GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung eines Trägers zur elektrostatischen Bildentwicklung
im Rahmen der Elektrophotographie, einer elektrostatischen
Aufzeichnung und des elektrostatischen Druckens.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Im allgemeinen erhält man auf elektrophotographischem Gebiet
ein Tonerbild durch gleichmäßiges elektrostatisches Aufladen
eines Trägers für ein latentes Bild, d.h. eines
lichtempfindlichen Aufzeichnungsmaterials, mit einer
lichtempfindlichen Schicht mit einem photoleitfähigen Material,
bildgerechtes Belichten zur Ausbildung eines latenten
elektrostatischen Bildes auf der Oberfläche des lichtempfindlichen
Aufzeichnungsmaterials und Entwickeln des latenten
elektrostatischen Bildes mit einem Entwickler. Das hierbei
erhaltene Tonerbild wird auf ein Übertragungsmaterial, wie
Papier, übertragen und dort durch Erwärmen oder
Druckeinwirkung unter Bildung einer Bildkopie fixiert.
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Bekannte Verfahren zum Entwickeln des latenten
elektrostatischen Bildes sind die Naßentwicklung und die
Trockenentwicklung. Bei der Trockenentwicklung verwendete bekannte
Entwickler sind ganz allgemein ein Einkomponentenentwickler aus
lediglich einem magnetischen Toner, d.h. einem Toner mit
einem magnetischen Material, und ein
Zweikomponentenentwickler aus einem nicht-magnetischen Toner ohne magnetisches
Material und einem Träger mit magnetischen Eigenschaften.
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Letzterer Zweikomponentenentwickler, bei dem der Toner durch
mechanisches Verrühren von Toner und Träger eine
Reibungsaufladung erfährt, gestattet eine recht einfache Steuerung
der Ladungspolarität und der Menge an elektrostatischer
Aufladung des Toners durch (geeignete) Wahl der
Trägereigenschaften und der Rührbedingungen. Er gestattet ferner eine
große Wahlfreiheit für die dem Toner zu verleihenden Farben.
Im Hinblick darauf ist letzterer Entwickler dem ersteren
Einkomponentenentwickler überlegen.
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Als Träger im Zweikomponentenentwickler bediente man sich
mit (großer) Wertschätzung eines beschichteten Trägers in
Form magnetischer Teilchen, deren Oberflächen mit einem Harz
beschichtet sind, da sich auf diese Weise die Möglichkeit
ergibt, die Haltbarkeit der Träger, die elektrostatischen
Aufladungseigenschaften durch Reibung und dergleichen zu
verbessern.
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Am weitesten verbreitet ist ein derartiger beschichteter
Träger, der durch Sprühbeschichten der Oberflächen
magnetischer Teilchen in einem Wirbelbett mit einer durch Auflösen
eines Beschichtungsharzes in einem Lösungsmittel
zubereiteten Beschichtungslösung und anschließendes Trocknen
hergestellt wurde.
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Beim Sprühbeschichten können jedoch die Trägerteilchen wegen
der Verwendung des Lösungsmittels wechselseitig
verschmelzen, so daß der Träger einen großen Durchmesser erhält. Dies
führt zu einer großen Verminderung der Ausbeute an Träger
der gewünschten Teilchengrößenverteilung. Ferner ist hierbei
eine Trocknungsstufe erforderlich. Darüber hinaus dauert die
Herstellung des Trägers recht lange, was zu einer
unerwünschten niedrigen Produktivität führt. Die Produktivität
kann bei Erhöhung der Bedeckung mit dem Harz und einer
Abnahme
im Durchmesser der magnetischen Teilchen noch weiter
sinken. Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, wurden
folgende Gegenmaßnahmen getroffen, um die Produktivität als
Ergebnis einer Verkürzung des Zeitaufwands zu verbessern:
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(i) Erhöhung der Konzentration an Beschichtungsharz in der
Beschichtungslösung oder
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(ii) Erhöhung der Zahl an Sprühdüsen.
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Im Falle der Maßnahme (i) kann sich jedoch die
Beschichtungslösung beim Zum-Haften-Bringen an den Teilchen des
magnetischen Materials wegen ihrer hohen Viskosität nicht
gleichmäßig verteilen. Dies führt lediglich zu einem
ungleichmäßigen Überzug mit der Folge einer Verminderung der
Haltbarkeit des Trägers. Die Teilchen des magnetischen
Materials können ferner ohne weiteres beim Inberührunggelangen
miteinander aneinander haften bleiben und miteinander
verschmelzen, wodurch die Ausbeute an Träger in erheblichem
Maße sinkt.
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Im Falle der Maßnahme (ii) gibt es Grenzen bezüglich der
Erhöhung der Anzahl der Sprühdüsen. Darüber hinaus kann eine
Erhöhung der Menge an gleichzeitig versprühter
Beschichtungslösung zu einer Erhöhung der Geschwindigkeit, mit der
die magnetischen Materialteilchen miteinander verschmelzen,
führen. Dies führt zu denselben Schwierigkeiten wie in
ersterem Falle. Andererseits kann man sich zur Verhinderung
des Verschmelzens einer Technik bedienen, bei der im
Wirbelbett ein als sogen. Rührer bekannter Mechanismus zur
Ausübung einer Scherkraft erswetzt wird. Dies kann jedoch als
Ergebnis der Zwangszerkleinerung der verschmolzenen Produkte
mit Hilfe des Rührers zu einem groben und ungleichförmigen
Zustand auf den Oberflächen führen, was eine Verminderung
der Haltbarkeit des Trägers zur Folge hat.
