KR100432760B1 - 정전잠상의현상제용캐리어,상기케리어의제조방법,정전잠상의현상제,화상형성방법및화상형성장치 - Google Patents

정전잠상의현상제용캐리어,상기케리어의제조방법,정전잠상의현상제,화상형성방법및화상형성장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정전잠상 형상기용 캐리어 및 관련기술을 제공한다. 캐리어는 토너에 전하를 적절하고 안정하게 부여할 수 있는 능력이 우수하고, 또한 이와 같은 능력을 장기간동안 유지할 수 있는 내성의 구조로 되어 있어서 장기간에 걸쳐 토너가 캐리어 표면에 부착하는 것을 방지할 수가 있다.
캐리어는 수지입자와 도전성 미세분말을 매트릭스수지내에 분산한 형태로 함유한 수지 피복층으로 덮인 코어로 된다.
캐리어는, 매트릭스수지는 용해할 수 있으나, 수지입자는 용해하지 않는 용매에 주입하여 피복액을 제조하고, 수지의 입자를 분산시키고, 이 용액을 코어에 도포하고 용매를 제거하는 공정들에 의해 제조할 수가 있다. 이 캐리어와 토너로 된 현상제를 사용하면 고화질의 화상을 얻을 수가 있다.

Description

정전잠상의 현상제용 캐리어, 상기 캐리어의 제조방법, 정전잠상의 현상제, 화상형성방법 및 화상형성장치
본 발명은 정전사진 및 정전기록의 정전잠상의 현상제용 캐리어, 캐리어의 제조방법, 정전잠상의 현상제, 화상형성방법 및 화상형성장치에 관한 것이다.
정전사진에서 통상 정전잠상을 현상하기 위해 채용되는 처리는 각종 방법을 이용하여 광수용체 또는 정전기록부재에 정전잠상을 형성하는 공정과, 토너라고 부르는 도전성 미립자를 정전잠상에 부착시켜, 정전잠상을 현상하는 공정으로 된다. 이 처리에서는 캐리어라 부르는 운반 입자와 토너 입자를 배합할 때 생기는 마찰하전에 의해 적당한 양의 정전하 또는 부전하가 토너에 주어진다.
일반적으로 캐리어는 표면에 피복층을 갖는 피복 캐리어와 표면에 피복층이 없는 비피복 캐리어로 대충 분류된다. 현상제의 수명면에서는 피복 캐리어가 비피복도 캐리어보다 우수하므로, 여러가지 종류의 피복 캐리어가 개발되어 실용화 되고 있다. 피복 캐리어에 대해 요구되는 사항의 예로서는 안정한 방법으로 토너에 적절한 하전특성(전하량 및 전하분포)을 안정한 방법으로 제공하고, 이 적절하고 안정한 하전특성을 장기간동안 유지하는 것이다. 이와 같은 요건을 만족하기 위해서는 적절한 전기적 성능을 가지는 캐리어로서, 온도나 습도 등의 환경 변화에 대한 캐리어의 내성, 충격저항 및 마찰저항이 충분히 커서, 하전특성을 제공하는 기능이 장기간 동안 변화하지 않는 것이 중요하다. 이에 따라 각종의 피복 캐리어가 제안되어 있다.
상기와 같은 문제의 일부를 해결하기 위한 시도의 하나로서 일본국 특개소 61-80161호 공보, 특개소61-80162호 공보 및 특개소61-80163호 공보에 의하면, 캐리어의 코어표면을 질소함유 풀루오르화 알킬(메타) 아크릴레이트와 비닐계 단량체의 공중합체로 피복하거나, 풀루오르화한 알킬(메타) 아크릴레이트와 질소함유 비닐계 단량체의 공중합체로 피복함으로써 비교적 수명이 긴 캐리어를 얻을 수 있다. 또한 일본국 특개평1-118150호 공보에 의하면, 캐리어 코어표면을 폴리아미드수지로 피복하고, 이 폴리아미드수지를 경화시키는 공정에 의해 비교적 단단한 피복층을 갖는 캐리어를 얻을 수 있다. 또한 일본국 특개평2-79862호 공보에 의하면, 캐리어 코어표면을 멜라민수지로 피복하고, 이 멜라민수지를 경화시키는 공정에 의해 비교적 단단한 피복층을 갖는 캐리어를 얻을 수 있다.
그러나 상기와 같은 방법은 모두 캐리어의 적절한 재료 선택에 근거를 두고 있으므로, 다른 관점에서 이러한 문제를 해결하는 방법이 모색되고 있다.
따라서 캐리어의 구조를 변경하여 하전특성을 개선하고, 이를 장기간동안 유지할 수 있도록 캐리어를 향상시킴이 기대되고 있다.
한편 상술한 종래의 피복 캐리어는 캐리어 표면에 토너성분이 부착하는 것을 방지하는 능력이 불완전하므로 만족할만 한 것이 못된다. 즉 캐리어는 토너를 운반하는 기능과 동시에 전하를 장기간에 걸쳐 토너에 안정하게 부여할 기능을 필요로 하는 데, 토너가 점진적으로 캐리어의 표면에 부착되기 때문에 후자의 기능이 효과적으로 실현되지 않는다.
토너가 캐리어 표면에 부착되는 것을 방지하기 위해서는 일본국 특개소 60-186844호 공보에 기재된 실리콘수지를 사용하거나, 일본국 특개소64-13560호 공보에 기재된 불소함유수지를 사용하는 것이 효과적이다. 그러나 이들 수지와 상술한 중합체나 수지를 병용하여 캐리어 코어표면을 피복하여도, 실리콘수지 또는 불소함유수지가 많은 피복층의 상측부분이 캐리어의 장기간의 사용에 의해 캐리어의 표면으로부터 시작되는 마모에 의해 손실되기 때문에 토너가 캐리어에 부착하는 것을 장기간에 걸쳐 방지하는 데는 여전히 불충분하다. 이러한 현상은 캐리어의 구조적인 측면의 향상을 필요로 하기도 한다.
