DE2203718C3

DE2203718C3 - Verfahren zur Herstellung von beschichteten, auf ein gewünschtes Potential aufladbaren Trägerteilchen für einen elektrophotographischen Entwickler

Info

Publication number: DE2203718C3
Application number: DE2203718A
Authority: DE
Inventors: William John Kukla; Howard Everett Munzel
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-01-28
Filing date: 1972-01-27
Publication date: 1979-06-21
Also published as: NL168061B; IT940776B; BR7200454D0; US3798167A; GB1373000A; GB1372998A; JPS5613946B1; NL168061C; NL7200961A; DE2203718A1; CA1027793A; DE2203718B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von beschichteten, auf ein gewünschtes Potential aufladbaren Trägerteilchen für einen elektrofotografischen Kaskaden- oder Magnetbürstenentwickler, bei dem Teilchen mit einer Schicht eines fluorhaltigen Polymerisats oder Mischpolymerisats, das gegebenenfalls mit einem weiteren Kunststoff gemischt ist, beschichtet werden.

Sowohl in dem Kaskaden- als auch in dem Magnetbürsten-Entwicklungsverfahren wird ein Zweikomponentenentwickler benutzt. Der Entwickler enthält eine Mischung von kleinen Tonerteilchen und relativ großen Trägerteilchen. Die Tonerteilchen werden durch elektrostatische Kräfte auf den Oberflächen der relativ großen Trägerteilchen festgehalten. Die elektrostatischen Kräfte werden durch den Kontakt zwischen den Toner- und den Trägerteilchen mittels triboelektrischer Ladung sowohl des Toners als auch der Trägerteilchen auf entgegengesetzte Polaritäten erzeugt. Wird der Entwickler in Kontakt mit dem latenten elektrostatischen Bild auf der fotoleitfähigen Schicht gebracht, dann werden die Tonerteilchen entsprechend der Ladungsverteilung des latenten Bildes angezogen.

Die Toner- und Trägerteilchen des Entwicklers werden in spezieller Weise hergestellt und bearbeitet, um sicherzustellen, daß der Toner die richtige Ladungspolarität und die richtige Ladungsgröße erhält, damit die Tonerteilchen vorzugsweise auf den gewünschten Bildbereichen der fotoleitfähigen Schicht abgelagert werden können. Für ein gegebenes Entwickler-Kopiergerätesystem ist die Größe der triboelektrischen Ladung aus folgendem Grund sehr wichtig: Ist die Ladung zu niedrig, dann wird die Kopie zwar eine hohe Bilddichte, aber auch einen verschleierten Hintergrund aufweisen. Ist die Ladung dagegen zu hoch, dann ist der Hintergrund richtig, aber die Bilddichte ist zu niedrig. Dementsprechend muß es einen optimalen Wert für die Tonerladung geben, um in allen Bereichen befriedigende Resultate zu erhalten.

Bei bekannten Trocken-Entwicklem, welche in automatischen Kopiergeräten verwendet werden,

ίο tritt das Problem der Filmbildung auf den Trägerteilchen auf. Infolge des häufigen Umlaufs der Trägerteilchen stoßen die Trägerteilchen untereinander sehr oft zusammen, und die Trägerteilchen stoßen auch mit Teilen der Maschine zusammen. Die damit verbu.-idene mechanische Reibung verursacht, daß ein gewisser Anteil des Tonermaterials einen physikalisch auf der Oberfläche der Beschichtung oder den Trägerteilchen selbst anliegenden festen Film bildet. £)urch die andauernden Umläufe wird dieser Film dauernd

ao erneuert, und es tritt möglicherweise eine Akkumulierung der Filmschicht vun Toner auf den Flächen der Trägerteilchen auf. Diese Filmschicht aus Toner beeinträchtigt die normale triboelektrische Ladung der Tonerteilchen in dem Entwickler, weil die noria male triboelektrische Ladung zwischen dem Toner und dem Träger zumindest teilweise durch eine Beziehung von Toner 2.0. Toner ersetzt wird. Daraus resultiert, daß der für die Entwicklung des latenten elektrostatischen Bildes verfügbare Toner im Durchschnitt weniger hoch geladen ist. Tritt dies in genügendem Maße auf, dann können sich die nicht richtig aufgeladenen Tonerteilchen auf den Hintergrundbereichen des Bildes ablagern, so daß die Qualität der Kopien verschlechtert wird, weil in den nicht zu entwickelnden Bereichen ebenfalls Toner abgelagert wird, also eine Schleierbildung auftritt.

Tritt diese Tonerfilmbildung in stärkerem Maße auf, dann muß der gesamte Eniwickler ersetzt werden, wodurch die Betriebskosten dvj Kopiergerätes ansteigen. Weilerhin ist damit auch ein Zeitverlast verbunden. Dieses Problem tritt insbesondere bei Schnellkopiergeräten auf, in denen Tausende von Kopien in einer relativ kurzen Zeit hergestellt werden, oder in Kopiergeräten, in welchen der Entwickler kontinuierlich durchgeführt wird.

Weiterhin unterliegen die Trägerteilchen wegen des Kontaktes zwischen den Trägerteilchen selbst und des Kontaktes zwischen den Trägerteilchen und Teilen der Maschine einem Abrieb. Dieser Abrieb der Trägerteilchen oder der sie umgebenden Schicht kann weiterhin die Effektivität der triboelektrischen Ladung zwischen den Trägerteilchen und den Tonerteilchen vermindern, weil der Toner mit dem Kernmaterial der Träger in Berührung kommt.

Wenn also die Beschichtung der Trägerteilchen gegen Abrieb nicht genügend widerstandsfähig ist, muß der gesamte Entwickler frühzeitig ersetzt werden. Dies ist wiederum kostenrufwendig und zeitraubend, besonders in Hochgeschwindigkeitskopiergeräten.

Aber selbst dann, wenn die Beschichtung der Trägerieilchen abriebfest ist, muß die Beschichtung gut auf dem Kern der Trägerteilchen haften. Andernfalls kann die Beschichtung abblättern, abspringen oder reißen, selbst dann, wenn die Beschichtung aus einem Material besteht, das selbst nicht dem Abrieb unterliegt. Dies ist durch das Aneinanderreiben und den Kontakt zwischen den verschiedenen Trägerteilchen

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untereinander und zwischen den Trägerteilchen und Die Steuerung der triboelektrischen Eigenschaften Teilen der Maschine bedingt. Auch hier ist wiederum eier Trägerteilchen erfolgt also hier bei diesen beeine frühzeitige Erneuerung des Entwicklers not- kannten Tonerteilchen über die Einlagerung der verwendig. schieden leitenden Teilchen. Durch diese Einlagerung

Zusätzlich zu den notwendigen und richtigen tribo- 5 wird aber wiederum die Abriebfestigkeit und die

elektrischen Eigenschaften muß die Schicht für die Eigenschaft der nichthaftenden Oberflächen beein-

Trägerteilchen gute, nichthaftende Eigenschaften trächtigt. Dies bedeutet letztlich, daß die Trägerteil-

(niedrige Oberflächenenergie) besitzen, um die BiI- chen keine allzu große Lebensdauer aufweisen und

dung eines Tonerfüms auf dem Trägerteilchen zu ver- die Tonerfilmbildung nicht vermeidbar ist.

hindern. Weiterhin muß die Schicht gute Haftfähig- ία Ein anderes bekanntes Verfahren zur Herstellung

keit auf dem Kern besitzen und widerstandsfähig von Trägerteilchen, die eine Beschichtung aus ab-

gegen Abrieb sein. riebfestem Material aufweisen und für einen elektro-

Zusätzlich zu den im vorstehenden Absatz genann- fotografischen Entwickler zu verwenden ist, ist aus

ten Eigenschaften müssen die Trägerteilchen die Ei- der DE-OS 15 97 886 bekannt. Das Schichtmaterial

genschaft haben, daß sie eine triboelektrische Ladung 15 besteht in diesem bekannten Fall im wesentlichen aus

der gewünschten Größe und Polarität besitzen, wenn Polyphenylenoxidharz, das auch in der Hauptsache

sie mit einem besonderen elektroskopischen Toner die mechanischen und elektrischen Eigenschaften des

benutzt werden. Dies deshalb, weil die Größe der Trägerteilchens bestimmt. Dieser Schicht können

triboelektrischen Ladung des Toners durch die Größe neben dem Polyphenylenoxidharz noch ein oder

und Polarität der Trägerladungen bestimmt wird, 20 mehrere andere Harze beigemischt -.'erden. Diese

wenn Toner und Trägerteüchen gemischt werden. Harze können unter anderem auch geeignete synthe-

Das bedeutet, daß, wenn die Beschichtung der tische Harze sein. Dabei ist in dieser Orfenlegungs-

Trägerteilchen Charakteristiken der triboelektrischen schrift aufgeführt, daß zu den synthetischen Harzen

Ladungszuführung zum Toner bei Mischung mit die- auch Fluorkohlenwasserstoffe, wie z. B. Polytetra-

sem in einer Höhe besitzt, daß die Tonerladung nicht 25 fluoräthylen, gehören. Aus dieser Offenlegungsschrift

in den Bereich fällt, in dem qualitätsmäßig hoch- ist jedoch kein Beispiel bekanntgeworden, welches

stehende Kopien erreicht werden können, daß dann ein Schichtmaterial aus einem Fluorkohlenwasserstoff

diese Schicht nicht für Trägerteüchen verwendet wer- zusammen mit dem Hauptschichtmaterial Polypheny-

den kann, auch dann nicht, wenn die Beschichtung lenoxidharze zeigt. Es ist auch nicht erkennbar, war-

ansonsten die Erfordernisse des Abriebs, der nicht- 3° um eine solche Zusammensetzung die gewünschten

haftenden Oberfläche und der Haftfestigkeit mit dem Eigenschaften haben könnte.

