DE2729145A1

DE2729145A1 - Elektrographisches verfahren

Info

Publication number: DE2729145A1
Application number: DE19772729145
Authority: DE
Inventors: George Philip Kasper; John Walter May
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1976-06-28
Filing date: 1977-06-28
Publication date: 1977-12-29
Also published as: BE856199A; FR2356979B1; CA1064335A; JPS533337A; AU2649877A; FR2356979A1; DE2729145C2; US4076857A; AU504743B2; GB1549133A

Description

PATENTANWÄLTE

H.Bartels

Dipl.-Chem. Dr. Brandes Dr.Hng.HeW CNpl.-Phys. Wolff

8 München 22,Thierechstra8e 8

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Bürozelt: 8-12 Uhr. 13-«Λ) Uhr

10. Juni 1977 25/2

EASTMAN KODAK COMPANY, 343 State Street, Rochester, Staat New York, Vereinigte Staaten von Amerika

Elektrographisches Verfahren

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Elektrographisches Verfahren

Die Erfindung betrifft ein elektrographisches Verfahren, bei dem ein auf einem Träger befindliches elektrostatisches Ladungsmuster mit einem elektrographischen Entwickler entwickelt wird, intern das Ladungsmuster in einer Entwicklungszone solange mit dem Entwickler in Kontakt gebracht wird, bis sich Tonerteilchen unter Entwicklung des elektrostatischen Ladungsmusters auf diesem niedergeschlagen haben und bei dem die Entwicklermasse in der Entwicklungszone während der Kontaktdauer der Einwirkung eines elektrischen Feldes ausgesetzt wird.

Bei der elektrographischen Reproduktion von Bildern bereitet bekanntlich die Entwicklung von großflächigen Bildern, d»h. von sog. "solid-area images" bei hohen Entwicklungsgeschwindigkeiten noch Schwierigkeiten. Es sind viele Methoden bekannt-geworden, die Entwicklung großflächiger Bilder zu verbessern. Auch sind viele Entwicklungsvorrichtungen, wie beispielsweise Viel-Walzenvorrichtungen und MagnetbOrsten-Entwicklungsvorrichtungen bekanntgeworden. Keines der bisher bekannt gewordenen Verfahren und keine der bisher bekannt gewordenen Vorrichtungen ermöglicht jedoch eine problemfreie, universell anwendbare Entwicklung großflächiger Bilder mit hohen Entwicklungsgeschwindigkeiten. Die in jfing·ter Zeit bekanntgewordenen bedeutsamen Methoden zur Verbesserung der Entwicklung großflächiger Bilder werden von Dcseauer und Clark in des Buch "Xerography and Related Processes", Verlag Fecal Press Limited (1965), Seiten 276 bis 287 beschrieben.

Im allgemeinen verwenden elektrographische Verfahren, die eine Entwicklung großflächiger Bilder ermöglichen, eine Entwicklungselektrode oder aber die Verfahren arbeiten unter Anwendung einer Siebtechnik. Wird eine Entwicklungselektrode angewandt, so besteht diese aus einer leitfähigen Oberfliehe, die in die Nähe der zu entwickelnden, ein elektrostatisches Ladungsbild aufweisenden Oberfläche gebracht wird, um ein äußeres Feld zu errichten, das genau die Ladungsdichte des elektrostatischen Ladungsmusters darstellt. Die Siebtechniken fOr die Entwicklung großflächiger Bilder

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beruhen im allgemeinen auf einer Umformung des großflächigen Bildes in einer Reihe von geladenen Punkten oder Linien, die dann durch Kantenfelder entwickelt werden. Elektrostatische Ladungsmuster aus einer solchen Reihe von Ladungspunkten oder Ladungslinien lassen sich dadurch erzeugen, daß die xerographische Oberfläche in Form eines Siebmusters aufgeladen wird, durch Maskierung der zu reproduzierenden Vorlage während der Projektion oder durch selektive Entladung der xerographischen Oberfläche vor, während oder nach der Bildexponierung.

Viele dieser verschiedenen Versuche eine vorteilhafte Entwicklung großflächiger Bilder zu erreichen sind außerordentlich komplex. Nachteilig an den bekannten Verfahren ist des weiteren, daß der Entwicklungsspielraum gering ist oder daß die entwickelten großflächigen Bilder eine nur geringe Dichte aufweisen, und zwar insbesondere dann, wenn die elektrographischen Verfahren bei hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden. Oftmals beruht die erzielte geringe Dichte dabei auf einer geringen Entwicklungsgeschwindigkeit oder schwachen Entwicklungsfeldern.

Aufgabe der Erfindung,ist es daher ein elektrographisches Verfahren anzugeben, das die Entwicklung großflächiger Bilder hoher Dichte und ausgezeichneter Qualität bei hohen Entwicklungsgeschwindigkeiten ermöglicht.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich die gestellte Aufgabe dadurch lösen läßt, daß man im Rahmen eines elektrographischen Verfahrens des beschriebenen Typs die Entwicklermasse der Einwirkung eines elektrischen Feldes aussetzt, dessen Stärke größer ist als der elektrische Durchschlagswert des Entwicklers, so daß der Entwickler bei der Entwicklung des elektrostatischen Ladungsmusters eine« elektrischen Durchschlag unterliegt.

Erfindungsgemäß wird somit ein Träger mit einem elektrostatischen Ladungsmuster, z.B. einem latenten elektrostatischen Bild mit einem Entwickler mit einem vorbestimmten elektrischen Durchschlagswert in Kontakt gebracht. Der Ausdruck "elektrischer Durchschlags-

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wert", der im Zusammenhang mit dem verwendeten Entwickler oder der verwendeten Entwicklermischung verwendet wird, steht für den Wert des maximalen elektrischen Feldes, das ein solcher Entwickler ertragen kann, ohne einem elektrischen Durchschlag oder Durchbrach

4mrfmHr unter den gegebenen Bedingungen der Entwicklung zu unterliegen.

