DE2313297A1

DE2313297A1 - Elektrographisches entwicklungsverfahren

Info

Publication number: DE2313297A1
Application number: DE2313297A
Authority: DE
Inventors: Arthur R Kotz
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1972-03-15
Filing date: 1973-03-14
Publication date: 1973-09-27
Also published as: IT979852B; ES412340A1; IL41774A; ATA224973A; NO139365B; AU465201B2; AR201280A1; JPS494532A; BR7301811D0; PH10361A; SE391816B; NL7303034A; AU5327973A; GB1412350A; FI59492C; FI59492B; DK137290C; FR2176022A1; NO139365C; BE796762A

Description

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PATEKTAKV7ÄLTE

Dr.-ing.H/w;-i Fd¹^CHKE

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Minnesota Mining and Manufacturing Company, Saint Paul, Minnesota 55101, T.St.A.

Elektrographisches Entwicklungsverfahren

Die Erfindung betrifft elektrographisches Entwickeln latenter Bilder mittels eines Toners oder eines Kennzeichnungsmaterials, und insbesondere das Entwickeln latenter Bilder in Form eines elektrischen Potentialmusters unter sorgfältig überwachten Bedingungen zwecks Erzielung ausgezeichneter Abbildungsqualität einer gewünschten Konfiguration auf einem Aufzeichnungsmedium.

Bei der Torliegenden Erfindung werden Kennzeichnungssysteme mit Zweikomponenten, die Verwendung flüssiger Toner, ein Sichverlassen auf schwache van der Waal'sehe Kräfte bei der Bildentwicklung und andere hinderliche Gewichtspunkte herkömmlicher elektrographischer Verfahren zum Entwickeln elektrostatischer Ladungsmuster eliminiert. Hervorzuheben ist ferner, daß die vorliegende Erfindung ganz allgemein beim Entwickeln elektrischer Potentialmuster anwendbar ist, ohne Rücksicht darauf, ob diese mittels elektrostatischer Ladung,wie bei der herkömmlichen Xerographie, oder durch andere gleichwertige Mittel vorgesehen werden. Die sich hieraus ergebenden Vorteile werden nachfolgend im einzelnen diskutiert.

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum wahlweisen Aufbringen eines Tonermaterials auf vorbestimmte Zonen einer Oberfläche, das sich kennzeichnet

1) durch Ausbilden einer Oberfläche mit ersten Zonen, die in einem Bereich ein Bildflächen bestimmendes elektrisches Potential aufweisen, und mit zweiten Zonen, die in einem Bereich ein keine Bildflächen bestimmendes elektrisches Potential aufweisen, wobei die Zonen ein dem zu erzeugenden Muster entsprechendes Potentialmuster darstellen,

2) durch Inberührungbringen der Oberfläche mit einem elektrisch leitenden Träger, der eine gleichmäßige Menge eines magnetisch anziehbaren, elektronisch leitenden Tonermaterials trägt, das an den Träger durch eine magnetische Anziehungskraft gebunden ist, wobei durch das Inberührungbringen ein elektronisch leitender Pfad zwischen der Oberfläche und dem Träger durch das Tonermaterial gebildet wird, der Träger ein elektrisches Gleichspannungspotential einer sqlchen Größe und Polarität aufweist, daß die elektrische Potentialdifferenz zwischen dem Träger und der Oberfläche eine kurzzeitige elektrische Übertragungskraft auf das Tonermaterial zur Folge hat, die größer als und entgegengesetzt zu der magnetischen Anziehungskraft in den Bildflächen und geringer als die magnetische Anziehungskraft in den kein Bild aufweisenden Flächen ist,

3) durch Aufrechterhalten des elektronisch leitenden Pfades über eine ausreichende Periode, um die Erzeugung der kurzzeitigen elektrischen Übertragungskraft zu ermöglichen, und

4) durch Unterbrechen des elektronisch leitenden Pfades während der Existenz der kurzzeitigen elektrischen Übertragungskraft, wodurch das Tonermaterial wahlweise auf den Bildflächen der Oberfläche abgeschieden wird.

Aus obiger Darlegung der Erfindung geht hervor, daß eine Oberfläche mit einem elektrischen Potentialmuster versehen wird, das die Zonen, die letztlich das Tonermaterial aufnehmen (Bildflächen), und die Zonen bestimmt, die kein Tonermaterial aufnehmen (kein Bild aufweisende Flächen oder Hinter-

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grundflächen). Das Terfahren zur Bildung dieses elektrischen Potentialmusters kann irgendein· aus der Yielfalt der bekannten Verfahren sein.

Zweckdienlich kann die Oberfläche, auf der das elektrische Potentialmuster gebildet ist, nach zwei Arten in Abhängigkeit davon klassifiziert werden, ob oder ob nicht außer dem elektrischen Potentialmuster ein übereinstimmendes elektrisches Iieitfähigkeitsmuster vorhanden ist, das in der Lage mit dem elektrischen Potentialmuster tibereinstimmt. Bestimmte Oberflächen ergeben kein übereinstimmendes elektrisches Leitfähigkeitsmuster im Gegensatz zu anderen. Beide Arten ergeben die ausgezeichnete Qualität des aufgezeichneten Bildes, was für die Erfindung charakteristisch ist. Wie jedoch aufgezeigt werden wird, ergeben sich bestimmte kennzeichnende Vorteile je nach Art der verwendeten Oberfläche.

Ein Beispiel für eine Oberfläche, die kein koinzidierendes elektrisches Leitfähigkeitsmuster ergibt, stellt photoleitendes Selen derart dar, wie es in vielen xerographischen Verfahren verwendet wird. Das Selen wird im allgemeinen in Stärken von 1 bis 100 Mikrometern auf einem leitenden Schichtträger, z.B. aus Aluminium oder einem anderen Metall, aufgeschichtet. Das elektrische Potentialmuster wird typischerweise durch Aufbringen einer gleichförmigen elektrostatischen Ladung auf die Selenoberfläche mittels einer Koronaentladungsvorrichtung gebildet, und die derart aufgeladene Oberfläche wird dann einem Lichtmuster ausgesetzt, was einen Ladungsverlust in den belichteten Flächen zur Folge hat.

Eine andere Oberfläche dieser Art wird von einem transparenten elektrischen Isolationsfilm gebildet, der auf einer photoleitenden Schicht lagert, so z.B. ein Polyesterfilm, der eine Schicht überlagert, die aus einem in einem isolierenden Bindemittel angeordneten photoleitenden Kadmiumsulfid zusammengesetzt ist. Unter der photoleitenden Schicht ist eine elektrisch leitende Trägersubstanz angeordnet. Der transparente

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Isolationsfilm und die darunter liegende photoleitende Schicht erstrecken sich im allgemeinen über eine Dicke von 10 bis 60 Mikrometer. Bei diesen Gestaltungen wird das elektrische Potentialmuster durch Aufbringen einer gleichmäßigen elektrostatischen Ladung auf die Oberfläche mittels einer ersten Koronaentladungsvorrichtung gebildet, worauf dann gleichzeitig auf die aufgeladene Oberfläche eine elektrostatische Ladung mit zu der ersten Ladung entgegengesetzter Polarität aufgebracht, die Oberfläche einem Lichtmuster ausgesetzt und letztere schließlich gleichmäßig belichtet wird, wodurch das Potentialmuster gebildet wird. Der elektrisch leitende Schichtträger weist während der beiden Ladestufen Erdpotential auf.

Ein anderes Beispiel dieser Art, bei dem kein photoleitendes Material vorgesehen ist, wird von einer Isolierschicht dargestellt, wie z.B₀ einem Polyesterfilm, der mit einem elektrischen Potentialmuster durch wahlweise elektrostatisches Aufladen bestimmter Zonen der Oberfläche mittels elektrisch leitender Bolzen oder Fühlerstifte versehen ist. Die dielektrische Schicht bedeckt typischerweise einen elektrisch leitenden Schichtträger. Ein elektrisches Potential von mindestens etwa 250 YoIt im Verhältnis zu dem leitenden Schichtträger wird an die Fühlerstifte gelegt, wodurch elektrostatische Ladungen auf der dielektrischen Oberfläche in einem bildartigen Muster angeordnet werden. Derartige elektrostatische Fühlerstiftaufzeichnungsgeräte bringen im allgemeinen eine elektrostatische Kaskadenentwicklung des Ladungsmusters durch reibungselektrisch aufgeladene Tonerpulver oder elektrostatische Flussigkeitsentwicklung mit sich. Solche elektrostatische Ladungsmuster auf dielektrischen Schichten können leicht gemäß der Erfindung entwickelt werden.

