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Verfahren und Vorrichtung zur Bildentwicklung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Entwicklung eines Ladungsbildes unter Verwendung eines Entwicklers und betrifft
insbesondere ein mit einem Einkomponenten-Entwickler arbeitendes Entwicklungsverfahren,
das die Herstellung sichtbarer Bilder von hervorragender Bildschärfe und Tönung
ohne jegliche Schleierbildung ermöglicht, sowie eine Entwicklungsvorrichtung zur
Durchführung des Entwicklungsverfahrens.
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Es sind bereits Entwicklungsverfahren verschiedener Art bekannt,
bei denen ein Einkomponenten-Entwickler Verwendung findet, und zwar z. B. das sog.
Pulverwolken-Entwicklungsverfahren, bei dem Tonerpartikel in verwirbeltem Zustand
bzw. in Form einer Tonerwolke verwendet werden, das Kontakt-Entwicklungsverfahren,
bei dem eine gleichmäßige Tonerschicht, die auf einem aus einem Gewebe oder einem
Blatt bestehenden Toner-Trägerteil ausgebildet ist, zur Erzielung einer Entwicklung
mit der Trägerfläche eines elektrostatischen Ladungsbildes in Berührung gebracht
wird, und das Magnet-Trockenentwick-
lungsverfahren, bei dem leitfähiger
magnetischer Toner in Form einer Magnetbürste zur Durchführung der Entwicklung mit
der Trägerfläche eines elektrostatischen Ladungsbildes in Berührung gebracht wird.
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Bei diesen mit einem Einkomponenten-Entwickler arbeitenden Entwicklungsverfahren
erfolgt die Durchführung des sog. Pulverwolken-Entwicklungsverfahrens, des Kontakt-Entwicklungsverfahrens
und des Magnet-Trockenentwicklungsverfahrens derart, daß der Toner sowohl mit dem
Bildbereich (dem Flächenbereich, an dem der Toner haften soll) als auch mit dem
bildfreien Bereich (dem Hintergrundbereich, an dem der Toner nicht haften soll)
in Berührung gerät und damit mehr oder weniger auch den bildfreien Bereich bedeckt,
was zwangsläufig eine sog. Schleierbildung verursacht.
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Zur Vermeidung einer solchen Schleierbildung oder Tonerablagerung
in Hintergrundbereichen ist bereits eine sog. Ubertragungsentwicklung mit einem
Zwischenraum zwischen einem Toner-Zuführungsteil und einem Bildträger vorgeschlagen
worden, bei der eine Tonerschicht und die Trägerfläche eines elektrostatischen Ladungsbildes
während des Entwicklungsvorganges mit einem derartigen Abstand einander gegenüberliegend
angeordnet sind, daß der Toner aufgrund des von dem Bildbereich erzeugten elektrostatischen
Feldes auf den Bildbereich übertritt und mit dem bildfreien Bereich nicht in Berührung
gelangt. Eine solche Entwicklung ist z. B.
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in den US-Patentschriften 2 803 177, 2 758 525, 2 838 997, 2 839 400,
2 862 816, 2 996 400, 3 232 190 und 3 703 157 beschrieben und stellt ein äußerst
wirksames Verfahren zur Verhinderung der Schleierbildung dar. Allerdings weist das
mittels dieses Entwicklungsverfahrens erhaltene sichtbare Bild im allgemeinen die
nachstehend aufgeführ-
ten Nachteile auf, da das Übertreten des
Toners während der Entwicklung in Form einer Flugbewegung erfolgt, die auf dem elektrischen
Feld des elektrostatischen Ladungsbildes beruht.
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Ein erster Nachteil besteht darin, daß die Bildschärfe an den Bildrändern
reduziert ist. Das elektrische Feld des elektrostatischen Ladungsbildes ist an dessen
Rändern derart ausgebildet, daß bei Verwendung eines elektrisch leitenden Bauteils
als Entwickler-Trägerteil die von dem Bildbereich ausgehenden elektrischen Kraftlinien
das Toner-Trägerteil bzw. Entwickler-Trägerteil erreichen, so daß die Tonerpartikel
entlang dieser elektrischen Kraftlinien übertreten und an der Oberfläche des photoempfindlichen
Materials haften, wodurch die Entwicklung in der Nähe der Mitte des Bildbereiches
erfolgt. An den Rändern des Bildbereiches erreichen die elektrischen Kraftlinien
jedoch aufgrund der in dem bildfreien Bereich induzierten Ladung nicht das Toner-Trägerteil,
so daß das Haften der übertretenden Tonerpartikel in sehr willkürlicher, unzuverlässiger
Weise erfolgt und einige dieser Tonerpartikel kaum haften, während in anderen Fällen
eine Haftung der Tonerpartikel ganz ausbleibt. Das sich ergebende Bild ist daher
undeutlich und weist keine Bildschärfe an den Rändern des Bildbereiches auf, wobei
entwickelte Bildlinien den Eindruck vermitteln, daß sie dünner als die Originallinien
sind.
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Zur Vermeidung dieser Erscheinungen muß bei der Toner-Übertragungsentwicklung
der Abstand zwischen der Trägerfläche des elektrostatischen Ladungsbildes und der
Oberfläche des Entwickler-Trägerteils ausreichend klein sein (z. B. kleiner als
100 ßm), was in der Praxis dazu führt, daß Störungen, wie z. B. eine Druckberührung
des Entwicklers und Zusammenballungen von Fremdstoffen,zwischen diesen beiden Oberflächen
auftreten. Darüber hinaus führt die Aufrechterhaltung eines derart feinen Zwischen-
raumes
häufig zu Schwierigkeiten bei der Konstruktion der Vorrichtung.
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Ein zweites Problem besteht darin, daß sich bei den mit Hilfe dieser
Toner-Übertragungsentwicklung erhaltenen Bildern gewöhnlich keine Bildtönungen wiedergeben
lassen. Bei der Toner-Übertragungsentwicklung erfolgt nämlich kein Übertreten des
Toners, bevor der Toner nicht die Haftkraft an dem Toner-Trägerteil durch das elektrische
Feld des elektrostatischen Ladungsbildes überwindet. Diese Kraft, die den Toner
an dem Toner-Trägerteil festhält, stellt die resultierende Kraft aus der van der
Waal'schen Kraft zwischen dem Toner und dem Toner-Trägerteil, der Adhäsionskraft
zwischen den Tonerpartikeln und der auf der Aufladung des Toners beruhenden Abstoßkraft
zwischen dem Toner und dem Toner-Trägerteil dar. Der Übertritt des Toners findet
daher nur dann statt, wenn das Potential des elektrostatischen Ladungsbildes einen
vorgegebenen Wert überschritten hat (der nachstehend als Ubertrittsschwellenwert
des Toners bezeichnet wird) und das hieraus resultierende elektrische Feld die vorstehend
beschriebene Haftkraft des Toners überstiegen hat, woraufhin dann das Haften des
Toners an der Trägerfläche des elektrostatischen Ladungsbildes stattfindet. Die
Haftkraft des Toners an dem Trägerteil weist jedoch von Partikel zu Partikel oder
in Abhängigkeit von dem Partikeldurchmesser des Toners unterschiedliche Beträge
auf, und zwar auch dann, wenn der Toner gemäß einer bestimmten Vorschrift hergestellt
oder aufbereitet worden ist, so daß davon ausgegangen wird, daß sie eng um einen
im wesentlichen konstanten Wert verteilt ist, wobei der Schwellenwert des elektrostatischen
Bildoberflächenpotentials, bei dem der übertritt des Toners stattfindet, ebenfalls
eng um einen bestimmten konstanten Wert herum verteilt zu sein scheint. Das Vorhandensein
dieses Schwellenwertes bewirkt bei dem übertritt des Toners von dem Trägerteil ein
Haften des Toners
an demjenigen Teil des Bildbereiches, dessen
Oberflächenpotential den Schwellenwert überschreitet, wobei jedoch der Toner nur
in geringer Maße oder überhaupt nicht an dem Teil des Bildbereiches mit einem unter
dem Schwellenwert liegenden Oberflächenpotential haftet, was dazu führt, daß lediglich
Bilder erhalten werden, denen eine Tönungsabstufung mit einer Steigung X (womit
der Gradient der Kennlinie der Bilddichte in bezug auf das elektrostatische Ladungsbildpotential
bezeichnet wird) fehlt.
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Angesichts dieser Probleme ist eine in den US-Patentschriften 3 866
574, 3 890 929 und 3 893 418 beschriebene Entwicklungseinrichtung vorgeschlagen
worden, bei der eine Impulsvorspannung von sehr hoher Frequenz an einen Luftspalt
angelegt wird, um die Bewegung von durch den Luftspalt hindurchtretenden geladenen
Tonerpartikeln zu gewährleisten, so daß die geladenen Tonerpartikel in bezug auf
das Ladungsbild leichter verfügbar sind.
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Eine mit hochfrequenter Impulsvorspannung arbeitende Entwicklungseinrichtung
dieser Art kann als Entwicklungssystem angesehen werden, das sich insofern zum Linienkopieren
eignet, als eine Impulsvorspannung von einigen Kilohertz oder mehr an den Zwischenraum
zwischen dem Toner-Zuführungsteil und dem Bildträger angelegt wird, um die Vibrationseigenschaften
des Toners zu verbessern sowie zu verhindern, daß der Toner den bildfreien Bereich
in irgendeiner Impulsvorspannungsphase erreicht und statt dessen zu gewährleisten,
daß der Toner lediglich auf den Bildbereich übergeht, so daß eine Schleierbildung
in dem bildfreien Bereich verhindert wird. In der vorstehend genannten US-Patentschrift
3 893 418 ist jedoch ausgeführt, daß eine sehr hohe Frequenz (18 kHz bis 22 kHz)
bei der angelegten Impulsspannung erforderlich ist, damit sich die Entwicklungseinrichtung
für die Wiedergabe von Tönungsabstufungen des Bildes eignet.
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Aus der US-Patentschrift 3 346 475 ist ferner ein Verfahren bekannt,
bei dem zwei Elektroden in eine in einer dielektrophoretischen Zelle enthaltene
isolierende Flüssigkeit eingetaucht werden, wobei an die beiden Elektroden eine
Wechselspannung von sehr niedriger Frequenz (etwa unter 6 Hz) angelegt wird, um
auf diese Weise die Entwicklung eines den Leitfähigkeitsänderungen entsprechenden
Bildmusters zu erzielen.
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Weiterhin ist aus der US-Patentschrift 4 014 291 ein Verfahren bekannt,
bei dem trockener magnetischer Einkomponenten-Toner, der sich auf einem einen drehbaren
zylindrischen Magneten umgebenden nichtmagnetischen und nichtleitenden Übertragungszylinder
befindet, zur Entwicklung eines elektrostatischen Ladungsbildes auf beschichtetem
Papier in eine Niederschlagszone überführt wird, jedoch wird zu diesem Zweck keine
Vorspannung verwendet.
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Ein weiteres fortgeschrittenes Verfahren der Bildentwicklung ist
in den US-Patentanmeldungen 58 434 und 58 435 beschrieben.
