KR20160015382A - 토너 및 토너의 제조 방법, 및 현상제 - Google Patents

Abstract

소수성 매체 중에서 토너 조성물을 조립한 후 조립물을 건조시켜 얻어진 토너가 제공된다. 상기 토너는 결착 수지를 포함한다. 상기 결착 수지는 (물에 대해) 상이한 접촉각을 갖는 2종 이상의 결착 수지를 포함한다. 접촉각이 가장 큰 결착 수지의 중량 평균 분자량은 15,000 이하이다. 그 외의 결착 수지의 중량 평균 분자량은 15,000 초과이다.

Description

토너 및 토너의 제조 방법, 및 현상제{TONER AND TONER PRODUCING METHOD, AND DEVELOPER}

본 발명은 전자 사진, 정전 기록, 정전 인쇄 등에 있어서의 정전하상을 현상하기 위해 사용되는 토너 및 토너의 제조 방법, 및 현상제에 관한 것이다.

종래에, 전자 사진 기록 방법에 기초한 복사기, 프린터 및 팩스기, 및 이들 기능이 복합된 다기능 주변기에 사용되는 정전하상 현상용 토너의 제조 방법으로서는 분쇄법만이 있었다. 그러나, 최근에는, 중합법이라고 불리우는, 수계 매체 중에서 토너 입자를 제조하는 방법이 일반화되었고, 심지어 분쇄법을 대체하는 주흐름이 되어가고 있다. 중합법에 의해 제조된 토너는 "중합 토너", 또는 일부 국가에서는 "케미컬 토너"로 불리운다.

중합법은 토너 입자의 제조시에 또는 그 과정에서, 토너 원재료의 중합 반응을 수반하기 때문에 그렇게 불리운다. 현탁 중합법, 유화 응집법, 폴리머 현탁법(폴리머 응집법), 에스테르 신장 반응법 등을 비롯한 다양한 중합법이 실용화되고 있다.

폴리머 용해 현탁법이라고 불리우는 체적 수축을 수반하는 방법도 검토되고 있다(특허문헌 1 참조). 이 용해 현탁법은 토너 재료를 저비점 유기 용제와 같은 휘발성 용제에 분산 또는 용해시키고, 이들을 분산제를 함유하는 수계 매체 중에서 유화시켜 재료의 액적을 얻은 후, 휘발성 용제를 제거한다. 현탁 중합법 및 유화 중합 응집법과는 달리, 용해 현탁법은 매우 다양한 수지를 사용할 수 있고, 특히 투명성 및 정착 후의 화상부의 평활성이 요구되는 풀컬러 프로세스에 유용한 폴리에스테르 수지를 이용할 수 있는 점에서 우수하다.

일반적으로, 상기 중합법에 의해 얻어진 토너는 분쇄법에 의해 얻어진 토너보다, 소입경을 가지며, 입도 분포가 좁고, 형상이 구형에 가까운 경향이 있다. 그 때문에, 중합법에 의해 얻어진 토너를 이용하는 것은, 전자 사진 방식에 있어서 고품질의 화상을 얻을 수 있다는 이점이 있다. 그러나, 중합법은 중합 과정에서 장시간을 소비해야 하고, 고화시킨 후에 용제 및 토너 입자를 서로 분리하고, 토너 입자의 세정 및 건조를 반복해야만 한다. 따라서, 많은 시간, 물 및 에너지를 필요로 한다는 점에서 불리하다.

그 때문에, 토너의 원재료 성분이 용제에 용해된 액체(이하, 토너 조성액이라고 지칭될 수 있음)를, 다양한 유형의 아토마이저를 사용하여 미립자화한 후에, 미립자화물을 건조시켜 분체형의 토너를 얻는 분사 조립법이 제안되어 있다(예컨대 특허문헌 2 내지 4 참조). 이들 제안에 의하면, 물을 이용할 필요가 없고 세정 및 건조 단계를 대폭으로 삭감할 수 있기 때문에, 중합법의 결점을 회피할 수 있다.

그러나, 이들 제안에 의해 나타난 토너의 제조 방법에 따르면, 얻어지는 토너는, 토너 조성액을 분무하여 형성된 액적이 건조되기 전에 액적끼리 합착하고, 합착된 상태로 용제가 건조되는 공정 결과가 생길 수 있다. 결과적으로, 얻어진 토너의 입도 분포가 넓어지는 것을 피할 수 없어서 적당하지 않을 수 있다는 문제가 있다.

이러한 문제에 대해서는, 금속판에 일정한 주파수의 진동을 부여하여, 상기 금속판에 형성된 토출구로부터 액적을 토출하는 토너의 제조 방법이 제안되어 있다(특허문헌 5 참조). 이 제안된 기술에 의하면, 다량의 세정액 및 용제와 입자의 분리의 반복이 필요하지 않을 수 있고, 매우 높은 제조 생산성으로 에너지를 절약하여 양호한 입도 분포의 토너를 제조할 수 있다.

최근에, 에너지 절약의 관점에서, 저온에서 정착하는 토너가 요구되고 있다. 일반적으로, 요구되는 토너는 저온에서 고온까지 화상에서 문제가 발생하지 않는, 정착 폭이 넓은 토너이다. 저온 정착성을 확보하기 위해, 토너가 보다 저온에서 용융하는 저분자량 조성물일 것이 요구되지만, 고온에서의 정착성을 확보하기 위해서는, 토너가 보다 고온까지 높은 용융 점성을 유지할 수 있는 고분자량 조성물일 것이 요구된다(특허문헌 6). 그 결과, 결착 수지의 분자량은 높아진다.

그러나, 특허문헌 6에서 제안된 토너의 제조 방법에 의해 상기 정착성 및 내열 보존 안정성을 만족시킬 수 있는 토너를 제조한 경우, 결착 수지의 분자량이 높아져서, 건조성이 저하하여, 건조 기류 중에서의 토너 액적끼리의 합착 및 결착이 발생하여 입도 분포가 악화된다는 문제가 생긴다. 따라서, 토너의 정착 폭 및 좁은 입도 분포 모두를 확보하기에는 문제가 있었다.

특허문헌 1 일본 특허 출원 공개(JP-A) 제07-152202호 특허문헌 2 일본 특허(JP-B) 제3786034호 특허문헌 3 JP-B 제3786035호 특허문헌 4 JP-A 제57-201248호 특허문헌 5 JP-A 제2006-293320호 특허문헌 6 JP-A 제2002-14489호

본 발명은 상기 기재된 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 소수성 매체 중에서 토너 조성물을 조립한 후 조립물을 건조하여 얻어지며, 좁은 입도 분포 및 정착성을 동시에 만족시킬 수 있는 토너를 제공하는 것이다.

상기 기재된 문제의 해결책으로서의 본 발명은 하기 (1)에 기재된 특성을 갖는다.

(1) 결착 수지를 포함하는 토너로서,

상기 토너는 소수성 매체 중에서 토너 조성물을 조립한 후 조립물을 건조시켜 얻어지고,

상기 결착 수지는 (물에 대해) 상이한 접촉각을 갖는 2종 이상의 결착 수지를 포함하며,

접촉각이 가장 큰 결착 수지의 중량 평균 분자량이 15,000 이하이고,

그 외의 결착 수지의 중량 평균 분자량이 15,000 초과인 토너.

본 발명은 좁은 입도 직경 및 정착성을 동시에 만족시킬 수 있는 토너를 제공할 수 있다.

도 1은 액체 기둥 공명 액적 형성 수단의 구성의 예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 액체 기둥 공명 액적 유닛의 구성의 예를 나타내는 단면도이다.
도 3A는 원 형상을 갖는 토출구의 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3B는 테이퍼 형상을 갖는 토출구의 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3C는 스트레이트 형상을 갖는 토출구의 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3D는 원-테이퍼 조합 형상을 갖는 토출구의 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 4A는 액체 기둥 공명 액실이 일단에서 고정되고 N=1일 경우, 속도 및 압력 변동의 정재파를 나타내는 개략 설명도이며, 여기서 P는 압력 분포를 나타내고, V는 속도 분포를 나타내며, L=λ/4이다.
도 4B는 액체 기둥 공명 액실이 양 말단에서 고정되고 N=2일 경우, 속도 및 압력 변동의 정재파를 나타내는 개략 설명도이며, 여기서 L=λ/2이다.
도 4C는 액체 기둥 공명 액실이 양 말단에서 유리되고 N=2일 경우, 속도 및 압력 변동의 정재파를 나타내는 개략 설명도이며, 여기서 L=λ/2이다.
도 4D는 액체 기둥 공명 액실이 일단에서 고정되고 N=3일 경우, 속도 및 압력 변동의 정재파를 나타내는 개략 설명도이며, 여기서 L=3λ/4이다.
도 5A는 액체 기둥 공명 액실이 양 말단에서 고정되고 N=4일 경우, 속도 및 압력 변동의 정재파를 나타내는 개략 설명도이며, 여기서 P는 압력 분포를 나타내고, V는 속도 분포를 나타내며, L=λ이다.
도 5B는 액체 기둥 공명 액실이 양 말단에서 유리되고 N=4일 경우, 속도 및 압력 변동의 정재파를 나타내는 개략 설명도이며, 여기서 L=λ이다.
도 5C는 액체 기둥 공명 액실이 일단에서 고정되고 N=5일 경우, 속도 및 압력 변동의 정재파를 나타내는 개략 설명도이며, 여기서 L=5λ/4이다.
도 6A는 액적 형성 수단의 액체 기둥 공명 유로에서 생기는 액체 기둥 공명 현상을 나타내는 개략 설명도이며, 여기서 V는 속도 분포를 나타내고, P는 압력 분포를 나타낸다.
도 6B는 액적 형성 수단의 액체 기둥 공명 유로에서 생기는 액체 기둥 공명 현상을 나타내는 개략 설명도이며, 여기서 V는 속도 분포를 나타내고, P는 압력 분포를 나타낸다.
도 6C는 액적 형성 수단의 액체 기둥 공명 유로에서 생기는 액체 기둥 공명 현상을 나타내는 개략 설명도이며, 여기서 V는 속도 분포를 나타내고, P는 압력 분포를 나타낸다.
도 6D는 액적 형성 수단의 액체 기둥 공명 유로에서 생기는 액체 기둥 공명 현상을 나타내는 개략 설명도이며, 여기서 V는 속도 분포를 나타내고, P는 압력 분포를 나타낸다.
도 6E는 액적 형성 수단의 액체 기둥 공명 유로에서 생기는 액체 기둥 공명 현상을 나타내는 개략 설명도이며, 여기서 V는 속도 분포를 나타내고, P는 압력 분포를 나타낸다.
도 7은 토너 제조 장치의 예의 개략도이다.
도 8은 액체 기둥 공명 액적 형성 수단의 구성의 예를 나타내는 단면도이다.
도 9는 탠덤형 풀컬러 화상 형성 장치의 예의 개략도이다.
도 10A는 기본 입자(4.2 ㎛)를 나타내는 토너 입자의 합착된 상태를 설명하는 도면이다(파트 1).
도 10B는 합착된 입자(5.3 ㎛)(2 입자)를 나타내는 토너 입자의 합착된 상태를 설명하는 도면이다(파트 2).
도 10C는 합착된 입자(6.1 ㎛)(3 입자)를 나타내는 토너 입자의 합착된 상태를 설명하는 도면이다(파트 3).
도 10D는 합착된 입자(6.7 ㎛)(4 입자)를 나타내는 토너 입자의 합착된 상태를 설명하는 도면이다(파트 4).
도 10E는 기본 입자를 나타내는 토너 입자의 결착된 상태를 설명하는 도면이다(파트 1).
도 10F는 결착된 입자(2 입자)를 나타내는 토너 입자의 결착된 상태를 설명하는 도면이다(파트 2).
도 10G는 결착된 입자(3 입자)를 나타내는 토너 입자의 결착된 상태를 설명하는 도면이다(파트 3).

본 발명을 실시하기 위한 양태를 도면을 참조하여 하기에서 설명한다. 소위 당업자는 청구 범위에 기재된 본 발명에 대한 변경 및 변형을 이루어 다른 양태를 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 이러한 변경 및 변형은 청구 범위에 포함되며, 하기 제공된 설명은 본 발명의 최선의 양태를 나타내고, 청구 범위를 한정하는 것이 아니다.

토너 재료 및 토너를 우선 설명한다.

예컨대, 본 발명의 토너는 적어도 결착 수지, 착색제 및 이형제를 포함하며, 필요에 따라 대전 제어제, 첨가제 및 다른 성분을 포함한다.

본 발명의 토너는 소수성 매체 중에 토너 조성물을 조립한 후 조립물을 건조시켜 얻어진다. 상기 토너는 결착 수지를 포함한다. 상기 결착 수지는 (물에 대해) 상이한 접촉각을 갖는 2종 이상의 결착 수지를 포함한다. 접촉각이 가장 큰 결착 수지의 중량 평균 분자량은 15,000 이하이다. 그 외의 결착 수지의 중량 평균 분자량은 15,000 초과이다.

상기 소수성 매체는 무극성 매체이다. 이의 구체예는 질소, 이산화탄소 및 아르곤을 포함한다.

본 발명의 토너는 바람직하게는 열용융 전의 접촉각(CAa[°])과 열용융 후의 접촉각(CAb[°])이 하기 식 (I)을 만족킨다.

CAb+3°≤CAa (식 I)

각 CAa는 바람직하게는 65° 이상이다.

CAa의 값은 결착 수지에 따라 약간 변화한다. 토너의 결착 수지는 저온 정착성의 관점에서 바람직하게는 폴리에스테르 수지이다. 폴리에스테르 수지를 사용할 경우, CAa는 65° 이상이 된다.

입자를 소수성 매체 중에서 건조시킬 경우, 소수성 재료가 표면 에너지의 균형으로 인해 입자의 표면에 편재될 것이다. 식 CAb+3°≤CAa는, 재료가 열용융 전에 토너 입자에 편재됨을 의미한다. 이 관계를 만족시킬 경우, 입자 표면에 고소수성 재료, 즉 본 양태에서는, 접촉각이 크고 분자량이 낮은 결착 수지가 편재됨을 간접적으로 확인할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 "토너 조성액"을 설명한다. 토너 조성액은 상기 토너 성분을 용제 중에 용해 또는 분산시켜 얻어지는 액상을 가질 수 있거나, 또는 토너 조성액이 토출 조건 하에서 액상인 한, 용제를 포함할 필요가 없다. 토너 조성액은 토너 성분의 일부 또는 전부가 용융된 상태에서 혼합된 액체 상태를 나타내는 것이다.

