DE3689887T2

DE3689887T2 - Entwicklungsverfahren und -vorrichtung.

Info

Publication number: DE3689887T2
Application number: DE3689887T
Authority: DE
Inventors: Norihisa Hoshika; Atsushi Hosoi; Takashi Saito; Hiroshi Tajika; Hatsuo Tajima; Masaaki Yamaji
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-09-17
Filing date: 1986-09-17
Publication date: 1994-09-22
Anticipated expiration: 2006-09-18
Also published as: HK12494A; DE3650246D1; EP0364007A1; DE3689887D1; DE3683584D1; EP0219233A3; EP0219233B1; US5574545A; EP0219233A2; EP0364007B1; EP0371011B1; EP0371011A2; US4933254A; DE3650246T2; EP0371011A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Entwicklungsverfahren und auf eine Entwicklungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei das Ladungsbild durch einen Zwei-Komponenten-Entwickler, der miteinander vermischte magnetische Teilchen und Tonerteilchen enthält, entwickelt wird.
Bekannt sind ein Entwicklungssystem, welches einen magnetischen Ein-Komponenten-Toner verwendet, und ein Entwicklungssystem, das einen Zwei-Komponenten-Entwickler verwendet. In bezug auf ein jedes Entwicklungssystem ist es auch bekannt, daß der Entwicklungseffekt - durch Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes an der Entwicklungsstelle verbessert werden kann - wie zum Beispiel in den US- Patenten Nr. 4 395 476, 4 425 373, 4 292 387, 4 548 489, 4 579 082 und 4 563 978 gezeigt ist, welche alle auf den Inhaber der vorliegenden Anmeldung übertragen worden sind.
In dem in den US-Patenten Nr. 4 395 476, 4 425 373 und 4 292 387 offenbarten Entwicklungssystem ist auf einem den Entwickler tragenden Element, welches im folgenden als "Rohr" bezeichnet wird, eine dünne Schicht des Entwicklers ausgebildet, die eine solche Dicke hat, daß der Entwickler das Ladungsbild nicht berührt; dann wird der in Form einer dünnen Schicht vorliegende Entwickler dicht an das Ladungsbild gebracht, wobei ein elektrisches Feld zwischen dem Ladungsbild und der Entwicklerschicht angelegt wird. Weil dieses System den magnetischen Ein-Komponenten-Toner verwendet, ist es wünschenswert, einen Magnetpol zu verwenden und das Rohr sowie das das Ladungsbild tragende Element, welches im folgenden als "Trommel" bezeichnet wird, mit der gleichen Umlaufgeschwindigkeit in der selben Richtung zu bewegen. Dieses System erwies sich als sehr nützlich, weil die Reproduktionsfähigkeit des Bildes gut, der Wirkungsgrad der Entwicklung (das Verhältnis des für den Entwicklungsvorgang zu verbrauchenden Toners zu dem an der Entwicklungsstelle vorhandenen Toner) hoch ist und die Größe der Entwicklungsvorrichtung reduziert werden kann.
Jedoch enthält das Entwicklungsteilchen relativ viel magnetisches Material, so daß es für die Bilderzeugung in anderen Farben als schwarz, z. B. rot, blau oder ähnliches, nicht geeignet ist, weil wegen des Vorhandenseins von magnetischem Material, das gewöhnlich schwarz ist, die Farbe nicht hell genug ist. Außerdem wird das mit einem magnetischen Ein-Komponenten-Entwickler erzeugte Bild mittels einer Fixiereinrichtung auf das Aufzeichnungselement, wie z. B. Papier, nicht fest fixiert. In der Praxis sind diese Probleme nicht sehr wichtig. Vom Standpunkt einer Verbesserung der Bildqualität sollen diese Probleme jedoch gelöst werden.
Als ein System, in dem diese Probleme gelöst worden sind, wurde in den US-Patenten Nr. 4 548 489, 4 579 082 und 4 563 978 ein System vorgeschlagen, bei dem ein nichtmagnetische Tonerteilchen und magnetische Teilchen enthaltender Zwei- Komponenten-Entwickler in einem Entwicklerbehälter untergebracht ist. Eine dünne Schicht, die nur nichtmagnetische Tonerteilchen enthält, ist auf einem den Entwickler tragenden Rohr ausgebildet. Die dünne Schicht der nichtmagnetischen Tonerteilchen befindet sich gegenüber dem zu entwickelnden Ladungsbild, wo ein elektrisches Wechselfeld zwischen dem Ladungsbild und dem Rohr aufgebaut ist. Dieses System beinhaltet nicht die obengenannten, sich aus dem magnetischen Material ergebenden Probleme, weil an der Entwicklungsstelle ein Ein-Komponenten-Entwickler verwendet wird. Jedoch hat dieses System das Problem, daß die Bilddichte des entwickelten Bildes relativ niedrig ist, und das Problem mit den Entwicklungscharakteristiken - im folgenden "negative Eigenschaften" genannt (die Bilddichte sinkt mit einer Erhöhung des Potentials des Ladungsbildes); dieses Problem wird im folgenden ausführlich beschrieben.
Wie zum Beispiel in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 93841/1978 beschrieben ist, ist andererseits ein Entwicklungssystem bekannt, bei dem ein Zwei-Komponenten- Entwickler zu der Entwicklungsstelle gebracht wird. Bei diesem System wird eine große Menge magnetischer Bürstenteilchen zu der Entwicklungsstelle geführt, mit dem Ergebnis, daß nur die Tonerteilchen, die sich in der Nähe der freien Enden der magnetischen Bürste befinden, am aktiven Entwicklungsvorgang teilnehmen können. Um zu gewährleisten, daß ein großer Teil der Magnetbürsten (nicht weniger als 5 mm) die Trommel berühren, um dadurch die Bilddichte zu erhöhen, wird die Umlaufgeschwindigkeit des Rohres auf nicht weniger als das dreifache der Umlaufgeschwindigkeit der Trommel erhöht. Außerdem ist der Wirkungsgrad der Entwicklung niedrig, weil der Prozentsatz der bei der Entwicklung in der Magnetbürste verbrauchbaren Tonerteilchen gering ist. Außerdem hat das entwickelte Bild eine Bürstenspur. Es ist eine hohe Antriebsleistung erforderlich, um die große Menge magnetischer Bürste zu transportieren. Das ist nicht vorteilhaft, weil die gleichmäßige Drehung beeinträchtigt werden kann und viel Leistung vergeudet wird.
In bezug auf ein Entwicklungssystem mit einem hohen Wirkungsgrad bei der Entwicklung in der magnetischen Bürste mit einem Zwei-Komponenten-Entwickler wurde in der japanischen Offenlegungsschrift 32060/1980, die vom Inhaber der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurde, ein Vorschlag gemacht. In diesem System ist die Magnetbürste an der Entwicklungsstelle in einem elektrischen Wechselfeld ausgebildet, durch welches die in der Magnetbürste enthaltenen nichtmagnetischen Tonerteilchen sowie die in der Nähe der freien Enden der Magnetbürste befindlichen Teilchen für den Entwicklungsvorgang verwendbar sind, so daß dadurch der Wirkungsgrad der Entwicklung erhöht wird. Es wurde festgestellt, daß mit diesem System gute Bilder erzeugt werden können.
Dieses System, das eine große Menge an Magnetbürsten an der Entwicklungsstelle bildet, hat jedoch das Problem, daß wenn der im Entwicklerbehälter kontrollierte Inhalt des Toners sich ändert, diese Änderung direkt die Bildqualität beeinflußt. Aus diesem Grund ist es unbedingt erforderlich, den Inhalt des Toners im Entwicklerbehälter genau zu kontrollieren. Es ist praktisch unmöglich, auf eine Kontrollvorrichtung für den Inhalt des Toners zu verzichten. Es ist verständlich, daß oder Wirkungsgrad dem Entwicklung eben besser ist als der der oben beschriebenen herkömmlichen Systeme. Jedoch müssen hier überflüssige magnetische Teilchen und Tonerteilchen zu der Entwicklungsstelle transportiert werden.