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Darüber hinaus ist aus der US-Patentschrift 3 232 190 und anderen
z. B. bekannt, ein Gewebe, das eine Tonerschicht trägt, in einem Entwicklungsabschnitt
in entgegengesetzter Richtung zu der Bewegungsrichtung einer photoempfindlichen
Aufzeichnungstrommel zu bewegen.
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Wenn die Tonerschicht jedoch mit hoher Relativgeschwindigkeit in bezug
auf das elektrostatische Ladungsbild derart bewegt wird, daß sich die Tonerschicht
und das elektrostatische Ladungsbild in der vorstehend beschriebenen Weise in einander
entgegengesetzten Richtungen bewegen, tritt eine Richtwirkung bei der Verteilung
der auf dem Bildteil, an der Oberfläche des das elektrostatische Ladungsbild enthaltenden
Bildträgers aufzubringenden Tonermenge auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Bildentwicklung zu schaffen, mit deren Hilfe ein scharfes sichtbares
Bild hoher Qualität unter Verwendung eines Entwicklers erhalten werden kann, der
keine Trägerpartikel mit einem größeren Partikeldurchmesser als die sog. "Tonerpartikel"
enthält.
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Das hierbei erhaltene Bild soll auf unbeschichtetes Papier übertragbar
und mit einer reichhaltigen Bildabstufung bzw. Tönung reproduzierbar sein sowie
eine hervorragende Reproduzierbarkeit seiner Randabschnitte aufweisen, wobei gewährleistet
sein soll, daß ein Linienbild nicht erheblich dünner als die entsprechende Bildvorlage
entwickelt wird und daß keine Richtungsverteilung bei,dem Aufbringen der Tonermenge
auf den Bildteil an der Oberfläche des Ladungsbildträgers auftritt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein einen Magneten
enthaltendes Entwickler-Trägerteil in Betracht gezogen, das auf seiner Oberfläche
eine Schicht magnetischen Entwicklers trägt und im Entwicklungsabschnitt in einem
vorgegebenen Abstand bzw.
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Zwischenraum gegenüber dem Ladungsbildträger angeordnet ist, wobei
an diesem Zwischenraum ein elektrisches Wechselfeld zur Erzielung einer Hin- und
Herbewegung der Entwicklerpartikel für die Bildentwicklung angelegt und ein Magnetfeld
mit einer unterschiedlichen magnetischen Flußdichte jedoch der gleichen Magnetfeldrichtung
wahlweise gebildet werden.
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Darüber hinaus sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildentwicklung
geschaffen werden, mit deren Hilfe ein entwickeltes Bild von guter Bildqualität
mit ausgezeichneter Bildabstufung bzw. Tönung erhalten werden kann, das im wesentlichen
keinerlei Schleierbildung im Bildhintergrund aufweist.
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Ein derart hervorragendes Ergebnis läßt sich erfindungsgemäß realisieren,
indem die an dem Entwicklungsabschnitt auszubildende magnetische Feldstärke entsprechend
der Verbesserung der Gradation bzw. Tönung des entwickelten Bildes aufgrund des
vorstehend genannten elektrischen Wechselfeldes sowie in Abhängigkeit von der Art
der wiederzugebenden Biidvorlage (die z. B. farbiges Papier mit einer Neigung zur
Verursachung von Schleierbildungen im Bildhintergrund oder eine Photographie sein
kann, deren Bild Grautöne bzw. Zwischentöne enthält) eingestellt wird, wodurch der
Schwellenwert für das Übertreten des von dem elektrischen Wechselfeld zu erregenden
Entwicklers gesteuert wird.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ein Ladungsbildträger
an einem Entwicklungsabschnitt gegenüber einem Entwickler-Trägerteil in einem Abstand
oder Zwischenraum angeordnet, dessen Betrag größer als die Schichtdicke der auf
der Oberfläche des Entwickler-Trägerteils befindlichen Entwicklerschicht ist, wobei
ein elektrisches Wechselfeld zwischen den Ladungsbildträger und das Entwickler-Trägerteil
angelegt wird, so daß der Entwickler eine Hin- und Herbewegung zwischen dem Entwickler-Trägerteil
und sowohl einem Bildbereich als auch einem bildfreien Bereich auf dem Ladungsbildträger
zumindest im engsten Annäherungsbereich zwischen dem Ladungsbildträger und dem Entwickler-Trägerteil
ausführt, wodurch bewirkt wird, daß sich die Oberfläche der von dem Entwickler-Trägerteil
getragenen Entwicklerschicht in im wesentlichen der gleichen Richtung und mit im
wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit wie die Ladungsbi ldoberfläche im Entwicklungsabschnitt
bewegt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Bildentwicklung,
indem das Entwickler-Trägerteil und
der Ladungsbildträger mit einem
geringen Zwischenraum einander gegenüberliegend im Bildentwicklungsabschnitt angeordnet
werden, wobei zur Entwicklung eine Wechselvorspannung an diesen Zwischenraum angelegt
wird und wahlweise eine Wolkenbildungsfunktion, bei der magnetische Abstoßfelder
in den Entwicklungsabschnitt eingeführt werden, und eine Magnetbürstenfunktion,
bei der ein einzelnes Magnetfeld in den Entwicklungsabschnitt eingeführt wird, zur
Anwendung gelangen, und zwar derart, daß in Abhängigkeit von der Bildvorlage eine
selektive Umschaltung dieser Funktionen erfolgen kann.
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Durch den Umschaltbetrieb zwischen der Wolkenbildungsfunktion und
der Magnetbürstenfunktion wird erreicht, daß ein entwickeltes Bild mit hervorragender
Bildabstufung bzw. Tönung und ohne jegliche Schleierbildung im Bildhintergrund erhalten
werden kann,indem das elektrische Wechselfeld und das magnetische Abstoßfeld zur
Durchführung der Entwicklung zum Verstärken der Randabschnitte ausgenutzt werden,
wenn ein Linienbild, wie eine sog.
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"Linienkopie" reproduziert werden soll, und indem die auf dem einzelnen
Magnetpol und der elektrischen Wechselfeldwirkung beruhende Magnetfeldwirkung gemeinsam
genutzt wird.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 das Ausmaß des Übertretens des Toners und eine Charakteristik
für den Grad des Toner-Rückübertritts für das Potential eines Ladungsbildes sowie
ein Beispiel für den Verlauf der angelegten Spannung, Fig. 2A und 2B den Verlauf
des Entwicklungsverfahrens, Fig. 2C ein Beispiel für den Verlauf der angelegten
Spannung, Fig. 3A eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels
der Entwicklungsvorrichtung, Fig. 3B eine Vorder-Teilansicht eines bei der Entwicklungsvorrichtung
gemäß Fig. 3A verwendeten Entwicklungszylinders, Fig. 4 eine schematische Darstellung
zur Erläuterung des Problems der Richtungsverteilung bzw. Richtwirkung während der
Bildentwicklung, Fig. 5A und 5B jeweils schematische Darstellungen zur Veranschaulichung
des bei einer unterschiedlichen Umfangs geschwindigkeit des Entwickler-Trägerteils
auftretenden Unterschiedes bei der Zufuhrmenge des Entwicklers,
Fig.
6 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichtung der auf dem Magnetfeld beruhenden
Bewegung der Entwicklerpartikel, Fig. 7A und 7B jeweils Schaubilder mit Kennlinien,
die die Änderung der Beziehung zwischen dem Ladungsbildpotential und der Bilddichte
für verschiedene Frequenzen einer Wechselvorspannung veranschaulichen, Fig. 8 ein
Schaubild mit einer Kennlinie, die die Beziehung zwischen der magnetischen Flußdichte
an der Oberfläche des Entwicklungszylinders und dem Schwellenwert für die Übertragung
des Entwicklers veranschaulicht, Fig. 9 eine schematische Querschnittsansicht eines
weiteren Ausführungsbeispiels der Entwicklungsvorrichtung, Fig. 10 eine schematische
Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Entwicklungsvorrichtung
und Fig. 11 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Funktion des
magnetischen Abstoßfeldes bei der Entwicklungsvorrichtung gemäß Fig. 10.
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Zunächst sei unter Bezugnahme auf Fig. 1 näher auf das Prinzip der
Toner-übertragungsentwicklung unter Verwendung einer elektrischen Vorspannung eingegangen.
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Im unteren Teil von Fig. 1 ist der Verlauf einer Spannung dargestellt,
die an ein Toner-Trägermaterial angelegt ist. Obwohl ein rechteckiger Spannungsverlauf
dargestellt ist, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Zu einem Zeitintervall
t1 wird eine negative Vorspannung des Betrages Vmin angelegt, während zum Zeitintervall
t2 eine positive Vorspannung des Betrages Vmax angelegt wird. Wenn die auf der Bildoberfläche
gebildete Ladung des Bildbereiches positiv ist und eine Entwicklung durch negativ
geladenen Toner erfolgt, werden die Beträge für Vmin und Vmax derart gewählt, daß
sie die Beziehung Vmin < VL < VD < Vmax ..... (1) erfüllen, wobei VD das
Potential des Bildbereiches und VL das Potential des bildfreien Bereiches sind.
Wenn diese Beziehung gilt, wird im Zeitintervall t1 durch die Vorspannung Vmin ein
Vorspannfeld aufgebaut, das die Tendenz zeigt, die Berührung des Toners mit dem
Bildbereich und dem bildfreien Bereich eines elektrostatischen Ladungsbildträgers
zu beschleunigen, was als Toner-Ubertragungszustand bezeichnet wird, Im Zeitintervall
t2 dient die Vorspannung Vmax zum Aufbau eines Vorspannfeldes, das die Tendenz zeigt,
den auf die Oberfläche des Ladungsbildträgers im Zeitintervall t1 übertragenen Toner
zu dem Toner-Träger zurückzuführen, was als Toner-Rückübertragungszustand bezeichnet
wird.
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In Fig. 1 sind mit Vth.f und Vth r die Potential-Schwellenwerte bezeichnet,
bei denen der Toner von dem Toner-Träger auf die Ladungsbildoberfläche oder von
der
Ladungsbildoberfläche auf den Toner-Träger übertritt.
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Diese Schwellenwerte können als Potentialwerte angesehen werden, die
durch eine Gerade aus den Punkten des größten Gradienten der in der Figur dargestellten
Kurven extrapoliert sind. Im oberen Teil von Fig. 1 sind der Betrag des Tonerübeitritts
im Zeitintervall t1 sowie das Ausmaß der Toner-Rückübertragung im Zeitintervall
t2 in Abhängigkeit vom Ladungsbildpotential aufgetragen.
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Der Betrag des Tonerübertrittsvom Toner-Träger auf den Bildträger
des elektrostatischen Ladungsbildes während des Toner-Ubertragungsvorgangs wird
durch die in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Kurve 1 veranschaulicht.
