DE19819390A1

DE19819390A1 - Einkomponenten-Entwicklungsstation

Info

Publication number: DE19819390A1
Application number: DE19819390A
Authority: DE
Inventors: Uwe Angst; Gerhard Bartscher; Steve Cormier; Kenneth D Fraser; Anton Rodi; Carsten Dr Schoenfeld
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 1997-07-03
Filing date: 1998-04-30
Publication date: 1999-01-07
Also published as: AU747535B2; WO1999001799A3; AU8972298A; JPH1173013A; CN1133905C; CN1261963A; US6055402A; WO1999001799A2; CA2295906A1; EP0993628A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entwicklung eines elektrostatischen latenten Bildes, das sich auf einem beweglichen Bildträger befindet, mit einem nichtleitenden Einkomponenten-Toner.

Elektrographischer Druck in hoher Qualität und mit hoher Geschwindigkeit ist nach dem derzeitigen Stand der Technik nur mit Zweikomponenten-Toner möglich. Ein Zweikomponenten-Toner enthält Tonerteilchen und weichmagnetische Trägerteilchen, die miteinander vermengt werden, wobei die Tonerteilchen elektrostatisch an den Trägerteilchen haften. Die Trägerteilchen mit den daran haftenden Tonerteilchen werden mittels Magnetbürsten in eine Entwicklungszone transportiert, wo sie entsprechend einem elektrostatischen Ladungsmuster auf einem Bildträger, beispielsweise einem Fotoleiter, auf den Bildträger übertragen werden.

Andererseits haben Einkomponenten-Toner aus nichtleitenden Tonerteilchen erhebliche Vorteile gegenüber Zweikomponenten-Tonern. Man benötigt keine Magnetbürsten und dergleichen, so daß eine einfache und kompakte Bauweise der Entwicklungsstation möglich ist. Außerdem entfällt bei Verwendung von Einkomponenten-Toner der Verbrauch von Trägerteilchen, die mit der Zeit verschleißen und ausgetauscht werden müssen. Aus diesem Grunde versucht man sein langem, Einkomponentensysteme zu entwickeln, mit denen bei guter Druckqualität hohe Druckgeschwindigkeiten möglich sind.

Eine der Hauptschwierigkeiten dabei ist, auf einer Entwicklungswalze, auch Farbauftragswalze genannt, eine gleichmäßige Schicht aus möglichst gleichmäßig geladenen Tonerteilchen zu erzeugen. Einige kommerziell genutzte Systeme verwenden eine Regenerierwalze aus einem schaumstoffartigen Material, welche Tonerteilchen aus einem Tonerreservoir zur Entwicklungswalze transportiert. Durch die dabei entstehende Reibung werden die Tonerteilchen elektrisch aufgeladen, wodurch sie in einer mehr oder weniger dicken Schicht an der elektrisch leitfähigen Entwicklungswalze haften. Um diese Schicht zu vergleichmäßigen, hat man feststehende Rakel verwendet, welche überschüssigen Toner von der Entwicklungswalze abstreifen. Es gibt Systeme mit einer harten Entwicklungswalze, beispielsweise aus Aluminium oder Stahl, und einer Gummilippe als Rakel, aber auch Systeme mit einer harten Rakel aus Metall und einer Entwicklungswalze aus einem Gummimaterial.

In beiden vorstehend erwähnten Systemen gibt es eine definierte Andruckkraft zwischen Rakel und Entwicklungswalze, die Schwerkräfte auf den Toner zur Folge hat. Für den Fixiervorgang werden verhältnismäßig niedrigschmelzende Toner gewünscht, die daher aus verhältnismäßig elastischen Tonerteilchen bestehen. Solche Tonerteilchen werden durch die Kräfte am Spalt zwischen Rakel und Entwicklungswalze etwas verformt, und es entsteht Wärme. Bei höheren Geschwindigkeiten der Entwicklungswalze entsteht so viel Wärme, daß der Toner lokal anschmelzen kann. Eine einmal gebildete Fehlstelle setzt sich längs des Umfangs der Entwicklungswalze fort und neigt dabei zum Wachsen. Dieser Prozeß, der Filmen oder Schmieren genannt wird, begrenzt die Druckgeschwindigkeiten, die mit so einem System erreichbar sind, auf Geschwindigkeiten unterhalb von 15 cm/s. Außerdem gibt es deutliche Qualitätsmängel beispielsweise im Vergleich zu Offsetdruck.

