DE1497233B2

DE1497233B2 - Einrichtung zum entwickeln von ladungsbildern

Info

Publication number: DE1497233B2
Application number: DE1965R0042325
Authority: DE
Inventors: Robert William Victor N. Y. Gundlach (V.StA.)
Original assignee: Rank Xerox Ltd
Current assignee: Xerox Ltd
Priority date: 1964-12-28
Filing date: 1965-12-28
Publication date: 1977-05-18
Also published as: GB1133462A; NL6516798A; DE1497233A1; US3542579A; FR1465790A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Entwickeln von Ladungsbildern auf einer Bildplatte mit einem aus Toner- und Trägerteilchen bestehenden Entwicklergemisch, das mit Hilfe einer Steuervorrichtung über die Bildplatte kaskadiert wird.

Bei einer solchen, z.B. aus der US-PS 2618 552 bekannten Einrichtung wird die Entwicklung des Ladungsbildes durch Überrollen oder Überstreuen der Oberfläche der Bildplatte mit einer Entwicklermischung vorgenommen, die aus relativ großen Trägerteilchen, die auf ihrer Oberfläche elektrostatisch anhaftende Tonerteilchen aufweisen, besteht. Bei dieser Einrichtung nehmen die Trägerteilchen beim engen Kontakt mit den Tonerteilchen eine Ladung entgegengesetzter Polarität zu der der Tonerteilchen an; die Tonerteilchen bleiben daher an den Trägerteilchen haften und umgeben sie. Das Ladungsbild auf der Bildplatte hält die Tonerteilchen in den aufgeladenen Bereichen fest, die auf sie eine größere Anziehungskraft als die Trägerteilchen ausüben. Beim Überstreuen der Bildplatte mit der Entwicklungsmischung werden die Tonerteilchen in den aufgeladenen Bereichen des Ladungsbildes abgelagert und festgehalten, während in den ungeladenen Hintergrundbereichen des Ladungsbildes keine Tonerteilchen abgelagert und festgehalten werden. Sollten dennoch zufällig Tonerteilchen auf solchen Hintergrundbereichen abgelagert werden, so werden sie durch die elektrostatische Anziehung der die Bildplatte überstreichenden Trägerteilchen wieder entfernt.

Die Kaskadierungsentwicklung ist schnell und leicht durchführbar und zur Erzeugung dichter schwarzer Bilder mit hohem Kontrast gut geeignet. Jedoch neigen Bilder mit kontinuierlichen Grautönen, wie z. B. Fotografien und Röntgenbilder, dazu, als kontrastreiche Drucke zu erscheinen, weil die Grautöne nicht entsprechend entwickelt werden. Große schwarze oder dunkle Bereiche werden nicht einheitlich über ihre ganze Fläche entwickelt, sondern neigen dazu, am Rand stärker entwickelt zu werden als in der Mitte der aufgeladenen Bereiche.

Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, wurde zusätzlich eine Entwicklungselektrode verwendet. Die Praxis hat nun gezeigt, daß die Verwendung einer Entwicklungselektrode in Verbindung mit Streuentwicklungseinrichtungen anfällig gegen Verstopfung durch die Entwicklermischung in dem schmalen Zwischenraum zwischen Ladungsbild und Elektrode ist. Bei trommeiförmigen Bildplatten führt außerdem der nur kleine Zwischenraum zwischen der beweglichen Trommel und der Elektrode zu einer Beschädigung der Trommeloberfläche.

Eine andere, in der US-PS 22 21 776 beschriebene und als Pulverwolkenentwicklung bezeichnete Entwicklungstechnik erwies sich für kontinuierliche Grautonwiedergabe und andere eine dichte Färbung der schwarzen Bereiche erfordernde Arbeiten als ausgezeichnete Entwicklungstechnik. Beim Pulverwolkenentwickeln werden die fein verteilten Tonerteilchen gleichmäßig in einem gasförmigen Träger verteilt oder nach Art eines Aerosols zerstäubt. Den Tonerteilchen wird gewöhnlich während des Zerstäubens eine elektrostatische Ladung erteilt, worauf dann dieses Aerosol oder diese Pulverwolke auf die Oberfläche der Bildplatte gegeben wird. Das vom Ladungsbild aufgebaute elektrische Feld zieht Tonerteilchen aus dem Aerosol auf die eigene Oberfläche, um so das Bild sichtbar zu machen.

