DE2555803C3

DE2555803C3 - Entwicklungsvorrichtung fur elektrostatische Ladungsbilder

Info

Publication number: DE2555803C3
Application number: DE2555803A
Authority: DE
Inventors: Delmer G. Rochester Parker; Joseph L. Henrietta Scaletta
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1975-02-24
Filing date: 1975-12-11
Publication date: 1979-10-31
Also published as: CA1070940A; FR2301851A1; US3996892A; SU917713A3; JPS51104835A; JPS5918706B2; DE2555803B2; NL7514878A; GB1526796A; DE2555803A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Entwicklungsvorrichtung für elektrostatische Ladungsbilder auf einem mit einer leitfälligen Rückseite versehenen Aufzeichnungsträger mit einer rotierenden Antragswalze, die mit einer Schicht eines aus Toner- und Trägerteilchen bestehenden Entwicklers an dem Aufzeichnungsträger entlangstreift und die auf ihrem Umfang gleichmäßig verteilt und gegeneinander isoliert zahlreiche axial sich erstreckende Leiterstreifen aufweist, und mit mehreren um den Walzenumfang mit Abstand zueinander feststehend angeordneten Schleifkontakten, die den unter ihnen durchlaufenden Leiterstreifen bestimmte Spannungen zur Erzeugung einer stationären Potentialverteilung mit festgelegten Spannungsgradienten am Walzenumfang zuführen.

In elektrostatographischen Apparaten werden üblicherweise aus mehreren Komponenten bestehende Entwickler verwendet, welche eine Mischung aus Tonerpartikeln und größeren, sogenannten Trägerpartikeln sind. Die Stoffe der Toner- und Trägerkomponenten (manchmal auch eine Trägerbeschichtung) sind so ausgewählt, daß sie in triboelektrischen Reihen einen Abstand voneinander haben, wodurch elektrische Ladungen von entgegengesetzten Polaritäten triboelektrisch auf Toner- und Trägerpartikeln aufgebracht werden. Darüber hinaus wird bei der Auswahl der triboelektrischen Ordnung der Werkstoffe in der Weise Beachtung geschenkt, daß die Polarität der den Tonerpartikeln normalerweise zugeführten Ladung der Polarität der latenten Bilder, die entwickelt werden sollen, entgegengerichtet ist. Im Betrieb wirken somit mehrere elektrostatische Kräfte auf die Tonerpartikel eines derartigen Entwicklers. So sind Kräfte vorhanden, die wenigstens die Tonerpartikel anfangs auf die Trägerpartikel ziehen. Außerdem werden die Tonerpartikel elektrostatisch von den Trägerpartikeln abgestreift, wenn sie in unmittelbare Nähe oder in Kontakt mit einer ein Latentes Bild tragenden Bildfläche gelangen.

Es wurde auch bereits daran gedacht, lokal erzeugte elektrostatische Felder mit Vorteil in elektrostatographischen Apparaten einzusetzen, um die Entwicklung, die Übertragung und den Reinigungsvorgang zu steuern oder wenigstens zu verbessern. Der Aufzeichnungsträger oder die Bildfläche eines derartigen Apparates ist nur eine elektrisch isolierende Schicht mit einer elektrisch leitfähigen Rückseite. Es kann so ein elektrostatisches Feld dadurch erzeugt werden, daß die Rückseite der Bildfläche auf dem einen Potential gehalten wird, während eine Elektrode, die sich auf einem anderen Potential befindet, in einem geeigneten Abstand vor der Bildfläche befindet. Feststehende Elektroden erhalten dann gelegentlich eine bestimmte Gestaltung, um besonders ausgebildete Felder zu er/ielen. So sind Entwicklersysteme bekannt, deren feststehende Elektrode aus mehreren, voneinander elektrisch isolierten Segmenten besteht, so daß die einzelnen Segmente der Elektrode gegenüber der Rückseite der Bildfläche unterschiedliche Vorspannungspotentiale haben können. Das dann vorhandene elektrostatische Feld kann somit auf verschiedene Funktionen zugeschnitten sein, wie etwa das Unterdrükken einer Tonerwolke oder die Verminderung der Hintergrundentwicklung. Rotierende Elektroden ließen jedoch bisher derartige Verfeinerungen nicht zu. Dies ist ein großer Nachteil, denn Elektroden dieser Art sind weit verbreitet, besonders bei Magnetbürsten-Entwicklcrsystcmcn.

