DE2262027B2 - Reinigungseinrichtung zum Entfernen geladener Tonerteilchen von der Bildschicht einer elektrophotographischen Kopiermaschine - Google Patents

Description

gungseinrichtung vorzusehen, welche durchwegs große Mengen von restlichem Toner von der Bildschicht einer elektrophotographischen Kopiermaschine über viele Kopierzyklen hinweg entfernen kann, ohne einem merklichen Verschleiß zu unterliegen oder mit anhängendem Toner belastet zu werden, wird eine verbesserte Reinigungseinrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen. Erfindungsgemäß ist diese Reinigungseinrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der Träger der photoleitenden Schicht auf seinem Umfang außer dem BiWbereich einen Metallblock mit aufgerauhter Oberfläche aufweist, daß ein elastischer, poröser Wischer mit metallischem Kern in einer Halterung für federnden Kontakt gegen die Oberfläche des umlaufenden Schichtträgers vorgesehen ist, daß erste und zweite Hochspannungsversorgungseinrichtungen vorgesehen sind, welche über Steuermittel in Abhängigkeit vom Umlauf des Schichtträgers eine hohe Spannung zwischen dem genannten metallischen Kern des Wischers und dem Schichtträger anlegen, um zwischen dem Wischer und dem Schichtträger ein elektrisches Feld aufzubauen, dessen Polarität so gerichtet ist, daß während des Vorbeilaufs der zu reinigenden Bildbereiche die Feldkräfte auf die geladenen Tonerteilchen anziehend in Richtung auf den Wischer hin wirken, und daß während des Vorbeilaufs des aufgerauhten Metallblocks die Feldkräfte auf die im Wischer angesammelten Tonerteilchen anziehend in Richtung auf den genannten Metallblock hin wirken.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen im folgenden näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schemalisch die wesentlichen Teile einer clektrophotographischeii Kopiermaschine, in weicher die erfindungsgemäße Reinigungseinrichtung verwendet wird;

Fig. 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt aus der gezähnten Fläche und dem Wischschwamm der Reinigungseinrichtung;

Fig. 3 ist eine perspektivische Übersicht, welche die Halterung und die mechanischen Betätigungsmitlel der Reinigungseinrichtung zeigt.

In Fig. 1 sind schematisch wesentliche Teile einer elektrophotographischen Kopiermaschine dargestellt, in welcher die erfindungsgemäße Reinigungseinrichtung Verwendung finden kann. Die Kopiermaschine enthält eine Reihe von Verarbeiturgsstationen, die rund um die Trommel 11 mit der lichtempfindlichen Schicht angeordnet sind. Die zylindrische Trommel trägt auf dem größten Teil ihres Umfanges eine Schicht aus photoleitendem Material Ho. das auf eine leitfähige, aber nicht magnetische, Unterlage 12 aufgebracht ist. Die Unterlage kann aus einem isolierenden Kunststoff bestehen, der mit Aluminium beschichtet ist, um die notwendige Ableitimgselektrode nach Erde zu bilden.

Das photoleitende Material wird im Dunkeln durch gleichmäßige elektrostatische Aufladung mit Hilfe einer Corona-Entladungseinrichtung 13 sensibilisiert, wenn die Schicht entsprechend der Drehung der Trommel in Richtung des Pfeiles 15 daran vorbeirotiert. Eine streifenweise optische Abbildung der abgetasteten Kopiervorlage 17 wird synchron mit der Trommeldrehung auf die sensibilisierte photoleitendc Schicht projiziert, um dort durch selektives Ableiten \on Ladungen nach Erde ein latentes Ladungsbild zu bilden. Die umlaufende Schicht passiert danach eine Fn twicklungsstation 19 mit einer Magnetbürste 37, wo ein Mehrkomponenten-Entwicklungsmaterial, das elektrisch geladene Tonerteilchen enthält, mit dem Ladungsbild auf der photeleitenden Schicht in Berührung gebracht wird. Die geladenen Toneneilchen werden vorzugsweise von den entgegengesetzt geladenen BiIdpartien des latenten Ladungsbildes auf der Schicht angezogen und bleiben daran haften. Anschließend wird das Tonerbild auf eine Trägerfläche 21, z. B. ein Kopierblatt, übertragen, wenn das Timerbild bei der Weiterdrehung der Trommel die Übertragungsstation

ίο passiert.

