DE2460782B2 - Magnetbuerstenwalze fuer eine elektrophotographische entwicklungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetbürstenwalze in einer Entwicklungsvorrichtung eines elektrophotographischen Gerätes, bei der eine Magnetanordnung von einem drehbaren, rollenförmigen, hohlen und nichtmagnetischen Zylinder mit rauher und elektrisch leitender Oberfläche umgeben 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 triboelektrii>chc Aufladung des Toners und des Trägers auf entgegengesetzte Polaritäten ei zeugt. 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.

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 auseinanderstehen 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

to 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. eine Rolle enthält, die drehbar um eine fest angeordnete Magnetfelderzeugungseinrichtung angeordnet ist. Dieser Rolle wird magnetisches Entwiddermaterial 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 dio Oberflächengestaltung einer Magnetbürstenrolle ist zum Transport des magnetischen Entwicklers zu einer das elektrostatische latente Bild tragenden Fläche in der US-PS 3040 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 Schmirgelwirkung des Entwicklermaterials wieder ihre Rauheit verloren hat.

In der US-PS 32 19 014 ist vorgeschlagen worden, die Magnetbüritenrolle mit elektrisch leitendem Material zu versehen und ihre Oberfläche durch Sandblasen gleichförmig aufzurauhen. Das Sandblasen macht die Oberfläche jedoch nicht rauh genug. Weiterhin verursacht der Abrieb sandgeblasener Obeiflächenteile, 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 32 46 629 bekannt, auf die Rolle eine Schicht von unregelmäßig geformten Teilchen aufzukleben. Als Klebstoff kann dabei unter anderem Acrylester-Polymer verwendet werden. Dies bringt eine zufällig aufgerauhte Oberfläche mit sich, die jedoch keinerlei elastische Eigenschaften aufweist.

Beim Zuführen des Entwicklermaterials zu dem elektrostatischen 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 beweg· wird, muß die Oberfläche der Magnetbürstenrolle rauh genug sein, um zumindest eine Art Haftfläche abzugeben.

Obwohl die aus der US-PS 32 46 629 bekannte Magnetbürstenrolle eine aufgerauhte Oberfläche besitzt, weist sie nicht die notwendigen Eigenschaften der Abriebfestigkeit und des Federns bzw. der Elastizität auf. Die Oberfläche dieser bekannten Magnetbürsten-

rolle verursacht durch ihre Schleifwirkung eine Abnutzung der Trägerpartikel des Entwichlermaterials, insbesondere in dem geringen Zwl^henraumbereich zwischen der Magnetbürstenrolle und der photoleitfähigen Schicht, da die schmirgelnde Oberfläche die S Trägerpartikel gegeneinander reibt 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 Magnetbürstenroi- to le und dem Photoieiter vorhanden sind und 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, bei einer Magnetbürstenwalze der eingangs genannten Art die schmirgelnde Wirkung der Trägerpartikel des Entwicklermaterials auf die beteiligten Geräteteile und den gegenseitigen Abrieb der Trägerpartikel untereinander zu verringern und weiterhin sicherzustellen, daß genügend Entwicklermatcf ial transportiert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zylinder eine auf einem starren Kern aufgebrachte elastische Oberflächenschicht aus abriebfestem und nicht schleifend wirkendem polymeren Material aufweist. Als elastisches polymeres Material wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform Polyurethan verwendet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt

In vorteilhafter Weise wird durch die erfindungsgemäß gestaltete Magnetbürstenwalze mit der elastischen, abriebfesten und nicht abreibenden, d. h. nicht schmirgelnd auf die Trägerpartikel wirkenden Oberflächenschicht erreicht, daß die Lebensdauer der Trägerpartikel durch die Reduzierung des Abriebs wesentlich verlängert wird. Der Abrieb der Trägerpartikel wird nicht nur durch die nicht schmirgelnden Oberflächeneigenschaften der Magnetbürstenwalze selbst verhindert, sondern auch durch die elastischen Eigenschaften des Materials, weil dadurch vermieden wi;d, daß die Trägerpartikel im Spalt zwischen Magnetbürstenwalze und Photoleiterschicht, wo sie üblicherweise die größte gegenseitige Reibung ertragen müssen, gegeneinander und gegen die Magnetbürstenwalze selbst abgerieben werden.

