KR101013218B1 - 대전 장치, 프로세스 카트리지 및 화상 형성 장치 - Google Patents

대전 장치, 프로세스 카트리지 및 화상 형성 장치 Download PDF

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Abstract

대전 장치는 대전 롤러 및 상기 대전 롤러와 접촉하도록 구성된 클리닝 롤러를 포함한다. 상기 클리닝 롤러는 상기 대전 롤러에 종동하여 회전한다. 오일러 벨트 방법에 의해 측정된 상기 대전 롤러의 표면의 동적 마찰 계수는 0.5 이하이다.

Description

대전 장치, 프로세스 카트리지 및 화상 형성 장치{CHARGING DEVICE, PROCESS CARTRIDGE, AND IMAGE FORMING APPARATUS}
본 발명은 대전 장치, 프로세스 카트리지 및 복사기, 프린터 및 팩스밀리 기기와 같은 전자 사진 화상 형성 장치에 관한 것이다.
근래의 전자 사진 화상 형성 장치는 환경 부하 감소의 관점에서도 내구성이 있는 것으로 기대되어 왔다. 기대되는 내구성을 방해하는 인자들 중 하나는 대전 롤러 상의 오염에 기인하는 화상의 열화이다.
대전 롤러는 전자 사진 화상 형성 장치에서의 대전 유닛으로서 주로 채용된다. 고화질을 획득하기 위하여, 대부분의 경우에 직류와 교류를 중첩하고 중첩된 전류를 대전 롤러에 인가함으로써 감광 요소가 대전된다.
종래로부터, 대전 롤러가 오염되는 것을 방지하기 위한 다양한 기술이 개발되어왔다. 대전 롤러 자체의 개발에 대하여, 예를 들어, 대전 롤러의 표면 거칠기 및 마찰 계수가 감소되며, 이에 의해 대전 롤러가 토너 또는 이와 유사한 것으로 오염되는 것을 방지한다.
대전 롤러를 청소하는 클리닝 부재의 개발에 대하여, 예를 들어, 일본 특허 출원 공보 제2004-251974호에 개시된 종래의 개술에 따르면, 브러쉬 롤러가 대전 롤러의 표면을 청소하기 위하여 제공되며, 대전 롤러의 표면 거칠기는 25 ㎛ 또는 그 이하가 되도록 설정되며, 이에 의해 대전 롤러가 토너를 포함하는 이물질로 오염되는 것을 방지한다. 그러나, 대전 롤러의 표면 거칠기의 설정만으로는 대전 롤러가 이물질로 오염되는 것을 막기에는 충분하지 않아서, 충분한 내구성을 획득하는 것은 가능하지 않다.
일본 특허 출원 공보 제2006-64953호에 개시된 종래 기술에 따르면, 시트(sheet)와 유사한 오염 방지 부재가 대전 롤러와 접촉하도록 배치되고, 시트와 유사한 오염 방지 부재의 표면의 표면 거칠기는 대전 롤러의 표면의 표면 거칠기보다 더 크게 설정된다. 그러나, 이 구성으로 오염 방지 부재는 대전 롤러의 표면에 대하여 마찰되면서 미끄러지며 이동하며, 이에 의해 대전 롤러가 장시간 동안 사용될 때 대전 롤러 상의 오염이 붙게 되어서 충분한 내구성을 획득하는 것은 어렵다.
일본 등록 특허 제3317748호에 개시된 종래 기술에 따르면, 대전 롤러와 감광 드럼 사이의 접촉 압력(P1)이 대전 롤러와 클리닝 블레이드 사이의 접촉 압력(P2)보다 더 크고, 대전 롤러와 감광드럼 사이의 마찰 계수(μ1)가 대전 롤러와 클리닝 블레이드 사이의 마찰 계수(μ2)보다 더 작고, 대전 롤러의 고무 경도는 클리닝 롤러의 고무 경도보다 더 크게 구성된다. 이 구성으로, 일본 특허 출원 공보 제2006-64953호에 개시된 기술과 동일한 방식으로, 클리닝 블레이드는 대전 롤러의 표면에 대하여 마찰되면서 미끄러지며 이동하며, 이에 의해 대전 롤러가 장시간 동안 사용될 때 대전 롤러 상의 오염이 붙게 되어서 충분한 내구성을 획득하는 것을 어렵게 한다.
이러한 방식으로, 클리닝 롤러를 제공함으로써, 대전 롤러가 오염되는 속도를 천천히 하는 것이 가능하다. 즉, 화상 형성 장치의 수명을 연장하는 것이 가능하다. 그러나, 긁어진 토너의 첨가제, 토너, 윤활제 및 클리닝 롤러에 부착된 이와 유사한 것이 포화되면, 이것들은 클리닝 롤러와 대전 롤러 사이의 약간의 슬립(slip)에 따라 대전 롤러의 표면에 마찰되는 것이 밝혀졌다. 따라서, 클리닝 롤러와 대전 롤러 사이의 슬립을 방지할 수 있는 구성을 개발하는 것이 필수적이다.
본 발명의 목적은 화상 형성 장치의 충분한 내구성을 방해하는 인자들 중의 하나로서의 "대전 롤러의 오염"에 기인하는 화상의 열화 발생을 방지하는 것이다. 환언하면, 본 발명의 목적은 대전 롤러의 클리닝 효과를 개선하는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 대전 장치는 대전 롤러 및 대전 롤러와 접촉하도록 구성된 클리닝 롤러를 포함한다. 클리닝 롤러는 대전 롤러에 종동하여 회전한다. 오일러 벨트(Euler belt) 방법에 의해 측정된 대전 롤러 표면의 동적 마찰 계수는 0.5 이상이다.
또한, 바이어스되는 클리닝 롤러에 인가되는 힘은 클리닝 롤러의 무게보다 크고 4 N 보다 작은 것이 더욱 효율적이다. 대전 롤러의 표면 거칠기는 2.5 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 대전 롤러의 동적 마찰 계수는 클리닝 롤러의 동적 마찰 계수보다 더 작은 것이 더욱 바람직하다. 또한, 클리닝 롤러는 멜라민 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중간 전사 방법을 채용한 화상 형성 장치의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 화상 형성 장치에 포함된 프로세스 카트리지의 개략적인 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 프로세스 카트리지에 포함된 대전 롤러와 클리닝 롤러의 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 것과 상이한 구성을 갖는 프로세스 카트리지의 개략적인 도면이다.
도 5는 클리닝 롤러가 대전 롤러로부터의 회전 전달에 의해 회전하는 것을 구축하기 위한 조건을 설명하는 개략적인 도면이다.
도 6은 오일러 벨트 방법의 예시적인 도면이다.
도 7은 형상 계수 SF-1을 갖는 토너의 형성을 설명하는 개략적인 도면이다.
도 8은 형상 계수 SF-2을 갖는 토너의 형성을 설명하는 개략적인 도면이다.
도 9A는 토너의 유출 개시 온도를 측정하는 플로우 테스터에 의해 얻어진 그래프이다.
도 9B는 토너의 유출 개시 온도를 측정하는 플로우 테스터에 의해 얻어진 그래프이다.
본 발명에 따른 화상 형성 장치의 예시적인 실시예가 첨부된 도면을 참조하 여 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시에에 따른 중간 전사 방법을 채용한 화상 형성 장치(100)의 개략적인 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 화상 형성 장치(100)는 프로세스 카트리지(90y, 90m, 90c, 90k), 노광부(30), 중간 전사 벨트(6), 용지 수용부(P1), 용지 이송부(P2), 2차 전사부(62), 정착부(8), 토너 수납 용기(52y, 52m, 52c, 52k), 화상 처리부(미도시) 등을 포함한다. 프로세스 카트리지(90y, 90m, 90c, 90k)는 각각 옐로우(y), 마젠타(m), 시안(c) 및 블랙(k) 색상의 토너 화상을 형성한다. 중간 전사 벨트(6)는 중첩된 y, m, c, k 토너 화상을 이송한다. 용지 수용부(P1)는 기록 매체를 수용한다. 기록 매체는 용지 이송부(P2)에 의해 용지 수용부(P1)으로부터 이송된다. 2차 전사부(62)는 중간 전사 벨트(6) 상의 토너 화상을 기록 매체로 전사한다. 정착부(8)는 벨트 또는 이와 유사한 것으로 열을 인가함으로써 기록 매체 상으로 정착되지 않은 토너 화상을 정착하는 가열부를 포함한다. 토너 수납 용기(52y, 52m, 52c, 52k)는 사용되지 않은 y, m, c 및 k 토너를 각각 수용한다.
프로세스 카트리지가 도 2를 참조하여 아래에서 설명된다. 프로세스 카트리지(90)(토너 색상을 나타내는 "y", "m", "c", 또는 "k"는 간략함을 위하여 생략된다)는 화상 캐리어로서의 감광 부재(1), 대전 롤러(2), 현상부(4), 클리닝 블레이드(7), 브러쉬 롤러(9) 등을 포함한다. 클리닝 블레이드(7)는 토너 화상이 중간 전사 벨트(6)로 전사된 후에 감광 부재(1)로부터 전사 잔여 토너를 긁어내는데 이용된다. 블러쉬 롤러(9)는 감광 부재(1)의 표면에 윤활제를 도포하는데 이용된다. 윤활제를 도포함으로써 감광 부재(1)의 표면의 마찰 계수는 낮은 레벨에서 안정화될 수 있다. 일반적으로 프로세스 카트리지는 화상 캐리어 및 현상부로서의 적어도 현상 롤러가 통합되어 수용된 카트리지를 나타내며, 프로세스 카트리지는 화상 형성 장치의 본체에 분리가능하게 부착된다.
대전 방법으로서, 와이어를 이용한 스코로트론(scorotron) 대전 방법, 코로트론(corotron) 대전 방법, 중간 저항 고무 롤러를 이용한 접촉 롤러 대전 방법, 및 비접촉 롤러 대전 방법이 있다(본 실시예에서, 접촉 롤러 대전 방법이 채용된다). 스코로트론 대전 방법은 감광 부재의 표면이 음으로 대전될 때 이용된다. 그러나, 오존이 방전시 발생하여, 현재에는 스코로트론 대전 방법은 환경을 염려하는 관점으로부터 제한된 모델 그룹을 제외하고는 거의 사용되지 않는다. 코로트론 대전 방법은 감광 부재의 표면이 양으로 대전될 때 이용되며, 오존은 그렇게 많이 발생되지 않는다. 그러나, 코로트론 대전 방법은 일반적으로 사용되지 않는다. 근래에, 대전 방법으로서 접촉 롤러 대전 방법이 오존의 발생을 방지하고 롤러의 단위 비용이 절감되는 것이 가능하기 때문에 가장 일반적으로 이용된다. 접촉 롤러 대전 방법 및 비접촉 롤러 대전 방법 모두는 직류에 교류가 중첩되는 방법과 직류만이 롤러에 인가되는 방법을 갖는다.
비접촉 롤러 대전 방법의 경우에, 교류가 정전류로 출력되도록 제어되는 경우, 감광 부재(1)와 대전 롤러(2) 사이의 간격에서의 변화 때문에 화상은 불균일하게 형성된다. 따라서, 직류만이 인가된 경우와 동일한 방법으로 인가된 전압을 보정하기 위한 유닛을 제공하는 것이 필수적이다. 그러나, 비접촉 롤러 대전 방법은 비접촉 방법이기 때문에 접촉 롤러 대전 방법과 비교하여 대전 롤러 상의 오염 물질의 정도를 감소시킬 수 있다. 인가된 전압을 보정하는 방법으로서, 대전 롤러 근처의 온도를 검출하여 인가된 전압을 스위칭하는 방법, 일정한 시간 간격으로 감광 부재 상의 지꺼기(scumming)를 검출하여 인가된 전압을 스위칭하는 방법, 피드백 전류에 따라 인가된 전압을 결정하는 방법 등과 같은 소정의 방법이 있다. 상기 방법들 중 임의의 하나로, 감광 부재의 표면은 대략 -500V 내지 -700V로 대전된다.
접촉 롤러 대전 방법의 경우에, 교류가 직류에 중접될 때, 직류만이 인가되는 경우에 비하여 더 높은 화질이 얻어질 수 있다. 그러나, 감광 부재 상에 토너막에 대하여 주의할 필요가 있다. 교류를 정전류로 출력되도록 제어함으로써, 표면 전위는 환경의 변화에 따른 대전 롤러의 저항값의 변화에 의해 영향을 받지 않는다. 그러나, 고압 전력 공급의 고비용 및 고주파수 교류의 노이즈라는 문제점이 있다. 직류만이 인가되는 경우에, 표면 전위는 환경의 변화에 따른 대전 롤러의 저항값의 변화에 영향을 받는다. 따라서, 인가된 전압을 보상하는 임의의 유닛을 제공하는 것이 필수적이다.
