DE3789121T2

DE3789121T2 - Entwicklungsverfahren.

Info

Publication number: DE3789121T2
Application number: DE3789121T
Authority: DE
Inventors: Saito C O Patent Div Mitsunaga; Tomura C O Patent Divis Shinya; Okuyama C O Patent Divi Tetsuo; Uehara C O Patent Divi Tsutomu
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-03-18
Filing date: 1987-03-17
Publication date: 1994-08-04
Anticipated expiration: 2007-03-18
Also published as: EP0241160A3; EP0241160A2; US4833059A; DE3789121D1; EP0241160B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Entwicklungsverfahren für die Umwandlung eines latenten elektrostatischen Bildes, das auf einem fotoempfindlichen Material oder Dielektrikum gebildet wird, in ein sichtbares Bild in einem elektronischen Foto- oder elektrostatischen Aufzeichnungsapparat.
In elektronischen Foto- oder elektrostatischen Aufzeichnungsapparaten wird häufig ein Zwei-Komponenten-Entwicklungsverfahren angewendet, um ein latentes elektrostatisches Bild, das auf einem elektrostatischen Bildträgerelement gebildet wird, welches aus einem fotoempfindlichen Material oder Dielektrikum besteht, in ein sichtbares Bild von guter Qualität umzuwandeln.
Das Zwei-Komponenten-Entwicklungsverfahren hat folgende Nachteile:
(1) der Toner bekommt eine Reibungsladung, die aus der Reibung zwischen dem Toner und einem Träger resultiert, wenn aber der Toner über einen längeren Zeitraum benutzt wird, wird die Oberfläche des Trägers durch die Zusammensetzung des Toners kontaminiert, und der Träger ist nicht mehr in der Lage, eine ausreichende Ladungsmenge zu erhalten;
(2) obwohl Toner und Träger in einem festgelegten Bereich des Mischungsverhältnisses miteinander gemischt werden müssen, verändert sich das Mischungsverhältnis und bleibt nicht innerhalb des festgelegten Bereiches, wenn der Toner über einen längeren Zeitraum genutzt wird, wodurch es nicht möglich ist, ein Bild von guter Qualität zu schaffen, und
(3) oft werden als Träger Eisenpulver, dessen Oberfläche oxydiert wurde, oder Glasperlen verwendet. Durch die Träger wird jedoch die Oberfläche des fotoempfindlichen Materials beschädigt und seine Haltbarkeit verkürzt.
Als Konsequenz daraus wurden verschiedene Methoden vorgeschlagen, nach denen ein Ein-Komponenten-Toner, der nur aus dem Toner besteht, verwendet wird. Genauer formuliert, von den vorgeschlagenen Entwicklungsverfahren, die mit dem sogenannten magnetischen Toner, welches Magnetpulver enthält, arbeiten, wurden die zur praktischen Anwendung gebracht, die in den US-PS 3 909 258 und 4 121 931 offengelegt wurden.
Trotzdem haben auch diese Methoden noch die folgenden Nachteile:
(1) Es ist schwierig, ein entwickeltes Bild auf einem latenten elektrostatischen Bildträger elektrostatisch auf eine Unterlage wie normales Papier zu übertragen, da mit einem magnetischen Toner mit einem verhältnismäßig niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand gearbeitet wird. Die Übertragung ist vor allem dann unbefriedigend, wenn dieser Vorgang in einer feuchten Atmosphäre ausgeführt wird, und
(2) Toner in anderen als einer dunklen Farbe stehen nicht zur Verfügung, da der Toner eine große Menge Magnetpulver enthält.
Daher wurden Entwicklungsverfahren vorgeschlagen, die mit einem Ein- Komponenten-Toner arbeiten, der kein Magnetpulver enthält, wie es beim herkömmlichen Zwei-Komponenten-Entwicklungsverfahren genutzt wird, das aber einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist.
Zu den erwähnten Methoden gehören die in den US-PS 2 895 847, 3 152 012, in den JP-PS 9475/66, 2877/70 und 3624/79 offengelegten Verfahren, welche auf der "touch-down", "impression" oder "jumping" Methode basieren.
Die Nutzung des Toners, der beim Zwei-Komponenten- Entwicklungsverfahren angewendet wird, für das Ein-Komponenten- Entwicklungsverfahren wirft noch die folgenden Probleme auf:
Erstens ist das Ausmaß der erzeugten Reibungsladung unzureichend, wenn die oben genannte Methode angewendet wird.
Beim Ein-Komponenten-Entwicklungsverfahren muß im allgemeinen der Toner im Verhältnis zu einem Toner-Förderer über eine sehr kurze Zeitspanne wirksam geladen werden und einen Ladungsumfang (z. B. etwa -0,5 bis 15 uC/g, wenn eine selen-fotoempfindliche Trommel verwendet wird) erhalten, der ausreicht, um ein latentes elektrostatisches Bild, das auf einer fotoempfindlichen Trommel oder einem Dielektrikum gebildet wurde, in ein sichtbares Bild in einem berührungsfreien Zustand umzuwandeln. Das Problem besteht jedoch darin, daß der Toner nicht ausreichend geladen werden kann, um die genannte Bildsichtbarmachung durch die Reibung zwischen dem Toner, der beim herkömmlichen Zwei-Komponenten- Entwicklungsverfahren eingesetzt wird, und dem Toner-Förderer zu bewirken. Mit anderen Worten, obwohl genügend Zeit genutzt wird, um den Toner und den Träger in dem Maße zu laden, daß die Ladungsmenge ausreichend ist, um die Bildsichtbarmachung beim herkömmlichen Zwei-Komponenten- Entwicklungsverfahren zu bewirken, ist die Reibungsladungszeit, die genutzt wird, um den Toner und den Toner-Förderer durch Reibung zu laden, beim Ein-Komponenten-Entwicklungsverfahren zu kurz, um den Ladungsmenge zu vermitteln, die für die Bildsichtbarmachung notwendig ist.
