DE1186746B

DE1186746B - Device for developing an electrostatic image

Info

Publication number: DE1186746B
Application number: DER26795A
Authority: DE
Inventors: John Wendell Bird Jun
Original assignee: Rank Xerox Ltd
Current assignee: Xerox Ltd
Priority date: 1958-03-13
Filing date: 1959-11-25
Publication date: 1965-02-04
Also published as: US2975758A

Description

Einrichtung zur Entwicklung eines elektrostatischen Bildes Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Entwicklung eines elektrostatischen Bildes auf einer Fläche mittels eines elektroskopische Tonerpartikeln und magnetisierbare Partikeln enthaltenden, Entwicklerpulvers, das auf einem stationären Schirm hohen magnetischen Widerstands mittels eines umlaufenden Magnetsystems derart nahe an das zu entwickelnde Bild bewegt wird, daß dort die in ihm enthaltenen elektroskopischen Tonerpartikeln von, dem Bild elektrostatisch angezogen werden.Apparatus for developing an electrostatic image The invention relates to a device for developing an electrostatic image on a surface by means of an electroscopic toner particles and magnetizable Particle-containing developer powder displayed on a stationary screen magnetic resistance by means of a rotating magnet system so close the image to be developed is moved so that there the electroscopic contained in it Toner particles are electrostatically attracted to the image.

Es sind Einrichtungen dieser Art bekannt, bei denen das Entwicklungspulvergemisch durch eine rotierende Magnetwalze aufgenommen und mit der zu entwickelnden, ein elektrostatisches Bild tragenden Fläche in Berührung gebracht wird.Devices of this type are known in which the developing powder mixture picked up by a rotating magnetic roller and with the one to be developed electrostatic image-bearing surface is brought into contact.

Es ist ferner bereits eine Einrichtung vorgeschlagen worden, bei der zwischen der Magnetwalze und dem Entwicklungspulvergemisch eine unmagnetische Abschirmfläche angeordnet ist, längs der das Entwicklungspulvergemisch im Entwicklungsbereich durch das Kraftfeld der Magnetwalze so lang mitgezogen wird, bis die Schwerkraft infolge vergrößerten Abstands von der Magnetwalze überwiegt, worauf das nicht verbrauchte Entwicklungspulvergemisch abfällt und durch eine Rückführvorrichtung erneut dem Entwicklungsbereich zugeführt wird. Insbesondere gelangt bei dieser schon vorgeschlagenen Vorrichtung das Entwicklungspulvergemisch von einem rüttelbaren Kasten unter der Wirkung des von der Magnetwalze ausgehenden Magnetfeldes auf die Abschirmfläche und fällt dann wieder in den rüttelbaren Kasten zurück. Bei dieser Einrichtung ist nicht zu vermeiden, daß das Entwicklungspulvergemisch sowohl auf die Vorderseite als auch auf die Rückseite eines über die Abschirmfläche jenseits der Magnetwalze zu führendes und zu entwickelndes Blatt gelangt. Dies hat zur Folge, daß an stets ungewünschten Stellen auf dem Blatt elektroskopische Tonerpartikeln haftenbleiben.A device has also already been proposed in which a non-magnetic shielding surface between the magnet roller and the developing powder mixture is arranged along which the developing powder mixture in the developing area through the force field of the magnetic roller is dragged along until the force of gravity as a result increased distance from the magnetic roller predominates, whereupon that is not used up Developing powder mixture falls off and through a recycling device again the Development area is supplied. In particular, this has already been proposed Device the developing powder mixture from a shakable box under the Effect of the magnetic field emanating from the magnetic roller on the shielding surface and then falls back into the shakable box. With this facility is do not avoid getting the developing powder mixture on both the front side as well as on the back of one via the shielding surface on the other side of the magnet roller to be lead and to be developed sheet arrives. As a result, an always Electroscopic toner particles adhere to undesired locations on the sheet.