Kern erfüllt. Dementsprechend muß die geeignete Nachteilig daran ist, daß dieses in der Offen-Trägerteilchenbeschichtung nicht nur die Forderun- legungsschrift beschriebene Verfahren nicht angibt, gen nach Abriebfestigkeit, nichthaftender Oberfläche wie bei Verwendung von fluorhaltigen Polymerisaten und Haftfähigkeit mit dem Kern erfüllen, sondern 35 oder Mischpolymerisaten und gegebenenfalls einem muß in der Lage sein, die Trägerteilchen mit einer weiteren Kunststoff, also insbesondere bei Verwenderartigen Eigenschaft zu versehen, daß die tribo- dung von Fluorkohlenstoffverbindungen, eine Überelektrische Ladung der Toner, wenn diese mit ihnen zugsschicht für Trägerteüchen gewonnen werden vermischt werden, so sind, daß die Tonerladung in- kann, die die vorstehend zur Problemlösung genannnerhalb des gt. wünschten Bereichs liegt, der die Her- 40 ten notwendigen Eigenschaften erfüllt und darüber stellung qualitätsmäßig hochstehender Kopien er- hinau bei ein und demselben Schichtmaterial vermöglicht, schiedene elektrische Eigenschaften aufweist.

Fluorhaltige Polymerisate, wie beispielsweise Fluor- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist d;e Schafkohlenstoffverbindungen und Fluorsilicone, weisen fung von Trägerteilchen für einen elektrofoiografigute, nichthaftende Oberflächeneigenschaften auf, um 45 sehen Kaskaden- oder Magnetbürstenentwickler, die sowohl die Tonerfilmbildung zu vermeiden oder weit- durch Beschichtung in ihren triboelektrischen Lagehend zu verringern, weisen eine große Haftfähig- dungseigenschaften steuerbar sind, die abriebfest und keit gegenüber dem Kern und Abriebfestigkeit auf, langlebig sind, nichthaftende Oberflächeneigenschafso daß sie geeignet erscheinen, als Schichtmaterial für ten besitzen und bei denen eine gute Haftfähigkeit die Trägerteüchen verwendbar zu sein. Diese Verwen- 50 zwischen dem Kern und der Schicht vorliegt. Dabei dung ist in der Tat aus der US-PS 35 33 835 bekannt, soll an sich dafür nicnt geeignetes Material, nämlich bei der Fluoi-kohlenstoffvemindungen, wie beispiels- ein fluorhaltiges Polymerisat oder fluorhaltiges Mischweise Poiytetrafluoräthylen, als Schichtmaterial für polymerisat, wie z. B. Fluorkohlenstoffverbindungen, Trägerteüchen verwendet werden. Zur Steuerung der gegebenenfalls mit einem weiteren Kunststoff getriboelektrischen Eigenschaften der Trägerteüchen 55 mischt, verwendet wurden. Weiterhin soller die Träwerden in diese Beschichtung feinverteilte leitende gerteilchen gegenüber den bekannten ^:n einfacher Teilchen eingelagert. Bei diesen bekannten Träger- Weise herstellbar sein.

teilchen ist also zunächst die Aufbringung der Poly- Der Gegenstand der Erfindung geht von einem

tetrafluoräthylenschicht auf die Trägerteüchen not- Verfahren zur Hers.ellung von beschichteten, auf ein

wendig, sodann wird die Schicht nochmals weich ge- 60 gewünschtes Potential aufladbaren Trägerteüchen für

macht, um die feinverteilten leitenden Teilchen, ins- einen elektrofotografischen Kaskaden- oder Magnet-

besondere Rußteilchen, in die Schicht einlagern zu bürstenentwickler, bei dem Teilchen mit ekier Schicht

können. Neben der Tatsache, daß die eingelagerten eines fluorhaltigen Polymerisats oder Mischpolymeri-

leitenden Teilchen eine bestimmte Korngröße erfor- sats, das gegebenenfalls mit einem weiteren Kunst-

dem, ist die Aufweichung der bereits aufgebrachten 65 stoff gemischt ist, bescfiichtet werden, aus und ist da-

Schicht und die Einlagerung dieser leitenden Teil- durch gekennzeichnet, daß die Schichten der Träger-

chen bei der Herstellung Jer Trägerteüchen aufwen- teilchen in Abhängigkeit von ihrer gewünschten Haf-

dig und umfangreich. Hing auf den Teilchen durch 10 bis 40 Minuten langes

Erwärmen und in Abhängigkeit des gewünschten aufladbaren Potentials auf eine Temperatur zwischen 75 und 430° C gehärtet werden.

In vorteilhafter Weise werden durch dieses Verfahren Trägerteilchen geschaffen, die in ihren triboelektrischen Ladungseigenschaften den Verschiedenen Erfordernissen angepaßt werden können, d. h., daß das einzelne Trägerteilchen mehr oder weniger hohe Ladungseigenschaften für den verwendeten Toner hat und elektropösitiv oder elektronegativ in seiner Wirkung auf den Toner ist, wodurch man in der Auswahl des zu verwendenden Toners wesentlich flexibler ist. Darüber hinaus sind diese Trägerteilchen abriebfest und langlebig und weisen nichthaftende Oberflächeneigenschaften auf. Darüber hinaus haftet die Beschichtung gut auf dem Kern.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Ver-

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fluoräthylen verwendet. Mit diesem Material sind in der Praxis besonders gute Ergebnisse erzielt worden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß für den gegebenenfalls verwendeten weiteren Kunststoff ein Epoxidharz oder Polyurethan verwendet wird. Mit diesem Material sind ebenfalls in der Praxis sehr gute Ergebnisse erzielt worden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Ver fahrens wird die Beschichtung der Teilchen durch einen Wirbelbett-Beschichtungsprozeß vorgenommen. Durch diese Art der Beschichtung werden gleichmäßige Schichten nacheinander aufgebracht, die sich in der Praxis besonders gut bewährt haben.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß ferromagnetische Teilchen beschichtet werden. Insbesondere bei Verwendung eines Schichtmaterials aus einem fluorhaltigen Polymer und einem weiteren modifizierenden Kunststoff hat sich in der Praxis herausgestellt, daß dieses Material, aufgebracht auf ferromagnetische Kerne, besonders günstige Ergebnisse liefert.

Polytetrafluoräthylen ist in den veröffentlichten triboelektrischen Reihen immer als Anfang oder nahe am Anfang dieser Reihen eingeordnet worden.

Entsprechend der Einordnung von Polytetrafluoräthylen und weiterer Fluorkohlenstoffverbindungen in den verschiedenen, veröffentlichten triboelektrischen Reihen sind diese Materialien als nicht anwendbar als Beschichtungsmaterial für Trägerteilchen in elektrofotografischen Systemen angesehen worden, außer bei «olchen, in denen die triboelektrische Ladung, die auf die Tonerteilchen durch Mischung mit den beschichteten Trägerteilchen übertragen werden, eine Tonerladung der spezifischen Größe erbracht haben, die für das besondere elektrofotografische Kopiersystem verträglich ist. Wegen dieser Einordnung der fluorhaltigen Polymerisate in den verschiedenen triboelektrischen Reihen ist zu erwarten, daß die Größe der Ladung, die auf die Tonerteilchen übertragen werden, wenn die mit diesem Material beschichteten Trägerteilchen mit Toner gemischt werden, eine fixierte ist, die nicht variiert werden kann.

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wird dieses Vorurteil überwunden. Die Trägerteilchen eines elektrofotografischen Entwicklungsgemisches sind somit mit einem Material überziehbar, das die gewünschten nichthaftenden Oberflächeneigenschaften aufweist, abriebfest ist und gute Haftfähigkeit gegenüber den Kernen besitzt, während gleichzeitig die Größe der triboelektrischen Ladung der Trägerbeschichtung in Übereinstimmung mit deniToner, der mit dem Trägermaterial verwendet werden soll, steuerbar ist, und somit die Größe der Tönerladung ebenfalls steuerbar ist. Somit kann in vorteilhafter Weise die Tonerladung selektiv gesteuert werden, so daß deren Größe in den gewünschten Bereich fällt, in dem die Ladung nicht zu niedrig und nicht zu hoch ist, um entweder verwischte oder zu blasse Bilder zu erzeugen. Auf diese Weise wird bei Verwendung des erfinduitgsgemäß hergestellten Materials in einem elektrofotografischen Kopierverfahren die Kopierqualität wesentlich verbessert.
Zusätzlich zu der Steuerungsmöglichkeit der Ladungsgröße der Trägerteilchen, die mit Polytetrafluoräthylen beschichtet sind, gestattet das Verfahren auch die Steuerung der LadungsgröRe von Trägerteilchei, ariCT Mischung aus Cincrn flüorhsitigcn Polymerisat und einem weiteren Kunststoff beschichtet

so sind.

