DE1752408A1

DE1752408A1 - Einrichtung zum Auftragen von Pulvern

Info

Publication number: DE1752408A1
Application number: DE19681752408
Authority: DE
Inventors: Anderson Glenn R
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1967-05-23
Filing date: 1968-05-22
Publication date: 1971-11-11
Also published as: FR1566007A; SE335476B; GB1216915A; US3455276A

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zum Auftragen von auf den Magnetismus ansprechenden feinen Partikeln auf die Oberfläche eines Gegenstandes.

Im besonderen ist die Erfindung von besonderem Nutzen bei dem Auftragen von pigmentierten und fein zerteilten Materialien auf einen Gegenstand, um auf diesem ein Bild zu erzeugen. Al3 ein Anwendungsbeispiel sei angeführt, das bildmässige Entwickeln eines unterschiedlich leitenden Musters, das durch Projizieren eines Lichtbilder auf eine photoleitendo Unterluge erzeugt wird. Die photoleitende Unterlage befindet sich zwischen einer von einer Slöktrode abgestützten isolierenden Sahiaht und liner zweiten

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, Elektrode, die mit dem fein zerteilten Material oder dem Pul/er j in Berührung steht, das in elektrisch leitendem Kontät zwischen j der zweiten Elektrode und eier photoleitenden Unterlage steht.'

! Es wurden verschiedene Patente erteilt für .Einrichtungen zun, Auf- ^! tragen von Entwicklungssubstanzen; Jedoch hatten diese Binriohtun» gen nur einen begrenzten Erfolg bei dem gleiclnnässigen Auftragen des fein zerteilten Materials ode:^: des Entwickluiigspulvers auf

ein bildtragendes Glied mit einer Breite von 21,ί> cm und einer Länge von jJ3 cm·

In den amerikanischen Patentschriften Nr. 3 152 924 und 3 IYo ό$2 sind einige der bekannten Einrichtungen beschrieben, bei (ionen polarisierte Glieder oder ein Magnetfeld erzeugende Glieder verwert.. det werden. Bei der ersten dieser patentierten Einrichtung wird eine Anzahl von in Winkelabständen angeordneten Magneten verwendet!, die In einen nicht-magnetischen Kern eingesetzt sind, wobei eine ; Anzahl kurzer Mgnete axial längs des Kerne hintereinander angeord« net sind, damit die gewünschte Länge erreicht wird, und wobei die Magnete so ausgerichtet sind, dass die entsprechenden PoIp an der j radialen Kante der Magnete einander zugewandt sind. An Jeder Stofl-I stelle der Magnete sinkt die Feldstärke ab, und ausserderc weisen die Magnete eine unterschiedliche Feldstärke auf. Alle diese Faktoren führen zu einer ungleichmässigen Ablager^n^ des Pulvers auf der Oberfläche der Hülse. Um diesen Manßel zu vermeiden wurde von den Patentinhabern vorgeschlagen, die Magnete und die nichttlsene äussere Hülse in demeelben 3inn«, jedocii mit einsr ver-

sciüetierien Drehsani In Urndrehungjsu versetzen, jso dass die Magnete)

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ihre Lage in bezug auf die Hülse verändern, damit das Pulver von | der Bürste auf die Hülse gleiclimässig aufgetragen wird. Diese , Einrichtung wird jedoch als Übermässig kompliziert angesehen und , führt zu unbefriedigenden Ergebnissen bei Verwendung von magtietislerbaren Partikeln, die ei:-en überzug aus pigmentierten Harzen
tragen.

Bei der in der zweiten amerikanischen Patentschrift Nr. 3 176 652 oeschrlebenen und in der Fig. 3 dargestellten Einrichtung wird , ein ortefestes Magnetglied verwendet, das die allgemeine Form
eines Zylinders aufweist, Jedoch mit axial verlaufenden Rillen un& Rippen versehen ist, wobei benachbarte Rippen die entgegengesetzt*

Polarität aufweisen. Dieser Abstand zwischen den Polen entgegenge-f

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setzter Polarität erzeugt zwischen den Rippen Bezirke mit einer j verminderten Feldstärke, während ein Magnetfeld erzeugt wird, das| seine Richtung um den Umfang herum verändert. Infolgedessen wird j

die Menge des auf der Hülse festgehaltenen magnetisierbarer. Mate- ι rials und die Pulverbewegung verringert, da das Magnetfeld sich

verändert, wobei gegenüber den Rillen ein sehwaches tangentialee
ι i

Magnetfeld beäteht. Es wurde versucht, diesen Nachteil durch die j

: Verwendung einer rauhen Aussenseite der Hülse zu beseitigen. Da
es sehr schwierig 1st, auf diese Weise «in kräftiges magnetisches Glied mit entgegengesetzten Polen herzustellen, so ist ein solcher!

i Aufbau weder gewerolich noch wirkungsmässig befriedigend. Mit 1

beiden bescnriebenen älteren Einrichtungen let es unmöglich, ein
j Bild mit gleichförmiger Dichte zu entwickeln.