Wegen der hohen für die Pulverwolkenerzeugung nötigen Geschwindigkeiten sind die mit dieser Einrichtung entwickelten Bilder gegen Streifenbildung empfindlich. Auch die Ansammlung von Tonerteilchen auf Wandflächen und in Lücken bedingen Ballungen der Tonerteilchen. Entsprechend der Natur des elektrostatischen Feldes des Ladungsbildes wird entlang der Trennungslinie zwischen geladenen und nicht geladenen Bereichen kein Toner abgelagert, was sich durch Kranzoder Hoferscheinungen bemerkbar macht Weiterhin läßt die Gleichmäßigkeit der Entwicklung von Seite zu Seite und einem Ende zum anderen zu wünschen übrig. Darüber hinaus wird durch die Verwendung einer zusätzlichen Elektrode bei dieser Einrichtung der Hintergrund bei qualitätsmäßig schlechten Aufnahmen viel zu hell.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue Entwicklungseinrichtung zu schaffen, die die Vorteile der Kaskadie-

Potentials auf dem Ladungsbild austreten, zum Gitter weisen. Das Schirmgitter soll nicht weiter als 0,76 mm vom Ladungsbild entfernt sein, um optimale Feldverhältnisse zu erzielen. Auf der der Bildplatte 10 gegenüberliegenden Seite des Schirmgitters 13 ist eine leitende Schütte 18 zur Führung der Entwicklermischung 14 aus einem Behälter 16 angebracht

Die Entwicklermischung 14 enthält Tonerteilchen und Trägerteilchen. Die Größe und Farbe der Tonerteilchen hängt vom jeweiligen Verwendungszweck ab, sie haben z. B. Größen zwischen 1 und 30 Mikromillimeter. Die Trägerteilchen sind dagegen etwa zwischen 300 und 500 Mikromillimeter groß.

Ein Potential 15 der gleichen Polarität wie die der Tonerteilchen wird an die Schütte 18 gelegt Die Tonerteilchen werden nach Maßgabe des elektrostatischen Feldes zwischen der Schütte 18 und dem Schirmgitter 13 von ihren Trägerteilchen gelöst und bilden eine Wolke einheitlich polarisierter Tonerteilchen mit gegenseitiger Abstoßung. Die Wolke bewegt sich durch das Schirmgitter 13 hindurch, daß das Hindurchtreten der größeren Trägerteilchen verhindert, in das elektrische Feld zwischen Schirmgitter 13 und Bildplatte 10 und lagern sich entsprechend dem Ladungsbild auf der Bildplatte 10 ab. Durch leites Vorspannen des Schirmgitters 13 gegenüber der Bildplatte 10, um gerade das Restpotential auf der Oberfläche der am wenigsten geladenen Bereiche zu kompensieren, können Ablagerungen von Toner auf dem Hintergrund vermieden werden.

Das Schirmgitter 13 kann aus irgendeinem durchlässigen, elektrisch leitenden Material bestehen, wie z. B. ein feines Maschengitter. Die Größe der Maschen muß so gewählt werden, daß sichergestellt ist daß die öffnungen einerseits ausreichend groß sind, um das Verstopfen mit Tonerteilchen zu verhindern und auf der anderen Seite wiederum so klein zu sein, daß das Hindurchtreten der Trägerteilchen durch das Schirmgitter verhindert wird, damit das elektrische Feld nicht gestört wird. Obwohl Fig.3 eine Anordnung des Schirmgitters unterhalb der Bildplatte zeigt, kann es auch in einer anderen Lage angebracht werden.

