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Elektrophotographischer Entwickler Die Erfindung betrifft einen Entwickler
zur Verwendung in der Elektrophotographie, z.B. bei elektrostatischen Vervielfältigungsgeräten
(Electrofax, Xerographie usw.), Faksimilegeräten, elektrostatischen Druckern und
dgl.
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Ein elektrophotographischer Entwickler besteht aus einem als Toner
bezeichneten, pulverförmigen Farbpigment und einem als Träger bezeichneten Entwicklermedium.
Als räer werden Glasperlen, pulverisiertes Eisen, harzbeschichtetes Eisenpulver
und dül. verwendet. Material, Form, Teilchengröße usw. des Trägers bestimmen sich
dabei durch das betreffende Entwicklungsverfahren, und die derart bestimmte Art
des Trägers wird als Entwicklermedium benutzt.
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Bei einem "Kaskaden"-Entwicklungsverfahren wird der Entwickler z.B.
unter Schwerkrafteinfluß auf ein latentes elektrostatisches bzw. Ladungsbild abgeworfen,
wobei insbesondere ein kugelförmiger Träger mit glatter Oberfläche verwendet wird,
der leicht abgeworfen bzw. geschüttet werden kann. In diesem Fall wird j jedoch
ein schmaler Bereich" des Originals, z.B. ein Linien, "Buchstaben"-oder "Symbol"-Bild
originalgetreu wiedergegeben, während bei einem "flächigen" Originalbild, etwa einem
vollen
oder durchgehenden (solid) Bild, die Tendenz besteht, nur
daß infolge eines Randeffekts seine Randkanten in sattem Schwarz betont werden.
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Bei einem Magnetbürstenentwicklungsverfahren werden für den Entwickler
sowohl ein kugelförmiger als auch ein nicht-kugelförmiger Träger benutzt. Bei Verwendung
des kugelförmigen trägers ist die gleiche Tendenz wie beim Kaskadenentwicklungsverfahren
zu beobachten. Durch den nur den nicht-kugeligen Träger enthaltenden Entwickler
wird dagegen ein weitflächiges Originalbild (einschließlich eines kontinuierlichen
oder gleichbleibenden Tons) originalgetreu wiedergegeben, während ein schmalflächiges
Bild, beispielsweise das Bild einer Linie, farbschwach (thin in its color) und mit
mangelhafter Bildwiedergabe entwickelt wird.
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Unabhängig von der Art der Entwicklungsverfahren unterscheiden sich
die Entwicklungseigenschaften des Entwicklers daher entscheidend in Abhängigkeit
von den Arten der im Entwickler vorhandenen Träger, und es ist bisher kein Entwickler
bekannt, der ein Ladungsbild unabhängig davon, ob die Bildfläche breit oder schmal
ist, originalgetreu wiederzugeben vermag. Es ist ein Bericht über eine Untersuchung
bezüglich der Verbesserung eines Toners oder Trägers mit dem Ziel, verbesserte Entwicklungseigenschaften
zu gewährleisten, bekannt, doch erwiesen sich alle diesbezüglichen Versuche als
unzufriedenstellend.
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Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines elektrostatischen
Entwicklers, der unter Verbesserung des Trägers
selbst jedes (Ladungs-)Bild
originalgetreu wiederzugeben vermag.
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Diese Aufgabe wird bei einem elektrostatischen Entwickler mit Toner
und Träger erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Träger aus einem Gemisch aus
sphärischen und nichtsphärischen Trägerteilchen besteht. Das Mischungsgewichtsverhältnis
zwischen sphärischen (kugelförmigen) und nichtsphärischen (nicht-kugelförmigen)
Trägerteilchen ist nicht kritisch; vorzugsweise liegt es im Bereich von 20:80 bis
8o:2o.
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Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Mikrophotographie (in 91-facher Vergrö<3erung)
eines sphärischen bzw. kugelförmigen Trägers, Fig. 2 eine Fig. 1 ähnelnde Mikrophotographie
eines nicht sphärischen Trägers, Fig. 3 eine den Fig. 1 und 2 entsprechende Mikrophotographie
eines Gemisches aus sphärischen und nichtsphärischen Trägerteilchen, Fig. 4 eine
in stark vergrößertem Maßstab gehaltene, schematische Schnittansicht zur Veranschaulichung
des Betriebszustands eines elektrophotographischen Entwicklers, der nur sphärische
Trägerteilchen
enthält, als herkömmliches Entwicklermedium, und
Fig. 5 eine Fig. 4 ähnelnde Ansicht eines elektrophotographischen Entwicklers, der
aus einem Gemisch aus sphärischen und nicht-sphärischen Trägerteilchen besteht.
