NO139621B - Fremkallingspulver for fremkalling av ladede moenstere - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et fremkallingspulver

for magnetbørstefremkalling av et ladet mønster.

I elektrofotografiske kopieringsprosesser blir et fotoledende sjikt ladet elektrostatisk i mørke, hvoretter billedet av orginalen som skal kopieres, projiseres på det elektrostatiske ladede sjikt. I de eksponerte områder av"det fotoledende sjikt strømmer de elektrostatiske ladninger vekk, slik at et latent elektrostatisk billede etterlates etter eksponering. Dette latente billedet gjøres synlig ved å bringe det i kontakt med et farget eller sort pulver som vanligvis har en elektrostatisk ladning motsatt ladningen av det latente billedet. I

den indirekte elektrofotografiske prosess overføres pulverbilledet deretter til et mottagende stoff, oftest papir, og fikseres til dette. I den indirekte elektrofotografiske prosess oppnås kopien ved fiksering av pulverbilledet til det fotoledende sjikt som nå er tilstede på en fleksibel bærer i arkform. Til sammenligning har den direkte elektrofotografiske prosess

den viktige fordel at kopiene oppnås på glatt papir.

Elektrofotografisk kopieringsapparatur som arbeider i henhold til prinsippet med indirekte elektrofotografi, er utstyrt med en metalltrommel på hvilken et fotoledende sjikt av amorft selen dannes ved fordamping i vakuum. Innretningene for ladning av den fotoledende overflate elektrostatisk for proji-sering av billedet på denne, for utvikling av det ladede mønster og for overføring av pulverbilledet til papiret, er anbrakt rundt trommelen.

Fremkallingen av et ladet mønster, dannet på selenover-flaten, bevirkes etter den såkalte kaskademetode, ved hvilken det benyttes et to-komponentpulver, bestående av fine toningspartikler og grove bærepartikler. Ved triboelektrisk kontakt med bærepartiklene får toningspartiklene en ladning som er av motsatt polaritet til dén i ladningsmønsteret. Den indirekte elektrofotografiske prosess, slik den er benyttet i den ovenfor beskrevne kopieringsapparatur, viser forskjellige mangler. Tromlene som er belagt med et selensjikt, er dyre. Selensjikt er sårbare. Projiseringen av orginalen på den roterende trommel krever et komplekst optisk system. En viktig mangel er også at det med kaskadefremkalling ikke oppnås noen jevn fremkalling av relativt store arealer, da den såkalte kanteffekt inntrer, dvs. at toningspartiklene hovedsakelig avsetter seg på kantene av arealene, men ikke i de deler som ligger nærmere sentrum.

Den såkalte magnetbørstefremkallingsmetode, hyppig an-vendt ved direkte elektrofotografi, og som vanligvis tillater en forbedret sortfarging av større områder, er ikke vel anvend-elig i kombinasjon med selentromler. Med fremkalling med magnetisk børste bæres et to-komponentpulver ved hjelp av en magnet til det ladede mønster som skal fremkalles. Fremkallingspulveret består av magnetisk tiltrekkbare bærepartikler, hovedsakelig jernkorn, og av toningspartikler, hvilke har en motsatt ladning som et resultat av triboelektrisk kontakt. Bærepartiklene retter seg selv etter kraftlinjene for magneten og danner således børsten som fører toningspartiklene til det ladede mønster.

Fremkalling med magnetisk børste kan benyttes ved den indirekte elektrofotografiske prosess, hvis selentrommelen erstattes av et belte belagt med et fleksibelt fotoledende filmsjikt. Et slikt belte kan fremstilles på enklere måte enn en selentrommel. Hvis magnetbørstefremkallingen anvendes i den indirekte elektrofotografiske prosess, er det nødvendig å benytte en toner som gunstig kan overføres fra den fotoledende overflate til et mottagende papir. Videre må det lett være mulig å fjerne resterende toner som etterlates på den fotoledende overflate etter overføringstrinnet. Toneren som påføres i den direkte elektrofotografiske prosess for magnet-børstefremkalling, har vist seg ikke å være så egnet i bruk i den indirekte prosess. Ved fremstilling av disse tonere har det ikke vært tatt tilstrekkelig hensyn til aspekter ved overføring av pulverbilledet og rensing av den fotoledende overflate.

