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Verfahren und Vorrichtung zur elektrofotografischen Naß entwicklung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrschtung zum Entwickeln
von auf einer Fläche vorhandenen elektrostatischen Ladungsbildern mittels in einer
Flüssigkeit dispergierten Tonern.
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Es sind elektrofotografische Verfahren bekannt, in denen ein auf der
Oberfläche eines vorzugsweise lichtempfindlichen Körpers erzEugtes el-ektrostatischcs
Ladungsbild sichtbar gemacht oder entwickelt wird, indem die Oberfläche mit einem
elektroskopischen Pulver in Berührung gebracht wird, wobei das elektroskopische
Pulver entweder troclcen oder in einer nicht leitenden Trägerflüssigkeit dispergiert
sein kann. Eine solche Trägerflüssigkeit hat gewöhnlich einen spezifischen Durchgangswiderstand
über t09 Ohm-cm und eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 3.
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Derartige Trocken- und Naßentwicklungsverfahren sind bei elektrofotografischen
Büro-Kopicrgeräten
und dergl. allgemein bekar.llt, in denen ein auf einem lichtesnp,: dlichen Bildträger
erzeugtes elektrostatisches Ladungsbild auf diesem entwickelt wird und entweder
darauf verbleibt oder anschließend auf ein Blattlnaterial wie Papier od. dergl.
übertragen wird.
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Die bekannten Verfahren weisen gewisse artbedingte Nachteile auf.
Diese bestehen beim Trockenverfahren darin, daß man daii-;it aufgrund der relativ
groben Kornstruktur des trockenen Toners eine höchste Kopieschärfe nicht erzielen
kann und daß die häufig vorkommenden Halbtöne damit nicht reproduzierbar sind. it
in Flüssigkeit dispergierten Tonern erhält man bei ausgezeichneter IIalbtonwiedergabe
sehr scharfe Kopien; ihr Nachteil besteht jedoch darin, daß das Kopierblatt durch
die'Trägerflüssigkeit benetzt wird und dann gewöhnlich unter Wärmeeinwirkung getroclcnet
werden muß, wobei der Dampf der Trägerflüssigkeit in die Umgebungsatmosphäre tritt.
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Ein wichtiges Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum elektrofotografischen Naßentwickeln, welche die überlegene
ICop erschärfe und Halbtonwiedergabe des in einer Flüssigkeit dispergierten Toners
beibehalten, wobei das Kopierblatt Jedoch nicht nennenswert benetzt wird, so daß
eine im wesentlichen trockene Kopie ohne Verunreinigung der Luft durch Lösungsmitteldämpfe
erzielbar ist.
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Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art ist erfbdungsgmäß vorgesehen1
daß Toner aus der flüssigen Suspension zunächst elektostatisch auf der Oberfläche
eines Zwischenträgers deponiert wird und daß der Zwischenträger mit dem darauf deponierten
Toner anschließend mit einer ein elektrostatisches Ladungsbild tragenden Fläche
eines Aufzeichnungsträgers in Berührung gebracht wird, um das Ladungsbild ohne nennenswerte
Benetzung der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers zu entwickeln, worauf überschüssiger
Entwickler durch den Zwischenträger zum Suspensionsvorrat zurückgeführt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen,
daß man ein Teil eines Toner-Zwischenträgers in einca Vorrat eines in einer Flüssigkeit
dispergierten Toners eintauchen läßt, daß man in dem dispergierten Tonervorrat ein
elekirostatisches Feld erzeugt, um Tonerteilchen aus der Dispersion wenigstens auf
einem Teiles eintauchenden Teiles des Zwi3chellträgers zu deponieren, daß man den
Toner-Zwischenträger weiterbewegt, um den auf seiner Oberfläche deponierten Toner
mit der ein elektrostatisches Ladungsbild tragenden Oberfläche eines Aufzeichnungsträgers
in Berührung zu bringen uud damit das elektrostatische Ladungsbild zu entwickeln,
während sich der Aufzeichnungsträger und der Toner-Zwischenträger mit gleicher Geschwindigkeit
gleichlaufend bewegen, und daß man das betreffende Teil des Toner-Zwischenträgers
erneut in den in der Flüssigkeit dispergierten Toner eintauchen läßt, uni unter
der Wirkung des elektrostatischen Feldes weitere Tonerteilchen darauf zu deponieren.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß der Toner der
zu entwickelnden Fläche mit genau gesteuerter Polarität und Dichte zugeführt wird,
so daß die entwickelten Bilder eine außerordentlich gleichmäßige Dichte ohne jegliche
Schleierbildung erhalten.
