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Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrostatographisches Abbildungsverfahren und die Anwendung einer für dieses Verfahren besonders geeigneten Entwicklermischung.
Die Bildung und Entwicklung von Abbildungen auf der Oberfläche von photoleitenden Materialien durch elektrostatische Mittel ist bekannt. Der grundlegende elektrophotographische Prozess ist von C. F. Carlson in der USA-Patentschrift Nr. 2, 297, 691 beschrieben worden ; er besteht darin, dass man eine gleichförmige elektrostatische Ladung auf eine photoleitende Isolierschicht aufbringt, die Schicht einem Licht- und Schattenbild aussetzt, so dass die Ladung selektiv auf den belichteten Bezirken der Schicht verteilt wird, und das erhaltene latente elektrostatische Bild entwickelt, indem man auf dem Bild ein feinverteiltes elektroskopisches Material niederschlägt, welches üblicherweise als Toner bezeichnet wird.
Der Toner wird normalerweise auf diejenigen Teile der Schicht gezogen, welche eine Ladung enthalten, wobei ein Tonerbild entsteht, welches dem latenten elektroskopischen Bild entspricht. Dieses Tonerbild kann dann auf eine Trägeroberfläche, wie Papier, übertragen werden, wo es nun durch Hitze dauerhaft fixiert wird. An Stelle der Bildung des latenten Bildes durch gleichmässige Beladung der photoleitenden Schicht und anschliessende Belichtung dieser Schicht mit einem Licht- und Schatten-Bild, kann man das latente Bild auch dadurch erzeugen, dass man die Schicht direkt in Konfiguration des Bildes belädt. Das Pulverbild kann auf der photoleitenden Schicht fixiert werden, wenn man keine Übertragung des Pulverbildes wünscht.
An Stelle des Hitze-Fixierungsschrittes kann man auch andere geeignete Fixierungsmittel, wie eine Lösungsmittel- oder überzugsbehandlung, anwenden.
Es gibt viele Methoden zur Aufbringung der elektroskopischen Tonerteilchen auf das zu entwickelnde
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grossen Trägerteilchen besteht, auf deren Oberfläche feinverteilte Tonerteilchen elektrostatisch haften, auf die das latente elektrostatische Bild tragende Oberfläche aufgebracht bzw. in Kaskaden darüber gerollt. Man wählt die Zusammensetzung der Trägerteilchen so, dass die Tonerteilchen triboelektrisch auf die gewünschte Polarität geladen werden. Wenn die Mischung in Kaskaden über die bildtragende Oberfläche rollt, werden die Tonerteilchen beim positiven Entwicklungsverfahren elektrostatisch auf den beladenen Teilen des latenten Bildes abgelagert und dort festgehalten, während sie von den unbeladenen oder Hintergrundteilen des Bildes nicht festgehalten werden.
Das Kaskaden-Entwicklungsverfahren hat den entscheidenden Vorteil, dass die meisten Tonerteilchen, welche zufällig auf dem Hintergrundteil niedergeschlagen wurden, durch den rollenden Träger entfernt werden. Dies beruht wahrscheinlich auf der relativ grösseren elektrostatischen Anziehung zwischen dem Toner und dem Träger im Vergleich zu der Anziehung zwischen dem Toner und dem unbeladenen Hintergrund.
Die Trägerteilchen und die nicht verwendeten Tonerteilchen werden dann im Kreislauf wiederverwendet. Das Kaskaden-Entwicklungsverfahren ist besonders für die Entwicklung von Strich-Kopien brauchbar.
Eine weitere Methode zur Entwicklung von elektrostatischen latenten Bildern ist die "magnetische Bürsten"-Methode, die z. B. in der USA-Patentschrift Nr. 2, 874, 063 beschrieben ist. Hiebei wird ein Entwicklermaterial, welches Toner und magnetisch anziehbare Trägerteilchen enthält, von einem Magnet getragen. Das magnetische Feld dieses Magneten verursacht eine Ausrichtung des magnetischen Trägers in einer bürstenartigen Konfiguration. Diese "magnetische Bürste" wird mit einer elektrostatischen bildtragenden Oberfläche in Berührung gebracht, wobei die Tonerteilchen von der Bürste durch elektrostatische Anziehung auf das latente Bild gezogen werden.
Eine weitere Methode zur Entwicklung von latenten elektrostatischen Abbildungen ist die
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B.Hiebei wird ein Entwicklermaterial, welches elektrisch geladene Tonerteilchen in einem Gasstrom enthält, an einer das latente elektrostatische Bild tragenden Oberfläche entlang geleitet. Die Tonerteilchen werden durch elektrostatische Anziehung aus dem Gas auf das latente Bild gezogen. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für die kontinuierliche Tonerentwicklung.
Ein weiteres Entwicklungsverfahren ist die sogenannte"Touchdown"-Methode von R. W. Gundlach nach der USA-Patentschrift Nr. 3, 166, 432. Dabei wird beladenes Pulver von der gleichmässig eingestaubten Oberfläche eines, vorzugsweise durchsichtigen leitfähigen Materials mittels eines elektrostatischen Feldes über einer beladenen und belichteten Selenplatte unter Erzeugung eines Diapositivs entfernt.
Die handelsüblichen elektrostatographischen Entwicklungssysteme verwenden im allgemeinen automatische Maschinen. Da automatische elektrostatographische Abbildungsvorrichtungen mit einem Minimum an Aufrechterhaltungskosten arbeiten sollen, muss der in diesen Maschinen verwendete Entwickler viele tausend Mal im Kreislauf wiederverwendet werden können. Bei automatischen xerographischen Vorrichtungen verwendet man üblicherweise eine elektrophotographische Platte, welche beladen, belichtet und dann durch Kontakt mit einer Entwicklermischung entwickelt wird. Bei einigen automatischen Maschinen wird das auf der elektrophotographischen Platte gebildete Tonerbild auf eine Empfängeroberfläche übertragen und die elektrophotographische Platte vor der Wiederverwendung dann gereinigt.
Die Übertragung wird durch eine Korona-Generatorvorrichtung bewirkt, welche eine elektrostatische Ladung erzeugt, durch welche das Pulver von der elektrophotographischen Platte auf die Empfängeroberfläche gezogen wird.
Die für die Bildübertragung erforderliche Polarität der Ladung hängt von der visuellen Form der
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ursprünglichen Kopie im Verhältnis zur Reproduktion ab, ferner von den elektroskopischen Eigenschaften des für die Entwicklung benutzten Entwicklermaterials. Will man z. B. eine positive Reproduktion von einem positiven
Original machen, so benutzt man üblicherweise eine Korona-Entladung positiver Polarität, um die übertragung eines negativ geladenen Tonerbildes auf die Trägeroberfläche zu bewirken.
Will man dagegen eine positive
Reproduktion von einem negativen Original herstellen, so verwendet man üblicherweise ein positiv geladenes
Entwicklermaterial, welches von den beladenen Bezirken der Platte auf die unbeladenen Teile abgestossen wird, so dass ein positives Bild entsteht, welches durch eine Koronaentladung negativer Polarität übertragen werden kann. In jedem Fall bleibt üblicherweise ein restliches Pulverbild nach der übertragung auf dem Bild zurück. Da die Platte für den folgenden Zyklus wiederverwendet werden soll, ist es erforderlich, dass das Restbild entfernt wird, um die Entstehung von Geisterbildern auf den folgenden Kopien sowie die Bildung eines Tonerfilmes auf der Photoreceptor-Oberfläche zu verhindern.
Bei einer Positiv-Positiv-Reproduktion, wie sie oben beschrieben wurde, wird das restliche Pulver auf der Plattenoberfläche durch ein Phänomen fest zurückgehalten, welches nicht ganz geklärt ist ; hiebei wird die völlige Übertragung des Pulvers auf die Trägeroberfläche, insbesondere in den Abbildungsbezirken, verhindert. Die unvollständige übertragung von Tonerteilchen ist unerwünscht, weil die
Bilddichte der endgültigen Kopie vermindert ist und weil man stark reibende Reinigungsverfahren benötigt, um den restlichen Toner von der Photoreceptor-Oberfläche zu entfernen. Dieses Abbildungsverfahren wird üblicherweise bei jeder Kopie wiederholt, welche von der Maschine während der Lebensdauer des Entwicklers und der elektrophotographischen Plattenoberfläche reproduziert wird.
Es sind verschiedene Reinigungsvorrichtungen für elektrostatographische Platten bekannt, wie der "Bürsten"- der"Gewebe"-Reinigungsapparat. Ein typischer Bürstenreinigungsapparat ist von L. E, Walkup et al. in der USA-Patentschrift Nr. 2, 832, 977 beschrieben worden. Die Bürstenreinigungsvorrichtung besteht im allgemeinen aus einer oder mehreren rotierenden Bürsten, welche das restliche Pulver von der Platte entfernen und in einen Luftstrom abgeben, der durch ein Filtersystem abgeblasen wird. Eine typische
Gewebe-Reinigungsvorrichtung ist von W. E. Graff Jr. et al. in der USA-Patentschrift Nr. 3, 186, 838 beschrieben worden. Hiebei wird das restliche Pulver von der Platte entfernt, indem man ein Gewebe aus Fasermaterialien über die Plattenoberfläche leitet.