Ein weiteres Beispiel einer ein geeignetes elektrostatisches Potentialmuster tragenden Oberfläche besteht in der bildartig aufgeladenen dielektrischen Schicht, die über einem leitenden Schichtträger liegt und sich aus der bildartigen Ioneriprojek-

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tion aufgeladener Gasionen durch einen bildartig aufgeladenen elektrostatischen Raster ergibt. Hier wird das originale Lichtbild auf einen elektrostatisch aufgeladenen, photoleitend beschichteten Schirm projiziert. Das Endergebnis vor einer Entwicklung ist eine bildartig aufgeladene dielektrische Schicht, die für ein geeignetes bildartiges Potentialmuster zur Entwicklung mittels der erfindungsgemäßen Lehre sorgen würde.

Andere Oberflächen dieser Art sind mit dünnen, festen aufgedampften Filmen versehen, die amorphes Arsen-Triselenid und amorphes Arsen-Trisulfid und verschiedene aufgeschichtet organische Photoleiter wie z.B. Polyvinylkarbazol, PoIy-N-vinylkarbazol und andere aufweisen. Bei der Verwendung von Oberflächen derart, die kein übereinstimmendes elektrisches Leitfähigkeitsmuster im Zeitpunkt des Vorhandenseins des elektronisch leitenden Pfades durch das Pulver bei Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens bilden, besitzen die ein Bild und kein Bild aufweisenden Flächen der Oberfläche etwa die gleiche elektrische Leitfähigkeit, was vorzugsweise elektrisch isoliert.

Ein Beispiel für eine Oberfläche,die ein mit dem elektrischen Potentialmuster übereinstimmendes elektrisches Leitfähigkeitsmuster ergibt, wird durch eine Schicht dargestellt, die in einem isolierenden Bindemittel, im allgemeinen in einem isolierenden Harzträger, angeordnetes photoleitendes Zinkoxyd aufweist.Diese Schicht kann über einer elektrisch leitenden Trägerschicht liegen oder es kann eine Isolationsschicht zwischen der photoleitenden Schicht und der elektrisch leitenden Trägerschicht vorgesehen sein. Hervorzuheben ist, daß infolge der durch das erfindungsgemäße Verfahren gegebenen Empfindlichkeit und Regelbarkeit die photoleitende Zinkoxydschicht im Vergleich zu bekannten Audbauformen in beträchtlich reduzierten Mengen vorliegen kann, und zwar

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weniger als drei Gramm pro Quadratfuß ( 3 g / 30,48 cm ) Trockengewicht und im allgemeinen weniger als 2,5 Gramm pro

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Quadratfuß (2,5 g / 30,48 cm ). Dies erweist sich einmal hinsichtlich der Kosten als vorteilhaft, aber auch vom ästhetischen Standpunkt, da derartige Zinkoxyd überzogene Papiergestaltungen sich beinahe wie herkömmliches Briefpapier anfühlen. Andere Oberflächen dieser Art werden durch eine Schicht aus in einem isolierenden Harzträger verteilten photoleitenden Kadmiumsulfid und einem ebenfalls in einem isolierenden Harzträger verteilten Titandioxyd gebildet, wobei der Harzträger jeweils einer elektrisch leitenden Trägerschicht überlagert ist.

Ein geeignetes Verfahren zur Bildung des- elektrischen Potentialmusters bei Verwendung bereits diskutierter Oberflächen besteht in der Anwendung einer gleichförmigen elektrostatischen Ladung infolge der Aussetzung eines Lichtmusters. Während der Zeitspanne, über die der elektronisch leitende Pfad bei Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens vorhanden ist, werden die Oberflächen dieser Art durch Bildflächen bestimmt, die verhältnismäßig elektrisch isolierend sind, sowie durch kein Bild aufweisende Flächen, die verhältnismäßig elektrisch leitend sind.

Die photoempfindlichen Oberflächen, die kein übereinstimmendes leitfähiges Muster bilden, kehren in einer kurzen Zeitspanne im Vergleich zu der Zeitspanne, die zwischen den Belichtungs- und Entwicklungsstufen liegt, in den dunklen, verhältnismäßig isolierenden Zustand zurück, wobei für gewöhnlich die Entwicklungsstufe etwa eine Sekunde beträgt. Photoempfindliche Oberflächen, die dauerhafte elektrische Leitfähigkeit aufweisen, erfordern größere Zeitspannen als die Zeitspanne zwischen der Belichtung und der Entwicklung, um in den dunklen, isolierenden Zustand zurückzukehren.

Wie nachfolgend dargelegt wird, sind während des Betriebs dieses Verfahrens verschiedene Kräfte am Wirken, die alle zu sorgfältig überwachten Bedingungen beitragen, um eine maximale

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Regelung von Anfang bis Ende des Auftragens des Tonermaterials auf die das elektrische Potential tragende Oberfläche vorzusehen. Aus der Zeichnung geht die konkurrierende Eigenschaft dieser Kräfte hervor. In der Zeichnung sind:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines ein Potentialmuster tragenden Aufzeichnungsmediums,

Fig. 2 eine schematische Darstellung, die das Entwickeln des auf dem Aufzeichnungsmedium der Figur 1 befindlichen Potentialmusters zeigt,

Fig. 3 eine Darstellung des Einflusses der magnetischen Kraftlinien auf das Tonermaterial während der Entwicklung,

Fj._o. 4 eine detaillierte Darstellung der elektrischen Kräfte, die während des Entwickeins mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorhanden sind, und

Fig. 5 eine graphische Darstellung eines Diagramms der auf das Tonermaterial wirkenden elektrischen Kraft als Funktion der Entwicklungszeit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Wie Figur 1 zeigt, weist das Aufzeichnungselement 1 eine Schicht 3 auf, die, wenn auch nicht notwendigerweise, eine photoleitfähige Schicht, wie sie herkömmlich in der Xerographie verwendet wird, sein kann, die von einer geerdeten, leitenden Schicht 4 abgestützt wird. Auf der Oberfläche ist ein Potentialmuster vorhanden«, In der Zone 5 ist die Ladung zerstreut worden, während in der Zone 6 die Ladung zusammen mit den Bildladungen 7 verbleibt.

In Figur 2 ist eine Entwicklungswalze 8 dargestelltj die eine lange zylindrische, magnetisch durchlässige Welle 9 aufweist, auf der vier lange zylindrische, sektorförmige Magnetabschnitte 10 koaxial gelagert sind. Vier Magnetsektoren sind hier nur aus Gründen der Bequemlichkeit und der Darstellung gewählt. Diese Zahl kann größer oder geringer sein, so lange nur der Toner fließend um eine Hülse 11 befördert wird. Die

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Sektoren bestehen aus einem permanent magnetischen Material, wie es zum Beispiel unter dem Namen Piastiform gehandelt wird. Die Magnete sindjihrer länge nach gleichmäßig magnetisiert, wie durch die Bezeichnungen N,S in dem Schaubild dargestellt wird. Die Magnetabschnitte 10 koaxial umgebend ist eine elektrisch leitende, hohlzylindrische Hülse 11 vorgesehen, die sich axial relativ zur Welle erstreckt und mit einer nicht dargestellten Einrichtung versehen ist, um die Hülse mit einem !angerichteten elektrischen Gleichstrompotential oder mit dem Erdpotential zu verbinden.

Ein fein zerteiltes, magnetisch anziehbares und verhältnismäßig elektronisch leitendes Tonermaterial 13? wie es z.B. in der US-PS 3 639 245 (Nelson) offenbart ist, ist in einem vorratsbehälterartigen Trägerelement 14 in der Nähe der Oberfläche der Hülse 11 angeordnet, wobei es die Oberfläche aber nicht berührt. Wenn sich die Hülse 11 dreht (im Gegenuhrzeigersinn wie in Figur 2 gezeigt ist), wird das Tonermaterial fließend und gleichmäßig auf die Oberfläche der Hülse 11 abgegeben, wo es infolge der durch die magnetischen Abschnitte 10 gebildeten magnetischen Kräfte haften bleibt. Die Entwicklungswalze kann sich, falls es gewünscht wird, in Uhrzeigerrichtung drehen, wobei das Tonermaterial 13 von einer zu der gezeigten Seite entgegengesetzten Seite abgegeben wird. Die Msnge des Tonermaterials 13 auf der Hülse 11 kann durch die Entfernung zwischen der Kante 15 des Torratsbehälters und der Oberfläche der Hülse 11 gesteuert werden. Es hat sich gezeigt, daß an Stelle einer Drehung der Hülse die Welle 9 und die auf ihr befestigten Magnetabschnitte 10 gedreht werden können, während die Hülse 11 an ihrem Ort verbleibt. In dem dargestellten Fall drehen sich die Magnete 10 und die Welle 9 im Uhrzeigersinn, um das Tonermaterial um die ortsfeste Hülse 11 in Gegenuhrzeigerrichtung zu befördern. Beide Verfahren sind gemäß der Erfindung anwendbar und bewirken in gleichguter Weise beim Abgeben eine fließende, gleichförmige und gut gesteuerte Zufuhr des Tonermaterials 13 aus dem Vorratsbehälter 14. Der Genauigkeit wegen

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wird in der vorliegenden Ausführungsform der Fall dargestellt, bei dem sich die Hülse 11 dreht, während die Welle an ihrem Ort verbleibt.

