KR100491607B1 - 정전잠상 현상용 비접촉 비자성 1성분계 토너 및 그것을사용하는 현상장치 - Google Patents

정전잠상 현상용 비접촉 비자성 1성분계 토너 및 그것을사용하는 현상장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 정전잠상 현상용 비접촉 비자성 1성분계 토너 및 그것을 사용하는 현상장치는 결착 수지 및 착색제를 함유하는 토너 입자와; 현상효율 및 내구성을 향상시키기 위하여, 최소한 두 종류의 입자크기를 갖는 실리카 미분, 무기물 미분, 및 스테아르산 아연(Zinc Stearate)을 함유하는 외첨제 분말을 포함한다. 본 발명에 따르면, 토너 및 그것을 사용하는 현상장치가 토너층 규제 부재를 통과 한 후 현상롤러에 형성되는 토너량을 균일하게 유지함과 동시에 토너층을 박층으로 형성하도록 함으로, 화상품질 개선, 배경부 오염 개선, 비산방지 효과 등을 얻을 수 있다.

Description

정전잠상 현상용 비접촉 비자성 1성분계 토너 및 그것을 사용하는 현상장치{noncontact and nonmagnetic monocomponent toner for developing a latent electrostatic image and development apparatus using the same}
본 발명은 전자사진 방식을 이용하는 레이저 빔 또는 LED 인쇄헤드 타입의 프린터, FAX, 복사기, 복합기 등과 같은 출력기기에 사용되는 정전잠상 현상용 토너 및 그것을 사용하는 현상장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 감광드럼과 같은 정전잠상 담지체 상에 토너 화상을 형성한 후 토너 화상을 기록지와 같은 전사체 상에 전사시켜 화상을 형성하는 출력기기에 비접촉 비자성 1성분계 현상제로서 사용되는 정전잠상 현상용 토너 및 그것을 사용하는 현상장치에 관한 것이다.
일반적으로, 레이저 빔 프린터, 복사기와 같은 출력기기는 미세 토너 입자들을 현상롤러와 직접 접촉시킴으로써 마찰을 통하여 대전시킨 후, 대전된 입자들을 적절한 바이어스(bias)를 사용하여 광도전성 물질로 구성되는 감광드럼에 형성된 정전 잠상에 정전기적인 힘에 의하여 선별적으로 부착시켜 토너 화상을 형성하고, 이 토너 화상을 기록지로 이동시킨 후, 열과 압력에 의해 정착시킴으로서 영구적 화상을 얻는다.
이러한 출력기기에 사용되는 현상제는 통상 합성 수지재의 비자성 토너 입자로 이루어지는 1성분계 현상제와, 자성 캐리어 입자 및 합성 수지제의 비자성 토너 입자가 적합한 혼합비로 혼합된 2성분계 현상제로 분류된다.
1성분계 현상제는 현상장치에서 정치된 상태로 사용되기 때문에, 장시간 사용시 현상제의 유동성이 저하되고, 이것에 의해 토너 입자간의 부착력이 강화되어 토너 입자가 만족스럽게 대전되지 않는 문제점이 있다. 이 경우, 비록 잠상 화상은 균일하더라도, 가시 화상은 불균일하게 형성되는 현상인 '불균일 화상' 또는 '흐릿한(dimmed) 화상'이 형성될 수 있다. 이를 방지하기 위한 방법으로, 현상장치 내에서 토너를 교반하여 유동성을 부여하는 방법이 광범위하게 사용되고 있으나, 토너를 과도하게 교반하는 것은 토너 열화를 촉진하여 현상제의 수명을 단축시킬 수 있다.
이러한 문제를 방지하기 위하여, 토너의 유동성 개선제로써 토너의 극성과 동일한 극성의 실리카 분말 등을 사용하는 방법이 제안되었다. 이러한 유동성 개선제는 그 자체가 극성을 가지므로 토너의 대전 특성에 영향을 주어 토너의 유동성을 개선할 뿐 아니라 현상능력을 향상시키는 잇점이 있지만, 단순히 유동 개선제를 첨가하는 것 만으로는 만족할 만큼의 현상능력 및 유동성 개선 효과를 얻을 수 없는 문제점이 있다.