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Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ist nach der erfindung
vorgesehen, daß zwischen einem ein Tonbad enthaltenden Behälter und einem ein elektrostatisches
Ladungsbild tragenden Aufzeichnungsträger ein zum eliktrostatischen Deponieren von
Tonerteilchen daran wenigstens teilweise in das Tonerbad eintauchbarer und zum Entwickeln
des Ladungsbildes am Aufzeichnungsträger in Anlage bringbarer Toner-Zwischenträger
angeordnet ist.
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Das erfindungsgemäß verwendete, in einer TrprflüBsigkeit dispergierte
Tonermaterial wird auf elektrostatischem Wege auf eine Walze, ein endloses Band
oder einen anderweitig
a:jsgebildeten Zwischenträger d<ponicrt,
welcher den Eo darauf deponierten Toner dann aus dem Tonerbad an eine entferntere
Stelle transportiert und ihn dort mit der zu entwickelnden Oberfläche in Berührung
bringt. Die Stärke des auf dem Zwischenträger deponierten Toners läßt sich durch
Verändern des dazu vorgesehenen elektrostatischen Feldes variieren, so daß eine
genaue Bestimmung der Bilddichte möglich ist.
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Die Abwesenheit eines Flüssigkeitsbades am Ort der Bildentwicklung
macht eine Flüssigkeitsaufnahme durch die zu entwickelnde Fläche unmöglich. Bei
bekannten Flüssigentwicklungsverfahren machte diese Flüssigkeitsaufnahme mehr als
95% des gesamten Flüssigkeitsverlustes aus.
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Selbstverständlich ist bei einer Entwicklungsanordnung der beschriebenen
Art, wenngleich mit ihr praktisch trockene Kopien erzielbar sind, noch immer eine
kleine Menge der Trägerflüssigkeit in dem auf dem Zwischenträger deponierten Toner
vorhanden. Dieser Flüssigkeitsgehalt läßt sich noch weiter verringern, indem man
zunächst dem den Toner tragenden Zwischenträger eine beispielsweise draht- oder
walzenförmige Koronaentladungselektrode anordnet und an diese eine zur Erzeugung
der Koronaentladung ausreichende Spannung legt. Die Koronaentladung drängt die im
oder auf dem deponierten Toner vorhandene Flüssigkeit zurück in das Tonerbad. Gegebenenfalls
kann ein solcher Koronaerzeuger zusätzlich dazu verwendet werden, die in den einzelnen
Tonerteilchen mitgeführte Ladung zu verstärken oder um zum kehren.
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Bei der Berührung des den Toner tragenden Zwischenträgers mit dem
zu entwickelnden Ladungsbild werden die darauf deponierten Tonerteilchen durch elektrostatische
Anziehung auf'das Ladungsbild übertragen, wobei auf dem Zwischenträger ein Negativ-
oder Umkehrbild des entwickelten Bildes verbleibt. Es ist zwar möglich, eine Abstreifklinge
od. dergl. vorzusehen, welche den nicht verbrauchten Toner vor dem erneuten Beschichten
des Zwischenträgers für eine
nachfolgende Bildentwicklung vom Zwischenträger
abstreift, es ist jedoch vorteilhafter, dem verwendeten in der Flüssigkeit dispergierten
Toner eine solche Zusammensetzung zu geben, daß der auf dem Zwischenträger deponierte
Toner als spannungsabhängiger Feldbegrenzer wirksam ist. Diese feldbegrenzende Wirkung
verleiht dem Toner die Fähigkeit, sich beim Deponieren auf dem Zwischenträger selbst
einzuebnen.