Der Kontakt zwischen Entwickler und Trftger mit elektrostatischem Ladungsmuster wird solange aufrechterhalten, his sich die Tonerteilchen oder markierenden Teilchen der Entwicklernasse auf dem elektrostatischen Ladungsmuster niedergeschlagen haben. Die Entwicklung des elektrostatischen Ladungsmusters erfolgt dabei durch Steuerung des Entwicklungsprozesses derart, daß ein elektrisches Feld, das größer ist als der elektrische Durchschlagswert des Entwicklers (d.h. größer als das maximale elektrische Feld, das der Entwickler ertragen kann, ohne einem elektrischen Durchschlag zu unterliegen) an den Entwickler in der Entwicklungszone angelegt wird, wodurch der Entwickler einem elektrischen Durchschlag in der Entwicklungszone bei der Entwicklung des elektrostatischen Ladungsmusters unterliegt. Zu den Entwicklungsparametern, die dazu benutzt werden können, um eine vorteilhafte Entwicklung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erreichen, gehören beispielsweise die Menge der Ladung auf dem Träger, die Entfernung zwischen dem Träger und einer Vorspannungselektrode, wie sie im folgenden noch näher beschrieben werden wird (die Entfernung, über die das elektrische Feld errichtet wird, um den vorbestimmten elektrischen Durchschlagswert des Entwicklers zu überschreiten), die Vorspannung der Vorspannungselektrode und dergleichen.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Entwicklungsverfahrens erreicht die Spannung auf der Oberfläche des Entwicklers (d.h. desjenigen, der an das das elektrostatische Bild aufweisende Glied anprenzt) in der Entwicklungszone de Spannung oder das Potential der Vorspannungselektrode, z.B. der Oberfläche der Magnetbürstenwalze. Infolgedessen erreicht der Unterschied in der Spannung oder im Potential zwischen der Oberfläche des Entwicklers und der das elektrostatische Bild tragenden Oberfläche den maximal möglichen Wert und die Entwicklung läuft mit maximaler Geschwindigkeit ab.

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Die Figuren dienen der näheren Erläuterung der Erfindung. Im einzelnen sind dargestellt in:

Figur 1 die Verhältnisse zwischen einer ein elektrostatisches Ladungsbild aufweisenden Oberfläche eines Entwicklers und einer Magnetwalzenoberfläche im Falle eines eine Magnetbürste verwendenden Entwicklungsverfahrens;

Figur 2 ein Diagramm, aus dem sich das typische, Nicht-Ohm¹sehe Verhalten bestimmter Entwicklermassen ergibt;

Figur 3 ein Diagramm, aus dem sich die Abhängigkeit des Entwicklerwiderstandes von der Toner-Konzentration bei einer 5Otigen relativen Feuchtigkeit im Falle verschiedener Entwicklermassen ergibt, bei Anwendung einer 7 Volt-Spannung, die an 4 mm dicke Schichten der Entwickler angelegt wurde;

Figur 4 ein Diagramm, aus dem sich die Beziehung zwischen Entwickler-Durchschlagsfeld und Tonerkonzentration im Falle bestimmter Entwickler ergibt;

Figur 5 ein Diagramm, aus dem sich die Beziehung zwischen Entwickler-Durchschlagsspannung und Entwicklerdicke im Falle eines speziellen Entwicklers ergibt;

Figur 6 ein Diagramm, das die tatsächliche Obertragungsdichte eines entwickelten Bildes als Funktion der Transportgeschwindigkeit eines ein latentes Bild aufweisenden Filmes oder als Funktion der Zeitspanne, die sich das Bild in Kontakt mit dem Entwickler befindet, im Falle eines Entwicklers unter Anwendung der Durchschlagsmethode (Entwickler X) und für eimern Entwickler, der nicht nach dem Verfahren der Durchschlagsmethode eingesetzt wird, (Entwickler Y) zeigt.

Das erfindungsgemäfie Verfahren zur Entwicklung elektrostatischer Ladungsmuster läßt sich im Rahmen von allen Entwicklungsverfahren anwenden, bei denen eine Entwicklungselektrode im klassischen Sinne Verwendet wird, wie sie beispielsweise in dem Buch von

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Schaffert, "Electrophotography", 2. Ausgabe, Seite 35 näher beschrieben werden. In besonders vorteilhafter Weise läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren im Rahmen von Entwicklungsverfahren anwenden, die eine Magnetbürste verwenden. Die hier beschriebene Vorspannungselektrode entspricht dabei der klassischen Entwicklungselektrode, wie sie in dem Buch von Schaffert beschrieben wird.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren am Beispiel der Durchführung eines Magnetbürsten-Entwicklungsprozesses, und einer entsprechenden Vorrichtung, wie sie schematisch in Figur 1 dargestellt ist, beschrieben.

Im Falle eines Magnetbürsten-Entwicklungsverfahrens wird eine Walze 10 verwendet, die im allgemeinen eine elektrisch leitfähige, nicht magnetische äußere Oberfläche aufweist, die mindestens einen stationären Magneten umgibt. Auf der Walze 10 befindet sich dabei ein Entwickler 20 in Kontakt mit einem Träger 30 mit einem latenten elektrostatischen Bild. Der Kontaktbereich zwischen dem Träger 30 und dem Entwickler 20 wird als Entwicklungszone bezeichnet, Der Entwickler 20 besteht aus einer Mischung aus ferromagnetischen Trägerteilchen 21 sowie Tonerteilchen 22. Die Tonerteilchen 22 sind durch die Trägerteilchen 21 triboelektrisch aufgeladen und werden von dem latenten elektrostatischen Bild auf dem Träger 30 unter Erzeugung eines sichtbaren Bildes angezogen. Der Träger 30 ist bei G geerdet. Der Träger 30 kann aus einem photoleitfähigen Aufzeichnungsmaterial bestehen oder aus einem isolierenden Filmmaterial, das ein bildweises Ladungsmuster aufweisen kann.

