JPS598822B2 - トナ−材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般的に、寸法的に類別した小さな粒子に係
り、更に具体的には、静電写真用トナー粒子の寸法的類
別及び静電写真複写処理でこのトナー粒子をキャリア粒
子と混ぜ合わせて使用することに係る。

静電写真では、光導電体は帯電され、次に光像にあてら
れる。

光にあてられた光導電体の領域の電荷は、放電しあるい
は減衰するが、露光されなかつた領域には、静電荷が残
る。露光された領域と、露光されなかつた領域との間に
帯電レベルの差がその間に電界を発生させる。

その後、光導電体上の静電気の潜像は、着色された小さ
な粒子を付着することによつて現像され、該粒子は、電
荷をもつたトナー粒子として知られ、静電像を現像する
為に、電界によつて光導電体の像領域へ与えられる。ト
ナー粒子をかけることにより、静電気の潜像を現像する
多数の手段が知られている。

これらのうちの１つの手段は、カスケード式現像処理と
して知られ、米国特許第２６３８５５２号に記述されて
いる。他の手段は、磁気ブラシ式現像処理として知られ
ている。この方法は、米国特許第２８７４０６３号に記
述されている。カスケード式及び磁気ブラシ式現像処理
の夫々で、２成分の現像材が用いられる。

この現像材は、小さなトナー粒子と、比較的大きなキャ
リア粒子とからなる。トナー粒子は、静電力によつて比
較的大きなキャリア粒子の表面に保持され、該静電力が
トナー粒子とキャリア粒子とを接触させ、該接触により
摩擦帯電を発生し、そして該摩擦帯電によりトナーとキ
ャリアが反対の極性に帯電する。現像材が光導電体の静
電気の潜像に接触するように移動されると、トナー粒子
は、潜像に引きつけられる。現像材のトナー粒子とキヤ
リア粒子は、トナー粒子が光導電体の所定の像領域に選
択的に引きつけられることを確実にする為に、トナーが
適正な帯電極性と帯電量を有するように、特別に作られ
、処理される。

その次に、トナー粒子は、静電気的にコピーシート即ち
普通紙へ転写され、その後、トナー粒子の転写像は、所
望した像に融着されたコピーの最終品を作り出す為に、
熱処理又は加圧処理あるいはその両方の処理によつて融
着される。ここで生じる１つの問題はコピーシートの上
に可能なかぎりもつとも良質な最終像を形成することで
ある。コピーの品質とは、像の鮮明度すなわち線のはつ
きりとした境界、像領域の一様な黒さ、地の品質すなわ
ち下地領域のクレイ度あるいはその欠如、及び良質なコ
ピーを作るに役立つ他の幾分つかみにくい特徴のような
ことを言う。トナーを用いた現像処理で注目に値する他
の要素は、コピー１枚当りのトナーの使用量である。

もちろん経済的な観点から、任意に与えられた像に対し
使用されるトナーがすくなければすくないほど良いとさ
れている。又使用されなかつたトナーがフイルタ一の使
用により、空気中から分離されるような装置で、使用さ
れないトナーの量を最小にすることが重要であり、それ
によつてフイルタ一の寿命を延ばす。更に、加熱融着処
理がなされる場合、像を融着するに必要な熱量を最小に
する為に、可能なかぎり最良の熱伝達特性を有する像を
提供することが望まれる。

このことは、エネルギーの観点からのみならず、トナー
による非常に早い熱伝達で、融着時間すなわち温度が減
少されるから重要である。これらの全ての要素は、最適
のトナー粒子を開発する上で重要な役割を果す。上述の
分野で最適の結果を得る為に、トナー粒子の主要な特性
の１つは、トナー粒子の寸法及び寸法分布である。この
こと自体は周知であり、種々の分類のトナー粒子が提案
されている。米国特許第３６７４７３６号は、静電気処
理の為のトナーとして且つ現像材として使用するに適す
る着色されたポリマー粒子と、このような粒子の製造方
法を開示している。

本特許は、約１ミクロン乃至３０ミクロン（ＮＭＤ）の
範囲での平均粒子直径と約１．５ミクロンより小さい粒
子寸法（ＧＳＤ）を有する材料に関する。ガウス分布を
用いれば、これは特定の寸法分布に関連づけることがで
きる。ドイツ連邦共和国の特許公開番号第 ２５２２７７１号は、上記特許と実質的に同じ分布を有
するトナー粒子を開示している。

上記第２５２２７７１号は、５ミクロンより小さい粒子
が３０％よりすくなく、８ミクロンと１２ミクロンの間
の粒子が約２５％であり、約２０ミクロンより大きい粒
子が５％よりすくないような寸法分布を有するトナーを
開示している。上記第２５２２７７１号は又、約２．５
０より少ない微粒指数と、約１．０より少ない粗粒指数
を開示している。

