非磁性单组分调色剂及使用该调色剂的显影方法转让专利
申请号 : CN200310124869.9
文献号 : CN100582954C
文献日 : 2010-01-20
发明人 : 永井隆文 , 泽井正幸 , 石田稔尚 , 木田耕史 , 是松和哉 , 西川彻 , 小岛善己
申请人 : 夏普株式会社
摘要 :
本发明的非磁性单组分调色剂是由至少含有粘合剂树脂、着色剂和蜡的着色粒子和至少1种平均粒径为0.04μm或0.04μm以上的外部添加剂组成的调色剂，上述着色粒子的维氏硬度和外部添加剂的平均粒径之间的关系满足预定的等式。当在显影装置中受到应力作用时，本发明既能防止外部添加剂粒子嵌入该调色剂表面，又可有效防止其从调色剂表面脱落。结果是，即使调色剂长期使用，调色剂的充电性和调色剂的供应性能也不会下降，并提供稳定的图像质量。
权利要求 :
1.一种非磁性单组分调色剂，其是由至少含有粘合剂树脂、着色剂和 蜡的着色粒子和平均粒径为0.04μm或0.04μm以上的至少1种外部添加剂 组成的调色剂，其中所述着色粒子的维氏硬度和外部添加剂的平均粒径的 关系由下式表示：
21≤A2×B≤195 (式1)
A：着色粒子的维氏硬度
B：外部添加剂的平均粒径(μm)，
其中所述的非磁性单组分调色剂还包括一种体积平均粒径为0.03μm或 0.03μm以下的微粒作为第二种外部添加剂。
2.一种非磁性单组分显影方法，它使用表面负载了构成单组分显影剂 的调色剂薄层的显影剂载体和，与该显影剂载体邻接配置的在其表面上负 载的使上述薄层厚度均匀的层厚控制部件，使所述显影剂载体与负载静电 潜像的静电潜像载体接触以显影静电潜像，其中单组分调色剂使用非磁性 单组分调色剂，该调色剂由至少含有粘合剂树脂、着色剂和蜡的着色粒子 和平均粒径为0.04μm或0.04μm以上的至少一种外部添加剂构成，上述着 色粒子的维氏硬度和外部添加剂的平均粒径之间的关系由下式表示：
21≤A2×B≤195 (式1)
A：着色粒子的维氏硬度
B：外部添加剂的平均粒径(μm)，
其中，所述非磁性单组分调色剂还包含体积平均粒径为0.03μm或 0.03μm以下的微粒作为第二种外部添加剂。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种在静电复印机、激光束打印机等电子照相法的图像形 成装置中使用的单组分显影方法，更具体地说，本发明涉及一种在非磁性 单组分显影系统中使用的单组分显影剂(mono-component developer)及单组 分显影方法(mono-component developing method)，在该系统中通过使静电潜 像载体(static latent image support)与显影剂载体(developer support)接触来形 成调色剂图像(toner image)。
背景技术
使用电子照相方式的成像工艺通过充电(charging)、曝光(exposure)、显 影(development)、转印(transfer)和定影(fixing)步骤而实现成像。在充电步骤 中，在含有光电导材料的感光体(photoconductor)的表面进行均匀充电。在曝 光步骤中，通过使感光体曝光而在感光体表面形成静电潜像。在显影步骤 中，利用显影剂使感光体表面的静态潜像显影，从而形成调色剂图像。在 转印步骤中，感光体表面的调色剂图像被转印到薄片上。在定影步骤中， 通过加热、压印(pressing)和/或其它方法使调色剂图像定影在薄片上。
在上述不同的步骤中，作为显影步骤中使用的显影系统，采用由调色 剂和载体构成的双组分显影剂的双组分显影系统和采用不含载体仅含调色 剂的单组分显影剂的单组分显影系统都是众所周知的。其中，出于维护、 紧凑、轻质、低成本等方面的考虑，单组分显影系统被广泛使用。
单组分显影系统被分为使用磁性调色剂(magnetic toner)的单组分显影 系统和使用非磁性调色剂(non-magnetic toner)的非磁性单组分显影系统。由 于前者使用加有黑色粉末磁性材料的调色剂，因此，非磁性单组分显影系 统在彩色成像方面具有优越性。
另一方面，在后一种非磁性单组分显影系统中，调色剂在应力作用下 容易老化，这样图像质量会由于长期使用而降低。另一个问题是老化的调 色剂会在显影辊(显影剂载体)和感光体(静电潜像载体)上形成薄膜。这里， “形成薄膜”是指调色剂或部分调色剂组分会熔接(fusion)在显影辊或感光体 的表面上。
即，在非磁性单组分系统中，用于控制负载在显影辊表面和由其传送 的调色剂量的刮刀(膜厚控制部件)，面对并邻接显影辊，沿显影辊的纵轴方 向配置。显影辊表面上负载的调色剂通过显影辊和控制刮刀之间的间隙， 形成均匀的调色剂薄层(下面称为调色剂层)，同时，调色剂因摩擦而被充电。 因此，刮刀以能引起摩擦充电的压力靠在显影辊上，从而使调色剂充电。
当调色剂通过显影辊和控制刮刀之间的间隙时，强应力作用在调色剂 上，使调色剂老化。在受到应力的调色剂中，外部添加剂(external additives)(为了提高调色剂的流动性而加入到基础组分中的试剂)会渗入到 构成调色剂的基础调色剂(着色粒子)中；或者反之，外部添加剂从基础调色 剂(着色粒子)脱离。结果是，调色剂的流动性降低或者调色剂的凝聚力增大， 造成调色剂热粘在显影辊或感光体上，形成薄膜。调色剂也可能熔粘在刮 刀上。
作为解决这一问题的现有技术，日本专利No.2754539、日本专利 No.2759532和日本专利No.3127323已经提出向基础调色剂中添加颗粒尺寸 相对较大的外部添加剂的方法。按照这些专利文献可以防止充电性、流动 性或调色剂固着等问题的发生。
事实上，上述各公报公开的方法，通过使用颗粒尺寸相对较大的外部 添加剂都可有效防止流动性降低和薄膜形成，但从基础调色剂中分离出来 的外部添加剂颗粒积聚在显影辊表面或供应辊表面等上，因此，在长期使 用过程中图像质量将逐渐下降。
另外，近年来，人们对节能、彩色成像和彩色成像机中的无油定影装 置(oil-less fixing configuration)的需求与日俱增。为了满足这种需求，使用具 有较低软化温度的粘合树脂和低熔点的蜡作为调色剂材料。采用由低熔点 树脂以及蜡构成的低熔点调色剂颗粒，在低温定影方面表现出良好的性能， 但是，调色剂颗粒表面的硬度在常温(室温下)下也变得软化。
当将这类低熔点调色剂作为非磁性单组分显影剂时，外部添加剂易于 嵌入到调色剂颗粒表面，这样就必须使用大量颗粒尺寸相对较大的外部添 加剂以防止流动性降低。结果是，低熔点调色剂的预期性能，即低温定影 性能也降低。因此，难于提供一种既能表现出低温定影性能、又能防止由 于外部添加剂颗粒的嵌入而降低流动性，还能防止由于分离的外部添加剂 颗粒的积聚而使调色剂充电和供应的不稳定。
在上述不同的步骤中，作为显影步骤中使用的显影系统，采用由调色 剂和载体构成的双组分显影剂的双组分显影系统和采用不含载体仅含调色 剂的单组分显影剂的单组分显影系统都是众所周知的。其中，出于维护、 紧凑、轻质、低成本等方面的考虑，单组分显影系统被广泛使用。
单组分显影系统被分为使用磁性调色剂(magnetic toner)的单组分显影 系统和使用非磁性调色剂(non-magnetic toner)的非磁性单组分显影系统。由 于前者使用加有黑色粉末磁性材料的调色剂，因此，非磁性单组分显影系 统在彩色成像方面具有优越性。