토너 재료로서, 상기 토너 조성액을 제조할 수 있는 한, 종래의 전자 사진용 토너에 사용된 것과 완전히 동일한 재료를 사용할 수 있다. 이들 재료를 상기 설명한 바의 액적 토출 수단에 의해 미소 액적으로 하고, 액적 고화/포집 수단에 의해 목적으로 하는 토너 입자를 제작하는 것이 가능하다.

(유기 용제)

유기 용제는 착색제와 같은 분산체를 안정하게 분산시킬 수 있는 한, 특별히 한정되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 사이클론으로 토너를 포집할 때, 토너 조성액을 기상에서 특정 정도로 건조시켜 토너를 포집할 필요가 있다. 따라서, 용이하게 건조될 수 있는 용제가 바람직하다. 건조의 관점에서, 용제의 비점은 바람직하게는 100℃ 이하이다.

유기 용제의 바람직한 예는 에테르, 케톤, 에스테르, 탄화수소 및 알콜을 포함한다. 이의 더욱 바람직한 예는 테트라히드로푸란(THF), 아세톤, 메틸 에틸 케톤(MEK), 에틸 아세테이트 및 톨루엔을 포함한다. 이들 중 하나를 단독 사용할 수 있거나, 또는 이들 중 2 이상을 병용할 수 있다.

(결착 수지)

본 발명에 있어서, 상이한 분자량 및 상이한 접촉각을 갖는 2종 이상의 결착 수지를 사용함으로써, 좁은 입도 분포 및 정착성을 동시에 양립시킬 수 있다.

본 발명에 있어서, 결착 수지 재료의 접촉각은 매우 중요한다. 상이한 접촉각을 갖는 재료를 소수성 매체 중에서 조립하고 건조시킬 경우, 입자의 표면 에어지를 가장 작게 만드는 힘이 입자에 대해 작용하므로, 더 낮은 에너지를 갖는 재료, 즉 접촉각이 더 큰 재료가 입자의 표면에 편재할 것이다. 다른 한편, 최근의 주류 토너 제조 방법인 케미컬 조립에 있어서, 토너 재료가 유상 형태로 수상 중에 분산되기 때문에, 더 높은 에너지를 갖는 재료, 즉 더 작은 접촉각을 갖는 재료가 재료의 표면에 편재하는 경향이 있다.

더 큰 접촉각을 갖는 수지가 더 작은 분자량을 가질 경우, 그 더 작은 분자량을 갖는 수지가 토너 입자의 표면에 존재하는 것에 의해, 토너 건조시의 건조 속도가 개선되고, 입도 분포의 악화를 방지할 수 있다.

건조성을 개선하기 위해, 더 큰 접촉각을 갖는 수지의 중량 평균 분자량은 15,000 이하일 필요가 있다. 이 수지는 다른 측면에서는 특별히 한정되지 않고, 적절히 선택될 수 있다. 그 외의 결착 수지의 중량 평균 분자량은 15,000 초과이다.

더 작은 접촉각 및 더 큰 중량 평균 분자량을 갖는 수지도 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 정착성의 관점에서, 이는 바람직하게는 3,000 내지 50,000의 분자량 범위에서 1 이상의 피크를 가지며, 분자량이 100,000 이하인 성분이 60[%] 내지 100[%]를 차지하는 THF 가용분을 포함하는 결착 수지일 수 있다. 이는 더욱 바람직하게는 5,000 내지 20,000의 분자량 범위에서 1 이상의 피크를 갖는 결착 수지일 수 있다.

본 발명은 중량 평균 분자량이 15,000 이하인 수지 및 중량 평균 분자량이 15,000 초과인 수지를 조합하여 목적으로 하는 효과를 달성할 수 있다. 이 경우, 중량 평균 분자량이 15,000 초과인 수지가 모든 수지의 50 질량% 이상을 차지하는 것이 바람직하며, 중량 평균 분자량이 20,000 이상인 수지가 모든 수지의 50 질량% 이상을 차지하는 것이 더욱 바람직하다. 3종 이상의 수지를 사용할 경우, 중량 평균 분자량이 15,000 초과인 수지, 또는 바람직하게는 중량 평균 분자량이 20,000 이상인 수지가 모든 수지의 50 질량% 이상을 차지하는 것이 바람직하다.

결착 수지로서 사용될 수 있는 수지의 예는 하기를 포함한다: 스티렌계 단량체, 아크릴계 단량체, 메타크릴산계 단량체 등의 비닐 중합체; 이들 단량체로 구성되거나 또는 2종 이상의 이들 단량체로 구성된 공중합체; 폴리에스테르계 중합체; 폴리올 수지; 페놀 수지; 실리콘 수지; 폴리우레탄 수지; 폴리아미드 수지; 푸란 수지; 에폭시 수지; 크실렌 수지; 테르펜 수지; 쿠마론-인덴 수지; 폴리카르보네이트 수지; 및 석유계 수지.

이들 중에서, 저온 정착성의 관점에서, 폴리에스테르계 중합체가 결착 수지로서 특히 바람직하다. 분자량이 15,000 이하인 결착 수지에 있어서는, 결착 수지의 분자량을 낮게 유지하고 결착 수지를 Tg 50℃ 이상을 발현시킬 필요가 있기 때문에, 결착 수지에 구성 성분으로서 방향족 고리를 갖는 단량체를 대량 함유시키는 것이 바람직하다.

-유리 전이 온도(Tg)의 측정 방법-

본 발명에 있어서, 제1 승온에서 대상 샘플로서 사용되는 토너의 유리 전이 온도를 Tg1st로서 지칭하고, 제2 승온에서의 동일물의 유리 전이 온도를 Tg2nd로서 지칭한다.

본 발명에 있어서, 제2 승온에서의 각각의 구성 성분의 Tg를 각각의 대상 샘플의 Tg로서 사용한다.

-접촉각의 측정 방법-

Kyowa Interface Science Co., Ltd. 제조의 자동 접촉각계(모델 번호 CA-W)를 이용하여 정적 접촉각을 측정함으로써 접촉각의 측정을 수행한다. 기구의 소프트웨어 중의 "액적법"을 선택함으로써, 고체의 표면에 부착된 액적의 습윤성을 측정할 수 있다. 구체적인 측정 방법은 JIS R3257에 따른 정적법(sessile drop method)을 기초로 한다.

-결착 수지의 접촉각 측정용 샘플판의 제조-

바닥이 편평한 알루미늄 컵에 결착 수지(3 g)를 계량하고, 120℃로 가열된 오븐에 넣고, 수지가 충분히 용융될 때까지 가열한다. 그 다음, 수지가 고화될 때까지 냉각시키고, 수지판의 형태로 알루미늄 컵으로부터 꺼내는데, 이것이 접촉각 측정용 샘플판이다. 여기서, 샘플판을 검사하여, 샘플판의 바닥면이 측정에 있어서 문제를 일으킬 수 있는 요철 및 균열과 같은 흠을 갖지 않는지 확인한다.

-토너의 접촉각 측정용 샘플판의 제조-

자동 가압 성형기로 토너를 가압 성형하여 샘플판을 제조한다. 성형 조건은 하기와 같다.

토너량: 3 g

하중: 6 t

시간: 60 s

성형 다이의 직경: 40 mm

-열용융 후의 토너의 접촉각 측정용 샘플판의 제조-

바닥이 편평한 알루미늄 컵에 토너(3 g)를 계량하고, 120℃로 가열된 오븐에 넣고, 토너가 충분히 용융될 때까지 가열한다. 그 다음, 토너가 고화될 때까지 냉각시키고, 토너판의 형태로 알루미늄 컵으로부터 꺼내는데, 이것이 접촉각 측정용 샘플판이다. 여기서, 샘플판을 검사하여, 샘플판의 바닥면이 측정에 있어서 문제를 일으킬 수 있는 요철 및 균열과 같은 흠을 갖지 않는지 확인한다.

(착색제)

착색제는 특별히 한정되지 않으며, 통상적으로 사용되는 착색제로부터 적절히 선택될 수 있다. 이의 예는 카본 블랙, 니그로신 염료, 아이언 블랙, 나프톨 옐로우 S, 한자 옐로우(10G, 5G 및 G), 카드뮴 옐로우, 황색 산화철, 황토, 황연, 티탄황, 폴리아조 옐로우, 오일 옐로우, 한자 옐로우(GR, A, RN 및 R), 피그먼트 옐로우 L, 벤지딘 옐로우(G 및 GR), 퍼머넌트 옐로우(NCG), 벌칸 패스트 옐로우(5G, R), 타르트라진레이크, 퀴놀린 옐로우 레이크, 안트라잔 옐로우 BGL, 이소인돌리논 옐로우, 벵가라, 연단, 연주, 카드뮴 레드, 카드뮴 머큐리 레드, 안티몬주, 퍼머넌트 레드 4R, 파라레드, 파이저 레드, 파라클로로오르토니트로 아닐린 레드, 리톨 패스트 스칼렛 G, 브릴리언트 패스트 스칼렛, 브릴리언트 카르민 BS, 퍼머넌트 레드(F2R, F4R, FRL, FRLL 및 F4RH), 패스트 스칼렛 VD, 벌칸 패스트 루빈 B, 브릴리언트 스칼렛 G, 리톨 루빈 GX, 퍼머넌트 레드 F5R, 브릴리언트 카르민 6B, 피그먼트 스칼렛 3B, 보르도 5B, 톨루이딘 마룬, 퍼머넌트 보르도 F2K, 헬리오 보르도 BL, 보르도 10B, 본 마룬 라이트, 본 마룬 미디엄, 에오신 레이크, 로다민 레이크 B, 로다민 레이크 Y, 알리자린 레이크, 티오인디고 레드 B, 티오인디고 마룬, 오일 레드, 퀴나크리돈 레드, 피라졸론 레드, 폴리아조 레드, 크롬 버밀리온, 벤지딘 오렌지, 페리논 오렌지, 오일 오렌지, 코발트 블루, 세룰리언 블루, 알칼리 블루 레이크, 피콕 블루 레이크, 빅토리아 블루 레이크, 무금속 프탈로시아닌 블루, 프탈로시아닌 블루, 패스트 스카이 블루, 인단트렌 블루(RS 및 BC), 인디고, 군청, 감청, 안트라퀴논 블루, 패스트 바이올렛 B, 메틸 바이올렛 레이크, 코발트 퍼플, 망간 바이올렛, 디옥산 바이올렛, 안트라퀴논 바이올렛, 크롬 그린, 징크 그린, 산화크롬, 비리디안, 에머랄드 그린, 피그먼트 그린 B, 나프톨 그린 B, 그린 골드, 앳시드 그린 레이크, 말라카이드 그린 레이크, 프탈로시아닌 그린, 안트라퀴논 그린, 산화티탄, 아연화, 리토폰, 및 상기 착색제 중 2 이상의 혼합물을 포함한다.

착색제의 함량은 토너에 대하여 바람직하게는 1 질량% 내지 15 질량%, 더욱 바람직하게는 3 질량% 내지 10 질량%이다.

본 발명에 사용되는 착색제는 수지와 복합화된 마스터 배치로서 사용될 수 있다. 마스터 배치와 함께 혼련되는 결착 수지의 예는 하기를 포함한다: 폴리에스테 수지 및 스티렌 또는 이의 치환체(예컨대, 폴리스티렌, 폴리-p-클로로스티렌 및 폴리비닐 톨루엔)의 중합체; 스티렌 공중합체(예컨대, 스티렌-p-클로로스티렌 공중합체, 스티렌-프로필렌 공중합체, 스티렌-비닐 톨루엔 공중합체, 스티렌-비닐 나프탈렌 공중합체, 스티렌-메틸 아크릴레이트 공중합체, 스티렌-에틸 아크릴레이트 공중합체, 스티렌-부틸 아크릴레이트 공중합체, 스티렌-옥틸 아크릴레이트 공중합체, 스티렌-메틸 메타크릴레이트 공중합체, 스티렌-에틸 메타크릴레이트 공중합체, 스티렌-부틸 메타크릴레이트 공중합체, 스티렌-메틸 α-클로로메타크릴레이트 공중합체, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 스티렌-비닐 메틸 케톤 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 스티렌-이소프렌 공중합체, 스티렌-아크릴로니트릴-인덴 공중합체, 스티렌-말레산 공중합체 및 스티렌-말레산 에스테르 공중합체); 및 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리부틸 메타크릴레이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 아세테이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 에폭시 수지, 에폭시 폴리올 수지, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리비닐 부티랄, 폴리아크릴산 수지, 로진, 변성 로진, 테르펜 수지, 지방족 또는 지환족 탄화수소 수지, 방향족 석유 수지, 염소화 파라핀 및 파라핀 왁스를 비롯한 기타. 이들 중 하나를 단독 사용할 수 있거나, 또는 이들 중 2 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

마스터 배치용 수지 및 착색제를 고전단력 하에서 서로 혼합 및 혼련하여 마스터 배치를 얻을 수 있다. 여기서, 착색제와 수지 사이의 상호 작용을 증가시키기 위해서는, 유기 용제를 사용할 수 있다. 소위 플러싱법이라고 불리우는, 착색제의, 물을 함유한 수성 페이스트를, 수지와 유기 용매와 함께 혼합 및 혼련하고, 착색제를 수지에 이행시키고, 수분 및 유기 용제 성분을 제거하는 방법도, 착색제의 웨트 케이크를 그대로 사용할 수 있고 건조시킬 필요가 없어서, 바람직하다. 3본 롤밀과 같은 고전단 분산기를 혼합 및 혼련에 사용하는 것이 바람직하다.

마스터 배치의 사용량은 결착 수지 100 질량부에 대해, 바람직하게는 2 질량부 내지 30 질량부이다.