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Bei einem Toner mit einer solchen Zusammensetzung ist das Ab streifen
von unverbrauchtem Toner nach der Bildentwicklung nicht mehr nötig, da die erneute
Beschichtung des Zwischenträger nur an solchen Stellen stattfindet, an denen der
Toner durch die Entwicklung oder auch andere Einwirkungen abgetragen ist. Bei der
erneuten Beschichtung werden durch das voraufgegangene Entwickeln, fahrlässige Handhabung
oder sonstwie entstandene Unregelmäßigkeiten in der Tonerschicht ausgeglichen, so
daß eine im wesentlichen gleichförmige Tonerschicht den Ort der Entwicklung erreicht.
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Die Gleichförmigkeit der Tonerschicht ist also nicht durch vorher
an der gleichen Stelle des Zwischenträgers vorgenommene Entwicklungsvorgänge beeinträchtigt.
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Soweit bisher beschrieben, wird der Toner erfindungsgemäß unter Zuhilfenahme
einer im Flüssig-Entwicklerbad angeordneten Elektrode auf dem Zwischenträger deponiert.
Verwendet man jedoch einen Zwischenträger, dessen Oberfläche einen ausreichend großen
spezifischen Widerstand von beispielsweise mehr als 10 Ohm/cm2 aufweist, so ergibt
sich die Möglichkeit, die Oberfläche vor dem Eintauchen des Zwischenträgers in das
Entwicklerbad elektrostatisch aufzuladen, so daß die aufgeladene Oberfläche eine
Tonerschicht anzieht und festhält, deren Dicke von der Stärke der vorher erteilten
Ladung abhängig ist.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
Darin zeigt:
Fig. 1 eine schematisierte Dsrstellung einer ersten
Ausführungsform einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung, Fig. 3 eine dritte Ausführungsform
der Vorrichtung und Fig. 4 eine vierte Ausführungsform der Vorrichtung, bei welcher
das Beschichten des Zwischenträgers unabhängig von der Entwicklungsgeschwindigkeit
vor sich geht.
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In der Vorrichtung nach Fig. 1 enthält' ein Tank oder eine Wanne 1
ein Entwicklerbad 2 aus in einer Flüssigkeit dispergiertem Toner. Eine mit einem
Teil ihrer Außenfläche in das Entwicklerbad eintauchende Walze 4 ist drehbar nahe
gegenüber einer im Entwicklerbad versenkten Auftragselektrode 3 angeordnet. Die
Walze 4 ist vorzugsweise -jedoch nicht unbedingt - geerdet, und die Elektrode 3
ist mit dem Ausgang einer Hochspannungsquelle verbunden, mittels welcher je nh den
Umständen eine positive oder negative Hochspannung an die Elektrode 3 gelegt werden
kann. Die Walze 4 wird mit einer gleichmäßigen Tonerschicht überzogen und transportiert
diese zur zu entwicklnden Fläche Bei der Drehung der Walze 4 werden Teile, welche
mit der zu entwickelnden Fläche 5 in Berührung getreten waren, erneut in das Entwicklerbad
2 eingetaucht, in welchem sie unter der Wirkung der Elektrode 3 erneut beschichtet
werden.
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In der Anordnung nach Fig. 2 ist zur weiteren Verringerung der in
der Tonerschicht auf der Zwischenträgerwalze 4 enthaltenen Menge der Trägerflüssigkeit
vor dem Berührungsbereich der Walze 4 mit der zu entwickelnden Fläche 5 eine Koronaentladungselektrode
6 zunächst der Walze 4 angeordnet.
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Die Elektrode kann beliebig als Draht-,Walzen- oder Spitzenelektrode
ausgebildet sein.
