DE2221107B2 - Verfahren und vorrichtung zum entwickeln eines elektrostatischen ladungsmusters mit einem trockenentwickler - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entwickeln eines elektrostatischen Ladungsmusters mit einem Trockenentwickler, der aus einem Gemisch von elektrostatisch anziehbaren Tonerteilchen und magnetisch anziehbaren Trägerteilchen besteht, wobei die Trägerteilchen und die Tonerteilchen aneinander entgegengesetzt gepolte reibungselektrische Ladungen haben und die Tonerteilchen mit der zur Polarität des zu entwickelnden Ladungsmusters entgegengesetzten Polarität geladen sind, wobei eine Entwicklungszone zwischen einem beweglichen Entwicklerauftragsorgan und einem Entwickleraufnahmeelement gebildet wird, auf dem sich das zu entwickelnde Ladungsmuster befindet, das Entwicklergemisch in Form einer Magnetbürste auf dem beweglichen Entwicklerauftrageorgan von einem Entwicklervorrat zu der Entwicklungszone transportiert wird und der Entwickler auf dem beweglichen Entwicklerauftragsorgan durch die Entwicklungszone transportiert wird. -15

Aus der US-PS 35 72 551 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entwickeln eines elektrostatischen Ladungsmusters bekannt, bei dem ein magnetisches Trockenentwicklermaterial aus einem Vorrat mit Hilfe einer Rolle auf der Mantelfläche der Rolle mitgenommen und an eine das elektrostatische Ladungsmuster tragende Entwickleraufnahmefläche gefördert wird, die sich in der gleichen Richtung bewegt, wie die Mantelfläche der Rolle innerhalb der Entwicklungszone. Das magnetische Trockenentwicklermaterial ist an dem der Entwickleraufnahmefläche zugewandten Teil der Mantelfläche der Rolle in Form von Borsten einer Magnetbürste angeordnet und ausgerichtet und verliert seine Borstenform erst an dem Teil der Mantelfläche der Rolle, die hinter der Entwicklungszone dem Vorrat so des Trockenentwicklermaterials zugewandt ist. Innerhalb der Rolle ist eine Magnetanordnung so ausgerichtet, daß über die Teile der Mantelfläche der Rolle, die bei der Drehung der Rolle dauernd sowohl mit dein Vorrat des Trockenentwicklermaterials in Verbindung stehen als auch in der Entwicklungszone der Entwickleraufnahmefläche zugewandt sind, ein das Trockenentwicklermaterial in Form von Magnetborsten ausrichtendes Magnetfeld erzeugt wird. An dem verbleibenden Teil der Mantelfläche der Rolle wirkt dagegen annähernd kein Magnetfeld, so daß die Ausrichtung der Magnetborsten verschwindet und das Trockenentwicklermaterial unter Schwerkraftwirkung von der Rolle in den Vorrat zurückfällt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine tv> Vorrichtung der genannten Art so weiterzubilden, daß innerhalb der Entwicklungszone eine durch die starre magnetische Ausrichtung der einzelnen Magnetborsten bedingte feste Wechselbeziehung zwischen den einzelnen Trägerteilchen und damit auch teilweise zwischen den an ihnen anhaftenden Tonerteilchen aufgehoben ist, um eine freizügige Bewegung der Tonerteilchen und Tonerteilchen in der Entwicklungszone unter Berührung der Entwickleraufnahmefläche zu gewährleisten.

Gemäß der in den kennzeichnenden Teilen der neuen Patentansprüche! und 11 angegebenen Lehre der Erfindung ist diese Aufgabe im wesentlichen dadurch gelöst, daß die das Trockenentwicklermaierial in Form von Magnetbürsten ausrichtenden Magnetfelder so ausgerichtet und verteilt sind, daß innerhalb der Entwicklungszone das Trockenentwicklermaterial unabhängig von den Magnetfeldern flächig auf der Transporteinrichtung für das Trockenentwicklermateria! angeordnet ist und auch in dieser Form mit der das zu entwickelnde Ladungsmuster tragenden Entwickleraufnahmefläche in Berührung gelangt.

Durch die flächige und von keinem Magnetfeld beeinflußte Ausrichtung und Lagerung des Trockenentwicklermaterials auf der der Entwickleraufnahmefläche zugewandten Seite der Transporteinrichtung wird eine von den Magnetfeldern und damit der starren magnetischen Ausrichtung der Magnetborsten unabhängige und ungestörte Entwicklung des Ladungsbildes auf der Entwickleraufnahmefläche erreicht.

Die Erfindung schafft eine relativ kleine, kompakte Entwicklungsvorrichtung, die sehr vielseitig verwendbar und anpassungsfähig ist. Die Entwicklungsvorrichtung kann so ausgelegt werden, daß starke Magnetfeldeinflüsse in Bereichen wirksam sind, in denen dies erwünscht ist, während die Magnetfeldeinflüsse in anderen Bereichen schwächer sind oder praktisch ganz fehlen. Der Leistungsbedarf für die Entwicklung wird dadurch herabgesetzt, daß Magnetfelder dazu verwendet werden, den Entwickler während seines Transports von dem Entwicklervorrat zur Entwicklungszone in Form einer Bürste zu halten, während das Magnetfeld von Bereichen ferngehalten werden kann, in denen es nicht erwünscht ist. Es ist anzunehmen, daß das stärkere Mischen des Entwicklergemisches während seines Transports aus dem Entwicklervorrat in die Entwicklungszone wesentlich zur gleichmäßigen Entwicklung in der Entwicklungszone beiträgt. Da die in jedem Entwicklungszyklus zu bewegende Entwicklermenge stark vermindert ist, werden auch die Zusammenstöße zwischen einander benachbarten Trägerteilchen und Tonerteilchen stark reduziert. Entsprechend wird auch die Schlagwirkung der Tonerteilchen auf die Trägerteilchen verringert, so daß die Gebrauchsdauer des Entwicklers verlängert wird.