착색제가 분산된 상태로 마스터 배치를 사용하기 위해서는, 마스터 배치용 수지의 산가는 30 mgKOH/g 이하이고 아민가는 1 mgKOH/g 내지 100 mgKOH/g인 것이 바람직하다. 착색제가 분산된 상태로 마스터 배치를 사용하기 위해서는, 마스터 배치용 수지의 산가는 20 mgKOH/g 이하이고 아민가는 10 mgKOH/g 내지 50 mgKOH/g인 것이 더욱 바람직하다. 산가가 30 mgKOH/g을 초과할 경우, 고습 조건 하에서의 대전성이 불량할 수 있고, 안료의 분산성이 불충분할 수 있다. 또한, 아민가가 1 mgKOH/g 미만 및 100 mgKOH/g 초과일 경우, 안료의 분산성이 불충분할 수 있다. 산가는 JIS K0070에 기재된 방법에 따라 측정할 수 있고, 아민가는 JIS K7237에 기재된 방법에 따라 측정할 수 있다.

안료의 분산성의 관점에서, 분산제는 결착 수지와 높은 상용성을 갖는 것이 바람직하다. 분산제의 시판품의 구체예는 "AJISPER PB821" 및 "AJISPER PB822"(Ajinomoto Fine-Techno Co., Inc. 제조), "DISPERBYK-2001"(Byk-Chemie GmbH 제조) 및 "EFKA-4010"(EFKA Inc. 제조)을 포함한다.

(이형제)

본 발명에 사용되는 토너 조성액은 결착 수지, 착색제 및 이형제를 포함한다.

이형제는 특별히 한정되지 않으며, 통상적으로 사용되는 이형제에서 적절히 선택된 이형제를 사용할 수 있다. 이형제의 예는 하기를 포함한다: 지방족 탄화수소계 이형제, 예컨대 저분자량 폴리에틸렌, 저분자량 폴리프로필렌, 폴리올레핀 이형제, 미정질 이형제, 파라핀 이형제 및 사졸 이형제; 산화폴리에틸렌 이형제와 같은 지방족 탄화수소계 이형제의 산화물 또는 이의 블록 공중합체; 식물계 이형제, 예컨대 칸델릴라 이형제, 카나우바 이형제, 목랍 및 호호바랍; 동물계 이형제, 예컨대 밀랍, 라놀린 및 경납; 광물계 이형제, 예컨대 오조케라이트, 세레신 및 페트로락텀; 지방산 에스테르로 주로 구성된 이형제, 예컨대 몬탄산 에스테르 이형제 및 캐스터(castor) 이형제; 부분 또는 완전 탈산화 지방산 에스테르, 예컨대 탈산 카나우바 이형제.

정착성 및 오프셋 내성의 균형을 잡기 위해, 이형제의 융점은 바람직하게는 70[℃] 내지 140[℃], 더욱 바람직하게는 70[℃] 내지 120[℃]이다. 융점이 70[℃]보다 낮을 경우, 블로킹 내성이 불량할 수 있다. 이것이 140[℃]보다 높을 경우, 오프셋 내성 효과를 발현하기 어려워진다.

이형제의 총 함량은 바람직하게는 0.2 질량부 내지 20 질량부, 더욱 바람직하게는 0.5 질량부 내지 10 질량부이다.

본 발명에 있어서, DSC(시차 주사 열량법)에 의해 측정된 이형제의 흡열 피크 중 최대 피크의 피크 톱의 온도를 이형제의 융점으로서 사용한다.

이형제 또는 토너용 DSC 측정 기구는 바람직하게는 고정밀도의 내열식 입력 보상계의 시차 주사 열량계이다. 측정 방법은 ASTM D3418-82에 기초한다. 본 발명에서 사용되는 DSC 곡선은 1 회 승온 및 강온시켜 이전 이력을 취한 후, 승온 속도 10[℃/분]으로 승온시킨 때에 얻어지는 곡선이다.

(대전 제어제)

대전 제어제는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 유기 용제에의 용해성의 관점에서, 페놀과 알데히드의 중축합 반응으로부터 얻어진 중축합물을 포함하는 음대전성 대전 제어제이다.

페놀은 1개의 페놀성 히드록실기를 포함하며, 그 히드록실기의 오르토 위치에 수소가 결합되어 있고, p-알킬페놀, p-아랄킬페놀, p-페닐페놀 및 p-히드록시벤조산 에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 페놀인 1종 이상의 페놀을 포함한다.

알데히드로서, 파라포름알데히드, 포름알데히드, 파라알데히드 및 푸르푸랄과 같은 알데히드를 적절히 사용할 수 있다.

대전 제어제의 시판품의 예는 FCA-N형의 축합계 폴리머를 함유하는 대전 제어제(Fujikura Kasei Co., Ltd. 제조)를 포함한다.

(토너의 입도 분포)

토너의 입도 분포는 체적 평균 입경(Dv)과 개수 평균 입경(Dn)의 비로서 표시될 수 있으며, Dv/Dn으로서 표시될 수 있다. Dv/Dn의 값은 최소 1.00일 수 있으며, 이는 모든 입자가 동일한 직경을 가짐을 의미한다. Dv/Dn이 더 클수록 입도 분포가 더 넓음을 의미한다. 일반적인 분쇄 토너는 Dv/Dn이 약 1.15 내지 1.25이다. 중합 토너는 Dv/Dn이 약 1.10 내지 1.15이다. 본 발명의 토너는 이의 Dv/Dn이 1.15 이하, 더욱 바람직하게는 1.10 이하일 때, 인쇄 품질에 효과적임이 확인되었다.

전자 사진 시스템에 있어서, 현상 단계, 전사 단계 및 정착 단계에서, 입도 분포가 좁은 것이 요구된다. 따라서, 넓은 입도 분포는 바람직하지 않다. 고정밀도 화상 품질을 안정하게 얻기 위해서는, Dv/Dn은 바람직하게는 1.15 이하이다. 더욱 고정밀도의 화상을 얻기 위해서는, Dv/Dn은 1.10 이하여야 한다.

토너 입자를 기상에서 건조하고 사이클론으로 포집하는 경우, 그러나 포집된 입자가 기상에서 불충분하게 건조되어 서로 접촉한 상태가 계속되는 경우에는, 도 10E 내지 도 10G에 도시된 바와 같이 입자가 실질적으로 각각의 형상을 유지하면서 서로 결합하는 현상이 일어난다(이하, 이 현상을 결착이라고 지칭함). 이는, 결착 수지가 사용되는 토너 입자가 입자에 남은 용제로 인해 크게 가소화되기 때문이다. 이러한 결착이 일어날 경우, 기계적 강도가 적용되더라도 입자가 서로 탈착되지 않고, 입자가 큰 입자로서 거동한다. 또한, 입자 형상이 구와는 크게 달라져서, 전자 사진 시스템에 있어서의 화상에 바람직하지 않다. 이러한 이유로, 결착은 바람직하지 않다.

결착을 방지하기 위해, 용제가 건조되는 속도를 가속화할 필요가 있다. 수지의 분자량을 감소시켜 용제의 건조를 가속화할 수 있다.

본 발명의 토너의 첨가제로서, 정전 잠상 담지체 및 캐리어의 보호, 클리닝성의 개선, 열 특성, 전기 특성 및 물성의 조정, 저항의 조정, 연화점의 조정 및 정착성의 개선을 위해, 다양한 유형의 금속 비누, 불소계 계면 활성제 및 디옥틸 프탈레이트를 첨가할 수 있으며, 산화주석, 산화아연, 카본 블랙, 산화안티몬 및 무기 미립자, 예컨대 산화티탄, 산화알루미늄 및 알루미나를 필요에 따라 전도성 부여제로서 첨가할 수 있다. 이들 무기 입자는 필요에 따라 소수화할 수 있다. 또한, 폴리테트라플루오로에틸렌, 스테아르산아연 및 플루오르화폴리비닐리덴과 같은 윤활제, 산화세슘, 탄화규소 및 티탄산스트론튬과 같은 연마제, 케이킹 방지제, 및 현상성 개선제로서의, 토너 입자에 대해 역극성을 갖는 백색 미립자 및 흑색 미립자를 소량 사용할 수 있다.

대전량의 제어를 목적으로 하여, 이들 첨가제를 실리콘 바니시, 다양한 유형의 변성 실리콘 바니시, 실리콘 오일, 다양한 유형의 변성 실리콘 오일, 실란 커플링제, 작용기를 포함하는 실란 커플링제, 임의의 다른 유기 규소 화합물로 제조된 처리제, 또는 다양한 유형의 처리제로 처리할 수도 있다.

무기 미립자를 바람직하게는 첨가제로서 사용할 수 있다. 공지된 입자, 예컨대 실리카, 알루미나 및 산화티탄을 무기 미립자로서 사용할 수 있다.

다른 예는 폴리스티렌, 메타크릴산 에스테르, 아크릴산 에스테르 공중합체, 실리콘, 벤조구아나민 및 나일론과 같은, 소프 프리 유화 중합, 현탁 중합 및 분산 중합에 의해 얻어진 중축합계의, 열경화성 수지로 제조된 수지를 포함한다.

표면 처리제로 이들 첨가제의 소수성을 증가시킬 수 있으며, 이에 의해 첨가제가 고습 조건 하에서 열화되는 것이 방지될 수 있다. 표면 처리제의 바람직한 예는 실란 커플링제, 실릴화제, 플루오르화알킬기 포함 실란 커플링제, 유기 티타네이트계 커플링제, 알루미늄계 커플링제, 실리콘 오일 및 변성 실리콘 오일을 포함한다.

첨가제의 1차 입경은 바람직하게는 5[nm] 내지 2[㎛], 더욱 바람직하게는 5[nm] 내지 500[nm]이다. BET법에 따른 첨가제의 비표면적은 바람직하게는 20[㎡/g] 내지 500[㎡/g]이다. 무기 미립자의 사용%는 토너의, 바람직하게는 0.01[질량%] 내지 5[질량%], 더욱 바람직하게는 0.01[질량%] 내지 2.0[질량%]이다.

정전 잠상 담지체 또는 제1 전사 매체 상에의 전사 후에 남은 현상제를 제거하기 위한 클리닝성 개선제의 예는 하기를 포함한다: 지방산 금속 염, 예컨대 스테아르산아연, 스테아르산칼슘 및 스테아르산; 및 소프 프리 유화 중합에 의해 제조된 폴리머 미립자, 예컨대 폴리메틸 메타크릴레이트 미립자 및 폴리스티렌 미립자. 폴리머 미립자는 바람직하게는 비교적 좁은 입도 분포, 및 0.01[㎛] 내지 1[㎛]의 체적 평균 입경을 갖는다.

다음으로, 토너의 제조 방법을 설명한다. 본 발명의 토너는 소수성 매체 중에서 제조할 수 있다. 본 발명의 토너의 제조 수단의 일례를 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한다.

본 발명에 있어서, 토너 제조 수단은 분사 조립 방법의 것이지만, 이 제조 방법에 한정되지 않는데, 본 명세서에 기재된 원리는 소수성 매체 중에서 토너를 제조하는 한, 임의의 방법에 적용 가능하기 때문이다. 분사 조립 수단은 액적 토출 수단 및 액적 고화/포집 수단으로 나뉜다. 각각을 하기에 설명한다.

[액적 토출 수단]

본 발명에 사용되는 액적 토출 수단은 좁은 입도 분포를 갖는 액적을 토출하는 한, 특별히 한정되지 않으며, 공지된 것일 수 있다. 액적 토출 수단의 예는 1 유체 노즐, 2 유체 노즐, 막 진동 타입 토출 수단, 레일리(Rayleigh) 분열 타입 토출 수단, 액 진동 타입 토출 수단 및 액체 기둥 공명 타입 토출 수단을 포함한다. 막 진동 타입 액적 토출 수단은 예컨대 JP-A 제2008-292976호에 기재되어 있다. 레일리 분열 타입 액적 토출 수단은 예컨대 JP-B 제4647506호에 기재되어 있다. 액 진동 타입 액적 토출 수단은 예컨대 JP-A 제2010-102195호에 기재되어 있다.

동시에 액적의 입도 분포를 좁게 하고 토너 생산성을 확보하기 위해, 예컨대 액적화 액체 기둥 공명을 이용할 수 있다. 액적화 액체 기둥 공명에서는, 액체 기둥 공명 액실 내의 액체에 진동을 부여하여 액체 기둥 공명에 의한 정재파를 형성하고, 이 정재파의 배 영역에 해당하는 영역에 형성된 복수의 토출구로부터 액체를 토출할 수 있다.

[액체 기둥 공명 토출 수단]

액체 기둥의 공명을 이용하여 액적을 토출하는 액체 기둥 공명 타입 토출 수단을 설명한다.

도 1은 액체 기둥 공명 액적 토출 수단(11)을 도시한다. 이는 액 공통 공급로(17) 및 액체 기둥 공명 액실(118)을 포함한다. 액체 기둥 공명 액실(118)은 길이 방향의 양단의 벽면 중 한쪽에 형성된 액 공통 공급로(17)와 연통되어 있다. 액체 기둥 공명 액실(118)은 양단의 벽면과 연결하는 벽면 중 하나에 형성된, 액적(121)을 토출하기 위한 토출구(19), 및 토출구(19)가 형성된 벽면의 반대 벽면에 제공되며 액체 기둥 공명 정재파를 형성하기 위해 고주파수 진동을 생성하는 진동 발생 수단(20)을 포함한다. 미도시된 고주파수 전원이 진동 발생 수단(20)에 연결되어 있다.

본 발명에 있어서, 토너 입자를 형성하기 위한 성분을 포함하는 액체를 "토너 조성액"으로 지칭한다. 토너 조성액은 토출 수단으로부터 토출되며, 토출 조건 하에서 액체 상태로만 있으면 된다. 즉, 토너 조성액을 얻어지는 토너 입자의 성분이 용해 또는 분산된 분산 상태로 있을 수 있거나, 또는 용제 없이 토너 입자 성분이 용해된 상태로 있을 수 있다.