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Darüber hinaus dauert der Beschichtungsvorgang beim
Sprühbeschichten lange Zeit und erfordert die Rückgewinnung und
thermische Beseitigung des Lösungsmittels. Dadurch gestaltet
sich die Herstellung schwierig.
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Ferner muß das eine Überzugsschicht bildende Harz in einem
Lösungsmittel löslich sein. Dadurch wird der Auswahlbereich
für das Harz eng. Ferner ist dieses Erfordernis ein
Hindernis bei der Auswahl von Harzen guter
Filmbildungseigenschaften.
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Ein weiteres Problem ist, daß auf der Oberfläche des Trägers
beim Verdampfen des Lösungsmittels feine Löcher entstehen,
wodurch die Oberfläche des Trägers ungleichmäßig wird.
Ferner kann es auch hier zu einem Verschmelzen kommen, wodurch
die Herstellung eines Trägers einer an den Verwendungszweck
angepaßten Teilchengröße schwierig wird und gleichzeitig die
Ausbeute sinkt.
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Ein weiteres Problem besteht darin, daß ein Teil der als
Ergebnis des Versprühens verstreuten Ausgangsmaterialien nicht
an einer Schichtbildung teilnimmt, so daß
Ausgangsmaterialien verlorengehen und die nicht elektrostatisch
aufgetragenen Materialien an der Trägeroberfläche in Pulverform
haften. Dadurch wird der Entwicklungsvorgang nachteilig
beeinflußt.
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Andererseits wurden auch bereits Beschichtungstechniken, die
nicht auf einer Sprühbeschichtung basieren, entwickelt (vgl.
der öffentlichen Einsicht zugängliche japanische
Patentveröffentlichungen - im folgenden als japanische Patent-OPI-
Veröffentlichungen bezeichnet - Nr. 35735/1979, 118047/1980,
37358/1988, 37359/1988 und 37360/1988).
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Das in diesen Veröffentlichungen beschriebene Beschichten
umfaßt ein Vermischen eines Trägerkernmaterials und
feinteiliger Polymerteilchen auf mechanischem Wege zum
elektrostatischen ineinandergreifenden Bedecken der Oberfläche des
Trägerkernmaterials mit den feinteiligen Polymerteilchen
unter Bildung einer Hülle und ein anschließendes Fixieren
der feinteiligen Polymerteilchen durch Aufschmelzen
derselben unter Erwärmen oder Auflösen derselben mit Hilfe eines
Lösungsmittels, um die Oberfläche des Trägerkernmaterials
mit einer Harzschicht zu bedecken.
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Bei den beschriebenen Beschichtungstechniken wird jedoch die
ineinandergreifende Harzbedeckung des Kernmaterials beim
Fixieren der feinteiligen Polymerteilchen aufgeschmolzen, so
daß die Harzteilchen aneinander oder Kernteilchen über die
Harzteilchen aneinander haften oder miteinander verschmelzen
können. Dies führt dazu, daß die Ausbeute an Träger der
gewünschten Teilchengrößenverteilung sinkt.
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Ein weiteres Problem besteht darin, daß das Abkühlen viel
Zeit erfordert, da die Oberfläche des Kernmaterials mit der
Harzschicht bei Temperaturen nahe dem Schmelzpunkt oder
nicht unter dem Schmelzpunkt bedeckt wird. Ferner ist eine
Aufschlußstufe erforderlich, um blockierte beschichtete
Trägerteilchen zu ihrer Auftrennung zu nicht blockierten
Trägerteilchen zu lockern. Dadurch verschlechtert sich in
ernsthafter Weise der Produktionsgrad.
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Da der erhaltene Träger zum Teil mit dem Harz beschichtet
ist, gibt es noch ein weiteres Problem, indem nämlich der
Träger im Vergleich zu einem vollständig mit einem Harz
beschichteten Träger bei hoher Temperatur und hoher
Feuchtigkeit nur eine schlechte Ladungshaltigkeit der
elektrostatischen Ladung besitzt.
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Darüber hinaus kann das Harz eine Änderung in seinen
Eigenschaften erfahren, da das Kernmaterial mit der Harzschicht
bei Temperaturen nahe oder nicht unter dem Schmelzpunkt des
Harzes bedeckt wird. Folglich muß man für eine keine
Änderung in den Eigenschaften hervorrufende Atmosphäre sorgen,
wodurch die Produktionsvorrichtung sehr kompliziert wird.
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Wenn andererseits das Harz, mit dem das Kernmaterial
ineinandergreifend bedeckt ist, unter Verwendung eines
Lösungsmittels aufgeschmolzen wird, muß das Harz ähnlich wie
im Fall der zuvor beschriebenen Sprühbeschichtung aus einem
engen Bereich ausgewählt werden. Weiterhin gibt es Probleme
bezüglich der Rückgewinnung und der thermischen Beseitigung
von Lösungsmitteln, des Verschmelzens und dergleichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die
Bereitstellung eines Trägers für eine elektrostatische
Bildentwicklung, der die Auswahl des den Harzüberzug bildenden
Harzes innerhalb eines breiten Bereichs und ferner eine
feste Fixierung des Harzüberzugs ermöglicht, kaum eine
Filmablösung erfährt und haltbar ist und schließlich stabile
Eigenschaften hinsichtlich der Vermittlung einer
elektrostatischen Ladung aufweist.