Es ist ferner eine Einrichtung bekannt, bei der ein Entwicklungspulvergemisch genannter Art mittels magnetischer Kräfte aus einem Vorratsbehälter heraus zu einem zu entwickelnden Bild und von dort in einen Bereich schwächerer Kräfte transportiert wird, wo es auf Grund der Schwerkraft abfällt. Bei dieser Einrichtung ist ein beweglicher nichtmagnetischer Schirm in Form eines endlosen Riemens vorgesehen. Mit dieser Einrichtung ist es nicht möglich, sowohl ein sich bewegendes xerographisches Band zu entwickeln als auch einen umlaufenden xerographischen Zylinder.There is also known a device in which a developing powder mixture of the type mentioned by means of magnetic forces from a storage container out to a image to be developed and transported from there to an area of weaker forces becomes where it falls due to gravity. With this device there is a movable one non-magnetic screen provided in the form of an endless belt. With this facility it is not possible to develop both a moving xerographic belt as well as a rotating xerographic cylinder.

Die erfindungsgemäße Einrichtung eingangs genannter Art ist demgegenüber dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm auf einer gekrümmten Bahn durch einen Vorratsbehälter für das Entwicklerpulver nach oben zu der Bildfläche und wieder von oben schräg nach unten zurück zum Vorratsbehälter verläuft, und daß das umlaufende Magnetsystem auf der Innenseite des Schirms im Bereich des Vorratsbehälters und der Bildfläche bis zum Gipfelpunkt des Schirms in nahem Abstand längs der Rückseite des Schirms angeordnet ist.The device according to the invention of the type mentioned at the beginning is in contrast characterized in that the screen is on a curved path through a storage container for the developer powder upwards to the image surface and again obliquely from above runs down back to the storage container, and that the circulating magnet system on the inside of the screen in the area of the storage container and the image area to the apex of the screen at a close distance along the back of the screen is arranged.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es stellt dar F i g. 1 ein erfindungsgemäßes Gerät im vergrößerten Maßstab, teilweise geschnitten, F i g. 2 eine abgewandelte Ausführungsform dieses Geräts im Grundriß, F i g. 3 den Schnitt nach Linie 5-5 in F i g. 2. Die F i g. 1 erläutert den Erfindungsgedanken im einzelnen. Neben der die fotoleitende, isolierende Schicht 13 tragenden Trommel 10 ist ein um eine Achse 32 umlaufender Zylinder 33 angeordnet. Die Manteloberfläche des Zylinders 33 trägt eine Vielzahl von auf dem Umfang gleichmäßig verteilten Stabmagneten 34. Der Zylinder 33 ist von einem tropfenförmigen, nichtmagnetischen Schirm 38 umschlossen in solcher Anordnung, daß das Ende größeren Durchmessers des Schirmes nahe der das elektrostatische Bild tragenden Oberfläche 13 liegt. In einem Trog oder einem ähnlichen Behälter 35 befindet sich ein Vorrat von magnetischen Entwicklerpartikeln 31; die Außenoberfläche des Schirmes 38 berührt diesen Vorrat an einer Stelle, die, in der Drehrichtung des Zylinders gesehen, unmittel- lich ist. Gewünschtenfalls können Vibriereinrichtungen 37, z. B. ein Solenoid, angeordnet sein, zu dem Zweck, dem Trog 35 und damit dem Entwicklergemisch 31 eine Rüttelbewegung zu erteilen. Dadurch wird die gleichförmige Durchmisehung von Toner- und Trägermaterial in dem Gemisch gewährleistet.The drawing shows an embodiment of the invention. It represents F i g. 1 shows a device according to the invention on an enlarged scale, partially in section, FIG. 2 shows a modified embodiment of this device in plan, FIG. 3 shows the section along line 5-5 in FIG. 2. The F i g. 1 explains the idea of the