KR100377858B1 - 신이성분계현상법에사용되는자성토너 - Google Patents

Abstract

본 발명의 현상제를 구성하는 자성 토너는 바인더 수지(binder resin)와 자성체를 주성분으로 하여 대전 제어제와 내첨제(카본 블랙 등)를 함유하고, 유동성 및 내습성 향상을 위한 실리카와 양호한 대전 특성을 위한 자성체 등의 외첨제로 표면 처리된 신 이성분계 자성 토너이다.

외첨용 자성체로 페라이트와 마그네타이트 등을 사용할 수 있는데, 구체적으로는 2가 또는 3가 철 산화물이거나, 이러한 철 산화물과 니켈, 아연, 망간, 마그네슘, 구리, 리튬, 바륨, 크롬, 칼슘 등의 산화물의 소결체이다. 전도성을 부여하기 위하여 표면 처리한 자성체도 적용되는데, 표면 처리 물질에는 티탄계 커플링제와 유기 아민 수지 등이 있다.

Description

신 이성분계 현상법에 사용되는 자성 토너{Magnetic Toner for New Two-Component Development Method}

본 발명은 신 이성분계 현상에 사용되는 분체 현상제에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 자성체를 외첨하여 현상 슬리브의 오염 및 비화상부 전사의 결함을 제거한 전자 사진용 신 이성분계 자성 토너에 관한 것이다.

신 이성분계 현상법은 일본의 히다치 메탈스사(EP 8933; EP 139,020)에서 개발된 이래 많은 연구가 진행되어, 현재 국내에서는 레이져빔 프린터, 팩시밀리, 복합기 등에 적용되고 있다. 일반적으로 종래의 일성분계 자성 토너를 이용한 신 이성분계 현상제는 일성분계 현상기와 동일한 장치를 사용할 수 있으면서도 광범위한 토너 농도에서 농도 조절이 불필요하다는 장점을 가지는 것으로 알려져 있으나(미국 특허 제 4,640,880호; 일본 특허 공개 공보 소 62-100,773호) 이와 같은 경우 2성분계 보다는 상대적으로 적은 양의 캐리어와 좁은 혼합부를 사용하는 이유로 토너의 하전량이 적어져서 농도의 과다 및 불균일이 발생하고, 이에 따라 전사율의 저하, 장치 내의 비산(飛散), 드럼 오염, 화상에서의 세선(細線) 재현의 곤란, 글자 번짐, 그림자 생성 등의 문제점을 초래한다. 이를 방지하기 위해서 신 이성분계토너들에 자성체를 첨가하는 방법이 제안되고 있다(대한민국 특허 출원 제 94-19700호). 자성 토너에 자성체를 외첨(外添)하면, 자성체로 인한 토너의 자기력 상승과 토너 표면의 불균일화로 마찰 기회가 증가하여 토너의 하전량이 증가되고, 그 결과 토너가 드럼으로 과다하게 이동하는 것이 억제되고 화질이 향상된다.

그러나, 이러한 자성체의 외첨으로 인하여 토너의 유동성 저하, 현상 슬리브의 오염 및 비화상부로의 토너 전사 등의 불완전 화질이 발생한다. 이는 슬리브 표면에서 토너의 농도 불균일이 발생하기 때문인데, 토너의 농도가 높은 부분에서 외첨된 자성체들이 서로 뭉쳐 슬리브를 오염시키고, 이 오염된 부분에서는 토너 하전량이 적어지게 되어 출력 방향의 비화상부 전사가 이루어지게 되는 것이다.

이를 방지하기 위해서는 현상기의 구조, 즉 혼합부의 모양, 토너 유입부의 모양, 토너 유입부의 크기 및 위치, 닥터 갭(ductor gap)의 크기, 호퍼 내의 토너 유입축 구조 등 토너 농도에 영향을 미치는 부분들의 정밀하고 섬세한 조정이 필요하게 된다. 더 나아가서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 토너의 농도 제어 센서를 사용하는 방법이 있는데, 이와 같은 방법들은 장치비 상승의 원인이 된다.