Zweitens, die Oberfläche eines Toner-Förderers muß gleichmäßig mit einer extrem dünnen Schicht des Toners bedeckt werden, aber es ist unmöglich, eine solche dünne Schicht mit dem Toner herzustellen, der beim Zwei-Komponenten-Entwicklungsverfahren eingesetzt wird. Es wird auf Fig. 4 verwiesen, in welcher ein Verfahren zur Bildung einer solchen dünnen Schicht anhand eines Beispiels beschrieben wird. Wie in Fig. 4 gezeigt wird, wird ein elastisches Blatt 2 mit einem Druck von 20 g/cm bis 500 g/cm in Kontakt mit einem Toner-Förderer 1 gedrückt. Der Toner 4, der in einem Toner-Behälter 3 enthalten ist, wird übertragen, während der Toner- Förderer 1 rotiert, und gleichmäßig dünn durch das elastische Blatt 2 auf die Oberfläche des Toner-Förderers 1 aufgebracht und zu einem elektrostatischen Bildträger 5 bewegt, der in einem extrem geringen Abstand zum Toner-Förderer 1 angeordnet ist, und dann von dem elektrostatischen Bildträger 5 auf ein Toner-Bildfixierungsmedium wie Papier übertragen. Demzufolge sollte der Toner 4 eine hohe Fließfähigkeit haben und resistent gegen Festwerden sein. Der Toner im Toner-Behälter 3 neigt jedoch zum Festwerden, während es durch die Drehung des Toner- Förderers weitergeleitet wird, und der massive Toner wird nicht auf die Oberfläche des Toner-Förderers 1 aufgebracht. Außerdem ist der Toner 4, der durch den Toner-Förderer 1 weitergeleitet wird, einem hohen Stirndruck aufgrund des Kontaktes zwischen dem elastischen Blatt 2 und dem Toner- Förderer 1 ausgesetzt. Das Problem besteht darin, daß die so erzeugte Reibungswärme den Toner 4 erweicht und bewirkt, daß er an der Oberfläche des Toner-Förderers 1 kleben bleibt, wodurch keine gleichmäßige, dünne Schicht des Toners gebildet werden kann. Wenn der Erweichungspunkt des Toners erhöht wird, erhöht sich auch die Fixierungstemperatur in einem Maße, daß es für den Einsatz in einer herkömmlichen Kopiermaschine nicht geeignet ist.
Drittens, da ein großer Teil des Toners aus Harz besteht, ist ein großer Prozentsatz des Harzes an der Oberfläche des Toners vorhanden. Ein Pigment ist im allgemeinen negativ geladen, und es ist, besonders bei Ruß, negativ geladen. Wenn das Harz, das durch die Reibung mit dem elastischen Blatt negativ geladen ist, als positiv zu ladender Toner genutzt wird, kommt es zu einer entgegengesetzten Polarität, die durch die Ladung produziert wird, welche an der Oberfläche der Toner-Partikel zwischen den Toner-Partikeln erzeugt wird; zwischen dem Toner und dem Toner-Förderer und dem Toner-Förderer und dem elastischen Blatt. Folglich können solche Probleme wie die Entwicklung eines feinen Schleiers und die Streuung des Toners auftreten. Die genannten Probleme treten vor allem dann häufig auf, wenn viele Blatt Kopierpapier aufgestapelt sind, und daher ist der herkömmliche Ein-Komponenten-Toner in einer Kopiermaschine praktisch nicht anwendbar. Bei einem Farb-Toner bestimmt die Reibungsladung, die zwischen dem Toner und dem Toner-Förderer erzeugt wurde, das Tribopotential des Toners. Da bei dem hier in Frage kommenden technischen Gebiet jedes Material, das als ladungssteuerndes Mittel bekannt ist, kaum eingesetzt werden kann, sollte die Polarität des Tribopotentials unter Nutzung einer Kombination von Bindemittelharz und Farbstoff bestimmt werden. Es gibt jedoch noch eine weitere Schwierigkeit hinsichtlich einer Substanz, welche die Charakteristika erfüllt, die für das Entwicklungsverfahren notwendig sind, und welche die notwendige Farbe realisiert.
Bei den bekannten Entwicklungsverfahren wurden die Vorteile des nichtmagnetischen Ein-Komponenten-Toners noch nicht vollständig genutzt. Das schwierigste Problem ist die Steuerung der Reibungsladung.
GB-A-2149322 legt ein Entwicklungsverfahren und eine Vorrichtung zur Umwandlung eines latenten elektrostatischen Bildes auf der Oberfläche eines latenten elektrostatischen Bildträgers in ein sichtbares Bild offen. Bei dieser Vorrichtung und diesem Verfahren wird ein latenter elektrostatischer Bildträger dicht an einem Toner-Förderer zum Transport von nichtmagnetischem Ein-Komponenten-Toner zu diesem hin angeordnet. Der nichtmagnetische Ein-Komponenten-Toner wird auf den Toner-Förderer aufgebracht. Der Toner auf dem Toner-Förderer wird durch ein Blatt berührt, um eine dünne Schicht des Toners auf dem Förderer zu bilden und dem Toner eine Reibungsladung zu vermitteln. Der Toner wird auf den latenten elektrostatischen Bildträger übertragen.