KR101238369B1 - 전자사진용 토너 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 결착 수지, 착색제, 대전제어제, 및 이형제를 포함하는 전자사진용 토너에 있어서, 상기 토너의 정착온도보다 40℃ 낮은 온도 내지 정착온도보다 10℃ 낮은 온도 범위에서 DLogη*/DT가 절대값 0.02 이상이고, 상기 토너의 정착온도보다 10℃ 낮은 온도 내지 정착온도보다 10℃ 높은 온도 범위에서 DLogη*/DT가 절대값 0.005 이하이며, 상기 토너의 정착온도와 정착 Heat Roller의 각속도에서의 복소점도(η*)가 5.0×101 Pa·s 내지 1.0×102 Pa·s인 전자사진용 토너 전자사진용 토너를 제공한다. 본 발명에 따르면, 정착성 및 오염특성을 개선하고, 토너의 정착성 등을 개선함으로써 정착 환경에 따른 화상품질을 안정화할 수 있다.
Description
본 발명은 전자사진용 토너에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정착성 향상 및 정착시 오염이 적은 유변학적 특성을 가지는 전자사진용 토너에 관한 것이다.
전자사진 장치나 정전 기록 장치 등의 화상 형성 장치에 있어서, 균일하게 대전시킨 감광체상에 상 노광을 행하여 정전 잠상을 형성하고, 상기 정전 잠상에 토너를 부착시켜 톤 화상으로 하여 상기 톤 화상을 전사지 등의 전사재상에 전사한다. 이어서 미정착의 톤 화상을 가열, 가압, 용제 증기 등 여러 가지 방식에 의해 전사재상에 정착시키고 있다. 정착 공정에서는 대부분의 경우 정착롤과 가압롤 사이에 톤 화상을 전사한 전사재를 통하고, 토너를 가열 압착하여 전사재상에 융착시키고 있다. 이때 피정착재인 토너는 정착 환경에 따라 전사재에 정착하여 안정한 화상을 형성하게 된다.
가열 롤러 또는 필름을 사용하는 열 정착법에서는 가열 롤러 또는 필름 표면이 정착 시트 상의 토너 화상과 서로 접촉할 때 정착 시트 상으로 토너 화상을 융융 접착시키기 위해 우수한 열 효율이 필요하다. 열 정착법에서는 정착 시트의 통과와 저온 환경에서의 정착으로 인하여 발생되는 정착 실패를 방지하기 위해 열 정 착 수단의 열 용량을 증가시킬 필요가 있다. 따라서, 정착성을 유지하면서 낮은 전력 소비를 실현하는 것은 토너 성능의 개선, 특히, 토너의 저온 정착성의 개선에 크게 의존한다.
예를 들면, 압력-열 정착법의 정착 단계에서 고온 롤러 표면과 토너 화상은 용융 상태로 압력하에 서로 접촉하므로 일부 토너가 정착 롤러 표면에 전사되고 부착된 다음, 후속 정착 시트에 다시 전사되어 정착 시트를 오염시키게 된다. 이는 오프셋(offset) 현상으로 칭하며, 정착 속도와 온도에 의해 영향을 많이 받는다. 일반적으로, 정착 롤러 표면 온도는 정착 속도가 느린 경우 낮게 설정되고, 정착 속도가 빠른 경우 높게 설정된다. 이는 정착 속도에서의 차이와 무관하게 토너 화상을 정착시키기 위해 토너 화상에 일정한 열량이 공급되기 때문이다.
상기 문제를 해결하기 위해, 일반적으로 정착 시트 상으로 토너의 고정을 촉진시키기 위해 정착 속도가 빠른 경우 정착 온도를 증가시켰다. 이 방법에 따라, 가열 롤러 온도는 다소간 낮아질 수 있고, 최상부 토너층의 고온 오프셋 현상을 방지할 수 있다. 그러나, 매우 높은 전단력이 토너층에 가해질 때 정착 시트가 정착 롤러 주변에 감기는 감김(winding) 오프셋, 및 정착 롤러로부터 정착 시트를 분리시키기 위한 분리 수단의 흔적이 정착된 화상에 발생하는 것과 같은 몇 가지 어려운 문제가 발생하기 쉽다.
대한민국 등록특허 제138,583호, 한국공개특허공보 제2001-083034호, 및 한국공개특허공보 제1999-063467호 등에서는 특정한 유변학적 특성을 갖는 전자사진 토너를 개시하였지만, 이들은 고도의 정착성과 오프셋 방지 특성을 함께 실현하는 데 실패하였다. 따라서, 토너의 열전달 현상 및 유변학적 특성은 열과 압력이 가해지는 환경에 따른 토너의 거동을 예측하여 정착성을 개선하고 오염을 방지할 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명의 기술적 과제는 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유변학적 특성을 조절하여 정착성 및 오염특성을 개선하고 화상품질을 안정화할 수 있는 전자사진용 토너를 제공하는 것이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
상기 토너의 정착온도보다 40℃ 낮은 온도 내지 정착온도보다 10℃ 낮은 온도 범위에서 DLogη*/DT가 절대값 0.02 이상이고,
상기 토너의 정착온도보다 10℃ 낮은 온도 내지 정착온도보다 10℃ 높은 온도 범위에서 DLogη*/DT가 절대값 0.005 이하이며,
상기 토너의 정착온도와 정착 Heat Roller의 각속도에서의 복소점도(η*)가 5.0×101 Pa·s 내지 1.0×102 Pa·s인 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너를 제공한다.
