DE1772023A1

DE1772023A1 - Verteileinrichtung zur Ausgabe von Entwicklungsmaterial fuer Entwicklungseinrichtungen

Info

Publication number: DE1772023A1
Application number: DE19681772023
Authority: DE
Inventors: Joseph Fantuzzo
Original assignee: Rank Xerox Ltd
Current assignee: Xerox Ltd
Priority date: 1967-03-23
Filing date: 1968-03-21
Publication date: 1971-01-07
Also published as: US3453045A; GB1213493A; SU371739A3; NL6803924A; FR1559973A

Description

Verteileinrichtung zur Ausgabe von Entwicklungsmaterial· für Entwicklungseinrichtungen

Die Erfindung "betrifft eine Verteileinrichtung zur Ausgabe von aus fein verteilten elektroskopischen Tonerpartikeln und relativ größeren Trägerpartikeln, die in der triboelektrischen Reihe von den Tonerpartikel!! entfernt sind, bestehendem Material für eine Entwicklungseinrichtung zur Entwicklung latenter elektrostatischer Bilder.

Bei xerografisehen Verfahren, wie sie z.B. aus der US-Patentschrift 2 297 691 bekannt sind, wird eine xerografische Platt.e verwendet, die aus einer Schicht eines fotoleitenden ^Tsoliermaterials auf einer leitenden Unterlage besteht. Die Platte wird über ihre Oberfläche gleichmäßig elektrisch aufgeladen und dann gewöhnlich mit herkömmlichen Projektionstechniken mit dem zu vervielfältigenden Objekt belichtet. Diese Belichtung entlädt die Plattenbereiche nach Maßgabe

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der Lichtintensität, mit der 3ie beaufschlagt werden, v.o- durch ein latentes elektrostatisches Bild auf der fotoleitenden PlLiche gebildet wird. Die Entwicklung deslatenten Bildes wird durch elektrostatisch geladenes, fein verteiltes Material, wie z.B. ein elektroskopiaches Irulver, bewirkt, das in Oberflächenkontakt mit der fotoleitenden Oberfläche gebracht wird und dann auf dieser in Form des latenten elektrostatischen Bilds als Pulverbildauster elektrostatisch anhaftet. Danach wird das entwickelte xerografische Pulverbild gewöhnlich auf eine Trägerfläche übertragen, wie z.B. auf ein Blatt Kopierpapier, auf den es in einer geeigneten Weise fixiert werden kann. '

Seit Bekanntwerden der vorstehend genannten Xerografieverfahren wurden viele Verbesserungen an xerografisehen Verfahren und Einrichtungen vorgenommen, so daß heute sowohl automatische als auch handbetriebene Maschinen zur xerografischen Vervielfältigung für kommerzielle Anwendungen verbreitet sind. Die vorliegende Erfindung gibt eine weitere Verbesserung für den EntwicklungsVorgang bei automatischen Xerografiemaschinen an, um diese für zukünftige Anforderungen weiter zu verbessern·

Ein gewöhnlich bei elektrostatischen Vervielfältigungsverfahren verwendetes Entwicklungsmaterial besteht aus pigmentiertem Harzpulver, das als Toner bezeichnet wird, und grobem, körnigen Material, das als Träger bezeichnet wird.

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Der Träger i.-t in der triboelektrischen Reihe von Toner entfernt, se daß bei gegenseitiger Einwirkung eine Ladung zwischen I-uiver und Trägerpartikeln erzeugt wird. Der Träjer ermöglicht neben der Erzeugung einer Ladung f Ir den Toner eine Mechanische Steuerung, so daß der Toner leicht in Kontakt uit der xerografischen Oberfläche gebracht werden kann. Die Tonerpartikel werden elektroctatisch von den el j/.troatati sehen Bild angezogen, so da., ein sichtbares Pulverbild entsteht.

Die Cualität des entwiekelten Bildes kann durch das Verhältnis vcn ^nerpartikeln zu Trägerpartikeln, allgenein al3 Tonerkonzentration bezeichnet, beeinflv.it werden. Tritt z.I·. ein !.!angel an Tonerpartikel!! auf, a^ cind die zuu Bild beitragenden Bereiche nicht in der Lage, ausreichend Toner anzuziehen, ui.i voll entwickelt zu werden, se da^ zu helle ' Bilder entstehen. Ist auf der anderen Seite ein Iberachui: an Toner vorhanden, so werden die zum liild beitragenden i

