DE2227285A1

DE2227285A1 - Entwicklergemisch

Info

Publication number: DE2227285A1
Application number: DE2227285A
Authority: DE
Inventors: Stewart W Volkers
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1971-06-10
Filing date: 1972-06-05
Publication date: 1973-01-04
Also published as: DE2227285C3; NL7207840A; AT321715B; DE2227285B2; ZA723960B; SE375864B; JPS5314223B1; AU460081B2; BR7203719D0; AU4330972A; FR2141298A5; ES403665A1; CA984202A; GB1355485A; SE7207388L; AR203711A1; IT959792B; BE784451A

Description

XEROX CORPORATION, Rochester, N.Y./USA

Entwicklergemisch

Die Erfindung betrifft allgemein Abbildesysteme und insbesondere verbesserte elektrostatographische Entwicklergemische.

Die Bildung und Entwicklung von Bildern auf der Oberfläche von photoleitfähigen Materialien durch elektrostatische Maßnahmen ist bekannt. Das grundlegende xerographische Verfahren wird in der US-Patentschrift 2 297 691 beschrieben. Dabei geht man so vor, daß man auf eine photoleitfähige, isolierende Schicht eine gleichförmige elektrostatische Ladung aufbringt, die Schicht einem Licht-und-Schatten-Bild aussetzt, um die Ladung auf den Flächen der dem Licht ausgesetzten Schicht zu zerstreuen, und das resultierende elektrostatische Bild entwickelt, indem man auf dem Bild ein feinverteiltes, elektroskopiscb.es Material, das als Toner bezeichnet wird, abscheidet. Der Toner wird von diesen Gegenden der Schicht angezogen, die eine Ladung tragen, wodurch ein Tonerbild gebildet wird, welches dem

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latenten, elektroskop!sehen Bild entspricht. Dieses Pulverbild kann dann gewöhnlich elektrostatisch auf eine Trägeroberfläche, beispielsweise Papier, überführt werden. Das überführte Bild kann sodann auf der Trägeroberfläche durch Wärme oder andere geeignete Fixierungsmittel wie Lösungsmittel auffixiert werden. Anstelle davon kann man auch eine Überschichtungsbehandlung anwenden.

Es sind viele Methoden bekannt, um die elektroskopischen Teilchen auf das latente elektrostatische Bild, das entwickelt werden soll, aufzubringen. Ein Entwicklungsverfahren, das in der US-Patentschrift 2 618 582 beschrieben wird, wird als Kaskaden-Entwicklung bezeichnet. Bei diesem Verfahren wird ein Entwicklermaterial, das aus relativ großen Trägerteilchen mit feinverteilten Tonerteilchen, die elektrostatisch an der Oberfläche der Trägerteilchen haften, besteht, auf die latente Oberfläche, die das latente elektrostatische Bild trägt, aufgebracht und quer dazu verwalzt oder kaskadiert. Die geladenen Teile der Oberfläche haben eine Ladung der gleichen Polarität, die aber stärker ist als diejenige der Trägerteilchen. Die Toner- und Trägerteilchen mit entgegengesetzten Polaritäten werden so ausgewählt, daß die Tonerteilchen an den Trägerteilchen haften. Zur Entwicklung eines negativ geladenen, latenten elektrostatischen Bildes sollte die Toner- und Trägerkombination in der Weise ausgewählt werden, daß der Toner bezüglich des Träger triboelektrisch positiv ist. Umgekehrt wird zur Entwicklung eines positiv geladenen, latenten elektrostatischen Bildes eine Toner- und Trägerkombination verwendet, in welcher der Toner bezüglich des verwendeten Träger triboelektrisch negativ ist. Diese triboelektrische Beziehung zwischen dem Toner und dem Träger hängt von den relativen Stellungen der Materialien in der "triboelektrischen Reihe" ab. In dieser Reihe werden die einzelnen Materialien in aufsteigender Reihenfolge der Fähigkeit zur Aufnahme einer positiven Ladung angeordnet. Jedes Material ist gegenüber einem unten stehend einklassifizierten Material in der Reihe positiv und gegenüber einem Material oberhalb davon negativ. Wenn das Gemisch über

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die bildtragende Oberfläche kaskadiert oder rollt, dann werden die Tonerteilchen elektrostatisch von dem Träger teilweise zu den geladenen Teilen der bildtragenden Oberfläche angezogen, während sie von den nicht geladenen oder Hintergrundteilen des Bildes, mit denen sie in Berührung kommen, nicht elektrostatisch angezogen werden. Das Kaskaden-Entwicklungsverfahren besitzt den ausgeprägten Vorteil, daß die meisten Tonerteilchen, die zufällig auf dem Hintergrundteil abgeschieden worden sind, durch. den_ rollenden bzw. walzenden Träger entfern^ werden, was , offenbar auf die größere elektrostatische Anziehung zwischen dem Toner und dem Träger als zwischen dem Toner und dem entladenen Hintergrund zurückzuführen ist. Die Trägerteilchen und die nicht verbrauchten Tonerteilchen werden sodann zurückgeführt. Das Kaskaden-Entwicklungsverfahren ist äußerst gut für die Ausbildung von Linien-Kopierungs-Bildern. Es ist das am meisten verwendete, handelsübliche xerographische Entwicklungsverfahren. Eine diese Technik verwendende Kopierungsmaschine ist z.B. in der US-Patentschrift 3 099 943 beschrieben.

