DE2052070B2 - Vorrichtung zur Entwicklung elektrostatischer Ladungsbilder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entwicklung elektrostatischer Ladungsbilder auf einer Trägerschicht mit photoleitenden Eigenschaften, der durch wenigstens eine weiche, bei erhöhter Luftfeuchtigkeit zur Verfilzung neigende, pelzartige, relativ zur Trägerschicht bewegte Bürste von einem Tonerspender in Pulverform bereitgestelltes Tonermaterial zugeführt wird.

Es sind Pelzbürstenanordnungen zur Entwicklung von auf einem Bildträger, ζ. Β einer photoleitenden Trommel, aufgezeichneter latenter elektrostatischer Bilder bekannt (USA-Patent 2902974). Diese Einrichtungen verwenden weiche, pelzartige Bürstenrollen, um das Tonermaterial gleichmäßig auf die Oberfläche des Bildträgers zu übertragen. Die Übertragung erfolgt unter Ausnutzung der Reibungselektrizität, indem bei der Aufnahme des Tonermaterials durch die Bürste aufgrund der Relativbewegung zwischen den Tonerpartikeln und den Bürstenfasern eine gegenpolige Aufladung von Tonermaterial und Bürstenfasern erfolgt, die ein Anhaften des Tonermaterials an den Bürstenfasern bewirkt. Bei geeigneter Wahl des Bürstenmaterials und der Polarität der Aufladung des Bildträgers wird sichergestellt, daß durch eine Berührung zwischen den Bürstenfasern und der Oberfläche des Bildträgers das Tonermaterial auf den Bildträger übertragen wird. Diese Einrichtungen haben den Nachteil, daß bei zunehmender Luftfeuchtigkeit eine Verfilzung der Bürstenfasern eintritt, so daß diese die Funktion der Aufnahme und Übertragung des Tonermaterials nicht mehr voll erfüllen können. Die aneinander haftenden oder miteinander vernetzten bzw. verfilzten Bürstenfasern gewährleisten nicht mehr einen gleichmäßigen Kontakt einerseits zwischen Bürste und Tonermaterial und andererseits zwischen Bürste und der Oberfläche des Bildträgers, so daß eine ungleichförmige Verteilung der Tonerpartikel auf dem Bildträger erfolgt.

Es ist bekannt, eine Vereinzelung der Bürstenfasern dadurch zu erzielen, daß der Durchmesser des Bürstenkerns verhältnismäßig klein ausgebildet wird, um eine starke Krümmung des Trägermaterials der

J₅ Bürstenfasern zu erzielen (DE-OS 1815815). Dies hat zwangsläufig eine Verringerung der Zahl der wirksamen Bürstenfasern und damit eine verringerte Entwicklungsleistung und einen erhöhten Abrieb zur Folge. Es ist auch bekannt, kammartige Abstreifer vorzusehen, die in die Bürstenfasern eingreifen, um auf diese Weise die reibungselektrische Aufladung des Tonermaterials zu erhöhen (DE-AS 1020234). Auch bei diesen Einrichtungen ergibt sich ein erhöhter Abrieb an den Bürstenfasern durch die Wirkung der Abstreifer.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Entwicklung elektrostatischer Ladungsbilder anzugeben, die unter Vermeidung dieser Nachteile eine abriebarme Vereinzelung der Bürstenfasern unter Beibehaltung der jeweiligen Entwicklungsleistung sicherstellt. Die Merkmale zur Lösung dieser Aufgabe sind aus dem Patentanspruch 1 ersichtlich. Verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachfolgend sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines elek-

_b0 trostatischen Kopiergerätes, das mit einer Bürsten-Entwicklungseinrichtung ausgestattet ist,

Fig. 2 eine Teilansicht auf den Träger des elektrostatischen, latenten Bildes bei einem Kopiergerät der in Fig. 1 dargstellten Art,

Fig. 3 eine mehr detaillierte Darstellung einer bekannten Bürsten-Entwicklungseinrichtung für elektrostatische Kopiergeräte,

Fig. 4 eine erfinduigsgemäß mit einer Luftdüsen-

Vereinzelungseinrichtung für die Bürstenfasern ausgestattete Anordnung zur Entwicklung elektrostatischer Bilder,

Fig. 5 eine Teilansicht der Anordnung von Fig. 4, Fig. 6 eine weitere vorteilhafte Ausführungsform

der Erfindung bei einer Anordnung zur Entwicklung elektrostatischer Bilder, die mit einer bandförmigen Bürste arbeitet.

