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Ein Verfahren zur Herstellung sichtbarer Bilder, bei dem magnetisch
anziehbares Tonerpulver, das aus magnetisch anziehbares Material mit einer
Partikelgröße von nicht mehr als 2 um enthaltenden Harzpartikeln besteht, einer
Bilderzeugungszone zwischen einem Bildregistrierungsmedium und einem
sich bewegenden Fördermedium, das eine magnetische Anziehung auf das
Tonerpulver ausübt, zugeführt wird, in welcher Bilderzeugungszone das
Tonerpulver durch elektrostatische Anziehung in Übereinstimmung mit dem
geforderten Bildmuster auf das Bildregistrierungsmedium aufgebracht wird.
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Ein Verfahren dieser Art ist aus US-A-4 154 520 bekannt. Bei diesem
bekannten Verfahren werden latente elektrostatische Bildmuster auf einem
Bildregistrierungsmedium in einem Kopiergerät mit Hilfe eines Tonerpulvers
entwickelt, das durch ein magnetisches Fördermedium in der Form einer
Magnetbürste zugeführt wird.
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Die Umfangsgeschwindigkeit der Magnetbürste sollte bei diesem Verfahren
wenigstens das Zweifache der Transportgeschwindigkeit des
Bildregistrierungsmediums und vorzugsweise das Drei- bis Fünffache dieser
Geschwindigkeit betragen.
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Der Grund hierfür besteht darin, daß bei niedriger Umfangsgeschwindigkeit
der Magnetbürste Entwicklungsprobleme auftreten, wie etwa unangemessene
Gradation, Ablagerung von Tonerpartikeln außerhalb der Bildmuster, Toner-
Akkumulation oder Überentwicklung. Diese Entwicklungsprobleme führen
letztlich zu einer schlechten Bildqualität der Kopie.
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Zwar werden die genannten Entwicklungsprobleme durch Verwendung einer
wesentlich höheren Umfangsgeschwindigkeit vermieden, doch führt die
höhere Bürstengeschwindigkeit zu Schwierigkeiten infolge der erhöhten
mechanischen Beanspruchung sowohl des Bildregistrierungsmediums als
auch des Tonerpulvers. Aufgrund der hohen mechanischen Beanspruchung
bildet sich feiner Abriebstaub in der Pulverbürste und wird von dieser
abgeschleudert, so daß das Kopiergerät verschmutzt wird.
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Um eine einwandfreie Funktion des Kopiergerätes sicherzustellen, muß das
Gerät dann von einem Wartungstechniker regelmäßig gesäubert werden.
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Zum Teil wird der feine Abriebstaub auch dauerhaft auf dem
Bildregistrierungsmedium abgelagert, so daß dessen Lebensdauer verringert wird.
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Ein Bilderzeugungsverfahren, das unabhängig von der
Umfangsgeschwindigkeit der aus dem Tonerpulver gebildeten Entwicklungsbürste eine gute
Bildqualität liefert, wird durch EP-A-0 304 983 gelehrt. Dieses Verfahren
ermöglicht die Wahl einer niedrigen Umfangsgeschwindigkeit der Magnetbürste
und somit die Beseitigung der oben erwähnten Staub-Probleme durch
Bereitstellung eines Toner-Fördermediums, das mit einem
Bildregistrierungsmedium eine Bilderzeugungszone in solcher Weise bildet, daß eine magnetische
Induktion (magnetische Feldstärke) von wenigstens 0,3 T erreicht wird, die
eine anziehende Kraft auf das Tonerpulver in der Bilderzeugungszone ausübt,
wobei das verwendete Tonerpulver eine verhältnismäßig kleine Menge an
magnetisch anziehbarem Material enthält. Zwar werden Tonerpulver, die
eine verhältnismäßig kleine Menge an magnetisch anziehbarem Material
enthalten, beispielsweise durch DE-A-30 08 881 gelehrt, doch zeigt sich, daß
aufgrund der Tatsache, daß bei dem Herstellungsprozeß der Tonerpulver-
Partikel die Partikel aus magnetisch anziehbarem Material nicht völlig
homogen in der Harz-Schmelze verteilt werden, eine beträchtliche Menge der
nach dem Mahlen erhaltenen Tonerpulver-Partikel nicht als magnetisch
anziehbare Tonerpulver-Partikel geeignet ist.
