專利名稱：磁性單組分顯影劑、顯影方法和成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在電子照相法和靜電記錄法中用于使靜電潛像顯影的磁性單組分顯影劑、顯影方法以及成像方法。
背景技術(shù)：
通過使用靜電潛像使圖像信息可視化的方法，例如電子照相法，目前已用于各個領(lǐng)域。在電子照相法中，利用含有調(diào)色劑的顯影劑使在充電和曝光步驟中形成于感光鼓上的靜電潛像顯影，并通過轉(zhuǎn)印和定影步驟使所得的調(diào)色劑圖像在例如紙等記錄介質(zhì)上定影。顯影步驟中使用的顯影劑的類型的實例包括包含調(diào)色劑和載體的雙組分顯影劑和僅包含例如磁性調(diào)色劑等的調(diào)色劑的單組分顯影劑。
雙組分顯影方法作為最廣泛使用的方法存在下列缺點。因為調(diào)色劑顆粒不合乎需要地附著于載體的表面并且顯影劑因此惡化，所以不能長時間保持圖像品質(zhì)。另外，該方法需要用于使調(diào)色劑在顯影劑中的濃度保持恒定的控制系統(tǒng)，并需要用于使追加的調(diào)色劑與顯影劑混合的裝置。因而，該顯影裝置傾向于尺寸變大。
單組分調(diào)色劑顯影方法可以分為使用磁性調(diào)色劑的磁性單組分顯影方法和使用非磁性調(diào)色劑的非磁性單組分顯影方法。盡管非磁性單組分顯影方法適于彩色印刷，但在這些方法中易于出現(xiàn)起灰霧和顯影裝置內(nèi)部的污染。這是因為顯影劑會被顯影劑承載體所吸引和保持，這主要是由顯影劑的靜電荷量引起的。由于非磁性單組分顯影方法具有上述缺點，因此磁性單組分顯影方法通常更多地用于單色成像裝置。
在磁性單組分顯影法中，為穩(wěn)定圖像濃度而穩(wěn)定調(diào)色劑的靜電荷量是重要的。已經(jīng)對包括對外部添加劑進行優(yōu)化的各種方法進行了研究以滿足上述條件(參見例如日本特開平11-143115)。
使用磁性單組分顯影方法的顯影裝置在其內(nèi)部具有攪拌部件以將恒定量的調(diào)色劑供應(yīng)至顯影劑承載體。根據(jù)例如攪拌部件的形狀、顯影劑承載體的旋轉(zhuǎn)頻率和顯影劑容器的形狀與容量等條件對攪拌部件的旋轉(zhuǎn)頻率進行調(diào)節(jié)。
然而，在實踐中，調(diào)色劑不能充分供應(yīng)，這是因為由于調(diào)色劑的殘余量發(fā)生變化或輸出圖像的方式發(fā)生變化而導(dǎo)致調(diào)色劑不能被充分攪拌。結(jié)果，調(diào)色劑所具有的靜電荷量不足，并且由顯影劑承載體保持并傳送到顯影區(qū)的調(diào)色劑的量不足，所顯影的圖像會有缺失部分?；蛘?，由攪拌產(chǎn)生的過量的機械應(yīng)力施加于調(diào)色劑，調(diào)色劑會分解，圖像濃度不能保持恒定。
為解決上述問題，披露了一種方法，其中將攪拌部件的旋轉(zhuǎn)速度與顯影劑承載體的旋轉(zhuǎn)速度的比率調(diào)節(jié)至特定值，并且其中使用對于甲醇和水處在特定范圍內(nèi)的混合溶液具有可濕性的調(diào)色劑(參見例如日本特開2004-163476)。然而，仍然很難抑制在應(yīng)力條件(例如，當(dāng)連續(xù)輸出高密度的圖像時)下的圖像濃度的下降，這是因為調(diào)色劑的流動性不能相對于攪拌部件的攪拌效率而得到控制。
還披露了分別控制多個攪拌部件的旋轉(zhuǎn)速度的方法(參見例如日本特開2001-201931)和間歇性地驅(qū)動攪拌部件的方法(參見例如特開2001-34051)，但這些方法仍然存在顯影裝置尺寸變大和成本增加的問題。
因而，需要即使在連續(xù)輸出高密度圖像時也能夠抑制圖像濃度惡化以形成高品質(zhì)圖像的磁性單組分顯影劑、顯影方法和成像方法。

發(fā)明內(nèi)容
在上述情況下，完成了本發(fā)明，從而解決了與傳統(tǒng)方法有關(guān)的問題。
本發(fā)明的第一方面提供一種總能量為10mJ～100mJ的磁性單組分顯影劑，所述總能量由粉末流變儀以20毫升/分鐘的通氣速率、100毫米/秒的葉尖速度和-5°的葉片螺旋角測得。
本發(fā)明的第二方面提供一種顯影方法，該方法包括以攪拌部件攪拌顯影劑容器中的顯影劑，在顯影劑承載體上形成顯影劑層，和向顯影區(qū)施加電場以通過顯影劑層使在靜電潛像保持體上的潛像顯影，其中所述攪拌部件的旋轉(zhuǎn)頻率Va與顯影劑承載體的旋轉(zhuǎn)頻率Vs的比率Va/Vs為0.05～2，顯影劑的總能量為10mJ～100mJ，所述總能量由粉末流變儀以20毫升/分鐘的通氣速率、100毫米/秒的葉尖速度和-5°的葉片螺旋角測得。
本發(fā)明的第三方面提供一種成像方法，該方法包括對靜電潛像保持體進行充電；在帶電的靜電潛像保持體的表面上形成靜電潛像；用包含調(diào)色劑的顯影劑使所述靜電潛像顯影以在所述靜電潛像保持體上形成調(diào)色劑圖像；將未定影的調(diào)色劑圖像轉(zhuǎn)印至記錄介質(zhì)上；和將所述記錄介質(zhì)上的調(diào)色劑圖像定影，其中所述顯影劑是所述的磁性單組分顯影劑。
本發(fā)明提供即使在連續(xù)輸出高密度圖像時也能夠抑制圖像濃度惡化以形成高品質(zhì)圖像的磁性單組分顯影劑、顯影方法和成像方法。


將基于下列各附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方案進行詳細描述，其中圖1是描述本發(fā)明的顯影方法中使用的顯影裝置的一個例子的示意性構(gòu)造圖；圖2A顯示了以粉末流變儀測定總能量的方法，圖2B是顯示測量器皿中包含的顯影劑層中的葉片的高度和軸向力之間的關(guān)系的圖表，圖2C是顯示測量器皿中包含的顯影劑層中的葉片的高度和旋轉(zhuǎn)扭矩之間的關(guān)系的圖表；圖3是顯示測量器皿中包含的顯影劑層中的葉片的高度和通過粉末流變儀獲得的能量梯度之間的關(guān)系的圖表；圖4是描述粉末流變儀中使用的葉片的形狀的圖；和圖5是描述本發(fā)明的成像方法中使用的成像設(shè)備的一個例子的示意性構(gòu)造圖。
具體實施例方式
顯影方法本發(fā)明的顯影方法包括以攪拌部件攪拌顯影劑容器中的顯影劑，在顯影劑承載體上形成顯影劑層，和向顯影區(qū)施加電場以通過顯影劑層使靜電潛像保持體上的潛像顯影。在該顯影方法中，攪拌部件的旋轉(zhuǎn)頻率Va與顯影劑承載體的旋轉(zhuǎn)頻率Vs的比率Va/Vs為0.05～2，顯影劑的總能量為10mJ～100mJ，所述總能量由粉末流變儀以20毫升/分鐘的通氣速率、100毫米/秒的葉尖速度和-5°的葉片螺旋角測得。
在單組分顯影劑的情況中，顯影劑通常是調(diào)色劑顆粒，因而在本說明書中，術(shù)語“顯影劑”和“調(diào)色劑(或調(diào)色劑顆粒)”有時具有相同的含義。
圖像濃度易于在連續(xù)輸出各種高密度圖像時下降的原因在于，通過攪拌供應(yīng)的顯影劑的量不夠充分。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過攪拌供應(yīng)調(diào)色劑的效率極大地依賴于攪拌過程中調(diào)色劑的狀態(tài)。
在使用磁性單組分顯影劑的顯影方法中，由于通過形成于顯影劑承載體上的顯影劑層而使靜電潛像保持體上的潛像顯影，因此應(yīng)當(dāng)向顯影劑承載體供應(yīng)特定量的顯影劑。然而，調(diào)色劑粉末的松密度取決于調(diào)色劑的殘余量和伴隨印刷歷程的調(diào)色劑攪拌歷程，并且顯影劑在攪拌部件的攪拌下的流動行為取決于調(diào)色劑的狀態(tài)。結(jié)果，供應(yīng)至顯影劑承載體的顯影劑的量發(fā)生顯著波動。因此，實際上難以恒定地向顯影劑承載體供應(yīng)顯影劑。