Eine weitere Technik für die Entwicklung von elektrostatischen Bildern ist das Magnetbürstenverfahren, das beispielsweise in der US-Patentschrift 2 874 063 beschrieben wird. Bei diesem Verfahren wird ein Entwicklermaterial, das Toner- und magnetische Trägerteilchen enthält, von einem Magneten angezogen und befördert. Das magnetische Feld bewirkt eine Ausrichtung der magnetischen Trägerteilchen in bürstenartiger Konfiguration. Wenn diese "Magnetbürste" in Kontakt mit einer ein elektrostatisches Bild tragenden Oberfläche gebracht wird, dann werden die Tonerteilchen von den Trägerteilchen der Bürste zu den beladenen Gegenden der bildtragenden Oberfläche, aber nicht zu den nicht-geladenen Gegenden angezogen. Da die geladenen Gegenden eine bildweise Konfiguration haben, haftet das Tonermaterial an der bildweisen Konfiguration, wodurch das latente Bild gebildet wird.

Für die Anwendung von elektroskopischen Teilchen auf ein latentes elektrostatisches Bild, das entwickelt werden soll,

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sind noch viele weitere Methoden bekannt, z.B. die "Untenberührungs"-Entwicklung, wie sie in der US-Patentschrift 2 895 847 beschrieben wird. Die oben beschriebenen Entwicklungsverfahren sind zusammen mit zahlreichen Modifikationen durch verschiedene Patentschriften und Publikationen gut bekannt.

Bei einer automatischen Reproduktionsvorrichtung ist es herkömmlich, als Abbildungsplatte einen Photokonduktor oder ein leitfähiges Substrat in der Form einer zylindrischen Trommel oder eines flexiblen Bandes zu verwenden, der kontinuierlich durch einen Zyklus von aufeinanderfolgenden Operationen rotiert wird, die eine Beladung, Aussetzung, Entwicklung, Überführung und Reinigung einschließen. Die Entwicklungskammer wird mit einem Entwicklergemisch beschickt, das Trägerteilchen und genügend Toner für hunderte von Reproduktionszyklen enthält. Im allgemeinen enthält das frisch eingebrachte Entwicklergemisch etwa 1,5 bis 5% Toner, bezogen auf das Gewicht des Entwicklers. Diese Anfangskonzentration ergibt genügend Toner für viele Reproduktionszyklen, ohne daß eine unerwünscht hohe Hintergr-und-Tonerabscheidung bewirkt wird.

Der Platte wird gewöhnlich eine gleichförmige positive Ladung unter Verwandung einer"Vorrichtung verliehen, welche eine Korona bildet und die mit einer geeigneten Quelle für eine hohe Spannung verbunden ist. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in der US-Patentschrift 2 777 957 beschrieben. Die Platte wird sodann in einer bildweisen Konfiguration entwickelt, indem eine Aussetzung an ein Lichtbild erfolgt, welche dem su kopierenden Original entspricht. Das resultierende latente Bild wird sodann mit dem Entwicklergeraiscn in eine Entwicklungskonfiguration gebracht. Das relativ hohe elektrische Feld über den bebilderten Stellen der Platte zieht das Tonerpulver von den Trägerteilchen an, während im Idealfall dies bei den nicht mit einem Bild versehenen Stellen der Platte nicht der Fall ist. Im Optimalfall entspricht das beladene Muster auf der mit einem Bild versehenen Platte den hellen und den dunklen Stellen des Originals. Wie es jedoch in dem

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Buch "Xerography and Related Processes" Dessauer und Clark, The Focal Press, New York (1965), beschrieben wird, sind entwickelte Felder von dunkelbelichteten Stellen, die im Vergleich zu der Dicke des photoleitenden Films sehr groß sind, auf die Kanten der Bilder begrenzt. Zur Überwindung dieses unerwünschten Effekts wird eine leitende Oberfläche, die als "Entwicklungselektrode" bezeichnet wird, nahe des Metallsubstrats der mit einem Bild versehenen Platte angebracht,und zwar entweder mit oder ohne eine Vorspannung, um das elektrische Feld oberhalb der großen, gleichförmig geladenen Stellen zu erhöhen und um die Entwicklung in den festen Stellen zu unterstützen und die Entwicklung des Hintergrunds zu vermindern. Wenn solche Elektroden unter eine Vorspannung gesetzt werden, wie es bei den handelsüblichen Maschinen der Fall ist, darm wird zwischen der Platte und der Elektrode ein Feld gebildet, das genau der Ladungsdichte des latenten Bildes entspricht. Im Idealfall sollte eine solche Elektrode in einem tatsächlichen Kontakt gehalten werden, da sowohl die Entwicklung als auch die Hintergrund-Unterdrückungsfelder mit abnehmendem Abstand zwischen der Elektrode und der Platte erhöht werden. Es ist jedoch nicht praktisch, die Entwicklungselektrode in tatsächlichem Kontakt mit der Platte bei Entwicklerprozessen zu halten, bei denen Entwicklergemische mit festen Trägerteilchen verwendet v/erden.