Ein weiteres System zur Entfernung von restlichen Tonerteilchen besteht aus einer flexiblen Reinigungsklinge, welche den restlichen Toner von der Photoreceptor-Oberfläche wischt bzw. kratzt, wenn man die Oberfläche an der Klinge entlang bewegt.
Leider sind die oben genannten Reinigungssysteme nicht völlig ausreichend, um alle Arten von
Tonerteilchen von allen Arten der wiederverwendbaren Photoreceptoren zu entfernen. Dies ist kein Fehler des
Reinigungssystems, sondern ein Fehler des speziellen Toners, der zusammen mit speziellen Photoreceptoren verwendet wird. Würden spezielle Toner nicht dazu neigen, als Restfilm auf einem speziellen Photoreceptor zu haften, so würden die beschriebenen Reinigungssysteme ausreichen, um den gesamten restlichen Toner zu entfernen. Viele handelsübliche Toner zeigen aber von Natur aus eine Neigung zur Bildung von Restfilmen auf wiederverwendbaren Photoreceptoren. Die Bildung derartiger Filme ist unerwünscht, weil sie die Qualität des nichtentwickelten und des entwickelten Bildes beeinträchtigen.
Das Problem der Filmbildung dieser speziellen Toner ist bei Schnellkopier- und Vervielfältigungsmaschinen besonders akut, wo der Kontakt zwischen Entwickler und Bildoberfläche viel häufiger und viel schneller vorkommt als bei üblichen elektrostatographischen Systemen. Schliesslich wird so viel Toner aufgebaut, dass das Kopieren oder Vervielfältigen beeinträchtigt wird.
Demzufolge sind wirkungsvollere Massnahmen, z. B. Behandlung mit Lösungsmitteln, zur Entfernung dieses Filmes nötig. Eine häufige Stillegung des Apparates zur Reinigung der Photoreceptor-Oberfläche ist natürlich unerwünscht, da die Maschine ausser Betrieb gestellt wird und da wiederholte Massnahmen dieser Art die Photoreceptor-Oberfläche abnutzen.
Es besteht daher ein ständiges Bedürfnis nach einer Methode, durch welche der Aufbau von Tonerfilmen auf der Oberfläche eines Photoreceptors verhindert wird. Elektrostatographische Systeme und insbesondere die Abbildung, Entwicklung und Reinigung dieser Systeme würden beträchtlich verbessert, wenn die oben genannten Probleme wirksam gelöst werden könnten.
Gegenstand der Erfindung ist ein elektrostatographisches Abbildungsverfahren, bei welchem der unerwünschte Aufbau von Entwicklerkomponenten auf wiederverwendbaren elektrostatographischen Abbildungsoberflächen verhindert wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Verhinderung der Bildung eines Tonerfumes, der bei einem zyklischen elektrostatographischen Abbildungsverfahren auf einer zur Wiederverwendung bestimmten Bildoberfläche entstehen kann, bei welchem Abbildungsverfahren auf der Bildoberfläche ein latentes elektrostatisches Bild erzeugt, das latente Bild durch Behandeln mit einer elektrostatographischen Entwicklungsmischung entwickelt und das entwickelte Bild auf eine Trägeroberfläche wie Papier übertragen wird, worauf das restliche entwickelte Bild von der Bildoberfläche entfernt wird, um diese wiederverwendbar zu machen, ist nun dadurch gekennzeichnet, dass man a) eine Entwicklungsmischung verwendet, bestehend aus Teilchen von (1) einem feinverteilten elektroskopischen Tonermaterial ;
(2) einer kleinen Menge (bezogen auf das Gewicht des Toners) eines Metallsalzes einer Fettsäure ; (3) einer kleinen Menge (bezogen auf das Gewicht des
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Tonermaterials) eines kolloidalen Siliziumdioxyds mit einer Teilchengrösse von unter 1 IJ. ; und gegebeenfalls von (4) einem Trägermaterial ; und b) dass das restliche Bild von der Bildoberfläche mittels einer Reinigungsklinge, eines
Reinigungsgewebes, einer Reinigungsbürste od. dgl. unter Anwendung eines solchen Druckes abgewischt wird, dass die Schichtdicke des Metallsalzes auf der Bildoberfläche unter 1 IJ. verringert wird, ohne dass diese Schicht völlig entfernt wird.
Nach dem neuen Abbildungsverfahren erhält man Abbildungen und Kopien ohne Auflösungsverlust. Es tritt auch keine Verminderung der Schmelzfähigkeit ein. Die Neigung zur Blockierung des Toners ist vermindert.
Das Verfahren ermöglicht weiterhin eine langdauernde Verhinderung bzw. Kontrolle von Tonerfilmen auf wiederverwendbaren Photoreceptoren. Man erhält Kopien von verhältnismässig hoher optischer Dichte.
Als Tonermaterail kann man im Rahmen der Erfindung alle elektroskopischen Toner benutzen, welche vorzugsweise pigmentiert oder gefärbt sind. Typische Tonermaterialien sind Polystyrolharz, Acrylharz,
Polyäthylenharz, Polyvinylchloridharz, Polyacrylamidharz, Methacrylatharz, Polyäthylenterephthalatharz,
Polyamidharz, und Copolymeren sowie Mischungen derselben. Vinylharze mit einem Schmelzpunkt oder
Schmelzbereich, der bei mindestens etwa 430C beginnt, sind für die Verwendung als Toner besonders gut brauchbar. Diese Vinylharze können auch Homopolymeren oder Copolymeren von 2 oder mehr
Vinylmonomeren sein.
Typische Monomeren-Einheiten, die man zur Bildung von Vinylpolymeren verwenden kann, sind beispielsweise : Styrol, Vinylnaphthalin, Monoolefine wie Äthylen, Propylen, Butylen, Isobutylen usw., Vinylester, wie Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbenzoat, Vinylester usw., Ester von a-Methylen aliphatischen Monocarbonsäuren, wie Methylacrylat, Äthylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, Dodecyl- acrylat, n-Octylacrylat, Methylmethacrylat, Äthylmethacrylat, Butylmethacrylat usw. ; Vinyläther, wie
Vinylmethyläther, Vinylisobutyläther, Vinyläthyläther usw. ; Vinylketone, wie Vinylmethylketon, Vinylhexyl- keton, Methylisopropenylketon usw. sowie Mischungen derselben. Geeignete Materialien für Toner haben üblicherweise ein mittleres Molekulargewicht zwischen etwa 3000 bis 500000.
Bestimmte Pigmente oder Farbstoffe können zur Färbung der Tonerteilchen verwendet werden. Derartige
Tonerfarbstoffe sind bekannt, beispielsweise Russ, Nigrosin-Farbstoff, Anilinblau, Calco-öl-Blau, Chromgelb,
Ultramarin-Blau, du Pont-Öl-Rot, Chinolin-Gelb, Methylenblau-Chlorid, Phthalocyanin-Blau, Malachit-Grün- - Oxalat, Lampenruss, Rose Bengal und Mischungen derselben. Die Pigmente oder Farbstoffe sollten im Toner in einer ausreichenden Menge vorhanden sein, so dass er stark gefärbt ist und ein deutlich sichtbares Bild auf der Aufnahmevorrichtung bildet. Will man z. B. übliche xerographische Kopien von getippten Dokumenten herstellen, so kann der Toner ein schwarzes Pigment enthalten, wie Russ oder einen schwarzen Farbstoff, z.
B. Amaplast-Schwarz-Farbstoff (der Firma National Aniline Products, Inc. ). Vorzugsweise verwendet man den Farbstoff in einer Menge von etwa 1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des gefärbten Toners.
Verwendet man zum Färben des Toners einen Farbstoff, so genügen wesentlich geringere Mengen.
Das bei dem erfindungsgemässen Verfahren eingesetzte Tonermaterial sollte eine durchschnittliche Teilchengrösse von weniger als 30 IJ. haben.
Das Metallsalz einer Fettsäure ist fähig, einen dünnen haftenden Film auf der Bildoberfläche eines wiederverwendbaren Photoreceptors während der wiederholenden Zyklen eines elektrostatographischen Systems zu bilden. Dieses Salz braucht keinen völlig kontinuierlichen Film auf der Bildoberfläche zu bilden ; viele dieser Materialien bilden jedoch einen kontinuierlichen Film. Andere Metallsalze von Fettsäuren neigen dazu, die Täler auf der Oberfläche zu füllen und kleine Gipfel werden nur mit einer Monoschicht des Salzes überzogen. Der Schmelzpunkt des Metallsalzes ist im wesentlichen durch die Temperatur der Umgebung beim Kopieren begrenzt ; er sollte mindestens etwas höher als diese Temperatur sein.