예를 들면, 입경이 너무 작은 입자를 갖는 유동성 개선제를 사용할 경우, 토너층 규제부재를 통과한 후 현상롤러에 형성되는 토너층의 단위 면적당 중량(M/A)이 증가하여 토너층이 박층으로 형성되기 어렵고, 그에 따라 저온저습 환경에서 비산하여 비현상 부분에 부착됨으로써 배경부에서 포그(fog) 현상이 발생하기 쉽다(이하 "배경부 오염"이라함). 또한, 작은 입도는 단위 중량당 입자의 표면적의 증가를 유도하므로, 유동성 개선제를 부착한 토너 입자가 고온 및 다습 환경에서 장기간 방치되면, 토너 입자가 습화되어 화상 밀도의 저하를 야기시키는 경향이 있다.
입경이 너무 큰 입자를 갖는 유동성 개선제를 사용할 경우, M/A가 감소하여 토너층이 박층으로 형성되기 쉬움으로, 토너 비산, 배경부 오염, 화상밀도 저하와 같은 문제는 개선되었지만, 유동성이 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 최근에는 레이저 빔 프린터들이 다양한 기능을 갖게 됨에 따라, 보다 더 미세하고 고화질의 화상을 형성할 필요성이 증가하고 있다.
이러한 화상의 해상도 및 화질은 대전된 토너 입자들이 정전 잠상이 형성된 드럼으로 이동하는 현상과정에서 거의 결정된다. 즉, 정전 잠상은 이온으로 구성되어 있어 반대 극성의 적정 전하를 띤 토너 입자들만을 선택적으로 취함으로, 깨끗한 고화질을 얻기 위해서는 토너 입자들이 균일하고 적절한 전하량을 가져야 한다. 극성이 다르거나 과도하게 낮거나 높은 하전을 띤 입자들이 존재하는 경우에는 배경부 오염, 화상 농도의 저하 및 토너 비산 등의 현상이 발생하게 되어 화상이 떨어지며, 초기의 화질이 우수한 경우에도 장기간 동안 인쇄 또는 복사시 점차적으로 화상 농도 및 화질이 저하된다. 이러한 화상 농도및 화질의 저하는 현상장치의 특성에 의해서도 발생하지만, 대부분의 경우, 토너 입자들의 대전 특성의 문제에 의해 발생함으로, 토너 입자들이 적정 전하량과 좁은 전하 분포도를 갖도록 하는 것은 고성능 토너의 제조시 중요한 고려 요소가 되고 있다.
또한, 전사시 불충분한 토너 전하는 저전사 효율을 야기시켜 저화상 밀도의 원인이 되고, 전기장 하에 토너 화상을 억제하는 것이 곤란해지며, 전사 중에 토너 화상이 비산되어 화질의 저하를 야기시킨다.
토너 입자의 대전 특성 이외에 최종 화상에 영향을 주는 요소로는 감광드럼 에 토너가 융착되는 현상을 들 수있다. 이것은 토너의 주성분의 하나인 결착수지, 왁스 등에 의해서 발생하며, 토너가 감광드럼 표면에 융착되면 감광드럼 위의 클리닝 블레이드에 의해 감광드럼이 클리닝되지 않고 계속적으로 토너가 감광드럼 표면에 축적됨으로, 양질의 화상이 형성되기 어렵게 된다. 따라서, 이러한 토너 융착에 의한 감광드럼 표면의 오염을 방지하기 위한 새로운 방법의 필요성도 증가되고 있다.
본 발명은 접촉 현상방식에서의 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고 추가적인 해상도 향상을 위해 비접촉 현상방식을 채택하고, 비접촉 현상방식에 있어서 주요 문제점인 배경부 오염, 농도 불균일 문제 발생 및 사용매수 증가에 따른 경시 변화로 인해 배경부 오염과 농도 불균일 문제발생의 심화를 해결기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 장시간 사용시에도 유동성 문제를 발생함이 없이, 토너층 규제부재를 통과 한 후 현상롤러에 형성된 토너량을 균일하게 유지함과 동시에 토너층이 쉽게 박층으로 형성되도록 함으로써 화상품질 개선, 배경부 오염 개선, 비산방지 효과를 얻게 한 정전잠상 현상용 비접촉 비자성 1성분계 토너 및 그것을 사용하는 현상장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 토너층을 박층으로 형성함으로 인해 발생하는 현상성 저하와 토너 스트레스 증가에 의한 내구성 저하를 방지하게 한 정전잠상 현상용 비접촉 비자성 1성분계 토너 및 그것을 사용하는 현상장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 대전 안정성을 개선 시킨 정전잠상 현상용 비접촉 비자성 1성분계 토너 및 그것을 사용하는 현상장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 감광드럼에 토너가 융착되는 현상을 방지함으로써 장기간 사용시에도 고화질의 화상품질을 얻을 수 있는 정전잠상 현상용 비접촉 비자성 1성분계 토너 및 그것을 사용하는 현상장치를 제공하는데 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 결착 수지 및 착색제를 함유하는 토너 입자와 외첨제 분말을 포함하는 프린터, FAX, 복사기와 같은 출력기기에 사용되는 비접촉 비자성 1성분계 현상제에 있어서, 외첨제 분말은 현상효율 및 내구성을 향상시키기 위하여, 최소한 두종류의 입자크기를 갖는 실리카 미분, 별도의 무기물 미분, 및 스테아르산 아연(Zinc Stearate)을 포함하는 정전잠상 현상용 토너를 제공한다.