본 발명은 신 이성분계 현상 방법의 장점을 유지하면서, 외첨된 자성체로 인해 발생되는 제반 문제들을 근본적으로 해결하여 화상 결함이 없는 신 이성분계 현상제를 제공하는네 목적이 있다.

본 발명자들은 상기의 문제점들을 검토한 후 자성체를 종류별로 실험한 결과, 크기와 모양에 따라 상기의 특성이 변화함을 알 수 있었다. 이는 외첨 자성체의 크기가 클수록, 입자의 모양이 매끈하고 균일할수록 응집의 기회가 작아지기 때문이다. 그리고 자성체의 보자력(Hc)이 작을수록 슬리브 표면에 둘러붙는 접착력이 작아져 오염을 감소시킬 수 있었다.

본 발명의 현상제를 구성하는 자성 토너는 바인더 수지와 자성체를 주성분으로 하여 대전 제어제와 카본 블랙 등의 내첨제를 함유하고, 유동성 및 내습성 향상을 위한 실리카와 양호한 대전 특성을 위한 자성체 등의 외첨제로 표면 처리된, 신이성분계 자성 토너이다.

외첨용 자성체로 페라이트와 마그네타이트 등을 사용할 수 있는데, 구체적으로는 2가 또는 3가 철 산화물이거나, 이러한 철 산화물과 니켈, 아연, 망간, 마그네슘, 구리, 리튬, 바륨, 크롬, 칼슘 등의 산화물의 소결체이다. 전도성을 부여하기 위하여 표면 처리한 자성체도 적용되는데, 표면 처리 물질에는 티탄계 커플링제와 유기 아민 수지 등이 있다.

본 발명에 사용한 외첨 자성체는 위의 특성을 가지면서 0.4∼1.0 ㎛의 입자 크기를 가지면서 육면체, 팔면체 등 다면체의 입방형이거나 구형으로 규칙적인 모양을 가진 것들이다. 입자의 크기가 이보다 작거나 모양이 불규칙하면, 자성체들끼리 뭉쳐 슬리브를 오염시키고, 입자 크기가 이보다 크면 슬리브와 드럼에 마모를 일으킨다. 또한 본 발명에 사용한 외첨 자성체는 보자력이 100 Oe(Hm=5K Oe)보다 작은 특성을 가진다.

외첨되는 자성체의 양은 0.1∼3.0 중량%로 하고 더욱 바람직하게는 0.5∼2.0중량%를 사용한다. 자성체의 양이 이보다 적은 경우에는 자성체 외첨의 효과, 즉 화상 농도의 감소를 기대할 수 없고, 이보다 많은 경우에는 자성체로 인한 슬리브의 오염이 가중된다.

또한, 본원 발명에 사용되는 바인더 수지는 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 염화 비닐계 수지, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리염화비닐리덴, 폴리아크릴로니트닐, 폴리에테르, 폴리카르보네이트, 열가소성 폴리에스테르, 셀룰로오스계 수지 및 이들의 공중합 수지, 변성 아크릴 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지로 구성되는 군으로부터 선택된다.

또한, 본원 발명에 사용되는 대전 제어제는 금속 함유 염료, 4급 암모늄염, 또는 니그로신계 염료이다.

현상제 중의 캐리어는 이성분계 토너에서 일반적으로 사용되는 자성 캐리어로서, 마그네타이트계, 페라이트계의 전도성 캐리어와 이를 각종 수지로 표면 처리한 비전도성 캐리어 등이 사용될 수 있다. 모양은 구형의 것으로 평균 입자형이 30∼100 ㎛인 것을 사용하는데, 이보다 작은 크기의 캐리어는 토너와 함께 드럼으로 이동할 위험이 있고, 이보다 크기가 커지면 주어진 일성분계 현상기의 현상부 갭에서 자기 브러쉬의 형성이 곤란하다.

현상제는 자성 토너와 캐리어를 20∼60 중량%의 토너 농도로 혼합하여 제조하는데, 이는 일반적인 신 이성분계에서 사용되는 농도와 같다.

이하 본 발명을 좀더 구체적으로 설명하기 위하여 실시예를 기술하였다. 그러나 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.

