专利名称：补充用调色剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及双成份类显影剂的补充用调色剂，特别涉及使用在诸如静电复印机和激光打印机等的、所谓的应用电子照相法的图像形成设备中的双成份类显影剂的补充用调色剂。
背景技术：
由调色剂和载体构成的双成份类显影剂，实施显影时会由于调色剂的消耗而使显影剂中的调色剂浓度产生变化。因此，为了保持一定的调色剂浓度，就需要补充入与显影所消耗的量相等的调色剂。目前广泛使用着透磁率检测方式，作为对显影剂中的调色剂浓度实施检测用的方式。这种透磁率检测方式是通过使用透磁率检测组件，对作为磁性粒子的载体的透磁率实施检测的，并且以该透磁率的变化作为调色剂浓度变化的检测指标。
如果具体的讲就是，引导双成份类显影剂通过处于共振回路中的线圈内部处(磁场)，在这时的电感将随着作为磁性粒子的载体的通过量的变化而变化，从而使共振回路的频率产生变化，因此通过变换f/V即可以计算出透磁率(V)。当调色剂比较多时，每单体体积内的载体比较少，所以透磁率也比较小，当调色剂比较少时，每单体体积内的载体比较多，所以透磁率也比较大。因此，通过透磁率的这种变化，可以对调色剂的浓度实施检测。
发明内容
然而，当同时使用补充用调色剂和初始调色剂实施图像形成时，会出现调色剂带电量依次上升的现象。当调色剂带电量上升时，作用于调色剂粒子间的库仑力(排斥力)将比较大，从而使调色剂粒子间的间隔也比较大。由于这一原因，此时载体粒子间间隔也比较大，从而使透磁率呈比较小的值，所以即使所观察到的调色剂真实浓度比较低，也将认为调色剂浓度为正常或比较高，而不实施调色剂的补充。因此，存在有调色剂的真实浓度可能会下降至适当范围之外，使图像浓度下降，并且使载体出现飞散的现象。
本发明就是解决上述问题用的发明，本发明的目的就是提供一种即使随着图像形成而使双成份类显影剂中的调色剂带电量上升，也可以将透磁率的变化抑制为比较小，从而可以将显影剂中的调色剂浓度保持为适当状态的补充用调色剂。
根据本发明构造的、能够实现上述目的的补充用调色剂，是一种使用在可以通过透磁率检测方式对双成份类显影剂中的调色剂浓度实施检测的图像形成设备中的补充用调色剂，其粒径小于5.04微米(μm)的调色剂所占的体积％，处于装载入所述图像形成设备中的初始调色剂相应值的1.5～3.5倍的范围之内。如果采用这种补充用调色剂，即使随着图像形成而使双成份类显影剂中的调色剂带电量上升，也可以减小透磁率的变化，从而可以将显影剂中的调色剂浓度保持为适当状态。而且在本说明书中，初始调色剂指的是最初装载入图像形成设备中的调色剂。
而且，当补充用调色剂的体积基准中心粒径(下面也称为“中心粒径”)处于8.0～12.0微米(μm)的范围之内时，可以进一步抑制由调色剂带电量产生的透磁率变化。
图1为表示本发明的补充用调色剂与在先技术中的调色剂的带电量分布的一个比较实例的示意图。
图2为表示调色剂浓度随时间变化的示意图。
具体实施例方式
本发明人对如何能够抑制调色剂的带电量上升且减小透磁率变化进行了深入研究，从而发现当提高调色剂中小粒径调色剂所占比率时，可以将由于调色剂的带电量变化而产生的透磁率变化抑制为比较小，进而完成了本发明。
