DE2460782A1 - Magnetbuerste fuer eine elektrophotographische entwicklungsvorrichtung - Google Patents

Description

Böblingen, den 20. Dezember 1974 hz/bs

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. Io504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung ~ j c η 7 P 9 Aktenzeichen der Anmelderin: LE 973 012

Magnetbürste für eine elektrophotographische Entwicklungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Magnetbürste in einer Entwicklungsvorrichtung eines elektrophotographischen Gerätes, bei der in einem drehbaren, rollenförmigen und hohlen Zylinder aus unmagnetischem Material eine Magnetanordnung vorgesehen ist.

Bei den bekannten elektrophotographischen Druckvorgängen wird ein sichtbares Bild dadurch entwickelt, daß einer photoleitfähigen Fläche mit einem latenten elektrostatischen Bild Entwicklermaterial zugeführt wird, welches Toner- und Trägermaterial enthält. Die kleinen Tonerteilchen werden auf den Oberflächen der relativ großen Trägerteilchen durch elektrostatische Kräfte festgehalten. Diese elektrostatischen Kräfte werden durch den Reibungskontakt zwischen den Tonerteilchen und den Trägerteilchen durch triboelektrische Aufladung des Toners und des Trägers auf entgegengesetzte Polaritäten erzeugt. Ein Teil des triboelektrisch geladenen Toners wird selektiv auf Bildbereiche der photoleitfähigen Fläche angezogen. Der übrige Teil des Entwicklermaterials wird von dieser Fläche entfernt und wird zur Entwicklung weiterer Bilder wieder verwendet.

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Um klare und scharfe Bilder zu erhalten, ist es notwendig, daß vor dem Entwicklungsvorgang der Toner eine hohe reibungselektrische Ladung erhält. Dies ist in bekannten Vorrichtungen allgemein durch Auswahl von Toner- und Trägermaterialien getroffen worden, die innerhalb der triboelektrischen Reihe sehr weit

ί.

auseinander stehen und weiterhin durch eine starke Durchmischung und Bewegung des Entwicklermaterials vor der Entwicklung. Weiterhin ist das Verhältnis von Toner- zu Trägermaterial im Entwicklergemisch genau gesteuert. In vielen Fällen ist trotz Benutzung der am besten geeigneten Materialien und Mischvorrichtungen die triboelektrische Ladung bei einem gegebenen Toner-Träger-Verhältnis oft ungenügend, um Bilder und Kopien gleichmäßig hoher Qualität zu erzeugen.

Verschiedene bekannte elektrophotographische Entwicklungsvorrichtungen verwenden eine Magnetbürste, die einen hohlen zylindrischen Teil bzw. Rolle enthält, die drehbar um eine fest angeordnete Magnetfelderzeugungseinrichtung angeordnet ist. Dieser Rolle wird magnetisches Entwicklermaterial aus mehreren Komponenten zugeführt. Die innerhalb der Rolle angeordneten Magnete erzeugen ein Magnetfeld, daß das magnetische Entwicklermaterial in Bürstenform um die Rolle herum aufrichtet, wenn sie gedreht wird und in Kontakt mit einem elektrostatischen latenten Bild auf einer photoleitfähigen Schicht gebracht wird.

Für die Oberflächengestaltung einer Magnetbürstenrolle ist zum Transport des magnetischen Entwicklers zu einer das elektrostatische latente Bild tragenden Fläche in der US-PS 3 040 704 vorgeschlagen worden, die äußere Fläche der Rolle rauh zu gestalten. Jedoch haben die Aufrauhung der Oberfläche der Rolle, die üblicherweise aus nichtmagnetischem Material wie Aluminium, Messing oder anderen weichen Legierungen aufgebaut ist, durch Einschneiden von Nuten, durch Anbringung von Zähnen oder Riefen nur dazu geführt, daß die Oberfläche sehr schnell durch die Schmirgel-

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wirkung des Entwicklermaterial wieder ihre Rauheit verloren hat.

