DE3115555A1 - Entwicklungsverfahren und entwicklungsvorrichtung - Google Patents

Description

- 7 Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entwickeln und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entwickeln elektrostatischer oder magnetischer, latenter Bilder auf einem Abbildungseiement.

Die Xerografie wie sie ursprünglich in der US-PS 2,297,691 und später in dazu in Beziehung stehenden Patentschriften beschrieben werden ist, umfaßt allgemein einen Verfahrensschritt zum Aufladen eines fotoleitfähigen, isolierten Elementes, um es zu sensibilisieren, und dann anschließend das. Aussetzen des fotoleitfähigen Elementes gegenüber einen Lichtbild oder einem anderen Muster aktivierender, elektromagnetischer Strahlung, welche dazu dient, Ladungen in mit Strahlung beaufschlagten Bereichen zu zerstreuen, wodurch ein Ladungsmuster oder ein latentes Ladungsbild auf dem Fotoleiter zurückbleibt, welches mit dem Strahlungsmuster übereinstimmt. Dieses Strahlungsmuster wird allgemein als ein gleichförmiges oder ein homogenes Ladungsmuster bezeichnet, weil es keinen wesentlichen Potentialgradienten zwischen kleinen, bestimmten Bereichen gibt, wo die Ladung durch die Belichtung mit aktinischer Strahlung nicht zerstreut worden ist. Somit liegen in Bereichen, die eine gleichförmige Ladung aufweisen, die Kraftlinien innerhalb der; fotoleitfähigen Materials und erstrecken sich nicht von der baucht et en Oberfläche des fotoleitfähigen Materials nach au^! ·Γ;., mit der Ausnehme direkt an der Kante eines Bildbereiches, wo ein entladener Bereich des 3?otoleiters angrenzend neben einem aufgeladenen Bereich liegt. In diesem Bereich nind

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Kraftlinien vorhanden,' was als ein Streufeld "bezeichnet wurde, und sie erstrecken sich oberhalb der belichteten Oberfläche des fotoleitfähigen Abbildungselementes.

Während es schwierig war, dieses gleichförmige Ladungsmuster in unbelichteten Bereichen wegen der Art des vorliegenden Feldes zu entwickeln, wurden verschiedene Techniken für die durchgehenden, dunklen Bildbereiche angewandt. Eine besonders zufriedenstellende Technik verwendet eine Entwicklungs elektrode, welche die Entwicklung der festen bzw- durchgehenden großen Bereiche mit den üblichen Entwicklermaterialien erlaubt, d.h. ein Zweikomponentenentwickler, welcher ein Trägermaterial und einen Toner umfaßt. Ein Beispiel einer Entwicklungselektrode zur Verstärkung der Entwicklung von einem festen Bereich ist in der US-PS 2,777,4-18 beschrieben. Bei diesen Systemen wird der Toner triboelektrisch durch Berührung mit den Trägerteilchen aufgeladen, wobei die Ladung eine gegenüber der auf dem fotoleitfähigen Abbildungselement entgegengesetzte Polarität aufweist. Ein Nachteil beidieser Art Entwicklungssystem wird allgemein als "Yerhungerungseffekt" bezeichnet, da große Mengen an Tonermaterial auf der Bildkonfiguration abgelagert weed und sich das Verhältnis des Toners zu dem vorhandenen Träger in der Entwicklerstoffmischung ändert, was somit eine fortlaufende Zufuhr von Toner erforderlich macht, um dessen Ent- · leerung zu vermeiden, was von einer unvollständigen Ablagerung in der folgenden Zeit oder an einer stromabwärtigen Stelle begleitet ist.

Die US-PSen 3,234-,01? und 3,519,4-61 geben Techniken an, durch die ein ungleichförmiges oder inhomogenes Ladungsmuntor in einer Bildkonfiguration auf einer BilderzouGungnflache erzeugt wird, wobei kleine individuelle, bestimmIg Oberflächenelemente, die innerhalb des Bildbereiches anein-

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ander angrenzen, entweder entgegengesetzt aufgeladen werden, oder einige besiimmte Bereiche aufgeladen und die anschließenden Bereiche entladen werden, um Feldgradienten zwischen aneinander angrenzenden "bestimmten Bereichen zu erzeugen, was deren Entwicklung durch Vervrendung polarisierter, kleiner, ungeladener Tonerteilchen erlaubt. Diese Teilchen werden in den Streufoldern polarisiert, die über die Oberfläche άτ; Bilderzeugungselement herausreichen und werden somit in der Bildkonfiguration zu diesem Element hingezogen. Aufgrund der Eigenart dieses Systems können feste Bereiche entwickelt werden, ohne daß Entwicklungselektroden erforderlich sind, wio es vorhergehend angegeben wurde, wo gleichförmige Felde ο und Zweik omp on ent en-Ent Wicklermaterial verwandt wurden. Ferner tritt kein " Aushungerungseffekt " auf, weil der Entwickler aus 100% Toner besteht.

Leider gibt es wegen der Eigenart dieses Systems verschiodono Nachteile, welche Schwierigkeiten bei der Handhabung und Entwicklung der latenten Bilder bei Verwendung einkomponentiger, ungeladener Tonerteilchen hervorrufen. Die Stärke der verwandten Streufelder oder, genau gesagt,die damit zusammenhängenden Kräfte sind nicht so groß wie jene, die bei elektrostatischen Systemen vorliegen, bei denen gleichförmige Ladungsmuator verwandt werden und die Ladungen auf den Teilchen ein Ergebnis der Triboelektrizität sind. Da ferner die Tonerteilchen ungeladen bleiben sollten, um eine Hintergrundablagerurig möglichst klein zu halten und damit sie sich in gleicher Weise in den heraustretenden und eintretenden Streufeldern ablagern, die in dem unf'eichförmigen Ladungsmuster vorliegen, muß Sorgfalt aufgewandt jrden, ein Aufladen der Tonerteilchen durch Berührung mit Materialien zu verhindern, welche

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eine unterschiedliche, relative Stellung in der triboelektrischen Reihe aufweisen. Somit ist ein Entwicklerzuführsystem erforderlich, welches eine geringere Kraft auf die Tonerteilchen als die aufgrund des ungleichförmigen Ladungsmusters ausübt, um eine Entfernung von Toner von. erwünschten Bildbereichen zu verhindern. Auch bewirkt irgendeine unerwünschte Aufladung der Tonerteilchen eine unausgeglichene Ablagerung der Tonerteilchen in beiden Arten von bestimmten Bereichen, die innerhalb des Ladungsmusters vorliegen, und führt zu einer unerwünschten Zunahme des Hintergrundes.