Die vom Tonerbild befreite Sch.cht läuft dann weiter an einer Coronaentladungs-V orreinigungsstation 25 vorbei, welche allfällig vorhandene restliche Tonerpartikeln auf der Schicht auflädt. Anschließend

läuft die Schicht entlang der Reinijungsstation 27, welche den restlichen Toner von der Oberfläche entfernt, bevor die photoleitende Schicht wieder die Coronaentladungseinrichtung 13 zur erneuten Sensibilisierung für den nächsten Kopierzyklus erreicht.

so In Drehrichtung der Trommel gesehen, folgt der Hinterkarte 29 des Bildbereiches der photoleitenden Schicht eine Anzahl von quer verlaufenden Zähnungen oder Rillen 31 auf der Trommeloberfläche. Die Zähnungen sind in einen Metallblock 32 eingearbeitet, der geerdet ist und keine photoHtende Schicht trägt. Diese Zähnungen arbeiten mit der Wischeinrichtung an der Reinigungsstation 27 zusammen, um mechanisch Tonerteilchen aus dem Wischschwamm zu entfernen, wie weiter unten im einzelnen beschrieben wird. Dieser so entfernte Toner wird in den Kehlen der Zähnung oder in den Rillen 31 liegend an der Coronaentladungseinrichtung 13 und der Belichtungsstation vorbei bis zur F.ntwicklungsstation 19 transportiert, wo auf diese Weise der Toner wieder in den Entwicklungskreislauf gebracht wird.

Die Entwicklungsstaiion 19 ist kontinuierlich arbeitsfähig. Sie enthält einen Mehrkomponentenentwickler 33, welcher mit dem latenten Ladungsbild auf der photoleitenden Schicht in Berührung gebracht wird, während, es auf der Trommel daran vorbeirotiert. Die wesentlichen Bestandteile des Entwicklermaterials sind ein elektroskopischer Toner und ein ferrornagnetisches Trägermaterial. Als Toner geeignete Materialien sind an sich bekannt und enthalten im allgemeinen sehr feinkörnige, harzartige Materialien, welche durch Reibungselektrizität aufladbar sind und an elektrisch geladenen Flächen anhaften können. Fin bekannter Toner enthält beispielsweise ein Mischpolymerisat aus Styren n-butylmethacryiatharz und einem mit Maleinsäureanhydrid modifizierten Polyester, sowie Polyvinylstearat-Weichmacher und Kohlenstoffpigment. Ein anderer Toner enthält ein Mischpolymerisat aus einem n-butylmethacrylat/methylmethacrylatharz und einem mit Maleinsäureanhydrid modifizierten Polyester, sowie Polyvinylbutyral-Weichmacher, Kohlenstoffpigment und beigemischtes Siliziumdioxyd. Viele geeignete ferromagnetische Trägermaterialien bekannter Art können benutzt werden, wobei die Trägerteilchen im allgemeinen einen Durchmesser zwischen 50 und 1000 Mikron aufweisen. Oft werden diese Trägerteilchen durch Überziehen eines ferromagnetischen Kerns oder Kügelchens mit einem Material hergestellt, welches reibungselektrisch mit dem gewählten Toner zusammenarbeiten kann, um

«5 den Toner im richtigen Sinne aufzuladen und so eine gute Bildqualität zu erreichen.

Die Entwicklungsstation 19 enthält ferner eine Fördereinrichtung 35. welche das Entwicklungspulver 33

auf die Außenfläche einer zylindrischen Magnetbürste 37 befördert. Die Magnetbürste zieht magnetisch den ferrornagnetischen Träger zu sich an, wobei der Toner seinerseits elektrostatisch von dem Träger gehalten wird. Das auf diese Weise von der zylindrischen Oberfläche der Magnetbürste 37 aufgenommene und wie in Form von Borsten oder Haaren gehaltene Entwicklermaterial läuft mit der Bürste in der Richtung des Pfeils 39 um und wird so mit der photoleitenden Schicht in Kontakt gebracht. Die durch Reibungselektrizität aufgeladenen Tonerteilchen werden großenteils durch das auf der Schicht vorhandene latente Ladungsbild elektrostatisch angezogen, dorthin übertragen, und entwickeln auf diese Weise das Ladungsbild in ein Tonerbild.

