DE2613887A1

DE2613887A1 - Mischvorrichtung zum durchmischen fliessfaehiger materialien, sowie elektrostatisches bearbeitungsgeraet mit einer solchen mischvorrichtung

Info

Publication number: DE2613887A1
Application number: DE19762613887
Authority: DE
Inventors: Stewart William Volkers
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1975-04-28
Filing date: 1976-03-31
Publication date: 1976-11-11
Also published as: NL7604438A; JPS51131633A; FR2309273B3; US3995590A; FR2309273A1; CA1071854A; GB1498310A

Description

PATENTANWÄLTE A. GRUNECKER

DIPL.-INQ.

H. KINKELDEY

DR₁-INQ.

2613887 W. STOCKMAlR

DR.-INQ. · AeE (CALTECH)

K. SCHUMANN

DR. RER. NAT. · DIPL.-PHYS.

P. H. JAKOB

DIPL.-INQ.

G. BEZOLD

DR. RER. NAT. · DIPL.-CHEM.

MÜNCHEN

E. K. WEIL

DR. R = R. OEC. INO.

LINDAU

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

31. März 1976

P 9957 D/74033

XEROX CORPORATION

Xerox Square, Rochester, New York 14644, USA

Mischvorrichtung zum Durchmischen fließfähiger Materialien, sowie elektrostatisches Bearbeitungsgerät mit einer solchen Mischvorrichtung·

Die Erfindung "betrifft eine Mischvorrichtung zum Mischen eines Gemisches aus fließfähigen Materialien, das einen "bestimmten Schuttwinkel hat} weiter betrifft die Erfindung ein kontinuierlich arbeitendes elektrostatisches Gerät, das ein Entwicklungssystem zum Entwickeln latenter elektrostatischer Bilder im Vorbeilauf hat, während sich eine lichtempfindliche Fläche, die diese Bilder trägt, durch eine Entwicklungszone bewegt, wobei das Entwicklungssystem eine Einrichtung zum Umwälzen eines Entwicklers besitzt, der einen bestimmten Schüttwinkel hat und triboelektrisch geladene Träger und Tonerpartikel enthält, auf einem vorgegebenen Weg aus einem Sumpf durch die

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Entwicklungszone und dann zurück zum. Sumpf.

Die Mischvorrichtung soll bevorzugt dazu dienen, Träger und Tonerpartikel in solchen Entwicklungssystemen zu durchmischen.

In einem herkömmlichen elektrostatischen Kopierprozeß von der Art, wie er in der US-PS 2 297 691 als Elektrophotographie "beschrieben ist, wird ein gleichmäßig aufgeladener Photorezeptor in Bildkonfiguration selektiv entladen, so daß ein latentes elektrostatisches Bild entsteht, das dann durch Aufbringen eines feinkörnigen elektroskopischen Markierungsmaterials aus Kunststoff, das Toner genannt wird, entwickelt wird. Dieser Prozeß erfreut sich eines hervorragenden kommerziellen Erfolges, insbesondere in kontinuierlichen Kopiergeräten und Vervielfältigungsgeräten (nachstehend kollektiv als Bearbeitungsgeräte bezeichnet), bei denen der Toner im Vorbeilauf auf das latente Bild aufgebracht wird, während sich der Photoleiter durch eine Entwicklungaζone bewegt. Dessen ungeachtet werden immer noch beträchtliche Anstrengungen und Aufgaben dem Ziel gewidmet, die verschiedenen Aspekte des Prozesses, einschließlich des Entwicklungsvorganges, zu vervollkommnen.

Im allgemeinen wird der Toner aus einem Sumpf zu der Entwicklungszone in triboelektrischer Kombination mit einem verhältnismäßig groben körnigen Trägermaterial, beispielsweise Glas-, Sand- oder Ferritkügelchen, transportiert. Dieses Gemisch wird gemeinhin als Entwickler bezeichnet. Während des Entwicklungsprozesses werden die Tonerpartikel elektrostatisch von den Trägerteilchen abgestreift, wodurch ein Rückstand an teilweise entblößtem Träger verbleibt.

