TlEDTKE - BüHLING - KlNNE ~
Pellmann - Grams - Struif
Patentanwälte und Vertreter beim EPA
Dipf.-Ing. H.Tiedtke Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe
Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif
Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2
Tel.; 089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent München
29. August 1985
Canon Kabushiki Kaisha Tok i o, Japan DE 5123
Trockenentwickter zur Entwicklung elektrostatischer
Bilder und Verfahren zur Erzeugung der Bilder
Dresdner Bank (München) Kto. 3939844
Deutsche Bank (München) Kto. 2861060 Postscheckamt (Manchen) Kto. 670-43-804
Die Erfindung betrifft einen Trockenentwickler mit einem Toner, der ein besonderes Polyalkylen und unmagnetische,
anorganische, feinteilige Pulver enthält, sowie ein Verfahren zur Bildformierung unter Benutzung eines besonderen Entwicklers und
eines lichtempfindlichen Körpers, dessen Härte wenigstens einen
bestimmten Härtewert hat.
Bei den elektrophotographischen Verfahren werden zuerst latente elektrostatische Bilder hergestellt, wobei man die
Eigenschaft eines Photoleiters, wie z.B Cadmiumsulfid, Polyvinylcarbazol, Selen, Zinkoxid und dergl. ausnutzt. Es wird z.B. eine
elektrische Ladung gleichmäßig auf eine Photoleiterschicht aufgebracht; dann folgt die bildweise Belichtung unter Bildung latenter
elektrostatischer Bilder, die mit Tonerpulvern einer der Polarität der latenten elektrostatischen Bilder entgegengesetzten Polarität
entwickelt und gewünschtenfalls auf ein Bildaufnahmebogen übertragen
und fixiert werden. Bei einem Gerät mit Obertragungsstufe ist es üblich, daß der auf den Bildaufnahmebogen nicht übertragene
und auf dem lichtempfindlichen Körper verbliebene Toner entfernt
und der lichtempfindliche Körper wiederholt benutzt wird.
Zur Entfernung des auf einem lichtempfindlichen Körper
verbliebenen Toners benutzt man gewöhnlich ein Messer-Reinigungsverfahren, ein Fellbürsten-Reinigungsverfahren, ein Magnetbürsten-Reinigungsverfahren
und dergl. Bei diesen Verfahren erfolgt eine Berührung des Reinigungsteils mit dem lichtempfindlichen Körper.
Das Reinigungsteil wird hierbei mit geeignetem Druck an den licht-
-X -
empfindlichen Körper gedrückt, so daß dieser einer Kratzung unterliegt
und der Toner zu einer festen Haftung an dem lichtempfindlichen Körper kommt, während das Reinigungsteil wiederholt benutzt
wird. Beispielsweise schlägt die Japanische OS 47345/1973 vor, daß zur Vermeidung einer Tonerfixierung auf dem lichtempfindlichen
Körper dem Toner ein die Reibung herabsetzendes Material und ein abreibendes Material zugesetzt werden. Dies ist tatsächlich eine
wirksame Maßnahme, um der Tonerfixierung auf dem lichtempfindlichen
Körper entgegenzuwirken, jedoch verbleibt noch das folgende Problem.
Wenn das die Reibung herabsetzende Material in einer
zur Verhinderung der Tonerfixierung genügenden Menge zugesetzt wird, können Materialien mit geringem elektrischem Widerstand, wie
z.B. Papierpulver, Ozon-Additionsprodukt und dergl., die auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Körpers bei dessen wiederholter
Benutzung gebildet werden oder zur Anhaftung kommen, nicht leicht entfernt werden, und insbesondere werden die auf dem lichtempfindlichen
Körper gebildeten latenten Bilder unter den Bedingungen hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit durch diese Materialien
mit geringem elektrischem Widerstand in starkem Maße beeinträchtigt. Ferner sind die Mengen des die Reibung herabsetzenden Materials und
des abreibenden Materials so empfindlich, daß nur mit Schwierigkeit
ein Toner mit beständigen Eigenschaften erhalten werden kann.
Ferner hat ein lichtempfindlicher Körper mit einem
organischen Photoleiter zwar ausgezeichnete Eigenschaften, aber es besteht der Nachteil, daß die Oberflächenhärte so gering ist, daß
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'/ir
die Oberfläche zerstört wird, so daß es nicht erwünscht ist, die Oberfläche eines lichtempfindlichen Körpers kräftig zu reinigen.
Im Ergebnis ist bei einem lichtempfindlichen Körper mit organischem
Photoleiter die Entfernung von Materialien mit geringem elektrischem Widerstand schwierig, wie z.B. von verunreinigenden Materialien, die
auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Körpers durch Corona-Entladung
oder dergl. gebildet werden, sowie von Papierpulvern und anderen Materialien mit geringem elektrischem Widerstand, die an der
Oberfläche des lichtempfindlichen Körpers haften. Wenn die oben erwähnten
Materialien bei hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit auf dem lichtempfindlichen Körper verbleiben, absorbieren sie Feuchtigkeit
mit dem nachteiligen Resultat eines äußerst niedrigen elektrischen Widerstandes und der Bildung ungleichmäßiger latenter Bilder.
Es wurden Methoden und Geräte zur Fixierung von Tonerbildern an dem Aufnahmekörper, wie z.B. Papier, entwickelt. Die
gegenwärtig bedeutendste Methode ist die Druckerwärmung unter Benutzung einer Heizwalze, wobei man die Tonerbildoberfläche des
Aufnahmebogens mit der Oberfläche der Heizwalze, deren Oberfläche
aus einem Material mit Abweisungsvermögen gegenüber dem Toner besteht,
in Berührung bringt und die Tonerbildoberfläche bei der Berührung mit der Heizwalze unter Druck setzt. Da bei der Druckerwärmungsmethode
die Oberfläche der Heizwalze und die Tonerbilder auf dem Aufnahmebogen, auf dem die Tonerbilder fixiert werden sollen,
unter Druckeinwirkung in gegenseitigen Kontakt gebracht werden, ist die Wärmewirksamkeit für das Aufschmelzen der Tonerbilder auf
353Ü909
-χΤ-
den Aufnahmebogen sehr gut, so daß sich eine schnelle Fixierung ergibt und diese Methode für elektrophotographische Hochleistungskopiermaschinen
sehr leistungsfähig ist.
Bei der vorgenannten Methode berührt die Oberfläche der Heizwalze die Tonerbilder im geschmolzenen Zustand unter Druck,
so daß ein Teil der Tonerbilder an der Oberfläche der Heizwalze haftet und auf sie übertragen wird. Anschließend werden die an
der Walzenoberfläche haftenden Tonerbilder erneut auf einen Aufnahmebogen
übertragen, sogenannte Offset-Erscheinung, wodurch der Aufnahmebogen
verschmutzt.
Im Hinblick auf den vorgenannten Sachverhalt schlagen die Japanischen OSen 65231/1974, 27546/1975 und 153944/1980 Toner
für die Heizwalzenfixierung vor, in denen zur Verhinderung der Offset-Erscheinung Polyalkylen enthalten ist. Es wurde jedoch bei
der Untersuchung verschiedener Toner, die zur Verhinderung der Offset-Erscheinung bei der Heizwalzenfixierung Polyalkylen enthalten,
gefunden, daß die oben erwähnten Probleme bei der Reinigung noch nicht zufriedenstellend gelöst sind.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Toner zu schaffen, der den lichtempfindlichen Körper kaum schädigt.
Der Toner soll selbst unter den Bedingungen hoher Temperatur und
hoher Feuchtigkeit keine Ungleichmäßigkeit der latenten Bilder verursachen. Der Toner soll ferner eine abreibende Wirkung haben und
einer leichten Reinigung zugänglich sein, wenn er nach der über-
tragung auf dem lichtempfindlichen Körper verbleibt. Der Toner
soll an dem lichtempfindlichen Körper weder haften noch anschmelzen
und in den reproduzierten Bildern kein punkt- oder streifenartigen Flecken bilden. Der Toner soll weiterhin nicht die Hülse des Entwicklungsgeräts
verunreinigen und auch nach langzeitiger wiederholter Benutzung keine verminderte Bilddichte liefern. Der Toner
soll schließlich auch beständig sein. Die Aufgabe erstreckt sich ferner auf die Schaffung eines Verfahrens zur Bildung von Bildern
mit einer Reinigungsstufe, in der die nach der Tonerbildübertragung
an dem organischen photoleitenden lichtempfindlichen Körper
verbleibenden Tonerteilchen in ausreichendem Maße entfernt werden
können. Schließlich sollen bei dem Bildformierungsverfahren die Anhaftung und Anschmelzung des Toners an dem mit organischem
Photoleiter arbeitenden lichtempfindlichen Körper vermieden werden
und in den reproduzierten Bildern weder punkt- noch streifenartige Flecken entstehen.