Die Entwicklung der großflächigen Bildbezirke (solid area images) läßt sich dadurch steigern, daß man die Magnetwalze 10 ebenfalls elektrisch bei G erdet. In vorteilhafter Weise läßt sich eine Vorspannung 15 an die Walze 10 anlegen, um das Auftreten einer unerwünschten Hintergrunddichte in dem entwickelten Bild zu vermeiden oder zu reduzieren. Die mit einer Vorspannung versehene Walze läßt sich als Vorspannungselektrode bezeichnen.

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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß unter gesteuerten Bedingungen bestimmte Entwickler ein PhSnomen zeigen, das hier als "elektrischer Durchschlag" bezeichnet wird. Dieses Durchschlags-Phänoraen, das bestimmte Entwickler zeigen, offenbart sich durch Messung des Widerstandes des Entwicklers als Funktion des elektrischen Feldes ÜfaBnüie* Entwickler. Der Widerstand 13Rt sich leicht messen, in dem eine Mefcllelektrode in der Ebene des Trägers 30 über einer sich in Betrieh befindlichen Magnetbürste angeordnet wird, in dem eine bekannte Spannung an die Elektrode angelegt wird und ii\jiem der Strom gemessen wird, der durch die Magnetbürste gelangt. Der Widerstand wird dabei errechnet durch Division des Stromes durch die Spannung.

Wie sich aus Figur 2 ergibt, erfolgt bei einem bestimmten Grad des erzeugten Feldes, als elektrischer Durchschlagswert bezeichnet, bei einen geringen Anstieg des Feldes, ein starker Abfall des Widerstandes des Entwicklermaterials. Dieser Durchschlagswert, ist der Wert, der definiert ist durch die Diskontinuität in der Widerstands-Feldkurve der Figur 2. Die Feldstärke ist dabei in Volt pro Dickeneinheit des Entwicklers angegeben, an den die Spannung angelegt ist. Der Durchschlagswert kann dabei im Falle des beschriebenen Verfahrens unter dynamischen Verfahrensbedingun- ^en ermittelt werden (d.h. Magnetgestaltung, tatsächlicher Tonerkonzentration, relativer Feuchtigkeit, Abstand von Träger zu Magnetbürste, Trägerdruck auf den Entwickler, Umdrehungsgeschwindigkeit der Magnetbürste und dergleichen).

Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß die Entwicklung elektrostatischer Ladungsmuster unter Bedingungen, die einen Entwicklerdurchschlag induzieren, zu einer verbesserten Entwicklung großflächiger Bezirke und zu höheren Entwicklungsgeschwindigkeiten führt. Es hat sich gezeigt, daß die Entwicklungsgeschwindigkeit praktisch proportional der elektrischen Feldstärke zwischen der Oberfläche mit dem elektrostatischen Bild und der Entwickleroberfläche ist und daß dies elektrische Feld maximiert wird, wenn die Entwicklung unter Bedingungen erfolgt, die einen Entwicklerdurchschlag induzieren. Es hat sich gezeigt, daß ganz offensichtlich , wenn ein Durchschlag erreicht ist, die Entwicklungsgeschwin-

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digkeit bei konstantem elektrischen Feld nur durch die Tonerergänzung begrenzt ist.

Das zu entwickelnde elektrostatische Ladungsmuster kann auf den Träger nach einer Vielzahl von dem Fachmann bekannten Methoden erzeugt werden. Dazu gehören beispielsweise das Aufladen und Exponieren eines photoleitfähigen Aufzeichnungsmaterials, das Niederschlagen eines Ladungsmusters auf einer isolierenden Oberfläche und andere bekannte Verfahren.

Eine Entwicklung nach der Entwickler-Durchschlagsmethode kann durch die folgenden Faktoren beeinflußt werden:

Die Zusammensetzung der Trägerteilchen, die Konzentration der Tonerteilchen im Entwickler, die Stärke des elektrischen Feldes zwischen der das elektrostatische Ladungsbild aufweisenden Oberfläche und der Vorspannungselektrode und der Dicke des Entwicklers (d. h. der Entfernung zwischen der Oberfläche mit dem elektrostatischen Ladungsbild und der Vorspannungselektrode). Eine Entwicklung in Übereinstimmung mit den Lehren dieser Erfindung wird erreicht durch Auswahl von einem oder mehreren der erwähnten Faktoren derart, daß das elektrische Feld, welches über dem Entwickler während des Entwicklungsprozesses entsteht, größer ist als der Durchschlagswert des Entwicklermaterials unter den Bedingungen des Entwicklungsprozesses. Entwickler, die sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen, sind solche, die das Durchschlags-Phänomen zeigen, wie es beispielsweise in Figur 2 dargestellt ist.

Um eine Entladung der latenten Bilder zu vermeiden, haben sich insbesondere solche Entwickler als vorteilhaft erwiesen, die einen vergleichsweise hohen Widerstand vor dem Durchschlag aufweisen, d. h. wenn sie der Einwirkung eines elektrischen Feldes vergleichsweise geringer Stärke ausgesetzt werden. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Widerstand des Entwicklers bei mindestens 10 Ohm/cm, gemessen in einem niedrigen elektrischen Feld (low fMd resistivity) , liegt. Das elektrische Feld ist dabei Spannung dividiert durch Entfernung.