In kontinuierlichen Bearbeitungsgeräten wird der "teilweise entblößte Träger zum Sumpf zurückgeleitet, um wieder in Umlauf gebracht zu werden, und frischer Toner wird ihm von Zeit zu Zeit manuell oder automatisch beigegeben, um die Tone rkonzentration des Entwicklers auf einem geeignet hohen

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Stand zu halten. Im Idealfall wird natürlich, der zusätzliche frische ioner sehr rasch mit dem umgewälzten Entwickler vermischt und in die geeignete triboelektrische Beziehung mit dem Träger gebracht. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß dies nur schwer zu erreichen ist.

Die Erfindung will daher eine möglichst effiziente Mischvorrichtung zur Verwendung in kontinuierlichen elektrostatischen Bearbeitungsgeräten, um frischen Toner rasch mit umgewälztem Entwickler zu vermischen, schaffen. Die Mischvorrichtung soll nicht nur dieses leisten, sondern auch' effektiv die Nutzdauer des Entwicklers erhöhen. In umfassenderem Sinn ist die Erfindung darauf gerichtet, eine effiziente Mischvorrichtung zu schaffen, die Rohmaterialien, welche von einer oder mehreren Stellen zufließen, in Empfang nimmt und diese Materialien in durchmischter Porm an einer anderen Stelle ausliefert. Die Mischvorrichtung dieses Typs soll in der lage sein, mehr oder weniger stetige Flüsse von Rohmaterialien bzw. gemischten Materialien in Empfang, zu nehmen und weiterzuführen.

Außerdem soll die Mischvorrichtung preisgünstig und betriebssicher sein.

Um dies zu erreichen, sind die kontinuierlich bzw. diskontinuierlich arbeitenden Mischvorrichtungen gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß sie eine rotierende Kammer haben, durch deren Umfang sich in radialer Richtung angewinkelte Durchlässe erstrecken. Die Komponenten eines Gemisches (z.B. die Träger- und Tonerpartikel eines Entwicklers für elektrostatische Bearbeitungsgeräte) werden in ungemischter bzw. gemischter Porm durch die Durchlässe in die Kammer und aus der Kammer geleitet. Die Durchlässe sind offen, aber das Gemisch ist bestrebt, wenigstens zeitweise in der Kammer zu verweilen, und wird daher einer Durchwirbelung unterworfen, weil der radiale Anstellwinkel der Durchlässe größer ist als der Schutt- bzw, Reibungswinkel des Entwicklers.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Torteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:

Fig.1 eine fragmentarische Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines elektrostatischen Bearbeitungsgerätes mit einem Entwicklungssystem, das eine erfindungsgemäSe, kontinuierlich arbeitende Mischvorrichtung enthält;

Fig.2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht der in Fig.1 gezeigten Mischvorrichtung?

]?ig.3 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen, diskontinuierlich arbeitenden Mischvorrichtung.

In ]?ig.1 ist ein kontinuierlich arbeitendes elektrostatisches Kopiergerät 11 wenigstens in seinem wichtigen Teil dargestellt, das ein magnetisches Bürstenentwicklungssystem 12 sum Entwickeln latenter elektrostatischer Bilder, die auf einer lichtempfindlichen Fläche 13 eines flexiblen Bandes 14 mitgeführt werden, im Vorbeigang hat, d.h., während das Band 14 durch eine Entwicklung sz one 15 läuft.

