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Entwicklungsvorrichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Entwicklung eines
latenten Bilds mit einem Entwickler und insbesondere auf eine Entwicklungsvorrichtung,
bei der zur Verwendung eines (nachfolgend als magnetischer Toner oder vereinfacht
als Toner bezeichneten) träger mitteifreien magnetischen Einkomponenten-Entwickler
bei der Bild entwicklung bei Vorhandensein eines Magnetfelds die Dicke einer Tonerschicht
an einem Tonerträqerelement begrenzt werden kann.
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Die herkömmiicher Weise bei einer Entwicklunasvorrichtung auf dem
Gebiet der Elektrophotographie und der elektrostatischen Aufzeichnung verwendeten
Verfahren können in Trockenverfahren und Flüssigverfahren unterteiit werden; die
Trockenverfahren werden weiter in Verfahren mit Zweikomponenten-Entwickler und Verfahren
mit Einkomponenten-Entwickler unterteilt. Die Zweikomponenten-Entwicklungsverfahren
unterscheiden sich dadurch, daß zum Transport der Tonerteilchen ein Trägermittel
verwendet wird; zu diesen Verfahren zählen die Magnetbürsten-Entwick-
lung,
bei der ein Eisenpulver-Trägermittel verwendet wird, die Kaskadenentwicklung, bei
der ein Perien-Trägermittel verwendet wird, die Pelzbürsten-Entwicklung, bei der
ein Pelz verwendet wird usw. Zu den Einkomponenten-Entwicklungsverfahren zählen
die Pulverwolken-Entwicklung, bei der eine Walke schwebender Tonerteilchen verwendet
wird, die Kontakt- oder Auftragsentwicklung, bei der die Tonerteilchen in direkte
Berührung mit der Latentbild- bzw. Ladungsbild-Trägerfläche gebracht werden, die
Tonerübertragungsentwicklung, bei der die Tonerteilchen nicht in direkte Berührung
mit der Ladungsbild-Trägerfläche gebracht werden, sondern ihr mittels des von dem
eiektrostatischen Ladungsbild erzeugten elektrischen Felds zugeführt werden, die
magnetische Trockenentwicklung, bei der magnetischer elektrisch leitender Toner
in Berührung mit der Ladungsbild-Trägerfläche gebracht wird, usw. Den Zweikomponenten-Entwicklungsverfahren,
bei welchen ein gemischter Entwickler aus Trägerteilchen und Tonerteilchen verwendet
wird, haftet von Natur aus der Nachteil an, daß sich aus einer Änderung des Mischungsverhältnisses
der Teilchen eine Änderung der Dichte des entwickelten Bilds ergibt, da die Tonerteilchen
mit fortschreitender Entwicklung schneller verbraucht werden als die Trägerteilchen,
sowie ferner auch der Nachteil, daß sich durch die Verschlechterung der kaum verbrauchten
Trägerteilchen nach einer langen Verwendung derselben eine Verschlechterung der
Bildqualität ergibt.
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Von den Rinkomponenten-Entwicklungsverfahren sind die magnetische
Trqckenentwicklung, bei der magnetischer Toner verwendet wird, und die Kontaktentwicklung,
bei der kein magnetischer Toner verwendet wird, insofern unzulänglich, als die Neigung
zu einer Hintergrund-Schleierbildung besteht, die sich aus der unterschiedslosen
Berührung des Toners mit der gesamten Fläche sowohl des Bildbereichs als auch des
bildfreien Bereichs ergibt.
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Diese Hintergrund-Schleierbildung ist ein Fehler, der auch bei den
Zweikomponenten-Entwicklungsverfahren zu beobachten ist. Ferner ist bei der Pulverwolken-Entwicklung
die Hintergrund-Schleierbildung unvermeidbar, da die Ablagerung von pulverförmigen
Tonerteilchen auf die bildfreie Fläche unvermeidbar ist.
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Auf dem Gebiet der Sinkomponenten-Entwicklungsverfahren ist auch
eine sog. Tonerübertragungs-Entwicklung bekannt, bei der der Toner gleichförmig
auf ein Trägerelement bzw. einen Träger wie ein Biatt aufgebracht wird und in einem
kleinen Abstand der Ladungsbild-Trägerfläche gegenübergesetzt gehalten wird, so
daß zur Bildentwicklung der Toner von dem Tonerträger weg durch die eiektrostatische
Ladung des Ladungsbilds zu der Ladungsbild-Trägerfläche hingezogen wird, wie es
in den US-PS 2 839 400 und 3 232 190 beschrieben ist.
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Dieses Verfahren hat den Vorteil einer verringerten Schleierbildung,
da die bildfreie Fläche weder den Toner anzieht noch mit dem Toner in Berührung
gebracht wird. Aufgrund des Fehlens von Trägerteilchen tritt bei dem Verfahren auch
nicht eine Änderung des Mischungsverhältnisses oder eine Verschlechterung der Trägerteilchen
auf.
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Nichtsdestoweniger ist dieses Verfahren mit unterschiedlichen Schwierigkeiten
gemäß folgenden Beispielen verbunden: (1) Selbst wenn das Blatt bzw. der Tonerträger
zur Erleichterung des Aufbringens des Toners im voraus mit einem elektrischen Feld
versehen wird, ist es schwierig, den Toner gleichförmig auf den Tonerträger aufzutragen.
Beispielsweise ergibt der Tonerauftrag mit einerbekannten festen Klinge oder Rakel
kaum eine dünne und gleichförmige Teiichenschicht und führt häufig zu einer Unebenheit
der Tonerschicht, die direkt auf dem entwickelten Bild wiedergegeben wird und daher
für
die praktische Bildreproduktion ungeeignet ist. Zur Vermeidung
dieses Nachteils wurde ein Verfahren vorgeschiagen, an der Oberfläche des Tonerträgers
Papier oder Stoff zu verwenden und die Tonerteilchen in die Fasern des Papiers oder
Stoffs bzw. Tuchs einzubetten; aieses Verfahren steilt jedoch nicht unbedingt ein
gleichförmiges Auftragen sicher, da es schwierig ist, Tonerteilchen herzustellen,
die kleiner als die Faserung sind. Ferner ist das Verfahren mit vorhergehendem Auftragen
des Toners auf ein Trägerblatt nach dem Kaskaden-Entwicklungsverfahren unpraktisch,
da es eine großbemessene Vorrichtung erforderlich macht.
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(2) Es ist schwieriy, eine gleichförmige Tonerablösung von dem Tonerträger
zu erzielen. Zur gleichförmigen Entwicklung ist eine gleichförmige Tonerablösung
von er aufgetragenen Tonerschicht her zu der Ladungsbild-Trägerfiäche hin unerläßlich.
Diese Tonerablösung, die durch die Oberflächeneigenschaften des Tonerträger-Blatts,
den Zustand des darauf aufgetragenen Toners und die Eigenschaften der Tonerteilchen
beeinflußt ist, wurde nie zu einem in der Praxis annehmbaren Stand verbessert.
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(3) Geringes Auflösungsvermögen. Bei der herkömmlichen bekannten
Tonerübertragungsentwicklung wird der Toner elektrostatisch an dem Tonerträger abgelagert;
selbst wenn es ermöglicht ist, eine verhältnismäßig dünne Tonerschicht auf dem Träger
zu bilden, werden durch die gegenseitig abstoßenden Ladungen der Tonerteilchen diese
von dem Träger gelöst und zu der Bildträgerfläche hinbewegt, wenn der Abstand zu
der Bildträgerfläche auf annähernd 3 mm verringert wird. Dieser weite Zwischenraum
ergibt jedoch eine lange Flugzeit der Tonerteilchen von ihrem Träger zu dem Ladungsbildträger,
wobei die fliegenden Teilchen durch einen Luft-
strom in dem Zwischenraum,
ihr Gewicht und Vibrationen der Ladungsbild-Trägerfläche oder des Tonerträgers beeinflußt
werden, was ein fehlerhaft entwickeltes Bild ergeben kann. Ferner erreicht das aus
dem Ladungsbild für feine Linien oder Zeichen mit feinen Linien austretende eiektrische
Feld nicht originalgetreu den Tonerträger, wodurch sich eine Verschmälerung der
feinen Linien oder der Zeichen aus feinen Linien bzw. eine beträchtlich verrinyerte
Auflösung aufgrund der fehlenden Toner-Bewegung ergibt. Andererseits ergibt ein
sehr enger Abstand bzw. Zwischenraum eine Verstärkung der feinen Linien bzw. der
Zeichen mit feinen Linien und damit einen Auflösungs-Verlust, was es schwierig macht,
eine originalgetreue Reproduktion zu erzielen.
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In der US-Patentanmeldung Ser.-No. 938 494, 1978, wurde ein Verfahren
zur Bildung einer gleichförmigen dünnen Tonerschicht auf einem Tonerträger ohne
den vorangehend genannten Schwierigkeiten vorgeschlagen; bei dem Verfahren wird
eine magnetische Rakel als Tonerdicken-Begrenzungselement verwendet und ein magnetischer
Pol der Rakel gegenübergesetzt, wobei mittels des zwischen dem Magnetpol und der
magnetischen Rakel gebiideten Magnetfelds die Tonerschicht an dem Tonerträger zu
einer dünnen Schicht abgekappt wird, wodurch eine originalgetreue Bildwiedergabe
ermöglicht wird.
