DE2353847A1

DE2353847A1 - Entwicklungsvorrichtung zur entwicklung eines latenten elektrostatischen ladungsbildes

Info

Publication number: DE2353847A1
Application number: DE19732353847
Authority: DE
Inventors: Thomas E Andrako
Original assignee: Multigraphics Inc
Current assignee: AB Dick Co
Priority date: 1973-03-02
Filing date: 1973-10-26
Publication date: 1974-09-26
Also published as: GB1467175A; CA989161A; FR2220071A1; NL7314354A; ZA737664B; BE807239A; IT1009676B; US3855969A; FR2220071B1; JPS502550A; JPS543375B2; AU6084473A

Description

"Entwicklungsvorrichtüng zur Entwicklung eines latenten elektrvfreJi-eih Ladungsbildes."

Die Erfindung betrifft eine Entwicklungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.

Das Anwendungsgebiet der Erfindung liegt bei der Entwicklung latenter elektrostatischer Bilder und insbesondere bei Vorrichtungen zur Entwicklung latenter elektrostatischer Bilder unter Verwendung eines magnetisi erbaren Trägermaterials und eines elektroskopischen Tonerpuders.

Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf einen Magnetbürstenentwickler mit einer längeren Entwicklungszone.

Bei der Entwicklung elektrostatischer Tatetiter Bilder unter Ver-

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Patentanwälte Dipl.-lng. Martin Licht; Dipl.-Wirtsch.-Ing, Axel Hansmdnn, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

,. _: OppenauerBüro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT:

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Wendung elektroskopischen Tonerpuders und magnetisierbaren Trägermaterials (im Stand der Technik als Magnetbürstenentwicklung bezeichnet) arbeitet man gewöhnlich mit einer einzigen Magnetbürste, die in dichtem Abstand neben der das latente .elektrische Ladungsbild tragenden Fläche angeordnet ist. Das ergibt sich beispielsweise aus dem US-Patent 2 904 000 yon Fisher.

Im Verlaufe der weiteren Entwicklung der elektrostatischen Drucktechnik hat sich die Zelt, während deren das latente Bild in Berührung mit dem Entwicklungssystem ist, verkürzt, weil die lineare Geschwindigkeit des das latente Bild aufnehmenden Kreislaufes erhöht worden ist. Man hat daher viele Versuche unternommen, um die Länge der Entwicklungszone zu vergrößern. Dazu wird verwiesen auf das US-Patent 3 318 284 von Toku Hojo. Es werden auch große einzelne Bürstenentwicklungstronimeln benutzt. Ein Faktor, der die Arbeitsgeschwindigkeit einer mit Magnetbürstenentwicklung arbeitenden Entwicklungsvorrichtung begrenzt, liegt in dem Abwerfen des trockenen Toners von dem umlaufenden Zylinder, wenn die Drehgeschwindigkeit des Zylinders zur Steigerung der je Zeiteinheit entwickelten Kopienzahl gesteigert wird. Auch die Geschwindigkeit, mit der das Tonerpuder in dem Behälter für die Tonermischung wieder aufgefrischt werden kann,stellt eine Begrenzung dar. Die vorliegende Erfindung arbeitet auf der Grundlage mehrerer kleiner Walzen und einer Drehung der Bürsten in zur Bewegung der Platte entgegengesetzter Richtung.

Die Entwicklungsvorrichtung gemäß dem erwähnten US-Patent 3 318 284 arbeitet mit zwei vollständig getrennten Entwicklungsbürsten. Damit soll erreicht werden, daß das Bild an zwei getrennten Stationen zweifach der Einwirkung von Bürsten ausgesetzt wird. Ein späterer Versuch zur Verringerung der Größe einer solchen Vorrichtung ist in dem US-Patent 3 638 614 von Young und anderen gezeigt. Danach ist die bloße Anordnung zweier Magnetbürsten nebeneinander nur bedingt zufriedenstellend, so daß man zwischen den beiden Walzen eine kleine Zwischenwalze angeordnet hat und also zwischen den verschiedenen, in Abstand befindlichen

Zylindern und neben der tragenden Fläche noch besondere Mittel

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vorgesehen hat. Die tragende Fläche ist die Trommel oder das Papier, die mit Toner zu entwickeln sind. Bei einer solchen Anordnung wird das magnet!sierbare Entwicklermaterial unter dem Einfluß des durch die ZyIinder aufgebauten magnetischen Feldes in bürstenartigen Büscheln abgestützt.