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Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die
Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines Trägers für
eine elektrostatische Bildentwicklung, bei dem keine
Behandlung zur Rückgewinnung von Lösungsmittel erforderlich ist,
eine Herstellung des Trägers auf einfache Weise innerhalb
kurzer Zeit möglich ist, das kaum zu einem Verschmelzen oder
zur Bildung feiner Löcher führt und in hoher Ausbeute einen
Träger der gewünschten Teilchengrößenverteilung liefert.
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Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in
der Bereitstellung eines Trägers für eine elektrostatische
Bildentwicklung, bei dem weniger nicht an der Überzugbildung
beteiligtes und außerhalb des Überzugs befindliches Material
gebildet wird und bei dem folglich die durch Haftenbleiben
des nicht am Überzug beteiligten Materials an der
Trägeroberfläche als Ergebnis seiner Freisetzung auftretenden
Schwierigkeiten verhindert werden können.
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Eine vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in
der Schaffung des Verfahrens zur Herstellung eines Trägers
für eine elektrostatische Bildentwicklung, bei welchem keine
Aufschlußstufe erforderlich ist und bei dem der Träger auf
einfache Weise innerhalb kurzer Zeit und trotzdem in hoher
Ausbeute hergestellt werden kann.
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Eine fünfte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die
Bereitstellung eines Trägers für eine elektrostatische
Bildentwicklung, der selbst bei hoher Temperatur und hoher
Feuchtigkeit eine stabile elektrostatische
Aufladungsleistung zu erreichen vermag und nicht von der Umgebung
abhängig ist.
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Die geschilderten Aufgaben lassen sich im Rahmen eines
Verfahrens zur Herstellung eines Trägers für die Entwicklung
eines elektrostatischen Bildes durch Ausbilden eines
gleichmäßigen Gemischs aus magnetischen Werkstoffteilchen bzw.
Magnetmaterialteilchen eines
Gewichtsmittelteilchendurchmessers von 10 - 200 um und Harzteilchen eines
Gewichtsmittelteilchendurchmessers von weniger als 1/200 desjenigen der
magnetischen Werkstoffteilchen bzw. Magnetmaterialteilchen
und wiederholtes Einwirkenlassen einer Schlagkraft auf das
Gemisch in einem Mischgefäß, wobei die Materialtemperatur
auf einen Wert im Bereich von 50 - 110ºC eingestellt ist,
lösen. Hierbei erfolgt eine Beschichtung der
Magnetmaterialteilchen
mit dem Harzmaterial der Harzteilchen. Das Harz für
die Harzteilchen ist dabei in Anspruch 1 definiert.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
können die magnetischen Werkstoffteilchen vorzugsweise eine
Kreisform von nicht weniger als 0,7 aufweisen. Die
Harzteilchen können ebenfalls vorzugsweise eine spezifische BET-
Oberfläche im Bereich von 40 m²/g bis 6 000 m²/g aufweisen.
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Den Träger für die elektrostatische Bildentwicklung gemäß
der Erfindung erhält man auf einfache Art und Weise
innerhalb kurzer Zeit und trotzdem in hoher Ausbeute. Er zeichnet
sich durch eine hervorragende Haltbarkeit aus und zeigt
stabile elektrostatische Aufladungseigenschaften bei Reibung.
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Insbesondere läßt sich der Träger durch Trockenbeschichten
unter Verwendung magnetischer Werkstoffteilchen und von
Harzteilchen, die beide jeweils einen speziellen
Teilchendurchmesser aufweisen, herstellen.
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i) Es ist keine Behandlung, z.B. ein Waschen oder
Trocknen, erforderlich, so daß sich die Beschichtungsdauer
stark verkürzen läßt;
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ii) die Verschmelzungsrate ist derart gering, daß die
Trägerteilchen einer Teilchengrößenverteilung entsprechend
derjenigen der magnetischen Werkstoffteilchen in hoher
Ausbeute erhältlich sind;
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iii) man benötigt keine Behandlungsvorrichtung, z.B. eine
Lösungsmittelrückgewinnungsvorrichtung oder eine
Lösungsmittelverbrennungsanlage, so daß sich die
Produktionskosten senken lassen;
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iv) die Beschichtung der magnetischen Werkstoffteilchen mit
den Harzteilchen läßt sich mit höherem Wirkungsgrad
durchführen, so daß die Ausgangsmaterialien wirksam
ausgenutzt werden können;
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v) die Harzteilchen haften und verteilen sich auf den
Oberflächen der magnetischen Werkstoffteilchen, so daß
sowohl eine überragende Abziehbeständigkeit und
Haltbarkeit als auch stabile elektrostatische
Aufladungseigenschaften bei Reibung erreicht werden können;
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vi) man kann selbst ein schwach lösungsmittellösliches Harz
verwenden, so daß für die Auswahl des Harzes eine
größere Freiheit besteht und demzufolge ein beschichteter
Träger mit den verschiedensten Eigenschaften
hergestellt werden kann; und
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vii) da die gesamte Oberfläche des Trägers mit dem
Beschichtungsharz beschichtet ist, erreicht man stabile
elektrostatische Aufladungseigenschaften bei Reibung selbst
bei hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit, d.h. man
kann einen nicht umgebungsabhängigen beschichteten
Träger herstellen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wird im folgenden detailliert
beschrieben.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung werden magnetische Werkstoffteilchen eines
Gewichtsmittelteilchendurchmessers von 10 - 200 um und einer
Kreisform von nicht weniger als 0,7 sowie Harzteilchen eines
Gewichtsmittelteilchendurchmessers im Bereich von 1/2000 bis
1/200 desjenigen der magnetischen Werkstoffteilchen und
einer spezifischen BET-Oberfläche im Bereich von 40 m²/g bis
6000 m²/g gemischt und durch Verrühren in einen
gleichmäßigen Gemischzustand überführt, worauf das erhaltene Gemisch
wiederholt einer Schlagkraft ausgesetzt wird. Hierbei kommt
es zu einer Ausbreitung und Haftung der Harzteilchen auf den
Oberflächen der magnetischen Werkstoffteilchen. Somit läßt
sich auf diese Weise ein beschichteter Träger herstellen.