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Entwicklungsverfahren zu schaffen, bei dem ein positiv geladener nichtmagnetischer Ein-Komponenten-Toner eingesetzt wird, dessen quantitative Verteilung der Reibungsladung nicht nur scharf, sondern auch gleichmäßig ist, ohne daß sich ein feiner Schleier entwickelt und eine Streuung des Toners am Rand einer latenten Bildkante auftritt, um so wirklich das latente elektrostatische Bild in ein sichtbares Bild von guter Qualität umzuwandeln.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Entwicklungsverfahren zu schaffen, bei dem ein positiv geladener nichtmagnetischer Ein-Komponenten-Toner eingesetzt wird, der kontinuierlich aus einem Toner-Behälter zu einen Toner-Förderer zugeführt und zu einer gleichmäßigen, dünnen Schicht des Toners auf dem Toner- Förderer geformt werden kann.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Entwicklungsverfahren zu schaffen, bei dem ein positiv geladener nichtmagnetischer Ein-Komponenten-Toner eingesetzt wird, der stabil konserviert werden kann.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Entwicklungsverfahren zu schaffen, bei dem ein positiv geladener nichtmagnetischer Ein-Komponenten-Toner eingesetzt wird, der kaum zu einer Verschiebung führt, auch wenn eine Reihe von Bildern mit rasch folgender Fixierung entwickelt wird.
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Entwicklungsverfahren zur Umwandlung eines latenten elektrostatischen Bildes auf der Oberfläche eines latenten elektrostatischen Bildträgers in ein sichtbares Bild geschaffen, der aus den folgenden Schritten besteht: Anordnung des latenten elektrostatischen Bildträgers zur Aufnahme des latenten elektrostatischen Bildes und eines Toner-Förderers zur Weiterleitung eines nichtmagnetischen Ein-Komponenten-Toners mit einem extrem kleinen Abstand zueinander; Aufbringung des nichtmagnetischen Ein-Komponenten-Toners auf den Toner-Förderer und Herstellung des Kontaktes zwischen dem Toner und einem Blatt, um eine dünne Schicht des Toners auf dem Förderer zu bilden und dem Toner eine Reibungsladung zu vermitteln, und Übertragung des Toners auf den latenten elektrostatischen Bildträger, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der Reibungsladung im Verhältnis zur Oberfläche des nichtmagnetischen Toners innerhalb eines Bereiches von +30 bis 100 uC/m² liegt und die Fließfähigkeit nicht mehr als 5 g in Begriffen des Toners beträgt, die sich auf 20 g beläuft, aber auf einem 100-Maschen- Sieb bleibt, nachdem eine Vibration mit einer Geschwindigkeit von 3000 Vibrationen/min und einer Amplitude von 1 mm für die Dauer von 30 s stattgefunden hat.
Unter "Menge der Reibungsladung im Verhältnis zur wirksamen Oberfläche" versteht man in diesem Fall den Wert, den man erhält durch Zerkleinern und Zerteilen des Toners in Teilchen mit einem Durchmesser von 5 bis 25 um, von denen 50% auf Gewichtsgrundlage einen mittleren Durchmesser von 9 bis 15 um haben, und Mischen des so bearbeiteten Toners mit 3 Gew.-% oxydiertem Eisenpulver (TEF-V von der Nihon Teppun) als Trägermittel, durch Aufbringen des Gemischs, zusammen mit einem N&sub2;-Gas mit einem Druck von 1 kg/cm², auf ein leitendes 400-Maschen-Netz, wobei die aufgeladene Menge nach der Abblasmethode (unter Verwendung von TB-200 der Toshiba Chemical K.K.) gemessen wird, und durch Division der aufgeladenen Menge durch die wirksame Oberfläche, die nach der BET-Methode gemessen wurde. Nach der BET-Methode wird die wirksame Oberfläche folgendermaßen gemessen: zuerst wird 1 g einer Probe genau gemessen und in eine Zelle gegeben, worin die Probe in einer Atmosphäre aus einem Gasgemisch von N&sub2;/He = 30/70 auf Verfahrenstemperatur erhitzt wird. Dann wird das Gasgemisch an der Probe durch Abkühlung der Zelle fixiert.
Der flüssige Stickstoff wird entfernt und nach 5 min wieder auf normale Temperatur gebracht. Zu diesem Zeitpunkt werden die Mengen an N&sub2;- Gas auf der Primär- und der Sekundärseite durch einen Detektor zum Messen der Wärmeleitfähigkeit gemessen, um die wirksame Oberfläche zu ermitteln, und dieser Wert durch das Gewicht der Probe dividiert, um die wirksame Oberfläche des Toners zu bestimmen.
Zur Bestimmung der "Fließfähigkeit" werden Siebe zu 60, 100 und 200 Maschen Siebgröße übereinander gestapelt und zusammen mit 20 g Toner, der auf diese gegeben wurde, 30 s lang mit 3000 V.P.M (Anzahl der Vibrationen je Minute) und einer Amplitude von 1 mm vibriert, um so die Summe des Toners zu ermitteln, der im 60-Maschen-Sieb zurückbleibt, und des Toners, der im 100-Maschen-Sieb verbleibt.
Der Grund dafür, daß die Menge der Reibungsladung nach der vorliegenden Erfindung auf einen Bereich von 30 uC/m² bis 100 uC/m² begrenzt wird, ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß der Toner kaum geladen und durch den Toner-Förderer weitergeleitet werden kann, wenn die Menge der Reibungsladung des Toners geringer als 30 uC/m² ist.
Überschreitet die Menge dagegen 100 uC/m², dann haftet der Toner so fest am Toner-Förderer, daß auf dem elektrostatischen Bildträger kein Bild gebildet wird.