Das US-Patent 3 697 050 von Michael Stanley wiederum lehrt die Anordnung von vier Bürsten ohne irgendwelche zwischen die verschiedenen Zylinder zwisctiengeschalteten Mittel zur Stützung des magnetisierbaren Materials.

Der vorliegenden Erfindung liegt folgende Aufgabenstellung zugrunde: .

Es sollen die den bekannten Vorrichtungen anhaftenden Nachteile vermieden werden und eine Entwicklungsvorrichtung geschaffen werden, die eine magnetische Schicht entstehen läßt, welche eine aus mehreren Walzen bestehende Magnetbürstenanordnung vollkommen umhüllt, und zwar von der Vorderseite einer Walzenbürste mit überbrückung zur nächsten und irgendeiner folgenden Walzenbürste bis zur Rückseite der letzten Walzenbürste, wobei die magnetische Schicht sich dann auch über die Rückseite des gesamten Satzes bis zum Anfangspunkt erstreckt.

Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichnungsteil des Anspruch 1.

Die Unteransprüche richten sich auf vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.

Mit der Erfindung erreicht man» daß die magnetische Schicht von Vorderseite zu Vorderseite der Magnetbürsten wandert und auch eine sorgfältige Durchmischung des Toners bewirkt. Dazu werden die Walzenbürsten im wesentlichen in Berührung miteinander gebracht, wobei im Inneren der Walzen angeordnete Magnete ausreichend stark sind, um das magnetische Material eine im wesentlichen gerade überbrückung zwischen den Walzen erzeugen zu lassen,

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ohne daß das Material wesentlich durchhängen und die Berührung mit der zu behandelnden Fläche verlieren würde. Der Raum zwischen den Walzen bleibt dabei offen, ohne daß man irgendwelche Stützrollen oder dergleichen brauchte.

Gemäß der Erfindung wird die Durchmischung des Toners auch beim Herabwandern auf der nicht aktiven Rückseite der Walzenblirstenanordnung fortgesetzt. Aufgrund der engen Anordnung der Walzen und der Stärke der Magneten erfolgt zwischen jedem Walzenpaar eine Drehung und Durchmischung des Materials. Durch kaskadenartiges Herabfallenlassen eines Überschusses von frischem Tonergemisch auf der Rückseite der Anordnung, und zwar in einer Menge die größer ist, als sie von den magnetischen Walzenbürsten gehalten werden kann, wird das alte Material bei seiner Drehung und Durchmischung mit neuem Material aufgefrischt.

Der Oberschuß aus der alten und neuen Tonermischung kann auf den Boden eines Behälters fallen, von wo er aufgeschaufelt und nach oben angehoben wird, so daß er wieder kaskadenartig herabfallen kann. Dabei läßt man das frische Material kaskadenartig über eine statische Mischbrücke fallen, so daß eine weitere Vermischung und Bewegung des Materials gewährleistet ist, ohne daß es irgendwie mechanisch gedrückt und verbraucht würde.

Auszugsweise läßt sich die Erfindung wie folgt darstellen; Es handelt sich um eine Entwicklungsvorrichtung für elektrostatische latente Bilder mit mehreren magnetischen Entwicklungswalzen, die mit einander überschneidenden magnetischen Kraftfeldern derart angeordnet sind, daß sich eine Schicht oder Decke von Entwicklungsmaterial um und zwischen den Walzen in der Nachbarschaft der das elektrostatische latente Bild tragenden Oberfläche erstreckt, Gegenüber dem Stande der Technik unterscheidet sich die Erfindung auch dadurch, daß die Mischung nicht von der Rückseite der Walzen entfernt wird, sondern auch auf der Rückseite planmäßig zusammengehalten wird. Dabei sind Vorkehrungen getroffen, damit das Entwicklergemisch sich abwechselnd bürstenartig aufstellen dann beim Obergang zu einer nächsten Walze flach anlegen und dann wieder in die aufrechte Stelluna aufstellen kann, wobei "⁵"

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dieser Vorgang steh entsprechend der Anzahl der verwendeten Walzen wiederholt. Während dieser wiederhol ten Durchmijschung des Materials auf der Rückseite der Walzen, läßt man zur Wiederauf fr i schung aus einem Vorrat Toner kaskadenartig Ufaer die Rückseite" fallen* so daß der Wiederauffrischungstoner von dem von der Vorderseite der MagnetbUrstenanordnung herkommenden Tonergemisch aufgenommen wird. ·

Es folgt die Beschreibung eines AusfUhrungsbeispiel es der Erfindung anhand von Zeichnungen. ■"-.■■■-

Fig. 1 ist eine mechanische Schemadarstellung einer automatischen, xerographischen Kopiermaschine mit einer Entwicklungsvorrichtung nach- der Erfindung.

