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Elektrophotographieverfahren
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektrophotographieverfahren zur
Erzeugung von Bildern durch die folgenden, wiederholt durchgeführten Schritte: Erzeugung
eines elektrostatischen Ladungsbildes auf einem Trägerelement für elektrostatische
Ladungsbilder, z. B.
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einem lichtempfindlichen Element; nasse Entwicklung des Ladungsbildes;
Ubertragung des entwickelten Bildes und Reinigung des lichtempfindlichen Elements.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Elektrophotographieverfahren, bei
dem die nasse Entwicklung mittels einer elastischen Walze durchgeführt wird.
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Als ein Verfahren zur Erzeugung von Bildern ist ein Elektrophotographieverfahren
bekannt, bei dem ein elektrisches oder elektrostatisches,latentes Bild (nachstehend
einfach als "Ladungsbild" bezeichnet) unter Verwendung einer photoleitfähigen Substanz
auf einem sog. lichtempfindlichen Element erzeugt und dann mittels eines flüssigen
Entwicklers entwickelt oder sichtbar gemacht wird und bei dem das entwickelte Bild
auf ein Ubertragungs- bzw.
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Bildempfangsmaterial, z. B. ein Papierblatt, übertragen und darauf
z. B. durch Erhitzen fixiert wird, während das lichtempfindliche Element z-ur Beseitigung
des restlichen flüssigen Entwicklers gereinigt wird, wobei das lichtempfindliche
Element in dem vorstehend erwähnten Verfahren wiederholt eingesetzt wird.
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Ein solches Ladungsbild kann durch eine sog.
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trockene Entwicklung unter Verwendung eines Tonermaterials, das aus
einem trockenen, gegebenenfalls mit festen -Trägerteilchen vermischten, gepulverten
Material besteht, oder durch eine sog. nasse Entwicklung unter Verwendung eines
flüssigen Entwicklers, der aus Tonerteilchen besteht, die in einem flüssigen Trägermaterial
dispergiert sind, entwickelt werden. Die nasse Entwicklung wird im allgemeinen beim
sog. vereinfachten bzw. einfachen Typ einer Elektrophotographie-Kopiervorrichtung
mit einer relativ geringen Betriebs- bzw. Verfahrensgeschwindirkeit angewandt.
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In neuerer Zeit wird jedoch selbst bei Elektrophotographieverfahren,
bei denen eine nasse Entwicklung angewandt wird, die Erreichung einer hohen Geschwindigkeit
gefordert. Gleichzeitig ist die Erzielung einer erhöhten Bilddichte und einer zufriedenstellenden
Bildqualität ohne Hintergrundschleier innerhalb einer begrenzten Entwicklungszeit
notwendig.
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Bei Elektrophotographieverfahren, wie sie vorstehend erläutert wurden,
hängt die Erzielung einer hohen Verfahrensgeschwindigkeit hauptsächlich von der
Zeit ab, die für den Entwicklungsschritt benötigt wird. Mit anderen Worten, das
gesamte Elektrophotographieverfahren kann auf einfache Weise beschleunigt werden,
wenn der Entwicklungsschritt innerhalb einer begrenzten Zeit beendet werden kann.
Es war jedoch nicht einfach, ein solches, mit hoher
Geschwindigkeit
ablaufendes Ver6tarrenv unAer Anwenduna der bekannten Verfahren der nassen Entwicklung
zu erzielen, bei denen man z. B. eine ein Ladungsbild tragende Oberfläche in einen
flüssigen Entwickler eintaucht oder einen aus einer Düse kommenden Strahl eines
flüssigen Entwicklers auf eine ein Ladungsbild tragende Oberfläche richtet. Die
bekannten Verfahren der nassen Entwicklung zeigen zum Beispiel kaum praktische Mängel
in den entwickelten Bildern, wenn sie mit einer relativ niedrigen Verfahrensgeschwindigkeit,
im allgemeinen im Bereich von 50 bis 100 mm/s, durchgeführt werden; es ist jedoch
fast unmöglich, mit diesen Verfahren unter Anwendung einer Verfahrensgeschwindigkeit
von beträchtlicher Höhe, im allgemeinen im Bereich von 200 bis 300 mm/s, eine für
praktische Zwecke zufriedenstellende Entwicklung zu erzielen, was an einer verminderten
Bilddichte und an einer Bildung von Hintergrundschleiern infolge der Verminderung
der für den Entwicklungsschritt zur Verfügung stehenden Zeit liegt.
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Im Hinblick auf die vorstehend erwähnten Nachteile wurde in der japanischen
Offenlegungsschrift Sho 52-40336 eine nasse Entwicklung vorgeschlagen, die für ein
Hochgeschwindigkeits-Elektrophotographieverfahren geeiqnet ist. Dabei wird ein Flüssigkeit
zurückhaltendes, elastisches Element, das mit einer für Flüssigkeit durchlässigen,
flexiblen, elektrisch leitenden Oberfläche versehen ist, als Zufuhreinrichtung für
die Zufuhr von flüssigem Entwickler verwendet, und das auf dem Ladungsbild-Trägerelement
befindliche Ladungsbild wird in einer durch Druckeinwirkung hervorgerufenen Berührungsfläche
des Ladungsbild-Trägerelements mit der Zufuhreinrichtung entwickelt.
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Ein solches Entwicklungsverfahren hat in bezug auf die Erzielung
eines Hochgeschwindigkeits-Elektrophoto-
graphieverfahrens im Vergleich
mit bekannten Verfahren der nassen Entwicklung, bei denen ein Entwickler-Vorratsbehälter
oder eine Entwicklerdüse bzw. ein Entwicklerstrahl eingesetzt werden, den Vorteil,
daß die Zufuhr des flüssigen Entwicklers durch Herausdrücken und das auf das Herausdrücken
folgende Aufsaugen von überschüssigem Entwickler durch elastische Verformung des
unter Druckberührung gehaltenen, elastischen Elements gleichzeitig erzielt werden
können. Bei diesem Verfahren ist das vorstehend erwähnte, elastische Element als
drehbares Element in Form einer Walze oder eines endlosen Bandes (die nachstehend
einfach als "elastísche Walze" bezeichnet werden), das in einer Drehbewegung gehalten
wird, während es mit dem Ladungsbild-Trägerelement in Berührung ist, aufgebaut.