Wesen der Erfindung

Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist eine Entwicklungsvorrichtung zum Entwickeln eines elektrostatischen Ladungsbildes auf einem ein elektrostatisches Ladungsbild tragenden Element vorgesehen, mit einem Behälter zum Aufnehmen eines Entwicklers, welcher Tonerteilchen und magnetische Teilchen enthält; mit einem beweglichen, den Entwickler tragenden Element gegenüber dem das elektrostatische Ladungsbild tragenden Element zur Bildung einer Entwicklungsstelle und zum Befördern der Tonerteilchen zu dem das Ladungsbild tragenden Element und zum Zuführen des Entwicklers vom Behälter zu der Entwicklungsstelle; mit einer Einrichtung zum Regulieren des Entwicklers, die stromaufwärts zu der Entwicklungsstelle in bezug auf die Bewegungsrichtung der Oberfläche des den Entwickler tragenden Elements zu einer Einstellung der an der Entwicklungsstelle aufgetragenen Dicke der Entwicklerschicht angeordnet ist; mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Feldes, die mit dem den Entwickler tragenden Element verbunden und gegenüber der Einrichtung zum Regulieren des Entwicklers angeordnet ist. Diese Entwicklungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Regulieren des Entwicklers ein nicht-magnetisches Element und ein magnetisches Element umfaßt, daß stromaufwärts von dem nicht-magnetischen Element in bezug auf die Bewegungsrichtung des den Entwickler tragenden Elements angeordnet ist, und die Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Feldes stromaufwärts zu dem magnetischen Element in bezug auf die Bewegungsrichtung des den Entwickler- - tragenden- Elements angeordnet ist.
Wie die Erfindung ausgeführt werden kann, wird im folgenden anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Entwicklungsvorrichtung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht der Entwicklungsstelle der in Fig. 1 gezeigten Entwicklungsvorrichtung, die das Entwicklungsverfahren entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 3 ein Diagramm, das die Entwicklungseigenschaft der Entwicklungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 4 eine Schnittansicht, die eine vorteilhafte Ausbildung von Ketten magnetischer Teilchen in der Entwicklungsvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 5 eine Schnittansicht, die eine nicht wünschenswerte Ausbildung von Ketten magnetischer Teilchen darstellt.
Fig. 6 eine Schnittansicht eines Abschnitts eines bevorzugten Beispiels eines Entwicklerbehälters.
Fig. 7 ein Diagramm, das das Entwicklungsvermögen der Entwicklungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 8 eine Schnittansicht, die die Abmessungen der Entwicklungsstelle veranschaulicht.
Fig. 9 eine vergrößerte Schnittansicht, die die gegenseitige Anordnung zwischen einem Element zur Begrenzung der Entwicklerzirkulation und einem verbundenen Magneten darstellt.
Fig. 10 eine Schnittansicht einer Abwandlung der in Fig. 9 gezeigten Ausführung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist hier eine Entwicklungsvorrichtung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, in der ein ein elektrostatisches Ladungsbild tragendes Element zum Tragen des zu entwickelnden elektrostatischen Ladungsbildes mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet ist. Das das Ladungsbild tragende Element ist in diesem Ausführungsbeispiel eine fotoempfindliche Trommel; sie kann aber auch eine fotoempfindliche oder elektrische Trommel oder ein Endlosband sein. Das Verfahren zur Bildung eines elektrostatischen Ladungsbildes auf dem das Ladungsbild tragenden Element ist nicht der Gegenstand der vorliegenden Erfindung, so daß jedes zur Bildung eines elektrostatischen Ladungsbildes geeignete Verfahren verwendet werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel ist das das Ladungsbild tragende Element eine fotoempfindliche Trommel, auf welche ein elektrostatisches Ladungsbild mittels eines elektrofotografischen Verfahrens gebildet wird. Die fotoempfindliche Trommel 1 ist in die mit dem Pfeil a gekennzeichnete Richtung drehbar.
Die Entwicklungsvorrichtung nach dieser Ausführungsform hat einen Entwicklerbehälter 21, ein Entwicklungsrohr 22 (im folgenden nur als "Rohr" bezeichnet) als ein den Entwickler tragendes Element, einen Magneten 23 als Einrichtung zur Erzeugung eines magnetischen Feldes, einen Regulierschaber 24 (im folgenden nur als "Schaber" bezeichnet) zum Regulieren der Menge des Entwicklers, die zu der Entwicklungsstelle auf dem Rohr 22 befördert wird, und eine elektrische Energiequelle 34 als Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Wechselfeldes. Der Aufbau der entsprechenden Elemente wird im folgenden beschrieben.
Der Behälter 21 enthält den Entwickler mit den miteinander vermischten magnetischen Teilchen 27 und Tonerteilchen 28. Das Tonerteilchen in diesem Ausführungsbeispiel ist ein nicht-magnetisches Tonerteilchen mit einer Teilchengröße von 7-20 um, welches zum Beispiel im wesentlichen aus 10 Teilen Karbon und 90 Teilen Polystyren besteht. Die Tonerteilchen und die magnetischen Teilchen sind in diesem Ausführungsbeispiel so untergebracht, daß der Gehalt der magnetischen Teilchen in der Nähe- der Oberfläche des Rohres 22 hoch und von der Oberfläche des Rohres 22 entfernt niedrig ist. Trotzdem können diese Teilchen im Behälter 21 gleichmäßig verteilt sein. Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, hat der Behälter 21 eine Öffnung in einem linken Bodenabschnitt.
Das Rohr 22 besteht aus einem nichtmagnetischen Material wie Aluminium und ist an der Öffnung des Behälters 21 so angeordnet, daß ein Teil seiner Oberfläche frei ist, während der andere Teil der Oberfläche sich innerhalb des Behälters 21 befindet. Das Rohr 22 ist entlang einer Achse senkrecht zum Zeichnungsblatt der Fig. 1 drehbar abgestützt und wird während des Betriebes in die Richtung eines Pfeils b gedreht. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Rohr 22 als ein zylindrisches Rohr dargestellt, jedoch kann es ein Endlosband sein.
Das Rohr 22 befindet sich gegenüber der fotoempfindlichen Trommel 1 mit einem kleinen Zwischenraum, um eine Entwicklungsstelle oder -zone zu bilden, zu der die Tonerteilchen und die magnetischen Teilchen auf dem Rohr 22 befördert werden, so daß der Volumenanteil der magnetischen Teilchen darin 1,5-30% beträgt. Das wird im folgenden näher beschrieben.
Der Magnet 23 ist im Rohr 22 angeordnet. Der Magnet 23 ist so befestigt, daß er sich bei einer Drehung des Rohres 22 nicht dreht. Der Magnet 23 hat einen mit dem Schaber 24 zusammenwirkenden Magnetpol 23a (N), welches Zusammenwirken zur Regulierung der Menge des als Entwicklerschicht auf das Rohr 22 auf zutragenden Entwicklers im folgenden zu beschreiben ist, ein Entwicklungspol 23b (S) sowie Magnetpole 23c (N) und 23d (S) zum Aufsammeln des durch die Entwicklungsstelle passierten Entwicklers zurück in den Behälter 21. Die Polaritäten der Magnetpole können umgekehrt werden. Der Magnet 23 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Dauermagnet; er könnte jedoch ein Elektromagnet sein.
In diesem Ausführungsbeispiel besteht der Schaber 24 zumindest in seinem freien Endabschnitt aus einem nichtmagnetischen Material wie Aluminium. Der Schaber 24 erstreckt sich entlang der Länge des Rohres 22 in der Nähe des oberen Abschnitts der Öffnung im Behälter 21. Der Grundabschnitt des Schabers 24 ist an dem Behälter 21 befestigt. Das freie Ende des Schabers 24 befindet sich gegenüber der Oberfläche des Rohres 22 in einem Abstand, der 50-500 um, vorzugsweise 100-350 um beträgt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Abstand bzw. der Zwischenraum 250 um. Wenn der Zwischenraum weniger als 50 um ist, dann wird er durch die magnetischen Teilchen leicht verstopft, und wenn er größer als 500 um ist, so wird dadurch eine zu große Menge magnetischer Teilchen und Tonerteilchen durchgelassen, mit dem Ergebnis, daß eine passende Dicke der Entwicklerschicht auf dem Rohr 22 nicht gebildet werden kann. Die Schichtdicke ist kleiner als der Zwischenraum zwischen der Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 1 und der Oberfläche des Rohres 22 an der Entwicklungsstelle, unter der Annahme, daß die magnetische Kraft nicht vorhanden ist. Um eine Entwicklerschicht mit dieser Dicke zu erzeugen, ist es zu bevorzugen, daß der Zwischenraum zwischen der Kante des Schabers 24 und der Oberfläche des Rohres 22 gleich oder kleiner als der Zwischenraum zwischen der Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 1 und der Oberfläche des Rohres 22 ist. Jedoch ist es möglich, diese Schicht mit einem größeren Zwischenraum zwischen dem Schaber und dem Rohr 22 zu erzeugen. An der inneren Wand des Schabers 24 ist ein Teil 26 vorgesehen, das geeignet ist, die Zirkulation der magnetischen Teilchen zu begrenzen. Das Teil 26 dient zur Begrenzung des Zirkulationsbereiches der magnetischen Teilchen innerhalb des Behälters 21. Die Zirkulation wird im folgenden beschrieben. Die gegenseitige Anordnung des Entwicklerträgers 22, des Regulierelements 24 und des Begrenzungsteils 26 ist so, daß eine Schnittfläche 261 gebildet wird, die von einer Stromaufwärts-Seite in Richtung zum Regulierelement 24 allmählich abnimmt.
Die Leistungsquelle 34 legt eine Spannung zwischen der fotoempfindlichen Trommel 1 und dem Rohr 22 an, um über den Zwischenraum dazwischen ein elektrisches Wechselfeld zu erzeugen, durch welches die Tonerteilchen von der Entwicklerschicht am Rohr 22 auf die fotoempfindliche Trommel 1 übertragen werden. Die durch die Leistungsquelle 34 gewährleistete Wechselspannung kann symmetrisch sein, das heißt, daß die Spannungsspitzen der positiven und negativen Seite gleich sind; die Wechselspannung kann auch eine unsymmetrische Spannung sein, die durch eine Überlagerung einer Gleichspannung mit der symmetrischen Spannung erreicht werden kann. Wenn zum Beispiel das elektrostatische Ladungsbild mit einem Potential von -600 V des dunklen Bereichs und einem Potential von -200 V des hellen Bereichs entwickelt werden soll, so wird am Rohr 22 eine asymmetrische Spannung von 200-3000 Hz mit einer Spitze-Spitze-Spannung von 300-2000 Vpp angelegt, die durch eine überlagerte Gleichspannung von -300 V gewährleistet wird, wobei die fotoempfindliche Trommel 1 geerdet ist.
Der Bodenabschnitt des Behälters 21 erstreckt sich gegenüber der fotoempfindlichen Trommel 1 und bildet einen Fortsatz zur Verhinderung dessen, daß der Entwickler, insbesondere die Tonerteilchen, nach außen durchsickern oder verstreut werden. Um eine Vermeidung dessen zu gewährleisten, ist auf der oberen Oberfläche des Fortsatzes in diesem Beispiel ein Element 29 befestigt, um die Entwicklerteilchen abzufangen und aufzunehmen. Am Rand des Fortsatzes ist ein Element 30 befestigt, das sich entlang des Rohres 22 erstreckt, um, wie in der Figur gezeigt, eine Zerstreuung der Teilchen zu vermeiden. An das Element 30 kann eine Spannung mit der selben Polarität wie die Polarität der Tonerteilchen angelegt werden, wobei der von der Entwicklungsstelle verstreute Toner mittels des dadurch gebildeten elektrischen Feldes gegen die fotoempfindliche Trommel 1 getrieben wird, um eine Zerstreuung des Toners zu vermeiden.
In Nähe der gegenüberliegenden Enden des Rohres 22 ist ein Element 26 zur Begrenzung des Entwicklers vorgesehen, dessen Funktion darin besteht, die Ansammlung des Entwicklers auf der Oberfläche des Rohres 22 nahe seiner Enden in Längsrichtung zu vermeiden.
Im folgenden wird die Betriebsweise der Entwicklungsvorrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel beschrieben. Zuerst wird der Behälter 21 mit magnetischen Teilchen 27 versorgt. Diese magnetischen Teilchen werden mittels der durch die magnetischen Pole 23a und 23d gewährleisteten magnetischen Kraft auf die Oberfläche des Rohres 22 angezogen und gehalten, um dadurch die ganze Oberfläche des Rohres 22 innerhalb des Behälters 21 zu bedecken und eine Schicht von magnetischen Teilchen zu bilden. Diese Abschnitte der Schicht aus magnetischen Teilchen, die an den Magnetpolen 23a und 23 eng anliegen, bilden eine magnetische Bürste. Daraufhin werden die Tonerteilchen 28 in den Behälter 21 gespeist, so daß eine Tonerschicht außerhalb der Magnetteilchenschicht gebildet wird. Es ist vorzuziehen, daß das magnetische Pulver, welches zuerst in den Behälter 21 gespeist wird, 2-20 Gew.-% Toner enthält, wobei das Pulver auch nur aus magnetischen Teilchen bestehen kann. Nachdem die magnetischen Teilchen 27 an die Oberfläche des Rohres 22 als eine Magnetteilchenschicht einmal angezogen sind, fließen oder neigen sie sich im wesentlichen auch dann nicht mehr, wenn die Entwicklungsvorrichtung vibriert oder beträchtlich verstellt wird, wobei die Überdeckung der Oberfläche des Rohres 22 erhalten bleibt.
Wenn das Rohr 22 sich in die mit einem Pfeil gekennzeichnete Richtung dreht, so bewegen sich die magnetischen Teilchen vom Bodenabschnitt des Behälters 21 nach oben in Richtung entlang der Oberfläche des Rohres 22, um in die Nähe des Schabers 24 zu gelangen, wo ein Teil der magnetischen Teilchen zusammen mit den Tonerteilchen den Zwischenraum zwischen dem Rohr 22 und der Kante des Schabers 22 passiert. Der Rest der magnetischen Teilchen trifft auf das Element 26 und wird anschließend nach unten gekippt, so daß er sich infolge der Schwerkraft außerhalb des aufsteigenden Flusses zum Boden des Behälters 21 absetzt. Die in der Nähe des Rohres 22 befindlichen magnetischen Teilchen steigend erneut durch seine Drehung Das wird wiederholt, um eine Zirkulation der magnetischen Teilchen zu erzeugen. Unter den magnetischen Teilchen 27, die vom Boden des Behälters 21 zum Schaber 24 aufsteigen, gibt es Teilchen, die nach unten kippen, bevor sie nahe des Schabers 24 gelangt sind. Zu dieser Bewegung neigen die magnetischen Teilchen, die von der Oberfläche des Rohres 22 verhältnismäßig weit entfernt sind.
Das in der Nähe des Schabers 24 oder vor ihm kippende magnetische Pulver zieht mit sich die Tonerteilchen von der äußeren Tonerschicht. Während der Zirkulation infolge der Drehung des Rohres 22 werden die Tonerteilchen 28 triboelektrisch durch die Reibung mit den magnetischen Teilchen 27 und der Oberfläche des Rohres 22 geladen. In der Nähe der Stelle vor dem Schaber 24 werden die magnetischen Teilchen 27 nahe der Oberfläche des Rohres 22 durch die magnetische Kraft des magnetischen Pol es 23a zu der Oberfläche des Rohres angezogen, so daß sie unter den Schaber 24 hindurchgehen, um den Behälter 21 durch die Drehung des Rohres 22 zu verlassen. Während dieser Bewegung befördern die magnetischen Teilchen 27 die an ihren Oberflächen abgesetzten Tonerteilchen außerhalb des Behälters 21. Zusätzlich wird ein Teil der geladenen Tonerteilchen 28 an die Oberfläche des Rohres angezogen und auf dem Rohr 22 außerhalb des Behälters 21 befördert. Der Schaber 24 dient dazu, den überschüssigen Entwickler auf der Oberfläche des Rohres 22 zu entfernen.
Die auf der Oberfläche des Rohres 22 gebildete Entwicklerschicht (das Gemisch der magnetischen Teilchen 27 und der Tonerteilchen 28) wird auf der Oberfläche des Rohres 22 befördert, um die Entwicklungsstelle bzw. -zone zu erreichen, an der sich das Rohr und somit die Schicht gegenüber der Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 1 befindet. An der Entwicklungsstelle werden sowohl die Tonerteilchen von den Oberflächen der magnetischen Teilchen als auch die Tonerteilchen von der Oberfläche des Rohres 22 durch das über den Zwischenraum zwischen der fotoempfindlichen Trommel 1 und dem Rohr 22 erzeugte elektrische Wechselfeld auf das Ladungsbild auf der fotoempfindlichen Trommel 1 übertragen, wobei das Ladungsbild entwickelt wird. Der Volumenanteil der magnetischen Teilchen an der Entwicklungsstelle ist vorzugsweise 1,5-30%, welches im folgenden näher beschrieben wird.
Mit der fortdauernden Drehung des Rohres 22 werden die für die Entwicklung noch nicht verbrauchten Tonerteilchen und magnetischen Teilchen zurück in den Behälter 21 gesammelt. Diese werden zusammen mit den Teilchen in dem Behälter 21 durch die oben beschriebene Zirkulation gemischt und erneut auf das Rohr 22 befördert. Während dieser Zirkulation nimmt das magnetische Pulver die Tonerteilchen von der oberen Tonerschicht im Behälter 21 auf, wobei es erneut mit der Menge an Toner versorgt wird, die verbraucht wurde.
Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht der Entwicklungsvorrichtung, welche Ansicht den Entwicklungsprozeß veranschaulicht. Die fotoempfindliche Trommel trägt die elektrische Ladung, aus der das Ladungsbild besteht. In diesem Ausführungsbeispiel ist die das Ladungsbild bildende elektrische Ladung negativ, so daß die Tonerteilchen aus diesem Grund positiv geladen sind. Wie in Fig. 2 gezeigt, drehen sich die fotoempfindliche Trommel 1 und das Rohr 22 so, daß ihre Umfangsbewegungen - wie durch die Pfeile gezeigt - die gleiche Richtung aufweisen. Über den dazwischen gebildeten Zwischenraum wird die oben beschriebene Wechselspannung durch die Leistungsquelle 34 angelegt. An einer Stelle, die einer Stelle entspricht, an der die fotoempfindliche Trommel und das Rohr 22 am engsten zueinander sind, ist der magnetische Pol 23b des Magneten 23 innerhalb des Rohres 22 angeordnet.
Im Raum zwischen der fotoempfindlichen Trommel 1 und dem Rohr 22 befindet sich der Entwickler, der ein Gemisch der magnetischen Teilchen 27 und der auf dem Rohr 22 beförderten Tonerteilchen darstellt. Es ist hervorzuheben, daß die Entwicklungsvorrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel sich von der in den obengenannten US-Patenten Nr. 4 548 489, 4 579 082 und 4 563 978 beschriebenen Vorrichtung im wesentlichen durch das Vorhandensein von magnetischen Teilchen an der Entwicklungsstelle unterscheidet. Wegen des im folgenden zu beschreibenden Volumenverhältnisses der magnetischen Teilchen an der Entwicklungsstelle ist die Menge der magnetischen Teilchen an dieser Stelle weit niedriger als in dem herkömmlichen sogenannten Magnetbürste-Entwicklungssystem; diesbezüglich ist das Entwicklungssystem nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wesentlich unterschiedlich im Vergleich zu dem Magnetbürsten-Entwicklungssystem. Die kleine Menge an magnetischen Teilchen 27 bildet durch die Einwirkung des magnetischen Pols 23a dünne Ketten 51 von magnetischen Teilchen. Wegen der großen Beweglichkeit der magnetischen Teilchen 23, die durch ihre Dünnheit bedingt ist, haben die magnetischen Teilchen 27 eine besondere Funktion.
Insbesondere werden die dünnen Ketten der magnetischen Teilchen in Richtung der Magnetkraftlinien gleichmäßig verteilt, so daß die Oberfläche des Rohres 22 sowie die Oberflächen der magnetischen Teilchen gleichzeitig geöffnet werden. Deswegen können die auf den Oberflächen der magnetischen Teilchen befindlichen Tonerteilchen ohne Behinderung durch die Ketten zu der fotoempfindlichen Trommel gelangen; gleichzeitig können die gleichmäßig verteilten offenen Abschnitte der Rohroberfläche gebildet werden, wobei die Tonerteilchen durch das elektrische Wechselfeld von der Rohroberfläche zu der fotoempfindlichen Oberfläche übertragen werden können.
