DE3411655A1 - Entwicklungsverfahren - Google Patents

Description

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Entwicklungsverfahren

Die Erfindung betrifft ein Entwicklungsverfahren zum Überführen eines auf einem Bildträger oder -aufnehmer eines elektrostatischen Aufzeichnungsgeräts, z.B. eines elektrophotographischen Vervielfältigungsgeräts, erzeugten elektrostatischen Bilds oder Ladungsbilds in ein sichtbares Bild oder zur überführung eines magnetischen Bilds in ein sichtbares Bild.

Im folgenden ist zunächst das Vervielfältigungsverfahren in einem elektrophotographischen Vervielfältigungsgerät beispielhaft kurz erläutert.

Bei z.B. einem elektrophotographischen Vervielfältigungsgerät mit einem Vorlagenträger aus Glas wird zunächst eine zu vervielfältigende Vorlaqe auf den Vorlagenträger aufgelegt, worauf eine Vervielfältigungsoder Kopier-Taste gedrückt wird; daraufhin tastet eine Belichtungslampe die Vorlage ab, während sie diese beleuchtet und dabei eine vorbestimmte Beziehung zu einem optischen System mit Reflexionsspiegel u.dgl. aufrechterhält. Das entsprechend der Dichte der Vorlage reflektierte Licht wird über das optische System auf einen Bildaufnehmer oder -träger (lichtempfindliche Trommel) geworfen, der gleichmäßig elektrisch aufgeladen ist, so daß auf diesem Bildträger oder dieser Trommel ein elektrostatisches oder Ladungsbild entsteht. Die-

ses wird dann mittels einer Entwicklungsvorrichtung mit Hilfe eines Toners entsprechend der Vorlagendichte zu einem sichtbaren Bild entwickelt.

B Andererseits wird ein Vervielfältigungs- bzw. Kopierpapier (Ubertragungsmaterial) von einer Papierzufuhreinheit in Synchronismus mit der Drehung der lichtempfindlichen Trommel zugeführt und dann in Übereinstimmung mit dem auf der Trommel erzeugten Tonerbild gebracht, worauf das Tonerbild mittels einer übertragungselektrode auf das Kopierpapier übertragen wird. Anschließend wird das Kopierpapier von der Trommel getrennt und zu einer Walzen-Fixiervorrichtung überführt. Letztere besteht aus zwei Walzen, von denen mindestens eine beheizt ist, und sie dient zum Erwärmen und Fixieren des auf das Kopierpapier übertragenen Tonerbilds. Schließlich wird das Kopierpapier (die fertige Kopie) aus dem Gehäuse des Geräts ausgetragen.

Die für das beschriebene Verfahren verwendeten Entwick·» ler umfassen einen Zweikomponentenentwickler und einen Einkomponentenentwickler. Ersterer besteht aus einem Toner in Form von Anfärbeteilchen und einem Träger, der für das elektrische Aufladen des Toners und für seine überführung zu einer Entwicklungseinheit nötig ist, während der Einkomponentenentwickler häuptsächlich aus Anfärbeteilchen eines einheitlichen Gefüges aus einem Kunstharz und einer magnetischen Substanz besteht.

Als Entwicklungsverfahren unter Verwendung eines eine magnetische Substanz enthaltenden Entwicklers ist allgemein ein Magnetbürsten-Entwicklungsverfahren bekannt. Dieses ist nachstehend kurz erläutert.

Ein Entwickler-Ubertragungsträger, in den eine fest-

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stehende oder drehbare magnetische Rolle eingebaut ist, ist in der Nähe eines lichtempfindlichen Elements angeordnet. Der Entwickler wird mit einem Teil dieses übertragungsträgers in ausreichende Berührung gebracht. Wenn sich die Magnetrolle und/oder der Entwicklerübertragung st rager drehen, bildet sich auf defc Mantelfläche einer Hülse (Zylinder) ein Flor (ear) des Entwicklers, und dieser "Entwickler wird dabei zu einer Entwicklungseinheit übertragen, durch welche er mit dem lichtempfindlichen Element in Berührung gebracht wird.

Die Tonerteilchen werden hierbei an den aufgeladenen γ, Teil des lichtempfindlichen Elements angezogen, so daß

auf letzterem durch die Tonerteilchen ein sichtbares Bild erzeugt wird.

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Das den Einkomponentenentwickler verwendende Magnetbürsten-Entwicklungsverfahren ist mit dem Problem behaftet, daß sich die Tonerteilchen nicht ohne weiteres durch Reibung aufladen lassen und daß häufig ein Zusammenklumpen bzw. -kleben der Tonerteilchen auftritt. Aus diesem Grund werden die Tonerteilchen zeitweilig nicht in ausreichendem Maße an den aufgeladenen Teil des lichtempfindlichen Elements angelagert. Dieses Problem tritt bei Verwendung .des Zweikomponeptenent-, '■ 25 Wicklers nicht auf,, vielmehr kann dabei doe-

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S)ηtfrfrohοT\f μnd die Reibungseigenschaften der r gegenüber dem lichtempfindlichen Element sind ausgezeichnet. Außerdem gewährleistet die Bürste bei Verwendung für Reinigungszwecke eine ausreichende Reinit}ungswirkung. Demzufolge hat der Zweikomponentenentwickler verbreitet Anwendung gefunden, obgleich dabei eine Einstellung der Tonerteilchenroenge in bezug auf die Trägerteilchen nötig ist. Bei diesem Entwicklungsverfahren wird allgemein ein Entwickler verwendet, der aus magne-

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tischen Trägerteilchen einer Teilchengröße entsprechend einem Mehrfachen von 10 μπι bis zu einem Mehrfachen von 100 μπι und nicht-magnetischen Tonerteilchen eii;er Teilchengröße entsprechend einem Mehrfachen von IO um besteht. Da sowohl die Tonerteilchen als auch die Trägerteilchen ziemlich grob bzw. groß sind, tritt bei diesem Verfahren Möglicherweise das Problem auf, daß sich eine hochqualitative Bildwiedergabe feiner Linien oder Punkte oder feiner Dichtenabstufungen nicht ohne weiteres erreichen läßt. Um nach diesem Entwicklungsverfahren ein Bild hoher Güte zu erzielen, wurden bereits verschiedene Verbesserungen angestrebt, beispielsweise eine Kunstharzbeschichtung der Trägerteilchen, eine Verbesserung einer magnetischen Substanz im Entwickler-Ubertragungsträger (developer transfer support), die Anlegung einer Vorspannung an diesen Übertragungsträger usw., doch erwiesen sich diese Vorgehensweisen als nicht vollständig zufriedenstellend und für die Lieferung eines Bilds ausreichend hoher Güte nicht voll geeignet. Es kann daher angenommen werden, daß die Teilchengröße der Toner- und Trägerteilchen weiter verkleinert werden r.uß, wenn ein Vervielfältigungs- oder Kopiebild hoher Güte erhalten werden soll.

Wenn die Tonerteilchen eine Teilchengröße von bis zu 20 um und insbesondere von bis zu 10 um besitzen, treten die folgenden Probleme auf:

1. Bei der Entwicklung ergibt sich der Einfluß der van der Waalschen Kräfte zur Coulombschen Kraft, wobei eine sogen. "Verschleierung" auftritt, bei welcher sich Tonerteilchen im Hintergrundteil des Bilds ablagern. Diese Verschleierung läßt sich auch durch ein Vorspannen des Entwickler-Ubertragungsträgers mittels einer Gleichspannung nicht ohne weiteres verhindern.

-δ-2. Eine Steuerung der Reibungsaufladung der Tonerteilchen wird schwierig, und o.in Zusammenklumpen der Tonerteilchen ist mit holier Wahrscheinlichkeit zu erwarten; wenn die Teilchengröße der Tonerteilchen weiter verkleinert wird,

3. so lagern sich die Trägerteilchen am Ladungsbildteil des Bildträgers an.

Es wird angenommen, daß diese Erscheinungen darauf zurückzuführen sind, daß die Vormagnetisierungskraft abnimmt und die Trägerteilchen zusammen mit den Tonerteilchen an den Bildträger angelagert werden. Wenn die Vorspannung erhöht wird, lagern sich die Trägerteilchen auch am Grundteil bzw. Hintergrund des Bilds an.

Bei einer Verkleinerung der Teilchengröße verstärken sich also die vorstehend beschriebenen, unerwünschten Nebenwirkungen, so daß ein klares bzw. scharfes Bild nicht erzielt werden kann. Aus diesem Grund hat es s:\ch in der Praxis als schwierig erwiesen, die Teilchengröße des Toners und des Trägers zu verkleinern.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines verbesserten Entwicklungsverfahrens, das auch dann nicht mit den vorstehend geschilderten Problemen des Standes der Technik behaftet ist, wenn ein aus feinen Trägerteilchen bestehender Entwickler, insbesondere ein Entwickler aus einem Gemisch aus magnetischen Trägerteilchen und Tonerteilchen, verwendet wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Maßnahmen.

Gegenstand der Erfindung ist damit ein Entwicklungsverfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Trägerteilchen und Tonerteilchen enthaltender Entwickler zu einem Entwicklsr-Übertragungsträger unter Bildung einer Schicht überführt wird, die Entwicklerschicht in ein schwingendes elektrisches Feld eingeführt wird und ein Latentbild aus einem Bildträger mittels der; Entwicklers im schwingenden elektrischen Feld entwickelt wird.

Beim Entwickeln eines (Latent-)Bilds auf einem Bildträger durch überführung eines Entwicklers aus Trägerteilchen, insbesondere eines solchen aus im wesentlichen einem Gemisch aus magnetischen Trägerteilchen und Tonerteilchen, zu einem Entwickler-Übertragungsträger, wobei zumindest die im Entwickler enthaltenen Tonerteilchen zwischen dem Entwickler-Übertragungsträger und dem diesem gegenüberstehenden Bildträger mittels eines Oszillators in Schwingung versetzt werden, kann die angegebene Aufgabe der Erfindung mit einem Entwicklungsverfahren gelöst werden, bei dem die mittlere Teilchengröße der Trägerteilchen im Bereich von 5-50 um, bevorzugt bis zu 30 um, liegt, und die mittlere Teilchengröße der Tonerteilchen bis zu 20 um, vorzugsweise bis zu 10 um, beträgt. Der Ausdruck "mittlere Teilchengröße" bezieht sich auf den Mittelwert der Durchmesser der Teilchen (Zahlenmittel von Haupt- und Nebenachse).

In anderer Ausgestaltung betrifft die Erfindung ein Entwicklungsverfahren, bei dem die vorstehend unter 1.

gO und 2. geschilderten Probleme auch dann nicht auftreten, wenn Tonerteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von bis zu 20 um und auch bis zu 10 um verwendet werden, und bei dem das vorher unter 3. geschilderte Problem auch dann vermieden wird, wenn die mittlere Teilchengröße der Trägerteilchen bis zu 50 um und insbe-

NACHG Ιί

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sondere bis zu 30 μπι beträgt. Mit diesem Verfahren soll ein klares, scharfes Bild hoher Güte herstellbar sein, in welchem feine Linien oder Punkte oder Dichtenabstufungen mit hoher Wiedergabetreue wiedergegeben werden.

Bei einem Verfahren zum Entwickeln eines Latentbilds auf einem Bildträger durch Zufuhr eines Zweikomponentenentwicklers aus magnetischen Trägerteilchen und Tonerteilchen auf die Oberfläche eines Entwickler-Übertragungsträgers zwecks Ausbildung einer Entwicklerschicht auf letzterem, wobei die Entwicklerschicht auf dem Ubertragungsträger in ein schwingendes elektrisches Feld eingebracht und auf diese Weise das Latentbild auf dem Bildträger entwickelt wird, kann die angegebene Auf gabe der Erfindung mit magnetischen Trägerteilchen gelöst werden, die eine sphärische Gestalt besitzen (are sphered).

In einer Abwandlung dieses Verfahrens können als Tonerteilchen sphärische bzw. kugelförmige Tonerteilchen verwendet werden.

In weiterer Ausgestaltung betrifft die Erfindung ein Entwicklungsverfahren, bei dem magnetische Trägerteilchen aus Magnetteilchen und thermoplastischen Kunstharzteilchen verwendet werden und die Entwicklung in einem schwingenden elektrischen Feld durchgeführt wird.

Die Erfindung bezweckt auch die Schaffung eines Entwicklungsverfahrens für ein elektrostatisches Latentbild und ein magnetisches Latentbild, mit welchem eine einfache Fixierung der Tonerteilchen auf dem Aufzeichnungsoder Kopierpapier möglich ist, eine ta

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35 an von Tonerteilchen

Trägerteilchen ver-

hindert wird, Toner und Träger in feinpulveriger Form verwendet werden und feinste Linien und Punkte sowie Dichtenabstufungen mit hoher Wiedergabetreue reproduzierbar sind.

Gegenstand der Erfindung ist damit auch ein Verfahren zum Entwickeln eines auf einem Bildträger erzeugten Bilds (Latentbilds) durch Ausbildung einer Schicht eines Zweikomponentenentwicklers aus Tonerteilchen und magnetischen Trägerteilchen auf der Oberfläche eines Entwickler-Ubertragungsträgers und Entwickeln des Bilds auf dem Bildträger mittels dieser Entwicklerschicht, dessen Besonderheit darin besteht, daß als Tonerteilchen solche für die Druckfixierung benutzt werden und die Entwicklung in einem schwingenden elektrischen Feld durchgeführt wird.

Zudem bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Verfahrens zum Entwickeln eines elektrostatischen Bilds bzw. Ladungsbilds, das mit feinen Toner- und Trägerteilchen eines Zweikomponentenentwicklers zu arbeiten vermag, bei dem das Auftreten von Verschleierung und die Anlagerung der Trägerteilchen an die Fläche des Bildträgers vermieden werden und welches die Entwicklung eines scharfen Bilds hoher Güte gewährleistet.

Gegenstand der Erfindung ist damit weiterhin ein Verfahren zum Entwickeln eines Latentbilds auf einem Bildträger durch Ausbildung einer Schicht eines Ent-Wicklers aus Tonerteilchen und magnetischen Trägerteilchen auf der Oberfläche eines Entwickler-Ubertragungsträgers und Entwickeln des Latentbilds auf dem Bildträger mittels der so erzeugten Entwicklerschicht, wobei die Entwicklerschicht auf dem Ubertragungsträger außer Berührung mit dem Bildträger gehalten wird, eine

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Steuerelektrode in den Spalt oder Zwischenraum zwischen diesen Trägern eingeführt wir3, um die Anlagerung von Tonerteilchen aus der EntwickLerschicht am Bildträger zu steuern, eine Wechsel spannungskoirponente an entweder die Steuerelektrode oder den Ubertragungsi.räger angelegt wird und die Entwicklung innerhalb des resultierenden schwingenden elektrischen Felds durchgeführt wird.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1, 2, 3, 16, 17 und 18 schematische Darstellunger von Entwicklungsvorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Entwicklungsverfahrens und

Fig. 4 bis 15 graphische Darstellungen der bei den Vorrichtungen gemäß den obigen Figuren erzielten Ergebnisse.

Fig. 1 veranschaulicht schematisch eine Entwicklungsvorrichtung zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Durch eine nicht dargestellte Auflade- und Belichtungsvorrichtung wird ein elektrostatisches Latentbild auf der Mantelfläche eines trommeiförmigen Bildträgers 1 erzeugt, der aus einem lichtempfindlichen Element, wie Se, besteht. Der Bildträger 1 dreht sich in Richtung des Pfeils gemäß Fig.1. Ein in der Nähe des Bildträgers angeordneter Entwickler-Ubertragungsträger 2 besteht aus einer Hülse (Zylinder) 2a aus einem nicht-magnetischen Werkstoff, wie Al, und einer Magnetrolle 2b, die in ihrer Umfangsrichtung mit einer Anzahl von Magnetpolen versehen

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ist. Die Magnetpole der Magnetrolle 2b sind im allgemeinen auf eine Magnetflußdichbe von 500 - 1500 Gauss magnetisiert. Zur übertragung eines Entwicklers D aus eimern Entwicklerbehälter 6 zu ainer Entwicklungseinheit A wil-d die Hülse 2a feststehend gehalten, während die Magnetrolle 2b in Drehung versstzt w:rd. Wahlweise kann dip Magnetrolle 2b stillstehen;, währ« nd si.:h die Hülse 2a dreht. Weiterhin könnten sich wahlweise sowohl Magnetrolle als auch Hülse drehen. Wenn sich die Hülse 2a dreht, ist jedoch die Ubertragungs- bzw. Förderrichtung des Entwicklers D dieselbe wie die Drehrichtung der Hülse 2a, während bei sich drehender Magnetrolle 2b die Förderrichtung zur Drehrichtung entgegengesetzt ist. Gemäß Fig. 1 drehen sich die Magnetrolle 2b im Uhrzeigersinn und die Hülse 2b entgegen dein Uhrzeigersinn, so daß der Entwickler D in der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn transportiert wird.

Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist die Magnetrolle 2b drehfest angeordnet, während sich die Hülse 2a entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. In diesem Fall ist die Magnetflußdichte des dem Bildträger 1 gegenüberstehenden Magnetpols größer als diejenige der anderen Magnetpole. Zur weiteren Vergrößerung der Magnetflußdichte des dem Bildträger 1 gegenüberstehenden Magnetpols können gemäß Fig. 3 zwei Pole gleicher oder verschiedener Polarität dicht nebeneinander angeordnet sein.