In der US-PS 3 219 014 ist vorgeschlagen worden, die Oberfläche einer Magnetbürstenrolle durch Sandblasen gleichförmig aufzu-,rauhen. Das Sandblasen macht die Oberfläche, jedoch nicht rauh genug. Weiterhin verursacht der Abrieb sandgeblasener Oberflächenteile, daß kleine Flächenbereiche hochpoliert sind, wodurch ;die Transportfähigkeit für das Entwicklermaterial durch eine sandgeblasene Oberfläche stark reduziert wird. Anstelle der Aufrauhung der Oberfläche direkt im Material der Magnetbürste durch Nuten, Zähne, Riefen oder Sandstrahlen, ist es gemäß der US-PS 3 246 629 bekannt, auf die Rolle eine Schicht von unregelmäßig geformten Teilchen aufzukleben. Dies bringt eine zufällig aufgerauhte Oberfläche mit sich.

Beim Zuführen des Entwicklermaterials zu dem elektros tali sehen latenten Bild auf dem Photoleiter, wird das Entwicklermaterial entweder nach oben oder nach unten, je nach der Ausgestaltung des Gerätes, transportiert. Wenn das Entwicklermaterial dabei aufwärts bewegt wird, muß die Oberfläche der Magnetbürstenrolle rauh genug sein, um zumindest eine Art Haftfläche abzugeben.

!Obwohl die aus der US-PS 3 246.629 bekannte Magnetbürstenrolle eine aufgerauhte Oberfläche besitzt, weist sie nicht die notwendigen Eigenschaften der Abriebfestigkeit und des Federns auf. Die Oberfläche dieser bekannten Magnetbürstenrolle verursacht durch ihre Schleifwirkung eine Abnutzung der Trägerpartikel des Entwicklermaterials , insbesondere in dem geringen Zwischenraumbereich zwischen der Magnetbürstenrolle und der photoleitfähigen Schicht, da die schmirgelnde Oberfläche die Trägerpartikel gegeneinander reibt und gegen die Fläche der Magnetbürste selbst. Das Fehlen der Nachgiebigkeit der Oberfläche in der Magnetbürste verhindert, daß die Fläche der Magnetbürste etwas nachgibt, wenn mehrere Trägerpartikel miteinander zusammenhängen und zwischen der Magnetbürstenrolle und dem Photoleiter vorhanden sind und

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insgesamt mehr Platz einnehmen als dieser vorgegebene Zwischenraum ausmacht. Dadurch tritt ein erhöhter Verschleiß sowohl der Trägerpartikel als auch der Magnetbürstenrolle selbst auf, wenn nicht sogar eine Beschädigung der photoleitenden Fläche auch auftritt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Magnetbürstenrolle derart auszugestalten, daß die genannten Nachteile vermieden werden, daß mit _; der Magnetbürstenrolle genügend Entwicklermaterial auf einfache Weise transportiert werden kann und daß die Magnetbürstenrolle selbst weder Schaden leidet noch einen Abrieb an den Trägermateria-¹ lien oder anderen Komponenten des Gerätes verursacht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf den Kern der Magnetbürstenrolle eine federnde Schicht aus polymerem Material aufgebracht wird, dessen Oberfläche nicht schleifend ;wirkt, abriebfest und rauh ist und daß zumindest die Oberfläche

dieser Schicht elektrisch leitend ausgestaltet ist. Als federndes polymeres Material wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform Polyurethan verwendet.

,Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un- j teransprüchen niedergelegt.

iln vorteilhafter Weise wird durch die erfindungsgemäß gestaltete Magnetbürste mit der federnden, abriebfesten und nicht abreibenden Oberfläche erreicht, daß die Lebensdauer der Trägerpärtikel durch die Reduzierung des Abriebs wesentlich verlängert wird. iDer Abrieb der Trägerpartikel wird nicht nur durch die nicht-

!schmirgelnden Oberflächeneigenschaften der Magnetbürste selbst verhindert, sondern auch durch die Federeigenschaft, weil dadurch !vermieden wird, daß die Trägerpartikel im Spalt zwischen Magnetbürstenrolle und Photoleiterschicht, wo sie üblicherweise die ■größte gegenseitige Reibung ertragen müssen, gegeneinander und gegen die Magnetbürste selbst abgerieben werden.