*

Die Einrichtung nach der Erfindung vrelet ein gleichroäseiges Feld

; in der Längs ri cn tu ng ursO i.x aiolfc,« i-oirier um den Umfang herum auf.

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ι Die Erfindung sieht eine Einrichtung vor» mit der auf eine breite' ! Fläche ein magnetisch reagierendes Materialpulver gleichmäßig

aufgetragen werden kann.

Nach der Erfindung wird eine Anzahl von aagnetlslerbaren Olledernj die vorzugsweise aus einem orientierten anlsotropischen permanent-i magnetischen Material hergestellt werden« das in einer immobilisier renden Matrix dispergiert ist« in einer kreisrunden Anordnung um i einen Kern herum angeordnet« der aus einem Material mit einer j

hohen magnetischen Permeabilität und mit geringen Verlusten z.B. ; aus Weicheisen besteht« wobei ein· relativ drehbare niohtmagneti-

sohe Hülse vorgesehen 1st« die das blldfomende Materialpulver \ tragt« das aus einen AbfUlltriohter alt einer bildtragenden Fläche in Berührung gebraoht werden soll. j

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In den bei 11 β-j

genden Zeichnungen 1st die

Flg. 1 ein senkrechter Sohnitt durch eine Auftragswalze nach der Erfindung«

Flg. 2 eine 3chematUohe'Darstellung« dl· dl· Walz· nach der Erfindung im Querschnitt und deren Besiehung zu den anderen Bauteilen der Einrichtung xelgt,

Fig. 3 eine sohaublldlohe Darstellung ein·· Magnetgliedee,

Fig. 4 eine graphisch· Darstellung der Stärke der radialen und tangentialen Komponenten des umfangamässig verlaufenden Magnetfeldes und dl·

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Stärke des Magnetfeldes In der Längerichtung.

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: Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Entwicklungseinrichtung mit einer

; Auftragwalzenanordnung 10, die einstellbar zwischen isolierten

' Seitenrahmengliedern 11 und 12 gelagert 1st· Die Anordnung 10 ^:

; weist einen Kern oder eine Welle 13 aus einem Material mit einer

^: hohen magnetischen Permeabilität und mit geringen Verlusten z.B. , Weicheisen auf, die an den entgegengesetzten Enden in den Rahmen-.

j gliedern gelagert ist. Um die Welle 13 herum ist eine gerade An-

■ zahl von magnetischen Gliedern 14 und 15 angeordnet, die später

noch ausführlich beschrieben werden. Die Glieder 14 und 15 sind

I ·

! zwischen einer ortsfesten Ringscheibe 16 und einer Klemmscheibe 1? I angeordnet. In bezug auf die Welle 13 drehbar z.B. mittels der ¹ an den Endkappen 13 und 19 vorgesehenen Lager ist eine nicht mag- : netl3che zylindrische Hülse gelagert, die aus einem Material hergestellt ist, das das von den Gliedern 14 und 15 erzeugte Magnet- , feld nicht abschirmt. Die Hülse 20 ist an beiden Enden mit je einem Antriebering 21 versehen der alt einer Antriebeschelbe 22 in Berührung steht, die von einer angetriebenen Welle 23 getragen wird. Die Welle 23 ist in den Rahmengliedern 11 und 12 einsteil- ; bar gelagert und am vorstehenden Ende mit einer Antriebsrolle 24 I versehen, die mittels eines Riemens 25 von einem nicht dargestellt j ten Motor angetrieben wird.

