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Verfahren und Vorrichtung zur Entwicklung eines Ladungsbildes Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entwicklung eines Ladungsbildes, bei dem Entwicklerpulver
über eine zylindrisch oder teilzylindrisch, konvex gekrümmte, sich um eine horizontale
Achse drehende Oberfläche eines das Ladungsbild tragenden Aufzeichnungsmaterials
in Drehrichtung dieser Oberf14ehe und unterhalb des Scheitelpunktes der Oberfläche
auftreffend geschüttet wird.
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Es ist bekannt, zur Entwicklung eines Ladungsbildes das Entwicklerpulver
auf eine zylindrische Oberfläche der vorgenannten Art senkrecht zu deren Bewegungsrichtung
aufzubringen, wobei innerhalb der Entwicklungszone ein elektrisches Feld erzeugt
wird. Dadurch ergeben sich zwar Bilder guter Qualität ohne störende Hintergrundzeichnung,
jedoch werden durch die zur Felderzeugung erforderliche Entwicklungselektrode und
die Spannungsquelle Aufwand und konstruktive Probleme verursacht. Ferner muß die
Entwicklungselektrode zur zufriedenstellenden Entwicklung in einem bestimmten, genau
einzustellenden Abstand zur Bildfläche angeordnet sein.
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Der Erfindung liegt gleichfalls die Aufgabe zugrunde, eine qualitativ
gute Entwicklung eines Ladungsbildes zu ermöglichen. Hierbei sollen jedoch die vorstehend
aufgezeigten Probleme vermieden werden. Zur Lösung dieser Aufgabe zeigt die Erfindung
einen neuen Weg, der nicht auf Erkenntnissen der Verteilung der elektrostatischen
Ladungen beruht, sondern von Zusammenhängen zwischen der Einwirkzeit des Entwicklerpulvers
auf die Bildfläche und die Bildqualität ausgeht. Hierzu ist ein Verfahren der eingangs
genannten Art derart ausgebildet, daß das Entwicklerpulver im wesentlichen tangential
und in Drehrichtung gesehen vor dem Scheitelpunkt auf die Oberfläche mit einer Autreffgeschwindigkeit
aufgeschüttet wird, die so viel größer ist als die Umfangsgeschwindigkeit des Aufzeichnungsmaterials,
daß es über den höchsten Punkt der gekrümmten Oberfläche getragen wird.
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Durch die Erfindung wird erreicht, daß qualitativ gute Bilder bei
erhöhter Betriebsgeschwindigkeit hergestellt werden können. Durch das Aufbringen
des Entwicklerpulvers in tangentialer Richtung an einer Stelle vor dem Scheitelpunkt
der Aufzeichnungsfläche mit einer gegenüber deren Umfangsgeschwindigkeit größeren
Geschwindigkeit wird das Entwicklerpulver über den Scheitelpunkt hinweggetragen
und wirkt auch danach noch auf die Bildfläche so lange ein, bis es, soweit nicht
elektrostatisch gebunden, durch eigene Schwerkraft von der sich drehenden Bildfläche
abfällt. Durch diesen Vorgang ergibt sich ein großer Winkelbereich, in dem das Entwicklerpulver
auf die Bildfläche einwirken kann. Bei vorgegebener Entwicklungszeit kann der Aufzeichnungsträger
also schneller bewegt werden, wodurch die Maschinenleistung einer Kopiermaschine
erhöht wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bringt den weiteren Vorteil mit sich,
daß gegenüber bekannten Einrichtungen, die mit einer Entwicklungselektrode arbeiten,
der Aufwand verringert ist. Damit entfallen auch die genannten schwierigen Einstellarbeiten.
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Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung einer Ausführungsform sowie einer zu deren Durchführung geeigneten
Vorrichtung.
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F i g. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens, und F i g. 2 zeigt einen abgeänderten Teil
der in F i g. 1
dargestellten Vorrichtung.
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Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung ist eine elektrophotographische
Kopiermaschine. Im Zentrum dieser Maschine befindet sich eine zylindrische Walze
10, welche um ihre Achse durch einen nicht eingezeichneten Motor angetrieben
wird; sie trägt auf ihrer äußeren Oberfläche eine photoleitfähige Schicht
11, etwa eine Schicht aus glasartigem Selen. Ein Koronaentladegerät 12 ist
in der Nähe der zylindrischen Walze angeordnet; es dient dazu, eine gleichmäßig
elektrostatische Ladung auf die zylindrische Walze aufzutragen. Die zylindrische
Walze 10 wird, nachdem sie mit elektrostatischer Ladung
aufgeladen
ist, einem Lichteinfall ausgesetzt, der durch einen Filmstreifen 13 hindurch
von einer Projektorlampe 14 und einer Projektorlinse 15 hervorgerufen wird.