Nach der Entwicklung wird das Bild auf eine Kopien-Trägeroberfläche beispielsweise aus Papier übertragen, indem das Papier elektrostatisch beschickt wird, damit es an dem entwickelten Bild haftet. Nach der Bildübertragung werden die restlichen Toner- und Trägerteilchen entfernt, bevor die Platte in nachfolgenden Zyklen wiederverwendet wird. Dies geschieht im allgemeinen dadurch, daß man der photoleitenden Oberfläche eine entgegengesetzte Ladung verleiht, wodurch eine elektrostatische Anziehung zwischen der Oberfläche und den Teilchen zunichte gemacht wird. Hierauf wird die Oberfläche gerieben, damit sämtliche zurückbleibenden Teilchen physikalisch entfernt werden und sie wird dem Licht ausgesetzt, um die Oberfläche

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vollständig zu entladen.

Es ist bekannt, zur Herstellung von Entwicklergemischen sowohl beschichtete als auch unbeschichtete Trägerperlen zu verwenden. Beschichtete Trägerperlen sind einer Zerstörung unterworfen, wenn sich der Überzug von dem Trägerkern ablöst, wenn die Trägerteilchen wiederholt Schlägen ausgesetzt werden und wenn sie gegen Maschinenteilchen und gegen die anderen Teilchen gerieben werden. Der abgetrennte Überzug bildet Chips und Flocken, die eine Streichung des Drucks und eine schlechte Druckqualität bewirken. Sie bilden weiterhin Feinstoffe und Schnitzel, die dazu neigen, auf den Maschinenteilchen unerwünschte Niederschläge zu bilden. Darüberhinaus variieren naturgemäß die triboelektrischen Eigenschaften des Trägermaterials bei einer Zerstörung des Überzugs, was zu einein unwirksamen Verhalten des Trägers führt.

In neuerer Zeit sind daher Anstrengungen darauf gerichtet worden, unbeschichtete Trägerteilchen zur Verfügung zu stellen, die triboelektrische und andere physikalische Eigenschaften besitzen, die sie für Entwicklerzwecke geeignet machen. Ein geeignetes, nicht-beschichtetes Trägermaterial ist in der schwebenden US-Patentanmeldung SN 834 363 beschrieben. Dieses Trägermaterial umfaßt Nickel hoher Reinheit, d.h. Nickel mit einer Reinheit von über 98%. Die nicht-beschichteten Trägerteilchen haben ein spezifisches Gewicht von etwa 8 bis 8,9 und sie ergeben über einen weiten Bereich von Umgebungsfeuchtigkeitsbedingungen qualitativ hochwertige Bilder. Da die Perlen keinen Überzug benötigen, um sie mit geeigneten elektrischen Eigenschaften für automatische Elektrostatographie-Maschinen zu versehen, sind sie relativ einfach herzustellen. Weiterhin ergibt der Träger aufgrund seiner Dichte und seiner triboelektrischen Eigenschaften Drucke mit relativ hoher Druckdichte und mit einer relativ niedrigen Hintergrundentwicklung über weite Bereiche der Tonerkonzentration. Somit variiert die Druckdichte nur geringfügig, ob nun ein frischer Entwick-

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ler mit etwa 2% Toner oder ein Entwickler» der etwa 0,75% Toner enthält, zur Entwicklung des latenten Bildes verwendet wird*

In der deutschen Patentanmeldung P 22 17 933.5 werden Entwicklergemische beschrieben, die nicht-beschichtete Trägerteilchen verwenden. Darin sind sowohl beschichtete als auch unbeschichtete Trägerteilchen beschrieben, die eine knotige Oberfläche mit wiederkehrenden Vorsprüngen und Einbuchtungen besitzen, wodurch Teilchen mit einer relativ großen äußeren Oberfläche erhalten werden, welche ausgezeichnete Eigenschaften für elektro statograpMsche Zwecke besitzen. Beispiele für diese knotigen Teilchen sind knotiges Nickel, knotiger Stahl und knotige Metalloxyde. Im allgemeinen müssen die nicht-beschichteten Trägermaterialien, die zur Verwendung zusammen mit üblicherweise verwendeten Photoleitern, beispielsweise Selen, verwendet werden, metallisch sein, was auf Erfordernisse hinsichtlich der Dichte und der triboelektrischen Eigenschaften zurückzuführen ist. Es können aber auch Materialien, die keine Metalle sind, verwendet werden, beispielsweise Metalloxyde, um nicht-beschichtete Trägerperlen zu bilden, die zur Entwicklung bestimmter photoleitender Oberflächen verwendet werden können.

Es können auch andere unbeschichtete Trägerperlen mit Erfolg verwendet werden, um die herkömmlich verwendeten photoleitenden Oberflächen zu entwickeln. So können beispielsweise Zink-Trägerperlen beim Entwicklungsprozeß verwendet werden, wie sie in der US-Patentschrift 3 503 776 beschrieben werden, um mit Bildern versehene Selen-photoleitende Oberflächen zu entwickeln.