Die Höhe der Schicht des Entwicklers D, der auf der Mantelfläche der Hülse 2a transportiert wird, wird durch eine Abstreifklinge 4 begrenzt. Wenn der Entwickler D in die Entwicklungseinheit bzw. -zone A eintritt, wird ein Teil des Entwicklers gegen den Bildträger 1 angezogen bzw. an diesen angelagert, während der restliche Entwickler auf der Mantelfläche der Hülse

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2a in Pfeilrichtung weitertransportiert' und schließlich durch eine Reinigungsklinge 5 von J der ümfangsflache der Hülse 2a abgestreift wird. Eine Rührschnecke 7 dient zur Umwälzung oder Auflockerung des Entwicklers D innerhalb des Behälters 6 und zur Veigleichmäßigung des Mengenverhältnisses zwischen Toner- und Trägerteilchen.

Bei der Durchführung der Entwicklung werden große Mengen der im Entwickler D enthaltenen Tonerteilchen verbraucht.

Zum Nachführen der Tonerteilchen T ist ein Tonertrichter 8 vorgesehen, wobei eine Zufuhrrolle 9 mit Ausnehmungen in ihrer Mantelfläche so in Drehung versetzt wird, daß sie Tonerteilchen T in den Entwicklerbehälter 6 fördert, um die verbrauchten Tonerteilchen zu ergänzen. Die An-Ordnung umfaßt weiterhin eine Stromquelle 10, die tw— < -g über einen Schutz-

ii widerstand 11 eine Vorspannung an die Hülse 2a anlegt. '& Diese Stromquelle 10 dient als mindestens ein ein schwingendes elektrisches Feld erzeugender Generator, um den Entwickler D e Entwicklungs- A zwischen Hülse 2a und Bildträger 1 in Schwingung zu versetzen.

Das wesentliche Merkmal des beschriebenen Entwicklungs-(( 25 Verfahrens besteht darin, daß die verwendeten magnetischen Trägerteilchen eine mittlere Teilchengröße von 5 - 50 μπι und die Tonerteilchen eine solche von bis zu 20 um besitzen.

Beim bisherigen Magnetbürsten-Entwicklungsverfahren wird der Entwickler D mittels Reibung elektrisch aufgeladen und durch die Coulombsche Kraft an den aufgeladenen Teil des Bildträgers 1 angezogen. Infolgedessen besteht eine unvermeidbare Grenze bezüglich der Verkleinerung der Teilchengröße des Entwicklers für seine ausreichende Auf-

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Dieses Problem tritt beim erfindungsgemäßen Verfahren auch dann nicht auf, wenn der Entwickler aus feinen Teilchen besteht.

Da erfindungsgemäß ein schwingendes elektrisches Feld angewandt wird, schwingen die Teilchen des Entwicklers D zwischen der Hülse 2a und dem Bildträger 1, so daß auf letzterem durch den Entwickler D ein sichtbares Bild auch dann entwickelt werden kann, wenn der Entwickler D nicht in so innige Berührung mit dem Bildträger 1 gelangt, wie dies beim bisherigen Magnetbürsten-Entwicklungsverfahren erforderlich ist.

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Zur Vermeidung einer Schleierbildung (Bildverschleierung) ist die Dicke der Entwicklerschicht vorzugsweise kleiner als der Abstand zwischen Bildträger und Hülse. Der Entwickler kann sich gleichsinnig oder entgegengesetzt zum Bildträger bewegen, und seine Bewegungsgeschwindigkeit ist vorzugsweise größer als diejenige des Bildträgers, obgleich dies kein besonders kritisches Merkmal darstellt.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren können demzufolge feine Träger- und Tonerteilchen verwendet werden, die für das bisherige Magnetbürsten-Entwicklungsverfahren ungeeignet sind.

Wenn die Teilchengröße der beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Trägerteilchen unter 5 um,liegt, wird die Magnetisierung zu schwach; wenn die Teilchengröße dagegen 50 um übersteigt, läßt sich die Bildgüte nicht »verbessern, und es können ohne weiteres (elektri scher) Durchbruch und Entladung auftreten, so daß eine *) insbesondere unter 4 μΐη

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hohe Spannung nicht angelegt werden kann. ffcfH-e Tonerteilchen eineTTeilchengröße von unter 1 um peeifczenl können ^Te" sich auch unter dem Einfluß der Schwingung nicht ohne weiteres vom betreffenden Träger trennen; bei

einer Teilchengröße von über 20 um nimmt die Bildauflösung ab. Im Hinblick darauf wird die Tonerteilchsngröße vorzugsweise mit 0,5 - 20 um und bevorzugt niit 1 - 20 um gewählt. Die mittlere Ladungsmenge des Toners beträgt in diesem Fall vorzugsweise mehr als 1 uc/g und bevorzugt 3 - 300 uC/g, insbesondere 10 - 100 uC/g\ (Diese mittlere Ladungsmenge wird nach dem Abblasverfahren bestimmt.)

Da eine Gleichspannung zur Verhinderung, der Schleierbildung angelegt und ein schwingendes elektrisches Feld zum Schwingenlassen des Entwicklers D zwischen Bildträger 1 und Hülse 2a erzeugt werden, gestaltet sich die Abstandsbestimmung zwischen diesen Teilchen problematisch. Wenn der Abstand oder Zwischenraum zu eng ist, tritt eine Entladung zwischen Bildträger und Hülse auf, wodurch der Bildträger beschädigt und die übertragung oder Förderung des dazwischen durchlaufenden Entwicklers D verhindert wird. Wenn der Abstand andererseits £ü groß ist, verringert sich die Wirkung der Gegenelektro-( ) 25 de, so daß eine Aufzeichnung (Kopie) ausreichende!" Entwicklungsdichte nicht erzielbar ist und sich der föanteneffekt erhöht. Zufriedenstellende Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn der Abstand zwischen Bildträger und Hülse bis zu 2000 um, insbesondere von einigen 10 \im bis zu 1000 um, beträgt.

Als Vorspannung zur Verhinderung einer Schleierbildung wird eine Gleichspannung von 50 - 500 V angelegt, um damit ein höheres Potential als im bildfreien Bereich aufrechtzuerhalten. Um den Entwickler D in Schwingung zu

··". 341655

versetzen, wird ein Wechselstrom von 100 cHz bis 10 kHz, vorzugsweise von 1-5 kHz, verweidet. Die Gleichspannung kann einen kleineren als dan angegebenen V'ert besitzen, wenn der Toner Magnetismus besitzt. Wenn eine Umkehrentwicklung (inversion development) durchgeführt wird, kann selbstverständlich eine höhere Gleichspannung angewandt werden. D:.e Wechselspannung hängt von der Frequenz ab. Je höher die Spannung ist, um so stärker bzw. heftiger ist die Schwingung des Entwicklers D, doch ist dabei die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Verschleierung und Entladung um so wahrscheinlicher. Bei noch höherer Frequenz kann der Entwickler die Änderung nicht mitmachen, so daß Dichte und Schärfe des entwickelten Bilds, und damit die Bildgüte, beeinträchtigt werden.

Abgesehen von ihrer mittleren Teilchengröße, können herkömmliche magnetische Trägerteilchen als Trägerteilchen beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden.

Beispiele für die Trägerteilchen sind ferromagnetische oder magnetische Teilchen aus Eisen, Chrom, Nickel, Kobalt und deren Verbindungen oder Legierungen, z.B. Fe-O., Ύ-Eisenoxid, Chromdioxid,

Manganoxid, Ferrit, Mangan-Kupfer-Legierungen u.dgl., sowie isolierende Teilchen, die durch Beschichtung der Oberflächen von Teilchen aus den angegebenen Stoffen mit Kunstharzen, wie solchen des Styroltyps, des Vinyltyps, des Ethyltyps, kolophoniummodifizierten Harzen, Acryltypharzen, Polyamidharzen, Epoxyharzen, Polyesterharzen u.dgl., oder mit einem Fettsäurewachs, wie Palmitinsäure (palcitinic acid), Stearinsäure u.dgl., erhalten wurden. Bevorzugt werden isolierende magnetische Teilchen eines spezifischen Widerstands von min-

8 1 "ί

destens 10 Λ-cm, vorzugsweise von mindestens 10 Xl-cm_r und insbesondere von mindestens 10 Λ-cm. Wenn der

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spezifische Widerstand zu niedrig ist, wird bei AnIe- ;'■)

gung der Vorspannung an den Entwickler-Übertragungsträ- ^: *

ger die Ladung in die Trägerteilchen injiziert, so daß vi, diese an der Oberfläche des Bildträgers anhaften können, ··■; in diesem Fall kann somit keine ausreichend große Vorspannung angelegt werden. " |

Der spezifische Widerstand wird wie folgt bestimmt: Ά

Nachdem die Teilchen in ein Gefäß mit einer Querschnitts- . |j

2 '■ '-

fläche von 0,50 cm eingebracht und durch Klopfen verdichtet worden sind, werden die so verdichteten Teil-

chen mit einer Belastung, von 1 kg/cm beaufschlagt. '$

Eine Spannung, die ein elektrisches Feld von 1000 V/cm \\

zwischen der Ladung und einer Bodenelektrode erzeugt, I:

wird angelegt, und der dabei gemessene Strom wird als )\

spezifischer Widerstand abgelesen. Die isolierenden '(

Teilchen brauchen nicht unbedingt von dem Typ zu sein, *\

bei dem eine Uberzugsschicht aus einem Kunstharz o.dgl. jij

auf die Oberfläche magnetischer Teilchen aufgetragen ist, ή

sondern können auch von dem Typ sein, bei dem magneti- !

sehe Teilchen in einem Kunstharz dispergiert sind. ή

Die beschriebenen Trägerteilchen werden auf dieselbe
Weise wie die herkömmlichen Trägerteilchen hergestellt;
zur Verwendung beim erfindungsgemäßen Verfahren werden
sie in an sich bekannter Weise nach ihrer mittleren
Teilchengröße klassiert. ~

Die herkömmlichen nicht-magnetischen oder magnetischen
Tonerteilchen können beim erfindungsgemäßen Verfahren

ebenfalls verwendet werden, nachdem ihre mittlere Teilchengröße mittels an 3ich bekannter Klassiereinrichtungen entsprechend eingestellt worden ist. Vorzugsweise
werden magnetische Tonerteilchen des Typs verwendet,
bei dem die Tonerteilchen feine magnetische Teilchen

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1	enthalten. Vorzugsweise beträgt	Menge
	nen magnetischen Teilchen bis zu	. Wenn

■H ■ Tonerteilchen magnetische Teilchen enthalten, werden

A sie durch die Magnetkraft des im Entwickler-Ubertragungs-

f
?;i 5 trägers 2 angeordneten Magneten beeinflußt, so daß die

I einen gleichmäßigen Flor bildende Eigenschaft der

I Magnetbürste weiter verbessert und eine Bildver-

1 schleierung verhindert wird und ein Verstreuen bzw.

Uaiherfliegen der Tonerteilchen kaum auftreten kann. |.j 10 Wenn die Menge der in den Tonerteilchen enthaltenen I magnetischen Substanz zu groß wird, wird jedoch die

..·''. Magnetkraft zwischen dieser Substanz und den Trägerteilchen zu groß, um eine ausreichende Entwicklungsdichte erzielen zu können. Außerdem treten die feinen 15 Magnetteilchen an der Oberfläche der Tonerteilchen auf % und rufen dabei das Problem hervor, daß die Steuerung

1 der Reibungsaufladung schwierig ist und die Tonerteilchen beschädigt werden oder sich zwischen den Träger- ^; teilchen zusammenklumpen können.

20

Die Tonerteilchen der beschriebenen Art können nach bekannten Herstellungsverfahren hergestellt werden, wofür das Harz bzw. Kunstharz und feine magnetische Teilchen, wie in Verbindung mit den Trägerteilchen beschrieben, • 25 verwendet und Anfärbe- bzw. Farbstoffkomponenten, wie ■ Kohlenstoff bzw. Ruß, und ein Ladungssteuermittel, so-

i fern erforderlich, hinzugefügt werden.

j Der erfindungsgemäß zu verwendende Entwickler wird durch

i 30 Vermischen der erwähnten Träger- und Tonerteilchen im * selben Mengenverhältnis wie beim bisherigen Zweikomponen-

•3 tenentwickler zubereitet. Zusätzlich werden erforderli-

i| chenfalls ein Fluidisierungsmittel zur Verbesserung der

4 Fließfähigkeit und Gleiteigenschaften der Teilchen, ein

$ 35 Reinigungsmittel für die Oberfläche des Bildträgers usw.

zugemischt. Beispiele für Fluidisierungsmittel sind kolloidales Siliziumoxid, Silikonfirnis, Metallseife,; nicht-ionische oberflächenaktive MIttel usw.. Beispiele für das Reinigungsmittel sinä Surfektanten bzw. oberflächenaktive Mittel, wie Metallsalze von Fettsäuren, mit organischen Gruppen substituiertes Silikon, Fluor und dergleichen.

Unter Verwendung des Entwicklers D und der beschriebenen Entwicklungsbedingungen wird dann die Entwicklung in len beiden folgenden Fällen durchgeführt. Im ersten Fall besteht der an- den aufgeladenen Bereich des Bildträgers angelagerte Entwickler D ausschließlich aus den Tonerteilchen; im zweiten Teil werden sowohl Toner- als auch Trägerteilchen zur Bildung eines sichtbaren Bilds an den Bildträger 1 angelagert. In beiden Fällen kann bei zweckmäßiger Wahl der Bedingungen das angestrebte Ergebnis erzielt werden.

1. Zur Durchführung der Entwicklung mit ausschließlich Tonerteilchen müssen die Trägerteilchen auf der Mantelfläche des Entwickler-Ubertragungsträgers 2 verbleiben und dürfen nur die Tonerteilchen zwischen Bildträger 1 und Übertragungsträger 2 oszillieren bzw. schwingen. Damit die Tonerteilchen die Anziehungskräfte., wie die Coulombsche Kraft mit den Trägerteilchen und die van der Waalsche Kraft, überwinden und sich von den Trägerteilchen trennen können, sind ein starkes schwingendes elektrisches Feld und eine hohe Ladungsmenge der Tonerteilchen in Verbindung mit einer hohen Zurückhaltekraft der Magnetrolle 2b erforderlich, um eine Schwingung dar Trägerteilchen zu verhindern. Um die Trägerteilchen an einem Schwingen zusammen mit den Tonerteilchen zu hindern, ist vorzugsweise die Teilchengröße der Trägerteilchen größer als diejenige der Tonerteilchen, ist die auf

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die Trägerteilchen wirkende magnetische Restriktionskraft größer als die diese Teilchen zum Bildträger übertragende elektrostatische Kraft und ist die Ladungsmenge der Tonerteilchen größer als 1-3 μθ/g (vorzugsweise 3 - 300 \iC/g). Eine große Ladungsmenge ist insbesondere dann nötig, wenn die Teilchengröße klein ist.

Das Verfahren zur Erzeugung des sichtbaren Bilds auf dem Bildträger 1 ausschließlich mittels der Tonerteilchen bietet den Vorteil, daß die Oberfläche des Bildträgers 1 durch die Trägerteilchen nicht beschädigt wird und das sichtbare Bild auf dem Bildträger 1 doppelt erzeugt werden kann, auf dem "bereits ein sichtbares Bild erzeugt worden ist.

2. Wenn auf dem Bildträger 1 mittels sowohl der Tonerals auch der Trägerteilchen ein sichtbares Bild erzeugt wird, ist es nicht nötig, daß die Tonerteilchen die Anziehungskraft mit den bzw. an die Trägerteilchen überwinden und sich von diesen trennen. Aus diesem Grund sind die an Toner- und Trägerteilchen zu stellenden Anforderungen nicht so streng. Da die Trägerteilchen durch ein schwingendes elektrisches Feld zwischen Bildträger und Ubertragungsträger 2 in Schwingung versetzt werde;:! können, kann ihre Teilchengröße kleiner sein als die der Tonerteilchen; demzufolge kann die auf die Tonerteilchen wirkende magnetische Restriktions- bzw. Zurückhaltekraft schwach sein, und die Ladungsmenge der Tonerteilchen kann klein sein. In diesem Fall können Träger- und Tonerteilchen verwendet werden, die kleinere Teilchengrößen als die für den unter 1. beschriebenen Fall verwendeten Teilchen besitzen. Bei einer Entwick-

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lung mit nur den Tonerteilchen läßt sich ein sichtbares
Bild hoher Güte nicht ohne weiteres erzielen, wenn die
Teilchengröße der Trägerteilchen unter 10 um und diejenige der Tonerteilchen unter 5 um liegt. Bei Entwicklung mit sowohl den Toner- als auch den Trägerteilchen kann mit einer mittleren Teilchengröße der Trägerteilchen von etwa 5 um und der Tonerteilchen von etwa
1 um ein Bild hoher Güte erzeugt werden. Da die Toner- ·
teilchen in Schwingung versetzt werden, kann auch ihr
Zusammenhaften oder -klumpen verhindert werden.