Weitere, die besondere Ausführung des Verfahrens und der Vorrichtung betreffende Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Entwicklungsvorrichtung,

F i g. 2 einen schematischen Schnitt durch eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 3 einen schematisierten Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 4 ein Diagramm der bewegungsabhängigen Leistungsaufnahme zum Vergleich der Entwicklung mit drei verschiedenen Vorrichtungen.

Gemäß Fig. 1 wird eine zur Erzeugung eines elektrostatografischen Bildes dienende Fläche 11, z.B.

eine Schicht aus einem isolierenden Fotowiderstandsmaterial in Form einer Trommel, durch eine Entwicklungszone bewegt, die von dem Raum zwischen der Trommelfläche und dem Entwicklerauftrageorgan 15 gebildet wird. Die Trommel ist in der Zeichnung nur teilweise dargestellt. Die Fläche 11 kann vorher in der üblichen Weise eine gleichmäßige Ladung erhalten haben und danach mit einem Licht-Schatten-Muster belichtet worden sein.

Das Entwicklerauf trageorgan 15 besitzt einen ortsfesten Schaft 13, der eine hohe magnetische Permeabilität hat und als magnetisches Nebenschlußglied oder Anker dient. Mindestens ein Teil des ortsfesten Schaftes ist von mehreren ortsfesten magnetischen Elementen 14 umgeben, die an dem Schaft befestigt sind und aus einzelnen kleinen Stabmagneten, aus kleinen Streifen oder Sektoren eines biegsamen gummimagnetischen Materials oder aus einem Sektor eines keramischen Magneten bestehen können, der so magnetisiert ist, daß er eine Anzahl magnetischer Pole bildet. Einander benachbarte Magnetpole haben an der Außenfläche einander entgegengesetzte Polaritäten, so daß die gewünschte Magnetfelderzeugungseinrichtung vorhanden ist. Die einzelnen magnetischen Elemente 14 können einander benachbart oder in kleinen Abständen voneinander angeordnet sein.

Im Betrieb muß das von den ortsfesten magnetischen Elementen 14 erzeugte Magnetfeld so stark sein, daß es durch seine magnetische Wirkung den Entwickler in Form einer Bürste hält, während er vom Entwicklervorrat oder -behälter längs der Oberfläche einer drehbar gelagerten, leitenden, zylindrischen Hülse 12 bei deren Drehung im Behälter 10 in eine Entwicklungszone transportiert wird, die von dem Spalt zwischen der das Bild enthaltenden Fläche 11 und der Oberfläche der Hülse 12 gebildet wird. Die Feldstärke der Magnetfelderzeugungseinrichtung reicht nicht aus, den Entwickler in der Entwicklungszone noch in Form einer Bürste zu halten. Außerhalb dieser Zone ist im wesentlichen keine Berührung zwischen dem Entwickler und dem Entwickleraufnahmeelement vorhanden. Gegebenenfalls kann man mit Hilfe von rotierenden, mit Flügeln versehenen Mischorganen 16 im Entwicklerbehälter 10 eine gleichmäßige Zusammensetzung des Entwicklers aufrechterhalten.

F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Hier hat das Entwicklerauftrageorgan eine endlose, bewegliche Transportfläche, z. B. ein Band 21, das von zylindrischen Antriebsrollen 20 und 29 getragen und angetrieben wird. Im Innern der Antriebsrolle, welche das Band in die Entwicklungszone vorwärtsbewegt, befindet sich ein ringförmiger, mehrpoliger Magnetfelderzeuger, der auf der Achse der Rolle längs jenes Teils zentriert ist, auf dem der Entwickler in die Entwicklungszonc transportiert wird. Dieser Magnetfelderzeuger besitzt mehrere Magnetelemente 23, die im Innern der Rolle 20 fest angeordnet sind und einen Schaft 28 umgeben. Gegebenenfalls kann zwischen dem Schaft 28 und den Magnetclementcn 23 ein magnetisches Nebenschlußglied oder ein Anker 22 angeordnet sein.

Bei dieser Ausführungsforni wird Entwickler auf das unmagnetischc, leitende Band 21 magnetisch angezogen und von ihm in die Entwicklungszonc transportiert, die von dem Zwischenraum zwischen dem Band 21 und einer ein Bild enthaltenden Fläche gebildet wird. Letztere bestellt beispielsweise aus einem isoliermaterial 25, das mittels Führungs- und Antriebsrollen 24 durch die Entwicklungszone bewegt wird. Dank dieser Ausbildung läßt sich infolge der verhältnismäßig kleinen Ausdehnung des Magnetfeldes der Entwickler in Form von Borsten einer Magnetbürste aus dem Entwicklervorrat in die Entwicklungszone und danach in magnetisch unbeeinflußtem Zustand durch die Entwicklungszone transportieren. Nach der Entwicklung kann der Entwickler aus der Entwicklungszone entfernt werden und unter Schwerkraftwirkung in den Entwicklerbehälter 26 fallen.

Man kann gegebenenfalls mit Flügeln versehene Mischorgane 27 vorsehen, die den Entwickler von dem zur Aufnahme des zurückkehrenden Entwicklers dienenden Teils des Entwicklerbehälters zu dessen zur

'5 Aufgabe des Entwicklers dienendem Teil bewegen. Es ist auch möglich, den aus der Entwicklungszone entfernten Entwickler magnetisch auf das Auftrageband anzuziehen und dann von dem Ausbringteil durch den Entwicklervorrat und wieder in die Entwicklungszone zu transportieren.

