DE3882603T2

DE3882603T2 - Elektrostatische, magnetische Trägerteilchen.

Info

Publication number: DE3882603T2
Application number: DE88420172T
Authority: DE
Inventors: Edward Timothy C O Ea Miskinis; Bijay Shankar C O Eastman Saha
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1987-06-15
Filing date: 1988-05-31
Publication date: 1994-03-31
Anticipated expiration: 2008-06-01
Also published as: JPS6419361A; EP0296072A2; EP0296072A3; CA1330006C; EP0296072B1; JP2612035B2; US4764445A; DE3882603D1

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Entwickler mit harten magnetischen Ferrit-Trägerteilchen mit 1-5 Gew.-% Lanthan sowie ihre Verwendung in Entwicklern. Die Ferrite weisen die gleichen wünschenswerten magnetischen Eigenschaften auf wie ähnliche Ferrite ohne Lanthan, sind aber leitfähiger, was zu einer verbesserten Entwicklungswirksamkeit führt.
Im Falle der Elektrographie wird ein elektrostatisches Ladungsbild auf einer dielektrischen Oberfläche erzeugt, in typischer Weise auf der Oberfläche des photoleitfähigen Aufzeichnungselementes. Die Entwicklung dieses Bildes wird üblicherweise erreicht durch Kontaktieren des Bildes mit einem aus zwei Komponenten bestehenden Entwickler mit einer Mischung aus pigmentierten harzförmigen Teilchen, bekannt als Toner, sowie magnetisch anziehbaren Teilchen, bekannt als Träger. Die Trägerteilchen dienen als Orte, auf die die nichtmagnetischen Tonerteilchen auftreffen können und dadurch eine triboelektrische Ladung aufnehmen können, die entgegengesetzt der des elektrostatischen Bildes ist. Während des Kontaktes zwischen dem elektrostatischen Bild und der Entwicklermischung werden die Tonerteilchen von den Trägerteilchen, an denen sie anhaften (über triboelektrische Kräfte) abgestreift, und zwar durch die relativ starken elektrostatischen Kräfte, die von dem Ladungsbild ausgehen. Auf diese Weise werden die Tonerteilchen auf dem elektrostatischen Bild abgeschieden und machen dieses sichtbar.
Es ist bekannt, Entwicklerzusammensetzung des oben beschriebenen Typs auf elektrostatische Bilder mittels eines magnetischen Zufuhrgerätes aufzubringen, das eine zylindrische Hülse oder Trommel aus nichtmagnetischem Material aufweist, in der sich ein magnetischer Kern befindet. Der Kern besteht normalerweise aus einer Vielzahl von parallelen magnetischen Streifen, die um die Kernoberfläche angeordnet sind, um alternative Nord- und Südmagnetfelder zu bilden. Diese Felder erstrecken sich radial durch die Hülse oder die Trommel und dienen dazu, die Entwicklerzusammensetzung an die äußere Oberfläche der Hülse oder der Trommel anzuziehen, um einen Bürsten- Flor zu bilden. Einer oder beide der zylindrischen Trommel oder Hülse und des magnetischen Kerns werden gegenüber dem anderen Teil in Rotation versetzt, um zu bewirken, daß der Entwickler aus einem Vorratsbehälter in eine Position gebracht wird, in der er mit dem zu entwickelnden elektrostatischen Bild in Kontakt gelangt. Nach der Entwicklung werden die Trägerteilchen, die den Toner abgegeben haben, in den Behälter zurückgeführt, um wiederum Toner aufzunehmen.
In üblicher Weise sind Trägerteilchen aus weichen magnetischen Materialien dazu verwendet worden, um die Trägerteilchen dem elektrostatischen Bild zuzuführen und abzugeben. Die U.S.- Patentschriften 4,546,060 und 4,473,029 lehren die Verwendung von harten magnetischen Materialien als Trägerteilchen und beschreiben eine Vorrichtung für die Entwicklung von elektrostatischen Bildern unter Verwendung derartiger harter magnetischer Teilchen. Die Verfahren dieser Patentschriften erfordern, daß die Trägerteilchen ein hartes magnetisches Material aufweisen, das eine Koerzitivkraft von mindestens 300 Oersteds aufweist, wenn sie magnetisch gesättigt sind sowie ein induziertes magnetisches Moment von mindestens 20 EMU/gm in einem angewandten magnetischen Feld von 1000 Oersteds (1 Oe = 10³/4π Am). Die Merkmale "hart" und "weich" haben bei Bezugnahme auf magnetische Materialien die allgemein akzeptierte Bedeutung wie auf Seite 18 des Buches Introduction To Magnetic Materials von B. D. Cullity, Verlag Addison-Wesley Publishing Company, 1972, angegeben. Diese harten magnetischen Trägermaterialien stellen einen großen Fortschritt gegenüber der Verwendung von weichen magnetischen Trägermaterialien dar, da die Entwicklungsgeschwindigkeit merklich erhöht wird, ohne daß eine Verschlechterung des Bildes zu beobachten ist. Es wurde gezeigt, daß Geschwindigkeiten angewandt werden können, die viermal so groß sind wie die maximale Geschwindigkeit bei Verwendung von weichen magnetischen Trägerteilchen.
