KR100772471B1 - 정착 장치 및 그 정착 장치를 이용하는 화상 형성 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정착 장치 내의 토너 용융 누출을 방지함으로써 화상 오점이 발생되는 것을 방지하는 정착 장치, 및 이 정착 장치를 이용하는 화상 형성 장치를 제공한다.

결착 수지를 포함한 토너에 의해 형성된 기록 매체 상의 토너 화상을 열 및 압력에 의해 기록 매체에 정착시키는 정착 부재와, 상기 정착 부재와 가압 접촉되어 닙부를 형성하는 가압 부재와, 적어도 상기 정착 부재와 가압 부재 중의 어느 한 부재에 접촉되어 정착 부재와 가압 부재 중의 어느 한 부재를 클리닝하는 클리닝 부재를 구비하고, 상기 클리닝 부재에는 상기 토너에 포함된 결착 수지의 점탄성(粘彈性)을 크게 하는 반응성 물질이 코팅되어 있다.

현상 장치, 중간 전사 벨트,　클리닝 롤러, 정착 장치, 화상 형성 장치

Description

정착 장치 및 그 정착 장치를 이용하는 화상 형성 장치{FIXING DEVICE, AND IMAGE FORMING APPARATUS USING THE FIXING DEVICE}

도 1은 본 발명에 따른 정착 장치의 일 실시 형태로서 가열·가압 롤러를 구비하는 구성을 나타내는 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 정착 장치의 일 실시 형태로서 정착 벨트를 구비하는 구성을 나타내는 개략도.

도 3은 클리닝 롤러에 피복된 수지와 반응성 물질 혼합체 중의 코팅용 수지 중량비와 코팅층의 접착 강도 등급 관계를 나타내는 그래프.

도 4는 코팅용 수지의 중량비와 반응성 물질 혼합체의 용융 온도와의 관계를 나타낸 그래프.

도 5는 히트 파이프를 마련한 클리닝 롤러의 구조를 나타낸 개략도.

도 6a, 6b는 정착 케이스 내에 수용된 클리닝 롤러를 냉각하는 송풍 장치의 구성을 나타낸 개략도로서, 도 6a는 측면도, 도 6b는 단면도를 나타낸 도면.

도 7a, 7b는 각각 형상 계수 SF-1, 형상 계수 SF-2를 설명하기 위하여 토너의 형상을 모식적으로 나타낸 도면.

도 8a, 8b, 8c는 본 발명에 따른 토너의 형상을 모식적으로 나타내는 도면.

도 9는 본 발명에 따른 화상 형성 장치의 일 실시 형태의 구성을 나타내는 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

4 현상 장치

5 대전 장치

6 클리닝 장치

10　 중간 전사 벨트(중간 전사체)

18　 화상 형성 수단

21　 노광 장치

25　 정착 장치

251 정착 롤러

252 가압 롤러

255 도포 롤러

256 정착 롤러의 클리닝 롤러

257 가압 롤러의 클리닝 롤러

258 온도 센서

26 정착 장치(정착 벨트를 구비함)

261 정착 롤러

262 가압 롤러

263 가열 롤러

264 정착 벨트

265 도포 롤러

266 정착 롤러의 클리닝 롤러

267 가압 롤러의 클리닝 롤러

268 온도 센서

40 감광체(잠상 담지체)

22 2차 전사 장치

62 1차 전사 수단

70 정착 케이스

80 송풍 장치

81 시로코 팬(sirocco fan)

100 복사 장치 본체

200 용지 공급 테이블

300 스캐너

400 원고 자동 이송 장치

500 화상 형성 장치

본 발명은 전자 사진, 정전 기록, 정전 인쇄 등에서의 정전하상(靜電荷像)을 정착하기 위한 현상제에 사용되는 토너를 사용하는 정착 장치, 화상 형성 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 직접 또는 간접 전자 사진 현상 방식을 이용한 복사 기, 팩시밀리, 레이저 프린터 등 정전 복사 프로세스에 따른 화상 형성에 이용되는 전자 사진용 토너, 전자 사진용 정착 장치, 전자 사진용 화상 형성 장치에 관한 것이며, 나아가 직접 또는 간접 전자 사진 다색 현상 방식을 이용한 풀 컬러 복사기, 풀 컬러 팩시밀리, 풀 컬러 레이저 프린터에 이용되는 전자 사진용 건식 토너, 전자 사진용 정착 장치, 전자 사진용 화상 형성 장치에 관한 것이다.

전자 사진 방식의 화상 형성에서 가열 롤러에 의한 압착 가열 방식은 토너에 대하여 이형성을 구비하는 가열 롤러의 표면과 기록 매체 상의 토너 화상 면을 가압하에 접촉시키면서 기록 매체를 통과시킴으로써 토너 화상의 정착을 실행하는 방식이다. 이 방식은 가열 롤러의 표면과 기록 매체 상의 토너 화상이 가압하에서 접촉하기 때문에, 토너 화상을 기록 매체 상에 융착시킬 때의 열 효율이 매우 양호하여 신속히 정착을 실행할 수 있게 된다.

그러나, 가열 롤러 표면과 토너 화상이 용융 상태 및 가압하에서 접촉하기 때문에, 토너 화상의 일부가 정착 롤러 표면에 부착 전이하여 다음의 기록 매체에 재전이하게 되므로, 기록 매체를 더럽히는 이른바 오프셋(offset) 현상이 발생한다. 이 오프셋 현상은 정착 속도, 정착 온도의 영향을 크게 받는다.

일반적으로 정착 속도가 빠른 경우에는 가열 롤러의 표면 온도가 비교적 높게 설정된다. 이것은 토너를 정착시키기 위하여 가열 롤러로부터 토너에 인가되는 열량을 정착 속도에 의거하지 않고 거의 일정하게 유지하기 위해서이다.

이 전자 사진 방식의 화상 형성, 특히 컬러 화상 형성에서는 기록 매체 상의 토너 화상은 복수개의 토너가 서로 중첩된 토너층을 형성하고 있기 때문에, 특히 정착 속도가 빠르고 가열 롤러의 표면 온도가 높은 경우에는 가열 롤러에 접촉하는 최상층 토너층과 기록 매체에 접촉하는 최하층 토너층 사이의 온도 차이가 커진다. 이 경우, 최상층의 토너에 대하여 높은 온도의 가열 롤러가 접촉하기 때문에 핫 오프셋(hot offset) 현상을 초래하기 쉽다. 반대로, 이 핫 오프셋 현상을 방지하기 위하여 가열 롤러의 온도를 낮게 설정하면, 최하층의 토너가 충분히 용융되지 않기 때문에 기록 매체에 토너가 정착되지 않은 상태에서 가열 롤러에 토너가 부착되는 콜드 오프셋(cold offset) 현상이 발생한다.

이러한 문제를 해소하기 위하여, 정착 속도가 빠른 경우에는 정착시의 압력을 높게 함으로써 토너의 앵커(anchor) 효과를 이용하여 기록 매체에 토너를 정착시키고 있다. 이 경우, 가열 롤러의 온도를 어느 정도 하강시킬 있어 최상층 토너의 핫 오프셋을 방지할 수 있다. 그러나, 정착시의 압력을 높게 하면, 토너에 의한 전단력이 매우 커지기 때문에 기록 매체가 정착 롤러에 감겨 기록 매체 걸림이 발생하거나 정착 롤러로부터 기록 매체를 분리하기 위한 분리톱의 분리 흔적이 정착 화상 상에 출현되는 경우가 있다. 또한 압력이 높기 때문에 정착시에 가는 선이 포함되어 있는 화상이 너무 눌러지거나 토너가 비산되어 정착 화상의 화상 품위를 저하시킨다는 문제가 있다.

또, 토너도 정착 속도가 빠른 경우에는 정착 속도가 느린 경우에 비하여 정착 온도 부근의 용융 점도가 낮은 토너가 이용된다. 그러나, 정착 속도가 빠른 경우에는 가열 롤러의 표면 온도를 낮추고 또 정착 압력을 하강시킬 때, 핫 오프셋과 용지 감김으로 인한 용지 걸림을 방지하면서 토너 화상을 정착시킬 수 있지만, 이 와 같은 용융 점도가 낮은 토너를 만약 정착 속도가 느린 정착 장치, 또는 화상 형성 장치에 이용하게 되면, 핫 오프셋이 발생하기 쉬워진다는 문제가 있다.

따라서, 근래에는 정착 속도가 빠른 경우에서부터 느린 경우까지 모두 적용할 수 있는 정착 온도 영역이 넓고 또한 내오프셋성이 뛰어난 토너가 요구되고 있다.

한편, 근래에는 가는 선의 재현성이 뛰어난 고품위의 화상이 요구되고 있다. 이 요구에 응답하기 위하여 토너의 소입경화가 진척되어 화상의 해상도 및 선예도(鮮銳度)가 향상되고 있지만, 그 반면, 소입경 토너로 형성한 하프톤부의 정착성이 저하하고 있으며, 특히 정착 속도가 빠른 경우에 더욱 현저하게 나타난다. 이것은 하프톤부의 토너 부착량이 적고, 기록 매체의 오목부에 전사된 토너가 가열 롤러로부터 인가되는 열량이 적으며, 또한 정착 압력도 기록 매체의 볼록부에 의해 오목부의 압력이 억제되기 때문에 압력이 작아진다. 또, 하프톤부에서 기록 매체의 볼록부에 전사된 토너는 토너층이 얇기 때문에 토너 1개 당에 걸리는 전단력은 토너층 두께가 높은 솔리드 화상부에 비하여 커지므로, 오프셋이 발생하기 쉽고 저화질의 정착 화상으로 되기 쉽다.

토너의 정착성, 내오프셋성을 양립시키기 위하여, 지금까지는 토너로서 결착 수지를 중심으로 검토하여 왔다. 일본 특허 공개 공보 평 5-107803호에서는 토너용 수지의 겔 침투 크로마토그래피(GPC: Gel Permeation Chromatography)에 의해 측정된 크로마토 그래프에서 분자량 10³∼7×10⁴의 영역, 10⁵∼2×10⁶의 영역에 각각 적 어도 하나 이상의 극대치를 구비하는 수지의 분자량 분포가 개시되어 있다.

또, 일본 특허 공개 공보 평 5-289399호 및 특허 공개 공보 평 5-313413호에서는 비닐계 공중합체의 분자량을 규정하면서 폴리에틸렌 등 이형제를 넣어 정착성, 내오프셋성의 양립을 도모하는 것이 개시되어 있다. 또, 특허 공개 공보 평 5-297630호에서는 저점도 수지와 고점도 수지의 조합으로 저온 정착과 핫 오프셋을 개선한 기술이 개시되어 있다.

그 외에, 일본 특허 공개 공보 평 5-053372호, 특허 공개 공보 평 6-027733호, 특허 공개 평 6-118702호에서는 결착 수지의 분자량 분포를 넓게 하여 상반되는 보존성과 정착성과 핫 오프셋의 균형을 도모하는 기술이 개시되어 있다.

한편, 종래 전자 사진 방식의 화상 형성 장치에서는 주로 내부에 열원을 구비하는 가열 롤러에 가압 롤러를 가압 접촉시키고, 그 사이로 화상이 전사된 기록 매체를 통과시켜 그 기록 매체 상의 토너 화상을 정착시키는 정착 장치를 구비하는 것이 이용된다.

이런 종류의 정착 장치에서는 기록 매체 상의 토너가 가열 롤러에 부착하는 이른바 오프셋으로 불리는 현상을 초래시키는 경우가 있다. 이러한 오프셋이 초래되면, 오프셋된 토너가 가압 롤러에도 부착하여 그 가열 롤러 및 가압 롤러로부터 기록 매체에 역전사되어 기록 매체를 더럽히게 된다. 이러한 오프셋을 방지하기 위하여, 종래의 정착 장치에서는 예컨대 가열 롤러의 표면에 불소 도포 등을 실시하고 있었다. 그러나, 환경 조건이나 기록 매체의 종류 등에 의해 오프셋을 완전히 방지하는 것은 어렵고, 역시 역전사를 초래시키는 문제가 있었다.

이에, 종래의 정착 장치에서는 가열 롤러나 가압 롤러에 접촉하여 클리닝 롤러 등 클리닝 부재를 설치하여 가열 롤러나 가압 롤러에 부착한 토너를 제거하는 것이 있다. 즉, 표면 이형성을 향상시킨 가열 롤러나 가압 롤러에 대하여 클리닝 부재를 가압 접촉시킴으로써 표면 이형성 차이에 의해 토너를 제거하는 것이다.

근래 화상 형성 장치에서는 에너지의 불필요한 소비를 방지하기 위하여, 대기시에는 열원에의 통전(通電)을 정지시키고, 또 화상 형성의 개시에 맞추어 열원으로 통전시켜 가열 롤러를 정착 온도까지 상승시키도록 되어 있다. 이 때문에, 가열 롤러는 온도 응답성을 향상시킬 필요가 있어, 예컨대 가열 롤러이면, 두께를 1 mm 이하로 함으로써 정착 온도까지의 상승 시간을 10초 정도까지 단축하고 있다.

이와 같은 화상 형성 장치에 있어서는 가열 롤러의 열 용량이 작기 때문에, 정착시의 기록 매체에의 열 이동, 가열 롤러에 접촉하는 부재에의 열 이동, 가열 롤러 주위의 바람 흐름 등의 영향을 받기 쉽고, 가열 롤러의 온도 분포가 폭 방향으로 불균일하게 되기 쉬운 문제가 있었다. 그리고, 가열 롤러의 전 영역에 걸쳐 온도 분포를 균일하게 하는 것은 공간적 또한 비용적으로 불가능하였다.

가열 롤러의 온도 분포가 폭 방향으로 불균일하게 되면, 정착 성능이 불안정하게 됨과 동시에, 오프셋이 발생하기 쉽고, 또 열 열화에 의해 가열 롤러의 수명이 단축되는 등 문제를 초래시킨다. 특히, 특허 공개 공보 평 11-149180호 및 특허 공개 공보 2000-292981호에서는 중합법에 의해 제조한 중합 토너를 이용하는 경우에는 클리닝 부재에 부착 퇴적한 토너 덩어리가 재용융하여 기록 매체에 역전사된다는 문제가 있었다. 이것은 분쇄법에 의해 제조한 분쇄 토너를 이용하는 경우에는 저장 탄성률이 높은 용융되기 어려운 토너가 클리닝 부재에 부착하지만, 중합법에 의해 제조한 중합 토너를 이용하는 경우에는 저장 탄성률이 낮은 보통 토너가 클리닝 부재에 부착하기 때문이다.

이 문제는 통과 가능한 최대 사이즈의 기록 매체에 비하여 작은 사이즈의 기록 매체를 통과시키는 경우에 특히 현저하게 발생하였다. 왜냐하면, 작은 사이즈인 경우에는 용지 통과 영역이 좁고 가열 롤러에 접하는 면적이 작기 때문에, 그 좁은 영역에서만 온도가 하강하여 그 부분에 대응한 온도 검지 수단이 열원의 점등을 지지함으로써 용지 비통과(非通過) 영역의 온도까지 불필요하게 상승되어 그 용지 비통과 영역에 대응하는 클리닝 부재 상의 토너가 용융하여 기록 매체에 역전사되기 때문이다.

따라서, 예컨대 특허 공개 평 9-325550호에서는 이러한 역전사 문제의 대처로서, 가열 롤러의 온도 분포를 폭 방향으로 균일화하기 위하여 바람을 송출하여 가열 롤러의 용지 비통과 영역의 온도가 너무 상승되는 것을 방지하는 것이 개시되어 있다.

또, 예컨대 특허 공개 공보 2002-123119호에 기재된 바와 같이, 클리닝 롤러를 따라 통풍 구멍을 마련함으로써 클리닝 롤러의 회전과 함께 정착 장치 내의 공기를 순환시켜 클리닝 롤러의 온도 상승을 방지하는 것이 있다.

이에, 본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 정착 장치로부터의 토너 용융을 방지하여 화상의 오점 발생을 방지하는 정착 장치, 및 이 정착 장치를 이용하는 화상 형성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 정착 효율을 손상주지 않으면서 클리닝 부재에 부착한 토너가 역전사되는 것을 방지할 수 있는 정착 장치, 및 이 정착 장치를 이용한 화상 형성 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 고농도이면서 고정밀도의 화상을 얻을 수 있는 정착 장치, 및 이 정착 장치를 이용하는 화상 형성 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정착 장치 및 화상 형성 장치의 특징을 아래에 열거한다.