본 발명에 따르면, 정착성 및 오염특성을 개선하고, 토너의 정착성 등을 개 선함으로써 정착 환경에 따른 화상품질을 안정화할 수 있다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 결착 수지, 착색제, 대전제어제, 및 이형제를 포함하는 전자사진용 토너에 있어서, 상기 토너의 정착온도보다 40℃ 낮은 온도 내지 정착온도보다 10℃ 낮은 온도 범위에서 DLogη*/DT가 절대값 0.02 이상이고, 상기 토너의 정착온도보다 10℃ 낮은 온도 내지 정착온도보다 10℃ 높은 온도 범위에서 DLogη*/DT가 절대값 0.005 이하이며, 상기 토너의 정착온도와 정착 가열 롤러(Heat Roller)의 각속도에서의 복소점도(η*)가 5.0×101 Pa·s 내지 1.0×102 Pa·s인 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너를 제공한다. 점도에 관한 온도 의존성인, DLogη*/DT에서, D는 미분을 나타내고, T는 온도를 나타낸다.
상기 토너의 정착온도보다 40℃ 낮은 온도 내지 정착온도보다 10℃ 낮은 온도 범위에서 DLogη*/DT 절대값은 0.02 이상이고, 바람직하게는 0.02 내지 0.05 이다. 상기 절대값이 0.02 미만인 경우에는 점도의 온도에 따른 변화가 작아 정착성을 만족하는 경우 현상기내의 저온 기계적 물성이 저하되거나, 현상기내의 저온 특성을 만족할 경우 적정한 정착강도를 갖기 힘들어 바람직하지 못하다. 이 수치가 너무 커질경우는 점도의 온도에 따른 변화가 심하여 정착기 컨트롤에 따른 화상의 지속적이고 안정적인 화상을 얻기 힘들다. 상기 토너의 정착온도보다 10℃ 낮은 온도 내지 정착온도보다 10℃ 높은 온도 범위에서 DLogη*/DT 절대값은 0.005 이하이 고, 바람직하게는 0.001 내지 0.005이다. 상기 절대값이 0.005를 초과하는 경우에는 점도의 온도 의존성이 안정화 되지 않음으로 인하여 적정정착 온도범위 즉, 정착 Window가 좁아짐으로 오염이나 안정적인 화상을 얻기에 불리한 경향이 있다.
이때, 본원 발명에서 토너의 정착 온도 범위는 160 내지 200℃ 인 것이 바람직하다.
상기 복소 점도라 함은 하기 식으로 나타낼 수 있다.
복소점도(η*) = (G'2 +G"2)1/2 /w
G': 저장 탄성율 (Pa), G": 손실 탄성율 (Pa) w: 각속도 (rad/s)
복소점도(η*)가 5.0×101 Pa·s 미만인 경우에는 결착 수지 자체의 응집력이 너무 저하되어 고온도 영역에서 오프셋 현상이 나타나기 때문에 바람직하지 못하고, 상기 복소점도가 1.0×102 Pa·s를 초과하는 경우에는 결착 수지의 응집력이 너무 커져서 정착 화상의 표면 광택 및 적정 정착강도를 얻는 것이 용이하지 않기 때문에 바람직하지 못하다.
본 발명의 복소점도는 측정시 정착기의 각속도가 5 내지 10 rad/s인 것이 바람직하다. 진동 주파수 5 내지 10 rad/s의 범위에서 정현파 진동법에 의한 온도 분산 측정법으로 동적 점탄성을 구하는 것이 바람직하고, Rheometric Scientific사에 의해 제조된 ARES 측정기구를 사용하여 측정한다.
응력 완화(stress relaxation)는 일정한 스트레인(strain)이 토너에 가해지 는 경우 스트레인이 시간에 따라 감소하는 것을 유지하기 위해 필요한 힘을 의미한다. 토너가 정착기 내에 머무르는 시간에 따른 탄성율의 변화를 나타낸다.
본 발명에서 응력완화의 의미는 정착의 조건이 일정시간 이후 토너가 점탄성 거동의 안정적인 거동을 보일 때 측정이 되는 점도만의 의존성을 갖는 것이 아니라 매우 짧은 시간 동안 안정화되기 전의 물성에 의존성을 갖는 이유로 적정 점도라고 하더라도 정착의 조건에 따른 점탄성의 시간의존성을 보기 위한 것이다.