如上所述，当调色剂带电量上升时，透磁率比较低，所以当调色剂的带电量上升时，在调色剂粒子间起排斥作用的库仑力将比较大，从而使载体粒子间的间隔也比较大。然而，当调色剂粒径比较小时，每个这种调色剂粒子的带电量(μC)也比较小。因此，如果使调色剂粒径比较小，作用在这些调色剂粒子之间的库仑力也将比较小。本发明人从这一点出发，通过增加调色剂中小粒径调色剂所占比率的方式，使得即使对于整个调色剂带电量上升的场合，也可以使其带电量分布更为分散，从而可以抑制库仑力的上升。
调色剂带电量分布的一个实例如图1所示。图1表示的是在实施预定次数的显影作业之后，在先技术中的调色剂和本发明的补充用调色剂的带电量分布示意图，其中纵轴表示的是调色剂粒子个数(个)，横轴表示的是调色剂粒子的带电量(μC)。由该图可以看出，和在先技术中的调色剂相比，根据本发明构造的补充用调色剂由于包含有比较多的低带电量的小粒径粒子，所以带电量分布更加分散。因此，即使整个调色剂的带电量和在先技术中一样，具有相应程度的上升，由于作用于各调色剂粒子的库仑力比较小，所以也可以抑制载体粒子间距离的扩大，从而可以利用透磁率检测组件对调色剂浓度实施更精确的检测。
在实际显影设备中调色剂浓度随时间的变化如图2所示。在此，所使用的初始调色剂的平均粒径为9.7微米(μm)，并且包含有占0.6体积％的、粒径小于5.04微米(μm)的粒子，而且附图中的标记①表示的是采用补充用调色剂实施的显影作业，其补充用调色剂的平均粒径为9.7微米(μm)，并且包含有占1.0体积％(相当于初始调色剂的1.7倍)的、粒径小于5.04微米(μm)的粒子，附图中的标记②表示的是采用与初始调色剂相同的调色剂实施的显影作业。
正如图2所示，对于补充用调色剂采用的是与初始调色剂相同的调色剂的场合(如图中虚线所示)，当驱动时间为30分钟(min)时，调色剂浓度将由初始时的大约4.9％降低至大约4.4％，随后在4.4％左右移动，对于补充用调色剂采用的是根据本发明构造的调色剂的场合(如图中实线所示)，调色剂浓度由初始时起基本上没有变化，一直保持在4.7～4.8％的范围中。
按照如后所述的方式，对补充用调色剂中粒径小于5.04微米(μm)的部分所占体积％不同的调色剂实施实验，其结果表明补充用调色剂中粒径小于5.04微米(μm)的部分所占体积％，应该为初始调色剂中相应体积％的1.5～3.5倍左右。当粒径小于5.04微米(μm)的部分所占体积％低于初始调色剂中相应体积％的1.5倍时，不能充分防止透磁率的下降，从而不能保持所需要的调色剂浓度。当其超过相应体积％的3.5倍时，会出现调色剂飞散现象。而且在此，调色剂粒径是通过“煤焦油计算器”实施测定的。
可以利用在先技术中公知的各种方式，对调色剂中粒径小于5.04微米(μm)的部分所占体积％实施调整。举例来说，可以在调色剂制造工序中的分级工序中，对分级的程度实施控制，也可以通过将由其它方式制作出的小粒径调色剂混合在调色剂中的方式，实施这种调整。
根据本发明构造的补充用调色剂，可以通过诸如粉碎分级法、熔融成粒法、喷射成粒法、悬浊、乳化聚合法等本技术领域公知的方法实施制作，然而从制造设备和生产性等的角度考虑，最好是采用粉碎分级法。下面对所谓的粉碎分级法进行说明。首先通过诸如亨舍尔混合机和V型混合机等设备，对诸如结合树脂、着色剂和根据需要添加的电荷控制剂和脱膜剂等的调色剂组合物实施预混合之后，利用诸如双轴挤压机等的熔融混炼设备实施熔融混炼。在这种熔融混炼物冷却之后实施粗粉碎、细粉碎，以及所需要的其它处理和分级处理，从而获得具有预定粒径分布的调色剂粒子。根据需要，还可以利用表面处理剂对这种调色剂粒子的表面实施处理，以制作出本发明的补充用调色剂。