En ytterligere mangel ved to-komponentpulverne som. benyttes for magnetbørstefremkalling, er at de må fornyes fra tid til annen. Denne fornyelse er nødvendig da de triboelek-triske egenskaper for bærepartiklene viser seg å være brakt i ulage etter noen tusen kopier, muligens på grunn av at fint pulver som er polert av fra toningspartiklene under den konti-nuerlige blanding av fremkallingspulveret; permanent har avsatt seg på overflaten av bærepartiklene. Fornyelsen av fremkallingspulveret er en relativt komplisert affære og tar lang tid. Ved høyhastighets-kopieringsapparaturer, f.eks. kopierings-maskiner som fremstiller mer enn 15 kopier/min., bør fremkallingspulveret fornyes hyppig, f.eks. hver uke.

Foreliggende oppfinnelse angår således en-komponent-fremkallingspulver for magnetbørstefremkalling av et ladet mønster, hvilket pulver ikke inneholder bærepartikler og som derfor sjelden behøver å fornyes, og som oppfyller alle de høye krav som må stilles til et fremkallingspulver som er ment for indirekte elektrofotografi med henblikk på overføring og rensing av det fotoledende sjikt, og en-komponentfremkallings-pulveret ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at det oppviser en elektrisk motstand mellom 10 2 og 10 12 ohm.cm og at det består av partikler som har en midlere diameter mellom 0,5 og 50 um og er dannet av kjerner som inneholder 50-9 5 vekt-%

av et termoplastisk, organisk, polymermateriale med et mykningspunkt mellom 50 og 135°C og 50-5 vekt-% av et fint oppdelt ferromagnetisk stoff, og videre på overflatene er dekket med karbonpartikler hvis midlere diameter maksimalt utgjør 1/5 av den midlere diameter for pulverpartiklene.

Når det benyttes en magnetisk påføringsinnretning, har det overraskende vist seg, på tross av fravær av bærerpartikler, at et slikt spesielt en-komponentpulver som kombinerer magnetisk tiltrekkbarhet med en relativt høy overflatledningsevne, gjør det mulig å oppnå kopier med god kvalitet, hvor billedet viser liten kantvirkning, og som samtidig har en helt eller så og si helt tonerfri bakgrunn.

For kvaliteten av kopien og spesielt for en tonerfri bakgrunn, er det meget gunstig å etterlate en spalt mellom ut-viklingspulveret som adherer til magneten og den billedbærende overflate, hvilken spalt, avhengig av de ytterligere betingelser, kan justeres til en bredde som ikke overskrider 500 mikrometer. De beste resultater oppnås hvis bredden av spalten ligger mellom 50 og 200 mikrometer. Nærværet av en spalt mellom fremkallingspulveret og den fotoledende overflate er selvfølgelig også attraktiv hvis denne overflate er sårbar eller har en sterk tendens til å bli skitten.

Framkallingspulveret som benyttes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, har et vektforhold mellom det termoplast-iske, organiske materiale og det ferromagnetiske materiale på fra 1/1 til 20/1, men helst fra 3/1 til 3/2. Hvis pulverpartiklene inneholder mindre enn 50 vekt-% termoplastisk polymermateriale, blir de sprø og smeltingsegenskapene er utilstrekkelige.

Polymermaterialet har et mykningspunkt på mellom 50

og 135°C, helst mellom 65 og 110°C. Egnede polymerer er polystyren, polyvinylklorid, kopolymerer av vinylklorid og vinyl-acetat, polyakrylater, polymetakrylater, polyamider og bland-inger av slike harpikser.

