DE19654066A1 - Elektrografischer Toner, Übertragungsverfahren und Entwicklungsvorrichtung dafür - Google Patents
Elektrografischer Toner, Übertragungsverfahren und Entwicklungsvorrichtung dafürInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektrografischen Toner, ein Übertragungsverfahren und eine
Entwicklungsvorrichtung zur Entwicklung von elektrostatischen Bildern.
Konventionelle Entwicklungstechniken verwenden entweder Trocken- oder Flüssigtoner.
In beiden Fällen gibt es einige Unzulänglichkeiten.
Bei Trockentonern ist eine zuverlässige triboelektrische Aufladung der Tonerpartikel
schwierig zu erreichen, da jedes individuelle Tonerpartikel reproduzierbar mit der
Aufladungsfläche in Kontakt gebracht werden muß. Triboelektrische
Aufladungsoberflächen verschleißen durch Abrieb von Tonermaterial und Anlagerung
sehr kleiner, stark gebundener Staubpartikel. Ungeladener Toner führt zu unerwünschter
Staubbildung. Mit falscher Polarität geladener Toner beeinträchtigt die Kantenschärfe und
die Hintergrundreinheit. Durch die triboelektrischen Anforderungen an alle Komponenten
ist die Materialauswahl für Toner und Apparateoberflächen eingeschränkt. Außerdem sind
Tonerpartikel mit Durchmessern von 5 µm und darunter als Feinstaub
gesundheitsschädlich beim Einatmen.
Flüssigentwicklungsverfahren beruhen in der Regel auf Elektrophorese. Der dabei
verwendete Flüssigtoner ist eine nichtleitende dielektrische Trägerflüssigkeit, in der
Tonerpartikel suspendiert sind. Die Tonerpartikel werden durch Anlagerung von Ionen
aus der Flüssigkeit geladen, und wenn die Flüssigkeit der Aufladungsoberfläche
nahegebracht wird, werden die geladenen Tonerpartikel durch das elektrische Feld des
latenten Bildes auf der Aufladungsoberfläche angezogen. Die Tonerpartikel treten
zusammen mit Trägerflüssigkeit auf die Aufladungsoberfläche über, und die
Trägerflüssigkeit wird in der Folge an die Umgebung abgegeben.
Damit das latente Bild auf der Aufladungsoberfläche nicht zerstört wird, verwendet man
organische Trägermedien mit einem sehr hohen Volumenwiderstand. Ein häufig
verwendetes Trägermedium ist unter dem Namen Isopar von der Fa. Exxon erhältlich. Die
bekannten flüchtigen Trägermedien sind jedoch im Hinblick auf die Arbeitssicherheit und
den Umweltschutz problematisch. Außerdem ist durch die Anforderungen an alle
Komponenten seitens der Elektrostatik sowie der Verträglichkeit mit der Trägerflüssigkeit
die Materialauswahl für Toner und Apparateoberflächen eingeschränkt. Ferner ist der
Umgang mit dem Toner unökonomisch, da das Tonermaterial mit ungefähr 3% nur einen
geringen Anteil im Gesamtvolumen des Entwicklers ausmacht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Toner zu schaffen, der in Verbindung
mit flüssigen Trägermedien verwendbar ist, die im Hinblick auf Arbeitssicherheit und
Umweltschutz weniger problematisch sind, und ferner ein Entwicklungsverfahren und
eine Entwicklungsvorrichtung für diesen Toner zu schaffen.
Diese Aufgabe wird bei einem elektrografischen Toner mit einer Vielzahl von
Polymerpartikeln erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes Polymerpartikel
funktionelle Gruppen an seiner Oberfläche aufweist, die in einer Trägerflüssigkeit in zwei
Teile dissoziierbar sind, wobei ein Teil jeder Gruppe fest mit der Oberfläche verbunden
bleibt, so daß die einzelnen Polymerpartikel in der Trägerflüssigkeit elektrostatische
Ladung tragen.