Im Betrieb wird die Entwicklungswalze 8 über der das Potentialmuster tragenden Schicht 3 des Aufzeichnungselements 1 derart angeordnet, daß die Achse der Entwicklungswalze 8 parallel zur Ebene der das Potentialmuster tragenden Schicht 3 verläuft, und sie wird in einer solchen Höhe über der Schicht angeordnet, daß die gleichmäßige Tonerschicht auf der Entwicklungswalze 8 physikalisch mit der Schicht 3 in Berührung kommt, wobei eine genau bestimmte Haltezone 16 gebildet wird. Die Entwicklungswalze 8 wird relativ zu der das Potentialmuster tragenden Schicht 3 in der gezeigten Richtung bewegt, während eine gleichmäßige Entfernung zwischen der Hülse 11 und der Schicht 3 aufrecht erhalten wird, um für einen gleichmäßigen elektronisch leitenden Pfad zwischen letzteren mittels des leitenden Tonermaterials 13 zu sorgen. Auf diese Weise schreitet die Entwicklung des Potentialmusters in der Zeit von der einen Seite des Aufzeichnungselements 1 zu der anderen Seite fort.

Infolge des Vorhandenseins des magnetischen Feldes formt sich das magnetische Tonermaterial 13 in der Halteregion 16 zu kleinen kettengleichen Gruppen 17» die den magnetischen Kraftlinien 18 zwischen der Hülse 11 und der Schicht 3 folgen, wie in Figur 3 gezeigt ist. Diese kettengleichen Gruppen 17 bilden kleine elektronische Stromkreise zwischen der Hülse 11 und der Schicht 3. Die Stromkreise werden im Augenblick des physikalischen Kontakts von Tonermaterial 13 und Schicht 3 (19 in Figur 3) geschlossen und unterbrochen, wenn der Kontakt beendet ist ( 20 in Figur 3 ). Die Bildung dieser Ketten ist mittels eines auf die Haltezone fokussierten . Mikroskops beobachtet worden* Die Magnetabschnitte 10 dienen somit vielen Zwecken, und zwar dazu», gleichförmig und steuerbar Tonermaterial um die leitende Hülse der Entwicklungsrolle zu befördern, kettenähnliche elektronische Stromkreise

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in der Haltezone zu bilden, und für eine gleichmäßige Gegenkraft zu der elektrischen Entwieklungskraft zu sorgen_e

Das Verfahren mit dem das Entwickeln vorgenommen wird, wird nun an Hand von Figur 4 beschrieben, wobei die Beschreibung zwecks Verständlichkeit idealisiert und vereinfacht ist, die erfindungswesentlichen Merkmale jedoch'illustriert sind.

Weitere Eintelheiten, Übertragungen und Verallgemeinerungen sind dem in Frage kommenden Fachmann geläufig. Figur 4 stellt eine detaillierte Illustration der Haltezone 16 während des effektiven Entwickeins dar« Das Aufzeichnungselement 1 wird von rechts nach links bewegte Die Hülse 11 ist elektrisch geerdet. Die Oberfläche der Schicht 3 ist ζ,Β« an der Stelle 21 vor der Entwicklung gleichmäßig auf ein Oberflächenpotential V₀ aufgeladen» Die kettenähnlichen Ausbildungen 22, -23, 24, 25 und 26 des Toners spiegeln fortschreitende Zeitpunkte oder Stufen des Entwicklungsverfahrens wider, wobei 22 die.früheste und 26 die späteste darstellen β In der Praxis lassen sich weit mehr Tonerketten Ag auf die Haltezone nieder, hier sind sie jedoch vermindert worden, wie auch zwecks Darstellung die Zahl der Tonerpartikelchen_o Die Hülse 11,die hier sich im Gegenuhrzeigersinn drehend dargestellt ist, bietet der das Potential tragenden Oberfläche fortlaufend frische Ketten aus Tonermaterial dar. Bei der Kette 22 hat sich der bereits erwähnte elektronische Stromkreis noch nicht vervollständigt« Infolge des Vorhandenseins der Oberflächenladung 27 wird jedoch eine ladung 28 mit entgegengesetzter Polarität in der leitenden Hülse 11 induziert. Diese induzierte Ladung, die hier aus Illustrations zwecken negativ gewählt ist, beginnt sofort durch die Kette zu der positiven Oberflächenladung hin zu fließen. Dieser Prozeß findet sogar statt, nachdem die Kette aus Tonermaterial mit der die Ladung tragenden Oberfläche in Berührung gekommen ist, wie bei der Kette 23 gezeigt ist. In letzterer hat der größte Teil der negativen Ladung das Ende der Kette aus Tonermaterial erreicht_β In

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diesem Stadium bildet sich infolge der entgegengesetzten Ladungen auf dem Tonermaterial und der Oberfläche 3 eine elektrische Kraft auf den Tonerpartikelchen in Nähe der Oberfläche, die von den Tonerpartikelchen nach unten gegen die die ladung tragende Schicht 3 gerichtet ist. Jedoch beginnt einen kurzen Zeitintervall später, bei dem durch die Kette 24 illustrierten Stadium, ein anderer Prozeß in Erscheinung zu treten.

Da das Tonermaterial verhältnismäßig leitend ist, beginnt ein Teil der positiven Ladung von der das Potential tragenden Oberfläche auf die Tonerkette durch die Grenzschicht 29 zu 3r «chen. Äquivalent kann festgestellt werden, daß negative Ir ng von dem Tonermaterial nach unten auf die photoleitende Oberfläche kriecht. Beide Fälle führen zu demselben Ergebnis, jedoch ist für die Darstellung der erste Fall gewählt. Wem. die Kriechverluste eintreten, beginnt die Ladung auf dem Toner in Nähe der photoleitenden Oberfläche sich zu neutralisieren und die elektrische Kraft, dfe bestrebt ist, das Tonerpulver auf die Oberfläche zu ziehen, wird zeitweise vermindert. Ein derartiger Kriechverlust setzt sich bei einer durch die elektronische Leitfähigkeit des Tonermaterials und durch die Art der Oberfläche der Schicht 3 im wesentlichen gesteuerten Größe fort. Das Tonermaterial in Nähe der Oberfläche und die Oberflächenschicht des Aufzeichnungselements selbst bilden eine Grenzflächenzone, in der diese Ladungsübertragung stattfindet. Die Größe des Ladungsflusses (Stroms) von der Oberfläche zu dem Tonermaterial wird durch die effektive Kapazität und den Widerstand dieser Grenzfläche bestimmt. Je größer die Leitfähigkeit der Grenzflächenzone ist, um so schneller wird sich im allgemeinen das Kriechen durch die Grenzfläche vollziehen.

Bei der durch die Kette 25 dargestellten nächsten Stufe ist die Tonerkette gerade bereit, durch die magnetische Gegenkraft nach oben gezogen zu werden, damit der erwähnte elektronische Stromkreis unterbrochen wird. In diesem Stadium

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wirken zwei wesentliche Kräfte auf den Toner 30 ein. Die erste ist die elektrische Kraft, die von der Ladungsdifferenz zwischen dem Toner und der benachbarten Oberfläche herrührt, und die zweite ist die von den magnetischen Abschnitten 10 herrührende, gleichförmige magnetische Gegenkraft. Letztere wirkt als eine Schwelle, da aller Toner, bei dem die elektrische Kraft größer ist als die magnetische Gegenkraft, auf der Oberfläche des Aufzeichnungselements verbleiben wird, und der Toner, bei dem die magnetische Gegenkraft größer ist als die elektrische Kraft, wird zum Magneten nach oben gezogen und nicht auf dem Aufzeichnungselement abgeschieden. Die erste Bedingung ist hier dargestellt, d.h. das Tonermaterial ist auf der Schicht 3 abgeschieden gezeigt. Die magnetische Gegenkraft kann räumlich variieren, indem sie Z₀Be die von der zylindrischen oder anderen geometrischen Strukturen des Magneten herrührende Haltezone verschiebt, wobei jedoch von Wichtigkeit ist, daß eine genaue und steuerbare Gegenkraft überall in der Klemmstelle und der Lage des Trennpunktes besteht, wobei eine Schwellengegenkraft zu der Abscheidung gebildet wird* Da der Tonerpulvertransport und der Haltebereich gut gesteuert werden, ergibt sich bei Zeit eine konstante und gleichförmige Gegenkraft,

Da die elektrische Kraft auf dem Tonermaterial in der Nähe der Oberfläche des Aufzeichnungselements größer wird, wenn mehr ladungen entgegengesetzter Polaritäten in der Grenzfläche zwischen dem Toner und der Oberfläche der Schicht 3 vorhanden sind, werden, ge größer die anfängliche Ladung auf der Oberfläche der Schicht 3 ist, die elektrischen Kräfte auf diesem Toner umso größer sein«. Daher werden umso mehr Tonerteilchen auf der Oberfläche der Schicht 3 verbleiben,, nachdem die Entwicklungswalzenanordnung vorübergelaufen ist. Da eine Ladung auf der Oberfläche der Schicht 3 vor der Entwicklung für gewöhnlich mit einer Oberflächenspannung in Beziehung steht, ist beobachtet worden, daß die anfängliche Oberflächenspannung der Schicht 3 anwächst, wenn die Menge des abgeschiedenen Toners sich ebenfalls steigert»