Eine wirksame Maßnahme besteht zusätzlich auch darin,
ein Magnetfeld auf die Schwingzone des Entwicklers einwirken zu lassen und dieses Magnetfeld entweder zeitabhängig oder räumlich zu ändern. ?|

Im folgenden sind die Ergebnisse von unter den vorstehend
beschriebenen Entwicklungsbedingungen durchgeführten
Versuchen erläutert. >,-i

1

Versuch A w

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Als Trägerteilchen wurden sphärische Ferritteilchen ;.·.

einer mittleren Teilchengröße von 20 um, einer Magne- !;' tisierung von 50 emu/g und eines spezifischen Widerstands von 10 Α-cm verwendet; als Tonerteilchen wur- $ den nicht-magnetische Teilchen verwendet, die aus * 100 Gew.-Teilen eines handelsüblichen Styrol-Acryl- i? harzes, 10 Gew.-Teilen Ruß und 5 Gew.-Teilen (des J Farbstoffs) Nigrosine bestanden und eine mittlere 'i Teilchengröße von 10 um besaßen. Unter Verwendung der f' Vorrichtung gemäß Fig. 1 erfolgte die Entwicklung unter jj den Bedingungen, daß das Mengenverhältnis der Toner- ν teilchen zu den Trägerteilchen in dem im Entwickler- |^: behälter 6 befindlichen Entwickler D 10 Gew.-% be- \\ trug. ·' ί;

-20-

Der Bildträger 1 bestand aus einem lichtempfindlichen Cd£-Element, das mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 180 mm/s umlief. Das höchste Potential des auf dem Bildträger 1 erzeugten Ladungsbilds betrug -500 V. Der Durchmesser der Hülse 2a betrug 30 mm, ihre Drehzahl 100/min. Die Magnetrolle 2b besaß eine Magnetflußdichte der N- und S-PoIe von 500 Gauss bei einer Drehzahl von 1000/min. Die Dicke der Entwicklerschicht an der Entwicklungseinheit oder -zone betrug 0,2 mm; der Abstand zwischen Hülse 2a und Bildträger 1 war auf 0,3 mm bzw. 300 μπι eingestellt. Die an die Hülse 2a anzulegende Vorspannung enthielt eine Gleichspannungskomponente von -250 V und eine Wechselspannungskomponente von 1,5 kHz, 400 ".

Nach der Entwicklung wurde das Bild auf Normalpapier übertragen und durch Hindurchleiten des Proierblatts durch eine Heizwalzen-Fixiervorrichfung mit einer Oberflächentemperatur von 140°C fixiert. Das auf dem Aufzeichnungs- oder Kopierpapier erzeugte Bild war klar bzw. scharf, besaß eine außerordentlich hohe Dichte und zeigte weder Kanteneffekt noch Verschleierung. Auch nach der Herstellung von 50 000 Kopien blieben die Kopiebilder bis zum Schluß gleichbleibend einwandfrei. Zu Vergleichizwecken wurde eine Vervielfältigung unter denselben Bedingungen, wie oben beschrieben, jedoch mit dem Unterschied durchgeführt, daß an die Hülse 2a eine nur aus der Gleichspannungskomponente bestehende Vorspannung angelegt wurde. In diesem Fall wurde ein unscharfes Kopiebild geringer Dichte erhalten. Ebenso wurde ein Versuch unter denselben Bedingungen mit dem Unterschied durchgeführt, daß der Abstand zwischen Hülse 2a und Bildträger 1 auf 3,0 mm (3000 μπι) und die Dicke der Entwicklerschicht auf der Entwicklungseinheit auf 0,7 mm geändert wurden. Die in diesem Fall erhaltenen Kopie-

2411655

-21-bilder zeigten Kinteneffekt und geringe Dichte.

Versuch B

B Als Trägerteilchen wurden isolierende sphärische Ferritteilchen einer mittleren Teilchengröße von 15 um, einer Magnetisierung von 70 emu/g und eines spezifischen Widerstands von mindestens 10 ji-cm, nit einem Kunstharz beschichtet, verwendet. Als Tonerteilchen dienten nicht-magnetische Teilchen einer mittleren Teilchengröße von 5 um. Die Entwicklung erfolgte mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 2 unter der Bedingung, daß bei dem im Entwicklerbehälter 6 befindlichen Entwickler D das Verhältnis von Tonerteilchen zu Trägerteilchen 5 Gew.-% betrug.

In diesem Fall wurden am Bildträger 1 dieselben Bedingungen wie im Fall des Versuchs A aufrechterhalten. Die einen Durchmesser von 30 mm besitzende Hülse (Zylinder) 2a wurde mit einer Drehzahl von 150/min angetrieben. Die Magnetflußdichte . des der Entwicklungseinheit oder -zone A gegenüberstehenden Magnetpols der Magnetrolle 2b betrug 1200 Gauss. Die Entwicklerschicht im Entwicklungsbereich war 0,3 mm dick. Der Abstand zwischen Hülse 2a und Bildträger 1 betrug 0,4 mm (400 um). Die der Hülse 2a aufgeprägte Vorspannung bestand aus einer Gleichspannungskomponente von -100 V und einer Wechselspannungskomponente von 3 kHz, 1200 V.

Nach der Entwicklung unter den angegebenen Bedingungen wurde das Bild auf Normalpapier übertragen und durch eine Heizwalzen-Fixiervorrichtung einer Oberflächentemperatur von 140⁰C geleitet. Das erhaltene Bild war äußerst klar bzw. scharf, besaß eine hohe Dichte und zeigte weder Kanteneffekt noch Verschleierung. Auch nach

ι -22-

der Herstellung von 50 000 Kopien erwies sich die BiIdgüte bis zum Schluß als gleichbleibend einwandfrei.

Unter denselben Bedingungen wurde ein VervielfältiguHgs-Vorgang mit dem Unterschied durchgeführt, daß die de:^! Hülse 2a aufgeprägte Vorspannung ausschließlich aus der Gleichspannungskomponente bestand. Die dabei erhaltenen Kopiebilder erwiesen sich bezüglich Dichte und Klarheit oder Schärfe als unzufriedenstellend.

10

Weiterhin wurden auf die beschriebene Weise, jedoch mit dem Unterschied, daß der Abstand zwischen Hülse 2a und Bildträger 1 auf 3,0 mm (3000 μπι) und die Dicke der Entwicklerschicht an der Entwicklungseinheit auf 0,7 mm geändert wurden, weitere Kopien hergestellt. Die in diesem Fall erhaltenen Kopiebilder zeigten bei geringer Dichte einen Kanteneffekt.

Versuch C

In Harz bzw. Kunstharz dispergierte Trägerteilchen, hergestellt durch Dispergieren von 50 Gew.-% feiner Ferritteilchen in einem Harz bzw. Kunstharz, mit einer mittleren Teilchengröße von 10 um, einer Magnetisierung von 3O emu/g und einem spezifischen Widerstand von minde-

1 4
stens 10 Λ-cm wurden als Trägerteilchen verwendet.

Magnetische Teilchen aus 100 Gew.-Teilen eines handelsüblichen Styrol-Acrylharzes, 10 Gew.-Teilen Ruß, 5 Gew.-Teilen Nigrosine und 5 Gew.-Teilen feiner lerritteilchen (mittlere Teilchengröße 3 um) wurden als Tonerteilchen verwendet. Die Entwicklung erfolgte mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 1 unter der Bedingung, daß bei dem im Behälter 6 befindlichen Entwickler D das Verhältnis der Tonerteilchen zu den Trägerteilchen 10 Gew.-% betrug.

-23-

In diesem Fall bestand der Bildträger 1 aus einem j

lichtempfindlichen CdS-Element, und seine Umfangsgeschwindigkeit betrug 180 mm/s. Das höchste Potential des auf dem Bildträger 1 erzeugten Ladungsbilds betrug ''_;

-500 V. Die einen Außendurchmesser jvon 30 mm besitzende Hülse 2a wurde mit 100/min angetrieben. Die Magnetflußdichte der N- und S-PoIe der Magnetrolle 2b, die sich mit 1000/min drehte, betrug 500 Gauss. Die Entwicklerschicht an der Entwicklungseinheit war 0,2 mm dick. [

Der Abstand zwischen der Hülse 2a und dem Bildträger *■ betrug 0,3 mm (300 μΐη) . Die der Hülse 2a aufgeprägte Vorspannung bestand aus einer Gleichspannungskomponen ο "·■ von -2 50 V und einer Wechselspannungskomponente von 1,5 kHz, 400 V. '

i'l Nach der unter den angegebenen Bedingungen durchgeführ- |j ten Entwicklung wurde das (Toner-) Bild auf Normalpapier ■■'. übertragen, und das Papierblatt (mit dem Tonerbild) ;j

wurde durch eine Heizwalzen-Fixiervorrichtung einer Oberflächentemperatur von 140 ⁰C geführt. Das dabei erhaltene Kopiebild war außerordentlich klar bzw. scharf und besaß eine hohe Dichte ohne Kanteneffekt und Ver- ι

schleierung. Auch nach Herstellung von 50 000 Kopien >

blieben die Ergebnisse praktisch unverändert. ■

25

Andererseits erfolgte eine Kopienherstellung mit der ^

Abwandlung, daß die der Hülse 2a aufgeprägte Vorspannung V; lediglich aus der Gleichspannungskomponente bestand. ti

Die dabei erhaltenen Kopiebilder waren unscharf und be- :i saßen niedrige Dichte. Der Versuch wurde auch unter den Ii angegebenen Bedingungen durchgeführt, jedoch mit dem ;·ί

Unterschied, daß der abstand zwischen Hülse 2a und ·«

Bildträger 1 auf 3,0 mm und die Dicke der Entwickler- $

schicht an der Entwicklungseinheit auf 0,7 mm geändert ⁽ⁱ _;

wurden. In diesem Fall zeigten die erhaltenen Kopiebil- ύ

"· 34116 ί

-24-der, die niedrige Dichte besaßen, einen Kanteneffekt.

Versuch D

Die Trägerteilchen bestanden aus isolierenden sphärischen Ferritteilchen einer mittleren Teilchengröße von 4 μπι, einer Magnetisierung von 70 emu/g und einem spezifischen Widerstand von 10¹⁴A-cm. Als Tonerteilchen wurden nicht-magnetische Teilchen einer mittleren Teilchengröße von 5 μπι verwendet. Die Entwicklung erfolgte mittels der Vorrichtung gemäß Pig. 3* v/obei beim Entwickler D im Behälter 6 ein Verhältnis von Tonerteilchen zu Trägerteilchen von 5 Gew.-% aufrechterhalten wurde.-

In diesem Fall wurde derselbe Bildträger 1 wie' in ~Ver-. .".'-. such A verwendet. Die einen Außendurchmesser von 30 mm besitzende Hülse 2a wurde jedoch mit 150/min angetrieben. Die Magnetflußdichte des dem Entwicklungsbereich A gegenüberstehenden Pols der Magnetrolle 2b betrug 1200 Gauss, während die Dichte zwischen den Polen 800 Gauss betrug. Die Entwicklerschicht im Entwicklungsbereich war 0,3 mm dick, der Abstand zwischen Hülse 2a und Bildträger 1 betrug 0,4 mm. Die an die Hülse 2a angelegte Vorspannung bestand aus einer Gleich-Spannungskomponente von -100 V und einer Wechselspannungskomponente von 3 kHz, 1200 V.

Nach der Entwicklung unter den .angegebenen Bedingungen wurde das Bild auf Normalpapier übertragen und dann zum Fixieren durch eine Heizwalzen-Fixiervorrichtung einer Oberflächentemperatur von 140 -⁰C hindurchgeleitet. Das auf dem Kopierpapier erhaltene^ppiebild war außerordentlich klar bzw. scharf und besaB eine hohe Dichte ohne Kanteneffekt und Verschleierung.: Auch.nach Herstellung von 50 000 Kopien blieben die Ergebnisse unverändert.

-25-

Wenn an die Hülse 2a als Vorspannung nur die Gleichspannungskomponente angelegt wurde, zeigten die erhal-

^δ tenen Kopiebilder eine geringfügig geringere Dichte |

und Klarheit bzw. Schärfe als im oben angegebenen Fall.

Zu Vergleichszwecken wurden der Abstand zwischen Hülse 2a und Bildträger 1 auf 3,0 mm und die Dicke der Entwicklerschicht an der Entwicklungseinheit auf 0,7 mm geändert. Die in diesem Fall erhaltenen Kopiebilder zeigten Kanteneffekt bei geringer Dichte.

Darüber hinaus war bei den Versuchen A und B keine Schwingung der Trägerteilchen zu beobachten. Es kann daher angenommen werden, daß die Trägerteilchen unter den bei diesen Versuchen angewandten Bedingungen praktisch nicht schwingen.

Die Fig. 4 und 5 zeigen in graphischer Darstellung jeweils die Beziehung zwischen der Frequenz und der Größe der Wechselspannung zur Erzeugung des schwingenden elektrischen Felds unter den Bedingungen, die bei den Versuchen A und B zufriedenstellende Ergebnisse lieferten. Dabei geben die querschraffierten Abschnitte den Bereich an, in welchem eine Bildverschleierung zu beobachten war, während die längsschraffierten Abschnitte den Bereich angeben, in welchem ein dielektrischer Durchschlag oder Durchbruch erfolgte. Die diagonal schraffierten Abschnitte stehen für den Bereich, in welchem sich die Bildqualität verringerte; die unschraffierten Abschnitte zeigen den Bereich, in welchem sich ein sichtbares Bild hoher Güte erzielen läßt. Die gepunkteten Abschnitte stehen für einen Niederfrequenzbereich, in welchem eine ungleichmäßige Entwicklung zu beobachten

"····■ "·■■■·■■ *·"* 3^:

-26-war.

Die Fig. 6 und 7 veranschaulichen jeweils die Beziehung :wischen der Spannung und del: Frequenz des Wechselütroms zur Erzeugung des schwingenden elektrischen l'eldi unter den Bedingungen, die bei den Versuchen C und D zufriedenstellende Ergebnisse lieferten. Wie sich aus diesen graphischen Darstellungen ergibt, sind die Ergebnisse gemäß Versuch C und D denen bei den Versuchen A und B analog.

Bei den Versuchen C und D wurde festgestellt, daß die Schwingung der Trägerteilchen im oberen Abschnitt innerhalb des durch die gestrichelten Linien angegebenen nutzbaren Bereichs, nicht aber im unteren Abschnitt dieses nutzbaren Bereichs auftrat. Innerhalb des nutzbaren oder effektiven Bereichs wurden im Abschnitt oberhalb der gestrichelten Linien Kopiebilder erhalten, die ausgezeichnete Dichte, Tonabstufung und Auflösung besaßen. Die Wellenform der erfindungsgemäß verwendeten Wechselspannungskomponente braucht nicht nur einer Sinuswelle zu entsprechen, sondern kann auch eine Rechteck- bzw. Sägezahn- oder Dreieckswelle sein. Solange der Toner des Zweikomponentenentwicklers magnetisch ist, lassen sich unter den angegebenen Entwick-^; lungsbedingungen auch magnetische Latentbilder in sichtbare Bilder überführen.

Beim bisherigen Magnetbürsten-Entwicklungsverfahren lassen sich dagegen Aufzeichnungs- bzw. Kopiebilder hoher Güte nicht erzielen, weil die Teilchengröße der Toner- und Trägerteilchen bei Verwendung eines Zweikomponentenentwicklers nicht verringert werden kann.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Entwickeln eines

-27- ! 1

elektrostatischen bzw, Ladungsbilds werden Tonerteilchen U

einer mittleren Teilchengröße von 1 - 20 um und Träger- I

teilchen einer mittleren Teilchengröße von 5 - 50 um ύη·- j|

ter Einwirkung einer Schwingung (oscillation) auf diesa jö

Teilchen verwendet, wobei sich in diesem Fall eine Auf-· ^

zeichnung zufriedenstellender Bilddichte, Tonabstufung |.

und Auflösung erzielen läßt. §

Da der Entwickler aus zwei (oder mehr) Komponenten bell 0 steht, kann die Ladung des Toners besser stabilisiert

werden, während ein Zusammenklumpen des Toners nicht so ?j leicht auftritt wie beim Einkomponentenentwickler. i

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung -;5

werden sphärische magnetische Teilchen als magnetische ii

Trägerteilchen des Zweikomponentenentwicklers verwendet | und die Entwicklung im schwingenden elektrischen Feld i

ausgeführt. In diesem Fall lassen sich magnetische 1

Trägerteilchen sowie Tonerteilchen in Form eines feinen
Pulvers ohne Schwierigkeiten einsetzen. Der bei diesem :
Ausführungsbeispiel verwendete Träger des Entwicklers
entspricht vorzugsweise den im folgenden angegebenen - ■ zweckmäßigen Bedingungen.

Wenn die magnetischen Trägerteilchen sphärisch bzw. ..:

kugelförmig sind, lassen sich die Umwälz- bzw. Rühr- !

fähigkeit von Toner und Träger sowie die Ubertragbarkeit des Entwicklers verbessern, so daß ein Zusammenklumpen (aggregation) der Tonerteilchen miteinander und

der Tonerteilchen mit den Trägerteilchen verhindert

werden kann. Falls dabei jedoch die magnetischen Träger- ; teilchen eine große mittlere Teilchengröße besitzen,
treten die folgenden Probleme auf:

1.Da der Flor (ear) der auf dem Entwickler-Ubertra-

gungsträger erzeugten Magnetbürste grob ist, können sich Ungleichmässigkeiten im Tonerbild ergeben, auch wenn das Ladungsbild entwickelt wird, während die Teilchen durch das elektrische Feld in Schwingung versetzt werden,

2. Da die Tonerdichte in Flor abnimmt, läßt sich eine Entwicklung mit hoher Dichte (des Kopiebilds) nicht erreichen.

Das erstgenannte Problem kann durch Verkleinerung der mittleren Teilchengröße der Trägerteilchen ausgeschaltet werden. Wie Versuche gezeigt haben, ergibt sich diese Wirkung ab einer mittleren Teilchengröße von unter 50 um. Insbesondere bei einer mittleren Teilchengröße von unter 30 \im zeigt es sich, daß das erstgenannte Problem praktisch nicht mehr auftritt. Das zweitgenannte Problem kann ebenfalls durch Verkleinerung der mittleren Teilchengröße des magnetischen Trägers gelöst werden. In diesem Fall ist die Tonerdichte im Flor hoch, und die Entwicklung kann mit hoher Dichte realisiert werden. Falls jedoch die Trägerteilchen zu fein sind, ergeben sich die Probleme, daß

3. die Trägerteilchen sich zusammen mit den Tonerteilchen an die Oberfläche des Bildträgers anlagern können und daß

4. die Tonerteilchen zu einem Verstreuen bzw. Umherfliegen neigen.