Der erfindungsgemäße Toner kann in Verbindung mit Trägerflüssigkeiten verwendet
werden, die nichttoxisch, wenig flüchtig und unbrennbar sind und die
Apparateoberflächen nicht angreifen. Wenn die Polymerpartikel in der Trägerflüssigkeit
suspendiert sind, ist ein Teil der funktionellen Gruppen an der Oberfläche der
Polymerpartikel in der Trägerflüssigkeit dissoziiert, und jedes Polymerpartikel trägt eine
elektrische Ladung, die je nach Art der funktionellen Gruppen entweder positiv oder
negativ ist. Geeignete Trägerflüssigkeiten sind beispielsweise wäßrige Lösungen oder
andere Medien, die in der Lage sind, die Dissoziation der Ladungsträger zu stabilisieren.
Sowohl in wäßrigen als auch in nichtwäßrigen Systemen können zur Stabilisierung der
Suspensionen z. B. Tenside oder Schutzkolloide verwendet werden.
Vorzugsweise weisen alle Polymerpartikel im wesentlichen die gleiche Anzahl solcher
funktioneller Gruppen an ihrer Oberfläche auf, die die in einer Trägerflüssigkeit in zwei
Teile dissoziieren, so daß jedes Polymerpartikel in der Trägerflüssigkeit eine genau
definierte elektrische Ladung trägt, die durch seinen chemischen Aufbau vorbestimmt ist.
Dadurch kann der Anteil des Tonermaterials am Gesamtvolumen des Entwicklers erhöht
werden, da anders als bei konventionellen Flüssigentwicklungsverfahren keine Gefahr
besteht, daß einzelne Partikel mit zu geringer Ladung die Hintergrundreinheit
beeinträchtigen. Durch die stärkere Konzentration des Toners im Entwickler spart man
Trägerflüssigkeit, und da beim Druck weniger Trägerflüssigkeit zusammen mit dem
Toner auf das Drucksubstrat übertragen wird, kann die restliche Trägerflüssigkeit leichter
vom Drucksubstrat entfernt werden und wird das Drucksubstrat geschont.
Eine einheitliche Aufladbarkeit der Polymerpartikel läßt sich auf einfache Weise dadurch
erreichen, daß die Polymerpartikel im wesentlichen kugelförmig sind und alle im
wesentlichen die gleiche Größe aufweisen. Der mittlere Durchmesser der Polymerpartikel
ist vorzugsweise kleiner als 7 µm, besser kleiner als 2 µm, und die Größenvariation
beträgt vorzugsweise ungefähr 10% oder weniger. Die dissoziierbaren funktionellen
Gruppen können entweder gleichmäßig über das Volumen der Polymerpartikel verteilt
sein oder nur auf der Oberfläche der Polymerpartikel angeordnet sein.
Polymerpartikel mit diesen Eigenschaften lassen sich beispielsweise durch
Heterophasenpolymerisationen herstellen, wie Suspensions- oder Emulsionsmethoden.
Die funktionellen Gruppen an der Partikeloberfläche, die in der Trägerflüssigkeit
elektrische Ladungen einer Polarität tragen, können beispielsweise Phosphonat, -SO3-,
-CO2- oder -NR3+ sein, wobei R irgendein organischer Rest ist. Die in der
Trägerflüssigkeit dissoziierten Träger der entsprechenden Gegenladungen sind
vorzugsweise Alkali- oder Erdalkalionen, Halogenide, kleine geladene Moleküle oder
Polyionen. Partikel mit derartigen funktionellen Gruppen sind zwar an sich bekannt,
wurden bisher jedoch nicht bei Tonern verwendet, sondern beispielsweise in Entsalzern
als Ionenaustauscher.
Bei einem Einkomponentenentwickler weisen alle Polymerpartikel ein Farbmittel auf. Im
Falle eines Zweikomponentenentwicklers wird eine erste Sorte von Polymerpartikeln
vorgesehen, die ein Farbmittel enthalten, und eine zweite Sorte von Polymerpartikeln, die
kein Farbmittel enthalten müssen. Wenn sie in der Trägerflüssigkeit suspendiert sind und
die Gegenladungen in der Trägerflüssigkeit dissoziiert oder daraus entfernt sind, weisen
die beiden Sorten von Polymerpartikeln umgekehrte Polarität auf, wobei die zweite Sorte
die Trägerpartikel für die erste Sorte bildet. Die Anzahl der Ladungen pro Trägerpartikel
sowie die Größe und Masse der Trägerpartikel können von den Tonerpartikeln abweichen.