Die Erfindung wird anhand eines elektrostatischen Kopiergerätes erläutert. In Fig. 1 ist eine Zwischenbildträger-Tiommel 10 eines derartigen Gerätes dargestellt. Die Trommel 10 trägt eine photoleitende Isolierschicht 11 an ihrem Umfang und wird durch einen nichtdargestellten für sich bekannten Antrieb im entgegengesetzten Uhrzeigersinne bewegt, so daß auf aufeinanderfolgende Oberflächenbereiche der photoleitenden Isolierschicht 11 in der folgenden Weise eingewirkt werden kann:

1. Die Oberflächenbereiche werden anfänglich durch eine Koronaeinrichtung 12 positiv aufgeladen.

2. Entsprechend dem zu kopierenden Bild werden bestimmte Teile der aufgeladenen Oberfläche mit Licht aus der optischen Einrichtung 13 beaufschlagt und dadurch entladen, so daß ein latentes elektrostatisches Bild auf der Schicht 11 entsteht.

3. Diejenigen Oberflächenbereiche, die bei Aufbringen des elektrostatischen Bildes entladen werden, werden in einer Einrichtung 14 durch Bürsten mit Tonerpartikeln beaufschlagt.

4. Das entwickelte Bild, wie es die Tonerpartikeln auf der Oberfläche der photoleitenden Isolierschicht 11 zeigen, wird in der Station 16 auf ein Papierband 17 übertragen.

5. Die auf der Oberfläche der Trommel 10 verbliebenen Tonerteilchen werden durch eine Säuberungsbürste 18 entfernt.

Der mit Hilfe der Entwicklereinheit 14 auf die Oberfläche der Trommel 10 aufgebrachte elektroskopische Toner kann aus einem Pulver bestehen, das sich aus einem oder mehreren Harzen mit vorzugsweise thermoplastischen Eigenschaften, einem Plastifizieren der als Lösungsmittel dient und auf den Harz bei einer Temperatur unterhalb von dessen Schmelzpunkt einwirken kann, und einem Pigment zusammensetzt, das dem Tonermaterial die gewünschte Farbe verleiht.

Die Entwicklungseinrichtung

Die Entwicklungseinrichtung enthält eine weiche Pelzbürste um die erforderliche Reibungselektrizitätsladung auf die Tonerpartikeln zu übertragen. Dies geschieht durch den physikalischen Kontakt der weichen Fasern der Pelzbürste mit den elektroskopischen Tonerpartikeln, wodurch sich durch die Reibungselektrizität eine gegenpolige Aufladung der Fasern und der Tonerpartikel einstellt. Der Effekt der Reibungselektrizität besteht in der Kontakt-Elektrifizierung. Es findet ein Wechsel der Elektronen in zwei reibungselektrisch unterschiedlichen Materialien statt, wenn diese Materialien anfänglich in einen physikalischen Kontakt gebracht werden, so daß ein Material Elektronen erhält, die das andere Material verliert. Bei der vorliegenden Kombination des Bürstenmaterials und der Tonerpartikel werden die Bürstenfasern positiv aufgeladen, während die Tonerpartikel eine negative Ladung empfangen.

Anhand der Fig. 3 wird nachfolgend das Prinzip einer mit Bürsten arbeitenden Entwicklungseinrichtung erläutert. Eine geeignete Bürste 19, die beispielsweise aus Biberpelz besteht, wird auf einem ■> drehbar gelagerten Zylinder 21 befestigt, der so angeordnet ist, daß die Bürstenfasern 22 in eine Menge von elektroskopischem Tonermaterial 23 eingreifen, das sich in einem Behälter 24 befindet. Außerdem steht die Bürste in physikalischem Kontakt mit der

ίο aufladbaren Oberfläche einer Isolierschicht 26, die sich auf einer Elektroschicht 25 befindet. Eine photoelektrische Schicht unterscheidet sich von einer Elektroschicht dadurch, daß sie aus einer leitenden Unterlage und einer auf dieser befindlichen photoleij tenden Isolierschicht 11 (F i g. 1) besteht, während die Elektroschicht ebenfalls eine leitende Unterlage und eine auf dieser befindliche Isolierschicht enthält, die photoelektrische oder andere Eigenschaften haben kann. Der jedoch Ausdruck Elektroschicht umschließt somit eine photoelektrische Schicht. Es ist ferner zu bemerken, daß es für das Wesen der Erfindung unerheblich ist, wie das latente elektrostatische Bild entsteht und auf welchem Material dieses Bild gespeichert wird.

