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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entwickeln eines elektrostatischen Ladungsbildes und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei herkömmlichen elektrophotographischen Verfahren wird eine gleichmässige elektrostatische Ladung auf einer photoleitenden isolierenden Schicht einer elektrophotographischen Aufzeichnungsfläche aufgebracht, durch
Belichten der Aufzeichnungsfläche mit einem Licht-Schatten-Muster eines Originals wird ein elektrostatisches
Ladungsbild erzeugt, das Ladungsbild wird durch selektives Anziehen eines schwarzen Pulvers oder eines andern
Materials sichtbar gemacht und gewöhnlich wird dann das entwickelte Bild auf ein Blatt Papier oder ein anderes
Trägermaterial übertragen. Verschiedene Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahrensschritte von Hand oder automatisch sind bekannt.
Normalerweise arbeiten die kommerziell eingesetzten derartigen Vorrichtungen mit einem automatischen Übergang von einem Verfahrensschritt zum nächsten und weisen eine sogenannte Kaskadierungsentwicklung auf, wobei die automatischen Einrichtungen über eine zylindrische elektrophotographische Aufzeichnungsfläche verfügen. Die Kaskadenentwicklung benutzt einen Kaskadenentwickler, der gewöhnlich Trägerteilchen aufweist, die über die zu entwickelnde Fläche rollen oder kaskadiert werden und elektrostatisch anhaftende Tonerteilchen tragen, die von den Trägerteilchen freigegeben werden, um an dem Ladungsmuster der zu entwickelnden Fläche anzuhaften.
Der Entwickler fliesst oder kaskadiert über die Fläche bis zu einem Punkt entlang der seitlichen Scheitellinie der zylindrischen Aufzeichnungsfläche, an dem der kaskadierende Entwickler von der Aufzeichnungsfläche wegen seiner Trägheit und der Schwerkraft abfällt.
Es ist ersichtlich, dass dabei die Grösse der verfügbaren Berührungsfläche für den Entwickler begrenzt ist.
Der Entwicklungsschritt erfordert deshalb gewöhnlich mehr Zeit als notwendig wäre, wenn ein grösserer Bereich des Ladungsbildes mit dem Entwickler in Berührung gebracht werden könnte. Zur Erreichung einer optimalen Entwicklungsgeschwindigkeit sollte der gesamte Bildbereich gleichzeitig mit dem Entwickler in Berührung gebracht werden.
Aus der USA-Patentschrift Nr. 2, 690, 394 ist es ferner bekannt, zum Entwickeln eines elektrostatischen Ladungsbildes die das Ladungsbild tragende Oberfläche eines elektrisch isolierenden bandförmigen Aufzeichnungsträgers in vertikale Lage zu bringen und in Gegenwart eines gleichmässigen elektrischen Feldes mit einem vernebelten Entwicklermaterial zu behandeln, das im Kreislauf an der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers von unten nach oben vorbeigeführt wird. Diese Verfahrensweise erfordert jedoch den Einbau eines Gebläses und eines Zerstäubers für das Entwicklermaterial in die Entwicklungsvorrichtung, was zu einem grossen Gesamtaufwand führt.
Die Erfindung zielt darauf ab, ein Entwicklungsverfahren der zuletzt angegebenen Art, bei dem die das Ladungsbild tragende Oberfläche eines elektrisch isolierenden Aufzeichnungsträgers in zumindest angenähert vertikaler Lage und in Gegenwart eines etwa gleichmässigen elektrischen Feldes mit Entwicklermaterial behandelt wird, so zu verbessern, dass mit geringem Gesamtaufwand und in kurzen Entwicklungszeiten Bilder hoher Qualität erhalten werden. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass ein frei fallendes Zweikomponenten-Entwicklermaterial unter dem Einfluss des elektrischen Feldes mit der vertikalen Oberfläche des Aufzeichnungsträgers in Berührung gebracht wird. Die vertikale Oberfläche des Aufzeichnungsträgers wird dabei vorzugsweise in horizontaler Richtung durch die Entwicklungszone hindurchbewegt.
Eine gemäss der Erfindung ausgebildete Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bei welcher ein elektrisch isolierender Aufzeichnungsträger mit mindestens einer etwa vertikalen Oberflächenzone vorgesehen ist, zu der sich parallel eine Entwicklungselektrode erstreckt, welche in dem zum Einbringen des Entwicklermaterials dienenden Raum zwischen dem Aufzeichnungsträger und der Elektrode ein elektrisches Feld erzeugt, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Einbringen eines frei fallenden Zweikomponenten-Entwicklermaterials in den Raum zwischen dem elektrisch isolierenden Aufzeichnungsträger und der Entwicklungselektrode vorgesehen ist.
