DR. BERG DIPL.-ING. STAPF
DIPL.-ING. SCHWABR DR. DlL. SaNDMaIR
PATENTANWÄLTE 9 Q D 7 7 1 3
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Anwaltsakte: 29 909
Ricoh Company, Ltd.
Tokyo / Japan
ümkohrentwicklungsverfahren für die Elektrophotographie
VII/XX/Ktz
909835/0832
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983310 0524560 BERG d PosiKhi-.k ; ·.:.- nen 65343-SOi(BLZ ?i»10080j
• Ό'
Bes ch reibung
Die Erfindung betrifft ein Umkehrentwicklungsverfahren für die Elektrophotographie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Mit diesem Verfahren kann ein Bild in einem elektrophotographischen Kopiergerät oder einer elektrostatischen Aufzeichnungseinrichtung u.a. umgekehrt werden.
Als Verfahren zur Herstellung eines positiven Bildes von einem negativen Bild sind ein Verfahren, bei welchem Toner verwendet
wird, der auf dieselbe Polarität wie die eines elektrostatischen Bildes auf dem Auf zeichnungsteil geladen ist, und ein Verfahren
zum Ändern der Vorspannung bekannt, die an eine Entwicklungselektrode angelegt wird. Diese Verfahren sind im einzelnen in
"Electrophotography" von R.M. Schaffert, M.A., Ph. D. beschrieben.
Als Entwicklungsverfahren zur Durchführung einer Umkehrentwicklung
sind ein Entwicklungsverfahren mit Flüssigentwickler und ein Entwicklungsverfahren bekannt, bei welchem mittels
einer magnetischen Bürste ein Zweikomponentenentwickler mit Toner- und Trägerpartikeln verwendet wird. Wie im einzelnen
später noch beschrieben wird, werden diese Verfahren in der Praxis ohne nennenswerte Schwierigkeiten angewendet. Bei dem
Zweikomponentenentwickler, welcher eine Mischung aus Toner und Trägerpartikeln ist, wird jedoch Toner verbraucht, wenn dar Entwickler
benutzt wird, wodurch die Tonerkonzentration geringer wird/ es wird dann ein entwickeltes Bild ohne einen ausreichenden
Schwärzungsgrad erhalten, wenn der Entwickler nicht fort-
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laufend verwendet wird. Infolgedessen muß die Tonermenge in
dem Entwickler mit Hilfe einer die Tonerkonzentration fühlenden Einrichtung konstant gehalten werden, um eine vorbestimmte
Tonerkonzentration aufrechtzuerhalten. Folglich weist diese Entwicklungseinrichtung, bei welcher der Zweikomponentenentwickler
verwendet wird, die Nachteile auf, daß die Einrichtung einen komplizierten Mechanismus hat und teuer ist.
Es wird daher in letzter Zeit ein preiswertes Kopiergerät gefordert, das nicht so viel Wartung erfordert, so daß ein
Entwicklungsverfahren mit einem Einkomponentenentwickler, der nur Toner aufweist, verwendet wird. Bei diesem Verfahren kann
jedoch keine Umkehrentwicklung in zufriedenstellender Weise mit Hilfe desselben Umkehrentwicklungsverfahrens wie bei der
Verwendung des Zweikompoentenentwicklers durchgeführt werden.
Anhand von Fig. 1 und 2 wird nunmehr das Umkehrentwicklungsverfahren
anhand der herkömmlichen Entwicklung mit einer magnetischen Bürste erläutert. In den Figuren sind auf einem
Photoleiter 1 positive Ladungen mit einem Potential V_ in dem latenten Bildbereich und positive Ladungen mit einem
Potential Vn in dem nichtlatenten Bildbereich vorhanden. Eine
Entwicklungsrolle 2 wird auf dieselbe Polarität wie die des elektrostatischen latenten Bildes geladen, und es wird eine
Vorspannung VD, welche etwas niedriger als das Potential des
latenten Bildbereichs ist, an die Entwicklungsrolle 2 angelegt. Als Entwickler wird ein Zweikomponenten-Entwickler ver-
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wendet, der aus Trägern 3 mit Eisenfüllungen und positiv geladenem
Toner 4 besteht. Während des Kopiervorgangs ist die Vorspannung V„ ständig an die Entwicklungsrolle 2 angelegt.
Bei einer Entwicklung mit einer magnetischen Bürste,· bei
welcher ein derartiger Zweikomponentenentwickler verwendet wird, ist der Abstand zwischen dem Photoleiter 1 und der
Entwicklungsrolle 2 so groß, daß die Wirkung der Entwicklungsrolle 2 als Gegenelektrode schwach ist. Wie in Fig. 1 dargestellt,
ist die Anzahl der elektrischen Kraftlinien, die von derEntwicklungsrolle 2 zu dem Photoleiter 1 hin gerichtet sind,
so klein, daß selbst wenn die Vorspannung V7, an die Entwicklung^.olle
2 angelegt wird, wenn keine Entwicklung durchgeführt wird, nicht viel Toner auf den Photoleiter 1 aufgebrächt
wird, so daß der Photoleiter 1 nicht von dem Toner verschmutzt ist. Andererseits ist bei einem Entwicklungsverfahren, bei
welchem ein nichtmagnetis.cher Einkomponentenentwickler aus Toner verwendet wird, der Abstand zwischen der Entwicklungsrolle 2 und dem Photoleiter 1 nur etwa 50μΐη groß, so daß
elektrische Kraftlinien 6 an dem Photoleiter 1 zusammengedrückt sind, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Wenn ein magnetischer
Toner verwendet wird, ist der Abstand zwischen der Entwicklungsrolle 2 und ."lern Photoleiter 1 etwas größer als
bei der Verwendung von nichtmagnetischem Toner. Da jedoch der spezifische elektrische Widerstand des magnetischen Toners
niedrig ist, werden die elektrischen Kraftlinien, die durch die Vorspannung erzeugt worden sind, über den Entwickler
zu dem Photoleiter hin gerichtet, und folglich ist
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dieWirkung der Gegenelektrode größer als dann, wenn der Zweikomponentenentwickler
verwendet wird. Folglich wird durch Anlegen einer Vorspannung derselben Polarität wie die des elektrostatischen
Bildes während keine Entwicklung oder während eine Entwicklung stattfindet, Toner auf den Photoleiter aufgebracht.
In Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht einer Entwicklungseinrichtung
dargestellt, bei welcher ein nichtmagnetischer Toner mit einem hohen spezifischen Widerstand verwendet
ist. In Fig. 4 ist eine Entwicklungsrolle 7 dargestellt. Der von einem Trichter 8 aus zugeführte Toner wird reibungselektrisch
durch eine Ladeschneide 9 positiv geladen. Auf einem Photoleiter ist ein negatives, elektrostatisches Bild mit
positiver Ladung aufgebracht, und an die Entwicklungsrolle 7 ist eine Vorspannung derselben Polarität wie die des elektrostatischen
Bildes angelegt, wodurch dann eine Umkehrentwicklung durchgeführt wird. Gleichzeitig mit der Entwicklung
wird positiv geladener Toner außer in dem elektrostatischen Bildbereich auf die Fläche auf dem Photoleiter 10 aufgebracht,
so daß ein positives Bild geschaffen wird. Wenn jedoch die Vorspannung auch zu der Zeit, während welcher nicht entwickelt
wird, ständig angelegt ist, wird durch die Vorspannungswirkung auf den Photoleiter 10 Toner aufgebracht und abgesetzt,
und folglich wird das Gewicht einer nicht dargestellten Reinigungseinrichtung
zum Reinigen des Photoleiters 10 sowie die dadurch hervorgerufene Beanspruchung groß, und es wird Toner
- Sf-
-/IQ.
verschwendet.
In Fig. 5 ist eine Entwicklungseinrichtung mit einem magnetischen Toner mit einem niedrigen spezifischen Widerstand dargestellt.
In Fig. 5 weist eine Entwicklungsrolle 11 eine nichtmagnetische Hülse 12 und einen Magneten 13 auf, der im Innern
der nicht magnetischen Hülse 12 angeordnet ist, an welche eine positive Vorspannung angelegt ist. An der Hülse 12 ist durch
den von dem Trichter 8 aus zugeführten, magnetischen Toner eine magnetische Bürste ausgebildet. Da der magnetische Toner
einen niedrigen spezifischen Widerstand hat, wird er nicht im voraus geladen, sondern hat eine positive Ladung infolge
der an die Hülse 12 angelegten Vorspannung, so daß ein
positives Bild mit Hilfe des in einem Bereich aufgebrachten Toners ohne ein positiv geladenes, elektrostatisches Bild auf
dem Photoleiter 10 geschaffen wird. In diesem Fall wird der magnetische Toner, währ ad keine Entwicklung durchgeführt wird,
auf den Photoleiter aufgebracht, was dann dieselben Nachteile wie in dem vorbeschriebenen Beispiel zur Folge hat. Wenn
in beiden'Fällen der Rest Toner nicht ausreichend während der Reinigung entfernt werden kann, kann infolge des (zurückgebliebenen)
Toners bei der nächsten Umkehrentwicklung kein gutes Bild erhalten werden. Insbesondere bei Verfahren, bei
welchen eine Kopie bei zwei Umdrehungen eines Photoleiters erhalten wird:, und bei welchem die Entwicklung sowie die
Reinigung mittels derselb >n Einrichtung durchgeführt werden,
tritt diese Schwierigkeit noch stärker in Erscheinung.
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Gemäß der Erfindung soll daher ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung einer umkehrentwicklung mit einem
Einkoxaponentenentwickler geschaffen werden, ohne daß die vorerwähnten Nachteile der herkömmlichen Umkehrentwicklungsverfahren
auftreten.
Gemäß der Erfindung wird zum Zeitpunkt einer Entwicklung bei Anlegen einer Entwicklungsvorspannung für eine Umkehrentwicklung
eine ausgesprochen gute Umkehrentwicklung durchgeführt, während zu der Zeit, wo keine Entwicklung durchgeführt wird,
die Polarität der Vorspannung geändert oder auf das geerdete Potential eingestellt wird, wodurch ein Aufbringen und Absetzen
von Toner auf einem das latente elektrostatische Bild tragenden Teil sowie eine Verschwendung von Toner verhindert
ist, und die durch eine Reinigungseinrichtung ausgeübte Belastung erheblich verringert ist.
Da ferner bei der Erfindung ein Einkomponentenentwickler verwendet ist, ist eine die Tonerkonzentration fühlende Einrichtung
nicht notwendig, und der Mechanismus der Entwicklungseinrichtung wird einfach und preiswert.
In einer Entwicklungseinrichtung, in welcher eine Ladeelektrode zum Laden von Toner verwendet wird, wird der Tonerladezustand
nicht während der Zeit, während welcherkeine Entwicklung
stattfindet, geändert, so daß wenn der nächste Enfcwicklüngsvorgang
begonnen wird, eine Entwicklung ohne weiteres
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— "Χ· —
durchgeführt werden kann. Durch die Erfindung ist ferner ein Entwicklungsverfahren geschaffen, in welchem ohne weiteres
kopiert werden kann, wenn von Negativentwicklung auf Positiventwicklung und umgekehrt umgeschaltet wird.
Gemäß der Erfindung können positive und negative Bilder wahlweise erhalten werden, ohne daß der Photoleiter und der Toner
geändert werden muß. Ferner können positive und negative Bilder wahlweise erhalten werden, indem die an eine Ladungsinjektionselektrode
angelegte Vorspannung geändert wird,ohne daß eine an eine Entwicklungshülse angelegte Vorspannung geändert wird.
Ferner werden die Größe der Vorspannung V , die an die Hülse angelegt wird, und die der Spannung V„, die an die Ladungsinjektionselektrode
angelegt wird, nicht umgekehrt, so daß es niemals vorkommt, daß die Ladungspolarität des Toners
nennenswert geändert wird. Infolgedessen wird bei der Erfindung das Vorherrschen der Ladung an der Ladungsinjektionselektrode
oder die der an der Hülse elektrostatisch induzierten Ladung wahlweise verwendet.