Bereiche vollkoi:^:ien dunkel, wobei jedoch gewisse !!engen des Toners auch in nicht zu:a Bild beitragenden Bereichen haften bleiben. Der Grund dafür ist, da£ die Halte!:rllfte für die Tonerpartikel an einer Trägerperle ungekehrt proportional zu den bereits auf einer solchen Perle anhaftenden Tonerpartikel]! sind. Daher werden bei nur wenijen an einer Perle anhaftenden 'i'onerpartikeln diese an der Perle stärker gehalten und weniger leicht an die geladenen Bereiche des elektrostatischen Bilds abgegebem. Befindet sich dagegen

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eine große Anzahl von Tonerpartikeln auf einer Trägerperle, so werden die Haltekräfte merklich verhindert, oft bis zu einem solchen Wert, bei dem bereits Restladungen auf nicht zum Bild beitragenden Bereichen ausreichen, um die Tonerpartikel anzuziehen.

Aus diesjm Grund wurden verschiedene Versuche, die Tonerkonzentration zu steuern, darauf gerichtet, periodisch reinen Toner der Entwicklermischung hinzuzufügen, um den durch Ablagerung auf de;a Bild verbrauchten Toner zu ersetzen. Gewöhnlich wurde dieses dadurch erreicht, daß zwischenzeitlich Toner nach einem bestimmten Zeitzyklus oder durch eine Einrichtung, die direkt die Tonerkonzentration oder aber die Dichte des entwickelten Bildes mißt, hinzugefügt wird.

Haben derartige Verfahren zwar teilweise befriedigt, so weisen sie doch auch bestimnte naheliegende Nachteile auf. So wird z.B. der Toner gewöhnlich gleichmäßig über die ganze Länge der EnU/icklungszone dem Entwicklungsmaterial hinzugefügt. Hat jedoch das zu reproduzierende Bild in einei.. Teil große flächige Bereiche, wie etwa in der Mitte, se hat das Entwickleruaterial an dieser Stelle eine verminderte lonerkonzentration. Ein Hinzufügen von Toner zum Bntwicklermaterial über die gesamte Länge der Entwicklungszene kann diese Unterschiede jedoch nicht ausgleichen. Weiterhin benötigen diese Entwicklungsverfahren eine gewisse

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Zeit, -um auf eine örtliche Erschöpfung des Toners, bedingt durch die Entwicklung dichter Bereiche, zu reagieren. Eine derartige Zeitverzögerung macht sich in einer verminderten Bildqualität bemerkbar. Dieses Problem tritt naheliegenderweise bei zeitgesteuerten Tonerverteilern besonders stark auf. Mit dem Aufkommen von Hochgeschwindigkeitskopiermaschinen und der Forderung nach qualitativ besseren Kopien wird das Problem der Aufrechterhaltung einer geeigneten g Tonerkonzentration immer kritischer.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Einrichtungen zu schaffen, die eine optimale Aufrechterhaltung der jeweils geeigneten Tonerkonzentration ohne Zeitverzögerung und örtliche Unterschiede automatisch ermöglichen.

Ausgehend von einer Verteileinrichtung zur Ausgabe von aus fein verteilten elektroskopischen Tonerpartikeln und relativ größeren Trägerpartikeln, die in der tribοelektrischen Reihe von den Tonerpartikeln entfernt sind, bestehendem Material für eine Entwicklungseinrichtung zur Entwicklung latenter elektrostatischer Bilder ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst durch IHihrungs einrichtungen, die so angeordnet sind, daß sie das aus mindestens teilweise mit elektroskopischen Tonerpartikeln bedeckten Trägerpartikeln bestehende Entwicklungsmaterial in einen V/eg zum Entwicklungsbereioh leiten, durch eine Rolle, die drehbar auf einer sich quer und nahe diesem Weg für das Entwick-

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lungsmaterial angeordneten Achae befeatigt ist, diese Rolle weist einen Kern- und einen i.;antelteil auf, der _f im wesentlichen die gleichen triboelektrischen Eigenschaften wie die Trägerpartikel aufweist, und durch einen Füllschacht, der der Rolle benachbart angeordnet ist und einen Vorrat an auszugebenden Tonerpartikeln enthält; der Füllschacht endet in einer den Hantelteil der Rolle in seiner Längsausdehnung überdeckenden, länglichen Öffnung, wodurch bei Drehung der Rolle ein vorbestimmter Teil der Tonerpartikel aus dem Füllschacht in unmittelbare Nähe des Wegs für das Entwicklungsmaterial förderbar ist, um elektrostatisch auf einzelnen Trägerpartikeln in einer solchen Menge abgelagert zu werden, die umgekehrt proportional der bereits auf den betreffenden Trägerpartikeln vorhandenen Tonerpartikel ist.