为了对由调色剂带电量变化产生的透磁率变化实施更好的抑制，并获得良好的图像，根据本发明构造的补充用调色剂的中心粒径最好处于8.0～12.0微米(μm)的范围之内，而且从与初始调色剂间的匹配性的角度考虑，初始调色剂最好也具有相同的中心粒径。而且，补充用调色剂的组成最好与初始调色剂呈相同的类型，如果组成相同则更好些。
本发明对上述结合树脂并没有特殊限制，举例来说可以为苯乙烯-丙烯树脂和聚脂树脂等。需要进一步说明的是，还可以将这些树脂与其它树脂结合使用。
如果举例来说，作为苯乙烯-丙烯树脂基体的单体材料可以为诸如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、p-甲基苯乙烯、p-t-丁基苯乙烯、p-氯苯乙烯、羟基苯乙烯等的苯乙烯衍生物；也可以为诸如甲基丙烯酸脂、甲基(亚)丙烯酸脂、乙基(亚)丙烯酸脂、丙基(亚)丙烯酸脂、丁基(亚)丙烯酸脂、环氧丙基(亚)丙烯酸脂、甲氧基乙基(亚)丙烯酸脂、丙氧基乙基(亚)丙烯酸脂、甲氧基苯乙烯乙二醇(亚)丙烯酸脂、乙氧基二甘醇(亚)丙烯酸脂、卞基(亚)丙烯酸脂、环己基(亚)丙烯酸脂、四氢糖基(亚)丙烯酸脂、(亚)丙烯腈、(亚)丙烯酰胺、N-羟甲基(亚)丙烯酰胺、乙二醇二(亚)丙烯酸脂、1，3-丁二醇二(亚)丙烯酸脂、1，4-丁二酰二(亚)丙烯酸脂、三羟甲基乙烷三(亚)丙烯酸脂等的(亚)丙烯酸脂。
可以通过诸如溶液聚合、块状聚合、乳化聚合、悬浊聚合等各种聚合方式，对如上所述的各种单体材料的混合物实施聚合，进而构成可使用在本发明中的结合树脂。在实施聚合处理时，还可以采用各种公知的聚合开始剂，如果举例来说可以使用的聚合开始剂包括过氧化乙酰、过氧化癸酸脂、过氧化月桂酰、过氧化苯酰、偶氮二异丁腈、2，2’-偶氮-2，4-二甲基戊腈、2，2’-偶氮-4-甲氧基-2，4-二甲基戊腈等。这种聚合开始剂相对于单体材料总重量，最好处于0.1～15重量％的范围之内。
聚脂树脂可以通过对多元羧酸类材料和多元醇类材料为主的材料实施缩聚合的方式获得，如果举例来说，多元羧酸类材料可以为诸如酞酸、间苯二酸、对苯二酸、琥珀酸、1，2，4-苯三羧酸、2，5，7-萘羧酸、1，2，4-萘羧酸、苯均四酸等的芳香族多元羧酸；诸如顺丁烯二酸、反式丁烯二酸、琥珀酸、己二酸、癸二酸、丙二酸、壬二酸、甲基富马酸、顺式甲基丁烯二酸、戊烯二酸等的脂肪族二羧酸；诸如环己烷二甲酸、甲基苜蓿酸等的脂环族二羧酸；以及这些羧酸的无水化合物和低级烷基脂等；而且可以仅采用这些材料中的一种，也可以组合采用这些材料中的两种以上材料。
在此，三价以上成份的含有量与交联度相关，所以可以通过对其添加量实施的调整来获得所需要的交联度。一般说来，三价以上成份的含有量最好处于15摩尔％(mol％)以下。
如果举例来说，使用在聚脂树脂中的多元醇类材料可以为诸如乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二酰、1，4-丁烯二醇、新戊醇、1，5-戊烷乙二醇、1，6-己烷乙二醇等的烯烃乙二醇类材料；诸如二甘醇、三甘醇、一缩二丙二醇、聚乙二醇、聚丙撑二醇、聚四亚甲基二醇等的烯烃醚乙二醇类材料；诸如1，4-环己烷二甲醇、氢添加双酚A等的脂环族多元醇类材料；诸如双酚A、双酚F、双酚S等的双酚类材料以及双酚类环氧化物等；而且可以仅采用这些材料中的一种，也可以组合采用这些材料中的两种以上材料。
