DE2104732A1

DE2104732A1 - Elektrophotographische Aufzeichnung mit verminderter Tonerfilmbildung

Info

Publication number: DE2104732A1
Application number: DE19712104732
Authority: DE
Inventors: Watter Los Gatos Calif Crooks (V St A ) G03g 13 10
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1970-02-02
Filing date: 1971-02-02
Publication date: 1971-08-19
Also published as: CA936400A; GB1335732A; FR2080413A5; DE2104732B2; US3632337A; NL167039B; NL7101101A; NL167039C; DE2104732C3; JPS4931657B1

Description

Böblingen, 1. Februar 1971 kd-fr

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket SA 969 060

Elektrophotographische Aufzeichnung mit

verminderter Tonerfilmbildung g

Die Erfindung betrifft eine elektrophotographische Aufzeichnung mit verminderter TonerfUmbildung.

Es ist bekannt (holländische Patentanmeldung 6 617 058), elektrophotographischen Systemen zur Herabsetzung der Tonerfilmbildung hydrophobe Metallsalze von Fettsäuren zuzusetzen.

Die Erzeugung und Entwicklung von Bildern auf der Oberfläche photoleitfähiger Stoffe durch elektrostatische Verfahren ist bereits bekannt. Das grundlegende xerographische Verfahren, wie es von C.F. Carlson in der US-Patentschrift 2 297 691 beschrieben ist, besteht darin, daß auf eine photoleitfähige Isolierstoff- | schicht eine gleichförmige elektrostatische Ladung aufgebracht wird, daß die Schicht mit einem Licht-Schatten-Bild zur Ableitung der Ladung in den belichteten Flächenteilen belichtet wird und daß das sich daraus ergebende latente elektrostatische Bild durch Ablagerung eines fein verteilten elektroskopischen als Toner bezeichneten Stoffes entwickelt wird. Der Toner wird von den noch geladenen Flächenteilen der Schicht angezogen, wodurch sich ein dem latenten elektrostatischen Bild entsprechendes Tonerbild ergibt. Dieses kann dann auf eine Bildträgerfläche, z.B. Papier, übertragen werden.

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Es sind viele Verfahren zur Entwicklung von latenten elektrostatischen Bildern bekannt. Ein derartiges Verfahren, das in der US-Patentschrift 2 618 552 beschrieben ist, ist unter der Bezeichnung Kaskadierungsentwicklung bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Entwicklerstoff an die mit dem latenten elektrostatischen Bild versehene Fläche herangeführt und über sie hinweggerollt bzw. kaskadiert. In den in der US-Patentschrift 2 221 776 beschriebenen Entwicklungsverfahren wird der Entwicklerstoff aus einer rotierenden Siebtrommel auf das zu entwickelnde Bild aufgebracht. Ein weiteres Verfahren zur Entwicklung elektrostatischer Bilder ist das in der US-Patentschrift 2 874 063 beschriebene Magnetbürstenverfahren. Bei diesem Verfahren wird ein magnetische Trägerteilchen enthaltender Entwicklerstoff in einem Magnetfeld in Form einer Bürste ausgerichtet. Diese Magnetbürste wird mit einer ein elektrostatisches Bild tragendenden Bildfläche zusammengebracht und die Tonerteilchen werden durch elektrostatische Anziehung von der Bürste hinweg auf das elektrostatische Bild aufgebracht. In anderen Verfahren wird der Entwicklerstoff mittels einer Pelzbürste, mittels eines umlaufenden Bandes, durch Aufbringen unter Druck mit der das elektrostatische Bild tragenden Bildfläche zusammengebracht. Die Entwicklung kann auch mittels eines flüssigen Entwicklers erfolgen. Die in handelsüblichen Kopiergeräten, in denen wiederverwendbare photoleitfähige Schichten verwendet werden, am häufigsten gebräuchlichen Entwicklungsverfahren sind die Kaskadierungsentwicklung und das Magnetbürstenverfahren. Die in diesen Entwicklungsverfahren verwendeten Tonerteilchen bestehen im allgemeinen aus einem oder mehreren thermoplastischen Harzen, beispielsweise Polystyrol, Polymethylstyrol, Polymethylmethacrylat, Polybutylmethycrylat, Polyvinylbutyral, Epoxidharzen, Harzestern und dergleichen, denen ungefähr etwa acht Gewichtsprozent eines Pigmentes, beispielsweise Ruß beigemischt ist, so daß ein gefärbtes Bild leicht auf dem Kopierblatt thermisch fixiert werden kann.