Fig. 2 ist ein längs der Linie 2-2 der Fig« 1 gelegter Schnitt und veranschaulicht eine schematische Mischvorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer MagnetbUrstenanordnung mit genauer Darstellung der auf der Oberfläche befindlichen Tonermischling.

Fig. 4-ist eine StirnansiGht einer Walzenbürste mit einem einstellbaren Magnethalter, ■

Fig. S ist eine Draufsicht auf die Walze und den Magnethalter.

Es folgt die Beschreibung eines bevorzugten AusfUhrungsbeispiels der Erfindung.

Die elektrostatische"Kopiertechnik ist so allgemein bekannt, daß sich hier die -Darstellung^ einer gesamten Maschine erübrigt." Es gibt viele veröffentlichte Patente und technische Berichte, welche elektrostatische Kopiermaschinen im einzelnen darstellen. Bei allen hier interessierendem elektrostatischen Systemen wird ein Lichtbild eines zu reproduzierenden Originales auf die-empfind-"■■...; \ :'·-;;;..--.- ' ; - . '[_'.'/\. .. - ■. - 6 -""'

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lieh gemachte Oberfläche einer Platte projiziert. Bei der Platte kann es sich um eine Metallplatte handeln, von der das Bild später übertragen wird, oder auch um ein Papier mit einer fotoleitfähigen, isolierenden Oberfläche. Welche Art Platte benutzt wird, ist hier unwichtig. In jedem Falle wird auf der Platte ein latentes elektrostatisches Bild gebildet. Das. latente Bild wird dann mit einem Entwicklermaterial von entgegengesetzter Ladung entwickelt. Das Entwicklermaterial enthält Trägerteilchen und kleinere Tonerteilchen, die daran triboelektrisch haften und ein Puderbild bilden, welches dem latenten Bild auf der Platte entspricht. Das Puderbild wird dann entweder direkt auf der Fläche, auf der es entworfen worden ist, elektrostatisch fixiert, oder es wird dann auf einen Träger übertragen, auf dem es bleibend zu befestigen ist.

Elektrostatisch anziehbares Entwicklungsmaterial, wie es normalerweise bei MagnetbUrsten-Entwicklungsvorrichtungen benutzt wird, besteht aus einem pigmentierten Harzpuder, der hier als "Toner" bezeichnet wird, und einem "Träger" aus größeren Teilchen, der in der triboelektrischen Reihe von dem Toner entfernt ist, so daß zwischen dem Tonerpuder und dem Träger-Granulat eine triboelektrische Ladung erzeugt wird. Der Träger ist magnetisierbar und sorgt aufgrund magnetischer Feldwirkung auch für eine mechanische Steuerung der Bildung von Bürstenborsten. Der Toner läßt sich so leicht handhaben und in Berührung mit der belichteten Oberfläche , bringen. Der Toner wird dann von den Trägerborsten zu dem latenten elektrostatischen Bild hin angezogen und erzeugt auf einer iso-

^! lierenden Fläche ein sichtbares Puderbild.

Die Figur 1 veranschaulicht eine im wesentlichen bekannte Anordnung einer elektrostatischen Toner-Entwicklungsvorrichtung. Man sieht eine Trommel 10, die beispielsweise entweder eine fotoleitfähige Metalltrommel ist oder ein Blatt fotoleitfähiges Papier trägt.

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Die Vorrichtung besitzt eine mit vier Walzen ausgestatteten Entwieklungsstatian 12. Diese verkörpert die vorliegende Erfindung. Die einzelnen Walzen der Entwicklungsstation sind von herkömmlicher Form und bestehen aus unmagnetischen Walzen 14₉ die bezogen auf Fig. 1 in gleicher Weise im Uhrzeigersinne angetrieben sind. Der Antrieb erfolgt durch eine Antriebsvorrichtung aus Zahnrädern, kettengetriebenen Kettenrädern oder dergleichen. Das bedarf hier keiner Darstellung.

Jede der Walzen 14 ist innen mit einem Magnetsystem 16 von im wesentlichen herkömmlichen Aufbau ausgestattet, wobei jedoch die Abmessung und Anordnung der Teile für die Zwecke der Erfindung besonders getroffen sind. Im vorliegenden Fall bestitzt das Magnetsystem 16 einen Träger 17 mit einem haibzölligen Eisenma-gnet ■ 18_S der der Trommel 10 zugekehrt ist. Diese Seite wird nachfolgend als die Vorderseite oder Frontseite der Walze bezeichnet.