Der Fümstreifen 13 wird in angedeuteter Richtung durch einen Motor bewegt,
und zwar synchron mit der Bewegung des Zylinders 10. Der Lichteinfall auf
die photoleitfähige Schicht 11 hat zur Folge, daß die photoleitfähige Schicht
stellenweise und zeitweise eine erhöhte Leitfähigkeit erhält und daß auf der Schicht
eine elektrostatische Ladungsverteilung entsprechend dem Bild auf dem Filmstreifen
13 sich einstellt. Nach dem Vorbeigang an dem Projektionsgerät bewegt sich
die zylindrische Walze 10 an einer Entwicklungsstation vorbei, in welcher
auf ihr ein Pulverbild entsprechend dem Ladungsbild entsteht. Die Entwicklerstation,
welche das Wesen der Erfindung ausmacht, wird noch im einzelnen zu beschreiben sein.
Die zylindrische Walze 10 bewegt sich weiter in Kontakt mit einem synchron
angetriebenen Papierband 16, welches in Berührung mit dem Zylinder durch
Führungsrollen 17 gehalten wird. Ein Koronaentladungsgerät 18 ist
gegenüber der Rückseite des Papierstreifens 16 angeordnet und bringt elektrostatische
Ladungen auf dieser Rückseite auf. Durch die auf der Rückseite aufgetragene elektrostatische
Ladung erfolgt die übertragung des Pulverbildes von der zylindrischen Walze
10 auf den Papierstreifen 16. Ein Heizgerät 19
bewirkt die Schmelzfixierung
des Pulverbildes auf dem Papier 16. Eine rotierende Bürste 20 entfernt etwa
noch vorhandene Pulverreste von der zylindrischen Walze, bevor diese zur weiteren
Erzeugung von Bildern verwendet wird.
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Die Entwicklungsstation selbst umfaßt einen Sammelbehälter 21,» der
teilweise mit einem elektrophotographischen Entwickler 22 gefüllt ist. Der Entwickler
22 besteht aus körnigen Trägerteilchen und wesentlich kleineren pigmentartigen Harzpulverteilchen.
Ein Becherwerk 23 fördert den Entwickler aus dem Behälter 21 und lädt ihn
auf eine Führungsplatte 24 ab. Der Entwickler gleitet und rollt über die Führungsplatte
24 und gelangt dann über eine Rutsche 25 auf die zylindrische Walze
10, um schließlich in den Sammelbehälter 21 zurückzukehren, nachdem er über
einen Teil der Oberfläche der zylindrischen Walze 10 teils gerutscht, teils
gerollt ist.
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Die Rutsche 25 ist sehr steil; die Entwicklerteilchen nehmen
deshalb beim Herabgleiten oder Herabfallen über diese Rutsche eine beträchtliche
Geschwindigkeit an, bevor sie durch die an einen geradlinigen Abschnitt der Rutsche
sich anschließende Krümmung im unteren Ende der Rutsche abgelenkt und im wesentlichen
tangential zu der zylindrischen Walze 10 an diese herangeführt werden. In
der gezeichneten Ausführungsform treffen die Entwicklerteilchen in Drehrichtung
gesehen in einem Winkelabstand von etwa 301 vor dem höchsten Punkt der zylindrischen
Walze auf dieser auf, während bei bisher bekannten Einrichtungen der Entwickletpulverstrom
auf den Zylinder stets erst hinter dem höchsten Yunkt desselben auftraf. Der Impuls
der Entwicklerpulverteilchen an der' Stelle des Auftreffens auf die zylindrische
Walze reicht aus, um diese aufwärts bis zum Kulminationspupkt der zylindrischen
Walze und sodann abwärts gleiten zu lassen. Sie verlassen den Zylinder wieder etwa
in einem Winkelabstand von 701 hinter diesem Kulminationspunkt. Der Entwickler
ist somit mit dem-Zylinder auf einem Winkelweg von 1001 in Berührung, während
die Berührungsstrecke bei bekannten Einrichtungen nur 30' beträgt. Bei gegebenen
Größenkombinationen von Zylinder und Geschwindigkeit steht somit dreieinhalbmal
mehr Zeit für die Entwicklung zur Verfügung als bei bekannten Einrichtungen. Man
hat erwartet, daß mindestens ein Teil des Entwicklerpulvers über die in der Figur
linken Seite des Zylinders nach unten rutschen würde; es hat sich in der Praxis
jedoch gezeigt, daß dies nicht der Fall ist.