Obwohl sich die beiden oben erwähnten U.S.-Patentschriften ganz allgemein auf die Verwendung von allen harten magnetischen Materialien mit den angegebenen Eigenschaften beziehen, werden doch vorzugsweise die harten magnetischen Ferrite angewandt, bei denen es sich um Verbindungen von Barium und/oder Strontium wie beispielsweise BaFe&sub1;&sub2;O&sub1;&sub9;, SrFe&sub1;&sub2;O&sub1;&sub9; und die magnetischen Ferrite der Formel MO.6Fe&sub2;O&sub3; handelt, wobei M für Barium, Strontium oder Blei steht, wie sie in der U.S.-Patentschrift 3,716,-630 beschrieben werden. Obgleich diese harten Ferrit- Trägermaterialien zu einem beträchtlichen Anstieg der Geschwindigkeit führen, mit der die Entwicklung in einer elektrostatographischen Vorrichtung durchgeführt werden kann, wären weitere Verbesserungen diesbezüglich wünschenswert.
Die vorliegende Erfindung stellt Trägerteilchen oder Trägerpartikel wie in den Ansprüchen angegeben für die Verwendung zur Entwicklung von elektrostatischen Bildern bereit. Derartige Trägerteilchen oder Trägerpartikel weisen in typischer Weise ein hartes magnetisches Strontium-, Barium- oder Blei-Ferritmaterial auf mit einer einzelnen hexagonalen Kristallstrukturphase mit einer Koerzitivkraft von mindestens 300 Oersteds, bei magnetischer Sättigung und ein induziertes magnetisches Moment von mindestens 20 EMU/gm in einem angelegten Feld von 1000 Oersteds, wobei sie 1-5 Gew.-% Lanthan enthalten und der Formel LaxM1-xFe&sub1;&sub2;O&sub1;&sub9; entsprechen, wobei x einen Wert derart hat, daß das Lanthan in einer Menge von 1-5 Gew.-% vorhanden ist und M die Bedeutung von Ba, Sr oder Pb hat.
Die Erfindung stellt ferner einen elektrostatischen Entwickler bereit, der geeignet ist für extrem hohe Kopiergeschwindigkeiten ohne Verlust von Kopierbildqualität, einschließlich geladenen Tonerteilchen und entgegengesetzt geladenen Trägerteilchen, wie oben beschrieben. Ermöglicht wird ferner das Verfahren der Entwicklung elektrostatischer Bilder auf einer Oberfläche unter Verwendung eines Zwei-Komponentenentwicklers.
Wie oben bereits im Zusammenhang mit den U.S.-Patentschriften 4,546,060 und 4,473,029 ausgeführt, wird durch die Verwendung von "harten" magnetischen Materialien als Trägerpartikel oder Trägerteilchen die Geschwindigkeit der Entwicklung dramatisch erhöht, im Vergleich zur Verwendung von Trägerteilchen, die aus "weichen" magnetischen Teilchen oder Partikeln hergestellt wurden. Zu den bevorzugten Ferritmaterialien, die in diesen Patentschriften beschrieben werden, gehören Barium-, Strontium- und Bleiferrite der Formel MO.6Fe&sub2;O&sub3;, worin M für Barium, Strontium oder Blei steht. Diese Materialien haben eine hexagonale Struktur. (Auf die Offenbarung dieser zwei Patentschriften wird hier Bezug genommen.) Obgleich die Geschwindigkeit, mit der die Entwicklung durchgeführt werden kann, viel höher ist als im Falle der davor angewandten Methoden, wird sie doch durch den spezifischen Widerstand der oben beschriebenen Ferritmaterialien beschränkt, die die erforderlichen magnetischen Eigenschaften zur Durchführung des Entwicklungsverfahrens aufweisen. Beispielsweise liegt der spezifische Widerstand von Strontiumferrit der Formel SrO.6Fe&sub2;O&sub3; bei ungefähr 10&sup9; Ohm · cm.
Obgleich in der Literatur des Standes der Technik allgemein von der Entwicklungsgeschwindigkeit gesprochen wird, wäre es richtiger, von "Entwicklungswirksamkeit" zu sprechen. Im Falle eines Entwicklungssystems mit einer Magnetbürste ist die Entwicklungswirksamkeit definiert als die Potentialdifferenz zwischen dem Photorezeptor in den entwickelten Bildbereichen vor und nach der Entwicklung, dividiert durch die Potentialdifferenz zwischen dem Photorezeptor und der Bürste vor der Entwicklung mal 100. Liegt beispielsweise die Photorezeptor-Filmspannung bei -250 Volt und die Spannung der Magnetbürste bei -50 Volt, so beträgt die Potentialdifferenz -200 Volt vor der Entwicklung. Wird während der Entwicklung die Filmspannung um 100 Volt auf -150 Volt vermindert, in Bildbereichen, in denen eine Abscheidung von positiv geladenen Tonerteilchen erfolgt, so liegt die Entwicklungswirksamkeit bei (-100 Volt + -200 Volt) · 100, was einer Entwicklungswirksamkeit von 50% entspricht. Es ist leicht feststellbar, daß, wenn die Wirksamkeit des Entwicklermaterials ansteigt, die verschiedenen Parameter, die bei dem elektrostatographischen Verfahren angewandt werden, in Übereinstimmung damit verändert werden können. Wenn beispielsweise die Wirksamkeit erhöht wird, kann das Spannungsdifferential vor der Entwicklung reduziert werden, um die Abscheidung der gleichen Tonermenge in Bildbereichen zu bewirken, wie dies zuvor bei der geringeren Wirksamkeit geschah. Das gleiche gilt bezüglich des Exponierungs-Energiegrades, der angewandt wird, um das latente elektrostatische Bild auf dem Photorezeptorfilm zu erzeugen. Die Geschwindigkeit der Entwicklungsstufe des Verfahrens läßt sich erhöhen, wenn die Wirksamkeit erhöht wird, dadurch, daß wenn die Wirksamkeit erhöht wird, mehr Toner unter den gleichen Bedingungen in einer kürzeren Zeitspanne abgeschieden werden kann. Dies bedeutet, daß eine höhere Entwicklungswirksamkeit die Reoptimierung der verschiedenen Parameter ermöglicht, die in den elektrostatischen Verfahren angewandt werden, was zu einer Einsparung von sowohl Energiekosten als auch Zeit führt.