Hierzu weist das Entwicklungssystem 12 ein Gehäuse 16 auf, das zur lichtempfindlichen Fläche 13 hin offen ist, um die Entwicklungszone 15 zu bilden, sowie mehrere stationäre Dauermagneten 21 bis 25, die jeweils in einer eigenen, nicht magnetischen, hülsenartigen Rolle 26 bis 30 gehaltert sind. Die Rollen 26 bis 30 sind in dem Gehäuse 16 für eine Drehung um praktisch parallele Achsen in Abständen entlang der Entwicklungszone 15 gelagert und ihre Oberflächen sind von der lichtempfindlichen Fläche 13 um schmale Spalte abgerückt. Es ist eine Entwicklung des vollen Feldes gewährleistet, da sich alle Magnete 21 bis 25 und alle Rollen 26 bis 30 quer über die volle Breite der Entwicklungszone 15 erstrecken»

Im Betrieb wandert der Entwickler (d.h. Tonerpartikel, die triboelektrisch an Ferrit-Trägerpartikeln haften) in einem

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mehr oder weniger stetigen Strom aus einem Sumpf 31 in den oberen Bereich des Gehäuses 16 durch die Entwicklungszone 15 nach often und dann zurück zum Sumpf 31 · Zu diesem Zweck ist Vorsorge getroffen, um die Rollen 26 bis 30 in einem solchen Sinn (in der Darstellung im Uhrzeigersinn) zu drehen, daß sie den Entwickler durch die Spalte zwischen den Rollen 26 bis 30 vtnä der lichtempfindlichen Fläche 13 "vorwärtsbewegan. Oer 3ntwiekler baut sich in diesen Spalten unter dem Einfluß des von den Magneten 21 bis 25 gelieferten zusammengesetzten Magnetfeldes auf, wodurch borstenartige Säulen oder Streifen von Entwickler sich formen, die an der lichtempfindlichen Fläche 13 entlangbürsten. Wenn gerade ein latentes Bild vorhanden ist, werden Tonerpartikel elektrostatisch von den Trägerpartikeln des aufgebauten Entwicklers abgestreift und auf die lichtempfindliche Fläche 13 übertragen, um das Bild zu entwickeln.

Im einzelnen ist, wie aus der Zeichnung ersichtlich, ein langgestrecktes Schaufelrad 32 vorgesehen, das sich dreht (in der Darstellung im Uhrzeigersinn), um Entwickler aus dem Sumpf 31 zu einem Aufnahmebereich 33 zu transportieren, der sich unmittelbar unter der Entwicklungszone 15 befindet. Wie leicht einzusehen, rührt das Schaufelrad 32 den Entwickler durch, wobei die triboelektrische Anziehung zwischen den Träger- und Tonerpartikeln vergrößert wird. Der in den Aufnahmebereich 33 eintretende Entwickler wird auf der untersten Rolle 26 magnetisch mitgenommen und dann der Reihe nach von den anderen Rollen 27 bis 30, so daß er nacheinander durch die Spalte zwischen den Rollen 26 bis 30 und der lichtempfindlichen Fläche 13 transportiert wird. Am oberen Ende der Entwicklungszone 15 entweicht der Entwickler aus dem Magnetfeld der Magnete 21 bis 25» während er über das Oberende der obersten Rolle 30 wandert. Dann fällt der Entwickler auf eine schräge Gleitfläche 34, die ihn durch eine Tonernachfüllstation 35 und dann zu einer Mischvorrichtung 36 lenkt. Von hier fällt der Entwickler zurück in den Sumpf 31·

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Über der Tonernachfüllstation 35 ist typischerweise ein mehr oder weniger üblicher Tonerspender 37 angebracht, so daß von Zeit zu Zeit frischer Toner dem umlaufenden Entwickler zugefügt werden kann, um die Tonerkonzentration auf einer geeigneten Höhe zu halten. In dem vorliegenden Beispiel ist außerdem zwischen der Mischvorrichtung 3£ und dem Sumpf 31 sin Sieb 38 vorgesehen, um Klumpen und andere angesammelte Premdstoffe aus dem Entwickler zu entfernen.