Eine Entwicklungsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art ist durch die US-PS 38 65 080 bekannt (■worden. Bei dieser Entwicklungsvorrichtung ist es nicht möglich, eine allmähliche und glatte Änderung des Feldes in Längsrichtung der Entwicklungszone zu

"erzielen: es treten vielmehr sprunghafte Feldanderungen auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der sprunghafte Feldänderungen nicht auftretea

Diese Aufgabe wird bei einer Entwicklungsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art er^r:ndungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leiterstreifen außer in dem unter den Schleifkontakten gelegenen Walzenabschnitt mit einer homogenen, gleichmäßig dicken Beschichtung aus elektriscbr.ni Widerstandsmaterial überdeckt sind.

Zweckmäßige Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 8.

Die Erfindung wird vorzugsweise in einem Magnetbürsten-Entwicklungssysiem eingesetzt, um damit in der Entwicklerzone eines elektrostatographischen Apparaies ein im wesentlichen feststehendes elektrostatisches Feld zu schaffen, das über die Breite der Entwicklerzone praktisch gleiche Intensität, über die Län_fae jedoch ungleichförmige Intensität hat. Die Antragswalze eines derartigen Systems hat nicht nur eine feststehende Magneteinrichtung, die innerhalb einer nicht-magnetischen drehbaren Hülse gelagert ist, sondern hat darüber hinaus sich axial ausdehnende Leiter, die auf der Hülse sitzen, und feststehende, um die Hülse herum verteilte Kontakte. Die Hülse und die Leiter sind mit einem Widerstandsmaterial überzogen, das einen hineinreichend hohen Reibungswiderstand hat, so daß die Hülse in der Lage ist, Entwickler durch die Entwicklerzone zu transportieren. Dabei werden elektrische Felder in der Widerstandsschicht in der Weise aufgebaut, daß das elektrostatische Feld sich in Längsrichtung der Entwicklerzone ohne sprunghaften Übergang verändert.

In der F.ntwicklungszone wird ein örtliches, stationäres elektrostatisches Feld aufgebaut, welches quer zum Aufzeichnungsträger eine gleichmäßige Intensität und längs des Aufzeichnungsträgers eine vorbestimmte ungleichmäßige Intensität hat. Die im wesentlichen homogene, gleichmäßige Beschichtung der Leiterstrei- -to fen auf der Antragswalze ermöglicht eine allmähliche und glatte Änderung des Feldes längs der Entwicklungszone. Die glatte Änderung des Feldes ist deshalb möglich, weil die Beschichtung aus Widerstandsmaterial einen geringen Strom zieht, welcher für einen allmählichen Spannungsabfall entlang der Oberfläche der Antragswalze zwischen den Leiterstreifen sorgt.

Die Erfindung ist im folgenden in Verbindung mit der Zeichnung anhanJ von Ausführungsbeispielon näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen vereinfachten Querschnitt durch eine Magnetbürsten-Entwicklungsvorrichtung mit einer Antragswalze oder Auftragswalze gemäß der Erfindung;

Fi g. 2 eine perspektivische Ansicht der Auftragswalze, von deren Oberflächenbeschichtung zur besseren Verdeutlichung Teile weggebrochen sind;

F i g. 3 einen vergrößerten Schnitt durch den Mantel der Auftragswalze der F i g. 2 und

F i g. 4 perspektivisch eine auseinand^rgezogene Darstellung der Auftragswalze mit einem Widerstandszwischenring zum Verbinden der Kontakte mit den Leitern.

Der in Fig. 1 gezeigte Ausschnitt einer elektrostatographischen Maschine 11 zeigt deren Magnetbürsten-Entwicklersystem 12, mit dessen Hilfe auf der elektrisch b5 isolierenden Bildfläche Il ein darauf befindliches latentes, elektrostatisches Bild entwickelt wird, während die Bildfläche 13 durch die Ehtwicklerzone 14 läuft. Im vorliegenden Fall ist die Bildfläche 13t-ine photoleitfähige Schicht, die über eine elektrisch leitfähige Drehtrommel 15 gelegt st, welche ihrerseits auf einem bestimmten Potential, wie etwa Massepotential, gehalten wird. Mit anderen Worten, die Maschine 11 ist ein mehr oder weniger gewöhnlicher xerographischer Trommelkopierer.