대전 롤러(2)를 회전하도록 구동하는 방법으로서, 예를 들어 다음과 같은 2가지 방법이 있다. 첫 번째 방법으로서, 감광 부재(1)와 접촉함으로써 대전 롤러(2)가 그 사이의 마찰력의 작용에 의해 회전한다. 두 번째 방법으로서, 대전 롤러(2)는 감광 부재 기어 또는 이와 유사한 것의 구동력의 사용에 의해 회전된다. 저속 장치에서, 대부분의 경우에 첫 번째 방법이 사용된다. 반대로, 고속 및 고화 질을 획득하는 것이 필요한 장치에서 대부분의 경우에 두 번째 방법이 사용된다.
화상 형성 과정이 도 1 및 2를 참조하여 아래에서 설명된다. 화상 형상 장치가 개인용 컴퓨터(PC) 또는 스캐너와 같은 입력 장치(미도시)로부터 화상 출력 명력을 수신하면, 화상 신호는 화상 처리부에 의해 y, m, c 및 k 색상에 대한 화상 신호로 분해되며, 화상 신호가 노광부(30)로 출력된다. 노광부(30)는, 예를 들어, 레이저 광원과 폴리곤 미러를 이용한 레이저 스캐닝 노광 방법을 사용한다. 각 프로세스 카트리지(90)에서, 감광 부재(1)는 회전하도록 구동되며 대전 롤러(2)에 의해 균일하게 대전된다. 그런 후에, 감광 부재(1)가 각 화상 신호에 따라 노광부(30)에 의해 노출되면, 정전 잠상이 감광 부재(1)에 형성된다. 정전 잠상은 현상부(4)에 의해 토너 화상으로 현상된다. 감광 부재(1) 상의 토너 화상은 전사 롤러(61)에 바이어스를 인가함으로써 중간 전사 벨트(6)로 전사된다. 토너 화상이 중간 전사 벨트(6)로 전사된 후에, 감광 부재(1) 상에 남아있는 전사 잔여 토너가 클리닝 블레이드(7)의 폴리우레탄 고무가 카운터 방향으로 감광 부재(1)와 접촉하는 클리닝 블레이드(7)에 의해 제거된다. 제거된 전사 잔여 토너는 폐토너 수집 코일(10)에 의해 이송되어 폐토너 탱크(미도시)에 수용된다. 각 현상부(4)는 각 토너 충전부(미도시)에 의해 각 토너 수납 용기(52)로부터 소모된 토너에 대응하는 토너로 충전된다. y, m, c 및 k 토너 화상은 중간 전사 벨트(6)로 순차적으로 전사되어 각각 프로세스 카트리지(90y, 90m, 90c, 90k)에 의해 중첩된다. 기록 매체는, 예를 들어, 용지 수용부(P1)에서 2차 전사부(62)로 용지 이송부(P2)를 통해 이송된다. 중간 전사 벨트(6) 상의 중첩된 토너 화상은 2차 전사부(62)에 의해 기록 매체로 전사된다. 정착되지 않은 토너 화상이 전사된 기록 매체는 정착부(8)로 이송된다. 장착되지 않은 토너 화상은 정착부(8)의 열과 압력의 인가에 의해 기록 매체 상에 혼합되어 정착된다. 그 다음, 기록 매체는 화상 형성 장치(100)로부터 배출되며, 화상 형성 과정이 종료된다.
다음으로, 대전 롤러(2) 상의 오염이 아래에서 설명된다. 대전 롤러(2)의 표면이 오염되면, 대전 롤러(2)의 오염된 부분의 대전 성능이 열화되며, 따라서 감광 부재(1)가 목표 전위로 대전될 수 없다. 결과적으로 화상의 열화가 대전 불량 때문에 발생한다. 이러한 문제점을 방지하기 위하여, 대전 롤러 클리닝부로서의 클리닝 롤러(11)가 제공된다. 클리닝 롤러(11)는 대전 롤러(2)와 접촉하도록 배치된다. 클리닝 롤러(11)로서, 섬유가 브러쉬의 금속 샤프트 주위로 정전 식모된 임의의 정전 식모 브러쉬, 롤러의 금속 샤프트가 멜라민 수지로 코팅된 멜라민 롤러, 또는 이와 유사한 것을 이용하는 것이 가능하다. 본 상황에서, 멜라민 롤러가 내구성을 획득하는데 이용되는 것이 바람직하다.
클리닝 롤러(11)와 대전 롤러(2) 사이에 슬립이 발생하는 경우, 대전 롤러92) 상의 오염은 대전 롤러(2)의 표면으로 마찰되며, 이에 의해 오염에 따른 화상 열화의 발생 속도를 가속시킨다. 따라서, 클리닝 롤러(11)는 회전하도록 구동되지 않지만 클리닝 롤러(11)가 대전 롤러(2)의 표면 상의 오염을 제거하기 위하여 대전 롤러(2)로부터의 회전 전달에 의해 회전하도록 구성된다. 클리닝 롤러(11)가 회전하도록 구동되면, 대전 롤러(2)와 클러닝 롤러(11)의 직경 허용 오차 때문에 클리닝 롤러(11)와 대전 롤러(2) 사이에 슬립이 분명히 발생하며, 이에 의해 내구성을 감소시킨다. 대전 롤러(2)와 클리닝 롤러(11)의 접촉 부분에서 표면 이동 속도는 서로 동일한 것이 바람직하다(이 경우에 슬립이 발생하지 않는다).
도 2에 도시된 프로세스 카트리지(90)에서, 대전 롤러(2)를 가압하기 위한 압력 스프링(12) 및 클리닝 롤러(11)를 가압하기 위한 압력 스프링(13)이 대전 롤러(2)의 아래로 향하는 비스듬한 부분이 클리닝 롤러(11)와 접촉하도록 제공된다. 도 3은 상이한 각도에서 본 대전 롤러(2)와 클리닝 롤러(11)를 도시한다. 도 4는 도 2에 도시된 것과 상이한 구성을 갖는 프로세스 카트리지의 개략적인 도면이다. 도 4에 도시된 프로세스 카트리지에서, 클리닝 롤러(11)는 대전 롤러(2)와 접촉하면서 대전 롤러(2)의 상부에 배치되어, 클리닝 롤러(11)가 자신의 무게로 대전 롤러(2)와 접촉할 수 있기 때문에 압력 스프링(12, 13)을 제공하는 것이 필요하지 않다.
감광 부재(1) 상의 토너막 형성을 방지하기 위하여, 윤활제(14)가 감광 부재(1)의 표면 상에 도포된다. 윤활제(14)는 압력 스프링(15)의 작용에 의해 브러쉬 롤러(9)와 접촉하도록 가압된다. 브러쉬 롤러(9)의 회전에 따라, 윤활제(14)는 브러쉬 롤러(9)에 의해 점진적으로 긁어지며, 브러쉬 롤러(9) 상의 긁어진 윤활제는 감광 부재(1)의 표면상으로 도포된다. 브러쉬 롤러(9)에 의해 감광 부재(1)의 표면에 도포된 윤활제는 윤활제 도포 블레이드(16)에 의해 균일한 두께로 감광 부재(1)의 표면상에 정착된다. 윤활제로서 ZnSt(zinc stearate)가 가장 일반적으로 사용된다. 브러쉬 롤러(9)의 재료로서, 예를 들어, 절연된 PET, 도전성 PET 또는 아크릴 섬유가 사용된다.
대전 롤러(2)로부터의 회전 전달에 의해 클리닝 롤러(11)가 회전되는 것을 구축하기 위한 조건이 도 5를 참조하여 아래에서 설명된다. 조건은 다음과 같이 표현될 수 있다.
μ0W×R0>μ1W×R1
여기서, μ0 는 대전 롤러와 클리닝 롤러 사이의 정적 마찰 계수이며, μ1 는 클리닝 롤러와 베어링(샤프트 지지부) 사이의 정적 마찰 계수이며, W는 압력(클리닝 롤러의 무게를 포함하는)이며, R1은 베어링의 반지름이며, R0은 클리닝 롤러의 반지름이다.
이론적으로, 조건은 부등식인 수학식 1에서 표현된다. 그러나, 실제로는 압력이 실질적으로 작을 때, 클리닝 롤러의 샤프트는 베어링(샤프트 지지부)을 약간 건드려서, μ1W의 값은 거의 없을 만큼 매우 작다. 압력이 증가하고 클리닝 롤러의 샤프트가 적절히 베어링(샤프트 지지부)을 접촉할 때, 클리닝 롤러의 샤프트와 베어링(샤프트 지지부)의 접촉 부분에서 생성된 마찰력은 부하가 되어, 클리닝 롤러(11)는 대전 롤러(2)로부터의 회전 전달에 의해 회전될 수 없으며, 이에 따라 대전 롤러(2)와 클리닝 롤러(11) 사이의 슬립 발생을 초래한다. 반대로, 한편, 압력이 과도하게 작으면, 클리닝 롤러(11)는 적합한 방법으로 동적으로 대전 롤러(2)에 접촉하지 않아서, 클리닝 롤러(11)는 대전 롤러(2)와 접촉하고 대전 롤러(2)의 회전에 따라 반복적으로 (붙고 스립되는 상태에서) 대전 롤러(2)와 따로 움직이면서 회전한다. 붙고 슬립되는 이동에 의해 대전 롤러(2)의 표면은 마찰되며, 대전 롤러(2) 상의 오염이 마찰된다.
표 1은 대전 롤러(2) 상의 오염에 따라 화상의 열화가 발생하는지를 판별하기 위한 실험 결과를 나타낸다. 표의 클리닝 효과의 칼럼에서 "o"로 표시된 필드는 대전 롤러(2) 상의 오염에 따른 화상의 열화 발생이 없다는 것을 의미한다.
클리닝 롤러 대전 롤러 클리닝 효과 대전 균일성
회전 시스템 대전 롤러에
대한 압력		 표면 거칠기 마찰 계수
구동력으로 압력이 아닌 닙(nip) 양에 의해 제어 3 ㎛ 이상 0.2 이하 × -
대전 롤러로부터의 회전 전달에 의해 1 N 3 ㎛ 이상 0.2 이하 △ o
대전 롤러로부터의 회전 전달에 의해 4 N 3 ㎛ 이상 0.2 이하 × -
대전 롤러로부터의 회전 전달에 의해 1 N 2.5 ㎛ 이하 0.5 이상 o o
대전 롤러로부터의 회전 전달에 의해 4 N 2.5 ㎛ 이하 0.5 이상 o o
본 실험에 따라, 우수한 결과가 다음과 같은 조건 하에서 얻어졌다:
클리닝 롤러는 대전 롤러로부터의 회전 전달에 의해 회전한다;
압력 1N 내지 4N
표면 거칠기(Rz) 2.5 ㎛ 이하; 그리고,
마찰 계수 0.5 이상
오일러 벨트 방법을 이용한 마찰 계수 측정 방법이 도 6을 참조하여 아래에서 설명된다. 시트형 재료가 측정 대상으로서의 롤러에 대하여 와인딩 각도(winding angle) θ를 갖도록 배치된다. 무게가 시트형 재료의 일단에 더해지고 시트형 재료의 타단이 텐션 게이지를 이용하여 정속도로 당겨진다. 텐션 게이지의 값에 따라 마찰 계수가 다음의 수학식에 의해 얻어진다.
μ=(1/θ)×ln(F/W)
본 실험에서, 측정은 다음의 조건 하에서 수행되었다:
시트 재료 종이; 및
W 100 gf.
상기 방법에 의해 얻어진 값은 동적 마찰 계수라 한다.
이어서, 본 발명에 따른 화상 형성 장치에서 사용되기에 바람직한 토너의 특성이 아래에서 설명된다. 600 dpi 또는 더욱 안정적으로 미소 도트 화상을 재현하기 위하여, 토너의 무게-평균 입자 지름은 3 ㎛ 내지 8 ㎛ 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이 범위 내에서, 토너의 입자 지름은 미소 도트 잠상을 재현하기에 충분히 작아서, 도트 재현성이 개선될 수 있다. 반대로, 토너의 무게-평균 입자 지름(D4)이 3 ㎛ 이하이면, 전사 효율 및 블레이드 클리닝 효과의 감소와 같은 현상이 쉽게 발생한다. 토너의 무게-평균 입자 지름(D4)이 8 ㎛를 초과하면, 화상의 파일 높이(pile height)가 증가하여 문자나 줄의 블러(blur)를 방지하기 어렵다.
동시에, 개수-평균 입자 지름(D1)에 대한 무게-평균 입자 지름(D4)의 비(D4/D1)는 바람직하게는 1.00 내지 1.40의 범위 내에 있다. 이 비(D4/D1)가 1.00에 더 가까워질 수록, 입자-크기 분포는 더 샤프하다. 토너가 이러한 작은 입자 크기와 좁은 입자-크기 분포를 가진다면, 토너 대전 분포는 균일하게 된다. 따라서, 배경의 흠이 없는 고화질을 얻는 것이 가능하다. 더하여, 정전 잠상 전사 방법의 경우, 전사 능력을 높이는 것이 가능하다.