양호한 실시예에 있어서, 결착수지의 산가는 장시간 사용시 감광드럼 및 대전 블레이드에 대한 토너 융착을 방지하기 위하여 12 (mgKOH/g) 이하인 것이 바람직하다.
실리카 미분은 내구성 및 전사성 개선을 위해 입자 크기가 20 - 200nm의 범위를 갖는 대입경 실리카를 0.1 - 3.0 중량%, 유동성 향상을 위해 입자 크기가 40nm 이하의 소 입경 실리카를 0.1 - 3.0 중량%의 함량으로 첨가된다. 배경부 오염과 토너층 규제부재를 통과한 후 현상롤러에 형성된 토너층의 단위면적 당 중량(M/A)은 소입경 실리카의 함량이 대입경 실리카의 함량 보다 클수록 증가함으로, 배경부 오염 및 비산을 방지하도록 토너층을 박층으로 형성하기 위해서는 대입경 실리카의 첨가량을 소입경 실리카의 첨가량보다 많게 하는 것이 바람직하다. 통상적으로, 대입경 실리카의 첨가량이 소입경 실리카의 첨가량의 1.5 배 이상일 때, 배경부 오염 및 비산 문제를 억제할 수 있게 된다.
무기물 미분은 대전 안정성을 위해 바륨타이타네이트(BaTiO3), 스트론튬타이타네이트(SrTiO3), 칼슘타이타네이트(CaTiO3), 리드타이타네이트(PbTiO3), 타이타늄디옥사이드(TiO2), 틴디옥사이드(SnO2), 칼슘옥사이드(CaO), 마그네슘옥사이드(MgO), 알루미늄옥사이드(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 감마 산화철, 마그네슘실리케이트(MgSiO3), 마그네타이트(Fe3O4), 지르코니아(ZrO2 ), 보론옥사이드(B2O3), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘 나이트라이드(Si3N4 ), 니켈페라이트, 징크페라이트, 니켈징크페라이트, 바륨페라이트(BaFe2O4)로 이루어진 군에서 선택된 최소한 1 종류 이상의 화합물이 0. 1 내지 2.0 중량%의 함량으로 첨가된다.
스테아르산 아연은 내구성 향상을 위해 0.1 내지 10 ㎛의 범위의 크기로 0.01 내지 0.5 중량%의 함량이 첨가되는 것이 바람직하다. 스테아르산 아연의 함량이 0.01 중량% 이하이거나 0.5 중량%를 초과하면, 배경부 오염이 증가하고, 토너층 규제부재를 통과한 후 현상롤러에 형성된 토너층의 단위 중량당 대전량(Q/M)이 급격히 저하된다.
토너 입자는 적어도 중합성 단량체 및 착색제를 함유하는 중합성 단량체 조성물을 분쇄하는 분쇄법에 의해 생성된다. 선택적으로, 토너 입자는 적어도 중합성 단량체 및 착색제를 함유하는 중합성 단량체 조성물이 중합 개시제의 존재 하에 수성 매질 중에서 중합되는 중합법에 의해 생성될 수 있다.
토너는 비자성이며, 1성분계 현상제로 사용된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 적어도 결착 수지 및 착색제를 함유하는 토너 입자 및 외첨제 분말을 포함하는 비접촉 비자성 1성분계 현상제, 비접촉 비자성 1성분계 현상제를 수용하기 위한 현상 용기, 및 현상 용기에 수용될 1성분계 현상제를 담지하여 현상 영역으로 현상제를 운송하기 위한 현상롤러를 포함하는, 화상 형성 장치 본체에 착탈 가능하게 장착되는 현상 장치에 있어서, 외첨제 분말은 현상효율 및 내구성을 향상시키기 위하여, 최소한 두종류의 입자크기를 갖는 실리카 미분, 별도의 무기물 미분, 및 스테아르산 아연을 포함하고, 토너층 규제부재를 통과한 후 현상롤러에 형성된 토너층의 단위면적 당 중량(M/A)는 0.4 내지 0.9 mg/cm2의 범위를 갖는 현상장치를 제공한다.
