DE1497190A1

DE1497190A1 - Mit Fluessigkeiten arbeitendes Entwicklungsverfahren fuer elektrostatische Bilder

Info

Publication number: DE1497190A1
Application number: DE19651497190
Authority: DE
Inventors: Klaus Witter
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1965-10-23
Filing date: 1965-10-23
Publication date: 1969-04-24
Also published as: US3498917A; SE320884B; CH487435A; GB1170597A; DE1497190B2; NL6614680A; BE688802A

Description

Anmeldung vom. 22. Okt. 1965 , . \ J \ s

Dr. -

Philips Pafcentverwaltung GmbH·, Hamburg 1.., Mönekebergstr. 7

Mit Flüssigkeiten arbeitendes Entwicklungsverfahren für elektrostatische Bilder

Die Erfindung bezieht sich auf ein mit Flüssigkeiten arbeitendes Entwicklungsverfahren für auf Aufzeichnungsträgern befindliche latente elektrostatische Bilder. Feste Entwickler bestehen in der Regel aus zwei pulverförmigen Komponenten gleicher oder verschiedener Korngröße, die sich gegenseitig triboelektrisch aufladen· Wird dieses Gemisch über das zu entwickelnde Ladungsbild geschüttet, so bleiben die Körner haften, die sich mit der zum Bild entgegengesetzten Polarität aufgeladen haben, so daß ein sichtbares Bild entsteht. Bei den flüssigen Entwicklern lädt sich der suspendierte Toner gegen die Flüssigkeit elektrostatisch¹ auf.. Der Entwicklungsprozeß entspricht der als Elektrophorese bekannten Erscheinung,

Die Erzeugung des ladungsbildes kann speziell bei den elektrographischen Druckverfahren sehr schnell durchgeführt werden, so daß der Wunsch nach ebenso schnellen Entwicklungsverfahren besteht. Bei den festen Entwicklern muß für eine ausreichende Bildqualität das Mischungsverhältnis der Komponenten sehr genau eingehalten werden₀ Für hohe Entwicklungsleistungen müssen dann sehr große Entwicklermengen bereitgestellt und bewegt werden, da das Gemisch sonst sehr schnell

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am bildformenden Toner verarmen würde. Bei den flüssigen Entwicklern kann eine "beschleunigte Elektrophorese nur durch höhere Aufladung der Tonerteilchen erreicht werden«, Sofern dies überhaupt gelingt, erfordert es aber zur ausreichenden Tönung auch eine höhere Oberflächenladungsdichte an den Bildstellen, die vom Aufladeprozeß her nicht ohne weiteres zur Verfügung steht. Die flüssigen Entwickler sind durch geringe Verunreinigungen leicht zu verderben. Darüber hinaus bietet bei vielen flüssigen und festen Entwicklern das gleichmäßige Tönen von größeren Flächen erhebliche Schwierigkeiten, Das neue Verfahren überwindet diese Nachteile und ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei sich nicht mischende Flüssigkeiten verwendet werden, von denen die eine polar und zumindest in geringem Maße elektrisch leitfähig und die andere hochisolierend (dielektrisch) 1st, und die letztere einen dünnen Film zwischen der zu entwickelnden Schicht und der polaren Flüssigkeit bildet, wobei das in dieser Flüssigkeit suspendierte oder das gegebenenfalls anfangs nur in der Berührungs-' fläche der beiden Flüssigkeiten befindliche Tonermaterial nach Maßgabe der latenten Ladungsbilder durch den dünnen Film zur Schicht gelangt.

Durch die aufgrund verschiedener Benetzungseigensehaften erzwungene geometrische Anordnung der beiden Flüssigkeiten zur Bildträgerfläche wird die Elektrophorese geladener Teilchen in der dielektrischen Flüssigkeit wesentlich beschleunigt. Die Wanderungsgesehwindigkeit suspendierter geladener Teilchen ist bekanntlich proportional zum elektrischen Feld· Nun entsteht durch die Gegenwart der polaren Flüssigkeit im dünnen Film der dielektrischen Flüssigkeit ein viel stärkeres elektrisches Feld. Sofern sich das Tonermäterial anfangs nur in der Grenzfläche befindet, ist dies besonders günstig,

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da der Toner beim BntwioklungsVorgang seine.'Ladung* aus der leitfähigen Flüssigkeit duroh Influenz erhält und somit nicht verlangt zu werden braucht, daß sich das Tonermaterial selbständig in der dielektrischen Flüssigkeit gegen diese auflädt, eine Forderung, die häufig nur durch kompliziert aufgebaute und empfindliche Suspensionen zu erfüllen ist.