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Der Gradient dieser Kurve ist im wesentlichen gleich dem Gradienten
der Kurve, wenn keine Wechselvorspannung anliegt. Dieser Gradient ist groß und der
Betrag des Tonerübergangs zeigt eine Sättigungsneigung bei einem Wert zwischen VL
und VD, so daß er nicht für die Wiedergabe von Halbton-Bildern geeignet ist und
eine schlechte Ton-Gradation bzw. Tonabstufung ergibt. Eine in Fig. 1 ebenfalls
gestrichelt dargestellte Kurve 2 veranschaulicht die Wahrscheinlichkeit der Toner-Rückübertragung.
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Bei dem erfindungsgemäßen Entwicklungsverfahren wird ein elektrisches
Wechselfeld derart angelegt, daß der Toner-Übertragungsvorgang und der Toner-Rückübertragungsvorgang
abwechselnd wiederholt werden können, wobei der Toner während der Vorspannphase
t1 des Toner-Übertragungszustandes bei diesem elektrischen Wechselfeld zwangsläufig
von dem Toner-Träger aus zeitweilig den bildfreien Bereich des das elektrostatische
Ladungsbild enthaltenden Bildträgers erreicht (wobei der Toner natürlich auch den
Bildbereich erreicht) und auch in dem Halbton-Potentialbereich mit einem annähernd
dem Helibereichspotential VL entsprechenden niedrigen Potential in ausreichendem
Maße aufgebracht wird, worauf-
hin in der Vorspannphase t2 des
Toner-Rückübertragungsvorgangs die Vorspannung in der entgegengesetzten Richtung
zu der Richtung des Tonerübergangs wirkt, damit der Toner, der in der vorstehend
beschriebenen Weise auch den bildfreien Teil erreicht hat, zur Toner-Trägerseite
zurückgeführt wird. Bei diesem nachstehend noch näher beschriebenen Toner-Rückübertragungsvorgang
weist der bildfreie Bereich im wesentlichen nicht das ursprüngliche Bildpotential
auf, so daß bei Anlegen eines Vorspannfeldes entgegengesetzter Polarität der in
der vorstehend beschriebenen Weise auf den bildfreien Bereich gelangte Toner dazu
neigt, sofort den bildfreien Bereich zu verlassen und zu dem Toner-Träger zurückzukehren.
Der auf dem den Halbton-Bereich enthaltenden Bildbereich gelangte Toner wird dagegen
von der Ladung des Bildbereiches angezogen, so daß auch bei dem vorstehend beschriebenen
Anlegen der entgegengesetzten Vorspannung in der dieser Anziehungskraft entgegengesetzten
Richtung die Tonermenge, die den Bildbereich tatsächlich verläßt und zur Toner-Trägerseite
zurückkehrt, gering ist. Durch einen derartigen Wechsel der verschieden gepolten
Vorspannfelder mit bevorzugter Amplitude und Frequenz werden der Übergang und Rückübergang
des Toners an der Entwicklungsstation mehrfach wiederholt. Der Betrag der Tonerübertragung
auf die Ladungsbildoberfläche kann daher auf ein Ausmaß gebracht werden, das dem
Potential des elektrostatischen Ladungsbildes naturgetreu entspricht. Das heißt,
es läßt sich eine Entwicklungswirkung erzielen, die zu einer Änderung des Betrages
des Tonerübergangs mit einem Gradienten und im wesentlichen gleichförmig von VL
zu VD führt, wie dies in Fig. 1 durch eine Kurve 3 veranschaulicht ist. Dementsprechend
haftet praktisch kein Toner an dem bildfreien Bereich, während andererseits die
Tonerhaftung an den Halbton-Bildbereichen in Abhängxgkeit von deren Oberflächenpotential
erfolgt, so daß ein hervorragendes sichtbares Bild mit einer sehr guten Tönungswiedergabe
erhalten wird. Diese Tendenz kann weiter verstärkt werden,
indernder
Zwischenraum zwischen dem das elektrostatische Ladungsbild enthaltenden Bildträger
und dem Toner-Träger derart eingestellt wird, daß er sich in Richtung der Beendigung
des Entwicklungsvorganges vergrößert, und indem die Intensität des vorstehend beschriebenen
elektrischen Feldes in dem Entwicklungszwischenraum verringert und konvergiert wird.
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Ein Ausführungsbeispiel für einen solchen Entwicklungsvorgang ist
in den Fig. 2A und 2B veranschaulicht. Wie den Fig. 2A und 2B zu entnehmen ist,
wird ein das elektrostatische Ladungsbild enthaltender Bildträger 4 in Pfeilrichtung
über Entwicklungsbereiche (1) und (2) zu einem Bereich (3) bewegt. Mit der Bezugszahl
5 ist ein Toner-Träger bezeichnet. Der Zwischenraum zwischen der Trägerfläche des
elektrostatischen Ladungsbildes und dem Toner-Träger vergrößert sich somit allmählich,
und zwar ausgehend von deren nächstgelegener Position in der Entwicklungsstation.
In Fig. 2A ist der Bildbereich des das elektrostatische Ladungsbild enthaltenden
Bildträgers dargestellt, während Fig. 2B den bildfreien Bereich zeigt. Die Pfeile
geben die Richtung der elektrischen Felder an, wobei ihre Länge die Intensität der
elektrischen Felder bezeichnet. Hierbei ist von Bedeutung, daß die elektrischen
Felder für den Übergang und Rückübergang des Toners von dem Toner-Träger auch in
dem bildfreien Bereich vorhanden sind. Fig. 2C zeigt eine Rechteckspannung als Beispiel
für den Verlauf der an den Toner-Träger angelegten Wechselspannung, wobei durch
Pfeile schematisch die Beziehung zwischen Richtung und Intensität der Toner-Übertragungsfelder
und Toner-Rückübertragungsfelder dargestellt ist. Das dargestellte Beispiel bezieht
sich auf einen Fall, bei dem die elektrostatische Bildladung positiv ist, wobei
die Erfindung jedoch nicht auf einen derartigen Fall beschränkt ist.
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Bei einer positiven elektrostatischen Bildladung treten folgende Beziehungen
zwischen dem Potential VD des Bild-
bereiches, dem Potential VL
des bildfreien Bereiches und den angelegten Spannungen Vmax und Vmin auf: | Vmax
- VL | > | VL - Vmin | | Vmax VD | < | VD - Vmin |
..... (2) Gemäß den Fig. 2A und 2B tritt ein erster Entwicklungsvorgang im Bereich
(1) auf, während ein zweiter Entwicklungsvorgang im Bereich (2) erfolgt. Im Falle
des in Fig. 2A dargestellten Bildbereiches werden das Tonerübertragungsfeld a und
das Toner-Rückübertragungsfeld b entsprechend der Phase des Wechselfeldes abwechselnd
angelegt, was die Übertragung und Rückübertragung des Toners zur Folge hat. Mit
größer werdendem Entwicklungszwischenraum werden das Toner-Übertragungsfeld und
das Toner-Rückübertragungsfeld schwächer, so daß die Tonerübertragung im Bereich
(2) möglich ist, während das für die Rückübertragung aus reichende Rückübertragungsfeld
(unterhalb des Schwellenwertes 1 Vth.rJ ) den Wert Null annimmt. Im Bereich (3)
findet keinerlei Ubertreten des Toners mehr statt und die Entwicklung ist abgeschlossen.
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Im Falle des in Fig. 2B dargestellten bildfreien Bereiches werden
im Bereich (1) sowohl das Toner-Übertragungsfeld a' als auch das Toner-Rückübertragungsfeld
b' zur Erzielung des Übergangs und Rückübergangs des Toners abwechselnd angelegt.
Somit wird in diesem Bereich (1) eine Schleierbildung oder ein Tonerniederschlag
im Bildhintergrund bewirkt. Mit breiter werdendem Zwischenraum schwächen sich das
Übertragungsfeld und das Rückübertragungsfeld ab, so daß beim Eintritt in den Bereich
(2) die Toner-Rückübertragung möglich ist, während das zur Erzielung eines Tonerübergangs
ausreichende Übertragungsfeld (unterhalb des Schwellenwertes) den Wert Null annimmt.
Hierdurch erfolgt in diesem Bereich im
wesentlichen keine Schleierbildung,
wobei in diesem Stadium auch die im Bereich (1) erzeugte Schleierbildung in ausreichendem
Maße entfernt wird. Im Bereich (3) findet keinerlei Rückübergang des Toners mehr
statt und die Entwicklung ist abgeschlossen. Was den Halbton-Bildbereich anbelangt,
so wird das Ausmaß des Tonerübergangs auf die endgültige Ladungsbildoberfläche von
den Beträgen des Tonerübergangs und dem Betrag des Toner-Rückübergangs entsprechend
diesem Potential bestimmt, so daß schließlich ein sichtbares Bild mit einem kleinen
Kurvengradienten zwischen den Potentialen VL bis VD' in der durch die Kurve 3 in
Fig. 1 dargestellten Weise erhalten wird, das dementsprechend eine gute Ton-Gradation
bzw. Tönungsabstufung aufweist.
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Auf diese Weise wird eine Übertrittsbewegung des Toners über den
Entwicklungsspalt hervorgerufen und bewirkt, daß der Toner zeitweilig auch den bildfreien
Bereich zur Verbesserung der Ton-Gradation erreicht, wobei eine korrekte Wahl von
Amplitude und Wechselfrequenz der angeleqten Wechselvorspannung erforderlich ist,
damit der in den bildfreien Bereich gelangte Toner hauptsächlich in Richtung des
Toner-Trägers abgestreift wird. Auf die Ergebnisse von Versuchen, bei denen sich
die angestrebte Wirkung durch eine solche Auswahl deutlich zeigte, wird nachstehend
noch näher eingegangen.
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Ein solches Anlegen einer Wechselvorspannung von niedriger Frequenz
bringt eine bemerkenswerte Steigerung der Ton-Gradation mit sich, jedoch muß der
Spannungswert der Wechselvorspannung korrekt eingestellt sein.
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Das heißt, ein zu großer Wert für den Betrag I V min der Wechselvorspannung
kann dazu führen, daß eine übermäßige Tonermenge während des Toner-Übertrittsstadiums
an dem bildfreien Bereich haftet, was eine ausreichende
Entfernung
dieses Toners während des Entwicklungsprozesses verhindern kann, was wiederum Schleierbildungen
oder Einfärbungen im Bild zur Folge haben kann. Ein zu großer Wert für den Betrag
1 Vmaxl würde dagegen zur Folge haben, daß eine erhebliche Tonermenge aus dem Bildbereich
zurückgeführt wird, wodurch sich eine Verringerung der Dichte des sog. Vollschwarzbereiches
ergeben würde. Zur Verhinderung dieser Erscheinungen und Erzielung einer ausreichenden
Steigerung der Ton-Gradation bzw. Tönungsabstufung können Vmax und V Vmin vorzugsweise
und zweckmäßig folgendermaßen gewählt werden: Vmax # |VD + | Vth . r | .... (3)
Vmin #VL + |Vth.f| ..... (4) Hierbei bezeichnen Vth.f und Vth.r die bereits beschriebenen
Potential-Schwellenwerte. Wenn die Spannungswerte der Wechselvorspannung derart
gewählt werden, läßt sich zur Gewährleistung einer korrekten Entwicklung verhindern,
daß im Toner-Übertragungsstadium eine übermäßige Tonermenge an den bildfreien Bereichen
haftet und daß im Toner-Rückübertragungsstadium eine übermäßige Tonermenge aus den
Bildbereichen zurückgeführt wird.