Obgleich es sich gezeigt hat, daß Entwicklergemische mit nicht-beschichtetenTrägerperlen anfänglich Drucke mit ausgezeichneter Qualität ergeben, ist

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doch festgestellt worden, daß, wenn der Toner im Entwicklergemisch abgereichert wird und die Tonerkonzentration an niedrige Werte herangeht, die Hintergrundentwicklung zunimmt und die Druckqualität vermindert wird. Dieses Problem ist insbesondere bei Kopiermaschinen hervortretend, die Magnetbürsten-Entwicklungstechniken verwenden, bei denen die Magnetwalze eine Vorspannung besitzt, damit sich die Walze als Entwicklerelektrode verhält. Dieses Problem ist besonders schwerwiegend bei nicht-beschichteten Metallträgerteilchen.

Angesichts der zunehmenden Wichtigkeit von unbeschichteten Trägerteilchen, da sie dazu imstande sind, eine gute Druckqualität zu ergeben,und der Beschränkungen, die Entwicklergemische besitzen, die nicht-beschichtete Trägerteilchen besitzen, ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Entwicklergemisch zur Verfügung zu stellen, das die Vorteile, nicht aber die Nachteile der unbeschichteten Trägerteilchen besitzt.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Entwicklergemisch zur Verfügung zu stellen, das weniger stark empfindlich gegenüber der Tonerkonzentration ist als die bislang bekannten Entwicklergemische, die nicht-beschichtete Trägerperlen enthalten.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Entwicklergemisch zur Verfugung zu stellen, das nicht-beschichtete Metallträgerteilchen enthält, und zwar insbesondere solche Teilchen, die aus ferromagnetischen Metallen wie Nickel oder Stahl bestehen, wobei diese Teilchen gegenüber der Tonerkonzentration zur Herstellung von qualitativ hochwertigen Drucken weniger empfindlich sind, und die sehr gut für die Verwendung bei einer Vielzahl von Entwicklerprozessen geeignet sind.

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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Entwicklergemisch_r das ein Gemisch von folgendem darstellt:

(a) etwa 0,3 bis 5%, bezogen auf das Gewicht des Gemisches, eines feinverteilten, pigmentierten Harztoners, wobei die Teilchen eine zahlendurchschnittliche Größe im Bereich von etwa 5 bis 30/U besitzen, und

(b) mindestens etwa 95%» bezogen auf das Gewicht des Gemisches, von Trägerteilchen mit einer zahlendurchschnittlichen Größe im Bereich von etwa 30 bis 1000/u, die dazu imstande sind, die Tonerteilchen triboelektrisch zu machen, wodurch der Toner elektrostatisch haftend an den Oberflächen der Trägerteilchen gemacht wird und wobei die Trägerteilchen weiter durch eine elektrische Leitfähigkeit von über 10 bis 90% der gesamten Trägeroberfläche charakterisiert sind.

Die erfindungsgemäß verwendeten Trägermaterialien müssen sowohl leitende als auch nichtleitende Oberflächenstellen besitzen. Beispiele für leitende Materialien sind Metalle wie Eisen, Stahl, Nickel, Zink, Aluminium, Messing, Kupfer und dergl. sowie kombinierte Formen von solchen Metallen, beispielsweise deren Oxyde. Nichtleitende Träger können beispielsweise beliebige der obengenannten leitenden Materialien sein, die einen Oberflächenüberzug aus nichtleitenden Materialien besitzen, beispielsweise aus organischen Polymeren, die dazu imstande sind, dünne Filme zu bilden,oder aus anorganischen, nichtleitenden Materialien wie z.B. Siliciumdioxyd. Alternativ können die nichtleitenden Träger auch aus.nichtleitenden Materialien mit oder ohne einen nichtleitenden Oberflächenüberzug darauf hergestellt werden. Die leitenden und die nichtleitenden Trägerteilchen können in solchen Proportionen miteinander vermischt werden, daß ein Träger mit einer Gesamtoberflächenleitfähigkeit von 10 bis 80% der Oberfläche des Trägers erhalten wird, oder es können, was weniger bevorzugt wird, die Trägerkerne teilweise an der Oberfläche beschichtet werden, so daß jedes Trägerteilchen sowohl -nicht-

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leitende als auch leitende Oberflächenstellen besitzt. Dies kann z.B. in der Weise bewerkstelligt werden, daß leitende Trägerteilchen mit ungenügend Beschichtungsmaterial, um die gesamte Trägeroberfläche zu beschichten, sprühbeschichtet wird, oder indem eine verdünnte Beschichtungslösung verwendet wird, so daß über dem leitfähigen Kernmaterial ein nicht-kontinuierlicher Beschichtungsfilm gebildet wird. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird eine Oberfläche dann als leitend betrachtet, wenn sie einen Volumenwiderstand von weniger als

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10 Ohm cm, vorzugsweise weniger als 10 ^ Ohm cm,besitzt. Eine Oberfläche wird als nichtleitend erachtet, wenn sie einen

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Widerstand von oberhalb etwa 10 Ohm cm, vorzugsweise ober-

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halb 10 Ohm cm, besitzt.

