DE3206815A1 - Verfahren zur behandlung eines elektrostatischen bilds - Google Patents

Description

Henkel, Kern, Feifer&Hänzel Patentanwälte

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25,390/81

2 5. Fsb. 1982

KONiSHIROKU PHOTO INDUSTRY CO., LTD.,
Tokio, Japan

Verfahren zur Behandlung eines elektrostatischen Bilds

25. Feb. 1382

Verfahren zur Behandlung eines elektrostatischen Bilds

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung oder Verarbeitung eines elektrostatischen Bilds bzw. latenten Ladungsbilds zur elektrostatischen Aufladung und Entwicklung des nach einem elektrophotographischen Verfahren, einem elektrostatischen Aufzeichnungsverfahren, einem elektrostatischen Druck- oder Kopierverfahren usw. geformten elektrostatischen Bilds.

Für die Entwicklung eines elektrostatischen Bilds (im folgenden auch als "Ladungsbild" bezeichnet) zu einem sichtbaren Bild sind allgemein ein Naßentwicklungsverfahren unter Verwendung eines flüssigen Entwicklers und ein Trockenentwicklungsverfahren unter Verwendung eines pulverförmigen Entwicklers bekannt. Das Trockenverfahren ist deshalb vorteilhaft, weil dabei ein gewöhnliches, normales Papier verwendet werden kann; dieses Verfahren läßt sich zudem grob in ein solches unter Verwendung eines Zweikomponentenentwicklers aus einem Träger und einemToner sowie ein solches unter Verwendung eines nur aus einem Toner bestehenden Einkomponentenentwicklers

unterteilen.

Im Vergleich zum Zweikomponentenentwickler-Verfahren ist das mit einem Einkomponentenentw'ickler arbeitende Verfahren vorteilhafter, weil im Toner selbst keine Änderung seiner Konzentration auftritt und daher die Entwicklungs-

einheit einfacher ausgebildet sein kann, und weil sich die Eigenschaften des Entwicklers nicht verschlechtern, sondern über einen langen Zeitraum hinweg stabil bleiben. Dieses Verfahren ist jedoch immer noch mit dem kritischen Mangel behaftet, daß sich stabile, gleichbleibende Bildformeigenschaften nicht erzielen lassen. Dies beruht auf dem Umstand, daß die elektrische Aufladung des Einkomponentenentwicklers zur Gewährleistung eines gewünschten Zustande desselben schwierig ist. 10

Zur Erzielung eines zufriedenstellenden sichtbaren Bilds nach dem Trockenentwicklungsverfahren ist es im wesentlichen nötig, den Toner mit der erforderlichen Polarität und zudem mit einer geeigneten Ladungsgröße elektrisch aufzuladen. Beim Zweikomponentensystem wird dagegen der Toner beim mechanischem Umwälzen des Toners und des Trägers durch Reibung aufgeladen, wobei Ladungspolarität und -größe des Toners zu einem gewissen Grad durch Wahl der Bedingungen, wie Trägercharakteristik, Umwälz-

bedingungen usw. eingestellt werden können. Bei dem nur aus dem Toner bestehenden Einkomponentenentwickler ist andererseits kein solcher Träger vorhanden, so daß sich die Einstellung von Ladungspolarität und -größe oder

-menge des Toners äußerst schwierig gestaltet. 25

Für das Aufladen des Einkomponentenentwicklers wurden bisher ein Reibungsaufladeverfahren, bei dem der Entwickler mit einer mechanischen Kraft umgewälzt wird, ein Ladungsinjektions-Aufladeverfahren unter Verwendung von Injektionselektroden und ein Aufladeverfahren unter Verwendung einer Koronaentladungsvorrichtung angewandt.

Beim Reibungsaufladeverfahren wird der Toner durch die Reibung zwischen ihm und dem Rührwerk, zwischen ihm und der Behälterwand oder zwischen den Tonerteilchen selbst aufgeladen. Dieses Verfahren ist dabei mit den Problemen

behaftet, daß die Ladungsgröße im allgemeinen gering ist, die Einstellung der Ladungsgröße oder -menge sich als schwierig erweiat und der Toner zum Teil mit einer der erforderlichen Polarität entgegengesetzten Polaritat aufgeladen wird.

Beim Ladungsinjektionsverfahren erweist sich die ladungsinjektion oder -einführung als schwierig, wenn der Entwickler dielektrisch ist, während im PaIl eines leitfähigen Entwicklers ein Abfluß (leak) auftritt, so daß eine große Ladungsgröße oder -menge nicht erzielt werden kann.

Beim Aufladeverfahren unter Verwendung einer Koronaentladungsvorrichtung ergeben sich die Probleme, daß der Entwickler nicht gleichmäßig aufgeladen werden kann und der Korona(entladungs)draht einer schnellen Verschmutzung unterliegt.

Mit dem bisherigen Verfahren ist es somit nicht möglich, einem Einkomponentenentwickler einen zweckmäßigen Ladungszustand zu erteilen, so daß bei einem Entwicklungsverfahren unter Verwendung eines Einkomponentenentwicklers außerordentlich strenge Bedingungen eingehalten werden müssen. Auch bei Einhaltung solcher Bedingungen erweist es sich als schwierig, in stabiler bzw. gleichbleibender Weise ein zufriedenstellendes sichtbares Bild z\i erzeugen.

Andererseits sind verschiedene Einrichtungen bekannt, bei denen der elektrisch aufgeladene Einkomponentenentwickler zur Erzeugung eines sichtbaren Bilds zur Einwirkung auf einen ein elektrostatisches bzw. Ladungsbild tragenden Träger gebracht wird, indem im wesentlichen die elektrostatische Anziehung des Ladungsbilds ausge-

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nutzt wird (eine solche Einrichtung ist im folgenden als "Entwicklungseinheit" "bezeichnet). Die Entwicklungseinheiten lassen sich allgemein in eine Kontaktentwicklungseinheit, bei welcher ein Entwickler mit der Gesamtoberfläche eines Ladungbildträgers, wie dies typischerweise beim sogen. Drucksystem der Fall ist» in Berührung gebracht wird, und in eine berührungsfreie Entwicklungseinheit unterteilen, etwa ein sogen. Sprungsystem (jumping system) oder ein Aufsetzsystem (touch-down system), bei dem die Entwicklung erfolgt, während der Entwickler nicht mit der Gesamtoberfläche des Ladungsbildträgers in Berührung gebracht wird.

Bei der berührungsfreien Entwicklungseinheit wird der Toner veranlaßt, zur Durchführung der Entwicklung von einem Entwicklerträger zu einem diesem gegenüberstehenden Ladungsbildträger zu "springen". Der Toner muß dabei eine ziemlich große Ladung besitzen, wobei es außerdem wesentlich ist, daß Dicke und Oberflächenzustand der vom Entwicklerträger getragenen Tonerschicht gleichmäßig sind.

Die Kontaktentwicklereinheit wird bevorzugt, weil sie die zuverlässige Ablagerung des Toners auf dem elektrostatischen Bild bzw. Ladungsbild ermöglicht. Da hierbei der Entwickler jedoch auch mit den bildfreien Bereichen, an denen keine elektrostatische Ladung anliegt, in Berührung gelangt, kann sich der Toner mit hoher Wahrscheinlichkeit auch an diesen Bereichen anlagern. Es ist daher erforderlich, daß die Ladungsgröße oder -menge des vom Entwicklerträger getragenen Toners gleichmäßig ist. Beim Drucksystem (impression system) o.dgl. müssen weiterhin Dicke und Oberflächenzustand der vom Toner gebildeten Schicht gleichmäßig sein. Anderenfalls

³^ lagert sich der Toner auch an die bildfreien Bereiche

des Ladungsbildträgers an, so daß sich ein klares bzw. scharfes sichtbares Bild nicht erzielen läßt.

Bei der Entwicklung mittels eines Einkomponentenent-Wicklers, sowohl beim Kontaktentwicklungssystem als auch beim berührungsfreien Entwicklungssystem,ist es wünschenswert, daß der Entwickler in der für eine sichere Entwicklung erforderlichen Mindestmenge in den Entwicklungsbereich bzw. den Bereich eingeführt wird, in welchem der aufgeladene Einkomponentenentwickler auf den Ladungsbildträger einwirken kann. Im Gegensatz zum Zweikomponentenentwickler kann nämlich der gesamte eingeführte Einkomponentenentwickler an der Entwicklung teilhaben. Die erforderliche Mindestmenge ist dabei die Menge, bei welcher mehrere Schichten oder Lagen der Entwicklerteilchen abgelagert werden.

Wie erwähnt, ist es jedoch mit den bisherigen Verfahren nicht möglich, die erforderliche Ladungspolarität und -größe des Einkomponentenentwicklers zu erreichen, während auch der aufgeladene Entwickler nicht im angestrebten Zustand in den Entwicklungsbereich eingebracht werden kann. Aus diesen Gründen erwies sich die stabile Erzeugung eines zufriedenstellenden sichtbaren Bilds bisher als schwierig.

Beim Entwicklungssystem unter Verwendung des Zweikompon enteil en twieklers werden Toner und Träger mechanisch gerührt bzw. umgewälzt, wobei der Toner zur Sichtbarmachung des Ladungsbilds durch Reibung aufgeladen wird. Durch Wahl der Trägereigenschaften, der Umwälzbedingungen u.dgl. ist somit hierbei eine weitgehende Einstellung der Ladungspolarität und -größe des Toners möglich, so daß zufriedenstellende sichtbare Bilder erhalten werden. Aufgrund dieses Vorteils hat das Entwicklungs-

system unter Verwendung des Zweikomponentenentwicklers in der Praxis verbreitet Anwendung gefunden.

Beim Zweikomponentenentwicklersystem wird im allgemeinen, wie erwähnt, der Entwickler zur elektrischen Aufladung mechanisch umgewälzt. Hierfür ist ein Umwälzmechanismus "bzw. Rührwerk großer Drehmomentleistung erforderlich. Außerdem kann dabei der Träger aufgebrochen werden» und es kann eine Verschlechterung oder Zer-Setzung des Entwicklers, beispielsweise in Porm einer "Tonerfilmbildung" auftreten. Speziell bei Burchführung der Entwicklung mit hoher Geschwindigkeit oder bei häufiger kontinuierlicher Wiederholung des Entwicklungsvorgangs werfen diese Erscheinungen kritische Probleme auf;

Demgegenüber liegt der Erfindung insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein Aufladungsverfahren für einen Ladungsbild-Entwickler zu schaffen, bei dem ein isolierender Einkomponentenentwickler oder ein Zweikomponentenentwickler aus einem Toner und einem Träger durch elektrische Aufladung in einen gewünschten oder angestrebten ladungszustand versetzt werden kann. Außerdem bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Verfahrens zur Entwicklung eines elektrostatischen Bilds bzw» Ladungsbilds unter Gewährleistung eines ausgezeichneten Entwicklungsergebnisses .

