KR20140130628A - 현상제 보급 카트리지 및 현상제 보급 방법 - Google Patents

Abstract

현상제가 압밀 상태에 있더라도 사용 환경에 상관없이 화상 형성 장치에 현상제를 보급하는 우수한 정밀도를 갖는 현상제 보급 카트리지를 제공한다. 현상제 보급 카트리지는, 현상제 보급 용기와 현상제를 포함하고, 현상제 보급 장치에 착탈가능하고, 현상제 보급 용기는, 현상제 수용부의 내압이 대기압보다 낮은 상태와 이 내압이 대기압보다 높은 상태가 교대로 반복적으로 전환되도록 동작하는 펌프부를 포함하고, 현상제는, 10.0kPa의 최대 압밀 응력에서 2.5kPa 이상 3.5kPa 이하의 단축 붕괴 응력을 갖는다.

Description

현상제 보급 카트리지 및 현상제 보급 방법{DEVELOPER REPLENISHING CARTRIDGE AND DEVELOPER REPLENISHING METHOD}

본 발명은 복사기, 팩시밀리, 프린터 또는 이들 장치의 기능을 2개 이상 구비한 복합기 등의 화상 형성 장치에 있어서 사용될 수 있는, 현상제 보급 장치에 착탈 가능한 현상제 보급 카트리지 및 현상제 보급 방법에 관한 것이다.

종래, 복사기 등의 전자 사진 화상 형성 장치에는 입자상 현상제가 사용되고 있고, 화상 형성에 수반하는 현상제의 소비를 현상제 보급 카트리지로부터의 보급에 의해 보충하면서 화상을 인쇄하도록 구성되어 있다.

이러한 종래의 현상제 보급 카트리지에 사용되는 현상제 보급 용기로서는, 예를 들어, 일본 특허 공개 제2010-256894호 공보에 개시된 용기가 있다.

일본 특허 공개 제2010-256894호 공보에 개시된 장치에서는, 현상제 보급 용기에 설치한 벨로우즈 펌프를 사용하여 현상제를 배출하는 방식을 채용하고 있다. 구체적인 방법은 이하에 기술한다. 벨로우즈 펌프는 신장되어, 현상제 보급 용기 내의 기압을 대기압보다도 낮은 상태로 함으로써, 현상제 보급 용기 내에 공기를 도입하여 현상제를 유동화한다. 또한, 벨로우즈 펌프를 수축시켜서 현상제 보급 용기 내의 기압을 대기압보다도 높은 상태에 함으로써, 현상제 보급 용기 내외의 압력차에 의해 현상제를 압출하여 배출한다. 이러한 장치는 이 2개의 공정을 교대로 반복함으로써, 현상제를 안정적으로 배출하도록 구성된다. 그러나, 현상제 보급 용기는, 예를 들어 수송시의 진동 또는 용기의 보관 상태에 의해 현상제 보급 용기 내부에서 현상제가 탭핑되어 과도하게 압밀 상태가 될 가능성이 있다. 과도한 압밀 상태가 되면, 상기와 같이 내압 변동에 의해 배출 제어를 행하는 이러한 시스템에서는, 한번에 대량의 현상제가 배출되는 플러싱이라고 불리는 현상이 발생할 가능성이 있다. 또한, 현상제는 그 보관 환경의 온도 및 습도에 따라 유동성이 변동한다. 따라서, 환경 변동에 노출되어도 높은 보급 정밀도로 현상제의 안정된 배출을 행하기 위해서는, 현상제 보급 용기뿐만 아니라 현상제와의 매칭성을 높일 필요가 있다.

본 발명의 목적은 이러한 과제를 해결하는 것이다. 즉, 그 목적은 어떠한 보관 환경 또는 사용 환경에서도 화상 형성 장치로의 현상제의 보급 정밀도가 보다 높은 현상제 보급 카트리지 및 현상제 보급 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 현상제 보급 장치 카트리지에 관한 것으로서, 현상제 보급 카트리지는, 현상제 보급 용기와 현상제를 포함하고, 현상제 보급 장치에 착탈가능하고, 현상제 보급 용기는, (i) 현상제를 수용하기 위한 현상제 수용부와, (ii) 현상제 수용부에 수용되어 있는 현상제를 배출하기 위한 배출구와, (iii) 현상제 수용부의 내압이 대기압보다 낮은 상태와 내압이 대기압보다 높은 상태가 교대로 반복적으로 전환되도록 동작하는 펌프부를 포함하고, 현상제는 토너를 함유하고, 토너는, 결착 수지와 왁스를 각각 함유하는 토너 입자들, 및 토너 입자들의 표면 상에 존재하는 실리카 미립자들을 포함하고, 실리카 미립자들은 60nm 이상 300nm 이하의 일차 입자들의 수 평균 입경(number-average particle diameter)을 갖고, 토너 입자들의 표면을 실리카 미립자들로 피복하는 피복률은 15% 이상 95%이고, 토너는 10.0kPa의 최대 압밀 응력에서 2.5kPa 이상 3.5kPa 이하의 단축 붕괴 응력(uniaxial collapse stress)을 갖고, 현상제는 상기 현상제 보급 용기의 현상제 수용부에 수용되어 있는, 현상제 보급 장치 카트리지, 및 현상제 보급 방법에 관한 것이다.

본 발명의 현상제 보급 카트리지 및 현상제 보급 방법에 따르면, 어떠한 보관 상태에서도 현상제 보급 용기로부터 현상제를 고정밀도로 배출할 수 있고, 고인자 비율에서 다수매의 인쇄를 행한 경우에서도 화상 농도 변동이 억제된다.

본 발명의 추가적인 특징은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예의 이하의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.

도 1은 본 발명에 사용되는 열 구형화 처리 장치의 도면이다.
도 2는 화상 형성 장치의 전체 구성을 도시하는 단면도이다.
도 3은 장착부의 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 현상제 보급 용기와 현상제 보급 장치를 도시하는 확대 단면도이다.
도 5a는 실시예 1에 관한 현상제 보급 용기를 도시하는 사시도이고, 도 5b는 배출구 주변의 모습을 도시하는 부분 확대도이고, 도 5c는 현상제 보급 용기를 현상제 보급 장치의 장착부에 장착한 상태를 도시하는 정면도이다.
도 6은 현상제 보급 용기의 단면 사시도이다.
도 7의 (a)는 펌프부가 사용시에 최대 신장된 상태의 부분 단면도이고, 도 7의 (b)는 펌프부가 사용시에 최대 수축된 상태의 부분 단면도이다.
도 8a는 펌프부가 사용시 최대 신장된 상태의 부분도이고, 도 8b는 펌프부가 사용시 최대 수축된 상태의 부분도이고, 도 8c는 펌프부의 부분도이다.
도 9의 (a)는 현상제 보급 용기의 캠 홈 형상을 나타내는 전개도이며, 도 9의 (b), (c), (d), (e) 및 (f)는 각각 현상제 보급 용기의 캠 홈 형상의 예들을 나타내는 전개도이다.
도 10은 현상 보급 용기 B의 사시도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 현상제 보급 용기와 현상제를 포함하는 현상제 보급 카트리지를 제공하고, 현상제 보급 카트리지는 현상제 보급 장치에 착탈가능하고, 상기 현상제 보급 용기는,

i) 현상제를 수용하기 위한 현상제 수용부와,

ii) 상기 현상제 수용부에 수용된 현상제를 배출하는 배출구와,

iii) 상기 현상제 수용부의 내압이 대기압보다 낮은 상태와 상기 내압이 대기압보다 높은 상태가 교대로 반복하여 전환되도록 동작하는 펌프부를 포함하고,

상기 현상제는 토너를 함유하고,

상기 토너는, 결착 수지 및 왁스를 함유하는 토너 입자와, 상기 토너 입자의 표면에 존재하는 실리카 미립자를 갖고,

상기 실리카 미립자는, 1차 입자의 개수 평균 입경이 60nm 이상 300nm 이하이고,

상기 토너 입자들의 표면을 실리카 미립자들로 피복하는 피복률이 15％ 이상 95％ 이하이고,

상기 토너는, 10.0kPa의 최대 압밀 응력에서 단축 붕괴 응력이 2.5kPa 이상 3.5kPa 이하이고,

상기 현상제는 현상제 보급 용기의 현상제 수용부에 수용된다.

본 발명자들은, 예의 검토한 결과, 현상제 수용부의 내압 변화에 의해 배출성 제어를 행하는 현상제 보급 용기에서, 실리카 미립자에 의해 토너 표면을 특정한 범위의 비율로 피복하고, 압밀 상태에서의 토너의 단축 붕괴 응력을 특정한 값으로 제어하는 것이 중요하다는 것을 발견하였다. 본 발명자들은, 이러한 구성으로 함으로써, 예를 들어 현상제 보급 용기의 수송 시에 현상제가 과도한 압밀 상태를 거치더라도, 현상제의 양호한 배출 특성이 얻어진다는 것을 발견하였다.

그 메커니즘은 명확하지 않지만, 본 발명자들은 이하와 같이 그 메커니즘을 추정하고 있다.

현상제 보급 용기 내에 현상제가 압밀 상태로 있는 경우, 용기 배출부에 있어서도 다량인 현상제가 존재한다. 이 상태에서, 현상제 보급 용기 내로 흡기 및 배기를 행하면, 현상제가 풀어져(loosened) 벌크 밀도가 낮아진 상태로 배출된다.

이때, 본 발명에서 사용되는 현상제는, 압밀 상태에서의 토너간 부착력이 제어되기 때문에, 적절하게 분산된다. 따라서, 과도한 풀어짐으로 인한 과도하게 부피 밀도가 높은 현상제의 배출에 의해 발생하는 플러싱 현상이나, 불충분한 풀어짐으로 인한 배출량의 저하 등의 배출 불량의 발생이 적다.

또한, 본 발명에서 사용되는 현상제에서, 실리카 미립자에 의한 토너 입자들의 표면의 피복률을 상기 범위로 제어함으로써, 현상제 보급 용기 부재와 토너 간의 부착력을 약화시킬 수 있다. 바람직하게는 전술한 결과로서, 현상제가 압밀 상태를 거쳐도 현상제 보급 용기 내벽에 현상제가 부착하는 것이 억제되고, 현상제 카트리지의 소모(used-off) 상태에서의 잔존 토너량이 저감될 수 있다.

본 발명에서, 토너는 결착 수지 및 왁스를 갖는 토너 입자와, 토너 입자 표면에 존재하는 실리카 미립자를 함유한다.

또한, 토너 입자들의 표면에 존재하는 실리카 미립자는, 1차 입자의 개수 평균 입경이 60nm 이상 300nm 이하이고, 토너 입자들의 표면의 실리카 미립자에 의한 피복률이 15％ 이상 95％ 이하(바람직하게는 20％ 이상 95％ 이하)이다.

실리카 미립자의 1차 입자의 개수 평균 입경이 60nm 미만인 경우, 토너 표면에서의 요철이 억제되어 토너와 부재 간의 부착성이 증가하고, 현상제 보급 용기 내에의 잔존 현상제량이 증가하는 경향이 관찰된다. 또한, 개수 평균 입경이 300nm를 초과하는 경우, 토너 표면에서의 실리카 미립자의 분산이 불균일해지기 쉽고, 피복률을 만족시킬 수 없다. 또한, 토너간 부착력에 편차가 발생해서 배출량이 불안정해지기 쉽다.

또한, 실리카 미립자의 피복률이 15％ 미만(바람직하게는 20％ 미만)일 경우, 현상제와 용기 내벽 간의 부착력이 증가하고, 잔존 현상제량이 증가하는 경향이 관찰된다.

또한, 본 발명의 하나의 특징은, 10.0kPa의 토너의 최대 압밀 응력 시에서의 단축 붕괴 응력이 2.5kPa 이상 3.5kPa 이하인 것이다. 단축 붕괴 응력이 2.5kPa 미만인 경우, 토너간 부착력이 저하되고, 전사시의 압밀 상태에서 토너 덩어리가 무너져, 배출시 플러싱 현상이 발생하기 쉽다. 또한 단축 붕괴 응력이 3.5kPa를 초과하는 경우, 현상제 보급 용기의 흡기 및 배기 운동에 의해 나타나는 현상제의 풀림 효과가 불충분해지고, 예를 들어 배출 막힘에 의해 배출이 불안정해지기 쉽다.

또한 본 발명에서, 토너는 실리카 미립자의 고착률이 실리카 미립자의 총량을 기준으로 80질량％ 이상인 것이 바람직하다. 비율이 80질량％ 이상인 경우, 장기간의 사용에 있어서도 안정된 토너의 배출성을 양호하게 유지할 수 있다.

본 발명에서와 같이 실리카 미립자에 의한 피복률을 비교적 크게 설정하면서, 압밀 시의 토너의 단축 붕괴 응력을 본 발명에서 규정한 범위 내로 설정하기 위해서는, 아래에 기술하는 것과 같은 방법이 주어질 수 있으며, 이는, 예를 들어, 비닐계 수지 성분과 탄화수소 화합물이 서로 반응한 구조를 갖는 중합체를 각각의 토너 입자에 함유시키고, 실리카 미립자를 토너 입자의 표면에 열풍 처리에 의해 고착시키는 방법이다.

이러한 중합체를 토너에 함유시킴으로써, 토너 내의 왁스의 분산성을 개선시킬 수 있고, 열풍 처리 시에 왁스의 토너 입자 표면으로의 이동 속도를 높일 수 있다. 전술한 바와 같이 이러한 중합체를 함유하는 토너에서 열풍 처리에 의해 실리카 미립자를 고착시킨 경우, 토너 입자 표면에 고착된 실리카 미립자와 상기 중합체의 사이에 왁스가 편재되게 되고, 따라서 전술한 특징을 갖는 토너가 얻어진다.

또한, 현상제가 토너와 캐리어를 함유하는 2성분계 현상제인 것이 보다 바람직하다. 그리고, 토너의 함유량은 캐리어 1.0 질량부에 대하여 3.0 질량부 이상 30.0 질량부 이하인 것이 바람직하다.

현상제 내에 토너와는 비중이 다른 캐리어를 함유시킴으로써, 현상제의 교반 효과가 높아지고, 배출성 및 내부착성에 대한 효과를 발현하기 쉽다.

캐리어로서는 종래 공지된 캐리어를 사용할 수 있다. 예를 들어, 페라이트 코어 입자의 표면을 수지를 피복한 캐리어, 자성체 입자를 수지 중에 분산함으로써 얻어진 자성체 분산형 수지 캐리어, 또는 다공질의 코어 입자의 공극에 수지를 충전한 캐리어를 사용할 수 있다. 이하, 토너에 함유되는 각 성분에 대하여 설명한다.

[결착 수지]

본 발명의 토너에 사용되는 결착 수지로서는, 특별히 한정되지 않고 다음의 중합체 또는 수지 중 임의의 것이 사용될 수 있다.

예를 들어, 폴리스티렌, 폴리-p-클로로스티렌, 폴리비닐톨루엔 등의 스티렌 및 그 치환체의 단독중합체; 스티렌-p-클로로스티렌 공중합체, 스티렌-비닐톨루엔 공중합체, 스티렌-비닐나프탈렌 공중합체, 스티렌-아크릴레이트 공중합체, 스티렌-메타크릴레이트 공중합체, 스티렌-α-메틸 클로로메타크릴레이트 공중합체, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 스티렌-비닐메틸에테르 공중합체, 스티렌-비닐에틸에테르 공중합체, 스티렌-비닐메틸케톤 공중합체, 스티렌-아크릴로니트릴-인덴 공중합체 등의 스티렌계 공중합체; 폴리염화비닐, 페놀 수지, 천연수지 변성 페놀 수지, 천연수지 변성 말레산 수지, 아크릴 수지, 메타크릴 수지, 폴리 비닐 아세테이트, 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄, 폴리아미드 수지, 푸란 수지, 에폭시 수지, 크실렌 수지, 폴리비닐부티랄, 테르펜 수지, 쿠마론-인덴 수지, 석유계 수지 등이 사용될 수 있다.

특히, 저온 정착성 및 대전성 제어의 관점에서, 폴리에스테르 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 바람직하게 사용되는 폴리에스테르 수지로서는, "폴리에스테르 유닛"을 결착 수지 쇄중에 갖고 있는 수지이다. 폴리에스테르 유닛을 구성하는 성분으로서는, 구체적으로는, 예를 들어 2가 이상의 알코올 단량체 성분과, 2가 이상의 카르복실산, 2가 이상의 카르복실산 무수물 및 2가 이상의 카르복실산 에스테르 등의 산 단량체 성분을 들 수 있다.

2가 이상의 알코올 단량체 성분의 예로서, 폴리옥시프로필렌(2.2)-2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판, 폴리옥시프로필렌(3.3)-2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판, 폴리옥시에틸렌(2.0)-2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판, 폴리옥시프로필렌(2.0)-폴리옥시에틸렌(2.0)-2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판 및 폴리옥시프로필렌(6)-2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판 등의 비스페놀 A의 알킬렌옥시드 부가물; 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올, 네오펜틸글리콜, 1,4-부텐디올, 1,5- 펜탄디올, 1,6- 헥산디올, 1,4-시클로헥산디메탄올, 디프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜, 소르비톨, 1,2,3,6-헥산테트롤, 1,4-소르비탄, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨, 트리펜타에리트리톨, 1,2,4-부탄트리올, 1,2,5-펜탄 트리올, 글리세린, 2-메틸프로판 트리올, 2-메틸-1,2,4-부탄트리올, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 1,3,5-트리히드록시 메틸벤젠 등을 포함한다.

특히, 방향족 디올이 알코올 단량체 성분으로서 바람직하게 사용된다. 폴리에스테르 수지를 구성하는 알코올 단량체 성분에서, 방향족 디올은 80몰％ 이상의 비율로 함유하는 것이 바람직하다.

한편, 2가 이상의 카르복실산, 2가 이상의 카르복실산 무수물 및 2가 이상의 카르복실산 에스테르 등의 산 단량체 성분의 예로서는, 프탈산, 이소프탈산 및 테레프탈산과 같은 방향족 디카르복실산류 또는 그의 무수물; 숙신산, 아디프산, 세박산 및 아젤라산와 같은 알킬 디카르복실산류 또는 그의 무수물; 탄소수 6 내지 18의 알킬기 또는 알케닐기로 치환된 숙신산 또는 그의 무수물; 푸마르산, 말레산 및 시트라콘산과 같은 불포화 디카르복실산류 또는 그의 무수물을 포함한다.

특히, 테레프탈산, 숙신산, 아디프산, 푸마르산, 트리멜리트산, 피로멜리트산, 벤조페논 테트라카르복실산이나 그의 무수물 등의 다가 카르복실산이 산 단량체 성분으로서 바람직하게 사용된다.

또한, 폴리에스테르 수지의 산가는, 토너의 마찰대전량이 보다 안정되기 쉽기 때문에, 1mgKOH/g 이상 20mgKOH/g 이하인 것이 바람직하다.

또한, 산가는, 수지에 사용하는 단량체의 종류나 배합량을 조정함으로써, 이러한 범위 내에 있도록 설정할 수 있다. 구체적으로는, 산가는 수지 제조 시의 알코올 단량체 성분비 또는 산 단량체 성분비, 및 분자량을 조정함으로써 제어할 수 있다. 또한, 에스테르 축중합후, 말단 알코올을 다가 산 단량체(예를 들어, 트리멜리트산)과 반응시킴으로써 산가를 제어할 수 있다.