Es können Trägermaterialien bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, die den Toner positiv oder negativ triboelektrisch machen. Die Auswahl der Materialien hängt von dem Ladungscharakter des Photoleiters ab und davon, ob eine positive oder eine Umkehrentwicklung gewünscht wird. Somit sollte zur Bildung eines positiven Drucks von einem positiv bebilderten Selen-photoleitfähigen Teil ein Träger ausgewählt werden, der dem Tonermaterial eine negative Ladung verleiht, während bei der Umkehrentwicklung des gleichen Photoleiters das Trägermaterial dem Toner eine positive Ladung verleihen sollte. Bei der Entwicklung von anderen photoleitenden Oberflächen, die eine negative Ladung aufnehmen, beispielsweise von Polyvinylcarbazol) oder von Zinkoxyd, gilt das Umgekehrte. Somit sollte für die positive Entwicklung von solchen Oberflächen das Trägermaterial dem Tonermaterial eine positive Ladung verleihen, während für die Umkehrentwicklung das Trägermaterial dem Tonermaterial eine negative Ladung verleihen sollte. Beispiele von Trägermaterialien, die Tonermaterialien eine positive Ladung verleihen, sind Stahl, Messing und Kupfer.

Die Trägerteilchen der vorliegenden Erfindung sollten einen mittleren Teilchendurchmesser von 30 bis etwa 1000/U, vorzugsweise von 50 bis 300/u, besitzen. Wenn sie bei Magnet-

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bürstenentwlcklungssystem verwendet werden, dann müssen sie aus magnetischen Materialien, beispielsweise Eisen, Stahl, Nickel, Cobalt oder ferromagnetisehen Oxyden hergestellt werden. Wenn Entwicklungssysteme wie die Kaskadenentwicklung oder die "Höhlen"-Entwicklung, beschrieben beispielsweise in der US-Patentschrift 3 503 776, verwendet werden, dann muß das Trägermaterial keine ferromagnetisehen Eigenschaften besitzen. In diesem Fall wird geeigneterweise ein Trägermaterial, beispielsweise Zink, verwendet, das .eine ausgezeichnete Triboelektrifizierung des Toners für die Entwicklung von Selen-Photoleitern ergibt.

Mit den Trägern der vorliegenden Erfindung können alle geeigneterweise pigmentierten oder gefärbten elektroskopischen Tonermaterialien verwendet werden, um Entwicklergemische für elektrostatographische Zwecke herzustellen. Typische Tonermaterialien sind z.B. Gummicopal, Gummisandarac, Kolophonium, Cumaron-Inden-Harze, Asphalt, Phenyl-Pormaldehyd-Harze, kolophoniummodifizierte Phenyl-Formaldehyd-Harze, Acrylharze, Polystyrolharze, Polyolefinharze, Epoxyharze sowie deren Gemische und Copolymerisate. Die allgemeinen Prinzipien für die Auswahl der Tonerzusammensetzung sind bekannt. Beispiele für geeignete Zusammensetzungen werden in den US-Patentschriften 2 659 670, 2 753.308, 3079 342, dem re-issue Patent 25 136 und in der US-Patentschrift 2 788 288 beschrieben. Tonerpulver haben im allgemeinen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser zwischen etwa 1 und 30/U. Ein Toner aus einem Styroln-butylmethacrylat-Copolymerisat, Polyvinylbutyral und Ruß, hergestellt nach dem Verfahren des Beispiels 1 der US-Patentschrift 3 079 3^2, wird aufgrund der triboelektrischen Eigenschaften und der tiefschwarzen Farbe bevorzugt.

Die Entwicklergemische der vorliegenden Erfindung können zusätzlich zu dem Tonerpulver und den Trägerperlen andere Materialien, beispielsweise Extender, Schmiermittel und derg., in geringeren Mengen, z.B. von etwa 0 bis etwa 2 Gew.%, bezogen auf das Entwicklergemisch, enthalten. Unter diesen Additiven

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ist ein besonders wichtiger Zusatzstoff feinverteiltes Siliciumdioxyd-hydrogel. Es hat sich nämlich gezeigt, daß Siliciumdioxyd-hydrogel die Hintergrundentwicklung unterdrückt, ohne daß es nachteilig die Dichte der bebilderten Stellen beeinflußt, was möglicherweise darauf zurückzuführen ist, daß die feinverteilten Siliciumdioxydteilchen an der Oberfläche der leitenden Trägerteilchen haften, wodurch darauf die Leitfähigkeit vermindert wird.