Häufig weisen die Trägerpartikel einen wesentlich größeren Durchmesser als die
Tonerpartikel auf. Die Trägerpartikel können elektrisch leitfähig und/oder magnetisch
sein, was die Flexibilität des Systems im Vergleich zum Einkomponentensystem erhöht.
Eine elektrografische Entwicklungsvorrichtung zur Verwendung mit dem oben
beschriebenen Toner enthält ein bewegliches Bauteil, das beispielsweise ein um mehrere
Walzen umlaufendes endloses Band oder ein rotierender Zylinder ist und das teilweise in
ein Bad eintaucht, wobei dem in das Bad eintauchenden Teil des beweglichen Bauteils
eine Elektrode gegenüberliegt. Gemäß der Erfindung wird zwischen der Oberfläche des
Bauteils und der Elektrode eine Membran oder ein Diaphragma angeordnet, die bzw. das
für Atome oder kleine Moleküle durchlässig ist und für makroskopische Partikel wie die
Tonerpartikel undurchlässig ist. Die in der Trägerflüssigkeit gelösten Gegenionen werden
mittels einer geeigneten Vorspannung durch die Membran hindurch in Richtung auf die
Elektrode gezogen, und die Tonerpartikel werden auf die Entwicklungsoberfläche des
beweglichen Bauteils gezogen. Die Entwicklungsoberfläche des beweglichen Bauteils
weist ein Potential auf, das so gewählt ist, daß die Tonerpartikel elektrostatisch darauf
haften.
Da die Gegenionen stabil in der Trägerflüssigkeit dissoziiert sind, können die
Tonerpartikel und deren Gegenionen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
elektrolytisch räumlich voneinander getrennt werden, bevor sie auf die
Entwicklungsoberfläche übertragen werden. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige
Schicht einheitlich geladener Tonerpartikel auf der Entwicklungsoberfläche, was eine
hervorragende Druckqualität liefert.
Die Tonerpartikel auf der Entwicklungsoberfläche werden an eine Übertragungsstelle
zwischen der Entwicklungsoberfläche und einer Bildoberfläche transportiert, die
beispielsweise ein Photoleiter oder ein dielektrischer Bildträger auf einem rotierenden
Zylinder oder einem umlaufenden Band ist. An der Übertragungsstelle werden die
Tonerpartikel entsprechend einem latenten elektrostatischen Bild auf dem Bildträger auf
die Oberfläche des Bildträgers übertragen.
Die Übertragungsstelle ist entweder eine linienförmige Berührungsfläche zwischen der
Entwicklungsoberfläche und der Bildoberfläche oder ein schmaler Spalt dazwischen, den
die Tonerpartikel unter der Wirkung der elektrostatischen Felder der latenten Bilder auf
dem Bildträger überspringen.
Im Bereich eines solchen Spaltes kann eine Ultraschallquelle angeordnet sein, welche die
Entwicklungsoberfläche in mechanische Schwingungen versetzt. Indem der
Partikelverbund durch Ultraschall aufgelockert wird, kann der Übergang der
Tonerpartikel auf die Bildbereiche des latenten Bildes erleichtert werden. Das Zerstäuben
des Partikelverbundes auf der Entwicklungsoberfläche erlaubt es, den Spalt breiter zu
machen als es bei einer reinen sogenannten "Jump"-Entwicklung möglich ist. Bei einem
breiteren Spalt kann die Entwicklerflüssigkeit Wasser enthalten oder daraus bestehen,
ohne daß wegen der hohen Volumenleitfähigkeit von Wasser die Gefahr besteht, daß in
dem Spalt leitende Verbindungen zu dem latenten Bild entstehen. Außerdem ist es
möglich, die Entwicklerflüssigkeit auf dem Weg zwischen dem Elektrolysebad und dem
Entwicklungsspalt so stark aufzukonzentrieren, daß praktisch nur noch Partikel mit einem
Oberflächenfeuchtfilm vorliegen. Dadurch bleibt ein Druckpapier beim Druck weitgehend
trocken.