! Wie bei einigen Vervielfältigungsgeriten erwünacnt, soll die ι Auftragswalze als Elektrode dienen, so dass die Hülse 20 mit

einer elektriscnen Spannungsquelle verbunden werden mues. Bei der j dargestellten Ausführungsforin der Erfindung ist an der Welle 13

ein.Verbindungsmittel 26 befestigt, an das ein leiter angeschlossi ! werden kann, der zu einer Spannungequelle führt. Die elektrische

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j Verbindung zwischen der Welle 13 aod der HUlee 20 wird von einer j U-foral gen Blattfeder 27 aus einem federnden leitenden Material

j hergestellt. Bei dem vorliegenden Aueführung«beiepiel ist die

j Hülse aus Aluminium hergestellt« kann Jedoch auch aus einem anderen nicht-magnetischen Material« wie Qlas, bestehen« die an der, ₍ Aussenseite mit einen:elektrisch leitenden und nicht magnetischen

, Bdag versehen 1st.

Im Betrieb wird die Walzenanordnung.10 oberhalb einer Schale 30 angeordnet« die zwischen den Seltenrahinengllederti 11 und 12 gelagert ist« Die Walzenanordnung 10 verläuft ferne« mit Abstand ^; parallel zur Aussenselte einer sich drehenden Trommel« wie bei 31, dargestellt oder parallel zu einem linearen oder konvex abgestüta-l ten und sich bewegenden Band· Soll die sich relativ bewegende I Fläche 31 mit einer Beschichtung versehen werden« so trägt sie in Jedem Falle ein unentwickeltes Bildmuster» auf das ein gleichmassiger Belag aus einem fein zerteilten« blldfonnenden und mag-**; netisch reagierenden Material« hiernaoh al« fulver 33 bezeichnet« aufgetragen werden soll« das der Walzenanordnung 10 aus einem in der Schale 30 befindlichen Vorrat zugeführt wird.

An der vorderen« nach oben abgebogenen Lippe der Schale 30 ist eine Rakel y\ einstellbar angebracht« deren Abstand von der Ausserfselte der Hülse 20 eingestellt werden kann· Je nach der Menge Fulver« die s&h im Spalt zwischen der Hülse 20 und der Fläche 31 befinden coil« kann die Rakel 34 auf einen Abstand von 0,25 mm * bis 1,27 mm eingestellt werden- Der Abotand der Hülse 20 von der

Fläche 31 ist gleichfalls einstellbar« um einen schwachen Kontakt j ....... .._ . . ._. _ l

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BAD OHJGJNAJ.

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zwischen dem Pulver 32 und der Fläche 21 herausteilen, oder um einen Druck auf das Pulver an der Zwischenflache zwischen der Hülse und der Fläche Jl auszuüben. Zum Bewegen der Wellen 3 und 2 in bezug auf die mit einem Belag au versehenden Fläche können an ^; den Rahmengliedern 11 und 12Schlitze oder verschwenkbare Lager- ^; glieder vorgesehen werden, und zum Einstellen der Welle IJ kann j ζ.3. ein mittels einer Schraube einstellbarer Hebelarm vorgesehen werden, der eine Keilverbindung mit der Welle 13 aufweist. Diese ■ Anordnung ermöglicht eine genaue Einstellung der Welle 13, so daß jede radiale Kante senkrecht zu dermit einem Belag zu versehenen Fläche verläuft, und ferner kann die Welle 13 so gedreht werden, dass die Mitte eines magnetischen Gliedes 14 oder 15 in die grösste Nähe zu der mit dem Belag zu versehenen Fläche geführt werden kann.

I. Die magnetischen Glieder 14 und 15 sind abwechselnd polarisierte : ' langgestreckte Glieder in Form von Sektoren eines Ringes oder j eines Hohlzylinders mit konkav gekrümmten Innenseiten 35 und mit konvexen Aussenseiten 36 sowie mit den radial verlaufenden Seiten4 flächen 37· Dleae Ausgestaltung der Glieder ftthrt bei den Abmes-j sungen zu kleinen Ungenauigkeiten, und obwohl die Glieder im all-, gemeinen mit einander in Berührung stehen, so können jedoch auch

■

J kleine Spalte zwischen den Gliedern vorhanden sein, die jedoch j

i die Wirksamkeit der Anordnung nicht beeinträchtigen. Die Glieder :

15 sind so polarisiert, dass sich an der Aussenseite 36 z.B. ein

Nordpol und an der Innenseite 35 ein Südpol befindet, während die Glieder 14 im entgegengesetzter. Sinns polarisiert sind, wie in

j der Fig. 2 dai-gesteilt.

