DE2810252C2

DE2810252C2 - Aus oberflächlich oxidiertem Eisenpulver bestehende Trägerteilchen für elektrostatographische Entwickler, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung derselben zusammen mit einem Toner zum Entwickeln latenter elektrostatischer Bilder

Info

Publication number: DE2810252C2
Application number: DE2810252A
Authority: DE
Inventors: Takeo Kawaguchi Saitama Nishimura; Nobuo Tokyo Takahashi; Makoto Hino Tokyo Tomono; Shotaro Machida Tokyo Watanabe; Goichi Hachioji Tokyo Yamakawa
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1977-03-09
Filing date: 1978-03-09
Publication date: 1982-04-22
Also published as: DE2810252A1; AU500586B1; GB1578300A; CA1104861A; FR2383469A1; FR2383469B1; JPS53110836A; JPS5540863B2; US4287283A

Description

Zur Herstellung von Eisenpulver-Trägerteilchen eines gewünschten elektrischen Widerstands durch Oxidieren ihrer Oberfläche muß man sich eines komplizierten und sehr schwierig steuerbaren Verfahrens bedienen. So sind beispielsweise gemäß der US-PS 37 67 477 fünf Stufen durchzuführen, wobei sehr strenge Anforderungen an die Verfahrensbedingungen, z. B. die oxidierende Atmosphäre und die Temperatur zu stellen sind. Folglich gestaltet sich das bekannte Verfahren sehr schwierig. Die Steuerung dieses Verfahrens zur Gewährleistung der gewünschten Entwicklungsfähigkeit bereitet ebenfalls erhebliche Schwierigkeiten. Darüberhinaus lassen die Eigenschaften der in der geschilderten Weise hergestellten Eisenpulver-Trägerteilchen noch immer zu wünschen übrig. Obwohl ein Entwickler mit Eisenpulver Trägerteilchen mit oxidierter Oberfläche bei wiederholtem Gebrauch im Rahmen einer kontinuierlichen und mit hoher Geschwindigkeit durchgeführten Übertragungsentwicklung besser ist als ein Entwickler mit einem Eisenpulver ohne oxidieric Oberfläche, ist er noch mit dem Nachteil behaftet, daß die Änderung des elektrischen Widerstands der Eisenpulver-Trägerleilchen (immer noch) groß und die Reibungsaufiadungsfähigkeit mit dem Toner instabil ist, »ο daß einerseits die Entwicklungsdichte sinkt und ■ndererseits eine Hintergrundentwicklung stattfindet. Wenn nämlich ein auf einem elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterial gebildetes latentes elektrostalisches Ladungsbild im Rahmen eines koqtinuierlichen und mit hoher Geschwindigkeit durchgeführten Übertragungsverfahren unter Anlegen einer Vorspannung an die Entwicklungselektrodeti entwickelt wird, wird die Beeinträchtigung des Entwicklerträgers durch die Beeinträchtigung des Toners sowie die Änderung der Speicherfähigkeit d.h. die Beeinträchtigung des Aufzeichnungsmaterials durch den wiederholten Kopier-Vorgang, derart verstärkt daß die Entwicklungsfähigkeit rasch abnimmt die Bildkopie keine ausreichende Dichte mehr erhält und eine Hintergrundentwicklung stattfindet Folglich reichen also die Lebensdauer und Haltbarkeit des Entwicklers nicht aus, um auf kontinuierlichem Wege mit hoher Geschwindigkeit eine große Anzahl von Kopien herstellen zu können.