Die Übertragung des Toners auf das Papier erfolgt mittels elektrischer Anziehung. Eine übertragung erfolgt, indem man das Papier

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rait den Bildteilen der Platte in Berührung bringt, das Papier mit einer elektrischen Ladung gleichen Vorzeichens wie der des latenten Bildes auflädt und anschließend das Papier von der Platte entfernt. Die Ladung, die sich auf dem Papier befindet, überwindet die Anziehungskräfte des latenten Bildes auf die Tonerteilchen und bewirkt eine Haftung der Tonerteilchen auf dem Papier. In einem weiteren Verfahren wird das Tonerbild mittels einer leitenden Rolle übertragen. Ein Gleichstrompotential mit entsprechendem Vorzeichen und Spannung wird zwischen die Rolle und die Elektrode der wiederverwendbaren photoleitfähigen Schicht angelegt.

Eine vollständige übertragung des Tonerbildes von der Oberfläche ™ der wiederverwendbaren photoleitfähigen Schicht auf das Papier kann bei diesen Obertragungsmethoden nicht erreicht werden. Es bleibt jeweils ein Teil des Toners auf der Oberfläche der wiederverwendbaren photoleitfähigen Schicht zurück, und dieser Tonerrückstand muß vor dem nächsten Bildzyklus entfernt werden. In automatisch arbeitenden Kopiergeräten erfolgt die Reinigung von Tonerrückständen im allgemeinen durch eine rotierende Pelzbürste in Verbindung mit einer Vakuumsaugvorrichtung. Als Pelz kann ein Hasenfell oder ein synthetisches Fell aus einem Polyamid oder aus einem copolymeren. Vinylchlorid-Acrylnitril, das unter dem Handelsnamen Dynel erhältlich ist, verwendet werden. Die wiederverwendbare, photoleitfähige Schicht kann auch durch Abreiben Λ mit einem Tuch gereinigt werden.

Bei diesen Methoden wird nahezu der gesamte Tonerrückstand von der photoleitfähigen Schicht entfernt. Die Reibungskräfte, die während der Reinigung erzeugt werden, begünstigen jedoch die Haftung der thermoplastischen Harze des restlichen Tonerrückstandes auf der Oberfläche der photoleitfähigen Schicht, so daß ein Tonerfilm auf der Oberfläche der photoleitfähigen Schicht erzeugt wird. Während der nachfolgenden Zyklen wird wiederum eine Tonerfilmschicht erzeugt, so daß auf der photoleitfähigen Schicht

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eine Schicht aus Ruß und thermoplastischem Harz von einer solchen Schichtdicke vorhanden ist, daß die Kopierqualität erheblich herabgesetzt wird. Der schädigende Effekt tritt im allgemeinen nach einigen hundert oder einigen tausend Zyklen auf. Wenn die Kopierqualität in nachteiliger Weise beeinflußt wird, muß die photoleitfähige Schicht gereinigt oder erneuert werden, was zusätzlichen Arbeitsaufwand und zusätzliche Kosten verursacht.

Aufgabe der Erfindung ist, eine TonerfUmbildung auf der photoleitfähigen Schicht zu vermeiden.

Der Gegenstand der Erfindung geht aus von einer elektrophotographischen Aufzeichnung mit verminderter Tonerfilmbildung und ist dadurch gekennzeichnet, daß auf die photoleitfähige Schicht Bornitrid aufgetragen ist und/oder der Entwicklermischung Bornitrid zugesetzt ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird das Bornitrid auf die photoleitfähige Schicht aufgesprüht oder mittels einer Bürste aufgetragen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zur Sichtbarmachung des latenten Bildes eine Entwicklermischung verwendet, die bis zu 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Toners, Bornitridteilchen mit einem Durchmesser von weniger als fünf Mikron enthält. Die Entwicklermischung enthält außerdem Trägerteilchen mit einem maximalen Durchmesser von 1000 Mikron.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Tonerteilchen und Bornitridteilchen der Entwicklermischung frei gegeneinander beweglich.

Das Bornitrid, das auf die photoleitfähige Schicht aufgebracht oder der Entwicklermischung zugesetzt wird, ist eine weiße, gleitfähige Substanz mit hexagonaler Schichtstruktur, die dem Graphitgitter entspricht. Die Gitterplätze sind alternierend

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mit Bor- und Stickstoffatomen besetzt, wobei der Bor-Stickstoffabstand in Gitter 1,45 X beträgt und der Gitterwinkel 120° ist. Der Schichtenabstand ist 3,34 A. Bei extrem hohen Temperaturen und unter Druck wird die hexagonale Graphitmodifikation des Bornitrids in eine dem Diamant entsprechende kubische Modifikation umgewandelt. Die kubische Modifikation ist kein Schmiermittel und im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht verwendbar. Das im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete Bornitrid besitzt hexagonale Schichtstruktur und nur dieses ist als Schmiermittel verwendbar.

