DE2013601C3 - Fester elektrophoto graphischer Entwickler - Google Patents

Description

3 ^ 4

Toner, einem Zusatz und gegebenenfalls einem Trä- scheint es notwendig, dieses Verhältnis entweder ger aus und ist dadurch gekennzeichnet, daß er als durch Reduzierung der kritischen Oberflächenspan-Zusatz eine organische polymere Verbindung ent- nung des Photoleiters oder durch Vergrößerung der hält, deren Oberflächenspannung und Teilchengröße Oberflächenspannung des thermoplastischen Tonerkleiner sind als die des Toners. 5 harzes zu ändern. Eine Veränderung des Photoleüers

Durch die Erfindung wird in vorteilhafter Weise er- würde jedoch eine nicht wünschenswerte Verändereicht, daß die thermoplastischen Harzbestandteile rung der Oberflächenbeschaffenheit des Photoleiters des Tonermaterials auf der Oberfläche des Photolei- einschließen. Die Änderung der Oberflächenspanters keine Filmbildung hervorrufen. Außerdem wird nung des thermoplastischen Tonerharzes könnte durch die Entfernung des Toners von der Reinigungsbürste 10 eine Änderung des Harzes selbst oder seiner Zuerleichtert, wodurch ein erneutes Aufbringen des ab- sammensetzung herbeigeführt werden. Dadurch würgebürsteten Toners auf die Photoleiteroberfläche den jedoch auch die triboelektrischen Verhältnisse vermieden wird. Demnach wird sowohl die Lebens- geändert, so daß möglicherweise die Entwicklung des dauer des Photoleiters erhöht als auch die Kopien- auf dem Photoleiter befindlichen latenten Ladungsqualität gleichmäßig gehalten. 15 bildes in negativer Weise beeinflußt würde. Außer-

Zur Beifügung zum Toner eignen sich sehr viele dem ist es notwendig, daß das thermoplastische Harz organische polymere Verbindungen, z. B. Polytetra- einen Schmelzpunkt aufweist, der einerseits unterhalb fluoräthylen, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid, der Zerstörungstemperatur des Bildempfangsmaterials Polyäthylen, sowie Mischpolymerisate von Tetra- liegt, andererseits jedoch so hoch ist, daß ein unerfluoräthylen mit Tetrafluorpropylen, wobei diese Auf- »o wünschtes Aufschmelzen von Toner auf andere Oberzählung keinerlei Anspruch auf Vollständigkeit er- flächen des Kopiergerätes mit Sicherheit vermieden hebt. Besonders hervorragende Resultate werden bei wird. Es ist an sich schon schwierig, eine Balance der Verwendung von Polyhexafluorpropylen und zwischen den triboelektrischen Eigenschaften und Polytetrafluorethylen erzielt. dem Schmelzpunkt zu erreichen, so daß die Einfüh-

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin- 35 rung einer dritten Variablen — der Obernächenspandung wird die Menge des Polymerisatzusatzes vor- nung — wenig wünschenswert erscheint,
zugsweise unter 10 Gewichtsprozent des Toners ge- Die Tonerfilmbildung auf der Photoleiteroberfläche halten. Überschreitet der Polymerisatzusatz diese kann nun um zumindest eine Größenordnung — aus-10-Prozent-Grenze, so ergibt sich eine Tendenz zur gedrückt in der möglichen Anzahl von Kopiervorunerwünschten Filmbildung aus Polymerisatmaterial, 30 gangen — durch Beifügung geringer Mengen orgawodurch die oben geschilderten Vorteile, die gerade nischer Polymerisatpartikeln kleiner Größe mit in der Vermeidung jeglicher Filmbildung liegen, niedriger Oberflächenspannung zum Entwickler, d. h. wieder zunichte gemacht werden. Vorzugsweise sollte dem Toner-Trägerteilchen-Gemisch verringert werzwischen 0,25 und 0,5 Gewichtsprozent Polymerisat- den. Zwei Aspekte sind dabei besonders beachtensmaterial dem Toner zugegeben werden. Die Er- 35 wert. Einmal muß die freie Oberflächenenergie der reichung des Optimums hängt allerdings von mehre- organischen polymeren Verbindung niedriger als die ren Parametern ab, beispielsweise ist ein Einfluß der des thermoplastischen Tonerharzes sein. Im allge-Reinigungsmethode auf die optimale Polynaerisatbei- meinen btdeutet dies, daß eine kritische Oberflächenmengung festzustellen. spannung von weniger als ungefähr 31 dyn/cm bei