Bas neue Verfahren bietet kurze Entwicklungszeiten bei geringer Oberflächenladungsdiohte der elektrischen Bilder, billige und raumsparende Konstruktion der Entwickleraperatur sowie die Verwendung billiger, chemisch eindeutiger Stoffe,

Bas Prinzip wird anhand von Fig. 1 erläutert. Es wird von zwei sich nicht mischenden Flüssigkeiten ausgegangen. Flüssigkeit 1 sei polar - z.S< Wasser, Glycol, Glyzerin, Methanol usw. - oder das metallisch leitende Quecksilber, Flüssigkeit 2 sei hochisolierend (dielektrisch - z.B. Benzin, Benzol_f Zyklohexan₉ Terpentin, Silikonöl, Tetrachlorkohlenstoff, Frigen usw. Ein eingetauohter Ladungsbildträger, der bei allen elektrostatischen Bruok- oder Kopierverfahren aus der Schicht 3 und der Unterlage (Papier) besteht, wird bei geeigneter Wahl der Flüssigkeiten von der dielektrischen Flüssigkeit 2 stärker benetzt, Sie bildet einen dünnen Film zwischen Schicht 3 und polarer Flüssigkeit 1; elektrostatisch gesehen bildet sie das Dielektrikum eines Kondensators hoher Kapazität. Beim Eintauchen geladener Stellen entsteht so ein starkes elektrisches Feld 5 zur influenzierbaren (polarisierbaren) ■ Flüssigkeit 1. Wird nun Toner 4, der zunächst gut elektrisch leiten soll, z.B. Ruß, in die Phasengrenze der

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Flüssigkeiten 1, 2 gegeben, so lädt sich dieser an der polaren Flüssigkeit 1 mit entgegengesetztem Ladungsvorzeichen zum Ladungsbild auf und gelangt duroh die Flüssigkeit 2 an die zu tönenden Sohiohtstellen. Es kommt dem Prozeß zugute, daß außer der Schicht 3 auch der loner 4· in der Regel von der Flüssigkeit 2 stärker benetzt wird als von der Flüssigkeit 1, und daß der Aufenthalt des Toners in der Shasengrenze energetisch begünstigt ist·

Das Verfahren besteht nun darin, den Ladungsbildträger 3, 6 durch eine isolierende Flüssigkeit 2 über eine mit Xoner angereicherte Phasengrenze in eine polare leitfähigere Flüssigkeit t und mittels einer Umlenkvorrichtung 7» die sich zumindest teilweise in der Flüssigkeit 1 befindet, aus dem flüssigen Zweiphasensystem heraus kontinuierlich zu bewegen. Hierfür sind mehrere Ausführungsformen möglich (Fig. 2): .. ■

Es wird foner in großer Menge in das System gegeben, so daß er in dicker Schicht auf der Flüssigkeit 1 schwimmt, ,in der er adsedimentiert, aber aus energetischen Gründen die Phasengrenzfläche nicht zu überschreiten vermag· Beim Eintauchen eines Ladungsbildes in die Flüssigkeit 1 findet der geschilderte Prozeß des iDonerüberganges statt. Darüber hinaus wird aber auoh an den ungeladenen Stellen viel Toner mitgenommen. Beim Auftauchen aus der Flüssigkeit 1 fällt dieser ab und sedimentiert in der Flüssigkeit 2 zur Phasengrenze zurück· Die durch die Bewegung des Bildmaterials hervorgerufenen Flüssigkeitsströmungen sorgen für eine gleichmäßige !Eonerverteilung in der Phasengrenze. Zu empfehlen sind gröbere anorganisehe Soner miLt geringen hydrophoben Beimengen, wobei eine ausreichende Leitfähigkeit garantiert sein soll. Ein solcher; loner emulgiert die beiden Flüssig*.

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keiten kaum, wenn die Grenzflächenspannung nicht zu gering gewählt ist. Grobe Tonerkörner und eine geringe Viskosität der isolierenden !Flüssigkeit unterstützen die Tonersediment ation · (und gleichzeitig den !Eonerübergang!). Die Sauberkeit des Bildes ist nämlich im wesentlichen durch die Tonerkonzentration der oberen Schichten der Flüssigkeit 2 bedingt, so daß nach oben hin ein Konzentrationsgefälle aufrechterhalten werden sollte.