상술한 문제에 대해서는 일본국 특개평1-105264호 공보에 캐리어에 사용되는 재료의 선택에 여전히 근거는 두고 있으나, 수지를 특정한 것으로 한정하지는 않는 기술을 개시하고 있다. 상기에 개시된 기술은 상호간에 불용성인 복수의 수지와 도전성 입자를 함유한 피복층을 갖는 캐리어를 토대로 하고 있다. 그러나 이 기술도 상술한 문제를 해결하는 데 충분하지 못하다.
따라서 본 발명의 제1의 목적은 토너에 적절하고 안정한 하전특성을 제공할 수 있는 능력이 우수하고, 또한 이와 같은 능력을 장기간동안 유지할 수 있는 내성의 구조로 되어 있어서 장기간에 걸쳐 토너가 캐리어 표면에 부착하는 것을 방지할 수 있는, 정전잠상의 현상제용 캐리어를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제2의 목적은 적절한 캐리어의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 제3의 목적은 캐리어를 사용하여 정전잠상의 현상제를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제4의 목적은 캐리어를 사용하여 고화질의 화상을 생성할 수 있는 화상형성방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 제5의 목적은 캐리어를 소자로 이용한 화상형성장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 의한 정전잠상의 현상제용 캐리어의 1실시예를 설명하는 개략도.
도 2는 본 발명에 의한 화상형성장치의 1실시예를 설명하는 개략도.
종래기술과 관련한 상술한 문제를 해결하기 위하여 본 발명자등은 정전잠상의 현상제용 캐리어를 종래기술과 다른 관점에서 검토하고, 그 결과 하기와 같은 구성의 캐리어를 채용하므로써, 상기 문제를 해결할 수 있었다.
따라서 본 발명의 제1의 목적은 수지미립자와 도전성 미세분말을 매트릭스수지내에 분산한 형태로 함유한 수지 피복층으로 덮인 코어로 된 정전잠상의 현상제용 캐리어에 의해 달성할 수 있다.
캐리어의 구성은 매트릭스수지 및 수지입자와 같이 서로 다른 구성성분으로되어 있으며, 또 캐리어에 2개의 재료를 적당히 선택할 수 있으므로, 이 재료중의 하나에 의해 많은 물성중에서 1개 또는 2개의 물성, 즉 안정한 하전특성과 기계적 강도를 제공하는 능력, 캐리어에 토너가 부착하는 것을 방지하는 등의 물성을 증가시키고, 다른 하나의 재료에 의해 나머지 물성을 증가시킬 수가 있다. 예를 들어 수지 미립자에 의해 안정한 하전특성과 기계적 강도를 제공하는 능력을 증가시키고, 매트릭스수지에 의해 케리어에 토너가 부착하는 것을 충분히 방지할 수가 있다.
또한 수지 미립자를 매트릭스수지내에 균일하게 분산할 수 있으므로, 토너에 대한 안정한 하전특성을 제공할 수 있는 능력과, 토너가 캐리어에 부착하는 것을 방지함을 확실하게 실현시키는 데 도움을 준다. 또한 캐리어를 장기간 사용함에 따라 그 피복층의 표면이 마모되더라도, 수지 미립자의 균일한 분산으로 인해 캐리어 표면의 구조를 미사용의 것과 동등하게 유지할 수 있으므로, 안정한 하전특성을 제공하는 능력과, 토너가 캐리어에 부착하는 것을 방지하는 기능을 유지할 수 있다.
또한 캐리어는 도전성 미세분말을 함유하므로, 캐리어의 전기적 성능을 보다 바람직하게 조정할 수가 있다.
본 발명의 제2의 목적은 매트릭스수지는 용해할 수 있으나 수지입자는 용해할 수 없는 용매(이 요건은 피복액의 제조시에 충족시킬 수 있다)에, 수지입자, 도전성 미세분말 및 매트릭스수지를 넣어 분산된 상태의 수지입자를 함유한 수지 피복층 형성용의 피복액을 제조하는 공정과, 피복액을 코어에 도포하고, 용매를 제거하는 공정으로 된 정전잠상의 현상제용 캐리어 제조방법에 의해 달성할 수가 있다.
이 방법에 의하면, 수지입자가 균일하게 분산된 피복층을 갖는 캐리어를 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명의 제3의 목적은 상술한 캐리어와 토너로 된 정전잠상의 현상제에 의해 달성할 수 있다.
본 발명의 제4의 목적은 토너와, 매트릭스수지에 분산된 형태의 수지입자와 도전성 미세분말을 함유한 수지 피복층으로 덮인 코어를 갖는 캐리어로 된 현상제층을 사용하여, 정전잠상 운반부재상에 정전잠상을 현상하는 화상형성방법에 의해 달성할 수 있다.
본 발명의 제5의 목적은 토너와, 매트릭스수지에 분산된 형태의 수지입자와 도전성 미세분말을 함유한 수지 피복층으로 덮인 코어를 갖는 캐리어로 된 현상제층을 사용하여, 정전잠상 운반부재상에 정전잠상을 현상하는 화상형성장치에 의해 달성할 수 있다.
상기한 정전잠상의 현상제, 화상형성방법 및 화상형성장치를 사용하면 장기간에 걸쳐 고화질의 화상을 얻을 수 있다.
실시예
하기에 본 발명을 실시예에 의해 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 정전잠상의 현상제용 캐리어의 1실시예를 설명하는 개략도이다. 캐리어(1)는 코어(30)와, 그 위에 매트릭스수지(21)내에 분산된 수지입자(22)와 도전성 미세분말(23)을 함유한 수지 피복층(20)을 갖는다.