다음으로, 토너 입자의 입자-크기 분포를 측정하는 방법이 설명된다. 콜터(Coulter) 카운터를 이용하여 토너 입자의 입자-크기 분포를 측정하기 위한 장치로서, 예를 들어, 콜터 카운터 TA-II 및 콜터 멀티사이저 II(모두 콜터 Inc.에 의해 제조)가 있다. 측정 방법이 아래에서 설명된다. 먼저 분산제로서 0.1 ml 내지 5 ml의 계면 활성제(바람직하게는 알킬벤젠 설포네이트)가 100 ml 내지 150 ml의 전해질 용액에 첨가된다. 전해질 용액은 1급 염화 나트륨으로 대략 1% NaCl 용액을 마련함으로써 만들어진다. 예를 들어, 이소톤-II(Isoton-II)(콜터 Inc 제조)가 전해질 용액으로 이용될 수 있다. 그 다음, 2 mg 내지 20 mg의 측정 샘플이 전해질 용액에 첨가된다. 샘플이 현탁된 전해질 용액은 초음파 분산기에 의해 대략 1 내지 3분 동안 분산된다. 그 후, 무게 분포 및 개수 분포가 100 ㎛의 어퍼쳐(aperture)를 이용하여 토너 입자 또는 토너의 무게 및 토너 입자 또는 토너의 개수를 측정하여 얻어진다. 얻어진 분포에 기초하여, 토너의 무게-평균 입자 지름(D4) 및 개수-평균 입자 지름(D1)이 얻어질 수 있다.
사용되는 채널은 다음의 13개의 채널 범위이다: 2.00 ㎛ 내지 2.52 ㎛ 미만; 2.52 ㎛ 내지 3.17 ㎛ 미만; 3.17 ㎛ 내지 4.00 ㎛ 미만; 4.00 ㎛ 내지 5.04 ㎛ 미만; 5.04 ㎛ 내지 6.35 ㎛ 미만; 6.35 ㎛ 내지 8.00 ㎛ 미만; 8.00 ㎛ 내지 10.08 ㎛ 미만; 10.08 ㎛ 내지 12.70 ㎛ 미만; 12.70 ㎛ 내지 16.00 ㎛ 미만; 16.00 ㎛ 내지 20.20 ㎛ 미만; 20.20 ㎛ 내지 25.40 ㎛ 미만; 25.40 ㎛ 내지 32.00 ㎛ 미만; 및 32.00 ㎛ 내지 40.30 ㎛ 미만. 특히, 2.00 ㎛ 내지 40.30 ㎛ 의 범위에 있는 입자 지름을 갖는 입자가 이용된다.
토너의 형상 계수 SF-1을 100 내지 180 사이의 범위 내에, 형상 계수 SF-2를 100 내지 180 사이의 범위에 설정하는 것이 바람직하다. 도 7 및 8은 화상 형성 장치(100)에서 사용되는 토너의 형상 계수 SF-1 및 SF-2를 설명하기 위한 개략도이다.
형상 계수 SF-1은 수학식 3에 의해 정의된 바와 같이 토너의 둥근 정도를 나타낸다. 다른 말로 하면, 형상 계수 SF-1는 2차원 평면 상에 투영된 토너의 형상의 최대 길이(MXLNG)의 제곱을 형상의 면적(AREA)으로 나누고 (100π/4)를 곱하여 얻어진 값이다.
SF-1 = {(MXLNG)2/AREA}×(100π/4)
SF-1이 100이면, 토너는 완벽한 구이며, SF-1가 증가함에 따라 토너의 형상은 더욱 부정형이 된다.
형상 계수 SF-2는 수학식 4에 의해 정의된 바와 같이, 토너의 불규칙성을 나타낸다. 다른 말로 하면, 형상 계수 SF-2는 2차원 평면 상에 투영된 토너의 형상의 외주부 길이(PERI)의 제곱을 형상의 면적(AREA)으로 나누고 (100π/4)를 곱하여 얻어진 값이다.
SF-2 = {(PERI)2/AREA}×(100π/4)
SF-2이 100이면, 토너의 표면상에 불규칙성이 존재하지 않으며, SF-2가 증가함에 따라 토너의 표면의 불규칙성이 증가한다.
형상 계수는 주사 전자 현미경(S-100, 히타치, Ltd.)을 이용하여 사진을 촬영하고 촬영된 사진을 화상 분석기(LUSEX3, 니레코, Ltd.)를 이용하여 분석하고 계산함으로써 측정된다. 토너의 형상이 구에 더 가까울수록, 토너는 서로에 대하여 점 접촉을 형성하거나 또는 토너 및 감광 드럼이 서로 점 접촉을 형성하여, 토너 사이의 흡수성이 감소하고 토너의 유동성을 증가시킨다. 또한, 토너와 감광 드럼 사이의 흡수성이 감소하여, 전사 성능을 높인다. SF-1 및 SF-2가 180을 넘으면, 전사 능력이 감소하며, 이는 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 토너에서, 50 nm 내지 500 nm의 범위에 있는 평균 1차 입자 지름과 0.3 mg/cm3 이상의 벌크 밀도를 갖는 미립자(micropaticle, 이하 "미립자"라 한다)는 토너 입자의 표면에 부착된다. 첨가제로 미립자를 이용하여, 클리닝 효과를 개선하는 것이 가능하다. 특히, 고화질을 획득할 수 있는 작은 입자 지름을 갖는 토너가 사용될 때, 현상 성능과 전사 성능을 개선하는 것이 가능하다. 부수적으로, 유동성 개선제로서, 예를 들어, 실리카가 일반적으로 사용된다. 일반적으로, 실리카의 평균 1차 입자 지름은 10 nm 내지 30 nm의 범위에 있으며, 실리카의 벌크 밀도는 0.1mg/cm3 내지 0.2 mg/cm3의 범위에 있다.
적합한 특성을 갖는 미립자를 토너의 표면에 부착함으로써, 토너 입자와 대상 재료 사이에 적절한 공극(void)이 형성된다. 토너 입자, 감광 부재, 및 전하 인가 부재에 대한 미립자의 접촉 면적은 매우 작으며, 이에 따라 미립자는 토너 입자, 감광 부재 및 전하 인가 부재와 균일하게 접촉한다. 따라서, 부착을 효율적으로 감소시키고 또한 현상 성능과 전사 효율을 효율적으로 개선하는 것이 가능하다. 또한, 미립자는 롤러 역할을 하며, 이에 의해 감광 부재는 마모되거나 손상되는 것이 방지될 수 있다. 감광 부재가 클리닝 블레이드와 감광 부재 사이에서 높은 스트레스 조건(예를 들어, 높은 부하나 고속) 하에서 클리닝되면, 미립자는 토너 입자 사이에 쉽게 매입되지 않는다. 일부 미립자가 토너 입자 사이에 매입되더라도, 미립자는 토너 입자 사이로부터 나와서 원래 상태로 돌아갈 수 있다. 따라서, 미립자를 이용하여, 토너는 장시간 동안 특성을 안정적으로 유지할 수 있다. 더하여, 미립자는 토너 표면으로부터 적절히 탁찰되어 클리닝 블레이드의 단부에서 축적된다. 그 결과, 단부에 축적된 미립자는 방벽 역할을 하여 소위 댐 효과를 가져와서, 이에 의해 토너가 블레이드를 통과하는 것을 방지한다. 이러한 특성으로, 토너 입자의 공유가 감소되며, 이에 의해 고속 정착(저에너지 정착)을 위하여 토너에 함유된 저유동학 성분에 의한 토너 자신의 막 형성을 감소시키는 것이 가능하다. 특히, 50 ㎛ 내지 500㎛의 범위의 평균 1차 입자 지름을 갖는 미립자가 토너에서 사용되는 경우, 우수한 클리닝 효과를 충분히 작용시키고 또한 미립자의 입자 지름이 극도로 작기 때문에 토너의 분말 유동성을 감소시키지 않는 것이 가능하다. 또한, 상세한 것은 분명하지 않지만, 표면 처리된 미립자는 토너에 외부 첨가되어, 캐리어가 오염이 된다 하더라도 현상제의 열화 속도가 낮추어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 50 nm 내지 500 nm의 범위 내의 평균 1차 입자 지름(이하, "평균 입자 지름"이라 한다)이 이용된다. 특히, 평균 입자 지름은 바람직하게는 100 nm 내지 400 nm이다. 평균 입자 지름이 50 nm 미만이면, 미립자는 토너 표면의 오목부에 매립되어, 부착성을 감소시키는 것이 가능하지 않다. 반대로, 평균 입자 지름이 500 nm 초과이면, 미립자는 토너 자신의 레벨과 동일한 접촉 면적 레벨을 갖는다. 미립자의 벌크 밀도가 0.3 mg/cm3보다 작으면, 유동성 개선에 기여하는 것이 가능하지만, 토너와 미립자의 비산성 레벨 및 부착성이 증가하기 때문에 부착성을 감소시키는 것이 가능하지 않다.
미립자로서, 무기 화합물의 예는 SiO2, TiO2, Al2O3, MgO, CuO, ZnO, SnO2, CeO2, Fe2O3, BaO, CaO, K2O, Na2O, ZrO2, CaO·SiO2, K2O(TiO2)n, Al2O3·2SiO2, CaCO3, MgCO3, BaSO4, MgSO4, 및 SrTiO3을 포함한다. 이들 중에서,SiO2, TiO2, 및 Al2O3가 바람직하다. 상기 무기 화합물은 커플링제, 헥사메틸디실라잔(hexamethyldisilazane), 디메틸디클로로실란(dimethyldichlorosilane), 옥틸트리에토시실란(octyltriethoxysilane), 또는 이와 유사한 것으로 소수화될 수 있다.
유기 화합물 계열의 미립자로서, 열가소성 수지 또는 열경화성 수지가 이용될 수 있다. 예를 들어, 비닐 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 우레아 수지, 아닐린 수지, 이오노머 수지, 및 폴리카보네이트 수지가 있다. 수지 미립자로서, 상기 수지 중 2 또는 그 이상의 조합이 사용될 수 있다. 특히, 비닐 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지 및 폴리에스테르 수지를 획득하는 것이 용이하기 때문에 구형 마이크로 수지 입자의 수용성 분산 및 이들 수지의 조합이 사용되는 것이 바람직하다.
비닐 수지의 구체적인 예로서, 예를 들어, 스티렌-에스테르 (메타) 아크릴레이트 코폴리머, 스티렌 부타디엔 코폴리머, (메타) 아크릴레이트-에스테르 아크릴레이트 코폴리머, 스티렌 아크리로니트릴 코폴리머, 스티렌 말레익 안하이드라이드 코폴리머, 및 스티렌 (메타) 아크릴레이트 코폴리머와 같은, 비닐 모노머가 단독 중합되거나 공중합된 폴리머가 있다.
미립자의 벌크 밀도는 100 ml용 측정 실린터를 이용하여 미립자로 측정 실린더를 채우도록 측정 실린더로 미립자를 점차적으로 첨가하는 방법으로 측정된다. 이 때, 측정 실린더에 어떠한 진동도 발생시키지 않도록 구성된다. 벌크 밀도는 미립자가 첨가된 전후에 측정 실린더의 무게 사이의 차이에 따라 측정된다.
벌크 밀도 (mg/cm3) = 미립자 무게 (g/100ml)/100
본 발명에 따른 미립자를 토너 표면에 외부 첨가하는 방법으로서, 예를 들어, 토너 베이스 입자와 미립자를 일반적으로 사용하는 혼합 장치에 의해 기계적으로 혼합되어 서로 부착되게 하거나, 또는 토너 베이스 입자와 미립자를 계면 활성제 또는 이와 유사한 것으로 용액상에서 균일하게 분산하고 서로 부착되도록 처리한 후 건조한다.
토너 정착성에 관한 토너 특성은 본 발명의 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 널리 공지되며, 특히, 토너 정착성은 1/2 유출 온도(연화점)와 관련되는 것으로 알려진다. 그러나, 본 발명에 따르면, 1/2 유출 온도(연화점)와 정착성 사이에서 어떠한 관계도 알 수 없었다. 유리 전이 온도가 45℃ 내지 65℃의 범위 내에 있고 유출 개시 온도가 90℃ 내지 115℃의 범위 내에 있는 토너 특성을 만족하는 토너가 사용되었을 때, 우수한 정착성이 획득될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 유리 전이 온도가 45℃ 미만일 때, 오프셋이 정착 시점에서 발생할 수 있다. 반대로, 유리 전이 온도가 65℃를 초과할 때, 충분한 정착성이 획득될 수 없어 화상은 전사 매체로부터 쉽게 벗겨질 수 있다. 유출 개시 온도가 90℃ 미만일 때, 오프셋이 정착시점에서 발생할 수 있다. 반대로, 유출 개시 온도가 115℃를 초과할 때, 충분한 정착성이 획득될 수 있어, 화상은 전사 매체로부터 쉽게 벗겨질 수 있다.