Der Grund dafür, daß die Fließfähigkeit des Toners nach der vorliegenden Erfindung auf 5 g oder weniger begrenzt wird, ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß sich der Toner verfestigt und kaum kontinuierlich vom Toner-Behälter dem Toner-Förderer zugeführt werden kann, wenn die Fließfähigkeit des Toners 5 g übersteigt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält der nichtmagnetische Ein-Komponenten-Toner wenigstens ein Harz, dessen Glasumwandlungspunkt über 50ºC, dessen Erweichungspunkt zwischen 110ºC und 160ºC und dessen Menge an Reibungsladung im Verhältnis zur wirksamen Oberfläche bei +25 bis 150 uC/m² liegt, und ein Färbemittel.
Wenn der Glasübergangspunkt des Harzes, das für der positiv geladene nichtmagnetische Ein-Komponenten-Toner verwendet wird, unter 50ºC liegt, ist die Aufrechterhalten der Stabilität erschwert, und wenn der Erweichungspunkt unter 110ºC liegt, kommt es zu Verschiebung, während andernfalls, wenn er 160ºC übersteigt, der Toner nicht fixiert wird.
Das für diesen Toner geeignete Harz sollte bei der Menge der Reibungsladung Werte von +25 bis 150 uC/m², vorzugsweise +50 bis 120 uC/m², über 50ºC im Glasübergangspunkt und 110ºC bis 160ºC im Erweichungspunkt aufweisen. Der "Erweichungspunkt" bezeichnet eine Temperatur, bei der durch die Bewegung eines Kolbens unter den folgenden Bedingungen ein Harz zum Fließen aus einer Form gebracht wird:
Querschnittfläche des Kolbens: 1 cm²
Form (Länge): 10 mm
Lastanwendung: 10 kp
Vorerwärmungszeit: 300 s
Anfangstemperatur: 100ºC
Steiggeschwindigkeit der Temperatur: 2,5ºC/min
Wenn die Menge der Reibungsladung geringer als +25 uC/m² ist, wird das Harz kaum geladen, und wenn sie 150 uC/m² übersteigt, wird es schwierig, ein Bild auf dem elektrostatischen Bildträger zu bilden.
Wenn der Glasübergangspunkt unter 50ºC liegt, ist die Erhaltung der Stabilität erschwert, während bei einem Erweichungspunkt von weniger als 110ºC leicht eine Verschiebung eintreten kann. Wenn dieser dagegen über 160ºC liegt, kann der Toner kaum fixiert werden.
Nach der vorliegenden Erfindung kann jeder Typ eines Harzes verwendet werden, vorausgesetzt, daß die oben genannten Bedingungen erfüllt sind, beispielsweise Polystyrol und seine Copolymere; Polyester und seine Copolymere; Polyethylen und seine Copolymere; Acrylat- und Methacrylatharze und deren Copolymere; Silikonharz; Polypropylen und seine Copolymere; Wachs; Polyamidharz und Polyurethanharz, allein oder in Kombination.
Das Harz, das für den Einsatz in der vorliegenden Erfindung am besten geeignet ist, ist ein Styrol-(meth)acryl-aminoalkylmethacrylat- Copolymer, dessen Glasübergangspunkt über 50ºC liegt und dessen Erweichungspunkt 110ºC bis 160ºC beträgt.
Als acrylische oder methacrylische Komponente zum Einsatz bei der Synthese des genannten Copolymers können alle Arten der bekannten Acrylsäuren und deren Derivaten und Methacrylsäuren und deren Derivaten, einschließlich Acrylsäure, Acrylsäureester, wie Methylacrylat, Ethylacrylat, Propylacrylat, Isopropylacrylat, Butylacrylat, Isobutylacrylat, Pentylacrylat, Hexylacrylat, Peptylacrylat und Octylacrylat; Methacrylsäure und Methacrylsäureester, wie Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Propylmethacrylat, Isopropylmethacrylat, Butylmethacrylat, Isobutylmethacrylat, Pentylmethcrylat, Hexylmethacrylat und Octylmethacrylat, verwendet werden.
Als Monomer mit einer Aminogruppe für die Synthese der oben genannten Copolymere ist ein Methacrylsäurederivat mit der folgenden worin R&sub1; gleich H oder Methyl ist und R&sub2;, R&sub3; und R&sub4; eine Alkylengruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen darstellen.
Zu dem Monomer mit der Aminogruppe, das die durch vorstehende Formel dargestellt wird, gehören z. B. 2-Dimethylamino-2-methylpropyl- (meth)acrylat, 2-Dimethylamino-2-ethylbuthyl-(meth)acrylat, 2- Dimethylamino-2-propylhexyl-(meth)acrylat, 2-Diethylamino-2-methylpropyl- (meth)acrylat, 2-Diethylamino-2-ethylbutyl-(meth)acrylat, 2-Diethylamino- 2-propylhexyl-(meth)acrylat.
Als Polymerisationsinitiator für die Polymerisation des Monomers mit der Aminogruppe und eines Styrol-Acrylat- oder Styrol-Methacrylat- Copolymers kann ein Nitril-Initiator, der Azobis(isobutyro)nitril, Azobis- 2-(2-naphthyl)propionitril darstellt, eingesetzt werden.
Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält das nichtmagnetische Ein-Komponenten-Toner wenigstens einen Harzträger als Hauptkomponente, dessen Glasübergangstemperatur über 50ºC liegt und dessen Erweichungspunkt zwischen 110ºC und 160ºC liegt, und einen Farbstoff, und seine Oberfläche wird mit einem Silan-Haftmittel mit einer Aminogruppe behandelt.
Als Silan-Haftmittel mit einer Aminogruppe ist eine Silanverbindung geeignet, die durch folgende allgemeine Formel dargestellt wird:
oder
In der Formel bezeichnet R&sub1;¹ -H-, -CH&sub3;, -C&sub2;H&sub5;, -CH&sub2;CH&sub2;OH,
steht R&sub2;¹ für -(CH&sub2;)n-,
-CO-, -(CH&sub2;)n -(CH&sub2;n)- und ist R&sub3;¹