Die Entwicklungswirksamkeit bei Verwendung der Ferritträger des Standes der Technik ist begrenzt durch den spezifischen Widerstand der Ferritmaterialien selbst. Da diese Materialien beispielsweise einen spezifischen Widerstand von ungefähr 10&sup9; Ohm · cm aufweisen, liegt die höchste Wirksamkeit bei ungefähr 50%. Um jedoch Kopien hoher Qualität von dem Originalbild zu erzeugen, ist es erforderlich, die hohen magnetischen Eigenschaften beizubehalten, das heißt eine Koerzivität von mindestens 300 Oersteds bei magnetischer Sättigung und ein induziertes magnetisches Moment von mindestens 20 EMU/gm bei einem angelegten Feld von 1000 Oersteds, wobei gleichzeitig die Leitfähigkeit der Teilchen erhöht wird.
Die Erfindung betrifft die Einführung oder Einarbeitung einer effektiven Lanthanmenge in das kristalline Gitter eines harten magnetischen Ferritmaterials mit einer hexagonalen Kristallstruktur, unter Verminderung des spezifischen Widerstandes des Materials, wobei die magnetischen Eigenschaften beibehalten werden. So kann der Widerstand von harten hexagonalen Ferritmaterialien von ungefähr 10&sup9; auf ungefähr 10² Ohm · cm reduziert werden, ohne daß die hohen magnetischen Eigenschaften des Materials beeinflußt werden. Obgleich nicht beabsichtigt ist, sich an irgendeine Theorie oder einen Mechanismus zu binden, durch die beziehungsweise den der Widerstand dieser Ferritmaterialien vermindert wird, wird angenommen, daß das Lanthan das Barium, Strontium oder Blei in der Ferritstruktur ersetzt, wenn es in Mengen von 1-5 Gew.-% eingeführt wird. Da Lanthan in dem +3-Oxidationszustand existiert und die anderen Materialien (Ba, Sr und Pb) in dem + 2-Oxidationszustand, bewirkt die Substitution von Lanthan, daß Eisen von dem +3-Zustand in den +2-Oxidationszustand übergeht, um dadurch die Ladungsneutralität im Ferritkristall aufrechtzuerhalten. Infolgedessen kann durch Einstellung der Lanthanmenge, die in den Ferritkristall eingeführt wird, die Menge an Eisen in dem +2-Zustand gesteuert werden, wodurch wiederum der spezifische Widerstand des Materials eingestellt wird. Vorzugsweise wird die Menge an Lanthan, die in das Kristallgitter des Ferrites eingeführt wird, derart begrenzt, daß lediglich eine aus einer einzelnen Phase bestehende hexagonale kristalline Struktur erhalten wird. Obgleich die Menge an Lanthan etwas variiert, je nach den Sinterbedingungen, die bei der Herstellung der Ferritteilchen angewandt werden, hat sich gezeigt, daß die Lanthanmenge zwischen 1-5 Gew.-% des Ferritmaterials variieren kann, wobei die hohen magnetischen Eigenschaften beibehalten werden, die benötigt werden, um ein Abfallen des Entwicklers von dem Magnetbürstenentwickler zu verhindern. Wenn die Menge an Lanthan diese Menge übersteigt, wird eine zweite Phase, vermutlich LaFeO&sub3; gebildet, die eine orthorhombische Struktur aufweist. Während die kontinuierliche Erhöhung der Menge an Lanthan den Widerstand beträchtlich vermindert, bewirkt die Bildung der orthorhombischen Struktur eine dramatische Verminderung der magnetischen Eigenschaften des Ferrites, wodurch Probleme bezüglich der Bildqualität auftreten. Zusätzlich ist die Abnahme der magnetischen Kräfte verantwortlich für einen Anstieg des Abfalles von der Magnetbürste.
Die Herstellung von Ferriten im allgemeinen und harten hexagonalen Ferriten (Ba, Sr oder Pb) im speziellen ist in der Literatur gut dokumentiert. Jedes geeignete Verfahren zur Herstellung der Ferritteilchen oder Ferritpartikel kann angewandt werden, beispielsweise Verfahren, wie sie beschrieben werden in den U.S.-Patentschriften 3,716,630, 4,623,603 und 4,042,518; der europäischen Patentanmeldung 0 086 445; der Literaturstelle "Spray Drying" von K. Masters, veröffentlicht von Leonard Hill Books, London, Seiten 502 - 509 und "Ferromagnetic Materials", Band 3, herausgegeben von E. P. Wohlfarth und publiziert von der North-Holland Publishing Company, Amsterdam, New York, Oxford, Seiten 315 und folgende. Die Ferrite mit 1-5 Gew.-% Lanthan gemäß dieser Erfindung werden in entsprechender Weise wie oben beschrieben hergestellt, durch Zusatz von Lanthanoxid bei der Herstellung. Besteht das herzustellende Ferrit beispielsweise aus Strontiumferrit mit 1-5 Gew.-% Lanthan, so werden 8-12 Teile Strontiumcarbonat, 1-5 Teile Lanthanoxid und 85-90 Teile Eisenoxid miteinander vermischt, unter Verwendung eines dispergierenden Gummiarabikum-Polymeren und Wasser als Lösungsmittel. Das Lösungsmittel wird durch Sprühtrocknung entfernt und die erhaltenen Kügelchen oder Teilchen werden auf 1200ºC erhitzt unter Bildung des Ferrites LaxSr1-xxFe&sub1;&sub2;O&sub1;&sub9;, wobei x einen Wert von 0,1-0,4 hat. Das Ferrit wird in einer Kugelmühle vermahlen, um die Teilchengröße auf eine Größe zu vermindern, die im allgemeinen für Trägerteilchen erforderlich ist, das heißt auf weniger als 100 um und vorzugsweise 5-65 um, worauf sie permanent magnetisiert werden durch Einwirkung eines angelegten magnetischen Feldes ausreichender Stärke, um die Teilchen magnetisch zu sättigen.