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Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf einen Fall, bei dem
das Bildbereichspotential VD positiv ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf einen
solchen Fall beschränkt, sondern gleichermaßen auch auf den entgegengesetzten Fall
anwendbar, bei dem das Bildbereichspotential negativ ist, d. h., z. B. auf einen
Fall, bei dem der positive Wert des Potentials klein und der negative Wert des Potentials
groß sind. Wenn
eine solche Bildbereichsladung negativ ist, werden
die vorstehend genannten Ausdrücke (1) bis (4) daher in folgender Form als Ausdrücke
(1') bis (4') wiedergegeben: V max > VL > VD > V ) V min ...... (1') IV
min - VL > IVL | VL - V max Iv min - VDI < IVL - V max1
......... (2') V min zuVD - |Vth . r| .......... (3') V max # VL + |Vth . f | ........
(4') Nachstehend werden vorzugsweise verwendete Ausführungsbeispiele und bevorzugte
Verfahrensvorgänge unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
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Beispiel 1: In Fig. 3A ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer
Entwicklungsvorrichtung dargestellt, bei der die Bezugs zahl 4 einen Ladungsbildträger
bezeichnet, auf dem ein elektrostatisches Ladungsbild mittels eines bekannten elektrophotographischen
Verfahrens ausgebildet wird (z. B. durch das sog. Carlson-Verfahren, durch elektrophotographische
Verfahren, wie sie in den US-Patentschriften 3 666 363, 4 071 361 usw. beschrieben
sind, sowie durch andere Verfahren). Das auf dem Ladungsbildträger 4 befindliche
Ladungsbild wird sodann mittels einer dünnen magnetischen Entwicklerschicht 6 entwickelt,
die auf die Oberfläche eines Entwickler-Trägerteils 5 aufgebracht ist, das aus nichtmagnetischem
Material be-
steht und Zylinderform aufweist. Gegenüber dem Bildentwicklungsabschnitt
des Laddngsbildträgers 4 sind an der Rückseite des Entwicklungszylinders Magnetpole
N1 eines Permanentmagneten 5a angeordnet (die eine magnetische Flußdichte von 650
Gauss an der Oberfläche des Entwicklungszylinders aufweisen). Ein Spalt oder Zwischenraum
zwischen dem Ladungsbildträger 4 und dem Entwicklungszylinder 5 wird auf einem Wert
von annähernd 300 ßm gehalten, indem eine zu der Achse des Entwicklungszylinders
5 koaxial verlaufende Walze 5b mit der Außenfläche des Ladungsbildträgers 4 in der
in Fig. 3B dargestellten Weise in Berührung gebracht wird. Der Entwicklungszylinder
5 ist derart konstruiert, daß er sich unabhängig von der Walze 5b drehen kann. Die
Bezugszahl 6 bezeichnet einen Vorratsbehälter, der ein Entwicklungsmittel 7 (bei
diesem Ausführungsbeispiel ein elektrisch isolierender Magnetentwickler, der aus
Tonerpartikeln und Magnetpulver besteht) enthält. Die Bezugszahl 8 bezeichnet ein
Steuerelement zur Regelung der Entwicklerschichtdicke auf dem Entwicklungszylinder
5, das in Form eines Blattes aus magnetischem Material vorgesehen ist. Gegenüber
diesem magnetischen Blatt 8 ist ein Magnetpol S3 des Permanentmagneten an der Rückseite
des Entwicklungszylinders 5 zur Regelung der Dicke der Entwicklerschicht auf einen
Wert von annähernd 120 ßm angeordnet, wodurch der Entwicklungszylinder 5 mit dem
Entwickler beschichtet wird. Der Entwickler 7 wird hauptsächlich zwischen dem magnetischen
Blatt 8 und dem Entwicklungszylinder 5 aufgeladen, wobei hierbei eine negative Aufladung
erfolgen kann. Die Bezugs zahl 9 bezeichnet eine Stromquelle zum Anlegen eines elektrischen
Wechselfeldes zwischen dem Ladungsbildträger 4 und dem Entwicklungszylinder 5. Die
Bezugs zahl 5c bezeichnet einen Schaber zur Entfernung restlichen Entwicklers von
dem Entwicklungszylinder 5.
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Das elektrostatische Ladungsbild auf dem Ladungsbildträger 4 weist
im dunklen Bildbereich ein Oberflächenpotential von +500 V und im hellen Bildbereich
ein Ober-
flächenpotential von 0 V auf. Die über die Stromquelle
9 angelegte Vorspannung ist eine Wechselspannung mit einer Frequenz von 200 Hertz
und einer Spitzenspannung von 800 V (S.-S.-Wert), die einer Gleichspannung von +
200 V überlagert ist. Die magnetische Feldstärke an der Oberfläche des Entwicklungszylinders
5 bei dem innerhalb des Entwicklungszylinders 5 gegenüber dem magnetischen Blatt
8 angeordneten Magnetpol S3 beträgt 650 Gauss. Der Spalt oder Zwischenraum zwischen
dem Entwicklungszylinder 5 und dem magnetischen Blatt 8 ist auf 250 m eingestellt.
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Weiterhin wird der Ladungsbildträger 4 zur Bilderzeugung und Entwicklung
in Richtung eines Pfeiles a mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 110 mm/s gedreht.
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Wenn der Entwicklungszylinder 5 selbst mit der Umfangsgeschwindigkeit
von 110 mm/s in Richtung eines Pfeils b gedreht wird, läßt sich das Auftreten einer
Richtungsverteilung bzw. Ausrichtung der an dem Bildteil haftenden Tonermenge feststellen,
und zwar in Form eines Land- bzw. bahnförmigen Musters auf dem Ladungsbildträger
4, das parallel zu der Achse des Entwicklungszylinders 5 verläuft. Dies bedeutet
jedoch nicht, daß eine vorteilhafte Randbildungswirkung an dem parallel zu der Achse
des Entwicklungszylinders 5 verlaufenden Endteil des bahn- bzw. bandförmigen Musters
auftritt, sondern beinhaltet, daß der der Drehrichtung des Ladungsbildträgers 4
entgegengesetzte Endabschnitt des bahn-oder bandförmigen Musters eine größere Tonermenge
als sein anderer Endabschnitt enthält, so daß bei der Bildreproduktion am Endabschnitt
Schwierigkeiten auftreten.
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Wird die Umfangsgeschwindigkeit des Entwicklungszylinders 5 zur Entwicklung
auf 120 mm/s erhöht, läßt sich sodann feststellen, daß in diesem Falle die Tonermenge
an dem der Drehrichtung des Ladunsbildträgers 4 entgegengesetzten Endabschnitt des
bahn- oder bandförmigen Musters im Vergleich zu dem vorherigen Fall viel
größer
als die Tonermenge am anderen Endabschnitt ist.
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Der der Drehrichtung des Ladungsbildträgers 4 zugewandte Endabschnitt
des Dahn- oder bandförmigen Musters wird dementsprechend undeutlich, so daß die
Bildschärfe des entwickelten Bildes verloren gehen kann.
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Wenn die Umfangsgeschwindigkeit des Entwicklungszylinders 5 zur Entwicklung
auf annähernd 106 mm/s verringert wird, verschwindet die Richtungsverteilung bzw.
-
Ausrichtung der an dem Bildteil des in den beiden vorstehend beschriebenen
Fällen gebildeten bahn- oder bandförmigen Musters haftenden Tonermenge, so daß sich
ein ausgezeichnet sichtbares Bild mit angemessener Randbildung bzw. Randschärfe
erhalten läßt.
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Auf die Bedeutung dieser Versuche sei nachstehend näher eingegangen.
Hierzu sei angenommen, daß die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Ladungsbildträger
4 und dem Entwickler-Trägerteil 5 im Entwicklungsabschnitt unterschiedlich ist und
daß sich das Entwickler-Trägerteil 5 in bezug auf den Ladungsbildträger 4 in der
in Fig. 4 veranschaulichten Weise in Richtung eines Pfeiles b' bewegt. In diesem
Falle bewegt sich der Entwickler 7 im Rahmen der Bewegung in Richtung des Pfeiles
b' zu dem Ladungsbildträger 4 am Entwicklungsabschnitt, wie dies in Fig. 4 dargestellt
ist, und zwar aufgrund des durch den Bildteil d des auf dem Ladungsbildträger 4
befindlichen elektrostatischen Ladungsbildes hervorgerufenen elektrostatischen Feldes
sowie aufgrund des von außen an den Ladungsbildträger 4 und das Entwickler-Trägerteil
5 angelegten elektrischen Wechselfeldes, wodurch es an dem Bildteil zur Entwicklung
haftet. In diesem Falle ist die angelegte Feldstärke des Wechselfeldes nicht so
stark, so daß die Feldstärke aufgrund des elektrostatischen Ladungsbildes auf dem
Ladungsbildträger 4 vernachlässigt werden kann, was zur Folge hat, daß sich der
Entwickler 7 beim Abheben von dem Entwickler-
Trägerteil 5 - vom
Ladungsbildträger 4 her gesehen -zur Entwicklung in Richtung der Relativbewegung
des Entwickler-Trägerteils 5 bewegt (d. h. in Richtung des Pfeiles b'). Aufgrund
dieser Tatsache ist verständlich, daß die Richtungsverteilung bzw. Ausrichtung in
der Bewegungsrichtung des Entwicklungszylinders 5 in Richtung der haftenden Tonermenge
am Endabschnitt d' des Bildes auftritt. Hierbei muß jedoch eine Differenz bezüglich
der Zufuhrmenge des Entwicklers in dem Bildabschnitt aufgrund der Differenz in der
Umfangsgeschwindigkeit des Entwicklungszylinders 5 in Betracht gezogen werden. Diese
Situation ist z. B. in den Fig. 5A und 5B veranschaulicht, in denen ein Beispiel
für das Auftreten der Richtungsverteilung bzw. Ausrichtung der Tonermenge am Endabschnitt
des Bildes dargestellt ist, die stattfindet, wenn die Umfangsgeschwindigkeit des
Entwicklungszylinders 5 relativ kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit des Ladungsbildträgers
4 ist.
