DE1497190B2 - Mit Flüssigkeiten arbeitendes Entwicklungsverfahren für elektrostatische Bilder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Entwicklungsverfahren für auf Aufzeichnungsträgern befindliche latente Ladungsbilder, mit zwei sich nicht mischenden Flüssigkeiten, von denen eine hochisolierend ist und einen dünnen Film zwischen der zu entwickelnden Schicht und der anderen Flüssigkeit bildet, wobei das in der hochisolierenden Flüssigkeit suspendierte oder anfangs nur in der zusammenhängenden Grenzfläche der beiden Flüssigkeiten befindliche Tonermaterial nach Maßgabe der latenten Ladungsbilder durch den dünnen hochisolierenden Film zur Schicht gelangt.

Feste Entwickler bestehen in der Regel aus zwei pulverförmigen Komponenten gleicher oder verschiedener Korngröße, die sich gegenseitig triboelektrisch aufladen. Wird dieses Gemisch über das zu entwickelnde Ladungsbild geschüttet, so bleiben die Körner haften, die sich mit der zum Bild entgegengesetzten Polarität aufgeladen haben, so daß ein sichtbares Bild entsteht. Bei den flüssigen Entwicklern lädt sich der suspendierte Toner gegen die Flüssigkeit elektrostatisch auf. Der Entwicklungsprozeß entspricht der als Elektrophorese bekannten Erscheinung.

Die Erzeugung des Ladungsbildes kann speziell bei den elektrographischen Druckverfahren sehr schnell durchgeführt werden, so daß der Wunsch nach ebenso schnellen Entwicklungsverfahren besteht. Bei den festen Entwicklern muß für eine ausreichende Bildqualität das Mischungsverhältnis der Komponenten sehr

ίο genau eingehalten werden. Für hohe Entwicklungsleistungen müssen dann sehr große Entwicklermengen bereitgestellt und bewegt werden, da das Gemisch sonst sehr schnell am bildformenden Toner verarmen würde. Bei dem bekannten, mit zwei sich nicht mischenden Flüssigkeiten arbeitenden Entwicklungsverfahren der eingangs genannten Art kann eine beschleunigte Elektrophorese nur durch höhere Aufladung der Tonerteilchen erreicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art den Entwicklungsvorgang zu beschleunigen.

Das neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß als die andere Flüssigkeit metallisch leitendes Quecksilber und als Toner und Bildträger nicht amaigierbares Material verwendet wird.

Durch die auf Grund verschiedener Benetzungseigenschaften erzwungene geometrische Anordnung der beiden Flüssigkeiten zur Bildträgerfläche wird die Elektrophorese geladener Teilchen in der dielektrischen Flüssigkeit wesentlich beschleunigt. Die Wanderungsgeschwindigkeit suspendierter geladener Teilchen ist bekanntlich proportional zum elektrischen Feld. Nun entsteht durch die Gegenwart des metallischen Quecksilbers im dünnen Film der dielektrischen Flüssigkeit ein viel stärkeres elektrisches Feld. Sofern sich das Tonermaterial anfangs nur in der Grenzfläche befindet, ist dies besonders günstig, da der Toner beim Entwicklungsvorgang seine Ladung aus der leitfähigen Flüssigkeit durch Influenz erhält und somit nicht verlangt zu werden braucht, daß sich das Tonermaterial selbständig in der dielektrischen Flüssigkeit gegen diese auflädt, eine Forderung, die häufig nur durch kompliziert aufgebaute und empfindliche Suspensionen zu erfüllen ist.
Das neue Verfahren bietet kurze Entwicklungszeiten bei geringer Oberflächenladungsdichte der elektrischen Bilder, billige und raumsparende Konstruktion der Entwicklerapparatur sowie die Verwendung billiger, chemisch eindeutiger Stoffe.

Das Prinzip wird an Hand von F i g. 1 erläutert. Es wird von zwei sich nicht mischenden Flüssigkeiten ausgegangen. Flüssigkeit 1 ist das metallisch leitende Quecksilber, Flüssigkeit 2 ist hochisolierend (dielektrisch — z. B. Benzin, Benzol, Zyklohexan, Terpentin, Silikonöl, Tetrachlorkohlenstoff, Frigen usw.). Ein ein- \ getauchter Ladungsbildträger, der bei allen elektrosta- j tischen Druck- oder Kopierverfahren aus der Schicht 3 j und der Unterlage 6 (Papier) besteht, wird bei geeigne- | ter Wahl der dielektrischen Flüssigkeit 2 von dieser benetzt. Sie bildet einen dünnen Film zwischen Schicht 3 und Flüssigkeit 1; elektrostatisch gesehen bildet sie das Dielektrikum eines Kondensators hoher Kapazität. Beim Eintauchen geladener Stellen entsteht so ein starkes elektrisches Feld 5 zur influenzierbaren Flüssigkeit 1. Wird nun Toner 4, der zunächst gut elektrisch leiten soll, z. B. Ruß, in die Phasengrenze der Flüssigkeiten 1, 2 gegeben, so lädt sich dieser an der Flüssigkeit 1 mit entgegengesetztem Ladungsvorzeichen zum Ladungsbild auf und gelangt durch die Flüssigkeit 2 an die zu