Wenn andererseits die Zähnungen 31 an der Magnetbürsteneinrichtung 37 vorbeilaufen, wird das Entwicklermaterial an der Außenfläche der Magnetbürste 37 in wischenden Kontakt mit dem rc tlichen Toner in den Ri!':n 31 gebracht, wodurch aiese Rillen von Toner freigefegt werden. Weiterhin fällt das Tonermaterial aus den Rillen heraus, wenn die Trommel sich innerhalb der Entwicklungsstation 19 weiter nach unten dreht.

Das die Entwicklungsstat.ion 19 verlassende Tonerbild auf der Trommel wird auf eine Trägerfläciie 21 übertragen. Eine Coronacntladungseinrichtung 41 verursacht eine elektrostatische Aufladung der Trägerfläche, welche bewirkt, daß der Toner von der photoleitenden Schicht zur Trägerfläche hin angezogen wird. Während so der größte Teil des Tonerbildcs auf die ^r'-gerfläche 21 hin übertragen wird, verbleibt doch meistens ein Resttonerbild, welches vor Beginn eines neuen Kopierzyklus von der photoleitenden Schicht entfernt werden muß. Deshalb wird weiter das Resttonerbild an einer Vorreinigungs-Coronaentladungsstation 25 vorbeigeführt. weiche die Ladung auf den Tonerteilchen verstärkt. Angenommen, daß beispielsweise die Tonerteilchen in der Entwicklungseinrichtung durch Reibungselektrizität positiv aufgeladen wurden im Vergleich zum Ladungsbild auf dem Photoleiter. dann würde die VoTeinigungs-Coronaentladungseinrichtung ebenfalls eine positive Coronaentladung bewirken, während die Übertragungs-Coronaentladungseinrichtung 31 eine negative Coronaentladung bewirkt.

Das restliche Tonerbild passiert anschließend die Reinigungsstation 27. Die Reinigungsstation 27 enthält einen Wischschwamm 50 mit offenen Poren, der die Fläche der photoleitenden Schicht bearbeiten kann. Man hat herausgefunden, daß ein etwa 5 cm breiter Wischer gut einen etwa 36 cm langen Bildbereich reinigen kann. Wenn der Wischschwamm mit offenen Poren mit einem der oben genannten Toner zusammenarbeiten soll, wird er zweckmäßig aus einem Polyurethanschaumstoff hergestellt. Zahlreiche andere poröse oder halb-poröse Elastomere können ebenfalls verwendet werden, wie beispielsweise Neoprenschaumstoff, Polytetrafluorethylenfilz oder auch einfach Gummischwamm. Man muß nur darauf achten, daß die Hohlräume in dem gewählten Material groß genug sind, um eine entsprechende Anzahl von Tonerteilchen aufnehmen zu könnt,...

Der Wischer 50 ist an einem Halter 51 aus Kunststoff angebracht, der seinerseits an eine elektrisch leitende Slützpiatte 53 montiert ist. Diese Stützplatte 53 dient auch als Elektrode und wird dazu mittels eines angezogenen Hochspannungsrelais 57 mit einer ersten Hochspannungsversorgungsemrichtung 61 verbunden.

Diese Hochspannungsversorgungseinrichtung 61 legt immer dann eine Spannung von etwa —8 kV an die Stützplatte, wenn das restliche Tonerbild auf der umlaufenden Trommel die Reinigungseinrichtung passiert. Das so zwischen der leitenden Stützplatte 53 und der geerdeten Unterlage 12 der photoleitenden Schicht geschaffene elektrische Feld veranlaßt, daß die positiv geladenen Tonerteilchen in Richtung auf den Wischschwamm angezogen werden. Wenn jedoch, wie in