Es gibt viele Möglichkeiten, das Bornitrid in das Kopiergerät einzuführen, wobei dieses jeweils auf die photoleitfähige Schicht übertragen wird und dort eine Tonerfilmbildung verhindert. Darüber hinaus wird bei der Reinigung der photoleitfähigen Schicht, die üblicherweise mit einer Bürste erfolgt, das Bornitrid auch auf die Bürste übertragen, wodurch die Lebensdauer derselben ebenfalls erhöht' wird.

Es wird angenommen, daß das Bornitrid von der Oberfläche der photoleitfähigen Schicht angezogen wird und dort einen Film bildet. Dieser extrem dünne Bornitridfilm verhindert, daß die thermoplastischen Harze des Toners auf der Oberfläche der wiederverwendbaren photoleitfähigen Schicht einen. Film bilden. In ähnli- ™ eher Weise erfolgt eine übertragung des Bornitrids auf die Bürste, wodurch die Lebensdauer der Bürste erhöht wird, ohne daß jedoch ihre reinigende Wirkung beeinträchtigt wird.

Im folgenden wird angegeben, auf welche Art und Weise Bornitrid in das System eingeführt werden kann. Die Oberfläche der photoleitfähigen Schicht kann mit Bornitrid vor den bei der Elektrophotographie üblichen Verfahrensschritten behandelt werden. Wenn die photoleitfähige Schicht von Tonerrückständen mittels einer Bürste befreit wird, kann das Gehäuse der Reinigungsstation mit Bornitrid ausgekleidet werden und die Reinigungsbürste kann so ausgebildet sein, daß sie das Gehäuse berührt. Die Vorrichtung,

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auf der die Reinigungsbürste befestigt ist, kann mit Bornitrid überzogen sein, oder Bornitrid kann aus dieser Vorrichtung in einer vorgesehenen Menge der Bürste zugeführt werden und von dieser auf die photoleitfähige Schicht übertragen werden. Ein Tuch kann mit Bornitrid imprägniert werden und intermittierend oder kontinuierlich mit der photoleitfähigen Schicht in Kontakt gebracht werden. Weiterhin kann die photoleitfähige Schicht in einem Trocken- oder Naßsprühverfahren mit dem Bornitrid versehen werden, ehe dieselbe mit der Reinigungsbürste in Berührung kommt. Das Papier, auf das das Tonerbild übertragen wird, kann vor dem Übertragungsprozeß in einem Trocken- oder Naßsprühverfahren mit Bornitrid versehen werden. Das Gehäuse der Entwicklerstation, oder jedes andere Teil der Entwicklerstation, das mit dem Toner, bzw. dem Toner und Träger in Berührung kommt, kann mit Bornitrid beschichtet sein. Die Oberfläche der Trägerteilchen kann mit Bornitrid beschichtet sein, ehe dieselben mit dem Toner gemischt werden. Die Toner-Träger-Entwicklermischung kann kontinuierlich oder intermittierend in einem Trocken- oder Naßsprühverfahren mit Bornitrid versehen werden. Das Bornitrid kann dem Entwicklungssystem mit derjenigen niedrigen Geschwindigkeit zugeführt werden, die einen ausreichenden Schutz der photoleitfähigen Schicht gegen TonerfUmbildung gewährleistet. Wenn bei der Entwicklung der Toner mittels eines umlaufenden Bandes übertragen wird, kann das Trägerband kontinuierlich oder intermittierend in einem Trocken- oder Naßsprühverfahren mit Bornitrid versehen werden.

Bornitrid wird vorzugsweise in das System eingeführt, indem man es der Toner-Träger-Entwicklermischung zusetzt. Bei dieser Art der Zuführung müssen die Bornitridteilchen hinreichend klein sein, vorzugsweise einen Durchmesser von weniger als fünf Mikron besitzen. Die Teilchengröße der üblicherweise verwendeten Toner liegt in der Größenordnung von 5 bis 20 Mikron. Die bei der Kaekadierungsentwicklung verwendeten Trägerteilchen besitzen einen Durchmesser von 200 bis 1000 Mikron. Die in feiner Verteilung zugesetzten Bornitridteilchen besitzen einen Durchmesser, der

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niedriger als der der Tonerteilchen ist. Wenn Bornitrid zu der Tonermischung zugesetzt wird, ist nur eine geringe Menge erforderlich. Bereits in Mengen von O_rl Gewichtsprozent ist Bornitrid wirksam. Es findet keine weitere Verbesserung statt, wenn mehr als zehn Gewichtsprozent verwendet werden. Mit den angegebenen Verfahren zur Einführung von Bornitrid wird erreicht, daß eine dünne Schicht von Bornitrid auf die Oberfläche der photoleitfähigen Schicht aufgebracht wird.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Alle Mengenangaben erfolgen in Gewichts- m Prozent, wenn nicht anders angegeben.