Diese Erscheinungen hängen mit der Intensität des Magnetfelds, das auf die Trägerteilchen einwirkt, sowie mit der Intensität der Magnetisierung der Trägerteilchen infolge des Magnetfelds zusammen. Im allgemeinen beginnen

3Ά11Β55

-29-

jedoch diese Erscheinungen allmählich aufzutreten, wenn die mittlere Teilchengröße der Trägerteilchen unter 15 um liegt, während sie bei einer mittleren Teilchengröße von unter 5 um besonders deutlich werden.

Ein Teil der an die Oberfläche des Bildttägers angelagerten Trägerteilchen wird zusammen mit dem Toner auf das Kopierpapier überführt, während der Rest zusammen mit dem Toner durch eine Abstreifklinge, eine FeIlbürste o.dgl. vom Bildträger abgestreift wird. Die bisherigen Trägerteilchen, die nur aus einer magnetischen Substanz bestehen, werfen jedoch die folgenden Probleme auf:

5. Die auf das Kopierpapier übertragenen Trägerteilchen werden ihrerseits nicht auf dem Kopierpapier fixiert, so daß sie sich von diesem leicht trennen können.

6. Wenn die auf der Oberfläche des Bildträgers verbliebenen Trägerteilchen mittels der Reinigungsvorrichtung entfernt werden, können sie die aus einem lichtempfindlichen Element bestehende Oberfläche des Bildträgers leicht beschädigen.

Die unter 5. und 6. genannten Probleme lassen sich dadurch lösen, daß den magnetischen Trägerteilchen ein Stoff, z.B. ein Kunstharz, einverleibt wird, der sich auf dem Aufzeichnungs- oder Kopierpapier fixieren läßt. Wenn nämlich die magnetischen Trägerteilchen mit einem auf dem Kopierpapier fixierbaren Stoff beschichtet sind oder der Träger aus einem Material besteht, in welchem das magnetische Pulver dispergiert ist und der auf dem Kopierpapier fixiert werden kann, oder wenn für die magnetischen Trägerteilchen ein thermoplastisches Kunstharz verwendet wird, lassen sich die am Kopierpapier an-

-30-

haftenden Trägerteilchen durch Wärme- oder Druckeinwirkung ebenfalls (auf dem Kopierpapier) fixieren, und sie verursachen keine Beschädigung der Oberfläche des Bildträgers, wenn sie von diesem mittels der Reinigungsvo·:- richtung entfernt wenden. Wenn diese Trägerteilchen eine mittlere Teilchengröße von 5 - 15 μη» besitzen, tritt das unter 3. genannte Problem praktisch nicht auf, auch wenn die Trägerteilchen auf die Oberfläche des Bildträgers und auf das Kopierpapier übertragen warden. Falls dennoch eine Trägeranlagerung (Problem 3) auftreten sollte, kann zweckmäßig ein Rückgewinnungsmechanismus vorgesehen werden.

Aus den obigen Überlegungen ergibt sich, daß die Teilchengröße des sphärischen magnetischen Trägers unter

50 um und vorzugsweise im Bereich von 30 - 5 um liegen sollte. Bevorzugt enthalten die sphärischen magnetischen Trägerteilchen auch eine Substanz, die sich auf dem Aufzeichnungs- oder Kopierpapier fixieren läßt. 20

Für diesen Zweck lassen sich herkömmliche magnetische Trägerteilchen verwenden.

Beispiele für geeignete Trägerteilchen sind sphärische Teilchen aus den vorher auf Seite 14 genannten Stoffen sowie sphärische Teilchen, deren Oberflächen mit den auf derselben Seite genannten Kunstharzen usw. beschichtet sind, sowie Teilchen, die in an sich bekannten Klassiereinrichtungen bezüglich ihrer mittleren Teilchengröße klassiert worden sind, bzw. Kunstharzteilchen mit darin dispergieren oder von einem Fettsäurewachs sphärisch umschlossenen Feinteilchen.

Wenn Trägerteilchen mit einem Kunstharz o.dgl, sphärisch bzw. kugelförmig umhüllt (sphered) werden, ergeben sich

I ♦ · ·

neben der bereits beschriebenen Wirkung die zusätzli- .,j

chen Wirkungen, daß auf dem Entwickler-Ubertragungsträ- | . ger eine gleichmäßige Entwicklerschicht ausgebildet und

eine hohe Vorspannung an den Ubertragungsträger angelegt . t·

werden kann. In diesem Fall lassen sich insbesondere die ,;',

folgenden Wirkungen erzielen: p'

: J Vl

1. Die Trägerteilchen lassen sich im allgemeinen leicht }?j magnetisieren und in Richtung der Hauptachse anziehen, |

doch verlieren sie bei einer sphärischen Gestalt iHre ' Richtwirkung Infolgedessen läßt sich eine gleicii-

mäßige Entwicklerschicht ausbilden, und das Auftre- ; ι ten eines Bereichs mit örtlich niedrigem Widerstand

sowie einer Ungleichförmigkeit der Entwicklerschicht- b

dicke kann verhindert werden. (I

2. Bei höherem Widerstand der Trägerteilchem wird der | bei den Trägerteilchen auftretende Kanteneffekt vei- j mieden, und es tritt keine Konzentration des elektri-

sehen Felds am Kanten- bzw. Randabschnitt auf, so ;

daß auch bei Anlegung einer hohen Vorspannung an dnn ,: Entwickler-Ubertragungsträger weder eine das latente Ladungsbild störende Entladung zur Oberfläche des Bildträgers noch ein Durchbruch oder Durchschlag der

Vorspannung auftritt. .-^;

Diese Möglichkeit der Anlegung einer hohen Vorspannung l.,

bedeutet, daß sich die angegebenen Wirkungen voll erzie- '

len lassen, wenn die erfindungsgemäße Entwicklung unter _;:

dem schwingenden elektrischen Feld bei Anlegung einer j

schwingenden Vorspannung durchgeführt wird. Obgleich für '■'"

die sphärischen Trägerteilchen ein Wachs der angegebenen !

Art verwendet werden kann, wird im Hinblick auf die I

Dauerhaftigkeit des Trägers ein Kunstharz der vorher be- |

schriebenen Art bevorzugt. Vorteilhaft werden etwa ■.;}

sphärische magnetische Trägerteilchen verwendet, be:

denen das Verhältnis von Hauptachse zu Nebenachse unter mindestens 3 liegt und die keine scharfen Kanten aufweisen. Bevorzugt besitzen die magnetischen Trägertüilchen einen spezifischen Widerstand von mindestens K) £l-cm

13 '

und vorzugsweise von mindestens 10 /1-cm.

Die magnetischen Trägerteilchen der angegebenen Art lassen sich wie folgt herstellen: Wenn die Trägerteilchen sphärische magnetische Teilchen erhöhten Widerstands oder mit Kunstharz beschichtete Trägerteilchen sind, werden möglichst sphärische bzw. runde magnetische Teilchen gewählt, die dann mit einem Kunstharz überzogen werden. Wenn die Trägerteilchen feine magnetisehen Teilchen des Dispersionstyps sind, werden möglichst stark magnetische Feinteilchen gewählt, die dann nach der Erzeugung von in Kunstharz dispergierten Teilchen einer Abrundungsbehandlung (sphering treatment) nach einem Sprühtrocknungsverfahren zur Gewinnung von in Kunstharz dispergierten Teilchen unterworfen werden.

Versuch E

Mit Kunstharz beschichtete sphärische Ferritteilchen einer mittleren Teilchengröße von 30 um, "einer Magnetisierung von 50 emu/g und einem spezifischen Widerstand

1 4
von mindestens 10 η-cm wurden als Träger verwendet.

Der Toner bestand aus nach einem Mahlgranulationsver-

•\ fahren erhaltenen, nicht-magnetischen Teilchen aus

30 100 Gew.-Teilen eines handelsüblichen Styrol-Acrylharzes, ν 10 Gew.-Teilen Ruß und 5 Gew.-Teilen Nigrosine (mittlere

§ Teilchengröße 10 um) . Die Entwicklung erfolgte mitte,ls

der Vorrichtung gemäß Fig. 1, wobei beim Entwickler D im Entwicklerbehälter 6 das Verhältnis von Tonerteilchen

'] 35 zu Trägerteilchen 10 Gew.-% betrug. Die mittlere Ladungs-

-33- j

menge des Toners betrug 15 μϋ/g. ι

Der aus einem lichtempfindlichen CdS-Element bestehende Bildträger 1 drehte sich mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 180 mm/s. Das höchste Potential des auf dem Bildträger 1 erzeugten Ladungsbilds betrug -500 V. Die eilten Außendurchmesser von 30 mm besitzende Hülse 2a wurde mit 100/min angetrieben. Die Magnetflußdichte der N- Ind S-PoIe der Magnetrolle 2b (Drehzahl 1000/min) betrug 900 Gauss. Die Dicke der Entwicklerschicht in der Entwicklungszone A betrug 0,6 mm, der Abstand-zwischen Hülse 2a und Bildträger 1 0,5 mm. Die an die Hülse 2a angelegte Vorspannung bestand aus einer Gleichspannungskomponente von -250 V und einer Wechselspannungskomponente von 1,5 kHz, 500 V. Gemäß Fig. 1 gelangte dabei die Entwicklerschicht mit der Oberfläche des Bildträgers 1 in Berührung.

Nach der Bildentwicklung unter den angegebenen Bedingingen wurde das Bild mittels einer Koronaentladungs-Ubertragungsvorrichtung auf Normalpapier übertragen und anschließend durch Hindurchleiten des Kopierpapiers durch eine Heizwalzen-Fixiervorrichtung einer Oberflächentomperatur von 140 C fixiert. Das letztlich auf dem Kopierpapier erhaltene Kopiebild besaß eine hohe Dichte, was außerordentlich klar bzw. scharf und zeigte weder Kanteneffekt noch Verschleierung. Auch nach Herstellung von 50 000 Kopien blieben die Bildeigenschaften praktisch unverändert.

Wenn dagegen als Trägerteilchen gemahlene Ferritteilchen mit praktisch denselben Eigenschaften wie die vorstehend beschriebenen Trägerteilchen, jedoch mit einem Kunstharzüberzug und einer mittleren Teilchengröße von 30 \im verwendet wurden, betrug der Spannungswert der anlegbaren WechselSpannungskomponente höchstens etwa

I » · t

• t Il

JAI1655

-34-

2/3 der angegebenen Spannunc^ und das erhaltene Kopiebild zeigte Grobkörnigkeit (coarseness).

Versuch F

Durch Dispergieren von 50 Gew.-% feiner Ferritteilchen in einem Kunstharz hergestellte, einer Abrundungsbehandlung durch Erwärmung unterworfene magnetische Teilchen einer mittleren Teilchengröße von 20 um, einer Magnetisierung von 30 emu/g und eines spezifischen Widerstands von mindestens 10 η-cm wurden als Trägerteilchen verwendet. Die Tonerteilchen bestanden aus nicht-magnetischen Teilchen einer mittleren Teilchengröße von 5 um. Die Entwicklung erfolgte mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 3, wobei beim Entwickler D im Behälter 6 das Verhältnis von Tonerteilchen zu Trägerteilchen auf 5 Gew.-% eingestellt war. Die mittlere Ladungsmenge des Toners betrug 30 μθ/g.

Bei diesem Versuch wurde derselbe Bildträger verwendet wie im Versuch E. Die einen Außendurchmesser von 30 mm besitzende Hülse 2a wurde mit einer Drehzahl von 150/min angetrieben. Die Magnetflußdichte des der Entwicklungszone A gegenüberstehenden Pols der Magnetrolle 2b betrug 1200 Gauss. Die Entwicklerschicht war 0,5 mm dick, und der Abstand zwischen der Hülse 2a und dem Bildträger 1 betrug 0,7 mm. Die an die Hülse 2a anzulegende Vorspannung bestand aus eirer Gleichspannungskomponente von -200 V und einer Wechselspannungskomponente von 2 kHz, 1000 V. Bei diesem Versuch gelangte die Entwicklerschicht auf der Hülse 2a nicht in Berührung mit der Oberfläche des Bildträgers 1.

Nach der Durchführung der Entwicklung unter den angegebenen Bedingungen wurde das entwickelte Bild durch

• * * * · I ·	• · · t ■ ·	1655	f ·
	■' 3"Λ1
I

Koronaentladung auf Normalpapier übertragen und dann f'

zum Fixieren durch eine Heizwalzen-Fixiervorrichtung |;

einer Oberflächentemperatur von 140°C hindurchgeleitet. %

Das erhaltene Kopiebild besaß eine hohe Dichte und war ü

äußerst klar (d.h. scharf bzw. feinkörnig) und ohne Kan- s4

teneffekt und Verschleierung. Auch nach Herstellung von f*

50 000 Kopien verschlechterte sich die Bildgüte prak- [j

tisch nicht. U

Wenn daqegen als Trägerteilchen solche Teilchen verwen- |

det wurden, die der beschriebenen Abrundungsbehandlung ν;

(sphering treatment) durch Erwärmung nicht unterworfen H

worden waren, betrug der Spannungswert der anlegbaren j

Wechsel Spannungskomponente (nur) etwa 2/3 der ange- fi

gebenen Spannung, wobei ein grobkörniges Kopiebild er- ;

halten wurde. i;

Versuch G

Als Trägerteilchen wurden magnetische Teilchen verwendet,
die durch Dispergieren von 50 Gew.-% feiner Ferritteilchen in einem Kunstharz hergestellt worden waren und eine
mittlere Teilchengröße von 20 \im, eine Magnetisierung
von 30 emu/g und einen spezifischen Widerstand von

mindestens 10 x^-cm besaßen. Außerdem waren diese Teilchen der Abrundungsbehandlung durch Erwärmung unterworfen worden. Als Tonerteilchen wurden nicht-magnetische
Teilchen einer mittleren Teilchengröße von 5 um verwendet. Die Entwicklung erfolgte mittels einer praktisch

der Vorrichtung gemäß Fig. 1 entsprechenden Vorrichtung
unter den Bedingungen, daß beim Entwickler D im Behälter 6 das Verhältnis der Tonerteilchen zu den Trägerteilchen 5 Gew.-% betrug und die Entwicklerschicht mit
der Oberfläche des Bildträgers 1 nicht in Berührung ge-

langte. Die mittlere Ladungsmenge des Toners betrug
30 /

10

15

20

-36-

Als Bildträger 1 wurde derjenige gemäß Versuch E verwendet. Die einen Außendurchmesser von 30 mm besitzende Hülse 2a wurde mit einer Drehzahl von 100/min angetrieben. Die Magnetflußdichte der N- und S-Po.".e betrug 700 Gauss, die Drehzahl der Magnetrolle lag bei 500/min. Die Entwicklerschicht war 0,7 mm dick. Lie an die Hülse 2a angelegte oder anzulegende Vorspannur g bestand aus einer Gleichspannungskomponente von -20C V und einer Wechselspannungskomponente von 2 kHJ 1000 V.

Nach der Entwicklung unter den angegebenen Bedingungen wurde das entwickelte (Toner-)Bild durch Koronaentladung auf Normalpapier übertragen und sodann zum Fixieren durch eine Heizwalzen-Fixiervorrichtung einer Ober- , flächentemperatur von 140 ⁰C geleitet. Das erhaltene Bild besaß eine hohe Dichte und war äußerst klar (feinkörnig bzw. scharf), und es zeigte keinerlei Kanteneffekt bzw. Verschleierung. Außerdem war es dem gemäi Versuch F erhaltenen Bild überlegen, weil es höhere Auflösung und Dichte besaß. Auch nach der Herstellung von 50 000 Kopien zeigte sich praktisch keine Beeinträchtigung der Bildgüte.

Bei Verwendung von der Abrundungsbehandlung durch Erwärmung nicht unterworfenen Teilchen als Trägerteilchen betrug der Spannungswert der anlegbaren Wechselspannungskomponente höchstens 2/3 der angegebenen Spannung, wobei ein grobkörniges Bild erhalten wurde.

Wenn bei den Versuchen E, F und G Frequenz und Spannung der an die Hülse 2a angelegten Wechselspannungskomponente geändert wurden, wurden die in den Fig. 8 bzw. dargestellten Ergebnisse erzielt.