Bei Kopiergeräten zur Herstellung von Bildkopien durch Hochgeschwindigkeitsübertragung erfolgt in der Regel eine mechanische Trennung des Bildempfangsmaterials, ζ. B. Papiers von dem lichtempfindlichen Aufzeichnungsmaterial mit Hilfe einer Trennklaue, nachdem das Tonerbild auf elektrostatiscr^m Wege auf das Bildempfangsmaterial übertragen ist Bei einem Trennvorgang der geschilderten Art kommt es in der Regel zu einer Empfindlichkeitsverminderung eines Teils des Aufzeichnungsmaterials infolge Druckeinwirkung der Trennklaue. Infolge der verminderten Empfindlichkeit kommt es dann zu einer Hintergrundentwicklung dieses Teils. Diese Hintergrundentwicklung wird noch verstärkt wenn die Entwicklungsfähigkeit des Entwicklers in zunehmendem Maße verlorengeht Die bekannten Verfahren, bei denen ein latentes elektrostatisches Bild durch Applizieren eines Eisenpulver-Trägerteilchen enthaltenden Entwicklers entwickelt wird, insbesondere die bekannten Hochgeschwindigkeitsübertragungsverfahren. die unter Anlegen einer Vorspannung an die Entwicklungselektrode arbeiten, lassen bisher noch erheblich zu wünschen übrig und sind für einen praktischen Gebrauch noch nicht geeignet.

3^ Auch zur Verbesserung der Entwicklungsfähigkeit des Entwicklers wurden bereits die verschiedensten Versuche unternommen. So sind beispielsweise aus der JP-OS 15 537/73 verbesserte Metallpulver-Trägerteilchen bekanntgeworden. Diese Trägerteilchen werden derart hergestellt daß ein feines Metallpulver, ζ. Β. Eisen oder Nickel, mit einer Lösung einer anorganischen Substanz, z. B. von Natriumsilikat oder eines Polystyrols. Acrylsäurealkylesters. Polyvinylchlorids oder Polyvinylalcohols in einem Lösungsmittel gc

<5 mischt, das erhaltene Gemisch pelletisiert und bei einer Temperatur von etwa 125°C getrocknet und schließlich noch stärker gesintert wird. Wenn als Bindemittel eine anorganische Substanz verwendet wird, beträgt der Sintertemperaturbereich 1250° bis 1300⁰C. Hierbei erhält man Trägerteilchen in Form von Perlen. In der genannten Literaturstelle heißt es. daß die in der geschilderten Weise hergestellten Trägerteilchen eine verbesserte Reibungsaufiadungsfähigkeit und Haltbar keit aufweisen und bei Verwendung zusammen mit

■» einem Toner zu Bildkopien verbesserter Qualität führen.

Die aus der |P-OS 15 537/73 bekannten Trägerteil chen besitzen jedoch noch /ahlreiche schwache Punkte. So bereitet es. da sie mit einem isolierenden Bindemittel beschichtet sirid, Schwierigkeiten, die gewünschten elektrischen Eigenschaften zu gewährleisten. Darüber^ hinaus wird ein mit dem Bindemittel unzureichend beschichteter Teil der Trägerteilchen zwangsläufig erodiert, wenn das Eisenpulver das Material der

Trägerteilchen darstellt, Folglich werden die Eigenschaften und Fähigkeiten der Trägerteilchen beeinträchtigt
Es ist Aufgabe der Erfindung, Trägerteilchen guter

und gleichbleibender Entwicklungsfähigkeit und -eigenschaften zur Verfugung zu stellen.

Gegenstand der Erfindung sind Trägerteilchen der in Patentanspruch 1 gekennzeichneten Art

Gegebenenfalls kann das Eisenpulverzwischenprodukt vor der Oxidationsbehandlung mit Wasser, einem organischen Lösungsmittel oder einem oberflächenaktiven Mittel gewaschen werden.

Trägerteilchen gemäß -der Erfindung besitzen in Verbindung mit dem Toner stabile Reibungsaufladungseigenschaften und vermögen die Eigenschaften des ihn enthaltenden Entwicklers und dessen Haltbarkeit erheblich zu verbessern. Ein diese Trägerteilchen und einen Toner enthaltender Entwickler führt zu qualitativ ausgezeichneten Bildkopien hoher Dichte und geringer Hintergrunddichte. Mit einem solchen Entwickler lassen sich auch im Rahmen von Hochgeschwindigkeitsübertragungsverfahren, gegebenenfalls unter Mitverwendung von Entvicklungselektroden, zahlreiche Bildkopien gleichmäßiger Qualität herstellen.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung solcher Trägerteilchen entsprechend Patentanspruch 2 und die Verwendung dieser Trägerteilchen entsprechend Patentanspruch 3.