토너 조성액(114)은 미도시된 액 순환 펌프에 의해 액 공급관을 통해 흘러서, 도 2에 도시된 액체 기둥 공명 액적 형성 수단(110)의 액 공통 공급로(17)로 흐르고, 도 1에 도시된 액체 기둥 공명 액적 토출 수단(11)의 액체 기둥 공명 액실(118)에 공급된다. 진동 발생 수단(20)에 의해 발생된 액체 기둥 공명 정재파로 인해, 토너 조성액(114)으로 충전된 액체 기둥 공명 액실(118) 내에 압력 분포가 형성된다. 그 다음, 액체 기둥 공명 정재파의 진폭이 높고 압력 변동이 큰 정재파의 배 영역에 해당하는 영역에 위치한 토출구(19)로부터 액적(121)이 토출된다. 액체 기둥 공명 정재파의 배 영역이란 정재파의 마디(node) 외의 영역을 의미한다. 이는 바람직하게는 정재파의 압력 변동이 액체를 토출하기에 충분한 높은 진동을 갖는 영역, 더욱 바람직하게는 압력 정재파의 진폭이 극대가 되는 위치(즉, 속도 정재파의 마디)의 양 단부로서, 진폭의 극대로부터 이의 극소로 연장되는 파장의 극대로부터 측정하여 1/4에 있는 영역을 포함하는 영역이다.

복수의 토출구가 형성되어 있더라도, 이들이 정재파의 배에 해당하는 영역 내에 형성되는 경우, 실질적으로 균일한 액적이 각각의 토출구로부터 형성될 수 있다. 또한, 액적이 효율적으로 배출될 수 있고, 토출구가 막히기 어려워진다. 액 공통 공급로(17)를 통해 흐른 토너 조성액(114)이 미도시된 액 복귀관을 통해 원재료 용기에 복귀된다. 액적(121)의 토출에 의해 액체 기둥 공명 액실(118) 내 토너 조성액(114)의 양이 감소될 경우, 액체 기둥 공명 액실(118) 내 액체 기둥 공명 정재파의 작용으로 인해 흡인력이 작용하여, 토너 조성액(114)의 유속이 증가하여 액 공통 공급로(17)로부터 공급된다. 그 결과, 액체 기둥 공명 액실(118)이 토너 조성액(114)으로 재충전된다. 액체 기둥 공명 액실(118)이 토너 조성액(114)으로 재충전될 때, 액 공통 공급로(17)를 통해 흐르는 토너 조성액(114)의 유속이 이전으로 복귀된다.

액체 기둥 공명 액적 토출 수단(11)의 액체 기둥 공명 액실(118)은 금속, 세라믹 및 실리콘과 같은 구동 주파수에서 액체의 공명 주파수에 영향을 미치지 않을 정도의 높은 강성을 갖는 재료로 각각 제조된 프레임을 접합시켜 형성된다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 액체 기둥 공명 액실(118)의 길이 방향 벽면의 양쪽 사이의 길이(L)는 하기에 설명되는 액체 기둥 공명 원리에 기초하여 결정된다. 도 2에 도시된 액체 기둥 공명 액실(118)의 폭(W)은 바람직하게는 액체 기둥 공명에 여분의 주파수를 제공하지 않도록, 액체 기둥 공명 액실(118)의 길이(L)의 1/2보다 작다. 또한, 생산성을 비약적으로 개선하기 위해, 하나의 액체 기둥 공명 액적 형성 수단(110)에 복수의 액체 기둥 공명 액실(118)을 제공하는 것이 바람직하다. 액실(118)의 수는 한정되지 않지만, 100 내지 2,000 개의 액체 기둥 공명 액실(118)을 포함하는 하나의 액적 형성 수단이 가장 바람직한데, 조작성 및 생산성 모두가 충족될 수 있기 때문이다. 액 공통 공급로(17)로부터 연통되는 액 공급로가 각각의 액체 기둥 공명 액실에 접속되어 있고, 이에 따라 액 공통 공급로(17)가 복수의 액체 기둥 공명 액실(118)에 연통되어 있다.

액체 기둥 공명 액적 토출 수단(11)의 진동 발생 수단(20)은 소정 주파수에서 구동될 수 있는 한, 특별히 한정되지 않지만, 압전체를 탄성판(9)에 붙여서 얻어진 것이 바람직하다. 탄성판은 압전체가 접액하지 않도록, 액체 기둥 공명 액실의 벽의 일부를 구성한다. 압전체는 예컨대 티탄산지르콘산납(LZT)과 같은 압전 세라믹일 수 있으며, 변위량이 적기 때문에 종종 라미네이트의 형태로 사용된다. 이의 다른 예는 압전 고분자, 예컨대 플루오르화폴리비닐리덴(PVDF) 및 단결정, 예컨대 수정, LiNbO₃, LiTaO₃ 및 KNbO₃을 포함한다. 또한, 진동 발생 수단(20)은 바람직하게는 액체 기둥 공명 액실마다 개별적으로 제어될 수 있도록 제공된다. 또한, 진동 발생 수단은 바람직하게는 상기 재료 중 하나로 제조되고 액체 기둥 공명 액실의 형태에 따라 부분적으로 절단된 블록형 진동 부재여서, 탄성판을 통해 개별적으로 각각의 액체 기둥 공명 액실을 제어할 수 있다.

토출구(19)의 개구의 직경은 바람직하게는 1[㎛] 내지 40[㎛]이다. 이 직경이 1[㎛] 이상일 경우, 액적이 너무 작아지는 것이 방지될 수 있고, 적당한 크기를 갖는 액적이 형성될 수 있다. 또한, 안료의 고체 미립자 등이 토너 구성 성분으로서 첨가되는 경우에도, 토출구(19)가 막히지 않을 수 있어, 생산성이 향상될 수 있다. 이 직경이 40[㎛] 이하일 경우, 액적의 직경이 너무 커지는 것이 방지될 수 있다. 이는 토너 조성액을 많이 희석시키지 않고 이를 건조 및 고화시킴으로써 3 ㎛ 내지 6 ㎛의 소정 토너 입경을 얻는 것을 가능하게 한다. 유기 용제로 토너 조성물을 매우 희박한 액으로 희석할 필요가 있는 경우가 있을 수 있다. 따라서, 희석에 사용되는 유기 용제의 양을 감소시킬 수 있고, 소정량의 토너를 얻는 데에 필요한 건조 에너지를 절약할 수 있다. 또한, 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이 액체 기둥 공명 액실(118)의 폭 방향으로 토출구(19)를 배열하는 구성을 채용하는 것이 바람직한데, 이것이 다수의 토출구(19)의 제공을 가능하게 하여, 이에 따라 제조 효율을 개선시키기 때문이다. 또한, 액체 기둥 공명 주파수는 토출구(19)의 개구의 배치에 따라 달라지기 때문에, 액적 토출의 확인에 의해 액체 기둥 공명 주파수를 적절히 결정하는 것이 바람직하다.

토출구(19)의 단면 형상이 도 1 등에서 개구의 직경이 감소하는 테이퍼 형상으로서 도시되어 있다. 그러나, 적절한 단면 형상이 선택될 수 있다.

도 3A 내지 도 3D는 토출구(19)의 가능한 단면 형상을 도시한다.

도 3A에 도시된 단면 형상에 있어서, 토출구(19)는 액접면으로부터 토출구를 향해 라운드 형상을 유지하면서 개구경이 좁아지는 형상이다. 이 형상으로, 박막(41)이 진동했을 때에 토출구(19)의 출구 주변에서 액에 가해지는 압력이 최대가 된다. 따라서, 이 형상은 토출 안정화에 가장 바람직한 형상이다.

도 3B에 도시된 단면 형상에 있어서, 개구의 직경이 토출구(19)의 접액면으로부터 토출구를 향해 일정한 각도로 감소된다. 이 노즐각(124)을 적절히 바꿀 수 있다. 이 노즐각으로, 도 3A의 형상과 같이, 박막(41)이 진동시에 액에 가해지는 압력을 토출구(19)의 주변에서 높게 할 수 있다. 이 각은 바람직하게는 60° 내지 90°이다. 60° 이하의 각은 바람직하지 않은데, 이러한 각에서는 액을 가압하기 어렵고, 박막(41)이 이러한 각을 갖도록 제작하기도 어렵기 때문이다.

도 3C에 도시된 단면 형상은 노즐각(124)이 90°인 도 3B의 형상에 해당한다. 90°의 각은 최대 가능한 값인데, 왜냐하면 임의의 더 큰 각에서는 출구를 가압하는 것이 더 어려워지기 때문이다. 각이 90° 이상일 경우, 토출구(19)의 출구에 압력이 가해지지 않아서, 액적 토출이 매우 불안정해진다.

도 3D에 도시된 단면 형상은 도 3A의 단면 형상과 도 3B의 단면 형상을 조합하여 얻어진 형상이다. 이러한 식으로 형상을 단계적으로 변경할 수 있다.

다음으로, 액적 형성 수단이 액체 기둥 공명에 기초하여 액적을 형성하는 기전을 설명한다.

우선, 도 1에 도시된 액체 기둥 공명 액적 토출 수단(11)의 액체 기둥 공명 액실(118)에서 일어나는 액체 기둥 공명 현상의 원리를 설명한다.

액체 기둥 공명 액실 내의 토너 조성액의 음속을 c로 하고, 진동 발생 수단(20)에 의해 매질로서 작용하는 토너 조성액에 가해지는 구동 주파수를 f로 할 때, 액체의 공명이 발생하는 파장(λ)은 하기 관계에 있다:

λ=c/f (식 1).

도 1의 액체 기둥 공명 액실(118)에 있어서, 고정단측의 프레임의 단부(end)로부터 액 공통 공급로(17)측의 프레임의 단부까지의 길이를 L로 하고, 액 공통 공급로(17)측의 프레임의 단부의 높이 h1(= 약 80[㎛])은 연통구의 높이 h2(= 약 40[㎛])의 약 2배이고, 이 단부는 폐쇄된 고정단과 등가인 것으로 상정한다. 양 단부가 이렇게 고정된 경우에는, 길이(L)가 파장(λ)의 1/4의 짝수 배에 해당하는 경우에 공명이 더욱 효과적으로 형성된다. 이는 하기 식 2로 표시된다.

L=(N/4)λ (식 2)

(여기서, N은 짝수이다.)

상기 식 2는 양 단부가 완전히 개방되어 있는 양측 개방 단부(free end)의 경우에도 성립될 수 있다.

마찬가지로, 한쪽 단부가 압력이 빠져 나갈 수 있는 개방 단부와 등가이고, 다른 단부가 폐쇄되어 있을(고정 단부) 경우, 즉, 한쪽이 고정된 단부 또는 한쪽이 개방된 단부의 경우에는, 길이(L)가 파장(λ)의 1/4의 홀수 배에 해당하는 경우에 공명이 가장 효과적으로 형성된다. 즉, 상기 식 2에서 값 N은 홀수로 표시된다.

가장 효율적인 구동 주파수 f는 하기와 같이 상기 식 1 및 2로부터 도출된다:

f=N×c/(4L) (식 3).

그러나, 실제로는, 액체는 공명을 감쇠시킬 수 있는 점성을 갖기 때문에, 진동이 무한정으로 진폭되지는 않는다. 액체는 Q 값을 가지며 또한 후술하는 식 4 및 5로 나타내는 바와 같이, 식 3으로 표시되는 가장 효율적인 구동 주파수 f에 가까운 주파수에서 공명한다.

도 4A 내지 도 4D는 N=1, 2 및 3인 경우의 속도 및 압력 변동의 정재파의 형상(공명 모드)을 도시한다. 도 5A 내지 도 5C는 N=4 및 5인 경우의 속도 및 압력 변동의 정재파의 형상(공명 모드)을 도시한다. 정재파는 기본적으로 소밀파(compression wave)(종파)이지만, 이는 일반적으로 도 4A 내지 도 4D 및 도 5A 내지 도 5C와 같이 표기된다. 실선이 속도 정재파이고, 점선이 압력 정재파이다. 예컨대, N=1인, 한쪽이 고정된 단부의 경우를 도시하는 도 4A로부터 알 수 있는 바와 같이, 속도 분포의 진폭은 폐쇄 단부에서 0이고, 개방 단부에서 최대이며, 따라서 속도 분포가 직감적으로 이해하기 쉽다. 액체 기둥 공명 액실의 길이 방향 양 단부 사이의 길이가 L이고 액체의 액체 기둥 공명의 파장이 λ일 경우, N=1 내지 5일 때 정재파가 가장 효율적으로 발생한다. 또한, 양 단부의 개폐 상태에 따라서도 정재파의 패턴이 달라진다. 따라서, 이들 정보도 도면에 기재되어 있다. 후술하는 바와 같이, 토출구의 개구의 상태 및 공급측의 개구의 상태에 따라서 단부의 조건이 결정된다.

음향학에 있어서, 개방 단부는 길이 방향의 매질(액)의 이동 속도가 극대가 되고 압력이 반대로 극소가 되는 단부이다. 역으로, 폐쇄 단부는 매체의 이동 속도가 0가 되는 단부로서 정의된다. 폐쇄 단부는 음향학적으로 딱딱한 벽이라고 생각되고 파를 반사한다. 단부가 이상적으로 완전히 폐쇄 또는 개방되어 있는 경우, 파의 중첩에 의해 도 4A 내지 도 4D 및 도 5A 및 도 5C에 도시된 바와 같은 공명 정재파가 생긴다. 그러나, 정재파의 패턴은 토출구의 수 및 토출구가 개방되는 위치에 따라서도 달라지므로, 상기 식 3으로부터 도출된 영역으로부터 이동한 영역에서 공명 주파수가 나타난다. 이 경우, 구동 주파수를 적절히 조정함으로써 안정한 토출 조건을 생성시킬 수 있다. 예컨대, 액체의 음속 1,200[m/s] 및 액체 기둥 공명 액실의 길이 L 1.85[mm]가 사용되고 양단에 벽면이 존재하여 양측 고정단과 완전히 등가인 N=2의 공명 모드가 사용되는 경우, 상기 식 2로부터 가장 효율적인 공명 주파수가 324 kHz로서 도출된다. 상기와 동일한 조건, 즉, 액체의 음속 1,200[m/s] 및 액체 기둥 공명 액실의 길이 L 1.85[mm]가 사용되고 양단에 벽면이 존재하여 양측 고정단과 등가인 N=4의 공명 모드가 사용되는 다른 예에서는, 상기 식 2로부터 가장 효율적인 공명 주파수가 648 kHz로서 도출된다. 이와 같이, 동일한 액체 기둥 공명 액실에 있어서 더욱 저차의 공명 및 더욱 고차의 공명을 모두 이용할 수 있다.

