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Elektrografischer Toner, Übertragungsverfahren und Entwicklungsvorrichtung dafür - Dokument DE19654066A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19654066A1 25.06.1998
Titel Elektrografischer Toner, Übertragungsverfahren und Entwicklungsvorrichtung dafür
Anmelder Heidelberger Druckmaschinen AG, 69115 Heidelberg, DE
Erfinder Schönfeld, Carsten, Dr., 68799 Reilingen, DE
DE-Anmeldedatum 23.12.1996
DE-Aktenzeichen 19654066
Offenlegungstag 25.06.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.06.1998
IPC-Hauptklasse G03G 9/13
IPC-Nebenklasse G03G 9/125   G03G 13/10   G03G 15/10   
Zusammenfassung Bei einem elektrografischen Toner, der eine Vielzahl von Polymerpartikeln (4) enthält, weist jedes Polymerpartikel funktionelle Gruppen an seiner Oberfläche auf, die in einer Trägerflüssigkeit (6) in zwei Teile dissoziieren, wobei ein Teil jeder Gruppe fest mit der Oberfläche verbunden bleibt, so daß die einzelnen Polymerpartikel in der Trägerflüssigkeit elektrostatische Ladung tragen. Ein solcher Toner ist in Verbindung mit Trägerflüssigkeiten verwendbar, die im Hinblick auf Arbeitssicherheit und Umweltschutz unproblematisch sind. Außerdem werden ein Übertragungsverfahren und eine Entwicklungsvorrichtung zur Verwendung mit diesem Toner beschrieben.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen elektrografischen Toner, ein Übertragungsverfahren und eine Entwicklungsvorrichtung zur Entwicklung von elektrostatischen Bildern.

Konventionelle Entwicklungstechniken verwenden entweder Trocken- oder Flüssigtoner. In beiden Fällen gibt es einige Unzulänglichkeiten.

Bei Trockentonern ist eine zuverlässige triboelektrische Aufladung der Tonerpartikel schwierig zu erreichen, da jedes individuelle Tonerpartikel reproduzierbar mit der Aufladungsfläche in Kontakt gebracht werden muß. Triboelektrische Aufladungsoberflächen verschleißen durch Abrieb von Tonermaterial und Anlagerung sehr kleiner, stark gebundener Staubpartikel. Ungeladener Toner führt zu unerwünschter Staubbildung. Mit falscher Polarität geladener Toner beeinträchtigt die Kantenschärfe und die Hintergrundreinheit. Durch die triboelektrischen Anforderungen an alle Komponenten ist die Materialauswahl für Toner und Apparateoberflächen eingeschränkt. Außerdem sind Tonerpartikel mit Durchmessern von 5 µm und darunter als Feinstaub gesundheitsschädlich beim Einatmen.

Flüssigentwicklungsverfahren beruhen in der Regel auf Elektrophorese. Der dabei verwendete Flüssigtoner ist eine nichtleitende dielektrische Trägerflüssigkeit, in der Tonerpartikel suspendiert sind. Die Tonerpartikel werden durch Anlagerung von Ionen aus der Flüssigkeit geladen, und wenn die Flüssigkeit der Aufladungsoberfläche nahegebracht wird, werden die geladenen Tonerpartikel durch das elektrische Feld des latenten Bildes auf der Aufladungsoberfläche angezogen. Die Tonerpartikel treten zusammen mit Trägerflüssigkeit auf die Aufladungsoberfläche über, und die Trägerflüssigkeit wird in der Folge an die Umgebung abgegeben.