Die Metallsalze können Salze von gesättigten oder ungesättigten, substituierten oder unsubstituierten Fettsäuren sein, vorzugsweise mit 8 bis 35 Kohlenstoffatomen. Die Metallsalze der obgenannten Fettsäuren sind beispielsweise die Salze von Lithium, Natrium, Kalium, Kupfer, Rubidium, Silber, Magnesium, Calcium, Zink, Strontium, Cadmium, Barium, Quecksilber, Aluminium, Chrom, Zinn, Titan, Zirkon, Blei, Mangan, Eisen, Kobalt und Nickel sowie Mischungen dieser Salze. Spezielle Fettsäuren sind beispielsweise Capryl-, Pelargon-, Caprin-, Undecan-, Laurin-, Tridecan-, Myristin-, Pentadecan-, Palmitin-, Margarin-, Stearin-, Arachidin-, Behen-, Lignocerin-, Cerotin-Säure und Mischungen derselben.
Verwendet man eine Entwicklermasse, welche ein Metallsalz einer der obgenannten Fettsäuren enthält, für allgemeine Kopierzwecke, so bemerkt man, dass dieses Additiv auf der Bildoberfläche in etwa derselben Weise übermässig abgelagert bzw. aufgebaut wird, wie dies sonst beim Toner ohne Additiv der Fall ist. Dieses Ablagern erfolgt insbesondere bei Schnell-Kopier- und Vervielfältigungsmaschinen, wo der Kontakt zwischen Entwickler und Bildoberfläche viel häufiger und schneller erfolgt als bei üblichen elektrostatographischen Systemen. Es wurde gefunden, dass bei Verwendung eines kolloidalen Siliziumdioxyds einer Teilchengrösse von weniger als l ju, zusammen mit dem reibungsvermindernden Material, ein hervorragender Erfolg erzielt wird.
Es wird angenommen, dass ein Metallsalz einer Fettsäure des oben angegebenen Typs, wenn es als einziges Entwickler-Additiv benutzt wird, sehr leicht auf der Bildoberfläche einen Schmierfilm bildet, wobei ein Tonerfilm praktisch ausgeschlossen ist. Dieser Schmierfilm erlaubt nicht nur eine wirksame Entfernung des
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restlichen Tonermaterials, sondern erhöht auch die Lebensdauer und Wirksamkeit der zur Entfernung von restlichem Entwickler verwendeten Reinigungsvorrichtung.
Bei Verwendung des Metallsalzes einer Fettsäure baut sich dieses jedoch in einem Ausmass auf, dass die
Qualität der Kopien allmählich vermindert wird. Durch Zusatz einer kleinen Menge eines kolloidalen
Siliziumdioxyds einer Teilchengrösse von unter 1 ju zur Entwicklermasse erhält man eine Kontrolle des Aufbaues des Metallsalzes einer Fettsäure infolge der Schleifwirkung dieses Materials, wenn eine Reinigungsvorrichtung den restlichen Entwickler von der Bildoberfläche mit einer Kraft entfernt, welche das Wischen der
Entwicklermischung über mindestens einen Teil der Bildoberfläche bewirkt Diese Kombination von Additiven führt dazu, dass das Metallsalz einer Fettsäure seine Funktion ausübt, während das Schleifmittel den Aufbau einer übermässigen störenden Schicht des Schmiermittels verhindert.
Ausserdem wird die richtige triboelektrische
Differenz zwischen Ladungsmitteln, z. B. Trägerteilchen, und dem Tonermaterial mindestens stabilisiert, weil das kolloidale Siliziumdioxyd eine diese Differenz zum Verschwinden bringende Ablagerung von Toner auf den
Ladungsmitteln verhindert.
Besonders bevorzugte kolloidale Siliziumdioxyde sind solche, deren Oberfläche so modifiziert ist, dass sie hydrophobe Eigenschaften haben. Man erhält beispielsweise hydrophobe Siliziumdioxyde, wenn man frisch hergestelltes kolloidales Siliziumdioxyd mit mindestens einer organischen Siliziumverbindung behandelt, welche organische Gruppen und hydrolysierbare Gruppen am Siliziumatom trägt. Bei einem derartigen Verfahren leitet man die Reaktionsteilnehmer und Dampf pneumatisch in parallelem Strom in einen Wirbelbettreaktor, der auf etwa 4000C erhitzt ist. Diese organischen Siliziumverbindungen reagieren mit Silanol-Gruppen auf der Oberfläche der Si02 -Teilchen, und es erfolgt eine chemische Verknüpfung zwischen dem Siliciumatom der organischen
Siliziumverbindung und dem Siliziumatom des Si02 über ein Sauerstoffatom.
Man kann zur Herstellung von modifizierten Siliziumdioxyden jede geeignete organische Gruppe benutzen, wobei die organische Gruppe direkt an ein Siliziumatom der organischen Siliziumverbindungen gebunden ist. Vorzugsweise benutzt man solche organische Gruppen, welche dem Schleifmaterial hydrophobe Eigenschaften verleihen, damit die Stabilität des
Entwicklermaterials unter wechselnden Feuchtigkeitsbedingungen verbessert wird. Die organischen Gruppen können gesättigte oder ungesättigte, substituierte oder unsubstituierte Kohlenwasserstoffreste oder Derivate derselben sein. Gesättigte organische Gruppen sind Methyl, Äthyl, Propyl, Butyl, Chlorpropyl und Chlormethyl.
Beispiele für typische organische Siliziumverbindungen sind Dimethyldichlorsilan, Trimethylchlorsilan,
Methyltrichlorsilan, Vinyltriäthoxysilan. Die Art der organischen Gruppen kann die triboelektrischen
Eigenschaften des Entwicklers beeinflussen. Man kann beispielsweise Siliziumdioxyd, welches mit
Aminopropylsilan behandelt wurde, zur Herstellung von Entwicklern des Umkehrungstyps benutzen.
Die Teilchengrösse des kolloidalen Siliziumdioxyd-Additivs soll kleiner als l jn sein und liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 0, 001 bis 0, 5, insbesondere von 0, 01 bis 0, 1 jU.
Die Gestalt der einzelnen kolloidalen Siliziumdioxydteiclhen ist nicht besonders kritisch, da sowohl kugelförmige als auch irregular geformte Teilchen wirksam sind. Ein bevorzugtes Material ist Aerosil R 972, ein hydrophobes Siliziumdioxyd der Firma Degussa Incorporated, New York.
Das erfmdungsgemässe Abbildungsverfahren kann in Verbindung mit allen bekannten elektrostatographischen Entwicklungssystemen angewendet werden, z. B. in Systemen mit einem Trägermaterial, wie die magnetische Bürstenentwicklung und die Kaskadenentwicklung sowie in Systemen, welche nicht unbedingt ein Trägermaterial benötigen, wie z. B. die Pulverwolkenentwicklung, die Faserbürstenentwicklung und die "Touchdown"-Entwicklung.
Geeignete überzogene und nicht überzogene Trägermaterialien für die Kaskadenentwicklung sind bekannt.
Die Trägerteilchen bestehen aus jedem geeigneten festen Material, vorausgesetzt, dass die Trägerteilchen eine Ladung entgegengesetzter Polarität zu den Tonerteilchen haben, wenn sie in Kontakt mit den Tonerteilchen gebracht werden, so dass die Tonerteilchen an den Trägerteilchen haften und sie umhüllen. Wünscht man eine positive Reproduktion des elektrostatischen Bildes, so wählt man die Trägerteilchen so aus, dass die Tonerteilchen eine Ladung entgegengesetzter Polarität zum elektrostatischen Bild haben. Will man eine Umkehrungsreproduktion des elektrostatischen Bildes, so wählt man den Träger so aus, dass die Tonerteilchen eine Ladung der gleichen Polarität wie das elektrostatische Bild haben.
Die Materialien der Trägerteilchen werden also nach ihren triboelektrischen Eigenschaften im Vergleich zum elektroskopischen Toner ausgewählt ; werden sie vermischt oder in Kontakt gebracht, so lädt sich eine Komponente des Entwicklers positiv auf, wenn die andere Komponente in der triboelektrischen Reihe unterhalb der ersten Komponente steht ; sie lädt sich hingegen negativ auf, wenn die andere Komponente in der triboelektrischen Reihe oberhalb der ersten Komponente steht.
Durch geeignete Auswahl der Materialien nach ihren triboelektrischen Eigenschaften erzielt man beim Vermischen solche Polaritäten ihrer Ladung, dass die elektroskopischen Tonerteilchen auf der Oberfläche der Trägerteilchen haften und diese überziehen ; die Tonerteilchen haften auch auf dem Teil der das elektrostatische Bild tragenden Oberfläche, welche eine grössere Anziehungskraft für den Toner als für die Trägerteilchen hat.