In der US-PS 4,876,575 wird vorgeschlagen, zum Dosieren und gleichförmigen Laden der Tonerschicht auf der Entwicklungswalze eine längs ihrer Achse drehbare Metallstange oder metallisierte Kunststoffstange zu verwenden, die elastisch gegen die starre Entwicklungswalze gedrückt wird. Die Metallstange bildet eine Rakelwalze, die genau eine Lage Tonerteilchen auf der Entwicklungswalze zurücklassen soll. Ein ähnliches System ist in der US-PS 5,128,723 beschrieben. Wegen der elastischen Aufhängung der Rakelwalze, die ständig gegen die Entwicklungswalze drückt, werden jedoch auch bei diesen Systemen verhältnismäßig große Kräfte auf die Tonerteilchen ausgeübt, wodurch die Druckgeschwindigkeit, bei der noch kein Schmieren auftritt, auf relativ geringe Werte begrenzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einkomponenten-Ent wicklungstechnik zu schaffen, die für elektrographischen Druck mit hoher Geschwindigkeit und in hoher Qualität geeignet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgegangen von einer Vorrichtung zur Entwicklung eines elektrostatischen latenten Bildes, das sich auf einem beweglichen Bildträger befindet, mit einem nichtleitenden Einkomponenten-Toner, wobei die Vorrichtung folgendes enthält: eine Tonerzufuhreinrichtung, um Tonerteilchen aus einem Tonerreservoir zu fördern und elektrisch zu laden, einer drehbar gelagerten Entwicklungswalze zur Aufnahme der geladenen Tonerteilchen von der Tonerzufuhreinrichtung und zum Transport der aufgenommenen Tonerteilchen in einen Spalt zwischen der Entwicklungswalze und dem Bildträger, und eine drehbar gelagerte Rakelwalze, die auf dem Weg der Tonerteilchen von der Tonerzufuhreinrichtung zur Entwicklungswalze angeordnet ist, zur Erzeugung einer gleichmäßigen Tonerschicht mit einer definierten Dicke auf der Entwicklungswalze. Gemäß der Erfindung sind die Oberfläche der Entwicklungswalze und die Oberfläche der Rakelwalze durch einen Spalt voneinander getrennt, der breiter als der mittlere Durchmesser der Tonerteilchen ist.

Ein entsprechendes Verfahren zur Entwicklung eines elektrostatischen latenten Bildes, das auf einem beweglichen Bildträger erzeugt worden ist, mit einem nichtleitenden Einkomponenten-Toner umfaßt, Tonerteilchen elektrisch zu laden und auf die Oberfläche einer rotierenden Entwicklungswalze zu fördern, an der sie elektrostatisch haften, die Oberfläche der Entwicklungswalze mit den daran haftenden Tonerteilchen eine drehbare Rakelwalze passieren zu lassen, um eine gleichmäßige Tonerschicht mit einer definierten Dicke auf der Entwicklungswalze zu erzeugen, und die Tonerteilchen in einen Spalt zwischen der Entwicklungswalze und dem Bildträger zu fördern, in dem sie auf den Bildträger übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Oberfläche der Entwicklungswalze und der Oberfläche der Rakelwalze ein fester Abstand eingestellt wird, der größer als der mittlere Durchmesser der Tonerteilchen ist.

Während im Stand der Technik stets davon ausgegangen wird, daß die Rakel oder Rakelwalze elastisch gegen die Entwicklungswalze drückt, wird gemäß der Erfindung ein Spalt zwischen der Rakelwalze und der Entwicklungswalze vorgesehen, beispielsweise indem eine starre Entwicklungswalze und eine starre Rakelwalze in feststehenden Drehpunkten an einer Druckmaschine gelagert werden. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß auf diese Weise wesentlich höhere Druckgeschwindigkeiten als mit irgendeinem anderen der oben beschriebenen Systeme erreichbar sind, ohne daß Schmieren auftritt und ohne daß die Druckqualität verschlechtert wird. Im Versuch sind mit einem niedrigschmelzenden Toner problemlos Druckgeschwindigkeiten von über 50 cm/s erreicht worden.

Eine mögliche Erklärung dafür, daß der Toner gemäß der Erfindung erst bei wesentlich höheren Geschwindigkeiten als im Stand der Technik anzuschmelzen beginnt, ist die folgende. Durch geeignete Wahl der Materialien und Geschwindigkeiten der Tonerzufuhreinrichtung wird dafür gesorgt, daß die Tonerteilchen, die in die Zone vor dem Spalt transportiert werden, überwiegend mit gleicher Polarität geladen sind. Die Abstoßung zwischen gleichnamigen Ladungen sorgt dann dafür, daß nur eine begrenzte Menge Tonerteilchen in den Spalt gelangt, so daß die Tonerteilchen im Spalt relativ wenig mechanisch belastet werden. In der Aufbauzone vor dem Spalt bewegen sich die Tonerteilchen wegen der gegenseitigen Abstoßung im wesentlichen reibungsfrei, und überschüssiger Toner wird durch das in der Aufbauzone gebildete elektrische Feld abgestoßen und fällt in das Tonerreservoir zurück.

Eine völlig gleichmäßige Aufladung der Tonerteilchen durch Reibungselektrizität, wie sie in der bevorzugten Ausführungsform verwendet wird, ist jedoch schwer erreichbar. Andererseits ist es für eine gute Druckqualität wünschenswert, der Entwicklungswalze Tonerteilchen mit möglichst genau definierter Ladung zuzuführen. Wie später noch beschrieben wird, macht es eine Weiterbildung der Erfindung möglich, Tonerteilchen mit einer nicht gewünschten Ladung, welche den Spalt zwischen der Entwicklungswalze und der Rakelwalze passieren, anschließend auf das gewünschte Potential aufzuladen, so daß die Tonerteilchen alle eine definierte Ladung tragen, wenn sie den Bildträger erreichen.