Obwohl noch keine vollständig schlüssige Erklä- 40 20° C vorhanden sein muß. Zum zweiten muß die rung für die dabei auftretenden Vorgänge gefunden Partikelgröße zumindest eines Teils der organischen wurde, ist man der Ansicht, daß die sehr kleinen polymeren Verbindung kleiner sein als die mittlere Polymerisatpartikeln mit ihrer geringen Oberflächen- Partikelgröße des Toners. Die übliche Partikelgröße spannung von der Oberfläche der Tonerpartikeln an- von Tonern liegt zwischen 5 und 20 μΐη. Bei der gezogen werden — wobei vorausgesetzt sei, daß die 45 Kaskadenentwicklung gibt man dem Trägerteilchen Größe zumindest einiger Polymerisatpartikeln kleiner eine Größe zwischen 200 und 1000 μηι. Die wirkist als die Größe einiger Tonerpartikeln — und da- samsten Zusätze an organischen polymeren Verbindurch eine Filmbildung auf der Photoleiteroberfläche düngen besitzen eine durchschnittliche Partikelgröße durch die thermoplastischen Harze vermieden wird. zwischen 0,5 und 1 μιτι. Zusammenfassend kann man

Die Filmbildung ist eine Funktion der Adhäsion 5° also sagen, daß die organische polymere Verbindung zwischen Tonerharz und Photoleiteroberfläche. Unter in Form feinverteilter Partikeln vorhanden sein muß, Vernachlässigung der mechanischen Adhäsion, die wobei sowohl die freie Oberflächenenergie als auch durch eine rein mechanische Haftung der Tonerpar- die Partikelgröße kleiner sein muß als die enttikeln in den Ungleichmäßigkeiten der Photoleiter- sprechenden Werte des Toners,
oberfläche hervorgerufen wird, kann die Filmbildung 55 Zusätzlich zu diesen kritischen Eigenschaften sollte durch die Benetzungsfähigkcit des thermoplastischen die organische polymere Verbindung einige weitere Harzes auf der Photoleiteroberfläche beschrieben Eigenschaften aufweisen. So sollte die triboelektrische werden. Ob das thermoplastische Harz die Oberfläche Aufladung des Toners in keiner Weise behindert werdes Photoleiters benetzt oder nicht, hängt vom Ver- den. Außerdem sollte die organische polymere Verhältnis der Oberflächenspannung des Harzes zur kri- 60 bindung einen hohen elektrischen Widerstand auftischen Oberflächenspannung des Photoleiters ab. weisen und nicht hygroskopisch sein. Weiterhin sollte (Die kritische Oberflächenspannung eines festen Kör- sie keine schleifende Wirkung aufweisen, da im andepers ist definiert als der üblicherweise in dyn/cm ren Falle die Oberfläche des Photoleiters verletzt ausgedrückte Wert der Oberflächenspannung, der die werden könnte, und sie sollte bereits bei kleinen BeiFlüssigkeiten, die auf diesem festen Körper den 65 mengungsverhältnissen wirksam sein, so daß keine Randwinkel Null besitzen, von den Flüssigkeiten negative Veränderung der Kopienqualität auftritt, trennt, die einen Randwinkel größer als Null besit- Selbstverständlich erfüllen nicht alle organischen zen.) Um die Filmbildungstendenz zu vermindern, er- polymeren Verbindungen die hier gestellten Förde-

rungen, obwohl sie unter gewissen Bedingungen die Beispiel 4
Filmbildung verhindern.