Die Fig. 8 und 9 zeigen jeweils die Beziehung zwischen

-37-

der Spannung und der Frequenz des Wechselstroms zur Erzeugung des schwingenden elektrischen Felds unter den Bedingungen, die in den Versuchen E, F- oder G zufriedenstellende Ergebnisse lieferten. Wie aus diesen graphi ■>■ sehen Darstellungen hervorgeht, sind die Ergebnisse der Versuche E, F und G denen der Versuche A und B analogi

In Fig. 8 (Versuch E) und Fig. 9 (Versuch F und G) geben die Bereiche über der gestrichelten Linie die dielektrischen Durchschlagbereiche für den Fall nichtsphärischer Trägerteilchen an.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung gewährleistet vorteilhafterweise, daß ein klares, feinkörniges Wiedergabebild ohne jede Verschleierung mittels eines Trägers einer mittleren Teilchengröße von 30 um oder darunter und eines Toners einer mittleren Teilchengröße von bis zu 1O um erzeugt werden kann.

Beim Entwicklungsverfahren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Entwicklung unter Verwendung eines sphärischen Toners des Zweikomponentenentwicklers unter dem schwingenden elektrischen Feld, so daß feine Tonerteilchen und feine magn£- tische Trägerteilchen ohne jede Schwierigkeit verwendet werden können. Für den bei diesem Ausführungsbeispiel eingesetzten Entwickler wird vorzugsweise ein Toner der nachstehend angegebenen Art verwendet.

Die Tonerteilchen bilden zunächst zusammen mit den magnetischen Trägerteilchen die Entwicklerschicht auf dem Entwickler-Übertragungsträger. Sodann werden die Tonerteilchen durch das zwischen Übertragungsträger und Bildträger erzeugte elektrische Feld von der Entwicklerschicht getrennt und durch Anziehung an das elektro-

♦ t

-38-

statische oder magnetische Latentbild auf dem Bildträger angelagert. Anschließend wird das erhaltene Tonerbild entweder unmittelbar oder über ein Zwischenübertraijungselement auf das Kopierpapier übertragen und auf diesem fixiert. Der Toner muß daher im Zusammenwirken mit den Trägerteilchen die Entwicklerschicht mit einer zweckmäßigen Dichte ausbilden und sich von den Trägerteilchen der Entwicklerschicht trennen und selektiv an das jeweilige Latentbild anlagern lassen. Außerdem muß er solche Eigenschaften besitzen, daß er leicht vom Bildträger übertragen werden kann.

Um diesen Anforderungen zu entsprechen, werden erfindungsgemäß sphärische Tonerteilchen verwendet. Derartige Tonerteilchen besitzen eine bessere Fließfähigkeit, verbessern die Aufladung infolge Reibung mit den Trägerteilchen und bilden demzufolge im Zusammenwirken mit den Trägerteilchen eine Entwicklerschicht zweckmäßiger Dichte. Bei der Entwicklung können sphärische Tonerteilchen gleichmäßig von der Entwicklerschicht getrennt, selektiv an das Ladungsbild o.dgl. angelagert und außerdem leicht von der Oberfläche des Bildträgers übertragen werden. Es wird angenommen, daß bei Verwendung sphärischer Tonerteilchen die Berührungsflächen zwischen diesen und den Trägerteilchen sowie zwischen ihnen und der Oberfläche des Bildträgers verkleinert werden, so daß die nicht ohne weiteres zu steuernde, ungleichförmige Kraft, wie die van der Waalsche Kraft, auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden kann. Außerdem bewirkt die sphärische Form (Kugelform) im Gegensatz zu einer solchen mit nadelartigen Vorsprüngen, Kanten o.dgl. oder einer dünnen langgestreckten Form keine Ladungskonzentration und foeutralisierung der Entladung. Die Tonerteilchen werden daher derart sphärisch oder kugelig ausgebildet, daß das Verhältnis von Hauptachse zu Neben-

ί . ι

achse zumindest unter 3 liegt. t

Die sphärischen Tonerteilchen lassen sich nach verschiedenen, im folgenden angegebenen Verfahren herstellen. ... Die Ausgangsstoff«: bestehen aus Harzen bzw. Kunstharzen, .'·;■', z.B. einem Harz dt;s Styrol- oder Vinyltyps, einem
kolophoniummodifliierten karz , einem Harz des Acry.'^! oder Polyamidtyps, einem Epoxyharz, einem Polyesterharz
o.dgl., einer Anfärbekomponente bzw. einem Farbstoff,
wie Ruß, und einem gegebenenfalls zuzusetzenden Ladungssteuermittel. Wenn der Toner vom magnetischen Typ ist, ψ

enthält er weiterhin feine Teilchen ferromagnetischer t

h oder magnetischer Substanzen, etwa aus einem Metall, ii

z.B. Eisen, Chrom, Nickel, Kobalt o.dgl., deren Ver- <

bindungen und Legierungen, z.B. Fe-O₄, f-

α-Eisenoxid, Chromdioxid, Manganoxid, Ferrit, Mangan- l··

Kupfer-Legierung o.dgl.. Der Toner wird aus diesen Aus- |

gangsstoffen beispielsweise nach dem Sprühtrocknungs- j

verfahren hergestellt, bei dem diese Stoffe zusammenge- '

schmolzen und -geknetet und anschließend in einem Lö- 1 sungsmittel gelöst werden, die erhaltene Lösung aus

einer Düse in Heißluft ausgepreßt und dabei das Lösungs- ;

mittel der ausgestoßenen Tröpfchen zur Gewinnung /

sphärischer Teilchen verdampft wird. In einer Fließbe- :

Schichtungsvorrichtung (flow coater) werden die verfestigten oder getrockneten Teilchen des aufgeschmolzenen $ und gekneteten Gemisches gemahlen, und die erhaltenen ' gemahlenen Teilchen werden über eine Düse in Heißluft I ausgeblasen, um dabei die Kunstharzkomponente der Teil- j

chen anzuschmelzen und letzteren damit eine sphärische i

Gestalt zu verleihen. In einem Granulations-Polymerisa- ;

tionsverfahren wird las Kunstharz in einer Lösung eines i

Vorpolymerisats, von der der Farbstoff o.dgl. getrennt \ ist, polymerisiert und ausgefällt,. Anstelle

des erwähnten Fließbeschichtungsverfahrens können die

Tonerteilchen nach einem anderen Verfahren in heißes Wasser eingerührt, um den Kunstharzanteil zu erweichen und ihn eine kugelförmige Gestalt annehmen zu lassen, und dann gefiltert und getrocknet werden. Weiterhin können die Tonerteilchen auch als Mikrokapseln ausgebildet werden; die beschriebenen Herstellungs- und Behandlungsverfahren sind auch auf derartige Tonerteilchen anwendbar.

Mit kleinerer mittlerer Teilchengröße der Tonerteilchen nimmt im allgemeinen die Ladungsmenge qualitativ im Verhältnis zum Quadrat der Teilchengröße ab, während die nicht einfach steuerbare Anziehungskraft, z.B. die van der Waalsche Kraft, dagegen zunimmt. In diesem Fall lassen sich daher die Tonerteilchen schwierig von den Trägerteilchen trennen, und sobald sich die Tonerteilchen an den bildfreien Bereichen der Oberfläche des Bildträgers anlagern, können sie nicht ohne weiteres durch die Reibung der herkömmlichen Magnetbürste abgestreift werden, so daß eine Bildverschleierung auftritt. Dieses Problem tritt beim üblichen Magnetbürsten-Entwicklungsverfahren besonders dann deutlich zutage, wenn die mittlere Teilchengröße der Tonerteilchen unter 10 μηι liegt. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch Verwendung sphärischer Tonerteilchen und durch Durchführung der Entwicklung mittels der Entwicklerschicht in einem schwingenden elektrischen Feld gelöst. Dies bedeutet, daß die Tonerteilchen unter der Wirkung des schwingenden elektrischen Felds leicht aus der Entwicklerschicht auf die Bildbereiche und bildfreien Bereiche der Oberfläche des Bildträgers übertragen und außerdem leicht von diesen Bereichen getrennt werden können. Wenn die Entwicklerschicht mit der Oberfläche des Bildträgers in Reibungsberührung gebracht wird, können die sich an den bildfreien Bereichen anlagernden Tonerteilchen ohne

-41-

weiteres entfernt oder leicht in die Ladi ngsbildbereiche überführt werden.

Wenn die Dicke der Entwicklerschicht kleiner ist als der Abstand zwischen der Oberfläche des Bildträgers und dem Entwickler-Ubertragungsträger, werden Tonerteilchen mit einer kleinen L idungsmenge kaum an die Bildbereiche und bildfreien jiereiche angelagert und kaum in Reibungsberührung mit der Oberfläche des Bildträgers gebracht. In diesem Fall lagern sich somit die Tonerteilchen nicht unter einer Reibungsaufladung an den Bildträger an, und es können Tonerteilchen einer mittleren Teilchengröße von bis zu 1 μιη herab verwendet wrden. Demzufolge kann ein latentes Ladungsbild mit hoher Wiedergabetreue und guter Wiederholbarkeit zu einem klaren, feinkörnigen Tonerbild entwickelt werden. Da weiterhin das schwingende elektrische Feld die Bindung zwischen Toner- und Trägerteilchen schwächt, kann das Anhaften der Trägerteilchen an den Tonerteilchen herabgesetzt werden. Insbesondere dann, wenn - wie erwähnt - die Dicke der Entwicklerschicht kleiner ist als der Abstand zwischen Bildträgeroberfläche und Übertragungsträger, schwingen die eine große Ladunasmenge besitzenden Tonerteilchen im schwingenden elektrischen Feld an den Bildbereichen und bildfreien Bereichen; je nach der Intensität des elektrischen Felds schwingen auch die Trägerteilchen, und demzufolge wird der Toner selektiv auf die Ladungisbildbereiche an der Bildträgeroberfläche übertragen, während die Anlagerung des Trägers an diese Oberfläche deutlich vermindert werden kann.

Falls dagegen die mittlere Teilchengröße des Toners groß ist, nimmt - wie erwähnt - die Grobkörnigkeit (coarseness) des Kopiebilds deutlich zu. Im allgemeinen

Ii · ( M

-42-

kann bei Verwendung eines feinen Toners einer mittleren Teilchengröße von etwa 20 μΐη eine Entwicklung mit einer Wiedergabeauflösung entsprechend 10 Linien/mm erzielf werden. Bei Verwendung eines feinen Toners einer miti leren Teilchengröße von unt«r 10 μΐη läßt sich dagegen die Auflösung noch ganz erheblich verbessern, so daß ein Kopiebild hoher Güte erhalten wird, in welchem die Dichtenabstufungen mit hohe): Wiedergabetreue wiedergegeben sind. Aus den genannten Gründen sollte die mittlere Teilchengröße des Toners unter 20 μιη und bevorzugt unter 10 um liegen. Damit die Tonerteilchen dem elektrischen Feld zu folgen vermögen, sollte ihre Ladungsmenge vorzugsweise größer sein als 1-3 uC/g. Eine größere Ladungsmenge ist insbesondere bei einer kleinen Teilchengröße erforderlich. Ein diesen Anforderungen genügender Toner läßt sich nach den beschriebenen Verfahren herstellen; erforderlichenfalls kann der Toner auch in an sich bekannten Klassiereinrichtungen nach mittlerer Teilchengröße klassiert werden.

Die zu verwendenden Toner bestehen bevorzugt aus magnetischen Tonerteilchen, die feine magnetische Teilchen enthalten. Bevorzugt beträgt der Anteil der feinen magnetischen Teilchen bis zu 60 Gew.-% und insbesondere bis zu 30 Gew.-%. Die magnetische Teilchen enthaltenden Tonerteilchen werden durch die Magnetkraft des im Ubertragungsträger vorhandenen Magneten beeinflußt, so daß die gleichmäßige Ausbildung der Magnetbürste weiter verbessert wird, eine Bildverschleierung verhindert wird

3Q und ein Verstreuen bzw. Umherfliegen von Tonerteilchen kaum auftritt. Falls jedoch die Menge an magnetischer Substanz zu groß ist, wird die zwischen Toner-und Trägerteilchen wirkende Magnetkraft zu groß, um eine ausreichende Entwicklungsdichte zu erzielen. Außerdem werden die feinen magnetischen Teilchen an die Oberfläche der

··<··< ι ι ■ um SJ₁

Tonerteilchen angezogen, so daß din Steuerung der Rei- |

bungsaufladung schwierig wird und die Tonerteilchen ?|

brechen und zwischen den TrSgerteilchen verklumpen kön- [|

nen. ■.;''?

yi

Versuch H |

Als Toner wurden nicht-magnetische Teilchen aus H

100 Gew.-Teilen eines handelsüblichen Styrol-Acryl- ^'

harzes, 10 Gew.-Teilen Ruß und 5 Gew.-Teilen Nigrosine ;, verwendet, die nach dem Mahlen und Granulieren nach ahm

erwähnten Fließbeschichtungsverfahren sphärisch geformt ]} (sphered) wurden und eine mittlere Teilchengröße von

10 um besaßen. Der Träger bestand aus mit Kunstharz ba- y

schichteten sphärischen Ferritteilchen einer mittleren |

Teilchengröße von 30 um, einer Magnetisierung von &

14 t

50 emu/g und einem spezifischen Widerstand von 10 η-cm. \\

Die Entwicklung erfolgte mittels der Vorrichtung gemäß :

Fig. 1 mit einem Toner/Träger-Verhiiltnis des im Ent- '

Wicklerbehälter 6 befindlichen Entwicklers D von

10 Gew.-%. Die mittlere Ladungsmenge des Toners betrug
15 uC/g.

Der aus einem lichtempfindlichen CdS-Element bestehende
Bildträger 1 lief mit einer Umfangsgeschwindigkeit von
180 mm/s um. Das höchste Potential des auf dem Bildträger 1 erzeugten elektrostatischen bzw. Ladungsbilds
betrug -500 V. Die einen Außendurchmesser von 30 mm besitzende Hülse (Zylinder) 2a drehte sich mit einer Drehzahl von 100/min. Die Magnetflußdichte der N- und S-PoIe
der Magnetrolle 2b (Drehzahl 1000/min) betrug 900 Gauss.
Die Entwicklerschicht war 0,6 mm dick, und der Abstand
zwischen Hülse 2a und Bildträger 1 betrug 0,5 mm. Die
an die Hülse 2a angelegte Vorspannung bestand aus einer
Gleichspannungskomponente von -250 V und einer Wechsel-

-44-

Spannungskomponente von 1,5 kHz, 500 V. Die Entwicklung erfolgte hierbei, während sich die Entwicklerschicht mit dem Bildträger 1 in Berührung befand.

Nach der Entwicklung unter den angegebenen Bedingungen wurde das entwickelte !Toner-)Bild mittels einer Koronaentladungsvorrichtung auf Normalpapier übertragen und zum Fixieren durch eine Heizwalzen-Fixiervorrichtung geleitet. Das auf dem Kopierpapier erzeugte Bild war bei hoher Dichte außerordentlich klar bzw. feinkörnig ohne Kanteneffekt und Verschleierung. Nach 50 000 Kopien zeigte sich praktisch keine Bildverschlechterung .

Wenn dagegen ein Toner verwendet wurde, welcher nicht der Abrundungsbehandlung mittels Heißluft in der Fließbeschichtungsvorrichtung unterworfen worden war, war das in diesem Fall erhaltene Kopiebild bezüglich Verschleierung und Feinkörnigkeit dem auf vorstehend beschriebene Weise erzeugten Bild auch dann unterlegen, wenn die restlichen Bedingungen dieselben waren, wie vorstehend beschrieben.

Versuch I

Der Toner bestand aus nicht-magnetischen Teilchen einer mittleren Teilchengröße von 5 um, nach dem Fließbeschichtungsverfahren sphärisch geformt. Als Träger wurden durch Dispergieren von 50 Gew.-% feiner Ferritteilchen in einem Kunstharz hergestellte magnetische Teilchen einer mittleren Teilchengröße von 20 um, einer Magnetisierung von 30 emu/g und eines spezifischen Widerstands von mindestens 10 η-cm verwendet, welche der Abrundungsbehandlung unterworfen worden waren. Die Entwicklung erfolgte mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 3

-45-

mit einem Toner/Träger-Verhältnis im Entwickler D von 5 Gew.-%. Die mittlere Ladungsmenge des Toners betrug 30 μθ/g.

Der Bildträger 1 war derselbe wie in Versuch H. Die einen Außendurchmessor von 30 mm besitzende Hülse 2a wurde jedoch mit einer Drehzahl von 150/min angetrieben. Die Magnetflußdichte des der Entwicklungszone A gegenüberstehenden Magnetpols betrug 1200 Gauss, die Dicke der Entwicklerschicht 0,6 mm. Zwischen Hülse 2a und Bildträger 1 wurde ein Abstand von O_l77 mm aufrechterhalten. Die der Hülse 2a aufgeprägte Vorspannung bestand aus einer Gleichspannungskomponente von -200 V und einer Wechselspannungskomponente von 2 kHz, 1000 V. Bei diesem Ausführungsbeispiel bzw. Versuch war die Dicke der Entwicklerschicht auf der Hülse 2a kleiner als der Abstand zwischen Hülse 2a und Bildträger 1.

Nach der Entwicklung unter den angegebenen Bedingungen wurde das entwickelte Bild auf Normalpapier übertragen und dann zum Fixieren durch eine Heizwalzen-Fixiervorrichtung einer Oberflächentemperatur von 140°C geleitet. Das auf dem Aufzeichnungs- oder Kopierpapier erzeugte Bild besaß eine hohe Dichte und war außerordentlich klar bzw. scharf und ohne Kanteneffekt und Verschleierung. Diese Bildgüte verschlechterte sich auch nach 50 000 hergestellten Kopien praktisch nicht.