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In der Ausführung nach Fig 3 ist anstelle der Walze 4 ein endloses
Band 7 als Zwischenträger vorhanden. Das Band 7 ist vorzugsweise nicht-leitend,
so daß seiner Oberfläche mittels einer anstelle der Elektrode 3 vorhandcnen Koronaentladungselektrode
8 eine Ladung erteilt werden kann. Die zum Verringern der Flüssigkeitsverluste vorgesehene
Elektrode 6 kann auch in dieser Ausführungsform Verwendung finden.
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Bei der Vorrichtung nach Fig. 4 enthält eine Wanne 21 den dispergierten
Toner 22 sowie eine In diesem Falle geerdete Elektrode 23. Der Zwischentrager besteht
aus einer Walze 24, deren Umfang gleich der Länge eines Aufzeichnungsträgers 26
bzw. eines darauf zu entwickelnden Bildes ist. Die Zwischenträgerwalze 24 ist an
einem um ein Gelenk 29 schwenkbaren Arm 28 drehbar gelagert und über einen Schalter
27 mit der Spannungsquelle für den Tonerauftrag verbindbar. Der Schalter 27 ist
so angeordnet, daß die Auftragsspannung an die Walze 24 gelegt ist, wenn diese teilweise
in das Tonerbad 22 eintaucht, und die Spannung abgeschaltet ist, wenn die Walze
24 zum Entwickeln eines Bildes angehoben und in Berührung mit dem Aufzeichnungsträger
26 ist. Während des Entwickelns wird der Aufzeichnungsträger 26 mittels der ortsfest
drehbar gelagerten Walze 25 transportiert.
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Wie bereits vorstehend angeführt, kann überschüssiger bzw.
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auf dem Zwischenträger zurückgebliebener Toner nach dem Entwickeln
mittels einer Streifklinge, einer rotierenden Bürste oder anderer Einrichtungen
davon entfernt werden, falls die Verwendung des feldbegrenzenden Toners aus irgendwelchen
Gründen nicht zweckmäßig sein sollte. Eine solche Reinigungseinrichtung führt den
abgenommenen Toner vorzugsweise -jedoch nicht unbedingt - wieder dem Entwicklerbad
zu.
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Es kann sich ferner als vorteilhaft erweisen, im Entwicklerbad eine
Rühreinrichtung anzuordnen, um mittels dieser die Konzentration des Entwicklerbades
durchgehend ausgeglichen
zu halten und damit die Wirkungen von bei
dem elektrostatischen Auftrag auftretenden örtlichen Verarmungen zu beseitigen.
In den Fällen, in denen der Umfang des Zwischen trägers gleich derLänge der zu entwickelnden
Fläche bzw.
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des darauf enthaltenen Bildes ist, kann es sich ferner als vorteilhaft
erweisen, den Zwischenträger unabhängig vom Entwicklungsvorgang zum Deponieren des
Toners in Drehung zu versetzen. In dieser Weise läßt sich die Dicke der Tonerschicht
unabhängig von der Transportgeschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers in dem betreffenden
Kopiergerät zweckmeßig bestimmen.
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Die Erfindung ist auch für die Farbentwicklung anwendbir und bietet
dort die Möglichkeit, die Bilddichte des entwickelten Bildes in sehr viel engeren
Grenzen zu steuern, als dies bei bekannten Farb entwicklungsverfahren mö glich ist.
Zur automatischen Steuerung des Tonerauftrags innerhalb enger Grenzen können zunächst
dem Zwischenträger elektronische oder andere Abtasteinrichtungen vorgesehen sein,
mittels welcher die Spannung der Auftragselektrode gesteuert wird.
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Die nachstehend angeführten Beispiele dienen lediglich zur näheren
Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung. Die El ektrodenab stände,
Auftragsgeschwindigkeiten, Auftragsspannungen und Tonerzusammensetzungen können
darin verändert werden, ohne damit den Bereich der Erfindung zu verlassen.
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Beispiel 1 Das Beispiel bezieht sich auf das Entwickeln von Bildern
auf negativ geladenen Aufzeichnungsträgern unter Verwendung eines geerdeten Zwischenträgers
und einer positiven Spannung an der Auftragselektrode.
