专利名称：用于静电图像显影的调色剂和使用该调色剂的图像形成方法
技术领域：
本发明涉及一种用于能用在诸如电子、静电记录等之类的图像形成方法中的静电图像的显影的调色剂，并且涉及一种使用该调色剂的图像形成方法。
背景技术：
在最近几年，由于诸如电子照相复印机等之类的图像形成设备已经被广泛使用，其使用已经延伸到各种用途，并且急需更高的图像质量。在拷贝诸如一般文档、书等之类的图像时，即使微小的字符也要求非常精细和忠实地复制，而没有掉粒或断开。在复制在图像形成设备的感光器上的潜像是具有100μm或更小的直线宽度的直线图像的场合，普通的普通纸复印机不能实现足够的清晰度，因为它具有不良的细线复制能力。
在使用数字图像信号的诸如电子照相打印机等之类的图像形成设备中，潜像由具有一定电位的点的图案形成。实心区域、半色调区域及轻着色区域通过改变点密度而形成。然而，有调色剂颗粒不能精确地粘附到点上并且颗粒离开点的轮廓的问题。因为这个，调色剂图像的灰度不能与在数字潜像中的在黑与白部分之间的点密度比率相对应。在点尺寸被减小以为了更好的图像质量改进分辨率的场合，由微小点形成的潜像的复制变得更困难，并且有形成具有不良分辨率和灰度以及降低的清晰度的图像的趋势。
此外，尽管以上图像形成设备在开始时能实现满意的图像质量，但有其中图像质量随拷贝或打印数量的增加而退化的情形。相信这种情形发生是因为随着拷贝或打印继续，首先消耗较容易显影的调色剂颗粒，并且难以显影的调色剂颗粒积累且剩余在显影剂单元中。
为了改进图像质量，已经提出了多种显影剂。在日本未审查专利公报No.SHO 51(1976)-3244中，例如，为了图像质量的改进提出了一种具有有限颗粒直径分布的调色剂。在这个专利公报中，描述到，其中按数量不小于约百分之60的调色剂颗粒具有8μm至12μm的颗粒直径的调色剂是最希望的。然而，在这种颗粒直径范围中的调色剂颗粒较粗，并且根据由本发明人进行的研究，仍然难以使这种颗粒尺寸的调色剂紧密地粘附到潜像上。此外，这个专利公报的调色剂的特征在于，包括按数量不大于百分之30的量的5μm或更小的平均颗粒直径的调色剂颗粒、和按数量不大于百分之5的量的20μm或更小的平均颗粒直径的调色剂颗粒。这种宽范围的颗粒直径分布趋向于减小调色剂的均匀性。因此，为了使用包括粗调色剂颗粒并且具有宽颗粒直径分布范围的上述专利公报的调色剂而形成清晰图像，需要调色剂颗粒厚厚地涂敷以填充在颗粒之间的空隙，从而视在(apparent)图像密度增大。这导致得到预定图像密度必需的调色剂消耗增加。
在日本未审查专利公报No.SHO 54(1979)-72054中，提出有一种颗粒直径分布比上述专利公报的调色剂的窄的调色剂。然而，中间重量颗粒具有8.5μm至11.0μm的粗颗粒直径，并且需要进行进一步改进以得到高分辨率调色剂。
在日本未审查专利公报No.SHO 58(1983)-129437中，提出有一种其中调色剂颗粒的平均颗粒直径是6μm至10μm的调色剂，并且直径5μm至8μm的颗粒占据最大数量。由于具有5μm或更小的颗粒直径的调色剂颗粒的数量按数量小到百分之15，所以趋向于形成具有降低清晰度的图像。
在日本专利No.2763318中，调色剂包含按数量具有百分之16至60的量的5μm或更小的颗粒直径的调色剂颗粒，以便呈现与其长期使用有关的调色剂性能变化。尽管这个专利的调色剂经得起约十万次拷贝或打印的使用，但目标在于更长机器寿命的最近机器要求经得起约五十万次拷贝或打印的使用的耐久性，并且当这种调色剂用在这样的机器中时，具有不良显影能力的调色剂颗粒积累和剩余在显影剂单元中，并因而耐久性不足。
根据由本发明人进行的研究，发现具有4μm至5.04μm的颗粒直径的调色剂颗粒能清晰地复制潜像的轮廓并且在使调色剂紧密地粘附到整个潜像上时起重要作用。
具体地说，由于电力线集中在图像的边缘(轮廓)处，并由此图像的边缘的场强比图像内部高，所以图像的清晰度取决于在这个区域中集中的调色剂颗粒的质量。由本发明人发现，具有4μm至5.04μm的颗粒直径的调色剂颗粒在解决涉及图像清晰度的这个问题方面有效。此外，发现具有小于4μm的颗粒直径的调色剂颗粒加速显影剂的退化，并因而，这样的颗粒的数量的减小是用来实现更长调色剂寿命的主要因素。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供有一种用于静电图像显影的调色剂，该调色剂包括调色剂颗粒，其中按数量不大于百分之13的调色剂颗粒具有小于4μm的颗粒直径，按数量不小于百分之20的调色剂颗粒具有4μm至6μm的颗粒直径，按体积不大于百分之2.0的调色剂颗粒具有16μm或更大的颗粒直径，其中调色剂颗粒具有4μm至9μm的体积平均直径并且至少一种外部添加剂添加到调色剂颗粒中。
根据本发明的另一个方面，提供有用在图像形成设备中的调色剂，该图像形成设备包括图像承载部件；静电潜像形成装置，用来在承载部件上形成静电潜像；显影剂供给装置，用来把显影剂供给到承载部件，以形成调色剂图像；输送装置，用来把转印材料输送到在承载部件上的转印位置；及转印装置，用来在转印位置处把调色剂图像从承载部件转印到转印材料上。
按照本发明的又一个方面，提供有一种图像形成方法，该方法包括步骤在图像承载部件上形成静电潜像；把包含至少一种调色剂和磁性载体的双组分显影剂供给到图像承载部件，以形成调色剂图像；及把调色剂图像转印到转印材料上，其中调色剂包括上述调色剂。