주파수를 증가시키기 위해, 도 1에 도시된 액체 기둥 공명 액적 토출 수단(11)의 액체 기둥 공명 액실은 양 단부에서 폐쇄된 단부 상태와 등가인 상태를 갖거나, 또는 토출구의 개구로부터의 영향으로 인해 음향학적으로 부드러운 벽으로서 기재될 수 있는 단부를 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 이는 한정되지 않으며, 단부는 개방 단부일 수 있다. 여기서, 토출구의 개구로부터의 영향이란, 영향 임피던스가 작아지고 특히 컴플라이언스 성분이 커지는 것을 의미한다. 따라서, 액체 기둥 공명 액실의 길이 방향 양 단부에 벽이 형성된 도 4B 및 도 5A에 도시된 바의 구성이 바람직한데, 양측 고정 단부의 공명 모드, 및 토출구측이 개방된 것으로 여겨지는 한쪽이 개방된 단부의 모든 공명 모드를 이러한 구성에 사용할 수 있기 때문이다.

토출구의 개구의 수, 개구가 형성되는 위치, 및 토출구의 단면 형상도 구동 주파수를 결정하는 인자이다. 구동 주파수는 이들 인자에 기초하여 적절히 결정될 수 있다. 예컨대, 토출구의 수가 증가할 경우, 액체 기둥 공명 액실의 고정 단부가 점차적으로 구속이 약해져서, 개방 단부의 경우의 정재파와 실질적으로 동일한 공명 정재파가 발생한다. 따라서, 구동 주파수가 높아진다. 또한, 액 공급로에 가장 가까운 토출구가 개방된 위치로부터 시작하여 구속 조건이 약해진다. 토출구의 단면 형상은 라운드 형상으로 변화할 수 있거나, 또는 토출구의 체적이 프레임의 두께에 따라 변화할 수 있다. 따라서, 실제로는, 정재파의 파장이 짧아질 수 있고, 이의 주파수가 구동 주파수보다 높아질 수 있다. 이러한 식으로 결정된 구동 주파수에서 전압이 진동 발생 수단에 가해질 경우, 진동 발생 수단이 변형되어, 구동 주파수에서 공명 정재파가 가장 효율적으로 발생한다. 액체 기둥 공명 정재파는 또한 공명 정재파가 가장 효율적으로 발생하는 구동 주파수에 가까운 주파수에서 발생한다. 즉, 액체 기둥 공명 액실의 길이 방향 양 단부 사이의 길이가 L이고 액 공급측 단부와 가장 가까운 토출구에의 거리가 Le일 경우, L 및 Le를 이용하여 하기 식 4 및 5에 의해 결정된 범위의 구동 주파수 f를 주성분으로 한 구동 파형을 이용하여 진동 발생 수단을 진동시킴으로써, 액체 기둥 공명을 유도하여 토출구로부터 액적을 토출할 수 있다.

N×c/(4L)≤f≤N×c/(4Le) (식 4)

N×c/(4L)≤f≤(N+1)×c/(4Le) (식 5)

액체 기둥 공명 액실의 길이 방향 양 단부 사이의 길이 L과 액 공급측에 가장 가까운 토출구까지의 거리 Le 사이의 비는 Le/L > 0.6을 충족시키는 것이 바람직하다.

상기 설명된 액체 기둥 공명 현상의 원리에 기초하여, 액체 기둥 공명 압력 정재파가 도 1의 액체 기둥 공명 액실(118)에 형성되고, 액체 기둥 공명 액실(118)의 일부에 구비된 토출구(19)로부터 액적 토출이 계속적으로 일어난다. 정재파의 압력이 최대 변동에 도달하는 위치에 토출구(19)를 제공하는 것이 바람직한데, 이것이 토출 효율을 개선시키고 낮은 전압에서의 구동을 가능하게 하기 때문이다. 또한, 토출구(19)의 수는 하나의 액체 기둥 공명 액실(118)에 하나일 수 있다. 그러나, 생산성의 관점에서 복수의 토출구를 제공하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 토출구의 수는 바람직하게는 2 내지 100 개이다.

100개 이하의 토출구를 제공함으로써, 토출구(19)로부터 소정 액적을 형성하기 위해 진동 발생 수단(20)에 가하는 전압을 낮은 수준으로 억제할 수 있고, 이것이 진동 발생 수단(20)으로서의 압전체의 거동을 안정화시킬 수 있다. 복수의 토출구(19)의 형성에서, 토출구 사이의 피치는 바람직하게는 20[㎛] 내지 액체 기둥 공명 액실의 길이 이하이다. 토출구 사이의 피치를 20[㎛] 이상으로 설정함으로써, 인접 토출구로부터 토출되는 액적이 서로 충돌하여 더 큰 액적을 형성할 가능성을 억제할 수 있고, 이것이 바람직한 토너 입도 분포의 수득을 가능하게 한다.

다음으로, 액적 형성 수단의 액적 토출 헤드 내 액체 기둥 공명 액실에서 일어나는 액체 기둥 공명 현상을, 이 현상을 도시하는 도 6A 내지 도 6E를 참조하여 설명한다. 이들 도면에서, 액체 기둥 공명 액실 내에 그려진 실선은 액체 기둥 공명 액실의 고정 단부로부터 이의 액 공통 공급측 단부까지의 각각의 임의 측정 위치에서의 속도를 플롯하는 속도 분포를 나타낸다. 액 공통 공급로로부터 액체 기둥 공명 액실로의 방향이 +이고, 반대 방향이 -이다. 액체 기둥 공명 액실 내에 그려진 점선은 액체 기둥 공명 액실의 고정 단부로부터 이의 액 공통 공급로측 단부까지의 각각의 임의 측정 위치에서의 압력 값을 플롯하는 압력 분포를 나타낸다. 대기압에 대하여, 정압을 +로, 음압을 -로 한다.

정압일 경우, 그림에서 하향으로 압력이 가해진다. 음압일 경우, 그림에서 상향으로 압력이 가해진다. 또한, 이들 그림에서, 액 공통 공급로측이 개방되고, 고정 단부로서 작용하는 프레임의 높이(도 1에 도시된 높이 h1)는, 액 공통 공급로(17) 및 액체 기둥 공명 액실(118)이 서로 연통되는 개구의 높이(도 1에 도시된 높이 h2)의 약 2배 이상이다. 따라서, 도 6A 내지 도 6E는 액체 기둥 공명 액실(118)의 양 단부가 실질적으로 고정된 근사적인 조건 하에서의 속도 분포 및 압력 분포의 시간적 변화를 도시한다.

도 6A는 액적 토출시의 액체 기둥 공명 액실(118) 내 압력 파형 및 속도 파형을 도시한다. 도 6B에서, 액적 토출 후 액을 끌어당긴 후 재차 메니커스압을 증가하여 간다. 도 6A 및 도 6B에 도시된 바와 같이, 액체 기둥 공명 액실(118)의 토출구(19)가 구비되어 있는 유로 내에서의 압력은 극대가 된다. 그 후, 도 6C에 도시된 바와 같이, 토출구(19) 부근의 양의 압력이 작아져서 부압측으로 이행하여, 액적(21)이 토출된다.

그 다음, 도 6D에 도시된 바와 같이, 토출구(19) 가까이의 압력이 극소가 된다. 이러한 시점에서, 액체 기둥 공명 액실(118)이 토너 조성액(114)으로 충전되기 시작한다. 그 후, 도 6E에 도시된 바와 같이, 토출구(19) 가까이의 음압이 낮아져서 양압측으로 이행한다. 이 시점에서, 액실이 토너 조성액(114)으로 충전된다. 그 다음, 도 6A에 도시된 바와 같이, 액체 기둥 공명 액실(118)의 액적 토출 영역에서의 양압이 재차 극대가 되어, 액적(121)이 토출구(19)로부터 토출된다. 이러한 식으로, 액체 기둥 공명에 기초한 정재파가 고주파수에서 구동되는 진동 발생 수단에 의해 액체 기둥 공명 액실에서 발생한다. 압력 변동이 최대가 되는 액체 기둥 공명 정재파의 배에 해당하는 액적 토출 영역에 토출구(19)가 구비되기 때문에, 배의 주기에 동기하여 토출구(19)로부터 액적(121)이 계속적으로 토출된다.

[액적의 고화]

본 발명의 토너는 상기 기재된 액적 토출 수단으로부터 가스로 배출되는 토너 조성액의 액적을 고화시킨 후 포집함으로써 얻을 수 있다.

[액적 고화 수단]

액적을 고화시키는 방법은 토너 조성액의 특성에 따라 방법이 다를 수 있기는 하지만, 기본적으로 토너 조성액을 고체 상태로 만들 수 있는 한 임의일 수 있다.

예컨대, 토너 조성액이 휘발성 용제에 고체 원재료를 용해 또는 분산시켜 얻어지는 것일 경우, 반송 기류 중에 액적을 건조시켜, 즉 액적이 분무된 후 용제를 휘발시켜, 액적을 고화시킬 수 있다. 용제를 건조시키기 위해, 분무되는 가스의 온도 및 기압, 가스의 유형 등을 적절히 선택함으로써, 건조 상태를 조정할 수 있다. 포집된 입자는 완전히 건조시킬 필요는 없고, 고체 상태로 유지되는 한, 이는 포집 후 별도 단계에서 추가로 건조시킬 수 있다. 이 방법은 의무적인 것은 아니며, 온도 변화, 화학적 반응의 적용 등에 의해 액적을 고화시킬 수 있다.

[고화 입자 포집 수단]

고화 입자를 사이클론 포집기 및 백 필터와 같은 공지된 분체 포집 수단을 이용하여 가스로부터 포집할 수 있다.

도 7은 본 발명의 토너의 제조 방법을 실시하는 장치의 예의 단면도이다. 토너 제조 장치(1)는 주로 액적 토출 수단(2) 및 건조/포집 수단(160)을 포함한다.

토너 조성액(114)을 담는 원재료 용기(113) 및 액 순환 펌프(115)가 액적 토출 수단(2)에 연결되어 있다. 액 순환 펌프는 원재료 용기(113)에 담긴 토너 조성액(114)을 액 공급관(116)을 통해 액적 토출 수단(2)에 공급하고, 액 복귀관(122)을 통해 원재료 용기(113)에 토너 조성액을 복귀하기 위해 액 공급 관(116) 내 토너 조성액(114)을 압송하도록 구성된다. 토너 조성액(114)은 수시로 액적 토출 수단(2)에 공급될 수 있다. 액 공급관(116)에 압력 측정기(P1)가 구비되고, 건조/포집 수단에 압력 측정기(P2)가 구비된다. 액이 액적 토출 수단(2)에 공급되는 압력은 압력 측정기(P1)에 의해 관리되고, 건조/포집 수단 내 압력은 압력 측정기(P2)에 의해 관리된다. 이 경우, P1>P2일 때에는, 토너 조성액(114)이 토출구(19)로부터 스며나올 수 있는 위험이 있다. P1<P2일 때에는, 가스가 토출 수단에 들어가서 토출을 정지시킬 수 있는 위험이 있다. 따라서, P1≒P2가 바람직하다.

챔버(161) 내에서는 반송 기류 도입구(164)로부터 하강 기류(반송 기류)(101)가 형성되어 있다. 액적 토출 수단(2)으로부터 토출된 액적(121)은 중력에 의해서 뿐만 아니라 반송 기류(101)에 의해서도 하향으로 반송되어, 반송 기류 출구(165)를 통해 나와서, 고화 입자 포집 수단(162)에 의해 포집되어, 고화 입자 저장 수단(163)에 저장된다.

[반송 기류]

분무된 액적이 건조 전에 서로 접촉할 경우, 이들은 하나의 입자로 합착된다(이하, 이 현상을 합착으로서 지칭함). 균일한 입도 분포를 갖는 고화 입자를 얻기 위해, 분무된 액적끼리 거리를 유지시킬 필요가 있다. 그러나, 특정 초기 속도를 갖는 분무된 액적은 공기 저항으로 인해 결국에는 속도를 잃는다. 속도를 잃은 입자를 나중에 분무된 액적이 따라 잡아서, 이들이 그 결과 서로 합착한다. 도 10A 내지 도 10D는 플로우식 입자상 분석기(Sysmex Corporation 제조 FPIA-3000)로 촬영된 합착된 입자의 상태 및 입경을 도시한다.

이 현상은 일정하게 발생하기 때문에, 이 상태로 포집된 입자의 입도 분포는 매우 악화된다. 합착을 방지하기 위해서는, 액적의 속도가 느려지고 액적이 서로 접촉하여 반송 기류(101)에 의해 합착하는 것을 방지하면서, 액적을 반송 및 고화할 필요가 있다. 결국에는, 고화된 입자가 고화 입자 포집 수단까지 반송된다.

예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 반송 기류(101)의 일부를 제1 기류로서 액적 토출 수단 부근에 액적 토출 방향과 동일한 방향에 제공함으로써, 액적 토출 직후의 액적 속도의 저하를 방지하여 합착을 방지할 수 있다. 대안적으로, 합착 방지를 위해, 도 8에 도시된 토출 방향으로 기류를 횡 방향으로 할 수 있다. 대안적으로, 도시되어 있지는 않지만, 기류는 각도를 가질 수도 있고, 각도는 바람직하게는 액적 토출 수단으로부터 액적이 떨어지도록 하는 각도이다. 합착을 방지하기 위해, 도 8에서와 같이 기류를 액적의 토출에 대해 횡 방향으로 공급할 경우, 합착 방지 기류의 방향은 바람직하게는 기류에 의해 반송될 때 액적이 궤적을 남기지 않는 방향이다.

상기 기재된 바의 제1 기류로 합착을 방지한 후, 고화된 입자를 제2 기류를 이용하여 고화 입자 포집 수단으로 반송할 수 있다.