Damit das latente Bild auf der Aufladungsoberfläche nicht zerstört wird, verwendet man organische Trägermedien mit einem sehr hohen Volumenwiderstand. Ein häufig verwendetes Trägermedium ist unter dem Namen Isopar von der Fa. Exxon erhältlich. Die bekannten flüchtigen Trägermedien sind jedoch im Hinblick auf die Arbeitssicherheit und den Umweltschutz problematisch. Außerdem ist durch die Anforderungen an alle Komponenten seitens der Elektrostatik sowie der Verträglichkeit mit der Trägerflüssigkeit die Materialauswahl für Toner und Apparateoberflächen eingeschränkt. Ferner ist der Umgang mit dem Toner unökonomisch, da das Tonermaterial mit ungefähr 3% nur einen geringen Anteil im Gesamtvolumen des Entwicklers ausmacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Toner zu schaffen, der in Verbindung mit flüssigen Trägermedien verwendbar ist, die im Hinblick auf Arbeitssicherheit und Umweltschutz weniger problematisch sind, und ferner ein Entwicklungsverfahren und eine Entwicklungsvorrichtung für diesen Toner zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einem elektrografischen Toner mit einer Vielzahl von Polymerpartikeln erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes Polymerpartikel funktionelle Gruppen an seiner Oberfläche aufweist, die in einer Trägerflüssigkeit in zwei Teile dissoziierbar sind, wobei ein Teil jeder Gruppe fest mit der Oberfläche verbunden bleibt, so daß die einzelnen Polymerpartikel in der Trägerflüssigkeit elektrostatische Ladung tragen.

Der erfindungsgemäße Toner kann in Verbindung mit Trägerflüssigkeiten verwendet werden, die nichttoxisch, wenig flüchtig und unbrennbar sind und die Apparateoberflächen nicht angreifen. Wenn die Polymerpartikel in der Trägerflüssigkeit suspendiert sind, ist ein Teil der funktionellen Gruppen an der Oberfläche der Polymerpartikel in der Trägerflüssigkeit dissoziiert, und jedes Polymerpartikel trägt eine elektrische Ladung, die je nach Art der funktionellen Gruppen entweder positiv oder negativ ist. Geeignete Trägerflüssigkeiten sind beispielsweise wäßrige Lösungen oder andere Medien, die in der Lage sind, die Dissoziation der Ladungsträger zu stabilisieren. Sowohl in wäßrigen als auch in nichtwäßrigen Systemen können zur Stabilisierung der Suspensionen z. B. Tenside oder Schutzkolloide verwendet werden.

Vorzugsweise weisen alle Polymerpartikel im wesentlichen die gleiche Anzahl solcher funktioneller Gruppen an ihrer Oberfläche auf, die die in einer Trägerflüssigkeit in zwei Teile dissoziieren, so daß jedes Polymerpartikel in der Trägerflüssigkeit eine genau definierte elektrische Ladung trägt, die durch seinen chemischen Aufbau vorbestimmt ist. Dadurch kann der Anteil des Tonermaterials am Gesamtvolumen des Entwicklers erhöht werden, da anders als bei konventionellen Flüssigentwicklungsverfahren keine Gefahr besteht, daß einzelne Partikel mit zu geringer Ladung die Hintergrundreinheit beeinträchtigen. Durch die stärkere Konzentration des Toners im Entwickler spart man Trägerflüssigkeit, und da beim Druck weniger Trägerflüssigkeit zusammen mit dem Toner auf das Drucksubstrat übertragen wird, kann die restliche Trägerflüssigkeit leichter vom Drucksubstrat entfernt werden und wird das Drucksubstrat geschont.

Eine einheitliche Aufladbarkeit der Polymerpartikel läßt sich auf einfache Weise dadurch erreichen, daß die Polymerpartikel im wesentlichen kugelförmig sind und alle im wesentlichen die gleiche Größe aufweisen. Der mittlere Durchmesser der Polymerpartikel ist vorzugsweise kleiner als 7 µm, besser kleiner als 2 µm, und die Größenvariation beträgt vorzugsweise ungefähr 10% oder weniger. Die dissoziierbaren funktionellen Gruppen können entweder gleichmäßig über das Volumen der Polymerpartikel verteilt sein oder nur auf der Oberfläche der Polymerpartikel angeordnet sein.

Polymerpartikel mit diesen Eigenschaften lassen sich beispielsweise durch Heterophasenpolymerisationen herstellen, wie Suspensions- oder Emulsionsmethoden. Die funktionellen Gruppen an der Partikeloberfläche, die in der Trägerflüssigkeit elektrische Ladungen einer Polarität tragen, können beispielsweise Phosphonat, -SO3-, -CO2- oder -NR3+ sein, wobei R irgendein organischer Rest ist. Die in der Trägerflüssigkeit dissoziierten Träger der entsprechenden Gegenladungen sind vorzugsweise Alkali- oder Erdalkalionen, Halogenide, kleine geladene Moleküle oder Polyionen. Partikel mit derartigen funktionellen Gruppen sind zwar an sich bekannt, wurden bisher jedoch nicht bei Tonern verwendet, sondern beispielsweise in Entsalzern als Ionenaustauscher.