Wenn für die Beschichtung eine Mischung aus einem fluorhaltigen Polymerisat und einem weiteren Kunststoff verwendet wird, ist nicht nur die Steuerung der Ladungsgröße möglich, sondern auch die Steuerung der Polarität der Ladung. Diese Möglichkeit eröffnet gute V.rwendungschancen für verschiedene zu bem'-Jzende Tonerarten.

Die überraschenden Ergebnisse gemäß der vorliegenden Erfindung werden durch die Steuerung der Bedingungen erreicht, mit denen d'«5 aufgebrachte Schicht ausgehärtet wird. Bei der Verwendung von Polytetrafluoräthylen werden die Aushärtreaktionen durch Abschrecken der beschichteten Teilchen mit gesteuert, nachdem diese auf bestimmte Temperaturen erhitzt worden sind. Bei Trägerteilchen, die mit einer Mischung aus einem fluorhaltigen Polymerisat und einem weiteren Kunststoff beschichtet sind, wird die Aushärtreaktion in vorteilhafter Weise durch die Regulierung der Temperatur gesteuert, auf die die Teilchen erwärmt werden. Obwohl es bekannt ist, daß die verschiedenen fluorhaltigen Polymerisate eine bestimmte Aushärttemperatur verlangen, um eine gewünschte Oberfläche zu erreichen, ist es nicht bekannt, daß die Steuerung der Aushärtbedingungen über die Auswahl der Aushärttemperatur eine Beschichtung von Material auf einem Kern erzielen kann, bei der die beschichteten Kerne selektiv in der triboelektrischen Reihe an verschiedenen Stellen positioniert werden können, im Hinblick auf die verschiedenen Materialien, die in elektrofotografischen kupiersystemen als Toner verwendet werden, und daß auf diese Weise die triboelektrische Ladung der Tonerteilchen nach gewünschter Größe und Polarität gesteuert werden kann. Die Temperatur wird bei der Aushärtung für eine gewisse Einwirkdauer festgehalten, damit die Beschichtung fest auf dem Kern des Trägerteilchens anhaften kann.

Bei der Verwendung einer Mischung aus einem fluorhaltigen Polymerisat und weiterem Kunststoff kann die triboelektrische Eigenschaft des Trägermaterials in einem weiteren Bereich geändert werden. Wird Polytetrafluoräthylen als Schichtmaterial verwendet, dann ist dieser Bereich kleinen Es ist also eine größere Steuerungsmöglichkeit für die Größe der triboelektrischen Charakteristika der Trägerteilchen vorhanden, wenn eine Mischung aus einem fluorhaltigen Polymerisat und einem weiteren Kunststoff verwendet wird, als wenn nur ein fluorhaltiges Poly-

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merisat als Schichtmaterial verwendet wird. Dadurch haltigen Polymerisats und eines weiteren Kunststoffs, kann das Trägermaterial für eine größere Anzahl Obwohl als fluorhaltiges Polymerisat beispielsweise von TonermateriaHen verschiedener triboelektrischef Flüorsilicori verwendet werden kann, Werden VorEigenschaften verträglich gemacht werden. zugsweise Fluorkohlenstoffverbindungen verwendet.

Zusätzlich kann die Mischung aus fluorhaltigem 5 Weiterhin ist die Fluorkohlenstoffverbindung vorPolymerisat und weiterem Kunststoff als Schicht- zugsweise Polytetrafluorethylen, wenn kein weiterer material derart behandelt werden, daß die so be- Kunststoff benutzt wird, und besteht aus einem Mischschichteten Trägerteilchen mit den Verschiedensten polymerisat von Tetrafluöräthyleri und Hexalluorpro-Tonerarteri benutzt werden können, ohne Rücksicht pylen mit thermischen Eigenschaften nahe bei dem darauf, ob diese eine clektronegative oder eine elek- 10 1 :1-Verhältnis der Mischpolymerisatkomponenten, tropositive Ladung erfordern. Sie können somit in wenn ein weiterer Kunststoff mit benutzt wird,
verschiedenen Arten von elektrofotografischen Zur Besch'chtung der Kerne kann jedes geeignete Kopiersystemen verwendet werden. Hierdurch ist eine Beschichtungsverfahren verwendet werden, wie beigrößere Anwendungsmöglichkeit gegeben. spielsweise Eintauchen der Kerne, Besprühen der -

Selbst dann, wenn das Potential von Bildbereichen 15 Kerne oder Schwenken der Kerne mit der Beschicbin einem elektrofotografischen Kopiersystem we- tungslösung in einem Gefäß, oder die Beschichtung sentlich geändert wird, so daß die Ladung und/oder kann durch eine gesteuerte Wirbelbett-Behandlung ,_{ Polarität des Toners geändert werden muß. um den erfolgen. Der Wirbelbett-Beschichtungsprozeß wird J Toner weiterhin in dem System verwenden zu können, vorzugsweise angewendet, weil dadurch eine gleicherlaubt die vorliegende Erfindung, daß dieser Toner 20 mäßige Beschichtung auf den Trägerkernen angeweiterhin L/t nutzt werden kann. Damit ist es auf bracht werden kann. Das Verfahren und die Anord-Grund der vorliegenden Erfindung möglich, irgend- llung für die Wirbelbett-Beschichtung ist beispielseinen aus einer Mehrzahl von Tonerarten für die Be- weise in den US-Patentschriften 26 48 609, 27 99 241, nutzung in einem besonderen elektrofotografischen 32 53 944, 31 96 827 und 32 41 520 beschrieben.
System auszuwählen. 25 Nachdem der Kern zur Herstellung des Trägerteil-Gleichzeitig mit dieser Flexibilität der Tonerladung chens beschichtet worden ist, wird die Schicht ausgedurch Steuerung der triboelektrischen Eigenschaften härtet, damit die gewünschten triboelektrischen Eigendes Trägermaterials gemäß der vorliegenden Erfin- schäften erreicht werden. Der Aushärtprozeß hängt I dung ist durch diese sichergestellt, daß die Träger- von dem Schichtmaterial und von der Zusammen- § teilchen eine relativ lange Lebensdauer haben. Dies 30 setzung des Toners ab, mit dem die Trägerteilchen wird durch die Schicht der Trägerteilchen erreicht, späterhin verwendet werden sollen, und wird dem- | die die notwendigen nichthaftenden Oberflächen- entsprechend gesteuert. ( eigenschaften, die Abriebfestigkeit und die Haftfähig- Wird für die Beschichtung als fluorhaltiges PoIykeitseigenschaften auf dem Kern aufweisen, die für merisat beispielsweise Polytetrafluoräthylen verweneine lange Lebensdauer der Beschichtung notwen- 35 det, dann erfolgt die Aushärtung der Beschichtung dig ist. durch Erhitzen der Trägerteilchen auf eine bestimmte

An Hand der nachfolgenden Beispiele und der in Temperatur und für eine bestimmte Zeitdauer. Nach-

den Figuren dargestellten Kurven wird das erfindungs- dem die Trägerteilchen auf diese vorher gewählte

gemäße Verfahren im folgenden näher erläutert. Die Temperatur erhitzt und diese Temperatur für eine

Figuren zeigen im einzelnen: 4° gewisse Zeitdauer auf die Trägerteilchen und die

F i g. 1 bis 3 graphische Darstellungen, die die Be- Schicht eingewirkt haben, werden diese in einer geziehung zwischen der Tonerladung und der Aushärt- eigneten Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, abgetemperatur für verschiedene Toner und verschiedene schreckt, wobei dadurch die Größe der triboelektri-Beschichtungen der Trägerteilchen aufzeigen, sehen Ladung auf dem Trägerteilchen beeinflußt wird. j

F i g. 4 eine graphische Darstellung, die die Be- 45 Wenn derartige Trägerteilchen mit einer Beschichtung

Ziehung der Ladung verschiedener Toner bei ver- aus Polytetrafluoräthylen mit einem bestimmten Toner

schiedenen Einwirkzeiten auf eine einzelne Beschich- gemischt werden, kann eine Steigerung der Größe der

tung bei einer konstanten Aushärttemperatur darstellt. triboelektrischen Ladung von etwa 5 bis 4O°/o er-

Die Kerne der Trägerteilchen können aus jedem reicht werden, die noch von dem Kernmaterial, der

geeigneten Material sein, an dem die Beschichtung 50 Kerngröße und dem zu verwendenden Toner abhängt,

anhaften kann und das der Aushärttemperatur wider- Dai lit wird erreicht, daß die triboelektrische Ladung

stehen kann. Das heißt, es können als Material für des verwendeten Toners in den gewünschten Bereich

die Trägerkerne beispielsweise Sand-, Glas- oder me- hineinfällt, in dem Kopien hoher Qualität herstellbar

tallische Kugeln verwendet werden. sind.