Vorzugsweise wird eine Entwicklungselektrode mit geringem Abstand zum Photoleiter angeordnet und der Entwickler wird zwischen der etwa vertikalen Entwicklungselektrode und der photoleitenden Fläche nach unten
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Bereichen der photoleitenden Oberfläche an und bildet ein sichtbares Bild. Wird eine wiederverwendbare photoleitende Aufzeichnungsfläche benutzt, so wird der Toner auf ein übertragungsblatt übertragen, das gewöhnlich aus Papier besteht, und auf diesem schmelzfixiert. Wird anderseits die Aufzeichnungsfläche nicht wiederverwendet, so kann der Toner direkt auf ihr aufgeschmolzen werden.
Die Entwicklungselektrode erfüllt innerhalb der Vorrichtung zwei Funktionen. Einmal erlaubt sie in bekannter Weise die vollständige Entwicklung grösserer Ladungsbereiche auf der photoleitenden Aufzeichnungsfläche ; zum zweiten wirkt sie als Führung, um das Entwicklermaterial in dichtem Kontakt mit der elektrophotographischen Aufzeichnungsfläche zu halten. überraschenderweise vermag das fallende Entwicklermaterial sowohl grössere zusammenhängende Bereiche als auch Linienkopien besser zu entwickeln als die bisher bekannten, kommerziell eingesetzten Verfahren. Bisher wurde angenommen, dass steilere Winkel für die photoleitende Fläche, die höhere Entwicklergeschwindigkeiten
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bedingen, ein Abschleifen des Entwicklermaterials bewirken ; vgl. z. B. USA-Patentschrift Nr. 3, 223, 548, Spalte 5, Zeilen 67 bis 71 und Spalte 6, Zeilen 32 bis 43.
Die Qualität des endgültigen Bilds, ein gut ausgebildetes elektrostatisches Ladungsbild und ein geeignetes Entwicklermaterial vorausgesetzt, ist von dem Abstand der Entwicklungselektrode und der Menge des verwendeten Entwicklermaterials abhängig. Bei kleinen Fliessgeschwindigkeiten wirken die Entwicklerteilchen scheinbar unabhängig voneinander und prallen zwischen dem Photoleiter und der Entwicklungselektrode aufeinander. Bei hohen Fliessgeschwindigkeiten bewegen sich die Entwicklerteilchen als zusammenhängende Schicht über den Photoleiter und scheinen mit geringerer Energie aufeinanderzuprallen. Der Abstand der Entwicklungselektrode bestimmt die maximale Fliessgeschwindigkeit der Entwicklerteilchen.
Gewöhnlich soll jedoch der Abstand der Entwicklungselektrode bei herkömmlichen elektrophotographischen Verfahren zwischen etwa 0, 9 und 6, 2 mm liegen. Die Durchflussgeschwindigkeit des Entwicklermaterials soll zwischen 1 g oder weniger und etwa 200 g/2, 5 cm des linearen öffnungsquerschnittes und pro sec liegen. Die Gesamtmenge des verwendeten Entwicklers und damit die zur Entwicklung des Bilds erforderliche Zeit bestimmt die Vollständigkeit der Entwicklung, d. h. die Gleichmässigkeit und Dichte des fertigen Bilds. Gewöhnlich sind mit einer längeren Entwicklungszeit bei einer relativ niedrigen Tonerkonzentration die zufriedenstellendsten Bilder zu erzielen. Besonders ausgezeichnete Ergebnisse wurden mit Elektrodenabständen von etwa 1, 25 mm und einer Entwicklerdurchflussgeschwindigkeit von etwa 15 g/2, 5 cm des linearen Öffnungsquerschnittes und pro sec erzielt.
Jede geeignete photoleitende Aufzeichnungsfläche kann in Verbindung mit der Erfindung benutzt werden.
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Aluminium und Molybdän. Organische Photoleiter wie substituierte und nichtsubstituierte Phthalocyanine, Chinacridone usw. können ebenfalls verwendet werden, besonders wenn sie in einem Bindemittel verteilt sind.
Ein Unterlagenmaterial für den Photoleiter in flexibler oder starrer Form kann in bekannter Weise angewendet werden. Vorzugsweise ist dieses Unterlagenmaterial zumindest teilweise leitend. Typische Unterlagenmaterialien sind z. B. Metalle, wie Messing, Aluminium, Gold, Platin, Stahl, elektrisch leitend überzogene Materialien, wie z. B. Plastik oder Glas mit einem Zinn-oder Indiumoxydüberzug.