Bei einem Einkomponentenentwickler weisen alle Polymerpartikel ein Farbmittel auf. Im Falle eines Zweikomponentenentwicklers wird eine erste Sorte von Polymerpartikeln vorgesehen, die ein Farbmittel enthalten, und eine zweite Sorte von Polymerpartikeln, die kein Farbmittel enthalten müssen. Wenn sie in der Trägerflüssigkeit suspendiert sind und die Gegenladungen in der Trägerflüssigkeit dissoziiert oder daraus entfernt sind, weisen die beiden Sorten von Polymerpartikeln umgekehrte Polarität auf, wobei die zweite Sorte die Trägerpartikel für die erste Sorte bildet. Die Anzahl der Ladungen pro Trägerpartikel sowie die Größe und Masse der Trägerpartikel können von den Tonerpartikeln abweichen. Häufig weisen die Trägerpartikel einen wesentlich größeren Durchmesser als die Tonerpartikel auf. Die Trägerpartikel können elektrisch leitfähig und/oder magnetisch sein, was die Flexibilität des Systems im Vergleich zum Einkomponentensystem erhöht.

Eine elektrografische Entwicklungsvorrichtung zur Verwendung mit dem oben beschriebenen Toner enthält ein bewegliches Bauteil, das beispielsweise ein um mehrere Walzen umlaufendes endloses Band oder ein rotierender Zylinder ist und das teilweise in ein Bad eintaucht, wobei dem in das Bad eintauchenden Teil des beweglichen Bauteils eine Elektrode gegenüberliegt. Gemäß der Erfindung wird zwischen der Oberfläche des Bauteils und der Elektrode eine Membran oder ein Diaphragma angeordnet, die bzw. das für Atome oder kleine Moleküle durchlässig ist und für makroskopische Partikel wie die Tonerpartikel undurchlässig ist. Die in der Trägerflüssigkeit gelösten Gegenionen werden mittels einer geeigneten Vorspannung durch die Membran hindurch in Richtung auf die Elektrode gezogen, und die Tonerpartikel werden auf die Entwicklungsoberfläche des beweglichen Bauteils gezogen. Die Entwicklungsoberfläche des beweglichen Bauteils weist ein Potential auf, das so gewählt ist, daß die Tonerpartikel elektrostatisch darauf haften.

Da die Gegenionen stabil in der Trägerflüssigkeit dissoziiert sind, können die Tonerpartikel und deren Gegenionen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren elektrolytisch räumlich voneinander getrennt werden, bevor sie auf die Entwicklungsoberfläche übertragen werden. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige Schicht einheitlich geladener Tonerpartikel auf der Entwicklungsoberfläche, was eine hervorragende Druckqualität liefert.

Die Tonerpartikel auf der Entwicklungsoberfläche werden an eine Übertragungsstelle zwischen der Entwicklungsoberfläche und einer Bildoberfläche transportiert, die beispielsweise ein Photoleiter oder ein dielektrischer Bildträger auf einem rotierenden Zylinder oder einem umlaufenden Band ist. An der Übertragungsstelle werden die Tonerpartikel entsprechend einem latenten elektrostatischen Bild auf dem Bildträger auf die Oberfläche des Bildträgers übertragen.

Die Übertragungsstelle ist entweder eine linienförmige Berührungsfläche zwischen der Entwicklungsoberfläche und der Bildoberfläche oder ein schmaler Spalt dazwischen, den die Tonerpartikel unter der Wirkung der elektrostatischen Felder der latenten Bilder auf dem Bildträger überspringen.

