit Mehrfachunterteilung, die beim Tonerklassierschritt verwendet wird;
die 7 und 8 ein negatives und ein positives Geisterbild;
9 einen Bilddefekt von weißen Streifen;
die 10, 11, 12 und 13 Durchlässigkeitskurven, die Methanolbenetzbarkeitscharakteristika von magnetischen Tonern von Beispiel 1 und von den Vergleichsbeispielen 1, 2 und 3 zeigen;
14 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Partikelgröße (X) und dem Prozentsatz auf Anzahlbasis (Y) von Partikeln mit einer Zirkularität (Ci) ≥ 9,50 zeigt;
15 ein Punktreproduzierbarkeitstestmuster; und
16 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Prozesskartusche gemäß der Erfindung.
Als Ergebnis der Untersuchungen der Oberflächenzustände von magnetischen Tonerpartikeln durch die Erfinder wurde festgestellt, daß es möglich ist, einen magnetischen Toner zu schaffen, der ausgezeichnete Entwicklungseigenschaften aufweist, indem das Ausmaß der Exposition von magnetischem Eisenoxid auf den Partikeloberflächen des magnetischen Toners gesteuert wird.
Als erstes wurde der Oberflächenzustand eines magnetischen Toners untersucht. Dabei wurde festgestellt, daß ein magnetischer Toner, der eine spezielle Benetzbarkeitscharakteristik (Hydrophobizitätscharakteristik) in bezug auf eine wässrige Lösung aus einem polaren organischen Lösungsmittel besitzt, einen geeigneten Oberflächenmaterialzusammensetzungszustand repräsentiert, der für gute Bilderzeugungseigenschaften sorgt. Genauer gesagt, bei der vorliegenden Erfindung wird der Oberflächenzustand eines magnetischen Toners durch eine Änderung der Benetzbarkeit (Grad der Sedimentation oder Suspension) als Durchlässigkeit durch eine Dispersion des magnetischen Toners in Lösungsmitteln aus einem Methanol/Wasser-Gemisch mit verschiedenen Methanolkonzentrationen repräsentiert. Tonerbestandteile, die die Methanolbenetzbarkeit (Hydrophobizität) beeinflussen, können sein: Harz, ein Wachs, ein magnetisches Eisenoxid und ein Ladungssteuermittel. Hiervon beeinflussen die Mengen an Harz und magnetischem Eisenoxid, die auf der Tonerpartikeloberfläche vorhanden sind, besonders die Hydrophobizitätseigenschaften des Toners. Beispielsweise hat ein magnetischer Toner, der viel magnetisches Eisenoxid auf seiner Oberfläche enthält, eine relativ niedrige Hydrophobizität (Methanolbenetzbarkeit) wegen der generell hydrophilen Natur des magnetischen Eisenoxids, so daß eine Benetzbarkeit bei einer niedrigen Methanolkonzentration erhalten wird. Andererseits hat ein magnetischer Toner, der viel Harz auf seiner Oberfläche aufweist, wegen der hohen Hydrophobizität des Harzes eine hydrophobe Eigenschaft (Methanolbenetzbarkeit) und somit eine Benetzbarkeit bei einer hohen Methanolkonzentration.
Auf der Basis dieser Eigenschaften wurde festgestellt, daß es möglich ist, einen magnetischen Toner zu erhalten, der ausgezeichnete Eigenschaften besitzt, wenn spezielle Anforderungen auf einer Methanoltitrationsdurchlässigkeitskurve erfüllt werden.
Es ist schwierig, den Oberflächenzustand eines magnetischen Toners nur auf der Basis einer lokalen Oberflächenbeobachtung auszuwerten, so daß es von Vorteil ist, den Oberflächenzustand durch Überwachung des Hydrophobizitätsüberganges auf Basis der Methanolbenetzbarkeit auszuwerten. Die Ladungsretention und die Entladung eines magnetischen Toners werden von der Grenze zwischen der atmosphärischen Feuchtigkeit und der Oberfläche des magnetischen Toners gesteuert, so daß die Analyse der Hydrophobizitätseigenschaften eines magnetischen Toners der geeignetste Weg ist, um die Aufladungs-Entladungs-Eigenschaften des Toners auszuwerten.
Die Methanoltitrationsdurchlässigkeitskurve, die zur Auswertung der Methanolbenetzbarkeitseigenschaften eines magnetischen Toners verwendet wird, wird gemäß einem Verfahren erhalten, das die Schritte der Herstellung einer Probendispersionsflüssigkeit durch Zusetzen einer speziellen Menge des magnetischen Toners zu einer Lösung aus einem Methanol/Wasser-Gemisch und des Zusetzens von Methanol mit einer vorgegebenen Zusatzrate umfasst, um nacheinander die Durchlässigkeit durch die Probenflüssigkeit zu messen. Bei dem magnetischen Toner der vorliegenden Erfindung handelt es sich um einen magnetischen Toner, der eine spezielle Methanolbenetzbarkeitseigenschaft (Durchlässigkeitsänderungseigenschaft) auf der Basis einer derartigen Methanoltitrationsdurchlässigkeitskurve (hiernach manchmal einfach als "Durchlässigkeitskurve" bezeichnet) besitzt. Die Durchlässigkeitskurve ändert sich, wenn sich der Oberflächenexpositionszustand der Tonerkomponenten verändert. Daher kann der magnetische Toner der vorliegenden Erfindung erhalten werden, indem ein geeigneter Produktionsprozeß auf der Basis der Kenntnisse über Arten und Eigenschaften von Tonerbestandteilen, die den Oberflächenexpositionszustand hiervon beeinflussen, ausgewählt wird.
Der magnetische Toner der vorliegenden Erfindung besitzt eine Hydrophobizitätseigenschaft, die durch eine Methanoltitrationsdurchlässigkeitskurve gekennzeichnet ist, welche eine Durchlässigkeit von 80 % in einem Methanolkonzentrationsbereich von 65–75 % und eine Durchlässigkeit von 20 % in einem Methanolkonzentrationsbereich von 66–76 % zeigt. Der richtige Zustand in bezug auf das Vorhandensein von magnetischem Eisenoxid auf der Tonerpartikeloberfläche wird erzielt, wenn die Durchlässig keitskurve in diese Bereiche fällt, wodurch ein hohes Aufladevermögen (als Absolutwert) erreicht und ein konstantes Aufladevermögen über einen langen Zeitraum aufrechterhalten wird. Infolgedessen verursacht der magnetische Toner weniger Bilddefekte, wie Geisterbilder oder Trübungen, selbst in einer Umgebung niedriger Temperatur/niedriger Feuchtigkeit oder hoher Temperatur/hoher Feuchtigkeit, und weist ausgezeichnete Entwicklungseigenschaften auf.
Die zum Definieren des magnetischen Toners der vorliegenden Erfindung verwendeten Methanoltitrationsdurchlässigkeitskurven wurden unter Verwendung eines Pulverbenetzbarkeitstestgerätes ("WET-100P" von der Firma Rhesca Co.) in der folgenden Weise erhalten.
Eine Probe eines magnetischen Toners wird durch ein Sieb mit einer Öffnungsweite von 150 μm gesiebt, und der gesiebte magnetische Toner wird genau auf 0,1 g abgewogen. Ein Methanol/Wasser-Gemisch mit einer Methanolkonzentration von 60 % (Methanol = 60 Vol.%/Wasser = 40 Vol.%) in einem Volumen von 70 ml wird als Vergleichsflüssigkeit in einen zylindrischen Glaskolben mit einem Durchmesser von 5 cm und einer Dicke von 1,75 mm eingegeben, um die Durchlässigkeit von Licht mit einer Wellenlänge von 780 nm (als Durchlässigkeit von 100 %) durch den das Vergleichsflüssigkeitsgemisch enthaltenden Kolben zu messen. Dann wird ein teflonbeschichteter Magnetrührer (in Spindelform mit einer Länge von 25 mm und einer maximalen Breite von 8 mm) am Boden des Kolbens angeordnet und mit 300 UpM gedreht. Während des Rührens werden die ge nau abgewogenen 0,1 g der Probe des magnetischen Toners dem Methanol/Wasser-Gemisch (60/40 Volumen) zugesetzt, wonach Methanol kontinuierlich mit einer Rate von 1,3 ml/min durch ein Glasrohr, dessen Spitze in das Flüssigkeitsgemisch eingesetzt wird, zugesetzt wird, wobei die Durchlässigkeit des Lichtes von 780 nm durch den die Probe der Dispersionsflüssigkeit enthaltenden Kolben kontinuierlich als relative Durchlässigkeit in bezug auf die Durchlässigkeit des Vergleichsflüssigkeitsgemisches als 100 % gemessen wird. Auf diese Weise wird eine Methanoltitrationsdurchlässigkeitskurve gemäß 1 erhalten. Die Durchlässigkeit T % entspricht grob einem Tonersuspensionsgrad von (100-T) %. Bei der obigen Messung wird Methanol als Titrationslösungsmittel verwendet, da es eine genaue Auswertung des Oberflächenzustandes des magnetischen Toners mit geringer Auflösung von Additiven, wie Farbstoffen oder Pigmenten und Ladungssteuermitteln, die im magnetischen Toner enthalten sind, ermöglicht.
Bei der obigen Messung wird die Anfangsmethanolkonzentration auf 60 % eingestellt. Wenn die Probe des magnetischen Toners bei einer Methanolkonzentration unter 60 % beginnt, benetzt zu werden (eine Durchlässigkeit unter 100 % aufweist), fällt die Durchlässigkeitskurve gleichzeitig mit dem Beginn der Messung nahezu vertikal ab. Wenn in diesem Fall eine Tonerfraktion bei einer geeigneten Methanolkonzentration von 60 % oder mehr benetzt wird, zeigt die Durchlässigkeitskurve eine entsprechende Durchlässigkeitsdämpfungseigenschaft (wie in 12 entsprechend einem Toner des nachfolgend beschriebenen Vergleichsbeispiels 2).
Bei der vorliegenden Erfindung sind die Methanolkonzentationsbereiche bei Durchlässigkeiten von 80 % und 20 % definiert. Eine Methanolkonzentration bei einer Durchlässigkeit von 80 % entspricht einer Hydrophobizität einer Magnettonerfraktion mit einer relativ niedrigen Hydrophobizität, und eine Methanolkonzentration bei einer Durchlässigkeit von 20 % entspricht einer Hydrophobizität, bei der die meisten Tonerpartikel benetzt sind und die einer Hydrophobizität einer Magnettonerfraktion mit einer relativ hohen Hydrophobizität entspricht. Ein Durchlässigkeitsabnahmemuster von einem Durchlässigkeitsabsenkinitiierungspunkt aus (der das Vorhandensein einer benetzbaren Tonerfraktion anzeigt) repräsentiert eine Hydrophobizitätsverteilung von magnetischen Tonerpartikeln oder Fraktionen.
Eine Methanolkonzentration bei einer Durchlässigkeit von 80 % in einem Bereich von 65–75 % gibt wieder, daß selbst eine Magnettonerfraktion mit einer niedrigen Hydrophobizität einen geeigneten Abdeckungsgrad mit dem Harz oder dem magnetischen Eisenoxid und somit eine Oberflächenexposition einer geeigneten Menge an magnetischem Eisenoxid ermöglicht und auf diese Weise für ein hohes triboelektrisches Aufladevermögen sorgt (d.h. eine hohe triboelektrische Aufladung als Absolutwert). Die Methanolkonzentration, die zu einer Durchlässigkeit von 80 % führt, liegt vorzugsweise in einem Bereich von 65–72 %, bevorzugter von 60–71 %, so daß eine Aufladung mit hoher Sättigung erreicht wird und Bilder mit einer ausreichenden Bilddichte erhalten werden. Selbst eine Magnettonerfraktion mit einer geringen Hydrophobizität besitzt ein bestimmtes Niveau an Hydrophobizität, so daß eine einmal erhaltene Aufladung über eine lange Zeitdauer aufrechterhalten werden kann.
Eine Methanolkonzentration mit einer Durchlässigkeit von 20 % in einem Bereich von 66–76 % zeigt, daß die meisten Tonerpartikel eine bestimmte Menge an magnetischem Eisenoxid auf ihrer Oberfläche behalten. Die Methanolkonzentration bei der Durchlässigkeit von 20 % beträgt vorzugsweise 66–74 %, bevorzugter 67–72 %.
Durch Messen der Methanolkonzentration nahe an einem Punkt, bei dem die Benetzung eines magnetischen Toners mit Methanol beginnt, und der Methanolkonzentration an einem Punkt, bei dem die meisten Tonerpartikel benetzt sind, ist es daher möglich, das Niveau und die Verteilung der Oberflächenhydrophobizität von magnetischen Tonerpartikeln zu verstehen und die Qualität des magnetischen Toners weiter zu überwachen.
In einem Fall, in dem die Methanolkonzentration bei einer Durchlässigkeit von 80 % unter 65 % liegt, wird davon ausgegangen, daß ein wesentlicher Anteil des magnetischen Toners eine geringe Hydrophobizität besitzt und daß eine Substanz, die eine hohe Hydrophobizität aufweist, wie magnetisches Eisenoxid, zu einem hohen Prozentsatz exponiert ist. Ein magnetischer Toner mit einem derartigen Oberflächenzustand besitzt ein niedriges Auf ladevermögen. Selbst einmal aufgeladene Tonerpartikel werden daran gehindert, die Ladung beizubehalten, da das im Überfluß vorhandene magnetische Eisenoxid an der Oberfläche als Leckagestelle wirkt und somit zu einem schlechten Entwicklungsverhalten in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit führt.
Andererseits ist in dem Fall, in dem die Methanolkonzentration bei 80 % Durchlässigkeit 75 % übersteigt, nur eine geringe Menge an magnetischem Toner mit geeigneter Hydrophobizität vorhanden, und es existiert ein verringerter Anteil an magnetischen Tonerpartikeln, die oberflächenexponiertes magnetisches Eisenoxid halten. Infolgedessen kann der magnetische Toner kontinuierlich aufgeladen werden, so daß er übermäßig stark aufgeladen wird, was infolge von Streuungen etc. zu einer schlechteren Punktreproduzierbarkeit führt.
In dem Fall, in dem die Methanolkonzentration bei einer Durchlässigkeit von 20 % unter 60 % liegt, besitzt ein großer Anteil der magnetischen Tonerpartikel eine niedrige Hydrophobizität, da viel magnetisches Eisenoxid an der Partikeloberfläche des magnetischen Toners exponiert ist, so daß es schwierig wird, ein gutes Aufladevermögen zu erreichen, was zu einer geringen Bilddichte bei Durchführung einer Bilderzeugung über einen langen Zeitraum führt.
In dem Fall, in dem die Methanolkonzentration bei einer Durchlässigkeit von 20 % 76 % übersteigt, sind magnetische Tonerpartikel mit einer hohen Hydrophobizität in einem großen Anteil vorhanden. Infolgedessen wird das Aufladegleichgewicht schlechter, was zu einer breiten Verteilung der triboelektrischen Ladung führt und eine starke Grund-Trübung und Reversal-Trübung bewirkt.
In dem Fall, in dem die Methanolkonzentration bei einer Durchlässigkeit von 80 % 65–75 % beträgt, jedoch die Methanolkonzentration bei einer Durchlässigkeit von 20 % unter 66 % liegt, besitzen nur sehr wenige Tonerpartikel eine relativ hohe Hydrophobizität, so daß der gesamte magnetische Toner ein geringeres Aufladevermögen aufweist, was zu einer geringeren Bilddichte führt. Wenn die Methanolkonzentration bei einer Durchlässigkeit von 80 % 65–75 % beträgt, jedoch die Methanolkonzentration bei einer Durchlässigkeit von 20 % 76 % übersteigt, besitzt ein großer Anteil der magnetischen Tonerpartikel eine Hydrophobizität, die ein bestimmtes Niveau übersteigt, so daß das Ladungsgleichgewicht verschlechtert wird, was zum Entstehen von Bilddefekten, wie beispielsweise Trübungen, insbesondere in einer Umgebung mit niedriger Temperatur/niedriger Feuchtigkeit führt.
Wenn die Methanolkonzentration bei einer Durchlässigkeit von 20 % 66–76 % beträgt, jedoch die Methanolkonzentration bei einer Durchlässigkeit von 80 % unter 65 % liegt, hat ein großer Anteil der Tonerpartikel eine niedrige Hydrophobizität, so daß die Methanolkonzentration insgesamt zu einer geringen Aufladbarkeit führt, was eine Reversal-Trübung infolge einer unzureichenden Aufladung zur Folge hat. Andererseits besitzt in einem Fall, bei dem die Methanolkonzentration bei einer Durch lässigkeit von 20 % 66–76 % beträgt, jedoch die Methanolkonzentration bei einer Durchlässigkeit von 80 % 75 % übersteigt, der gesamte magnetische Toner eine übermäßig hohe Hydrophobizität, was eine übermäßig hohe Aufladbarkeit und eine schlechtere Punktreproduzierbarkeit zur Folge haben kann.
Eine Methanolbenetzbarkeitscharakteristik oder eine Methanoltitrationsdurchlässigkeitskurve kann auch für Tonerpartikel ähnlich wie oben erhalten werden, wenn anstelle der vorstehend erwähnten Probe des magnetischen Toners Tonerpartikel vor dem Mischen mit externen Additiven verwendet werden. Es wird bevorzugt, daß die Tonerpartikel eine Durchlässigkeit von 80 % in einem Methanolkonzentrationsbereich von 61–75 % besitzen.