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Es wurde jedoch festgestellt, daß mit einem sehr schwachen Magnetfeld
zwischen der magnetischen Rakel und dem Magnetpol die Bildung einer ausreichend
dünnen Tonerschicht unmöglich ist, so daß die gesteigerte Dicke der Tonerschicht
zu einer Hintergrund-Schleierbildung oder einem fehlerhaften Bild führt, während
ein übermäßig starkes Magnetfeld eine übermäßig dünne Tonerschicht ergibt, die zu
einer "Verdünnung" bzw. Verschmälerung, insbesondere von Linienbildern führt. Ferner
wurde festge-
stellt, daß bei der Ladungsbildentwicklung eine anscheinend
gleichförmige Tonerschicht ein Geisterbild des zuvor entwickelten Bilds ergeben
kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ladungsbild-Entwicklungsvorrichtung
zu schaffen, die unter Ausschaltung der Unzulänglichkeiten der herkömmlichen Vorrichtungen
eine gleichmäßige Bildqualität mit hoher Wiedergabetreue ermöglicht.
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Ferner soll mit der Erfindung eine Entwicklungsvorrichtung geschaffen
werden, bei der die Bildentwicklung unter Formung einer dünnen gleichförmigen Tonerschicht
auf einem Tonerträger erfolgt.
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Weiterhin soll die Erfindung eine Entwicklungsvorrichtung ergeben,
bei der in dem entwickelten Bild kein Geisterbild auftritt.
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Ferner soll die erfindungsgemäße Entwicklungsvorrichtung das wiederholte
Formen einer dünnen Tonerschicht auf den Tonerträger in beständiger Weise ermöglichen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Entwicklungsvorrichtung
gelöst, die einen Behälter für die Aufnahme von magnetischem Toner, einen drehbar
mittels des Behälters gelagerten Tonerträger, eine feststehend innerhalb des Tonerträgers
angebrachte Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung und ein Tonerdicken-Begrenzungselement
aufweist, das in der Verlängerung eines von einem Magnetpol der Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung
austretenden Magnetfelds in der Nähe des Außenumfangs des Tonerträgers angeordnet
ist, wobei der magnetische Toner magnetisches Pulver in einem Anteil von
15
bis 50 Gew.-% enthält und eine mittlere Teilchengröße innerhalb des Bereichs von
5 bis 30 ßm hat und wobei die Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung mit einem derartigen
Magnetpol versehen ist, daß zwischen dem Tonerdicken-;Begrenzungseiement und dem
Tonerträger ein Magnetfeld mit einer mittleren Flußdichte von nicht weniger als
0,135 T (1350 Gauss) entsteht, so daß an dem Tonerträger eine Tonerschicht mit einer
vorbestimmten Dicke geformt wird.
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Ferner ergibt die Erfindung eine Entwicklungsvorrichtung, bei dem
der dem aus einem magnetischen Material hergestellten Tonerdicken-Begrenzungselement
gegenübergesetzte Magnetpol an der Oberfläche des Tonerträgers eine Flußdichte von
mindestens 0,075 T (750 Gauss) erzeugt, um dadurch die Geisterbild-Entstehung in
dem entwickelten Bild zu verhindern.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Bilderzeugungsvorrichtung,
bei der die Entwicklungsvorrichtung anwendbar ist.
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Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer Entwicklungsvorrichtung mit
einem Tonerdicken-Begrenzungselement.
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Fig. 3 und 4 sind schematische Ansichten, die die Arbeitsweise des
Tonerdicken-Begrenzungselements in der in Fig. 2 gezeigten Entwicklungsvorrichtung
veranschaulichen.
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Fig. 5 ist eine Schnittansicht eines Ausfilhrungsbeispiels der EntwicklL:ngsvorrichtung.
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Fig. 6 bis 8 sind Kennliniendiagramme, die Ergebnisse von Versuchen
an der Entwicklungsvorrichtung zeigen.
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Fig. 9 ist eine Schnittansicht einer Entwicklungsvorrichtung in einer
nicht zu empfehlenden Ausführungsform.
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Fig. 10 und 11 sind schematische Ansichten, die das Prinzip der Tonerschicht-Formung
bei der Entwicklungsvorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen zeigen.
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Fig. 12 ist eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der Entwicklungsvorrichtung.
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Fig. 13 ist eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
der Entwicklungsvorrichtung.
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Fig. 14A und 14B sind ein Schaltbild einer bei der in Fig. 13 gezeigten
Vorrichtung anwendbaren Wechselspannunqs-Generatorschaltung bzw. eine Darstellung
der Kurvenform des Ausgangssignals dieser Schaltung
Die Fig. 1
zeigt schematisch ein Beispiel für eine Kopier bzw. Aufzeichnungsvorrichtung, bei
der die Entwicklungsvorrichtung anwqndbar ist. Die Fig. 1 zeigt eine photoemfindliche
Trommel 1 mit einer photoempfindlichen Schicht, die irgendeine Ausführungsform mit
oder ohne Oberflächen-Isolierschicht sein kann und die ferner auch durch biattförmiges
oder bandförmiges photoempfindliches Material ersetzt werden kann. Ferner sind ein
bekannter Sensibilisier-Lader 2 und eine Bildlicht-Projektionsvorrichtung 3 gezeigt,
die zur Erzeugung eines elektrostatischen Bilds bzw. Ladungsbilds an dem photoempfindiichen
Material 1 Vorlagenbilder, Lichtbilder oder mittels Bildsignalen modulierte Lichtstrahlen
projiziert. Die Ladungsbild-Erzeuqung kann nach dem sog. Carlson-Verfahren, einem
Verfahren gemäß der Beschreibung in der US-PS 3 666 363 oder 4 071 361 oder nach
irgendeinem anderen geeigneten Verfahren erfolgen.
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4 steilt eine Entwicklungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
dar, die ein dem Ladungsbild an dem photoempfindlichen Material 1 entsprechendes
sichtbares Tonerbild erzeugt, während 5 eine Vorrichtung zur Uhertragung dieses
Tonerbilds auf Übertragungs- bzw. Bildempfangsmaterial 6 darstellt. Zur Erleichterung
der Übertragung kann das sichtbare Bild beispielsweise durch Koronaentladung im
voraus mit einer Ladung versehen werden. Es ist ferner möglich, ein sog. Ladungsbild-Übertragungsverfahren
anzuwenden, bei dem das an dem photoempfindlichen Material 1 sitzende Ladungsbild
zuerst auf einen weiteren Bild träger bzw. Ladungsbildträger übertragen und dann
mittels der IntwickluncJsvorrichtung 4 sichtbar gemacht wird. 7 ist eine Reinigungsvorrichtung,
mit der der nach der Bildübertragung an dem photoempfindlichen Material 1 zurückbleibende
Toner entfernt wird, um dadurch das photoempfindliche Material für die erneute Verwendung
vorzubereiten.
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Die Fig. 2 9)is 4 sind schematische bzw. erläuternde Ansichten einer
in der US-Patentanmeldung Ser.-No.
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938 494 beschriebenen Entwicklungsvorrichtung, bei der eine als Ladungsbildträger
verwendete photoempfindliche Trornitel 1 vorgesehen ist, die gewünschtenfalls durch
bandförmiges oder blattföri;iiges Material ersetzt werden kann. 8 ist eine Entwicklerträgervorrichtung
bzw. ein Entwicklerträger, der dem Ladungsbildträger gegenübergesetzt ist und bei
dem dargestellten Beispiel durch einen nichtmagnetischen Zylinder gebildet ist.
9 ist ein feststehend in dem Zylinder angebrachter Magnet, der mit wenigstens einem
magnetischen Pol für die Aufnahme des Entwicklers auf den Zylinder, ferner vorzugsweise
mit einem Entwicklungs-Magnetpol in einer dem Ladungsbild gegenübergesetzten Entwicklungsstellung
und mit einer geeigneten Anzahl von Entwickler-Transportpolen versehen ist, die
zwischen den vorstehend genannten Magnetpolen angeordnet sind. 10 ist eine Rakel
zur Begrenzung der Dicke von magnetischem Toner 12, der dem Zylinder 8 zugeführt
ist und an diesem haftet. Dieser Zylinder bzw. Entwicklerträger 8 wird mit einer
darauf aufgetragenen Tonerschicht 11 in Pfeiirichtung gedreht, um auf diese Weise
die Bildentwicklung ohne Berührung zwischen dem Toner und der bildfreien Fläche
des Ladungsbilds an dem Ladungsbiltrge 1 herbeizuführen. Die Dicke der Tonerschicht
11 wird mittels des aus einem Pol 9a des walzenförmigen Magneten 9 austretenden
Magnetfelds und der Rakel 10 begrenzt, und zwar vorzugsweise in einem Bereich von
30 bis 200 ßm. In dem Magnetfeld bilden die magnetischen Tonerteilchen Perlenketten
bzw. Teilchenketten, die längs den magnetischen Kraftlinien ausgerichtet sind, wobei
die Dichte beträchtlich geringer als bei dem gewöhnlichen Zustand ist. Es ist daher
möglich, durch Begrenzung der Tonerdicke mit einer Rakel in einem Magnetfeld eine
Dicke zu erzielen, die weitaus
geringer als die durch Begrenzung
außerhalb des Maanetfelds erzielbare ist. Eine Tonerdicken-Begrenzung mittels einer
Rakel außerhalb eines Magnetfelds macht einen außerordentlich kleinen Abstand zwischen
der Rakel und dem Zylinder bzw. Tonerträger 8 erforderlich, was mechanisch schwierig
zu erzielen ist. Ferner ist ein derartig kleiner Abstand für einen stabilen bzw.
gleichmäßigen Betrieb ungeeignet, da unter Umständen der Zwischenraum beispielsweise
durch zusammengebaiiten Toner verstopft wird. Die Wirkung des Magneten 9 zur Dickenbegrenzung
wird ersichtlich, wenn das durch den Pol 9a erzeugte Magnetfeld einen bestimmten
Wert übersteigt, was später erläutert wird.