Das Magnetbürstenentwicklersystem 12 weist in einem Gehäuse 16 wenigstens eine Auftragswalze 17 in der Entwicklerzone 14 auf. Die Auftragswalze 17 hat einen bestimmten geringen Abstand von der Bildfläche 13 und ist angetrieben, um Entwickler auf die durch die Entwicklerzone 14 laufende Bildfläche 13 zu fördern. Der Entwickler, der gewöhnlich eine Mischung aus triboelektrisch geladenem Toner und ferromagnetischen Trägerpartikeln ist, zirkuliert auf einem Weg von einem Reservoir 18 im unteren Bereich des Gehäuses 15 durch die Entwicklerzone 14 und wieder zurück zum Reservoir 18. Dabei wird notwendigerweise ein Teil des Entwicklers verbraucht, weshalb eine Tonerzufuhr 19 vorgesehen ist, die der Entwicklermischung von Zeit zu Zeit weiteren Toner hinzufügt, damit dessen Konzentration ausreichend bleibt.

Der Hauptzweck der Auftragswalze 17 besteht darin. Entwickler durch die Entwicklerzone zu transportieren, unter der Einwirkung eines magnetischen Feldes, das so gestaltet ist, daß der Entwickler sich borstenartig ausbildet und in dieser Form gegen die Bildfläche 13 gebracht wird. Diese Borsten oder Stacheln prägen sich nur in einem relativ schmalen Bereich, nachfolgend als Spaltbereich bezeichnet, mehr oder weniger um die Linie herum aus, bei welcher sich die Walze 17 der Bildfläche 13 am stärksten nähert. Die Auftragswalze 17 trägt jedoch magnetisch angezogenen Entwickler von einer Aufnahmestelle, die sich stromauf vom Spaltbereich befindet, bis zu einem Abgabepunkt, welcher stromab des Spaltbereiches liegt. IJm dies zu erreichen, weist die Auftragswalze 17 eine stationäre Permanentmagnetanordnung 21 auf, die innerhalb einer zylindrischen, unmagnetischen Hülse 22 angeordnet ist, während die Hülse selbst um eine Achse drehbar ist, die parallel zur Bildfläche 13 verläuft.

Bei der Betrachtung der F i g. 2 und 3 wird deutlich, daß die Auftragwalze 17 räumlich programmierbare, drehbare Elektroden aufweist, die in der Entwicklerzone 14 ein im wesentlichen stationäres, örtlich erzeugtes elektrostatisches Feld aufbauen können, das über die Breite der Bildfläche 13 praktisch gleichmäßige Intensität hat, jedoch nicht-gleichmäßige Stärke in Längsrichtung der Bildfläche 13 gesehen. Die zweite Elektrode, die für die Erzeugung des elektrostatischen Feldes benötigt wird, ist selbstverständlich die Trommel 15 (d.h. der elektrisch leitfähige Stützkörper der Bildfläche 13).

Auf der Hülse 22 befinden sich zahlreiche, axial verlaufende, längliche Leiter 24 mit regelmäßigem Abstand am Umfang verteilt, und es sind mehrere feststehende Gleitkontakte 25 vorgesehen, die mit den Leitern 24 an einzelnen, um die Drehachse der Hülse 22 verteilten Punkten mit den Leitern 24 in Verbindung stehen. Die Kontakte 25, oder wenigstens einige von ihnen, führen zu verschiedenen Vorspannungsanschlüssen (nicht gezeigt), so daß die den Leitern 24 zugeführten Spannungen abhängig von der Darstellung der hülse 22 unterschiedlich sind. Es ist auch möglich, die Kontakte 25 verschiebbar anzuordnen. Die Hülse 22 trägt die Leiter 24 auf einem isolierenden Kern 26 und ist vorzugsweise mit einem homogenen, gleichförmig

