KR0161787B1

KR0161787B1 - 화상형성방법

Info

Publication number: KR0161787B1
Application number: KR1019950014653A
Authority: KR
Inventors: 야수시게 나까무라; 노리오 사와타리; 쓰네오 와타누끼; 후미오 타께이; 토루 타까하시; 야수유끼 후루세
Original assignee: 세끼자와 다다시; 후지쓰 가부시끼가이샤
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1995-06-02
Publication date: 1999-03-20
Also published as: DE69511794D1; EP0691583B1; US5635323A; JPH0850403A; JP2735096B2; DE69511794T2; KR960001915A; EP0691583A1

Abstract

광배면기록방식의 화상형성방식에서 인자농도와 배경부 바램의 양립을 도모함을 목적으로 한다.

그 구성은 토너의 체적 평균 입경을 d, 밀도를 ρ, 비표면적을 Fs로 하였을 때 6/(d_t·σ_t·S)가 0.75~0.90이고, 또한 마그넷 블로오프법에 의한 대전량의 절대치를 10~40μC/g로 한다. 캐리어에서 자화율 90emu/g 이상(1KOe에서의 값), 비표면적 1000cm²/g 이상 ~1800cm²/g, 전기저항 10⁶~10¹¹²Ωcm, 평균 입경 20~100㎛로 한다.

Description

화상형성방법

제1도는 광배면기록법의 화상형성원리를 설명하기 위한 도면.

제2도는 광배면기록법의 화상형성원리를 설명하는 도면.

제3도(a)는 광배면기록장치, 제3도(b)는 카르손법(Carson process)의 장치를 나타낸 도면.

제4도는 실시예의 광배면기록장치를 나타내는 도면.

제5도는 토너 샘플 1의 입자형상을 나타낸 사진.

제6도는 토너 샘플 2의 입자형상을 나타낸 사진.

제7도는 토너 샘플 3의 입자형상을 나타낸 사진.

제8도는 토너 샘플 4의 입자형상을 나타낸 사진.

제9도는 토너 샘플 5의 입자형상을 나타낸 사진.

제10도는 토너 샘플 6의 입자형상을 나타낸 사진.

제11도는 토너 샘플 7의 입자형상을 나타낸 사진.

제12도는 Fs치와 인자농도의 관계를 나타낸 도면.

제13도는 Fs치와 배경부 바램(background fog)의 관계를 나타낸 도면.

제14도는 대전량(the amount of electrification)의 인자농도의 관계를 나타낸 도면.

제15도는 대전량과 배경부 바램의 관계를 나타낸 도면.

본 발명은 감광체의 내측으로부터 화상노광함과 거의 동시에 현상을 실시하여 감광체상에 토너상을 얻는 화상형성방법에 관한 것이며, 종래의 카르손법을 대폭적으로 개량하여 인체에 유해한 오존의 발생이 없고, 저 경비로 양호한 화상을 안정하게 얻기 위한 방법에 관한 것이다.

근년에 컴퓨터, 통신기술의 급속한 발전에 수반하여 출력단말로서의 프린터의 수요가 높아지고 있다. 전자사진프린터는 기록속도나 인자품위등이 우수한 점으로 인하여 급속히 보급되고 있다.

그러나 종래의 전자사진방식(카르손법)에서는 감광체를 기록매체로 사용하여 대전·노광·현상·전사·정착·제전(除電)·클리닝이라는 복잡한 공정으로 기록이 이루어졌기 때문에 소형화, 저가격화, 메인터넌스프리(maintenance-free)화에는 한계가 있었으므로, 보다 간략한 현상공정이 요구되고 있다. 최근에는 투명한 감광체를 사용하여 현상하는 것이 시도되고 있으며, 상기와 같은 종래 방식의 대전기구를 없애고, 또 광학계를 감광체 내부에 배치함으로써 소형화가 가능해졌다는 보고가 있다. 예를 들어 일본국 특원평 5-143262호 공보에서는 유기 감광체를 사용하여 토너와 캐리어에 의해 현상을 하고 있다.

이 원리에 대하여 설명한다.

제1도, 제2도에 상기에 나타낸 본 공정에 의한 화상형성의 기본원리를 표시한다. 감광체(1)는 투명기체(2), 투명도전층(3), 광도전층(4)로 구성되고, 투명도전층이 어스로 접속되어 있다. 현상제(5)는 고저항 캐리어(6)와 절연성 토너(7)로 된 현상제를 사용하고 있다. 현상롤러(8)는 마그넷롤러(9)의 도전성 슬리브(10)가 설치되고, 현상제는 현상롤러에 자력으로 끌리어서 슬리브상에 부착하면서 감광체로 운반된다. 또한 현상닙(developing nip)내에서는 3개의 공정이 순식간에 잇달아 실시된다. 즉 대역[1]에서는 감광체(1)는 현상제(5)를 통해서 대전(12)된다. 다음에 대역[2]에서는 대전한 감강체(1)에 투명기체(2)측으로부터 화상노광을 실시하여 잠상을 형성한다. 11은 광학계이다. 또한 대역[3]에서는 잠상형성부에서 토너(7)의 감광체(1)에 대한 전기적 부착력(13)이 마그넷롤러(9)로부터의 자기력(14) 및 마그넷롤러(9)상의 캐리어로부터의 정전적 흡인력, 기계적 긁는 힘(mechanical scraping force)보다 세기 때문에 현상되고, 또 잠상형성부 이외의 배경부에서는 마그넷롤러(9) 및 자성캐리어의 자기력 및 정전적 흡인력, 기계적 긁는 힘에 의해 토너가 회수된다. 따라서 토너로서는 자성토너쪽이 자기적인 흡인력이 작용하기 때문에 배경부 바램에 대해 유리하나, 비자성토너도 캐리어로부터의 정전적 흡인력, 기계적 긁는 힘에 의해 토너가 회수되기 때문에 사용가능하다. 현상된 토너는 기록매체 즉 종이 또는 플라스틱판등에 전사되어, 인쇄가 된다. 여기서는 이 방법을 광배면 기록법이라 부른다.