tönenden Schichtstellen. Es kommt dem Prozeß zugute, daß außer der Schicht 3 auch der Toner 4 in der Regel von der Flüssigkeit 2 stärker benetzt wird als von der Flüssigkeit 1, und daß der Aufenthalt des Toners in der Phasengrenze energetisch begünstigt ist.

Das Verfahren besteht nun darin, den Ladungsbildträger 3,6 durch eine isolierende Flüssigkeit 2 über eine mit Toner angereicherte Phasengrenze in eine leitfähige Flüssigkeit 1 und mittels einer Umlenkvorrichtung 7, die sich zumindest teilweise in der Flüssigkeit 1 befindet, aus dem flüssigen Zweiphasensystem heraus kontinuierlich zu bewegen. Hierfür sind mehrere Ausführungsformen möglich (F i g. 2):

Es wird Toner in großer Menge in das System gegeben, so daß er in dicker Schicht auf der Flüssigkeit 1 schwimmt, aber aus energetischen Gründen die Phasengrenzfläche nicht zu überschreiten vermag. Beim Eintauchen eines Ladungsbildes in die Flüssigkeit 1 findet der geschilderte Prozeß des Tonerüberganges statt. Darüber hinaus wird aber auch an den ungeladenen Stellen viel Toner mitgenommen. Beim Auftauchen aus der Flüssigkeit 1 fällt dieser ab und sedimentiert in der Flüssigkeit 2 zur Phasengrenze zurück. Die durch die Bewegung des Bildmaterials hervorgerufenen Flüssigkeitsströmungen sorgen für eine gleichmäßige Tonerverteilung in der Phasengrenze. Zu empfehlen sind gröbere anorganische Toner, wobei eine ausreichende Leitfähigkeit garantiert sein soll. Grobe Tonerkörner und eine geringe Viskosität der isolierenden Flüssigkeit unterstützen die Tonersedimentation (und gleichzeitig den Tonerübergang).

Die Sauberkeit des Bildes ist nämlich im wesentlichen durch die Tonerkonzentration der oberen Schichten der Flüssigkeit 2 bedingt, so daß nach oben hin ein Konzentrationsgefälle aufrechterhalten werden sollte. Ein ideales Konzentrationsgefälle ist gegeben, wenn sich der Toner ausschließlich in der Phasengrenze befindet. Die Verwendung von Quecksilber als Flüssigkeit 1 ist unter einer dielektrischen Flüssigkeit 2 in physiologischer Hinsicht absolut unbedenklich. Wegen seiner hohen Oberflächenspannung sind die Benetzungseigenschaften stets erfüllt; es kommen alle Toner und Ladungsbildträger in Frage, die nicht amalgiert werden. Die Toner können spezifisch schwerer gewählt werden — z. B. diverse Metall-, Metalloxyd-, Metallsulfidpulver usw. —, wodurch sich die Sedimentationsgeschwindigkeit des Toners in der Flüssigkeit 2 erhöht, jedoch ist auch Ruß geeignet. Als Ladungsbildträger kommen auch lichtempfindliche Trommeln (Platten) sowie elektrographische und elektrophotographische Spezialpapiere mit ausgesprochen schlechter, fehlerhafter Schicht in Frage. Außerdem darf auch die Flüssigkeit 2 spezifisch schwer sein, so daß man die inflammablen halogenierten Kohlenwasserstoffe, eventuell besonders leichtflüchtige, inflammable, ungiftige Frigene, anwenden kann.