특화 활성화 에너지는 온도의 변화에 따른 점도 변화의 민감도를 나타내는 수치로서 이를 통하여 특성에 적합한 토너를 설계할 수 있다. 본 발명에 따르면, DLogη*/DT=0.02 미만인 경우에는 온도 변화에 따른 점도 변화가 너무 민감하지 못하여 낮은 점도 대역을 보이는 토너의 경우 분체강도면에서 취약하기 쉽고 높은 점도대역의 토너라면 정착강도를 확보하거나 난이한 물성을 갖는다. DLogη*/DT=0.05 를 초과하는 경우에는 온도 변화에 따른 점도 변화가 민감하여 분체/액상의 거동이 바람직하나 온도별 적정 점도 및 기타 유변특성이 바람직하지 못하다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 적정 점도의 범위에 있는 토너라고 하더라도 토너 정착온도보다 10℃ 낮은 온도의 정착 가열시간(Dwell time)에서의 응력 완화는 300 내지 1,000 Pa·s인 것이 바람직하다. 응력 완화가 300 Pa·s 미만인 경우에는 액상 토너의 응집력이 약하여 오염의 경향을 나타내어 바람직하지 못하고, 1,000 Pa·s을 초과하는 경우에는 상대적으로 강한 탄성력 때문에 바람직하지 못하다.
저장 탄성율(storage elastic modulus: G')은 토너의 탄성과 관계된 특성이 고, 손실 탄성율(loss elastic modulus: G")은 토너의 소성과 관계된 특성이다. 따라서 저장 탄성율이 증가하게 되면 토너의 탄성적인 성질이 증가하게 되고, 손실 탄성율이 증가하게 되면 토너의 소성적인 성질이 증가하게 된다. 정착시에 정착 화상의 충분한 광택성을 유지하기 위해서는 적당한 탄성을 유지하면서 탄성과 소성의 비를 조절하는 것이 중요하다.
손실 탄성율(G")/저장 탄성율(G')을 나타내는 손실 정접 tan δ는 토너의 점도가 충분히 큰 경우 tan δ의 오염관련 최대 허용치는 점도가 낮은 경우에 비하여 크게 되며, 정착성 관련의 경우 점도가 크면 tan δ가 클수록 정착성이 향상되는 경향이 있다.
토너 정착온도보다 20℃ 낮은 온도 내지 정착온도에서 손실 정접 tan δ가 1보다 큰 경우에는 토너의 탄성적인 성질이 저하되나 점도가 상대적으로 커서 정착성을 향상시키는데 도움이 된다. 그러나 상대적으로 낮은 점도를 갖는 고온이고, 손실 정접 tan δ가 1보다 큰 경우는 탄성의 성질이 작아져 오염으로 나타날 수 있다.
탄성적인 성질이 적고 소성적인 성질이 지배적인 경우에는 탄성에 의한 롤러와 토너 간의 이형성이 떨어지고, 이로 인하여 오염이 발생되거나 자체 점성이 떨어져 용지간 부착력과 자체강도, H/R과의 부착력 관계간의 부조화가 발생한다.
토너는 대전, 노광, 현상, 전사, 정착, 클리닝 및 제전 단계를 통하여 화상을 형성하며, 정착 단계 이전에 현상 단계에서 토너에 요구되는 물리적인 성질에 대한 범위를 정할 수 있다.
본 발명에 따른 현상용 토너에 사용되는 결착 수지는, 전술한 토너의 물성 값을 얻기 위하여 적절하게 선택되어야 하는데, 즉, DLogη*/DT의 절대값 면에서는 결착 수지가 최종적으로 제조된 토너 보다 0.002 정도 작고, 복소점도의 면에서는 결착 수지가 최종적으로 제조된 토너 보다 30~40Pa*s 정도 작은 범위를 갖는 것이 바람직하다.
특히 결착 수지의 중량 평균 분자량, 분자량 분포 및 Gel % (불용성 성분)등을 조절함으로써, 최종 토너의 바람직한 DLogη*/DT 및 복소점도를 얻을 수 있게 된다.
상기 결착 수지의 복소점도에는 결착 수지의 중량 평균 분자량이 영향을 미치는데, 이때 상기 결착 수지의 중량 평균 분자량은 50,000 내지 100,000, 바람직하게는 80,000 내지 100,000이다. 이때, 상기 결착 수지의 중량 평균 분자량이 50,000 미만인 경우 특정 온도의 점도가 너무 작고, 100,000 초과인 경우 특정 온도의 점도가 너무 커서 바람직하지 않다. 이때, 상기 특정 온도라 함은 정착기를 통과할때 토너가 받는 온도 범위내의 온도로 토너의 정착온도보다 40℃ 낮은 온도 내지 정착온도보다 10℃ 높은 온도 범위를 말한다.
점도의 온도 의존성, 즉 DLogη*/DT에는 결착 수지의 분자량 분포 및 Gel%가 영향을 미치는데, 이때 상기 결착 수지의 분자량 분포는 10 내지 25, 바람직하게는 15 내지 20이고, Gel % (불용성분)은 3 내지 10%, 바람직하게는 3 내지 5%이다.