Helst benyttes det et epoksyharpiks med et mykningspunkt på mellom 90 og 100°C. De ferromagnetiske materiale som tjener til å gjøre pulverpartiklene magnetisk tiltrekkbare, kan f.eks. være fint jernpulver, kromoksyd eller nikkelferritt, eller ferritt med formelen MFe20^, hvori M er et bivalent metall,

slik som jern, mangan eller kobolt. Karbon som er tilstede i overflaten av pulverpartiklene, tjener til å gi partiklene den ønskede elektriske ledningsevne.

Mengden av karbon i pulverpartiklene kan være liten

og er mindre enn 15 vekt-% av den totale vekt av pulverpartiklene .

Vanligvis vil mengden av karbon utgjøre fra 2-8 vekt-%. Karbonpartiklene bør ha en gjennomsnittlig diameter som er minst av en størrelsesorden fem ganger mindre enn diameteren i pulverpartiklene. Spesielt egnet er karbon med en partikkelstørrelse innen området 1-250 nanometer. Den spesifikke motstand for det utviklende pulver bør være under 10 12 omn.cm og, målt i henholdhold til den fremgangsmåte som er beskrevet i eks. 1, helst innen området 10 til 10 ohm.cm. Diameteren i pulverpartiklene bør ligge mellom 0,1 og 50 mikrometer, helst mellom 5 og 30 mikrometer.

For fremstilling av fremkallingspulveret, lages først pulverpartikler hvori ferromagnetisk materiale er fint oppdelt.

I den hensikt blir polymermaterialet smeltet hvoretter fint oppdelte partikler av ferromagnetisk materiale dispergeres i smeiten. Den homogene dispersjon som således oppnås, avkjøles inntil det er oppnådd en kompakt kake, og denne kompakte kake males til partikler med den ønskede størrelse. Et porøst karbonsjikt kan påføres på overflaten av pulverpartiklene på to måter. Ifølge den første fremgangsmåte blandes pulverpartiklene som inneholder det ferromagnetiske materiale, med tørre karbonpartikler hvoretter temperaturen i blandingen økes under kontinuerlig blanding til en verdi ved hvilken pulverpartiklene blir myke og begynner å bli klebrige. De fine karbonpartkler festes på denne måte på overflaten av pulverpartiklene. Når tilstrekkelig med karbonpartikler er avsatt, avkjøles blandingen, og karbonpartikler som ikke er avsatt, siktes ut av blandingen.

Ifølge den andre fremgangsmåte, dispergeres pulverpartiklene som inneholder det ferromagnetiske materiale, i vann sammen med de fine karbonpartikler, hvoretter dispersjonen som oppnås, oppvarmes under kontinuerlig omrøring til en temperatur ved hvilken polymermaterialet mykner. Etterat tilstrekkelig antall karbonpartikler er avsatt, blir dispersjonen avkjølt ned til romtemperatur og filtrert av. Karbonpartiklene som ikke er avsatt, vaskes bort med vannet, hvoretter pulveret tørkes i luften.

Det ladede mønster som skal fremkalles, kan være tilstede på slike fotoledende sjikt som er kjent i den elektrofotografiske teknikk. Disse er f.eks. filmsjikt bestående av en organisk polymerfilmdannende forbindelse med fotoledende egenskaper, f.eks. polyvinylkarbazol eller en isolerende filmdannende binder, i hvilken et fotoledende stoff, slik som selen, sinkoksyd, kadmiumsulfid eller en organisk fotoledende forbindelse, slik som f.eks. beskrevet i den ålment tilgjengelige tyske patentsøknad nr. P 20 05 462.0 og P 21 23 829.9, er fint fordelt. Det fotoledende sjikt kan også bestå av fotoledende stoff som er fordampet i vakuum.

Aktivatorer og sensitisorer for det fotoledende stoff kan være tilstede i det fotoledende sjikt.