另一方面，在后一种非磁性单组分显影系统中，调色剂在应力作用下 容易老化，这样图像质量会由于长期使用而降低。另一个问题是老化的调 色剂会在显影辊(显影剂载体)和感光体(静电潜像载体)上形成薄膜。这里， “形成薄膜”是指调色剂或部分调色剂组分会熔接(fusion)在显影辊或感光体 的表面上。
即，在非磁性单组分系统中，用于控制负载在显影辊表面和由其传送 的调色剂量的刮刀(膜厚控制部件)，面对并邻接显影辊，沿显影辊的纵轴方 向配置。显影辊表面上负载的调色剂通过显影辊和控制刮刀之间的间隙， 形成均匀的调色剂薄层(下面称为调色剂层)，同时，调色剂因摩擦而被充电。 因此，刮刀以能引起摩擦充电的压力靠在显影辊上，从而使调色剂充电。
当调色剂通过显影辊和控制刮刀之间的间隙时，强应力作用在调色剂 上，使调色剂老化。在受到应力的调色剂中，外部添加剂(external additives)(为了提高调色剂的流动性而加入到基础组分中的试剂)会渗入到 构成调色剂的基础调色剂(着色粒子)中；或者反之，外部添加剂从基础调色 剂(着色粒子)脱离。结果是，调色剂的流动性降低或者调色剂的凝聚力增大， 造成调色剂热粘在显影辊或感光体上，形成薄膜。调色剂也可能熔粘在刮 刀上。
作为解决这一问题的现有技术，日本专利No.2754539、日本专利 No.2759532和日本专利No.3127323已经提出向基础调色剂中添加颗粒尺寸 相对较大的外部添加剂的方法。按照这些专利文献可以防止充电性、流动 性或调色剂固着等问题的发生。
事实上，上述各公报公开的方法，通过使用颗粒尺寸相对较大的外部 添加剂都可有效防止流动性降低和薄膜形成，但从基础调色剂中分离出来 的外部添加剂颗粒积聚在显影辊表面或供应辊表面等上，因此，在长期使 用过程中图像质量将逐渐下降。
另外，近年来，人们对节能、彩色成像和彩色成像机中的无油定影装 置(oil-less fixing configuration)的需求与日俱增。为了满足这种需求，使用具 有较低软化温度的粘合树脂和低熔点的蜡作为调色剂材料。采用由低熔点 树脂以及蜡构成的低熔点调色剂颗粒，在低温定影方面表现出良好的性能， 但是，调色剂颗粒表面的硬度在常温(室温下)下也变得软化。
当将这类低熔点调色剂作为非磁性单组分显影剂时，外部添加剂易于 嵌入到调色剂颗粒表面，这样就必须使用大量颗粒尺寸相对较大的外部添 加剂以防止流动性降低。结果是，低熔点调色剂的预期性能，即低温定影 性能也降低。因此，难于提供一种既能表现出低温定影性能、又能防止由 于外部添加剂颗粒的嵌入而降低流动性，还能防止由于分离的外部添加剂 颗粒的积聚而使调色剂充电和供应的不稳定。
发明内容
本发明针对上述常规问题，目的是提供一种即使长期使用，调色剂的 充电性和调色剂的供给性不下降的图像质量稳定的非磁性单组分显影剂和 非磁性单组分显影方法。另一个目的是提供一种非磁性单组分显影剂和非 磁性单组分显影方法，它适用于包括彩色成像装置、节能定影装置或无油 定影装置等的成像装置。
本发明的发明人发现使用一种非磁性单组分调色剂可以解决上述课 题，从而完成本发明，该调色剂是由至少含有粘合树脂、着色剂和蜡的着 色粒子和平均粒径为0.04μm或0.04μm以上的至少1种外部添加剂构成的 调色剂，其中含有的外部添加剂的平均粒径和着色粒子的维氏硬度(Vickers hardness)之间的关系由下式表示：
21≤A2×B≤195 (式1)
A：着色粒子的维氏硬度
B：外部添加剂的平均粒径(μm)。
另外，当本发明的非磁性单组分调色剂在非磁性单组分显影方法中使 用时，其是更为有效的，所述非磁性单组分显影方法使用表面负载了调色 剂薄层的显影剂载体和与该显影剂载体邻接配置的在其表面上负载的使上 述薄层厚度均匀的层厚控制部件(layer thickness control member)，使所述显 影剂载体与负载静电潜像的静电潜像载体接触以显影静电潜像(electrostatic latent image)。
本发明的发明人发现使用一种非磁性单组分调色剂可以解决上述课 题，从而完成本发明，该调色剂是由至少含有粘合树脂、着色剂和蜡的着 色粒子和平均粒径为0.04μm或0.04μm以上的至少1种外部添加剂构成的 调色剂，其中含有的外部添加剂的平均粒径和着色粒子的维氏硬度(Vickers hardness)之间的关系由下式表示：
21≤A2×B≤195 (式1)
A：着色粒子的维氏硬度
B：外部添加剂的平均粒径(μm)。
另外，当本发明的非磁性单组分调色剂在非磁性单组分显影方法中使 用时，其是更为有效的，所述非磁性单组分显影方法使用表面负载了调色 剂薄层的显影剂载体和与该显影剂载体邻接配置的在其表面上负载的使上 述薄层厚度均匀的层厚控制部件(layer thickness control member)，使所述显 影剂载体与负载静电潜像的静电潜像载体接触以显影静电潜像(electrostatic latent image)。
附图说明
图1是本发明实施方案的成像工艺设备内显影部分的主体部分剖面图。
优选实施方式
本发明的非磁性单组分调色剂由至少含有粘合剂树脂、着色剂、蜡的 着色粒子和平均粒径为0.04μm或0.04μm以上的至少1种外部添加剂组成。 上述着色粒子的维氏硬度和外部添加剂的平均粒径之间的关系由下式1表 示：
21≤A2×B≤195 (式1)
A：着色粒子的维氏硬度
B：外部添加剂的平均粒径(μm)
这里，由着色粒子的维氏硬度和外部添加剂的平均粒径计算所得的 A2×B的值被限定在21～195之间的原因如下。即，如果该值小于21，与基 础调色剂(base toner)(着色粒子)表面的硬度相比，外部添加剂的粒径较小， 因此当调色剂颗粒在显影设备内受到应力时，外部添加剂颗粒易于沉没 (sink)，调色剂的充电性和流动性都会改变。当A2×B的值超过195时，与 基础调色剂(着色粒子)表面的硬度相比，外部添加剂的粒径较大，因此，外 部添加剂难以保持在调色剂表面上。添加剂颗粒易于从调色剂表面脱离而 积聚在显影装置中。将外部添加剂的平均粒径限制到大于或等于0.04μm的 原因在于：如果粒径小于0.04μm，在非磁性单组分显影系统中就不能有效 地抑制流动性降低和薄膜形成。
认为采用上述构成，即使调色剂颗粒在单组分显影装置中受到应力， 也可以防止外部添加剂颗粒渗入调色剂表面和从调色剂表面脱离。尽管抑 制外部添加剂颗粒脱离的机理还不清楚，但可以理解为通过合适的调色剂 表面硬度与合适的助剂粒径的组合，在调色剂颗粒受到应力时，进行外部 添加剂极轻度嵌入着色粒子表面，仍能产生较强的粘合力。结果是，有可 能获得这样一种非磁性单组分调色剂，这种调色剂抑制了调色剂充电性能 和调色剂供应性的降低，并且在长期使用过程中可以保持稳定的图像质量。
即使用软化温度低的树脂或低熔点蜡作为调色剂材料，通过使用粒径 与上述构造相适应的外部添加剂也能获得不降低低温定影性能的稳定的调 色剂充电性能和供应性能。
在本发明的单组分显影剂中，为了增强显影剂因重力而引起的流动性， 最好向调色剂中加入0.03μm或0.03μm以下的微粒作为第二种外部添加剂。