Die vorliegende Erfindung umfaßt zwei Typen von Trägerteilchen. Der erste Typ dieser Träger umfaßt ein bindemittelfreies magnetisches teilchenförmiges Material mit der erforderlichen Koerzivität und induziertem magnetischen Moment. Dieser Typ ist der bevorzugte Typ.
Der zweite Typ ist heterogen und umfaßt eine Zusammensetzung aus einem Bindemittel und einem magnetischen Material mit der erforderlichen Koerzivität und induziertem magnetischen Moment. Das magnetische Material ist in Form von diskreten kleineren Teilchen im Bindemittel dispergiert; jedoch muß der Widerstand der Polymeren dieser Bindemitteltypen vergleichbar sein mit dem der bindemittelfreien Teilchen, um die oben angegebenen Vorteile zu erreichen. Es kann wünschenswert sein, leitfähigen Ruß dem Bindemittel zuzugeben, um den elektrischen Kontakt zwischen den Ferritteilchen zu gewährleisten.
Die einzelnen Teilchen des magnetischen Materials sollen vorzugsweise von einer relativ gleichförmigen Größe sein und einen ausreichend kleineren Durchmesser aufweisen als die herzustellenden zusammengesetzten Trägerteilchen. In typischer Weise sollte der mittlere Durchmesser des magnetischen Materials nicht größer sein als 20% des mittleren Durchmessers der Trägerteilchen. In vorteilhafter Weise kann ein viel kleineres Verhältnis von mittlerem Durchmesser von magnetischer Komponente zum Träger verwendet werden.
Ausgezeichnete Ergebnisse lassen sich mit magnetischen Pulvern einer Größenordnung von 5 Mikrometern bis zu 0,05 Mikrometern mittlerem Durchmesser erreichen. Es können sogar noch feinteiligere Pulver verwendet werden, wenn der Grad der Unterteilung zu keiner unerwünschten Modifizierung der magnetischen Eigenschaften führt und wenn die Menge und der Charakter des ausgewählten Bindemittels zu einer zufriedenstellenden Festigkeit führen gemeinsam mit anderen wünschenswerten mechanischen und elektrischen Eigenschaften in dem anfallenden Trägerteilchen.
Die Konzentration des magnetischen Materials kann sehr verschieden sein. Verhältnisse von feinteiligem magnetischen Material von 20 Gew.-% bis 90 Gew.-% des zusammengesetzten Trägers können angewandt werden, solange nur der Widerstand der Teilchen repräsentativ für die oben beschriebenen Ferritteilchen ist.
Das induzierte Moment der zusammengesetzten Träger in einem angelegten Feld von 1000 Oersteds hängt von der Konzentration des magnetischen Materials in dem Teilchen oder Partikel ab. Infolgedessen ist offensichtlich, daß das induzierte Moment des magnetischen Materials ausreichend größer ist als 20 EMU/gm, um den Effekt zu kompensieren aufgrund eines induzierten Momentes durch Verdünnung des magnetischen Materials im Bindemittel. Beispielsweise läßt sich feststellen, daß bei einer Konzentration von 50 Gew.-% magnetischem Material in den zusammengesetzten Teilchen das durch 1000 Oersteds induzierte magnetische Moment des magnetischen Materials bei mindestens 40 EMU/gm liegen sollte, um den Mindestgrad von 20 EMU/gm im Falle der zusammengesetzten Teilchen zu erreichen.
Das Bindemittelmaterial, das mit dem feinteiligen magnetischen Material verwendet wird, wird ausgewählt, um die erforderlichen mechanischen und elektrischen Eigenschaften zu erzeugen. Es sollte (1) gut an dem magnetischen Material anhaften, (2) die Bildung von festen, eine glatte Oberfläche aufweisenden Teilchen ermöglichen und (3) vorzugsweise eine ausreichende Differenz in den triboelektrischen Eigenschaften von den Tonerteilchen aufweisen, mit denen es verwendet wird, um die geeignete Polarität und Größenordnung der elektrostatischen Ladung zwischen Toner und Träger zu gewährleisten, wenn die beiden miteinander vermischt werden.
Die Matrix kann organischer oder anorganischer Natur sein, wie beispielsweise im Falle einer Matrix aus Glas, Metall, einem Silikonharz oder dergleichen. Vorzugsweise wird ein organisches Material angewandt, wie beispielsweise ein natürliches oder synthetisches polymeres Harz oder eine Mischung von solchen Harzen mit geeigneten mechanischen Eigenschaften. Geeignete Monomere (die zur Herstellung von Harzen für diesen Zweck angewandt werden können) sind beispielsweise Vinylmonomere wie Alkylacrylate und -methacrylate, Styrol und substituierte Styrole, basische Monomere, wie beispielsweise Vinylpyridine usw. Copolymere, hergestellt auf diesen und anderen Vinylmonomeren, wie z. B. sauren Monomeren, beispielsweise Acrylsäure oder Methacrylsäure, können verwendet werden. Derartige Copolymere können in vorteilhafter Weise geringe Mengen von polyfunktionellen Monomeren enthalten, wie beispielsweise Divinylbenzol, Glykoldimethacrylat, Triallylcitrat und dergleichen. Kondensationspolymere wie z. B. Polyester, Polyamide oder Polycarbonate können ebenfalls eingesetzt werden.