Bei der in F i g. 3 gezeigten Ausführungsform wird der Entwickler aus einem Entwicklervorrat transportiert, wobei er magnetisch in Form einer Bürste gehalten wird. Danach wird der Entwickler in eine magnetfeldfreie Entwicklungszone geschleudert, aus der er später wieder ausgebracht, magnetisch wieder eingefangen und in den Entwicklerbehälter zurückgeführt wird. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel ist die Entwicklungszone allgemein von dem Spalt zwischen der das Bild enthaltenden Fläche 30 und einem leitenden Glied 32 gebildet, das in bekannter Weise als Entwicklungselektrode dient. Der Entwickler in dem Entwicklerbehälter 31 gelangt daraus auf eine drehbar gelagerte zylindrische Rolle 33, die in ihrem Innern einen konzentrischen, mehrpoligen Magnetfelderzeuger 34 enthält, welcher der anhand von F i g. 1 oder 2 beschriebenen Einrichtung entspricht. Der Entwickler wandert in Form einer Bürste um die Rolle 33 herum und wird dann in die vorstehend beschriebene Entwicklungszone geschleudert. Das Entwicklerauftrageorgan hat eine solche Umfangsgeschwindigkeit, daß der Entwickler am Scheitel der Rolle, wo der Einfluß des Magnetfeldes aufhört, von der Oberfläche der Rolle 33 in die Entwicklungszone geschleudert wird. In Abhängigkeit

4Γ> von der Ausbildung des Entwicklerauftrageorgans und des Magnetfelderzeugers kann man ohne weiteres die Geschwindigkeit bestimmen, mit der sich die Rolle 33 bewegen muß, damit der Entwickler von dem Entwicklervorrat zu der Entwicklungszone gefördert

M und in diese geschleudert wird. Hat er die Entwicklungszone durchlaufen, so kann der Entwickler auf der drehbar gelagerten, zylindrischen Rolle 35 unter Bildung einer Magnetbürste wieder aufgefangen werden. In dieser Rolle ist konzentrisch ein ortsfester,

v· mehrpoliger Magnetfelderzeuger 36 angeordnet, der der anhand von F i g. 1 oder 2 beschriebenen Einrichtung ähnelt. Der Entwickler kann dann zu dem Entwicklervorrat zurücktransportiert werden, wenn dies erwünscht ist.

Ι'» Die vorstehend beschriebenen drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Entwicklung können im Rahmen des Grundgedankens der Erfindung in vielfältiger Weise abgewandelt werden, so daß der Entwickler in jeder beliebigen Entwicklungsanordnung

ι'■· auf die gewünschte Weise beeinflußt werden kann. Zum Beispiel kann es in bestimmten Fällen erwünscht sein, in der Entwicklungszone mehrere Entwicklcrauftragsrollcn vorzusehen, die der Rolle 15 in Fig. 1 entsprechen.

Dies kann besonders zur Schnellentwicklung zweckmäßig sein. Zum Transport des Entwicklers auf die in F i g. 1 gezeigte Transport- und Auftragerolle 15 läßt sich auch eine zweite Rolle verwenden, die eine mehrpolige Magnetfelderzeugungseinrichtung enthält. Bei Verwendung von einander benachbarten Entwicklerauftragerollen, die gegensinnig umlaufen und je einen ringförmigen, mehrpoligen Magnetfelderzeuger enthalten, kann man eine gleichzeitige Entwicklung bei einer Bewegung des Entwicklers in und entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung der das Bild enthaltenden Fläche vornehmen.

Im Rahmen der Erfindung kann man beliebige mehrpolige Magnetfelderzeugungseinrichtungen in jeder geeigneten Ausbildung verwenden. Aus den handelsüblichen keramischen Magneten und biegsamen Magneten lassen sich ohne Schwierigkeit geeignete Materialien auswählen. Zur Herstellung der keramischen Magnete geht man im allgemeinen so vor, daß man eine aus Ferritpulver und einem keramischen Bindemittel zusammengesetzte Masse strangepreßt und das Strangpreßprodukt bei hohen Temperaturen sintert, abkühlt und magnetisiert. Gegebenenfalls können die keramischen Magnete durch Schleifen oberflächenbearbeitet werden. Dagegen ist es sehr schwierig, sie zu bohren oder spangebend zu verformen. Die biegsamen Magnete bestehen im allgemeinen aus feinverteilten Ferrtitteilchen,' z. B. aus Bariumferrit, das in einem allgemein unmagnetischen Bindemittel aus Kautschuk oder Kunststoff gleichmäßig dispergiert ist. Diese Materialien werden im allgemeinen dadurch hergestellt, daß ein großer magnetischer Körper, welcher in einer Grundmasse die Ferritteilchen enthält, in die gewünschte Form stranggepreßt wird, worauf der harzartige Kunststoff oder das elastomere Material bis zur Verfestigung gehärtet wird. Das Bindemittel kann beliebige Zusätze enthalten, z. B. Vulkanisiermittel, Weichmacher u. dgl., die in der Grundmasse erwünscht sind. Anstelle von Bariumferrit sind zur Herstellung von guten Dauermagneten auch Teilchen aus Blei- und Strontiumferrit verwendbar.

Die mehrpolige Magnetfelderzeugungseinrichtung kann von jeder geeigneten Form oder Ausbildung sein. Beispielsweise kann sie die Form von mehreren biegsamen Gummimagnetstreifen haben, die je einen einzigen Magnetdipol bilden, oder die Form eines biegsamen Blattes, das eine geeignete Form besitzt und mehrere einzelne magnetfelderzeugende Dipole enthält. Zusätzlich können geformte keramische Magnete von jeder gewünschten Form verwendet werden. Besonders befriedigende Ergebnisse erzielt man mit stranggepreßten Ringkörpern, die aus ferrithaltigem Gummi bestehen und in einem Teil ihres Umfanges entsprechend magnetisiert sind.