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Zur Durchführung des erfindungsgemiißen Verfahren können übliche bekannte Entwickler, wie sie üblicherweise zur Durchführung elektrographischer Verfahren verwendet werden, benutzt werden. Im allgemeinen bestehen die Entwickler aus Zweikomponenten-Hntwicklern mit Träger- und Tonerteilchen. Der Raumwiderstand derartiger Trägerteilchen liegt bei Messung unter einem niedrigen elek. Feld bei einer Dicke von 4 mm bei etwa 10 bis 100 Ohm bis über 10 Ohm. Bei den Tonerteilchen der Entwickler handelt es sich im allgemeinen um vergleichsweise nicht leitfähige Teilchen mit einem Widerstand von etwa 10 Ohm/cm. Unter den Bezeichnungen "niedriger Feldwiderstand" und "gemessen unter einem niedrigen Feld" sind dabei Widerstandsmessungen zu verstehen, wie sie unter Verwendung eines Gleichstrom-Elektrometers mit 6 bis 9 Volt erhalten werden (z.B. eines General Radio D.C. Electrometers vom Typ 123Ο-Λ) oder bei VErwendung einer vergleichbaren Vorrichtung, nach der im folgenden beschriebenen Verfahrensweise oder einer vergleichbaren Verfahrensweise. Die Messung wird unter Verwendung von 15 g Entwickler durchgeführt. Ein zylinderförmiger Stabmagnet mit einem kreisrunden Ende von etwa 6,25 m wird dabei zum Anziehen der Trägerteilchen in Form einer Bürste verwendet. Nach Erzeugung der Bürste wird der Stabmagnet mit dem die Bürste aufweisenden Ende parallel zu und etwa 0,5 cm von einer polierten Kupferplatte entfernt in Position gebracht. Dann wird der Widerstand der Teilchen in der Magnetbürste zwischen dem Magneten und der Kupferplatte gemessen.

Entwickler, die sich in besonders vorteilhafter Weise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwenden lassen, sind solche, die Trägerteilchen mit einem ferromagnetischen Kern aufweisen, auf dem sich eine dünne Schicht eines elektrisch leitenden Metalles befindet, das gegenüber einer Oxidation an der Luft widerstandsfähig ist, und die über dieser dünnen Schicht aus dem leitfilhigen Metall noch eine Schicht aus einem herzförmigen Material aufweisen. Derartige Trügerteilchen sind beispielsweise aus der US-PS 3 736 257 bekannt, die normalerweise mit einer nicht-kontinuierlichen Schicht aus einem herzförmigen Material überzogen sind.

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Geeignete Metalle für die Erzeugung der dünnen elektrisch leitfähigen Schicht auf den Tragerkernen sind insbesondere die Metalle der Gruppen VIa, VIII, Ib und Hb des Periodischen Svstems der-Elemente (vergl. Cotton und Wilkinson, "Advanced Inorganic Chemistry",^1962, Seite 30). Besonders vorteilhafte Metalle sind dabei Cadmium, Chrom, Kuper, Gold, Nickel, Silber, Zink und die Platinelemente, und zwar Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin wie auch Mischungen der aufgezählten Metalle oder Legierungen hiervon.

Die Triigerteilchen können mit den verschiedensten Harzen oder Polymeren beschichtet sein, beispielsweise mit solchen, wie sie aus den US-PS 3 74 5 517 und 3 795 618 bekannt sind. Dies bedeutet, daß die zur Durchführung des erf indungsgemriPen Verfahrens verwendbaren Trägerteilchen übliche bekannte Harzüberzüge aufweisen können. Das im Einzelfalle optimale Harz hängt dabei von dessen triboelektrischer Verwandtschaft zu den verwendeten Tonerteilchen ab. Besonders vorteilhafte Harze oder Polymere sind beispielsweise Poly(vinylidenfluorid) und Mischpolymerisate aus Vinylidenfluorid und Tetrafluorethylen

Zur Durchführung elektrographischer Verfahren nach der Erfindung neeignete IintvicHer könren nach üblicher bekannten ''ethoden hergestellt werden, d.h. durch Vermischen von Trägerteileben und einem geeigneten elcktroskopisehen Tonermaterial. Vorteilhafte Entwickler bestehen zu etwa OO bis etwa PP Gev.-" ius der Trägerkomponente und zu etwa 10 bis etwa 1 Gew.-· aus der Toner!on^nnentc. Als Toner können dabei die üblichen bekannten Toner verwendet werden. Bei Verwendung eines Tonermilvers rit ferromarnetisehen Trägerteilchen im Rahmen einer Magnetbürstenentwicklung haften die Tonerteilchen an den Trägerteilchen durch triboel ektri sehe Anziehung. Die Trftgerteilchen erlangen dabei eine Ladung einer Polarität und die Tonerteilchen eine Ladung der entgegengesetzten Polarität. Werden die Trrigerteilchen mit harzförmigen Tonerteilchen vermischt, die in der triboelektrischen Reihe einen höherer Wert einnehmen, so erlangen die Tonerteilchen normalerweise eine positive Ladung und die Trägerteilchen eine negative Ladung.

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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Tonerpulver lassen sich in typischer Weise durch Vermählen eines harzförmigen Materials und Vermischen desselben mit einer färbenden Komponente, beispielsweise einem Pigment oder einem Farbstoff, herstellen. Die Mischung wird erhitzt und solange in einer Walzenmühle vermählen, bis die färbende Komponente in dem Harz verteilt ist. Die Masse wird dann abgekühlt, in kleine Stücke aufgebrochen und schließlich vermählen. Auf diese Weise lassen sich Tonerteilchen eines Durchmessers von etwa 0,5 bis etwa 25y mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 2 bis etwa 15μ herstellen.