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Obwohl die Oberfläche der erfindungsgemäß gestalteten Magnetbürstenrolle sowohl federnd als auch nichtschleifend ist, ist sie trotzdem rauh. Dadurch ist die gewünschte Oberflächenstruktur erreicht, um mit der Magnetbürste Entwicklermaterial auch in aufwärtiger Richtung zu transportieren.

Da es im allgemeinen überwiegend notwendig ist, daß der Magnetbürste auch noch ein elektrisches Potential zur Verbesserung der Tonerübertragungseigenschaften auf das latente elektrostatische Bild aufzudrücken ist, ist die Oberflächenschicht elektrisch leitend ausgeführt.

Aufbau und Wirkungsweise der erfindungsgemäß gestalteten Magnetbürste ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 schematisch einen Teilausschnitt aus einem elektrophotographisch arbeitenden Gerät, in dem die erfindungsgemäß gestaltete Magnetbürste eingebaut ist;

Fig. 2 perspektivisch eine Teilansicht einer Ausführungs··

möglichkeit gemäß vorliegender Erfindung und

Fig. 3 eine Teilansicht einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines elektrophotographisch arbeitenden Gerätes 10, welches eine photoleitfähige Trommel 11 aufweist, die mit einer das elektrostatische latente bildtragenden Fläche versehen ist. Die Trommel 11 wird im Uhrzeigersinn gedreht.

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Das Entwicklermaterial, das eine Mischung aus Trägerteilchen
und Tonerteilchen enthält, ist in einem Sumpfteil 14 einer
Magnetbürstenentwicklungsstation 15 enthalten. Frischer Toner ' wird durch eine öffnung 16 in die Magnetbürstenentwicklungsstation; 15 zum Sumpfteil 14 zugeführt. Der neuzugeführte Toner wird \ im Sumpfteil 14 der Entwicklungsstation 15 durch zwei sich im ^! Gegensinn drehende Mischer 17 und 18 gemischt, ebenso wie der i von der Magnetbürste zurückfließende Teil des Entwicklermate- ; rials, um eine vollständige Mischung zu erzielen und um die not- ' wendige triboelektrische Aufladung des Entwicklermaterials
durch diese ständige Bewegung zu bewirken.

Entwicklermaterial wird aus dem Sumpfteil 14 einer Transportvor- | richtung 19 durch eine Bemessungevorrichtung 20 zugeführt. Die j Transportvorrichtung 19 weist eine Transportrolle 21 auf, die
unterhalb einer Magnetbürstenrolle 22 angeordnet ist.

Die Transportrolle 21 wird mit einer niedrigeren Geschwindigkeit i

als es der Drehgeschwindigkeit der Magnetbürstenrolle 22 ent- j

spricht angetrieben, um dadurch eine Oberflächengeschwindigkeit !

der Transportrolle 21 zu erzielen, die nicht größer als die Ober- j flächengeschwindigkeit der Magnetbürste 22 ist. Die Transportrolle!

21 wird im Uhrzeigersinn gedreht, während die Magnetbürstenrolle j

22 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. Die Transportrolle 21 um- j gibt eine fest angeordnete Trommel 23, die an einem Teil ihrer
Oberfläche Magnete 24 besitzt, um das Festhalten des Entwicklermaterials an der Transportrolle 21 zu unterstützen, bis dieses

zu einem Bereich vorgeschoben ist, der gegenüber der sich drehenden Magnetbürstenrolle 22 steht.