Wenn ein Entwickler mit Trägerteilchen gemäß der Erfindung zum Einsatz gelangt und beim Entwicklungsvorgang an eine Entwicklungselektrode eine geeignete Vorspannung angelegt wird, lassen sich bei wiederholt durchgeführten elektrophotographischen Übertragungsverfahren durch Entwickeln des jeweiligen latenten elektrostatischen Ladungsbildes auf kontinuierlichem Wege hervorragende sieht are Bildkopien geringer Hintergrundentwicklunj herstellen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei den wie« rholten Kopiervorgängen der Entwickler infolge des speziellen Aufbaus der Trägerteilchen durch den gebrauchten Toner nicht beeinträchtigt wird. Bei Verwendung eines die erfindungsgemäßen Trägerteilchen enthaltenden Entwicklers ist ferner die Beeinträchtigung der triboelektrischen Eigenschaften bzw. der Reibungsaufladungsfähigkeit des Entwicklers nur gering, und zwar auch nach Herstellung einer großen Zahl von Bildkopien. Schließlich läßt sich in einem solchen Falle auch die Vorspannung in wirksamer Weise anlegen und aufrechterhalten.

Obwohl der Grund für den erfindungsgemäß erzielbaren Erfolg noch nicht geklärt ist. ist er vermutlich darin zu sehen, daß sich die innere Struktur der Trägerteilchen aus dem erfindungsgemäß oxidierten Eisenpulver von der Struktur üblicher bekannter und nur oberflächlich oxidierter Trägerteilchen unterscheidet. Trägerteilchen gemäß der Erfindung bestehen aus feinen gesinterten Teilchen, deren Oberfläche uneben und porös ist. Auf diese Weise erhöht sich die Oberfläche der eine oxidierte Eisenschicht aufweisenden Teilchen der Trägeneilchen. Dadurch sind die Trägerteilchen hinsichtlich ihrer Oberfläche den bekannten Trägeneilchen in den elektrischen Eigenschaften überlegen. Dies führt wiederum dazu, daß bei Verwendung solcher Trägerteilchen in Entwicklern, deren Eigenschaften, z. B, Feüchtigkeitsbeständigkeit, Haltbarkeit, gute Reibungsaufladungsfähigkeit und die erreichbare Bildqualität verbessert sind.

Zur Herstellung von erfindungsgernäßen Trägerteil· chen wird zunächst durch Vermählen eines EisenkÖf* pers ein feines Roheisenpulver eines TeÜchendurchmes* sers bzw, einer Teilchengröße Von nicht mehr als 50 μπι hergestellt. Wenn die Teilchengröße des RoheisenpuU vers über 50 μηι liegt, erhält man bei den nachgeschalteten Verfahrensstufen keine Trägerteilchen der gewünschten Teilchenstruktur und Entwicklungseigenschaften.

Das erhaltene Eisenpulver wird ohne Mitverwendung irgendeines Bindemittels auf eine Temperatur von 900° bis 1200T erhitzt und bei dieser Temperatur gesintert Nach dem Abkühlen wird der gebildete Sinterkörper vermählen. Das erhaltene Mahlgut wird zur Auswahl

ίο von Teilchen eines Durchmessers von 50 bis 200 μπι klassifiziert. Danach wird das erhaltene Eisenpulver zur Oxidation auf eine Temperatur von 280 bis 290⁰C erhitzt, wobei sich auf der Oberfläche des Eisenpulvers eine Oxidschicht bildet Die gebildete Oxidschicht verleiht dem Eisenpulver einen geeigneten elektrischen Widerstand. Darüberhinaus besitzt das erfindungsgemäß modifizierte Eisenpulver in Kombination mit dem Toner eine überragende Reibungsaufladungsfähigkeit, eine hervorragende Feuchtigkeitsbeständigkeit, eine hervorragende Haltbarkeit gegen Einwirkung mechanischer und elektrischer Kräfte und führt zusammen mit dem Toner als Entwickler zu qualitativ hochwertigen Bildkopien.
Damit Trägerteilchen gemäß der Erfindung den gestellten Anforderungen genügen, muß die scheinbare Dichte der Trägertrilchen, bestimmt nach der japanischen Industrie-Standardvorschrift »Apparent density measuring method of metal powder« Z2504-1966 \5 bis 2,5 betragen.