Die Verwendung einer solchen elastischen Walze bei der nassen Entwicklung hat in
bezug auf die Erzielung eines Hochgeschwindigkeits-Elektrophotographieverfahrens
mit Sicherheit den Vorteil, daß, zusätzlich zum vorstehend erläuterten, im wesentlichen
gleichzeitig erfolgenden Herausdrücken und Absorbieren des flüssigen Entwicklers
zwischen der Walze und dem Ladungsbild wegen der elektrischen Leitfähigkeit der
Walzenoberfläche ein starkes, elektrisches Feld erzeugt wird, das eine schnelle
Verschiebung von Tonerteilchen verursacht, wodurch eine ausreichende Entwicklung
des Ladungsbildes innerhalb einer begrenzten Zeit ermöglicht wird. Ein Hochgeschwindigkeits-Elektrophotographieverfahren
läßt sich jedoch nicht auf einfache Weise durch die bloße Verwendung einer solchen
elastischen Walze erzielen, und dies ist fast unmöglich, wenn die elastische Walze
mit der bekannten Technologie kombiniert wird.
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Erstens führt eine mit einer elektrisch leitfähigen Oberfläche versehene
Entwicklungswalze wegen des zu starken, elektrischen Feldes, das, wie vorstehend
er-
läutert wurde, an das Ladungsbild angelegt wird, zu einer ungenügenden
Wiedergabe von Halbtönen, und sie kann oft weiße Flecken in einer durchgehend schwarzen
Bildfläche oder eine unerwünschte Umkehrung des Bildes aufgrund der zur leitfähigen
Oberfläche der Walze hin erfolgenden Entladung der elektrostatischen Ladung des
Ladungsbildes verursachen.
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In der japanischen Gebrauchsmuster-Publikation Sho 53-33560 wird
eine Walze offenbart, die aus einem elektrisch leitenden Kernelement und einem um
das Kernelement herum angeordneten, elektrisch leitenden, porösen elastischen Element
besteht. Wegen der direkten Berührung des leitfähigen Elements mit dem Ladungsbild
können jedoch durch diese Walze die vorstehend erwähnten Nachteile nicht verhindert
werden, und die Walze neigt zur Verursachung einer nicht zufriedenstellenden Entwicklung
oder eines unscharfen Bildes, da die Oberfläche des elastischen Elements, wenn sie
mit der das Ladungsbild tragenden Oberfläche in Druckberührung gebracht wird, unter
Behinderung des Hindurchdringens der Flüssigkeit fest gegen die das Ladungsbild
tragende Oberfläche gepreßt bzw. gedrückt oder in der Berührungsfläche verschoben
wird.
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Unter Berücksichtigung des vorstehend Erwähnten ist es bei einer
durch eine Walze erfolgenden Entwicklung, durch die die Erzielung eines Hochgeschwindigkeits-Elektrophotographieverfahrens
ermöglicht werden soll, notwendig, daß das elektrisch leitende, poröse elastische
Element nicht ander Oberfläche der Entwicklungswalze exponiert bzw. nach außen freigelegt
wird und daß die Entwicklungswalze zumindest an ihrer Oberfläche, die mit der das
Ladungsbild tragenden Oberfläche in Berührung kommt, elektrisch isolierend ist.
Eine mit solchen Ab-
änderungen versehene Walze ist jedoch für
praktische Anwendungszwecke noch unzureichend und neigt zur Verursachung verschiedener
Nachteile, z. B. zur Bildung von weißen Flecken in einer durchgehend schwarzen Bildfläche,
zu einer unerwünschten Umkehrung des Bildes oder zu einer in hohem Maße verschlechterten
Wiedergabe von Halbtönen, zum Beispiel einer Photographie, wenn die Abänderung darin
besteht, daß der Entwicklungswalze eine höhere elektrische Leitfähigkeit verliehen
wird, oder zu einem verstärkten Randeffekt, zu einem Fehlen von Toner in einer durchgehend
schwarzen Bildfläche, zu einem Verlust an Bilddichte, zu einer erhöhten Bildung
von Hintergrundschleiern oder schließlich zu einer unzureichenden Übertragung des
Bildes, wenn die Abänderung darin besteht, daß die Entwicklungswalze stärker isolierend
gemacht worden ist.
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Aufgabe der Erfindung ist demnach ein verbessertes Elektrophotographieverfahren
zur Erzeugung von Bildern, bei dem unter Anwendung einer elastischen Walze beim
Schritt der nassen Entwicklung ein Betrieb mit hoher Geschwindigkeit erzielt werden
kann, wobei durch die vollständige und in stabiler Weise erfolgende Ausnutzung der
Funktionen der Entwicklungswalze eine Reproduktion von Bildern ohne Erzeugung von
Hintergrundschleiern mit einer verbesserten Bilddichte und einer verbesserten Wiedergabe
von Halbtönen mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht wird.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Elektrophotographieverfahren mit
wiederholt durchgeführten Verfahrenszyklen, die jeweils aus einem Entwicklungsschritt
zur Entwicklung eines auf einem Ladungsbild-Trägerelement erzeugten, elektro-
statischen
Ladungsbildes mit einem flüssigen Entwickler, einem Übertragungsschritt zur Übertragung
des auf diese Weise erhaltenen, sichtbaren Bildes von dem Ladungsbild-Trägerelement
auf ein anderes Element und einem Reinigungsschritt zur anschließenden Reinigung
der Oberfläche des Ladungsbild-Trägerelements bestehen, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß ein elastisches, drehbares Element verwendet wird, das aus einem elektrisch
leitenden, starren Kernelement, einem um das Kernelement herum angeordneten, elektrisch
leitenden, porösen, elastischen Element, in dem eine Flüssigkeit festgehalten bzw.
gespeichert werden kann, und einem für Flüssigkeiten durchlässigen, isolierenden,
flexiblen bzw. biegsamen Element mit einer Dicke von 20 bis 400 ßm, das den äußeren
Umfang des elastischen Elements umgibt, besteht, wobei das elastische, drehbare
Element mit dem Ladungsbild-Trägerelement in Druckberührung gehalten wird, daß der
Entwicklungsschritt mittels des aus dem elastischen, drehbaren Element herausgedrückten,
flüssigen Entwicklers durchgeführt wird und daß der auf dem Ladungsbild-Trägerelement
vorhandene, überschüssige flüssige Entwickler vom Ladungsbild-Trägerelement her
dadurch wiedergewonnen wird, daß er absorbiert wird, wenn das elastische, drehbare
Element aus dem zusammengedrückten in den ursprünglichen Zustand zurUckkehrt.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren können selbst bei einer hohen,
im Bereich von 150 bis 300 mm/s liegenden Verfahrensgeschwindigkeit Bilder mit einer
für praktische Zwecke zufriedenstellenden Qualität erhalten werden.