Die Herstellung von zusammengesetzten Trägerteilchen gemäß dieser Erfindung kann einschließen die Anwendung von Wärme, um thermoplastisches Material zu erweichen oder um ein thermofixierbares Material zu härten; eine Verdampfungstrocknung, zum Zwecke der Entfernung von flüssigem Trägermaterial; die Anwendung von Druck oder von Wärme und Druck, beim Verformen, Gießen, Extrudieren und dergleichen sowie beim Zerteilen oder Abscheren, um den Trägerteilchen eine Form zu geben; ein Vermahlen, z. B. in einer Kugelmühle, um die Größe des Trägermaterials auf eine geeignete Teilchengröße zu vermindern; und Sieboperationen, um die Teilchen zu klassifizieren.
Nach einem Herstellungsverfahren wird das pulverförmige magnetische Material in einer Lösung des Bindemittelharzes dispergiert. Das Lösungsmittel kann dann verdampft werden, und die erhaltene feste Masse wird durch Vermahlen und Absieben unterteilt, unter Erzeugung von Trägerteilchen einer geeigneten Größe.
Nach einem anderen Verfahren wird eine Emulsions- oder Suspensionspolymerisation dazu angewandt, um gleichförmige Trägerteilchen ausgezeichneter Glätte und geeigneter Lebensdauer zu erzeugen.
Die Koerzivität eines magnetischen Materials bezieht sich auf die magnetische externe Mindestkraft, die erforderlich ist, um das induzierte magnetische Moment vom Remanenzwert auf Null zu vermindern, während es stationär in dem externen Feld gehalten wird und nachdem das Material magnetisch gesättigt worden ist, das heißt das Material permanent magnetisiert wurde. Eine Vielzahl von Vorrichtungen und Verfahren für die Messung der Koerzivität der vorliegenden Trägerteilchen kann benutzt werden. Im Falle der vorliegenden Erfindung wurde ein Vibrations- Proben-Magnetometer vom Typ Princeton Applied Research Model 155, erhältlich von der Firma Princeton Applied Research Co., Princeton, N.J., verwendet, um die Koerzivität der pulverförmigen Teilchenproben zu messen. Das Pulver wurde mit einem nichtmagnetischen Polymerpulver vermischt (90% magnetisches Pulver : 10% Polymer, bezogen auf Gew.-%). Die Mischung wurde dann in ein Kapillarröhrchen gebracht, auf über den Schmelzpunkt des Polymeren erhitzt und dann bis auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Das gefüllte Kapillarröhrchen wurde dann in eine Probenhalterung des Magnetometers gebracht und es wurde eine magnetische Hysteresiskurve des externen Feldes (in Oersted) in Abhängigkeit von dem induzierten Magnetismus (in EMU/gm) aufgezeichnet. Während dieser Messung wurde die Probe einem äußeren Feld von 0-8000 Oersteds ausgesetzt.
Die Trägerteilchen können beschichtet werden, um die Tonerteilchen des Entwicklers in geeigneter Weise aufzuladen. Dies kann erfolgen durch Bildung einer Trockenmischung von geeignetem Ferrit mit einer kleinen Menge von pulverförmigem Harz, z. B. 0,05-3,0 Gew.-% Harz, und Erhitzen der Mischung, um das Harz zum Schmelzen zu bringen. Eine derartige geringe Konzentration von Harz bildet eine dünne oder diskontinuierliche Schicht des Harzes auf den Ferritteilchen.
Da das Vorhandensein von Lanthan in dem Ferrit die Absicht verfolgt, die Leitfähigkeit der Trägerteilchen zu verbessern, sollte die Harzschicht auf den Trägerteilchen dünn genug sein, damit die Masse der Teilchen leitfähig bleibt. Vorzugsweise ist die Harzschicht diskontinuierlich; Flecken oder Stellen vom freiem Ferrit an jedem Teilchen ermöglichen einen leitfähigen Kontakt.
Verschiedene Harzmaterialien können als Beschichtung auf den "harten" magnetischen Trägerteilchen verwendet werden. Zu Beispielen hierfür gehören jene, die in den U.S.-Patentschriften 3,795,617 vom 5. März 1974, 3,795,618 vom 5. März 1974 und 4,076,857 beschrieben werden. Die Auswahl des Harzes hängt von seinem triboelektrischen Verhältnis zum beabsichtigten Toner ab. Für die Verwendung mit Tonern, die positiv aufgeladen sein sollen, sind bevorzugte Harze für die Trägerbeschichtung beispielsweise Fluorokohlenstoffpolymere wie z. B. Poly(tetrafluoroethylen), Poly(vinylidenfluorid) und Poly(vinylidenfluorid-co-tetra-fluoroethylen).
Der Entwickler wird erzeugt durch Vermischen der Teilchen mit Tonerteilchen in einer geeigneten Konzentration. Im Falle von Entwicklern gemäß der Erfindung können hohe Konzentrationen an Toner angewandt werden. Demzufolge enthalten die Entwickler der vorliegenden Erfindung vorzugsweise 70-99 Gew.-% Träger und 30-1 Gew.-% Toner, bezogen auf das Gesamtgewicht des Entwicklers. In besonders bevorzugter Weise liegen derartige Konzentrationen bei 75-99 Gew.-% Träger und 25-1 Gew.-% Toner.
Die Tonerkomponente der Erfindung kann ein pulverförmiges Harz sein, das gegebenenfalls gefärbt wurde. Normalerweise wird es hergestellt durch Vermahlen eines Harzes mit einem Färbemittel, z. B. einem Farbstoff oder Pigment und beliebigen anderen erwünschten Zusätzen. Soll ein entwickeltes Bild von geringer Opazität hergestellt werden, so braucht keine färbende Komponente zugesetzt werden. Normalerweise jedoch wird ein Färbemittel zugesetzt und dies kann im Prinzip aus jedem der Materialien bestehen, die in dem Colorindex, Bände I und II, zweite Ausgabe, beschrieben werden. Ruß ist besonders geeignet. Die Menge an Färbemittel kann über einen breiten Bereich verändert werden, z. B. von 3-20 Gew.-% bezogen auf das Polymer. Auch können Kombinationen von Färbemitteln eingesetzt werden.