Bei Verwendung eines Toners, der nicht der geschilderten Abrundungsbehandlung unterworfen worden war, zeigte dagegen das erhaltene Bild schlechtere Eigenschaften bezüglich Verschleierung und Klarheit bzw. Feinkörnigkeit, auch wenn die anderen, vorstehend angegebenen Bedingungen eingehalten wurden.
35

• ·

-4 δ- Versuch J

Die Entwicklung erfolgte un-;er Verwendung eines Entwicklers D der in Verbindung mit Versuch I beschriebenen Art und mittels einer Vorrichtung praktisch entsprechend derjenigen gemäß Fic. 1, wobei das Tonerteilchen/Trä^erteilchen-Verhältnis des Entwicklers D im Behälter 6 Auf 5 Gew.-% eingestellt war. Die mittlere Ladungsmenge des Toners betrug dabei 30 uC/g.

Es wurde derselbe Bildträger 1 verwendet wie in Versuch H. Die Hülse 2a mit einem Außendurchmesser von 30 mm drehte sich mit einer Drehzahl von 100/min. Die Magnetflußdichte der N- und S-PoIe betrug 700 Gauss (Magnetrollendrehzahl 500/min). Die Entwicklerschicht war 0,6 mm dick. Der Abstand zwischen Hülse 2a und Bildträger 1 betrug 0,7 mm. Die an die Hülse 2a angelegte Vorspannung bestand aus einer Gleichspannungskomponente von -200 V und einer Wechselspannungskompönente von 2 kHz, 1000 V.

Nach der Entwicklung unter den angegebenen Bedingungen wurde das entwickelte Bild mittels Koronaentladung aiif Normalpapier übertragen und dann zum Fixieren durch dine Heizwalzen-Fixiervorrichtung einer Oberflächentemperiitür von 140 ⁰C geleitet. Auf dem Kopierpapier wurde <§in hohe Dichte besitzendes, außerordentlich klares bzw. feinkörniges, von Kanteneffekt oder Verschleierung freies Bild erhalten. Dieses Bild besaß höhere Auflösung und Dichte als das nach Versuch I erzeugte Bild. Eine BiId-Verschlechterung trat auch nach 50 000 Kopien praktisch nicht auf.

Ein mittels eines Toners, welcher der Abrundungsbehandlung nicht unterworfen worden war, erzeugtes Bild war andererseits wie im Fall des Vergleichsversuchs nach

NACHG£REICHT] ■:

Versuch I, bezüglich Verschleierung und Feinkörnigkeit \

dem auf vorstehend beschriebene Weise erzeugten IdId |

unterlegen.

Für eine Änderung von Frequenz und Spannung der ^n die j

Hülse 2a angelegten Wec iselspannungskomponente in den j

Versuchen H, I und J si.id die Ergebnisse in Fig. 10 I

(Versuch H) bzw. Fig. 11 (Versuch I und J) dargestellt.

Wie aus den vorstehend beschriebenen Versuchen deutlich hervorgeht, liefert das erfindungsgemäße Entwicklungs-

,\ verfahren, bei dem die Entwicklung mittels des Zwei

komponentenentwicklers mit sphärischen Tonerteilchen in einem schwingenden elektrischen Feld durchgeführt wird, ein Aufzeichnungs- oder Kopiebild ohne jede Verschleierung und mit ausgezeichneter Feinkörnigkeit, wie es sich nach den bisherigen Verfahren nicht erzielen läßt.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen die magnetischen Trägerteilchen, des Zweikomponentenentwicklers beispielsweise aus magnetischen Teilchen und einem Kunstharz, etwa einem in einem Kunstharz dispergierten Magnetpulver oder mit Kunstharz beschichteten magnetischen Teilchen; außerdem sind diese Teilchen vorzugsweise sphärisch. Die magnetischeh Trägerteilchen besitzen eine mittlere Teilchengröße von vorzugsweise bis zu 50 μΐη und insbesondere von 30 - 5 μΐη.

Der hierbei verwendete, bevorzugte Toner besteht aus dem Kunstharz und weiter den feinen Teilchen def magnetischen Substanz, wie sie für den Träger beschrieben worden ist, und er enthält gegebenenfalls auch einen Farbstoff, wie 9 Ruß, und ein Ladungssteuermittel. Der Toner, der nach einem an sich bekann-

-48-

ten Verfahren hergestellt werden kann, besitzt eine mittlere Teilchengröße von bis zu 20 μπι und vorzugsweise bis zu 10 μπι.

Versuch K

Die Trägerteilchen bestanden aus mit Kunstharz beschichteten sphärischen Trägerteilchen, die wie folgt hergestellt wurden: Ferritteilchen einer mittleren Teilchengröße von 25 μπι werden in Heißluft in Schwebe gebracht, und das auch für die Tonerteilchen verwendete Styrol-Acrylharz wird in einem Lösungsmittel aufgelöst. Die Lösung wird mittels einer Düse auf die Tonerteilchen aufgesprüht, die dann getrocknet werden und anschließend eine mittlere Teilchengröße von 30 μπι, eine Magnetisierung von 50 emu/g und einen spezifischen Widerstand von mindestens 10¹⁴n-cm besitzen. Nichtmagnetische Teilchen, durch Mahlen und Granulieren eines Gemisches aus 100 Gew.-Teilen eines handelsübliehen Styrol-Acrylharzes, 10 Gew.-Teilen Ruß und 5 Gew.-Teilen Nigrosine hergestellt, mit einer mittleren Teilchengröße von 10 μΐη werden der Abrundungsbehandlung (Behandlung zur Erzielung einer sphärischen Gestalt) mittels heißer Luft unterworfen. Die auf diese Weise hergePttlJten nicht-magnetischen Teilchen werden als Tonerteilchen verwendet. Die Entwicklung erfolgt in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 bei einem Tonerteilchen/Trägerteilchen-Verhältnis des im Behälter 6 befindlichen Entwicklers D von 10 Gew.-%. Die mittlere Ladungsmenge der Tonerteilchen beträgt 15 μθ/g.

Der Bildträger 1 wies wiederum ein lichtempfindliches CdS-Element auf und lief mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 180 mm/s um. Das höchste Potential des auf dem Bildträger 1 erzeugten Ladungsbilds betrug -500 V.

Die Drehzahl der einen Außendurchmesser von 30 mm besitzenden Hülse 2a betrug 100/min. Die Magnetflußdichte der N- und S-PoIe der Magnetrolle betrug 90 Gauss, die Drehzahl der Magnetrolle 1000/min. Bei einer Dicke der Entwicklerschicht in der Entwicklungszone A von 0,6 mm betrug der Abstand zwischen Hülse 2a und Bildträger 1 0,5 mm. Die an die Hülse 2a anzulegende Vorspannung bestand aus einer Gleichspannungskomponente von -250 V und einer Wechselspannungskomponente von 1,5 kHz, 500 V.

Nach Durchführung der Entwicklung unter den angegebenen Bedingungen wurde das entwickelte (Toner-)Bild mittels einer Koronaentladungsvorrichtung auf Normalpapier übertragen und dann zum Fixieren durch eine Heizwalzen-Fixiervorrichtung einer Oberflächentemperatur von 140 C geführt. Das auf dem Kopierpapier erzeugte Bild besaß wiederum hohe Dichte bei außerordentlich großer Schärfe bzw. Feinkörnigkeit, ohne Kanteneffekt oder Verschleierung zu zeigen. Auch nach Herstellung von 50 000 Kopien blieb die Bildgüte praktisch unverändert.

Versuch L

Das auch in Versuch K verwendete Styrol-AcryJLharz, in welchem 50 Gew.-% feiner Ferritteilchen einer mittleren Teilchengröße von 0,2 um dispergiert waren, wurde gemahlen und dann einer Heißluftbehandlung unterworfen, um sphärische Teilchen einer mittleren Teilchengröße von 20 um, einer Magnetisierung von 30 emu/g und eines

gQ spezifischen Widerstands von mindestens 10 O-cm zu erhalten. Diese Teilchen wurden als Trägerteilchen verwendet. Als Tonerteilchen wurden nach dem Fließbeschichtungsverfahren erhaltene, sphärishce,nicht-magnetische Teilchen derselben Zusammensetzung wie die entsprechenden

3g Teilchen gemäß Versuch K verwendet. Die Entwicklung er-

I ·

-50-

folgte mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 3, wobei da! Verhältnis von Tonerteilchen in dem im Behälter 6 enthaltenen Entwickler D zu den Trägerteilchen 5 Gew.-% betrug. Die mittlere Ladungsmenge des Toners betrug 2 0 uC/g.

Es wurde derselbe Bildträger 1 wie in Versuch K verwendet. Die einen Außendurchmesser von 30 mm besitzende Hülse (Zylinder) 2a wurde jedoch mit einer Drehzahl von 150/min angetrieben. Die Magnetflußdichte des der Entwicklungszone A gegenüberstehenden Magnetpols der Magnetrolle 2b betrug 1200 Gauss. Bei einer Dicke der Entwicklerschicht von 0,6 mm betrug der Abstand zwischen der Hülse 2a und dem Bildträger 1 0,7 nun. Die Vorspannung an der Hülse 2a besaß eine Gleichspannungskomponente von -200 V und eine Wechselspannungskomponente von 2 kHz, 1000 V.

Nach der Entwicklung unter den angegebenen Bedingungen wurde das entwickelte Bild durch Koronaentladung auf Normalpapier übertragen und dann zum Fixieren durch eine Heizwalzen-Fixiervorrichtung einer Oberflächentemperatur von 140 ⁰C geleitet. Das auf dem Kopierpapier erhaltene Bild besaß eine hohe Dichte, war äußerst klar bzw. feitvkörnig und frei von Kanteneffekt und Verschleierung.

Auch nach 50 000 hergestellten Kopien änderte sich die¹ Bildgüte praktisch nicht.

Versuch M

Die Entwicklung erfolgte unter Verwendung des Entwicklers D, dessen Träger- und Tonerteilchen denjenigen beim Entwickler D gemäß Versuch L entsprachen, und mittels einer Entwicklungsvorrichtung praktisch entsprechend derjenigen gemäß Fig. 1, wobei das Toner/Trägerteilchen-

Verhältnis des Entwicklers D im Entwicklerbehälter 6

5 Gew.-% betrug. Die mittlere Ladungsmenge dieses Toners

beitrug 30

Bei diesem Versuch wurde derselbe Bildträger 1 wie in
Versuch K verwendet. Die einen Außendurchmesser von

30 mm besitzende Hülse 2a drehte sich mit einer Dreh- A

zahl von 100/min. Bei einer Magnetflußdiel· te der N- und fi

S-PoIe von 700 Gauss betrug die Drehzahl (der Magnet- |f

rolle) 500/min. Die Entwicklerschicht war 0,6 mm dick. (j

Der Abstand zwischen der Hülse 2a und dem Bildträger 1 ■]

betrug C-7 mm. Die an der Hülse 2a anliegende Vor- j'|

spannung bestand aus einer Gleichspannungskomponente ^

von -200 V und einer Wechselspannungskomponente von Q

2 kHz, 1000 V. - 1

Nach der Entwicklung unter den angegebenen Bedingungen p]

wurde das entwickelte Bild durch Koronaentladung auf f

Normalpapier übertragen und dann durch eine Heizwalzen- '.\

Fixiervorrichtung mit einer Oberflächentemperatur von 1

140 °C geführt. Das auf dem Vervielfältigungs- oder >

Kopierpapier erzeugte Bild besaß eine hohe Dichte und ,_;: war außerordentlich klar bzw. scharf oder feinkörnig

und frei von Kanteneffekt und Verschleierung. Dieses '>

Bild war bezüglich Auflösung und Dichte dem nach Ver- ;·:

such L erhaltenen Bild überlegen. Auch nach 50 000 her- ·;; gestellten Kopien änderte sich die Bildgüte praktisch " ,'

nicht. Für eine Änderung von Frequenz und Spannung der ;

an der Hülse 2a anliegenden Wechselspannungskomponente :

in den obigen Versuchen sind die Ergebnisse in Fig. 12 K

für Versuch K und in Fig. 13 für Versuche L und M dar- h gestellt.

Wie sich aus den vorstehend beschriebenen Versuchen ergibt, können beim erfindungsgemäßen Verfahren in vorteil-

3 4· Ί Ί ο b b

-52-

hafter Weise ein Träger einer mittleren Teilchengröße von unter 30 um und oin Toner einer mittleren Teilchengröße von unter 10 um verwendet werden, wobei ein ausgezeichnetes, klares bzw. feinkörniges Wiedergabebild ohne Verschleierung erhalten werden kann, ohne daß sich praktische Probleme ergeben.

Bei einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Entwicklung unter Verwendung eines Zweikomponentenentwicklers aus Tonerteilchen für Druckfixierung und Trägerteilchen unter einem schwingenden elektrischen Feld, um damit die Schwieri leiten zu vermeiden, daß die genannten Tonerteilchen an den Trägerteilchen anhaften und möglicherweise zusammenklumpen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Teilchengröße der Toner- und Trägerteilchen weiter verkleinert werden, um die Fixierung des Tonerbilds auf dem Kopierpapier zu vereinfachen und die Güte des Wiedergabebilds zu verbessern.

Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden an sich bekannte Druckfixier-Tonerteilchen, die mit einem Liniendruck von etwa 20 kg/cm mittels einer entsprechenden Druckrolle oder -walze auf dem Kopierpapier fixiert werden können, als die Tonerteilchen des Zweikomponentenentwicklers verwendet. Derartige Tonerteilchen können nach verschiedenen an sich bekannten Verfahren aus den angegebenen Ausgangsstoffen hergestellt werden. Ein Farbstoff (tinting component), '■'·* ° gnMonefnff .^m_- Ruß, und gegebenenfalls ein·Ladungssteuermittel werden viskosen Harzen bzw. Kunstharzen z.B. einem Polyolefin, einem Ethylen-Vinylacetat-Mischpolymerisat, einem Polyurethan, einem Kautschuk o.dgl. oder einem aliphatischen Wachs, wie Palmitinsäure, Stearinsäure o.dgl. zugemischt. Wenn der Toner magnetisch sein soll, werden

^1655

-53-

feine ferromagnetische oder magnetische Teilchen von Metallen, wie Eisen, Chrom, Nickel, Kobalt u.dgl., oder ihren Verbindungen oder Legierungen, wie Fe₃O₄, γ-Eisenoxid, Chromdioxid, Manganoxid, Ferrit, Mangan-Kupfer-Legierung o.dgl., in Kunstharz dispergiert. An sich bekannte Tonerteilchen i;'i Mikrokapselform erhält man durch Beschichtung der Außenseite dieser « Teilchen/mit einem Kunstharz hoher Aufladbarkeit (gegebenenfalls mit dem Farbstoff o.dgl.), wie es allgemein für Tonerteilchen für Wärmefixierung verwendet wird. Bevorzugt werden die sphäri-, ,, sehen dispergierten Tonerteilchen/ o-o &i—

</« Touts &hibotf(h .i ,

-n verwendet, die durch Abrundung (sphering) der beschriebenen Teilchen nach dem Sprühtrocknungsv&rfahren, dem Fließbeschichtungsverfahren, dem Granulations-Polymerisationsverfahren o.dgl. hergestellt wurden. Die Behandlung zur Erzielung abgerundeter bzw. sphärischer Teilchen nach dem Fließbeschichtungsverfahren kann unter Verwendung von entweder heißem Wasser oder heißer Luft erfolgen.<m^ Vtstosti&i €&»> /k*fi*A»

Bei Verwendung der vorstehend beschriebenen sphärischen Tonerteilchen ist deren Fließfähigkeit verbessert, so daß vermieden wird, daß die Tonerteilchen fest an den Trägerteilchen anhaften oder zusammenklumpen. Außerdem wird auch das Aufladen der Tonerteilchen durch Reibung mit den Trägerteilchen verbessert, so daß nur die Tonerteilchen in zweckmäßiger Dichte aus der zusammen mit den Trägerteilchen gebildeten Entwicklerschicht an das elektrostatische Latentbild angelagert werden und damit die Ubertragungsleistung von der Oberfläche des Bildträgers auf das Aufzeichnungs- oder Kopierpapier sowie die Fixierbarkeit verbessert werden können.

Da die Entwicklung erfindungsgemäß in einem schwingenden

•^: ' 34Ί 1655

elektrischen Feld erfolgt, können die sich aus der Verwendung von Druckfixier-Tonerteilchen des Z^eikomponentenentwicklers und aus der Verkleinerung der Teilchengröße der Tonerteilchen ergebenden Probleme vermieden werden. Mit anderen Worten: die in der Entwicklerschicht gebundenen Tonerteilchen können sich unter der Schwingung des an sie angelegten elektrischen Felds ohne weiteres von der Entwicklerschicht trennen und sich an die Bildbereiche der Oberfläche des BiIdträgers anlagern. Wenn die Bildträgeroberfläche in Reibungsberührung (frictionized) mit der Entwicklerschicht steht, können die an den bildfreien Bereichen dieser Oberfläche haftenden Tonerteilchen leicht von dieser Oberfläche entfernt oder zu den Ladungsbildbereichen überführt werden. Wenn die Dicke der Entwicklerschicht kleiner ist als der Abstand zwischen der Oberfläche des Bildträgers und dem Entwickler-Ubertragungsträger, kann eine Wanderung der eine kleine Ladungsmenge aufweisenden Tonerteilchen zu den Bildbereichen und bildfreien Bereichen beträchtlich unterdrückt werden. Da die Tonerteilchen nicht in Reibungsberührung mit der Bildträgeroberfläche gelangen, haften sie nicht aufgrund von Reibungsaufladung am Bildträger an, so daß Tonerteilchen einer Größe von etwa 1 um verwendet werden können. Auf diese Weise läßt sich ein scharfes bzw. feinkörniges Tonerbild erzielen, welches das latente Ladungsbild mit hoher Wiedergabetreue und guter Wiederholbarkeit wiedergibt.