Während die Vorteile bezüglich der Entwicklung ungleichförmiger Ladungsmuster Vorzüge zu haben scheinen, erfolgte in der Industrie keine Entwicklung in dieser Richtung, äußerst wahrscheinlich wegen des großen wirtschaftliehen Erfolges elektrostatografischer Vorrichtungen, bei denen gleichförmige Ladungsmuster zusammen mit dualen Entwicklungssystemen verwandt werden, bei donen Entwicklungselektroden verschiedener Art verwandt wurden, um die Entwicklung großer dunkler Bereiche zu ermöglichen. Eine äußerst nützliche Entwicklungsvorrichtung, bei der sowohl Einkomponentenentwickler, d.h. Toner allein und eine duale Entwicklung, d.h. Träger und Toner verwandt werden, ist die Hagnetbürste. Diese Einrichtungen sind aus der Patentliteratur gut bekannt und wahrscheinlich im allgemeinen die am häufigsten verwandteiEinrichtungen Entwicklung elektrostatografischer Bilder. Magnetbürsten ifurden auch bei einkomponentiger Entwicklung verwandt, bei der der Toner magnetische Pigmente enthält. Man sieht somit, daß bei solchen Magnetbürstensystemen entweder ein magnetisches Trägermaterial vorliegen muß, welches ebenfalls triboelektrisch

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in bezug auf die "beteiligten Tonerteilchen aktiv ist, oder die Tonerteilchen selbst müssen magnetisch sein, um mit einer Magnefbürsteneinrichtung verwandt werden zu können. Dies ist ein schwerwiegender Nachteil wo andere als schwarze oder "braune Bildwiedergaben erwünscht sind, da die Magnetteilchen, die in den Tonerteilchen eingeschlossen sind, von Natur aus äußerst dunkel sind und es im wesentlichen unmöglich machen, Bilder mit geeigneten Farben anders als schwarz oder braun zu entwickeln.

lerner gibt es magnetische Bildsysteme, bei denen ein magentisches, latentes Bild durch magnetisch anziehbare Tonerteilchen entwickelt wird. Bei diesen Systemen muß der Toner dem latenten Bild durch eine unmagnetische Einrichtung zugeführt werden, damit die magentischen Felder das latente Bild nicht löschen, bevor es entwickelt werden kann»

Somit liegt eine vorrangige Zielsetzung der Erfindung darin, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Entwicklung ungleichförmiger, latenter Bilder auf einer Abbildungsoberfläche zu schaffen.

Bezüglich des Standes der Technik wird auf die US-PSen 5,234,017, 3,519,^61, 4,048,921, 4,103,994, 3,995,515, 4,017,648.

Gemäß der US-PS 3,234,017 wird ein nicht homogenes Ladung::;-muster dadurch erzeugt, daß dio fotoleitfähige Schicht einen elektrischen Potential mittels einer Koronarentladung la; jo genug ausgesetzt wird, um einen elektrischen Ζυ

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der fotoleitfähigen Schicht in vielen, dicht "beanstandeten, be stimmt en Stellen zu "bewirken, und es wird nicht aufgeladener Toner abgelagert, um das Bild zu entwickeln.

In der US-PS 3,519,461 ist ein Verfahren zum elektrostatischen Drucken angegeben, bei dem elektrische Dipole auf einer dielektrischen Oberfläche erzeugt und mit ungeladenem, polarisierbarem Tonerpulver entwickelt werden.

Gemäß der US-PS 4,048,921 wird ein elektroststisches Ladungsmuster auf einer dielektrischen Oberfläche erzeugt und dieses Ladungsmuster xvird mit einem isolierenden I¹IuXd gefärbt, we1ehes .kleine Teilchen mit einer großen Dielektrizität konstanten enthält, welche dadurch ein induziertes Dipolmoment erhalten.

In der US-PS 4,103,994 wird ein Aufzeichnungsmaterial beschrieben, welches eine fotoleitfähige Schicht umfaßt, in der wenigstens ein Paar von isoliert ;n Leiterelementen eingebettet ist. Ein Potentialunterschxed wird an das Leiter- · paar gelegt, um ein elektrisches PeId zu bilden. Das Abbildungselement wird mit einer Bildkonfiguration belichtet und das latente Bild wird mit ungeladenen, isolierten Teilchen entviickelt, wobei ein magnetisches Entwicklungssystem eingesetzt wird.

In der US-PS 3,999,515 ist ein Gebereloment beschrieben, um triboelektrisch geladene Tonerteilchen zu einem latenten Ladungsbild zu transi>ortieren, wodurch das latente Bi] d durch eine beabstandote Aufsetz-Entwicklungstechnik entwickelt wird. Die geladenen Tonerteilchen werden in einer konstanten Springbewegung gehalten, indem in dem Geber ein ■ Wechselfeld induziert wird.

Gemäß der US-PS 4,017,648 wird ein Mikrofeldgeber mit einer Einrichtung vorgesehen, um eine Vielzahl elektrostatischer Mikrofeider auf seiner Oberfläche auszubilden. Die Polarität der Felder wird fortlaufend umgekehrt, um abwechselnd die Tonerteilchen abzustoßen und anzuziehen.

Durch die Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entx\rickeln eines ungleichförmigen, latenten Bildes geschaffen, wobei polare oder polarisierbare Tonerteilchen •von einer Quelle her zu dem ungleichförmigen, latenten Bild transportiert werden, indem die Quelle mit einer Rolle in Berührung gebracht wird, welche eine Vielzahl von konvergierenden, elektrischen Feldern aufweist, welche durch die isolierende Holle hindurchgehen. Die konvergierenden Felder halten die Tonerteilchen an der Rolle und die konvergierenden Felder werden dann in Drehung bezüglich dor isolierenden Rolle versetzt, wodurch sie die Teilchen von der Quelle in die Nähe des ungMchf örmigen latenten Bildes bewegen.