Bei diesem Meßverfahren bedient man sich einer Vorrichtung aus einem Pulverfülltrichter einer Mündung des gewünschten Durchmessers und eines zylindrischen Bechers einer Tiefe von 40 mm und eines Volumens von 25 ± 0,05 cm³ zur Aufnahme eines aus dem Pulverfülltrichter fallenden Metallpulvers. Durch Pulverfülltrichter wird in den Becher eine ausreichende Menge trockenen Metallpulvers eingefüllt, worauf das Gewicht (in Gramm) des den Becher füllenden Metallpulvers (durch Wägung) bestimmt wird. Das Gewicht wird dann mit 0,04 multipliziert wobei man die scheinbare Dichte in g/cm³ erhält. Die nach den Verfahrensbedingungen, z. B. der Größe des Roheisenpulvers, der Behandlungstemperatur des Roheisenpulvers, der Art und Weise des Vermahlens des durch Sintern erhaltenen Sinterkörpers und des Klassifizierungsgrades nach dem Vermählen, kann diese scheinbare Dichte sehr verschieden sein.

Das gesinterte Eisenpulver kann mittels einer Mahlwalze, einer Kugelmühle und/oder eines Hammerwerks vermählen bzw. zerkleinert werden. Zweckmäßigerweise wird erfindungsgemäß das gesinterte Eisenpulver mittels einer Mahlwalze oder einer Kugelmühle vermählen.

Wenn die scheinbare Dichte 2,5 übersteigt, sinkt die

M Oberfläche der Trägerteilchen. so daß die ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Trägeneilchen bildende Rauheit bzw. Porosität der Teilchenoberfläche verlorengeht. Dies bedeutet also, daß in einem solchen Falle die Oberfläche der oxidierten Eisenschicht sinkt,

so so daß man keine besonders guten Entwicklungseigenschaften und Haitbarkeitseigenschaften mehr erreicht. Wenn die scheinbare Dichte 1,5 unterschreitet, erreicht man zwar die erforderliche Rauheit bzw. Porosität der Teilchenoberfläche der Trägerteilchen, gleichzeitig

verringert sich jedoch der Teilchendürchmesser so stark, daß die Trägerteilchen die Schichtoberfläche des Aufzeichnungsmaterials zerstören. Aus Gründen einer optimalen Qualität der Trägerteilchen sollte folglich die

scheinbare Dichte desselben 1,5 bis 2,5 betragen.

Zur Herstellung eines Entwicklers unter Verwendung von Eisenpulver-Trägerteilchen gemäß der Erfindung werden 2 bis 15 Teile Toner aus einem Harz, z. B. einem Styrol-, Methacrylsäuremethylester-, Polyester- oder Epoxyharz, einem Pigment, wie Ruß (CI. Nr. 77 266), oder Phthalocyanin-BIau (CI. Nr. 74160) einem Ladungssteuerstoff, wie Nogrosin (CI. Nr. 50 415) oder Zaponschwarz X (CI. Nr. 50 415B) und erforderlichenfalls einem Fließ- oder Gleitmittel, z. B. Siliciumdioxid, einer Metallseife oder Wachs, zu 100 Teilen Trägerteilchen zugesetzt. Obwohl ein solcher Entwickler hinsichtlich seiner Zusammensetzung den bekannten Zweikomponenten-Magnetbürsten-Entwicklern entspricht, unterscheiden sich die Eigenschaften der erfindungsgemäß verwendeten Trägerteilchen erheblich von den Eigenschaften der bekannten Trägerteilchen. Der Spielraum für das für die Gewährleistung einer bestimmten Bildqualität erforderliche Mischungsverhältnis zwischen Trägerteilchen und Toner ist im vorliegenden Fall breit. Wenn beispielsweise bei den bekannten Entwicklern auf i 00 Teile Trägerteiichen 7 bis 10 Teile Toner verwendet werden, kann der erhaltene Entwickler in der Regel nicht verwendet werden, da die Hintergrundentwicklung zu stark ist Im Gegensatz dazu erhält man erfindungsgemäß bei gleichen Mischungsverhältnissen qualitativ hochwertige Bildkopien hoher Dichte und, wenn überhaupt, begrenzter Hintergrundentwicklung. Wenn ein Entwickler mit Trägerteilchen gemäß der Erfindung zum Einsatz gelangt, kommt es bei dem so sichtbaren Bild praktisch zu keiner Hintergrundentwicklung. Die Bildqualität des sichtbaren Bildes erleidet selbst nach Herstellung einer großen Anzahl von Bildkopien kaum eine Einbuße. Dies ist darauf zurückzuführen, daß eine Beeinträchtigung des Ent-Wicklers infolge Haftenbleiben des Toners an den Trägerteilchen (Verbrauch der Toner) z. B. eine Änderung der Reibungsaufladungsfähigkeit und eine Beeinträchtigung der Wirksamkeit der Vorspannung, nicht stattfinden.