Das an die Schütte angelegte Potential muß eine ausreichende Größe haben, um die elektrostatische Anziehung zwischen den Trägerteilchen und den Tonerteilchen zu überwinden, um so die Tonerteilchen in Richtung des Schirmgitters zu treiben. Ein Potential von 4000 Volt hat sich bei einem Abstand von etwa 0,6 mm zwischen Schütte und Schirmgitter als geeignet erwiesen. Durch Verändern der Feldintensität ist es natürlich möglich, die Bewegung der Tonerteilchen zu beschleunigen. Die Polarität der Schütte muß die gleiche sein wie die der geladenen Tonerteilchen.

Die Pulverwolke kann in jedem geeigneten fließenden, elektrisch nichtleitenden Medium verteilt werden, gleich ob flüssig oder gasförmig. Typische Beispiele solcher Medien sind Kohlendibxyd, Stickstoff, Sauerstoff, ein bestimmter Kerosonbestandteil, Trichlortrifluoräthan — und andere mehr.

In F i g. 4 ist schematisch ein Querschnitt durch eine Ausführungsform mit Trommel gezeigt Die wesentlichen Bauteile sind eine Trommel 21 aus einem leitenden Material, das auf seiner äußeren Oberfläche mit einer Schicht aus einem fotoleitenden Isolierstoff, wie z.B. glasartigem Selen, bedeckt ist Die Trommel 21 ist in der eingezeichneten Richtung durch hier nicht dargestellte, an sich bekannte Mittel um ihre Achse drehbar. Zur Bildung eines Ladungsbildes wird auf der Trommel 21 durch eine Koronaentladungseinrichtung 22 eine gleichmäßige Ladung hergestellt Ein Projektor 20 setzt die aufgeladene Trommel einem Lichtbild des zu reproduzierenden Originals aus und entlädt so die vom Licht getroffenen Bereiche der geladenen fotoleitenden Schicht

Nach der Bildentwicklung, die später beschrieben wird, wird das entwickelte Bild von der Trommel 21 auf eine Papierbahn 29, die von Führungsrollen 28 gegen die

ίο Trommel gedrückt wird, durch eine zweite Koronaentladungseinrichtung 27 übertragen. Ein Heizelement 24 ist zur Erhitzung des übertragenen Bilds vorgesehen, um es dauerhaft mit der Papierbahn 29 zu verbinden. Eine rotierende zylindrische Säuberungsbürste 23 berührt die Trommel 21 nach der Bildübertragung und entfernt alle restlichen Tonerteilchen von der Trommel.

Die Bildentwicklung wird von einer ein Becherförderband 34 in einem Gehäuse 35 enthaltenden Einrichtung vorgenommen. Das Förderband 34 fördert die Entwicklermischung 31 aus einem Vorratsraum am Boden des Gehäuses 35 zu einem Punkt oberhalb der Trommel 21 und läßt es von dort auf die Trommel 21 fallen, über die dann die Entwicklermischung rollt Dabei werden die Tonerteilchen von den Trägerteilchen abgesondert und auf der Oberfläche nach Maßgabe des vom Ladungsbild erzeugten Feldes abgelagert, um ein sichtbares Bild zu bilden. Die übrige Entwicklermischung fällt herunter und wird durch die Schütte 32 über die Trommel nach unten geleitet. Da die Pulverwolken erzeugende Schütte die übrige Entwicklermischung von der Streueinrichtung durch die Schwerkraft zugeführt erhält sind keine zusätzlichen, eine Pulverwolke erzeugenden beweglichen Teile erforderlich und diese Einrichtung ist daher sehr gut für die Benutzung zusammen mit einer Streueinrichtung geeignet Durch Anlegen eines Potentials an die Schütte 32 in der oben beschriebenen Weise wird so eine Pulverwolkenentwicklung der Bildoberfläche der Trommel 21 im Bereich des Schirmgitters 33 erzielt Wie bereits erwähnt soll das Schirmgitter zur Erzielung optimaler Feldverhältnisse unter Berücksichtigung der Trommeltoleranzen dicht genug an der Trommel angeordnet sein. Die übrige Entwicklermischung fällt auf den Boden des Gehäuses 35, wo sie für einen neuen Zyklus dem Förderband 34 zur Verfügung steht