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Trockenentwickler für die Entwicklung elektrostatischer Bilder geschaffen,
der a) Tonerteilchen mit 100 Gew.-Teilen Bindemittel harz und
1 bis 20 Gew.-Teilen Polyalkylen mit einem Verhältnis von gewichtsbezogenem
mittlerem Molekulargewicht zu anzahl bezogenem mittlerem Molekulargewicht von 2,0 bis 10,0, einem durch Gelpermeationschromatographie
bestimmten, Z-bezogenen, mittleren Molekulargewicht von 10.000 bis 200.000 und einem Gehalt von 5 bis 60 Gew.-% eines
beim Siedepunkt in η-Hexan löslichen Bestandteils, wobei der kinetische Reibungskoeffizient der Tonerteilchen 0,20 bis 0,50 beträgt,
-yz-
und b) unmagnetische, anorganische, feinteilige Pulver mit einer
spezifischen BET-Oberflache gemäß der Stickstoff-Adsorptionsmethode
von 0,5 bis 500 m2/g aufweist.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Bildformierungsverfahren,
bei dem man den Trockenentwickler zur Entwicklung elektrostatischer latenter Bilder auf einem lichtempfindlichen
Körper mit einer Oberflächenhärte von 8 g oder mehr einsetzt, die
entwickelten Bilder auf einen Aufnahmekörper überträgt und die auf dem lichtempfindlichen Körper verbleibenden Tonerteilchen durch
eine von Abreibung begleitete Reinigung entfernt.
Figur 1 ist ein schematischer Teilschnitt eines Entwicklungsgeräts,
das bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann; und
Figur 2 und Figur 3 sind schematische Teilschnitte der Reinigungsgeräte, die bei der vorliegenden Erfindung benutzt
werden können.
Nachfolgend werden die Gründe angegeben, weshalb die vorliegende Erfindung die oben erwähnten verschiedenen Probleme
bei den bekannten Tonern löst.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Polyalkylen verleiht den Tonerteilchen einen angemessenen kinetischen Reibungskoeffizienten
und ein Abreibungsvermögen, das dazu dient, Materialien
mit geringem elektrischem Widerstand und Papierpulver von dem lichtempfindlichen Körper geeigneter Oberflächenhärte zu entfernen,
ohne seine Oberfläche zu beschädigen.
Durch geeignete Kombination der Oberflächenhärte des lichtempfindlichen Körpers mit dem kinetischen Reibungskoeffizienten des Toners der Erfindung erreicht man durch eine Wechselwirkung
des lichtempfindlichen Körpers mit dem Toner ein bestimmtes Adhäsions-Unvermögen,
und der nach der Übertragung auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Körpers verbleibende Toner wird ohne Beschädigung
dieser Oberfläche ausreichend entfernt und eine feste Haftung und Anschmelzung des Toners an dem lichtempfindlichen Körper
wird vermieden. Außerdem kann die Filmbildung des Toners und der Additive auf dem lichtempfindlichen Teil wirksam verhindert werden.
Der Toner mit dem Abriebvermögen gemäß der Erfindung verhindert bei Kontakt mit der Entwicklungshülse deren Verschmutzung
und liefert daher eine beständige Bilddichte, wenn eine Anzahl von Kopien kontinuierlich erzeugt wird.
Der in dem Entwickler der Erfindung enthaltene Toner hat einen nach der folgenden Methode gemessenen kinetischen Reibungskoeffizienten
von 0,20 bis 0,50, vorzugsweise 0,20 bis 0,45. Der Toner mit einem solchen spezifischen kinetischen Reibungskoeffizienten
zeigt in genügendem Maße das den Tonerteilchen selbst verliehene Abriebvermögen, ohne daß der lichtempfindliche Körper
beschädigt wird. Daher können Materialien mit geringem elektrischem
Widerstand und auf dem lichtempfindlichen Körper anhaftender Toner
leicht durch das Reinigungsmesser entfernt werden, so daß eine Ungleichmäßigkeit
des latenten Bildes infolge dieser Materialien, Toner und mangelhafter Reinigung vermieden werden können. Wenn
der kinetische Reibungskoeffizient zu groß ist, kann die Oberfläche des lichtempfindlichen Körpers verletzt werden, und die Haftung
dieser Stoffe an dem lichtempfindlichen Körper nimmt so zu, daß
eine ausreichende Reinigung nicht erreicht wird. Wenn dagegen der kinetische Reibungskoeffizient zu klein ist, ist die Abriebwirkung
nicht ausreichend.
Wenn der kinetische Reibungskoeffizient in dem oben erwähnten Bereich liegt, ist die Berührung zwischen dem Toner und
der Hülse des Entwicklungsapparats angemessen, die Hülse wird nicht mit dem Toner verschmutzt, und die erzielte Bilddichte ist
bei wiederholter vielfacher Benutzung des Toners, insbesondere auch bei hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit, beständig.
Der kinetische Reibungskoeffizient wird wie unten angegeben gemessen. Beispielsweise wird ein flacher Film aus Styrol-Methylmethacrylat-Harz
einer Härte von 20 g entsprechend der Oberflächenschicht eines organischen, photoleitfähigen, lichtempfindlichen
Körpers an dem Probenhalter einer Meßeinrichtung für Oberflächeneigenschaften, HEIDON 14 TYPE (Handelsname, hergestellt von
Shinto Kagaku) befestigt. Eine unter einem Winkel von 45 ° gehaltene Polyurethan-Klinge (2mm dick χ 10 mm breit χ 50 mm lang) wird
von oben her mit 100 g belastet, und der Probenhalter wird mit
353Ü909
einer Geschwindigkeit von 50 mm/min bewegt, um den flachen Film gleichmäßig mit 0,50 g eines auf den Film gebrachten Toners zu beschichten.
Dann wird auf die resultierende Tonerschicht mit einer Quarzscheibe von 15 mm Durchmesser eine vertikale Last von 100 g
aufgebracht, und der Probenhalter wird mit einer Geschwindigkeit von 50 mm/min bewegt. Es wird die kinetische Reibungskraft bestimmt,
um den kinetischen Reibungskoeffizienten zu berechnen.
Das in dem Entwickler der Erfindung enthaltene PoIyalkylen
muß ein Verhältnis des gewichtsbezogenen mittleren Molekulargewichts
zu dem anzahl bezogenen mittleren Molekulargewicht, ein aus der Gelpermeationschromatographie berechnetes, auf Z bezogenes
mittleres Molekulargewicht und einen Gehalt des beim Siedepunkt in η-Hexan löslichen Bestandteils in den angegebenen Zahlenbereichen
haben.
Die Molekulargewichtsverteilung des Polyalkylens kann
ausgedrückt werden durch den Wert von gewichtsbezogenes mittleres Molekulargewicht/anzahlbezogenes mittleres Molekulargewicht
(Mw/Mn).
Das gewichtsbezogene mittlere Molekulargewicht (FIw)
und das anzahl bezogene mittlere Molekulargewicht (Hn) kann nach verschiedenen Meßmethoden bestimmt werden. Die in der vorliegenden
Erfindung benutzte Meßmethode wird unten beschrieben. Das auf
" ** 353Ü909
-χ-
die Anzahl bezogene mittlere Molekulargewicht Mn ist eine Größe,
die man durch Addition der Produkte aus Mi (Molekulargewicht) und
Ni/ZNi (Anzahlfraktion des Molekulargewichts Mi) für i von 0 bis
o=> erhält, wobei Ni die Anzahl der Moleküle mit einem Molekulargewicht Mi ist, und kann definiert werden durch die Formel
ca
Σ MiNi
_
Mn =
Σ Ni
Die ist ein Mittelwert, was die Anzahl der Moleküle anbetrifft.
Dagegen ist das auf das Gewicht bezogene mittlere Molekulargewicht Mw, bei dem der Beitrag hochmolekularer Materialien
von großer Bedeutung ist, wie folgt definiert:
cO
Σ Mi2Ni
Mw =
Σ1 MiNi
i=1
Wenn die Stoffe Hochpolymere mit hohem Molekulargewicht, wie z.B. hundert, mehrere Tausend und Millionen sind, spielt es
keine Rolle, daß M (Molekulargewicht des Polymers) diskontinuierliche Werte, bezogen auf das Molekulargewicht des Monomers (Mo)
annimmt. Selbst wenn M als ein kontinuierlich variabler Wert betrachtet wird, ergibt sich nur ein geringer Fehler in der mathematischen Behandlung. Zudem wird die mathematische Behandlung oft
einfacher. Demgemäß wird die Größe der Anzahl der Moleküle, deren
Molekulargewicht zwischen M und M+dM liegt, durch n(M)dM bezeichnet,
η(M) ist eine auf das Molekulargewicht bezogene Zahlenverteilungsfunktion, die der Formel
OO
/n(M)dM = 1
O
genügt, und das auf die Anzahl bezogene mittlere Molekulargewicht
Mn ist gegeben durch die Formel:
W = /Mn(M)dM
0
In ähnlicher Weise wird das auf das Gewicht bezogene mittlere Molekulargewicht Mw bezeichnet durch die Formel:
OO
Mw
/M2n(M)dM
O
OO
/Mn(M)dM
O
Eine auf das differentielle Gewicht bezogene Molekulargewichtsverteilung w(M) (=Mn(M)) erhält man durch ein Chromatogramm der Gelpermeationschromatographie (GPC).