Das durch die Transportrolle 21 zu der Magnetbürstenrolle 22
transportierte Entwicklermaterial wird von dieser durch die
Wirkung von Magneten 25 übernommen, die fest angeordnet innerhalb der Magnetbürstenrolle 22 vorgesehen sind. ι

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.Wie in Fig. 2 näher dargestellt ist, enthält die Magnetbürstenirolle 22 einen Kern 26 aus nichtmagnetischem Material, wie beijspielsweise Aluminium. Dieser Kern 26 ist an seinen Enden durch !Platten 27 verschlossen.

An einer Platte 27 ist eine Welle 28 angeordnet, um diese über jeinen Kettenantrieb anzutreiben. Die Transportrolle 21 der Ent-Iwicklermaterialzuführvorrichtung wird zusammen mit der Magnetbürstenrolle 22 durch dieselbe Kettenantriebseinrichtung angetrieben, und zwar durch Zusammenarbeit mit der Welle 29. Die andere Platte 27 der Magnetbürstenrolle 22 ist drehbar auf einem Lager auf einer festen Welle 30 (vergl. Fig. 1) getragen, wobei die Magnete 25 von dieser festen Welle 30 getragen werden.

■Der Kern 26 der Magnetbürstenrolle 22 hat erfindungsgemäß eine Um-

'hüllung 31 aus einem federnden polymeren Material, das mit dem [Kern 26 verbunden ist. Die Oberfläche der Umhüllung 31 ist texturiert, um sie aufzurauhen bis zu dem gewünschten Grad. Das Muster dieser Aufrauhung kann einheitlich oder uneinheitlich sein.

Ein Beispiel von geeignetem Material für diese federnde Polymerumhüllung ist Polyurethan. Die Umhüllung oder Schicht 31 ist homogen und leitend ausgestaltet, so daß die gewünschte elek- ι trisehe Spannung der Magnetbürstenrolle 22 zugeführt werden kann. Da Polyurethan selbst nicht leitend ist, ist ihm Kohle zur Herstellung der notwendigen Leitfähigkeit der Umhüllung 31 beigemengt.

Eine Möglichkeit der Herstellung der Umhüllung ist die Verwendung einer Walzenröhre als Form. Die Röhre ist auf einen Außendurchmesser von ca. 7 cm gefertigt und dann mit Kieselsand sandgeblasen um eine unregelmäßige texturierte Oberfläche auf der Röhre als Form herzustellen. Darauf wird dann beispielseise eine Schicht aus Polytetrafluoräthylen (das stahlbaublaue Teflon der Firma DuPont, vertrieben unter der Nummer 958-202) als Schicht

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aufgebracht, die die spätere Ablösung der aufzubringenden Umhüllung erleichtert.

Die Form wird dann durch die zwölfmaliges Eintauchen in eine leitende Polyurethanlösung beschichtet, wobei die Form bei jeder Eintauchung um 180° gedreht wird. Die leitende Polyurethanlösung ist hergestellt aus 1OO Gewichtsteilen Urethanlackharfc (TS-1525-37 der Firma Hughson Chemical Company), 8,3 Gewichtsprozent leitendem Ruß (Vulkan XC-72 der Firma Cabot Corporation), 100 Gewichtsprozent Toluol und 100 Gewichtsprozent Isopropylalkohol. Diese Bestandteile werden in eine Misch- und Zerkleinerungsvorrichtung gegeben, und die Mischvorrichtung wird mit voller Geschwindigkeit für eine Stunde betrieben.

Nach jeder Beschichtung der Form mit einer leitenden Polyurethanlösung wird die Form und die Beschichtung darauf für zumindest 15 Minuten an der Luft getrocknet, bevor eine zusätzliche Schicht ^:durch erneutes Eintauchen aufgebracht wird. Nach jeder vierten Eintauchung und Lufttrocknung wird die Form in einen Lufttrocknungsofen verbracht und dort für zumindest 15 Minuten bei etwa 65 C getrocknet, um jedes restliche Lösungsmittel zu entfernen.