Zur Herstellung der Toner können die verschiedensten üblichen bekannten Harze oder Polymeren verwendet werden, z.B. natürlich vorkommende Harze, modifizierte natürliche Harze und synthetische Harze. Beispiele für natürlich vorkommende Harze sind die bekannten Balsamharze, Colophonium und Schellak. Beispiele für vorteilhafte modifizierte natürlich vorkommende Harze sind mit Phenol modifizierte Colophoniumharze und andere Harze mit einem vergleichsweise großen Anteil an Colophonium. Geeignet sind des weiteren die üblichen bekannten synthetischen Harze, die üblicherweise zur Herstellung von Tonern verwendet werden, beispielsweise Vinylpolymere, z.B. Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylacetat, Polyvinylacetat, Polyvinyläther sowie Polyacrylsäure- und Polymethacrylsäureester, ferner gegebenenfalls substituiertes Polystyrol sowie Polykondensate, z.B. Polyester, beispielsweise Phthalatharze und Terephthalsäure- und Isophthalsäure-Polyester, ferner Maleinatharze, mit Colophonium modifizierte Phenol-Formaldehydkondensate, aldehydische Harze, Ketonharze, Polyamide und Polyaddukte, z.B. Polyurethane. Ferner geeignet sind beispielsweise Polyolefine, z.B. die verschiedensten Polyäthylene, Polypropylene und Polyisobutylene und chlorierte Gummies (chlorinated rubber). Weitere Tonermaterialien, die sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen, sind beispielsweise aus den US-PS 2 917 460, 2 788 288, 2 638 416, 2 618 552 und 2 659 670 sowie der Re-US-Patentschrift 25 136 be-kannt.

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Durch Zusatz einer färbenden Komponente können die entwickelten elektrostatischen Bilder besser sichtbar gemacht werden. Als färbende Komponente können dabei die üblichen bekannten Farbstoffe und Pigmente verwendet werden. Gelegentlich beeinflussen sie die Polarität der Tonerteilchen. Zur Herstellung der Toner können beispielsweise alle die Verbindungen verwendet werden, die im Color Index, Band I und II, 2. Ausgabe, 1956, aufgeführt sind. Dies bedeutet, daß beispielsweise solche Farbstoffe wie lösliche Nigrosinfarbstoffe (CI. 50415), Hansa Gelb G (CI. 11680), Chromogen Schwarz ETOO (CI. 14645), Rhodamin B (CI. 45170), Solvent Black 3 (CI. 26150), Fuchsine N (CI. 42510) und basisches Blau 9 (CI. 52015) verwendet werden können.

Die Menge an Toner im Entwickler beeinflußt den Widerstand des Entwicklers und den Durchschlagswert.

Figur 3 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Entwicklerwiderstand bei niedriger elektrischer Feldstärke und der Tonerkonzentration im Falle spezieller Entwickler.

Aus Figur 4 ergibt sich die Beziehung zwischen dem Durchschlagswert und der Tonerkonzentration für die gleichen Entwickler. Aus Figur 4 ergibt sich des weiteren, daß in einem speziellen Entwicklungssystem mit einem Feld aufgrund eines hypothetischen Filmoder Photoleiterpotentials, das der Entwickler B während des Entwicklungsprozesses nach der Durchschlagsmethode arbeitet, und zwar mindestens bis die Tonerkonzentration hoch genug ist, um den Durchschlagswert über den Wert des elektrischen Feldes zwischen dem Film und der Bürsten-Vorspannungselektrode aufgrund des Potentials auf dem Film zu erhöhen. Der Entwickler A arbeitet in diesem speziellen System nicht nach der Durchschlagsmethode, da sein Durchschlagswert, unabhängig von der Tonerkonzentration, in allen Fällen höher ist als das elektrische Feld zwischen dem Film und der BUrsten-Vorspannungselektrode.

Der Durchschlagswert hängt ebenfalls von der Entwicklerdicke ab, wie sich beispielsweise aus Figur 5 ergibt. Während des Entwicklungsprozesses wird die Entwicklerdicke durch Veränderung der Entfernung oder des Spaltes zwischen der Oberfläche mit dem elektrostatischen

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Bildmuster und der Vorspannungselektrode verändert. Verwiesen wird beispielsweise auf Figur 1, in der die Entwicklerdicke der Entfernung zwischen dem Träger 30 und der Oberflache der Walze 10 entspricht.

Erfindungsgemilfi wird somit ein Entwicklungssystem geschaffen, bei dem bei der Entwicklung eines elektrostatischen I.adungsnusters der Entwickler einem elektrischen Durchschlaf· unterließt. Erfolgt die Entwicklung nach der Durchschlagsnethode, so verhfllt sich der Entwickler als ob er einen sehr geringen Widerstand aufweist und es wird angenommen, dafi der Entwickler sich verhfllt, als ob er eine perfekte Entwicklungselektrode darstellt, d.h. eine Elektrode die an den Oberflächen der Trägerteilchen errichtet wird, die dem elektrostatischen Ladungsmuster am nächsten sind und die von dem elektrostatischen Ladungsmuster lediglich durch Tonerteilchen getrennt ist, so daß das stärkste theoretisch »nögliche Bilderzeugungsfeld für die Entwicklung erzeugt wird. In der Hntwicklungszonc werden schnell sehr große EntwicHunrjsfelder erzeugt, .in die sich hohe F.ntwicklungsjreschwindi gkei ten anschließen, welche hohe l^urc¹'. 1 nufgeschwindi ,Tl.ei ten und Oi e Herstellung von Rildrrn nit. hoher ^;)ic'ite emö··liehen.