在受到应力作用时，单组分显影剂应该保持其流动性，而且在无应力 作用的情况下，也需要有流动性。也就是说，为了确保调色剂从调色剂盒 (toner cartridge)或调色剂料斗(toner hopper)到显影辊的平稳供应，调色剂的 固有流动性(自重流动性)必须要高。如果调色剂的自重流动性低，那么调色 剂就会由于桥联现象或其它原因而堵塞在调色剂盒或调色剂料斗内，且无 法供应到显影辊和供应辊上。为了增强自重流动性，一种方法是添加大量 的大直径外部添加剂颗粒。然而，由于随外部添加剂添加量的增加，定影 性能有降低的倾向，因此，最好向调色剂内加入0.03μm或0.03μm以下的 微粒作为第二种外部添加剂。
着色粒子的维氏硬度是把着色粒子在180℃的烘箱内熔融后，将其放置 在室温下得到固化的试样，根据JIS B7725和JIS Z2244进行测定、求出。
调色剂的维氏硬度受各种因素的影响，例如调色剂中的粘合剂树脂或 蜡，尤其受粘合剂树脂的分子量分布和蜡的熔点的影响大。即，如果需要 调色剂维氏硬度低时，例如，在粘合剂树脂的分子量分布中，可以增加低 分子量共聚物的含量，或者使用低熔点蜡(提供增塑剂的功能)。相反，如果 需要调色剂维氏硬度高时，可以增加增塑剂树脂的分子量分布中的高分子 量的共聚物含量，或可以增加凝胶含量(在THF中不溶的交联高分子的含量 比)。
维氏硬氏的测定，可以采用例如维氏硬度计或动态超微硬度计的测定 法。
本发明使用的外部添加剂没有特别的限定，只要它能满足式1的上述 关系即可。例如可使用二氧化硅细粉(如湿法二氧化硅、干法二氧化硅)、氧 化钛、氧化铝、以及用硅烷偶合剂，钛偶合剂或硅油对这些细粉进行过表 面处理而得到的无机微粒、脂肪酸金属盐、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸 铅、氧化锌粉末、含氟树脂细粉(例如偏二氟乙烯微粒、聚四氟乙烯微粒) 等。
出于增强自重流动性的目的而并用的第二种外部添加剂是粒径为 0.03μm或0.03μm以下的粉末，例如二氧化硅细粉(如干法二氧化硅)、氧化 钛、氧化铝、以及用硅烷偶合剂、钛偶合剂或硅油对其进行表面处理而得 到的无机微粒。
对100份(重量)基础调色剂最好加入0.3-3份(重量)的外部添加剂。如 果加入量小于0.3份(重量)，当调色剂受到应力时，就难于确保必要的流动 性。加入量超过3份(重量)又会引起定影性能降低。
还可以向调色剂中加入细磨料。作为具体的例子，可以举出诸如钛酸 锶、氧化铈、碳化硅、磁铁矿之类的细磨料(fine abrasive powders)。这些细 粒也可以用诸如硅烷偶合剂、钛偶合剂等偶合剂、硅油或其它有机化合物 进行处理后再使用。这些细磨料的粒径可以使用的范围是0.04～5μm。对 100份(重量)调色剂粒子最好加入2份(重量)或2份(重量)以下的细磨料，因 为当研磨剂微粒添加量过多时会造成静电潜像载体和显影剂载体表面磨损 过快。
本发明的调色剂中所用的粘合剂树脂，例如，可以举出聚苯乙烯、聚 对氯苯乙烯、聚-α-甲基苯乙烯、苯乙烯-氯苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯共聚 物、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-氯乙烯共聚物、苯乙烯-醋酸乙烯酯共 聚物、苯乙烯-马来酸共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物(苯乙烯-丙烯酸甲酯 共聚物、苯乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、苯乙烯丙 烯酸辛酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸苯酯共聚物等)、苯乙烯-甲基丙烯酸共聚 物(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸乙酯共聚物、苯乙 烯-甲基丙烯酸丁酯共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸辛酯共聚物、苯乙烯-甲基 丙烯酸苯酯共聚物等)、苯乙烯-α-氯代丙烯酸甲酯共聚物、苯乙烯-丙烯腈- 丙烯酸酯共聚物之类的苯乙烯类树脂(包括苯乙烯或苯乙烯取代品的均聚物 或共聚物)、聚氯乙烯、低分子量聚乙烯、低分子量聚丙烯、乙烯-丙烯酸乙 酯共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、松香改性马来酸树 脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、离子键聚合物(ionomer)树脂、聚氨 酯树脂、硅树脂、酮树脂、二甲苯树脂和聚酰胺树脂等。这些物质可以单 独使用或两种以上混合使用。对彩色调色剂，出于对热特性控制的考虑， 最好采用聚酯树脂。
本发明的调色剂中所用的蜡的例子，可以举出脂肪族烃蜡(例如低分子 量聚乙烯、低分子量聚丙烯、微晶蜡、石蜡等)；脂肪族烃蜡的氧化物(例如 聚乙烯蜡、或其嵌段共聚物)；主要由脂肪酸酯构成的蜡(例如棕榈蜡 (carnauba wax)、sasol蜡、褐煤酸酯蜡等)；以及脂肪酸酯部分或全部脱氧后 的产物(例如脱氧棕榈蜡)。
为了提高低温定型性能，最好采用熔点在60～90℃的微晶蜡、棕榈蜡、 米蜡(rice wax)和褐煤蜡(montan wax)。蜡的加入量为：对100份(重量)粘合 剂树脂加入0.1～20份(重量)蜡，最好加入0.5～10份(重量)。
作为本发明的调色剂中所用的着色剂，与黄色(Y)、品红色(magenta)(M) 和青色(cyan)(C)以及黑色对应的各种着色剂都可以使用。
作为黄色(Y)调色剂用的着色剂，例如可以举出偶氮颜料(如以比色指数 (CI)分类的CI颜料黄1、CI颜料黄5、CI颜料黄12、CI颜料黄15和CI颜 料黄17等)、无机类颜料(如氧化铁黄和黄土等)。作为染料，例如可以举出 硝基染料(如CI酸黄1)和油溶性染料(如CI溶剂黄2、CI溶剂黄6、CI溶剂 黄14、CI溶剂黄15、CI溶剂黄19和CI溶剂黄21)。其中，从黄色着色剂 的色调和色彩考虑，特别是CI颜料黄17等联苯胺类颜料作为颜料黄着色 剂是理想的。
作为品红色(M)调色剂用的着色剂，例如可以举出CI颜料红49、CI颜 料红57、CI颜料红81、CI颜料红122、CI溶剂红19、CI溶剂红49、CI 溶剂红52、CI碱性红10、CI分散红15等。其中，从红色着色剂的色调和 色彩考虑，使用喹吖酮颜料(例如CI颜料红122等)作为品红色着色剂是理 想的。
作为青色(C)调色剂用的着色剂，例如可以举出CI颜料蓝15、CI颜料 蓝16、CI溶剂蓝55、CI溶剂蓝70、CI直接靛蓝25、CI直接靛蓝86。其 中，从蓝色着色剂的色调和色彩考虑，使用铜酞菁颜料(例如CI颜料蓝15) 作为青色着色剂是理想的。
作为黑色调色剂用的着色剂，最好使用炭黑。
着色剂的加入量为100份(重量)的粘合剂树脂中加入1～30份(重量)的 着色剂，最好加入2～10份(重量)。当着色剂的加入量少于1份(重量)时， 就不能得到理想的图像密度。反之，当着色剂的加入量超过30份(重量)时， 在某些情况下，定影性能会下降。