本発明は、次のような粒子寸法分布を有するトナー材を
提供する。

即ち、１６ミクロンより大きい粒子は、重量比で１５％
以下であり、５ミクロンより小さい粒子は、重量比で７
％乃至１５％であり、残りの粒子は、５ミクロン乃至１
６ミクロンであり、そして単位重量の一様にかきまぜた
粉体についての平均粒子寸法は８ミクロン乃至１２ミク
ロンである。トナー粒子は、静電コピー処理に用いられ
る現像材を形成する為にキヤリア粒子と混ぜ合わされる
。

キヤリアを有した磁気ブラシ式現像装置に用いられるよ
うなトナーは、光導電体の表面に対向して移動している
間に、トナー粒子の寸法分布を均一化し且つ好ましいこ
とに次のような寸法分布にある。更に特定な分布構成で
の元のトナー粒子の寸法分布は、次の通りである。

１６ミクロンより大きな粒子は、重量比で２％以下であ
り、５ミクロンより小さい粒子は、重量比で９％乃至１
５％であり、残りの粒子は、５ミクロン乃至１６ミクロ
ンであり、そしてその平均粒子寸法は、８．５ミクロン
乃至９．５ミクロンである。

コピー品質、フイルタ一の寿命、トナーの使用量及び融
着品質に関して通常のトナーと比べると、本発明のトナ
ーを用いた場合、非常に改良された結果を得ることがわ
かつた。

ＩＢＭシリーズ型複写機に用いられているような標準的
なすなわち通常のトナーは、次の如くに分類される。５
ミクロンより小さい粒子は、重量比で約０．８％±０．
４％であり、３２ミクロンより大きい粒子は、重量比で
約３５％であり、そして平均粒子寸法は、１３．６±０
．６ミクロンである。

粒子の寸法分布を測定する為に、カルタ一（ＣＯｒｌｔ
ｅｒ）カウンタが通常の方法で用いられた。トナー粒子
に比較する為に、いろいろなトナーの例が表１に示すよ
うな寸法分布で用意された。

夫々のトナーは、ＩＢＭシリーズ型複写機のトナーに対
して使用される樹脂系で調製された。例１は、先行技術
の通常のトナーを示し、例及び例は、本発明に従つたト
ナーを示す。夫々の例で、約１重量部のトナーが約９９
重量部の通常のキヤリアと混ぜ合わされ、スチール板上
でポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の被膜が形
成され、米国特許第３９４７２７１号の方法に従つて形
成された。

夫々の混合物は、ＩＢＭシリーズ型複写機として知られ
ている商業的に利用できる形式の通常の複写機に入れら
れた。トナーは、実質的にトナー濃度を一定にするよう
に夫々の混合物に加えられた。トナーとキャリアの混合
物は、混合物中のトナーの粒子寸法を均一化する為に、
１００００枚のコピーがとられた。トナー粒子寸法のこ
の均一化は機械の運転中のトナー、キャリア及び光導電
体の作用により生じ、粒子寸法が実質的に均一な点に達
するまで、すなわち比較的一定なトナー濃度を得るまで
粒子寸法を変え、その後は粒子寸法の分布は実質的に一
定に留まる。このトナーのならしすなわち均一化は最初
の寸法のままのトナーの分布を有する現像材よりもさら
に一様な品質のコピーをもたらすので、望ましいことで
ある。更に、均一化された混合物によつて得られるコピ
ーの品質は、均一化されていない混合物によるものより
も良い。夫々のトナーの例に対し、均一化された測定値
を表に示す。ならし期間の次に、コビ一の品質を試験す
る為更にコピーがとられた。次の試験がコピーの品質及
びトナーの性能を決定する為に行なわれた。コピーシー
トの地の品質コピーシートの地の品質は、ＤｉａｎＯ ＣＯｒｐＯｒａｔｉＯｎ社製のＳ−４Ｂｒｉｇｈｔｎｅ
ｓｓＴｅｓｔｅｒ及びＣＯｌＯｒｉｍｅｔｅｒで測定さ
れた。

上記装置は、表面での反射（光）を測定する為に用いら
れる。結果は、コピーする前と後の用紙の変化率として
報告される。一般的に、約１．５％以上の用紙の反射変
化率をもたらす地の測定値は、高い測定値の為に、目的
に合わず、許容しがたい。再循環率複写機は、再循環さ
れたトナーを掃除するフイルタ一を備えている。

これは機械的なクリーナーであり、その寿命は再循環率
に反比例する。言い換えれば、再循環率が低ければ低い
ほどトナーの性能は良いとされる。再循環されたトナー
とは、光導電体上に被着されたがコピー・シートに転写
されなかつたものを言う。トナーのイールド トナ一のイールドは、使用されるトナーの０．４５ｋｇ
（１ポンド）当り、所定の光学的濃度でコピ一されたコ
ピー枚数である。