In der bevorzugten Ausführungsform werden die Entwicklungswalze und die Rakelwalze im gleichen Drehsinn drehen gelassen, so daß sich deren Oberflächen gegenläufig bewegen, wobei die jeweiligen Drehgeschwindigkeiten so eingestellt werden, daß die Oberflächengeschwindigkeit der Rakelwalze wesentlich kleiner als die Oberflächengeschwindigkeit der Entwicklungswalze ist. Die Rakelwalze kann sich entweder kontinuierlich oder in kleinen Schritten drehen, mit mehr oder weniger langen Stillstandszeiten zwischen zwei Drehbewegungen.

Da die Rakelwalze den auflaufenden Tonerteilchen immer wieder eine andere Oberfläche darbietet, gibt es keine übermäßige lokale Erwärmung in der Aufbauzone, die zu einem Anschmelzen der Tonerteilchen führen könnte. Da sich die Tonerteilchen nur verhältnismäßig kurze Zeit in der Aufbauzone aufhalten und da die ihnen dargebotene Oberfläche ständig erneuert wird, ist es außerdem unschädlich, wenn die Rakelwalze im Betrieb verhältnismäßig warm wird. Der genaue Wert der Drehgeschwindigkeit der Rakelwalze ist unkritisch. Unter Umständen kann die Rakelwalze auch im entgegengesetzten Drehsinn zur Entwicklungswalze drehen gelassen werden, d. h. daß sich deren Oberflächen im Spalt in der gleichen Richtung bewegen. Es gibt allerdings Hinweise, daß höhere Drehgeschwindigkeiten der Rakelwalze eher ungünstig sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Breite des Spaltes zwischen der Oberfläche der Entwicklungswalze und der Oberfläche der Rakelwalze wenigstens das zweifache des mittleren Durchmessers der Tonerteilchen, wobei die den Spalt durch laufende Tonerschicht auf der Entwicklungswalze aus ungefähr ein bis zwei Lagen Tonerteilchen besteht.

Speziell kann der mittlere Durchmesser der Tonerteilchen ungefähr 5 bis 15 µm betragen, wobei die Breite des Spaltes zwischen der Oberfläche der Entwicklungswalze und der Oberfläche der Rakelwalze ungefähr 15 bis 50 µm betragen kann. Die Erfindung ist aber auch bei Einkomponentensystemen mit noch viel feinerem Toner anwendbar.

Ein entsprechend enger Spalt zwischen der Entwicklungswalze und der Rakelwalze stellt hohe Anforderungen an die Ebenheit und Rundlaufgenauigkeit der Walzen. Die nachfolgend beschriebenen Weiterbildungen der Erfindung ermöglichen es, einen Spalt zu verwenden, dessen Breite ein Vielfaches des mittleren Durchmessers der Tonerteilchen beträgt, und dennoch eine nur eine Lage oder wenige Lagen umfassende Tonerschicht auf der Entwicklungswalze zu erhalten. Außerdem ermöglichen es diese Weiterbildungen, eine besonders gleichmäßige Tonerschicht zu erhalten.

Wenn die Rakelwalze ebenso wie die Entwicklungswalze elektrisch leitend ist, kann eine definierte elektrische Potentialdifferenz dazwischen erzeugt werden. Wenn eine Gleichspannung verwendet wird, mit der die Polarität der Ladung der Rakelwalze derjenigen der Tonerteilchen entgegengesetzt wird, wird die Schichtdicke der Tonerteilchen auf der Entwicklungswalze verringert. Die Gleichspannung kann beispielsweise in der Größenordnung 50 bis 1000 Volt liegen. Auf diese Weise kann ein Spalt verwendet werden, der wesentlich breiter als der mittlere Durchmesser der Tonerteilchen ist, beispielsweise 100 µm bei einem Durchmesser der Tonerteilchen von 10 µm.

Die elektrische Spannung zwischen der Rakelwalze und der Entwicklungswalze kann auch eine Wechselspannung sein, die beispielsweise eine Amplitude zwischen ±50 und ±1000 Volt und eine Frequenz zwischen 200 und 50000 Hertz hat. Außerdem kann eine Gleichspannung verwendet werden, der eine solche Wechselspannung überlagert ist.

Eine weitere Maßnahme, um auch mit einem möglichst breiten Spalt zwischen Rakelwalze und Entwicklungswalze eine sowohl gleichmäßige als auch dünne Tonerschicht zu erzeugen, besteht darin, mehrere Rakelwalzen hintereinander vorzusehen, wobei die Breite der Spalte zwischen der Oberfläche der Entwicklungswalze und den Oberflächen der Rakelwalzen entweder bei allen Rakelwalzen gleich ist oder von Rakelwalze zu Rakelwalze kleiner wird. In beiden Fällen wird die Tonerschicht von Rakelwalze zu Rakelwalze dünner.

