KR20030035773A - 화상 형성 방법, 그 방법에 이용되는 보급용 토너와 그제조 방법, 및 캐리어 함유 토너 카트리지 - Google Patents
화상 형성 방법, 그 방법에 이용되는 보급용 토너와 그제조 방법, 및 캐리어 함유 토너 카트리지 Download PDFInfo
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Abstract
현상제의 수명을 현저하게 연장시키면서 소형화 할 수있고 고속 착색을 할 수 있는 화상 형성 방법에 관한 것이다. 또한 보급용 토너과 그 제조 방법, 및 토너 카트리지에 관한 것이다. 화상 형성 방법에서는, 복수의 건식 인쇄 유닛을 갖는 화상 형성 장치에 의해서 화상 형성을 수행하는데, 적어도 하나의 건식 인쇄 유닛을 가진 현상기는, 토너와 캐리어로 이루어진 보급용 토너를 현상기로 적절하게 보급하고 현상제의 초과분을 장치로부터 회수하는 현상제 회수 기구를 갖는다. 상기 보급용 토너는 캐리어 함유량이 5 내지 40 중량%의 범위에 있고, 상기 캐리어는 특정 조성을 가진 수지로 피복된 캐리어이고, 및/또는 상기 토너는 특정 형태로 이루어져 있다. 보급용 토너는 상기 회수된 현상제를 이용하여 제조될 수도 있다.
Description
본 발명은 전자 사진법, 정전 기록 방법 등과 같은 방법에 의해서 정전 잠상을 현상하여 화상을 형성하는 정전 잠상을 현상하는 화상 형성 방법, 이 방법에 이용되는 보급용 토너와 그 제조 방법, 및 캐리어 함유 토너 카트리지에 관한 것이다.
전자 사진법에서는, 정전 잠상 유지 부재(감광체)의 표면에 형성된 정전 잠상은 착색제를 포함하는 토너에 의해서 현상되고, 그 결과적인 토너 화상이 페이퍼등과 같은 화상 수용 부재에 전사되고, 토너가 히트롤(heat roll) 등에 의해서 정착되어 화상이 얻어진다. 한편, 토너 화상의 전사 후에 다시 정전 잠상을 형성하기 위해서 통상적으로 정전 잠상 유지 부재의 표면을 세척한다.
잔자 사진법 등에 이용되는 건식 현상제는 통상 착색제 등과 결착 수지를 배합하여 제조한 일회용 토너를 제공하는 일성분 현상제와, 상술한 토너와 캐리어를 혼합함으로써 얻어지는 이성분 현상제로 나눌 수 있다. 일성분 현상제는 자성 분말을 사용하여 화상을 자기력에 의해서 현상제 유지 부재로 반송하여 현상시키는 자성 일성분 현상제와, 자성 분말을 사용하지 않고 대전에 의해서 화상을 현상제 유지 부재로 반송하여 현상시키는 비자성 일성분 현상제로 분류할 수 있다.
1980년대 후반부터 전자 사진의 시장에서는 디지털화를 키워드로 하여 소형화와 고기능화의 요구가 증대되고, 특히, 풀컬러 화질에 대해서는, 고급 인쇄, 및 은반(銀盤) 사진에 근사하는 고화질이 요구되어져 왔다. 고화질을 얻기 위한 수단으로서 디지털화는 필수적이고, 화질에 대한 이러한 디지털화의 효능으로서는 고속으로 복잡한 화상을 처리할 수 있는 능력에 있다 할 수 있다. 이에 의해서, 편지와 사진 화상을 분리하여 제어할 수 있고, 아날로그 기술에 비해 양자의 품질의 재현성이 우수하다. 특히, 사진 화상과 관련하여, 계조 보정 및 색 보정이 가능하다는 큰 장점이 있으며, 계조 특성, 정세도, 선명도(sharpness), 색 재현성 및 입상성(粒狀性)의 관점에서 아날로그법에 비해 보다 이점이 있다.
화상 출력을 위해서, 광학 시스템에 의해서 이루어진 잠상을 충실하게 화상으로 변환시킬 필요가 있기 때문에, 토너의 입자크기를 더욱 작게 하여 재현을 보정하려는 움직임이 급속히 진행되고 있다. 그러나, 토너의 입자 크기를 작게 하는 것만으로는 고화질의 화상을 안정적으로 얻는 것이 곤란하고, 현상, 전사, 및 정착에 있어서의 기본 특성의 향상이 더 중요하다.
컬러 화상을 얻는 경우에 있어서, 통상적으로 3 컬러 또는 4 컬러 토너가 겹쳐서 화상이 형성된다. 따라서, 이들 임의의 컬러 토너는 현상, 전사 및 정착의 관점에서 초기와 상이한 특성 또는 다른 컬러와 상이한 성능(ability)을 나타내는 경우, 컬러 재현의 감소, 입상성 열화, 컬러의 불균일화 등이 발생한다. 시간이 경과해도 초기 상태와 같은 안정된 고화질을 유지하기 위해서는 컬러 토너의 특성을 안정적으로 제어하는 방법이 중요하다.
최근, 컬러 화상을 얻는 속도의 증가(간단히 "컬러 속도 증가"라고도 함)의 관점에서, 현상제 유지 부재를 포함하는 현상기, 및 정전 잠상 유지 부재 등으로 이루어진 복수의 건식 인쇄(xerography) 유닛을 이용하는 소위 탠덤(tandem) 현상 시스템이 채용되고 있고, 공간 절약의 필요성에 따라 장치의 크기를 축소시키려는 관점에서, 정전 잠상 유지 부재의 크기를 축소시키는 것을 의도로 하고 있다. 또한, 탠덤 현상 시스템과 관련한 많은 특허가 출원되어 있다(일본국 특개평 6-35287, 6-100195 등).
이러한 탠덤 현상 시스템을 채용하는 경우, 로터리(rotary) 현상 시스템에 비해서 컬러 화상 형성 속도의 증가는 용이하지만, 블랙과 같은 단일 컬러 화상을 얻으려는 관점에서, 다른 컬러의 현상제 유지 부재가 정전 잠상 유지 부재와 접촉되고, 동시에 처리 방향을 향해 회전하도록 힘이 가해지는 것이 일반적이다. 이 경우, 현상제는 큰 응력을 받게 되어 현상제의 대전능의 감소가 유발되고, 현상능의 감소 및 전사능의 감소가 쉽게 발생하여 결국 화질이 저하된다. 또한, 탠덤 현상 시스템에서, 정전 잠상 유지 부재를 둘러싸는 공간과 장치의 크기의 제약 때문에, 하나의 현상기의 크기가 한정되어, 공간의 관점에서 각 현상기에 충분한 양의 현상제를 확보할 수 없다. 따라서, 현상제는 장치 구조의 관점에서 큰 응력을 받는 경향이 있다. 결과적으로, 현상제의 열화가 발생하여 현상제를 교환해야하며 이로 인해서 서비스 비용이 현저하게 증가하게 된다.
현상제의 열화를 억제하기 위한 수단으로서, 일본국 특개평 8-234550에는, 물성이 상이한 캐리어를 포함하는 수 종류의 보급용 토너를 이용하는 기술이 개시되어 있다. 이 기술에서, 토너 유동성과 토너 컬러간 특성 등이 캐리어의 물리적인 특성의 변화에 영향을 받기 때문에 제어 시스템이 복잡해지고 장치가 대형화되거나 또는 비용이 증가한다. 일본국 특개평 11-202630에는, 개시 현상제에사용된 캐리어의 변화량보다 더 큰 변화량을 갖는 캐리어를 함유하는 보급용 토너를 보급(補給)하는 기술이 개시되어 있다. 이들 기술은 현상제 수명을 연장시키는데 매우 유효하지만, 화상 안전성을 고려하면 현상제의 물성이 환경과 시간의 경과에 의해서 변화되지 않는 것이 중요하고 이 변경을 마이크로 레벨 단위로 제어하는 것이 곤란하다.
한편, 토너에 있어서도, 형태와 토너 입자의 크기의 불규칙성으로 토너의 대전 특성이 불규칙해지고, 우수한 대전 특성을 갖는 토너가 선택적으로 소비되고 열등한 대전 특성을 갖는 토너가 현상기에 잔류하여 전체 현상제로서의 현상 특성을 저하시키는 선택 현상이 나타나는 문제점이 있다. 선택 현상에 의해서 현상제의 열화가 진행되는 경우, 현상제를 교체할 필요성이 생기게 되어 서비스 비용을 현저하게 증가시킨다. 특히 탠덤 현상 시스템에서는 공간의 관점에서 각 현상기의 충분한 양의 현상제를 확보할 수 없고, 토너의 불규칙한 대전 특성에 기인하는 현상제의 열화가 용이하게 진행되기 때문에, 토너의 관점에서 현상제를 유지하기 위한 특성을 향상시키는 것이 바람직하다.
또한, 토너가 현상 장치 내에서 교반(攪拌)되어 토너의 표면상에 미세한 구조 변화가 용이하게 발생됨으로써 전사 특성이 크게 변하는 것으로 보고되어 있다(일본국 특개평 10-312089). 토너의 표면의 미세한 구조 변화 때문에, 토너의 대전 특성의 불규칙성이 증가하는 경향이 있고, 그 결과 상술한 선택 현상이 진행되고 현상제 유지 특성이 저하되는 문제가 더욱 현저해진다.
따라서, 본 발명은 상술한 종래 문제를 해결하고 이하 목적을 성취하는 것을 의도로 한다. 즉, 본 발명의 목적은 소형화 및 고속 착색에 대응할 수 있는 탠덤형 화상 형성 장치를 이용하여 현상제 수명을 현저하게 연장시키고 관리가 필요 없는 처리를 실현할 수 있는 화상 형성 방법, 이 방법에 사용되는 보급용 토너와 그 제조 방법, 및 캐리어 함유 토너 카트리지를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 이용되는 화상 형성 장치의 일 예를 나타내는 개략 단면도.
도 2는 캐리어의 체적 고유 저항값을 측정하는 방법을 설명하기 위한 개략 설명도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1Y, 1M, 1C, 1K : 감광체 드럼(잠상 유지 부재)
3Y, 3M, 3C, 3K : 잠상(潛像) 형성 수단
4Y, 4M, 4C, 4K : 현상기(現像器)
5Y, 5M, 5C, 5K : 1차 전사 롤
6Y, 6M, 6C, 6K : 세척 수단
11 : 구동 롤
12 : 지지 롤
13 : 백업 롤
14 : 이차 전사 롤
15 : 중간 전사 벨트
16 : 피전사체
17 : 세척 부재
18 : 정착기
20Y, 20M, 20C, 20K : 대전기(帶電器)(대전 수단)
40Y, 40M, 40C, 40K : 현상 유닛
52 : 상부 전극
53 : 측정 시료
54 : 하부 전극
55 : 고전압 저항계
본 발명자는 이에 대하여 집중적으로 연구했고, 그 결과로 탠덤형 화상 형성 장치에 있어서, 토너와 캐리어로 이루어진 보급용 토너를 적절하게 현상기내에 보급(補給)하고, 이 현상제의 초과분은 탠덤형 화상 형성 장치의 설비로부터 회수하는 보급 시스템 및 배출 시스템을 갖는, 소위 트리클 현상 시스템(trickle developing system)을 채용하고, 상술한 보급용 토너로서 특정 캐리어 또는 토너를 사용하는 것이 효과적이라는 것을 알아냈으며 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 제 1 예에 따르면, 정전 잠상 유지 부재를 포함하는 복수의 건식 인쇄 유닛; 상기 정전 잠상 유지 부재의 표면을 대전시키는 대전 수단, 상술한 대전된 정전 잠상 유지 부재의 표면상에 잠상을 형성하는 잠상 형성 수단; 상술한 정전 잠상 유지 부재의 표면상에 토너 화상을 형성하기 위해서, 토너와 캐리어로 이루어진 현상제를 수용하고 현상제 유지 부재의 표면상에 형성된 상술한 현상제의 층에 의해서 상술한 잠상을 현상하는 현상기; 및 화상 수용 부재에 상술한 토너 화상을 전사하는 전사 수단을 갖는 화상 형성 장치에 의해서 화상 형성을 행하는 화상 형성 방법으로서,
상술한 화상 형성 장치에서 적어도 하나의 건식 인쇄 유닛을 갖는 현상기는, 토너와 캐리어로 이루어진 보급용 토너를 현상기내에 적절하게 보급하고 상기 설비로부터 상술한 현상제의 초과분을 회수시키는 현상제 회수 기구를 가지며,
상술한 보급용 토너는 5 내지 40 중량% 범위의 캐리어 함유량을 가지며,
상술한 캐리어는 코어 재료 상에 도전성 재료를 함유하는 수지를 피복하여 제조되고, 코어 재료를 피복하는 상술한 수지는 카르복실기를 함유하는 모노머, 플루오르를 함유하는 모노머, 3 내지 10 탄소 원자를 갖는 분기상 알킬 메타크릴레이트 모노머, 및 1 내지 3 탄소 원자를 갖는 리니어 알킬기를 함유하는 알킬 메타크릴레이트 모노머 및/또는 1 내지 3 탄소 원자를 갖는 리니어 알킬기를 함유하는 알킬 아크릴레이트 모노머로 이루어진 공중합체인 것을 특징으로 하는 화상 형성 방법이 제공되어 있다.
본 발명의 제 2 예에 따르면, 정전 잠상 유지 부재를 포함하는 복수의 건식 인쇄 유닛, 정전 잠상 유지 부재의 표면을 대전시키는 대전 수단, 상술한 대전된 정전 잠상 유지 부재의 표면상에 잠상을 형성하는 잠상 형성 수단, 상술한 정전 잠상 유지 부재의 표면상에 토너 화상을 형성하기 위해서 토너와 캐리어로 이루어진 현상제를 수용하고 현상제 유지 부재의 표면상에 형성된 상술한 현상제의 층에 의해서 상술한 잠상을 현상하는 현상기, 및 화상 수용 부재에 상술한 토너 화상을 전사시키는 전사 수단을 갖는 화상 형성 장치에 의해서 화상 형성을 행하는 화상 형성 방법으로서,
상술한 화상 형성 장치에 적어도 하나의 건식 인쇄 유닛을 갖는 현상기는, 토너와 캐리어로 이루어진 보급용 토너를 적절하게 현상기 내에 보급하고 상기 설비로부터 상술한 현상제의 초과분을 회수시키는 현상제 회수 기구를 가지고,
상술한 보급용 토너는 5 내지 40 중량% 범위의 캐리어 함유량을 가지고,
상술한 토너는 3 내지 10 ㎛의 체적 평균 입자 크기를 가지고, 수학식 1의 토너 형상 계수(SF1)는 110 내지 135이다 :
(수학식 1)
SF1=R2/A ×π/4 × 100
(여기서, R은 토너의 최대 길이를 나타내고, A는 토너의 투영(投影) 면적을 나타낸다.).
본 발명의 화상 형성 방법에서(간단히 "본 발명의 화상 형성 방법"이라 하는 경우, 이는 제 1 예에 따른 본 발명의 화상 형성 방법과 제 2 예에 따른 화상 형성 방법 둘다를 의미함), 현상제 회수 기구를 갖는 상술한 건식 인쇄 유닛은 상술한 전사 수단에 의해서 토너 화상을 전사한 후에 정전 잠상 유지 부재의 표면을 세척하는 세척 수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 복수의 정전 잠상 유지 부재와 현상제 유지 부재를 가지며 고신뢰성이 요구되는 탠덤형 화상 형성 장치에, 대전 왜곡, 저항 변화 등과 같은 물성이 장시간이 경과한 후에 거의 변하지 않는 현상제 및 현상 시스템을 사용함으로써 화상 안정성이 우수한 화상을 제공할 수 있다.
특히, 트리클 현상 시스템을 채용하고, 제 1 예에 따른 본 발명에서는 특정 모노머를 조합하여 얻어진 공중합체를 캐리어의 수지 피복층의 피복 수지로서 사용하고, 제 2 예에 따른 본 발명에서는 구에 가까운 형태를 갖는 토너를 사용한다. 고차원의 고화질을 얻기 위해서는 제 1 예에 따른 본 발명과 제 2 예에 따른 본 발명을 조합하는 것이 바람직하다.
제 1 예의 본 발명에 따르면, 고습(高濕) 하에서 대전 특성이 우수하여, 저습(低濕) 하에서 대전 상승을 억제하고, 수지 피복층의 박리를 방지하고, 토너와 외부 첨가제가 부착되지 않게 하고, 현상제의 유동능과 운반능이 변화되지 않게 하고, 유지 특성이 우수한 현상 시스템 및 정전 잠상을 현상하는 캐리어를 제공하는것이 가능하다. 또한, 수지 피복층에 매트릭스 형태로 도전성 재료를 배치시킴으로써, 캐리어와 캐리어간 응력과 캐리어와 토너간 응력을 받는 경우에도 장시간 경과후에 저항이 거의 변하지 않으며 화상 품질이 우수한 화상을 형성할 수 있다.
한편, 제 2 예에 따른 본 발명에 따르면, 구에 매우 가까운 구형을 갖는 토너가 사용되기 때문에 유동능, 대전 특성 및 전사 특성이 향상된다. 특히, 토너의 형태가 거의 구형이고 그 형태가 전체적으로 균일하기 때문에 토너의 대전 특성이 불규칙해지는 것이 억제되고, 선택 현상에 따른 문제가 감소되고, 현상제의 유지 특성이 향상된다. 또한, 토너의 형태가 거의 구에 가깝기 때문에, 토너의 표면 구조가 미세하게 좀처럼 변화되지 않으며 각종 응력을 받는 경우에도 선택 현상이 진행되지 않는다.
또한, 본 발명의 화상 형성 방법은 주어진 조건에 의해서 자동적으로 또는 수동으로 처리 속도를 변경할 수 있는 화상 형성 장치에 적절하게 적용될 수 있다.