그러나 본 광배면기록법과 종래 방식(여기서는 카르손방식이라 부른다)과는 차이가 있다. 즉 카르손방식은 주지하는 바와 같이 감강체의 대전, 노광, 현상을 별도의 공정으로 하기 때문에 감광체의 대전전위는 배경부 바램(background fog)이 발생하지 않도록 현상 바이어스보다 높게 설정할 수가 있다. 잠상에는 정전적 토너가 운반되나 배경부에는 토너가 부착하지 않는다. 그러나 본 광배면기록법에서는 감광체의 표면전위는 현상 바이어스에 의해 발생하기 때문에 감광체의 전위가 현상 바이어스와 같거나, 또는 약간의 효율 저하에 의해 적어진다. 따라서 배경부에 부착한 토너는 마그넷롤러로부터 자기적 또는 정전적 흡인력, 기계적 긁는 힘에 의해 회수된다. 배경부 바램을 감소하기 위하여, 이 회수력을 높이면 반대로 인자농도가 저하하여 배경부 바램 감소와 고 인자농도의 양립이 가장 큰 문제로 되고 있다.

또 광배면기록법에서는 감광체가 현상제를 통하여 대전과 현상을 거의 동시에 하기 때문에 고 대전성, 고 현상성을 갖는 현상제가 요구되지만, 일본국 특개평 5-15055호 공보의 현상제를 사용하여도 충분한 토너농도 마진(토너농도 10~30wt%에서 양호한 특성이 얻어지는 것)이 얻어지지 않았다. 토너농도 10~30wt%에서 양호한 인쇄특성이 얻어져야 할 필요가 있는 이유는 원가절하의 요구에 따라 종래의 자기센서를 사용한 토너농도 제어방식으로부터 일본국 특개평 5-150667호 공보에 있는 바와 같은 자동 토너농도 제어방식으로 대체되어가고 있기 때문이다. 이 자동 토너농도 제어방식은 종래의 자기센서가 어떤 토너농도에 대해서도 ±2% 이내로 제어 가능하는 데 비해서, 10~30wt%와 같이 러프한 제어밖에 할 수 없기 때문이다.

본 발명자들은 예의 연구한 결과, 카르손방식에 비해 광배면기록방식에서는 인자농도와 배면부 바램 양립의 문제는 토너 형상, 토너 대전량 및 캐리어 형상에 강하게 영향을 받아서, 토너 형상, 토너 대전량 및 캐리어 형상을 제어함으로써 고 인자농도, 저 바램을 실현할 수 있음을 발견하였다.

여기서 토너 형상의 지표로서는 특개평 5-177236호에 나타낸 방법을 사용하여, 토너를 균일 진구로 가정하여 계산했을 때의 비표면적과 BET법으로 측정한 비표면적(S)의 비(Fs치라 한다)로 표시한다. 즉

이며, Fs는 클수록 진구에 가까워지고, 이론적으로 0~1 사이의 값이 된다. 여기서 Fs의 산출에는 코울터 카운터(Coulter Electronics K.K.제)로 측정한 체적평균입경(d_t), 토너밀도(ρt), 헬륨 70%, 질소 30%의 혼합기체를 사용하여 측정한 BET법에 이한 비표면적(S)을 사용한다.

이때 Fs치가 0.75~0.9이며, 또한 대전량의 절대치가 10~40μC/g에서 양호한 인자가 얻어짐을 것을 알았다.

Fs치가 0.7 이하에서는 배경부 바램이 많고, 0.9이상에서는 인자농도의 저하한다. 또 대전량은 정대전(正帶電)이건 부대전(負帶電)이건 절대치가 10μC/g보다 낮아지면 전사불량을 일으키고, 40μC/g이상에서는 배경부 바램이 많아져서 사용할 수 없다. 보다 바람직하기는 30μC/g~20μC/g인 것을 발견하였다.