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Die beigefügten Zeichnungen werden nachstehend kurz erläutert.
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Die Fig. 1 und 2 sind schematische, perspektivische Ansichten, in
denen die Strukturen von elastischen Walzen gezeigt werden, wie sie im erfindungsgemäßen
Verfahren eingesetzt werden.
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Fig. 3 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Elektrophotographie-Kopiervorrichtung,
die für das erfindungsgemäße Elektrophotographieverfahren eingesetzt werden kann.
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Die Fig. 4 bis 6 sind Diagramme, in denen die Ergebnisse von Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt werden.
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Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend
näher erläutert.
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Der Aufbau der elastischen Entwicklungswalze, die im erfindungsgemäßen
Verfahren angewandt wird, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die in den Fig.
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1 und 2 gezeigten Beispiele näher erläutert.
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Die elastische Walze 1 in Fig. 1 weist ein aus einem elektrisch leitenden,
starren Material wie einem Metall bestehendes Kernelement 2, ein in einer im wesentlichen
gleichmäßigen Dicke um das Kernelement 2 herum angeordnetes, elektrisch leitendes,
poröses elastisches Element 3, das Flüssigkeit zurückhalten kann und zum Beispiel
aus einem elektrisch leitenden, schwammförmigen Kautschuk besteht, und ein isolierendes,
den äußeren Umfang des elastischen Elements 3 bedeckendes Netzelement 4 auf. Das
elastische Element 3 ist auf dem Kernelement 2 z. B. mittels eines Klebstoffs befestigt,
während das Netzelement; 4 durch die elastische Rückstellkraft des in einem etwas
zusammengegedrückten Zustand gehaltenen Elements 3 um das elastische
Element
3 herum gehalten wird, so daß das elastische Element 3 und das Netzelement b als
Ganzes mit dem Kernelement 2 gedreht werden. Das elastische Element 3 ist mit elastisch
deformierbaren, kontinuierlichen Poren versehen, so daß in Übereinstimmung mit einer
elastischen Verformung des elastischen Elements 3 eine Flüssigkeit in das elastische
Element hinein absorbiert oder aus diesem herausgedrückt werden kann. Das äußere
Netzelement 4 ist ein isolierendes, flexibles Netz, das aus natürlichen oder synthetischen
Fasern oder Einzelfäden gewebt, gewirkt oder gestrickt worden ist und für Flüssigkeit
durchlässig ist, die durch seine Maschen hindurch in das elastische Element 3 eindringt
oder aus diesem heraustritt. Auf diese Weise wird die Flüssigkeit, mit der das elastische
Element 3 zuvor durchtränkt worden ist, durch die Maschen des Netzelements 4 hindurch
herausgedrückt, wenn die elastische Walze zusammengedrückt wird, und außerhalb der
elastischen Walze befindliche Flüssigkeit wird in das elastische Element 3 hinein
absorbiert, wenn das Zusammendrücken der elastischen Walze 1 beendet wird und das
elastische Element 3 elastisch zur ursprünglichen Form zurückkehrt. Unter Berücksichtigung
der Durchlässigkeit für Flüssigkeit, der mechanischen Festigkeit und der chemischen
Stabilität wird das Netzelement 4 vorzugsweise mit einer Netzdichte im Bereich von
100 bis 300 Maschen (mesh) eingesetzt und besteht es vorzugsweise aus einem textilen
Flächengebilde, das ausPolyamid-, Polyester-, Polypropylen-, Polyäther- oder Vinylon-Einzelfäden
usw.
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gewebt worden ist. Weiter kann eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
bevorzugte Entwicklung erzielt werden, wenn das Netzelement 4 eine Dicke hat, die
im allgemeinen im Bereich von 20 bis 400 ßm liegt, was durch die nachstehenden Beispiele
bewiesen wird. Der in der Praxis bevorzugte Bereich für die Dicke des Netz elements
4 liegt zwischen 50 und 300 ßm, insbesondere zwischen 50 und 200 ßm. Weiter kann
das Netz element 4 entweder aus einer
einzelnen Schicht oder aus
mehreren Schichten bestehen, wobei jede Schicht aus einem textilen Material mit
Leinwand- bzw. Grundbindung, Köperbindung oder Atlasbindung oder mit einer Bindung,
die aus einer dieser Bindungsarten infolge der Verformung durch Druck entstanden
ist, bestehen kann. Es sei angemerkt, daß die elastische Walze, die im erfindungsgemäßen
Verfahren eingesetzt wird, verschiedene andere Strukturen annehmen kann Der äußerste
Teil der elastischen Walze kann vorteilhafterweise mit Durchgangs löchern versehen
Sein, die eine Verbindung zwischen dem Inneren und dem äußeren der elastischen Walze
aufrechterhalten, wobei die elastische Walze eine periphere Oberfläche hat, die
in einer dazu senkrechten Richtung biegsam bzw flexibel ist, wenn sie mit einer
anderen, starren Oberfläche in Berührung- gebracht wird, wobei die Durchgangslöcher
so ausgebildet sind, daß sie durch die starre Oberfläche während der Berührung nicht
blockiert bzw. gesperrt werden. Das vorstehend erwähnte, zur Bedeckung des äußeren
Umfangs der elastischen Walze dienende Wetzelement kann daher durch eine Kunststofffolie
mit vielen Löchern ersetzt werden, wie sie in Fig. 2 gezeigt wird, wo eine Hülle
5 aus einer Kunststofffolie mit einer Vielzahl von kreisförmigen Löchern versehen
ist. Diese Löcher können natürlich irgendene andere Form haben. Das in Fig. 1 oder
2 gezeigte elastische Element 3 kann entweder aus einer einzelnen Schicht oder aus
mehreren Schichten auf gebaut sein und aus irgendeinem elektrisch leitenden Miaterial
bestehen, das eine geeignete Elastizität hat und dazu befähigt ist, durch elastische
Verformung Flüssigkeit herauszudrücken und zu absorbieren.