Dementsprechend sind für den Entwicklungsvorgang sowohl die Tonerteilchen 101, die an den Oberflächen der magnetischen Teilchen abgesetzt oder von diesen gehalten werden, als auch die Tonerteilchen in der Tonerteilchenschicht 100 (Fig. 2) auf der Oberfläche des den Entwickler tragenden Elementes verwendbar. In Wirklichkeit sind die ganzen Oberflächen der magnetischen Teilchen geeignet, als Erweiterungen der Oberfläche des den Entwickler tragenden Elementes zu wirken. Gleichzeitig können die an der Oberfläche des den Entwickler tragenden Elements abgesetzten oder gehaltenen Tonerteilchen wirkungsvoll als Tonerteilchen für die Entwicklerbewegung verwendet werden. Als Ergebnis nimmt die Menge der Tonerteilchen der Tonerteilchenschicht 100 auf der Oberfläche des den Entwickler tragenden Elements beträchtlich ab, nachdem es die Entwicklungsstelle passiert hat im Vergleich zu der Situation davor. Unter geeigneten Bedingungen existiert die Tonerteilchenschicht 100 nach der Entwicklung nicht mehr.
Es ist hervorzuheben, daß für die Entwicklung sowohl die Tonerteilchen auf dem Rohr 100 als auch die Tonerteilchen 101 an den Oberflächen der magnetischen Teilchen verwendbar sind.
Im folgenden wird das Verhalten der magnetischen Teilchen und der Tonerteilchen beschrieben. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist das elektrostatische Ladungsbild durch die negative Ladung (dunkler Bereich des Bildes) gebildet, so daß das mittels des elektrostatischen Ladungsbildes gebildete elektrische Feld in die mit dem Pfeil a in Fig. 2 gekennzeichnete Richtung gerichtet ist. Die Richtung des durch das elektrische Wechselfeld erzeugte elektrische Feld wechselt.
In der Phase, in der die positive Spannung auf das Rohr 22 angelegt wird, ist das elektrische Feld mit dem elektrischen Feld des Ladungsbildes gleichgerichtet. Zu diesem Zeitpunkt ist die in die Ketten 51 eingeleitete elektrische Ladung maximal, so daß die Ketten 51 richtig aufrecht stehen und lange Ketten die Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 1 erreichen. Andererseits werden die Tonerteilchen 28 auf der Rohroberfläche und auf den Oberflächen der magnetischen Teilchen mit positiver Polarität - wie oben beschrieben - geladen, so daß sie durch das in diesem Zwischenraum gebildete elektrische Feld zu der fotoempfindlichen Trommel 1 übertragen werden. Hier ist hervorzuheben, daß die aufgerichteten Ketten 51 fein verteilt sind, so daß die Oberfläche des Rohres 22 exponiert bzw. offen ist, wobei die Tonerteilchen sowohl von der Oberfläche des Rohres 22 als auch von den Oberflächen der Ketten 51 freigegeben werden. Außerdem existiert die elektrische Ladung mit einer Polarität umgekehrt zu der Polarität der Tonerteilchen 28 in den Ketten 51; aus diesem Grund können die Tonerteilchen 28 auf den Oberflächen der Ketten 51 durch die abstoßende elektrostatische Kraft leichter freigegeben werden.
Während der Phase, in der an das Rohr 22 die negative Spannung angelegt wird, sind das elektrische Feld der Wechselspannung (Pfeil b) und das elektrische Feld des elektrostatischen Ladungsbildes (Pfeil a) gegeneinander gerichtet. Deswegen ist das elektrische Feld in diesem Raum in die entgegengesetzte Richtung stark, so daß die Größe der zugeführten Ladung relativ gering ist.
Demzufolge fallen die Ketten 51 entsprechend der Größe der Ladung zusammen und bilden einen zusammengefallenen Kontaktzustand. Weil, wie oben beschrieben, die Tonerteilchen 58 auf der fotoempfindlichen Trommel 1 positiv geladen sind, gehen die Tonerteilchen 58 infolge des über den Zwischenraum gebildeten elektrischen Feldes von der fotoempfindlichen Trommel 1 zurück auf das Rohr 22 und auf die magnetischen Teilchen 27 über. Auf diese Weise bewegen sich die Tonerteilchen 28 hin und zurück zwischen der fotoempfindlichen Trommel 1 und der Oberfläche des Rohres 22 sowie zwischen der fotoempfindlichen Trommel 1 und den Oberflächen der magnetischen Teilchen. Durch die Erhöhung des Abstandes dazwischen, infolge der Drehung der fotoempfindlichen Trommel und des Rohres 22 wird das elektrische Feld geschwächt und der Entwicklungsvorgang beendet.
An den Ketten 51 existieren triboelektrische Ladungen infolge der Reibung mit den Tonerteilchen 58 bzw. Bildladungen und eine Ladung, die durch die Ladung des elektrostatischen Ladungsbildes auf der fotoempfindlichen Trommel 1 und durch das elektrische Wechselfeld zwischen der fotoempfindlichen Trommel 1 und dem Rohr 22 zugeführt wird. Der Zustand dieser elektrischen Ladungen hängt von der Zeitkonstante der Auf- und Entladung ab, die durch das Material der magnetischen Teilchen 27 und andere Parameter bestimmt ist.
Auf diese Weise führen die Ketten 51 der magnetischen Teilchen 27 feine, jedoch heftige Vibrationsbewegungen aus.
Im folgenden wird die Beschreibung im Zusammenhang mit dem Volumenanteil der magnetischen Teilchen an der Entwicklungsstelle ausgeführt. Die "Entwicklungsstelle" oder die "Entwicklungszone" ist definiert als ein Bereich, in dem die Tonerteilchen von dem Rohr 22 zu der fotoempfindlichen Trommel 1 übertragen bzw. befördert werden. Der "Volumenanteil" ist der Prozentsatz des Volumens, das durch die an der Entwicklungsstelle bzw. -zone befindliche magnetische Teilchen besetzt ist, von dem ganzen Volumen der Entwicklungsstelle oder -zone. Als Ergebnis der verschiedenen Experimente und Überlegungen wurde von den Erfindern gefunden, daß der Volumenanteil einen großen Einfluß in dieser Entwicklungsvorrichtung hat; es ist insbesondere vorzuziehen, daß der Volumenanteil 1,5-30%, vorzugsweise 2,6-26% beträgt.
Wenn er kleiner als 1,5% ist, so wurden die Probleme festgestellt, daß die Bilddichte des entwickelten Bildes zu niedrig ist, daß ein Doppelbild im entwickelten Bild erscheint, daß zwischen der Stelle, an der die Kette 51 vorhanden ist und der Stelle, an der keine Kette existiert, ein bemerkbarer Unterschied in der Dichte vorkommt, und daß die Dicke der auf dem Rohr 22 gebildeten Entwicklerschicht nicht gleichmäßig ist.
Wenn der Volumentanteil größer als 30% ist, wird die Oberfläche des Rohres geschlossen, das heißt durch magnetische Teilchen zu sehr bedeckt, so daß ein Schleier- Hintergrund entsteht.
Es ist zu würdigen, daß die vorliegende Erfindung auf der durch die - Erfinder gemachte Feststellung gründet, daß die Bildqualität mit der Erhöhung oder Verminderung des Volumenanteils nicht gleichmäßig besser oder schlechter wird, daß eine zufriedenstellende Bilddichte innerhalb eines Bereiches des Volumenanteils von 1,5-30% erreicht werden kann, daß eine Verschlechterung des Bildes sowohl bei einem Volumenanteil unter 1,5% als auch bei einem Volumenanteil über 30% vorliegt, und daß in diesem zufriedenstellenden Bereich weder ein Doppelbild noch ein Schleier-Hintergrund entstehen. Es wird angenommen, daß die Verschlechterung des Bildes wegen eines niedrigen Volumenanteils infolge der negativen Eigenschaft entsteht; währenddessen wird angenommen, daß die Verschlechterung bei einem zu hohen Volumenanteil infolge der geschlossenen oder bedeckten Rohroberfläche entsteht - das ergibt sich von der großen Mengen an magnetischen Teilchen, so daß die Abgabe von Toner von der Rohroberfläche ziemlich eingeschränkt ist.
Wenn der Volumenanteil weniger als 1,5% ist, ist die Bildreproduzierbarkeit eines Linienbildes nicht zufriedenstellend, wobei die Bilddichte bemerkbar abnimmt. Wenn er größer als 30% ist, können die magnetischen Teilchen die Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 1 körperlich beschädigen und die an der fotoempfindlichen Trommel abgesetzten Tonerteilchen können als ein Teil des entwickelten Bildes verbleiben, welches ein Problem bei der nachfolgenden Übertragung des Bildes an der Bildfixierstelle darstellt. In dem Bereich, in dem der Volumenanteil annähernd 1,5% ist, kann eine stellenweise ungleichmäßige Entwicklung (unter besonderen Bedingungen) vorkommen, wenn ein breitflächiges, durchgehend schwarzes Bild entwickelt wird. Deswegen ist der Volumenanteil so bestimmt, daß so etwas nicht passiert. Zu diesem Zweck ist es vorzuziehen, daß der Volumenanteil nicht weniger als 2,6% ist, so daß damit ein weiterer bevorzugter Bereich definiert ist.
Wenn der Volumenanteil annähernd 30% ist, kann die Versorgung mit Toner von der Rohroberfläche in einem Bereich in der Nähe dieser Stellen verzögert werden, an denen die Ketten den magnetischen Teilchen kontaktieren, z. B. wenn die Entwicklungsgeschwindigkeit hoch ist. Wenn das vorkommt, so kann sich ein nicht gleichmäßig entwickeltes Bild in Form von Schuppen bei einer Reproduktion eines durchgehend schwarzen Bildes ergeben. Um die Vermeidung dessen zu sichern, ist der Volumenanteil vorzugsweise nicht mehr als 26%.
Wenn der Volumenanteil sich im Bereich von 1,5-30% befindet, sind die auf der Rohroberfläche ausgebildeten Ketten 51 der magnetischen Teilchen zu einem befriedigenden Ausmaß fein verteilt, so daß die an den Ketten- und Rohroberflächen befindlichen Tonerteilchen gegenüber der fotoempfindlichen Trommel 1 ausreichend geöffnet sind, so daß die Tonerteilchen auf dem Rohr 22 durch ein elektrisches Wechselfeld übertragen werden. Folglich sind fast alle Tonerteilchen zum Zwecke der Entwicklung verbrauchbar. Dementsprechend können der Entwicklungswirkungsgrad (das Verhältnis des für die Entwicklung verbrauchbaren Toners zu dem an der Entwicklungsstelle vorhandenen gesamten Toner) und auch eine hohe Bilddichte gewährleistet werden. Vorzugsweise wird eine reduzierte, jedoch heftige Vibration der Ketten erzeugt, durch welche das an den magnetischen Teilchen und and der Rohroberfläche abgesetzte Tonerpulver ausreichend gelockert wird. In jedem
Fall kann die Bürstenspur oder die Entstehung eines Doppelbildes - wie bei der Magnetbürsten-Entwicklung - vermieden werden. Außerdem vergrößert die Vibration der Ketten den Reibungskontakt zwischen den magnetischen Teilchen 27 und den Tonerteilchen 28 mit dem Ergebnis einer erhöhten triboelektrischen Aufladung der Tonerteilchen 28, wodurch das Entstehen des Schleier-Hintergrundes vermieden werden kann. Der hohe Wirkungsgrad der Entwicklung ist auch dazu geeignet, die Größe der Entwicklungsvorrichtung zu verringern.
Der Volumenanteil der magnetischen Teilchen an der Entwicklungsstelle wird bestimmt nach
(M/h) · (1/ρ) · [C/(T+C)]
wobei M das Gewicht des Entwicklers (des Gemischs) pro Flächeneinheit der Rohroberfläche - wenn die aufgerichteten Ketten nicht gebildet sind - ist (g/cm²); h die Höhe des Zwischenraumes der Entwicklungsstelle ist (cm);
ρ die Reindichte (g/cm³) ist;
C/(T+C) der Prozentsatz der magnetischen (Träger-) Teilchen im Entwickler am Rohr ist.
Der Prozentsatz der Tonerteilchen zu den magnetischen Teilchen an der Entwicklungsstelle ist - wie oben definiert - vorzugsweise 4-40 Gew.-%.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das elektrische Wechselfeld stark genug (großer Änderungsgradient oder große Vpp). Die Ketten 51 werden von der Oberfläche des Rohres 22 oder von ihren Grundabschnitten gelöst, so daß auch sie sich zwischen dem Rohr 22 und der fotoempfindlichen Trommel 1 hin und herbewegen. Weil die Energie der Hin- und Herbewegung der magnetischen Teilchen groß ist, werden die oben beschriebenen Vibrationswirkungen weiter erhöht.
Das oben beschriebene Verhalten wurde durch eine Hochgeschwindigkeitskamera von Hitachi Seisakusho, Japan mit einer Geschwindigkeit von 8000 Bildern pro Sekunde bestätigt.
Sogar in dem Fall, in dem der Zwischenraum zwischen der Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 1 und der Oberfläche des Rohres 22 verringert ist, um dadurch den Kontaktdruck zwischen der fotoempfindlichen Trommel und den magnetischen Teilchenketten 51 zu erhöhen und die Vibrationen zu verringern, ist der Zwischenraum an den Eingangs- und Ausgangsseiten der Entwicklungsstelle breit genug, so daß die Vibration mit den oben beschriebenen Vorteilen ausreichend ist.
Wenn im Gegenteil der Zwischenraum vergrößert wird, ist es vorzuziehen, daß die magnetischen Teilchenketten 51 auch dann bei einem angelegten elektrischen Feld die Oberfläche der Trommel 1 berühren, wenn sie die Trommeloberfläche ohne das elektrische Feld nicht berühren.
Wenn magnetische Teilchen mit einem relativ niedrigen Widerstand verwendet werden, wird die zwischen der fotoempfindlichen Trommel 1 und dem Rohr 22 angelegte Wechselspannung so gewählt, daß bei Spannungsspitzen an den dunklen oder hellen Bereichen des Ladungsbildes keine elektrische Entladung dazwischen entsteht. Wenn Ketten von magnetischen Teilchen mit einem relativ hohen Widerstand verwendet werden, wird die Spannung vorzugsweise so gewählt, daß die Spannung über den Zwischenraum eine Entladungs-On-Set-Spannung durch eine geeignete Wahl der Frequenz der Wechselspannung und Wahl der Be- und Entladungszeitkonstante der Ketten der magnetischen Teilchen erreicht. Der Widerstand der ganzen Kette, gemessen in Richtung ihrer Höhe, in dem Zustand, in dem die Kette die fotoempfindliche Trommel 1 berührt, ist vorzugsweise 10¹&sup5;-10&sup6; ohm-cm. Wenn der Entwicklungselektrode-Effekt der Kette 51 erwartet wird, bevorzugt ist 10¹²-10&sup6; ohm-cm, insbesondere 10¹&sup0;-10&sup6; ohm-cm.
Die durchschnittliche Teilchengröße der magnetischen Teilchen 27 ist 30-100 um, insbesondere 40-80 um. Im allgemeinen wird das triboelektrische Ladungsvermögen des Rohres mit Verringerung der durchschnittlichen Teilchengröße verbessert, so daß ein sogenanntes Rohr-Doppelbild (die Bilddichte nimmt in dem Bild ab, das unmittelbar nach einem flächig schwarzen Bild entwickelt wird, oder die Bilddichte nimmt nach einer einheitlichen Anzahl von Drehungen des Rohres allmählich ab) nicht entsteht. Wenn jedoch die Teilchengröße gering ist, existiert die Tendenz, daß die magnetischen Teilchen an das das Ladungsbild tragende Element abgeschieden werden. Die Stellen, an denen die magnetischen Teilchen abgeschieden werden, sind in Abhängigkeit vom Widerstand der magnetischen Teilchen unterschiedlich. Magnetische Teilchen mit einem relativ niedrigen Widerstand werden z. B. auf die Bildfläche des Ladungsbildes abgeschieden, während Teilchen mit einem hohen Widerstand auf die bildfreie Fläche abgeschieden werden. Das ist eine allgemeine Tendenz, wobei der Einfluß mehr oder weniger durch die magnetischen Eigenschaften der magnetischen Teilchen, die Oberflächenkonfiguration und das Material zur Oberflächenbehandlung (einschließlich Harzbeschichtung) erkannt wurde.
Bei der in handelsüblichen elektrofotografischen Maschinen verwendeten Entwicklungsvorrichtung, in der das magnetische Feld am Rohr an der Entwicklungsstelle ca. 600-900 Gauss beträgt, wurde festgestellt, daß die magnetischen Teilchen zunehmend abgeschieden werden, wenn ihre Größe nicht mehr als 30 um ist. Umgekehrt, wenn sie nicht weniger als 100 um ist, dann ist das Doppelbild bzw. die Spur bemerkbar. Aus diesem Grund ist der Bereich von 30 - 100 um vorzuziehen. In dieser Entwicklungsvorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel sind Trägerteilchen mit einem relativ hohen Widerstand und einer Größe von 50-100 um für einen Zwei-Komponenten-Entwickler verwendbar.
Das magnetische Teilchen enthält nur magnetisches Material oder es kann magnetisches und nichtmagnetisches Material enthalten. Außerdem können die magnetischen Teilchen zwei oder mehrere magnetische Materialien enthalten.
Im folgenden wird die sogenannte V-D-Kurve beschreiben, d. h. das Verhältnis der Dichte des entwickelten Bildes in bezug auf das Oberflächenpotential des Ladungsbildes in der Entwicklungsvorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel.
Fig. 3 ist eine grafische Darstellung der V-D-Kurve, wobei die V-D-Kurve in dieser Vorrichtung mit dem Bezugszeichen x angezeigt ist, und wobei die durch einen Macbeth- Dichtemesser gemessene Reflexionsdichte des entwickelten Bildes gegenüber dem Potentialunterschied zwischen dem Potential der fotoempfindlichen Trommel und dem Potential der Rohroberfläche - angenommen das Potential der Rohroberfläche ist Null - aufgetragen ist. Es ist zu entnehmen, daß die V-D-Kurve ausgezeichnet ist, weil sie zeigt, daß der Hintergrundschleier sich nicht im Bereich des niedrigen Potentials ergibt und die geeignete Neigung im mittleren Potentialbereich gewährleistet ist, so daß im Bereich des hohen Potentials dennoch eine ausreichende Bilddichte gewährleistet werden kann. Angezeigt mit dem Bezugszeichen Y in der Fig. 3 ist als Beispiel eine V-D-Kurve einer die vorliegende Erfindung nicht verwendenden Entwicklungsvorrichtung - wie in den US-Patenten Nr. 4 548 489, 4 579 082 und 4 563 978 offenbart - bei der sich an der Rohroberfläche eine dünne nichtmagnetische Ein-Komponenten- Entwicklerschicht gegenüber dem Ladungsbild bei Vorhandensein eines elektrischen Wechselfeldes befindet. Wie zu erkennen ist, ergibt sich hier eine negative Entwicklungseigenschaft bzw. ein negatives Entwicklungsvermögen, d. h., daß in einem Bereich nach einem bestimmten Potential die Bilddichte mit Erhöhung des Potential s abnimmt. Das führt dazu, daß die Bilddichte in einem Bereich eines hohen Potentials nicht ausreichend ist. Verglichen mit dieser V-D-Kurve sind das Vermögen bzw. die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung viel besser, weil im Bereich des niedrigen Potential s kein Schleier- Hintergrund erzeugt wird, die Neigung im mittleren Bereich relativ weniger steil ist und deswegen der Kanten-Effekt nicht ausgeprägt ist, weil im mittleren Potentialbereich keine negativen Eigenschaften zur Erscheinung kommen,- und weil im Bereich des hohen Potential s eine ausreichende Bilddichte erreicht werden kann.
Im folgenden werden die Bedingungen zur Erzeugung bevorzugter Ketten von magnetischen Teilchen dargelegt.
Fig. 4 stellt die Ketten dar, die an der Entwicklungsstelle zu bevorzugen sind, wobei die Ketten unabhängig voneinander gebildet und über die Oberfläche des Rohres 22 gleichmäßig verteilt sind.
Fig. 5 zeigt Ketten, die nicht zu bevorzugen sind, wobei die magnetischen Teilchen 27 die Form von Agglomerationen haben. Es wurde festgestellt, daß, wenn die Entwicklung mittels dieser Agglomerationen von magnetischen Teilchen durchgeführt wird, ein ungleichmäßiges Bildmuster in Form von Schuppen im Bild erscheint, welches nicht zu bevorzugen ist.
Die Erfinder haben außerdem festgestellt, daß die Entstehung von Agglomerationen der magnetischen Teilchen durch das Material des Schabers 24 und durch den Winkel zwischen der Schaberkante und dem magnetischen Pol 23a - gesehen vom Mittelpunkt des Rohres 22 - beeinflußt wird.
In bezug auf das Material des Schabers 24 ist ein nichtmagnetisches Material zu bevorzugen. Bei Verwendung von magnetischem Material werden die magnetischen Kraftlinien auf den Schaber 24 konzentriert, mit dem Ergebnis, daß die magnetische Kraft zum Sperren der magnetischen Teilchen hoch ist. Damit die magnetischen Teilchen die Schwerkraft überwinden und den Behälter 21 verlassen können, ist eine Agglomeration über einen bestimmten Grad hinaus erforderlich. Bis zum Erreichen einer solchen Agglomeration bleiben die Teilchen in der Nähe des Schabers 24 wegen der hohen magnetischen Sperrkraft. Nur wenn die Agglomeration ein ausreichendes Niveau erreicht, ist diese Agglomeration von magnetischen Teilchen in der Lage, aus dem Behälter 21 vorzudringen. Das wird als die Ursache angesehen, warum die magnetischen Teilchen in der in Fig. 5 gezeigten Form sind, wenn sie die Entwicklungsstelle am Rohr 22 erreichen.