본 발명에 따른 정착 장치는 결착 수지를 포함한 토너에 의해 형성된 기록 매체 상의 토너 화상을 열 및 압력에 의해 기록 매체에 정착시키는 정착 부재와, 상기 정착 부재와 가압 접촉되어 닙부를 형성하는 가압 부재와, 적어도 상기 정착 부재와 가압 부재 중의 어느 한 부재에 접촉되어 정착 부재와 가압 부재 중의 어느 한 부재를 클리닝하는 클리닝 부재를 구비하고, 상기 클리닝 부재에는 상기 토너에 포함된 결착 수지의 점탄성(粘彈性)을 크게 하는 반응성 물질이 코팅되어 있는　것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 화상 형성 장치는 잠상 담지체와, 상기 잠상 담지체를 대전하기 위한 대전 장치와, 화상 정보에 근거하여 상기 잠상 담지체를 노광시켜 상기 잠상 담지체 표면에 정전 잠상을 형성하기 위한 노광 장치와, 상기 잠상을 결착 수 지를 포함한 토너에 의해 토너 화상으로 현상하기 위한 현상 장치와, 기록 매체에 상기 토너 화상을 전사하기 위한 전사 장치와, 상기 잠상 담지체를 클리닝하기 위한 잠상 담지체 클리닝 장치와, 상기 기록 매체 상의 토너 화상을 기록 매체에 정착시키기 위한 정착 장치를 구비하는 화상 형성 장치에 있어서, 상기 정착 장치는 상기 기록 매체 상의 토너 화상을 열 및 압력에 의해 기록 매체에 정착시키는 정착 부재와, 상기 정착 부재와 가압 접촉되어 닙부를 형성하는 가압 부재와, 적어도 상기 정착 부재와 가압 부재 중의 어느 한 부재에 접촉되어 정착 부재와 가압 부재 중의 어느 한 부재를 클리닝하는 클리닝 부재를 구비하고, 상기 클리닝 부재에는 상기 토너에 포함된 결착 수지의 점탄성(粘彈性)을 크게 하는 반응성 물질이 코팅되어 있는　것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정착 장치 및 화상 형성 장치는 상기 정착 부재는 정착 롤러인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정착 장치 및 화상 형성 장치는 상기 정착 부재는 복수개의 롤러에 씌워진 정착 벨트인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정착 장치 및 화상 형성 장치는 상기 클리닝 부재의 표면에는 코팅용 수지와 반응성 물질의 혼합체가 코팅되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정착 장치 및 화상 형성 장치는 상기 클리닝 부재 표면의 코팅용 수지는 토너의 결착 수지와 동일한 성분인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정착 장치 및 화상 형성 장치는 상기 클리닝 부재에 코팅된 혼합체 중에서 코팅용 수지는 5∼80 wt%의 중량비로 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정착 장치 및 화상 형성 장치는 상기 반응성 물질은 금속 화합물인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정착 장치 및 화상 형성 장치는 상기 정착 장치는 상기 클리닝 부재에 반응성 물질을 공급하기 위한 공급 부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정착 장치 및 화상 형성 장치는 상기 클리닝 부재 표면의 10점 평균 조도(Rz)는 3∼50 ㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정착 장치 및 화상 형성 장치는 상기 정착 장치는 클리닝 부재를 냉각하기 위한 송풍 장치를 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정착 장치 및 화상 형성 장치는 상기 토너는 이형제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정착 장치 및 화상 형성 장치는 상기 토너는 전하 제어제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정착 장치 및 화상 형성 장치는 상기 토너는 평균 원형도가 0.94 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정착 장치 및 화상 형성 장치는 상기 토너는 적어도 활성 수소기를 구비하는 화합물과 반응 가능한 부위를 구비하는 중합체, 폴리에스테르, 착색제를 유기 용매 중에 각각 용해 또는 분산시켜 토너 조성물을 형성하고, 상기 토너 조성물을 수계 매체 중에 분산시킨 후, 신장 및 가교 반응시켜 얻어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정착 장치 및 화상 형성 장치는 상기 토너는 체적 평균 입경이 3.0∼8.0 ㎛이고, 체적 평균 입경(Dｖ)과 개수 평균 입경(Dn)의 비(Dｖ／Dn)가 1.00∼1.40의 범위에 있는　것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정착 장치 및 화상 형성 장치는 상기 토너는 형상 계수 SF-1이 100∼180의 범위에 있고, 형상 계수 SF-2가 100∼180의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정착 장치 및 화상 형성 장치는 상기 토너는 대략 구형이고, 상기 대략 구형인 토너의 장축 r1, 단축 r2, 두께 r3는 0.5 ≤r2/r1 ≤ 1.0 및 0.7 ≤r3/r2 ≤1.0 (단, r1 ≥r2 ≥r3)의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정착 장치 및 화상 형성 장치는 상기 토너는 유기 용매인 THF(tetrahydrofuran)에 가용(可溶)인 성분의 산기 파라미터(acid value parameter)가 0.3×10^-3∼5.0×10^-3 mgKOH/g/중량 평균 분자량(Mw)의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정착 장치 및 화상 형성 장치는 상기 토너는 유기 용매인 THF에 가용인 성분의 중량 평균 분자량(Mw)이 5,000∼30,000의 범위에 있는　것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정착 장치 및 화상 형성 장치는 상기 토너는 유기 용매인 THF에 가용인 성분의 산가가 2.0∼50.0 mgKOH/g의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 화상 형성 장치는 상기 화상 형성 장치는 화상 형성 장치 본체에 대하여 착탈 가능한 프로세스 카트리지를 구비하고, 상기 프로세스 카트리지는 잠상 담지체와, 적어도 대전 장치, 현상 장치, 잠상 담지체 클리닝 장치로부터 선택되는 하나 이상의 장치를 일체적으로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

실시예

아래에 본 발명의 최적한 실시예를 도면에 근거하여 설명한다. 또한, 이른바 당업자는 특허 청구 범위 내의 본 발명을 변경·수정하여 다른 실시예를 이루는 것은 용이한 바, 이러한 변경·수정은 본 특허 청구의 범위에 포함되는 것이며, 아래의 설명은 본 발명의 최적 실시예를 나타내는 것으로서, 본 특허 청구의 범위를 한정하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 정착 장치의 일 실시 형태로서 가열·가압 롤러를 구비하는 구성을 나타내는 개략도이다.

본 발명의 정착 장치(25)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 정착 부재인 정착 롤러(251)와 가압 부재인 가압 롤러(252)로 구성되고, 정착 롤러(251)는 스테인리스, 알루미늄 등 금속제 심봉 및 그 심봉 외주에 마련된 가압 롤러(252)와 닙부를 형성하기 위한 예컨대 발포 실리콘 고무나 액상 실리콘 고무 등 내열 탄성 재료에 의해 고리형으로 성형 가공된 탄성층을 구비한다. 또 탄성층의 표층에는 전사지 및 토너의 이형성을 양호하게 위하여 이형층을 마련한다. 이형층에는 내열성이 있고 표면 에너지가 작은 재료가 사용되며, 예컨대 실리콘 수지, 불소 수지인 폴리 테트라 플루오로 에틸렌(PTFE), 테트라 플루오로 에틸렌-퍼플루오로 알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA), 테트라 플루오로 에틸렌-헥사 플루오로 프로필렌 공중합체(FEP) 등 고분자 수지가 사용된다. 정착 롤러(251)의 심봉 내에는 정착 롤러(251)의 온도 상승을 가속시키기 위한 할로겐 히터 등 열원이 설치된다.

가압 롤러(252)는 스테인리스, 알루미늄 등 금속제 심봉의 외주에 불소계 고무, 실리콘 고무 등 내열 탄성 재료로 이루어지는 탄성층을 적당한 두께로 마련하고, 정착 롤러(251)와 마찬가지로 표층에 불소계 수지 등으로 이루어지는 이형층을 구비한다. 또, 가압 롤러(252)는 도시하지 않는 스프링 등 부재에 의해 정착 롤러(251)에 가압되고, 탄성층이 탄성 변형됨으로써 정착 롤러(251)와 가압 롤러(252)의 사이에 일정 시간 토너를 가압·가열할 수 있는 닙부가 형성된다.

정착 롤러(251)에 토너와의 이형성을 향상시킴으로써 오프셋이 발생되는 것을 방지하기 위하여, 이형성을 양호하게 하는 실리콘 오일 등 오일을 도포하는 도포 롤러(255), 및 정착 롤러(251)에 부착한 토너, 용지 분말을 클리닝하는 클리닝 부재로서의 클리닝 롤러(256)를 마련한다. 또, 가압 롤러(252)에도 용지 분말과 정착 롤러(251)로부터 토너가 부착되므로, 가압 롤러(252)에도 클리닝 롤러(257)를 마련한다. 또한, 정착 롤러(251), 가압 롤러(252) 등 정착 장치(25) 내의 각 부재의 히터를 제어하기 위하여, 각 부재의 온도를 검지하기 위한 서미스터 등 온도 센 서(258)를 마련한다.

도 2는 본 발명에 따른 정착 장치의 일 실시예로서 정착 벨트를 구비하는 구성을 나타내는 개략도이다. 이 정착 장치(26)는 가열 롤러(263), 정착 롤러(261), 정착 롤러(261)에 압력 접촉하는 가압 롤러(262)와, 가열 롤러(263)와 정착 롤러(261)에 씌워진 정착 벨트(264)로 구성되어 있다.

정착 롤러(261), 가압 롤러(262)는 도 1에 나타내는 정착 장치(25)의 정착 롤러(251), 가압 롤러(252)와 거의 동일한 양태로 구성된다. 금속제 심봉의 외주에 마련된 내열 탄성 재료로 이루어지는 탄성층의 두께는 적당히 조정될 수 있다. 또, 탄성층의 표층에는 전사지 및 토너의 이형성을 양호하게 하기 위하여, 불소계 수지 등으로 이루어지는 이형층을 마련한다. 심봉 내부에는 각각 할로겐 히터가 배치되어 있다. 또, 가압 롤러(262)는 도시하지 않는 스프링 등 부재에 의해 정착 벨트(264)를 사이에 두고 정착 롤러(261)에 가압되며, 탄성층이 변형됨으로써 정착 롤러(261)와 가압 롤러(262)의 사이에 일정 시간 토너를 가압·가열할 수 있는 닙부가 형성된다.

정착 벨트(264)의 기체에는 내열성 수지나 금속으로 이루어진 엔드리스형의 벨트형 기체가 이용된다. 내열성 수지의 재질로서는 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르 에테르 케톤 등을 예로 들 수 있고, 금속 벨트의 재질로서는 니켈, 알루미늄, 스테인리스 등을 예로 들 수 있다. 또한 수지와 금속이 중층(重層)을 형성하여도 좋고, 특히, 폴리이미드 수지에 니켈을 전기 주조한 벨트는 강도와 탄성을 겸비하여 내구성이 뛰어나므로 바람직하다. 두께는 100 ㎛ 이하로 두께가 얇은 것이 바람직하다. 정착 벨트(264)는 전사지, 토너와 가압 접촉하기 때문에, 고이형성 실리콘 고무 등으로 이루어지는 탄성층과 마찰 계수가 작은 불소계 수지로서 내열 이형층을 구비하는 구성으로 되어 있다.

가열 롤러(263)의 내부에는 할로겐 램프, 니크롬 선 등 열원이 설치되어 있다. 또, 가열 롤러(263)는 알루미늄, 탄소강, 스테인리스 강 등 중공 금속 원통의 두께가 얇은 롤러로 이루어지는데, 열 전도성이 양호한 두께 1∼4 mm의 알루미늄제 원통을 이용하면, 축 방향에서의 온도 분포를 작게 할 수 있어 바람직하다. 또한 가열 롤러(263)의 표면에는 정착 벨트(264)와의 마모를 방지하기 위한 표면 처리로서 알루마이트 처리가 실시되어 있다.

정착 벨트(264)를 사이에 두고 가열 롤러(263)의 외주면에는 열전대(熱電對), 서미스터 등으로 이루어지고 정착 벨트(264) 외주면의 온도를 검지하는 온도 센서(268)가 배치되어 있다. 온도 센서로부터의 검지 신호에 따라 도시하지 않는 온도 제어 장치에 의해 가열 롤러(263) 등 내부의 히터 동작을 제어한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 정착 장치(25)에서 기록지 상의 토너는 정착 롤러(251)와 가압 롤러(252)의 닙부 내에서 열과 압력을 받는다. 이 때, 열에 의해 토너는 용융 상태로 되어 점도 및 탄성이 저하한다. 또, 동시에 압력을 받음으로써 용융 상태의 토너는 기록지 상에 퍼짐과 동시에 기록지의 섬유 중으로 침입한다. 그 후, 기록지는 닙부로부터 빠져 나가 양쪽 롤러(251, 252)로부터 이탈된다. 토너에 함유되어 있는 점도가 낮은 저분자량 성분은 용융되어 기록지 섬유 사이로 침입하기 쉽다. 또, 동시에, 탄성이 낮음으로써 분리되기 쉽고 정착 롤러 (251)에 부착하기 쉽다. 또, 고분자량 성분은 점도 탄성이 모두 크지만, 용융되어 점성이 커짐으로써 정착 롤러(251)에 대한 부착력이 탄성보다 커지면, 기록지로부터 정착 롤러(251)로 이행한다. 정착 롤러(251)가 회전하여 기록지에 재차 접촉하면, 이 이행한 토너가 기록지에 부착되어 화상을 더럽히는 경우가 있다. 그러나, 화상을 더럽히지 않도록 하기 위하여 정착 롤러(251)에는 클리닝 롤러(256) 등이 설치되거나, 또는 도포 장치(255)에 의해 실리콘 오일을 도포하거나, 토너 중에 이형제를 함유시킴으로써 토너 잔류를 방지하도록 한다. 그러나, 토너의 일부가 잔류하는 것을 완전히 방지하는 것은 곤란하다. 또한, 상기 클리닝 롤러(256)에 회수된 토너가 정착 장치(25) 작동시에 열을 받아 재용융되고, 클리닝 롤러(256)로부터 토너가 용융 누출되어 정착 롤러(251)로 이행하여 닙부에서 기록지 표면을 더럽히는 경우가 있다.

또, 토너의 일부는 정착 롤러(251)로부터 온도가 낮은 가압 롤러(252)로 이행하는 경우가 있다. 이 가압 롤러(252)로 이행한 토너는 가압 롤러(252)가 회전하여 기록지에 재차 접촉하면, 기록지의 뒷면에 부착하여 화상을 더럽히는 경우가 있다. 이것을 방지하기 위하여, 가압 롤러(252)에 가압 롤러용 클리닝 롤러(257)가 설치된다. 이 클리닝 롤러(257)에는 정착 롤러(251)로부터 이행한 토너가 회수된다. 그러나, 이 클리닝 롤러(257)에 회수된 토너가 정착 장치(25) 작동시에 열을 받아 재용융되고, 클리닝 롤러(257)로부터 토너가 용융 누출되어 가압 롤러(252)로 이행하여 닙부에서 기록지의 뒷면을 더럽히는 경우가 있다. 특히, 토너의 결착 수지 중의 고분자량 성분보다는 저분자량 성분이 가열로 인해 용이하게 점탄성이 변 하기 때문에 오프셋이 발생하기 쉽고, 또 재용융되기 쉽다.

가압 롤러(252)에 부착한 토너는 가압 롤러(252)와 클리닝 롤러(257)의 닙부에서 클리닝 롤러(257)에 회수된다. 이와 같은 흐름으로 정착 롤러(251)에 부착한 토너는 클리닝 롤러(257)에 회수되어 15만매 프린트한 경우에 클리닝 롤러(257)에 수g 정도의 토너가 회수된다. 종래의 토너에서는 Tg(glass transition temperature: 유리 전이 온도)로서 비교적 높고 대략 60℃ 부근의 수지를 이용하므로, 클리닝 롤러(257)에 부착하는 토너의 점도가 높기 때문에 프린트 매수에 따라 정착 장치(25), 클리닝 롤러(257)의 온도가 높아져도 토너가 용융되기 어려웠다. 그러나, 비교적 낮은 온도에서 용융되는 저분자량 수지를 이용하면, 정착 설정 온도보다 낮은 온도에서 용융된다. 이 때문에, 클리닝 롤러(257)에 부착한 토너는 온도 제어된 정착 장치(25)를 기록지를 통과시키지 않고 회전시킬 때, 클리닝 롤러(257)에 회수된 토너가 재용융하여 가압 롤러(252) 또는 정착 롤러(251)에 재부착한다. 이 상태에서 화상 출력을 실행하여 기록지를 통과시키면, 가압 롤러(252) 또는 정착 롤러(251)에 재부착한 토너가 기록지를 더럽히게 된다.

본 발명의 정착 장치(25, 26)에서는 이 클리닝 롤러(257)에 결착 수지의 점탄성을 크게 하는 반응성 물질이 코팅되어 있다. 점탄성을 크게 하는 반응성 물질로서는 결착 수지와 가교 또는 신장 반응하여 분자량을 크게 하는 물질 등이다. 결착 수지 중의 극성을 구비하는 관능기와 반응하여 가교시킴으로써 점탄성을 크게 하는 물질이 바람직하다. 여기서, 가교시키는 물질이란, 용매 중에서의 단량체의 가교 또는 신장에 이용하는 아민류, 케톤류 등과는 다른 것이다.

이 점탄성을 크게 하는 물질에는 금속 화합물을 예로 들 수 있고, 구체적으로는 나프텐산 또는 고급 지방산의 금속염, 아조계 금속 착체, 살리실산 금속염 또는 아연, 크롬, 철, 지르코늄 등의 금속 착체, 그 밖에 실리콘, 지르코늄, 알루미늄으로부터 선택되는 킬레이트 화합물 또는 이들의 금속 알코올레이트(metal alkoholates) 등을 들 수 있다. 이들을 클리닝 롤러(257)에 코팅하여 클리닝 롤러(257)로 전이 회수된 토너를 가교시켜 점탄성을 크게 함으로써 클리닝 롤러(257)로부터의 재용융 누출을 방지하여 기록지 등을 더럽히는 것을 방지할 수 있다.