Die oben beschriebene Entwicklungsvorrichtung kann sowohl mit einem
Einkomponentenentwickler als auch einem Zweikomponentenentwickler gemäß der
Erfindung arbeiten. Im Falle, daß ein Zweikomponentenentwickler verwendet wird, läßt
sich alternativ eine Entwicklungsvorrichtung realisieren, die nach dem
Magnetbürstenprinzip arbeitet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen und aus der Zeichnung, auf die Bezug
genommen wird. Darin zeigen:
Fig. 1 ein elektrografisches Einkomponenten-Entwicklungssystem;
Fig. 2 ein elektrografisches Zweikomponenten-Entwicklungssystem;
Fig. 3 eine Skizze zur näheren Erläuterung der elektrochemischen Vorgänge in dem
Zweikomponenten-Entwicklungssystem; und
Fig. 4 eine Skizze, welche schematisch die Entwicklersuspension zeigt, die in dem
Zweikomponenten-Entwicklungssystem verwendet wird.
In Fig. 1 befindet sich auf einer Bildoberfläche 1, z. B. einem Photoleiter oder einem
dielektrischen Bildträger auf einem drehbar gelagerten Zylinder, ein latentes
elektrostatisches Bild in Form eines Musters elektrischer Ladungen. Diese Ladungen
werden im folgenden als negativ angenommen, können aber auch positiv sein. Im
letzteren Fall sind die in der nachfolgenden Beschreibung erwähnten Ladungen und
Spannungen jeweils umzukehren.
Über eine Entwicklungsoberfläche 2, die in Fig. 1 durch ein Transportband gebildet wird,
werden diesem Bild in einem Druckspalt 3 zwischen der Bildoberfläche 1 und der
Entwicklungsoberfläche 2 positiv geladene Tonerpartikel 4 nahegebracht.
Im Druckspalt 3 kann der Partikelverbund durch ein geeignetes Hilfsmittel aufgelockert
werden, vorzugsweise durch eine Ultraschallquelle 5, welche die Entwicklungsoberfläche
2 im Bereich des Druckspaltes 3 in Schwingungen ersetzt. Diese Auflockerung, die mehr
oder weniger kräftig sein kann und ggf. einer Zerstäubung gleichen kann, erleichtert den
Übergang der Tonerpartikel 4 auf die Bildbereiche der Bildoberfläche 1. Eine solche
Auflockerung ist in jedem Falle dann nötig, wenn die Tonerschicht auf der
Entwicklungsoberfläche 2 eine bestimmte kritische Volumenleitfähigkeit übersteigt.
Die Entwicklungsoberfläche 2 trägt ein elektrisches Potential U1 und definiert zusammen
mit einem Potential U2 der Bildoberfläche 1 das elektrische Feld für die Bildentwicklung.
Nach der Entwicklung wird die Tonerschicht auf der Entwicklungsoberfläche 2 erneuert.
Dazu taucht sie in ein Bad mit einer Flüssigkeit 6 ein, in der sich frische positiv geladene
Tonerpartikel 4 und dissoziierte Gegenionen 7 befinden. Mit Hilfe eines Diaphragmas
oder einer Membran 8 und einer Elektrode 9 mit dem Potential U3 wird zwischen der
Entwicklungsoberfläche 2 und der Elektrode 9 eine elektrolytische Zelle aufgebaut. Durch
geeignete Wahl von U1 und U3 werden die gelösten Gegenionen 7 durch die Membran 8
zur Elektrode 2 gezogen und die Tonerpartikel 4 zur Entwicklungsoberfläche 2 gezogen,
auf der sie elektrostatisch haften. Die Flüssigkeit 6 wird in der Figur von oben zugeführt
und strömt in Richtung des eingezeichneten Pfeils an der Entwicklungsoberfläche 2, der
Membran 8 und der Elektrode 9 entlang. Die Membran 8 ist so ausgelegt, daß sie für die
Gegenionen 7, nicht aber für die vergleichsweise makroskopischen Tonerpartikel 4
durchlässig ist.