Für hohe Entwicklungsgeschwindigkeiten können noch die folgenden konstruktiven Maßnahmen vorgesehen werden (F i g. 2): Eine Umkehrvorrichtung, die aus einer Metallrolle 7 besteht, und die höchstens zur Hälfte in das Entwicklerbad eintaucht, so daß das Bildträgermaterial 3, 6 rückseitig nicht benetzt wird. Dies verringert den Verbrauch an Flüssigkeit 2. Die Tankform 8 ist so ausgebildet, daß möglichst wenig Flüssigkeit verdunsten kann. Allerdings wird der Flüssigkeitsverbrauch im wesentlichen durch die Benetzung des Bildträgers bedingt; eine nachgeschaltete Rückgewinnungseinrichtung für die Flüssigkeit 2 ist bei sehr schnellem Durchlauf zu empfehlen (in F i g. 2 nicht gezeichnet). Die Elektroden 9 in der Nähe der Tonerübergangsstellen sollen die statische Aufladung des Quecksilbers verhindern. Sie werden zweckmäßig mit der Umlenkvorrichtung 7 gegebenenfalls über den metallischen Tank 8 galvanisch verbunden. Ferner ist ein Rührwerk 10 vorgesehen. Über die öffnung ti läuft der Nachschub an Flüssigkeit 2. Sie kann durch einen im Tankinnern angebrachten Schwimmer gesteuert werden (in F i g. 2 nicht gezeichnet). Über die öffnung 12 läuft der Tonernachschub, der durch eine im Tankinnern angebrachte photoelektrische Einrichtung gesteuert werden kann, wobei die Lichtabsorption am Toner 4 ausgenutzt wird (ebenfalls nicht gezeichnet). Auch bei lichtempfindlichem Bildträger kann der Strahlengang oder die Lichtwellenlänge dieser Einrichtung geeignet gewählt werden. Statt der Umlenkvorrichtung 7 und eines bandförmigen Aufzeichnungsträgers ist es auch möglich, eine lichtempfindliche Trommel als Zwischenträger zu verwenden, von der das entwickelte Bild später auf den endgültigen Aufzeichnungsträger übertragen wird. In F i g. 2 denke man sich für diesen Fall die Trommel an der Stelle der Umlenkvorrichtung 7.

Die nach diesem Verfahren möglichen hohen Entwicklungsgeschwindigkeiten bieten noch einige Vorteile.

Bei der geringen Verweilzeit des (unentwickelten) Ladungsbildes in der Flüssigkeit 2 brauchen an diese keine hohen Ansprüche bezüglich des Isolationsvermögens gestellt werden, der Entwicklungsprozeß verläuft schneller als die Entladung des Bildes durch ionische Verunreinigungen. Die Flüssigkeit 2 braucht nicht chemisch rein zu sein, was die Kosten herabsetzt.

Bei kunststoffhaltigem Bildträger verläuft bei einer lösenden Flüssigkeit 2 der Entwicklungsprozeß gegebenenfalls schneller als der Lösungsprozeß. Die Löslichkeit kann durch Mischung einer inerten und einer lösenden Flüssigkeit geeignet gewählt werden. Das Entwicklerbad ist dann gleichzeitig Fixierbad.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Entwicklungsverfahren für auf Aufzeichnungsträgern befindliche latente Ladungsbilder mit zwei sich nicht mischenden Flüssigkeiten, von denen eine hochisolierend ist und einen dünnen Film zwischen der zu entwickelnden Schicht und der anderen Flüssigkeit bildet, wobei das in der hochisolierenden Flüssigkeit suspendierte oder anfangs nur in der zusammenhängenden Grenzfläche der beiden Flüssigkeiten befindliche Tonermaterial nach Maßgabe der latenten Ladungsbilder durch den dünnen hochisolierenden Film zur Schicht gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß als die andere Flüssigkeit metallisch leitendes Quecksilber und als Toner und Bildträger nicht amaigierbares Material verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als hochisolierende Flüssigkeiten Benzin, Benzol, Zyklohexan, Terpentin, Silikonöl od. dgl. oder die inflammablen halogenierten Kohlenwasserstoffe, z. B. Tetrachlorkohlenstoff, Frigen, verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Tonermaterial verwendet wird, das gegen die hochisolierende Flüssigkeit elektrostatisch aufgeladen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Tonermaterial verwendet wird, das nach Maßgabe des zu entwickelnden Bildes aus dem Quecksilber durch Influenz aufgeladen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als hochisolierende Flüssigkeit eine den Bildträger lösende Flüssigkeit von derartiger Zusammensetzung verwendet wird, daß der Entwicklungsprozeß schneller als der Lösungsprozeß verläuft, so daß das Tonerbild dauerhaft fixiert wird, wenn die auf dem Bildträger verbleibende Flüssigkeit verdampft.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese Zusammensetzung durch geeignete Mischung einer inerten und einer lösenden Flüssigkeit erreicht wird.