Ein s.Icher Entwickler läßt sich nicht nur auf ein latentes elektrostatisches Bild, das auf einem photoleitfähigen Aufzeichnungsmaterial mit Selen, Titanoxid, Cadmiumsulfid oder Zinkoxid als Photoleiter erzeugt wurde, sondern auch auf ein latentes elektrostatisches Bild auf einem nicht-lichtempfindlichen elektrographischen Aufzeichnungsmaterial gtbildet wurde, applizieren.

Im Rahmen eines Verfahrens, bei dem e^;n solcher Entwickler zum Einsatz gelangt, wird ein elektrisch leitendes, elektrophotographisehes Aufzeichnungsmaterial durch eine Corotron- oder Scorotron-Ladungssiation mit einer Elektrode, z. B. einem Wolframdraht, durch Coronaentladung aufgeladen und durch Belichten mit einem latenten elektrostatischen Bild versehen. Dieses wird dann entwickelt, indem in üblicher bekannter Weise, z. B. durch Kaskaden- oder Magnetbürstenentwicklung, ein Tonerbild erzeugt wird. Während der Entwicklung bedient man sich zweckmäßigerweise einer Entwicklungselektrode geeigneter Vorspannung. Gegebenenfalls wird dann das erhaltene Tonerbild unter Verwendung einer Übertragungsladungsstation vor dem Fixieren des Tonerbildes mittels einer Fixiervorrichtung, z. B. eines Strahlungsheizgeräts, einer beheizten Walze oder einer Druckwalze, auf ein aus Papier bestehendes Bildempfangsmaterial übertragen. In der geschilderten Weise erhält man eine qualitativ hochwertige Bildkopie hoher Dichte und geringer Hintergrundentwicklung. Insbesondere lassen sich über lange Zeit hinweg durch wiederholte Übertragung qualitativ ausgezei'hnete Obertragungsbilder herstellen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß sich der Entwickler infolge der überragenden Eigenschaften der Trägerteiichen nicht besonders stark abnutzt.

Beispiel

Es werden zwei verschiedene Arten Roheisenpulver eines Teilchendurchmessers bzw. einer Teilchengröße von nicht über 50 μπι bzw. von nicht über 100 μπι hergestellt und bei verschiedenen Temperaturen gesintert bzw. oxidiert Die Temperaturen der ersten Sinterung, die Teilchendurchmesser nach dem Sintern und die Temperatur der Oxidationsbehandlung sowie die scheinbaren Dichtewerte von 14 Arten erhaltener Eisenpulver finden sich in der folgenden tabellarischen Zusammenstellung.

Entsprechend der folgenden Rezeptur und unter Verwendung der verschiedenen Eisenpnlver-Trägerteilchen werden verschiedene Entwickler hergestellt Diese werden dann in einem handelsüblichen Kopiergerät zu Kopierzwecken verwendet In der tabellarischen Zusammenstellung finden sich die Ergebnisse hinsichtlich Kopienzahl, Bildqualität und Hintergrrndentwicklung.

Rezeptur der Entwickler:

Trägerteilchen 100 Teile

Toner aus einem Styrol-

harz. Ruß und Nigrosin

im Verhältnis 100: 6 :4 6 Teile.