Die Entwicklergemische der vorliegenden Erfindung sind besonders geeignet für Reproduktionssysterae, die eine Entwicklerelektrode und Magnetbürstenentwicklungswalzen enthalten. Beim praktischen Gebrauch haben Magnetwalzen mit einer Vorspannung die Funktion sowohl einer Magnetbürste als auch einer Entwicklungselektrode. Bei einer typischen Situation, bei welcher ein Selen-Photoleiter durch eine Vielzahl von Magnetwalzen entwickelt wird, die ein Entwicklergemisch mit etwa 0,75 bis 3% eines pigmentierten polymeren Toners (z.B. eine 10%ige Rußdispersion in einer Polymermatrix aus einem Gemisch aus einem Styrol-n-butylacrylat-Copolymerisat mit Poly-(vinylbutyral) ) tragen, trägt der Photoleiter eine positive Ladung von etwa 800 V in Dunkelbildstellen und etwa 100 V in nicht-bebilderten Stellen. Die Entwicklungselektrode, d.h. die Magnetbürsten, wird mit einem Potential von etwa 200 V unter eine Vorspannung gesetzt. Der Abstand zwischen der Entwicklungselektrode und der photoleitenden Oberfläche ist ausreichend, um einen Kurzschluß zwischen der Entwicklungselektrode und der Platte zu verhindern, aber nicht so groß, daß das Entwicklergemisch außerhalb des entwicklungselektrischen Feldes der beladenen Platte liegt. Im allgemeinen reichen Abstände zwischen der Entwicklungselektrode und dem Photoleiter von etwa 0,10 cm bis 0,3 cm (0,04 bis 0,12 inches) aus, um eine unziemliche Beschädigung der photoleitenden Oberfläche zu verhindern, während die Entwicklungselektrode in einen genügend engen Abstand zu der photoleitenden Oberfläche gebracht wird. Bei Verwendung der "teilweise" leitenden Trägerperlen, wie sie bei der vorliegenden Erfindung gefordert wird, wird

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festgestellt, daß die Dichte der entwickelten dunklen Bildstellen im Hinblick auf die Hintergrunddichte erheblich größer ist als wenn nichtleitende Trägerperlen bei sonst gleichen Bedingungen verwendet werden. Man kann theoretisch annehmen, daß dies auf die Bildung von leitenden Wegen zurückzuführen ist, die die Entwicklungselektrode näher an die photoleitende Oberfläche heranführen, wodurch sowohl das Außenentwicklungsals auch das Hintergrundunterdrückungsfeld wirksam verstärkt wird. Dieser Effekt fehlt, wenn bei sonst identischen Betriebsbedingungen nicht-leitende Trägerperlen genommen werden. Weiterhin wird dieser Effekt kaum vermindert, wenn die Tonerkonzentration vom Anfangswert von etwa 2% auf Minimumwerte für eine annehmbare Druckdichte von etwa 0,75% des Entwicklergemisches absinkt. Somit sind die Trägergemische der vorliegenden Erfindung dazu imstande, eine ausgezeichnete Druckqualität, d.h. eine hohe Druckdichte und eine niedrige Hinter grundentwicklung, über weite Tonerkonzentrationsbereich.e zu ergeben.

Im Gegensatz zu der relativ breiten Tonerkonzentrationsbreite der Trägergemisehe der vorliegenden Erfindung ergeben Entwicklergemische, die nur leitende Trägerteilchen, z.B. Nickelträgerteilchen, enthalten, Drucke mit stark variierender Qualität, was im Einzelfall davon abhängt, ob sich die Tonerkonzentration am oberen oder am unteren Ende des einsetzbaren Tonerkonzentrationsbereichs befindet und ob die photoleitende Oberfläche Risse besitzt, durch die eine KurzSchließung zwischen der Entwicklungselektrode und dem leitenden Hintergrund stattfinden kann. Bei idealen Bedingungen ist die photoleitende Oberfläche von Unzulänglichkeiten frei. Beim Betrieb werden jedoch die photoleitenden Oberflächen häufig durch Reibungskontakt mit Maschinenteilen des Entwicklermaterials angekratzt. Ein frisches Entwicklergemisch, das mindestens etwa 2% Toner und nur leitende Trägerperlen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von etwa 100yu enthält, ergibt Drucke mit ausgezeichneter Qualität. Wenn jedoch die Tonerkonzentration abnimmt, dann beginnt die Dichte der entwickelten Stelle rasch

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abzunehmen, während der Wert der Hintergrundentwicklung scharf ansteigt. Man nimmt theoretisch an, daß dieser Effekt auf die Verlängerung der leitenden Wege und die folglich erhöhte Chance eines Kurzschlusses zwischen der Entwicklungselektrode und der leitenden Schicht der elektrostatographischen Platte zurückzuführen ist, da der Toner, der normalerweise nichtleitend ist, als Isolator wirkt, um leitende Wege zu unterbrechen, wenn die Tonerkonzentration genügend hoch ist, was nicht der Fall ist, wenn die Tonerkonzentration abnimmt. Somit kann in Entwicklergemischen, die sich auf leitenden Trägerperlen aufbauen, die Tonerkonzentration eines gebrauchten Entwicklergemisches genügend hoch sein, um eine annehmbare Druckdichte bei idealen Bedingungen zu ergeben, jedoch zu niedrig sein, um einen Kurzschluß zwischen der Entwicklungselektrode und der gemahlenen, photoleitenden Oberfläche zu verhindern.