Durch Umkehren der Drehrichtung der Trommel ist es möglich, der Pulverwolkenentwicklung die Streuentwicklung folgen zu lassen, wobei dies die bevorzugte Reihenfolge ist, da es dann möglich ist, den Anziehungseffekt der Trägerteilchen auszunutzen und so nur lose anhaftende Tonerteilchen von Hintergrundbereichen des Bildes wieder fortzunehmen. Bei einer Ausführungsform kann der Pulverwolkenentwickler auch oberhalb des Streuentwicklers angeordnet werden, wie in F i g. 5 gezeigt ist

In der Anordnung nach F i g. 5 sind den Bezugszeichen Striche hinzugefügt, um der F i g. 4 entsprechende Teile zu kennzeichnen. Die Entwicklermischung 31' wird in einem vom Schirmgitter 33' und der Schütte 32' gebildeten Kanal geführt und bewirkt die Pulverwolkenentwicklung, wie in Zusammenhang mit Fig.4 beschrieben. Die übrige Entwicklermischung, die nun ärmer an Tonerteilchen ist rollt über die Trommeloberfläche 21', um im normalen Streuverfahren weitere Tonerteilchen abzulagern und überflüssige Tonerteilchen von Hintergrundbereichen des Bildes, wieder zu entfernen. Neben der besseren Reproduktionsqualität bedingt durch den Anziehungseffekt wird außerdem ein

rungsentwicklung und der Pulverwolkenentwicklung, nicht jedoch deren Nachteile aufweist.

Gemäß einer ersten Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich die Einrichtung erfindungsgemäß aus durch eine Schütte parallel zur Oberfläche der Bildplatte zum Auffangen der Entwicklermischung nach dem Kaskadieren, durch ein Schirmgitter zwischen der Bildplatte und der Schütte mit öffnungen, die größer als die Tonerteilchen aber kleiner als die Trägerteilchen sind, durch eine Vorrichtung zum Anlegen eines Potentials an _[0 die Schütte von gleicher Polarität wie der Ladung der Tonerteilchen, wobei dieses Potential von einer solchen Größe ist, daß ein Teil der Tonerteilchen von den Trägerteilchen gelöst und durch das Schirmgitter zur Bildplatte hindurchgetrieben wird, und durch eine Vorrichtung zum Antrieb der Bildplatte gegenüber der Streuvorrichtung, der Schütte und dem Schirmgitter.

Gemäß einer zweiten Lösung der Aufgabe zeichnet sich die Einrichtung erfindungsgemäß aus durch eine als Elektrode wirkende Schütte parallel zu einem Teil der Oberfläche der Bildplatte, durch ein elektrisch leitendes Schirmgitter zwischen der Schütte und der Bildplatte, durch eine Vorrichtung zur Zuführung der Entwicklermischung zwischen das Schirmgitter und die Schütte und anschließend über einen zweiten Teil der Oberfläehe der Bildplatte, wobei das Schirmgitter öffnungen von ausreichender Größe zum Hindurchtreten der Tonerteilchen, nicht aber der Trägerteilchen aufweist, durch eine Vorrichtung zum Anlegen eines Potentials an die Schütte von gleicher Polarität wie die Ladung der Tonerteilchen und von ausreichender Größe, um einen Teil der Tonerteilchen von den Trägerteilchen zu lösen und durch das Schirmgitter hindurch auf die Bildplatte zu treiben und durch eine Vorrichtung zum Vorbeibewegen der Bildplatte an der Schütte.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird also eine Streuvorrichtung zum Aufbringen der Entwicklermischung nach dem herkömmlichen Kaskadierungsverfahren und eine Vorrichtung für die Pulverwolkenentwicklung gleichzeitig benutzt, wobei diese beiden Vorrichtungen von den entsprechenden Teilen eines zu entwickelnden Ladungsbildes nacheinander durchlaufen werden. Gemäß verschiedener Ausführungsformen und auch Bewegungsrichtung der Bildplatte, die vorzugsweise trommeiförmig ausgebildet ist, kann dabei das zu entwickelnde Ladungsbild zuerst einer Pulverwolkenentwicklung und anschließend der Kaskadierungsentwicklung oder umgekehrt ausgesetzt werden. Durch die bevorzugte Speisung der die Pulverwolken erzeugenden Vorrichtung mit der gleichen Entwicklermischung, die zuvor oder aber anschließend für die Kaskadierungsentwicklung benutzt wird, ist ein sehr einfacher Aufbau der neuen Entwicklungsvorrichtung möglich. Die neue Entwicklungseinrichtung ermöglicht eine vollständige und schnelle Entwicklung jeglicher Bildraster bei der Elektrofotografie. Die Pulverwolkenentwicklung ermöglicht neben der Kaskadierungsentwicklung dabei auch die Entwicklung von größeren zusammenhängenden Flächenbereichen, die eine nur relativ geringe Feldstärke in ihrer Mitte aufweisen. Durch die der Pulverwolkenentwicklung folgende Kaskadierungsentwicklung findet darüber hinaus eine gewisse Säuberung der bei der Kaskadierungsentwicklung in unerwünschter Weise mit Tonerteilchen besetzten Hintergrundbereiche des Bildes statt, wodurch die Bildqualität weiter verbessert wird.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert Im einzelnen zeigt