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Fig. 5A veranschaulicht einen Vorgang, bei dem der Bildbereich d
des elektrostatischen Ladungsbildes auf dem Ladungsbildträger 4 sich bei seiner
Drehbewegung dem Entwicklungszylinder 5 nähert und in den Entwicklungsabschnitt
eintritt. Fig. 5B veranschaulicht dagegen einen Vorgang, bei dem sich der Bildbereich
d im Rahmen seiner Drehbewegung von dem Entwicklungszylinder 5 und dem Entwicklungsabschnitt
entfernt, womit die Bildentwicklung beendet wird. Hierbei ist die Umfangslänge des
Entwicklungszylinders 5 für den Bildbereich d mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet,
während die dieser Umfangslänge entsprechende Länge der Oberfläche des Ladungsbildträgers
mit dem Bezugszeichen 1' bezeichnet ist. Wenn die Umfangsgeschwindigkeit des Entwicklungszylinders
5 geringer als diejenige des Ladungsbildträgers 4 ist, ist die Entwicklermenge am
Vorderende des Bildbereiches d größer als an dessen hinterem Ende, und zwar aufgrund
mangelnder Zufüh-
rung des auf dem Entwicklungszylinder 5 befindlichen
Entwicklers 7 während der Drehbewegung des Entwicklungszylinders 5 zum Entwicklungsabschnitt,
wie dies in Fig.
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5B veranschaulicht ist, so daß eine ungleichmäßige Toner-Mengenverteilung
stattfindet. Bei der in den Fig. 5A und 5B veranschaulichten Bildentwicklung können
daher die Umfangsgeschwindigkeiten des Ladungsbildträgers 4 und des Entwickler-Trägerteils
5 gleich gehalten werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3A, bei dem innerhalb des
Entwicklungszylinders gegenüber dem Entwicklungsabschnitt Magnetpole vorgesehen
sind, liegt jedoch eine kompliziertere Situation vor, die schematisch in Fig. 6
veranschaulicht ist. Wenn sich bei der Anordnung gemäß Fig. 6 der Entwicklungszylinder
5 in Richtung eines Pfeiles b' dreht, fallen Zipfel des Magnetentwicklers auf den
Entwicklungszylinder herunter, wie dies durch die Bezugszahl 7' in einer von dem
Entwicklungsmagnetpol N1 entfernten Position bezeichnet ist. Wenn sich die Zipfel
dem Magnetpol N1 nähern, richten sie sich allmählich auf, wie dies durch die Bezugszahl
7'' bezeichnet ist. Eine weitere Drehung des Entwicklungszylinders 5 bewirkt, daß
die Zipfel wieder herunterfallen, wenn sie sich von dem Entwicklungsabschnitt entfernen.
Zur Eliminierung der Relativgeschwindigkeit an der Toneroberflächenschicht in bezug
auf das elektrostatische Ladungsbild aufgrund der Aufricht- und Abfallbewegung der
Tonerbürste kann die Umfangs geschwindigkeit des Entwickler-Trägerteils 7 in der
Pfeilrichtung (der Bewegungsrichtung des Ladungsbildes) ein wenig geringer als die
Umfangsgeschwindigkeit des Ladungsbildträgers 4 gehalten werden.
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Versuche ergaben, daß bei Durchführung der Bildentwicklung unter Verwendung
eines durch Mischen von 30 Anteilen Magnetit, annähernd 60 Anteilen Polystyrol,
3 Anteilen eines Ladungssteuermittels und 6 Anteilen Kohlenstoff hergestellten Toners
mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von annähernd 10 ßm und Aufrechterhaltung
einer
Umfangsgeschwindigkeit des Ladungsbildträgers von 110 mm/s
sowie einer Umfangsgeschwindigkeit des Entwicklungszylinders von 106 mm/s ein sichtbares
Bild hoher Bildqualität erhalten werden kann, das eine ausgezeichnete Bildschärfe
und keinerlei Richtungsverteilung bzw. Ausrichtung im Endabschnitt aufweist. In
diesem Falle kann die Umfangsgeschwindigkeit des Entwicklungszylinders um ungefähr
2 bis 6 % unter der Umfangsgeschwindigkeit des Ladungsbildträgers gehalten werden.
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Die vorstehend beschriebene Verhinderung einer Richtungsverteilung
bzw. Ausrichterscheinung in dem entwickelten Bild bei der Bewegung der Tonerpartikel
führt insbesondere dann zu einer bemerkenswerten Wirkung, wenn ein elektrisches
Vorspann-Wechselfeld zur Beschleunigung einer Hin- und Herbewegung der Tonerpartikel
an den Entwicklungsabschnitt angelegt wird. Nachstehend wird daher näher auf Funktion
und Wirkungsweise des Anlegens einer Wechselvorspannung in Verbindung mit der Tatsache
eingegangen, daß es unter Berücksichtigung der Tonerbewegung einen geeigneten bzw.
zweckmäßigen Bereich für die Frequenz dieser Wechselvorspannung gibt.
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Die Fig. 7A und 7B sind jeweils Schaubilder, die Kennlinien der Bildreflexionsdichte
(D) in Abhängigkeit von dem elektrostatischen Ladungsbiidpotential (V) zeigen. In
diesen Schaubildern sind die Ergebnisse von Versuchen aufgetragen, die unter Verwendung
der Entwicklungsvorriehtung gemäß Fig. 3A durchgeführt wurden. Im Rahmen der nachstehenden
Beschreibung werden die Kennlinien bzw. Kurven als sog. "V-D-Kurven" bezeichnet.
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Die Versuche wurden in der folgenden Weise durchgeführt:
Ein
elektrostatisch positiv aufgeladenes Ladungsbild wird auf der in Fig. 3R dargestellten
zylindrischen Bilderzeugungsfläche ausgebildet. Für den Toner wird der vorstehend
beschriebene Magnettoner (der 30 Anteile Magnetit enthält) verwendet. Der Toner
wird auf die Oberfläche des Entwicklungszylinders mit einer Schichtdicke von annähernd
120 ßm oder dgl. aufgebracht und durch Reibung zwischen dem Toner und der Zylinderoberfläche
negativ aufgeladen. Fig. 7A zeigt die Versuchsergebnisse, wenn der Minimalabstand
bzw. Minimalspalt für die Entwicklung zwischen der elektrostatisch geladenen Bilderzeugungsoberfläche
und dem magnetischen Zylinder auf einem Wert von 100 ßm gehalten wird, während Fig.
7B die Versuchsergebnisse zeigt, wenn dieser Wert 300 ;im beträgt. Die aufgrund
des innerhalb des Entwicklungszylinders vorgesehenen Magneten am Entwicklungsabschnitt
auftretende magnetische Flußdichte beträgt annähernd 650 Gauss. Die Umfangsgeschwindigkeit
der zylindrischen Bilderzeugungsoberfläche beträgt 110 mm/s, während die Umfangsgeschwindigkeit
des Entwicklungszylinders 106 mm/s beträgt. Die elektrostatisch geladene Bilderzeugungsoberfläche
entfernt sich somit allmählich von dem Toner-Trägerteil, nachdem sie durch den Minimalspalt
am Entwicklungsabschnitt hindurchgetreten ist.
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Das an den Entwicklungszylinder anzulegende elektrische Wechselfeld
weist einen sinusartigen Verlauf mit einer Amplitude von 400 V (Spitzen-Spitzen-Wert:
800 V) auf, der eine Gleichspannung von + 200 V überlagert ist.
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Die Fig. 7A und 7B zeigen jeweils die V-D-Kurven für Wechselfrequenzen
der angelegten Spannung von 100 Hz, 400 EIz, 800 EIz, 1 kllz und 1r5 kHz sowie eine
V-D-Kurve für den Fall, daß kein äußeres Feld angelegt wird und die hintere Oberflächenelektrode
der Bilderzeugungsoberfläche und der Entwicklungs zylinder leitend gehalten werden.
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Die Versuchsergebnisse zeigen, daß bei Nichtanliegen eines externen
Feldes die Steigung der V-D-Kurve, d. h., ein Wert r, sehr groß ist, wobei sich
jedoch dieser Wert r durch Anlegen eines Wechselfeldes niedriger Frequenz verringert,
was zur Folge hat, daß sich eine äußerst hohe Gradation bzw. Tönungsabstufung des
Bildes ergibt. Bei einem Anstieg der Frequenz des äußeren Feldes steigt der Wert
r allmählich auf einen hohen Betrag an und die Steigerung der Bildgradation bzw.
Tönungsabstufung schwächt sich ab.
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Dieser Effekt wird äußerst schwach, wenn der Zwischenraum 100 um beträgt
und die Frequenz 1,5 kHz überschreitet.
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Bei einem Zwischenraum von 300 um und einer Frequenz von 800 Hz oder
dgl. verringert sich der Effekt und wird beim Überschreiten von 1,5 kHz äußerst
schwach. Nachstehend wird näher auf die Gründe für diese Erscheinung eingegangen.
Wenn der Toner im Verlauf der Bildentwicklung bei Anliegen des Wechselfeldes wiederholt
an den Oberflächen des Entwicklungszylinders und des Ladungsbildträgers haftet und
sich von diesen Oberflächen wieder löst, ist eine bestimmte Zeit erforderlich, damit
der Toner die Hin- und Herbewegung ohne Störungen durchführt.
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Insbesondere im Falle der Toner-Übertragung mit Hilfe eines schwachen
Feldes ist eine lange Zeitdauer zur Gewährleistung einer zuverlässigen Toner-Übertragung
erforderlich. Andererseits ist es hinsichtlich der Dichte einer wiederzugebenden
mittleren Gradation erforderlich, daß der Toner, der einem - wenn auch gegebenenfalls
schwachen - Feld mit einem bestimmten Schwellenwert und stärker ausgesetzt worden
ist, innerhalb einer Halbperiode des elektrischen Wechselfeldes sicher übertragen
wird. Zu diesem Zweck sollte das Wechselfeld vorzugsweise eine niedrige Frequenz
aufweisen. Wie die experimentellen Ergebnisse belegen, läßt sich bei Verwendung
eines Wechselfeldes niedriger Frequenz eine besonders vorteilhafte Bildgradation
bzw. Tönungsabstufung erhalten. Durch Vergleich der Versuchsergebnisse gemäß den
Fig. 7A und 7B läßt sich nachweisen, daß die vorstehen-
den Darlegungen
zutreffen. Die in Fig. 7B veranschaulichten Versuchsergebnisse wurden unter den
gleichen Bedingungen wie die Versuchsergebnisse gemäß Fig. 7A erhalten, mit der
Ausnahme, daß der Zwischenraum zwischen der elektrostatischen Bilderzeugungsoberfläche
und der Zylinderoberfläche auf 300 um vergrößert ist. Bei einer Verbreiterung des
Zwischenraums wird die auf den Toner ausgeübte Feldstärke klein, so daß auch die
Übertragungsgeschwindigkeit des Toners gering wird. Da außerdem der übertrittsabstand
größer wird, wird auch die übertragungszeit länger. Wie Fig. 7B zu entnehmen ist,
wird der Wert r in der Praxis bei einer Frequenz von 800 Hz oder dgl. erheblich
groß Wenn die Frequenz 1,5 kHz überschreitet, wird der Wert r im wesentlichen gleich
dem Betrag, der sich ergibt, wenn im wesentlichen keine Wechselspannung anliegt.
Zur Erzielung der gleichen Wirkung wie im Falle des kleinen Zwischenraumes ist zur
Verbesserung der Bildgradation bzw. Tönungsabstufung daher vorzugsweise entweder
die Frequenz zu verringern oder die Intensität der Wechselspannung zu erhöhen.