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Die dünnste Schicht wird dann erzielt, wenn gemäß der Darstellung
in Fig. 3 die Rakel 10 dem Magnetpol 9a gegenübergesetzt wird. Ferner wird gemäß
der Darstellung in Fig. 4 mittels einer aus magnetischem Material hergestellten
Rakel das Magnetfeld angezogen, wodurch die zu einer Bürste formierten Tonerteilchen
wie ein Vorhang zwischen den Tonerträger und der Rakel gehalten werden, was verhindert,
daß lose Teilchen des Toners 12 mit Ausnahme eines längs der Oberfläche des Tonerträgers
8 transportierten kleinen Anteils unter der Rakel hindurchgelangen. Auf diese Weise
ist es ermöglicht, eine außerordentlich dünne Tonerschicht 11 zu erzielen.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Entwicklungsvorrichtung
erläutert. Nach Fig. 5 ist ein mehrpoliger Permanentmagnet 9 ortsfest angebracht,
während ein als Tonerträger dienender nichtmagnetischer Zylinder 8 in der durch
einen Pfeil dargestellten Richtung umläuft, die gleich der Versetzungsrichtung der
Oberfläche des Ladungsbildträgers 1 ist. Ein von einem Toner-Behälter 14 zugeführter
isolierender ferromagnetischer Einkompo-
nenten-Toner 1 2 wird
durch die Drehung des Zylinders 8 auf den Außenumfang desselben aufgetragen. Der
Zylinder und die Tonerteilchen sind in der Ladungsreihe so gewählt, daß durch die
Reibung der Tonerteilchen mit der Zylinderoberfläche an den Tonerteilchen Ladung
mit der zur Polarität des Ladungsbilds entgegengesetzten Polarität induziert wird.
In der Nähe der Zylinderoberfläche ist in einem Abstand von 50 bis 500 ßm zu derselben
eine Eisen-Rakel 1Oa angebracht. Die Rakel 1Oa erstreckt sich beispielsweise gemäß
der Darstellung in Fig. 5 längs der Mantellinie des nichtmagnetischen Zylinders,
wobei sie einem Magnetpol 9a (Pol S3 in Fig. 5) des mehrpoligen Permanentmagenten
9 gegenübergesetzt angeordnet ist, um damit die Tonerschicht auf eine geringe Dicke
oder Stärke von 30 bis 300 ßm und vorzugsweise im Bereich von 30 bis 200 ßm zu begrenzen
bzw. abzukappen. Die Drehzahl des Zylinders wird so geregelt, daß die Umfangsgeschwindigkeit
und vorzugsweise die innere Geschwindigkeit der Tonerschicht im wesentlichen gleich
der Geschwindiykeit der Ladungsbildträger-Oberfläche sind oder dieser nahekommen
. Die Rakel 10a kann statt aus Eisen aus einem anderen magnetischen Material oder
einem Magnet bestehen, der einen magnetischen Gegenpol bildet.
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13 ist eine Spannungsquelle zum Anlegen einer Wechselspannung zwischen
den nichtmagnetischen Zylinder 8 und den Ladungsbildträger 1, während 13a ein Schaber
zum Beseitigen von an dem Tonerträger zurückbleibenden Toner ist. Die Rakel 1Oa
wird auf dem gleichen Potential wie der Tonerträger gehalten, um eine eventuelle
Ungleichmäßigkeit bei dem Tonerauftrag zu verhindern.
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Der magnetische Toner hat beispielsweise eine mittlere Teilchengröße
von 5 bis 30 Am und ist nach einem bekannten Verfahren aus einem Gemisch von 75
Teilen Polystyrol, 15 Teilen Magnetit, 3 Teilen eines Ladungsreguliermittels und
6 Teilen Ruß hergestellt.
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Natürlich kann auch irgendein anderer bekannter magnetischer Toner
mit der genannten Teilchengröße verwendet werden, der magnetisches Pulver in einem
Anteil von 15 bis 50 Gew.-% enthält.
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Die mittlere Teilchengröße des Toners wird auf die vorstehend genannte
festgelegt, da eine mittlere Teilchengröße von weniger als 5 rm eine starke elektrostatische
Anziehung der Tonerteilchen an den nichtmagnetischen Zylinder ergibt, so daß die
Ablösung der Teilchen vom Zylinder behindert wird und damit eine brauchbare Bildentwicklung
unterbunden wird, und zur Bildung einer Schicht von feinen Tonerteilchen an der
Oberfläche des nichtmagnetischen Zylinders führt, das das Laden neuer Tonerteilchen
durch Berührung mit der Zylinderoberfläche verhindert und dadurch eine verringerte
Entwicklungsdichte ergibt, die sich aus der unzureichenden Tonerübertragung ergibt.
Andererseits führt eine mittlere Teilchengröße von mehr als 30 ßm zu einem groben
Bild.
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Ferner wird der Magnetpulver-Gehalt auf die vorstehend angeführte
Weise festgelegt, da ein Gehalt von weniger als 15 Gew.-t bei dem Zerkleinerungsvorgang
für die Herstellung der Tonerteilchen zur Bildung von Tonerteilchen mit verringertem
Magnetpulvergehalt führt.
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Derartige Teilchen mit verringertem Magnetpulvergehalt ergeben einen
leicht zusammenzuballenden Entwickler mit verringerter Fließfähigkeit. Dieser Entwickler
ergibt aufgrund der Schwieriykeit beim gleichförmigen Laden und einer verringerten
Magnetkraft für die Rückübertragung des Toners eine Neigung zur Schleierbildung
an dem Bild und zeigt Erschwernisse bei dem magnetischen Transport. Andererseits
führt ein Magnetpulvergehalt von mehr als 50 Gew.-% aufgrund des verringerten Harzgehalts
zu verschlechterten Fixiereigenschaften, was ein grobes Bild ergibt.
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In Verbindung mit dem vorstehend beschriebenen Toner wurde als nichtmagnetischer
Tonerträger ein Aluminium-Zylinder verwendet. Der Magnet wurde durch eine Magnetwalze
gebildet, deren Polarität sich für jedes Viertelkreis- oder Oktanten-Segment in
der Reihenfolge N - S - N - S abwechselte. Ein Magnetpol wurde an der engsten Stelle
zwischen dem Tonerträger und dem Ladungsbildträger mit dem Ladungsbild-Potentialkontrast
von ungefähr 600 V angeordnet, wobei die Oberflächen-Flußdichte wie bei im Handel
erhältlichen Kopiergeräten in einem Bereich von 0,06 bis 0,13 T (600 bis 1300 Gauss)
gewählt wurde.
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Die E'ig. 6 bis 8 zeigen Versuchsergebnisse hinsichtlich der Tonerschichtdicke
und der Magnetflußdichte als Funktion der Lagebeziehung der Eisen-Rakel in bezug
auf den Tonerträger.
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Im einzelnen zeigt die Fig. 6 die Änderung der Dicke der gleichförmig
auf den Tonerträger aufgebrachten Tonerschicht als Funktion des Abstands zwischen
der Eisen-Rakel 1Oa und dem Tonerträger, wobei eine feststehend innerhalb eines
zylinderförmigen nichtmagnetischen Umlauf-Tonerträgers 8 angeordnete Magnetwalze
9 mit 4, 6 oder 8 Polen, die jeweils eine Oberflächen-Flußdichte von 0,065 T (650
Gauss) an der Oberfläche des Tonerträgers erzeugen, oder mit acht Polen versehen
ist, die jeweils eine Oberflächen-Flußdichte vorn.0,05 T oder 0,04 T erzeugen.