Obwohl die photoleitende Fläche vertikal angeordnet ist, kann sie selbstverständlich auch um einige Grad nach beiden Seiten gegenüber der Vertikalen geneigt sein und immer noch die meisten Vorteile der Erfindung bewirken. Vorzugsweise wird die photoleitende Fläche in der Kopiermaschine so nahe wie möglich in die 900-Stellung gegenüber der Horizontalen gebracht.
Zur Durchführung des gemäss der Erfindung angegebenen Verfahrens kann jeder herkömmliche Zweikomponenten-Entwickler benutzt werden. Derartige Entwicklermischungen sind z. B. in den USA-Patentschriften Nr. 2, 618, 551, Nr. 2, 618, 552, Nr. 2, 633, 415, Nr. 2, 659, 670, Nr. 2, 788, 288 und in der USA-Reissue-Patentschrift Nr. 25, 136 beschrieben. Gewöhnlich haben die Tonerteilchen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser zwischen etwa 1 und etwa 30 ju, während die relativ grösseren Trägerteilchen eine
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leistungsfähigen Elektrodenabstand bevorzugt. Typische Tonerkonzentrationen bewegen sich im Bereich von etwa 0, 5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zweikomponenten-Entwicklermischung.
Die höheren Gewichtsprozente werden dabei bei Entwicklermischungen mit Trägerteilchen relativ hoher Dichte verwendet.
Die Erfindung und die mit ihr erzielbaren Vorteile werden an Hand in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Im einzelnen zeigen : Fig. l eine Draufsicht einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens unter Vernachlässigung der Kaskadenentwicklungsvorrichtung und Fig. 2 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispieles im Schnitt mit einer einfachen Kaskadenentwicklungsvorrichtung.
Die in Fig. l gezeigten leitenden Rollen--10 und 11--tragen eine elektrophotographische Aufzeichnungsfläche--12--, die in diesem Ausführungsbeispiel eine dünne Schicht--7--aus glasigem Selen aufweist, die im Vakuum auf ein Aluminiumblatt--8--aufgedampft worden ist. Anderseits kann ein Zylinder mit einer photoleitenden Schicht auf seiner Mantelfläche an Stelle der in Fig. l gezeigten Band- und Rollenanordnung verwendet werden. Ebenso kann die Schicht --7-- in einem Bindemittel verteiltes Zinkoxyd
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belichtet. Das Lichtbild-22-kann durch Durchstrahlung eines Diapositives oder durch Projektion eines undurchsichtigen Bildträgers gewonnen werden.
Die photoleitende Aufzeichnungsfläche-12--, die ein so gebildetes Ladungsbild trägt, wird dann mit Hilfe des Motors --13-- in eine Stellung gegenüber der Entwicklungselektrode --16-- bewegt. Der nicht gezeigte Entwickler wird zwischen der Entwicklungselektrode - und der Aufzeichnungsfläche --12-- nach unten kaskadiert, wodurch auf der Oberfläche der
Aufzeichnungsfläche --12-- Toner in BildkonSguration abgelagert wird. Während der belichtete Teil der Aufzeichnungsfläche --12-- entwickelt wird, wird der in der Aufladestellung befindliche Teil in jedem kompletten Zyklus der Aufzeichnung mit einem zweiten Bild versehen.
Die das sichtbare Tonerbild tragende Aufzeichnungsfläche-12-wird dann von einem Übertragungsblatt --25-- berührt, das in diesem Beispiel aus Papier besteht. Das Blatt --25-- bewegt sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Aufzeichnungsfläche --12--. Eine Koronaladungsvorrichtung-26-legt ein Potential an die Rückseite des Übertragungsblatts --25-- an, um so die übertragung des Tonerbildes auf das Blatt-25-zu erleichtern.
Rollen --24-- halten das Übertragungsblatt-25-in Berührung mit der Aufzeichnungsfläche --12--.
Eine Bürste-27--beseitigt restliches Entwicklerpulver von der Aufzeichnungsfläche-12--, so dass diese erneut benutzt werden kann.