本發(fā)明的發(fā)明人研究了顯影劑的以下流動特性在通過形成于顯影劑承載體上的顯影劑層使靜電潛像保持體上的潛像顯影的顯影方法中，該流動特性能夠?qū)崿F(xiàn)用顯影裝置中包含的攪拌部件對顯影劑進行最恒定的攪拌，最恒定地將顯影劑供應(yīng)至顯影劑承載體，以及降低由攪拌產(chǎn)生的機械應(yīng)力。結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)該流動特性和總能量有密切關(guān)系，所述總能量由粉末流變儀以20毫升/分鐘的通氣速率、100毫米/秒的葉尖速度和-5°的葉片螺旋角測得。
其原因目前仍不清楚，但據(jù)認為如下所述。在以20毫升/分鐘的通氣速率向調(diào)色劑供應(yīng)空氣的情況下，該調(diào)色劑的狀態(tài)與被顯影裝置中的攪拌部件剛剛攪拌過的調(diào)色劑的狀態(tài)十分相似。據(jù)認為這就是20毫升/分鐘的通氣速率下的總能量與調(diào)色劑的供應(yīng)效率具有相關(guān)性的原因。對總能量進行優(yōu)化可使調(diào)色劑的供應(yīng)效率穩(wěn)定化。
另外的研究顯示，當(dāng)所用的磁性單組分顯影劑在上述測量條件下測得的總能量為10mJ～100mJ并且攪拌部件的旋轉(zhuǎn)頻率Va與顯影輥(顯影劑承載體)的旋轉(zhuǎn)頻率Vs的比率(Va/Vs)為約0.05～約2時，能夠穩(wěn)定獲得良好的調(diào)色劑供應(yīng)效率，并且即使在持續(xù)或連續(xù)輸出高密度圖像時圖像濃度也不容易下降。
圖1是描述本發(fā)明的顯影方法中使用的普通顯影裝置10的示意圖，但本發(fā)明中可用的顯影裝置并不限于此。
顯影裝置10具有外殼24，而且外殼24具有用來容納顯影劑D的顯影劑容器18和用來容納顯影輥(顯影劑承載體)20的顯影輥容器22。外殼24還具有連通顯影劑容器18和顯影輥容器22的開口，可通過所述開口將由攪拌部件26攪拌的顯影劑D從顯影劑容器18供應(yīng)至顯影輥容器22。
在本發(fā)明的顯影方法中，攪拌部件26的旋轉(zhuǎn)頻率Va(rpm)與顯影輥(顯影劑承載體)20的旋轉(zhuǎn)頻率Vs(rpm)的比率(Va/Vs)為約0.05～約2，優(yōu)選約0.06～約1.8，更優(yōu)選約0.07～約1.5。當(dāng)比率Va/Vs小于約0.05時，有時所供應(yīng)的調(diào)色劑的量不夠充分，導(dǎo)致圖像濃度惡化。當(dāng)比率Va/Vs大于約2時，調(diào)色劑被過度攪拌，會造成過量的應(yīng)力施加于調(diào)色劑，從而會加速外部添加劑包埋至調(diào)色劑顆粒中，并隨著調(diào)色劑的消耗降低圖像濃度。
在顯影輥容器22的上方設(shè)置開放區(qū)16。在開放區(qū)16中顯影輥20的一部分暴露并朝向感光鼓(靜電潛像保持體)12。顯像輥20朝向感光鼓12的區(qū)域為顯影區(qū)，保持在顯影輥20上的顯影劑D通過顯影輥20的旋轉(zhuǎn)傳送至該區(qū)域。用于向顯影輥20施加顯影偏壓的電源(未圖示)與顯影輥20電連接。
顯影輥20具有磁力輥28和覆蓋該磁力輥28的非磁性中空圓柱形顯影套管30。磁力輥28有多個磁極(在該實施方案中為4個磁極)并被固定以使其不旋轉(zhuǎn)。多個磁極是北極28A和28C以及南極28B和28D，并且這些北極和南極交替布置。非磁性中孔圓柱形顯影套管30沿一個方向(圖1中的方向B)旋轉(zhuǎn)。
顯影套管30可以是基體本身；基體表面通過例如氧化、金屬電鍍、拋光或噴砂等處理過的基體；或以樹脂和/或電荷控制劑涂覆的基體。
該基體的材料、形狀和/或結(jié)構(gòu)可以根據(jù)顯影套管30的用途適當(dāng)選擇。其形狀通常為中空圓柱形。其材料的例子包括鋁、銅、非電解銅、鎳、非電解鎳、擴散鎳-鎘(diffused nickel-cadmium)、硬鉻、黑鉻、金、銀、銠、鉑、鈀、釕、錫、銦、鐵和鎘。作為氧化膜，最廣泛使用的是防蝕鋁(氧化鋁)膜，但所述氧化膜也可以是鉬酸、氧化鐵或氧化銅的膜。
樹脂層的材料的例子包括酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、三聚氰胺樹脂、聚脲、聚酰胺樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚氨酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、丙烯酸樹脂、苯乙烯樹脂、氟樹脂和硅酮樹脂?？梢詫?dǎo)電性物質(zhì)分散在所述樹脂層中。
成層用刮刀(層厚調(diào)節(jié)部件)32與外殼24相連。成層用刮刀32靠近顯影套管30的表面并在顯影套管30上形成顯影劑D的薄層。
成層用刮刀32具有主體以及與顯影套管30的表面鄰近的部分。所述主體是由不銹鋼、銅、鐵或樹脂制成的板。所述部分是橡膠部件32A。
橡膠部件32A的材料的例子包括硅酮橡膠、尿烷橡膠、丁二烯橡膠、天然橡膠、異戊二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠、丁基橡膠、腈-丁二烯橡膠、氯丁二烯橡膠、乙丙橡膠和表氯醇橡膠。
要求攪拌部件26具有能夠?qū)φ{(diào)色劑進行攪拌的形狀，但不對其作具體限定，攪拌部件26優(yōu)選具有作為旋轉(zhuǎn)軸的支承部件，和貼附在支承部件上的諸如PET(聚對苯二甲酸乙二酯)片材的樹脂片。
下面將對本發(fā)明的磁性單組分顯影劑在該顯影裝置中的顯影過程中的行為進行描述。
通過顯影劑容器18中的攪拌部件26的旋轉(zhuǎn)對該顯影劑進行攪拌和傳送，并通過所述開口從顯影劑容器18進入顯影輥容器22中。顯影劑在磁力輥28的磁力作用下附著于顯影套管30的表面。顯影劑的厚度由成層用刮刀(層厚調(diào)節(jié)部件)32的橡膠部件32A的突出量及壓力來調(diào)節(jié)，對顯影劑進行充電。已帶電的并傳送到顯影套管30上的顯影劑根據(jù)靜電荷的量遷移至靜電潛像保持體(感光鼓)12上，并用于顯影。
顯影劑承載體中與靜電潛像相對應(yīng)的區(qū)域上的顯影劑被消耗，而其他區(qū)域上的顯影劑未消耗。將顯影輥容器22中的顯影劑追加到顯影劑承載體上的殘余顯影劑中，使合并的顯影劑通過在成層用刮刀32之下的區(qū)域并再次形成顯影劑層。
在使用所具有的總能量超過上述范圍的顯影劑的情況中，傳送到顯影劑承載體的量不是恒定的，通常會導(dǎo)致圖像濃度下降。
如上所述，本發(fā)明的磁性單組分顯影劑的總能量為約10mJ～約100mJ，所述總能量由粉末流變儀以20毫升/分鐘的通氣速率、100毫米/秒的葉尖速度和-5°的葉片螺旋角測得。
所具有的總能量在上述范圍內(nèi)的顯影劑顯示了穩(wěn)定的流動性，其流動性與調(diào)色劑的狀態(tài)無關(guān)，因而能夠平穩(wěn)地供給到顯影劑承載體上。
下面，將對通過粉末流變儀測定顯影劑的流動性進行更細致的描述。
與液體、固體或氣體的流動性的測定相比，顆粒流動性的測定受到更多因素的影響。因而，難以通過使用諸如顆粒的粒徑或表面粗糙度等常規(guī)使用的參數(shù)來確定準確的顆粒流動性。此外，即使當(dāng)發(fā)現(xiàn)影響所述流動性的因素(如粒徑)時，該因素也僅對所述流動性施加很小的影響。或者說，對某個因素的測定僅當(dāng)將該因素與其它特定因素相結(jié)合時才會有意義。因而，難以確定需測量的因素。
此外，粉末的流動性極大地依賴于外部環(huán)境因素。相反，即使測量環(huán)境發(fā)生波動，例如液體的流動性的波動范圍也不是太寬。同時，顆粒的流動性極大地依賴于諸如濕度和用來流化顆粒的氣體的狀態(tài)等外部環(huán)境因素。迄今仍不清楚哪一個測量因素受這些外部環(huán)境因素的影響。因而，即使流動性的測定在嚴格的測量條件下進行，測量值的再現(xiàn)性在實踐中也很差。