Gemäß der Erfindung wird somit eine Umkehrentwicklung durch Anlegen einer Entwicklungsvorspannung an eine Entwicklungshülse zum Zeitpunkt der Entwicklung durchgeführt, und die
Polarität der Vorspannung wird umgekehrt oder die Vorspannung wird zu der Zeit, während welcher keine Entwicklung durchgeführt
wird, auf null verringert. Infolgedessen könnenpos.itive und negative Bilder wahlweise geschaffen werden, indem
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die an eine Ladungsinjektionselektrode angelegte Spannung
geändert wird, ohne daß die an die Entwicklungshülse angelegte
Vorspannung geändert wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig.1 und 2 Verfahren zur Erläuterung der herkömmlichen Umkehrentwicklung
;
Fig.3 das Prinzip der Erfindung;
Fig.4 und 5 schematische Schnittansichten von Entwicklungseinrichtungen, bei welchen ein Einkomponentenentwickler
verwendet ist;
Fig.6 eine schematische Schnittansicht einer ersten
Ausführungsform eines Umkehrentwicklungsverfahrens gemäß der Erfindung;
Fig.7 ein Ladungsdiagramm zur Erläuterung des Prinzips
der ersten Ausführungsform der Fig.6;
eine schematische Sclmittanslcht einer zweiten
Äiisführuiigsforia eines Urakehreiitwieklurtgsverfah
rens ^ernä€ der =Erf i-ta&ung;
Fig.9 eine Schaltung der Energieversorgung-Steuerschaltung
bei der zweiten Ausführungsform der Fig.8;
Fig.10 ein Ladungsdiagramm zum Erläutern des Prinzips
der zweiten Ausführungsform in Fig.8;
Fig.11 eine schematische Schnittansicht einer dritten
Ausführungsform eines Umkehrentwicklungsverfahrens
gemäß der Erfindung;
Fig.12 ein Ladediagramm zur Erläuterung des Prinzips
der dritten Ausführungsform vorj. Fig. 11;
Fig.13 eine schematische Schnittansicht einer vierten
Ausführungsform einer Entwicklungseinrichtung mit magnetischer Bürste gemäß der Erfindung;
Fig. 14 ein Ladediagramm, das die Größe des Potentials der vierten Ausführungsform wiedergibt, wenn
ein positives Bild erhalten wird;
Fig. 15 und 16. wie die an eine. Entwicklungshülse angelegte Entwicklungsvorspannung wirksam ist;
Fig.T 7 das Prinzip der durch iaden einer "Laduncpsin-
ii: Entwicklung:
Fig.18 ein Ladediagramm, in welchem die Größe des Potentials
in der vierten Ausführungsform wiedergegeben
ist, wenn ein negatives Bild erhalten wird;
Fig.19 das Entwicklungsprinzip bei einer elektrostatischen
Induktion; und
Fig.20 und 21 die Größe de.r Potentiale einer fünften Äusführungsform
gemäß der Erfindung, wenn positive und negative Bilder erhalten werden.
In Fig.6 ist eine erste Ausführungsform einer umkehrentwicklung
se inrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. In Fig.6 wird eine photoleitende Trommel 14 in Richtung des Pfeils gedreht.
Als Photoleiter können bei der Erfindung Zinkoxyd, Selen, Cadmiumsulfid und organische Photoleiter verwendet werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Selenphotoleiter
verwendet. Die Photoleitertrommel 14 wird gleichförmig mittels
einer Koronaladeeinrichtung 15 positiv geladen, und es wird
ein negatives Bild durch eine nicht dargestellte Schlitzbelichtungseinrichtung
auf die Oberfläche der Photoleitertroinrael 14 projiziert. Ein negatives latentes, elektrostatisches Bild
wird durch Projektion eines Lichtbildes von einem Mikrofilmprojektor aus geschaffen. Wie in Fig.7 dargestellt ist, wird
ein latentes, elektrostatisches Bild von ■-+75-OV*.auf einer höheren Po-tentialflache geschaffen,-während.ein latentes, elektro-
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statisches Bild von +150V auf einer niedrigeren Potentialfläche
ausgebildet wird. Die auf diese Weise geschaffenen latenten, elektrostatischen Bilder werden mittels einer Entwicklungseinrichtung
16 entwickelt. Die Entwicklungseinrichtung 16 weist eine Rolle 17, einen Trichter 18 für Toner, eine Vorspannungssteuereinrichtung
19, und eine Tonerladeeinrichtung 20 auf. Die Rolle 17 ist eine leitende Silikongummirolle, deren spezifischer
Widerstand nicht höher als 10 Jti cm ist. über der Entwicklungsrolle
17 ist der Tonertrichter 18 angeordnet, welcher nichtmagnetischen Toner enthält, dessen spezifischer Widerstand
bei einem Anliegen mit Druck 10 Sl cm beträgt. Dieser spezifische Widerstand gibt den spezifischen Widerstand des Toners an,
wenn der Toner auf der Entwicklungsrolle 17 während der Entwicklung
mit einem, gewissen Druck an der Photoleitertrommel 14 in Anlage gebracht wird, wie nachstehend noch im einzelnen beschrieben.
Es gibt zwei Arten von Entwicklungsverfahren. Bei dem einen
Verfahren wird zum Entwickeln (zusätzlicher) Druck ausgeübt, während bei dem anderen Verfahren bei normalem Druck entwickelt
wird; die beiden Verfahren müssen streng unterschieden werden. In der vorliegenden Beschreibung ist der spezifische Widerstand
des Toners durch den spezifischen elektrischen Durchgangswidarstand
dargestellt. Der Toner weist ein Harz, wie Epoxyharz, Styrolharz, Phenolharz, ein Färbemittel, wie Ruß,
rotes Eisenoxyd, Ultramarin und Kaliumkarbonat, sowie Zusatzstoffe
auf, wie ein Silikonelastomer, Siliziumdioxyd, Äthylenzellulose
und Polytetrafluorethylen. Als Toner wird in der vor-
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liegenden Ausführungsform der Toner in dem üblichen Zweikomponentenentwickler
verwendet.