Im Bereich eines solchen Spaltes kann eine Ultraschallquelle angeordnet sein, welche die Entwicklungsoberfläche in mechanische Schwingungen versetzt. Indem der Partikelverbund durch Ultraschall aufgelockert wird, kann der Übergang der Tonerpartikel auf die Bildbereiche des latenten Bildes erleichtert werden. Das Zerstäuben des Partikelverbundes auf der Entwicklungsoberfläche erlaubt es, den Spalt breiter zu machen als es bei einer reinen sogenannten "Jump"-Entwicklung möglich ist. Bei einem breiteren Spalt kann die Entwicklerflüssigkeit Wasser enthalten oder daraus bestehen, ohne daß wegen der hohen Volumenleitfähigkeit von Wasser die Gefahr besteht, daß in dem Spalt leitende Verbindungen zu dem latenten Bild entstehen. Außerdem ist es möglich, die Entwicklerflüssigkeit auf dem Weg zwischen dem Elektrolysebad und dem Entwicklungsspalt so stark aufzukonzentrieren, daß praktisch nur noch Partikel mit einem Oberflächenfeuchtfilm vorliegen. Dadurch bleibt ein Druckpapier beim Druck weitgehend trocken.

Die oben beschriebene Entwicklungsvorrichtung kann sowohl mit einem Einkomponentenentwickler als auch einem Zweikomponentenentwickler gemäß der Erfindung arbeiten. Im Falle, daß ein Zweikomponentenentwickler verwendet wird, läßt sich alternativ eine Entwicklungsvorrichtung realisieren, die nach dem Magnetbürstenprinzip arbeitet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. Darin zeigen:

Fig. 1 ein elektrografisches Einkomponenten-Entwicklungssystem;

Fig. 2 ein elektrografisches Zweikomponenten-Entwicklungssystem;

Fig. 3 eine Skizze zur näheren Erläuterung der elektrochemischen Vorgänge in dem Zweikomponenten-Entwicklungssystem; und

Fig. 4 eine Skizze, welche schematisch die Entwicklersuspension zeigt, die in dem Zweikomponenten-Entwicklungssystem verwendet wird.

In Fig. 1 befindet sich auf einer Bildoberfläche 1, z. B. einem Photoleiter oder einem dielektrischen Bildträger auf einem drehbar gelagerten Zylinder, ein latentes elektrostatisches Bild in Form eines Musters elektrischer Ladungen. Diese Ladungen werden im folgenden als negativ angenommen, können aber auch positiv sein. Im letzteren Fall sind die in der nachfolgenden Beschreibung erwähnten Ladungen und Spannungen jeweils umzukehren.

Über eine Entwicklungsoberfläche 2, die in Fig. 1 durch ein Transportband gebildet wird, werden diesem Bild in einem Druckspalt 3 zwischen der Bildoberfläche 1 und der Entwicklungsoberfläche 2 positiv geladene Tonerpartikel 4 nahegebracht.

Im Druckspalt 3 kann der Partikelverbund durch ein geeignetes Hilfsmittel aufgelockert werden, vorzugsweise durch eine Ultraschallquelle 5, welche die Entwicklungsoberfläche 2 im Bereich des Druckspaltes 3 in Schwingungen ersetzt. Diese Auflockerung, die mehr oder weniger kräftig sein kann und ggf. einer Zerstäubung gleichen kann, erleichtert den Übergang der Tonerpartikel 4 auf die Bildbereiche der Bildoberfläche 1. Eine solche Auflockerung ist in jedem Falle dann nötig, wenn die Tonerschicht auf der Entwicklungsoberfläche 2 eine bestimmte kritische Volumenleitfähigkeit übersteigt.

Die Entwicklungsoberfläche 2 trägt ein elektrisches Potential U1 und definiert zusammen mit einem Potential U2 der Bildoberfläche 1 das elektrische Feld für die Bildentwicklung.