F i g. 1 einen vergrößerten Ausschnitt eines Ladungsbildes im Schnitt mit den austretenden Feldlinien,

F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt eines Ladungsbildes wie in Fig. 1, aber mit einer zusätzlichen Elektrode und deren Einfluß auf das elektrostatische Feld,

F i g. 3 eine schematische Seitenansicht einer Einrichtung mit einer Schütte zur Entwicklung eines Ladungsbildes im Schnitt

F i g. 4 eine schematische Ansicht der neuen Einrichtung gemäß der ersten Lösung mit einer trommeiförmigen Bildplatte im Schnitt und

Fig.5 schematisch einen Teilschnitt durch eine andere Ausführungsform gemäß der zweiten Lösung.

F i g. 1 zeigt eine Bildplatte 10 mit einer leitenden Unterschicht 6 und einer fotoleitenden Isolierstoffschicht 7. Auf oder nahe der Isolierstoffschicht 7 ist ein Ladungsbild durch Pluszeichen 9 markiert. Ebenfalls gezeigt sind die elektrostatischen Kraftlinien, die für ein Ladungsbild charakteristisch sind. Die Pluszeichen 9 auf der Schicht 7 kennzeichnen einen aufgeladenen Bereich des Ladungsbildes, der einem schwarzen Bereich des zur Vervielfältigung verwendeten Originals entspricht Dieser Bereich soll stark mit Toner entwickelt werden, damit das entstehende Bild wie das Originalbild eine dunkle Fläche aufweist Es ist jedoch zu erkennen, daß die am weitesten aus dem Ladungsbild heraustretenden Feldlinien in der Nähe des Mittelpunktes der Bildfläche, sehr viel schwächer sind als die am Rand des Bildes, die nur ein kleines Stück aus dem Bild heraustreten. Wegen dieses Feldaufbaus und der Anziehungskraft der Trägerteilchen, die zum Ablagern des Toners auf den geladenen Plattenbereichen erst überwunden werden muß, werden die Randbereiche — also die Bereiche mit der größten Feldstärke — entwickelt und die diesen gegenüber schwächeren Bereiche in der Mitte der geladenen Bereiche bleiben bei der Kaskadierungsentwicklung unentwickelt Auf der anderen Seite ist es klar, daß bei der Pulverwolkenentwicklung, bei der der Farbstoff frei durch die Luft über die Bildplattenoberfläche streicht eine gute Entwicklung der mittleren Bildbereiche mit den relativ schwachen aber weit in die Luft reichenden Feldlinien erzielt wird, während die kürzeren aber stärkeren Randfeldlinien von den relativ weit entfernten Tonerteilchen nicht »gesehen« werden, da sie von den schwächeren aber weiter entfernten Feldlinien abgeschirmt werden. Beim Kaskadierungsverfahren »sehen« die Tonerteilchen die kurzen Feldlinien, da die Entwicklermischung im direkten Kontakt mit der Oberfläche über die Bildplatte fließt.