Die nachfolgend beschriebenen Beispiele erläutern Hier wird unter Beibehaltung der Versuchsbedin-

die Erfindung. gungen von Beispiiel 1 dem Toner 5% eines PoIy-

T, · ■ , * 5 tetrafluoräthylens mit einer mittleren Partikeigröße

^P zwischen 8 und K) μπι beigefügt Die kritische Ober-

0,1 Gewichtsprozent eines Hexafluorpropylen- flächenspannung von Polytetrafluoräthylen bewegt Tetrafluoräthylen-Mischpolymerisats mit einer mitt- sich in der Größenordnung von 18 dyn/cm bei 20° C. leren Partikelgröße von 0,7 um werden einem Toner In diesem Fall zeigt die Testaaordnung keinerlei aus einem pigmentierten Polystyrol-n-Butyl-Meth- io Filmbildung, d. h. das Ergebnis entspricht dem im acrylat-MischpoIymerisat beigefügt. Das Polyhexa- Beispiel 1 erzielten..
fluorpropylen-Tetrafluoräthylen-Mischpolymerisat hat _R . . ■ <eine extrem niedrige Oberflächenspannung, wie es ei spie
allgemein für Fluorkohlenstoffverbindungen charakte- Auch bei diesem Experiment wird die Versuchsristisch ist. Die kritische Oberflächenspannung liegt 15 anordnung von Beispiel 1 herhalten, dem Toner bei 16,5 dyn/cm bei 20° C. Nach der Mischung wird werden jedoch 5 Gewichtsprozent eines Polytetrader mit Zusätzen versehene Toner in einen periodi- fluoräthylen von 8 bis 10 um Partikelgröße beigefügt, sehen Arbeitsvorgang mit einem organischen Photo- Das Ergebnis deckt sich mit dem im vorhergehenden leiter gebracht, der 8 Gewichtsprozent eines Poly- Beispiel 4 erzielten,
esterklebstoffes (ein Äthylenterephthalat-Isophthalat- «o B e i s ρ i e 1 6
Mischpolymerisat im Verhältnis 60/40) enthält. Weiterhin enthält der organische Photoleiter im Mol- Auch hier werden die Veniuchsbedingungen von Verhältnis 1:1 polymerisiertes Vinylcarbazol und Beispiel 1 eingehalten, wobei jedoch einem Toner aus 2,4,7-Trinitro-9-Fluorenon. Der periodische Arbeits- Maleinharz und thermoplastischen Styrolbutylmethvorgang wird mit einem Laborgerät durchgeführt, 15 acrylatharzen 0,5 Gewichtsprozent eines Hexafluorwelches bis zu einem gewissen Grade den Reinigungs- propylen-Tetrafluoräthylen-Mischpolymerisats wie im Vorgang in einem Kopiergerät simuliert, Die Mi- Beispiel zugefügt werden. Auch hier werden die schung aus Toner und Zusatz wird dabei kontinuier- gleichen Ergebnisse wie im Beispiel 1 erzielt,
lieh mittels eines Kaninchenfells an den organischen _ . . . _
Photoleiter gestrichen. Nach 10 000 Umläufen wird 30 Beispiel /
der Photoleiter mittels eines Mikroskops auf Film- Dieser Versuch findet unter Benutzung eines autobildung untersucht. Zum Verglich wird ein gleich- matischen Trommelkopiergerätes statt, wodurch artig aufgebauter Photoleiter während 10 000 Um- genau die Verhältnisse hergestellt werden, die in laufen mit einem Toner ohne Zusatz mittels eines üblicherweise verwendeten elektrophotographischen Kaninchenfells bestrichen und ein weiterer Photo- 35 Kopiergeräten vorhanden sind. Während eines Umleiter ohne jeden Toner nur von einem Kaninchen- laufs wird der organische Photoleiter, der der gleiche, fell bestrichen. Sowohl der Photoleiter der ohne wie der im Beispiel 1 verwendet ist, aufgeladen, be-Toner betriebenen Anordnung als auch der Photo- lichtet, mittels Kaskadenentwicklung entwickelt, das kiter der mit dem durch ein organisches Polymerisat entwickelte Ladungsbild mittels Koronaentladung auf versetzten Toner betriebenen Anordnung zeigt nach 40 ein Bildempfangsmaterial übertragen, der Photoleiter den 10 000 Umläufen keinerlei Filmbildung. Dem- durch eine Koronaentladungsvorrichtung vorgereinigt gegenüber tritt bei der dritten Testanordnung mit dem und schließlich von den verbliebenen Tonerresten beunveränderten Toner die üblicherweise zu beobach- freit, wobei alle diese Vorgänge mit einer Kopiergetende Filmbildung auf. schwindigkeit von ungefähr 10 cm/sec ablaufen. Die