Sofern der Schaber 24 aus nichtmagnetischem Material besteht, werden die magnetischen Kraftlinien nicht in der Nähe der Schaberkante 24 konzentriert, so daß die oben beschriebene Agglomeration nicht entsteht und der Entwickler gleichmäßig über das Rohr verteilt wird. Dementsprechend werden an der Entwicklungsstelle die Ketten gleichmäßig und dünn ausgebildet. Aus diesem Grund besteht der Schaber 24 vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Material. Wenn jedoch die magnetischen Eigenschaften schwach sind - wie z. B. bei rostfreiem Stahl (SUS304-JIS) - so ist ein solches Material verwendbar.
In bezug auf den Winkel R ist festzustellen, daß, wenn er kleiner als 2 Grad ist, Agglomerationen von magnetischen Teilchen entstehen oder der Entwickler nicht als eine gleichmäßige Schicht auf dem Rohr 21 gebildet wird. Die Ursache dafür wird im folgenden gesehen. Weil die magnetischen Teilchen entlang der magnetischen Kraftlinien in Nachbarschaft zum Schaber 24 dünn verteilt sind, werden die magnetischen Teilchen erst dann befördert, nachdem eine bestimmte Menge an magnetischen Teilchen sich hier gestaut hat. Andererseits, wenn der Winkel R größer als 40 Grad ist, nimmt der Effekt der Regulierung der Menge der magnetischen Teilchen rapide ab. Davon ausgehend wurde festgestellt, daß ein Winkel R von nicht weniger als 2 Grad und nicht mehr als 40 Grad zu bevorzugen ist, insbesondere ein Winkel zu bevorzugen ist, der nicht weniger als 5 Grad und nicht mehr als 20 Grad beträgt.
Die Beziehung zwischen dem Winkel R und der Menge des unter der Schaberkante durchgelassenen Entwicklers ist ähnlich. Mit Abnahme des Winkels R nimmt die Menge ab, so daß auch das Volumenverhältnis an der Entwicklungsstelle abnimmt. Wenn der Winkel R steigt, so passiert das Gegenteil. Die Menge der an der Oberfläche des Rohres 22 verteilten Tonerteilchen ist im wesentlichen unabhängig vom Winkel e, d. h. sie ist im wesentlichen konstant-.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wurde eine Entwicklungsvorrichtung entsprechend diesem Ausführungsbeispiel konstruiert. Als Rohr 22 wurde ein Aluminiumrohr mit einem Durchmesser von 20 mm verwendet, dessen Oberfläche durch unregelmäßiges Sandstrahlen mit ALUNDUM-Schleifmittel behandelt wurde. Innerhalb des Rohres 22 wurde ein Magnet 23 mit vier Magnetisierungspolen verwendet, wobei die N- und S-Pole abwechselnd entlang des in Fig. 1 gezeigten Umfangs angeordnet wurden. Die maximale Oberflächen- Magnetflußdichte des Magneten 23 war ungefähr 900 Gauss.
Der verwendete Schaber 24 hatte eine Dicke von 1,2 mm und bestand aus nichtmagnetischem rostfreien Stahl. Der Winkel R wurde auf 15 Grad eingestellt.
Die magnetischen Teilchen waren Ferrit-Teilchen (maximale Magnetisierung von 60 emu/g) mit einer Größe von 70-50 um (250/300 mesh), deren Oberfläche mit Silikonharz behandelt wurde.
Der nichtmagnetische Toner war blaues Pulver mit einem Gemisch von 100 Teilen Styren/Butadien-Copolymerharz und 5 Teilen Kupfer-Phtalat-Zyanin-Pigmenten mit einem Zusatz von 0,6% kolloidalem bzw. feinverteiltem Siliziumoxyd. Die durchschnittliche Größe der verwendeten Tonerteilchen war 10 um. Beim Betrieb wurde eine Tonerschicht mit 20-30 um Dicke an der Oberfläche des Rohres 22 erzeugt und über die Tonerschicht eine Schicht von magnetischen Teilchen von 100-200 um Dicke gebildet. Auf der Oberfläche der magnetischen Teilchen befanden sich Tonerteilchen.
Zu diesem Zeitpunkt war das Gesamtgewicht der magnetischen Teilchen und der Tonerteilchen auf dem Rohr 22 ungefähr 2,43 · 10&supmin;² g/cm².
Die magnetischen Teilchen wurden mittels des magnetischen Poles 23b innerhalb des Rohres 22 in aufgerichtete Ketten an und in Nachbarschaft zu der Entwicklungsstelle geformt. Die maximale Höhe der Ketten war annährend 0,9 mm.
Die Größe der elektrischen Ladung wurde durch ein Ausblasverfahren gemessen; die triboelektrische Ladung der Tonerteilchen am Rohr 22 und der magnetischen Teilchen war +10 mc/g.
Beim "Ausblasverfahren" werden die elektrisch geladenen Tonerteilchen auf ein leitendes Element gelegt und dann von diesem Element weggeblasen. Während dieses Vorgangs wird der Strom durch das leitende Element mittels eines Elektrometers gemessen, so daß aus dieser Messung die Größe der elektrischen Ladung erhalten werden kann.
Die Entwicklungsvorrichtung wurde in eine von Canon Kabushiki Kaisha, Japan verkaufte Kopiermaschine PC-10 eingebaut. Der Zwischenraum zwischen der Oberfläche der aus einem organischen fotokonduktiven Material bestehenden fotoempfindlichen Trommel 3 und der Oberfläche des Rohres 22 wurde auf 350 um eingestellt. Diese wurden mit der selben Umfangsgeschwindigkeit bewegt, insbesondere mit einer Geschwindigkeit von 66 mm/sec. Der Volumenanteil unter diesen Bedingungen war ungefähr 10% (h = 350 um, M = 2,43 · 10&supmin;² g/cm², π = 5,5 g/cm³, C/(T+C) = 20,4%). Von der Vorspannungsquelle 34 wurde eine Wechselspannung mit einer Frequenz von 1600 Hz gewährleistet, wobei eine Wechselspannung mit einem Spitze-Spitze-Wert von 1300 V mit einer Gleichspannung von -300 V überlagert wurde. Beim Betrieb dieser Vorrichtung wurden gute blaue Bilder erhalten.
Nachdem die Entwicklung zur Erzeugung eines durchgehenden Bildes durchgeführt wurde, wurde die Oberfläche des Rohres 22 sorgfältig untersucht. Es wurde festgestellt, daß fast alle Tonerteilchen am Rohr und an den magnetischen Teilchen verbraucht wurden, so daß der Entwicklungsvorgang mit einem Wirkungsgrad von beinahe 100% ausgeführt wurde.
Es wurde festgestellt, daß die Entwicklungseigenschaften gut genug und ohne einen Schleier-Hintergrund waren, und die V-D-Kurve war so wie in der Fig. 3 mit dem Bezugszeichen X gezeigt.
Wie eingangs beschrieben, bestehen die Vorteile der vorliegenden Ausführungsform aus der hohen Bilddichte, dem hohen Wirkungsgrad der Entwicklung, dem Fehlen eines Schleier-Hintergrundes, eines Doppelbildes und aus dem Fehlen von Bürstenspuren und anderen negativen Eigenschaften.
Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, ist das Element zur Begrenzung der Entwicklerzirkulation 26 stromaufwärts von dem Element zum Einstellen bzw. Regulieren des Entwicklers 24 in bezug auf die Bewegung der Rohroberfläche angeordnet. Das Begrenzungselement hat eine untere Oberfläche, die mit der Oberfläche des Rohres 22 einen Zwischenraum definiert, welcher in Richtung zum Regulierelement 24 abnimmt. Das ist vorteilhaft für das Kippen des Entwicklers nach unten. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Winkel R 15 Grad, so daß die magnetische Bürste im Bereich zwischen dem Begrenzungselement 26 und dem Rohr 22, die einander gegenüberliegen, gebildet ist. Ein anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird im folgenden beschrieben.
Die Erfinder haben noch festgestellt, daß der Zustand der magnetischen Teilchen unmittelbar vor dem Schaber 24 wichtig ist, um die Bildung der Entwicklerschicht an der Rohroberfläche zu gewährleisten und den Entwicklungsvorgang weiter zu stabilisieren.
Um den Entwicklungsvorgang richtig auszuführen- ist es erforderlich, daß die Tonerteilchen der Entwicklerschicht bis zu einem geeigneten Ausmaß gleichmäßig triboelektrisch aufgeladen werden. Wenn die Aufladung des Toners niedrig oder ungleichmäßig ist, so kann ein Schleier-Hintergrund entstehen. Wenn umgekehrt die Aufladung zu groß ist, so kleben die Tonerteilchen an der Oberfläche des Rohres 22 oder an den Oberflächen der magnetischen Teilchen 27 mit dem Ergebnis, daß sie bei der Entwicklung nicht verbraucht werden können, so daß die Bilddichte niedrig oder das Bild teilweise lückenhaft ist. Aus diesem Grund ist der Mechanismus von Bedeutung, bei dem die Tonerteilchen in das magnetische Pulver gezogen werden und eine triboelektrische Aufladung der Tonerteilchen stattfindet. Die Anwendung der triboelektrischen Aufladung des Toners hängt von dem Zustand des Entwicklers unmittelbar vor dem Schaber 24 ab.
Fig. 6 ist eine Schnittansicht eines Teils der Entwicklungsvorrichtung entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in dem für die Beschreibung der entsprechenden Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet worden sind.
Wie bereits oben beschrieben, zirkulieren die magnetischen Teilchen mit der Drehung des Entwicklungsrohres 22. Die Zirkulationsbewegung kann in drei Phasen geteilt werden. Die erste Phase ist in Fig. 6 mit dem Bezugszeichen A kenntlich gemacht, welche sich unmittelbar vor dem Schaber 24 befindet (im folgenden als "Zirkulationsschicht A", bezeichnet). Hier zirkulieren die Entwicklerteilchen mit einer sehr niedrigen Geschwindigkeit.
Die zweite Phase erstreckt sich von einer magnetischen Dichtung 31 bis zu der Zirkulationsschicht A (im folgenden als "Förderschicht B" bezeichnet), in welcher Phase die magnetischen Teilchen durch die Drehung des Rohres 22 befördert werden. In dieser Förderschicht B werden die Tonerteilchen im wesentlichen in das magnetische Pulver gezogen.
Die dritte Phase ist mit dem Bezugszeichen C kenntlich gemacht, die im folgenden als "fallende Schicht" bezeichnet wird, weil die magnetischen Teilchen infolge der Schwerkraft fallen. Bemerkenswert ist, daß die fallende Schicht C insbesondere dann gebildet wird, wenn die Menge der magnetischen Teilchen groß ist oder wenn das T/C-Verhältnis in der Magnetteilchenschicht erhöht ist, so daß das Volumen der Magnetteilchenschicht groß ist.
Die Bewegung in der fallenden Schicht C ist gleichmäßig, so daß die Kraft zum Anziehen der Tonerteilchen schwächer als in der Förderschicht B ist. Deswegen gibt es zwei Vorgänge in bezug auf das Anziehen der Tonerteilchen in das magnetische Pulver. Der erste davon ereignet sich, wenn das T/C-Verhältnis in der Magnetteilchenschicht niedrig ist. In diesem Fall ist die oben beschriebene fallende Bewegung in der fallenden Schicht C nicht stark, so daß der Toner durch die Bewegung in der Förderschicht B in das magnetische Pulver gezogen wird, infolge dessen sich der Tonergehalt T/C in der Magnetteilchenschicht erhöht.
Der umgekehrte Effekt entsteht, wenn der Tonergehalt T/C in der Magnetteilchenschicht hoch ist. In diesem Fall ist die Bewegung in der Magnetteilchenschicht stabilisiert worden, wobei die Bewegung in der fallenden Schicht C kräftig ist, mit dem Ergebnis, daß die Förderschicht B kaum mit der Tonerschicht in Berührung gelangt. Zu diesem Zeitpunkt wird nur der Toner während der fallenden Bewegung der magnetischen Teilchen in der fallenden Schicht C einbezogen, so daß die Menge gering ist. Deswegen erhöht sich der Tonergehalt T/C nicht. Auf diese Weise wird der Tonergehalt in der Magnetteilchenschicht im wesentlichen konstant gehalten.
Obwohl die triboelektrische Aufladung der Tonerteilchen in der Zirkulationsschicht A, insbesondere in Nachbarschaft zu dem Schaber 24, bestimmend ist, kann die triboelektrische Aufladung auch durch die Bewegung in der Förderschicht B gewährleistet werden. Hier wirkt die Kraft zur Beförderung der magnetischen Teilchen mittels des Rohres 22 zusammen mit der Kraft zur Begrenzung dieser Bewegung und zur Unterstützung des Kippens der magnetischen Teilchen mittels des Zirkulationsbegrenzungselementes 26, so daß der Druck zwischen den magnetischen Teilchen und die Dichte dieser Teilchen unmittelbar vor dem Schaber 24 erhöht werden, wodurch die Tonerteilchen mit der Oberfläche des Rohres 22 und den magnetischen Teilchen 27 ausreichend gerieben werden, so daß die Tonerteilchen elektrisch aufgeladen werden.
Wenn der Druck (Dichte) niedrig ist, ist die Reibungskraft der Tonerteilchen gering, woraus sich eine niedrige und ungleichmäßige elektrische Aufladung des Toners ergibt. Das kann eine Ursache für den Schleier-Hintergrund sein. Wenn im Gegenteil der Druck und somit die Dichte zu hoch sind, ist die Reibungskraft zu groß, mit der Folge, daß die Tonerteilchen extrem aufgeladen werden. Wenn so etwas passiert, werden die Tonerteilchen überladen und/oder geschmolzen und haften an der Rohroberfläche oder an den Oberflächen der magnetischen Teilchen, welches nicht wünschenswert ist.
Es wurde festgestellt, daß die verwendete Leistung der triboelektrischen Aufladung nicht nur durch den absoluten Wert der Dichte des magnetischen Pulvers dargestellt wird.
Das ist deswegen so, weil der Toneranteil T/C sich im breiten Bereich von 0,10-0,3 bei der Entwicklungsvorrichtung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bewegen kann und deswegen der absolute Wert der Dichte des magnetischen Pulvers sich in Abhängigkeit von der Menge des Toners ändert. Wenn nur die magnetischen Teilchen in einem höchst verdichteten Zustand im Raum enthalten sind, so beträgt das Verhältnis des Gesamtvolumens der magnetischen Teilchen zu dem Volumen des Raumes (1/6)π = 74%, wenn eine flächenzentrierte kubische Anordnung angenommen wird (Einführung in die Festkörperphysik von Charles Kittle). Wenn jedoch die Tonerteilchen mit einer Menge von 20 Gew.-% in den magnetischen Teilchen enthalten sind, so ist die Menge der magnetischen Teilchen auch dann kleiner als 30%, wenn der dichteste Zustand vorliegt. Wenn 20% Toner enthalten sind und wenn das Volumen der magnetischen Teilchen im Bereich unmittelbar vor dem Schaber 24 30% ist, so werden die Tonerteilchen viel leichter aufgeladen. Wenn nur einige Gew.-% Toner enthalten sind und wenn das Volumen der magnetischen Teilchen unmittelbar vor dem Schaber 24 30% ist, so werden im Entwicklungspulver Hohlräume ausgebildet, in die die Tonerteilchensuspension der Entwicklungsvorrichtung kommt, so daß diese vor der triboelektrischen Aufladung abgeschieden werden. Dies kann eine Ursache für den Schleier-Hintergrund sein. Die Erfinder haben die Existenz verschiedener Beziehungen zwischen der Menge der magnetischen Teilchen an der Entwicklungsstelle und der Menge der magnetischen Teilchen unmittelbar vor dem Schaber 24 ermittelt.
Die Menge der magnetischen Teilchen an der Entwicklungsstelle ändert sich in Abhängigkeit vom Tonergehalt T/C. Auch die eigentliche Menge der magnetischen Teilchen unmittelbar vor dem Schaber 24 ist vom Tonergehalt T/C abhängig. Wenn diese bestimmte Beziehungen erfüllen, kann eine ausreichende triboelektrische Ladung eingesetzt und eine zufriedenstellende Entwicklerschicht unabhängig vom Verhältnis T/C gewährleistet werden. Die Beziehung ist:
0,1 ≤ Vd/V ≤ 1,0
in welcher
V ist der Volumenanteil der magnetischen Teilchen im Bereich unmittelbar vor dem Schaber;
Vd ist der Volumenanteil der magnetischen Teilchen an der Entwicklungsstelle.
Diese Bedingungen sind erfüllt unter den Bedingungen, daß die oben beschriebene Entwicklung durchgeführt wird.
Die Beziehung lautet vorzugsweise:
0,2 ≤ Vd/V ≤ 0,8.
Vorzuziehen ist es auch, wenn der Volumenanteil Vd den Ausdruck erfüllt 1,5% ≤ Vd ≤ 30%, wie bereits oben beschrieben.
Wenn Vd/V < 0,1 ist, neigt die Magnetteilchenschicht dazu, unmittelbar vor dem Schaber 24 klumpig zu werden, so daß es schwierig ist, die Entwicklerschicht gleichmäßig auszubilden. In diesem Zustand ist die Reibungskraft der Tonerteilchen zu groß, mit dem Ergebnis, daß die Tonerteilchen überladen werden.
Bei Vd/V > 0,1 ist die Magnetteilchenschicht ziemlich dünn und der oben beschriebene Eintritt der Tonersuspension kann nicht in einem ausreichenden Maß verhindert werden, so daß ein Schleier-Hintergrund erzeugt wird.
Die obige Analyse gründet auf dem Volumenanteil Vd (1,5% ≤ Vd ≤ 30%). Wird der Volumenanteil V als Grundlage genommen, so ist das Verhältnis Vd/V vorzugsweise 0,8 oder weniger, wenn der Volumenanteil V annähernd 4% ist. Es ist also vorzuziehen, daß Vd < V in einem solchen Bereich erfüllt ist, in dem der Volumenanteil Vd die obige Anforderung erfüllt.
In dem im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wurde der Volumenanteil V auf 40% und der Volumenanteil Vd auf 10% angesetzt. In diesem Fall betrug der Wert Vd/V = 0,25. Die von der Spannungsquelle 34 angelegte Vorspannung hatte eine Frequenz von 1600 Hz und wurde durch Überlagerung der Gleichspannung von -300 V mit der Wechselspannung der Spitze-Spitze-Spannung von 1300 erhalten. Das sich ergebende blaue Bild war zufriedenstellend.
Ein Vollbild wurde entwickelt und die Rohroberfläche wurde nach der Entwicklung untersucht. Es wurde festgestellt, daß fast alle Tonerteilchen an den magnetischen Teilchen oder am Rohr 22 aufgebraucht waren. Das heißt, daß der Wirkungsgrad der Entwicklung fast 100% war.
Der Bereich unmittelbar vor dem Schaber 24 wird durch den Raum oder den Bereich A dargestellt, der durch den Schaber 24, das Begrenzungsglied 26 und das Rohr 22 definiert ist. Wenn das Volumen des auf diese Weise definierten Bereiches A sehr groß ist, wird das repräsentative Volumen dieses Bereichs durch ein Volumen bestimmt, welches durch den Schaber 24, die Oberfläche des Rohres 22 und eine Verlängerung einer Linie definiert ist, die den Mittelpunkt des magnetischen Poles 23a in Nachbarschaft des Schabers 24 mit dem Drehmittelpunkt des Rohres 22 verbindet. In jedem Fall ist der Volumenanteil der magnetischen Teilchen im Bereich unmittelbar vor dem Schaber 24 der maximale im Behälter 21, so daß dies zur Anwendung kommt. Vom Standpunkt der Stabilisierung des Einsatzes von aufgeladenen Tonerteilchen ist es vorzuziehen, daß der Volumenanteil im Bereich unmittelbar vor dem Schaber 24 nicht weniger als 20% beträgt.
In diesem Ausführungsbeispiel werden die Tonerteilchen an den Oberflächen der magnetischen Teilchen 27 und an der Oberfläche des Rohres 22 zurückgehalten. Die Erfinder haben im Ergebnis verschiedener Versuche und Überlegungen ermittelt, daß der Anteil bzw. das Verhältnis dieser Tonerteilchen, insbesondere das Verhältnis zwischen den an den magnetischen Teilchen zurückgehaltenen Tonerteilchen und den am Rohr zurückgehaltenen Tonerteilchen, 1 : 2 - 10 : 1 nach Gewicht ist, vorzugsweise 1 : 1 - 5 : 1 beträgt.
Dieses Verhältnis kann durch Änderung der Oberflächeneigenschaften des Rohres 22, der triboelektrischen Aufladungseigenschaften der Tonerteilchen und/oder durch die Eigenschaften und die Versorgung der magnetischen Teilchen gesteuert werden. Unter diesen Faktoren haben die Größe der magnetischen Teilchen und die Menge der zu der Entwicklungsstelle beförderten magnetischen Teilchen einen besonderen Einfluß.