이때 상기 분자량 분포가 10 미만인 경우 점도의 온도의존성은 커지나 고온 점도 안정성이 떨어짐으로 적정 정착 온도범위가 작아지는 경향이 있고 25 초과인 경우 점도의 온도 의존성이 떨어짐으로 적정 정착성 및 광택도 (Glossy) 면에서 취약하여 바람직하지 않다. 또한, Gel % (불용성분)가 3% 미만인 경우 고온 점도 안정성이 떨어지고 10% 초과인 경우 첨가제와의 분산성이 취약해져 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 현상용 토너에 사용되는 결착 수지로서는 공지의 각종 수지를 사용할 수 있는데, 예컨대 폴리스티렌, 폴리-P-클로로스티렌, 폴리-α-메틸스티렌, 스티렌-클로로스티렌 공중합체, 스티렌-프로필렌 공중합체, 스티렌-비닐톨루엔 공중합체, 스티렌-비닐나프탈렌 공중합체, 스티렌-아크릴산메틸 공중합체, 스티렌-아크릴산에틸 공중합체, 스티렌-아크릴산프로필 공중합체, 스티렌-아크릴산부틸 공중합체, 스티렌-아크릴산옥틸 공중합체, 스티렌-메타크릴산메틸 공중합체, 스티렌-메타크릴산에틸 공중합체, 스티렌-메타크릴산프로필 공중합체, 스티렌-메타크릴산 부틸 공중합체, 스티렌-α-클로로메타크릴산메틸 공중합체, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 스티렌-비닐메틸에테르 공중합체, 스티렌-비닐에틸에테르 공중합체, 스티렌-비닐에틸케톤 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 스티렌-아크릴니트릴-인덴 공중합체, 스티렌-말레인산 공중합체, 스티렌-말레인산에스테르 등의 스티렌계 공중합체, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트, 이들의 공중합체, 폴리염화비닐, 폴리초산비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리아미드, 에폭시수지, 폴리비닐부티랄수지, 로진, 변성 로진, 테르펜수지, 페놀수지, 지방족 또는 지환족 탄화수소수지, 방향족계 석유수지, 염소화 파라핀, 파라핀 왁스 등이 단독 또는 혼합되어 사용될 수 있다. 이 들중 폴리에스테르계 수지는 정착성 및 투명성이 우수하여 칼라 현상제에 적합하다.
또한, 후술하는 착색제, 대전제어제, 이형제, 외첨제 등의 첨가제가 결착 수지에 첨가되고 압출기 상에서 혼련되어 최종 입자형태의 토너로 제조되며, 상기 첨가제의 영향에 따라 토너의 물성이 최종 결정된다.
착색제로서는 흑백 토너의 경우에는 카본블랙 또는 아닐린블랙을 사용할 수 있으며, 본 발명에 따른 비자성 토너는 칼라 토너를 제조하기 용이하다. 또한, 칼라 토너의 경우에는 착색제 중 검은색은 카본 블랙을 이용하고, 칼라는 옐로우, 마젠타 및 시안 착색제를 더 포함한다.
상기 옐로우 착색제는 축합 질소 화합물, 이소인돌리논 화합물, 안트라킨 화합물, 아조 금속 착제, 또는 알릴 이미드 화합물이 사용된다. 구체적으로 C.I. 안료 옐로우 12, 13, 14, 17, 62, 74, 83, 93, 94, 95, 109, 110, 111, 128, 129, 147, 168, 180 등이 사용될 수 있다.
상기 마젠타 착색제는 축합 질소 화합물, 안트라킨, 퀴나크리돈 화합물, 염기 염료 레이트 화합물, 나프톨 화합물, 벤조 이미다졸 화합물, 티오인디고 화합물, 또는 페릴렌 화합물이 사용된다. 구체적으로 C.I. 안료 레드 2, 3, 5, 6, 7, 23, 48:2, 48:3, 48:4, 57:1, 81:1, 122, 144, 146, 166, 169, 177, 184, 185, 202, 206, 220, 221, 또는 254 등이 사용될 수 있다.
상기 시안 착색제는 동 프탈로시아닌 화합물 및 그 유도체, 안트라킨 화합물, 또는 염기 염료 레이트 화합물 등이 사용된다. 구체적으로 C.I. 안료 블루 1, 7, 15, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 60, 62, 또는 66 등이 사용될 수 있다.
이러한 착색제는 단독 또는 2 종 이상의 혼합물로 혼합하여 사용될 수 있으며, 색상, 채도, 명도, 내후성, 토너 중의 분산성 등을 고려하여 선택된다.
착색제의 함량은 결착수지 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 20 중량부인 것이 바람직하다. 상기 착색제의 함량은 토너를 착색하기에 충분한 양이면 무방하고 결착수지 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 중량부 미만일 경우에는 착색효과가 충분하지 않기 때문에 바람직하지 못하고, 20 중량부를 초과하는 경우에는 토너의 제조원가가 상승되기 때문에 충분한 마찰 대전량을 얻을 수 없어 바람직하지 못하다.