Die entgegengesetzte oder Rückseite der Walze steht unter dem Einfluß eines ferritischen Eisenmagneten von einhalb Zoll zu ein Zoll. Wie die Figur 3 zeigt, sind die Magnete benachbarter Rollen mit entgegengesetzter Polarität angeordnets so daS ein Flußfeld .entsteht» welches eine Brücke von einem Magneten zum nächsten Magneten bildet. Während bei bekannten'Vorrichtungen_s wie sie eingangs erläutert worden sindy ein Durchhang zwischen den Walzen· ] entstand öder Füllwalzen angeordnet werden mußten₉ wird bei der vorliegenden Erfindung ein starkes Flußfeld erzeugt₃ welches die benachbarten Oberflächen der Walzen Überbrückt und dabei wenig? j stens zwei sehr wichtige Funktionen ausführt:

1. Die magnetischen Trägerteilchen werden mit kleineren triboelektrischen Tonerteilchen überzogen₉ die bei Berührung mit dem entgegengesetzt geladenen Bild auf der Trommel 10 von den magnetischen Trägerteilchen abgewischt werden. Damit viele Flächen der Trägerbürste dargeboten werden und somit die Oberfläche der Trommel 10 eine volle Bürste von zur Verfügung stehenden Toner-

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teilchen erhält, sorgt das magnetische Feld dafür, daß die Bürste die normalen, aufrechtstehenden, weichen Büschel 21 aufweist, wobei jedoch die Bürste sich niederlegt und im Gegensatz zu der vorher eingenommenen senkrechten Richtung der Büschel 21 in im wesentlichen waagerechter Richtung verläuft, wenn die Büschel beim Entlangwandern an der Oberfläche einer Walze 14 den Oberbrückungsfluß an der Übergangsstelle zu einer nächsten Walze erreicht. Diese überbrückung ist tn Figur 3 durch das Bezugszeichen 22 angedeutet. Wenn die magnetische Anordnung dann die nächste Walze erreicht und in den Einfluß des nächsten BUschelbereiches 21 gelangt, so nimmt die Bürstenanordnung eine senkrechte Lage ein, die derjenigen der vorhergehenden Bürste entgegengesetzt ist. Wenn somit die magnetische Tonermischung von Vorderseite zu Vorderseite oder Rückseite zu Rückseite der Walzen fortschreitet, wird sie dabei dauernd durchgeschüttelt und vermischt, da sie sich dauernd niederlegt und aufstellt, und das bedeutet, daß die triboelektrischen Tonerteilchen so vollständig wie möglich von der Bürstenanordnung abgewischt werden.

2. Während dieser Aufrichtung, Niederlegung und Wiederaufrtchtung bei dem Weg über die Oberflächen der verschiedenen Walzen wird die daran entlangwandernde, mit Toner zu entwickelnde Oberfläche dem Toner in unterschiedlichster Weise dargeboten und kann somit den Toner aus einem vollständig im Fluß befindlichen, dynamischen Strom von Entwicklermischung aufnehmen.

Soweit die beiden erwähnten Funktionen,

Für den bestmöglichen Aufbau des magnetischen Feldes ist der Träger 17 gemäß Fig. 4 auf einem einstellbaren Steuerhebel 23 für den Entwicklungsvorgang angeordnet.

Bei bekannten Vorrichtungen hat man zum Aufrühren und Durchmischen der magnetischen Tonermischung, wie sie in dem bei 26 !

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gezeigten Sumpf/angeordnet ist„ Schaufelradanordnungen oder Schneckenanordnungen vorgesehen. Es hat sich herausgestellt_s daß die Tonermischung bisweilen bei mechanischer Einwirkung übermäßiger Abnutzung unter!iegts und daher arbeitet die vor!legende Erfindung mit einem al ten und wohl bekannten' Bechersystem, allerdings in etwas neuartiger Weise. Gemäß Fig« 1 ist ein mit Bechern 25 ausgestatteter Becherförderer 24vorgesehen, um das Material aus einem Sumpf 26 anzuheben und über die RiIckseite der Walzen in der Entwicklungsstation 12 kaskadenartig berabfailen zu lassen. Dabei ist jedoch zu beachten* daß der! Förderer eine derartige Lage hat₉ daß die Becher danach trachten₉ ihre Mischung anfänglich auf der Höhe des obersten Kettenrades zu verlieren. Aus diesem Grunde ist ünmi11eTbar οber ha 1b der Welle des οbersten Kettenr ad es eine Leitvorrichtung 27 zur kreuzweisen Durchmtschungdes Tonergemisches vorgesehen» so daß verschüttete Tonermischung vermischt und kreuzweise vermischt wird und damit die Tonerteilchen mehr gleichmäßig verteilt werden.· Derjenige Anteil^ der nicht auf die Leitvorrichtung zur kreuzweisen Vermischung fällt₉ wird in den Bereich der Rückseite der Entwicklungsstation geschüttet und dann längs des magnetischen Feldes zusammen mit dem Material anteil aufgenommen«, der um das Ende der letzten Walze der Reihe herumgeführt ist. Von dort gelangt der Toner dann über die Rückseite der Bürstenanordnung wieder nach unten.