invention in detail. A cylinder 33 rotating around an axis 32 is arranged next to the drum 10 carrying the photoconductive, insulating layer 13. The jacket surface of the cylinder 33 carries a plurality of bar magnets 34 evenly distributed around the circumference. The cylinder 33 is enclosed by a teardrop-shaped, non-magnetic screen 38 in such an arrangement that the end of the larger diameter of the screen is close to the surface 13 carrying the electrostatic image. A supply of magnetic developer particles 31 is located in a trough or similar container 35; the outer surface of the screen 38 touches this supply at a point which, viewed in the direction of rotation of the cylinder, is directly is lich. If desired, vibrating devices 37, e.g. B. a solenoid, may be arranged for the purpose of imparting a shaking movement to the trough 35 and thus to the developer mixture 31. This ensures that the toner and carrier material are uniformly mixed in the mixture.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung, entweder für automatische Entwicklung elektrostatischer Bilder oder für die Entwicklung von elektrostatische Bilder tragenden zugeschnittenen Blättern, ist in den F i g. 2 und 3 gezeigt. Eine Welle 32 in Lagern 55 und 56 trägt eine Vielzahl von in Abständen angeordneten gerillten oder gewellten Scheiben 57, die in einem Winkel zur Achse der Welle 32 stehen. Bevorzugt wird ein Winkel von ungefähr 90°. Die Tiefe der Wellung soll dabei größer sein als der Abstand zwischen den Scheiben. Magnete 58 und 58' stehen mit ihren Südpolen mit einem Polstück 50 in Verbindung. Die Nordpole dieser Magnete sind magnetisch an die Welle 32 über Weicheisenglieder 51, 52 bzw. 51', 52' angeschlossen. Das Weicheisenglied 52 und das Lager 56 sind durch lösbare Einrichtungen 69 abnehmbar befestigt. Ein Rahmenteil 59 verbindet die Weicheisenglieder 51 und 51'. Die Kanten der Scheiben 58 sind in unmittelbarer Nähe des Polstückes 50. Um die Scheiben 57 schließt sieh so dicht wie möglich, jedoch ohne die Drehfreiheit der Scheiben zu beeinträchtigen, der unmagnetische Schirm 38. Letzterer geht an beiden Enden in Schultern 60 über und erstreckt sich auf der dem Polstück 50 gegenüberliegenden Seite über den Wirkungsbereich der von den Scheiben 57 ausgehenden Kraftlinien hinaus. Unter dem Schirm 38 befindet sich der Trog 35 für die Aufnahme des Entwicklergemisches 31, so daß der Schirm in diesen Entwicklervorrat eintaucht. Die oberen und nach vorne gerichteten Teile des Polstückes 50 können durch ein Messingod. dgl. Blech 65 abgedeckt sein, um eine Lagerfläche zu schaffen, gegen welche das das elektrostatische Bild tragende Band 13 leicht bewegt werden kann. Die Welle 32 und das Band 13 unterliegen nicht gezeichneten Antrieben. Der magnetische Kreis verläuft von den Nordpolen der Magnete 58, 58' über die Teile 51, 52 und 51', 52' in die Welle 32 und die Scheiben 57. Zwischen dem Polstück 50 und den Kanten der Scheiben 57 besteht ein Spalt mit hohem, magnetischem Fluß, wodurch eine Flußkonzentration erzeugt wird. Da die Wellungen der Scheiben 57 von größerer Tiefe sind als der Abstand zwischen den Scheiben 57, erfassen die Kraftlinien die ganze Oberfläche des Schirms nächst den Scheiben 57. Daher ziehen, wenn eine entsprechende Menge an magnetischem Entwicklergemisch 31 in dem Trog 35 vorhanden ist und die Welle 32 sich dreht, die sich nach oben bewegenden Kanten der Scheiben 57 nächst dem Schirm 38 die magnetischen Trägerpartikeln und die an diesen hängenden Tonerpartikeln an und fördern dieselben längs der Außenoberfläche des Schirms 38, zu bürstenartigen Anhäufungen formiert, in den den magnetischen F1uß hoher Dichte einschließenden Spalt zwischen den Scheiben 57 und dem Polstück 50, wobei diese Bürsten