Wenn die Trägerteilchen in einem Entwickler be- 55 Wenn das Beschichtungsmaterial eine Mischung nutzt werden sollen, der nach dem Magnetbürsten- aus einem fluorhaltigen Polymerisat und einem weiteverfahren arbeitet, muß das Kernmaterial ferromagne- ren Kunststoff ist, dann erfolgt die Aushärtung auf tisch sein, d. h. beispielsweise aus Eisen oder Stahl. eine etwas andere Weise. Die Trägerteilchen werden Andere geeignete ferromagnetische Materialien, wie auf eine bestimmte Temperatur wiederum für eine Magnetoxyde oder Legierungen (Kupfer-Nickel-Eisen) 60 bestimmte Einwirkdauer erhitzt und dann durch die können ebenfalls verwendet werden. Umgebungsluft auf eine niedrige Temperatur abge-

Die Größe der Kerne kann generell zwischen 50 und kühlt. Durch die Auswahl der Temperatur, auf die

2000 Mikron (10~* Meter) liegen. Die bevorzugte die Trägerteilchen nach der Beschichtung der Kerne

Durchmesser-Größenordnung liegt zwischen 100 und erhitzt werden, wird die Größe und die Polarität der

600 Mikron. £5 iriboclektrischen Ladung für die Tonerteilchen ge-

Das Material für die Beschichtung der Kerne der steuert, mit denen die Trägerteilchen späterhin ge-

Trägerteilchen besteht nur aus einem fluorhaltigen mischt werden.

Polymerisat oder nur aus einer Mischung eines fluor- Es versteht sich von selbst, daß die Temperatur

genügend hoch zu wählen ist, damit die Beschichtung auf dem Kern anhaftet. Die gewünschte Größe und Polarität der Tonerladung für einen bestimmten Toner bestimmt die tatsächlich zu wählende Temperatur.

Die Dicke der Beschichtung kann zwischen 1 und 20 Mikron variieren, wobei sie jedoch vorzugsweise bei etwa 2 bis 5 Mikron liegt. Die Schichtdicke muß genügend groß Kein, um dem Träger die gewünschte triboelektfische Eigenschaft zu verleihen, wobei die obere Grenze der Dicke durch die physische Unversehrtheit der Beschichtung bestimmt wird.

Verschiedene geeignete pigmentierte oder gefärbte elektroskopische Tonerteilchen können mit den Trägerteilchen verwendet werden. Die Geeignetheit des Tonermaterials, welches in Verbindung mit diesen i$ Trägerteilchen verwendet werden soll, hängt von seinem triboelektrischen Verhalten mit diesen Trägern ab.

Beispiel I

Ein Überzugsmaterial, das ein fluorhaltiges Polymerisat und einen weiteren Kunststoff enthält, wird im Verhältnis von drei Volumenanteilen zu einem Volumenanteil mit Methyläthylketon bei Raumtemperatur unter Umrühren gelöst und auf Stahlkugeln »5 aufgesprüht, die einen mittleren Durchmesser von etwa 450 Mikron und eine zur Haftung entsprechend gereinigte Oberfläche aufweist. Das fluorhaltige Polymerisat ist ein Mischpolymerisat aus Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen mit thermischen Eigenschaften, die sehr dicht bei dem 1 : 1-Verhältnis der Mischpolymerisatkomponenten liegen. Der weitere Kunststoff ist ein Epoxydharz.

Das Überzugsmaterial liegt dabei primär als eine Lösung vor, welche außer dem fluorhaltigen Polymerisat und dem weiteren Kunststoff noch Lösungsmittel und ein Pigment enthält. Der weitere Kunststoff ist im wesentlichen in den Lösungsmitteln gelöst, die aus einer Mischung von Methylisobutylketon und Xylenen im Gewichtsverhältnis von 2:3 bestehen. Das Pigment, welches Chromoxyd ist, und das fluorhalfige Polymerisat sind beide in der Lösung des Lösungsmittels und des weiteren Kunststoffs gleichmäßig suspendiert. Das fluorhaltige Polymerisat macht etwa 36 Gewichtsprozent der Gesamtlösung aus, der weitere Kunststoff 18,5 %, die Lösungsmittel etwa 41,5°/o und das Pigment etwa 4⁰O der Gesamtlösung.

50 ml des aufgelösten Materials werden pro 454 g Stahlkügelchen aufgetragen. Das Material wird auf 5<> die Stahlkügelchen in einem im Umlaufverfahren arbeitenden Wirbelbett-Turm bei einer Beschichtungstemperatur von etwa 38° C aufgesprüht.

Fünf Teile des so vorbereitenden Materials werden nunmehr bei fünf verschiedenen Temperaturen in öfen verbracht, wobei ein Teil bei etwa 190⁰C, ein Teil bei etwa 246° C, ein Teil bei etwa 302⁰C, ein Teil bei etwa 357° C und der fünfte Teil bei etwa 413°C erhitzt wird. Jeder Teil der beschichteten Kugeln wird auf die vorherbestimmte Temperatur erhitzt und dort für etwa 15 Minuten belassen, dann aus dem Ofen herausgenommen und mittels der umgebenden Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Danach wird das Material mittels eines Siebes mit Lochdurchrnesscr vor. 500 Mikron gesiebt, um Agglo- e% merate zurückzubehalten.

Bruchteile dieser fünf Portionen, die bei den verschiederien Temperaturen ausgehärtet wurden, werden danach mit je einem von drei verschiedenen Tonern bei einem Gewichtsverhältnis von etwa 0,8% Toner und 99,2⁰O Trägerteilchen gemischt.

Diese drei Toner seien im folgenden mit A, B und C bezeichnet. Der Toner A enthält ein Mischpolymerisat aus Styrol/n-Butyl-Methacrylatharz, Polyvinylbutyral-Weichmacher und Rußpigmente. Der Toner B enthält ein Mischpolymerisat aus Styrol/n - Butylmethacrylatharz, mit Maleinsäureanhydrid modifiziertem Polyester, Polyvinylstearat-Weichmacher und Ruß als Pigment. Der Toner C enthält ein Mischpolymerisat aus n-Butylmethacrylat Methylmethacrylatharz, mit Maleinsäureanhydrid modifiziertem Polyester, Polyvinylbutyral-Weichmacher, Rußpigmente und nach Bildung der Tonermasse in diese eingemischtes abgerauchtes Silizium dioxydpulver. Zur Vereinfachung der weiteren Beschreibung werden bei Verwendung dieser Toner in dem Entwickler nur iiuc'ii die Bezeichnungen Toner/ί. Toner B und Toner C verwendet werden.

Die triboelektrisch zwischen dem Toner und dem Träger einer jeden dieser 15 Mischungen erzeugten Aufladung wird durch ein nach dem Kaskadenverfahren arbeitendes Testverfahren bestimmt. Anteile der Gemische läßt man dabei über eine Rutsche rieseln, die ein in bestimmter Weise erzeugtes bildartiges Ladungsmuster trägt. Das Gewicht des dabei abgelagerten Toners und die durch den Toner ersetzte Ladung werden beobachtet.

Der Grundbestandteil der Ladungsmeßeinrichtung ist eine Schaltkarte aus Phenolharz, auf der die Kupferschicht so weggeätzt wurde, daß eine Mittelelektrode von dem äußeren Elektrodenbereich durch eine feine Begrenzung mit 0,13 mm Breite isolierend getrennt ist. Nachdem die elektrischen Anschlüsse zu den Elektroden hergestellt sind, wird über den Kupferelektroden eine etwa 0,013 Tim dicke Schicht aus Polyäthylenterephthalatharz auflaminiert.

Die Rutsche wird dann durch eine abschaltbare Wechselstrom-Koronaentladungseinrichtung aufgeladen, die die Eigenschaft hat, daß nu- so lange Strom an die Testeinrichtung geliefert wird, wie zwischen dem Koronagitter und der Rutsche eine Potentialdifferenz besteht. Während des Ladens wird, je nach der Polarität der zu messenden Tonerladung, die Mittelelektrode positiv oder negativ vorgespannt.

Da die Spannung auf der Oberfläche der Rutsche gleich der Spannung des Gitters der Koronaladevorrichtung ist, dient dies als ein Mittel zur wiederholten meßbaren Aufladung der Rutsche. Nachdem die Polyäthylenterephthalatharz-Schicht geladen ist, werden die beiden Elektroden an Erde gelegt.