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Die EntwicklerSlüssig^keit hat die folgende Zusammensetzung: Arylamin
Rot, Farbindex Nr. 12335 50 g Pentalyn K 50 g ßtaybelite Ester 10 50 g Pliolite
AC3 5 g Bitumen 10 g Solvesso 100 300 g Isopar G 100 g Die angegebenen Bestandteile
wurden 16 h in einer Kugel mühle gemahlen, anschließend werden weitere 500 g Isopar
G zugesetzt. Für den Gebrauch wurde das so hergestellte Tonerkonzentrat weiter verdünnt,
indem 15 cm3 des Konzenttrats 1 1 Isopar G zugesetzt wurden.
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Pentalyn K (Produkt der Hercules Powder Co.) ist ein dimeres Pentaerythritharz
mit einer Säurezahl 25, spezifi schem Gewicht von 1,09 und einem Schmelzbereich
von 188 bis 197 °C.
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Staybelite Ester 10 (Produkt der Hercules Powder Co.) ist ein hydrierter
Harzester mit Säurezahl 6 bis 8, spezifischein Gewicht von 1,0 und einem Schmelzbereich
von 49 bis 55 00.
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Pliolite AC3 (Produkt der Firma Goodyear) ist ein Vinyltoluolacrylat
mit einem spezifischen Gewicht von 1,03 und einem Schmelzbereich von 47 bis 53 00.
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Solvesso (Produkt der Esso Chemical Co.) ist ein aromatische s Kohlenwasserstoff-Lö
sungsmittel mit einem spezifischen Gewicht von 0,8?4, einem Flammpunkt von 110 °C,
Siedebereich von 156 bis 171 °C und Armomatengehalt von 98,9%.
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Isopar G (Produkt der Humble Oil Co.) ist ein aliphatisches Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel
mit einem spezifischen Gewicht von 0,750 einem Flammpunkt von 103 °C, einem Siedebereich
von 158 bis 177 0C und einem Aromatengehalt von O,20?'o.
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Die so hergestellte Tonerdispersion wurde in einer Vorrichtung entsprechend
Fig. 1 zum Entwickeln eines elektrostatischen
Ladungsbildes auf
einem negativ geladenen fotoleitenden Auf zeichnungsträger verwendet. Die Zwischenträgerwalze
war geerdet, und an die Auftragselektrode war eine Spannung von 1500 V gelegt. Die
Zwischenträgerwalze wurde mit einer Umfangsgeschwindigkeit von í27 mm/s angetrieben.
Die AuStragselektrode befand sich in einem Abstand von 0,254 mm zur Oberfläche des
Zwischenträgers. Das unter Berührung des Aufzeichnungsträgers mit der Zwischenträgerwalze
entwickelte Bild wies eine für Büro-Kopierzwecke angemessene Dichte auf und war
relativ trocken.
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Beispiel 2 Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch
an die in Fig. 2 gezeigte Verdrängungs-Koronaelektrode eine Spannung von +4 kV gelegt
wurde. Die entwickelte Kopie war noch trockener als im Beispiel 1.
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Beispiel 3 Der dispergierte Toner nach Beispiel 1 wurde in einer Vorrichtung
entsprechend Fig. 3 verwendet. Das endlose, nichtleitende Band bestand aus einer
Polyvinylbutyralharzfolie mit einer Dicke von 0,127 mm. An die Elektrode zum Aufladen
des Bandes wurde eine Spannung von -8 kV gelegt.
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Beispiel 4 und 5 Anstelle der Tonerdispersion der Beispiele 1 und
2 wunde ein Kopiertoner in folgender Zusammensetzung hergestellt: Ruß 300 g Reflex
Blau, C.I. Pigment Blau 56 3 g Pentalyn A 50 g Bitumen 50 g Pliolite AC3 5g Solvesso
100 300 g Isopar G 100 g
Die Bestandteile wurde wihrend 16 h in
einer Kugelmühle gemahlen, und anschließend wurden zur Herstellung eines Tonerkonzentrats
weitere 400 g Isopar G zugesetzt. Das Konzentrat wurde durch Zusatz von 15 cm3 des
Konzentrats zu 1 1 Isopar G weiter verdünnt.