Mit den vorstehend beschriebenen Maßnahmen oder einer geeigneten Kombination dieser Maßnahmen ist es möglich, auch mit einer Spaltbreite von beispielsweise 200 oder 500 µm, die technisch relativ einfach realisiert werden kann, eine dünne und gleichmäßige Tonerschicht auf der Entwicklungswalze zu erzeugen.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen sowohl die Entwicklungswalze als auch die Rakelwalze einen starren Metallkörper mit einer harten, verschleißfesten Oberfläche auf. Auf diese Weise läßt sich eine hohe Präzision der Ebenheit und Rundlaufgenauigkeit der Entwicklungswalze und der Rakelwalze am ehesten erreichen. Außerdem gewährleisten die metallischen Walzen, daß die bei der Aufladung der Tonerteilchen entstehende Ladung wieder abfließen kann, damit die Aufladung der nachfolgenden Tonerteilchen ungestört weitergehen kann.

Die Übertragung der Tonerteilchen von der Entwicklungswalze auf den Bildträger kann entweder über einen Spalt zwischen dem Bildträger und der Entwicklungswalze erfolgen, den die Tonerteilchen überspringen (diese Technik wird Spaltentwicklung genannt), oder dadurch, daß die Entwicklungswalze den Bildträger berührt (diese Technik wird Kontaktentwicklung genannt). Außerdem sind Zwischenformen dieser Entwicklungstechniken möglich.

Ein Bildträger in Form eines Zylinders, etwa eine Fotoleitertrommel oder eine Trommel mit einer Vielzahl von gegeneinander isolierten Mikrozellen, die prozessorgesteuert individuell aufladbar sind, ist aus technischen Gründen meist starr aufgebaut. Um eine Kontaktentwicklung durchführen zu können, müßten die hohen Anforderungen hinsichtlich der Ebenheit und Rundlaufgenauigkeit einer starren Entwicklungswalze und einer starren Rakelwalze auch durch den Bildzylinder erfüllt werden. Um dies zu vermeiden, weist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Rakelwalze einen starren Metallkörper auf, und die Entwicklungswalze weist einen zylindrischen schaumstoffartigen Kern mit einer hohlzylindrischen Hülle aus einem massiven Material auf. Die Hülle der Entwicklungswalze kann aus Metall bestehen, oder sie besteht aus einem Kunststoff, der außen mit einer harten, verschleißfesten Oberfläche versehen ist. Falls der Kunststoff oder die verschleißfeste Oberfläche nicht von sich aus leitend sind, kann gegebenenfalls eine zusätzliche leitende Schicht dazwischen vorgesehen werden.

Eine solche flexible Entwicklungswalze ist in der Lage, sich für eine Kontaktentwicklung an den Bildzylinder anzuschmiegen. Durch den Schichtaufbau der Entwicklungswalze kann dafür gesorgt werden, daß er sowohl elastisch ist als auch eine passende Eigendämpfung hat, so daß die am Bildzylinder eingedrückte Oberfläche der Entwicklungswalze wieder ihre exakte Ruhelage erreicht, ehe sie an der Rakelwalze vorbeiläuft. Die verhältnismäßig steife Hülle gewährleistet, daß diese Ruhelage exakt definiert ist. Auf diese Weise kann auch mit einer flexiblen Entwicklungswalze ein genau definierter Spalt zwischen der Entwicklungswalze und der Rakelwalze eingehalten werden, und ein Schmieren wird auch bei hohen Geschwindigkeiten vermieden.

Anstelle eines zylindrischen Bildträgers kann ein um mehrere rotierende Walzen umlaufendes endloses Band verwendet werden. Es kann dann auch im Falle von Kontaktentwicklung eine starre Entwicklungswalze verwendet werden, an die sich das Bildträgerband elastisch anschmiegt.

Wie erwähnt, werden die der Entwicklungswalze zugeführten Tonerteilchen in der bevorzugten Ausführungsform durch Reibungselektrizität aufgeladen, die beispielsweise durch eine Regenerierwalze aus einem schaumstoffartigen Material erzeugt wird, einer bewährten und einfachen Methode. Die Ladung der Tonerteilchen kann in gewissen Grenzen durch die verwendeten Materialien und Geschwindigkeiten gesteuert werden.

Für den Fall, daß die Ladungen der der Entwicklungswalze zugeführten Tonerteilchen dennoch zu stark streuen oder sich darunter sogar entgegengesetzt geladene Tonerteilchen befinden, wird in einer Weiterbildung der Erfindung ein Ladungsträgergenerator vorgesehen, der auf dem Weg der Tonerteilchen von der Rakelwalze zum Bildträger an die Entwicklungswalze angrenzt Alternativ kann der Ladungsträgergenerator auf dem Weg der Tonerteilchen von der Tonerzufuhreinrichtung zur Rakelwalze an die Entwicklungswalze angrenzen. Der Ladungsträgergenerator ist insbesondere eine Ionenquelle und kann speziell ein Corotron oder ein Scorotron sein, das auf die Oberfläche der Entwicklungswalze strahlt, oder es wird ein Plasmagenerator verwendet, mit dem sich die benötigten Ionenströme leichter erzeugen lassen. Durch das Ionenbombardement werden die Ladungen der Farbteilchen auf der Entwicklungswalze vergleichmäßig.

Um die Rakelwalze von Toner zu befreien, der nach dem Abrakeln von überschüssigem Toner von der Entwicklungswalze an der Rakelwalze haftet, kann eine konventionelle elastische Abstreifrakel verwendet werden.