유리 전이 온도(Tg)를 측정하는 방법이 아래에서 간단히 설명된다. Tg를 측정하기 위한 장치로서, 리카쿠 덴키 Co. Ltd.에 의해 제조된 TG-DSC 시스템 TAS-100이 사용되었다. 먼저 10g의 샘플이 알루미늄 샘플 용기로 첨가되고, 샘플 용기는 홀더부로 넣어진다. 홀더부는 전기로에 세팅된다. 샘플이 상온에서 150℃까지 10℃/min의 승온 속도로 가열되어 150℃가 된 후에는, 샘플은 10분 동안 150℃에 놓인다. 그 다음, 샘플은 상온으로 냉각되며, 10분 동안 놓인다. 다시 샘플이 질소 분위기에서 10℃/min의 승온 속도로 150℃까지 가열되고, DSC 측정이 수행되었다. TAS-100 시스템에 포함된 분석 시스템에 의해 Tg 근처에서의 흡열 곡선의 접선 과 베이스 라인과의 접점으로부터 Tg가 얻어졌다.
토너의 유출 개시 온도는 플로우 테스터를 이용하여 측정될 수 있다. 플로우 테스터로서, 예를 들어, 시마즈 세이사쿠소 Co., Ltd에 의해 제조된 고가식 플로우 체스터 CFT500D가 사용될 수 있다. 도 9A 및 9B는 토너의 유출 개시 온도를 측정하는 플로우 테스터에 의해 얻어진 그래프이다. 도면에서, 온도 Tfb는 유출 개시 온도를 나타내며, 1/2 방법에서의 용융 온도는 온도 T1/2를 나타낸다. 측정 조건은 다음과 같다.
부하 5kg/cm2;
승온 속도 3.0℃/min;
다이의 보어 지름 1.00 mm; 및
다이의 길이 10.0 mm.
본 발명에 따른 토너에서 사용된 바인더 수지로서, 본 발명에 따른 토너 특성이 충족되는 한, 다음의 조성을 갖는 임의의 수지를 사용할 수 있다. 바인더 수지의 예는 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리-p-클로로스티렌, 폴리비닐톨루엔 및 그 치환된 호모폴리머와 같은 스티렌; 스티렌-p-클로로스티렌, 스티렌 프로필렌 코폴리머, 스티렌 비닐톨루엔 코폴리머, 스티렌 비닐나프탈렌 코폴리머, 스티렌 메틸 아클릴레이트 코폴리머, 스티렌 에틸 아클릴레이트 코폴리머, 스티렌 부틸 아클릴레이트 코폴리머, 스티렌 옥틸 아클릴레이트 코폴리머, 스티렌 메틸 메타크릴레이트 코폴리머, 스티렌 에틸 메타크릴레이트 코폴리머, 스티렌 부틸 메타크릴레이트 코폴리머, 스티렌-α-메틸 클로르메타크릴레이트 코폴리머, 스티렌 아크리로니트릴 코폴리머, 스티렌 비닐메틸에테르 코폴리머, 스티렌 비닐에틸에테르 코폴리머, 스티렌 비닐메틸케톤 코폴리머, 스티렌 부타디엔 코폴리머, 스티렌 이소프렌 코폴리머, 스티렌 아크리로니트릴 인덴 코폴리머, 스티렌 말레에이트 코폴리머, 스티렌 에스테르 말레에이트 코폴리머와 같은 스티렌 코폴리머를 포함한다.
또한, 다음의 수지가 혼합에 의해 이용될 수 있다. 수지의 예는 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리클로로 비닐, 폴리아세틱 비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리아미드, 에폭시 수지, 폴리비닐부틸알, 폴리아크릴 수지, 로딘, 변성 로딘, 테르펜 수지, 페놀 수지, 지방족 또는 지환족 하이드로카본 수지, 방향족 석유 수지, 염화 파라핀, 및 파라핀 왁스를 포함한다. 상기 조성 중에서, 충분한 정착성을 얻기 위하여 특히 폴리에스테르 수지가 사용되는 것이 바람직하다. 폴리에스테르 수지는 알코올 및 카르복실산의 축중합에 의해 얻어진다. 사용되는 알코올로서, 예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,3-프로필렌 글리콜, 1,4-부탄에디올, 네오펜틸글리콜, 및 1,4-부텐에디올과 같은 디올류; 1,4-비스 (하이드록시메틸) 시클로헤산, 비스페놀 A, 수소 첨가된 비스페놀 A, 폴리옥시에틸렌 비스페놀 A 에테르, 및 폴리옥시프로필렌 비스페놀 A 에테르와 같은 비스페놀 에테르류, 3 내지 22의 탄소수를 갖는 포화되거나 또는 포화되지 않은 하이드로카본기에 의해 상기 알코올이 치환된 단독의 디올, 또는 다른 단독의 디올이 있다.
폴리에스테르 수지를 얻기 위해 사용되는 카르복실산으로서, 예를 들어, 말 레익 산, 푸마릭 산, 메사코닉 산, 시트라코닉 산, 이타코닉 산, 글루타코닉 산, 프탈릭 산, 이소프탈릭 산, 테레프탈릭 산, 시클로헥산 디카르복실산, 숙신 산, 아피딕 산, 세바식 산 및 말로닉 산, 3 내지 22의 탄소수를 갖는 포화되거나 또는 포화되지 않은 하이드로카본기에 의해 상기 산들이 치환된 디하이드릭 유기산 모노머, 상기 산들의 산 무수물, 저급 알킬 에스테르와 리놀레익 산의 다이머, 및 다른 디하이드릭 유기산 모노머가 있다.
바인더 수지로서 사용된 폴리에스테르 수지를 얻기 위하여, 상기 2 관능성 모노머로 이루어진 폴리머 뿐만 아니라, 적어도 3 관능성 모노머의 다관능성 모노머에 의해 형성된 성분들을 함유하는 폴리머를 이용하는 것이 바람직하다. 다관능성 모노머로서의 적어도 트리하이드릭 알코올 모노머인 폴리하이드릭 알코올 모노머로서, 예를 들어, 소르비톨, 1,2,3,6-헥산 테트로롤, 소르비탄, 수크로오스, 1,2,4-부탄 트리올, 1,2,5-펜탄 트리올, 글리세롤, 2-메틸프로판 트리올, 2-메틸-1,2,4-부탄 트리올, 트리메틸올 에탄, 트리메틸올 프로판, 및 1,3,5-트리하이드록시메틸벤젠이 있다.
적어도 3 관능성 카르복실산 모노머인 다관능성 카르복실산 모노머로서, 예를 들어, 1,2,4-벤젠트리카르복실산, 1,2,5-벤젠트리카르복실산, 1,2,4-시클로헥산트리카르복실산, 2,5,7-나프탈렌트리카르복실산, 1,2,4-나프탈렌트리카르복실산, 1,2,4-부탄트리카르복실산, 1,2,5-헥산트리카르복실산, 1,3-디카르복실-2-메틸-2-메틸렌카르복시프로판, 테트라 (메틸렌 카르복실) 메탄, 옥탄 테트라카르복실산, 엠폴 트리메릭산, 상기 산들의 산무수화물 등이 있다.
정착시 정착 벨트의 표면 상에서의 토너의 이형성을 개선하기 위하여, 본 발명에 따른 토너에는 이형제가 함유될 수 있다. 임의의 공지된 이형제가 사용될 수 있지만, 바람직하게는, 탈지방산-탈 카나우바 왁스, 몬탄 왁스, 산화 라이스 왁스, 및 에스테르 왁스가 단독으로 또는 조합되어 사용될 수 있다. 카나우바 왁스로서, 5 이하의 산가와 토너 바인더에서 분산될 때 1 ㎛이하의 입자 지름을 갖는 마이크로크리스탈라인 카나우바 왁스를 이용하는 것이 바람직하다. 몬탄 왁스는 일반적으로 광물로부터 정제된 것을 나타낸다. 몬탄 왁스로서, 카나우바 왁스와 같은 방식으로, 5 내지 14의 산가를 갖는 마이크로크리스탈라인 몬탄 왁스를 이용하는 것이 바람직하다. 산화 라이스 왁스는 쌀겨 왁스가 공기에 의해 산화된 것이며, 산화 라이스 왁스의 산가는 10 내지 30의 범위 내인 것이 바람직하다. 각 왁스가 각각의 범위보다 더 작은 산가를 가지면, 저온 정착 온도의 상승으로 인하여 저온 정착성이 불충분하다. 반대로, 각 왁스가 각각의 범위보다 더 큰 산가를 가지면, 콜드 오프셋(cold offset) 온도의 상승으로 인하여 저온 정착성이 불충분하다. 첨가되는 왁스의 양은 바인더 수지의 100 중량부에 대하여 3 내지 10 중량부의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이 양이 1 중량부 이하이면, 왁스의 이형 효과가 불충분하며, 이에 의해 원하는 효과를 얻기가 어렵다. 반대로, 이 양이 15 중량부를 넘어서면, 캐리어에 대한 토너 소모가 상당히 발생하는 문제점이 있다.
더하여, 토너에 대하여 대전을 부여하기 위하여, 대전 제어제가 토너에 함유될 수 있다. 임의의 공지된 종래의 대전 제어제가 사용될 수 있다. 양의 대전 제어제로서, 니그로신, 염기성 염료, 염기성 염료의 레이크 안료, 4기(quaternary) 암모늄염 화합물 등이 있다. 음의 대전 제어제로서, 모노아조 염료의 금속염, 살리실산 금속 복합물, 나프토익산 또는 디카르복실산 등이 있다. 사용되는 극성 제어제의 양은 바인더 수지의 종류, 필요에 따라 사용되는 첨가제의 유무, 및 분산 방법을 포함하는 토너 제조 방법에 따라 결정된다. 극성 제어제의 양은 분명하게 결정되는 것은 아니나, 바인더 수지의 100 중량부에 대하여 0.01 내지 8 중량부의 범위 내에, 바람직하게는, 0.1 내지 2 중량부의 범위 내에 있다. 이 양이 0.01 중량부보다 더 작다면, 환경 변동에 따른 대전량 Q/M의 변동량에 대한 극성 제어제의 효과가 작다. 반대로, 이 양이 8 중량부를 초과하면, 저온 정착성이 불충분하게 된다.
사용되는 금속 함유 모노아조 염료로서, 크롬 함유 마노아조 염료, 코발트 함유 마노아조 염료 및 철 함유 마노아조 염료가 단독으로 또는 조합되어 사용될 수 있다. 이러한 모노아조 염료를 첨가함으로써, 현상제에서의 대전량 Q/M의 상승 에지(포화까지의 시간)가 개선될 수 있다. 사용되는 금속 함유 모노아조 염료의 양은 극성 제어제와 동일한 방법으로, 바인더 수지의 종류, 필요에 따라 사용되는 첨가제의 유무, 및 분산 방법을 포함하는 토너 제조 방법에 따라 결정된다. 금속 함유 모노아조 염료의 양은 분명하게 결정되는 것은 아니나, 바인더 수지의 100 중량부에 대하여 0.01 내지 10 중량부의 범위 내에, 바람직하게는, 1 내지 7 중량부의 범위 내에 있다. 이 양이 0.01 중량부보다 더 작다면, 금속 함유 모노아조 염료의 효과 효과가 불충분하다. 반대로, 이 양이 10 중량부를 초과하면, 대전량의 포화 레벨이 감소되는 문제점이 있다.
또한, 컬러 토너에 대하여, 특히 살리실산 유도체의 금속염이 사용되는 것이 바람직하다; 그러나, 토너 대전을 안정화시키는데 필요하다면, 컬러 토너의 컬러 색조와 간섭하지 않은 투명 물질 또는 흰색 물질이 첨가될 수 있다. 구체적으로는, 유기 붕소 염, 불소 함유 4기 암모늄염, 칼릭스 알렌 화합물, 등이 사용되나 이에 한정되지 않는다.
또한, 자성 재료가 자성 토너로서 이용되는 본 발명에 따른 토너에 함유될 수 있다. 본 발명에 따른 자성 토너에 함유되는 자성 재료로서, 마그네타이트, 헤마타이트, 및 페라이트와 같은 산화철, 철, 코발트 및 니켈과 같은 금속, 상기 금속의 알루미늄 합금, 코발트, 구리, 납, 마그네슘, 주석, 아연, 안티몬, 베릴륨, 비스무트, 카드뮴, 칼슘, 마그네슘, 셀레늄, 티타늄, 텅스텐 및 바나듐과 같은 금속의 합금 및 그 화합물 등이 있다.