Dir rrfordcrl icho Feldstärke Tür cinf F.nti-'i cMung nach der P'irchschla '.snctho'*e l.^;sPt siel; erbalter dtirc'¹ Λμ«:ι.·,->Ί1 der einzelnen Parameter des Entv.i cklungssystens, wie sie bereits diskutiert wurden, beispielsweise dip apfängl i ehe Photolriterladung oder die Ladunr auf dem Trflper 3O_t die Entwicklerdicke oder durch die Wahl des Abstandes zwischen dem das Bild tragenden Tr.iger und der Vorspannungselektrode, durch die Vorspannung der Vorspannungsclektrode und die Photoleiterdicke zur Veränderung des Oberflächenpotentials pro Ladunrseinheit. Dabei ist jedoch offensichtlich, daß physikalische Grenzen die Konstruktion fines Entwicklungssystems verhindern können, das es ermöglicht, daß die Feldstärken den Durchschlagswert in Falle spezieller Entwickler überschreiten. Infolgedessen sind bevorzugte Entwickler solche, die vergleichsweise geringe Durchschlagswerte aufweisen. In vorteilhafter Weise liegen diese Durchschlagswerte bei unter 25 Volt/mm.

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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Entwicklungsverfahren zur Erleichterung des Durchschlages durchgeführt, während zusätzlich ein We^elspannungspotential am Entwickler anliegt. Die Frequenz der Wechselspannung soll dabei so hoch sein, daß das fertige Bild oder die fertige Kopie keinen Welleneffekt oder Welligkeitseffekt aufweist. In typischer Weise reicht eine Frequenz von 60 Hz aus. Jedoch wird die Minimumfrequenz am besten auf experimentellem Wege bestimmt, da das entwickelte Bild durch viele Variablen beeinflußt wird. Die Wellenform der Wechselspannung kann ebenfalls variiert werden. Beispielsweise können eine Sinusspannung, eine Rechteckspannung, eine Sägezahnspannung oder Kombinationen solcher Spannungen verwendet werden. Die Größe der von Spitze zu Spitze gemessenen Amplitude der Wechselspannung kann ebenfalls entsprechend dem gewünschten Effekt variiert werden.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung weiter veranschaulichen. Beispiel 1

Zur Herstellung eines Entwicklers A wurden Trägerteilchen aus einem oxidierten Eisenschwamm (Hoegannes EH sponge iron) mit einer Teilchengröße von 80/150 hergestellt, d.h. einer Teilchengröße von größer als 80 Maschen und geringer als 50 Maschen.

Die Trägerteilchen wurden dann mit 0,16 Gew.-I eines Copolymeren aus Vinylidenfluorid und Tetrafluoräthylen überzogen. Verwendet wurde hierzu ein handelsübliches Polymer, und zwar das Produkt Kynar 7201, Hersteller Pennwalt Corp., USA. Zur Herstellung des Entwicklers A wurde ein Toner aus einem Harz mit 6 Gew.-t Ruß verwendet. Der durch Vermischen des Harzes und des Rußes und Vermählen der Mischung hergestellte Toner wies eine Teilchengrößenverteilung von etwa 1 bis etwa 20 Mikrometer auf.

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Ks wurde ein Entwickler aus den Tonerteilchen und 3 Gew.-*, Tonerteilchen hergestellt.

Ermittelt wurde der Widerstand einer 4 mm dicken Entwicklerschicht als Funktion des elektrischen Feldes, das an den Entwickler angelegt wurde.

Die erhaltenen Ergebnisse sind in dem Di,ißramm der Figur 2 dargestellt. Bei etwa 22 Volt/mm tritt eine Diskontinuität auf, die anzeigt, daß ein Entwicklerdurchschlag erfolgt. Der Durchschlagswert eines Entwicklers ist dabei die Feldstärke, bei der die Diskontinuität auftritt.

Es wurde eine <\nzahl von Entwicklern hergestellt, unter Verwendung der gleichen Trüger und Toner, wobei jedoch die Tonerkonzentration verhindert wurde.

In dem Diagramm der Figur 3 zeigt die Kurve mit der Bezeichnung "Entwickler A" die Beziehung zwischen dem Widerstand und der Tonerkonzentration dieser Entwickler, wenn ein elektrisches Feld von 7 Volt an eine 4 mm dicke Entwicklerschicht angelegt wird.

Beispiel 2

Zunächst wurden für die Herstellung eines Entwicklers B Trügerteilchen aus Eisenschwamm (Hoegannes EH sponge ironWie im Falle des Beispieles 1 mit der in Beispiel 1 angegebenen Teilchengröße hergestellt. Die Trägerteilchen wurden dann mit 1 Gew.-\ Nickel nach dem aus der US-TS 3 736 257 bekannten Verfahren plattiert. Die Nickelschicht wurde dann noch mit 0,5 Gew.-% einer Mischung aus 100 Gew.-Teilen eines Copolymeren aus Vinylidenfluorid und Tetrafluoräthylen (Kynar 7201) und 9 Gew.-Teilen Ruß (Vulcan XC-72) überzogen.

Zur Herstellung des Entwicklers B wurde ein Harz mit 6 Gew.-t Ruß und einer Teilchengrößenverteilung von etwa 1 bis etwa 20 Mikrometern verwendet.

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Daraufhin wurde ein Entwickler aus den beschriebenen Trägerteilchen mit 4 Gew.-I des in Beispiel 1 beschriebenen Toners hergestellt.

Ermittelt wurde dann wiederum der Widerstand in Abhängigkeit der Spannung die an den Entwickler angelegt wurde. Die Ergebnisse ergeben sich aus Figur 2. Danach ergibt sich eine Diskontinuität bei etwa 6 Volt/mm, woraus sich ergibt, daß der Durchschlag oder Durchbruch im Falle des Entwicklers B bei einem beträchtlich geringeren elektrischen Feld auftritt, als im Falle des Entwicklers A.