양호한 실시예에 있어서, 토너층 규제부재를 통과한 후 현상롤러에 형성된 토너층의 단위 중량당 당 대전량(Q/M)은 약 - 5 내지 -30 μC/g인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 비접촉 비자성 1성분계 현상제로 사용되는 정전잠상 현상용 토너를 상세히 설명하면 다음과 같다.
일반적으로, 전체 토너의 입경 분포와 그에 따른 대전 특성이 화상 특성에 큰 영향을 미치며, 이러한 토너의 대전 특성은 토너의 표면 구성 물질에 따라 달라지게 되므로, 화상은 토너 입자 표면에 외첨된 물질에 의해서 크게 영향을 받는다.이러한 관점에서 본 발명은 현상롤러에 토너층을 박층으로 형성하도록 함으로써 화상품질 개선, 배경부 오염 개선, 비산방지 효과를 얻게 하기 위하여, 외첨제의 종류, 입도 및 외첨량을 변화시켜 토너의 표면 특성을 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 토너는 결착 수지, 대전제어제, 착색제로 구성된 토너 입자와 토나 입자의 표면에 외첨된 실리카 미분, 무기물 미분, 및 스테아르산 아연(Zinc Stearate)을 포함한다.
결착 수지는 폴리스티렌 및 폴리비닐 톨루엔과 같은 스티렌 및 그의 유도체의 단독중합체, 스티렌-아크릴 공중합체와 같은 스티렌 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 염화비닐계 수지, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리아크릴로니트릴, 멜라민 수지, 에폭시 수지로부터 선택된 1 종류 또는 그 이상의 화합물로 구성된다.
결착 수지의 산가는 장시간 사용시 감광드럼 및 대전 블레이드에 토너 융착을 방지하기 위하여 12 (mgKOH/g) 이하인 것이 바람직하다.
대전성을 안정화시키기 위한 대전제어제는 결착 수지 100 중량% 당 0.1 내지 10 중량%, 특히 0.2 내지 5 중량%의 함량으로 사용할 수 있다.
대전제어제에는 일반적으로 다음의 물질들이 포함될 수 있다. 음(-)으로 대전될 수 있는 토너를 제공하는 음전하 제어제로는 크롬 함유 아조 착제(azo dyes) 또는 모노아조 금속 착체와 같은 유기 금속 착체 또는 킬레이트 화합물; 크롬, 철, 아연과 같은 금속 함유 살리실산 화합물; 및 방향족 히드록시카르복실산과 방향족 디카르복실산의 유기 금속 착체가 사용될 수 있다.
양(+)으로 대전될 수 있는 토너를 제공하기 위한 양전하 제어제로는 니그로신과 그의 지방산 금속염 등으로 개질된 생성물, 트리부틸벤질암모늄 1-히드록시-4-나프토술포네이트 및 테트라부틸암모늄 테트라플루오로보레이트 등의 4급 암모늄염을 포함하는 오늄염 등을 단독으로, 또는 2 종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
착색제는 안료 또는 염료 등의 비자성 착색제를 사용할 수 있다.
안료로는 카본 블랙, 아닐린 블랙, 아세틸렌 블랙, 나프톨 옐로우, 한사 옐로우, 로다민 레이크, 아리자린 레이크, 적색 산화철, 프탈로시아닌 블루, 및 인단트렌 블루들이 사용될 수 있다. 안료는 결착 수지 100 중량% 당 0.1 내지 20 중량%, 특히 1 내지 10 중량%의 함량으로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 필요한 경우 토너 입자 내에 1종 또는 2종 이상의 오프셋 방지제 또는 이형제를 첨가 시킬 수 있다.
이형제의 예로는 저분자량 폴리에틸렌 왁스, 저분자량 폴리프로필렌 왁스, 미결정질 왁스, 파라핀 왁스 등의 지방족 탄화수소 왁스, 산화 폴리에틸렌 왁스 등의 지방족 탄화수소 왁스의 산화 생성물, 및 이들의 블록 공중합체; 카나우바 왁스, 사솔 왁스, 몬탄산 에스테르 왁스 등의 지방족 에스테르를 주성분으로 하는 왁스, 및 탈산화 카나우바 왁스 등의 부분 또는 완전 탈산화 지방족 에스테르를 사용할 수 있다.