Das Oberflächenpotential ist dann nur durch die auf der Schichtoberfläche vorhandene Ladung bedingt, und es verbleibt ein Ladungsbild, welches in gewisser Weise mit dem Ladungsbild auf einem Fotoleiter vergleichbar ist. Um die Spannung zu messen, auf die die Rutsche aufgeladen ist, wird ein elektrostatisches Voltmeter benutzt. In diesen Testläufen wurden + 350 Volt gewählt, je nach der Polarität der Tonerladung. Es sei bemerkt, daß die Schicht aus Polyäthylenterephthalatharz wie ein Kondensator wirkt, so daß dort eine Ladung auf der Probenelektrode gespeichert wird, deren Größe gleich unci deren Polarität entgegengesetzt der Ladung auf der Schichtoberfläche ist.

Wenn der Entwickler kaskadenartig über die Rutsche herunterrieselt, lagert sich über der Mittel-

elektrode Toner ab und entlädt dort die Rutsche. Der resultierende Strom wird einem Integrationsverstärker zugeführt, dessen Ausgangsspannung proportional dem Integral des Stromes ist. Ein Rückkcpplungskondensator mit 10"⁸ Farad wird zur Eichung verwendet und liefert einen Eichfaktor von 10~^s Coulomb Ladung pro Volt Ausgangsspannung. An Hand der gemessenen Ausgangsspannung läßt sich die durch den anhaftenden Toner kompensierte Ladung leicht errechnen. Die Masse des niedergeschlagenen Toners läßt sich durch Wägen der Rutsche vor und nach dem Entwicklungstest durch Berieseln mit dem Entwickler leicht bestimmen. Die spezifische Ladung wird errechnet, indem man die ersetzte Ladung durch das Gewicht des niedergeschlagenen Toners dividiert und in Elementarladungen je Gramm umrechnet

Die gemessenen und berechneten Ladungen sind

glUpillJlpll III L· 1 g. 1 ULK.! UIrI flUOUUIllt.llljJl,IUlUl UUl getragen, wobei die Kurve 10 die Ladungen für den Toner A, die Kurve 11 die Ladungen für den Toner C und die mit 12 bezeichnete Kurve die Ladungen für den Toner B darstellen. Dabei ist zu ersehen, daß über die Aushärttemperaturen die Größe und Polarität der den drei Tonern aufgeprägten Ladung bei Verwendung des mit dem beschriebenen fluorhaltigen Material und einem weiteren Kunststoff beschichteten Trägers steuerbar ist.

Beispiel II

Ein Uberzugsmaterial aus einem fluorhaltigen Polymerisat und einem weiteren Kunststoff wird im Volumenverhältnis 1 : 1 mit einem geeigneten Verdünner, wie beispielsweise 2 Gewichtsteile Methylisobutylketon und 3 Gewichtsteile N-MethyI-2-pyrrolidon durch Umrühren bei Raumtemperatur gemischt und auf Stahlkugeln aufgesprüht, die einen durchschnittlichen Durchmesser von ungefähr 450 Mikron und eine zur Haftung hinreichend gereinigte Oberfläche aufweisen. Das fluorhaltige Polymerisat ist ein Mischpolymerisat aus Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen mit thermischen Eigenschaften nahe beim 1 : 1-Verhältnis der Mischpolymerisatkomponenten. Der weitere Kunststoff ist Urethan.

Dss Obcrzu^smiiterisil Ϊ!£^σί ⁿrimär als eine Lösun⁰" vor, die Lösungsmittel und zusätzlich zum fluorhaltigen Polymerisat und zum weiteren Kunststoff ein Pigment enthält. Der weitere Kunststoff ist im wesentlichen in den Lösungsmitteln gelöst, die aus einer Mischung von Methylisobutylketon und N-Methyl-2-pyrroIidon im Gewichtsverhältnis 2:3 mit einem kleinen Wasseranteil von ungefähr 5 % des Lösungsmittels bestehen. Das Pigment, in diesem Fall ein Eisenoxyd, und das fluorhaltige Polymerisat sind gemeinsam in der Lösung der Lösungsmittel und des weiteren Kunststoffs suspendiert. Das fluorhaltige Polymerisat macht etwa 20 Gewichtsprozent der Gesamtlösung aus, der weitere Kunststoff etwa 6%, die Lösungsmittel ungefähr 71% der Gesamtlösung und das Pigment etwa 3 % der Gesamtlösung aus.

50 ml des aufgelösten Materials werden pro 454 g Stahlkugeln aufgebracht. Das Material wird auf die Kugeln in einem Wirbelbett-Turm bei einer Überzugstemperatur von etwa 66° C aufgesprüht.

Fünf Teile des so vorbereiteten Materials werden nun bei fünf verschiedenen Temperaturen im Ofen ausgehärtet, wobei die Temperaturen für die einzelnen Teile etwa 190, 246, 302, 375 und 413° C betragen. Bei jedem TeiJ werden die beschichteten Stahlkugeln auf ihre vorherbestimmte Temperatur erwärmt und dort für etwa 15 Minuten belassen, dann aus dem Ofen herausgenommen und mittels der Umgebungsluft auf Raumtemperatur abgekühlt. Danach erfolgt wieder Sieben zur Zurückhaltung von Agglomeraten mit einem Sieb, welches einen Lochdurchmesser von 500 Mikron aufweist.

Teile dieser fünf Portionen, die bei den verschie-

to denen Temperaturen ausgehärtet wurden, werden nun mit drei verschiedenen Tonern mit einem Gewichtsverhältnis von etwa 0,7% Toner und 99,3% Trägerfeilchen gemischt. Die drei Toner sind dieselben wie ira Beispiel I. Die erzeugten Ladungen zwischen diesen 15 Toner-Trägergemischen werden nunmehr in derselben Weise, wie im Beispiel I beschrieben, gemessen. Die berechneten Ladungen sind graphisch über der Aushärttemperatur in Fig. 2 dargestellt. Die

J* WW t^% 1 J%· ^ W^-^> lit f\ I ^fc 1 *fc ^¹I 1 Urt ^im rill* ^10H

ao iieten Toner dar, die Kurve 15 illustriert die Ladungen für den Toner C, und die Kurve 16 zeigt die Ladungen für den Toner B. Auch hier ist wieder klar ersichtlich, daß durch die verschiedenen Aushärttemperaturen die den Tonerteilchen aufgeprägten Ladungen steuerbar sind.

Beispiel III

Ein Überzugsmaterial mit einem fluorhaltigen PoIymerisat und einem weiteren Kunststoff wird im Volumenverhältnis von etwa 1 : I mit einem geeigneten Verdünner, wie beispielsweise 1 Gewichtsteil Methylisobutylketon und 3 Gewichtsteile N-Methyl-2-pyrrolidon, durch Umrühren bei Raumtemperatur gelöst und auf Stahlkugeln aufgesprüht, die einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 450 Mikron und eine zur Haftung hinreichend gereinigte Oberfläche aufweisen. Das fluorhaltige Polymerisat ist ein Mischpolymerisat aus Tetrafluorethylen und Hesafluorpropylen, welches thermische Eigenschaften nahe beim 1 : 1-Verhältnis der Mischpolymerisat-Komponenten besitzt. Der weitere Kunststoff ist Urethan.

Das Überzugsmaterial liegt primär als eine f ösung vor, die Lösungsmittel und ein Pigment zusätzlich zu dem fluorhaltigen Polymerisat und dem weiteren Kunststoff besitzt. Der weitere Kunststoff ist im wesentlichen in den Lösungsmitteln aufgelöst, die eine Mischung aus Methylisobutylketon und N-Methyl-2-pyrrolidon im Gewichtsverhältnis 1 : 3 bilden.

Das Pigment, welches Cobaltaluminat ist, und das fluorhaltige Polymerisat sind in der Lösung des Lösungsmittels und des weiteren Kunststoffs gemeinsam suspendiert. Das fluorhaltige Polymerisat macht etwa 16% der Gesamtlösung aus, der weitere Kunststoff etwa 5%, die Lösungsmittel etwa 75% der gesamten Lösung und das Pigment etwa 4% der Gesamtlösung.

50 ml des gelösten Materials werden auf 454 g

Stahlkugeln aufgebracht. Das Material wird in einem

Wirbelbett-Turm aufgebracht bei einer Beschichtungstemperatur von etwa 66° C.

Fünf Teile dieses so vorbereiteten Materials werden nunmehr in Öfen bei fünf verschiedenen Temperaturen ausgehärtet. Die eine Temperatur beträgt etwa 190° C, die zweite etwa 246° C, die dritte etwa 302° C, die vierte etwa 357° C und die fünfte etwa 413° C. Jede Portion der beschichteten Kügelchen wird auf ihre vorherbestimmte Temperatur erhitzt und dort für etwa 15 Minuten gehalten, dann aus

15

dem Ofen herausgeholt und mittels der Umgebungsluft auf Raumtemperatur abgekühlt. Danach findet wieder eine Siebung zur Zurückhaltung von Agglomeraten statt, wobei das Sieb einen Lochdurchmesser von etwa 500 Mikron aufweist.