45 Entwicklermischung enthält 2'Vo Toner aus είηεπι

Beispiel 2 pigmentierten Polystyrol-n-Butyl-Methacrylat-Misch-

polymerisat und 98 % Glasträgerteilchen, die mit

Es wird der gleiche Versuch wie im Beispiel 1 einem rotgefärbten Mischpolymerisat aus Vinylidendurchgeführt, jedoch werden 0,5 Gewichtsprozent fluorid und Trifluorchloräthylen beschichtet sind, einer anderen Fluorkohlenstoffverbindung dem Toner 50 wobei der Toner mit 1 °/o des Zusatzes wie im Beibeigemischt. Für den gesamten Versuch gelten die spiel 1 versetzt ist. In der Reinigungseinrichtung wird gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1. In diesem eine Bürste aus einem Mischpolymerisat von Vinyi-FaII tritt beim Photoleiter der Testvorrichtung im chlorid und Acrylnitril verwendet, deren Über-Vergleich zur Kontrollvorrichtung, die mit Toner deckung mit der Photoleitertrommel und deren Geohne Zusatz betrieben wurde, eine wesentlich leich- 55 schwindigkeit gegenüber der Photoleitertrommel so tere Filmbildung auf. eingestellt werden, daß eine optimale Reinigung bei Beispiel 3 Verwendung eines nicht mit Zusatz versehenen

Toners erzielt wird. Mittels eines photoelektrischen

Bei diesem Experiment wird wieder unter den Glanzmessers wird der Grad der Filmbildung am

gleichen Bedingungen wie bei Beispiel 1, als Zusatz 60 Glanzverlust der Photoleiteroberfläche gemessen. Der

ein Gewichtsprozent eines Polyäthylen-Pulvers mit durchschnittliche Ausschlag des Meßgerätes beträgt

einer mittleren Partikelgröße zwischen 8 und 30 μΐη 146 zu Beginn der Messung. Bei Verwendung des

benutzt. Die kritische Oberflächenspannung von Poly- Tonerzusatzes Hexafluorpropylen-Tetrafluoräthylen-

äthylen beträgt 31 dyn/cm bei 20° C. Auch in diesem Mischpolymerisat (Beispiel 1) beträgt der durch-

FaIl ist bei der Testanordnung eine wesentlich leich- 65 schnittliche Meßwert nach 10 000 Umläufen 144. Bei

tere Filmbildung festzustellen, als bei der Kontroll- Verwendung eines Toners ohne Zusatz wird als An-

anordnung, die mit Toner ohne Zusatz betrieben fangswert 145 und nach bereits 5000 Umläufen nur

wird. noch ein Wert von 116 abgelesen. Während im ersten

Fall die Kopienqualität konstant hoch bleibt und keine Filmbildung auf dem Photoleiter feststellbar ist, nimmt beim zweiten Versuch die Kopienqualität mit der Zahl der Umläufe ab, wobei gleichzeitig eine starke Filmbildung sichtbar wird.