Die Mischung wird erhitzt und vermahlen, um das Färbemittel und andere Zusätze in dem Harz zu dispergieren. Die Masse wird abgekühlt, zu Brocken zerstoßen und schließlich vermahlen. Die erhaltenen Tonerteilchen weisen einen Durchmesser von 0,5-25 Mikrometern mit einer durchschnittlichen Größe von 1-16 Mikrometern auf. Vorzugsweise liegt das mittlere Teilchengrößenverhältnis von Träger zu Toner innerhalb des Bereiches von 15 : 1-1 : 1. Jedoch sind auch mittlere Teilchengrößenverhältnisse von Träger zu Toner so hoch wie 50 : 1 geeignet.
Das Tonerharz kann aus einer Vielzahl von Materialien ausgewählt werden, einschließlich aus sowohl natürlichen wie auch synthetischen Harzen und modifizierten natürlichen Harzen, wie sie beispielsweise beschrieben werden in der U.S.-Patentschrift 4.076,857 vom 28. Februar 1978. Besonders geeignet sind die quervernetzten Polymeren, die in der U.S.-Patentschrift 3,938,992 vom 17. Februar 1976 beschrieben werden und diejenigen, die in der U.S.-Patentschrift 3,941,898 vom 2. März 1976 offenbart werden. Die quervernetzten oder nicht quervernetzten Copolymeren aus Styrol oder kurzkettigen Alkylstyrolen mit Acrylmonomeren wie beispielsweise Alkylacrylaten oder -methacrylaten sind besonders geeignet. Ferner geeignet sind Kondensationspolymere wie beispielsweise Polyester.
Die Form des Toners kann irregulär sein, wie im Falle von vermahlenen Tonern oder sphärisch. Sphärische Teilchen werden erhalten durch Sprühtrocknung einer Lösung des Tonerharzes in einem Lösungsmittel. Alternativ lassen sich sphärische Teilchen herstellen nach der Polymer-Bead-Swelling-Technik, die in der europäischen Patentschrift Nr. 3905 vom 5. September 1979 beschrieben wird.
Der Toner kann ferner kleinere Mengen an Komponenten wie Ladungssteuerungsmitteln und Antiblockiermitteln enthalten. Besonders geeignete Ladungssteuerungsmittel werden in der U.S.- Patentschrift 3,893,935 und in der britischen Patentschrift 1,501,065 beschrieben. Besonders geeignet sind aus quaternären Ammoniumsalzen bestehende Ladungssteuerungsmittel, wie sie beispielsweise beschrieben werden in der Literaturstelle Research Disclosure, Nr. 21030, Band 210, Oktober 1981 (publiziert von der Firma Industrial Opportunities Ltd., Homewell, Havant, Hampshire, P09 1EF, Vereinigtes Königreich).
Beim Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein elektrostatisches Bild in Kontakt mit einer Magnetbürste gebracht, die einen rotierenden magnetischen Kern aufweist, eine äußere nicht-magnetische Hülle und einen aus zwei Komponenten bestehenden trockenen Entwickler wie oben beschrieben. Das derart entwickelte elektrostatische Bild kann nach einer Vielzahl von Methoden hergestellt werden, z. B. durch bildweisen Photoabfall (Photodecay) eines Photorezeptors, oder durch bildweise Aufbringung eines Ladungsmusters auf die Oberfläche eines dielektrischen Aufzeichnungselementes. Werden Photorezeptoren verwendet, wie beispielsweise im Falle von elektrophotographischen Hochgeschwindigkeits-Kopiervorrichtungen, kann ein Halftone- Screening erfolgen, um ein elektrostatisches Bild zu modifizieren, wobei die Kombination von Screening mit einer Entwicklung gemäß der Methode der vorliegenden Erfindung zu einer Erzeugung von Bildern hoher Qualität mit hohem Dmax und einem ausgezeichneten tonalen Bereich führt. Zu repräsentativen Screening-Verfahren gehören jene, die Photorezeptoren mit integrierten Halbtonschirmen verwenden, wie sie in der U.S.- Patentschrift 4,385,823 vom 31. Mai 1984 beschrieben werden.
Entwickler mit magnetischen Trägerteilchen gemäß dieser Erfindung führen bei Verwendung in einer Vorrichtung, wie sie in der U.S.-Patentschrift 4,473,029 beschrieben wird, zu einem dramatischen Anstieg in der Entwicklungswirksamkeit, im Vergleich zu entsprechenden Ferritmaterialien, die kein Lanthan enthalten, wenn sie bei dem gleichen Spannungsdifferential von Magnetbürste und photoleitfähigem Film eingesetzt werden. Werden beispielsweise Strontiumferritträgerteilchen, die sich in allen Punkten einander ähneln, mit Ausnahme des Vorhandenseins von Lanthan verglichen mit Trägerteilchen, die 3,3 Gew.-% Lanthan enthalten, so wird die Entwicklungswirksamkeit von 50% auf nahe 100% verbessert, wobei alle anderen Konditionen der Entwicklung gleich bleiben. Dies bedeutet, daß bei Verwendung der Trägerteilchen gemäß dieser Erfindung, die Verfahrensbedingungen, wie beispielsweise das Spannungsdifferential, die Exponierungsenergie, die angewandt wird, um das latente elektrostatische Bild zu erzeugen und die Entwicklungsgeschwindigkeit sämtlich variiert werden können, um die optimalen Bedingungen und Ergebnisse zu erzielen.