Die Vorrichtung und das Verfahren nach der Erfindung können bei dei" Entwicklung sowohl von ungleichföxinigen, elektrostatischen, latenten Bildern und magnetischen, latenten Bilderi angewandt werden. Die einzige Forderung besteht darin, daß der bei der Entwicklung von magnetischen, latenten Bildern verwandte Toner paramagnetische Eigenschaften, aufweisen muß. Das heißt, die Tonerteilchen müssen von einem Magnet angezogen werden können. Die Technik ;-:ur Herstellung mignetischer, latenter Bilder ist bekannt, wobei bei spiel sv/eise in der US-PS 4,138,685 ei^ne Anzahl von Technikon zur Herstellung beschrieben ist. VJrlhrend die Erfindung im

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folgenden hauptsächlich in "bezug auf elektrostatische, latente Bilder "be schrieb en wird, v;ird jedoch darauf hingewiesen, daß sie in gleicher Weise zur Entwicklung magnetischer, latenter Bilder angewandt werden kann.

Die Entwicklungsvorrichtung weist ein zylindrisches, isolierendes Element auf, welches eine mit ihn konzentrische und innerhalb des isolierenden Zylinders vorgesehene Einrichtung aufweist, um konvergierende Felder über der Außenfläche des zylindrischen, isolierenden Elementes auszubilden. Die Einrichtung zum Ausbilden konvergierender Felder umfaßt wenigstens zwei Elektroden, die innerhalb des isolierenden Zylinders und mit Abstand zu diesem angeordnet sind. Die Elektroden und der isolierende Zylinder sind relativ zueinander drehbar, damit sich die durch die an den Elektroden vorgesehenen Spannungen erzeugten, konvergierenden Felder um das isolierende, zylindriscl Element drehen, wodurch bewirkt wird, daß sich polare oder polarisierbare Tonerteilchen von der Quelle der Tonerteilchen in die Nähe der Entwicklungszone drehen. Die um das isolierende, zylindrische Element vorhandenen konvergierenden Felder bewirken die Polarisation der Tonerteilchen,und die Teilchen werden leicht bzw. schwach zu der isolierenden Rolle angezogen. Die Größe der Feldgradienten ist wegen der an die abwechselnden Leiter der Elektroden angelegten Spannungsdifferenz nahe der Oberfläche der isolierenden Rolle am größten.

Wenn der Abstand von der Oberfläche zunimmt, nimmt die die Tonerteilchen an der Walze festhaltende Hraft ab. Wenn die polarisierten Tonerteilchen in die Fähe dor Entwicklungszone transportiert werden, ist der Abstand zwischen der isoliererden Walze und dem Abbildungselement so festgelegt, daß die Kräfte

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auf dem AbTa il dungs element, die dem latenten Bild zuzuordnen sind, d.h.. das ungleichförmige Ladungsmuster, wenn es sich um ein elektrostatisches System handelt, und das magnetische Muster, wenn es sich um ein magnetisches System handelt, die Tonerteilchen von der isolierenden Walze annehmen bzw. abziehen. In manchen lallen wird die Dicke der Tonerschicht auf der isolierenden Walze durch den Einfluß der Schwerkraft gesteuert. Das heißt, wenn der Abstand von der Walze zunimmtwird ein Punkt erreicht, an dem wegen der Gravidationskräfte die den konvergierenden Feldern der Entwicklungswalze zugeordneten Kräfte nicht mehr ausreichen, die Teilchen an der Walze zu Kalten. Es kann auch erwünscht sein, die Dicke der Tonerschicht auf der isolierenden Walze durch Verwendung einer Steuereinrichtung für die Höhe der Toneranhäufung zu steuern, wie durch ein Wischblatt "beispielsweise, eine Abschablamelle oder ähnliches, die "bewirkt, daß die Teilchen oberhalb eine?¹ vorgegebenen Höhe in den Tonersumpf der Entwicklungseinrichtung, zurückfallen.

Auf alle Fälle werden die Tonerteilchen lose auf der Oberfläche der isolierenden Walze durch die auf ihr vorhandenen, konvergierendan Felder gehalten, die durch die den Elektroden, die innerhalb des isolierenden Elementes angeordnet sind, zugeordneten Spannungsunterschiede hervorgerufen werden. Das isolierende Element sollte aus einem Material hergestellt sein, welches keine triboelektrische Aufladung der Tonerteilchen durch Berührung mit ihnen hervorruft. Zu geeigneten Materialien gehören beispielsweise Polyester, Polystyrene, Polykarbonate, Polytetrafluorethylen und ähnliches. Eine dünne ε us Tonermaterial auf die Wal: .noberflache aufgeschmolzene Schicht ist eine Möglichkeit., um eine vernachlässigbar kleine triboelektrische Aufladung der losen Tonerteilchen si el.erzustellen.

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Wie "bereits hingewiesen, muß das Tonermaterial polar oder polarisierbar sein. Das heißt in der Gegenwart von FeId-Rraciienten müssen die Teilchen polarisiert werden, damit sie der aufgrund des vorliegenden Feldes vorhandenen Kraft ausgesetzt werden. Auch dort, wo das latente Bild ein ungleichförmiges, elektrostatisches Ladungsmuster aufweist, werden die Tonerteilchen wegen dieser Eigenschaft dort hin angezogen·. Die Tonerteilchen sollten aus einem Material bestehen, dessen Dielektrizitätskonstante großer, als 2 und dessen spezifischer Bahnwiderstand (bulk resistivity) wenigstens