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Insbesondere die Tonerpartikel mit kleinerer Größe sind entweder nicht
magnetisch genug, um durch die Entwicklungsbürste gefördert zu werden,
oder sie enthalten so viel magnetisch anziehbares Material, daß sie so fest an
der magnetischen Entwicklungsbürste haften, daß sie durch die
normalerweise in dem Bilderzeugungsprozeß verwendete elektrostatische
Anziehungskraft nicht auf das Bildregistrierungsmedium aufgebracht werden können, so
daß ein Bildfehler hervorgerufen wird. Folglich ist das Verhältnis zwischen
der Partikelgröße des magnetisch anziehbaren Materials und der minimalen
Partikelgröße des Tonerpulvers selbst von Wichtigkeit.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Bilderzeugungsverfahren zu schaffen, das die oben genannten Nachteile überwindet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Fördermedium
verwendet wird, das in der Bilderzeugungszone an der das Tonerpulver
anziehenden Oberfläche eine magnetische Induktion von wenigstens 0,2 T
aufweist, und daß Tonerpulver verwendet wird, das magnetisch anziehbares
Material in einer Menge von nicht mehr als 1 Volumenprozent des
Tonerpulvers enthält, wobei das Tonerpulver einen unteren Grenzwert der
Partikelgröße von etwa 8 um besitzt, wenn das Tonerpulver 1 Volumenprozent des
magnetisch anziehbaren Materials enthält, und daß der untere Grenzwert der
Partikelgröße erhöht wird, wenn der Volumenprozentsatz des magnetisch
anziehbaren Materials verringert wird.
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Im Ergebnis ist gewährleistet, daß sämtliche Tonerpartikel zur Erreichung
einer guten Bildqualität in dem Bilderzeugungsverfahren beitragen.
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Die Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens werden weiter
verbessert, wenn das in dem Tonerpulver verwendete magnetisch anziehbare
Material ein weichmagnetisches Material wie etwa Carbonyleisen ist. Die
vorliegende Erfindung bezieht sich deshalb auch auf ein Tonerpulver zur
Verwendung in dem obigen Bilderzeugungsverfahren, das aus thermoplastischen
Harzpartikeln besteht, die magnetisch anziehbares Material mit einer
Partikelgröße von nicht mehr als 2 um und gegebenenfalls weitere Zusätze wie
etwa Einfärbungsmaterial, ein Ladungssteuerungsmittel und elektrisch
leitfahiges Material enthalten.
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Das kennzeichnende Merkmal besteht darin, daß die Tonerpartikel
höchstens 1 Volumenprozent eines weichmagnetischen Materials enthalten und
die Harzpartikel eine effektive magnetische Suszeptibilität von wenigstens 2
besitzen, wobei das Tonerpulver einen unteren Grenzwert der Partikelgröße
von etwa 8 um besitzt, wenn das Tonerpulver 1 Volumenprozent des
weichmagnetischen Materials enthält, und der untere Grenzwert der Partikelgröße
des Tonerpulvers erhöht ist, wenn der Volumenprozentsatz des
weichmagnetischen Materials verringert ist.
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Die Erfindung wird nunmehr erläutert unter Bezugnahme auf die
nachfolgende Beschreibung und die beigefügte Zeichnung, die einen schematischen
Querschnitt einer Vorrichtung zur Entwicklung elektrostatischer Bildmuster
unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.