出于控制摩擦起电性能的目的，本发明的调色剂中可以添加某些电荷 控制剂。电荷控制剂，根据调色剂的充电特性，分为用于正电荷控制的控 制剂和用于负电荷控制的控制剂。作为用于正电荷控制的电荷控制剂，可 以举出含有碱性氮原子的有机化合物(例如碱性染料)、季铵盐、氨基比林 (aminopyrine)、嘧啶化合物、多核聚氨基化合物、氨基硅烷类、油溶苯胺黑 (nigrosine)等。作为用于负电荷控制的电荷控制剂，可以举出油溶性染料(例 如油黑和spiron黑)、金属合金类偶氮染料、环烷酸金属盐、烷基水杨酸的 金属盐、脂肪酸皂、树脂酸皂等。
电荷控制剂的加入量为100份(重量)的粘合剂树脂加入0.1～10份(重 量)的电荷控制剂，最好加入0.5～5份(重量)。作为彩色用调色剂中添加的 调色电荷控制剂，重要的一点得是无色的，因此，最好选用季铵盐和烷基 水杨酸的金属盐。
尽管调色剂粒子的粒径在本发明中未作特别限定，但使用体积平均粒 径为3～15μm的粒子。为了得到高质量的图像，最好使用体积平均粒径为 10μm或10μm以下的小粒径调色剂。在上述范围内，5～9μm的小粒径调色 剂对于提高图像质量尤其有效。然而，除了上述的小粒径调色剂之外，本 发明的构造还可以应用于常规的电子照相用调色剂。在这种情况下，调色 剂粒子的粒径可以超出上述范围。
作为构成本发明基础调色剂的调色剂粒子的生产方法，可用干式搅拌 器(dry blender)、超级混合器(super mixer)、球磨机(ball mill)等将上述的粘合 剂树脂、着色剂、蜡和其它添加剂加以均匀预混合；用班伯里混炼机、辊、 单轴或双轴挤出混炼机等混炼机把上述得到的混合物加以均匀熔融混炼 后，对混炼后的材料进行粉碎(grinding)、分级进行制造的混炼粉碎法以及 悬浮聚合法和乳化聚合法。用亨舍尔混合机(Henschel mixer)等混合机将如此 得到的着色粒子和上述外部添加剂进行混合，这样就可以得到着色粒子表 面含有外部添加剂的调色剂。
下面按照图1，对用本发明的单组分显影剂的调色剂实现显影的显影方 法加以说明。在图1中，5表示表面上形成静电图像的(未图示)鼓上感光体(静 电潜像载体)，6表示对感光体5表面进行均匀充电的充电器(charge)。显影 装置10对在感光体5上的静态潜像提供调色剂，从而形成调色剂图像。
显影装置10有一个构成显影装置本体壁的外壳10a。在外壳10a内部 充满了本发明的单组分显影剂的调色剂(未图示)。外壳10a内部具有搅拌桨 4和供应辊3。另外，在外壳10a上设置的开口部近旁，设置显影辊(显影剂 载体)1和控制刮刀(层厚度控制部件)2。
搅拌桨4把设置在外壳10a上部的由未示出的料斗供应的调色剂(新鲜 调色剂)和已经位于外壳10a内的调色剂(用过的调色剂)加以搅拌和混合。供 应辊3将调色剂传送到显影辊1，并将调色剂加载到显影辊1的表面上。
显影辊1是显影剂载体，它使调色剂在其表面上以薄层状态负载，并 将其传送到与感光体5相对的位置。在所示的显影装置10中，显影辊是接 触型的，它使在显影辊1表面上形成的调色剂薄层(下面称为调色剂层)与感 光体5接触。在显影辊1表面上形成的调色剂层的厚度由连接在外壳10a 内的开口部上部的上述刮刀2控制。
在这里，显影辊1最好由弹性体组成。由于弹性体能减轻刮刀2对显 影辊1的压力以及显影辊1与感光体5的接触压力，因此，可以防止调色 剂的聚集。
作为显影辊1的材质，具体的，例如可以举出聚氨酯橡胶、硅橡胶、 NBR(丙烯腈丁二烯橡胶)、EPDM(乙烯丙烯共聚物)、天然橡胶等，但未作 特别限制。
此时，刮刀2对显影辊1的线压最好调为14.7N/m～39.2N/m。如果线 压超过39.2N/m，采用刮刀2对调色剂进行控制时，作用在调色剂上的应力 就会增加，这样调色剂容易聚集和融合在控制刮刀2上。反之，如果线压 低于14.7N/m，控制刮刀2就不能良好地控制在显影辊1上形成的调色剂的 厚度，这样就易于出现浓度不均匀和其它图像缺陷。
作为刮刀2所用的材料，可以是SUS、铝、磷青铜等，但没有特别限 制。
下面将给出与比较例相比、证实本发明特点的各种例子，它清楚地说 明了本发明的效果。
维氏硬度的测量：
制备测量维氏硬度的样品：预先在180℃时，使熔化的样品材料在直径 为20mmφ的圆筒形金属模具内成型为5mm厚的圆柱状。用动态岛津超微硬 度测试仪(DUH-W201，SHIMDZU公司)测定维氏硬度，试验条件为：加载 的维氏硬度压头为5g，保持15s，然后根据在样品上形成的压痕求出维氏硬 度。
着色粒子1～5的制造方法：
用亨舍尔混合机将100份(重量)聚酯树脂(Mn：3600，Mw：40000， Mw/Mn：11.1，凝胶含量：2％，Tg：65℃，软化温度：95℃)、5份(重量) 炭黑(原始粒径：18nm)、2份(重量)石蜡(熔点：75℃)和1份(重量)电荷控制 剂(铬偶氮络合物)加以混合均匀后，加热至熔化，用双轴挤压机进行加热熔 融混炼，然后冷却。用切磨机对这样得到的混炼材料进行粗粉碎后，用喷 射磨进行细粉碎，最后用分级机进行分级，得到着色粒子1。
得到的着色粒子1的维氏硬度为11。基础调色剂1的粒度分布是，体 积平均粒径为8.5μm，5μm以下的粒子的含量为2.0体积％，16μm以上的 调色剂粒子含量为0.8体积％。
采用软化温度不同的聚酯树脂代替上述着色粒子1所用的聚酯树脂， 采用与上述着色粒子1相同的制造方法制造着色粒子2～5。所得着色剂粒 子的维氏硬度和粒度分布见表1。
表1
维氏 硬度 体积平均 粒径(μm) 5μm以下的颗粒 含量(Vol％) 16μm以上的颗粒 含量(Vol％) 着色剂粒子1 11 8.5 2.0 0.8 着色剂粒子2 14 8.5 1.9 0.7 着色剂粒子3 16 8.5 2.1 0.9 着色剂粒子4 19 8.5 2.0 0.8 着色剂粒子5 25 8.5 1.8 0.6
向着色剂粒子中添加外部添加剂的方法：
用亨舍尔混合机将100份(重量)着色粒子1、作为第一外部添加剂且平 均粒径为0.31μm的0.5份(重量)二氧化硅(NIPPON SHOKUBAI有限公司生 产的非晶型二氧化硅KE-P30)以及作为第二种外部添加剂且平均粒径为 0.02μm并用六甲基二硅酸盐进行过表面处理的2.0份(重量)疏水性二氧化硅 (Clariant国际有限公司生产的H13TM)搅拌混合以制备实施例1的调色剂样 品1。
同样地，用如下面的表2所示的粒径不同的5种外部添加剂和作为第 二种外部添加剂的平均粒径为0.02μm且用六甲基二硅氮烷 (hexamethyldisilazane)表面处理过的疏水二氧化硅(Clariant国际有限公司生 产的H13TM)来制备下面的表3所示的实施例1～15和比较例1～10的调色 剂。
表2
商品名 平均粒径(μm) 外部添加剂1 Aerosil RX-50 0.04 外部添加剂2 Seahostar KE-P10 0.11 外部添加剂3 Seahostar KE-P30 0.31 外部添加剂4 Seahostar KE-P50 0.54 外部添加剂5 Seahostar KE-P100 1.10
表3