根据本发明，用于使用调色剂的静电图像显影设备和图像形成方法的调色剂能实现如下效果的至少一种(1)能形成调色剂图像，该调色剂图像具有高图像密度，并且在细线复制能力和灰度方面优良。换句话说，即使形成在图像承载部件(感光器)上的潜像中的细线也能精确地复制，并且能形成在灰度、分辨率、及在点的潜像复制方面优良的图像；(2)能抑制与长时间使用关的调色剂性能的变化；(3)能抑制与环境变化有关的调色剂性能的变化；(4)能实现优良的可转印性；(5)能用较小的调色剂消耗得到高图像密度。换句话说，即使用比用传统调色剂少的调色剂消耗也能满意地显影高密度图像，并因而，发明的调色剂在减小复印机或打印机的尺寸方面是经济的和便利的；及(6)当在使用数字图像信号的图像形成设备中使用发明的调色剂时，能形成分辨率、灰度及细线复制能力优良的调色剂图像。
由下面给出的详细描述和附图，能更充分地理解本发明，附图仅通过说明给出，并因而不限制本发明，用在附图中图1是包括图像形成设备的复印机的整体构造的解释视图；和图2是图像形成设备的整体构造的视图。
具体实施例方式
根据本发明，用“调色剂”指在5000奥斯特(Oe)的外部磁场中具有0emu/g至10emu/g的饱和磁化的调色剂。
假定本发明的调色剂因为如下原因能实现上述效果(1)至(6)。
传统上，在现有技术中已经相信，具有5μm或更小颗粒尺寸的调色剂颗粒的量需要主动地减小，因为充电量控制困难，调色剂的流动性被损坏，及当调色剂分散时它们引起设备污染并且也引起图像的模糊。
然而，由本发明人进行的研究已经揭示，这样的问题由直径小于4μm的调色剂颗粒引起，而直径4μm至5μm的调色剂颗粒是用来形成高质量图像的基本成分。因而，本发明的调色剂的特征之一在于，它包含少量具有小于4μm颗粒直径的调色剂颗粒，就是说，数量不大于总调色剂颗粒数量的百分之13。
根据本发明，优选的是，按数量不大于百分之10的调色剂颗粒具有小于4μm的颗粒直径，按数量不小于百分之25的调色剂颗粒具有4μm至5.04μm的颗粒直径，按体积不大于百分之0.5的调色剂颗粒具有16μm或更大的颗粒直径，及调色剂颗粒具有6.7μm至7.7μm的体积平均直径。
本发明的调色剂包含外部添加剂。优选地，外部添加剂是具有4μm或更小平均颗粒直径的细硅石粉，并且相对于按重量100份的调色剂颗粒以按重量0.01至8份的量添加添加剂。
本发明的调色剂可以与磁性载体一起使用，作为双组分显影剂。磁性载体优选地具有30μm至100μm的体积平均直径，并且优选地相对于按重量10份的调色剂以按重量10至1000份的量使用。
本发明人例如以如下方式确定调色剂颗粒直径分布。通过改变在感光器上的表面电位形成潜像从具有容易显影大量调色剂颗粒的高显影电位的对比度、到半色调及进一步到具有只显影非常少调色剂颗粒的低显影电位的对比度。然后，使用具有包含超过0.5μm到30μm的颗粒直径分布的调色剂颗粒的双组分显影剂显影潜像，并且为了测量收集在感光器上显影的调色剂颗粒。发现有大量调色剂颗粒具有在4μm至8μm范围内的颗粒直径。也发现，在直径4μm至8μm的颗粒中，适于显影的那些具有4μm至6μm并且更优选地，4μm至5.04μm的颗粒直径。在这个直径范围中的调色剂颗粒当在感光器上显影潜像时能精确地粘附到潜像上而不超出图像，并且形成细线可复制性优良的调色剂图像。根据本发明，按数量百分之20至40，并且更优选地按数量百分之20至30的调色剂颗粒具有4μm至6μm，并且优选地4μm至5.04μm，的颗粒直径。按数量以上述百分比包含在这个直径范围内的调色剂颗粒的调色剂如上述那样显示优良的可复制性。
在根据本发明用于静电图像显影的调色剂中，如上所述，按数量不大于百分之13的调色剂颗粒具有小于4μm的颗粒直径。在按数量大于百分之13的调色剂颗粒具有小于4μm的颗粒直径的场合，随着在用复印机或打印机进行拷贝或打印时连续地使用调色剂，有效调色剂颗粒的数量减小。这使得调色剂颗粒直径分布不平衡，借此图像质量逐渐降低。换句话说，认为具有小于4μm的颗粒直径的较小颗粒具有较大的电荷量和增大的范德瓦耳斯力，并且这使它们牢固地粘附到载体表面上且在显影剂中积累。在整个调色剂颗粒中这样的微小调色剂颗粒的百分比高于按数量百分之13的场合，当另外供给调色剂颗粒时，具有4μm或更大颗粒直径的调色剂颗粒具有较小机会与载体接触和充电，由此导致具有低电荷的调色剂。底充电的调色剂易于引起模糊和分散。本发明的调色剂可以不包含直径小于4μm的调色剂颗粒。
在本发明的调色剂中，按体积不大于百分之2.0，优选地按体积不大于百分之1.0，及更优选地按体积不大于百分之0.5，的调色剂颗粒具有16μm或更大的颗粒直径。在按体积大于百分之2.0的调色剂颗粒具有16μm或更大的颗粒直径的场合，妨碍细线的复制。此外，在直径16μm或更大的粗调色剂颗粒在感光器上显影的调色剂颗粒的薄层表面中占优势的场合，转印纸经调色剂层对于感光器的粘附变得不均匀，引起转印条件变化。这可能导致不完全转印图像的形成。本发明的调色剂可以不包含具有16μm或更大的颗粒直径的调色剂颗粒。