Typische Träger sind beispielsweise Stahl, Flintschrot, Aluminiumkaliumchlorid, Rochelle-Salz, Nickel, Kaliumchlorat, granuliertes Zirkon, granuliertes Siliziumdioxyd, Methylmethacrylat, Glas usw. Die Träger können mit oder ohne überzug verwendet werden. Viele der vorgenannten und weitere typische Träger sind in der
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USA-Patentschrift Nr. 2, 618, 552 beschrieben. Man bevorzugt fertig überzogene Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 50 bis 2000 j, weil die Trägerteilchen dann eine ausreichende Dichte und Trägheit besitzen, so dass das
Haften auf den elektrostatischen Abbildungen während der Kaskadenentwicklung vermieden wird.
Das Haften von Trägerkügelchen auf elektrostatischen Trommeln ist unerwünscht wegen der Bildung von tiefen Kratzern auf der Oberfläche während der Bildübertragung und der Trommelreinigung. Auch führt es zur Schädigung des
Druckes, wenn grosse Trägerkügelchen auf den xerographischen Abbildungsoberflächen haften. Für die magnetische Bürstenentwicklung sind Trägerteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse von weniger als etwa 800 J1. ausreichend. Im allgemeinen erhält man befriedigende Resultate, wenn etwa 1 Teil Toner mit etwa
10 bis 1000 Gew.-Teilen Träger bei der Kaskaden- und der magnetischen Bürstenentwicklung verwendet wird.
Bezüglich der breiten relativen Mengenverhältnisse des Tonermaterials im Vergleich zu den
Zusatzmaterialien ist folgendes zu sagen : Das reibungsvermindernde Material sollte mindestens in einer solchen
Menge vorhanden sein, dass während der zyklischen Verwendung der Bildoberfläche mindestens 20% derselben mit einer gleichmässig verteilten haftenden Schicht des Materials versehen sind. Vorzugsweise sind etwa 100% der
Bildfläche mit dem reibungsvermindernden Material überzogen. Es wurde gefunden, dass etwa 0, 01 bis 10 Gew.-% des reibungsvermindernden Materials (bezogen auf das Gewicht des Tonermaterials) ausreichen, um eine solche
Bedeckung zu erzielen. Ein besonders bevorzugtes Mengenverhältnis ist etwa 0, 1 bis 2 Grew.-% des reibungsvermindernden Materials (bezogen auf das Gewicht des Toners).
Das kolloidale Siliziumdioxyd muss in einer solchen relativen Menge vorhanden sein, dass die Dicke des
Metallsalzfilmes unter l u (d. h. weniger als 10000 Ä) bleibt, so dass ein störender Film vermieden wird. Die
Menge darf aber nicht so gross sein, dass der reibungsvermindernde Film entfernt oder seine Bildung verhindert wird. Ist die Menge so gross, dass kein Film gebildet wird, so wirkt das milde Schleifmittel direkt auf den
Photoreceptor und beim langdauernden Gebrauch führt dies zu einer Verkürzung der Lebensdauer des
Photoreceptors sowie der Reinigungsmittel, die bei diesem System verwendet werden. Solange etwa 5 A des reibungsvermindernden Materials als untere Grenze auf der Bildoberfläche vorhanden sind, treten die vorteilhaften Effekte der Erfindung ein.
Der Fachmann kann leicht die optimalen Mengenverhältnisse der beiden
Additive bestimmen, indem er die Dicke des restlichen reibungsvermindernden Filmes beobachtet. Die
Verwendung von radioaktiven Markierungen im reibungsvermindernden Material ist ein wirksames Mittel zur
Optimierung der Mengenverhältnisse. Langdauernde Vergleichsversuche sind ebenfalls aufschlussreich. Im allgemeinen erzielt man mit etwa 0, 01 bis 10 Gew.-% des Schleifmaterials (bezogen auf das Gewicht des Tonermaterials) die gewünschten Resultate ; besonders bevorzugt sind etwa 0, 1 bis 2 Gew.-%.
Für das erfindungsgemässe Abbildungsverfahren sind alle üblichen photoleitenden Oberflächen geeignet.
Bekannte photoleitende Materialien sind glasförmiges Selen, organische oder anorganische Photoleiter, die in eine nichtphotoleitende Matrix eingebettet sind, organische oder anorganische Photoleiter, die in eine photoleitende Matrix eingebettet sind usw. Derartige photoleitende Materialien sind z. B. in folgenden Patentschriften beschrieben : USA-Patentschriften Nr. 2, 803, 542 (Ullrich), Nr. 2, 970, 906 (Bixby), Nr. 3, 121, 006 (Middleton), Nr. 3, 121, 007 (Middleton) und Nr. 3, 151, 092 (Corrsin).
Die nachfolgenden Beispiele, von denen die Beispiele 1 und 2 Vergleichsbeispiele sind, dienen zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemässen Abbildungsverfahrens. Soferne nichts anderes angegeben ist, beziehen sich alle Mengenangaben und Prozentzahlen auf das Gewicht.
Beispiel l : Die Trommel aus glasförmigem Selen einer automatischen Kopiermaschine wird unter Verwendung eines Koronagenerators auf etwa 800 V positiv beladen, dann einem Licht- und Schatten-Bild ausgesetzt, so dass ein latentes elektrostatisches Bild entsteht. Die Selentrommel wird durch eine magnetische Bürstenentwicklungsstation gedreht.
Ein Kontrollentwickler besteht aus zwei Teilen Toner, welche ein Polystyrolharz enthalten, und etwa 100 Teilchen Trägerkügelchen aus Stahl. Die Tonerteilchen haben eine durchschnittliche Teilchengrösse von etwa 12 j, die Trägerkügelchen etwa 125 jet. Nachdem das latente elektrostatische Bild in der Entwicklerstation entwickelt wurde, wird das erhaltene Tonerbild in der Übertragungsstation auf ein Papierblatt übertragen. Die restlichen Tonerteilchen, die nach der Passage durch die übertragungsstation auf der Selentrommel zurückbleiben, werden durch drei verschiedene Verfahren entfernt. In jedem Fall (auch in den folgenden Beispielen) wird eine saubere Selentrommel eingesetzt.
Das erste Verfahren verwendet eine zylindrische Bürste mit einem Durchmesser von etwa 10 cm, Polypropylen (15 den) mit einer Florhöhe von etwa 0, 95 cm und einer Faserdichte von etwa
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beträgt, und wird mit etwa 175 Umdr/min rotiert. Die Qualität der Kopien ist zuerst ausgezeichnet ; nach 25000 Kopien ist jedoch die Hintergrunddichte sehr hoch, die Auflösung beträchtlich vermindert, die Bildausfüllung im ganzen und die Strichkopie sowie die Eckenschärfe sind schlecht. Bei Besichtigung der Trommel sieht man leichte Abnutzungserscheinungen und eine beträchtliche Ablagerung von Toner auf der Oberfläche.
Das zweite Verfahren verwendet ein Reinigungsgewebe gemäss der USA-Patentschrift Nr. 3, 186, 838 (W. P.
Graff, Jr. et al). Hiebei benutzt man ein Faservlies aus Rayon, das unter einem Druck von etwa 1, 26 kg/cm2 mit
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der Selentrommel in Kontakt steht ; die relative Geschwindigkeit zwischen Gewebe und Photoreceptor beträgt etwa 3, 8 cm/sec, der Abstand vom Gewebekontakt zum Bogen beträgt etwa 0, 32 cm. Wiederholt man den
Kopierprozess 5000mal, so zeigen die Kopien einen recht guten Linienkontrast und wenig
Hintergrundniederschlag. Jedoch besitzen grosse, ausgefüllte Flächenteile ein ausgewaschenes Aussehen. Eine mikrographische Untersuchung der Trommeloberfläche zeigt, dass sich ein beträchtlicher Tonerfilm abgelagert hat.
Das dritte Verfahren arbeitet mit einer Rakel zur Entfernung von restlichem Toner. Ein rechteckiger
0, 16 cm dicker Streifen aus gummiartigem Polyurethanmaterial, dessen eines Ende abgeschrägt ist, so dass das
Reinigungsende einen Winkel von etwa 600 bildet, wird parallel zur Trommelachse angebracht. Das abgeschrägte Ende der Klinge wird in Meissel-Haltung (nicht in Wischhaltung) bezüglich der sich bewegenden Trommel gehalten. Die resultierende Vertikalkraft, die man benötigt, um die gesamte Klinge gegen die Trommeloberfläche zu pressen, beträgt etwa 1, 4 kg (auf einer Federwaage abgelesen). Die ersten Kopien zeigen zunächst in jeder Hinsicht gute Eigenschaften ; nach etwa 2000 Kopien ist jedoch die Bildqualität deutlich schlechter, es zeigt sich eine hohe Hintergrunddichte, eine geringe Bildausfüllung und eine verminderte Auflösung.