Demgemäß ist es möglich, das oben genannte anzah]bezogene mittlere Molekulargewicht und gewichtsbezogene mittlere Molekulargewicht gleichzeitig aus dem Chromatogramm der GPC zu berechnen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei der Gelpermeationschromatographie o-Dichlorbenzol (0,1 % Ionol zugesetzt)
als Lösungsmittel benutzt, und es werden 400 μΐ einer Lösung
der Probe mit einer Konzentration von 0,1 Gew.-% bei 135 0C mit
einer Meßströmungsgeschwindigkeit von 1,0 ml/min eingeführt. Die Molekulargewichtsbestimmung der Probe wird unter Benutzung
einer Eichkurve durchgeführt, die mit einer Polystyrol-Standdard-Probe eines monodispersen Systems erhalten wurde. Die zu benutzende
Kolonne ist nicht vorgeschrieben; es kann aber A-80M (Handelsname, hergestellt von Shodex) eingesetzt werden.
Die Werte des gewichtsbezogenen mittleren Molekulargewichts und des anzahl bezogenen mittleren Molekulargewichts
in der vorliegenden Erfindung sind alle auf Polystyrol umgerechnet.
Es wurde gefunden, daß Polyalkylen mit einem Verhältnis
gewichtsbezogenes mittleres Molekulargewicht/anzahlbezogenes
mittleres Molekulargewicht (Mw/Mn) von 2,0 bis 10,0, vorzugsweise 5,0 bis 8,0 erwünscht ist. Durch die Kontrolle dieses Verhältnisses
(Mw/Mn) kann die Offset-Erscheinung verhindert werden, und es können ferner verschiedene Probleme im Zusammenhang mit der Reinigung gelöst werden. Das gewichtsbezogene mittlere Molekulargewicht
ist vorzugsweise 3.000 bis 80.000.
Das Z-bezogene mittlere Molekulargewicht Mz, bei
dem der Beitrag von hochmolekularen Materialien zu dem mittleren Molekulargewicht von großer Bedeutung ist, ist wie folgt definiert:
co
Σ Mi3Ni
i=1
Mi =
Σ Mi 2Ni
worin Mi und Ni die gleiche Definition wie oben angegeben haben.
Wenn das Z-gemittelte Molekulargewicht durch eine
kontinuierliche Menge ausgedrückt wird, stellt es sich wie folgt dar:
oo
M3n(M)dM
/ M2n(M)dM
O
Die auf das differentielle Gewicht bezogene Molekulargewichtsverteilung w(M) (=Mn(M)) erhält man aus dem Chromatogramm
der Gelpermeationschromatographie.
Das oben erwähnte anzahlgemittelte Molekulargewicht,
gewichtgemittelte Molekulargewicht und Z-gemittelte Molekulargewicht können gleichzeitig aus dem Chromatogramm der GPC berechnet
werden. Das Z-gemittelte Molekulargewicht beträgt gewöhnlich 10.000 bis 200.000, vorzugsweise 30.000 bis 90.000. Durch Kontrolle
des Z-gemittelten Molekulargewichts können die Offset-Erscheinung
verhindert, das Fixiervermögen verbessert und ferner verschiedene Probleme bei der Reinigung beseitigt werden.
Das in dem Toner der Erfindung enthaltene Polyalkylen hat vorzugsweise wenigstens zwei Maxima in dem GPC-Chromatogramm.
Das Hauptmaximum liegt in dem Molekulargewichtsbereich von 2.000
bis 80.00.0, vorzugsweise 5.000 bis 60.000. Wenigstens ein anderes
Maximum liegt vorzugsweise in einem Bereich geringeren Molekulargewichts als das Hauptmaximum, insbesondere in einem Molekulargewichtsbereich zwischen 1/30 und 1/5, speziell zwischen 1/20
und 1/10 des Molekulargewichts des Hauptmaximums.
Ferner enthält das erfindungsgemäß eingesetzte Polyalkylen 5 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 45 Gew.-% eines
in η-Hexan am Siedepunkt löslichen Anteils, d.h. einer Materie, die durch η-Hexan am Siedepunkt extrahiert wird.
Die durch siedendes η-Hexan aus dem erfindungsgemäß benutzten Polyalkylen extrahierte Materie ist der Gehalt an in
η-Hexan am Siedepunkt löslichen, polymeren Komponenten des PoIyalkylens. Dieser Gehalt kann wie unten angegeben gemessen werden.
Eine bestimmte Menge des Polymeren (W1 g) wird abgewogen und durch ein Extraktionsgerät, wie z.B. ein Soxhlet-Extraktionsapparat, extrahiert, um die in siedendem η-Hexan löslichen Stoffe aus dem Polymer zu entfernen. Das zurückbleibende
Polymer wird getrocknet und gewogen (W2 g). Die Menge der so extrahierten Stoffe wird nach der folgenden Formel berechnet:
χ 100 (%)
Das oben erwähnte Polyalkylen umfaßt Homopolymer,
wie Polyäthylen, Polypropylen, Polybuten, Polyhexen und dergl.,
Copolymere, wie Äthylen-Propylen-Copolymer, Äthylen-Buten-Copolymer und dergl., Terpolymere des Hexens mit zwei anderen Monomeren,
wie Äthylen, Propylen, Buten und dergl., sowie Polyolefine, wie z.B. thermisch modifizierte Produkte der oben erwähnten Polymeren.
Polypropylen und dessen thermisch modifizierte Produkte werden bevorzugt. Die auf 100 Gew.-Teile der Harzkomponente zuzusetzende
Menge des Polyalkylens beträgt 1 bis 20 Gew.-Teile, vorzugsweise
1 bis 10 Gew.-Teile, da diese Polyalkylenzugabe die Unebenheit
und Härte der Toneroberfläche zweckmäßig verändert und dem Toner eine passende Abriebeigenschaft verleiht. Im Ergebnis verhindert
der erfindungsgemäße Toner die oben erwähnte Ungleichmäßigkeit der latenten Bilder und die Flecken in den Bildern auf Grund
der Haftung eines Materials an dem lichtempfindlichen Körper,
ohne daß dieser dabei geschädigt wird.
Der Entwickler der vorliegenden Erfindung enthält
unmagnetische, anorganische feinteil ige Pulver mit einer spezifischen BET-Oberflache gemäß der Stickstoff-Adsorptionsmethode
von 0,5 bis 500 m2/g, insbesondere 50 bis 400 mz/g. Die Menge
des unmagnetischen anorganischen feinteil igen Pulvers beträgt 0,01 bis 10 Gew.-Teile, vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.-Teile auf
100 Gew.-Teile Toner.
Die Zugabe des feinen Pulvers verringert die oben erwähnte Ungleichmäßigkeit der latenten Bilder. Die Verringerung
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der Unregelmäßigkeit scheint auf der großen spezifischen Oberfläche
der feinen Pulver zu beruhen, welche die an dem lichtempfindlichen
Körper hängenden Materialien mit geringem elektrischem Widerstand durch Adsorption oder Haftbindung an ihrer Oberfläche entfernen.
Als unmagnetische, anorganische, feine Pulver sind Pulver oder Teilchen aus Aluminiumoxid, Titanoxid, Bariumtitanat,
Magnesiumtitanat, Calciumtitanat, Strontiumtitanat, Zinkoxid,
Kieselsand, Ton, Glimmer, Wollastonit, Diatomeenerde, Siliciumcarbid,
verschiedenen anorganischen Oxid-Pigmenten, Chromoxid, Ceroxid, rotem Eisenoxid, Antimontrioxid, Magnesiumoxid, Zirkonoxid,
Bariumsulfat, Bariumcarbonat, Calciumcarbonat, feinen
Siliziumdioxid-Pulvern und dergl. zu erwähnen. Unter ihnen werden Metallsalze der Titansäure, Siliciumcarbid, Ceroxid und feine
Siliziumdioxid-Pulver besonders bevorzugt.
Die hier erwähnten feinen Siliziumdioxid-Pulver sind feine Pulver mit Si-O-Si-Bindungen. Sie können durch ein Trockenverfahren
oder ein Naßverfahren hergestellt werden. Es gibt eine Reihe von bekannten Naßverfahren zur Herstellung von feinen SiIiziumdioxid-Pulvem.
Beispielsweise wird Natriumsilikat durch eine Säure
gemäß dem folgenden Reaktionsschema zersetzt:
Na2O-XSiO2 + HCl + H2O —*· SiO2-nH2O + NaCl;
Natriumsilikat wird durch Ammoniumsalze oder Alkalisalze zersetzt;
Erdalkalimetall Silikate werden aus Natriumsilikat gebildet und
21
-M-
dann durch eine Säure unter Bildung von Siliziumdioxid zersetzt;
eine Natriumsilikat-Lösung wird mit Hilfe eines Ionenaustauscher-Harzes zu Siliziumdioxid umgesetzt;
es werden natürliche Silikate oder natürliches Siliziumdioxid
benutzt.