또, 본 발명의 정착 장치에서는 클리닝 롤러(257)에 반응성 물질과 코팅용 수지의 혼합체를 수계 용매 및/또는 유기 용매로 용해시켜 코팅한다. 코팅용 수지로서는 특히 한정되는 것은 아니지만, 예컨대 폴리에스테르 수지, 스티렌-아크릴산 알킬계 수지, 스티렌 메타아크릴산 알킬계 수지, 스티렌-부타디엔계 수지, 스티렌-아크릴로니트릴 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리염화비닐, 폴리아미드 수지, 페놀 수지, 크실렌 수지 등을 들 수 있다. 특히, 코팅용 수지는 토너 중의 수지와 동일한 성분을 구비한다. 토너와 동일한 성분을 구비함으로써 상용성이 좋아져 회수된 토너가 용융되는 것을 방지할 수 있다. 또한 코팅용 수지의 말단에 반응성 물질과 반응하는 관능기를 구비하는 것이 바람직하다. 특히 반응하는 관능기로서는 폴리에스테르 수지, 아크릴산 폴리머 쇄의 말단 부분인 카르본산기가 바람직하다. 카르본산은 수소 결합이 용이하기 때문에 반응성 물질과의 상호 작용이 발생하기 쉽고, 또한 적당히 연약한 결합이므로, 다른 관능기와의 교환도 비교적 자유로우며, 반응성 물질의 확산성이 뛰어나다.

또, 이것에 이용하는 용매로서는 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소, 폴리(메타) 아크릴레이트의 경우에는 메틸 에틸 케톤, 알코올류 등을 예로 들 수 있는데, 구체적인 예로서 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, t-부탄올, 메톡시 에탄올, 에톡시 에탄올, 부톡시 에탄올 등의 알코올류, 아세토니트릴 등의 니트릴류, 디옥산 등을 들 수 있고, 특히 알코올류가 바람직하다.

이러한 반응성 물질, 코팅용 수지를 용매 중에서 혼합하여 용해시켜 코팅층을 형성한다. 코팅 방법으로서는 롤러, 패들, 브러시로 직접 도포하는 방법, 또는 에어 스프레이 등으로 분무하여 도포하는 방법이 있지만, 특별히 도포 방법에 한정되는 것은 아니다. 이상과 같이, 용융 방지를 위한 반응성 물질을 클리닝 롤러(257)에 도포하고, 토너와 반응시켜 역전사에 대한 열적 여유도를 향상시키며, 또한 코팅용 수지와 반응성 물질의 혼합체를 도포함으로써 코팅용 수지 성분이 바인더 역할을 하여 클리닝 롤러(257)와의 접착 강도를 확보하므로, 표층이 벗겨지는 것을 방지하는 효과가 있다.

도 3은 클리닝 롤러에 피복된 수지와 반응성 물질 혼합체 중의 코팅용 수지 중량비와 코팅층의 접착 강도 등급의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 4는 코팅용 수지의 중량비와 반응성 물질 혼합체의 용융 온도 관계를 나타내는 그래프이다. 접착 강도는 테이프 전사에 의해 코팅층이 벗겨지는 등급에 따라 분류하여 계측한다. 여기서, 접착 강도 등급이 3 이상이면 클리닝 롤러(257)를 정착 장치에 장착하여 복사하여도 화상 품질 상에서 코팅층이 클리닝 롤러(257)로부터 벗겨짐으로 인하여 화상 오점이 발생하는 일이 없다. 화상 오점은 주로 초기에 발생하기 쉽고, 그 이 유는 초기에 오프셋(offset) 토너가 클리닝 롤러(257)에 아직 충분히 회수되지 않으므로, 코팅층이 직접 가압 롤러에 접촉하여 그 표층의 일부가 마모에 의해 벗겨질 가능성이 높기 때문이다.

또, 수지의 중량비가 높아지면, 코팅층 중의 가교제의 밀도가 낮아져 회수 토너와의 가교 반응이 점차 불충분하게 되므로 용융에 대한 효과가 낮아지게 된다. 본 발명에서는 수지 중량비로서 80% 이하의 혼합비이면, 도 4에 나타낸 바와 같이 실제 사용상 문제 없는 용융 온도(T1) 이상을 확보할 수 있었다. 여기서, 단체기(單體機)에 의한 용융 평가란, 클리닝 롤러(257)에 어느 일정량의 오프셋 토너를 고착시키고, 단체기에 장착하여 회전 구동시켜 온도를 높였을 때의 용융 온도를 측정하는 간이 평가 방법이다. 또한, 수지 중량비 100%란, 가교제가 없는 상태이다. 따라서, 코팅용 수지가 반응성 물질과 코팅용 수지의 혼합체 중에 함유되는 중량비의 범위는 5%∼80%인 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 정착 장치(25)에서는 클리닝 롤러(257)를 SUS, 황동, 동, 알루미늄 등의 금속으로 구성하고, 직경이 10∼30 mm의 막대형 롤러를 이용한다. 또, 그 클리닝 롤러(257)의 표면은 10점 평균 조도(Rz)(이하, 단지 [조도(Rz)]라 함)로 3∼50 ㎛의 범위에 있다. 이 표면의 조도(Rz)는 쇼트 블래스트(shot blasting), 샌드 블래스트(sand blasting), 액체 호우닝(liquid honing) 등의 블래스트 처리로 형성할 수 있고, 특히 가공이 용이한 샌드 블래스트 처리가 바람직하다. 이것에 의해 클리닝 롤러(257)의 표면적을 증대시킴으로써 심봉에 대한 반응성 물질과 코팅용 수지 혼합체의 접착력을 향상시키고, 또 가압 롤러(252) 상의 토너와의 접촉 기 회를 증가시켜 제거 효율을 더욱 높일 수 있고, 반응성 물질 등이 벗겨지거나 토너가 용융되는 것에 대하여 충분한 방지 성능을 얻을 수 있다.

또, 이 클리닝 롤러(257)의 막대형 롤러(257a)의 중공 내부에 히트 파이프(257b)를 마련한다. 도 5는 히트 파이프를 마련한 클리닝 롤러의 구조를 나타낸 개략도이다. 토너가 가압 롤러(252)로부터 용융되어 누출되는 것은 전사지 등이 통과한 후의 기록지 통과 부분과 기록지가 통과하지 않은 부분의 온도 차이가 커짐으로써 클리닝 롤러(257)에 회수된 토너가 영향을 받아 초래된다. 이에 클리닝 롤러(257)의 축방향의 온도 차이를 히트 파이프(257b)로 경감시킴으로써 토너의 용융을 경감시킬 수 있다.

나아가, 본 발명의 정착 장치는 클리닝 부재를 냉각하는 송풍 장치를 구비한다.

도 6a, 6b는 클리닝 롤러를 냉각하는 송풍 장치의 구성예를 나타내는 개략도이다. 본 발명에서는 송풍 장치(80)로 클리닝 롤러(257)에 대하여 송풍하여 클리닝 롤러(257)를 냉각시키므로, 정착에 이용하는 가열 롤러(251)나 가압 롤러(252)에 직접 송풍하여 열을 빼앗는 일이 없으므로 정착 효율을 저하시키지 않는다. 특히, 가열 롤러(251)가 아니라 가압 롤러(252)에 부착한 토너를 제거하는 클리닝 롤러(257)를 냉각하므로, 더욱 가열 롤러(251)의 열을 빼앗지 않아 정착 효율을 저하시키는 우려를 없앨 수 있다. 이것에 의해 외기를 이용하여 클리닝 롤러(257)를 유효하게 냉각함으로써 용융에 대한 여유도를 향상시키는 효과가 있다. 또한, 본 발명에서는 송풍 장치(80)에 시로코 팬(81)을 이용한다. 시로코 팬(81)을 정착 케이스 (70)의 일단부 측에 설치하고, 그 시로코 팬(81)으로 0.1∼1.0 m³/min 풍량의 외기를 거두어 들이며, 그 외기를 덕트(82)로 안내하여 전사지 이송 방향에 직교하는 방향으로 클리닝 롤러(257)에 대하여 송풍하여 냉각시킨다.

이것에 의해, 정착 롤러(251)의 열이 가압 롤러(252)를 통하여 클리닝 롤러(257)에 전달되는 경우가 있어도, 송풍 장치(80)에 의해 클리닝 롤러(257)를 냉각하므로, 클리닝 롤러(257) 상의 토너가 용융되는 것을 방지하여 용융된 토너가 가압 롤러(252)에 역전사됨으로써 전사지를 더럽히는 것을 방지할 수 있다.

또한, 정착을 실행하기 위하여, 정착 롤러(251)는 150℃ 정도까지 가열된다. 그러면, 가압 롤러(252)는 130℃ 정도까지 상승하고, 클리닝 롤러(257)는 120℃ 정도로 된다. 클리닝 롤러(257)가 100℃를 넘으면, 역전사를 초래할 우려가 있다. 이에, 송풍 장치(80)로 클리닝 롤러(257)를 냉각함으로써 클리닝 롤러(257)를 90℃ 정도까지 하강시킬 수 있다.

특히, 중합 토너는 동일 수지로 분쇄법에 의해 제조한 토너에 비하여, 매 토너 입자의 구성 물질이 균일하게 분산되어 있어 입자 사이즈, 형상이 일정하므로, 후술하는 클리닝 부재에 부착한 토너의 저장 탄성률이 낮아지어 클리닝 부재의 부착 토너가 용융되는 온도도 낮아진다. 그러나, 이러한 중합 토너를 이용하는 경우에도 역전사를 유효하게 방지할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 송풍 장치(80)로 클리닝 롤러(257)에 대하여 송풍하여 냉각시키므로, 정착에 이용하는 정착 롤러(251)나 가압 롤러(252)에 직접 송풍하여 열을 빼앗는 일이 없으므로 정착 효율을 저하시키지 않는다. 특히, 정착 롤러(251)가 아니라 가압 롤러(252)에 부착한 토너를 제거하는 클리닝 롤러(257)를 냉각하므로, 더욱 정착 롤러(251)의 열을 빼앗지 않아 정착 효율을 저하시키는 우려를 없앨 수 있다.

또, 클리닝 롤러(257)를 냉각시키는 풍량의 범위를 0.1∼1.0 m³/min 로 함으로써, 0.1 m³/min 미만의 풍량으로 냉각 부족이 되거나, 1.0 m³/min 이상의 풍량으로 너무 냉각시키는 일 없이 클리닝 롤러(257)를 유효하게 냉각시킬 수 있다.

여기서, 클리닝 롤러(257)의 직경은 정착 장치(25)에 배치될 수 있는 범위로 한다. 클리닝 롤러(257)가 크면 그 만큼 표면적이 커져 클리닝 롤러(257)에 회수할 수 있는 토너량이 많아진다. 또, 나아가 클리닝 롤러(257)의 단위 회수량 당의 클리닝 롤러(257)에 부착되는 토너의 두께가 얇아지므로 프린트 매수에 따른 토너 두께량 변화가 적고, 가압 롤러(252)에 대한 기계적 압력 및 열적 변화량이 작아 정착 장치의 안정성이 뛰어나다. 그러나, 클리닝 롤러(257)가 너무 크면 정착 장치(25)의 동작 개시 시간이 늦어져 바람직하지 않다. 반대로, 클리닝 롤러(257)의 직경이 너무 작으면 프린트 매수에 따른 부착 토너 두께량이 급격하게 변화하기 때문에 가압 롤러(252)에 대한 기계적 압력 및 열적 변화량이 커져 반대로 용융되는 경우가 있다. 또, 클리닝 롤러(257)의 표면을 소정의 조도(Rz)로 함으로써, 반응성 물질의 도포성을 균일하게 할 수 있다. 조도(Rz)가 작으면 도포 후에 액적(液滴)이 생길 수 있고, 또, 조도(Rz)가 크면 반응성 물질의 존재 상태에 소밀(粗密)이 생겨 바람직하지 않다. 또한, 상기 설명에서 클리닝 롤러(257)는 가압 롤러(252)에 하나 설치된 것으로 설명하였지만, 가압 롤러(252)에 복수개 설치되어도 좋고, 또 정착 롤러(251)에도 도 1에 나타낸 바와 같이 클리닝 롤러(256)를 설치하여도 좋다.

본 발명의 정착 장치에 이용하는 토너는 분쇄법, 중합법(현탁 중합, 유화 중합, 분산 중합, 유화 응집, 유화 회합 등) 등 제조 방법이 있지만, 이러한 제조 방법에 한정되는 것은 아니다.

아래에 분쇄법에 따른 토너 제조 방법의 일례를 나타낸다.

1) 우선 전술한 수지, 착색제로서의 안료 또는 염료, 전하 제어제, 이형제, 그 외의 첨가제 등을 헨셀 믹서(HENSCHEL mixers)와 같은 혼합기에 의해 충분히 혼합한다.

2) 그 후, 배치 믹서(batch mixer), 범버리 믹서(BUMBURY'S mixer), 연속식의 2축 압출기, 연속식의 1축 혼련기(混練機) 등 열 혼련기를 이용하여 구성 재료를 잘 혼련하여 압연 냉각한 후, 절단을 수행한다.

3) 절단 후의 토너 혼련물에 대하여 햄머 밀 등을 이용하여 조분쇄한 후, 나아가 제트 기류를 이용한 미분쇄기나 기계식 분쇄기에 의해 미분쇄하고, 선회 기류를 이용한 분급기나 코안다 효과(Coanda effect)를 이용한 분급기에 의해 소정의 입도로 분급한다.

4) 그 후, 혼합기에 의해 무기 미립자를 외첨가한 후 혼합하여 토너를 얻는다.

또, 중합법에 따른 토너의 제조 방법으로서는 적어도 활성 수소기를 구비하 는 중합체, 폴리에스테르, 착색제, 이형제를 포함한 토너 조성물을 수계 매체 중에서 수지 미립자의 존재하에 가교 및/또는 신장 반응시켜 토너를 얻는다.

본 발명의 정착 장치에 이용되는 토너는 그 구성 성분의 결착 수지로서 공지의 것을 모두 사용할 수 있고, 예컨대, 스티렌, P-클로로스티렌, 비닐 톨루엔, 염화 비닐, 초산 비닐, 프로피온산 비닐, (메타)아크릴산 메틸, (메타)아크릴산 에틸, (메타)아크릴산 프로필, (메타)아크릴산n-부틸, (메타)아크릴산 이소부틸, (메타)아크릴산 도데실, (메타)아크릴산2-에틸헥실, (메타)아크릴산 라우릴, (메타)아크릴산2-히드록시에틸, (메타)아크릴산2-히드록시프로필, (메타)아크릴산2-클로로에틸, (메타)아크릴로니트릴산, (메타)아크릴아미드, (메타)아크릴산, 비닐 메틸 에테르, 비닐에틸 에테르, 비닐이소부틸 에테르, 비닐 메틸 케톤, N-비닐 피롤리돈, N-비닐 피리딘, 부타디엔 등 단량체의 중량체, 또는 이들 단량체의 2종류 이상으로 이루어지는 공중합체, 또는 이들의 혼합물을 예로 들 수 있다. 그 외, 폴리에스테르 수지, 폴리올 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리아미드 수지, 에폭시 수지, 로진, 변성 로진, 텔벤 수지, 페놀 수지, 수첨(水添) 석유 수지, 이오노머 수지, 실리콘 수지, 케톤 수지, 크실렌 수지 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

또, 본 발명의 정착 장치에 이용하는 토너는 이형제로서 왁스를 함유한다. 토너 중의 왁스 존재 상태가 정착시의 토너 이형성에 크게 영향을 주는 것이 판명되었는데, 왁스가 토너 중에서 미분산되고 동시에 토너 내부에서 표면 근처에 많이 존재함으로써 양호한 정착 이형성을 얻을 수 있다. 특히, 왁스는 1 ㎛ 이하의 장경(長徑)으로 분산되어 있는 상태가 바람직하다. 이와 같이 이형제를 토너에 함유시 킴으로써, 정착 롤러(251)에 오프셋되는 토너를 감소시킬 수 있어 가압 롤러(252)의 클리닝 롤러(257)에 회수되는 토너를 감소시킬 수 있다.

왁스로서는 공지의 것을 사용할 수 있고, 예컨대, 폴리올레핀 왁스(폴리에틸렌 왁스, 폴리프로필렌 왁스 등); 장쇄 탄화수소(파라핀 왁스, 사솔(sasol) 왁스 등); 카르보닐기 함유 왁스 등을 들 수 있다. 이들 중 바람직한 것은 카르보닐기 함유 왁스이다.

카르보닐기 함유 왁스로서는,

폴리 알칸산 에스테르(카르나우바 왁스, 몬탄 왁스, 트리메틸올 프로판트리베헤네이트(trimethylolpropanetribehenate), 펜타에리트리톨 테트라베헤네이트, 펜타에리트리톨 디아세테이트디베헤네이트, 글리세린트리베헤네이트, 1,18-옥타데칸디올디스테아레이트(octadecanedioldistearate) 등);

폴리 알칸올 에스테르(트리멜리트산 트리스테아릴, 디스테아릴 말레에이트 등);

폴리 알칸산 아미드(에틸렌디아민디베헤닐 아미드 등);

폴리 알킬 아미드(트리멜리트산 트리스테아릴 아미드 등); 및

디알킬 케톤(디스테아릴 케톤 등) 등을 들 수 있다. 이들 카르보닐기 함유 왁스 중 바람직한 것은 폴리 알칸산 에스테르이다.

본 발명의 왁스의 융점은 통상 40∼160℃이며, 바람직하게는 50∼120℃, 더욱 바람직하게는 60∼90℃이다. 융점이 40℃ 미만인 왁스는 내열 보존성에 악영향을 주고, 160℃를 초과하는 왁스는 저온 정착시에 콜드 오프셋(cold offset)을 초 래하기 쉽다. 또, 왁스의 용융 점도는 융점보다 20℃ 높은 온도에서 측정한 값으로서 5∼1000 cps가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10∼100 cps이다. 1000 cps를 초과하는 왁스는 내핫 오프셋성, 저온 정착성을 향상시키는 효과가 결핍하다.　토너 중의 왁스의 함유량은 통상 0∼40 중량%이며, 바람직하게는 3∼30 중량%이다.