關(guān)于調(diào)色劑顆粒在顯影罐中的流動性，已采用安息角和松密度作為流動性的指標(biāo)。然而，這些物理值與流動性只是間接相關(guān)因而難以對流動性進行定量和控制。
相反，粉末流變儀能夠測量載體施加于測量設(shè)備的葉片組件(葉片和軸)的總能量，因此可以獲得反映被歸因于流動性的各種因素的數(shù)值。因此，粉末流變儀可以直接測定顯影劑的流動性，而無需如以往所要求的那樣制備具有經(jīng)調(diào)節(jié)的表面物理性質(zhì)和經(jīng)調(diào)節(jié)的粒度分布的顯影劑、確定顯影劑需測量的項目、找到各項目的最優(yōu)物理值和實際測量這些項目。結(jié)果，僅通過確認由粉末流變儀測量的值是否在所述范圍內(nèi)，就可判斷一種顯影劑是否適于靜電圖像顯影。對于使顯影劑的流動性保持恒定，所述的對顯影劑的生產(chǎn)管理比控制間接值的傳統(tǒng)方法要實用得多。此外，易于保持測量條件恒定。因而，在所述生產(chǎn)管理中測量值的再現(xiàn)性很高。換言之，通過使用由粉末流變儀測得的值來確定流動性的方法比傳統(tǒng)方法更簡單、可靠性更高，并能提供更準確的結(jié)果。
如上所述，通過粉末流變儀以20毫升/分鐘的通氣速率、100毫米/秒的葉尖速度和-5°的葉片螺旋角進行測量，所測得的顯影劑的總能量在約10mJ～約100mJ的范圍內(nèi)，則能夠非常有效地抑制由顯影劑承載體上的顯影劑的靜電荷量不均勻造成的圖像濃度不均勻。所具有的總能量在上述范圍內(nèi)的顯影劑在顯影裝置中具有穩(wěn)定的流動性，能夠充分地供給至顯影劑承載體上，并且即使在連續(xù)輸出高密度圖像時也能抑制圖像濃度的下降。
由粉末流變儀在上述條件下測得的總能量小于約10mJ的顯影劑具有過高的流動性，并且會從顯影劑承載體附近噴出以及污染成像設(shè)備的內(nèi)部。此外，考慮到生產(chǎn)性，此類顯影劑是不實用的。另一方面，所述總能量大于約100mJ的顯影劑則不能由攪拌部件充分供應(yīng)，因而不能抑制圖像濃度的下降。
所述總能量優(yōu)選在約20mJ～約90mJ的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在約30mJ～約80mJ的范圍內(nèi)。
下面，將對使用粉末流變儀的測量方法進行描述。
粉末流變儀是流動性測量設(shè)備，其中，通過在所填充的顆粒中以螺旋的形式使葉片旋轉(zhuǎn)，對由此得到的旋轉(zhuǎn)扭矩和軸向力同時進行測定，從而直接得到顆粒的流動性。同時測定旋轉(zhuǎn)扭矩和軸向力能夠以高靈敏度檢測反映粉末自身特性的影響和外部環(huán)境的影響的流動性。而且，由于該測量是在顆粒的填充狀態(tài)保持恒定的狀態(tài)下進行的，因此可以獲得具有良好再現(xiàn)性的數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明中，F(xiàn)reeman Technology生產(chǎn)的FT4用作粉末流變儀。測量之前，顯影劑在22℃的溫度和50％的相對濕度下放置至少8小時，以消除溫度和濕度的影響。
首先，提供中空圓柱形的分離式器皿(split vessel)，該器皿具有50mm的內(nèi)徑，并由高度為89mm且容量為160ml的下側(cè)容器和高度為51mm的上側(cè)容器構(gòu)成。將顯影劑放入分離式器皿中以使分離式器皿中填充的顯影劑層的高度大于89mm。
將顯影劑放入分離式器皿之后，緩慢攪拌所填充的顯影劑以使樣品均勻。該操作稱為調(diào)整處理(conditioning)。
在調(diào)整處理時，使葉片在所填充的顯影劑中以一定的旋轉(zhuǎn)方向緩慢旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)方向上葉片沒有受到顯影劑的阻力，以便不對顯影劑施加應(yīng)力。究竟哪個方向是所述旋轉(zhuǎn)方向，取決于旋轉(zhuǎn)槳的葉片的傾斜方向。然而，在圖4中所示的旋轉(zhuǎn)槳葉片的情況中，當(dāng)從上方觀察時該旋轉(zhuǎn)方向為逆時針方向。調(diào)整處理幾乎完全除去了過量空氣和局部應(yīng)力，并勻化了樣品。在調(diào)整處理時，以5°的螺旋角和60毫米/秒的葉尖速度對樣品進行攪拌。
葉片在旋轉(zhuǎn)時向下移動。因而，該葉片的尖端成螺旋形地移動。葉片的尖端移動時所循的螺旋路徑的角度稱為螺旋角。
在該調(diào)整處理操作重復(fù)4次之后，使分離式器皿的上側(cè)器皿向水平方向緩慢滑動以除去顯影劑中溢出高度為89mm的下側(cè)器皿的一部分顯影劑。因而，保留160ml容量的下側(cè)器皿中所填充的顯影劑。執(zhí)行該操作的原因在于，在嚴格測定本發(fā)明中所述的總能量時得到總是具有恒定體積的粉末是重要的。
然后將殘余顯影劑轉(zhuǎn)移至測量器皿箱(具有50mm內(nèi)徑、140mm高度和200ml容量的器皿，該器皿具有通氣基部(空氣可以從中通過的網(wǎng)狀底板))中。對轉(zhuǎn)移至測量器皿中的顯影劑進行5次調(diào)整處理。之后，將空氣以20毫升/分鐘的通氣速率導(dǎo)入顯影劑，使葉片以100毫米/秒的葉尖速度旋轉(zhuǎn)，在填充在測量器皿中的顯影劑中，葉片以-5°的螺旋角從距容器底部的高度為110mm的位置向下移動至距器皿底部的高度為10mm的另一位置，此時測量旋轉(zhuǎn)扭矩和軸向力。測量時葉片的旋轉(zhuǎn)方向與調(diào)整處理時的旋轉(zhuǎn)方向相反，即，從上方觀察時為順時針方向。
測量時以20毫升/分鐘的通氣速率將空氣引入的原因在于，使填充在器皿中的顯影劑的狀態(tài)接近顯影裝置中顯影劑的實際流動狀態(tài)。據(jù)認為20毫升/分鐘的通氣速率能夠再現(xiàn)剛剛被攪拌部件攪拌過的顯影劑的流動狀態(tài)。所引入的空氣的流動狀態(tài)可以在Freeman Technology制造的FT4裝置中得到控制。
軸向力與測量器皿中含有的顯影劑層中的葉片距底面的高度H之間的關(guān)系以及旋轉(zhuǎn)扭矩與所述高度H之間的關(guān)系分別如圖2B和2C所示。高度H和根據(jù)旋轉(zhuǎn)扭矩和軸向力計算得到的能量梯度(mJ/mm)之間的關(guān)系如圖3所示。通過將圖3所示的能量梯度積分而得到的面積(圖3中的陰影線區(qū)域)相當(dāng)于總能量(mJ)。本發(fā)明中所述的總能量是通過將一部分的能量梯度積分得到的，該部分具有能量梯度中距底面的高度為10mm的一個端點和距底面的高度為110mm的另一端點。
為使誤差的影響最小化，將調(diào)整處理和能量測定分別重復(fù)5次，將由此得到的值取平均，將所得的平均值用作本發(fā)明中所定義的總能量(mJ)。
所用的葉片是如圖4所示的“48直徑×10寬度型”葉片組件，該組件帶有螺旋漿，該螺旋漿具有兩個葉片，直徑為48mm且寬度為10mm，由Freeman Technology生產(chǎn)。
可以對調(diào)色劑顆粒的形狀、蠟量和粒度分布以及外部添加劑的種類和用量中的至少一種因素進行調(diào)節(jié)，以便將上述條件下測得的顯影劑(調(diào)色劑顆粒)的總能量控制在所述范圍內(nèi)。優(yōu)選調(diào)整上述因素中的兩種或多于兩種。
可以將至少兩種無機顆粒用作外部添加劑，以控制本發(fā)明的顯影劑的總能量在所述的范圍內(nèi)，所述無機顆粒包括數(shù)均粒徑為約5nm～約20nm的小粒徑無機微粒和數(shù)均粒徑為約30nm～約80nm的大粒徑無機微粒。當(dāng)使用所述的至少兩種無機顆粒時，優(yōu)選在添加小粒徑無機微粒之前先將大粒徑無機微粒添加至調(diào)色劑母顆粒中。
