DE2159009A1

DE2159009A1 - Verfahren und Anordnung zur Entwicklung eines elektrostatischen Ladungsbildes

Info

Publication number: DE2159009A1
Application number: DE19712159009
Authority: DE
Inventors: Robert Tyre; Berlier Richard Allen; Lexington Ky. Ritchie (V.St.A.). P
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1970-12-21
Filing date: 1971-11-29
Publication date: 1972-06-29
Also published as: CA948043A; DE2159009B2; JPS5333854B1; NL7115811A; BE774411A; GB1320279A; DE2159009C3; US3754962A; FR2119322A5

Description

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket LE 970 014

Verfahren und Anordnung zur Entwicklung eines elektrostatischen Ladungsbildes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entwicklung eines elektrostatischen Ladungsbildes, welches auf einem bewegbaren Bildträger vorhanden ist, unter Verwendung einer Entwicklungselektrode und eines Zweikomponentenentwicklers, wobei das Entwicklergemisch zwischen die Entwicklungselektrode und den Bildträger eingeführt und über den Bildträger kaskadiert wird, sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Entwicklung eines physikalischen Bildes von einem elektrostatischen latenten Ladungsbild, wie es in Kopiergeräten verwendet wird, hat bisher eine Auswahl unter verschiedenen Entwicklungssystemen erfordert, von denen jedes seine eigenen charakteristischen Vor- und Nachteile aufweist. Eines der einfacheren Entwicklungssysteme benutzt einen Kaskadenfluß des Entwi ekle rgemis ehe s von Toner- und Trägerpartikeln über das elektrostatische Bild. Lokale Felder, die das elektrostatische Bild formen, ziehen vorzugsweise die Tonerpartikel vom Träger ab und lagern sie auf diesen Feldern an. Diese Entwicklungsmethode

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ist besonders geeignet für die Entwicklung sog. Linien- oder Zeilenkopien, bei denen die Bilder eine relativ schmale Breite aufweisen, im allgemeinen von gleicher Dichte sind und einen recht hohen Kontrast gegenüber ihrer Umgebung aufweisen. Die Entwicklung von Bildern mit ausgedehnten dunklen Bereichen oder mit kontinuierlicher Tönungsabstufung oder niedrigen Kontrastbereichen können mit diesem einfachen Kaskadensystem nicht in zufriedenstellender Weise entwickelt werden.

Im Kaskadensystem ist es bekannt, Entwicklungselektroden zur Ausrichtung des elektrostatischen Feldes zu verwenden, ebenso auch in Kombination mit sog. Magnetbürsten-Entwicklungssystemen und Puderwolken-Entwicklungssystemen. Die Magnetbürsten- und Puderwolken-Entwicklungssysteme erfordern jedoch in jedem Falle eine komplexere und damit kostspielige Apparatur für ihre Realisierung. Eine Entwicklungselektrode, die in Verbindung mit einem Kaskadenentwicklungssystem benutzt wird, erleichtert wesentlich die Ablagerung von Toner auf dem elektrostatischen Bild, wodurch ■in diesem Falle jedoch eine relativ hohe Tönung des Hintergrundes mit auftritt. Andererseits kann die Entwicklungselektrode durch Anlegung einer elektrischen Vorspannung derselben Polarität, wie die des elektrostatischen Bildes, die Tonerablagerung auf den Hintergrundbereichen unterdrücken, in einem solchen Falle wird jedoch die Feldstärke, die zur Ablagerung des Toners auf den Bildbereichen zur Verfügung steht, reduziert. Damit ist die Entwicklung von Bildern mit niedrigen Kontrasten kaum möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein demgegenüber verbessertes Verfahren zur Entwicklung elektrostatischer Ladungsbilder anzugeben, mit dem schwierig zu entwickelnde Eigenschaften, wie ausgedehnte schwarze Bereiche, kontinuierlich abgestufte Tönungen und kontrastarme Teile, einwandfrei beherrscht werden. Das Verfahren soll mit Hilfe der einfachen Kaskadentechnik in der Lage sein, qualitativ hochwertige und komplexe Bilder zu entwickeln und darüber hinaus in einfacher, kompakter und effektiver Weise realisierbar sein.

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Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren zur Entwicklung eines elektrostatischen Ladungsbildes dadurch gelöst, daß das elektrostatische Bild im Bereich der Entwicklungselektrode überentwickelt wird und durch einen auf den Bildträger gelenkten relativ starken Strom, der aus für Tonerpartikel elektrisch anziehendem Material besteht, anschließend von in bestimmten Bildbereichen überflüssigem Toner wieder gereinigt wird.