为了实施分子量调整和反应控制，在需要时还可以辅助使用一元羧酸、一元醇等材料。如果举例来说，一元羧酸可以为苯(甲)酸、对羟基苯(甲)酸、甲苯羟酸、邻羟基苯甲酸、醋酸、丙酸和硬脂酸等。如果举例来说，一元醇可以为诸如苯甲醇、甲苯-4-甲醇、环己烷醇等的一元醇。
可以利用这些原料，采用常规的方式制造出本发明使用的聚脂树脂。如果举例来说，可以将醇类材料和酸类材料按照预定比率投放至反应容器中，一边吹入诸如氮气等的非活性气体，一边在150～190℃的温度下，通过催化剂开始实施反应。将作为副产品的低分子化合物连续地排出至反应系统之外。随后将反应温度提高至210～250℃以加快反应，从而获取出作为目标产品的聚脂树脂。可以在常压、减压和加压的条件下实施这种反应，然而当反应率达到50～90％之后，最好减压至200毫米汞柱(mmHg)以下实施反应。
如果举例来说，所述催化剂可以为诸如锡、钛、锑、锰、镍、锌、铅、铁、镁、钙、锗等的金属；以及包含有这些金属的化合物等。
使用在本发明中的结合树脂，其玻璃转移温度最好处于45～90℃的范围之内。对于玻璃转移温度低于45℃的场合，它们可能会固定在调色剂盒和显影组件内，对于超过90℃的场合，调色剂又难以良好固定在诸如纸等的被转印物上。
如果举例来说，可以使用在本发明中的着色剂，其黑色颜料可以采用诸如乙炔黑、灯黑、苯胺黑等的碳黑材料；黄色颜料可以采用诸如贡黄、锌黄、镉黄、黄色氧化铁、矿物坚牢黄、镍钛黄、拿浦黄、萘酚黄S、汉撒黄G、汉撒黄10G、联苯胺黄G、联苯胺黄GR、喹啉黄、永久黄NCG、酒石黄等；橙色颜料可以采用诸如红色贡黄、钼橙、永久橙GTR、吡唑啉橙、沃尔坎橙、阴丹士林布里安特橙RK、联苯胺橙G、阴丹士林布里安特橙GK等；红色颜料可以采用诸如氧化铁红、镉红、四氧化三铅、硫化汞镉、永久红4R、立索红、吡唑啉红、沃丘格红钙盐、色淀红D、亮胭脂红6B、曙红色淀、若丹明色淀B、茜素红、亮胭脂红3B等；紫色颜料可以采用诸如锰紫、坚牢紫罗兰B、甲基紫色淀等；蓝色颜料可以采用诸如深蓝、钴蓝、碱性蓝色淀、维多利亚蓝色淀、铜酞花青蓝、非金属铜酞花青蓝、铜酞花青蓝的部分氯化物、不溶性偶氮染料、阴丹士林蓝BC等；绿色颜料可以采用诸如三氧化二铬、氧化铬、颜料绿B、孔雀石绿色淀、法纳尔黄绿G等；白色颜料可以采用诸如氧化锌、氧化钛、锑白、硫化锌等；底色颜料可以采用诸如重晶石粉、碳酸钡、高岭土、二氧化硅、胶态氧化硅、滑石、白氧化铝等。而且，可以仅采用这些着色剂中的一种，也可以组合使用这些着色剂中的两种以上着色剂。
这些着色剂的总含有量相对于100份重量的结合树脂，可以处于0.1～20份重量的范围之内，如果处于1～15份重量的范围之内则更好些。
对于实施黑色显影的场合，最好采用上述着色剂中的碳黑，而且从需要防止随着导电性下降而使带电量上升的角度考虑，最好是采用比表面积为120～460平方米/克(m2/g)、DBP吸油量为50～150毫升(ml)/100克(g)的碳黑。在这时从色调的角度考虑，碳黑的含有量相对于100份重量的结合树脂，最好处于1～3份重量的范围之内。在此的比表面积是通过诸如低温氮气吸附等的比表面积测定法(BET法)实施测定的，DBP吸油量为充满一定量碳黑空隙所需要的二丁基邻苯二酸盐的量。
在此使用的所述电荷控制剂可以采用在先技术中公知的各种电荷控制剂，如果举例来说，具有正电性的电荷控制剂可以为水溶对氮苯黑染料、脂肪酸变性水溶对氮苯黑染料、包含有羟基的脂肪酸变性水溶对氮苯黑染料、四价铵盐、氨类化合物、有机金属化合物等，具有负电性的电荷控制剂可以为羟基碳酸的金属络和物、偶氮化合物的金属络和物、金属络和盐染料和水杨酸衍生物等。