Teile dieser fünf Portionen, die bei den verschiedenen Temperaturen ausgehärtet wurden, werden nunmehr mit jedem von zwei verschiedenen Tonern gemischt, und zwar in einem Gewichtsverhältnis von etwa 1% Toner und 99⁰O Trägerteilchen. Der eine Toner ist der im Beispiel I mit Toner A bezeichnete Toner, und der zweite ist der mit B im Beispiel I bezeichnete Toner. Die zwischen diesen zehn Toner-Trägergemischen erzeugte Ladung wird auf dieselbe Art wie im Beispiel I gemessen. Die daraus errechneten Ladungen sind graphisch über der Aushärttemperatur in F i g. 3 dargestellt. Dabei gibt die mit 18 bezeichnete Kurve die Ladungen für den Toner A und die mit 20 bezeichnete Kurve die Ladungen für den mit B bezeichneten Toner wieder. Auch hier ist ersichtlich, daß über die Aushärttemperatur die von den speziell beschichteten Trägerteilchen ajf die Tonerteilchen aufgebrachte Ladung steuerbar ist.

Beispiel IV ²S

Trägerteilchen werden in derselben Art wie im Beispiel I vorbereitet. Vier verschiedene Portionen dieses Materials werden nunmehr in einen Ofen verbracht, und die Temperatur der Stahlkugeln wird in jedem Teil nunmehr auf etwa 302' C gebracht. Ein Teil wird nach 10 Minuten bei 302 C herausgeholt, ein zweiter Teil nach 20 Minuten bei 302° C, ein dritter Teil nach 30 Minuten bei derselben Temperatur und ein vierter Teil nach 60 Minuten bei ebenfalls 302° C aus dem Ofen herausgeholt. Alle Portionen werden über die Umgebungsluft auf Raumtemperatur abgekühlt Und durch ein Sieb mit einem Lochdurchmesser von 500 Mikron durchsiebt, um Agglomerate zurückzuhalten.

Bruchteile dieser vier Portionen, die bei einer Temperatur von 302' C und verschiedenen Zeitdauern ausgehärtet wurden, werden nunmehr mit drei verschiedenen Tonern gemischt, und zwar bei einem Gewichtsverhältnis von etwa 0.7 Gewichtsprozent Toner und 99,3 Gewichtsprozent Trägerteilchen. Die drei verwendeten Tonet sind dieselben wie im Beispiel I.

Die Ladung dieser zwölf Toner-Trägergemische wird auf dieselbe Weise gemessen wie im Beispiel I 5" beschrieben. Die so festgestellten Ladungen sind in F i g. 4 über der Aushärtzeit aufgetragen, wobei die Kurve 21 die Ladungen für den Toner A wiedergibt, die Kurve 22 die Ladungen für den Toner C und die Kurve 23 die Ladungen für den Toner B wiedergibt. Es läßt sich daraus ersehen, daß die Aushärlzeit keinen wesentlichen Effekt auf die Ladungen zwischen den drei verschiedenen Tonern und den Trägerteilchen hat.

Die Beispiele I bis III zeigen, daß die Benutzung 6s mit besonderen Tonern und die Behandlung bei genau gewählter Temperatur die Steuerung der Mischung eines fluorhaltigen Polymerisats und eines weiteren Kunststoffs zuläßt, um daraus Beschichtungsmaterial für Trägerteilchen zu gewinnen, bei dem der Entwickler, in welchem die Trägerteilchen verwendet werden, in seiner triboelektrischen Ladungsgröße und Polarität im Hinblick auf die Toner gesteuert werden kann. Weitere Beispiele, die nunmehr beschrieben werden, zeigen auf, daß die Beschichtungen der Beispiele I und Il langlebig sind, wenn sie in einem Entwicklersimulator geprüft werden.

Der Entwicklersimulator, in dem die Entwickler gemäß den folgenden Beispielen V bis VII geprüft werden, entspricht im wesentlichen einem Kaskadenentwickler üblicher Bauweise mit Becherwerkförderung. Der Entwickler wird aus einem Vorratsbehälter

ία durch umlaufende Becher herausgehoben, zu einem Punkt oberhalb einer Trommel transportiert, die eine Fotoleitertrommel simulieren soll, und dann kaskadenartig über die Trommeloberfläche herabgerieselt, wobei sie dabei durch die Schwerkraft in den Vorratsbehälter zurückfällt. Dieser kontinuierlich wiederholte Umlauf simuliert die Umstände, denen ein Entwickler in einer laufenden Kopiermaschine ausgesetzt ist.

Für die folgenden Beispiele wurden die Materialien

a° vorbereitet und in einem solchen Entwicklungssimulator getestet.

Beispiel V

Auf Stahlkügelchen mit einem mittleren Durchmesser von ungefähr 450 Mikron und einer zur Haftung hinreichend gereinigten Oberfläche wird ein Überzug aufgespiüht, der aus einem in Methylethylketon unter Umrühren bei Raumtemperatur gelösten löslichen roten Farbstoff und 4,4 Gewichtsprozent N-Äthylcellulose besteht.

Ungefähr 100 ml dieser Lösung werden pro 454 g Stahlkügelchen aufgebracht. Das Material wird auf die Kugeln in einem Wirbelbett-Turm bei einer Beschichtungstemperatur von etwa 27° C aufgesprüht.

Die beschichteten Kerne werden dann in einen Ofen verbracht, dort für etwa 24 Stunden bei einer Temperatur von etwa 88^C C erwärmt und anschließend für eine weitere Stunde bei etwa 132⁰C gehalten. Die ausgehärteten Kügelchen werden dann aus dem Ofen genommen, durch die umgebende Luft auf Raumtemperatur abgekühlt und mit einem Sieb, dessen Lochweite 500 Mikron beträgt, durchgesiebt, um Agglomerate zurückzuhalten.

Ein Entwicklungsgemisch, das die Vergleichsprobe bilden soll, wird durch sorgfältige Mischung von 0,5 Gewichtsprozent des Toners A mit diesen Trägerteilchen erstellt. Der so erhaltene Entwickler wird nunmehr in den Kaskadenentwicklungssimulator ausgetcMet.

Nach 273 Stunden einer derartigen Simulierung wird der Träger geprüft. Wesentliche Teile der Beschichtung fehlen, und die Trägeroberfläche ist mit einem starken Tonerfilm überzogen oder von Toner beklebt Die Ladung, die dem Toner A aufgeprägt wird, wird durch die in den Beispielen I bis IV dargelegte Methode an Hand zweier Proben gemessen. Eine Probe wird dem Entwickler am Anfang der Simulierung entnommen und die zweite am Ende. Die Ladung des Toners hat ungefähr um 3O⁵/o während der Simulierung abgenommen,

Mit dem zuletzt entnommenen Material in einem Kopiergerät entwickelte elektrostatische Bilder sind darüber hinaus durch eine starke Schleierbildung und eine nur schwache Abgrenzung der dargestellten Zeichen gekennzeichnet. Starke Tonerwölkeri wären außerdem noch in der arbeitenden Entwicklungseinrichtung festzustellen,

Beispiel VI

Es wird derselbe Entwicklungssimulatorversuch durchgeführt wie im Beispiel V, jedoch wird ein Träger, wie im Beispiel I beschrieben, verwendet, an Stelle des rotgefärbten Ätbylcelluloseträgers. Es wird weiterhin der Toner A in einem Gewichtsverhältnis von 0,5 °/o und derselbe Entwicklungssimulator benutzt.

Der Träger wird ungefähr 360 Stunden erprobt und anschließend untersucht. Es konnte keine wesentliche Filmbildung oder eine Verklebung durch Toner festgestellt werden, und der von den Trägerteilchen abgeblätterte Überzug ist minimal.

Die dem Toner A zugeführte Ladung wird durch das in den Beispielen I bis IV beschriebene Verfahren an zwei Proben gemessen. Eine Probe wird dem Entwickler am Anfang der Simulation und die zweite am Ende entnommen. In der Ladung konnte kein wesentlicher Unterschied bei den beiden Proben festgestellt werden.

Mit diesem Material in einem Kopiergerät, welches später in dem Beispiel VIII noch beschrieben wird, hergestellte Kopien zeigen eine nur schwache Schleierbildung, eine gute Bildqualität und eine wesentlich geringere Tonerwolkenbildung in der Entwicklungseinrichtung auf, als bei der Vergleichsprobe im Beispiel V.

Beispiel VII

Es wird derselbe Entwicklungssimulatorversuch durchgeführt wie im Beispiel V, jedoch wird als Uben.dgsmaterial für den Träger eine Lösung wie im Beispiel II verwendet. Dieses Überzugsmaterial wird an Stelle des rotgefärbten Äthylcelluloseüberzugsmaterials verwendet. Es werden weiterhin 0,5 Gewichtsprozent des Toners A benutzt und derselbe Entwicklungssimulator verwendet.

Der Träger wird etwa 340 Stunden getestet und dann untersucht. Es konnte keine wesentliche Filmbildung oder Tonerablagerung festgestellt werden, und der Anteil der vom Träger abgesprungenen Beschichtung ist minimal gewesen.