In vorteilhafter Weise wird mit diesem Entwicklungssystem zunächst das Bild überentwickelt und anschließend durch eine selektive Reinigung von überschüssigem Toner wieder befreit, so daß sowohl ausgedehnte schwarze Bildbereiche schwarz bleiben, Grautönungsabstufungen einwandfrei erfaßt werden und auch kontrastarme Bereiche einwandfrei entwickelt werden, ohne daß auf dem weißen Hintergrund noch Tonerpartikel übrigbleiben.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das für Tonerpartikel anziehende Material im wesentlichen aus den Trägerpartikeln des Entwicklergemisches besteht. Es ist weiterhin zweckmäßig und vorteilhaft, daß ein relativ kleiner Tei^g»g£:a. 5 %, des Zweikomponentenentwicklers zwischen den Bildträger und die Entwicklungselektrode gelenkt wird und daß ein relativ großer Teil, ca. 95 %, davon als Reinigungsstrom unterhalb der Entwicklungselektrode auf den Bildträger gelenkt wird.

Um eine effektive und gute Reinigung des überentwickelten elektrostatischen Bildes zu erzielen, sieht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß der Reinigungsstrom unter einem spitzen Winkel von ca. 15 oder mehr auf den Bildträger gelenkt wird. Es ist vorteilhaft und zweckmäßig, die Fließgeschwindigkeit des Reinigungsstromes relativ groß und dabei wesentlich größer, etwa 4- bis 6-fach, als die Geschwindigkeit des Bildträgers zu wählen.

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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß die Trägerpartikel des Entwicklergemisch.es zumindest teilweise aus elektrisch leitendem Material bestehen. Zweckmäßigerweise sind die Trägerpartikel vollständig aus leitendem Material hergestellt. Ein weiterer Vorteil ist dadurch erzielbar, daß die Trägerpartikel mit einer dünnen Schicht aus Polytetrafluoräthylen überzogen sind. Dadurch ist eine weniger starke Haftung des Toners an den Trägerpartikeln erzielbar.

Eine zweckmäßige und vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklungselektrode derart ausgebildet ist, daß sie einmal mit dem Bildträger einen gleichbleibend starken Spalt zur Bildung des Entwicklungsfeldes formt, zum andern eine Kante zur Teilung des Entwicklers in den relativ kleinen Entwicklungsstrom und den relativ großen Reinigungsstrom aufweist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß die Entwicklungselektrode an ihrem unteren Ende zusammen mit einem Leitblech eine Reinigungsdüse bildet, die den Reinigungsstrom unter einem spitzen Winkel auf den Bildträger lenkt.

Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, eine Entwicklungselektrode zu verwenden, die geerdet ist. Allgemein ist es vorteilhaft, die Entwicklungselektrode mit einem derartigen elektrischen Potential zu beaufschlagen, die dem Ladungspotential des Bildträgers entgegengesetzt ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist, entsprechend dem vorstehen, im wesentlichen durch den ersten Schritt der tiberentwicklung des Bildes im Bereich der Entwicklungselektrode und anschließend durch die Reinigung von überschüssigem Toner durch die Zuführung des Reinigungs ströme s gekennzeichnet. Der Schritt der tiberentwicklung wird vorzugsweise durch die Benutzung einer geerdeten Entwicklungselektrode durchgeführt, durch die das elektrostati-

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sehe Feld ausgerichtet wird, das aufgrund des latenten elektrostatischen Bildes auf dem Bildträger vorhanden ist. Der Toner wird durch die Kaskadierung einer Mischung von Toner- und Trägerpartikeln dem ausgerichteten Feld ausgesetzt. Dieses ausgerichtete Feld bewirkt durch die geerdete Entwicklungselektrode, daß die elektrostatischen Kraftlinien in einem Richtungssinn ausgerichetet sind, um die Ladungsträger, wie es die Tonerpartikel darstellen, sämtlich in dieselbe Richtung zu bewegen. Das elektrostatische Bild ist durch die Variationen in der Größe dieses in einer Richtung ausgerichteten Felds bestimmt, wie es durch die lokalen LadungsSchwankungen bestimmt wird. Dementsprechend wird der Toner, der dem von der Entwicklungselektrode in einer Richtung ausgerichteten Feld ausgesetzt wird, durch die elektrostatische Kraft allen Teilen der geladenen Fläche zugeleitet. Dabei wird entsprechend der größeren Feldstärke mehr Toner in den höher geladenen Bereichen abgelagert. Das auf diese Weise überentwickelte Bild weist einen grauen Hintergrund auf und entsprechend der Abwesenheit von weißen, reinen Bereichen hat das Bild generell ein graues, kontrastarmes Aussehen.