Nach der Entwicklung wird die Tonerschicht auf der Entwicklungsoberfläche 2 erneuert. Dazu taucht sie in ein Bad mit einer Flüssigkeit 6 ein, in der sich frische positiv geladene Tonerpartikel 4 und dissoziierte Gegenionen 7 befinden. Mit Hilfe eines Diaphragmas oder einer Membran 8 und einer Elektrode 9 mit dem Potential U3 wird zwischen der Entwicklungsoberfläche 2 und der Elektrode 9 eine elektrolytische Zelle aufgebaut. Durch geeignete Wahl von U1 und U3 werden die gelösten Gegenionen 7 durch die Membran 8 zur Elektrode 2 gezogen und die Tonerpartikel 4 zur Entwicklungsoberfläche 2 gezogen, auf der sie elektrostatisch haften. Die Flüssigkeit 6 wird in der Figur von oben zugeführt und strömt in Richtung des eingezeichneten Pfeils an der Entwicklungsoberfläche 2, der Membran 8 und der Elektrode 9 entlang. Die Membran 8 ist so ausgelegt, daß sie für die Gegenionen 7, nicht aber für die vergleichsweise makroskopischen Tonerpartikel 4 durchlässig ist.

Die Tonerpartikel 4 haben mit Hilfe chemisch präparativer Methoden folgende Eigenschaften erhalten: sphärische oder davon abgeleitete Gestalt; einen mittleren Durchmesser kleiner als 7 µm, bevorzugt kleiner als 2 µm; eine geringe Größenvariation; ein Farbmittel in den Tonerpartikeln; und eine streng definierte Anzahl funktioneller Gruppen an den Partikeloberflächen, die in der Flüssigkeit 6 dissoziieren, derart, daß ein Teil mit positiver Polarität mit den Tonerpartikeln 4 verbunden bleibt und ein Teil mit negativer Polarität in der Flüssigkeit 6 gelöst ist. Der fest mit den Tonerpartikeln verbundene Teil kann beispielsweise eine Gruppe der Art -NR3+ sein, wobei R ein organischer Rest ist, und der in der Flüssigkeit gelöste Teil kann beispielsweise ein Halogenid wie Cl- oder ein kleines geladenes Molekül sein. Tonerpartikel 4 mit negativer Polarität würden sich beispielsweise mit Teilgruppen der Art -SO3- oder -CO2- ergeben, wobei geeignete Gegenionen vorzugsweise Ionen von Alkali- und Erdalkalimetallen oder ebenfalls kleine geladene Moleküle sind.

Als flüssiges Trägermedium für die Tonerpartikel 4 wird eine Flüssigkeit 6 gewählt, die in der Lage ist, die Dissoziation der Ladungsträger zu stabilisieren, z. B. wäßrige Lösungen oder Tensid/Lösemittelsysteme.

Das in Fig. 2 gezeigte Zweikomponenten-Entwicklungssystem unterscheidet sich vom prinzipiellen Aufbau her nicht von dem System von Fig. 1, und es werden für gleiche Bestandteile gleiche Bezugszeichen verwendet.

Anders als in Fig. 1 befinden sich in der Flüssigkeit 6 und auf der Entwicklungsoberfläche 2 des Zweikomponentensystems zusätzlich zu den Tonerpartikeln 4 Trägerpartikel 10. Die Trägerpartikel 10 tragen ähnlich wie die Tonerpartikel 4 geladene funktionelle Teilgruppen an der Oberfläche, die jedoch die umgekehrte Polarität zu denen der Tonerpartikel 4 aufweisen.

Die Potentiale U1 und U3 werden so eingestellt, daß der Entwickler bis in die Nähe oder bis zum Erreichen der elektrischen Neutralität des Systems Trägerpartikel/Tonerpartikel elektrolysiert wird.

Die elektrochemischen Vorgänge in dem Zweikomponentensystem von Fig. 2 sind etwas komplizierter als im Einkomponentensystem und werden anhand von Fig. 3 erläutert, ebenfalls am Beispiel von positiv geladenen Tonerpartikeln 4, d. h. mit negativ geladenen Trägerpartikeln 10. In diesem Beispiel sind Trägerpartikel 10 vorgesehen, welche wesentlich größer als die Tonerpartikel 4 sind und welche die dreifache Ladung der Tonerpartikel aufweisen. Diese Verhältnisse können nach Bedarf abgeändert werden.

In einem nicht dargestellten vorgeschalteten Schritt werden Tonerpartikel und Trägerpartikel in getrennten Suspensionen hergestellt.