매트릭스수지와 입자형상의 수지는, 이들 수지가 그 제조방법, 분자량 등에따라 각각의 종류로 분류될 수 있는 경우에는, 같은 종류를 사용하여도 된다. 그러나 각각 다른 종류의 수지를 사용하면 조화가 잘 이루어진 복수의 기능을 얻을 수 있는 관점에서 상이한 종류에 속하는 수지를 각각 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 수지입자가 매트릭스수지내에서 피복층의 두께방향으로, 또한 캐리어 표면의 접선방향으로 가능한 한 균일하게 분산되는 것이 바람직하다. 동시에 피복층의 매트릭스수지도 균일한 것이 바람직하다. 이와 같은 구조로 하면 안정한 하전특성을 제공하는 기능과 토너가 캐리어에 부착하는 것을 방지하는 기능을 확실하게 실현할 수 있다. 또한 이와 같은 구조에 의하면, 장기간의 사용에 의해 피복층이 그 표면으로부터 마모되어도 피복층의 표면 구조를 항상 미사용의 구조와 동등하게 유지할 수 있으므로, 장기간동안 상기의 각 기능을 유지할 수가 있다.
매트릭스수지와 분산된 입자의 수지는 분산의 균일성을 증대할 수 있는 관점에서 상호간에 고도로 용해할 수 있는(즉 매트릭스수지와 입자형상 수지의 배합시에 상분리가 생기지 않는) 것이 바람직하다. 특히 수지입자는 1차 입자의 크기로 균일하게 분산될 수 있으므로 이들 수지의 상호용해성인 것이 바람직하다.
열가소성 수지 및 열경화성 수지의 어느 것이나 수지의 피복층내에 분산시킬 수지입자로 사용할 수 있다. 입자의 형성에는 하기에 설명하는 적당한 크기의 입자가 얻어질 수 있는 것이면 어느 방법을 채용하여도 좋다. 수지입자는 캐리어 입자와 배합하여 그 내부에 분산되기 전에 미립자 상태로 되어 있는 것이 바람직하다. 이와같은 조건으로 제조하면 배합과 분산의 균일성을 확보하거나 분산의 균일성을 확인하기가 용이해진다.
수지입자는 수지입자의 원하는 기능에 따라 여러 종류의 수지에서 선택할 수가 있다.
열가소성 수지의 예로서는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌등의 폴리올레핀 수지류; 폴리스티렌, 아크릴 수지, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알콜, 플리비닐 부티랄, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 카바졸, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐 케톤등의 폴리비닐 수지 및 폴리비닐리덴 수지류; 비닐클로라이드/비닐아세테이트 공중합체, 스티렌/아크릴산 공중합체, 유기실록산결합으로 된 직쇄상 실리콘 수지 또는 그 변성물, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리클로로트리플루오로에틸렌등의 불소함유 수지류; 폴리에스테르, 폴리카보네이트를 들 수가 있다.
열경화성 수지의 예로서는 페놀 수지, 우레아/포름알데히드 수지, 멜라민 수지, 벤조구아나민 수지, 우레아 수지나 폴리아미드 수지등의 아미노 수지, 에폭시 수지를 들 수 있다.
수지입자에 의해 캐리어의 기계적 강도를 증가하기 위해서는, 비교적 용이하게 경도를 증가할 수 있는 열경화성 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 특히 하기 방법중의 하나에 의해 제조할 수 있는 가교수지의 입자를 사용하는 것이 바람직하다.
그 방법에는 현탁중합 또는 유화중합등의 중합법을 이용하여 과립상 수지를 제조하고; 빈 용매(poor solvent)내에 단량체 또는 올리고머를 분산하여, 가교반응이 진행하는 동안의 표면장력에 의해 입자를 형성하고; 저분자량을 갖는 성분과 가교제를 용융시켜 서로 혼합하여 그들간에 반응을 일으킨 후에 반응 생성물을 풍력 또는 기계력에 의해 소정의 입자 크기로 세분하는 방법이 있다.
수지입자의 평균입경은 바람직하기는 0.1∼2μm, 더욱 바람직하기는 0.2∼1μm이다. 평균입경이 0.1μm 미만이면 피복층내의 분산도가 극히 열화하고, 반면에 평균입경이 2μm를 초과하면 입자가 피복층으로부터 탈락하여 입자의 고유 기능의 유지가 불가능해진다.
수지 피복층의 평균 두께를 1로 했을 경우에는, 수지입자의 평균입경은 통상 1 미만이며, 바람직하기는 0.8 미만, 가장 바람직하기는 0.5 미만으로 하여, 수지입자를 균일하게 분산할 수 있도록 한다.
본 발명에서는 가교 입자의 개수기준 입경분포를 어떠한 범위내로 조정하는 것이 바람직하다. 입경이 1/2×d50이하의 입자 비율은 20개수% 이하이고, 입경이 2×d50이상의 입자의 비율은 20개수% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 여기서 d50은 수평균입경을 의미한다.
입경이 1/2×d50이하의 입자의 비율이 20개수% 이상이면 다수의 소립자의 응집체가 출현하여 피복층의 조성의 균일성이 악화된다. 또한 토너에 전하를 부여하는 특성도 불안정하게 된다. 반면에 입경이 2×d50이상의 입자의 비율이 20개수 이상이면 현상제를 사용함에 따라 토너에 전하를 부여하는 특성이 변화하므로, 입자가 피복층으로부터 탈락하기 쉬어져서, 안정성이 열화된다.