대전제어제는 아연 또는 알루미늄과 같은 금속 함유 살리실산(salicylic acid) 화합물, 비스 디페닐글리콜산(bis diphenyl glycolic acid)의 붕소 착체, 실리케이트(silicate)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 더욱 구체적으로는 디알킬 살리실산 아연, 보로 비스(1,1-디페닐-1-옥소-아세틸 포타슘염){boro bis (1,1-diphenyl-1-oxo-acetyl potassium salt)} 등이 사용될 수 있다.
상기 대전제어제의 함량은 일반적으로 결착 수지 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 1.5 중량부, 바람직하기로는 0.8 내지 1.2 중량부로 포함될 수 있다. 상기 대전제어제의 함량이 0.5 중량부 미만인 경우 환경에 의한 대전량의 편차가 심하고, 1.5 중량부 초과인 경우 적정 대전량을 벗어나 현상 및 대전에 따른 화상의 형성이 불균일하여 바람직하지 않다.
이형제는 바람직한 복소 점도 및 정착시 이형성을 갖는 토너 조성물을 제조 하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 일구현예에 따른 이형제는 의 예들은 이에 한정되는 것은 아니지만, 폴리에틸렌계 왁스, 폴리프로필렌계 왁스, 실리콘 왁스, 파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스, 카르누바 왁스 및 메탈로센(metallocene) 왁스를 포함한다. 바람직하게는 이형제의 융점은 약 50 내지 약 150℃이다. 이형제 성분은 토너 입자와 물리적으로 밀착되지만, 토너 입자와 공유적으로 결합하지 않는다. 최종 화상 수용체 상에 저정착 온도에서 정착되고 우수한 최종 화상 내구성 및 내마모 특성을 나타내는 토너를 제공한다.
상기 이형제는 일반적으로 결착 수지 100 중량부를 기준으로 1.5 내지 3 중량부, 바람직하기로는 2 내지 2.5 중량부로 포함될 수 있다. 상기 이형제의 함량이 1.5 중량부 미만인 경우 정착성/정착온도 범위가 떨어지고, 3 중량부 초과인 경우 보관성이 떨어질 수 있기 때문에 바람직하지 않다.
외첨제로는 실리카, TiO2 등을 사용하고, 그 함량은 일반적으로 무외첨 토너 100 중량부를 기준으로 1.5 내지 4 중량부, 바람직하기로는 2 내지 3 중량부로 포함될 수 있다. 상기 외첨제의 함량이 1.5 중량부 미만인 경우 토너간의 응집력에 따른 Caking (서로 들어붙는 현상) 및 대전량이 불안정하고, 4 중량부 초과인 경우 과량의 외첨성분이 롤러를 오염시킴으로 바람직하지 않다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 정전잠상이 형성된 감광체 표면에 토너를 부착시켜 가시상을 형성하고 상기 가시상을 전사재에 전사하는 공정을 포함하는 화상 형성 방법에 있어서, 상기 토너로서 결착 수지, 착색제, 대전제어제, 및 이형제를 포함하고, 토너의 정착온도보다 40℃ 낮은 온도 내지 정착온도보다 10℃ 낮은 온도 범위에서 DLogη*/DT가 절대값 0.02 이상이고, 토너의 정착온도보다 10℃ 낮은 온도 내지 정착온도보다 10℃ 높은 온도 범위에서 DLogη*/DT가 절대값 0.005 이하이며, 토너의 정착온도에서의 복소점도(η*)가 5.0×101 Pa·s 내지 1.0×102 Pa·s인 전자사진용 토너를 사용하는 것을 특징으로 하는 화상 형성방법을 제공한다.
대표적인 전자사진 화상 형성공정은 대전, 노광, 현상, 전사, 정착, 클리닝 및 제전 단계를 포함하여, 수용체 상에 화상을 형성하는 일련의 단계들을 포함한다.
대전 단계에서, 감광체는 통상적으로 코로나 또는 대전 롤러에 의해 음 또는 양 중의 하나인, 원하는 극성의 전하로 덮힌다. 노광 단계에서, 광학 시스템, 통상적으로 레이저 스캐너 또는 다이오드 배열은 최종 화상 수용체 상에 형성되는 목적 화상에 대응하는 화상 방식 (imagewise manner)으로 감광체의 대전 표면을 선택적으로 방전시켜 잠상을 형성한다. "광"으로 언급할 수 있는 전자기 조사는, 예를 들어 적외선 조사, 가시광선, 및 자외선 조사를 포함할 수 있다.
현상 단계에서, 적합한 극성의 토너 입자들은 일반적으로 감광체 상의 잠상과 접촉하는데, 토너 극성에 동일한 포텐셜 극성을 갖는, 통상적으로 전기적으로 편향된 현상기 (developer electrically-biased)를 사용한다. 토너 입자들은 감광체로 이동하고 정전기력에 의해 잠상에 선택적으로 부착되고, 감광체 상에 톤 화상을 형성한다.
전사 단계에서, 톤 화상은 감광체로부터 목적으로 하는 최종 화상 수용체에 전사되는데, 때때로 중간체 전사 요소가 톤 화상의 후속의 전사와 함께 감광체로부터 최종 화상 수용체로의 톤 화상의 전사에 영향을 주기 위하여 이용된다.