gleich -CH&sub3;, -OCH&sub3;, -OC&sub2;H&sub5;, während n eine ganze Zahl von l bis 4 darstellt.
Zu der Silanverbindung, die durch die obige allgemeine Formel dargestellt wird, gehören:
H&sub2; N(CH&sub2;)&sub3; Si (OCH&sub3;)&sub3;,
H&sub2; N(CH&sub2;)&sub3; Si (OC&sub2;H&sub5;)&sub3;,
H&sub2; N(CH&sub2;)&sub3; Si (CH&sub3;) OC H&sub3;)&sub2;,
H&sub2; N(CH&sub2;)&sub3; Si (CH&sub3;)&sub2; (OC&sub2; H&sub5;),
H&sub2; N(CH&sub2;)&sub2; NH(CH&sub2;)&sub3; Si (OCH&sub3;)&sub3;,
H&sub2; N(CH&sub2;)&sub2; NH (CH&sub2;)&sub3; CH&sub3; Si (OCH&sub3;)&sub3;,
H&sub2; N(CH&sub2;)&sub2; NH (CH&sub2;)&sub3; Si (CH&sub3;) (OCH&sub3;)&sub2;,
H&sub2; NCO(NH(CH&sub2;)&sub3; Si(OC&sub2; H&sub5;)&sub3;
(H&sub5; C&sub2;)&sub2; N(CH&sub2;)&sub3; Si (OCH&sub3;)&sub3;
H&sub3; N
- Si(OCH&sub3;)&sub3;
- NH(CH&sub2;)&sub3; Si(OCH&sub3;)&sub3;
H&sub2; N(CH&sub2;)&sub2; NHCH&sub2;
CH&sub2; - CH&sub2; Si (OCH&sub2;)&sub3;
(H&sub3; C)&sub2; N
Si (OC&sub2; H&sub5;)&sub3;
H&sub2; NCH&sub2;
(CH&sub2;)&sub2; Si (OCH&sub3;)&sub3;
(HOCH&sub2; CH&sub2;)&sub2; N(CH&sub2;)&sub3; Si (OCH&sub3;)&sub3;
Das Silan-Haftmittel ist aus einer oder zwei Arten von Komponenten zusammengesetzt.
In der vorliegenden Erfindung kann ein bekannter Farbstoff eingesetzt werden, einschließlich Ruß, erstes Gelb G, Benzin-Gelb,
10 Pigment-Gelb, erstes Rot, Orange, Ilgazin-Rot, Carmin FB, Permanent- Bordeaux-FRR, Pigment-Orange R, Resol-Rot 2G, Lack-Rot C, Rhodamin FB, Rhodamin B, Lack-Pthalcyanin-Blau, Pigment-Blau, Brilliant-Grün B, Phthalcyanin-Grün, Chinacridon usw.
Wenn das erforderlich ist, kann dem positiv geladenen Ein- Komponenten-Toner Wachs zugesetzt werden, um die Verschiebungseigenschaften zu verbessern, und außerdem kann ein Ladungssteuerungsmittel zugesetzt werden, um die Menge der Reibungsladung zu steuern. Als Ladungssteuerungsmittel können eine Aminoverbindung, eine quaternäre Ammoniumverbindung, ein organischer Farbstoff und dessen Salze, eine Nigrosinbase, eine Monoazoverbindung und deren Metallkomplexe, Polyaminharz und Aminoharz eingesetzt werden.
Um die Fließfähigkeit und den Widerstand gegen das Festwerden zu verbessern, ist es auch möglich, dem nichtmagnetischen Ein-Komponenten- Toner nach der vorliegenden Erfindung feine hydrophobe, kolloidale Teilchen mit derselben Polarität, beispielsweise kolloidales Siliciumdioxid, in einem solchen Umfang zuzusetzen, daß durch die zugesetzte Menge nicht die Ladungsmenge des Toners beeinträchtigt wird, z. B. 0,05 bis 5 Gewichtsteile je 100 Gewichtsteile des Toners.
Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Ein elastisches Blatt 12 wird mit einem Druck von 20 g/cm bis 500 g/cm gegen einen Toner-Förderer 11 gepreßt. Der Toner 14, der sich in einem Toner-Behälter 13 befindet, wird durch die Rotation des Toner-Förderers 11 weitergeleitet und durch das elastische Blatt 12 zu einer extrem dünnen Schicht von Toner-Partikeln auf der Oberfläche des Toner-Förderers geformt, die außerdem durch die Reibung zwischen dem Toner-Förderer und dem elastischen Blatt entgegengesetzt zur elektrostatischen Ladung aufgeladen werden. Der Toner, der auf die Oberfläche des Toner-Förderers aufgebracht wird, wird zu einem elektrostatischen Bildträger 15 bewegt, wobei es Zugang zum Träger 15 bekommt und vom Träger 15 auf ein Toner-Bildfixierungsmedium wie Papier übertragen wird. Der Toner, der auf dem Toner-Förderer verbleibt, gelangt durch einen Spalt zwischen einem Rückgewinnungsblatt 16 und dem Toner- Förderer 11 wieder in den Toner-Behälter. Die Zahl 18 bezeichnet ein Rührwerk zum Rühren des Toners.
In einem Entwicklungsmittel kann eine Gleichstrom- oder Wechselstromvorspannung oder eine Kombination der beiden, die durch Überlagerung der beiden erzeugt wird, quer zum Toner-Förderer 11 und zum elektrostatischen Bildträger 15 angelegt werden.
Wie in Fig. 2 gezeigt wird, führt eine Menge der Reibungsladung im Verhältnis zur wirksamen Oberfläche des nichtmagnetischen Ein-Komponenten- Toners, die außerhalb des Bereichs von +25 bis 150 uC/m² liegt, zu einer unzureichenden Schichtbildung oder zu einer Verringerung der Bilddichte, und eine Fließfähigkeit, die 5 g übersteigt führt, wie Fig. 3 zeigt, führt ebenfalls zu einer Beschleunigung der Verringerung der Bilddichte.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Entwicklungsvorrichtung, bei welcher die vorliegende Erfindung ausgeführt wurde.
Fig. 2 ist eine charakteristische grafische Darstellung, die das Verhältnis von Menge der Reibungsladung eines Entwicklers und Bilddichte zeigt.
Fig. 3 ist eine charakteristische grafische Darstellung, die das Verhältnis von Fließfähigkeit des Entwicklers zu Bilddichte zeigt.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht einer Entwicklungsvorrichtung zur Anwendung beim Ein-Komponenten-Entwicklungsverfahren.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In den folgenden Beispielen bezeichnet der Begriff Teile Gewichtsteile.