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Was das Mischungsgewichtsverhältnis der magnetischen
Werkstoffteilchen/Harzteilchen betrifft, können die Harzteilchen
in Mengen von 0,1 - 10, vorzugsweise 0,5 - 4 Gew.-Teil(en),
bezogen auf 100 Gew.-Teile der magnetischen
Werkstoffteilchen, zum Einsatz gelangen.
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Die auf das Gemisch aus magnetischen Werkstoffteilchen und
Harzteilchen ausgeübte Schlagkraft kann ausreichend sein,
wenn sie (nur) so stark ist, daß die magnetischen
Werkstoffteilchen nicht pulverisiert werden.
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Soweit es den für die magnetischen Werkstoffteilchen
festgelegten Gewichtsmittelteilchendurchmesser von 10 - 200 um
angeht, führt eine die angegebene Untergrenze unterschreitende
Größe zu einem übermäßig geringen Durchmesser des gebildeten
beschichteten Trägers. Dadurch kann es zu einem
Haftenbleiben des Trägers an dem lichtempfindlichen
Aufzeichnungsmaterial unter Beeinträchtigung der Bildgualität kommen.
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Wenn andererseits die Größe die angegebene Obergrenze
überschreitet, erhält der beschichtete Träger einen übermäßig
großen Durchmesser. Dies macht eine scharfe Kontrolle der
Tonerkonzentration erforderlich, damit der Toner eine
geeignete elektrostatische Ladung bei Reibung erhält. Diese
Kontrolle erfordert ein teures
Tonerkonzentrationssteuersystem. Ferner bereitet es Schwierigkeiten, den
beschichteten Träger auf einem Entwicklerträgerteil in gleichmäßiger
und hoher Dichte zu halten. Dies führt dazu, daß die an dem
Träger haftende und einem Entwicklungsraum zugeführte
Tonermenge nicht konstant ist, so daß es zu einer
Beeinträchtigung der Entwicklungsleistung und der Bildqualität kommt.
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Als Werkstoffe für die magnetischen Werkstoffteilchen werden
bevorzugt Substanzen mit der Fähigkeit zu einer starken
Magnetisierung in der entsprechenden Richtung als Ergebnis des
Anlegens eines Magnetfeldes verwendet. Beispiele hierfür
sind Metalle, wie Eisen, Nickel und Kobalt, die
Ferromagnetismus zeigen, einschließlich Eisen, Ferriten und Magnetiten
oder Legierungen oder Verbindungen mit irgendeinem dieser
Metalle.
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Der Ausdruck "Ferrite" bezieht sich hierin ganz allgemein
auf magnetische Oxide mit Eisen, einschließlich eines
Ferrits entsprechend der chemischen Formel MO-Fe&sub2;O&sub3;. In der
chemischen Formel steht M für ein zweiwertiges Metall,
insbesondere Nickel, Kupfer, Zink, Mangan, Magnesium, Lithium
und dergleichen.
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Die magnetischen Werkstoffteilchen können vorzugsweise eine
Kreisform von nicht weniger als 0,7 aufweisen. Der Einsatz
magnetischer Werkstoffteilchen einer derart hohen Kreisform
führt auch zu einer hohen Kreisform im gebildeten
beschichteten Träger unter Erhöhung seiner Fließfähigkeit. Dadurch
wird es möglich, dem Entwicklungsraum stetig eine geeignete
Tonermenge zuzuführen, so daß eine bessere
Entwicklungsleistung erzielbar ist.
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Die "Kreisform" wird durch folgende Gleichung definiert:
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Kreisform =
Umfangslänge eines Kreises einer der projizerten Fläche eines Teilchens
entsprechenden Fläche/Länge des Umrisses des projizierten Bildes des Teilchens
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Diese Kreisform läßt sich beispielsweise mit Hilfe eines
Bildanalysators (Handelsprodukt von Nippon Abionics Co.)
ausmessen.
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Der Gewichtsmittelteilchendurchmesser der Harzteilchen kann
in bezug auf denjenigen der magnetischen Werkstoffteilchen
im Bereich von 1/20000 bis 1/200, vorzugsweise 1/2000 bis
1/400, liegen. Aus praktischen Gesichtspunkten werden jedoch
Harzteilchen eines Gewichtsmittelteilchendurchmessers von
0,001 - 1 um, vorzugsweise 0,01 - 0,15 um, und einer
spezifischen BET-Oberfläche von 40 m²/g bis 6000 m²/g eingesetzt.