본 발명에서의 입경분포는 하기와 같은 방법으로 측정한 값에 의거한다. 즉입자를 주사형 전자현미경으로 관찰하여, 5,000배로 확대하여 사진을 촬영한다. 이어서 화상 분석기를 사용하여, 촬영한 사진에 대해서 소수성 무기입자와 착색입자를 2치화(2値化) 처리한 후에, 약 100개의 무작위로 선택한 소수성 무기입자로부터 원의 직경에 의거해서 개수기준의 입경분포를 얻는다. 이 경우에 소수성 무기입자는 입자가 단위당의 입자로서 작용할 수 있는 한, 입자의 상태, 즉 1차 입자 또는 2차 입자에 상관없이 1개 단위로서 계수한다. 또한 본 발명에서의 "수 평균 입경"은 입경분포내의 총 입자수의 50%인 입자의 누계에 해당하는 퍼센티지의 입경을 의미한다. 그리고 이것을 통상 개수기준 평균직경이라 한다.
수지 피복층내의 수지입자의 총량은 통상 1∼50체적%, 바람직하기는 5∼30체적%, 가장 바람직하기는 5∼20체적%이다.
수지입자는 토너에 부전하를 부여하기 위한 전자공여특성을 갖는 질소원자를 함유하는 것이 바람직하다.
상술한 수지입자를 함유한 피복층으로 된 매트릭스수지는 현재 캐리어에 피복층을 형성하는 데 사용하는 수지중에서 선택한 수지이어도 좋다. 이러한 수지는 단독으로 사용할 수도 2개 이상 조합해서 사용할 수도 있다.
이들 수지의 예로서는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌등의 폴리올레핀 수지류, 폴리스티렌, 아크릴 수지, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 카르바졸, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐 케톤등의 폴리비닐 수지 및 폴리비닐리덴 수지류, 비닐클로라이드/비닐아세테이트 공중합체, 스티렌/아크릴산 공중합체, 유기실록산 결합을 함유하는 직쇄상 실리콘 수지 또는 그 변성물, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리클로로트리플루오로에틸렌등의 불소함유 수지류, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 페놀 수지, 우레아/포름알데히드 수지, 멜라민 수지, 벤조구아나민 수지, 우레아 수지, 폴리아미드 수지등의 아미노 수지류, 에폭시 수지류를 들 수가 있다.
정전잠상의 현상제용 캐리어에서, 매트릭스수지의 임계표면장력(γc)은 바람직하기는 35dyn/cm 이하, 더욱 바람직하기는 30dyn/cm 이하이다. 이와 같은 매트릭스수지를 사용하면, 표면에너지는 토너가 캐리어에 부착하는 것을 방지할 수 있는 정도까지 감소된다.
임계표면장력이 35dyn/cm 이하인 수지의 예는 하기와 같다.
폴리스티렌(γc=33dyn/cm), 폴리에틸렌(γc=31dyn/cm), 폴리비닐 플루오라이드(γc=28dyn/cm), 폴리비닐리덴 플루오라이드(γc=25dyn/cm), 폴리트리플루오로에틸렌(γc=22dyn/cm), 폴리테트라플루오로에틸렌(γc= 18dyn/cm), 폴리헥사플루오로프로필렌(γc=16dyn/cm). 임계표면장력(γc)이 35dyn/cm 이하인 기타의 사용할 수 있는 수지의 예로서는 아크릴 단량체와 비닐리덴 플루오라이드의 공중합체, 비닐 플루오라이드와 비닐리덴 플루오라이드의 공중합체, 테트라플루오로에틸렌/비닐리덴 플루오라이드/불소 불함유 단량체의 터폴리머등의 터폴리머류를 들 수가 있다.
특히 매트릭스수지로서 적합한 것은 임계표면장력이 30dyn/cm 이하인 수지나 중합체로서, 불소함유 수지나 중합체 및/또는 실리콘 수지를 함유한 수지로를 들 수 있다.
수지 피복층에 존재하는 도전성 미세분말은 도전성을 조정하는 목적으로 사용된다. 수지 피복층이 존재하기 때문에 캐리어가 절연되어, 현상을 위한 전극으로서의 역할히 비효율적이므로, 특히 고체화상의 재생불량, 즉 흑색 고체영역의 에지효과가 발생하는 등의 역효과가 발생한다. 도전성 미세분말은 그와 같은 역효과를 제거하는 추가적인 기능을 갖는다.
도전성 미세분말 자체의 도전성은 1010Ωcm 이하, 더욱 바람직하기는 109Ωcm 이하이다. 상기한 범위내의 도전성을 갖는 여러가지 도전성 미세분말에서 매트릭스수지의 종류에 따라 적절한 도전성 미세분말을 선택할 수가 있다. 도전성 미세분말의 예로서는 금, 은, 동등의 금속류, 카본 블랙, 산화티탄, 산화아연등의 반도체 산화물, 산화주석, 카본 블랙, 금속등으로 피복한 산화티탄, 산화아연, 황산바륨, 붕산알루미늄, 티탄산칼륨등의 피복분말을 들 수 있다. 이들 중에서도 생산의 안정성, 저가 및 고도전성의 관점에서 카본 블랙이 바람직하다. 카본 블랙의 종류에 대해서는 제한이 없으며, 공지의 것을 사용할 수 있다. 디부틸 프탈레이트를 사용한 측정에서 오일 흡수량이 디부틸 프탈레이트를 사용한 측정에서 50∼300의 범위이고, 우수한 생산의 안정성을 갖는 카본 블랙류가 특히 바람직하다. 평균입경은 0.1μm 이하가 바람직하며, 1차 입경은 분산면에서 50nm 이하가 바람직하다.