Der von dem Trichter 1S aus zugaführte Toner wird durch die Tonerladeeinrichtung
20, die eine reibungselektrisch wirkende Ladeschneide aufweist, auf +200V geladen.In Fig.7 gibt die gestrichelte
Linie das Ladepotential V_ des Toners wieder. Eine vorbestimmte Vorspannung wird an die Vorspa-nnungs-Steuereinrichtung
19 angelegt, welche eine Energiequelle E. von +500V und
eine Energiequelle E„ von -250V aufweist; die Entwicklungsrolle
1 7 wird durch Umschalter SW. und SW^ entweder mit der Energiequelle
E1 oder mit der Energiequelle E2 verbunden. Zum Zeitpunkt
einer Entwicklung wird die Spannung der Energiequelle E1
an die Entwicklungsrolle 17 angelegt, wie in Fig.6 dargestellt
ist. In Fig.7 ist diese Spannung mit V^1 bezeichnet. Während
der Entwicklung ist das Potential eines auf hohem Potential liegenden Teils positiv, während das eines auf niedrigem Potential
liegenden Teils offensichtlich -350V ist, so daß positiv geladener Toner auf den auf niedriges Potential.aufgeladenen
Teil aufgebracht wird und eine Umkehrentwicklung durchgeführt wird. Während keine Entwicklung stattfindet, werden die Umschalter
SW1 und SW2 umgeschaltet und es wird eine Spannung
Vn? von -250V an die Entwicklungsrolle 17 von der Energiequelle
E1 aus angelegt. Wenn das Oberflächenpotential der Photoleitertrommel
14 null ist, ist das Potential der Entwicklungsrolle 17 +250V. Selbst wenn das Restoberflächenpotential der Photoleitertrommel
30V usw. ist, setzt sich kein Toner an der Photo-
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leitertrommel 14 fest, da der Toner positiv geladen ist. Die
Zeit, während welcher keine Entwicklung stattfindet, bedeutet eine Zeitperiode, bevor und nachdem der Bildbereich auf der
Photoleitertrommel 14 die Entwicklungsstation durchläuft. In einem Kopiergerät, in welchem eine Polgesteuerung bezüglich
des Entwicklungsvorgangs mittels eines Programms u.a. durchgeführt
wird, steuert die zentrale Steueranordnung die Schalter SW1 und SW2/ so daß sie umgeschaltet werden, wenn sich der
Bildbereich der Entwicklungsstation nähert, oder wenn der Bildbereich die Entwicklungsstation durchläuft. Wenn die Photoleitertrommel
14 mit einer Folgesteuerscheibe versehen ist, wird die Größe einer Vorlage oder die Länge eines Bildes auf
der Photoleitertrommel 14 im voraus gefühlt und der Zeitpunkt, an welchem die Vorderkante des Bildbereichs die Entwicklungsstation erreicht, wird mittels einer Folgesteuerscheibe gefühlt
und der Zeitpunkt, an welchem der Bildbereich über den Entwicklungsabschnitt läuft, wird entsprechend der Länge des Bildbereichs
gefühlt, wobei dann die Schalter SW und SW- umgeschaltet
werden.
Das auf diese Weise entwickelte Tonerbild wird elektrostatisch mittels einer Korona-Bildübeirtragungseinrichtung 22 an ein von
einer Papierzuführeinrichtung 21 zugeführtes Übertragungspapier S übertragen. Das Übertragungspapier S, auf welches das
Tonerbild übertragen worden ist, wird von der Photoleitertrommel 14 durch eine Trenneinrichtung 23 getrennt, und das Tonerbild
wird dann auf dem Übertragungspapier S dauerhaft fixiert.
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In der Zwischenzeit wird nach der Bildübertragung nicht übertragener
cResttoner von der Photoleitertrommel- 14 mittels einer
Reinigungsschneide 25 entfernt. Der entfernte Toner wird in
einem unteren Teil einer Reinigungseinrichtung 26 zurückgewonnen und wird dann mittels einer Spirale 27 in axialer Richtung
der Photoleitertroinmel 14 befördert und wird zur Entwicklungseinrichtung
zurückgebracht, damit der zurückgewonnene Toner wieder verwendet werden kann. Die Entwicklungseinrichtung
16 ist mit der Reinigungseinrichtung 26 durch ein nicht dargestelltes Tonerförderteil verbunden,, um so den Toner zu dem
Trichter 18 zurückzuleiten. Wach dem Reinigen wird das Restpotential
auf der Photoleitertrommel 14 durch eine Ladungslöscheinrichtung 28 entfernt, so daß dann ein Kopiervorgang
beendet ist.
In Fig.8 bis 10 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung
dargestellt. In der zweiten Ausführungsform wird statt des
reibungselektrischen Ladens bei der ersten Ausführungsform ein Ladungsinjektionsverfahren zum Laden des Toners angewendet.
Die anderen Teile der zweiten Ausführungsform sind beinahe dieselben wie die der ersten Ausführungsform. In FLg.8 sind die
Teile mit denselben Funktionen wie die der ersten Äusführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Entwieklungsrolle
29 weist eine leitende elastische Schicht 31 auf, die auf einer leitenden Welle 30 ausgebildet ist. Die leitende
elastische Schicht 31 ist aus demselben Material wie die Entwicklungsrrolle
17 in. der ersten Ausführungsform hergestellt.
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Als Materialien für die leitende elastische Schicht 31 werden leitfähig gemachter Chloroprengummi und Polyurethangummit u.a.
verwendet, da sie Toner anziehen. Eine Entwicklungsrolle 29
wird mit derselben Umfangsgeschwindigkeit wie die photoleitende Trommel 14 in Pfeilrichtung gedreht und wird an der Oberfläche
der Photoleitertrommel 14 in derselben Weise wie in der ersten Ausführungsfoz-ra mit einem entsprechenden Druck in Anlage
gebracht. Über der Entwicklungsrolle 29 ist ein Tonertrichter 18 angeordnet, in welchem derselbe Toner wie im Fall der ersten
Ausführungsform untergebracht ist. Die hintere Seitenwand des
Tonertrichters 18 dient als Ladeelektrode 32. Die Ladeelektrode
32 ist eine ebene Platte, die sich in Axialrichtung der Entwicklungsrolle 29 erstreckt und hat eine scharfe Vorderkante.