着色粒子 类型 外部添加剂 类型 外部添加剂 添加量(重量份) H13TM添加量 (重量份) 实施例1 着色粒子1 外部添加剂3 0.5 2.0 实施例2 着色粒子1 外部添加剂4 0.5 2.0 实施例3 着色粒子1 外部添加剂5 0.5 2.0 实施例4 着色粒子2 外部添加剂2 0.5 2.0 实施例5 着色粒子2 外部添加剂3 0.5 2.0 实施例6 着色粒子2 外部添加剂4 0.5 2.0 实施例7 着色粒子3 外部添加剂2 0.5 2.0 实施例8 着色粒子3 外部添加剂3 0.5 2.0 实施例9 着色粒子3 外部添加剂4 0.5 2.0 实施例10 着色粒子4 外部添加剂2 0.5 2.0 实施例11 着色粒子4 外部添加剂3 0.5 2.0 实施例12 着色粒子4 外部添加剂4 0.5 2.0 实施例13 着色粒子5 外部添加剂1 0.5 2.0 实施例14 着色粒子5 外部添加剂2 0.5 2.0 实施例15 着色粒子5 外部添加剂3 0.5 2.0 比较例1 着色粒子1 外部添加剂1 0.5 2.0 比较例2 着色粒子1 外部添加剂2 0.5 2.0 比较例3 着色粒子2 外部添加剂1 0.5 2.0 比较例4 着色粒子3 外部添加剂1 0.5 2.0 比较例5 着色粒子4 外部添加剂1 0.5 2.0 比较例6 着色粒子2 外部添加剂5 0.5 2.0 比较例7 着色粒子3 外部添加剂5 0.5 2.0 比较例8 着色粒子4 外部添加剂5 0.5 2.0 比较例9 着色粒子5 外部添加剂4 0.5 2.0 比较例10 着色粒子5 外部添加剂5 0.5 2.0
下面说明连续印刷运行试验条件和评价方法。
用该社(夏普株式会社制造)的AR-C150复印机(将其显影装置改为非磁 性单组分显影辊)进行连续印刷运行试验。在常温和正常湿度条件下 (20℃/60％)，用表3所示的不同组合的调色剂对20K(20×1000)张纸进行单色 印刷运行试验(以下称为试验)。对初始阶段和印刷20K张之后的图像质量 (背景雾、图像密度、中间色调(halftone)不均匀性)进行评价。
背景雾密度的测定方法及其评价标准：
用浓度测定计(X-rite股份有限公司生产的X-rite938(商品名))测定和评 价背景雾浓度。背景雾的测定按如下步骤进行。为进行背景雾的测定，用 上述浓度测定计测定白纸(下面把达到该基准的白纸称作BG纸)的预定区域 的浓度。一块5×5cm的实心正方形图案印刷在BG纸的上述预定区域的上 部区域，然后再次用上述浓度测定计测定曾经测定过的预定区域(实心图案 下面的区域)的浓度。这样得到的浓度和BG纸的原始浓度之间的差值定义 为背景雾密度。
作为背景雾浓度的评价，背景雾浓度小于0.015的被评为优。
图像密度的测定方法及其评价方法：
为测定图像密度，用上述浓度测定计测定实心区域(图案密度100％)。 图像密度，介于1.40～1.60之间的被评为优。
中间色调不均匀性的测定方法及其评价方法：
用肉眼观察来评价图像密度介于0.5～0.8之间的灰色图像复印件的均 匀性。作为中间色调不均匀性的标准，中间色调图像中无浓度不均匀性的 图像被评为优。
实施例1～实施例15
显影辊与感光体的圆周速度之比被定为0.90，对表3所示的实施例1～ 实施例15制成的调色剂进行20K张纸的运行试验。试验结果如下面的表4 所示。结果表明初始阶段和印刷20K张之后的图像质量都是优。
表4
维氏 硬度A 平均粒 径B(μm) (A2×B) 值 图像质量 (初始) 图像质量 (20K张后) 实施例1 11 0.31 37.5 优 优 实施例2 11 0.54 65.3 优 优 实施例3 11 1.10 133.1 优 优 实施例4 14 0.11 21.6 优 优 实施例5 14 0.31 60.8 优 优 实施例6 14 0.54 105.8 优 优 实施例7 16 0.11 28.2 优 优 实施例8 16 0.31 79.4 优 优 实施例9 16 0.54 138.2 优 优 实施例10 19 0.11 39.7 优 优 实施例11 19 0.31 111.9 优 优 实施例12 19 0.54 194.9 优 优 实施例13 25 0.04 25.0 优 优 实施例14 25 0.01 68.8 优 优 实施例15 25 0.31 193.8 优 优
比较例1～比较例5
采用与上述实施例同样的方法，把示于表3的比较例1～比较例5制成 的调色剂进行20K张纸的印刷试验。试验结果示于下表5。20K后的图像产 生背景雾(background fog)。
表5
维氏 硬度A 平均粒 径B(μm) (A2×B) 值 图像质量 (初始) 图像质量 (20K张后) 比较例1 11 0.04 4.8 优 出现雾 比较例2 11 0.11 13.3 优 出现雾 比较例3 14 0.04 7.8 优 出现雾 比较例4 16 0.04 10.2 优 出现雾 比较例5 19 0.04 14.4 优 出现雾
比较例6～比较例10
与上述实施例同样的方法，用表3所示的比较例6～比较例10制成的 调色剂进行20K张纸的运行试验。试验结果如下面的表6所示。结果表明 印刷20K张纸之后图像上会出现一些中间色调不均匀性。
表6
维氏 硬度A 平均粒 径B(μm) (A2×B) 值 图像质量 (初始) 图像质量 (20K张后) 比较例6 14 1.10 215.6 优 出现中间色调不均匀 比较例7 16 1.10 281.6 优 出现中间色调不均匀 比较例8 19 1.10 397.1 优 出现中间色调不均匀 比较例9 25 0.54 337.5 优 出现中间色调不均匀 比较例10 25 1.10 687.5 优 出现中间色调不均匀
本发明的非磁性单组分调色剂既能有效防止外部添加剂颗粒沉积在调 色剂表面，又能有效防止当调色剂颗粒在单组分显影设备中受到应力作用 时，其从调色剂表面脱落。这样就可以得到稳定的图像质量，而且即使长 期使用，调色剂的充电性能和调色剂的供应性能也不会下降。
另外，调色剂在单组分显影设备中受到应力的同时，可以保持该调色 剂的必要流动性，而且在无应力的条件下，也可以改进其流动性。这样， 本发明就有这样的效果：可以将调色剂从调色剂盒或调色剂料斗平稳供应 到显影辊而不发生滞流。
最后，根据本发明的非磁性单组分显影方法，可以将易于维护和显影 的特性发展为紧凑、质轻、成本低的构造，而且在长期使用过程中能提供 稳定的图像质量。
优选实施方式
本发明的非磁性单组分调色剂由至少含有粘合剂树脂、着色剂、蜡的 着色粒子和平均粒径为0.04μm或0.04μm以上的至少1种外部添加剂组成。 上述着色粒子的维氏硬度和外部添加剂的平均粒径之间的关系由下式1表 示：
21≤A2×B≤195 (式1)
A：着色粒子的维氏硬度
B：外部添加剂的平均粒径(μm)
这里，由着色粒子的维氏硬度和外部添加剂的平均粒径计算所得的 A2×B的值被限定在21～195之间的原因如下。即，如果该值小于21，与基 础调色剂(base toner)(着色粒子)表面的硬度相比，外部添加剂的粒径较小， 因此当调色剂颗粒在显影设备内受到应力时，外部添加剂颗粒易于沉没 (sink)，调色剂的充电性和流动性都会改变。当A2×B的值超过195时，与 基础调色剂(着色粒子)表面的硬度相比，外部添加剂的粒径较大，因此，外 部添加剂难以保持在调色剂表面上。添加剂颗粒易于从调色剂表面脱离而 积聚在显影装置中。将外部添加剂的平均粒径限制到大于或等于0.04μm的 原因在于：如果粒径小于0.04μm，在非磁性单组分显影系统中就不能有效 地抑制流动性降低和薄膜形成。