상기 강자성 재료의 평균 입자 지름은 대략 0.1 ㎛ 내지 2 ㎛의 범위에 있는 것이 바람직하며, 토너에 함유된 강자성 재료의 양은 100 중량부의 수지 성분에 대하여 대략 20 내지 200 중량부의 범위 내에 있으며, 바람직하게는 100 중량부의 수지 성분에 대하여 40 내지 150 중량부의 범위에 있다.
착색제로서, 임의의 공지된 착색제가 사용될 수 있다. 예를 들어, 블랙 착색제로서, 카본 블랙, 아닐린 블랙, 퍼니스(furnace) 블랙, 램프 블랙과 같은 블랙 착색제가 있다; 프탈로시아닌 블루, 메틸렌 블루, 빅토리아 블루, 메틸 바이올렛, 아닐린 블루, 울트라마린 블루와 같은 시안 착색제; 로다민 6G 레이크, 디메틸퀴나크리돈, 워칭 레드, 로즈 벤갈, 로다민 B, 알리자린 레이크와 같은 마젠타 착색제; 크롬 옐로우, 벤지딘 옐로우, 한자 옐로우, 나프톨 옐로우, 몰리브데이트 오렌지, 퀴놀린 엘로우, 타르트라진과 같은 옐로우 착색제가 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 토너에서 사용되는 착색제로서, 임의의 옐로우, 마젠타, 시안 및 블랙 토너를 획득할 수 있는 임의의 안료 및 염료가 사용될 수 있다. 예를 들어, 카본 블랙, 램프 블랙, 울트라마린 블루, 아닐린 블루, 프탈로시아닌 블루, 프탈로시아닌 그린, 한자 옐로우 G, 로다민 6G 레이크, 칼코 오일 블로, 크롬 옐로우, 퀴나크리돈, 벤지딘 옐로우, 로즈 벤갈 및 트리아릴메탄 안료와 같은 널리 공지된 종래의 염료 및 안료가 독립적으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.
또한, 토너의 유동성을 개선하기 위하여, 외부 첨가제로서, 예를 들어, 소수성 실리카, 티타늄 옥사이드, 또는 알루미나가 토너에 첨가될 수 있으며, 또한 지방산 금속염 또는 폴리비닐리덴 프루오라이드가 필요하다면 토너에 더 첨가될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 토너가 2성분계 현상제로서 사용될 때, 사용되는 가용 캐리어로서, 임의의 널리 공지된 캐리어가 사용될 수 있다. 예를 들어, 철 분말, 페라이트 분말, 및 니켈 분말과 같은 자성 분말, 유리 비드, 및 표면이 수지로 코팅된 임의의 상기 캐리어가 있다.
캐리어를 코팅하기 위하여 사용되는 가용 수지 분말로서, 스티렌-아크릴 코폴리머, 실리콘 수지, 말레익산 수지, 플루오라인 수지, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지 등이 있다. 스티렌-아크릴 코폴리머의 경우, 스티렌 성분이 30 중량% 내지 90 중량%의 범위에 있는 스티렌-아크릴 코폴리머를 사용하는 것이 바람직하다. 스티렌 성분이 30 중량% 이하인 경우, 현상 성능이 불충분하게 낮다. 반대로, 스티렌 성분이 90 중량%를 초과하면, 코팅막이 경화되어, 수지 분말이 캐리어로부터 쉽게 나오며, 이에 의해 캐리어의 수명을 단출시킨다. 본 발명에 따른 캐리어의 코팅에 사용되는 수지 분말은 상기 수지에 더하여 접착제, 경화제, 윤활제, 전도제, 대전 제어제 등을 함유할 수 있다.
본 발명에서 실리콘 수지로 코팅된 캐리어 핵(nucleus) 입자로서, 임의의 공지된 종래의 캐리어 핵 입자가 사용될 수 있다. 예를 들어, 철, 코발트, 및 니켈과 같은 강자성 금속; 마그네타이트, 헤마타이트, 및 페라이트와 같은 합금 또는 화합물; 및 글라스 비드가 캐리어 핵 입자로서 사용될 수 있다. 핵 입자의 평균 입자 지름은 일반적으로 10 ㎛ 내지 1000 ㎛이며, 바람직하게는 30 ㎛ 내지 500 ㎛이다. 사용되는 실리콘 수지의 양의 비는 캐리어 핵 입자에 대하여 일반적으로 1 중량% 내지 10 중량%의 범위 내에 있다.
본 발명에서 사용된 실리콘 수지로서, 임의의 널리 공지된 종래의 실리콘 수지가 사용될 수 있다. 예를 들어, 신에츠 실리콘 Co., Ltd.에 의해 제조된 KR261, KR271, KR272, KR275, KR280, KR282, KR285, KR251, KR155, KR220, KR201, KR204, KR205, KR206, SA-4, ES1001, ES1001N, ES1002T, 및 KR3093 와, 토레이 실리콘 Co., Ltd.에 의해 제조된 SR2100, SR2101, SR2107, SR2110, SR2108, SR2109, SR2115, SR2400, SR2410, SR2411, SH805, SH806A, 및 SH840 와 같은 상업적으로 사용가능한 실리콘 수지가 사용될 수 있다. 실리콘 수지층을 형성하는 방법으로서, 실리콘 수지는 분무법, 디핑법과 같은 종래에 사용된 방법으로 캐리어 핵 입자의 표면 상에 실리콘 수지가 도포된다.
본 발명에 따른 화상 형성 장치에 사용되기에 바람직한 토너는 적어도 질소 원자를 포함하는 관능기를 가지는 폴라에스테르 프리폴리머, 폴리에스테르, 착색제 및 이형제가 분산된 유기 용제인 토너 재료 용액이 수계 용제에서 크로스 링크 및/또는 신장되도록 반응된다. 토너의 구성 재료 및 토너의 제조 방법이 아래에서 설명된다.
폴리에스테르는 폴리하이드릭 알코올 화합물과 폴리카르복실 산 화합물의 중축합 반응에 의해 얻어진다. 폴리하이드릭 알코올 화합물(PO)의 예는, 디하이드릭 알코올(DIO) 및 3가 또는 그 이상의 폴리하이드릭 알코올(TO)을 포함한다; 그리고, (DIO) 단독 또는 (DIO)와 소량의 (TO)의 혼합물이 바람직하다. 디하이드릭 알코올(DIO)의 예는 알킬렌 글리콜(예를 들어, 에틸렌 글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,3-프로릴렌 글리콜, 1,4-부탄에디올, 및 1,6-헥산디올); 알킬렌 에테르 글리콜(예를 들어, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜 및 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜); 지환식 디올류(예를 들어, 1,4-시클로헥산 디메탄올, 및 수소 첨가된 비스페놀 A); 비스페놀류(예를 들어, 비스페놀 A, 비스페놀 F 및 비스페놀 S); 상기 지환식 디올류의 알킬렌 옥사이드(예를 들어, 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 및 부틸렌 옥사이드)의 부가물을 포함한다. 이들 중, 2 내지 12의 탄소수를 갖는 알킬렌 글리콜 및 비스페놀의 알킬렌 부가물이 바람직하다. 특히 바람직하게는, 비스페놀의 알킬렌 옥사이드의 부가물 및 비스페놀의 알킬렌 옥사이드의 부가물과 2 내지 12의 탄소수 를 갖는 알킬렌 글리콜의 조합이다. 3가 또는 그 이상의 폴리하이드릭 알코올(TO)은 트리하이드릭 내지 옥타하이드릭 알코올 및 그 이상의 지방족 알코올(예를 들어, 글리세롤, 트리메틸올레탄, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨 및 소르비톨); 3가 또는 그 이상의 페놀(예를 들어, 트리스페놀 PA, 페놀 노보락 및 크레졸 노보락); 및 3가 또는 그 이상의 폴리페놀의 알킬렌 옥사이드의 부가물을 포함한다.
폴리카르복실산(PC)의 예는 디카르복식산(DIC) 및 3가 이상의 카르복실 산(TC); (DIC) 단독 또는 (DIC)와 소량의 (TC)의 혼합물이 바람직하다. 디카르복실산(DIC)의 예는 알킬렌 디카르복실산(예를 들어, 숙신산, 아디픽산, 및 세바신산); 알케닐렌 디카르복실산(예를 들어, 말레익산 및 푸마릭산); 및 방향족 디카르복실산(예를 들어, 프탈릭산, 이소프탈릭산, 테레프탈릭산, 및 나프탈렌 디카르복실산)을 포함한다. 이들 중, 4 내지 20의 탄소수를 갖는 알케닐렌 디카르복실산과 8 내지 20의 탄소수를 갖는 방향족 디카르복실산이 바람직하다. 3가 이상의 카르복실산(TC)은 9 내지 20의 탄소수를 갖는 방향족 폴리카르복실산(예를 들어, 트리멜리틱산 및 파리오멜리틱산)을 포함한다. 폴리카르복실산(PC)은 이들 또는 이보다 더 낮은 알킬 에스테르의 산 무수화물(예를 들어, 메틸 에스테르, 에틸 에스테르, 및 이소프로필 에스테르)을 이용하여 폴리하이드릭 알코올 화합물과 반응될 수 있다.
폴리하이드릭 알코올 화합물(PO)과 폴리카르복실산(PC) 사이의 비는 보통 2/1 내지 1/1이며, 바람직하게는 1.5/1 내지 1/1이며, 더욱 바람직하게는 1.3/1 내지 1.02/1이고, 수산화기 [OH]와 카르복실기 [COOH] 사이의 비인 [OH]/[COOH]와 동 일하다.
중축합 반응을 위하여, 테트라부톡시 티타네이트 또는 디부틸틴 옥사이드와 같은 에스테르화 촉매의 존재 하에, 폴리하이드릭 알코올(PO) 및 폴리카르복실산(PC)은 150℃ 내지 280℃로 가열되며, 압력은 원하는 바에 따라 감소되고, 생성된 물은 제거되어, 하이드록실기를 갖는 폴리에스테르가 얻어진다. 폴리에스테르의 하이드록실기의 개수는 바람직하게는 5 이상이다. 폴리에스테르의 산가는 일반적으로 1 내지 30의 범위에 있으며, 바람직하게는 5 내지 20의 범위에 있다. 이러한 산가로, 폴리에스테르는 음으로 대전되기 쉬우며, 기록 매체상의 정착시에 기록 매체에 대한 토너의 우수한 친화도를 얻고 저온 정착성을 개선하는 것이 가능하다. 그러나, 산가가 30을 초과하면, 특히 환경적 변동에 대하여 대전 안정성을 감소시키는 경향이 있다.
무게-평균 분자량은 10000 내지 400000의 범위 내이며, 바람직하게는 20000 내지 200000의 범위 내이다. 무게-평균 분자량이 10000 이하이면, 항 오프셋(anti-offset) 성능이 바람직하지 않게 나빠진다. 반대로, 무게-평균 분자량이 400000을 초과하면, 저온 정착성이 바람직하지 않게 나빠진다.
폴리에스테르는 중축합으로 얻어진 변성되지 않은 폴리에스테르, 바람직하게는 우레아 변성 폴리에스테르를 포함한다. 우레아 변성 폴리에스테르는 다음과 같이 얻어진다: 중축합에 의해 얻어진 폴리에스테르의 끝단에 있는 카르복실기 또는 하이드록실기 및 폴리이소시아네이트 화합물(PIC)이 반응에 노출된다; 이소시아네이트기를 갖는 폴리에스테르 프리폴리머(A)가 얻어진다; 분자 체인이 크로스 링크 및/또는 신장되도록 얻어진 폴리에스테르 프리폴리머(A) 및 아민이 반응에 노출된다.
폴리이소시아네이트 화합물(PIC)의 예는 지방족 폴리이소시아네이트(예를 들어, 테트라메틸렌 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 및 2,6-디이소시아네이트 메틸 카프로에이트); 지환식 폴리이소시아네이트(예를 들어, 이소포론 디이소시아네이트 및 시클로헥실메탄 디이소시아네이트); 방향족 디이소시아네이트(예를 들어, 톨리렌 디이소시아네이트 및 디페닐메탄 디이소시아네이트); 방향 지방족 디이소시아네이트(예를 들어, α,α,α',α'-테트라메틸크실렌 디이소시아네이트); 이소시아네이트; 페놀 유도체, 옥심, 및 카프로락탐으로 이러한 폴리이소시아네이트를 차단하여 형성된 화합물; 및 이러한 것들의 적어도 2개의 조합이다.
폴리이소시아네이트 화합물(PIC)의 비는 일반적으로 5/1 내지 1/1이며, 바람직하게는 4/1 내지 1.2/1이며, 더욱 바람직하게는 2.5/1 내지 1.5/1이며, 하이드록실기 함유 폴리에스테르의 이소시아네이트기 [NCO] 및 수산화기(하이드록실기) [OH]의 비와 동일하다. [NCO]/[OH]가 5를 초과할 때, 저온 정착성이 더 나빠진다. 우레아 변성 폴리에스테르를 이용하는 경우, 에스테르에서의 우레아 성분은 [NCO]의 몰비가 1보다 작을 경우 낮아지며, 핫 오프렛(hot offset) 내성이 악화된다.