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¥enn keine anfängliche Oberflächenspannung vorhanden ist, oder wenn die Oberflächenspannung eine elektrische Übertragungskraft zur Folge hat, die geringer als die magnetische Gegenkraft ist, wird kein Tonermaterial abgeschieden,

Die Zeitspanne, in der sich dieser Prozeß von. der anfänglichen Ausbildung des Stromkreises bis zu dessen Beendigung vollzieht, beträgt etwa zwischen 10 ^y see. bis etwa 1 see·, was abhängig von der Größe der Haltezone und der linearen Relativgeschwindigkeit zwischen der das Potentialmuster tragenden Oberfläche und der Entwicklungseinrichtung ist. Auf diese Weise werden scharfe Kontraste und einen tiefen Hintergrund aufweisende Bilder entwickelt, bei denen die stabilen Zonen gefüllt sind» Das entwickelte Bild kann direkt auf dem Aufzeichnungselement fixiert werden, oder es kann mittels herkömmlicher Einrichtungen auf eine andere Trägerschicht übertragen werden. Derartige Einrichtungen sind dem Fachmann bekannt. Das in dieser Ausführung beschriebene Entwicklungsverfahren ist genauso effektiv wie die besten der bisher bekannten Verfahren und es ermöglicht weitläufig maschinelle Anwendung.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, wie aus der oben beschriebenen Ausführungsform entnehmbar ist, die Zeitspanne, in der das Pulver in der exakt bestimmten Haltezone liegt, in der ein elektronischer Stromkreis oder Pfad gebildet wird, von entscheidender Bedeutung für die Entwicklungsqualität des Potentialmusters· Falls die Zeitspanne zu kurz ist, werden die induzierten Ladungen auf der geerdeten, leitenden Hülse nicht Zeit genug haben, die Tonerteilchen unmittelbar in Nähe des Aufzeichnungselements zu erreichen. Falls die Zeitspanne zu lang ist, wird die gesamte Ladung auf den Tonerteilchen durch Kriechverluste der Ladung über die zwischen dem Toner und dem Aufzeichnungselement gebildete Grenzfläche neutralisiert werden. Zur Verdeutlichung dieser Situation sei auf die Graphik der Figur 5 verwiesen. Hier ist die elektrische Kraft (EF) auf den Tonerteilchen in der Nähe

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der das Pptentialmuster tragenden Oberfläche über der Zeit seit,Bildimg der kettenähnlichen Stromkreise aufgetragen, deren Glieder die Tonerpartikel sind. Die gleichmäßige magnetische Gegenkraft, die während dieser Zeitperiode annähernd konstant ist, ist überlagert, aber entgegengesetzt zu der elektronischen Kraft gerichtet. Bezüglich der Tonerpartikel, die in dem Augenblick abgeschieden werden sollen, in dem die Kette zu der Entwicklungswalze zurückgezogen wird, muß die elektrische Kraft größer sein als die magnetische Kraft. Daher sollte die Klemmzeit zwischen t.. und t₂ in dem dargestellten Beispiel der Figur 5 liegen.

Aus der obigen Ausführungsform ergibt sich folglich ein weiterer Vorteil der Erfindung. Durch Variierung des elektrischen Potentials auf der leitenden Hülse 11 in Figur 4 können Veränderungen in der Dichte in den aufgeladenen und nicht aufgeladenen Zonen vorgenommen werden,, liexm das Potential auf der Hülse 11 (sog. Vorspannungspotential) von der Erde weg und zu dem Oberflächenpotential der nicht entwickelten Oberfläche des Aufseiehnungselements bewegt wird, wird sich die Menge des abgeschiedenen Toners in diesen Zonen vermindern, bis schließlich kein Toner mehr abgeschieden werden %?i.r&, wenn das Vorspannungspotential ungefähr die Höhe des Oberflächenpotentials hat. Jedoch wird in den nicht aufgeladenen Zonen oder solchen, die dem Erdpotential näher sind, die Potentialdifferenz zwischen der Entwicklungswalze und der Oberfläche des Aufzeichnungselements umso größer sein, und umso mehr Tonermaterial wird abgeschieden werden, je mehr der Vormagnetisierungsstrom erhöht wird* Dies führt zu einem umgekehrten Bild.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben, bei der eine Oberfläche verwendet wird, die ein mit dem elektrischen Potentialmuster übereinstimmendes leitfähigkeitsmuster aufweist. Die Darstellung in Figur 4 trifft auch auf diesen Fall zu, bis auf die Ausnahme, daß zusätzlich zu der Oberfläche des Aufzeichnungselements, die ein Potentialmuster

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trägt, ein sich in das Potentialmuster fügendes Leitfähigkeitsmuster vorhanden ist. In diesem besonderen Fall ist der die kein Bild aufweisende Zone elektrisch leitender, was sich durch die Belichtung einer photoleitenden Oberfläche ergibt, auf der ein geringes oder kein Oberflächenpotential vorhanden' ist, und die Bildzonen sind isolierender, weil dort ein hohes Oberflächenpotential infolge der Nichtbelichtung der photoleitenden Oberfläche vorhanden ist«, Es zeigt sich, daß das Vorhandensein dieses übereinstimmenden Leitfähigkeitsmusters zusätzlich zu dem Potentialmuster eine Erhöhung des Kontrastes und eine beträchtliche Reduzierung der Hintergrundabscheidung bewirkt,

Ir alle einer photoleitenden Oberfläche entspricht der Prozeß in den dunklen Zonen dem bei der ersten Ausführungsform beschriebenen* Aber in den hellen (und grauen) Zonen tritt eine andere Wirkung in Erscheinung, die bestrebt ist, die dort abgeschiedene» Tonerpulvermenge zu verringern« Da in diesen Zonen die Größe der Ladungskriechverluste durch die zwischen Toner und Oberfläche gebildete Grenzschicht größer als in den leitenden Zonen ist, wird eine geringere elektrische Übertragungskraft gebildet· Daher wird in diesen Zonen ein höheres Oberflächenpotential benötigt, um die gleiche Menge an Tonermaterial wie in dem ersten Fall zu entwickeln. Oder in ähnlicher Weise wird bei gleichem Oberflächenpotential weniger Toner bei gleicher Haltezeit, elektronischer Tonerleitfähigkeit und gleichmäßiger magnetischer Gegenkraft abgeschieden,, Das Leitfähigkeitsmuster braucht nicht über die gesamte Stärke des Photoleiters vorhanden zu sein. Es muß nur ein Oberflächenleitfähigkeitsmuster im Zeitpunkt der Entwicklung vorhanden sein.

Die gleichen Vorgänge wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel treten auch in diesem Fall in Erscheinung, aber die Größe des Kriechverlustes durch die Grenzfläche zwischen dem Toner und der Oberfläche des Aufzeichnungselements ist eine andere· In einer leitenden Zone vollzieht sich das Kriechen und die

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Neutralisation der Ladung, die für die elektrische Kraft verantwortlich ist,, viel schneller, und somit scheidet sich in einer vorgegebenen Haltezeit (die mit einer vorgegebenen Entwicklungsgeschwindigkeit gleichwertig ist) weniger Toner ab, als sich im Falle des NichtVorhandenseins eines Leitfähigkeit smust er s abscheiden würde_β Bei beiden obigen Ausführungsformen sind die leitende Hülse 11 und die leitende Schicht, die unter der Oberflächenschicht des Aufzeichnungselements liegt, über eine Klemme elektrisch geerdet. Bei Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nicht notwendig, daß ein derartiger Erdschluß vorgenommen wird, so lange eine genügende Erdkopplung vorhanden ist, sowohl bei Wechsel- oder bei Gleichstrom, so daß die oben beschriebenen Ströme fließen werden_o Die Kopplung kann z.B_e durch kapazitive Kopplung oder Streukonduktanz des Materials des Entwicklungseinrichtungsträgers bewirkt werden.

Eine geeignete Entwicklungswalze zum Aufbringen von Tonermaterial auf die das elektrische Potential tragende Oberfläche ist in der US-PS 3 455 276 beschrieben. Entweder die äußere Hülse, die den Träger für das Tonermaterial bildet, oder die eingefaßten, die magnetische Kraft erzeugenden Elemente können sich drehen. Die magnetische Gegenkraft beträgt für gewöhnlich mindestens etwa 10 ^J dyn_e Dies muß den weit schwächeren van der Waal'sehen Kräften gegenüber gestellt werden, auf die sich das in der US-PS 3 166 432 beschriebene Verfahren nach Gundlach verläßt.