Die Entwicklergemische der vorliegenden Erfindung haben diesen Mangel nicht. Durch Vermischen eines nicht-beschichteten, leitenden Trägers und eines Trägers, der mit einem isolierenden Material beschichtet ist, das bezüglich des Toners eine gute Triboelektrizität hat, kann die Gesamtentwicklungsfähigkeit des Gemisches über diejenige des beschichteten Materials allein stark erhöht werden, und im Falle, wenn die photoleitende Oberfläche angekratzt oder sonstwie mangelhaft ist, über diejenige der- einzelnen Materialien. Der offensichtliche Mechanismus für diesen günstigen Effekt liegt darin, daß leitende Wege durch die leitenden Träger-zu-leitenden Träger-Kontakte gebildet werden. Wenn diese leitenden Wege lang genug und zahlreich genug sind, dann wird in der Gegend zwischen dem Photoleiter und der Entwicklungselektrode eine virtuelle Elektrode (mit dem Potential einer Entwicklungselektrode) gebildet. Da der Abstand von der Photoleiteroberfläche zu der Entwicklungselektrode wirksam vermindert wird, worden die elektrischen Felder, die zu einem großen Ausmaß die Abscheidung des Toners kontrollieren, gesteigert, Eine Steigerung des Entwicklungsfelds erhöht d:„ -Vi.-^rüe der entwickelten Bilds.

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BAD ORlGiNAl

Eine Steigerung der Hintergrundunterdrückungsfeider vermindert die Entwicklung des Hintergrunds. Um diesen Effekt zu erreichen, muß das Verhältnis der leitenden Trägeroberfläche zu der nichtleitenden Trägeroberfläche groß genug sein, daß leitende Wege mit genügender Länge und Anzahl gebildet werden können, um das elektrische Feld zu erhöhen. Wenn jedoch nur leitende Träger verwendet werden und wenn die notwendigen Bedingungen für einen Kurzschluß vorliegen, dann schleift der leitende Träger die Entwicklungselektrode .ab, und der resultierende Kurzschluß manifestiert sich durch eine schwere Abscheidung von Hintergrundtoner, der auf einen Verlust des Hintergrundunterdrückungs-Vorpotentials auf der Entwicklungselektrode zurückzuführen ist. Dieser Effekt wird katastrophal, wenn die Tonerkonzentration niedrig ist und der Träger leitfähig ist.

Wie oben zum Ausdruck gebracht wurde, sollten zwischen 20 und 90?o des Trägermaterials der vorliegenden Erfindung leitend sein. Das optimale Verhältnis der leitenden zu nichtleitenden Trägeroberfläche sollte so sein, daß, wenn der Träger mit der minimalen Tonermenge, die Drucke mit annehmbarer Dichte ergibt, vermischt wird, die maximale Länge der nicht unterbrochenen leitfähigen Wege geringer ist als der Abstand zwischen der Entwicklungselektrode und der photoleitenden Oberfläche. Solche Entwicklergemische sind dazu imstande, Bilder zu einer erlaubbaren Minimaldichte zu entwickeln, ohen daß die Gefahr eines Kurzschlusses zwischen der Entwicklungselektrode und der leitenden Rückseite der photoleitenden Oberfläche besteht. In dem Fall, daß der Abstand Entwicklerelektrode zu Photoleiter sich im obengenannten Bereich befindet, dann sollte die Konzentration des leitenden Trägers 40 bis 50% des Gesamtträgergehalts des Entwicklergemisches betragen.

Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert. Darin sind sämtliche Teile und Proζentangaben auf das Gewicht bezogen, wenn nichts anderes angegeben ist.

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Beispiel 1

Ein Entwicklergemisch wird hergestellt, indem 2 Teile eines Toners aus einem Styrol-n-butylmethacrylat-Copolymerisat, Polyvinylbutyral und Ruß, hergestellt nach Beispiel 1 der US-Patentschrift 3 079 342, mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 10 bis 20/U mit etwa 100 Teilen eines 50-50-Gemisches von knotigen Nickelteilen,im Handel von Sherritt Gordon Mines, Ltd. of Canada unter dem Warenzeichen Grad "C" Nickelpulver erhältlich, und mit einer zahlendurch™ schnittlichen Größe von etwa 120/u und von Stahlperlen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 100/u, überzogen mit einem Gemisch eines Terpolymerisats aus Styrol und Methylmethacrylat und Vinyltriäthoxysilan, vermischt wird. Das Entwicklergemisch wird zur Entwicklung eines Selen-Photoleiters verwendet, der ein latentes elektrostatisches Bild trägt. Dies geschieht nach der Magnetbürstenentwicklungsmethode, beschrieben in der US-Patentschrift 2 874 063· Das magnetische Feld des Magnets bewirkt eine Ausrichtung des Trägers und des Toners in einer bürstenartigen Konfiguration. Die magnetische Bürste wird mit der das elektrostatische Bild tragenden Oberfläche in eine entwiekelnde Konfiguration gebracht, und die Tonerteilchen werden von den Trägerteilchen durch eine elektrostatische Anziehung zu dem latenten Bild gezogen. Die erhaltenen Bilder sind von ausgezeichneter Qualität.

Beispiel 2

Dieses Beispiel zeigt die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Entwicklergemische über Gemische, die nur beschichtete Stahlträgerperlen enthalten.

Das Entwicklergemisch des Beispiels 1 wurde dazu verwendet, um einen mit einem Bild versehenen Selen-Photoleiter, beschrieben in Beispiel 1, zu entwickeln. Bei Tonerkonzentrationen, die erforderlich waren, um eine entwickelte Bilddielite von 1,0 von einer Ursprungseingabedichte von 1,0 zu ergeben, waren die Hintergrundentwicklungswerte, gemessen nach einer

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Standardvergleichsskala, 0,0065.