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Die Entwicklungsvorrichtung umfaßt eine Magnetwalze 1, auf die magnetisch
anziehbares Tonerpulver durch die Öffnung 2 eines Behälters 3 aufgegeben
wird. Die Magnetwalze 1 fördert das Tonerpulver zu der Entwicklungszone 4,
wo das Tonerpulver mit einem fotoleitenden Material 5 in Bogen- oder
Bahnform in Berührung gebracht wird, das über die Stützwalze 6 geführt wird und
ein latentes elektrostatisches Ladungsbild auf der der Pulverschicht
zugewandten Seite trägt. Die Magnetwalze 1 umfaßt eine Hülse 7 aus
diamagnetischem Material, z.B. Aluminium, Messing oder rostfreiem Stahl, die in
bekannter Weise drehbar auf einer Welle 8 montiert ist. Wenn die Vorrichtung
in Betrieb ist, wird die Magnetwalze 1 durch bekannte aber in der Zeichnung
nicht dargestellte Antriebsmittel in Richtung des Pfeiles A angetrieben.
Obgleich dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, ist die Welle 8 der
Magnetwalze 1 in Rahmenplatten der Vorrichtung befestigt. In Axialrichtung
gesehen sind zylindrische Magnete 9 Seite an Seite auf der Welle 8 montiert.
Diese zylindrischen Magnete können in Umfangsrichtung gesehen eine Anzahl
von Malen magnetisiert sein, um die geforderte Anzahl von Magnetpolen zu
schaffen, oder aus einer Anzahl identischer ein- oder mehrfach
magnetisierter Zylindersegmente aufgebaut sein.
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Die Magnete 9 sind so um die Welle herum angeordnet, daß gleiche Pole in
Verlängerung zu einander angeordnet sind und somit zusammen einen sich
axial erstreckenden Magnetpol bilden. Der Außendurchmesser der
zylindrischen Magnete 9 ist kleiner als der Innendurchmesser der diamagnetischen
Hülse 7.
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Das Ergebnis ist ein homogenes, starkes Magnetfeld an der Oberfläche der
diamagnetischen Hülse 7.
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Die für das erfindungsgemäße Verfahren geforderte magnetische Induktion
von wenigstens 0,2 T an der Oberfläche kann erreicht werden, indem die
Magnete 9 aus hochmagnetischen Materialien hergestellt werden,
beispielweise einer Legierung aus Neodym-Eisen-Bor oder aus Samarium-Kobalt.
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Das magnetisch anzlehbare Tonerpulver wird über die Öffnung 2 des
Behälters 3 auf die Hülse 7 der Magnetwalze 1 aufgegeben. Die Öffnung 2 erstreckt
sich axial über die Länge der Hülse, und ein Rakel 15 ist an der Öffnung 2
angebracht und erstreckt sich ebenfalls axial über die Länge der Hülse, um das
aufgebrachte Tonerpulver in einer gleichförmigen Schicht auf der Hülse 7 zu
verteilen.
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Die auf die Hülse 7 aufgebrachte Schicht aus Tonerpulver wird durch die
Hülse 7 zu der Entwicklungszone 4 gefördert, wo das Tonerpulver in dem
zwischen einem der magnetischen Pole der Magnetwalze 1 und der Stützwalze 6
wirkenden Magnetfeld zu einer Entwicklungsbürste ausgerichtet wird,
wodurch es mit dem zu entwickelnden elektrostatischen Bild in Berührung
gebracht wird, so daß ein Pulverbild auf dem fotoleitenden Material 5 entsteht.
Das nicht auf das elektrostatische Bild übertragene Tonerpulver wird dann
durch die anderen Magnetpole an der Hülse 7 gehalten und durch die Hülse
7 zu der Toner-Aufgabezone zurückgeführt.
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Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung verwendet die oben beschriebene
Entwicklungsvorrichtung ein magnetisch anziehbares Tonerpulver, das aus
Tonerpartikeln besteht, die Bindemittel und zwischen 0,25 und 3
Volumenprozent magnetisch anziehbares Material enthalten.
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Gewünschtenfalls können die Tonerpartikel auch Färbemittel, ein
Ladungssteuerungsmaterial und/oder elektrisch leitende Partikel enthalten.