Die hier erwähnten feinteiligen Siliziumdioxid-Pulver umfassen Kieselsäureanhydrid (Siliziumdioxid), Aluminiumsilikat,
Natriumsilikat, Kaliumsilikat, Magnesiumsilikat, Zinksilikat
und andere Silikate. Die Teilchengröße ist vorzugsweise eine mittlere primäre Teilchengröße von 0,01 bis 2 Mm. Feine Siliziumdioxid-Pulver
mit 85 Gew.-% SiO2 oder mehr werden bevorzugt.
Nach dem Trockenverfahren hergestellte, feine Siliziumdioxid-Pulver
werden als "Trockenverfahren-Siliziumdioxid" oder "Rauch-Siliziumdioxid" bezeichnet, die nach bekannten Verfahren
hergestellt werden können. So wird z.B. Siliziumtetrachlorid-Gas einer thermischen Zersetzung und Oxidationsreaktion in einer
Sauerstoff/Wasserstoff-Flamme unterzogen, wobei die grundlegende
Reaktionsgleichung wie folgt lautet:
SiCl4 + 2H2 + O2 —y SiO2 + 4 HCl
Bei diesem Herstellungsverfahren kann man beispielsweise
bei Einsatz eines Siliziumhalogenids zusammen mit einem
anderen Metal!halogenid, wie Aluminiumchlorid, Titanchlorid und
dergl., feine Verbundpulver erhalten, die aus Siliziumdioxid
und dem anderen Metalloxid bestehen. Diese feinen zusammengesetzten
Pulver können bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
Die Teilchengröße ist vorzugsweise eine mittlere hauptsächliche Teilchengröße von 0,001 bis 2 μ, insbesondere
0,002 bis 0,2 μ, der feinen Siliziumdioxid-Pulver.
Als feine Siliziumdioxid-Pulver sind im Handel verschiedene Siliziumdioxide erhältlich. Unter ihnen werden Siliziumdioxide mit hydrophoben Gruppen an der Oberfläche bevorzugt,
z.B. R-972 (Handelsname, hergestellt von Aerosil Co.) und Tullanox
500 (Handelsname, hergestellt von TuIco Co.).
Ferner werden vorzugsweise feine siliziumdioxid-PuIver benutzt, die mit Silan-Kuppler, Titan-Kuppler, Silikonöl,
Silikonöl mit substituierten oder unsubstituierten Aminogruppen
in der Seitenkette oder dergl. behandelt sind.
Insbesondere, wenn der Toner ein positiv aufladbarer
Toner ist, werden positiv aufladbare feine Siliziumdioxid-Pulver bevorzugt. Wenn der Toner ein negativ aufladbarer Toner ist,
werden negativ aufladbare feine Siliziumdioxid-Pulver bevorzugt.
Der Absolutwert der triboelektrisehen Ladung der
positiv oder negativ aufladbaren feinen Siliziumdioxid-Pulver
beträgt vorzugsweise HOl \ic/g oder mehr, insbesondere |30j \ic/g
oder mehr. Nachfolgend wird positiv aufladbares Siliziumdioxid als Beispiel erläutert.
Die positiv aufladbaren feinen Siliziumdioxid-Pulver können hier wie folgt definiert werden. 2 g feines Siliziumdioxid-Pulver,
das über Nacht bei 25 0C und 50 bis 60 % relativer Feuchte
gestanden hatte,und 98 g Träger-Eisenpulver mit einer Haupt-Teilchengröße
von 0,048 bis 0,074 mm (200 bis 300 Mesh), das nicht mit einem Harz ummantelt war (z.B. EFV 200/300; Handelsname,
hergestellt von Nippon Teppun), werden unter der oben genannten Bedingung in einem Aluminiumtopf von 200 cm3 Inhalt genügend
gemischt ( etwa 50 mal mit der Hand auf und ab geschüttelt), und die triboelektrische Ladung des feinen Siliziumdioxid-Pulvers
wird nach einer gewöhnlichen Abblasemethode unter Benutzung einer Aluminiumzelle mit einem Sieb von 0,037 mm Maschenweite
(400 Mesh) gemessen. Die feinen Siliziumdioxid-Pulver, die bei
der Messung nach dieser Methode positive triboelektrische Ladungen tragen, werden als positiv aufladbare feine Siliziumdioxid-Pulver
definiert.
Die positiv aufladbaren feinen Silisiumdioxid-Pulver
werden bei der Herstellung vorzugsweise mit einem Kupplungsmittel
behandelt, das Amiη oder Silikonöl enthält.
Derartige Behandlungsmittel umfassen Aminosilan-Kuppler,
wie sie nachfolgend angegeben sind: H2NCH2CH2CH2Si(OCH3J3
H2NCH2CH2CH2Si(OC2Og)3
CH3
I
H2NCH2CH2CH2Si(OCH3)2
-je-
CH3 H2NCH2CH2NHCH2CH2CH2Si(OCH3)2
H2NCONHCH2CH2CH2Si(OC2H5J3
H2NCH2CH2NHCH2CH2CH2Si(OCH3)3
H2NCH2CH2NHCH2CH2NHCH2CH2CH2Si(OCH3)3
H5C2OCOCH2CH2NHCH2CH2CH2Si(OCH3)3
H5C2OCOCH2CH2NHCH2CH2NHCH2CH2CH2Si(OCH3)3
H5C2OCOCH2CH2NHCH2CH2NHCH2CH2NHCH2CH2-NHCH2CH2CH2Si (OCH3 )3
H3COCOCH2CH2NHCH2CH2NHCH2CH2CH2Si(OCH3)3
H5C2
^N-CH2CH2CH2Si (OCH3J3
)Si (OCH3 )3
/0V-NHCH2CH2CH2Si (OCH3);
H2NCH2CH2NHCH2
H3C
" N^OVSi(OC2Hg)3
H3C
H2NCH2-VoV-CH2CH2Si (OCH3 )3
H2NCH2CH2NHCH2-Zo)-CH2CH2Si(OCH3),
HOCH2CH2
^N-CH2CH2CH2Si (OCH3J3
HOCH2CH2
(H3CO)3SiCH2CH2CH2-NHCH2
I (H3CO)3SiCH2CH2CH2-NHCH2
(H5C2O)3SiCH2GH8CH2
(H5C2O)3SiCH2CH2CH2^'
H3CNHCH2CH2CH2Si(0C2H5)3
H2N(CH2CH2NH)2CH2CH2CH2Si(OCH3)3
H3C-NHCONHC3HgSi(OCH3)3
35 3Ό9Ό9
Als Behandlungsmittel wird ferner im allgemeinen modifiziertes Silikonöl mit Aminogruppen in der Seitenkette gemäß
der folgenden Formel benutzt
-Si-O-I
R/XR K3 K4
worin R. Wasserstoff, Alkyl, Aryl oder Alkoxy, Rp Alkylen oder
Phenyl en und R3 und R. unabhängig voneinander Wasserstoff, Alkyl
oder Aryl bedeuten. Das Alkyl, Aryl, Alkylen und Phenyl en kann eine Amino-Gruppe haben sowie auch Substituenten, wie Halogen
und dergl., sofern diese die Aufladbarkeit nicht beeinträchtigen. Beispiele des Silikonöls sind:
|
Handelsname Viskosität
(cps) |
1200 |
SF8417 |
(hergestellt von Toray
Silicon Co.) |
60 |
KF393 |
(hergestellt von
Shinetsu Kagaku) |
70 |
KF857 |
Il |
250 |
KF860 |
Il |
3500 |
KF861 |
Il |
750 |
KF862 |
Il |
1700 |
KF864 |
Il |
90 |
KF865 |
Il |
20 |
KF369 |
It |
20 |
KF383 |
Il |
3500 360
830 7600 2000 1900 3800 4400
320
320
3 530Ϊ09
Viskosität bei 25 |
0C Aminoäquivalent |
(cps) |
|
90 |
8800 |
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3800 |
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3800 |
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1700 |
Handelsname
X-22-3680 (hergestellt von
Shinetsu Kagaku)
X-22-380D ·.
X-22-3810B X-22-3810B ··
Aminäquivalent bedeutet bei der vorliegenden Erfindung
ein Äquivalent auf eine Amino-Gruppe (g/Äquiv), d.h. das Molekulargewicht
geteilt durch die Anzahl der Amino-Gruppen je Molekül.
Die bei der vorliegenden Erfindung brauchbaren positiv
oder negativ aufladbaren, feinteil igen Siliziumdioxid-Teilchen
sind jene mit einem Hydrophobizitätswert von 30 bis 80, wobei dieser Wert durch die Methanoltitrationsprüfung bestimmt
wird. Zur Hydrophobierungsbehandlung können bekannte Hydrophobierungsverfahren dienen, etwa die Behandlung der feinteil igen Siliziumdioxid-Teilchen
mit einer organischen Siliziumverbindung, die mit den Teilchen reagieren kann oder von diesen physikalisch
adsorbiert wird. Vorzugsweise werden die feinteil igen Siliziumdioxid-Teilchen
mit der organischen Siliziumverbindung gleichzeitig mit oder nach der Behandlung mit den zuvor erwähnten Behandlungsmitteln,
wie z.B. Silan-Kuppler und dergl., behandelt.