이소시아네이트기 함유 폴리에스테르 프리폴리메(A)에서의 폴리이소시아네이트(PIC)의 성분은 0.5 wt% 내지 40 wt%의 범위, 바람직하게는 1 wt% 내지 30 wt%의 범위, 더욱 바람직하게는 2 wt% 내지 20 wt%의 범위를 갖는다. 폴리이소시아네이트 화합물의 성분이 0.5 wt%보다 작으면, 핫 오프셋 내성이 악화되며, 내열 보존성 및 저온 정상성의 성능 관점에서 바람직하지 않다. 반대로, 폴리이소시아네이트 화합물 성분이 40 wt%를 초과하면, 저온 정착성이 나빠진다.
이소시아네이트기 함유 폴리에스테르 프리폴리머(A)의 하나의 분자에 함유된 이소시아네이트기의 개수는 일반적으로 적어도 1이며, 바람직하게 평균 1.5 내지 3이며, 더욱 바람직하게는 평균 1.8 내지 2.5이다. 분자당 이소시아네이트기가 1보다 작으면, 우레아 변성 폴리에스테르의 분자량이 낮아져서 핫 오프셋 내성이 악화된다.
또한, 폴리에스테르 프리폴리머(A)와 반응되는 아민(B)은 디아민 화합물(B1), 3가 이상의 폴리아민 화합물(B2), 아미노 알코올(B3), 아미노 메르캅탄(B4), 아미노산(B5) 및 아미노기가 차단된 B1 내지 B5의 화합물(B6)을 포함한다.
디아민 화합물(B1)의 예는 방향족 디아민(예를 들어, 페닐렌 디아민, 디에틸 톨루엔 디아민, 및 4,4'-디아민오디페닐 메탄); 지환식 디아민(예를 들어, 4,4'-디아미노-3,3'-디메틸디시클로헥실메탄, 디아민 시클로헥산, 및 이소포론 디아민); 및 지방족 디아민(예를 들어, 에틸렌 디아민, 테트라메틸렌 디아민, 및 헥사메틸렌 디아민)을 포함한다.
3가 이상의 아민 화합물(B2)의 예는 디에틸렌 트라아민 및 트리에틸렌 테트라민을 포함한다. 아미노 알코올(B3)의 예는 에탄올아민 및 하이드록시에틸아닐린을 포함한다. 아미노 메르캅탄(B4)의 예는 아미노에틸 메르캅탄 및 아미노프로필 메르캅탄을 포함한다. 아미노산(B5)의 예는 아미노프로피오닉산 및 아미노카프로익산을 포함한다. B1 내지 B5의 아미노기가 차단된 화합물(B6)의 예는 B1 내지 B5 와 케톤(예를 들어, 아세톤, 메틸 에틸 케톤 및 메틸 이소부틸 케톤)으로부터 얻어진 케티민 화합물 및 옥사졸리딘 화합물을 포함한다. 아민(B) 중에서 바람직한 아민은 B1 및 B1와 소량의 B2의 혼합물이다.
아민(B)의 비는 일반적으로 1/2 내지 2/1, 바람직하게는 1.5/1 내지 1/1.5, 더욱 바람직하게는 1.2/1 내지 1/1.2이며, 이는 이소시아네이트기 함유 폴리에스테르(A)에서의 이소시아네이트기 [NCO]와 아민(B)에서의 아민기 [NHx] 사이의 비인 [NCO]/[NHx]와 동일하다. [NCO]/[NHx]가 2를 초과하거나 1/2보다 작으면, 우레아 변성 폴리에스테르(i)의 분자량이 더 작아지고, 핫 오프셋 내성에서의 악화를 가져다 준다.
우레탄 결합이 우레아 변성 폴리에스테르에서의 우레와 결합과 함께 포함될 수 있다. 우레아 결합 성분과 우레탄 결합 성분 사이의 몰비는 일반적으로 100/0 내지 10/90, 바람직하게는 80/20 내지 20/80, 더욱 바람직하게는 60/40 내지 30/70의 범위에 있다. 우레아 결합의 몰비가 10% 이하이면, 핫 오프셋 내성이 악화도니다.
우레아 변성 폴리에스테르는 원샷(one shot) 방법 또는 이와 유사한 것에 의해 제조된다. 테트라부톡시 티타네이트 또는 디부틸틴 옥사이와 같은 공지의 에스테르화 촉매의 존재 하에, 폴리하이드릭 알코올 화합물(PO) 및 폴리카르복실산(PC)은 150℃ 내지 280℃로 가열되며, 압력은 원하는 바에 따라 감소되는 동안 생성된 물이 증류되어, 하이드록실기를 갖는 폴리에스테르가 얻어진다. 폴리이소시아네이트(PIC)는 40℃ 내지 140℃의 온도에서 폴리에스테르와 반응되어 이소시아네이트기 함유 폴리에스테르 프리폴리머(A)를 얻는다. 아민기(B)는 0℃ 내지 140℃의 온도에서 더 반응되어 우레아 변성 폴리에스테를 얻는다.
(PIC)가 반응되거나 또는 (A) 및 (B)가 반응되면, 필요한 경우 용제가 사용될 수 있다. 가용 용제의 예는 방향족 용제(예를 들어, 톨루엔 및 크실렌); 케톤기(예를 들어, 아세톤, 메틸 에틸 케톤 및 메틸 이소부틸 케톤); 에스테르기(예를 들어, 에틸 아세테이트); 아미드기(예를 들어, 디메틸포르마미드 및 디메틸아세토아미드); 및 에테르기(예를 들어, 테트라하이드로푸란)과 같은 이소시아네이트에 불활성인 것을 포함한다.
폴리에스테르 프리폴리머(A) 및 아민(B)의 크로스 링크 반응 및/또는 신장 반응을 위하여 반응 억제제가 필요에 따라 사용될 수 있으며, 이에 의해, 얻어진 우레아 변성 폴리에스테르의 분자량을 조절할 수 있다. 반응 억제제의 예는 모노아민(예를 들어, 디에틸아민, 디부틸아민, 부틸아민 및 라우릴아민)과 모노아민이 차단된 화합물(케티민 화합물)을 포함한다.
우레아 변성 폴리에스테르의 무게-평균 분자량은 일반적으로 10,000보다 적자 않으면, 바람직하게는 20,000 내지 10,000,000이고, 더욱 바람직하게는 30,000 내지 1,000,000이다. 무게-평균 분자량이 10,000보다 작으면, 핫 오프셋 내성이 악화된다. 우레아 변성 폴리에스테르가 사용될 때, 우레아 변성 폴리에스테르의 개수-평균 분자량은 특히 제한되지 않으며, 개수-평균 분자량은 무게-평균 분자량을 쉽게 얻을 수 있는 것이어야만 한다. 우레아 변성 폴리에스테르가 단독으로 이용될 때, 개수-평균 분자량은 일반적으로 20,000 이하이며, 바람직하게는 1,000 내 지 10,000이며, 더욱 바람직하게는 2,000 내지 8,000이다. 개수-평균 분자량이 20,000을 넘으면, 저온 정착성이 악화되며, 풀컬러 장치에서 사용되는 경우 광택성이 악화된다.
변성되지 않은 폴리에스테르와 조합하여 우레아 변성 폴리에스테르를 이용함으로써, 저온 정착성이 개선되며, 풀컬러 장치(100)에 대하여 이용될 때 광택성도 개선될 수 있어, 우레아 변성 폴리에스테르를 단독으로 사용하는 것보다 더 바람직하다. 변성되지 않은 폴리에스테르는 우레아 결합이 아닌 다른 화학 결합을 통해 변성된 폴리에스테르를 포함할 수 있다. 저온 정착성과 핫 오프셋 내성의 관점에서, 우레아 변성 폴리에스테르의 적어도 일부와 변성되지 않은 폴리에스테르는 서로 양립가능한 것이 바람직하다. 따라서, 우레아 변성 폴리에스테르 및 변성되지 않은 폴리에스테르의 성분은 바람직하게는 유사한 조성을 갖는다.
더하여, 우레아 변성 폴리에스테르 및 변성되지 않은 폴리에스테르 사이의 무게비는 일반적으로 20/80 내지 95/5, 바람직하게는 70/30 내지 95/5, 더욱 바람직하게는 75/25 내지 95/5, 특히 바람직하게는 80/20 내지 93/7이다. 우레아 변성 폴리에스테르의 무게비가 5%보다 작을 때, 핫 오프셋 내성이 악화되며, 이것은 열 저항 보존성 및 저온 정착성 사이의 양립가능성에 관하여 단점이 된다.
우레아 변성 폴리에스테르 및 변성되지 않은 폴리에스테르를 함유하는 바인더 수지의 유리 전이 온도(Tg)는 일반적으로 45℃ 내지 65℃, 바람직하게는 45℃ 내지 60℃이다. Tg가 45℃보다 낮으면, 토너가 고온 하에서 저장될 때의 차단이 악화되며, 반면 Tg가 65℃보다 높으면 저온 정착성이 불충분해진다.
우레아 변성 폴리에스테르 수지와의 공존하에서, 공지된 폴리에스테르와 비교하여 심지어 유리 전이점이 낮아도 건식 토너는 더 나은 내열 보존성을 나타내는 경향이 있다.
모든 공지의 염료 및 안료가 착색제로 사용가능하며, 다음과 같은 착색제 및 그 혼합물이 사용될 수 있다; 예를 들어, 카본 블랙, 카본 블랙, 니그로신 염료, 아이언 블랙, 나프톨 옐로우 S, 한자 옐로우 (10G, 5G, G), 카드뮴 옐로우, 옐로우 아이언 옥사이드, 옐로우 오쳐(ocher), 크롬 옐로우, 티타늄 옐로우, 폴리아조 옐로우, 오일 옐로우, Hansa 옐로우 (GR, A, RN, R), 안료 옐로우 L, 벤지딘 옐로우 (G, GR), 퍼머넌트 옐로우 (NCG), 벌칸(vulcan) 패스트 옐로우 (5G, R), 타르트라진 레이크, 퀴놀린 옐로우 레이크, 안트라잔 옐로우 BGL, 이소인돌리논 옐로우, 레드 아이언 옥사이드, 연단(minium), 레드 리드, 카드뮴 레드, 카드뮴 머큐리 레드, 안티몬 버밀리온, 퍼머넌트 레드 4R, 파라 레드, 파이어 레드, 파라크롤로-오소-니트로아닐린 레드, 리솔 패스트 스칼렛 G, 브릴리언트 패스트 스칼렛, 브릴리언트 카르민 BS, 퍼머넌트 레드 (F2R, F4R, FRL, FRLL, F4RH), 패스트 스칼렛 VD, 벌칸 패스트 루빈 B, 브릴리언트 스칼렛 G, 리솔 루빈 GX, 퍼머넌트 레드 F5R, 브릴리언트 카르민 6B, 안료 스칼렛 3B, 보르도 5B, 톨루이딘 마룬, 퍼머넌트 보르도 F2K, 헬리오 보르도 BL, 보르도 10B, BON 마룬 라이트, BON 마룬 미디움, 에오신 레이크, 로다민 레이크 B, 로다민 레이크 Y, 알리자린 레이크, 티오인디고 레드 B, 티오인디고 마룬, 오일 레드, 퀴라크리돈 레드, 파이로조론 레드, 폴리아조 레드, 크롬 버밀리온, 벤지딘 오렌지, 페리논 오렌지, 오일 오렌지, 코발트 블루, 세루린 블루, 알칼리 블루 레이크, 피콕 블루 레이크, 빅토리아 블루 레이크, 메탈-프리 프탈오시아닌 블루, 프탈오시아닌 블루, 패스트 스카이 블루, 인단트린 블루 (RS, BC), 인디고, 울트라마린 블루, 프루시안 블루, 안트라퀴논 블루, 패스트 바이올렛 B, 메틸 바이올렛 레이크, 코발트 바이올렛, 망간 바이올렛, 디옥산 바이올렛, 안트라퀴논 바이올렛, 크롬 그린, 아연 그린, 크롬 옥사이드, 파이리디안, 에메랄드 그린, 안료 그린 B, 나프톨 그린 B, 그린 골드, 산 그린 레이크, 공작석(malachite) 그린 레이크, 프탈로시아닌 그린, 안트라퀴논 그린, 티타늄 옥사이드, 아연 화이트 및 리소폰. 착색제의 성분은 일반적으로 토너 입자에서 1 wt% 내지 15 wt%, 바람직하게는 3 wt% 내지 10 wt%이다.