또한 대전량의 측정방법은 마그넷 블로오프법으로 실시하였다(J. Nakajima, J. Tashiro : FUJITSU Scientific Technical Journal, Vol. 17, No. 4, p115(1981)). 구체적으로는 대전량 측정기(도시바 케미컬(주))의 메시를 마그넷으로 개조한 장치를 사용하였다. 이에 비해 메시 블로오프법에서는 현상제를 불어 날릴 때의 현상제의 메시와의 마찰 대전도 카운트되기 때문에 메시 블로오프법에서의 측정치는 마그넷 블로오프법에 비해 통상 절대치로 10μC/g정도 높아진다.

또한 공지예로서 Fs치가 0.5~0.73(특개평 5-142857호) 및 0.66~1(특개소 59-58438호)의 토너를 개시한 것이 있으나, 이들은 광배면기록에 관한 것이 아니고, 종래방식의 규정이다. 즉 이 양 문헌이 모두 그와 같이 높은 Fs치의 토너가 본 발명의 대상이 되는 광배면기록법의 화상형성장치에 적용된다거나, 그와 같은 장치에 유효하다는 것을 시사하고 있지 않다. 더구나 단순히 Fs치만이 광배면특성을 결정하는 것이 아니고, 대전량도 Fs치와 마찬가지로 중요한 요소이지만, 그 점에 대해서는 양 공지예가 모두 아무런 시사도 없다.

토너에 대해서 더욱 자세히 설명하면 토너는 형상변경이 용이한 유화중합토너(구형~부정형까지 자유롭게 변경 가능)을 사용하면 좋다. 유화종합토너라 함은 래디컬중합가능한 모노머를 유화중합(또는 무유화중합)하고, 얻어진 수지입자와, 카본, 대전제어제를 수중에서 회합함으로써 토너를 얻으나, 그 형상의 콘트롤은 화합종료후, 수중에서 가온하고 수지입자를 용융상태로 하여 형상변경을 하고 부정형으로부터 구형까지 자유롭게 변경할 수 있다(특개소 63-186253호 공보). 이 경우의 우리의 실험에서는 Fs치는 0.2~0.95까지 콘트롤 가능하였다.

또한 이 유화중합토너가 형상의 콘트롤에 가장 유효하다고 생각되지만, 그밖에 사용할 수 있는 토너로서는 이른바 현탁토너를 생각할 수 있다(특개소 54-84730호 공보, 특개평 3-155565호 공보 등). 이 토너의 일반적인 제조방법을 사용하면 토너의 Fs치는 0.95 이상의 진구토너가 되어 광배면기록에서는 인자농도가 저하하는 일이 있다. 바람직하기는 제조시에 가압처리(특개평 4-156555호) 교반조건, 가온조건등의 방법에 의해 약간의 딤플처리(dimple treatment)나 부정형화처리를 한 Fs치 0.75~0.9를 갖는 현탁중합토너를 사용할 수 있다.

또한 토너의 형상을 나타내는 지표로서는 Fs치 이외에 와르다르(Wardar)의 실용화 구형화도가 알려져 있다(특개평 4-225368호 : 후지쓰). 와르다르의 구형화도 및 Fs치는 각각 다음 식에 의해 산출된다.

실용구형화도=(입자의 투영면적과 같은 면적의 원의 직경)/(입자투영면에 외접하는 원의 직경)

상기 식에 의하면 와르다르의 구형화도는 입자의 투영면적에 관계하기 때문에 1개의 입자를 마크로로 본 경우의 눈의 형상을 반영하고, 1에 가까울수록 구형이 된다. 그러나 본 광배면기록에서의 배경부 바램은 토너가 감광체에 부착하는 힘이 클수록 악화한다. 즉 배경부 바램은 반 데르 왈스력(van der Waals force), 경상력(鏡像力)등의 대단히 미크로한 영역(섭㎛ 이하)에서의 흡인력이 커질수록 나빠지는 것을 의미한다. 이 경우에는 와르다르의 구형화도로 표시하면 입자의 극표면의 섭 미크론 영역에서의 변화는 전혀 반영되지 않는다. 한편 Fs치는 BET법등에서의 기체흡착에 의한 표면적의 실측치를 사용하기 때문에 섭 미크론 영역의 미소한 변화를 잘 반영하고, 이에 따라 토너가 감광체에 부착하는 힘(반 데르 왈스력, 경상력)을 잘 표시할 수가 있다.

예로서 분쇄법에 의한 토너중합법에 의한 토너와 비교하면 유화중합토너는 본 눈은 이지러지나, 표면이 매끈하기 때문에 분쇄토너에 비해 와르다르치는 적어도 Fs치는 커진다. 배경부 바램은 Fs치가 클수록 좋으며, 와르다르치와는 관계가 없다.