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Wie aus der Fig. 6 ersichtlich ist, ändert sich die Tonerschichtdicke
in großem Ausmaß als Funktion des Polabstands oder der Oberflächen-Flußdichte, wenn
der Abstand zwischen der Rakel und dem Tonerträger ungefähr 400 Sm übersteigt. Der
durch den Polabstand verursachte Unterschied wird beispielsweise durch einen Vergleich
zwischen der vierpoligen und der achtpoligen Magnetwalze deutlich, die jeweils eine
Oberflächen-
Flußdichte von 0,065 T (650 Gauss) ergeben. Die vierpolige
Magnetwalze ergibt bei einem Abstand von nicht mehr als ungefähr 800 ßm eine dünne
gleichförmige Tonerschicht von ungefähr 200 ßm Dicke, jedoch bei einem Abstand von
900 ßm eine Unebenheit der Tonerschicht in Umfangsrichtung des zylindrischen Tonerträgers
und bei einem Abstand von 1 mm oder darüber eine schnell ansteigende Tonerschichtdicke,
so daß es unmöglich wird, die gewünschte dünne gleichförmige Tonerschicht zu erzielen.
Im Entwicklungsbereich kommt daher die Oberfläche der Tonerschicht in Berührung
mit dem Ladungsbildträger, wodurch die später in Einzelheiten beschriebene vorteilhafte
Entwicklung mit der Entwicklungsvorrichtung unterbunden wird. Andererseits ergibt
die achtpolige Magnetwalze bei einem Abstand von nicht mehr als 600 ßm eine dünne
gleichförmige Tonerschicht mit ungefähr 200 ßm Dicke, jedoch bei einem Abstand von
700 am eine Unebenheit gemäß der vorstehenden Erläuterung und bei einem Abstand
von 800 am oder darüber eine gemäß der vorstehenden Erläuterung für die Bildentwicklung
ungeeignete dicke Tonerschicht. Auf ähnliche Weise ergibt eine sechspolige Magnetwalze
eine dünne gleichförmige Tonerschicht, wenn der Abstand nicht über 700 ßm beträgt,
jedoch eine für die vorteilhafte Entwicklung mit der Entwicklungsvorrichtung ungeeignete
dicke Tonerschicht bei einem größeren Abstand.
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Was die Auswirkung der Änderung der Magnetflußdichte bei konstantem
Polabstand betrifft, so kann eine dünne gleichförmige Tonerschicht bei einem Abstand
von ungefähr 500 bzw. 400 ßm erzielt werden, wenn gemäß der Darstellung in Fig.
6 bei der achtpoligen Magnetwalze die Oberflächen-Flußdichte von 0,065 T (650 Gauss)
auf 0,05 T bzw. 0,04 T geändert wird. Ein gleichartiges Verhalten ist zu beobachten,
wenn die Oberflächen-Fluß-
dichte einer vierpoligen Magnetwalze
von 0,065 T (650 Gauss) auf 0,085 T (850 Gauss) verändert wird.
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Ferner ist festzustellen, daß eine Steigerung der Polstärke einer
vierpoligen Magnetwalze auf 0,13 T (1300 Gauss) mit Ausnahme einer geringfügigen
Verschmälerung der Bildlinien keine Auswirkung auf die Entwicklungseigenschaften
hat.
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Die vorstehend genannten Ergebnisse beruhen auf dem Umstand, daß
die einem Magnetpol der Magnetwalze gegenübergesetzte Eisen-Rakel mittels des Pols
durch Induktion magnetisiert wird, so daß ein starkes Magnetfeld zwischen der Rakel
und dem Tonerträger entsteht.
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Die Fig. 7 zeigt die Intensität des starken Magnetfelds bei Messung
mit den gemäß Fig. 6 verwendeten Magnetwalzen und einem Abstand von 800 m zwischen
der Rakel und dem Tonerträger. Gemäß der Darstellung in Fig. 7 wird das Magnetfeld
zwischen der Rakel und dem Tonerträger um so stärker, je größer der Polabstand bzw.
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die Magnetisier-Breite wird. Ferner ist bei konstantem Polabstand
das Magnetfeld zwischen der Rakel und dem Tonerträger annähernd proportional der
Flußdichte des Magnetisierungs-Pols. Beispielsweise ergibt eine vierpolige Magnetwalze
eine mittlere Magnetfeld-Intensität von 0,164 T bzw. 0,21 T (1640 bzw. 2100 Gauss)
bei einer Flußdichte des Pols von 0,065 T bzw. 0,092 T (650 bzw.
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920 Gauss) an der Oberfläche des Tonerträgers.
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In weiterem Zusammenhang mit Fig. 7 zeigt die Fig. 8 die Änderung
der Flußdichte zwischen der Eisen-Rakel und dem Tonerträger als Funktion des Abstands
zwischen diesen, wobei die Magnetwalzen gemäß Fig. 6 verwendet werden. In Fig. 8
sind Punkte aufgetragen, die denjenigen Abstand zwischen der Rakel und dem Tonerträger
darstellen, der eine brauchbare Begrenzung der Toner-
schicht auf
gleichförmige und geringe Dicke zuläßt.
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Gemäß der vorangehenden Erläuterung ergibt sich bei einer achtpoligen
Magnetwalze der Rakel-Tonerträger-Abstand, der eine gleichförmige Begrenzung der
Tonerschicht auf ungefähr 200 ßm zuläßt, entsprechend der Flußdichte des Magnetpols
der Magnetwalze von 0,04, 0,05 bzw. 0,065 T zu 400, 500 bzw. 600 am. Diese jeweils
an den entsprechenden Flußdichte-Kurven auf getragenen Abstandswerte von 400, 500
bzw. 600 iim ergeben eine mittlere Flußdichte von ungefähr 0,135 T (1350 Gauss)
zwischen der Rakel und dem Tonerträger. Eine gerinqere Flußdichte ergibt einen übermäßig
großen Abstand zwischen der Rakel und dem Tonerträger, der gemäß der Darstellung
anhand der Fig. 6 keine brauchbare Begrenzung der Tonerschichtdicke ergibt. Aus
dem vorstehenden kann geschlossen werden, daß die Flußdichte zwischen der Rakel
und dem Tonerträger mindestens 0,135 T (1350 Gauss) betragen muß, um die Tonerschichtdicke
auf einen Wert in dem Bereich von 30 bis 300 ßm und vorzugsweise in dem Bereich
von 30 bis 200 jim zu begrenzen, wie es im vorstehenden schon erläutert wurde.
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Auf ähnliche Weise wird entsprechend einer vierpoligen, sechspoligen
bzw. achtpoligen Magnetwalze der maximale Abstand zur Erzielung einer gleichmäßigen
und kleinen Tonerschichtdicke zu ungefähr 600, 700 bzw. 800 ßm festgelegt. Das Auftragen
dieser Abstandswerte in Fig. 8 ergibt eine nahezu gerade Linie (I).
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Gemäß Fig. 8 ist die erwünschte Tonerdicken-Begrenzung offensichtlich
in einem Bereich rechts dieser Linie (I) nicht zu erzielen. Demgemäß ist es bei
der Entwicklungsvorrichtung notwendig, die Kombination aus dem Abstand zwischen
der Rakel und dem Tonerträger und der mittleren Flußdichte zwischen diesen in einem
engeren Bereich zwischen der Linie (I) und der Ordinate, d. h.
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in einem Bereich links der Linie (I) zu wählen. Bei die-
ser
Wahl wurde gemäß der vorangehenden Erläuterung die mittlere Flußdichte auf einen
Wert von mindestens 0,135 T (1350 Gauss) gewählt. Somit ist es bei der Entwicklungsvorrichtung
am günstigsten, die genannte Kombination in dem gestrichelten Bereich (A) in Fig.
8 zu wählen.
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Ferner wurde ein dem Diagramm in Fig. 6 gleichartiges Diagramm für
einen Magnetpulvergehalt von 50 Gew.-% und für vierpolige, sechspolige und achtpolige
Magnetwalzen erstellt; die auf diese Weise erzielten Werte für den eine geeignete
Tonerdicken-Begrenzung zulassenden Abstand zwischen der Rakel und dem Tonerträger
wurden in Fig. 8 aufgetragen und ergaben eine weitere strichpunktierte Linie (II),
die einen linken Bereich, in dem eine brauchbare Tonerdicken-Begrenzung möglich
ist, von einem rechten Bereich abgrenzt, in welchem die Tonerschicht für eine brauchbare
Entwicklung zu dick wird. Wie aus der Fig. 8 ersichtlich ist, schließt der Bereich
(A) den Bereich links von der Linie (II) mit ein. Dieser Umstand zeigt an, daß von
dem bei der Entwicklungsvorrichtung verwendeten Toner mit Magnetpulver in einem
Anteil von 15 bis 50 Gew.-% irgendein dieser Bedingung genügender Toner brauchbar
ist, solange der vorstehend genannte Abstand und die vorstehend genannte mittlere
Flußdichte in dem Bereich (A) gewählt werden.
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Die in den Fig. 6 bis 8 gezeigten Diagramme wurden nach Versuchsbeispielen
erstellt; der Grundgedanke bei der Entwicklungsvorrichtung ist dadurch jedoch in
keiner Weise eingeschränkt, da er sich auch bei anderen, hier nicht beschriebenen
Versuchsbeispielen bestätigt hat.
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Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann die Rakel
als einstückiges Teil des Toner-
Behälters ausgebildet sein sowie
in Richtung längs des Zylinders 8 geneigt sein.