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In einem praktisch ausgeführten Gerät war der Durchmesser der zylindrischen
Walze 10 etwa 15 cm. Diese zylindrische Walze war mit einer dünnen
Schicht von glasartigem, photoleitfähigem Selen überzogen. Die Rutsche
25 hatte eine Fallhöhe von annähernd 22,5 cm und war annähernd
25' gegen die Vertikale geneigt. Das untere Ende der Rutsche war gekrümmt
mit einem Krümmungsradius von 6,25 cm und gab Entwicklerpulver an die zylindrische
Walze annähernd tangential zu dieser einen Stelle im Winkelabstand von
30' von dem Kulminationspunkt ab. Der Entwickler war ein im Handel erhältliches
Material mit einer Toner-Konzentration von ungefähr 2 Gewichtsprozent. Der Entwicklerumsatz
war etwa 2 kg pro Minute und pro Zentimeter Walzenlänge. Es war möglich,
unter diesen Bedingungen ein Bild hoher Qualität bei Entwicklungsgeschwindigkeiten
von mehr als 22,5 m pro Minute zu erhalten.
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An allgemeinen Regeln für den Betrieb erfindungsgemäßer Geräte läßt
sich folgendes sagen: Wichtig ist, daß der Entwickler annähernd tangential auf die
zylindrische Walze auftrifft, und zwar in der Bewegungsrichtung des Zylinders. Wird
diese Bedingung eingehalten, so besteht keine Gefahr eines Staues von Entwicklerpulver
und einer Abreibung der empfindlichen Walzenoberfläche. Weiter ist wichtig, daß
der Entwickler mit der zylindrischen Walze bei so hoher Geschwindigkeit in Berührung
tritt, daß er in der steigenden Strecke auf der Walzenoberfläche ständig gleitet,
so lange, bis er den höchsten Punkt der Walzenoberfläche überschritten hat. Wenn
die Geschwindigkeit des Entwicklerpulvers hierzu nicht ausreicht, so wird das Entwicklerpulver
durch die von der zylindrischen Walze ausgehenden elektrostatischen Kräfte nächst
dem höchsten Punkt der Walze festgehalten und bewegt sich mit dieser zusammen, anstatt
über diese zu gleiten oder zu rollen. Die einfachste Art, um den Entwickler die
gewünschte Geschwindigkeit mitzuteilen, ist die, den Entwickler über eine steile
Rutsche fallen zu lassen und an deren unterem Ende eine Krümmung, wie aus F i
g. 1 ersichtlich, anzubringen. Eine geneigte Rutsche hat sich besser bewährt
als eine vertikale, --da- das Entwicklerpulver auf der geneigten Rutsche der Rutschenoberfläche
folgt und sich bereitwillig an die Krümmung im unteren Abschnitt der Rutsche anlegt.
Es hat sich nämlich ergeben, daß bei Verwendung einer vertikalen, beidseitig begrenzten
Rutsche ein Teil des frei fallenden Entwicklerpulvers sich -dort ansammelt, wo es
zum erstenmal den gekrümmten Rutschenabschnitt berührt und daß deshalb ein Teil
des Entwicklerpulvers die Rutsche mit zu geringer Geschwindigkeit verläßt. Dennoch
können vertikale Rutschen bei sorgfältiger Ausbildung des gekrümmten Abschnitts
Verwendung finden. Die Krümmung am unteren Ende der Rutsche soll so sanft als möglich
sein, damit das Entwicklerpulver
ohne zu großen Geschwindigkeitsverlust
glatt darüber hinweggleitet. Obwohl die Rutsche vorzugsweise gegen die Vertikale
geneigt ist, soll sie andererseits möglichst steil sein, so daß das Entwicklerpulver
bei seiner Bewegung über die Rutsche gut beschleunigt wird. Die Fallhöhe der Rutsche
muß natürlich so groß sein, daß die Entwicklerteilchen die notwendigen Geschwindigkeiten
erreichen.
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Es ist bereits darauf hingewiesen worden, daß das Entwicklerpulver
auf die zylindrische Walze vorzugsweise in einem Winkelabstand von etwa
30' vor .dem Kulminationspunkt der Walze eintreffen soll. Wenn der Eintreffpunkt
größeren Abstand von dem Kulminationspunkt hat, so wird es nach und nach schwieriger,
den gesamten Entwicklerpulverstrom über den Kulminationspunkt hinüberzubringen,
und es tritt keine bemerkbare Verbesserung in der Entwicklung mehr ein. Auf der
anderen Seite kann der A4ftreffpunkt des Entwicklerpulvers auf der zylindrilschen
Walze in der Bewegungsrichtung der zylindrischen Walze verschoben werden. Dadurch
wird die Berührungsdauer des Entwicklerpulvers mit der zylindrischen Walze und damit
die Liefergeschwindigkeit verringert. Es gibt aber Anwendungsfälle, in denen geringere
Liefergeschwindigkeit vorzuziehen ist. Jede Vergrößerung des Entwicklungsbereichs
über die normalen Werte hinaus erfordert natürlich eine vergrößerte Beschleunigung
der Entwicklerteilchen. Aus diesen entgegengesetzt wirksamen Faktoren ergibt sich
der angegebene optimale Winkel von 301.