In der Zeichnung ist eine xerografische Vorrichtung gezeigt, die für kontinuierlichen, automatischen Betrieb ausgelegt ist und eine insgesamt mit 10 bezeichnete Tonerverteileinrichtung aufweist, die gemäß der Erfindung ausgebildet ist. Wie bei xerografisehen Vorrichtungen üblich, ist eine xerografische Platte 12 in Trommelform auf einer ;/elle 14 drehbar gelagert, um in der eingezeichneten Pfeilrichtung an den verschiedenen xerografischen Behandlungsstationen vorbeibewegt zu werden. Die verschiedenen Teile der Vorrichtung gehören alle zum Stand der Technik mit Ausnahme der gemäß der Erfindung ausgebildeten Entwicklungsstation.

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Zu;., beoserei: Verständnis werden die verschiedenen xerograficchen Behandlun₀"3stationen in dor Reihenfolge des Drehsinns der Ti'ounel kurz beschrieben.

Eine Lade3taiion A nit einer Koronaladevorrichtung IG brinjt eine gleichmütige elektrostatische Ladung auf der xercgrafisehen überfläche auf.

Eine iielici.uuigsstation B projiziert das Licht- bzw. ütrahlunjs:vaster des zu kopierenden Original mit Hilfe eines Projektors Ic auf die Tromaeloberflache, uiu die auf der ■Trο. j;-.el vorhandene Ladung in den belichteten Bereichen abzubauen, so dal; ein latentes elektrostatisches I:ilu in Fom dec z\x 1:ο^ xerenden originale entatoht·

Eine ]iitwicklungsstation C fördert ein xerografisches Entwicklungsraaterial, das die vorstuhend erv/äiinten Tonerpartikel enthält, in Kontakt zur I'rorarieloberflüche, um ein Pulverbild zu formen. Die während der Entwicklung verbrauchten Tonerpartikel werden, wie später beschrieben, durch die Tonerverteileinrichtung lü ergänzt.

Eine Übertragungsstation D übertxiigt das xerografische Pulverbild elektrostatisch mit einer weiteren Koronaladungsvorrichtung 26 von der Tro:.„..eloberflache auf ein "übertrasungsuaterial 20, das über Haspeln k>l und 24 bewegt v.lrd. Das Bild wird dauerhaft auf den Übertragungs-

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material 20 mit einer Schmelzvorrichtung 27 fixiert.

Eine Trommelreinigungs- und Entladestation E_r an der die Trommeloberfläche von einer Bürste 30 abgekehrt wird, entfernt restliche, nach der Bildübertragung verbliebene Tonerpartikel von der Trouraeloberflache. Die Tromiaeloberfläche wird außerdem mit einer relativ hellen lichtquelle 32 bestrahlt, um eine völlige Entladung aller auf ihr ^ eventuell verbliebenen Restladungen zu bewirken.

Es wird angenommen, daß die vorstehende kurze Beschreibung ausreicht, um die bekannte Arbeitsweise xerografischer Vorrichtungen zu verstehen. Weitere Einzelheiten und die spezielle Ausbildung der einzelnen Einrichtungen eind z.B. der US-Patentschrift 3 049 968 zu entnehmen.

Wie in der Zeichnung dargestellt, v/eist die Entwicklungsfc station C ein Gehäuse 33 nit einem unteren Sammelraum zur Sanulung des Entwicklermaterials 36 auf. l>as Entwicklermaterial 36 liegt vorzugsweise in Form eines geeigneten elektroskop!sehen Toners gemischt mit geeigneten Trägerpartikeln vor. Typische Zusammenstellungen für derartige Llischungen und auch Toner allein sind in den US-Patentschriften 2 618 551, 2 618 552, 2 638 416, 2 788 288, 2 753 306, 2 891 011, 3 079 342 und Re. 25 135 vollständig beschrieben. Die GröLie und Farbe der Tonerpartikel hängt von den beabsichtigten Verwendungszweck abJ z.B. beträgt

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die Größe des in der US-Patentschrift 3 079 342 beschriebenen xerografisehen Toners zwischen 1 und 30 Mikron. Diese Toner bestehen gewölniliLoh au.3 einem elektroskopischen Harz und einem Farbstoff, wie z.B. irgendwelchen geeigneten organischen oder anorganischen Pigmenten oder Farben. Die Trägerpartikel haben dagegen eine Größenordnung von 250 bis 650 Mikron*