ίο der Figur gezeichnet, die Zähnungen 31 unter dem Wischschwamm vorbeilaufen, bewirkt der mechanisch mit der umlaufenden Trommel gekoppelte Steuerkontakt 59 das Abfallen des Hochspannungsrelais 57. um jetzt die leitende Stützplatte 53 mit einer anderen, zweiten Hochspannungsversorgungseinrichtung 55 zu verbinden. Die zweite Hochspannungsversorgungseinrichtung 55 liefert eine Ausgangsspannung von etwa -i-8 kV. welche ein entgegengesetzt gerichtetes elektrisches Feld zwischen der leitenden Stützplatte 53 und dem geerdeten Metallblock 32 erzeugt. Das Feld ist jetzt so gerichtet, daß es die positiv geladenen Tonerteilchen von dem Wischer 50 abstößt in Richtung auf die Zähnungen 31 hin, und es. wird nur dann angelegt, wenn die Zähnungen 31 die in der Figur dargestellte Lage erreichen. Man hat gefunden, daß auch leitfähige, poröse oder halb-poröse Elastomere, wie leitfähiges Neopren, als Wischer gebraucht werden können. Diese gestatten die Erzeugung elektrischer Felder, welche praktisch den Feldern gleichwertig sind.

wie man sie mit geringeren angelegten Spannungen bei isolierenden Wischermaterialien erhält.

Die Zähnungen streifen bei der Bewegung den elastischen Wischschwamm 50 ab und bewirken, daß die Tonerteilchen herausfallen. Die so aus dem Wischer entfernten geladenen Tonerteilchen werden durch das angelegte elektrische Feld in die Rillen des Metallhlocks hineingetrieben und werden durch die Zähnungen 31 weiter in die Entwicklungsstation 19 transportiert. Das H.Khspannungsrelais57 zieht wieder ah. sobald sich der Bildbercieh dem Wischer 50 nähert.

Fig. 2 zeigt schematisch einen vergrößerten Querschnitt durch die Zähnung, wie sie mit dem Wischschwamm zusammenarbeitet. Der Wischschwamm 50 zeigt eine Mehrzahl offener Poren 71. welche sich mit Tonerteilchen füllen, sobald der Wischer über die elektropholographische Schicht streicht. Wenn die Zähnungen 73 des geerdeten Metallblocks 32 an den offenen Poren des Wischschwamms 50 vorbcistreichcn.

werden die Tonerteilchen durch die ruckartige Bewegung der Porenwände gelöst, sobald diese von der Zahnkante 75 freigegeben werden. Diese so gelösten. positiv geladenen Tonerteilchen werden in die Zahnkehle 77 durch das jci/t wirksame elektrische Feld 71 getrieben, wo sie \erbleiben, bis sie die Entwicklung*· station 19 erreichen (vergleiche Fig. II).

Fig. ? zeigt schematisch eine perspektivische Über sichtszcichnung der Halterung des Wischschwamm in der Reinigungsvorrichtung nach der Erfindung. De Wischschwamm 50 wird federnd an die Fläche de photoleitenden Schicht auf der Trommel angedrücki Die Halterung enthält auch eine Kipphebelvorrichtum um den Wischer 50 von Hand von der Fläche de Schicht abheben zu können, falls es erwünscht is:

beispielsweise den Wischer auszuwechseln. In dieser Falle wird der Schwenkhebel 81 um den Drehpunkt 8 in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn gedrcli wodurch der Wischer 50 und ^cine damit verbundene

Halterungsteile um den Drehpunkt 85 im Uhrzeigersinn geschwenkt werden. Dann kann die Bedienungsperson mittels der Handhabe 87 die Halterungsieile 51 aus Kunststoff und den damit verbundenen Wischschwamm 50 von der Stützplatte 53 (Fig. 1) abziehen. Während die bisherige Beschreibung eine Wischeinrichtung betrifft, welche bezüglich der drehenden Trommel ortsfest angeordnet ist, kann dieser Wischer auch in der Form eines zylindrischen Reinigungsgliedes ausgebildet sein, das um eine zur Trommelachse parallele Achse umläuft. Ein in dieser Weise eingerichteter Wischer kann einen elektrisch leitenden Kern enthalten, welcher an eine Spannung gelegt wird, um Tonerteilchen von der Schicht in den Wischer hinein anzuziehen und auch entgegengesetzt vorgespannt werden, um die Tonerteilchen von dem Wischer weg in die Rillen oder Zähnungen hineinzutreiben. Die Anordnung könnte auch ein weiteres Teil enthalten