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Pentalyn A (Produkt der Hercules Powder Co.) ist ein Pentaerythitharzester
mit einer Säurezahl von 6 bis 16, spezifischer Gewicht von 1 ,08 und einem Schmelzbereich
von 104 bis 116 OG.
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Bei einer an die Auftragselektrode gelegten Spannung von +700 V wurde
eine ausreichende Menge des Toners auf dem Zwi:''henträger deponiert, um ein elektrostatisches
Ladungsbild mit einer Bilddichte von mehr als 1,4 zu entwickeln.
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Beispiele 6 und 7 Die Sprnung der Auftragselektrode nach Beispiel
4 und 5 wurde auf 60 V verringert. Dabei wurde der Toner in einer ausreichenden
Menge auf der Walze deponiert, um Bilder mit einer Dichte von etwa 0,7 zu entwickeln,
was bei elektrofotografischen Kopiergeräten dem Normalwert entspricht.
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Beispiel 8 Das Beispiel 6 wurde wiederholt, ohne daß an die Auftrags
elektrode eine Spannung gelegt wurde. Durch mechanisches Anhaften des Toners am
Zwischenträger bei dessen Durchgang durch das Bad wurde eine Kopie mit einer Bilddichte
von etwa 0? erhalten.
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Beispiel 9 In diesem Beispiel wurde ein Toner zum Entwickeln von positiven
elektrostatischen Ladungsbildern in folgender Weise hergestellt:
Ruß
50 g Pentalyn K 75 g Sole so 300 g Die Bestandteile wurden miteinander vermischt,
um das Pentalyn K durch den Pß absorbieren zu lassen, worauf das Gemisch gefiltert
und das Filtrat verworfen wurde.
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Der Rückstand wurde in eine Kugelmühle gegeben und zusam men mit 200
g Isopar G und 10C g einer Lösung von 25 Gew:0,6 Naturkaut schuk in Solvesso gemahlen.
Anschließend werden weitere 2100 g Isopar G zugesetzt.
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Das erhaltene konzentrat ergab bei einer Verdünnung von 15 cm3 in
1 l. Isopar G einen relativ farbintensiven Toner welcher durch Zusatz eines Sensibilisators
dahingehend sensibilisiert wurde, daß er von einem positiven elektrostatischen Ladungsbild
angezogen wurde. Der Sensibilisator wurde durch Lösen von 500 g Bitumen in 1 1 Isopar
G und Entfernen des unlöslichen Anteils bereitet. Von diesem Sensibilisator wurden
der verdünnten Toner suspension 30 cm3 pro Liter der Trägerflüssigkeit zugesetzt.
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Im Gebrauch wurde zum Deponieren von Toner auf der Zwischen trägerwalze
eine Spannung von -110 V an die Auftragselektrode gelegt. Das unter Berührung eines
Aufzeichnungsträgers mit dem so besehichteten Zwischenträger entwickelte Bild hatte
eine Dichte in der Größenordnung von 1,0.
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Beispiel 10 Bei der Anordnung entsprechend dem Beispiel 9 wurde die
Spannung auf -60 V verringert, wobei die Entwicklung eine Kopie mit einer für Büro-Kopiermaschinen
und dergl. üblichen Dichte ergab.
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In den Beispielen 1 bis 7 sowie 9 und 10 kann in Jedem
Falle
die Anordnung nach Fig. 4 verwendet werden. In diesem Falle würde die Auftragsspannung
direkt an die Zwischenträgerwalze gelegt, und zwar mit einer der in den verschiedenen
Beispielen an die Auftragselektrode gelegten Spannung entgegengesetzten Polarität
Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden
Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver } zeJheiten, räumlicher
Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in beliebiger
Kombination erfindungswesentlich sein.