Es wurde eine Anzahl von Entwicklern vom Typ "B" hergestellt, die sich durch verschiedene Tonerkonzentrationen vonein-ander unterschieden. Nach dem in Beispiel 1 angegebenen Verfahren wurden die Widerstände dieser Entwickler ermittelt. Die Ergebnisse sind in Figur 3 dargestellt.

Beispiel 3

Es wurden verschiedene Entwickler vom Typ "A" und "B" mit verschiedenen Tonerkonzentrationen hergestellt. Für die hergestellten Entwickler wurden die Durchschlagswerte wie in den Beispielen 1 und 2 angegeben, ermittelt, worauf die Durchschlagswerte in einem Diagramm in Abhängigkeit von der Tonerkonzentration aufgetragen wurden. Verwiesen wird auf Figur 4. Zu bemerken ist, daß, wenn ein hypothetisches Feld aufgrund der Differenz im Filmpotential (d.h. dem Potential auf dem das elektrostatische Bild aufweisenden Träger) und dem Magnet-Bürsten-Vorspannungspotential von 15 Volt/mm ausgewählt wird, der Entwickler A nicht nach der Durchschlagsmethode während des Entwicklungsprozesses arbeitet, wohingegen der Entwickler B nach der Durchschlagsmethode arbeitet, bis seine Tonerkonzentration größer als etwa 6t ist.

Beispiel 4

Ermittelt wurde der Durchschlagswert für den Entwickler A in Abhängigkeit von der Entwicklerdicke. Die Ergebnisse sind in Figur 5 dargestellt. Wie erwartet werden konnte hängt die Spannung beim elektrischen Durchschlag von der Entwicklerdicke ab. Infolgedessen

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ist für das hypothetische Feld von 15 Vofl/mm in Beispiel 4, wenn die Dicke des Entwicklers im Falle der Figur 5 auf etwa 1,8 mm oder darunter reduziert wird und wenn die Film- und Vorspannungen konstant gehalten werden, der Durchschlagswert des Entwicklers zu erwarten und der Entwickler arbeitet nach der Durchschlagsmethode.

Eine Erhöhung des Vorspannungspegels an der Entwicklungselektrode, um das am Entwickler anliegende Feld zu verstärken oder jede andere äquivalente Methode, die in effektiver Weise das Feld pro Dickeneinheit des Entwicklers über den Durchschlagswert erhöht, ermöglicht es, daß der Entwickler nach der Durchschlagsmethode arbeitet.

Beispiel 5

Es wurden elektrographische Kopien unter Verwendung eines Magnetbürsten-Entwicklungsverfahrens hergestellt, bei einem Abstand zwischen der Bürste und dem Photoleiter von 6,2 mm und einem Gleichspannungspegel an der Bürste von -150 Volt. Das Potential auf der Photoleiter-Filmoberfläche lag bei -450 Volt. Für die Entwicklung wurde der Entwickler B verwendet. Ermittelt wurde die Obertragungsdichte der erhaltenen Bilder.

Das beschriebene Verfahren wurde wiederholt, mit der Ausnahme jedoch, daß eine Wechselspannung mit einer Frequenz von 400 Hz und einem Effektivwert von 75 Volt in Reihe mit der Vorspannung von -150 Volt Gleichspannung, die an der Magnetbürste lag, geschaltet wurde. Es zeigte sich, daß die Obertragungsdichten der erhaltenen Bilder für alle Dichten beträchtlich höher waren, wenn eine Sinusspannung verwendet wurde.

Die Hintergrunddichte wurde in den Kopien durch die Verwendung der Sinusspannung nicht erhöht.

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Beispiel 6

Die Magnetbürste war so ausgebildet, daß eine Elektrode dort angeordnet war, wo sich normalerweise der Photoleiter oder eine andere ein Bild aufweisende Oberfläche befinden.

Ein aufgeladener Kondensator wurde über die Elektrode durch verschiedene Entwickler entladen. Die Kondensatorgröße wurde derart bemessen, daß eine Ladungsmenge abgegeben werden konnte, die der Ladungsmenge eines geladenen Photoleiters mit einer der der Elektrode äquivalenten Oberfläche entsprach. Die Spannung auf der Elektrode und der durch die Bürste fließende Strom wurden auf einem Oszilloskop als Funktion der Zeit abgebildet. Aus den Strom- und Spannungs-Zeitkurven konnte die Abfallzeitkonstante des jeweiligen Entwicklers ermittelt werden.

Lag die elektrische Feldstärke, der der Entwickler ausgesetzt war, unterhalb der elektrischen Durchschlagfeldstärken des Entwicklers, so lag die Zeitkonstante im Milli-Sekundenbereich. War das am Entwickler anliegende Feld größer als der Durchschlagswert, so lag die Zeitkonstante im Nano-Sekundenbereich, und zwar aufgrund des offensichtlich geringen Widerstandes des Entwicklers bei Durchführung der Durchschlagsmethode. Die Größenordnung des elektrischen Feldes, bei dem ein Durchschlag erfolgt, läßt sich leicht nach diesen System ermitteln.