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Bei einer zu niedrigen Frequenz wird dagegen die Hin- und Herbewegung
des Toners während des Hindurchtretens der Ladungsbildträgeroberfläche durch den
Entwicklungsabschnitt nur unzureichend wiederholt, was zur Folge hat, daß Unregelmäßigkeiten
bei der Bildentwicklung aufgrund der Wechselspannung auftreten können. Gemäß den
vorstehend beschriebenen Versuchsergebnissen kann ein vorteilhaftes Bild mit einer
Frequenz von bis zu einschließlich 40 Hz erhalten werden, während Unregelmäßigkeiten
in dem entwickelten Bild auftreten, wenn die Frequenz unter 40 Hz abfällt. Hierbei
wurde festgestellt, daß die untere Frequenzgrenze zur Vermeidung solcher Unregelmäßigkeiten
in dem entwickelten Bild insbesondere von den Entwicklungsbedingungen abhängt, und
zwar vor
allem von der Entwicklungsgeschwindigkeit (oder Verarbeitungsgeschwindigkeit)
Vp mm/s. Da gemäß den Versuchen die Bewegungsgeschwindigkeit der das elektrostatische
Ladungsbild tragenden Oberfläche 110 mm/s beträgt, ergibt sich der untere Frequenzgrenzwert
aus 40/110 Vp t 0,3 Vp. Außerdem erwies sich, daß für die anzulegende Wechselspannung
eine übliche regelmäßige Spannung, eine Rechteckspannung, eine Sägezahnspannung
oder asymmetrische Wellenformen dieser Spannungen verwendet werden können, wobei
jede dieser Spannungen effektiv ist.
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-Das Anlegen einer Wechselvorspannung bewirkt somit eine beträchtliche
Verbesserung der Bildgradation bzw. Tönungsabstufung. Obwohl sich die Beschreibung
bisher auf ein elektrostatisches Ladungsbild bezog, kann ein ausgezeichnetes sichtbares
Bild sogar bei der Entwicklung eines magnetischen Ladungsbildes erhalten werden,
wenn ein Magnetpulver enthaltender Magnettoner als Entwickler Verwendung findet.
In diesem Falle sollte jedoch eine Entwicklungswalze aus einem keinen Magnetpol
aufweisenden Entwicklungszylinder im Entwicklungsabschnitt und in dessen Nähe verwendet
werden.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ist somit ersichtlich, daß eine
Richtungsverteilung bzw. Ausrichtung der an dem Bildteil haftenden Entwickiermenge
vermieden werden kann, wenn der sich bewegende Ladungsbildträger und das Entwickler-Trägerteil
im Entwicklungsabschnitt um einen Betrag voneinander beabstandet sind, der größer
als die Dicke der auf dei Oberfläche des Entwickler-Trägerteils befindlichen Entwicklerschicht
ist, und wenn ein elektrisches Wechselfeld zwischen dem Ladungsbildträger und dem
Entwickler-Trägerteil zur Bildentwicklung angelegt wird. Hierdurch läßt sich ein
qualitativ hochwertiges entwickeltes Bild mit scharfen Bildkonturen und naturgetreuer
Wiedergabe der Vorlage
erhalten, wobei darüber hinaus aufgrund
des Anlegens der Wechselvorspannung eine Schleierbildung im Bildhintergrund verhindert
und eine Verbesserung dr Bildgradation bzw. Tönungsabstufung erzielt werden.
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Beispiel 2: Einerseits läßt sich eine Bildentwicklung zur Erzielung
einer hohen Bildgradation bzw. Tönungsabstufung durchführen, wie dies vorstehend
in Verbindung mit Beispiel 1 beschrieben wurde. Andererseits besteht eine Tendenz
zu schnellem Auftreten unerwünschter Schleierbildung in dem entwickelten Bild, wenn
das Vorlagenbild einen farbigen Hintergrund aufweist, wie dies bei Zeitungspapier,
Diazopapier (Lichtpauspapier) und dgl.
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der Fall ist.
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Das nachstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ist daher sowohl
wie das vorherige Beispiel auf die Verhinderung des Auftretens einer Richtungsverteilung
bzw. Ausrichtung des Entwicklers als auch auf die Beseitigung eines solchen Nachteils
durch Steuerung des vorstehend beschriebenen Schwellenwertes Vth f für die Tonerübertragung
gerichtet. Der übertragungsschwellenwert des Toners wird von der Haltekraft des
Toners an dem Trägerteil bestimmt, wobei erfindungsgemäß die Steuerung dieser Haltekraft
des Magnettoners an dem Trägerteil durch die magnetische Feldstärke im Entwicklungsabschnitt
angestrebt wird.
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Fiq. 8 veranschaulicht den Toner-Übertragungsschwellenwert aufgrund
des magnetischen Oberflächenflußes an dem Entwicklungszylinder. Durch Steigerung
der magnetischen Oberflächenflußdichte an dem Entwicklungszylinder läßt sich der
Übertragungsschwellenwert des
Toners erhöhen. Dies hängt von den
Eigenschaften des Magnettoners ab (d. h., z. B. von dem Anteil an magnetischem Material,
der Reibungsladungsmenge des Toners, dem Toner-Partikeldurchmesser, der Dichte des
Toners usw.).
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Fig. 9 stellt eine schematische Querschnittsansicht eines zweiten
Ausführungsbeispiels der Entwicklungsvorrichtung dar. In Fig. 9 bezeichnet die Bezugszahl
11 einen aus Aluminium oder dgl. bestehenden nichtmagnetischen Zylinder, der derart
angeordnet ist, daß er im Entwicklungsabschnitt D in dem der Entwickler elektrostatisch
auf dem elektrostatischen Bildbereich an dem photoempfindlichen Material 4 zum IIaften
gebracht wird) mit dem photoempfindlichen Material 4 einen kleinen Zwischenraum
oder Spalt bilden kann. Der Außenfläche dieses Zylinders 11 wird ein isolierender
magnetischer Einkomponenten-Entwickler (Magnettoner) 10 aus einem nichtmagnetischen
Gefäß 12 zugeführt. Der Entwickler 10 wird an der Außenfläche des nichtmagnetischen
Zylinders 11 mittels eines mehrpoligen Magnetteils 13 festgehalten und durch Drehung
des Zylinders 11 in Pfeilrichtung mittels eines (nicht dargestellten) Motors zum
Entwicklungsabschnitt D befördert. In diesem Falle wird der Zylinder 11 derart angetrieben,
daß der Entwickler 10 auf dem Zylinder mit im wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit
und in der gleichen Richtung wie die Ladungsbildoberfläche bewegt werden kann. Da
während des Fördervorgangs die Entwicklerpartikel in der Entwicklerschicht durch
die Wirkung des an dem Magnetteil 13 ausgebildeten Magnetfeldes sich in Form einer
Kette von Zipfeln wiederholt aufrichten und herabfallen, so daß zwischen der Außenfläche
des elektrisch leitenden Zylinders 11 und den Entwicklerpartikeln Reibung entsteht,
ist das Reibunqsaufladungssystem eines jeden Bauteils derart gewählt, daß die Entwicklerparti-
kel
mit einer zu der Polarität des elektrostatischen Bildbereiches entgegengesetzten
Polarität durch Reibung aufgeladen werden Die Bezugszahl 14 bezeichnet ein Abstreifblatt
oder Rakelblatt aus magnetischem Material, das an einer Vorderwand 12' des nichtmagnetischen
Gefäßes 12 befestigt ist und in einem kleinen Spaltabstand zu der Außenfläche des
zylindrischen Bauteils 11 gehalten wird. Durch diesen kleinen Spaltabstand wird
die Menge (oder Schichtdicke) des auf der Außenfläche des Zylinders 11 getragenen
Entwicklers zur Weiterbeförderung zu dem Entwicklungsabschnitt gesteuert. Zur Verringerung
der Dicke der Entwicklerschicht ist das magnetische Blatt 14 gegenüber einem der
Magnetpole (in Fig. 9 der Magnetpol S3) des mehrpoligen Magnetteils angeordnet,
wobei sich die zylindrische Wand des Zylinders 11 zwischen ihnen befindet. Das heißt,
das magnetische Blatt 14 wirkt mit dem Magnetpol zur Bildung eines Magnetfeldvorhangs
(der vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zu der Außenfläche des Zylinders 11
verlaufen sollte) zwischen dem Zylinder 11 und dem magnetischen Blatt 14 zusammen,
wodurch die Menge des hindurchtretenden Entwicklers geregelt wird.
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Die auf der Außenfläche des Zylinders 11 ausgebildete dünne Entwicklerschicht
erreicht den Entwicklungsabschnitt D in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Zylinders
11. Am Entwicklungsabschnitt wird durch einen Magnetpol (in Fig. 9 durch den Magnetpol
N1) des Magnetteils 13 ein Magnetfeld gebildet. Dieses Magnetfeld verläuft senkrecht
zu den Außenflächen sowohl des photoempfindlichen Materials 4 als auch des Zylinders
11 in dem Minimalspalt des Entwicklungsabschnittes zwischen dem Zylinder 11 und
dem photoempfindlichen Material 4 (wobei es sich in diesem Falle um eine photoempfindliche
Trommel mit dem nichtmagnetischen photoempfindlichen Material 4 handelt), d. h.,
in dem Spaltabschnitt zwischen
dem photoempfindlichen Material
4 und dem Zylinder 11 auf einem Linienabschnitt, der die Drehmittelpunkte der photoempfindlichen
Trommel 4 und des Zylinders 11 miteinander verbindet. Das heißt, ein Magnetpol ist
an dem vorstehend genannten Linienabschnitt angeordnet, wodurch die Bewegung und
das Haften der Entwicklerpartikel an dem photoempfindlichen Material in äußerst
zufriedenstellender Weise bewirkt werden können. Während die Richtung des vorstehend
beschriebenen Magnetfeldes auch von der Senkrechten zu den Außenflächen des photoempfindlichen
Materials 4 und des Zylinders 11 in dem Minimalzwischenraum abweichen kann, sollte
vorzugsweise zumindest einer der Magnetpole des Magnetteils 13 in einer rückwärtigen
Position des Entwicklungsabschnitts D in bezug auf die Dicke der zylindrischen Wand
des Zylinders 11 angeordnet sein. In jedem Fall vergrößert die magnetische Entwicklerschicht
auf der Außenfläche des Zylinders 11 im Entwicklungsabschnitt D aufgrund der Wirkung
des vorstehend beschriebenen Magnetfeldes ihre Dicke im Vergleich zu dem Fall, bei
dem kein Magnetfeld anliegt oder bei dem das Magnetfeld parallel zu der Außenfläche
des Zylinders 11 wie in dem Bereich zwischen zwei seitlich zueinander angeordneten
Magnetpolen verläuft, wodurch sich die Oberfläche der Entwicklerschicht der Oberfläche
des photoempfindlichen Materials 4 nähert.