die Oberfläche des das elektrostatische Bild tragenden Bandes 13 bestreichen. Hier werden die Tonerpartikeln von dem entgegengesetzt elektrostatisch geladenen Bild angezogen, und ein Teil dieser Partikeln wird von den Trägerpartikeln getrennt. Nach Vorbeigang an der Auftragsstation gelangen die bürstenföhnigen Anhäufungen außerhalb des Einwirkungsbereiches der magnetischen Kraftlinien, so daß die kombinierten Kräfte der Schwere und Trägheit überwiegen. Die so von der magnetischen Einwirkung frei gewordenen und aus der Bürstenformation gelösten Partikeln des Entwicklergemisches kehren in den Trog 35 zurück. Auch hier kann eine Rütteleinrichtung 37 vorgesehen sein.Another embodiment of the invention, either for automatic electrostatic image development or for the development of cut sheets bearing electrostatic images, is shown in FIGS. 2 and 3 shown. A shaft 32 in bearings 55 and 56 carries a plurality of spaced apart grooved or corrugated washers 57 which are at an angle to the axis of the shaft 32. An angle of approximately 90 ° is preferred. The depth of the corrugation should be greater than the distance between the disks. Magnets 58 and 58 'are connected with their south poles to a pole piece 50 . The north poles of these magnets are magnetically connected to the shaft 32 via soft iron links 51, 52 or 51 ', 52'. The soft iron link 52 and the bearing 56 are removably attached by releasable means 69. A frame part 59 connects the soft iron members 51 and 51 '. The edges of the disks 58 are in the immediate vicinity of the pole piece 50. The non-magnetic screen 38 closes around the disks 57 as tightly as possible, but without impairing the freedom of rotation of the disks. The latter merges into shoulders 60 at both ends and extends on the side opposite the pole piece 50 beyond the range of action of the lines of force emanating from the disks 57. The trough 35 for receiving the developer mixture 31 is located under the screen 38, so that the screen is immersed in this developer supply. The upper and forward parts of the pole piece 50 can by a brassod. Like. Sheet metal 65 may be covered in order to create a bearing surface against which the belt 13 carrying the electrostatic image can be easily moved. The shaft 32 and the belt 13 are subject to drives that are not shown. The magnetic circuit runs from the north poles of the magnets 58, 58 'over the parts 51, 52 and 51', 52 'into the shaft 32 and the disks 57. Between the pole piece 50 and the edges of the disks 57 there is a gap with a high, magnetic flux, creating a concentration of flux. Since the corrugations of the disks 57 are of greater depth than the distance between the disks 57, the lines of force cover the entire surface of the screen next to the disks 57 Shaft 32 rotates, the upwardly moving edges of the disks 57 next to the screen 38 attach the magnetic carrier particles and the toner particles clinging to them and convey them along the outer surface of the screen 38, formed in brush-like clusters, into the high-density magnetic feet enclosing gap between the disks 57 and the pole piece 50, these brushes brushing the surface of the belt 13 carrying the electrostatic image. Here the toner particles are attracted to the oppositely electrostatically charged image, and some of these particles are separated from the carrier particles. After passing the application station, the accumulations similar to brushes get outside the area of action of the magnetic lines of force, so that the combined forces of gravity and inertia predominate. The particles of the developer mixture released from the magnetic action and released from the brush formation return to the trough 35. A vibrating device 37 can also be provided here.