또, 본 발명의 정착 장치에 이용하는 토너는 전하 제어제를 함유한다. 특히, 대전 제어 물질을 토너의 표면에 고착시킴으로써 높은 대전량을 부여하는 것이 가능하게 된다. 즉, 전하 제어제를 토너의 표면에 고착시킴으로써 토너 표면에서의 존재량이나 존재 상태가 안정되어 대전량을 안정화시킬 수 있다. 특히, 본 발명의 구성으로 이루어지는 토너에서 대전량의 안정성이 높아진다.

전하 제어제로서는 니그로신계 염료, 트리페닐 메탄계 염료, 크롬 함유 금속 착체 염료, 몰리브덴산 킬레이트 안료, 로다민계 염료, 알콕시계 아민, 4급 암모늄염(불소 변성 4급 암모늄염을 포함), 알킬 아미드, 인의 단체 또는 화합물, 텅스텐의 단체 또는 화합물, 불소계 활성제, 살리실산 금속염 및 살리실산 유도체의 금속 염 등을 사용할 수 있다.　

대전 제어제의 사용량은 바인더 수지의 종류, 필요에 따라 사용되는 첨가제의 유무, 분산 방법을 포함한 토너 제조 방법에 따라 결정되는 것으로서, 일의적으로 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 바인더 수지 100 중량부에 대하여 0.1∼10 중량부의 범위로 이용되고, 더욱 바람직하게는 0.2∼5 중량부의 범위이다. 10 중량부를 초과하는 경우에는 토너의 대전성이 너무 커져 대전 제어제의 효과를 감퇴시키고, 현상 롤러와의 정전적 흡인력이 증대하여 현상제의 유동성 저하나, 화상 농도의 저하를 초래시킨다. 또 이러한 대전 제어제, 이형제는 결착 수지와 착색제 또는 수지와 착색제가 복합화된 마스터 배치(Master batch)와 함께 용융 혼련할 수도 있고, 물론 유기 용제에 용해, 분산할 때에 첨가하여도 좋다.

또, 본 발명의 정착 장치에 이용되는 토너는 유기 용매 THF (tetrahydrofuran)에 가용(可溶)인 성분의 산기 파라미터(mgKOH/g/Mw)가 0.3×10^-3∼5.0×10^-3의 범위에 있다. 저분자량의 결착 수지는 고분자량의 결착 수지에 비하여 연화점이 낮고, 동시에 낮은 온도에서의 탄성률(TG＇)이 작으며 또한 점성률(Tη)이 작다. 이 때문에 정착 온도를 낮게 할 수 있다. 그러나, 동시에 정착 롤러 등 정착 부재에 오프셋되기 쉽고, 또한 클리닝 롤러에 회수된 결착 수지가 쉽게 용융되어 전사지 양면을 더럽히는 경우가 있다. 이에, 클리닝 롤러에 회수된 후 클리닝 롤러 상의 금속 화합물과 반응하여 중량 평균 분자량이 커지게 하려면, 유기 용매 THF에 가용인 성분의 산기 파라미터(mgKOH/g/Mw)가 0.3×10^-3∼5.0×10^-3의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이 산기 파라미터는 중량 평균 분자량(Mw)에 대하여 금속 화합물과 반응하는 부위의 존재 비율을 나타내는 지표이다. 이 산기 파라미터(mgKOH/g/Mw)를 0.3×10^-3∼5.0×10^-3의 범위로 함으로써, 클리닝 롤러에서의 결착 수지 중의 유기 용매 THF에 가용인 성분의 분자량을 크게 하고, 또한 탄성률(TG＇), 점성률(Tη)을 크게 함으로써, 클리닝 롤러로부터 토너가 재용융 누출되는 것을 방지할 수 있다. 이 산기 파라미터(mgKOH/g/Mw)가 5.0×10^-3을 초과하면, 금속 화합 물과 반응하여 용융을 방지할 수 있을 만큼 중량 평균 분자량을 크게 할 수 없다. 산기 파라미터(mgKOH/g/Mw)가 0.3×10^-3 미만에서는 유기 용매에 가용인 성분의 반응점과 금속 화합물의 반응점의 접촉 확률이 확산 율속으로 되어 클리닝 롤러 상에 회수된 결착 수지의 회수 속도가 상회함으로써 용융을 방지할 수 있을 만큼 반응이 진척되지 않게 된다. 클리닝 롤러 상의 회수되는 결착 수지의 최표면이 금속 화합물과 반응할 기회가 없어지면 클리닝 롤러에 코팅된 반응성 물질과 실질적으로 작용하지 않게 된다고 생각할 수 있다.

또, 본 발명의 정착 장치에 이용되는 토너는 유기 용매 THF에 가용인 성분의 중량 평균 분자량(Mw)이 5,000∼30,000의 범위에 있다. 저온 정착성, 내핫 오프셋성을 구비하면서 내열 보존성을 유지하기 위해서는 결착 수지의 중량 평균 분자량(Mw)을 조절하는 것이 중요한 바, 본 발명의 토너 결착 수지의 THF 가용 분의 중량 평균 분자량(Mw)은 5,000∼30,000으로 설계하는 것이 바람직하다. Mw가 5,000 미만에서는 올리고머 성분이 증가하기 때문에, 상기에 나타낸 바와 같은 화학 구조의 제어를 실시하여도 내열 보존성이 악화되고, 또 30,000을 초과하면 용해 온도가 높아져 저온 정착성이 악화되기 때문이다.

또한, 분자량은 GPC(겔 침투 크로마그래피)에 의해 다음과 같이 측정된다. 40℃의 히트 시험조(chamber) 중에 칼럼을 안정시키고, 이 온도에서의 컬럼에 용매로서 THF를 매분 1 ml의 유속으로 흘려 넣고, 시료 농도로서 0.05∼0.6 중량%으로 조제한 수지의 THF 시료 용액을 50∼200 μl 주입한 후 측정한다. 시료의 분자량 측정에 있어서는 시료가 구비하는 분자량 분포를 다수 종류의 단분산 폴리스티렌 표준 시료에 의해 작성된 검량선의 대수치와 카운트수와의 관계로부터 산출하였다. 검량선 작성용의 표준 폴리스티렌 시료로서는 예컨대 프레샤 케미칼 회사(Pressure Chemical Co.), 또는 도소오 회사(Tosoh Corporation)제의 분자량이 6×10², 2.1×10³, 4×10³, 1.75×10⁴, 5.1×10⁴, 1.1×10⁵, 3.9×10⁵, 8.6×10⁵, 2×10⁶, 4.48×10⁶인 것을 이용한다. 이와 같이 적어도 10점 정도의 표준 폴리스티렌 시료를 이용하는 것이 적당하다. 또, 검출기에는 RI(굴절률) 검출기를 이용한다.

또, 본 발명에서는 결착 수지의 산가를 2.0∼50.0 mgKOH/g로 함으로써 저온 정착성, 내핫 오프셋성, 내열 보존성, 대전 안정성 등 토너 특성을 보다 고품위로 할 수 있다. 본 발명의 토너는 결착 수지로서 후술하는 활성 수소기를 구비하는 화합물과 반응 가능한 부위를 구비하는 중합체(이하, [프리폴리머]라 함)를 혼합하여 제조할 수 있다. 이 프리폴리머를 활성 수소기를 구비하는 화합물과 함께 혼합함으로써, 토너 제조 과정에서 신장 또는 가교 반응 등을 실행시킬 수 있어 상기 토너 특성의 향상을 도모할 수 있다. 여기서, 결착 수지의 산가가 50.0 mgKOH/g을 초과하면, 프리폴리머의 신장 또는 가교 반응이 불충분하게 되어 내핫 오프셋성에 영향을 줄 수 있고, 또 2.0 mgKOH/g 미만에서는 프리폴리머의 신장 또는 가교 반응이 쉽게 진행되어 제조 안정성에 문제가 생긴다.

또한, 결착 수지의 산가 측정 방법은 JIS K0070에 준거한 방법에 따라 수행된다. 단, 샘플이 용해하지 않는 경우에는 용매에 디옥산 또는 THF 등의 용매를 이 용할 수 있다.

또, 본 발명의 정착 장치에 이용되는 토너는 평균 원형도가 0.94 이상이다. 토너의 평균 원형도는 0.94 이상인 것이 도트 재현성이 뛰어나고 전사성도 양호하여 고화질의 화상을 얻을 수 있다. 평균 원형도가 0.94 미만으로 토너가 구형으로부터 멀어진 형상인 경우에는, 충분한 전사성 또는 오점이 없는 고품위의 화상을 얻기 어렵다. 토너의 원형도는 광학적으로 입자를 검지하여 투영 면적이 동일한 상당 원의 둘레 길이로 나눈 값이다. 구체적으로는 흐름식 입자상 분석 장치(FPIA-2000: 시스멕스 회사제)를 이용하여 측정을 수행한다. 소정의 용기에 미리 불순 고형물을 제거한 물 100∼150 mL를 넣고 분산제로서 계면 활성제 0.1∼0.5 mL를 첨가하며, 또한 측정 시료 0.1∼9.5 g 정도를 투입한다. 시료를 분산한 현탁액을 초음파 분산기로 약 1∼3분간 분산 처리하고, 분산액 농도를 3,000∼10,000개/μL로 하여 토너의 형상 및 분포를 측정한다.

또, 토너는 체적 평균 입경이 3.0∼8.0 ㎛이고, 체적 평균 입경(Dｖ)과 개수 평균 입경(Dn)의 비(Dｖ／Dn)가 1.00∼1.40의 범위에 있다. 이러한 입경 및 입경 분포를 구비하는 토너로 함으로써 내열 보존성, 저온 정착성, 내핫 오프셋성 모두가 뛰어나고, 특히 풀 컬러 화상 형성 장치에 이용하는 경우에 광택성이 뛰어난 화상을 얻을 수 있다. 일반적으로, 토너의 입경은 작으면 작을 수록 고해상도이면서 고화질의 화상을 얻는 데에 유리하다고 하지만, 반대로 전사성이나 클리닝성에 대해서는 불리하다. 또, 상기의 범위보다 체적 평균 입경이 작은 경우, 2성분 현상제에서는 현상 장치의 장기적인 교반에 있어 자성 캐리어의 표면에 토너가 융착하여 자성 캐리어의 대전 능력을 저하시키고, 1성분 현상제로서 이용하는 경우에는 현상 롤러에의 토너 필름이나, 토너를 박층화하기 위한 블레이드 등 부재에의 토너 융착을 쉽게 발생시키게 된다. 토너의 체적 평균 입경이 상기 범위보다 큰 경우에는 고해상도이면서 고화질의 화상을 얻는 것이 어려워짐과 동시에, 현상제 중의 토너의 소모 및 보충이 수행된 경우에 토너 입경의 변동이 커지는 경우가 있다.

또, Dｖ／Dn이 1.40을 초과하면, 대전량 분포가 넓어지고 해상력도 저하하기 때문에 바람직하지 않다. 토너의 평균 입경 및 입도 분포는 콜더 회사제의 콜터카운터(COULTER COUNTER) TA-II 및 콜터멀티사이저(COULTER MULTISIZER) II를 이용하여 측정할 수 있다. 본 발명에서는 콜터카운터 TA-II형을 이용하여 개수 분포, 체적 분포를 출력하는 인터페이스(니카키 회사제) 및 PC9801 개인용 컴퓨터(NEC 회사제)에 접속하여 측정하였다.

또, 토너는 형상 계수 SF-1이 100∼180의 범위에 있고, 형상 계수 SF-2가 100∼180의 범위에 있다.

도 7a, 7b는 형상 계수 SF-1, 형상 계수 SF-2를 설명하기 위하여 토너의 형상을 모식적으로 나타낸 도면이다.

형상 계수 SF-1은 토너 형상의 둥글기의 비율을 나타내는 것으로서, 아래와 같은 [수학식 1]로 표시된다. 즉, 토너를 2 차원 평면에 투영하여 이루어지는 형상의 최대 길이(MXLNG)의 제곱을 도형 면적(AREA)으로 나눈 후, 100π/4를 곱한 값이다.

[수학식 1]

SF-1=｛(MXLNG)²/AREA｝×(100π／4)

토너의 형상 계수 SF-1이 100에 가까운 값이면, 토너의 형상은 구형에 가깝게 되고, 토너와 토너, 또는 토너와 감광체의 접촉이 점 접촉으로 되기 때문에 토너끼리의 부착력이 약해지고 따라서 유동성이 높아지며, 또, 토너와 감광체의 부착력도 약해지므로 전사율이 높아진다. 한편, 형상 계수 SF-1의 값이 180보다 커지면, 부정형으로 되어 현상성, 전사성이 저하되므로 바람직하지 않다.

형상 계수 SF-2는 토너 형상의 요철의 비율을 나타내는 것으로서, 아래와 같은 [수학식 2]로 표시된다. 즉, 토너를 2 차원 평면에 투영하여 이루어지는 도형의 둘레 길이(PERI)의 제곱을 도형 면적(AREA)으로 나눈 후, 100π／4를 곱한 값이다.

[수학식 2]

SF-2=｛(PERI)²/AREA｝×(100π／4)

SF-2의 값이 100에 가까울 수록 토너 표면의 요철이 적고 매끄럽게 된다. 클리닝성의 향상을 위해서는 표면에 적당히 요철을 구비하는 것이 좋지만, 형상 계수 SF-2가 180보다 커지면, 요철이 현저하게 되어 화상 상에 토너가 비산되는 등 화상 품위를 저하시키므로 바람직하지 않다.

또한, 형상 계수의 측정은 구체적으로는 주사형 전자 현미경(S-800：히타치 제작소제)으로 토너의 사진을 찍은 후, 이것을 화상 해석 장치(LUSEX3：니레코 회사제)에 도입하여 해석 계산하였다.

또, 본 발명의 정착 장치에 이용하는 토너의 형상은 대략 구형이고, 아래의 형상 규정에 의해 나타낼 수 있다. 도 8a, 8b 및 8c는 본 발명에 따른 토너의 형상을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 대략 구형의 토너를 장축(r1), 단축(r2), 두께(r3)(단, r1 ≥r2 ≥r3으로 함)로 규정할 때, 본 발명의 토너는 장축과 단축의 비(r2/r1)(도 8b 참조)가 0.5∼1.0이고, 두께와 단축의 비(r3/r2)(도 8c 참조)가 0.7∼1.0의 범위에 있는 것이 바람직하다. 장축과 단축의 비(r2/r1)가 0.5 미만에서는 토너 형상이 진구형으로부터 멀어지기 때문에 도트 재현성 및 전사 효율이 뒤떨어지어 고품위의 화질을 얻을 수 없게 된다. 또, 두께와 단축의 비(r3/r2)가 0.7 미만에서는 편평 형상에 가까워지어 구형 토너와 같은 고전사율을 얻을 수 없게 된다. 특히, 두께와 단축의 비(r3/r2)가 1.0이면, 장축을 회전축으로 하는 회전체로 되어 토너의 유동성을 향상시킬 수 있어 고전사율로 화상에 충실한 전사를 수행할 수 있으므로 고품위의 화상을 얻을 수 있다. 또, 자성 캐리어와의 혼합성이 좋은 것으로부터 대전량 분포를 좁게 할 수 있어 고정밀도의 화상을 재현할 수 있다. 또한, r1 ≥r2 ≥r3은 주사형 전자 현미경(SEM)으로 시야의 각도를 변화시키면서 사진을 찍어 관찰 측정하였다.

또, 본 발명의 정착 장치에 이용되는 토너는 적어도 활성 수소기를 구비하는 화합물과 반응 가능한 부위를 구비하는 중합체, 폴리에스테르, 착색제를 유기 용매 중에 분산시킨 토너 조성물을 수계 매체 중에 분산시켜 신장 및/또는 가교 반응시키는 것이 바람직하다. 아래에 그 토너의 구성 재료 및 제조 방법에 대하여 구체적으로 설명한다. 여기에서는 습식 중합 방법에 따르는 토너의 구성 재료와 제조예에 대하여 설명하지만, 본 발명의 토너는 건식 용융 혼련 방법이어도 좋다.

[변성 폴리에스테르]

폴리에스테르 수지 중에 산, 알코올의 모노머 유닛에 포함되는 관능기와 에스테르 결합 이외의 결합기가 존재하거나, 또 폴리에스테르 수지 중에 구성이 다른 수지 성분이 공유 결합, 이온 결합 등으로 결합된 상태를 나타낸다.

예컨대, 폴리에스테르 말단을 에스테르 결합 이외의 것으로 반응시킨 것이다. 구체적으로는 말단에 산기, 수산기와 반응하는 이소시아네이트기 등의 관능기를 도입하여 활성 수소 화합물과 더 반응시켜 말단을 변성하거나 신장 반응시킨 것도 포함된다. 또한 활성 수소기가 복수개 존재하는 화합물이면 폴리에스테르 말단끼리를 결합시킨 것도 포함된다(우레아 변성 폴리에스테르, 우레탄 변성 폴리에스테르 등). 또, 폴리에스테르 주쇄 중에 이중 결합 등의 반응성기를 도입하고 이로부터 라디칼 중합을 일으켜 측쇄에 탄소-탄소 결합의 그래프트 성분을 도입하거나 이중 결합끼리를 가교한 것도 포함된다(스티렌 변성, 아크릴 변성 폴리에스테르 등).