Die Tonerpartikel 4 haben mit Hilfe chemisch präparativer Methoden folgende
Eigenschaften erhalten: sphärische oder davon abgeleitete Gestalt; einen mittleren
Durchmesser kleiner als 7 µm, bevorzugt kleiner als 2 µm; eine geringe Größenvariation;
ein Farbmittel in den Tonerpartikeln; und eine streng definierte Anzahl funktioneller
Gruppen an den Partikeloberflächen, die in der Flüssigkeit 6 dissoziieren, derart, daß ein
Teil mit positiver Polarität mit den Tonerpartikeln 4 verbunden bleibt und ein Teil mit
negativer Polarität in der Flüssigkeit 6 gelöst ist. Der fest mit den Tonerpartikeln
verbundene Teil kann beispielsweise eine Gruppe der Art -NR3+ sein, wobei R ein
organischer Rest ist, und der in der Flüssigkeit gelöste Teil kann beispielsweise ein
Halogenid wie Cl- oder ein kleines geladenes Molekül sein. Tonerpartikel 4 mit negativer
Polarität würden sich beispielsweise mit Teilgruppen der Art -SO3- oder -CO2- ergeben,
wobei geeignete Gegenionen vorzugsweise Ionen von Alkali- und Erdalkalimetallen oder
ebenfalls kleine geladene Moleküle sind.
Als flüssiges Trägermedium für die Tonerpartikel 4 wird eine Flüssigkeit 6 gewählt, die
in der Lage ist, die Dissoziation der Ladungsträger zu stabilisieren, z. B. wäßrige
Lösungen oder Tensid/Lösemittelsysteme.
Das in Fig. 2 gezeigte Zweikomponenten-Entwicklungssystem unterscheidet sich vom
prinzipiellen Aufbau her nicht von dem System von Fig. 1, und es werden für gleiche
Bestandteile gleiche Bezugszeichen verwendet.
Anders als in Fig. 1 befinden sich in der Flüssigkeit 6 und auf der
Entwicklungsoberfläche 2 des Zweikomponentensystems zusätzlich zu den
Tonerpartikeln 4 Trägerpartikel 10. Die Trägerpartikel 10 tragen ähnlich wie die
Tonerpartikel 4 geladene funktionelle Teilgruppen an der Oberfläche, die jedoch die
umgekehrte Polarität zu denen der Tonerpartikel 4 aufweisen.
Die Potentiale U1 und U3 werden so eingestellt, daß der Entwickler bis in die Nähe oder
bis zum Erreichen der elektrischen Neutralität des Systems Trägerpartikel/Tonerpartikel
elektrolysiert wird.
Die elektrochemischen Vorgänge in dem Zweikomponentensystem von Fig. 2 sind etwas
komplizierter als im Einkomponentensystem und werden anhand von Fig. 3 erläutert,
ebenfalls am Beispiel von positiv geladenen Tonerpartikeln 4, d. h. mit negativ geladenen
Trägerpartikeln 10. In diesem Beispiel sind Trägerpartikel 10 vorgesehen, welche
wesentlich größer als die Tonerpartikel 4 sind und welche die dreifache Ladung der
Tonerpartikel aufweisen. Diese Verhältnisse können nach Bedarf abgeändert werden.
In einem nicht dargestellten vorgeschalteten Schritt werden Tonerpartikel und
Trägerpartikel in getrennten Suspensionen hergestellt.
Im Schritt "Ladungserzeugung" wird ein Gemisch der Toner- und der Trägersuspension
mit Elektroneutralität zwischen Tonerpartikeln 4 und Trägerpartikeln 10 hergestellt,
indem sie z. B. durch Dialyse von ihren Gegenionen befreit werden.
Der so gewonnene Entwickler kann isoliert und für den Gebrauch in der
Entwicklungsvorrichtung aufgearbeitet werden.
Im Schritt "Entwicklung" wird der Entwickler an der Entwicklungsoberfläche 2 vorbei
geleitet, wobei auf der Entwicklungsoberfläche 2 eine negativ geladene Entwicklerschicht
mit einem Tonerdefizit zurückbleibt.