코어 표면에 상술한 수지 피복층을 형성하는 전형적인 방법으로서는 수지 피복층을 형성하기 위해 용액을 이용하는 것이다(용매는 매트릭스액, 수지입자 및 도전성 미세분말을 함유한다). 형성방법의 바람직한 예로서는 코어재 분말을 피복층을 형성하는 용액에 침지하는 침지법, 피복층을 형성하는 용액을 코어재의 표면에 분사하는 분사법, 피복층을 형성하는 용액을 유동공기에 의해 부동시킨 코어 분말에 분사하는 유동상법, 코어 분말과 피복층 형성용 용액을 혼련기로 배합한 후 용매를 제거하는 혼련피복법을 들 수 있다. 본 발명에서는 혼련피복법이 특히 바람직하다.
피복층 형성용 용액에 사용하는 용매는 용매가 매트릭스수지를 용해할 수 있는 것이면, 특별한 제한은 없다. 용매의 예로서는 톨루엔, 크실렌등의 방향족 탄화수소류, 아세톤, 메틸 에틸 케톤등의 케톤류, 테트라히드로푸란, 디옥산등의 에테르류를 들 수 있다.
수지입자는 용매중에서 이미 형성된 입자상태로 있는 것이 요망되므로, 용매중에 수지입자가 실질적으로 용해되지 않는 것이 바람직하다. 이와 같이 수지입자가 불용성이면, 수지입자는 수지 피복층내에 응집체를 형성하지 않고 1차 입자의 상태를 유지할 수 있다.
수지입자가 용매내에서 균일하게 분산되어 있으면, 형성되는 피복층내의 입자도 균일하게 분산된다. 그러므로 수지입자가 균일하게 분산된 피복층을 형성할 수 있는 용액을 제조하는 것이 바람직하다. 이와 같은 용액을 사용하면 균일한 분산을 용이하게 실현할 수가 있다. 예를 들어 용액 전체를 교반하기만 해도 균일한 분산을 얻을 수가 있다.
상기와 같이 형성한 수지 피복층의 평균 막두께는 통상 0.1∼10μm, 바람직하기는 0.2∼3μm의 범위이다. 수지 피복층의 평균 막두께는 하기의 식에 의해 용이하게 산출할 수 있다. 단 하기의 식중에서 ρD는 캐리어용 코어재의 비중, D는 캐리어용 코어재의 입경, ρC는 수지입자를 포함한 피복된 수지의 평균 비중, WC는 피복된 수지의 총중량이다.
막두께(1)={캐리어당 피복된 수지의 중량(수지입자 포함)/1캐리어당 표면적}÷피복된 수지의 평균 비중
Figure pat00001
본 발명에서 정전잠상의 현상제용 캐리어에 사용되는 코어(캐리어용 코어)는 특히 한정되지 않으며, 코어의 예로서는 철, 강, 니켈, 코발트등의 자성금속류, 페라이트, 마그네타이트등의 자성 산화물류, 유리비드를 들 수 있다. 그러나 캐리어는 자기 브러시를 사용하는 면에서 자성인 것이 바람직하다. 코어의 평균입경은 통상 10∼150μm, 바람직하기는 30∼100μm의 범위이다.
본 발명에서 정전잠상의 현상제용 캐리어는 어떠한 종류의 과립상 토너와도 함께 사용하여 정전잠상의 현상제를 형성할 수 있다.
토너를 이루는 착색제와 결합 수지는 특히 한정되지 않는다. 착색제의 전형적인 예로서는 카본 블랙, 니그로신, 아닐린 블루, 칼코일 블루, 크롬 옐로, 울트라마린 블루, 듀퐁오일 레드, 키놀린 옐로, 메틸렌 블루 클로라이드, 프탈로시아닌 블루, 말라카이트 그린 옥살레이트, 램브 블랙, 로즈 벤갈, C.I.피그멘트 레드 48 : 1, C.I.피그멘트 레드 122, C.I. 피그멘트 레드 57 : 1, C.I.피그멘트 옐로 97,C.I.피그멘트 옐로 12, C.I.피그멘트 12, C.I.피그멘트 블루 15 : 1, C.I.피그멘트 블루 15 : 3을 들 수 있다.
결합 수지의 예로서는 스티렌, 클로로스티렌등의 스티렌류, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 이소프렌등의 모노올레핀류, 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트, 비닐벤조에이트등의 비닐 에스테르류, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 도데실 아크릴레이트, 옥틸 아크릴레이트, 페닐 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 도데실 메타크릴레이트등의 α-메틸렌 지방족 모노카르복실산의 에스테르류, 비닐 메틸 에테르, 비닐 에틸 에테르, 비닐 부틸 에테르등의 비닐 에테르류, 비닐 메틸 케톤, 비닐 헥실 케톤, 비닐 이소프로페닐 케톤등의 비닐 케톤류로 된 단독중합체 또는 공중합체를 들 수 있다. 결합 수지의 전형적인 예로서는 폴리스티렌, 스티렌/알킬 아크릴레이트 공중합체, 스티렌/알킬 메타크릴레이트 공중합체, 스티렌/아크릴로니트릴 공중합체, 스티렌/부타디엔 공중합체, 스티렌/말레인 안히드리드 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌을 들 수 있다. 기타의 예로서는 폴리에스테르, 폴리우레탄, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리아미드, 변성 로진, 파라핀, 왁스를 들 수 있다.
상기한 결합 수지중에서도 폴리에스테르류가 특히 바람직하다. 예를 들어 1차 단량체 물질로서 비스페놀 A와 방향족 폴리카르복실산을 함유한 중축합물로 된 선형 폴리에스테르 수지의 사용이 바람직하다.
특히 바람직한 수지로서는 연화점이 90∼150℃, 유리전이점이 50∼70℃, 수평균 분자량이 2,000∼6,000, 중량평균 분자량이 8,000∼150,000 산가가 5∼30, 수산기가가 5∼40의 수지를 들 수가 있다.