본 발명의 토너는, 비닐계 수지 성분과 탄화수소 화합물이 서로 반응한 구조를 갖는 중합체를 토너 입자 내에 함유하는 것이 바람직하다.

비닐계 수지 성분과 탄화수소 화합물이 서로 반응한 구조를 갖는 중합체로서는, 비닐계 수지 성분에 폴리올레핀이 그래프트된 구조를 갖는 그래프트 중합체 또는 폴리올레핀에 비닐계 단량체가 그래프트 중합된 비닐계 수지 성분을 갖는 그래프트 중합체가 특히 바람직하다.

상기 비닐계 수지 성분과 탄화수소 화합물이 서로 반응한 구조를 갖는 중합체는, 토너 제조 시의 혼련 공정 또는 표면 평활 공정에서 용융된 결착 수지와 왁스에 대하여 계면 활성제와 유사한 작용을 한다. 따라서, 이러한 중합체는, 토너 입자 내의 왁스의 1차 평균 분산 입경을 제어할 수 있고, 필요에 따라 열풍에 의해 표면 처리를 행할 때의 왁스의 토너 표면으로의 이행 속도를 제어할 수 있기 때문에 바람직하다.

상기 비닐계 수지 성분에 폴리올레핀이 그래프트된 구조를 갖는 그래프트 중합체 또는 폴리올레핀에 비닐계 단량체가 그래프트 중합된 비닐계 수지 성분을 갖는 그래프트 중합체에 대해서, 폴리올레핀은 이중 결합을 하나 갖는 불포화 탄화수소계 단량체의 중합체 또는 공중합체라면 특별히 한정되지 않으며 여러가지 폴리올레핀을 각각 사용할 수 있다. 특히, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌이 바람직하게 사용된다.

한편, 비닐계 단량체의 예로서는 이하의 단량체를 포함할 수 있다.

스티렌, o-메틸스티렌, m-메틸스티렌, p-메틸스티렌, p-메톡시스티렌, p-페닐스티렌, p-클로로스티렌, 3,4-디클로로스티렌, p-에틸스티렌, 2,4-디메틸스티렌, p-n-부틸스티렌, p-tert-부틸스티렌, p-n-헥실스티렌, p-n-옥틸스티렌, p-n-노닐스티렌, p-n-데실스티렌, p-n-도데실스티렌과 같은 스티렌 및 그의 유도체 등의 스티렌계 단량체.

디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 또는 디에틸아미노에틸 메타크릴레이트와 같은 아미노기 함유 α-메틸렌 지방족 모노카르복실산 에스테르류; 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴 또는 아크릴아미드와 같은 아크릴산 또는 메타크릴산 유도체 등의 질소 원자를 포함하는 비닐계 단량체.

말레산, 시트라콘산, 이타콘산, 알케닐숙신산, 푸마르산, 메사콘산과 같은 불포화 이염기산; 말레산 무수물, 시트라콘산 무수물, 이타콘산 무수물, 알케닐숙신산 무수물과 같은 불포화 이염기산 무수물; 말레산 메틸하프에스테르, 말레산 에틸하프에스테르, 말레산 부틸하프에스테르, 시트라콘산 메틸하프에스테르, 시트라콘산 에틸하프에스테르, 시트라콘산 부틸하프에스테르, 이타콘산 메틸하프에스테르, 알케닐숙신산 메틸하프에스테르, 푸마르산 메틸하프에스테르, 메사콘산 메틸하프에스테르와 같은 불포화 이염기산의 하프에스테르; 디메틸말레산 및 디메틸푸마르산과 같은 불포화 이염기산에스테르; 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산, 신남산과 같은 α,β-불포화 산; 크로톤산 무수물, 신남산 무수물과 같은 α,β-불포화 산 무수물, α,β-불포화 산과 저급 지방산과의 무수물; 알케닐 말론산, 알케닐글루타르산, 알케닐아디프산, 그의 무수물, 및 그의 모노에스테르 등의 카르복실기를 포함하는 비닐계 단량체.

2-히드록시에틸 아크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 2-히드록시프로필 메타크릴레이트 등의 아크릴산 에스테르 및 메타크릴산 에스테르류; 4-(1-히드록시-1-메틸부틸)스티렌, 4-(1-히드록시-1-메틸헥실)스티렌 등의 수산기를 포함하는 비닐계 단량체.

메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 이소부틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, n-옥틸 아크릴레이트, 도데실 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 스테아릴 아크릴레이트, 2-클로로에틸 아크릴레이트, 페닐 아크릴레이트와 같은 아크릴레이트로부터 이루어지는 에스테르 단위.

메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, 이소부틸 메타크릴레이트, n-옥틸 메타크릴레이트, 도데실 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트, 스테아릴 메타크릴레이트, 페닐 메타크릴레이트, 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트, 디에틸아미노에틸 메타크릴레이트와 같은α-메틸렌 지방족 모노카르복실산 에스테르류 등의 메타크릴레이트로 이루어지는 에스테르 단위.

비닐계 수지 성분과 탄화수소 화합물이 서로 반응한 구조를 갖는 중합체는, 전술한 이들 중합체의 단량체 사이의 반응이나, 하나의 중합체의 단량체와 다른 중합체의 단량체의 반응 등의 공지된 방법에 의해 얻을 수 있다.

비닐계 수지 성분의 구성 단위로서, 스티렌계 단위 및 아크릴로니트릴, 또는 메타크릴로니트릴을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 중합체 중의 탄화수소 화합물과 비닐계 수지 성분의 질량비(탄화수소 화합물/비닐계 수지 성분)은 1/99 내지 75/25인 것이 바람직하다. 각각의 토너 입자 중에 왁스를 충분히 분산시킬 수 있고, 그리고 필요에 따라 열풍에 의해 표면 처리를 행할 때의 왁스의 토너 표면으로의 이행 속도를 제어할 수 있기 때문에, 탄화수소 화합물과 비닐계 수지 성분을 상기 범위로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 비닐계 수지 성분과 탄화수소 화합물이 서로 반응한 구조를 갖는 중합체의 함유량은 결착 수지 100 질량부에 대하여 0.2 질량부 이상 20 질량부 이하인 것이 바람직하다.

토너 입자 중에 왁스를 충분히 분산시킬 수 있고, 열풍에 의해 표면처리를 행할 때의 왁스의 토너 표면으로의 이행 속도를 제어할 수 있기 때문에, 이러한 중합체를 상기 범위로 사용하는 것이 바람직하다.

[왁스]

본 발명의 토너에 사용되는 왁스는 특별히 한정되지 않는다. 이들의 예는, 저분자량 폴리에틸렌, 저분자량 폴리프로필렌, 알킬렌 공중합체, 마이크로크리스탈린 왁스, 파라핀 왁스 또는 피셔-트롭쉬 왁스와 같은 탄화수소계 왁스; 산화 폴리에틸렌 왁스와 같은 탄화수소계 왁스의 산화물 또는 이들의 블록 공중합체; 카르나우바 왁스와 같은 지방산에스테르를 주성분으로 하는 왁스류; 탈산 카르나우바 왁스와 같은 지방산 에스테르류의 일부 또는 모두를 탈산화함으로써 얻어지는 왁스를 포함한다. 이들의 추가적인 예로서는, 팔미트산, 스테아르산 또는 몬탄산과 같은 포화 직쇄 지방산류; 브라시드산, 엘레오스테아르산 또는 파리나르산와 같은 불포화 지방산류; 스테아릴 알코올, 아르알킬 알코올, 베헤닐 알코올, 카르나우빌 알코올, 세릴 알코올 또는 멜리실 알코올과 같은 포화 알코올류; 소르비톨과 같은 다가 알코올류; 팔미트산, 스테아르산, 베헨산 또는 몬탄산과 같은 지방산류와, 스테아릴알코올, 아르알킬 알코올, 베헤닐 알코올, 카르나우빌 알코올, 세릴 알코올 또는 멜리실 알코올과 같은 알코올류로 이루어진 에스테르류; 리놀산 아미드, 올레산 아미드, 라우르산 아미드와 같은 지방산 아미드류; 메틸렌 비스 스테아르산 아미드, 에틸렌 비스 카프르산 아미드, 에틸렌 비스 라우르산 아미드 또는 헥사메틸렌 비스 스테아르산 아미드와 같은 포화 지방산 비스 아미드류; 에틸렌 비스 올레산 아미드, 헥사메틸렌 비스 올레산 아미드, N,N'-디올레일 아디프산 아미드 또는 N,N'-디올레일 세박산 아미드와 같은 불포화 지방산 아미드류; m-크실렌 비스 스테아르산 아미드, N,N'-디스테아릴 이소프탈산 아미드와 같은 방향족계 비스 아미드류; 칼슘 스테아레이트, 라우르산 칼슘, 스테아르산 아연 또는 스테아르산 마그네슘과 같은 지방족 금속염(일반적으로 금속 비누(metal soap)라고 지칭되는 것); 지방족 탄화수소계 왁스에 스티렌이나 아크릴산과 같은 비닐계 단량체를 사용하여 그래프트화시킨 왁스류; 베헨산 모노글리세라이드와 같은 지방산과 다가 알코올의 부분 에스테르화물; 식물성 유지에 수소를 첨가함에 의해 얻어지는 히드록실기를 갖는 메틸 에스테르 화합물을 포함한다.

왁스 중에서도, 저온 정착성, 내 정착 권취성을 향상시킨다는 관점에서, 파라핀 왁스, 피셔-트롭쉬 왁스와 같은 탄화수소계 왁스가 바람직하다.

왁스는, 결착 수지 100 질량부에 대하여 0.5 질량부 이상 20 질량부 이하의 함유량으로 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 토너의 보존성과 내 고온 오프셋성의 양립의 관점에서, 시차 주사 열량 분석 장치(DSC)에서 측정되는 승온시의 흡열 곡선에 있어서, 온도 30℃ 이상 200℃ 이하의 범위에 존재하는 최대 흡열 피크의 피크 온도가 50℃ 이상 110℃ 이하인 것이 바람직하다.

[착색제]

본 발명의 토너에 함유될 수 있는 착색제로서는 이하의 착색제를 들 수 있다.

흑색 착색제로서는, 카본 블랙; 옐로우 착색제, 마젠타 착색제 및 시안 착색제를 사용하여 흑색으로 톤을 맞춘 착색제를 들 수 있다. 착색제로서 안료를 단독으로 사용할 수도 있지만, 염료와 안료를 병용하여 착색제의 선명도를 향상시키는 것이 풀컬러 화상의 품질의 관점으로부터 보다 바람직하다.

마젠타 착색 안료로는, 예를 들어 이하의 것을 들 수 있다: C.I. 피그먼트 레드 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 30, 31, 32, 37, 38, 39, 40, 41, 48:2, 48:3, 48:4, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 57:1, 58, 60, 63, 64, 68, 81:1, 83, 87, 88, 89, 90, 112, 114, 122, 123, 146, 147, 150, 163, 184, 202, 206, 207, 209, 238, 269 또는 282; C.I. 피그먼트 바이올렛 19; 및 C.I. 배트 레드(Vat Red) 1, 2, 10, 13, 15, 23, 29 또는 35.

마젠타 착색 염료로서는, 예를 들어 이하의 것을 들 수 있다: C.I. 솔벤트 레드(Solvent Red) 1, 3, 8, 23, 24, 25, 27, 30, 49, 81, 82, 83, 84, 100, 109 또는 121; C.I. 디스퍼스 레드(Disperse Red) 9; C.I. 솔벤트 바이올렛 8, 13, 14, 21 또는 27; C.I. 디스퍼스 바이올렛 1과 같은 유용 염료; C.I. 베이직 레드 1, 2, 9, 12, 13, 14, 15, 17, 18, 22, 23, 24, 27, 29, 32, 34, 35, 36, 37, 38, 39 또는 40; 및 C.I. 베이직 바이올렛 1, 3, 7, 10, 14, 15, 21, 25, 26, 27 또는 28과 같은 염기성 염료.

시안 착색 안료로서는, 예를 들어 이하의 것을 들 수 있다: C.I. 피그먼트 블루 2, 3, 15:2, 15:3, 15:4, 16 또는 17; C.I. 배트 블루 6; C.I. 애시드 블루 45, 프탈로시아닌 골격이 프탈이미도메틸 기를 1 내지 5개 치환된 구리 프탈로시아닌 안료.

시안 착색 염료로서는, 예를 들어 C.I. 솔벤트 블루 70을 들 수 있다.

옐로우 착색 안료로서는, 예를 들어 이하의 것을 들 수 있다: C.I. 피그먼트 옐로우 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 23, 62, 65, 73, 74, 83, 93, 94, 95, 97, 109, 110, 111, 120, 127, 128, 129, 147, 151, 154, 155, 168, 174, 175, 176, 180, 181 또는 185; C.I. 배트 옐로우 1, 3 또는 20.

옐로우 착색 염료로서는, C.I. 솔벤트 옐로우 162를 들 수 있다.

착색제는 결착 수지 100 질량부에 대하여 0.1 질량부 이상 30 질량부 이하의 양으로 사용되는 것이 바람직하다.

[하전 제어제]

본 발명의 토너는 필요에 따라 하전 제어제를 함유할 수 있다. 토너에 함유되는 하전 제어제로서는, 공지된 하전 제어제가 채용될 수 있다. 특히, 무색이고 토너의 높은 대전 속도를제공하고 일정한 대전량을 안정적으로 유지할 수 있는 방향족 카르복실산의 금속 화합물이 바람직하다.

음의 하전 제어제로서는, 살리실산 금속 화합물, 나프토산 금속 화합물, 디카르복실산 금속 화합물, 술폰산 또는 카르복실산을 측쇄에 갖는 고분자형 화합물, 술폰산염 또는 술폰산에스테르화물을 측쇄에 갖는 고분자형 화합물, 카르복실산염 또는 카르복실산에스테르화물을 측쇄에 갖는 고분자형 화합물, 붕소 화합물, 요소 화합물, 규소 화합물 및 칼릭스아렌을 들 수 있다. 하전 제어제는 토너 입자의 각각에 대하여 내첨될 수 있거나 이에 외첨될 수 있다. 하전 제어제의 첨가량은, 결착 수지 100 질량부에 대하여 0.2 질량부 이상 10 질량부 이하가 바람직하다.

[실리카 미립자]

본 발명의 실리카 미립자로서는, 습식법, 화염 용융법 또는 기상법과 같은 임의의 방법으로 제조된 실리카 미립자가 바람직하게 사용된다.

습식법은, 예를 들어, 물이 존재하는 유기 용매 중에 알콕시실란을 적하하고; 혼합물을 촉매에 의해 가수분해 및 축합 반응시키고; 얻어진 실리카 졸 현탁액으로부터 용매를 제거하고; 잔류물을 건조하여 졸겔 실리카를 제공하는 것을 포함하는 졸겔법이다.

화염 용융법은, 예를 들어, 상온에서 가스 상태 또는 액상인 규소 화합물을 미리 가스화 하고; 수소 및/또는 탄화수소로 형성된 가연성 가스와 산소를 공급하여 형성된 외염에서, 규소 화합물을 분해 및 용융시켜 실리카 미립자(용융 실리카)를 제공하는 것을 포함하는 방법이다. 화염 용융법에서, 이하가 수행될 수 있다: 외염에서, 규소 화합물로부터 실리카 미립자를 생성시킴과 동시에, 입자가 원하는 입경 및 형상을 가질 수 있게 실리카 미립자가 서로 융착 및 합일된 후, 산출물이 냉각되고, 백 필터 등으로 포집된다. 원료로서 사용되는 규소 화합물은 상온에서 가스 상태 또는 액상이라면 특별히 제한되지 않는다. 그 예들은 이하를 포함한다: 헥사메틸시클로트리실록산, 옥타메틸시클로테트라실록산 또는 데카메틸시클로펜타실록산과 같은 환상 실록산; 헥사메틸디실록산 또는 옥타메틸트리실록산과 같은 실록산; 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 메틸트리메톡시실란 또는 디메틸디메톡시실란과 같은 알콕시실란; 테트라메틸실란, 디에틸실란 또는 헥사메틸디실라잔과 같은 유기 실란 화합물; 모노클로로실란, 디클로로실란, 트리클로로실란 또는 테트라클로로실란과 같은 할로겐화규소; 및 모노실란 및 디실란과 같은 무기 규소.

기상법은, 예를 들어, 사염화규소를 산소, 수소 및 (질소, 아르곤 또는 이산화탄소와 같은) 희석 가스의 혼합 가스와 함께 고온에서 연소시켜 실리카 미립자를 제조하는 퓸드법(fumed method)이다.

실리카 미립자는 그 표면을 소수화 처리하는 목적에서, 표면 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 이 때 사용되는 표면 처리제로서 실란 커플링제 또는 실리콘 오일이 바람직하게 사용된다.

실란 커플링제로서의 예들은, 헥사메틸디실라잔, 트리메틸실란, 트리메틸클로로실란, 트리메틸에톡시실란, 디메틸디클로로실란, 메틸트리클로로실란, 알릴디메틸클로로실란, 알릴페닐디클로로실란, 벤질디메틸클로로실란, 브롬메틸디메틸클로로실란, α-클로로에틸트리클로로실란, β-클로로에틸트리클로로실란, 클로로메틸디메틸클로로실란, 트리오르가노실릴머캅탄, 트리메틸실릴머캅탄, 트리오르가노실릴 아크릴레이트, 비닐디메틸아세톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디페닐디에톡시실란, 헥사메틸디실록산, 1,3-디비닐테트라메틸디실록산, 1,3-디페닐테트라메틸디실록산 및 분자당 2 내지 12개의 실록산 단위를 갖고 말단에 위치되는 단위에서 1개의 규소 원자에 결합된 수산기를 함유한 디메틸폴리실록산을 포함한다.

본 발명에 사용되는 실리카 미립자의 처리에 사용되는 실리콘 오일의 예들은, 디메틸 실리콘 오일, 알킬 변성 실리콘 오일, α-메틸스티렌 변성 실리콘 오일, 클로로페닐 실리콘 오일 및 불소 변성 실리콘 오일을 포함한다. 실리콘 오일은 상술한 것에 한정되는 것은 아니다. 실리콘 오일은 온도 25℃에서 50 내지 1000mm²/s의 점도를 갖는 것이 바람직하다. 점도가 50mm²/s 미만인 경우, 열의 인가가 오일의 일부를 휘발시켜 대전 특성이 열화되기 쉽다. 점도가 1000mm²/s를 초과하는 경우, 처리 동작에서 오일 취급이 곤란해진다. 실리콘 오일 처리에 대한 방법으로서, 공지 기술이 채용될 수 있다. 이 방법의 예들은 이하를 포함한다: 규산 미분체와 실리콘 오일을 혼합기를 사용하여 혼합하는 것을 포함하는 방법; 규산 미분체 중에 실리콘 오일을 분무기를 사용하여 분무하는 것을 포함하는 방법; 및 용제 중에 실리콘 오일을 용해시키고 규산 미분체와 용액을 혼합하는 것을 포함하는 방법. 처리 방법은 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실리카 미립자는 표면 처리제로서 헥사메틸디실라잔 또는 실리콘 오일로 처리되는 것이 특히 바람직하다.

[외첨제]

본 발명에서는, 필요에 따라 유동성 향상이나 마찰 대전량 조정을 위해 외첨제가 추가로 첨가될 수 있다.