현상제 회수 기구를 갖는 상술한 화상 유닛에 있어서, 상술한 대전 수단은 롤(roll) 대전 모드의 대전 설비인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 보급용 토너는 본 발명의 상술한 화상 형성 방법에 사용되는 것에 특징이 있으며, 바람직하게는, 본 발명의 상술한 화상 형성 방법에 있어서 상술한 현상제 회수 기구에 의해서 회수되는 초과 현상제로부터 캐리어를 선택하고 캐리어의 일부 또는 전부를 토너에 혼합시켜 보급용 토너를 제조한다.
이 공정에서, 토너에 혼합된 모든 캐리어의 체적 고유 저항은 107내지 1014Ω·㎝인 것이 바람직하다.
본 발명의 캐리어 함유 토너 카트리지는 화상 형성 장치의 현상기에 보급용 토너를 보급하기 위한 토너 카트리지이고, 본 발명의 상술한 보급용 토너를 수용하는 것에 특징이 있다.
본 발명을 이하 상세하게 기술한다.
A. 화상 형성 방법
본 발명의 화상 형성 방법은 제 1 예의 발명에서의 캐리어와 제 2 예의 발명에서의 토너 각각에 특징이 있고, 제 1 예의 발명과 제 2 예의 발명에 공통되는 내용을 설명하기 전에 먼저 이들 양자 특징을 설명한다.
[제 1 예의 발명에 따른 구성]
제 1 예에 따른 본 발명에서, 사용되는 캐리어는 코어 재료상에 도전성 재료를 함유하는 수지를 피복하여 제조되고, 코어 재료를 피복하는 이 수지는 카르복실기를 함유하는 모노머, 플루오르를 함유하는 모노머, 3 내지 10 탄소 원자를 갖는 분기상 알킬 메타크릴레이트 모노머, 및 1 내지 3 탄소 원자를 갖는 리니어 알킬기를 함유하는 알킬 메타크릴레이트 모노머 및/또는 1 내지 3 탄소 원자를 갖는 리니어 알킬기를 함유하는 알킬 아크릴레이트 모노머로 이루어진 공중합체인 것을 특징으로 한다.
이러한 구성을 갖는 캐리어를 사용함으로써, 수지 코팅층에 박리가 발생하는 경우에도 체적 고유 저항이 크게 변화되지 않고 장시간 동안 고화질을 나타낼 수 있다. 대전 제어의 목적을 위해서, 수지 입자를 피복 수지에 병용(倂用) 분산시킬수 있다.
카르복실기를 함유하는 모노머는 코어 재료와의 밀착성을 향상시키기 위하여 배합된다. 카르복실기를 함유하는 모노머로부터 유도되는 중합 단위를 가짐으로써, 금속 코어 재료에 대하여 특히 피복 수지의 밀착성이 향상되고, 각종 응력하에서도 코어 재료로부터의 박리가 방지된다.
카르복실기를 함유하는 모노머의 예로는, 아크릴산, 비닐아세트산, 알릴아세트산(allylacetic acid), 10-운디센산(undecenic acid) 등과 같은 불포화 카르복실산, 카르복실 스티렌과 같은 카르복실기를 갖는 스티렌 유도체, p-카르복실스티렌과 같은 2 이상의 카르복실기를 함유하는 모노머를 들 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
카르복실산을 함유하는 모노머는 피복 수지를 구성하는 모든 모노머에 기초하여 0.1 내지 15.0 중량%의 양으로 적절하게 배합되고, 피복 수지의 환경하에서 밀착성과 안정성을 확보하기 위해서는 0.5 내지 10.0 중량%의 범위의 양으로 제어하는 것이 바람직하다. 카르복실기를 함유하는 모노머의 배합양이 0.1 중량% 미만인 경우, 대전 레벨이 감소되고, 캐리어 코어 재료에 대한 피복 수지의 밀착성이 저하하고, 피복 수지가 박리되고, 어떤 경우에는 그 마찰이 억제되지 않는다. 한편, 15.0 중량%를 넘는 경우, 피복 수지의 점도가 증가하고 코어 재료상에 균일하게 피복을 형성하는 것이 곤란해져서 어떤 경우에는 대전 문제가 발생한다.
플루오르를 함유하는 모노머는 오염을 방지하여 유지 특성을 향상시키기 위한 배합된다. 플루오르를 함유하는 모노머로부터 유도되는 중합 단위를 가짐으로써 표면 에너지가 감소되고 각종 응력을 받는 경우에도 오염물질의 부착이 방지된다.
플루오르, 테트라프루오로프로필 메타크릴레이트, 펜타플루오로 메타크릴레이트, 옥타플루오로펜틸 메타크릴레이트, 퍼플루오로악틸에틸 메타크릴레이트, 트리플루오로에틸 메타크릴레이트 등을 함유하는 모노머로서, 플루오르를 함유하는 플루오로알킬 메타크릴레이트계(系) 모노머가 적절하다. 그러나, 이 모노머는 이에 한정되지 않는다.
플루오르를 함유하는 모노머는 0.1 내지 50 중량%로 배합되는 것이 적절하고, 피복 수지를 구성하는 모든 모노머에 기초하여 0.5 내지 40.0중량%로 하는 것이 바람직하다. 배합 양이 0.1중량% 미만인 경우, 내오염성을 확보하기 곤란하고, 50.0중량%를 넘는 경우, 코어 재료에 대한 피복 수지의 밀착성이 저하되고, 어떤 경우에는 대전 특성이 저하한다.
3 내지 10 탄소 원자를 갖는 분기상 알킬 메타크릴레이트 모노머(이하에서, "3 내지 10 탄소 원자를 갖는 분기상 모노머"로 간단히 약술함)는 환경 의존성을 억제하기 위해서 배합된다. 분기가 존재하기 때문에, 피복 수지 전체로서 유리 전이 온도(Tg)의 감소가 방지되고, 환경 변화에 따라 발생하는 캐리어의 특성 변화가 방지된다.
3 내지 10 탄소 원자를 갖는 분기 모노머의 예로는, 이소프로필 메타크릴레이트, 테르트 부틸 메타크릴레이트(tert-butyl methacrylate), 이소부틸 메타크릴레이트, 테르트 펜틸 메타크릴레이트, 이소펜틸 메타크릴레이트, 이소헥실 메타크릴레이트 및 시클로헥실 메타크릴레이트를 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
1 내지 3 탄소 원자를 갖는 리니어 알킬기를 함유하는 알킬 메타크릴레이트 모노머 및 1 내지 3 탄소 원자를 갖는 리니어 알킬기를 함유하는 알킬 아크릴레이트 모노머(이하, 양자를 "1 내지 3 탄소 원자를 갖는 리니어 모노머"로 약칭함)는 수지 강도의 향상을 위해 배합된다. 1 내지 3 탄소 원자를 갖는 리니어 모노머로부터 유도되는 중합 단위를 가짐으로써, 유리 전이 온도(Tg) 및 피복 수지 전체의 기계적인 강도가 향상된다. 1 내지 3 탄소 원자를 갖는 리니어 모노머의 상술한 2 종류 중 어느 하나 또는 양자가 이용될 수도 있다.
1 내지 3 탄소 원자를 갖는 리니어 알킬기를 함유하는 알킬 메타크릴레이트 모노머의 예는, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트 및 프로필 메타크릴레이트를 포함한다. 한편, 1 내지 3 탄소 원자를 갖는 리니어 알킬기를 함유하는 알킬 아크릴레이트 모노머의 예는 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트 및 프로필 아크릴레이트를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
3 내지 10 탄소 원자를 갖는 분기상 모노머에 대한 1 내지 3 탄소 원자를 갖는 리니어 모노머의 중량비는 10:90 내지 90:10의 범위 내에서 제어되는 것이 바람직한데 그 이유는 이 범위에서 대전 특성, 피복 강도 및 유동성이 양호하게 균형을 이루어 안정화될 수 있기 때문이다. 상술한 모노머의 범위는 20:80 내지 80:20인 것이 바람직하다.
이들 모노머는 래디컬(radical) 중합에 의해서 공중합될 수 있다. 공중합으로서, 랜덤(random) 공중합, 그라프트(graft) 공중합, 블록 공중합 등을 들 수 있고, 이들 중 어떤 것을 채용해도 본 발명의 효과가 나타나는 제 1 예에 따른 본 발명에서 정의되는 공중합체가 최종적으로 얻어진다.
수지 피복층에 첨가될 수 있는 상술한 도전성 재료로서는, 금, 은, 구리와 같은 금속, 및 산화 티탄, 산화 아연, 황산 바륨, 인산 알루미늄, 티탄산 칼륨, 산화 주석, 카본 블랙 등을 예로 들 수 있고, 그 중에서 수지로의 균일한 분산과 저항 제어의 관점에서 카본 블랙이 적절하다. 그러나, 도전성 재료는 이에 한정되지 않는다. 상술한 도전성 재료의 함유량은 1 내지 50 중량부(part by weight)가 바람직하고 수지의 100 중량부에 기초하여 3 내지 20 중량부가 더 바람직하다.
캐리어의 코어 재료와 관련해서는, 자성 분말을 단독으로 코어 재료로 이용하거나 또는 자성 분말을 미립자화하여 수지에 분산시킴으로써 코어 재료가 마렴된다. 이 자성 분말의 재료로서, 철, 니켈, 코발트 등과 같은 자성 금속, 페라이트, 마그테타이트 등과 같은 자성 산화물을 들 수 있다.
자성 분말을 미립자화하여 결과적인 분말을 수지에 분산시키는 방법으로서, 수지와 자성 분말을 교반(攪拌)하여 분쇄(粉碎)시키는 방법, 수지와 자성 분말을 용융하여 분무시켜 건조시키는 방법, 중합 제조 방법을 사용하여 용액 내에서 자성 분말 함유 수지를 중합하는 방법 및 그 외의 방법이 있다. 상술한 캐리어는 캐리어의 총 중량에 기초하여 80중량% 이상의 양으로 미립자로 이루어진 자성 분말을 포함시켜서 캐리어의 비산(飛散)을 억제하는 것이 바람직하다.
상술한 코어 재료의 체적 평균 입자 크기는 통상적으로 10 내지 500 ㎛이고 바람직하게는 25 내지 80 ㎛이다.
캐리어의 표면상에 상술한 수지 피복층을 형성하는 방법으로서, 상술한 수지, 도전성 재료 및 용매를 포함하는 피복층 형성 용액을 준비하고, 캐리어 코어 재료를 이 용액에 침지시키는 침지(沈漬) 방법, 캐리어 코어 재료의 표면상에 피복층 형성 용액을 분무시키는 분무 방법, 캐리어 코어 재료를 흐르는 공기에 의해서 부유시키는 조건 하에서 피복층 형성 용액을 분무시키는 유동화 베드(bed)방법, 캐리어 코어 재료와 피복층 형성 용액을 교반 피복기에서 혼합시키고 용제(溶劑)를 제거하는 교반 피복 방법 및 그 외의 방법이 있다.
상술한 피복층 형성 용액을 준비하기 위해 사용되는 용제는 특히 상술한 수지를 용해시키기 위해 제공되는 것에 제한되지 않으며, 예를 들면, 톨루엔, 크실렌 등과 같은 아로매틱(aromatic) 하이드로카본, 아세톤, 메틸 에틸 케톤 등과 같은 케톤, 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 디옥산(dioxane) 등과 같은 에테르가 사용될 수 있다.
상술한 수지 피복층은 통상적으로 0.1 내지 10㎛의 평균 막두께를 가지며, 본 발명에서는 임의의 주기 동안 캐리어의 안정한 체적 고유 저항을 나타내기 위해서 0.5 내지 3 ㎛인 것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 캐리어는 체적 고유 저항이 106내지 1014Ω·㎝인 것이 바람직하고 통상의 현상 콘트라스트 전위의 상하한(上下限)에 대응하는 1000V에서 고화질을 얻기 위해서는 108내지 1013Ω·㎝인 것이 더욱 바람직하다. 캐리어의 체적 고유 저항이 106Ω·㎝ 미만인 경우, 미세선(微細線)의 재현성이 열악하고 전하의 주입에 따른 백그라운드 부에서 토너 포깅(fogging)이 발생하는 경향이 있다. 한편, 캐리어의 체적 교유 저항이 1014Ω·㎝을 넘는 경우, 블랙 솔리드와 하프톤의 재현이 열화된다. 또한 감광체(정전 잠상 유지 부재)로 이동하는 캐리어의 양이 증가하여 감광체를 스크래칭하는 경향이 있다.
[제 2 예의 본 발명에 따른 구성]
제 2 예에 따른 본 발명에서, 사용되는 토너는 체적 평균 입자 크기가 3 내지 10 ㎛이며 수학식 1의 토너 형상 계수(SF1)는 110 내지 135인 것을 특징으로 한다:
(수학식 1)
SF1=R2/A ×π/4 × 100
(여기서, R은 토너의 최대 길이를 나타내고, A는 토너의 투영 면적을 나타냄).
제 2 예에 따른 본 발명에서 정의되는 "토너"는 외부 첨가제가 첨가된 경우에도 첨가제를 제외한 토너의 모(母) 입자를 가리키고 통상적으로 "토너 입자" 또는 "착색 입자"라 한다. 이하 설명에서, 이는 어떤 경우에는 외부 첨가제가 첨가된 토너 조성물과 차별화를 두기 위해서 "토너 입자"라 하는 경우가 있다.
제 2 예에 따른 본 발명에서, 토너 입자의 체적 평균 입자 크기는 3 내지 10 ㎛의 범위에 있다. 이 범위 내에서 토너 입자의 체적 평균 입자 크기를 제어함으로써, 고정세 화상을 얻을 수 있고 분말 유동성, 대전 안정성, 전사 특성 등도 또한 우수해진다. 토너 입자의 체적 평균 입자 크기는 특히 고화질의 관점에서 3 내지 6 ㎛의 범위에 있는 것이 바람직하다.
제 2 예에 따른 본 발명에서는, 수학식 1의 토너 형상 계수(SF1)는 110 내지 135인 것이 필수적이다. 상술한 범위 내에서 토너 형상 계수(SF1)를 제어함으로써, 현상 특성과 전사 특성을 향상시키고 고화질을 얻을 수 있다. 따라서, 형태가 구에 가깝고 전체적으로 균일하기 때문에 토너의 대전 특성의 불규칙성이 억제되고 선택 현상에 따른 문제가 감소되고 현상제의 유지 특성이 향상된다. 또한, 토너의 형태가 구에 가깝기 때문에 각종 응력을 받는 경우에도 토너의 표면의 미세 구조가 거의 변화되지 않아 선택 현상이 진행되지 않는다.
제 2 예에 따른 본 발명에서, 토너 형상 계수(SF1)는 측정하려는 토너 입자를 샘플링하고, 광학 현미경에 의해서 사진 촬영된 토너 입자를 화상 분석 장치에 의해서 분석하여 얻어지고, 1000개의 토너 입자의 값을 평균하여 얻어진 값이 토너 형상 계수(SF1)로서 이용된다. 실제 구인 경우에, 토너 형상 계수(SF1)는 100이고 이보다 높은 경우 실제 구와 멀어져 불규칙한 형태가 된다.
제 2 예에 따른 본 발명에서, 토너(토너 입자)를 제조하는 방법은 특정하게 제한되지 않고, 상술한 우수한 구형화도(SF)의 토너 입자를 얻기 위해서, 습식 제조 방법에 의해서 토너를 제조하는 것이 바람직하다. 습식 제조 방법으로서, 결착 수지의 중합성 모노머를 에멀션(emulsion) 중합시키고, 형성된 분산액을 착색제와 이형제의 분산액에 혼합시키고, 필요한 경우 대전 제어제 등의 용액을 혼합시키고, 이 혼합물을 가열 융착시켜서 토너 입자를 획득하는 에멀션 응집 방법, 결착수지를 얻기 위한 중합성 모노머, 착색제와 이형제의 용액, 필요하다면 대전 제어제 등을 수계성 용매에 혼탁시켜서 중합하는 혼탁 중합 방법, 결착 수지, 착색제 및 이형제의 용액, 필요하다면 대전 제어제 등을 수계성 액매에 혼탁하여 입상(粒狀)시키는 용액 혼탁 방법 등을 들 수 있다. 또한 상술한 방법에서 얻어지는 토너 입자를 코어로서 사용하고 또한 응집 입자를 부착 가열 융착하여 코어 셀(core shell) 구조를 갖게 하는 것이 좋다. 또한, 통상의 분쇄 분급기에 의해서 얻어진 토너 입자에, 이 입자를 가열하여 용융시키고 다시 경화시키는 구형화 처리를 수행함으로써 토너 형상 계수(SF1)를 주어진 범위 내에서 조정하는 것이 좋다.
[제 1 예의 발명과 제 2 발명의 공통 구성]
상술한 바와 같이, 본 발명의 화상 형성 방법은 제 1 예의 발명에서의 캐리어와 제 2 예의 발명에서의 토너에 각각 특징이 있고, 제 1 예의 발명에서의 토너와 제 2 예의 발명에서의 캐리어는 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 하이 레벨의 고화질을 얻기 위해서는 제 1 예에 따른 본 발명과 제 2 예에 따른 본 발명을 조합하는 것이 바람직하다.
이하에서, 제 1 예에 따른 본 발명과 제 2 예에 따른 본 발명에 공통적인 구성 중에서, 양자에 바람직한 예에 관련하여 설명한다.
<현상제>
본 발명에 사용되는 현상제는 현상기에 이미 수용되어 있는 현상제(이하, 경우에 따라서는 "개시 현상제"라 함)와 보급용 토너를 포함하고, 이들은 조성비에서만 상이하고 기본적으로 동일한 구성이다.
(캐리어)
본 발명에서 사용되는 캐리어와 관련해서, 상술한 특정 캐리어는 제 1 예에 따른 본 발명에 사용되고, 제 2 예에 따른 본 발명에서는 제한되지 않고 공지된 캐리어가 사용될 수 있다. 예를 들면, 코어 재료의 표면상에 수지 피복층을 갖는 수지 피복 캐리어를 들 수 있다. 또한, 자성 재료 등이 매트릭스 수지에 분산되는 수지 자성 입자 분산형 캐리어를 들 수 있다.