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Gemäß den vorstehenden Ausführungen werden bei der Entwicklungsvorrichtung
ein ferromagnetischer Einkomponenten-Toner, ein nichtmagnetischer Zylinder als Tonerträger,
der einen mehrpoligen Permanentmagneten für die stabile und leicht steuerbare Tonerauflagerung
auf den Tonerträger umgibt, und ein magnetisches dünnes Rakelelement in der Nähe
der Oberfläche des Zylinders verwendet, um damit eine dünne und gleichförmige Tonerschicht
zu formen. Im Vergleich zum Halten mit Hilfe van der Falscher Kräfte oder elektrostatischer
Anziehungskräfte läßt dieses magnetische Halten der Tonerschicht an dem Tonerträger
eine weitaus gleichmäßigere, stabilere und leichter zu steuernde Tonerübertragung
zu der Ladungsbildträger-Oberfläche hin zu Die Verwendung einer magnetischen Rakel
ergibt einen magnetischen Geenpol, der einem Magnetpol des innerhalb des Tonerträgers
angeordneten Permanentmagneten gegenübergesetzt ist; dadurch werden zwangsweise
in dem Zwischenraum zwischen der Rakel und Tonerträger Tonerteilchen-Ketten aufgerichtet,
was die Erzielung einer dünneren Tonerschicht an anderen Teilen des Tonerträgers,
wie z. B. dem der Ladungsbildträger-Oberfläche gegenüberstehenden Teil erleichtert.
Ferner wird durch diese zwangsweise Bewegung die Tonerschicht gleichförmiger, was
die Formung einer dünnen und gleichförmigen Tonerschicht zuläßt, die mit einer nichtmagnetischen
Rakel nicht zu erzielen ist.
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Die vorstehende Beschreibung ist auf die Ausbildung einer dünnen
gleichförmigen Tonerschicht durch Drehung des Tonerträgers gerichtet. Im folgenden
wird ein Fall erläutert, bei dem die Magnetpole der Magnetwalze 9 in Umlauf versetzt
werden.
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Die Fig. 9 zeigt einen Aufbau, bei dem die Magnetwalze 9 in Gegenrichtung
zur Bewegung des Ladungsbildträgers 1 gedreht wird, wobei der von dem Toner-Behälter
14 zugeführte isolierende ferromagnetische Einkomponenten-Toner 12 auf den nichtmagnetischen
Zylinder 8 aufgebracht wird und die Tonerteilchen durch die Reibung zwischen der
Oberfläche des Zylinders und den Tonerteilchen eine Ladung mit der zur Polarität
des Ladungsbilds entgegengesetzten Polarität erhalten. Eine Rakel 1Ob ist nahe der
Oberfläche des Zylinders in einem Abstand von 50 bis 200 Am zu demselben angeordnet.
Die Drehzahl des mehrpoligen Permanentmagneten wird so geregelt, daß die Oberflächen-Geschwindigkeit
der Tonerschicht im wesentlichen gleich der Geschwindigkeit der Oberfläche des Ladungsbildträgers
1 oder nahe dieser Geschwindigkeit ist.
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Es wird beispielsweise eine Permanentmagnet-Walze mit sechs Polen
in gleichen Abständen verwendet, die für eine Flußdichte von 0,065 T (650 Gauss)
in abwechselnder Polarität magnetisiert sind. Die Verwendung einer derartigen umlaufenden
Magnetwalze ergibt jedoch nicht eine dünne gleichförmige Tonerschicht, sondern eine
zwar in der Stärke gleichförmige, jedoch dicke Tonerschicht, die aufgrund der direkten
Berührung der Tonerschicht mit dem Ladungsbildträger die bei der Entwicklungsvorrichtung
angestrebte brauchbare Entwicklung unmöglich macht. Darüber hinaus ergibt eine derartige
dicke Tonerschicht aufgrund der unzureichenden Reibungsladung der jeweiligen Tonerteilchen
mit dem Tonerträger eine verschlechterte Bildqualität. Bei diesem Aufbau steht aufgrund
der Drehbewegung der Magnetwalze die Rakel 1Ob periodisch außer Gegenübersetzung
zu irgendeinem Magnetpol, so daß zwischen der Rakel und dem Zylinder aufgrund des
Fehlens eines zwischenliegenden Magnetfelds bei diesem Zustand kein Tonervorhang
gebildet wird.
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Daher können die Tonerteilchen unter der Rakel hindurchgeiangen, so
daß eine dicke Tonerschicht entsteht.
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Hinsichtlich des bei der Entwicklungsvorrichtung zu verwendenden
magnetischen Toners besteht keine Einschränkung auf die Zusammensetzung und die
mittlere Teilchengröße gemäß den vorangehenden Ausführungen hinsichtlich der Ausführungsbeispiele;
vielmehr enthält der magnetische Toner allgemein Tonerteilchen, die aus verschiedenerlei
Harzen für die Induktion einer vorbestimmten Ladung durch Reibung mit dem Tonerträger
zusammengesetzt sind, eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 5 bis 30 um haben
und einen Gehalt an magnetischem Pulver wie Magnetit im Bereich von 15 bis 50 Gew.-%
haben.
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Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Tonerträger
an dem Rahmen der Vorrichtung mit Masse verbunden, jedoch kann auch an den Tonerträger
eine Gleich- oder Wechsel-Vorspannung angelegt werden. Die Verwendung einer Wechsel-Vorspannung
ist in Einzelheiten in den US-Patentanmeldungen Ser.-No. 58434 und 58435 beschrieben.
Beispielsweise wurde die Reproduktion eines schleierfreien sichtbaren Bilds mit
zufriedenstellender stufenloser Tönung dadurch erzielt, daß bei dem vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ein Ladungsbild mit den Potentialen 500 bzw. O V
in der Bildfläche bzw. der bildfreien Fläche erzeugt wurde und zwischen den Ladungsbildträger
und den Tonerträger mittels einer Spannungsquelle 13 eine Spannung mit einer Wechsel-Kurvenform
angelegt wurde, die Spitzenwerte von 600 V und -200 V hatte und mit einer Gleichspannungs-Komponente
überlagert war. Eine gleichartige Wirkung kann mit einer verzerrten Wechselspannungs-Kurvenform
oder einer Rechteck-Kurvenform erzielt werden. Beim Anlegen der Wechsel-Vorspannung
wird der Tonerträyer in dem Entwicklungsbereich in einem Abstand von 100 bis 500
um und vorzugsweise von 200 bis 300 um von der Oberfläche des Ladungsbildträgers
entfernt angeordnet. Dabei wird gemäß den
vorangehenden Ausführungen
die Tonerschicht dünner als dieser Abstand geformt, wie z. B. in einem Bereich von
30 bis 300 um oder vorzugsweise in dem Bereich von 30 bis 200 um; dadurch wird zwischen
der Oberfläche der Tonerschicht und der Oberfläche des Ladungsbildträgers ein Zwischenraum
gebildet. Das elektrische Wechselfeld an diesem Zwischenraum bewirkt eine Hin- und
Herbewegung der Tonerteilchen in dem Zwischenraum, wodurch eine brauchbare Entwicklung
herbeigeführt wird. Für die Entwicklung und die nachfolgende Bilaübertragung ist
der Toner vorzugsweise isolierend.
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Bei der Bildentwicklung mit einer Entwicklungsvorrichtung gemäß der
vorangehenden Beschreibung und mit einem Toner mit der.vorstehend genannten mittleren
Teilchengröße und dem vorstehend genannten Magnetpulvergehalt wird häufig beobachtet,
daß selbst dann, wenn der Toner ausreichend zugeführt wird, an einem neu erzielten
sichtbaren Bild ein Geisterbild des zuvor entwickelten Bilds erscheint. Obgleich
dies noch nicht völlig geklärt ist, wird angenommen, daß diese Erscheinung auf die
folgende Ursache zurückzuführen ist: Die Fig. 10 zeigt schematisch den Zusammenhang
zwischen einer magnetischen Rakel 15 und einem Magneten 17, der innerhalb eines
nichtmagnetischen Zylinders bzw. einer nichtmagnetischen Trommel 16 angeordnet ist.
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Das aus dem Magneten 17 austretende Magnetfeld wird durch die magnetische
Rakel 15 verzerrt, wobei magnetische Kraftlinien entstehen, wie sie durch die gestrichelten
Linien dargestellt sind. Außerhalb des Bereichs der Rakel 15 werden die magnetischen
Kraftlinien von dem Magneten weggelenkt, da in dem Zylinder nicht gezeigte Tonertransport-Magnetpole
vorhanden sind. Die Tonerteilchen, die gemäß der vorangehenden Erläuterung Magnetpulver
enthalten, werden in dem Magnetfeld so magneti-
siert, daß sie
magnetische Dipole bilden. Da das Dipol-Moment M des Tonerteilchens durch M = (u
- 1)H gegeben ist, wobei ß die Permeabilitäts-Konstante der Tonerteilchen ist und
H die Magnetfeldstärke ist, wird von dem Magnetfeld an den Tonerteilchen eine Kraft
F = (M.V)H I ( - 1) (H.V)H (1) ausgeübt. Das heißt, an den Tonerteilchen wird eine
Kraft ausgeübt, die zu einer Stelle hin gerichtet ist, an der die magnetischen Kraftlinien
konzentriert sind.