또한, 착색제는 수지와 혼합되는 마스터 배치(master batch)로서 이용될 수 있다. 이러한 마스터 배치를 제조하기 위하여 또는 마스터 배치와 혼련되는데 사용되는 바인더 수지의 예는 폴리스티렌, 폴리-p-클로로스티렌, 폴리비닐톨로엔과 같은 스티렌 및 그 치환된 폴리머, 또는 이러한 화합물과 비닐 화합물의 코폴리머, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리부틸 메타크릴레이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 아세테이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 에폭시 수지, 에폭시 폴리올 수지, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리비닐 부티랄, 폴리아크릴레이트 수지, 로진, 변성 로진, 테르핀 로진, 지방족 또는 지환식 하이드로카본 수지, 방향족 석유 수지, 염화 파라핀 및 파라핀 왁스를 포함한다. 이러한 재료는 단독으로 또는 혼합물로 이용될 수 있다.
공지의 대전 제어제가 대전 제어제로서 이용될 수 있으며, 예를 들어, 니그 로신 염료, 트리페닐메탄 염료, 크롬-함유 금속 복합 염료, 킬레이트 몰리브덴산염 안료, 로다민 염료, 알콕시 아민, 4기 암모늄염(염화 변성 4기 암모늄염 포함), 알킬아미드, 단독의 인 또는 그 화합물, 단독의 텅스텐 또는 그 화합물, 불소계 활성제, 살리실산 금속염 및 살리실산 유도체의 금속염을 포함한다. 대전 제어제의 보다 구체적인 예는 니그로신 염료로서의 Bontron 03, 4기 암모늄염으로서의 Bontron P-51, 금속 함유 아조 염료로서의 Bontron S-34, 옥시나프토익산 계열의 금속 복합물로서의 E-82, 살리실산 금속 복합물로서의 E-84, 페놀 계열의 축합물로서의 E-89(이들은 모두 오리엔트 케미컬 인더스터리 Ltd.에 의해 제조된다), 4기 암모늄염 몰리브덴 복합물로서의 TP-302 및 TP-415(호도가야 케미컬 인더스터리 Ltd. 제조), 4기 암모늄염으로서의 Copy Charge PSY VP2038 및 4기 암모늄으로서의 Copy Charge NX VP434(이들은 호에크스트에 의해 제조된다.), 보론 복합물로서의 LRA-901 및 LR-147(재팬 카리트 Co., Ltd. 제조), 구리 프탈로시아닌, 페릴렌, 퀴나크리돈, 아조 계열 안료 및 설폰산기, 카르복실기 및 4기 암모늄염기와 같은 관능기를 갖는 폴리머 화합물을 포함한다. 이들 중에서, 음의 극성을 갖도록 토너를 제어하는 재료가 바람직하게 사용된다.
대전 제어제의 사용량은 바인더의 종류, 원하는 바에 따라 사용되는 첨가제의 존재 또는 부재, 및 분산 방법을 포함하는 토너 제조 방법에 따라 결정되나 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 대전 제어제는 바인더 수지의 100 중량부에 대하여 바람직하게는 0.1 내지 10 중량부, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 5 중량부가 사용된다. 10 중량부를 초과하면, 토너는 너무 높게 대전되어 대전 제어제의 효과가 감소되게 하며, 현상 롤러와의 정전기적 인력이 증가되게 하며, 현상제의 유동성을 더 낮게 하며, 화상 밀도가 감소되게 한다.
50℃ 내지 120℃의 범위에 있는 낮은 용융점을 갖는 왁스는 바인더 수지와의 분산으로 정착 롤러와 토너의 계면 사이에서 이형제로서 효과적으로 기능한다. 이러한 왁스의 효과적인 기능 때문에, 오일로서의 이형제를 정착 롤러에 도포할 필요가 없으며, 고온 오프셋이 개선된다. 이러한 왁스 성분은 다음을 포함한다. 이러한 왁스의 예는 카나우바 왁스, 코튼 왁스, 우드 왁스 및 라이스 왁스와 같은 식물계 왁스; 밀랍 및 라놀린과 같은 동물계 왁스; 오조케라이트, 크레신과 같은 광물계 왁스; 및 파라핀, 마이크로크리스탈라인 및 페트로라툼과 같은 석유계 왁스를 포함한다. 이러한 자연 왁스가 아닌 왁스의 예는 피셔-트로프쉬 왁스 및 폴리에틸렌 왁스와 같은 합성 왁스; 및 에스테르, 케톤 및 에테르와 같은 합성 왁스를 포함한다. 이에 더하여, 사이드 체인이 긴 알킬기인 크리스탈라인 폴리머도 사용될 수 있다. 크리스탈라인 폴리머는 12-하드록시 스테아라미드, 스테아릭산 아미드, 프탈릭 무수 이미드 및 염화 하이드로카본와 같은 지방산 아미드 및 저분자량의 크리스탈라인 폴리머 수지인 폴리-n-스테아릴 메타크릴레이트 및 폴리-n-라오릴 메타크릴레이트(예를 들어, n-스테아릴 아크릴레이트-에틸 메타크릴레이트 코폴리머)의 호모 폴리머 또는 코폴리머를 포함한다.
대전 제어제 및 이형제는 마스터 배치 및 바인더 수지와 함께 혼련 용융될 수 있으며, 용해 및 분산 시점에 유기 용제로 첨가될 수 있다.
바람직하게는 무기 미립자는 토너 입자의 유동성, 현상 성능 및 대전성을 용 이하게 하기 위한 외부 첨가제로서 사용된다. 바람직하게는 무기 미립자는 5×10-3 내지 2 ㎛의 1차 입자 지름을 갖는다. 특히, 1차 입자 지름은 바람직하게는 5×10-3 내지 0.5 ㎛이다. BET 방법에 의한 특정 표면적(specific surface area)은 바람직하게는 20 내지 500 m2/g이다. 무기 미립자의 사용비는 바람직하게는 토너 입자에서 0.01 wt% 내지 5 wt%이며, 더욱 바람직하게는 0.01 wt% 내지 2.0 wt%이다.
무기 입자의 특정 예는 실리카, 알루미나, 티타늄 옥사이드, 바륨 티타네이트, 마그네슘 티타네이트, 칼슘 티타네이트, 스트론튬 티타네이트, 징크 옥사이드, 틴 옥사이드, 실리카 샌드, 클레이, 미카, 규회석(wollastonite), 디아토마이트, 크롬 옥사이드, 세륨 옥사이드, 레드 아이언 옥사이드, 안티몬 트리옥사이드, 마그네슘 옥사이드, 지르코늄 옥사이드, 바륨 설페이트, 바륨 카보네이트, 칼슘 카보네이트, 실리콘 카바이드, 및 실리콘 니트라이드를 포함한다. 이러한 재료들 중에서 바람직하게는 소수성 실리카 입자 및 소수성 티타늄 옥사이드 입자가 유동제로서 조합되어 사용된다. 특히, 5×10-2 ㎛ 이하의 평균 지름을 갖는 양 입자가 혼합될 때, 토너 입자와의 정전기력 및 반데르발스 힘은 상당히 개선된다. 그 결과, 이러한 외부 첨가제가 원하는 대전 레벨을 획득하기 위하여 현상 장치에서 토너 입자와 혼합될 때, "반딧불(firefly)"(스폿)이 없는 원하는 화질이 토너 입자로부터의 유동제의 이탈 없이 얻어질 수 있으며, 토너 화상이 전사된 후의 잔여 토너량이 감소될 수 있다.
티타늄 옥사이드 미립자가 환경적 안정성 및 화상 밀도 안정성 면에서 우수하지만, 티타늄 옥사이드 미립자는 대전 상승 특성(charge rising property)에서 열화를 나타내는 경향이 있다. 그 결과, 티타늄 옥사이드 미립자의 첨가량이 실리카 미립자의 첨가량보다 많다면, 역효과가 더욱 영향을 미친다. 그러나, 소수성 실리카 입자 및 소수성 티타늄 옥사이드 입자가 0.3 wt% 내지 1.5 wt% 내에서 첨가될 때, 대전 상승 특성에 상당한 손상을 주지 않고 원하는 대전 상승 특성이 얻어진다. 다른 말로 하면, 화상이 반복적으로 복사되어도, 안정된 화질이 얻어질 수 있다.
토너 제조 방법이 아래에서 설명된다. 여기에서, 토너 제조 방법의 예시적인 실시예들이 아래에서 설명되지만, 본 발명은 이러한 실시예들에 한정되지 않는다.
1) 착색제, 변성되지 않은 폴리에스테르, 이소시아네이트기 함유 폴리에스테르 프리폴리머, 및 이형제를 유기 용제에 분산하여 토너 재료 용액이 생산된다. 토너 베이스 입자의 형성 후에 제거를 용이하게 한다는 관점으로부터, 유기 용제는 휘발성이고 100℃보다 낮은 끓는 점을 갖는 것이 바람직하다. 더욱 구체적으로는, 톨루엔, 크실렌, 벤젠, 카본 테트라클로라이드, 메틸렌 클로라이드, 1,2-디클로로에탄, 1,1,2-트리클롤로에탄, 트리클로로에틸렌, 클로로폼, 모노클로로벤젠, 디클로로에틸이덴, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 메틸 에틸 케톤 및 메틸 이소부틸 케톤같은 것들이 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다. 특히, 톨루엔 및 크실렌과 같은 방향족 용제 및 메틸렌 클로라이드, 1,2-디클로로에탄, 클 로로폼 및 카본 테트라클로라이드와 같은 할로겐처리된 하이드로카본이 바람직하다. 유기 용제의 사용량은 폴리에스테르 프리폴리머의 100 중량부에 대하여 0 내지 300 중량부, 바람직하게는 0 내지 100 중량부, 더욱 바람직하게는 25 내지 75 중량부이다.
2) 토너 재료 용액은 계면 활성제 및 수지 미립자가 있는 수용성 매체에서 유화된다. 이러한 수용성 매체는 단독의 물이거나 알코올(예를 들어, 메탄올, 이소프로필 알코올 및 에틸렌 글리콜), 디메틸 포름아미드, 테트라하이드로푸란, 셀로솔브류(예를 들어, 메틸 셀로솔브), 및 저급의 케톤(예를 들어, 아세톤, 메틸에틸케톤)과 같은 유기 용제를 함유할 수 있다. 토너 재료 용액의 100 중량부에 대한 수용성 매체의 사용량은 일반적으로 50 내지 2,000 중량부, 바람직하게는 100 내지 1,000 중량부이다. 이 양이 50 중량부보다 작다면, 토너 재료 용액은 열악하게 분산되며, 따라서 기설정된 입자 크기를 갖는 토너 입자를 얻는 것이 불가능하다. 이 양이 20,000을 초과하면, 이것은 경제적으로 비효율적이다.
또한, 수용성 매체에서의 분산을 개선하기 위하여, 계면 활성제와 같은 분산제 및 수지 미립자가 필요에 따라 첨가된다. 계면 활성제의 예는 알킬 벤젠 설포네이트, α-올레핀 설포네이트 및 에스테르 포스페이트와 같은 음이온 계면 활성제류; 알킬 아민염, 아미노알코올 지방산 유도체, 폴리아민 지방산 유도체, 및 이미다졸린과 같은 아민염류; 알킬 트리메틸 암모늄염, 디알킬 디메틸 암모늄염, 알킬 디메틸 벤질 암모늄염, 파리디늄염, 알킬 이소퀴놀리늄염, 및 벤제토늄 클로라이드와 같은 4기 암모늄염 계열의 양이온 계면 활성제류; 지방산 아미드 유도체, 폴리 하이드릭 알코올 유도체와 같은 비이온 계면 활성제류; 및 알라닌, 도데실 디 (아미노에틸) 글리신, 디 (옥틸아미노에틸) 글리신, N-알킬-N 및 N-디메틸 암모늄 베타인과 같은 암폴리틱 계면 활성제류이다.
또한, 플루오로알킬기를 갖는 계면 활성제는 매우 작은 양으로 원하는 효과를 얻는데 이용된다. 플루오로알킬기를 갖는 음이온 계면 활성제의 바람직한 예는 2 내지 10의 탄소수를 갖는 플루오로알킬 카르복실산 및 그 금속염; 디소디움 페르플루오로옥탄 설포닐 글루타메이트, 소디움 3-[ω-플루오로알킬(C6 내지 C11) 옥시]-1-알킬(C3 내지 C4) 설포네이트, 소디움 3-[ω-플루오로알칸오일(C6 내지 C8)-N-에틸아미노]-1-프로판 설포네이트, 플루오로알킬(C11 내지 C20) 카르복실산 및 그 금속염; 페르플루오로알칼 카르복실산(C7 내지 C13) 및 그 금속염; 페르플루오로알킬(C4 내지 C12) 설포닉산 및 그 금속염, 페르플루오로옥탄 설포닉산 디에탄올아미드, N-프로필-N-(2-하이드록시에틸) 페르플루오로옥탄 설폰아미드, 페르플루오로알킬(C6 내지 C10) 설폰아미드 프로필 트리메틸 암모늄염, 페르플루오로알킬(C6 내지 C10)-N-에틸설포닐 글리신염, 모노페르플루오로알킬(C6 내지 C16) 에틸 인산 에스테르이다.