이형제는 결착 수지 100 중량% 당 0.1 내지 20 중량%, 특히 0.5 내지 10 중량%의 양으로 사용하는 것이 바람직하다.
이형제는 교반하에 승온에서 수지의 용액에 이형제를 혼합하거나, 결착 수지를 이형제와 함께 용융 혼련시키는 방법에 의하여 결착 수지 중에 균일하게 분산시킬 수 있다.
외첨제는 분말 유동성 및 현상 성능을 목적으로 사용되며, 이러한 목적 이외에 토너 입자들의 대전 특성을 크게 개선하여 제 2의 대전제어제 역할을 한다.
외첨제로는 주로 실리카가 사용된다. 실리카는 내구성 및 전사성 개선을 위해 입자 크기가 20 - 200nm의 범위를 갖는 대입경 실리카를 0.1 - 3.0 중량%, 유동성 향상을 위해 입자 크기가 40nm 이하의 소입경 실리카를 0.1 - 3.0 중량%의 양으로 첨가된다.
배경부 오염 및 토너층 규제부재를 통과한 후 현상롤러에 형성된 토너층의 단위면적 당 중량(M/A)은 소입경 실리카의 중량%가 대입경 실리카의 중량%보다 클수록 증가함으로, 배경부 오염 및 비산 문제를 억제하도록 현상롤러의 토너층을 박층으로 형성하기 위해서는 대입경 실리카의 첨가량을 소입경 실리카의 첨가량보다 많게 하는 것이 바람직하다. 통상적으로, 대입경 실리카의 첨가량이 소입경 실리카의 첨가량의 1.5 배 이상일 때, M/A는 박층 형성에 적당한 0.4 내지 0.9 mg/cm2 , 특히 0.6 내지 0.9 mg/cm2의 범위로 유지되고, 배경부 오염 및 비산 문제를 억제할 수 있게 된다.
그러나, M/A가 0.9 mg/cm2 이하로 유지되면, 토너에 대해 과도한 스트레스가 가해져 외첨제가 토너 표면으로부터 이탈되는 등 내구성에 악영향을 주는 문제가 발생하게 된다.
이와 같이, M/A가 0.9 mg/cm2 이하로 유지되더라도, 토너의 내구성을 확보하기 위하여, 본 발명의 비접촉 비자성 1성분계 토너는 윤활제로써 스테아르산 아연이 첨가된다.
구체적으로, 스테아르산 아연은 아래와 같은 화학식으로 표시되는 화합물이 포함될 수 있다.
C36H70O4Zn ---- (1)
스테아르산 아연은 토너의 반 데르 발스(Van der Waals) 힘과 정전기력을 최소화하여 현상효율을 향상시키며, 장기간 사용에 따른 토너 표면의 외첨제 이탈을 방지하는 역할을 한다. 스테아르산 아연은 0.1 내지 10 ㎛의 범위의 크기로 0.01 내지 0.5 중량%의 함량이 첨가되는 것이 바람직하다. 스테아르산 아연의 함량이 0.01 중량% 미만이면 스테아르산 아연 첨가의 효과를 얻을 수 없으며, 0.5 중량%를 초과하면, 배경부 오염이 증가하고 토너층의 단위 중량당 대전량(Q/M)이 적정 범위인 -5 내지 -30 μC/g의 범위를 벗어나 급격히 저하된다.
외첨제로 이러한 실리카와 스테아르산 아연 이외에 무기물 미분을 추가로 사용하여 대전안정성과 토너의 융착에 의한 감광드럼 오염 및 화상오염을 방지한다.
외첨용 무기물 미분으로 사용되는 물질은 바륨타이타네이트(BaTiO3), 스트론튬타이타네이트(SrTiO3), 칼슘타이타네이트(CaTiO3), 리드타이타네이트(PbTiO3 ), 타이타늄디옥사이드(TiO2), 틴디옥사이드(SnO2), 칼슘옥사이드(CaO), 마그네슘옥사이드(MgO), 알루미늄옥사이드(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 감마 산화철, 마그네슘실리케이트(MgSiO3), 마그네타이트(Fe3O4), 지르코니아(ZrO2), 보론옥사이드(B 2O3), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 니켈페라이트, 징크페라이트, 니켈징크페라이트, 바륨페라이트(BaFe2O4) 등에서 선택된 1 종류 이상의 화합물, 특히 타이타늄디옥사이드(TiO2) 또는 알루미늄옥사이드(Al2O3)를 사용할 수 있으며, 60㎚ 내지 3㎛의 입경을 가지는 것이 바람직하다.