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10 Ohm cm und vorzugsweise größer als ungefähr 10 Ohm cm ist. Jedes geeignete Harzmaterial, Vielehes diese Eigenschaften aufweist und auf der Unterlage fixiert werden kann, kann verwandi v/erden, wie z.B. Polyvinyl-Kopolymere wie Polyvinylacetat, Polyvinylbutyral und ähnliches; Polystyrene und Kopolymere davon, Polyolefine wie Polyäthylen, Polypropylen oder ähnliches-Acrylate wie Polymethylacrylat, Polymethylmethacrylat, PoIymethacrylicsäure, Kopolymere da.von oder ähnliches,' Polykarbonate Polyesterharze, Epoxiharze und ähnliches. Die Tonerteilchen können jede beliebige Form aufweisen, wobei auch eine sphärische ovale, körnige Form enthalten ist. Sie können eine'Teilchengröße von ungefähr 5 bis ungefähr 50 jam, vorzugsweise ungefähr 10 bis ungefähr 35 um und am geeignetsten von ungefähr 15 bis ungefähr 30 um aufweisen. Wenn magnetische, latente Bilder entwickelt werden sollen, sind in den vorhergehend genannten Materialien magnetisch anziehbare Teilchen wie z.B. Eisen, Wickel,Oxyde und Legierungen davon, Chromdioxid, Femte, Magnetite und ähnliches enthalten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Aus

führungsform einer Entwicklungswalze nach der Erfindung,

Pig. 2 eine Schnittdarstellung längs der Linie II-II

der Pig. 1 ,

Pig. 3 ein Teilschnitt im größeren Maßstab der

Pig» 2, wobei die vorhandenen Kraftlinien schematisch dargestellt sind,

Pig. 4· eine schematische Teilansicht einer zweiten

Ausführungsform einer Entwicklungsvorrichtung nach der Erfindung,

Pig. 5 eine perspektivische Teilansicht einer anderen

Ausführungsform einer Entwicklungsvorrichtung nach der Erfindung, und

Pig. 6 eine schematiche Aufrißdarstellung einer

elektrofotografischen Kopiervorrichtung, "bei der das Verfahren und die Vorrichtung nach' der Erfindung verwandt werden.

¥enn auch die Erfindung im folgenden anhand von verschiedenen Ausführungsformen "beschrieben wird, wird dar auf hingewiesen, daß dadurch keine Einschränkung der Erfindung auf diese Ausführungr.formen "beabsichtigt ist. Ganz im Gegenteil, es ist beabsichtigt, alle Abwandlungen, Abänderungen und Äquivalente mit zu umfassen, die innerhalb des Erfindungsgedankens liegen, wie er durch die Ansprüche zum Ausdruck kommt.

Zum allgemeinen Verständnis der Merkmale der Erfindung wird auf die Zeichnungen "bezug genommen. In den Zeichnungen wurden durchgehend die gleichen Bezugszeichen verwandt, um identische Elemente zu bezeichnen. Pin« 1 zeigt eine Entwicklungswalze nach der Erfindung. Die Walze umfaßt einen isolierenden Zylinder 8, welcher in bezug auf den Zylinder 7 gedreht werden kann, der innerhalb des isolierenden Zylinders 8 angeordnet ist. ¥13 es in Pig. Ί gezeigt ist, kann der Zylinder 7'gedreht werden, xvährend der isolierende Zylinder 8 stationär, ist. Es wird jedoch · darauf hingewiesen, daß es wünschenswert sein kann, den isolierenden Zylinder 8 zu drehen, während der Zylinder stationär gehalten wird. Auf der Oberfläche des Zylinders 7 sind leitende, fingerartig ineinandergreifende Elektroden 3 und 4 angeordnet, welche mit leitenden Endbereichen 5 bzvr. 6 verbunden sind. Somit können durch Verbindung der Endbereiche mit einer geeigneten, nicht dargestellten Spannungsversorgung abwechselnde Elektroden vorgespannt werden, um zwischen benachbarten Elektroden einen geeigneten Spannungsunterschied herzustellen, um das erwünschte konvergierende Feld zu erhalten. Geeignete Spannungen innerhalb eines Bereiches von ninus 3000 Volt bis plus 3OOO Volt können verwandt werden. Es kann auch ■ erwünscht sein, einen der leitenden Endbereiche mit einer geeigneten Spannungsversorgung zu verbinden, während der andere mit Masse verbunden ist. Es wird bevorzugt, daß der Spannungsunterschied zwischen benac.ibarten Elektroden wenigstens ungefähr 500 Volt beträgt.

Die leitenden Elektroden 3 und 4- sind voneinander mit einem Abstand b'eabstandet, um die optimale Toaerdicke auf dem isolierenden Zylinder 8 zu erzielen. Das heißt, der Abstand zwischen den Elektroden 3 und 4- wird im Zusammenhang

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mit der an sie angelegten Spannung den Abstand "bestimmen, mit dem sich die Kraftlinien von dem Elektrodenzylinder 7 durch den isolierenden Zylinder 8 erstrecken. Beispielsweise werden die Kraftlinien, wenn die leitenden Elektroden 3 und 4 zu eng nebeneinander angeordnet sind, hauptsächlich eine fläche Ausgestaltung aufweisen, wobei sie die zwischen den Elektroden vorhandene Lücke längs des kürzesten, möglichen Weges überbrücken. Um deshalb eine Tonerschicht mit einer Höhe von ung^ähr 0,32 cm auf der isolierenden Zylinderoberfläche 8 zu erhalten, sollte der Abstand zwischen den Elektroden 3 und 4 auch ungefähr 0,32 cm betragen. Es wird deshalb bevorzugt, daß der Abstand zwischen den Elektroden im Bereich von ungefähr 0,06 cm bis ungefähr 0,6 cm liegt und daß das.Verhältnis der Breite der Elektroden zu dem Abstand zwischen den Elektroden zwischen ungefähr 30 : 70 und -?0 : 30 liegt, wobei ein Verhältnis von 50 : 50 bevorzugt wird. Ferner sollte der isolierende Zylinder 8 so dünn als möglich sein, während er noch ausreichend steif ist, um den Toner innerhalb der Entwicklungsvorrichtung zu tragen bzw. abzustützen.