Effekte der Erfindung

Die Verwendung von Lanthan enthaltenden Ferriten gemäß dieser Erfindung in Trägern führt zu einem leitfähigeren Träger ohne Verlust an wünschenswerten magnetischen Eigenschaften. Die höhere Leitfähigkeit von Trägern und Entwicklern, hergestellt unter Verwendung der Ferrite dieser Erfindung führt zu einer erhöhten Entwicklungswirksamkeit.

Arbeitsbeispiele

Die folgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung spezieller veranschaulichen.

BEISPIEL 1

Im Falle dieses Beispieles wurde eine elektrographische Vorrichtung, wie in der U.S.-Patentschrift 4,473,029 beschrieben verwendet. Die Vorrichtung wies zwei elektrostatische Sonden auf, eine vor der Magnetbürsten-Entwicklungsstation und eine nach der Station, um die Spannung auf dem photoleitfähigen Film vor und nach der Entwicklung messen zu können. Die Trägerteilchen bestanden aus einem Lanthan-Strontiumferrit, wobei das Lanthan in einer Menge von 2,7 Gew.-% vorlag. Der verwendete Toner wird in Beispiel 1 der U.S.-Patentschrift 4,394,430 beschrieben und lag in einer Konzentration von 13%, bezogen auf das vereinigte Gewicht von Träger und Toner vor und wurde auf einen Wert von 25 uC/g aufgeladen. Der photoleitfähige Film wurde auf -370 Volt aufgeladen und die Magnetbürste wurde bei -150 Volt gehalten. Nach der Entwicklung lag die Ladung auf dem photoleitfähigen Film in den entwickelten Bezirken bei -150 Volt, woraus sich eine Entwicklungswirksamkeit ergibt von 100% (220 · 100 = 100%) (220 ).