또, 폴리에스테르의 주쇄 중에 구성이 다른 수지 성분을 공중합시키거나 말단의 카르복실기나 수산기와 반응시킨 것. 예컨대 말단이 카르복실기, 수산기, 에폭시기, 메르캅토기에 의해 변성된 실리콘 수지와 공중합시킨 것도 포함된다(실리콘 변성 폴리에스테르 등). 이하 구체적으로 설명한다.

(변성 폴리에스테르의 합성예)

냉각관, 교반기 및 질소 도입관이 부대된 반응조 중에 비스페놀 A 에틸렌 옥사이드 2 몰 부가물 724 부, 이소프탈산 200 부 및 푸마르산 70 부, 디부틸틴 옥사 이드 2 부를 투입한 후, 상압 230℃에서 8시간 반응시키고, 또한 10∼15 mmHg의 감압하에 5시간 반응시킨 후, 160℃까지 냉각시키며, 이것에 32 부의 무수 프탈산을 첨가하여 2시간 반응시켰다. 그 다음에 80℃까지 냉각하고, 초산 에틸 중에서 스티렌 200 부, 과산화 벤조일 1 부, 디메틸아닐린 0.5 부를 첨가하여 2시간 반응을 수행한 후, 초산 에틸을 증류 제거하여 중량 평균 분자량 92000의 폴리스티렌 그래프트 변성 폴리에스테르를 얻었다.

우레아 변성된 폴리에스테르(i)로서는 예컨대 이소시아네이트기를 구비하는 폴리에스테르 프리폴리머(A)와 아민류(B)의 반응물 등을 들 수 있다. 이소시아네이트기를 구비하는 폴리에스테르 프리폴리머(A)로서는 폴리올(1)과 폴리카르본산(2)의 중축합물이고 동시에 활성 수소기를 구비하는 폴리에스테르를 폴리이소시아네이트(3)와 더 한층 반응시킨 것 등을 들 수 있다. 상기 폴리에스테르가 구비하는 활성 수소기로서는 수산기(알코올성 수산기 및 페놀성 수산기), 아미노기, 카르복실기, 메르캅토기 등을 들 수 있는데, 이들 중 바람직한 것은 알코올성 수산기이다.

폴리올(1)로서는 디올(1-1) 및 3가 이상의 폴리올(1-2)을 예로 들 수 있고, 디올(1-1) 단독, 또는 디올(1-1)과 소량의 3가 이상의 폴리올(1-2)의 혼합물이 바람직하다. 디올(1-1)로서는 알킬렌 글리콜(에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,3-프로필렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올 등); 알킬렌 에테르 글리콜(디에틸렌글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜 등); 지환식 디올(1,4-시클로헥산 디메탄올, 수소 첨가 비스페놀 A 등); 비스페놀류(비스페놀 A, 비스페놀 F, 비스페 놀 S 등); 상기 지환식 디올의 알킬렌 옥사이드(에틸렌옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 부틸렌 옥사이드 등) 부가물; 상기 비스페놀류의 알킬렌 옥사이드(에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 부틸렌 옥사이드 등) 부가물 등을 들 수 있다. 이들 중 바람직한 것은 탄소수 2∼12의 알킬렌 글리콜 및 비스페놀류의 알킬렌 옥사이드 부가물이며, 특히 바람직한 것은 비스페놀류의 알킬렌 옥사이드 부가물, 및 이것과 탄소수 2∼12의 알킬렌 글리콜을 병용한 것이다. 3가 이상의 폴리올(1-2)로서는 3∼8가 또는 그 이상의 다가 지방족 알코올(글리세린, 트리메틸올 에탄, 트리메틸올 프로판, 펜타에리트리톨, 소르비톨 등); 3가 이상의 페놀류(트리스페놀 PA, 페놀 노볼락, 크레졸 노볼락 등); 상기 3가 이상의 폴리페놀류의 알킬렌 옥사이드 부가물 등을 들 수 있다.

폴리카르본산(2)으로서는 디카르본산(2-1) 및 3가 이상의 폴리카르본산(2-2)을 예로 들 수 있고, 디카르본산(2-1) 단독, 및 디카르본산(2-1)과 소량의 폴리카르본산(2-2)의 혼합물이 바람직하다.

디카르본산(2-1)으로서는 알킬렌 디카르본산(호박산, 아디프산, 세바스산 등); 알케닐렌 디카르본산(말레산, 푸마르산 등); 방향족 디카르본산(프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 나프탈렌 디카르본산 등) 등을 들 수 있다. 이들 중 바람직한 것은 탄소수 4∼20의 알케닐렌 디카르본산 및 탄소수 8∼20의 방향족 디카르본산이다.

3가 이상의 폴리카르본산(2-2)으로서는 탄소수 9∼20의 방향족 폴리카르본산(트리멜리트산, 피로멜리트산 등) 등을 들 수 있다.

또한, 폴리카르본산(2)으로서는 상술한 것의 산무수물 또는 저급 알킬 에스테르(메틸 에스테르, 에틸 에스테르, 이소프로필 에스테르 등)를 이용하여 폴리올(1)과 반응시켜도 좋다.

폴리올(1)과 폴리카르본산(2)의 비율은 수산기 [OH]와 카르복실기 [COOH]의 당량비 [OH]/[COOH]로서 통상 2/1∼1/1, 바람직하게는 1.5/1∼1/1, 더욱 바람직하게는 1.3/1∼1.02/1이다.

폴리이소시아네이트(3)로서는

지방족 폴리이소시아네이트(테트라메틸렌 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 2,6-디이소시아나토메틸카프로에이트 등);

지환식 폴리이소시아네이트(이소포론 디이소시아네이트, 시클로 헥실 메탄 디이소시아네이트 등);

방향족 디이소시아네이트(톨릴렌 디이소시아네이트, 디페닐 메탄 디이소시아네이트 등);

방향 지방족 디이소시아네이트(α, α, α', α'-테트라 메틸 크실렌 디이소시아네이트 등);

이소시아누레이트류;

상기 폴리이소시아네이트를 페놀 유도체, 옥심(oximes), 카프로락탐(caprolactams) 등으로 블록한 것; 및 이들 2 종류 이상을 병용한 것을 예로 들 수 있다.

폴리이소시아네이트(3)의 비율은 이소시아네이트기 [NCO]와 수산기를 구비하 는 폴리에스테르 수산기 [OH]의 당량비 [NCO]/[OH]로서 통상 5/1∼1/1, 바람직하게는 4/1∼1.2/1, 더욱 바람직하게는 2.5/1∼1.5/1이다. [NCO]/[OH]가 5를 초과하면 저온 정착성이 악화되고, [NCO]/[OH]가 1 미만이면 변성 폴리에스테르 중의 우레아 함량이 낮아져 내핫 오프셋성이 악화된다. 말단에 이소시아네이트기를 구비하는 프리폴리머(A) 중의 폴리이소시아네이트(3) 구성 성분의 함유량은 통상 0.5∼40 중량%, 바람직하게는 1∼30 중량%, 더욱 바람직하게는 2∼20 중량%이다. 0.5 중량% 미만이면 내핫 오프셋성이 악화되고 동시에 내열 보존성과 저온 정착성 양립의 면에서 불리하게 된다. 또, 40 중량%를 초과하면 저온 정착성이 악화된다.

이소시아네이트기를 구비하는 프리폴리머(A) 중의 1 분자 당에 함유되는 이소시아네이트기는 통상 1개 이상, 바람직하게는 평균 1.5∼3개, 더욱 바람직하게는 평균 1.8∼2.5개이다. 1 분자 당 1개 미만이면 변성 폴리에스테르 수지(i)의 분자량이 낮아져 내핫 오프셋성이 악화된다.

아민류(B)로서는 디아민(B1), 3가 이상의 폴리아민(B2), 아미노 알코올(B3), 아미노 메르캅탄(B4), 아미노산(B5), 및 디아민(B1)∼아미노산(B5)의 아미노기를 블록한 것(B6) 등을 예로 들 수 있다.

디아민(B1)으로서는 방향족 디아민(페닐렌 디아민, 디에틸 톨루엔 디아민, 4,4＇디아미노디페닐메탄 등); 지환식 디아민(4,4＇-디아미노-3,3＇디메틸 디시클로 헥실 메탄, 디아민 시클로 헥산, 이소포론 디아민 등); 및 지방족 디아민(에틸렌 디아민, 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민 등) 등을 예로 들 수 있다.

3가 이상의 폴리아민(B2)으로서는 디에틸렌 트리아민, 트리에틸렌 테트라민 등을 예로 들 수 있다.

아미노 알코올(B3)로서는 에탄올 아민, 히드록시 에틸아닐린 등을 예로 들 수 있다. 아미노 메르캅탄(B4)으로서는 아미노 에틸 메르캅탄, 아미노 프로필 메르캅탄 등을 예로 들 수 있다.

아미노산(B5)으로서는 아미노 프로피온산, 아미노 카프로산 등을 예로 들 수 있다.

디아민(B1)∼아미노산(B5)의 아미노기를 블록한 것(B6)으로서는 상기 디아민(B1)∼아미노산(B5)의 아민류와 케톤류(아세톤, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤 등)로부터 얻어지는 케티민 화합물, 옥사졸린 화합물 등을 예로 들 수 있다.

이들 아민류(B) 중 바람직한 것은 디아민(B1) 및 디아민(B1)과 소량의 3가 이상의 폴리아민(B2)의 혼합물이다.

나아가, 필요에 따라 신장 정지제를 이용하여 변성 폴리에스테르 수지(i)의 분자량을 조정할 수 있다. 신장 정지제로서는 모노아민(디에틸 아민, 디부틸 아민, 부틸 아민, 라우릴 아민 등), 및 그들을 블록한 것(케티민 화합물) 등을 예로 들 수 있다.

아민류(B)의 비율은 이소시아네이트기를 구비하는 프리폴리머(A) 중의 이소시아네이트기 [NCO]와 아민류(B) 중의 아미노기 [NHx]의 당량비 [NCO]/[NHx]로서 통상 1/2∼2/1, 바람직하게는 1.5/1∼1/1.5, 더욱 바람직하게는 1.2/1∼1/1.2이다. [NCO]/[NHx]가 2를 초과하거나 1/2 미만이면, 얻어지는 우레아 변성 폴리에스테르 수지(i)의 분자량이 낮아져 내핫 오프셋성이 악화된다. 본 발명에서는 변성된 폴리 에스테르 수지(i) 중에 우레아 결합과 함께 우레탄 결합을 함유하여도 좋다. 우레아 결합 함유량과 우레탄 결합 함유량의 몰 비는 통상 100/0∼10/90이고, 바람직하게는 80/20∼20/80, 더욱 바람직하게는 60/40∼30/70이다. 우레아 결합의 몰 비가 10% 미만에서는 내핫 오프셋성이 악화된다.

본 발명의 변성 폴리에스테르의 메인 정점 분자량은 통상 1000∼10000, 바람직하게는 2000∼8000이다. 분자량이 1000 미만인 성분의 양이 증가하면 내열 보존성이 악화되는 경향이 있고, 분자량이 10000 이상의 성분의 양이 증가하면 단순하게는 저온 정착성이 저하되는 경향이 있지만, 균형을 제어함으로써 저하를 극력 억제할 수도 있다. 또, 분자량 30000 이상의 고분자 성분의 함유량은 1%∼10%이고, 토너 재료에 따라 상이하지만 바람직하게는 3∼6%이다. 1% 미만에서는 충분한 내핫 오프셋성을 얻을 수 없고, 10% 이상에서는 광택성, 투명성이 악화되는 경우도 발생한다.

또, THF 불용 분을 1∼25% 함유한 폴리에스테르 수지를 사용함으로써 핫 오프셋 향상을 도모할 수 있다. 또, 1성분 현상 장치 내부에서 장기간 교반됨으로써 현상 롤러와 토너 공급 롤러, 층 두께 규제 블레이드나 마찰 대전 블레이드 등에 의한 접촉 스트레스로 인하여 더욱 토너가 분쇄되어 극미립자가 발생하거나 유동화제가 토너 표면에 매몰되어 화상 품질이 저하된다는 문제에 대하여 효과를 얻을 수 있다. 또, THF 불용 분은 컬러 토너에서는 핫 오프셋에 효과가 있지만 광택성이나 OHP의 투명성에 대해서는 확실하게 불리하고, 이형 폭을 넓히는 등에는 1∼10% 내에서 효과를 발휘하는 경우도 있다.

[미변성 폴리에스테르]

본 발명에서는 상기 변성된 폴리에스테르 수지(i)를 단독으로 사용 가능할 뿐만 아니라, 상기 변성된 폴리에스테르 수지(i)와 동시에 변성되지 않은 폴리에스테르 수지(ii)를 토너 바인더 수지 성분으로서 함유시킬 수도 있다. 상기 수지(ii)를 병용함으로써 저온 정착성 및 풀 컬러 장치에 이용하는 경우의 광택성이 향상되어 단독 사용보다 바람직하다. 수지(ii)로서는 상기 수지(i)의 폴리에스테르 성분과 같은 폴리올(1)과 폴리카르본산(2)의 중축합물 등을 예로 들 수 있고, 바람직한 것도 상기 수지(i)와 마찬가지이다. 또, 수지(ii)는 무변성의 폴리에스테르뿐만 아니라 우레아 결합이나 우레탄 결합으로 변성된 것이어도 좋다. 수지(i)와 수지(ii)는 적어도 일부가 상용(相溶)하고 있는 것이 저온 정착성, 내핫 오프셋성의 면에서 바람직하다. 따라서, 수지(i)의 폴리에스테르 성분과 수지(ii)의 폴리에스테르 성분은 유사한 조성인 것이 바람직하다. 수지(ii)를 함유시키는 경우의 수지(i)와 수지(ii)의 중량비는 통상 5/95∼80/20, 바람직하게는 5/95∼30/70, 더욱 바람직하게는 5/95∼25/75, 특히 바람직하게는 7/93∼20/80이다. 수지(i)의 중량이 5% 미만이면, 내핫 오프셋성이 악화됨과 동시에, 내열 보존성과 저온 정착성 양립의 면에서 불리하게 된다.

수지(ii)의 정점 분자량은 통상 1000∼20000, 바람직하게는 1500∼10000, 더욱 바람직하게는 2000∼8000이다. 1000 미만이면 내열 보존성이 악화되고, 10000을 초과하면 저온 정착성이 악화된다. 수지(ii)의 수산기가는 5 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10∼120, 특히 바람직하게는 20∼80이다. 5 미만이면 내열 보존성과 저온 정착성 양립의 면에서 불리하게 된다. 수지(ii)의 산가는 10∼30이다. 산가를 구비시킴으로써 부대전성으로 되기 쉽고, 나아가 정착성이 양호하게 되는 경향이 있다. 단, 산가가 30을 초과하면 특히 고온 고습의 환경하에서 사용하는 경우에 토너의 대전량이 저하하여 화상 상의 바탕 오점 등 문제가 발생하는 경우가 있다.

본 발명에서 수지(ii)의 유리 전이점(Tg)은 35∼55℃, 바람직하게는 40∼55℃이다. 35℃ 미만이면 토너의 내열 보존성이 악화되고, 55℃를 초과하면 저온 정착성이 불충분하게 된다. 변성 폴리에스테르 수지의 공존으로 인하여 본 발명의 건식 토너에서는 공지의 폴리에스테르계 토너에 비하여 유리 전이점이 낮아도 내열 보존성이 양호한 경향을 나타낸다. 토너 바인더의 저장 탄성률로서는 측정 주파수 20 Hz에서 10000 dyne/cm²로 되는 온도(TG')가 통상 100℃ 이상, 바람직하게는 110∼200℃이다. 100℃ 미만에서는 내핫 오프셋성이 악화된다. 토너 바인더의 점성으로서는 측정 주파수 20 Hz에서 1000 포이즈로 되는 온도(Tη)가 통상 180℃ 이하, 바람직하게는 90∼160℃이다. 180℃를 초과하면 저온 정착성이 악화된다. 즉, 저온 정착성과 내핫 오프셋성 양립의 관점으로부터 TG'는 Tη보다 높은 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, TG'와 Tη의 차이 (TG' - Tη)는 0℃ 이상이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 10℃ 이상이고, 특히 바람직하게는 20℃ 이상이지만, 차이의 상한은 특히 한정되는 것은 아니다. 또, 내열 보존성과 저온 정착성 양립의 관점으로부터 Tη와 Tg의 차이는 0∼100℃가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 10∼90℃이고, 특히 바람직하게는 20∼80℃이다.

나아가, 이형제, 전하 제어제를 이용하는데, 이들에 관해서는 공지의 것을 적당히 선택하여 사용할 수 있다.