Beispiel 1

Es wurden 92 Teile Styrol-n-butyl-methacrylat-diethylaminoethylmethacrylat-Copolymer (Glasübergangstemperatur Tg: 72,0ºC, Erweichungspunkt: 122ºC, Zahlenmittel der relativen Molekülmasse: 9 3000, Gewichtsmittel der relativen Molekülmasse: 181 000 und Ladungsmenge: 78,5 uC/m²), 4 Teile Ruß, 3 Teile Wachs und 1 Teil eines Ladungssteuerungsmitteis (AFPLB von der Orient Chemical) in einer Kugelmühle im voraus etwa zwei Stunden lang gemahlen und etwa eine Stunde lang mit einem Druckkneter geknetet.
Das auf diese Weise geknetete Produkt wurde gekühlt und zunächst mit einer Hammermühle grob zerkleinert und dann mit einer Strahlmühle fein gemahlen. Anschließend wurde es einer Windsichtung unterzogen, um ein Toner mit einer Größenverteilung von 5 bis 25 um zu erhalten.
Danach wurden in einer Kugelmühle 100 Teile des Toners und 0,5 Teile feine kolloidale Siliciumdioxid-Teilchen (RP-130 von der Nippon Aerosil Co.) miteinander vermischt, damit diese dann an der Oberfläche des Toners haften können, um ein nichtmagnetisches Ein-Komponenten-Toner zu erhalten, bei dem 50% des Gewichtsmittels der Teilchen eine Größe von 12,6 um aufweisen.
Die Menge der Reibungsladung, gemessen nach der Toner-Abblasmethode, betrug +53,4 uC/m² bei einer Fließfähigkeit von 3,4 g.
Anschließend wurde der genannte Toner für eine Kopiermaschine (LEODRY-Modell 3301 der Toshiba Corp.) verwendet, die auf dem Markt gekauft und so umgebaut worden war, daß sie ein negativ geladenes fotoempfindliches OPC-Mittel aufnehmen konnte. Bei der Entwicklung in der gezeigten Maschine erhielt man ein klares Bild, das frei von Entwicklungsschleier war.
Wenn die Entwicklung in einer Atmosphäre mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit (30ºC, 85% relative Feuchtigkeit) nach derselben Methode durchgeführt wurde, erhielt man ein klares Bild, das frei von Entwicklungsschleier und Verringerung der Bilddichte war, wobei aber ein höherer Wirkungsgrad der Übertragung erzielt wurde.
Es wurde festgestellt, daß das Bild, das unter Verwendung einer Warmwalzen-Fixiervorrichtung fixiert wurde, eine ausgezeichnete Fixierung und Verschiebung innerhalb des Bereichs von 170ºC bis 220ºC aufwies, und selbst nach der Entwicklung von 10 000 Bildern wurden noch Bilder von derselben Qualität hergestellt.

Beispiele 2 bis 5 Vergleichsbeispiele 1 bis 3

Auf die gleiche Art und Weise wie im Beispiel 1 wurden andere Typen von Tonern hergestellt, und ihre Eigenschaften wurden unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 untersucht. Die untenstehende Tabelle zeigt die ermittelten Ergebnisse.
Wie in der Tabelle gezeigt wird, wurde im Vergleichsbeispiel 1 Polyester als ein Harz für den Toner verwendet, wobei die Ladungsmenge die obere Grenze nach der vorliegenden Erfindung überstieg; im Vergleichsbeispiel 2 wurde Acrylharz für den Toner verwendet, wobei die Ladungsmenge die untere Grenze nach der vorliegenden Erfindung unterschritt, und im Vergleichsbeispiel 3 wurde das gleiche Harz wie im Beispiel 1 für den Toner verwendet, wobei aber die Ladungsmenge die obere Grenze nach der vorliegenden Erfindung überstieg. Diese Typen von Tonern wurden unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 untersucht. TABELLE Beispiele Harz Komponente Ladungsmenge Toner Fließfähigkeit Bilddichte Bemerkungen Styrolacrylaminomethacrylat Vergleichsbeispiel Polyester Bilddichte zu gering Acrylharz Unzureichende Bildung der Toner-Schicht auf den Toner-Förderer Styrol-n-butyl-methacrylat-diethyl-aminethylmethacrylate Bild unscharf; unzureichende Zuführung von Toner

Beispiel 6

Styrol 85 Teile
n-Butylmethacrylat 10 Teile
Diethylaminoethylmethacrylat 5 Teile
Azobisisobutyronitril 8 Teile
Das oben beschriebene Gemisch wurde bei 65ºC 6 Stunden lang gerührt, um ein Styrol-n-butylmethacrylatdiethylaminoethylmethacrylatharz mit den folgenden Eigenschaften zu erhalten: Glasübergangspunkt 72,0ºC; Erweichungspunkt 122ºC; Zahlenmittel der relativen Molekülmasse 9300 und Gewichtsmittel der relativen Molekülmasse 181 000. Anschließend wurden 95 Teile des so gewonnenen Harzes, 4 Teile Ruß und 1 Teil Wachs zunächst unter Verwendung einer Kugelmühle etwa zwei Stunden lang vorgemischt und dann etwa eine Stunde lang unter Verwendung eines Druckkneters geknetet. Das so geknetete Produkt wurde durch eine Strahlmühle fein zerkleinert und dann nach der Windsichtungsmethode klassiert, wodurch man einen Toner mit einer Größe von 5 bis 25 um erhielt.
Dann wurden 100 Teile des Toners mit 0,5 Teilen positiv geladenen feinen kolloidalen Siliciumdioxid-Teilchen (RA-200 von der Nippon Aerosil) unter Verwendung einer Kugelmühle vermengt, damit der Toner an den Oberflächen der feinen kolloidalen Teilchen haften konnte, um so einen Ein- Komponenten-Toner des magnetischen Typs mit einer Teilchengröße von 13,2 um für 50% des Gewichtsmittels der Teilchen zu erhalten. Die Menge der Reibungsladung, gemessen nach der Toner-Abblasmethode, betrug +18.5 uC/m².
Die Kopiermaschine aus Beispiel 1 wurde genutzt, um den nichtmagnetische Ein-Komponenten-Toner der gezeigten Vorrichtung für Entwicklungszwecke zuzuführen, wobei man ein klares Bild, frei von Entwicklungsschleier, erhielt.
Wurde die Entwicklung in einer Atmosphäre mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit (30ºC, 85% relative Feuchtigkeit) nach derselben Methode ausgeführt, erhielt man ein klares Bild, frei von Entwicklungsschleier und Verminderung der Bilddichte, aber mit einem höheren Wirkungsgrad der Übertragung.
Außerdem erhielt man ein klares Bild von hoher Dichte selbst in einer Atmosphäre mit niedriger Temperatur und geringer Feuchtigkeit (5ºC, 10% relative Feuchtigkeit).
Wenn das so gewonnene Bild unter Verwendung einer Warmrollen- Fixiervorrichtung fixiert wurde, begann die Fixierung bei 170ºC, und selbst bei 220ºC wurde keine Verschiebung beobachtet.