Da weiterhin das schwingende elektrische Feld die Bindung zwischen Toner- und Trägerteilchen schwächt, wird die Zusammenhaftung zwischen den Träger- und Tonerteilchen verringert. Der Einfluß des schwingenden elektrischen Felds verstärkt sich noch bei Verwendung sphärischer Tonerteilchen. Insbesondere dann, wenn die

Dicke der Entwicklerschicht kleiner ist als~der Abstand O

zwischen der Oberfläche des Bildträgers und dem Ent- ?,·

wickler-Ubertragungsträger, schwingen die eine große Lm- ' , dungsmenge aufweisenden Tonerteilchen unter dem schwin·- "■·.

g.»nden elektrischen Feld in di»n Bildbereichen und bildfreien Bereichen, und die Trägerteilchen schwingen in Abhängigkeit von der Intensität des elektrischen Felds ebenfalls, so daß sich der Toner selektiv zum Ladungs- ;

bildbereich auf der Oberfläche des Bildträgers verlagert. Hierdurch wird die Anlagerung von Trägerteilchen an die

Fläche des Bildträgers merklich verringert. :

Versuch N ?.

Nicht-magnetische Teilchen aus 100 Gew.-Teilen eines K

Ethylen-Vinylacetat-Mischpolymerisats, 10 Gew.-Teile $

Ruß und 5 Gew.-TeilenNigrosine, nach dem Mahlen und 3

Granulieren nach den Fließbeschichtungsverfahren sphä- .1

risch ausgebildet und eine mittlere Teilchengröße von 10 um besitzend, wurden als Tonerteilchen verwendet. Als Trägerteilchen dienten sphärische Ferritteilchen einer mittleren Teilchengröße von 30 μΐη, einer Magnetisierung von 50 emu/g und eines spezifischen Wider-

1 4
stands von etwa 10 η-cm, beschichtet mit einem Styrol-Acrylharz. Die Entwicklung erfolgte mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 1 bei einem Toner/Träger-Verhältnis des im Behälter 6 befindlichen Entwicklers D von 10 Gew.-%* ■

Die mittlere Ladungsmenge des Toners betrug 15 uC/g.

Der Bildträger 1 wies ein lichtempfindliches CdS-Elemertt

auf lief mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 180 mm/s ;

um. Das höchste Potenzial des auf dem Bildträger 1 er- -h

zeugten Ladungsbilds betrug -500 V. Die einen Außen- |,i

durchmesser von 30 mm besitzende Hülse 2a drehte sich !,

mit 100/min. Die Magnetflußdichte der N- und S-PoIe der h

'·'■ -56-

;- 1 Magnetrolle 2b (Drehzahl 1C00/min) betrug 900 Gauss* Bei il einer 0,6 mm dicken Entwicklerschicht betrug der Ab-'

I stand zwischen der Hülse 2a und dem Bildträger 1 0,£ mm.

ι Die an die Hülse 2a angelegte oder anzulegende Vor-

5 spannung besaß eine Gleichspannungskomponente von -2 50 V und eine Wechselspannüngskomponente von 1,5 kHz, 500 V.

A Nach der Entwicklung unter den angegebenen Bedingungen

£ wurdedas entwickelte (Toner-)Bild mittels einer Korona-

';] 10 entladungsvorrichtung auf Normalpapier übertragen und"

U dann zum Fixieren durch eine Druckfixiervorrichtung ge-

tl führt, die eine mit einem Liniendruck bzw. linearen

λ Druck von 20 kg/cm arbeitende Kalander- bzw. Druckwalze

aufwies. Das auf dem Kopierpapier erzeugte Tonerbild

15 zeigte einen hohen Fixiergrad und eine hohe Dichte, und

es war außerordentlich klar bzw. scharf oder feinkörnig

I und frei von Kanteneffekt und Verschleierung. Dieses Er-

;■ gebnis änderte sich auch nach 50 000 hergestellten Kopien

ij nicht.
;| 20

': Versuch 0

ij Als Tonerteilchen wurden dieselben nicht-magnetischen

' Teilchen wie in Versuch N, jedoch mit einer mittleren

25 Teilchengröße von 5 um verwendet. Die Trägerteilchen bestanden aus sphärisch geformten Ferritteilchen, hergestellt durch Dispergieren von 50 Gew.-% feiner Ferritteilchen einer mittleren Teilchengröße von 0,2 um in demselben Kunstharz, wie dem für den Toner benutzten, 30 anschließendes Kneten und Mahlen des Gemisches und

daraufhin erfolgende Abrundungsbehandlung (zur Ausbildung sphärischer Teilchen) mittels heißer Luft; die hergestellten Teilchen besaßen eine mittlere Teilchengröße von 20 um, eine Magnetisierung von 30 emu/g und 35 einen spezifischen Widerstand von mindestens 10 Q-cm..

-57-

Die Entwicklung erfolgte mittels einer Vorrichtung gemäß Fig. 3 mit einem 5 Gew.-%rbetragenden Toneranteil des Entwicklers D im Behälter 6. Die mittlere Ladungsmenge des Toners betrug 30 \iC/g.
B

Der Bildträger 1 war hierbei derselbe wie in Versuch N. Die 30 mm dicke Hülse 2a drehte sich mit 150/min. Die Magnetflußdichte des der Entwicklungszone A gegenüberstehenden Magnetpols des Magneten bzw. der Magnetrolle 2b betrug 1200 Gauss. Bei einer 0,6 mm dicken Entwicklerschicht betrug der Abstand zwischen Hülse 2a und Bildträger 1 0,7 mm. Die an der Hülse 2a anliegende Vorspannung bestand aus einer Gleichspannungskomponente von -200 V und einer Wechselspannungskompönente von 2.kHz, 1000 V.

Das entwickelte Bild wurde wiederum mittels Koronaentladung auf Normalpapier übertragen und dann unter denselben Bedingungen wie in Versuch N fixiert. Das erzeugte Bild besaß dieselben Eigenschaften, wie sie in Versuch N beschrieben sind. Die Bildgüte verschlechterte sich auch nach 50 000 hergestellten Kopien nicht.

Versuch P

Die Entwicklung erfolgte mit demselben Toner und Träger wie in Versuch 0 und mittels einer Entwicklungsvorrichtung gemäß Fig. 1 (mit Ausnahme eines unterschiedlichen Abstands zwischen Bildträger 1 und Entwickler-Ubertragungsträger); das Toner/Träger-Verhältnis des Entwicklers D im Behälter 6 betrug 5 Gew.-%. Die mittlere Ladungsmenge des Toners lag bei 30 uC/g.

Der Bildträger 1 war hierbei derselbe wie in Versuch N. Die Hülse 2a mit einem Außendurchmesser von 30 mm drehte

sich mit 100/nin. Die Magnetflußdichte der N- und S^Pole betrug 700 Gauss bei einer Drehzahl von 500/min. Ώίέ Dicke der Entwicklerschicht betrug 0,6 mm, der Abstand zwischen Hülse 2a und Bildträger 1 0,7 nun. Die Vorspannung an der Hülse 2a besaß eine Gleichspannungskomponente von -200 V und eine Wechselspannungskomponente von 2 kHz, 1000 V.

Nach der Entwicklung unter den angegebenen Bedingungen wurde das entwickelte Bild durch Koronaentladung auf Normalpapier übertragen und dann unter den in Versuch N beschriebenen Bedingungen fixiert. Das fixierte Bild besaß die gleichen vorteilhaften Eigenschaften wie das in Versuch N erhaltene Bild. Es war bezüglich Auflösung und Dichte dem bei Versuch 0 erzeugten Bild überlegen. Nach anschließender Herstellung von 50 000 Kopien blieb die Bildgüte bis zur letzten Kopie praktisch unverändert erhalten.

Für eine Änderung von Frequenz und Spannung der an der Hülse 2a anliegenden WechselSpannungskomponente sind die Ergebnisse in Fig. 14 für Versuch N und in Fig. für Versuche 0 und P dargestellt.

Aufgrund der Entwicklung unter Anlegung des schwingenden elektrischen Felds an die Entwicklerschicht aus dem Zweikomponentenentwickler in der Entwicklungszone kann als Toner ein Druckfixierungstoner verwendet werden, so daß sich die Fixierung des Tonerbilds auf dem Kop'ierpapier einfacher als bei den bisherigen Verfahren durchführen läßt. Zusätzlich kann auf diese Weise ein Wiedergabe- oder Kopiebild ohne jede Verschleierung, aber mit ausgezeichneter Klarheit bzw. Feinkörnigkeit gewährleistet werden.

-59- If

Die Fig. 16 bis 18 veranschaulichen andere Ausführungs- | formen von Entwicklungsvorrichtungen zur Durchführung |

des erfindungsgemäßen Verfahrens. |j

Diese Ausführungsformen umfassen jeweils einen trommel- 'ξ förmigen Bildträger 1 mit einer elektrophotographischen, p,

lichtempfindlichen Schicht oder dielektrischen Schicht, '■■

auf der ein elektrostatisches Latentbild bzw. latentes ■

Ladungsbild mittels einer entsprechsnden Vorrichtung
mit herkömmlicher Auflade- und Belichtungseinheit, ti

Mehrnadelelektrode oder Ionensteuerelektxode (nicht ^

dargestellt) erzeugt werden kann, eine aus Aluminium 'j\

o.dgl. hergestellte Hülse (Zylinder) 2a und eine Magnet- ^

rolle 2b bzw. 2c, die in der Hülse 2a angeordnet ist und U

um ihren Umfang herum eine Anzahl von Magnetpolen N und 'f.

S aufweist. ί|

Die Hülse 2a und die Magnetrolle 2b oder 2c bilden einen
Entwickler-Ubertragungsträger und sind relativ zueinander
drehbar. Gemäß Fig. 16 drehen sich die Magnetrolle 2b

im Uhrzeigersinn und die Hülse 2a entgegen dem Uhrzeigersinn. Die Magnetpole N, S der Magnetrolle 2b sind allge- '; mein auf eine Magnetflußdichte von 500 - 1500 Gauss
magnetisiert.

Eine sogenannte Magnetbürste wird dadurch gebildet, daß
sich an der Mantelfläche der Hülse 2a eine Schicht eines
Entwicklers 2b aus Tonerteilchen und Trägerteilchen aufgrund des Magnetflusses anlagert. Die Magnetbürste bewegt

sich bei der Drehung der Hülse 2a und der Magnetrolle 2b
mit der Hülse 2a mit und wird in einen Entwicklungsbereich 2a eingeführt. ·;

Eine aus einem magnetischen oder nicht-magnetischen
Element bestehende Regulier- bzw. Abstreifklinge 4 dient

34T1655

-60-

¹ zur Einstellung der Höhe und damit der Menge der Magnetbürste auf der Mantelfläche der Hülse 2a. Eine Reinigungsklinge 5 dient zum Abstreifen der Magnetbürste von det Hülse 2a nach dem Durchlauf durch den Entwicklungsbe-

⁵ reich A. In einem Entwicklungsbehälter 6 ist eine Rührschnecke 7 zur Vergleichmäßigung des Mengenverhältnisses von Tonerteilchen zu Trägerteilchen durch Umwälzung des Entwicklers D angeordnet. Ein Tonertrichter 8 dient zum Nachfüllen von Tonerteilchen T. Die Tonerteilchen T ¹^ werden durch eine Zufuhrrolle 9 mit in ihrer Mantelfläche ausgebildeten Vertiefungen in den Entwicklerbehälter 6 eingebracht. Letzterer ist demzufolge mit § einem Zweikomponentenentwickler aus Toner- und Träger-

I teilchen gefüllt.

»% ι κ

I Die beschriebene Entwicklungsvorrichtung entspricht be-

S züglich ihres Aufbaus im wesantlichen der bisherigen

i:| Entwicklungsvorrichtung für Zweikompohentenentwxckler.

f| Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 16 besitzendie N- und

I 20 S-PoIe der Magnetrolle 2b jeweils gleiche Magnetfluß-

^: dichte, und die Magnetrolle 2b läuft gegenläufig zur¹

; Hülse 2a um. Die Vorrichtung gemäß Fig. 17 unterscheid

; det sich von derjenigen nach Fig. 16 dadurch, daß sicli

j; die Magnetrolle nicht dreht. Bei der Vorrichtung ge-

y 25 maß Fig. 18 besitzen die einzelnen N- und S-PoIe der ;

\i Magnetrolle 2c nicht dieselbe Magnetflußdichte. Insbe^

\ sondere unterscheidet sich die Vorrichtung nach Fig.itj

_;. von derjenigen gemäß Fig. 17 dadurch, daß die Magnet-

; flußdichte des dem Bildträger 1 gegenüberstehenden Magnet-

30 pols von derjenigen der anderen Magnetpole verschieden

' ist und daß (in Gegenüberstellung zum Bildträger) zwei N-PoIe, die zwischen sich ein abstoßendes Magnetfeld erzeugen, nebeneinander angeordnet sind.

35 Zur weiteren Vergrößerung der Magnetflußdichte des dem

34Ί 1655

-61-

1 gegenüberstehenden Magnetpols können ein N- und fein S-PoI dicht nebeneinander angeordnet sein, anstatt an dieser Stelle, wie in Fig. 18, zwei Magnetpole gleicher Polarität dicht nebeneinander anzuordnen. Mit ein* ^ solchen Anordnung kann eine stabile, d.h. sichere Entwicklung gewährleistet werden.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen sind der Abstand zwischen der Hülse 2a und der Klinge 5 zur Einstellung der Dicke der Entwicklerschicht sowie der. Abstand zwischen der Hülse 2a und dem Bildträger 1 so eingestellt,- daß die auf der Hülse 2a gebildete Magnetbürste nicht mit der Oberfläche des Bildträgers 1 in Berührung kommt. Eine Steuerelektrode 12, die ihrerseits di-e Übertragung der Tonerteilchen von der Magnetbürste zum Bildträger 1 nicht behindert, beispielsweise ein parallel zur Axialrichtung der Hülse 2a gespannter Draht, i-st so angeordnet, daß eine eine Wechselspannunoskomponer.^e besitzende Spannung entweder an diese Steuc-relektrode 12 oder die Hülse 2a anlegbar ist, um im Bereich ά*--- Entwicklungszone A ein schwingendes elektrisches F* Id zu erzeugen. Die Entwicklung erfolgt auf die· in Fig. '6 gezeigte Weise unter diesem schwingenden elektrischen Feld. Dabei sind eine Stromquelle 13 zur Anlegun';' der Spannung an die Hülse 2a und ein Schutzwiders t*-»d 14 vorgesehen.

Die Steuerelektrode 12 erstreckt sich vorzugsweise dur'„·,-, den Zwischenraum zwischen Magnetbürste und Bildträger 1, so daß ci^r Abstand zwischen der Hülse 2a und der Steucrelektrcii« 12 mindestens ein Mehrfaches von 10 um (dozer,» of mlcrczr.s) beträgt. Der Abstand zwischen Steuerelektrode 12 ursi Bildträger 1 liegt in derselben Größenordnung, während öer Abstand zwischen Hülse 2a und Bildträger 1 bis zu i-OOO um beträgt. Wenn der Abstand zwischen HUl**-

ι -62-

2a und Steuerelektrode 12 zu klein ist, ist es schwierig, einen gleichmäßigen Flor (ear) der Magnetbürste auszubilden, und die Tonerteilchen können nicht in ausreichender Weise zur Entwicklungseinheit zugeführt werden, so daß die Entwicklung nicht stabil bzw. gleichbleibend sicher erfolgen kann. Wenn der Abstand zwischen Steuerelektrode 12 und Bildträger 1 zu klein is<;, kann eine Entladung auftreten. Wenn dagegen der Abstand zwischen Hülse 2a und Bildträger 1 größer ist als :.000 um (2 m), verringert sich der Elektrodeneffekt der Hülse 2a, so daß keine ausreichend große Entwicklungsdichte erzielt werden kann und der Kanteneffekt deutlicher zutage tritt. Die Steuerelektrode 12 besteht insbesondere aus 100 1000 um dicken Drähten, die iin genannten Zwischenraum mit Abständen von 0,5 - 5 mm parallel zueinander gespannt sind. Wahlweise kann ein Gitter mit einer Maschenweite von 0,5 - 5 mm verwendet werden. Eine solche Steuerelektrode 12 bietet die vorteilhaften Wirkungen, daß sie auf die von der Magnetbürste zum elektrostatisehen bzw. Ladungsbild auf dem Bildträger 1 übertragenen Tonerteilchen eine ausreichend große Steuerwirkung ausübt, den Flug der Tonerteilchen kaum behindert und etwa an ihr anhaftende Tonerteilchen sich von ihr trennen läßt.

Die Entwicklung im schwingenden elektrischen Feld erfolgt durch Anlegung der eine Wechselspannungskomponen^!;e enthaltenden Spannung an die auf beschriebene Weise angeordnete Steuerelektrode 12 oder die Hülse 2a auf nachstehend erläuterte Weise.