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Beispiele für solche elektrisch leitenden Materialien sind Schaumstoff-Materialien,
die aus Polystyrol, Polyäthylen, Polyurethan, Polyvinylchlorid, Styrol-Butadien-Kautschuk,
Nitril-Butadien-Kautschuk usw. bestehen, die mit einem pulverförmigen, leitfähigen
Material wie Carbonblack oder Metall vermischt sind, oder elastische Materialien,
die
aus Metallfasern gebildet worden sind.
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Das elastische Element 3 hat für den Zweck des erfindungsgemäßen
Verfahrens vorteilhafterweise einen spezifischen Durchgangswiderstand von 102 bis
108 n .cm, wobei der bevorzugte Bereich für die Reproduktion von Dokumenten oder
Zeichnungen insbesondere im Bereich von 102 bis 106so .cm und für die Reproduktion
von Photographien insbesondere im Bereich von 105 bis 107 zu .cm liegt. Die Wirkung
solcher elektrischer Eigenschaften des elastischen Elements 3 wird durch die nachstehenden
Beispiele näher erläutert. Das Kernelement 2 dient als Träger für das elastische
Element 3 und gleichzeitig zur Zufuhr einer durch das Kernelement hindurch an die
elastische Walze 1, insbesondere an das elastische Element 3, angelegten Vorspannung.
Das Kernelement 2 besteht im allgemeinen aus einem elektrisch leitenden, starren
Material wie Metall oder einer Legierung, z. B. aus Aluminium oder rostfreiem Stahl,
wie vorstehend erläutert wurde.
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Das erfindungsgemäße Elektrophotographieverfahren kann unter Anwendung
der vorstehend erläuterten, elastischen Walze in der Entwicklungsstation folgendermaßen
durchgeführt werden: Fig. 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Kopiervorrichtung
für die Elektrophotographie, in deren Entwicklungsstation die elastische Walze von
Fig. 1 verwendet wird. Fig. 3 zeigt ein trommelförmiges, lichtempfindliches Element
6, bei dem ein photoleitfähiges Material verwendet wird und das in Richtung des
Pfeils um seine Drehachse 7 herum in einer Drehbewegung gehalten wird, eine zur
Erzeugung eines Ladungsbildes auf dem lichtempfindlichen Element 6 dienende Ladungsbild-Erzeugungsstation
8, eine Entwicklungsstation 9, eine zur Übertragung des entwickelten Bildes auf
ein Ubertragungs- bzw. Bildempfangsmaterial dienende Übertragungsstation 10 und
eine Reinigungsstation 11, die dazu dient, überflüssigen Entwickler von dem lichtempfindlichen
Element zu entfernen
und überflüssige bzw. nicht benötigte Ladungsbilder
zu beseitigen. Die Entwicklungsstation 9 ist unter dem lichtempfindliche Element
6 angeordnet und besteht im wesentlichen aus einem Flüssigkeits-Vorratsbehälter
13, in dem ein flüssiger Entwickler 12 enthalten ist, einer Entwicklungswalze 14,
die teilweise in den flüssigen Entwickler 12 eintaucht, der sich in dem Vorratsbehälter
13 befindet, und einer Auffrischungswalze 15, die mit der Entwicklungswalze 14 in
Druckberühung gehalten wird.
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Wie schon vorstehend m Zusammenhang mit ig. 1 erläutert wurde, besteht
die Entwicklungswalze 14 aus einem Kernelement 16, einem elektrisch leitenden, porösen,
elastischen, um das Kernelement 16 herum angeordneten Element 17 und einem endlosen,
isolierenden, das elastische Element 17 umgebenden Netzelement 18. Bei der Einleitung
des Kopiervorgangs werden die lichtempfindlIche Trommel 6 und die Entwicklungswalze
14 in den durch die Pfei @e angedeuteten Richtungen und mit im wesentlichen gleicher
Umfangsgeschwindigkeit gedreht, während sie in Druckberührung gehalten werden. Die
ausreichend mit dem flüssigen Entwickler 1 2 durchtränkte Entwicklungswalze 1 4
wird auf diese Weise mit dem lichtempfindlichen Element 6 in Berührung gebracht,
so daß ein Quetschspalt a gebildet wird, wodurch das auf dem lichtempfindlichen
Element 6 erzeugte Ladungsbild mit dem aus der Entwicklungswalze herausgedrückten,
flüssigen Entwickler (Anteil c) und mit dem zwischen dem lichtempfindlichen Element
6 und der Entwicklungswalze 14 vorhandenen, flüssigen Entwickler (Anteil des Quetschspaltes
a) entwickelt wird. Anschließend, wenn der zusammengedrückte Teil der Entwicklungswalze
14 die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 6 verläßt, wird der in der Nähe
der Entwicklungswalze 14 vorhandene, überschüssige, flüssige Entwickler infolge
der Rückkehr des elastischen Elements 17 aus dem zusammengedrückten in den ursprünglichen
Zustand in die Entwicklungswalze 14 hinein absorbiert. Dann wird die Entwicklungswalze
14 mit der in dem flüssigen Entwickler 12 befindlichen Auffrischungs-
walze
15 (Anteil b) in Druckberührung gebracht, wodurch der in der Entwicklungswalze 14
enthaltene, flüssige Entwickler aufgefüllt und aufgefrischt bzw. erneuert und die
Entwicklungswalze für den folgenden Entwicklungsschritt vorbereitet wird.