제1 기류의 속도는 바람직하게는 액적이 분무되는 속도 이상이다. 합착 방지 기류의 속도가 액적 분무 속도보다 낮을 경우, 합착 방지 기류의 본질적인 목적인, 액적 입자끼리의 접촉을 방지하는 기능을 발휘하기 어렵다.

성상 면에서, 제1 기류는 액적의 합착을 방지하도록 추가로 조건화될 수 있으며, 제2 기류와 반드시 동일할 필요는 없다. 또한, 입자 표면의 고화를 촉진하는 화학적 물질을 합착 방지 기류 중에 혼합할 수 있거나, 또는 물리적 효과를 기대하고 기류에 이를 부여할 수 있다.

반송 기류(101)는 기류의 상태 면에서 특별히 한정되지 않으며, 층류, 선회류 또는 난류일 수 있다. 반송 기류(101)를 구성하는 가스의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 공기, 또는 질소와 같은 비연소성 가스일 수 있다. 반송 기류(101)의 온도는 적절히 조정할 수 있으며, 반송 기류가 제조 동안 온도 변동을 거치지 않는 것이 바람직하다. 챔버(161)는 반송 기류(101)의 기류 상태를 변화시키는 수단을 가질 수 있다. 반송 기류(101)는 액적(121)이 합착되는 것을 방지할 뿐 아니라, 이들이 챔버(161)의 벽면에 부착되는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있다.

[제2 건조]

도 7에 도시된 건조/포집 수단에서 얻어진 토너 입자가 다량의 잔류 용제를 포함할 경우, 필요에 따라 잔류 용제의 양을 감소시키기 위해 제2 건조를 수행한다. 제2 건조를 위해, 일반적인 공지된 건조 방법, 예컨대 유동상 건조 및 진공 건조를 이용할 수 있다. 유기 용제가 토너에 남아 있을 경우, 내열 보존 안정성, 정착성 및 대전성과 같은 토너 특성이 경시적으로 변화할 수 있을 뿐 아니라, 가열에 의한 정착 중에 잔류 용제가 휘발될 수도 있고, 이것이 사용자 및 주변 기기에게 역효과를 미칠 가능성이 증가시킨다. 따라서, 충분한 건조를 수행한다.

본 발명의 토너는 예컨대 도 9에 도시된 탠덤형 풀컬러 화상 형성 장치에 사용된다.

도 9에 도시된 탠덤형 풀컬러 화상 형성 장치(100C)는 복사 장치 본체(150), 급지 테이블(200), 스캐너(300) 및 원고 자동 반송 장치(ADF, 400)를 포함한다.

무단 벨트형 중간 전사체(50)가 복사 장치 본체(150)의 중앙에 제공된다. 중간 전사체(50)는 지지 롤러(14, 15, 16)에 의해 텐싱(tensing)되며, 도 9에서 시계 방향으로 회전할 수 있다. 중간 전사체(50) 상의 잔류 토너를 제거하기 위한 중간 전사체 클리닝 장치(17)가 지지 롤러(15) 부근에 제공된다. 지지 롤러(14) 및 지지 롤러(15)에 의해 텐싱된 중간 전사체(50)에는, 중간 전사체에 대향하고 중간 전사체의 반송 방향을 따라 병행하여 배치된 옐로우, 시안, 마젠타 및 블랙용 4개의 화상 형성 수단(18)을 포함하는 탠덤형 현상 장치(120)가 제공된다. 노광 부재로서의 노광 장치(21)가 탠덤형 현상 장치(120) 부근에 제공된다. 제2 전사 장치(22)가, 중간 전사체(50)의, 탠덤형 현상 장치(120)가 제공된 측과는 반대측에 제공된다. 제2 전사 장치(22)에 있어서, 무단 벨트인 제2 전사 벨트(24)가 한 쌍의 롤러(23)에 의해 텐싱된다. 제2 전사 벨트(24) 위에 반송된 전사지 및 중간 전사 부재(40)는 서로 접촉할 수 있다. 정착 수단으로서의 정착 장치(25)가 제2 전사 장치(22) 부근에 제공된다. 정착 장치(25)는 무단 벨트인 정착 벨트(26), 및 상기 벨트를 누르는 가압 롤러(27)를 포함한다.

탠덤형 화상 형성 장치에 있어서, 화상을 전사지의 양면에 형성시키기 위해 전사지를 역전시키는 시트 역전 장치(28)가 제2 전사 장치(22) 및 정착 장치(25) 부근에 제공된다.

다음으로, 탠덤형 현상 장치(120)를 이용하는 풀컬러 화상의 형성(컬러 복사)을 설명한다. 우선, 원고를 원고 자동 반송 장치(ADF, 400)의 원고 테이블(130)에 셋트하거나, 또는 원고 자동 반송 장치(400)를 열고, 원고를 스캐너(300)의 컨택트 글래스(32) 위에 셋트하고, 원고 자동 반송 장치(400)를 닫는다.

스타트 스위치(미도시)를 누르면, 원고 자동 반송 장치(400)에 원고를 셋트한 때에는, 원고가 컨택트 글래스(32) 상에 반송된 후에, 또는 컨택트 글래스(32) 상에 원고를 셋트한 때에는 스타트 스위치를 누른 후 즉시, 스캐너(300)가 구동한다. 그 다음, 제1 주행체(33) 및 제2 주행체(34)가 주행을 시작한다. 이 때, 제1 주행체(33)에 의해 원고면에 광원으로부터의 빛이 조사되며, 원고면으로부터의 반사광을 제2 주행체(34)에 있어서의 미러로 반사하여, 결상 렌즈(35)를 통해 판독 센서(36)로 반사광을 수광할 수 있다. 이러한 식으로, 컬러 원고(컬러 화상)가 블랙, 옐로우, 마젠타 및 시안의 화상 정보로 판독된다.

블랙, 옐로우, 마젠타 및 시안 각각에 대한 화상 정보는 탠덤형 현상기(120)의 화상 형성 수단(18)(블랙용 화상 형성 수단, 옐로우용 화상 형성 수단, 마젠타용 화상 형성 수단 및 시안용 화상 형성 수단)에 상응하는 것에 전달된다. 화상 형성 수단은 각각 블랙, 옐로우, 마젠타 및 시안의 토너 화상을 형성한다. 탠덤형 현상기(120)의 화상 형성 수단(18)(블랙용 화상 형성 수단, 옐로우용 화상 형성 수단, 마젠타용 화상 형성 수단 및 시안용 화상 형성 수단)은 각각 정전 잠상 담지체(블랙용 정전 잠상 담지체(10K), 옐로우용 정전 잠상 담지체(10Y), 마젠타용 정전 잠상 담지체(10M) 및 시안용 정전 잠상 담지체(10C)), 정전 잠상 담지체를 균일하게 대전시키는 대전 장치, 상응하는 컬러 화상 정보에 기초하여 컬러 대응 화상에 대응하는 화상과 같이 정전 잠상 담지체를 노광하여 상기 정전 잠상 담지체 상에 컬러 화상에 대응하는 정전 잠상을 형성하는 노광 장치, 정전 잠상을 대응 컬러 토너(블랙 토너, 옐로우 토너, 마젠타 토너 및 시안 토너)를 이용하여 현상하여 컬러 토너에 기초한 토너 화상을 형성하는 현상 장치, 토너 화상을 중간 전사체(50) 상에 전사시키는 전사 대전기, 클리닝 장치, 및 제전기를 포함한다. 화상 형성 수단(18)은 대응 컬러의 화상 정보에 기초하여 대응 컬러의 단색 화상(블랙 화상, 옐로우 화상, 마젠타 화상 및 시안 화상)을 형성할 수 있다. 블랙용 정전 잠상 담지체(10K), 옐로우용 정전 잠상 담지체(10Y), 마젠타용 정전 잠상 담지체(10M) 및 시안용 정전 잠상 담지체(10C) 상에 이런 식으로 형성된 블랙 화상, 옐로우 화상, 마젠타 화상 및 시안 화상은 지지 롤러(14, 15 및 16)에 의해 회전 이동되는 중간 전사체(50) 상에 순차로 전사(제1 전사)된다. 중간 전사체(40) 상에 블랙 화상, 옐로우 화상, 마젠타 화상 및 시안 화상이 함께 중첩되어 합성 컬러 화상(컬러 전사상)이 형성된다.

한편, 급지 테이블(200)에 있어서는, 급지 롤러(142) 중 하나를 선택적으로 회전시켜, 페이퍼 뱅크(143)에 다단으로 구비된 급지 카셋트(144) 중 하나로부터 시트(기록지)를 풀어낸다. 시트는 분리 롤러(145)를 거쳐 1장씩 분리되어 급지로(146)에 이송되고, 반송 롤러(147)로 반송되어 복사 장치 본체(150) 내의 급지로(148)에 유도되고, 레지스트 롤러(49)에 부딪혀서 정지된다. 대안적으로, 급지 롤러(142)가 회전하여 수동 급지 트레이(54) 상의 시트(기록지)를 풀어내고, 분리 롤러(52)로 1장씩 분리하여 수동 급지로(53) 상에 들이고, 마찬가지로 레지스트 롤러(49)에 부딪혀서 정지된다. 레지스트 롤러(49)는 일반적으로 접지 상태로 사용되지만, 시트의 지분 제거를 위해 바이어스가 인가된 상태로 사용될 수 있다. 그 다음, 중간 전사체(50) 상에 합성된 합성 컬러 화상(컬러 전사상)에 타이밍에 맞춰, 레지스트 롤러(49)를 회전시켜 중간 전사체(50)와 제2 전사 장치(22) 사이에 시트(기록지)를 이송하기 시작하여, 제2 전사 장치(22)에 의해 합성 컬러 화상(컬러 전사상)을 시트 상에 전사(제2 전사)할 수 있다. 이를 통해, 시트(기록지) 상에 컬러 화상이 전사되어 형성된다. 화상 전사 후의 중간 전사체 상의 잔류 토너는 중간 전사체 클리닝 장치(17)에 의해 클리닝된다.

컬러 화상이 전사되어 형성된 시트(기록지)는 제2 전사 장치(22)에 의해 반송되어, 정착 장치(25)에 전달되고, 정착 장치(25)에 의해 열 및 압력에 의해 합성 컬러 화상(컬러 전사상)이 시트(기록지) 상에 정착된다. 그 후, 시트(기록지)는 스위칭 클로(switching claw, 55)에 의해 스위칭되어 배출 롤러(56)에 의해 배출된 후, 배지 트레이(57) 상에 적층된다. 대안적으로, 시트는 스위칭 클로(55)에 의해 스위칭되어 시트 반전 장치(28)에 의해 반전되어, 재차 전사 위치로 유도되고, 이면에도 화상을 기록한 후, 배출 롤러(56)에 의해 배출되어, 배지 트레이(57) 상에 적층된다.

실시예

본 발명을 실시예에 기초하여 하기에서 더욱 상세히 설명한다.

하기 기재된 본 발명의 실시예에 대한 변형 및 변경을 이루어 다른 양태를 형성하는 것은 당업자에게 있어서는 용이하다. 이러한 변경 및 변형은 본 발명에 포함되며, 하기 제공되는 설명은 본 발명의 바람직한 양태의 예에 관한 것으로서, 본 발명을 한정하는 것이 아니다.

달리 명시하지 않는 한, 부는 질량부를 나타내며, %는 질량%를 나타낸다.

(결착 수지의 합성)

-결착 수지 1의 합성-

질소 도입관, 탈수관, 교반기 및 열전대를 구비하는 5 ℓ 4구 플라스크에 알콜 성분으로서의 비스페놀 A-프로필렌 옥시드 부가물(0.6 몰) 및 비스페놀 A-에틸렌 옥시드 부가물(0.6 몰), 카르복실산 성분으로서의 테레프탈산(0.8 몰) 및 아디프산(0.2 몰), 그리고 에스테르화 촉매로서의 옥틸산주석을 채우고, 이를 4 시간 동안 180℃에서 질소 분위기 하에서 축중합 반응시켰다. 그 후, 트리멜리트산(0.07 몰)을 거기에 첨가하고, 1 시간 동안 210℃의 승온에서 반응시키고, 1 시간 동안 8 kPa에서 더 반응시켜 폴리에스테르 수지 1(결착 수지 1)을 합성시켰다. 이 수지의 물에 대한 접촉각은 69°, 이의 중량 평균 분자량(Mw)은 25,000, 이의 유리 전이점(Tg)은 58℃였다.

-결착 수지 2의 합성-

질소 도입관, 탈수관, 교반기 및 열전대를 구비하는 5 ℓ 4구 플라스크에 알콜 성분으로서의 비스페놀 A-프로필렌 옥시드 부가물(0.5 몰) 및 비스페놀 A-에틸렌 옥시드 부가물(0.5 몰), 카르복실산 성분으로서의 테레프탈산(0.7 몰) 및 아디프산(0.3 몰), 그리고 에스테르화 촉매로서의 옥틸산주석을 채우고, 이를 4 시간 동안 180℃에서 질소 분위기 하에서 축중합 반응시켰다. 그 후, 트리멜리트산(0.07 몰)을 거기에 첨가하고, 1 시간 동안 210℃의 승온에서 반응시키고, 1 시간 동안 8 kPa에서 더 반응시켜 폴리에스테르 수지 2(결착 수지 2)를 합성시켰다. 이 수지의 물에 대한 접촉각은 72°, 이의 중량 평균 분자량은 70,000, 이의 유리 전이점은 61℃였다.

-결착 수지 3의 합성-

질소 도입관, 탈수관, 교반기 및 열전대를 구비한 4구 플라스크에 비스페놀 A-에틸렌 옥시드 2 몰 부가물 및 비스페놀 A-프로필렌 옥시드 3 몰 부가물을 85/15의 몰비(비스페놀 A-에틸렌 옥시드 2 몰 부가물/비스페놀 A-프로필렌 옥시드 3 몰 부가물)로, 이소프탈산 및 테레프탈산을 80/20(이소프탈산/테레프탈산)의 몰비로, 히드록실기 대 카르복실기의 몰비 OH/COOH를 1.4로 하여 채우고, 이를 8 시간 동안 230℃에서 상압에서 티타늄 테트라이소프로폭시드(500 ppm)와 반응시키고, 4 시간 동안 10 mmHg 내지 15 mmHg의 감압에서 추가로 반응시켜 중간 폴리에스테르를 얻었다. 다음으로, 반응 용기에 트리멜리트산 무수물을 전체 수지 성분에 대해 1 몰%의 양으로 채우고, 이를 3 시간 동안 상압에서 180℃에서 반응시켜 결착 수지 3을 합성시켰다. 이 수지의 물에 대한 접촉각은 77°, 이의 중량 평균 분자량은 6,200, 이의 유리 전이점은 52℃였다.