Ein Gewichtsmittelteilchendurchmesser von über 1,0 um oder
eine spezifische BET-Oberfläche von weniger als 40 m²/g der
Harzteilchen führt dazu, daß sich die Harzteilchen nur
schwierig auf der Oberfläche der magnetischen
Werkstoffteilchen verteilen. Dies führt zu Schwierigkeiten bei der
Beschichtungsbehandlung unter trockenen Bedingungen. Ein
Gewichtsmittelteilchendurchmesser unter 0,01 um oder eine
spezifische BET-Oberfläche von mehr als 6000 m²/g kann die
Dispergierbarkeit verschlechtern, so daß man manchmal keinen
gleichförmigen Überzug herstellen kann. Darüber hinaus kommt
es hierbei auch zu einer Verschlechterung der Ausbeute.
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Erf indungsgemäß können für die Harzteilchen Styrolharze,
Acrylharze, Styrol-Acryl-Harze, Vinylharze, Ethylenharze,
Kolophonium-modifizierte Harze, Polyamidharze,
Polyesterharze, Silikonharze und Fluorharze verwendet werden. Diese
Harze können auch in Kombination zum Einsatz gelangen.
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Von den genannten Harzen werden Styrol-Acryl-Harze und
Acrylharze besonders bevorzugt. Bei diesen
Styrol-Acryl-Harzen handelt es sich um Harze, die durch Copolymerisation von
Styrolmonomeren mit Acrylmonomeren erhalten werden.
Spezielle Beispiele für die Styrolmonomeren sind Styrol,
o-Methylstyrol, m-Methylstyrol, p-Methylstyrol, α-Methylstyrol,
p-Ethylstyrol, 2,4-Dimnethylstyrol, p-Butylstyrol, p-tert.-
Butylstyrol, p-Hexylstyrol, p-Octylstyrol, p-Nonylstyrol,
p-Decylstyrol, p-Dodecylstyrol, p-Methoxystyrol,
p-Phenylstyrol, p-Chlorstyrol und 3,4-Dichlorstyrol. Diese Monomeren
können alleine oder in Kombination aus mehreren eingesetzt
werden.
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Spezyelle Beispiele für die Acrylmonomeren sind Acrylsäuren
oder deren Ester, wie Acrylsäure, Methylacrylat,
Ethylacrylat, Butylacrylat, Isobutylacrylat, Propylacrylat,
Octylacrylat, Dodecylacrylat, Laurylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat,
Stearylacrylat, 2-Chlorethylacrylat, Phenylacrylat und
Methyl-α-chloracrylat, Methacrylsäuren oder deren Ester, wie
Methacrylsäure, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat,
Propylmethacrylat, Butylmethacrylat, Isobutylmethacrylat,
Octylmethacrylat, Dodecylmethacrylat, Laurylmethacrylat,
2-Ethylhexylmethacrylat, Stearylmethacrylat, Phenylmethacrylat,
Dimethylaminoethylmethacrylat und
Diethylaminoethylmethacrylat und dergleichen. Diese Monomeren können alleine oder
in Kombination aus mehreren eingesetzt werden.
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Zur Herstellung der genannten Styrol-Acryl-Harze können die
Styrolmonomeren und Acrylmonomeren vorzugsweise in einem
Gewichtsverhältnis von 9/1 bis 1/9 eingesetzt werden. Die
Styrolkomponente vermag filmartige Überzüge zu härten, die
Acrylkomponente macht die filmartigen Überzüge zäh. Durch
geeignetes Variieren des Zusammensetzungsverhältnisses
dieser Komponenten kann auch die Menge an der dem Toner bei der
elektrostatischen Reibungsaufladung zwischen dem
beschichteten Träger und dem Toner vermittelbaren elektrostatischen
Ladung gesteuert werden.
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Der Träger kann vorzugsweise einen
Gewichtsmittelteilchendurchmesser innerhalb eines geeigneten Bereichs entsprechend
demjenigen der magnetischen Werkstoffteilchen aufweisen. In
anderen Worten gesagt, führt ein übermäßig kleiner
Gewichtsmittelteilchendurchmesser des Trägers zu einem Haftenbleiben
des Trägers an dem lichtempfindlichen Aufzeichnungsmaterial
unter Beeinträchtigung der Bildqualität. Andererseits führt
ein übermäßig großer Gewichtsmittelteilchendurchmesser des
Trägers zu einer geringen spezifischen Oberfläche, so daß es
schwierig ist, eine geeignete elektrostatische Aufladung des
Toners bei Reibung sicherzustellen. Ferner kann es auch
schwierig sein, den Träger in gleichförmigem Zustand und
auch in hoher Dichte auf dem Entwicklertrageteil zu halten,
was zu einer schlechten Entwicklungsleistung führt.
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Damit der Träger sämtliche erforderlichen Eigenschaften
aufweist, sollte er vorzugsweise eine enge
Teilchengrößenverteilung aufweisen.
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Bei dem Gewichtsmittelteilchendurchmesser ( w) der
magnetischen Werkstoffteilchen handelt es sich um einen unter
Verwendung des von Lees & Northrup Co. hergestellten Geräts
"Microtruck, Type 7981-OX" gemessenen Wert. Der
Gewichtsmittelteilchendurchmesser ( w) der Harzteilchen wird mit Hilfe
eines von Coulter Electronics Co. hergestellten Geräts
"Coulter, Model N4 Series" gemessen.