>5 Der vorerwähnte physikalische Kontakt zwischen den Bürstenfasern 22 (Fig. 3) und den Tonerpartikeln 23 bewirkt somit eine Reibungselektrizitätsladung in den von der Bürste erfaßten Tonerpartikeln. Bei Verwendung von Biberpelz als Bürstenmaterial und von

3(j thermoplastischem elektroskopischem Tonermateridl, wie oben erläutert, wird eine negative Ladung in den Tonerpartikeln und eine positive Ladung in den in das Tonermaterial eingreifenden Bürstenfasern

22 erzeugt. Es werden nun aufeinanderfolgende Bereiche der Isolierschicht 26, die in Form einer positiven Ladung das latente elektrostatische Bild gespeichert hat, den negativ aufgeladenen Tonerpartikeln

23 ausgesetzt, wobei die Tonerpartikeln bestrebt sind, an den positiv aufgeladenen Oberflächenbereichen der Schicht 26 haften zu bleiben, solange die elektrostatische Anziehungskraft zwischen der Schicht 26 und den Tonerpartikeln 23 größer ist als die Anziehungskraft zwischen den Bürstenfasern 22 und den Tonerpartikein 23. Das latente elektrostatische Bild

4> wird damit sichtbar durch die auf die Schicht 26 übertragenen Tonerpartikel.

In Fig. 2 ist ein latentes elektrostatisches Bild 27 veranschaulicht, das durch einen Flächenbereich mit einer positiven elektrischen Ladung von annähernd + 600 Volt gebildet wird. Die Unterlage 28 der Elektroschicht 25 kann auf einem Rest-Spannungspotential von + 150 Volt gehalten werden. Die verschiedenen erzeugten elektrischen Ladungen müssen daher so beschaffen sein, daß die Anziehungskraft zwischen den negativen Tonerpartikeln und den positiven Biberpelzfasern groß genug ist, um ein Anhaften von Tonermaterial im Bereich 28 zu verhindern, und klein genug, um die Ausbildung des latenten elektrostatischen Bildes im Bereich 27 durch Übergang einer aus-

_b0 reichenden Menge von Tonermaterial auf diesen Bereich zu gestatten.

Feuchtigkeit und Abnutzung

Wenn die relative Feuchtigkeit in der Entwick_b5 lungseinrichtung übermäßig hoch ist, so daß sich die Bürste im »nassen« Zustand befindet, so sind die reibungselektrischen Eigenschaften der Bürste erheblich vermindert. Die hohe Feuchtigkeit führt zu einer Ver-

filzung der Bürstenfasern, da die feuchten Fasern stark aneinanderhaften. Da die Bürste im allgemeinen über eine vorgegebene Zeitperiode in der gleichen Richtung rotiert, besteht weiterhin die Tendenz, daß sich die Fasern als Folge der Abnutzung in bestimmter Weise verformen. Die Vereinbarung der hohen Feuchtigkeit und dieser Verformung sowie die allgemeine Abnutzung der Bürste ergibt einen verfilzten Zustand der Bürste, in welchem diese ihre Funktion der Tonerübertragung auf die Schicht 26 nicht mehr fehlerfrei erfüllen kann. Dies rührt daher, daß die Bürstenfasern nicht mehr in gleichmäßigen Kontakt mit der Oberfläche der Schicht 26 treten, sondern nur noch entsprechend der eingetretenen Verfilzung diskrete Bereiche dieser Oberfläche berühren.

Wenn die Feuchtigkeit unter Kontrolle gehalten wird oder auf einen niedrigen Wert herabgesetzt wird, werden die miteinander verfilzten Pelzfascrn nicht notwendigerweise wieder voneinander getrennt, um in ihren Zustand zurückzukehren, in welchem sie eine gleichmäßige Tonerübertragung vornehmen. Es ist deshalb erwünscht, daß die Bürstenfasern nach Stattlinden einer Verfilzung der oben erläuterten Form wieder voneinander getrennt werden.