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Die magnetische Rakel 15 bewirkt, daß die von dem gegenübergesetzten
Magnetpol austretenden magnetischen Kraftlinien an dem Vorderrand 15a der Rakel
zusammenlaufen, wodurch die Ablösung der Tonerteilchen von der Zylinder-Oberfläche
unterhalb des Vorderrands der Rakel und die Verbindung dieser Tonerteilchen mit
der Rakel erleichtert wird. Ein Abstoß-Abschnitt 15b der Rakel bewirkt im Gegensatz
dazu, daß die magnetischen Kraftlinien an dem Zylinder konzentriert werden, wodurch
eine Anzugskraft zu dem Zylinder hin erzeugt wird. Da der Vorderrand der magnetischen
Rakel scharf zugespitzt ist, um eine beachtlich große Tonerablösungskraft zu erzeugen,
wird gemäß der Darstellung in Fig. 11 die Dicke der auf diese Weise geformten Tonerschicht
um ein Mehrfaches geringer als der Abstand zwischen dem Zylinder und der Rakel.
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Zur Erzielung des Transports der Toner-Bürste ist es notwendig, daß
die sich aus der Bindungskraft der Tonerteilchen mit dem Zylinder ergebende Reibungskraft
zwischen dem Zylinder und den Tonerteilchen größer als die Bindungskraft des Magnetfelds
ist. Die Bindungskraft der Tonerteilchen an dem Zylinder beruht grundsätzlich auf
der zwischenmolekularen Kraft und der Spiege-
lungs- bzw. gegenseitigen
Abstoßkraft des geladenen Toners. Auch in der Toner-Bürste werden die zu einer Kette
aufgereihten Tonerteilchen jeweils in Richtung des Magnetfelds magnetisiert, was
eine starke wechselseitige Zwischenwirkung hervorruft (Anzugswirkung).
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Wenn die Magnetisierung an einem bestimmten Tonerteilchen schwach
ist, wird an dem Ort dieses Tonerteilchens die Zwischenwirkung schwächer, so daß
die Bürste zum Abbrechen an dieser Stelle neigt, wenn sie einer seitlichen Kraft
ausgesetzt wird.
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Aufgrund der Art des Tonerherstellungsverfahrens ist es nicht möglich,
völlig gleichförmige Tonerteilchen zu erzielen, so daß die zwischenmolekularen Kräfte,
das Ausmaß der Ladung und das Ausmaß der Magnetisierung der Tonerteilchen unvermeidbar
eine bestimmte Verteilung haben. Beim Aufbringen eines Toners mit einer derartigen
Verteilung wächst das Ausmaß des Aufbringens allmählich mit dem Umlauf des Zylinders,
da die mit den geeigneten Eigenschaften versehenen Teilchen selektiv aufgebracht
werden. Nach einer Drehung des Zylinders nimmt die Toner-Bürste nicht den Ausgangszustand
an, da der Toner vor der magnetischen Rakel ergänzt wird. Die Bildung des Geisterbilds
ist wahrscheinlich auf dem im vorstehenden erläuterten Vorgang begründet.
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Die Tonerteilchen haben nicht festgelegte Formen mit unregelmäßigen
Oberflächen und zeigen Schwankungen hinsichtlich des Gehalts und des Ausmaßes des
Verteilung des enthaltenen magnetischen Pulvers. Folglich ergibt sich bei dem Ausmaß
der Magnetisierung der Tonerteilchen eine breite Verteilung. Eine Auswirkung dieser
Verteilung kann dadurch vermieden werden, daß die Stärke des der magnetischen Rakel
gegenüberstehenden Magnetpols zumindest auf einen vorbestimmten Wert gesteigert
wird.
Dies ist darauf zurückzuführen, daß die durch F = - (p V)H gegebene Bindekraft mittels
des magnetischen Felds annähernd als zu H² proportional angesehen werden kann, da
aufgrund des gleichförmigen Zustands des magnetischen Felds VH als zu H proportional
angesehen werden kann, und daß bei einer gegebenen Bindekraft F, einer kleinen Permeabilitäts-Konstante
W und einer großen Feldstärke H die Wirkung der Permeabilitäts-Konstante A schnell
abnimmt.
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Gemäß vorgenommenen Versuchen wird die Geisterbild-Entstehung nahezu
vollständig dann ausgeschaltet, wenn die als Zylinder-Oberflächen-Flußdichte ohne
die magnetische Rakel gemessene Stärke des der magnetischen Rakel gegenübergesetzten
Magnetpols auf zumindest 0,075 T (750 Gauss) gewählt wird, wie es später in Einzelheiten
beschrieben wird. Bei diesen Versuchen wurde ferner festgestellt, daß das Auftreten
des Geisterbilds nahezu ausschließlich von der Stärke des Tonerschicht-Begrenzungs-Magnetpols
abhängt. Dies ist wahrscheinlich dem Umstand zuzuschreiben, daß die Reibungsladung
der Tonerteilchen nicht in einem derartigen Ausmaß wie die Magnetisierung der Teilchen
schwankt, da die zwischenmolekularen Kräfte der Tonerteilchen in erster Linie von
deren Weichheit bzw. Härte abhängen, die durch den Harzbestandteil bestimmt ist,
und ferner die Tonerteilchen vor der magnetischen Rakel einem kräftigen Rührvorgang
unterworfen sind.
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Nachstehend werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Entwicklungsvorrichtung
beschrieben:
Beispiel 1 Mit der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung
wurde eine Bildentwicklung ausgeführt, wobei der der magnetischen Rakel 10 gegenüberstehende
(nachstehend als Schneide-Pol bezeichnete) Magnetpol 9a mit einer Flußdichte von
0,065 T (650 Gauss) gewählt wurde, die nach Entfernung der magnetischen Rakel 10
an der Oberfläche des (nachstehend auch als TrommeL bezeichneten) nichtmagnetischen
Zylinders 11 gemessen wurde. Das erzielte sichtbare Bild zeigte ein (negatives)
Umkehr-Geisterbild des vorangehend entwickelten Bilds.
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Beispiel 2 Nach Fig. 12 wird eine Ladungsbild-Trägerfläche 18 in
Pfeilrichtung bewegt und ein mehrpoliger Permanentmagnet 19 ortsfest gehalten, während
ein nichtmagnetischer zylindrischer Tonerträger 20 in der der Bewegungsrichtung
der Trägerfläche 18 entsprechenden Richtung gedreht wird, wobei ein von einem Behälter
21 zugeführter isolierender ferromagnetischer Einkomponenten-Toner 22 auf die Oberfläche
des nichtmagnetischen Zylinders aufgebracht wird. Der Zylinder und die Tonerteilchen
sind in der Ladungsreihe so gewählt, daß die Tonerteilchen durch die Reibungs-Ladung
mit der Oberfläche des Zylinders eine Ladung mit zur Polarität des Ladungsbilds
entgegengesetzter Polarität erhalten. Ferner wird eine Eisen-Rakel 23 in der Nähe
der Zylinder-Oberfläche in einem Abstand von 50 bis 500 um angeordnet und hat die
Form einer dünnen Platte, die sich längs der Mantellinie des Zylinders erstreckt.
Die Rakel ist einem Magnetpol 19a des Permanentmagneten 19 gegenübergesetzt, um
dadurch die Tonerschicht auf eine gleichförmige Dicke im Bereich von 30 bis 300
um und vorzugsweise im Bereich
von 30 bis 200 um zu begrenzen.
Die Drehzahl des Zylinders ist so gewählt, daß die Umfangsgeschwindigkeit und vorzugsweise
die innere Geschwindigkeit der Tonerschicht im wesentlichen gleich der Geschwindigkeit
der Ladungsbild-Trägerfläche ist oder dieser Geschwindigkeit nahekomn1t. Die einen
Gegenpol bildende Rakel 23 kann statt aus Eisen aus einem anderen magnetischen Material
oder einem Magnet gebildet sein.
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Der verwendete magnetische Toner hat eine mittlere Teilchengröße
im Bereich von 5 bis 30 um und ist nach dem bekannten Verfahren aus einer Mischung
von 65 Teilen Polystyrol, 25 Teilen Magnetit, 3 Teilen eines Ladungsreguliermittels
und 6 Teilen Kohle bzw. Kohlenruß hergestellt. Zu diesem Zweck kann jedoch auch
irgendein anderer bekannter magnetischer Toner mit der vorstehend genannten Teilchengröße-Verteilung
und einem Magnetpulver-Gehalt in einem Anteil von 15 bis 50 Gew.-% verwendet werden.