Beispiel 7

Unter Verwendung einer Dreiwalzenmühle wurden 90 Teile eines Polyesters des Bisphenoltyps mit einem Zahlenmittel der Molekülmasse von 4100 und einem Gewichtsmittel der Molekülmasse von 32 000 und 10 g eines Styrol-diethylaminomethacrylatharzes mit hoher Aminvalenzzahl und mit einem Zahlenmittel der Molekülmasse von 30 000 und einem Gewichtsmittel der Molekülmasse von 60 000 geknetet, was ein Harz mit den folgenden Eigenschaften ergab: Glasübergangspunkt 82,5ºC; Erweichungspunkt 135ºC und Menge der Reibungsladung 87,5 uC/m².
Unter Anwendung desselben Verfahrens wie im Beispiel 1, wobei aber anstelle von Styrol-n-butylmethacrylatdiethylaminomethacrylat 95 Teile des Harzes, das oben hergestellt wurde, eingesetzt wurden, wurde kein Entwicklungsschleier beobachtet, und man erhielt ein klares Bild ohne Streuung des Toners am Rand des latenten elektrostatischen Bildes.
Die Teilchengröße von 50% des Gewichtsmittels der Teilchen dieses Toners betrug 12,3 um, während sich die Menge der Reibungsladung auf +31,5 uC/m² belief.

Beispiel 8

Unter Verwendung einer Kugelmühle wurden 95 Teile Styrol-n-butylmethacrylat-Harz (Zahlenmittel der Molekülmasse 16 300; Gewichtsmittel der Molekülmasse 32 800; Erweichungspunkt 125ºC und Glasübergangspunkt 51,2ºC) und 5 Teile Ruß etwa zwei Stunden lang gemischt und unter Verwendung eines Druckkneters etwa eine Stunde lang geknetet. Das so geknetete Produkt wurde gekühlt, mit einer Hammermühle grob zerkleinert, mit einer Strahlmühle fein gemahlen und unter Verwendung einer Sortiermaschine klassiert, um einen Toner mit einer Teilchengröße von 5 bis 25 um zu erhalten. Die Teilchengröße von 50% des Gewichtsmittels betrug 1,14 um. Ein Gemisch aus 100 Teilen des so gewonnenen Toners, 0,2 Teilen N-β-(Aminoethyl)-γaminopropyl-trimethoxysilan (beschichtete Fläche 353 m²/g) und 100 Teilen Wasser wurde bei normaler Temperatur fünf Stunden lang gerührt, bei 200ºC an der Luft sprühgetrocknet und einer Oberflächenbehandlung unterzogen, um einen nichtmagnetischen Ein-Komponenten-Toner zu erhalten. Die Triboladung des so gewonnenen nichtmagnetischen Ein-Komponenten-Toners wurde nach der Abblasmethode (von Toshiba Chemical) gemessen, das ermittelte Ergebnis lautete 25,3 uC/g.
Ein fotoempfindliches OPC-Mittel, das ein negativ geladenes latentes Bild trägt, wurde für eine Kopiermaschine verwendet, die auf dem Markt gekauft (LEODRY-Modell Nr. 3301 der Toshiba Corp.) und umgebaut wurde, und der oben hergestellte nichtmagnetische Ein-Komponenten-Toner wurde dem gezeigten Apparat zum Zweck der Entwicklung zugeführt, wobei man ein klares Bild, frei von Entwicklungsschleier, erhielt.
Wenn die Entwicklung in einer Atmosphäre mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit (30ºC, 85% relative Feuchtigkeit) nach derselben Methode ausgeführt wurde, erhielt man ein klares Bild, frei von Entwicklungsschleier und Verminderung im Bildentwicklungsschleier und in der Bilddichte, aber mit einem höheren Wirkungsgrad der Übertragung.
Außerdem erhielt man ein klares Bild von hoher Dichte selbst in einer Atmosphäre von geringer Temperatur und niedriger Feuchtigkeit (5ºC, 10% Feuchtigkeit).
Wenn das so gewonnene Bild unter Verwendung einer Warmwalzen- Fixiervorrichtung fixiert wurde, begann die Fixierung bei 170ºC, und selbst bei 220ºC wurde keine Verschiebung beobachtet. Außerdem waren die Eigenschaften der Fließfähigkeit und der Vermeidung der Verfestigung auch ohne den Zusatz eines Mittels zur Verbesserung der Fließfähigkeit ausgezeichnet.
Dagegen war die Triboladung des Toners, dessen Oberfläche nicht mit N-β-(Aminoethyl)-γ-aminopropyl-trimethoxysilan behandelt worden war, mit 1,15 uC/g für die Fließfähigkeit unzureichend.