Das auf diese Weise überentwickelte Bild wird durch die Bewegung des Bildträgers aus dem Bereich der Entwicklungselektrode herausgeführt. Auf diese Weise wird das ursprünglich vorhandene, in zwei Richtungen ausgerichtete elektrostatische Feld wieder hergestellt, das von den lokalen Unterschieden in der elektrostatischen Flächenladung herrührt. Die Kraftlinien dieses in zwei Richtungen ausgerichteten Feldes haben die Tendenz, daß Partikel, die mit einer bestimmten Polarität geladen sind, bemüht sind, aus Bereichen niedriger Gegenladung in Bereiche hoher Gegenladungen bewegt zu werden. Das in zwei Richtungen ausgerichtete Feld schafft somit die Grundlage dafür, daß Partikel auf Hintergrundbereichen von der Entwicklungsfläche leicht entfernt werden können und daß Partikel auf den Bildbereichen fest auf der Entwicklungsfläche zurückgehalten werden. Obwohl die damit verbundenen Kräfte relativ niedrig sind, beinhalten sie die

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Grundlage für diese Bewegung, die, wenn sie gemäß der Erfindung mit einem Bewegungsmechanismus, wie einer weiteren Kaskadierung mit elektrostatisch anziehenden Trägerpartikeln verbunden wird, eine selektive Reinigung durch Entfernung derjenigen Tonerpartikel, die aufgrund des in zwei Richtungen ausgerichteten Feldes leicht entfernt werden können, durchführbar machen, ohne daß gleichfalls Tonerpartikel entfernt werden, die durch dieses in zwei Richtungen ausgerichtete Feld auf den Bildbereichen zurückgehalten werden.

Das Ergebnis dieses Zweisehritt-EntwicklungsVerfahrens ist ein qualitativ hochwertiges und kontrastreiches sichtbares Bild des ursprünglich latenten Bildes, das vollständig ausgefüllte schwarze Bereiche enthält, weiche Grautönungsübergangsbereiche richtig wiedergibt und zutreffend getönte kontrastarme Bereiche aufweist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil, der damit erreicht wird, liegt in dem größeren Toleranzbereich des Systems bei Wechsel der Tonerkonzentration im Entwicklergemisch.

Im folgenden wird an Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele das erfindungsgemäße Verfahren und die Anordnungen zur Durchführung dieses Verfahrens näher erläutert. Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines elektrostatischen Fotokopiergerätes mit den für die Erfindung wesentlichen Teilen im Schnitt,

Fig. 2 ein vergrößertes Schnittbild eines Teils des

elektrostatischen Fotokopiergerätes von Fig. 1 , das Details des Kaskadenentwicklungssystems gemäß der Erfindung zeigt,

Fig. 3 eine vergrößerte graphische Darstellung eines

Teils der Entwicklungsfläche, die ein elektrostatisches Ladungsbild trägt, wie es gemäß der

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- 7 Erfindung entwickelt werden kann,

Fig. 4 ein Schnittbild durch eine Entwicklungsfläche,

die das in Fig. 3 gezeigte Bild trägt, mit den typischen elektrostatischen Feldkonstellationen, die der Arbeitsweise der Erfindung zugrundeliegen,

Fig. 5 eine schematische Ansicht eines elektrostatischen

Fotokopierers ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten, jedoch etwas modifiziert,

Fig. 6 eine schematische Ansicht der Anwendung der vor

liegenden Erfindung auf einen elektrostatischen Fotokopierer mit präpariertem Papier.