Der Begriff "nichtleitend" wird durch den zeitlichen Ablauf des Entwicklungsprozesses und/oder nachfolgender Prozesses definiert. Innerhalb von diesen charakteristischen Zeiten darf eine elektrische Ladung auf den Tonerpartikeln nur in geringem Maße abfließen. Ein Abfließen von Ladung läßt sich über die Zeitkonstante T des Materials abschätzen:

τ = ε ρ

wobei ε die Dielektrizitätskonstante und ρ die spezifische Leitfähigkeit des Materials darstellen. Ein Beispiel: Bei einem Walzendurchmesser von 4 cm für die Entwicklungswalze und einer Oberflächengeschwindigkeit von 50 cm/s dauert etwa 0,12 s für eine halbe Umdrehung. Wenn man davon ausgeht, daß etwa eine halbe Umdrehung zwischen Aufladung der Partikel und dem Entwicklungsprozeß vergeht, dann sind die genannten 0,12 s eine charakteristische Zeit. Mit einem typischen Wert von ε = 2.10^-11 F/m erhält man ρ<1,7.10^-10 Ωm.

Es folgt eine Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung.

Darin zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Entwicklungsstation für Spaltentwicklung; und

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Entwicklungsstation für Kontaktentwicklung.

Fig. 1 zeigt eine Entwicklungsstation oder ein Farbwerk für eine Druckmaschine, zur Entwicklung eines elektrostatischen Ladungsmusters auf einem drehbaren starren Bildzylinder 1 der Druckmaschine. Achsparallel zum Bildzylinder 1 ist eine drehbare starre Entwicklungswalze 2 gelagert. Die Entwicklungswalze 2 besteht aus Metall, typischerweise Stahl, mit einer verschleißfesten äußeren Beschichtung. Eine drehbare Regenerierwalze 3, die aus einem schaumstoffähnlichen Material besteht, ist achsparallel zur Entwicklungswalze 2 gelagert. Die Regenerierwalze 3 steht erstens mit einem Tonerreservoir 4 in Verbindung, in dem sie dicht von Tonerteilchen 5 umgeben ist, und zweitens drückt sie gegen die Entwicklungswalze 2, wobei die Regenerierwalze 3 an der Berührungsstelle zusammengedrückt wird.

Oberhalb der Entwicklungswalze 2 ist in einem sehr kleinen Abstand zur Entwicklungswalze 2 eine drehbare starre Rakelwalze 6 aus Metall achsparallel gelagert. Die Rakelwalze 6 weist ebenfalls eine verschleißfeste Oberfläche auf. Der Spalt zwischen den Oberflächen der Entwicklungswalze 2 und der Rakelwalze 6 ist etwas größer als der Durchmesser der (in der Figur extrem vergrößert dargestellten) Tonerteilchen 5. Oberhalb der Rakelwalze 6 ist eine Gummirakel 7 angeordnet, die federnd gegen die Rakelwalze 6 drückt. Zwischen dem Tonerreservoir 4 und der Entwicklungswalze 6 ist außerdem eine Dichtlippe 8 angebracht, um zu verhindern, daß an dieser Stelle Tonerteilchen 5 aus dem Tonerreservoir 4 austreten.

Im Betrieb werden der Bildzylinder 1, die Entwicklungswalze 2, die Regenerierwalze 3 und die Rakelwalze 6 in den in der Figur mit Pfeilen eingezeichneten Richtungen gedreht, wobei der Bildzylinder 1 und die Entwicklungswalze 2 mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit rotieren und die Rakelwalze 6 mit einer wesentlich geringeren Umfangsgeschwindigkeit als die Entwicklungswalze 2 rotiert.

Die Tonerteilchen 5, welche nichtleitende diskrete Partikel mit einer typischen Größe von ungefähr 5 bis 15 µm sind, sind innerhalb des Tonerreservoirs 4 weitgehend elektrisch neutral. Durch die rotierende Regenerierwalze 3 werden die Tonerteilchen 5 zur Entwicklungswalze 2 transportiert und durch die dabei entstehende Reibung elektrostatisch aufgeladen. Durch die elektrische Ladung haften die Tonerteilchen 5 über Spiegelladungen an der elektrisch leitfähigen Entwicklungswalze 2.

Die Entwicklungswalze 2 transportiert die Tonerteilchen 5 in mehreren Lagen nach oben bis zu der Rakelwalze 6. Dort kann nur eine begrenzte Anzahl von Tonerteilchen 5 den schmalen Spalt zwischen der Entwicklungswalze 2 und der Rakelwalze 5 passieren. In Fig. 1 ist der Spalt nur wenig breiter als der Durchmesser der Tonerteilchen dargestellt, und es passiert genau eine Lage Tonerteilchen 5 den Spalt zwischen der Entwicklungswalze 2 und der Rakelwalze 5. Durch das elektrische Feld, das die in die Aufbauzone vor dem Spalt transportierten Tonerteilchen 5 erzeugen, werden überschüssige Tonerteilchen 5 zurückgewiesen und fallen in das Tonerreservoir 4 zurück. Daher wächst die Aufbauzone, in der sich Tonerteilchen 5 vor dem Spalt ansammeln, nicht beliebig, sondern nimmt einen größenmäßig stabilen Zustand an.