mit einer Zähnung, cwlche mit dem Teil des umlaufenden Wischers zusammenarbeitet, der gerade nicht die elektrophotographische Schicht berührt. Die Reinigungsvorrichtung ist auch in Maschinen brauchbar. deren photoleitende Schicht sich nicht auf einer Trommel befindet, sondern beispielsweise auf einem umlaufenden Band. Wirkungsvolle Reinigung der Schicht ist möglich, wenn die Vorspannung an dem Reinigungsglied hauptsächlich dann angelegt wird, wenn die

ίο Zähnungen sich in unmittelbarer Nachbarschaft befinden.

Die mechanisch reinigenden Elemente können auch andere Formen als gerade die einer Zähnung aufweisen. So können beispielsweise mit Noppen versehene oder anderweitig aufgerauhte Oberflächen vorgesehen sein. Wesentlich ist, daß dieses mechanische Element seine tonerlöscnden Kräfte nur dann ausübt, wenn das elektrische Feld angelegt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

«09 526/389

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Reinigungseinrichtung zum Entfernen geladener Tonerteilchen von der Bildschicht einer elektrophotographischen Kopiermaschine, welche einen umlaufenden Träger der photoleitenden Schicht, Antriebsmittel, sowie die für den elektrophotographischen Kopierprozeß notwendigen Verarbeitungsstationen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (11) der photoleitenden Schicht (Ho) auf seinem Umfang außer dem Bildbereich einen Metallblock (32) mit aufgerauhter Oberfläche aufweist, daß ein elastischer, poröser Wischer (50) mit metallischem Kern (53) in einer Halterung für federnden Kontakt gegen die Oberfläche des umlaufenden Schichtträgers vorgesehen ist, daß erste (61) und zweite (55) Hochspannungsversorgungseinrichtungen vorgesehen sind, welche über Steuermittel (57, 59) in Abhängigkeit vom Umlauf des Schichtträgers eine hohe Spannung zwischen dem genannten metallischen Kern des Wischers (50) und dem Schichtrtäger (11) anlegen, um zwischen dem Wischer und dem Schichtträger ein elektrisches Feld aufzubauen, dessen Polarität so gerichtet ;St, daß während des Vorbeilaufs der zu reinigenden Bildbereiche die Feldkräfle auf die geladenen Tonerteilchen anziehend in Richtung auf den Wischer hin wirken, und daß während des Vorbeilaufs des aufgerauhten Metallblocks die Feldkräfte auf die im Wischer angesammelten Tonerteilchen anziehend in Richtung auf den genannten Metallblock (32) hin wirken.

   35

   Die Erfindung betrifft eine Reinigungsrichtung zum Entfernen geladener Tonerteilchen von der Bildschicht einer elektrophotographischen Kopiermaschine, welehe einen umlaufenden Träger der photoleitcnden Schicht, Antriebsmittel, sowie die für den elektrophotographbellen Kopierprozeß notwendigen Verarbeitungsstationen enthält.

   Bekanntlich wird bei elektrostatischen Druckprozessen ein latentes Ladungsbild auf der elcklrophotograpliischen Schicht mittels eines Entwicklerpulvers, welches geladene elektroskopische Tonerteilchen enthält, entwickelt. Der geladene Toner wird selektiv von den Bildbereichen auf der Schicht angezogen und bleibt durch elektrostatische Kräfte daran haften. Danach wird das Tonerbild auf eine Trägerfläche hin übertragen und anschließend auf dieser Tragerfläche, meistens einem Blatt Papier, fixiert. Die Übertragung der Tonerteilchen von deui Bildbereich auf der photoleitenden Schicht auf die Trägerfläche des Kopierblattes wird oft mittels einer CoronaentladungseinrichUing bewirkt, die eine elektrostatische Aufladung verursacht, welche die Tonerteilchen von der Schicht auf die Trägerfläche hin anzieht. Andere Überlragungsverfahren können ebenfalls angewendet weiden, wie beispielsweise die sogenannte Druckübertragung oder die Wärmeübertragung. In jedem Fall bleibt jedoch gewöhnlich ein unerwünschtes restliches Tonerbild nach der Bildübertragung uaf der Schicht zurück und muß durch Reinigen davon entfernt werden, bevor die Schicht wieder für den nächsten Kopicrnrozeß benutzt werden kann.