Zur Herstellung eines magnetischen Toners (oder von Tonerpartikeln), der die vorstehend erwähnte Benetzbarkeitscharakteristik besitzt, wird bevorzugt, eine mechanische Pulvermühle zu verwenden, mit der gleichzeitig eine Pulverisierung und Oberflächenbehandlung eines Pulverbeschickungsmateriales erzielt werden kann, um eine insgesamt verbesserte Effizienz zu erreichen. Genauer gesagt, die Menge des magnetischen Eisenoxides auf der Toneroberfläche kann in angemessener Weise gesteuert werden, indem die Pulverisiertemperatur und die Oberflächenzustände eines Rotors und eines Stators der Pulvermühle eingestellt werden. Einzelheiten hiervon werden später in Verbindung mit den 3 bis 5 erläutert.
Um Bilder mit hoher Auflösung zu erhalten sowie den Vorteil der speziellen Methanolbenetzbarkeitscharakteristik zu erreichen, kann der magnetische Toner der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine gewichtsgemittelte Partikelgröße (D4 = X) von 4,5 bis 11,0 μm, bevorzugter von 5,0–10,0 μm, besonders bevorzugt von 5,5–9,0 μm, aufweisen.
Die gewichtsgemittelten Partikelgrößen der hier beschriebenen magnetischen Tonerpartikel und magnetischen Toner basieren auf Werten, die nach dem Coulter-Zähler-Verfahren in der folgenden Weise gemessen wurden.
Die Partikelgrößenverteilung eines magnetischen Toners kann gemäß dem Coulter-Zähler-Verfahren gemessen werden, d.h. unter Verwendung eines "Coulter Multisizer II oder II-E" (Marke, erhältlich von der Firma Coulter Electronics Inc.), der an einen üblichen Personalcomputer über eine Schnittstelle (von der Firma Nikkaki K.K.) angeschlossen ist, um eine Partikelgrößenverteilung auf Anzahlbasis und Volumenbasis auszugeben.
Bei der Messung kann eine 1 %-ige wässrige NaCl-Lösung unter Verwendung von analysenreinem Natriumchlorid als Elektrolytlösung hergestellt werden. In 100 bis 150 ml der Elektrolytlösung werden 0,1 bis 5 ml eines oberflächenaktiven Mittels, vorzugsweise eines Alkylbenzolsulfonsäuresalzes, als Dispergiermittel eingegeben, und es werden 2 bis 20 mg einer Probe zugesetzt. Die entstandene Dispersion der Probe in der Elektrolytflüssigkeit wird einer Dispergierbehandlung über etwa 1–3 min mit Hilfe einer Ultraschalldispergiereinrichtung unterzogen, wonach die Messung der Partikelgrößenverteilung in einem Bereich von mindestens 2 μm durchgeführt wird, indem die vorstehend erwähnte Vorrichtung mit einer 100 μm-Öffnung verwendet wird, um eine Verteilung auf Volumenbasis und auf Anzahlbasis zu erhalten. Die gewichtsgemittelte Partikelgröße (D₄) kann aus der Verteilung auf Volumenbasis erhalten werden, indem ein Mittelwert als repräsentativer Wert für jeden Kanal benutzt wird. Aus der Verteilung auf Anzahlbasis wird der Anteil der Partikel mit Partikelgrößen von maximal 4,00 μm (% N (≤ 4,00 μm)) ermittelt. Aus der Verteilung auf Volumenbasis wird die Menge der Partikelgrößen von mindestens 10,1 μm (% V (≥ 10,1 μm)) ermittelt.
Ein magnetischer Toner wird von Rührflügeln in einer Entwicklerkammer einer Entwicklungshülse zugeführt und durch Reibung des magnetischen Toners mit einem Regulierblatt und der Hülse, während eine Regulierung über das Blatt auf der Hülse stattfindet, aufgeladen. Bei einem Gerät mit hoher Geschwindigkeit werden die Umfangsgeschwindigkeiten der lichtempfindlichen Trommel und der Entwicklungshülse viel schneller als wie bei Geräten mit geringer Geschwindigkeit. Wenn sich daher der magnetische Toner nicht rasch aufladen läßt, wird der Bilddichtenanstieg langsamer, und es kann ein Entwicklungsfehler, wie ein negatives Geisterbild, in einer Umgebung mit niedriger Temperatur/niedriger Feuchtigkeit auftreten. Der magnetische Toner gemäß der vorliegenden Erfindung, der die vorstehend erwähnte Methanolbenetzbarkeitscharakteristik besitzt, ist rasch triboelektrisch auf ladbar und daher für ein Hochgeschwindigkeitsgerät geeignet. Wenn jedoch die Tonerpartikel unbestimmte Formen besitzen, kann dieser vorteilhafte Effekt verringert werden. Genauer gesagt, ein derartiger magnetischer Toner wird mit einer breiten Ladungsverteilung versehen, was zu Schwierigkeiten bei der Entwicklung, wie Trübungen, Entwicklungsunregelmäßigkeiten und einer schlechteren Punktreproduzierbarkeit, führt.
Bei solchen Untersuchungen wurde festgestellt, daß ein pulverisierter magnetischer Toner zusätzlich zu der vorstehend erwähnten Methanolbenetzbarkeitscharakteristik eine spezielle Zirkularitätscharakteristik aufweisen muß, um auf einer Hülse rasch aufladbar zu sein, jedoch eine übermäßig große Aufladung zu unterdrücken.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Zirkularität (Zi) als zweckmäßiger Parameter zum quantitativen Anzeigen einer Partikelform auf Basis von Werten verwendet, die unter Verwendung eines Partikelbildanalysators vom Flußtyp ("FPIA-1000", erhältlich von der Firma Toa Iyou Denshi K.K.) gemessen wurde. Für jeden gemessenen Partikel wird die Zirkularität Ci nach der folgenden Gleichung (1) berechnet: Zirkularität Ci = L0/L (1)worin L die Umfangslänge eines Produktionsbildes (zweidimensionalen Bildes) und L₀ die Umfangslänge eines Kreises mit identischer Fläche wie das Projektionsbild bedeuten.
Wie aus der obigen Gleichung (1) deutlich wird, ist die Zirkularität Ci ein Index, der das Ausmaß der Unebenheit eines Partikels wiedergibt. Ein perfekt kugelförmiger Partikel besitzt dabei einen Wert von 1,00, während ein Partikel mit einer komplizierteren Form einen geringeren Wert aufweist.
Für eine tatsächliche Messung der Zirkularität unter Verwendung des Gerätes "FPIA-1000" werden 0,1–0,5 ml eines oberflächenaktiven Mittels (vorzugsweise eines Alkylbenzolsulfonsäuresalzes) als Dispersionshilfe 100 bis 150 ml Wasser, von dem Verunreinigungen entfernt wurden, zugesetzt. Hierzu werden ca. 0,1–0,5 g von Probenpartikeln gegeben. Das entstandene Gemisch wird mit Ultraschallwellen (50 kHz, 120 W) 1–3 min lang einer Dispergierbehandlung unterzogen, um eine Dispersionsflüssigkeit zu erhalten, die 12.000–20.000 Partikel/μ1 enthält (d.h. eine ausreichend hohe Partikelkonzentration zum Sicherstellen der Messgenauigkeit), und die Dispersionsflüssigkeit wird einer Messung der Zirkularitätsverteilung in bezug auf Partikel mit einem kreisäquivalenten Durchmesser (D_CE = L₀/π) in einem Bereich von 3 μm bis unter 159,21 μm mit Hilfe des vorstehend erwähnten Partikelbildanalysators vom Fließtyp unterzogen.
Die Einzelheiten der Messung sind in einer technischen Broschüre und einer zugehörigen Gebrauchsanweisung für das Gerät "FPIA-1000", veröffentlicht von der Firma Toa Iyou Denshi K.K. (Juni 25, 1995), sowie der JP-A 8- 136439 ( US-PS 5 721 433 ) beschrieben. Dabei läuft die Messung wie folgt ab.
Eine Probenflüssigkeitsdispersion lässt man durch eine flache dünne transparente Fließzelle (Dicke = ca. 200 μm) mit einem divergierenden Strömungsweg fließen. Ein Stroboskop und eine CCD-Kamera werden an entgegengesetzten Stellen in bezug auf die Fließzelle angeordnet, so daß ein optischer Pfad über die Dicke der Fließzelle gebildet wird. Während des Fließens der Probenflüssigkeitsdispersion wird das Stroboskop in Intervallen von jeweils 1/30 sec betätigt, um Bilder von Partikeln, die die Fließzelle durchdringen, einzufangen, so daß jeder Partikel ein zweidimensionales Bild mit einem bestimmten Bereich parallel zur Fließzelle liefert. Aus dem zweidimensionalen Bildbereich eines jeden Partikels wird der Durchmesser eines Kreises mit identischem Bereich (äquivalenter Kreis) als kreisäquivalenter Durchmesser ermittelt (D_CE = L₀/π). Des weiteren wird für jeden Partikel die Umfangslänge (L₀) des äquivalenten Kreises bestimmt und durch die Umfangslänge (L) dividiert, die am zweidimensionalen Bild des Partikels gemessen wurde, um die Zirkularität Ci des Partikels gemäß der vorstehend wiedergegebenen Formel (1) zu bestimmen.
Auf der Basis der vorstehend erwähnten Zirkularität (Ci) wird bevorzugt, daß der magnetische Toner gemäß der vorliegenden Erfindung eine gewichtsgemittelte Partikelgröße X (= D₄) in einem Bereich von 4,5–11,0 μm besitzt, mindestens 90 Anzahl% von Partikeln mit Ci ≥ 0,900 enthält und einen Prozentsatz Y (%) auf Anzahlbasis von Partikeln mit Ci ≥ 0,950 innerhalb von Partikeln von 3 μm oder größer aufweist, so daß die folgende Bedingung erfüllt wird: T ≥ exp 5,51 × X–0,645 (2)
Wenn er die vorstehend erwähnte Zirkularitätscharakteristik aufweist, kann der magnetische Toner gemäß der vorliegenden Erfindung eine erhöhte Kontaktmöglichkeit mit einem Element zur triboelektrischen Aufladung, wie einer Entwicklungshülse, besitzen, so daß ein rasches Aufladevermögen und gute Entwicklungseigenschaften vom Ausgangsstadium einer kontinuierlichen Bilderzeugung an ohne die Erzeugung von Geisterbildern resultieren. Des weiteren kann der magnetische Toner gute Entwicklungseigenschaften über eine lange Zeitdauer einer kontinuierlichen Bilderzeugung aufweisen.
Wenn der magnetische Toner weniger als 90 Anzahl% von Partikeln mit Ci ≥ 0,900 enthält, besitzt er ein etwas schlechteres rasches Aufladevermögen, so daß Geisterbilder verursacht werden können, insbesondere in einer Umgebung niedriger Temperatur.
Wenn der magnetische Toner die Beziehung der Formel (2) in bezug auf den Prozentsatz auf Anzahlbasis Y (%) von Partikeln mit Ci ≥ 0,950 nicht erfüllt, kann der magnetische Toner ein schlechteres Übertragungsvermögen und auch ein schlechteres Fließvermögen besitzen. Infolgedessen kann der magnetische Toner schlechtere Entwicklungseigenschaften, einschließlich eines weniger schnellen Aufladevermögens, insbesondere in einer Umgebung hoher Temperatur/hoher Feuchtigkeit, aufweisen.
Wenn der magnetische Toner gemäß der vorliegenden Erfindung die vorstehend erwähnte Methanolbenetzbarkeitscharakteristik und Zirkularitätscharakteristik besitzt, kann er ein rasches Aufladevermögen besitzen und eine gute Aufladbarkeit über eine lange Zeitdauer aufweisen, so daß er ausgezeichnete Bilderzeugungseigenschaften in verschiedenen Umgebungen einschließlich einer solchen mit hoher Temperatur/hoher Feuchtigkeit und niedriger Temperatur/niedriger Feuchtigkeit besitzt.
Ein magnetischer Toner mit hoher Zirkularität kann den Kontaktbereich zwischen Tonerpartikeln minimieren und die Agglomerationsfähigkeit von Tonerpartikeln unterdrücken. Des weiteren können die sphärischen Tonerpartikel mit hoher Zirkularität im Vergleich mit eckigen Tonerpartikeln mehr triboelektrifizierbare Punkte aquirieren, so daß sie in der Lage sind, rasch eine hohe Ladung zu aquirieren. Indem lediglich die Zirkularität gesteuert wird, ist es schwierig, die aquirierte Ladung in Abhängigkeit vom Oberflächenzustand der magnetischen Tonerpartikel zu halten, so daß das Entwicklungsverhalten bei fortdauernder Bilderzeugung verschlechtert wird. Bei der vorliegenden Erfindung kann durch Schaffung eines magnetischen Toners, der die spezielle Methanolbenetzbarkeitscharakteristik aufweist, der magnetische Toner eine hohe Ladung aquirieren und die hohe Ladung über einen langen Zeitraum aufrechterhalten. Infolgedessen kann der magnetische Toner gute Entwicklungseigen schaften über eine lange Zeitdauer aufweisen, ohne daß Entwicklungsfehler, wie Trübungen und Geisterbilder, verursacht werden.
Ein herkömmlicher magnetischer Toner kann aufgrund eines weniger schnellen Aufladevermögens und einer Instabilität der aquirierten Ladung in einer Umgebung mit niedriger Temperatur/niedriger Feuchtigkeit unter Schwierigkeiten leiden, so daß im Anfangsstadium des Druckens in einer Umgebung mit niedriger Temperatur/niedriger Feuchtigkeit erhaltene Halbtonbilder von weißen Streifen begleitet werden (wie in 9 gezeigt). Dadurch, daß der magnetische Toner der vorliegenden Erfindung die Methanolbenetzbarkeitscharakteristik aufweist, kann er auf beständige Weise selbst in einer Umgebung mit niedriger Temperatur/niedriger Feuchtigkeit ein rasches Aufladevermögen besitzen, so daß im Anfangsstadium des Druckens erfolgte Halbtonbilder frei von weißen Streifen sein können.
Es wird nunmehr eine mechanische Pulvermühle beschrieben, die vorzugsweise als Pulverisiereinrichtung zur Herstellung des magnetischen Toners gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Als mechanische Pulverisiermühle kann eine im Handel erhältliche Pulvermühle, wie "KTM" oder "KRYPTRON" (beide von der Firma Kawasaki Jukogyo K.K.) oder "TURBOMILL" (von der Firma Turbo Kogyo K.K.), so wie sie ist oder nach geeigneter Umkonstruktion Verwendung finden.
Es wird besonders bevorzugt, eine mechanische Pulvermühle, wie sie in den 3–5 gezeigt ist, zum Pulverisieren einer Pulverbeschickung (eines grob zerkleinerten schmelzgekneteten Produktes der Bestandteiles eines magnetischen Toners) zu verwenden.
Es wird nunmehr der Aufbau einer mechanischen Pulvermühle in Verbindung mit den 3–5 beschrieben. 3 zeigt schematisch eine Schnittansicht einer mechanischen Pulvermühle, 4 ist ein schematischer Schnitt D-D in 3, und 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Rotors 314 in 3. Wie in 3 gezeigt, besitzt die Pulvermühle ein Gehäuse 313, einen Mantel 316, einen Verteiler 220, einen Rotor 314, der ein Drehelement aufweist, das an einer Steuerdrehwelle 312 befestigt und im Gehäuse 313 angeordnet ist, wobei der Rotor 314 mit einer großen Zahl von Oberflächennuten (wie in 5 gezeigt) versehen und so ausgebildet ist, daß er sich mit hoher Geschwindigkeit dreht, einen Stator 310, der mit einem vorgegebenen Abstand vom Umfang des Rotors 314 angeordnet ist, so daß er den Rotor 314 umgibt, und mit einer großen Zahl von Oberflächennuten versehen ist, eine Zuführöffnung 311 zum Einführen der Pulverbeschickung und eine Abgabeöffnung 302 zum Abführen des pulverisierten Materiales.
Im Pulverisierbetrieb wird eine Pulverbeschickung mit einer vorgegebenen Rate von einem Trichter 240 und einem ersten Dosierer 315 durch die Zuführöffnung 311 in eine Prozesskammer eingeführt, in der die Pulverbeschickung in einem Moment unter der Wirkung eines Aufpralls, der zwischen dem sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden Rotor 314 und dem Stator 310 verursacht wird, welche jeweils mit einer großen Zahl von Oberflächennuten versehen sind, pulverisiert wird, wonach eine große Zahl von Wirbelströmen mit ultrahoher Geschwindigkeit auftritt und Hochfrequenzdruckvibrationen hierdurch verursacht werden. Das pulverisierte Produkt wird aus der Auslassöffnung 302 abgeführt. Luft, die die Pulverbeschickung fördert, strömt durch die Prozesskammer, die Auslassöffnung 302, ein Rohr 219, einen Sammelzyklon 209, ein Taschenfilter 222 und ein Sauggebläse 224, um aus dem System abgeführt zu werden.