BEISPIEL 2

Bei diesem Beispiel handelt es sich um ein Vergleichsbeispiel, das die Erfindung nicht veranschaulicht. Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme jedoch, daß SrFe&sub1;&sub2;O&sub1;&sub9; als Trägermaterial verwendet wurde. Die photoleitfähige Oberfläche wurde auf 475 Volt aufgeladen, um den gleichen Dmax wie im Falle des Beispieles 1 zu erreichen. Alle anderen Bedingungen einschließlich der Tonerkonzentration und der Ladungen waren die gleichen. Die Spannung auf der Oberfläche des photoleitfähigen Films nach der Entwicklung lag bei 275 Volt. Die Entwicklungswirksamkeit lag demzufolge bei 475-275 · 100 = 61,5%. 475-150

BEISPIELE 3-7

Nach dem oben beschriebenen Verfahren wurden Strontium-Ferritträgerteilchen mit einem Gehalt Lanthan in den in der folgenden Tabelle angegebenen Mengen hergestellt. Verwendet wurde eine Vorrichtung mit einer Entwicklungsstation wie in der U.S.- Patentschrift 4,473,029 beschrieben mit einem Buchner-Trichter über der Magnetbürste, derart, daß sich das Filterpapier in der gleichen relativen Position befand, wenn der Photorezeptor dazu verwendet wurde, um den Abfall von Entwickler während der Rotation der Bürste zu ermitteln. In jedem Falle wurde der gleiche Toner in der gleichen Konzentration wie in Beispiel 1 beschrieben verwendet. Die Bürste wurde im Falle eines jeden Trägers zwei Minuten lang in Rotation versetzt, während Vakuum angelegt wurde und der Entwickler auf dem Filterpapier gesammelt wurde. Die ermittelten Daten zeigen, daß obgleich die Ladung auf dem Toner in jedem Falle praktisch die gleiche war, der Abfall beträchtlich höher war, wenn die Grenzen dieser Erfindung überschritten wurden. Tabelle Beispiel Gew.-% Lanthan Ladung auf dem Toner uC/g Abfall mg
Bariumferrit und Blei enthaltende Ferrite, häufig auch als Magnetoplumbite bezeichnet, substituiert mit Lanthan erreichen ähnliche Ergebnisse, wenn sie als elektrographische Trägermaterialien eingesetzt werden.
Obgleich die Erfindung sehr detailliert beschrieben wurde, unter spezieller Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen, können doch Variationen und Modifikationen innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung durchgeführt werden.

Claims

1. Trägerpartikel, bestehend aus hartem magnetischen Strontium-, Barium- oder Bleiferritmaterial, mit einer Koerzitivkraft von mindestens 300 Oersteds bei magnetischer Sättigung, einem induzierten magnetischen Moment von mindestens 20 EMU/g Träger in einem angelegten Feld von 79 580 A/m (1000 Oersteds) sowie einer einphasigen hexagonalen Kristallstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferritmaterial 1 bis 5 Gew.-% Lanthan enthält, und der Formel LaxM1-xFe&sub1;&sub2;O&sub1;&sub9; entspricht, worin x einen Wert hat, der einer Lanthanmenge von 1 bis 5 Gew.-% entspricht und worin M für Ba, Sr oder Pb steht.

2. Trägerpartikel nach Anspruch 1, in denen das harte magnetische Ferrit Strontiumferrit ist.

3. Trägerpartikel nach Anspruch 1, in denen das harte magnetische Ferrit Bariumferrit ist.

4. Trägerpartikel nach Anspruch 1, in denen das harte magnetische Ferrit Bleiferrit ist.

5. Trägerpartikel nach Anspruch 1, in dem x für einen Wert steht, der einer Lanthaninenge von 2 bis 4,5 Gew.-% entspricht.

6. Trägerpartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die mit einer diskontinuierlichen Harzschicht beschichtet sind.

7. Elektrostatischer trockener 2-Komponentenentwickler zur Verwendung bei der Entwicklung von latenten elektrostatischen Bildern, aus einer Mischung von geladenen Tonerpartikeln und entgegengesetzt geladenen Trägerpartikeln, die aus Trägerpartikeln gemäß Ansprüchen 1 bis 6 bestehen oder solche enthalten.

8. Elektrostatischer Trockenentwickler zur Verwendung bei der Entwicklung von latenten elektrostatischen Bildern mit zusammengesetzten Trägerpartikeln aus einem Bindemittel und Trägerpartikeln nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

9. Verfahren zur Entwicklung eines elektrostatischen Bildes, bei dem das Bild mit einem Trockenentwickler nach einem der Ansprüche 7 oder 8 in Kontakt gebracht wird.