认为采用上述构成，即使调色剂颗粒在单组分显影装置中受到应力， 也可以防止外部添加剂颗粒渗入调色剂表面和从调色剂表面脱离。尽管抑 制外部添加剂颗粒脱离的机理还不清楚，但可以理解为通过合适的调色剂 表面硬度与合适的助剂粒径的组合，在调色剂颗粒受到应力时，进行外部 添加剂极轻度嵌入着色粒子表面，仍能产生较强的粘合力。结果是，有可 能获得这样一种非磁性单组分调色剂，这种调色剂抑制了调色剂充电性能 和调色剂供应性的降低，并且在长期使用过程中可以保持稳定的图像质量。
即使用软化温度低的树脂或低熔点蜡作为调色剂材料，通过使用粒径 与上述构造相适应的外部添加剂也能获得不降低低温定影性能的稳定的调 色剂充电性能和供应性能。
在本发明的单组分显影剂中，为了增强显影剂因重力而引起的流动性， 最好向调色剂中加入0.03μm或0.03μm以下的微粒作为第二种外部添加剂。
在受到应力作用时，单组分显影剂应该保持其流动性，而且在无应力 作用的情况下，也需要有流动性。也就是说，为了确保调色剂从调色剂盒 (toner cartridge)或调色剂料斗(toner hopper)到显影辊的平稳供应，调色剂的 固有流动性(自重流动性)必须要高。如果调色剂的自重流动性低，那么调色 剂就会由于桥联现象或其它原因而堵塞在调色剂盒或调色剂料斗内，且无 法供应到显影辊和供应辊上。为了增强自重流动性，一种方法是添加大量 的大直径外部添加剂颗粒。然而，由于随外部添加剂添加量的增加，定影 性能有降低的倾向，因此，最好向调色剂内加入0.03μm或0.03μm以下的 微粒作为第二种外部添加剂。
着色粒子的维氏硬度是把着色粒子在180℃的烘箱内熔融后，将其放置 在室温下得到固化的试样，根据JIS B7725和JIS Z2244进行测定、求出。
调色剂的维氏硬度受各种因素的影响，例如调色剂中的粘合剂树脂或 蜡，尤其受粘合剂树脂的分子量分布和蜡的熔点的影响大。即，如果需要 调色剂维氏硬度低时，例如，在粘合剂树脂的分子量分布中，可以增加低 分子量共聚物的含量，或者使用低熔点蜡(提供增塑剂的功能)。相反，如果 需要调色剂维氏硬度高时，可以增加增塑剂树脂的分子量分布中的高分子 量的共聚物含量，或可以增加凝胶含量(在THF中不溶的交联高分子的含量 比)。
维氏硬氏的测定，可以采用例如维氏硬度计或动态超微硬度计的测定 法。
本发明使用的外部添加剂没有特别的限定，只要它能满足式1的上述 关系即可。例如可使用二氧化硅细粉(如湿法二氧化硅、干法二氧化硅)、氧 化钛、氧化铝、以及用硅烷偶合剂，钛偶合剂或硅油对这些细粉进行过表 面处理而得到的无机微粒、脂肪酸金属盐、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸 铅、氧化锌粉末、含氟树脂细粉(例如偏二氟乙烯微粒、聚四氟乙烯微粒) 等。
出于增强自重流动性的目的而并用的第二种外部添加剂是粒径为 0.03μm或0.03μm以下的粉末，例如二氧化硅细粉(如干法二氧化硅)、氧化 钛、氧化铝、以及用硅烷偶合剂、钛偶合剂或硅油对其进行表面处理而得 到的无机微粒。
对100份(重量)基础调色剂最好加入0.3-3份(重量)的外部添加剂。如 果加入量小于0.3份(重量)，当调色剂受到应力时，就难于确保必要的流动 性。加入量超过3份(重量)又会引起定影性能降低。
还可以向调色剂中加入细磨料。作为具体的例子，可以举出诸如钛酸 锶、氧化铈、碳化硅、磁铁矿之类的细磨料(fine abrasive powders)。这些细 粒也可以用诸如硅烷偶合剂、钛偶合剂等偶合剂、硅油或其它有机化合物 进行处理后再使用。这些细磨料的粒径可以使用的范围是0.04～5μm。对 100份(重量)调色剂粒子最好加入2份(重量)或2份(重量)以下的细磨料，因 为当研磨剂微粒添加量过多时会造成静电潜像载体和显影剂载体表面磨损 过快。
本发明的调色剂中所用的粘合剂树脂，例如，可以举出聚苯乙烯、聚 对氯苯乙烯、聚-α-甲基苯乙烯、苯乙烯-氯苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯共聚 物、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-氯乙烯共聚物、苯乙烯-醋酸乙烯酯共 聚物、苯乙烯-马来酸共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物(苯乙烯-丙烯酸甲酯 共聚物、苯乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、苯乙烯丙 烯酸辛酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸苯酯共聚物等)、苯乙烯-甲基丙烯酸共聚 物(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸乙酯共聚物、苯乙 烯-甲基丙烯酸丁酯共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸辛酯共聚物、苯乙烯-甲基 丙烯酸苯酯共聚物等)、苯乙烯-α-氯代丙烯酸甲酯共聚物、苯乙烯-丙烯腈- 丙烯酸酯共聚物之类的苯乙烯类树脂(包括苯乙烯或苯乙烯取代品的均聚物 或共聚物)、聚氯乙烯、低分子量聚乙烯、低分子量聚丙烯、乙烯-丙烯酸乙 酯共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、松香改性马来酸树 脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、离子键聚合物(ionomer)树脂、聚氨 酯树脂、硅树脂、酮树脂、二甲苯树脂和聚酰胺树脂等。这些物质可以单 独使用或两种以上混合使用。对彩色调色剂，出于对热特性控制的考虑， 最好采用聚酯树脂。
本发明的调色剂中所用的蜡的例子，可以举出脂肪族烃蜡(例如低分子 量聚乙烯、低分子量聚丙烯、微晶蜡、石蜡等)；脂肪族烃蜡的氧化物(例如 聚乙烯蜡、或其嵌段共聚物)；主要由脂肪酸酯构成的蜡(例如棕榈蜡 (carnauba wax)、sasol蜡、褐煤酸酯蜡等)；以及脂肪酸酯部分或全部脱氧后 的产物(例如脱氧棕榈蜡)。
为了提高低温定型性能，最好采用熔点在60～90℃的微晶蜡、棕榈蜡、 米蜡(rice wax)和褐煤蜡(montan wax)。蜡的加入量为：对100份(重量)粘合 剂树脂加入0.1～20份(重量)蜡，最好加入0.5～10份(重量)。
作为本发明的调色剂中所用的着色剂，与黄色(Y)、品红色(magenta)(M) 和青色(cyan)(C)以及黑色对应的各种着色剂都可以使用。
作为黄色(Y)调色剂用的着色剂，例如可以举出偶氮颜料(如以比色指数 (CI)分类的CI颜料黄1、CI颜料黄5、CI颜料黄12、CI颜料黄15和CI颜 料黄17等)、无机类颜料(如氧化铁黄和黄土等)。作为染料，例如可以举出 硝基染料(如CI酸黄1)和油溶性染料(如CI溶剂黄2、CI溶剂黄6、CI溶剂 黄14、CI溶剂黄15、CI溶剂黄19和CI溶剂黄21)。其中，从黄色着色剂 的色调和色彩考虑，特别是CI颜料黄17等联苯胺类颜料作为颜料黄着色 剂是理想的。