Bei Untersuchung der Trommel sieht man einen beträchtlichen Aufbau von Toner auf der Bildoberfläche.
Im vorgehenden ist das Problem gezeigt, dass bei Verwendung eines typischen Tonermaterials auftritt, welches seiner Natur nach dazu beiträgt, sich auf dem Photoreceptor aufzubauen. Der steigende Aufbau ist zweifellos die Hauptursache für die Verminderung der Kopienqualität.
Beispiel 2 : Man wiederholt das Entwicklungsverfahren gemäss Beispiel 1, jedoch wird der Entwickler in folgender Weise modifiziert : Etwa 0, 1 Teil Zinkstearat einer Teilchengrösse von etwa 0, 75 bis 40 p. wird vorsichtig mit 1 Teil Toner vermischt. Das erhaltene Gemisch wird etwa 10 min gründlich in einem Szegvari-Verreiber gemahlen. Nach übertragung des entwickelten Bildes wie im Beispiel 1 verwendet man die Rakel und das Verfahren wie im Beispiel 1, jedoch ist die Klingenkraft 0, 09 kg. Nach etwa 2000 Zyklen weisen die Kopien eine hohe Dichte und hohe Hintergrundniederschläge auf. Die Oberfläche der Selentrommel zeigt einen dicken Film. Der abgelagerte Film besteht entweder aus Zinkstearat oder einer Kombination desselben mit Toner.
Durch Steigerung des auf die Photoreceptortrommel angewendeten Klingendruckes auf etwa 1, 4 kg bleibt die Kopienqualität über 2000 Zyklen gut.
Dieses Beispiel zeigt, dass durch Verwendung eines reibungsvermindernden Materials, nämlich Zinkstearat, in der Entwicklermasse, zusammen mit Reinigungsvorrichtungen, die eine ausreichende Kraft bei der Reinigung entfalten, der Aufbau von schädlichen Filmen wirksam unter Kontrolle gehalten werden kann.
In den folgenden Beispielen wird gezeigt, dass bei Verwendung eines milden Schleifmittels zusammen mit dem filmbildenden Schmiermittel Kopien von aussergewöhnlich hoher Qualität erhalten werden, wobei der Aufbau des Filmes noch wirksamer kontrolliert werden kann.
Beispiel 3 : Man wiederholt das Entwicklungsverfahren gemäss Beispiel 1, modifiziert den Entwickler aber in folgender Weise : Der Toner gemäss Beispiel 1 wird mit 0, 25% Zinkstearat versetzt und 10 min in einem
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Knallgasflamme von etwa 1100 C, und anschliessende Reaktion mit Dimethyldichlorsilan in einem erhitzten Wirbelbettreaktor. Etwa 75% der auf der Oberfläche der frisch hergestellten Siliziumdioxydteilchen vorhandenen
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Der relative Reibungskoeffizient der verschiedenen Materialien wird nach üblichen Methoden bestimmt und hat die folgenden Werte : Selen 5, 23, Toner 3, 92, Zinkstearat 0, 67. Der Toner hat eine Shore Durometerhärte von mehr als 100 (auf der A- und B-Skala), Zinkstearat von 66 (auf der A-Skala) und 52 (auf der B-Skala). Das vorbehandelte Siliziumdioxyd hat eine Härte von etwa 5 auf der Mohsschen Skala. Nach übertragung des entwickelten Bildes wie im Beispiel 1 wird die Reinigungsmethode mit der Rakel gemäss Beispiel 1 benutzt, wobei man einen Klingendruck von etwa 1, 4 kg anwendet. Nach 2000 Zyklen zeichnen sich die Kopien durch dieselbe aussergewöhnlich hohe Bildqualität wie die ursprünglichen Kopien aus. Bei Untersuchung der Selentrommel zeigt sich, dass der abgelagerte Film weniger als 300 A dick ist.
Beispiel 4 : Das Verfahren des Beispiels 3 wird wiederholt, wobei aber ein Zweikomponenten- - Additiv, bestehend aus 0, 25% Zinkstearat und 1, 0% unbehandeltem Siliziumdioxyd mit einer Teilchengrösse von unter l u, verwendet wird. Das Siliziumdioxyd ist identisch mit jenem des Beispiels 3, jedoch wurde es nicht vorbehandelt, um es organophil zu machen. Das Verfahren wird bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von etwa 80% und bei einer durchschnittlichen Temperatur von etwa 24 C durchgeführt. Die Hintergrunddichte, Auflösung, Bildfüllung in Strichkopien und die Eckenschärfe sind bei den urspünglichen Kopien gut.
Nach etwa 900 Kopien hat sich jedoch die Hintergrunddichte mehr als verdoppelt, die Auflösung ist vermindert, die
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Bildfüllung in Strichkopien und die Eckenschärfe sind schwach. Der Photoreceptor zeigt einen stumpfen, feuchten Film von tonartigem Aussehen, der durch übliche Reinigungsverfahren nicht entfernt werden kann.
Führt man das gleiche Verfahren bei einer relativen Feuchtigkeit von 30% und etwa 240C aus, so erhält man nach etwa 2000 Zyklen ausgezeichnete Kopien, und es wird kein tonartig aussehender Film auf der Photoreceptoroberfläche beobachtet.
Verwendet man hingegen das vorbehandelte Siliziumdioxyd gemäss Beispiels in der Entwicklermasse bei einer relativ hohen Luftfeuchtigkeit von etwa 80% und 24 C, so bleibt die Bildqualität ausgezeichnet und es wird auf dem Photoreceptor keine Ablagerung von kolloidalem Siliziumdioxyd beobachtet.
Es wird angenommen, dass das voluminöse unbehandelte Siliziumdioxyd mit seiner grossen Oberfläche als Trocknungsmittel fungiert, wobei das durch das Additiv aufgenommene Wasser in jeder Hinsicht schädlich auf die Entwicklungs-und Reinigungsstufen des Verfahrens einwirkt, welcher Effekt aber unter verhältnismässig trockenen Bedingungen nicht beobachtet wird.
Beispiel 5 : Das Entwicklungsverfahren gemäss Beispiel 3 wird wiederholt, jedoch verwendet man an Stelle von Zinkstearat 0, 25% Kupferstearat. Nach 2000 Zyklen liefert dieser Entwickler Kopien, die in jeder Hinsicht von guter Qualität sind. Der Film auf dem Photoreceptor ist nicht dicker als 300 A.
In den vorstehenden Beispielen sind zwar spezielle Materialien und Reaktionsbedingungen aufgezeigt, diese dienen aber nur zur Erläuterung der Erfindung. Es können auch verschiedene andere Tonerkomponenten, Additive, Farbstoffe, Träger und Entwicklungsverfahren der oben angegebenen Art verwendet werden, wobei man die gleichen Resultate wie in den vorstehend beschriebenen Beispielen erhält. Auch kann man dem Toner oder Träger weitere Materialien zusetzen, um die Bildeigenschaften oder andere gewünschte Eigenschaften des Systems zu sensibilisieren, synergistisch zu beeinflussen oder sonst zu verbessern.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verhinderung der Bildung eines Tonerfilmes, der bei einem zyklischen elektrostatographischen Abbildungsverfahren auf einer zur Wiederverwendung bestimmten Bildoberfläche entstehen kann, bei welchem Abbildungsverfahren auf der Bildoberfläche ein latentes elektrostatisches Bild erzeugt, das latente Bild durch Behandeln mit einer elektrostatographischen Entwicklungsmischung entwickelt und das entwickelte Bild auf eine Trägeroberfläche wie Papier übertragen wird, worauf das restliche entwickelte Bild von der Bildoberfläche entfernt wird, um diese wiederverwendbar zu machen, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, dass man a) eine Entwicklungsmischung verwendet, bestehend aus Teilchen von (1) einem feinverteilten elektroskopischen Tonermaterial ;
(2) einer kleinen Menge (bezogen auf das Gewicht des Toners) eines Metallsalzes einer Fettsäure ; (3) einer kleinen Menge (bezogen auf das Gewicht des
Tonermaterials) eines kolloidalen Siliziumdioxyds mit einer Teilchengrösse von unter 1/1 ; und gegebenenfalls von (4) einem Trägermaterial ; und b) dass das restliche Bild von der Bildoberfläche mittels einer Reinigungsklinge, eines
Reinigungsgewebes, einer Reinigungsbürste od. dgl. unter Anwendung eines solchen Druckes abgewischt wird, dass die Schichtdicke des Metallsalzes auf der Bildoberfläche unter l u verringert wird, ohne dass diese Schicht völlig entfernt wird.
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The invention relates to an electrostatographic imaging process and the use of a developer mixture particularly suitable for this process.