Dies durch den Druck verursachte Tonerdefizit wird durch die nachfolgend beschriebenen
Schritte "Tonernachfuhr" und "Ladungsausgleich" wieder ausgeglichen, im wesentlichen
auf die gleiche Weise wie beim Einkomponentensystem mit Hilfe des Diaphragmas oder
der Membran 8 und der Elektrode 9 zur Beseitigung der Gegenionen.
Im einzelnen geschieht dabei folgendes: Nachdem sich auf der Entwicklungsoberfläche 2
eine im wesentlichen stationäre Schicht aus negativ geladenen Trägerpartikeln 10
eingestellt hat, an denen jeweils einige Tonerpartikel 4 haften, oder auch zeitgleich mit
der Zufuhr der Trägerpartikel 10 werden der Flüssigkeit 6 zusätzliche Tonerpartikel 4
zugeführt. Diese zusätzlichen Tonerpartikel 4 dissoziieren in der Flüssigkeit 6 in positiv
geladene Tonerpartikel 4 und deren negativ geladene Gegenionen 7, oder sie sind bereits
dissoziiert, falls die Tonerpartikel 4 in Form einer aufbereiteten Suspension zugeführt
werden. Die Anzahl der zusätzlichen Tonerpartikel 4 muß während des Drucks sehr viel
größer als die der zugeführten Trägerpartikel 10 sein, da die Tonerpartikel 4 während des
Drucks verbraucht werden, während der Verlust an Trägerpartikel 10 sehr viel geringer
ist. Im Schritt "Tonernachfuhr" lagern sich solche einzelnen Tonerpartikel 4 an
unbesetzten Stellen der Trägerpartikel 10 auf der Entwicklungsoberfläche ab, und im
Schritt "Ladungsausgleich" werden die entsprechenden Gegenionen 7 durch die Membran
8 auf die Elektrode 9 gezogen.
Die mit Tonerpartikeln 4 gesättigten Trägerpartikel 10 sind zwar insgesamt elektrisch
neutral, bleiben aber wegen der ungleichmäßigen Ladungsverteilung dennoch an der
Entwicklungsoberfläche 2 haften und werden in den Druckspalt 3 transportiert, wie in
Fig. 2 dargestellt. Im Druckspalt 3 geben die Trägerpartikel 10 selektiv einige oder alle
Tonerpartikel 4 an die Bildoberfläche 1 ab, von der sie anschließend auf ein Drucksubstrat
oder einen Zwischenträger übertragen werden.
In den in Fig. 1 bzw. 2 gezeigten Ausführungsformen kann übrigens anstelle der
zylindrischen Bildoberfläche 1 auch ein Transportband verwendet werden, und umgekehrt
kann anstelle der Entwicklungsoberfläche 2, die in Fig. 1 oder 2 durch ein Transportband
gebildet wird, eine Entwicklungsoberfläche auf einem drehbaren Zylinder verwendet
werden.
Im Falle, daß ein Zweikomponentenentwickler verwendet wird, läßt sich ferner eine
Entwicklungsvorrichtung realisieren, die mit Magnetbürsten arbeitet. Eine solche
Ausführungsform, die in der Zeichnung nicht im einzelnen dargestellt ist, könnte
abweichend von Fig. 2 beispielsweise so aufgebaut sein, daß sich die
Entwicklungsoberfläche 2 und die Bildoberfläche 1 nicht berühren, sondern über einen
engen Druckspalt 3 aneinander angrenzen, und daß zwischen der Entwicklungsoberfläche 2
und der Bildoberfläche 1 mit Hilfe geeigneter Magnetfelder eine Magnetbürste
aufgebaut wird, welche die Tonerpartikel 4 und die Trägerpartikel 10 von der
Entwicklungsoberfläche 2 auf die Bildoberfläche 1 überträgt.
Dabei werden zwei Unzulänglichkeiten bisheriger Magnetbürstenentwickler vermieden.
Erstens sind die Trägerpartikel nicht für die Aufladung der Tonerpartikel verantwortlich,
die bei herkömmlichen Zweikomponentenentwicklern triboelektrisch erfolgt, und
unterliegen somit keinem Verschleiß. Zweitens muß das Mischungsverhältnis zwischen
Tonerpartikeln und Trägerpartikeln auf der Entwicklungsoberfläche nicht geregelt
werden, sondern ergibt sich durch die Elektroneutralität des Entwicklers im oben
beschriebenen Schritt "Ladungsausgleich".