本發(fā)明的顯影劑(調(diào)色劑顆粒)可以具有下文描述的組成，并可以通過下面將要描述的制造方法獲得。
下面，將對本發(fā)明的磁性單組分顯影劑進行詳細描述。
本發(fā)明的磁性單組分顯影劑所具有的總能量必須在所述的范圍內(nèi)，除此之外在其他方面該顯影劑不受限制。任何已知的技術(shù)都能夠應(yīng)用于本發(fā)明的顯影劑。
該顯影劑優(yōu)選含有包括調(diào)色劑母顆粒和添加至該調(diào)色劑母顆粒的表面的外部添加劑的調(diào)色劑(調(diào)色劑顆粒)。調(diào)色劑母顆?？梢园澈蟿渲痛判苑勰?。外部添加劑包括至少兩種無機顆粒，即，數(shù)均粒徑為約5nm～約20nm的小粒徑無機微粒和數(shù)均粒徑為約30nm～約80nm的大粒徑無機微粒。優(yōu)選在添加小粒徑無機微粒之前先添加大粒徑無機微粒。
下面，將對調(diào)色劑顆粒的組成和物理性質(zhì)進行描述。
粘合劑樹脂調(diào)色劑顆粒的粘合劑樹脂可以適當(dāng)?shù)剡x自能夠在調(diào)色劑顆粒中使用的已知樹脂。其實例包括以下單體的均聚物和共聚物諸如苯乙烯和氯苯乙烯等苯乙烯；諸如乙烯、丙烯、丁烯和異丁烯等單烯烴；諸如乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯和丁酸乙烯酯等乙烯基酯；諸如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸十二烷基酯、丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸十二烷基酯等α-甲叉基脂肪族單羧酸酯；諸如乙烯基甲基醚、乙烯基乙基醚和乙烯基丁基醚等乙烯基醚；以及諸如乙烯基甲基酮、乙烯基己基酮和乙烯基異丙烯基酮等乙烯基酮。所述粘合劑樹脂優(yōu)選聚苯烯、苯乙烯-丙烯酸烷基酯共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸烷基酯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-馬來酸酐共聚物、聚乙烯和/或聚丙烯。粘合劑樹脂也可以是聚酯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、硅酮樹脂、聚酰胺和/或改性松香。
其中，所述粘合劑樹脂更優(yōu)選苯乙烯-(甲基)丙烯酸酯共聚物樹脂和/或聚酯樹脂。
粘合劑樹脂的分子量取決于樹脂的類型。然而，其重均分子量Mw優(yōu)選約10,000～約500,000，更優(yōu)選約15,000～約300,000，進一步優(yōu)選約20,000～約200,000。其數(shù)均分子量Mn優(yōu)選約2,000～約30,000，更優(yōu)選2,500～約20,000，進一步優(yōu)選約3,000～約15,000。
以凝膠滲透色譜(GPC)測定重均分子量和數(shù)均分子量。所用的GPC設(shè)備是HLC-8120 GPC、SC-8020(由Toso Corporation制造)，(兩個)色譜柱是TSK GEL、SUPER HM-H(具有6.0mm的內(nèi)徑和15cm的長度，由Toso Corporation制造)，洗脫劑是四氫呋喃(THF)。至于測量條件，樣品濃度為0.5質(zhì)量％，流動速度為0.6毫升/分鐘，樣品注入量為10μl，測量溫度為40℃。所用的檢測器是紅外檢測器。
粘合劑樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度優(yōu)選約40℃～約80℃，更優(yōu)選約45℃～約75℃，以便抑制高溫環(huán)境下調(diào)色劑流動性的惡化并獲得調(diào)色劑的低溫定影性。
以差示掃描量熱儀(由島津制作所制造的DSC-50)在10℃/分鐘的升溫速率下對玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)進行測定。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是吸熱區(qū)域內(nèi)的基線和上升線的交叉點處的溫度。
磁性粉末所述磁性粉末可以是任何已知材料，磁性粉末的材料的實例包括諸如鐵、鈷和鎳等金屬，及其合金；諸如Fe3O4、γ-Fe2O3和摻雜鈷的氧化鐵等金屬氧化物；諸如MnZn鐵酸鹽和NiZn鐵酸鹽等鐵酸鹽；磁鐵礦和赤鐵礦，以及利用諸如硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑等表面處理劑對上述材料進行處理而得到的材料，或利用諸如硅化合物或鋁化合物等無機材料或聚合物涂覆上述材料而得到的材料。
磁性粉末在顯影劑顆粒中的含量優(yōu)選約35質(zhì)量％～55質(zhì)量％，更優(yōu)選為約40質(zhì)量％～約50質(zhì)量％。當(dāng)含量低于約35質(zhì)量％時，顯影劑承載體中的磁體對顯影劑的吸引力下降，造成顯影劑噴出和起灰霧。另一方面，當(dāng)含量高于約55質(zhì)量％時，所得圖像濃度下降。
考慮到磁性粉末在粘合劑樹脂中的分散性，該磁性粉末的體積平均粒徑優(yōu)選約0.05μm～約0.35μm。
可以根據(jù)已知方法制備調(diào)色劑母顆粒。對制造方法不作具體限定，可以根據(jù)調(diào)色劑的用途適當(dāng)選擇。
例如，調(diào)色劑母顆?？梢酝ㄟ^捏合粉碎法制造。在該方法中，將粘合劑樹脂、著色劑和可選擇性地加入的電荷控制劑預(yù)先混合，以捏合機將所得混合物熔化捏合，將其冷卻并粉碎，所得顆粒以振動分級器或風(fēng)力分級器進行分級。
作為選擇，調(diào)色劑母顆粒也可以通過濕式球形化法、懸浮造粒法、懸浮聚合法或乳化聚合凝集法制造。
外部添加劑本發(fā)明的顯影劑可以包含外部添加劑以控制調(diào)色劑的轉(zhuǎn)印性、流動性、清潔性和靜電荷的量，特別是改善流動性。外部添加劑是附著于調(diào)色劑母顆粒表面的微粒。
如上所述，將至少兩種無機顆粒優(yōu)選用作本發(fā)明的外部添加劑，所述的至少兩種無機顆粒包括數(shù)均粒徑為約5nm～約20nm的小粒徑無機微粒和數(shù)均粒徑為約30nm～約80nm的大粒徑無機微粒。使用具有不同初級粒徑的至少兩種外部添加劑能夠調(diào)整調(diào)色劑顆粒表面上的細微凹凸和調(diào)節(jié)調(diào)色劑顆粒之間的附著性以及調(diào)色劑顆粒的流動性。結(jié)果，可以控制所述的由粉末流變儀測定的總能量。
無機微粒的材料的實例包括金屬氧化物和陶瓷，例如二氧化硅、氧化鋁、氧化鈦、鈦酸鋇、鈦酸鎂、鈦酸鈣、鈦酸鍶、氧化鋅、石英砂、粘土、云母、硅灰石、硅藻土、氯化鈰、三氧化二鐵、氧化鉻、氧化鈰、三氧化銻、氧化鎂、碳酸鎂、氧化鋯、碳化硅、氮化硅、碳酸鈣和硫酸鋇。可以單獨使用這些顆粒中的一種，或者將兩種或兩種以上一起使用。
還可以進一步將有機微粒添加至調(diào)色劑母顆粒的表面，有機微粒的材料的實例包括諸如苯乙烯聚合物、(甲基)丙烯酸聚合物和乙烯聚合物等乙烯基聚合物；聚酯、三聚氰胺聚合物、酰胺聚合物和鄰苯二甲酸烯丙基酯聚合物；諸如聚偏二氟乙烯等氟聚合物；以及諸如山崳醇等高級醇。
所述無機微粒優(yōu)選含有二氧化硅微粒、氧化鋁微粒、氧化鈦微粒和氧化鋅微粒中的至少一種，更優(yōu)選含有二氧化硅微粒和/或氧化鈦微粒，進一步優(yōu)選含有二氧化硅微粒。
小粒徑無機微粒的數(shù)均粒徑優(yōu)選約5nm～約20nm，更優(yōu)選約5nm～約16nm，進一步優(yōu)選約5nm～約14nm。當(dāng)小粒徑無機微粒的數(shù)均粒徑小于約5nm時，顆粒包埋在調(diào)色劑母顆粒中并且不能為調(diào)色劑顆粒的流動性作出貢獻。另一方面，當(dāng)數(shù)均粒徑大于約20nm時，無機微粒易于與調(diào)色劑顆粒分離，不能為調(diào)色劑顆粒的流動性作出貢獻，并且游離的外部添加劑在顯影裝置中積聚。