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Durch erfindungsgemäße Untersuchungen wurde bestätigt, daß die Betriebsleistung
der in der vorstehend erläuterten Weise eingesetzten, elastischen Entwicklungswalze
durch die Zusammensetzung bzw. den Aufbau der elastischen Walze, insbesondere durch
die elektrischen Eigenschaften des porösen, elastischen Elements und durch die Dicke
des das elastische Element bedeckenden Netzelements, d. h., durch den Abstand zwischen
dem porösen, elastischen Element der elastischen Walze und der Oberfläche des lichtempfindlichen
Elements, in bedeutendem Maße beeinflußt wird.
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Im einzelnen wurde festgestellt, daß dem porösen, elastischen Element
eine genau festgelegte Leitfähigkeit oder ein in einem bestimmten Bereich liegender,
spezifischer Durchgangswiderstand verliehen werden sollten, die für die Erzielung
einer zufriedenstellenden Wirkung des elastischen Elements als Entwicklungselektrode
geeignet sind, damit selbst bei einem Hochgeschwindigkeits-Elektrophotographieverfahren
eine zufriedenstellende und stabile Entwicklungsfunktion der elastischen Walze erhalten
wird. Weiter wurde gefunden, daß die Dicke des den äußersten Teil der elastischen
Walze bildenden Netzelements ein wichtiger Faktor ist, der das Entwicklungsergebnis
in bedeutendem Maße beeinflußt.
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Die Erfinder haben daher im Verlauf der zur Erfindung führenden Forschungen
untersucht, welchen Effekt die elektrischen Eigenschaften, insbesondere der spezifische
Durchgangswiderstand, des elastischen Elements bei einer hohen Verfahrensgeschwindigkeit
von 200 mm/s oder mehr auf die verschiedenen Ergebnisse der Entwicklung wie die
Bilddichte, die Bildung von Hintergrundschleiern, die
Wiedergabe
von Halbtönen, d. h. die Gradation, usw. haben.
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Die Ergebnisse dieser Untersuchung zeigen, daß das elastische Element
eine zufriedenstellende Entwicklungswirkung hat, wenn sein spezifischer Durchgangswiderstand
108# .cm nicht überschreitet. Ein spezifischer Durchgangswiderstand, der diesen
Wert überschreitet, führt zu einem zu schwachen elektrischen Feld zwischen dem Ladungsbild
und de elastischen Walze und dadurch zu einer verminderten Verschiebungsgeschwindigkeit
der Tonerteilchen, wodurch aufgrund de begrenzten Zu-uhr von Tonerteilchen zu dem
Ladungsbild-Trägerelement innerhalb der vorbestimmten Entwicklungszeit eine unzureichende
Bilddichte verursacht wird. In einem solchen Fall ist auch die Bildung von Hintergrundschleiern
unvermeidbar, weil das elektrische Feld mit entgegengesetzter Dichtung, das zwischen
der Bildhintergrundfläche des Ladungsbild-Trägerelements und der elastischen Walze
vorliegt, auch zu schwach ist, um die Abscheidung von Tonerteilchen auf einer solchen
Hintergrundfläche zu verhindern. Ein solcher hoher spezifischer Durchgangwiderstand
hat den weiteren Nachtei, daß er nicht zu einem parallelen elektrischen Feld zwischen
dem Ladungsbild und der Entwicklungswalze führt sondern dazu neigt, auch in der
Bildhintergrundfläche ein elektrisches Feld zu erzeugen, wodurch schließlich ein
verstärkter Randeffekt, eine in einer durchgehend schwarzen Bildfläche vorliegende,
weiße, unentwickelte Fläche und eine verschlechterte Wiedergabe von Haibtönen verursacht
werden Andererseits wird die Erzielung eines entwickelten, von Hintergrundschleiern
freien Bildes mit einer zufriedenstellenden Bilddichte ermöglicht, wenn der spezifische
Durchgangswiderstand des elastischen Elements vermindert wird, d. h., wenn die elektrische
Leitfähigkeit erhöht wird. Ein kleinerer spezifischer Durchgangswiderstand als 10²#
.cm neigt jedoch zur Verursachung einer
verschlechterten Wiedergabe
von Halbtönen, die darauf beruht, daß, wahrscheinlich aufgrund der Tatsache, daß
das elektrische Feld zwischen dem Ladungsbild und der Entwicklungswalze sogar dann
zu stark ist, wenn dem isolierenden Netz element eine beträchtliche Dicke verliehen
wird, selbst auf der Potentialfläche des Ladungsbildes, die dem Halbton des Originals
entspricht, eine übermäßige Tonermenge abgeschieden wird. Außerdem führt die übermäßige
Tonerabscheidung im allgemeinen zu einer unbefriedigenden Bildübertragung, insbesondere
zu einer fehlenden Tonerübertragung in durchgehend schwarzen Bildflächen. Weitere
Nachteile, die beobachtet wurden, sind weiße Flecken in den durchgehend schwarzen
Bildflächen oder eine unerwünschte Umkehrung des Bildes, die darauf beruht, daß
die Ladung des Ladungsbildes dazu neigt, zur Entwicklungswalze hin entladen zu werden.
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Andererseits ergaben erfindungsgemäße Untersuchungen, daß die Dicke
des den äußersten Teil der Entwicklungswalze bildenden Netzelements 400 jim nicht
überschreiten sollte, da eine größere Dicke zu einer verminderten Bilddichte und
zur Bildung von Hintergrundschleiern führt.
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Dies beruht darauf, daß die Verschiebungsgeschwindigkeit der Tonerteilchen
wegen der Schwächung des elektrischen Feldes zwischen dem Ladungsbild auf dem lichtempfindlichen
Element und der Entwicklungswalze vermindert wird, wodurch die Menge des Toners
vermindert wird, die dem lichtempfindlichen Element innerhalb der vorbestimmten
Entwicklungszeit zugeführt wird, und darauf, daß wegen einer ähnlichen Schwächung
des elektrischen Feldes mit entgegengesetzter Richtung zwischen der Bildhintergrundfläche
des lichtempfindlichen Elements und der Entwicklungswalze eine Abscheidung von Tonerteilchen
auf der Hintergrundfläche nicht verhindert werden kann. Außerdem wird durch eine
erhöhte Dicke des Netz elements die Fähigkeit der Entwicklungswalze zum Herausdrücken
von Flüssigkeit vermindert, und ein Netzelement
mit einer erhöhten
Dicke neigt dazu, ein ungleichmäßiges Herausdrücken von Flüssigkeit zu verursachen.