필요하다면 상술한 토너에 전하제어제, 고정조등의 공지의 첨가제를 혼합할 수 있다.
상기한 캐리어 및 현상제를 사용하고, 예를 들어 도 2에 나타낸 장치를 이용하여 화상을 형성할 수가 있다. 이 장치에서는 조명기(801)로부터의 광을 오리지널(802)에 조사한다. 그 반사광을 컬러 CCD(803)에 의해 판독하고, 화상처리부(804)에 공급하여, 광을 Y, M, C의 3색으로 분리한다. 각 색은 화상처리되어 반도체 레이저(805)로부터 광신호의 형태로 순차적으로 출사되며, 가장 가까운 화소간의 각도는 각 색마다 변화한다. 출사한 광신호는 광학계(806)를 통과하여 하전기(807)에 의해 전기적으로 하전된 광수용체(808)에 입사함으로써, 정전잠상을 화상영역이 저전위를 갖도록 형성한다. 현상부(809∼812)에는 정전적으로 하전되고 상술한 방법에 의해 얻어진 컬러토너와 캐리어로 된 현상제(A, B, C, D)를 충전한다. 현상은 현상 바이어스를 인가하여 정전력에 의해 컬러토너를 광수광체에 흡인함으로써 이루어진다.
현상후의 토너는, 전송 코로트론(815)으로 생성한 전계를 이용하여 정전력에 의해 전송 드럼(813)에 부착한 용지(814)에 각 색의 차례대로 전송된다. 이와 같은 처리가 Y, M, C의 순서로 3회 반복되어 전송용지상에 3색이 중첩된 컬러토너 화상을 형성하고, 이어서 고착부(816)를 이용하여 열적으로 고착하여 컬러화상을 형성한다.
캐리어의 제조
실시예 1
캐리어 A
Figure pat00002
페라이트 입자를 제외한 상기의 전 성분을 교반기에 의해 10분간 분산시켜서 피복층을 형성하는 용액을 제조하였다.
이 피복층 형성용 용액과 페라이트 입자를 진공탈기기가 장착된 혼련기에 넣고, 내용물을 60℃에서 30분간 교반하고 감압하에서 톨루엔을 증류 제거하여 수지피복층을 갖는 캐리어를 형성시켜 캐리어를 얻었다(카본 블랙은 톨루엔과 함께 캐리어 수지로서 샌드 밀에 의해 스티렌/메틸메타크릴레이트 공중합체내에 분산되었다는 것을 유의할 필요가 있다). 수지 피복층의 평균두께는 0.7μm이었다.
실시예 2
캐리어 B
Figure pat00003
Figure pat00004
페라이트 입자를 제외한 상기의 전 성분을 호모믹서에 의해 10분간 분산시켜서 피복층을 형성하는 용액을 제조하였다. 이 용액과 페라이트 입자를 진공탈기기가 장착된 혼련기에 넣고, 내용물을 60℃에서 30분간 교반하고, 감압하에서 톨루엔을 증류 제거하여 수지 피복층을 갖는 캐리어를 형성시켜 캐리어를 얻었다(도전성 분말은 톨루엔과 함께 캐리어 수지로서 샌드 밀에 의해 스티렌/메틸메타크릴레이트 공중합체와 퍼플루오로옥틸에틸아크릴레이트/메틸메타크릴레이트 공중합체내에 분산되었다는 것을 유의할 필요가 있다). 수지 피복층의 평균두께는 0.6μm이었다.
실시예 3
캐리어 C
Figure pat00005
Figure pat00006
페라이트 입자를 제외한 상기의 전 성분을 교반기에 의해 10분간 분산시켜서 피복층을 형성하는 용액을 제조하였다. 이 용액과 페라이트 입자를 진공탈기기가 장착된 혼련기에 넣고, 내용물을 60℃에서 30분간 교반하고 감압하에서 톨루엔을 증류 제거하여 수지 피복층을 갖는 캐리어를 형성시켜 캐리어를 얻었다(산화주석은 톨루엔과 함께 캐리어 수지로서 샌드 밀에 의해 스티렌/메틸메타크릴레이트 공중합체와 퍼플루오로옥틸 에틸아크릴레이트/메틸메타크릴레이트 공중합체내에 분산되었다는 것을 유의할 필요가 있다). 수지 피복층의 평균두께는 0.6μm이었다.
실시예 4
캐리어 D
Figure pat00007
페라이트 입자를 제외한 상기의 전 성분을 교반기에 의해 10분간 분산시켜서 피복층을 형성하는 용액을 제조하였다. 이 용액과 페라이트 입자를 진공탈기기가 장착된 혼련기에 넣고, 내용물을 60℃에서 30분간 교반하고 감압하에서 톨루엔을 증류 제거하여 수지 피복층을 갖는 캐리어를 형성시켜 캐리어를 얻었다(카본 블랙은 톨루엔과 함께 캐리어 수지로서 샌드 밀에 의해 퍼플루오로옥틸에틸아크릴레이트/메틸메타크릴레이트 공중합체내에 분산되었다는 것을 유의할 필요가 있다). 수지 피복층의 평균두께는 0.6μm이었다.
비교예 1(수지입자가 없는 경우)
캐리어 E
페놀수지를 사용하지 않은 것 이외에는 실시예 1의 처리를 반복하여 캐리어를 얻었다. 수지의 평균두께는 0.6μm이었다.
비교예 2(도전성 분말이 없는 경우)
캐리어 F
카본 블랙을 사용하지 않은 것 이외에는 실시예 4의 처리를 반복하여 캐리어를 얻었다. 수지의 평균두께는 0.6μm이었다.