제 2 예에 따른 본 발명의 캐리어에 사용되는 피복 수지/매트릭스 수지의 예는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 카바졸(carbazole), 폴리비닐 에테르, 폴리비닐 케톤, 비닐 클로라이드-비닐 아세테이트 공중합체, 스티렌-아크릴산 공중합체, 유기실록산(organosiloxane) 결합을 포함하는 스트레이트 실리콘 수지(straight silicone resin) 또는 그 변형 제품, 플루오르 수지, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 페놀 수지, 아미노 수지, 멜라민 수지, 벤조구아나민(benzoguanamine) 수지, 우레아(urea) 수지, 아미드 수지, 에폭시 수지 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
도전성 재료의 예는 금, 은 및 구리와 같은 금속, 카본 블랙, 산화 티탄, 산화 아연, 황산 바륨, 붕산 알루미늄, 티탄산 칼륨, 산화 주석, 카본 블랙 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
캐리어의 코어 재료로서, 철, 니켈, 코발트 등과 같은 자성 재료, 페라이트, 마그네타이트 등과 같은 자성 산화물, 글라스 비드(glass bead) 등을 들 수 있고,자성 브러쉬법에서의 캐리어의 사용을 위해서는 자성 재료가 바람직하다.
캐리어의 코어 재료의 체적 평균 입자 크기는 통상적으로 10 내지 500 ㎛이고 바람직하게는 30 내지 100㎛이다.
캐리어의 코어 재료의 표면상에 수지를 피복하기 위해서는, 상술한 피복 수지와 필요하다면 각종 외부 첨가제를 적절한 용매에 녹여서 피복층 형성 용액에 의해 피복하는 방법이 있다. 용매는 특정하게 제한되지 않으며 적절한 제품, 상용하는 피복 수지의 관점에서 적절하게 선택하는 것이 더 낳을 수도 있다.
특정 수지 피복 방법으로서, 캐리어의 코어 재료를 피복측 형성 용액에 침지시키는 침지 방법, 피복층 형성 용액을 캐리어의 코어 재료의 표면상에 분무시키는 분무 방법, 캐리어 코어 재료를 흐르는 공기에 의해서 부유시키는 조건하에서 피복층 형성 용액을 분무시키는 유동화 베드(bed) 방법, 캐리어 코어 재료와 피복층 형성 용액을 교반 피복기에 혼합시키고 용매를 제거하는 교반 피복 방법, 및 그 외 다른 방법이 있다.
(토너)
상술한 바와 같이, 토너(토너 입자)의 형상 계수(SF1)는 제 2 예에 따른 본 발명에서 제한되지만, 제 1 예에 따른 본 발명에서는 제한되지는 않는다. 다른 구성은 제 1 예에 따른 본 발명과 제 2 예에 따른 본 발명에 공통되기 때문에 이하 요약한다.
본 발명에 사용되는 토너(토너 입자)는 적어도 결착 수지와 착색제, 필요하다면 이형제 및 다른 구성 성분을 포함한다. 또한, 상술한 구성을 갖는 소위 토너입자, 즉 본 발명에 사용되는 토너에 부가하여 각종 목적의 첨가제를 첨가하는 것이 바람직하다.
결착 수지
상술한 결착 수지로서는, 스티렌, 클로로스트렌 등과 같은 스티렌; 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 이소프렌 등과 같은 모노올레핀; 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트, 비닐벤조네이트, 비닐 부티레이트 등과 같은 비닐 에스테르; 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 도데실 아크릴레이트, 옥틸 아크릴레이트, 페닐 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 부틸 메타크릴렐이트, 도데실 메타크릴레이트 등과 같은 α-메틸렌 알리파틱(aliphatic) 모노카르복실레이트; 비닐 메틸 에테르, 비닐 에틸 에테르, 비닐 부틸 에테르, 등과 같은 비닐 에테르; 비닐 메틸 케톤, 비닐 헥실 케톤, 비닐 이소프로페닐 케톤 등과 같은 비닐 케톤 등으로 이루어진 단일 중합체 및 공중합체를 들 수 있고, 특히 전형적인 결착 수지로서는, 폴리스티렌, 스티렌-알킬 아크릴레이트 공중합체, 스티렌-알킬 메타크릴레이트 공중합체, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 스티렌-말레익 언하이드라이드(anhydride) 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등을 들 수 있다. 또한 폴리 에스테르, 폴리우레탄, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리 아미드, 변형 로진, 파라핀 왁스 등을 들 수 있다.
착색제
상술한 착색제로서, 예를 들면, 마그네타이트, 페라이트 등과 같은 자성 분말, 카본 블랙, 아닐린 불루, 칼코일 불루(chalcoyl blue), 크롬 옐로, 울트라마린불루, 듀퐁 오일 레드, 퀸올린 옐로, 메틸렌 불루 클로라이드, 프탈로시아닌 불루, 맬러카이트 그린 옥살레이트, 램프 블랙, 로즈 벵갈, C.I.Pigment Red 48:1, C.I.Pigment Red 122, C.I.Pigment Red 57:1, C.I.Pigment Yellow 97, C.I.Pigment Yellow 17, C.I.Pigment Blue 15:1, C.I.Pigment Blue 15:3 등을 통상적으로 들 수 있다.
상술한 착색제의 첨가양은, 안료(pigment) 또는 염료(dye)가 사용되는 경우, 상술한 결착 수지의 100 중량부에 기초하여 3 내지 20 중량부가 바람직하고, 4 내지 10 중량부가 더 바람직하다. 이 첨가 양이 3 중량부 미만인 경우, 토너의 착색 실행이 불충분할 수 있고, 그 양은 정착 후에 화상의 표면상에서의 부드러움(smoothness)이 교란되지 않는 범위에서 가능한 한 크게 하는 것이 바람직하다. 착색제의 함유량을 늘릴 경우, 동일 농도의 화상을 얻을 때, 화상의 두께를 얇게 할 수 있고, 화질을 향상시키고 오프셋을 방지할 수 있는 이점이 있다.
마그네타이트 또는 페라이트가 상술한 착색제로서 사용되는 경우, 상술한 결착 수지의 100 중량부에 기초하여 그의 첨가 양은 3 내지 60 중량부이고, 바람직하게는, 10 내지 30 중량부이다.
이형제
상술한 이형제로서, 저분자량 폴리에틸렌, 저분자량 폴리프로필렌, Fischer-Tropsch 왁스, 몬탄(montan) 왁스, 카나우바(carnauba) 왁스, 라이스(rice) 왁스, 칸델리아 왁스 등을 통상적으로 들 수 있다.
상술한 이형제의 첨가량은 상술한 결착 수지의 100 중량부에 기초하여 1 내지 15 중량부가 바람직하고, 3 내지 10 중량부가 더 바람직하다. 추가량이 1 중량부 미만인 경우, 그 효과가 나타나지 않을 수도 있고, 15 중량부를 넘는 경우, 어떤 경우에는 유동성이 현저하게 열화되고 전하 분포가 크게 확대된다.
다른 구성 성분
본 발명에서, 대전 제어제를 필요에 따라서 토너에 첨가할 수도 있다. 대전 제어제로서 공지된 것을 사용할 수 있고, 아조계(azo-based) 금속 복합 조성물, 살리실산과 같은 금속 복합 조성물, 극성기를 함유하는 수지형의 대전 제어제를 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 토너가 습식 제조법에 의해서 제조되는 경우, 이온력의 제어와 수질 오염을 저하시킨다는 관점에서 물에 용이하게 용해되지 않는 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서, 토너는 자성 재료를 포함하는 자성 토너와 자성 재료를 포함하지 않는 비자성 토너 중 어느 것이 사용될 수 있다.
외부 첨가제
본 발명에 사용되는 토너에 첨가된 외부 첨가제는, 특히 제한되지 않고 외부 첨가제로서 종래에 사용되는 각종 외부 첨가제가 아무 문제없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 대전 특성, 도전성, 분말 유동성, 윤할 특성 등을 향상시키기 위한 목적으로, 금속의 미세 입자, 금속 산화물, 금속 염, 세라믹, 수지, 카본 블랙 등이 첨가될 수 있다.
현상 및 전사 공정은 현상제의 균일한 운송능, 전사시의전류 등에 의해서 영향을 받으며, 기본적으로, 토너 입자를 지지하는 지지 부재(캐리어 또는 정전 잠상 유지 부재)의 속박력으로부터 토너 입자가 이탈하여 피전사체(정전 잠상 유지 부재또는 화상 수용 부재)로 이동되는 공정이다. 따라서, 현상 및 전사 공정은 "쿨롬 력" 및 "토너 입자와 캐리어(토너 대전 부재) 또는 토너 입자와 정전 잠상 유지 부재의 부착력"의 밸런스에 의해서 영향을 받는다. 이 공정은 밸런스의 제어가 매우 어렵고, 이 처리가 화질에 직접적으로 영향을 주는 이상, 효율을 향상시키면 신뢰성이 향상되고 세척 공정을 하지 않아도 되는 등에 따른 절전 효과를 도모할 수 있다. 따라서, 상술한 공정에서, 현상 및 전사 특성을 더 향상시킬 필요가 있다.
이러한 현상 및 전사는 "쿨롬력"이 "부착력"보다 큰 경우에 일어난다. 따라서, 현상 및 전사의 효율을 향상시키기 위해서는, 정전기적 인력을 향상(현상 및 전사력을 강화시킴)시키거나 또는 부착력을 감소시키도록 제어하는 것이 득이 될 수 있다. 현상 및 전사력이 강화되면, 예를 들면, 전사 전계가 강화되면, 반대 극성의 토너가 생성되는 등과 같은 제 2의 문제가 발생한다. 즉, 부착력을 감소시키는 것이 더 효과적이다.
부착력으로서, 반델발스힘(비정전기적 부착력) 및 토너 입자에 의해서 운반되는 전하에 따른 화상력(image force)을 들 수 있다. 이들 사이에는 1 오더(order)에 가까운 레벨차가 있고, 이는 부착력이 대부분 반델발스힘에 의해서 거의 논의되어지는 것으로 해석된다. 구형 입자 사이의 반델발스힘은 다음 수학식 2로 나타낸다.
(수학식 2)
F=H·r1·r2/6(r1+r2)·a2
(H : 상수, r1, r2 : 접촉하려고 접근하는 두 입 자의 반경, a: 입자간 거리)
부착력을 낮추기 위해서는, 토너 입자의 r에 비해 매운 작은 r을 갖는 미세 입자를 정전 잠상 유지 부재의 표면 또는 토너 대전 부재의 표면과 토너 입자 사이에 놓이게 하여 그들 사이에 거리를 부여하고 또는 접촉 면적(접촉점)을 감소시키는 방법이 효과적이다. 모노 분산 구형 실리카를 이용함으로써 이러한 유효한 안정 기간을 얻을 수 있다.
거의 구에 가까운 형태를 갖는 토너가 제 2 예에 따른 본 발명에서 사용되는 경우, 정전 잠상 유지 부재를 세척하는 것은 통상적으로 곤란하다. 보통, 세척 블레이드(blade)의 블레이드 압력을 최적화하여 주어진 압력 특성을 안정화시키고 이에 부가하여 1.3 내지 1.9의 참 비중을 가지며 80 내지 300nm의 체적 평균 입자 크기를 갖는 모노 분산 구형 실리카를 토너에 대한 외부 첨가제로서 사용하는 것이 효과적이다. 그 이유는 이러한 모노 분산 구형 실리카를 사용함으로써 정전 잠상 유지 부재와 토너의 부착력을 감소시킬 수 있고, 정전 잠상 유지 부재와 세척 블레이트 사이의 접촉부 근방에서의 토너의 회전에 기인하는 블레이드 통과(세척 불량)가 억제될 수 있기 때문이다.
한편, 대전 롤(charge roll)에 의해서 정전 잠상 유지 부재상에 형성되는 방전 생성물 때문에, 정전 잠상 유지 부재와 세척 블레이드 사이의 마찰 계수가 증가되고, 공정 속도의 변화에 따라서 세척 블레이드에서 긴장이 발생되고 경우에 따라서는 블레이드 스퀄(squeal), 세척 불량 등이 발생한다. 방전 생성물의 양이 전류값과 방전 회수에 비례하기 때문에, 고속 모드에서 보통 모드 또는 저속 모드로의 전환은 예를 들면 공정 속도를 변경할 수 있는 장치에서 수행하는 경우, 정전 잠상 유지 부재와 세척 블레이드의 접촉부에 방전 생성물이 정체된 상태에서 공정 속도가 감소되면, 결과적으로 세척 블레이드, 블레이드 스퀄, 세척 불량 등과 같은 문제가 현저해진다.
이러한 문제를 방지하기 위해서, 토너에 외부 첨가제로서 연마제와 윤할제를 함께 사용하는 것이 효과적이다. 연마제의 첨가에 의해서, 방전 생성물이 연마되어 리프레시 될 수 있다. 또한, 방전 생성물 제거 등과 같은 상술한 효과를 갖게 한다 하더라도 연마제 그 자체는 용이하게 전사되지 않고 정전 잠상 유지 부재에 잔존하게 되고, 따라서 블레이드 연마와 블레이드 테어링력(tearing force)이 증가하여, 안정적인 세척능을 유지하는 것이 곤란해지지만 윤할제를 함께 사용함으로써 장시간 동안 예리한 블레이드 에지를 유지하면서 블레이드를 세척하는 것이 가능해진다.
따라서, 본 발명에서, 모노 분산 구형 실리카 및/또는 연마제와 윤할제의 조합한 것을 토너에 대한 외부 첨가제로서 사용하는 것이 바람직하다. 물론, 이 외부 첨가제는 이에 제한되는 것은 아니며 다른 외부 첨가제가 본 발명에 포함될 수도 있다.
(a) 모노 분산 구형 실리카
본 발명에 사용되는 매우 바람직한 모노 분산 구형 실리카는 1.3 내지 1.9의 참 비중과 80 내지 300 nm의 체적 평균 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.
참 비중을 1.9 이하로 제어함으로써 토너 입자로부터의 박리를 억제시킬 수 있다. 참 비중을 1.3 이상으로 제어함으로써 응집 분산이 억제될 수 있다. 본 발명에서의 모노 분산 구형 실리카의 참 비중이 1.4 내지 1.8인 것이 바람직하다. 상술한 모노 분산 구형 실리카가 모노 분산되고 구의 형태를 갖기 때문에 토너 입자의 표면상에 균일하게 분산될 수 있어서 안정적인 공간 효과를 얻을 수 있다.
한편, 상술한 모노 분산 구형 실리카의 체적 평균 입자 크기를 80nm 미만으로 하는 경우에, 비 정전기적 부착력의 감소에 유효하게 작용하지 않는 경향이 있다. 특히, 현상기에서의 응력에 기인하여, 실리카가 토너 입자에 매몰되는 경향이 있고 현상 및 전사를 향상시키기 위한 효과가 현저하게 낮아지는 경향이 있다. 한편, 300nm를 초과하는 경우, 실리카가 토너 입자로부터 이탈되는 경향이 있어 비 정전기적 부착력의 감소에 유효하게 작용하지 않고 접촉 부재로 이동하는 경향이 있으며, 이로 인해서 대전 장해, 화질 결함 등과 같은 제 2의 문제가 발생하는 경향이 있다. 바람직하게는 본 발명에서의 모노 분산 구형 실리카의 체적 평균 입자 크기를 100 내지 200 nm로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 모노 분산의 정의로서는 응집체를 포함한 평균 입자 크기에 대한 표준 편차에 기초하여 논할 수 있고, 이 표준 편차가 체적 평균 입자 크기 D50×0.22 이하인 것이 바람직하다. 본 발명에서의 구형 형태의 정의로서는 이하 수학식 3에서 나타나는 Wadell의 구형도에 기초하여 논의될 수 있고 이 구형도가 0.6 이상인 것이 바람직하고 0.8 이상인 것이 더 바람직하다.
(수학식 3)
구형도 = S1/S2
(여기서, S1은 실제 입자의 체적과 동일한 체적을 갖는 구의 표면적을 나타내고, S2는 실제의 입자 그 자체의 표면적을 나타냄)
재료로서 실리카가 바람직한 이유는, 굴절율이 1.5 전후이고, 입자 크기가 증가하는 경우에도, 광 산란에 따른 투명도의 저하, 특히 OHP 등에 화상을 집속할 때의 PE값(Projection Efficiency)에 영향을 받지 않는다는 것을 들 수 있다.
통상적인 증기 실리카는 2.2의 참 비중을 가지며, 제조의 관점에서 최대 입자 크기는 50nm로 한정된다. 비록 응집체를 형성함으로써 입자 크기를 증가시킬 수 있지만, 균일한 분산 및 안정적인 공간 효과를 용이하게 얻을 수 없다. 한편, 외부 첨가제로서 사용되는 다른 통상적인 무기 미세 입자로서는, 산화 티탄(참 비중 4.2, 굴절율 2.6), 알루미나(참 비중 4.0, 굴절율 1.8), 및 산화 아연(참 비중 5.6, 굴절율 2.0)을 들 수 있지만, 이들 중 어떤 것은 높은 참 비중을 가지며, 공간 효과를 유효하게 발현하는 입자 크기가 80nm를 넘는 경우, 토너 입자로부터의 박리가 발생하는 경향이 있고, 박리된 입자는 토너 대전 부재 또는 정전 잠상 유지 부재 등으로 이동하는 경향이 있기 때문에 경우에 따라서는 대전 감소 또는 잠상 결함 등이 발생한다. 또한, 그의 굴절율이 높기 때문에, 이들 입자 크기가 큰 무기 재료를 사용하는 것은 컬러 화상 형성에 적합하지 않다.
모노 분산 구형 실리카는 습식 방법인 졸-겔 법에 의해서 얻어질 수 있다. 습식법과 소성이 없는 제조에 기인하여, 증기상(蒸氣相) 산화법에 비해 참 비중을낮은 레벨로 제어할 수 있다. 또한, 참 비중값은 소수화 처리제의 종류 또는 소수화 처리 공정에서의 처리양을 제어함으로써 제어될 수 있다. 입자 크기는 졸-겔 법의 가수분해, 축중합공정의 알콕시실란과 암모니아와 알콜, 물의 중량비, 반응 온도, 교반 속도 및 박리 속도에 의해서 자유롭게 제어될 수 있다. 또한, 모노 분산 구형 실리카에 대한 바람직한 구형 형태 및 모노 분산성은 이 방법에 따른 제조에 의해서 충분히 얻을 수 있다.