Mit der Erhöhung der Größe der magnetischen Teilchen wird der Bereich der Oberfläche, der in der Lage ist, die Tonerteilchen zurückzuhalten, kleiner (zum Zweck eines Vergleichs wird angenommen, daß das Gesamtvolumen der magnetischen Teilchen konstant ist). Deswegen sinkt die Menge des an den magnetischen Teilchen zurückgehaltenen und zu der Entwicklungsstelle beförderten Toners. Im Gegenteil wächst die Menge der am Rohr 22 zurückgehaltenen Tonerteilchen, insofern sie den Rückgang der an den magnetischen Teilchen zurückgehaltenen Tonerteilchen kompensiert. Wenn die Größe der magnetischen Teilchen verringert wird, so ergeben sich die umgekehrten Tendenzen. In bezug auf die Menge der zu der Entwicklungsstelle geförderten magnetischen Teilchen ist festzustellen, daß die Menge der an den magnetischen Teilchen gehaltenen Tonerteilchen mit verstärkter Förderung der magnetischen Teilchen wächst. Mit dieser Erhöhung geht die am Rohr 22 gehaltene Tonermenge leicht zurück. Wenn die Versorgung mit magnetischen Teilchen zurückgeht, so sind die Tendenzen umgekehrt.
Aus diesem Grund kann durch geeignete Wahl dieser Faktoren der obengenannte Bereich des Anteils gewährleistet werden.
Wenn der obengenannte Anteil kleiner als 1 : 2 ist, nähert sich die V-D-Kurve der in Fig. 3 gezeigten Kurve Y, was nicht zu bevorzugen ist. Wenn er mehr als 10 : 1 ist, werden die magnetischen Teilchen 27 im Gegenteil zu sehr mit der Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 1 berührt, mit dem Ergebnis, daß die magnetischen Teilchen 27 an der fotoempfindliche Trommel 1 abgesetzt werden. Das ist auch nicht vorzuziehen. Es wurde bestätigt, daß das gute Bild sich dann ergibt, wenn das obengenannte Verhältnis sich innerhalb des Bereiches 1 : 2 - 10 : 1 befindet. Wie zwar beschrieben, wird durch eine Eigenschaftswahl der Größe der magnetischen Teilchen und der Versorgung mit magnetischen Teilchen das Verhältnis innerhalb des Bereichs 1 : 1 - 5 : 1 eingestellt, welcher für eine zufriedenstellende Entwicklung mehr vorzuziehen ist.
Das Verhältnis wird in folgender Weise gemessen. Zuerst werden alle magnetischen Teilchen am Rohr 22 mittels eines Magneten von diesem abgezogen. Dadurch werden die darauf gehaltenen magnetischen Teilchen und Tonerteilchen alle am Magneten gesammelt. Der Magnet wird gespült und die Menge des an den magnetischen Teilchen gehaltenen Toners wird nach Gewicht gemessen. Dann werden die am Rohr 22 verbliebenen Tonerteilchen aufgesaugt und durch einen Filter gesammelt. Es wird erneut gespült und das Gewicht der am Rohr zurückgehaltenen Tonerteilchen gemessen. Also eine Alternative werden die magnetischen Teilchen am Rohr 22 durch einen Magneten extern abgezogen und gespült, worauf eine andere Entwicklerschicht gebildet wird. Dann werden alle Entwicklerschichten (die magnetischen Teilchen, die an den magnetischen Teilchen haftenden Tonerteilchen und die am Rohr haftenden Tonerteilchen) entfernt und gespült, um die Gesamtmenge des Toners zu bestimmen. Dann wird die Menge der Tonerteilchen am Rohr 22 als Differenz zwischen der Gesamtmenge des Toners und der Menge des an den magnetischen Teilchen gehaltenen Toners ermittelt. Diese alternative Methode ist dann verwendbar, wenn der Entwicklungsvorgang ausreichend stabilisiert ist.
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf die Menge des Entwicklers, die am Rohr 22 getragen wird, insbesondere auf die Menge des Entwecklers (die Gesamtheit der magnetischen Teilchen und der Tonerteilchen) am Rohr 22 stromabwärts vom Schaber 24. Verschiedene Versuche und Überlegungen der Erfinder haben gezeigt, daß, wenn in der Entwicklungsvorrichtung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein jedes von den magnetischen Teilchen im wesentlichen sphärisch ist, die Menge des Entwicklers vorzugsweise 0,5 - 5,0 · 10&supmin;² g/cm² beträgt. Wenn sie größer als 5,0 · 10 2 g/cm² ist, wird ein Schleier-Hintergrund erzeugt. Wenn sie insbesondere größer als 6,0 · 10&supmin;² g/cm² ist, ist der Hintergrund extrem neblig. Umgekehrt, wenn die Menge kleiner als 0,5 · 10&supmin;² g/cm² ist, so ist die Bürstenspur mit bloßen Augen zu sehen. Deswegen ist der obengenannte Bereich zu bevorzugen.
In bezug auf das Mischungsverhältnis zwischen den Tonerteilchen und den magnetischen Teilchen haben die Versuche und die Überlegungen der Erfinder gezeigt, daß das Verhältnis des Tonergewichtes zum Gewicht der magnetischen Teilchen vorzugsweise 4-40% beträgt. Bei einem Anteil großer als 40% wird ein verschleierter bzw. nebliger Hintergrund unabhängig von der Menge des am Rohr 22 eingesetzten Entwicklers erzeugt. Bei einem Anteil kleiner als 4% wird unabhängig von der Menge des am Rohr 22 eingesetzten Entwicklers eine zufriedenstellende Bilddichte nicht gewährleistet. Deswegen ist der obengenannte Bereich zu bevorzugen.
In dem oben beschriebenen Spezialbeispiel der Entwicklungsvorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel war das Verhältnis der an den magnetischen Teilchen gehaltenen Tonerteilchen und der am Rohr gehaltenen Tonerteilchen annährend 2 : 1 nach Gewicht. Es ist hervorzuheben, daß bei einem Verhältnis innerhalb dieses Bereichs die Änderung der Menge der an den magnetischen Teilchen gehaltenen Tonerteilchen im wesentlichen durch die am Rohr gehaltenen Tonerteilchen kompensiert wird, so daß der stabilisierte Entwicklungsvorgang auch dann aufrechterhalten werden kann, wenn die Menge des Toners an den magnetischen Teilchen sich mehr oder weniger ändert.
Im folgenden wird eine weitere zu bevorzugende Bedingung beschrieben. Diese Bedingung besteht darin, daß die Menge der Tonerteilchen der Schicht an der Oberfläche des Rohres 22, die zu der Entwicklungsstelle befördert wird, nicht weniger als 0,05 · 10&supmin;³ g/cm² und nicht mehr als 1,0 · 10&supmin;³ g/cm² ist.
Wie bereits oben dargelegt, gründet der oben beschriebene Entwicklungsvorgang sowohl auf der Tonerteilchenschicht auf der Oberfläche des Rohres 22 als auch auf den Tonerteilchen, die an den Oberflächen der magnetischen Teilchen gehalten werden und zusätzlich auf der Wirkung der magnetischen Teilchen. Der Entwicklungsvorgang wird durch die Tonerteilchenschicht am Rohr 22 gesteuert oder unterstützt. Das ist insbesondere deswegen so, weil die durch die Wirkung des magnetischen Feldes gebildeten Ketten von magnetischen Teilchen an der Entwicklungsstelle an der Oberfläche des Rohres 22 so fein verteilt sind, daß die Tonerteilchenschicht auf der Oberfläche des Rohres zu dem das Entwicklungsbild tragenden Element offen ist. Um das zu erreichen, ist das bereits definierte Volumenverhältnis der magnetischen Teilchen an der Entwicklungsstelle zum Beispiel nicht mehr als 50%.
In jedem Fall sind die Tonerteilchen in der Tonerteilchenschicht auf der Oberfläche des Rohres 22 zwischen den Ketten von magnetischen Teilchen in der Entwicklungsvorrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf das das Ladungsbild tragende Element ohne Einschränkung durch die magnetischen Teilchen übertragbar. Deswegen hat die Tonerteilchenschicht einen Einfluß auf das Ergebnis der Entwicklung.
Von diesem Gesichtspunkt ist die Menge der Tonerteilchen in der am Rohr 22 zu der Entwicklungsstelle getragenen Tonerteilchenschicht vorzugsweise nicht weniger als 0,05 · 10&supmin;³ g/cm² und nicht mehr als 1,0 · 10&supmin;³ g/cm². Bei einer Menge kleiner als 0,05 · 10&supmin;³ g/cm² ist die Menge des für die Entwicklung verwendbaren Toners nicht ausreichend, mit dem Ergebnis, daß ein Bereich mit niedriger Bilddichte erzeugt wird und daß ein Zeilenbild geschwächt wird. Das ist auch dann so, wenn eine recht große Menge an Tonerteilchen an die magnetischen Teilchen angebracht und daran gehalten wird. Wenn diese Menge auf der anderen Seite kleiner als 1,0 · 10&supmin;³ g/cm² ist, so ist die Menge der Tonerteilchen zu groß, mit dem Ergebnis, daß das entwickelte Bild verstärkt bzw. verdichtet und/oder entstellt bzw. unkenntlich gemacht wird und daß der Schleier-Hintergrund erzeugt wird. Das ist auch dann der Fall, wenn die Menge der an den magnetischen Teilchen gehaltenen Tonerteilchen wesentlich verringert wird. Bei einer Menge von 0,05 · 10&supmin;³ g/cm² - 1,0 · 10&supmin;³ g/cm² wird der Entwicklungsvorgang stabilisiert, weil bei einer Veränderung der Menge der an den magnetischen Teilchen gehaltenen Tonerteilchen diese Veränderung durch die Tonerteilchen an der Rohroberfläche ergänzt oder kompensiert werden kann.
Unter den Bedingungen der gebildeten, oben beschriebenen Tonerteilchenschicht beträgt das oben beschriebene Verhältnis der an den magnetischen Teilchen gehaltenen Tonerteilchen und der am Rohr gehaltenen Tonerteilchen nach Gewicht 1 : 2 - 10 : 1, welches den Entwicklungsvorgang zusätzlich stabilisiert.
Die Funktion der oben beschriebenen Tonerteilchenschicht wird zusätzlich durch den Volumenanteil der magnetischen Teilchen an der Entwicklungsstelle (1,5-30%) gewährleistet.
Es wurde bestätigt, daß bei einer Tonerteilchenschicht von nicht weniger als 0,1 · 10&supmin;³ g/cm² und nicht mehr als 0,6 · 10&supmin;³ g/cm² der stabilisierte Entwicklungsvorgang zufriedenstellend ist und auch dann erhalten werden kann, wenn die oben beschriebenen weiteren Bedingungen verändert werden oder eine Veränderung in den Bedingungen der Umgebung vorhanden ist. Das ist deswegen so, weil die Entwicklung nach diesem Ausführungsbeispiel den an den magnetischen Teilchen gehaltenen Toner und auch den an der Rohroberfläche gehaltenen Toner wirkungsvoll nutzt. Es ist vorzuziehen, daß die Tonerteilchenschicht an der Entwicklungsstelle von dem das Ladungsbild tragenden Element beabstandet ist. Die Dicke der Tonerschicht ist angesichts der Übertragung der Tonerteilchen vorzugsweise nicht weniger als 1/50 und nicht mehr als 1/5 vom Abstand bzw. vom Zwischenraum zwischen dem das elektrostatische Ladungsbild tragenden Element 1 und-dem Rohr 22 and der Entwicklungsstelle.
Die oben beschriebene Menge und das Verhältnis können auf die selbe Weise gemessen werden, wie zuvor beschrieben.
In dem oben beschriebenen Beispiel wurde durch Messung festgestellt, daß die Menge des an der Rohroberfläche eingesetzten Toners 0,1 · 10&supmin;³ g/cm² - 0,6 · 10&supmin;³ g/cm² beträgt.
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf die Umfangsgeschwindigkeiten der fotoempfindlichen Trommel 1 und des Rohres 22. Wie bereits beschrieben, wird die Bildqualität wesentlich durch das Vorhandensein der Tonerteilchen und der magnetischen Teilchen in dem Zwischenraum zwischen der fotoempfindlichen Trommel 1 und dem Rohr 22 beeinflußt. Deswegen ist es besser, dem Unterschied zwischen der Umfangsgeschwindigkeit der fotoempfindlichen Trommel 1 und der Umfangsgeschwindigkeit des Rohres 22 Aufmerksamkeit zu schenken. Die Umfangsgeschwindigkeit des Rohres 22 beträgt vorzugsweise 1,5-0,8-fach die Umfangsgeschwindigkeit der fotoempfindlichen Trommel 1.
Bei einer Umfangsgeschwindigkeit des Rohres 22 kleiner als 0,8-fach der Geschwindigkeit der fotoempfindlichen Trommel 1, ist die Menge des Entwicklers (die Tonerteilchen am Rohr 22 und die Tonerteilchen an den Oberflächen der magnetischen Teilchen), der an das elektrostatische Ladungsbild während des Passierens dieses Bildes durch die Entwicklungsstelle anbringbar ist, sehr niedrig, mit dem Ergebnis, daß die Dichte des entwickelten Bildes niedrig ist und daß die Verteilung der Bereiche mit Ketten 51 und der Bereiche ohne Ketten nicht stabilisiert ist, so daß örtliche Dichteunterschiede auftreten. Diese Störungen stehen in Abhängigkeit von der Größe der magnetischen Teilchen oder der Tonerteilchen. Aus diesem Grund sind die verwendbaren Entwickler noch mehr begrenzt.
Bei einer Umfangsgeschwindigkeit des Rohres 22 höher als 1,5-fach der Umfangsgeschwindigkeit der fotoempfindlichen Trommel ist die Menge der pro Zeiteinheit an der Entwicklungsstelle vorhandenen magnetischen Teilchen so hoch, daß ausreichende Vibrationen der Ketten nicht gewährleistet sind. Es wurde erkannt, daß die Tonerversorgung von der Rohroberfläche in Nachbarschaft des Bereiches, in dem die Ketten der magnetischen Teilchen die fotoempfindliche Trommel 1 berühren, langsamer ist. In einem extremen Fall eines durchgehend schwarzen Bildes wurden im Bereich der besonders hohen Dichte ungleichmäßige Bildmuster in der Form von Schuppen (Überlappungen) festgestellt. Die unzureichende Vibration pro Zeiteinheit an der Entwicklungsstelle verhindert außerdem manchmal den aktiven Reibungskontakt zwischen den magnetischen Teilchen und den Tonerteilchen, so daß die triboelektrische Aufladung der Tonerteilchen unzureichend ist. Das Ergebnis davon ist ein Schleier-Hintergrund des entwickelten Bildes.
Dementsprechend werden die Umfangsgeschwindigkeit des Rohres 22 und die Umfangsgeschwindigkeit der Trommel 1 im wesentlichen zueinander gleichgehalten, wobei die Umfangsgeschwindigkeit des Rohres 22 insbesondere 1,5-0,8-fach der Umfangsgeschwindigkeit der Trommel beträgt. Auf diese Weise werden die Wirkung und das Verhalten der relativ kleinen Menge magnetischer Teilchen an der Entwicklungsstelle sehr wirkungsvoll ausgenutzt.
Es ist hervorzuheben, daß das Vorerwähnte sich nicht auf die einen Zwei-Komponenten-Entwickler verwendende herkömmliche Magnetbürsten-Entwicklung bezieht (die Umfangsgeschwindigkeit des Rohres ist über das Zweifache höher als die Umfangsgeschwindigkeit der Trommel - in der Praxis vier- bis achtfach). Das ergibt sich aus der Tatsache, daß die Entwicklungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung die Übertragung der Tonerteilchen von der Rohroberfläche und das Gleichgewicht mit der Tonerversorgung von den Oberflächen der magnetischen Teilchen unter der Wirkung der magnetischen Teilchen wirkungsvoll ausnutzt.
Wie oben beschrieben, besteht bei einer herkömmlichen Magnetbürsten-Entwicklung mit einem Zwei-Komponenten- Entwickler das Problem der Bildung einer Bürstenspur im entwickelten Bild. Das ist insbesondere bei Entwicklungsvorrichtungen mit kleinen Abmessungen bemerkbar. Als Grund dafür wird angenommen, daß der Durchmesser des Rohres klein ist und sich dadurch eine stärkere Krümmung der Rohroberfläche ergibt. Ein zusätzlicher Grund ist die Tendenz nach einer Hochgeschwindigkeits-Entwicklung.
Fig. 1 zeigt die Konfiguration der Entwicklungszone vom Standpunkt der Krümmung (ein Kehrwert des Krümmungsradius).
Durch das Bezugszeichen G1 in dieser Figur ist eine Linie gekennzeichnet, welche die am nächsten zueinander befindlichen Punkte an der fotoempfindlichen Trommeloberfläche und an der Rohroberfläche miteinander verbindet. In diesem Ausführungsbeispiel verläuft die Linie durch den Mittelpunkt OD der fotoempfindlichen Trommel 1 und durch den Mittelpunkt OS des Rohres 22. Der entlang der Linie G1 gemessene Zwischenraum zwischen der fotoempfindlichen Trommel 1 und dem Rohr 22 ist g&sub1; (mm). In einem Abstand d (2mm) von der Linie G1 und parallel dazu ist eine Linie G2 eingezeichnet. Der Zwischenraum zwischen der fotoempfindlichen Trommel und dem Rohr 22, gemessen entlang der Linie G2, ist g&sub2; (mm). Die Differenz (g&sub2; - g&sub1;) der Zwischenräume erhöht sich mit Zunahme der Krümmung, das heißt mit der Abnahme des Durchmessers oder des Radius der fotoempfindlichen Trommel 1 und/oder des Rohres 22.
In Übereinstimmung mit den Versuchen und den Überlegungen der Erfinder beeinflussen die Krümmungen an der Entwicklungsstelle und die Zwischenraum- bzw. Abstandsunterschiede im mittleren Bereich und im Endbereich der Entwicklungsstelle die Entwicklungseigenschaften, wobei der Einfluß in Abhängigkeit vom Entwicklungsverfahren unterschiedlich ist. Im besonderen Fall der Entwicklungsvorrichtung der vorliegenden Art ist die Breite der Entwicklungsstelle ungefähr 4 mm, so daß die Zwischenraumdifferenz zwischen dem mittleren Bereich bzw. der mittleren Position und der Position, die 2 mm von dieser entfernt ist, wichtig ist.
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf die Beziehung zwischen der Bilddichte des entwickelten Bildes und dem Oberflächenpotential des Ladungsbildes, das heißt auf eine sogenannte V-D-Kurve sowie auf die Bildqualität und die Krümmung im Entwicklungsbereich.
Fig. 7 zeigt eine V-D-Kurve, wobei das Bezugszeichen X1 den Fall einer kleinen Krümmung und das Bezugszeichen X2 den Fall einer großen Krümmung darstellen. In dieser grafischen Darstellung ist eine mittels eines Macbeth-Reflexions-Bilddichtemessers gemessene optische Reflexions- Bilddichte gegen den Potentialunterschied zwischen der Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 1 und der Oberfläche des Rohres 22 aufgetragen, wobei angenommen wird, daß das Rohrpotential Null ist. Die Eigenschaften sind hier ausgezeichnet, weil im Bereich des niedrigen Potentials kein Schleier-Hintergrund erzeugt wird, die richtige Neigung der V-D-Kurve im mittleren Potentialbereich ausgeprägt ist und im Fall eines durchgehend schwarzen Bildes eine ausreichende Bilddichte ohne örtliche Leerstellen gewährleistet werden kann. Es ist außerdem zu entnehmen, daß die Eigenschaft durch die Krümmung nicht wesentlich beeinflußt wird. Es wurde bestätigt, daß das durchgehend schwarze Bild frei von Leerstellen und unabhängig von der Krümmung gleichmäßig ist.
Die selben Eigenschaften wurden bei einer Entwicklungsvorrichtung mit einem magnetischen Ein-Komponenten-Entwickler - wie in den US-Patenten Nr. 4 395 476, 4 425 373 und 4 292 387 offenbart - als eine Entwicklungsvorrichtung, in der die vorliegende Erfindung keine Anwendung findet, gemessen. In diesem Fall ist die V-D-Kurve mit dem Bezugszeichen Y1 oder Y2 gekennzeichnet, wobei Y1 den Fall eines kleinen Krümmungsradius und Y2 den Fall eines großen Krümmungsradius darstellt. Es ist zu erkennen, daß die Neigung im Bereich vom niedrigen bis zum mittleren Potential weniger steil ist, die Bilddichte jedoch dazu tendiert, unzureichend zu werden; diese Tendenz ist bemerkbar, wenn die Krümmung groß ist, das heißt wenn der Radius der Krümmung klein ist.
Vom Standpunkt der Bildqualität ist der sogenannte Kanteneffekt stärker, so daß der mittlere Abschnitt eines durchgehend schwarzen Bildes weniger dicht ist. Außerdem ist der führende Randbereich des Bildes, verglichen mit dem schweifenden Ende des Bildes, leicht hell. Das ist insbesondere dann bemerkbar, wenn die Krümmung groß ist. Im Gegenteil dazu ist die Entwicklungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung in der Lage, das Entwicklungsbild ohne den Schleier-Hintergrund zu bilden und unabhängig von der Krümmung ein gleichmäßiges, durchgehend schwarzes Bild zu erzeugen. Nach diesem Ausführungsbeispiel ist die Zwischenraumdifferenz (g&sub2; - g&sub1;) nicht weniger als 0,25. Wenn diese nicht weniger als 0,34 ist, bleibt die Wirkung dieser Ausführungsform der Vorrichtung weiter bedeutsam, so daß die Größe der Entwicklungsvorrichtung vermindert werden kann.
Es wurde berücksichtigt, daß, wenn die Tonerteilchenschicht am Rohr 22 gebildet wird, gleichzeitig einige andere Tonerteilchen an der Oberfläche der magnetischen Teilchen gehalten werden, so daß die Menge des sich wegen des elektrischen Wechselfeldes hin- und herbewegenden Toners erhöht wird. Das bedeutet, daß die Anzahl der Entwicklungsvorgänge erhöht und der entwickelbare Bereich vergrößert wird. Außerdem wirken die magnetischen Teilchen als Gegenelektrode, die sich sehr nahe am fotoempfindlichen Element 1 befindet oder dieses berührt. Aus diesem Grund ist die Entstehung des Randeffekts infolge des elektrischen Feldes schwierig.
Die weitere Beschreibung bezieht sich auf den Schaber 24 aus nichtmagnetischem Material.