光学的濃度 光学的濃度は、融着後に、コピー ・シートの上の現像
線の゛濃度”すなわぢ充満度”で測定される。

オフセツト・マスターでの融着品質 オフセツト・マスター用紙は、トナーが融着しにくい基
体である。

オフセツト・マスター用紙に：．対する融着品質試験は
、オフセツト・マスター用紙の上にコピーを行い、次に
基体へ被着したトナー像を実質的に判別することよりな
る。下記の表は、上記の３種類のトナーを用いて作られ
たコピーに対し得られた光学的濃度、地の品質、再循環
率、トナーの生命及び融着品質の試験結果を要約してい
る。

例のトナーが最も良好であり、例のトナーが次に良く、
例Ｉのトナーが一番悪いことがわかる。

本発明の限界範囲にある例のトナーでさえも例Ｉに示す
ような先行技術のトナー以上に改良されていることがわ
かる。実際、地の質の測定値が非常に小さく、再循環さ
れるトナーが実質的に少しであり、トナー ０．４５ｋ
ｇ当りより多くの枚数のコピーが得られ且つ例１のトナ
ーが許容しうるオフセツト・マスターを形成しないのに
対し、上記トナーは、許容しうるオフセツト・マスター
を形成する。これらの利点は、例のトナーで更に改良さ
れている。これらの結果は、最初に現像材混合物に加え
られる又は使用されるトナーが、次のような寸法分布を
持つべきこと即ち、１６ミクロンより大きい寸法の粒子
が重量比で１５％よりすくなく、５ミクロンより小さい
寸法の粒子が重量比で７％乃至１５％であり、５ミクロ
ン乃至１６ミクロンの寸法の粒子が残りであり、且つこ
れらの平均粒子寸法が８ミクロン乃至１２ミクロンであ
る寸法分布を有すべきことを示している。

更に好ましくは、粒子寸法の分布は、１６ミクロンより
大きい寸法の粒子が重量比で２％よりすくなく、５ミク
ロンより小さい寸法の粒子が重量比で９％乃至１５％で
あり、５ミクロン乃至１６ミクロンの寸法の粒子が残り
であり、そしてこれらの平均粒子寸法が８．５ミクロン
乃至９．５ミクロンである。これらの寸法分布床新しい
トナー及び未使用のトナーの寸法分布に関する。トナー
のならし後、均一化された寸法分布は、以下の如くにな
る。このように寸法分布が変る理由は、完全に理解され
ていないが、次の要素が大いに寄与するものと考えられ
る。

反射（光）は、コピーシートの地の品質を示す測定値で
あり且つコピーシート上の粒子は、肉眼で見ることがで
きる。

１６ミクロンより大きい粒子の数を減少することによつ
て、肉眼で観察できる粒子の数は、大いに減少され、そ
れ故により良好なシート地の外観を提供する。

再循環率は、次の方法によつて減少されると確信されて
いる。

大きな粒子がすくなく且つ各粒子の寸法がほぼ等しいの
で、該粒子は、ほぼ等しい静電気の帯電を受ける。大き
な粒子は、より低い電荷対質量比を有し且つ現像及び転
写中に電界をかけてもほとんど反応しない。それ故に、
大きな粒子は、容易に付着しない傾向にあり且つ非常に
容易に除去され、再循環されよう。更に、大きな粒子が
、これらの低い電荷対質量比により、シート地の領域に
大いにふりかかる傾向にあることが知られている。それ
故に、１６ミクロンより大きな粒子の数がすくないほど
、再循環率は低くなる。トナーを非常に効果的に使用す
ることに関して、コピーは、静電力により保持されるト
ナー粒子の層を形成することによつで黒色゛に作られる
。層の深さは、おおわれた基体の領域が均一であるかぎ
り、コピーの゛黒ざに影響しない。それ故に、粒子の゛
厚い層゛よりむしろ粒子の゛薄い層゛が用いられ且つ基
体上に像を形成する為に用いるトナーの重量又は体積は
、粒子の１層当りすくなくてすむ。１６ミクロンより大
きな寸法粒子の数を減少することによつて、１層当りの
粒子の重量は、減少され、かくしてトナー０．４５ｋ９
（１ポンド）当りのコピーの枚数を増加させる。

オフセツト・プリント・マスターでの融着品質に関して
、プリントの品質は、本発明のトナーで大いに改良され
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ １６ミクロンより大きい寸法の粒子が重量比で１５
   ％以下で、５ミクロンより小さい寸法の粒子が重量比で
   ７．１％乃至１１．８％で、残りが５ミクロン乃至１６
   ミクロンの寸法の粒子であり且つ平均粒子寸法が８．５
   ミクロン乃至１１．０ミクロンであるような寸法分布を
   有する粒子からなる、普通紙に付着されるための静電写
   真用トナー材。