외첨제는, 예를 들어 실리카, 산화티타늄, 산화알루미늄 또는 티타늄산스트론튬로 각각 이루어진 무기 미립자인 것이 바람직하다. 무기 미립자는, 실란 화합물, 실리콘 오일 또는 그들의 혼합물와 같은 소수화제로 소수화 처리되는 것이 바람직하다.

사용되는 외첨제의 비표면적에 대하여, 비표면적이 10m²/g 이상 50m²/g 이하인 무기 미립자가 외첨제의 매립 억제의 관점에서 바람직하다.

또한, 외첨제는 토너 입자 100 질량부에 대하여 0.1 질량부 이상 5.0 질량부 이하의 양으로 사용되는 것이 바람직하다.

헨쉘 믹서와 같은 공지된 혼합기가 토너 입자와 외첨제와의 혼합에 사용될 수 있지만, 입자와 첨가제가 그 장치로 혼합될 수 있는 한, 장치는 특별히 한정되는 것은 아니다.

[제조 방법]

본 발명의 토너 제조 방법으로서 특별히 한정되지 않고 공지된 제조 방법이 채용될 수 있다. 여기에서는, 분쇄법을 채용한 토너의 제조 방법을 예로 들어 설명한다.

원료 혼합 공정에서는, 토너 입자를 구성하는 재료, 예를 들어, 결착 수지 및 왁스, 및 필요에 따라 사용되는 착색제 및 하전 제어제와 같은 다른 성분의 미리 정해진 양이 칭량되어, 재료가 배합 및 혼합된다. 혼합 장치로서, 예를 들어, 더블 콘(double cone) 믹서, V형 믹서, 드럼형 믹서, 슈퍼 믹서, 헨쉘 믹서, 나우타(Nauta) 믹서 및 MECHANO HYBRID(NIPPON COKE & ENGINEERING CO., LTD.)를 들 수 있다.

이어서, 혼합된 재료가 용융 혼련되어, 수지 중에 왁스 등을 분산시킨다. 용융 혼련 공정에서, 가압 혼련기(pressurizing kneader) 또는 밴버리(Banbury) 믹서와 같은 뱃치식 혼련기나, 연속식 혼련기가 사용될 수 있다. 연속 생산의 이점 때문에, 단일 스크루 또는 트윈 스크루 압출기가 주류이다. 그 예는 이하를 포함한다: 트윈 스크루 압출기 모델 KTK(Kobe Steel., Ltd.제); 트윈 스크루 압출기 모델 TEM(Toshiba Machine CO., Ltd.); PCM 혼련기(Ikegai Corp.제); 트윈 스크루 압출기(KCK CO., Ltd.제); 및 코-니이더(co-kneader)(Buss Inc.제); KNEADEX(NIPPON COKE & ENGINEERING CO., LTD.). 또한, 용융 혼련에 의해 얻어지는 수지 조성물은 트윈 롤 등으로 압연되어, 냉각 공정에서 물 등에 의해 냉각될 수 있다.

다음으로, 수지 조성물의 냉각물은, 분쇄 공정에서 원하는 입경까지 분쇄된다. 분쇄 공정에서는, 크러셔(crusher), 해머 밀(Hammer mill) 또는 페더(feather) 밀과 같은 분쇄기로 조분쇄된 후, 예를 들어, 크립트론 시스템(Kawasaki Heavy Industries, Ltd.제), 슈퍼 로터(Nisshin Engineering Inc.제), 터보·밀(Turbo Kogyo Co., Ltd.제) 또는 에어 제트 시스템에 기초한 미분쇄기로 미분쇄된다.

그 후, 필요에 따라, 엘보우 제트(Elbow-Jet)(NITTETSU MINING CO., LTD제)와 같은 관성 분급 방식의 분급기나 체분기, 또는 터보플렉스(Turboplex)(Hosokawa Micron Corporation제), TSP 세퍼레이터(Hosokawa Micron Corporation제) 또는 패컬티(Faculty)(Hosokawa Micron Corporation제)와 같은 원심력 분급 방식의 분급기나 체분기로 산출 입자가 분급되고, 토너 입자를 얻는다.

또한, 분쇄 후에, 하이브리다이제이션(Hybridization) 시스템(NARA MACHINERY CO., LTD.제), 메카노퓨전(Mechanofusion) 시스템(Hosokawa Micron Corporation제), 패컬티(Hosokawa Micron Corporation제), 메테오레인보우(Meteorainbow) MR형(Nippon Pneumatic Mfg. Co., Ltd.제)로, 구형화 처리와 같은 토너 입자의 표면처리가 필요에 따라 행해질 수도 있다.

본 발명에서는, 이하가 행해지는 것이 특히 바람직하다: 제법에 의해 얻어진 토너 입자 표면에 실리카 미립자를 분산되고, 분산된 상태에서 열풍으로 표면 처리하여 실리카 미립자가 토너 입자 표면에 고착된다.

본 발명에서는, 예를 들어, 도 1에서 도시된 표면 처리 장치를 사용하여 열풍에 의해 표면 처리를 행하고, 필요에 따라 분급을 행함으로써 토너가 얻어질 수 있다.

열풍에 의한 표면 처리는 아래와 같은 것이 특히 바람직하다: 토너는 고압 에어 공급 노즐로부터의 분사에 의해 분출되고, 분출된 토너이 표면은 열풍 중에 토너를 노출시킴으로써 처리되고, 열풍의 온도는 100℃ 이상 450℃ 이하의 범위 내에 든다.

여기에서, 열풍을 사용한 표면 처리의 방법의 개략을 도 1을 참조하하여 설명하지만, 본 방법은 이에 한정되는 것은 아니다. 도 1은 본 발명에서 사용된 표면 처리 장치의 예를 나타낸 단면도이다. 구체적으로, 토너 입자 표면에 무기 미립자가 분산된 후, 산출 입자가 표면 처리 장치에 공급된다. 그리고, 토너 공급구(900)로부터 공급된 토너 입자(914)는 고압 에어 공급 노즐(915)로부터 분사된 분사 에어에 의해 가속되어, 노즐 하방의 기류 분사 부재(902)로 향한다. 기류 분사 부재(902)로부터 확산 에어가 분사되어, 확산 에어에 의해 토너 입자가 외측 방향으로 확산된다. 이 때, 분사 에어의 유량과 확산 에어의 유량을 조절함으로써, 토너의 확산 상태가 제어될 수 있다.

또한, 토너 입자의 융착 방지를 목적으로, 토너 공급구(900)의 외주, 표면 처리 장치의 외주 및 이송 배관(916)의 외주에 냉각 재킷(906)이 각각 제공된다. 냉각 재킷에는 냉각수(바람직하게는 에틸렌글리콜과 같은 부동액)가 통과하는 것이 바람직하다는 것에 유의해야 한다. 한편, 확산 에어에 의해 확산된 토너 입자의 표면은, 열풍 공급구(901)로부터 공급된 열풍에 의해 처리된다. 이때, 열풍의 온도 C(℃)는 100℃ 이상 450℃ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 100℃ 이상 400℃ 이하이고, 특히 바람직하게는 150℃ 이상 300℃ 이하이다.

열풍의 온도가 100℃ 미만인 경우에, 토너 입자 표면에서 표면 조도에 편차가 발생할 수 있다. 또한, 온도가 450℃를 초과하는 경우에, 토너의 합일이 진행하여 토너의 조대화 및 융착을 야기할 수 있는 정도까지 용융 상태가 너무 많이 진행한다.

열풍에 의해 그 표면이 처리된 토너 입자는, 장치의 상부의 외주에 제공된 냉풍 공급구(903)로부터 공급되는 냉풍에 의해 냉각된다. 이 때, 장치 내의 온도 분포의 제어 및 토너의 표면 상태의 제어의 목적에서, 장치의 본체의 측면에 제공된 제2 냉풍 공급구(904)로부터 냉풍이 도입될 수 있다. 제2 냉풍 공급구(904)의 출구에는 슬릿 형상, 루버(louver) 형상, 다공판 형상, 메쉬 형상 등이 사용될 수 있고, 냉풍이 도입되는 방향으로서 중심 방향으로 수평인 방향 또는 장치 벽면을 따른 방향이 목적에 따라 선택될 수 있다. 이 때, 냉풍의 온도 E(℃)는 -50℃ 이상 10℃ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는, -40℃ 이상 8℃ 이하이다. 또한, 냉풍은 제습된 냉풍인 것이 바람직하다. 구체적으로, 냉풍의 절대 수분량이 5g/m³ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 3g/m³ 이하이다.

냉풍 온도가 -50℃ 미만의 경우, 본래 목적인 열에 의한 처리가 충분히 행해지지 않아서 토너 입자의 구형화가 일부 경우에 행해질 수 없을 정도까지 장치 내의 온도가 너무 많이 떨어진다. 또한, 온도가 10℃를 초과하는 경우, 장치 내의 열풍 존(zone)의 제어가 불충분해지고, 입자의 합일이 진행하고, 분체 입자의 조대화가 일부 경우에 발생한다. 또한, 냉풍의 절대 수분량이 5g/m³을 초과하는 경우, 냉풍의 친수성이 상승한다. 그 결과, 왁스의 용출 속도가 느려진다. 따라서, 이하의 경향이 관찰된다: 실리카 미립자의 고착률을 본원의 범위 내로 제어하기 어려워진다.

그 후, 냉각된 토너 입자는, 블로워(blower)로 흡인되어, 이송 배관(916)을 통해서 사이클론 등으로 회수된다.

또한, 필요에 따라, NARA MACHINERY CO., LTD. 제조의 하이브리다이제이션 시스템, 또는 Hosokawa Micron Corporation 제조의 메카노퓨전 시스템으로 표면 개질 및 구형화 처리가 추가로 행해질 수 있다. 이러한 경우, 필요에 따라, 풍력식 체의 HIBOLTER(SHINTOKYO KIKAI CO., LTD.제)와 같은 체분기가 사용될 수 있다.

그 후, 필요에 따라, 다른 무기 미립자가 유동성 부여 및 대전 안정성 향상을 위해 외첨될 수 있다. 혼합 장치의 예는, 더블 콘 믹서, V형 믹서, 드럼형 믹서, 슈퍼 믹서, 헨쉘 믹서, 나우타 믹서 또는 MECHANO HYBRID(NIPPON COKE & ENGINEERING CO., LTD.)를 포함한다.

다음으로, 본 발명에 따른 각 물성의 측정 방법에 대하여 설명한다.

[최대 압밀 응력(a) 및 단축 붕괴 응력(b)의 측정 방법]

최대 압밀 응력(a)과 단축 붕괴 응력(b)은 전단 스캔 TS-12(Sci-Tec제)에 의해 측정한 것이며, 전단 스캔은 Virendra M. Puri 교수에 의해 쓰여진 "CHARACTERIZING POWDER FLOWABILITY(2002.01.24 발행)"에 설명된 Mohr-Coulomb 모델에 기초한 원리에 따른 측정을 행한다.

구체적으로, 단면 방향에 직선적으로 전단력이 인가될 수 있는 직선 전단 셀(원기둥 형상, 직경: 80mm, 용량: 140cm³)을 사용하여 실온 환경(23℃, 60％RH)에서 측정이 행해졌다. 토너가 셀로 로딩되고, 1.0kPa가 되도록 수직 하중이 인가되어, 수직 하중에 있어서의 최밀 패킹(packing) 상태로 되도록 압밀 분체층이 제조된다(압밀 상태의 압력이 자동으로 검출되어 어떠한 개별 차이 없이 제조될 수 있으므로 전단 스캔에 의한 측정이 본 발명에서 바람직함). 마찬가지로, 수직 하중을 3.0kPa, 5.0kPa 및 7.0kPa로 설정하여 압밀 분체층이 형성된다. 그 후, 각 수직 하중에서 형성된 샘플에 전단력이 서서히 가해지면서, 압밀 분체층의 형성시에 인가된 수직 하중이 계속 인가되고, 그 때의 전단 응력의 변동을 측정하는 시험이 행하여져 정상점(stationary point)을 결정하도록 행해진다. 압밀 분체층이 정상점에 도달했는지 여부는 이하오 같이 판단된다: 전단 응력의 변위와 수직 하중을 인가하기 위한 하중 인가 유닛의 수직 방향의 변위가 작아지고, 시험에서 양쪽의 변위가 안정값을 취하기 시작했을 때, 그 층은 정상점에 도달한 것으로 판단된다. 다음으로, 정상점에 도달한 압밀 분체층으로부터 서서히 수직 하중이 사라지고, 각 하중에 있어서의 파괴 포락선(수직 하중 응력 대 전단 응력 플롯)이 생성되어, Y 절편 및 기울기가 결정된다. Mohr-Coulomb 모델에 기초한 해석에서, 단일축 붕괴 응력 및 최대 압밀 응력은 하기 식으로 표현되고, Y 절편 및 기울기는 "응집력" 및 "내부 마찰각"을 각각 나타낸다.

단일축 붕괴 응력 (b)=2c(1+sinφ)/cosφ

최대 압밀 응력 (a)=((A-(A²sin²φ-τ_ssp ²cos²φ)^0.5)/cos²φ)×(1+sinφ)-(c/tanφ)

(A=σ_ssp+(c/tanφ), c=응집력, φ=내부 마찰각, τ_ssp=c+σ_ssp×tanφ, σ_ssp=정상점에서의 수직 하중)

각 하중에서 산출된 단일축 붕괴 응력과 최대 압밀 응력이 플롯팅되고(flow function plot), 그 플롯에 기초하여 직선을 긋는다. 이 직선으로부터 최대 압밀응력 10.0kPa에서의 단일축 붕괴 응력이 결정된다.

본 발명에서, 토너의 최대 압밀 응력 10.0kPa에 있어서의 단일축 붕괴 응력을 2.5kPa 이상 3.5kPa 이하로 제어하는 것이 중요하다.

[피복률 X의 산출]

본 발명에서의 토너 입자들의 표면의 실리카 미립자에 의한 피복률 X는 히타치 초고분해능 전계 방출형 주사전자 현미경 S-4800(Hitachi High-Technologies Corporation)으로 촬영된 토너 표면 화상을 화상 해석 소프트웨어 Image-Pro Plus Ver. 5.0(NIPPON ROPER K.K.)에 의해 해석하여 산출된다. S-4800의 화상이 촬영되는 조건에 대해 후술한다.

(1) 시료 제조

시료대(15mm×6mm의 알루미늄 시료대)에 도전성 페이스트가 도포되고, 페이스트가 토너로 분사된다. 또한, 에어 블로잉이 행해져서, 여분의 토너를 시료대로부터 제거하여 잔류 토너를 충분히 건조시킨다. 시료대는 시료 홀더에 세팅되고, 시료대 높이는 시료 높이 게이지에 의해 36mm로 조절된다.

(2) S-4800으로의 관찰 조건 설정

피복률 X의 산출은, S-4800에 의한 반사 전자 화상 관찰에 의해 얻어진 화상으로 행해진다. 반사 전자 화상은 2차 전자 화상에 비해 무기 미립자의 차지 업(charge-up)이 감소되므로, 피복률 X는 고정밀도로 측정될 수 있다. 실리카 미립자 이외의 입자가 토너 입자 표면에 존재하고 있는 경우에는, 에너지 분산형 X선 분석기(EDAX)에 의한 원소 분석이 행해져서 실리카 미립자를 식별한 후, 피복률 X를 산출한다는 것에 유의해야 한다.

S-4800의 거울체에 부착되어 있는 안티-오염 트랩에, 액체가 넘칠 때까지 액체 질소가 주입되고, 트랩을 30분간 둔다. S-4800의 "PC-SEM"이 기동되어 플러싱(flushing)(전자원인 FE 칩의 클리닝)을 행한다. 화면 상의 컨트롤 패널의 가속 전압 표시 부분이 클릭되고, [플러싱] 버튼이 눌러져서 플러싱 실행 다이얼로그를 개방한다. 플러싱 강도가 2인 것이 확인된 후 플러싱이 실행된다. 플러싱에 의한 에미션 전류가 20 내지 40μA인 것이 확인된다. 시료 홀더는 S-4800 거울체의 시료실에 삽입된다. 제어 패널상의 [원점]이 눌러져서 시료 홀더를 관찰 위치로 이동시킨다.

가속 전압 표시부가 클릭되어 HV 설정 다이얼로그를 개방하고, 가속 전압 및 에미션 전류가 [0.8kV] 및 [20μA]로 각각 설정된다. 조작 패널의 [기본] 탭 내에서, 신호 선택에서 [SE]가 선택되고, SE 검출기에 대해 [위(U)] 및 [+BSE]가 선택된다. [+BSE]의 우측 선택 박스에서, [L.A. 100]이 선택되어, 반사 전자 화상으로 관찰이 행해지는 모드로 설정한다. 마찬가지로, 조작 패널의 [기본] 탭 내에서, 전자 광학계 조건 블록의 프로브(probe) 전류, 초점 모드 및 WD가 각각 [Normal], [UHR] 및 [3.0mm]로 설정된다. 제어 패널의 가속 전압 표시부의 [ON] 버튼이 눌러져서 가속 전압을 인가한다.

(3) 초점 조정

조작 패널의 포커스 노브(knob) [COARSE]가 회전되어, 어느 정도 초점이 달성된 후에 애퍼쳐 얼라인먼트가 조정된다. 제어 패널의 [Align]이 클릭되어 얼라인먼트 다이얼로그를 표시하고 [Beam]이 선택된다. 조작 패널의 STIGMA/ALIGNMENT 노브(X, Y)가 회전되어, 표시되는 빔을 동심원의 중심으로 이동시킨다. 다음으로, [Aperture]가 선택되어, STIGMA/ALIGNMENT 노브(X, Y)가 하나씩 회전되어, 화상의 이동이 멈추거나 최소화되도록 포커싱을 수행한다. 애퍼쳐 다이얼로그가 폐쇄되고, 오토포커싱에서, 포커싱이 수행된다. 그 후, 배율이 50,000(50k)로 설정되고, 상술한 바와 마찬가지의 방식으로 포커스 노브 및 STIGMA/ALIGNMENT 노브를 사용하여 초점 조정이 행해지고, 포커싱이 다시 오토포커싱에 의해 수행된다. 포커싱은 상술한 조작을 다시 반복함으로써 수행된다. 관찰되는 면의 경사 각도가 큰 경우, 피복률이 측정되는 정밀도가 낮아지기 쉽다. 따라서, 초점 조정시에 관찰되는 전체면이 동시에 초점이 맞는 토너를 선택함으로써, 그 표면이 최대한 작은 경사를 갖는 토너 입자가 선택 및 해석된다.

(4) 화상 저장

ABC 모드에 따라 밝기 조정이 행해지고, 640×480 화소의 사이즈로 사진이 촬영되어 저장된다. 이하의 해석은 화상 파일을 사용하여 행해진다. 하나의 토너 입자에 대하여 하나의 사진이 촬영되고, 적어도 30개의 토너 입자에 대하여 화상이 얻어진다.

(5) 화상 해석

본 발명에서는 하기 해석 소프트웨어를 사용하여, 상술한 접근법에 의해 얻은 화상을 2진화 코딩된 처리를 함으로써 피복률 X가 산출된다. 이 때, 하나의 화면이 12개의 정사각형으로 분할되어, 각각의 정사각형이 해석된다. 화상 해석 소프트 이미지-ProPlusver.5.0의 해석 조건은 이하와 같다.