Gemäß der von Gundlach offenbarten Lehre würde man erwarten, daß eine Elektrode, die der Abscheidung der Tonerpartikel auf einem elektrostatischen Bild eine beträchtliche Gegenkraft auferlegt, niedrigere Ergebnisse mit sich bringen würdeο Überraschenderweise ergibt eine gemäß der Erfindung verwendete magnetische Tonerelektrode bei magnetischem und gleichzeitig elektronisch leitendem Tonerpulver qualitativ verbesserte Kopien mit tiefer optischer Hintergrunddichte,

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die von unerwünschtem Tonerniederschlag in Hintergrundzonen herrührt. Weitere Vorteile, die aus der Verwendung einer derartigen Elektrode resultieren sind: 1) daß der magnetische Toner leicht zu transportieren und zu halten ist, ohne daß das Innere der Maschine infolge schwach gebundener oder elektrostatisch aufgeladener, umhertreibender Tonerpartikel übermäßig verschmutzt wird; 2) daß der Entwicklungsspalt, d.h«, die Entfernung zwischen der PulVerauftragselektrodenoberfläche und der entwickelbaren Oberfläche verhältnismäßig groß ( viele Tonerpartikeldurchmesser ) sein kann, wobei unkritische mechanische Komponenten gebildet werden^ Die magnetische Auftragseinrichtung, die auf das magnetisch anziehbare Tonermaterial einwirkt, veranlaßt das Pulver, sich in Ketten aufzurichten, und sichert den elektrischen Kontakt zwischen der Auftragselektrode und der entwickelbaren Oberfläche, Der Spalt sollte zwischen etwa 25 χ 10 cm und 50 χ 10 cm liegen. In allen Fällen sollte er mindestens etwa das Zweifache und vorzugsweise das Fünffache des Ausmaßes der größten Partikel betragen.

Weiterhin liefern eine derartige Elektrode und Toner eine genaue Abgabe einer vorbestimmten Tonerpulvermenge auf die Elektrodenoberflächeβ So gibt z.B. eine in einer festen Entfernung von der Oberfläche der sich drehenden zylindrischen Elektrode angeordnete Rakel, wie z.B_e in US-PS 3 455 276, eine konstante Menge Tonermaterial an die Elektrodenoberfläche ab« Dies sichert einen gut gesteuerten Klemmkontakt zwischen dem Pulver und der entwickelbaren Oberfläche, wenn beide sich relativ zu einander bewegen, und es wird folglich ebenso eine gut gesteuerte Entwicklungszeitspanne gesichert, d.h. eine Zeitspanne, während der eine Flächeneinheit der entwickelbaren Oberfläche von der bereits erwähnten Pulverklemmstelle berührt wird« Das genaue Abgeben sichert also eine konstante und gut gesteuerte magnetische Gegenkraft zwecks Einflußnahme auf die Pulverpartikel.

Für die Arbeitsweise der Erfindung ist die Berührungszeit, d_eh„ die Dauer des Kontakts zwischen der mit Toner angefüll-

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ten Auftrags elektrode und der Entwicklungsoberfläche von entscheidender Bedeutung« Sie muß lang genug sein, damit sich in den Bildzonen die elektrischen Übertragungskräfte , die der magnetischen Gegenkraft entgegengerichtet sind, ausreichend ausbilden können_e Sie muß ferner kurz genug sein, so daß sie nicht unter die Schwellengegenkraft in diesen Zonen in dem Fall absinken, wo eine abklingende Kraft vorhanden ist. Dieses Aufbauen und Abklingen der elektrischen Abbildungskräfte ist eine Funktion der elektrischen Leitfähigkeit des Tonermaterials <,

Die magnetische Auftragseinrichtung und die zugeordneten Tonerabgabevorrichtungen zusammen mit den gut gesteuerten Tonerketten ergeben eine gut gesteuerte und reproduzierbare Leitfähigkeit des Tonerpulvers in jeder Zuwachsfläche der Haltezoneο Die Kontaktzeit oder -dauer wird ebenfalls gut gesteuert und ist reproduzierbar. Typische Breiten der Kontaktzone variieren von etwa 0,1 cm bis etwa 5 cm, und vorzugsweise von etwa 0,2 cm bis etwa 1 cm bei zylindrischen Walzenelektroden. Beim Variieren der linearen Entwicklungsgeschwindigkeiten von etwa 0,5 cm/sec bis etwa 200 cm/sec, vorzugsweise von etwa 1 cm/sec bis etwa 100 cm/sec ergeben diese Kontaktzonenbreiten eine Eontaktdauer von etwa 10 ^ysec

_p bis etwa 1 see, vorzugsweise von etwa 10 bis etwa 0,5 see.

ι ■ -

Die wesentliche Gegenkraft bei der Erfindung hat eine genaue Schwelle zur Folge, die von den Abbildungskräften überwunden werden muß. Es ergeben sich zumindest zwei bedeutsame Wirkungen hieraus, die mittels eines Verfahrens, das sich auf eine geringe oder überhaupt keine Gegenkraft verläßt, nicht erreicht werden_o Eine dieser Wirkungen besteht darin, daß die Hintergrundflächen sauberer sind, nicht so viele infolge mechanischer Kräfte abgeschiedener Tonerpartikel oder selbst van der Waal'sehe Kräfte zwischen den Tonerpartikeln und der entwickelbaren Oberfläche aufweisen, und die zweite Wirkung besteht darin, daß die gleichmäßige Gegenkraft' eine gleichmäßige Entwicklung grauer und schwarzer Zonen gewährleistet,

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was ohne eine Gegenkraft oder mit einer ungleichmäßigen oder unechten Gegenkraft nicht realisiert werden würde.

Ein geeignetes magnetisch anziehbares, elektronisch leitendes Tonermaterial für eine Verwendung mit der Erfindung ist in der US-PS 3 639 245 (Nelson) beschrieben. Das Tonermaterial

—1*5 ' kann eine statische Leitfähigkeit in Bereichen von 10 bis 10~ mhos/cm, vorzugsweise von 10 bis 10 mhos/cm bei einem elektrischen Feld von 100 Yolt/cm aufweisen,, Yorzugsweise ist die leitfähigkeit des Tonermaterials vom elektrischen Feld abhängig und wächst monoton mit dem elektrischen Feld in Bereichen von 10 Yolt/cm bis 10 Y/cm_o Für magnetische Anziehbarkeit wird durch Einschluß von feinverteiltem, mi netisch anziehbarem Material, wie z.B. Magnetit, in die Tonerpartikel gesorgt „ Das größte Ausmaß der Tonerpartikel kann geeigneter Weise in Bereichen von etwa 0,5 Mikrometer bis etwa 100 Mikrometer, vorzugsweise von etwa 2 bis etwa 30 Mikrometer liegen«, Kugelförmig geformte Partikel werden bevorzugt» Bei Partikeln, deren Größe unter 2 Mikrometer liegt, hat sich herausgestellt, daß sie nichtvoraussehbaren und nichtsteuerbaren elektrostatischen van der Waal¹sehen Kräften unterworfen werden, was eine höhere Hintergrundabscheidung und somit eine verminderte Qualität zur Folge hat. Partikel oberhalb von 30 Mikrometer begrenzen die Auflösung ο Tonermaterial, das eine elektrische Feldabhängigkeit aufweist, erweist sich unter Feldentwicklungsbedingungen sehr leitend, wenn ein elektrischer Stromfluß erwünscht ist, um Abbildungskräfte zu erzeugen, sowie vor und nach der Entwicklung als weniger leitend, wenn die elektrischen Felder im wesentlichen reduziert sind und Stromfluß nicht erwünscht ist ο

Die Pulverleitfähigkeit sollte derart sein, daß bei hohen elektrischen Feldern, wie in Bildzonen der entwickelbaren Oberfläche, ein verhältnismäßig großer Stromfluß von der Auftragselektrode zu der entwickelbaren Oberfläche möglich istβ Jedoch sollte das Pulver nicht so leitend sein, daß, nachdem eine erste Schicht auf der Oberfläche abgeschieden

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worden ist, die Schicht darauf nachfolgende Pulverschichten von der Oberfläche elektrisch abschirmt, indem sie deren ladung aufnimmt, aber ihre Abscheidung verhindert, wie es bei einem hpchleitenden Pulver geschehen würde«, Außerdem sollte bei geringem elektrischen Feld oder NichtVorhandensein des letzteren die leitfähigkeit beträchtlich kleiner sein, so daß das Pulver- das auf der entwickelbaren Oberfläche abgeschieden worden ist, seine Ladung während einer ausreichenden Periode behält, um ein Übertragen des Pulvers von der Oberfläche auf einen Aufnahmebogen zu ermöglichen.