Beispiel 1

Eine Entwicklungsvorrichtung wurde entsprechend dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel aufgebaut. Als Rohr 22 wurde ein Aluminiumrohr mit einem Durchmesser von 18 mm verwendet, nachdem seine Oberfläche durch unregelmäßiges Sandstrahlen mit ALUNDUM-Schleifmittel behandelt wurde. Innerhalb des Rohres 22 wurde ein Magnet 23 mit vier Magnetisierungspolen verwendet, wobei die N- und S-Pole umfangsseitig abwechselnd angeordnet wurden. Die maximale magnetische Oberflächenflußdichte des Magneten 23 war ungefähr 900 Gauss.
Der verwendete Schaber 24 hatte die Dicke von 1,2 mm und wurde aus nichtmagnetischem rostfreiem Stahl hergestellt. Der Winkel R wurde auf 15 Grad eingestellt.
Als magnetische Teilchen wurden Ferrit-Teilchen (maximale Magnetisierung von 60 emu/g) mit einer Teilchengröße von 70-50 um (250/300 mesh) verwendet, deren Oberfläche mit Silikonharz behandelt wurde.
Als nichtmagnetischer Toner wurde schwarzes Pulver als ein Gemisch von 100 Teilen Styren-Butadien-Copolymerharz und 5 Teilen Karbonschwarz verwendet, zudem wurde 0,6% kolloidales Siliziumoxyd beigemengt. Die durchschnittliche Teilchengröße der Tonerteilchen war 10 um. Beim Vorgang wurde eine Tonerschicht mit einer Dicke von ungefähr 20-30 um an der Oberfläche des Rohres 22 erzielt und auf dieser Tonerschicht eine Magnetteilchenschicht mit einer Dicke von 100-200 um gebildet. An den Oberflächen der magnetischen Teilchen waren Tonerteilchen vorhanden.
Zu diesem Zeitpunkt war das Gesamtgewicht der magnetischen Teilchen und der Tonerteilchen am Rohr 22 ungefähr 2,43 · 10&supmin;² g/cm².
Die magnetischen Teilchen wurden mittels des magnetischen Poles 23b innerhalb des Rohres 22 in aufgerichtete Ketten an und in Nachbarschaft der Entwicklungsstelle gebildet. Die maximale Höhe der Ketten war ungefähr 0,9 mm.
Die Größe der elektrischen Ladung wurde durch ein Ausblasverfahren gemessen, wobei die triboelektrische Aufladung der Tonerteilchen am Rohr 22 und der magnetischen Teilchen +10 mc/g war.
Die Entwicklungsvorrichtung wurde in eine von Canon Kabushiki Kaisha, Japan verkaufte, handelsübliche Kopiermaschine PC-10 eingebaut, die geeignet war, eine Umfangsgeschwindigkeit der Trommel von 200 mm/sec. (Verfahrensgeschwindigkeit) zu gewährleisten. Der Zwischenraum zwischen der Oberfläche der aus organischem fotokonduktivem Material bestehenden und einen Durchmesser von 60 mm aufweisenden, fotoempfindlichen Trommel 3 und der Oberfläche des Rohres 22 wurde auf 350 um eingestellt. Der Abstandsunterschied bzw. die Abstandsdifferenz (g&sub2; - g&sub1;) war 0,30 mm. Das Volumenverhältnis bzw. der Volumenanteil unter diesen Bedingungen war ungefähr 10% (h = 350 um, M = 2,43 · 10&supmin;² g/cm², ρ = 5,5 g/cm³, C/(T+C) = 20,4%). Die Quelle 34 für die Ausgangsspannung lieferte eine Wechselspannung mit einer Frequenz von 1600 Hz, wobei eine Wechselspannung mit einer Spitzen-Spitzen-Spannung von 1300 V mit einer Gleichstromspannung von -300 V überlagert wurde. Bei einem Vorgang unter diesen Bedingungen wurden gute Bilder erhalten.
Der Entwicklungsvorgang wurde durchgeführt, um ein durchgehend schwarzes Bild zu erhalten, wonach die Oberfläche des Rohres 22 nach dem Entwicklungsvorgang sorgfältig untersucht wurde. Es wurde bestätigt, daß fast alle Tonerteilchen am Rohr und an den magnetischen Teilchen verbraucht wurden und deswegen der Entwicklungsvorgang mit einem Wirkungsgrad der Entwicklung von fast 100% ausgeführt wurde.
Es wurde festgestellt, daß die Entwicklungseigenschaften gut genug waren und ein Schleier-Hintergrund fehlte. Das durchgehend schwarze Bild wurde als gleichmäßiges Bild ohne örtliche Leerstellen entwickelt, hatte eine hohe Bilddichte (1,39) und die V-D-Kurve war so, wie durch das Bezugszeichen X&sub2; in Fig. 7 kenntlich gemacht ist.

Vergleichsbeispiel 1

Der Schaber 26 wurde von der in Fig. 1 gezeigten Entwicklungsvorrichtung entfernt und es wurde ein magnetischer Ein-Komponenten-Toner (Teilchen) NP-150Z (verkauft von Canon Kabushiki Kaisha, Japan) verwendet. Der Entwicklungsvorgang wurde in ähnlicher Weise durchgeführt wie im vorhergehenden Beispiel. Das Bild war ziemlich gut, jedoch der Randeffekt kräftig, infolgedessen war der innere Bereich des Bildes leicht hell. Die Dichte des durchgehend schwarzen Bildes war 1,15, welches nicht ganz zufriedenstellend war.

Beispiel 2

Die im Vergleichbeispiel 1 bereits beschriebene Vorrichtung wurde dadurch modifiziert, daß sie in eine Kopiermaschine mit einer fotoempfindlichen Trommel von 30 mm Durchmesser und mit einer Verfahrensgeschwindigkeit von 20 mm/sec. eingebaut wurde. Der Zwischenraum zwischen der fotoempfindlichen Trommel 3 und der Oberfläche des Rohres 22 wurde auf 350 um eingestellt. Der Zwischenraumunterschied war 0,36 mm. Die Ausgangsspannung 34 war eine Kombination einer Wechselspannung von 1300 V Spitze- Spitze-Spannung und einer Gleichstromspannung von -300 V, so daß eine Wechselspannung von 1600 Hz gewährleistet wurde. Das sich ergebende Bild war gut.
Nach einer Entwicklung eines durchgehend schwarzen Bildes und nach einer darauf folgenden Untersuchung der Rohroberfläche wurde festgestellt, daß der Toner am Rohr und der Toner an den magnetischen Teilchen fast vollständig verbraucht wurde, das heißt, daß der Wirkungsgrad der Entwicklung fast 100% war.
Die Entwicklungseigenschaften waren auch gut - ohne einen Schleierhintergrund; das durchgehend schwarze Bild war im wesentlichen frei von örtlichen Leerstellen und gleichmäßig.
Die Bilddichte war ausreichend hoch - 1,37. Das Entwicklungsverhalten war wie durch das Bezugszeichen X&sub2; in Fig. 3 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 2