Fremkallingspulveret ifølge oppfinnelsen egner seg meget godt til kopieringen i henhold til prinsippene for indirekte elektrofotografi, med hvilken et ladet mønster dannes i et fotoledende filmsjikt påført på et belte, og hvor dette ladede mønster fremkalles med et en-komponentpulver, og pulverbilledet overføres til et ark av mottagende stoff og fikseres til dette ved oppvarming. Det er funnet av pulverpartiklene som er dekket med karbon, lett kan overføres fra et fotoledende filmsjikt til et mottagende stoff, og den lille mengde pulver som forblir på den fotoledende overflate etter overføring, lett kan fjernes fra et slikt sjikt, f.eks. med en myk børste. Overføringen av pulverbilledet kan gjennomføres på vanlig kjent måte. Overfør-ingen kan gjennomføres i et elektrisk felt, helst ved bruk av et mottagende materiale hvorav overflaten har heller gode isoleringsegenskaper, men også i et magnetisk felt. Det mottagende materiale kan være papir, plastfilm eller dielektrisk papir.

Når pulverbilledet er overført i et elektrisk felt, kan det fotoledende sjikt eksponeres før eller under overføringstrinnet for fjerning av det ladede mønster, noe som resulterer i en bedre og hurtigere overføring. Spenningen som legges på ved overføring i et elektrisk felt mellom overflaten som bærer pulverbilledet og det mottagende materiale, kan variere mellom 50 og 1000 V, vanligvis utgjør den 400-750 V.

De fotoledende filmsjikt er mer fleksible enn de pådamp-ede selensjikt, og som en konsekvens av dette, kan de påføres på en fleksibel bærer, slik som et belte. Belter med et fotoledende filmsjikt, er betydelig billigere enn selentromler og tillater erstatning av beltet med et nytt belte uten høye omkost-ninger når det fotoledende filmsjikt er skadet.

Tegningen viser skjematisk en innretning til gjennomfør-ing av fremgangsmåten for indirekte elektrofotografi. Innret-ningen omfatter et endeløst belte 1 hvorpå^ det er påført et fotoledende filmsjikt. Det fotoledende filmsjikt er ladet elektrostatisk ved hjelp av en vanlig kjent koronautladnings-innretning 2 og eksponeres deretter billedvis mot en eksponer-ingsåpning 3. Den billedvise eksponering gjennomføres ved hjelp av en blitzlampe hvorved billedet som skal kopieres, integralt projiseres på det fotoledende sjikt. I fremkallingsstasjonen 4 fremkalles det ladede mønster som er dannet på

det fotoledende sjikt, ved hjelp av en-komponentpulveret.

Fremkallingsstasjonen omfatter en pulverbeholder 8, hvori det roterer en hul sylinder, fremstilt av ikke-magnetiserbart materiale, og hvori det er anbrakt en eller flere permanentmag-neter. Mellom valsene 14 og 15 blir et mottagende materiale, matet til fra et lager 12, ved hjelp av en friksjonsvalse 13, brakt i kontakt med pulverbilledet som er dannet på det fotoledende filmsjikt. I overføringsstasjonen 5 overføres pulverbilledet til det mottagende materiale hvoretter kopien støtes ut via smeltingsstasjonen 19. Pulverrester som er blitt til-bake på det fotoledende filmsjikt etter overføring, fjernes ved hjelp av børstevasler 6, hvoretter det ladede mønster fjernes ved eksponering til en lyskilde 7.

Fremkallingspulveret ifølge oppfinnelsen kan selvfølge-lig også anvendes for fremkalling av ladede mønstre som er oppnådd ved overføring av et ladet mønster som er dannet på en fotoledende overflate til en isolerende overflate.

Eksempel 1

120 g epoksyharpiks med et mykningspunkt på mellom 90-100°C smeltes, og 80 g fint jernpulver med en partikkelstørrelse mellom 25 og 100 nanometer, dispergeres homogent i smeiten. Den homogene dispersjon som således oppnås, avkjøles til en fast masse, og den faste masse males til partikler med en partikkel-størrelse på mellom 5 og 30 ym. En mengde på 75 g av de magnetisk tiltrekkbare partikler som således oppnås, dispergeres i 750 ml vann sammen med 6 g kjønrøk med en partikkelstørrelse på mellom 50 og 150 nanometer.