소프트웨어 Image-Pro Plus 5.1J

툴 바의 「측정 」으로부터 「카운트/크기」 및 「옵션」이 기재된 순서대로 선택되어 2진 조건을 설정한다. "8-커넥트"가 추출 옵션에서 선택되고 "평활화"가 0으로 설정된다. 또한, "사전 필터", "홀 충진" 및 "볼록 헐(Hull)"은 선택되지 않고, "클린 경계"는 "없음"으로 설정된다. 툴 바의 "측정"으로부터 "측정 항목"이 선택되어, 면적 스크리닝 범위에 "2 내지 107"이 입력된다.

피복률은 정사각형 영역을 둘러싸서 계산된다. 이 때, 영역의 면적(C)이 24,000 내지 26,000 화소가 될 수 되도록 둘러싸기가 행해진다. "처리"-2진화에 의해 자동 2진화가 행해져서 실리카가 없는 영역의 면적의 총합(D)을 계산한다.

정사각형 영역의 면적(C) 및 실리카가 없는 영역의 면적의 총합(D)으로부터 하기 식을 사용하여 피복률 X가 결정된다.

피복률 X(％)=100-(D/C×100)

얻어진 전체 데이터의 평균이 본 발명에서의 피복률(X)로 규정된다.

[실리카 미립자의 고착률의 계산]

실리카 미립자의 고착률은, 통상 상태의 토너중의 실리카 미립자량과, 토너 표면에 고착되어 있지 않은 실리카 미립자를 제거한 후, 잔류 실리카 미립자량으로부터 계산된다.

(1) 고착되어 있지 않은 무기 미립자의 제거

고착되어 있지 않은 무기 미립자는 하기와 같이 제거된다.

이온 교환수 100ml에 자당(sucrose) 160g이 추가되고 고온수로 중탕하면서 용해시켜 수크로오스 용액을 제조한다. 자당 용액 23ml와 비이온계 계면 활성제, 바람직하게는 콘타미논 N(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조: 상품명) 6.0ml를 첨가하여 제조한 용액을 밀폐될 수 있는 50ml의 폴리에틸렌제 시료 용기에 넣어, 측정 시료 1.0g을 용액에 추가하고, 밀폐한 용기를 가볍게 흔들어 혼합물을 교반한다. 그 후, 용기는 1시간 정치된다. 1시간 정치한 시료를 KM Shaker(Iwaki Sangyo: 상품명)에 의해 350spm으로 20분간 진탕한다. 이때, 진탕하는 각도는 이하와 같다: 진탕기의 바로 위 방향(수직)을 0°로 하면, 전방으로 15°, 후방으로 20°만큼 이동하도록 진탕되는 지주가 구성된다. 시료 용기는 지주의 끝에 설치한 고정용 홀더(시료 용의 덮개를 지주 중심의 연장 상에 고정함으로서 얻어짐)에 고정한다. 진탕된 시료를 빠르게 원심 분리용 용기에 옮긴다. 원심 분리용 용기에 옮겨진 시료를, 고속 냉각 원심기 H-9R(KOKUSAN Co., Ltd.: 상품명)에서 이하의 조건 하에서 원심 분리한다: 설정 온도는 20℃, 가속 및 감속 기간은 최단, 회전 수는 3500rpm, 및 회전 시간은 30분. 최상부에 분리된 토너를 회수하고, 진공 필터로 여과한 후, 건조기에서 1시간 이상 건조한다.

고착률은 이하의 식으로 산출된다.

고착률 [A]={1-(P1-P2)/P1}×100

(식 중, P1은 초기 토너 SiO₂양(질량％)을 나타내며, P2는 상기 방법에 의해 토너 표면에 고착되어 있지 않은 실리카 미립자를 제거한 후의 토너의 SiO₂양(질량％)을 나타낸다. 토너의 SiO₂양은, XRF(X-ray Fluorescence) 측정에 의해 결정되는 토너의 SiO₂ 강도로부터 검량 곡선을 빼내어 산출한다.)

[실리카 미립자의 입경 산출]

실리카 미립자의 1차 입자의 개수 평균 입경은, 히타치 초 고분해능 전계 방출형 주사 전자 현미경S-4800((주) 히타치 하이테크놀러지즈)로 촬영된 토너 표면의 화상으로부터 산출된다. S-4800의 화상 촬영 조건은 이하와 같다.

상술한 「피복률 X의 산출」과 마찬가지로 (1) 내지 (2)의 조작을 행하고, (3)과 마찬가지로 토너 표면을 배율 5만배로 초점 조정을 행하여 초점을 맞춘다. 이후, ABC 모드에 따라 밝기 맞춤을 행한다. 그 후, 배율을 10만배로 설정한 후에 (3)과 마찬가지로 포커스 노브 및 STIGMA/ALIGNMENT 노브를 사용하여 초점 조정을 행한다. 또한, 오토 포커스로 초점을 맞춘다. 초점 조정의 조작을 다시 반복하여, 10만배의 배율로 초점을 맞춘다.

그 후, 토너 표면 상의 적어도 300개의 무기 미립자에 대하여 입경을 측정하고, 1차 입자의 개수 평균 입경을 결정한다. 이러한 경우, 일부의 실리카 미립자는 응집 덩어리로서 존재하기도 한다. 따라서, 1차 입자로서 확인될 수 있는 실리카 미립자의 최대 직경을 결정하고, 얻어진 최대 직경을 산술 평균함으로써, 1차 입자의 개수 평균 입경을 얻는다.

<중량 평균 입경 D4의 측정 방법>

토너 입자들의 중량 평균 입경 D4은, 100㎛ 애퍼처 튜브(aperture tube)를 구비하고 애퍼처 전기 저항법을 채용하는 정밀 입경 분산 측정 장치("Coulter Counter Multisizer 3"; Beckman Coulter, Inc.에서 제조된 등록 상표) 및 측정 조건들을 설정하고 측정 데이터를 분석하기 위한 첨부된 전용 소프트웨어("Beckman Coulter Multisizer 3 Version 3.51"; Beckman Coulter, Inc.에서 제조)를 사용함으로써 25,000개의 유효 측정 채널에 의한 측정으로 얻어진 측정 데이터의 분석을 통해 산출된다.

측정에 사용되는 전해질 수용액으로는, 이온 교환수 내에 특급 염화나트륨을 약 1 질량%의 농도로 용해함으로써 얻어지는 전해질 수용액을 사용할 수 있으며, 예를 들어, "ISOTON II"(Beckman Coulter, Inc.에서 제조) 등이 있다.

한편, 측정과 분석을 행하기 전에, 전용 소프트웨어는 다음과 같이 설정된다.

전용 소프트웨어의 "표준 동작법(SOM)을 변경하기 위한 스크린"에서, 제어 모드에서의 총 카운트 수는 50,000개 입자로 설정되고, 측정 횟수는 1로 설정되고, Kd 값은 10㎛의 표준 입자들(Beckman Coulter, Inc.)을 사용함으로써 얻어지는 값으로 설정된다. 임계값과 노이즈 레벨은, 임계값/노이즈 레벨 측정 버튼을 누름으로써 자동으로 설정된다. 또한, 전류는 1600㎂로 설정되고, 이득은 2로 설정되고, 전해질 수용액은 ISOTON II로 설정되고, 측정 후에 수행될 애퍼처 튜브 플러시의 항목에 체크한다.

전용 소프트웨어의 "펄스로부터 입자 크기로의 변환을 설정하기 위한 스크린"에서, 빈(bin) 간격은 대수적 입자 크기로 설정되고, 입자 크기 빈들의 개수는 256으로 설정되고, 입자 크기 범위는 2㎛ 내지 60㎛로 설정된다.

측정 방법은 이하와 같이 특정하게 수행된다.

1. 전술한 전해질 수용액의 약 200ml를, 멀티사이저(Multisizer) 3과 함께 사용하기 위한 250ml 둥근 바닥 유리 비커에 넣고, 비커를 샘플 스탠드에 놓은 후, 교반 막대를 사용하여 반시계 방향 교반을 초당 24회 회전으로 실행한다. 애퍼처 튜브 내의 오염물과 에어 버블은 분석 소프트웨어의 "애퍼처 플러시" 기능에 의해 미리 제거되어 있다.

2. 전술한 전해질 수용액의 약 30ml를 100ml의 평평한 바닥 유리 비커에 넣고, 이 비커에, "Contaminon N"(비이온 계면활성제, 음이온 계면활성제, 및 유기 빌더를 함유하는, 정밀 측정 기기를 세척하기 위한 중성 pH 7 세제의 10 질량% 수용액이며, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.에서 제조됨)인 이온 교환수를 이용한 세 배 희석에 의해 마련된 희석물의 약 0.3ml를 분산제로서 첨가한다.

3. "초음파 분산 시스템 테토라 150(Ultrasonic Dispersion System Tetora 150)"(Nikkaki Bios Co., Ltd.에서 제조)에서는, 즉, 위상이 180°만큼 변위되어 있고 발진 주파수가 50kHz인 두 개의 오실레이터를 구비하며 120W의 전력을 갖는 초음파 분산기에서는, 미리 규정된 양의 이온 교환수가 초음파 분산기의 물 탱크 내에 유입되고, 약 2ml의 Contaminon N이 물 탱크에 첨가된다.

4. 2번 항목에서 설명한 비커는 초음파 분산기의 비커 홀더 내에 고정되고, 초음파 분산기가 기동한다. 비커의 높이는, 비커 내의 전해질 수용액의 표면의 공명 상태가 최대 레벨에 있는 방식으로 조절된다.

5. 4번 항목에서 설명한 바와 같이 고정된 비커 내의 전해질 수용액을 초음파로 조사하면, 약 10mg의 토너 입자들이 전해질 수용액에 적은 분액으로 첨가되어 분산된다. 초음파 분산 처리는 추가 60초 동안 계속된다. 한편, 물 탱크 내의 물 온도는 초음파 분산 동안 10℃ 이상 40℃ 이하로 적절히 제어된다.

6. 5번 항목에서 설명한 바와 같이 분산된 토너 입자들을 함유하는 전해질 수용액은, 약 5%의 측정 농도를 조절하도록, 1번 항목에서 설명한 바와 같이 샘플 스탠드 내에 고정된 둥근 바닥 비커 내에 피펫을 사용함으로써 드롭 방식으로(dropwise) 첨가된다. 이어서, 측정된 입자들의 개수가 50,000에 도달할 때까지 측정을 수행한다.

7. 측정 데이터는 장치를 수반하는 전술한 전용 소프트웨어에 의해 분석되고, 중량 평균 입경 D4가 산출된다. 한편, 전용 소프트웨어에서 설정된 그래프/볼륨%로 분석/볼륨 통계 값(산술 평균) 스크린에 도시한 "평균 크기"는 중량 평균 입경 D4에 상응한다.

<토너 입자들의 평균 원형도를 측정하는 방법>

토너 입자들의 평균 원형도는, 캘리브레이션 프로세스로부터의 측정 조건과 분석 조건을 사용하여 흐름형 입자 화상 분석기인 "FPIA-3000" (Sysmex Corporation)로 측정된다.

측정 방법은 다음과 같다. 먼저, 고체 불순물이 제거되어 있는 이온 교환수의 약 20ml를 유리 용기 내에 넣는다. 다음으로, 이러한 유리 용기에, Contaminon N(Wako Pure Chemical Industries, Ltd.에서 제조하였으며, 비이온 계면활성제, 음이온 계면활성제, 및 유기 빌더로 이루어지는, 정밀 분석기를 세척하기 위한 중성(pH 7) 세척제의 10wt% 수용액)을 이온 교환수의 약 세 배 중량으로 희석함으로써 마련된 희석물의 약 0.2ml를 분산제로서 첨가한다. 이어서, 측정 샘플의 약 0.02g을 첨가하고, 초음파 분산기를 사용하여 2분 동안 분산 처리를 실행하고, 이에 따라 측정을 위한 분산제를 형성한다. 분산제는 이때 10℃ 이상 40℃ 이하의 온도로 적절히 냉각된다. 50kHz의 발진 주파수, 150W의 전력을 갖는 데스크톱 초음파 세척기/분산기(예를 들어, Velvo-Clear의 VS-150)를 초음파 분산기로서 사용하여, 소정량의 이온 교환수를 물 탱크에 넣고, 이 탱크에 약 2ml의 Contaminon N을 첨가하였다.

"UPlanApro"(배율: 10X; 개구수: 0.40)를 대물 렌즈로서 갖춘 흐름형 입자 화상 분석기를 사용하고 입자 시스(particle sheath) "PSE-900A"(Sysmex Corporation 제조)를 시스 시약으로서 사용하여, 측정을 실행하였다.

전술한 프로시저에 따라 마련된 분산제를 흐름형 입자 화상 분석기에 도입하고, HPF 측정 모드에서, 3,000개의 토너 입자들을 총 카운트 모드에서 측정하였다. 이어서, 입자 분석 동안의 이진화 임계값을 85%로 설정하고, 분석된 입경을 1.985㎛ 이상 39.69㎛ 미만의 원 상당 직경(circle-equivalent diameter)으로 제한하고, 토너 입자들의 평균 원형도를 판정하였다.

이러한 측정을 위해, 기준 라텍스 입자들(예를 들어, Duke Scientific에서 제조한 "RESEARCH AND TEST PARTICLES Latex Microsphere Suspensions 5200A"라는 이온 교환수를 갖는 희석물)을 사용하여 측정 개시 전에 자동 초점 조절을 수행한다. 후속하여, 측정 개시 후 2시간마다 초점 조절을 실행하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, Sysmex Corporation에 의해 캘리브레이션 작업이 실행되었으며 Sysmex Corporation에 의해 발행된 캘리브레이션 증명서를 접수한 흐름형 입자 화상 분석기를 사용한다. 분석된 입자의 직경을 1.985㎛ 이상 39.69㎛ 미만의 원 상당 직경으로 한정하는 것을 제외하고는, 캘리브레이션 증명서가 접수되었을 때의 측정 및 분석 조건 하에서 측정을 실행한다.

FPIA-3000(Sysmex Corporation 제조) 흐름형 입자 화상 분석기에서 채용하고 있는 측정 원리는, 흐름 입자들을 정지 화상으로서 캡처하고 화상 분석을 실행하는 것이다. 샘플 챔버에 추가된 샘플은 샘플 흡입 시린지로 평평한 시스 흐름 셀에 공급된다. 평평한 시스 흐름 셀 내에 공급된 샘플은 시스 시약 사이에 협지되어, 평평한 흐름을 형성하게 된다.

평평한 시스 흐름 셀을 통과하는 샘플은 1/60초 간격으로 스트로브 광으로 조사되어, 흐르는 입자들이 정지 화상들로서 캡처될 수 있다. 흐름은 평평하기 때문에, 화상들은 초점이 맞춰진 상태에서 캡처된다. 입자 화상들은 CCD 카메라로 캡처되고, 캡처된 화상들은 512 × 512 화소 화상 처리 해상도(화소당 0.37㎛ × 0.37㎛)로 화상 처리된 후, 윤곽 추출이 각 입자 화상에 대하여 실행되고, 입자 화상에 대하여 투영 면적 S, 주변 길이 L 등이 산출된다.

다음으로, 전술한 표면적 S와 주변 길이 L을 사용하여 원 상당 직경 및 원형도를 판정한다. 원 상당 직경은, 입자 화상의 투영 면적과 동일한 면적을 갖는 원의 직경이다.

원형도는, 원 상당 직경으로부터 판정되는 원의 원주를 입자의 투영 화상의 주변 길이로 나눔으로써 제공되는 값으로서 정의되고, 이하의 식을 사용하여 산출된다.

원형도 = 2 × (π × S)^1/2/L

입자 화상이 원형이면, 원형도는 1.000이다. 입자 화상의 원주의 불균일성의 정도가 커질수록, 원형도 값은 작아진다. 각 입자의 원형도를 산출한 후, 0.200 내지 1.000 범위의 원형도를 800으로 나누고, 그 결과로 얻어지는 원형도들의 산술 평균을 산출하여, 얻어지는 값을 평균 원형도로서 취급한다.

이어서, 본 발명의 현상제 보급 카트리지가 사용되는 화상 형성 장치의 기본 구성에 대하여 설명한다. 계속해서, 이 화상 형성 장치에 탑재되는 현상제 보급 시스템, 즉, 현상제 보급 장치와 현상제 보급 키트의 구성에 대하여 순서대로 설명한다.

(화상 형성 장치)

현상제 보급 카트리지가 착탈가능한 현상제 보급 장치가 탑재된 화상 형성 장치의 일례로서, 전자 사진 방식을 채용한 복사기(전자 사진 화상 형성 장치)의 구성에 대하여 도 2를 사용하여 설명한다.

도 2에서, 참조부호 "100"은 복사기 본체(이하, 화상 형성 장치 본체 또는 장치 본체라고 함)이다. 또한, 원고(101)는 원고대 유리(102) 위에 놓인다. 이후, 원고의 화상 정보에 따른 광학상을 광학부(103)의 복수 미러 M과 렌즈 Ln에 의해, 전자 사진 감광체(104)(이하, 감광체)에 결상 시킴으로써 정전 잠상을 형성한다. 이 정전 잠상은 건식의 현상기(201a)에 의해 현상제로서의 토너를 사용하여 가시화된다.

참조부호 "111" 및 "112"는 각각 전사 대전 디바이스 및 분리 대전 디바이스이다. 여기서, 현상제에 의해 감광체(104)에 형성된 화상을 전사 대전 디바이스(111)에 의해 시트 P에 전사한다. 이후, 분리 대전 디바이스(112)에 의해, 현상제 화상(토너 화상)이 전사된 시트 P를 감광체(104)로부터 분리한다.

이후, 반송부(113)에 의해 반송된 시트 P는, 열과 압력에 의해 시트의 현상제 화상이 정착되는 정착부(114)에 도달한다. 이후, 시트는 배출 롤러(116)에 의해 배출 트레이(117)에 배출된다.

상기 구성의 장치 본체(100)에 있어서, 감광체(104)의 주위에는 현상 유닛으로서의 현상 디바이스(201a), 클리닝 유닛으로서의 클리너부(202), 대전 유닛으로서의 1차 대전 디바이스(203) 등의 화상 형성 프로세스 디바이스가 설치되어 있다. 또한, 현상기(201a)는 원고(101)의 화상 정보에 기초하여 광학부(103)에 의해 감광체(104)에 형성된 정전 잠상에 현상제를 부착시킴으로써 현상하는 것이라는 것에 주목해야 한다. 또한, 1차 대전 디바이스(203)는 감광체(104)에 원하는 정전 화상을 형성하기 위하여 감광체 표면을 균일하게 대전하기 위한 것이다. 또한, 클리너부(202)는 감광체(104)에 잔류하고 있는 현상제를 제거하기 위한 것이다.

(현상제 보급 장치)

이어서, 현상제 보급 장치(201)에 대해서, 도 2 내지 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한다. 도 3은, 현상제 보급 카트리지를 구성하는 현상제 보급 용기(1)가 장착된 장착부(10)의 사시도를 나타낸다. 또한, 현상제 보급 카트리지는, 현상제를 함유하는 현상제 수용부 및 현상제 수용부에 수용되는 현상제를 갖는다는 것에 주목해야 한다. 또한, 도 4a 및 도 4b는, 제어계 및, 현상제 보급 용기(1)와 현상제 보급 장치(201)를 부분적으로 확대한 단면도를 도시한다.