또한 토너는 각각 대전제어제(예를 들어 아조크롬화합물)의 종류, 첨가량에 의해 자유롭게 콘트롤할 수 있다. 중합토너의 발명에서 사용되는 래디컬 중합 가능의 모노머는 1분자중에 에틸렌성 불포화결합을 1개 갖는 모노머이면 좋다. 예를 들어 스티렌 및 그 유도체, 메타크릴산메틸, 메타크릴산에틸, 메타크릴산프로필, 메타크릴산n-부틸, 메타크릴산이소부틸, 메타크릴산n-옥틸, 메타크릴산도데실, 메타크릴산-2-에틸헥산, 메타크릴산스테아릴, 메타크릴산페닐, 메타크릴산디메틸아미노에틸, 메타크릴산디에틸아미노에틸등의 α-메틸렌지방산모노카르복실산에스테르류, 아크릴산메틸, 아크릴산에틸, 아크릴산n-부틸, 아크릴산이소부틸등의 아크릴산에스테르류, 비닐메틸에테르, 비닐에틸에테르, 비닐이소부틸에테르등의 비닐에테르류, 비닐메틸케톤, 비닐헥실케톤, 메틸이소프로페닐케톤등의 비닐케톤류, N-비닐피놀, N-비닐카르바졸, N-비닐인돌, N-비닐피로리돈등의 n-비닐화합물, 비닐나프탈린류, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 아크릴아미드등의 아크릴산 또는 메타크릴산유도체등이 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수가 있다.

다음에 중합개시제로서는 현탁중합토너에서는 통상모노머에 가용의 화합물(아조비스이소부틸로니트릴, 벤조일퍼옥사이드, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 이소프로필퍼옥시 카보네이트등)을 사용하나 물에 가용의 과산화수소등의 병용할 수도 있다. 또한 유화중합토너에서는 반대로 통상은 물에 가용의 예를 들어 과황산화카륨등의 과황산염, 과산화수소수, 등 또한 레독스계의 개시제를 사용하여도 중합시킬 수가 있다.

대전제어제로서는 공지의 아조크롬계(부 대전성), 니그로신계(정 대전성), 암모늄계(정부 대전성) 등을 사용할 수가 있다.

이들 토너는 외첨제로서 공지의 실리카, 산화티탄 알루미나, 수지분말 등을 사용할 수 있다.

감광체로서는 프탈로시아닌이나 아조계등의 유기계를 사용할 수가 있다. 감광체기체로서는 유리, 아크릴수지등의 투명 또는 반투명의 재료를 사용할 수 있다. 또 감광체의 투명 또는 반투명의 도전층을 형성하는 재료로서는 ITO, SnO₂등의 무기계 재료의 증착이나 ITO, SnO₂등이 수지 분산후의 도포, 용제 가용의 폴리아닐린등의 유기계 재료의 도포에 의하여 할 수가 있으나, 경비면에서 도포방식이 바람직하다.

또한 상기이 토너와 더불어 사용하는 캐리어의 종류는 철분, 마그네타이트, 페라이트 등의 통상의 재료를 사용할 수가 있으며, 캐리어로서는 아크릴, 스티렌아크릴, 실리콘수지등의 범용의 코팅을 할 수가 있다. 그리고 수지에 마그네타이트분말을 함유한 수지 캐리어로도 사용할 수 있다. 그러나 캐리어의 부착의 면에서 자력이 가장 높은 철분이 바람직하다. 또한 그 입경에 관해서는 평균 입경이 10~50㎛인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하기는 20~45㎛이다. 10㎛보다 작으면 미립자가 많기 때문에 감광체에 대한 캐리어 부착이 많아져서 캐리어가 감소하여 인자품위를 저하시킨다. 또 50㎛보다 크면 본 광배면기록법에서는 감광체의 대전전위가 불균일하게 되어 해상성이 양호한 인자를 얻을 수 없다.

그리고 캐리어의 전기저항은 도전성의 저저항 캐리어거나 절연성의 중·고저항 캐리어진 간에 배경부 바램의 감소에 관해 양호한 효과는 얻어지지만, 전기저항이 10²Ωcm보다 적으면 현상부에서의 리크에 의해 감광체가 파손하거나 현상력이 너무 많아져서 해상성이 양호한 인자를 얻을 수 없다. 따라서 캐리어의 전기저항은 10²Ωcm 이상이 바람직하며, 더욱 바람직하기는 10³Ωcm 이상이다. 단 캐리어의 전기저항의 측정방법은 아래와 같이 하였다. 저항률 R은 1cm³의 상기 캐리어를 일정자계(자속밀도 950가우스, 자계강도 3400e)가 작용하고 있는 1cm³의 평행 전극간(전극간 거리 1cm)에 넣고, 100V의 직류전압을 걸 때에 흐르는 전류치 i(A)를 측정하여, R=100/i의 식으로부터 구한 값이다.

또한 본 발명자들은 캐리어의 비표면적을 특히 크게 함으로써 토너의 농도 및 토너형상 마진을 크게 할 수 있다는 것을 발견하였다. 구체적으로는 캐리어(바람직하기는 철분)이

① 자화율 90emu/g 이상(1kOc에서의 값)

② 비표면적 1000cm²/g~1800cm²/g

③ 전기저항 10²~10⁶Ωcm

④ 평균입경 20~45㎛

로 함으로써 10~30wt%의 토너농도에서도 양호한 인쇄특성을 나타내는 것을 발견하였다. 또한 분쇄토너라도 고 인자농도, 저 바램을 실현할 수 있었다.

⑤ 특히 철분에 외접하는 직방체의 각각의 1변을 A, B, C로 하고 ABC 또는 A=BC, AB=C가 되도록 규정할 경우에 B/A의 평균이 0.30~1.00 그리고 C/A가 0.05~0.40인 형상을 갖는 박판상 철분이 바람직하다.