In Fig. 1 ist ein typisches Fotokopiergerät 10 schematisch dargestellt, das eine Arbeitstrommel 11 mit einer fotoleitfähigen Entwicklerfläche, dem Bildträger 12, für die Bewegung entlang eines Bewegungspfades 13 enthält, um damit die aufeinanderfolgenden BearbeitungsStationen zu erreichen. Mit einer Koronaladestation 14, die aus Koronaentladedrähten besteht, beginnt effektiv die Bearbeitung. Bei dieser Station 14 wird der Bildträger 12 einheitlich auf eine hohe negative Polarität aufgeladen. Der Bildträger 12 wird danach zu einer Belichtungsstation 15 weiterbewegt, bei der er mit dem Licht- und Schattenbild einer Vorlage 16 belichtet wird, die synchron mit der Bewegung der Arbeitstrommel 11 auf den Bildträger 12 projiziert wird. Die Ladung auf dem Bildträger 12 wird in den von Licht getroffenen Bereichen selektiv entladen, um ein latentes Bild 60 von verschiedener elektrostatischer Ladung zu bilden. Dieses Ladungsbild 60 ist detaillierter in den Fign. 3 und 4 beschrieben. Das latente Ladungsmuster besteht aus lokal hoch aufgeladenen negativen Bereichen und weniger hoch aufgeladenen negativen Bereichen. Die Ladung dieser Bereiche entwickelt ein Flächenfeld, das selektiv Tonerpartikel anziehen kann, die auf entgegengesetzte bzw. posi-

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- 8 - ' tive Polarität aufgeladen sind.

Der Bildträger 12 passiert als nächstes eine Entwicklungsstation 17, bei der elektroskopische Tonerpartikel 20 den das latente Bild 60 bildenden Feldern ausgesetzt und selektiv zu den hoch geladenen negativen Bereichen angezogen werden, die durch das Licht bei der Entwicklungsstation 15 nicht entladen wurden. Das Muster der angehäuften Partikel 20 bildet ein physisches und sichtbares Bild 30, das dem latenten Bild 60 entspricht.

Das auf diese Weise erzeugte physische Bild 30 kann auf irgend-eine bekannte Art ausgewertet bzw. benutzt werden, wie es all- · gemein durch die Bildverwertungsstation 40 angezeigt ist. Eine bekannte Verwertung beinhaltet die übertragung des sichtbaren Tonerbildes 30 auf die Fläche eines separaten Bildträgers., wie beispielsweise Papier 31. Die übertragung wird durch eine BiIdübertragungs-Koronastation 41 durchgeführt, durch die auf elektrostatische Weise das Bild 30 von dem Bildträger 12 abgezogen und auf das Papier 31 übertragen wird. Eine Fixierstation 42 fixiert das übertragene Bild auf dem Papier 31 und schafft somit eine feste Kopie 32 der Vorlage 16. Der Bildträger 12 gelangt danach zu einer Reinigungsstation 18, bei der übriggebliebene Tonerpartikel entfernt werden, bevor eine Wiederaufladung des Bildträgers 12 durch die Koronaladestation 14 für einen weiteren Kopiervorgang erfolgt.

Alternativ ist ein ähnliches elektrofotographisches System 10' bekannt, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, das ein fotoleitenden Streifen, eine Entwicklungsfläche oder ein Bildträger 12' aufweist, der gleichzeitig die letztgültige permanente Kopie darstellt. In diesem Fotokopierer 10' wird der Bildträger 12' durch die Koronaladestation 14' aufgeladen, bei der Station 15' belichtet und schließlich bei der Entwicklungsstation 17' entwickelt. Anstelle einer übertragung wird das physikalische Bild der Entwicklungsfläche 12' direkt benutzt, indem diese sofort in eine Fixierstation,40" eingeführt wird, wobei das entwickelte

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physikalische Bild fixiert wird. Auf diese Weise wird eine permanente Kopie 32· hergestellt. Auch auf ein derartiges Kopiergerät läßt sich die Erfindung vorteilhaft anwenden.

Gemäß der Erfindung ist eine verbesserte Entwicklungsstation vorgesehen, die in vergrößerter Darstellung mit mehreren Details in Fig. 2 dargestellt ist. Es ist offensichtlich, daß die dort beschriebenen Prinzipien genauso auf die Entwicklungsstation 17' des in Pig. 6 dargestellten Systems angewendet werden können als auch auf andere elektrofotographische Systeme. Grundlegend für die verbesserte Entwicklungsstation 17 ist eine überentwicklungs— Unterstation 50 mit einer Entwicklungselektrode 51 und eine BiIdreinigungs- oder -unterstation 52 direkt unterhalb der überentwicklungs-Unterstation 50. Die Entwicklungsstation 17 enthält geeignete mechanische Vorrichtungen für die Einführung eines Entwicklergemisches 21 aus Tonerpartikeln 20 und Trägerpartikeln 22 zu den Unterstationen 50 und 52.