Verwendet man elektrisch leitende Trägerpartikel, so führt man das Potential U1 der
Entwicklungsoberfläche bis unmittelbar an das latente Bild heran und wirkt außerdem
lokal dem Verarmungspotential durch die Entfernung von Tonerpartikeln aus den
Entwickler entgegen. Dieses Verarmungspotential entsteht bei Systemen mit
nichtleitenden Trägerpartikeln dadurch, daß nach der Entfernung eines Tonerpartikels von
einem Trägerpartikel die Bindungsstärke zu den verbleibenden Tonerpartikeln zunimmt.
Fig. 4 zeigt schematisch die Entwicklersuspension des Zweikomponentensystems. Sie
besteht aus Tonerteilchen, die chemisch in der Suspension stabilisiert werden können (A
und B), Entwicklerflüssigkeit (C) sowie Trägerpartikeln (D), die ebenfalls chemisch
stabilisiert werden können, was aber in der Figur nicht angedeutet ist.
Die Entwicklerflüssigkeit ist im bevorzugten Fall eine wäßrige Lösung, die auf dem Weg
zwischen Elektrolysebad und Entwicklungsspalt so stark aufkonzentriert wird, daß
praktisch nur noch Partikel mit einem Oberflächenfeuchtfilm vorliegen. Die hohe
Volumenleitfähigkeit des Wassers macht dann aber die Verwendung einer
Zerstäubereinheit wie der Ultraschallquelle 5 erforderlich, damit keine leitenden
Verbindungen vom latenten Bild zu potentialführenden Teilen geschaffen werden. Es
wird daher angenommen, daß zur Verwendung eines Magnetbürstenprinzips Wasser
weniger geeignet ist oder aber bis zum Erreichen des Druckspaltes vollständig entfernt
werden muß.
1
Bildoberfläche
2
Entwicklungsoberfläche
3
Druckspalt
4
Tonerpartikel
5
Ultraschallquelle
6
Flüssigkeit
7
Gegenionen
8
Membran
9
Elektrode
10
Trägerpartikel
Claims (24)
1. Elektrografischer Toner, der eine Vielzahl von Polymerpartikeln enthält,
dadurch gekennzeichnet,
daß jedes Polymerpartikel (4; 10) funktionelle Gruppen an seiner Oberfläche auf
weist, die in einer Trägerflüssigkeit (6) in zwei Teile dissoziierbar sind, wobei ein
Teil jeder Gruppe fest mit der Oberfläche verbunden bleibt, so daß die einzelnen Po
lymerpartikel in der Trägerflüssigkeit elektrostatische Ladung tragen.
2. Elektrografischer Toner nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß alle Polymerpartikel (4; 10) im wesentlichen die gleiche Anzahl funktioneller
Gruppen an ihrer Oberfläche aufweisen, die in der Trägerflüssigkeit (6) in zwei Teile
dissoziierbar sind.
3. Elektrografischer Toner nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Polymerpartikel (4; 10) im wesentlichen kugelförmig sind und alle im we
sentlichen die gleiche Größe aufweisen.
4. Elektrografischer Toner nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Größenvariation der Polymerpartikel (4; 10) ungefähr 10% beträgt.
5. Elektrografischer Toner nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß derjenige Teil der funktionellen Gruppen, der fest mit der Oberfläche der Poly
merpartikel (4; 10) verbunden ist, SO3, CO2, Phosphonat oder NR3 ist, wobei R ein
organischer Rest ist.
6. Elektrografischer Toner nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der in einer Trägerflüssigkeit (6) dissoziierbare Teil der funktionellen Gruppen
aus Alkali- oder Erdalkalimetallionen, Halogeniden, kleinen geladenen Molekülen
oder Polyionen besteht.
7. Elektrografischer Toner nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Polymerpartikel (4; 10) ein Farbmittel enthalten.
8. Elektrografischer Toner nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mittlere Durchmesser der Polymerpartikel (4; 10) kleiner als 7 µm ist.