입경이 상기 범위에 포함되는 물질을 토너에 외첨했을 때, 토너 입자들의 융착이 현저하게 줄어들게 되며, 입경이 60㎚ 미만이면 배경부 오염이 심하게 발생하고, 입경이 3㎛를 초과하면 감광드럼에 토너가 융착되는 것을 방지하는 효과가 떨어지고, 지나치게 감광드럼의 표면을 마모시켜 감광드럼의 수명을 단축시키는 경향을 나타낸다.
또한, 외첨하는 무기물 미분의 양에 따라서도 토너의 표면 특성이 변화하며, 외첨 무기물 미분의 양은 0.1 내지 2.0 중량%인 것이 바람직하다. 무기물 미분의 양이 0.1 중량% 미만이거나 2.0 중량%를 초과하면, 대전안정성 및 토너융착 방지 효과가 감소하여 화상이 저하된다.
이상과 같이 구성되는 본 발명의 비접촉 비자성 1성분계 토너는 분말 혼합, 용융 혼련, 조분쇄, 미분쇄, 분급 및 외첨 과정을 거쳐 제조된다. 선택적으로, 본 발명의 토너는 적어도 중합성 단량체 및 착색제를 함유하는 중합성 단량체 조성물이 중합 개시제의 존재 하에 수성 매질 중에서 중합되는 중합법에 의해 형성된후, 외첨 과정을 거쳐 제조될 수도 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 정전잠상 현상용 토너를 비접촉 비자성 1성분계 현상제로써 사용하는 화상형성 장치의 비접촉 현상 유니트가 도시되어 있다.
이 비접촉 현상 유니트는 본 발명에 따른 비자성 1성분계 현상제로써 토너(13)를 수용하는 현상용기(11), 현상용기(11)에 수용될 토너(13)를 담지하여 현상 영역에 운송하기 위한 현상롤러(12), 현상롤러(12) 상에 토너를 공급하기 위한 공급롤러(15), 현상롤러(12) 상의 토너층의 두께를 규제하기 위한 토너층 두께규제 부재의 탄성 블레이드(16), 및 현상용기(11) 중의 토너(13)를 교반하기 위한 교반 부재(17)를 갖는다.
감광드럼(3)은 도시되지 않은 레이저 스캐닝 유니트로부터 방출되는 레이저 빔에 의해 정전 잠상을 형성한다. 현상롤러(12)는 표면 조도 5.0 Rz이하, 바람직하게는 1-2.5 Rz를 갖는 니켈 도금된 알루미늄 원통체, 또는 5x 106 Ω이하의 저항과 경도 80 이하의 고무롤러로 구성된다.
토너(13)는 현상용기(11)에 저장되고, 공급 롤러(15)에 의해 현상롤러(12) 상으로 공급된다. 공급 롤러(15)는 폴리우레탄 발포체와 같은 발포체로 구성되고, 현상롤러(12)에 대해 정 방향 또는 역 방향으로 회전하여 토너(13)를 현상롤러(12)에 공급한다.
현상롤러(12) 상에 공급된 토너는 토너층 두께 규제부재로써 사용되는 탄성 블레이드(16)에 의해 박층으로 균일하게 코팅된다.
탄성 블레이드(16)가 현상롤러(12)에 접하기 위해서는, 현상롤러(12)에 작용하는 압력은 선압으로 0.3 내지 25 ㎏/m의 압력, 바람직하게는 0.5 내지 12 ㎏/m의 압력이 유효하다. 0.3 내지 25 ㎏/m의 접촉 압력은 토너의 응집을 효과적으로 느슨하게 하고, 1성분계 비자성 현상제의 대전량을 동시에 상승시킬 수 있게 한다.
탄성 블레이드(16)는 실리콘 고무, 우레탄 고무 및 NBR(acrylonitrile-butadiene-styrenerubbers)과 같은 고무 탄성체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리아미드와 같은 엘라스토머; 스테인레스 강철, 강철 및 인산화 청동과 같은 금속 탄성체; 또는 이들의 복합체로 구성된다.
현상롤러(12) 상에 형성되는 토너층의 두께는 현상롤러(12)와 감광드럼(3) 계면 간의 갭(α)보다 작고, 일정한 전압이 이 갭에 인가될 수 있다. 이것은 토너가 현상롤러(12) 표면으로부터 감광드럼(3)의 표면으로 이동하기 쉽게하여, 보다 양질의 화상을 얻을 수 있게 한다.