In der Praxis wird die Vorderkante mit einer sehr kleinen Krümmung mit beispielsweise einem Krümmungsradius von 0,5R versehen.
Die Ladeelektrode 32 ist in einem kleinen Abstand von der Entwicklungsrolle 29 angeordnet und dient als Rakel, um
den der Entwicklungsrolle 29 zugeführten Toner in einer vorbestimmten Dicke zu steuern. Wenn der Toner unter der Ladeelektrode
32 hindurchgeht, wird der Toner mit derselben (positiven) Polarität wie die der eines latenten elektrostatischen Bildes
auf der Oberfläche der Photoleitertrommel 14 geladen. Insbesondere wird an der Ladeelektrode 32 als erste Ladespannung V ..·
+800V aufgebracht, während an der leitenden Welle 30 der Rolle 29 als erste Entwicklungsspannung VD1 +500V angelegt wird. Die
Ladungsmenge des Toners auf der Entwicklungsrolle 29 hängt von dem Potentialunterschied zwischen der Ladeelektrode 32 und der
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Oberfläche derEntwicklungsrolle 29 ab. Wenn die Ladeelektrode 32 auf einem höheren Potential liegt, wird der Toner positiv
geladen; wenn dagegen die Rolle 29 auf einem höheren Potential liegt, wird der Toner negativ geladen. Der Potentialunterschied
während der Entwicklung ist 300V. Auf der Photoleitertrommel 14 wird ein latentes, elektrostatisches Bild von+750V
in dem latenten Bildbereich und ein latentes, elektrostatisches Bild von +15Ov in dem nichtlatenten Bildbereich geschaffen,
und da die Entwicklungsvorspannung V~., +500V ist, ist die
tatsächliche Spannung in dem latenten elektrostatischen Bildbe reich +250V, während sie in dem nichtlatenten Bildbereich
-350V ist. Infolgedessen wird der positiv geladene Toner nur
in dem nichtlatenten Bildbereich aufgebracht, ohne in dem latenten Bildbereich aufgebracht zu werden, so daß eine Umkehren
twicklung durchgeführt wird. Wenn keine Entwicklung durchgeführt wird, wird die erste Vorspannung VD1 auf die zweite Vorspannung
Vn- umgeschaltet, welche -250V ist. Da der Toner positiv
geladen ist, wird Toner auf der Photoleitertrommel 14
mit der ersten Vorspannung V . bei einer Entwicklung aufgebracht.
Infolgedessen muß die Vorspannung auf die entgegengesetze
Polarität umgeschaltet werden. Wenn jedoch nur die Entwicklungsvorspannung geändert wird, wird der Potentialunterschied
zwischen der Ladeelektrode 32 und derRolle 29 1050V, so daß Toner auf ein ungewöhnlich hohes Potential geladen wird.
Folglich wird der Toner unter einer Bedingung geladen, die von der optimalen Ladebedingung des Toners abweicht, so daß nicht
ohne weiteras eine Entwicklung durchgeführt werden kann. Per-
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ner wird in diesem Fall eine Hysterese der ungewöhnlichen Ladung
hervorgerufen, so daß eine normale Entwicklung unmöglich wird. Infolgedessen müssen Gegenmaßnahmen ergriffen werden,
damit der Toner richtig geladen werden kann. Hierzu wird dann das Potential der Ladeelektrode 32 auf das zweite Ladepotential
V j von +50V umgeschaltet, um so die Potentialdifferenz
zwischen der Ladeelektrode 3 2 und der Entwicklungsrolle 29 aufrechtzuerhalten. Vorzugsweise wird das Umschalten der Entwicklungsvorspannung
und des Ladepotentials gemeinsam durchgeführt. In Fig.10 ist die Beziehung zwischen dem Potential der
Photoleitertrommel 14, der Ladespannung und der Entwicklungsvorspannung dargestellt. In der vorerwähnten Ausführungsforiti
wird die Energiesteuerschaltung 33 verwendet,"die in Fig. 9
dargestellt ist. In Fig.9 sind +10COV als Energiequelle E
verwendet. Dioden Z1 bis Z_ sind parallel zu der Energiequelle
E_ geschaltet. Zwischen der Energiequelle E und einerLeitung A ist ein Widerstand R von 40OkA angeordnet, und die Leitung
A ist mit der Ladeelektrode 3 2 verbunden. Zwischen den Zenerdioden Z„ und Z-, ist eine Leitung B vorgesehen, welche mit der
Entwicklungsrolle 29 verbunden ist. Der negative Pol der Energiequelle
E., ist mit einem Kontakt eine_>
Schalters SW., verbunden, und mit der Verbindung zwischen den Zenerdioden Z1 und Z„
ist ein Kontakt D des Schalters SW, verbunden. Die Zenerdioden
Z1Ms Z3 weisen 50V, 250V bzw. 500V der Überschlagkennlinie
auf.
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Die Funktion der Schaltung bei der Erfindung ist folgende: Bei einer Entwicklung befindet sich der Schaltkontakt des Schalters
SW3 auf der Seite des Kontaktes C und zu diesem Zeitpunkt wird
ein Potential von +800V (+50V +250V +500V) an die Ladeelektrode 32 angelegt, und ein Potential von +500V ist an die Entwicklungsrolle
29 angelegt. Andererseits ist zu dem Zeitpunkt,wenn
keine Entwicklung stattfindet, durch die Steuereinrichtung wie im Falle der ersten Ausführungsform auf die Seite des Kontaktes
D umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt ist dann ein Potential von
+50 V an die Ladeelektrode 32 und ein Potential von -250V an die Entwicklungsrolle 29 angelegt. Während einer Entwicklung
und während keine Entwicklung stattfindet, wird die Spannung so
geändert, daß die Potentialdifferenz zwischen der Ladeelektrode
32 und der Entwicklungsrolle 29 erhalten bleibt.
Bis jetzt ist der Fall beschrieben worden, daß eine einzige Spannungsquelle verwendet wird. Es können jedoch auch verschiedene
Energiequellen in Verbindung mit der Ladeelektrode 32 und der Entwicklungsrolle 29 verwendet werden. Ferner können stattdessen
vier Energiequellen verwendet werden, um vier verschiedene Spannungen anzulegen.