Bei der Förderluft handelt es sich vorzugsweise um Kaltluft, die von einer Kaltlufterzeugungseinrichtung 321 erzeugt und zusammen mit der Pulverbeschickung eingeführt wird. Der Hauptkörper der Pulvermühle ist mit einem Mantel 316 abgedeckt, so daß ein Kühlmittelstrom oder Flüssigkeitsstrom (vorzugsweise eine nicht gefrierende Flüssigkeit, die Ethylenglykol etc. enthält) gebildet wird, um die Temperatur T1 in einer Verwirbelungskammer 212, die mit der Zuführöffnung 311 in Verbindung steht, auf 0°C oder weniger, bevorzugter –5 bis –2°C, wegen der Tonerproduktivität zu halten. Hierdurch kann das Auftreten eines übermäßig starken Temperaturanstiegs infolge der Pulverisierungshitze vermieden und eine wirksame Pulverisierung der Pulverbeschickung erreicht werden.
Die Kühlflüssigkeit wird in den Mantel 316 über eine Zuführöffnung 317 eingeführt und über eine Abgabeöffnung 318 abgeführt.
Im Pulverisierbetrieb wird bevorzugt, die Temperatur T1 in der Verwirbelungskammer 212 (Gasphaseneinlasstemperatur) und die Temperatur T2 in einer hinteren Kammer 320 (Gasphasenauslasstemperatur) so einzustellen, daß eine Temperaturdifferenz ΔT (= T2 – T1) von 30–80°C, bevorzugter von 35–75°C, noch bevorzugter von 37–72°C, erreicht wird, um auf diese Weise das Austreten von Wachs auf die Oberfläche der magnetischen Tonerpartikel zu unterdrücken und einen geringfügig mit Harz bedeckten Oberflächenzustand des magnetischen Eisenoxides zu schaffen sowie die Pulverbeschickung auf wirksame Weise zu pulverisieren. Eine Temperaturdifferenz ΔT von unter 30°C kann die Möglichkeit eines Kurzschlusses der Pulverbeschickung ohne wirksame Pulverisierung derselben beinhalten und ist daher in bezug auf die Tonereigenschaften unerwünscht. Andererseits kann eine Temperaturdifferenz ΔT > 80°C die Möglichkeit einer Überpulverisierung und die Schmelzhaftung von Tonerpartikeln an der Wand der Vorrichtung beinhalten, so daß damit die Tonerproduktivität nachteilig beeinflusst wird.
Die Pulverisierung der Pulverbeschickung durch eine mechanische Pulvermühle wurde in herkömmlicher Weise so durchgeführt, daß die Temperatur T1 der Verwirbelungskammer 2/2 und die Temperatur T2 der hinteren Kammer 320 gesteuert wurden, um hierdurch die Pulverisierung auf einer Temperatur unter Tg (der Glasübergangstemperatur) des Harzes zu halten. Um jedoch einen magnetischen Toner zu erzeugen, der die vorstehend genannten Eigenschaften aufweist, wird bevorzugt, die Temperatur T2 der hinteren Kammer auf einen Tg-Wert von –10°C bis +5°C, bevorzugter von –5°C bis 0°C, einzustellen, um die tatsächliche Pulverisierung bei einer Temperatur (d.h. Partikeloberflächentemperatur im Pulverisierbereich) bei einem Tg-Wert von –5°C bis +10°C durchzuführen. Wenn dieser Temperaturbereich eingehalten wird, wird ein Abschnitt des magnetischen Eisenoxides auf der Partikeloberfläche des magnetischen Toners mit einem Dünnfilm des Harzes bedeckt, so daß ein geeigneter Expositionsgrad des magnetischen Eisenoxides erreicht und auf diese Weise ein magnetischer Toner erzeugt wird, der die vorstehend erwähnte Methanolbenetzbarkeitscharakteristik besitzt und ein gewünschtes Aufladeverhalten, d.h. ein hohes triboelektrisches Aufladeverhalten unter Vermeidung einer übermäßigen Aufladung, aufweist. Durch Steuern der Temperatur T2 in dem vorstehend erwähnten Temperaturbereich wird es möglich, auf wirksame Weise die grobzerkleinerte Pulverbeschickung zu pulverisieren.
Wenn T2 unter dem Tg-Wert von –10°C liegt, wird die Pulverbeschickung nur über die mechanische Prallkraft pulverisiert, wobei das magnetische Eisenoxid mit einer hohen Expositionsrate bei einer geringeren Methanolbenetzbarkeit (geringeren Hydrophobizität) auf der Tonerpartikeloberfläche exponiert ist, was zu einem schlechten Entwicklungsverhalten führt, wie vorstehend beschrieben.
Wenn andererseits T2 über dem Tg-Wert von 5°C liegt, wird die Tonerpartikeloberfläche mit überschüssiger Wärme versorgt, so daß ein dicker Harzüberzug über dem magnetischen Eisenoxid erzeugt wird, was zu einer höheren Methanolbenetzbarkeit (höheren Hydrophobizität) und Entwicklungsfehlern, wie Trübungen und Geisterbildern, führt.
Bei der Pulverisierung der zerkleinerten Pulverbeschickung über eine mechanische Pulvermühle wird bevorzugt, die Temperatur der Pulverbeschickung zu erhöhen, so daß die Temperatur des Harz-Tg-Wertes in einem Bereich von –20°C bis +5°C, bevorzugter von –20°C bis 0°C, liegt. Durch Einstellung der Beschickungstemperatur in diesem Temperaturbereich kann die zerkleinerte Pulverbeschickung in einfacher Weise eine thermische Verformung erfahren, so daß die hydrophoben Tonerkomponenten, wie das Harz und das Wachs, ohne weiteres zur Tonerpartikeloberfläche austreten können und somit für einen geeigneten Oberflächenbedeckungszustand des magnetischen Toners der vorliegenden Erfindung sorgen.
Der Rotor 314 kann vorzugsweise so gedreht werden, daß er eine Umfangsgeschwindigkeit von 80–180 m/s, bevorzugter von 90–170 m/s, noch bevorzugter von 100–160 m/s, besitzt. Hierdurch wird es möglich, eine unzureichende Pulverisierung oder eine Überpulverisierung zu unterdrücken, die Isolation von magnetischen Eisenoxidpartikeln infolge einer Überpulverisierung zu unterdrücken und eine wirksame Pulverisierung der Pulverbeschickung zu erreichen. Eine Umfangsgeschwindigkeit unter 80 m/s des Rotors 314 kann zu einem Kurzschluß ohne Pulverisierung der Beschickung und somit zu schlechteren Tonereigenschaften führen. Eine Umfangsgeschwindigkeit über 180 m/s des Rotors führt zu einer Überbelastung der Vorrichtung und kann zu einer Überpulverisierung führen, die eine Oberflächenverschlechterung der Tonerpartikel aufgrund von Wärme und eine Schmelzhaftung der Tonerpartikel an der Vorrichtungswand mit sich bringt.
Ein derartiger Rotor und Stator einer mechanischen Pulvermühle bestehen häufig aus einem Kohlenstoffstahl, wie S45C, oder einem Chrom-Molybdän-Stahl, wie SCM. Diese Stahlmaterialien besitzen jedoch keine ausreichende Verschleißfestigkeit, so daß ein häufiger Austausch des Rotors und Stators erforderlich ist. Daher können die Stator- und Rotoroberflächen vorzugsweise einer Antiverschleißbehandlung unterzogen worden sein, wie beispielsweise einer Antiverschleißplattierung oder einer Überzugsbehandlung mit einer selbstfließenden Legierung. Dies ist auch wirksam, um auf gleichmäßige Weise eine Tonerpartikeloberfläche mit einer geeigneten Methanolbenetzbarkeit zu schaffen.
Wenn eine Antiverschleißbehandlung mit einer verschleißfesten Plattierung oder einer selbstfließenden Legierung durchgeführt wird, ist es möglich, einen Rotor und Stator zu erzeugen, die eine hohe Oberflächenhärte und hohe Verschleißfestigkeit besitzen und somit eine lange Lebensdauer aufweisen. Die auf diese Weise gebildete gleichmäßig glatte Oberfläche führt zu einem niedrigeren Reibungskoeffizienten, der für eine längere Lebensdauer sorgt und die Erzeugung von gleichmäßigen Tonereigenschaften ermöglicht. Der der Antiverschleißbehandlung unterzogene Rotor oder Stator kann des desweiteren einer Oberflächenrauhigkeitseinstellbehandlung, beispielsweise durch Polieren, wie Buffieren oder Strahlen, wie Sandstrahlen, unterzogen werden.
Der Rotor und Stator können vorzugsweise eine Oberflächenhärte (Vickers-Härte) von 400–1300, bevorzugter von 50–1250, besonders bevorzugt von 900–1230, gemessen unter einer Belastung von 0,4903 N über eine Zeitdauer von 30 sec, aufweisen.
Durch die Verwendung eines derartigen Rotors und/oder Stators, der einer Antiverschleißbehandlung, wie beispielsweise über eine verschleißfeste Plattierung oder eine selbstfließende Legierung, unterzogen wurde, wird nicht nur der Verschleiß der Pulverisierungsoberfläche dieser Elemente reduziert, so daß sie eine längere Lebensdauer erhalten, sondern auch eine niedrigere Umfangsgeschwindigkeit des Rotors erzielt, um einen gewünschten Pulverisierungseffekt infolge der höheren Oberflächenhärte zu erreichen, so daß auf diese Weise die Pulverisierungsbelastung erniedrigt oder die Pulverisierleistung erhöht wird. Dies ermöglicht auch eine weitere Stabilisierung der Tonerproduktqualitäten.
Des weiteren können der Rotor 314 und der Stator 310 vorzugsweise so angeordnet sein, daß sie einen minimalen Spalt hierzwischen von 0,5–10,0 mm, bevorzugter von 1,0–5,0 mm, besonders bevorzugt von 1,0–3,0 mm, aufweisen.
Infolgedessen wird es möglich, eine unzureichende Pulverisierung oder eine Überpulverisierung zu unterdrücken und eine wirksame Pulverisierung der Pulverbeschickung zu erreichen. Ein Spalt, der 10,0 mm zwischen dem Rotor 314 und dem Stator 310 übersteigt, kann einen Kurzschluß ohne Pulverisierung der Pulverbeschickung verursachen und auf diese Weise die Tonereigenschaften nachteilig beeinflussen. Ein Spalt, der geringer ist als 0,5 mm, bewirkt eine Überbelastung der Vorrichtung und kann zu einer Überpulverisierung führen. Eine derartige Überpulverisierung kann auch eine Oberflächenverschlechterung der Tonerpartikel infolge von Wärme und eine Schmelzhaftung der Tonerpartikel an der Wand der Vorrichtung bewirken.
Bei dem Pulverisierungsprozeß, bei dem von einer mechanischen Pulverisiermühle Gebrauch gemacht wird, werden Tonerbestandteile, die mindestens das Bindemittelharz und das magnetische Eisenoxid umfassen, schmelzgeknetet und gekühlt, und das grob zerkleinerte und auf diese Weise erzeugte Produkt wird als Pulverbeschickung der mechanischen Pulverisiermühle zugeführt. Wie vorstehend erwähnt, wird bevorzugt, die grob zerkleinerte Pulverbeschickung auf eine Temperatur in einem Bereich von –25°C bis +5°C des Tg-Wertes (Glasübergangstemperatur) des Bindemittelharzes zu erwärmen, bevor die Pulverbeschickung der mechanischen Pulvermühle zugeführt wird. Im Pulverisierungsprozeß unter Verwendung einer mechanischen Pulvermühle ist ein erster Klassierungsschritt zum Klassieren des grob zerkleinerten Produktes nicht erforderlich, so daß die Notwendigkeit vermieden werden kann, daß Agglomerate der Feinpulverfraktion von der mechanischen Pulvermühle einem zweiten Klassierschritt zugeführt werden müssen, um für den ersten Klassierschritt recycelt zu werden. Auf diese Weise kann eine Überpulverisierung vermieden werden, so daß das Auftreten von ultrafeinem Pulver verhindert und für eine verbesserte Klassierausbeute gesorgt wird. Zusätzlich zu dem einfachen Aufbau ist im Gegensatz zu einer pneumatischen Pulvermühle keine große Luftmenge erforderlich, um die Pulverbeschickung zu pulverisieren, so daß der Energieverbrauch reduziert wird und die Energiekosten für die Herstellung verringert werden.
Die magnetischen Tonerpartikel der vorliegenden Erfindung können vorzugsweise eine spezifische BET-Oberfläche (S_BET) von 0,7–1,3 m²/g, bevorzugter von 0,8–1,25 m²/g, weiter bevorzugt von 0,85–1,20 m²/g, aufweisen. Angesichts der kombinierten Pulverisierungsbedingungen können magnetische Tonerpartikel mit einer spezifischen BET-Oberfläche in dem vorstehend genannten Bereich eine ausreichende Ladung pro Flächeneinheit erhalten, so daß eine beständige Bilddichte über einen langen Zeitraum erzielt wird. Wenn der Wert S_BET unter 0,7 m²/g liegt, kann der magnetische Toner eine hohe Aufladung als Absolutwert erhalten, da eine große Ladungsdichte pro Flächeneinheit vorhanden ist, was zu einem unerwünschten Phänomen, wie einer Trübung oder einem Geisterbild, führen kann. Wenn andererseits der Wert S_BET über 1,3 m²/g liegt, kann der magnetische Toner eine unzureichende Aufladung wegen einer geringen Ladungsdichte pro Flächeneinheit aufweisen, was zu einem unerwünschten Phänomen, wie einer geringen Bilddichte, führen kann.
Die hier beschriebenen Werte der spezifischen Oberfläche (S_BET) basieren auf Werten, die mit einem Messgerät zur Bestimmung der spezifischen Oberfläche ("GEMINI 2375", hergestellt von der Firma Shimadzu-Seisakusho) gemäß dem BET-Mehrpunktverfahren unter Verwendung von Stickstoff als Adsorbatgas gemessen wurden.
Das Bindemittelharz für den magnetischen Toner der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 45–80°C, bevorzugter von 50–70°C, besitzen, um eine gute Lagerbeständigkeit zu erreichen. Wenn Tg unter 45°C liegt, können sich die Eigenschaften des magnetischen Toners in einer Umgebung mit hoher Temperatur verschlechtern, und es kann zu einem Fixierungsversatz kommen. Wenn Tg über 80°C liegt, kann der magnetische Toner ein schlechteres Fixiervermögen besitzen.
Die hier beschriebenen Glasübergangstemperaturwerte (Cp) basieren auf Werten, die unter Verwendung eines Differentialscanningcalorimeters ("DSC-7", hergestellt von der Firma Perkin-Elmer Corp.) in der folgenden Weise gemessen wurden.
Eine Probe in einer Menge von 0,5–2 mg, vorzugsweise von 1 mg, wird in einer Aluminiumschale angeordnet und zusammen mit einer leeren Aluminiumschale als Referenz einem Heiß-Kühl-Zyklus unterzogen, der ein erstes Er hitzen in einem Bereich von 20–180°C mit 10°C/min, ein Kühlen in einem Bereich von 180–20°C mit 10°C/min und ein zweites Erhitzen in einem Bereich von 10–180°C mit 10°C/min umfasst. Auf der Basis der zweiten Erhitzungs-DSC-Kurve wird eine Mittellinie zwischen Basislinien vor und nach einem Wärmeabsorptionspeak gezogen, und die Temperatur am Schnittpunkt der Mittellinie mit der zweiten Erhitzungs-DSC-Kurve wird als Tg-Wert des Bindemittelharzes genommen.
Für die Herstellung des magnetischen Toners gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Wachskomponente vorher in das Bindemittelharz eingemischt und dispergiert werden. Es wird besonders bevorzugt, eine Bindemittelzusammensetzung durch vorbereitendes Lösen einer Wachskomponente und eines hochmolekularen Polymers in einem Lösungsmittel und Mischen der entstandenen Lösung mit einer Lösung eines Polymers mit niedrigem Molekulargewicht herzustellen. Durch das einleitende Vermischen der Wachskomponente und des Polymers mit hohem Molekulargewicht wird es möglich, eine mikroskopische Phasentrennung zu verhindern und einen guten Dispersionszustand mit dem Polymer mit niedrigem Molekulargewicht zu erreichen, ohne eine erneute Agglomeration der Komponente mit hohem Molekulargewicht zu verursachen.
Die Molekulargewichtsverteilung eines Toners oder Bindemittelharzes kann in der folgenden Weise durch GBC (Gelpermeationschromatographie unter Verwendung von THF (Tetrahydrofuran) als Lösungsmittel in der folgenden Weise gemessen werden.
In der GBC-Vorrichtung wird eine Säule in einer Wärmekammer bei 40°C stabilisiert. Man lässt Tetrahydrofuran (THF)-Lösungsmittel durch die Säule bei dieser Temperatur mit 1 ml/min strömen, und es werden ca. 100 μl der Probenlösung in THF injiziert. Die Identifizierung des Probenmolekulargewichtes und von dessen Verteilung wird auf der Basis einer Kalibrierungskurve durchgeführt, die unter Verwendung von diversen monodispersen Polystyrolproben erhalten wurde und die im logarithmischen Maßstab das Molekulargewicht in Abhängigkeit von der gezählten Zahl aufweist. Die Standardpolystyrolproben können von der Firma Toso K.K. oder der Firma Showa Denko erhältlich sein. Es ist geeignet, mindestens 10 Standardpolystyrolproben mit Molekulargewichten von ca. 10² bis 10⁷ zu verwenden. Bei dem Detektor kann es sich um einen RI(Brechungsindex)Detektor handeln. Es ist geeignet, die Säule als Kombination von diversen handelsüblichen Polystyrolsäulen auszubilden. Beispielsweise ist es möglich, eine Kombination aus Shodex GPC KF-801, 802, 803, 804, 805, 806, 807 und 808 P, erhältlich von der Firma Showa Denko K.K., oder eine Kombination aus TSKgel G1000H (H_XL), G2000H (H_XL), G3000H (H_XL), G4000H (H_XL), G5000H (H_XL), G7000H (H_XL) und einer TSKguard-Säule, erhältlich von der Firma Toso K.K., zu verwenden.