Der Versuch wurde unter ähnlichen Bedingungen wie im Beispiel 2 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß die Entwicklungsvorrichtung und der Entwickler des Vergleichsbeispiels 1 verwendet wurden. Erreicht wurde ein ziemlich gutes Bild, wobei jedoch das durchgehend schwarze Bild wegen der lokalen Fehlstelle (die führende Kante des Bildes war ein bißchen heller im Vergleich zum hinterherziehenden Bildrand) nicht zufriedenstellend war. Die Bilddichte war 1,03, welches nicht befriedigend war.
Zum Entwicklungsverhalten ist festzustellen, daß es ähnlich der Kurve Y2 in Fig. 7 war. Weil diese Kurve im Bereich des niedrigen Potentials weniger steil ist, bestand die Tendenz zur Bildung eines Grundschleiers, während die Bilddichte im Bereich des hohen Potentials niedrig ist.
Auch wenn die Krümmung der Entwicklungsstelle nicht zu groß ist, wird die V-D-Kurve im Fall des obengenannten, die dünne Schicht eines magnetischen Ein-Komponenten- Entwicklers (z. B. gemäß dem US-Patent Nr. 4 395 476) verwendenden Entwicklungsverfahrens weniger steil (es besteht die Tendenz zur Bildung eines Schleier- Hintergrundes) im Bereich des niedrigen Potentials, verglichen mit dem Fall, in dem die Krümmung bei einer Erhöhung der Verfahrensgeschwindigkeit zunimmt. Auch die Bilddichte im Bereich des hohen Potentials ist ziemlich niedrig. In der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung findet eine wesentliche Änderung der V-D-Kurve jedoch auch dann nicht statt, wenn die Verfahrensgeschwindigkeit erhöht wird. Das ist ähnlich wie bei dem Fall, bei dem die Krümmung zunimmt. So entsteht im Bereich des niedrigen Potentials kein Schleier-Hintergrund, wobei im mittleren Potentialbereich eine zweckmäßige Neigung aufrechterhalten wird und auch noch im Bereich des hohen Potentials eine ausreichend hohe Bilddichte gewährleistet werden kann. Das ist bemerkbar, wenn die Verfahrensgeschwindigkeit 150-400 mm/sec. ist.
Wie bereits dargelegt, ist nach diesem Ausführungsbeispiel ein Entwicklungsvorgang mit hoher Bilddichte, hohem Entwicklungs-Wirkungsgrad und ohne einen Schleier- Hintergrund, Doppelbild, Bürstenspuren oder negative Eigenschaften möglich.
Insbesondere wenn die Krümmung an der Entwicklungsstelle groß ist, kann bei einer hohen Verfahrensgeschwindigkeit eine hohe Bildqualität erreicht werden, die nicht durch das herkömmliche Entwicklungsverfahren erzielt worden ist.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 sind die oben beschriebenen bevorzugten Bedingungen erfüllt. Insbesondere ist der Volumenanteil der magnetischen Teilchen an der Entwicklungsstelle 1,5-30% (vorzugsweise 2,6-26%); der Winkel R zwischen dem Schaber und dem magnetischen Pol 23a ist 2-40 Grad (vorzugsweise 5-20 Grad); das Gewichtsverhältnis zwischen den an den Oberflächen der magnetischen Teilchen gehaltenen Tonerteilchen zu den an der Oberfläche des Rohres gehaltenen Tonerteilchen ist 1 : 2 - 10 : 1 (vorzugsweise 1 : 1 - 5 : 1); und die Menge des Entwicklers (magnetische Teilchen und Tonerteilchen) ist 0,5 · 10&supmin;² g/cm².
Bezugnehmend auf die Fig. 6 ist L1 die Linie, die den sich stromaufwärts vom Schaber 24 in bezug auf die Bewegung der Oberfläche des Rohres 22 befindlichen Mittlepunkt des magnetischen Poles 23a mit dem Drehmittelpunkt des Rohres 22 verbindet. Die Linie L1 definiert den Winkel R. Gemäß dem Beispiel in Fig. 6 befindet sich an einer Verlängerung der Linie L1 eine Oberfläche des Begrenzungselementes 26 gegenüber dem Rohr 22 und der magnetische Pol bildet einen höchst mit magnetischen Teilchen konzentrierten Bereich. Die Länge der Fläche - gemessen entlang der Umfangsbewegung des Rohres 22 - ist 10 mm. Wie der Fig. 6 entnommen werden kann, ist der Anteil der magnetischen Teilchen an der Entwicklungsstelle kleiner als der Volumenanteil der magnetischen Teilchen in diesem höchst konzentrierten Bereich.
Der magnetische Pol 23b im Entwicklungsbereich befindet sich am Mittelpunkt der Entwicklungsstelle in Bewegungsrichtung der Oberflächen des fotoempfindlichen Elements und des Rohres. Jedoch kann seine Lage vom Mittelpunkt abweichen oder der Entwicklungsbereich kann zwischen magnetischen Polen angeordnet werden.
Zum Tonerpulver können Siliziumoxyd- bzw. Silika-Teilchen zur Verbesserung der Fließfähigkeit oder Schleifmittelteilchen zum Abreiben der Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel (das Element zum Tragen des Ladungsbildes) in einer Bilderzeugungsvorrichtung vom Bildübertragungstyp beigemengt werden. Zum Tonerpulver kann eine kleine Menge an magnetischen Teilchen hinzugefügt werden. Magnetische Tonerteilchen können dann benutzt werden, wenn ihr magnetisches Verhalten im Vergleich zum magnetischen Verhalten der Magnetteilchen schwach ist und diese triboelektrisch aufladbar sind.
Um die Entstehung eines Doppelbildes zu vermeiden, kann die am Rohr 22 verbleibende Entwicklerschicht nach dem Entwicklungsvorgang mittels eines Abstreifers (nicht gezeigt) abgezogen werden, worauf die abgestreifte Rohroberfläche mit der Magnetteilchenschicht im Behälter in Berührung gebracht und der Entwickler daraufaufgetragen wird. Das ist wirkungsvoll für die Vermeidung des Doppelbildes.
Zu der Entwicklungsvorrichtung kann ein Mechanismus vorgesehen werden, welcher den Gehalt der magnetischen Teilchen und der Tonerteilchen erfaßt, so daß in Abhängigkeit von der Erfassung der Toner automatisch zugeführt wird. Die Entwicklungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist als eine Einweg-Entwicklungsvorrichtung verwendbar, die als Einheit den Behälter 21, das Rohr 22 und den Schaber 24 umfaßt, obwohl sie auch als eine herkömmliche Entwicklungsvorrichtung, die an einer Bilderzeugungsvorrichtung befestigt ist, anwendbar ist.
Im folgenden wird ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bezugnehmend auf die Fig. 9 und 10 wird im folgenden der Aufbau in der Nähe des Entwicklerauslasses des Entwicklerbehälters 24 ausführlich beschrieben, insbesondere im Zusammenhang mit der Beziehung zwischen dem magnetischen Pol 23a und der Entwickler-Führungsoberfläche 261 des Elementes - 26 zur Begrenzung der Entwicklerzirkulation. Fig. 9 zeigt den Entwicklerauslaß in dem Zustand, in dem die Entwicklungsvorrichtung in der Kopiermaschine montiert ist, wobei die die Mittelachse Os des Entwicklungsrohres 22 enthaltende horizontale Ebene mit dem Bezugszeichen L und die die Mittelachse Os enthaltende vertikale Ebene mit dem Bezugszeichen Q gekennzeichnet sind. In den durch die Ebenen L und Q definierten Koordinaten sind ein erster, ein zweiter, ein dritter und ein vierter Quadrant mit den Bezugszeichen 100, 101, 102 und 103 entsprechend bezeichnet. Das Regulierelement 24 hat eine Einstell- bzw. Regulierkante 241, die durch einen kleinsten Abstand d&sub2; vom Abschnitt 242 der gegenüber der Einstellkante 241 liegenden Oberfläche des Entwicklerrohres 22 entfernt ist. Das Einstellelement 24 ist am Behälter 24 befestigt. Die Entwickler-Führungsoberfläche 261 des Begrenzungselementes 26 bildet einen Zwischenraum mit der Oberfläche des Rohres 22. Die Führungsoberfläche 261 ist so geneigt, daß der Zwischenraum von einer Stromaufwärts-Seite 262 zu der Endseite 263 des Einstellelementes - in bezug auf die Bewegung der Oberfläche des Rohres 22 - allmählich abnimmt. Das Ende 263 berührt das Einstellelement 24 dort, wo der Entwickler durch die Kante 241 des Einstellelementes 24 reguliert wird. Das Ende 263 der Führungsfläche ist durch (d&sub1; + d&sub2;) von der Oberfläche des Rohres 22 beabstandet, wobei d&sub1; ein Abstand vom Ende 263 und dem Ende 241 ist. Der Abstand d&sub1; ist größer als Null. Eine gedachte Ebene P¹ ist parallel zu einer Ebene P, verläuft tangential zu der Oberfläche des Rohres 22 an der Gegenstelle 242 und enthält das Ende 263. Es wurde festgestellt, daß der zwischen der Führungsfläche 261 und der Ebene P' gebildete Winkel ρ als Parameter einen Einfluß auf den Entwickler-Führungseffekt und den Entwickler-Zirkulationseffekt hat. In der Figur zeigt ein Bezugszeichen L1 eine Linie in der Schnittansicht, die sich durch den Mittelpunkt des Rohres Os und die Stelle der maximalen magnetischen Flußdichte des magnetischen Poles 23a erstreckt; L2 ist eine Linie, die sich durch den Mittelpunkt Os des Rohres 22 und die Kante 241 des Einstellelementes 24 erstreckt und R ist ein Winkel, der zwischen den Linien L1 und L2 gebildet-ist. Es wurde festgestellt, daß auch der Winkel R als ein Parameter mit Einfluß auf die Wirkung der Entwickler-Regulierzone von Bedeutung ist. Ein Winkel β (> 0) ist zwischen der Linie L1 und einer Linie L3, die den Mittelpunkt des Rohres 22 mit dem Ende 262 der Führungsfläche 261 verbindet, gebildet. Ein Winkel δ ist zwischen der Linie L2 und der vertikalen Ebene Q gebildet. In diesem Ausführungsbeispiel besteht das Einstellelement 24 aus nichtmagnetischem Material. Der Toner besteht aus nichtmagnetischen Tonerteilchen und als Träger dienen magnetische Teilchen, die mit Harz beschichtete ferritische Teilchen darstellen. Der Widerstand des Trägerteilchens ist nicht weniger als 10&sup7; ohm·cm.
Der Abstand d&sub2; zwischen der Rohroberfläche und dem Ende 241 des nichtmagnetischen Einstell-Schabers 24 ist 50-600 um, vorzugsweise 150-500 um. Bei einem Zwischenraum d&sub2; von weniger als 50 um wird der Zwischenraum leicht mit magnetischen Teilchen verstopft, woraus sich eine ungleichmäßig ausgebildete Entwicklerschicht und eine unzullängliche Menge des Entwicklers in der Entwicklerschicht ergibt, so daß das entwickelte Bild ungleichmäßig ist und eine unzureichende Bilddichte aufweist. Bei einem Zwischenraum größer als 600 um ist die Menge des Entwicklers am Rohr 22 andererseits zu groß, so daß die Regulier- bzw. die Einstellfunktion unzureichend ist. Dann wird eine erhöhte Menge magnetischer Teilchen auf das das Ladungsbild tragende Element übertragen. Die Zirkulation des Entwicklers, die im folgenden ausführlich zu beschreiben ist, wird außerdem mit Abnahme der Begrenzungswirkung des Elementes 26 zur Begrenzung der Entwicklerzirkulation unzureichend und führt wegen einer unzureichenden triboelektrischen Aufladung der Tonerteilchen zu einem Schleier-Hintergrund. Der Abstand d&sub1; zwischen der nichtmagenetischen Schaberkante 242 und dem Ende 263 der Führungsoberfläche ist 0,5-5,0 mm, vorzugsweise 1,5-4,0 mm. Bei einem Zwischenraum d&sub1; von weniger als 0,5 mm wird der vom Begrenzungselement 26 auf den Entwickler und das Entwicklungsrohr 22 ausgeübte Druck heraufgesetzt und die triboelektrische Aufladung des Entwicklers extrem erhöht, so daß ein gewünschtes Entwicklungsverhalten nicht gewährleistet ist. Wenn der Toner ein Druckfixier-Toner ist, so neigt er dazu, an der Oberfläche des Rohres 22 geschmolzen und fixiert zu werden.
Bei einem Abstand größer als 5,0 mm ist der Druck zu niedrig, mit dem Ergebnis, daß die triboelektrische Aufladung des Toners unzureichend ist. Eine Einstellung des Abstandes d&sub1; auf mehr als 5,0 mm ist jedoch dann möglich, wenn die Entwicklungsvorrichtung mit einem automatischen Toner-Zufuhrmechanismus ausgerüstet wird - wie in der herkömmlichen Entwicklungsvorrichtung mit einem Zwei- Komponenten-Entwickler - und wenn die ausreichende triboelektrische Aufladung zwischen den Trägerteilchen und den Tonerteilchen im voraus ausgeführt worden ist. Die Summe der Abstände d&sub1; und d&sub2; ist nicht höher als 5,6 mm, vorzugsweise nicht mehr als 5 mm.
Der Winkel Φ, der bei einer Messung von der Ebene P' nach oben positiv ist, ist vorzugsweise mehr als 0 Grad und nicht mehr als 45 Grad, insbesondere vorzugsweise mehr als o Grad und nicht mehr als 30 Grad. Bei einem Winkel von nicht mehr als 0 Grad hat der durch die Führungsoberfläche 261, die Kante 241 des Schabers 24 und das Entwicklungsrohr 22 gebildete Raum die Form eines spitzen Keiles, so daß der Raum mit dem Entwickler verstopft wird und der dadurch erhöhte Druck zu einer extrem hohen triboelektrischen Aufladung des Toners führt, demzufolge der Toner geschmolzen und fixiert wird. Bei einem Winkel von mehr als 45 Grad ist der mittels des Begrenzungselementes 26 gegen das Entwicklungsrohr 22 auf den Entwickler ausgeübte Druck ungenügend, so daß die bezweckte Wirkung des Begrenzungselementes 26 nicht zu erwarten ist.
Der Winkel R ist 0-35 Grad, vorzugsweise 5-25 Grad. Bei einem Winkel kleiner als 0 Grad ist die durch die Zusammenwirkung zwischen der magnetischen Kraft, der Bildkraft und der Agglomerationskraft des Entwicklers gebildete Entwicklerschicht nicht gleichmäßig und die Menge des Entwicklers in der Schicht ist nicht ausreichend. Bei einem Winkel R von mehr als 35 Grad wird bei einem Schaber aus nichtmagnetischem Material die Menge des Entwicklers in der Entwicklerschicht erhöht, so daß es schwierig ist, eine gewünschte Menge an Entwickler in der Schicht zu gewährleisten. Der Winkel δ, der bei einer Messung von der vertikalen Ebene Q in Richtung des Uhrzeigersinns positiv ist, erfüllt vorzugsweise den Ausdruck -60 < δ < +120 Grad.
Auf dem in Fig. 9 definierten Quadranten befindet sich das Begrenzungselement 26 oberhalb der horizontalen Ebene L, die die Drehachse des Rohres 22 enthält, und die Entwickler-Führungsoberfläche 261 erstreckt sich quer durch die vertikale Ebene Q, die die Drehachse Os enthält, so daß sich die Führungsoberfläche 261 im zweiten Quadranten 101 und im ersten Quadranten 100 befindet. Wegen dieser Anordnung wird neben der Wirkung der Führungsoberfläche 261 im Sinne einer stabilen Zufuhr des Entwicklers in die Entwickler-Regulierzone auch die Schwerkraft für eine noch stabilere Versorgung dieser Zone mit dem Entwickler wirkungsvoll verwendet.
Die Regulier- bzw. Einstellkante 241 des Regulierelements 24 ist in dem durch die horizontale Ebene L und die vertikale Ebene Q definierten zweiten Quadranten 101 angeordnet und befindet sich in einem Abstand von der Oberfläche des Rohres 22. Dank dieser Anordnung befindet sich die Einstellkante 241 stromabwärts von der vertikalen Ebene Q in bezug auf die Richtung b der Bewegung des Rohres 22, so daß die magnetischen Teilchen im Raum neben der Einstellkante 241 im Behälter konzentriert werden, so daß ein im wesentlichen mit magnetischen Teilchen besetzter Raum stabil gebildet wird.
Einer konstruierten Entwicklungsvorrichtung waren:
d&sub1; = 1,5 mm,
d&sub2; = 250 um,
R = 18 Grad,
δ = 15 Grad,
ρ = 20 Grad.
Die Vorrichtung hatte die Entwicklungszone im dritten Quadranten 102 und die Dichtzone im vierten Quadranten 103, wie in der Fig. 10 gezeigt ist. Im Behälter wurde auf der Oberfläche des Rohres 22 eine Magnetteilchenschicht ausgebildet; auf der Magnetteilchenschicht wurde eine Tonerteilchenschicht gebildet und der Entwicklungsvorgang wurde ausgeführt.
Festgestellt wurde das nachfolgende. In der Magnetteilchenschicht wurde die durch die Drehung des Rohres 22 verursachte Bewegung der magnetischen Teilchen langsamer mit Entfernung des Abstandes von der Oberfläche des Rohres 22 infolge des Gleichgewichts zwischen der magnetischen Kraft, der durch die Schwerkraft verursachten Sperrkraft und der Förderkraft durch die Bewegung des Rohres 22. Im oberen Bereich (von der Oberfläche des Rohres 22 entfernt) sind die magnetischen Teilchen, obwohl stillstehend, leicht beweglich und bilden eine stehende Schicht. Einige der Magnetteilchen in dieser Schicht fallen infolge der Schwerkraft.
Neben der - Oberfläche des Rohres 22 ist eine bewegliche Schicht der magnetischen Teilchen gebildet, wobei die magnetischen Teilchen gegen den magnetischen Pol 23a bewegt werden. Die Bewegung ist gewährleistet durch eine geeignete Einstellung der magnetischen Pole 23a und 23d, der Fließfähigkeit und der magnetischen Eigenschaften der magnetischen Teilchen.
Die Bewegung der Magnetteilchenschicht hängt von der Fließfähigkeit des Entwicklers und von der magnetischen Kraft ab. Wenn insbesondere der Tonergehalt im magnetischen Pulver niedrig ist, wird die Größe der stehenden Schicht herabgesetzt, so daß sich die ganze Magnetteilchenschicht mit einer relativ hohen Geschwindigkeit bewegt, um die Tonerteilchen von der Tonerschicht in das magnetische Pulver zu ziehen. Wenn der Tonergehalt andererseits hoch ist, wird die stehende Schicht vergrößert, und die bewegliche Schicht in der Magnetteilchenschicht wird durch die stehende Schicht gedeckt, so daß die bewegliche Schicht vor einer direkten Berührung mit der Tonerschicht geschützt wird; deswegen wird der Toner nicht in das magnetische Pulver in der beweglichen Schicht gezogen, so daß der Tonergehalt in der beweglichen Schicht ohne einen speziellen Kontrollmechanismus auf natürliche Weise aufrechterhalten wird.
Im folgenden werden die Magnetteilchenschicht neben dem nichtmagnetischen Schaber 24 und das Element zur Begrenzung der Zirkulation 26 beschrieben.
Das Begrenzungselement 26 begrenzt oder verhindert mechanisch den Eintritt des Entwicklers in die Regulierzone. Die durch das Begrenzungselement 26 und das Rohr 22 definierte Regulierzone ist mit den durch den magnetischen Pol und die Drehung des Rohres beförderten magnetischen Teilchen unter Mitwirkung der Führungsoberfläche 261 des Begrenzungselementes 26 ausgefüllt bzw. beladen. Infolge dieser Beladung ist die Dichte des magnetischen Pulvers relativ hoch. In dieser Zone gibt es ein- und ausgehende magnetische Teilchen, so daß die magnetischen Teilchen in diesem relativ geballten Zustand aufeinanderstoßen und gerührt werden. Deswegen wird die triboelektrische Aufladung des Toners durch die Berührung mit der Rohroberfläche und den magnetischen Teilchen sicher ausgeführt. Außerdem werden die Tonerteilchen, die nicht ausreichend aufgeladen und am Rohr 22 und an den magnetischen Teilchen zu dieser Zone getragen werden, vom Rohr 22 und von den magnetischen Teilchen freigegeben. Demzufolge wird eine Auswahl von ausreichend geladenen Tonerteilchen bewirkt und dadurch die Aufladung des Toners verbessert. Auf diese Weise können nur diese Tonerteilchen zu der Entwicklungsstelle befördert werden, die in- einem ausreichenden Ausmaß triboelektrisch aufgeladen sind. In dieser Zone wird auch der ungleichmäßige Zustand beseitigt, in dem die magnetischen Teilchen am Rohr befördert werden, so daß die Magnetteilchenschicht in wirkungsvoller Weise stabilisiert und gleichmäßig gemacht wird.
Wie oben dargelegt, ist die Führungsoberfläche 261 des Begrenzungselements 26 von großer Bedeutung, so daß die Neigung der Führungsoberfläche 261 und das Volumen der Zone einen Einfluß auf den Zustand der in dieser Zone verdichteten magnetischen Teilchen haben.
Der gegenüber dieser Zone angeordnete magnetische Pol 23a wirkt entlang der magnetischen Kraftlinien zur Vermittlung einer Bewegungskraft auf die in der oben beschriebenen Weise verdichteten magnetischen Teilchen. Weil der verdichtete Zustand in bezug auf die triboelektrische Aufladung nicht absolut stabil ist, ist es vom Standpunkt der Stabilisierung wünschenswert, einen konstanten verdichteten Zustand einzurichten. Die auf der Oberfläche des Rohres 22 in tangentialer Richtung dazu beförderten magnetischen Teilchen bilden infolge der magnetischen Kraft senkrecht zu der tangentialen Richtung eine magnetische Bürste, so daß die magnetischen Teilchen gerührt und zerteilt werden. Aus diesem Grund wird die triboelektrische Aufladung der Tonerteilchen unter einer gleichmäßigen und stabilisierten Bildung der Magnetteilchenschicht stabilisiert. Ein Problem ist dann möglich, wenn der durch die peripheren Strukturen konzentrierte Entwickler unter einem hohen Druck gehalten wird und demzufolge zu dicht gepackt ist. Weil jedoch der Abschnitt der maximalen Magnetkraft des Magnetpoles 23 sich gegenüber der Führungsoberfläche 261 befindet, wird die Konzentration eines extremen Druckes in der Regulierzone verhindert, so daß dadurch die gewünschte Entwickler-Konzentration und die stabilisierte hohe Dichte des magnetischen Pulvers aufrechterhalten werden können.
Die Anordnung des magnetischen Teils 23a ist insbesondere dann wirkungsvoll, wenn die magnetischen Teilchen relativ leicht in die Regulierzone verdichtet sind - zum Beispiel wenn der in Fig. 9 gezeigte Winkel 6 kleiner als Null ist.
Durch die oben beschriebene Regulierzone wird auf der Oberfläche des Entwicklungsrohres 22 eine dünne Entwicklerschicht mit einer stabilisierten Menge an magnetischen Teilchen und mit ausreichend aufgeladenen Tonerteilchen gebildet. Aus diesem Grund ist der Entwicklungsvorgang an der Entwicklungsstelle 102 stabilisiert. In der Entwicklungszone ist ein elektrisches Wechselfeld aufgebaut, das zumindest zu einer Übertragung der am Rohr geförderten Tonerteilchen des Entwicklers auf das das Ladungsbild tragende Element dient. Es wurde festgestellt, daß die oben beschriebene Anordnung in der Regulierzone für die zuvor beschriebene Entwicklungsvorrichtung besonders effektiv ist, das heißt bei einer Entwicklungsvorrichtung, in der der Volumenanteil der magnetischen Teilchen in der Entwicklungszone 1,5-30% ist.
Bezugnehmend auf Fig. 10 ist gegenüber dem Entwicklungsrohr 22 neben dem Boden auf der Innenseite des Entwicklerbehälters ein magnetisches Element 31 angeordnet, um ein Auslaufen der magnetischen Teilchen 27 und der nichtmagnetischen Tonerteilchen 37 vom Behälter 36 an seiner Unterseite zu verhindern. Das magnetische Element 31 ist zum Beispiel eine plattierte Eisenplatte. Durch das zwischen dem magnetischen Pol 23d (S) und dem magnetischen Element 31 gebildete magnetische Feld wird eine Dichtungswirkung gewährleistet. Ein Tonerförderelement 39 dient dazu, Tonerteilchen zu der Bürste der magnetischen Teilchen zu liefern, die durch den im Rohr 22 befestigten magnetischen Pol 23 gebildet ist. Das Tonerförderlement 39 hat eine drehbar gestützte Metallplatte, die mit einem Gummiblatt beschichtet ist. Diese dreht sich und fegt die Bodenoberfläche des Behälters 36, so daß dadurch der Toner transportiert wird. Zum Tonerförderelement 39 wird der Toner mittels eines Förderelements (nicht gezeigt) im Behälter 38 befördert. Die magnetischen Teilchen sind in einem Magnetteilchen-Behälter 35 enthalten.
Ein Dichtelement 40 ist an der Bodenseite des Entwicklerbehälters 36 vorgesehen, um eine Verstreuung der Tonerteilchen um die Bodenseite herum zu verhindern. Das Dichtelement besteht aus einem elastischen Material und ist in Drehrichtung des Rohres 22 gegen seine Oberfläche elastisch gespannt.
Das Dichtelement 40 hat ein Ende an der Seite stromabwärts in bezug auf die Bewegungsrichtung des Rohres 22, welches Ende sich im Berührungsbereich mit dem Rohr 22 befindet, um zu gewährleisten, daß der Entwickler mit Drehung des Rohres in den Behälter 36 eintritt.
Im Bild 10 ist an der nichtmagnetischen Schaberseite des Zirkulations-Begrenzungselementes 26 ein magnetisches Element 50 angeordnet. Eine Anordnung des magnetischen Elementes 50 an einer Stelle genau gegenüber dem magnetischen Pol 23a ist nicht zu bevorzugen. Das ist deswegen so, weil sich das magnetische Feld zwischen dem magnetischen Pol 23a und dem magnetischen Element 50 konzentriert, so daß im Ergebnis die Rühr- und Zerteilungswirkung des magnetischen Poles 23 herabgesetzt wird. Es ist jedoch vorteilhaft, das magnetische Element 50 in der Regulierzone zu verwenden, um das Zusammenwirken der magnetischen Teilchen mit dem Magneten 23 im Rohr 22 magnetisch zu regulieren, insofern die Toleranz des Zwischenraumes zwischen dem Regulier- bzw. Einstellelement und der Oberfläche des Rohres 22 erhöht werden kann.
Es wurde außerdem festgestellt, daß die an dem am Rohr 22 gehaltenen Tonerteilchen angelegte Ladung kleiner als die des am magnetischen Teilchen gehaltenen Tonerteilchens ist. Die Ursache dafür wird darin gesehen, daß die magnetischen Teilchen auch durch die Drehung des Rohres 22 befördert werden und die Gelegenheiten zu einer Reibung der Tonerteilchen am Rohr 22 mit den magnetischen Teilchen nicht ausreichend sind. Es ist vorzuziehen, die Aufladung der Tonerteilchen auf ein gewünschtes Niveau zu erhöhen.
Wenn in einem Versuch, das zu erreichen, die Förderleistung der magnetischen Teilchen einfach verringert wird, so kann somit keine wünschenswerte Ausführung erreicht werden, weil die Tonerteilchen unzureichend in das magnetische Pulver eingezogen werden. Wenn andererseits ein magnetisches Element genau gegenüber dem magnetischen Pol 23 zur Bildung eines konzentrierten magnetischen Feldes angeordnet wird, um die Reibung der magnetischen Teilchen mit dem Rohr 22 zu erhöhen, so werden die Wirkungen, die durch eine Anordnung des Bereichs maximaler Magnetkraft des magnetischen Pol es 23a an dem durch das Begrenzungselement 26 gebildete Zwischenraum gewährleistet sind, reduziert.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das magnetische Element 50 stromabwärts von dem magnetischen Pol 23a in bezug auf die Bewegung der Oberfläche des Rohres 22 angeordnet, so daß die magnetischen Kraftlinien des Magnetpoles 23a an der Schaberseite im wesentlichen in einer tangentialen Richtung konzentriert sind. Die Bildung einer solchen Magnetkraft hemmt die Bewegung der magnetischen Teilchen am Rohr 22, so daß die Dichte des Magnetpulvers erhöht wird. Folglich werden die Berührungen und das Gleiten der Tonerteilchen in bezug auf die magnetischen Teilchen aktiviert. Außerdem werden nur die magnetischen Teilchen in der Nähe der Oberfläche des Rohres 22 zu einer sich im wesentlichen entlang der Oberfläche des Rohres 22 erstreckenden magnetischen Bürste gebildet, so daß die Tonerteilchen am Rohr 22 gerieben werden, mit dem Ergebnis, daß die Tonerteilchen am Rohr 22 triboelektrisch mehr aufgeladen werden.
Die Länge der Führungsoberfläche 261 zwischen der Kante 263 und der Kante 262 ist - gemessen entlang der Bewegung der Oberfläche des Rohres 22 - vorzugsweise nicht weniger als 5 mm und nicht mehr als 15 mm, wobei die Oberfläche 261 flach ist. Wenn sie weniger als 5 mm ist, wird die Entwickler- Führungswirkung sehr verringert, so daß sich die magnetischen Teilchen oberhalb des Begrenzungselementes 26 verschieben können. Vom Standpunkt der Verringerung der Größe der Vorrichtung ist eine Länge von mehr als 15 mm nicht bevorzugt.
Der zwischen den Linien L1 und L3 gebildete Winkel β ist vorzugsweise nicht weniger als 5 Grad. Das ist vorzuziehen, damit das magnetische Feld des magnetischen Poles 23a in der durch den Winkel (R+ β) definierten Regulier- bzw. Einstellzone zusammen mit dem Einstellelement 24 und der Führungsoberfläche 261 (das magnetische Element 50) zusammenwirken kann.
Die magnetische Flußdichte des magnetischen Poles 23a ist nicht weniger als 600 Gauss, vorzugsweise nicht weniger als 700 Gauss. Das ist deswegen so, weil der Anwendungszustand des Entwicklers, der in Abhängigkeit vom Tonergehalt in der Magnetteilchenschicht geändert werden kann, mit der Erhöhung der magnetischen Flußdichte des Magnetpoles 23a zunehmend stabilisiert wird. Insbesondere dann, wenn ein automatischer Toner-Fördermechanismus zum Aufrechterhalten des Tonergehaltes - wie es im Ausführungsbeispiel der Fall ist - nicht verwendet wird, ist die magnetische Flußdichte des magnetischen Poles 23a vorzugsweise nicht weniger als 800 Gauss.
Der magnetische Pol 23c in Fig. 10, welcher ein Entwicklungspol ist, erzeugt vorzugsweise nicht weniger als 800 Gauss der magnetischen Flußdichte, um eine Abscheidung der magnetischen Teilchen auf das Ladungsbild zu verhindern. Der magnetische Entwicklungspol 23c befindet sich im wesentlichen genau gegenüber der Entwicklungsstelle.
Durch einen Transport-Magnetpol 23b (S) soll vermieden werden, daß die durch den nichtmagnetischen Schaber gleichmäßig verteilte Entwicklerschicht zerstört wird, wenn der Abstand zwischen dem Magnetpol 23a und dem Entwickler- Magnetpol 23c relativ groß ist. Die Kraft des Magnetpols 23b ist vorzugsweise gleich oder wenig niedriger als die Kraft der Entwicklungselektrode 23c, um eine Beeinträchtigung der Entwicklerschicht zu verhindern. Bei einem Durchmesser des Entwicklungsrohres 22 von 20 mm ist die Beeinträchtigung der Entwicklerschicht nicht von Bedeutung, wenn der zwischen dem Magnetpol 23a und dem Entwickler- Magnetpol 23c gebildete Winkel nicht mehr als 100 Grad - gesehen vom Mittelpunkt des Rohres 22 - beträgt. Wenn die Anordnung jedoch so ist, daß der Winkel mehr als 100 Grad beträgt, so ist die Beeinträchtigung von einer solchen Bedeutung, daß ein dazwischenliegender Magnetpol verwendet wird.
Ein magnetischer Pol 23a (S) wird zum Sammeln des Entwicklers nach der Entwicklung verwendet. Der magnetische Pol 23d ist stromaufwärts von der Kante der magnetischen Dichtung in bezug auf die Bewegung des Entwicklungsrohres 23 angeordnet. Bei einer Anordnung des magnetischen Poles 23d stromabwärts von der Kante der magnetischen Dichtung werden die magnetischen Teilchen durch den magnetischen Pol 23d als eine Bürste in der Nähe des Einganges des Entwicklungsbehälters 36 gebildet, dort wo der bei der Entwicklung nicht verbrauchte Entwickler in den Behälter 36 eintritt. Dadurch wird der Toner sehr leicht in das magnetische Pulver eingezogen, mit dem Ergebnis, daß die Tonerteilchen nicht ausreichend triboelektrisch aufgeladen werden und ein Schleier-Hintergrund erzeugt wird.
Wie oben dargelegt, erzeugt die Entwicklungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung qualitativ hochwertige Bilder.