Einer Zuführungskammer 53 wird mittels eines Eimerförderbandes 54 das Zweikomponenten-Entwicklungsgemisch 21 zugeführt. Zusätzliche Tonerpartikel können von einem Tonervorratsbehälter 23 zugeführt werden, sobald Toner verbraucht ist. Wie es bekannt ist, werden die reibungselektrischen Flächeneigenschaften der Trägerpartikel 22 und der Tonerpartikel 20 derart ausgewählt, daß Reibung zwischen ihnen, wie es beispielsweise in einem Entwicklersammelbehälter 54a auftritt, eine positive Ladung auf den Tonerpartikeln 20 und eine entsprechende negative Ladung auf den Trägerpartikeln 22 entsteht. Vorzugsweise werden Trägerpartikel aus runden Stahlkugeln 24 in der Größenordnung zwischen 300 und 600 u Durchmesser verwendet, die mit einer dünnen Schicht 25 aus reinem Polytetrafluoräthylenharz überzogen sind. Die positive Ladung der Tonerteilchen 20 veranlaßt ihre Ablagerung auf den hoch negativ aufgeladenen Bereichen des elektrostatischen latenten Bildes 60 (vgl. Fign. 1, 3 und 4), und die negative Ladung auf den Trägerpartikeln 22 veranlaßt die Anziehung der Tonerpartikel 20 überall dort, wo diese nicht in der richtigen

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Weise durch. Teile des elektrostatisch latenten Bildes 60 angezogen worden sind. Die Entwicklungselektrode der Unterstation ist mit einer leitenden Platte 51 versehen, die über der Bildträgerplatte 12 angeordnet und dieser in ihrer Form angepaßt ist. Sie ist über eine Leitung 51a mit Erde verbunden. Die Entwicklungselektrode 51 ist von dem Bildträger 12 durch ein Zwischenraum 55 getrennt und verursacht ein in einer Richtung ausgerichtetes elektrostatisches Feld, wie es in Verbindung mit Fig. 4 im folgenden in größeren Details beschrieben wird. Eine erste Düse oder Zuführungsöffnung 56 führt einen Fluß 26 aus Entwicklergemisch 21 in den Zwischenraum 55 zwischen die Entwicklungselektrode 51 und den Bildträger 12 ein, um ein physisches Bild 34 durch die Ablagerung von Tonerpartikeln 2O zu ermöglichen. Das physisch sichtbare Bild 34 wird erfindungsgemäß hier überentwickelt, d. h. daß Tonerpartikel 20 sowohl auf gewünschten Bildpartien als auch auf Hintergrundbereichen durch den Einfluß des Feldes der Entwicklungselektrode 51 abgelagert werden.

•Ein Teil des Entwicklungsgemisches 21 wird durch eine Kante 51b der Entwicklungselektrode 51 so abgeführt, daß er hinter der Entwicklungselektrode direkt vorbeiläuft und zu einer Reinigungszuführung 57 gelangt, um dort als Reinigungsstrom 27 zur Bildreinigungsstation 52 zu gelangen. In diesem Reinigungsf liiß 27 ziehen negativ geladene Trägerpartikel 22 im Entwickler 21 direkt die überschüssigen Tonerpartikel 2O von dem Bildträger 12 ab. Außerdem reaktiviert oder aktiviert der Reinigungsstrom 27 diejenigen Trägerpartikel 22, die von der ersten Zuführungsöffnung 56 stammen, wenn diese aus dem Bereich zwischen der Entwicklungselektrode 51 und dem Bildträger 12 heraustreten. Um beide Vorgänge zu optimieren, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die Reinigungsöffnung 57 in einem wesentlichen spitzen Winkel 57a von etwa 17 oder größer gegen den Bildträger 12 zu richten. Darüber hinaus ist es vorteilhaft für den Reinigungsstrom, etwa 95 % des gesamten Flusses durch beide Zuführungsöffnungen 56 und 57 auszumachen. Weiterhin ist es besonders wesentlich, daß

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der Retnigungsstrom 27 eine relativ hohe Geschwindigkeit hat, wobei vorteilhaft eine Geschwindigkeit zwischen etwa 1 und 1,25 m pro Sekunde (4O bis 50 inch pro Sekunde) aufweist, während sich der Bildträger 12 mit einer Geschwindigkeit von etwa 23,6 cm pro Sekunde {9,3 inch pro Sekunde) bewegt. Dieser beschriebene Reinigungsvorgang zieht an und entfernt überflüssige Tonerpartikel von Hintergrundbereichen. 33 des überentwickelten physischen Bildes 34, um somit ein qualitativ hoch stehendes endgültiges physisches Bild 3O zu erzeugen, mit Bildbereichen 35, die in richtiger Weise ausgedehnte schwarze Bereiche, sanft abgetönte übergänge und kontrastarme Bereiche in einwandfreier Weise wiedergeben.