Under kontinuerlig omrøring oppvarmes dispersjonen til

o

78 C og holdes ved denne temperatur i 45 min. Etterat dispersjonen igjen er avkjølt til romtemperatur under koontinuerlig omrøring, filtreres de faste partikler av. Karbonpartiklene som ikke har avsatt seg på harpikspartiklene, fjernes med vannet,

og det oppnådde fremkallingspulver tørkes i luft. Pulveret har

3 4

en spesifikk motstandsevne på mellom 10 og 10 ohm.cm. noe som måles på følgende måte: En rektangulær beholder av hvilken bunnen består av messing og sideveggene av plast med gode isoleringsegenskaper, fylles til randen med fremkallingspulver. Den innvendige bunn-overflate i beholderen måler 9,6 cm 2, høyden 2 cm. Åpningen av beholderen som er fylt med fremkallingspulver, lukkes med et

nøyaktig tilpasset lokk av ledende materiale og en vekt på 130 g. Bunnen av pulverbeholderen og den ledende plate forbindes til polene av en spenningskilde på 20 volt, og strømmen i kretsen som således dannes, måles. Den spesifikke motstand for frem-

kallingspulveret finnes fra likningen:

hvor V betyr

spenningen fra spenningskilden, 0 betyr arealet av beholder-bunnen (eller av dekslet som er av samme størrelse), i den målte strøm og h høyden av pulverkolonnen.

En annen fremgangsmåte for bestemmelse av den spesifikke motstand i fremkallingspulveret og som kan anvendes hvis mostanden i pulveret er for høy, til måling av strømmen ved den ovenfor angitte måte, er som følger: Beholderen som ble benyttet for den foregående måling, fylles slik som beskrevet ovenfor med fremkallingspulver, og dere-tter lukkes den med det ledende lokk.

Et elektrometer med en kapasitet på 25-30 pF lades til et potensial på nøyaktig 10 volt, og det ladede elektrometer utlades over det fylte kar med fremkallingspulver.

RC-tiden for systemet, dvs. den tid i løpet av hvilken potensialet i elektrometeret synker fra 10 V til 3,7 V, måles, og ut fra denne kan den spesifikke motstand i fremkallings-

pulveret beregnes ifølge formelen:

hvori O er bunn-

arealet av beholderen, t er lik RC-tiden, h er høyden av pulverkolonnen og C er den elektrometriske kapasitet.

En-komponentpulveret påføres på den innretning som er angitt i tegningen, for indirekte elektrografi. Det fotoledende belte i apparaturen består av en papirbærer på hvilken det er påført et fotoledende sjikt inneholdende polyvinylacetat som filmdannende bærer og sinkoksyd som fotoledende stoff.

Det mottagende materiale er et papir med en gramvekt

på omkring 75 g/m 2, hvor den billedmottagende side var utstyrt med et sjikt med en gramvekt på 6-7 g/m 2 inneholdende polyvinylacetat og kalk.

For overføring av pulverbilledet til det mottagende materiale, ble det lagt en spenning på -750 V på valsen 11. Det ble oppnådd høyekvalitetskopier hvori også områder i store billeder er godt utviklet. Fremkallingspulveret i pulverbeholderen behøvde ikke å fornyes, selv etterat det var laget mange tusen kopier.

Eksempel 2

120 g epoksyharpiks med et mykningspunkt mellom 90 og 100°C smeltes, og 40 g fint jernpulver dispergeres homogent i smeiten. Smeiten avkjøles til en fast masse, og den faste masse males til partikler med en partikkelstørrelse mellom 5 og 30 ym. En mengde på 80 g av de magnetiske tiltrekkbare partikler som

ble oppnådd på denne måte, blandes méd 20 g karbonpartikler med en partikkelstørrelse mellom 50 og 150 nanometer. Under kontinuerlig omrøring oppvarmes pulverblandingen til omkring 80°C