Da während des Betriebes Tonermaterial verbraucht wird, muß von Zeit zu Zeit solches Material zugeführt werden. Auf diese Weise wird ein sichtbares Pulverbild, welches mit dem zu entwikkelnden elektrostatischen Bild getreu übereinstimmt, erzeugt. Die Formation der magnetischen Bürsten wird mit jeder Umdrehung der Scheiben neu vorgenommen, wodurch sich ein Optimum an Gleichförmigkeit des Bildes, selbst über einen langen, kontinuierlichen Betrieb, ergibt.Since toner material is consumed during operation, time must be taken at the time such material is fed. In this way a visible powder image is created, which faithfully coincides with the electrostatic image to be developed. The formation of the magnetic brushes is renewed with each revolution of the disks made, resulting in an optimum of uniformity of the image, even over long, continuous operation.

Wenn es erwünscht ist, die Art des verwendetem Entwicklers zu ändern, z. B. von der Umkehr- auf positive Entwicklung überzugehen, oder die Farbe des entwickelten Bildes zu ändern, ist es lediglich erforderlich, die Halteorgane 69 zu öffnen, das Weicheisenglied 52 samt Lager 56 abzunehmen und dann die Welle 32 herauszunehmen. Da die Scheiben 57 durch den Schirm 38 gezogen werden, wird der magnetische Entwickler 31 in der Drehrichtung der Welle 32 bewegt, die Schultern 60 halten das Entwickelgemisch in dem Raum über dem Trog 35. Die rotierende Welle 32 verhindert während ihrer Bewegung eine übermäßige Zusammenballung von Pulver zwischen dem Schirm 38 und der Lagerfläche 65. Wenn die Welle 32 aus dem Schirm 38 entfernt ist, dann herrscht keine magnetische Kraft mehr, welche den Entwickler an den Außenwandungen des Schirms 38 festhält. Infolgedessen fällt der Entwickler 31 durch seine Schwere in den Trog 35. Dieser wird entleert und mit dem neuen Entwickler gefüllt. Nach dem Wiedereinsetzen der Welle 32 in den Schirm 38 und dem Anbringen des Lagers 56 und des Weicheisengliedes 32 durch das Befestigungsorgan 69 kann die Bildung von magnetischen Pulveranhäufungen in bürstenartiger Formation wieder beginnen.If it is desired to change the type of developer used, e.g. B. to go from the reverse to positive development, or to change the color of the developed image, it is only necessary to open the holding members 69, remove the soft iron member 52 including bearing 56 and then remove the shaft 32. As the disks 57 are drawn through the screen 38, the magnetic developer 31 is moved in the direction of rotation of the shaft 32, the shoulders 60 hold the developing mixture in the space above the trough 35. The rotating shaft 32 prevents excessive agglomeration of as it moves Powder between the screen 38 and the bearing surface 65. When the shaft 32 is removed from the screen 38 , there is no longer any magnetic force that holds the developer to the outer walls of the screen 38. As a result, the developer 31 falls due to its gravity into the trough 35. This is emptied and filled with the new developer. After the reinsertion of the shaft 32 into the screen 38 and the attachment of the bearing 56 and the soft iron member 32 by the fastening element 69, the formation of magnetic powder accumulations in a brush-like formation can begin again.

Der unmagnetische Schirm kann aus allen möglichen Werkstoffen bestehen, z. B. Aluminium, Messing, Glas, Kunststoffen, wie Venolformaldehydharzen, Glasfasergeweben usw. Haupterfordernis ist, daß der Werkstoff unmagnetisch ist und die erforderlichen physikalischen Eigenschaften, wie Festigkeit, besitzt. Unter »unmagnetisch« ist ein Material gemeint, welches die Kraftlinien eines magnetischen Feldes nicht stört, d. h. ein Material, dessen Permeabilität nicht wesentlich verschieden ist von jener eines freien Zwischenraumes. Vorzugsweise wird der Schirm aus einem Material gebildet, das nicht nur unmagnetisch, sondern auch elektroisolierend ist. Solche Materialien sind z. B. Glas, Kunststoffe wie Venolformaldehyd, Glasfasergewebe oder auch unmagnetische Metalle wie Aluminium oder Messing, überzogen mit einem elektroisolierenden Harz. Ein derartiger Schirm isoliert die magnetischen Trägerpartikeln, welche die Bürsten formieren, so, daß das durchschnittlicb.e Potential des Magneten bestimmt ist durch das durchschnittliche Potential auf dem Papier, demgegenüber er sich befindet. Der Magnet bildet auf diese Weise eine Entwicklungselektrode, deren Potential sich annähernd auf dem Wert des Potentials hält, auf welchem sich die Untergrundbereiche des betreffenden elektrostatischen Bildes befinden. Auf diese Weise wird eine störende Untergrundentwicklung, d. h. die Tonerbestreuung, in den Untergrundbereichen vermieden, welche weiß erscheinen sollen.The non-magnetic screen can consist of all possible materials, z. B. aluminum, brass, glass, plastics such as venolformaldehyde resins, fiberglass fabrics etc. The main requirement is that the material is non-magnetic and that the necessary physical properties such as strength. Under "non-magnetic" is a material that does not disturb the lines of force of a magnetic field, d. H. a material whose permeability is not significantly different from that of a free space. The screen is preferably formed from a material which is not only non-magnetic, but also electrically insulating. Such materials are z. B. glass, plastics such as venolformaldehyde, glass fiber fabric or non-magnetic Metals such as aluminum or brass coated with an electrically insulating resin. Such a screen isolates the magnetic carrier particles that hold the brushes form so that the average potential of the magnet is determined by the average potential on paper against which it is located. Of the In this way, the magnet forms a development electrode whose potential approximates maintains the value of the potential on which the underground areas of the relevant electrostatic image. In this way, a disruptive subsurface development, d. H. the toner scattering, avoided in the background areas, which appear white should.