Die genaue Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung ist in den Fign. 3 und 4 dargestellt. Fig. 3 zeigt in Draufsicht einen Ausschnitt des Bildträgers 12 mit dem elektrostatischen Ladungsmuster 60, dessen relative negative Ladungspegel durch verschieden gewählte Schattierungsdichte dargestellt ist. Das Bild 60 enthält Ladungsmuster, die ausgedehnten schwarzen Bereichen hoher elektrostatischer Ladung entsprechen und mit 61 bezeichnet sind, Hintergrundbereiche niedriger elektrostatischer Ladung, die mit 62 bezeichnet sind, dazwischenliegende oder kontrastarme Bereiche von modifizierter elektrostatischer Ladung, die mit 63 bezeichnet sind, und Bereiche mit kontinuierlichem übergang, die mit 64 bezeichnet sind. Diese typischen Ladungsmuster sind auch in dem Schnittbild der Fig. 4 dargestellt. Sie sind durch die Anzahl der Minuszeichen, die über der Fläche des Bildträgers 12 angebracht sind, dargestellt. Der Bildträger 12 enthält eine leitende Rückseite 12a, die über einen Draht 12b geerdet ist. Die leitende Entwicklungselektrode 51 ist mit einem gewissen Abstand über einem Teil des Bildträgers 12 angebracht und über die Leitung 51a ebenfalls geerdet.

Wie in Fig. 4 links von der Entwicklungselektrode 51 dargestellt ist, erstrecken sich zwischen den Bereichen verschiedener elektrostatischer Ladung das Feld bildende Kraftlinien 65. Es kann ange-

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nommen werden, daß diese Kraftlinien 65 eine Richtung im Hinblick auf geladene Teilchen bestimmter Polarität aufweisen. Es sei insbesondere angenommen, daß diese Richtung von einem positiv geladenen Teilchen zu einem negativ, geladenen Teilchen des Bildes 60 gerichtet ist, was durch die Pfeile der Kraftlinien 65 angezeigt ist. Damit ist gleichzeitig die Richtung angezeigt, in der diese Partikel sich zu bewegen trachten. Weil diese Pfeile von manchen Bereichen des Bildträgers 12 weg und zu anderen Bereichen hin gerichtet sind, ist das Feld 66 als in zwei Richtungen ausgerichtet definiert. Auf diese Weise wird ein positiv geladener Tonerpartikel 20, der den Kraftlinien 65 ausgesetzt ist, die Tendenz haben, sich auf den hoch negativ aufgeladenen Bereichen 61 des latenten Bildes 60 abzulagern. Die Kraft des Feldes, das durch die Kraftlinien 65 dargestellt ist, hängt jedoch nicht nur von den Ladungspegeln an den Enden der Kraftlinien ab, sondern ebenso von dem Abstand oder der Länge dieser Linien. Das kräftigste elektrostatische Feld ist dementsprechend an den Kanten oder den Übergangsbereichen zwischen nebeneinanderliegenden Bereichen verschiedener Ladung vorhanden. Entsprechend entgegengesetzt sind relativ schwache Felder in der Mitte der Teile 67 eines ausgedehnten schwarzen Bereiches 61 vorhanden.

Im Gegensatz zu dem in zwei Richtungen ausgerichteten Feld in dem linken Teil der Fig. 4, verursacht die Anwesenheit der geerdeten leitenden Entwicklungselektrode 51 ein in einer Richtung ausgerichtetes elektrostatisches Feld 69, das durch die Kraftlinien 68 dargestellt ist. Die Kraftlinien 68 erstrecken sich von der niedrigsten Ladung bzw. Erde bei der Elektrode 51 zu den negativen Ladungen verschiedener Größe über die gesamte Fläche, die von der Elektrode 51 überdeckt wird. Die Kraftlinien 68 sind alle zum Bildträger 12 hin ausgerichtet, sowohl in den niedrigen negativen Hintergrundbereichen als auch in hoch negativen Bildbereichen und weisen dieselbe Länge auf. Auf diese Weise ist die Kraft des Feld 69, die die Ablagerung positiv geladener Partikel auf dem Bildträger 12 veranlaßt, im wesentlichen proportional dem lokal vorhandenen Ladungsmuster des latenten

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Bildes 60. Darüber hinaus erhöht die Anwesenheit von Erdpotential an einem Ende der das Feld darstellenden Kraftlinien 68 das gesamte Feld und erhöht die Tendenz, daß Toner auch auf den kontrastarmen Bereichen 63, an denen nur eine geringe negative Ladung durch die partielle Entladung bei der Belichtungsstation 15 übriggelassen worden ist, abgelagert werden.