Beispiel 9

Es wurde das gleiche Verfahren wie im Beispiel 1 ausgeführt, wobei aber anstelle von Styrol-n-butyl-methacrylat ein Polyesterharz des Bisphenoltyps (Zahlenmittel der Molekülmasse 4100, Gewichtsmittel der Molekülmasse 32 000, Erweichungspunkt 135ºC und Glasübergangspunkt 82,5ºC) eingesetzt wurde. Man erhielt ein klares Bild ohne Streuung des Toners am Rand des latenten Bildes. Die Teilchengröße von 50% des Gewichtsmittels des Toners lag bei 12,4 um, während die Triboladung +21,2 uC/g betrug.

Beispiel 10

Es wurde das gleiche Verfahren wie im Beispiel 1 ausgeführt, wobei aber anstelle des Rußes im Beispiel 1 in diesem Fall Cyanin-Blau-G-500 N (von der Sanyo Pigment) eingesetzt wurde. Man erhielt ein vorteilhaftes sichtbares Bild ohne Entwicklungsschleier. Die Teilchengröße von 50% des Gewichtsmittels des Toners lag bei 12,0 um, während die Triboladung +22,8 uC/g betrug.
Bei dem hier beschriebenen Entwicklungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung wird die Menge der Reibungsladung quer zum Toner und dem elastischen Blatt oder zum Toner und dem Toner-Förderer stabilisiert und ist in einer Weise steuerbar, daß sie dem verwendeten Entwicklungssystem angepaßt werden kann. Demzufolge können nun die möglichen Probleme, die auf Entwicklungsschleier und Streuung des Toners am Rand des latenten Bildes zurückgeführt werden, gelöst werden, wodurch eine hohe Bilddichte möglich wird.
Bei der kontinuierlichen Nutzung des Toners über eine längere Zeitspanne können die anfänglichen Eigenschaften gewahrt und Bilder von hoher Qualität über eine lange Zeit geliefert werden, und außerdem ist die Menge der Reibungsladung des Toners selbst dann noch stabil, wenn dieses in einer Atmosphäre mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit oder in einer Atmosphäre mit niedriger Temperatur und geringer Feuchtigkeit eingesetzt wird. Außerdem wird der Toner nach der vorliegenden Erfindung durch die Atmosphäre bei normaler Temperatur und Feuchtigkeit fast überhaupt nicht beeinflußt, und es ist nicht nur frei von Entwicklungsschleier, sondern auch von einer Verringerung der Bilddichte. Außerdem ermöglicht es eine echte Entwicklung eines latenten Bildes mit einem höheren Übertragungswirkungsgrad.

Claims

1. Entwicklungsverfahren zur Umwandlung eines latenten elektrostatischen Bildes auf der Oberfläche eines latenten elektrostatischen Bildträgers (15) in ein sichtbares Bild, mit den Schritten:

Anordnung des latenten elektrostatischen Bildträgers (15) zur Aufnahme des latenten elektrostatischen Bildes auf diesem und eines Toner- Förderers (11) zur Weiterleitung eines nichtmagnetischen Ein-Komponenten- Toners (14) auf diesen in einem extrem kurzen Abstand zu einander;

Aufbringung des nichtmagnetischen Ein-Komponenten-Toners (14) auf den Toner-Förderer (11) und Berühren des Toners (14) durch ein Blatt (12), um eine dünne Schicht des Toners auf dem Förderer (11) zu bilden und den Toner durch Reibung aufzuladen, und Übertragung des Toners auf den latenten elektrostatischen Bildträger (15);

gekennzeichnet dadurch, daß die Menge der Reibungsladung im Verhältnis zur Oberfläche des nichtmagnetischen Toners innerhalb des Bereichs von +30 bis 100 uC/m² liegt und die Fließfähigkeit nicht mehr als 5 g beträgt in Begriffen des Toners, die auf 20 g hinausläuft, aber auf einem 100-Maschen-Sieb verbleibt, nachdem mit einer Geschwindigkeit von 3000 Schwingungen/min und einer Amplitude von 1 mm 30 s vibriert wurde.

2. Entwicklungsverfahren nach Anspruch 1, bei welchem der nichtmagnetische Ein-Komponenten-Toner positiv geladen ist und wenigstens ein Harz und einen Farbstoff enthält, wobei das Harz einen Glasübergangspunkt von mehr als 50ºC, einen Erweichungspunkt im Bereich von 110ºC bis 160ºC und eine Menge der Reibungsladung im Verhältnis zur wirksamen Oberfläche des Harzes innerhalb des Bereichs von 25 bis 150 uC/m² hat.

3. Entwicklungsverfahren nach Anspruch l oder Anspruch 2, bei welchem der nichtmagnetische Ein-Komponenten-Toner außerdem 0,05 bis 5 Gew.-Teile von positiv geladenem kolloidalen Siliciumdioxid enthält.

4. Entwicklungsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem der nichtmagnetische Ein-Komponenten-Toner dadurch hergestellt wird, daß die Oberfläche des Toners mit einem Silan-Haftmittel, das eine Aminogruppe hat, behandelt wird.

5. Entwicklungsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem das Harz ein Styrol-(meth)acryl-aminoalkylmethacrylat-Copolymer ist.

6. Entwicklungsverfahren nach Anspruch 4, bei welchem das Silan- Haftmittel, das eine Aminogruppe hat, durch die folgende Formel ausgedrückt wird:

oder

worin R&sub1;¹ -H, -CH&sub3;, -C&sub2;H&sub5;, -CH&sub2;CH&sub2;OH,

bezeichnet;

R&sub2;¹ -(CH&sub2;)n-,

-CO-, -(CH&sub2;)n

(CH&sub2;)n- darstellt und

R&sub3;¹ -CH&sub3;, -OCH&sub3;, -OC&sub2; ist; wobei n eine ganze Zahl von 1 bis 4 darstellt.

7. Entwicklungsverfahren nach Anspruch 2, bei welchem das Harz eine Aminogruppe hat.