Diese organischen Siliziumverbindungen sind u.a.
Hexamethyldisilazan, Trimethylsilan, Trimethylchlorsilan, Trimethyläthoxysilan,
Dimethyldichlorsilan, Methyltrichlorsilan,
"35 3Ό'9Ό9
Allyldimethylchiorsilan, Allyl phenyl dich!orsilan, Benzyl dimethylchi ors i 1 an, Brommethyl dimethyl chi orsi 1 an, «-Chi ora'thy 1 tri chi ors i 1 an,
ß-Chloräthyltrichlorsilan, Chlormethyl dimethyl chiorsilan, Triorganosilylmercaptan, Trimethylsi IyI mercaptan, TriorganosiIyI acryl at,
Vinyldimethylacetoxysilan, Dimethyläthoxysilan, Dimethyldimethoxysilan, Diphenyldiäthoxysilan, Hexamethyldisiloxan, 1,3-Divinyltetramethyldisi 1oxan, 1,3-Diphenyltetramethyldisi1oxan, Dimethylpolysiloxan mit 2 bis 12 Siloxan-Einheiten je Molekül und einer
an ein Si-Atom gebundenen Hydroxid-Gruppe auf eine am Kettenende befindliche Einheit, und dergl.. Diese Verbindungen werden alleine
oder als Gemisch von zwei oder mehr Verbindungen eingesetzt.
Der Methanoltitrationstest ist eine versuchsmäßige Prüfung, durch die der Grad der Hydrophobizität der feinteil igen
Siliziumdioxid-Teilchen mit hydrophobierter Oberfläche bestimmt
wird.
Der hier beschriebene "Methanoltitrationstest" zur
Bestimmung der Hydrophobizität der feinteil igen Siliziumdioxid-Teilchen nach der Behandlung kann wie folgt durchgeführt werden:
Die zu prüfenden feinteil igen Siliziumdioxid-Teilchen (0,2 g)
werden in einem Erlenmeyer-Kolben (250 ml) zu 50 ml Wasser hinzugegeben. Dann wird aus einer Bürette Methanol tropfenweise zugegeben, bis die gesamte Menge des Siliziumdioxids feucht wird.
Während dieser Stufe wird die Lösung in dem Kolben mit einem Magnetrührer ununterbrochen gerührt. Der Endpunkt wird festgestellt, wenn die Gesamtmenge der feinen Siliziumdioxid-Teilchen
in der Flüssigkeit suspendiert ist. Die Hydrophobizität wird
ausgedrückt als Prozentsatz des Methanols in dem Gemisch aus Wasser und Methanol am Endpunkt.
Die feinteiligen Siliziumdioxid-Teilchen zeigen bevorzugte Wirkung bei einer Einsatzmenge von 0,01 bis 20 %, bezogen
auf das Gewicht des Entwicklungsmittels. Insbesondere zeigen sie die Fähigkeit zur positiven oder negativen Beladung mit hoher
Beständigkeit bei einer Einsatzmenge von 0,1 bis 3 %. Bei einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Zugabe des feinteiligen
Siliziumdioxids in dem Maße, daß 0,01 bis 3 Gew.-% behandelte feinteilige Siliziumdioxid-Teilchen, bezogen auf das Gewicht
der Entwicklerzusammensetzung, an der Oberfläche der Tonerteilchen
haften.
Als Bindemittel harz des bei der vorliegenden Erfindung
eingesetzten Toners können alleine oder im Gemisch miteinander
die folgenden Polymeren dienen: Homopolymere des Styrols oder
der Substitutionsprodukte des Styrols, wie Polystyrol, PoIyp-chlorstyrol,
Polyvinyl toluol und dergl.; Copolymere des Styroltyps,
wie Styrol-p-Chlorstyrol-Copolymer, Styrol-Propylen-Copolymer,
Styrol-Vinyltoluol-Copolymer, Styrol-Vinylnaphthalin-Copolymer,
Styrol-Methylacrylat-Copolymer, Styrol-Äthyl acrylat-Copolymer,
Styrol-Butylacrylat-Copolymer, Styrol-Octylacrylat-Copolymer,
Styrol-Methylmethacrylat-Copolymer, Styrol-Äthylmethacrylat-Copolymer,
Styrol-Butylmethacryiat-Copolymer, Styrol-Methyl-
«-chlormethacrylat-Copolymer, Styrol-Acrylnitril-Copolymer,
3 5 3Ό909
Styrol-Viny!methyläther-Copolymer, Styrol-Vinyläthyläther-Copolymer,
Styrol-Vinylmethylketon-Copolymer, Styrol-Butadien-Copolymer,
Styrol-Isopren-Copolymer, Styrol-Acrylnitri1-Inden-Copolymer,
Styrol-Maleinsäure-Copolymer, Styrol-Maleinsäureester-Copolymer;
Polymethylmethacrylat, Polybutylmethacrylat, Polyvinylchlorid,
Polyvinylacetat, Polyäthylen, Polypropylen, Polyester, Polyurethane, Polyamide, Epoxyharze, Polyvinylbutyral, Polyacryl säureharze,
Naturharz, modifiziertes Naturharz, Terpenharze, Phenolharze, aliphatische oder alicyclische Kohlenwasserstoffharze, aromatische
Petroleumharze, chloriertes Paraffin, Paraffinwachs, Carnaubawachs und dergl..
Der bei dieser Erfindung benutzte Toner kann nötigenfalls einige Farbstoffe, wie Ruß, Kupfer-Phthalocyanin, Eisenschwarz und dergl., in einer Menge von 0,1 bis 20 Gew.-Teile,
vorzugsweise 0,5 bis 15 Gew.-Teile, auf 100 Gew.-Teile Bindemittelharz enthalten. Im allgemeinen ist es nicht nötig, einem schwarzen
Toner, der eine magnetische Substanz enthält, einen Farbstoff zuzusetzen. Bei der vorliegenden Erfindung kann auch ein in der
Technik bekanntes Mittel zur Regulierung der positiven oder negativen Ladung eingesetzt werden.
Ferner kann der erfindungsgemäß benutzte Toner, falls nötig, Schmiermittel, Mittel, die elektrische Leitfähigkeit verleihen, Fixierhilfsmittel usw. enthalten, wie Polytetrafluoräthylen-Pulver, Polyvinylidenfluorid, Metallsalze höherer Fettsäuren,
Ruß, leitfähiges Zinnoxid und dergl..
Der Toner der vorliegenden Erfindung soll einen spezifischen
Widerstand in der Masse von mehr als 10 X2cm, insbeson-
12
dere mehr als 10 Λcm haben. Der genannte spezifische Massenwiderstand
ist als der Wert definiert, der sich aus dem Strom eine Minute nach Anlegung eines elektrischen Feldes von 100 V/cm
an den mit einem Druck von 100 Kg/cm2 kompaktierten Toner ergibt.
Ferner kann der Toner der vorliegenden Erfindung gewünschtenfalls als Entwickler eines elektrostatischen latenten
Bildes dienen, der in Mischung mit einem Trägerpulver eingesetzt
wird, wie Eisenpulver, Glasperlen, Niekel pulver, Ferritpulver
oder dergl..
Ferner kann der Toner der vorliegenden Erfindung, falls nötig, magnetische Pulver enthalten. Als magnetisches Pulver,
das eine beim Einbringen in ein magnetisches Feld magnetisierbar Substanz ist, kann das Pulver eines ferromagnetischen Metalls
dienen, wie Eisen, Kobalt, Nickel und dergl., eine Verbindung, wie Magnetit, If-Fe2O3, Ferrit und dergl. oder deren Legierung.
Insbesondere soll das magnetische Pulver eine spezifische BET-Oberfläche
von 2 bis 20 m2/g, speziell 2,5 bis 12 m2/g, und
außerdem einen Mohs'sehen Härtegrad von 5 bis 7 haben. Der Gehalt
des magnetischen Pulvers beträgt vorzugsweise 10 bis 70 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Toners.
Zur Herstellung des Toners kann ein Verfahren angewandt
werden, bei dem man die Bestandteile mit einer Heißwalze, einem
353ΌΌ09
-ζί-
Kneter, einem Extruder oder dergl. intensiv mischt und dann mechanisch pulverisiert und klassifiziert. Bei einem anderen Verfahren
dispergiert man die Materialien in der Lösung des Bindemittelharzes, worauf eine Sprühtrocknung erfolgt. Bei der Tonerherstellung
nach der Polymerisationsmethode mischt man die gegebenen Materialien
mit einem Monomer, welches das Bindemittelharz bilden soll, zu einer emulgierten Suspensionsflüssigkeit, worauf die Polymerisation
erfolgt.
Die nach der folgenden Methode gemessene Oberflächenhärte des lichtempfindlichen Körpers soll größer als 8 g, vorzugsweise 10 bis 100 g sein. Bei zu geringer Härte kann der lichtempfindliche Körper leicht Mangel bzw. Kratzer bekommen, was bei hoher
Feuchtigkeit zu einer Störung des latenten Bildes in dem mangelhaften Bereich oder zu der unerwünschten übertragung von nicht
durch Reinigung entferntem Toner führt. Bei zu großer Härte dagegen kann die auf der Oberfläche der lichtempfindlichen Platte
gebildete Substanz von geringer Leitfähigkeit nicht entfernt werden, was bei hoher Feuchtigkeit zu einer Störung des latenten
Bildes führt.