현상제 보급 장치(201)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 현상제 보급 용기(1)가 착탈가능한 장착부(장착 스페이스)(10)와, 현상제 보급 용기(1)로부터 배출된 현상제를 일시적으로 저류하는 호퍼(10a)와, 현상 디바이스(201a)를 포함한다.

또한, 장착부(10)에는, 도 3에 도시한 바와 같이, 현상제 보급 용기(1)가 장착되었을 때에 현상제 보급 용기(1)의 플랜지부(4)(도 8c 참조)와 접촉함으로써 플랜지부(4)의 회전 방향으로의 이동을 규제하기 위한 회전 방향 규제부(유지 기구)(11)가 설치되어 있다.

또한, 장착부(10)는, 현상제 보급 용기(1)가 장착되었을 때에, 후술하는 현상제 보급 용기(1)의 배출구(배출공)(4a)(도 4a 및 도 4b 참조)와 연통함으로써, 현상제 보급 용기(1)로부터 배출된 현상제를 받아들이기 위한 현상제 수용구(현상제 수용 구멍)(13)을 포함한다. 그리고, 현상제 보급 용기(1)의 배출구(4a)로부터 현상제가 현상제 수용구(13)를 통하여 현상 디바이스(201a)에 공급된다. 또한, 본 실시예에서, 현상제 수용구(13)의 직경φ은, 장착부(10) 내의 현상제에 의한 오염을 가능한 한 방지하기 위하여, 미세 구(핀 홀)로서 3mm로 설정한다는 것에 주목해야 한다. 또한, 현상제 수용구의 직경은 배출구(4a)로부터 현상제가 배출될 수 있는 직경이라면 된다는 것에 주목해야 한다.

또한, 호퍼(10a)는 도 4a에 도시한 바와 같이, 현상 디바이스(201a)에 현상제를 반송하기 위한 반송 스크류(10b)와, 현상 디바이스(201a)와 연통한 개구(10c)와, 호퍼(10a) 내에 수용되는 현상제의 양을 검출하는 현상제 센서(10d)를 갖는다.

또한, 장착부(10)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 구동 기구(구동부)로서 기능하는 구동 기어(300)를 포함한다. 구동 기어(300)는, 구동 모터(500)(도시하지 않음)로부터 구동 기어열을 통하여 회전 구동력이 전달되어, 장착부(10)에 세트된 상태에 있는 현상제 보급 용기(1)에 대하여 회전 구동력을 부여하는 기능을 갖는다.

또한, 구동 모터(500)는, 도 4b에 도시한 바와 같이, 제어 장치(CPU)(600)(도시하지 않음)에 의해 그 동작이 제어되는 구성으로 되어 있다. 제어 장치(600)는, 도 4a에 도시한 바와 같이, 현상제 센서(10d)로부터 입력된 현상제 잔량 정보에 기초하여, 구동 모터(500)의 동작을 제어하는 구성으로 되어 있다.

또한, 본 예에서, 구동 기어(300)는 구동 모터(500)의 제어를 용이하게 하기 위해 한 방향으로만 회전하도록 설정되어 있다는 것에 주목해야 한다. 즉, 제어 장치(600)는 구동 모터(500)의 온(작동)/오프(비작동)만을 제어하는 구성으로 되어 있다.

(현상제 보급 장치에 의한 현상제 보급 제어)

이어서, 현상제 보급 장치(201)에 의한 현상제 보급 제어에 대해서 기재한다. 현상제 보급 제어는, 제어 장치(CPU)에 의해 각종 기기를 제어함으로써 실행된다.

본 예에서는, 현상제 센서(10d)의 출력에 따라서 제어 장치(600)가 구동 모터(500)의 작동/비작동을 제어함으로써, 호퍼(10a) 내에 일정량 이상의 현상제가 수용되지 않도록 구성되어 있다.

구체적으로는, 먼저, 현상제 센서(10d)가 호퍼(10a) 내의 현상제 수용량을 체크한다. 이후, 현상제 센서(10d)에 의해 검출된 현상제 수용량이 미리 정해진 양 미만이라고 판정된 경우, 즉, 현상제 센서(10d)에 의해 현상제가 검출되지 않은 경우, 구동 모터(500)를 구동하여 일정 시간 동안 현상제의 보급 동작을 실행한다.

현상제 보급 동작의 결과, 현상제 센서(10d)에 의해 검출된 현상제 수용량이 미리 정해진 양에 도달했다고 판정된 경우, 즉, 현상제 센서(10d)에 의해 현상제가 검출된 경우, 구동 모터(500)의 구동을 오프하여 현상제의 보급 동작을 정지한다. 이 보급 동작의 정지에 의해 일련의 현상제 보급 공정이 종료된다.

이러한 현상제 보급 공정은, 화상 형성에 수반하여 현상제의 소비로 인해 호퍼(10a) 내의 현상제 수용량이 미리 정해진 양 미만이 되면, 반복 실행되도록 되어 있다.

이와 같이, 현상제 보급 용기(1)로부터 배출된 현상제를, 호퍼(10a) 내에 일시적으로 저류하고, 그 후, 현상기(201a)에 보급하는 구성으로 해도 상관없지만, 본 예에서는, 이하와 같은 현상제 보급 장치(201)의 구성으로 하고 있다.

본 예에서는, 후술하는 바와 같이, 현상제 보급 용기(1) 내의 현상제는 배출구(4a)로부터 중력 작용만으로는 거의 배출되지 않고, 펌프부(3a)에 의한 용적 가변 동작에 의해 현상제가 배출되기 때문에, 배출량의 변동을 억제할 수 있다. 그로 인해, 호퍼(10a)를 생략한 도 4b와 같은 예이어도, 현상실에 현상제를 안정적으로 보급하는 것이 가능하다.

(현상제 보급 용기)

이어서, 현상제 보급 용기(1)의 구성에 대해서, 도 5a 내지 도 5c 내지 도 7의 (a) 및 (b)를 참고하여 설명한다. 여기서, 도 5a는 현상제 보급 용기(1)의 전체 사시도이며, 도 5b는 현상제 보급 용기(1)의 배출구(4a) 주변의 부분 확대도이며, 도 5c는 현상제 보급 용기(1)를 장착부(10)에 장착한 상태를 도시하는 정면도이다. 또한, 도 6은 현상제 보급 용기의 단면 사시도이며, 도 7의 (a)는 펌프부(3a)가 사용시에 최대한 신장된 상태의 부분 단면도이며, 도 7의 (b)는 펌프부(3a)가 사용시에 최대한 수축된 상태의 부분 단면도이다.

현상제 보급 용기(1)는, 도 5a에 도시한 바와 같이, 중공 원통형으로 형성되어 내부에 현상제를 수용하는 내부 공간을 구비한 현상제 수용부(2)("용기 본체"라고도 칭함)를 포함한다. 본 예에서는, 원통부(2k)와 배출부(4c)(도 4b 참조), 및 펌프부(3a)(도 5a 내지 도 5c 참조)가 현상제 수용부(2)로서 기능한다. 또한, 현상제 보급 용기(1)는 현상제 수용부(2)의 길이 방향(현상제 반송 방향) 일단부측에 플랜지부(4)("비회전부"라고도 칭함)를 포함한다. 또한, 원통부(2k)는 플랜지부(4)에 대하여 상대 회전 가능하게 구성되어 있다. 또한, 원통부(2k)의 단면 형상을, 현상제 보급 공정에서의 회전 동작에 영향을 주지 않는 범위 내에서, 비원 형상으로 해도 상관없다는 것에 주목해야 한다. 예를 들어, 타원 형상 또는 다각 형상을 채용해도 상관없다.

또한, 본 예에서는, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 현상제 수용실로서 기능하는 원통부(2k)의 전체 길이 L1이 약 460mm이고 외경 R1이 약 60mm로 설정되어 있다는 것에 주목해야 한다. 또한, 현상제 배출실로서 기능하는 배출부(4c)가 설치되어 있는 영역의 길이 L2는 약 21mm이고, 펌프부(3a)의 전체 길이 L3(사용시에 신축 가능 범위 내에서 가장 신장된 상태일 때)은 약 29mm이며, 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 펌프부(3a)의 전체 길이 L4(사용시에 신축 가능 범위 내에서 가장 줄어든 상태일 때)은 약 24mm이다.

또한, 본 예에서는, 도 5a 내지 도 5c 및 도 6에 도시한 바와 같이, 현상제 보급 용기(1)가 현상제 보급 장치(201)에 장착된 상태일 때, 원통부(2k)와 배출부(4c)가 수평 방향으로 배열되도록 구성되어 있다. 즉, 원통부(2k)는, 그 수평 방향 길이가 그 연직 방향 길이 보다도 충분히 길고, 그 수평 방향측이 배출부(4c)와 접속되도록 구성되어 있다. 따라서, 현상제 보급 용기(1)가 현상제 보급 장치(201)에 장착된 상태일 때 배출부(4c)의 연직 상방에 원통부(2k)가 위치하도록 구성하는 경우에 비하여, 후술하는 배출구(4a)에 존재하는 현상제의 양이 적게 할 수 있다. 그 때문에, 배출구(4a) 근방의 현상제가 압밀되기 어렵고, 흡기 및 배기 동작을 원활하게 행하는 것이 가능하게 된다.

(현상제 보급 용기의 재질)

본 예에서는, 후술하는 바와 같이, 펌프부(3a)에 의해 현상제 보급 용기(1) 내의 용적을 변화시킴으로써, 배출구(4a)로부터 현상제를 배출시키는 구성으로 되어 있다. 따라서, 현상제 보급 용기(1)의 재질로서는, 용적의 변화로 인하여 크게 찌부러져버리거나, 크게 부풀어오르거나 하지 않는 정도의 강성을 가진 것을 채용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 예에서 현상제 보급 용기(1)는 배출구(4a)만을 통하여 외부로 연통하고 있어, 배출구(4a)를 제외하고는 외부로부터 밀폐된 구성으로 되어 있다. 즉, 펌프부(3a)에 의해 현상제 보급 용기(1)의 용적을 감소 또는 증가시켜 배출구(4a)로부터 현상제를 배출하는 구성을 채용하고 있다는 점에서 안정된 배출 성능이 유지되는 정도의 기밀성이 얻어진다.

따라서, 본 예에서는, 현상제 수용부(2)와 배출부(4c) 각각의 재질을 폴리스티렌 수지로 하고, 펌프부(3a)의 재질을 폴리프로필렌 수지로 한다.

또한, 현상제 수용부(2)와 배출부(4c)의 각각에 사용하는 재질에 대해, 용적 가변하도록 견딜 수 있는 소재라면 된다는 것에 주목해야 한다. 예를 들어, ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체), 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 다른 수지를 사용하는 것이 가능하다. 또한, 이들 각각은 금속제이어도 상관없다.

또한, 펌프부(3a)의 재질에 대해서는, 신축 기능을 발휘하여 용적 변화에 의해 현상제 보급 용기(1)의 용적을 변화시킬 수 있는 재료라면 된다. 예를 들어, ABS, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌을 박육(thin-wall) 형상으로 형성한 것이라도 상관없다. 또한, 고무나, 기타의 신축성 재료 등을 사용하는 것도 가능하다.

또한, 수지 재료의 두께를 조정하는 등으로 하고, 펌프부(3a), 현상제 수용부(2), 배출부(4c) 각각이 상술한 기능을 만족하는 한, 각각을 동일한 재질로 하여, 예를 들어, 사출 성형법이나 블로우 성형법 등을 사용하여 일체적으로 성형된 것을 사용해도 상관없다.

이하, 플랜지부(4), 원통부(2k), 펌프부(3a), 구동 수용 기구(2d), 구동 변환 기구(2e)(캠 홈)의 구성에 대해서 순서대로 상세하게 설명한다.

(플랜지부)

플랜지부(4)에는, 도 6에 도시한 바와 같이, 원통부내(현상제 수용실내)(2k)로부터 반송되어 온 현상제를 일시적으로 저류하기 위한 중공 배출부(현상제 배출 실)(4c)가 설치되어 있다. 배출부(4c)의 바닥부에는, 현상제 보급 용기(1)의 밖으로 현상제의 배출을 허용하는, 즉, 현상제 보급 장치(201)에 현상제를 보급하기 위한 작은 배출구(4a)가 형성되어 있다. 이 배출구(4a)의 크기에 대해서는 후술한다.

또한, 플랜지부(4)에는 배출구(4a)를 개폐하는 셔터(4b)가 설치되어 있다. 셔터(4b)는 현상제 보급 용기(1)를 장착부(10)에 장착하는 동작에 수반하여, 장착부(10)에 설치된 맞닿음부(21)(필요에 따라 도 3 참조)에 맞닿도록 구성되어 있다. 따라서, 셔터(4b)는 현상제 보급 용기(1)를 장착부(10)에 장착하는 동작에 수반하여, 원통부(2k)의 회전 축선 방향(M 방향과는 역방향)으로 현상제 보급 용기(1)에 대하여 상대적으로 슬라이드한다. 그 결과, 셔터(4b)로부터 배출구(4a)가 노출되어 개봉 동작이 완료된다.

이 시점에서, 배출구(4a)는 장착부(10)의 현상제 수용구(13)와 위치가 합치하고 있으므로 서로 연통한 상태로 된다. 이러한 상태에서, 현상제 보급 용기(1)로부터의 현상제 보급이 가능하게 된다.

또한, 플랜지부(4)는 현상제 보급 용기(1)가 현상제 보급 장치(201)의 장착부(10)에 장착되면, 실질적으로 움직이지 않도록 구성되어 있다.

구체적으로는, 플랜지부(4) 자체가 원통부(2k)의 회전 방향으로 회전하지 않도록, 도 3에 도시하는 회전 방향 규제부(11)가 설치되어 있다.

따라서, 현상제 보급 용기(1)가 현상제 보급 장치(201)에 장착된 상태에서는, 플랜지부(4)에 설치되어 있는 배출부(4c) 또한, 원통부(2k)의 회전 방향으로 회전하는 것이 실질적으로 저지된 상태로 된다(백래시(backlash) 정도의 이동은 허용됨).

한편, 원통부(2k)는 현상제 보급 장치(201)에 의한 회전 방향으로의 규제를 받지 않고, 현상제 보급 공정에서 회전하는 구성으로 되어 있다.

또한, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 원통부(2k)로부터 나선 형상의 볼록부(반송부)(2c)에 의해 반송되어 온 현상제를, 배출부(4c)로 반송하기 위한 판상 구획벽(6)이 설치되어 있다. 구획벽(6)은 현상제 수용부(2)의 일부 영역을 대략 2분할하도록 설치되어 있고, 원통부(2k)와 함께 일체적으로 회전하는 구성으로 되어 있다. 그리고, 구획벽(6)에는 그 양면에 현상제 보급 용기(1)의 회전 축선 방향에 대하여 경사진 경사 돌기(6a)가 설치되어 있다. 경사 돌기(6a)는 배출부(4c)의 입구부에 접속되어 있다.

따라서, 반송부(2c)에 의해 반송되어 온 현상제는, 원통부(2k)의 회전에 연동해서 구획벽(6)에 의해 중력 방향 하방으로부터 상방으로 밀려 올려진다. 그 후, 원통부(2k)의 회전이 더 진행함에 따라 현상제는 중력에 의해 구획벽(6) 표면으로부터 미끄러져 떨어지고, 경사 돌기(6a)에 의해 배출부(4c)측으로 전달된다. 경사 돌기(6a)는 원통부(2k)가 반 회전할 때마다 현상제가 배출부(4c)에 전달되도록, 구획벽(6)의 양면에 설치되어 있다.

(플랜지부의 배출구에 대해서)

본 예에서는, 현상제 보급 용기(1)의 배출구(4a)에 대해서, 현상제 보급 용기(1)가 현상제 보급 장치(201)에 현상제를 보급하는 자세에 있어, 중력 작용만으로는 현상제가 충분히 배출되지 않는 정도의 크기로 설정되어 있다. 즉, 배출구(4a)의 개구 크기는, 중력 작용만으로는 현상제 보급 용기로부터 현상제의 배출이 불충분해지는 정도로 작게 설정되어 있다(미세 구멍(핀 홀)이라고도 함). 바꾸어 말하면, 배출구(4a)가 현상제에 의해 실질적으로 폐색되도록 그 개구의 크기를 설정하고 있다. 이에 의해, 이하의 효과를 기대할 수 있다.

(1) 배출구(4a)로부터 현상제가 누설되기 어려워진다.

(2) 배출구(4a)를 개방했을 때의 현상제 과잉 배출을 억제할 수 있다.

(3) 현상제의 배출을 펌프부(3a)에 의한 배기 동작에 지배적으로 의존시키도록 설정할 수 있다.

또한, 배출구(4a)의 크기를 작게 함으로써, 이하의 효과도 얻을 수 있다.

현상제를 화상 형성 장치에 보급함으로써, 현상제 보급 용기(1)의 배출구(4a) 및 현상제 수용구(13)의 주연부에 현상제가 부착된다. 그로 인해, 배출구(4a)의 크기가 커지면, 개구의 테두리 둘레 길이가 길어진다. 따라서, 현상제가 부착되는 범위가 커지고, 그 결과, 더럽혀지기 쉬워진다. 즉, 오염을 억제하는 방법으로서는, 배출구(4a)의 크기를 작게 하는 것이 적절하다.

본 예에서는, 현상제 보급 용기(1)의 배출구(4a)의 크기를 φ4mm(면적 12.6㎟) 이하로 하고 있다. 배출구(4a)의 크기를 이러한 미세 구멍(핀 홀)의 크기로 함으로써, 화상 형성 장치로의 현상제의 보급시에, 현상제 보급 용기(1)의 배출구(4a) 및 화상 형성 장치에 부착되는 현상제를 적게 하고 있다.

한편, 배출구(4a)의 크기의 하한값은, 현상제 보급 용기(1)로부터 보급해야 할 현상제가 적어도 통과할 수 있는 값으로 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 현상제 보급 용기(1)에 수용되어 있는 현상제의 입경(토너의 경우에는 체적 평균 입경, 캐리어의 경우에는 개수 평균 입경)보다 큰 배출구로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 보급용의 현상제에 2 성분 비자성 토너와 2 성분 자성 캐리어가 포함되어 있는 경우, 큰 쪽의 입경, 즉, 2 성분 자성 캐리어의 개수 평균 입경보다 큰 배출구로 하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 보급해야 할 2 성분 현상제에 2 성분 비자성 토너(체적 평균 입경이 5.5 ㎛)와 2 성분 자성 캐리어(개수 평균 입경이 40 ㎛)가 포함되어 있는 경우, 배출구(4a)의 직경을 0.05mm(개구 면적 0.002㎟) 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.

단, 배출구(4a)의 크기를 현상제의 입경에 가까운 크기로 설정해버리면, 현상제 보급 용기(1)로부터 현상제를 원하는 양만큼 배출시키는데 필요로 하는 에너지, 즉, 펌프부(3a)를 동작시키는데 필요로 하는 에너지가 커져 버린다는 것에 주목해야 한다. 또한, 현상제 보급 용기(1)의 제조에 있어서도 제약이 발생하는 경우가 있다. 사출 성형법을 사용하여 수지 부품에 배출구(4a)를 성형하는 경우, 배출구(4a)의 부분을 형성하는 금형 부품의 내구성이 충분히 확보되지 않을 수 있다. 이상의 이유로부터, 배출구(4a)의 직경φ은 0.5mm 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 본 예에서는, 배출구(4a)의 형상을 원 형상으로 하고 있지만, 본 발명은 이러한 형상에 한정되는 것은 아니라는 것에 주목해야 한다.