Die Tonerteilchen 5, welche den Spalt zwischen der Entwicklungswalze 2 und der Rakelwalze 5 passiert haben, werden dann in den eigentlichen Entwicklungsbereich gezogen, wo die Tonerteilchen 5 durch die geladenen Bildbereiche des Bildzylinders 1 angezogen werden. Die Entwicklung kann über Kontakt mit dem Bildzylinder 1 oder über einen Spalt zwischen dem Bildzylinder 1 und der Entwicklungswalze 2 erfolgen. In Fig. 1 ist eine Spaltentwicklung dargestellt.

In einem Versuchsmuster wurde zwischen der Entwicklungswalze 2 und der Rakelwalze 6 ein Spalt von ca. 30 µm Breite eingestellt, wobei sich hinter der Rakelwalze 6 noch zwischen ein und zwei Monolagen an Tonerteilchen 5 auf der Entwicklungswalze 2 befanden. Bei dem Rakelprozeß entsteht zwar etwas Reibung, die eine vorteilhafte weitere Aufladung der Tonerteilchen bewirkt, jedoch nicht soviel Reibung, daß der Toner auf der Entwicklungswalze 2 anschmilzt und schmiert. Vielmehr wurde im Versuch bis hin zu Druckgeschwindigkeiten von 50 cm/s eine große Langzeitstabilität bei sehr guter Druckqualität erreicht.

Indem die Breite des Spaltes zwischen der Entwicklungswalze 2 und der Rakelwalze 5 variiert wird, kann die Dicke der durch den Spalt hindurchgelassenen Tonerschicht eingestellt werden. Die Schmiersicherheit verschlechtert sich dabei nicht, solange kein wesentlicher Druck ausgeübt wird, dem die Tonerteilchen 5 nicht mehr ausweichen können, d. h. solange der Spalt zwischen der Entwicklungswalze 2 und der Rakelwalze 6 nicht kleiner als der Teilchendurchmesser ist. Mit zunehmendem Druck der Rakelwalze 6 auf die Entwicklungswalze 2 verschlechterte sich die Druckgeschwindigkeit, die ohne Schmieren erreichbar war, auf ca. 15 cm/s.

Änderungen der Drehgeschwindigkeit oder auch der Drehrichtung der Rakelwalze hatten geringere Auswirkungen. Wesentlich ist, daß sich die Rakelwalze 6 überhaupt wenig dreht, da bei stillstehender Rakelwalze 6 bald Schmieren auftrat. Die besten Ergebnisse zeigten sich mit einer relativ langsam und entgegengesetzt zur Entwicklungswalze 2 drehenden Rakelwalze 6.

Um die Ladung der Tonerteilchen 5 zu vergleichmäßigen, welche den Spalt zwischen der Entwicklungswalze 2 und der Rakelwalze 5 passiert haben, ist es vorteilhaft, auf dem Weg der Tonerteilchen 5 von der Rakelwalze 6 zum Bildzylinder 1 einen Ladungsträgergenerator 9 anzuordnen, welcher auf die Entwicklungswalze 2 strahlt. Wenn die von der Regenerierwalze auf der Entwicklungswalze erzeugte Tonerschicht nicht zu dick ist, kann der Ladungsträgergenerator 9 auch vor der Rakelwalze 6 angeordnet werden, d. h. auf dem Weg der Tonerteilchen 5 von der Regenerierwalze 3 zur Rakelwalze 6.

Der Ladungsträgergenerator 9 kann beispielsweise ein Corotron sein. Besser geeignet ist ein Scorotron, bei dem es ein maximales Potential gibt, auf das die Tonerteilchen 5 aufgeladen werden.

Alternativ kann als Ladungsträgergenerator 9 beispielsweise ein Plasmagenerator verwendet werden, der in der Nähe der Oberfläche der Entwicklungswalze 2 ein Plasma erzeugt. Mit einem solchen Plasmagenerator lassen sich leichter größere Ladungsmengen erzeugen, wie sie bei großen Druckgeschwindigkeiten erforderlich sind. Allerdings darf das Plasma nicht so dicht sein, daß die Tonerteilchen 5 angeschmolzen werden.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht einer Entwicklungsstation für Kontaktentwicklung. In Fig. 2 sind mit dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 übereinstimmende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und nachfolgend werden nur die unterschiedlichen Bauteile beschrieben.

In Fig. 2 ist ein Bildzylinder 11 unmittelbar an einer Entwicklungswalze 12 angeordnet, wie es für Kontaktentwicklung erforderlich ist. Um Ungenauigkeiten im Rundlauf des Bildzylinders 11 auszugleichen, wird eine in sich elastische Entwicklungswalze 12 verwendet. Der Bildzylinder 11 und die Entwicklungswalze 12 rollen unter geringem Druck gegeneinander ab, wobei die Entwicklungswalze 12 an der Berührungsstelle etwas eingedrückt wird (in der Figur nicht sichtbar).