Das in der magnetischen Mischung verwendete Trägermaterial besteht aus einem magnetisch anziehenden Pulver, z. B. magnetischen Ferriten, wie in den amerikanischen Patentschriften 2452529, 2 452 530 und 2 452 531 (J. L. S n o e c k) beschrieben, Eisencarbonyl mit alkoholgesättigtem Eisen usw., während es Tonermaterialien in großer Anzahl, gibt, wie der Fachwelt bekannt, beispielsweise aus der amerikanischen Patentschrift 2 618 551 und 2 618 552. Die durch S n o e c k vorgeschlagenen; Ferrite können auch als einkomponentiger, magnetischer Entwickler Verwendung finden, d. h., das Ferrit kann sowohl als Träger als auch als Toner wirken.The carrier material used in the magnetic mixture is made from a magnetically attractive powder, e.g. B. magnetic ferrites, as in the American patents 2452529, 2,452,530 and 2,452,531 (J. L. S n o e c k) described iron carbonyl with alcohol-saturated iron, etc., while it is toner materials in large numbers, there, as known in the art, for example from the American U.S. Patents 2,618,551 and 2,618,552. The proposed by S n o e c k; Ferrites can also be used as a one-component magnetic developer, i. that is, the ferrite can act as both a carrier and a toner.

Es ist möglich, ein Umkehrbild in ein direktes Bild zu entwickeln, durch Wahl eines Toners über oder unter einem Träger in den triboelektrischen Reihen. Alternativ erhält man dieselben Resultate durch Auswahl eines Trägers über oder unter einem spezifischen Toner in den triboelektrischen Reihen. Diese und andere Variationen sind der Fachwelt geläufig.It is possible to develop a reverse image into a direct image, by choosing a toner above or below a carrier in the triboelectric series. Alternatively, the same results can be obtained by selecting a carrier via or under a specific toner in the triboelectric series. These and others The experts are familiar with variations.

Claims

Claims: 1. Device for developing an electrostatic Image on a surface by means of an electroscopic toner particles and magnetizable Particle-containing developer powder, which is high on a stationary screen magnetic resistance by means of a rotating magnet system so close the image to be developed is moved so that there the electroscopic ones contained in it Toner particles are electrostatically attracted to the image, d a - characterized by, that the screen (38) on a curved path through a storage container (35) for the developer powder (31) upwards to the image surface (13) and again obliquely from above runs down back to the storage container and that the circulating magnet system (32, 57, 58, 58 '; 33, 34) on the inside of the screen in the area of the storage container and the image area up to the apex of the screen at a close distance along the back of the screen is arranged.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the screen (38) is electrically insulating or with an electrically insulating Cover is provided.

3. Device according to claim 1, characterized by a the reservoir (35) attacking vibrator.

4. Device according to claim 1, characterized characterized in that the magnet system (33, 34) by a plurality of preferably the same angular distance from one another on the circumference of a rotatably mounted cylinder body (33) attached magnet (34) is formed.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the magnet system (32, 57, 58, 58 ') from a plurality of at mutual distances on a shaft (32) an-

Considered publications: German Auslegeschriften Nos. 1024 988, 1067 305; German utility model No. 1743 873; U.S. Patent No. 2,786,441. Prior Patents Considered: German Patent No. 1 105 720.