Die mehrpoligen Magnetfelderzeuger können auf jede geeignete Weise magnetisiert werden. Sie werden gewöhnlich auf bekannte Weise mit einer normalen Stoßentladungs- oder Gleichstrom-Magnetisiereinrichtung magnetisiert. Da jeder erfindungsgemäß verwendete Magnetfelderzeuger vor dem Einbau der Magnete magnetisiert werden kann und auf einer Fläche dieser Magnete mehrere Pole vorgesehen sein können, sind die verschiedenartigsten Konstruktionen und Herstellungsverfahren möglich. Mit dem mehrpoligen Magnetfelderzeuger läßt sich ein Magnetfeld von praktisch jeder gewünschten Stärke erzeugen. Die höchste Feldstärke des Magnetfeldes an der Oberfläche des Entwicklerauftrageorgans in der Transportzone beträgt gewöhnlich etwa 200 bis 1000 Oersted. Im allgemeinen muß das Magnetfeld mindestens so stark sein, daß es den Entwickler in Form einer Bürste auf der Oberfläche des Auftrageorgans hält, wobei die obere Grenze der Feldstärke durch die geometrische Ausbildung und Materialeigenschaften bestimmt wird. Infolge der geringen Ausdehnung der von diesen mehrpoligen Magnetfelderzeugern ausgehenden Magnetfelder ist gewährleistet, daß die Felder auf die nächste Umgebung der Magnetelemente beschränkt sind und daher an jeder gewünschten Stelle enden können.

Auch das Entwicklerauftrageorgan kann von jeder geeigneten Größe, Konstruktion und Form sein. Beispielsweise kann es aus einer zylindrischen Rolle oder einem Band bestehen und allgemein als endlose, bewegliche Transportfläche ausgebildet sein. Durch zweckentsprechende Verwendung und Anordnung der ein Magnetfeld von geringer Ausdehnung erzeugenden Einrichtung wird die Beeinflussung des Magnetfeldes in den im wesentlichen feldfreien Bereichen sehr erleichtert. Auftrageorgane in Form von zylindrischen Rollen haben im allgemeinen einen Durchmesser von 25 mm bis zu einem Mehrfachen davon. Im Innern dieser Rolle können mehrere einzelne Ringmagnete oder rechteckige Stabmagnete oder Gummimagnete angeordnet sein, die Breiten in einer Größenordnung von etwa 6 bis 25 mm und Dicken von etwa 1,6 bis 13 mm haben.

Das Auftrageorgan, beispielsweise in Form der drehbaren zylindrischen Hülse gemäß Fig. 1, kann aus beliebigem leitendem Material bestehen und eine rauhe oder glatte Fläche besitzen. Da der im Rahmen der Erfindung verwendete, mehrpolige Magnetfelderzeuger aus einem Material mit relativ kleinem Energieprodukt besteht und nur ein Feld von geringer Ausdehnung bzw. Reichweite erzeugt, wird das Auftrageorgan im allgemeinen nahe bei dem magnetischen Material angeordnet, Um zu gewährleisten, daß bei Verwendung eines Auftrageorgans von gegebener Form das Magnetfeld andere Magnetfelder nicht stört und das magnetische Material optimal ausgenutzt wird, kann es zweckmäßig sein, in der in F i g. 1 gezeigten Weise ein magnetisches Nebenschlußglied oder einen Anker zu verwenden. Zu diesem Zweck kann jedes geeignete Material herangezogen werden, das eine hohe magnetische Permeabilität und eine geeignete Gestaltung hat.

Im Betrieb kann das Fließen des Entwicklers aus derr Entwicklerbehälter zur Entwicklungszone ohne weiteres dadurch unterbrochen werden, daß der sonsi ortsfeste, insbesondere ringförmige mehrpolige Magnet um eine Achse gedreht wird. Da die Felder nur kurze Reichweite haben und gut definiert sind, braucht dei Magnet zum Unterbrechen der Entwicklerströmunj nicht sehr weit bewegt zu werden. Soll das Fließen dei Enwicklers unterbrochen werden, so kann man der Magneten in der Fließrichtung des Entwicklers derar drehen, daß der in diesem Zeitpunkt auf der RoIU vorhandene Entwickler vollständig durch die Entwick lungszone transportiert wird und die Rolle keiner zusätzlichen Entwickler transportiert, so daß die Rollt sauber bleibt. Diese Drehung kann durch ein einfache! Nockengetriebe bewirkt werden, das an dem Schaft de; magnetischen Tragorgans angreift.

Da die Magnete ein relativ energiearmes Feld vor geringer Ausdehnung erzeugen, ist der Entwickler au dem Auftrageorgan im allgemeinen in Form eine Bürste vorhanden, deren Dicke etwa der Größenord nung der Poltcilung zwischen den Polen des Magnet felderzeugers entspricht. Diese Polteilung beträgt in

allgemeinen etwa 3,2 bis 9,5 mm. Durch das geringe Reichweite aber einen steilen Gradienten besitzende Magnetfeld wird der Entwickler in Form einer Bürste auf der Oberfläche des Auftrageorgans gehalten. Läuft dieses an den einzelnen Polen des Magnetfelderzeugers vorbei, so walzen sich die einzelnen Entwicklerteilchen unter dem Einfluß der sich verändernden Richtung des Magnetfeldes ab, wobei sie sich als Ganzes in der Laufrichtung der sich bewegenden Fläche des Auftrageorgans bewegen. Es wird angenommen, daß dieses Abwälzen die Gleichmäßigkeit des Entwicklers und damit auch der Entwicklung verbessert. In der Transportzone ist das Magnetfeld im allgemeinen so stark, daß die Bürste gegen die Wirkung von Schwerkraft, Trägheit und Fliehkraft gebildet und aufrechterhalten wird, während der Entwickler von einem geeigneten Vorrat zur Entwicklungszone gefördert wird. Während der Entwickler von dem Auftrageorgan durch die Entwicklungszone transportiert wird, befindet er sich dagegen in einem magnetisch unbeeinflußten Zustand, so daß sich der Entwickler in der Entwicklungszone frei bewegen kann.