Beispiel 8

Hier handelt es sich um einen Versuch unter den gleichen Bedingungen wie bei Beispiel 7, wobei jedoch der organische Photoleiter durch einen anorga-

nischen Photoleiter, nämlich Selen, ersetzt wird. Außerdem wird statt der im Beispiel 7 verwendeten Glasträgerteilchen gelber Quarzsand als Trägermaterial verwendet. Hierbei handelt es sich um einen positiven Träger, der notwendig ist, um den Toner triboelektrisch negativ aufzuladen. Da Selen ein Photoleiter vom P-Typ ist, werden bei positiver Aufladung des Photoleiters bessere Ergebnisse erzielt. Bereits nach 2000 Umläufen wird eindeutig festge-

o stellt, daß auch hier die gleichen Ergebnisse wie im vorstehend beschriebenen Beispiel 7 erzielt werden.

$09 626/296

Claims (5)

wiegend die Kaskaden- und die Magnetbürstenent- Patentansprüche. wicklung benutzt. Die bei diesen Entwicklungsver fahren verwendeten Tonerpartikel bestehen üblicher-

1. Fester elektrnphotographischer Entwickler weise aus einem oder mehreren thermoplastischen aus einem Toner, einem Zusatz und gegebenen- 5 Harzen, beispielsweise Polystyrol, Polymetylstyrol, falls einem Träger, dadurchgekennzeich- Polymethylmetacrylat, Polyvinylbutyral, Epoxyharz, ηet, daß er als Zusatz eine organische polymere Harzestern u.dgl., wobei diese mit ungefähr 8% Verbindung enthält, deren Oberflächenspannung eines farbgebenden Pigments beispielweise Ruß, und Teilchengröße kleiner sind als die des Toners. gemiscnt werden, so daß in einfacher ' Vcise ein far-

2. Entwickler nach Anspruch 1, dadurch ge- io biges Bild durch Wärmeeinwirkung auf der Kopie kennzeichnet, daß bis zu 10 Gewichtsprozent, fixiert werden kann.

bezogen auf das Tonergewicht, von der orga- Die Übertragung des Toners auf das Bildemp-

nischen polymeren Verbindung als feinverteUte fangsmaierial, z. B. Papier erfolgt durch elektro-

Partikeln zugesetzt sind. statische Anziehung. Dabei wird das Papier mit dem

3. Entwickler nach Anspruch 1 oder 2, da- 15 Tonerbild auf dem Photoleiter in Kontakt gebracht, durch gekennzeichnet, daß er als organische poly- das Papier mit der gleichen Polarität, die das Lamere Verbindung Polyäthylen oder eine fluorierte dungsbild besitzt, aufgeladen und danach von dem organische polymere Verbindung enthält. Photoleiter abgezogen, wobei die auf das Papier

4. Entwickler nach Anspruch 3, dadurch ge- aufgebrachte Ladung die Anziehungskraft zwischen kennzeichnet, daß er als fluorierte organische »o dem latenten Bild auf dem Photoleiter und den polymere Verbindung ein Tetrafluoräthylen- Tonerpartikeln überwiegt, so daß die letzteren auf Hexafluorpropylen-Mischpolymerisat, Polyhexa- das Papier übertragen werden. Ein anderes Verfahren fluorpropylen oder Polytetrafluorethylen enthält. der elektrostatischen Übertragung bedient sich einer

5. Entwickler nach einem der Ansprüche 1 halbleitenden Rolle. Dabei wird zwischen die Rolle bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen t$ und die Elektrode des Photoleiters eine Gleichspander organischen polymeren Verbindung einen nung gelegt, deren Größe und Vorzeichen zweckent-Durchmesser kleiner als 1 μΐη haben. sprechend gewählt wurden.