비교예 3(수지입자와 도전성 분말이 없는 경우)
캐리어 G
Figure pat00008
페라이트 입자를 제외한 상기의 전 성분을 교반기에 의해 10분간 분산시켜서 피복층을 형성하는 용액을 제조하였다. 이 용액과 페라이트 입자를 진공탈기가 장착된 혼련기에 넣고, 내용물을 60℃에서 30분간 교반하고 감압하에서 톨루엔을 증류 제거하여 피복층을 갖는 캐리어를 형성시켜 캐리어를 얻었다. 수지피복층의 평균 두께는 0.8㎛이었다.
비교예 4(2종의 수지를 사용하나 수지 피복층내에 분산된 수지입자가 없는 일본국 특개평1-105264호 공보에 개시된 기술에 해당)
캐리어 H
Figure pat00009
비가교 멜라민 수지 입자
페라이트 입자를 제외한 상기의 전 성분을 교반기에 의해 10분간 분산시켜서 피복층을 형성하는 용액을 제조하였다. 이 용액과 페라이트 입자를 진공탈기기가 장착된 혼련기에 넣고, 내용물을 60℃에서 30분간 교반하여 감압하에서 톨루엔을 증류 제거한 다음 내용물을 150℃에서 60분간 더 교반하여 열적으로 가교된 멜라민 수지를 함유한 수지 피복층을 갖는 캐리어를 형성시켜 캐리어를 얻었다(카본 블랙은 톨루엔과 함께 캐리어 수지로서 샌드 밀에 의해 퍼플루오로옥틸에틸아크릴레이트/메틸메타크릴레이트 공중합체내에 분산되었다는 것을 유의할 필요가 있다). 수지 피복층의 평균두께는 0.7μm이었다. 피복층은 연속적으로 하나의 층이 다른 층상에 중첩된 2층구조로 되어 있다.
현상제의 제조
실시예 1∼4 및 비교예 1∼4에서 제조한 각 캐리어 100중량부와 토너 6중량부를 배합하여 8개의 현상제를 제조하였다. 이들 현상제를 각각 현상제 1∼8로 명명하였다(현상제 5∼8은 비교예용).
현상제의 제조에 사용한 토너는 입경이 8μm인 마젠타색 토너(토너 A)이며, 하기와 같이 제조하였다.
토너 A
Figure pat00010
Figure pat00011
상기의 성분을 압출기로 배합한 다음, 제트 밀에 의해 분쇄하였다. 생성된 분말을 분류기에 의해 풍력을 이용하여 처리하여 d50=8μm의 마젠타색 토너의 입자를 얻었다. 이 마젠타색 토너를 헨셀 믹서에 의해 실리카(Nippon Aerosil Co., Ltd.제, "R972") 0.5중량%와 배합하여 마젠타색 토너(토너 A)를 얻었다.
화상형성 및 화상평가
이들 현상제를 사용하여 적당한 온도와 습도(22℃, 55%RH)의 환경하에서 정전사진 복사기(Fuji Xerox Co., Ltd.제, "A-Color 630")에 의해 10,000개의 카피를 작성하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
[표 1]
Figure pat00012
표 1의 하전량은 CSG(하전 스펙트로그래피)에 의한 화상분석으로 얻은 값을 표시한다.
흐림(fog)은 육안으로 평가하였다. 로마숫자 I는 흐림이 관찰되지 않은 것을 표시하고; II는 약간의 흐림이 관찰된 것을 표시하고; III은 많은 흐림이 관찰된 것을 표시한다.
각 실시예의 캐리어를 사용한 현상제 1∼4는 통상 화상밀도, 배경의 흐림등에 변동이 없는 안정한 화상을 제공한다. 초기단계의 하전량의 측정은 3,000매의 카피를 작성한 후 및 10,000개의 카피를 작성한 후에 실시하였다.
한편 비교예 1∼4의 캐리어를 사용한 현상제 5∼8은 각각 점차 하전량이 감소되어 배경상에 흐림이 관찰되는 데까지 진척하였다. 이들 토너에 기인한 얼룩이 복사기의 내부에서 관찰되었다.
또한 비교예 2 및 3의 캐리어를 사용한 현상제 6 및 7은 각각 현저한 에지효과를 구현하였다.
기타의 토너의 사용에 의한 성능평가
현상제의 제조
실시예 1∼4에서 제조한 각 캐리어 100중량부를 토너 6중량부와 배합하여 현상제를 제조하였다.
현상제의 제조에 사용한 토너는 입경 9μm의 흑색 토너(토너 B)이며, 하기와 같이 제조하였다.
토너 B
Figure pat00013
Figure pat00014
상기의 성분을 압출기로 배합한 다음, 조대분말용 밀에 의해 분쇄하였다. 생성된 분말을 분류기에 의해 풍력을 이용하여 처리하여 d50=9μm의 흑색 토너의 입자를 얻었다. 이 흑색 토너입자를 헨셀 믹서에 의해 실리카(Nippon Aerosil Co., Ltd.제, "R972") 0.4중량%와 배합하여 흑색 토너(토너 B)를 얻었다.
화상형성 및 화상평가
이들 현상제를 사용하여 온화한 온도와 습도(22℃, 55%RH)의 환경하에서 정전사진 복사기(Fuji Xerox Co., Ltd 제, "A-Color 630")에 의해 10,000개의 카피를 작성하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
[표 2]
Figure pat00015
본 발명에 의한 현상제 9∼12는 배경의 흐림 등에 변동이 없는 안정한 화상을 제공한다. 초기단계의 하전량의 측정은 3,000매의 카피를 작성한 후 및 10,000매의 카피를 작성한 후에 실시하였다. 얻어진 화상은 에지효과가 없고 명확하였다.