[착색제]

본 발명의 착색제로서는 공지의 염료 및 안료를 사용할 수 있고, 예컨대, 카본 블랙, 니그로신 염료, 철흑, 나프톨 옐로 S, 한자 옐로(10G, 5G, G), 카드뮴 옐로, 황색 산화철, 황토, 황연, 티탄 옐로, 폴리아조 옐로, 오일 옐로, 한자 옐로(GR, A, RN, R), 안료 옐로 L, 벤지딘 옐로(G, GR), 퍼머넌트 옐로(NCG), 벌컨 패스트 옐로(5G, R), 타르트라진 레이크, 퀴놀린 옐로 레이크, 안트라잔 옐로 BGL, 이소인돌리논 옐로, 적산화철, 레드 연(red lead), 오렌지 연(orange lead), 카드뮴 레드, 카드뮴 머큐리 레드, 안티몬 레드, 퍼머넌트 레드 4R, 파라 레드, 파이어 레드, 파라클로로 니트로아닐린 레드(p-chloro-o-nitroaniline red), 리솔 패스트 스칼릿 G, 브릴리언트 패스트 스칼릿, 브릴리언트 카민 BS, 퍼머넌트 레드(F2R, F4R, FRL, FRLL, F4RH), 패스트 스칼릿 VD, 벌컨 패스트 루빈 B, 브릴리언트 스칼릿 G, 리솔 루빈 GX(Lithol Rubine GX)(C.I. 12825), 영구 레드 F5R, 브릴리언트 카민 6B, 안료 마젠타 3B, 보르도 5B, 톨루이딘 마룬, 퍼머넌트 보르도 F2K(C.I. 12170), 헬리오 보르도 BL(C.I. 14830), 보르도 10B, 본 마룬 라이트(C.I. 15825), 본 마룬 미디엄(C.I. 15880), 에오신 레이크, 로다민 레이크 B, 로다민 레이크 Y, 알리자린 레이크, 티오인디고 레드 B, 티오인디고 마룬(Thioindigo Maroon), 오일 레드, 퀴나크리돈 레드, 피라졸론 레드(Pyrazolone Red), 폴리아조 레드, 크롬 버 밀리온, 벤지딘 오렌지, 페리논 오렌지, 오일 오렌지, 코발트 블루, 세룰리안 블루, 알칼리 블루 레이크, 피콕 블루 레이크, 빅토리아 블루 레이크, 무금속 프탈로시아닌 블루, 프탈로시아닌 블루, 패스트 스카이 블루, 인단트렌 블루(RS, BC), 인디고, 군청, 감청, 안트라퀴논 블루, 패스트 바이올렛 B, 메틸 바이올렛 레이크, 코발트 바이올렛, 망간 바이올렛, 디옥산 바이올렛, 안트라퀴논 바이올렛, 크롬 그린, 징크 그린, 산화크롬, 비리디언(viridian), 에메랄드 그린, 안료 그린 B, 나프톨 그린 B, 그린 골드, 애시드 그린 레이크, 말라카이트 그린 레이크, 프탈로시아닌 그린, 안트라퀴논 그린, 산화티탄, 아연화, 리토폰 및 이들 혼합물을 사용할 수 있다. 착색제의 함유량은 토너에 대하여 통상 1∼15 중량%, 바람직하게는 3∼10 중량%이다.

본 발명에서 이용되는 착색제는 수지와 복합화된 마스터 배치로서 이용될 수도 있다. 마스터 배치의 제조, 또는 마스터 배치와 함께 혼련되는 결착 수지로서는 폴리스티렌, 폴리-p-클로로 스티렌, 폴리비닐 톨루엔 등의 스티렌 및 그 치환체의 중합체, 또는 이들과 비닐 화합물의 공중합체, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리부틸 메타크릴레이트, 폴리염화비닐, 폴리초산비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 에폭시 수지, 에폭시 폴리올 수지, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리비닐 부티랄, 폴리 아크릴산 수지, 로진, 변성 로진, 테르펜 수지, 지방족 또는 지환족 탄화수소 수지, 방향족계 석유 수지, 염소화 파라핀, 파라핀 왁스 등을 예로 들 수 있고, 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 마스터 배치는 마스터 배치용의 수지와 착색제를 고도의 전단력에 의해 혼합, 혼련하여 마스터 배치를 얻을 수 있다. 이 때, 착색제와 수지의 상호 작용을 높이기 위하여 유기 용제를 이용할 수 있다. 또, 이른바 플러싱(flushing)법으로 불리는 착색제의 물을 포함한 수성 페이스트를 수지와 유기 용제와 함께 혼합 혼련하여 착색제를 수지 측에 이행시키고, 수분과 유기 용제 성분을 제거하는 방법도 착색제의 웨트 케이크(wet cake)를 그대로 이용할 수 있기 때문에 건조시킬 필요가 없어 바람직하게 이용된다. 혼합 혼련에는 3개의 롤 밀 등의 고전단 분산 장치가 바람직하게 이용된다.

[외첨제]

외첨제로서는　무기 미립자를 바람직하게 이용할 수 있다. 이 무기 미립자의 1차 입경은 5 mμ∼2 μm인 것이 바람직하고, 특히 5 mμ∼500 mμ인 것이 바람직하다. 또, BET 법에 따르는 비(比) 표면적은 20∼500 m²/g인 것이 바람직하다. 이 무기 미립자의 사용 비율은 토너의 0.01∼5 중량%인 것이 바람직하고, 특히 0.01∼2.0 중량%인 것이 바람직하다.

무기 미립자의 구체적인 예로서는 예컨대 실리카, 알루미나, 산화티탄, 티탄산바륨, 티탄산마그네슘, 티탄산칼슘, 티탄산스트론튬, 산화아연, 산화주석, 백사(silver sand), 진흙, 운모, 샌드 석회석(sand-lime), 규조토, 산화크롬, 산화세륨, 철단, 삼산화안티몬, 산화마그네슘, 산화지르코늄, 황산바륨, 탄산바륨, 탄산칼슘, 탄화규소, 질화규소 등을 들 수 있다.

그 외, 고분자계 미립자 예컨대, 소프 프리(soap-free) 유화 중합이나 현탁 중합, 분산 중합에 의해 얻어지는 폴리스티렌, 메타크릴산 에스테르, 아크릴산 에스테르 공중합체나 실리콘, 벤조구아나민, 나일론 등의 중축합계, 열 강화성 수지에 의한 집합체 입자를 들 수 있다.

이러한 유동화제 등의 외첨제는 표면 처리를 실시하여 소수성을 향상시키고 고습도하에서도 유동 특성이나 대전 특성이 악화되는 것을 방지할 수 있다. 예컨대, 실란 커플링제, 실릴화제(sililating agents), 불화 알킬기를 구비하는 실란 커플링제, 유기 티타네이트계 커플링제, 알루미늄계의 커플링제, 실리콘 오일, 변성 실리콘 오일 등이 바람직한 표면 처리제로서 들 수 있다.

또, 감광체나 1차 전사 매체에 잔존하는 전사 후의 현상제를 제거하기 위한 클리닝성 향상제로서는 예컨대 스테아린산아연, 스테아린산칼슘 등 지방산 금속염, 예컨대 폴리 메틸 메타크릴레이트 미립자, 폴리스티렌 미립자 등의 소프 프리 유화 중합 등에 의해 제조된 폴리머 미립자 등을 들 수 있다. 폴리머 미립자는 비교적 입도 분포가 좁고, 체적 평균 입경이 0.01∼1 ㎛인 것이 바람직하다.

본 발명의 건식 토너는 아래의 방법으로 제조할 수 있지만 물론 이것들에 한정되는 것은 아니다.

(수계 매체 중에서의 토너의 제조법)

본 발명에 이용되는 수계 매체로서는 물 단독이어도 좋지만, 물과 혼합 가능한 용제를 병용할 수도 있다. 혼합 가능한 용제로서는 알코올(메탄올, 이소프로판올, 에틸렌 글리콜 등), 디메틸 포름 아미드, 테트라 히드로 푸란, 셀로솔브(cellosolve)류(메틸셀로솔브 등), 저급 케톤류(아세톤, 메틸 에틸 케톤 등) 등을 들 수 있다.

수계 매체 중에서 폴리에스테르 프리폴리머(A) 및 미변성 폴리에스테르(ⅱ)로 이루어지는 분산체를 안정하게 형성시키는 방법으로서는 수계 매체 중에 폴리에스테르 프리폴리머(A) 및 미변성 폴리에스테르(ⅱ)로 이루어지는 토너 원료의 조성물을 첨가하여 전단력에 의해 분산시키는 방법 등을 들 수 있다. 폴리에스테르 프리폴리머(A) 및 미변성 폴리에스테르(ⅱ)와 기타 토너 조성물(이하, 토너 원료라 함)인 착색제, 착색제 마스터 배치, 이형제, 대전 제어제 등은 수계 매체 중에서 분산체를 형성시킬 때에 혼합하여도 좋지만, 미리 토너 원료를 혼합한 후, 수계 매체 중에 그 혼합물을 첨가하여 분산시키는 것이 보다 바람직하다. 또, 본 발명에서는 착색제, 이형제, 대전 제어제 등 다른 토너 원료는 반드시 수계 매체 중에서 입자를 형성시킬 때에 혼합하여 둘 필요는 없고, 입자를 형성시킨 후 첨가하여도 좋다. 예컨대, 착색제를 포함하지 않는 입자를 형성시킨 후, 공지의 염착 방법으로 착색제를 첨가할 수도 있다.

분산 방법으로서는 특히 한정되는 것은 아니지만, 저속 전단식, 고속 전단식, 마찰식, 고압 제트식, 초음파 등의 공지의 설비를 적용할 수 있다. 분산체의 입경을 2∼20 ㎛로 하기 위해서는 고속 전단식이 바람직하다. 고속 전단식 분산기를 사용하는 경우, 회전수는 특히 한정되는 것은 아니지만, 통상 1000∼30000 rpm, 바람직하게는 5000∼20000 rpm이다. 분산 시간은 특히 한정되는 것은 아니지만, 배치 방식의 경우에는 통상 0.1∼5분이다. 분산시의 온도로서는 통상 0∼150℃(가압하), 바람직하게는 40∼98℃이다. 고온인 것이 변성 폴리에스테르(ⅰ)나 폴리에스 테르 프리폴리머(A)로 이루어지는 분산체의 점도가 낮고 분산이 용이한 점으로부터 바람직하다.

폴리에스테르 프리폴리머(A) 및 미변성 폴리에스테르(ⅱ)를 포함한 토너 조성물 100 중량부에 대한 수계 매체의 사용량은 통상 50∼2000 중량부, 바람직하게는 100∼1000 중량부이다. 50 중량부 미만이면 토너 조성물의 분산 상태가 열화되어 소정 입경의 토너 입자를 얻을 수 없다. 2000 중량부를 초과하면 경제적이 아니다. 또, 필요에 따라 수지 미립자와 함께 분산제를 이용할 수도 있다. 분산제를 이용하게 되면 입도 분포가 섬세하게 될 뿐만 아니라 분산이 안정되는 점으로부터 바람직하다.

프리폴리머(A)로부터 우레아 변성 폴리에스테르를 합성하는 공정은 수계 매체 중에서 토너 조성물을 분산하기 전에 아민류(B)를 첨가하여 반응시켜도 좋고, 수계 매체 중에 분산시킨 후에 아민류(B)를 첨가하여 입자 계면으로부터 반응을 일으켜도 좋다. 이 경우, 제조된 토너 표면에 우선적으로 우레아 변성 폴리에스테르가 생성되어 입자 내부에서 농도 구배를 마련할 수도 있다.

토너 조성물이 분산된 유성상(油性相)을 물이 포함되는 액체에 유화, 분산하기 위한 분산제로서 알킬 벤젠 술폰산염, α-올레핀 술폰산염, 인산 에스테르 등의 음이온성 계면 활성제, 알킬 아민염, 아미노 알콜 지방산 유도체, 폴리아민 지방산 유도체, 이미다졸린 등의 아민염형이나, 알킬 트리메틸 암모늄염, 디알킬 디메틸 암모늄염, 알킬 디메틸 벤질 암모늄염, 피리디늄염, 알킬 이소퀴놀리늄염, 염화 벤제트니움 등의 4급 암모늄염형의 양이온성 계면 활성제, 지방산 아미드 유도체, 다 가 알코올 유도체 등의 비이온 계면 활성제, 예컨대 알라닌, 도데실디(아미노 에틸) 글리신, 디(옥틸 아미노 에틸)글리신이나 N-알킬-N,N-디메틸 암모늄 베타인 등의 양성 계면 활성제를 예로 들 수 있다.

또, 플루오로 알킬기를 구비하는 계면 활성제를 이용함으로써, 아주 소량으로 그 효과를 높일 수 있다. 바람직하게 이용되는 플루오로 알킬기를 구비하는 음이온성 계면 활성제로서는 탄소수 2∼10의 플루오로 알킬카르본산 및 그 금속염, 퍼플루오로 옥탄술포닐 글루타민산 디나트륨, 3-[ω-플루오로 알킬(C6∼C11)옥시]-1-알킬(C3∼C4) 술폰산 나트륨, 3-[ω-플루오로 알카노일(C6∼C8)-N-에틸 아미노]-1-프로판 술폰산 나트륨, 플루오로 알킬(C11∼C20) 카르본산 및 금속염, 퍼플루오로 알킬카르본산(C7∼C13) 및 그 금속염, 퍼플루오로 알킬(C4∼C12) 술폰산 및 그 금속염, 퍼플루오로 옥탄 술폰산 디에탄올 아미드, N-프로필-N-(2-히드록시 에틸) 퍼플루오로 옥탄 술폰 아미드, 퍼플루오로 알킬(C6∼C10) 술폰 아미드 프로필 트리 메틸 암모늄염, 퍼플루오로 알킬(C6∼C10)-N-에틸술포닐글리신염, 모노 퍼플루오로 알킬(C6∼C16) 에틸 인산 에스테르 등을 예로 들 수 있다.

상품명으로서는 서풀론(SURFLON) S-111, S-112, S-113(아사히가라스 회사제), 프로라드(FRORARD) FC-93, FC-95, FC-98, FC-129(스미토모 3M 회사제), 유니다인(UNIDYNE) DS-101, DS-102(다이킨공업 회사제), 메가팩(MEGAFAC) F-110, F-120, F-113, F-191, F-812, F-833(다이니폰잉크 회사제), 에크톱(ECTOP) EF-102, l03, 104, 105, 112, 123A, 123B, 306A, 501, 201, 204(토오켐 프로덕츠 회사제), 프타젠트(FUTARGENT) F-100, F150(네오스 회사제) 등을 들 수 있다.

또, 양이온성 계면 활성제로서는 플루오로 알킬기를 구비하는 지방족 1급, 2급 또는 3급 아민산, 퍼플루오로 알킬(C6∼C10) 술폰 아미드 프로필 트리 메틸 암모늄염 등의 지방족 4급 암모늄염, 벤잘코늄염(benzalkonium salts), 염화 벤제토늄(benzetonium chloride), 피리디늄염, 이미다졸리늄염, 상품명으로서는 서풀론(SURFLON) S-121(아사히가라스 회사제), 프로라드(FRORARD) FC-135(스미토모 3M 회사제), 유니다인(UNIDYNE) DS-202(다이킨공업 회사제), 메가팩(MEGAFAC) F-150, F-824(다이니폰잉크 회사제), 에크톱(ECTOP) EF-132(토오켐 프로덕츠 회사제), 프타젠트(FUTARGENT) F-300(네오스 회사제)을 예로 들 수 있다.

또, 물에 난용인 무기 화합물 분산제로서 인산 칼슘, 탄산칼슘, 산화티탄, 콜로이달 실리카, 히드록시 아파타이트 등도 이용할 수 있다.

또한, 고분자계 보호 콜로이드에 의해 분산 액적을 안정화시키는 것이 특히 바람직하다. 예컨대 아크릴산, 메타크릴산, α-시아노아크릴산, α-시아노메타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 푸마르산, 말레산 또는 무수 말레산 등의 산류, 또는 수산기를 함유하는 (메타) 아크릴계 단량체, 예컨대 아크릴산-β-히드록시 에틸, 메타크릴산-β-히드록시 에틸, 아크릴산-γ-히드록시 프로필, 메타크릴산-β-히드록시 프로필, 아크릴산-γ-히드록시 프로필, 메타크릴산-γ-히드록시 프로필, 아크릴산-3-클로로 2-히드록시 프로필, 메타크릴산-3-클로로-2-히드록시 프로필, 디에틸렌글리콜 모노 아크릴산 에스테르, 디에틸렌글리콜 모노 메타크릴산 에스테르, 글리세린 모노 아크릴산 에스테르, 글리세린 모노 메타크릴산 에스테르, N-메틸올 아크릴 아미드, N-메틸올 메타크릴 아미드 등, 비닐 알코올 또는 비닐 알코올과의 에 테르류, 예컨대 비닐 메틸 에테르, 비닐 에틸 에테르, 비닐 프로필 에테르 등, 또는 비닐 알코올과 카르복실기를 함유하는 화합물의 에스테르류, 예컨대 초산비닐, 프로피온산 비닐, 부티르산 비닐 등, 아크릴 아미드, 메타크릴 아미드, 디아세톤 아크릴아미드 또는 이들 메틸올 화합물, 아크릴산 클로라이드, 메타크릴산 클로라이드 등의 산 클로라이드류, 비닐 피리딘, 비닐 피롤리돈, 비닐 이미다졸, 에틸렌이민 등의 질소 원자, 또는 그 복소환을 구비하는 것 등의 호모폴리머 또는 공중합체, 폴리옥시 에틸렌, 폴리옥시 프로필렌, 폴리옥시 에틸렌 알킬 아민, 폴리옥시 프로필렌 알킬 아민, 폴리옥시 에틸렌 알킬 아미드, 폴리옥시 프로필렌 알킬 아미드, 폴리옥시 에틸렌 노닐 페닐 에테르, 폴리옥시 에틸렌 라우릴 페닐 에테르, 폴리옥시 에틸렌 스테아릴 페닐 에스테르, 폴리옥시 에틸렌 노닐 페닐 에스테르 등의 폴리옥시 에틸렌계, 메틸 셀룰로오스, 히드록시 에틸 셀룰로오스, 히드록시 프로필 셀룰로오스 등의 셀룰로오스류 등을 사용할 수 있다.