정착 단계에서, 최종 화상 수용체 상의 톤 화상은 가열되어 토너 입자들이 연화 또는 용융됨으로써, 톤 화상을 최종 수용체에 정착하게 한다. 다른 하나의 정착 방법은 열을 가하거나 또는 가하지 않는 고압하에서 최종 수용체에 토너를 고정시키는 것을 포함한다.
클리닝 단계에서는 감광체 상에 남아 있는 잔류 토너가 제거된다. 마지막으로, 제전 단계에서는 감광체 전하가 특정 파장 밴드의 광에 노광되어 실질적으로 균일하게 낮은 값으로 감소됨으로써, 본래 잠상의 잔류물이 제거되고 다음의 화상 형성 사이클을 위하여 감광체가 준비된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 유기감광체, 유기감광체의 표면을 대전하는 수단, 유기감광체의 표면에 정전 잠상을 형성하는 수단, 토너를 수용하는 수단, 상기 토너를 공급하여 유기감광체 표면의 정전 잠상을 현상하여 톤 화상을 현상하는 수단, 및 상기 톤 화상을 감광체 표면에서 전사재에 전사하는 수단을 포함하는 화상 형성 장치에 있어서, 상기 토너는 결착 수지, 착색제, 대전제어제, 및 이형제를 포함하고, 토너의 정착온도보다 40℃ 낮은 온도 내지 정착온도보다 10℃ 낮은 온도 범위에서 DLogη*/DT가 절대값 0.02 이상이고, 토너의 정착온도보다 10℃ 낮은 온도 내지 정착온도보다 10℃ 높은 온도 범위에서 DLogη*/DT가 절대값 0.005 이하이며, 토너의 정착온도에서의 복소점도(η*)가 5.0×101 Pa·s 내지 1.0×102 Pa·s인 전자사진용 토너인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 토너를 수용한 비접촉 현상방식의 화상 형성 장치의 일 구현예를 도시한 것으로서 하기에 작동 원리를 설명한다.
비자성 1 성분 현상제는 폴리우레탄 폼, 스폰지 등의 탄성부재로 구성된 공급롤러(6)에 의해 현상제(8)를 현상롤러(5)상으로 공급된다. 상기 현상롤러(5) 상으로 공급된 현상제(8)은 현상롤러(5)의 회전에 따라 현상제 규제블레이드(7)과 현상롤러(5)의 접촉부에 도달한다. 상기 현상제 규제블레이드(7)은 금속, 고무 등의 탄성부재로 구성되어 있다. 현상제 규제 블레이드(7)과 현상롤러(5)의 접촉부 사이를 현상제가 통과시 현상제(8)의 층이 일정한 층으로 규제되어 박층이 형성되고 현상제를 충분히 대전시킨다. 박층화된 현상제(8)은 현상롤러(5)에 의하여 잠상 담지체인 감광체(1)의 정전잠상에 현상제(8)가 현상되는 현상영역으로 이송되게 된다.
현상롤러(5)는 감광체(1)와 일정한 간격을 두고 접촉하지 않고 서로 마주보고 위치하고 있다. 현상롤러(5)는 시계회전 반대방향으로 회전하고 감광체(1)는 시계회전방향으로 회전한다. 현상영역으로 이송된 현상제(8)는 현상롤러(5)에 인가된 DC 중첩된 AC 전압과 감광체(1)의 잠상전위와의 전위차에 의해 발생된 전기력에 따라 감광체(1)의 정전잠상으로 현상된다.
감광체(1)에 현상된 현상제(8)은 감광체(1)의 회전방향에 따라 전사수단(9) 의 위치에 도달한다. 감광체(1)에 현상된 현상제는 코로나 방전 또는 롤러형태로 현상제 (8)에 대한 역극성 고전압이 인가된 전사수단(9)에 의하여 인쇄용지(13)이 통과하면서 인쇄용지로 현상제가 전사되어 화상이 형성된다.
인쇄용지에 전사된 화상은 고온, 고압의 정착기(미도시)를 통과하면서 인쇄용지에 현상제가 융착되어 화상이 정착된다. 한편 현상롤러(5) 상의 미현상된 잔류 현상제는 상기 현상롤러(5)와 접촉되어 있는 공급롤러(6)에 의해 회수된다. 상기의 과정이 반복된다.
발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명하나 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
Binder Resin으로 산가 1정도의 Polyester 계열의 수지 (삼양사, ML125, THF 불용성분 3%, 분자량 80,000정도, 분자량 분포(MWD) 15) 100 중량부를 사용하였다. 여기에 이형제는 일본 Kato사의 Carnuba Wax를 2.3중량부 사용하였고 그 외 CCA로 Carlit사의 LR-147 1중량부, 착색제로 Cabot 사의 Mogul-L을 1중량부, 무기 외첨으로 Aerosil사의 Silica RY150 1 중량부, Aerosil사의 Silica RX300 0.5 중량부, 및 ISK사의 TiO2 MPT313 0.8 중량부를 첨가하여 제조하였다.