Die oben erwähnte Härte kann wie folgt gemessen werden.
Als Beispiel wird die Messung der Härte eines lichtempfindlichen OPS-Körpers beschrieben. Ein lichtempfindlicher
OPC-Körper (OPC = organisch photoleitfähig) wird auf dem Probenträger eines Geräts zur Messung der Oberflächeneigenschaft (Modell
■- - ""'353Ό909
-M-
HEIDON 14, hergestellt von Shinto Kagaku) befestigt, und es wird eine senkrechte Last von χ g durch eine Diamant-Nadel (konisch
mit einem Kegelwinkel von 90°; die Nadelspitze ist halbkugelförmig mit einem Durchmesser von Q,01 mm) auf den lichtempfindlichen
OPC-Körper ausgeübt, wobei der Probenhalter mit einer Geschwindigkeit von 50 mm/min bewegt wird, um auf der Oberfläche des lichtempfindlichen
OPC-Körpers einen Kratzer zu erzeugen. Die Breite des Kratzers wird beispielsweise mit dem an den Mikrohärtemesser
MVK-F (hergestellt von Akashi Seisaku-sho) angeschlossenen Mikroskop
gemessen.
Die obige Arbeitsweise wird mit geänderten Lasten von beispielsweise 10 g, 15 g, 20 g, 25 g, 30 g, 35 g und 40 g
wiederholt. Die einen Kratzer von 50 pm Breite erzeugende Last
wird als Härte des lichtempfindlichen OPC-Körpers aus der linearen
Regressionsbeziehung zwischen der Kratzerbreite und der Last berechnet. Wenn der lichtempfindliche OPC-Körper ein Zylinder
ist, muß er so auf den Probenhalter gesetzt werden, daß der Kratzer in der Axialrichtung verläuft.
Der Entwickler der Erfindung ist bei verschiedenen Arten von Entwicklungsverfahren anwendbar. Diese sind beispielsweise
die Magnetbürstenentwicklung, Kaskadenentwicklung, das in der US-PS 3,909,258 beschriebene Verfahren unter Benutzung
eines leitfähigen magnetischen Toners, das in der Japanischen OS 31136/1978 beschriebene Verfahren unter Benutzung eines magnetischen
Toners mit hohem Widerstand, die in den Japanischen
53Ό'9Ό9
OSen 42141/1979, 18656/1980, 43027/1979 beschriebenen Verfahren oder dergi., die Fellblirstenentwicklung, die Pulverwolkenmethode,
die Eindruckentwicklung, usw..
Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Toners kann als Reinigungsverfahren das Messer-Reinigungsverfahren, Fellbürsten-Reinigungsverfahren,
Magnetbürsten-Reinigungsverfahren und dergl. dienen. Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch mit Rücksicht
auf die ausgezeichnete Kombination von Toner und lichtempfindlichem
Körper das Messer-Reinigungsverfahren bevorzugt. Ferner kann die Stufe der Ladungsentfernung, falls nötig, direkt vor
der Reinigungsstufe angeordnet sein.
Der Entwickler der Erfindung wird vorzugsweise für das Bildformierungsverfahren benutzt, das die Entwicklungsstufe,
in der ein organischer, photoleitfähiger, lichtempfindlicher
Körper einer spezifischen Oberflächenhärte mit einem magnetischen Toner mit einem spezifischen kinetischen Reibungskoeffizienten
in Berührung gebracht wird, und die Reinigungsstufe, in welcher der verbleibende Toner von dem lichtempfindlichen Körper durch
ein Reinigungsmesser und durch die Abreibbarkeit des Toners entfernt wird, umfaßt.
Die vorliegende Erfindung überwindet die oben beschriebenen Mängel aus den folgenden Gründen. Die Tonerteilchen der
Erfindung haben eine mäßige Neigung zum Schleifen und entfernen daher in der Entwicklungsstufe, die die Berührung und Reibung
umfaßt, und in der Reinigungsstufe unter Benutzung eines Messers oder dergl. die Materialien mit geringem elektrischem Widerstand,
Papierstaub und dergl., ohne daß sie auf Grund ihrer Abriebeigenschaft auf dem organischen, photoleitfähigen, lichtempfindlichen Körper
mit der geeigneten Oberflächenhärte Mangel, wie z.B. Kratzer, erzeugen.
Ein Beispiel des bei der vorliegenden Erfindung verwendbaren
Entwicklungsgeräts ist in Figur 1 gezeigt. Das Reinigungsgerät ist nicht dargestellt. In Figur 1 wird der magnetische
Toner 2 durch Rotation der Hülse 3 und/oder des multipolaren
Magneten 4 in Richtung des Pfeils 10 getragen und durch das Messer
zurückgehalten, so daß eine magnetische Tonerschicht 6 gebildet wird. Das Gerät ist so eingestellt, daß die auf der Hülse 3 gebildete
magnetische Tonerschicht 6 in der Entwicklungszone den lichtempfindlichen Körper 1 berührt und reibt. Zwischen die Hülse
und den lichtempfindlichen Körper 1 kann eine Vorspannung angelegt
sein. Als Übertragungsmethode der vorliegenden Erfindung kann eine bekannte Technik dienen, wie z.B. das elektrostatische übertragungsverfahren,
das Vorspannungswalzenverfahren, das Druckübertragungsverfahren,
das magnetische übertragungsverfahren und dergl..
Als Reinigungsmethode der Erfindung kann das Messer-Reinigungsverfahren,
Fellbürsten-Reinlgungsverfahren, Magnetbürsten-Reinigungsverfahren
und dergl. dienen. Die Messer-Reinigungstechnik wird bevorzugt, um die ausgezeichnete Kombination von Toner und
·:- ··* ■"*"-- 3S3-Ü909
-ζί -
lichtempfindlichem Körper der vorliegenden Erfindung auszunutzen.
Ferner kann die Stufe der Ladungsentfernung usw. direkt vor der Reinigung angeordnet werden.
Typische Reinigungsgeräte sind in den Figuren 2 und 3 dargestellt.
In der Zeichnung bedeutet die Bezugszahl 1 einen lichtempfindlichen Körper, der in der durch Pfeil angegebenen
Richtung rotieren kann. Beim Betrieb des Geräts wird auf dem lichtempfindlichen Körper 1 nach einer bekannten Methode ein
elektrostatisches latentes Bild formiert, das dann durch Behandlung mit einem magnetischen Toner sichtbar gemacht wird, wobei
das entwickelte Bild anschließend auf einen Aufnahmekörper übertragen wird. Zur Entfernung des nach der übertragung auf dem
lichtempfindlichen Körper 1 verbliebenen magnetischen Toners
ist ein Reinigungsgerät 7 vorgesehen.
Das in Figur 2 dargestellte Reinigungsgerät besitzt ein Reinigungsteil 8, das mit der Oberfläche des lichtempfindlichen
Körpers in Berührung kommt, um die magnetischen Tonerteilchen 2 von dem lichtempfindlichen Körper 1 abzukratzen, sowie
einen Sammler 9, der die durch das Reinigungsteil 8 von dem lichtempfindlichen
Körper abgekratzten magnetischen Tonerteilchen sammelt. Der Sammler 9 ist im allgemeinen dicht an der Oberfläche
des lichtempfindlichen Körpers angeordnet und verhindert, daß
der durch das Reinigungsteil 8 abgekratzte magnetische Toner
34 35'3'u909
- heraus dem Reinigungsgerät herausstreut.
Das Reinigungsteil 8 ist vorzugsweise ein elastisches Gummimesser mit einer Härte nach JIS-A von 60° bis 80°, z.B.
aus Urethan-Gummi, und berührt den lichtempfindlichen Körper 1
unter variiertem Winkel, wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist. Der Kontaktdruck beträgt vorzugsweise als Liniendruck 5 bis 20 g/cm
bei einer Ausführung gemäß Figur 2 und 30 bis 40 g/cm bei einer Ausführung gemäß Figur 3.
Die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele näher beschrieben.
Diese Beispiele sollen die Erfindung jedoch nicht einschränken. Die in den folgenden Beispielen angegebenen Teile beziehen sich
auf das Gewicht.
Beispiel 1
Die folgenden Materialien wurden unter Benutzung eines Walzenstuhls bei 160 0C gemischt und schmelzgewalzt.
1) 100 Gew.-Teile Styrol-Butylmethacrylat-Dimethylaminoäthylmethacrylat-Copolymer
(Gewichtsverhältnis 7:2,5:0,5);
2) 40 Gew.-Teile Magnetit mit einer spezifischen BET-Oberflache von 5 m2/g und einer Härte auf der
Mohs-Skala von 5,5; und
3) 3 Gew.-Teile Polypropylen mit einem Verhältnis von gewichtsgemitteltem Molekulargewicht zu anzahlgemit-
"""" 3S3Ü909
teltem Molekulargewicht von 5,8, einem gewichtgemittelten
Molekulargewicht von 15.000, einem dem GPC-Hauptmaximum entsprechenden Molekulargewicht von
14.000 und einem dem anderen GPC-Maximum auf der niedermolekularen Seite entsprechenden Molekulargewicht
von 950, einem Z-gemittelten Molekulargewicht von 60.000 und einem in siedendem η-Hexan löslichen Anteil
von 20 Gew.-%.