또한, 분산 안정제로서 인산 칼슘염 등 산, 알칼리에 용해 가능한 물질을 이용한 경우에는 염산 등 산에 의해 인산 칼슘염 등을 용해한 후, 세정하는 등 방법에 따라 미립자로부터 인산 칼슘염 등을 제거한다. 기타 효소에 의한 분해 등 조작에 의해서도 제거할 수 있다.

분산제를 사용한 경우에는, 이 분산제가 토너 입자 표면에 잔존하는 대로 둘 수도 있지만, 신장 및/또는 가교 반응 후, 세정 제거하면 토너 대전의 면으로부터 바람직하다.

또한, 토너 조성물의 점도를 낮추기 위하여, 프리폴리머(A) 및 미변성 폴리 에스테르(ⅱ)가 용해 가능한 용제를 사용할 수도 있다. 용제를 이용하는 것이 입도 분포가 섬세하게 되는 점으로부터 바람직하다. 이 용제는 비점이 100℃ 미만인 휘발성 용제인 것이 제거가 용이한 점으로부터 바람직하다. 이 용제로서는 예컨대, 톨루엔, 크실렌, 벤젠, 사염화탄소, 염화 메틸렌, 1,2-디클로로에탄, 1,1,2-트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 클로로포름, 모노클로로벤젠, 디클로로에틸리덴, 초산메틸, 초산에틸, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤 등을 단독 또는 2종 이상 조합하여 이용할 수 있다. 특히, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족계 용매 및 염화 메틸렌, 1,2-디클로로에탄, 클로로포름, 사염화탄소 등의 할로겐화 탄화수소가 바람직하다. 프리폴리머(A) 100 부에 대한 용제의 사용량은 통상 0∼300 부, 바람직하게는 0∼100 부, 더욱 바람직하게는 25∼70 부이다. 용제를 사용한 경우에는 신장 및/또는 가교 반응 후, 상압 또는 감압하에서 가온하여 제거한다.

신장 및/또는 가교 반응 시간은 프리폴리머(A)가 구비하는 이소시아네이트기 구조와 아민류(B)의 조합에 의한 반응성에 따라 선택되지만, 통상 10분∼40시간, 바람직하게는 2시간∼12시간이다. 반응 온도는 통상 0∼150℃, 바람직하게는 5∼50℃이다. 또, 필요에 따라 공지의 촉매를 사용할 수 있다. 구체적으로는 디부틸틴라우레이트, 디옥틸틴라우레이트 등을 들 수 있다.

얻어지는 유화 분산체로부터 유기 용매를 제거하기 위해서는 계 전체를 서서히 온도 상승시켜 액적 중의 유기 용매를 완전히 증발 제거시키는 방법을 채용할 수 있다. 또는 유화 분산체를 건조 분위기 중에 분무하여 액적 중의 비수용성 유기 용매를 완전히 제거하여 토너 미립자를 형성하고, 아울러 수계 분산제를 증발 제거 하는 것도 가능하다. 유화 분산체가 분무되는 건조 분위기로서는 공기, 질소, 탄산 가스, 연소 가스 등을 가열한 기체, 특히 사용되는 최고 비점 용매의 비점 이상의 온도로 가열된 각종 기류가 일반적으로 이용된다. 스프레이 드라이어, 벨트 드라이어, 회전 노(rotary kiln) 등에 의한 단시간의 처리로 충분히 목적하는 품질을 얻을 수 있다.

유화 분산시의 입도 분포가 넓고 그 입도 분포를 유지하면서 세정, 건조 처리를 수행한 경우, 소망하는 입도 분포로 분급하여 입도 분포를 정리할 수 있다.

분급 조작은 액 중에서 사이클론, 디캔터, 원심 분리 등에 의해 미립자 부분을 제거할 수 있다. 물론 건조 후에 분말체로서 취득한 후에 분급 조작을 수행하여도 좋지만, 액체 중에서 실시하는 것이 효율 면에서 바람직하다.

이용한 분산제는 얻어지는 분산액으로부터 가능한 한 제거하는 것이 바람직하므로, 앞서 서술한 분급 조작과 동시에 수행하는 것이 좋다.

얻어지는 건조 후의 토너 분말체와 이형제 미립자, 대전 제어성 미립자, 유동화제 미립자, 착색제 미립자 등의 이종(異種) 입자를 함께 혼합하거나 혼합 분말체에 기계적 충격력을 부여하여 표면에서 고정화, 융합화시킴으로써 얻어지는 복합체 입자의 표면으로부터 이종 입자가 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

구체적 수단으로서는 고속으로 회전하는 날개에 의해 혼합물에 충격력을 가하는 방법, 고속 기류 중에 혼합물을 투입하여 가속시켜 입자끼리 또는 복합화한 입자를 적당한 충돌판에 충돌시키는 방법 등이 있다. 장치로서는 옹 밀(ONG MILL)(호소카와 미클론 회사제), I식 밀(니혼 뉴마틱 회사제)을 개조하여 분쇄 공기압을 낮춘 장치, 하이브리다이제이션 시스템(나라 기계 제작소 회사제), 클립트론 시스템(카와사키 중공업 회사제), 자동 유발(mortar) 등을 예로 들 수 있다.

토너는 자성 캐리어와 혼합하여 2성분 현상제로서 이용할 수 있다. 이 경우, 현상제 중의 캐리어와 토너의 함유비는 캐리어 100 중량부에 대하여 토너 1∼10 중량부가 바람직하다. 자성 캐리어로서는 입경 20∼200 ㎛ 정도의 철분, 페라이트분, 마그네타이트분, 자성 수지 캐리어 등 종래부터 공지된 것을 사용할 수 있다. 또, 피복 재료로서는 아미노계 수지, 예컨대 요소-포름알데히드 수지, 멜라민 수지, 벤조구아나민 수지, 우레아 수지, 폴리아미드 수지, 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 또 폴리비닐 및 폴리비닐리덴계 수지, 예컨대 아크릴 수지, 폴리메틸 메타크릴레이트 수지, 폴리아크릴로니트릴 수지, 폴리초산비닐수지, 폴리비닐 알코올 수지, 폴리비닐 부티랄(butyral) 수지, 폴리스티렌 수지 및 스티렌-아크릴 공중합 수지 등의 폴리스티렌계 수지, 폴리염화비닐 등의 할로겐화 올레핀 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 등의 폴리에스테르계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리불화 비닐 수지, 폴리불화 비닐리덴 수지, 폴리트리 플루오로 에틸렌 수지, 폴리헥사 플루오로 프로필렌 수지, 불화 비닐리덴과 아크릴 단량체의 공중합체, 불화 비닐리덴과 불화 비닐의 공중합체, 테트라 플루오로 에틸렌과 불화 비닐리덴과 비불화 단량체의 터폴리머(terpolymer) 등의 플루오로 터폴리머, 및 실리콘 수지 등을 사용할 수 있다. 또, 필요에 따라 전도성 분말 등을 피복 수지 중에 함유시켜도 좋다. 전도성 분말로서는 금속 분말, 카본 블랙, 산화티탄, 산화주석, 산화아연 등을 사용할 수 있다. 이러한 전도성 분 말은 평균 입경 1 ㎛ 이하의 것이 바람직하다. 평균 입경이 1 ㎛보다 크면, 전기 저항의 제어가 곤란하게 된다.

또, 본 발명의 토너는 캐리어를 사용하지 않는 1성분계의 자성 토너, 또는 비자성 토너로서도 이용할 수 있다.

또, 현상제를 조제할 때에는 현상제의 유동성이나 보존성, 현상성, 전사성을 향상시키기 위하여, 이상과 같이 하여 제조된 현상제에 나아가 앞서 열거한 소수성 실리카 미분말 등 무기 미립자 외첨제를 혼합하여도 좋다. 이 외첨제의 혼합은 일반 분말체 혼합기가 이용되는데, 쟈켓(jacket) 등을 장비하여 내부의 온도를 조절할 수 있는 것이 바람직하다. 외첨제에 부가하는 부하의 이력(履歷)을 변화시키려면, 도중에 또는 점차적으로 외첨제를 첨가하여 가면 좋다. 물론 혼합기의 회전수, 전동 속도, 시간, 온도 등을 변화시켜도 좋다. 처음에 강한 부하를, 다음에 비교적 약한 부하를 부가하여도 좋고, 그 반대라도 좋다. 사용 가능한 혼합 설비의 예로서는, V형 혼합기, 록킹 믹서(locking mixers), 레이디게 믹서(Loedge Mixers), 나우터 믹서(Nauter Mixers), 헨셀 믹서(Henschel Mixers) 등을 들 수 있다.

아래에, 본 발명의 토너를 현상제로서 이용하고, 또 본 발명의 정착 장치를 이용하는 화상 형성 장치에 대하여 설명한다.

도 9는 본 발명에 따른 화상 형성 장치(500)의 일 실시 형태의 구성을 나타내는 개략도이다. 도면 중 부호 100은 복사 장치 본체, 200은 그 하부에 마련된 용지 공급 테이블, 300은 복사 장치 본체(100) 위에 탑재된 스캐너, 400은 스캐너(300) 위에 탑재된 원고 자동 이송 장치(ADF)를 나타낸다.

복사 장치 본체(100)에는 잠상 담지체로서의 감광체(40)의 주위에 각각 대전, 현상, 클리닝 등 전자 사진 프로세스를 실행하는 대전 장치(5), 클리닝 장치(6) 및 현상 장치(4)를 구비한 화상 형성 수단(18)을 4개 병렬하여 구성한 탠덤형 화상 형성 수단(20)이 구비되어 있다. 탠덤형 화상 형성 수단(20)의 상부에는 화상 정보에 근거하여 감광체(40)를 레이저광에 의해 노광하여 잠상을 형성하는 노광 장치(21)가 설치되어 있다. 또, 탠덤형 화상 형성 수단(20)의 각 감광체(40)와 대향하는 위치에는 엔드리스형의 벨트 부재로 이루어지는 중간 전사 벨트(10)가 설치되어 있다. 중간 전사 벨트(10)를 통하여 감광체(40)와 대립되는 위치에는 감광체(40) 상에 형성된 각 색의 토너 화상을 중간 전사 벨트(10)에 전사하기 위한 1차 전사 수단(62)이 배치되어 있다.

또, 중간 전사 벨트(10)의 하부에는 중간 전사 벨트(10) 상에 중첩된 토너 화상을 용지 공급 테이블(200)로부터 이송되어 오는 전사지에 일괄 전사하기 위한 2차 전사 장치(22)가 배치되어 있다. 2차 전사 장치(22)는 2개의 롤러(23)에 엔드리스 벨트인 2차 전사 벨트(24)를 씌워 구성되고, 중간 전사 벨트(10)를 통하여 지지 롤러(16)와 가압 접촉하도록 배치하여 중간 전사 벨트(10) 상의 토너 화상을 전사지에 전사한다. 2차 전사 장치(22)의 측면에는 전사지 상의 토너 화상을 정착하는 정착 장치(25)가 설치되어 있다. 정착 장치(25)는 도 1에 나타낸 바와 같이 정착 롤러(251)와 가압 롤러(252)를 가압 접촉시켜 닙부를 형성하고, 그 닙부 사이로 전사지를 통과시켜 토너 화상을 정착시킨다. 또한, 정착 장치는 도 2에 나타내는 정착 장치(26)와 같이, 엔드리스 벨트인 정착 벨트(264)에 가압 롤러(262)를 가압 접촉시켜 구성할 수도 있다.

상술한 2차 전사 장치(22)는 화상 전사 후의 전사지를 상기 정착 장치(25)로 이송하는 시이트 이송 기능도 구비하고 있다. 물론, 2차 전사 장치(22)로서 전사 롤러나 비접촉의 대전기를 배치하여도 좋지만, 이와 같은 경우에는 시이트 이송 기능을 아울러 구비하는 것은 곤란하게 된다.

또한, 도시한 예에서는 2차 전사 장치(22) 및 정착 장치(25) 하부에 상술한 탠덤형 화상 형성 수단(20)에 평행되는, 전사지 양면에 화상을 기록하기 위하여 전사지를 반전시키는 반전 장치(28)를 구비한다.

화상 형성 수단(18)의 현상 장치(4)에는 상기 토너를 포함한 현상제를 이용한다. 현상 장치(4)는 현상제 담지체가 현상제를 담지, 이송하고 감광체(40)와의 대향 위치에서 교호 전계를 인가하여 감광체(40) 상의 잠상을 현상한다. 교호 전계를 인가함으로써 현상제를 활성화시켜 토너의 대전량 분포를 보다 좁게 할 수 있으므로 현상성을 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명에서는 감광체(40)와 현상 장치(4)를 일체로 유지하여 화상 형성 장치 본체에 대하여 착탈 가능한 프로세스 카트리지로서 구성할 수 있다. 이 프로세스 카트리지는 그 밖에 대전 수단(5), 클리닝 수단(6)을 포함하여 구성하여도 좋다.

상기 화상 형성 장치는 아래와 같이 동작을 수행한다.

우선, 원고 자동 이송 장치(400)의 원고대(30) 상에 원고를 세트하거나, 또는 원고 자동 이송 장치(400)를 열고 스캐너(300)의 접촉 유리(32) 상에 원고를 세 트한 후 원고 자동 이송 장치(400)을 닫아 원고를 누른다.

그리고, 도시하지 않은 스타트 스위치를 누르면, 원고 자동 이송 장치(400)에 원고를 세트한 경우에는 원고가 자동 이송되어 접촉 유리(32) 상으로 이동되고, 한편 접촉 유리(32) 상에 직접 원고를 세트한 경우에는 바로 스캐너(300)를 구동하여 제1 주행체(33) 및 제2 주행체(34)를 주행시킨다. 그리고, 제1 주행체(33)에서 광원으로부터 빛을 발사함과 동시에 원고면으로부터의 반사광을 나아가 반사시켜 제2 주행체(34)를 향하게 하고, 제2 주행체(34)의 미러로 반사하여 결상 렌즈(35)를 통하여 판독 센서(36)에 입사하여 원고 내용을 판독한다.

또, 도시하지 않은 스타트 스위치를 누르면, 도시하지 않은 구동 모터로 중간 전사 벨트(10)의 지지 롤러(14, 15, 16) 중 하나를 회전 구동시키고, 다른 2개의 지지 롤러를 종동 회전시켜 중간 전사 벨트(10)를 회전 이송시킨다. 동시에, 개개의 화상 형성 수단(18)에서 감광체(40)를 회전시켜 각 감광체(40) 상에 각각 블랙·옐로우·마젠타·시안의 단색 화상을 형성한다. 그리고, 중간 전사 벨트(10)의 이송과 함께 이들 단색 화상을 순차적으로 중간 전사 벨트(10) 상에 전사하여 이 중간 전사 벨트(10) 상에 합성 컬러 화상을 형성한다.

한편, 도시하지 않은 스타트 스위치를 누르면, 용지 공급 테이블(200)의 용지 공급 롤러(42) 중 하나를 선택 회전시키고, 용지 뱅크(43)에 다단계로 구비된 용지 공급 카세트(44) 중 하나로부터 시이트를 투입시키며, 분리 롤러(45)로 1매씩 분리하여 용지 공급로(46)로 보내고, 이송 롤러(47)로 이송하여 복사기 본체(100) 내의 용지 공급로(48)로 인도한 후, 레지스트레이션 롤러(49)에 충돌시켜 정지시킨 다.

또는, 용지 공급 롤러(50)를 회전시켜 수동 트레이(51) 상의 시이트를 투입시키고, 분리 롤러(52)로 1매씩 분리하여 수동 용지 공급로(53)에 투입하여 레지스트레이션 롤러(49)에 충돌시켜 정지시킨다.

그리고, 중간 전사 벨트(10) 상의 합성 컬러 화상과 타이밍을 맞추어 레지스트레이션 롤러(49)를 회전시키고, 중간 전사 벨트(10)와 2차 전사 장치(22) 사이로 시이트를 투입시키며, 2차 전사 장치(22)에 의해 시이트 상에 토너 화상이 전사되어 컬러 화상이 기록된다.

화상이 전사된 후의 시이트는 2차 전사 장치(22)에 의해 정착 장치(25)로 이송되고, 정착 장치(25)에서 열과 압력을 가하여 전사 화상을 정착한 후, 전환톱(55)으로 전환하고 배출 롤러(56)로 배출하여 용지 받이(57) 상에 적재한다. 또는, 전환톱(55)으로 전환하여 시이트 반전 장치(28)로 보내고 거기서 시이트를 반전시켜 다시 전사 위치로 인도하여 뒷면에도 화상을 기록한 후 배출 롤러(56)에 의해 용지 받이(57) 상으로 배출한다.

한편, 화상 전사 후의 중간 전사 벨트(10)는 중간 전사 벨트 클리닝 장치(17)로 화상 전사 후에 중간 전사 벨트(10) 상에 잔류하는 잔류 토너를 제거하여 탠덤형 화상 형성 수단(20)에 의한 재차의 화상 형성에 대비한다.

이하, 구체적인 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 아래에 특히 표기하는 것 이외의 [부] 및 [%]는 중량 기준으로 나타내는 것이다.