Fasertrenncinrichtung

Die Fig. 4 und 5 zeigen die Einrichtung zur Trennung der Bürstenfasern der Bürste 21. Durch die Funktion dieser Einrichtung wird gewährleistet, daß die Fasern 22 einzeln in Kontakt mit der Oberfläche 26 treten können. Die Trenneinrichtung besteht aus einer Luftzuführleitung 40, durch welche ein Luftstrom in die Bürstenfasern 22 geblasen wird, um diese voneinander zu trennen. In der in Fig. 4 dargestellten Einrichtung befindet sich die Mündung der Leitung 40 in dem Bereich, in welchem die bereits das Tonermaterial tragenden Fasern 22 unmittelbar vor der Kontaktnahme mit der Oberfläche 26 stehen. Die Mündung der Leitung 40 befindet sich deshalb in der Nähe des Umfanges der Bürste 21 zwischen dem Behälter 24 und der Oberfläche der Schicht 26. Die Fig. 5 zeigt eine Schnittdarstellung der Leitung 40. Aus dieser Figur ist auch der Leitungsquerschnitt 42 und die Mündung 41 der Leitung 40 ersichtlich. Wie aus Fig. 4 ersehen werden kann, richtet sich der aus der Mündung 41 strömende Luftstrom 44 tangential auf die Fasern 22 und ist bestrebt, eventuell miteinander verfilzte oder zusammengebackene Fasern voneinander /u trennen. Anstelle einer einzelnen Mündung 41 kann die Leitung 40 auch eine Anzahl voneinander getrennter Düsen als Luftaustrittsöffnungen besitzen. Diese Düsen können so angeordnet sein, daß der Luftstrom tangential oder radial auf die Fasern aultrifft. Sofern der Bürstenkörper 21 aus porösem Material hergestellt wird oder als mit öffnungen versehener Hohlkörper ausgebildet wird, kann der Luftstrom auch durch diesen der Bürste zugeführt werden. Die Düsen können auch an verschiedenen Stellen entlang des Umfanges der Bürste angeordnet sein. Es ist natürlich notwendig, daß der Luftstrom zwar stark genug ist, um die Fasern 22 voneinander zu trennen, aber nicht so stark ist, daß das Toncrmatcrial von den Fasern abgestreift wird. Da die Tonerpartikel durch die elektrostatischen Anziehungskräfte an den lasern 22 haften, ist es zwar möglich, daß der Luftstrom eine gewisse Verschiebung des Tonermatcrialsauf den Fasern bewirkt, jedoch bei entsprechender Bemessung seiner Stärke das I onermaterial nicht von den Fasern entfernt. Das Tonermaterial wird daher durch die voneinander getrennten Fasern 22 gleichmäßig auf die Oberfläche 26 übertragen.

Zweites Ausl'ührungsbeispiel (Bandbürsten-Entwicklungseinrichtung)

In den vorausgehenden Ausführungsbeispielen wurde als Bürste jeweils eine herkömmliche Rollenbürste benutzt. Die Trennung der Bürstenfasern voneinander kann jedoch auch durch entsprechende Formgebung des Bürstenträgers bewirkt werden. Die Fig. 6zeigtcinc Einrichtung, in welcher eine Separicrung der Fasern an der Stelle ihres Kontaktes mit der Oberfläche der Zwischcnbildträgerschicht durch cntsprechende Formgebung des Bürstenkörpers bewirkt wird. Die Einrichtung weist eine Bürste 80 auf, die aus Bürstenfasern 81 besteht, welche sich von einem bandförmigen Bürstenträger 82 nach außen erstrckkcn. Die innere Oberfläche 83 des Bürstenträgers 82 läuft über eine Antriebsrolle 84, eine Spannrolle 85 und eine Umlenkrollc 87. Die Einrichtung zur Tonerzufuhr ist allgemein mit 89 bezeichnet. Sie besteht aus einem Tonerblock 90, der elektroskopischen Toner 91 in Brikettform enthält. Der Block 90 wird gegen eine Reibrolle 92 gepreßt, die mit einer Tonerübertragungsbürstc 93 in Eingriff steht. Der Zwischenbildträger befindet sich auf einer Trommel 94 und hat eine isolierende Oberfläche 95.