在本发明的调色剂中，调色剂颗粒具有4μm至9μm，并且优选地4μm至8μm，的体积平均直径。这些值不能从本发明的上述构造特征分离地考虑。对于具有小于4μm的体积平均颗粒直径的调色剂颗粒，当调色剂用于诸如具有较高图形面积百分比的图形图像的形成之类的用途时，只有少量调色剂粘附到转印纸上。结果，出现图像密度减小的问题。相信，这个问题因为与在潜像中由于内部密度比边缘低的同样原因而发生。另一方面，在体积平均直径超过9μm的场合，分辨率和图像质量趋向于在使用的长时段上降低，尽管它们在拷贝或打印的开始时是满意的。
调色剂颗粒直径分布能由各种方法确定。在本发明中，以如下方式确定调色剂颗粒直径分布。
作为测量仪器，使用coulter计数器TA-II(由Coulter，Inc.制造)。用来输出数量分布和体积分布的接口(由Nikkaki Bios.，Ltd.制造)、和个人计算机(由Sharp Corporation制造)连接到coulter计数器上。第一级氯化钠用作电解溶液，以制备1％的NaCl含水溶液。进入100ml-500ml的电解含水溶液中，添加作为分散剂的0.1ml-5ml的表面活性剂，优选地为烷基苯磺酸盐，并且添加2mg-20mg的调色剂作为测量样本。有样本悬置在其中的电解溶液的分散在超声波分布器中进行约1至3分钟，并且采用100μm的孔径，用coulter计数器TA-II确定相对于颗粒数量的颗粒直径分布。由确定的颗粒直径分布，能得到诸如数量％、体积％、体积平均直径等之类的值。
上述测量方法使用Coulter原理。Coulter原理是利用电阻的原理，当颗粒通过敏感区域时测量在两个电极之间产生的电阻变化。电阻与颗粒的体积成比例。流过孔径的电解溶液的量被准确地控制，并且由颗粒的精确体积能确定颗粒的球形当量直径和数量。
在本发明中，用术语“颗粒直径”表示通过coulter计数器TA-II测量的“球形当量直径”。此外，体积平均直径D定义为D＝D50exp(3.5ln2σ)，其中D50是相对于颗粒数量的50％直径，σ是几何标准偏差。
能用在本发明的调色剂中的粘结树脂的例子是苯乙烯的单聚物和其取代衍生物，如聚苯乙烯、聚对氯代苯乙烯及聚乙烯甲苯；苯乙烯基共聚物，如聚对氯代苯乙烯共聚物、苯乙烯-乙烯甲苯共聚物、苯乙烯-乙烯萘共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-α-氯甲基甲基丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-乙烯甲基醚共聚物、苯乙烯-乙烯乙基醚共聚物、苯乙烯-乙烯甲基酮共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-异戊二烯共聚物、及苯乙烯-丙烯腈-茚共聚物；聚氯乙烯；酚醛树脂；天然改性酚醛树脂；天然树脂改性马来酸树脂；丙烯酸树脂；甲基丙烯酸树脂；聚醋酸乙烯酯；硅酮树脂；聚酯树脂；聚氨基甲酸乙酯；聚酰胺树脂；呋喃树脂；环氧树脂；二甲苯树脂；聚乙烯醇缩丁醛；萜烯树脂；苯并呋喃-茚树脂；及石油基树脂。
与仅仅使用(应用)油的热压辊定影有关的显著问题是，其中在调色剂图像支撑部件上的调色剂图像被部分转印到辊上的偏移、和调色剂对于调色剂图像支撑部件的粘附力的减小。由于用较少热能定影的调色剂具有在通常存储期间或在显影剂单元中易于发生调色剂成块或结块的性质，所以这些问题需要考虑。为此，当在仅仅使用油的热压辊定影中使用本发明的调色剂时，粘结树脂的挑选是重要的。优选的粘结材料包括交联苯乙烯共聚物和交联聚酯。
为了苯乙烯基共聚物的制备能与苯乙烯单体聚合的共聚用单体的例子包括具有双键的一元羧酸和其取代衍生物，如丙烯酸、甲基丙烯酸酯、乙基丙烯酸酯、丁基丙烯酸酯、十二烷基丙烯酸酯、辛基丙烯酸酯、2-乙基己基丙烯酸酯、苯基丙烯酸酯、甲基丙烯酸、甲基甲基丙烯酸酯、乙基甲基丙烯酸酯、丁基甲基丙烯酸酯、辛基甲基丙烯酸酯、丙烯腈、甲基丙烯腈及丙烯酰胺；具有双键的二羧酸和其取代衍生物，如马来酸、丁基马来酸、甲基马来酸、及二甲基马来酸；包括乙烯基酯的乙烯基单体，如乙烯基氯、乙烯基乙酸酯及乙烯基苯甲酸酯；乙烯基烯烃，如乙烯、丙烯及丁烯；乙烯基酮；如乙烯基甲基酮、和乙烯基己基酮；及乙烯基醚；如乙烯基甲基醚、乙烯基乙基醚、及乙烯基异丁基醚。这些共聚用单体能单独地使用，或者这些的两种或多种能组合地使用。
作为交联剂，主要使用能聚合的具有两个或多个双键的化合物。这样的化合物的例子包括芳族二乙烯基化合物，如二乙烯基苯和二乙烯基萘；具有双键的羧酸酯，如乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯及1，3-丁二醇二甲基丙烯酸酯；二乙烯基化合物，如二乙烯基苯胺、乙烯醚、二乙烯基硫及二乙烯基砜；及具有三个或多个乙烯基团的化合物。这些化合物能单独地或作为混合物使用。鉴于调色剂的偏移电阻和粘附力，当合成粘结树脂时，相对于粘结树脂优选地以0.01wt％至10wt％的量，并且更优选地以0.05wt％至5wt％的量使用交联剂。
作为隔离剂，能使用聚乙烯、聚丙烯、聚亚甲基、聚氨酯弹性体、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-乙烯基乙酸酯共聚物、离子键树脂、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-isopurene共聚物、直链饱和聚酯或链烷烃。