Claims

1. Entwicklungsvorrichtung zum Entwickeln eines elektrostatischen Ladungsbildes auf einem ein elektrostatisches Ladungsbild tragenden Element (1), mit:

einem Behalter (36) Rum Aufnehmen eines Entwicklers (27,28), welcher Tonerteilchen (28) und magnetische Teilchen (27) enthält;

einem beweglichen, den Entwickler tragenden Element (22) gegenüber dem das elektrische Ladungsbild tragenden Element (1), zur Bildung einer Entwicklungsstelle und zum Befordern der Tonerteilchen (28) zum das Ladungsbild tragende Element (1) und zum Zuführen des Entwicklers (27,28) vom Behälter (36) zu der Entwicklungsstelle;

einer Einrichtung zum Einstellen des Entwicklers (24,50), die stromaufwärts zu der Entwicklungsstelle in bezug auf die Bewegungsrichtung der Oberfläche des den Entwickler tragenden Elements (22) zu einer Einstellung der an der Entwicklungsstelle aufgetragenen Dicke der Entwicklerschicht angeordnet ist;

einer Magnetfelderzeugungseinrichtung (23a), die mit dem den Entwickler tragenden Element (22) verbunden und gegenüber der Einrichtung zum Einstellen des Entwicklers (24,50) angeordneten ist;

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einstellen des Entwicklers ein nicht-magnetisches Element (24) und ein magnetisches Element (50) umfaßt, das stromaufwärts von dem nicht-magnetischen Element in bezug auf die Bewegungsrichtung des den Entwickler tragenden Elements (22) angeordnet ist, und die

Magnetfelderzeugungseinrichtung (23a) stromaufwärts zu dem magnetischen Element (50) in bezug auf die Bewegungsrichtung des den Entwickler tragenden Elements (22) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das nichtmagnetische Element (24) näher zu dem den Entwickler tragenden Element (22) als das magnetische Element (50) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , die ferner ein Führungselement (26) mit einer Oberfläche (261) zur Führung des Entwicklers (27,28) umfaßt, wobei die Führungsoberfläche (261) mit dem den Entwickler tragenden Element (22) einen Zwischenraum bildet, der von einem Punkt stromaufwärts von der Einrichtung zum Einstellen des Entwicklers (24,50) zur Entwicklungsstelle allmählich abnimmt, und wobei die Magnetfelderzeugungseinrichtung (23a) einen ein maximales Magnetfeld erzeugenden Abschnitt gegenüber der Oberfläche zur Führung des Entwicklers (261) hat.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der eine entlang der Bewegungsrichtung gemessene Länge der Führungsoberfläche (261) nicht weniger als 5 mm und nicht mehr als 15 mm ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Führungsoberfläche (261) über eine die Drehachse (Os) des den Entwickler tragenden Elements (22) einschließende, horizontale Ebene (L) angeordnet ist, und sich durch eine die Drehachse einschließende, vertikale Ebene (Q) erstreckt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Einrichtung zum Einstellen des Entwicklers (24,50) in dem Quadrant (101) angeordnet ist, der durch die oberhalb der horizontalen Ebene (L) befindlichen horizontalen und vertikalen Ebenen bestimmt ist und in dem die Bewegung der Oberfläche des den Entwickler tragenden Elements (22) eine Abwärtskomponente enthält, und die Einrichtung-zum Einstellen des Entwicklers (24,50) eine Einstellkante (241) hat, die von der Oberfläche des den Entwickler tragenden Elements (22) beabstandet ist, wobei der Winkel (Φ) zwischen der Führungsoberfläche (261) und einer Tangentialebene (P) zu der Oberfläche des den Entwickler tragenden Elements an der Stelle, wo die Einstellkante gegenüber der Oberfläche ist, gemessen von der Tangentialebene in Richtung aufwärts von dieser weg, mehr als Null, aber nicht mehr als 45º ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei der die Magnetfelderzeugungseinrichtung (23a) ein Magnetpol ist, der eine maximale Dichte des magnetischen Flusses von nicht weniger als 0,06 Tesla (600 Gauss) gewährleistet, und bei der der zwischen einer eine maximale magnetische Flußdichte aufweisenden Stelle und einem aufwärts in bezug auf die Bewegungsrichtung gesehen von der Drehachse des den Entwickler tragenden Elements (22) befindlichen Ende (262) der Führungsfläche (261) gebildete Winkel (β), nicht weniger als 5º ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei der der Zwischenraum zwischen der Führungsoberfläche (261) und der Oberfläche des den Entwickler tragenden Elements (22) größer als der Zwischenraum ist, der zwischen der Einstellkante (241) der Einrichtung zum Einstellen des Entwicklers (24,50) und der Oberfläche des den Entwickler tragenden Elements (22) gebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine ein elektrisches Wechselfeld erzeugende Einrichtung (34) zur Bildung eines elektrischen Wechselfelds an der Entwicklungsstelle zur Übertragung mindestens der vom den Entwickler tragenden Element (22) getragenen Tonerteilchen (28) zu dem Ladungsbild tragenden Element (1) umfaßt, bei der das Volumenverhältnis des Gesamtvolumens der an der Entwicklungsstelle vorhandenen magnetischen Teilchen (27) zu dem Volumen des zwischen der Oberfläche des ein elektrostatisches Ladungsbild tragenden Elements (1) und dem den Entwickler tragenden Element (22) an der Entwicklungsstelle definierten Zwischenraums 1,5-30% beträgt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, in der das Führungselement (26) und die Einrichtung zum Einstellen des Entwicklers (24,50) miteinander integriert gebildet sind.