Aus diesen Gründen, insbesondere zwecks Erzielung einer ausreichend hohen Bilddichte
ohne Bildung von Hintergrundschleiern, sollte die Dicke des Netzelements unter 400
µm gehalten werden.
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Andererseits ist auch eine zu geringe Dicke des Netzelements unerwünscht.
Eine geringere Dicke ist zwar sicherlich effektiv hinsichtlich der Erzielung einer
höhere Bilddichte und einer Verminderung von Hintergrundschleiern, jedoch führt
das übermäßig starke elektrische Feld zwischen dem Ladungsbild und der Entwicklungswalze
zu einer übermäßigen Abscheidung von Toner, und zwar selbst auf der Potentialfläche
des Ladungsbildes, die dem Halbton des Originals entspricht, wodurch die Wiedergabe
von Halbtönen verschlechtert wird Außerdem führt eine zu geringe Dicke des Netzelements
dazu, daß das innere, elektrisch leitende, poröse, elastische Element durch die
Maschen ds Netzelements hindurch nach außen hin exponiert wird, was schließlich
zu einer direkten Berührung des elastischen Elements mit der Oberfläche des lichtempfindlichen
Elements führt, wodurch die auf dem licht empfindlichen Element befindliche elektrostatische
Ladung entladen wird, wobei durch eine solche Entladung weiße Flecken in der durchgehend
schwarzen Fläche des Bildes oder eine unerwünschte Umkehrung des Bildes verursacht
werden.Obwohl ein höherer spezifischer Durchgangswiderstand des porösen elastischen
Elements hinsichtlich einer Verbesserung der Wiedergabe von Halbtönen von Vorteil
ist, führt die Verwendung eines zu dünnen Netzelements dazu, daß das poröse, elastische
Element, wie vorstehend erläutert wurde, durch das Netzelement hindurch exponiert
wird. Solange die Dicke des Netzelements so gewählt wird, daß eine Freilegung bzw.
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Exponierung des elastischen Elements nach außen verhindert wird, wird
für den spezifischen Durchgangswiderstand des elastischen Elements vorzugsweise
ein Wert gewählt, der 108 S2.cm nicht überschreitet. Unter Berücksichtigung der
vorstehend beschriebenen Tatsachen sowie des Abriebs und der Festigkeit der Entwicklungswalze
und des lichtempfindlichen Elements, das mit der Entwicklungswalze in Druckberührung
zu halten ist, wird als minimale Dicke des Netzelements ein Wert von 20 ßm ausgewiesen.
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Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert.
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Beispiel 1 Aus einem geschäumten Polyurethan mit der nachstehend
angegebenen Zusammensetzung wurde zwecks Erzielung einer elektrischen Leitfähigkeit
im geschäumten Zustand ohne eine zweite Bearbeitung ein elektrisch leitendes, poröses,
elastisches Material auf folgende Weise hergestellt: Durch Vermischen von 100 Teilen
Desmophen 30360G (Warenzeichen: Farbenfabriken Bayer AG), 50 Teilen mit Wasser vermengtem
Acetylenruß, 30 Teilen mit Wasser vermengtem Ketjenblack und 12 Teilen eines nichtionischen,
oberflächenaktiven Mittels wurde eine Masse hergestellt. Dann wurden zu der Masse
40 Teile Desmodur VT50 (Warenzeichen: Farbenfabriken Bayer AG) hinzugegeben und
5 s lang mit 2500 U/min mit der Masse vermischt. Die erhaltene Masse wurde dann
geschäumt,
20 min lang bei Normaltemperatur stehengelassen, aus
der Form entfernt, in die sie hinei-gebracht worden war, und danach 24 h lang bei
60 °C getrocknet, um die dari enthaltene Feuchtigkeit zu entfernen ruf diese Weise
wurde ein Polyurethanschaum mit einem spezifischen Durchgangswiderstand von 3,3
106 cm erhalten Der auf diese Weise erhaltene Polyurethanschaum wurde zur Bildung
einer Entwicklungswalze eingesetzt und in den nachstehend beschriebenen Versuchen
zu Untersuchung der Beziehung zwischen dem Elektrodeneffekt der Entwicklungswalze
und dem Ergebnis der Entwicklung, d. h. der Bild qualität, angewandt Bei diesen
Versuchen wurde eine der in Fig. 3 gezeigten vergleichbare Kopiervorrichtung eingesetzt,
und mit 10 Originalen, die eine verschiedene Bilddichte hatten (von einer niedrigen
bis zu einer hohen Bilddichte) wurden auf dem lichtempfindlichen Element 6 in der
Ladungsbild-Erzeugungsstation 8 Ladungsbilder erzeugt. In der Entwicklungsstation
9 wurde die mit dem flüssigen Entwickler 12 durchränkte Entwicklungswalze 14 in
Druckberührung mit dem lichtempfindlichen Element 6 gehalten. Die Entwicklungswalze
14 bestand aus einem starren Aluminium-Kernelement 16 mit einem Außendurchmesser
von 34 mm, aus einer uma das Kernelement 1 6 herum angeordneten Schicht aus Polyurethanschaum
17 mit einem spezifischen Durchgangswiderstand von 3,3 x 106 # . cm und aus einem
nahtlosen, rohrformigen Netz 18 mit einer Dicke von 100 µm, das mit 200 Maschen
(mesh) aus Polyesterfasern gestrickt bzw gewirkt worden war und die Schicht 17 aus
Polyurethanschaum umgabe, wobei die Entwicklungswalze 14 im fertigen Zustand einen
Durchmesser von 40 mm hatte. Die auf dem lichtempfindlichen Element 6 erzeugten
Ladungsbilder wurden durch die Entwicklungs-
walze sichtbar gemacht,
und die auf diese Weise erhaltenen, sichtbaren Bilder wurden in der Ubertragungsstation
10 auf Ubertragungs- bzw. Bildempfangsblätter übertragen.