所述脱膜剂可以为各种石蜡类材料或低分子量烯烃类树脂等。如果举例来说，石蜡类材料可以为脂肪酸类多元醇脂，脂肪酸类高级醇脂，烯烃双脂肪酸酰胺化合物，天然石蜡等。低分子量烯烃类树脂可以为平均分子量处于1000～10000、特别处于2000～6000范围之内的聚丙烯、聚乙烯、丙烯-乙烯共聚体等，采用聚丙烯则更好些。
所述表面处理剂用于改善调色剂的带电控制性和流动性等性能，而且可以为诸如二氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锌、氧化镁、碳酸钙、磁性粉末等的无机微细粉末；诸如聚甲基甲基丙烯酸脂等的有机微细粉末；以及诸如硬脂酸锌等的脂肪酸金属盐等。可以仅采用这些材料中的一种，也可以组合使用这些材料中的两种以上材料。可以利用亨舍尔混合机、V型混合机、倍增搅拌机、杂混机等，对这种表面处理剂和调色剂粒子实施混合。
如果举例来说，载体可以采用通过诸如烧结和粉化等方式，对磁性体材料实施处理而获得的磁性体粒子，以及对这种磁性体粒子的表面实施树脂覆盖而获得的磁性体粒子等，而且在此的磁性材料可以为诸如铁、镍、钴等的磁性金属和它们的合金，也可以为包含有烯土类材料的合金、赤铁矿、四氧化三铁、锰-锌类铁氧体、镍-锌类铁氧体、锰-四氧化三铁类铁氧体、锂类铁氧体等的软铁氧体，诸如铜-锌类铁氧体等的铁类氧化物，以及它们的混合物等。而且，还可以采用磁性体分散型树脂作为所述的这种载体。如果举例来说，对于这种场合所使用的磁性体可以为如上所述的磁性体材料，而结合树脂可以为乙烯树脂、聚脂树脂、环氧树脂、酚醛树脂、尿素树脂、聚氨基甲酸乙脂树脂、聚酰亚胺树脂、纤维素树脂、聚醚树脂，或是它们的混合物等。
载体的粒子直径在通过电子显微镜法实施检测时，为30～200微米(μm)，为50～150微米(μm)时更好些。对于取磁性材料为主体的场合，载体的外观密度虽然可以随磁性体的组成形式和表面构造的不同而有所不同，但通常处于2.4～3.0克/立方厘米(g/cm3)的范围之内时比较好。
在由所述调色剂和载体组成的双成份类显影剂中，调色剂的浓度可以为1～10重量％，为1～7重量％时更好些。对于调色剂浓度低于1重量％的场合，图像浓度比较浅，而对于调色剂浓度超过10重量％的场合，调色剂会在显影设备中产生飞散现象，形成机内污染，而且还存在有调色剂会附着在诸如转印纸等的背景部分处的问题。
本发明对利用这种补充用调色剂实施补充的、处于显影剂中的初始调色剂并没有特殊的限制，然而采用粒径小于5.04微米(μm)的部分占0.5～1.5体积％左右的调色剂比较好。如果这部分占0.6～1.0体积％则更好些。
实施例(调色剂和双成份类显影剂的制作)结合树脂取为100份重量的、包含有脱膜剂(石蜡蜡和烃蜡)的苯乙烯-丙烯酸树脂，着色剂取为12份重量的碳黑，电荷控制剂取1份重量，磁性粉末取为1.5份重量的四氧化三铁，将它们分别投入亨舍尔混合机并实施混合之后，利用双轴挤压机实施熔融混炼，并利用鼓式风机实施冷却。随后利用锤式粉碎机实施粗粉碎，利用喷射式粉碎机实施细粉碎，利用风力分级机实施分级，从而制作出中心粒径为9.7微米(μm)的、粒径小于5.04微米(μm)的部分分别占0.6、0.8、1.0、2.0、2.2体积％的五种调色剂粒子。