Eine GPC-Probenlösung wird in der folgenden Weise hergestellt.
Eine Probe wird zu THF gegeben und über diverse Stunden stehengelassen. Dann wird die Mischung gut geschüttelt, bis die Probenmasse verschwindet, und weiter über mindestens 24 h stehengelassen. Danach lässt man das Gemisch einen Probenbehandlungsfilter mit einer Porengröße von 0,45–0,5 μm ("MAISHORI DISK H-25-2", erhältlich von der Firma Toso K.K., oder "EKIKURO DISK", erhältlich von der Firma German Science, Japan, K.K.) passieren, um eine GPC-Probe mit einer Harzkonzentration von 0,5–5 mg/ml zu erhalten.
Beispiele der Bindemittelharzspezies zur Ausbildung des magnetischen Toners der vorliegenden Erfindung können sein: Styrolharz, Styrolcopolymerharz, Polyesterharz, Polyolharz, Polyvinylchloridharz, Phenolharz, mit natürlichem Harz modifiziertes Phenolharz, mit natürlichem Harz modifiziertes Maleinsäureharz, Acrylharz, Methacrylharz, Divinylacetat, Siliconharz, Polyurethanharz, Polyamidharz, Furanharz, Epoxidharz, Xylolharz, Polyvinylbutyral, Terpenharz, Cumaron-Indenharz und Petroleumharz.
Beispiele von Comonomeren zur Erzeugung von Styrolcopolymeren zusammen mit Styrolmonomer können sein: Styrolderivate, wie Vinyltoluole; Acrylsäure; Acrylate, wie Methylacrylat, Ethylacrylat, Butylacrylat, Dodecylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat und Phenylacrylat; Methacrylsäure; Methacrylate, wie Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Butylmethacrylat, Dodecylmethacrylat, Octylmethacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat und Phenylmethacrylat; ungesättigte Dicarbonsäuren und Mono- oder Diester hiervon, wie Maleinsäure, Maleinanhydrid, Monobutylmaleat, Methylmaleat und Dimethylmaleat; Acrylamid, Methacrylamid, Acrylnitril, Methacrylnitril; Butadien; Vinylchlorid, Vinylacetat, Vinylbenzoat; Ethylolefine, wie Ethylen, Propylen und Butylen; Vinylketone, wie Vinylmethylketon und Vinylhexylketon; und Vinylether, wie Vinylmethylether, Vinylethylether und Vinylisobutylether. Diese Vinylmonomere können einzeln oder im Gemisch von zwei oder mehr Arten verwendet werden.
Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Bindemittelharz kann vorzugsweise einen Säurewert von 1–100 mgKOH/g, bevorzugter von 1–70 mgKOH/g, aufweisen.
Bevorzugte Beispiele von Monomeren, die zum Einstellen des Säurewertes des Bindemittelharzes verwendet werden, können sein: Acrylsäure und α- und β-Alkylderivate hiervon, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, α-Ethylacrylsäure, Crotonsäure, Cinnamonsäure, Vinylessigsäure, Isocrotonsäure und Angelikasäure; und ungesättigte Dicarbonsäuren, wie Fumarsäure, Maleinsäure, Citraconsäure, Alkenylsucceninsäure, Itaconsäure, Mesconsäure, Dimethylmaleinsäure und Dimethylfumarsäure sowie Monoesterderivate oder Anhydride hiervon. Diese Monomere können allein oder im Gemisch von zwei oder mehr Arten zusammen mit einem anderen Monomer verwendet werden, um ein gewünschtes Copolymer zu liefern. Hiervon kann vorzugsweise ein Monoesterderivat der ungesättigten Dicarbonsäure verwendet werden, um den Säurewert zu steuern.
Spezielle Beispiele können sein: Monoester von α, β-ungesättigten Dicarbonsäuren, wie Monomethylmaleat, Monoethylmaleat, Monobutylmaleat, Monooctylmaleat, Monoal lylmaleat, Monophenylmaleat, Monomethylfumarat, Monobutylfumarat und Monophenylfumarat; und Monoester von Alkenyldicarbonsäuren, wie Monobutyl n-Butenylsuccinat, Monomethyl n-Octenylsuccinat, Monoethyl n-Butenylmalonat, Monomethyl n-Dodecenylglutarat und Monobutyl n-Butenyladipat.
Das vorstehend erwähnte den Säurewert einstellende Monomer (eine Carboxylgruppe enthaltendes Monomer) kann in einem Anteil von 0,1–20 Gewichtsteilen, vorzugsweise 0,2–15 Gewichtsteilen, pro 100 Gewichtsteile des Gesamtmonomers, das das Bindemittelharz bildet, enthalten sein.
Das Bindemittelharz kann über einen Polymerisationsprozeß, wie Lösungspolymerisation, Emulsionspolymerisation oder Suspensionspolymerisation, synthetisiert werden.
Hiervon ist die Emulsionspolymerisation ein Prozeß, bei dem ein im wesentlichen wasserunlösliches Monomer in kleinen Tropfen in einem wässrigen Medium dispergiert und unter Verwendung eines wasserlöslichen Polymerisationsinitiators polymerisiert wird. In diesem Prozeß ist die Steuerung der Reaktionswärme einfach. Eine Polymerisationsphase (d.h. eine ein Polymer und ein Monomer umfassende Ölphase) ist eine Phase, die von der Dispersionsmediumphase (Wasser) getrennt ist, um eine niedrigere Endreaktionsgeschwindigkeit zu erreichen, die eine hohe Polymerisationsgeschwindigkeit und ein Polymer mit einem hohen Polymerisationsgrad ermöglicht. Des weiteren ist der Polymerisationsprozeß relativ einfach, und es werden feinkörnige Polymerisatpartikel erhalten, die in einfacher Weise mit anderen Tonerbestandteilen, wie einem Farbmittel und einem Ladungssteuermittel, vermischt werden können. Dies sind vorteilhafte Merkmale des Verfahrens zur Herstellung eines Tonerbindemittelharzes.
Bei der Emulsionspolymerisation kann jedoch das Polymerprodukt mit einem zugesetzten Emulgator verunreinigt werden, und die Gewinnung des Polymerisates macht einen Trennschritt, wie Aussalzen, erforderlich. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist eine Suspensionspolymerisation zweckmäßig.
Bei der Suspensionspolymerisation können maximal 100 Gewichtsteile, vorzugsweise 10–90 Gewichtsteile, eines Monomers in 100 Gewichtsteilen eines wässrigen Mediums in Gegenwart eines Dispergiermittels, wie Polyvinylalkohol (oder teilweise verseiftes Polyvinylacetat) oder Calciumphosphat in einem Anteil von beispielsweise 0,05–1 Gewichtsteil pro 100 Gewichtsteile des wässrigen Mediums, dispergiert werden. Die Polymerisationstemperatur kann um 50–95°C liegen und in geeigneter Weise in Abhängigkeit vom verwendeten Initiator und vom Zielpolymer ausgewählt werden.
Es wird bevorzugt, daß das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Bindemittelharz durch Polymerisation in Gegenwart eines polyfunktionellen Polymerisationsinitiators allein oder in Kombination mit einem monofunktionellen Polymerisationsinitiator geformt wird.
Spezielle Beispiele des polyfunktionellen Polymerisationsinitiators sind: Polyfunktionelle Polymerisationsinitiatoren mit zwei oder mehr polymerisationsinitiierenden funktionellen Gruppen, wie Peroxidgruppen, in einem Molekül, einschließlich 1,1-di-t-butylperoxy-3,3,5-trimethylcyclohexan, 1,3-bis(t-butylperoxyisopropyl) benzol, 2,5-dimethyl-2,5-(t-butylperoxy)hexan, tris(t-butylperoxy)triacin, 1,1-di-t-butylperoxycyclohexan, 2,2-di-t-butylperoxybutan, 4,4-di-t-butylperoxyvaleriansäure-n-butylester, di-t-butylperoxyhexahydroterephthalat, di-t-butylperoxyazelat, di-t-butylperoxytrimethyladipat, 2,2-bis(4,4-di-t-butylperoxycyclohexyl)-propan und 2,2-t-butylperoxyoctan; und polyfunktionelle Polymerisationsinitiatoren mit sowohl einer polymerisationsinitiierenden funktionellen Gruppen, wie einer Peroxygruppe, als auch einer polymerisierbaren ungesättigten Gruppe einschließlich Diallylperoxydicarbonat, t-Butylperoxymaleinsäure, t-Butylperoxyallylcarbonat und t-Butylperoxyisopropylfumarat.
Hiervon sind bevorzugte Beispiele: 1,1-d-t-Butylperoxy-3,3,5-trimethylcyclohexan, 1,1-di-t-Butylperoxycyclohexan, di-t-Butylperoxyhexahydroterephthalat, di-t-Butylperoxazelat, 2,2-bis(4,4-di-t-butylperoxycyclohexyl) propan und t-Butylperoxyallylcarbonat.
Ein derartiger polyfunktioneller Polymerisationsinitiator kann vorzugsweise in Kombination mit einem monofunktionellen Polymerisationsinitiator verwendet werden, um ein Tonerbindemittelharz zu schaffen, das diverse Eigen schaften aufweist. Es wird besonders bevorzugt, einen monofunktionellen Polymerisationsinitiator mit einer Halbwertzeitzersetzungstemperatur von 10 Stunden (d.h. einer Zersetzungstemperatur mit einer Halbwertzeit von 10 Stunden), die geringer ist als die des in Kombination damit verwendeten polyfunktionellen Polymerisationsinitiators, zu erzeugen. Spezielle Beispiele eines derartigen monofunktionellen Polymerisationsinitiators sind: organische Peroxide, wie Benzoylperoxid, 1,1-di-(t-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan, n-Butyl 4,4-di(t-butylperoxy)valerat, Dicumylperoxid, α, α'-bis(t-butylperoxydiisopropyl)benzol, t-Butylperoxy-cumen und di-t-Butylperoxid; sowie Azo- und Diazo-Verbindungen, wie Azobisisobutyronitril und Diazoaminoazobenzol.
Ein derartiger monofunktioneller Polymerisationsinitiator kann dem Monomer gleichzeitig mit dem polyfunktionellen Polymerisationsinitiator zugesetzt werden, kann jedoch vorzugsweise dem Polymerisationssystem nach dem Ablauf der Halbwertzeit des polyfunktionellen Polymerisationsinitiators zugegeben werden, um die richtige Funktion und Effizienz des polyfunktionellen Polymerisationsinitiators sicherzustellen.
Der Polymerisationsinitiator bzw. die Polymerisationsinitiatoren können vorzugsweise im Hinblick auf die Effizienz mit 0,05–2 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des Monomers verwendet werden.
Es wird ferner bevorzugt, daß das Bindemittelharz eine vernetzte Struktur aufweist, die durch Verwendung eines Vernetzungsmonomers gebildet wird. Dieses Vernetzungsmonomer kann prinzipiell ein Monomer mit zwei oder mehr polymerisierbaren Doppelbindungen aufweisen. Beispiele hiervon sind: Aromatische Divinylverbindungen, wie Divinylbenzol und Divinylnaphthalin; Diacrylatverbindungen, an die eine Alkylkette gebunden ist, wie Ethylglycoldiacrylat, 1,3-Butylenglycoldiacrylat, 1,4-Butandioldiacrylat, 1,5-Pentandiolacrylat, 1,6-Hexandioldiacrylat und Neopentylglycoldiacrylat, und Verbindungen, die durch Substituieren der Acrylatgruppen in den vorstehenden Verbindungen durch Methacrylatgruppen erhalten werden; Diacrylatverbindungen, an die eine Alkylkette einschließlich einer Etherbindung gebunden ist, wie Diethylenglykoldiacrylat, Triethylenglykoldiacrylat, Tetraethylenglykoldiacrylat, Polyethylenglykol # 400 Diacrylat, Polyethylenglykol # 600 Diacrylat, Dipropylenglykoldiacrylat und Verbindungen, die durch Substituieren der Acrylatgruppen in den obigen Verbindungen durch Methacrylatgruppen erhalten werden; Diacrylatverbindungen, an die eine Kette gebunden ist, die eine aromatische und eine Etherbindung enthält, wie Polyoxyethylen (2)-2,2-bis(4-Hydroxyphenyl)propandiacrylat, Polyoxyethylen(4)-2,2-bis(4-hydroxyphenyl)-propandiacrylat, und Verbindungen, die durch Substituieren der Acrylatgruppen in den obigen Verbindungen durch Methacrylatgruppen erhalten werden; und Diacrylatverbindungen vom Polyestertyp, wie sie durch die Marke MANDA (erhältlich von der Firma Nihon Kayaku K.K.) bekanntgeworden sind; polyfunktionelle Vernetzungsmittel, wie Pentaerythritoltriacrylat, Trimethylolethantriacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Tetramethylolmethantetracry lat, Oligoesteracrylat, und Verbindungen, die durch Substituieren der Acrylatgruppen in den obigen Verbindungen durch Methacrylatgruppen erhalten werden; Triallylcyanurat und Triallyltrimellitat.
Ein derartiges Vernetzungsmittel kann in einer Menge von 0,00001–1 Gewichtsteil, vorzugsweise 0,001–0,5 Gewichtsteil, pro 100 Gewichtsteile der anderen Monomeren zur Ausbildung des Bindemittelharzes verwendet werden.
Unter den Vernetzungsmonomeren werden aromatische Divinylverbindungen, insbesondere Divinylbenzol, und die Acrylatverbindungen, an die eine Kette gebunden ist, die eine aromatische Gruppe und eine Etherbindung enthält, besonders bevorzugt.
Als anderes Verfahren zum Synthetisieren des Bindemittelharzes ist es auch möglich, eine Blockpolymerisation oder Lösungspolymerisation durchzuführen. Die Blockpolymerisation kann ein Polymer mit niedrigem Molekulargewicht liefern, indem die Endreaktionsgeschwindigkeit durch Polymerisation bei einer hohen Temperatur beschleunigt wird, ist jedoch mit Schwierigkeiten der Reaktionssteuerung versehen. Im Gegensatz hierzu kann über Lösungspolymerisation in einfacher Weise ein Polymer eines gewünschten Molekulargewichtes unter moderaten Bedingungen durch Ausnutzung einer Differenz in der Kettenübertragungsfunktion in Abhängigkeit von einem Lösungsmittel und durch Einstellen der Initiatormenge oder der Reaktionstemperatur erzeugt werden, so daß die Lösungspolymerisation daher bevorzugt wird. Es wird ferner bevorzugt, die Lösungspolymerisation unter einem erhöhten Druck durchzuführen, um die Menge des Initiators und den nachteiligen Effekt, der auf das Zurückbleiben des Polymerisationsinitiators zurückzuführen ist, zu minimieren.
Bei der Verwendung eines Polyesterharzes als Bindemittelharz kann ein derartiges Polyesterharz aus den nachfolgenden Alkohol- und Säurekomponenten hergestellt werden.
Beispiele einer zweiwertigen Alkoholkomponente können sein: Ethylenglycol, Propylenglycol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, 2,3-Butandiol, Diethylenglycol, Triethylenglycol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, Neopentylglycol, 2-Ethyl-1,3-Hexandiol, hydriertes Bisphenol A und Bisphenolderivate, gekennzeichnet durch die nachfolgende Formel (E):
worin R eine Ethylen- oder Propylengruppe und x und y unabhängig voneinander eine ganze Zahl von mindestens 0 bedeuten, unter der Voraussetzung, daß der Durchschnitt von x + y in einem Bereich von 0–10 liegt; Diole, gekennzeichnet durch die nachfolgende Formel (F):
worin R' bedeutet
und x' und y' unabhängig voneinander eine ganze Zahl von mindestens 0 bedeuten, unter der Voraussetzung, daß der Durchschnitt von x' + y' in einem Bereich von 0–10 liegt.
Beispiele einer dibasischen Säure können sein: Benzoldicarbonsäuren und Anhydride sowie niedrigere Alkylester hiervon, wie Phthalsäure, Terephthalsäure, Isopthalsäure und Phthalanhydrid; Alkyldicarbonsäuren, wie Succininsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure, Azelainsäure und deren Anhydride und niedrigere Alkylester; sowie ungesättigte Dicarbonsäuren, wie Fumarsäure, Maleinsäure, Citraconsäure und Itaconsäure und ihre Anhydride und niedrigere Alkylester.
Es ist möglich, eine Polycarbonsäure und/oder einen mehrwertigen Alkohol mit drei oder mehr funktionellen Gruppen einzuarbeiten, die bzw. der als Vernetzungskomponente wirkt.
Beispiele des mehrwertigen Alkohols mit mindestens drei Hydroxylgruppen können sein: Sorbitol, 1,2,3,6-Hexantetrol, 1,4-Sorbitan, Pentaerythritrol, Dipentaerythri trol, Tripentaerythritrol, Succrose, 1,2,4-Butantriol, 1,2,5-Pentantriol, Glycerol, 2-Methylpropantriol, 2-Methyl-1,2,4-Butantriol, Trimethylolethan, Trimethylolpropan und 1,3,5-Trihydroxybenzol.