Wenn man gemäß F i g. 1 als Auftrageorgan eine Rolle verwendet und die das Bild enthaltene Fläche bogenförmig ist, findet die Entwicklung im mittleren Teil des Spalts statt, der zwischen der Auftragerolle und der das Bild enthaltenden Fläche vorhanden ist. Diese Zone ist im wesentlichen magnetfe'dfrei. Im Innern des Auftrageorgans ist der Magnetfelderzeuger so angeordnet, daß der Entwickler in Bürstenform vom Entwicklervorrat an eine solche Stelle des Auftrageorgans transportiert wird, von der aus die mechanische Bewegung des Auftrageorgans allein den Weitertransport des Entwicklers in die Entwicklungszone und durch sie hindurch bewirken kann. Bei einem zylindrischen Auftrageorgan bewirkt man dies ohne weiteres dadurch, daß der mehrpolige Magnetfelderzeuger einwärts von jenem bogenförmigen Teil der zylindrischen Rolle angeordnet wird, der zum Transport des Entwicklers von dem Entwicklervorrat zu der Entwicklungszone erforderlich ist. In letzterer selbst ist kein Magnetfeld vorhanden, das die Bewegung des Entwicklermaterials behindern könnte.

Man kann zwar sagen, daß die Entwicklungszone im wesentlichen magnetfeldfrei ist, doch bedeutet das nicht, daß das Feld unbedingt einen Wert von Null Oersted haben muß. Zum Beispiel ist das Magnetfeld def Erde wirksam, das meist eine Feldstärke von etwa 0,5 Oersted hat. Das in der Entwicklungszone vorhandene Magnetfeld ist aber so schwach, daß es die Struktur des Entwicklers während der Entwicklung nicht beeinflußt. Gewöhnlich beträgt die Feldstärke des Magnetfeldes in der Entwicklungszone weniger als etwa ein Zehntel des Magnetfeldes, das zur Bildung der Entwicklerbürste dient. Diese Forderung bedingt im allgemeinen, daß in der Entwicklungszone ein Magnetfeld von höchstens etwa 50 Oersted vorhanden ist.

In der Entwicklungszone können Auftrageorgan und bildhaltige Fläche jeden geeigneten Abstand zueinander haben. Normalerweise ist der Abstand davon abhängig, wieviel Entwickler während der Entwicklung vorhanden sein soll. Im allgemeinen haben sich Abstände von etwa 0,5 bis 3,0 mm in der Entwicklungszone als befriedigend erwiesen. Bei einem derartigen Abstand bewegt sich das bewegliche Auftrageorgan mit dem mechanisch an der Oberfläche haftenden Entwicklermatcrial durch die Entwicklungszone hindurch, wobei das Auftrageorgan den Entwickler derart durch die Entwicklungszone drückt, daß zwischen dem Entwickler und der das Bild enthaltenden Fläche die gewünschte, satte, fließende Berührung und daher eine gleichmäßige Entwicklung erzielt wird.

Im allgemeinen laufen spwohl das Auftrageorgan als auch die Fläche, die mit dem zu entwickelnden elektrostatischen Ladungsmuster versehen ist, durch die Entwicklungszone hindurch. Dabei können das Auftrageorgan und die genannte Fläche gleichsinnig oder

ίο gegensinnig bewegt werden. Es wird angenommen, daß Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung des Entwicklerauftrageorgans sowie die Geschwindigkeit der Entwicklung in weiten Bereichen gewählt werden können. Im allgemeinen wird jedoch das Entwicklerauftrageorgan vorzugsweise schneller bewegt als die Fläche mit dem zu entwickelnden elektrostatischen Ladungsmuster, damit die Entwicklerzufuhr in einer für die Entwicklung ausreichenden Menge gewährleistet wird. Es hat sich gezeigt, daß man mit einem Verhältnis von etwa 3:1 der Umfangsgeschwindigkeit des Entwicklerauftrageorgans zu der Geschwindigkeit der das Bild enthaltenden Fläche in der Entwicklungszone im allgemeinen gute Ergebnisse erzielt.
Gewöhnlich wird das Auftrageglied mit einer solchen Geschwindigkeit bewegt, daß die unter der Wirkung des Magnetfelderzeugers gebildete Magnetbürste durch die Wirkung der Fliehkraft nicht verändert wird. Man kann gegebenenfalls die Ausdehnung der Entwicklungszone vergrößern, indem man ein Auftrageorgan in Form eines Bandes verwendet, das einem größeren Teil der das Bild enthaltenden Fläche benachbart ist, so daß eine sehr gleichmäßige Entwicklung gewährleistet ist. Aus der nachstehenden Beschreibung geht jedoch hervor, daß durch die Entwicklung in einem im wesentlichen feldfreien Bereich die Leistung herabgesetzt wird, die erforderlich ist, um den auf dem Auftrageorgan vorhandenen Entwickler durch die Entwicklungszone zu drücken. Derzeit wird angenommen, daß in Abwesenheit eines starken Magnetfeldes keine wesentliehen magnetischen Verkettungen zwischen einander berührenden, magnetisch anziehbaren Teilchen auftreten, so daß sich die Entwicklerteilchen in der Entwicklungszone frei bewegen können und die Reibung zwischen der das Bild enthaltenden Fläche und dem Auftrageorgan herabgesetzt wird.

Dieses Entwicklungsverfahren hat den weiteren Vorteil, daß das Entwicklerauftrageorgan in üblicher Weise als Entwicklungselektrode dienen kann, so daß geschlossene Flächen besser entwickelt werden und gegebenenfalls auch eine Umkehrentwicklung möglich ist. Eine Umkehrentwicklung kann erzielt werden, indem man an die Elektrode ein Potential anlegt, das dieselbe Polarität und annähernd denselben Wert hat wie das Potential der geladenen Stellen der das Bild enthaltenden Fläche.