本发明的调色剂能用作用于多色或全色图像形成的调色剂。彩色调色剂图像能按如下方式形成使光从文档穿过补充调色剂的颜色的彩色分解光透明滤光镜而通过，以在感光层上形成静电潜像；进行显影和转印，从而调色剂支撑在支撑部件上；及在重复以上步骤几次之后，在调节对准的同时把调色剂叠置在同一支撑部件上。因而，在一次定影中能得到最终全色图像。
作为调色剂，使用黄色调色剂、红色调色剂、及蓝色调色剂，并且在某些情况下，还使用黑色调色剂。当本发明的调色剂用在非磁性彩色调色剂中以用作用于全色图像形成的调色剂时，能形成颜色混合性和光泽优良的满意彩色图像。在这种情况下，鉴于颜色混合性优选地把在定影温度下具有低粘度的非交联聚酯树脂用作粘合剂树脂。
本发明的调色剂在调色剂颗粒中优选地包含电荷控制剂。借助于电荷控制剂，能控制电荷量以最好地适于显影系统，并且特别是在本发明中，能进一步稳定在颗粒直径分布与电荷之间的平衡。通过使用电荷控制剂，能使得用来改进图像质量的在不同直径范围中的调色剂颗粒的上述相应功能清晰，并且也能使在不同直径范围中的这些调色剂颗粒的补充作用变得清楚。
作为正电荷控制剂，能单独地使用脂肪酸的变性尼格或金属盐；季铵盐，如三丁基苄基铵-1-羟基-4-萘酚磺酸盐或四丁基铵四氟硼酸盐；二有机锡氧化物，如二丁基锡氧化物、二辛基锡氧化物或二环己基锡氧化物；或二有机锡硼酸盐，如二丁基锡硼酸盐、二辛基锡硼酸盐或二环己基锡硼酸盐，或者能组合地使用这些的两种或多种。在这些中，优选地使用尼格和季铵盐。
作为可用在本发明中的负电荷控制剂，例如，有机金属配合物和螯形化合物是有效的。有机金属配合物和螯形化合物的例子包括铝乙酰丙酮盐、铁II乙酰丙酮盐及铬3，5-二-特-水杨酸丁酯。在这些中，乙酰丙酮金属配合物(包括用单烷基取代了的那些和用双烷基取代了的那些)、水杨酸基金属配合物(包括用单烷基取代了的那些和用双烷基取代了的那些)、或其盐是优选的。具体地说，有机金属配合物和水杨酸基金属盐是更优选的。
上述电荷控制剂(不起粘结树脂作用的那些)优选地以细颗粒的形式使用。当以细颗粒的形式使用时，电荷控制剂优选地具有4μm或更小，并且更优选地3μm或更小，的数量平均直径。当调色剂颗粒掺杂有电荷控制剂时，电荷控制剂相对于按重量100份的粘结树脂优选地以按重量0.1至20份的量并且更优选地以按重量0.2至10份的量使用。
本发明的调色剂优选地具有作为外部添加剂添加到调色剂颗粒中的细粉末。作为外部添加剂，能使用细硅石粉、具有50m2/g至400m2/g的BET比表面积的细二氧化钛粉(TiO2)或细硅石粉和细二氧化钛粉的混合粉末。在这些中，细硅石粉是优选的。
具有在本发明中所定义的这样一种颗粒直径分布的调色剂的比表面积比传统调色剂大。因此，当使调色剂颗粒与载体的表面或其中具有场产生装置的传导圆柱形套筒相接触时，在调色剂颗粒表面与载体/套筒之间进行的接触数量与传统调色剂相比增大，借此调色剂颗粒的磨蚀和载体/套筒表面的污染趋向于发生。当本发明的调色剂和细硅石粉被混合时，外部添加剂出现在调色剂颗粒与载体/套筒表面之间，由此显著减小调色剂颗粒的磨蚀。结果，调色剂和载体/套筒有较长寿命，并且能保持稳定的电荷。因而，能提供有单成分显影剂或包含能在长使用时段中显示优良性能的调色剂和载体的双组分显影剂。
在本发明中起重要作用的直径4μm至6μm(优选地4μm至5.04μm)的调色剂颗粒，在有作为外部添加剂的硅石粉的存在时变得更有效，并因而，能够稳定地提供高质量图像。作为细硅石粉，能使用由干式和湿式过程生产的那些。鉴于薄膜形成电阻和耐久性，由干式过程生产的细硅石粉是优选的。干式过程是指通过例如卤化硅的蒸汽相氧化来制备细硅石粉的过程。作为在本发明中使用的用来制备细硅石粉的湿式过程，能采用各种已知的过程。
作为本发明的细硅石粉，能使用无水二氧化硅(胶态硅石)；或硅酸盐，如铝硅酸盐、钠硅酸盐、钾硅酸盐、镁硅酸盐或锌硅酸盐。在上述细硅石粉中，使用BET过程通过氮吸附测量的具有30m2/g或更大(特别是，50m2/g至400m2/g)的比表面积的那些能产生优良结果。这样的细硅石粉相对于按重量100份的非磁性调色剂优选地以按重量0.01至8份的量并且更优选地0.1至5份的量使用。
当本发明的调色剂用作正充电调色剂时，为防止调色剂磨蚀和载体/套筒表面的污染而添加到其中的细硅石粉，鉴于电荷稳定性优选地被充正电而不是充负电。作为用来得到充正电的细硅石粉的过程，能使用其中用具有有机团的硅酮油处理上述未处理细硅石粉的过程，该有机团在其侧链上具有至少一个或多个氮原子；用包含氮的硅烷偶联剂处理细硅石粉的过程；或使用以上过程的两个的方法。
在本发明中，充正电的硅石是指硅石当由喷出过程测量时具有对于铁粉载体的正摩擦电荷。作为用于细硅石粉的、在其侧链上具有氮原子的、硅酮油，能使用任何已知的硅酮油。硅酮油相对于硅石粉以按重量百分之1至50的量并且优选地以按重量百分之5至30的量使用。