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Ein erfindungsgemäßer Entwickler für die Verwendung in der Elektrophotographie
besteht aus einem Toner und einem Gemisch (in folgenden einfach als Nischträger
bezeichnet) aus sphärischen und nicht-sphärischen Trägerteilchen. Der benutzte Ausdruck
"sphärischer bzw. kugelförmiger Träger" soll sich neben einem Träger mit genau kugelförmigen
Teilchen auch auf einen im wesentlichen kugelförmigen Träger mit einem Verhältnis
A:B (mit A = kleinste Abmessung und B = größte Abmessung) von unter 50 beziehen,
wie er beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist.
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Wenn der Träger eine kugelförmige oder im wesentlichen kugelförmige
Konfiguration besitzt, wird er als "sphärisch" oder slkugelförmigt bezeichnet, auch
wenn die Außenflächen seiner Teilchen gewisse unregelmäßiBen Eindrückungen aufweisen.
Der nicht-kugelförmige Träger besitzt beispielsweise die Teilohenkonfiguration gemäß
Fig. 2. Fig. 3 ist eine Mikrophotographie solcher Mischträgerteilchen. Bei verwendung
eines derartigen Trägers gemäß der Erfindung können sowohl ein schmalflächiges Bild,
z.B. ein "Linien"- oder "Buchstaben"-Bild, als auch ein weitflächiges Bild, etwa
ein durchgehendes
oder unterbrechungsfreies Bild und dgl., einschlieBlich
eines Bilds mit gleichbleibendem Farbton", originalgetreu wiedergegeben werden.
Bei einem größeren Gewichtsverhältnis des nicht-kugelförmigen Trägers eignet sich
der Entwickler besser für das Entwickeln von "eitflächigen" Bildern. Bei einem größeren
Gewichtsverhältnis des kugelförmigen Trägers ist der Entwickler dagegen besser für
das Entwickeln von "schmalflächigen" Bildern geeignet. Obgleich das Mischungsgewichtsverhältnis
zwischen kugelförmigen und nicht-kugelförmigen Träger teilchen nicht kritisch ist,
liegt es vorzugsweise im Bereich von 20:80 bis So:20, wobei unabhängig von schmalen
oder breiten Flächen des Bilds ein ausgeglichenes Entwicklungsbild erhalten wird.
Das Mischungsgewichtsverhältnis ist am vorteilhaftesten, wenn die verschiedenen
Teilchen jeweils in einem Anteil von 50 Gew.-,D, bezogen auf das Gesamtgewicht des
Trägers, vorliegen. Hierbei eignet sich der Entwickler sowohl für "linienförmige"
als auch für "flächige" Bilder. Die Teilchengrö£;e des Trägers wird im allgemeinen
nach Siebanalyse bestimmt; üblicherweise wird ein Träger mit einer Teilchengröße
von etwa 1o - looo /u verwendet. Die kugelförmigen und nichtkugelförmigen Trägerteilchen
des erfindungsgemäßen Entwicklers liegen dabei innerhalb des vorgenannten Teilchengrößenbereichs,
und diese Teilchen können im Hinblick auf die Teilchengrößen in einer Vielfalt von
Kombinationen angewandt werden.
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Erfindungsgemäß kann ein übliches Mischungsverhältnis zwischen Toner
und Träger angewandt werden. Beispielsweise
kann für die bildung
eines Entwicklers ein Goner-Drager-L¢lischungsverhältnis von etwa 3 - 6 Gew.-%,
angewandt werden.
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Bür die Herstellung der kugelförmigen und nicht-kugelförmigen Träger
und Tonerteilchen können ohne Einschränkung ein übliches Material, ein übliches
Herstellungsverfahren usw. angewandt werden.
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Hit dem erfindungsgemäBen Entwickler kann eine gute Bildwiedergabe
unabhängig von schmalen oder flächigen Bildbereichen gewährleistet werden, wobei
gleichzeitig die Nachteile vermieden werden, die dann auftreten, wenn die kugelförmigen
und nicht-kugelförmigen Trägerteilchen jeweils allein (d.h. nicht in Kombination
miteinander) mit dem Toner vermischt werden. Es ist in Betracht zu ziehen, daß der
Nischträger eine größere effektive Oberfläche gegenüber einem latenten Ladungsbild
bietet als bei alleiniger Verwendung des kugelförmigen Trägers, wodurch mithin ein
höherer Tonerzufuhr-Wirkungsgrad erreicht wird. Fig. 4 veranschaulicht den Betriebszustand
eines herkömmlichen Entwicklers, der nur den kugelförmigen Träger enthält. Wie aus
Fig. 4 ersichtlich ist, verbleibt ein vergleichsweise großer Zwischenraum zwischen
den kugeligen Trägerteilchen 1, die dabei eine kleinere effektive Oberfläche gegenüber
einem latenten Ladungsbild 4 besitzen. Fig. 5 zeigt dagegen den Betriebszustand
eines Mischträgers beim erfindungsgemäßen Entwickler. Wie aus Fig. 5 hervorgeht,
wird zwischen den
kugeligen Trägerteilchen 1 und nicht-kugeligen
Trägerteilchen 2 ein etwas kleinerer Zwischenraum festgelegt, wobei der Mischträger
eine vergleichsweise große Effektivfläche für das latente Ladungsbild 4 zur Verfügung
stellt.