Die lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmalen und Maßnahmen.

Gegenstand der Erfindung ist insbesondere ein Aufladungsverfahren, bei dem ein isolierender Einkomponentenentwickler.oder ein Zweikomponentenentwickler aus einem To-

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ner und einem Träger in einen Aufladungsraum zwischen zwei gegenüberstehenden, lagenförmigen Aufladungselementen eingeführt wird, wobei in diesem Raum ein Wechselfeld erzeugt wird, und der Entwickler weiterhin zu seiner Aufladung durch das Wechselfeld in Schwingung versetzt wird. Außerdem betrifft die Erfindung ein Entwicklungsverfahren für ein berührungsfreies System oder ein Kontaktsystem, bei dem das Ladungsbild mittels des auf vorstehend beschriebene Weise elektrisch aufgeladenen Entwicklers entwickelt wird.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
15

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Grundaufbaus

einer Aufladungsvorrichtung zur Durchführung . des Aufladungsschritts bei einem Ladungsbild-Entwicklungsverfahren gemäß der Erfindung, 20

Fig. 2 und 3 schematische Schnittansichten zur Veranschaulichung von Aufladungsvorrichtungen gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung,

Fig. 4 und 5 schematische Querschnitte durch Entwicklungsvorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 6 einen schematischen Querschnitt durch eine Ent-Wicklungsvorrichtung zur Verwendung eines Zweikomponentenentwicklers,

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ladungsbild-Entwicklungsverfahrens ,

Pig. 8 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teilschnittdarstellung der Vorrichtung gemäß Pig. 7»

Pig. 9 und 10 schematische Darstellungen "bevorzugter Ausführungsbeispiele von Aufladungselementen,

Pig. 11 bis 13 schematische» teilweise im Schnitt gehaltene Darstellungen anderer Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Pig. 14 bis 17 schematische Darstellungen spezieller

Ausführungsbeispiele von Tonermengen-Begrenzungselementen.

Gemäß Pig. 1 sind erfindungsgemäß zwei Elektrodenplatten 1A und 1B einander gegenüberstehend angeordnet, wobei schichtförmige bzw. lagenartige (sheet-like) Aufladungselemente 2A und 2B einander gegenüberstehend auf den einander zugewandten Plächen der Elektrodenplatten 1A bzw. 1B angeordnet sind. Zwischen diesen Elementen 2A und 2B wird somit ein Aufladungsraum 3 festgelegt. An die Elektrodenplatten 1A und 1B sind Wechselspannungsquellen VA bzw. VB angeschlossen, bq daß im Aufladungsraum 3 der Aufladungseinheit ein Wechselspannungsfeld erzeugt wird. Im allgemeinen können verschiedene Arten eines solchen Wechselspannungsfelds angewandt werden, beispielsweise ein rechteckiges, ein impulsförmiges, ein sinuskurvenförmiges PeId oder dergleichen. In diesen Aufladungsraum 3 wird ein isolierender Einkomponentenentwickler bzw. Toner T oder ein Zweikomponentenentwickler aus Toner und Träger eingeführt, wobei das durch eine Wechselspannung von den Wechselspannungsquellen VA, VB zwischen den Elektrodenplatten 1A, 1B bzw. im AufIa-

³^ dungsraum 3 erzeugte Wechselspannungsfeld auf den Toner

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T einwirkt. Die Teilchen des Toners T werden hierbei durch das Wechselspannungsfeld in Schwingung versetzt und elektrisch aufgeladen, wobei sich im Aufladungsraum 3 eine Tonerwolke bildet. Der auf diese Weise auf- geladene Toner wird zur Entwicklung des elektrostatischen Bilds bzw. Ladungsbilds benutzt.

Bei der beschriebenen Anordnung sind weiterhin bevorzugt Gleichspannungsquellen EA, EB mit den erwähnten Wechsel spannungs quell en VA, VB verbunden, um der Wechselspannung eine Gleichspannung zu überlagern.

Beim beschriebenen Verfahren wird angenommen, daß der Toner bzw. der Zweikomponentenentwickler mittels des im folgenden beschriebenen Mechanismus elektrisch aufgeladen wird. Da der Toner T bzw. der Toner T und der Träger C in körniger oder pulverförmiger Form vorliegen, kann vorausgesetzt werden, daß sie eine geringe natürliche Ladung bzw. Eigenladung besitzen. Falls sie keinerlei Ladung besitzen, erhalten sie eine elektrische Aufladung aufgrund der gegenseitigen Reibung zwischen den Teilchen oder aufgrund der Reibung der Teilchen an der Wand der Vorrichtung o.dgl. bei ihrer Einführung in den Aufladungsraum 3. Offensichtlich ist diese Ladungsgröße nicht ausreichend, um das Verhalten der Teilchen des Toners T zu beeinflussen.

Da der Toner T oder der Toner T und der Träger C dabei nur gering aufgeladen werden, sind der Toner T oder der Toner T und der Träger C bei Einwirkung des elektrischen Felds einer Coulombschen Kraft unterworfen₀ Da das Material im Aufladungsraum 3 erfindungsgemäß einem WechselSpannungsfeld ausgesetzt ist, werden der Toner T bzw. der Toner T und der Träger C entsprechend der Wechselschwingung des elektrischen Felds in Schwingung

versetzt. Dabei springen in der einen Halbperiode der Wechselspannung die Teilchen im Aufladungsraum 3 zur Elektrodenplatte 1A oder 1B unter Beaufschlagung des Aufladungselements 2A "bzw. 2B, während in der anderen HaTbperiode der Sprung in die entgegengesetzte Richtung unter Beaufschlagung des Aufladungseiements 2B "bzw. 2A erfolgt und sich dieser Vorgang anschließend wiederholt. Unter diesen Bedingungen entsteht die Tonerwolke. Die Teilchen werden dabei in erster Linie aufgrund der Reibung bei Beaufschlagung des Aufladungselements 2A oder 2B oder aufgrund der gegenseitigen Reibung während des Sprungs elektrisch aufgeladen.

Beim beschriebenen Vorgang wird die Ladungspolarität des Toners T durch das Verhältnis in der Reibungsaufladungssequenz zwischen dem Material der Aufladungselemente 2A, 2B, dem Material des Trägers C und dem des Toners T bestimmt. Wenn der Träger C mit primärer Aufladungskapazität ausgestattet ist, kann durch entsprechende Wahl des Werkstoffs der Aufladungselemente 2A, 2B sowie des Materials des Trägers C dieselbe relative lOlgebeziehung für den Toner T erzielt werden, so daß dieser mit der gewünschten Polarität aufgeladen wird. Die Aufladungselemente 2A, 2B können dabei auch nur eine Aufladungsfähigkeit für den Toner allein besitzen. Entsprechend kann auch nur eines der Aufladungselemente 2A, 2B ganz oder teilweise zur Aufladung beitragen. Da, wie erwähnt, die Gleichspannung der Wechselspannung für die Erzeugung des Wechselfelds überlagert ist, werden die mit einer vorbestimmten Ladungsgröße oder -menge aufgeladenen Tonerteilchen gegen das Aufladungselement 2A oder 2B angezogen und angelagert, das eine dem Toner T entgegengesetzte relative Polarität erhalten hat, so daß diese Tonerteilchen keiner weiteren Aufladung mehr unterworfen sind. Als Ergebnis kann die La-

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dungsgröße des Toners T gesteuert oder eingestellt werden, und auf dem vorgesehenen Aufladungselement 2A oder 2B kann eine Schicht aufgeladenen Toners unter Ausnutzung der Anziehungskraft gegenüber dem Toner gebildet werden» indem die Polarität der Gleichspannung entgegengesetzt zur Ladungspolarität des Toners gewählt wird oder indem die elektrische Abstoßungskraft gegenüber dem Toner aufgrund der Einstellung der Polarität der Gleichspannung auf die Ladungspolarität des Toners ausgenutzt wird. Die auf diese Weise gebildete Tonerschicht erhält eine gleichmäßige Dicke» weil sie sich aufgrund der Tonerschwingung bildet.

In der Praxis ist es nötig, daß zumindest ein Teil der gegenüberstehenden Flächen der beiden Aufladungselemente 2A, 2B aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff hergestellt ist. Wenn dieses Erfordernis erfüllt ist» kann ein elektrischer Gleichgewichtszustand zwischen der Aufladung des Toners und der an den Aufladungselementen 2A, 2B oder am Träger erzeugten Ladung aufrechterhalten werden. Bei Entwicklungssystemen» bei denen Toner verbraucht wird» kann somit die Ladungsansammlung an den Aufladungselementen 2A, 2B verhindert werden, so daß das gewünschte Verhalten des Toners nicht begrenzt bzw. beeinträchtigt wird. Im Hinblick hierauf ist es möglich, die Aufladungselemente 2A und 2B aus Metall herzustellen und die Elektrodenplatten 1A bzw. 1B mit diesen Aufladungselementen zu verbinden; wahlweise können die Elektrodenplatten 1A und 1B weg^u gelassen werden» wenn den Aufladungselementen 2A, 2B auch die Funktion von Elektroden zur Erzeugung des Wechsel(spannungs-felds verliehen wird. Um dabei eine elektrische Kopplung (electric condition) zwischen den Aufladungselementen 2A und 2B zu verhindern, wird die Konzentration des isolierenden Toners im Entwickler er-

höht, wenn der Träger leitfähig ist, so daß der Entwickler insgesamt dielektrisch wird, oder es kann ein isolierender Träger verwendet werden. Als isolierender Träger kann ein solcher aus einem Isoliermaterial, wie Glasperlen, oder ein Träger aus einem magnetischen oder elektrisch leitfähigen Kern, dessen Oberfläche mit einem isolierenden Harz beschichtet ist, verwendet werden.

Beim beschriebenen Aufladungsverfahren wird somit der Toner durch die Wirkung des im Aufladungsraum 3 herrschenden Wechselspannungsfelds in Schwingung versetzt und elektrisch aufgeladen, wobei die in diesen Raum eingeführten Tonerpartikel der im wesentlichen gleichmäßigen Einwirkung des Wechselspannungsfelds ausgesetzt sind und mit hohem Gleichförmigkeitsgrad aufgeladen werden. Insbesondere dann, wenn die Aufladungselemente 2A, 2B parallel zueinander angeordnet sind und der Aufladungsraum 3 daher eine gleichmäßige Weite besitzt, kann der äquivalente Aufladungsvorgang unter Gewährleistung einer gleichmäßigen Toneraufladung an jeder beliebigen Stelle innerhalb des Aufladungsraums 3 stattfinden .