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Die vorstehend beschriebenen Schritte wurden mit einer Verfahrensgeschwindigkeit
von 250 mm/s durchgeführt.
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Die Reflexionsdichten der Originale und der kopierten Bilder wurden
mit einem Macbeth (Warenzeichen)-Reflexions-Densitometer gemessen, um die Beziehung
zwischen den beiden Reflexionsdichten (D-D-Charakteristik) zu erhalten, und diese
Beziehung, die eine zufriedenstellende Wiedergabe von Halbtönen andeutet , wird
durch die Kurve BL in Fig. 4 dargestellt. Die maximale Reflexionsdichte des kopierten
Bildes hatte den hohen Wert von 1,34, und die Reflexionsdichte in der Hintergrundfläche
hatte den niedrigen Wert von 0,09, woraus die Abwesenheit von Hintergrundschleiern
hervorgeht.
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Beispiels 2 Mit Polyurethanschäumen, die einen verschiedenen spezifischen
Durchgangswiderstand hatten, wurden ähnliche Versuche wie in Beispiel 1 durchgeführt,
wobei man die in Fig. 4 gezeigten Kurven für die D-D-Charakteristik erhielt. In
Fig. 4 ist die jeweilige Reflexionsdichte Do des Originals als Abszisse gegenüber
der jeweiligen Reflexionsdichte D der Kopie als Ordinate aufgetragen.
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P Die Kurven AL bzw. CL entsprechen einem spezifischen Durchgangswiderstand
von 1011 bzw. 10² # .cm, während die Kurve DL Vergleichsergebnisse zeigt, die mit
einem vollkommen leitfähigen Material erhalten wurden.
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Die Ergebnisse dieser Versuche zeigen, daß ein höherer, spezifischer
Durchgangswiderstand als 108 .cm zur Bildung von Hintergrundschleiern und zu einer
niedrigen Bilddichte führt, während mit einem niedrigeren Wert als 102J.cm keine
zufriedenstellende Wiedergabe von Halbtönen erzielt werden kann. Im Falle des vollkommen
leit-
fähigen Materials erreicht die Reflexionsdichte der Kopie
einen Sättigungswert, wenn die Reflexionsdichte des Originals einen bestimmten Wert
überschreitet, was durch die Kurve DL dargestellt wird. Dies liegt daran, daß der
Toner auf dem kopierten Bild in einer Menge abgeschieden wird, die die Menge überschreitet,
die der Halbtonfläche des Originals entsprechen würde, und auch daran, daß Tonerteilchen,
die oberhalb einer bestimmten Grenzmenge auf dem Bildempfangsblatt vorhanden sind,
keinen Beitrag zur Erhöhung der Reflexionsdichte leisten.
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Beispiel 3 ähnliche Versuche wie in Beispiel 1 wurden mit einer Verfahrensgeschwindigkeit
von 220 mm/s und mit einer Entwicklungswalze durchgeführt, die aus einem starren
Aluminium-Kernelement mit einem Durchmesser von 54 mm, einem auf dem Umfang des
Kernelements anhaftenden Neopren-Butadien-Kautschuk (NBR)-Schaumstoff mit einem
spezifischen Durchgangswiderstand von 1,7 x 107 .cm und einem nahtlosen, rohrförmigen
Netz aus gewebten Polyamidfasern (200 Maschen (mesh)l7 mit einer Dicke von 250 ßm
und einem Durchmesser von 60 mm bestand. Das erhaltene Bild zeigte eine zufriedenstellende
Wiedergabe von Halbtönen (Gradation), wobei die maximale Reflexionsdichte der Kopie
den hohen Wert von 1,2 hatte. Die Reflexionsdichte in der Hintergrundfläche hatte
den niedrigen Wert von 0,08, woraus die Abwesenheit von Hintergrundschleiern hervorgeht.
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Beispiel 4 Die nachstehend beschriebenen Versuche wurden zur Untersuchung
der Beziehung zwischen der Dicke des Netzelements auf des Entwicklungswalze und
deren Entwicklungswirkung durchgeführt.
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In einer der in Fig 3 gezeigten im wesentlichen ähnlichen Kopiervorrichtung
wurden auf dem lichtempfindlichen Element 6 in der Ladungsbild-Erzeugungsstation
8 zwei Ladungsbilder erzeugt, wobei das eine Ladungsbild zwecks Messung der maximalen
Bildreflexionsdichte einem Original mit einer durchgehend schwarzen Fläche und das
andere zwecks Messung der Hintergrundschleier einem Original mit einer durchgehend
weißen Fläche entsprach.
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In der Entwicklungsstation 9 wurde die mit dem flüssigen Entwickler
12 durchtränkte Entwicklungswalze 14 mit dem lichtempfindlichen Element 6 in Druckberührung
gehalten.
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Dabei bestand die Walze 14 aus einem starren Aluminium-Kernelement
16 mit einem Durchmesser von 34 mm, einer elektrisch leitenden Schicht 17 aus Polyurethan-Schaumstoff,
die in einer ähnlichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt worden war und am äußeren
Umfang des Kernelements anhaftete, und einem nahtlosen, rohrförmigen Netz 18 mit
200 Maschen (mesh), das aus Polyesterfasern gewebt worden war und die Schicht aus
dem Schaumstoff umgab, wobei der Gesamt-Außendurchmesser 40 mm betrug. Die vorstehend
erwähnten Ladungsbilder wurden durch die vorstehend erwähnte Entwicklungswalze sichtbar
gemacht, und die erhaltenen Bilder wurden in der Übertragungsstation 10 auf übertragungs-bzw.
Bildempfangsblätter übertragen. Die vorstehend beschriebenen Schritte wurden mit
einer Verfahrensgeschwindigkeit von 280 mm/s durchgeführt. Die Messungen mit dem
Macbeth(Warenzeichen)-Reflexions-Densitometer zeigten eine maximale Reflexionsdichte
der Kopie von 1,25 und für die Reflexionsdichte des Hintergrundes den niedrigen
Wert von 0,08.