9. Elektrografischer Toner nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mittlere Durchmesser der Polymerpartikel (4; 10) kleiner als 2 µm ist.
10. Elektrografischer Toner nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß er eine Trägerflüssigkeit (6) umfaßt, in der die Polymerpartikel (4; 10) suspen
diert sind, wobei die dissoziierbaren Teile der funktionellen Gruppen an der Oberflä
che der Polymerpartikel im wesentlichen vollständig in der Trägerflüssigkeit dissozi
iert sind.
11. Elektrografischer Toner nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trägerflüssigkeit (6) Wasser umfaßt.
12. Elektrografischer Toner nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trägerflüssigkeit (6) Tensid und/oder Schutzkolloid enthält.
13. Elektrografischer Toner nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß er eine erste (4) und eine zweite (10) Sorte von Polymerpartikeln enthält, wobei
die in der Trägerflüssigkeit dissoziierten Teile der funktionellen Gruppen der beiden
Sorten von Polymerpartikeln verschiedene Polaritäten aufweisen.
14. Elektrografischer Toner nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Polymerpartikel der ersten Sorte (4) ein Farbmittel enthalten und daß die Po
lymerpartikel der zweiten Sorte (10) kein Farbmittel enthalten.
15. Elektrografischer Toner nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Polymerpartikel der zweiten Sorte (10) elektrisch leitfähig sind.
16. Elektrografischer Toner nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Polymerpartikel der zweiten Sorte (10) ein weichmagnetisches Material ent
halten.
17. Elektrografischer Toner nach einem der Ansprüche 13 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Polymerpartikel der zweiten Sorte (10) einen wesentlich größeren Durchmes
ser als die der ersten Sorte (4) aufweisen.
18. Verfahren zur Übertragung von elektrografischem Toner nach einem der
Ansprüche 10 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Polymerpartikel (4) und die in der Trägerflüssigkeit (6) dissoziierten Teile der
funktionellen Gruppen elektrolytisch räumlich voneinander getrennt werden, bevor
sie auf eine Entwicklungsoberfläche (2) oder eine Magnetbürste übertragen werden.
19. Verfahren nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Polymerpartikel (4) zur Übertragung von der Entwicklungsoberfläche auf eine
Bildoberfläche (1) Ultraschallschwingungen ausgesetzt werden.
20. Elektrografische Entwicklungsvorrichtung, die ein bewegliches Bauteil (2)
enthält, das teilweise in ein Bad (6) eintaucht, wobei dem in das Bad eintauchenden
Teil des Bauteils eine Elektrode (9) gegenüberliegt,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Oberfläche des Bauteils und der Elektrode eine Membran (8) ange
ordnet ist, die für Atome oder kleine Moleküle durchlässig ist und für makroskopische
Partikel wie Tonerpartikel undurchlässig ist.
21. Elektrografische Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß das bewegliche Bauteil ein umlaufendes
Band (2) oder ein rotierender Zylinder ist.
22. Elektrografische Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß das bewegliche Bauteil als Magnetbürste ausgebildet ist.
23. Elektrografische Entwicklungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Oberfläche des Bauteils (2) in einem von dem Bad (6) entfernten Teil eine
Bildoberfläche (1) gegenüberliegt, auf die Toner (4) zu übertragen ist, wobei zwi
schen der Oberfläche des Bauteils und der Bildoberfläche ein Spalt (3) gebildet wird,
und daß im Bereich des Spaltes eine Ultraschallquelle (5) angeordnet ist, um die
Oberfläche des Bauteils in mechanische Schwingungen zu versetzten.
24. Elektrografische Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bildoberfläche (1) ein Photoleiter oder ein dielektrischer Bildträger auf einem
rotierenden Zylinder oder einem umlaufenden Band ist.
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Applications Claiming Priority (1)
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DE19654066A Withdrawn DE19654066A1 (de) | 1996-12-23 | 1996-12-23 | Elektrografischer Toner, Übertragungsverfahren und Entwicklungsvorrichtung dafür |
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- 1997-12-22 JP JP9353554A patent/JPH10186735A/ja active Pending
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