大粒徑無機微粒的數(shù)均粒徑優(yōu)選約30nm～約80nm，更優(yōu)選約30nm～約70nm，進一步優(yōu)選約35nm～約65nm。當(dāng)數(shù)均粒徑小于約30nm時，小粒徑外部添加劑顆粒的粒徑與大粒徑外部添加劑顆粒的粒徑之間的差值很小，使得難以控制所述的由粉末流變儀測量的總能量。另一方面，當(dāng)數(shù)均粒徑大于約80nm時，具有如此大粒徑的顆粒與調(diào)色劑母顆粒的附著性低，不能保持所需的調(diào)色劑結(jié)構(gòu)，調(diào)色劑供應(yīng)效率惡化。
每一種外部添加劑的數(shù)均粒徑都可以通過在透射電子顯微鏡(TEM)下觀測樣品(嵌入環(huán)氧樹脂的外部添加劑)而得到。
外部添加劑的總含量相對于調(diào)色劑母顆粒的含量來說優(yōu)選約0.5質(zhì)量％～約10質(zhì)量％，更優(yōu)選約0.6質(zhì)量％～約8質(zhì)量％，進一步優(yōu)選約0.8質(zhì)量％～約6質(zhì)量％。當(dāng)總含量低于約0.5質(zhì)量％時，調(diào)色劑的流動性不夠充分，難以將所述的由粉末流變儀在20毫升/分鐘的通氣速率下測定的總能量控制在約10mJ～約100mJ的范圍內(nèi)。而且，調(diào)色劑的帶電性不夠充分，易于導(dǎo)致圖像濃度下降。當(dāng)總含量高于約10質(zhì)量％時，游離的外部添加劑的量增多，常常導(dǎo)致污染感光鼓和充電單元。
根據(jù)下列公式(1)計算得到的調(diào)色劑的表面被覆率優(yōu)選約50％～約600％，更優(yōu)選約60％～約550％，進一步優(yōu)選約70％～約500％。當(dāng)表面被覆率在上述范圍內(nèi)時，易于制備所述的由粉末流變儀測得的總能量在本發(fā)明所述范圍內(nèi)的調(diào)色劑顆粒。
公式(1) 在上述公式中，DN代表調(diào)色劑母顆粒的平均粒徑(μm)；ρN代表調(diào)色劑母顆粒的密度；Da代表外部添加劑的平均粒徑(nm)；ρa代表外部添加劑的密度；X代表外部添加劑的添加量(質(zhì)量％)。
大粒徑無機微粒的量相對于100質(zhì)量份的小粒徑無機微粒來說優(yōu)選為約40質(zhì)量份～約800質(zhì)量份，更優(yōu)選約50質(zhì)量份～約700質(zhì)量份，進一步優(yōu)選約60質(zhì)量份～約600質(zhì)量份。當(dāng)該量小于40質(zhì)量份時，難以充分控制調(diào)色劑顆粒的表面凹凸并難以控制總能量不大于100mJ。當(dāng)該量大于約800質(zhì)量份時，易于發(fā)生感光鼓和充電單元的污染。
作為外部添加劑的無機微粒優(yōu)選經(jīng)過表面處理。表面處理能夠改善調(diào)色劑顆粒(粉末)的流動性并有效減少調(diào)色劑的帶電性對環(huán)境的依賴度。表面處理例如可以通過將無機微粒浸漬在表面處理劑中進行。對表面處理劑的類型不作具體限定，表面處理劑的實例包括硅烷偶聯(lián)劑、硅油、鈦酸酯偶聯(lián)劑和鋁偶聯(lián)劑?？梢詥为毷褂眠@些偶聯(lián)劑中的一種，或者將它們中的兩種或兩種以上一起使用。其中，所述表面處理劑優(yōu)選是硅烷偶聯(lián)劑。
所述硅烷偶聯(lián)劑可以是氯硅烷、烷氧基硅烷、硅氮烷，或特定的硅烷化劑。其典型實例包括甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷、四甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、異丁基三乙氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、N，O-雙(三甲基甲硅烷基)乙酰胺、N，N-(三甲基甲硅烷基)脲、叔丁基二甲基氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、β-(3，4-環(huán)氧基環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-縮水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-巰基丙基三甲氧基硅烷和γ-氯代丙基三甲氧基硅烷。
外部添加劑微粒的表面處理可以通過傳統(tǒng)已知方法進行，包括下列方式。將表面處理劑以諸如四氫呋喃、甲苯、乙酸乙酯、甲乙酮或丙酮等溶劑稀釋，將所得溶液滴落在或噴在例如正在以混合機攪拌的所述微粒上，從而充分混合該溶液與外部添加劑微粒。洗滌所得微粒，必要時過濾包括顆粒和洗滌液的所得混合物。將顆粒加熱并干燥，將所得凝集物以混合機或研缽壓碎。作為選擇，外部添加劑微?？梢越n在通過將表面處理劑溶解在溶劑中而得到的溶液里，并干燥顆粒。作為選擇，外部添加劑微粒也可以分散在水中以形成漿料，并將表面處理劑溶液滴入該漿料中。然后使微粒沉降，加熱、干燥并壓碎。作為選擇，表面處理劑也可以直接噴在所述微粒上。
以樣品磨(sample mill)或亨舍爾混合機將機械沖擊力施加于顯影劑顆粒和外部添加劑，使外部添加劑附著或固定于調(diào)色劑母顆粒的表面。
如上所述，在制備本發(fā)明的顯影劑時優(yōu)選在添加小粒徑無機微粒之前先將大粒徑無機微粒添加至調(diào)色劑母顆粒的表面。在該情況中，小粒徑無機顆粒被覆于所述的預(yù)先添加的大粒徑外部添加劑顆粒的表面以及調(diào)色劑母顆粒的表面，因此能夠調(diào)整調(diào)色劑最外層上的細微凹凸并確保所需的流動性。對添加時機不作具體限定，只要大粒徑無機微粒和小粒徑無機微粒按所述順序添加即可。
其他添加劑本發(fā)明的磁性單組分顯影劑還可以包含至少一種用于顯影劑的已知材料。
蠟本發(fā)明的顯影劑優(yōu)選包括蠟以改善調(diào)色劑的耐油墨沾污性。本發(fā)明中蠟的實例包括石蠟及其衍生物、褐煤蠟及其衍生物、微晶蠟及其衍生物、費托合成蠟及其衍生物和聚烯烴蠟及其衍生物。所述衍生物的例子包括上述蠟的氧化物、上述蠟中的至少一種蠟與至少一種乙烯基單體的聚合物和上述蠟的接枝改性產(chǎn)物。所述蠟也可以為醇、脂肪酸、植物蠟、動物蠟、礦物蠟、酯蠟和/或酰胺。
具體地說，所述蠟可以是例如低分子量聚丙烯或低分子量聚乙烯等烴類蠟、微晶蠟、硅酮樹脂、松香、酯蠟、米糠蠟、巴西棕櫚蠟、費托合成蠟、褐煤蠟和/或小燭樹蠟。
所述蠟在調(diào)色劑顆粒中的含量優(yōu)選約0.1質(zhì)量％～約10質(zhì)量％，更優(yōu)選約1質(zhì)量％～約8質(zhì)量％。
當(dāng)蠟的含量低于約0.1質(zhì)量％時，調(diào)色劑的防粘性下降，則易于造成油墨沾污。當(dāng)含量高于約10質(zhì)量％時，調(diào)色劑的帶電性和熱保存性降低。
著色劑本發(fā)明的顯影劑還可以包含著色劑以調(diào)節(jié)色調(diào)。對著色劑的類型不作具體限定，可以根據(jù)顯影劑的用途適當(dāng)選擇，可以使用任何已知的著色劑。著色劑的例子包括炭黑、燈黑、杜邦油紅、Orient油紅、玫瑰紅、C.I.顏料紅5、112、123、139、144、149、166、177、178、222、48:1、48:2、48:3、53:1、57:1和81:1；C.I.顏料橙31和43、喹啉黃、鉻黃、C.I.顏料黃12、14、17、93、94、97、138、174、180和188；群青藍、苯胺藍、Calco油藍、亞甲藍氯化物、銅酞菁、C.I.顏料藍15、60、15:1、15:2和15:3；C.I.顏料綠7、孔雀石綠草酸鹽和苯胺黑染料?？梢詥为毷褂眠@些著色劑中的一種，或者將它們中的兩種或兩種以上一起使用?？梢詫χ珓┻M行沖填分散(flushing dispersion)。