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Einen erfindungsgemäßen Träger für eine elektrostatische
Bildentwicklung erhält man beispielsweise wie folgt:
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Die magnetischen Werkstoffteilchen eines
Gewichtsmittelteilchendurchmessers
von 10 - 200 um und Harzteilchen eines
Gewichtsmittelteilchendurchmessers von weniger als 1/200
desjenigen der magnetischen Werkstoffteilchen und einer
spezifischen BET-Oberfläche im Bereich von nicht weniger als
40 m²/g werden miteinander gemischt und beispielsweise mit
Hilfe einer üblichen Rührvorrichtung verrührt, bis eine
gleichförmige Mischung erhalten wird. Die erhaltene Mischung
wird dann beispielsweise in ein Mischgefäß mit
Hochgeschwindigkeitsrührer o.dgl., das so eingestellt ist, daß die
Materialtemperatur im Bereich von 50 - 110ºC liegt, gegossen.
Danach wird auf das erhaltene Gemisch 10 - 60 min,
vorzugsweise 15 - 30 min lang wiederholt eine Schlagkraft ausgeübt.
Dies führt dazu, daß die Harzteilchen sich über die
Oberflächen der magnetischen Werkstoffteilchen hin ausbreiten und
daran haften bleiben.
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Eine übermäßig hohe Materialtemperatur kann zu einer
stärkeren Haftung der Harzteilchen führen, so daß die Teilchen des
Harzteilchenpulvers miteinander zu einer Masse verbacken.
Auch die magnetischen Werkstoffteilchen können über die
Harzteilchen miteinander verschmelzen. Dies erschwert eine
gleichförmige Haftung der Harzteilchen an den Oberflächen
der magnetischen Werkstoffteilchen.
BEISPIELE
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der in keiner Weise
beschränkenden Beispiele näher erläutert. Hierin bedeuten
"Teile" - "Gew.-Teile".
(Herstellung des Toners)
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Unter Verwendung einer Kugelinühle wurden 100 Teile
Polyesterharz, 10 Teile Ruß und 3 Teile eines niedrigmolekularen
Polypropylens gemischt, anschließend verknetet, pulverisiert
und klassiziert, wobei ein Toner eines durchschnittlichen
Durchmessers von 11 um erhalten wurde.
(Herstellung des Entwicklers)
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Die gemäß den verschiedenen Beispielen und
Vergleichsbeispielen hergestellten Träger und die in der zuvor
geschilderten Weise hergestellten Tonerteilchen wurden derart
miteinander gemischt, daß ein geeigneter Gehalt an
Tonerteilchen entsprechend dem Teilchendurchmesser der verschiedenen
folgenden Träger erreicht wurde. Auf diese Weise wurden
Entwickler für latente elektrostatische Bilder erhalten.
(Herstellung des Trägers)
Beispiel 1
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Ferritträger auf Cu-Zn-Basis
(Gewichtsmittelteilchendurchmesser w: 80 um) 5 000 Teile
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Methylmethacrylat/Butylmethacrylat-Copolymer
(Gewichtsverhältnis der Zusammensetzung: 8/2;
w: 0,06 um) 100 Teile
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Die genannten Materialien werden zur Herstellung einer
ordentlichen Mischung 15 min lang unter Verwendung eines
Mischgefäßes mit Hochgeschwindigkeitsrührer gemischt. Danach
wurde durch Zirkulierenlassen von heißem Wasser im
Mischgefäß die Materialtemperatur auf 70ºC eingestellt und der
Hauptrührflügel in Bewegung gesetzt, um 15 min lang zu
beschichten. Hierbei wurde ein beschichteter Träger erhalten.
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In den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen wurden
die Maßnahmen des Beispiels 1 unter Verwendung der im
folgenden genannten Materialien und Bedingungen wiederholt.
Beispiel 2
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Ferritträger auf Cu-Zn-Basis ( w: 100 um) 5 000 Teile
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MMA/BMA (8/2)* ( w: 0,06 um) 75 Teile
*Methylmethacrylat/Butylmethacrylat (8/2)-Copolymer
Beispiel 3
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Eisenpulverträger ( w: 100 um) 5 000 Teile
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MMA/BMA (8/2) ( w: 0,06 um) 60 Teile
Beispiel 4
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Ferritträger auf Mg-Cu-Zn-Basis ( w: 45 um) 5 000 Teile
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MMA/BMA (8/2) ( w: 0,06 um) 125 Teile
Beispiel 5
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Ferritträger auf Cu-Zn-Basis ( w: 80 um) 5 000 Teile
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MMA/BMA (8/2) ( w: 0,10 um) 100 Teile
Beispiel 6
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Ferritträger auf Mg-Cu-Zn-Basis ( w: 45 um) 5 000 Teile
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MMA/BMA (8/2) ( w: 0,10 um) 125 Teile
Beispiel 7
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Ferritträger auf Cu-Zn-Basis ( w: 25 um) 5 000 Teile
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MMA/BMA (8/2) ( w: 0,06 um) 175 Teile
Beispiel 8
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Ferritträger auf Cu-Zn-Basis ( w: 80 um) 5 000 Teile
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MMA/St* (6/4) ( w: 0,075 um) 100 Teile
*Styrol
Beispiel 9
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Ferritträger auf Cu-Zn-Basis ( w: 80 um) 5 000 Teile
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feinteilige Silikonteilchen ( w: 0,1 um) 100 Teile
Beispiel 10
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Ferritträger auf Cu-Zn-Basis ( w: 80 um) 5 000 Teile
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feinteilige Ethylentetrafluoridharzteilchen
( w: 0,2 um) 150 Teile
Beispiel 11
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Ferritträger auf Cu-Zn-Basis ( w: 80 um) 5 000 Teile
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feinteilige
Trichlormethylmethacrylatharzteilchen ( w: 0,08 um) 125 Teile
Vergleichsbeispiel 1
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Ferritträger auf Cu-Zn-Basis ( w: 100 um) 5 000 Teile
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MMA/St (25/75) ( w: 0,5 um) 75 Teile
Vergleichsbeispiel 2
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Zusammensetzung wie in Beispiel 1. Die Temperatur wurde auf
120ºC erhöht.