Beim Aufladungsverfahren hängen die Zahl der Beaufschlagungen pro Zeiteinheit sowie die Auftreff- bzw. Beaufschlagungsgeschwindigkeit der Tonerteilchen gegen die AxTf ladungs elemente 2A, 2B von der Frequenz und der Spannung der Wechselspannungsquellen VA, VB ab, die das

Wechselspannungsfeld im Aufladungsraum 3 erzeugen. Bei entsprechender Einstellung von !Frequenz und Spannung können somit Aufladungsgeschwindigkeit oder Ladungsgröße des Toners innerhalb einer vorbestimmten Aufladungszeitspanne einfach gesteuert werden, wobei bei-

^O-J spielsweise die für die Entwicklung des Ladungsbilds

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erforderliche Ladungsgröße in kurzer Zeit erzielt werden kann. Da auf dem vorgesehenen Aufladungselement eine Schicht aufgeladenen Toners gebildet werden kann» dessen maximale Ladungsgröße durch Überlagerung der Gleichspannung zur Wechselspannung auf die beschriebene Weise eingestellt werden kann, läßt sich auf diese Weise ein die gewünschte Ladungsgröße besitzender Toner innerhalb einer kurzen Zeitspanne erhalten.

Der beim erfindungsgemäßen Verfahren zu verwendende Toner muß eine Ladungshalteeigenschaft bzw. -fähigkeit und daher vorzugsweise einen spezifischen Widerstand .

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von mindestens 10 Ohm-cm besitzen. Auch wenn der spezifische Widerstand des Toners unterhalb dieser Größe liegt, kann der Toner jedoch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend der Größe seiner Ladungshaltefähigkeit aufgeladen werden.

Da der Toner bzw. der Toner und der Träger während des beschriebenen Aufladungsverfahrens "springen" müssen» empfiehlt es sich in manchen Fällen, den Teilchen einen Zuschlag zur Verhinderung einer Verklumpung, wie feines Siliciumoxidpulver, oder einen Zuschlag zum Aufbrechen etwaiger KLumpen zuzumischen.

Im folgenden sind zweckmäßige Bedingungen zur Durchführung des beschriebenen Aufladungsverfahrens erläutert. Aufgrtind der Bedingungen beim Entwicklungsverfahren besitzt der Toner im allgemeinen eine Teilchengröße von 0,1 bis 100 μπι, insbesondere von 1 bis 20 |im. Im Aufladungsraum 3 muß ein Wechselspannungsfeld vorhanden sein» das zumindest stark genug ist, um die Tonerteilchen oszillieren bzw. schwingen zu lassen. Der praktische Bereich des Wechselspannungsfelds liegt vorzugsweise bei

i 5 x 104 bis 5 x 1O^ V/m. Die Spannung an den Elektro-

denplatten 1A "und 1B ist niedriger als eine Spannung! "bei welcher eine Koronaentladung auftritt (im allgemeinen etwa i 4 kV), und die Frequenz ist so gewählt, daß die Tonerteilchen dieser Frequenz zu folgen bzw. mit dieser Frequenz zu schwingen vermögen. Im allgemeinen liegt die Frequenz im Bereich von 50 Hz "bis 50 kHz und vorzugsweise im Bereich von 300 Hz "bis 5 kHz.

Die Dicke "bzw. Weite des Aufladungsraums 3 "beträgt im allgemeinen 0,1 bis 10 mm. Die in diesen Raum eingeführte Tonermenge wird so bemessen, daß die Schwingung der Tonerteilchen möglich ist. Im allgemeinen nimmt diese Tonermenge nicht mehr als 2/3 des Aufladungsraums 3 ein.

Fig. 2 veranschaulicht ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß zu verwendenden Aufladungsvorrichtung. Dabei ist ein Schirmgitter 4 zwischen zwei einander gegenüberstehende Aufladungselemente 2A und 2B in der Weise eingesetzt, daß zwei Aufladungsräume 3A und 3B festgelegt werden, welche den Aufladungselementen 2A bzw. 2B gegenüberstehen. An die Aufladungsräume 3A und 3B ist eine Wechselstrom- bzw. -spannungs- quelle VC zur Erzeugung des WechselSpannungsfelds angeschlossen. Erforderlichenfalls ist weiterhin eine eine überlagerte Gleichspannung liefernde Gleichspannung'squelle EO zur Vervollständigung der Aufladungsvorrichtung angeschlossen.

Bei dieser Konstruktion werden die Wechselspannungsfelder in den Aufladungsräumen 3A und 3B erzeuget, in denen die Aufladung des Tonera auf die vorher beschriebene Weise erfolgt. Das Schirmgitter 4 kann hierbei die Funktion eines Aufladungselements übernehmen.

Wenn der Toner ein sogen, "magnetischer Toner" ist, der eine magnetische Substanz enthält» können» wie bei der Aufladungsvorrichtung gemäß Fig. 3 veranschaulicht, Magnete 5A und 5B an der Außenseite der Elektrodenplatten 1A bzw. 1B angeordnet sein. Wahlweise können die Elektrodenplatten 1A» 1B oder die Aufladungselemente 2A, 2B aus einem magnetischen Werkstoff bestehen, wobei die Aufladungselemente in bestimmten Fällen auch als Elektrodenplatten 1A, 1B wirken können.

Wenn die Magnete 5A» 5B so angeordnet sind, daß ihre Magnetkraft den im Aufladungsraum 3 befindlichen magnetischen Toner beeinflußt, ist der Toner vorbestimmten Anziehungskräften gegenüber den Aufladungselementen 2A, 2B unterworfen, so daß die Tonerschichtdicke vergleichmäßigt werden kann, auch wenn sie zum Zeitpunkt der Tonereinführung ungleichmäßig ist. Außerdem kann der AufladungsVorgang begünstigt werden, wenn die Tonerteilchen die Aufladungselemente 2A, 2B beaufschlagen.

Weiterhin kann (dabei) der Schwingungszustand des Toners im gesamten Aufladungsraum 3 vergleichmäßigt werden. Es kann somit dieselbe Wirkung ..wie bei Überlagerung der Gleichspannung bzw. die Wirkung der Anlagerung und des Pesthaltens des auf eine vorbestimmte Ladungsgröße aufgeladenen Toners am Aufladungselement 2A oder 2B mittels einer Anziehungskraft erzielt werden. Diese, den Toner an einem der Aufladungselemente haltende elektrische und magnetische Kraft kann insgesamt als Yorspannungs-

kraft bei der Entwicklung ausgenutzt werden. 30

Auf die beschriebene Weise wird somit der Toner: zweckmäßig aufgeladen, wobei der aufgeladene Toner in Form einer Schicht gleichmäßiger Dicke durch elektrische und magnetische Kraft auf einem der Aufladungselemente 2A» 2B festgehalten wird. Mittels dieser Tonerschicht kann

dann eine hervorragende Ladungsbild-Entwicklung erreicht werden.

Da insbesondere die Ladungsgröße "bzw. -menge des Toners auf einen zweckmäßigen Wert eingestellt wird, werden ein gleichmäßiger Ladezustand und zudem die jeweils gewünschte Polarität erzielt» so daß sich der Toner nur an den Bereichen anlagert» an denen eine Ladung des zu entwickelnden Ladungsbilds vorhanden ist. Es kann somit ein ausgezeichnet scharfes, klares Kopierbild hoher Bilddichte und ohne Dichtenschwankungen erzeugt werden. Da der Toner bei seiner Überführung zum Entwicklungsbereich in der Schichtform gehalten werden kann, läßt sich ohne weiteres eine Lagensteuerung in bezug auf den Ladungsbildträger o.dgl. realisieren. Beispielsweise kann die Lagenbeziehung zum Ladungsbildträger genau gesteuert werden, wodurch die strengen Anforderungen, denen der Entwicklungsvorgang unterworfen ist, gemildert werden. Da weniger Toner verstreut wird, wird auch eine Verunreinigung des Ladungsbildträgers vermieden.

Da die Einstellung ader Steuerung der Ladungsgröße auf beschriebene Weise möglich ist, kann die pro Zeiteinheit auf einen gewünschten Ladungszustand aufzuladende Entwicklermenge vergrößert werden. Infolgedessen läßt sich ohne weiteres eine Entwicklung mit hoher Geschwindigkeit realisieren.

Die die Schicht des aufgeladenen Toners tragenden Aufladungselemente 2A und 2B werden bevorzugt so ausgebildet, daß sie zur Entwicklung vom Aufladungsraum 3 zum Entwicklungsbereich bewegbar sind.

Pig. 4 veranschaulicht ein Beispiel für eine Entwick-

3 Γ¹0 C 3 1 5

lungsvorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens, Hierbei ist das eine Aufladungselement 2A als Metallhülse bzw. -zylinder 10 ausgebildet, die bzw. der auch als Elektrode wirkt und zur Drehung in Pfeilrichtung gelagert ist. Im Inneren'dieser Hülse ist eine aus einem Magneten bestehende Magnetrolle 11 drehbar gelagert. Das andere Aufladungselement 2B steht der Mantelfläche der Hülse 10 über einen Aufladungsraum 3 gleichmäßiger Weite gegenüber. In Drehrichtung hinter dem Aufladungsraum 3 befindet sich ein Entwicklungsbereich, der einem Ladungsbildträger P zugewandt ist. Ein in Bewegungsrichtung vor dem Aufladungsraum 3 um die Hülse 10 ,angeordneter Behälter 12 bildet einen Tonerbehälter 13. Am Übergang zwischen dem Tonerbehälter 13 und dem Aufladungsraum 3 ist ein Tonermengen-Begrenzungselement 14 vorgesehen.

Bei dieser Entwicklungsvorrichtung wird der in den Tonerbehälter 13 eingefüllte magnetische Toner TM bei der Drehung der Hülse 10 durch die Magnetkraft der umlaufenden Magnetrolle 11 mitgenommen, wobei der Toner nach Begrenzung seiner Menge durch das Begrenzungselement 14 in den Aufladungsraum 3· eingeführt und in diesem auf vorher beschriebene Weise elektrisch aufgeladen wird. Anschließend wird der aufgeladene Toner aus dem Aufladungsraum 3 zum Entwicklungsbereich D transportiert, während er in laminarer Form bzw. in Schichtform verbleibt und für die Entwicklung des auf dem Ladungsbildträger P befindlichen elektrostatischen Bilds bzw. Ladungsbilds mit hoher Entwicklungsgeschwindigkeit zur Verfügung steht. Die Zufuhr bzw. Überführung'des Entwicklers kann dabei entweder durch Drehung der Magnetrolle oder durch Drehung nur der Metallhülse erfolgen.

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Die Entwicklung selbst kann auf die eingangs erläuterte Weise mit Berührung bzw. berührungsfrei erfolgen.