-결착 수지 4의 합성-

질소 도입관, 탈수관, 교반기 및 열전대를 구비한 4구 플라스크에 비스페놀 A-에틸렌 옥시드 2 몰 부가물 및 비스페놀 A-프로필렌 옥시드 3 몰 부가물을 85/15(비스페놀 A-에틸렌 옥시드 2 몰 부가물/비스페놀 A-프로필렌 옥시드 3 몰 부가물)의 몰비로, 이소프탈산 및 테레프탈산을 80/20(이소프탈산/테레프탈산)의 몰비로, 히드록실기 대 카르복실기의 몰비 OH/COOH를 1.2로 하여 채우고, 이를 8 시간 동안 230℃에서 상압에서 티타늄 테트라이소프로폭시드(500 ppm)와 반응시키고, 4 시간 동안 10 mmHg 내지 15 mmHg의 감압에서 추가로 반응시켰다. 다음으로, 반응 용기에 트리멜리트산 무수물을 전체 수지 성분에 대해 1 몰%의 양으로 채우고, 이를 3 시간 동안 상압에서 180℃에서 반응시켜 비결정성 폴리에스테르 수지 4(결착 수지 4)를 얻었다.

이 수지의 물에 대한 접촉각은 79°, 이의 중량 평균 분자량은 14,500, 이의 유리 전이점은 55℃였다.

-결착 수지 5의 합성-

질소 도입관, 탈수관, 교반기 및 열전대를 구비한 4구 플라스크에 비스페놀 A-에틸렌 옥시드 2 몰 부가물 및 비스페놀 A-프로필렌 옥시드 3 몰 부가물을 85/15(비스페놀 A-에틸렌 옥시드 2 몰 부가물/비스페놀 A-프로필렌 옥시드 3 몰 부가물)의 몰비로, 이소프탈산 및 테레프탈산을 80/20(이소프탈산/테레프탈산)의 몰비로, 히드록실기 대 카르복실기의 몰비 OH/COOH를 1.1로 하여 채우고, 이를 8 시간 동안 230℃에서 상압에서 티타늄 테트라이소프로폭시드(500 ppm)와 반응시키고, 4 시간 동안 10 mmHg 내지 15 mmHg의 감압에서 추가로 반응시켰다. 다음으로, 반응 용기에 트리멜리트산 무수물을 전체 수지 성분에 대해 1 몰%의 양으로 채우고, 이를 3 시간 동안 상압에서 180℃에서 반응시켜 비결정성 폴리에스테르 수지 5(결착 수지 5)를 얻었다.

이 수지의 물에 대한 접촉각은 82°, 이의 중량 평균 분자량은 16,000, 이의 유리 전이점은 57℃였다.

-결착 수지 6의 합성-

질소 도입관, 탈수관, 교반기 및 열전대를 구비하는 5 ℓ 4구 플라스크에 알콜 성분으로서의 비스페놀 A-프로필렌 옥시드 부가물(0.6 몰) 및 비스페놀 A-에틸렌 옥시드 부가물(0.6 몰), 카르복실산 성분으로서의 테레프탈산(0.9 몰), 그리고 에스테르화 촉매로서의 옥틸산주석을 채우고, 이를 4 시간 동안 180℃에서 질소 분위기 하에서 축중합 반응시켰다. 그 후, 트리멜리트산 무수물 (0.07 몰)을 거기에 첨가하고, 이를 1 시간 동안 210℃의 승온에서 반응시키고, 1 시간 동안 8 kPa에서 추가로 반응시켜 폴리에스테르 수지 6(결착 수지 6)을 합성시켰다. 이 수지의 물에 대한 접촉각은 66°, 이의 중량 평균 분자량은 14,000, 이의 유리 전이점은 53℃였다.

-결착 수지 7-

스티렌/n 부틸 아크릴레이트 공중합체 수지를 사용하였다. 물에 대한 이 스티렌/n 부틸 아크릴레이트 공중합체 수지의 접촉각은 84°, 이의 중량 평균 분자량은 13,000, 이의 유리 전이 온도는 53℃였다.

결착 수지 1 내지 7의 특성을 표 1에 나타낸다.

(착색제 분산액의 제조)

우선, 착색제로서의 카본 블랙의 분산액을 제조하였다.

카본 블랙(Cabot Corporation 제조 REGA L400)(17 부) 및 안료 분산제(3 부)를 교반 블레이드를 포함하는 믹서로 에틸 아세테이트(80 부) 중에 1차 분산시켰다. AJISPER PB821(Ajinomoto Fine-Techno Co., Inc. 제조)을 안료 분산제로서 사용하였다. 얻어진 제1 분산액을 비드 밀(Ashizawa Finetech Ltd. 제조 LMZ형, 지르코니아 비드 직경 0.3 mm)을 이용하여 강한 전단력으로 미분쇄하여 5 ㎛ 이상의 응집체가 완전히 제거된 제2 분산액을 얻었다.

(이형제 분산액의 제조)

다음으로, 이형제 분산액을 제조하였다.

카나우바 이형제(18 부) 및 이형제 분산제(2 부)를 교반 블레이드를 포함하는 믹서로 에틸 아세테이트(80 부) 중에 1차 분산시켰다. 얻어진 제1 분산액을 교반하면서 80℃로 승온하고, 카나우바 이형제를 용해시킨 후, 실온으로 냉각시켜, 이형제 입자의 최대 직경이 3 ㎛ 이하가 될 수 있도록 이형제 입자를 석출시켰다. 이형제 분산제로서, 폴리에틸렌 이형제에 스티렌/부틸 아크릴레이트 공중합체를 그래프트화하여 얻어진 생성물을 사용하였다. 얻어진 분산액을 비드 밀(Ashizawa Finetech Ltd. 제조 LMZ형, 지르코니아 비드 직경 0.3 mm)을 이용하여 강한 전단력으로 추가로 미분쇄하여, 최대 직경이 1 ㎛ 이하가 될 수 있도록 제조하였다.

(토너액의 제조)

다음으로, 각각의 분산액 또는 용해액을 10 분 동안 교반 블레이드를 포함하는 믹서로 교반하고, 결착 수지, 착색제 및 이형제의 조성이 표 2에 나타낸 바와 같이 될 수 있도록 균일하게 분산시켜 토너 조성액을 얻었다. 용제 희석의 쇼크로 인해 안료 및 이형제 입자의 응집이 발생하지 않았다. 고형분 함량은 에틸 아세테이트로 조정하였음을 주지하라.

(실시예 A)

<토너 A의 제조>

도 1, 도 2 및 도 3A에 도시된 토너 제조 장치를 이용하여, 도 4A 내지 도 4D에 도시된 액체 기둥 공명 원리를 이용하는 액적 토출 헤드로부터 하기에 기재된 조건 하에서 토너 조성액 A의 액적을 토출하였다. 그 후, 액적을 건조시키고, 고화시키고, 사이클론으로 포집한 후, 35℃에서 48 시간 동안 2차 건조시켜 토너 모체 입자 A를 제조하였다.

[액체 기둥 공명 조건]

공명 모드: N=2

액체 기둥 공명 액실의 길이 방향의 양 단부의 길이: L=1.8 mm

액체 기둥 공명 액실의 액 공통 공급로측의 프레임의 단부의 높이: h1=80 ㎛

액체 기둥 공명 액실의 연통구의 높이: h2=40 ㎛

[토너 모체 입자 제조 조건]

분산액의 비중: ρ=1.1 g/㎤

토출구의 형상: 진원

토출구의 직경: 7.5 ㎛

토출구의 개구수: 1개의 액체 기둥 공명 액실당 4개

인접하는 토출구의 중심부 사이의 최단 간격: 130 ㎛(전부 등간격)

건조 에어 온도: 40℃

인가 전압: 10.0 V

구동 주파수: 395 kHz

(실시예 B)

실시예 A에서 토너 조성액 A 대신에 토너 조성액 B를 사용하여 토너 B를 얻었다. 토너의 특성 및 및 분사시의 노즐의 막힘을 평가하고, 결과를 표 3에 나타낸다.

(실시예 C)

실시예 A에서 토너 조성액 A 대신에 토너 조성액 C를 사용하여 토너 C를 얻었다. 토너의 특성 및 및 분사시의 노즐의 막힘을 평가하고, 결과를 표 3에 나타낸다.

(실시예 D)

실시예 A에서 토너 조성액 A 대신에 토너 조성액 D를 사용하여 토너 D를 얻었다. 토너의 특성 및 및 분사시의 노즐의 막힘을 평가하고, 결과를 표 3에 나타낸다.

(실시예 E)

실시예 A에서 토너 조성액 A 대신에 토너 조성액 E를 사용하여 토너 E를 얻었다. 토너의 특성 및 및 분사시의 노즐의 막힘을 평가하고, 결과를 표 3에 나타낸다.

(실시예 F)

실시예 A에서 토너 조성액 A 대신에 토너 조성액 F를 사용하여 토너 F를 얻었다. 토너의 특성 및 및 분사시의 노즐의 막힘을 평가하고, 결과를 표 3에 나타낸다.

(비교예 A)

실시예 A에서 토너 조성액 A 대신에 토너 조성액 G를 사용하여 토너 G를 얻었다. 토너의 특성 및 및 분사시의 노즐의 막힘을 평가하고, 결과를 표 3에 나타낸다.

(비교예 B)

실시예 A에서 토너 조성액 A 대신에 토너 조성액 H를 사용하여 토너 H를 얻었다. 토너의 특성 및 및 분사시의 노즐의 막힘을 평가하고, 결과를 표 3에 나타낸다.

(비교예 C)

실시예 A에서 토너 조성액 A 대신에 토너 조성액 I를 사용하여 토너 I를 얻었다. 토너의 특성 및 및 분사시의 노즐의 막힘을 평가하고, 결과를 표 3에 나타낸다.

(비교예 D)

실시예 A에서 토너 조성액 A 대신에 토너 조성액 J를 사용하여 토너 J를 얻었다. 토너의 특성 및 및 분사시의 노즐의 막힘을 평가하고, 결과를 표 3에 나타낸다.

(비교예 E)

비교예 E에서는, 토너의 제조 방법을 변경하였다. 하기 절차에 따라 토너 모체 입자 K를 제조하였다.

-스티렌/아크릴 수지 입자의 합성-

교반 막대 및 온도계가 구비된 반응 용기에 물(683 부), 메타크릴산-에틸렌 옥시드 부가물 설페이트의 나트륨 염(Sanyo Chemical Industries, Ltd. 제조 ELEMINOL RS-30)(16 부), 스티렌(83 부), 메타크릴산(83 부), 부틸 아크릴레이트(110 부) 및 과황산암모늄(1 부)을 채우고, 이를 15 분 동안 400 rpm에서 교반하여 백색 에멀젼이 생성되었다. 백색 에멀젼을 계의 내부 온도가 75℃가 될 때까지 가열하고, 5 시간 동안 반응시켰다. 1 질량% 과황산암모늄 수용액(30 부)을 여기에 첨가하고, 이를 5 시간 동안 75℃에서 숙성시켜 비닐계 수지(스티렌/메타크릴산/부틸 아크릴레이트/메타크릴산-에틸렌 옥시드 부가물 설페이트의 나트륨 염의 공중합체)의 수성 분산액, 즉, [스티렌/아크릴 수지 입자 분산액 A1]을 얻었다. 스티렌/아크릴 수지 입자 A1의 유리 전이 온도 Tg는 62℃였다.

-아크릴 수지 입자의 합성-

교반 막대 및 온도계가 구비된 반응 용기에 물(683 부), 디스테아릴 디메틸 암모늄 클로라이드(Kao Corporation 제조의 CATION DS)(10 부), 메틸 메타크릴레이트(144 부), 부틸 아크릴레이트(50 부), 과황산암모늄(1 부) 및 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(4 부)를 채우고, 이를 15 분 동안 400 rpm에서 교반하여 백색 에멀젼이 생성되었다. 백색 에멀젼을 계의 내부 온도가 65℃까지 될 때까지 가열하고, 10 시간 동안 반응시켰다. 1 질량% 과황산암모늄 수용액(30 부)을 여기에 첨가하고, 이를 5 시간 동안 75℃에서 숙성시켜 비닐계 수지(메틸 메타크릴레이트)의 수성 분산액, 즉, [아크릴 수지 입자 분산액 B1]을 얻었다. 아크릴 수지 입자 B1의 유리 전이 온도 Tg는 79℃였다.

--수계 매체 상의 제조--

물(660 부), 스티렌/아크릴 수지 입자 분산액 A1(25 부), 도데실디페닐에테르디설폰산나트륨의 48.5 질량% 수용액(Sanyo Chemical Industries, Ltd. 제조 "ELEMINOL MON-7")(25 부) 및 에틸 아세테이트(60 부)를 혼합 및 교반하여 불투명 백색 액체(수상)를 얻었다. 아크릴 수지 입자 B1(50 부)을 거기에 첨가하여 [수상]을 얻었다. 광학 현미경으로 관찰시, 수백 ㎛의 응집체가 확인되었다. 이 수계 매체 상을 TK 호모믹서(Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd. 제조)로 8,000 rpm의 회전 속도로 교반시, 응집체가 풀어져서 수 ㎛의 더 작은 응집체로 분산될 수 있음이 광학 현미경으로 확인되었다. 따라서, 이후에 수행되는 토너 재료 유화 단계에 있어서 아크릴 수지 입자는 분산하여 토너 재료 성분의 액적에 부착될 것을 기대할 수 있었다. 아크릴 수지 입자는 이와 같이 응집하지만, 전단력에 의해 풀어지는 것이, 토너 표면에 균일하게 이를 부착시키기 위해서는 중요할 수 있다.