In Fig. 11 und 12 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung
dargestellt. In Fig.11 weist eine Entwicklungsrolle 34 eine
Hülse 35, welche in Pfeilrichtung gedreht wird und elektrisch ■und nichtmagnetisch ist, und eine magnetische Rolle 36 auf, welche
im Inneren der Hülse 35 fest angebracht ist und abwechselnd
-* IS —
909835/0832·
an dem N- und dem S-PoI magnetisiert wird. Die Hülse 35 kann
beispielsweise aus Aluminium hergestellt sein, über der Entwicklungsrolle
34 ist ein Trichter 37" angeordnet, in welchem magnetischer Toner untergebracht ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform
wird magnetischerToner verwendet, der beim Auftragen mit einem gewissen Druck einen spezifischen Berührungswiderstand
von 10 ^Λ cm hat. An der Hülse 35 wird eine magnetische
Bürste aus dem magnetischen Toner mit Hilfe der Magnetkraft der magnetischen Rolle 36 ausgebildet, und der Abstand
zwischen der Rolle 34 und einem Photoleiter 38 ist so eingestellt,
daß die magnetische Bürste mit einem gewissen Druck an dem Photoleiter 38 in Anlage gebracht wird. Auf dem Photoleitcr
38 ist ein positiv geladenes, latentes, elektrostatisches Bild aufgebracht, und wie in Fig.12 dargestellt, beträgt das
Potential eines auf hohem Potential liegenden Teils +750V und das eines auf niedrigem Potential liegenden Teils +150V. Zum
Zeitpunkt einer Entwicklung ist der Schalter SW4 .geschlossen
und es wird eine Entwicklungsvorspannung VD von +1200V durch
eine Energiequelle E4 an die Hülse 35 angelegt. Wenn diese
Vorspannung an - die Hülse 35 angelegt wird,, wird das Potential
des Toners hoch und hat dieselbe Polarität wie die der Hülse 35, da der magnetische Toner vergleichsweise leitend ist und
negative durch elektrostatische Induktion erzeugte Ladungen überwindet und sich so verhält, wie wenn- er positiv geladen
wäre. Infolgedessen wird der Toner nur auf einem bildfreien Bereich aufgebracht, so daß eine Umkehrentwicklung durchgeführt
ist. Nach der Entwicklung wird der Schalter SW4 geöffnet, so
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daß keine Spannung an die Hülse 35 angelegt wird. Wenn keine Entwicklung stattfindet, ist die Hülse 35 geerdet und das Potential
des Toners liegt auf Erdpotential, wodurch der Toner ständig magnetisch an die Hülse 35 angezogen wird und sich
kein Toner auf dem Photoleiter 38 absetzt., selbst wenn der Toner mit dem Photoleiter in Berührung gebracht wird. Wenn in
diesem Fall eine positive oder negative Vorspannung an die Hülse 35 angelegt wird, wird der Toner auf den Photoleiter 38
aufgebracht. Wenn in diesem Fall eine positive oder negative Vorspannung an die Hülse 35 angelegt wird, setzt sich der Toner
an dem Photoleiter 38 ab. Infolgedessen sollte hierauf geachtet varden. An der Entwicklungseinrichtung mit einer magnetischen
Bürste ist es vielmehr erforderlich, daß der magnetische Toner durch dieRelativbewegung der Hülse und des Magneten
bewegt wird. Infolgedessen kann in einer Entwicklungseinrichtung mit magnetischer Bürste die magnetische Rolle so ausgelegt
werden, daß sie gedreht wird, während die Hülse feststeht, oder sowohl die mangetische Rolle als auch die Hülse können gedreht werden. Ferner ist die.\Entwicklungseinrichtung mit magnetischer
Bürste nicht auf eine solche mit Rolle beschränkt, sondern es kann genauso gut auch eine bandförmige Einrichtung
verwendet werden. Ferner kann eine Anzahl Rollen anstatt nur einer einzigen Rolle verwendet werden. Das Entwicklungsverfahren
gemäB der Erfindung kann bei einem Kopiervorgang angewendet
werden, bei welchem pro Vorgang zwei Umdrehungen ausgeführt
werden, wobei dann die Entwicklungsrolle auch als Reinigungseinrichtung
dient.
§09835/0832
In den ersten beiden Ausführungsformen der Erfindung wird der
nichtmagnetische Toner verwendet; der Toner ist jedoch nicht auf nichtmagnetischen Toner beschränkt und in ähnlicher Weise
kann mittels eines Ladeteils auch ein magnetischer Toner mit einem hohen spezifischen Widerstand geladen werden. In einem
solchen Fall eignet sich als Entwicklungsrolle die Entwicklungsrolle, diein der dritten Ausführungsform der Erfindung
dargestellt ist.
Ferner ist in der vorbeschriebenen Ausführungsform der Photoleiter
als ein das latente elektrostatische Bild tragendes Teil verwendet. Stattdessen können jedoch auch Dielektrika in ähnlicher
Weise als ein das latente elektrostatische Bild tragendes Teil verwendet v/erden.