본 발명에서, 현상롤러(12)와 감광드럼(3) 간의 갭( α)은 50 내지 500 ㎛, 바람직하게는 100-400㎛로 설정될 수 있고, 현상롤러(12) 상에 형성되는 토너층의 단위면적 당 중량(M/A)은 0.4 내지 0.9 mg/cm2, 바람직하게는 0.6 내지 0.9 mg/cm2 로설정될 수 있다. 또한, 현상롤러(12) 상에 형성되는 토너층의 단위중량 당 대전량(Q/M)은 -5 내지 -30 μC/g, 바람직하게는 -5 내지 -20 μC/g로 설정된다.
현상롤러(12)에 인가되는 전압은 0.1 kV 이상, 바람직하게는 1.8 kV의 피크간 전압(Vp-p)이 가해 질 수 있다. 바이어스는 1.0 내지 3.0 kHz, 바람직하게는 2.0 kHz의 주파수로 인가될 수 있다. 바이어스의 파장 형태로서는 듀티비(Duty ratio) 50% 이하, 바람직하게는 20 내지 40%의 구형파가 사용될 수 있다.
[실시예]
다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 예시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아님을 이해해야 할 것이다.
결착 수지로써 스티렌 아크릴 공중합체 86 중량%, 정대전 제어제로서 크롬 함유 아조착제 2 중량%, 이형제로써 폴리에틸렌 왁스 2중량%, 착색제로써 카본블랙 10중량%를 혼합한 후, 1축 연속형 혼련기에 의해 온도 50-150℃에서 용융·혼련하여 얻은 시편 형태의 내첨된 토너를 냉각, 분쇄, 분급하여 무외첨 토너를 얻었다.
이 무외첨 토너 100중량%에 대입경 실리카 미분 1.0중량%, 소입경 실리카 미분 0.5 중량%, 타이타늄디옥사이드(TiO2) 1.0 중량%, 및 스테아르산 아연 0.05 중량%를 첨가 혼합하여 시험에 제공하는 비접촉 비자성 1성분계 토너를 얻었다.
이와 같이 만든 토너를 도 1에 도시한 비접촉 현상 유니트에서 다음조건으로 인쇄를 하였다.
감광드럼의 표면전위(Vo): -700V
감광드럼의 잠상전위(VL): -100V
현상롤러 인가전압: Vp-p = 1.8KV, 주파수 = 2.0KHz, Vdc = -250V
현상 갭(α): 250㎛
현상롤러: 1 -5 Rz를 갖는 니켈도금한 알루미늄 롤러, 또는
5x 105 Ω의 저항과 경도 50의 고무롤러
그 결과, 1만매 이상 연속적으로 인쇄를 행한 후에도, 아래와 같이, 현상롤러에서 균일한 토너층이 유지되고, 안정적인 대전량이 유지됨을 관찰하였다.
현상규제 부재를 통과한 후 형성된 토너층의 Q/M = -5 ∼ -30 μC/g
M/A: 0.4 ∼ 0.9 mg/cm2
또한, 배경부 오염이 없고 1.3 이상의 블랙 패턴농도(Solid pattern )를 갖는 안정되고 우수한 화상을 얻을 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 정전잠상 현상용 비접촉 비자성 1성분계 토너 및 그것을 사용하는 현상장치는 장시간 사용시에도 유동성 문제를 발생함이 없이 토너층 규제부재를 통과 한 후 현상롤러에 형성되는 토너량을 균일하게 유지함과 동시에 토너층을 박층으로 형성하도록 함으로써 화상품질 개선, 배경부 오염 개선, 비산방지 등의 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 토너 및 현상장치는 감광드럼 및 대전 블레이드에 토너가 융착되는 현상을 방지함으로써 장기간 사용하더라도 고화질의 화상품질을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 토너 및 현상장치는 토너층이 박층으로 형성됨으로 인해 발생하는 현상성 저하와 토너 스트레스 증가에 의한 내구성 저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 토너 및 현상장치는 대전 안정성을 개선하는 효과를 제공한다.