정착온도-40℃ 내지 정착온도-10℃ 구간내에서 DLogη*/DT는 0.03으로 나타났다. 정착온도-10℃ 내지 정착온도+10℃ 구간내에서 DLogη*/DT는 -0.001으로 나타났다.
실시예 2
Binder Resin으로 산가 1 정도의 Polyester 계열의 수지(삼양사 수지 ML130, THF 불용성분 3%, 분자량 100,000정도, MWD 20) 100 중량부를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 제조하였다.
복소점도의 경우 정착온도-40℃ 내지 정착온도-10℃ 구간내에서 DLogη*/DT는 -0.02으로 나타났다. 정착온도-10℃ 내지 정착온도+10℃ 구간내에서 DLogη*/DT는 -0.002으로 나타났다.
비교예 1
Binder Resin으로 산가 1 정도의 Polyester 계열의 수지(삼양사, MH121, THF 불용성분 1%, 분자량 40,000정도, MWD 8) 100 중량부를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
복소점도의 경우 정착온도-40℃ 내지 정착온도-10℃ 구간내에서 DLogη*/DT는 -0.013으로 나타났다. 정착온도-10℃ 내지 정착온도+10℃ 구간내에서 DLogη*/DT는 0.013으로 나타났다.
비교예 2
Binder Resin은 산가 1 정도의 Polyester 계열의 수지 (삼양사, MH155, THF 불용성분 5%, 분자량 200,000정도, MWD 10) 100 중량부를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
복소점도의 경우 정착온도-40℃ 내지 정착온도-10℃ 구간내에서 DLogη*/DT는 -0.11로 나타났다. 정착온도-10℃ 내지 정착온도+10℃ 구간내에서 DLogη*/DT는 -0.003으로 나타났다. 점도가 상대적으로 높아 정착불량의 경향을 나타내었다.
<정착기 특성>
실험에 사용된 정착기는 Nip이 8.5mm이고, 정착온도 190℃, 선속 170mm/s(dwell time 0.05초), 정착 Heat Roller 외경 32.5mm, 회전각속도 약 10 rad/s이었다.
<저장 탄성율, 손실 탄성율 및 복소점도의 테스트>
분체 상태의 시료를 직접 측정하였고, 이는 시편 제작하는 과정에서 열이력의 부여/제거를 최소한으로 하여 제작된 토너의 물성을 정확히 측정하기 위해서이다. 점도의 측정은 Rheometric Scientific사 ARES 장치를 사용하여 측정하였다. Dynamic Type Frequency Sweep Test로 스트레인 3%, 회전각속도 10rad/s, Gap Size 1mm 내외로 측정하였다.
<응력 완화 테스트>
점도는 온도와 변형율의 함수이므로 시간에 따른 요소가 포함되어야 하고, 오염의 경우는 점성만이 아닌 점탄성의 성질을 포함하고 정착의 조건이 물성의 안정화 과정에 의존하는 함수(Time Transient Phenomena)이기 때문에 이러한 요소를 포함하여야 적절한 토너의 물성을 정확하게 정의할 수 있다. 응력완화는 스트레인 5%를 인가하고, 정착 가열 시간(Dwell time)에서의 전단 탄성율을 대표값으로 하였다.
실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1, 비교예 2에 대하여 저장탄성율, 손실 탄성율, 복소점도, 손실 정접 tan δ 및 정착 가열 시간(Dwell time)에서의 응력완화를 측정하였고, 측정의 결과를 도 1 내지 도 5에 나타내었다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 저장 탄성율(storage elastic modulus: G')의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 1을 참조하면, 실시예 1 및 실시예 2는 정착온도 이후 저장 탄성율이 온도에 따라 증가하는 거동을 나타낸다. 즉 탄성적인 성질이 감소하다가 정착온도 이후에 다시 증가함을 의미한다. 그러나 비교예 1 및 비교예 2는 정착온도 이후 저장 탄성율이 온도에 따라 감소하는 거동을 나타낸다. 즉 탄성적인 성질이 계속 감소함을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 손실 탄성율(loss elastic modulus: G")의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 2를 참조하면, 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2 모두 감소하는 경향을 나타낸다. 도 1에서 살펴본 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2는 정착온도 이후 저장 탄성율이 온도에 따라 증가하고, 손실 탄성율의 감소로 저장/손실 탄성율의 상호작용에 의하여 복소점도는 고온대역에서 일정하게 유지하게 될 수 있다. 그러나 비교예 1 및 비교예 2는 저장 탄성율 및 손실 탄성율의 저하로 고온대역에서 복소점도가 일정하게 유지되지 못한다. 이것은 도 3을 통해 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복소점도(η*)의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 3을 참조하면, 실시예 1 및 실시예 2는 정착온도 전의 점도 민감성이 매우 높고, 정착온도 이후의 안정적인 거동을 보임으로써 안정된 화상을 얻을 수 있다. 절대수치로도 정착온도에서 가장 낮은 수치를 보임으로써 정착환경에서 용이하게 변형될 수 있다. 반면, 비교예 1은 점도의 온도의존성이 고온에서 가장 크며, 정착온도 전후에서 점도 변화율이 가장 크다. 이는 정착환경에 따라 화상품질이 민감하게 변하는 것으로서 오염이 발생할 수 있고 안정된 화상품질을 얻기 힘들다는 것을 의미한다. 