Flüssigkeit 1 Flüssigkeit 2 loner

Beispiel* Wasser / Toluol! /Eisenoxyd-sehwarz . uexspiex. wasser ^PentanJ (Rußj Korngröße oa.20/U

Bin ideales Konzentrationsgefälle ist gegeben, wenn sich der !Toner ausschließlich in der Phasengrenze befindet» Eine einzige Grenzfläche würde jedoch sehr schnell an Toner verarmen. Man erhält nun eine Vielzahl an Flächen, die für den Prozeß zur Verfügung stehen, wenn man einen emulgierenden Toner wählt. Der Zerteilungsgrad der Flüssigkeit 1 in der Flüssigkeit 2 darf dabei nicht' hoch sein, damit ein elektrischer Ledungsausgleich möglich bleibt. Bei geeigneter Wahl der Grenzflächenspannung sind von Toner überzogene große Tropfen (ca. 0,5 cm 0) in der Flüssigkeit 2 stabil. Die Maßnahmen zur Reinhaltung des Bildes entfallen damit, statt dessen muß bei höherer Entwicklungsleistung ein Rührwerk zum Einrühren des Toners in die Phasengrenze vorgesehen werden.

Flüssigkeit 1 Flüssigkeit 2 Toner

Beispieli Wasser Dekalin Aktivkohle Methanol Dekan Graphit

Interessante Möglichkeiten ergeben sich, wenn Quecksilber als Flüssigkeit 1 fungiert. Seine Verwendung unter einer

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dielektrischen Flüssigkeit 2 ist in physiologischer Hinsicht absolut unbedenklich· Wegen seiner hohen Oberflächenspannung sind die erwähnten Benetzungseigenschaften stets erfüllt; es kommen alle Toner und Ladungsbildträger in Frage, die nicht amalgiert werden» Sie !Eoner können spezifisch schwerer gewählt werden - z.B. diverse Metall-, Metalloxyd-, Metallsulfidpulver usw. - wodurch sich die Sedimentationsgeschwindigkeit des !Doners in der Flüssigkeit 2 erhöht. Als LadungsMldträger kommen auch die lichtempfindlichen Metalltrommeln (Metallplatten) ,_Λ sowie elektrographische und elektrophotographisehe Spezialpapiere mit ausgesprochen schlechter, fehlerhafter Schicht in Frage· Außerdem darf auch die Flüssigkeit 2 spezifisch schwerer sein, so daß man die inflammation halogenieren Kohlenwasserstoffe, eventuell besonders leichtflüchtige, inflammable , ungiftige Frigene, anwenden kann«

Für hohe Entwicklungsgeschwindigkeiten können noch die folgenden konstruktiven Maßnahmen vorgesehen werden Fig.2: Eine Umlenkvorrichtung, die aus einer Metallrolle 7 besteht, und die höchstens zur Hälfte in das Entwicklerbad eintaucht, so daß das Bildträgermaterial 3,6 rückseitig nicht benetzt wird. Dies verringert den Verbrauch an Flüssigkeit 2. Die !Dankform 8 ist so ausgebildet, daß mögliehst wenig Flüssigkeit verdunsten kann. Allerdings wird der Flussigkeiiarerbraueh im wesentlichen durch die Benetzung des Bildträgers bedingt} eine naehgesehaltete Rückgewinnungseinrichtung für die Flüssigkeit 2 ist bei sehr schnellem Durchlauf zu empfehlen (in Fig. 2 nicht gezeichnet). Die Elektroden 9 in der Nähe der Tonerübergangsstellen sollen die statische Aufladung der Flüssigkeit verhindern. Sie werden zweckmäßig mit der Umlenkvorrichtung

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gegebenenfalls über den metallischen Tank 8 galvanisch verbunden. Ferner ist ein Rührwerk 10 vorgesehen· Über die öffnung 11 läuft der Nachschub an Flüssigkeit 2. Sie kann durch einen im Tankinnern angebrachten Schwimmer gesteuert werden (in Pig· 2 nicht gezeichnet). Über die öffnung 12 läuft der Tonernaohsohub, der durch eine im Tankinnern angebrachte photoelektrische Einrichtung gesteuert werden kann, wobei die Lichtabsorption am Toner auegenutzt wird (ebenfalls nicht gezeichnet). Auch bei lichtempfindlichem Bildträger kann der Strahlengang oder die Lichtwellenlänge dieser Einrichtung geeignet gewählt werden· Statt der Umlenkvorrichtung 7 und eines bandförmigen Aufzeichnungsträgers ist es auch möglich, eine gegebenenfalls auch lichtempfindliche Trommel als Zwischenträger zu verwenden, von der das entwickelte Bild später auf den endgültigen Aufzeichnungsträger übertragen wird. In Pig, 2 denke man sich für diesen Fall die Trommel an der Stelle der Umlenkvorrichtung 7.