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Glieder 14 und 15 werden durch Strangpressen einer nichtmagne* tischen Matrix hergestellt, die aus einer harzhaltigen ode? plastischen Mischung bestehen kann oder aus einer elastomeren, halbfesten oder viskosen Flüssigkeit, die sich durch Aushärten verfestigt, und die in glelchaässiger Verteilung anisotropische Per-, ritpartikel enthält, die sich unter der Einwirkung von inneren ^! Abscherbeanspruchungen physikalisch orientieren. Als Beispiel fUr solche Partikel werden gewisse feinkörnige Permanentmagnetmateria* lien und im besondren die Ferrite des Bariums, des Bleis und des Strontiums angeführt, die ohne Schwierigkeiten'bis zur Sättigung magnetisiert werden können· Die Matrix kann aus Naturgummi mit entsprechenden Zust^zen bestehen, die der Matrix die gewünschte | Härte verleihen, oder die Matrix kann aus einem thermoplastischen

oder.aus einem duroplastischen Material z.B. aus Polyvinylchlorid bestehen. Die Ferritpartikel werden vorzugsweise so orientiert, ; dass jedes Partikel ( wie in der Fig. 2 bei 40 dargestellt ) eine Lage einnimmt, bei der die Magnetpole radial in bezug auf etnandef angeordnet sind.

Um die Welle 13 herum wipd eine gerade Anzahl von keilförmigen -!

.j Qliedem 14 und 15 mit abwechselnder Polarität In For» eines RIn* j

gee so angeordnet, dass die (Jlieder sieh axial längs der Welle j

erstrecken. Die Glieder 14 und 15 «eisen bei einem Verhältnis von'

1 : 1 zwischen der radialen Abmessung und der Abmessung am Umfang! eine überraschend hohe Flussdlchte auf und erzeugen bei der bevor·)

i äugten Anordnung in Form eines Ringes am Umfang ein Magnetfeld mit kräftigen radialen und tangentlalen Komponenten· Die graphisch« Darstellung .in der Pig, 4 zeigt die Flussdlohte um die ringförmig

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j Anordnung der Magnetfelder 14 und 15 herum in Gauss aufgetragen, ι wobei diejradlalen Peldkomponenten mit Volllinien und die tangenj tialen Peldkomponenten mit unterbrochenen Linien dargestellt

j sind. Das stärkste radiale Feld verläuft längs einer die Magnet-

\ glieder schneidenden radialen Linie, und die Pig. 4 zeigt an den

i Polen eine Flussdichte von 500 Gauss. Die günstigsten Werte lie-

! gen zwischen 500 und 750 Gauss an den Polen. Die tangentiale FIu.

; dichte weist zwischen den Magnetgliedern die höchsten Werte auf,

' die in der Fig. 4 mit 300 Gauss angegeben sind.

! Die Fig. 5 zeigt die oberhalb eines Poles über dessen Länge 41 hinweg gemessenen Werte. Aus der Fig. 5 ist ferner zu ersehen,

¹ dass das Magnetfeld über die gesamte Länge hinweg gleich stark

j und nur an den Enden abfällt. Diese Gleichförmigkeit des Magnetfeldes ermöglicht ein sehr gleichmässiges Auftragen des Pulvers mit der Walzenanordnung nach der Erfindung.

Die Hülse 20, die eine glatte Aussenseite und einen Aussendurchmesser von 3,18 cm und einen Innendurchmesser von 3 cm aufweist, _; wobei an der Auesenßeite'der Magnetglieder ein MindestSpielraum ' von ungefähr 0,127 mm besteht, führt das Entwicklungspulver 33 " j aus der Schale 30 am Abstreifer 34 vorbei. Unter der Einwirkung '

des beständig die Richtung wechselnden Magnetfeldes taumeln die ^:

Pulverpartikel hin und her und bewegen sich in der Drehrichtung j

ι der Hülse 20. Das Pulver erscheint als ein dunkler Streifen in

den oberhalb der Pole gelegenen Bezirken der Hülse und als «in grauer Streifen oberhalb der Übergangsstelle wischen den Magnetrru Aufgrund der genauen radialen Orientierung der ferro- J 109846/1389

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magnetischen Partikel in der Matrix wird der graue Streifen auf eine Linie beschränkt. Das umgewälzte Ailver steht auf der Aussanseite der Hülse gleich Baumrelhen aufrecht und gelangt bei der

' Drehung der Hülse 20 im Uhrzeigersinne mit der sich gleichfalls in Uhrzeigersinne oder entgegengesetzt bewegenden. Fläche 31 in I Berührung und wird aus dieser in der gewünschten Welse abgesetzt·