在本发明中使用的含氮硅烷偶联剂的例子包括氨基丙基三甲氧基硅烷、氨基丙基三乙氧基硅烷、二甲基氨基丙基三甲氧基硅烷、二乙基氨基丙基三甲氧基硅烷、二丙基氨基丙基三甲氧基硅烷、二丁基氨基丙基三甲氧基硅烷、单丁基氨基丙基三甲氧基硅烷、二辛基氨基丙基三甲氧基硅烷、二丁基氨基丙基二甲氧基硅烷、二丁基氨基丙基单甲氧基硅烷、二甲基氨基苯基三乙氧基硅烷、三甲氧基-γ-丙基苯基胺及三甲氧基-γ-丙基苯基胺。作为含氮杂环，能使用具有上述结构的那些。这样的化合物的例子包括三甲氧基-γ-丙基哌啶、三甲氧基-γ-丙基吗啉及三甲氧基-γ-丙基咪唑。硅烷偶联剂相对于细硅石粉以按重量百分之1至50的量并且优选地以按重量百分之5至30的量使用。
处理的充正电细硅石粉相对于按重量100份的充正电调色剂优选地以按重量0.01至8份的量使用以便显示其效果，并且相对于按重量100份的充正电调色剂更优选地以按重量0.1至5份的量使用以便显示稳定性优良的正电荷。优选的是，相对于按重量100份的充正电调色剂以按重量0.1至3份的量的处理细硅石粉粘附到调色剂颗粒的表面上。上述未处理细硅石粉可以以相同的量使用。
在本发明中使用的细硅石粉在必要时可以用硅烷偶联剂、或诸如用来给予疏水性的有机硅化合物之类的处理剂来处理。这样的处理剂可以与细硅石粉反应或者物理地吸附到细硅石粉上。这样的处理剂的例子包括六甲基二硅氮烷、三甲基硅烷、三甲基氯硅烷、三甲基乙氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、烯丙基二甲基氯硅烷、苯基二甲基氯硅烷、溴甲基二甲基氯硅烷、α-氯乙基三氯硅烷、β-氯乙基三氯硅烷、氯甲基二甲基氯硅烷、三有机甲硅烷基硫醇、三甲基甲硅烷基硫醇、三有机甲硅烷基丙烯酸酯、乙烯基二甲基乙酸基硅烷、二甲基乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、六甲基二硅氧烷、1，3-二乙烯基四甲基二硅氧烷、1，3-二苯基四甲基二硅氧烷、及每分子具有2-12个硅氧烷单元并且包括键合到在末端处的Si上的羟基的二甲基聚硅氧烷。这些处理剂可以单独地使用，或者这些的两种或多种可以组合地使用。上述处理剂优选地相对于细硅石粉以按重量百分之1至40的量使用。重要的是，最终的细硅石粉具有负电荷。
根据本发明，含氟聚合物的细粉末(例如，聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或四氟乙烯-偏氟乙烯共聚物的细粉末)优选地添加到调色剂中。具体地说，鉴于流动性和磨蚀，细聚偏氟乙烯粉末是优选的。细含氟聚合物粉末优选地相对于调色剂以按重量百分之0.01至2.0的量、优选地以按重量百分之0.02至1.5的量、及更优选地以按重量百分之0.02至1.0的量添加。
其中细硅石粉末和细含氟聚合物粉末混合的调色剂能稳定粘附到调色剂颗粒上的硅石的状态，并且例如，粘附到调色剂颗粒上的硅石不会与调色剂颗粒脱离，从而不降低防止调色剂磨蚀和载体/套筒污染的效果。这样的调色剂也能增加电荷稳定性。
作为着色剂，能使用传统已知的染料和颜料。例如，能使用碳黑、酞花青、孔雀蓝、永久红、色淀红、若丹明色淀、Hanza黄、永久黄联苯胺黄等。着色剂相对于按重量100份的粘结树脂以按重量0.1至20份的量并且优选地以按重量0.5至20份的量包含。为了改进调色剂图像定影到其上的OHP膜的透明性，着色剂相对于按重量100份的粘结树脂以按重量不大于12份的量并且优选地以按重量0.5至9份的量包含。
本发明的调色剂可以选择性包含其它添加剂。其它添加剂的例子包括润滑剂，如硬脂酸锌；磨料，如氧化铈和碳化硅；流动性给予剂，如胶态硅石和氧化铝；防结块剂；及传导给予剂，如碳黑和氧化锡。当把传导给予剂，例如碳黑和氧化锡，以按重量百分之0.1至5的量添加时，能抑制在套筒上的过多电荷，并且能保持稳定的电荷状态。具有0.05μm至3μm并且优选地0.1μm至1μm的平均颗粒直径的细球形树脂粉末的添加能实现类似的效果，并且在改进图像的清晰度方面是有效的。细球形树脂粉末以按重量百分之0.01至10的量、优选地以按重量百分之0.05至5的量、及更优选地以按重量百分之0.05至2的量添加。优选的是，细球形树脂粉末与调色剂的电荷相反地被充电，或者较弱地充有调色剂的电荷。
细球形树脂粉末优选地由乙烯基-基聚合物或共聚物形成，并且具体地说，烷基甲基丙烯酸酯酯聚合物或共聚物是优选的。
在优选实施例中，可以添加按重量百分之0.5至5的量的含蜡材料，如低分子重量聚乙烯、低分子重量聚丙烯、微晶蜡、巴西棕榈蜡、sazole蜡或石蜡，以便改进在热辊定影时的脱离性。
作为可用在本发明中的载体，能使用例如磁性粉末，如铁粉、铁氧体粉末和镍粉并且这些粉末使其表面覆盖有树脂；玻璃珠或非磁性金属氧化物粉末和使其表面覆盖有树脂的非磁性金属氧化物颗粒。载体相对于按重量10份的调色剂可以以按重量10至1000份的量并且优选地以按重量30至500份的量使用。鉴于与小颗粒直径的调色剂的良好匹配，磁性载体(下文也称作磁性颗粒)优选地具有30μm至100μm的体积平均直径。
为了制备根据本发明的调色剂，选择性地具有作为着色剂的颜料或染料、电荷控制剂及其它添加剂的乙烯基和无乙烯基热塑性树脂在诸如球磨机之类的搅拌机中充分地混合。混合物然后使用诸如热辊、捏合机及挤压机之类的热捏合机被熔化、混合及揉搓，从而树脂被混容，并且然后颜料或染料被分散或熔化在混合物中。在冷却和固化之后，进行磨碎和严格的分类，以得到本发明的调色剂。