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Infolgedessen wird erfindungsgemäß die effektive Oberfläche der Trägerteilchen
gegenüber dem latenten Ladungsbild 4 infolge der flachen Oberflächenbereiche vergrößert,
wobei ein hoher Wirkungsgrad der Tonerzufuhr erreicht wird.
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Hierdurch wird eine originalgetreue Wiedergabe von "flächigen" Bildern
gewährleistet, die bei Verwendung eines nur kugelige Trägerteilchen enthaltenden
Entwicklers Schwierigkeiten bereiten würde. Wenn ein Entwickler verwendet wird,
der nur nicht-kugelförmige Trägerteilchen enthält, wird eine Überschußmenge an Toner
einem latenten Ladungsbild entsprechend einem "schmalen" oder 1,engflächigen"Bild,
z.B. einem Buchstaben"-," Linien"- Bild o.dgl., zugeführt, weil der Wirkungsgrad
der Tonerzufuhr zum Ladungsbild hoch ist. Hierdurch wird das elektrostatische Ladungsbild
während der Entwicklung durch den Toner elektrostatisch vollständig neutralisiert,
und der auf das Ladungsbild aufgebrachte Toner läßt sich ohne weiteres entfernen.
In diesem Fall gelangen ein frisch zugeffihrter Toner und Träger anschließend in
Gleitberührung mit dem bereits aufgetragenen Toner, was zu einer schwachen (thin)
Bildwiedergabe führt. Wenn die kugelförmigen Grägerteilchen erfindungsgemäß mit
den nicht-kugelförmigen Träger teilchen vermischt werden, wird je nach dem Mischungsvermieden,
so daß eine verhältnis eine übermäßige Tonerzufuhr/besonders gute, originalgetreue
Wiedergabe der "schmalen" Bildbereiche erzielt wird, ohne daß die Wiedergabe der
flächigen Bildbereiche beeinträchtigt wird.
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Der erfindungsgemäße Entwickler ist nicht auf ein bestimmtes Entwicklungsverfahren
beschränkt; er eignet sich auch ganz besonders für die Verwendung bei einem Magnetbürsten-Entwicklungsverfahren,
bei dem bekanntlich ein magnetischer Träger oder ein (kunst)harzbeschichteter magnetischer
Träger als Gegen- oder Entwicklungselektrode wirkt. Wenn der den Mischträger aus
einem magnetischen Material, wie Eisenpulver o.dgl., enthaltende Entwickler beim
Magnetbürsten-Entwicklungsverfahren verwendet wird, dient er ebenfalls als Entwicklungselektrode.
Da beim erfindungsgemäßen Entwickler die effektive Oberfläche des ischträgers gegenüber
einem latenten Ladungsbild größer ist als bei alleiniger Verwendung des kugelförmigen
Trägers, so daß auch das Potential am Entwicklungselektrodenträger höher wird als
im zuletzt genannten Fall, kann auf einem latenten Ladungsbild eine Bildkopie mit
hoher Güte und originalgetreu wiedergegeben werden. Auch bei einem Vergleich mit
einem Entwickler, der nur die nicht-kugelförmigen Trägerteilchen enthält, kann deshalb,
weil sich die Trägerteilchen in regelmäßiger Anordnung auf der Außenfläche einer
Magnetbürste ablagern, erfindungsgemäß ein stabiles Bild auch unter den verschiedenartigen
Bedingungen erzielt werden, unter denen die Nagnetbürste den Träger für das latente
Ladungsbild berührt.
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Im folgenden ist die Erfindung in Beispielen näher erläutert.