The formation and development of images on the surface of photoconductive materials by electrostatic means is known. The basic electrophotographic process is described by C. F. Carlson in U.S. Patent No. 2, 297, 691; it consists in applying a uniform electrostatic charge to a photoconductive insulating layer, exposing the layer to a light and shadow image so that the charge is selectively distributed over the exposed areas of the layer, and developing the latent electrostatic image obtained by applying A finely divided electroscopic material, commonly referred to as toner, is deposited on the image.
The toner is normally drawn onto those parts of the layer which contain a charge, producing a toner image which corresponds to the latent electroscopic image. This toner image can then be transferred to a carrier surface, such as paper, where it is now permanently fixed by heat. Instead of forming the latent image by uniformly loading the photoconductive layer and then exposing this layer to a light and shadow image, the latent image can also be produced by loading the layer directly in the configuration of the image. The powder image can be fixed on the photoconductive layer if no transfer of the powder image is desired.
Other suitable fixing agents, such as solvent or coating treatment, can be used in place of the heat-setting step.
There are many methods of applying the electroscopic toner particles to the material to be developed
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consists of large carrier particles, on the surface of which finely divided toner particles adhere electrostatically, applied to the surface bearing the latent electrostatic image or rolled over it in cascades. The composition of the carrier particles is chosen so that the toner particles are triboelectrically charged to the desired polarity. In the positive development process, when the mixture cascades over the image bearing surface, the toner particles are electrostatically deposited on and held in the charged portions of the latent image, while they are not held in the uncharged or background portions of the image.
The cascade development process has the decisive advantage that most of the toner particles which are accidentally deposited on the background part are removed by the rolling carrier. This is likely due to the relatively greater electrostatic attraction between the toner and the carrier compared to the attraction between the toner and the unloaded background.
The carrier particles and the unused toner particles are then recycled. The cascade development process is particularly useful for line copy development.
Another method of developing electrostatic latent images is the "magnetic brush" method, e.g. As described in U.S. Patent No. 2,874,063. A developer material, which contains toner and magnetically attractable carrier particles, is carried by a magnet. The magnetic field of this magnet causes the magnetic support to align in a brush-like configuration. This "magnetic brush" is brought into contact with an electrostatic image-bearing surface and the toner particles are drawn from the brush onto the latent image by electrostatic attraction.
Another method of developing latent electrostatic images is
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B. In this case, a developer material, which contains electrically charged toner particles in a gas stream, is passed along a surface bearing the latent electrostatic image. The toner particles are drawn from the gas onto the latent image by electrostatic attraction. This method is particularly suitable for continuous toner development.
Another development process is the so-called "touchdown" method by RW Gundlach according to US Pat. No. 3, 166, 432. In this process, loaded powder is removed from the uniformly dusty surface of a, preferably transparent, conductive material by means of an electrostatic field over a loaded and exposed selenium plate to produce a slide.
Commercial electrostatographic development systems generally use automatic machines. Since automatic electrostatographic imaging devices are intended to operate with a minimum of maintenance costs, the developer used in these machines must be capable of being recycled many thousands of times. Automatic xerographic machines commonly use an electrophotographic plate which is loaded, exposed, and then developed by contact with a developer mixture. In some automatic machines, the toner image formed on the electrophotographic plate is transferred to a receiving surface and the electrophotographic plate is then cleaned before reuse.
The transfer is effected by a corona generator device which creates an electrostatic charge which draws the powder from the electrophotographic plate onto the receiver surface.
The polarity of the charge required for image transfer depends on the visual form of the
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original copy in relation to reproduction, and also from the electroscopic properties of the developer material used for development. Do you want z. B. a positive reproduction from a positive
To make an original, a corona discharge of positive polarity is usually used to effect the transfer of a negatively charged toner image to the carrier surface.
But if you want a positive one
To reproduce from a negative original, one usually uses a positively charged one
Developer material that is repelled from the loaded areas of the plate onto the unloaded parts, so that a positive image is created, which can be transferred by a corona discharge of negative polarity. In any case, a residual powder image usually remains on the image after the transfer. Since the plate is to be reused for the following cycle, it is necessary that the residual image be removed in order to prevent the formation of ghost images on the following copies and the formation of a toner film on the photoreceptor surface.
In the positive-positive reproduction as described above, the remaining powder is firmly retained on the plate surface by a phenomenon which has not been fully clarified; This prevents complete transfer of the powder to the carrier surface, especially in the imaging areas. The incomplete transfer of toner particles is undesirable because the
Image density of the final copy is decreased and because of the need for harsh cleaning processes to remove residual toner from the photoreceptor surface. This imaging process is usually repeated for every copy reproduced by the machine over the life of the developer and the electrophotographic plate surface.
Various electrostatographic plate cleaning devices are known, such as the "brush" - the "fabric" cleaner. A typical brush cleaner is described by L. E, Walkup et al. in U.S. Patent No. 2,832,977. The brush cleaning device generally consists of one or more rotating brushes which remove the remaining powder from the plate and release it into a stream of air which is blown off through a filter system. A typical one
Tissue cleaning device is described by W. E. Graff Jr. et al. in U.S. Patent No. 3,186,838. The remaining powder is removed from the plate by passing a fabric made of fiber materials over the surface of the plate.
Another system for removing residual toner particles consists of a flexible cleaning blade that wipes or scrapes the remaining toner off the photoreceptor surface when the surface is moved along the blade.
Unfortunately, the above cleaning systems are not entirely adequate to all types of
Remove toner particles from all types of reusable photoreceptors. This is not a bug of the
Cleaning system, but a fault of the special toner used in conjunction with special photoreceptors. If special toners did not tend to adhere as a residual film to a special photoreceptor, the cleaning systems described would be sufficient to remove all of the remaining toner. Many commercially available toners, however, naturally have a tendency to form residual films on reusable photoreceptors. The formation of such films is undesirable because it affects the quality of the undeveloped and developed images.
The problem of the film formation of these special toners is particularly acute in high-speed copying and duplicating machines, where the contact between developer and image surface occurs much more frequently and much faster than with conventional electrostatographic systems. Ultimately, so much toner is built up that copying or duplicating is impaired.
As a result, more effective measures, e.g. B. Treatment with solvents, necessary to remove this film. Frequent shutdown of the apparatus for cleaning the photoreceptor surface is of course undesirable, since the machine is put out of operation and since repeated measures of this kind wear the photoreceptor surface.
There is therefore a continuing need for a method by which the build-up of toner films on the surface of a photoreceptor is prevented. Electrostatographic systems, and particularly the imaging, development and cleaning of these systems, would be greatly improved if the above problems could be effectively solved.
The invention relates to an electrostatographic imaging process in which the undesired build-up of developer components on reusable electrostatographic imaging surfaces is prevented.
The inventive method for preventing the formation of a toner fumes, which can arise in a cyclic electrostatographic imaging process on an image surface intended for reuse, in which imaging process generates a latent electrostatic image on the image surface, develops the latent image by treatment with an electrostatographic development mixture and the developed Image is transferred to a carrier surface such as paper, after which the remaining developed image is removed from the image surface in order to make it reusable, is now characterized in that a) a developing mixture is used, consisting of particles of (1) a finely divided electroscopic toner material ;
(2) a small amount (by weight of the toner) of a metal salt of a fatty acid; (3) a small amount (based on the weight of the
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Toner material) of a colloidal silicon dioxide with a particle size of less than 1 IJ. ; and optionally of (4) a carrier material; and b) removing the remaining image from the image surface using a cleaning blade, a
Cleaning fabric, a cleaning brush or the like. Is wiped off using such a pressure that the layer thickness of the metal salt on the image surface is below 1 IJ. is reduced without this layer being completely removed.
With the new imaging process, images and copies are obtained without loss of resolution. There is also no reduction in meltability. The tendency for the toner to block is reduced.
The method also enables a long-term prevention or control of toner films on reusable photoreceptors. Copies of relatively high optical density are obtained.
All electroscopic toners which are preferably pigmented or colored can be used as the toner material in the context of the invention. Typical toner materials are polystyrene resin, acrylic resin,
Polyethylene resin, polyvinyl chloride resin, polyacrylamide resin, methacrylate resin, polyethylene terephthalate resin,
Polyamide resin, and copolymers and mixtures thereof. Vinyl resins with a melting point or
Melting ranges starting at at least about 430C are particularly useful for use as a toner. These vinyl resins can also be homopolymers or copolymers of 2 or more
Be vinyl monomers.