Beispiel I

Bornitridteilchen mit einem Durchmesser von weniger als fünf Mikron werden in einer Menge von 0,1 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Toners_r einem pigmentierten Polystyrol-n-Butylmethacrylat-Toner, de*: unter dem Handelsnamen Hunt Graph-O-Print von der Firma Ph. A. Hunt Chemical Co. erhältlich ist, zugesetzt. Nach dem Vermischen des Toners mit den Zusätzen wird derselbe mit einer photoleitfähigen Schicht, die acht Gewichtsprozent eines Klebstoffs aus einem 60/40 copolymeren PoIyäthylenterephthalat/Isophthalat der Firma Du Pont mit dem |

Handelsnamen Mylar 49 OOO-Klebstoff enthält, in Berührung gebracht. Die photoleitfähige Schicht besteht aus Polyvinylcarbazol und 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon im Molverhältnis 1:1. Der Versuch wird mit einem Gerät im Labormaßstab durchgeführt, mit dem die Verfahrensschritte des Kopierens und Reinigens simuliert werden. Die Entwicklermischung wird kontinuierlich mittels einer Bürste aus Hasenpelz, die zum Reinigen von photoleitfähigen Schichten in der Elektrophotographie verwendet wird, aufgerieben. Nach 10 000 Zyklen wird die photoleitfähige Schicht unter dem Mikroskop geprüft, um eine etwaige Tonerfilmbildung festzustellen. Die so behandelte Probe wird mit zwei weiteren

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Proben verglichen, von denen die eine mit der gleichen Anzahl Zyklen mit Hasenpelz allein, und die andere mit der gleichen Anzahl Zyklen mit einer Entwicklermischung ohne Bornitridzusatz behandelt worden war. Die erstgenannte Probe zeigt eine sehr geringe Filmbildung im Vergleich mit der photoleitfähigen Schicht, die nur mit Hasenpelz behandelt worden war, während auf der photoleitfähigen Schicht, auf die die Entwicklermischung ohne Bornitridzusatz aufgerieben worden war, eine starke Tonerfilmbildung zu beobachten ist.

Beispiel II

Beispiel I wird wiederholt mit einem Zusatz von 0,25 Gewichtsprozent Bornitrid, bezogen auf das Gewicht des Toners, zu der Entwicklermischung. Es ist keine Tonerfilmbildung auf der photoleitfähigen Schicht zu beobachten.

Beispiel III

Dieser Versurch wird durchgeführt mit einem Trommel-Robot-Kopiergerät, in dem die Verfahrensschritte eines xerographischen Kopiergerätes genau simuliert werden. In einem Zyklus wird die photoleitfähige Schicht wie in Beispiel I aufgeladen, belichtet, mittels Kaskadierung entwickelt, das Bild übertragen, vorgereinigt und gereinigt mit einer Geschwindigkeit von 10 cm/sec (4 inch/sec). Die Entwicklermischung enthält zwei Gewichtsprozent des Hunt Graph-O-Print-Toners, bei dem 5 Teile in 100 Teilen aus Bornitridteilchen bestehen und 98 Gewichtsprozent Glaskugeln, die mit Exon-Orasol-Rot überzogen sind. Eine Bürste mit Borsten aus einem copolymeren Vinylchlorid-Acrylnitril wird in der Reinigungsstation verwendet. Beanspruchung und Rotationsgeschwindigkeit werden auf optimale Bedingungen für eine Entwicklermischung eingestellt, die keinen Zusatz zur Verhinderung der Filmbildung enthält. Der Grad der Filmbildung wird gemessen als eine Funktion des Glanzverlustes auf der Oberfläche des photoleitfähigen Elementes. Es wird festgestellt, daß der mitt-

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lere Glanz der Schicht bei Verwendung eines Toners mit Zusatz von Bornitrid anfänglich 146 Einheiten beträgt und nach 500 Zyklen 133 Einheiten. Die Messungen werden mit einem Photovolt-Glanzmeßgerät durchgeführt. Der Wert von 133 Einheiten bleibt unverändert, bis der Versuch nach 5000 Zyklen beendigt ist. Bei Verwendung eines Toners ohne Zusatz von Bornitrid beträgt der mittlere Glanz der Schicht anfänglich 145 Einheiten und nach 500 Zyklen 120 Einheiten. Dieser Wert fällt nach 5000 Zyklen auf 80 ab. Im ersteren Fall ist die Druckqualität ausgezeichnet und keine Tonerfilmbildung bemerkbar. Im letzteren Fall ist auf der Oberfläche der photoleitfähigen Schicht ein dicker Tonerfilm vorhanden. Die Druckqualität wird in entgegengesetztem Sinn " beeinflußt.