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Zwischen dem den Entwickler tragenden zylindrischen Teil 11 und einer
Cegenelektrode 4a des photoempfindlichen Materials 4 ist eine Stromquelle 23 vorgesehen,
die das Anlegen des Wechselfeldes ermöglicht. Die Tonerpartikel bewegen sich in
dem Zwischenraum zwischen der Oberfläche des photoempfindlichen Materials 4 und
dem zylindrischen Teil 11 im Belichtungsabschnitt hin und her, wodurch ein entwickeltes
Bild erhalten wird, das frei von Schleierbildungen ist und eine hohe Bildgradation
bzw. Tönungsabstufung aufweist. Der für die Bildentwicklung nicht verwendete und
auf der Außenfläche des zylindrischen Teils 11 verbliebene Entwickler wird
durch
Drehung des zylindrischen Teils 11 in das Gefäß 12 zurückgeführt.
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Das Magnetteil 13 hat Säulenform, weist eine Vielzahl von Magnetpolen
auf (gemäß Fiq. 9 acht Magnetpole N1 bis N4 und S1 bis S4) und ist indem hohlen
Innenraum des nichtmagnetischen Zylinders 11 koaxial zu dem Zylinder 11 angeordnet.
Wie der Figur zu entnehmen ist, sind Magnetpole entgegengesetzter Polarität abwechselnd
um das Magnetteil 13 herum in gleichen Intervallen in der in Fig. 9 dargestellten
Weise angeordnet. Bezüglich der Intensität der jeweiligen Magnetpole gilt, daß N1
stärker als S1 und S1 stärker als N2 sind (N1> 51 > N2), während die restlichen
Magnetpole jeweils die gleiche Intensität aufweisen. Zum Beispiel kann die Intensität
der restlichen Magnetpole gleich der Intensität des Magnetpols S1 sein.
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Das Magnetteil 13 ist auf einer Achse 15 befestigt, die in bezug
auf den Hauptkörper der Entwicklungsvorrichtung drehbar gehalten wird (jedoch während
des Entwicklungsvorgangs nicht drehbar ist). Eine kreisförmige Scheibe 16 ist an
der Achse 15 befestigt, wobei in der Scheibe 16 ein Loch 17 für eine Feder ausgebildet
ist.
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Eine Rast- oder Sperrfeder 18 ist in das Federloch 17 eingepaßt und
drückt eine Rastkugel 20 nach außen. Die Rastkugel 20 ist derart konstruiert, daß
sie frei gleitend und drehbar in die Scheibe 16 sowie in ein in einem Ring 19 ausgebildetes
Rastloch 21 einpaßbar ist, wodurch die Drehstellung des Magnetteils 13 festgelegt
wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Rastloch 21 in einem Abstand
von 450 in bezug auf die Achse 15 in dem Ring 19 ausgebildet. Die Rastkugel 20 ist
außerdem derart konstruiert, daß nach ihrem Eintritt in das in der Figur oberste
Loch 21 der Magnetpol N1 auf dem die
Achse 15 und den Drehmittelpunkt
der Aufzeichnungstrommel 1 verbindenden Linienabschnitt liegen kann, daß nach Eintritt
der Kugel in das Mittelloch der Magnetpol S1 auf dem Linienabschnitt liegen kann
und daß nach Eintritt der Kugel in das unterste Loch 21 der Magnetpol N2 auf dem
Linienabschnitt liegen kann. Das heißt, durch Drehung der Achse 15 lassen sich die
Magnetpole N1, S1 und N2 des Magnetteils 13 jeweils wahlweise in ein und derselben
Position anordnen (in diesem Falle in einer Position, bei der in der gleichen Richtung
ein Magnetfeld gebildet wird und zwar einschließlich eines bei diesem Ausführungsbeispiel
senkrecht zu dem Zylinder 11 und dem photoempfindlichen Material 4 verlaufenden
Magnetfeldes), wodurch die Magnetpole jeweils in dieser Position während des Entwicklungsvorgangs
zum Stillstand gebracht werden können, so daß sich die magnetische Flußdichte im
Entwicklungsabschnitt verändern läßt. Selbstverständlich nimmt der Betrag der magnetischen
Flußdichte im Entwicklungsabschnitt seinen Maximalwert an, wenn der Magnetpol N1
in dieser Position angeordnet ist, während der Betrag der magnetischen Flußdichte
minimal wird, wenn der Magnetpol N2 in dieser Position angeordnet ist, und einen
Zwischenwert zwischen diesem Maximalwert und Minimalwert annimmt, wenn der Magnetpol
S1 diese Stellung einnimmt. Die Achse 15 wird durch Betätigung einer einstückig
mit der Achse 15 verbundenen und außerhalb des Gehäuses des Kopier- oder Reproduktionsgerätes
angeordneten Einstellscheibe, Skala oder dgl. von einer Bedienungsperson entsprechend
dem Zustand einer Bildvorlage für die gewünschte Reproduktion gedreht.
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Auch wenn das Magnetteil 13 wahlweise in den vorstehend beschriebenen
drei Dreh- und Haltestellungen angeordnet wird, sind die Magnetpole S2, N4 und S4
jeweils an der gleichen Stelle (die der Position von S3 in Fig.
-
2 entspricht) über die zwischenliegende zylindrische Wand des Zylinders
11 gegenüber dem magnetischen Abstreif-oder Rakelblatt 14 angeordnet. Da die von
diesen drei Magnetpolen jeweils ausgeübten Magnetkräfte gleich sind, wird die an
der Außenfläche des Zylinders 11 auszubildende und zum Entwicklungsabschnitt D zu
transportierende Entwicklerschichtdicke bzw. Entwicklermenge konstant gehalten,
auch wenn sich die magnetische Flußdichte des Magnetfeldes am Entwicklungsabschnitt
D ändert. Falls das Vorlagenbild einen farbigen Hintergrund, wie z. B. bei gefärbtem
Papier usw., aufweist oder an seiner gesamten Oberfläche mit einem ungewöhnlich
hohen Potential versehen ist, wird das Magnetteil in der Stellung gemäß Fig.
-
9 angeordnet, d. h., in einer Stellung, bei der der Magnetpol N1 mit
der stärksten magnetischen Kraft das Magnetfeld im Entwicklungsabschnitt bildet.
Aufgrund dieser Magnetkraft weist das entwickelte Bild einen hohen Schwellenwert
für die Tonerübertragung auf, wie dies in Fig. 8 veranschaulicht ist, was zur Folge
hat, daß das entwickelte Bild völlig frei von Schleierbildungen im Bildhintergrund
ist. Besteht dagegen das Vorlagenpapier aus weißem Papier oder dgl., bei dem im
Bildhintergrund kaum eine Schleierbildung auftritt, wird der Magnetpol N2 mit der
schwächsten magnetischen Kraft in der Position des Magnetpols N1 gemäß Fig. 9 angeordnet,
wodurch ein hervorragend entwickeltes Bild mit zufriedenstellender Gradation bzw.
Tönung, das frei von jeglicher Schleierbildung ist, erhalten wird. Liegt das Ladungsbild
ferner zwischen den beiden genannten Magnetkräften, so wird der Magnetpol 1 in der
Position des Magnetpols N1 gemäß Fig. 9 angeordnet, wodurch ein entwickeltes Bild
erhalten
werden kann, dessen Eigenschaften zwischen denen der vorstehend
beschriebenen beiden Charakteristika liegt.
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Nachstehend wird näher auf die unter Verwendung der Entwicklungsvorrichtung
gemäß Fig. 9 durchgeführten Versuche eingegangen. Der minimale Zwischenraum zwischen
dem photoenipfindlichen Material 4 und dem Zylinder 11 im Entwickiungsabschnitt
wurde auf 150 um eingestellt, während der Spalt zwischen dem Zylinder 11 und dem
Rakelbiatt 14 auf 200 um eingestellt wurde. Die magnetische Flußdichte an der Außenfläche
des Zylinders 11 wurde für den Slarsnetpol N1 auf 1000 Gauss, für den Magnetpol
auf 750 Gauss, für den Magnetpol N2 auf 500 Gauss und für die restlichen Magnetpole
auf jeweils 600 Gauss eingestellt. Als Wechseispannung wurde eine Sinusspannung
mit einer Frequenz von 200 Hz und einer Amplitude von 400 V verwendet, der eine
Gleichspannung v.n 250 V überlagert war. Die Schicht des magnetischen Finkomponenten-Entwicklers
mit einem durchschnittlichen Partikel durchmesser von annähernd 10 um war in einer
Position unmitteibar nach Durchiaufen des Rakeiblattes 14 annähernd 100 µm dick.
Zur Entwicklung einer farbigen Bildvoriage fand der Magnetpol N1 Verwendunq, während
zur Entwicklung einer weißen Bildvorlage der Magnetpol N2 verwendet wurde, was zur
Folge hatte, daß entwickelte Bilder mit hervorragender reicher Bildgradation bzw.
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Tonabstufung erhalten wurden, die frei von jeglicher Schieierbiidung
waren.
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Eeisyiei 3: Die Bildentwicklung wird durchgeführt, indem die Oberflächenschicht
des Entwicklers, die die gleiche wie bei den vorherigen Beispieien ist, in der gleichen
Richtung und mit im wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit wie die Ladungsbildoberfläche
im F.ntwicklunqsabschnitt bewegt wird, und indem zwischen dem Abstoß-
Magnetfeld
und dem einzelnen Magnetfeld umgeschaltet wird, wodurch entwickelte Bilder guter
Qualität entsprechend den verschiedenen Arten der Biidvorlage erhalten werden. Der
Aufbau dieses Ausführungsbeispiels der Entwicklungsvorrichtung ist in Fig. 10 dargestellt,
wobei ein .'Iagnetfeid mit schwacher magnetischer Haltekraft durch gegenseitig sich
abgestoßender Magnetpole (in Fig. 10 die Magnetpole S-S von M1) erhalten wird.
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Die photoempfindiiche Trommel 4 weist eine photoleitfähige Schicht
auf und wird derart gehalten, daß sie sich in Pfeilrichtung drehen kann. In einem
Gefäß 25 befindet sich Magnettoner 24. Die Bezugszahl 26 bezeichnet ein ylinderforin
aufweisendes Toner-Träaerteil, das aus magnetischem Material besteht. Das Toner-Trägerteil
hält auf seiner Oberseite den Magnettoner 25 fest und befördert ihn in den Entwicklungsbereich.
Hierbei wird das Toner-Trägerteil seinerseits derart getragen, daß es sich in Pfeilrichtung
dreht. Die Bezugszahl 27 bezeichnet ein Toner-Aufbringelement, mit dessen Hilfe
das Toner-Trägerteil 26 dünn mit dem Magnettoner 24 beschichtet wird. Das Toner-Trägerteil
besteht aus magnetischer1 Material und dient zum Itindurchführen des Magnettoners
durch den Spalt zwischen dem Toner-tufbringelement und dem Toner-Trägerteil, wobei
der Toner durch magnetische I;räfte auf einer äußerst geringen Dicke eingeregeit
wird.