단 자화율이 90emu/g 이하의 마그네타이트, 페라이트 및 수지에 자성분을 분산한 자성입자를 사용하면 자성입자가 전하를 인가할 때 감광체에 부착해버린다. 또 비표면적이 1000cm²/g 이하의 철분에서는 토너농도 10wt% 이상에서 배경부 바램이 발생한다. 반대로 1800cm²/g 이상의 철분은 착화의 위험을 수반하기 때문에 제조할 수 없다. 이는 비표면적이 클수록 단위중량당의 토너 보존능력이 크기 때문에 고 토너농도라도 현상제의 전기저항이 변화하기 어렵기 때문이라고 생각된다. 다음에 전기저항이 10²Ωcm 이하인 철분은 현상제라도 저항이 낮아서 리크에 의해 파손되기 쉽다. 10⁶Ωcm 이상의 철분을 사용하면 현상제에서는 전기저항이 10¹²Ωcm 이상이 되어 감광체에 대한 전하 주입에 의한 대전을 할 수 없기 때문에 배경부 바램이 발생한다. 철분이라도 20㎛ 이하에서는 철분을 통해 전하를 인가할 때 감광체에 부착해버린다. 45㎛ 이상에서는 현상제중의 철분끼리의 거리가 커지기 때문에 감광체의 대전을 충분히 할 수가 없어서 인자의 배경부 바램이 발생한다. 또한 일반적으로 철분은 아토마이스처리에 의한 진구철분, 다공질의 스폰지철분, 판상의 철분이 알려져 있으나, 진구철분, 다공질의 이른바 스폰지철분 및 통상의 판상철분에서는 바램이 발생하였다.

또한 여기서 사용하는 수지에 의해 코팅하여도 좋다. 예를 들어 도전성 카본을 분산한 스티렌아크릴, 폴리에스테르, 에폭시, 실리콘 등의 수지를 코팅함으로써 전기저항을 콘트롤 할 수가 있다. 그러나 철분에 수지를 코팅한 후, 카본을 표면에 주입하는 것과 같은 방법은 좋지 않다. 이는 카본이 연속 인쇄에 의해 이탈하여 전기저항이 변화해버리기 때문이다.

다음에 토너로서는 통상의 분쇄에 의한 방법이거나, 현탁중합 또는 유화중합법에 의해 토너를 직접 제조하는 방법이라도 좋으나, 토너의 형상으로서는 부정형 토너보다 현탁중합 또는 유화중합에 의해 직접 토너를 얻은 토너가 감광체와의 부착력도 적고, 대전안정성, 유동성, 현상특성도 좋아서 보다 바람직하다(특원평 6-144050호).

그러나 가장 바람직하기는 본 발명의 신규 토너(Fs가 0.75~0.90, 토너 대전량이 절대치로 10~40μC/g)와 본 발명의 캐리어(상기 ①~④, 그리고 ⑤를 만족시키는 것)을 조합해서 사용한다.

또한 사용하는 현상롤러는 도전성 비자성 슬리브 내부에 마그넷자석을 가지며, 마그넷은 고정되고 슬리브만 회전하는 것이거나, 마그넷과 슬리브가 다 회전하는 것이 어거나 간에 상관 없다. 또 마그넷롤러의 자극수가 20극 이상인 다극의 마그넷롤러를 직접 회전시켜도 좋다.

광배면기록방식에 사용되는 감광체로서는 잠상형성과 현상이 거의 동시에 이루어지기 때문에 고 이동도의 감광체 쪽이 유리하다. 광도전층으로서는 무기재료이건 유기재료이건 좋으나, 무기재료는 유기재료에 비해 암저항(暗抵抗)이 낮기 때문에 사용되는 현상제의 저항을 낮게 하지 않으면 충분한 대전을 줄 수가 없기 때문에 유기재료 쪽이 유리하다.

여기서 사용할 수 있는 감광체는 구체적으로는 아래와 같은 것이다.

감광체의 기체는 유리, PET필름, 플라스틱등, 노광에 필요한 광을 투과할 수 있는 투명성을 갖추고 있는 공지의 것을 사용할 수가 있다.

감광체의 도전층은 투명기체상에 형성된다. 도전층으로 사용되는 것으로는 ITO(indium tin oxide), 산화주석, 가용성 도전성 고분자, ITO 또는 산화주석 등의 도전성 미분말을 수지중에 분산시킨 도전성 도료등, 투명성 및 도전성을 수반하는 공지의 재료를 사용할 수가 있다. 또 도전층의 막 두께는 10Å~30㎛ 정도의 것이 바람직하다. 도전층 위에 형성되는 광도전층은 유기재료(프타로시아닌계, 폴리실란계)라도 무기재료(셀렌, 아모르퍼스실리콘)라도 좋다.