Mit Hilfe des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann man ein elektrostatisches Ladungsmuster auf jeder geeigneten elektrostatografischen Bilderzeugungsfläche entwickeln. Allgemein ist dazu jede Fläche verwendbar, auf der ein elektrostatisches Ladungsmuster gebildet und kurze Zeit hindurch aufrechterhalten werden kann. Elektrostatografische Bilderzeugungsflächen können beispielsweise von Dielektriken gebildet werden, z. B. von kunststoffüberzogenen Papieren und Fotowiderständen. Geeignete Fotowiderständc bestehen aus Fotowiderstandsmaterial auf einem elektrisch leitenden Schichtträger, z. B. aus Messing, Aluminium, Nickel, Stahl od. dgl. Der

Schichtträger kann jede zweckmäßige Dicke haben, starr oder biegsam sein und in jeder gewünschten Form verwendet werden, z. B. in Form eines Blattes, einer Bahn, einer Platte, eines Zylinders, einer Trommel od. dgl. Der Schichtträger kann auch aus anderen Materialien bestehen, z. B. aus Blättern aus metaüüberzogenem Papier oder aus kunststoffüberzogenen Blättern.

Die Entwicklung läßt sich mit jedem geeigneten Rntwicklermaterial durchführen. Beispielsweise kann man, wie an sich bekannt ist, elektroskopische Markierungsteilchen verwenden, die als Toner bezeichnet werden, und viel größere, magnetisch anziehbare Trägerperlen. Diese Werkstoffe werden unter Berücksichtigung ihrer reibungselektrischen Eigenschaften so ausgewählt, daß bei ihrer Berührung miteinander jedes Material elektrisch auf eine Polarität geladen wird, die der des anderen entgegengesetzt ist. Man kann daher das eine Material positiv laden, wenn sich das andere Material in der reibungselektrischen Reihe unter ihm befindet, und negativ, wenn sich das andere Material in der reibungselektrischen Reihe über ihm befindet. Ein magnetisch anziehbarer Entwickler muß einen Anteil aus einem magnetisch anziehbaren Material enthalten. Das körnige Trägermaterial kann daher Eisenpfeilspäne oder ein anderes ferromagnetisches Pulver enthalten, damit unter dem Einfluß eines Magnetfeldes den Borsten einer Bürste ähnelnde, kettenartige Anordnungen von magnetischen Teilchen gebildet werden.

Das Tonermaterial haftet unter der Wirkung der reibungselektrischen Anziehung an den ferromagnetischen Borsten. Die viel größeren Trägerteilchen können durchschnittliche Teilchendurchmesser von etwa 50 bis 600 μιτι haben und mit einem Material überzogen sein, das die gewünschte reibungselektrische Beziehung zwischen dem Träger und dem Toner gewährleistet. Das Trägermaterial hat im allgemeinen eine solche Masse, daß es während der Entwicklung nicht an dem elektrostatischen Bild haftet. Man kann ein geeignet gefärbtes oder pigmentiertes elektroskopisches M arkicrungsmaterial verwenden. Geeignete bekannte Werkstoffe sind Kopalharz, Sandarakharz, Kolophonium, Phenolformaldehydharze, Methylacrylharze, Polystyrolharze, Polypropylenharze, Epoxidharze, Polyäthylenharze und Gemische daraus. Diese Toner haben im allgemeinen durchschnittliche Teilchendurchmesser von etwa 1 bis 30 μιτι.

Es wurde vorstehend schon erwähnt, daß die zur Durchführung der Entwicklung erforderliche Leistung überraschenderweise stark herabgesetzt wird, wenn die Entwicklung in einem Bereich erfolgt, in dem praktisch kein Einfluß eines Magnetfeldes vorhanden ist. Dies geht aus den folgenden vergleichenden Ausführungsbeispielen hervor, in denen bevorzugte Verfahren und Vorrichtungen gemäß der Erfindung beschrieben und miteinander verglichen werden. Die Erfindung ist auf diese Beispiele jedoch nicht eingeschränkt. Das Beispiel I stellt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Die Beispiele II und IH dienen nur zum Vergleich. Sofern nichts anderes gesagt ist, sind alle Mengen, Anteile und Prozentsätze auf Gewichtsbasis angegeben.

Beispiel 1

Eine elektrofotografische Platte, die auf einem leitenden Substrat eine 60 μιη dicke Oberflächenschicht aus Selen besitzt, wurde in üblicher Weise auf +900 V geladen und mit einem Lichl-Schattcn-Muster belichtet.

Die Entwicklung des latenten elektrostatischen Bildes, das auf der Selenplatte vorhanden ist, wurde mit Hilfe eines Entwicklerauftrageorgans der in F i g. 1 dargestellten Art durchgeführt, indem mehrere Stabmagnete mit einem quadratischen Querschnitt von etwa 6 mm Seitenlänge so um einen Stahlanker herum angeordnet wurden, daß der der Vertikalen von der Vorlaufseite der Auftragsrolle zur Entwicklungszone nächstliegende Pol einen Winkelabstand von etwa 30° links von der Vertikalen und der dem Austrittsteil der Entwicklungszone benachbarte, letzte Stabmagnet einen Winkelabstand von etwa 60° rechts von der Vertikalen hatte. Die Stabmagnete waren von einem Stück aus einem unter der Bezeichnung Piastiform erhältlichen Werkstoff abgeschnitten. Die drehbare Rolle war eine Rolle von 38,1 mm Durchmesser aus nichtrostendem Stahl. Zur Entwicklung wurde ein Entwickler verwendet, der aus Stahl bestehende Trägerperlen von 250 μιτι Durchmesser und in einer Menge von etwa 1,5 Gewichtsprozent Toner enthielt. Die Platte wurde mit einem Abstand von etwa 1,3 mm durch die Entwicklungszone bewegt, und zwar sowohl in der Bewegungsrichtung der Entwicklerauftragerolle als auch entgegengesetzt zu ihr. Der Leistungsverbrauch in der Entwicklungszone wurde durch Messen des Drehmoments bestimmt, das zur Aufrechterhaltung einer konstanten Umfangsgeschwindigkeit der Rolle von etwa 508 mm/s auf die Auftragerolle wirkt. Als Bezugswert wurde eine Nulleis iing herangezogen, die erforderlich ist, um die Rolle mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 508 mm/s zu drehen, wenn die Rolle zwar mit Entwickler beladen ist, die Platte aber nicht berührt. Der Entwickler wurde der rotierenden Rolle in einer Menge von etwa 8,3 g pro cm ■ s zugeführt. Da zur Bildung der feldfreien Zone die Magnete nur bis zu einem Winkelabstand von 30° von der Vertikalen reichten, hatte das Magnetfeld in der Nähe der Entwicklungszone seine größte Feldstärke in einem Winkelabstand von etwa 45° von der Vertikalen. Es betrug auf der Oberfläche der Rolle etwa 450 Gauß, wenn auf der Rolle kein Entwickler vorhanden war, und etwa 475 Gauß, wenn Entwickler auf der Rolle vorhanden war. Die Feldstärke an der Stelle der Vertikalen betrug ohne Entwickler etwa 10 Gauß und mit auf der Rolle vorhandenem Entwickler etwa 30 Gauß. Die Kurve Λ in Fig.4 stellt den Leistungsbedarf bei verschiedenen Entwicklungsgeschwindigkeiten und bei Bewegung des lichtempfindlichen Elements in Drehrichtung der Rolle und entgegengesetzt zu ihr grafisch dar.