Der Tonerträger ist durch einen nichtmagnetischen Aluminium-Zylinder gebildet. Der
mehrpolige Permanentmagnet ist durch eine Magnetwalze gebildet, die in gleichmäßig
aufgeteilten acht Segmenten abwechselnd magnetisiert ist. Ein weiterer Magnetpol
ist an dem engsten Zwischenraum zwischen dem Tonerträger und dem Ladungsbildträger
angeordnet, der ein Ladungsbild mit einem Potentialkontrast von ungefähr 600 V trägt,
Bei der Entwicklung wurde ein zufriedenstellendes Bild ohne Geisterbild erzielt,
wenn die Oberflächen-Flußdichte des Pols 19a zu 0,085 T (850 Gauss) gewählt wurde.
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Beispiel 3 Es wird nun auf die Fig. 13 Bezug genommen, in der 24
ein Ladungsbildträger ist, der mit einer mit einer Isolierschicht überdeckten CdS-Schicht
versehen ist, während 25 eine Rückseiten- bzw. Gegenelektrode ist und der Ladungsbildträger
24 und die Elektrode 25 eine photoempfindliche Trommel bilden. 26 ist eine Trommel
bzw. ein Zylinder aus nichtmagnetischem Edelstahl, der einen darin enthaltenen Magneten
27 umkreist.
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Der Ladungsbildträger wird mittels bekannter Abstands halter auf einem
Mindestabstand von 300 um von dem Zylinder 26 gehalten. 28 ist ein magnetischer
Einkomponenten-Entwickler, der in einem Behälter 29 enthalten ist und aus einer
zerkleinerten Mischung aus 70 Gew eines Styrol-Maleinsäure-Harzes, 25 Gew.-% Ferrit,
3 Gew.-% Kohlenruß und 2 Gew.-% eines Negativladungs-Reguliermittels (Cr-II) zusammengesetzt
ist, wobei der Mischung schließlich zur Verbesserung der Fließfähigkeit ein Anteil
von 0,2 Gew.-% koiloiden Siliciumdioxids hinzugefügt ist. Die mittlere Teilchengröße
ist 8 um.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine magnetische Rakel 30 durch
eine Eisen-Rakel mit einer Vorderrand-Breite von 0,5 mm gebildet, während der Zylinder
26 ein Edelstahl-Zylinder mit einem Außendurchmesser von 32 mm und einer Dicke von
1 mm ist. Der der Rakel gegenüberstehende Magnetpol hat eine Zylinder-Oberflächen-Flußdichte
von 0,08 T (800 Gauss) bei einer Magnetisierungs-Breite von 5 mm. Die unter den
vorstehend beschriebenen Umständen mit einer Prozeß-Geschwindigkeit von 120 mm/s
ausgeführte Entwicklung ergab ein völlig von Geisterbildern freies sichtbares Bild
unter bemerkenswertem Gegensatz zu dem Fall, daß eine Zylinder-Oberflächen-Flußdichte
von 0,06 T (600 Gauss) angewandt wurde.
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Mit einer veränderbaren Wechselspannungsquelle 31 wird zwischen die
Gegenelektrode 25 und den leitenden Teil des Zylinders 26 eine Wechselvorspannung
angelegt.
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Die Rakel 30 wird auf dem gleichen Potential wie der Zylinder 2b gehalten,
um sich aus der Anwendung der Wechseispannung ergebende periodische Unebenheiten
bei dem Tonerauftrag zu verhindern. 32 ist eine Spannungssteuerschaltung. Die Wirkung
der zwischen die Gegenelektrode des photoempfindlichen Materials und den Zylinder
bei der Bildentwicklung angelegten Wechselvorspannung ist in Einzelheiten in den
US-Patentanmeldungen Ser.-No. 58434 und 58435 beschrieben, so daß diese Beschreibung
hier nicht wiederholt ist.
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Das Ladungsbild hatte Potentiale von 500 V bzw.
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O V in dem Bildbereich bzw. dem bildfreien Bereich, während die von
außen angelegte Wechselspannung mit einer Frequenz von 400 Hz und einem Spitzen-Spitzen-Wert
voii 1500 V zu einem Positiv-Negativ-Amplitudenverhältnis von ungefähr 3:1 verzerrt
war. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, aufgrund der Ausbildung
einer gleichförmigen Tonerschicht ein schleierfreies sichtbares Bild hoher Qualität
mit breiter Tönungswiedergabe und verbesserter Bildschärfe zu erzielen.
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Die Fig. 14A zeigt ein Beispiel der Spannungssteuerschaltung zur
Erzielung einer verzerrten sinusförmigen Welle gemäß der Darstellung in Fig. 14B.
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In dieser Schaltung wird allein die negative Phase einer Sinusspannung
mit- einer Diode 33 und Widerständen 34 und 35 unterdrückt, um die verzerrte Sinuswelle
zu erzielen; durch Änderung des Ausgangs-Widerstands 34 an einem Ausc3an(3sanschluB
0 ist es möglich,
die Spannung der negativen Phase zu regeln. Im
Vergleich zu herkömmlichen schweren Gleichspannungsquellen ermöglicht diese Schaltung
einen weitaus einfacheren Schaltungsaufbau.
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Beispiel 4 Bei einer Entwicklungsvorrichtung gemäß der Darstellung
in Fig. 13 und in Verbindung mit einem magnetischen Toner mit einer mittleren Teilchengröße
von 7 bis 15 um wurde die Bildqualität als Funktion des Magnetpulvergehalts des
Toners und der Zylinder-Oberflächen-Flußdichte des Schneide-Pols 27a bewertet.
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Die erzielten Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengefaßt,
in welcher die Bildqualität in drei Grade mit A: zufriedenstellendes Bild ohne Geisterbild,
B: mit Ausnahme einer geringen Geisterbild-Entstehung nahezu zufriedenstellendes
Bild und C: Bild mit sichtbarer Geisterbild-Entstehung eingeteilt wurde, während
die Oberflächen-Flußdichte des der magnetischen Rakel 30 gegenübergesetzten Schneide-Magnetpols
27a zu 0,05, 0,06, 0,075, 0,085, 0,1 bzw.
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0,12 T gestuft wurde und der Magnetpulvergehalt des Toners schrittweise
von 10 bis 60 Gew.-% gestuft wurde. Die Ergebnisse zeigen, daß ein Magnetpulvergehalt
von weniger als 10 Gew.-°Õ unabhängig von der Magnetpolstärke zu einer Schleierbildung
und einem unzureichenden Magnettoner-Transport führt, während ein Gehalt von über
50 Gew.-% gleichfalls unabhängig von der Magnetpolstärke ein unzureichendes Fixieren
bzw. ein grobes Bild ergibt.
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Tabelle 1 Magnetpulver-Gehalt (Gew.-%) Schneide-Pol-Stärke (T) 10
15 25 35 50 60 0,05 Schleier- C C C B Unzureichen-0,06 bildung, C C B B des Fixieren,
0,075 unzureichen- B A A A grobes 0,085 der Toner- A A A A Bild 0,1 transport A
A A B' 0,12 A A B' B' A: Zufriedenstellendes Bild hoher Qualität B: Bild mit einem
geringfügigen Geisterbild B': Geisterbild-freies Bild C: Bild mit Geisterbild
Bei
einer Oberflächen-Flußdichte des Schneide-Pols von weniger als 0,075 T (750 Gauss)
besteht die Tendenz zur Erzeugung eines Geisterbilds, wobei diese Tendenz besonders
bei einem Toner mit verringertem Magnetpulvergehalt ausgeprägt ist. Folglich wird
bei der Entwicklungsvorrichtung die Oberflächen-Flußdichte des Schneide-Magnetpols
vorzugsweise zu 0,075 T (750 Gauss) oder höher gewählt. Eine Oberflächen-Flußdichte
von 0,075 T oder darüber stellt ein zufriedenstellendes Bild ohne Geisterbild mit
irgendeinem beliebigen Toner mit einem Magnetpulvergehalt in dem Bereich von 15
bis 50 Gew.-% sicher.
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Wenn die Schneide-Polstärke 0,1 T (1000 Gauss) übersteigt, wird in
Verbindung mit einem Toner mit einem verhältnismäßig hohen Magnetpulvergehalt eine
Neigung zur Verringerung der Bilddichte beobachtet, wie es in der Tabelle 1 durch
B' dargestellt ist.
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Diese Erscheinung beruht auf einer sich aus einem starken Magnetfeld
ergebenden Verringerung der Tonerdicke.
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Hinsichtlich der Entwicklungsvorrichtung besteht keinerlei Einschränkung
auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele; vielmehr wird allgemein eine
Entwicklungsvorrichtung geschaffen, die eine drehende nichtmagnetische Entwicklerträgervorrichtung,
eine magnetische Entwicklerdicken-Begrenzungsvorrichtung und eine Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung
aufweist, die von der Entwicklerträgervorrichtung umgeben ist und die wenigstens
einen der Entwicklerdicken-Begrenzungsvorrichtung gegenübergesetzt gehaltenen Magnetpol
hat, und bei der ein magnetischer Einkomponenten-Entwickler verwendet wird, der
eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 5 bis 30 um hat und der Magnetpulver
in einem Anteil im Bereich von 15 bis 50
Gew.-% enthält, während
der der Entwicklerdicken-Begrenzungsvorrichtung gegenübergesetzt gehaltene Magnetpol
zur Erzeugung einer Magnetfeldstärke Von nicht weniger als 0,075 T (750 Gauss) an
der Oberfläche der Entwicklerträgervorrichtung ausgelegt ist, wenn ohne die Entwicklerdicken-Begrenzungsvorrichtung
gemessen wird. Die Vorteile der Entwicklungsvorrichtung können daher beispielsweise
folgendermaßen ausgedrückt werden: (1) Die Formung einer gleichförmigen Magnetentwickler-Schicht
mit einer gleichmäßigen geringen Dicke an der Oberfläche der Entwicklerträgervorrichtung
läßt die Erzielung eines sichtbaren Bilds hoher Qualität zu, das völlig frei von
einem Geisterbild ist.