졸-겔 법에 의해서 모노 분산된 구형 실리카를 제조하는 방법으로서, 이하 방법은 특히 예시적인 것이다.
테드라메톡시실란 또는 테트라에톡식시실란을 물과 알콜이 있는 곳에 떨어트리고 촉매로서 암모니아를 사용하여 가열하면서 교반시킨다. 그 다음, 반응에 의해서 얻어진 실리카 졸 현탁액을 원심분리하여 습식 실리카겔, 알콜 및 암모니아수로 분리한다. 용제를 습식 실리카겔에 첨가하여 다시 실리카졸의 상태로 하고, 소수화 처리제를 첨가하여 실리카의 표면의 소수화 처리를 행한다. 그 다음, 이 소수화 처리 실리카졸로부터 용매를 제거하고 건조시켜 체로 침으로써 의도하는 모노 분산 구형 실리카가 얻어진다. 또한 얻어진 실리카를 다시 상기 처리를 행할 수도 있다.
본 발명에서, 모노 분산 구형 실리카를 제조하는 방법은 상술한 제조법에 제한되지 않는다.
상술한 실란 화합물, 수용성 화합물을 사용할 수 있다.
이 실란 화합물로서, 화학 구조식 RaSiX4-a(여기서, a는 0 내지 3의 정수를 나타내고, R은 수소 원자 또는 알킬기와 알케닐기 등과 같은 유기기를 나타내고, X는 염소 원자 또는 메톡식기와 에톡시기 등과 같은 가수분해성기를 나타냄)의 화합물이 사용될 수 있고, 클로로실란, 알콕시실란, 실라젠(silazane), 특수 시릴화제(special silylating agent)의 화합물 중 임의의 타입이 사용될 수 있다.
상술한 실란 화합물로서는 구체적인 예로서, 메틸트리클로로실란, 디메틸디클로로실란, 트리메틸클로로실란, 페닐트리클로로실란, 디페닐디클로로실란, 테트라메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 테트라에톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 디페닐디에톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, 데실트리메톡시실란, 헥사메틸디실라젠, N,O-(비스트림에틸시릴)아세트아미드, N, N-비스(트리메틸시릴)우레아, 테르트-부틸디메틸클로로실란, 비닐트리클로로실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, γ-메타크릴록시프로필트리메톡시실란, γ-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디엑토시실란, γ-메르켑토프로필트리메톡시실란, 및 γ-클로로프로필트리메톡시실란이 있다.
상술한 소수화처리제로는, 특히 바람직하게는, 디메틸디메톡시실란, 헥사메틸디실라젠, 메틸트리베톡식시실란, 이소부틸트리메톡시실란, 데실트리메톡시실란 등을 들 수 있다.
상술한 모노 분산 구형 실리카의 첨가양은 토너 입자의 100 중량부에 기초하여 0.5 내지 5 중량부인 것이 바람직하고, 1 내지 3 중량부인 것이 더 바람직하다. 이 첨가량이 0.5 중량부 미만인 경우, 경우에 따라서는 비 정전성 부착력의 감소 효과와 현상 및 전사의 향상을 충분히 얻지 못한다. 한편, 5 중량부를 넘는 경우, 첨가량은 토너 입자의 표면에 일층막을 형성할 수 있는 양을 초과하여 피복이 과도한 상태가 되고, 실리카가 접촉 부재로 이동하여 결과적으로 제 2 의 문제가 발생하기 쉽다.
(b) 연마제
본 발명에 사용될 수 있는 바람직한 연마제로서는, 산화 세륨, 실리콘 카바이드(silicon carbide), 티탄산 스트론튬, 알루미나, 티타니아, 봅합성 재료등을 통상적으로 예로 들지만, 연마제는 이들에 한정되는 것은 아니다. 이둘 중에서 산화 세륨이 가장 바람직하다.
상술한 연마제의 평균 입자 크기는 0.1 내지 2 ㎛인 것이 바람직하다. 토너 입자에 대한 상술한 연마제의 첨가량은 토너 입자의 100 중량부에 기초하여 0.3 내지 2 중량부가 바람직하고, 0.5 내지 1.5 중량부가 더 바람직하다. 이 첨가량이 0.3 중량부 미만인 경우, 연마 효과를 충분히 얻지 못할 수도 있고, 2 중량부를 넘는 경우에는, 경우에 따라서 연마제가 토너의 소프트 블록킹을 촉진시켜서 현상시 클라우드(cloud)의 유발, 전사 결함 등과 같은 문제가 발생한다.
(c) 윤할제
윤할제로서는, 솔리드 알콜, 메탈 솝(metal soap), 저분자량 폴리올레핀 등을 예로 들 수 있다. 상술한 연마제의 체적 평균 입자 크기는 1 내지 8㎛인 것이 바람직하다. 토너 입자에 대한 상술한 윤할제의 첨가량은 토너 입자의 100 중량부에 기초하여 0.1 내지 1 중량부인 것이 바람직하고, 0.2 내지 0.8 중량부인 것이 더 바람직하다.
(d) 다른 외부 첨가제
본 발명에서, 토너의 유동 및 대전 특성을 제어하기 위해서는 토너 입자의 표면을 충분히 피복할 필요가 있고, 이 충분한 피복은 입자 크기가 큰 상술한 모노 분산 구형 실리카만으로 달성될 수 없을 수 있고, 따라서 입자 크기가 작은 무기 화합물과 함께 사용하는 것이 바람직하다. 입자 크기가 작은 무기 화합물로서는, 평균 입자 크기가 80nm 이하인 무기 화합물이 바람직하고 평균 입자 크기가 50 nm이하인 무기화합물이 더 바람직하다.
입자 크기가 작은 무기 화합물로서, 공지된 화합물을 사용할 수 있다. 예를 들면, 실리카, 알루미나, 티탄 화합물(산화 티탄, m-티탄산 등), 탄산 칼슘, 탄산 마그네슘, 인산 칼슘 등을 들 수 있다. 또한, 피전사체에 따른 이들 무기 입자의 표면상에 공지된 표면 처리가 수행될 수도 있다.
특히, 이들 중에서, 15 내지 50 nm의 티탄 화합물은 투명성에 영향을 주지 않고, 우수한 대전 특성, 환경적 안정성, 유동성, 점결(粘結) 내성, 안정적인 네거티브 대전 특성과 안정적인 화질 유지 특성을 갖는 현상제를 제공할 수 있다.
또한, 20 내지 50 nm의 체적 평균 입자 크기를 갖는 실리카를 함께 사용함으로써, 토너가 균일하게 코팅될 수 있어 토너의 블록킹이 억제되고, 초기 전사 특성이 향상된다.
본 발명에서, 상술한 외부 첨가제를 토너 입자에 첨가하여 혼합하며, 이 혼합은 예를 들면 V형 블렌더(blender), Henschel 믹서, LOIGE 믹서 등과 같은 공지된 혼합기에 의해서 수행될 수 있다.
또한, 이 처리에서, 각종 외부 첨가제가 첨가될 수도 있다. 외부 첨가제로서, 다른 유동화제(流動化製), 폴리스티렌 미세 입자, 폴리메틸메타크릴레이트 미세 입자, 폴리비닐리덴 플루오르 미세 입자 등과 같은 세척 보조제, 또는 전사 보조제를 들 수 있다.
15 내지 50 nm의 티탄 화합물과 20 내지 50 nm의 실리카의 첨가량은 토너 입자의 100 중량부에 기초하여 0.3 내지 3 중량부인 것이 바람직하고 0.5 내지 2.5 중량인 것이 더 바람직하다. 이 첨가량이 0.3 중량부 미만인 경우, 토너의 유동성을 충분이 얻지 못할 수 있고, 열축적에 의한 블록킹의 억제가 불충분해지는 경향이 있다. 한편, 이 첨가량이 3 중량부를 넘는 경우, 초과 피복 상태가 되고 이 초과 무기 산화물은 접촉 부재로 이동하여 경우에 따라서는 제 2의 문제를 발생시킬 수도 있다.
본 발명에서, 토너 입자의 표면에 대한 상술한 외부 첨가제의 부착 상태는 단순히 기계적인 부착에 의해서 이루어지거나 또는 표면에 대한 부착제의 부착이 느슨해질 수도 있다. 토너 입자의 전체 표면이 피복될 수도 있고 그 표면의 일부가 피복될 수도 있다.
또한, 외부 첨가제를 혼합한 후에 아무런 문제없이 체로 치는 공정(sievingprocess)을 토너에 행할 수도 있다.
다음으로, 상술한 토너 입자에 첨가제를 첨가하는 방법을 설명한다.
요구에 따라서, 상술한 모노 분산 구형 실리카와 입자 크기가 작은 무기 화합물, 연마제와 윤할제가 동시에 토너 입자에 첨가되어 혼합되는 방법 또는 이들이 단계적으로 혼합되는 방법이 적용될 수 있다.
첨가 방법에 대한 각종 연구를 행한 후에, 1.3 내지 1.9의 참 비중을 가지며 80 내지 300nm의 체적 평균 입자 크기를 갖는 모노 분산 구형 실리카와 토너 입자를 먼저 혼합하고, 이전의 혼합에서보다 약한 전단 응력으로 모노 분산 구형 실리카의 직경보다 작은 직경을 갖는 윤할제, 연마제, 무기 화합물을 첨가 혼합함으로써, 외부 첨가제를 첨가함에 따른 효과를 향상시킬 수 있다.
본 발명에서, 상술한 모노 분산 구형 실리카를 토너 입자에 첨가하여 혼합하며, 이 혼합은 예를 들면 V형 블렌더, Henschel 믹서, LOIGE 믹서 등과 같은 공지된 혼합기에 의해서 수행될 수 있다.
(현상제의 제조)
상술한 캐리어와 토너를 적절한 조성비로 혼합하여 본 발명에 사용되는 현상제를 마련하되, 개시 현상제와 보급용 토너를 함께 마련한다.
개시 현상제의 캐리어 함유량((캐리어)/(캐리어+토너)×100))은 85 내지 99 중량%인 것이 바람직하고, 87 내지 98 중량%인 것이 더 바람직하고 89 내지 97 중량%가 더욱 바람직하다.
한편, 보급용 토너의 캐리어의 함유량은 5 내지 40 중량%이고, 6 내지 30중량%인 것이 바람직하다. 캐리어의 함유량이 5중량% 미만인 경우 대전 열화 제어, 저항 변화 방지 및 화질 변화 제어가 충분히 나타날 수 없다. 현상기에서 초과한 현상제는 현상기로부터 회수되는데, 보급용 토너에서의 캐리어의 함유량이 40중량%를 넘는 경우, 이 회수량이 커져서, 회수 후에 현상제를 수용하는 용기의 체적이 증가되기 때문에, 이 함유량은 공간 절약이 요구되는 장치의 소형화에는 적합하지 않다.
<화상 형성 장치>
본 발명의 화상 형성 방법에서는, 정전 잠상 유지 부재를 포함하는 복수의 건식 인쇄 유닛; 정전 잠상 유지 부재의 표면을 대전시키는 대전 수단; 상술한 대전된 정전 잠상 유지 부재의 표면상에 잠상을 형성하는 잠상 형성 수단; 토너와 캐리어로 이루어진 현상제를 수용하고 현상제 유지 부재의 표면상에 형성된 상술한 현상제의 층에 의해서 상술한 잠상을 현상하여, 상술한 정전 잠상 유지 부재의 표면상에 토너 화상을 형성하는 현상기; 및 잠상 수용 부재에 상술한 토너 화상을 전사하는 전사 수단을 갖는 화상 형성장치, 즉, 소위 텐덤형 화상 형성 장치가 화상 형성을 수행하는 화상 장치로서 사용된다.
특히, 본 발명의 화상 형성 방법에 풀컬러 화상을 작성하는 경우에는, 페이퍼 범용성과 고화질의 관점에서, 각 컬러 토너의 화상을 화상 수용 부재인 중간 전사 드럼 또는 중간 전사 벨트 표면에 하나씩 전사하여 적층하고, 그 다음 컬러 토너 화상을 페이퍼 등과 같은 기록 매개물의 표면에 하나의 동작으로 전사시킨다. 물론, 페이퍼 등과 같은 기록 매개물이 화상 수용 부재로서 사용되고 각 컬러 토너의 화상이 직접 적층되는 구성으로 할 수 있다.
본 발명에서, 상술한 화상 형성 장치에서의 적어도 하나의 건식 인쇄 유닛을 갖는 현상기는, 토너와 캐리어로 이루어진 보급용 토너를 현상기에 적절하게 보급하여 장치로부터 상술한 현상제의 초과분을 회수하는 현상제 회수 기구를 갖는 소위 트리클 현상 시스템을 채용한다. 트리클 현상 시스템을 채용하는 적어도 하나의 건식 인쇄 유닛을 사용하는 경우, 본 발명의 효과는 이 유닛에서 얻어지고 현상제의 관리를 생략하되 관리가 필요 없는 동작을 실현할 수 있고, 그 이상의 복수의 건식 인쇄 유닛이 트리클 현상 시스템을 채용하는 것이 바람직한 것은 물론이고 모든 건식 인쇄 유닛이 트리클 현상 시스템을 채용하는 것이 더 바람직하다.
트리클 현상 시스템에서의 캐리어는 통상적으로 토너에 혼합하며, 토너의 소비에 따라서 임의의 양의 캐리어를 보급한다. 또한, 이를 제어하는 통상적인 방법으로서는, 현상기의 토너 농도 센서에 의해서 토너 농도가 일정 범위에 있도록 토너를 순차적으로 보급하여 제어하는 방법이 있다. 현상기의 현상제는 초과 레벨에 도달하게 되면 통상적으로 오버 플로우에 의해서 회수되어 회수 용기에 수용된다.
본 발명에서 사용되는 화상 형성 장치는 복수의 건식 인쇄 유닛을 갖는 텐덤 모드를 가지고 있으며 구성 요소는, 하나 이상의 건식 인쇄 유닛을 갖는 현상기가 트리클 현상 시스템을 채용한 것에 한정되지 않는다. 본 발명에 사용되는 화상 형성 장치를 일 예를 들어 이하에서 설명한다.
도 1 은 본 발명에서 사용되는 화상 형성 장치의 일 예를 나타낸 개략 단면도이다. 이 화상 형성 장치에서는, 옐로, 마젠타, 시안 및 블랙의 각각의 화상을형성하는 4 개의 건식 인쇄 유닛 (40Y, 40M, 40C 및 40K)을 도 1에 나타낸 바와 같이 일정 간격을 두고 병렬(탠덤 형태)로 배치한다. 여기에서, 건식 인쇄 유닛(40Y, 40M, 40C 및 40K)은 현상제에서의 토너의 컬러를 제외하고는 기본적으로 동일한 구성을 갖기 때문에, 옐로용 건식 인쇄 유닛(40Y)을 이하 대표적인 예로서 설명한다.
옐로용 건식 인쇄 유닛(40Y)은 정전 잠상 유지 부재로서 감광체 드럼(잠상 유지 부재)을 가지며, 이 감광체 드럼(1Y)은 도 1 에 도시된 페이퍼면에 수직한 축을 가지고, 도시되지 않은 구동 수단에 의해서 주어진 공정 속도로, 표시된 화살표 A를 따라서 회전하도록 구동된다. 감광체 드럼(1Y)으로서, 예를 들면, 적외선 영역에서 감응하는 유기 감광체가 사용된다.
공정 속도를 주어진 조건 하에서 자동적으로 또는 수동으로 전환하는 것이 가능해도 좋다. 본 발명의 화상 형성 방법은 이러한 장치가 공정 속도를 공정 동안 전환하는 경우에도 고화질의 형성 및 현상제의 유지 특성을 실현할 수 있다. 여기서, "주어진 조건 하에서 자동적으로"란 어구는, 예를 들면, 사진 화상 등과 같은 고정세 화상부를 포함하는 화상 정보가 입력되는 경우 고화질을 얻기 위해서 보통 모드가 자동적으로 저속 모드로 전환되는 것을 의미한다.
도 1에서 감광체 드럼(1Y)상에 롤 대전 모드의 대전기(대전 수단)(20Y)를 장착하고, 주어진 전압을 도시되지 않은 전원에 의해서 대전기(20Y)에 공급하여 감광체 드럼(1Y)의 표면을 주어진 전위로 대전시킨다(대전기(20M, 20C, 및 20K)와 감광체 드럼(1M, 1C, 및 1K)에서도 동일한 기구가 동작함).
감광체 드럼(1Y) 주변에, 감광체 드럼(1Y)의 표면상에 화상-와이즈 노광(image-wise exposure)을 수행하여 정전성 잠상을 형성하는 잠상 형성 수단(3Y)은 대전기(20Y)보다 감광체 드럼(1Y)의 회전 방향의 하류 위치에 위치된다. 공간의 관점에서 여기에서는 크기를 축소할 수 있는 LED 어레이를 잠상 형성 수단(3Y)으로서 사용하고 있지만, 이 예에 한정되는 것은 아니며 레이저 빔 등을 이용하는 다른 잠상 형성 수단을 아무런 문제없이 사용할 수도 있다.
감광체 드럼(1Y) 주변에서, 옐로 컬러의 현상기(4Y)는 잠상 형성 장치(3Y) 보다 감광체 드럼(1Y)의 회전 방향의 하류 위치에 위치되고, 감광체 드럼(1Y)의 표면상에 형성된 정전 잠상은 옐로 컬러의 토너로 이루어져서 감광체 드럼(1Y)의 표면상에 토너 화상이 형성된다.
도 1의 감광체 드럼(1Y) 하부에서, 감광체 드럼(1Y)의 표면상에 형성되는 토너 화상을 일차 전사하는 중간 전사 벨트(15)는 감광체 드럼(1Y, 1M, 1C, 및 1K) 하부를 통과하도록 위치되고, 이 중간 전사 벨트(15)는 일차 전사 롤(5Y)에 의해서 감광체 드럼(1Y)의 표면으로 압력이 가해진다. 중간 전사 벨트(15)는 구동 롤(11), 지지 롤(12), 및 백업 롤(13)의 3개의 롤로 이루어진 구동 수단에 의해서 긴장되고, 감광체 드럼(1Y)의 공정 속도와 동일한 이동 속도로 화살표 B 방향을 따라서 회전된다. 중간 전사 벨트(15)의 표면상에, 상술한 바와 같이 일차 전사된 옐로 컬러의 토너 화상에 부가하여 마젠타, 시안 및 블랙의 토너 화상이 순차적으로 일차 전사되어 이들이 적층된다.