In dem Entwicklungsgehäuse 33 ist ein eimerförmiges Förderband 38 vorgesehen, un das Entwicklermaterial in den oberen Teil des G-ehüuses zu fördern, von dem es über eine Rinne auf die Trommel kaskadiert wird. Y/ird da3 Entwicklermaterial über die Trommel kaskadiert, haften Tonerpartikel des Entwicklermaterials elektrostatisch auf den: vorher gebildeten elektrostatischen latenten Bildbereichen auf der Tromuel an, um ein sichtbares xerografisches Pulverbild zu bilden. Daher werden die während der Entwicklung verbrauchten Tonerpartikel durch unter Einfluß der Schwerkraft aus einer " Tonerverteileinrichtung fallenden Toner ergänzt, die neben dem Förderband in einem bestimmten Abstand von der Trommel angeordnet ist.

Bei dieser Ausführungsform werden die Tonerpartikel automatisch in dem Entwicklungsmaterial 36 in dem Umfang ergänzt, in dem sie bei der Entwicklung des Bilds verbraucht werden. Die Tonerverteileinrichtung 10 weist eine zylindrische Rolle 40 auf, die auf einer Welle 42 befestigt iat. Die Welle

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42 ist oberhalb der Rinne 39 in dem Gehäuse 33 gelagert. Die V/elle 42 ist mit einem Motor 43 verbunden, uia die liolle in der eingetragenen Pfeilrichtung anzutreiben. Die zylindrische Rolle 40 erstreckt sich parallel zur Rinne 39 und wirkt sowohl mit der Trommel 12 als auch mit dem Förderband 38 zusamuen. V/ie in der Zeichnung dargestellt, v/ird die Rolle aus einem inneren Kern 45 aus einem leitenden Material und einem äußeren Mantel 47 gebildet, der aus einem später erläuterten Grund aus einem Material mit ähnlichen tribοelektrischen Eigenschaften wie die der vorstehend beschriebenen Trägerpartikel besteht.

Ein Füllschacht 50, der einen Vorrat an Tonerpartikeln 52 enthält, um die vom Entwicklermaterial 36 verbrauchten Tonerpartikel zu ergänzen, umspannt die zylindrische Rolle so, daß er diese berührt. Der Füllschacht 50 weist an seinem oberen Ende einen Deckel 54 auf, durch den Tonerpartikel zugeführt werden können. An seinem unteren Ende befindet sich eine längliche Öffnung, durch die die zylindrische Rolle 40 in ihrer Längsausdehnung in den Füllschacht hineingreift. Schwenkbare Dichtungen 55 und 57 sind am Fuß des Füllschachtendes angelenkt, um eine geeignete Berührungsfläche des Füllschachts mit der zylindrischen Rolle 40 zu bilden, die sich auf ihrer Welle dreht.

Dreht sich die zylindrische Rolle 40, so wird eine kleine Menge von Tonermaterial gemäß der Anziehung von Toner durch

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die triboeiektrischen Eigenschaften des Mantels 47 der ^olle 4υ aus deu i*lillschacht entnonmen. Es ist einzusehen, daß beiti Vorbeifliegen des jti.twicklermaterials 36 an der .it Joner behafteten Holle tonerfreie Trägerpartikel in de... ..aße Toner anziehen, wie von ihnen Toner entfernt worden iut.

.3 ..ird angenonuen, daß der Übergang von Tonerpartikeln von der zylindrischen Rolle 40 auf die Trügest artikel des üitv.ickleniaterialü 36 so lange stattfindet, bis die elektrostatische Ansiehung der Trägerpartikel gleich der de3 Mantels 47 der Rolle 40 auf den Toner ist. Su diese::! Zeitpunkt ixat daü Entv.icklerr.aterial 3^ seinen Tonersättigungsgrad erreicht.

Uu den Sättigungsgrad und damit die Entwicklung der Bilder selektiv steuern zu können, ist eine einstellbare Gleichspannungsquelle 70 mit dem Kern 45 der zylindrischen Holle I ' 40 verbunden. V/erden daher hellere oder dunklere Bilder gefordert, so wird die abgegebene Spannung der 3pannungsquelle, die die umgekehrte Polarität der Tonerpartikel hat, entweder vergrößert oder verkleinert, un die elektrostatische Anziehung zwischen Toner 52 und I.lantel 47 der Holle zu. ändern. Es wurde festgestellt, daß Spannungen sv;icchen 3CCC imd 6000 Volt bei einer Mantel stärke von etwa C,^^ bis 0,175 i-iM ausreichen. Die optimale Spannung hänjt vor. der

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jeweiligen Stärke des Mantels 47 und der relativen Geschwindigkeit ab, mit der sich das Entwicklermaterial an der Rolle vorbeibewegt.