여기서 캐리어 및 자성입자의 전기저항의 측정방법은 상기와 마찬가지로 저항률 R은 1cm³의 상기 캐리어 및 자성입자를 일정자계(자속밀도 950가우스, 자계강도 3400e)가 작용하고 있는 1cm³의 평행 전극간(전극간 거리 1cm)에 넣고, 100V의 직류전압을 걸었을 때 흐르는 전류치 i(A)를 측정하여 R=100/i의 식으로부터 구한 값이다. 또한 자성입자의 입경의 측정은 SEM 사진으로부터 입자에 외접하는 원의 직경을 측정하여, 그 평균치로부터 구하였다. 캐리어 비표면적의 측정은 비표면적 측정장치(시마즈 제작소, SS-100형)를 사용하여 공기투과법으로 측정하였다.

[실시예]

[실시예 1]

제3도(a)(b)는 장치 비교예이다. 제3도(a) 제3도(b)에서 21은 감광체 드럼(불투명), 22는 대전기, 23은 표면적위, 24는 광학계, 25는 현상기, 25a는 현상제, 26은 토너, 27은 기록지, 28은 전사기, 29는 정착기, 30은 제전램프, 31은 클리닉, 32는 감광체 드럼(투명지지체), 33은 전사롤러이다.

신 장치(제3도(a))에서는 종래 장치(제3도(b))에 비해 대전기, 제전램프, 클리너를 삭제할 수 있고, 또한 광학계는 투명감광체 내부에 배치되어 있다. 그리고 전사에 관해서도 코로나전사로부터 롤러전사로 함으로써 인체에 유해한 오존 발생도 없고, 소형, 경량, 저가격화가 가능한 공정으로 되어 있다. 본 장치를 더욱 자세히 설명하면 고정마그넷을 내부에 가지며, 슬리브만 회전할 수 있는 현상 롤러를 가지며, 상기 현상 롤러상에만 캐리어가 존재하여, 토너만을 공급한다. 감광체는 투명유리관 표면에 도전층으로서 풀리아닐린을 도포하고, 그 표면에 유기감광층(프탈로시안계)를 도포한 것을 사용하였다.

노광수단은 감광체에 내장한 LED를 사용하고, 감광체와 현상롤러의 닙 방향을 향하고 있다. 현상은 현상 롤러측의 슬리브로부터 교류전압 V_AC가 피크간 전압 V_PP=1200V, 주파수 600Hz, 직류전압 V_DC=-500V로 설정하였다. 이때 감광체와 현상 롤러의 갭은 0.3mn로 하였다.

또 본 실험에서는 상기와 같이 슬리브에 AC전압에 DC전압을 증첩시킨 교번전압을 걸어도 좋으며, 정전압제어를 하여도 좋고, 정전류제어를 하여도 좋다.

또한 현상법으로서는 캐리어와 토너가 현상기 전체에 존재하는 이른바 2성분 현상법으로도, 또는 특개평 5-150667에 나타낸 바와 같이 2성분법보다 소량의 캐리어량에 의해 현상제의 토너농도를 자동제어하는 현상방법으로도 좋다.

그리고 감광체의 주속도는 24mn/s로 하였다.

캐리어를 갖는 방법을 사용한 실제의 장치 구성을 제4도에 나타낸다.

[토너 제조예 1]

① 형상변경

[단량체]

[중합개시제]

[이형제]

[유화제]

이상을 사용하여 70℃에서 3시간 유화중합하여 1~2㎛의 수지비드를 얻었다.

다음에

[착색제]

[자성분]

[대전제어제]

이상의 혼합물을 슬래셔(slasher)로 분산 교반하면서 90℃에서 6시간 보존하였다. 이 사이에 콤플렉스(토너)가 10~12㎛로 성장한 것을 확인하였다. 다음에 형상을 변경하기 위하여 그대로 90℃의 수중에서 0.5~30시간 가온하여 Fs치가 0.25~0.95의 형상이 다른 토너 1~7(제5도~제11도)을 얻었다. 이들 토너를 원심분리하여 여별하였다. 이들 토너를 pH가 8이하로 될 때까지 수세를 반복하여 체적 평균입경 7.5~8.5㎛의 자성토너를 얻었다.

② 대전량 변경품

Fs치가 0.81의 토너와 마찬가지의 제조방법에 의해 형상을 규정하고, 사용하는 아조크롬염료의 첨가량을 X중량부를 0.5~10중량부의 범위로 변경함으로써 대전량을 -10~80μC/g까지 변경할 수가 있었다.

[캐리어의 제조방법]

메틸트리에톡시실란 1g을 메타놀 1ℓ로 희석하여 코팅용액으로 하고, 캐리어 코어재(철분; 평균입경 30㎛, 파우더 텍사) 5g을 대해 로터리 드라이법을 사용하여 코팅하였다. 코팅후, 공기 분위기에서 온도 120℃의 열처리를 1시간 실시하여 캐리어를 얻었다.

얻어진 캐리어의 전기저항은 5×10⁵Ωcm이었다.

[실시예 2]

상기한 캐리어와 형상이 다른 토너 샘플 1~7을 사용하여 토너농도 10wt%에서 현상제를 제조하였다. 이 현상제를 사용하여 제4도에 나타낸 광배면기록방식에 의한 장치 및 시판의 프린터(M3876M : 후지쓰 제)에 의해 광배면기록 및 종래방식을 비교하였다.