Wie aus vorstehender Beschreibung hervorgeht, wird vorzugsweise ein magnetischer Toner verwendet, weil dieser mittels des Magneten transportiert werden kann und sich im Entwicklungsvorgang ohne weiteres eine Tonerbürste (Magnetbürste) bilden läßt. Obgleich der Gehalt des magnetischen Toners an der magnetischen Substanz je nach seiner Art usw. variiert, ist im allgemeinen der spezifische Widerstand bei einem großen Gehalt niedriger. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise ein magnetischer Toner mit einem Gehalt an magnetischer Substanz von bis zu 70 Gew.-^ benutzt. Der für die Überführung des Toners erforderliche Gehalt an magnetischer Substanz beträgt dabei im allgemeinen mindestens 10 Gew.-$.

Erfindungsgemäß kann somit der isolierende Einkomponentenentwickler zweckmäßig aufgeladen werden, wobei dem aufgeladenen Toner auf einfachste Weise ein ausgezeichneter Zustand erteilt werden kann. Auch bei wiederholten Entwicklungsvorgängen kann erfindungsgemäß ein ladungsbild zu einem hervorragenden sichtbaren Bild entwickelt werden.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von Beispielen näher* erläutert.

Beispiel 1_

Gemäß Pig. 5 wurde eine Entwicklungsvorrichtung verwendet, die einen drehbar gelagerten Aluminium-Zylinder 10 und ein Aufladungselement 2B aus Aluminiumblech aufwies, welches der Mantelfläche des Zylinders 10 über einen 1 mm weiten bzw. tiefen Aufladungsraum 3 gegenüberlie-

G 1 5

gend angeordnet war» so daß unter Regulierung durch ein Tonermengen-Begrenzungaelement 14 eine 0,1 mm dicke Tonerschicht in den Aufladungsraum 3 einführbar war. Diese Entwicklungsvorrichtung wurde in ein handelsübliches elektrophotographisch.es Kopiergerät ("U-Bix V2") eingebaut, wobei der Zylinder 10 mit einer Drehzahl von 50 U/min in Richtung des Pfeils gemäß Pig. 5 in Drehung versetzt werden konnte. An den Zylinder 10 wurden eine Wechselspannung von 1,0 kV mit einer Frequenz von 2 kHz von einer Wechselspannungsquelle YA sowie eine dieser überlagerte Gleichspannung von +100 V von einer Gleichspannungsquelle EA angelegt. Gemäß den folgenden Beispielen wird eine SinuBwechselspannung verwendet. Bei einer Null betragenden Spannung der Wechselspannungsquelle VB für das Aufladungselement 2B und einer Gleichspannung von -100 V der Gleichspannungsquelle EB für das Aufladungselement 2B wurde im Aufladungsraum 3 und im Entwicklungsbereich D ein Wechselspannungsfeld erzeugt. Der Abstand zwischen dem Zylinder 10 und dem Ladungsbildträger D war auf 0,5 mm eingestellt.

Durch Aufschmelzen von 88 Gew.-Teilen eines handelsüblichen Styrol-Acrylharzes ("SBM 73")> 2 Gew.-Teilen eines handelsüblichen Ladungssteuermittels ("Varifast Black 3804") und 10 Gew.-Teilen eines handelsüblichen Rußes ("MA-8") wurde ein Gemisch hergestellt, das sodann 'vermählen bzw. pulverisiert und zur Gewinnung von Tonerteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 15 μπι klassiert wurde. Den Tonerteilchen wurde feines Siliciumoxidpulver in einer Spurenmenge zugesetzt, worauf das Gemisch in den Tonerbehälter 13 der Entwicklungsvorrichtung eingefüllt wurde. Im Betrieb der Entwicklungsvorrichtung wurde der Toner durch den Zylinder über den Aufladungsraum 3 transportiert, wobei

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eine gleichmäßig dicke Tonerschicht im Entwicklungsbereich D auf den Zylinder überführt wurde. Die Ladungsgröße des Toners wurde nach dem Abblasverfahren ■ ermittelt; sie "betrug -7 Mikrocoulomb/g.

Es wurden Kopierversuche durchgeführt, "bei denen im Kopiergerät ein auf dem Ladungsbildträger aus einem lichtempfindlichen Werkstoff erzeugtes elektrostatisches Bild "bzw. Ladungsbild reell entwickelt wurde. Dabei konnte ein klares Kopierbild ohne Verschleierung und mit zufriedenstellender Bilddichte erhalten werden.

Die vorstehend beschriebenen Vorgänge wurden mit dem Unterschied wiederholt, daß das Aufladungselement 2B weggelassen wurde; die Ladungsgrößenmessung des in den Entwicklungsbereich D überführten Toners ergab sich zu -0,5 Mikrocoulomb/g. Bei diesem, abgewandelten Kopiervorgang stellte es sich heraus, daß das erhalten« Kopie, bild eine Grundverunreinigung bzw. -Verschleierung aufwies und daher nicht als zufriedenstellend angesehen werden konnte.

Beispiel 2

Gemäß Pig. 4 wurde bei einer Entwicklungsvorrichtung eine Magnetrolle 11 in einer nicht-magnetischen Stahlhülse 10 aus rostfreiem Stahl angeordnet, während ein Aufladungselement 2B unter Festlegung eines 1,5 mm weiten Aufladungsraums 3 in Gegenüberstellung zur Mantelfläche der Hülse 10 so angeordnet wurde, daß mittels eines Tonermengen-Begrenzungselements 14 eine 0,3 mm dicke Tonerschicht in den Aufladungsraum 3 eingeführt werden konnte. Diese Entwicklungsvorrich-

·" tung wurde in dasselbe elektropholographiniche Kopier-

gerät wie in Beispiel 1 eingebaut, wobei die Magnetrolle 11 und die Hülse 10 mit Drehzahlen von 1000 U/min bzw. 40 U/min jeweils in Pfeilrichtung in Drehung versetzt werden konnten. Von einer Wechselspannungsquelle VB her wurde eine Wechselspannung von 1,5 kV und 2 kHz an das Aufladungselement 2B angelegt, während von einer Gleichspannungsquelle EA eine Gleichspannung von +100 V an die Hülse 10 angelegt wurde. Bei Null betragenden Spannungen der Wechselspannungsquelle VA für die Hülse 10 und der Gleichspannungsquelle EB für das Aufladungselement 2B wurde innerhalb des Aufladungsraums 3 ein Wechselspannungsfeld erzeugt. Der Zwischenraum zwischen Hülse 10 und Ladungsbildträger P war auf 0,2 mm eingestellt.

¹ Durch Aufschmelzen von 60 Gew.-Teilen des erwähnten Styrol-Acrylharzes, 37 Gew.-Teilen eines handelsüblichen Magnetits ("EPT 1000")» 1 Gew„-Teil des genannten Ladungssteuermittels und 2 Gew.-Teilen des- in Beispiel 1 angegebenen Rußes wurde ein Gemisch hergestellt, das anschließend pulverisiert und sodann zur Lieferung von Tonerteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 15 um klassiert wurde. Den Tonerteilchen wurde feines Siliciumoxidpulver in einer Spurenmenge zugesetzt, worauf der Toner in den Tonerbehälter 13 der Entwicklungsvorrichtung eingefüllt wurde. Im Betrieb der Entwicklungsvorrichtung wurde der Toner durch die Hülse durch· den Aufladungsraum 3 transportiert, wobei sich im Entwicklungsbereich D eine gleichmäßig dicke Tonerschicht auf der Hülse bildete. Die Ladungsgrößenbestimmung dieses Toners nach dem Abblasverfahren ,ergab ■ einen Wert von -9 Mikrocoulomb/g.

Auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 durchgeführte Kopierversuche ergaben ein klares Kopiebild ohne Ver-

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schleierung und mit zufriedenstellend hoher Bilddichte .

Die vorstehend beschriebenen Vorgänge wurden mit dem Unterschied durchgeführt, daß die Spannung der Wechselspannungsquelle VB für das Aufladungselement 2B auf Null eingestellt und kein Wechselspannungsfeld erzeugt wurde; die Ladungsgrößenmessung des in den Entwicklungsbereich D überführten, aufgeladenen Toners ergab einen Wert von -1 Mikrocoulomb/g. Das hierbei erhaltene Kopierbild zeigte eine Grundverschieierung (base contamination) und erwies sich damit als nicht zufriedenstellend.

Beispiel 3

Bei der in Beispiel 2 beschriebenen Entwicklungsvorrichtung, bei welcher jedoch das Aufladungselement 2B aus Aluminiumblech bestand, wurden eine Wechselspannung von 1,5 kV und 2 kHz von der Wechselspannungsquelle VA sowie eine Gleichspannung von +100 V von der Gleichspannungsquelle EA in gegenseitiger Überlagerung an die Hülse 10 angelegt. Bei Null betragender Wechselspannung VB und Null betragender Gleichspannung EB für das Aufladungselement 2B wurde ein Wechselspannungsfeld im Aufladungsraum 3 und im Entwicklungsbereich D erzeugt. Der Spalt zwischen der Hülse 10 und dem LadungSbildträger P war dabei auf 0,5 mm eingestellt.

Ein Gemisch aus 60 Gew.-Teilen Styrol-Aerylharz, 37 Gew.-Teilen Magnetit, 1 Gew.-Teil Ladungssteuermittel und 2 Gew.-Teilen Ruß wurde aufgeschmolzen, anschließend vermählen bzw. pulverisiert und sodann zur Lieferung von Tonerteilchen einer mittleren Teilchen-

große von 15 pm klassiert. Nach der Zugabe einer Spuren-

menge feinen Siliciumoxidpulvers wurde der Toner in den Tonerbehälter 13 der Entwicklungsvorrichtung eingefüllt. Im Betrieb der Entwicklungsvorrichtung wurde der Toner über den Aufladungsraum auf die Hülse übertragen, wobei eine gleichmäßig dicke Schicht aufgeladenen Toners durch die Hülse in den Entwicklungsbereich überführt wurde. Die Ladungsgrößenmessung dieses Toners nach dem Abblasverfahren ergab einen Wert von -9 Mikrocoulomb/g.

Beim vorher beschriebenen Kopierversuch wurde wiederum ein klares Kopiebild ohne Verschleierung und mit zufriedenstellender Bilddichte erhalten.

Zu Vergleichszwecken wurde das Aufladungselement 2B weggelassen, worauf die Ladungsgröße des in den Entwicklungsbereich D überführten, aufgeladenen Toners gemessen und zu -1 Mikroooulomb/g bestimmt wurde. Das dabei erhaltene Kopiebild besaß eine Grundverschleierung und erwies sich daher als nicht zufriedenstellend. 20

Beispiel 4

Gemäß Fig. 3 wurden Aufladungselemente 2A und 2B, die jeweils aus einem Aluminiumblech bestanden und auch als Elektrodenplatte dienten, unter Festlegung eines 1,5 mm weiten Aufladungsraums 3 einander gegenüberstehend als Aufladungsvorrichtung angeordnet. Bei dieser Aufladungsvorric*htung wurde der Toner auf das untere Aufladungselement 2A in einer Schichtdicke von etwa 0,2 mm auf- gebracht. Der hierbei verwendete Toner wurde auf die im folgenden beschriebene Wei'se 'hergestellt.