Beispiele der Polycarbonsäure mit mindestens drei Carboxylgruppen können Polycarbonsäuren und Derivate hiervon umfassen einschließlich: Trimellitsäure, Pyromellitsäure, 1,2,4-Benzoltricarbonsäure, 1,2,5-Benzoltricarbonsäure, 2,5,7-Naphthalintricarbonsäure, 1,2,4-Naphthalintricarbonsäure, 1,2,4-Butantricarbonsäure, 1,2,5-Hexantricarbonsäure, 1,3-Dicarboxyl-2-methyl-2-methylencarboxypropan, Tetra(Methylencarboxyl)methan, 1,2,7,8-Octan-tetracarbonsäure, Empoltrimmersäure und Anhydride und niedrigere Alkylester hiervon; und Tetracarbonsäuren, gekennzeichnet durch die nachfolgende Formel, sowie Anhydride und niedrigere Alkylester hiervon:
worin X eine Alkylengruppe oder Alkenylengruppe mit 5 bis 30 C-Atomen und mindestens einer Seitenkette mit mindestens 3 C-Atomen bedeutet.
Das Polyesterharz kann vorzugsweise 40–60 Mol%, bevorzugter 45–55 Mol%, des Alkohols und 60–40 Mol%, bevorzugter 55–45 Mol%, der Säure enthalten. Es wird bevorzugt, den mehrwertigen Alkohol und/oder die mehrbasige Carbonsäure mit mindestens drei funktionellen Gruppen in einem Anteil von 5–60 Mol% des gesamten Alkohols und der gesamten Säure einzuarbeiten.
Das Polyesterharz kann durch übliche Polykondensation hergestellt werden.
Der magnetische Toner der vorliegenden Erfindung kann des weiteren ein Wachs enthalten. Beispiele hiervon sind: aliphatische Kohlenwasserstoffwachse, wie Polyethylen mit niedrigem Molekulargewicht, Polypropylen mit niedrigem Molekulargewicht, Polyolefincopolymere, Polyolefinwachs, microkristallines Wachs, Paraffinwachs und Fischer-Tropsch-Wachsoxide von aliphatischen Kohlenwasserstoffwachsen, wie oxidiertes Polyethylenwachs, und Blockcopolymere hiervon; Wachse, die hauptsächlich aliphatische Säureester enthalten, wie Montansäureesterwachs und Castorwachs; Pflanzenwachse, wie Candellilawachs, Carnaubawachs und Holzwachs; tierische Wachse, wie Bienenwachs, Lanolin und Walwachs; Mineralwachse, wie Ozocerit, Ceresin und Petroractum; partiell oder vollständig deazidifizierte aliphatische Säureester, wie deazidifiziertes Carnaubawachs. Weitere Beispiele sind: gesättigte lineare aliphatische Säuren, wie Palmitinsäure, Stearinsäure und Montansäure, und langkettige Alkylcarbonsäuren mit längeren Alkylketten; ungesättigte aliphatische Säuren, wie Brassidinsäure, Eleostearinsäure und Valinarinsäure; gesättigte Alkohole, wie Stearylalkohol, Eicosylalkohol, Behenylalkohol, Carnaubylalkohol, Cerylalkohol und Melissylalkohol und langkettige Alkylalkohole mit längeren Alkylgruppenketten; mehrwertige Alkohole, wie Sorbitol, aliphatische Säureamide, wie Linolensäureamid, Oleinsäureamid und Laurinsäureamid; gesättigte aliphatische Säurebisamide, wie Methylen-bisstearinsäureamid, Ethylenbiscoprinsäureamid, Ethylen-bislaurinsäureamid und Hexamethylenbissterarinsäureamid; ungesättigte aliphatische Säureamide, wie Ethylen-bisoleinsäureamid, Hexamethylenbisoleinsäureamid, N,N'-dioleyladipinsäureamid und N,N-dioleylsebacinsäureamid; aromatische Bisamide, wie m-Xylol-bisstearinsäureamid und N,N'-Stearylisophthalsäureamid; aliphatische Säuremetallseifen (generell als Metallseifen bezeichnet), wie Calciumstearat, Calciumstearat, Zinkstearat und Magnesiumstearat; Wachse, erhalten durch das Aufpropfen von Vinylmonomeren, wie Styrol und Acrylsäure, auf aliphatische Kohlenwasserstoffwachse; partiell veresterte Produkte zwischen einer aliphatischen Säure und mehrwertigen Alkoholen, wie Beheninsäuremonoglycerid; und Methylesterverbindungen mit Hydroxylgruppen, erhalten durch Hydrieren von Pflanzenöl und Fett.
Es wird auch bevorzugt, ein Wachs mit einer engeren Molekulargewichtsverteilung oder einer reduzierten Menge an Verunreinigungen, wie eine feste aliphatische Säure mit niedrigem Molekulargewicht, einen festen Alkohol mit niedrigem Molekulargewicht oder eine feste Verbindung mit niedrigem Molekulargewicht, über das Pressschwitzverfahren, das Lösungsmittelverfahren, eine Rekristallisation, eine Vakuumdestillation, eine superkritische Gasextraktion oder eine fraktionierte Kristallisation zu verwenden.
Der magnetische Toner gemäß der vorliegenden Erfindung enthält magnetisches Eisenoxid, das auch als Farbmittel wirkt. Dieses magnetische Eisenoxid kann Eisenoxidpartikel enthalten, wie Magnetit, Maghemit oder Ferrit. Es wird bevorzugt, solche magnetische Eisenoxidpartikel zu verwenden, die auch ein Nichteisenelement an ihrer Oberfläche oder in ihrem Inneren in einem Anteil von 0,05–10 Gew.%, bevorzugter von 0,1–5 Gew.%, von Fe enthalten.
Es wird bevorzugt, das Nichteisenelement aus Magnesium, Silicium, Phosphor und Schwefel auszuwählen. Beispiele von anderen Nichteisenelementen können sein: Lithium, Beryllium, Phosphor, Germanium, Titan, Zirkon, Zinn, Blei, Zink, Calcium, Barium, Scandium, Vanadium, Chrom, Mangan, Cobalt, Kupfer, Nickel, Gallium, Indium, Silber, Palladium, Gold, Quecksilber, Platin, Wolfram, Molybdän, Niob, Osmium, Strontium, Yttrium und Technetium.
Ein derartiges magnetisches Eisenoxid kann vorzugsweise in einem Anteil von 20–200 Gewichtsteilen, bevorzugter von 50–150 Gewichtsteilen, pro 100 Gewichtsteile des Bindemittelharzes enthalten sein.
Das magnetische Eisenoxid kann vorzugsweise eine anzahlgemittelte Partikelgröße (D1) von 0,05–1,0 μm, bevorzugter von 0,1–0,5 μm, besitzen. Das magnetische Eisenoxid kann vorzugsweise eine spezifische BET-Oberfläche (S_BET) von 2–40 m²/g, bevorzugter von 4–20 m2/g, aufweisen und irgendeine Partikelform besitzen. Was die magnetischen Eigenschaften anbetrifft, so kann das magnetische Eisenoxid vorzugsweise eine Sättigungsmagnetisierung (σ_s) von 10–200 Am²/kg, bevorzugter von 70–100 Am²/kg, gemessen bei einem Magnetfeld von 795,8 kA/m, eine Restmagnetisierung von 1–100 Am²/kg, bevorzugter von 2–20 Am²/kg, und eine Koerzitivkraft (Hc) von 1–30 kA/m, bevorzugter von 2–15 kA/m, besitzen.
Die Werte (D1) der anzahlgemittelten Partikelgröße des hier beschriebenen magnetischen Eisenoxides betreffend den anzahlgemittelten Wert von Martin-Durchmessern (Sehnenlängen in einer festen Richtung, die jeweils einen zugehörigen Partikelprojektionsbereich in gleiche Hälften unterteilen) von 250 Partikeln aus magnetischem Eisenoxid, die willkürlich auf Bildern ausgewählt wurden (bei einer Vergrößerung von 4 × 10⁴), die über ein Transmissionselektronenmikrostkop aufgenommen wurden. Die magnetischen Eigenschaften des magnetischen Eisenoxides können unter Verwendung eines Magnetometers vom Oszillationstyp ("VSMP-1", hergestellt von der Firma Toei Kogyo K.K.) gemessen werden. Als Messverfahren werden 0,1–0,15 magnetisches Eisenoxid mit einer Genauigkeit von ca. 1 mg über eine direkt anzeigende Waage genau abgemessen und einer Messung in einer Umgebung von ca. 25°C unter Anlegen eines externen Magnetfeldes von 795,8 kA/m (10 kilooersted) bei einer Sweep-Rate zum Ziehen einer Hysteresekurve in 10 Minuten unterzogen.
Der magnetische Toner der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise eine Dichte von 1,3–2,2 g/cm³, bevorzugter von 1,4–2,0 mg/cm², besonders bevorzugt von 1,5–1,85 g/cm³, besitzen. Die Dichte (und damit das Gewicht) eines magnetischen Toners steht in Relation zur magnetischen Kraft, elektrostatischen Kraft und Schwerkraft, die auf den magnetischen Toner einwirken. Die Dichte in dem vorstehend erwähnten Bereich wird bevorzugt, um für einen guten Ausgleich zwischen der Aufladung und Magnetkraft durch eine geeignete Funktion des magnetischen Eisenoxides zu sorgen und somit ein ausgezeichnetes Entwicklungsverhalten zu erreichen.
In dem Fall, in dem der magnetische Toner eine Dichte unter 1,3 g/cm³ hat, übt das magnetische Eisenoxid nur eine schwache Funktion auf den magnetischen Toner aus, so daß daher eine niedrige magnetische Kraft resultieren kann. Das hat zur Folge, daß die elektrostatische Kraft, die bewirkt, daß der magnetische Toner auf die lichtempfindliche Trommel springt, vorherrschend wird, so daß ein Überentwicklungszustand resultiert, der zu Trübungen und zu einem erhöhten Tonerverbrauch führt. Andererseits übt das magnetische Eisenoxid bei einer Dichte über 2,2 g/cm³ eine starke Funktion auf den magnetischen Toner aus, so daß die magnetische Kraft gegenüber der elektrostatischen Kraft vorherrschend wird und der magnetische Toner schwer wird, so daß das Fliegen des magnetischen Toners von der Entwicklungshülse auf die lichtempfindliche Trommel beeinträchtigt wird, woraus unzureichende Entwicklungszustände einschließlich einer geringeren Bilddichte und einer schlechteren Bildqualität resultieren.
Die Dichte eines magnetischen Toners kann durch verschiedene Verfahren gemessen werden. Die hier beschriebenen Werte sind Werte, die über das Gassubstitutions verfahren unter Verwendung von Helium und durch Gebrauch eines Messgerätes ("ACCUPYC", hergestellt von der Firma K.K. Shimadzu Seisakusho) als exaktes und zweckmäßiges Verfahren gemessen wurden.
Für die Messung werden 4 g einer Probe des magnetischen Toners in einer Zelle aus rostfreiem Stahl bei einem Innendurchmesser von 18,5 mm, einer Länge von 39,5 mm und einem Volumen von 10 cm³ angeordnet. Dann wird das Volumen der Probe des magnetischen Toners in der Zelle gemessen, indem die Druckveränderung des Heliums verfolgt wird, um die Dichte der Probe des magnetischen Toners auf der Basis des Gewichtes und des Volumens der Tonerprobe zu berechnen.
Das für die Herstellung des magnetischen Toners gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete magnetische Eisenoxid kann mit einem Silankopplungsmittel, einem Titanatkopplungsmittel oder einem Aminosilan behandelt worden sein, falls gewünscht.
Der magnetische Toner gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise ein Ladungssteuermittel enthalten.
Als negative Ladungssteuermittel zum Erzeugen eines negativ aufladbaren Toners sind organometallische Komplexe oder Chelatverbindungen beispielsweise wirksam. Beispiele hiervon sind: Monoazometallkomplexe, Metallkomplexe von aromatischen Hydroxycarbonsäuren und Metallkomplexe von aromatischen Dicarbonsäuren. Andere Beispiele sind: Aromatische Hydroxycarbonsäuren, aromati sche Mono- und Polycarbonsäuren und Metallsalze, Anhydride und Ester dieser Säuren sowie Bisphenolderivate. Eine bevorzugte Klasse von Monoazometallverbindungen kann als Komplexe von Monoazofarbstoffen, synthetisiert aus Phenol oder Naphthol, mit einem Substituenten, wie Alkyl, Halogen, Nitro oder Carbamoyl, mit Metallen, wie Cr, Co und Fe, erhalten werden. Es ist auch möglich, Metallverbindungen von aromatischen Carbonsäuren zu verwenden, wie Benzol-, Naphthalin-, Anthracen- und Phenantren-Carbonsäuren mit einem Substituenten aus Alkyl, Halogen, Nitro etc.
Als spezifische Klasse von negativen Ladungssteuermitteln wird bevorzugt, einen Azometallkomplex der nachfolgenden Formel (I) zu verwenden:
worin M ein Koordinationszentrummetall ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sc, V, Cr, Co, Ni, Mn, Fe, Ti und Al besteht; Ar eine Arylgruppe bedeutet, die einen Substituenten enthalten kann, der ausgewählt ist aus: Nitro, Halogen, Carboxyl, Anilid und Alkyl und Alkoxy mit 1–18 C-Atomen; X, X', Y und Y' unabhängig voneinander -O-, -CO, -NH oder -NR bedeuten (worin R einen Alkyl-Rest mit 1–4 C-Atomen bedeutet); und A⁺ ein Wasserstoff-, Natrium-, Kalium-, Ammonium- oder aliphathisches Ammoniumion oder ein Gemisch von derartigen Ionen bedeutet.
Beispiele eines positiven Ladungssteuermittels sind: Nigrosin und modifizierte Produkte hiervon mit aliphatischen Säuremetallsalze etc., Oniumsalze einschließlich der quaternären Ammoniumsalze, wie Tributylbenzylammonium 1-hydroxy-4-naphtholsulfonat und Tetrabutylammoniumtetrafluoroborat und ihre Homologe einschließlich der Phosponiumsalze, sowie Lackpigmente hiervon; Triphenylmethanfarbstoffe und Lackpigmente hiervon (Lackbildner umfassen beispielsweise Phosphowolframsäure, Phosphomolybdänsäure, Phosphowolframmolybdänsäure, Tanninsäure, Laurinsäure, Gallussäure, Ferricyanate und Ferrocyanate); höhere aliphatische Säuremetallsalze; Diorganozinnoxide, wie Dibutylzinnoxid, Dioctylzinnoxid und Dicyclohexylzinnoxid, Diorganozinnborate, wie Dibutylzinnborat, Dioctylzinnborat und Dicyclohexylzinnboratguanidin-Verbindungen, und Imidazolverbindungen. Sie können einzeln oder im Gemisch von zwei oder mehr Arten verwendet werden. Von diesen Verbindungen wird bevorzugt, eine Triphenylmethanverbindung oder ein quaternäres Ammoniumsalz mit einem Nichthalogen-Gegenion zu verwenden. Es ist auch möglich, ein Homopolymer oder ein Copolymer mit einem polymerisierbaren Monomer, wie Styrol, Acrylatester oder Methacrylatester, wie vorstehend erwähnt, eines Monomers der folgenden Formel (II) zu verwenden:
worin R₁ H oder CH₃ und R₂ sowie R₃ eine substituierte oder nichtsubstituierte Alkylgruppe (vorzugsweise C1–C4) bedeuten. In diesem Fall kann ein derartiges Homopolymer oder Copolymer als Ladungssteuermittel und auch als Teil des Bindemittelharzes oder als das gesamte Bindemittelharz wirken.
Ein derartiges Ladungssteuermittel kann auf integrierte Weise in die Tonerpartikel eingearbeitet oder diesen extern zugesetzt werden, und zwar in einer Menge, die in Abhängigkeit von der Art des Bindemittelharzes oder von anderen Additiven und Tonerherstellprozessen, einschließlich des Dispersionsverfahrens, variieren kann, wobei die Menge jedoch vorzugsweise 0,1–10 Gewichtsteile, bevorzugter 0,1–5 Gewichtsteile, pro 100 Gewichtsteile des Bindemittelharzes betragen kann.
Der Toner der vorliegenden Erfindung kann ein die Fließfähigkeit verbesserndes Mittel enthalten, das extern den Tonerpartikeln zugesetzt wird. Beispiele hiervon sind: Feinpulver von Fluor enthaltenden Harzen, wie Polyvinylidenfluorid und Polytetrafluorethylen; Feinpulver von anorganischen Oxiden, wie Nassprozeß-Siliciumdioxid, Trockenprozeß-Siliciumdioxid, Titanoxid und Aluminiumoxid, und oberflächenbehandelte Produkte dieser anorga nischen Oxid-Feinpulver, die mit Silanverbindungen, Titanatkopplungsmitteln und Silikonöl behandelt sind.
Beispiele können sein: Feinpulver von anorganischen Materialien, einschließlich Oxiden, wie Zinkoxid und Zinnoxid; Komplexoxide, wie Strontiumtitanat, Bariumtitanat, Calciumtitanat, Strontiumcirconat und Calciumcirconat; und Carbonate, wie Calciumcarbonat und Magnesiumcarbonat.
Es wird bevorzugt, sogenanntes Trockenprozeß-Siliciumdioxid oder Quarzstaub zu verwenden, bei dem es sich um feinpulveriges Siliciumdioxid handelt, das durch Dampfphasenoxidation eines Siliciumhalogenides, beispielsweise von Siliciumtetrachlorid, gewonnen wurde. Die Basisreaktion kann durch das folgende Schema wiedergegeben werden: SiCl₄ + 2H₂ + O₂ → SiO₄ + 4HCl.
Im Reaktionsschritt kann ein anderes Metallhalogenid, wie Aluminiumchlorid oder Titan, zusammen mit dem Siliciumhalogenid verwendet werden, um ein komplexes Feinpulver aus Siliciumdioxid und einem anderen Metalloxid zu erzeugen, das auch als Siliciumdioxidtyp als bevorzugtes Mittel zum Verbessern des Fließvermögens im Toner der vorliegenden Erfindung Verwendung finden kann. Das Mittel zum Verbessern der Fließfähigkeit kann vorzugsweise eine gemittelte Primärpartikelgröße von 0,001–2 μm, bevorzugter von 0,002–0,2 μm, besitzen.