단, 원 형상의 배출구는, 개구의 면적을 동일하게 했을 경우, 다른 형상에 비하여 현상제가 부착되어 더럽혀져 버리는 개구의 테두리 둘레 길이가 가장 작다. 그로 인해, 셔터(4b)의 개폐 동작에 연동하여 넓어져 버리는 현상제의 양도 적고, 더럽혀지기 어렵다. 또한, 원 형상의 배출구는, 배출시의 저항도 적고 가장 배출성이 높다. 따라서, 배출구(4a)의 형상으로서는, 배출량과 오염 방지의 밸런스가 가장 우수한 원 형상이 보다 바람직하다.

본 예에서는, 이상의 관점에서, 배출구(4a)를 원 형상으로 하고, 그 개구의 직경φ을 2mm로 설정한다.

또한, 필요에 따라 배출구(4a)를 복수 설치해도 좋다는 것에 주목해야 한다. 이러한 경우에는, 각각의 개구 면적이 상술한 개구 면적의 범위를 충족하는 것이 바람직하다.

(원통부)

이어서, 현상제 수용실로서 기능하는 원통부(2k)에 대하여 도 5a 내지 도 5c 및 도 6을 참고하여 설명한다.

원통부(2k)는, 도 5a 내지 도 5c, 도 6에 도시한 바와 같이, 수용된 현상제를, 이의 회전에 수반하여, 현상제 배출실로서 기능하는 배출부(4c)(배출구(4a))를 향하여 반송하는 유닛으로서 기능하는 나선 형상으로 돌출한 반송부(2c)가 원통부의 내면에 설치되어 있다. 또한, 원통부(2k)는 상술한 재질의 수지를 사용하여 블로우 성형법에 의해 형성되어 있다.

또한, 현상제 보급 용기(1)의 용적을 크게 해 충전량을 증가시키려고 했을 경우, 현상제 수용부(2)로서의 플랜지부(4)의 용적을 높이 방향으로 크게 하는 방법이 생각된다. 그러나, 이러한 구성으로 하면, 현상제의 자중에 의해 배출구(4a) 근방의 현상제로의 중력 작용이 보다 증대해버린다. 그 결과, 배출구(4a) 근방의 현상제가 압밀되기 쉬워져, 배출구(4a)를 통한 흡기/배기의 방해가 된다. 이 경우, 배출구(4a)를 통한 흡기에 의해 압밀된 현상제를 풀기 위해서 또는 배기를 통한 현상제를 배출시키기 위해서는, 펌프부(3a)의 용적 변화량을 더 크게 할 필요가 있다. 그러나, 그 결과, 펌프부(3a)를 구동시키기 위한 구동력도 증가하게 되고, 이는, 화상 형성 장치 본체(100)에 과도한 부하를 초래할 수 있다.

반면, 본 예에서는, 원통부(2k)를 플랜지부(4)에 수평 방향으로 배열하여 설치하고 있다. 따라서, 현상제 보급 용기(1) 내에서의 배출구(4a)의 현상제층의 두께를, 상술한 구성보다 얇게 설정할 수 있다. 이에 의해, 중력 작용에 의해 현상제가 압밀되기 어려워진다. 그 결과, 화상 형성 장치 본체(100)에 부하를 걸리게 하지 않고, 안정된 현상제의 배출이 가능해진다.

또한, 원통부(2k)는, 도 7의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 플랜지부(4)의 내면에 설치된 링 형상의 시일 부재의 플랜지 시일(5b)을 압축한 상태에서, 플랜지부(4)에 대하여 상대 회전 가능하게 고정되어 있다.

이에 의해, 원통부(2k)는, 플랜지 시일(5b)에 대하여 미끄럼 이동하면서 회전하므로, 회전중에 현상제가 누설되지 않는다. 또한, 기밀성이 유지된다. 즉, 배출구(4a)를 통하여 공기의 출입이 적절하게 행하여진다. 이에 의해, 보급 중에 현상제 보급 용기(1)의 용적 가변을 원하는 상태로 할 수 있다.

(펌프부)

이어서, 왕복 이동에 수반하여 용적이 변화 가능한 (왕복 이동 가능한) 펌프부(3a)에 대하여 도 6, 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)를 참조하여 설명한다. 도 6은 현상제 보급 용기의 단면 사시도이다. 도 7의 (a)는 펌프부가 사용시 최대로 신장된 상태의 부분 단면도이고, 도 7의 (b)는 펌프부가 사용시 최대로 수축된 상태의 부분 단면도이다.

본 실시형태의 펌프부(3a)는 배출구(4a)를 통해 흡기 동작과 배기 동작을 교대로 행하는 흡기/배기 기구로서 기능한다. 바꾸어 말하면, 펌프부(3a)는 배출구(4a)를 통해 현상제 보급 용기의 내부를 향하는 기류와 현상제 보급 용기부터 외부를 향하는 기류를 교대로 반복하여 발생시키는 기류 발생 기구로서 기능한다.

도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 펌프부(3a)는 배출부(4c)에 대해 X 방향으로 설치되어 있다. 즉, 펌프부(3a)는, 배출부(4c)와 함께, 원통부(2k)의 회전 방향으로 스스로 회전되지 않도록 설치되어 있다.

또한, 본 실시형태의 펌프부(3a)는 그 내부에 현상제를 수용할 수 있다. 후술되는 바와 같이, 펌프부(3a) 내의 현상제 수용 스페이스는, 흡기 동작 시에 있어서의 현상제의 유동화에 중요한 역할을 담당하고 있다.

그리고, 본 실시형태에서는, 펌프부(3a)로서, 왕복 이동에 수반하여 용적이 변화 가능한 수지제의 용적 가변형 펌프부(벨로우즈 펌프)가 채용되어 있다. 구체적으로는, 도 6, 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 채용된 벨로우즈 펌프는, 주기적으로 교대로 형성된 복수의 "피크"부와 복수의 "밸리"부를 포함한다. 따라서, 펌프부(3a)는 현상제 보급 장치(201)로부터 수용된 구동력에 의해 교대로 반복하여 압축되고 신장될 수 있다. 본 실시형태에서, 펌프부(3a)의 신장/수축시의 용적 변화량은 5㎤(cc)로 설정된다는 점에 유의한다. 도 7의 (a)에 도시된 길이 L3은 약 29㎜로 설정되어 있고, 도 7의 (b)에 도시된 길이 L4는 약 24㎜로 설정되어 있다. 펌프부(3a)의 외경 R2는 약 45㎜로 설정되어 있다.

이러한 펌프부(3a)가 채용되면, 현상제 보급 용기(1)의 용적은 소정의 주기로 교대로 반복적으로 변화될 수 있다. 그 결과, 배출부(4c) 내의 현상제는 소직경(약 2㎜의 직경)의 배출구(4a)를 통해 효율적으로 배출될 수 있다.

(구동 수용 기구)

이어서, 반송부(2c)를 회전시키기 위한 회전 구동력을 현상제 보급 장치(201)로부터 수용하는, 현상제 보급 용기(1)의 구동 수용 기구(구동 입력부 및 구동력 수용부)에 대하여 설명한다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 현상제 보급 용기(1)는, 현상제 보급 장치(201)의 구동 기어(300)(구동 기구로서 기능함)와 결합(구동 연결) 가능한 구동 수용 기구(구동 입력부 및 구동력 수용부)로서 기능하는 기어부(2d)를 포함한다. 기어부(2d)는 원통부(2k)와 일체적으로 회전 가능하도록 구성되어 있다.

이로써, 구동 기어(300)로부터 기어부(2d)에 입력된 회전 구동력은 도 8a 및 도 8b에 도시된 왕복 이동 부재(3b)의 개재를 통해 펌프부(3a)에 전달된다. 구체적으로는, 이 기구는 구동 변환 기구와 함께 후술된다. 본 실시형태의 벨로우즈 펌프부(3a)는 그 신장/수축 동작이 저해되지 않는다는 전제에서, 회전 방향으로의 비틀림 저항성을 갖는 수지 재료를 사용하여 제조된다.

본 실시형태에서는, 원통부(2k)의 길이 방향(현상제 반송 방향)으로 기어부(2d)가 설치되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다는 점에 유의한다. 예를 들어, 현상제 수용부(2)의 길이 방향의 타단부측, 즉 그 최후방측에 기어부(2d)가 설치될 수 있다. 이 경우, 그 대응하는 위치에 구동 기어(300)가 세팅된다.

또한, 본 실시형태에서는, 현상제 보급 용기(1)의 구동 입력부와 현상제 보급 장치(201)의 구동부 사이의 구동 연결 기구로서 기어 기구가 사용된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 공지된 커플링 기구가 사용될 수 있다. 구체적으로, 구동 입력부로서, 비원형 형상을 갖는 오목부가 설치될 수 있고, 현상제 보급 장치(201)의 구동부로서, 전술한 오목부의 형상과 대응하는 형상을 갖는 볼록부가 설치되어, 이들 사이에 구동 연결이 성립될 수 있다.

(구동 변환 기구)

이어서, 현상제 보급 용기(1)의 구동 변환 기구(구동 변환부)에 대하여 설명한다. 본 실시형태에서 설명되는 경우에서는, 구동 변환 기구의 예로서 캠 기구가 사용된다는 점에 유의한다.

현상제 보급 용기(1)에 설치된 캠 기구는, 기어부(2d)에 의해 수용된, 반송부(2c)를 회전시키기 위한 회전 구동력을, 펌프부(3a)가 왕복 이동되는 방향으로의 힘으로 변환하는 구동 변환 기구(구동 변환부)로서 기능한다.

즉, 본 실시형태의 구성에서는, 반송부(2c)를 회전시키고 펌프부(3a)를 왕복 이동시키기 위한 구동력을 단일 구동 입력부(기어부(2d))가 수용하고, 기어부(2d)에 의해 수용된 회전 구동력은, 현상제 보급 용기(1)측에서 왕복 이동력으로 변환된다.

이는, 현상제 보급 용기(1)에 2개의 구동 입력부가 개별적으로 설치되는 경우에 비해, 현상제 보급 용기(1)의 구동 입력 기구가 그 구성에 있어 간이화될 수 있기 때문이다. 또한, 현상제 보급 장치(201)의 단일 구동 기어로부터 구동이 수용된다. 이러한 구성은, 현상제 보급 장치(201)의 구동 기구의 간이화에 기여한다.

여기서, 도 8a는 펌프부(3a)가 사용시 최대로 신장된 상태의 부분도이고, 도 8b는 펌프부(3a)가 사용시 최대로 수축된 상태의 부분도이며, 도 8c는 펌프부의 부분도이다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 회전 구동력을 펌프부(3a)의 왕복 이동력으로 변환하기 위하여 개재되는 부재로서 왕복 이동 부재(3b)가 사용된다. 구체적으로는, 구동 기어(300)로부터 회전 구동을 수용하는 구동 입력부(기어부(2d))와, 전체 둘레에 걸쳐 연속으로 설치되어 있는 캠 홈(2e)이 회전된다. 캠 홈(2e)에 대해서는 후술한다. 왕복 이동 부재(3b)로부터 돌출된 일부인 왕복 이동 부재 결합 돌기(3c)가 캠 홈(2e)과 결합된다. 본 실시형태에서는, 도 8c에 도시된 바와 같이, 왕복 이동 부재(3b)가 원통부(2k)의 회전 방향으로 스스로 회전되지 않도록(백래시 정도의 이동은 제외), 보호 부재 회전 규제부(3f)에 의해 원통부(2k)의 회전 방향이 규제된다는 점에 유의한다. 이와 같이 회전 방향이 규제되면, 왕복 이동 부재(3b)는 캠 홈(2e)을 따라서(도 7의 (a) 및 도 7의 (b)의 X 방향 또는 역방향으로) 왕복 이동하도록 규제된다. 또한, 복수의 왕복 이동 부재 결합 돌기(3c)가 캠 홈(2e)과 결합되도록 설치된다. 구체적으로는, 2개의 왕복 이동 부재 결합 돌기(3c)가, 서로 대면하도록 왕복 이동 부재(3b)의 내주면에 약 180°로 설치된다.

여기서, 배치되는 왕복 이동 부재 결합 돌기(3c)의 개수는, 적어도 하나의 왕복 이동 부재 결합 돌기(3c)가 설치되는 한 특별히 제한되지 않는다. 펌프부(3a)의 신장/수축시의 항력(reactive force)은, 예를 들어 구동 변환 기구에 모멘트를 발생시킬 수 있고, 왕복 이동이 원활하게 행해지지 않을 수 있다는 점에 유의한다. 따라서, 후술되는 캠 홈(2e)의 형상과의 관계를 파탄시키지 않도록 복수의 왕복 이동 부재 결합 돌기(3c)가 설치되는 것이 바람직하다.

즉, 구동 기어(300)로부터 입력된 회전 구동력에 의한 캠 홈(2e)의 회전에 수반하여, 왕복 이동 부재 결합 돌기(3c)가 X 방향 또는 역방향으로 캠 홈(2e)을 따라 왕복 이동된다. 이로써, 펌프부(3a)가 신장된 상태(도 8a)와 펌프부(3a)가 수축된 상태(도 8b)가 교대로 반복된다. 이와 같이, 현상제 보급 용기(1)의 용적이 변화될 수 있다.

또한, 본 실시형태에서, 구동 변환 기구는, 원통부(2k)의 회전에 따라 배출부(4c)로 반송되는 현상제의 (단위 시간당) 양이, 펌프부의 작용에 의해 배출부(4c)를 통해 현상제 보급 장치(201)에 배출되는 현상제의 (단위 시간당) 양보다 많아지도록 구동 변환을 행한다.

이는, 배출부(4c)로 현상제를 반송하는 반송부(2c)의 능력보다 현상제를 배출하는 펌프부(3a)의 능력이 크면, 배출부(4c)에 남아있는 현상제의 양이 점차적으로 감소되기 때문이다. 즉, 구동 변환은 현상제 보급 용기(1)로부터 현상제 보급 장치(201)로의 현상제의 보급에 필요한 시간이 길어지는 것을 방지하기 위한 것이다.

본 실시형태에서, 구동 변환 기구에 의한 구동 변환은, 펌프부(3a)가 원통부(2k)의 회전마다 복수 회 왕복 이동하게 한다.

(현상제 보급 공정)

이어서, 도 8a 내지 도 8c 및 도 9의 (a) 내지 도 9의 (f)를 참조하여, 펌프부(3a)에 의한 현상제 보급 공정에 대하여 설명한다.

본 실시형태의 구성에서는, 후술되는 바와 같이, 펌프부의 동작에 수반하여 흡기 공정(배출구(4a)를 통한 흡기 동작) 및 배기 공정(배출구(4a)를 통한 배기 동작)과, 펌프부의 동작의 정지에 수반하여 동작 정지 공정(배출구(4a)를 통한 흡기/배기를 정지)을 행하도록, 구동 변환 기구에 의해 회전 구동력이 왕복 이동력으로 변환된다. 이하, 흡기 공정, 배기 공정 및 동작 정지 공정을, 순서대로 상세하게 설명한다.

(흡기 공정)

먼저, 흡기 공정(배출구(4a)를 통한 흡기 동작)에 대하여 설명한다.

상술된 구동 변환 기구(캠 기구)에 의해, 펌프부(3a)가 최대로 수축된 상태를 펌프부(3a)가 최대로 신장된 상태로 전환시킴으로써, 흡기 동작이 행해진다. 즉, 흡기 동작에 따라, 현상제 보급 용기(1) 내의 현상제를 수용할 수 있는 부위(펌프부(3a), 원통부(2k), 플랜지부(4))의 용적이 증가된다.

이때, 현상제 보급 용기(1)의 내부는 배출구(4a)를 제외하고 실질적으로 밀폐되어 있고, 배출구(4a)는 현상제 T에 의해 실질적으로 폐쇄되어 있다. 따라서, 현상제 보급 용기(1) 내의 현상제 T를 수용할 수 있는 부위의 용적의 증가에 따라, 현상제 보급 용기(1)의 내압이 감소한다.

이때, 현상제 보급 용기(1)의 내압은 대기압(외부 기압)보다 낮아진다. 따라서, 현상제 보급 용기(1)의 외부의 공기가, 현상제 보급 용기(1)의 내부와 외부 사이의 압력차에 의해, 배출구(4a)를 통해 현상제 보급 용기(1) 내로 이동된다.

이때, 배출구(4a)를 통해 현상제 보급 용기(1)의 외부로부터 도입되는 공기에 의해, 배출구(4a) 근방에 위치된 현상제 T가 풀어질(loose) 수 있다(유동화될 수 있다). 구체적으로는, 배출구(4a) 근방에 위치된 현상제 T 내로 공기가 혼합되어, 벌크 밀도를 저하시킨다. 이와 같이, 현상제 T가 적절하게 유동화될 수 있다.

또한, 이때, 공기가 배출구(4a)를 통해 현상제 보급 용기(1) 내로 도입된다. 따라서, 현상제 보급 용기(1)의 내압은 현상제 보급 용기(1)의 용적의 증가에 무관하게 대기압(외부 기압)과 실질적으로 동일하게 유지된다.

이와 같이, 현상제 T가 미리 유동화되면, 후술되는 배기 동작 시에, 배출구(4a)가 현상제 T로 막히지 않고 배출구(4a)를 통해 현상제 T가 원활하게 배출될 수 있다.

흡기 동작을 행할 때, 최대로 수축된 상태로부터 최대로 신장된 상태로 펌프부(3a)가 전환되는 경우 뿐만 아니라, 최대로 수축된 상태와 최대로 신장된 상태 사이의 도중에 펌프부(3a)가 정지한 경우에도, 현상제 보급 용기(1)의 내압이 변화되는 한 흡기 동작은 행해진다는 점에 유의한다. 즉, 흡기 공정은, 왕복 이동 부재 결합 돌기(3c)가 도 9의 (a) 내지 도 9의 (f)에 도시된 캠 홈(2h)과 결합되어 있는 상태에 대응한다.

(배기 공정)

이어서, 배기 공정(배출구(4a)를 통한 배기 동작)에 대하여 설명한다.

펌프부(3a)가 최대로 신장된 상태를 펌프부(3a)가 최대로 수축된 상태로 전환함으로써, 배기 동작이 행해진다. 구체적으로는, 배기 동작에 따라, 현상제 보급 용기(1) 내의 현상제를 수용할 수 있는 부위(펌프부(3a), 원통부(2k), 배출부(4c))의 용적이 감소된다. 이때, 현상제 보급 용기(1)의 내부는 배출구(4a)를 제외하고 실질적으로 밀폐되어 있고, 배출구(4a)는 현상제가 배출될 때까지 현상제 T에 의해 실질적으로 폐쇄되어 있다. 따라서, 현상제 보급 용기(1) 내의 현상제 T를 수용할 수 있는 부위의 용적의 감소에 따라, 현상제 보급 용기(1)의 내압이 상승한다.

이때, 현상제 보급 용기(1)의 내압은 대기압(외부 기압)보다 높다. 따라서, 현상제 T는 현상제 보급 용기(1)의 내부와 외부 사이의 압력차에 의해, 배출구(4a)를 통해 압출된다. 즉, 현상제 보급 용기(1)로부터 현상제 보급 장치(201)로 현상제 T가 배출된다.