   Bekannte Reinigungseinrichtungen mit umlaufenden Bürsten oder Bändern werden oft verwendet, um das restliche Tonerbild von der elektrophotographischen Schicht zu entfernen. Gewöhnlich enthalten solche Reinigungseinrichtungen eine oder mehrere umlaufende Bürsten, welche das Tonerpulver von der Schicht in einen Luftstrom bürsten, welcher durch einen Filtersack ausgeblasen wird. Oft wird in Verbindung mit der umlaufenden Bürste eine Anschlaglseite oder eine ähnliche Einrichtung benutzt, um die Tonerteilchen von der Bürste abzustreifen und so die Bürste über eine Anzahl von Kopierzyklen arbeitsfähig zu erhalten. Es ist auch schon bekannt, eine bandförmige Bürste zu benutzen, welche an einer Spitzenelektrode vorbeiläuft, die an einer von der photoleitenden Schicht entfernt gelegenen Stelle ein elektrisches Feld verursacht, was den Toner von der Bürste abzustoßen trachtet, sobald die Bürste diese Elektrode passiert. Bandreinigungseinrichtungen bewirken die Entfernung des restlichen Toners durch Vorbeiführen eines Reinigungsbandes aus porösem Material überdie Schichtträgeroberfläche. Anschließend wird dann das Band selbst entweder an einer entfernten Stelle gereinigt, so daß es wieder gebraucht werden kann, ober aber es wird als Verbrauchsmaterial fortgeworfen.

   Obwoiil diese bekannten Reinigungseinrichtungen mit Bürste oder umlaufendem Band die photoleitende Schicht in befriedigender Weise für eine begrenzte Zeit reinigen, sind sie doch im allgemeinen kompliziert gebaut und nehmen viel Raum in der Kopiermaschine ein. Weilerhin entfernen solche bekannte Einrichtungen dauernd Toner aus der Kopiermaschine, so daß der Toner der Restbilder nicht wieder verwendet werden kann, es sei denn, die Bedienungsperson bringt diesen Toner auf umständliche Weise wieder zurück. Reinigungseinrichtungen mit Bürste oder mit umlaufendem Band müssen wegen des Verschleißes und der Ansammlung von Tonerteilchen in der Bürste bzw. in den Fasern des Bandes häufig ersetzt werden. Weiterhin ist ein umständliches und im Betrieb geräuschsolles Absauge- und Filtersystem notwendig.

   Ein weiterer bekannter Vorschlag empfahl die Benutzung eines Wischblattes aus Gummi, welches die restlichen Tonerteilchen von der dektrophotographischen Schicht abwischt. In einer \orgeschlagenen Ausführung befinde· sich die elektrophotographische Schicht auf einer Trommel, welche dem Bildbereich folgende, quer verlaufende Rillen aufweist. Diese nehmen die angesammelten Tonerteilchen auf, sobald die Rillen im Verlauf der Trommeldrehung unter das Gummiwischblatt kommen. Dann transportieren die Rillen die angesammelten Tonerteilchen zurück zu der Entwicklungseinrichtung. Es hat sich aber ersviesen, daß solche Wischblätter aus Gummi bereits nach wenigen Kopier/yklen nicht mehr richtig arbeiten.

   Eine weitere bekannte Einrichtung schlägt die Benut?ung einer Reinigungsrolle aus elastischem Material \or, wie natürlichem oder synthetischem Gummi, oder aus Schwamm. Die Rolle wird mit Federkraft gegen die elektrophotographische Schicht gepreßt. Die Gummiware wird laufend durch eine Bürste gereinigt, welchedieTonerpartikclndavon entfernt. Obwohl solch eine Walze über eine Anzahl von Kopierzyklen ausgezeichnet reinigt, word sie doch bald mit anhaftenden Tonerpartikcln belastet und ist dann nicht mehr genügend wirksam.

   Um die genannten Nachteile der bekannten Einrichtungen zu überwinden und eine kompakte Reini-