Beispiel 7

Dies Beispiel veranschaulicht die Vorteile bei Anwendung der Durchschlagsmethode bei höheren Photoleiterfilm-Geschwindigkeiten in einer Kopiervorrichtung. Der Photoleiterfilm bestand aus einem Polyäthylenterephthalatschichtträger mit aufgedämpfter Nickelschicht und Photoleiterschicht aus in einem Polycarbonatbindemittel dispergierten 4,4'-Diäthylamino-2,2'-dimethyltriphenylmethan und einem Thiapyriliumsalz. Die im vorliegenden Falle verwendeten Entwickler hatten folgende Zusammensetzung: Entwickler X: Der Träger wurde aus einem Eisenschwamm, wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, wobei die Teilchen wiederum mit 0,16 Gew.-I des in Beispiel 1 beschriebenen Copolymeren beschichtet wurden. Die Tonerteilchen hatten ebenfalls die in Beispiel 1 angegebene Zusammensetzung. Ausgehend von den Träger- und

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Tonerteilchen wurde ein Entwickler mit 5 Gew.-I Tonerteilchen hergestellt. Dieser Entwickler hatte einen Durchschlagswert von 22 Volt/mm.

Entwickler Y: Die Trägerteilchen wurden wiederum aus Eisenschwammteilchen, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt. Diesmal wurden die Teilchen jedoch mit Nickel plattiert und die plattierten Teilchen wurden oxidiert. Die Teilchen mit der oxidierten Nickeloberfläche wurden dann mit 0,15 Gew.-t des in Beispiel 1 beschriebenen Copolymeren beschichtet. Der Toner hatte die in Beispiel angegebene Zusammensetzung. Es wurde ein Entwickler mit S Gew.-I Tonerteilchen hergestellt. Der hergestellte Entwickler hatte einen Durchschlagswert von 183 Volt/mm.

Die beiden Entwickler wurden zur Entwicklung elektrostatischer Bilder in einer Magnetbürsten-Entwicklungsvorrichtung getestet. Dabei wurden im Falle beider Entwickler die folgenden Bedingungen eingehalten:

1. verwendet wurde eine Zwei-Walzen-Magnetbürste mit einem Durchmesser der Walzen von 7,6 cm; die Umlaufgeschwindigkeit betrug bei der Entwicklung 170 Umdrehungen pro Minute;

2. ein Photoleiterfilm wurde vor der Exponierung auf ein Potential von -500 Volt aufgeladen;

3. während der Entwicklung lag die Magnetbürste auf einem Vorspannungspotential von -175 Volt;

4. beide Walzen hatten während des Entwicklungsprozesses einen Abstand vom Photoleiterfilm von 3,05 mm.

Die beschriebenen Bedingungen reichten aus, um während der Entwicklung am Entwickler ein elektrisches Feld anliegen zu haben, das stärker als 22 Volt/mm, jedoch beträchtlich schwächer als 183 Volt/mm war.

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Die Dichte der groP.f lrtchigen Bilder wurde ge<ren die fieschwi ml i i keit des Photoleiterf ilmes im Falle eines jeden Hntwicklers n tragen. Verwiesen v;ird auf Fi pur 6. Die Vorteile, die sich aus einem Betrieb unter Bedingungen, die einen Durchschlap fördern, ergeben, ergeben sich eindeutig aus der Figur 6.

Claims

2729H5 PATENTANSPRÜCHE

1.yElektrographisches Verfahren, bei dem ein auf einem Träger befindliches elektrostatisches Ladungsmuster mit einem elektrographischen Entwickler entwickelt wird, in^dem das Ladungsmuster in einer Entwicklungszone solange mit dem Entwickler in Kontakt gebracht wird, bis sich Tonerteilchen unter Entwicklung des elektrostatischen Ladungsmusters auf diesem niedergeschlagen haben und bei dem die Entwicklermasse in der Entwicklungszone während der Kontaktdauer der Einwirkung eines elektrischen Feldes ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Entwicklermasse der Einwirkung eines elektrischen Feldes aussetzt, dessen Stärke größer ist als der elektrische Durchschlagswert des Entwicklers, so daß der Entwickler bei der Entwicklung des elektrostatischen Ladungsmusters einem elektrischen Durchschlag unterliegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Entwickler eine triboelektrische Mischung aus Trägerteilchen und Tonerteilchen mit einem vorbestimmten elektrischen Durchschlagswert verwendet.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Entwickler einen trockenen elektrographischen Entwickler aus einer triboelektrischen Mischung aus Trägerteilchen und Tonerteilchen mit einem Widerstand von mindestens 10 Ohm/cm und einem vorbestimmten elektrischen Durchschlagswert verwendet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man einen trockenen elektrographischen Entwickler aus einer triboelektrischen Mischung aus Trägerteilchen und Tonerteilchen mit einem vorbestimmten elektrischen Durchschlagswert von weniger als 25 Volt/mm verwendet.

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ORIGINAL INSPECTED

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5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die Entwicklermasse eine hoch-frequente Wechselstrom-Spannung anlegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man einen trockenen elektrographischen Entwickler aus einer triboelektrischen Mischung aus Träperteilchen und Tonerteilchen verwendet, dessen Trägerteilchen einen Kern aus einem ferromagnetischen Material aufweisen und daß man das elektrostatische Ladungsmuster in der Entwicklungszone einer Magnetbürsten-Entwicklungsvorrichtung mit dem Entwickler in Kontakt bringt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ,gekennzeichnet, daß man einen Entwickler mit Trfigerteilchen aus einem Kern aus einem feromagnetisehen Material mit einer hierauf aufgebrachten dünnen, kontinuierlichen Oberzugsschicht aus einem elektrisch leitfähigen Metall, dessen Widerstand gegenüber Luftoxidation größer als der Widerstand des Eisens ist, und mit einer auf der elektrisch leitfähip,en Metallschicht aufgebrachten äußeren Harzschicht venvendet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man einen trockenen elektrographischen Entwickler aus einer triboelektrischen Mischung aus Trägerteilchen und Tonerteilchen mit einem vorbestimmten elektrischen Durchschlagswert von weniger als 15 Volt/mm verwendet.