현상제 T와 함께 현상제 보급 용기(1) 내의 공기가 배출되므로, 현상제 보급 용기(1)의 내압은 저하된다.

상술된 바와 같이, 본 실시형태에서는, 단일 왕복 이동식의 펌프부(3a)로 현상제를 효율적으로 배출할 수 있으므로, 현상제 배출에 필요로 하는 기구를 간이화할 수 있다.

배기 동작을 행할 때, 최대로 신장된 상태로부터 최대로 수축된 상태로 펌프부(3a)가 전환되는 경우 뿐만 아니라, 최대로 신장된 상태와 최대로 수축된 상태 사이의 도중에 펌프부(3a)가 정지한 경우에도, 현상제 보급 용기(1)의 내압이 변화되는 한 배기 동작은 행해진다는 점에 유의한다. 즉, 배기 공정은, 왕복 이동 부재 결합 돌기(3c)가 도 9의 (a) 내지 도 9의 (f)에 도시된 캠 홈(2g)과 결합되어 있는 상태에 대응한다.

(동작 정지 공정)

이어서, 펌프부(3a)가 왕복 동작되지 않는 동작 정지 공정에 대하여 설명한다.

본 실시형태의 구성에서는, 자기 센서(800c) 또는 현상제 센서(10d)로부터의 검출 결과에 기초하여, 제어 장치(600)가 구동 모터(500)의 동작을 제어한다. 이러한 구성에서는, 현상제 보급 용기(1)로부터 배출되는 현상제의 양이 토너 농도에 직접적으로 영향을 주므로, 화상 형성 장치에 의해 필요하게 되는 양만큼 현상제 보급 용기(1)로부터 현상제가 보급될 필요가 있다. 이때, 현상제 보급 용기로부터 배출되는 현상제의 양을 안정시키기 위해서, 소정의 정기적인 양만큼 용적이 변화되는 것이 바람직하다.

예를 들어, 캠 홈(2e)이 배기 공정 및 흡기 공정에만 대응하면, 배기 공정 또는 흡기 공정 도중에 모터 구동이 정지된다. 이러한 경우, 구동 모터(500)의 회전이 정지된 후에도, 관성으로 원통부(2k)가 회전된다. 이에 수반하여, 원통부(2k)가 정지할 때까지 펌프부(3a)가 계속해서 왕복 이동된다. 결과적으로, 배기 공정 또는 흡기 공정이 행해진다. 원통부(2k)의 관성 회전의 양은, 원통부(2k)의 회전 속도에 따른다. 또한, 원통부(2k)의 회전 속도는 구동 모터(500)에 가해지는 토크에 따른다. 이로 인해, 현상제 보급 용기(1) 내의 현상제의 양에 따라 모터에의 토크가 변화할 수 있고, 이에 따라 원통부(2k)의 속도가 변화할 수 있다. 따라서, 펌프부(3a)가 동일한 위치에서 정기적으로 정지하는 것은 어렵다.

이러한 상황에서, 펌프부(3a)를 동일한 위치에서 정기적으로 정지시키기 위해서, 캠 홈(2e)은, 원통부(2k)가 회전 동작 중인 경우에도 펌프부(3a)가 왕복 이동되지 않는 영역을 구비할 필요가 있다. 본 실시형태에서는, 펌프부(3a)를 왕복 이동시키지 않기 위해, 도 9의 (a) 내지 도 9의 (f)에 도시된 캠 홈(2i)이 설치되어 있다. 캠 홈(2i)은, 원통부(2k)가 회전되는 경우에도 왕복 이동 부재(3b)를 이동시키지 않도록, 원통부(2k)의 회전 방향을 따라 스트레이트 형상으로 형성되어 있다. 즉, 동작 정지 공정은, 왕복 이동 부재 결합 돌기(3c)가 캠 홈(2i)과 결합되어 있는 상태에 대응한다.

또한, 상술된 바와 같이 펌프부(3a)가 왕복 이동되지 않는 경우, 배출구(4a)를 통해 현상제가 배출되지 않는다(예를 들어 원통부(2k)의 회전시의 진동으로 인해, 배출구(4a)를 통해 떨어지는 현상제는 제외). 즉, 캠 홈(2i)은, 배출구(4a)를 통한 배기 공정 및 흡기 공정이 행해지지 않는 한, 회전 방향에 대해 회전축 방향으로 경사질 수 있다. 또한, 캠 홈(2i)이 경사져 있는 경우, 펌프부(3a)는 경사에 대응하는 양만큼 왕복 이동하는 것이 허용된다.

(캠 홈의 설정 조건의 변형예)

이어서, 도 9의 (a) 내지 도 9의 (f)를 참조하여 캠 홈(2e)의 설정 조건의 변형예에 대하여 설명한다. 먼저, 도 9의 (a) 내지 도 9의 (f)는 캠 홈(2e)의 전개도이다. 도 9의 (a) 내지 도 9의 (f), 즉 구동 변환 기구의 전개도를 참조하여, 캠 홈(2e)의 형상의 변경에 따라 펌프부(3a)의 동작 조건이 어떻게 영향을 받는 지에 대하여 설명한다.

여기서, 도 9의 (a) 내지 도 9의 (f)에 있어서, 화살표 A는 원통부(2k)의 회전 방향(캠 홈(2e)의 이동 방향)을 나타내고, 화살표 B는 펌프부(3a)의 신장 방향을 나타내며, 화살표 C는 펌프부(3a)의 압축 방향을 나타낸다. 또한, 캠 홈(2e)은, 펌프부(3a)를 압축시킬 때 사용되는 캠 홈(2g)과, 펌프부(3a)를 신장시킬 때 사용되는 캠 홈(2h)과, 전술된 바와 같이 펌프부(3a)가 왕복 이동되지 않는 펌프부 동작 정지부(2i)를 포함한다. 또한, 원통부(2k)의 회전 방향 A에 대해, 캠 홈(2g)은 각도 α를 형성하고, 캠 홈(2h)은 각도 β를 형성한다. 캠 홈은 펌프(3a)의 신장 방향 B 및 수축 방향 C에 있어서의 진폭(즉, 펌프부(3a)의 신장/수축 길이) K1을 갖는다.

먼저, 펌프부(3a)의 신장/수축 길이 K1에 대하여 설명한다.

예를 들어, 신장/수축 길이 K1을 작게 설정했을 경우, 즉 펌프부(3a)의 용적 가변량이 감소되고, 그에 수반하여, 외부 기압에 대해 발생될 수 있는 압력차가 감소된다. 따라서, 현상제 보급 용기(1) 내의 현상제 상의 압력이 감소된다. 결과적으로, 펌프부(3a)의 1 주기(즉, 펌프부(3a)의 단일 왕복 이동의 신장 및 수축)당 현상제 보급 용기(1)로부터 배출되는 현상제의 양이 감소된다.

이로 인해, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 각도 α 및 β가 일정하게 유지되는 상태 하에서 캠 홈의 진폭 K2를 진폭 K1보다 작게 설정하면, 도 9의 (a)의 구성에 비해, 펌프부(3a)의 단일 왕복 이동에 의해 배출되는 현상제의 양이 감소된다. 반대로, 진폭 K2를 진폭 K1보다 크게 설정하면, 현상제의 배출량은 당연히 증가될 수 있다.

또한, 예를 들어, 캠 홈의 각도 α 및 β를 크게 설정한 경우에, 원통부(2k)가 일정한 속도로 회전되면, 소정 시간 동안의 현상제 수용부(2)의 회전에 수반하는 큰 양만큼 왕복 이동 부재 결합 돌기(3c)가 이동한다. 결과적으로, 펌프부(3a)는 더 빠른 속도로 신장 및 수축된다.

한편, 왕복 이동 부재 결합 돌기(3c)가 캠 홈(2g) 및 캠 홈(2h)을 따라 이동할 때, 캠 홈(2g) 및 캠 홈(2h)으로부터 받는 저항이 커진다. 결과적으로, 원통부(2k)를 회전시키는데 더 큰 토크가 필요하게 된다.

이로 인해, 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이, 신장/수축 길이 K1이 일정하게 유지되는 상태 하에서, 캠 홈(2g)의 각도 α', 캠 홈(2h)의 각도 β'를 각도 α 및 각도 β보다 각각 크게 설정하면, 펌프부(3a)는 도 9의 (a)의 구성에서보다 더 빠른 속도로 신장 및 수축될 수 있다. 그 결과, 원통부(2k)의 회전당 더 많은 횟수로 펌프부(3a)가 신장 및 수축될 수 있다. 또한, 배출구(4a)를 통해 더 큰 유속으로 현상제 보급 용기(1) 내에 공기가 진입한다. 따라서, 배출구(4a) 주변에 남아있는 현상제의 풀림 효과는 향상된다.

반대로, 각도 α' 및 각도 β'를 각도 α 및 각도 β보다 각각 작게 설정하면, 원통부(2k)의 회전 토크가 감소될 수 있다. 또한, 예를 들어, 유동성이 높은 현상제를 사용한 경우, 펌프부(3a)가 신장되었을 때, 배출구(4a)를 통해 진입한 공기에 의해 배출구(4a) 주변에 남아있는 현상제가 불어 날리기 쉬워진다. 결과적으로, 배출부(4c) 내에 현상제가 충분히 저류될 수 없어, 그 결과 현상제의 배출량이 감소될 수 있다. 이 경우, 본 실시형태의 설정을 통해 펌프부(3a)의 신장 속도가 감소되면, 현상제가 불어 날리는 것이 억제된다. 이와 같이, 배출 능력이 향상될 수 있다.

또한, 각도 α를 각도 β보다 작게 설정하면, 펌프부(3a)의 신장 속도를 그 압축 속도보다 크게 설정할 수 있다. 반대로, 도 9의 (d)에 도시한 캠 홈(2e)에서와 같이, 각도 α를 각도 β보다 크게 설정하면, 펌프부(3a)의 신장 속도를 그 압축 속도보다 작게 설정할 수 있다.

이로써, 예를 들어, 현상제 보급 용기(1) 내의 현상제가 고밀도인 상태 하에 서, 펌프부(3a)를 신장시킬 때보다 펌프부(3a)를 압축할 때 펌프부(3a)를 동작시키는 힘이 더 커진다. 그 결과, 펌프부(3a)를 압축할 때의 원통부(2k)의 회전 토크가 더 커지기 쉬어진다.

도 9의 (e)에 도시된 바와 같이, 왕복 이동 부재 결합 돌기(3c)가 캠 홈(2h)을 통과한 직후에 캠 홈(2g)을 통과하도록, 캠 홈(2e)이 구성될 수 있다는 점에 유의한다. 이러한 구성에서, 펌프부(3a)는 흡기 동작을 행한 직후에 배기 동작으로 전환된다. 펌프부(3a)가 신장된 상태 하에서 동작 정지 과정이 생략된다. 따라서, 생략된 동작 정지에 대응하는 시간 동안, 현상제 보급 용기(1) 내의 감압 상태가 지속될 수 없으므로, 현상제 T의 풀림 효과는 감소된다. 그러나, 동작 정지 과정의 생략에 대응하는 양만큼, 원통부(2k)의 회전당 더 많은 횟수로 흡기/배기 공정이 행해질 수 있다. 결과적으로, 더 많은 양의 현상제 T가 배출될 수 있다.

대안적으로, 도 9의 (f)에 도시된 바와 같이, 동작 정지 공정은, 펌프부(3a)가 최대로 수축된 상태 또는 펌프부(3a)가 최대로 신장된 상태 하에서 뿐만 아니라, 배기 공정 또는 흡기 공정 도중에도 행해질 수 있다. 이로써, 필요에 따라 용적 가변량을 설정할 수 있고, 현상제 보급 용기(1) 내의 압력을 조정할 수 있다.

상술된 바와 같이, 도 9의 (a) 내지 도 9의 (f)에 도시된 바와 같은 캠 홈(2e)의 형상을 변경함으로써, 현상제 보급 용기(1)의 배출 능력을 조정할 수 있다. 따라서, 현상제 보급 장치(201)에 의해 요구되는 현상제 양과 사용되는 현상제의 물성을 적절하게 설정할 수 있다.

상술된 바와 같이, 본 실시형태의 구성에서는, 반송부(나선 형상의 볼록부(2c))을 회전시키기 위한 구동력과 펌프부(3a)를 왕복 이동시키기 위한 구동력을 단일 구동 입력부(기어부(2d))가 수용한다. 따라서, 현상제 보급 용기의 구동 입력 기구가 간이한 구성으로 될 수 있다. 또한, 현상제 보급 장치에 설치된 단일 구동 기구(구동 기어(300))의 개재를 통해 현상제 보급 용기에 구동력이 가해진다. 이러한 구성은, 현상제 보급 장치의 구동 기구의 간이화에 기여한다.

또한, 본 실시형태의 구성에 따르면, 현상제 보급 장치로부터 수용된, 반송부를 회전시키기 위한 회전 구동력은 현상제 보급 용기의 구동 변환 기구에 의해 구동 변환된다. 이러한 구성에 의해, 펌프부(3a)는 적절하게 왕복 이동될 수 있다.

이상 본 발명의 기본적인 구성과 특징에 대하여 설명하였다. 이하에서, 실시예에 기초하여 구체적으로 본 발명에 대하여 설명한다. 그러나, 본 발명은 결코 이에 한정되지 않는다.

[현상제의 제조예]

[결착 수지 1의 제조예]

폴리옥시프로필렌(2.2)-2, 2-비스(4-히드록시페닐)프로판 76.9 질량부(0.167 몰부), 테레프탈산 24.1 질량부(0.145 몰부), 및 티타늄 테트라부톡시드 0.5 질량부를, 유리제의 4리터의 4개목형(four-necked) 플라스크에 넣었다. 온도계, 교반 막대, 콘덴서 및 질소 도입관을 플라스크에 부착하고, 플라스크를 맨틀 히터 내에 세팅하였다. 다음으로, 플라스크 내의 공기를 질소 가스로 치환하였다. 그 후, 혼합물을 교반하면서 플라스크 내의 온도를 서서히 승온시켰다. 혼합물을 200℃의 온도에서 교반하면서, 4시간 동안 반응시켰다(제1 반응 공정). 그 후, 결과물에 무수 트리멜리트산 2.0 질량부(0.010 몰부)를 첨가하고, 그 혼합물을 180℃에서 1시간 동안 반응시켜(제2 반응 공정), 결착 수지 1을 얻었다.

이 결착 수지 1의 산가는 10mgKOH/g이며, 수산기 값은 65mgKOH/g이었다. 또한, GPC(Gel Permeation Chromatography)에 의한 그 분자량은, 중량 평균 분자량(Mw) 8,000, 수 평균 분자량(Mn) 3,500, 피크 분자량(Mp) 5,700이었다. 이 수지의 연화점은 90℃이었다.

[결착 수지 2의 제조예]

폴리옥시프로필렌(2.2)-2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판 71.3 질량부(0.155몰부), 테레프탈산 24.1 질량부(0.145몰부), 및 티타늄테트라부톡시드 0.6 질량부를 유리제 4리터의 4구 플라스크로 넣었다. 온도계, 교반 막대, 콘덴서, 및 질소 도입관을 플라스크에 부착하고, 플라스크를 맨틀 히터 내에 두었다. 다음으로, 플라스크 내의 공기를 질소 가스로 치환하였다. 그 후, 혼합물을 교반하면서 플라스트 내의 온도를 서서히 증가시켰다. 혼합물을 200℃의 온도에서 교반하면서, 2시간 동안 반응시켰다(제1 반응 단계). 그 후, 그 결과물에 무수 트리멜리트산 5.8 질량부(0.030몰부)을 첨가하고, 혼합물을 180℃에서 10시간 동안 반응시켜(제2 반응 단계), 결착 수지 2를 얻었다.

결착 수지 2의 산가는 15mgKOH/g이며 수산기 값은 7mgKOH/g이었다. 또한, GPC에 의한 그 분자량은, 중량 평균 분자량(Mw) 200,000, 수 평균 분자량(Mn) 5,000, 피크 분자량(Mp) 10,000, 연화점 130℃이었다.

[중합체 제조예 1]

저밀도 폴리에틸렌(Mw: 1400, Mn: 850, DSC로 측정된 최고 흡열 피크의 피크 온도: 100℃) 18 질량부

스티렌 66 질량부

n-부틸아크릴레이트 13.5 질량부

아크릴로니트릴 2.5 질량부

상기 재료들을 오토클레이브에 투입하고, 계내의 공기를 N₂로 치환하였다. 그 후, 혼합물을 교반하면서 계내의 온도를 증가시켜 180℃에서 유지하였다. 계내에, 2질량％의 t-부틸히드로퍼옥시드의 크실렌 용액 50 질량부를 5시간에 걸쳐 적하하고, 혼합물을 냉각한 후, 용매를 분리 제거하였다. 이에 따라, 저밀도 폴리에틸렌에 비닐 수지 성분이 반응한 중합체 A를 얻었다. 중합체 A의 분자량을 측정한 결과, 중량 평균 분자량(Mw)이 7,100, 수 평균 분자량(Mn)이 3,000이었다. 또한, 45 체적％ 메탄올 수용액에 중합체를 분산함으로써 얻어지는 분산액의 투과율은, 온도 25℃에서 측정한 600nm의 파장에 있어서 69％이었다.

[중합체 제조예 2]

저밀도 폴리에틸렌(Mw: 1,300, Mn: 800, DSC로 측정한 최고 흡열 피크의 피크 온도 95℃) 20 질량부

o-메틸스티렌 65 질량부

n-부틸아크릴레이트 11 질량부

메타크릴로니트릴 4.0 질량부

상기한 재료들을 오토클레이브에 투입하고, 계내의 공기를 N₂로 치환하였다. 그 후, 혼합물을 교반하면서 온도를 증가시켜 170℃에서 유지하였다. 계내에 2질량％의 t-부틸히드로퍼옥시드의 크실렌 용액 50 질량부를 5시간에 걸쳐 적하하고, 혼합물을 냉각한 후, 용매를 분리 제거하였다. 이에 따라, 저밀도 폴리에틸렌에 비닐 수지 성분이 반응한 중합체 B를 얻었다. 중합체 B의 분자량을 측정한 결과, 중량 평균 분자량(Mw)이 6,900, 수 평균 분자량(Mn)이 2,900이었다. 또한, 45 체적％ 메탄올 수용액에 중합체를 분산함으로써 얻어지는 분산액의 투과율은, 온도 25℃에서 측정한 600nm의 파장에 있어서 63％이었다.

[실리카 미립자의 제조예 1]

실리카 미립자의 제조시, 연소노로는, 내측 화염과 외측 화염을 형성할 수 있는 이중관 구조의 탄화수소-산소 혼합형 버너를 사용하였다. 버너 중심부에 슬러리 분사용 이류체 노즐이 설치되어, 원료인 규소 화합물이 도입된다. 이류체 노즐의 주위로부터 탄화수소-산소의 가연성 가스가 분사되어, 환원 분위기인 내측 화염과 외측 화염을 형성한다. 가연성 가스와 산소의 양 및 유량의 제어에 의해, 분위기, 온도, 각 화염의 길이 등이 조정된다. 실리카 미립자들은, 화염 중에 있어서 규소 화합물로부터 형성되고, 원하는 입경을 얻을 때까지 함께 융착된다. 그 후, 미립자들을 냉각한 후 백 필터 등에 의해 포집함으로써, 실리카 미립자들을 얻는다.