감광체 드럼(1Y) 주변에, 감광체 드럼(1Y)의 표면상에 잔류하는 토너와 재전사된 토너을 세척하는 세척 블레이드로 이루어진 세척 수단(6Y)은, 일차 전사 롤(5Y)보다 감광체 드럼(1Y)의 회전 방향(화살표 A의 방향)의 하류 위치에 위치되고, 세척 수단(6Y)에서의 세척 블레이드는 반대 방향을 향하여 감광체 드럼(1Y)의 표면을 접촉하도록 장착된다.
중간 전사 벨트(15)에 긴장을 주는 백업 롤(13)에서, 이차 전사 롤(14)이 중간 전사 벨트(15)를 통해서 압력을 받고, 중간 전사 벨트(15)의 표면상에 일차 전사되어 적층되는 토너 화상은, 백업 롤(13)과 이차 전사 롤(14)의 닙부(nip part)에 있는 도시되지 않은 페이퍼 카세트로부터 공급되는 화상 수용 부재(16)의 표면에 정전기적으로 전사된다.
또한, 중간 전사 벨트(15)의 주변부에, 중간 전사 벨트용 세척 부재(17)는, 구동 롤(11)의 표면에 거의 대응하는 위치에서 중간 전사 벨트(15)의 표면과 접촉 되도록 위치된다.
도 1의 중간 전사 벨트(15)의 구동 롤(11)의 하부에, 정착기(18)가 위치되어 화상 수용 부재(16)상에 다중 전사되는 토너 화상을 열과 압력을 가하면서 화상 수용 부재(16)의 표면에 전사시켜서 영속 화상을 얻는다.
그 다음, 상술한 바와 같이 구성된 옐로, 마젠타, 시안 및 블랙 각각의 화상을 형성하는 건식 인쇄 유닛(40Y, 40M, 40C, 및 40K)의 동작을 설명한다. 건식 인쇄 유닛(40Y, 40M, 40C, 및 40K)의 동작이 동일하기 때문에, 옐로 컬러의 건식 인쇄 유닛(40Y)의 동작을 대표적인 예로 설명한다.
옐로 컬러의 건식 인쇄 유닛(40Y)에서, 감광체 드럼(1Y)은 화살표 A의 방향을 따라서 주어진 공정 속도로 회전하고, 감광체 드럼(1Y)의 표면은 도시되지 않은 전원에 의해서 대전기(20Y)에 소정의 전압을 인가함으로써, 대전기(20Y)와 감광체 드럼(1Y)사이의 미소 간극에서 발생하는 전기 방전, 또는 전하 주입에 의해서 소정의 네거티브 전위로 대전된다. 따라서, 감광체 드럼(1Y)의 표면상에 잠상 형성 수단(3Y)에 의해 화상-와이즈 노광을 수행하여 잠상 정보에 대응하는 정전 잠상을 형성한다. 계속해서, 감광체 드럼(1Y)의 표면상에 형성된 정전 잠상은 현상기(4Y)에 의해서 네거티브로 대전되는 토너를 역으로 현상함으로써 감광체 드럼(1Y)의 표면상에 가시화되어 토너 화상이 형성된다. 그 후에, 감광체 드럼(1Y)의 표면상의 토너 화상은 일차 전사 롤(5Y)에 의해서 중간 전사 벨트(15)의 표면에 일차 전사된다. 일차 전사 후에, 감광체 드럼(1Y)의 표면상에 잔류하는 토너 등이 세척 수단(6Y)의 세척 블레이드에 의해서 세척되고, 세척된 감광체 드럼(1Y)은 다음 화상 형성 공정을 위해 준비된다.
상술한 동작이 건식 인쇄 유닛(40Y, 40M, 40C 및 40K)에서 수행되어 결과적으로 감광체 드럼(1Y, 1M, 1C, 및 1K)의 표면상에 가시화된 토너 화상이 중간 전사 벨트(15)의 표면에 순차적으로 다중 전사된다. 풀컬러 모드에서, 옐로, 마젠타, 시안, 및 블랙의 토너 화상은 이 순서로 다중 전사되고, 모노 컬러, 2 컬러, 및 3 컬러 모드에서도, 동일한 순서가 적용되고, 필요한 컬러의 토너 화상만이 모노 전사 또는 다중 전사된다. 그 후에, 중간 전사 벨트(15)의 표면에 다중 전사되거나 또는 모노 전사되는 토너 화상은 이차 전사 롤(14)에 의해서 도시되지 않은 페이퍼 카세트로부터 운반되는 화상 수용 부재(16)의 표면에 이차 전사되고, 계속해서 정착기(18)에서 열과 압력에 의해서 정착된다. 이차 전사 후에 중간 전사 벨트(15)의 표면상에 잔류하는 토너는 중간 전사 벨트(15)용 세척 블레이드인 세척 부재(17)에 의해서 세척된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서, 건식 인쇄 유닛(40Y, 40M, 40C, 및 40K) 중 적어도 어느 하나의 건식 인쇄 유닛(4Y, 4M, 4C, 및 4K 중적어도 어느 하나)의 현상기는 트리클 현상 시스템을 채용하고 있고, 이 현상기는 상술한 제 1 예에 따른 본 발명 및/또는 제 2 예에 따른 본 발명에 의한 현상제를 수용하고 있다.
상술한 텐덤 모드 화상 형성 장치에서, 고속 착색이 회전 현상 시스템에 비해서 용이하지만, 건식 인쇄 유닛(40K)만 사용하여 블랙 화상을 얻는 경우에, 예를 들면 다른 컬러의 건식 인쇄 유닛(40Y, 40M, 및 40C)이 함께 작용하고, 현상기(4Y, 4M, 및 4C)에 포함된 현상제 유지 부재는 감광체 드럼(1Y, 1M, 및 1C)과 함께 회전하고, 따라서, 현상기(4Y, 4M, 및 4C)에 수용되는 현상제에 의해서 받는 응력이 극히 커지게 된다. 또한, 장치의 크기 또는 감광체 드럼(1Y, 1M, 1C 및 1K)의 주변 공간의 제약 때문에, 현상기(4Y, 4M, 4C 및 4K)의 크기가 한정되어 공간의 관점에서 각 현상기에서 충분한 현상제양을 확보할 수 없고, 따라서 현상제에 의해서 받는 응력은 장치의 구조에 기인하여 증가하는 경향이 있다.
그러나, 본 발명의 화상 형성 방법에서, 현상기(4Y, 4M, 4C 및 4K) 중 적어도 하나는 트리클 현상 시스템을 채용하고 있고, 또한 유지 특성이 높은 보급용 토너가 이에 제공된다. 결과적으로, 현상제의 수명이 현저하게 연장되고 관리가 필요 없는 작동이 실현된다.
본 발명의 화상 형성 방법을 사용하는 화상 형성 장치에서, 구성 부재는 본 발명에서 정의하고 있는 것을 제외하고는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 정전 잠상 유지 부재, 중간 전사 벨트(또는 중간 전사 드럼), 대전기 등과 같은 구성 요소로서는 공지된 임의의 요소가 채용될 수 있다.
그러나, 상술한 대전 수단으로서, 오존 생성의 감소 등에 따른 환경의 안전성이 실현될 수 있기 때문에 롤 대전 모드의 대전기를 채용하는 것이 바람직하다.
세척 수단(6Y)으로서, 우수한 안전성에 기인하여 통상적으로 블레이드 세척 모드의 수단을 사용하는 것이 바람직하고, 또한 상술한 예에서도 채용하고 있다. 구형에 가까운 토너를 세척하기 위해서, 블레이드의 물리적인 특성을 제어하여 접촉 상태를, 본 발명에서 정의하는 상술한 현상제, 특히, 상술한 모노 분산 구형 실리카, 연마제 및 윤할제를 조합한 첨가제를 토너에 첨가한 현상제를 사용하여 최적화하는 것이 바람직하며, 정전 잠상 유지 부재의 표면상에 잔류하는 토너가 안정적으로 세척될 수 있고 정전 잠상 유지 부재의 수명이 마찰 저항에 따라서 연장될 수 있다. 또한, 정전성 브러쉬는 정전 잠상 유지 부재의 회전 방향을 따라서 세척 부제의 상류 또는 하류 위치에 위치될 수도 있다.
상술한 정전성 브러쉬로서, 카본 블랙, 금속 산화물 등과 같은 도전성 필러(filler)를 함유하는 수지로 이루어진 섬유물 또는 상술한 도전성 필러로 표면이 피복된 섬유물을 사용할 수 있지만 이 브러쉬는 이들에 한정되지 않는다.
본 발명의 화상 형성 방법은 본 발명의 화상 형성 방법에 사용되는 화상 형성 장치의 일예를 나타낸 도면을 사용하여 설명하였지만, 본 발명은 공지된 정보에기초하여 다른 선택적 요소에 대하여 임의로 변경 및 수정할 수 있으며 본 발명에서 제한한 구성에 한정되지 않는다.
B. 보급용 토너 및 그 제조 방법
본 발명의 보급용 토너는 상술한 본 발명의 화상 형성 방법에 사용되는 것에 특징이 있다. 본 발명의 보급용 토너는 화상 형성 방법에 대한 제 1 예에 따른 본 발명 또는 제 2 예에 따른 본 발명의 2 종류의 구성을 함유하는 현상제, 또는 양 구성을 갖는 현상제를 포함한다. 특히, 이하 3개의 예 (a) 내지 (c)에 대하여 기술한다.
(a) 보급용 토너에 함유되는 캐리어는 코어 재료상에 도전성 재료를 함유하는 수지를 피복함으로써 제조되고, 코어 재료를 피복하는 상술한 수지는 카르복실기, 플루오르를 함유하는 모노머, 3 내지 10 탄소 원자를 갖는 분기상 알킬 메타크릴레이트 모노머, 1 내지 3 탄소 원자를 갖는 리니어 알킬기를 함유하는 알킬 메타크릴레이트 모노머 및/또는 1 내지 3 탄소 원자를 갖는 리니어 알킬기를 함유하는 알킬 아크릴레이트 모노머로 이루어진 공중합체이다.
(b) 보급용 토너에 함유되는 토너는 3 내지 10㎛의 체적 평균 입자 크기를 가지며, 수학식 1의 토너 형상 계수(SF1)는 110 내지 135이다:
(수학식 1)
SF1=R2/A ×π/4 × 100
(여기서, R은 토너의 최대 길이를 나타내고, A는 토너의 투영 면적을 나타냄).
(c) 상술한 캐리어(a)와 토너(b)의 조합
본 발명에 있어서 보급용 토너의 세부적이고 바람직한 예 등은 "A. 화상 형성 장치"의 항에서 상세히 설명한 바와 같다.
본 발명의 보급용 토너를 상술한 바와 같이 주어진 토너와 캐리어를 혼합하여 제조한다. 보급용 토너는, 본 발명의 상술한 화상 형성 방법에 있어서 상술한 현상제 회수 기구에 의해서 회수된 초과 현상제로부터 캐리어를 선택하고, 그 캐리어 전부 또는 일부를 토너에 혼합시킴으로써 제조될 수도 있다.
본 발명의 화상 형성 방법에 있어서, 트리클 현상 시스템을 채용하고 있기 때문에 보급용 토너의 보급으로 초과 현상제가 현상제로부터 회수되며, 회수된 현상제로부터 캐리어를 선택하고 이들을 보급용 토너의 원 재료의 적어도 일부로서 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 이로 인해서 자원을 절약할 수 있기 때문이다.
이 경우에, 상술한 선택된 캐리어의 체적 고유 저항이 107내지 1014Ω·㎝의 범위에 있기 때문에, 생성되는 보급용 토너의 모든 캐리어가 재생된 캐리어로 대체되고, 상술한 범위를 벗어난 경우, 예를 들면 새로운 캐리어와 혼합하여 체적 고유 저항을 제어하여 상술한 범위내로 저항을 제한하는 것이 바람직하다. 상술한 범위 내로 캐리어의 체적 고유 저항을 제한함으로써, 토너상의 우수한 대전 특성이 확보되어 전체적으로 특성이 좋은 새로운 제품이 제조된다. 토너에 혼합되는 전체 캐리어의 체적 고유 저항은 108내지 1013Ω·㎝의 범위에 있는 것이 바람직하다.
C. 캐리어 함유 토너 카트리지
트리클 현상 모드의 화상 형성 장치에 보급용 토너를 수용하는 캐리어 함유 토너 카트리지가 장착되며, 그 보급용 토너는 화상 형성 장치의 현상기에 연속적으로 또는 간헐적으로 보급된다. 이러한 캐리어 함유 토너 카트리지에 수용되는 보급용 토너로서, 본 발명의 상술한 보급용 토너가 수용되는 것이 바람직하다.
예
이하 예들은 본 발명을 명확히 나타내고 있지만 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다. 이하 설명에서, "부"는 모두 중량부이다.
[측정 방법]
이하 예와 비교예에서, 토너, 캐리어 및 현상제는 이하의 방법에 따라서 측정이 수행되었다.
<참 비중의 측정>
참 비중은 르샤테리어 비중 바틀(Le Chatelier's specific gravity bottle)을 사용하는 JIS-K-0061, 5-2-1에 따라서 측정되었다.
(1) 에틸 알콜의 약 250ml를 르샤테리어 비중 바틀에 채워서 메니스커스가 눈금에 도달하도록 제어한다.
(2) 비중 바틀을 일정 온도의 물탱크에 침지시키고, 수온이 20.0±0.2℃에 도달한 경우, 메니스커스의 위치를 비중 바틀의 눈금에 기초하여 정확하게 읽는다(정확도 0.025ml).
(3) 시료의 약 100g을 질량 측정하고, 이 질량은 정확하게 측정하고 W(g)으로 표시된다.
(4) 질량을 측정한 시료를 비중 바틀에 채우고 액상의 거품을 제거한다.
(5) 비중 바틀을 일정 온도 물탱크에 침지시키고, 수온이 20.0±0.2℃에 도달한 경우, 메니스커스의 위치를 비중 바틀의 눈금에 기초하여 정확하게 읽는다(정확도 0.025ml).
(6) 참 비중을 이하 수학식으로 계산한다.
D = W/(L2-L1)
S = D/0.9982
이 식에서, 각각 D는 시료(20℃)의 밀도(g/㎤)를 나타내고, S는 시료(20℃)의 참 비중을 나타내고, W는 시료의 질량(g)을 나타내고, L1은 비중 바틀(20℃)에 시료를 채우기 전의 메니스커스의 판독 값(ml)을 나타내고, L2는 비중 바틀(20℃)에 시료를 채운 후의 메니스커스의 판독 값(ml)을 나타내고, 0.9982는 20℃에서의 물의 밀도(g/㎤)를 나타낸다.
<외부 첨가제의 초기 입자 크기의 측정 및 그의 표준 편차>
이들은 레이저 회절/분산 형 입자 크기 분포 측정 장치(HORIBA LA-910)를 사용하여 측정하였다.
<외부 첨가제의 구형도>
첨가제의 구형도(ψ)로서, 수학식 3으로 표시되는 Wadell의 구형도를 이용하였다.
구형도(ψ) = S1/S2
(여기서, S1은 실제 입자의 체적과 동일한 체적을 갖는 표면적을 나타내고, S2는 실제 입자의 표면적 그 자체를 나타냄).
이 경우에, S1은 평균 입자 크기로부터 계산된다. S2는 시마즈사(Shimadzu Corp)에 의해서 제조된 분말 고유 표면적 측정 장치 SS-100 형을 사용하여 BET 고유 표면적으로 대체된다.
<토너 입자의 형상 계수(SF1)>
토너 입자의 토너 형상 계수(SF1)는 상술한 바와 같고 특히 광학 현미경으로 화상 분석 장치(Nireco Corporation에 의해서 제조된 LUZEX Ⅲ)에 토너 화상의 확대 화상을 입력하여 이를 분석함으로써 측정된다.
<캐리어의 형상 계수>
캐리어의 형상 계수는 상술한 토너 입자의 토너 형상 계수(SF1)와 동일한 방식으로 측정된다.
<포화 자화의 측정>
시료의 일정양을 VSM 통상 온도 시료 케이스 분말(H-2902-151)로서 수집하여 정확하게 질량을 달고, 그 후 포화 자화는 진동 시료형 자기 계측기, BHV-525(Riken Denshi K.K.에 의해서 제조됨)를 사용해서 398 kA/m(5kOe)의 자계에서 측정된다.
<체적 고유 저항의 측정>
체적 고유 저항의 측정은 도 2 에 나타낸 장치를 이용하여 행하여 졌다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 측정 시료(53)를 하부 전극(54)과 상부 전극(52)에 의해서 사이에 끼우고, 측정 시료(53)의 두께(H)를 상부측으로부터 압력을 가하면서 다이얼 게이지(dial gauge)에 의해서 측정하고, 측정 시료(53)의 체적 고유 저항은 고전압 저항계(55)에 의해서 측정된다.
특히, 외부 첨가제로서 산화 티탄을 측정 시료(53)로서 사용한 경우, 100mmΦ의 직경과 약 2mm의 두께를 갖는 측정 디스크를, 500kg/㎠의 압력을 몰딩기에 인가하여 제조하고, 그후 이 디스크의 표면을 브러쉬로 세척하고, 한 셀에서 상부 전극(52)과 하부 전극(54)(양전극은 100mmΦ의 직경을 가짐) 사이에 끼우고 두께(H)를 다이얼 게이지에 의해서 측정한다. 그후, 전압을 고전압 저항계(55)에 의해서 인가하고 전류값을 판독함으로써 체적 고유 저항을 구한다.