本发明的双组分显影剂包括非磁性调色剂和磁性颗粒。下面参照图1和图2将描述采用双组分显影剂的在本发明中使用的图像形成设备和方法。
图像形成设备图1是包括图像形成设备的复印机的整体构造的解释视图。图2是图像形成设备的整体构造的视图。
图像形成设备100是用来把由下述图像读取器F读取的图像或来自装置(例如，诸如个人计算机之类的图像处理装置)的数据记录和输出成图像的设备，该装置外部连接到设备100上。
设备100具有布置在其中用来进行图像形成过程的、包括感光鼓3的处理单元。这些处理单元形成图像形成部分。在鼓3的周缘中，布置充电装置5、光扫描单元11、显影单元2、转印装置6、清洁单元4及放电灯12。
充电装置5均匀地充电鼓3的表面。光扫描单元11扫描在均匀充电鼓3上的光图像，以写静电潜像。显影单元2使用从显影剂容器7供给的显影剂，就是说，使用包含本发明的调色剂和载体的双组分显影剂，显影由光扫描单元11写的潜像。转印装置6把在鼓3上显影的图像转印到记录材料(转印材料)上。清洁单元4除去在鼓3上的显影剂残余部分，从而新图像能记录在鼓3上。放电灯12除去在鼓3的表面上的电荷。
在图像形成设备100的底部中，包括进给托盘10的记录材料进给部分100a整体布置在设备100中。进给托盘10是用来盛放记录材料(纸张薄片)的托盘。盛放在进给托盘10中的纸张薄片借助于拾取辊16等逐张分离，并且每个薄片被输送到阻挡辊14。薄片然后在由阻挡辊14计时的同时被顺序地输送以在输送装置6与鼓3之间通过，以匹配形成在鼓3上的图像。因而，记录/复制在鼓3上的图像被转印到薄片上。通过把托盘10拉向设备100的前侧(操作侧)纸张薄片能添加到进给托盘10中。
在图像形成设备100的底部中，提供薄片接收器20和扩展接收部分21，用来接收从周缘装置，如具有多级记录材料进给托盘的记录材料进给器A和能够盛放大量薄片的记录材料进给器B，传送的薄片，并且用来把薄片顺序供给到图像形成部分。
在图像形成设备100的上部中，布置定影装置8，用来顺序接收其上转印图像的薄片并且使用定影辊81和压力辊82通过热量和压力把显影的图像定影在薄片上。因而，图像记录在薄片上。
其上记录图像的薄片由输送辊25向上输送，并且通过切换门9。在把提供在设备100的外部表面上的装载托盘15指示为出口托盘的场合，薄片由反向辊26排出到装载托盘15。另一方面，在指令双面图像形成或后处理的场合，薄片由反向辊26排向装载托盘15。然而，在这种情况下，薄片的每一张不完全排出，并且反向辊26在夹持住每一张的同时被反向。然后，薄片在相反方向上，就是说，在其中布置为双面图像形成和后处理选择性地提供的记录材料重新供给/输送装置和后处理装置的方向上，被颠倒地输送。
当颠倒输送薄片时，切换门9在图2中从以实线指示的位置切换到以虚线指示的位置。当形成双面图像时，颠倒输送的薄片通过记录材料重新供给/输送装置，并且再次供给到图像形成设备100。当进行后处理时，薄片从记录材料输送装置经输送中继装置由另一个切换门输送到后处理装置。
在光扫描单元11上面和下面的空隙中，提供有控制部分110，用来盛放控制图像形成过程的电路基片、和从外部装置接收图像数据的接口基片；和电源111，用来分别把电力馈给到接口基片和图像形成处理单元。
记录材料进给器A如图1中所示，记录材料进给器A包括记录材料进给部分b、c、d及记录材料排出部分e。记录材料进给部分b至d分别盛放纸张薄片。记录材料进给器A选择性地操作由用户选择的记录材料进给部分b至d，并且独立地把盛放在这些部分b至d中的薄片进给到记录材料排出部分e。记录材料进给器A也用作具有用来支撑图像形成设备100的桌面功能的单元，并且可拆卸地附加到图像形成设备100上。
当记录材料进给器A进给薄片时，薄片被输送到提供在设备100的底部处的薄片接收器20，并且进一步输送到图像形成部分。
纸张薄片能添加到记录材料进给部分b至d中，或者盛放在部分b至d中的纸张薄片能通过拉向(向用户站立侧)在部分b至d中的进给托盘能被更换。尽管在这个实施例中，记录材料进给器A包括三个进给部分b至d，但进给器A可以只包括一个或多于三个进给部分和排出部分。
记录材料进给器B如图1中所示，记录材料进给器B包括记录材料进给部分f。记录材料进给部分f盛放纸张薄片。进给器B操作进给部分f，并且把盛放在进给部分f中的纸张独立地进给到提供在进给器B的右侧表面的上部处的记录材料排出部分g。进给器B能盛放比在进给部分100a至d中盛放的薄片的量大的薄片。当进给器B进给薄片时，薄片被输送到提供在图像形成设备100的左侧表面的下部处的扩展接收部分21，并且进一步输送到图像形成部分。
输送中继装置C如图1中所示，提供输送中继部分C，用来把纸张薄片输送到后处理装置D。输送中继部分C附加到后处理装置D上。
输送中继部分C布置成可绕后处理装置D、用来连接图像形成设备100和后处理装置D的连接部件(第一定位部分)、或提供在后处理装置D上的旋转轴线旋转。
后处理装置D
如图1中所示，后处理装置D布置在图像形成设备100的左侧上，并且包括第一和第二记录材料排出部分h和i。第一记录材料排出部分h在提供在后处理装置D的侧表面的上部上的接收/输送部分i处从设备100接收有图像形成在其上的薄片，并且在接收薄片时排出它。第二记录材料排出部分i在由后处理器具进行后处理之后排出薄片，该后处理器具如选择性地包括在装置D中的订书机或打孔器。