Obwohl die Oberfläche der erfindungsgemäß gestalteten Magnetbürstenwalze 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 in einer weiteren Ausgestaltung elektrisch leitend ausgeführt.

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

F i g. 1 schematisch einen Teilausschnitt aus einem elektrophotographisch arbeitenden Gerät, in dem die erfindungsgemäß gestaltete Magnetbürste eingebaut

Fig.2 perspektivisch eine T?ilansicht einer Ausführungsmöglichkeit gemäß vorliegender Erfindung und

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

F i g. 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

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 Sumpftei! 14 zugeführt Der neu zugeführte Toner wird im Sumpfteil 14 der Entwicklungsstation 15 durch zwei sich im Gegensinn drehende Mischer 17 und 18 gemischt ebenso wie der von der Magnetbürste zurückfließende Teil des Entwicklermaterials, um eine vollständige Mischung zu erzielen und um die notwendige triboelektrische Aufladung des Entwicklermaterials durch diese ständige Bewegung zu bewirken.

Entwicklermaterial wird aus dem Sumpfteil 14 einer Transportvorrichtung 19 durch eine Bernessungsvorrichtung 20 zugeführt Die Transportvorrichtung 19 weist eine Transportrolle 21 auf, die unterhalb einer Magnetbürstenrolle 22 angeordnet ist.

Die Transportrolle 21 wird mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als es der Drehgeschwindigkeit der Magnetbürstenrolle 22 entspricht angetrieben, um dadurch eine Oberflächengeschwindigkeit der Transportrolle 21 zu erzielen, die nicht größer als die Oberflächengeschwindigkeit der Magnetbürste 22 ist. Die Transportrolle 21 wird im Uhrzeigersinn gedreht, während die Magnetbürstenrolle 22 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. Die Transportrolle 21 umgibt 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 Magnetbürsten rolle 22 vorgesehen sind.

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

An einer Platte 27 ist eine Welle 28 angeordnet, um diese über einen Kettenantrieb anzutreiben. Die Transportrolle 21 der Entwicklermaterialzuführvorrichtung 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 (vgl. F i g. 1) getragen, wobei die Magnete 25 von dieser festen Welle 30 getragen werden.

Der Kern 26 der Magnetbürstenrolle 22 hat eine Umhüllung 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 regelmäßig oder unregelmäßig 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 elektrische 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 beispielsweise eine Schicht aus Polytetrafluorethylen als Schicht aufgebracht, die die spätere Ablösung der aufzubringenden Umhüllung erleichtert.

Die Form wird dann durch zwölfmaliges Eintauchen in eine leitende Polyurethanlösung beschichtet, wobei die Form bei jeder Eintauchung um 180° gedreht wird. Die leitende Polyurethanlösung ist hergestellt aus 100 Gewichtsteilen Urethanlackharz, 8,3 Gewichtsprozent leitendem Ruß, 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 3t nach außen wird die Umhüllung auf den Kern 26 aufgebracht, der vorher mit einem geeigneten Klebemittel versehen worden ist, und vollständig getrocknet Zum Aufbringen der Umhüllung

31 auf den Kern 26 wird die Umhüllung mittels Luft ausgeweitet Nach Anbringung der Umhüllung 31 auf dem Kern 26 wird sie für etwa eine Stunde bei ca. 150° C ausgehärtet

Untersuchungen haben gezeigt daß die Zugfestigkeit der Umhüllung 31 ca. 280 kg/an² beträgt mit einer absoluten Auslängung von mehr als 800%. Die Reißfestigkeit der Umhüllung 31 beträgt etwa 60 kg/cm Dicke. Die Härte der Umhüllung beträgt 65 auf der Shore-Α Härteskala. Der spezifische Widerstand beträgt 10⁴ Ohm · cm- SS

Auf Grund dieser Herstellungsart besitzt die Oberfläche der MagnetburstenroUe eine rauhe oder texturierte, nichtschmirgelnde und abtriebsfeste 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 MagnsnroUe 22 EntwkklermateriaJ zu der photolehfäbigen Trommel 11 transportiert, läuft sie unter einer Abstreifvorrichtung

32 hindurch. Durch diese Abstreifvorrichtung 32 wird die Dicke des Entwicklermaterials auf der Oberfläche der Magnetbürstenrone 22 vor der Kontaktierung mit der photoleitfähigen Trommel 11 begrenzt Die Magnetbürstenentwicklerstation 15 ist durch eim aus Fasermaterial gebildete Abdichtung 33 gegenübe der Umgebung abgedichtet, um zu vermeiden, daß eim Tonerwolke aus der Entwicklungsstation 15 heraustritt.