Vergleichsbeispiel 3
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Ferritträger auf Mg-Cu-Zn-Basis ( w: 44 um) 5 000 Teile
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MMA-Harz ( w: 0,4 um) 150 Teile
Vergleichsbeispiel 4
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Ferritträger auf Cu-Zn-Basis ( w: 80 um) 5 000 Teile
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MMA/BMA (8/2) ( w: 0,06 um) 100 Teile
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Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch die
Materialtemperatur auf 45ºC eingestellt wurde.
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Die beim Beschichten der Träger in den Beispielen und
Vergleichsbeispielen gewählten Parameter sind in Tabelle 1
aufgeführt.
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Im folgenden werden die Bedingungen und Verfahren bei der
Bestimmung der Eigenschaften erläutert:
1. Materialtemperatur
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Mittelwert ungefährer Teilchenoberflächentemperaturen, der
beim Einführen einer Temperaturmeßsonde in die Gruppe von
als Ergebnis einer Schlagkrafteinwirkung aufgewirbelten
Teilchen bei willkürlichem Inberührunggelangen der Teilchen
mit der Sonde erhalten wurde. Die Temperaturmeßsonde besteht
aus einem Thermoelement, einem Temperaturmeßisolator und
dergleichen mit der Fähigkeit zur Bestimmung der Temperatur
aufgrund einer elektrischen Messung seiner
elektromotorischen Kraft, seines Widerstandswerts und dergleichen. Das
Thermoelement besteht beispielsweise aus einem
Chromelalumel-Thermoelement.
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Die Materialtemperatur wird erfindungsgemäß unter Verwendung
eines 10 cm langen und einen Durchmesser von 6,4 mm
aufweisenden Chromelalumel-Thermoelements (hergestellt von Hayashi
Denko K.K.) mit einem Deckel aus nicht-rostendem Stahl
(SUS304) unter Einführung von 5 cm seines Endes gemessen.
2. Verfahren zur Bestimmung der Menge an weißem Pulver:
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Ein 20 ml fassendes Probenröhrchen wurde mit 20 g
beschichtetem Träger und 15 ml Methanol beschickt, worauf das Ganze
mittels eines Wellenrotors (Umdrehungszahl: 46 U min&supmin;¹)
10 min lang gerührt wurde. Der hierbei gebildete Überstand
wurde in eine ausschließlich für ein photoelektrisches
Kolorimeter (Wellenlänge: 522 nm) benutzte Küvette gefüllt,
um seine Lichtdurchlässigkeit zu bestimmen. Auf diese Weise
wurde die Menge ermittelt.
3. Verfahren zur Bestimmung von [Fe&spplus;&spplus;]:
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Eine 20 ml fassende Probenflasche wurde mit 9 ml einer
wäßrigen
0,001%igen Essigsäurelösung, der 1 ml eines
ethanolischen Farbidentifizierungsreagenses von 0,2% 2,3-Dipyridyl
und ein oberflächenaktives Mittel zugesetzt worden waren,
sowie 1 g eines beschichteten Trägers beschickt, worauf das
Ganze 2 min lang unter Verwendung eines Wellenrotors
(Umdrehungsgeschwindigkeit: 46 U min&supmin;¹) gerührt wurde. Der
hierbei angefallene Überstand wurde in eine ausschließlich
für ein photoelektrisches Kolorimeter (Wellenlänge: 522 nm)
benutzte Küvette gegossen, um seine Lichtdurchlässigkeit zu
bestimmen. Die Absorption (log 1/T) errechnet sich aus der
so ermittelten Durchlässigkeit. Der berechnete Wert wird mit
einem Eichfaktor multipliziert.
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[Fe&spplus;&spplus;] = log 1/T x Eichfaktor.
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4. Der Teilchendurchmesser der Harzteilchen wurde mit einem
Gerät von Coulter Electronics Co. (Modell N-4) gemessen.
5. Spezifische BET-Oberfläche:
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Die Messung erfolgte unter Verwendung eines von Shimadzu
Corp. hergestellten Geräts "Micromeritics Flowsorb II", Typ
2300.
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6. Die Verschmelzungsrate wurde durch Berechnen aus der
Menge an beschichtetem Träger, der durch ein Sieb gefallen
ist, nachdem 1,0 kg eines beschichteten Trägers unter
Verwendung eines gegebenen Siebs gesiebt wurden, bestimmt. Für
einen Träger von 100 um wurde ein Sieb von 80 mesh, für
einen Träger von 80 um ein Sieb von 100 mesh, für einen
Träger von 45 um ein Sieb von 200 mesh und für einen Träger von
25 um ein Sieb von 280 mesh verwendet.