Beispiel 2

Das Verfahren gemäß Beispiel I wurde wiederholt, wobei jedoch der mehrpolige Magnetfelderzeuger derart um die Achse der Rolle umlief, daß die Stabmagnete die Rolle in der ganzen Entwicklungszone umgaben und der feldfreie Raum an der Stelle auftrat, an welcher der Entwickler von der Rolle weggeschleudert wurde. Die Kurve B in F i g. 4 stellt den Verlauf des Leistungsbedarfs dar, der bei diesem Entwicklungsverfahren mit in der Entwicklungszone vorhandenem Magnetfeld unter verschiedene Entwicklungsgcschwindigkeitcn auftrat, wobei sich das lichtempfindliche Element in Drehrichtung der Rolle und entgegengesetzt zu ihr bewegte. Bei einem Vergleich der Qualität der in den Beispielen I und II erhaltenen Kopien erkennt man, daß in beiden Füllen gleich gute Kopien erzielt wurden, obwohl der Energieverbrauch in der Entwicklungszone im einzelnen Fall mindestens das Dreifache bctruir.

Beispiel III

Zu einem weiteren Vergleich wurde der ringförmige Magnetfelderzeuger ge:näß Beispiel 1 und II durch einen Dipolmagneten ersetzt, der ein Magnetfeld mit einer Maximalfeldstärke auf der Oberfläche der Rolle von etwa 450 Gauß erzeugte. Während in den Beispielen I und U Entwickler nur in einer Menge von 8,3 g pro cm · s durch die Entwicklungszone transportiert wurde, betrug im Beispiel IU wegen der größeren Ausdehnung des Magnetfeldes die Entwicklermenge etwa 17,7 g pro cm · s. Die Entwicklung erfolgte mit verschiedenen Entwicklungsgeschwindigkeiten, wobei das lichtempfindliche Element in Drehrichtung des Auftrageorgans und entgegengesetzt zu ihr bewegt wurde. Die gemäß diesem Beispiel erhaltenen Kopien sind in ihrer Qualität den in den Beispielen I und II erhaltenen vergleichbar. In Kurve C von F i g. 4 ist der Leistungsverlauf in der Entwicklungszone grafisch dargestellt. Man sieht deutlich, wie stark die Leistung durch Anwendung der Erfindung herabgesetzt wurde.

Derzeit wird angenommen, daß diese Herabsetzung der Leistung dadurch ermöglicht wird, daß beim Hindurchdrücken des Entwicklers durch die Entwicklungszone keine der Wirkung der Magnetbürste entgegengesetzte Wirkung und kein Zusammendrücken der Magnetbürste erforderlich ist. Wenn man in Entwicklungseinrichtungen, in denen die Entwicklung in einem Magnetfeld bzw. in einem magnetfreien Bereich erfolgt, die Gebrauchsdauer des Entwicklers lange Zeit hindurch untersucht, erkennt man, daß der in einem magnetfeldfreien Bereich verwendete Entwickler offenbar eine längere Gebrauchsdauer hat, weil die Schlagwirkung der Tonerteilchen auf den Träger herabgesetzt wird. Ferner führen die von den erfindungsgemäßen ringförmigen Magnetfelderzeugern ausgehenden Magnetfelder kurzer Reichweite auf der Transportstrecke und der gegebenenfalls verwendeten Rücktransportstrecke zur Bildung von sehr kleinen Magnetbürsten, so daß keine Abstreichrakeln il dgl. zur Regulierung der Dicke des Entwicklers auf der Oberfläche des Auftrageorgans erforderlich sind. Dadurch wird die Schlagwirkung der Trägerteilchen aufeinander stark vermindert und die Gebrauchsdauer des Entwicklers entsprechend verlängert.