尽管未表示在图中，但后处理装置D可以包括具有装订预定数量薄片的功能的后处理部分、具有折叠B4或A3尺寸薄片的功能的后处理部分、具有用来归类或分类纸张薄片的几个至几十个记录排出部分的储斗的后处理部分、等等，并且可以选择任何后处理装置。
记录材料重新供给/输送装置E如图1中所示，记录材料重新供给/输送装置E附加到图像形成设备100的左侧表面上。重新供给/输送装置E是具有记录材料输送路径的单元，在有图像形成在其上的记录材料(薄片)从定影装置8排出并且使用布置在图像形成设备100的上部中的排出部分的反向辊26颠倒地输送从而薄片侧面被颠倒之后，该记录材料输送路径用来把薄片再次进给到在设备100的图像形成部分中的感光鼓3与转印装置6之间的转印部分。
图像读取装置F如图1中所示，图像读取装置F进行安置在透明文档承载部件上的文档的原始图像的曝光和扫描以在光电转换元件上形成图像，并且然后把图像转换成电信号，以输出该信号作为图像数据。图像读取装置F也建造成，当文档由布置在图像读取装置F上的自动文档输送装置G通过自动文档输送路径输送时，同时从文档的顶侧和底侧扫描和读取文档的图像。
当从文档的底侧读取文档时，在移动扫描光学系统在文档输送路径的预定位置处处于暂停的状态下，通常移动和扫描文档承载部件的底表面的移动扫描光学系统把光学图像引导到是光电转换元件的CCD，以便扫描文档的图像。当同时读取文档的两侧时，接触式图像传感器(CIS)附加到自动文档输送装置上，从而同时扫描文档的两侧，该接触式图像传感器整体地包括诸如用来使文档的顶表面经受曝光的光源、把光学图像引导到光电转换元件的光学透镜、及用来把光学图像转换成图像数据的光电转换元件之类的部件。
图像形成设备100和其周缘装置A至G按上述建造，并且当指定双面读取模式时，顺序输送安置在自动文档输送装置G的进给部分上的文档，并且大体下同时读取图像。
图像读取装置F具有自动读取模式和手动读取模式。在自动读取模式中，作为分离薄片的文档由自动文档输送装置G自动地进给，并且按顺序方式逐张曝光和扫描，从而读取在文档上的图像。在手动读取模式中，书本型文档或不能由自动文档输送装置G自动进给的薄片型文档被手动地安置，并且读取其图像。
例子下文通过本发明的例子描述本发明。然而，应该理解，本发明不限于这些例子。
表示在表1中的是调色剂特性、根据例1至3和比较例1至6用在实际设备中的调色剂的估计结果、及用于估计的条件。
密度估计通过形成包括55mm直径的黑色圆圈的文档的三个拷贝以用Macbeth显象密度计测量每个拷贝样本的黑色部分、和然后计算三个拷贝样本的平均值，得到图像密度值。较高值指示较高密度。按下面所示的五级的比例估计密度值。
估计密度值51.4或更大41.3至1.431.2至1.321.0至1.211.0或更小模糊估计先用白度计(由Nippon Denshoku Industries Co.，Ltd制造的Hunter白度计)测量A4尺寸纸张的白度，以得到第一测量值。然后，形成包括55mm直径的白色圆圈的文档的三个拷贝，并且用上述白度计测量得到的拷贝样本的白度。然后，计算三个样本的平均白度，以得到第二测量值。从第一测量值减去第二测量值，以确定“模糊”值。较高值指示有较多模糊。
估计模糊值50.4或更小40.6-0.430.8-0.621.0-0.811.0或更大细线可复制性估计在包括具有5mm直径的半色调圆圈和0.3图像密度的原始图像的拷贝图像能以0.3至0.5的图像密度形成的条件下，把其上写有准确100μm的线宽度的细线的文档的拷贝形成为测量样本。把Luzex 450Particle Analyzer用作测量仪器，在显示在监视器上的图像上借助于指示器测量样本的线宽度。由于细线的图像在宽度方向上是不均匀的，所以把平均线宽度取作测量值。把拷贝的得到测量线宽度除以原始文档的线宽度，并且把结果乘以100以得到细线可复制性值(％)。值越靠近100％，指示细线可复制性越好。
估计细线可复制性值(％)5100至小于1054105至小于1153115至小于1252125至小于1351135或更大分辨率估计形成多个原始图像，其中具有相等线宽度和距离的五条细线的图案画在相应图像中，从而在1mm中分别提供R＝2.8、3.2、3.6、4.0、4.5、5.0、5.6、6.3、7.1及8.0线/mm。R表示析象能力，并且由R＝1/2d代表(其中d是细线宽度)。以上10种类型的线的图像的拷贝在适当复制条件下形成，并且用放大镜观察。把与其它线清晰分离的线的数量(线数量/mm)确定为分辨率。较高值指示较高分辨率。
估计线的数量(线数量/mm)57.1、8.045.6、6.334.5、5.023.6、4.013.2或更小调色剂消耗估计通过测量用实际设备连续形成5000张拷贝时使用的调色剂的量确定调色剂消耗。
估计调色剂消耗5小于80g480至小于100g3100至小于120g2120g或更大至小于140g1140g或更大整体估计对于例子和比较例的每一个得到在以上项目中的估计值的平均值作为整体估计。具有4或更高的平均值并且没有最低参数的调色剂判断为通过整体估计的调色剂。
在例1-3和比较例1-6的调色剂中包括的成分和其制备过程在下面描述。