Die besonderen Charakteristika dieser verschiedenen und bestimmten Felder, nämlich des in zwei Richtungen ausgerichteten Feldes 66, wie es auf beiden Seiten der Elektrode 51 vorhanden und dargestellt ist, und das in einer Richtung ausgerichtete Feld 69, wie es im Bereich der Elektrode 51 erzeugt und dargestellt ist, sind zur Erzielung der vorteilhaften Ergebnisse gemäß der Erfindung ausgenutzt worden. Das besondere Charakteristika des in einer Richtung ausgerichteten Feldes 69 ist die Ablagerung von Toner auf dem Bildträger 12 in Proportion zu dem elektrostatisch latenten Bildmuster. Da der Bildträger 12 niemals vollständig entladen ist, wird dieses Feld Toner in den Hintergrundbereichen 62 ablagern, in denen kein Toner gewünscht wird. Nachdem ein physisch sichtbares Bild durch Tonerablagerung auf diese Weise erzeugt worden ist, wird der Bildträger 12 aus dem Bereich der Elektrode 51 herausbewegt, um das in zwei Richtungen ausgerichtete Feld wieder herzustellen, mit seiner Tendenz, positiv geladene Partikel von seinem Hintergrund 62 zu entfernen und positiv geladene Partikel in seinen Bildbereichen 61 anzuziehen und dort zu halten, wie es durch die Pfeile der Kraftlinien 65 angedeutet ist. Obwohl die Feldstärke ungenügend sein kann, um die Hintergrundbereiche 62 spontan und vollständig zu reinigen, unterstützt diese Feldstärke das selektive Reinigen durch irgendeinen geeigneten Reinigungsstrom. Wenn ein Reinigungsstrom von Trägermaterial 22 über das überentwickelte physische Bild 34 gelenkt wird, wie es in Verbindung mit Fig. 2 dargestellt ist, dann werden dementsprechend die Tonerpartikel 20 von den Hintergrundbereichen entfernt, in denen die Kraftlinien 65 die Entfernung begünstigen, Tonerpartikel werden aber nicht in gleicher Weise von den Bereichen entfernt, wie beispielsweise der Mitte 67 des ausgedehn-

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ten schwären Bereiches 61, indem schwache Kraftlinien 66 die Zurückhaltung der Tonerpartikel begünstigen.

Obwohl die Erfindung besonders im Zusammenhang mit einem Entwicklungssystem des Kaskadentyps beschrieben worden ist, der seinerseits besonders und konventionell einfach ist, ist es offensichtlich, daß die besonderen Vorteile der Erfindung durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Prinzipien, des Überentwickeins und anschließenden Reinigens, auch auf andere Entwicklungs- und Reinigungssysteme angewendet werden können. Beispielsweise kann die Benutzung der bekannten Magnetbürstentechnik angewendet werden. Darüber hinaus kann, wie in Fig. 5 dargestellt, die Entwicklungselektrode 51, wenn dies notwendig ist, an eine elektrische Spannungsquelle 58 angeschlossen werden, die vorzugsweise eine Polarität aufweist, die entgegengesetzt der des elektrostatischen Bildes 60 ist, in diesem Falle positiv, um dadurch die Ablagerung des Toners auf das elektrostatische Muster insgesamt anzuheben. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dann nicht praktiziert werden, wenn die Entwicklungselektrode mit derselben Polarität wie das elektrostatische Bild vorgespannt ist und wenn die Größe gleich oder größer als die der Polarität der Hintergrundbereiche des elektrostatischen Bildes ist, weil auf diese Weise das erforderliche in einer Richtung ausgerichtete Feld nicht erzeugt wird, sondern vielmehr ein in einer Richtung ausgerichtetes Feld niedrigerer Stärke erzielt wird, das nicht in der Lage ist, kontrastarme Bereiche, wie beispielsweise die mit 63 in Fig. 4 dargestellten, in einwandfreier Weise zu entwickeln. Es ist von besonderem Vorteil, eine positiv vorgespannte Entwicklungselektrode dann zu benutzen, wenn eine Entwicklungsmischung niedriger Entwicklungskapazität angewendet wird, wie sie beispielsweise dann vorhanden ist, wenn Sandoder Glasträger in der Mischung verwendet werden. Von besonderem Vorteil ist die Anwendung von Trägerpartikeln 22, die einen leitenden Kern 24 aufweisen. Die Benutzung eines leitenden Trägerpartikels verstärkt das variierende elektrostatische Feld