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Die besten Ergebnisse werden durch Verwendung eines weichmagnetischen
Materials, z.B. Carbonyleisen, als magnetisch anziehbares Material erzielt. Die
wichtigsten Eigenschaften, die weichmagnetische Materialien so geeignet
machen, sind die ihnen eigene magnetische Suszeptibilität χ (chi), die größer
ist als 10, und die Form der Magnetisierungskurve. Der größte Effekt
hinsichtlich der Magnetisierung wird erzielt, wenn das magnetische Material bei
der in der Entwicklungszone herrschenden magnetischen Feldstärke nicht
magnetisch gesättigt wird. In der Sättigungskurve wird die Magnetisierung
bei einer Erhöhung der Feldstärke kaum oder gar nicht beeinflußt. Bei der
erfindungsgemäß verwendeten magnetischen Feldstärke ist das magnetische
Sättigungsniveau für weichmagnetische Materialien hinreichend hoch. Die
magnetische Suszeptibilität χ des Materials selbst wird bei Verwendung in
Tonerpartikeln auch durch die Form des magnetischen Materials und die
Wechselwirkung mit anderen magnetischen Materialpartikeln beeinflußt. Ein
Wert der effektiven magnetischen Suszeptibilität χeff der Tonerpartikel
zwischen 2 und 6 erscheint als ein geeigneter Wert, um mit dem
erfindungsgemäßen
Verfahren ein gutes Ergebnis zu erzielen.
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Bei den im Stand der Technik gebräuchlichen Entwicklungsvorrichtungen,
bei denen eine Magnetwalze mit einer magnetischen Induktion von etwa 0,08
T zusammen mit einem Tonerpulver verwendet wird, das wenigstens 20
Volumenprozent an magnetisch anziehbarem Material enthält, wird eine gute
Bildqualität (d.h. kein Hintergrundschleier, hohe optische Dichte und
dergleichen) nur dann erreicht, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der
Entwicklungsbürste wenigstens das Zweifache der Transportgeschwindigkeit des
Bildregistrierungsmediums beträgt.
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Für die erfindungsgemäße Kombination, Magnetwalze mit einer
magnetischen Induktion von wenigstens 0,2 T und Tonerpulver mit höchstens 3
Volumenprozent an magnetischem Material, wurde gefunden, daß die gute
Bildqualität im wesentlichen unabhängig von der Umfangsgeschwindigkeit der
Entwicklungsbürste ist. Somit kann eine niedrige Geschwindigkeit gewählt
werden, was selbstverständlich die Staub-Probleme vermindert. Auch das
starke Magnetfeld trägt zu dieser verminderten Staubbildung bei, so daß eine
kompaktere Tonerbürste geschaffen wird, von der Tonerpartikel nur schwer
entweichen können.
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In Versuchen innerhalb eines in der beigefügten Zeichnung gezeigten
Bereiches, unter Verwendung einer Magnetwalze 1 mit einer magnetischen
Induktion von 0,32 T in der Entwicklungszone 4 mit einem Tonerpulver, das 2
Volumenprozent magnetisch anziehbares Material enthielt, wurde eine
ausgezeichnete Bildqualität mit einer Umfangsgeschwindigkeit der Magnetwalze 1
erhalten, die gleich der Transportgeschwindigkeit des fotoleitenden
Materials 5 war. Versuche mit anderen Kombinationen der bestimmenden
Parameter (magnetische Feldstärke und Volumenprozentsatz des magnetischen
Materials) lieferten nicht so gute Ergebnisse. Kombinationen mit einer starken
Magnetbürste (> 0,2 T) und einem Tonerpulver, das 20 Volumenprozent
magnetisches Plgment enthielt, lieferte unabhängig von der
Umfangsgeschwindigkeit der Entwicklungsbürste stets einen Hintergrundschleier,
während für eine Magnetbürste mit 0,08 T und Tonerpulver, das weniger als 3
Volumenprozent magnetisches Pigment enthielt, bei überhaupt keiner
Geschwindigkeit eine akzeptable Entwicklung des Ladungsbildes nachgewiesen
werden konnte.