-유화/탈용제-

[토너 조성액 K](980 부)로 채운 용기에 [수상](1,200 부)을 첨가하고, 이를 20 분 동안 TK 호모믹서로 13,000 rpm의 회전 속도로 혼합하여 [유화 슬러리]를 얻었다.

교반기 및 온도계가 구비된 용기에 [유화 슬러리]를 채우고, 이를 8 시간 동안 30℃에서 탈용제한 후, 4 시간 동안 45℃에서 숙성시켜 [분산 슬러리]를 얻었다.

-세정/건조-

[분산 슬러리](100 부)를 감압에서 여과하였다. 그 후, 하기 조작 (1) 내지 (4)를 2 회 수행하여 [여과 케이크 1]을 얻었다.

(1) 이온 교환수(100 부)를 여과 케이크에 첨가하고, 이를 (10 분 동안 12,000 rpm의 회전 속도에서) TK 호모믹서로 혼합한 후, 여과하였다.

(2) 10% 수산화나트륨 수용액(100 부)을 (1)의 여과 케이크에 첨가하고, 이를 (30 분 동안 12,000 rpm의 회전 속도에서) TK 호모믹서로 혼합한 후, 감압에서 여과하였다.

(3) 10% 염산(100 부)을 (2)의 여과 케이크에 첨가하고, 이를 (10 분 동안 12,000 rpm의 회전 속도에서) TK 호모믹서로 혼합한 후, 여과하였다.

(4) 이온 교환수(300 부)를 (3)의 여과 케이크에 첨가하고, 이를 (10 분 동안 12,000의 회전 속도에서) TK 호모믹서로 혼합한 후, 여과하였다.

[여과 케이크 1]을 48 시간 동안 45℃에서 순환 건조기로 건조시키고, 메쉬 크기 75 ㎛의 메쉬를 통해 체질하여 [토너 K]를 얻었다.

(캐리어의 제조)

하기 기재된 조성물을 20 분 동안 호모믹서로 분산시켜 코팅층 형성액을 제조하였다. 유동상 코우터로, 입경 40 ㎛의 구형 마그네타이트(1,000 부)의 표면을 이 코팅층 형성액으로 코팅하여 자성 캐리어를 얻었다.

[조성물]

실리콘 수지(오르가노 스트레이트 실리콘): 100 부

톨루엔: 100 부

γ-(2-아미노에틸)아미노프로필 트리메톡시 실란: 5 부

카본 블랙: 10 부

(현상제의 제조)

토너 A 내지 L 각각에 대하여, 블랙 토너(4 부) 및 자성 캐리어(96 부)를 볼밀로 혼합하여 2 성분 현상제를 제조하였다.

2 성분 현상제 각각에 대하여, 입도 분포, 결착율 및 정착성에 대하여 하기 방법에 따라 평가하였다.

(입도 분포 및 결착율의 평가)

하기 기재된 측정 방법에 따라 플로우식 입자상 분석기(Sysmex Corporation 제조 FPIA-3000)로 토너의 입도 분포 및 결착율을 측정하였다.

<<측정 방법>>

10 질량% 계면 활성제(알킬벤젠 설포네이트, Dai-Ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. 제조 NEOGEN SC-A)(0.5 mL)를 유리제 100 mL 비이커에 첨가하고, 각각의 토너(0.5 g)를 거기에 첨가하고, 마이크로 스패튤라로 혼합한 후, 파티클 시스(particle sheath)(Sysmex Corporation 제조)(80 mL)를 거기에 첨가하였다. 얻어진 분산액을 10 분 동안 초음파 분산기(Honda Electronics Co., Ltd. 제조 W-113MK-II)로 분산시켰다.

플로우식 입자상 분석기 FPIA-3000을 이용하여, 분산액 농도를 조정하기 위해 분산액에 대해 1 회째의 측정을 수행하였다. 그 다음, 분석기가 나타내는 유효 해석수가 3,500 내지 14,000이 되도록, 상기 분산액을 희석하여, 상기 분산액에 대해 2 회째의 측정을 수행하였다. (1 회째의 측정의 유효 해석수를 7,000으로 나누어 얻어진 수치배로, 상기 분산액을 파티클 시스로 희석시, 2 회째의 측정의 유효 해석수가 3,500 내지 14,000의 범위에 대략 들어간다. 유효 해석수가 3,500 이하인 경우에는, 토너의 양을 증가시켜 분산액을 재제조한다.) 측정 조건으로서, 대물 렌즈 10 배, 측정 모드는 HPF였다. 유효 해석수가 3,500 미만일 경우, 측정된 입자수가 적어서, 측정 오차가 커진다. 유효 해석수가 14,000보다 클 경우에는, 샘플 농도가 높아서, 2개의 입자가 1개의 입자로 해석된다. 따라서, 입경이 커질 수 있거나, 또는 원형도가 낮아질 수 있다.

얻어진 데이터를 사용하여 입도 분포를 계산하였다. 토너의 체적 평균 입경(Dv)은 원 상당 직경(체적 기준)이었고, 토너의 개수 평균 입경(Dn)은 원 상당 직경(수 기준)이었다. (입자 직경 및 형상에 대한) 해석 조건은 0.500≤원 상당 직경<200.0, 및 0.200≤원형도≤1.000이었다.

결착율은 하기와 같이 얻어졌다. 도 10E 내지 도 10G에 도시된 결착 입자(2개 입자 포함) 및 결착 입자(3개 입자 포함)는 기본 입자보다 원형도가 낮다. 플로우식 입자상 분석기 FPIA-3000의 해석 조건(입자 형상 한정: 원형도)을 변경함으로써, 결착 입자의 개수를 카운트하여, 전체 입자의 수에 대한 이 수의 비율을 산출하였다.

구체적인 방법은 하기와 같다. 0.500≤원 상당 직경<200.0, 및 0.200≤원형도≤1.000의 (입경 및 형상에 대한) 해석 조건시 카운트된 한정 입자수를 A로 하였다. 이 수 A는 전체 입자의 수였다. 0.500≤원 상당 직경<200.0, 및 0.200≤원형도≤0.950의 (입경 및 형상에 대한) 해석 조건시 카운트된 한정 입자수를 B로 하였다. 결착율은 (B/A)×100[%]였다.

(정착성의 평가)

도 9에 도시된 탠덤형 풀컬러 화상 형성 장치(100C)를 이용하여, 전사지(Ricoh Company Ltd. 제조 TYPE 6200) 상에, 전사된 토너 부착량이 0.85±0.10 mg/㎠인 전면 솔리드(solid) 화상(화상 크기 3 cm×8 cm)을 형성시키고, 정착 벨트의 온도를 변화시켜 정착지 상에 정착을 수행하고, 핫오프셋의 유무를 육안으로 평가하였다. 핫오프셋이 발생하지 않는 상한 온도와 정착 하한 온도 사이의 차이를 정착 폭[℃]으로 하였다. 솔리드 화상은 전사지 상에 있어서 시트 통과 방향 선단으로부터 3.0 cm의 위치에 형성시켰다. 시트가 정착 장치의 닙부를 통과하는 속도는 280 mm/s였다. 정착 폭이 넓다는 것은 핫오프셋 내성이 양호함을 의미하고, 약 50℃의 범위가 종래의 풀컬러 토너의 평균적인 정착 폭이다.

(접촉각의 측정)

상기 "접촉각의 측정 방법"의 섹션에 기재된 방법에 따라 토너 및 열용융 후의 토너의 접촉각 CAa 및 CAb를 측정하였다. 입도 분포, 접촉각, 결착율 및 정착성(정착 폭)의 평가 결과를 하기 표 3에 나타낸다.

실시예 A 내지 F의 토너 A 내지 F는 1.05 이하의 입도 분포, 0.5% 이하의 결착율, 및 50℃ 이상의 정착 폭을 가졌으며, 모든 면에서 우수하였다.

한편, 비교예 A 내지 D에서는 정착 폭이 우수하였지만, 결착율 및 입도 분포가 불량하였다. 이는 입자의 최외면에 부착된 수지의 건조성이 낮아서, 건조되면서 입자가 서로 결착하여 불량한 입도 분포를 초래했기 때문으로 생각된다. 비교예 E의 토너는 케미컬 조립에 의해 제조된 토너로서, 입도 분포가 다른 토너보다 불량하였다. 이 토너의 CAa-CAb 값은 토너 A 내지 J와는 달리 음의 값이었다. 이는 접촉각의 작은 재료가 토너의 표면에 불균일하게 부착되었기 때문으로 생각된다.

본 발명은 하기 (1)에 따른 토너에 관한 것이지만, 하기 양태 (2) 내지 (10)도 포함한다.

(1) 결착 수지를 포함하는 토너로서,

상기 토너는 소수성 매체를 함유하는 토너 조성액을 토출구로부터 배출시켜 형성된 액적을 건조시켜 얻어지고,

상기 결착 수지는 (물에 대해) 상이한 접촉각을 갖는 2종 이상의 결착 수지를 포함하며,

접촉각이 가장 큰 결착 수지의 중량 평균 분자량이 15,000 이하이고,

그 외의 결착 수지의 중량 평균 분자량이 15,000 초과인 토너.

(2) 열용융 전의 토너의 접촉각(CAa)과 열용융 후의 토너의 접촉각(CAb)이 하기 식 I을 만족시키는 (1)에 따른 토너:

CAb+3°≤CAa (식 I).

(3) 상기 접촉각이 가장 큰 결착 수지의 유리 전이점(Tg)이 50℃ 이상인 (1) 또는 (2)에 따른 토너.

(4) 결착 수지에 대한, 접촉각이 가장 큰 결착 수지의 비율이 5 질량% 내지 50 질량%인 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 따른 토너.

(5) 접촉각이 가장 큰 결착 수지의 접촉각과 그 외의 결착 수지의 접촉각의 차이가 5° 이상인 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 따른 토너.

(6) 체적 평균 입경이 1 ㎛ 내지 10 ㎛이고, 체적 평균 입경/개수 평균 입경인 입도 분포가 1.00 내지 1.10인 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 따른 토너.

(7) 토출구로부터 토너 조성액을 토출하여 액적을 형성시키는 단계; 및

상기 액적을 고화하는 단계

를 포함하는 토너의 제조 방법으로서,

상기 토너 조성액은 결착 수지 및 이형제를 포함하고,

상기 결착 수지는 (물에 대해) 상이한 접촉각을 갖는 2종 이상의 결착 수지를 포함하며,

접촉각이 가장 큰 결착 수지의 중량 평균 분자량이 15,000 이하인 토너의 제조 방법.

(8) 1 이상의 토출구가 구비된 액체 기둥 공명 액실 내의 토너 조성액에 진동을 부여하여 액체 기둥 공명에 의한 정재파를 형성하고, 상기 정재파의 배에 해당하는 영역에 형성된 상기 토출구로부터 상기 토너 조성액을 토출함으로써, 상기 토너 조성액을 토출하여 액적을 형성시키는 토너의 제조 방법.

(9) 동일한 개구 크기를 갖는 복수의 토출구가 형성된 박막에 진동 수단에 의해 진동을 부여하여, 상기 토출구로부터 토너 조성액을 토출함으로써, 상기 토너 조성액을 토출하여 액적을 형성시키는 (7) 또는 (8)에 따른 토너의 제조 방법.

(10) (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 따른 토너; 및

캐리어

를 포함하는 현상제.

1 토너 제조 장치
2 액적 토출 수단
11 액체 기둥 공명 액적 토출 수단
100C 화상 형성 장치
150 복사 장치 본체
200 급지 테이블
300 스캐너
400 원고 자동 반송 장치

Claims (10)

1. 결착 수지(binder resin)를 포함하는 토너로서,
   상기 토너는 소수성 매체 중에서 토너 조성물을 조립(granulation)한 후 조립물을 건조시켜 얻어지고,
   상기 결착 수지는 물에 대해 상이한 접촉각을 갖는 2종 이상의 결착 수지를 포함하며,
   접촉각이 가장 큰 결착 수지의 중량 평균 분자량이 15,000 이하이고,
   그 외의 결착 수지의 중량 평균 분자량이 15,000 초과인 토너.
2. 제1항에 있어서, 열용융 전의 토너의 접촉각(CAa)과 열용융 후의 토너의 접촉각(CAb)이 하기 식 (I)을 만족시키는 토너:
   CAb+3°≤CAa (식 I).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접촉각이 가장 큰 결착 수지의 유리 전이점(Tg)이 50℃ 이상인 토너.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 결착 수지에 대한, 접촉각이 가장 큰 결착 수지의 비율이 5 질량% 내지 50 질량%인 토너.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 접촉각이 가장 큰 결착 수지의 접촉각과 그 외의 결착 수지의 접촉각의 차이가 5° 이상인 토너.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 체적 평균 입경이 1 ㎛ 내지 10 ㎛이고, 체적 평균 입경/개수 평균 입경인 입도 분포가 1.00 내지 1.10인 토너.
7. 토출구로부터 토너 조성액을 토출하여 액적을 형성시키는 단계; 및
   상기 액적을 고화하는 단계
   를 포함하는 토너의 제조 방법으로서,
   상기 토너 조성액은 결착 수지 및 이형제를 포함하고,
   상기 결착 수지는 물에 대해 상이한 접촉각을 갖는 2종 이상의 결착 수지를 포함하며,
   접촉각이 가장 큰 결착 수지의 중량 평균 분자량이 15,000 이하인 토너의 제조 방법.
8. 제7항에 있어서, 1 이상의 토출구가 구비된 액체 기둥 공명 액실(liquid column resonance liquid chamber) 내의 토너 조성액에 진동을 부여하여 액체 기둥 공명에 의한 정재파(standing wave)를 형성하고, 상기 정재파의 배(anti-node)에 해당하는 영역에 형성된 상기 토출구로부터 상기 토너 조성액을 토출함으로써, 상기 토너 조성액을 토출하여 액적을 형성시키는 토너의 제조 방법.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 동일한 개구 크기를 갖는 복수의 토출구가 형성된 박막에 진동 수단에 의해 진동을 부여하여, 상기 토출구로부터 토너 조성액을 토출함으로써, 상기 토너 조성액을 토출하여 액적을 형성시키는 토너의 제조 방법.
10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 토너; 및
    캐리어
    를 포함하는 현상제.

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