LI it dem beschriebenen Aus führung sb ei spiel der Erfindung ist es möglich, automatisch und kontinuierlich eine Entwickleruischung mit einer optimalen Tonerkonzentration aufrechtzuerhalten. Eine zu niedrige Tonerkonzentration wird dadurch vermieden, daß die Trägerpartikel die Fähigkeit und die Löslichkeit haben, von der Verteileinrichtung soviel Toner abzunehmen, wie jeweils gebraucht wird, also jeder Trägerpartikel wie ein sich selbst steuernder Tonerempfänger wirkt. Auf der anderen Seite v/ird eine zu hohe Tonerkonzentration vermieden, indem die Vorspannung der Verteilerrolle gesteuert wird, wodurch die Ablöeekräfte einstellbar sind, bei denen eine Übergabe der Tonerpartikel von der Rolle auf die tonerfreien Trägerpartikel stattfindet. Darüber hinaus ist zum ersten Male auch eine selektive Tonerverteilung über die Entwicklungszone möglich. Eine derartige Tonerverteilung ermöglicht ein wirksames und sofortiges Ansprechen auf jede durch unterschiedliche Entwicklungsstärken bedingte Änderung der Toneri:onzentration. Auf diese Weise wird mit der vorliegenden Erfindung in einfacher und billiger \ieise eine verbesserte ilopieranlage geschaffen, die qualitativ becsore Kopien liefert.

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Claims

Patentansprüche :

Verteileinrichtung zur Ausgabe von aua fein verteilten elektroskopischen Tonerpartikeln und relativ größeren Trägerpartikeln, die in der triboelektrischen Reihe von den Tonerpartikeln entfernt sind, bestehendem Material für eine Entwicklungseinrichtung aur Entv/icklung latenter elektrostatischer Bilder, gekennzeichnet durch IHihrungseinrichtungen (39), die so angeordnet sind, daß sie das aus mindestens teilweise mit elektroskopischen Tonerpartikeln bedeckten Trägerpartikeln bestehende Entwicklungsmaterial (36) in einen Weg zum Entwicklungsbereich leiten, durch eine Rolle (40), die drehbar auf einer sich quer und nahe dieses Wegs für das Entwicklungsmaterial (36) angeordneten Achse (42) befestigt ist, diese Rolle (40) weist einen Kern-(45) und einen Mantelteil (47) auf, der im wesentlichen die gleichen triboelektrischen Eigenschaften wie die Trägerpartikel aufweist, und durch einen füllschacht " (50), der der Rolle (40) benachbart angeordnet ist und einen Vorrat an auszugebenden Tonerpartikeln (52) enthält, der Füllschacht (50) endet in einer den Mantelteil (47) der Rolle (40) in seiner Längsausdehnung überdeckenden, laagliohen öffnung, wodurch bei der Drehung der Rolle (40) ein vorbestimmter Teil der Tonerpartikel (52) aus dem Püllachacht (50) in unmittelbare Nähe des Wegs für das Entwicklungsmaterial (36) förderbar ist, um elektrostatisch auf einzelnen Trägerpartikeln in einer solchen Stärke ab-

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gelagert zu v/erden, die umgekehrt proportional der bereits auf den betreffenden Trägerpartikeln vorhandenen Tonerpartikel ist.

2, Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernteil (45) der Rolle (40) elektrisch leitend und mit einer Gleichspannungsquelle (70) verbunden ist, deren Spannungspolarität entgegengesetzt der triobelektricchen Polarität der Tonerpartikel (52) ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (70) regelbar iat, um damit den Fluß der Tonerpartikel (52) von der Rolle (40) zu den Trägerpartikeln zu steuern.

4· Elektrostatische Kopiermaschine mit einer fotoleitenden Einrichtung (12), die gegenüber elektromagnetischer Strahlung empfindlich ist und entlang eines vorbestimmten Weges bewegbar ist, der einzelne Behandlungestationen (A, B, C, D, E) aufweist, wie eine Ladungsstation (A) zur gleichmäßigen Aufladung der Oberfläche der fotoleitenden Einrichtung (12), eine Belichtungsstation (B) zur Beliohtung der aufgeladenen Oberfläche mit elektromagnetischer Strahlung in Form eines Bildes, um ein latentes elektrostatisches Bild auf der Oberfläche zu bilden und einer Entwioklungsstation (C) zur Entwicklung des latenten elektrostatischen Bilds, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklungastatipn (C) eine nach den Ansprüchen 1 bis 3 gekennzeichnete Verteileinrichtung (IQ)

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