Durch diese Übertragungsmethoden wird jedoch keineswegs eine vollständige Übertragung des Toners

30 von der Photoleiteroberfläche auf das Papier erreicht,

d. h. es verbleibt ein Teil des während der Entwicklung auf den Photoleiter aufgebrachten Toners auf diesem und muß vor der Herstellung des nächsten

Die Erfindung betrifft einen festen elektrophoto- latenten Ladungsbildes wieder entfernt werden. In graphischen Entwickler aus einem Toner, einem Zu- 35 automatischen Kopiergeräten wird dieser Tonerrest satz und gegebenenfalls einem Träger. Derartige üblicherweise durch eine rotierende Pelzbürste und feste Entwickler werden zur Sichtbarmachung eines eine zweckentsprechend angeordnete Unterdruckim Verlauf des Kopiervorganges auf einem Photo- kammer entfernt. Die Pelzbürste kann sowohl aus leiter erzeugten latenten Ladungsbildes benutzt. natürlichem Fell, beispielsweise Kaninchenfell, als

Es ist aus der DT-AS 1 197 754 sowie aus der 40 auch aus Kunstfasern, z. B. Polyamiden oder einem DT-AS 1 206 306 ein fester elektrophotographischer Mischpolymerisat aus Vinylchlorid und Acrylnitril Entwickler bekannt, der neben den Trägerpartikeln, bestehen. Eine weitere Methode zur Entfernung des dem Toner noch einen Zusatz enthält. Dieser Zu- Tonerrestes von der Oberfläche eines Photoleiters satz besteht aus einem weiteren Toner. Die beiden besteht in der Verwendung eines Reinigungsgewebes. Toner laden sich gegenüber den Trägerpartikeln 45 Diese Reinigungsverfahren beseitigen den Toner negativ bzw. positiv auf und lagern sich dement- bis auf einen sehr kleinen zurückbleibenden Rest. Die sprechend in verschiedenen elektrostatisch geladenen während der Reinigung auftretenden Reibungskräfte Bereichen des Photoleiters ab. Mit Hilfe dieses Ent- begünstigen jedoch die Benetzung der Photoleiterwicklers sollen scharfe Bildkonturen erreicht werden. oberfläche durch die thermoplastischen Harze, woraus

Das Kennzeichen eines elektrophotographischen 50 die Bildung eines Tonerfilms auf der Photoleiterober-Verfahrens besteht in der Benutzung einer wieder- fläche resultiert. Während der weiteren Benutzung des verwendbaren photoleitfähigen Isolierschicht. Durch Photoleiters wird die Tonerfilmbildung fortgesetzt, Aufladung und anschließende Belichtung mit einem und nach einiger Zeit ist die Dicke des aus Ruß und Lichtmuster wird auf der photoleitfähigen Isolier- Harz bestehenden Filmes so weit angewachsen, daß schicht ein latentes elektrostatisches Bild erzeugt. 55 die Kopienquuitat sehr stark verringert wird. Dies Dieses Bild wird mittel eines als Toner bezeichneten, kann nach einigen hundert bis zu mehreren tausend thermoplastischen elektroskopischen Materials ent- Kopiervorgängen auftreten. Die Verschlechterung wickelt, d. h. sichtbar gemacht, das sichtbare Toner- der Kopienqualität macht eine Reinigung oder einen bild auf ein Blatt Papier übertragen und auf diesem Ersatz des Photoleiters notwendig,
üblicherweise durch Wärmeeinwirkung fixiert. 60 Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines

Es gibt eine große Anzahl von Verfahren zur Ent- festen elektrophotographischen Entwicklers, der keine wicklung solcher latenter Ladungsbilder. So wird bei- oder eine nur geringe Tonerfilmbildung auf dem spielsweise im US-Patent 2 618 552 ein als Kaskaden- Photoleiter mit sich bringt. Dadurch soll weiterhin entwicklung, im US-Patent 2 221 776 ein als Pulver- der zeitliche und finanzielle Aufwand bei der Reiniwolkenentwicklung und im US-Patent 2 874 063 ein 65 gung und Ersetzung von Photoleitern wesentlich als Magnetbürstenentwicklung bezeichnetes Verfah- herabgesetzt werden.

ren beschrieben. In handelsüblichen Kopiergeräten Der Gegenstand der Erfindung geht von einem

mit wiederverwendbaren Photoleitern werden vor- festen elektrophotographischen Entwickler aus einem