Die Entwicklungswalze 12 hat einen zylindrischen Kern 13 aus einem elastischen Schaumstoffmaterial mit einer hohlzylindrischen Hülle 14 aus Metall, das an seiner Oberfläche zusätzlich gehärtet sein kann. Die Dicke und die Festigkeit der hohlzylindrischen Hülle 14 sowie die Art des Schaumstoffmaterials werden so gewählt, daß die Entwicklungswalze 12 an der Berührungsstelle mit dem Bildzylinder 11 zwar nachgibt, daß sich aber die hervorgerufene Verformung so schnell zurückstellt, daß die Entwicklungswalze 12 spätestens an der Rakelwalze 6 wieder ihren Sollradius erreicht hat. Dies ist möglich, da elastische Schaumstoffmaterialen eine verhältnismäßig hohe Eigendämpfung haben.

Alternativ kann die hohlzylindrische Hülle der Entwicklungswalze 12 auch aus einem geeigneten Kunststoff bestehen, der außen mit einer harten, verschleißfesten Beschichtung versehen ist, beispielsweise einer Metallisierung. Um hohe Druckgeschwindigkeiten erreichen zu können, ist dann auf geeignete Weise dafür zu sorgen, daß Ladungen von der Metallisierung z. B. zur Erde abfließen können.

Bezugszeichenliste

1

Bildzylinder

2

Entwicklungswalze

3

Regenerierwalze

4

Tonerreservoir

5

Tonerteilchen

6

Rakelwalze

7

Gummirakel

8

Dichtlippe

9

Ladungsträgergenerator

11

Bildzylinder

12

Entwicklungswalze

13

elastischer Kern

14

hohlzylindrische Hülle

Claims

1. Vorrichtung zur Entwicklung eines elektrostatischen latenten Bildes, das sich auf einem beweglichen Bildträger befindet, mit einem nichtleitenden Ein komponenten-Toner, wobei die Vorrichtung folgendes enthält:
eine Tonerzufuhreinrichtung, um Tonerteilchen aus einem Tonerreservoir zu fördern und elektrisch zu laden,
eine drehbar gelagerte Entwicklungswalze zur Aufnahme der geladenen Tonerteilchen von der Tonerzufuhreinrichtung und zum Transport der aufgenommenen Tonerteilchen in einen Spalt zwischen der Entwicklungswalze und dem Bildträger, und
eine drehbar gelagerte Rakelwalze, die auf dem Weg der Tonerteilchen von der Tonerzufuhreinrichtung zur Entwicklungswalze angeordnet ist, zur Erzeugung einer gleichmäßigen Tonerschicht mit einer definierten Dicke auf der Entwicklungswalze, dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche der Entwicklungswalze (2; 12) und die Oberfläche der Rakelwalze (6) durch einen Spalt voneinander getrennt sind, der breiter als der mittlere Durchmesser der Tonerteilchen (5) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Spaltes zwischen der Oberfläche der Entwicklungswalze (2; 12) und der Oberfläche der Rakelwalze (6) wenigstens das zweifache des mittleren Durchmessers der Tonerteilchen (5) beträgt und daß die den Spalt durchlaufende Tonerschicht auf der Entwicklungswalze aus ungefähr ein bis zwei Lagen Tonerteilchen besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Durchmesser der Tonerteilchen (5) ungefähr 5 bis 15 µm beträgt und daß die Breite des Spaltes zwischen der Oberfläche der Entwicklungswalze (2; 12) und der Oberfläche der Rakelwalze (6) ungefähr 15 bis 50 µm beträgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Rakelwalze (6) und der Entwicklungswalze (2; 12) eine elektrische Spannung anliegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Spannung eine Gleichspannung ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Spannung eine Wechselspannung ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Spannung eine Gleichspannung mit einer überlagerten Wechselspannung ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Rakelwalzen vorgesehen sind, die hintereinander am Umfang der Entwicklungswalze (2; 12) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Spalte zwischen der Oberfläche der Entwicklungswalze (2; 12) und den Oberflächen der Rakelwalzen bei allen Rakelwalzen gleich ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Spalte zwischen der Oberfläche der Entwicklungswalze (2; 12) und den Oberflächen der Rakelwalzen in der Transportrichtung der Tonerteilchen (5) von Rakelwalze zu Rakelwalze kleiner wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Entwicklungswalze (2; 12) als auch die Rakelwalze (6) eine harte, verschleißfeste Oberfläche haben.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Entwicklungswalze (2) als auch die Rakelwalze (6) einen starren Metallkörper aufweisen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rakelwalze (6) einen starren Metallkörper aufweist und daß die Entwicklungswalze (12) einen zylindrischen schaumstoffartigen Kern (13) mit einer hohlzylindrischen Hülle (14) aus einem massiven Material aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlzylindrische Hülle (14) der Entwicklungswalze (12) aus Metall besteht.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlzylindrische Hülle (14) der Entwicklungswalze (12) aus Kunststoff besteht, wobei sich außen auf der Hülle die harte, verschleißfeste Oberfläche befindet.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ladungsträgergenerator (9) vorgesehen ist, der auf dem Weg der Tonerteilchen (5) von der Rakelwalze (6) zum Bildträger (1; 11) oder auf dem Weg der Tonerteilchen (5) von der Tonerzufuhreinrichtung (3) zur Rakelwalze (6) an die Entwicklungswalze (2; 12) angrenzt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsträgergenerator ein Scorotron (9) ist, das auf die Oberfläche der Entwicklungswalze (2; 12) strahlt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsträgergenerator (9) eine Ionenquelle ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsträgergenerator (9) ein Plasmagenerator ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stelle am Umfang der Rakelwalze (6) eine elastische Abstreifrakel (7) zum Abstreifen von Toner angeordnet ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonerzufuhreinrichtung eine drehbar gelagerte Regenerierwalze (3) aus einem schaumstoffartigen Material ist, welche die Entwicklungswalze (2; 12) mit Druck berührt und zumindest teilweise von dem Toner im Tonerreservoir (4) umgeben ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildträger (1) ein rotierender Zylinder oder ein um rotierende Zylinder umlaufendes endloses Band ist.