한편, 캐리어를 측정 시료(53)로서 사용하는 경우, 캐리어를 100mmΦ직경의 하부 전극에 채우고, 동일한 직경의 상부 전극(52)을 세팅시키고 그 위에 3.43kg의 부하를 인가하고, 그 두께(H)를 다이얼 게이지에 의해서 측정한다. 그 후 전압을 고전압 저항계(55)에 의해서 인하가고 전류값을 판독함으로써 체적 고유 저항을 구한다.
[외부 첨가제]
이하 예와 비교예에서, (A) 내지 (K) 중 임의의 첨가제를 토너에 대한 첨가제로서 사용하였다.
(A) 모노 분산 구형 실리카 A
졸겔 방법에 의해서 얻어진 실리카 졸에 헥사메틸디실라젠으로 소수화 처리(이하 간략히 HMDS 처리라 함)를 행하고, 건조시키고 분쇄시킴으로써 참 비중이 1.50이고, 구형도(ψ)가 0.85이며 체적 평균 입자 크기(D50)가 135nm(표준 편차 = 29nm)인 구형 모노 분산 실리카 A가 얻어진다.
(B) 모노 분산 구형 실리카 B
졸겔 방법에 의해서 얻어진 실리카 졸에 HMDS 처리를 행하고, 건조시키고 분쇄시킴으로써 참 비중이 1.60이고, 구형도(ψ)가 0.9이며 체적 평균 입자 크기(D50)가 80nm(표준 편차 = 13nm)인 구형 모노 분산 실리카 B가 얻어진다.
(C) 모노 분산 구형 실리카 C
졸겔 방법에 의해서 얻어진 실리카 졸에 HMDS 처리를 행하고, 건조시키고 분쇄시킴으로써 참 비중이 1.50이고, 구형도(ψ)가 0.70이며 체적 평균 입자 크기(D50)가 100nm(표준 편차 = 40nm)인 구형 모노 분산 실리카 C가 얻어진다.
(D) 증기 실리카 D
참 비중이 2.20이고, 구형도(ψ)가 0.58이며 체적 평균 입자 크기(D50)가 40nm(표준 편차 = 20nm)인 상업적으로 입수 가능한 증기 실리카 RY50 (Nippon Aerosil Co. Ltd.에 의해서 제조됨)를 준비하여 이를 증기 실리카 D로서 사용한다.
(E) 실리콘 수지 미세 입자
참 비중이 1.32이고, 구형도(ψ)가 0.90이며 체적 평균 입자 크기(D50)가500nm(표준 편차 = 100nm)인 실리콘 수지 미세 입자를 준비한다.
(F) 폴리메틸 메타크릴레이트 수지 입자
참 비중이 1.16이고, 구형도(ψ)가 0.95이며 체적 평균 입자 크기(D50)가 300nm(표준 편차 = 100nm)인 폴리메틸 메타크릴레이트 수지 입자를 준비한다.
(G) 증기 실리카 G
참 비중이 2.2이고, 구형도(ψ)가 0.40이며 체적 평균 입자 크기(D50)가 12nm(표준 편차 = 5nm)인 상업적으로 입수 가능한 증기 실리카 RX200 (Nippon Aerosil Co. Ltd.에 의해서 제조됨)를 준비하여 이를 증기 실리카 G로서 사용한다.
(H) 산화 티탄 (a)
참 비중이 4.2이고, 부 직경이 15nm이고, 주 직경이 35nm인 상업적으로 입수 가능한 루틸(rutile)형 산화 티탄, MT-3103(Tayca Corporation에 의해서 제조됨)을 준비하고 이를 산화 티탄 (a)으로서 사용한다.
(I) 산화 티탄 (b)
참 비중이 4.2이고 체적 평균 입자 크기(D50)가 50nm인 상업적으로 입수 가능한 아나타세(anatase)형 산화 티탄, STT-65C(Titan Kogyo K.K.에 의해서 제조됨)을 준비하고 이를 산화 티탄 (b)으로서 사용한다.
(J) 윤할제 (a)
솔리드 알콜 UNILIN(Toyo-Petrolite Co., Ltd에 의해서 제조됨)을 분쇄시켜서 체적 평균 입자 크기가 5㎛인 솔리드 형태의 윤할제를 준비하고 이를 윤할제(a)로서 사용한다.
(K) 윤할제 (b)
상업적으로 입수 가능한 메탈 솝(Sakai Chemical Industry Co., Ltd.에 의해서 제조된 스테아르산 아연)[체적 평균 입자 크기는 3㎛임]을 그대로 사용하고 이를 윤할제 (b)로서 사용한다.
(L) 산화 세륨
상업적으로 입수 가능한 산화 세륨, E10(Mitsui Mininig & Smelting co., Ltd.에 의해서 제조됨)[체적 평균 입자 크기는 0.7㎛임]를 그대로 사용한다.
[토너 입자의 제조]
(토너 입자 A(블랙)의 제조)
· 스티렌-n-부틸 아크릴레이트 공중합체(Tg = 58℃, Mn = 4000, Mw = 24000)100 중량부
· 카본 블랙(Mogul L: Cabot Corporation에 의해서 제조됨) 3 중량부
상술한 구성 성분의 혼합은 익스트루더(extruder)에 의해서 교반(攪拌)시키고 제트 분쇄기에 의해서 분쇄시키고 그 다음 풍력식 분급기에 의해서 분산시킴으로써 체적 평균 입자 크기(D50)가 5.0㎛이고 토너 형상 계수(SF1)가 139.8인 토너 입자 A(블랙)를 제조한다.
(토너 입자 B(블랙)의 제조)
수지 분산액 (1)의 제조
· 스티렌370g
· n-부틸 아크릴레이트30g
· 아클릴산8g
·도데케인 티올(Dodecane thiol)24g
·카본 테트라브로마이드4g
상술한 성분을 혼합하여 용해시키고, 이 용액을 유화(乳化)하고, 플라스크에서 이온 교환수 550g에 언이온 계면활성제(Neogen SC: Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.에 의해서 제조됨) 10g과 비이온 계면활성제(nonionic surfactant)(Nonipol 400: Sanyo Chemical Industries, Ltd.에 의해서 제조됨) 6g을 용해시킴으로써 준비된 용액에 분산시키고, 이에 부가하여, 이온 교환수 50g에 암모늄 퍼설페이트(persulfate) 4g을 용해시킴으로써 준비된 용액을 첨가하여 10분 동안 천천히 혼합시킨다. 니트로겐으로 세척한 후에, 상술한 플라스크를 오일 용기내에서 저어가면서 온도가 70℃에 이를 때까지 가열하고, 동일 조건 하에서 5시간 동안 에멀션 중합화를 계속한다. 결과적으로, 평균 입자 크기가 155nm이고 Tg가 59℃이고 중량 평균 분자량(Mw)이 12000인 분산된 수지 입자를 포함하는 수지 분산 액(1)이 얻어진다.
수지 분산액(2)의 제조
·스티렌280g
·n-부틸 아크릴레이트120g
·아크릴산8g
상술한 구성 성분을 혼합하고 용해하고, 이 용액을 유화하고, 플라스크에서 이온 교환수 550g에 언이온 계면활성제(Neogen SC: Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.에 의해서 제조됨) 12g과 비이온 계면활성제(nonionic surfactant)(Nonipol 400: Sanyo Chemical Industries, Ltd.에 의해서 제조됨) 6g을 용해시킴으로써 준비된 용매에 분산시키고, 이에 부가하여, 이온 교환수 50g에 암모늄 퍼설페이트(persulfate) 3g을 용해시킴으로써 준비된 용액을 첨가하여 10분 동안 천천히 혼합시킨다. 니트로겐으로 세척한 후에, 상술한 플라스크를 오일 용기내에서 저어가면서 온도가 70℃에 이를 때까지 가열하고, 동일 조건 하에서 5시간 동안 에멀션 중합화를 계속하였다. 결과적으로, 평균 입자 크기가 105nm이고 Tg가 53℃이고 중량 중량 평균 분자량(Mw)이 550000인 분산된 수지 입자를 포함한 수지 분산액 (2)이 얻어진다.
착색제 분산액(1)의 제조
· 카본 블랙(Mogul L: Cabot Corporation에 의해서 제조됨)50g
·비이온 계면활성제(Nonipol 400: Sanyo Chemical Industries, Ltd.에 의해서 제조됨)5g
·이온 교환수200g
상술한 구성 성분을 혼합하고 용해하고, 균질화제(UltraTalax T50 : IKA K.K.에 의해서 제조됨)를 사용하여 10분 동안 분산시킴으로써, 평균 입자 크기가 250nm인 분산된 착색제(카본 블랙)입자를 포함하는 착색제 분산액(1)이 준비된다.
이형제 분산액
·파라핀 왁스(HNP0190: Nippon Seiro Co.에 의해서 제조되고 녹는점은 85℃임) 50g
·캐시온 계면활성제(Saniol B50 : Kao Corp.에 의해서 제조됨) 5g
·이온 교환수200g
상술한 성분을 혼합하여 95℃로 가열하고 둥근 스테인레스 스틸 플라스크내에서 균질화제를 사용하여 10 분 동안 분산시키고, 그 후에 압력 배출형 균질화제에 의해서 분산시킴으로써 550nm의 평균 입자 크기를 갖는 분산된 이형제 입자를 포함하는 이형제 분산액이 준비된다.
토너 입자 B(블랙)의 제조
·수지 분산액(1)120g
·수지 분산액(2)80g
·착색제 분산액(1)200g
·이형제 분산액40g
·캐시온 계면활성제(Sanisol B50: Kao Corp.에 의해서 제조됨) 1.5g
상술한 성분을 혼합하고, 둥근 스테인레스 스틸 플라스크내에서 균질화제(UltraTalax T50 : IKA K.K.에 의해서 제조됨)를 이용하여 분산시키고, 그 후, 이 분산액을, 가열 오일 용기내의 플라스크에 있는 내용물을 저어가면서 온도가 50℃에 이를 때까지 가열한다. 이 분산액을 20분 동안 45℃로 유지시키고, 그후 광학 현미경으로 이 분산액을 관찰하여 약 4.0 ㎛의 체적 평균 입자 크기를 갖는 응집 입자의 형태를 확인하였다. 또한, 상술한 혼합액에 수지 분산액(1) 60g을천천히 첨가한다. 가열 오일 용기의 온도를 50℃까지 올려서 30분 동안 유지한다. 이 분산액을 광학 현미경으로 관찰하여 약 4.8 ㎛의 체적 평균 입자 크기를 갖는 응집 입자의 형태를 확인하였다.
상술한 혼합 용액에 언이온 계면 활성제(Neogen SC: Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.에 의해서 제조됨) 3g을 첨가하고, 그후 상술한 스테인레스 스틸 플라스크를 자성 밀봉제를 이용하여 밀봉하여 저어가면서 105℃까지 가열하고 4시간 동안 유지한다. 그후, 용매를 냉각시키고 반응 물질을 여과시키고 이온 교환수로 완전히 세척하고 건조시켜서 토너 입자 B(블랙)를 제조한다. 결과적인 토너 입자 B(블랙)는 토너 형상 계수(SF1)가 118.5이며 체적 평균 입자 크기(D50)는 5.2㎛이다.
토너 입자 B(시안)의 제조
토너 형상 계수(SF1)가 119이고 체적 평균 입자 크기(D50)가 5.4 ㎛인 토너 입자 B(시안)를, (토너 입자 B(블랙)의 제조에서) 착색제 분산액(1) 대신에 이하의 착색제 분산액(2)을 이용한 것을 제외하고는 (토너 입자 B(블랙)의 제조와) 동일한 방식으로 제조한다.
착색제 분산액(2)의 제조
·시안 안료 : C.I. Pigment Blue 15:370g
·비이온 계면활성제(Nonipol 400: Sanyo Chemical Industries, Ltd.에 의해서 제조됨)5g
·이온 교환수200g
상술한 성분을 혼합하고 용해하고, 균질화제(UltraTalax T50 : IKA K.K.에 의해서 제조됨)를 사용하여 10분 동안 분산시킴으로써, 평균 입자 크기가 250nm인 분산된 착색제(시안 안료)입자를 포함하는 착색제 분산액(1)이 준비된다.
토너 입자 B(마젠타)의 제조
토너 형상 계수(SF1)가 120.5이고 체적 평균 입자 크기(D50)가 5.5㎛인 토너 입자 B(마젠타)를, (토너 입자 B(블랙)의 제조에서) 착색제 분산액(1) 대신에 이하의 착색제 분산액(3)을 이용한 것을 제외하고는 (토너 입자 B(블랙)의 제조와) 동일한 방식으로 제조하였다.
착색제 분산액(3)의 제조
·마젠타 안료 : C.I.Pigment Red 12270g
·비이온 계면활성제(Nonipol 400: Sanyo Chemical Industries, Ltd.에 의해서 제조됨)5g
·이온 교환수200g
상술한 성분을 혼합하고 용해하고, 균질화제(UltraTalax T50 : IKA K.K.에 의해서 제조됨)를 사용하여 10분 동안 분산시킴으로써, 평균 입자 크기가 250nm인 분산된 착색제(마젠타 안료)입자를 포함하는 착색제 분산액(3)이 준비된다.
토너 입자 B(옐로)의 제조
토너 형상 계수(SF1)가 120이고 체적 평균 입자 크기(D50)가 5.3㎛인 토너 입자 B(옐로)를, (토너 입자 B(블랙)의 제조에서) 착색제 분산액(1) 대신에 다음 착색제 분산액(4)을 이용한 것을 제외하고는 (토너 입자 B(블랙)의 제조와) 동일한 방식으로 제조한다.
착색제 분산액(4)의 제조
·옐로 안료 : C.I.Pigment Yellow 180100g
·비이온 계면활성제(Nonipol 400: Sanyo Chemical Industries, Ltd.에 의해서 제조됨)5g
·이온 교환수200g
상술한 성분을 혼합하고 용해하고, 균질화제(UltraTalax T50 : IKA K.K.에 의해서 제조됨)를 사용하여 10분 동안 분산시킴으로써, 평균 입자 크기가 250nm인 분산된 착색제(옐로 안료)입자를 포함하는 착색제 분산액(4)이 준비된다.
토너 입자 C(블랙)의 제조
·수지 분산액(1)120g
·수지 분산액(2)80g
·착색제 분산액(1)200g
·이형제 분산액40g
·캐시온 계면활성제(Sanisol B50: Kao Corp.에 의해서 제조됨) 1.5g
둥근 스테인레스 스틸 플라스크내에서 균질화제(UltraTalax T50 : IKA K.K.에 의해서 제조됨)를 이용하여 상술한 성분을 혼합 및 분산시키고, 그 후, 가열 오일 용기내에서 플라스크에 있는 내용물을 저어가면서 pH를 제어하는 동안 온도가 50℃에 이를 때까지 가열한다. 이 분산액을 20분 동안 40℃로 유지시키고, 그후광학 현미경으로 관찰하여 약 5.0 ㎛의 체적 평균 입자 크기를 갖는 응집 입자의 형태를 확인하였다. 또한, 상술한 혼합액에 수지 분산액(1) 60g을 천천히 첨가한다. 가열 오일 용기의 온도를 45℃까지 올려서 20분 동안 유지한다. 이 분산액을 광학 현미경으로 관찰하여 약 5.6 ㎛의 체적 평균 입자 크기를 갖는 응집 입자의 형태를 확인하였다.
상술한 혼합 용액에 언이온 계면 활성제(Neogen SC: Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.에 의해서 제조됨) 3g을 첨가하고, 그후 상술한 스테인레스 스틸 플라스크를 자성 밀봉제를 이용하여 밀봉하여 저어가면서 90℃까지 가열하고 4시간 동안 유지한다. 그후, 용액을 냉각시키고 반응 물질을 여과시키고 이온 교환수로 완전히 세척하고 건조시켜서 토너 입자 C(블랙)가 제조된다. 결과적인 토너 입자 C(블랙)는 토너 형상 계수(SF1)가 134.5이며 체적 평균 입자 크기(D50)는 5.6㎛이다.
토너 입자 C(시안)의 제조
토너 형상 계수(SF1)가 131이고 체적 평균 입자 크기(D50)가 5.7 ㎛인 토너 입자 C(시안)를, (토너 입자 C(블랙)의 제조에서) 착색제 분산액(1) 대신에 상술한 착색제 분산액(2)을 이용한 것을 제외하고는 (토너 입자 C(블랙)의 제조와) 동일한 방식으로 제조한다.
토너 입자 C(마젠타)
토너 형상 계수(SF1)가 130이고 체적 평균 입자 크기(D50)가 5.5㎛인 토너 입자 C(마젠타)를, (토너 입자 C(블랙)의 제조에서) 착색제 분산액(1) 대신에 상술한착색제 분산액(3)을 이용한 것을 제외하고는 (토너 입자 C(블랙)의 제조와) 동일한 방식으로 제조한다.
토너 입자 C(예로)의 제조
토너 형상 계수(SF1)가 134이고 체적 평균 입자 크기(D50)가 5.7㎛인 토너 입자 C(옐로)를, (토너 입자 C(블랙)의 제조에서) 착색제 분산액(1) 대신에 상술한 착색제 분산액(4)을 이용한 것을 제외하고는 (토너 입자 C(블랙)의 제조와) 동일한 방식으로 제조한다.
토너 입자 D(블랙)의 제조
토너 입자 C(블랙)를 분위기 70℃하에서 고온 공기 처리를 하여 그의 형태를 구형에 가깝게 만들어서 토너 입자 D(블랙)로 사용한다. 토너 입자 D는 토너 형상 계수(SF1)가 185이고 체적 평균 입자 크기(D50)가 5.6㎛이다.
[캐리어의 제조]
(캐리어 피복 수지 A의 제조)
50중량%의 메틸 메타크릴레이트, 40중량%의 이소부틸 메타크릴레이트, 7중량%의 퍼플루오로악틸에틸 메타크릴레이트, 및 3 중량%의 아크릴산을, 톨루엔 용매를 이용한 용액 중합화에 의해서 랜덤-공중합되어, 중량 평균 분자량(Mw)이 48000인 캐리어 피복 수지 A가 얻어진다.