Bei der in Fig. 2 gezeigten konventionellen Einrichtung zur Kaskadenentwicklung nimmt ein Förderer --34-- mit seinen Bechern Entwicklermaterial-29-aus einem Sammelraum --33-- heraus auf und lässt den Entwickler --29-- auf ein Leitblech --35-- fallen, das den Entwickler gegen die Aufzeichnungsfläche --12-- richtet. Der Entwickler --29-- ist vorzugsweise eine Mischung aus fein verteilten Pigmentteilchen, die als Toner bezeichnet werden und elektrostatisch auf der Oberfläche grösserer Teilchen, wie z. B. Glasperlen, anhaften, die als Trägerteilchen bezeichnet werden.
Wie dem Fachmann bekannt, bleibt der Toner an den geladenen oder ungeladenen Bereichen auf dem Photoleiter je nach den reibungselektrischen Verhältnissen zwischen Toner und Trägerteilchen und der Polarität der an der Entwicklungselektrode anliegenden Spannung, mehr oder weniger haften.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung noch näher. Sie stellen bevorzugte Ausführungsformen des gemäss der Erfindung angegebenen Entwicklungsverfahrens dar. Die aufgeführten Anteile und Prozente beziehen sich auf das Gewicht, wenn nicht ausdrücklich anders vermerkt ist.
Beispiel l : In den folgenden Beispielen werden Vorrichtungen ähnlich der in den Fig. l und 2 gezeigten verwendet. Eine elektrophotographische, bandförmige Aufzeichnungsfläche, die von zwei etwa 20 cm Durchmesser aufweisenden und vertikal angeordneten Trommeln getragen wird, überzogen mit einer etwa 40 11 starken Schicht glasigen Selens, wird mit einer Koronaladungsvorrichtung auf etwa 600 V aufgeladen und mit einem Licht-Schatten-Muster belichtet, um auf ihrer Oberfläche ein elektrostatisches Ladungsbild zu erzeugen. Das Ladungsbild misst etwa 7, 5 cm in der Horizontalen und 10 cm in der Vertikalen. Die das Ladungsbild tragende Fläche wird dann in die Entwicklungszone bewegt, wo sie sich im deckungsgleichen Verhältnis mit einer ebenen Entwicklungselektrode befindet.
Die Entwicklungselektrode ist etwa 1, 3 mm von der photoleitenden Fläche entfernt. Die Entwicklungselektrode ist auf eine Spannung von etwa +150 V vorgespannt. Ein Zweikomponenten-Entwickler, der etwa 1 Teil gefärbte Styrolkopolymer-Tonerteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse von etwa 10 lui und etwa 99 Teile überzogene Trägerteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse von etwa 250 und einem spezifischen Gewicht von etwa 5 aufweist, wird oben in die Entwicklungszone eingeführt. Die Durchflussgeschwindigkeit des Entwicklers wird auf ungefähr 15 g/2, 5 cm der photoleitenden Fläche und Sekunde eingestellt. Da die Bildfläche auf dem Photoleiter etwa 7, 5 cm misst, ist die zugeführte Entwicklermenge etwa 45 g/sec. Um die gesamte vertikale Höhe von 10 cm des Bilds zu entwickeln, ist ungeführ 1 sec erforderlich.
Das entwickelte Bild wird dann auf Papier übertragen und auf diesem aufgeschmolzen. Es wird eine Reflexionsdichte von etwa 1, 8 erreicht. Das Bild hat eine ausgezeichnete Qualität, wobei Linien und breite Bereiche exakt entwickelt sind.
Beispiel 2 : Der im Beispiel 1 beschriebene Versuch wird wiederholt, mit dem Unterschied, dass die Entwicklungselektrode etwa 2, 5 mm von der photoleitenden Fläche entfernt ist. Das entwickelte Bild wird dann auf Papier übertragen und auf diesem aufgeschmolzen. Es wird eine Reflexionsdichte von etwa 1, 5 erreicht. Das Bild hat eine gute Qualität, jedoch sind die Kanten des Bilds weniger scharf und die breiten Bereiche haben eine geringere Gleichmässigkeit.
Beispiel 3 : Der Versuch des Beispiels 1 wird wiederholt, mit dem Unterschied, dass die Durchflussgeschwindigkeit des Entwicklers auf ungefähr 7, 5 g und die gesamte Entwicklungszeit auf ungefähr 2 sec eingestellt werden. Das entwickelte Bild wird dann auf Papier übertragen und auf diesem aufgeschmolzen. Es wird eine Reflexionsdichte von etwa 1, 8 erhalten. Die Bilder haben ausgezeichnete Qualität, wobei Linien und breite Bereiche exakt entwickelt sind.