Beispiele von im Handel erhältlichen Siliciumdioxid-Feinpulverprodukten, hergestellt durch Dampfphasenoxidation von Siliciumhalogeniden, können die umfassen, die unter den folgenden Marken erhältlich sind:

Aerosil (Nippon Aerosil K.K.)	130 200 300 380 TT600 MOX70 MOX80 COK84
Ca-O-SiL (Cabot Co.)	M-5 MS-7 MS-75 HS-5 EH-5
Wacker HDK N20 (Wacker-Chemie GmbH)	V 15 N 20E T 30 T 40
D-C-Fine Silica (Dow Corning Co.)
Fransol (Fransil Co.)

Es wird ferner bevorzugt, ein derartiges Siliciumdioxid-Feinpulver nach einer Hydrophobisierungsbehandlung zu verwenden. Es wird besonders bevorzugt, ein hydrophobisiertes Siliciumdioxid-Feinpulver einzusetzen, das eine Hydrophobizität in einem Bereich von 30–80, gemessen durch den Methanoltitrationstest, besitzt.
Die Hydrophobisierung kann durchgeführt werden, um das Siliciumdioxid-Feinpulver mit einer Organosiliciumverbindung zu behandeln, die mit dem Siliciumdioxid-Feinpulver reagiert oder mit diesem physikalisch adsorbiert wird.
Beispiele der Organosiliciumverbindung können sein: Hexamethyldisilazan, Trimethylsilan, Trimethylchlorosilan, Trimethylethoxysilan, Dimethyldichlorosilan, Methyltrichlorosilan, Allyldimethylchlorosilan, Allylphenyldichlorosilan, Benzyldimethylchlorosilan, Bromomethyldimethylchlorosilan, α-Chloroethyltrichlorosilan, β-Chloroethyltrichlorosilan, Chloromethyldimethylchlorosilan, Triorganosilylmercaptane, wie Trimethylsilylmercaptan, Triorganosilylacrylate, Vinyldimethylacetoxysilane, Dimethylethoxysilane, Dimethyldimethoxysilane, Diphenyldiethoxysilane, Hexamethyldisiloxane, 1,3-Divinyltetramethyldisiloxane, 1,3-Diphenyltetramethyldisiloxane und Dimethylsiloxane mit 2–12 Siloxaneinheiten pro Molekül, welche Endeinheiten aufweisen, die jeweils eine an Si gebundene Hydroxylgruppe besitzen; und ferner Silikonöle, wie Dimethylsilokonöl. Diese Organosiliciumverbindungen können einzeln, im Gemisch oder nacheinander mit zwei oder mehr Arten verwendet werden.
Das die Fließfähigkeit verbessernde Mittel kann vorzugsweise eine spezifische Oberfläche, gemessen durch das BET-Verfahren unter Anwendung der Stickstoffadsorption (S_BET), von mindestens 30 m²/g, bevorzugter von mindestens 50 m²/g aufweisen. Das die Fließfähigkeit verbessernde Mittel kann vorzugsweise in einem Anteil von 0,01–8 Gewichtsteilen, bevorzugter von 0,1–4 Gewichtsteilen, pro 100 Gewichtsteile des Toners eingesetzt werden. Die hier beschriebenen S_BET-Werte basieren auf Werten, die unter Verwendung von "GEMINI 2375" (hergestellt von der Firma K.K. Shimadzu Seisakusho) in entsprechender Weise wie bei den Magnettonerpartikeln gemessen wurden.
Bei einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung des magnetischen Toners der vorliegenden Erfindung wird eine grob zerkleinerte Pulverbeschickung von schmelzgekneteten Tonerbestandteilen über eine mechanische Pulvermühle, wie vorstehend beschrieben, pulverisiert, und die pulverisierten Partikel werden einem Klassierschritt unterzogen, um ein klassiertes Produkt herzustellen, das eine Masse von Tonerpartikeln mit einer gewünschten Partikelgröße umfasst. Im Klassierschritt wird bevorzugt, einen pneumatischen Klassierer mit Mehrfachunterteilung zu verwenden, der mindestens drei Zonen zur Gewinnung von Feinpulver, mittlerem Pulver und grobem Pulver aufweist. Beispielsweise wird bei Verwendung eines dreifach unterteilten pneumatischen Klassierers die Pulverbeschickung in drei Typen von Feinpulver, mittlerem Pulver und grobem Pulver klassiert. Im Klassierschritt wird ein derartiges klassiertes mittleres Pulver gewonnen, während das grobe Pulver mit Partikeln von Größen über dem vorgegebenen Bereich und das Feinpulver mit Partikeln mit Größen unter dem vorgegebenen Bereich entfernt werden. Das mittlere Pulver wird in der Form von Tonerpartikeln gewonnen, die, so wie sind, als Tonerprodukt verwendet werden oder mit einem externen Additiv, wie hydrophobem kolloidalen Siliciumdioxid, vermischt werden können, um einen Toner herzustellen.
Das im Klassierschritt entfernte Feinpulver, das Partikel mit einer Partikelgröße unter dem vorgegebenen Bereich aufweist, wird generell für die Wiederverwendung im Schmelzknetschritt recycelt, um ein grob pulverisiertes schmelzgeknetetes Produkt mit Tonerbestandteilen herzustellen. Ein ultrafeines Pulver mit einer noch geringeren Partikelgröße als das Feinpulver, das in einer geringen Menge im Pulverisierschritt und bei der Klassierung auftritt, wird in entsprechender Weise zur Wiederverwendung im Schmelzknetschritt recycelt oder entsorgt. Ein Grobpulver mit einer größeren Partikelgröße als die bevorzugte Partikelgröße wird zum Pulverisierschritt und Schmelzknetschritt recycelt, um wiederverwendet zu werden.
2 zeigt eine Ausführungsform eines derartigen Vorrichtungssystems zur Tonerherstellung. Im Vorrichtungssystem wird eine Pulverbeschickung zugeführt, die mindestens ein Bindemittelharz und magnetisches Eisenoxid enthält. Beispielsweise werden das Bindemittelharz und das magnetische Eisenoxid schmelzgeknetet, gekühlt und grob zerkleinert, um eine derartige Pulverbeschickung zu schaffen.
Wie in 2 gezeigt, wird die Pulverbeschickung mit einer vorgegebenen Rate einer mechanischen Pulvermühle 301 als Pulverisiereinrichtung über eine erste Dosierzuführung 315 zugeführt. Die eingeführte Pulverbeschickung wird von der mechanischen Pulvermühle 301 sofort pulverisiert, über einen Sammelzyklon 329 einer zweiten Dosierzuführung 2 zugeführt und dann über einen Vibrationsförderer 3 und eine Zuführdüse 16 einer mehrfach unterteilten pneumatischen Klassiereinrichtung 1 zugeführt.
Im Vorrichtungssystem kann die Zuführrate für die pneumatische Klassiereinrichtung über die zweite Dosierzuführung 2 vorzugsweise auf das 0,7–1,7 fache, bevorzugter das 0,7–1,5 fache, noch bevorzugter das 1,0–1,2 fache, der Zuführrate zur mechanischen Pulvermühle 301 von der ersten Dosierzuführung im Hinblick auf die Tonerproduktivität und die Produktionseffizienz eingestellt werden.
Eine pneumatische Klassiereinrichtung ist generell im Vorrichtungssystem vorhanden und dabei an andere Vorrichtungen über Verbindungseinrichtungen, wie Rohre, angeschlossen. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines derartigen Vorrichtungssystems. Das in 2 gezeigte Vorrichtungssystem besitzt die mehrfach unterteilte Klassiereinrichtung 1 (deren Einzelheiten in 6 gezeigt sind), die Dosierzuführung 2, den Vibrationsförderer 3 und die Sammelzyklone 4, 5 und 6, die über Verbindungseinrichtungen verbunden sind.
Im Vorrichtungssystem wird die Pulverisierbeschickung der Dosierzuführung 2 zugeführt und dann über den Vibrationsförderer 3 und die Zuführdüse 16 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 10–350 m/sec in den dreifach unterteilten Klassierer 1 eingeführt. Der dreifach unterteilte Klassierer 1 besitzt eine Klassierkammer, die üblicherweise 10–50 cm × 10–50 cm × 3–50 cm misst, so daß die Pulverisierbeschickung in drei Typen von Partikeln in einer Zeitdauer von 0,1–0,01 sec oder weniger klassiert werden kann. Mit dem Klassierer 1 wird die Pulverbeschickung in grobe Partikel, mittlere Partikel und feine Partikel klassiert. Danach werden die groben Partikel über ein Auslassrohr 1a einem Sammelzyklon 6 zugeführt und dann zur mechanischen Pulvermühle 301 recycelt. Die mittleren Partikel werden über ein Auslassrohr 12a aus dem System herausgeführt, um von einem Sammelzyklon 5 als Tonerprodukt gewonnen zu werden. Die feinen Partikel werden über ein Auslassrohr 13a aus dem System herausgeführt und von einem Sammelzyklon 4 gesammelt. Die gesammelten Feinpartikel werden einem Schmelzknetschritt zugeführt, um eine Pulverbeschickung herzustellen, die Tonerbestandteile zur Wiederverwendung enthält. Die Sammelzyklone 4, 5 und 6 können auch als Unterdruckerzeugungseinrichtung dienen, um die Pulverbeschickung der Kammer des Klassierers über die Zuführdüse durch Ansaugen zuzuführen. Der Klassierer 1 ist mit Einlassrohren 14 und 15 zur Einführung von Luft versehen, die wiederum mit einer ersten Lufteinführeinstelleinrichtung 20 und einer zweiten Lufteinführeinstellein richtung 21 in der Form von Schiebern und Messgeräten 28 und 29 zur Messung des statischen Drucks versehen sind.
Der Anteil der wiedereingeführten groben Partikel in die mechanische Pulvermühle 301 vom pneumatischen Klassierer 1 kann vorzugsweise auf 0–10,0 Gewichtsprozent, bevorzugter 0–5,0 Gewichtsprozent, der der zweiten Dosiereinrichtung 2 zugeführten Pulverbeschickung im Hinblick auf die Tonerproduktivität betragen. Wenn der wiedereingeführte Anteil 10,0 Gewichtsprozent übersteigt, steigt die Pulverstaubkonzentration in der mechanischen Pulvermühle 301 an, so daß die Belastung der Pulvermühle 301 erhöht wird.
Um einen Toner mit einer gewichtsgemittelten Partikelgröße (D4) von 4,5–11 μm und einer engen Partikelgrößenverteilung herzustellen, kann das pulverisierte Produkt aus der mechanischen Pulvermühle vorzugsweise eine Partikelgrößenverteilung aufweisen, die eine gewichtsgemittelte Partikelgröße von 4–12 μm von maximal 70 Anzahl%, bevorzugter von maximal 65 Anzahl%, von Partikeln mit maximal 4,0 μm, und maximal 40 Vol.%, bevorzugter von maximal 35 Vol.%, von Partikeln von mindestens 10,1 μm besitzt. Des weiteren können die aus dem Klassierer 1 klassierten mittleren Partikel vorzugsweise eine Partikelgrößenverteilung, die eine gewichtsgemittelte Partikelgröße von 4,5–11 μm aufweist, von maximal 40 Anzahl%, bevorzugter von maximal 35 Anzahl, von Partikeln von maximal 4,0 μm und von maximal 35 Vol.%, bevorzugter von maximal 30 Vol.%, von Partikeln von mindestens 10,1 μm besitzen.
Als nächstes wird ein pneumatischer Klassierer als bevorzugte Klassiereinrichtung für die Tonerherstellung beschrieben.
6 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines bevorzugten pneumatischen Klassierers mit Mehrfachunterteilung.
Wie in 6 gezeigt, besitzt der Klassierer eine Seitenwand 122 und einen G-Block 123, der einen Abschnitt der Klassierkammer bildet, sowie Klassierkantenblöcke 124 und 125, die mit messerförmigen Klassierkanten 117 und 118 ausgestattet sind. Der G-Block 123 ist in seitlicher Richtung gleitend angeordnet. Die Klassierkanten 117 und 118 sind schwenkbar um Stangen 117a und 118a angeordnet, um die Positionen der Spitzen der Klassierkanten zu verändern. Die Klassierkantenblöcke 117 und 118 können in seitlicher Richtung so gleiten, daß sie die Horizontalpositionen zusammen mit den Klassierkanten 117 und 118 verändern. Die Klassierkanten 117 und 118 unterteilen die Klassierzone 130 der Klassierkammer 132 in drei Abschnitte.
Eine Zuführöffnung 140 zur Einführung einer Pulverbeschickung ist in der nahegelegensten (am weitesten aufstromseitigen) Position einer Zuführdüse 116 angeordnet, die mit einer Hochdruckluftdüse 141 und einer Beschickungseinführdüse 142 versehen ist und sich in die Klassierkammer 132 öffnet. Die Düse 116 ist auf der rechten Seite der Seitenwand 122 angeordnet, und ein Co anda-Block 126 ist so vorgesehen, daß er einen langen elliptischen Bogen relativ zur Verlängerung einer unteren Tangente der Zuführdüse 116 bildet. Ein linker Block 127 relativ zur Klassierkammer 132 ist mit einer Gaseinlasskante 119 versehen, die nach rechts in die Klassierkammer 132 vorsteht. Des weiteren sind Gaseinlassrohre 114 und 115 auf der linken Seite der Klassierkammer 132 angeordnet, so daß sie sich in die Klassierkammer 132 öffnen. Des weiteren sind die Gaseinlaßrohre 114 und 115 (14 und 15 in 2) mit einer ersten und zweiten Gaseinführsteuereinrichtung 20 und 21 in der Form von Schiebern und Einrichtungen 28 und 29 zum Messen des statischen Drucks (in 2 gezeigt) versehen.
Die Positionen der Klassierkanten 117 und 118, des G-Blocks 123 und der Gaseinlaßkante 118 werden in Abhängigkeit von der Zuführung der Pulverbeschickung zum Klassierer und der gewünschten Partikelgröße des Tonerproduktes eingestellt.
Auf der rechten Seite der Klassierkammer 132 sind Auslassöffnungen 111, 112 und 113 angeordnet, die mit der Klassierkammer entsprechend den entsprechenden Zonen für die klassierte Fraktion in Verbindung stehen. Die Auslassöffnungen 111, 112 und 113 stehen mit Verbindungseinrichtungen, wie Rohren (11a, 12a und 13a in 2), in Verbindung, die mit Verschlusseinrichtungen, wie Ventilen, versehen sein können, falls gewünscht.
Die Beschickungszufuhrdüse 116 kann einen oberen geradlinigen Rohrabschnitt und einen unteren sich verjüngen den Rohrabschnitt aufweisen. Der Innendurchmesser des geradlinigen Rohrabschnittes und der Innendurchmesser des engsten Teiles des sich verjüngenden Rohrabschnittes können auf ein Verhältnis von 20:1 bis 1:1, vorzugsweise 10:1 bis 2:1, eingestellt werden, um eine wünschenswerte Einführgeschwindigkeit vorzusehen.
Die Klassierung kann unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Klassierers mit Mehrfachunterteilung in der folgenden Weise durchgeführt werden. Der Druck in der Klassierkammer 132 wird durch Evakuierung durch mindestens eine der Auslaßöffnungen 111, 112 und 113 reduziert. Die Pulverbeschickung wird durch die Beschickungszuführdüse 116 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von vorzugsweise 10–350 m/sec eingeführt, und zwar unter der Wirkung von strömender Luft, die durch den reduzierten Druck und einen Ejektoreffekt erzeugt wird, der durch Druckluft verursacht wird, die durch die Hochdruckluftzuführdüse in die Klassierkammer 132 ausgestoßen wird, um dort dispergiert zu werden.
Die Partikel der in die Klassierkammer 132 eingeführten Pulverbeschickung strömen unter der Wirkung des vom Coanda-Block 126 ausgeübten Coanda-Effektes und unter der Wirkung des eingeführten Gases, wie Luft, entlang gekrümmten Linien, so daß grobe Partikel einen äußeren Strom bilden, um eine erste Fraktion außerhalb der Klassierkante 118 vorzusehen, mittlere Partikel einen mittleren Strom bilden, um eine zweite Fraktion zwischen den Klassierkanten 118 und 117 zu bilden, und feine Partikel einen inneren Strom ausbilden, um eine dritte Fraktion innerhalb der Klassierkante 117 vorzusehen, wodurch die klassierten groben Partikel aus der Auslassöffnung 111, die mittleren Partikel aus der Auslassöffnung 112 und die feinen Partikel aus der Auslassöffnung 113 abgeführt werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Pulverklassierung werden die Klassier(oder Trennungs)-Punkte hauptsächlich durch die Spitzenpositionen der Klassierkanten 117 und 118 entsprechend dem untersten Teil des Coanda-Blocks 126 festgelegt, wobei sie durch die Saug-Strömungsgeschwindigkeiten des klassierten Luftstromes und die Pulverausstoßgeschwindigkeit durch die Beschickungszuführdüse 116 beeinflußt werden.
Bei dem vorstehend erwähnten Tonerherstellsystem ist es möglich, auf wirksame Weise Toner mit einer gewichtsgemittelten Partikelgröße von 4,5–11 μm und einer engen Partikelgrößenverteilung durch Steuerung der Pulverisier- und Klassierbedingungen herzustellen.
Zur Ergänzung des Tonerherstellprozesses wird der magnetische Toner der vorliegenden Erfindung aus Tonerbestandteilen hergestellt, die mindestens das Bindemittelharz und das magnetische Eisenoxid umfassen, wobei jedoch auch andere Bestandteile, wie ein Ladungssteuermittel, ein Farbmittel, ein Wachs und andere Additive, enthalten sein können, falls gewünscht. Diese Bestandteile werden in ausreichender Weise mit einem Mischer, wie einem Henschel-Mischer oder einer Kugelmühle, vermischt und dann über eine Heißkneteinrichtung, wie eine Walze, einen Kneter oder einen Extruder, schmelzgeknetet, um das magnetische Eisenoxid und die optionalen Additive im geschmolzenen Bindemittelharz und Wachs zu dispergieren. Nach dem Verfestigen durch Kühlen wird das schmelzgeknetete Produkt pulverisiert und klassiert, um Tonerpartikel zu erzeugen. Die Tonerpartikelherstellung kann vorzugsweise unter Verwendung eines Vorrichtungssystems durchgeführt werden, das in Verbindung mit den 2 bis 6 beschrieben wurde, kann jedoch auch unter Anwendung eines anderen Verfahrens und von diversen anderen Maschinen ausgeführt werden. Diverse Beispiele von im Handel erhältlichen Maschinen sind nachfolgend zusammen mit ihren Herstellern aufgeführt. Beispielsweise können die im Handel erhältlichen Mischer umfassen: Henschel-Mischer (hergestellt von der Firma Mitsui Kozan K.K.), Super Mixer (Kawata K.K.), Conical Ribbon Mixer (Ohkawara Seisakusho K.K.); Nautamixer, Turbulizer und Cyclomix (Hosokawa Micron K.K.); Spiral Pin Mixer (Taiheiyo Kiko K.K.), Lodige Mixer (Matsubo Co. Ltd.). Die Kneter können umfassen: Buss Cokneader (Buss Co.), TEM Extruder (Toshiba Kikai K.K.), TEX Twin-Screw Kneader (Nippon Seiko K.K.), PCM Kneter (Ikegai Tekko K.K.); Dreiwalzenmühlen, Mischwalzenmühle und Kneter (Inoue Seisakusho K.K.), Kneadex (Mitsui Kozan K.K.); MS-Pressure Kneader und Kneadersuder (Moriyama Seisakusho K.K.) und Bambury Mixer (Kobe Seisakusho K.K.). Pulvermühlen umfassen: Sowter Jet Mill, Micron Jet und Inomizer (Hosokawa Micron K.K.); IDS Mill und PJM Jet Pulverizer (Nippon Pneumatic Kogyo K.K.); Cross Jet Mill (Kurimoto Tekko K.K.), Ulmax (Nisso Engineering K.K.), SK Jet O. Mill (Seishin Kigyo K.K.), Krypron (Kawasaki Jukogyo K.K.), Turbo Mill (Turbo Kogyo K.K.) und Super Rotor (Nisshin Engineering K.K.). Zu den Klassierern zählen: Classiell, Micron Classifier und Spedic Classifier (Seishin Kigyo K.K.), Turbo Classifier (Nisshin Engineering K.K.); Micron Separator und Turboplex (ATP); Micron Separator und Turboplex (ATP); TSP Separator (Hosokawa Micron K.K.); Elbow Jet (Nittetsu Kokyo K.K.), Dispersion Separator (Nippon Pneumatic Kogyo K.K.), YM Microcut (Yasukawa Shoji K.K.). Zu den Siebvorrichtungen zählen: Ultrasonic (Koei Sangyo K.K.), Rezona Sieve und Gyrosifter (Tokuju Kosaku K.K.), Ultrasonic System (Dolton K.K.), Sonicreen (Shinto Kogyo K.K.), Turboscreener (Turbo Kogyo K.K.), Microshifter (Makino Sangyo K.K.) und kreisförmige Vibrationssiebe.
Als nächstes wird eine Ausführungsform der Prozesskartusche bzw. Prozesskassette in Verbindung mit 16 beschrieben.
Die Prozesskassette umfasst mindestens eine Entwicklungseinrichtung und ein Bildträgerelement (für ein elektrostatisches latentes Bild), die auf integrierte Weise gelagert sind, um eine Einheit (eine Kassette) zu bilden, die lösbar an einer Haupteinheit einer Bilderzeugungsvorrichtung, wie einem Kopiergerät, einem Laserdrucker oder einem Faxgerät, montierbar ist.
16 zeigt eine Prozesskassette B, die eine Entwicklungseinrichtung 709, ein trommelförmiges Bildträgerelement (lichtempfindliche Trommel 707), eine Reinigungseinrichtung 710 mit einem Reinigungsblatt 710a und einem Speicher 710b für verbrauchten Toner und eine Kontaktaufladeeinrichtung 708 als Primäraufladeeinrichtung aufweist, welche auf integrierte Weise gelagert sind.
Bei dieser Ausführungsform besitzt die Entwicklungseinrichtung 709 ein Tonergefäß 711, das darin magnetischen Toner 706 enthält, ein Tonerzuführelement 709b zum Zuführen des magnetischen Toners 706 zu einer Entwicklungskammer 709A, eine Entwicklungshülse 709a, die zur Hälfte in der Entwicklungskammer 709A und gegenüber der lichtempfindlichen Trommel 707 angeordnet ist, einen festen Magneten 709c, der innerhalb der Hülse 709a angeordnet ist, ein Tonerrührelement, das in der Entwicklungskammer 709A angeordnet ist, und ein Regulierblatt 709d als Tonerschichtdickenreguliereinrichtung, die gegenüber der Entwicklungshülse 709a angeordnet ist. Zum Entwicklungszeitpunkt wird eine Entwicklungsvorspannung von einer Vorspannungsanlegeeinrichtung (nicht gezeigt) an die Entwicklungshülse 709a gelegt, um ein vorgegebenes elektrisches Feld zwischen der Entwicklungshülse 709a und dem Bildträgerelement 707 zu erzeugen. Unter der Wirkung des elektrischen Vorspannungsfeldes wird der magnetische Toner 706, der in einer Schicht auf der Entwicklungshülse 709a getragen wird, auf das Bildträgerelement 707 übertragen, um die Entwicklung durchzuführen. Um den Entwicklungsschritt in geeigneter Weise zu praktizieren, ist die Entwicklungshülse 709a mit einem vorgegebenen Spalt im Abstand vom Bildträgerelement 707 angeordnet und wird die Tonerschichtdicke auf der Entwicklungshülse vorzugsweise so gesteuert, daß sie kleiner ist als der vorgegebene Spalt.
Bei der in 16 gezeigten Ausführungsform sind vier Elemente der Entwicklungseinrichtung 709, das Bildträgerelement 707, die Reinigungseinrichtung 710 und die Primäraufladeeinrichtung 708 auf integrierte Weise gelagert, um eine Prozesskassette zu bilden. Die Prozesskassette der vorliegenden Erfindung kann jedoch prinzipiell so ausgebildet sein, daß sie mindestens zwei Elemente der Entwicklungseinrichtung und des Bildträgerelementes aufweist. Somit ist es auch möglich, eine Prozesskassette auszubilden, die drei Elemente der Entwicklungseinrichtung, das Bildträgerelement und die Reinigungseinrichtung oder die Entwicklungseinrichtung, das Bildträgerelement und die Primäraufladeeinrichtung aufweist, oder eine Prozesskassette auszubilden, die des weiteren irgendein anderes Element umfasst.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung in Verbindung mit Ausführungsbeispielen erläutert, die jedoch den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht beschränken.
<Beispiel 1>
Ein Styrol-Acrylatharz, das ein Copolymer von 72,5 Gewichtsteilen Styrol, 20 Gewichtsteilen n-Butylacrylat, 7 Gewichtsteilen Mono-n-Butylmaleat und 0,5 Gewichtsteilen Vivinylbenzol umfasst, wurde als Bindemittelharz verwendet. Das Styrol-Acrylatharz besaß eine Glasübergangstemperatur gemäß DSC (Tg) von 58°C, einen Säurewert von 23,0 mgKOH/g, ein anzahlgemitteltes Molekulargewicht (Mn) von 6300 und ein gewichtsgemitteltes Molekularge wicht (Mw) von 415000. Mit dem Styrol-Acrylatharz wurden Tonerbestandteile wie folgt formuliert:

Styrol-Acrylatharz 100 Gewichtsteile

Magnetisches Eisenoxid 95 Gewichtsteile

(D1 = 0,20 μm, S_BET = 8,0 m²/g, Hc = 3,7 kA/m, σ_s = 82,3 Am²/kg, σ_r = 4,0 Am²/kg)

Polypropylenwachs 4 Gewichtsteile

(Tmp = 143°C, Penetration = 0,5 mm (bei 25°C))

Ladungssteuermittel 2 Gewichtsteile

(Fe-Komplex einer Azoverbindung mit einem t-Butylsubstituenten)
Die obigen Bestandteile wurden mit einem auf 130°C erhitzten Doppelschneckenextruder schmelzgeknetet und dann gekühlt und von einer Hammermühle grob zerkleinert. Die zerkleinerte Pulverbeschickung wurde mit Hilfe einer mechanischen Pulvermühle ("TURBOMILL", hergestellt von der Firma Turbo Kogyo K.K.), die einen Aufbau gemäß den 3 bis 5 besaß und so umgebaut worden war, daß sie einen Stator und einen Rotor hatte, die jeweils aus Kohlenstoffstahl S45C bestanden und mit einer verschleißfesten Schicht einer selbstfließenden Ni-Cr-Legierung mit einer Vickers-Härte von 1000 beschichtet waren, einer Pulverisierung unterzogen. Der Rotor und der Stator wurden mit einem Spalt von 1,3 mm angeordnet, und der Rotor wurde mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 110 m/s gedreht. Die grob zerkleinerte Pulverbeschickung wurde vor der Einführung in die mechanische Pulvermühle auf 40°C erwärmt, und die Pulverisierung wurde bei einer Einlasstemperatur T1 von –8°C und einer Auslasstemperatur T2 von 55°C durchgeführt. Das entstandene Pulverisat wurde einer Klassierung ("ELBOW JET", hergestellt von der Firma Nittetsu Kogyo K.K.) mit einer in 6 dargestellten Ausgestaltung unterzogen, um Tonerpartikel 1 als mittlere Pulverfraktion zu gewinnen, während eine grobe Pulverfraktion und eine Feinpulverfraktion streng entfernt wurden. Die auf diese Weise erhaltenen Tonerpartikel 1 besaßen eine spezifische BET-Oberfläche (S_BET) von 1,00 m²/g.
Tonerpartikel 1 mit 100 Gewichtsteilen wurden mit 1,2 Gewichtsteilen von hydrophobem Siliciumdioxid-Feinpulver, das mit Dimethylsiliconöl und Hexamethyldisalazan behandelt worden war und einen Wert S_BET von 110 m²/g sowie eine Methanolbenetzbarkeit (W_Me) von 68 % besaß, mit Hilfe eines Henschel-Mischers vermischt, um magnetischen Toner 1 zu erhalten.
Der magnetische Toner 1 besaß eine Dichte (d) von 1,70 g/cm³, eine gewichtsgemittelte Partikelgröße (D4) von 6,8 μm und eine Zirkularitätsverteilung (Ci) einschließlich eines Prozentsatzes auf Anzahlbasis von Ci ≥ 0,900 (N % (Ci ≥ 0,900)) von 95,1 % und eines Prozentsatzes auf Anzahlbasis von Ci ≥ 0,950 (N % (Ci ≥ 0,900)) von 74,2 %. Was die Methanoltitrationsdurchlässigkeitscharakteristika anbetraf, so hatte der magnetische To ner 1 eine Methanolkonzentration bei einer Durchlässigkeit von 80 % (C_MeOH % (T = 80 %)) von 68,0 % und eine Methanolkonzentration bei einer Durchlässigkeit von 20 % (C_MeOH % (T = 20 %)) von 69 %. Die vorstehend erwähnten Daten und einige zusätzliche Daten sind zusammen mit den Daten von hiernach beschriebenen Beispielen und Vergleichsbeispielen in Tabelle 2 aufgeführt. Die Methanoltitrationsdurchlässigkeitskurve ist in 10 wiedergegeben, und ein Diagramm, das die Korrelation von N % (Ci ≥ 0,950) (= Y) und D4 (= X) zeigt, ist in 14 zusammen mit denen der nachfolgend beschriebenen Beispiele und Vergleichsbeispiele dargestellt.
(Bilderzeugungstest)
Der magnetische Toner 1 wurde in eine Prozesskassette mit einem in 16 gezeigten Aufbau eingeführt, und die Kassette wurde in einen Laserdrucker ("LBP 950", hergestellt von der Firma Canon K.K., Prozessgeschwindigkeit = 144,5 mm/sec, entsprechend 32 Bögen/min von A4 Größe) eingesetzt, um kontinuierliche Bilderzeugungstests in einer Umgebung mit niedriger Temperatur/niedriger Feuchtigkeit (LT/LH = 15°C/10 % RH), einer Umgebung mit normaler Temperatur/normaler Feuchtigkeit (NT/NH = 23°C/60 % RH) und einer Umgebung mit hoher Temperatur/hoher Feuchtigkeit (HT/HR = 32,5°C/80 % RH) durchzuführen. Die Bilderzeugungseigenschaften wurden in bezug auf die nachfolgenden Punkte ausgewertet, und die Auswertungsergebnisse sind zusammen mit denen von nachfolgend beschriebenen Beispielen und Vergleichsbeispielen in Tabelle 3 aufgeführt.
(1) Bilddichte
In den entsprechenden Umgebungen wurde ein kontinuierlicher Bilderzeugungstest auf 20.000 A4-Normalpapierbögen (75 g/m²) gemäß einem intermittierenden Betrieb einschließlich eines Zyklus des Druckens auf zwei Bögen und einer Pause für eine Zeitdauer von zwei Bögen durchgeführt, und die Bilddichte auf dem ersten Bogen und dem 20.000 Bogen wurde mit einem Macbeth-Reflektionsdensitometer (hergestellt von der Firma Macbeth Co.) gemessen.
(2) Trübung
Ein gedrucktes Bild als Reproduktion eines weißen Vollbildes auf dem 20.000ten Normalpapierbogen (75 m²/g) in der LT/LH-Umgebung wurde einer Messung der Weiße mit einem Reflektometer ("DC-6DS", hergestellt von der Firma Tokyo Denshoku K.K.) unterzogen, und die gemessene Weiße (%) wurde von der Weiße (%) eines leeren Normalpapierbogens abgezogen, die in der gleichen Weise gemessen wurde, um einen Wert der Trübung (%) zu erhalten. Ein größerer Trübungswert gibt ein größeres Trübungsausmaß wieder.
(3) Negative Geisterbilder
Negative Geisterbilder wurden zum Zeitpunkt des Druckens auf dem 10.000ten Bogen in der LT/LH-Umgebung ausgewertet. Dabei wurde ein Testmuster gemäß 7 verwendet. Genauer gesagt, ein Muster aus abwechselnd ange ordneten schwarzen und weißen Streifen wurde über die Länge eines Umfangs einer Umdrehung der lichtempfindlichen Trommel auf einem ersten Abschnitt vom Normalpapier (75 g/m²) reproduziert, wonach ein einfarbiges Halbtonbild (das abwechselnd aus einer lateralen schwarzen Linie einer Breite von einem Punkt (42 μm) und einer lateralen weißen Linie (Zwischenraum) einer Breite von einem Punkt (84 μm) bestand) auf einem nachfolgenden Abschnitt des Normalpapiers reproduziert wurde. Dann wurde im reproduzierten Halbtonbildabschnitt, der dem Umfang der zweiten Umdrehung entsprach (d.h. unmittelbar nach dem Umfang der ersten Umdrehung, der das Streifenmuster ergab) die Reflektionsbilddichte eines Abschnittes, der einem schwarzen Streifenmuster ("1" in 7) unmittelbar folgte, gemessen und von der Reflektionsbilddichte eines Abschnittes, der einem weißen Streifenbild ("2" in 7) unmittelbar folgte, abgezogen, um eine Dichtedifferenz ΔD zu erhalten. ΔD = Dichte bei "2" – Dichte bei "1".
Auf der Basis des Wertes der Dichtedifferenz wurde der Pegel der negativen Geisterbilder nach der folgenden Norm ausgewertet.

A: 0,0 ≤ ΔD < 0,02
B: 0,02 ≤ ΔD < 0,04
C: 0,04 ≤ ΔD < 0,06
D: 0,06 ≤ ΔD < 0,08
E: 0,08 ≤ ΔD

(4) Punktreproduzierbarkeit (Punkt)
Nach dem kontinuierlichen Drucken auf 20.000 Bögen in i der NT/NH-Umgebung wurde ein Schachbrettmuster (einschließlich 100 schwarzen Punkten von jeweils 80 μm × 50 μm) gedruckt, und die Punktreproduzierbarkeit wurde auf der Basis von teilweise oder vollständig fehlenden Punkten gemäß der nachfolgenden Norm ausgewertet:

A: maximal zwei fehlende Punkte/100 Punkte
B: 3–5 fehlende Punkte/100 Punkte
C: 6–10 fehlende Punkte/100 Punkte
D: 11 oder mehr fehlende Punkte/100 Punkte.

(5) Weiße Streifen
Weiße Streifen (wie in 9 dargestellt) können in einem Anfangsstadium des Drucks insbesondere in einer Umgebung mit niedriger Temperatur/niedriger Feuchtigkeit auftreten. Es wurde daher ein Halbtonbild auf dem fünften Bogen, dem 100. Bogen und dem 500. Bogen gedruckt, und die Halbtonbilder wurden in bezug auf das Vorhandensein oder das Fehlen von weißen Streifen gemäß der folgenden Norm ausgewertet:

A: Weiße Streifen wurden nicht beobachtet oder nur auf dem fünften Bogen beobachtet.
B: Weiße Streifen wurden auf dem fünften und 100. Bogen, jedoch nicht auf dem 500. Bogen beobachtet.
C: Weiße Streifen wurden auf dem fünften, 100. und 500. Bogen beobachtet.