Die dem Toner A zugeführte Ladung wird wiederum durch die in den Beispielen I bis IV dargelegte Methode gemessen. Eine Probe wird dem Entwickler am Anfang der Simulierung und eine zweite am Ende der Simulierung entnommen. In der Ladung läßt sich eine zwar merkliche, jedoch nicht einschränkende Verschlechterung feststellen.

Mit diesem Material im gleichen automatischen Kopiergerät, wie im Beispiel VIII beschrieben, hergestellte Kopien weisen einen schwachen Schleier bei guter Bildqualität auf, und es konnte eine geringere Tonerwolkenbildung festgestellt werden als im Beispiel V.

Um die Qualität der Kopien zu prüfen, die mit einem Entwickler hergestellt werden, dessen Trägerteilchen nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt wurden, werden naeh den Beispielen I und II hergestellte Trägerteiichen in einem selbsttätigen Kopiergerät erprobt und mit einer Kontrollprobe ver^ glichen. Das automatische Kopiergerät ist wie ein handelsübliches Gerät mit Lade, Belichtungs-, Enttoicklungs-, Übertragungs* und ReirtigUngsstätiönett ausgerüstet. Die Entwicklungsstation arbeitet mit einem Kaskadenentwickler üblicher Bauweise mit Becherwerkförderung* Das automatische Kopiergerät

verwendet einen Fotoleiter der Art, wie er in dem USA.-Patent 34 84 237 beschrieben ist.
Die folgenden Beispiele zeigen die Ergebnisse.

Beispiel VIII

Die Trägerteiichen werden in derselben Weise hergestellt wie im Beispiel V beschrieben. Der einzige Unterschied besteht darin, daß der Toner A in einem Verhältnis von 0,8 Gewichtsprozent verwendet wird ίο an Stelle von 0,5 Gewichtsprozent.

Der erhaltene Entwickler wird in das Kopiergerät gegeben, und es wurden 1 Million Kopien hergestellt. Die Trägerqualität wurde durch laufende Beobachtung des Verlustes an Beschichtung, der Filmbildung bzw. der Haftfähigkeit des Toners auf den Trägern sowie der Tonerkonzentration überprüft, die für gleichwertige Bilddichten bei praktisch konstanten elektrostatischen Bedingungen für den Foto'eiter notwendig sind.

ao Nach 300000 Kopien hatte der Träger etwa 10 bis 15% seiner Beschichtung verloren, zeigte einen gewissen Tonerfilm, und es mußte mit etwa 0,6 bis 0,7 Gewichtsprozent Toner gearbeitet werden, um in etwa gleichwertige Bilddichten für die Kopien zu eras zielen gegenüber denen, die bei einer Tonerkonzentration von 0,8 bis 0,9 Gewichtsprozent Toner am Anfang des Tests vorhanden waren. Nach einer Million Kopien hatten die Träger etwa 20 bis 25°/o ihrer Beschichtung verloren, waren mit einem starken Tonerfilm überzogen, und es mußte mit 0,3 bis 0,4 Gewichtsprozent Toner gearbeitet werden, um gleichwertige Druckdichten, wie am Beginn des Tests zu erzielen, als 0,8 bis 0,9 Gewichtsprozent Toner verwendet wurden. Diese Ergebnisse zeigen, daß die Fähigkeit der Trägerteilchen, den Toner triboelektrisch aufzuladen, stark abgenommen hat und daß die Betriebsbedingungen, insbesondere die Tonerkonzentration verändert werden mußten, um die Verschlechterung der Bildqualität auszugleichen.

Beispiel IX

Es wird derselbe Versuch durchgeführt wie im Beispiel VIII, jedoch wird an Stelle des rotgefärbten Äthylcelluloseträgers jetzt ein Träger verwendet, wie er im Beispiel I beschrieben ist. Es werden 0,8 Gewichtsprozent des Toners A benutzt, ein ebensolches Kopiergerät, und der Versuch wird bis zu einer Million Kopien durchgeführt. Wiederum werden die Trägcrqualitäten überwacht, und zwar üdrch laufende Beobachtung des Beschichtungsverlustes, der FiImbildui.g oder Haftung des Toners und der für gleichwertige Bilddichien erforderlichen Tonerkonzentration bei im wesentlichen konstanten elektrostatischen Betriebsbedingungen für den Fotoleiter.

Nach 300000 Kopien hat der Träger nur etwa 5°/o seiner Beschichtung verloren, praktisch keinen Tonerfilm aufzuweisen, und die Tonerkonzentration für gleichwertige Bilddichte hat sich seit Beginn der Prüfung nicht wesentlich geändert. Nach einer Million

6a Kopien hat der Träger nur etwa 10 bis 15% seiner Beschichtung verlören, weist rtöch keine wesentliche Tonerfilmbildung auf, iirtd die Tonerkonzentration für eine gleichwertige Bilddichte hat sich seit Beginn der Prüfung nicht wesentlich geändert.

Beispiel IX

Es Wird derselbe Versuch durchgeführt wie im Beispiel VIII, jedoch wird für den rotgefärbten

17 18

Äthylcelluloseträger ein Träger verwendet, der ge- daß diese zweite Schicht auf die oben im selben Beimaß Beispiel II hergestellt wurde. Es werden 0,8 Ge- spiel beschriebene erste Schicht aufgebracht wird,
wichtsprozent des Toners A und dasselbe Kopier- Die Kugeln werden dann aus dem Wirbelbettgerät wie im Beispiel IX verwendet. Wiederum wird Turm herausgenommen, in einen Ofen gebracht und die Trägerqualität überwacht durch laufende Beob- 5 auf eine Temperatur von etwa 416° C erhitzt und achtung der Beschichtungsverluste, der Filmbildung dort für etwa 11 Minuten gehalten. Das Material oder Tonerhaftung auf den Trägerteilchen und der wird daraufhin unmittelbar in zwei gleiche Teile auffür eine gleichwertige Bilddichte erforderlichen geteilt. Die eine Portion wird über die umgebende Tonerkonzentration bei praktisch konstanten elektro- Luft auf Raumtemperatur abgekühlt, und die andere statischen Betriebsbedingungen für den Fotoleiter. io Hälfte wird in Wasser von einer Temperatur zwischen

Nach 300000 Kopien hat der Träger etwa 7°/o etwa 10 und 21° C rasch abgeschreckt,

seiner Beschichtung verloren, weist praktisch keine Das durch die Luft abgekühlte Material wird

Tonerfilmbildung auf, und die Tonerkonzentration für durch ein Standardsieb mit einem Lochdurchmesser

eine gleichwertige Bilddichte ist nur etwa 0,1 °/o nied- yon 500 Mikron durchgesiebt, um Agglomerate zu-

riger als am Anfang des Tests. Die Erprobung wurde 15 riickzuhalten. Das abgeschreckte Material wird auf-

nicht weiter bis zu einer Million Kopien fortgesetzt. gebrochen, um Agglomerate zu reduzieren, dann in

Bei 300000 Kopien befand sich der Träger in einem Wirbelbett-Turm mit warmer Luft von etwa

einem besseren Zustand als der rotgefärbte Äthyl- 121⁰C für etwa 20 Minuten getrocknet und danach

cellulosetriiger des Beispiels VIII, mit weniger Be- auf Raumtemperatur abgekühlt. Die triboelektrischen

schichtungsverSust und keiner Filmbildung, aber nicht ao Ladungen, die das abgeschreckte Material auf den

so gut wie der Träger mit der Beschichtung gemäß Toner C und die das luftgekühlte Material auf den-

Beispiel IX, da die Tonerladung etwas abgenommen selben Toner C aufbringen, werden nunmehr durch

hat, was aus der Notwendigkeit hervorgeht, daß eine die im Beispiel I beschriebene Methode gemessen.

etwas niedrigere Tonerkonzentration zu verwenden Die triboelektrische Ladung zwischen dem Träger mit

ist. 25 dem abgeschreckten Beschichtungsmaterial und

Im folgenden Beispiel wird die Steuerung der La- diesem Toner ist um etwa 10"/O höher als die tribo-

dungsgrößi; beschrieben, bei der die Beschichtung aus elektrische Ladung, die der Träger mit dem luftge-

Polytetrafluoräthylen besteht und die Steuerung der kühlten Beschichtungsmaterial auf diesen Toner auf-

Aushärtung durch Abschrecken erfolgt. bringt. Alle Ladungsdaten bei ungefähr 0,7 Gewichts-

. 3° prozent Toner liegen zwischen 3,0 und 6,0 · 10¹³

Beispiel XI Elektronen pro Gramm des Toners, und die Toner-

Ein Überzugsmaterial mit Γ jlytetrafluoräthylen ladung ist triboelektrisch positiv. Das Abschrecken wird mit ungefähr zwei VoI imenteilen zu einem Vo- in Wasser hat die triboelektrische Ladung zwischen lumenteil mit Wasser durch Um! ,hren bei Raum- dem Träger mit der Beschichtung aus Polytetrafluortemperaturen gelöst und auf Stahlkugeln mit einem 35 äthylen und dem Toner C durch Beeinflussung der durchschnittlichen Durchmesser von etwa 450 Mikron Abkühlungsrate nach dem Aushärten beeinflußt,
und einer zur Haftung hinreichend gereinigten Ober- Das Beispiel XI zeigt, daß die Benutzung eines fläche aufgesprüht. Das Uberzugsmaterial ist eine besonderen Toners und eines Trägers, dessen Be-Lösung, v.elche ungefähr 35 Gewichtsprozent Poly- schichtung aus Polytetrafluorethylen besteht, welche tetrafluoräithylen, ungefähr 12%> Chromsäure und 4° abgeschreckt worden ist. die Möglichkeit der Träger-Phosphorsäure und etwa 53 Gewichtsprozent Wasser teilchenherstellung für einen Entwickler ermöglicht, enthält. bei der die triboelektrische Ladungsgröße der Träger-

Dieses Material wird in einem Wirbelbett-Turm teilchen steuerbar und gegenüber dem Toner größer

bei einer Überzugstemperatur von etwa 88° C auf die ist. Es soll nun in einem weiteren Beispiel dargelegt

Stahlkugeln aufgebracht. Ungefähr 12 ml des flüs- 45 werden, daß die Beschichtung gemäß dem Beispiel XI

sigen Materials werden auf 454 g Stahlkugeln auf- darüber hinaus eine große Lebensdauer bei Verwen-

gebracht. dung in einem Entwicklungssimulator besitzt.