Nach der Kühlung wurde das Material in einer Hammermühle zerstoßen und dann mit einer Strahlmühle gemahlen. Es wurde dann
unter Benutzung eines Windsichten klassiert, wobei man als schwarzen magnetischen Toner schwarze feine Teilchen mit einer
volumenmäßigen mittleren Teilchengröße von 13 pm erhielt. Der kinetische
Reibungskoeffizient dieses Toners betrug 0,28. Ein Entwickler wurde hergestellt durch trockenes Mischen von 0,6 Gew.-Teilen
feiner Siliziumdioxid-Teilchen einer BET-Oberflache von 140 m2/g
mit 100 Gew.-Teilen des so erhaltenen Toners. Um eine lichtempfindliche
Trommel zu erhalten, wurde auf einem leitfähigen Zylinder ein schichtartiger, lichtempfindlicher OPC-Körper mit einer Ladungstransportschicht
aus Methylmethacrylat-Styrol-Copolymer (Gew.-Verhältnis
9:1) gebildet, dessen durch DSC gemessene T 80 0C
beträgt. Die Härte dieses lichtempfindlichen Körpers betrug 21 g.
Die lichtempfindliche Trommel wurde zur gleichmäßigen
Beladung bei einer Oberflächen-Bahngeschwindigkeit von 66 mm/s einer Corona-Entladung von - 6 KV unterworfen. Zur Bildung eines
353ÜJ909
-AO -
latenten Bildes wurde dann ein Originalbild projiziert. Das latente
Bild wurde in der Weise entwickelt, daß man bei einem Entwicklungsgerät des in Figur 1 gezeigten Typs mit Hülsen- und Magnetdrehung
mit einem Hülsendurchmesser von 50 mm,einer magnetischen Flußdichte an der Hülsenoberfläche von 700 G, 12 Magnetpolen und
einem Abstand zwischen Messer und Hülse von 0,5 mm zwischen der Oberfläche des lichtempfindlichen Zylinders und der Hülsenoberfläche
einen Abstand von 0,2 mm einstellte, an die Hülsenoberfläche
eine Vorspannung von - 100 V anlegte und eine auf der Hülse gebildete Entwicklerschicht mit der lichtempfindlichen Trommel in
Kontakt brachte. Dann wurde das Tonerbild durch Coronabestrahlung mit - 7 KV von der Rückseite des Aufnahmepapiers übertragen und
dann durch eine Heizwalze fixiert.
Der auf der Trommel verbleibende Toner oder Entwickler wurde unter Benutzung der in Figur 2 gezeigten Reinigungseinrichtung
entfernt. Hierzu wurde das Messer aus Polyurethangummi einer Härte von 65° (JIS-A) mit der lichtempfindlichen Trommel unter
einem Liniendruck von 15 g/cm in Berührung gebracht.
Der Lauftest wurde unter gewöhnlichen Bedingungen zehntausend mal (entsprechend zehntausend Bögen Obertragungspapier)
durchgeführt. Im Ergebnis trat eine mangelhafte Reinigung nicht ein. Das resultierende Bild war gut, in der Bilddichte beständig
und frei von Bild-Ungleichmäßigkeiten. Nach dem Lauftest wurden die lichtempfindlichen Körper herausgenommen und betrachtet.
Es wurde keine Beschädigung oder Filmbildung gefunden, und der
Ißt -'- -' '·■"" 353Ü909
nach der übertragung wahrscheinlich verbliebene Toner war durch
die Reinigung in ausreichendem Maße beseitigt.
Die gleichen Tests wurden ferner unter den Bedingungen von 90 % relativer Feuchte bei 30 0C und 10 % relativer Feuchte
bei 15 0C durchgeführt. Die Ergebnisse waren ebenso gut wie oben
beschrieben.
Beispiel 2
12 Gew.-Teile Silikonöl mit Ami η in der Seitenkette
(die Viskosität beträgt bei 25 0C 70 cps, und das Hquivalentgewicht
des Amins ist 830) wurden unter Rührung auf 100 Gew.-Teile feine
Siliziumdioxid-Teilchen (spezifische Oberfläche 130 m2/g) aufgesprüht,
die durch ein Trockenverfahren synthetisch hergestellt worden waren. Das resultierende Material wurde 12 Minuten bei
einer Temperatur von 250 0C gehalten. Die triboelektrische Ladung
des behandelten Siliziumdioxids betrug +130 Mc/g. Der Härtegrad des Siliziumdioxids auf der Mohs-Skala betrug 6,0.
0,4 Gew.-Teile des feinen Siliziumdioxid-Pulvers, das mit dem obigen Silikonöl mit Amin in der Seitenkette behandelt
worden war, wurden zu 100 Gew.-Teilen der in Beispiel 1 erhaltenen schwarzen feinen Teilchen hinzugegeben, um einen Toner
zu bilden. Der kinetische Reibungskoeffizient betrug 0,30.
Es wurde ein Kopiertest in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt. Im Ergebnis erhielt man ein klares
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Bild. Ferner wurde ein zehntausendfacher Lauftest durchgeführt
(entsprechend zehntausend Bögen obertragungspapier). Eine mangelhafte
Reinigung trat nicht ein. Das resultierende Bild war gut, in der Bilddichte beständig und frei von BildungTeichmäßigkeiten.
Die gleichen Versuche wurden unter den Bedingungen von 90 % relativer Feuchte bei 30 0C und 10 % relativer Feuchte bei 15 0C
durchgeführt. Die Ergebnisse waren die gleichen wie oben. Die lichtempfindlichen Körper waren nach dem Test fast so gut wie
neu, zeigten keinen Schaden und waren in einem sauberen Zustand.
Beispiel 3
Es wurde nach der gleichen Arbeitsweise wie in Beispiel 2 ein Toner hergestellt, wobei jedoch Styrol-Butylmethacrylat-Copolymer
anstelle von Styrol-Butylmethacrylat-Dimethylaminoäthylmethacrylat-Copolymer
eingesetzt wurde, 3 Gew.-Teile Nigrosin zugesetzt wurden und ferner anstelle des Magnetit 70 Gew.-Teile
eines Magnetit-Pulvers mit einer spezifischen BET-Oberflache
von 7,8 m2/g und einer Härte auf der Mohs-Skala von 6,5 zugesetzt
wurden. Der kinetische Reibungskoeffizient des Toners betrug 0,35. In der gleichen Weise wie in Beispiel 2 wurde ein Kopiertest
durchgeführt. Man erhielt im Ergebnis ein klares Bild. Ferner wurde der zehntausendfache Lauftest durchgeführt (entsprechend
zehntausend Bögen Obertragungspapier). Das formierte Bild war
beständig in der Dichte und frei von Bildflecken, die von das Bild beschmutzenden Materialien und mangelhafter Reinigung herrührten.
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Beispiel 4
Dieses Beispiel wurde in gleicher Weise wie Beispiel 1 durchgeführt, wobei jedoch Styrol-Acrylnitril-Copolymer mit einer
T von 80 0C oder höher anstelle des Methylmethacrylat-Styrols
in dem lichtempfindlichen Körper des Beispiels 1 benutzt wurde.
Das Ergebnis war gut, die Härte des lichtempfindlichen Körpers
betrug 15 g.
Beispiel 5
Dieses Beispiel wurde in der gleichen Weise wie Beispiel 1 durchgeführt, wobei jedoch anstelle des in Beispiel 1
verwendeten Polypropylens thermisch modifiziertes Äthylen-Propylen-Copolymer
mit einem gewichtsbezogenen mittleren Molekulargewicht von 48.000 und einem Gehalt des in siedendem η-Hexan löslichen
Anteils von 40 Gew.-% eingesetzt wurde. Das Ergebnis war gut. Der kinetische Reibungskoeffizient des Toners betrug 0,20.
Beispiel 6
Dieses Beispiel wurde in der gleichen Weise wie Beispiel 2 durchgeführt, wobei jedoch 7 Gew.-Teile des in Beispiel 1
benutzten Polypropylens zugesetzt wurden. Das Ergebnis war gut. Der kinetische Reibungskoeffizient des Toners betrug 0,45.
Beispiel 7
Dieses Beispiel wurde in der gleichen Weise wie Beispiel 3 durchgeführt, wobei jedoch ein lichtempfindlicher Körper
unter Benutzung von Polymethylmethacrylat anstelle des in Bei-
• 3 5'3'ΟΌ Ο 9
-M -
spiel 1 benutzten Methylmethacrylat-Styrol-Copolymers eingesetzt
wurde. Das Ergebnis war unter unterschiedlichen Bedingungen gut.