23. Verfahren zur Entwicklung eines elektrostatischen latenten Bildes, das auf einem beweglichen Bildträger erzeugt worden ist, mit einem nichtleitenden Einkomponenten-Toner, wobei das Verfahren folgendes umfaßt:
Tonerteilchen elektrisch zu laden und auf die Oberfläche einer rotierenden Entwicklungswalze zu fördern, an der sie elektrostatisch haften,
die Oberfläche der Entwicklungswalze mit den daran haftenden Tonerteilchen eine drehbare Rakelwalze passieren zu lassen, um eine gleichmäßige Tonerschicht mit einer definierten Dicke auf der Entwicklungswalze zu erzeugen, und
die Tonerteilchen in einen Spalt zwischen der Entwicklungswalze und dem Bildträger zu fördern, in dem sie auf den Bildträger übertragen werden, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Oberfläche der Entwicklungswalze (2; 12) und der Oberfläche der Rakelwalze (6) ein fester Abstand eingestellt wird, der größer als der mittlere Durchmesser der Tonerteilchen (5) ist.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Rakelwalze (6) entweder kontinuierlich oder schrittweise gedreht wird.

25. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklungswalze (2; 12) und die Rakelwalze (6) im gleichen Drehsinn drehen gelassen werden, so daß sich ihre Oberflächen gegenläufig bewegen, wobei die jeweiligen Drehgeschwindigkeiten so eingestellt werden, daß die Oberflächengeschwindigkeit der Rakelwalze wesentlich kleiner als die Oberflächengeschwindigkeit der Entwicklungswalze ist.

26. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonerteilchen (5), die auf die Oberfläche der Entwicklungswalze (2; 12) befördert werden, überwiegend mit der gleichen Polarität geladen werden.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonerteilchen (5) durch Reibungselektrizität geladen werden.

28. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Oberfläche der Entwicklungswalze (2; 12) und der Oberfläche der Rakelwalze (6) auf wenigstens das zweifache des mittleren Durchmessers der Tonerteilchen (5) eingestellt wird und daß die Tonerschicht auf der Entwicklungswalze nach dem Passieren der Rakelwalze aus ungefähr ein bis zwei Lagen Tonerteilchen besteht.

29. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß Tonerteilchen (5) mit einem mittleren Durchmesser von ungefähr 5 bis 15 µm verwendet werden und daß der Abstand zwischen der Oberfläche der Entwicklungswalze (2; 12) und der Oberfläche der Rakelwalze (6) auf ungefähr 15 bis 50 µm eingestellt wird.

30. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Rakelwalze (6) und der Entwicklungswalze (2; 12) eine elektrische Spannung angelegt wird.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Spannung eine Gleichspannung ist.

32. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Spannung eine Wechselspannung ist.

33. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Spannung eine Gleichspannung mit einer überlagerten Wechselspannung ist.

34. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Entwicklungswalze (2; 12) als auch die Rakelwalze (6) mit einer harten, verschleißfesten Oberfläche versehen werden.

35. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Entwicklungswalze (2) als auch die Rakelwalze (6) mit einem starren Metallkörper gebildet werden.

36. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Rakelwalze (6) einen starren Metallkörper aufweist und daß die Entwicklungswalze (12) einen zylindrischen schaumstoffartigen Kern (13) mit einer hohlzylindrischen Hülle (14) aus einem massiven Material aufweist.

37. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlzylindrische Hülle (14) der Entwicklungswalze (12) aus Metall gebildet wird.

38. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlzylindrische Hülle (14) der Entwicklungswalze (12) aus Kunststoff gebildet wird, wobei außen auf der die harte, verschleißfeste Oberfläche gebildet wird.

39. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rakelwalze (6) haftende Tonerteilchen (5) mittels einer elastischen Abstreifrakel (7) abgestreift werden.

40. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladung der Tonerteilchen (5) auf dem Weg von der Rakelwalze (6) zum Bildträger (1) vergleichmäßigt wird.

41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladung der Tonerteilchen (5) durch ein Scorotron vergleichmäßigt wird, das auf die Oberfläche der Entwicklungswalze (2; 12) strahlt.

42. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladung der Tonerteilchen (5) durch einen Plasmagenerator vergleichmäßigt wird.