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Beispiel 5 Mit Netzelementen, die eine verschiedene Dicke hatten,
wurden ähnliche Versuche wie in in Beispiel 4 durchgeführt, wobei die in Fig. 5
gezeigten. Ergebnisse erhalten wurden.
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Tn Fig. 5 ist die Reffexionsdichte D in der Ordinate als Funktion
der Netzdicke (in llm) in der Abszisse aufgetragen, wobei die Kurven EL bzw. FL
der Kopie mit der maximalen Reflexionsdichte bzw. der Refleionsdichte des Hintergrundes
entsprechen. aus diesen Ergebnissen geht hervor, daß eine 400 µm überschreitende
Netzdicke zur Bildung von Hintergrundschleiern, zu einer nicht zufriedenstellenden,
niedrigen Bilddichte und zu einem ungenügenden und ungleichmäßigen Herausdrücken
von Flüssigkeit führt, während mit einer Netzdicke unter 20 µm keine zufriedenstellende
Wiedergabe von Halbtönen erzielt werden kann und eine Neigung zum Auftreten einer
unerwünschten Umkehrung des Bildes besteht. Die Kurven EL' und FL' mit durchbrochenen
Linien wurden erhalten, als an die Entwicklungswalze zur Verhinderung der im Falle
eines Netzes mit einer 400 zum überschreitenden Dicke auftretenden Hintergrundschleier
eine Vorspannung angelegt wurde, die gleich dem Hintergrundpotential des Ladungsbildes
plus 100 bis 200 V war. Obwohl auf diese Weise der Hintergrundschleier entfernt
werden konnte, wie in Fig.
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5 gezeigt wird, konnten wegen des Verlustes an Reflexionsdichte keine
zufriedenstellenden Bilder erhalten werden.
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Beispiel 6 ähnliche Versuche wie in Beispiel 4 wurden mit einer Verfahrens
geschwindigkeit von 200 mm/s und einer Entwicklungswalze durchgeführt, die- aus
einem starren Kernelement mit einem Durchmesser von 54 mm, einem am äußeren Umfang
des Kernelements anhaftenden, elektrisch leitenden Neopren-Butadien-Kautschuk(NBR)-Schaumstoff,
einem ersten nahtlosen, rohrförmigen Netz mit 100 Maschen (mesh), das
aus
Polyamidfasern gewirkt bzw. gestrickt worden war, eine Dicke von 180 ijm und einen
Außendurchmesser von 60 mm hatte und den Schaumstoff bedeckte und einem zweiten
nahtlosen, rohrförmigen Netz mit 200 Maschen (mesh), das aus Poiyesterfasern gestrickt
bzw. gewirkt worden war, eine Dicke von 110 ijm und einen Durchmesser von 60 mm
hatte und das erste Netz bedeckte, bestand.
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Die erhaltenen Bilder zeigten eine zufriedenstellende Wiedergabe von
Halbtönen, wobei die maximale Reflexionsdichte der Kopie 1,0 und die Reflexionsdichte
des Hintergrundes 0,07 betrug.
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Beispiel 7 Zur Untersuchung der Qualität der Wiedergabe von Halbtönen
im erfindungsgemäßen Verfahren wurden in einer ähnlichen Weise wie in Beispiel 4
Versuche unter Anwendung der in Beispiel 4 gezeigten Entwicklungswalze und von Originalen
mit 10 verschiedenen Dichten durchgeführt. Die erhaltenen Bilder zeigten eine zufriedenstellende
Wiedergabe von Halbtönen, wie sie durch die D-D-Charakteristiken in Fig. 6 dargestellt
wird, in der die Dichte D p der Kopie in der Ordinate als Funktion der Dichte D
des 0 Originals in der Abszisse aufgetragen ist.
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Wie vorstehend näher erläutert wurde, können infolge der Verbesserungen
der im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Entwicklungswalze insbesondere bei
einem mit hoher Geschwindigkeit durchgeführten Verfahren folgende Vorteile erzielt
werden: (1) Eine Bilderzeugung mit hoher Geschwindigkeit wird ermöglicht, weil die
Entwicklungswalze eine Entwicklung mit einer außerordentlich hohen Geschwindigkeit
durchführt.
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(2) innerhalb einer kurzen Zeit kann sowohl ein Ladungsbild entwickelt
als auch überschüssiger Entwickler in hohem Maße entfernt werden, wodurch das erfindungsgemäße
Verfahren für eine Kopiervorrichtung geeignet ist, die mit hoher Geschwindigkeit
arbeitet.
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(3) Die gesamte Vorrichtung kann verein--acht werden, da nach der
Entwicklung keine getrennte Einrichtung zu Herausdrücken von Flüssigkel-:- wie bei
der bekannten Technologie mehr erforderlich ist (4) Die Erzeugung von Bildern mit
hoher Qualität kann über eine ausgedehnte Zeitdauer gewährleistet werden, da in
stabiler Weise eine genaue bzw. exak-ce Entwicklung des Ladungsbildes und eine vollständige
Entfernung von überschüssigem, flüssigem Entwickler erreicht werden können.
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(5) Wegen des konstanten und vollständigen bzw.
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über die gesamte Berührungsfläche erfolgenden Herausdrückens von flüssigem
Entwickler werden Bilder mit hoher Qualität, die keine unscharfen Stellern zeigen,
erzielt und wird der Verbrauch an flüssigem Entwickler wirtschaftlich günstig gemacht.
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(6) Über eine ausgedehnte Zeitdauer können deutliche Bilder mit einer
zufriedenstellenden Wiedergabe von Halbtönen ohne Hintergrundschleier gewährleistet
werden.
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(7) Durch das verminderte Hinübertragen von flüssigem Entwickler
wird die Verdampfung der Flüssigkeit außerhalb der Vorrichtung vermindert, wodurch
Besorgnisse hinsichtlich der Beeinträchtigung der Umwelt beseitigt werden, und
(8)
die Ladungsbilder können im Vergleich zur bekannten Technologie in wirksamer Weise
innerhalb eines kleineren Raums entwickelt werden.
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L e e r s e i t e