電荷控制劑本發(fā)明的顯影劑還可以包含電荷控制劑以控制調(diào)色劑的帶電性。電荷控制劑可以是例如氟化表面活性劑、水楊酸絡(luò)合物、諸如鐵絡(luò)合物等鐵類染料、諸如鉻絡(luò)合物等鉻類染料、諸如其單體包括馬來酸的共聚物等聚合物酸、季銨鹽和/或諸如苯胺黑等吖嗪染料。電荷控制劑在顯影劑中的含量為約0.1質(zhì)量％～約10.0質(zhì)量％。
顯影劑的物理性質(zhì)調(diào)色劑顆粒的體積平均粒徑調(diào)色劑顆粒的體積平均粒徑優(yōu)選約4μm～約12μm，更優(yōu)選約4.5μm～約10μm，進一步優(yōu)選約5μm～約9μm，當(dāng)體積平均粒徑小于約4μm時，調(diào)色劑的流動性顯著下降。因而，顯影劑層不能通過層厚調(diào)節(jié)部件形成，有時所得圖像會有起灰霧和受污染的部分。另一方面，當(dāng)體積平均粒徑大于約12μm時，獲得的是分辨率降低的圖像而非高品質(zhì)圖像。此外，顯影劑單位重量的靜電荷量很低，形成的顯影劑層不能保持，有時所得圖像會有起灰霧和受污染的部分。
調(diào)色劑顆粒的體積粒徑按如下方法進行測量。將0.5mg～50mg測試樣品添加至2ml含有5質(zhì)量％分散劑或表面活性劑(優(yōu)選烷基苯磺酸鈉)的水溶液中，將所得混合物添加至100ml～150ml電解液中，以超聲波分散器將懸浮有測試樣品的電解液攪拌約1分鐘。之后，用TA-II型COULTER COUNTER和孔徑為100μm的光圈測定電解液中所包含的顆粒中粒徑為2.0μm～64μm的顆粒的粒度分布。所測量的顆粒的數(shù)目是50,000。
將上述測得的粒度范圍(2.0μm～64μm)劃分成多個粒度范圍(區(qū)段)，并基于所測得的粒度分布從最小范圍起繪制體積累積分布曲線。將累積統(tǒng)計達到50％時的粒徑定義為體積平均粒徑D50v。
調(diào)色劑顆粒的粒度分布關(guān)于調(diào)色劑顆粒的優(yōu)選的粒度分布，粒徑小于或等于4μm的調(diào)色劑顆粒的數(shù)量占所測量的所有調(diào)色劑顆粒的數(shù)量的百分比優(yōu)選小于或等于約45數(shù)量％，更優(yōu)選小于或等于約40數(shù)量％，進一步優(yōu)選小于或等于約35數(shù)量％。
在上述體積累積分布曲線中，將累積統(tǒng)計達到84％時的粒徑定義為粒徑D84v。如同在體積累積分布曲線中一樣，基于上述所測得的粒度分布從最小范圍起繪制數(shù)量累積分布曲線。將累積統(tǒng)計達到16％時的粒徑定義為粒徑D16p，將累積統(tǒng)計達到50％時的粒徑定義為體積平均粒徑D50p。此處，比率D84v/D50v優(yōu)選小于或等于1.35，更優(yōu)選小于或等于1.30。另外，比率D50p/D16p優(yōu)選小于或等于1.45，更優(yōu)選小于或等于1.40。
為獲得具有所述粒度分布的調(diào)色劑顆粒，可以以重力分級器、離心分級器、慣性方式分級器或篩網(wǎng)對顆粒進行分級。
當(dāng)調(diào)色劑顆粒的粒度分布寬于上述分布時，所述的由粉末流變儀測得的總能量超過所述范圍。
關(guān)于調(diào)色劑顆粒的粒度分布，將比率D84v/D50v定義為粗顆粒一側(cè)的粒度分布指數(shù)，將比率D50p/D16p定義為細顆粒一側(cè)的粒度分布指數(shù)。
調(diào)色劑顆粒的形狀因子優(yōu)選對調(diào)色劑顆粒的形狀進行控制，以便將所述總能量調(diào)節(jié)到本發(fā)明所述的范圍內(nèi)。根據(jù)下列公式(2)計算的調(diào)色劑顆粒的形狀因子SF1優(yōu)選小于或等于135，更優(yōu)選小于或等于130。
公式(2)SF1＝(ML2/A)×(π/4)×100在公式(2)中，ML代表調(diào)色劑顆粒的絕對最大長度，A代表調(diào)色劑顆粒的投影面積。
調(diào)色劑的形狀因子SF1按如下方法進行測定。通過攝影機來捕集分散在載玻片上的至少1000個調(diào)色劑顆粒的光學(xué)顯微圖像，并將其輸入LUZEX圖像分析器，測定這些顆粒中的每一個顆粒的最大長度和投影面積，根據(jù)公式(2)計算各顆粒的SF1值，將各顆粒的SF1值取平均，將該平均值定義為調(diào)色劑的形狀因子。形狀因子SF1越接近100，顆粒越接近完整的球形。形狀因子SF1越大，顆粒具有的凹凸程度越高。
為了將調(diào)色劑的形狀因子控制在上述范圍內(nèi)，將粘合劑樹脂、著色劑和可選擇性地加入的電荷控制劑混合，將所得混合物熔化、捏合、冷卻并粉碎，并對所得顆粒進行分級，可以對由此制備的顆粒進行加熱，或向所述顆粒施加機械沖擊力。因此，可以控制調(diào)色劑形狀的球形化。作為選擇，也可以通過濕式制法如乳化凝集法來制備形狀因子在上述范圍內(nèi)的調(diào)色劑。
成像方法本發(fā)明的成像方法包括對靜電潛像保持體進行充電；在所述的帶電的靜電潛像保持體的表面上形成靜電潛像；用包含調(diào)色劑的顯影劑使所述靜電潛像顯影以在所述靜電潛像保持體上形成調(diào)色劑圖像；將未定影的調(diào)色劑圖像轉(zhuǎn)印至記錄介質(zhì)上；和對所述記錄介質(zhì)上的調(diào)色劑圖像進行定影。顯影過程中所用的顯影劑具有上述范圍內(nèi)的總能量。
在本發(fā)明的成像方法中，任何已知技術(shù)都可用于充電、形成潛像(曝光步驟)、轉(zhuǎn)印和定影。該成像方法還可以包括在所述轉(zhuǎn)印后清潔所述靜電潛像保持體和/或在所述轉(zhuǎn)印后從所述靜電潛像保持體上除去殘余電荷。
按如下方式進行顯影。如圖1的顯影裝置中所示，在以攪拌部件攪拌顯影劑的同時，將顯影劑轉(zhuǎn)送至顯影劑承載體的表面上。使保持顯影劑并朝向靜電潛像保持體的顯影劑承載體旋轉(zhuǎn)。將顯影劑轉(zhuǎn)印至潛像保持體以使所述潛像顯影。
在本發(fā)明的成像方法中使用的成像設(shè)備的一個例子顯示于圖5。如圖5所示，成像設(shè)備優(yōu)選具有靜電潛像保持體12、用于對靜電潛像保持體12進行充電的單元(充電單元40)、照射帶電的靜電潛像保持體12從而在靜電潛像保持體12的表面上形成靜電潛像的單元(曝光單元)(潛像形成單元42)、使用顯影劑使靜電潛像顯影以形成調(diào)色劑圖像的單元(顯影單元10)、將調(diào)色劑圖像從靜電潛像保持體12轉(zhuǎn)印至記錄介質(zhì)上的單元(轉(zhuǎn)印單元44)和對記錄介質(zhì)上的調(diào)色劑圖像進行定影的單元(定影單元46)。該設(shè)備還可以包含清潔單元48和/或從潛像保持體上除去殘余電荷的單元(中和單元)(未圖示)。
對以下這些元件中的每一種的類型均不作具體限定即，靜電潛像保持體(電子照相感光體部件或感光鼓)12、充電單元40、潛像形成單元42、顯影單元10、轉(zhuǎn)印單元44、定影單元46、清潔單元48以及中和單元，在本發(fā)明中這些元件可以具有任何已知結(jié)構(gòu)。圖5所示的顯影單元10與圖1所示的顯影裝置相同。
實施例下面，將參考各實施例對本發(fā)明進行描述。但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明絕不限于這些實施例。
<各種性質(zhì)的測量>
首先將對實施例和比較例中使用的顯影劑和粘合劑樹脂的各種物理性質(zhì)的測量方法進行描述。
形狀因子通過攝影機來捕集分散在載玻片上的1000個調(diào)色劑顆粒的光學(xué)顯微圖像，將其輸入圖像分析器(LUZEX III，由Nireco Corporation制造)，測定這些顆粒中的每一個顆粒的最大長度和投影面積，根據(jù)公式(2)由最大長度和投影面積計算每個顆粒的SF1值，將算得的各顆粒的形狀因子取平均，將該平均值用作所述調(diào)色劑的形狀因子。