Die Stärke der an der Bürstenanordnung vorgesehenen; Magnete reicht aus, um eine starke bogenförmige überbrückung 22 zwischen benachbarten Walzen zu erzeugen * so daß kein Durchhang der Tonerschicht erfolgt und die Anordnung irgendwelcher Hilfswalzen nicht erforderlich ist. Die Stärke des Magnets ist jedoch beschränkt. Wenn nämlich das Material über die Rückseite der Entwicklungsstation kaskadenförmig herabfällt, dann ergibt sich eine gewisse Verdrängung der von den Walzen 14 getragenen Mischung und des neu an seinen Platz tretenden Materials;, Einι weiter Gesichtspunkt der Erfindung Ii egt al so darin ,daß die sich bewegende Materialschich^

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die an der Rückseite der Walzenanordnung nach unten läuft und dabei durchgeschüttelt WiTd₈ nicht nur die entleerte Borstenanordnung mit Toner aus benachbarten Elementen durchmischt_s sondern tatsächlich auch frisches Material aufnimmt und/oder wieder verdrängt und durch frisches Material ersetzt wird, welches kaskaden· förmig an der Rückseite der Entwicklerstation nach unten fällt«

Ein Abstreifer 30 sorgt für die gewünschte Höhe der Bürste und steuert so die Menge der in die Entwicklungsstation 12 eintretenden Tonermischung.

Wenn die Tonermischung zu. Ende geht, dann laßt man feinen, staubförmigen Ersatztoner ohne magnetisches Material kaskadenförmig aus einem Vorrat 32 herabfallen. Dieser Ersatztoner vermischt sich dann beim Herabfallen mit den kaskadenartig aus den Bechern 25 ausgeschütteten Material.

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Claims

(ij Entwicklungsvorrichtung zum Entwickeln eines latenten elektrischen Ladungsbildes mit einer Reihe von mehr als zwei Walzenbürsten· die durch Antriebsmittel in gleicher Richtung angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen (14) zwischen sich freien Raum lassen und in sich Magnete (18) aufnehmen, die mit entgegengesetzten Polaritäten angeordnet sind und zwischen den Walzenbürsten ein resultierendes magnetisches Feld aufbauen, derart, daß eine ständig wandernde magnetische Schicht errichtet wird, die an der ersten Walze puderförmiges magnetisches Material annimmt und auf den Vorderseiten der Walzen in Bürstenform in Richtung zu der letzten Walze fördert₉ während das magnetische Material die Zwischenräume zwischen den Walzen in einer ; niedergelegten Anordnung überbrückt. . _;
2. Vorrichtung, insbesondere nach Anspruch I₉ gekennzeichnet ; durch Mittel (30) zum Abstreifen nur eines Teiles des von der · ersten Walze magnetisch angezogenen Materials, wobei Vorkehrungen-' getroffen sind_B um das auf den Walzen zurückgehaltene Material längs der Vorderseite und dann in der gleichen Anordnung wie auf der Vorderseite längs der Rückseite, jedoch in entgegengesetzter Richtung wandern zu lassen, und wobei eine Fördereinrichtung (24, 25) zur Zuführung neuen magnetischen Materials zu der magnetischen Schicht auf der RUckseite der Walzen vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch■■ 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Fördereinrichtung (24, 25) zur kaskadenartigen Zuführung von , magnetischem Material zu der RUckseite der Walzen.
4. Vorrichtung nach Anspruch I₉ 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die das latente Ladungsbild aufnehmende Fläche von einer zylindrischen Trommel (IQ) gebildet wird, um die eine Reihe j von.mehr als zwei Malzen (14) mit auf einem Bogen um die Trommel angeordneten Drehmittelpunkten angeordnet sind, sodaß die Walzen mit der Fläche ausgerichtet.sind.
5. Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche,

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bei der jedoch nur eine erste und eine zweite magnetische Walze vorgesehen sind.

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