Ein Gemisch aus 60 Gew.-Teilen Styrol-Acrylharz, 51 Gew.-Teilen Magnetit, 1 Gew.-Teil Ladungssteuermittel und 2 Gew.-Teilen Ruß wurde aufgeschmolzen, so-

dann pulverisiert und zur Lieferung von Tonerteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 15 Mm klassiert. Dem Toner wurde eine Spurenmenge feinen Siliciumoxidpulvers zugesetzt.

Eine Wechselspannung von 1,0 kV und 2kHz von der Wechselspannungsquelle VA sowie eine Gleichspannung von +200 V von der Gleichspannungsquelle EA wurden einander überlagert und an das Aufladungselement 2A angelegt.

Unter Einstellung der Spannung von der Wechselspannungsquelle VB für das andere Aufladungselement 2B auf 0 V sowie der Gleichspannung von der Gleichspannungsquelle EB für dieses Aufladungselement auf -1OO V wurde im Inneren des Aufladungsraums 3 ein Wechselspannungsfeld erzeugt, welchem der Toner 10 s lang ausgesetzt wurde.

Hierbei konnte zunächst das Auftreten einer Tonerwolke beobachtet werden, worauf auf dem Aufladungselement 2A eine gleichmäßig dicke Schicht aufgeladenen Toners entstand.

Die Ladungsgrößenmessung des auf diese Weise erhaltenen, aufgeladenen Toners nach dem Abblasverfahren ergab einen Wert von-12 Mikrοcoulomb/g. Diese Ladungsgröße erwies sich als ausreichend, um beispielsweise ein nach dem üblichen elektrophotographischen Verfahren erzeugtes Ladungsbild zu entwickeln.

Beispiel 5

Gemäß Fig. 2 wurden jeweils aus Messingblech bestehende und auch als Elektrodenplatte dienende Aufladungselemente 2A und 2B unter Festlegung eines 4 mm weiten Zwischenraums zwischen sich einander gegenüberstehend und parallel zueinander angeordnet. Ein aus rostfreiem

Stahl bestellendes Schirmgitter 4- einer Maschenweite von 0,074 nim (200 mesh) wurde mittig zwischen den Aufladungselementen 2A und 2B angeordnet, während an den Außenseiten der Aufladungselemente 2A, 2B Magnete vorgesehen wurden; auf diese Weise wurde eine Aufladungsvorrichtung gebildet. Mittels dieser Aufladungsvorrichtung wurde derselbe Toner wie in Beispiel 1 in einer Dicke von etwa 0,1 mm auf das eine Aufladungselemente 2A aufgebracht.

Eine Wechselspannung von 1,0 kV und 1. kHz von der Wechselspannungsquelle VC sowie eine Gleichspannung von -100 V von der Gleichspannungsquelle EC wurden in gegenseitiger Überlagerung an das Schirmgitter 4 angelegt.

Die WechselSpannungen der Stromquellen VA, VB für die Aufladungselemente 2A, 2B sowie /der nSreichspannungsquelle EB für das Aufladungselemente 2B wurden sämtlich auf 0 V eingestellt, während an das Aufladungselement 2A eine Gleichspannung von +200 V von der Gleichspannungsquelle EA angelegt wurde. Auf diese Weise wurden innerhalb der Aufladungsräume 3A und 3B Wechselspannungsfelder erzeugt, die 15 s lang zur Einwirkung auf den Toner T gebracht wurden.

Hierbei war zunächst daa Auftreten einer Tonerwolke zu beobachten, worauf sich auf dem Aufladungselement 2A eine gleichmäßig dicke Schicht aufgeladenen Toners bildete.

Die nach dem Abblasverfahren ermittelte ladungsgröße des aufgeladenen Toners ergab sich zu —9 Mikrocoulomb/g. Dieser Wert war für die Entwicklung beispielsweise des nach einem üblichen elektrophotograpMschen Verfahren

erzeugten ladungsbilds ausreichend. 35

Beispiel 6

Bei der Aufladungsvorrichtung gemäß Pig. 4 wurde eine Magnetrolle 11 innerhalb einer aus rostfreiem Stahl bestehenden, nicht-magnetischen Hülse 10 angeordnet, während ein Aufladungselement 2B aus Aluminiumblech unter Pestlegung eines 1,5 mm weiten bzw. tiefen Aufladungsraums 3 in Gegenüberstellung zur Mantelfläche der Hülse 10 gebracht wurde, so daß bei entsprechender Einstellung eines Tonermengen-Begrenzungselements 14 eine 0,3 mm dicke Tonerschicht in den Aufladungsraum 3 eingeführt werden konnte. Magnetrolle 11 und Hülse 10 wurden mit Drehzahlen von 1000 bzw. 40 U/min jeweils in Pfeilrichtung in Drehung versetzt. An das Aufladungselement 2B wurde eine Wechselspannung von 1,5 kV und 2 kHz von der Wechselspannungsquelle YB angelegt, während die Hülse 10 mit einer Gleichspannung von +100 V von der Gleichspannungsquelle EA beaufschlagt wurde. Die Spannung der Wechselspannungsquelle VA für die Hülse sowie die Spannung der Gleichspannungsquelle EB für das Aufladungselement 2B wurden zur Erzeugung eines Wechselspannungsfelds innerhalb des Aufladungsraums 3 auf 0 V eingestellt.

Derselbe Toner wie in Beispiel 1 wurde in den Tonerbehalter 13 eingefüllt und in den Aufladungsraum 3 überführt, wobei sich auf der aus dem Aufladungsbereich 3 herauslaufenden Mantelfläche der Hülse 10 eine gleichmäßig •dicke Schicht aufgeladenen Toners bildete. Die Ladungsgrößenbestimmung des aufgeladenen Toners nach dem Abblasverfahren ergab einen Wert von -9 Mikrocoulomb/g.

Zur Vergleichszwecken wurde bei derselben Vorrichtung, bei welcher jedoch die Spannung der Wechselspannungsquelle VB für das Aufladungselement 2B auf 0 V einge-

stellt war und kein Wechselspannungsfeld erzeugt wurde» die Ladungsgröße auf dem aus dem Aufladungsraum 3 herauslaufenden Teil der Mantelfläche der Hülse 10 nach demselben Meßverfahren ermittelt. Hierbei ergab sich ein Wert von -1 Mikrocoulomb/g.

Durch diese Ergebnisse wird ebenfalls verdeutlicht, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren der Toner zuverlässig und iji ausreichendem Maße durch die Wirkung· des Wechselspannungsfelds aufgeladen werden kann.

Beispiel

Es wurde die Vorrichtung gemäß Pig. 3 verwendet. Die aus Aluminiumblech bestehenden und auch als Elektrodenplatten dienenden Aufladungselemente 2A und 2B wurden unter Festlegung eines 2 mm weiten Aufladungsraums 3 zwischen sich parallel zueinander angeordnet. Bei dieser Aufladungsvorrichtung wurde ein Zweikomponentenentwickler in der Weise auf das untere Aufladungselement 2A aufgebracht, daß sich seine Schichtdicke auf 1 mm einstellte. Der hierbei benutzte, für ein handelsübliches elektrophotographisch.es Kopiergerät ("U-Bix V3") vorgesehene Entwickler bestand aus einem Toner aus einem Styrol-Acryl-Mischpolymerisat mit einem Rußgehalt sowie einem Träger aus Eisenpulver.

Eine'Wechselspannung von 2,0 kV und 2,0 kHz von der Wechseispannungsquelle VA sowie eine Gleichspannung von +200 V von der Gleichspannungsquelle EA wurden einander überlagert und an das Aufladungselement 2A. angelegt. Die Spannungen der WechselSpannungsquelle VB und der Gleichspannungsquelle EB für das andere Aufiadungselement 2B wurden auf Massepotential gehalten. Im Auf-

3$ ladungsraum 3 entstand dabei ein Wechselspannungsfeld,

welchem der Toner für eine Zeitspanne von 10 s ausgesetzt wurde.

Hierbei war zunächst das Auftreten einer Tonerwolke zu beobachten, worauf sich auf dem Aufladungselement 2A eine den aufgeladenen Toner enthaltende» gleichmäßig dicke Entwicklerschicht bildete.

Die nach dem Abblasverfahren gemessene Ladungsgröße des so erhaltenen» aufgeladenen Toners wurde mit -12 Mikrocoulomb/g bestimmt. Dieser Wert ist für die Entwicklung eines nach dem üblichen elektrophotographischen Verfahren erzeugten Ladungsbilds ausreichend.

Beispiel 8

Bei der in Pig. 2 dargestellten Anordnung wurden jeweils aus Messingblech bestehende und auch als Elektrodenplattendienende Aufladungselemente 2A und 2B unter Festlegung eines 5 mm weiten Zwischenraums zwischen sich parallel zueinander angeordnet. Ein aus. rostfreiem Stahl bestehendes Schirmgitter 4 einer Maschenweite von 0,30 mm (50 mesh) wurde mittig zwischen den Aufladungselementen 2A und 2B angeordnet, während an deren Außenseiten Magnete vorgesehen wurden. Bei der so gebildeten Aufladungsvorrichtung wurde ein zur Verwendung in einem handelsüblichen elektrophotographischen Kopiergerät ("ΐΓ-Bix 2000R") vorgesehener Entwickler in Form eines Toners aus einem Styrol/Acryl-Mischpolymerisat und einem Eisenpulverträger in der Weise auf das eine Aufladungselement 2A aufgebracht, daß sich eine Schichtdicke von 1 mm einstellte.

Eine Wechselspannung von 3»0 kY und 500 Hz von der Wechselspannungsquelle VC sowie eine Gleichspannung

von +150 V von der Gleichspannungsquelle EC wurden an das Schirmgitter angelegt. Die Spannungen der Wechselspannungsquellen VA, BV für die Aufladungselemente 2A Tdzw. 2B sowie die Spannung der Gleichspannungsquelle EB für das Aufladungselement 2B wurden sämtlich auf 0 V gehalten. Von der Gleichspannungsquelle EA wurde eine Gleichspannung von -200 V an das Aufladungselement 2A angelegt, um im Inneren der Aufladungsräume 3A, 3B Wechselspannungsfelder zu erzeugen, denen der Toner T 15 s lang ausgesetzt wurde.

Bei dieser Arbeitsweise war zunächst das Auftreten der Tonerwolke zu beobachten, worauf sich auf dem Aufladungs element 2A eine den aufgeladenen Toner enthaltende Entwicklerschicht gleichmäßiger Dicke ausbildete.