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(2) Das Fehlen des Geisterbilds ermöglicht ein wiederholtes Kopieren
mit hoher Geschwindigkeit.
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(3) Das zwischen der magnetischen Entwicklerdicken-Begrenzungsvorrichtung
und dem gegenübergesetzten Magnetpol gebildete Bindungs-Magnetfeld ermöglicht bei
Einstellung auf einen bestimmten Wert durch geeignete Wahl der Oberflächen-Flußdichte
des Magnetpols eine stabile Formung einer kontinuierlichen dünnen Entwicklerschicht,
was eine Vereinfachung des Aufbaus der Entwicklungsvorrichtung zuläßt.
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Die bei der Entwicklungsvorrichtung angewandte Bildentwicklung beruht
be fehlender Wechselvorspannung darauf, daß auf dem Tonerträger eine Tonerschicht
mit einer Dicke gebildet wird, die kleiner als der Zwischenraum zwischen dem Tonerträger
und der Oberfläche des Ladungsbildträgers ist; dadurch erfolgt eine Tonerübertragung
zu der Ladungsbildträger-Oberfläche in dem'Bildbereich des Ladungsbilds. Bei dieser
Übertragung wird die Dicke der dem Bildbereich
entsprechenden Tonerschicht
in Richtung des elektrischen Felds unter dessen Anzugswirkung gesteigert, während
zugleich unter Einwirkung des von dem Magnetpol austretenden Magnetfelds der Toner
gestreckt und in Form von Spitzen aufgerichtet wird (wobei diese Erscheinung nachstehend
als Toner-Auf richtung bezeichnet wird). Wenn die Tonerschicht nahe an die Ladungsbildträgerfläche
herangebracht wird, kommt der gestreckte Teil des Toners in direkte Berührung mit
dem Bildbereich des Ladungsbildträgers; wenn der Tonerträger von der Ladungsbildträgerfläche
entfernt wird, wird der Toner an der Ladungsbildträgerfläche zurückgehalten, wodurch
die Bildentwicklung abgeschlossen wird. Dieser Entwicklungsvorgang unterscheidet
sich von der sog.
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Kontakt entwicklung oder Tonerübertragungs-Entwicklung; es wird vielmehr
eine Bildentwicklung dadurch erzielt, daß der Toner durch die vorstehend genannte
Toner-Aufrichtung mit dem Bildbereich in Berührung kommt, während er außer Berührung
zum bildfreien Bereich gehalten wird.
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Falls der Abstand zwischen der Oberfläche der Tonerschicht und der
Oberfläche des Ladungsbildträgers größer als der im vorstehend beschriebene Abstand
ist, scheint die Bildentwicklung mittels der vorstehend erläuterten Toner-Aufrichtung
auch durch eine Entwicklungserscheinung unterstützt zu sein, bei welcher von den
Enden der in dem elektrischen Feld gestreckten, die Ladungsbild-Trägerfläche jedoch
nicht berührenden Tonerspitzen Tonerteilchen abgerissen und zu der Ladungsbild-Trägerfläche
hin bewegt werden.
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Mit der Entwicklungsvorrichtung ist es ermöglicht, die Entwicklung
aufgrund der vorstehend genannten Toner-Aufrichtung und der zugleich damit bestehenden
Entwicklung durch die vorstehend erläuterte Toner-
Bewegung entsprechend
dem Abstand zwischen der Ladungsbildträger-Oberfläche und dem Tonerträger herbeizuführen.
Auf diese Weise wird durch die Anwendung der Entwicklung mittels der Toner-Aufrichtung,
bei der die Tonerschicht so gestreckt wird, daß sie in direkte Berührung mit dem
Bildbereich der Ladungsbildträger-Fläche kommt, die Abhängigkeit von über den Abstand
fliegenden Tonerteilchen verringert, wodurch die Einflüsse durch eine Luftströmung
in dem Zwischenraum-Abstand, durch das Gewicht des Toners und durch Vibrationen
der Ladungsbildträger-Fläche oder des Tonerträgers beträchtlich verringert werden.
Auf diese Weise ist es ermöglicht, ein sichtbares Bild mit hervorragender Bildqualität
zu erzielen, das eine vorlagengetreue Bildwiedergabe-Fähigkeit zeigt und nicht mit
einer Hintergrund-Schleierbildung verbunden ist, und zur Erfüllung dieser Bedingungen
die Dimensionen der unterschiedlichen Teile der Entwicklungsvorrichtung vorteilhaft
zu wählen. Zum Sicherstellen einer zufriedenstellenden Toner-Auf richtung wird der
Abstand zwischen der Oberfläche der Tonerschicht bei dem einem bildfreien Bereich
entsprechenden nicht gestreckten Zustand und der Ladungshildträger-Oberfläche vorzugsweise
so gewählt, daß er nicht das Dreifache der Tonerschichtdicke übersteigt. Ferner
wird zum Ausführen der vorstehend angeführten Entwicklung, die hauptsächlich auf
der Toner-Aufrichtung beruht und die mit der Toner-Flugbewegung verbunden ist, dieser
Abstand so gewählt, daß er nicht das Zehnfache der Tonerdchichtdicke übersteigt.
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Entsprechend experimentellen und theoretischen Analysen wird der
Abstand D zwischen dem Tonerträger und der Oberfläche des Ladungsbildträgers vorzugsweise
in einem Bereich von 50 um * D 500 um gehalten,
wobei die obere
Grenze durch die Erfordernis zur zufriedenstellenden Entwicklung von mit der kleinsten
im Handel gängigen Typenschrift (100 um) gedruckten Zeichen bestimmt ist, während
die untere Grenze im Zusammenhang mit der Tonerschichtdicke bestimmt ist.
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Ferner wird die Dicke a der auf dem Tonerträger geformten Tonerschicht
vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 30 um < a @ 300 um gehalten. Bei der
Entwicklung wird bei Vorhandensein eines Maqnetfelds die Tonerschicht in die Form
von Spitzen zu einer Höhe gestreckt, die gemäß der vorangehenden Beschreibung annähernd
gleich dem Dreifachen der Tonerschichtdicke ist. Damit die Oberfläche der Tonerschicht
die Bildträgerfläche erreichen kann, sollte daher der Zwischenraum b zwischen der
Oberfläche der Tonerschicht und der Oberfläche des Ladungsbildträgers in einem Bereich
von b s 300 um gehalten werden. Im allgemeinen kann ein vorteilhaftes Ergebnis durch
die Wahl des Werts b in einem Bereich von b t a/5 erzielt werden. Die Lageeinstellung
der Ladungsbildträger-Oberfläche in einem vorbestimmten Abstand zu dem Tonerträger
kann mittels eines Abstandshalters, einer Walze, einer Feder oder irgendeinem anderen
Paßelement bewerkstelligt werden, die mit der Bildträgerfläche oder deren Rückseiten-Elektrode
in Eingriff stehen und mit dem Tonerträger verbunden sind.
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Zusätzlich zu den vorangehend angeführten Vorteilen ermöglicht die
Entwicklungsvorrichtung die Schaffung eines schleierfreien sichtbaren Bilds mit
breiter Tönungswiedergabe durch die Verwendung einer Wechselvorspannung. Ferner
läßt die Entwicklungsvorrichtung bei der Anwendung in einem Kopier- oder Aufzeichnungsgerät,
bei dem ein Bildübertragungsschritt angewandt wird, eine hervorragende Bildüber-
tragung
zu, wobei ein schleierfreies Bild mit außerordentlich verbesserter Bildqualität
auf gewöhnlichem Papier erzielt wird.
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Mit der Erfindung ist eine Entwicklungsvorrichtung geschaffen, die
einen drehbaren Tonerträger, einen feststehend in diesem angeordneten Magneten und
eine magnetische Klinge bzw. Rakel aufweist, welche zur Begrenzung der Dicke der
auf dem Tonerträger ausgebildeten Tonerschicht nahe dem Tonerträger angeordnet und
einem Schneide-Magnetpol des Magneten gegenübergesetzt ist. Der verwendete Toner
hat eine mittlere Teilchengröße von 5 bis 30 um und enthält Magnetpulver in einem
Anteil von 15 bis 50 Gew.-%. Das Magnetfeld zwischen der magnetischen Rakel und
dem Schneide-Magnetpol wird auf einer mittleren Magnetflußdichte von nicht weniger
als 0,135 T (1350 Gauss) gehalten.
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L e e r s e i t e