Im Zusammenhang mit der Erfindung verwendete Oberflächen, die ein elektrisches Leitfähigkeitsmuster aufweisen, besitzen relativ leitende, kein Bild aufweisende Zonen und relativ isolierende Bildzonen, wie in der US-PS 3563 734 (Shely) beschrieben ist. Die Leitfähigkeit der kein Bild aufweisenden Zonen sowie der belichteten Zonen, wenn die Oberfläche von einer photoleitenden Schicht gebildet wird, erstreckt sich von etwa 10" ' mhos/cm bis etwa 10"' mhos/cm, und die Leitfähigkeit in den Bildzonen und in den nichtbelichteten Zonen, wenn die Oberfläche von einer photoleitfähigen Sobicht gebildet wird, erstreckt sich etwa von 10" mhos bis 10~⁹ mhos/cm , wobei dafür gesorgt wird, daß die kein Bild aufweisenden Zonen mindestens zweimal und vorzugsweise hundertmal so leitend sind wie die Bildzonen. Die Leitfähigkeit des Tonermaterials sollte mindestens zehn, vorzugsweise mindestens hundertmal so leitfähig sein wie die Bildzonen der das elektrische Potential tragenden, zu entwickelnden Oberfläche,, Weiterhin ist erwünscht, aber es ist nicht notwendig, daß das Tonermaterial auch leitender ist als die kein Bild aufweisenden Zonen«

Die Intensität des verwendeten Lichtes, um bei der praktischen Ausführung der Erfindung die photoleitfähigen Oberflächen zu belichten, wird in Abhängigkeit von vielen Paktoren variieren, wobei die Art des verwendeten photoempfindlichen Elements eingeschlossen ist. Ein typischer Belichtungsbereich erstreckt sich von 0,05 bis 20 Footcandle-sec

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( 10,76 lxsec ).

Das zu entwickelnde elektrische Potentialmuster schließt Zonen ein, die eine kurzzeitige elektrische Kraft liefern werden, die geringer ist als die von dem Tonermaterialtragelement (kein Bild aufweisende Zonen) ausgeübte magnetische Gegenkraft, sowie Zonen, die für eine kurzzeitige elektrische Kraft sorgen werden, die größer ist als die magnetische Gegenkraft (Bildzonen). Die elektrische Potentialdifferenz zwischen den Bildzonen und kein Bild aufweisenden Zonen ist von der besonderen Anwendung abhängig und kann für einige Anwendungsbeispiele 20 Volt klein sein. Eine Potentialdifferenz von 200 Volt ist in jedem Fall erwünscht, wenn das Aufzeichnungsmedium durch einen herkömmlichen Photoleiter gebildet wird. Typischerweise weist in diesem Fall die kein Bild aufweisende Zone eine Spannung von einigen YoIt bis 50 Volt und die Bildzone eine Spannung von 200 bis 300 Volt auf.

In letzterem Fall ist der das Tonermaterial tragende Träger im voraus mit einem Potential beaufschlagt, das innerhalb etwa 20 Volt des Potentials der kein Bild aufweisenden Zone und etwa 20 Volt unterschiedlich von dem Potential der Bildzonen zumindest in dem Fall ist, wo die Oberfläche kein übereinstimmendes Leitfähigkeitsmuster auf weist,Vorzugsweise befinden sich in allen Fällen die Elektrode und die kein Bild aufweisenden Zonen auf einem im wesentlichen gleichen Potential, das vorzugsweise gleich dem Erdpotential ist« Die Potentialdifferenz zwischen der Auftrags elektrode und einer kein Bild aufweisenden Zone kann viel größer sein, wenn letztere leitend ist, d.he, wenn ein Leitfähigkeitsmuster vorhanden ist« So kann die Differenz mehrere hundert Volt betragen, da kein Tonerpulver in einem leitenden Bereich der Oberfläche abgeschieden werden wird, außer wenn sehr große Spannungen vorhanden sind (vgl. US-PS 3 563 734, Shely). In praktischer Hinsicht bringt CLes einen größeren Spielraum in Verfahrenshinsicht und größere Empfindlichkeit der Ausführungsform mit

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sich, in der ein übereinst immendes Leitfähigkeit smust er vorhanden ist.

Die meisten Photoleiter sind in Anwesenheit eines elektrischen Feldes empfindlicher, und somit würde ein anfangs auf 1000 Volt aufgeladener Photleiter empfindlicher als der gleiche, aber anfänglich nur auf 500 ToIt aufgeladene Photoleiter sein« Bei gleicher Belichtung würde sich im ersteren Fall eine größere Potentialdifferenz zwischen den belichteten Zonen und den dunklen Zonen als in den zweiten Fall ergeben,. Im ersten Fall würde das Endpotential in den belichteten Zonen nicht um das Erdpotential herum liegen, sondern bei irgendeinem anderen Wert, selbst wenn die Potentialdifferenz zwischen einer nichtbelichteten und einer belichteten Zone bei gleicher Lichtmenge größer ist. Das bevorzugte Potential für die kein Bild aufweisenden Zonen und die Auftrags elektrode ist etwa das Erdpotential und für die Bildzonen liegt es etwa bei 200 YoIt oder höher. In einigen Fällen werden die kein Bild aufweisenden Zonen nicht Erdpotential aufweisen, und in diesen Fällen ist die Auftrags elektrode im voraus mit einem Potential innerhalb etwa 20 Volt der kein Bild aufweisenden Zonen durch einen Gleichstromnetzanschluß beaufschlagte

Während bestimmte Vorteile durch die erfindungsgemäße Ausführungsform erzielt werden, bei der ein übereinstimmendes elektronisches Leitfähigkeitsmuster entsprechend dem immer vorhandenen elektrischen Potentialmuster vorgesehen ist, wird die andere Ausführungsform durch ein besonders hervortretendes Merkmal gekennzeichnet. Dieses Merkmal besteht =in der Fähigkeit entweder positive oder negative Bilder durch Variierung des auf dem Träger des Tonermaterials (Entwicklungswalze) im voraus beaufschlagten elektrischen Gleichstrompotentials ₀ Zur Illustration sei ein Potentialmuster angenommen, worin bestimmte Zonen der das Potential tragenden Oberfläche Erdpotential oder das Potential Null aufweisen und andere Zonen ein Potential von + 200 V besitzen. Im Falle

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einer photoleitenden Oberfläche bilden die Erdpotential aufweisenden Zonen belichtete Zonen, in denen eine elektrostatische Ladung zerstreut worden ist und die ein Potential von +200 Υ aufweisenden Zonen bilden nichtbelichtete Zonen* In Wirklichkeit können die Oberflächenpotentiale natürlich über einen weiten Bereich variieren, der Zonen darstellt, die variierende Lichtmengen aufgenommen haben₀ Jedes Potential wird seine eigene elektrische Übertragungskraft erzeugen, und in Abhängigkeit von der Größe letzterer relativ zu der magnetischen Gegenkraft wird jede Zone übertragenes Tonermaterial auf- oder nicht aufnehmen. Positive Bilder werden durch Beaufschlagen des Tonermaterialträgers auf ein Potential der belichteten Zonen entwickelt werden, was in diesem hypothetischen Fall ein Halten des Trägers bei Erdpov-imtial oder innerhalb etwa 20 YoIt entsprechend obiger Ausführungen bedeutete Durch hilfsweises Beaufschlagen des Trägers auf ein Potential der unbelichteten Zonen können jedoch die belichteten Zonen der das Potentialmuster tragenden Oberfläche entwickelt werden, indem negative Bilder erzeugt werden.

Ein anderes Verfahren mit einem geeigneten Potentialmuster für ein erfindungsgemäßes Entwickeln schließt ein gleichmäßiges Vorladen der äußersten Oberfläche einer ferromagnetischen Schicht, z.B. einer Schicht aus Bariumtitanat, mittels einer Eoronaentladungsvorrichtung ein. Diese Schicht wird dann wahlweise in einem bildähnlichen Muster auf eine Temperatur erhitzt, bei der die dielektrische Konstante im wesentlichen in diesen erhitzten Zonen erhöht wird. Dies hat ein Potentialmuster zur Folge, in dem Potentialdifferenzen durch Differieren der dielektrischen Konstanten hervorgerufen werden«, Die Schicht kann dann, durch die bei den obigen Ausführungsformen beschriebenen Mittel entwickelt werden« Andere Verfahren, die auf ähnlichen Konzeptionen basieren, sind dem Fachmann bekannt.

Die das elektrische Potential tragende Oberfläche, die gemäß der Erfindung entwickelt worden ist, kann die endgültige

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Aufzeichnung des zu erzeugenden Musters oder einer Zwischenaufzeichnung bilden, von der das entwickelte Bild auf eine andere Trägersubstanz übertragen wird₀ Das bildähnlich abgeschiedene Tonermaterial kann auf einem Aufzeichnungsmedium mittels einer der vielfältigen herkömmlichen Verfahren fixiert werden* Tonermaterial, das eine thermoplastische Harzgrundmasse aufweist, wird vorzugsweise mittels eines herkömmlichen Wärmeschmelzverfahrens fixiert, wobei typische Harze B-Stufe Phenol-aldehyd-polymere, Polyvinylazetat und Epoxyharz enthalten.