作为品红色(M)调色剂用的着色剂，例如可以举出CI颜料红49、CI颜 料红57、CI颜料红81、CI颜料红122、CI溶剂红19、CI溶剂红49、CI 溶剂红52、CI碱性红10、CI分散红15等。其中，从红色着色剂的色调和 色彩考虑，使用喹吖酮颜料(例如CI颜料红122等)作为品红色着色剂是理 想的。
作为青色(C)调色剂用的着色剂，例如可以举出CI颜料蓝15、CI颜料 蓝16、CI溶剂蓝55、CI溶剂蓝70、CI直接靛蓝25、CI直接靛蓝86。其 中，从蓝色着色剂的色调和色彩考虑，使用铜酞菁颜料(例如CI颜料蓝15) 作为青色着色剂是理想的。
作为黑色调色剂用的着色剂，最好使用炭黑。
着色剂的加入量为100份(重量)的粘合剂树脂中加入1～30份(重量)的 着色剂，最好加入2～10份(重量)。当着色剂的加入量少于1份(重量)时， 就不能得到理想的图像密度。反之，当着色剂的加入量超过30份(重量)时， 在某些情况下，定影性能会下降。
出于控制摩擦起电性能的目的，本发明的调色剂中可以添加某些电荷 控制剂。电荷控制剂，根据调色剂的充电特性，分为用于正电荷控制的控 制剂和用于负电荷控制的控制剂。作为用于正电荷控制的电荷控制剂，可 以举出含有碱性氮原子的有机化合物(例如碱性染料)、季铵盐、氨基比林 (aminopyrine)、嘧啶化合物、多核聚氨基化合物、氨基硅烷类、油溶苯胺黑 (nigrosine)等。作为用于负电荷控制的电荷控制剂，可以举出油溶性染料(例 如油黑和spiron黑)、金属合金类偶氮染料、环烷酸金属盐、烷基水杨酸的 金属盐、脂肪酸皂、树脂酸皂等。
电荷控制剂的加入量为100份(重量)的粘合剂树脂加入0.1～10份(重 量)的电荷控制剂，最好加入0.5～5份(重量)。作为彩色用调色剂中添加的 调色电荷控制剂，重要的一点得是无色的，因此，最好选用季铵盐和烷基 水杨酸的金属盐。
尽管调色剂粒子的粒径在本发明中未作特别限定，但使用体积平均粒 径为3～15μm的粒子。为了得到高质量的图像，最好使用体积平均粒径为 10μm或10μm以下的小粒径调色剂。在上述范围内，5～9μm的小粒径调色 剂对于提高图像质量尤其有效。然而，除了上述的小粒径调色剂之外，本 发明的构造还可以应用于常规的电子照相用调色剂。在这种情况下，调色 剂粒子的粒径可以超出上述范围。
作为构成本发明基础调色剂的调色剂粒子的生产方法，可用干式搅拌 器(dry blender)、超级混合器(super mixer)、球磨机(ball mill)等将上述的粘合 剂树脂、着色剂、蜡和其它添加剂加以均匀预混合；用班伯里混炼机、辊、 单轴或双轴挤出混炼机等混炼机把上述得到的混合物加以均匀熔融混炼 后，对混炼后的材料进行粉碎(grinding)、分级进行制造的混炼粉碎法以及 悬浮聚合法和乳化聚合法。用亨舍尔混合机(Henschel mixer)等混合机将如此 得到的着色粒子和上述外部添加剂进行混合，这样就可以得到着色粒子表 面含有外部添加剂的调色剂。
下面按照图1，对用本发明的单组分显影剂的调色剂实现显影的显影方 法加以说明。在图1中，5表示表面上形成静电图像的(未图示)鼓上感光体(静 电潜像载体)，6表示对感光体5表面进行均匀充电的充电器(charge)。显影 装置10对在感光体5上的静态潜像提供调色剂，从而形成调色剂图像。
显影装置10有一个构成显影装置本体壁的外壳10a。在外壳10a内部 充满了本发明的单组分显影剂的调色剂(未图示)。外壳10a内部具有搅拌桨 4和供应辊3。另外，在外壳10a上设置的开口部近旁，设置显影辊(显影剂 载体)1和控制刮刀(层厚度控制部件)2。
搅拌桨4把设置在外壳10a上部的由未示出的料斗供应的调色剂(新鲜 调色剂)和已经位于外壳10a内的调色剂(用过的调色剂)加以搅拌和混合。供 应辊3将调色剂传送到显影辊1，并将调色剂加载到显影辊1的表面上。
显影辊1是显影剂载体，它使调色剂在其表面上以薄层状态负载，并 将其传送到与感光体5相对的位置。在所示的显影装置10中，显影辊是接 触型的，它使在显影辊1表面上形成的调色剂薄层(下面称为调色剂层)与感 光体5接触。在显影辊1表面上形成的调色剂层的厚度由连接在外壳10a 内的开口部上部的上述刮刀2控制。
在这里，显影辊1最好由弹性体组成。由于弹性体能减轻刮刀2对显 影辊1的压力以及显影辊1与感光体5的接触压力，因此，可以防止调色 剂的聚集。
作为显影辊1的材质，具体的，例如可以举出聚氨酯橡胶、硅橡胶、 NBR(丙烯腈丁二烯橡胶)、EPDM(乙烯丙烯共聚物)、天然橡胶等，但未作 特别限制。
此时，刮刀2对显影辊1的线压最好调为14.7N/m～39.2N/m。如果线 压超过39.2N/m，采用刮刀2对调色剂进行控制时，作用在调色剂上的应力 就会增加，这样调色剂容易聚集和融合在控制刮刀2上。反之，如果线压 低于14.7N/m，控制刮刀2就不能良好地控制在显影辊1上形成的调色剂的 厚度，这样就易于出现浓度不均匀和其它图像缺陷。
作为刮刀2所用的材料，可以是SUS、铝、磷青铜等，但没有特别限 制。
下面将给出与比较例相比、证实本发明特点的各种例子，它清楚地说 明了本发明的效果。
维氏硬度的测量：
制备测量维氏硬度的样品：预先在180℃时，使熔化的样品材料在直径 为20mmφ的圆筒形金属模具内成型为5mm厚的圆柱状。用动态岛津超微硬 度测试仪(DUH-W201，SHIMDZU公司)测定维氏硬度，试验条件为：加载 的维氏硬度压头为5g，保持15s，然后根据在样品上形成的压痕求出维氏硬 度。
着色粒子1～5的制造方法：
用亨舍尔混合机将100份(重量)聚酯树脂(Mn：3600，Mw：40000， Mw/Mn：11.1，凝胶含量：2％，Tg：65℃，软化温度：95℃)、5份(重量) 炭黑(原始粒径：18nm)、2份(重量)石蜡(熔点：75℃)和1份(重量)电荷控制 剂(铬偶氮络合物)加以混合均匀后，加热至熔化，用双轴挤压机进行加热熔 融混炼，然后冷却。用切磨机对这样得到的混炼材料进行粗粉碎后，用喷 射磨进行细粉碎，最后用分级机进行分级，得到着色粒子1。
得到的着色粒子1的维氏硬度为11。基础调色剂1的粒度分布是，体 积平均粒径为8.5μm，5μm以下的粒子的含量为2.0体积％，16μm以上的 调色剂粒子含量为0.8体积％。
采用软化温度不同的聚酯树脂代替上述着色粒子1所用的聚酯树脂， 采用与上述着色粒子1相同的制造方法制造着色粒子2～5。所得着色剂粒 子的维氏硬度和粒度分布见表1。
表1
维氏 硬度 体积平均 粒径(μm) 5μm以下的颗粒 含量(Vol％) 16μm以上的颗粒 含量(Vol％) 着色剂粒子1 11 8.5 2.0 0.8 着色剂粒子2 14 8.5 1.9 0.7 着色剂粒子3 16 8.5 2.1 0.9 着色剂粒子4 19 8.5 2.0 0.8 着色剂粒子5 25 8.5 1.8 0.6
向着色剂粒子中添加外部添加剂的方法：
用亨舍尔混合机将100份(重量)着色粒子1、作为第一外部添加剂且平 均粒径为0.31μm的0.5份(重量)二氧化硅(NIPPON SHOKUBAI有限公司生 产的非晶型二氧化硅KE-P30)以及作为第二种外部添加剂且平均粒径为 0.02μm并用六甲基二硅酸盐进行过表面处理的2.0份(重量)疏水性二氧化硅 (Clariant国际有限公司生产的H13TM)搅拌混合以制备实施例1的调色剂样 品1。