Im Schritt "Ladungserzeugung" wird ein Gemisch der Toner- und der Trägersuspension mit Elektroneutralität zwischen Tonerpartikeln 4 und Trägerpartikeln 10 hergestellt, indem sie z. B. durch Dialyse von ihren Gegenionen befreit werden.

Der so gewonnene Entwickler kann isoliert und für den Gebrauch in der Entwicklungsvorrichtung aufgearbeitet werden.

Im Schritt "Entwicklung" wird der Entwickler an der Entwicklungsoberfläche 2 vorbei geleitet, wobei auf der Entwicklungsoberfläche 2 eine negativ geladene Entwicklerschicht mit einem Tonerdefizit zurückbleibt.

Dies durch den Druck verursachte Tonerdefizit wird durch die nachfolgend beschriebenen Schritte "Tonernachfuhr" und "Ladungsausgleich" wieder ausgeglichen, im wesentlichen auf die gleiche Weise wie beim Einkomponentensystem mit Hilfe des Diaphragmas oder der Membran 8 und der Elektrode 9 zur Beseitigung der Gegenionen.

Im einzelnen geschieht dabei folgendes: Nachdem sich auf der Entwicklungsoberfläche 2 eine im wesentlichen stationäre Schicht aus negativ geladenen Trägerpartikeln 10 eingestellt hat, an denen jeweils einige Tonerpartikel 4 haften, oder auch zeitgleich mit der Zufuhr der Trägerpartikel 10 werden der Flüssigkeit 6 zusätzliche Tonerpartikel 4zugeführt. Diese zusätzlichen Tonerpartikel 4 dissoziieren in der Flüssigkeit 6 in positiv geladene Tonerpartikel 4 und deren negativ geladene Gegenionen 7, oder sie sind bereits dissoziiert, falls die Tonerpartikel 4 in Form einer aufbereiteten Suspension zugeführt werden. Die Anzahl der zusätzlichen Tonerpartikel 4 muß während des Drucks sehr viel größer als die der zugeführten Trägerpartikel 10 sein, da die Tonerpartikel 4 während des Drucks verbraucht werden, während der Verlust an Trägerpartikel 10 sehr viel geringer ist. Im Schritt "Tonernachfuhr" lagern sich solche einzelnen Tonerpartikel 4 an unbesetzten Stellen der Trägerpartikel 10 auf der Entwicklungsoberfläche ab, und im Schritt "Ladungsausgleich" werden die entsprechenden Gegenionen 7 durch die Membran 8 auf die Elektrode 9 gezogen.

Die mit Tonerpartikeln 4 gesättigten Trägerpartikel 10 sind zwar insgesamt elektrisch neutral, bleiben aber wegen der ungleichmäßigen Ladungsverteilung dennoch an der Entwicklungsoberfläche 2 haften und werden in den Druckspalt 3 transportiert, wie in Fig. 2 dargestellt. Im Druckspalt 3 geben die Trägerpartikel 10 selektiv einige oder alle Tonerpartikel 4 an die Bildoberfläche 1 ab, von der sie anschließend auf ein Drucksubstrat oder einen Zwischenträger übertragen werden.

In den in Fig. 1 bzw. 2 gezeigten Ausführungsformen kann übrigens anstelle der zylindrischen Bildoberfläche 1 auch ein Transportband verwendet werden, und umgekehrt kann anstelle der Entwicklungsoberfläche 2, die in Fig. 1 oder 2 durch ein Transportband gebildet wird, eine Entwicklungsoberfläche auf einem drehbaren Zylinder verwendet werden.

Im Falle, daß ein Zweikomponentenentwickler verwendet wird, läßt sich ferner eine Entwicklungsvorrichtung realisieren, die mit Magnetbürsten arbeitet. Eine solche Ausführungsform, die in der Zeichnung nicht im einzelnen dargestellt ist, könnte abweichend von Fig. 2 beispielsweise so aufgebaut sein, daß sich die Entwicklungsoberfläche 2 und die Bildoberfläche 1 nicht berühren, sondern über einen engen Druckspalt 3 aneinander angrenzen, und daß zwischen der Entwicklungsoberfläche 2und der Bildoberfläche 1 mit Hilfe geeigneter Magnetfelder eine Magnetbürste aufgebaut wird, welche die Tonerpartikel 4 und die Trägerpartikel 10 von der Entwicklungsoberfläche 2 auf die Bildoberfläche 1 überträgt.