Die auf vorher beschriebene Weise zu-8 Mikrocoulomb/g bestimmte Ladungsgröße des auf diese Weise erhaltenen, aufgeladenen Toners war für die Entwicklung eines nach einem üblichen elektrophotographischen Verfahren erzeugten elektrostatischen Bilds bzw. Ladungsbilds ausreichend.

Beispiel 9

Bei der in Fig. 6 dargestellten Anordnung mit einer in einer nicht-magnetischen, aus rostfreiem Stahl bestehenden Hülse 10 angeordneten Magnetrolle 11 und einem aus Aluminiumblech bestehenden Aufladungselement 2B, das unter Festlegung eines 4 mm weiten Aufladungsraums 3 in Gegenüberstellung zur Mantelfläche der Hülse 10 an-

geordnet war, wurde durch entsprechende Einstellung eines Entwicklermengen-Begrenzungselements 14- eine 1 mm dicke Entwicklerschicht in den Aufladungsraum 3 eingeführt. Bei dieser Aufladungsvorrichtung wurden die Ma-

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gnetrolle 11 und die Hülse 10 mit Drehzahlen von 1000 U/min "bzw. 100 U/min in Pfeilrichtung angetrieben. Eine Wechselspannung von 1,5 kV und 2 kHz von der Wechselspannungsquelle VB wurde an das Aufladungselement 2B angelegt» während die Hülse 10 mit einer Gleichspannung von +100 V von der Gleichspannungsquelle EA "beaufschlagt wurde. Die Spannung der Wechselspannungsquelle VA für die Hülse 10 sowie die Spannung der Gleichspannungsquelle EB für das Aufladungselement 2B wurden auf O V eingestellt, so daß im Aufladungsraum 3 ein Wechselspannungsfeld erzeugt wurde.

Der in Beispiel 1 verwendete, in den Entwicklerbehälter 13 eingefüllte Entwickler wurde in den Aufladungs- raum überführt, wobei sich eine den aufgeladenen Toner enthaltende, gleichmäßig dicke Entwicklerschicht auf dem sich aus dem Aufladungsraum 3 herausbewegenden Teil der Mantelfläche der Hülse 10 bildete. Die Messung der Ladungsgröße des aufgeladenen Toners nach dem Abblasverfahren ergab einen Wert von -9 Mikrocoulomb/g.

Dieselbe Vorrichtung wurde mit dem Unterschied betrieben, daß die Spannung der Wechselspannungsquelle VB für das Aufladungselement 2B auf 0 V eingestellt und kein Wechselspannungsfeld erzeugt wurde. Die Messung der Ladungsgröße des Toners auf demselben Teil der Mantelfläche der Hülse 10 und nach demselben Verfahren ergab, einen Wert von -2 Mikrocoulomb/g.

Anhand dieser Ergebnisse ist ebenfalls ersichtlich, daß der Toner nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zuverlässig und in ausreichendem Maße aufgeladen werden kann.

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Beispiel 10

Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 6 war eine Magnetrolle 11 innerhalb einer nicht-magnetischen, aus rostfreiem Stahl bestehenden Hülse 10 angeordnet, während ein Aufladungselement 2B aus Aluminiumblech unter Pestlegung eines 1,5 mm weiten Aufladungsraums 3 über der Mantelfläche der Hülse 10 angeordnet war. Mittels entsprechender Einstellung eines Entwicklermengen-Begrenzungselements 14 konnte eine 1 mm dicke Entwicklerschicht in den Aufladungsraum 3 eingeführt werden. Diese Aufladungsvorrichtung wurde in ein handelsübliches elektrophotographisch.es Kopiergerät ("U-Bix V3") eingebaut, wobei die Magnetrolle 11 und die Hülse 10 mit Drehzahlen von 1000 U/min bzw. 40 U/min jeweils in Pfeilrichtung angetrieben wurden. Eine Wechselspannung von 1,5 kV und 2 kHz von der Wechselspannungsquelle VB wurde an das Aufladungselement 2B angelegt, während die Hülse 10 mit einer Gleichspannung von +100 V von der Gleichspannungsquelle EA beaufschlagt wurde. Bei jeweils 0 V betragender Spannung der Wechselspannungsquelle VA für die Hülse 10 und der Gleichspannungsquelle EB für das Aufladungselement 2B wurde innerhalb des Aufladungsraums 3 ein Wechselspannungsfeld erzeugt. Der Spalt zwischen der Hülse 10 und dem ladungsbildträger P war dabei auf 0,7 mm eingestellt.

Ein Tür die Verwendung beim erwähnten handelsüblichen Kopiergerät vorgesehener Zweikomponentenentwickler in Form eines Toners aus einem Styrol/Acryl-Mischpolymerisat und einem Eisenpulverträger wurde im Betrieb der Entwicklungsvorrichtung aus dem Entwicklerbehälter 13 durch die Hülse 10 durch den Aufladungsraum 3 hindurchgefördert. Dabei konnte in den Entwicklungsbereich D

3* eine gleichmäßig dicke und den aufgeladenen Toner ent-

haltende Entwicklerschicht auf der Hülse eingeführt werden. Die ladungsgröße "bzw. -menge des Toners wurde nach dem Abblasverfahren "bestimmt und ergab eine Größe •von -9 Mikrocoulomb/g.

Bei einem Kopierversuch, bei dem ein ladungsbild auf dem ladungsbildträger aus einem lichtempfindlichen Material im Kopiergerät entwickelt wurde» konnte ein klares Kopiebild ohne Verschleierung und mit ausreichend hoher Bilddichte erhalten werden.

Zu Yergleichszwecken wurden bei derselben Vorrichtung die Spannung der WechselSpannungsquelle VB auf 0 Volt eingestellt und (damit) kein Wechselspannungsfeld erzeugt. Hierbei ergab sich die Ladungsgröße des in den Entwicklungsbereich D überführten, aufgeladenen Toners zu -2 Mikrocoulomb/g. Das erhaltene Kopiebild zeigte eine Grundverschieierung und war daher nicht zufriedenstellend.

Beispiel 11

Die hierbei verwendete Vorrichtung gemäß Pig. 6 wies eine in der nicht-magnetischen, aus rostfreiem Stahl bestehenden Hülse 10 angeordnete Magnetrolle 11 und ein Aufladungselement 2B aus Aluminiumblech auf, das der Mantelfläche der Hülse 10 unter Festlegung eines 1,5 mm weiten Aufladungsraums 3 gegenübeitstand. Mittels entsprechender Einstellung des Entwicklermengen-Begrenzungselements 14 konnte eine 1 mm dicke Entwicklerschicht in den Aufladungsraum 3 eingeführt werden. Diese Entwicklungsvorrichtung wurde in dasselbe Kopiergerät wie in Beispiel 10 eingebaut, in welchem die Magnetrolle 11 und die Hülse 10 mit Drehzahlen von 1000 U/min bzw. 40 U/min jeweils in Pfeilrichtung in

Drehung versetzt wurden. Eine Wechselspannung von 1,5 kV und 2 kHz von der Wechselspannungsquelle VA sowie eine Gleichspannung von +100 V von der Gleichspannungsquelle EA wurden in gegenseitiger Überlagerung an die Hülse 10 angelegt. Unter Einstellung der Spannungen beider Spannungsquellen VB und EB für das Aufladungselement 2B auf 0 V wurden Wechselspannungsfelder im Aufladungsraum 3 und innerhalb des Entwicklungsbereichs D erzeugt. Der Spalt bzw. Zwischenraum zwischen der Hülse 10 und dem ladungsbildträger P war auf 1,5 mm eingestellt.

Ein für das verwendete Kopiergerät vorgesehener Zweikomponentenentwickler in Form eines Toners aus einem Styrol/Acryl-Mischpolymerisat und einem Eisenpulverträger wurde in den Entwicklerbehälter 13 eingefüllt und im Betrieb der Entwicklungsvorrichtung mittels der Hülse 10 durch den Aufladungsraum 3 transportiert. Dabei wurde eine den aufgeladenen Toner enthaltende» eine gleichmäßige Dicke besitzende Entwicklerschicht auf der Hülse in den Entwicklungsbereich D überführt. Die nach dem Abblasverfahren gemessene Ladungsgröße dieses Toners wurde mit -9 Mikrocoulomb/g bestimmt.

Bei einem Kopierversuch unter den vorher angegebenen Bedingungen wurde wiederum ein klares, schleierfreies Kopiebild mit zufriedenstellend hoher Bilddichte erhalten.

Bei Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens unter Weglassung des Aufladungselements 2B ergab.eine Messung des in den Entwicklungsbereich D überführten aufgeladenen Toners einen Wert von -2 Mikrocoulomb/g. Das dabei erzeugte Kopiebild zeigte eine Grundverschleierung und konnte daher nicht als zufriedenstellend angesehen werden.

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Pig. 7 veranschaulicht ein anderes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei ist eine aus Metall bestehende, drehbare Hülse 12 in Gegenüberstellung zur Mantelfläche einer drehbaren, lichtempfindlichen !Trommel 101 als ladungsbildträger angeordnet, wobei an dieser Hülse 102 ein Entwicklertrichter 103 zur Zufuhr eines isolierenden Einkomponentenentwicklers ("Toner T") vorgesehen ist. Ein Tonermengen-Begrenzungselement 104· und ein Aufladungselement 105 aus z.B. elektrisch leitfähigem Material sind zwischen dem Entwicklertrichter 103 und der lichtempfindlichen Trommel 101 in Drehrichtung der Hülse 102 nacheinander angeordnet. Die beschriebenen Elemente bilden die Aufladungsvorrichtung. Das Aufladungselement 105 legt dabei zwischen sich und der Hülse 102 einen Aufladungsraum 106 gleichmäßiger Weite fest. Im Aufladungsraum 106 wird ein Wechselspannungsfeld erzeugt, indem beispielsweise eine Wechselspannungsquelle V allein oder in Verbindung mit einer positiven oder negativen Gleichspannungsquelle E mit einer .Spannung im Bereich von 0 bis etwa 300 V zur Verhinderung einer Tonerablagerung am Aufladungselement 105 angeschlossen wird.

Mittels dieser Vorrichtung wird das elektrostatische Bild bzw. Ladungsbild beim erfindungsgemäßen Verfahren auf"die nachstehend beschriebene Weise entwickelt.

Die HüLse 102 wird entgegengesetzt zur lichtempfindlichen Trommel 101 in Drehung versetzt, so daß sie im Ent-Wicklungsbereich D in derselben Richtung läuft wie die Trommel 101. Der im Trichter 103 befindliche Toner T wird der Hülse 102 zugeführt und durch diese weitergefördert. Der Toner wird dabei in einer durch das Begrenzungselement 104 eingestellten Menge in den AufIadungsraum 106 eingeführt, in welchem durch die Wechsel-

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Spannungsquelle V daa Wechselspannungefeld erzeugt wird und in welchem die Tonerteilchen unter Erzeugung einer Tonerwolke in Schwingung versetzt werden.