例1-3和比较例1-6交联聚酯树脂 按重量100份(THF不溶成分按重量百分之30)碳黑 按重量10份(由Mitsubishi Chemical Corporation制造的#44，颗粒直径24nm)电荷控制剂按重量4份(由Orient Chemical Industries，Ltd.制造的BONTRON(R)S-34)蜡按重量3份(由Mitsui Chemicals，Inc.制造的Hi-Wax 4051E)
按上述比率包含每一种成分的50kg材料在Henschel搅拌机中在400rpm的转子速度下混合5分钟。生成的混合物在挤压机(由IkegaiLtd.制造的PCM-65)中熔化和揉搓。操作条件按如下设置。缸设置温度100℃；筒转数300rpm；材料进给速度100kg/h。在生成的调色剂混合物由冷却带冷却之后，它由具有f3mm筛的速度磨机大致压碎。然后，压碎的混合物由流化床型风动粉磨机(由Mitsui Mining Co.，Ltd.制造)进一步研磨，并且细粉末和粗粉末由转子分类器(由MitsuiMining Co.，Ltd.制造)截开，以提供具有6.7μm的平均颗粒直径(D50)的调色剂。
在例1-3和比较例1-6中，调色剂的颗粒直径、体积平均直径、数量百分比和体积百分比由彼此不同地设置的粉磨机分类器的操作条件控制。
得到的调色剂如上述那样由具有100μm孔径的coulter计数器TA-II测量。
把按重量0.5份的疏水干燥硅石(BET比表面积200m2/g)以细黑色粉末的形式添加到按重量100份的得到调色剂中，并且在Henschel搅拌机中混合。具有外部添加剂的按重量4份的调色剂与具有95μm的体积平均直径的按重量96份的铁氧体载体相混合，以得到充负电非磁性双组分显影剂。
颗粒直径分布和调色剂的特性表示在表1中。
制备的双组分显影剂安置在复印机AR-620(由Sharp Corporation制造)中，并且进行图像形成试验，其中制备的是早期调色剂图像(最初拷贝)和在连续进行五十万次拷贝之后得到的调色剂图像。
表1表示整体估计结果对于满足本发明的调色剂特性的例1-3是4或更高。这些例子的调色剂在高图像密度、模糊防止、细线可复制性、分辨率及调色剂消耗减少方面优良。另一方面，整体估计效果对于不满足本发明的调色剂特性的比较例1-6是低于4。比较例的调色剂在图像密度、模糊防止、细线可复制性、分辨率及调色剂消耗减少的至少一个方面有问题。
如上所述，本发明的调色剂能用在复印机或打印机中。
如此描述了本发明，显然本发明可以以多种方式改变。这样的改变不要认为脱离本发明的精神和范围，并且对于本领域技术人员显然的所有这样的修改打算包括在如下权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种用于静电图像显影的调色剂，包括调色剂颗粒，其中按数量不大于百分之13的调色剂颗粒具有小于4μm的颗粒直径、按数量不小于百分之20的调色剂颗粒具有4μm至6μm的颗粒直径、按体积不大于百分之2.0的调色剂颗粒具有16μm或更大的颗粒直径，其中调色剂颗粒具有4μm至9μm的体积平均直径并且至少一种外部添加剂添加到调色剂颗粒中。
2.根据权利要求1所述的调色剂，其中，按数量不大于百分之10的调色剂颗粒具有小于4μm的颗粒直径，按数量不小于百分之25的调色剂颗粒具有4μm至5.04μm的颗粒直径、按体积不大于百分之0.5的调色剂颗粒具有16μm或更大的颗粒直径，及调色剂颗粒具有6.7μm至7.7μm的体积平均直径。
3.根据权利要求1所述的调色剂，其中，外部添加剂是具有4μm或更小的平均颗粒直径的细硅石粉末，并且添加剂相对于按重量100份的调色剂颗粒以按重量0.01至8份的量添加。
4.根据权利要求1所述的调色剂，其中，调色剂与磁性载体一起使用作为双组分显影剂。
5.根据权利要求4所述的调色剂，其中，磁性载体具有30μm至100μm的体积平均直径，并且相对于按重量10份的调色剂以按重量10至1000份的量使用。
6.根据权利要求1或4任一项所述的调色剂，该调色剂用在图像形成设备中，该图像形成设备包括图像承载部件；静电潜像形成装置，用来在承载部件上形成静电潜像；显影剂供给装置，用来把显影剂供给到承载部件，以形成调色剂图像；输送装置，用来把转印材料输送到在承载部件上的转印位置；及转印装置，用来在转印位置处把调色剂图像从承载部件转印到转印材料上。
7.一种图像形成方法，包括步骤在图像承载部件上形成静电潜像；把包含至少一种调色剂和磁性载体的双组分显影剂供给到图像承载部件，以形成调色剂图像；及把调色剂图像转印到转印材料上，其中调色剂包括根据权利要求1所述的调色剂。
全文摘要
一种用于静电图像显影的调色剂，该调色剂包括调色剂颗粒，其中按数量不大于百分之13的调色剂颗粒具有小于4μm的颗粒直径，按数量不小于百分之20的调色剂颗粒具有4μm至6μm的颗粒直径，及按体积不大于百分之2.0的调色剂颗粒具有16μm或更大的颗粒直径。调色剂颗粒具有4μm至9μm的体积平均直径，并且至少一种外部添加剂添加到调色剂颗粒中。
文档编号G03G15/00GK1770021SQ200510118470
公开日2006年5月10日 申请日期2005年10月28日 优先权日2004年11月1日
发明者今福达夫, 尾藤贵广, 天竺英司, 佐藤武史, 大川猛司, 辻本晓子 申请人:夏普株式会社