비교예 2는 고온에서 점도 안정성을 나타내지만, 절대적인 점도수치가 너무 크다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 손실 정접 tan δ의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 4를 참조하면, 실시예 1 및 실시예 2는 정착온도까지의 손실 정접 tan δ를 증가시키고, 이후 손실 정접 tan δ가 감소하는 현상이 나타났다. 손실 정접 tan δ의 증가는 정착에 필요한 소성을 부여하게 되고, 고온에서의 감소는 탄성을 부여한다. 고온에서 탄성의 부여는 토너가 정착롤에 부착되려는 것을 억제함으로써 오염을 방지하는 역할을 한다. 반면, 비교예 1은 정착온도 이후의 tan δ가 거의 변화되지 않았다. 비교예 2는 탄젠트 δ의 수치가 정착온도 이전 적정수치를 확보하지 못하였다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 응력 완화(stress relaxation: G)의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 5를 참조하면, 실시예 1 및 실시예 2는 정착 가열시간(Dwell time)에서의 응력 완화는 300 내지 1,000 Pa·s 미만으로 정착성과 오염에 우수한 결과를 나타내었다. 특히 실시예 1은 가장 낮은 탄성율 수치를 가지는데 이는 주어진 힘과 시간에 따른 빠른 변형이 일어남을 의미한다. 반면, 비교예 1 및 비교예 2는 응력 완화가 1,000 Pa을 초과하게 되어 정착불량이 발생되었다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 저장 탄성율(storage elastic modulus: G')의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 손실 탄성율(loss elastic modulus: G")의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복소점도(η*)의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 손실 정접 tan δ의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 응력 완화(stress relaxation: G)의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따라 제조된 토너를 수용한 화상 형성 장치의 일 구현예를 도시한 것이다.
<도면 부호의 간단한 설명>
1: 감광체 5: 현상롤러
6: 공급롤러 7: 현상제규제 블레이드
8: 현상제 9: 전사수단
13: 인쇄매체
Claims (9)
- 결착 수지, 착색제, 대전제어제, 및 이형제를 포함하는 전자사진용 토너에 있어서,상기 토너의 정착온도보다 40℃ 낮은 온도 내지 정착온도보다 10℃ 낮은 온도 범위에서 DLogη*/DT가 절대값 0.02 이상이고,상기 토너의 정착온도보다 10℃ 낮은 온도 내지 정착온도보다 10℃ 높은 온도 범위에서 DLogη*/DT가 절대값 0.05 이하이며,상기 토너의 정착온도에서의 복소점도(η*)가 5.0×101 Pa·s 내지 1.0×102 Pa·s인 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
- 제1항에 있어서, 상기 전자사진용 토너가 장착된 화상 형성 장치의 정착기의 각속도가 5 내지 10 rad/s인 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
- 제1항에 있어서, 상기 토너 정착온도보다 10℃ 낮은 온도에서 응력 완화(stress relaxation)는 300 내지 1,000 Pa·s인 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
- 제1항에 있어서, 상기 전자사진용 토너의 특화 활성화 에너지(Activation energy)가 20 내지 80 KJ/mol인 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
- 제1항에 있어서, 상기 정착 온도보다 20℃ 낮은 온도 내지 정착온도에서 손실 탄성율/저장 탄성율의 손실 탄젠트 (tan) δ가 1보다 작은 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
- 제1항에 있어서, 상기 토너의 정착온도보다 40℃ 낮은 온도 내지 정착온도보다 10℃ 낮은 온도 범위에서 DLogη*/DT의 절대값이 0.02 내지 0.05인 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너
- 제1항에 있어서, 상기 토너의 정착온도보다 10℃ 낮은 온도 내지 정착온도보다 10℃ 높은 온도 범위에서 DLogη*/DT의 절대값이 0.001 내지 0.005인 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
- 정전잠상이 형성된 감광체 표면에 토너를 부착시켜 가시상을 형성하고 상기 가시상을 전사재에 전사하는 공정을 포함하는 화상 형성 방법에 있어서, 상기 토너로서 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 전자사진용 토너를 사용하는 것을 특징으로 하는 화상 형성방법.
- 유기감광체, 유기감광체의 표면을 대전하는 수단, 유기감광체의 표면에 정전 잠상을 형성하는 수단, 토너를 수용하는 수단, 상기 토너를 공급하여 유기감광체 표면의 정전 잠상을 현상하여 톤 화상을 현상하는 수단, 및 상기 톤 화상을 감광체 표면에서 전사재에 전사하는 수단을 포함하는 화상 형성 장치에 있어서, 상기 토너가 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 전자사진용 토너인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
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