상품명의 예는 SURFLON S-111, S-112, 및 S113(아사히 글라스 Co., Ltd. 제조), FLUORAD FC-93, FC-95, FC-98, 및 FC-129(스미토모 3M Co., Ltd. 제조), UNIDINE DS-101 및 DS-102(다이킨 인더스트리 Ltd. 제조), MEGAFACE F-110, F-120, F-113, F-191, F-812, 및 F-833(다이니폰 잉크 & 케미칼스 Inc. 제조), EKTOP EF-102, 103, 104, 105, 112, 123A, 123B, 306A, 501, 201, 및 204(토켐 프로덕트 Co., Ltd. 제조), 및 FTERGENT F-100 및 F150(네오스 Neos Co., Ltd. 제조)이다.
양이온 계면 활성제의 예는 플루오로알킬기를 함유하는 지방족 1기, 2기 및 3기 아민, 페르플루오로알킬(C6-C10) 설폰아미드 프로필 트리메틸의 암모늄염과 같은 지방족 4기 암모늄염; 벤잘코늄염, 벤제토늄 클로라이드, 파이리디늄염 및 이미다조리늄염이다. 그 상품명은 SURFLON S-121(아사히 글라스 Co., Ltd. 제조), FLUORAD FC-135(스미토모 3M Co., Ltd. 제조), UNIDYNE DS-202(다이킨 인더스트리 Ltd. 제조), MEGAFACE F-150 및 F-824 (다이니폰 잉크 & 케미컬 Inc. 제조), EKTOP EF-132(토켐 프로덕트 Co., Ltd. 제조), 및 FTERGENT F-300(네오스 Co., Ltd. 제조) 등이다.
수지 입자가 수용성 용제에 형성된 모체 토너 입자를 안정화시키기 위하여 첨가된다. 모체 토너 입자를 안정화시키기 위하여, 바람직하게 수지 입자는 모체 토어 입자의 표면 상에 수지 입자의 표면 커버리지가 10 내지 90%의 범위에 있도록 첨가된다. 수지 입자의 예는 1 (㎛) 내지 3 (㎛)의 메틸 폴리메타크릴레이트 입자, 0.5 (㎛) 내지 2 (㎛)의 폴리스티렌 입자, 1 (㎛)의 폴리 (스티렌-아크리로니트릴) 입자 등이다. 상품명의 예는 PB-200H(카오 Co. 제조), SGP(소켄 Co. 제조), technopolymer-SB(세키수이 플라스틱 Co. 제조), SGP-3G(소켄 Co. 제조), micropearl (세키수이 파인 케미컬 Co. 제조) 등이다. 또한, 트리칼슘 포스페이트, 칼슘 카보네이트, 티타늄 옥사이드, 콜로이달 실리칼, 하이드록시아파타이트 등과 같은 무기 화합물 분산제도 사용될 수 있다.
수지 미립자 및 무기 분산제와 조합하여 사용가능한 분산제로서, 고폴리머 보호제 콜로이드에 의해 분산 액적이 안정화될 수 있다. 예는 아크릴산, 메타크릴산, α-시아노아크릴산, α-시아노메타크릴산, 이타코닉산, 크로토닉산, 푸마릭산, 말레익 산, 또는 말레익 무수화물과 같은 산류; 또는 β-하이드록시에틸 아크릴레이트, β-하이드록시에틸 메타크릴이트, β-하이드록시프로필 아크릴레이트, β-하이드록시프로필 메타크릴레이트, γ-하이드록시프로필 아크릴레이트, γ-하이드록시프로필 메타크릴레이트, 3-클로로-2-하이드록시프로필 아크릴레이트, 3-클로로-2-하이드록시프로필 메타크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 에스테르 모노아크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 에스테르 모노메타크릴레이트, 글리세롤 에스테르 모노아크릴레이트, 글리세롤 에스테르 모노메타크릴레이트, N-메틸올 아크릴아미드, N-메틸올 메타크릴아미드와 같은 하이드록실기를 함유하는 메타크릴 모노머류; 비닐 메틸 에테르, 비닐 에틸 에테르, 비닐 프로필 에테르와 같은 비닐 알코올 또는 비닐 알코올을 갖는 에테르류; 또는 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트, 비닐 부티레이트와 같은 비닐 알코올과 카르복실기를 함유하는 화합물의 에스테르류; 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 디아세톤 아크릴아미드 또는 그 메틸올 화합물; 클로라이드 아크릴레이트 및 클로라이드 메타크릴레이트와 같은 산 클로라이드류; 비닐파이리딘, 비닐파이롤리돈, 비닐리미다졸 및 에틸렌이민과 같은 질소 함유 화합물의 또는 그 복소환을 갖는 호모폴리머 또는 코폴리머; 폴리옥시에틸렌, 폴리옥시프로필렌, 폴리옥시에틸렌 알킬 아민, 폴리옥시프로필렌 알킬 아민, 폴리옥시에틸렌 알킬 아미드, 폴리옥시프로필렌 알킬 아미드, 폴리옥시에틸렌 노닐 페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 라우릴 페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 스테아릴 페닐 에스테르, 및 폴리옥시 에틸렌 노닐 페닐 에스테르와 같은 폴리옥시에틸렌 화합물; 및 메틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 및 하이드록시프로필 셀룰로오스와 같은 셀룰로오스기이다.
분산 방법은 특별히 제한되지 않으며, 저속 전단식, 고속 전단식, 마찰식, 고압 제트식 및 초음파식의 공지된 설비를 이용하는 것이 가능하다. 이들 중, 고성 전단식이 2 내지 20 ㎛ 범위의 입자 크기를 갖는 분산된 입자를 얻는데 있어서 바람직하다. 고속 전단식 분산 기계가 사용될 때, 회전수는 특별히 한정되지 않지만, 일반적으로 1,000 rpm 내지 30,000 rpm, 바람직하게는 5,000 rpm 내지 20,000 rpm이다. 분산 시간은 특별히 한정되지 않지만, 배치 시스템에서 일반적으로 0.1 내지 5 분이다. 분산 온도는 일반적으로 0℃ 내지 150℃(압력 하에서), 바람직하게는 40℃ 내지 98℃이다.
3) 유화된 액체를 준비하는 동안, 아민(B)이 첨가되어 이소시아네이트기를 갖는 폴리에스테르 프리폴리머(A)와 반응하도록 허용한다. 이 반응은 분자 체인의 크로스링크 및/또는 신장을 수반한다. 반응 시간은 폴리에스테르 프리폴리머(A)의 이소시아네이트기 구조 및 아민(B) 사이의 반응성에 따라 선택되며, 일반적으로 10 분 내지 40 시간, 바람직하게는 2 시간 내지 24 시간이다. 또한, 공지된 촉매가 필요에 따라 사용될 수 있다. 촉매의 특정 예는 디부틸틴 라우레이트 및 디옥틸린 라우레이트이다.
4) 반응의 완료 후에, 유기 용제가 유화된 분산체(반응 화합물)로부터 제거되고, 세척되고, 건조되어 토너 베이스 입자가 얻어진다. 유기 용제를 제거하기 위하여, 층흐름(laminar flow)이 교반되는 동안 모든 시스템이 점진적으로 가열되고, 고정된 온도 범위에서 강하게 교반된다. 용제는 분산체로부터 제거되며, 스핀들 형상의 토너 베이스 입자가 준비된다. 또한, 산 또는 알카리에 용해될 칼슘 포스페이트염과 같은 화합물이 분산 안정제로서 이용된다면, 칼슘 포스페이트염이 하이드로클로릭산과 같은 산에 용해된 후에, 칼슘 포스페이트염은 세척 방법에 의해 토너 베이스 입자로부터 제거된다. 또한, 칼슘 포스페이트염은 효소에 의한 분해를 통해 제거될 수 있다.
5) 얻어진 토너 베이스 입자에 대전 제어제를 임플란트하고, 실리카 및 티타늄 옥사이드와 같은 무기 미립자가 토너를 얻기 위하여 외부 첨가된다. 대전 제어제의 임플란트 및 무기 미립자의 외부 첨가는 혼합기 등을 이용하는 공지된 방법에 의해 수행된다. 따라서, 작은 입자 크기 및 샤프한 입자-크기 분호를 갖는 토너가 용이하게 얻어질 수 있다. 또한, 유기 용제를 제거하는 공정에서 토너를 강하게 교반함으로써 입자의 형상이 완전한 구형 내지 스핀들 형상으로 제어될 수 있다. 또한, 표면의 구조도 부드러운 형상으로부터 거친 형상까지의 범위에서 제어될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 대전 롤러와 클리닝 롤러 사이의 슬립의 발생 비율을 감소시킴으로써, 대전 롤러의 표면 상에 클리닝 효과가 개선된다.
대전 롤러의 표면 거칠기(Rz)가 2.5 ㎛ 이하일 때, 롤러들 사이의 슬립 발생 비율을 더욱 효과적으로 감소시킬 뿐만 아니라, 우수한 대전 균일성을 보장하는 것이 가능하다. 대전 롤러의 동적 마찰 계수가 클리닝 롤러의 동적 마찰 계수보다 더 작을 때, 우수한 대전 균일성을 보장하는 것이 가능하다. 우수한 대전 균일성을 보장하기 위하여, 대전 롤러는 멜라민 수지로 이루어지는 것이 효과적이다.

Claims (13)

  1. 대전 롤러; 및
    상기 대전 롤러와 접촉하도록 구성된 클리닝 롤러;
    를 포함하고,
    상기 클리닝 롤러는 상기 대전 롤러에 종동하여 회전하며,
    오일러 벨트 방법에 의해 측정된 상기 대전 롤러의 표면의 동적 마찰 계수는 0.5 이상이며,
    상기 클리닝 롤러에 인가되는 힘은 클리닝 롤러의 무게보다 크고 4 N 보다 더 작은,
    대전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    μ0 는 상기 대전 롤러와 상기 클리닝 롤러 사이의 정적 마찰 계수이며,
    μ1 는 상기 클리닝 롤러와 베어링(샤프트 지지부) 사이의 정적 마찰 계수이며,
    W는 가압력(상기 클리닝 롤러의 무게를 의미하는 값)이며,
    R1은 상기 베어링의 반지름이며,
    R0은 상기 클리닝 롤러의 반지름일 때,
    μ0W×R0>μ1W×R1
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 대전 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 대전 롤러의 표면 거칠기는 2.5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 대전 장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 대전 롤러의 동적 마찰 계수는 상기 클리닝 롤러의 동적 마찰 계수보다 더 작은 대전 장치.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 클리닝 롤러는 멜라민 수지로 이루어진 대전 장치.
  6. 제1항 또는 제3항에 따른 대전 장치를 포함하는 프로세스 카트리지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로세스 카트리지에 사용되는 토너의 무게-평균 입자 지름은 3 ㎛ 내지 8 ㎛ 사이의 범위 내에 있으며,
    상기 토너의 개수-평균 입자 지름에 대한 상기 무게-평균 입자 지름의 비는 1.00 내지 1.40 사이의 범위 내에 있는 프로세스 카트리지.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 프로세스 카트리지에 사용되는 토너는 100 내지 180 사이의 범위 내의 형상 계수 SF-1 및 100 내지 180 사이의 범위 내의 형상 계수 SF-2를 갖는 프로세스 카트리지.
  9. 제6항에 있어서,
    50 nm 내지 500 nm 사이의 범위 내의 평균 1차 입자 지름과 0.3 mg/cm3 이상의 벌크 밀도를 갖는 미립자가 상기 프로세스 카트리지에 사용되는 토너의 토너 베이스 입자의 표면으로 외부 첨가되는 프로세스 카트리지.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 프로세스 카트리지에 사용되는 토너는 적어도 바인더 수지, 착색제, 및 이형제를 함유하며,
    상기 토너의 유리 전이 온도는 45℃ 내지 65℃ 사이의 범위 내에 있으며,
    상기 토너의 유출 개시 온도는 90℃ 내지 115℃ 사이의 범위 내에 있는 프로세스 카트리지.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 프로세스 카트리지에 사용되는 토너는 질소 원자, 폴리에스테르, 착색제 및 이형제를 포함하는 관능기를 갖는 적어도 폴리에스테르 프리폴리머가 분산된 유기 용제인 토너 재료 용액이 수용성 용제에서 크로스링크 또는 신장되거나, 또는 크로스링크 및 신장되도록 반응되게 하여 얻어지는 프로세스 카트리지.
  12. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 따른 대전 장치를 포함하는 화상 형성 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    직류 전압으로 바이어스된 교류 전압이 상기 대전 롤러에 인가되는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
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