Die Härte des lichtempfindlichen Körpers betrug 38 g.
Beispiel 8
Dieses Beispiel wurde in der gleichen Weise wie Beispiel 1 durchgeführt, wobei jedoch anstelle des in Beispiel 1
benutzten Polypropylens ein Polypropylen mit einem gewichtsbezogenen mittleren Molekulargewicht von 7200 und einem Gehalt des
in siedendem η-Hexan löslichen Anteil von 38 Gew.-% eingesetzt
wurde. Das Ergebnis war gut. Der kinetische Reibungskoeffizient des Toners betrug 0,21.
Vergleichsbeispiel 1
Es wurde ein Toner in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 ohne Zugabe des in Beispiel 1 benutzten Polypropylens
hergestellt. Der kinetische Reibungskoeffizient des Toners betrug 0,12. Der Lauftest wurde bei hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit
durchgeführt. Im Ergebnis ergab sich eine bemerkenswerte Ungleichmäßigkeit des Bildes, die durch schlechte Reinigung verursacht
wurde.
Vergleichsbeispiel 2
Dieses Beispiel wurde in der gleichen Weise wie Beispiel 2 durchgeführt, wobei jedoch Polyäthylen mit einem
gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 2800 und einem Gehalt
des in siedendem η-Hexan löslichen Anteils von 62 Gew.-% einge-
setzt wurde.
Der Lauftest wurde unter den Bedingungen hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit durchgeführt. Im Ergebnis trat eine
bemerkenswerte Ungleichmäßigkeit des Bildes auf, die durch schlechte Reinigung verursacht wurde. Der kinetische Reibungskoeffizient
des Toners betrug 0,15.
Vergleichsbeispiel 3
Dieses Beispiel wurde in gleicher Weise wie Beispiel 2 durchgeführt, wobei jedoch 8 Gew.-Teile Polypropylen mit einem
gewichtsbezogenen mittleren Molekulargewicht von 45.000 und einem Gehalt des in siedendem η-Hexan löslichen Anteils von 3,0 Gew.-%
eingesetzt wurden.
Der kinetische Reibungskoeffizient des Toners betrug 0,67
Bei dem Lauftest unter den Bedingungen hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit entstand auf dem lichtempfindlichen
Körper beträchtlicher Schaden. Daher trat eine Ungleichmäßigkeit des Bildes auf.
Beispiel 9
Die Zusammensetzung des Toners von Beispiel 1 wurde geändert. Ein schwarzer Toner wurde hergestellt unter Verwendung
von Styrol-Butylmethacrylat-Copolymer anstelle von Styrol-Butyl-
methacrylat-Dimethylaminoäthylmethacrylat-Copolymer unter Zugabe
von 3 Gew.-Teilen Nigrosin, 5 Gew.-Teilen Ruß anstelle von Magnetit
und 2 Gew.-Teilen Polypropylen mit einem gewichtsgemittelten
Molekulargewicht von 29.000, einem Verhältnis von gewichtsgemitteltem
Molekulargewicht zu anzahlgemitteltem Molekulargewicht von
3,6, einem dem GPC-Hauptmaximum entsprechenden Molekulargewicht von 28.000, einem dem anderen GPC-Maximum auf der niedermolekularen
Seite entsprechenden Molekulargewicht von 550, einem Z-gemittelten Molekulargewicht von 79.000 und einem Gehalt von
12 Gew.-% des in siedendem η-Hexan löslichen Anteils. Der kinetische
Reibungskoeffizient des Toners wurde zu 0,39 gemessen. 10 Gew.-Teile dieses Toners und 90 Gew.-Teile Eisenpulver (Handelsname:
ETV 250 - 400, hergestellt von Nippon Teppun) wurden zur Herstellung eines Entwicklers gemischt, der auf einer marktgängigen
Kopiermaschine mit einem Zweikomponenten-Magnetbürsten-Entwicklungssystem zur Anwendung kam. In dem Reinigungsteil wurde
der Berührungswinkel des Messers geändert und ein Liniendruck von 35 g/cm eingestellt. Abgesehen von den obigen Änderungen
wurde die Kopierung ebenso wie in Beispiel 1 durchgeführt. Im Ergebnis wurde ein klares Bild formiert. Ferner wurde der zehntausendfache
Lauftest durchgeführt (entsprechend zehntausend Bögen Übertragungspapier). Das erhaltene Bild war gut, in der
Bilddichte beständig und frei von Bild-Ungleichmäßigkeiten. Die gleichen Tests wurden bei 90 % relativer Feuchtigkeit und 30 0C
sowie 10 % relativer Feuchtigkeit und 15 0C durchgeführt. Die
Ergebnisse waren ebenso gut wie die obigen. Die Trommeln waren nach dem Test fast so gut wie neu und in einem sauberen, flecken-
-"- - ■--"-- 3Β'3ΰ909
-fin -
losen Zustand.
Beispiel 10
Dieses Beispiel wurde in gleicher Weise wie Beispiel 1 durchgeführt, wobei jedoch anstelle des Polypropylens in Beispiel 1
thermisch modifiziertes Äthylen-Propylen-Copolymer mit einem
Mw von 48.000 und einem Verhältnis Mw/Mn" von 8,0 eingesetzt wurde.
Das Ergebnis war gut. Der kinetische Reibungskoeffizient des Toners betrug 0,20.
Vergleichsbeispiel 4
Dieses Beispiel wurde in der gleichen Weise wie Beispiel 2 durchgeführt, wobei jedoch Polyäthylen mit einem Mw von
2.800 und einem Verhältnis Mto/Mn von 1,9 eingesetzt wurde. Der Lauftest wurde unter der gleichen Bedingung hoher Temperatur
und hoher Feuchtigkeit durchgeführt. Im Ergebnis trat eine bemerkenswerte Ungleichmäßigkeit des Bildes auf. Der kinetische Reibungskoeffizient
des Toners betrug 0,14.
Vergleichsbeispiel 5
Dieses Beispiel wurde in der gleichen Weise wie Beispiel 2 durchgeführt, wobei jedoch 8 Gew.-Teile Polypropylen
mit einem W von 93.000 und einem Verhältnis ftw/Mn von 12,5 eingesetzt
wurden. Der kinetische Reibungskoeffizient des Toners betrug 0,67.
Der Lauftest wurde bei hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit durchgeführt. Im Ergebnis entstand auf dem licht-
49 ·:" '"· "-"353G909
-μ-
empfindlichen Körper ein beträchtlicher Schaden, und dadurch
trat eine ungleichmäßigkeit des Bildes auf.
Beispiel 11
Dieses Beispiel wurde in der gleichen Weise wie Beispiel 1 durchgeführt, wobei jedoch anstelle des in Beispiel 1
benutzten Polypropylens ein thermisch modifiziertes Äthylen-Propylen-Copolymer
mit einem dem GPC-Hauptmaximum entsprechenden Molekulargewicht von 50.000, einem dem anderen GPC-Maximum auf
der niedermolekularen Seite entsprechenden Molekulargewicht von 600 und einem Z-gemittelten Molekulargewicht von 98.000 eingesetzt
wurde. Das Ergebnis war gut. Der kinetische Reibungskoeffizient des Toners betrug 0,20.
Beispiel 12
Dieses Beispiel wurde in der gleichen Weise wie Beispiel 1 durchgeführt, wobei jedoch anstelle des in Beispiel 1
benutzten Polypropylens ein Polypropylen mit einem dem GPC-Hauptmaximum entsprechenden Molekulargewicht von 7.000, einem dem
anderen GPC-Maximum auf der niedermolekularen Seite entsprechenden Molekulargewicht von 550 und einem Z-gemittelten Molekulargewicht
von 16.000 eingesetzt wurde. Das Ergebnis war gut. Der kinetische Reibungskoeffizient des Toners betrug 0,21.
Vergleichsbeispiel 6
Dieses Beispiel wurde in der gleichen Weise wie Beispiel 2 durchgeführt, wobei jedoch anstelle des in Beispiel 2
-JM -
benutzten Polypropylens Polyäthylen mit einem dem GPC-Hauptmaximum
entsprechenden Molekulargewicht von 2.500 und einem auf Z bezogenen mittleren Molekulargewicht von 8.500 eingesetzt wurde. Bei
dem Lauftest unter den Bedingungen hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit trat eine bemerkenswerte Ungleichmäßigkeit des Bildes
auf. Der kinetische Reibungskoeffizient des Toners betrug 0,14.
Vergleichsbeispiel 7
Dieses Beispiel wurde in der gleichen Weise wie Beispiel 2 durchgeführt, wobei jedoch anstelle des in Beispiel 2
benutzten Polypropylens 8 Gew.-Teile Polypropylen mit einem dem GPC-Hauptmaximum entsprechenden Molekulargewicht von 45.000 und
einem Z-gemittelten Molekulargewicht von 280.000 eingesetzt wurde.
Der kinetische Reibungskoeffizient des Toners betrug 0,67. Der Lauftest unter den Bedingungen hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit
ergab beträchtlichen Schaden auf dem lichtempfindlichen
Körper, wodurch eine Ungleichmäßigkeit des Bildes eintrat.