Beispiel 4 : Der Versuch des Beispiels 1 wird wiederholt, mit dem Unterschied, dass die Entwicklungselektrode auf eine Spannung von 0 V gegenüber der Unterlage des Photoleiters vorgespannt wird. Das sich ergebende Bild ist dichter als das beim Beispiel 1, jedoch hat das Bild eine relativ starke Hintergrundtönung.
Beispiel 5 : Der Versuch des Beispiels 1 wird wiederholt, mit dem Unterschied, dass die
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Durchflussgeschwndigkeit des Entwicklers auf etwa 20 g/2, 5 cm der photoleitenden Fläche und Sekunde erhöht wird. Die sich ergebenden übertragenen Bilder haben eine Reflexionsdichte von etwa 1, 8. Die Bilder haben eine ausgezeichnete Qualität, wobei Linien und breite Bereiche exakt entwickelt sind.
Beispiel 6 : Bei diesem Beispiel wird die Vorrichtung aus dem Beispiel 1 benutzt, mit der Ausnahme, dass die photoleitende Fläche während der Entwicklung kontinuierlich durch die Entwicklungszone bewegt wird. In diesem Fall braucht die Entwicklungselektrode nicht so breit wie das zu entwickelnde Bild zu sein. Ein etwa 7, 5 cm in der Horizontalen und etwa 10 cm in der Vertikalen messendes Bild wird mit einem etwa 3, 75 cm breiten Strom von Entwicklermaterial entwickelt. Die photoleitende Fläche wird mit einer Geschwindigkeit von etwa 3, 75 cm/sec durch die Entwicklungszone bewegt, so dass sich jeder Punkt der photoleitenden Fläche ungefähr eine Sekunde lang im Entwicklerstrom befindet. Die Arbeitsbedingungen des Beispiels 1 werden dann wiederholt.
Die Durchflussgeschwindigkeit des Entwicklers wird daher insgesamt etwa 22, 5 g/sec für die 3, 75 cm breite Fläche. Das übertragene Bild hat eine Reflexionsdichte von etwa 1, 8, wobei Linien und breite Bereiche exakt entwickelt sind.
Beispiel 7 : In diesem Beispiel wird die im Beispiel 1 benutzte Vorrichtung ebenfalls verwendet, mit der Ausnahme, dass der Photoleiter und die Entwicklerzuführung so angeordnet sind, dass der Entwicklerstrom in der Bewegungsrichtung des Photoleiters über dessen Oberfläche fliesst. Die Breite des Entwicklerstroms wird etwas grösser als die horizontale Breite des zu entwickelnden Bilds gemacht. Die photoleitende Fläche wird kontinuierlich durch die Entwicklungszone bewegt, so dass jeder Punkt des Photoleiters sich für etwa 0, 9 sec im Entwicklerstrom befindet. Die Entwicklungselektrode ist etwa 1 mm von der photoleitenden Fläche entfernt angeordnet. Die Entwicklungselektrode wird auf eine Spannung von etwa 150 V gegenüber der Unterlage des Photoleiters vorgespannt.
Die Durchflussgeschwindigkeit des Entwicklers wird auf ungefähr 10 g/2, 5 cm Breite der Fläche und Sekunde eingestellt. Das sich ergebende übertragene Bild hat eine Reflexionsdichte von etwa 1, 35, wobei Linien und breite Bereiche voll und exakt entwickelt sind.
Beispiel 8 : Der Versuch des Beispiels 7 wird wiederholt mit der Ausnahme, dass die photoleitende Fläche in einer solchen Richtung durch die Entwicklungszone bewegt wird, die genau entgegengesetzt zu der des Entwicklerstroms ist. Das sich ergebende übertragene Bild ist hinsichtlich Reflexionsdichte und Qualität dem beim Beispiel 7 erhaltenen äquivalent.
Obwohl besondere Komponenten und Stoffmengen in der vorstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung angegeben wurden, können andere geeignete Materialien ebenfalls verwendet werden. Beispielsweise kann die Entwicklungselektrode auf einem kontinuierlichen Band vorgesehen und zwischenzeitlich durch Bewegung durch eine Reinigungsstation hindurch gereinigt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Entwickeln eines elektrostatischen Ladungsbildes, bei dem die das Ladungsbild tragende Oberfläche eines elektrisch isolierenden Aufzeichnungsträgers in zumindest angenähert vertikaler Lage und in
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Einfluss des elektrischen Feldes mit der vertikalen Oberfläche des Aufzeichnungsträgers in Berührung gebracht wird.
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