Beispiel IV

In diesem Beispiel wird ein Trommel-Robot-Kopiergerät verwendet und eine Kaskadierungsentwicklung mit einem Bornitrid-haltigen Hunt Graph-O-Print Toner durchgeführt. Man läßt die Ausbildung eines Bornitridfilmes auf der photoleitfähigen Schicht so lange zu, bis die Bildqualität der entwickelten Bilder in nachteiliger Weise beeinflußt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird Diatomeenerde mit einer Teilchengröße von 1 bis 6 Mikron, die unter dem Handelsnamen CeIite 165-S von der Firm J. Manville, Celite Divi- | sion erhältlich ist, der Entwicklermischung in einer Menge von zwei Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Toners, zugesetzt. Es wird festgestellt, daß die Bildqualität des entwickelten Bildes wieder auf das hohe Niveau bei Beginn des Versuches ansteigt, wodurch angezeigt wird, daß Bornitrid von der Oberfläche der photoleitfähigen Schicht abgetragen worden war.

Beispiel V

Beispiel III wird wiederholt. Die Entwicklermischung enthält zwei Gewichtsprozent Hunt Graph-O-Print-Toner, bei dem 5 Teile in 100 Teilen aus Bornitridteilchen bestehen und 98 Gewichts-

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prozent Trägerkörner aus Polytetrafluoräthylen. Bei der Magnetbürstenentwicklung ist es wesentlich, daß das Bornitrid gleichmäßig im Toner dispergiert ist und daß keine Bornitrid-Agglomerate vorhanden sind, die die Bildqualität in negativer Weise beeinflussen. Um die gleichmäßige Dispergierung zu gewährleisten, wird das Bornitrid mit dem Toner in einem Mischgerät (Waring Blendor) sorgfältig gemischt. Wenn die Schaufel des Mischgerätes sich kontinuierlich und mit hinreichend hoher Geschwindigkeit dreht, findet innerhalb von 30 Sekunden eine Erwärmung statt und der Toner verschmilzt. Wenn jedoch ein "Aus-Ein"-Verfahren angewendet wird, findet innerhalb von zwei Minuten eine vollkommende Dispergierung ohne Erwärmung statt. In diesen Versuch werden die Bedingungen für die Reinigung optimal für eine Entwicklermischung eingestellt, die keinen Zusatz rur Verhinderung der Filmbildung enthält. Der Grad der Filmbildung wird wiederum als eine Funktion des Glanzverlustes auf der Oberfläche des photoleitfähigen Elements gemessen. Es wird festgestellt, daß der mittlere Glanz der Schicht anfänglich 146 Einheiten beträgt und nach 5000 Zyklen 140 Einheiten. Die Messungen werden mit einem Photovolt-Glanzmeßgerät durchgeführt. In einem Vergleichsversuch ohne Zusatz von Bornitrid fällt der Glanz nach 2000 Zyklen auf 122 Einheiten ab und die photoleitfähige Schicht ist mit einem Tonerfilm bedeckt, der mit dem Auge erkennbar ist.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Elektrophotographische Aufzeichnung mit verminderter TonerfUmbildung, dadurch gekennzeichnet, daß auf die photoleitfähige Schicht Bornitrid aufgetragen ist und/oder der Entwicklermischung Bornitrid zugesetzt ist.
2. Verfahren zur Verminderung der Tonerfilmbildung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bornitrid auf die photoleitfähige Schicht aufgesprüht oder mittels einer j Bürste aufgetragen wird. ™
3. Entwicklermischung mit verminderter Filmbildung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis zu zehn Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Toners, Bornitridteilchen mit einem Durchmesser von weniger als fünf Mikron enthält.
4. Entwicklermischung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Trägerteilchen mit einem maximalen Durchmesser von 1000 Mikron enthält.
5. Entwicklermischung nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch ä gekennzeichnet, daß Tonerteilchen und Bornitridteilchen frei gegeneinander beweglich sind.

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