In Fig.13 ist schematisch eine Schnittansicht einer vierten
Ausführungsform einer Entwicklungseinrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. In Fig.13 ist bei einem Photoleiter 101 eine
photoleitende Schicht 103 auf einem geerdeten, leitenden Träger 102 aufgebracht. Als Photoleiter 101 ist ein organischer
Photoleiter (Polyvinylcarbazol) verwendet. Die anderen bekannten Photoleiter können bei der Erfindung genauso verwendet
werden. Auf der Oberfläche des Photoleiters 101 ist ein latentes, elektrostatisches Bild aufgebracht. Beispielsweise beträgt das Potential V1 des latenten elektrostatischen Bildes
-800V, während das Potential V„ des bildfreien Bereichs -200V
ist. Eine Entwicklungseinrichtung -104 weist eine Entwicklungs-
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rolle 105, einen Tonerzuführtrichter 106 und eine Ladungsinjektionselektrode
107 auf. Die Entwicklungsrolle 105 weist eine nichtmagnetisch^ und elektrisch leitende zylindrische
Hülse 108 beispielsweise aus Aluminium und eine magnetische Rolle 109 auf, welche mit Hilfe von einander abwechselnden
N- und S-Polen magnetisiert ist und in der zylindrischen Hülse 108 angeordnet ist. Die magnetische Rolle 1Q9 steht fest, während
die Hülse 108 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird. Solange die Hülse 108 und die magnetische Rolle 109 relativ
zueinander gedreht werden, ist die Entwicklungsrolle 106 nicht auf die vorstehend beschriebene Konstruktion beschränkt. Der
Abstand P_ zwischen der Hülse 108 und dem Photoleiter 101
la
muß immer konstant gehalten werden. Über der Entwicklungsrolle
105 ist der Tonerzuführbehalter 106 angeordnet, in welchem
ein magnetischer Einkomponentenentwickler 110 (der nachstehend
der Einfachheit halber als magnetischer Toner bezeichnet wird) untergebracht. Der Trichter 106 ist aus einem geerdeten, leitenden
Teil hergestellt, das eine unnötige Ladung des magnetischen Toners in dem Trichter 106 verhindert, so daß gleichförmig
geladener, magnetischer Toner von dem Trichter 106 aus zugeführt wird. Der magnetische Toner 110 in dem Trichter 106
wird aufgrund der magnetischen Anziehung der magnetischen Rolle 109 auf die Hülse 108 aufgebracht und wird in der Drehrichtung
der Hülse 108 transportiert. Die Auslaßseite 106a des Trichters 106 dient als eine Art Rakel zum Regulieren der Menge
des von dem Trichter 106 abgegebenen Toners auf der Hülse 108. An der Außenwand des Trichters 106 nahe der Aulaßseite
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106a ist eine Ladungsinjektionselektrode 107 angebracht, die
aus einem leitenden Material hergestellt ist und einen Teil eines konzentrischen Kreises zu der Hülse 108 darstellt. Der
Zwischenraum D„ zwischen der Hülse 108 und der Oberfläche der
Ladungsinjektionselektrode 107 ,die der Hülse 108 gegenüberliegt, ist konstant, und die Beziehung, daß der Abstand D
größer ist als der Abstand P , ist für eine Entwicklung erforderlich. Die Ladungsinjektionselektrode 107 kann wie eine
ebene Platte geformt sein oder kann so ausgebildet sein, daß ihr vorderer bzw. oberer Teil scharf ist. Infolgedessen kann.;-.-·
die Ladungsinjektionselektrode 107 so ausgebildet sein, daß sie als Rakel zum Regulieren des Entwicklers dient.
Auf der Hülse 108 wird eine magnetische Bürste aus magnetischem
Toner mit einer gleichförmigen Dicke ausgebildet, welche mechanisch die Oberfläche des Photoleiters 101 bürstet und ein
latentes, elektrostatisches Bild auf dem Photoleiter 101 entwickelt. -
Ein Potential von etwa -1000V wird als Eiitwicklungs.vorspannung
Vg durch eine Vorspannungsquelle 112 an der Hülse 108 angelegt.
Die Entwicklungsvorspannung V0 und das. latente elektrostatisehe
Bildpotential V- muß der Beziehung |vg - V1J 4 VK genügen,
wobei Vx-, die Entwicklungsanfangsspannung ist, welche in
der vorliegenden Ausführungsform etwa 300V beträgt.
An der Ladungsinjektionselektrode 107 wird durch einen Schalter
113 ein Potential von +20Ov angalegt. Die an die Elektrode
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107 angelegte Spannung V„ hat dieselbe Polarität wie die des
latenten elektrostatischen Bildes, oder die Elektrode 107 ist geerdet. Der magnetische Toner, welcher unter der Elektrode
107 durchläuft, wird durch den Potentialunterschied zwischen der Elektrode 107 und der Hülse 108 positiv geladen. In Fig.14
ist die Beziehung wischen den vorerwähnten Potentialen dargestellt.
Bei ei-iem magnetischen Einkomponententoner weist die Vorspannun^sentwicklung eine Erscheinung auf, die sich erheblich
von der bei dem gewöhnlichen Zweikomponentenentwickler unterscheidet. In Fig.15 ist die Änderung der an die Hülse
angelegten Vorspannung dargestellt, wenn ein Zweikomponentenentwickler Toner und Trägerpartikel mit Eisenfüllungen aufweist. Beispielswaise ist, wenn die Spannung de~r Stelle Ä der
Hülse 108 -1000V ist, die Wirkung der Spannung auf die Oberfläche des Photoleiters 101 ziemlich groß und die Spannung an
der Stelle B beträgt etwa -800V, was einer kleinen Spannungsänderung entspricht. Wenn sich der spezifische Widerstand des
Entwicklers ändert, kann sich natürlich auch der vorerwähnte Wert ändern. Bei einem Zweikomponentenentwickler wird jedoch
das oben wiedergegebene Ergebnis erhalten, da derTräger elektrisch
ziemlich leitend ist. Andererseits hat, wie in Fig.16 dargestellt ist, der für eine Ladungsinjektion geeignete, magnetische
Toner e .nen hohen spezifischen Durchgangswiderstand.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird magnetischer Toner verwendet, dessen spezifischerwiderstand im Bereich von 10
bis 10 Si- cm liegt. Infolgedessen ist die Verwendung von-magnetischem
Toner, selbst wenn ein Potential von -1000V an die
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Hülse 108 angelegt wird, das Potential an der Stelle C auf der
Oberfläche des Photoleiters 108 um etwa -500V niedriger. In Fig.17 ist ein Entwicklungsschema zum Zeitpunkt der Entwicklung
dargestellt. Ein Grund für diese Potentialerniedrigung kann darin liegen, daß der magnetische Toner durch die Elektrode
107 positiv geladen wird und die magnetische Tonerschicht, ziemlich dick ist, so daß das negative, an dieHülse 108 angelegte
Vorspannungspotential Vg verringert ist. Infolgedessen wird an einem Teilungspunkt, wo der magnetische, auf den Photoleiter
101 aufgebrachte Toner, und der an der Hülse 108 mangetisch angezogene Toner geteilt werden, geschätzt, daß die Entwicklungsvorspannung
Vc etwa -600V ist. Infolge einer derartigen Erscheinung ist, selbst wenn das Vorspannungspotential V,,
was bereits anhand der Fig.13 und 14 erläutert worden ist, angelegt
wird, das tatsächliche Potential des das elektrostatische latente Bild tragenden Teils negativ, während das tatsächliche
Potential des bildfreien Teils positiv ist, wenn das wirksame Vorspannungspotential in Betracht gezogen wird, so
daß positiv geladener Toner auf den latenten elektrostatischen Teil aufgebracht wird, und ein sogenanntes positives Bild geschaffen
wird.