<Beispiel 2>
Tonerpartikel 2 und magnetischer Toner 2 wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, daß die Bedingungen bei der mechanischen Pulvermühle auf eine Rotorumfangsgeschwindigkeit von 90 m/s, T1 = –10°C und T2 = +54°C verändert wurden. Die Klassierbedingungen wurden entsprechend eingestellt.
Dabei ergab sich, daß die Tonerpartikel 2 einen Wert S_BET von 0,96 m²/g besaßen. Der magnetische Toner 2 besaß die folgenden Werte: d = 1, 70 g/cm³, D4 = 9, 0 μm, N %(Ci ≥ 0,900) = 92,1 %, N %(Ci ≥ 0,950) = 63,2 %, C_MeOH %(T = 80 %) = 67,0 %, C_MeOH %(T = 20 %) = 69 %.
<Beispiel 3)
Tonerpartikel 3 und magnetischer Toner 3 wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, daß die Bedingungen der mechanischen Pulvermühle auf T1 = –13°C und T2 = +52°C verändert wurden. Die Klassierbedingungen wurden entsprechend eingestellt.
Als Ergebnis besaßen die Tonerpartikel 3 einen Wert S_BET von 1,05 m²/g. Der magnetische Toner 3 hatte die folgenden Werte: d = 1,70 g/cm³, D4 = 7,6 μm, N %(Ci ≥ 0,900) = 94,8 %, N %(Ci ≥ 0,950) = 68,3 %, C_MeOH %(T = 80 %) = 66,2 %, C_MeOH %(T = 20 %) = 67,7 %.
<Beispiel 4>
Tonerpartikel 4 und magnetischer Toner 4 wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, daß die Bedingungen der mechanischen Pulvermühle auf T1 = –5°C und T2 = +58°C verändert wurden. Die Klassierbedingungen wurden entsprechend eingestellt.
Als Ergebnis besaßen die Tonerpartikel 4 einen Wert S_BET von 0,82 m²/g. Der magnetische Toner 4 hatte die folgenden Werte: d = 1,70 g/cm³, D4 = 6,2 μm, N %(Ci ≥ 0,900) = 96,6 %, N %(Ci ≥ 0,950) = 78,8 %, C_MeOH %(T = 80 %) = 71,2 %, C_MeOH %(T = 20 %) = 72,7 %.
<Beispiel 5>
Tonerpartikel 5 und magnetischer Toner 5 wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, daß die Menge des magnetischen Eisenoxides auf 70 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des Bindemittelharzes reduziert und die Bedingungen der mechanischen Pulvermühle auf eine Rotorumfangsgeschwindigkeit von 100 m/s und T1 = –15°C und T2 = +53°C verändert wurden. Die Klassierbedingungen wurden entsprechend eingestellt.
Als Ergebnis besaßen die Tonerpartikel einen Wert S_BET von 1,03 m²/g. Der magnetische Toner 5 hatte die folgenden Werte: d = 1,50 g/cm³, D4 = 8,2 μm, N %(Ci ≥ 0,900) = 92,9 %, N %(Ci ≥ 0,950) = 63,8 %, C_MeOH %(T = 80 %) = 72,3 %, C_MeOH %(T = 20 %) = 74,4 %.
<Beispiel 6>
Tonerpartikel 6 und magnetischer Toner 6 wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, daß die Menge des magnetischen Eisenoxides auf 140 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des Bindemittelharzes erhöht wurde und die Bedingungen der mechanischen Pulvermühle auf eine Rotorumfangsgeschwindigkeit von 120 m/s und auf T1 = –10°C und T2 = +54°C verändert wurden. Die Klassierbedingungen wurden entsprechend eingestellt.
Als Ergebnis hatten die Tonerpartikel 6 einen Wert S_BET von 1,20 m²/g. Der magnetische Toner 6 besaß die folgenden Werte: d = 2,00 g/cm³, D4 = 5,2 μm, N %(Ci ≥ 0,900) = 98,5 %, N %(Ci ≥ 0,950) = 86,2 %, C_MeOH %(T = 80 %) = 65,4 %, C_MeOH %(T = 20 %) = 66, 8 %.
<Beispiel 7>
Tonerpartikel 7 und magnetischer Toner 7 wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, daß die Menge des magnetischen Eisenoxides auf 40 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des Bindemittelharzes reduziert wurde und die Bedingun gen der mechanischen Pulvermühle auf T1 = –15°C und T2 = +55°C verändert wurden. Die Klassierbedingungen wurden entsprechend eingestellt.
Als Ergebnis hatten die Tonerpartikel 7 einen Wert S_BET von 1,11 m²/g. Der magnetische Toner 7 hatte die folgenden Werte: d = 1,30 g/cm³, D4 = 6,7 μm, N %(Ci ≥ 0,900) = 95,5 %, N %(Ci ≥ 0,950) = 76,8 %, C_MeOH %(T = 80 %) = 73,9 %, C_MeOH %(T = 20 %) = 78,1 %.
<Beispiel 8>
Tonerpartikel 8 und magnetischer Toner 8 wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, daß die Menge des magnetischen Eisenoxides auf 200 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des Bindemittelharzes erhöht wurde und die Bedingungen der mechanischen Pulvermühle auf eine Rotorumfangsgeschwindigkeit von 90 m/s sowie T1 auf –10°C und T2 auf +56°C verändert wurden. Die Klassierbedingungen wurden entsprechend eingestellt.
Als Ergebnis hatten die Tonerpartikel 8 einen Wert S_BET von 1,03 m²/g. Der magnetische Toner 8 hatte die folgenden Werte: d = 2,20 g/cm³, D4 = 6,6 μm, N %(Ci ≥ 0,900) = 96,3 %, N %(Ci ≥ 0,950) = 77,6 %, C_MeOH %(T = 80 %) = 70,1 %, C_MeOH %(T = 20 %) = 77,2 %.
<Beispiel 9>
Tonerpartikel 9 und magnetischer Toner 9 wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, daß die Bedingungen der mechanischen Pulvermühle auf eine Rotorumfangsgeschwindigkeit von 90 m/s und T1 = –3°C sowie T2 = +60°C verändert wurden. Die Klassierbedingungen wurden entsprechend eingestellt.
Als Ergebnis hatten die Tonerpartikel 9 einen Wert S_BET von 0,70 m²/g. Der magnetische Toner 9 besaß die folgenden Werte: d = 1, 70 g/cm³, D4 = 9,6 μm, N %(Ci ≥ 0, 900) = 97,3 %, N %(Ci ≥ 0,950) = 87,3 %, C_MeOH %(T = 80 %) = 70,7 %, C_MeOH %(T = 20 %) = 78,1 %.
<Beispiel 10>
Tonerpartikel 10 und magnetischer Toner 10 wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, daß die Bedingungen der mechanischen Pulvermühle auf eine Rotorumfangsgeschwindigkeit von 120 m/s und T1 = –10°C sowie T2 = +53°C verändert wurden. Die Klassierbedingungen wurden entsprechend eingestellt.
Als Ergebnis besaßen die Tonerpartikel 10 einen Wert S_BET von 1,30 m²/g. Der magnetische Toner 10 hatte die folgenden Werte: d = 1,70 g/cm³, D4 = 5,1 μm, N %(Ci ≥ 0,900) = 95,0 %, N %(Ci ≥ 0,950) = 89,1 %, C_MeOH %(T = 80 %) = 63,6 %, C_MeOH %(T = 20 %) = 69,5 %.
<Beispiel 11>
Tonerpartikel 11 und magnetischer Toner 11 wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, daß die Bedingungen der mechanischen Pulvermühle auf eine Rotorumfangsgeschwindigkeit von 120 m/s und T1 = –15°C sowie T2 = +54°C verändert wurden. Die Klassierbedingungen wurden entsprechend eingestellt.
Als Ergebnis hatten die Tonerpartikel 11 einen Wert S_BET von 1,21 m²/g. Der magnetische Toner 11 besaß die folgenden Werte: d = 1,70 g/cm³, D4 = 4,5 μm, N %(Ci ≥ 0,900) = 98,1 %, N %(Ci ≥ 0,950) = 94,2 %, C_MeOH %(T = 80 %) = 74,1 %, C_MeOH %(T = 20 %) = 78,2 %.
<Beispiel 12>
Tonerpartikel 12 und magnetischer Toner 12 wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, daß die Bedingungen der mechanischen Pulvermühle auf eine Rotorumfangsgeschwindigkeit von 90 m/s und T1 = –15°C sowie T2 = +53°C verändert wurden. Die Klassierbedingungen wurden entsprechend eingestellt.
Als Ergebnis hatten die Tonerpartikel 12 einen Wert S_BET von 0,76 m²/g. Der magnetische Toner 12 besaß die folgenden Werte: d = 1,70 g/cm³, D4 = 11,0 μm, N %(Ci ≥ 0,900) = 91,9 %, N %(Ci ≥ 0,950) = 63,7 %, C_MeOH %(T = 80 %) = 62,3 %, C_MeOH %(T = 20 %) = 67,7 %.
<Beispiel 13>
Tonerpartikel 13 und magnetischer Toner 13 wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, daß die Bedingungen der mechanischen Pulvermühle auf T1 = –5°C und T2 = +60°C verändert wurden. Die Klassierbedingungen wurden entsprechend eingestellt.
Als Ergebnis besaßen die Tonerpartikel 13 einen Wert S_BET von 0,91 m²/g. Der magnetische Toner 13 hatte die folgenden Werte: d = 1,70 g/cm3, d4 = 7,0 μm, M %(Ci ≥ 0,900) = 97,6 %, N %(Ci ≥ 9,50) = 88,3 %, C_MeOH %(T = 80 %) = 75,0 %, C_MeOH %(D = 20 %) = 86,0 %.
<Vergleichsbeispiel 1>
Tonerpartikel 14 und magnetischer Toner 14 wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, daß die Bedingungen der mechanischen Pulvermühle auf T1 = –27°C und T2 = +38°C verändert wurden. Die Klassierbedingungen wurden entsprechend eingestellt.
Als Ergebnis besaßen die Tonerpartikel 14 einen Wert S_BET von 1,30 m²/g. Der magnetische Toner 14 hatte die folgenden Werte: d = 1,70 g/cm³, D4 = 6,9 μm, N % (Ci ≥ 0,900) = 94,6 %, N % (Ci ≥ 9,50) = 72,0 %, C_MeOH %(T = 80 %) = 62,8 %, C_MeOH %(T = 20 %) = 66,2 %.
<Vergleichsbeispiel 2>
Tonerpartikel 15 und magnetischer Toner 15 wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, daß die Bedingungen der mechanischen Pulvermühle auf T1 = +5°C und T2 = +65°C verändert wurden. Die Klassierbedingungen wurden entsprechend eingestellt.
Als Ergebnis besaßen die Tonerpartikel 15 einen Wert S_BET von 0,72 m²/g. Der zu Vergleichszwecken dienende magnetische Toner 15 hatte die folgenden Werte: d = 1,70 g/cm³, D4 = 6,0 μm, N %(Ci ≥ 0,900) = 95,8 %, N %(Ci ≥ 0,950) = 78,0 %, C_MeOH %(T = 80 %) = 71,3 %, C_MeOH %(T = 20 %) = 76,5 %.
<Vergleichsbeispiel 3>
Der Tonerherstellprozeß in Beispiel 1 wurde bis zur Grobzerkleinerung mit der Hammermühle wiederholt. Die zerkleinerte Pulverbeschickung wurde mit Hilfe einer pneumatischen Prall-Pulvermühle vom Strahltyp einer Pulverisierung unterzogen, und das Pulverisat wurde einer Oberflächenmodifikation mit einer mechanischen Oberflächenmodifiziermaschine vom Pralltyp ("HYBRIDIZER", hergestellt von der Firma Nara Kikai Seisakusho K.K.) unterzogen. Das entstandene Pulverprodukt wurde mit einem pneumatischen Klassierer mit fester Wand klassiert, um Tonerpartikel zu erzeugen, die des weiteren einer Klassierung mit Hilfe eines Klassierers mit Mehrfachunterteilung ("ELBOW JET", hergestellt von der Firma Nittetsu Kokyo K.K.) unterzogen wurde, um die ultrafeine Pulverfraktion und die Grobpulverfraktion zu entfernen und Tonerpartikel 16 zu gewinnen, die mit dem gleichen hydrophoben Siliciumdioxid-Feinpulver in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 vermischt wurden, um magnetischen Toner 16 zu erzeugen.
Als Ergebnis besaßen die Tonerpartikel 16 einen Wert S_BET von 0,80 m²/g. Der magnetische Toner 16 hatte die folgenden Werte: d = 1,70 g/cm³, D4 = 6,7 μm, N %(Ci ≥ 0,900) = 95,5 %, N %(Ci ≥ 0,950) = 76,0 %, C_MeOH %(T = 80 %) = 63,2 %, C_MeOH %(T = 20 %) = 64,7 %. Die Methanoltitrationsdurchlässigkeitskurve ist in 11 wiedergegeben.
Der magnetische Toner 16 wurde in bezug auf die Bilderzeugungseigenschaften in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 ausgewertet.
<Vergleichsbeispiel 4>
Tonerpartikel 17 und magnetischer Toner 17 wurden in der gleichen Weise wie in Vergleichsbeispiel 3 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, daß die Oberflächenmodifikation mit der Oberflächenmodifiziermaschine ("HYBRIDIZER") weggelassen wurde.
Als Ergebnis besaßen die Tonerpartikel 17 einen Wert S_BET von 1,70 m²/g. Der magnetische Toner 17 hatte die folgenden Werte: d = 1,70 g/cm³, D4 = 5,8 μm, N %(Ci ≥ 0,900) = 89,6 %, N %(Ci ≥ 0,950) = 70,6 %, C_MeOH %(T = 80 %) < 60 %, C_MeOH %(T = 20 %) = 61,8 %. Die Methanoltitrationsdurchlässigkeitskurve ist in 12 wiedergegeben.
<Vergleichsbeispiel 5>
Der Tonerherstellprozeß gemäß Beispiel 1 wurde bis zur Grobzerkleinerung mit der Hammermühle wiederholt. Die zerkleinerte Pulverbeschickung wurde einer Pulverisierung mit einer pneumatischen Pulvermühle vom Pralltyp, einer Wärmebehandlung mit einem Heißluftstrom bei 300°C und dann einer Klassierung unterzogen, um Tonerpartikel 18 zu erhalten, die mit dem gleichen hydrophoben Siliciumdioxid-Feinpulver in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 vermischt wurden, um magnetischen Toner 18 zu erzeugen.
Als Ergebnis besaßen die Tonerpartikel 18 einen Wert S_BET von 0,65 m²/g. Der magnetische Toner 18 hatte die folgenden Werte: d = 1,70 g/cm³, D4 = 7,0 μm, N %(Ci ≥ 0,900) = 97,0 %, N %(Ci ≥ 0,950) = 78,0 %, C_MeOH %(T = 80 %) = 80,2 %, C_MeOH %(T = 20 %) = 82,1 %. Die Methanoltitrationsdurchlässigkeitskurve ist in 13 wiedergegeben.
Der magnetische Toner 18 wurde in bezug auf die Bilderzeugungseigenschaften in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 ausgewertet.
<Vergleichsbeispiel 6>
Magnetischer Toner 19 wurde hergestellt, indem 100 Gewichtsteile der gemäß Vergleichsbeispiel 4 hergestellten Tonerpartikel 17 mit einem hochhydrophoben Siliciumdioxid-Feinpulver anstelle des in Vergleichsbeispiel 4 benutzten hydrophoben Siliciumdioxid-Feinpulvers (dem in Beispiel 1 verwendeten) vermischt wurden. Das hochhydrophobe Siliciumdioxid-Feinpulver wurde durch Hydrophobisierung mit Hexamethyldisilazan und Dimethylsiliconöl mit einer Viskosität von 100 centi-Stokes (bei 25°C) hergestellt und führte zu einer Methanoltitrationsdurchlässigkeitskurve (die in der gleichen Weise wie die des Toners erhalten wurde), welche eine Durchlässigkeit von 97 % bei einer Methanolkonzentration von 72 Vol.%, eine Durchlässigkeit von 93 % bei einer Methanolkonzentration von 74 Vol.%, eine Durchlässigkeit von 90 % bei einer Methanolkonzentration von 75 Vol.% und eine Durchlässigkeit von 86 % bei einer Methanolkonzentration von 76 Vol.% besaß.
Der magnetische Toner 19 hatte die folgenden Werte: C_MeOH %(T = 80 %) = 61,1 %, C_MeOH %(T = 20 %) = 64,3 %.
<Vergleichsbeispiel 7>
Tonerpartikel 20 und magnetischer Toner 20 wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, daß die grobzerkleinerte Pulverbeschickung ohne vorheriges Erwärmen der mechanischen Pulvermühle bei 20°C zugeführt wurde. Die Klassierbedingungen wurden entsprechend eingestellt.
Als Ergebnis besaßen die Tonerpartikel 20 einen Wert S_BET von 1,20 m²/g. Der magnetische Toner 20 hatte die folgenden Werte: d = 1, 70 g/cm³, D4 = 6, 7 μm, N % (Ci ≥ 0,900) = 94,8 %, N % (Ci ≥ 0,950) = 73,1 %, C_MeOH %(T = 80 %) = 63,9 %, C_MeOH %(T = 20 %) = 65,8 %.
Tabelle 1
Tabelle 3
Ein magnetischer Toner wird aus magnetischen Tonerpartikeln erzeugt, die jeweils mindestens ein Bindemittelharz und ein magnetisches Eisenoxid aufweisen. Der magnetische Toner wird mit verbesserten Entwicklungseigenschaften versehen, indem ein geeigneter Oberflächenexpositionszustand des magnetischen Eisenoxides realisiert wird, der durch eine Benetzbarkeitscharakteristik in Methanol/Wasser-Gemischflüssigkeiten des magnetischen Toners gekennzeichnet ist, so daß eine Durchlässigkeit von 80 % für Licht mit einer Wellenlänge von 780 nm bei einer Methanolkonzentration in einem Bereich von 65–75 % und eine Durchlässigkeit von 20 % bei einer Methanolkonzentration in einem Bereich von 66–76 % erhalten wird.

Claims

Magnetischer Toner enthaltend magnetische Tonerpartikel, die jeweils mindestens ein Bindemittelharz und ein magnetisches Eisenoxid aufweisen, wobei der magnetische Toner eine solche Benetzbar-keitscharakteristik in Flüssigkeitsgemischen aus Methanol/Wasser aufweist, dass er eine Lichtdurch-lässigkeit von 80 % für Licht mit einer Wellenlänge von 780 nm bei einer Methanolkonzentration in einem Bereich von 65–75 % und eine Lichtdurchlässigkeit von 20 bei einer Methanolkonzentration in einem Bereich von 66–76 % besitzt, wobei der magnetische Toner eine gewichtsgemittelte Partikelgröße X in einem Bereich von 4,5–11,0 μm aufweist und mindestens 90 Anzahl% Partikel mit einer Zirkularität Ci gemäß der nachfolgenden For-mel (1) von mindestens 0,900 in bezug auf darin enthaltene Partikel von 3 μm bis unter 159,21 μm enthält Ci = L0/L (1), wobei L die Umfangslänge eines Projektionsbildes eines einzelnen Partikels und L₀ die Umfangslänge eines Kreises mit einer identischen Fläche wie das Projektionsbild bedeuten und der magnetische Toner einen Prozentsatz Y (%) auf Anzahlbasis von Parti-keln mit Ci ≥ 0,950 innerhalb der Partikel von 3 μm oder mehr enthält, die die folgende Bedingung er-füllen: Y ≥ X–0,645 × exp 5,51 (2).
Magnetischer Toner nach Anspruch 1, bei dem die magnetischen Tonerpartikel eine spezifische BET-Oberfläche von 0,7–1,3 m²/g besitzen.
Magnetischer Toner nach Anspruch 1, der eine Dichte von 1,3–2,2 g/cm³ aufweist.
Prozesskartusche, die lösbar an der Haupteinheit einer Bilderzeugungsvorrichtung montierbar ist und umfasst: mindestens ein Bildträgerelement zum Tra-gen eines latenten elektrostatischen Bildes und eine Entwicklungseinrichtung, die den magnetischen Toner gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 3 ent-hält, zum Entwickeln des latenten elektrostatischen Bildes auf dem Bildträgerelement mit dem magneti-schen Toner zur Ausbildung eines Tonerbildes.
Prozesskartusche nach Anspruch 4, die des weiteren eine Reinigungseinrichtung zum Reinigen der Ober-fläche des Bildträgerelementes besitzt.
Prozesskartusche nach Anspruch 4, bei der die Ent-wicklungseinrichtung ein Tonerträgerelement zum Tragen und Fördern einer Schicht des magnetischen Toners aufweist und das Tonerträgerelement mit einem Spalt gegenüber dem Bildträgerelement ange-ordnet ist, so dass die Dicke der Schicht des magnetischen Toners auf dem Tonerträgerelement geringer ist als der Spalt.