體積平均粒徑和粒度分布調(diào)色劑的體積平均粒徑和粒度分布以測量設(shè)備TA-II型COULTERCOUNTER(Beckmann Coulter制造)進行測定。此時，ISOTON-II(由Beckmann Coulter制造)用作電解液。
按如下方式進行測量。將10mg測試樣品添加至2ml含有5質(zhì)量％烷基苯磺酸鈉的水溶液中，將所得混合物添加至100ml～150ml電解液中，以超聲波分散器將懸浮有測試樣品的電解液攪拌約1分鐘。之后，用TA-II型COULTER COUNTER和孔徑為100μm的光圈測定電解液中包含的顆粒中粒徑為2.0μm～64μm的顆粒的粒度分布。所測量的顆粒的數(shù)量是50,000。
將上述得到的粒度分布的整個粒度范圍(2.0μm～64μm)劃分成多個粒度范圍(區(qū)段)，并基于所測得的粒度分布從最小范圍起繪制體積累積分布曲線。相似地，基于所測得的粒度分布從最小范圍起繪制數(shù)量累積分布曲線。將體積累積統(tǒng)計達到16％時的粒徑定義為體積粒徑D16v。將數(shù)量累積統(tǒng)計達到16％時的粒徑定義為數(shù)量粒徑D16p。將體積累積統(tǒng)計達到50％時的粒徑定義為體積平均粒徑D50v。將數(shù)量累積統(tǒng)計達到50％時的粒徑定義為數(shù)量平均粒徑D50p。將體積累積統(tǒng)計達到84％時的粒徑定義為體積粒徑D84v。將數(shù)量累積統(tǒng)計達到84％時的粒徑定義為數(shù)量粒徑D84p。如上所述，所述體積平均粒徑是D50v。
根據(jù)粒度分布可以獲得粒徑小于或等于4μm的調(diào)色劑顆粒的數(shù)量相對于所測量的所有調(diào)色劑顆粒的數(shù)量的百分比。
分子量分布的測定粘合劑樹脂的分子量分布以凝膠滲透色譜(GPC)設(shè)備HLC-8120GPC、SC-8020(由Toso Corporation制造)進行測定。在測量中，使用兩個色譜柱[TSK GEL、SUPER HM-H(具有6.0mm的內(nèi)徑和15cm的長度，由Toso Corporation制造)]，并使用四氫呋喃(THF)作為洗脫劑。至于試驗條件，樣品濃度為0.5質(zhì)量％，流動速度為0.6毫升/分鐘，樣品注入量為10μl，測量溫度為40℃。還使用了紅外檢測器。
基于包括下列10個樣品的標(biāo)準化聚苯乙烯樣品TSK標(biāo)準物(由TosoCorp.生產(chǎn))繪制校準曲線A-500、F-1、F-10、F-80、F-380、A-2500、F-4、F-40、F-128和F-700。樣品分析時的數(shù)據(jù)收集間隔為300毫秒。
玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的測定粘合劑樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以差示掃描量熱儀(島津制作所制造的DSC-50)在10℃/分鐘的升溫速率下進行測定。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是吸熱區(qū)域內(nèi)的基線和上升線的交叉點處的溫度。
重均分子量的測定粘合劑樹脂的重均分子量根據(jù)前述方法測定。
<調(diào)色劑母顆粒的制備>
調(diào)色劑母顆粒(1)的制備粘合劑樹脂，苯乙烯-丙烯酸正丁酯樹脂 46.5質(zhì)量％(前一單體的量與后一單體的量的比率為82/18，Mw為140,000，Tg為59℃)磁鐵礦 50質(zhì)量％(戶田工業(yè)社生產(chǎn)的MTH009F)聚丙烯蠟2.5質(zhì)量％(三洋化成社生產(chǎn)的BISCOL 550-P)負電荷控制劑(含鐵的偶氮染料)1.0質(zhì)量％(保土谷化學(xué)社生產(chǎn)的T-77)以亨舍爾混合機將這些組分混合以得到粉末混合物，由擠出機在150℃的設(shè)定溫度下對混合物進行加熱和捏合，從而得到捏合物(1)。將捏合物冷卻、粗粉碎和徹底粉碎以得到體積平均粒徑D50v為5.7μm的顆粒。
將顆粒分級并以Hosokawamicron制造的裝置NOBILTA對所得顆粒進行球形化處理以獲得調(diào)色劑母顆粒(1)(D50v為6.1μm，比率D84v/D50v為1.25，比率D50p/D16p為1.27)。調(diào)色劑母顆粒的平均形狀因子為128。
調(diào)色劑母顆粒(2)的制備如在調(diào)色劑母顆粒(1)中一樣，制備捏合物(1)。將捏合物冷卻、粗粉碎和徹底粉碎以得到體積平均粒徑D50v為5.2μm的顆粒。將顆粒分級并以Hosokawamicron生產(chǎn)的裝置NOBILTA對所得顆粒進行球形化處理以獲得調(diào)色劑母顆粒(2)(D50v為5.6μm，比率D84v/D50v為1.24，比率D50p/D16p為1.24)。調(diào)色劑母顆粒的平均形狀因子為124。
實施例1調(diào)色劑(1)的制備調(diào)色劑母顆粒(1) 100重量份以硅油處理的二氧化硅 1.5重量份(Nippon Aerosil生產(chǎn)的RY300，初級粒徑為7nm)以HMDS(六甲基二硅氮烷)處理的二氧化硅 2.3重量份(Wacker Chemie生產(chǎn)的H05TM，初級粒徑為40nm)以亨舍爾混合機將這些組分混合，從而得到具有調(diào)色劑母顆粒(1)和添加至調(diào)色劑母顆粒(1)表面的外部添加劑的調(diào)色劑(1)。此處，在添加由HMDS處理的二氧化硅之后再添加以硅油處理的二氧化硅。
由粉末流變儀FT4(Freeman Technology制造)根據(jù)上述方法測定調(diào)色劑(1)的總能量。
實施例2～6和比較例1～2以與實施例1相同的方式制備本發(fā)明的調(diào)色劑(2)～(6)和比較調(diào)色劑(1)和(2)，不同之處在于將調(diào)色劑母顆粒的類型和以硅油處理的二氧化硅的量以及由HMDS處理的二氧化硅的量中的至少一個變成表1所示的數(shù)據(jù)。本發(fā)明的調(diào)色劑(2)～(6)和比較調(diào)色劑(1)和(2)的總能量總結(jié)于表1。
比較例3采用與日本特開平11-143115號公報中實施例1相同的方法制備比較調(diào)色劑(3)。比較調(diào)色劑(3)的總能量如表1所示。
具體地說，按下列方式制備調(diào)色劑。
粘合劑樹脂，苯乙烯-丙烯酸丁基酯共聚物 50重量份(前一單體的量與后一單體的量的比率為80/20，Mw為800,000)八面體磁鐵礦 45重量份(平均粒徑0.19μm)負電荷控制劑(含鐵的偶氮染料) 2.0重量份(保土谷化學(xué)社生產(chǎn)的T-77)
低分子量聚丙烯 3.0重量份(三井石油化學(xué)社生產(chǎn)的HIWAX P-200，軟化點為152℃)以亨舍爾混合機將這些組分混合以得到粉末混合物，由擠出機在140℃的設(shè)定溫度下對該混合物進行加熱和捏合。將捏合物冷卻、粗粉碎和徹底粉碎以得到體積平均粒徑D50v為6.8μm的顆粒。將顆粒分級以得到D50v為7.3μm的調(diào)色劑母顆粒。
通過亨舍爾混合機(500L容量，圓周速度為20米/秒)將1.2重量份平均粒徑為12nm的疏水性膠態(tài)二氧化硅、0.5重量份平均粒徑為64nm的疏水性膠態(tài)二氧化硅和0.5重量份平均粒徑為420nm的磁鐵礦添加至調(diào)色劑母顆粒表面，持續(xù)15分鐘，此時，調(diào)色劑母顆粒的含量為100重量份。
<評估>
將實施例1～6和比較例1～3中各調(diào)色劑放入由富士施樂PrintingSystems生產(chǎn)的印刷機DOCU PRINT 305的改造機中，從而使得能夠獨立控制攪拌部件的旋轉(zhuǎn)頻率Va和顯影劑承載體的旋轉(zhuǎn)頻率Vs。對調(diào)色劑的下列項目進行評估。