相对于100份重量的各种调色剂粒子，添加入作为表面处理剂的、占0.5份重量的疏水性二氧化硅，以及占0.05重量％的氧化钛，利用亨舍尔混合机实施高速搅拌混合而制作出调色剂。
对于将这种调色剂作为初始调色剂使用的场合，可以按照相对于调色剂浓度为5重量％的比率，将表面由硅酮树脂覆盖着的、平均粒径为80微米(μm)的铁氧体载体与这些调色剂相配合，实施均匀混合后而制作出双成份类显影剂。
(耐用性实验)将透磁率检测传感器[日本TDK社制，型号为No.TS0524LB-C，调色剂传感器(磁性传感器)；标准额定输入电压直流输入电压24V±10％，使用温度0～60℃，使用湿度10～85％RH]，配置在日本京瓷美达(株)制造的电子照相式复印机(商品名称为“Creage7350”)的显影设备中，并且装载入按照前述方式制作出的双成份类显影剂，向其补充用存储部装载入按照前述方式制作出的调色剂，实施五万次耐用性实验之后，对显影设备内部的调色剂浓度实施测定。可以利用碳分析仪(日本ホリバ制作所制造，型号为“EMIA-110”)，对显影剂中的碳含量实施测定，由所获得的碳含量的差计算出调色剂浓度。其结果如表1所示。
表1
正如表1所示，作为实验1和实验2的补充用调色剂与初始调色剂，其粒径小于5.04微米(μm)的部分所占体积％的比率(Y/X)分别为1.7倍和3.3倍，实施五万次耐用性实验之后，调色剂浓度分别为4.6％和5.2％，大体保持为设定的调色剂浓度(5％)。与此相对应的是，作为实验3的相应比率(Y/X)为0.6，实施耐用性实验之后调色剂浓度为2.6％，即下降至设定调色剂浓度的大约一半左右，因此会出现图像浓度不足且会出现载体飞散等问题。作为实验4的相应比率(Y/X)为1.0、即所使用的补充用调色剂与初始调色剂大体相同，作为实验5的相应比率(Y/X)为1.3，实施耐用性实验之后调色剂浓度分别为3.4和3.8，即降低至设定调色剂浓度的允许范围之外，因此会出现图像浓度不足的问题。作为实验6的相应比率(Y/X)为3.7，实施耐用性实验之后调色剂浓度为6.0，高于设定的调色剂浓度，然而会出现载体飞散的问题。
权利要求
1.一种使用在可以通过透磁率检测方式对双成份类显影剂中的调色剂浓度实施检测的图像形成设备中的补充用调色剂，其特征在于粒径小于5.04微米的调色剂所占的体积％，处于装载入所述图像形成设备中的初始调色剂相应值的1.5～3.5倍的范围之内。
2.如权利要求1所述的补充用调色剂，其特征在于体积基准中心粒径处于8.0～12.0微米的范围之内。
3.如权利要求1所述的补充用调色剂，其特征在于与所述初始调色剂具有相同的中心粒径。
全文摘要
本发明提供了一种使用在可以通过透磁率检测方式对双成分类显影剂中的调色剂浓度实施检测的图像形成设备中的补充用调色剂,其粒径小于5.04微米(μm)的调色剂所占的体积%,处于装载入所述图像形成设备中的初始调色剂相应值的1.5～3.5倍的范围之内。如果采用这种补充用调色剂,即使随着图像形成而使双成份类显影剂中的调色剂带电量上升,也可以将透磁率的变化抑制为比较小,从而可以将显影剂中的调色剂浓度保持为适当状态。而且,如果使补充用调色剂的中心粒径处于8.0～12.0微米(μm)的范围之内,则可以对由调色剂带电量变化产生的透磁率变化实施进一步的抑制。
文档编号G03G15/08GK1379289SQ02101590
公开日2002年11月13日 申请日期2002年1月11日 优先权日2001年3月30日
发明者久保宪生, 小山明纪 申请人:京瓷美达株式会社