Als das oben verwendete Entwicklerbild in der Weise modifiziert wurde, daß es "]% feinverteiltes Siliciumdioxyd-hydrogel enthielt und dazu verwendet wurde, um einen mit einem Bild versehenen Selen-Photoleiter zu entwickeln, wurden bei Verwendung von genügend Toner, um eine entwickelte Bilddichte von 1,0 von einer Ursprungseingabedichte von 1,0 zu erhalten, Hintergrundentwicklungswerte von etwa 0,0025 gemessen.

Im Gegensatz zu dem Vorstehenden ergab ein Entwicklergemisch, das den Toner und die beschichteten Stahlperlen des Beispiels 1, aber keine nicht-beschichteten Trägerteilchen enthielt, Hintergrundentwicklungswerte von etwa 0,012 bei den gleichen Bedingungen.

Dieses Beispiel zeigt, daß ein Gemisch von leitenden und nichtleitenden Trägerperlen hinsichtlich der Entwicklungsfähigkeiten beschichteten Stahlträgerperlen überlegen ist, die herkömmlicherweise in elektrostatographischen Entwicklergemischen verwendet werden.

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Claims

- 18 Patentansprüche

. Λ^ Entwicklergemisch, um ein latentes elektrostatisches Bild auf einem photoleitenden Teil sichtbar zu machen, dadurch gekennzeichnet , daß es ein Gemisch aus folgendem darstellt:

(a) etwa 0,3 bis5*o^ bezogen auf das Gewicht des Gemisches, eines feinverteilten, pigmentierten Harztoners, des-■ sen Teilchen eine zahlendurchschnittliche Größe im Bereich von etwa 5 bis 30/u besitzen, und

(b) von mindestens 95%> bezogen auf das Gewicht des Gemisches, Trägerteilchen mit einer zahlendurchschnittlichen Größe im Bereich von etwa 30 bis 1000 /u, die dazu imstande sind, die Tonerteilchen triboelektrisch zu machen, wodurch bewirkt wird, daß der Toner elektrostatisch an den Oberflächen der Trägerteilchen haftet und wobei die Trägerteilchen weiter hin dadurch charakterisiert sind, daß sie eine elektrische Leitfähigkeit über 10 bis 90?i> der gesamten Trägeroberfläche besitzen.
2. Entwicklergemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Trägerteilchen ein Gemisch aus Teilchen mit elektrisch leitenden Oberflächen und Teilchen mit elektrisch nichtleitenden Oberflächen darstellen.
3. Entwicklergemisch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Trägerteilchen mit den leitenden Oberflächen aus elementarem Metall bestehen.
4. Entwicklergemisch nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß aas Metall Nickel ist.

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5. Entwicklergemisch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die nichtleitenden Teilchen· aus Metall bestehen, das mit einem filmbildenden, nichtleitenden Harz überzogen ist.
6. Entwicklergemisch nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall ferromagnetisch ist.
7. Entwicklergemisch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Stahl ist.
8. Entwicklergemisch nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Überzug aus einem Gemisch eines Terpolymeren aus Styrol, Methylmethacrylat und Vinyltriäthoxysilan besteht.
9. Entwicklergemisch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis der elektrisch nichtleitenden und der elektrisch leitenden Teilchen auf Gewichtsbasis 40:60 bis 6O:4O ist.
10. Entwicklergemisch nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Nickel-Trägerteilchen eine knotige Oberfläche haben.
11. Entwicklergemisch nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß es nicht-beschichtete Nickelteilchen und harzbeschichtete Stahlteilchen enthält.
12. Entwicklergemisch nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die nicht-beschichteten Nickelteilchen eine knotige Oberfläche besitzen und daß die Stahlteilchen mit einem Terpolymeren von Styrol, Methylmethacrylat und Vinyltriäthoxysilan beschichtet sind.

2Ü9881/062B
13· Verfahren zur Entwicklung eines latenten, elektrostatischen Bildes auf einem photoleitenden Teil, dadurch gekennzeichnet , daß man das Bild mit dem Entwicklergemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in eine Entwicklungskonfiguration bringt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man das Entwicklergemisch mit dem elektrostatischen, latenten Bild in einen Kontakt bringt, indem man das Entwicklergemisch über die Oberfläche des photoleitenden Teils kaskadiert.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß man das Entwickiergemisch mit dem elektrostatischen, latenten Bild in eine entwickelnde Konfiguration bringt, indem man eine Magnetwalze verwendet, die das Entwicklergemisch nach Anspruch 6 trägt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Magnetwalze eine Vorspannung besitzt und daß sie die Funktion einer Entwicklungselektrode einnimmt.
17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Walze und dem elektrostatischen, latenten Bild 0,1 bis 0,3 cm (0,04 bis 0,12 inches) beträgt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Weg des Entwicklergemisches mit 0,5$ Toner weniger ist als der Abstand gemäß Anspruch
19· Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß das Entwicklergemisch das Gemisch gemäß Anspruch 4 ist.

2Ü9881/0625
20. Verfahren nach Anspruch 15* dadurch gekennzeichnet , daß das Entwicklergemisch das Gemisch nach Anspruch 10 ist.
21. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß das Entwicklergemisch das Gemisch des Anspruchs 12 ist.

2Ü9881/062S