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schon von sich aus, besonders bei der Anwesenheit der Entwicklungselektrode. Der Träger hat auf diese Weise die große Fähigkeit der Ablagerung von Tonerpartikeln, so daß es an sich nicht erforderlich ist, durch eine Vorspannungsquelle für die Entwicklungselektrode das Kopiergerät zusätzlich komplexer zu gestalten.

Im Falle, daß die Schwerkraft den Reinigungsfluß nicht auf eine wesentlich höhere Geschwindigkeit als die gewünschte Geschwindigkeit des Bildträgers beschleunigt, kann ein zusätzliches Moment durch Hinzufügung eines mechanischen Beschleunigers, aufgebracht werden. Hierzu wurde die Konstruktion eines Magnetes innerhalb eines sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden, mit einem Gitter umgebenen Zylinders als besonders wirkungsvoll für die Hinzufügung eines Momentes zu den magnetischen Trägern, wie beispielsweise Stahlkugeln, herausgefunden.

In vorteilhafter Weise sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem dazugehörigen Kopiergerät Kopien zu erzielen, die einwandfrei schwarze, ausgedehnte Bereiche aufweisen, die weiterhin Bereiche mit kontinuierlich übergehender Grautönung und Bereiche mit wenig Kontrast aufweisen. Darüber hinaus kann die Tonerkonzentration des Entwicklergemisches in einem relativ breiten Bereich schwanken.

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Claims

- 16 PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Entwicklung eines elektrostatischen Ladungsbildes, welches auf einem bewegbaren Bildträger vorhanden ist, unter Verwendung einer Entwicklungselektrode und eines Zweikomponentenentwicklers, wobei das Entwicklergemisch zwischen die Entwicklungselektrode und den Bildträger eingeführt und über den Bildträger kaskadiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrostatische Bild im Bereich der Entwicklungselektrode (51) überentwickelt wird und durch einen auf den Bildträger (12) gelenkten relativ starken Strom, der aus für Tonerpartikel (20) elektrisch anziehendem Material besteht, anschließend von in bestimmten Bildbereichen überschüssigem Toner (20) wieder gereinigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für Tonerpartikel (20) anziehende Material im wesentlichen aus den Trägerpartikeln (22) des Entwicklergemisches (21) besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein relativ kleiner Teil (ca. 5 %) des Zweikomponentenentwicklers zwischen den Bildträger (12) und die Entwicklungselektrode (51) gelenkt wird und ein relativ großer Teil (ca. 95 %) davon als Reinigungsstrom (27) unterhalb der Entwicklungselektrode (51) auf den Bildträger (12) gelenkt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reinigungsstrom (27) unter einem spitzen Winkel (57a) von ca. 15 oder mehr auf den Bildträger (12) gelenkt wird.
5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch ge-Docket LE 970 014 2 0 9 0 7 7/0879

kennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeit des Reinigungsstromes (27) relativ groß und dabei wesentlich größer (ca. 4- bis 6-fach) ist als die Geschwindigkeit des Bildträgers (12).
6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerpartikel (22) des Entwicklergemisches (21) zumindest teilweise aus elektrisch leitendem Material bestehen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch, gekennzeichnet, daß die Trägerpartikel (22) mit einer dünnen Schicht (24) aus Polytetrafluoräthylen überzogen sind.
8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklungselektrode (51) derart ausgebildet ist, daß sie einmal mit dem Bildträger (1.2) einen gleichbleibend starken Spalt (55) zur Bildung des Entwicklungsfeldes (69) formt, zum anderen eine Kante (51b) zur Teilung des Entwicklers (21) in den relativ kleinen Entwicklungsstrom

(26) und den relativ großen Reinigungsstrom (27) aufweist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklungselektrode (51) an ihrem unteren Ende zusammen mit einem Leitblech eine Reinigungsdüse (57) bildet, die den Reinigungsstrom (27) unter einem spitzen Winkel (57a) auf den Bildträger (12) lenkt.
10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklungselektrode (51) mit einem derartigen elektrischen Potential beaufschlagbar ist, das dem Ladungspotential des Bildträgers (12) entgegengesetzt ist.

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