Prcihe N

Teilchvndurchmesser des Ausgangsmaterials
in Mikron

Temperalur Teilchendurchdcr ersten messer nach dem Sinterung Sintern in Mikron Temperatur bei der Scheinbare
Oxidationsbehand- Dichte
hing in C

Ergebnisse des Testkopierens

Anzahl
Kopien

Hintergrundentwicklung

Erfindungs- gemäß 1	nicht größer als 50	950	50 bis 200	300 bis 370	2.18	20000
2	nicht größer als 50	1100	50 bis 200	300 bis 370	2,22	20000
3	nicht größer als 50	950	50 bis 200	300 bis 370	• 1,80	20000
4	nicht größer ais ?0	950	50 bis 200	300 bis 370	2,30	20000

nein

	7	Temperatur der ersten Sinterung	28 10 252	8	Ergebnisse kopieren« Anzahl Kopien	des Test- üintcrgrund- enlwicklung	S
Fortsetzung
Probe Nr	Teilchendurch- messer des Aus gangsmatertals in Mikron	Teilchendurch- Temperatur bei der messer nach dem Oxidationsbehand- Sintern in Mikron lung in C	Scheinbare bichte

Erfindungsgemilß

Vergleichsproben

nicht größer
als 50

nicht größer
als 100

nicht größer
als 50

850
1300
950

950
950
950
950
950
950
950

50 bis 200 300 bis 370

50 bis 200 50 bis 200

nicht weniger als 200

50 bis 200 50 bis 200 50 bis 200 bis 570
bis 370
bis 370
bis 370
bis 280
bis 280
bis 280

2,13 5000 ja

3,10 6000 ja

1,35 10000 ja

2,17 8000 ja

2,62 6000 ja

2,95 schlechte Bildqualitäl

2,80 3 000 ja

2,01 7000 ja

2,70 4000 ja

1,80 4 000 ja

Aus der tabellarischen Zusammenstellung geht hervor, daß die erfindungsgemäßen Eisenpulver-Trägerteilchen, die unter erfindungsgemäß einzuhaltenden Sinterungsbedingungen hergestellt wurden und deren scheinbare Dichte in den erfindungsgemäß einzuhaltenden Bereich fällt, selbst nach Herstellung von 20 000 Bildkopien imfner noch qualitativ hochwertige Bilder geringerer bis fehlender Hintergrundentwicklung liefern. Im Gegensatz dazu liefern die Vergleichsproben, die unter anderen Sinterungsbedingungeri hergestellt worden sind oder deren scheinbare Dtchte nicht den erfindungsgemäßen Anforderungen genügt, hur weit weniger Bildköpien, die darüberhinaüs auch noch von schlechter Qualität sind, bzw. eine mehr oder minder starke Hintergrundentwicklung zeigen.

Claims

Patentansprüche:

1. Aus oberflächlich oxidiertem Eisenpulver bestehende Trägerteilchen für elektrostatographische Entwickler, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Sintern eines auf eine Teilchengröße von nicht mehr als 50 um vermahlenen Roheisenpulvers ohne Mitverwendung eines Bindemittels bei einer Temperatur von 900° bis 1200⁰C zu einem Sinterkörper, Vermählen des Sinterkörpers und Klassifizieren des Mahlguts zu einem Eisenpulverzwischenprodukt einer Teilchengröße vcn 50 bis 200 um und schließlich Oxidieren des erhaltenen Eisenpulverzwischenprodukts bei einer Temperatur von 280° bis 390⁰C hergestellt wurden und daß sie eine scheinbare Dichte von 1,5 bis 2,5 g/cm³ aufweisen.

2. Verfahren zur Herstellung von Trägerteilchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein auf eine Teilchengröße von nicht mehr als 50 .um vermahlenes Roheisenpulver ohne Mitverwendung eines Bindemittels bei einer Temperatur von 900° bis 1200⁰C zu einem Sinterkörper sintert, den erhaltenen Sinterkörper im Rahmen eines Mahlvorgangs zerkleinert, das zerkleinerte Produkt zu einem Eisenpulverzwischenprodukt einer Teilchengröße von 50 bis 200 μΐη klassifiziert und danach das erhaltene Eisenpulverzwischenprodukt bei einer Temperatur von 280° bis 390° C oxidiert.

3. Verwendung von Trägerteilchen gemäß Anspruch 1 zusammen mit einem Toner zum Entwikkeln latenter elektrostatischer Bilder.