(캐리어 피복 수지 B의 제조)
50중량%의 메틸 메타크릴레이트, 43중량%의 이소부틸 메타크릴레이트,7중량%의 퍼플루오로악틸에틸 메타크릴레이트를, 톨루엔 용매를 이용한 용액 중합화에 의해서 랜덤-공중합되어, 중량 평균 분자량(Mw)이 46000인 캐리어 피복 수지 B가 얻어진다.
(캐리어 피복 수지 C의 제조)
80중량%의 메틸 메타크릴레이트, 15중량%의 스티렌, 5중량%의 퍼플루오로악틸에틸 메타크릴레이트를, 톨루엔 용매를 이용한 용액 중합화에 의해서 랜덤-공중합되어, 중량 평균 분자량(Mw)이 50000인 캐리어 피복 수지 C가 얻어진다.
(캐리어 A의 제조)
· 페라이트 입자(평균 입자 크기 : 40㎛)100부
· 톨루엔14부
· 캐리어 피복 수지 A2부
· 카본 블랙(R330: Carbot Corporation에 의해서 제조됨)0.2부
· 멜라민 미세 입자0.3부
먼저, 상기 페라이트 입자를 제외한 상술한 구성 성분 모두를 교반기에 의해서 10 분 동안 교반시켜서 분산 피복층 형성 용액을 준비한다. 그후, 이 피복층 형성 용액과 페라이트 수지를 진공탈기형 분쇄기 내에 위치시키고 60℃에서 30분 동안 교반시키고, 그 다음 가열하여 건조시키면서 압력을 점차로 낮추어 탈기시킴으로써 캐리어 A가 제조된다. 결과적인 캐리어 A는 형상 계수가 118이고, 시질적인 비중은 4.5이고, 포화자화는 63emu/g이고, 1000V/㎝의 전계 인가시의 체적 고유저항은 1011Ω·㎝이다.
(캐리어 B의 제조)
· 페라이트 입자(평균 입자 크기 : 40㎛)100부
· 톨루엔14부
· 캐리어 피복 수지 A1.5부
· 카본 블랙(R330: Carbot Corporation에 의해서 제조됨)0.2부
· 멜라민 미세 입자0.3부
먼저, 상기 페라이트 입자를 제외한 상술한 구성 성분 모두를 교반기에 의해서 10 분 동안 교반시켜서 분산 피복층 형성 용액을 준비한다. 그후, 이 피복층 형성 용액과 페라이트 수지를 진공탈기형 분쇄기 내에 위치시키고 60℃에서 30분 동안 교반시키고, 그 다음 가열하여 건조시키면서 압력을 점차로 낮추어 탈기시킴으로써 캐리어 B가 제조된다. 결과적인 캐리어 B는 형상 계수가 119이고, 시질적인 비중은 4.5이고, 포화자화는 63emu/g이고, 1000V/㎝의 전계 인가시의 체적 고유 저항은 107Ω·㎝이다.
(캐리어 C의 제조)
· 페라이트 입자(평균 입자 크기 : 40㎛)100부
· 톨루엔14부
· 피복 수지 A3부
· 카본 블랙(R330: Carbot Corporation에 의해서 제조됨)0.1부
· 멜라민 미세 입자0.3부
먼저, 상기 페라이트 입자를 제외한 상술한 구성 성분 모두를 교반기에 의해서 10 분 동안 교반시켜서 분산 피복층 형성 용액을 준비한다. 그후, 이 피복층 형성 용액과 페라이트 수지를 진공탈기형 분쇄기 내에 위치시키고 60℃에서 30분 동안 교반시키고, 그 다음 가열하여 건조시키면서 압력을 점차로 낮추어 탈기시킴으로써 캐리어 C가 제조된다. 결과적인 캐리어 C는 형상 계수가 118이고, 시질적인 비중은 4.5이고, 포화자화는 63emu/g이고, 1000V/㎝의 전계 인가시의 체적 고유 저항은 1014Ω·㎝이다.
(캐리어 D의 제조)
· 페라이트 입자(평균 입자 크기 : 40㎛)100부
· 톨루엔14부
· 피복 수지 A2부
· 멜라민 미세 입자0.3부
먼저, 상기 페라이트 입자를 제외한 상술한 구성 성분 모두를 교반기에 의해서 10 분 동안 교반시켜서 분산 피복층 형성 용액을 준비한다. 그후, 이 피복층 형성 용액과 페라이트 수지를 진공탈기형 분쇄기 내에 위치시키고 60℃에서 30분 동안 교반시키고, 그 다음 가열하여 건조시키면서 압력을 점차로 낮추어 탈기시킴으로써 캐리어 D가 제조된다. 결과적인 캐리어 D는 형상 계수가 118이고, 시질적인 비중은 4.5이고, 포화자화는 63emu/g이고, 1000V/㎝의 전계 인가시의 체적 고유저항은 1016Ω·㎝이다.
(캐리어 E의 제조)
· 페라이트 입자(평균 입자 크기 : 40㎛)100부
· 톨루엔14부
· 피복 수지 B2부
· 카본 블랙(R330: Carbot Corporation에 의해서 제조됨)0.2부
· 멜라민 미세 입자0.3부
먼저, 상기 페라이트 입자를 제외한 상술한 구성 성분 모두를 교반기에 의해서 10 분 동안 교반시켜서 분산 피복층 형성 용액을 준비한다. 그후, 이 피복층 형성 용액과 페라이트 수지를 진공탈기형 분쇄기 내에 위치시키고 60℃에서 30분 동안 교반시키고, 그 다음 가열하여 건조시키면서 압력을 점차로 낮추어 탈기시킴으로써 캐리어 E가 제조된다. 결과적인 캐리어 E는 형상 계수가 118이고, 시질적인 비중은 4.5이고, 포화자화는 63emu/g이고, 1000V/㎝의 전계 인가시의 체적 고유 저항은 1011Ω·㎝이다.
(캐리어 F의 제조)
· 페라이트 입자(평균 입자 크기 : 40㎛)100부
· 톨루엔14부
· 피복 수지 C2부
· 카본 블랙(R330: Carbot Corporation에 의해서 제조됨)0.2부
· 멜라민 미세 입자0.3부
먼저, 상기 페라이트 입자를 제외한 상술한 구성 성분 모두를 교반기에 의해서 10 분 동안 교반시켜서 분산 피복층 형성 용액을 준비한다. 그후, 이 피복층 형성 용액과 페라이트 수지를 진공탈기형 분쇄기 내에 위치시키고 60℃에서 30분 동안 교반시키고, 그 다음 가열하여 건조시키면서 압력을 점차로 낮추어 탈기시킴으로써 캐리어 F가 제조된다. 결과적인 캐리어 F는 형상 계수가 118이고, 시질적인 비중은 4.5이고, 포화자화는 63emu/g이고, 1000V/㎝의 전계 인가시의 체적 고유 저항은 1011Ω·㎝이다.
[예 1]
상술한 토너 입자 B(블랙), 토너 입자 B(시안), 토너 입자 B(마젠타), 및 토너 입자 B(옐로)의 각 100부에 대해서, 2부의 상술한 모노 분산 구형 실리카 A, 1부의 산화 티탄(a), 0.8부의 증기 실리카 D, 0.5부의 산화 세륨, 및 0.3부의 윤할제 (a)를 외부 접착제로서 혼합하고, 이들을 15분 동안 Henschel 믹서에 의해서 32m/s의 둘레 속도로 석고, 그후 응집 입자를 45㎛의 고운 체를 사용하여 제거하여 4 컬러 토너가 얻어진다. 결과적인 토너를 호퍼(hopper)에 각각 초기 저장하고, 나사 송곳(auger)을 통해서 호퍼로부터 카트리지로 충전시키고, 그후, 캐리어 A 를 토너 100g 당 캐리어 20g의 비율로 충전하고 랩핑(wrapping)을 수행함으로써, 4 컬러 카트리지를 포함하는 토너 카트리지가 얻어진다(보급용 토너 내의 캐리어의 함유량은 약 16.7%이다.
한편, 8부의 상술한 토너 입자와 100부의 상술한 캐리어 A를 V형 혼합기를 사용하여 40rpm으로 20분 동안 교반시키고 177㎛ 체눈을 가진 체를 가지고 체로 쳐서 4 컬러 개시 현상제가 얻어졌다.
[예 2]
100부의 상술한 토너 입자 B(블랙)에 대해서, 2부의 상술한 모노 분산 구형 실리카 B, 1 중량부의 산화 티탄(a), 0.8부의 증기 실리카 D, 0.5부의 산화 세륨 및 0.3부의 윤할제 (a)를 외부 접착제로서 혼합하고, 이들을 Henschel 믹서에 의해서 32m/s의 둘레 속도로 15분 동안 혼합시키고, 그후 응집 입자를 45㎛ 체눈을 가진 체를 사용하여 제거함으로써 토너 입자가 얻어진다. 결과적인 토너를 호퍼에 초기 저장하고, 나사 송곳을 통해서 호퍼로부터 캐리어 함유 토너 카트리지에 충전시키고, 그후 캐리어 A를 토너 100g당 캐리어 20g의 비율로 충전시키고 랩핑을 수행함으로써 캐리어 함유 토너 카트리지(보급용 토너의 캐리어의 함유량은 약 16.7%)가 얻어진다.
한편, 8부의 상술한 토너와 100부의 상술한 캐리어 A를 V형 혼합기를 사용하여 40rpm으로 20분 동안 교반시키고, 177㎛의 체눈을 가진 체를 가지고 체로 쳐서 개시 현상제가 얻어진다.
[예 3]
캐리어 함유 토너 카트리지와 개시 현상제는, 예 2에서 모노 분산 구형 실리카 B 대신에 상술한 모노 분산 구형 실리카 C를 사용하는 것을 제외하고는 예 2에서의 방식과 동일한 방식에 의해서 얻어진다.
[예 4]
캐리어 함유 토너 카트리지 및 개시 현상제는, 예 2에서 토너 입자 B(블랙) 대신에 상술한 토너 입자 A(블랙)를 상용하는 것을 제외하고는 예 2에서 방식과 동일한 방식에 의해서 얻어진다.
[예 5]
100부의 상술한 토너 입자 C(블랙), 토너 입자 C(시안), 토너 입자 C(마젠타) 및 토너 입자 C(옐로)에 대해서, 2부의 상술한 구형 실리카 A, 1 중량부의 산화 티탄 (a), 0.8부의 증기 실리카 D, 0.5부의 산화 세륨 및 0.3부의 윤할제 A를 외부 접착제로서 혼합하고, 이들을 Henschel 믹서에 의해서 32m/s의 둘레 속도로 15분 동안 석고, 그후 45㎛의 체눈을 가진 체를 사용하여 응집된 입자를 제거함으로써 4 컬러 토너가 얻어진다. 결과적인 토너를 각각 호퍼에 초기 저장하고 송곳 나사를 통해서 호퍼로부터 카트리지로 저장하고 랩핑을 수행하여 4 컬러 캐리어를 포함하는 토너 카트리지(보급용 토너 내의 캐리어의 함유량은 약 13.0%)가 얻어진다.
한편, 8부의 상술한 토너와 100부의 상술한 캐리어 A를 V형 혼합기를 사용하여 40rpm으로 20분 동안 교반시키고 177㎛의 체눈을 가진 체를 가지고 체를 쳐서 4 컬러 개시 현상제가 얻어진다.
[예 6]
블랙 컬러와 개시 현상제만을 함유하는 캐리어 함유 토너 카트리지는, 예 5에서 얻어진 블랙 토너에서 캐리어 A 대신에 캐리어 B를 사용하는 것을 제외하고는예 5에서의 방식과 동일한 방식에 의해서 얻어진다.
[예 7]
블랙 컬러와 개시 현상제만을 함유하는 캐리어 함유 토너 카트리지는, 예 5에서 얻어진 블랙 토너에서 캐리어 A 대신에 캐리어 C를 사용하는 것을 제외하고는 예 5에서의 방식과 동일한 방식에 의해서 얻어진다.
[예 8]
100부의 상술한 토너 입자 D(블랙)에 대해서, 2부의 상술한 모노 분산 구형 실리카 A, 1 중량부의 산화 티탄(a), 0.8부의 증기 실리카 D, 0.5부의 산화 세륨 및 0.3부의 윤할제 (a)를 외부 접착제로서 혼합하고, 이들을 Henschel 믹서에 의해서 32m/s의 둘레 속도로 15분 동안 혼합시키고, 그후 응집 입자를 45㎛ 체눈을 가진 체를 사용하여 제거함으로써 토너가 얻어진다. 결과적인 토너를 호퍼에 초기 저장하고, 나사 송곳을 통해서 호퍼로부터 카트리지에 충전시키고, 그후 캐리어 A를 토너 100g당 캐리어 15g의 비율로 충전시키고 랩핑을 수행함으로써 캐리어 함유 토너 카트리지(보급용 토너의 캐리어의 함유량은 약 13.0%)가 얻어진다.
한편, 8부의 상술한 토너와 100부의 상술한 캐리어 A를 V형 혼합기를 사용하여 40rpm으로 20분 동안 교반시키고, 177㎛의 체눈을 가진 체를 가지고 체로 쳐서 개시 현상제가 얻어진다.
[예 9]
100부의 상술한 토너 입자 C(블랙)에 대해서, 2부의 상술한 실리콘 수지 입자, 1 중량부의 산화 티탄(a), 0.8부의 증기 실리카 D, 0.5부의 산화 세륨 및 0.3부의 윤할제 A를 외부 접착제로서 혼합하고, 이들을 Henschel 믹서에 의해서 32m/s의 둘레 속도로 15분 동안 혼합시키고, 그후 응집 입자를 45㎛ 체눈을 가진 체를 사용하여 제거함으로써 토너가 얻어진다. 결과적인 토너를 호퍼에 초기 저장하고, 나사 송곳을 통해서 호퍼로부터 카트리지에 충전시키고, 그후 캐리어 A를 토너 100g당 캐리어 15g의 비율로 충전시키고 랩핑을 수행함으로써 캐리어 함유 토너 카트리지(보급용 토너내의 캐리어의 함유량은 약 13.0%)가 얻어진다.
한편, 8부의 상술한 토너와 100부의 상술한 캐리어 A를 V형 혼합기를 사용하여 40rpm으로 20분 동안 교반시키고, 177㎛의 체눈을 가진 체를 가지고 체로 쳐서 개시 현상제가 얻어진다.
[예 10]
캐리어 함유 토너 카트리지와 개시 현상제는, 예 9에서 실리콘 수지 입자 대신에 상술한 폴리메틸 메타크릴레이트 수지 입자를 사용하는 것을 제외하고는 예 9에서의 방식과 동일한 방식에 의해서 얻어진다.
[예 11]
캐리어 함유 토너 카트리지와 개시 현상제는, 예 9에서 윤할제 (a) 대신에 윤할제 (b)를 사용하는 것을 제외하고는 예 9에서의 방식과 동일한 방식에 의해서 얻어진다.
[예 12]
캐리어 함유 토너 카트리지와 개시 현상제는, 예 9에서 윤할제 (a)를 생략한 것을 제외하고는 예 9에서의 방식과 동일한 방식에 의해서 얻어진다.
[예 13]
캐리어 함유 토너 카트리지와 개시 현상제는, 예 9에서 산화 세륨을 생략한 것을 제외하고는 예 9에서의 방식과 동일한 방식에 의해서 얻어진다.
[예 14]
100부의 상술한 토너 입자 C(시안)에 대해서, 1부의 상술한 산화 티탄 (b), 1 중량부의 산화 티탄(a), 0.8부의 증기 실리카 D, 0.5부의 산화 세륨 및 0.3부의 윤할제 A를 외부 접착제로서 혼합하고, 이들을 Henschel 믹서에 의해서 32m/s의 둘레 속도로 15분 동안 혼합시키고, 그후 응집 입자를 45㎛ 체눈을 가진 체를 사용하여 제거함으로써 토너가 얻어진다. 결과적인 토너를 호퍼에 초기 저장하고, 나사 송곳을 통해서 호퍼로부터 카트리지에 충전시키고, 그후 캐리어 A를 토너 100g당 캐리어 15g의 비율로 충전시키고 랩핑을 수행함으로써 캐리어 함유 토너 카트리지(보급용 토너내의 캐리어의 함유량은 약 13.0%)가 얻어진다.
한편, 8부의 상술한 토너와 100부의 상술한 캐리어 A를 V형 혼합기를 사용하여 40rpm으로 20분 동안 교반시키고, 177㎛의 체눈을 가진 체를 가지고 체로 쳐서 개시 현상제가 얻어진다.
[예 15]
캐리어 함유 토너 카트리지와 개시 현상제는, 예 14에서 산화 티탄(b) 대시에 상술한 증기 실리카 G를 사용하는 것을 제외하고는 예 14에서의 방식과 동일한 방식으로 얻어진다.
[예 16]
시안 컬러만을 함유하는 캐리어 함유 토너 카트리지는, 캐리어 A의 충전양을 15g에서 6g으로 변경한 것을 제외하고는 예 5에서의 방식과 동일한 방식으로 얻어진다(보급용 토너 내의 캐리어의 향유량은 약 6.4%). 본 예에서는 예 5에서와 동일한 개시 현상제를 사용한다.
[예 17]
시안 컬러만을 함유하는 캐리어 함유 토너 카트리지는, 예 5에서 얻어진 시안 토너에서 캐리어 A의 충전양을 15g에서 65g으로 변경한 것을 제외하고는 예 5에서의 방식과 동일한 방식으로 얻어진다(보급용 토너 내의 캐리어의 함유량은 39.4%). 본 예에서는 예 5에서와 동일한 개시 현상제를 사용한다.
[비교예 1]
시안 컬러만을 함유하는 캐리어 함유 토너 카트리지는, 예 5에서 얻어진 시안 토너를 예 5에서의 방식과 동일한 방식으로 카트리지에 충전시키고, 캐리어를 충전시키지 않고 랩핑을 수행하는 것을 제외하고 예 5에서의 방식과 동일한 방식으로 얻어진다(보급용 토너 내의 캐리어의 함유량은 약 0%). 본 비교예에서는 예 5에와 동일한 개시 현상제를 사용한다.