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Als Entwickler wurden ein mit Eisenoxid beschichtetes
sphärisches
Trägermaterial (Dowa Iron Powder Co., Ltd., Japan) mit vergleichsweise glatter Oberfläche
und einer Teilchengröße von so - 150 /u, ein mit Eisenoxid beschichtetes nicht-sphärisches
Trägermaterial (derselben Firma) mit einer Teilchengröße von 50 - 1wozu und ein
Toner verwendet, der aus Ruß und einem thermoplastischen Harz bestand und eine Teilchengröße
von 5 -30 /u besaß (Philips A Hunt Co., USA). Es wurden sieben Proben zubereitet,
indem die genannten Trägermaterialien und der Toner in den in der nachstehenden
Tabelle angegebenen Mischungsverhältnissen miteinander vermischt wurden. Nach der
elektrischen Aufladung der Oberfläche einer photoempfindlichen Selenplatte mit +
500 V wurde ein latentes Ladungsbild entsprechend einem optischen Belichtungsbild
(illuminated optical image) unter Verwendung von sieben Entwicklersorten nach dem
Magnetbürstenverfahren entwickelt. Die Dichte eines Mittelbereichs eines "vollen"
oder "flächigen" Bilds von 30 x 30 mm, die Dichte eines "Linien"-Bilds mit 1 mm
Breite und die Dichte eines Schleiers bzw. einer Hintergrundtonerablagerung wurden
bei jedem Originalbild mittels eines Reflexionsdensitometers (Macbeth RD514-) gemessen.
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Die Versuchsergebnisse finden sich in der nachstehenden Tabelle.
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Wirkung des Mischträgers
| Beispiel Mischungsverhältnis (Gew.-%) Toner Dichte des Dichte
des Schleier- |
| Nicht-sphär. Sphärischer (Gew.-%) "vollen" Linienbilds dichte |
| Träger Träger Bilds |
| 1 100 0 3,0 1,40 1,42 0,07 |
| 2 90 10 3,0 1,38 1,43 0,07 |
| 3 80 20 3,0 1,38 1,56 0,07 |
| 4 50 50 3,0 1,30 1,63 0,07 |
| 5 20 80 3,0 1,03 1,66 0,08 |
| 6 10 90 3,0 0,39+ 1,66 0,09 |
| 7 0 100 3,0 0,33+ 1,70 0,09 |
+) eine große Fläche zeigte infolge eines Randeffekts nur am Rande eine tiefe Schwärzung
Wie
aus vorstehender Tabelle hervorgeht, wurde gemäß Beispiel 1, bei dem nur ein nicht-sphärischer
Träger verwendet wurde, ein "volles" Bild hoher Güte hergestellt, während das "Linien"-
Bild unscharf war und geringe Dichte besaß. Wenn dagegen gemäß Beispiel 7 ein Entwickler
mit nur einem sphärischen Träger verwendet wird, wird ein ausgezeichnetes "Linien"-Bild
erhalten, während das "volle" Bild im Mittelbereich eine niedrige Dichte und am
Rande eine hohe Dichte zeigte. Mit den Entwicklern gemäß Beispiel 2- 6, die jeweils
den Mischträger verwendeten, konnten die bisher aufgetretenen Nachteile vermieden
werden. Insbesondere bei Verwendung von Entwicklern aus einem Gemisch aus 20 - 80
Gew.-% sphärischen Trägerteilchen und bo - 20 Gew.-% nicht-sphärischen Trägerteilchen
(Beispiele 3 bis 5) konnte sowohl ein "volles" Bild als auch ein "Linien"-Bild originalgetreu
kopiert werden.
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Wie aus der Tabelle hervorgeht, kann ein an die gewünschte Bildqualität
angepaßter Entwickler ohne weiteres durch Änderung des Mischungsverhältnisses zwischen
den sphärischen und den nicht-sphärischen Trägerteilchen hergestellt werden. Genauer
gesagt: Für "schmalflächige" Bilder, etwa "Linien"-, "Symbol"- Bilder o.dgl., kann
ein Entwickler zubereitet werden, bei dem die sphärischen Trägerteilchen in einem
größeren Mischungsanteil vorhanden sind als die nicht-sphärischen Trägerteilchen,
während für ein "flächiges" Bild (einschließlich eines durchgehenden Farbtons),
wie ein "volles" Bild, ein geeigneter Entwickler dadurch hergestellt werden kann,
daß der Anteil an nicht-sphärischen
Trägerteilchen größer gewählt
wird als der Anteil an sphärischen Trägerteilchen.
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Bei dem nur die nicht-sphärischen Trägerteilchen enthaltenden Entwickler
war dieser nach Herstellung von 5000 - 6000 Kopien auf einer elektrostatischen Kopiermaschine
zersetzt bzw. verbraucht. Mit dem den Mischträger enthaltenden Entwickler konnten
dagegen 8000 -9ooo Kopien hoher Güte auf derselben Kopiermaschine hergestellt werden.
Dies beruht wahrscheinlich darauf, daß wegen der glatteren Oberfläche der sphärischen
Trägerteilchen im Vergleich zu den nicht-sphärischen Trägerteilchen das Auftreten
eines verbrauchten Toners' d.h. eines halbpermanent am Träger abgelagerten Toners,
weniger wahrscheinlich ist.