Nachdem die Magnetbürstenrolle 22 das Entwickler material an der photoleitfähigen Trommel vorbeitrans portiert hat, wird dieses von der Rolle 22 dor freigegeben, wo der letzte der Magneten 25 nicht meh wirksam ist. Dieses Entwicklermaterial kehrt dann zun Sumpfteil 14 der Entwicklungsstation 15 zurück.

An der Entwicklungsstation ist ein blattförmige Abstreifer 34 aus leitend beschichtetem Mylar ange bracht, und zwar sehr nahe der Oberfläche der Tromme 11, um überschüssigen Toner und Trägermaterial an Austreten aus der Entwicklungsstation 15 zu hindern Eine ähnliche Dichtung und Abstreifvorrichtung 35 is im weiteren Transportweg noch vorgesehen und dien dem gleichen Zweck.

In Fig.3 ist eine weitere Ausgestaltungsmöglichkei der erfindungsgemäßen Magnetbürstenrolle 22 vorge sehen, die anstelle einer Umhüllung 31 aus einei homogenen mit Kohle durchsetzten Polyurethanschichi eine andere Beschichtung aufweist. Der Kern 26 ist mii einer Schicht 38 aus Polyurethan ohne Ruß- bzw Kohleeinlagerungen beschichtet, so daß die Schicht 3f nichtleitend ist. Dann wird eine Schicht 39 au« Polyurethan mit Kohleeinlagerung auf die Schicht 38 beispielsweise durch Auftragen oder Aufspritzer aufgebracht. Die Dicke der Schicht 39 braucht nur ca 0,0025 cm stark zu sein. Dadurch ist diese Magnetbür stenrolle 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. Bcvorzugterweise hai 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 Eigenschaften dadurch verliert, nämlich federnd, nicht schmirgelnd und abriebfest zu sein. Auf diese Weise kann jeder geeignete synthetische Gummi mit den Eigenschaften des Fedems, der nichtschmir- gelnden und abriebfesten Oberfläche beispielsweise benutzt werden. Dieser Gummi kann durch Eintauchbe- schichtung auf einen texturierten Kern aus nichtmagneüschem Material hergestellt werden, um die gewünschte Rauheit zu erhaltea Die Rauhigkeit des Materials kann in bestimmten Grenzen schwanken, es wird jedoch bevorzugt, das sie nicht größer ist als es eine Form bringt, die sogenanntes 50iger Sandpapier herzustellen gestattet Die Rauhigkeit sollte vorzugsweise nicht geringer als die des 90iger Sandpapiers sein.

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

Auf vorteilhafte Weise wird mit der erlindungsgemäli gestalteten Magnelbürstenwalze der Verschleiß des Trägermaterials und anderer Maschinenkomponenten wesentlich herabgesetzt und somit die Lebensdauer dieser Komponenten entscheidend erhöhl.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Magnetbürstenwalze in einer Entwicklungsvorrichtung eines eiektrophotographischen Gerätes, bei der eine Magnetanordnung von einem drehbaren, rollenförmigen, hohlen und nichtmagnetischen Zylinder mit rauher und elektrisch leitender Oberfläche umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (22) eine auf einem starren Kern (26) aufgebrachte elastische Oberflächenschicht (31, 38, 39) aus abtriebfestem und nicht schleifend wirkendem polymeren Material aufweist

2. Magnetbürsten walze nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte elastische polymere Oberflächenschicht elektrisch leitend ausgestaltet ist

3. Magnetbürstcnwalze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die polymere Oberflächenschicht einlagig und homogen ist

4. Magnetbürstenwalze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht {31, 38, 39) aus dem elastischen polymeren Material zumindest ca. 0,025 cm dick ist

5. Magnetbürstenwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Oberflächenschicht aus einer ersten homogenen Lage (38) auf dem Kern (26) und einer zweiten darauf angebrachten, elektrisch leitenden Lage (39) aus gleichartigem Material aufgebaut ist.

6. Magnetbürsten walze nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte des elastischen polymeren Materials nicht größer als 95 auf dei Shore Α-Härteskala ist.

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