Beispiele für geeignet isolierende Bindemittel für gemäß der Erfindung verwendete photoleitende Materialien enthalten Styro -butadien-Harze, wie sie als Pliolite S-7 gehandelt werden, Polyäthylenharz, gechlortes Polyäthylen, Polyvinylazetat und Lexan-Karbonat„ Außerdem kann eine photoleitende Schicht verschiedene Zusatzmittel wie Sensibilisatoren, Feuchtigkeitsüberwachungsmittel und ähnliches enthalten. Die Schicht mit der das Potential tragenden Oberfläche kann auf eine Vielzahl von Trägersubstanzen aufgebracht werden, die leitendes Papier, Metalle, Papier-Metallfolienschichten und Metall überzogene Harzfilme oder Gestaltungen derartiger Substanzen pinschließen, die eine dielektrische Schicht in Nähe der Trägersubstanz umfassen«,

Die Erfindung wird an nachfolgenden Beispielen illustriert, wobei, falls nichts anderes angegeben ist, die Werte Gewichtsteile und -prozente darstellen.

Beispiel I

Bei diesem Beispiel wird ein Potentialmuster, das kein übereinstimmendes Leitfähigkeitsmuster aufweist, entwickelte Der Photoleiter besteht aus einer 15 Mikrometer dicken, aufgedampften amorphen Selenschicht, die eine Leitfähigkeit von

etwa 10 mhos/cm aufweist und die auf einer leitenden Aluminiumgrundschicht aufgebracht ist_e Die Selenoberfläche wird im Dunkeln elektrostatisch auf ein elektrisches Potential von ungefähr 500 Volt in Bezug auf die leitende Grund-

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schicht aufgeladen. Das Aufladen wird mittels einer Koronaentladungsvorrichtung, die über die Selenschicht gezogen wird, durchgeführt. Darauf wird die aufgeladene Selenoberfläche einem bildähnlichen Licht- und Dunkelmuster ausgesetzt» Die Belichtung in den belichteten Zonen beträgt etwa 0,5 Footcandle-sec (0,5 x 10,76 Ix see)» Das Oberflächenpotential in den belichteten Zonen wird auf ein Potential von etwa 50 ToIt oder weniger reduziert_o Da in den dunklon Zonen das Potential annähernd gleich bleibt, führt diese Belichtungsstufe zur Bildung eines latenten elektrostatischen Bildes auf der photoleitenden Selenschicht.

Die das Potentialmuster tragende Oberfläche wird dann an der oben beschriebenen Ehtwicklungsstation vorbeibewegt. Die Entfernung zwischen der Oberfläche der leitenden Hülse und der das Potentialmuster tragenden Oberfläche beträgt etwa 0,07 cm und bleibt von Ende zu Ende gleichmäßig. Das entwickelnde Tonermaterial ist ein thermoplastisches, magnetisch anziehbares und elektronisch leitendes Pulver der in der US-PS 3 639 245 beschriebenen Art» Die statische elektrische leitfähigkeit des Tonermaterials beträgt etwa 10 mhos/cm bei einem elektrischen Feld von 100 Volt/cm. Der Korngrößenbereich des Tonermaterials erstreckt sich etwa von 5 Mikrometer bis 21 Mikrometer im Durchmesser mit einer durchschnittlichen Größe von etwa 13 Mikrometer. Die innerhalb der leitenden Hülse der Entwicklungseinrichtung angeordneten Magnete drehen sich mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 300 Umdrehungen pro Minute und über eine durchschnittliche magnetische Gegenkraft von etwa 10 dyn aus. Die das Potentialmuster tragende Oberfläche bewegt sich an der Entwicklungseinrichtung mit einer linearen Geschwindigkeit von etwa 15 cm/sec vorbei. Das elektrische Potential auf der leitenden Hülse wird ungefähr bei Erdpotential gehalten.

Das sich ergebende entwickelte Bildmuster wiest Tonermaterial wahlweise abgeschieden auf den oben erwähnten unbelichteten Zonen auf, während in den belichteten Zonen, wo das Potential

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dicht bei Erdpotential (50 ToIt) liegt, kein Tonerpulver abgeschieden worden ist, Folglich stellen in diesem Fall die Bildzonen die ein hohes Potential aufweisenden und unbelichteten Zonen der das Potentialmuster tragenden Oberfläche, und die kein Bild aufweisenden Zonen die niedriges Potential aufweisenden, belichteten Zonen der Oberfläche dar· Das sich ergebende Bild weist gute Qualität auf, besitzt hohe Dichte in den Bildzonen sowie einen tiefen Hintergrund in den kein Bild aufweisenden Zonen und ist gleichmäßig in stabilen Bildzonen gefüllt. Auch die fortlaufenden Farbtonzonen (Grau-Skala) sind gut reproduziert worden,,

Beispiel II

Bei diesem Beispiel ist das im voraus auf die leitende Hülse der Entwicklungseinrichtung beaufschlagte Potential derart angeordnet, daß im Hinblick auf Beispiel I negative Bilder erhalten werden_e Die Arbeitsweise entspricht der des Beispiels I mit der Ausnahme, daß während der effektiven Entwicklung der das Potentialmuster tragenden Oberfläche das elektrische Potential auf der leitenden Hülse der Entwicklungswalze bei einem Wert fixiert wird, der ungefähr gleich dem Potential in den dunklen, unbelichteten Zonen, d.h. etwa + 500 Volt ist. Dadurch wird die Potentialdifferenz zwischen den dunklen Zonen der das Potentialmuster tragenden Oberfläche und der leitenden Hülse Null, während sie in den belichteten Zonen etwa -450 Volt beträgt. Die Entwicklungseinrichtung wird dann über die Selenoberfläche gerade wie in Beispiel I geführt. Das sich ergebende Tonerbildmuster ist ein Negativ des im Beispiel I erhaltenen entwickelten Bildmusters. Wiederum weist das sich ergebende Bildmuster gute Qualität mit einer hohen Dichte in den Bildzonen und tiefem Hintergrund in den kein Bild aufweisenden Zonen sowie mit gleichförmig gefüllten stabilen Zonen auf«

Beispiel III

Dieses Beispiel illustriert eine ein Potentialmuster tragende Oberfläche, die auch ein elektronisches Leitfähigkeitsmuster

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auf weist.

Die Photoleiterschicht besteht aus Zinkoxyd, das in einem organischen Harzträger verteilt und auf einem Papierbogen aufgeschichtet ist. Die Zinkoxyd-Harzschicht besteht aus etwa 75 Gewichts-^ aus französisch hergestelltem Zinkoxyd, aus etwa 15 Gewiehts-96 Akrylharz, der unter dem Namen Arotap 3211 gehandelt wird, aus etwa 8,15 Gewichts-96 Sojaalkylharz und ungefähr 1,85 Gewichts-% einer Mischung aus sensibilisierenden Farbstoffen, die aus etwa 30 Gewichts-96 Bromophenol Blau, 50 Gewiehts-96 Sodium Fluorscein und 20 Gewichts-96 Euchrysin GGNX bestehen. Der leitfähige Brei wird dann einer Lösung aus Toluol und Methanol auf einem 45 Ib (Pfund) Papier überzogen, das die Bezeichnung CC-Basis Grawstock (Weyerhauser) führt«, Die Schicht aus Zinkoxyd-Harz weist ein Trockengewicht von etwa 2,5 g / sq.foot (2,5 Gramm/ 0,092903 qm) auf* Die Dunkelleitfähigkeit der Zinkoxyd-Harzschicht beträgt etwa 10 mhos/cm»

Nach der Dunkelanpassung wird der Papier-Zinkoxyd-Harzaufbau elektrostatisch mittels einer herkömmlichen Üoronavorrichtung auf ein elektrisches Potential von etwa - 500 YoIt im Verhältnis zu einer elektronisch leitenden Hintergrundplatte, aufgeladen, die die Unterseite der Papierträgerschicht berührt. Die photoleitende Obefcflache dieses photoleitenden Elements wird dann einem Licht- und Dunkelbildmuster ausgesetzt» Die Belichtung in den belichteten Zonen beträgt etwa 10 Footcandle - sec (1Ox 10,76 Ix see). Hierdurch wird das Potential in den belichteten Zonen auf etwa - 25 Volt reduziert, während das Potential in den dunklen Zonen bei etwa - 500 YoIt verbleibt.

Das derart gebildete Potentialmuster wird dann mittels der oben beschriebenen Entwicklungseinrichtung entwickelt. Die das Potential tragende Oberfläche wird an der Entwicklungseinrichtung mit einer linearen Geschwindigkeit von etwa 3 inch/sec ( 3 χ 25,4mm/ see ) vorbeibewegt. Die Entfernung

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zwischen der Oberfläche der Entwicklungseinrichtung und der das Potentialmuster tragenden Oberfläche beträgt etwa 0,085 cm. Das Tonermaterial ist das gleiche wie das in den Beispielen I und II verwendete. Die Entwicklungseinrichtung wird auf einem elektrischen Potential von etwa dem Erdpotential gehalten.