Dabei werden zwei Unzulänglichkeiten bisheriger Magnetbürstenentwickler vermieden. Erstens sind die Trägerpartikel nicht für die Aufladung der Tonerpartikel verantwortlich, die bei herkömmlichen Zweikomponentenentwicklern triboelektrisch erfolgt, und unterliegen somit keinem Verschleiß. Zweitens muß das Mischungsverhältnis zwischen Tonerpartikeln und Trägerpartikeln auf der Entwicklungsoberfläche nicht geregelt werden, sondern ergibt sich durch die Elektroneutralität des Entwicklers im oben beschriebenen Schritt "Ladungsausgleich".

Verwendet man elektrisch leitende Trägerpartikel, so führt man das Potential U1 der Entwicklungsoberfläche bis unmittelbar an das latente Bild heran und wirkt außerdem lokal dem Verarmungspotential durch die Entfernung von Tonerpartikeln aus den Entwickler entgegen. Dieses Verarmungspotential entsteht bei Systemen mit nichtleitenden Trägerpartikeln dadurch, daß nach der Entfernung eines Tonerpartikels von einem Trägerpartikel die Bindungsstärke zu den verbleibenden Tonerpartikeln zunimmt.

Fig. 4 zeigt schematisch die Entwicklersuspension des Zweikomponentensystems. Sie besteht aus Tonerteilchen, die chemisch in der Suspension stabilisiert werden können (A und B), Entwicklerflüssigkeit (C) sowie Trägerpartikeln (D), die ebenfalls chemisch stabilisiert werden können, was aber in der Figur nicht angedeutet ist.

Die Entwicklerflüssigkeit ist im bevorzugten Fall eine wäßrige Lösung, die auf dem Weg zwischen Elektrolysebad und Entwicklungsspalt so stark aufkonzentriert wird, daß praktisch nur noch Partikel mit einem Oberflächenfeuchtfilm vorliegen. Die hohe Volumenleitfähigkeit des Wassers macht dann aber die Verwendung einer Zerstäubereinheit wie der Ultraschallquelle 5 erforderlich, damit keine leitenden Verbindungen vom latenten Bild zu potentialführenden Teilen geschaffen werden. Es wird daher angenommen, daß zur Verwendung eines Magnetbürstenprinzips Wasser weniger geeignet ist oder aber bis zum Erreichen des Druckspaltes vollständig entfernt werden muß.