Typical monomer units that can be used to form vinyl polymers are, for example: styrene, vinyl naphthalene, monoolefins such as ethylene, propylene, butylene, isobutylene etc., vinyl esters such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl benzoate, vinyl ester etc., esters of a- Methylene aliphatic monocarboxylic acids such as methyl acrylate, ethyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, dodecyl acrylate, n-octyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, etc .; Vinyl ether, like
Vinyl methyl ether, vinyl isobutyl ether, vinyl ethyl ether, etc.; Vinyl ketones such as vinyl methyl ketone, vinyl hexyl ketone, methyl isopropenyl ketone, etc., and mixtures thereof. Suitable materials for toners usually have an average molecular weight between about 3,000 to 500,000.
Certain pigments or dyes can be used to color the toner particles. Such
Toner dyes are known, for example carbon black, nigrosine dye, aniline blue, calco oil blue, chrome yellow,
Ultramarine blue, du Pont oil red, quinoline yellow, methylene blue chloride, phthalocyanine blue, malachite green - oxalate, lamp black, rose bengal, and mixtures thereof. The pigments or dyes should be present in the toner in sufficient amount so that it is strongly colored and forms a clearly visible image on the receiving device. Do you want z. B. produce conventional xerographic copies of typed documents, the toner may contain a black pigment, such as carbon black or a black dye, e.g.
B. Amaplast black dye (from National Aniline Products, Inc.). The dye is preferably used in an amount of about 1 to 30% by weight, based on the total weight of the colored toner.
If a dye is used to color the toner, much smaller amounts are sufficient.
The toner material used in the process according to the invention should have an average particle size of less than 30 IJ. to have.
The metal salt of a fatty acid is capable of forming a thin adherent film on the image surface of a reusable photoreceptor during the repetitive cycles of an electrostatographic system. This salt does not need to form a completely continuous film on the image surface; however, many of these materials form a continuous film. Other metal salts of fatty acids tend to fill in the valleys on the surface and small peaks are only coated with a monolayer of the salt. The melting point of the metal salt is essentially limited by the temperature of the environment during copying; it should be at least slightly higher than this temperature.
The metal salts can be salts of saturated or unsaturated, substituted or unsubstituted fatty acids, preferably having 8 to 35 carbon atoms. The metal salts of the above-mentioned fatty acids are, for example, the salts of lithium, sodium, potassium, copper, rubidium, silver, magnesium, calcium, zinc, strontium, cadmium, barium, mercury, aluminum, chromium, tin, titanium, zirconium, lead, manganese, Iron, cobalt and nickel and mixtures of these salts. Special fatty acids are, for example, caprylic, pelargonic, capric, undecanoic, lauric, tridecanoic, myristic, pentadecanoic, palmitic, margaric, stearic, arachidic, behenic, lignoceric, cerotic acid and Mixtures of the same.
If a developer composition containing a metal salt of one of the above-mentioned fatty acids is used for general copying purposes, one notices that this additive is excessively deposited or built up on the image surface in approximately the same way as is otherwise the case with toner without an additive. This deposition occurs particularly in high-speed copying and duplicating machines, where the contact between developer and image surface is much more frequent and faster than with conventional electrostatographic systems. It has been found that when using a colloidal silicon dioxide with a particle size of less than 1 ju, together with the friction-reducing material, excellent results are achieved.
It is believed that a metal salt of a fatty acid of the above type, when used as the sole developer additive, very easily forms a lubricating film on the image surface, practically excluding a toner film. This lubricating film not only allows an effective removal of the
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residual toner, it also increases the life and effectiveness of the cleaning device used to remove residual developer.
If the metal salt of a fatty acid is used, however, this builds up to an extent that the
The quality of copies is gradually decreased. By adding a small amount of a colloidal
Silicon dioxide with a particle size of less than 1 micron relative to the developer composition, a control of the structure of the metal salt of a fatty acid as a result of the abrasive action of this material is obtained when a cleaning device removes the remaining developer from the image surface with a force that makes wiping the
This combination of additives causes the metal salt of a fatty acid to perform its function, while the abrasive prevents the build-up of an excessively disturbing layer of the lubricant.
In addition, the correct triboelectric
Difference between charge means, e.g. B. carrier particles, and the toner material is at least stabilized because the colloidal silicon dioxide is a deposit of toner that makes this difference disappear on the
Charges prevented.
Particularly preferred colloidal silicon dioxides are those whose surface is modified in such a way that they have hydrophobic properties. For example, hydrophobic silicon dioxides are obtained if freshly prepared colloidal silicon dioxide is treated with at least one organic silicon compound which has organic groups and hydrolyzable groups on the silicon atom. In one such process, the reactants and steam are pneumatically passed in parallel flow into a fluidized bed reactor heated to about 4000C. These organic silicon compounds react with silanol groups on the surface of the SiO2 particles, and there is a chemical linkage between the silicon atom of the organic
Silicon compound and the silicon atom of Si02 via an oxygen atom.
Any suitable organic group can be used to prepare modified silicon dioxides, the organic group being bonded directly to a silicon atom of the organic silicon compounds. It is preferable to use those organic groups which give the abrasive material hydrophobic properties so that the stability of the
Developer material is improved under changing humidity conditions. The organic groups can be saturated or unsaturated, substituted or unsubstituted hydrocarbon radicals or derivatives thereof. Saturated organic groups are methyl, ethyl, propyl, butyl, chloropropyl and chloromethyl.
Examples of typical organic silicon compounds are dimethyldichlorosilane, trimethylchlorosilane,
Methyltrichlorosilane, vinyltriethoxysilane. The nature of the organic groups can be triboelectric
Affect properties of the developer. One can, for example, silicon dioxide, which with
Aminopropylsilane was used to make reverse-type developers.
The particle size of the colloidal silicon dioxide additive should be smaller than 1 jn and is preferably in a range from about 0.001 to 0.5, in particular from 0.01 to 0.1 jU.
The shape of the individual colloidal silica particles is not particularly critical since both spherical and irregularly shaped particles are effective. A preferred material is Aerosil R 972, a hydrophobic silicon dioxide from Degussa Incorporated, New York.
The imaging process according to the invention can be used in conjunction with all known electrostatographic development systems, e.g. B. in systems with a carrier material, such as magnetic brush development and cascade development, and in systems that do not necessarily need a carrier material, such as. B. the powder cloud development, the fiber brush development and the "touchdown" development.
Suitable coated and uncoated support materials for cascade development are known.
The carrier particles are made of any suitable solid material, provided that the carrier particles have a charge of opposite polarity to the toner particles when they are brought into contact with the toner particles such that the toner particles adhere to and envelop the carrier particles. If a positive reproduction of the electrostatic image is desired, the carrier particles are selected so that the toner particles have a charge of opposite polarity to the electrostatic image. If one wishes to reverse reproduction of the electrostatic image, the carrier is selected so that the toner particles have a charge of the same polarity as the electrostatic image.
The materials of the carrier particles are therefore selected according to their triboelectric properties compared to the electroscopic toner; if they are mixed or brought into contact, one component of the developer is positively charged when the other component in the triboelectric series is below the first component; however, it is charged negatively when the other component in the triboelectric series is above the first component.
By suitable selection of the materials according to their triboelectric properties, the polarities of their charge during mixing are such that the electroscopic toner particles adhere to the surface of the carrier particles and cover them; the toner particles also adhere to the part of the electrostatic image bearing surface which has a greater attractive force for the toner than for the carrier particles.
Typical supports are, for example, steel, flint shot, aluminum potassium chloride, Rochelle salt, nickel, potassium chlorate, granulated zirconium, granulated silicon dioxide, methyl methacrylate, glass, etc. The supports can be used with or without a coating. Many of the aforementioned and other typical carriers are in the
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U.S. Patent No. 2,618,552. Preference is given to fully coated particles with a diameter of about 50 to 2000 j, because the carrier particles then have sufficient density and inertia so that the
Adherence to the electrostatic images during the cascade development is avoided.
The adhesion of carrier beads to electrostatic drums is undesirable because of the formation of deep scratches on the surface during image transfer and drum cleaning. It also leads to damage to the
Pressure when large carrier beads adhere to the xerographic imaging surfaces. For magnetic brush development are carrier particles with an average particle size of less than about 800 J1. sufficient. In general, satisfactory results are obtained using about 1 part of toner with about
10 to 1000 parts by weight of carrier is used in cascade and magnetic brush development.
Regarding the broad relative proportions of the toner material compared to the
Additional materials is to say the following: The friction-reducing material should be at least one such
Amount available so that during the cyclical use of the picture surface at least 20% of the same is provided with an evenly distributed adhesive layer of the material. Preferably about 100% are the
The picture surface is covered with the friction-reducing material. It has been found that about 0.01 to 10% by weight of the friction-reducing material (based on the weight of the toner material) is sufficient to achieve such
To achieve coverage. A particularly preferred proportion is about 0.1 to 2% by weight of the friction-reducing material (based on the weight of the toner).