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Wenn der Auftreffpunkt des Entwicklerpulvers auf der Walzenoberfläche
näher zu dem bei bekannten Geräten üblichen Auftreffpunkt hinwandert, so ergibt
sich eine geringere Liefergeschwindigkeit des Gerätes. Es kann dann auch die Länge
der Rutsche verringert werden. Zu berücksichtigen ist auch, daß bei Veränderung
des Auftreffpunktes das dargestellte Becherwerk verkürzt werden kann. In einer in
der Praxis angewandten Ausführungsform hat man eine zylindrische Walze mit
37,5 cm Durchmesser verwendet und den Entwickler annähernd tangential an
den höchsten Punkt der Walze hingefährt; es genügte dann eine Rutschenlänge von
6,25 cm, um dem Entwickler ausreichende Beschleunigung zu erteilen. Dieser
wurde so stark beschleunigt, daß er auf seinem Weg über die zylindrische Walze stets
eine größere Geschwindigkeit hatte als die Walze selbst. Wie aus vorstehendem ersichtlich,
hängt die Länge der Rutsche von der Geschwindigkeit ab, mit welcher der Entwickler
auf die Walzenoberfläche auftreffen soll, und diese Geschwindigkeit wiederum hängt
von der Lineargeschwindigkeit der Walze selber ab. In dem zuletzt genannten Beispiel
war die Lineargeschwindigkeit der zylindrischen Walze 6 m pro Minute. Die
Rutschenlänge konnte deshalb kürzer sein, als siex sein müßte, wenn die Walzengeschwindigkeit
21 m pro Minute betrüge. Wenn andererseits in dem vorstehend geschilderten Beispiel
die Walzengeschwindigkeit 22,5 m pro Minute beträgt und der Walzendurchmesser
15,5 cm, so kann bei Verlangsamung der Walzengeschwindigkeit oder bei Vergrößerung
des Walzendurchmessers die Rutschenlänge vermindert werden.
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Festgehalten muß auch noch werden, daß die Schwerkraftbeschleunigung
des Entwicklers auf einer Rutsche nicht der einzig mögliche Weg ist, um den Entwicklerteilchen
die gewünschte Geschwindigkeit und Richtung mitzuteilen. Man kann vielmehr auch
beispielsweise durch Luftströme dem Entwicklerpulver die gewünschte Beschleunigung
und Richtung mitteilen. Demgemäß zeigt F i g. 2 eine andere Ausführungsform
der Entwicklungseinrichtung einer elektrophotographischen Kopiermaschine, in welcher
der Entwickler auf die Oberfläche der zylindrischen Walze in anderer Weise gegeben
wird. Ein Trichter 26 wird mit Entwicklerpulver 22 beschickt und gibt dieses
auf die Außenseite des oberen Trums eines endlosen Förderbandes 27, welches
über zwei Rollen 28 läuft. Das Förderband 27 wiid mit großer Geschwindigkeit
in der eingezeichneten Richtung durch einen Motor angetrieben. Die Entwicklerteilchen
werden dabei mit hoher Geschwindigkeit nach rechts durch das Förderband
27 mitgerissen und fließen infolge ihres durch das Förderband mitgeteilten
Impulses am Ende des Förderbandes nach rechts weiter, um auf die zylindrische Walze
10 aufzutreffen. Eine Führungsstange 29 kann den Entwicklerpulverteilchen
eine den tangentialen Aufprall auf der zylindrischen Walze begünstigende Richtung
mitteilen.
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Die Erfindung erstreckt sich auch auf andere Ausführungsformen und
Anwendungen. So kann die Erfindung sowohl bei solchen Maschinen zur Anwendung kommen,
bei denen um eine zylindrische Walze eine photoleitfähige Schicht ganz oder teilweise
bedeckend gewickelt ist, als auch bei solchen Maschinen, bei denen die photoleitfähige
Schicht fest angebracht ist. Gleichgültig ist es, ob die zylindrischen Walzen ständig
rotieren oder ob sie stationär sind. Auch kommt es nicht darauf an, ob die elektrostatischen
Ladungsbilder durch Lichteinwirkung oder sonstwie erzeugt werden. Auch kann die
Erfindung bei Verfahren und Geräten Anwendung finden, bei denen magnetische Bilder
durch Aufschütten von magnetisch angezogenem kömigem Material entwickelt werden.
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Schließlich ist die Erfindung auch nicht auf ein bestimmtes Entwicklermaterial,
etwa den hier nur beispielshalber erwähnten Zwei-Komponenten-Entwickler, beschränkt.