1. Die Spannung mit einer Wechselspannungskomponente wird nur der Steuerelektrode 12 aufgeprägt. Dabei wird bevorzugt eine einer Gleichspannung von bis zu 600 V überlagerte Wechselspannung von 200 - 4000 V einer

-63- O

Frequenz von 100 Hz bis 10 kHz, vorzugsweise von '

1-5 kHz oder mehr, zusammen mit der Gleichspannung f\

von bis zu 600 V der Hülse 2a aufgeprägt. Zur Ver- %

hinderung einer Schleierbildung durch den Toner ist r. -l

diese Gleichspannung vorzugsweise auf ein höheres %

Potential als das Potential in den bildfreien Be- |

reichen des Bildträgers 1 eingestellt. |

2. Die eine Wechselspannungskomponente enthaltende

Spannung wird sowohl an Steuerelektrode 12 als auch ■

an Hülse 2a angelegt. Wenn dabei beide Wechsel- ^:

Spannungskomponenten dieselbe Frequenz besitzen, ·

wird bevorzugt im allgemeinen an die Hülse 2a eine ■ · ^v\

höhere Wechselspannung angelegt als an die Steuer- . |

elektrode 12. Bei Verwendung unterschiedlicher '·."·■_■.; · |

Frequenzen ist vorzugsweise die eine Frequenz um p

einige Größenordnungen verschieden von der anderen * $

Frequenz, um das Auftreten von Schwebung im elektri- ί-

sehen Feld zu verhindern. Die die höhere Frequenz r-

besitzende Wechselspannungskomponente wird bevor- ^

zugt der Hülse 2a aufgeprägt, weil in diesem Fall ■:':■.

eine gleichmäßige Wolke der Tonerteilchen zwischen );;

der Hülse 2a und der Steuerelektrode 12 auftreten ^c kann. Die an die Hülse 2a anzulegende Wechselspan-

nungskomponente ist vorzugsweise größer -als die an !

der Steuerelektrode 12. Weiterhin wird vorteilhaft i

eine überlagerte Gleichspannung von bis zu 600 V an -

die Hülse 2a und die Steuerelektrode 12 angelegt. %

Die an die Hülse 2a anzulegende Gleichspannung sollte . ft

dabei größer sein als das Potential des .bildfreien " ^: ?!

Bereichs des Bildträgers 1, um eine Verschleierung ' j ,- .: ü

durch den Toner zu verhindern.. In
die Größen von Frequenz und Spannung der Wechsel- . Spannungskomponente ebenfalls bevorzugt in dem oben: unter 1. beschriebenen Bereich. ' "'■

-64-

3. Die eine Wechselspannungskomponente aufweisende Spannung wird nur der Hülse 2a aufgeprägt. In diesem Fall wird eine Wechselspannung von 200 - 4000 V bei einer Frequenz von 100 Hz bis 10 kHz, vorzugsweise von 1-5 kHz, an die Hülse 2a angelegt. Bevorzugt ist diese Wechselspannung mit einer Gleichspannung von bis zu 600 V überlagert. Vorteilhaft wird auch eine Gleichspannung von bis zu 600 V an die Steuerelektrode 12 angelegt. In diesem Fall ist ebenfalls die Gleichspannung an der Hülse 2a auf ein höheres Potential als das des bildfreien Bereichs am Bildträger 1 eingestellt, um eine Verschleierung durch den Toner zu verhindern.

Neben einer Sinuswellenform kann die Wechselspannungskomponente auch eine Rechteck- oder Dreieckwellenform besitzen. Obgleich eine gewisse Abhängigkeit von der Frequenz besteht, schwingt die Magnetbürste des Entwicklers um so heftiger, je höher die Spannung ist, so daß dabei die Trennung und Abschleuderung der Tonerteilchen von den Trägerteilchen leichter erfolgt. Andererseits k^nn^^UiTdielektrischer Durchschlag ujn (■V-sl-Acc-/eher auftreten. Eine Verschleierung (des Tonerbilds) kann durch die Wechselspannungskomponente verhindert werden. Der dielektrische Durchschlag oder Durchbruch kann auch durch vollständige oder teilweise Isolierung der Oberflächen der Steuerelektrode 12 und der Hülse 2a mittels eines Kunstharz- oder Oxidüberzugs oder durch Verwendung isolierender Trägerteilchen, wie sie nachstehend noch näher beschrieben werden sollen, verhindert werden.

Beim Entwicklungsverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Magnetbürste aus dem Zweikomponentenentwickler außer Berührung mit dem Bildträger 1 gehalten,

auf

und die Steuerelektrode 12 ist dazwischen so angeordnet, daß die Entwicklung mittels der Magnetbürste unter dem schwingenden elektrischen Feld erfolgt. Hierdurch werden Trennung und Abschleuderung (übertragung) der Tonerteilchen von der Magnetbürste verbessert, e«ine Anlagerung von Trägerteilchen am Bildträger 1 verhindert und damit die Verwendung von Toner- und Trägerteilchen in feinpulveriger Form ermöglicht, remzufolge läßt sich auf diese Weise ein Tonerbild hoher Güte erzeugen.

Da hierbei der Magnetbürstenflor nicht mit dem Bildträger in Berührung steht, die Steuerelektrode dazwischen angeordnet ist und die Entwicklung im schwingenden elektrischen Feld erfolgt, lassen sich die durch einen Zweikomponentenentwickler aus feinen Toner- und Trägerteilchen gebotenen Vorteile zur Erzeugung eines scharfen bzw. feinkörnigen Bilds hoher Güte voll nutzen.

Versuch Q

Als Träger wurden kunstharzbeschichtete sphärische Ferritteilchen einer mittleren Teilchengröße von 30 einer Magnetisierung von 50 emu/g und eines spezifischen Widerstands von mindestens 10¹⁴n-cm verwendet.

Der Toner bestand aus nicht-magnetischen Teilchen aus 100 Gew.-Teilen eines handelsüblichen Styrol-Acrylharzes, 10 Gew.-Teilen handelsüblichen Rußes und 5 GeW.-Teilen Nigrosine, und er besaß eine mittlere Teilchengröße von 10 um und wurde durch Mahlen und Granulieren hergestellt. Die Entwicklung erfolgte mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 16 mit einem Verhältnis von Tonerteilchen des Entwicklers D im Entwicklerbehälter 6 zu den Trägerteilchen von 10 Gew.-%. Die mittlere Ladungsmenge des Toners betrug 15 uC/g.

Der verwendete Bildträger 1 wies ein lichtempfindliches Element aus CdS auf; seine Umfangsgeschwindigkeit betrug 180 mm/s. Das höchste Potential des auf dem Bildträger 1 erzeugten elektrostatischen bzw. Ladungsbilds betrug -500 V, das Potential der bildfreien Bereiche -100 V.

Die einen Außendurchmesser von 30 mm besitzende Hülse 2a drehte sich mit 100/min. Die Magnetflußdichte der N- und S-PoIe der Magnetrolle 2b betrug 900 Gauss bei einer Drehzahl von 1000/min. Bei einer 0,4 mm dicken Entwicklerschicht betrug der Abstand zwischen Hülse 2a und Bildträger 1 1,5 mm (d.h. 1500 μΐη) . Die Steuerelektrode 12 war 0,5 mm weit von der Oberfläche des Bildträgers 1 entfernt. An die Steuerelektrode 12 wurde eine Überlagerungsspannung aus einer Gleichspannung von -200 V und einer Wechselspannung von 1,5 kHz und 1000 V angelegt, während an die Hülse 2a eine Gleichspannung von -250 V angelegt wurde. Zur Bildung der Steuerelektrode 12 waren einen Durchmesser von 0,2 mm besitzende Drähte mit gegenseitigen Abständen von 1 mm parallel zur Hülse 2a gespannt.

Nach der Entwicklung unter den angegebenen Bedingungen wurde das entwicklete (Toner-)Bild mittels einer Koronaentladungsvorrichtung auf Normalpapier übertragen und dann zum Fixieren durch eine Heizwalzen-Fixiervorrichtung einer Oberflächentemperatur von 140 ⁰C geleitet. Das auf dem Vervielfältigungs- oder Kopierpapier erzeugte Bild besaß eine hohe Dichte und war außerordentlich klar bzw. scharf .(feinkörnig) und frei von Kanten-

3Q effekt und Verschleierung. Auch nach 50 000 hergestellten Kopien war die Bildgüte praktisch unverändert.

Versuch R
Als Trägerteilchen wurden durch Dispergieren von 50 Gew.-%

''·'" "' '"'"**' ^%e34i 1655 I

feinen Ferrits in äinem Kuhstharz hergestellte magm'ti- |ί sehe Teilchen einer mittleren Teilchengröße von 20 |Jm, || einer Magnetisierung von 30 emu/g und eines spezifi4chen |

Widerstands von mindestens 10 η-cm verwendet; die4e Teilchen wurden durch Erwärmung der Abrundungsbehanälung (zur Bildung sphärischer Tauchen) unterworfen. Die Tonerteilchen bestanden auii nicht-magnetischen Teilchen einer mittleren Teilchengröße von 5 um. Die Entwicklung erfolgte in der Vorrichtung gemäß Fig. 17- mit einem Tonerteilchen/Trägerteilchtin-Verh'iltnis von 5 Gew.-% im Entwickler D im Entwicklerbehälter 6. Die mittlere Ladungsmenge des Toners betrug 30 uC/g.

Es wurde derselbe Bildträger 1 wie in Versuch Q verwendet. Die Hülse 2a besaß wiederum einen Außendurchmesser von 30 mm, doch betrug ihre Drehzahl 150/min. Die M4gnetflußdichte des der Entwicklungszone A gegenüberstehenden Magnetpols der Magnetrolle 2b betrug 1200 Gauss. Bei einer Dicke der Entwicklerschicht von 0,5 mm betrug der Abstand zwischen Hülse 2a und Bildträger 1 1,0 mm. Die Steuerelektrode 12 bestand aus einem.Maschengefüge, bei dem 50 um dicke Drähte schräg zur Axialrichtung der Hülse 2a und einander unter Bildung von 1 mm weiten Öffnungen kreuzend angeordnet waren. Diese Steuerelektrode 12 war in einem Abstand von 0,3 mm von der Oberfläche des Bildträgers 1 angeordnet. Eine Vorspannung aus einer Wechselspannungskomponente von 300 Hz und 700 V wurde an die Steuerelektrode 12 angelegt, während eine Vorspannung mit einer Gleichspannungskomponente von -200 V der Hülse 2a aufgeprägt wurde.

Nach der Entwicklung unter den angegebenen Bedingungen wurde das entwickelte Bild auf die in Versuch Q beschriebene Weise auf das Papier übertragen und fixiert. Das so erzeugte Bild besaß dieselben Eigenschaften, wie

sie in Versuch Q angegeben sind. Nach 50 000 Kopien trat ebenfalls praktisch keine Verschlechterung der Bildgüte auf.

Versuch S

Entwicklung, Übertragung und Fixierung erfolgten auf dieselbe Weise wie in Versuch Q, nur mit dem Unterschied, daß ein Drahtabstand von 2 nun für die Steuerelektrode gewählt wurde, die Wechselspannungskomponente der an die Steuerelektrode 12 angelegten Überlagerungsspannung 300 kHz bei 500 V betrug und eine Wechselspannung von 2 kHz und 1000 V zusätzlich zur Gleichspannung an die Hülse 2a angelegt wurde. Das auf diese Weise erhaltene Bild auf dem Kopierpapier besaß dieselben Eigenschaften wie in Versuch Q und blieb auch nach Herstellung von 50 000 Kopien praktisch unverändert.

Versuch T

Entwicklung übertragung und Fixierung erfolgten wiederum auf dieselbe Weise wie in Versuch R, nur mit dem Unterschied, daß die Drähte der Steuerelektrode 12 einander unter Festlegung von 2 mm weiten Maschen kreuzten und an die Hülse 2a zusätzlich zur Gleichspannungskomponente eine Wechselspannungskomponente von 2 kH und 400 V angelegt wurde. Die Bildgüte entsprach derjenigen gemäß Versuch R und blieb auch nach Herstellung von 50 000 Kopien praktisch unverändert.

30

Versuch U

Entwicklung, Übertragung und Fixierung wurden auf die anhand von Versuch S beschriebene Weise durchgeführt, nur mit dem Unterschied, daß an der Steuerelektrode

3Ϊ1Ϊ655

eine Gleichspannung von >-150 V lag und der Hülse 2a eine Uberlagerungsspannung aus einer Gleichspannungskomponente von -250 V und einer Wechselspannungskomponente von 1,5 kHz und 2000 V aufgeprägt wurde. Das unter diesen Bedingungen erzeugte Bild besaß dieselben Eigenschaften wie bei Versuchen Q und S.

Versuch V

Unter sonst gleichen Bedingungen wie ii Versuch T wurden im Unterschied dazu eine Gleichspannung von -200 V an die Steuerelektrode 12 angelegt und eine Überlagerungsspannung aus einer Gleichspannung von -200 V und einer Wechselspannung von 1 kHz und 800 V der Hülse 2a aufgeprägt. Dabei wurden dieselben Ergebnisse erzielt wie in Versuchen R und T.

Bei Verwendung eines Zweikomponontenentwicklers beim bisherigen Magnetbürsten-Entwicklungsverfahren kann die Teilchengröße der Toner- und Trägerteilchen nicht wesentlich verringert werden, so daß sich auch ein Wiedergabe- oder Kopiebild hoher Güte nicht erzielen läßt.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird dagegen die Steuerelektrode zur Erzeugung des schwingenden elektrischen Felds in der Entwicklungszone und zur Steuerung dieses Felds so angeordnet, daß die Tonerteilchen innerhalb des schwingenden elektrischen Felds eine Wolke bilden können Demzufolge können ein Toner mit einer mittleren Teilchen·* größe von 1 - 20 μπι und ein Träger mit einer mittleren Teilchengröße von 4-50 μΐη, bevorzugt 5-50 μΐη, verwendet werden. Auf diese Weise läßt sich ein Wiedergabebild zufriedenstellender Dichte sowie einer hohen Tonabstufung und Auflösung erzielen.

-70-

Da ein Zweikomponentenentwickler verwendet wird (ein Mehrkomponentenentwickler kann ebenfalls verwendet werden), kann die Ladung des Toners im Vergleich zum Toner beim Einkomponentenentwicikler besser stabilisiert werden, so daß ein Zusammenklumpen (aggregation) des Toners weniger leicht auftritt.

Claims (23)

1. -1- I

   Ρ2 .TENTAN S?Rl)CHE

   1 J Entwicklungsverfahren, dadjrch gekennzeichnet, daß ein ^ Träger- und Tonerteilchen enthaltender Entwickler zur Bildung einer Entwicklerschicht auf einen Entwickler-Ubertragungsträger aufgebracht wird, die Entwicklerschicht in ein schwingendes elektrisches Feld eingeführt wird und

   ein auf einem Bildträger erzeugtes Latentbild innerhalb des schwingenden elektrischen Felds mittels des Entwicklers entwickelt wird.

   20
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Teilchengröße der Trägerteilchen 4 - 50 um beträgt.

   25
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Teilchengröße der Tonerteilchen bis zu 20 μΐη beträgt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerteilchen sphärisch bzw. etwa kugelförmig ausgebildet (sphered) sind.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonerteilchen sphärisch bzw. etwa kugelförmig ausgebildet (sphered) sind.

   35
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerteilchen aus magnetischen Teilchen und

   341

   • -2-einem thermoplastischen Kunstharz besiehen.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonerteilchen aus einem Toner für Druckfixierung bestehen.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerelektrode zur Steuerung des Flugs der Tonerteilchen in einem Entwicklungsbereich zwischen dem Entwickler-Überführungsträger und dem Bildträger verwendet wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Entwicklerschicht kleiner eingestellt wird als der Abstand zwischen Überführungsträger und Bildträger.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklerschicht mit dem Bildträger in Berührung gebracht wird.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Entwickler-Überführungsträger angeordneter drehbarer Magnet verwendet wird.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein schwingendes elektrisches Feld einer Frequenz von 100 Hz bis 10 kHz verwendet wird.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des schwingenden elektrischen Felds vorzugsweise 1-5 kHz beträgt.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß magnetische Tonerteilchen verwendet werden.

    -3-
15. 15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nicht-magnetische Tonerteilchen verwendet werden.
16. 16, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß magnetische Trägerteilchen verwendet werden.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

    daß Trägerteilchen aus einem Isoliermaterial mit

    8 13

    mehr als 10 Ohm-cm und vorzugsweise 10 Ohm-cm verwendet werden.
18. 18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Trägerteilchen einer mittleren Teilchengröße von 5 - 50 um und Tonerteilchen einer mittleren Teilchengröße von bis zu 20 um verwendet werden.
19. 19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Trägerteilchen einer mittleren Teilchengröße von 5 - 50 μΐη verwendet werden, die sphärisch bzw. etwa kugelförmig ausgebildet (sphered) sind.
20. 20. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß Tonerteilchen einer mittleren Teilchengröße von bis zu 20 um verwendet werden, die sphärisch bzw. etwa kugelförmig ausgebildet (sphered) sind.
21. 21. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerteilchen sphärisch bzw. etwa kugelförmig ausgebildet sind und aus magnetischen Teilchen sowie einem thermoplastischen Kunstharz bestehen.
22. 22. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Tonerteilchen einer mittleren Teilchengröße von

    -4-

    1 bis zu 20 μΐη verwendet werden, die sphärisch bzw, etwa kugelförmig ausgebildet sind und aus einem Toner für Druckentwicklung bestehen.

    5
23. 23. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Trägerteilchen einer mittleren Teilchengröße von 5 - 50 μΐη verwendet werden.