攪拌部件的旋轉(zhuǎn)頻率30rpm顯影劑承載體的旋轉(zhuǎn)頻率150rpm初始圖像濃度的測定在30℃和80％RH下將邊長為3cm的方形實地圖像打印在記錄介質(zhì)上，用反射濃度計X-RITE404(由X-rite制造)測量圖像濃度。
對連續(xù)打印高密度圖像后的圖像濃度的變化的評估在30℃和80％RH下將圖像濃度為50％的圖像連續(xù)重復(fù)地打印在200張紙上。之后，再次打印邊長為3cm的上述方形實地圖像，并用X-rite制造的反射濃度計X-RITE404測量所打印的實地圖像的濃度。計算所打印的實地圖像的濃度與所述的初始圖像濃度之間的差值的絕對值(ΔD)，并根據(jù)下列標(biāo)準進行評估。
AΔD小于0.05BΔD大于或等于0.05并小于0.10CΔD大于或等于0.10并小于0.20DΔD大于或等于0.20顯影劑從顯影裝置中噴出目視檢查當(dāng)圖像連續(xù)打印在10,000張紙上時顯影劑是否從顯影裝置中噴出。
A無噴出B有實踐中可接受程度的輕微噴出C顯著噴出表1

如表1所示，所述的由粉末流變儀在上述條件下測定的總能量為10mJ～100mJ的磁性單組分顯影劑能夠抑制在以各種圖像濃度打印之后的圖像濃度的下降并能穩(wěn)定提供高品質(zhì)圖像。相反，總能量小于10mJ的磁性單組分顯影劑從顯影裝置中噴出因而污染了成像設(shè)備。
實施例1～6的調(diào)色劑顯示，即使當(dāng)攪拌部件的旋轉(zhuǎn)頻率為7.5rpm且顯影劑承載體的旋轉(zhuǎn)頻率為150rpm(Va/Vs為0.05)時，或即使當(dāng)攪拌部件的旋轉(zhuǎn)頻率為160rpm且顯影劑承載體的旋轉(zhuǎn)頻率為80rpm(Va/Vs為2.0)時，連續(xù)打印高密度圖像之后的圖像濃度的變化較小并且不會從顯影裝置中噴出。
權(quán)利要求
1.一種總能量為10mJ～100mJ的磁性單組分顯影劑，所述總能量由粉末流變儀以20毫升/分鐘的通氣速率、100毫米/秒的葉尖速度和-5°的葉片螺旋角測得。
2.如權(quán)利要求1所述的磁性單組分顯影劑，其中，所述顯影劑包含具有調(diào)色劑母顆粒和外部添加劑的調(diào)色劑，而且所述外部添加劑是數(shù)均粒徑為5nm～20nm的小粒徑無機顆粒和數(shù)均粒徑為30nm～80nm的大粒徑無機顆粒。
3.如權(quán)利要求2所述的磁性單組分顯影劑，其中，所述小粒徑無機顆粒和所述大粒徑無機顆粒是由選自二氧化硅顆粒、氧化鋁顆粒、氧化鈦顆粒和氧化鋅顆粒中的至少一種顆粒制得的。
4.如權(quán)利要求2所述的磁性單組分顯影劑，其中，所述外部添加劑的含量為0.5質(zhì)量％～10質(zhì)量％。
5.如權(quán)利要求2所述的磁性單組分顯影劑，其中，所述調(diào)色劑母顆粒的表面被覆有所述外部添加劑，所述調(diào)色劑母顆粒的表面被覆率為50％～600％。
6.如權(quán)利要求2所述的磁性單組分顯影劑，其中，相對于100質(zhì)量份的所述小粒徑無機顆粒，所述大粒徑無機顆粒的含量為40質(zhì)量份～800質(zhì)量份。
7.如權(quán)利要求1所述的磁性單組分顯影劑，其中，所述顯影劑包含調(diào)色劑，所述調(diào)色劑含有重均分子量Mw為10,000～500,000的粘合劑樹脂。
8.如權(quán)利要求1所述的磁性單組分顯影劑，其中，所述顯影劑包含調(diào)色劑，所述調(diào)色劑含有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為40℃～80℃的粘合劑樹脂。
9.如權(quán)利要求1所述的磁性單組分顯影劑，其中，所述顯影劑包含調(diào)色劑，所述調(diào)色劑含有體積平均粒徑為0.05μm～0.35μm的磁性粉末。
10.如權(quán)利要求9所述的磁性單組分顯影劑，其中，所述磁性粉末在所述調(diào)色劑中的含量為35質(zhì)量％～55質(zhì)量％。
11.如權(quán)利要求1所述的磁性單組分顯影劑，其中，所述顯影劑包含調(diào)色劑，所述調(diào)色劑含有含量為0.1質(zhì)量％～10質(zhì)量％的蠟。
12.如權(quán)利要求1所述的磁性單組分顯影劑，其中，所述顯影劑包含體積平均粒徑為4μm～12μm的調(diào)色劑顆粒。
13.如權(quán)利要求1所述的磁性單組分顯影劑，其中，粒徑小于或等于4μm的調(diào)色劑顆粒的數(shù)量與全部調(diào)色劑顆粒的數(shù)量的比率小于或等于45％。
14.如權(quán)利要求1所述的磁性單組分顯影劑，其中，所述顯影劑包含調(diào)色劑，測定所述調(diào)色劑的粒度分布，并將所得到的粒度分布的整個粒度范圍劃分成多個粒度范圍，基于所述粒度分布從各自的最小范圍起繪制體積累積分布曲線和數(shù)量累積分布曲線，將體積累積統(tǒng)計達到50％時的粒徑定義為D50v，將體積累積統(tǒng)計達到84％時的粒徑定義為D84v，將數(shù)量累積統(tǒng)計達到16％時的粒徑定義為D16p，將數(shù)量累積統(tǒng)計達到50％時的粒徑定義為D50p，此時，比率D84v/D50v小于或等于1.35，比率D50p/D16p小于或等于1.45。
15.如權(quán)利要求1所述的磁性單組分顯影劑，其中，所述顯影劑包含形狀因子小于或等于135的調(diào)色劑。
16.一種顯影方法，該方法包括以攪拌部件攪拌顯影劑容器中的顯影劑，在顯影劑承載體上形成顯影劑層，以及向顯影區(qū)施加電場以便通過顯影劑層使靜電潛像保持體上的潛像顯影，其中，所述攪拌部件的旋轉(zhuǎn)頻率Va與所述顯影劑承載體的旋轉(zhuǎn)頻率Vs的比率Va/Vs為0.05～2，所述顯影劑具有的總能量為10mJ～100mJ，所述總能量由粉末流變儀以20毫升/分鐘的通氣速率、100毫米/秒的葉尖速度和-5°的葉片螺旋角測得。
17.如權(quán)利要求16所述的顯影方法，其中，所述顯影劑含有包含粘合劑樹脂和磁性粉末的調(diào)色劑母顆粒，以及添加至所述調(diào)色劑母顆粒表面上的外部添加劑，所述外部添加劑包括數(shù)均粒徑為5nm～20nm的小粒徑無機微粒和數(shù)均粒徑為30nm～80nm的大粒徑無機微粒。
18.如權(quán)利要求17所述的顯影方法，其中，在制備所述顯影劑時，在添加所述小粒徑無機微粒之前先添加所述大粒徑無機微粒。
19.一種成像方法，該方法包括對靜電潛像保持體進行充電；在所述的帶電的靜電潛像保持體的表面上形成靜電潛像；用包含調(diào)色劑的顯影劑使所述靜電潛像顯影以在所述靜電潛像保持體上形成調(diào)色劑圖像；將未定影的調(diào)色劑圖像轉(zhuǎn)印至記錄介質(zhì)上；和對所述記錄介質(zhì)上的所述調(diào)色劑圖像進行定影，其中，所述顯影劑是權(quán)利要求1的磁性單組分顯影劑。
全文摘要
本發(fā)明披露了總能量為10mJ～100mJ的磁性單組分顯影劑、使用所述顯影劑的顯影方法以及成像方法，所述總能量由粉末流變儀以20毫升/分鐘的通氣速率、100毫米/秒的葉尖速度和－5°的葉片螺旋角測得；所述顯影方法包括以攪拌部件攪拌顯影劑容器中的顯影劑，在顯影劑承載體上形成顯影劑層，以及向顯影區(qū)施加電場以通過顯影劑層使靜電潛像保持體上的潛像顯影，其中，所述攪拌部件的旋轉(zhuǎn)頻率V
文檔編號G03G13/00GK1936715SQ20061000762
公開日2007年3月28日 申請日期2006年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月21日
發(fā)明者石塚大輔, 武田智裕, 井上豊文 申請人:富士施樂株式會社