[비교예 2]
시안 컬러만을 함유하는 캐리어 함유 토너 카트리지는, 예 5에서 얻어진 시안 토너에서 캐리어 A의 충전양이 15g에서 200g으로 변경된 것을 제외하고는 예 5에서의 방식과 동일한 방식으로 얻어진다(보급용 토너 내의 캐리어의 향유량은 약 66.7%). 본 예에서는 예 5에와 동일한 개시 현상제를 사용한다.
[예 18]
블랙 컬러와 개시 현상제만을 함유하는 캐리어 함유 토너 카트리지는, 예 5에서 얻어진 블랙 토너에서 캐리어 A 대신에 캐리어 D를 사용하는 것을 제외하고는 예 5에서의 방식과 동일한 방식으로 얻어진다.
[예 19]
블랙 컬러와 개시 현상제만을 함유하는 캐리어 함유 토너 카트리지는, 예 5에서 얻어진 블랙 토너에서 캐리어 A 대신에 캐리어 E를 사용하는 것을 제외하고는 예 5에서의 방식과 동일한 방식으로 얻어진다.
[예 20]
블랙 컬러와 개시 현상제만을 함유하는 개리어 포함 토너 카트리지는, 예 5에서 얻어진 블랙토너에서 캐리어 A 대신에 캐리어 F를 사용하는 것을 제외하고는 예 5에서의 방식과 동일한 방식으로 얻어진다.
[평가 시험]
예 1 내지 19와 비교예 1 및 2에서 얻어진 캐리어 함유토너 카트리지와 개시 현상제를 이용하고, 이들의 현상 특성과 전사 특성을 C2220의 변형기에 의해서 평가하였고, 이 변형기는 Fuji Xerox K.K.에 의해서 제조된 트리클 현상 시스템을 채용한 텐덤 모드 기계이다. (변형 : 새기 현상제 및 캐리 포함 토너 카트리지는 각 시험에서 교체될 수 있고 공정 속도는 외부로부터 제어될 수 있고, 불시 정지가 가능하고, 이 작업에서 토너는 정전 잠상 유지 부재와 중간 화상 수용 부재의 표면으로부터 후술하겠지만 토너를 시료링할 수 있다.)
<현상 특성의 평가>
(솔리드 현상량)
a) 최초
개시 현상제를 주어진 온도와 습도하에서(29℃, 90% RH 하에서, 및 10℃, 20% RH 하에서) 밤새 방치해 두고, 2㎝ × 5㎝의 2개의 솔리드 패치(solid patch)를 갖는 화상을 복사하고, 페이퍼에 전사하기 전에 장치를 강제로 정지시키고, 현상량(페이퍼에 전사하기 전의 토너의 양)을 측정한다. 특히, 정밀하게 중량이 측정된 2개의 테이프를 준비하고 부착성을 이용하여 광수용 부재(정전 잠상 유지 부재)의 표면상의 2개의 현상부를 상술한 테이프에 전사시키고, 토너 부착 후에 테이프를 다시 정밀하게 중량이 측정되고, 토너의 채집 전의 테이프의 중량은 이들 정밀하게 중량이 측정된 중량으로부터 차감하고, 그 차를 평균을 냄으로써 현상량이 주어지며 이는 최초 현상 특성의 평가에 이용된다. 바람직한 값은 4.0 내지 5.0 g/㎡이다.
b) 100000장 복사 후
100000(A4 장방향)장 복사는 개시 현상제를 사용하여 주어진 온도 및 습도 하에서(29℃, 90% RH 하에서, 및 10℃, 20% RH 하에서) 이루어진다. 이 복사는 또한 온도와 습도를 변경하지 않고 밤새 방치해 두고, 2㎝ × 5㎝의 2개의 솔리드 패치를 갖는 화상을 복사하고, 장치를 강제로 정지시키고, 현상량을 측정한다. 특히, 정밀하게 중량이 측정된 2개의 테이프를 준비하고 부착성을 이용하여 광수용 부재의 표면상의 2개의 현상부를 상술한 테이프에 전사시키고, 토너 부착 후에 테이프를 다시 정밀하게 중량을 측정하고, 토너의 채집 전의 테이프의 중량을 이들 정밀하게 중량이 측정된 중량으로부터 차감하고, 그 차를 평균을 냄으로써 현상량이 주어지며 이는 100000장 복사 후의 현상 특성의 평가에 이용된다.
(포깅(fogging))
상술한 솔리드 현상량에서 최초와 100000장 복사한 후에 광수용 부재의 표면으로부터 테이프에 의해서 토너를 채집할 때, 상술한 솔리드 패치로부터 10mm 만큼 이격된 위치에 있는 백그라우드부를 <현장 특성의 평가>에서의 방식과 동일한 방식으로 테이프에 부착시켜서, 테이프 1㎠ 당 토너의 수를 카운트하여 포깅을 이하와 같이 평가한다. 100 미만: O, 100 내지 200 : △, 200 초과 : X
<최초 및 100000장 복사 후의 대전량의 측정>
상술한 <현상 특성의 평가>에서 최초 및 100000장 복사 후에, 현상기의 Magsleeve(현상제 유지 부재)의 표면상에 현상제가 모이고, 대전량은 25℃ 및 55% RH의 조건 하에서 Tohiba corp.에 의해서 제조된 TB200에 의해서 측정된다.
<최초 및 100000장 복사 후의 전사 특성의 측정>
상술한 <현상 특정의 평가>에서 최초 및 100000장 복사 후에, 2㎝ × 5㎝의 2개의 솔리드 패치를 갖는 화상을 복사하고, 전사 공정의 완료 후 정착 공정 전에 장치를 강제로 정지시키고 전사 효율을 측정한다. 특히, 4개의 정밀하게 중량이 측정된 테이프를 준비하고, 중간 전사의 표면상에 2개의 솔리드 패치가 형성된 상술한 부분상의 토너를 부착성을 이용하여 상술한 테이프에 전사시키고, 토너 부착 후의 테이프를 다시 정밀하게 중량을 측정하여, 토너가 모이기 전의 테이프의 중량을 이들 정밀하게 측정된 중량으로부터 차감하고, 그 차를 평균을 냄으로써 전사된 토너양 a이 주어지고, 광수용 부재의 표면상에2개의 패치가 형성된 상술한 부분 상에 잔여하는 토너양 b을 나머지 테이프를 이용하여 마찬가지로 측정하고, 전사 효율 η(%)을 다음 수학식 3에 의해서 산출한다.
(수학식 3)
전사 효율 η(%) = a × 100/(a+b)
전사 효율 η(%)은 바람직하게는 95% 이상이고, 다음과 같이 평가된다.
η ≥ 95% ; O, 85% ≤ η < 95%; △, 80% ≤ η <85%; ▲, η < 80% ; X
<세척 특성의 평가: 응력 시험>
(전체 표면 솔리드 평가)
상술한 <현상 특성의 평가>에서 최초 및 100000장 복사 후에, 정전 잠상 유지 부재는 대전되어 있는 동안 비현상 조건 하에서 그리고 194 mm/s의 공정 속도로 100번 회전된다. 따라서, 공정 속도를 104 mm/s로 전환하여, 블레이드(blade)의 블레이드 스퀄(blade-squeal)을 층적한다. 이 평가 지수를 이하 설명한다. G1 내지 G3은 실질적으로 아무런 문제가 없다.
G1 : 비정상 소리 등이 발생하지 않음
G2 : 감속 직후 약간의 블레이드 스퀄이 발생해도 몇장 복사 후에 사라짐(기계의 정면을 열고 귀를 기계에 가까이하면 소리가 나지만 정상 조건 하에서는 무시할만함)
G3 : 약간의 블레이드 스퀄이 발생(기계의 정면을 열고 귀를 기계에 가까이하면 소리가 나지만 정상 조건 하에서는 무시할만함)
G4 : 감속시 블레이드 스퀄이 발생하지만 결국 사라지지 않음(통상 조건 하에서 소리가 남)
[예 21]
예 5에서의 개시 현상제 및 캐리어 함유 토너 카트리지를 사용하는 상술한 평가 시험에서 100000 장의 페이퍼를 프린트하고, 그후 트리클 현상 시스템(현상 회수 메카지즘)에 의해서 회수되는 4 컬러 현상제 모두의 초과 부분은 20 ㎛의 체눈을 갖는 터보 시프터(turbo shifter)를 사용함으로써 토너와 캐리어로 분리된다. 분리된 캐리어는 1015Ω·㎝의 체적 고유 저항을 가진다. 100g의 결과적인 캐리어에 대하여 50g의 상술한 새로운 캐리어 A를 첨가하여 새로운 캐리어 G와 비교한다. 새로운 캐리어 G는 1013Ω·㎝의 각각의 체적 고유 저항을 갖는다.
시안 컬러와 개시 현상제만을 함유하는 캐리어 함유 토너 카트리지는 예 5에서 얻어진 시안 토너에서 캐리어 A 대신에 캐리어 G를 사용하는 것을 제외하고는 예 5에서의 방식과 동일한 방식으로 얻어진다.
각종 평가 시험은 결과적인 캐리어 함유 토너 카트리지와 개시 현상제를 이용하여 다른 예와 비교예에서의 방식과 동일한 방식으로 수행되었다.
상술한 예와 비교예로부터 얻어지는 평가 결과를 이하 표 1 내지 4에 요약하였다. 표 1 및 2는 최초 결과를 나타내고 표 3 및 4는 100000장 복사 후의 결과를 각각 나타낸다.
(표 1) 평가 결과(초기)
(표 2) 평가 결과(초기)
*1 : 하프톤 1(Cin 60%) 및 하프톤(Cin40%)화상의 계조 변위 영역에서의 경미한 하나의 스트립 결함이 발생(허용 레벨)
*2 : 기계 본체의 가동에 따른 진동 하에서 경미한 화상 도트(밴드의 형태로 화상 농도 변화)가 발생(허용 레벨)
*3 : 문자 주변에서 결함 발생(허용 레벨)
(표 3) 평가 결과 (100000 장 복사 후)
(표 4) 평가 결과 (100000 장 복사 후)
*1 내지 *3은 표 2와 동일
*4 : 입상성 열화(허용 레벨)
*5 : 장상 유지체가 연마되고, 블레이드 마모가 큼
*6 : 회수 현상제 Box의 교환 빈도가 증가함(10%의 확률로 100000 장까지 회수 Box 교환)
*7 : 고온 고습 하에서 대전 전사 스폿에 기인하는 화상 도트 발생
*8 : 현상제 유지체의 단부로부터의 현상제 누수에 의해서 잠상 유지체상에 현상됨으로써 잠상 유지 결함과 블레이드 결함이 발생하고 컬러 포인트가 화상에 형성되고 세척 결함이 발생.
상술한 바와 같이, 본 발명은 크기 축소 및 고속 착색을 할 수 있는 탠덤형 잠상 형성 장치를 이용하여 현상제의 수명을 현저하게 연장시킬 수 있고 관리가 필요 없는 동작을 실현할 수 있는 잠상 형성 방법, 이 방법에 사용되는 보급용 토너와 그 제조 방법, 및 캐리어 함유 토너 카트리지를 제공할 수 있다.
Claims (22)
- 화상 형성 장치에서의 복수의 건식 인쇄 유닛 중 적어도 하나의 건식 유닛으로 화상을 형성하는 방법으로서,정전 잠상 유지 부재의 표면을 대전시키는 단계,상기 잠상 유지 부재의 대전된 표면상에 정전 잠상을 형성하는 단계,토너와 캐리어를 함유하는 현상제를 사용하여 토너 화상을, 현상기의 현상제 유지 부재상에 형성하기 위해 상기 정전 잠상을 현상하는 단계,화상 수용 부재상에 상기 토너 화상을 전사하는 단계를 구비하고,상기 현상기는 보급 시스템에 의해서 보급 토너를 현상기로 보급하는 단계, 현상제의 초과분을 배출 시스템에 의해서 회수하기 위해서 현상 장치로부터 현상제를 배출하는 단계를 가지고, 상기 보급 토너는 보급용 토너와 보급용 캐리어를 함유하고, 상기 캐리어는 5 내지 40 중량%의 범위에 있고, 코어상에 피복을 가지며, 상기 피복은 수지와 도전성 재료를 함유하고, 상기 수지는 적어도 카르복실기를 함유하는 모노머와 플루오르를 함유하는 모노머, 3 내지 10 탄소 원자를 가지는 분기상(branch)을 갖는 알킬 메타크릴레이트 모노머, 1 내지 3 탄소 원자를 가진 리니어 알킬기를 함유하는 알킬 메타크릴레이트 모너머와 1 내지 3 탄소 원자를 가진 리니어 알킬기를 함유하는 알킬 아크릴레이트 모노머 중 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화상 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 토너 및 보급용 토너는 체적 평균 입자 크기가 3 내지 10㎛이고, 식 SF1=R2/A ×π/4 × 100에 따른 토너 형상 계수 SF1가 110 내지 135이고, 이 식에서 R은 토너 입자의 최대 길이를 나타내고, A는 토너 입자의 투영 면적을 나타내는 것을 특징으로 하는 화상 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 토너 화상을 전사하는 단계 후에 상기 정전 잠상 유지 부재의 표면을 세척하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 화상 형성 장치의 공정 속도는 자동과 수동 중 적어도 하나로 전환할 수 있는 것을 특징으로 하는 화상 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 표면을 대전시키는 단계는 롤 대전형 대전 장치를 포함하는 대전 수단에 의해서 수행되는 것을 특징으로 하는 화상 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 보급용 토너의 상기 보급용 캐리어는 체적 고유 저항이 107내지 1014Ω·㎝인 것을 특징으로 하는 화상 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 카르복실기를 함유하는 모노머는 상기 수지내에서의 총 모노머에 대한 배합량이 0.1 내지 15.0중량%인 것을 특징으로 하는 화상 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 플루오르를 함유하는 모노머는 상기 수지내에서의 총 모노머에 대한 배합량이 0.1 내지 50.0중량%인 것을 특징으로 하는 화상 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,1 내지 3 탄소원자를 가진 리니어 알킬기를 갖는 적어도 하나의 모노머의 수지내의 함유량과, 3 내지 10 탄소원자를 가진 분기상을 갖는 모너머의 수지내의 함유량 사이의 중량비는 10 : 90 내지 90 : 10의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 화상 형성 방법.
- 화상 형성 장치에서의 복수의 건식 인쇄 유닛 중 적어도 하나의 건식 유닛으로 화상을 형성하는 방법으로서,정전 잠상 유지 부재의 표면을 대전시키는 단계,상기 잠상 유지 부재의 대전된 표면상에 정전 잠상을 형성하는 단계,토너와 캐리어를 함유하는 현상제를 사용하여 토너 화상을, 현상기의 현상제 유지 부재상에 형성하기 위해 상기 정전 잠상을 현상하는 단계,화상 수용 부재상에 상기 토너 화상을 전사하는 단계를 구비하고,상기 현상기는 보급 시스템에 의해서 보급 토너를 현상기로 보급하는 단계, 현상제의 초과분을 배출 시스템에 의해서 회수하기 위해서 현상 장치로부터 현상제를 배출하는 단계를 가지고, 상기 보급 토너는 보급용 토너와 보급용 캐리어를 함유하고, 상기 캐리어는 5 내지 40 중량%의 범위에 있고, 코어상에 피복을 가지며, 상기 보급용 토너는 체적 평균 입자 크기가 3 내지 10㎛이고, 식 SF1=R2/A ×π/4 × 100에 따른 토너 형상 계수 SF1가 110 내지 135이고, 이 식에서 R은 토너 입자의 최대 길이를 나타내고, A는 토너 입자의 투영 면적을 나타내는 것을 특징으로 하는 화상 형성 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 보급용 토너는 토너 외부 첨가제로서 참 비중이 1.3 내지 1.9이고 체적 평균 입자 크기가 80 내지 300 nm인 실리카를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 토너 화상을 전사하는 단계 후에 상기 정전 잠상 유지 부재의 표면을 세척하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 화상 형성 장치의 공정 속도는 자동과 수동 중 적어도 하나로 전환할 수 있는 것을 특징으로 하는 화상 형성 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 표면을 대전시키는 단계는 롤 대전형 대전 장치를 포함하는 대전 수단에 의해서 수행되는 것을 특징으로 하는 화상 형성 방법.
- 보급용 토너와 보급용 캐리어를 함유하는 보급 토너로서,제 1 항에 따른 화상 형성 방법에서 보급용 토너를 보급하는 단계에서 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 보급 토너.
- 보급용 토너와 보급용 캐리어를 함유하는 보급 토너로서,제 10 항에 따른 화상 형성 방법에서 보급용 토너를 보급하는 단계에서 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 보급 토너.
- 보급용 토너를 제조하는 방법으로서,제 1 항에 따른 화상 형성 방법에서 현상제의 초과분을 회수하는 단계에 의해서 회수되는 초과 현상제로부터 캐리어를 분리하는 단계, 및보급용 토너와 보급용 캐리어로서의 캐리어를 혼합하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 보급용 토너 제조 방법.
- 보급용 토너를 제조하는 방법으로서,제 10 항에 따른 화상 형성 방법에서 현상제의 초과분을 회수하는 단계에 의해서 회수되는 초과 현상제로부터 캐리어를 분리하는 단계, 및보급용 토너와 보급용 캐리어로서의 캐리어를 혼합하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 보급용 토너 제조 방법.
- 제 15 항에 따른 보급용 토너를 제조하는 방법으로서,상기 보급용 토너와 혼합되는 상기 보급용 캐리어는 체적 고유 저항이 107내지 1014Ω·㎝인 것을 특징으로 하는 보급용 토너 제조 방법.
- 제 16 항에 따른 보급용 토너를 제조하는 방법으로서,상기 보급용 토너와 혼합되는 상기 보급용 캐리어는 체적 고유 저항이 107내지 1014Ω·㎝인 것을 특징으로 하는 보급용 토너 제조 방법.
- 화상 형성 장치의 현상기에 보급용 토너를 보급하는 토너 카트리지로서,제 15 항에 따른 보급용 토너를 수용하는 것을 특징으로 하는 토너 카트리지.
- 화상 형성 장치의 현상기에 보급용 토너를 보급하는 토너 카트리지로서,제 16 항에 따른 보급용 토너를 수용하는 것을 특징으로 하는 토너 카트리지.
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