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Die Eezugs;alli 28 bezeichnet einen Magneten, der als Entwicklungspol
einen Magnetpol M11 der aus sich gegenseitig abstoßenden Plagnetpolen (S-S) besteht,
sowie einen einzelnen Magnetpol M2 von unterschiedlicher Polarität (N) zu dar Polarität
des Magnetpols M1 aufweist. Die Bezugszahl 29 bezeichnet einen isolierenden Schwenkal
, mit dessen Hilfe der Maqnet in Drehunq versetzt wird. Der Schwenkarm äit an einem
Ende schwenkbar den Magneten, während an seinem anderen Ende ein Piunger-
koiben
31 angreift, der der von einer Feder 30 ausgeübten Federkraft entgegenwirkt.
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Zur Herstellung eines entwickelten Bildes einer dünnen Linienbiidvorlage
wird der Plungerkolben 31 betätigt, damit der Magnetpol M1 dem Entwickiunosbereich
gegenüberliegt, wobei der 'magnet 28 durch den Schwenkarm 29 festgehalten wird.
Zur Wiedergabe von Photographien und dgl. wird der Plungerkolben 31 freigegeben
und der Schwenkarrn 29 durch die Feder 30 in der strichpunktiert dargestellten Lage
festgehalten, wobei die Entwicklung durch den Magnetpol M2 erfolgt. Die Bezuqszahl
32 bezeichnet eine Wechselspannungsquelle, der eine Gleichspannung überlagert ist.
Die Spannungsquelle ist mit einer Drehachse 26a des Toner-Trägerzylinders 26 verbunden,
wobei die vorstehend genannte lXechseivorspannung zwischen dem Ladunqsbildträger
4 und dem Toner-Trägerzylinder 26 in Entwickiungsbereich angelegt wird.
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Wenn die in der Figur dargestellten bstoßpole im Entwicklungsabschnitt
angeordnet werden, treiben sich die Magnetfelder der jeweiligen Abstoßpole zwischen
den Magnetpoien des Abstoßmagnetpols M1 gegenseitig zurück, was zur Folge hat, daß
die magnetische Haltekraft in bezug auf den Toner-Trägerzylinder 26 abgeschwächt
wird und der Endabschnitt des entwickelten Bildes eine gute Bildqualität aufweist.
Nachstehend wird diese Wirkung unter Bezugnahme auf Fig. 11 näher erläutert.
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In Fig. 11 ist die Art der Tonerschichtbildung entiang der magnetischen
Kraftlinien im Entwicklungsabschnitt veranschaulicht, wenn das Abstoß-Magnetfeld
dort gebildet wird.
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In dem Bereich, in dem das Abstoß-Magnetfeld in der dargestellten
Weise gebildet wird, befinden sich
Ketten von Tonerpartikeln 24,
die in Form von Zipfeln entlang der magnetischen Kraftlinien angeordnet sindr in
ausqestrecktem Zustand und bewegen sich mit der Bewegung des Toner-Trägerteils 26
von der Position A zu der Position B, und zwar in einem ausgestreckten Zustand in
Richtung des Bildbereiches 4b des Ladungsbildträgers 4 mit der Bewegung des Entwicklungsz-;inders.
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Dementsprechend ergibt sich eine grobe Tonerdichte in diesem Bereich
A-B, wobei die Haftkraft unter den Partikein sowie zwischen den Partikeln und dem
Entwicklungszylinder schwach ist, so daß die Übertragung des Toners auf den Ladungsbildträger
4 leicht erfolgen kann.
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Da die Tonerketten ferner ausgestreckt bzw. gedehnt sind, sprechen
sie auch empfindlich auf elektrische Kraftlinien im Umgebungsbereich des Ladungsbildes
4c an, so daß ein reproduziertes Bild erhalten werden kann, das in bezug auf die
Wiedergabe seiner dünnen Linien ausgezeichnete Eigenschaften aufweist. Darüber hinaus
bewirkt die Ivochgeschnçinaigkeitsbewegung des Toners von der Position A zu der
Position B einen "Wolkenbildungszustand" des Toners im Entwicklungsbereich, wodurch
die Tonerübertragung im Endteil des Ladungsbildes aufgrund des Randbildungseffektes
des Ladungsbildes stattrindet.
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Angesichts der niedrigen Tonerdichte ergibt sich andererseits die
Situation, daß kein dichtes Bild erhalten werden kann. Außerdem besteht das Problem,
daß die Tonerketten in beträchtlichem MaBe gestreckt bzw. gedehnt sind, so daß die
jeweiligen Vorderenden der Ketten ieicht mit der Oberfläche des Ladungsbildträgers
in Berührung gelangen und die Tendenz besteht, daß der biidfreie Bereich aufgrund
von Schleierbiidungserscheinungen verunreinigt wird. Es erwies sich jedoch, daß
sich diese Mängel beseitigen lassen und ein qualitativ hochwertiges Bild mit einer
ausgezeichneten Wiedergabe dünner Linien und Biidgradation bzw. Tönungsabstufung
sowie einer hohen Bilddichte erhalten werden kann, wenn ein
elektrisches
Wechselfeld zwischen der hinteren Flächenelektrode 4a und dem das Toner-Trägerteil
bildenden Entwicklungszylinder 26 angelegt wird. Ein solches elektrisches Wechselfeld
hat unter Einbeziehung des AbstoB-Magnetfeldes 1 folgende Wirkung: Das eiektrische
Wechselfeld bewirkt eine Hin- und Herbewegung der Tonerpartikel zwischen dem Entwickiungszylinder
und der Ladungsbildtrageroberfläche während ihres Hindurchtritts durch den Entwicklungsabschnitt,
wodurch der bereits in Form von Ketten auf die Ladungsbildoberfläche übertragene
Toner im Laufe seiner Hin-und Herbewegung zwischen dem Zylinder und der Ladungsbiidträgeroberfiäche
abgesondert und gleichmäßig auf der Bildoberfläche wieder angelagert wird. Es ist
auch möglich, daß der Toner auf dem breiten Bereich des Zylinders durch die Wirkung
des elektrischen Feldes zur rntwickiuny beiträgt, wodurch sich ein Bild von hoher
Dichte erhalten iäßt. Darüber hinaus kann das Auftreten der auf Reibung der Tonerketten
beruhenden unerwünschten Schleierbildungserscheinungen im bildfreien Bereich durch
die entgegengesetzte Phase des elektrischen lirechselfeides verhindert werden.
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Obwohl die Verbesserung der Bildgradation bzw.
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Tönungsabstufung aufgrund des elektrischen Wechselfeldes bei Verwendung
des Abstoß-Magnetfeldes geringer als im Falie des durch Anordnung des einzelnen
D'agnetpois im Entwicklung sbereich gebildeten vertikalen Magnetfeldes ist, verstärkt
sich andererseits die Randbildunswirkung. Dies läßt sich darauf zurückführen, daß
der die Hin- und Herbewegung aufgrund des elektrischen Wechselfeldes durchführende
Toner von dem Abstoß-Magnetfeld verwirbelt und in einen wolkenähnlichen Zustand
gebracht wird, wobei er aufgrund des Randbildungseffektes von dem Umgebungsbereich
des Bildes angezogen wird.
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Nachstehend sei noch einmai näher auf das Ausführungsbeispiei der
Entwicklungsvorrichtung gemäß Fig.
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10 eingegangen.
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Der Entwicklungszylinder 26 besteht aus nichtmagnetischem korrosionsbeständigem
Stahl und weist einen Durchmesser von 30 mm auf. Der Entwicklungszylinder dreht
sich mit einer Umfangs geschwindigkeit von annähernd 100 mm/s, wodurch eine Geschwindigkeitsdifferenz
in bezug auf die Oberfläche des Ladungsbildträgers beseitigt wird.
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Der Magnetpol M1 des Magneten 28 besteht aus den Abstoßpolen S-S,
die jeweils eine magnetische Flußdichte von 850 Gauss aufweisen, während der Magnetpol
M2 ein einzelner Poi ist, der eine magnetische Flußdichte von 650 Gauss aufweist.
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Der magnetische Toner 24 besteht aus 60 Gew.-2 Polystyrol, 35 Gew.-t
Magnetit und 5 Gew.-% eines Aufladungssteuermitteis, denen 0,2 Gew.-e kolloidales
Siliciumoxid zur Verbesserung des Fließvermögens zugesetzt sind.
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Das magnetische Blatt 27 besteht aus Eisen und ist mit bekannten
Mitteln fest angeordnet, wobei zwischen dem Blatt und dem Zylinder ein Spalt von
200 m und zwischen dem Zylinder und der den Ladungsbildträger biidenden Trommel
ein Spait oder Zwischenraum von 300 um aufrechterhalten werden.
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Das Ladungsbild weist im dunklen Bereich ein Potential von + 500
V und im hellen Bereich ein Potential von 0 V auf. Als Entwicklungsvorspannung wird
eine Wechselspannung von Vss 900 V verwendet, der eine Gleichspannung von + 200
V überlagert ist.
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Wenn bei dieser Anordnung der Abstoß-Hagnetpol M1 aus gewählt und
in die Entwicklungsstellung gebracht wird, nehmen die Tonerpartikel in Verbindung
mit dem elektrischen Wechselfeld den wolkenähnlichen Zustand an, wodurch aufgrund
des Randbildungseffektes ein qualitativ hochwertiges dünnes Linienbiid reproduzierbar
ist.
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Wenn der einzelne Magnetpol M2 aus gewählt und in die Entwicklungsstellung
gebracht wird, erfolgt die Bildung einer üblichen Magnetbürste. Dies hat zur Folge,
daß die Hin- und Herbewegung der die Entwicklung durchführenden Tonerpartikel in
dem Zwischenraum bzw. Spait des Entwickiungsabschnittes in Verbindung mit dem elektrischen
Wechselfeld erheblich verstärkt wird, so daß ein entwickeltes Bild erhalten wird,
in dessen Bildhintergrund fast keinerlei Schleierbildung auftritt.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren sowie der Vorrichtung
zur Entwicklung von Bildern ist somit ein bewegbarer Ladungsbildträger in einem
bestimmten Abstand oder Zwischenraum gegenüber einem Entwickier-Trägerteil angeordnet,
wobei dieser Spalt oder Zwischenraum größer als die Dicke einer auf der Oberfläche
des Entwickler-Trägerteils befindlichen Entwicklerschicht ist. Zwischen dem Ladungsbildträger
und dem Entwickier-Trägerteii wird ein elektrisches Wechselfeld angelegt, um eine
Hin- und Herbewegung des Entwicklers zwischen dem Entwickier-Trägerteii und sowohl
den Biidbereichen als auch den bildfreien Bereichen des Ladungsbildträgers zumindest
im Bereich der engsten Annäherung zwischen dem Ladungsbildträger und dem Entwickler-Trägerteil
herbeizuführen, wodurch die Oberfläche der von dem Entwickler-Trägerteil getragenen
Entwicklerschicht im Entwicklungsabschnitt in im wesentlichen der gleichen Richtung
und mit im wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit wie die Ladungsbildoberfläche
besagt wird
L e e r s e i t e