Bezugszeichenliste

1 Bildoberfläche

2 Entwicklungsoberfläche

3 Druckspalt

4 Tonerpartikel

5 Ultraschallquelle

6 Flüssigkeit

7 Gegenionen

8 Membran

9 Elektrode

10 Trägerpartikel


Anspruch[de]
  1. 1. Elektrografischer Toner, der eine Vielzahl von Polymerpartikeln enthält, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Polymerpartikel (4; 10) funktionelle Gruppen an seiner Oberfläche aufweist, die in einer Trägerflüssigkeit (6) in zwei Teile dissoziierbar sind, wobei ein Teil jeder Gruppe fest mit der Oberfläche verbunden bleibt, so daß die einzelnen Polymerpartikel in der Trägerflüssigkeit elektrostatische Ladung tragen.
  2. 2. Elektrografischer Toner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Polymerpartikel (4; 10) im wesentlichen die gleiche Anzahl funktioneller Gruppen an ihrer Oberfläche aufweisen, die in der Trägerflüssigkeit (6) in zwei Teile dissoziierbar sind.
  3. 3. Elektrografischer Toner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerpartikel (4; 10) im wesentlichen kugelförmig sind und alle im wesentlichen die gleiche Größe aufweisen.
  4. 4. Elektrografischer Toner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größenvariation der Polymerpartikel (4; 10) ungefähr 10% beträgt.
  5. 5. Elektrografischer Toner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Teil der funktionellen Gruppen, der fest mit der Oberfläche der Polymerpartikel (4; 10) verbunden ist, SO3, CO2, Phosphonat oder NR3 ist, wobei R ein organischer Rest ist.
  6. 6. Elektrografischer Toner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in einer Trägerflüssigkeit (6) dissoziierbare Teil der funktionellen Gruppen aus Alkali- oder Erdalkalimetallionen, Halogeniden, kleinen geladenen Molekülen oder Polyionen besteht.
  7. 7. Elektrografischer Toner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerpartikel (4; 10) ein Farbmittel enthalten.
  8. 8. Elektrografischer Toner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Durchmesser der Polymerpartikel (4; 10) kleiner als 7 µm ist.
  9. 9. Elektrografischer Toner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Durchmesser der Polymerpartikel (4; 10) kleiner als 2 µm ist.
  10. 10. Elektrografischer Toner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Trägerflüssigkeit (6) umfaßt, in der die Polymerpartikel (4; 10) suspendiert sind, wobei die dissoziierbaren Teile der funktionellen Gruppen an der Oberfläche der Polymerpartikel im wesentlichen vollständig in der Trägerflüssigkeit dissoziiert sind.
  11. 11. Elektrografischer Toner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerflüssigkeit (6) Wasser umfaßt.
  12. 12. Elektrografischer Toner nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerflüssigkeit (6) Tensid und/oder Schutzkolloid enthält.
  13. 13. Elektrografischer Toner nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß er eine erste (4) und eine zweite (10) Sorte von Polymerpartikeln enthält, wobei die in der Trägerflüssigkeit dissoziierten Teile der funktionellen Gruppen der beiden Sorten von Polymerpartikeln verschiedene Polaritäten aufweisen.
  14. 14. Elektrografischer Toner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerpartikel der ersten Sorte (4) ein Farbmittel enthalten und daß die Polymerpartikel der zweiten Sorte (10) kein Farbmittel enthalten.
  15. 15. Elektrografischer Toner nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerpartikel der zweiten Sorte (10) elektrisch leitfähig sind.
  16. 16. Elektrografischer Toner nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerpartikel der zweiten Sorte (10) ein weichmagnetisches Material enthalten.
  17. 17. Elektrografischer Toner nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerpartikel der zweiten Sorte (10) einen wesentlich größeren Durchmesser als die der ersten Sorte (4) aufweisen.
  18. 18. Verfahren zur Übertragung von elektrografischem Toner nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerpartikel (4) und die in der Trägerflüssigkeit (6) dissoziierten Teile der funktionellen Gruppen elektrolytisch räumlich voneinander getrennt werden, bevor sie auf eine Entwicklungsoberfläche (2) oder eine Magnetbürste übertragen werden.
  19. 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerpartikel (4) zur Übertragung von der Entwicklungsoberfläche auf eine Bildoberfläche (1) Ultraschallschwingungen ausgesetzt werden.
  20. 20. Elektrografische Entwicklungsvorrichtung, die ein bewegliches Bauteil (2) enthält, das teilweise in ein Bad (6) eintaucht, wobei dem in das Bad eintauchenden Teil des Bauteils eine Elektrode (9) gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Oberfläche des Bauteils und der Elektrode eine Membran (8) angeordnet ist, die für Atome oder kleine Moleküle durchlässig ist und für makroskopische Partikel wie Tonerpartikel undurchlässig ist.
  21. 21. Elektrografische Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Bauteil ein umlaufendes Band (2) oder ein rotierender Zylinder ist.
  22. 22. Elektrografische Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Bauteil als Magnetbürste ausgebildet ist.
  23. 23. Elektrografische Entwicklungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberfläche des Bauteils (2) in einem von dem Bad (6) entfernten Teil eine Bildoberfläche (1) gegenüberliegt, auf die Toner (4) zu übertragen ist, wobei zwischen der Oberfläche des Bauteils und der Bildoberfläche ein Spalt (3) gebildet wird, und daß im Bereich des Spaltes eine Ultraschallquelle (5) angeordnet ist, um die Oberfläche des Bauteils in mechanische Schwingungen zu versetzten.
  24. 24. Elektrografische Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildoberfläche (1) ein Photoleiter oder ein dielektrischer Bildträger auf einem rotierenden Zylinder oder einem umlaufenden Band ist.






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