Gemäß Fig. 1 ist der Zylinder 7 mit einer geeigneten Welle versehen, \<;elche durch eine nicht dargestellte Einrichtung angetrieben werden kann, wie z.B. eine geeignetes Getriebe oder ähnliches, damit eine Drehung des Zylinders 7 in bezug auf den isolierenden Zylinder 8 hervorgerufen wird. Die Drehrichtung des Elektrodenzylinders 7 in. bezug auf die Richtung der Drehung des Bilderzeugungselementes ist nicht kritisch, da bei beiden der Betrieb möglich ist. Es ist jedoch von Interesse, darauf hinzuweisen, daß die Drehrichtung der Tonerteilchen auf dem isolierenden Zylinder 8 in der entgegengesetzten Richtung zu derjenigen der Drehrichtung des

Zylinders 7 innerhalb des isolierenden Zylinders 8 erfolgt. Dies ist in Fig. 2 dargestellt, in der die Drehrichtung des Zylinders 7 durch, den Pfeil innerhalb der konzentrischen Kreise dargestellt ist, welche die Grenzen der verschiedenen, verwandten Zylinder darstellen, während die Richtung, in der sich die Tonerteilchen bewegen, durch den außerhalb davon dargestellten Pfeil angedeutet ist.

Fig. 3 zeigt schematisch einen Teil der Entwicklungsvorrichtung, wobei die Kraftlinien der Felder dargestellt sind, die durch den Potentialgradienten zwischen benachbarten, leitenden Elektroden 3 und 4 hervorgerufen werden, und auch im unteren Teil die Schicht aus Tonerteilchen, welche sich ungefähr mit gleicher Länge von der Außenfläche des iso- . 'lierenden Zylinders 8 wie die Kraftlinien erstreckt. Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, fällt ein Teil der Tonerteilchen, wenn der Toner 11 sich in der Darstellung im Gegenuhrzeigersinn bewegt, von der Oberfläche des isolierenden Zylinders 8 aufgrund der Schwerkraft nach unten.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausfühfungsforia einer Elektrodenstruktur,um konvergente Felder über der äußeren Oberfläche des zylindrischen, isolierenden Elementes 8 (dies ist nicht •in Fig. 4 dargestellt) auszubilden. In dieser Figur sind auf der Oberfläche des Zylinders 7 schraubenförmige Leiter 3' und 4-¹ ausgebildet, von denen ein jeder mit einer geeigneten Spannungsversorgung verbunden ist, um einen Spannungsunterschied zwischen den Leitern hervorzurufen und das erwünschte, konvergierende Feld zu bilden. Wie in Fig. 1 ist der Zylinder 7 innerhalb einer isolierenden Hülse 8 (diese ist nicht dargestellt) angeordnet und in einer geeigneten Kopiervorrichtung nahe dem Bücferzeugugselemeni; in Stellung gebracht-Bei dieser

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Ausführungsf orm können die Elektroden 3¹ und 4-¹ durch Ausschneiden von schraubenförmigen Nuten in einem isolierenden Zylinder und in diese gewickelten Draht oder durch Killen der Nuten mit irgendeinem geeigneten, leitenden Material wie z.B. leitenden Metallen, leitenden Polymeren oder ähnlichem ausgebildet werden. Ferner kann das Elektrodenmuster auf der Oberfläche mittels irgendeiner geeigneten Technik niedergeschlagen werden, wobei zu ,jenen die Fotolithografie, das Galvanisieren, das Aufdampfen und ähnliches gehört. Die vorhergehend in "bezug auf die Fig. 1 angegebenen, bevorzugten Abmessungen gelten bei dieser Ausführungsform ebenfalls.

Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Elektroderausbildung, um ein konvergierendes Feld über der Oberfläche des zylindrischen, isolierenden Elementes 8 (dieses ist nicht dargestellt) auszubilden. Bei dieser Ausführungsform weist · der Zylinder 7 eine leitende Oberfläche auf, welche als Elektrode 3" wirkt. Anschließend an diese leitende Oberfläche 3" befindet sich ein isolierender Haum 13? der elektrisch die Oberfläche 3" von einer Gitterelektrode 4" trennt. In Fig. 5 ist der isolierende Raum 13 als ein Luftspalt dargestellt, jedoch kann er auch eine Schicht aus irgendeinem geeigneten, isolierenden Material ähnlich demjenigen des Zylinders 8 sein.. Die Gitterelektrode 4-" weist eine offene Fläche von wenigstens 50% und vorzugsweise von mehr als 90% auf, um dadurch zu ermöglichen, daß sich das Feld radial nach außen durch den isolierenden Zylinder 8 erstreckt. Wje bei den ersten beiden Ausführungsformen sollte der Abstand zwischen den Mitten benachbarter Drllhto des Gitters to sein, daß sich das Feld so weit als möglich ausdehnen bzv". erstrecken kann.

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* it * w *

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li'ig- 6 zeigt schematisch. die verschiedenem Baueinheiten einer "beispielhaften, elektrofotografischen Kopier- bzw. Druckvorrichtung, "bei der die Erfindung eingesetzt ist. Aus der folgenden Erörterung wird es offensichtlich, daß das im folgenden "beschriebene Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung ebensogut für eine große Vielzahl von elektrostatografischen und magnetischen Kopier- bzw. Druckvorrichtungen geeignet ist und nicht notwendigerweise in ihrer Anwendung auf die besondere, hier dargestellte Ausführungsform begrenzt ist.

Da das elektrofotografische Kopieren allgemein gut bekannt ist, sind die verschiedenen in Pig. 6 verwandten Arbeitsstationen schematisch dargestellt, und die Arbeitsweise wird kurz unter Bezugnahme auf diese beschrieben.

Gemäß !ig. 6 wird bei dem elektrofotografischen Kopiergerät eine transparente oder halbtransparente Trommel verwandt, die allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Die Trommel 10 hat eine solche Querschnittsausbildung, daß eine Reflexbelichtung der fotoleitfähigon Schicht erfolgt, um ein ungleichförmiges Ladungsmuster zu erhalten. Die Trommel 10 dreht sich in der Sichtung des Pfeiles 12, um an den verschiedenen Arbeitsstationen, die um sie herum angeordnet sind, vorbeizulaufen.