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Die sich erfindungsgemäß ergebende kompaktere Tonerbürste erfordert
strikte Anforderungen hinsichtlich des Abstands zwischen dem fotoleitenden
Material 5 und der Oberfläche der Hülse 7 in der Entwicklungszone, damit
sichergestellt ist, daß das Tonerpulver mit dem elektrostatischen
Ladungsbild in Berührung kommt.
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Bei den obigen Spezifikationen für das magnetische Feld und das
Tonerpulver-Material muß deshalb für diesen Abstand ein Wert von maximal 0,1 mm
verwendet werden.
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Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Tonerpartikel
können nach einem an sich bekannten Verfahren hergestellt werden, bei dem
das Bindemittel (oftmals ein thermoplastisches Harz) geschmolzen wird und
das magnetisch anziehbare Material sowie andere feine Feststoffpartikel wie
etwa Farbstoffe, Ladungssteuerungsmittel und/oder elektrisch leiten des
Material, in der Schmelze verteilt werden, wonach die Masse nach dem
Abkühlen zu feinen Partikeln zermahlen wird. Bei einem anderen Verfahren werden
die Tonerpartikel durch Sprühtrocknung einer Dispersion aus den feinen
Feststoffpartikeln in einer Lösung oder einer Dispersion des Harzes
hergestellt.
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Erforderlichenfalls können die Tonerpartikel auch elektrisch leitfähig
gemacht werden, indem leitfähige Partikel (z.B. Kohlepartikel) zu der Schmelze
oder Dispersion zugegeben werden oder indem die Tonerpartikel
anschließend aufgeweicht werden und man leitfähige Partikel an der Oberfläche
haften läßt. Durch dieses letztere Verfahren werden die feinen leitfähigen
Partikel in der Oberfläche der aufgeweichten Pulverpartikel verankert.
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Um ein Tonerpulver zu erhalten, bei dem sämtliche Partikel ausreichend
magnetisch anziehbar sind, so daß sie in dem erfindungsgemäßen Verfahren
verwendet werden können, ist die Beziehung zwischen der Partikelgröße des
magnetisch anziehbaren Materials und der minimalen Partikelgröße des
Tonerpulvers selbst bedeutsam.
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Wenn feinere Fraktionen des magnetisch anziehbaren Materials mit einer
Partikelgröße zwischen 1 und 3 um verwendet werden, brauchen keine
besonderen Anforderungen an die minimale Partikelgröße des Tonerpulvers
gestellt zu werden, das zwischen 1 und 3 Volumenprozent des magnetisch
anziehbaren Materials enthält. ln diesem Fall kann die Partikelgröße des
Tonerpulvers im üblichen Bereich von 5 bis 8 bis hin zu 30 um oder mehr liegen.
Damit die gröberen Fraktionen des magnetisch anziehbaren Materials aus
dem Bereich zwischen 1 und 10 um ebenfalls in solchen Tonerpulvern
verwendet werden können, sollte der untere Grenzwert für die Partikelgröße
des Tonerpulvers entsprechend der größeren mittleren Partikelgröße des
magnetisch anziehbaren Materials höher gewählt werden. Grob gesagt muß
dieser untere Grenzwert für die Partikelgröße des Tonerpulvers 8, 10, 15
bzw. 20 um betragen, wenn magnetisch anzlehbare Materialien mit einer
Partikelgröße von < 2, 2-3, 5 bzw. 10 um verwendet werden.
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Geeignete Tonerpulver, die weniger als 1 Volumenprozent magnetisch
anziehbares Material enthalten, können erhalten werden durch Zugabe von
magnetisch anziehbarem Material mit einer Partikelgröße von bis zu etwa 2
um. Es gilt dann, daß der untere Grenzwert für die Partikelgröße des
Tonerpulvers in dem Maße erhöht werden muß, wie der Volumenprozentsatz des
magnetisch anziehbaren Materials niedriger wird. Im Fall von 0,5
Volumenprozent des magnetisch anziehbaren Materials beträgt der untere Grenzwert
annähernd 15 um, während im Fall von 0,25 Volumenprozent magnetisch
anziehbaren Materials der untere Grenzwert etwa 20 um beträgt.