그 결과를 표1, 제12도, 제13도에 나타낸다. 대전량이 약 -20μC/g의 토너에 대해 인자농도와 배경부 바램을 조사한다. 광배면기록에서는 Fs치의 증가에 의해 인자농도가 상승하고, 반대로 종래법에서는 저하하였다(제12도). 배경부 바램은 Fs치의 증가에 의하여 광배면 기록법에서는 급속히 저하하나, 종래 방식에서는 변화하지 않는다(제13도). 따라서 광배면기록에서는 Fs치가 0.75~0.95에서 고 인자농도, 저 바램을 실현할 수 있다. 단 Fs치가 0.95의 토너는 해상성이 저하하므로 사용할 수 없다.

한편 종래 방식에서는 0.25~0.66에서 양호해지고, 진구토너를 사용할수록 인자농도가 낮아진다. 이는 진구토너는 유동성이 너무 좋으면 감광체에 부착한 토너가 현상제의 자기브러시에 의해 긁혀 떨어지기 때문이라고 생각된다.

다음에 Fs치를 0.8정도로 대전량이 다른 토너를 사용하여 광배면기록과 종래 방식을 비교하였다(표2, 제14도, 제15도). 광배면기록에서는 인자농도는 대전량에 상관없이 양호해지나, 종래법에서는 대전량 증가에 따라 인자농도가 저하한다(제15도). 또한 배경부 바램은 완전히 반대의 경향으로서, 광배면기록에서는 대전량이 높을수록 바램이 많아지고, 거꾸로 종래법에서는 낮아진다. 또 전사에 관해서는 절대치로 -10μC/g 이하에서는 전사할 수 없다. 따라서 광배면기록에서 고 인자농도, 저 바램의 양호한 인쇄특성을 얻기 위해서는 대전량을 -10~-40μC/g로 할 필요가 있다.

이상의 결과로부터 종래 방식과 광배면기록에서는 대전량, Fs치에 대한 마진이 달라서, 광배면기록에서는 Fs치 0.75~0.90이고 또한 대전량이 -10~-40μC/g, 바람직하기는 Fs치가 0.75~0.85이고 대전량이 -20~-30μC/g에서 양호한 인쇄특성이 얻어진다.

단 인자특성에 관한 평가는 아래와 같이 하였다.

1. 인자농도가 OD로 1.4 이상이면 ◎, 1.3 이상이면 ○, 1.2~1.3이면 △, 그 이하이면 ×로 하였다. 단 인자농도는 코니커 덴시토미터(Konica densitometer)(PDA-65, 코니커)를 사용하여 측정하였다.

2. 바램은 상온상습(25℃, 50%RH)에서 감광체상의 바램에 의한 농도가 △OD가 0.02 이하이면, ◎, 0.05 이하이면 ○, 그 이하이면 ×로 하였다. 여기서 바램 평가를 위한 인자농도차(△OD)라 함은 용지에 전사하기 이전의 감광체 상의 분상(粉像)을 테이프(Scotch Mending Tape)에 취하여 백지부의 농도를 측정하여 테이프의 농도를 뺀 값.

여기에서 인자농도, 바램에 관해서는 표1과 같은 방법으로 평가하였다. 또 전사효율은 90% 이상 ◎, 80% 이상을 ○으로 하고, 그 이하를 ×로 하였다.

[장치예 2]

제3도(a)와 같은 광배면기록장치에서 현상은 직류전압으로도 좋으나, 슬리브에 인가하는 진동전압 V가 피크간 전압 V=1000V, 주파수 900Hz, 직류전압 V=-350V로 설정하였지만, V는 20~5000V, 주파수 100~10000Hz, 직류전압 V=-150~1000V의 설정이 가능함을 확인하였다.

[토너 제조예 2]

현탁중합토너

[단량체]

[대전제어제]

[중합개시제]

[철분]

[착색제]

[이형제]

상기 단량체, 착색제, 개시제, 및 왁스를 디스퍼서(disperser)(야마또가가꾸 제)를 사용하고, 3분간 교반하여 단량체 조성물을 조정하였다. 다음에 분산제로서 폴리비닐 알콜 10중량부가 들어있는 증류수 5000중량부 중에 이 단량체 조성물을 넣고, 실온(20℃)에서 디스퍼서(1,000r.p.m)를 사용하여 3분간 교반하였다. 그 후에 디스퍼서를 스리원 모터(three-one motor)로 바꾸어 100r.p0.m으로 교반하면서 80℃에서 가압 및 가열하여 완전히 단량체 조성물을 중합시켰다. 다음에 물에 분산한 생성 토너를 원심분리하고, 여별하였다. 이 토너를 반복해서 수세하여 평균 입경 6.0㎛으로 구형인 딤플(dimple)이 있는 구형자성토너를 얻었다. Fs치는 0.85이었다.

[실시예 3]

장치예 2의 광배면기록장치를 사용하여 토너농도를 10~30wt%까지 바꾸고, 표3과 같이 다른 캐리어를 사용하여 인쇄하고, 인자농도, 배경부 바램, 리크에 의한 감광체 파손, 캐리어 부착을 평가하였다.