제조예 1

[변성 폴리에스테르계 수지(A-1)의 합성]

냉각관, 교반기 및 질소 도입관이 부대된 반응조 중에 비스페놀 A 에틸렌옥사이드 2 몰 부가물 358 부, 비스페놀 A 프로필렌 옥사이드 2 몰 부가물 381 부, 이소프탈산 200 부, 테레프탈산 127 부 및 디부틸틴옥사이드 2 부를 투입하여 상압 230℃에서 8시간 반응시키고, 나아가 10∼15 mmHg의 감압하에 탈수시키면서 5시간 반응시켜 수산기가 25, 산가 0.9의 폴리에스테르 프리폴리머를 얻었다. 나아가, 80℃까지 냉각시키고 초산에틸 364 부와 이소포론 디이소시아네이트 98 부를 더한 후 110℃에서 2시간 반응시켜 중량 평균 분자량(Mw)이 12,000이고, 이소시아네이트기(NCO)의 함량이 1.29%인 변성 폴리에스테르계 수지(A-1)의 초산에틸 용액(고형분 농도 75%)을 얻었다.

제조예 2

[아민의 블록화물(B)의 합성]

교반봉 및 온도계가 부대된 반응조 중에 이소포론 디아민 30 부와 메틸 에틸 케톤 70 부를 투입하고, 50℃에서 5시간 반응시켜 아민의 블록화물(B)을 얻었다.

제조예 3

[저분자량 폴리에스테르의 합성]

냉각관, 교반기 및 질소 도입관에 부대된 반응 용기 중에 비스페놀 A 에틸렌옥사이드 2 몰 부가물 229 부, 비스페놀 A 프로필렌 옥사이드 3 몰 부가물 529 부, 테레프탈산 208 부, 아디핀산 46 부 및 디부틸틴옥사이드 2 부를 투입하여 상압 230℃에서 8시간 반응시키며, 나아가 10∼15 mmHg의 감압하에 5시간 반응시킨 후, 반응 용기에 무수 트리멜리트산 44 부를 첨가하고, 180℃, 상압하에서 1.8시간 반응시켜 [저분자량 폴리에스테르 1]을 얻었다. [저분자량 폴리에스테르 1]은 개수 평균 분자량(Mn)이 2,500, 중량 평균 분자량(Mw)이 6,700, 정점 분자량이 5,000, 유리 전이점(Tg)이 43℃, 산가가 25였다.

제조예 4

[카본 블랙 마스터 배치 수지의 합성]

물 1,200 부, 카본 블랙(데크사제: Printex35) 540 부〔DBP흡유량=42 ml/100 mg, pH=9.5〕, 제조예 3에서 얻은 저분자량 폴리에스테르 수지 1,200 부를 더하여 가압 니더(kneader)로 혼합하고, 혼합물을 2개 롤을 이용하여 150℃에서 30분 혼련하고, 압연 냉각한 후, 분쇄기로 분쇄하여 카본 블랙 마스터 배치 수지를 얻었다.

[토너 모체 입자(1)의 합성]

비커 내에 카본 블랙 마스터 배치 수지 100 부와 비드 밀(bead mill)로 평균 입경이 0.5 ㎛로 될 때까지 습식 분산한 카르나우바 왁스의 초산에틸 용액(왁스 농도 10%) 50 부, 및 초산에틸 70 부를 넣은 후 균일하게 분산될 때까지 교반하였다. 나아가, 변성 폴리에스테르계 수지(A-1)의 초산에틸 용액 20 부, 아민의 블록화물(B) 1.2 부를 혼합하여 고형분 농도 50%의 수지와 착색제의 조정액(1)을 얻었다. 이 비커에 물 560 부, 폴리 메타크릴산 메틸 미립자 분산 수용액(카오 회사제: PB-200 H)을 고형분 환산으로 3.6 부, 및 도데실 나프탈렌 술폰산 나트륨염 3 부를 첨가한 후, TK 호모 믹서(특수 기화 공업 회사제)를 사용하여 회전수 12,000 rpm으로 25℃에서 1분간 혼합하여 유화 분산액(X)을 얻었다.

이 유화 분산액(X) 100 부를 나선 리본형 3단 교반 날개가 부대된 스테인리스제 플라스크로 옮기고, 회전수 60 rpm으로 교반하면서 감압하(10 kPa)에 25℃, 6시간의 조건으로 유화액 중의 농도가 8%로 될 때까지 초산에틸을 탈용제하여 유화 분산액(Y-1)을 얻었다.

이 유화 분산액(Y-1)에 카르복시메틸 셀룰로오스(제1 공업 제약 회사제: 셀로겐 HH) 1.9 부를 첨가하여 농밀화한 후(농밀화를 개시하는 시간은 유화 분산액 조정 후 10시간), 회전수 300 rpm으로 교반하면서 감압하(10 kPa)에 유화액 중의 초산에틸 농도가 3%로 될 때까지 초산에틸을 탈용제하고, 나아가 회전수를 60 rpm으로 낮추어 계속하여 초산에틸 농도가 1%로 될 때까지 탈용제하였다. 농밀화한 후의 유화액의 점도는 6,000 mPa·s였다.

이 유화액 100 부를 원심 분리하여 회수한 케이크에 물 60 부를 더한 후, 원심 분리하여 고액(固液) 분리하는 공정을 5회 반복하고, 그 후, 35℃에서 48시간 건조시켜 토너 모체 입자(1)를 얻었다.

다음에, 얻어지는 착색 분말체의 토너 모체 입자 100 부에 대하여, 대전 제어제(오리엔트 화학 공업 회사제: 본트론　X-11) 0.4 부를 Q형 믹서(미츠이 광산 회사제)에 투입하고, 터빈형 날개의 주속을 50 m/sec로 설정하여 2분간 운전, 1분간 정지를 5 사이클 실시하고, 합계 처리 시간을 10분간으로 하였다.

또한, 소수성 실리카 (클라리언트 재팬 회사제: H2000)를 0.5 부 첨가하고, 주속을 15 m/sec로 30초 혼합, 1분간 정지를 5 사이클 실시하여 블랙 토너를 얻었 다.

[캐리어 제조예]

실리콘 수지(오가노 스트레이트 실리콘) 100 부

톨루엔 100 부

γ-(2-아미노 에틸) 아미노 프로필 트리메톡시 실란 5 부

카본 블랙 10 부

상기 혼합물을 호모 믹서로 20분간 분산하여 코트층 형성액을 조정하였다. 이 코트층 형성액을 유동상형(流動床型) 코팅 장치를 이용하여 입경 50 ㎛의 구형 마그네타이트 1,000 부의 표면에 코팅하여 자성 캐리어 A를 얻었다.

상기 토너 4 부와 자성 캐리어 96 부를 볼 밀로 혼합하여 [2 성분 현상제 1]을 제작하였다.

＜실시예 1＞

정착 롤러로서 리코 회사제의 복사기 imagio NEO451을 이용하고, 이것에 리코 회사제의 마이 리사이클 100 W 용지를 세트하여 복사 시험을 실시하였다. 클리닝 롤러는 알루미늄제로서 직경 10 mm, 조도(Rz)는 10 ㎛, 길이는 300 mm이다. 이 클리닝 롤러 표면에는 점탄성을 크게 하는 반응성 물질(오리엔트 회사제: 본트론　X-11)을 톨루엔에 용해한 후, 클리닝 롤러 1개 당, 건조 중량분으로서 0.07 g으로 되도록 길이 방향으로 브러시로 도포하여 건조시킨 것이다.

(핫 오프셋 평가)

본 발명에 따른 화상 형성 장치에 의해 형성된 정착 화상을 통하여 육안으로 클리닝 롤러로부터 회수된 토너가 재용융되어 초래되는 오프셋의 유무를 평가하였다. 전용 기록지(6% 면적율)의 A4 용지의 양면 인쇄를 연속 실행하였다. 용융으로 인한 핫 오프셋이 관찰되지 않은 것을 [○], 확인된 것을 [△], 용지가 감기어 걸림이 발생한 것을 [×]로서 평가하였다.

＜비교예 1＞

클리닝 롤러에 점탄성을 크게 하는 반응 물질을 도포하지 않은 것 외는 실시예 1과 동일 양태로 하였다.

아래의 [표 1]에 핫 오프셋 평가의 결과를 나타낸다.

상기 결과를 살펴보면, 실시예 1에서는 양면 환산으로 40,000매까지 문제 없는 수준인 [○]이고, 140,000매에서는 [△]였다. 또, 비교예 1에서는 양면 환산으로 40,000매까지 [△]이고, 65,000매에서 용지 걸림이 발생한 [×]였다.

본 발명에 따른 정착 장치 및 화상 형성 장치에 의하면, 정착 장치에서 오프 셋된 토너를 클리닝 부재로 회수하고 회수된 토너가 재용융되어 기록 매체에 역전사되는 것을 방지함으로써 화상 오점이 발생되지 않는 현상성·전사성이 뛰어난 고품위의 화상을 얻을 수 있다.

Claims (41)

1. 결착 수지를 포함한 토너에 의해 형성된 기록 매체 상의 토너 화상을 열 및 압력에 의해 기록 매체에 정착시키는 정착 부재와,

   상기 정착 부재와 가압 접촉되어 닙부를 형성하는 가압 부재와,

   적어도 상기 가압 부재를 클리닝하는 클리닝 부재를 구비하고,

   상기 클리닝 부재에는 상기 토너에 포함된 결착 수지의 점탄성(粘彈性)을 크게 하는 살리실산 금속염 또는 아연, 크롬, 철, 또는 지르코늄의 금속 착체가 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 정착 부재는 정착 롤러인 것을 특징으로 하는 정착 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 정착 부재는 복수개의 롤러에 씌워진 정착 벨트인 것을 특징으로 하는 정착 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 클리닝 부재의 표면에는 코팅용 수지와 상기 토너에 포함된 결착 수지의 점탄성(粘彈性)을 크게 하는 살리실산 금속염 또는 아연, 크롬, 철, 또는 지르코늄의 금속 착체의 혼합체가 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 클리닝 부재 표면의 코팅용 수지는 토너의 결착 수지와 동일한 성분인 것을 특징으로 하는 정착 장치.
6. 제4항에 있어서,

   상기 클리닝 부재에 코팅된 혼합체 중에서 코팅용 수지는 5∼80 wt%의 중량비로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,

   상기 정착 장치는 상기 클리닝 부재에 상기 토너에 포함된 결착 수지의 점탄성(粘彈性)을 크게 하는 살리실산 금속염 또는 아연, 크롬, 철, 또는 지르코늄의 금속 착체를 공급하기 위한 공급 부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 클리닝 부재 표면의 10점 평균 조도(Rz)는 3∼50 ㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 정착 장치는 클리닝 부재를 냉각하기 위한 송풍 장치를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
11. 제1항에 있어서,

    상기 토너는 이형제를 포함하는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
12. 제1항에 있어서,

    상기 토너는 전하 제어제를 포함하는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
13. 제1항에 있어서,

    상기 토너는 평균 원형도가 0.94 이상인 것을 특징으로 하는 정착 장치.
14. 제1항에 있어서,

    상기 토너는

    적어도 활성 수소기를 구비하는 화합물과 반응 가능한 부위를 구비하는 중합체, 폴리에스테르, 착색제를 유기 용매 중에 각각 용해 또는 분산시켜 토너 조성물을 형성하고,

    상기 토너 조성물을 수계 매체 중에 분산시킨 후, 신장 및 가교 반응시켜 얻어지는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
15. 제1항에 있어서,

    상기 토너는

    체적 평균 입경이 3.0∼8.0 ㎛이고,

    체적 평균 입경(Dｖ)과 개수 평균 입경(Dn)의 비(Dｖ／Dn)가 1.00∼1.40의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
16. 제1항에 있어서,

    상기 토너는

    형상 계수 SF-1이 100∼180의 범위에 있고,

    형상 계수 SF-2가 100∼180의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
17. 제1항에 있어서,

    상기 토너는 대략 구형이고,

    상기 대략 구형인 토너의 장축 r1, 단축 r2, 두께 r3는

    0.5 ≤r2/r1 ≤1.0 및 0.7 ≤r3/r2 ≤1.0 (단, r1 ≥r2 ≥r3)의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
18. 제1항에 있어서,

    상기 토너는 유기 용매인 THF(tetrahydrofuran)에 가용(可溶)인 성분의 산기 파라미터(acid value parameter)가 0.3×10^-3∼5.0×10^-3 mgKOH/g/Mw(중량 평균 분자량)의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
19. 제1항에 있어서,

    상기 토너는 유기 용매인 THF에 가용인 성분의 중량 평균 분자량(Mw)이 5,000∼30,000의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
20. 제1항에 있어서,

    상기 토너는 유기 용매인 THF에 가용인 성분의 산가가 2.0∼50.0 mgKOH/g의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
21. 잠상 담지체와

    상기 잠상 담지체를 대전하기 위한 대전 장치와

    화상 정보에 근거하여 상기 잠상 담지체를 노광시켜 상기 잠상 담지체 표면에 정전 잠상을 형성하기 위한 노광 장치와

    상기 잠상을 결착 수지를 포함한 토너에 의해 토너 화상으로 현상하기 위한 현상 장치와

    기록 매체에 상기 토너 화상을 전사하기 위한 전사 장치와

    상기 잠상 담지체를 클리닝하기 위한 잠상 담지체 클리닝 장치와

    상기 기록 매체 상의 토너 화상을 기록 매체에 정착시키기 위한 정착 장치를 구비하는 화상 형성 장치에 있어서,

    상기 정착 장치는

    상기 기록 매체 상의 토너 화상을 열 및 압력에 의해 기록 매체에 정착시키는 정착 부재와,

    상기 정착 부재와 가압 접촉되어 닙부를 형성하는 가압 부재와,

    적어도 상기 가압 부재를 클리닝하는 클리닝 부재를 구비하고,

    상기 클리닝 부재에는 상기 토너에 포함된 결착 수지의 점탄성(粘彈性)을 크게 하는 살리실산 금속염 또는 아연, 크롬, 철, 또는 지르코늄의 금속 착체가 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
22. 제21항에 있어서,

    상기 정착 부재는 정착 롤러인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
23. 제21항에 있어서,

    상기 정착 부재는 복수개의 롤러에 씌워진 정착 벨트인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
24. 제21항에 있어서,

    상기 클리닝 부재의 표면에는 코팅용 수지와 상기 토너에 포함된 결착 수지의 점탄성(粘彈性)을 크게 하는 살리실산 금속염 또는 아연, 크롬, 철, 또는 지르코늄의 금속 착체의 혼합체가 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
25. 제24항에 있어서,

    상기 클리닝 부재 표면의 코팅용 수지는 토너의 결착 수지와 동일한 성분인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
26. 제24항에 있어서,

    상기 클리닝 부재에 코팅된 혼합체 중에서 코팅용 수지는 5∼80 wt%의 중량비로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
27. 삭제
28. 제21항에 있어서,

    상기 정착 장치는 상기 클리닝 부재에 상기 토너에 포함된 결착 수지의 점탄성(粘彈性)을 크게 하는 살리실산 금속염 또는 아연, 크롬, 철, 또는 지르코늄의 금속 착체를 공급하기 위한 공급 부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
29. 제21항에 있어서,

    상기 클리닝 부재 표면의 10점 평균 조도(Rz)는 3∼50 ㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
30. 제21항에 있어서,

    상기 정착 장치는 클리닝 부재를 냉각하기 위한 송풍 장치를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
31. 제21항에 있어서,

    상기 토너는 이형제를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
32. 제21항에 있어서,

    상기 토너는 전하 제어제를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
33. 제21항에 있어서,

    상기 토너는 평균 원형도가 0.94 이상인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
34. 제21항에 있어서,

    상기 토너는

    적어도 활성 수소기를 구비하는 화합물과 반응 가능한 부위를 구비하는 중합체, 폴리에스테르, 착색제를 유기 용매 중에 각각 용해 또는 분산시켜 토너 조성물을 형성하고,

    상기 토너 조성물을 수계 매체 중에 분산시킨 후, 신장 및 가교 반응시켜 얻어지는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
35. 제21항에 있어서,

    상기 토너는

    체적 평균 입경이 3.0∼8.0 ㎛이고,

    체적 평균 입경(Dｖ)과 개수 평균 입경(Dn)의 비(Dｖ／Dn)가 1.00∼1.40의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
36. 제21항에 있어서,

    상기 토너는

    형상 계수 SF-1이 100∼180의 범위에 있고,

    형상 계수 SF-2가 100∼180의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
37. 제21항에 있어서,

    상기 토너는 대략 구형이고,

    상기 대략 구형인 토너의 장축 r1, 단축 r2, 두께 r3는

    0.5 ≤r2/r1 ≤1.0 및 0.7 ≤r3/r2 ≤1.0 (단, r1 ≥r2 ≥r3)의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
38. 제21항에 있어서,

    상기 토너는 유기 용매인 THF(tetrahydrofuran)에 가용(可溶)인 성분의 산기 파라미터(acid value parameter)가 0.3×10^-3∼5.0×10^-3 mgKOH/g/Mw(중량 평균 분자량)의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
39. 제21항에 있어서,

    상기 토너는 유기 용매인 THF에 가용인 성분의 중량 평균 분자량(Mw)이 5,000∼30,000의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
40. 제21항에 있어서,

    상기 토너는 유기 용매인 THF에 가용인 성분의 산가가 2.0∼50.0 mgKOH/g의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
41. 제21항에 있어서,

    상기 화상 형성 장치는 화상 형성 장치 본체에 대하여 착탈 가능한 프로세스 카트리지를 구비하고,

    상기 프로세스 카트리지는 잠상 담지체와, 적어도 대전 장치, 현상 장치, 잠상 담지체 클리닝 장치로부터 선택되는 하나 이상의 장치를 일체적으로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.

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