Wenn ein negatives Bild geschaffen wird, wird in Fig.13 der
Schalter 113 in die gestrichelt wiedergegebene Stellung umgeschaltet.
Wenn der Schalter 113 sich in dieser Stellung befindet,
ist die Elektrode 107 elektrisch isoliert und in einen
erdfreien Zustand gebracht. Da die Elektrode 107 sehr nahe bei
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der Hülse 108 angeordnet ist, wird die Elektrode 107 durch das
Potential der Hülse 108 stark beeinflußt und wird auf dieselbe Polarität wie die des Vorspannungspotentials V„ geladen, das an
die Hülse 108 angelegt ist, wie in Fig.18 dargestellt ist. In diesem Fall wird die Potentialdifferenz (V1-, -Vn,) zwischen der
Elektrode 107 und der Hülse 108 erheblich kleiner als die im Falle des positiven Bildes, so daß der Toner weniger geladen
wird. Die LadungSamplitude beträgt einige Nanocoulomb/Gramm.
Die Wirkung der wirksamen Vorspannung wird folglich größer als die im Falle eines positiven Bildes, und in dem bildfreien Bereich
wird bei einer großen Potentialdifferenz eine Entwicklung
durch elektrostatische Induktion durchgeführt, so daß der latente, elektrostatische Bildbereich bei einer kleinen Potentialdifferenz
kaum entwickelt wird. Ein Entwicklungsschema für diesen Fall ist in Fig.6 dargestellt.
Es wird nämlich nur der Teil der Toneroberflächenschicht positiv geladen, und in diesem Toner werden negative Ladungen aufgrund
von elektrostatischer Induktion durch dieVorspannüng von der Hülse 108 erzeugt, und die wirksame Vorspannung an der
Stelle P wird hoch. Infolgedessen ist in dem bildfreien Bereich das tatsächliche Potential positiv und entsprechend hoch, während
in dem latenten, elektrostatischen Bildbereich das tatsächliche Potential niedrig ist, so daß ein. negatives Bild auf dem
Photoleiter geschaffen wird. ·
In der fünften Äusführungsforin der Erfindung wird eine Entwick-
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. 33·
lungseinrichtung derselben Konstruktion wie die der Entwicklungseinrichtung
in der vierten Ausführungsform verwendet. Sie unterscheiden sich in der Art des Anlegens der Vorspannung an
die Hülse und in der Art der Ladungsinjektionselektrode..
Wenn ein positives Bild erhalten werden soll, werden folgende Schritte durchgeführt: Auf dem Photoleiter 101 wird ein latentes,
elektrostatisches Bild mit einem Potential V_ von -800V wie im Fall der vierten Ausführungsform aufgebracht, und das
Potential Vn in dem bildfreien Bereich ist -200V. Wie in Fig.20
dargestellt, wird an die Hülse 108 ein Potential angelegt, dessen Polarität der des latenten, elektrostatischen Bildes entgegengesetzt
ist, und dessen Absolutwert 400V klein ist. Die Entwicklungsvorspannung V6 und das Potential des latenten elektrosatischen
Bilds werden so eingestellt, daß sie der Beziehung IV_ J -^. JV J entsprechen. In der Zwischenzeit wird an der
Elektrode 107 eine Spannung VE angelegt, deren Polarität der
des latenten, elektrostatischen Bildes entgegengesetzt ist. Die Spannung Vp kann mittels einer äußeren Energiequelle oder aufgrund der Tatsache angelegt werden, daß eine Spannung derselben
Polarität wie die der Vorspannung V„ durch die Vorspannung V0
induziert wird, während die Hülse 108 mit Hilfe der elektrisch isolierten Ladungsinjektionselektrode 107 aufgebracht wird. Der
Potentialunterschied zwischen der Spannung V„ der Elektrode 107
und der Spannungs V- der Hülse 108 ist so klein, daß der magnetische
Toner durch die Elektrode 107 nicht ausreichend geladen ·
wird und zum Zeitpunkt einer Entwicklung der Toner, dessen Po-
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larität dieselbe Ist wie die der Vorspannung V , aufgrund der
elektrostatischen Induktion positiv geladen ist, die durch die an die Hülse 108 angelegte Vorspannung Vg hervorgerufen worden
ist. Infolgedessen wird das elektrostatische, latente Bild mit
einer negativen Ladung mit einer hohen Bilddichte entwickelt, und infolgedessen kann ein positives Bild erhalten werden.
Ein negatives PiId kann dadurch erhalten werden, daß nur die
Vorspannung V„ der Elektrode.107 geändert wird. Wie in Fig.21
dargestellt, ist die an die Hülse 1Q8 angelegte Vorspannung V
konstant und die Spannung V^ der Elektrode 107 wird auf dieselbe
Polarität wie die des latenten, elektrostatischen Bildes oder auf das geerdete Potential eingestellt. Infolgedessen
wird der Potentialunterschied zwischen der angelegten Spannung V der Elektrode 107 und der an die Hülse 108 angelegten Vorspannung
V0 groß ,und der magnetische Toner wird negativ geladen.
Da der magnetische Toner negativ geladen ist, wird er nicht auf den negativ geladenen, latenten, elektrostatischen
Bildbereichι sondern vielmehr auf den bildfreien Bereich aufgebracht,
welcher, allerdings mit einem niedrigeren Potential, negativ geladen ist« Infolgedessen wird ein negatives Bild erhalten.
In diesem Fall ist der Toner ausreichend geladen, und eine Entwicklung wird beendet-, bevor eine Injektion von Ladung
mit der entgegengesetzten Polarität wie die desToners bewirkt wird, welche durch elektrostatische Induktion hervorgerufen
wird.
Ende der Beschreibung
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