. 5 Wie noch näher erläutert werden wird, wird die auf der Mantelfläche der Hülse 102 gebildete Schicht des aufgeladenen !Toners sodann zum Entwicklungsbereich D überführt, in welchem die Hülse 102 der lichtempfindliehen Trommel 101 gegenübersteht bzw. mit dieser in Berührung gelangt. In diesem Entwicklungsbereich D wird¹ das auf der Trommel 101 erzeugte Ladungsbild durch die berührungsfrei oder mit Berührung arbeitende Entwicklungseinrichtung entwickelt.

Als berührungsfrei arbeitende Entwicklungseinrichtung kann in diesem Pail eine Einrichtung verwendet werden, die nötigenfalls eine Gleichstrom-Vorspannung von 0 V bis etwa ± 300 V an die Hülse 102 anzulegen vermag, um während der Entwicklung das vom Ladungsbild verschiedene Hintergrundpotential zu beseitigen; wahlweise kann eine Einrichtung vorgesehen werden, die eine schwingende bzw. pulsierende Spannung von 50 Hz bis 50 kHz und von 0 V bis 2 kV anlegt (vgl. US-PS 3 866 574 oder JP-OS 18656/198©). In Pig. 8 ist die Vorspannungsquelle bei B angedeutet. Beim berührungafreien Entwicklungaaystem wird der engste Abstand zwischen der Mantelfläche der lichtempfindlichen Trommel 101 und der Tonerschicht bei ihrer gegenseitigen Annäherung im allgemeinen auf 1 mm oder weniger einge-

stellt. Beim Eontaktentwicklungssystem wird andererseits die Hülse 102 vorzugsweise elastisch, jedoch unter Vermeidung einer Beschädigung der Trommel 101 mit letzterer in Berührung gebracht.

Bei der in Pig. 7 dargestellten Anordnung kann die Dreh-

richtung der Hülse 102 so gewählt sein, daß ihre Mantelfläche im Entwicklungsbereich D entgegengesetzt zur Mantelfläche der lichtempfindlichen Trommel 101 läuft.

Beim beschriebenen Verfahren gemäß der Erfindung wird der Toner bei seiner Bewegung durch den Aufladungsraum 106 elektrisch aufgeladen. Die Aufladungsvorrichtung arbeitet dabei wie folgt: Da der Toner T in Pulverform vorliegt» wird er zunächst auf natürliche Weise nur leicht aufgeladen. Selbst wenn er anfänglich keinerlei Ladung erhält, wird er (anschließend) durch die gegenseitige Reibung zwischen den Tonerteilchen oder deren Reibung an den Yorrichtungswänden usw. aufgeladen.

Da der Toner T, wenn auch nur geringfügig, aufgeladen ist, ist er bei Einwirkung des elektrischen Felds der Coulombschen Kraft unterworfen, so daß der Toner T entsprechend den Wechselschwingungen des elektrischen Felds schwingt. Mit anderen Worten: die Tonerteilchen werden durch den Aufladungsraum gegen die Hülse 102 oder das Aufladungselement 105 geschleudert, um nach dem Auftreffen in der nächsten Halbperiode zurückgeworfen zu werden und gegen das Aufladungselement 105 bzw. die Hülse 102 zu prallen, worauf sich diese Bewegung wiederholt. Unter diesen Bedingungen entsteht die Tonerwolke. Die elektrische Aufladung der Tonerteilchen erfolgt in erster Linie aufgrund von Reibung bei der Beaufschlagung der Hülse 102 oder des Aufladungselements 105 oder aber durch die gegenseitige

Reibung zwischen den Tonerteilchen während ih_rer Bewegung. Die Hülse 102 wirkt somit als eines der Aufladungs el emen t e.

Die Ladungspolarität des Toners T wird durch die Be-Ziehung in der Reibungsaufladungsfolge zwischen den

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Werkstoffen der Hülse 102 und des Aufladungselements 105 sowie dem Toner T bestimmt. Venn mithin die Werkstoffe für die Hülse 102 und das Aufladungselement oder das Material des Toners selbst so gewählt werden* daß sie die für die Toneraufladung erforderliche relative Wechselbeziehung (sequence relation) besitzen, kann der Toner T mit der durch die Werkstoffwahl bestimmten Polarität aufgeladen werden. Der aufgeladene Toner wird durch seine elektrostatische Kraft in Schichtform gegen die Oberfläche der Hülse 102 oder des Aufladungselements 105 angezogen. Durch, überlagerung der Gleichspannung mit der Wechselspannung zur Erzeugung des Wechselspannungsfelds ist es damit, wie erwähnt, möglich» den aufgeladenen Toner T unter Ausnutzung von Anziehungs- oder Abstoßungskräften zuverlässig an der Hülse 102 mit vorbestimmter Ladungsgröße oder -menge anzulagern und festzuhalten. Da die so angelagerten Tonerteilchen keiner weiteren Aufladung mehr unterworfen werden, besitzt der Toner insgesamt eine vorbestimmte Ladungsgröße.

In der Praxis ist es erforderlich, daß zumindest ein Teil der Hülse 102 und des Äufladungselements 105 aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff besteht, um den elektrischen Gleichgewichtszustand zwischen der an der Hülse 102 oder am Aufladungselement 105 erzeugten Ladung und dem Toner T bei seinem Auftreffen auf erstere aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise kann eine weitere Ansammlung (deposition) der Ladung an der Hülse oder am Aufladungselement verhindert werden, wobei das gewünschte Verhalten des Toners nicht eingeschränkt wird. Torzugsweise werden deshalb Hülse 102 und Aufladungselement 105 aus Metall gefertigt, so daß sie als Elektrodenplatten benutzt werden können. Ebenso können diese Teile aus einem die Elektroden bildenden Substrat

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und einer dem Aufladungsraum 106 zugewandten Oberflächenschicht geformt werden.

Der Toner T wird im Aufladungsraum 106 durch die Wirkung des Wechselspannungsfelds in Schwingung versetzt und aufgeladen. Aus diesem Grund werden die in den Aufladungsraum 106 eingeführten Tonerteilchen einer im wesentlichen gleichmäßigen Wirkung unterworfen, so daß alle Tonerteilchen mit hohem Gleichmäßigkeitsgrad elektrisch aufgeladen werden. Wenn das Aufladungselement 105 parallel zur Hülse 102 angeordnet ist und die Weite bzw. Tiefe des Aufladungsraums 106 auf beschriebene Weise konstant gehalten wird, erfolgt der Aufladungsvorgang gleichmäßig über alle Bereiche des Aufladungsraums 106 hinweg, so daß die Aufladungsgröße oder -menge des Toners T zuverlässig vergleichmäßigt werden kann.

Bei diesem Aufladungsprozeß hängen die Zahl der Auftreffvorgänge der Tonerteilchen an der Hülse 102 oder am Aufladungselement 105 pro Zeiteinheit sowie ihre Auftreffgeschwindigkeit von der Frequenz und der Spannung der das WechselSpannungsfeld erzeugenden Wechselspannungsquelle Y ab. Die Aufladungsgeschwindigkeit des Toners oder seine Ladungsgröße innerhalb einer vorbestimmten Aufladungsperiode läßt sich somit durch Einstellung der Wechselspannung und ihrer Frequenz ohne weiteres einstellen. Die für den folgenden Entwicklungsvorgang benötigte ladungsgröße läßt sich somit innerhalb kurzer Zeit erreiche.

Beim beschriebenen Aufladungsprozeß kann sich weiterhin der aufgeladene Toner T unter seiner elektrostatischen Kraft insbesondere in Schichtform mit gleichmäßiger Dicke an die Mantelfläche der Hülse 102 anlagern. Dies

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beruht auf dem gleichmäßigen Aufladungsvorgang innerhalb des Aufladungsraums 106 sowie auf der gleichmäßigen Ladungegröße des Toners T. Ersichtlicherweise sollte dabei die in den Aufladungsraum 106 eingeführte Menge an !Eoner 97 bevorzugt stets konstant sein. Zu diesem Zweck wird das Tonemiengen-Begrenzungselement 104 verwendet· Ss ist dabei jedoch nicht nötig» daß der in den Aufladungsraum 106 eingeführte Toner T durch das Begrenzungselement 104 zu einer Schicht gleichmäßiger Dicke geformt wird. Da nämlich die Tonerteilchen während ihrer Bewegung oder Schwingung aufgeladen werden und im Aufladungsraum 106 ein gleichmäßiger Aufladungsvorgang stattfindet, lagert sich der Toner T als gleichmäßig dicke Schicht an der Hülse 102 an, auch wenn die in den Aufladungsraum eingeführte Tonerschicht nicht gleichmäßig dick ist.

Die aufgeladene Tonerschicht wird sodann in den Entwicklungsbereich D überführt, in welchem der aufgeladene Toner unter der elektrostatischen Anziehungskraft bei Gegenüberstellung zum lichtempfindlichen Element bzw. Trommel 101 auf letztere übergeht und unter Entwicklung des Ladungsbilds an den elektrostatisch aufgeladenen Bereichen der Trommel anhaftet.

Der zum Entwicklungsbereich D überführte Toner besitzt eine ausreichend große Ladungsgröße oder -menge, wobei er sich auf der Hülse 102 in Form einer gleichmäßig dicken Schicht befindet. Der Zwischenraum zwischen der Tonerschicht und der lichtempfindlichen Trommel 101 läßt sich dabei leicht auf eine bevorzugte Größe* einstellen (im allgemeinen im Bereich von 20 bis 500 \m). Das auf der lichtempfindlichen Trommel 101 befindliche elektrostatische Bild bzw. Ladungsbild kann auf diese

³^ Weise zuverlässig und einfach bzw. schnell entwickelt

werden, so daß in stabiler Weise ein zufriedenstellendes sichtbares Bild geformt wird.

Sa die ladungsgröße des !Toners gleichmäßig eingestellt werden kann, kann praktisch der gesamte zum Entwicklungsbereich D überführte Toner an der Entwicklung beteiligt sein. Mittels des Begrenztmgselements 104 kann somit die Dicke bzw. die Menge der zum Entwicklungsbereich D überführten aufgeladenen Tonerschicht auf die für die Entwicklung erforderliche Größe unter Vermeidung einer Schleierbildung eingestellt werden, so daß ein ausgezeichnetes sichtbares Bild geformt wird.

Da weiterhin die erforderliche Aufladung des Toners mit hoher Geschwindigkeit erfolgen kann, läßt sich ohne

weiteres eine Hochgeschwindigkeitsentwicklung realisieren, indem beispielsweise eine Hochfrequenzspannung von 0 V bis 2 kY mit einer Frequenz von 50 Hz bis 50 kHz angewandt wird.
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Die an Hülse 102 und Aufladungselement 105 anliegende Spannung ist niedriger als die Spannung, bei der eine Koronaentladung auftritt (im allgemeinen bei etwa - 4 kV) und die !Frequenz ist so gewählt, daß die Tonerteilchen dieser Frequenz zu folgen bzw. auf dieser Frequenz zu schwingen vermögen. Die Frequenz liegt im allgemeinen im Bereich von 50 Hz bis 50 kHz und bevorzugt im Bereich" von 300 Hz bis 5 kHz.