og holdes ved denne temperatur i omtrent 30 min. Deretter av-kjøles blandingen under kontinuerlig omrøring til romtemperatur. Til slutt siktes karbonpartiklene som ikke har avsatt seg på harpikspartiklene, ut av pulverblandingen. Et sort utseende, magnetisk tiltrekkbart utviklingspulver med en spesifikk motstand på mellom 10 3 og 10 4 ohm.cm, oppnås. Et ark av kommersi-elt oppnåelig sinkoksydpapir for direkte elektrofotografi lades elektrostatisk, hvoretter et billede med ladede billedområder projiseres på den elektrostatisk ladede overflate. Det latente ladede mønster fremkalles med fremkallingspulveret som er beskrevet ovenfor ifølge fremgangsmåten med magnetbørste, hvorved det var en spalt på omkring 75 ym mellom det ladede mønster og pulveret som adherte til den magnetiske sylinder. Pulverbilledet ble smeltet ved oppvarming. Det ble oppnådd en kopi med god kvalitet, hvor billedet ikke viste noen kantvirkning og hvor bakgrunnen var fri for toneravsetning.

Eksempel 3

På den måte som er beskrevet i de foregående eksempler ble det fremstilt magnetisk tiltrekkbare partikler med en partikkelstørrelse i området 3-25 ym, inneholdende 70 vekt-% polystyren og 30 vekt-% jernferritt. Disse partikler ble utstyrt méd et karbonsjikt på den i eks. 2 beskrevne måte.

En-komponentpulveret som ble oppnådd, ble påført i den

i tegningen viste apparatur, nå utstyrt med et fotoledende belte hvor det fotoledende sjikt inneholdt poly-N-vinylkarbazol som fotoledende stoff og 2,4,7-trinitrofluorenon-9 som akti-vator. Helst lades dette fotoledende sjikt positivt slik at koronautladningsinnretningen nå kan gi positiv oppladning. Videre forbindes valsen 11 som overfører pulverbilledet til

det mottagende papir med en positiv spenningskilde på 600 V.

Det ble oppnådd kopier med høy kvalitet.

Brukbare fremkallingspulvere oppnås også når karbonpartiklene, slik som beskrevet i eks. 1 eller 2, avsettes på magnetisk tiltrekkbare partikler bestående av:

65 vekt-% polyvinylklorid og

35 vekt-% nikkelpulver,

80 vekt-% polymetylmetåkrylat og

20 vekt-% jernpulver,

75 vekt-% polyamid og

35 vekt-% nikkelsinkferritt.

Claims (8)

1. Fremkallingspulver for magnetbørstefremkalling av et ladet mønster, karakterisert ved at pul-2 12 veret oppviser en elektrisk motstand mellom 10 og 10 ohm.cm. og at det består av partikler som har en midlere diameter mellom 0,5 og 50 ym og er dannet av kjerner som inneholder 50-95 vekt-% av et termoplastisk, organisk, polymermateriale med et mykningspunkt mellom 50 og 135°C og 50-5 vekt-% av et fint oppdelt ferromagnetisk stoff, og videre på overflatene er dekket med karbonpartikler hvis midlere diameter maksimalt utgjør 1/5 av den midlere diameter for pulverpartiklene.

2. Pulver ifølge krav 1,karakterisert ved at det pr. vektdel ferromagnetisk materiale inneholder 1,5-3 vektdeler polymermateriale.

3. Pulver ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at polymermaterialet har et mykningspunkt mellom 65 og 110°C.

4. Pulver ifølge kravene 1-3, karakterisert ved at polymermaterialet er en epoksyharpiks med et mykningspunkt mellom 90 og 100°C.

5. Pulver ifølge kravene 1-4, karakterisert ved at det oppviser en spesifikk motstand mellom 10 2 og 10 ohm.cm.

6. Pulver ifølge kravene 1-5, karakterisert ved at det inneholder 2-8 vekt-% karbonpartikler.

7. Pulver ifølge kravene 1-6, karakterisert ved at karbonpartiklene oppviser en diameter på mellom 1 og 250 nm.

8. Pulver ifølge kravene 1-7, karakterisert ved at partiklene oppviser en midlere diameter på 5-30 ym.