dicken Widerstandsmedium 27 beschichtet, das einen ausreichend hohen Reibungskoeffizienten hat, damit die Hülse 22 den Entwickler zu transportieren vermag. Eine Beschichtung von 0,025 bis etwa 0,6 mm Dicke aus leitfähigem Gummi, welches mit Ruß versetzt ist, um einen spezifischen Widerstand von 10⁷ — 10⁹Ohm · cm zu erzielen, ist nicht nur hinsichtlich ihres Reibungskoeffizienten, sondern auch insoweit zufriedenstellend, als sie einen Pfad für Ausgleichsströme darstellt, die für die Neutralisierung der Gesamtladung des Entwicklers fließen müssen, wenn die Tonerpartikel abgestreift sind.

Der isolierende Kern 26 der Hülse 22 kann aus einem mit Phenolharz versehenen, auf Papierbasis aufgebauten Rohr bestehen. Die Leiter 24 können dadurch gebildet sein, daß ein derartiges Rohr in üblicher Weise verkupfert und danach in einem üblichen Photoätzverfahren geätzt wird, während das Widerstandsmedium 27 durch Sprühbeschichtung aufgebracht werden kann. Im Betrieb ist natürlich jeder Leiter 24 zunächst einmal eine Äquipotentialfläche, doch ergibt sich infolge der Vorspannungen, die benachbarten Leitern eingeprägt werden, in den dazwischenliegenden Bereichen des Widerstandsmediums 27 ein Spannungsabfall. Folglich muß der Abstand zwischen benachbarten Leitern 24 so gewählt werden, daß kein Durchschlag oder keine zerstörend hohe lokale Erwärmung im Widerstandsmedium 27 unter den ungünstigen Bedingungen auftreten kann, die durch den größten Spannungsunterschied, der zwischen benachbarten Leitern 24 auftreten kann, bestimmt ist.

Ein Bereich aller Leiter 24 ist nicht mit Widerstandsmaterial beschichtet, so daß an dieser Stelle die Kontakte 25 angreifen können. Am besten läßt dies die F i g. 2 erkennen, in der die Kontakte 25 unmittelbar auf der Oberfläche der von Beschichtung freien Abschnitte der Leiter 24 aufliegen können. Für diesen Fall hat jeder Kontakt 25 eine Auflagebreite, die größer ist als der Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Leitern 24. so daß stets mit wenigstens einem Leiter Verbindung besteht. Bei einer anderen Ausführungsform, die in der F i g. 4 dargestellt ist, können die Kontakte 25 auf einem ringförmigen Widerstandselement 28 gleiten, das einerseits auf die beschichtungsfreien Abschnitte der Leiter 24 aufgesetzt ist und zusammen mit der Hülse 22 rotiert. Das ringförmige Element 28 sollte im wesentlichen homogen sein und einen verhältnismäßig niedrigen Widerstandswert haben, so daß die den Leitern 24 zugeführten Vospannungen praktisch unabhängig von der Beschichtung 27 sind.

Es läßt sich einsehen, daß die Anordnung der Kontakte 25 und die über diese Kontakte zugefühnen Spannungen in weitem Maße die Feldverteilung des elektrostatischen Feldes in Längsrichtung der Bildfläche 13 bestimmen. Wenn angenommen wird, daß die latenten Bilder die Bildfläche 13 in Bild- und Hintergrundzonen aufteilen mit Potentialen von etwa 800 und 200 V, dann können unterschiedlich hohe Vorspannungen an den Leitern 24 für den Bereich vor dem Spalt, im Spalt und hinter dem Spalt wünschenswert sein. Speziell die Leiter im Spaltbereich selber sollten stets mit 250 bis 300 V vorgespannt sein, so daß eine Hintergrundentwicklung nicht stattfindet, ohne daß dabei die Entwicklung des Inhaltes des latenten Bildes merkbar beeinflußt wird. Die vor dem eigentlichen Spaltbereich befindlichen Leiter sollten auf eine Spannung von 100 V vorgespannt werden, wodurch der Toner von der Hülse 22 weggedrückt wird, so daß damit dem Bestreben des Toners, einwärts zu wandern, entgegengewirkt wird, was manchmal für sogenannte Randbereichsentwicklungsfehler verantwortlich ist. Die im Bereich nach dem Spalt umlaufenden Leiter können auf eine Spannung von etwa 1000 V vorgespannt werden wodurch Tonerpartikel zur Hülse 22 hingezogen werden, so daß auf diese Weise die durchaus unerwünschte Emission einer Toner- oder Pulverwolke vermieden wird. Es versteht sich, daß die Vorspannungen, die den Leitern 24 aufgedrückt werden, sich nicht sprunghaft von Bereich zu Bereich ändern. Vielmehr geht diese Änderung und damit auch der Übergang der sich daraus ergebenden Felder allmählich vor sich, da durch das Widerstandsmedium 27 ein Spannungsgradient erzeugt wird. Darüber hinaus sind zwar die den einzelnen Leitern 24 zugeführten Vorspannungen mehr oder weniger räumlich fest, doch ändern sich die Spannungen der Leiter in Abhängigkeit von dem Umlauf der Hülse 22.