Die so beschichteten Kugeln werden aus dem _R . . . ,,ti

Wirbelbett-Turm herausgenommen, in einen Ofen Beispiel Λ η

verbracht und auf eine Temperatur von etwa 416° C 5° Eine Probe des Trägermaterials mit der abge-

erhitzt und dort für etwa 11 Minuten belassen. Da- schreckten Polytetrafluoräthylenbeschichtung, herge-

nach werden die Trägerkugeln aus dem Ofen ent- steilt gemäß dem Beispiel XI, wird auf Lebensdauer

fernt und auf Raumtemperatur mittels Umgebungs- hin 650 Stunden in dem bereits beschriebenen Ent-

luft abgekühlt und dann zurück in den Wirbelbett- wickiungssimulator geprüft. Der Entwicklungssimu-

Turm gebracht. 55 lator ist ein Kaskadenentwickler mit einem bekannten

Ein weiteres Überzugsmaterial ist im Volumenver- Becherwerkförderer, wie er im Zusammenhang mit

hältnis 2: I mit Wasser durch Umrühren bei Raum- den Beispielen V bis VII beschrieben wurde. Es wird

temperatur gelöst und wird nunmehr auf die Kugeln in dem Simulator kein Toner benutzt, jedoch wird

in dem Wirbelbett-Turm bei einer Beschichtungstem- die Fähigkeit des Trägers, den Toner triboelektrisch

pefätuf von etwa 88° C aufgebracht. Das weitere 60 aufzuladen, periodisch geprüft, indem der Träger aus

Uberzugsmaterial enthält ungefähr 48 Gewichtspro- dem Simulator herausgenommen wird, mit etwa 0,8

zent Polytetrafluorethylen, ungefähr 3°/o eines ober- Gewichtsprozent Toner C gemischt wird und mit

flädhenaktiven Mittels (eine Mischung von einem diesem Gemisch in einem Kopiergerät mit Kaskaden-

Alkylarylpolyäther-Alkohol mit organischem Sul· entwicklung Kopien hergestellt werden. Der Träger

fonat) und ungefähr 49 Gewichtsprozent Wasser und 65 wird weiterhin auf Beschichtungsverletzung und Be-

Toluol in einem Verhältnis von 95:5. Etwa 30 ml schichtungabrieb hin überprüft,

des flüssigen Materials werden auf 454 g Stahlkugel Nach 650 Stunden wies der Träger weniger als

aufgebracht. Es sei hier der Klarheit wegen bemerkt, lO°/o Beschichtungsverlust auf, und es wurden aus-

gezeichnete Kopien in einem automatischen Kopiergerät hergestellt. Die 650 Stunden dauernde Entwicklungssimulation hat die Beschichtungseigenschaften des Materials Polytetrafluoräthylen nicht wesentlich vermindert.

Beispiel XIII

Ein Überzugsmaterial aus ungefähr 11 Gewichtsprozent Polyviiiylchloridharz und ungefähr 1 Gewichtsprozent Rotfarbstoff wird in Methyläthylketon durch Umrühren bei Raumtemperatur gelöst und auf Stahlkugeln aufgesprüht, die einen mittleren Durchmesser von ungefähr 450 Mikron und eine zur Haftung hinreichend gereinigte Oberfläche aufweisen, aufgesprüht. Das Material wird wiederum in einem Wirbelbett-Turm aufgesprüht, und zwar bei einer Überzugsiemperatur von etwa 32° C, wobei 45 ml je 454 g Stahlkugeln verwendet werden.

Die beschichteten Stahlkugeln werden dann in einen Ofen verbracht und 6 Stunden auf eine Temperatur von etwa 88° C erhitzt. Die Temperatur wird dann auf etwa 99° C für ungefähr 1 Stunde erhöht. Danach werden die Kugeln aus dem Ofen herausgenommen und durch Umgebungsluft auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Material wird danach durch ein Standardsieb mit einem Lochdurchmesser von 500 Mikron gesiebt, um Agglomerate zurückzuhalten.

Eine Probe dieses so hergestellten Materials wird nun 50 Stunden in einem Entwicklungssimulator nach dem Beisipel XII auf Lebensdauer hin überprüft. Nach nur 50 Stunden Simulierung hat die Beschichtung um wenigstens 50 % abgenommen, und der Träger ist stark zerstört und elektronegativ geworden.

Wegen der Beschädigung der Beschichtung der Trägerteilchen, die gemäß dem Beispiel XIII beschichtet wurden, konnten diese Trägerteilchen in einem automatischen Kopiergerät für die Herstellung und Überprüfung der Kopienqualität nicht mehr eingesetzt werden.

Beispiel XIV

Eine Probe des Trägers, dessen Beschichtung aus abgeschrecktem Polytetrafluoräthylen besteht, welche nach dem Beispiel XI hergestellt wird, wird in einem Kopiergerät auf Lebensdauer hin während 380000 Kopien überprüft. Die Maschine weist die üblichen Aufladungs-, Belichtungs-, Kaskadenentwicklungs-, Übertragungs-, Fixier- und Reinigungsstationen auf. Die Trägereigenschaft wird durch andauernde Beobachtung des Beschichtungsverlustes, der Filmbildung oder Tonerablagerung und der Kopienqualität überprüft.

Nach 380000 Kopien ist keine wesentliche Filmbildung vorhanden, nur ein Beschichtungsverlust von 10°/o ist zu verzeichnen, und es läßt sich eine ausgezeichnete Kopienqualität erreichen. Die Fähigkeit des Trägers, den Toner triboelektrisch aufzuladen, hat sich nicht wesentlich vermindert. Basierend auf diesen erkannten Parametern für die Tri^iirverminderung kann festgestellt werden, daß die Leben' dauer dieses Trägers wesentlich größer ist als 380 000 Kopien.

Die Beispiele I bis IV zeigen, daß die Größe der triboelektrischen Ladung auf ihre Polarität nicht von der Aushärtzeit, sondern nur von der Aushärttemperatur beeinflußt wird, auf die die Trägerteilchen erhitzt werden. Deshalb ist es nicht notwendig, die Trägerteilchen bei den ausgewählten Temperaturen mehr als 15 Minuten zu erhitzen.

Das Beispiel XI beschreibt, daß die Steuerung der Größe der triboelektrischen Ladung der Trägerteilchen, abhängig von der Tonerzusammensetzung, effektiv gesteigert werden kann. Dadurch wird eine größere Flexibilität erreicht, wenn Teilchen mit reinem Polytetrafluoräthylen beschichtet werden.

Aus dem Vorgehenden geht einwandfrei hervor, daß die Beschichtung der Trägerteilchen im wesentlichen nur aus fluorhaltigem Polymerisat bestehen kann oder aus einer Mischung eines fluorhaltigen Polymerisats und eines weiteren Kunststoffs.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von beschichteten, auf ein gewünschtes Potential aufladbaren Trägerteilchen für einen elektrofotografischen Kaskaden- oder Magnetbürstenentwickler, bei dem Teilchen mit einer Schicht eines fluorhaltigen Polymerisats oder Mischpolymerisats, das gegebenenfalls mit einem weiteren Kunststoff gemischt ist, beschichtet werden, dadurch gekennzeichnet,daß die Schichten der Trägerteilchen in Abhängigkeit von ihrer gewünschten Haftung auf den Teilchen durch 10 bis 40 Minuten langes Erwärmen und in Abhängigkeit des gewünschten aufladbaren Potentials auf eine Temperatur zwischen 75 und 430° C gehärtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als fluorhaltiges Polymerisat Polytetrafluonithylen verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Kunststoff ein Epoxydharz oder Polyurethan verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung der Teilchen durch ein;;n Wirbelbett-Beschichtungsprozeß erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ferromagnetische Teilchen beschichtet werden.