Die nach diesem Verfahren möglichen hohen Entwioklungsgesohwindigkeiten bieten noch einige Vorteile·

Bei der geringen Verweilzeit des (unentwickelten) Ladungsbildes in der Flüssigkeit 2 brauchen an diese keine hohen Ansprüche bezüglich des Isolationsvermögens gestellt werden, der Entwicklungsprozeß verläuft schneller als die Entladung des Bildes durch ionische Verunreinigungen. Sie Flüssigkeit 2 braucht nicht chemisch rein zu sein, was die Kosten herabsetzt·

Bei kunststoffhaltigen Bildträger verläuft bei einer lösenden Flüssigkeit 2 der Entwicklungsprozeß gegebenenfalls schneller als der Lösungsprozeß. Die Löslichkeit kann durch

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Mischung einer inerten und einer lösenden Flüssigkeit geeignet gewählt werden. Das Entwioklerbad ist dann gleichzeitig Fixierbad.

Patentansprüche t

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Claims

Patentansprüche:

Mt Flüssigkeiten arbeitendes Entwicklungsverfahren für auf Aufzeichnungsträgern befindliehe latente ladungsbilder, dadurch gekennzeichnet, daß zwei sich nicht mischende Flüssigkeiten verwendet werden, von denen die eine polar und zumindest in geringem Maße elektrisch leitfähig und die andere hochisolierend (dielektrisch) ist, und die letztere einen dünnen Film zwischen der zu entwickelnden Schicht und der polaren Flüssigkeit bildet, wobei das in dieser Flüssigkeit suspendierte oder das gegebenenfalls anfangs nur in der Berührungsfläche der beiden Flüssigkeiten befindliche Tonermaterial nach Maßgabe der latenten Ladungsbilder durch den dünnen Film zur Schicht gelangt,

2.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu entwickelnde Schicht mindestens einmal durch die tonertragende Grenzflache der beiden Flüssigkeiten, und zwar von der dielektrischen zur polaren Flüssigkeit hin bewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch.1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nach dem Passieren der Grenzfläche der Flüssigkeiten bereits entwickelte Aufzeichnungsträger noch eine gewisse Strecke durch die dielektrische Flüssigkeit ge- . führt wird, um die bildfreien Teile besonders zu reinigen·

4» Verfahren nach Anspruch 1,2,3, dadurch gekennzeichnet, daß als polare Flüssigkeiten Wasser, Glykol, Glyzerin, Methanol oder dgl. und als hoohisolierende Flüssigkeiten Be^in, Benzol, Zyklohexan, Terpentin, Silikonöl oder dgl. oder die inflammablen halogenierten Kohlenwasserstoffe ζ.Ββ Tetrachlorkohlenstoff, Frigern 113 verwendet werden«

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5. Verfahren nach Anspruch 1,2,3, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle einer polaren Flüssigkeit das metallisch leitende Quecksilber und als loner und Bildträger nicht amalgierbares Material verwendet wird«

6. Verfahren nach Anspruch 1,2,3,4,5, dadurch gekennzeichnet, daß Tonermaterial verwendet wird, das in der dielektrischen Flüssigkeit suspendiert und gegen diese elektrostatisch aufgeladen ist»

7. Verfahren nach Anspruch 1,2,3,4,5, dadurch" gekennze ichnet, daß Tonermaterial verwendet wird, das bevorzugt von der Grenzfläche beider Flüssigkeiten aufgenommen wird und nach Maßgabe des zu entwickelnden Bildes aus der polaren und/oder leitfähigen Flüssigkeit durch Influenz aufgeladen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1,2,3,4,5,7, dadurch gekennzeich- net, daß Tonermaterial verwendet wird, das die beiden

* Flüssigkeiten, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines Rührwerkes, mit geringem Zerteilungsgrad emulgiert.

9ο Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als hochisolierende Flüssigkeit eine den Bildträger lösende Flüssigkeit von derartiger Zusammensetzung verwendet wird, daß der Entwicklungsprozeß schneller als der Lösungsprozeß verläuft, so daß das Tonerbild dauerhaft fixiert wird, wenn die auf dem Bildträger verbleibende Flüssigkeit verdampft· '

10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß diese Zusammensetzung durch geeignete Mischung einer inerten und einer lösenden Flüssigkeit erreicht wird.

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