σ: 1KO에서의 자화율의 값(emu/g), HH : 비표면적(cm/g), R : 전기저항(Ωcm). RKI : 입경(㎛), B/A 및 C/A는 캐리어의 형상인자, 인자농도 : 토너농도 마진이 10~30wt%인 토너농도의 범위에서 양호한 광학농도특성 1.4이상을 ◎, 1.3이상이 얻어지는 것을 ○으로 하였다. 단 광학농도는 코니커 덴시토미터 PDA-65를 사용하여 측정하였다.

바램은 표1과 같이 평가하였다.

리크는 1만장의 연속 인쇄에 의해 감광체가 파손되지 않은 것을 ○으로 하였다.

캐리어 부착은 감광체상을 목시로 평가하고, 부착하지 않은 것을 ○으로 하였다.

[토너 제조예 3]

바인더수지로서 폴리에스테르수지(NE-2150, 가오(주)) 50중량부, 자성분(마그네타이트, MTZ-703, 도다고교) 40중량부 및 착색제로서 카본블랙(블랙 펄스 L ; 평균입경 2.4㎛, 비표면적 138m/g ; 캐봇사 제)5중량부, 대전제어제(니그로신 오리엔트사 제) 1중량부, 프로필렌 왁스(비스콜 550P 산요가세이 제) 4중량부를 가하고, 가압 니더(pressure kneeder)에 의해 160℃, 30분 용융 혼련하여 토너괴를 얻었다. 냉각한 토너괴를 로토플렉스 분쇄기(Rotoplex crusher)에 의해 약 2mm의 조(粗) 토너로 하였다. 이어서 조 토너를 제트 밀(jet mill)(PJM 분쇄기, 니혼뉴마틱 고교 제)를 사용하여 미분쇄를 실시하고, 분쇄물을 풍력분급기(air classifier)(알파인사 제)에 의해 분급하여 평균 입경 10㎛의 정대전성 토너를 얻었다.

[실시예 4]

장치예 2에서 정대전성 토너에 대응하기 위해 감광체의 감광층을 프탈로시아닌계로부터 아모르퍼스실리콘계로 변경하였다. 그밖의 조건은 마찬가지로 하였다. 캐리어로서는 표3의 No.1 캐리어를, 토너로서는 제조예 3의 토너를 사용하여 현상하였다. 그 결과, 인자농도, 바램, 감광체에 대한 캐리어 부착은 다같이 ○이었다.

본 발명에 의하면 광배면기록법에서 토너를 적정화함으로써 인자농도와 배경부 바램의 양립을 가능케 한다. 또 캐리어를 적정화하여 리크에 의한 감광체의 파손함이 없이 장기간에 걸쳐 양호한 인자를 출력할 수가 있게 된다.

Claims

투명 또는 반투명의 기체, 투명 또는 반투명의 도전층 및 광도전층을 적층하여 된 감광체와, 이 감광체의 광도전층측에 배치된 캐리어 및 토너와, 상기 감광체의 도전층측에서 그리고 현상수단과 대향하는 위치에 설치되어 화상노광을 실시하는 화상노광수단으로 되며, 캐리어에 의해 감광체의 대전을 함과 거의 동시에 노광 및 토너의 현상을 하는 광배면기록의 화상형성방법에 있어서, 토너의 체적 평균 입경을 d_t, 밀도를 ρ_t, 비표면적을 S로 하였을 때, 6/(d_t·ρ_t·S)가 0.75~0.90이고, 또한 마그넷 블로오프법에 의한 토너의 대전량의 절대치가 10~40μC/g인 것을 특징으로 하는 화상형성방법.
제1항에 있어서, 상기 토너가 주성분으로서 유화중합(또는 무유화중합)법에 의해 얻어진 수지입자를 함유한 회합입자이며, 상기 수지입자의 일부가 융착되어 있는 유화중합토너이든가, 또는 현탁중합토너인 화상형성방법.
투명 또는 반투명의 기체, 투명 또는 반투명의 도전층 및 광도전층을 적층하여 된 감광체와, 이 감광체의 광도전층측에 배치된 캐리어 및 토너와, 상기 감광체의 도전층측에서 그리고 현상수단과 대향하는 위치에 설치되어 화상노광을 실시하는 화상노광수단으로 되며, 캐리어에 의해 감광체의 대전을 함과 거의 동시에 노광 및 토너의 현상을 하는 광배면기록의 화상형성방법에 있어서, 상기 캐리어가 ① 자화율 90emu/g 이상(1KOc에서의 값), ② 비표면적 1000cm²/g~1800m²/g, ③ 전기저항 10²~10⁶Ωcm, ④ 평균입경 20~45㎛인 것을 특징으로 하는 화상형성방법.
제3항에 있어서, 상기 캐리어가 ⑤ 캐리어에 외접하는 직방체의 각각의 1변을 A, B, C로 하고 ABC 또는 A=BC, AB=C가 되도록 규정할 경우에 B/A의 평균이 0.30~1.00 그리고 C/A가 0.05~0.40인 형상을 갖는 박판상 철분인 화상형성방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 캐리어가 수지를 코팅한 철분인 화상형성방법.