상기한 바와 같이 본 발명은 적절하고 안정한 하전특성을 토너에 부여하는 능력이 우수한 정전잠상의 현상제용 캐리어를 제공한다. 이 캐리어는 장기간동안 토너가 캐리어 표면에 부착하는 것을 방지하는 능력을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있는 구조로 되어 있다. 따라서 상술한 캐리어, 현상제를 사용한 화상형성방법 및 현상제를 사용한 화상형성장치로 된 시스템은 장기간동안 그물눈판(halftone)의 재생이 우수한 등의 장점을 특징으로 하는 정전잠상의 생성능력을 유지할 수가 있다.
또한 상술한 본 발명에 의한 정전잠상의 현상제용 캐리어의 제조방법은 원하는 종류의 캐리어를 용이하게 제조할 수가 있다.

Claims (17)

  1. 수지입자와 도전성 미세분말을 매트릭스 수지 내에 분산형태로 함유한 수지 피복층으로 덮인 코어를 포함하고, 상기 수지입자는 가교(架橋)수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전잠상의 현상제용 캐리어.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수지입자는 평균입경이 0.1~2μm의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 정전잠상의 현상제용 캐리어.
  3. 제1항에 있어서, 수지입자의 개수(個數)평균입경을 d50로 정의할 때, 상기 수지 입자의 입자 크기 분포에서, 입경이 1/2×d50이하인 입자의 비율은 20개수% 이하이고, 또 입경이 2×d50이상인 입자의 비율은 20개수% 이하인 것을 특징으로 하는 정전잠상의 현상제용 캐리어.
  4. 제1항에 있어서, 상기 수지 피복층의 평균두께는 0.1-10μm의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 정전잠상의 현상제용 캐리어.
  5. 제4항에 있어서, 상기 수지입자의 평균입경은 수지 피복층의 평균두께를 1로 하였을 때 1 이하인 것을 특징으로 하는 정전잠상의 현상제용 캐리어.
  6. 제1항에 있어서, 상기 수지입자는 질소함유 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전잠상의 현상제용 캐리어.
  7. 제1항에 있어서, 상기 도전성 미세분말은 전기 도전성이 1010Ωcm 이하인 것을 특징으로 하는 정전잠상의 현상제용 캐리어.
  8. 제1항에 있어서, 상기 매트릭스수지는 임계표면장력이 35dyn/cm 이하인 것을 특징으로 하는 정전잠상의 현상제용 캐리어.
  9. 제1항에 있어서, 상기 코어의 평균 직경은 10~150μm의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 정전잠상의 현상제용 캐리어.
  10. 제6항에 있어서, 상기 수지입자는 폴리올레핀 수지, 폴리비닐 수지, 폴리비닐리덴 수지, 비닐클로라이드/비닐아세테이트 공중합체, 스티렌/아크릴산 공중합체, 유기실록산 결합으로 이루어진 직쇄 실리콘 수지 또는 그 변성물, 불소함유 수지, 폴리에스테르 수지, 및 폴리카보네이트 수지로 이루어진 군(group)에서 선택된 적어도 1개의 열가소성 수지로 이루어지거나, 또는 페놀 수지 및 아미노 수지로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1개의 열경화성 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전잠상의 현상제용 캐리어.
  11. 제8항에 있어서, 상기 매트릭스수지는 폴리올레핀 수지, 폴리비닐 수지, 폴리비닐리덴 수지, 비닐클로라이드/비닐아세테이트 공중합체, 스티렌/아크릴산 공중합체, 유기실록산 결합으로 이루어진 직쇄 실리콘 수지 또는 그 변성물, 불소함유 수지, 폴리에스테르류, 폴리우레탄 수지, 폴리카보네이트 수지, 페놀 수지, 아미노 수지, 및 에폭시 수지로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1개의 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 정전잠상의 현상제용 캐리어.
  12. 수지 피복층 형성용 피복 용액을 제조하는 단계 - 상기 피복 용액은 적어도 매트릭스수지는 용해할 수 있으나 수지입자는 용해할 수 없는 용매에 매트릭스 수지, 수지입자, 및 도전성 미세분말을 넣어, 상기 용매에 분산된 상태의 수지입자를 함유함 -, 상기 피복 용액을 코어에 도포하는 단계, 및 상기 용매를 제거하는 단계를 포함하고, 상기 수지입자는 가교수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전잠상의 현상제용 캐리어의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 도전성 미세분말을 함유하는 수지 피복층 형성용의 상기 피복 용액은 또한 상기 용매에 분산되는 것을 특징으로 하는 정전잠상의 현상제용 캐리어의 제조방법.
  14. 정전잠상의 현상제용 캐리어 - 상기 캐리어는 코어 위에 매트릭스 수지에 분산된 도전성 미세 분말과 수지 입자를 함유하는 수지 피복층을 가짐 -, 및 토너를 포함하고, 상기 수지입자는 가교수지로 이루어지는 것을 특징으로 정전잠상의 현상제.
  15. 제14항에 있어서, 선형 폴리에스테르가 상기 토너를 위한 결합수지로서 함유되는 것을 특징으로 하는 정전잠상의 현상제.
  16. 현상제 운반 부재에 캐리어 및 토너를 함유하는 현상제의 층을 사용하여 정전잠상 운반 부재에 정전잠상을 현상하는 화상형성방법으로서, 상기 캐리어는 수지 입자와 도전성 미세 분말을 매트릭스 수지에 분산 형태로 함유하는 수지 피복층으로 덮인 코어를 포함하고, 상기 수지입자는 가교수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화상형성방법.
  17. 현상제 운반 부재에 캐리어 및 토너를 함유하는 현상제의 층을 사용하여 정전잠상 운반 부재에 정전잠상을 현상하는 화상형성장치로서, 상기 캐리어는 수지 입자와 도전성 미세 분말을 매트릭스 수지에 분산 형태로 함유하는 수지 피복층으로 덮인 코어를 포함하고, 상기 수지입자는 가교수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
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