이상에서, 본 발명의 특정한 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지와 사상을 벗어남이 없이 당해 기술분야에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 다양한 수정과 변형실시가 가능할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 정전잠상 현상용 비접촉 비자성 1성분계 토너를 사용하는 현상 유니트의 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
3: 감광드럼 11: 현상용기
13: 토너 15: 공급롤러
16: 탄성 블레이드 17: 교반부재

Claims (13)

  1. 결착 수지 및 착색제를 함유하는 토너 입자와 외첨제 분말을 포함하는 프린터, FAX, 복사기와 같은 출력기기에 사용되는 현상제에 있어서,
    상기 결착 수지의 산가는 장시간 사용시 감광드럼 및 대전 블레이드에 토너 융착을 방지하기 위하여 12 (mgKOH/g) 이하로 유지되고,
    상기 외첨제 분말은 토너 입자 100 중량%에 대해, 입자 크기가 20 - 200nm의 범위를 갖는 대입경 실리카 0.1 - 3.0 중량%의 함량과 입자 크기가 40nm 이하의 범위를 갖는 소입경 실리카 0.1 - 3.0 중량%의 함량을 포함하는 실리카 미분, 0. 1 내지 2.0 중량%의 무기물 미분, 및 0.01 내지 0.5 중량%의 스테아르산 아연(Zinc Stearate)을 포함하는 정전잠상 현상용 비접촉 비자성 1성분계 토너.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 대입경 실리카의 함량이 상기 소입경 실리카의 함량 보다 많은 것을 특징으로 하는 정전잠상 현상용 비접촉 비자성 1성분계 토너.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 대입경 실리카의 함량이 상기 소입경 실리카의 함량의 1.5 배 이상인 것을 특징으로 하는 정전잠상 현상용 비접촉 비자성 1성분계 토너.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 무기물 미분은 바륨타이타네이트(BaTiO3), 스트론튬타이타네이트(SrTiO3), 칼슘타이타네이트(CaTiO3), 리드타이타네이트(PbTiO3), 타이타늄디옥사이드(TiO2), 틴디옥사이드(SnO2), 칼슘옥사이드(CaO), 마그네슘옥사이드(MgO), 알루미늄옥사이드(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 감마 산화철, 마그네슘실리케이트(MgSiO3), 마그네타이트(Fe3O4), 지르코니아(ZrO2), 보론옥사이드(B2O3), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 니켈페라이트, 징크페라이트, 니켈징크페라이트, 바륨페라이트(BaFe2O4)로 이루어진 군에서 선택된 최소한 1 종류 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전잠상 현상용 비접촉 비자성 1성분계 토너.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 스테아르산 아연은 0.1 내지 10 ㎛의 크기의 범위를 갖는 것을 특징으로하는 정전잠상 현상용 비접촉 비자성 1성분계 토너.
  8. 삭제
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 스테아르산 아연은 0.1 내지 10 ㎛의 크기의 범위를 갖는 것을 특징으로하는 정전잠상 현상용 비접촉 비자성 1성분계 토너.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 토너 입자는 적어도 중합성 단량체 및 착색제를 함유하는 중합성 단량체 조성물이 중합 개시제의 존재 하에 수성 매질 중에서 중합되는 중합법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 정전잠상 현상용 비접촉 비자성 1성분계 토너.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 토너 입자는 적어도 중합성 단량체 및 착색제를 적어도 함유하는 중합성 단량체 조성물을 분쇄하는 분쇄법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 정전잠상 현상용 비접촉 비자성 1성분계 토너.
  12. 적어도 결착 수지 및 착색제를 함유하는 토너 입자 및 외첨제 분말을 포함하는 비접촉 비자성 1성분계 현상제, 상기 비접촉 비자성 1성분계 현상제를 수용하기 위한 현상 용기, 및 상기 현상 용기에 수용될 상기 1성분계 현상제를 담지하여 현상 영역으로 현상제를 운송하기 위한 현상롤러를 포함하는, 화상형성 장치 본체에 착탈 가능하게 장착되는 현상 장치에 있어서,
    상기 외첨제 분말은 토너 입자 100 중량%에 대해, 입자 크기가 20 - 200nm의 범위를 갖는 대입경 실리카 0.1 - 3.0 중량%의 함량과 입자 크기가 40nm 이하의 범위를 갖는 소입경 실리카 0.1 - 3.0 중량%의 함량을 포함하는 실리카 미분, 0. 1 내지 2.0 중량%의 무기물 미분, 및 0.01 내지 0.5 중량%의 스테아르산 아연을 포함하고,
    토너층 규제부재를 통과한 후 현상롤러에 형성된 토너층의 단위면적 당 중량(M/A)는 0.4 내지 0.9 mg/cm2의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 현상장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 토너층 규제부재를 통과한 후 현상롤러에 형성된 토너층의 단위중량 당 대전량(Q/M)은 약 -5 내지 -30 μC/g인 것을 특징으로하는 현상장치.
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