Es ist ferner festgestellt worden, daß bei der Entwicklung in einem im wesentlichen feldfreien Bereich die Neigung zur Bildung von Streifen in geschlossenen Flächen herabgesetzt wird. Aus Fig.4 geht hervor, daß der Leistungsbedarf zunimmt, wenn sich die das Bild enthaltende Fläche und die Oberfläche des Auftrageorgans annähernd synchron bewegen. Dies dürfte auf Reibungsverluste zurückzuführen sein, die sich unter diesen B :dingungen einem Maximum nähern, weil in diesem Fall zwischen dem Entwickler einerseits und der Oberfläche des Auftrageorgans sowie der das Bild enthaltenden Fläche andererseits Haftreibungsverluste auftreten, die höher sind als die Gleitreibungsverluste.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (18)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Entwickeln eines elektrostatischen Ladungsmusters mit einem Tiockenentwickler, der aus einem Gemisch von elektrostatisch anziehbaren Tonerteilchen und magnetisch anziehbaren Trägerteilchen besteht, wobei die Trägerteilchen und die Tonerteilchen einander entgegengesetzt gepolte reibungselektrische Ladungen haben und die Tonerteilchen mit der zur Polarität des zu entwickelnden Ladungsmusters entgegengesetzten Polarität geladen sind, wobei eine Entwicklungszone zwischen einem beweglichen Entwicklerauftragsorgan und einem Entwickleraufnahmeelement gebildet wird, auf dem sich das zu entwickelnde Ladungsmuster befindet, das Entwicklergemisch in Form einer Magnetbürste auf dem beweglichen Entwicklerauftrageorgan von einem Entwicklervorrat 2U der Entwicklungszone transportiert wird und der Entwickler auf dem beweglichen Entwicklerauftragsorgan durch die Entwicklungszone transportiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Entwicklungszone das Magnetfeld den Entwickler nicht in Form einer Magnetbürste zu halten vermag, sondern das Entwicklergemisch eine im wesentlichen gleichmäßige, bürstenlose Schicht bildet, die das Entwickleraufnahmeelement flächig berührt, und daß die Berührung zwischen dem Entwickleraufnahmeelement und der bürstenlosen Schicht nach der Entwicklung aufgehoben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Entwickleraufnahmeelement und Entwicklerauftrageorgan in derselben Richtung durch die Entwicklungszone bewegt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Entwickleraufnahmeelement und das Entwicklerauftrageorgan in entgegengesetzten Richtungen durch die Entwicklungszone bewegt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Entwicklerauftrageorgan mit einer höheren Oberflächengeschwindigkeit durch die Entwicklungszone bewegt wird als das Entwickleraufnahmeelement.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Entwicklerteilchen von dem Vorrat zu der Entwicklungszone unter dem Einfluß der Kraftlinien eines mehrpoligen Magnetfeldes transportiert werden und daß sie unter Abwälzen auf der Oberfläche des beweglichen Auftrageorgans als Ganzes in der Bewegungsrichtung des beweglichen Auftrageorgans bewegt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Entwicklerauftrageorgan eine endlose, bewegliche Fläche benutzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Transportzone ein Magnetfeld mit einer Feldstärke von etwa 200 bis 1000 Oersted und in der Entwicklungszone ein Magnetfeld mit einer Feldstärke von weniger als 50 Oersted benutzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Entwicklung t>5 der Entwickler in Form einer Magnetbürste magnetisch wieder aufgefangen und zu dem Entwicklervorrat zugeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Trägerteilchen mit einer Teilchengröße von etwa 50 bis 400 μνη benutzt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Entwickleraufnahmeelement mit einer isolierenden Fotowiderstandsschicht verwendet wird, die ein latentes elektrostatisches Bild enthält.

11. Elektrostatografische Entwicklungsvorrichtung zum Auftragen von Entwicklermaterial auf eine Entwickleraufnahmefläche entsprechend einem elektrostatischen Ladungsmuster, mit einer Einrichtung zum Transport eines magnetisch anziehbaren Trockenentwicklermaterials in Form einer Magnetbürste von einem Entwicklervorrat zu einer Entwicklungszone, die zwischen der Entwickleraufnahmefläche una dieser Transporteinrichtung gebildet ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (12, 21,33) zum Transport des Entwicklers in Form einer magnetisch unbeeinflußten Schicht in flächiger Berührung mit der Entwickleraufnahmefläche (11, 25, 30) durch die Entwicklungszone hindurch und durch eine Einrichtung (12, 14, 21, 29, 35, 36) zum Entfernen von unbegrauchtem Entwickler aus der Entwicklungszone.

12. Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12,21, 33) zum Transport des Entwicklers in Form einer magnetisch unbeeinflußten Schicht eine Einrichtung (33) zum Wegschleudern des Entwicklers in die Entwicklungszone zwecks magnetisch unbeeinflußter Berührung mit der Entwickleraufnahmefläche (30) ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Anlegen eines Potentials an eine ortsfeste, die Entwicklungszone begrenzende leitende Fläche (32), das dieselbe Polarität und annähernd dieselbe Größe hat wie das Potential an der Entwickleraufnahmefläche (30).

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis

13, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtung (12, 14, 21, 23, 33, 34) eine endlose, bewegliche Transportfläche (21, 12, 33) besitzt, die mit dem Entwicklervorrat (10, 26, 31) und der Entwicklungszone in Verbindung steht, und daß innerhalb der endlosen Transportfläche (12, 21, 33) eine ortsfeste mehrpolige Magnetfelderzeugungseinrichtung (14, 23, 34) angeordnet ist, deren Feldstärke ausreicht, um einen auf der beweglichen Transportfläche (12,21,33) vorhandenen Entwickler auf dem zwischen dem Entwicklervorrat (10,26,31) und der Entwicklungszone befindlichen Teil der Transportfläche (12,21,33) in Form einer Bürste zu halten, den Entwickler in der Entwicklungszone aber nicht in Form einer Bürste zu halten vermag.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis

14, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtung als nichtmagnetische, leitende, starre, zylindrische Trommel (12,33) ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfeste mehrpolige Magnetfelderzeugungseinrichtung (34) einen kontinuierlichen ringförmigen Körper aus magnetisierbarem Material aufweist, von dem nur der Sektor zwischen dem Entwicklervorrat (31) und der Entwicklungszone eine Dauermagnetisierung be-

sitzt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwickleraufnahmefläche (11,25,30) mittels einer Bewegungseinrichtung (24) durch die Entwicklungsüone hindurch in Bewegungsrichtung des Entwicklers bewegbar ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwickleraufnahmefläche (11,25,30) mittels einer Bewegungseinrichtung durch die Entwicklungszone hindurch entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Entwicklers bewegbar ist.