Die Weite bzw. Tiefe des Aufladungsraums 106 beträgt im allgemeinen 0,1 bis 10 mm,und die in den Aufladungsraum eingeführte Tonermenge ist vorzugsweise so groß, daß die resultierende Tonerschicht eine Dicke von etwa 1 bis 500 μπι erhält.

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Beim Aufladungselement 105 kann möglicherweise eine Entladung oder ein Durchbruch insbesondere zwischen seinem Endabschnitt und der Hülse 102 auftreten. Zur Vermeidung dieses Problems reicht es aus» das Aufladungseiement 105 so auszubilden! daß es sich gemäß Fig. 9 von seiner Mitte zu seinen beiden Enden hin zunehmend weiter von der Hülse 102 entfernt, oder das Erümmungszentrum 0 des Aufladungselements 105 auf Abstand vom Zentrum O¹ der Hülse 102 zu verlegen, so

Ί0 daß der Radius R des Aufladungselements größer ist als der Radius R¹ der Hülse 102. Wahlweise können die beiden Endabschnitte 105A des Aufladungselements 105 gemäß Fig. 10 abgerundet oder mit Isoliermaterialstücken 107 überzogen sein.

Um zu verhindern, daß der innerhalb des Aufladungsraums 106 umherwirbelnde Toner T aus dem Aufladungsraum herausgeschleudert wird und die Rückseite des Aufladungselements erreicht, wird vorzugsweise eine Abschirmplatte vorgesehen, welche den Raum zwischen dem Tonermengen-Begrenzungselement 104 und dem Aufladungsraum 106 abdeckt.

Die Überführung des Toners durch die Hülse 102 erfolgt unter Ausnutzung der Anziehungskraft aufgrund der Reibungsladung des Toners oder unter Ausnutzung einer Reibungskraft infolge einer Aufrauhung der Oberfläche der Hülse 102. Wahlweise kann zu diesem Zweck eine Bürste oder das Verfahren gemäß der US-PS 3 866 574 angewandt werden. Während dieser Überführung ist es in manchen !Fällen vorteilhaft, der Hülse 102 eine Gleich- oder Wechselspannung aufzuprägen.

Fig. 11 veranschaulicht noch ein anderes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des er-

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findungsgemäßen Verfahrens. Bei dieser Vorrichtung ist ein elektrisch leitendes Band 111 anstelle der Hülse 102 gemäß Fig. 7 über drei Rollen 110A, 11OB und 110C geführt. Gemäß Fig. 12 kann dabei der Entwicklertrichter 103 durch einen !Tonerbehälter 112 ersetzt sein. Bei B ist eine Vorspannungsquelle für die Entwicklung bzw. für den Entwickler angedeutet.

Fig. 13 veranschaulicht ein weiteres Beispiel, bei dem die Wechselspannungsquelle zur Erzeugung des Wechselspannungsfelds nicht an das Aufladungselement 105» sondern an die Hülse 102 angeschlossen ist. Hierbei können erforderlichenfalls die Spannungen der Wechselspannungsquelle und der Vorspannungsquelle in der Ent-Wicklungseinrichtung einander überlagert sein.

Das Tonermengen-Begrenzungselement 104 besitzt im allgemeinen eine Messer- bzw. Abstreifkante. Wahlweise kann auch ein Begrenzungselement der in den Fig. 14 bis 17 dargestellten Art verwendet werden. Das Begrenzungselement gemäß Fig. 14 besitzt eine blattförmige Gestalt mit einer Anzahl von Aussparungen 120 in seiner Abstreifkante. Das Begrenzungselement gemäß Fig. 15 weist an der freien Kante eines blattartigen Elements ein Gitter 121 auf. Das Begrenzungselement gemäß Fig. 16 ist mit einem schraubenförmigen Steg am Außenumfang eines drehbaren Stabs 122 versehen, während das Begrenzungselement gemäß Fig. 17 mit längsverlaufenden Keilverzahnungen 124 dreieckigen Querschnitts

° an der Außenfläche eines drehbaren Stabs 122 versehen ist. Die Elemente gemäß Fig. 16 und 17 sind zur-Begrenzung der eingeführten Tonermenge ;jeweils drehbar gelagert. Wahlweise kann auch eine Magnetklinge gemäß

der JP-OS 93177/1980 verwendet werden. 35

Dae vorstehend im einzelnen beschriebene Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht somit auf einfache und zuverlässige Weise die Entwicklung eines elektrostatischen Bilds bzw. Ladungsbilde mit einem isolierenden Einkomponentenentwickler oder einem Zweikomponentenentwickler beim berührungsfreien Sntwicklungssystem oder beim Eontaktentwicklungssystem unter Gewährleistung eines ausgezeichneten sichtbaren Bilds.

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Claims (1)

1. 3206315

   25. Feb. 1982

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zum elektrischen Aufladen eines Entwicklers für die Entwicklung eines latenten elektrostatischen Bilds bzw. latenten Ladungsbilds, dadurch gekennzeichnet, daß der Entwickler in einen Aufladungsraum eingeführt wird, der zwischen einander gegenüberstehenden, blatt- bzw. plattenförmigen Aufladungselementen festgelegt ist, daß im Aufladungsraum ein Wechselspannungsfeld erzeugt wird und daß der Entwickler durch das Wechselspannungsfeld im Aufladungsraum in Schwingung versetzt wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zweikomponentenentwickler aus einem Toner und einem Träger verwendet wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einkomponentenentwickler aus einem Toner ver-

   wendet wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eiir isolierender magnetischer Toner verwendet wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende magnetische Toner eine magnetische Substanz enthält.

   6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselspannungsfeld

   j b

   Ί b

   durch eine Wechselspannung mit überlagerter Gleichspannung erzeugt wird.

   7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladungselemente Elektroden zur Erzeugung des WechselspannungsfeIds sind.

   8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufladungsraum eine im wesentlichen gleichmäßige Weite bzw. Tiefe besitzt.

   9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger ein isolierender Träger verwendet wird.

   10. Verfahren zum Entwickeln eines latenten Ladungsbilds, dadurch gekennzeichnet, daß ein Entwickler in einen Aufladungsraum eingeführt wird, der zwischen zwei einander gegenüberstehenden, blatt- oder plattenförmigen Aufladungselementen festgelegt ist, daß im Aufladungsraum ein Wechselspannungsfeld erzeugt wird, daß der Entwickler im Aufladungsraum durch das Wechselspannungsfeld in Schwingung versetzt und (dabei) elektrisch aufgeladen wird und daß das latente Ladungsbild mittels des elektrisch aufgeladenen Entwicklers entwickelt wird.

   11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einkomponentenentwickler aus einem Toner verwendet

   wird.

   12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein isolierender magnetischer Toner verwendet wird.

   13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß

   206315

   -Z-

   } der isolierende magnetische Toner eine magnetische Substanz enthält.

   14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

   daß ein Zweikomponentenentwickler aus einem Toner und einem Träger verwendet wird.

   15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger ein isolierender Träger verwendet wird.

   16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselspannungsfeld durch eine Wechselspannung mit überlagerter Gleichspannung erzeugt wird.

   17. Verfahren nach Anspruch 10 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladungselemente Elektroden zur Erzeugung des Wechselspannungsfelds sind.

   18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufladungsraum eine im wesentlichen gleichmäßige Weite bzw. Tiefe besitzt.

   19. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Aufladungselemente auf einer zu einem Entwicklungsbereich führenden Bahn bewegt wird und daß der aufgeladene Entwickler durch dieses Aufladungselement zum Entwicklungsbereich überführt wird.

   20. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklung nach dem berührungsfreien Entwicklungssystem durchgeführt wird. 35

   21. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Aufladungselemente als Entwicklerüberführungselement benutzt wird.

   22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Entwickler in den Aufladungsraum eingeführt wird und daß der aufgeladene Entwickler in einen Entwicklungsbereich überführt wird, in welchem eine Entwicklung stattfindet.
   10

   23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklung in einem Zustand erfolgt, in welchem eine Gleich- oder Wechselspannung über das Entwickler-Überführungselement und ein Ladungsbild-Tragelement, welches das zu entwickelnde latente Ladungsbild trägt, angelegt wird.

   24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement ein lichtempfindliches Element ist.

   25. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklung nach einem Kontaktentwicklungssystem erfolgt.

   26. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Aufladungselemente als Entwicklerüberführungselement benutzt wird.

   27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Entwickler in den Aufladungsraum eingeführt wird und daß der aufgeladene Entwickler in einen Entwicklungsbereich überführt wird, in welchem eine

   Entwicklung stattfindet.
   35

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   . 5-

   λ 28. Verfahren nach Anspruch 27,. dadurch gekennzeichnet/ daß die Entwicklung in einem Zustand erfolgt, in welchem eine Gleich- oder Wechselspannung über das Entwickler-Überführungselement und ein Ladungsbild-Tragelement, welches das zu entwickelnde latente Ladungsbild trägt, angelegt wird.

   29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement ein lichtempfindliches Element ist.

   30. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklung nach dem berührungsfreien Entwicklungssystem durchgeführt wird.

   31. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Aufladungselemente als Entwickler-Überführungselement benutzt wird.

   32. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Entwickler in den Aufladungsraum eingeführt wird und daß der aufgeladene Entwickler in einen Entwicklungsbereich überführt wird, in welchem eine Entwicklung stattfindet.

   33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklung in einem Zustand erfolgt, in welchem eine Gleich- oder Wechselspannung über das Entwickler-Überführungselement und ein Ladungsbild-

   ™ Tragelement, welches das zu entwickelnde latente Ladungsbild trägt, angelegt wird.

   34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement ein lichtempfindliches Element ist.

   "ι i"^s O I CT

   35. Verfahren nach Anspruch 14.oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklung nach einem Kontaktentwicklungssystem erfolgt.

   36. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Aufladungselemente als Entwickler-Überführungselement benutzt wird.

   37. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Entwickler in den Aufladungsraum eingeführt wird und daß der aufgeladene Entwickler in einen Entwicklungsbereich überführt wird, in welchem eine Entwicklung stattfindet.

   38. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklung in einem Zustand erfolgt, in welchem eine Gleich- oder Wechselspannung über das Entwickler-Überführungselement und ein Ladungsbild-Tragelement, welches das zu entwickelnde latente Ladungsbild trägt, angelegt wird.

   39. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement ein lichtempfindliches Element ist.
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