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Ein elektrisch leitfähiges Tonerpulver, das zwei Volumenprozent magnetisch
anziehbares Material enthält, wird beispielsweise zubereitet, indem ein
thermoplastisches Harz in der Form eines Polyesterharzes des Typs Atlac,
hergestellt von Imperial Chemical Industries, geschmolzen und feine
Feststoffpartikel aus Karbon und Carbonyleisen homogen in der Schmelze verteilt werden,
wobei die verschiedenen Materialien im Verhältnis von 86,81
Gewichtsprozent Polyesterharz, 11,71 Gewichtsprozent Carbonyleisen (Partikelgröße 2-3
m) und 1,48 Gewichtsprozent Karbon eingesetzt werden.
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Nach dem Kühlen der Schmelze wird die Masse zu Pulverpartikeln mit einer
Partikelgröße zwischen 5 und 40 um zermahlen.
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Ein anderes Tonerpulver gemäß der Erfindung, das 0,5 Gewichtsprozent
magnetisch anziehbares Material enthält. wird hergestellt durch Schmelzen
eines Polyesterharzes des oben genannten Typs und Verteilen von Karbon
und Carbonyleisen-Partikeln in der Schmelze, wobei die Materialien im
Verhältnis von 95,4 Gewichtsprozent Polyesterharz, 3,13 Gewichtsprozent
Carbonyleisen (Partikelgröße 1-2 um) und 1,47 Gewichtsprozent Karbon
eingesetzt werden. Die gekühlte Masse wird gemahlen und ergibt Pulverpartikel
mit einer Partikelgröße zwischen 15 und 40 um.
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Die nach einem der oben beschriebenen Verfahren hergestellten
Pulverpartikel werden elektrisch leitfähig gemacht, indem man die Pulverpartikel
aufweicht und leitfähige Partikel an ihrer Oberfläche anhaften läßt, in der
Weise, die in Beispiel II von NL-A-72 03 523 beschrieben wird. Dies ergibt ein
magnetisch anziehbares, elektrisch leitfähiges Entwicklerpulver mit einem
spezifischen Widerstand unter 10¹² ohm.cm und vorzugsweise zwischen 10&sup7;
und 10&sup8; ohm.cm, gemessen mit Hilfe der Zellen-Widerstandsmessung, die in
derselben niederländischen Patentanmeldung beschrieben wird.
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Obgleich das erfindungsgemäße Verfahren oben für Verwendung in einer
Magnetbürsten-Entwicklungsvorrichtung für elektrostatische Ladungsmuster
beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt.
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Einerseits ist es nicht notwendig, die Tonerpulver-Partikel mit Hilfe einer
Magnetbürste zu der Entwicklungszone zu fördern, sondern es ist
selbstverständlich möglich, irgendwelche gewünschte Fördermittel für diesen Zweck
zu verwenden.
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Andererseits kann das erfindungsgemäße Verfahren auch in einem
elektrostatischen Drucker des Typs verwendet werden, der in US-A-4 704 621
beschrieben wird.
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Ein Drucker dieser Art umfaßt ein bewegliches Bilderzeugungselement mit
einer dielektrischen Oberfläche, eine längs der Bewegungsbahn des
Bilderzeugungselements angeordnete Bilderzeugungsstation, die eine Magnetwalze
mit einer elektrisch leitfähigen Hülse in der Nähe der Oberfläche des Bild
erzeugungselements aufweist, und Mittel zur Erzeugung eines elektrischen
Feldes entsprechend einem Informationsmuster zwischen dem
Bilderzeugungselement und der Magnetwalze. Durch Zufuhr von elektrisch leitfähigem,
magnetisch anziehbarem Tonerpulver mit den zuvor beschriebenen
Spezifikationen in die Zone zwischen dem Bilderzeugungselement und der
Magnetwalze
und Anlegen eines magnetischen Feldes dort in Übereinstimmung mit der
Erfindung, wird auch mit diesem Drucker eine ausgezeichnete Bildqualität
erreicht.