Zu Beginn bewegt die Trommel 10 einen Abschnitt des Abbildungselementes 11 durch die Aufladestation A. In der Aufladestation A lädt eine Koronaaufladeeinrichtung, die allgemein mit dem Bozugszeichen 14 bezeichnet ist. die fotoleitfähige Oberfläche der Trommel 10 auf ein relativ hohes, im wesentlichen gleichförmiges Potential auf.

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♦ * ή γ.

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Anschließend wird der aufgeladene Abschnitt der fotoleitfähigen Oberfläche der Trommel 10 durch die Belichtungsstation B weiterbewegt. In der Belichtungsstation B wird eine Vorlage mit ihrer Oberseite zur Trommel 10 gewandt mittels Rollen 12 und eines endlosen Bandes 16 positioniert. Es wird darauf hingewiesen, daß sowohl die Trommel 10 als auch das Band 16 entweder fortlaufend oder schrittweise angetrieben werden können, was von der konstruktiven Eigenart und logischen Steuerung der jeweiligen Einrichtung ab-' hängt. Die Belichtungsstation B enthält eine Lampe 23, die innerhalb der Trommel 10 angeordnet ist. Die Lichtstrahlen 21 gelangen durch das Abbildungs element hindurch und werden von der Vorlage reflektiert, wobei die fotoleitfähige Schicht auf.der Trommel 10 entsprechend dem Bildmuster entladen wird, um auf der Trommel 10·ein periodisches Ladungsmuster in den Bildbereichen hervorzurufen.

Während die Bolichtungsstation B als eine Reflexions-Belichtungceinrichtung dargestellt ist, wie sie in der US-Patentanmeldung JTr. 135*4-21 angegeben ist ,wird darauf hingewiesen, daß jedes geeignete Abbildungs- bzw. Bilderzeugungselement und Bilderzeugungsverfahren zum Erhalten eines ungleichförmigen Ladungsmusters auf diesem verwandt werden kann. Beispielsweise kann das Element für das Bild eine isolierende Oberfläche oder eine fotoleitfähige Oberfläche sein, wie sie bei der herkömmlichen Xerografie verwandt wird, wie z.B. Selen und Legierungen davon, Polyvinylcarbarzol-Trinitrofluorenon und ähnliches. Wenn ein isolierendes Element für das Bild verwandt wird, kann das ungleichförmige Ladungsmuster in der Bildkonfiguration auf diesem unter. Verwendung eines Stiftes bzw. einer Spitze, einer Koronaaufladung durch eine abgeschirmte Schablone und ähnliches aufgebracht werden. Worm ein Fotorezeptor-Material verwandt wird, kann das Muster :in

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der gleichen Weise wie der Isolator gebildet werden, oder eine Koronaquelle kann zuerst den Fotorozeptor über seiner gesamten Oberfläche mit einem periodischen Muster aufladen und dann in üblicher Weise durch ein Linsensystem belichtet ■ werden. Der Fotorezeptor kann auch gleichförmig aufgeladen werden und durch ein Muster in Form einer Abschirmung .oder eines Gitters belichtet werden. Ferner kann irgendeine der Techniken verwandt werden, welche ii den vorhergehend bezüglich des Standes der Technik genannten Druckschriften offenbart sind, um ein ungleichförmiges Ladungsmuster auf einem Element für ein Bild zu erzeugen.

Die Trommel 10 bringt nun das ungleichförmige, latente,· auf der fotoleitfähigen Oberfläche aufgezeichnete Ladungsbild zur Entwicklungsstation C. An der Entwicklungsstation C transportiert ein allgemein mit dem Eezugszeichen 18 bezeichnetes Entwicklungssystem ein polares oder polarisierbares Tonermaterial in Berührung mit der fotol.eitfähigen Oberfläche auf der Trommel 10. Das Entwicklermaterial oder ein Teil davon wird zu dem periodischen Ladungsmuster des latenten Bildes angezogen, wobei ein Tonerbild erzeugt wird, welches den Informationen enthaltenden Bereichen der Vor-' lage entspricht. Das Entwicklungssystem 18 umfaßt ein Ge- ■ häuse 25 mit einem Tonersumpf, einen Zufuhrtrichter 15 mit einer Abgäbeeinrichtung 17 und die Entwicklungswalze, die in den Figuren 1 bis 3 dargestellt und unter Bezugnahme auf diese beschrieben sind.Ein Abschabeblatt 19 hält die Dicke der Tonerschicht 11, die in Figur 3 gezeigt ist, auf einer konstanten Dicke. Der Elektrodenzylinder 17 dreht sich im Uhrζegersinn, wie es dargestellt ist. Der Toner wird im Gegenuhrzeigersinn strömen und wird sich somit in der gleichen Richtung wie das fotoleitfähige

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Material in eier Entwicklungszone "bewegen.

Es wird nun mit den verschiedenen Arbeitsstationen, die in der elektrofotografischen Kopiervorrichtung angeordnet sind, fortgefahren; nachdem das Tonerbild auf der f otoleitfähigen Oberfläche abgelagert ist, bewegt die !Trommel 10 das Tonerbild zu der Koronaaufladestation D und von dort zu der Übertragungsstation S. Die Polarität der Ladung, welche auf das entwickelte Bild an der Station D aufgebracht wird, ist nicht kritisch, obgleich bevorzugt wird, eine Ladung mit der gleichen Polarität wie diejenige Ladung zu verwenden, welche zur Sonsibilisierung des fotoleitfähigen Materials aufgebracht worden ist.