Dieses Verfahren bringt ein entwickeltes Bildmuster auf der das Muster tragenden Oberfläche mit sich, in dem das Tonermaterial wahlweise in den dunklen Zonen und nicht in den belichteten Zonen abgeschieden worden ist. Der Toner wird auf der Zinkoxyd-Harzoberfläche mittels eines Infrarotofens geschmolzen. Die sich ergebenden Kopien weisen einen ungewöhnlich tiefen Hintergrund in den belichteten (kein Bild aufweisenden) Zonen und hohe Dichte in den dunklen (Bild-) Zonen auf. Die stabilen Bildzonen sind gut gefüllt, und die fortlaufenden Farbtonzonen (Grau-Skala) sind gut reproduziert worden.

Beispiel IV

Ein Bogen einer 0,005 inch (0,005 χ 25»4 mm) dicken Polyesterfeinfolie, die unter dem Namen Mylar gehandelt wird, ist auf einer Oberfläche mit einem dünnen Film eines elektrisch leitenden Aluminiums beschichtet und um den Mantel einer zylindrischen Aluminiumwalze τοη 4 inch ( 4 χ 25,4 mm) Durchmesser gewickelt, wobei die beschichtete Seite gegen die Walze gerichtet ist. Die Verbundfolie ist dann an Ort angeschlossen. Wenn die geerdete Walze sich mit einer Oberflächengeschwindigkeit von etwa 5 inch/sec ( 5 x 25»4 mm/sec) dreht, berührt ein leitender Kupferdrahlfühler von etwa 0,01 inch (0,01 χ 25,4 mm) Durchmesser die isolierende Polyesteroberfläche. Eine Spannung von etwa + 300 Volt ist an den Drahtfühler gelegt. Eine sich drehende Hülse mit einem ortsfesten Magneten einer magnetischen Entwicklungsstation, wie oben beschrieben, berührt die Polyesteroberfläcfae , nachdem sie durch den Drahtfühler aufgeladen worden ist. Die zylindrische Entwicklungselektrodenhülse verläuft mit ihrer Achse parallel

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zu der Achse der Aluminiumwalze und dreht sich mit einer Oberflächengeschwindigkeit von etwa 1,5 inch/sec (1,5 x 25,4 mm/sec). Das magnetische Entwicklungspulver ist von der in der US-PS 3 639 245 beschriebenen Art und weist eine statische leitfähigkeit von etwa 1O~ mhos/cm bei 100 Volt/cm auf. Die Tonerauftragshülse ist geerdet. Dichte schwarze Linien werden entwickelt, wo die Polyesterfolie durch hohe Fühlerspannung aufgeladen war, und Puder ist scheinbar anderswo nicht abgeschieden worden.

Diese Erfindung ist allgemein zum Entwickeln von Potentialmustern anwendbar, und sie wird allein durch die anliegenden Patentansprüche begrenzt. Potentialmuster können mit gleichmäßig aufgeladenen (oder ungeladenen) Oberflächen durch Variieren der Kapazität des Elementes erzeugt werden, auf dem das Potentialmuster zu erzeugen ist. Dies ergibt sich aus der Feststellung, nach der gilt : V=Q/C , worin Y das elektrostatische Potential, Q die vorhandene Ladung und C die Kapazität des Elementes ist. Wie sich aus der Formel ergibt, kann T durch die Veränderung von Q oder von C variiert werden. Während die meisten bekannten Verwendungen von Potentialmustern das Verändern der Ladung Q beinhalten, ist die Variierung der Kapazität C zur Erzeugung von für die Entwicklung geeigneten Potentialmustern in gleicherweise effektiv.

Patentansprüche :

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Claims

-30- ' M 3233

Pat ent anspräche

Verfahren zum wahlweisen Aufbringen eines Tonermaterials auf vorbestimmte Zonen einer Oberfläche, wobei erste Zonen ein elektrisches Potential in einem Bildflächen bestimmenden Bereich und zweite Zonen ein elektrisches Potential in einem kein Bild aufweisenden Flächen .bestimmenden Bereich aufweisen und wobei die Zonen ein elektrisches, mit einem zu erzeugenden Muster übereinstimmendes Potentialmuster bestimmen, gekennzeichnet

a) durch Inberührungbringen der Oberfläche mit einem elektrisch leitenden Träger, der eine gleichmäßige Menge des Tonermaterials trägt, das magnetisch anziehbar, elektronisch leitend und an den Träger durch eine magnetische Anziehungskraft gebunden ist, wobei durch das Inberührungbringen ein elektronisch leitender Pfad zwischen der Oberfläche und dem Träger durch das Tonermaterial gebildet wird, der Träger ein elektrisches Gleichspannungspotential einer solchen Größe und Polarität aufweist, daß die elektrische Potentialdifferenz zwischen dem Träger und der Oberfläche eine kurzzeitige elektrische Übertragungskraft auf das Tonermaterial zur Folge hat, die größer als und entgegengesetzt zu der magnetischen Anziehungskraft in den Bildflächen und geringer als die magnetische Anziehungskraft in den kein Bild aufweisenden Flächen ist,

b) durch Aufrechterhalten des elektronisch leitenden Pfades über eine ausreichende Periode, um die Erzeugung der kurzzeitigen elektrischen Übertragungskraft zu ermöglichen, und

c) durch Unterbrechen des elektronisch leitenden Pfades während der Existenz der kurzzeitigen elektrischen Übertragungskraft, wodurch das Tonermaterial wahlweise auf den Bildflächen der Oberfläche abgeschieden wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildflächen und die kein Bild aufweisenden Flächen während des Vorhandenseins des elektronisch leitenden Pfades elektrisch isolierend sind.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Vorhandenseins des elektronisch leitenden Pfades mindestens die Bildflächen elektrisch isolierend sind,

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Vorhandenseins des elektronisch leitenden Pfades die Bildflächen elektrisch isolierend und die kein Bild aufweisenden Flächen elektrisch leitend sind·

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Vorhandenseins des elektronisch leitenden Pfades ein leitendes, mit dem elektrischen Potentialmuster übereinstimmendes Mister vorhanden ist, wobei das leitende Muster durch relativ leitende Zonen in den kein Bild aufweisenden Flächen und durch relativ isolierende Zonen in den Bildflächen bestimmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Potentialmuster durch elektrostatische ladungen gebildet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche in einem isolierenden Bindemittel angeordnetes photoleitendes Zinkoxyd aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche photoleitendes Selen aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch" gekennzeichnet, daß die kein Bild aufweisenden Flächen ein elektrisches Potential von etwa Erdpotential besitzen.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialdifferenz zwischen den Bildflächen und den kein Bild aufweisenden Flächen einen Wert von mindestens 20 Volt aufweist.

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11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche eine über einer photoleitenden Schicht liegenden dielektrische Schicht aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Potentialmuster durch eine gleichmäßig aufgeladene Oberfläche gebildet wird, die der äußerste Teil einer Schicht ist, die ein bildähnliches Muster differierender dielektrische Konstanten trägt.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

—5 die magnetische Anziehungskraft mindestens 10 dyn ist.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kein Bild aufweisenden Flächen und der Träger etwa gleiches elektrisches Potential aufweisen.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kein Bild aufweisenden Flächen und der Träger etwa Erdpotential aufweisen.

16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche in einem isolierenden Bindemittel angeordnetes photoleitendes Zinkoxyd aufweist und die kein Bild aufweisenden Flächen und der Träger etwa gleiches elektrisches Potential besitzen.

17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das Tonermaterial tragende Träger und die Oberfläche sich relativ zu einander bewegen, wodurch die Oberfläche fortschreitend berührt wird, daß der Träger eine Hülse aufweist, die eine eine magnetische Kraft erzeugende Einrichtung umschließt, und daß die Achse der Hülse zur Richtung der Relativbewegung von Träger und Oberfläche senkrecht und zu der Oberfläche parallel verläuft.

18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

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das Tonermaterial auf der Oberfläche fixiert wird.

19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tonermaterial bildähnlich auf eine zweite Oberfläche übertragen wird.

20. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tonermaterial bildähnlich auf die zweite Oberfläche übertragen und auf letzterer 'fixiert wird.

21. Verfahren zum Entwickeln elektrostatisch latender Bilder, wobei ein elektrostatisches Bild auf einer Oberfläche gebildet wird, gekennzeichnet durch

a) Inberührungbringen der Oberfläche mit einem elektrisch leitenden Träger, der eine gleichmäßige Menge eines magnetisch anziehbaren, elektronisch leitenden Tonermaterials trägt, das an dem Träger, der an einem elektrischen Gleichstrompotential liegt, durch eine magnetische Anziehungskraft gebunden ist, und

b) durch Aufheben der Berührung, wodurch das elektrostatische Bild durch das Tonermaterial entwickelt wird»

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