Vom Tonerblock 90 wird Tonermaterial 91 über die Reibrolle 92 zur Bürste 93 übertragen, von wo das Tonermaterial zu den Fasern 81 der Bürste 80 gelangt, da die Bürste 93 mit der Bürste 80 in Eingriff steht. Die Spannrolle 86 versetzt den bandförmigen Bürstenträger 82 in Spannung. Der Träger wird durch die Rolle 84, die durch einen für sich bekannten Antrieb im entgegengesetzten Uhrzeigersinne rotiert, in Pfeilrichtung angetrieben. Die Trommel 94 rotiert ebenfalls im entgegengesetzten Uhrzeigersinne. Die von der Spannrolle 86 auf den Bürstenkörper 82 ausgeübte Spannung ist so bemessen, daß die Elastizitätsgrenze des Materials des Bürstenträgers 82 nicht überschritten wird. Durch die Umlenkrolle 87 wird bewirkt, daß der Bürstenträger über einen kleinen Winkelbercich elastisch gedehnt und ausreichend gebogen wird, um eine Trennung der Bürstenfasern 81 voneinander zu bewirken. Der Winkel, über welchen ein bestimmtes Pelzmatcrial gebogen werden muß, hängt von der Art des Pelzes und von der Länge der Fasern ab. Bei Verwendung eines Kaninchenpelzes mit einer Pelztiefc von ctw 15 mm ist ein Durchmcssci von etwa 3 mm und ein Umschlingungswinkel von anncrhand 25° ausreichend, um eine Trennung dci Pclzfasern voneinander zu bewirken. Die Umlenkrolle 87 wird bevorzugt unmittelbar gegenüber den Bereich der Trommel 94 angeordnet, in welchem die Oberfläche 95 un die Fasern 81 in Kontakt treten so daß eine Trennung der Fasern voneinander unmit tclbar vor ihrem Kontakt mit der Oberfläche 95 ein tritt.

Da bei der Anordnung von Fig. 6 die Vercinzclunj der Fasern 81 auch in der Nähe des Tonerspender erfolgt, ist gewährleistet, daß sich die Fasern 81 he der Toncraufnahme im voneinander getrennten Zu stand befinden, was eine gleichmäßige Tonerauf nähme und damit eine effektive Toncrübcrtragung zu Oberfläche 95 gewährleistet.

In Abwandlung der dargestellten Ausführungsfor men kann anstelle von natürlichem Pclzbiirstcnmatc

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rial auch synthetischer Pelz verwendet werden, der niert verwendet werden, um ihre Wirkung zu verbes-

den Vorteil hat, in geringerem Grade hydroskopisch sern oder ihre Funktionssicherheit zu erhöhen. So ist

zu sein. Die verschiedenen dargestellten Ausfüh- es beispielsweise möglich, die Fasern 81 der bandför-

rungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung migen Bürsten von Fig. 6 einem Luftstrom auszuset-

können sowohl einzeln als auch miteinander kombi- 5 zen, wie es in der Anordnung gemäß Fig. 4 geschieht.

Hierzu 2 Blau Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Entwicklung elektrostatischer Ladungsbilder auf einer Trägerschicht mit photoleitenden Eigenschaften, der durch wenigstens eine weiche, bei erhöhter Luftfeuchtigkeit zur Verfilzung neigende, pelzartige, relativ zur Trägerschicht bewegte Bürste vn einem Tonerspender in Pulverform bereitgestelltes Tonermaterial zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürste mit einer Spreizungs- oder Vereinzeiungseinrichtung (44, 87) versehen ist, die wenigstens für den Zeitpunkt des Kontaktes der Bürstenfasern (22) mit der Bildträgerschicht sicherstellt, daß die Bürstenfasern im wesentlichen voneinander getrennt sind bzw. lose aneinander anliegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Bürste die Form eines endlosen, gespannten Bandes (82) hat, dadurch gekennzeichnet, daß das Band am Ort des Kontaktes der Bürstenfasern (81) mit der Bildträgerschicht über ein Umlenkelement (87) mit kleinem Krümmungsradius läuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkelement (87) eine frei drehbare Rolle ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürstenfasern (22) einem gerichteten Druckluftstrom (44) ausgesetzt sind, der über eine Luftleitung (40) und wenigstens eine Austrittsdüse (41) zugeführt wird und dessen Stärke so bemessen ist, daß zwar eine Entwirrung der Bürstenfasern erzielt wird, aber noch keine Ablösung des an den Bürstenfasern haftenden Tonermaterials eintritt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzutührleitung (40) an eine axial zu der als Rolle ausgebildeten Bürste (21) verlaufende Schlitzdüse (41) angeschlossen ist, die sich unmittelbar vor dem Kontaktbereich zwischen Bürstenfasern (22) und Bildträgerschicht befindet und die einen tangential zum Bürstenumfang auf die Bürstenfasern gerichteten Luftstrom (44) erzeugt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom der Bürste durch mehrere über den Umfang der Bürste verteilte Düsen zugeführt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 mit einer als Rolle ausgebildeten Bürste, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom über im Bürstenkern angeordnete Düsen vom Bürsteninneren her den Bürstenfasern (22) zugeführt wird.