TABELLE I
Kreisform der magnetischen Teilchen
Harzteilchengröße/Trägerteilchengröße
Spezifische BET-Oberfläche der Harzteilchen* m²/g
Materialtemperatur ºC
Beschictungsdauer mit dem Harz
Verschmelzungsrate %
[Fe&spplus;&spplus;] ppm
Durchlässigkeit bei weißem Pulver
Beispiel
Vergleichsbeispiel
* Es war kein beschichteter Träger herstellbar
(Bewertung der elektrostatischen Aufladbarkeit des Toners
durch Reibung)
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Von den verschiedenen Entwicklern wurde die elektrostatische
Reibungsaufladung der Toner bei hoher Temperatur und hoher
Feuchtigkeit bzw. bei niedriger Temperatur und niedriger
Feuchtigkeit bestimmt.
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Bei Entwicklern mit einem Träger in Form magnetischer
Werkstoffteilchen eines Gewichtsmittelteilchendurchmessers von
mehr als 60 um wurde die elektrostatische Reibungsaufladung
der Toner nach dem bekannten Wegblasverfahren bestimmt. Bei
Entwicklern mit einem Träger aus magnetischen
Werkstoffteilchen eines Gewichtsmittelteilchendurchmessers von nicht mehr
als 60 um wurde ein tatsächliches Entwicklungsverfahren
durchgeführt, um die elektrostatische Reibungsaufladung der
Toner zu bestimmen. Die Ergebnisse finden sich in Tabelle 2.
(Tatsächlicher Kopiertest)
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Unter Verwendung der Entwickler der Beispiele 1 bis 9 und
der Vergleichsbeispiele 2 bis 4 wurden tatsächliche
Kopiertests zur Herstellung von Bildkopien durchgeführt. Das
Kopieren erfolgte mit Hilfe eines elektrophotographischen
Kopiergeräts "U-Bix 5500" (hergestellt von Konica
Corporation), das mit einer Kontakttypentwicklungseinheit
ausgestattet war. Kopiert wurden 200 000 Kopien bei hoher
Temperatur (33ºC) und hoher Feuchtigkeit (80% relative
Feuchtigkeit) bzw. niedriger Temperatur (10ºC) und niedriger
Feuchtigkeit (20% relative Feuchtigkeit). Mit Hilfe eines SAKURA-
Densitometers PDA-65 (hergestellt von Konica Corporation)
wurde der Schleier und die Maximumdichte (Dmax) zu Beginn
des Kopierens, nach Herstellung von 100 000 Kopien bzw. nach
Herstellung von 200 000 Kopien bestimmt. Die Ergebnisse
finden sich in Tabelle 3.
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Für die Entwicklung wurde der Abstand zwischen Trommel und
Hülse und zwischen der Beschichtungsklinge und der Hülse
entsprechend dem Teilchendurchmesser jeden Trägers auf einen
geeigneten Wert eingestellt.
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Auch mit den Entwicklern der Beispiele 10 und 11 wurden zur
Bewertung tatsächliche Kopiertests durchgeführt. Kopiert
wurde mit einem elektrophotographischen Kopiergerät "U-Bix
15500" (hergestellt von Konica Corporation) mit einer
Kontakttypentwicklungseinheit.
Tonerkonzentration %
Hohe Temperatur (33ºC), hohe Feuchtigkeit (80% relative Feuchtigkeit)
Niedrige Temperatur (10ºC), niedrige Feuchtigkeit (20% relative Feuchtigkeit)
Beispiel
Vergleichsbeispiel
TABELLE 3
Hohe Temperatur (33ºC), hohe Feuchtigkeit (80% relative Feuchtigkeit)
Niedrige Temperatur (10ºC), niedrige Feuchtigkeit (20% relative Feuchtigkeit)
Bei Kopierbeginn
Nach Herstellung von Kopien
Dmax
Schleier
Beispiel
Vergleichsbeispiel
Dmax bedeutet die maximale Dichte und stellt einen Relativwert eines entwickelten Bildes
unter Annahme einer Dichte von 1,3 an einem Bildteil einer Vorlage dar.
Schleier steht für die relative Dichte eines entwickelten Bildes unter Annahme einer
Dichte von 0 an einem Nicht-Bildteil einer Vorlage.
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Aus den Ergebnissen der Beispiele geht hervor, daß man
erfindungsgemäß (Beispiele 1 bis 11) auf einfache Weise
innerhalb kurzer Zeit und trotzdem in hoher Ausbeute Träger
herstellen kann. Bei den aktuellen Kopietests zeigten sich eine
überragende Haltbarkeit und eine stabile elektrostatische
Reibungsaufladung. Es konnte eine geeignete
Tonerkonzentration aufrechterhalten werden, ohne daß es zu irgendeinem
Haftenbleiben des Trägers kam. Auf diese Weise konnte man
mit hervorragender Entwicklungsleistung Bildkopien guter
Bildqualität herstellen.
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Wegen der vollständigen Beschichtung der Trägeroberfläche
mit dem Harz ist der Träger nicht umgebungsabhängig. Er
besitzt einen gleichförmigen und zähen Überzug, so daß auch
bei hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit bzw. niedriger
Temperatur und niedriger Feuchtigkeit ein stabiles
Leistungsvermögen gewährleistet ist.
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Den beschichteten Träger kann man in kurzer Zeit herstellen.
Selbst bei Änderung der Bedeckung braucht lediglich das
Mischungsverhältnis geändert werden. Auch hierbei wird die
Beschichtungsdauer nicht verlängert.