■Die auf diese Weise hergestellte Umhüllung 31 wird dann von der Form entfernt. Nach Umkehrung der Innenseite der Umhüllung 31 nach außen wird die Umhüllung auf den Kern 26 aufgebracht, der ivorher mit einem geeigneten Klebemittel versehen worden ist, !und vollständig getrocknet. Zum Aufbringen der Umhüllung 31 auf iden Kern 26 wird die Umhüllung mittels Luft ausgeweitet. Nach Anjbringung der Umhüllung 31 auf dem Kern 26 wird sie für etwa eine !Stunde bei ca. 150 ⁰C ausgehärtet.

Untersuchungen haben gezeigt, daß die Zugfestigkeit der Umhül- !lung 31 ca. 280 kg/cm beträgt mit einer absoluten Auslängung !von mehr als 800%. Die Reißfestigkeit der Umhüllung 31 beträgt

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etwa 60 kg/cm Dicke. Die Härte der Umhüllung beträgt 65 auf der

4 Shore-Α Härteskala. Der spezifische Widerstand beträgt 10 Ohm.cm.

Aufgrund dieser Herstellungsart besitzt die Oberfläche der Magnetbürstenrolle eine rauhe oder texturierte, nichtschmirgelnde und abriebfeste Oberfläche. Zur gleichen Zeit ist die Umhüllung 31 federnd und durch und durch elektrisch leitend. Dadurch kann die notwendige elektrische Spannung der Magnetbürste 22 zugeführt werden. Wenn die Magnetbürstenrolle 22 Entwicklermaterial zu der photoleitfähigen Trommel 11 transportiert, läuft sie unter eiiner Abstreifvorrichtung 32 hindurch. Durch diese Abstreifvorrichtung 32 wird die Dicke des Entwicklermaterials auf der Oberfläche der Magnetbürstenrolle 22 vor der Kontaktierung mit der photoleitfähigen Trommel 11 begrenzt.

Die Magnetbürstenentwicklerstation 15 ist durch eine aus Fasermaterial gebildete Abdichtung 33 gegenüber der Umgebung abge-,dichtet, um zu vermeiden, daß eine Tonerwolke aus der Entwicklungsstation 15 heraustritt.

Nachdem die Magnetbürstenrolle 22 das Entwicklermaterial an der photoleitfähigen Trommel vorbeitransportiert hat, wird dieses von der Rolle 22 dort freigegeben, wo der letzte der Magneten 25 nicht mehr wirksam ist. Dieses Entwicklermaterial kehrt dann zum Sumpfteil 14 der Entwicklungsstation 15 zurück.

An der Entwicklungsstation ist ein blattförmiger Abstreifer 34 aus leitend beschichtentem Mylar angebracht, und zwar sehr nahe der Oberfläche der Trommel 11, um überschüssigen Toner und Trägermaterial am Austreten aus der Entwicklungsstation 15 zu hindern. Eine ähnliche Dichtung und Abstreifvorrichtung 35 ist im weiteren Transportweg noch vorgesehen und dient dem gleichen Zweck.

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In Fig. 3 ist eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Magnetbürstenrolle 22 vorgesehen, die anstelle einer Umhüllung 31 aus einer homogenen mit Kohle durchsetzen Polyurethanschicht eine andere Beschichtung aufweist. Der Kern 26 ist mit einer Schicht 38 aus Polyurethan ohne Ruß- bzw. Kohleeinlagerungen beschichtet/ so daß die Schicht 38 nichtleitend ist. Dann wird eine Schicht 39 aus Polyurethan mit Kohleeinlagerung auf die Schicht 38, beispielsweise durch Auftragen oder Aufspritzen aufgebracht. Die Dicke der Schicht 39 braucht nur ca. 0,0025 cm stark zu sein. Dadurch ist diese Magnetbürstenrolle 37 nur an ihrer Oberfläche leitend, was jedoch ausreicht um die gewünschte Spannung zuführen zu können.