An der Übertragungsstation E wird ein Blatt eines Bildempfangsmaterials (Papier) in Kontakt mit dem Tonerbild gebracht, welches auf der fotoleitfähigen Oberfläche der Trommel 10 gebildet ist. Das BiIdempfangsmaterialblatt wird durch eine Blattzuführvorrichtung, welche allgemein durch das Bezugszeichen 20 bezeichnet ist, zu der Übertragungsstation gefördert. "Vorzugsweise weist die Blattzuführvorrichtung eine Zuführwalze 22 auf, weiche das oberste Blatt des Stapels 24 von Bildempfangsmaterialblättern berührt. Die Zuführwalze 12. dreht sich in Richtung des Pfeiles 26, um das oberste Blatt von dem Stapel 24 vorwärts zu bewegen. Ausrichtungsrollen 28, die sich in Richtung des Pfeiles 30 drehen, richten das sich vorwärtsbewegende Blatt des Bildempfangr.materials aus und fördern es zu der Rutsche 32. Die Rutrehe 32 lenkt das sich vorwärtsbewegende Blatt des Bildempfangsmaterials in Berührung mit r'.Tc fotoleitfähigen Oberfläche der Trommel 10 in zeitli. .: abgestimmt or Reihenfolge. Dies stellt sicher, daß das Tonerbild mit dem sich vorwärtsbewegenden Blatt des Bildempfangsmaterials an der Überlragungsstation E in Berührung kommt.

BAD ORIGfNAU

Die .Übertragungsstation E weist eine Koionaerzeugungseinrichtung 3^ auf, welche Ionen mit zu der Koronaladung, weiche auf den Toner an der Vorübertragungsstation D aufgebracht worden ist, entgegengesetzter Polarität auf die Rückseite des Blattes aufsprüht* Dadurch wird das Toner-, bild von der fotoleitfähigen Oberfläche der Trommel 10 auf das Blatt angezogen. Nach der Übertragung bewegt sich das Blatt mit der Trommel 10 weiter und wird von dieser durch eine AblÖsekoronaerzeugungi einrichtung (diese ist nicht dargestellt) getrennt, welche diejenige Ladung verringert, die bewirkt, daß das Blatt an der Trommel anhaftet. Ein Förderer J6 bewegt das Blat- in Richtung des Pfeiles 38 von der Übertx^agungs station E zu der Einschmelzstation P-.

Die allgemein mit dem Bezugszeichen 40 bezeichnete Einschmelzet at ion P weist eine Stützwalze 42 und eine geheizte Einschmelzwalze 44 auf. Das Bildompfangsmaterialblatt mit dem sich auf ihm befindenden Tonerbild gelangt zwischen der Stützwalze 42 und der Einschmelzwal -se 44 hindurch. Das Tonerbild kommt mit der EinschmeIzwalze 44 in Berührung und die auf es ausgeübte Wärme und Druck verbinden jenes dauerhaft mit dem Bildempfangsmaterialblatt. Obgleich ein geheiztes Drucksystem zur dauerhaften Fixierung der Teilchen auf einem Bildempfangsmaterialblatt beschrieben worden ist, kann ein kaltes Drucksystem statt dessen verwandt werden. Die besondere Art des verwandten Einschmelzsystems hängt von der Art der Teilchen ab, welche in dem Entwicklungssystem verwandt werden. Nach dem Einschmelzen bewegen Förderrollen 46 das fertige Kopieblatt zu dem Auffangkorb 48. Sobald das Kopieblatt in dem Iuffangkorb 48 abge- · legt ist, kann es aus diesem von einer Bedienungsperson entnommen werden.

BAD ORIGINAL

Es ist unvermeidbar, daß, nachdem das Bildempfangsraaterial-"blatt von der fotoleitfähigen Oberfläche der Trommel 10 abgetrennt worden ist, einige restliche Teilchen an dieses angelagert blsiben. Die restlichen Teilchen v/erden von der Trommel 10 in der Reinigungsstation G entfernt. Die Reinigungsstation G- weist einen Reinigungsmechanismus 50 auf, welcher eine Vorreinigungskoronaerzeugungseinrichtung und eine drehbar gelagerte, Ifaserbürste auf v/eist, welche mit der f otoleitf ähigen Oberfläche der Trommel 10 in Berührung steht. Die Vorreinigungskoronaerzeugungseinrichtung neutralisiert die Ladung, welche die Teilchen zu der fotoleitfähigen Oberfläche zieht. Die Teilchen werden dann von der fotoleitfähigen Oberfläche durch Drehen der mit dieser in Berührung stehenden Bürste entfernt. Anschließend an das Reinigen • flutet eine Entladungslampe die fotoleitfähige Oberfläche mit Licht, um jegliche auf ihr verbliebene Restladung zu zerstreuen, bevor die Aufladung für den nächstfolgenden Bildzyklus boginnt.

Es wird angenommen, daß die vorhergehende Beschreibung zur Erläuterung bzw. zur Darstellung des Zweckes der Erfindung ausreicht, um die allgemeine Arbeitsweise einer elektrofotografisch an Kopiervorrichtung anzugeben, x^elche die Merkmale der Erfindung umfaßt.

Während die Erfindung hier sehr im einzelnen beschrieben worden ist, wird darauf hingewiesen, daß verschiedene Abänderungen für den Durchschnittsfachmann offenkundig sind. Es ist deshalb beabsichtigt, alle diese Abänderungen, welche innerhalb des Erfindungsgedanken gemäß den Ansprüchen liegen, mit zu umfassen.

Leerseiie

Claims (22)

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   MAXtMtUlANSTHASSE. «t'i

   P 16 117-46/L

   Xerox Corporation

   Xerox Square, Rochester, New York 1464-4, USA

   Entwicklungsverfahren und Entwicklungsvorrichtung

   Pat entansprüche

   Vorrichtung zum Entwickeln eines ungleichförmigen, latenten Bildes mittels polarer oder polarisierbarer Tonerteilchen, dadurch gekennzeichnet,, daß eine Entwicklungseinrichtung vorgesehen ist, welche ein zylindrisches, isolierendes, Element (8) und eine konzentrisch zu und in dem isolierenden Zylinder angeordnete Einrichtung (3ι^ζ(->3* »4·· ;32' ,42') zum Erzeugen konvergierender Felder um die Außenfläche des zylindrischen, isolierenden Elementes (8) herum aufweist, wo"bei diese Ein-

   TELEFON (Ο8Θ) 32: BGS TELEX OB-20300 TELEGRAMME MONAPAT TELEFAX

   β β».