Fig.2 zeigt die Einrichtung nach Hinzufügen eines Steuergitters 12 als zusätzliche Elektrode. Das Steuergitter 12 stellt einen Leiter im Abstand vor der Isolierstoffschicht 7 dar, wodurch eine Kapazität zwischen dem Steuergitter 12 und der Schicht 7 gebildet wird. Diese verstärkt die von den Ladungen der Schicht 7 nach außen weisenden Feldlinien und verringert die durch die Schicht 7 auf die leitende Rückseite weisenden Feldlinien. Das Steuergitter bedingt auch noch ein Strecken der Feldlinien am Rande der geladenen Bereiche, so daß z. B. die beim Pulverwplkenverfahren in diesem Bereich anwesenden Tonerteilchen stärker von allen Teilen der geladenen Fläche angezogen werden.

In F i g. 3 ist eine Einrichtung zur Pulverwolkenerzeugung dargestellt Wie in Fig.2 ist ein Schirmgitter 13 annähernd parallel zu der Bildplatte 10 angeordnet, so daß die Feldlinien, die aus Bereichen unterschiedlichen

für Fotografien bei der Pulverwolkenentwicklung mit zusätzlicher Elektrode vorhandener Grenzwert umgangen. Wie schon oben erwähnt, kann auch hier die Reihenfolge der Entwicklungsschritte durch Umkehren der Drehrichtung der Trommel geändert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Entwickeln von Ladungsbildern auf einer Bildplatte mit einem aus Toner- und Trägerteilchen bestehenden Entwicklergemisch, das mit Hilfe einer Streuvorrichtung über die Bildplatte kaskadiert wird, gekennzeichnetdurch eine Schütte (32) parallel zur Oberfläche der Bildplatte (21) zum Auffangen der Entwicklermischung (31) nach dem Kaskadieren, durch ein Schirmgitter (33) zwischen der Bildplatte (21) und der Schütte (32) mit öffnungen, die größer als die Tonerteilchen aber kleiner als die Trägerteilchen sind, durch eine Vorrichtung zum Anlegen eines Potentials an die Schütte (32) von gleicher Polarität wie die Ladung der Tonerteilchen, wobei dieses Potential von einer solchen Größe ist, daß ein Teil der Tonerteilchen von den Trägerteilchen gelöst und durch das Schirmgitter (33) zur Bildplatte (21) hindurchgetrieben wird, und durch eine Vorrichtung zum Antrieb der Bildplatte gegenüber der Streuvorrichtung, der Schütte (32) und dem Schirmgitter (33).

2. Einrichtung zum Entwickeln von Ladungsbildern auf einer Bildplatte mit einem aus Toner- und Trägerteilchen bestehenden Entwicklergemisch, das mit Hilfe einer Streuvorrichtung über die Bildplatte kaskadiert wird, gekennzeichnet durch eine als Elektrode wirkende Schütte (32') parallel zu einem Teil der Oberfläche der Bildplatte (2Γ), durch ein elektrisch leitendes Schirmgitter (33') zwischen Schütte (32') und der Bildplatte (21'), durch eine Vorrichtung zur Zuführung der Entwicklermischung (31') zwischen das Schirmgitter (33') und die Schütte (32') und anschließend über einen zweiten Teil der Oberfläche der Bildplatte (21'), wobei das Schirmgitter (33') öffnungen von ausreichender Größe zum Hindurchtreten der Tonerteilchen, nicht aber der Trägerteilchen aufweist, durch eine Vorrichtung zum Anlegen eines Potentials an die Schütte (32') von gleicher Polarität wie die Ladung der Tonerteilchen und von ausreichender Größe, um einen Teil der Tonerteilchen von den Trägerteilchen zu lösen und durch das Schirmgitter hindurch auf die Bildplatte zu treiben und durch eine Vorrichtung zum Vorbeibewegen der Bildplatte (21') an der Schütte (32').