Die Dicke der Umhüllung 31 der Magnetbürstenrolle 22 oder die der Schicht 38 der Magnetbürstenrolle 37 soll zumindest 0,025 cm dick, vorzugsweise mindestens 0,0375 cm dick sein. Bevorzugterweise hat die Umhüllung 31 der Magnetbürstenrolle 22 oder die Schicht 39 der Magnetbürstenrolle 37 eine Härte von 65 auf der Shore A Härteskala, diese Härte kann jedoch bis zu 95 Härtegraden auf derselben Skala ansteigen und trotzdem noch genügend federnde Eigenschaften beinhalten.

Als vorzugsweise zu verwendendes Material für die federnde Polymerschicht wurde Polyurethan erwähnt. Es sei jedoch bemerkt, daß jedes andere federnde polymere Material mit den gewünschten Eigenschaften verwendet werden kann. Dazu gehören beispielsweise die Fähigkeit, ein leitendes Material wie Ruß aufnehmen zu !können, ohne daß das Material andererseits die gewünschten Eijgenschaften dadurch verliert, nämlich federnd, nicht schmirgelnd und abriebfest zu sein. Auf diese Weise kann jeder geeignete Synthetische Gummi mit den Eigenschaften des Federns, der nichtjschmirgelnden und abriebfesten Oberfläche beispielsweise benutzt werden. Dieser Gummi kann durch Eintauchbeschichtung auf einen texturieten Kern aus nichtmagnetischem Material hergestellt werden, um die gewünschte Rauheit zu erhalten. Die Rauhigkeit des Materials kann in bestimmten Grenzen schwanken, es wird jedoch bevorzugt,

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das sie nicht größer ist als es eine Form bringt, die sogenanntes |5Oiger Sandpapier herzustellen gestattet. Die Rauhigkeit sollte ,vorzugsweise nicht geringer als die des 9Oiger Sandpapiers sein.

'Die Herstellung der Umhüllung 31 wurde als Eintauchbeschichtung !dargestellt. Es ist jedoch selbstverständlich, daß sie auch auf andere Weise durch Aufbringung auf den Kern hergestellt werden kann.

!Auf vorteilhafte Weise wird mit der erfindungsgemäß gestalteten {Magnetbürstenrolle der Verschleiß des Trägermaterials und anderer iMaschinenkomponenten wesentlich herabgesetzt und somit die
Lebensdauer dieser Komponenten entscheidend erhöht. Weiterhin
ist ein besonderer Vorteil darin zu sehen, daß das Entwicklerjmaterial durch die Magnetbürstenrolle aufwärts transportiert
werden kann, was besonders vorteilhaft bei Geräten mit hohen
!Geschwindigkeiten ist.

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   '1. Magnetbürste in einer Entwicklungsvorrichtung eines elektrophotographisehen Gerätes, bei der in einem drehbaren, rollenförmigen und hohlen Zylinder aus unmagnetischem Material eine Magnetanordnung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Kern (26) des Zylinders eine federnde Schicht (31, 38, 39) aus polymerem Material, dessen Oberfläche nicht schleifend wirkt, abriebfest und rauh ist, aufgebracht ist, und daß zumindest die Oberfläche dieser Schicht (31, 38, 39) elektrisch leitend ist.

   ¹2. Magnetbürste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesammte federnde polymere Schicht elektrisch leitend ausgestaltet,ist.

   '■ 3. Magnetbürste nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die polymere Schicht einlagig und homogen ist.

   4. Magnetbürste nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (31, 38) aus federndem polymeren Mate-

   rial zumindest ca. 0,025 cm dick ist.

   5. Magnetbürste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einer ersten homogen Lage (38) auf dem Kern (26) und einer zweiten darauf aufgebrachten, elektrisch leitenden Lage (39) aus dem selben Material

   j aufgebaut ist.

   6. . Magnetbürste nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch

   gekennzeichnet, daß die Härte des federnden polymeren Materials nicht größer als 95 auf der Shore A-Härteskala ist.

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   7. Magnetbürste nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als federndes polymeres Material Polyurethan verwendet ist.

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