Aus der vorangehenden Beschreibung geht hervor, daß mit der Erfindung eine räumlich programmierbare Elektrodenwalze geschaffen wird. Diese Walze wird mit Vorteil als Auftragwalze für ein Magnetbürsten-Entwicklersystem verwendet, ist auf dieses Anwendungsgebiet jedoch nicht begrenzt. Beispielsweise können die Grundgedanken dieser Erfindung auch bei Rollenübertragungssystemen eingesetzt werden, die manchmal ir elektrostatographischen Maschinen verwendet werden.

Das dargestellte Entwicklersystem ist ein sogenanntes mitlaufendes System, bei dem also die Trommel 15 und die Auftragswalze 17 in entgegengesetzter Richtungen umlaufen. Selbstverständlich kann die Erfindung auch bei einem gegenlaufenden Systerr eingesetzt werden, bei welchem die Umfangsflächen irr Späh sich in entgegengesetzter Richtung bewegen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Entwicklungsvorrichtung für elektrostatische Ladungsbilder auf einem mit einer leitfähigen Rückseite versehenen Aufzeichnungsträger mit einer rotierenden Antragswalze, die mit einer Schicht eines aus Toner- und Trägerteilchen bestehenden Entwicklers an dem Aufzeichnungsträger entlangstreift und die auf ihrem Umfang gleichmäßig verteilt und gegeneinander isoliert zahlreiche axial sich erstreckende Leiterstreifen aufweist, und mit mehreren um den Walzenumfang mit Abstand zueinander feststehend angeordneten Schleifkontakten, die den unteren ihnen durchlaufenden Leiterstreifen bestimmte Spannungen zur Erzeugung einer stationären Potentialverteilung mit festgelegten Spannungsgradienten am Walzenumfang zuführen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterstreifen (24) außer in dem unter den Schleifkontakten (25) gelegenen Walzenabschnitt mit einer homogenen, gleichmäßig dicken Beschichtung (27) aus elektrischen Widerstandsmaterial überdeckt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifkontakte (25) breiter sind als der isolierende Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Leiterstreifen (24).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterstreifen (24) in dem unter den Schleifkontakten (25) gelegenen Walzenabschnitt ^w mit einer homogenen Schicht (28) aus Widerstandsmaterial überdeckt ist, auf der die Schleifkontakte (25) gleiten und deren Widerstand wesentlich niedriger ist als der der anderen Beschichtung (27).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antragswalze (22) eine aus einer um eine Magnetanordnung (21) rotierenden nichtmagnetischen Hülse bestehende Magnetbürstenwalze darstellt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial der Beschichtung (27) leitfähiger Gummi ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß im unmittelbaren Spaltbereich zwischen der Antragswalzc (22) und dem Aufzeichnungsträger (13) der Walzenumfang ein Potential aufweist, das zwischen dem Potential der Bildbereiche und dem der Bilduntergrundbereiche des Ladungsbildes liegt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—6, ⁵ⁿ dadurch gekennzeichnet, daß die den Leiterstreifen (24) im Bereich stromabwärts hinter dem Spaltbereich zugeführten Spannungen höher sind als das Potential der Bildbereiche.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die den Leiterstreifen (24) im Bereich stromaufwärts vor dem Spaltbereich zugeführten Spannungen niedriger als das Potential der Bilduntergrundbereiche sind.

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