同样地，用如下面的表2所示的粒径不同的5种外部添加剂和作为第 二种外部添加剂的平均粒径为0.02μm且用六甲基二硅氮烷 (hexamethyldisilazane)表面处理过的疏水二氧化硅(Clariant国际有限公司生 产的H13TM)来制备下面的表3所示的实施例1～15和比较例1～10的调色 剂。
表2
商品名 平均粒径(μm) 外部添加剂1 Aerosil RX-50 0.04 外部添加剂2 Seahostar KE-P10 0.11 外部添加剂3 Seahostar KE-P30 0.31 外部添加剂4 Seahostar KE-P50 0.54 外部添加剂5 Seahostar KE-P100 1.10
表3
着色粒子 类型 外部添加剂 类型 外部添加剂 添加量(重量份) H13TM添加量 (重量份) 实施例1 着色粒子1 外部添加剂3 0.5 2.0 实施例2 着色粒子1 外部添加剂4 0.5 2.0 实施例3 着色粒子1 外部添加剂5 0.5 2.0 实施例4 着色粒子2 外部添加剂2 0.5 2.0 实施例5 着色粒子2 外部添加剂3 0.5 2.0 实施例6 着色粒子2 外部添加剂4 0.5 2.0 实施例7 着色粒子3 外部添加剂2 0.5 2.0 实施例8 着色粒子3 外部添加剂3 0.5 2.0 实施例9 着色粒子3 外部添加剂4 0.5 2.0 实施例10 着色粒子4 外部添加剂2 0.5 2.0 实施例11 着色粒子4 外部添加剂3 0.5 2.0 实施例12 着色粒子4 外部添加剂4 0.5 2.0 实施例13 着色粒子5 外部添加剂1 0.5 2.0 实施例14 着色粒子5 外部添加剂2 0.5 2.0 实施例15 着色粒子5 外部添加剂3 0.5 2.0 比较例1 着色粒子1 外部添加剂1 0.5 2.0 比较例2 着色粒子1 外部添加剂2 0.5 2.0 比较例3 着色粒子2 外部添加剂1 0.5 2.0 比较例4 着色粒子3 外部添加剂1 0.5 2.0 比较例5 着色粒子4 外部添加剂1 0.5 2.0 比较例6 着色粒子2 外部添加剂5 0.5 2.0 比较例7 着色粒子3 外部添加剂5 0.5 2.0 比较例8 着色粒子4 外部添加剂5 0.5 2.0 比较例9 着色粒子5 外部添加剂4 0.5 2.0 比较例10 着色粒子5 外部添加剂5 0.5 2.0
下面说明连续印刷运行试验条件和评价方法。
用该社(夏普株式会社制造)的AR-C150复印机(将其显影装置改为非磁 性单组分显影辊)进行连续印刷运行试验。在常温和正常湿度条件下 (20℃/60％)，用表3所示的不同组合的调色剂对20K(20×1000)张纸进行单色 印刷运行试验(以下称为试验)。对初始阶段和印刷20K张之后的图像质量 (背景雾、图像密度、中间色调(halftone)不均匀性)进行评价。
背景雾密度的测定方法及其评价标准：
用浓度测定计(X-rite股份有限公司生产的X-rite938(商品名))测定和评 价背景雾浓度。背景雾的测定按如下步骤进行。为进行背景雾的测定，用 上述浓度测定计测定白纸(下面把达到该基准的白纸称作BG纸)的预定区域 的浓度。一块5×5cm的实心正方形图案印刷在BG纸的上述预定区域的上 部区域，然后再次用上述浓度测定计测定曾经测定过的预定区域(实心图案 下面的区域)的浓度。这样得到的浓度和BG纸的原始浓度之间的差值定义 为背景雾密度。
作为背景雾浓度的评价，背景雾浓度小于0.015的被评为优。
图像密度的测定方法及其评价方法：
为测定图像密度，用上述浓度测定计测定实心区域(图案密度100％)。 图像密度，介于1.40～1.60之间的被评为优。
中间色调不均匀性的测定方法及其评价方法：
用肉眼观察来评价图像密度介于0.5～0.8之间的灰色图像复印件的均 匀性。作为中间色调不均匀性的标准，中间色调图像中无浓度不均匀性的 图像被评为优。
实施例1～实施例15
显影辊与感光体的圆周速度之比被定为0.90，对表3所示的实施例1～ 实施例15制成的调色剂进行20K张纸的运行试验。试验结果如下面的表4 所示。结果表明初始阶段和印刷20K张之后的图像质量都是优。
表4
维氏 硬度A 平均粒 径B(μm) (A2×B) 值 图像质量 (初始) 图像质量 (20K张后) 实施例1 11 0.31 37.5 优 优 实施例2 11 0.54 65.3 优 优 实施例3 11 1.10 133.1 优 优 实施例4 14 0.11 21.6 优 优 实施例5 14 0.31 60.8 优 优 实施例6 14 0.54 105.8 优 优 实施例7 16 0.11 28.2 优 优 实施例8 16 0.31 79.4 优 优 实施例9 16 0.54 138.2 优 优 实施例10 19 0.11 39.7 优 优 实施例11 19 0.31 111.9 优 优 实施例12 19 0.54 194.9 优 优 实施例13 25 0.04 25.0 优 优 实施例14 25 0.01 68.8 优 优 实施例15 25 0.31 193.8 优 优
比较例1～比较例5
采用与上述实施例同样的方法，把示于表3的比较例1～比较例5制成 的调色剂进行20K张纸的印刷试验。试验结果示于下表5。20K后的图像产 生背景雾(background fog)。
表5
维氏 硬度A 平均粒 径B(μm) (A2×B) 值 图像质量 (初始) 图像质量 (20K张后) 比较例1 11 0.04 4.8 优 出现雾 比较例2 11 0.11 13.3 优 出现雾 比较例3 14 0.04 7.8 优 出现雾 比较例4 16 0.04 10.2 优 出现雾 比较例5 19 0.04 14.4 优 出现雾
比较例6～比较例10
与上述实施例同样的方法，用表3所示的比较例6～比较例10制成的 调色剂进行20K张纸的运行试验。试验结果如下面的表6所示。结果表明 印刷20K张纸之后图像上会出现一些中间色调不均匀性。
表6
维氏 硬度A 平均粒 径B(μm) (A2×B) 值 图像质量 (初始) 图像质量 (20K张后) 比较例6 14 1.10 215.6 优 出现中间色调不均匀 比较例7 16 1.10 281.6 优 出现中间色调不均匀 比较例8 19 1.10 397.1 优 出现中间色调不均匀 比较例9 25 0.54 337.5 优 出现中间色调不均匀 比较例10 25 1.10 687.5 优 出现中间色调不均匀
本发明的非磁性单组分调色剂既能有效防止外部添加剂颗粒沉积在调 色剂表面，又能有效防止当调色剂颗粒在单组分显影设备中受到应力作用 时，其从调色剂表面脱落。这样就可以得到稳定的图像质量，而且即使长 期使用，调色剂的充电性能和调色剂的供应性能也不会下降。
另外，调色剂在单组分显影设备中受到应力的同时，可以保持该调色 剂的必要流动性，而且在无应力的条件下，也可以改进其流动性。这样， 本发明就有这样的效果：可以将调色剂从调色剂盒或调色剂料斗平稳供应 到显影辊而不发生滞流。
最后，根据本发明的非磁性单组分显影方法，可以将易于维护和显影 的特性发展为紧凑、质轻、成本低的构造，而且在长期使用过程中能提供 稳定的图像质量。