원료인 규소 화합물로서 헥사메틸 시클로트리실록산을 사용하여, 실리카 미립자들을 제조하였다. 얻어진 실리카 미립자 100 질량부를 헥사메틸디실라잔 4 질량％로 표면 처리하여, 실리카 미립자들(1)을 얻었다. 얻어진 실리카 미립자들의 1차 입자들의 개수 평균 입경(표에서 "입경")을 표 1-1에 나타내었다.

[실리카 미립자의 제조예 2 내지 8]

표 1-1 및 표 1-2에 도시한 바와 같은 1차 입자들의 개수 평균 입경이얻어지도록, 실리카 원료의 평균 입경을 변경한 것을 제외하고는 실리카 미립자들(1)과 동일한 방법으로 실리카 미립자들(2 내지 8)을 제조하였다. 1차 입자들의 개수 평균 입경을 표 1-1과 표 1-2에 나타내었다.

<토너 제조예 1>

결착 수지 1 50.0 질량부

결착 수지 2 50.0 질량부

피셔-트롭쉬 왁스(DSC로 측정한 최고 흡열 피크의 피크 온도: 78℃) 6.0 질량부

C.I. 피그먼트 블루 15:3 5.0 질량부

알루미늄 3, 5-디-t-부틸살리실산 화합물 0.5 질량부

중합체 A 5.0 질량부

상기한 원료들을, 헨쉘 믹서(FM-75 Type, Mitsui Mining CO., LTD.제)를 사용하여, 회전 수 20s^-1, 회전 시간 5분으로 혼합하였다. 그 후, 혼합물을 온도 125℃에 설정된 2축 혼련기(PCM-30 Type, Ikegai Corp.제)를 사용하여 혼련하였다. 얻어진 혼련물을 냉각하고 해머 밀로 1mm 이하로 거칠게 분쇄하여, 거친 분쇄물을 얻었다. 얻어진 거친 분쇄물을, 기계식 분쇄기(T-250, Turbo Kogyo Co., Ltd.제)로 미세하게 분쇄하였다. 또한, 얻어진 결과물을 회전형 분급기(200TSP, Hosokawa Micron Corporation제)를 사용하여 분급을 행하여 토너 입자들을 얻었다. 회전형 분급기(200TSP, Hosokawa Micron Corporation제)의 작동 조건은, 분급 로터의 회전 수를 50.0s^-1로 하여 분급을 행하였다. 얻어진 토너 입자들의 중량 평균 입경(D4)은 5.7㎛이었다.

얻어진 토너 입자 100 질량부에, 실리카 미립자(1) 4.5 질량부, 이소부틸 트리메톡시실란 16질량％로 표면처리된 BET 비표면적 180m²/g의 산화티타늄 미립자 0.5 질량부를 첨가하고, 이러한 입자들을, 헨쉘 믹서(FM-75 Type, Mitsui Mining CO., LTD.제)를 사용하여, 회전 수 30s^-1로 회전시간 10분 동안 혼합한 후, 도 1에 나타내는 표면 처리 장치에 의해 열처리를 행하였다. 그 장치의 작동 조건은, 피드량 5kg/hr, 열풍 온도 C 220℃, 열풍 유량 6m³/min, 냉풍 온도 E 5℃, 냉풍 유량 4m³/min, 냉풍 절대 수분량 3g/m³, 블로워(blower) 풍량 20m³/min, 주입 공기 유량 1m³/min로 하였다. 얻어진 처리 토너 입자들의 평균 원형도는 0.963, 중량 평균 입경(D4)은 6.2㎛이었다.

얻어진 처리 토너 입자 100 질량부에, BET 비표면적 10m²/g의 티타늄산스트론튬 미립자 0.5부를 첨가하고, 이러한 입자들을, 헨쉘 믹서(FM-75 Type, Mitsui Mining CO., LTD.제)를 사용하여 회전 수 30s^-1, 회전 시간 10min 동안 혼합하여, 토너(1)를 얻었다. 얻어진 토너의 물성(즉, 토너 입자들의 표면의 실리카 미립자에 의한 피복률(표에서 "피복률"), 최대 압밀 응력 10.0kPa에서의 단축 붕괴 응력(표에서 "단축 붕괴 응력"), 실리카 미립자의 고착률(표에서 "고착률"))을 표 1-1에 나타내었다.

<토너 제조예 2 내지 13>

표 1-1과 표 1-2에 나타낸 바와 같이 왁스, 중합체, 실리카 미립자, 및 이들의 각각의 첨가 부수를 변경하고 열풍 온도를 표 1-1과 표 1-2에 나타낸 바와 같이 처리한 점을 제외하고는, 토너 제조예 1과 마찬가지 방식으로 토너 2 내지 13을 얻었다. 얻어진 토너의 물성을 표 1-1 및 표 1-2에 나타내었다.

<토너 제조예 14>

결착 수지 1 50.0 질량부

결착 수지 2 50.0 질량부

피셔-트롭쉬 왁스(DSC로 측정한 최고 흡열 피크의 피크 온도 78℃) 4.0 질량부

C.I. 피그먼트 블루 15:3 5.0 질량부

알루미늄 3, 5-디-t-부틸 살리실산 화합물 0.5 질량부

중합체 B 4.0 질량부

상기 원료들을, 헨쉘 믹서(FM-75 Type, Mitsui Mining CO., LTD.제)를 사용하여, 회전 수 20s^-1, 회전 시간 5분 동안 혼합하였다. 그 후, 혼합물을 온도 125℃에 설정된 2축 혼련기(PCM-30 Type, Ikegai Corp.제)를 사용하여 혼련하였다. 얻어진 혼련물을 냉각하고 해머 밀로 1mm 이하로 거칠게 분쇄하여, 거친 분쇄물을 얻었다. 얻어진 거친 분쇄물을, 기계식 분쇄기(T-250, Turbo Kogyo Co., Ltd.제)로 미세하게 분쇄하였다. 또한, 얻어진 결과물을 회전형 분급기(200TSP, Hosokawa Micron Corporation제)를 사용하여 분급을 행하여, 토너 입자들을 얻었다. 회전형 분급기(200TSP, Hosokawa Micron Corporation제)의 작동 조건은, 분급 로터의 회전 수를 50.0s^-1로 하여 분급을 행하였다. 얻어진 토너 입자들의 중량 평균 입경(D4)은 5.7㎛이었다.

얻어진 토너 입자 100 질량부에, 실리카 미립자(1) 2.5 질량부를 첨가하고, 이러한 입자들을, 헨쉘 믹서(FM-75 Type, Mitsui Mining CO., LTD.제)를 사용하여, 회전 수 30s^-1, 회전 시간 60분 동안 혼합하여 토너(14)를 얻었다. 얻어진 토너의 물성을 표 1-2에 나타내었다.

<토너 제조예 15 및 16>

표 1-2에 나타낸 바와 같이 왁스, 중합체, 실리카 미립자, 및 이들의 각각의 첨가 부수를 변경한 점을 제외하고는, 토너의 제조예 13과 마찬가지 방식으로 하여, 토너(15 및 16)를 얻었다. 얻어진 토너의 물성을 표 1-2에 나타내었다.

(자성 캐리어의 제조예 1)

100 질량부의 Fe₂O₃에 물을 첨가하고, 이 혼합물을 볼 밀을 사용하여 15분 동안 분쇄하여 평균 입경 55㎛의 자성 코어를 제조하였다.

이어서, 스트레이트 실리콘 수지(Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.: KR271) 1.0 질량부, γ-아미노프로필트리에톡시실란 0.5 질량부, 톨루엔 98.5 질량부의 혼합액을, 자성 코어 100 질량부에 첨가하고, 용액 감압 혼련기를 사용하여 그 내용물을 교반 및 혼합하면서 70℃에서 5시간 동안 감압 하에서 그 내용물을 건조시켜, 용제를 제거하였다. 그 후, 잔여물을 140℃에서 2시간 동안 베이킹 처리하고, 시브 셰이커(sieve shaker; 300MM-2 Type, TSUTSUI SCIENTIFIC INSTRUMENTS CO., LTD.: 75㎛ 개구)를 사용하여 체질하여, 자성 캐리어를 얻었다.

[실시예 1]

토너(1)와 자성 캐리어를, 캐리어 1.0 질량부에 대하여 토너(1) 10.0 질량부로 되도록, V형 혼합기(V-10형: TOKUJU CORPORATION)를 사용하여 0.5s^-1, 회전 시간 5분의 조건에서 혼합하였다. 이에 따라, 현상제(1)를 제조하였다. 얻어진 현상제(1)를 사용하여, 이하의 방법에서 현상제 보급 카트리지로부터의 배출성을 평가하였다.

(평가 1) 압밀 상태로부터의 배출성 시험

본 발명의 현상제 보급 장치로서, 캐논제 풀컬러 복사기(image RUNNER ADVANCE C5255)의 현상제 보급부를 본 발명의 도 6에 도시한 현상제 보급 용기 A가 장착될 수 있도록 개조하였다. 또한, 현상제 보급 용기 A의 캠 홈 패턴으로는, 도 9a에 도시한 패턴으로 하고, 펌프 스트로크 및 배출 구경 φ을 각각 6.0mm 및 3.0mm로 설정하였다.

현상제 보급 용기 A에 현상제(1)를 700g 충전하고, 배출부를 하방으로 향하게 한 상태에서, 진폭 10cm에서 30,000회의 탭핑을 하였다. 이에 따라, 현상제의 압밀 상태를 형성하였다.

그 후, 현상제 보급 카트리지를 현상제 보급 장치에 장착하고, 현상제 보급 용기의 회전 수를 0.5s^-1로 설정하고, 현상제의 배출량을 매초마다 측정하고, 평균 배출량과 매초 배출량의 표준 편차를 산출하였다. 또한, 현상제 550g의 배출 종료 후, 탭핑을 다시 행하였다. 그 후, 동일한 배출량 계측을 행하고, 현상제 보급 카트리지의 사용 초기 단계와 후기 단계의 각각의 배출 정밀도를 평가하였다.

평가 결과를 표 2에 나타내었다.

(평가 기준) 매초 현상제 배출량의 표준 편차

A: 0.10 이하 매우 우수

B: 0.11 이상 0.20 이하 양호

C: 0.21 이상 0.30 이하 정상

D: 0.31 이상 불량

(평가 2) 환경 변동 상태에서의 배출성 시험

현상제 보급 카트리지를 사용하여, 40℃/95％ RH 환경 하에서, 200g의 현상제 배출 평가를 행하였다. 그 후, 평가 환경의 온도와 습도를 각각 10℃와 10％ RH로 변경하고, 동일한 배출 평가를 행하고, 마찬가지로, 평균 배출량, 표준 편차를 산출하였다. 평가 결과를 표 2에 나타내었다.

(평가 기준) 매초 현상제 배출량의 표준 편차

A: 0.10 이하 매우 우수

B: 0.11 이상 0.20 이하 양호

C: 0.21 이상 0.30 이하 정상

D: 0.31 이상 불량

[실시예 2 내지 19]

토너와, 토너/캐리어 비율을 표 1-1 및 표 1-2에 나타낸 바와 같이 변경한 점을 제외하고는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 현상제(2 내지 19)을 각각 제조하고, 실시예 1과 마찬가지로 하여 평가를 행하였다. 평가 결과를 표 2에 나타내었다.

[실시예 20]

토너(15)를 캐리어와 혼합하지 않고서 현상제로서 사용하였다. 이 현상제를 사용하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 평가를 행하였다. 평가 결과를 표 2에 나타내었다.

[비교예 1]

캐논제 풀컬러 복사기(image RUNNER ADVANCE C5255)의 현상제 보급 용기 B 및 보급 장치와 현상제(15)를 사용하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 평가를 행하였다.

도 10은, 본 비교예의 현상제 보급 용기 B의 사시도이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 현상제 보급 용기(1)는 대 직경부(1b)와 소 직경부(1c)를 포함하고, 대략 원통 형상으로 형성된 용기 본체(24A)를 포함한다. 용기 본체(24A)는, 소 직경부(1c)의 일단부의 대략 중앙부에 개구부(1a)가 설치된 현상제 수용부(24)과, 현상제 수용부(24)의 타단부에 설치된 플랜지(7)를 구성하고 있다. 또한, 현상제 수용부(24) 내부에는, 현상제를 반송하는 반송 부재(5)(이하, "배플 부재"라고 함)가 설치되어 있고, 개구부(1a)에는 개구부(1a)를 밀봉하는 밀봉 부재(2)가 배치되어 있다.

상술한 바와 같이, 용기 본체(24A), 즉, 현상제 보급 용기 B는 대략 원통 형상을 갖고 있으며, 장치 본체 내에 대략 수평하게, 또한, 회전 가능하게 유지되며, 장치 본체로부터 회전 구동을 받음으로써 회전하도록 구성된다. 또한, 전술한 바와 같이, 현상제 보급 용기(1)의 현상제 수용부(24) 내에는 판상의 배플 부재(5)가 설치되어 있다. 배플 부재(5)의 표면에는, 현상제 보급 용기 B의 회전 축선 방향에 대하여 경사진 경사 돌기(6)가 복수 설치되어 있고, 이 경사 돌기들(6)의 각각의 일단부는 소 직경부(1c)에 도달한다. 이러한 구성에서, 현상제는, 최종적으로 경사 돌기(6)로부터 개구부(1a)를 통하여 배출된다.

현상제가 배출되는 원리를 설명한다. 예를 들어, 도 10에서, 현상제 보급 용기 B의 a 방향의 회전에 의해, 배플 부재(5)에 의해 들어 올려진 현상제가 경사 돌기(6) 위에서 b 방향으로 미끄러지고, 경사 돌기(6)에 의해 현상제 보급 용기 B의 개구부(1a)까지 c 방향으로 반송된다. 이 동작을 반복함으로써, 현상제 보급 용기(1) 내부의 현상제는, 순차적으로 교반 및 반송되어 개구부(1a)로부터 배출된다.

평가 결과를 표 2에 나타내었다.

[표 1-1]

[표 1-2]

[표 2]

예시적인 실시예들을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 개시한 예시적인 실시예들로 한정되지 않다는 점을 이해하기 바란다. 이하 청구항들의 범위는 이러한 모든 수정과 균등 구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓은 해석에 따른 것이다.

Claims (12)

1. 현상제 보급 카트리지로서,
   현상제 보급 용기와,
   현상제를 포함하고,
   상기 현상제 보급 카트리지는 현상제 보급 장치에 착탈가능하고,
   상기 현상제 보급 용기는,
   (i) 상기 현상제를 수용하기 위한 현상제 수용부와,
   (ii) 상기 현상제 수용부에 수용되어 있는 현상제를 배출하기 위한 배출구와,
   (iii) 상기 현상제 수용부의 내압이 대기압보다 낮은 상태와 상기 내압이 상기 대기압보다 높은 상태가 교대로 반복적으로 전환되도록 동작하는 펌프부를 포함하고,
   상기 현상제는 토너를 함유하고,
   상기 토너는, 결착 수지와 왁스를 각각 함유하는 토너 입자들, 및 상기 토너 입자들의 표면 상에 존재하는 실리카 미립자들을 포함하고,
   상기 실리카 미립자들은 60nm 이상 300nm 이하의 일차 입자들의 수 평균 입경(number-average particle diameter)을 갖고,
   상기 토너 입자들의 표면을 상기 실리카 미립자들로 피복하는 피복률은 15% 이상 95% 이하이고,
   상기 토너는 10.0kPa의 최대 압밀 응력에서 2.5kPa 이상 3.5kPa 이하의 단축 붕괴 응력(uniaxial collapse stress)을 갖고,
   상기 현상제는 상기 현상제 보급 용기의 현상제 수용부에 수용되어 있는, 현상제 보급 카트리지.
2. 제1항에 있어서, 상기 토너는, 상기 실리카 미립자들의 총량을 기준으로 하여 80 질량% 이상인 실리카 미립자들의 고착률을 갖는, 현상제 보급 카트리지.
3. 제1항에 있어서, 상기 현상제는 상기 토너와 캐리어를 함유하는 이성분 현상제를 포함하고, 상기 토너의 함량은 상기 캐리어의 1.0 질량부에 대하여 3.0 질량부 이상 30.0 질량부 이하인, 현상제 보급 카트리지.
4. 제1항에 있어서, 상기 결착 수지는, 산가가 1mgKOH/g 이상 20mgKOH/g 이하인 폴리에스테르 수지를 포함하는, 현상제 보급 카트리지.
5. 제1항에 있어서, 상기 왁스의 함량은 상기 결착 수지의 100 질량부에 대하여 0.5 질량부 이상 20 질량부 이하인, 현상제 보급 카트리지.
6. 제1항에 있어서, 상기 토너는, 비닐계 수지 성분과 탄화수소 화합물이 서로 반응하는 구조를 갖는 중합체를 함유하는, 현상제 보급 카트리지.
7. 제6항에 있어서, 상기 중합체는,
   (i) 폴리올레핀이 비닐계 수지 성분에 그래프트(graft)된 구조를 갖는 그래프트 중합체, 또는,
   (ii) 폴리올레핀에 비닐계 모노머가 그래프트 중합된 비닐계 수지 성분을 갖는 그래프트 중합체를 포함하는, 현상제 보급 카트리지.
8. 제1항에 있어서, 상기 토너는 착색제를 함유하는, 현상제 보급 카트리지.
9. 제8항에 있어서, 상기 착색제의 함량은 상기 결착 수지의 100 질량부에 대하여 0.1 질량부 이상 30 질량부 이하인, 현상제 보급 카트리지.
10. 제1항에 있어서, 상기 실리카 미립자들은 실란 커플링제(silane coupling agent)와 실리콘 오일 중 하나에 의해 표면 처리된, 현상제 보급 카트리지.
11. 제10항에 있어서, 상기 실리카 미립자들은 헥사메틸디실라잔에 의해 표면 처리된, 현상제 보급 카트리지.
12. 현상제 보급 카트리지를 사용하는 현상제 보급 방법으로서,
    상기 현상제 보급 카트리지는, 현상제 보급 용기와 현상제를 포함하고, 현상제 보급 장치에 착탈가능하고,
    상기 현상제 보급 용기는,
    (i) 상기 현상제를 수용하기 위한 현상제 수용부와,
    (ii) 상기 현상제 수용부에 수용되어 있는 현상제를 배출하기 위한 배출구와,
    (iii) 상기 현상제 수용부의 내압이 대기압보다 낮은 상태와 상기 내압이 상기 대기압보다 높은 상태가 교대로 반복적으로 전환되도록 동작하는 펌프부를 포함하고,
    상기 현상제는 토너를 함유하고,
    상기 토너는, 결착 수지와 왁스를 각각 함유하는 토너 입자들, 및 상기 토너 입자들의 표면 상에 존재하는 실리카 미립자들을 포함하고,
    상기 실리카 미립자들은 60nm 이상 300nm 이하의 일차 입자들의 수 평균 입경을 갖고,
    상기 토너 입자들의 표면을 상기 실리카 미립자들로 피복하는 피복률은 15% 이상 95% 이하이고,
    상기 토너는 10.0kPa의 최대 압밀 응력에서 2.5kPa 이상 3.5kPa 이하의 단축 붕괴 응력을 갖고,
    상기 현상제는 상기 현상제 보급 용기의 현상제 수용부에 수용되어 있는, 현상제 보급 방법.

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