   richtung und der isolierende Zylinder relativ zueinander drehbar sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge k e η η zeichnet , daß die Einrichtung (3,4;3',4¹;32',42') zum Erzeugen konvergierender Felder drehbar und der isolierende Zylinder (8) stationär ist.
3. 3- Vorrichtung nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (3,4-;3' Λ' 5 32' ,42' ) zum Erzeugen konvergierender Felder stationär und der isolierende Zylinder (8) drehbar ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (3A»3' ,4-' ;32' ,4-2') zum Erzeugen konvergierender Felder um die Außenfläche des zylindrischen, isolierenden Elementes (8) herum wenigstens zwei elektrisch leitende Elemente aufweist, die in Abstandsbeziehung zu dem isolierenden Zylinder (8) und zueinander angeordnet sind, x^obei abwechselnde, leitende Elemente mit einer gemeinsamen Spannungsquelle verbunden sind.
5. 5· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Erzeugen konvergierender Felder um die äußere Oberfläche des zylindrischen isolierenden Elementes (8) herum axial ausgerichtete,' fingerartig angeordnete Elektroden (3,4-) aufweist, von denen abwechselnde mit einer gemeinsamen Spannungsquelle verbunden sind.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch Λ oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die. Einrichtung zum Erzeugen konvergierender Felder um die äußere Oberfläche des zylindrischen

   Isolierenden Elementes (8) herum erste und zweite, konzentrische, zylindrische Elektroden (32',4-2') aufweist, wobei die erste Elektrode (32¹) innerhalb der zweiten Elektrode (4-2') angeordnet ist und die zweite Elektrode (42¹) als eine Abschirmung mit wenigstens 50% offener Fläche ausgebildet ist, und daß der Abstand zwischen der ersten Elektrode (32') und der zv.eiten Elektrode (42') im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den Mitten benachbarter Leiter der Abschirmung ist.
7. 7« Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4-, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Erzeugen konvergierender Felder um die äußere Oberfläche des zylindrischen, isolierenden Elementes (8) herum ein Paar Leiter (3¹/+¹) in der Form einer Schraubenlinie ist, wobei jeder Leiter mit einer getrennten Spannungs<juelle verbunden ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das ungleichförmige, latente Bild ein elektrostatisches Bild ist.
9. 9· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ungleichförmige, latente Bild ein magnetisches Bild ist.
10. 10» Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand zwischen den leitenden Elementen (3?^j3¹?^¹) zwischen 0,06 cm und ungefähr 0,6 cm liegt.
11. 11 = Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet., daß .das Verhältnis der Weite bzw. der Breite der Elektroden (3i4-5 3¹ i4-') zum Abstand zwischen den

    Uiektroden dieser Anordnung zwischen ungefähr JO:VO birj 70:30 liegt. ·
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Höhe der Anhäufung von polarisiertem Toner auf dem isolierenden Zylinder (8) durch ein Element (19) steuerbar ist, welches in Abstandsoeziehung zu dem isolierenden Zylinder (8) angeordnet ist.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Element zum Steuern der Höhe der Toneranhäufung ein Abschabblatt (19) ist.
14. 14-. Verfahren zum Entwickeln eines ungloichförmigen, latenten Bildes, welches sich auf einem Bilderzeugungselement befindet, dadurch gekennzeichnet , daß ein Vorrat polarer oder polarisierbarer Tonerteilchen mit einer isolierenden Walze in Berührung gebracht wird, welche eine Vielzahl von konvergierenden, elektrischen Feldern erzeugt, deren Kraftlinien durch die isolierende Walze hindurchgehen, um die· Tonerteilchen an ihrer äußeren Fläche ^.u halten, und daß eine Drehung der Vielzahl konvergierender Felder in bezug auf die isolierende Walze hervorgerufen wird, um dadurch die Tonerteilchen von dem Vorrat zu dem ungleichförmigen, latenten Bild zu transportieren.
15. 15- Verfahren nach Anspruch 14, dadurca gekennzeichnet , daß die Vielzahl konvergierender elektrischer Felder dadurch erzeugt wird, daß Spannungsunterschiede zwischen eng beabstandeten, benachbart mit

    _ "3 —

    geringem Abstand angeordneten Elektroden angelegt werden, wobei die Elektroden innerhalb der isolierenden Walze angeordnet sind.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektroden gedreht werden und die; isolierende Walze stationär gehalten wird.
17. 17· "Verfahren nach Anspruch 14·, dadurch gekennzeichnet·, daß die Elektroden stationär gehalten werden und die isolierende Walze gedreht wird.
18. 18. Verfahren zum Entwickeln eines ungleichförmigen, latenten Bildes nach Anspruch 14. dadurch gekennzeichnet , daß das latente Bild ein magnetisches Bild ist.
19. 19·Verfahren zum Entwickeln eines ungleichförmigen, latenten Bildes nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß das latente Bild ein elektromagnetisches Bild ist.
20. 20» Vorrichtung zum Herstellen einer Kopie einer Vorlage, ge kennzeichnet durch eine Einrichtung (B) zum Aufprägen eines ungleichförmigen, latenten Bildes auf ein Bilderzeugungselement, durch eine Entwicklungseinrichtung (18) zum Sichtbarmachen des latenten Bildes, wobei die Entwicklungseinrichtung (18) ein zylindrisches, isolierendes Element (8) und eine konzentrisch zu und in dem isolierenden Zylinder (8) angeordnete Einrichtung (3,4;5^!,4';32",4-2') zum Erzeugen konvergierender Felder um die äußere Obor-fläche des zylindrischen, isolierenden Elementes (8) herum

    BAD ORIGINAL

    aufweist, wobei diese Einrichtung und der isolierende
    Zylinder (8) relativ zueinander drehbar sind, durch eine Übertragungseinrichtung (3^) zur "Übertragung des Toners
    in Bildkonfiguration auf ein Trägerelement, durch eine
    Einrichtung (40) zum Fixieren des Toners auf dem Trägerelement und durch eine Einrichtung (50) zum Reinigen des Bilderzeugungselementes.
21. 21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß das ungleichförmige, latente Bild ein elektrostatisches, latentes Bild ist.
22. 22. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß das ungleichförmige, latente Bild
    ein magnetisches, latentes Bild ist.