실시예

서로 다른 크기 및 비표면적, 보자력을 갖는 자성체 I∼VI을 준비한다.

실험에 사용된 자성 토너는 스티렌 아크릴 공중합체 55 중량부, 마그네타이트계 자성체 42 중량부, 부 대전 제어제 1 중량부, 폴리프로필렌 왁스 2 중량부의 구성비를 갖는다. 이 원재료들을 부스 니더로 용용 혼련한 후 제트밀로 분쇄하고 풍력 분급기로 분급하여 평균 입자 크기가 9 ㎛인 자성 토너를 얻었다.

〈표 1〉

〈표 2〉

〈표 3〉

외첨에 사용한 자성체는 표 1에 나타내었다.

제조된 자성 토너와 외첨 자성체를 사용하여 표 2와 표 3에 실시예와 비교예를 나타내었으며, 외첨시에는 공히 소수성 실리카(독일 데구사, R974)를 자성 토너 100 중량부 당 1.0 중량부를 첨가하여 내습성과 유동성을 부여하였다. 외첨은 기계적인 방법을 이용하였다.

현상제는 표 2 및 표 3의 조건으로 처리된 자성 토너 40 중량부와 수지로 표면 처리된 페라이트계 캐리어 60 중량부를 혼합하여 만들었다. 이 때 캐리어는 평균 입자 크기가 45 ㎛인 것을 사용하였다.

이렇게 만들어진 전자 사진용 신 이성분계 현상제를 (주)LG전자의 레이져빔 프린터 GLP-600에 적용하여, 각 현상제의 초기 특성에 의한 화상과 실사 실험용 패턴을 3000매 출력한 후의 화상을 비교 평가하여 표 4에 나타내었다. 화상부와 비화상부 및 오염된 비화상부의 농도는 미국 맥배스사의 반사 농도계 RD-918로 측정하였고, 슬리브 오염율은 전체 슬리브 면적 당 오염된 면적률, 비화상율은 전체 화상 면적 당 비화상부 전사 면적율을 백분율로 표시하였다.

표 4에서와 같이 본 발명의 전자사진용 신 이성분계 자성 토너는 슬리브의 오염과 이에 따른 토너의 비화상부로의 전사가 없는 결과를 보였다.

〈표 4〉

Claims (8)

1. 바인더 수지(binder resin); 자성체; 카본 블랙을 비롯한 내첨제; 및 대전 제어제를 함유하고, 소수성 실리카와 외첨용 자성체를 포함하는 외첨제로 표면 처리된 전자 사진용 자성 토너 조성물.
2. 제1항에 있어서, 표면 처리용 외첨 자성체의 입자 크기가 0.4∼1.0 ㎛인 것을 특징으로 하는 전자 사진용 자성 토너 조성물.
3. 제1항에 있어서, 표면 처리용 외첨 자성체의 입자가 입방형 또는 구형의 규칙적 형태인 것을 특징으로 하는 전자 사진용 자성 토너 조성물.
4. 제1항에 있어서, 표면 처리용 외첨 자성체의 보자력이 100 Oe 이하인 것을 특징으로 하는 전자 사진용 자성 토너 조성물.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나에 있어서, 사용되는 외첨용 자성체의 첨가량이 조성물 총중량을 기준으로 0.1∼3.0 중량%인 것을 특징으로 하는 전자 사진용 자성 토너 조성물.
6. 제1항에 있어서, 바인더 수지는 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 염화비닐계 수지, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리염화비닐리덴, 폴리아크릴로니트닐, 폴리에테르, 폴리카르보네이트, 열가소성 폴리에스테르, 셀룰로오스계 수지 및 이들의 공중합 수지, 변성 아크릴 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 사진용 자성 토너 조성물.
7. 제1항에 있어서, 내부 및 외부에 첨가되는 자성체는 베브로스카이트, 가네이트, 페라이트, 또는 마그네타이트인 것을 특징으로 하는 전자 사진용 자성 토너 조성물.
8. 제1항에 있어서, 대전 제어제는 금속 함유 염료, 4급 암모늄염, 또는 니그로신계 염료인 것을 특징으로 하는 전자 사진용 자성 토너 조성물.