The colloidal silicon dioxide must be present in such a relative amount that the thickness of the
Metal salt film remains below 1 u (i.e. less than 10,000 Å), so that an interfering film is avoided. The
However, the amount must not be so large that the friction-reducing film is removed or its formation is prevented. If the amount is so large that no film is formed, the mild abrasive acts directly on the
Photoreceptor and with long-term use this leads to a shortening of the life of the
Photoreceptors as well as the detergents used in this system. As long as there is about 5 Å of the friction reducing material as the lower limit on the image surface, the advantageous effects of the invention occur.
The person skilled in the art can easily find the optimal proportions of the two
Determine additives by observing the thickness of the remaining anti-friction film. The
Use of radioactive labels in the friction reducing material is an effective means of achieving this
Optimization of the proportions. Long-term comparison tests are also revealing. In general, about 0.01 to 10% by weight of the abrasive material (based on the weight of the toner material) produces the desired results; about 0.1 to 2% by weight are particularly preferred.
All conventional photoconductive surfaces are suitable for the imaging process according to the invention.
Known photoconductive materials are vitreous selenium, organic or inorganic photoconductors that are embedded in a non-photoconductive matrix, organic or inorganic photoconductors that are embedded in a photoconductive matrix, etc. Such photoconductive materials are e.g. B. in the following patents: U.S. Patents No. 2, 803, 542 (Ullrich), No. 2, 970, 906 (Bixby), No. 3, 121, 006 (Middleton), No. 3, 121, 007 (Middleton) and No. 3, 151, 092 (Corrsin).
The following examples, of which Examples 1 and 2 are comparative examples, serve to further explain the imaging process according to the invention. Unless stated otherwise, all quantities and percentages relate to weight.
Example 1: The drum made of glassy selenium of an automatic copying machine is positively charged to about 800 V using a corona generator, then exposed to an image of light and shadow, so that an electrostatic latent image is formed. The selenium drum is rotated by a magnetic brush development station.
A control developer consists of two parts of toner containing a polystyrene resin and about 100 particles of steel carrier beads. The toner particles have an average particle size of about 12 j, the carrier beads about 125 jets. After the latent electrostatic image has been developed in the developer station, the resulting toner image is transferred to a sheet of paper in the transfer station. The residual toner particles that remain on the selenium drum after passing through the transfer station are removed by three different methods. In each case (also in the following examples) a clean selenium drum is used.
The first method uses a cylindrical brush about 10 cm in diameter, polypropylene (15 denier) with a pile height of about 0.95 cm and a fiber density of about
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is, and is rotated at about 175 rev / min. The quality of the copies is first of all excellent; after 25,000 copies, however, the background density is very high, the resolution is considerably reduced, the overall image filling and the line copy and the corner sharpness are poor. If you inspect the drum, you can see slight signs of wear and a significant amount of toner on the surface.
The second method uses a cleaning fabric according to U.S. Patent No. 3, 186, 838 (W. P.
Graff, Jr. et al). A fiber fleece made of rayon is used for this, which under a pressure of about 1.26 kg / cm2 with
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the selenium drum is in contact; the relative speed between tissue and photoreceptor is about 3.8 cm / sec, the distance from the tissue contact to the arch is about 0.32 cm. Do you repeat that
Copying process 5000 times, the copies show a fairly good line contrast and little
Background precipitation. However, large, filled areas have a washed-out appearance. A micrographic examination of the drum surface shows that a substantial film of toner has deposited.
The third method uses a doctor blade to remove residual toner. A rectangular one
0.16 cm thick strip of rubber-like polyurethane material, one end of which is beveled so that the
The cleaning end forms an angle of about 600, is attached parallel to the drum axis. The beveled end of the blade is held in a chisel position (not a wipe position) with respect to the moving drum. The resulting vertical force that is required to press the entire blade against the drum surface is around 1.4 kg (read on a spring balance). The first copies show good properties in every respect; after about 2000 copies, however, the image quality is significantly poorer, there is a high background density, a poor image filling and a reduced resolution.
Examination of the drum reveals a significant build-up of toner on the image surface.
In the foregoing, the problem has been shown that when using a typical toner material, which by its nature contributes to building up on the photoreceptor. The increasing build-up is undoubtedly the main cause of the decrease in copy quality.
Example 2: The development process according to Example 1 is repeated, but the developer is modified in the following way: About 0.1 part of zinc stearate with a particle size of about 0.75 to 40 μm. is carefully mixed with 1 part toner. The resulting mixture is ground thoroughly in a Szegvari grinder for about 10 minutes. After the developed image has been transferred as in Example 1, the doctor blade and the procedure as in Example 1 are used, but the blade force is 0.09 kg. After about 2000 cycles, the copies show high density and high background precipitation. The surface of the selenium drum shows a thick film. The deposited film consists of either zinc stearate or a combination thereof with toner.
By increasing the blade pressure applied to the photoreceptor drum to around 1.4 kg, the copy quality remains good over 2000 cycles.
This example shows that the use of a friction-reducing material, namely zinc stearate, in the developer composition, together with cleaning devices which develop sufficient cleaning power, can effectively keep the build-up of harmful films under control.
In the following examples it is shown that when a mild abrasive is used in conjunction with the film-forming lubricant, copies of exceptionally high quality are obtained and the structure of the film can be controlled even more effectively.
Example 3: The development process according to Example 1 is repeated, but the developer is modified in the following way: 0.25% zinc stearate is added to the toner according to Example 1 and 10 minutes in one
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Oxyhydrogen flame at about 1100 C, followed by reaction with dimethyldichlorosilane in a heated fluidized bed reactor. About 75% of that present on the surface of the freshly made silica particles
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The relative coefficient of friction of the various materials is determined by conventional methods and has the following values: selenium 5, 23, toner 3, 92, zinc stearate 0, 67. The toner has a Shore durometer hardness of more than 100 (on the A and B Scale), zinc stearate of 66 (on the A scale) and 52 (on the B scale). The pretreated silicon dioxide has a hardness of about 5 on the Mohs scale. After the developed image has been transferred as in Example 1, the cleaning method with the doctor blade according to Example 1 is used, using a blade pressure of about 1.4 kg. After 2000 cycles, the copies have the same exceptionally high image quality as the original copies. Examination of the selenium drum reveals that the deposited film is less than 300 Å thick.
Example 4: The process of Example 3 is repeated, but using a two-component additive consisting of 0.25% zinc stearate and 1.0% untreated silicon dioxide with a particle size of less than 1 u. The silica is identical to that of Example 3, but it has not been pretreated to make it organophilic. The process is carried out at a relative humidity of about 80% and at an average temperature of about 24 ° C. The background density, resolution, image fill in line copies, and corner sharpness are good in the original copies.
After about 900 copies, however, the background density has more than doubled and the resolution is reduced
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Image fill in line copies and corner sharpness are poor. The photoreceptor shows a dull, damp film with a clay-like appearance that cannot be removed by standard cleaning methods.
If the same procedure is carried out at a relative humidity of 30% and about 240 ° C., excellent copies are obtained after about 2000 cycles and no clay-like-looking film is observed on the photoreceptor surface.
If, on the other hand, the pretreated silicon dioxide according to the example is used in the developer composition at a relatively high humidity of about 80% and 24 C, the image quality remains excellent and no deposit of colloidal silicon dioxide is observed on the photoreceptor.
It is assumed that the voluminous untreated silicon dioxide with its large surface acts as a drying agent, the water absorbed by the additive having a detrimental effect on the development and purification stages of the process in every respect, which effect is not observed under relatively dry conditions.
Example 5: The development process according to Example 3 is repeated, but instead of zinc stearate, 0.25% copper stearate is used. After 2000 cycles, this developer will produce copies that are of good quality in all respects. The film on the photoreceptor is no thicker than 300 A.
Although specific materials and reaction conditions are shown in the above examples, these only serve to illustrate the invention. Various other toner components, additives, dyes, carriers, and developing methods of the type set forth above can also be used with the same results as in the examples described above. Further materials can also be added to the toner or carrier in order to sensitize, synergistically influence or otherwise improve the image properties or other desired properties of the system.
PATENT CLAIMS:
1. A method for preventing the formation of a toner film which can arise in a cyclic electrostatographic imaging process on an image surface intended for reuse, in which the imaging process produces an electrostatic latent image on the image surface, develops the latent image by treatment with an electrostatographic development mixture and the developed Image is transferred to a support surface such as paper, after which the remaining developed image is removed from the image surface in order to make it reusable, characterized in that one uses a) a developing mixture consisting of particles of (1) a finely divided electroscopic toner material;
(2) a small amount (by weight of the toner) of a metal salt of a fatty acid; (3) a small amount (based on the weight of the
Toner material) of a colloidal silicon dioxide with a particle size of less than 1/1; and optionally of (4) a carrier material; and b) removing the remaining image from the image surface using a cleaning blade, a
Cleaning fabric, a cleaning brush or the like. Is wiped off using such a pressure that the layer thickness of the metal salt on the image surface is reduced below l u without this layer being completely removed.
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