; Der Abstand zwischen der Hülse 20 und der Fläche 31 in bezug auf ^! den Abstand des Abstreifers 34 von der Hülse 20. bestimmt die Menge ' dec Pul\frs, die pro Flächeneinheit mit der Fläche 31 in Berührung { gelangt· Das längs der Hülse gleich starke Magnetfeld bewirkt eine

; gleichrcässige Beschichtung der Fläche. 31·

\ In den meisten Fällen betragen die Abmessungen der mit dem Belag

ι _t

j zu versehenden Fläche 21,5 ^x 35 #5 cm« welche Werte den Abmessungen ! von Kopierbogen entsprechen.

Magnetglieder« die aus Metallegierungen wie "Alnico" bestehen, können bei einem glelohmässigen Feld nur In Längen von 7»5 bis 16 cm hergestellt werden, da die Glieder aus diesen Material sioh bei der Wärmebehandlung verwerfen und für den in Betracht kommenj den Verwendungszweck ungeeignet sind· Die kurzen Abschnitte müssen

j miteinander verklebt werden, wobei das Magnetfeld längs der Achse j der Walze an den Störstellen unterbrochen wird, da die Stärke des Magnetfeldes an den Enden der Abschnitte'stark absinkt, und da die Abschnitte riieht einander gleich sind. Das bei der Entwicklungswal zenanordnung nach asr Erfindung erzeugte gleichförmige Magnet-

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feld bewirkt eine wesentliche Herabsetzung der ünregelmäesigkeiten bei der Aufnahme des Pulvers durch die Walze oder bei der Dichte des entwickelten Bildes.

- Patentansprüche -

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Claims

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Anwaltsaktet M 2409

) Patentanspruch

Auftragwalze, die eine gleichförmige Schicht eines magnetisch beeinflussbaren, trockenen und fein zerteilten Materials mit einer fläche in Berührung bringt, die an der Außenseite der Walze vorbeibewegt wird» welche Walze innerhalb einer Hülse angeordnete Magnete aufweist, gekennzeichnet durch eine Anzahl von langgestreckten und einen allgemein sektorförmigen Querschnitt aufweisenden Magnetgliedern aus einem feinkörnigen permanentmagnetlachen Material, das in einer nicht-magnetischen immobilisierenden Matrix dispergiert ist, welche Magnetglieder in form eines Ringes um eine eine hohe magnetische Permeabilität aufweisende Welle herum angeordnet sind derart, dass die Kanten der Magnetglieder allgemein radial und parallel zur Achse der Welle verlaufen, während die radial innen und außen gelegenen flächen der Magnetglieder gekrümmt sind, wobei die radial innen und außen gelegenen flächen benachbarter Magnetglieder in der Anordnung die entgegengesetzte Polarität aufweisen, und dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Hüls· aus einem nioht-magnetlsohen Hohlzylinder besteht, über der Anordnung der Magnetglieder gelegen ist und in bezug auf die genannte Welle axial verläuft, und das· die Hülse und die Welle in bezug auf einander drehbar gelagert sind und eine Menge de· fein «erteilten Material· an der Außenseite der HUI·· weiterbefördem.

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; 2. Auftragwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

t das genannte dlspergierte Material in den Magnetgliedern aus

j orientierten anisotropischen Partikeln eines permanentmagnet!-

I sehen Materials besteht.

S 3· Auftragwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte dispergierte Material aus Perriten des Bariurns,

ϊ des Strontiums und des Bleis besteht.

j 4. Auftragwalze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ; gekennzeichnet, dassun die Welle herum acht Magnetglieder ange-

j ordnet sind, die zusammen einen Ringbilden.

i 5· Auftragwalze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch

j gekennzeichnet, dass die genannte Hülse elektrisch leitend ist.

6. Auftragwalze nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daes jedes Magnetglied eine axiale Länge von 20 bis 35,5 cm aufweist. i

7· Auftragwalze nach einender vorstehenden Anspruch·, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle und die Magnetglieder ortsfest sind, und dass die Hülse um die genannte Welle gedreht wird.

8· Auftragwalze nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, dass die Hülse eine elektrisch leitende Ausseneeite aufweist und mit einer Spannungequelle verbunden ist·

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j ^. Auftragwalze nach Anspiuch 7* dadurch gekennzeichnet, dass j die Hülse eine elektrisch leitende Aussenseite aufweist und j mit einer Spannungsquelle verbunden 1st·

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