Gemäß der Erfindung weist die Mischvorrichtung 36 eine rotierende Kammer 41 auf, die dazu dient, den Entwickler auf seinem Weg von der Tonernachfüllstation 35 zum Sumpf 31 leicht durchzuwirbeln. Bei diesem Durchwirbeln oder Schleudern wird nicht nur frischer Toner in die Hauptmasse des Entwicklers eingemischt, sondern auch die richtige triboelektrische Aufladung der Träger- und Tonerpartikel gefördert·

Zur Ausübung der Erfindung ist die Kammer 41 mit ihrer Rotationsachse annähernd parallel zum Weg des Entwicklers beim Verlassen der Tonernachfüllstation 35 angeordnet. Außerdem ist der Umfang der Kammer 41 derart geformt, daß mehrere in Achsrichtung langgestreckte, in radialer Richtung angewinkelte rinnenartige Durchlässe 42 bis 44 gebildet sind, die dazu dienen, den Entwickler in die Kammer 41 und aus der Kammer 41 zu leiten· Wichtig ist, daß der Entwickler bestrebt ist, zeitweise in der Kammer 41 zu verweilen, weil die kleinste radiale Anwinkelung jedes Durchlasses 42 bis 44 (d.h. das Supplement des größten Sichtwinkels, den der Durchlaß mit einem von der Rotationsachse der Kammer 41 zum inneren Ende des Durchlasses verlaufenden Radius einschließt) so gewählt ist, daß sie den Schüttwinkel des Entwicklers übersteigt· In der Praxis bedeutet dies, daß jeder Durchlaß 42 bis 44 um wenigstens etwa 25 bis 40° radialwärts schräg gestellt ist, je nach der Zusammensetzung des Entwicklers und der normalen Betriebsbedingung für den Entwickler· Es ist jedoch festzustellen, daß auch noch eine größere radiale Anwinkelung zulässig und

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in der Tat gewöhnlich zweckmäßig ist, da die durchschnittliche Verweildauer des Entwicklers in der Kammer 41 als direkte Punktion jeder zusätzlichen Anwinkelung zunimmt.

Die Mischvorrichtung 36 verträgt sich offensichtlich mit einem mehr oder weniger kontinuierlichen 71u3 des Entwicklers von der Tonernachfüllstation 35 zum Sumpf 31· Hierzu weist sie, wie am besten aus Pig.2 ersichtlich, mehrere im wesentlichen V-förmige Rippen 45 "bis 47 auf, die zwischen zwei Endplatten 48, von denen nur eine sichtbar ist, in regelmäßigen Winkelabständen um eine Antriebswelle 49 ausgespannt sind. Die Antriebswelle 49 ist mit den Endplatten 48 verstiftet oder sonstwie fest verbunden und wird im Betrieb der Vorrichtung angetrieben, um die Kammer 41 in einer bestimmten Richtung zu drehen (d.h. in der Darstellung der Pig.1 entgegen dem Uhrzeigersinn) · Die Endplatten 48 sind auf ihrem Umfang mit zusammenpassenden Stufen zum Abstützen der Rippen 45 bis 47 in sich überlappender Lage versehen. Das heißt, jede Rippe 45 bis 47 hat einen Arm, der zwischen den Endplatten 48 verankert ist, und einen zweiten Arm, der sich entgegen der Drehrichtung in einer überlappenden Lage mit dem verankerten, vorderen Arm der benachbarten Rippe erstreckt, wodurch die rinnenartigen Durchlässe 42 bis 44 abgegrenzt sind.

Wie ein Blick auf Pig.1 zeigt, ist die Mischvorrichtung 36 an dem Gehäuse 16 mit Hilfe eines Befestigungsarmes 51 montiert. Die Achse der Antriebswelle 49, d.h. die Rotationsachse der Kammer 41, ist im wesentlichen parallel zu, aber ein wenig nach hinten versetzt von dem Weg, den der Entwickler nach dem Verlassen der Tonernachfüllstation 35 nimmt, so daß ein glatter Strom von Entwickler in die Kammer 41 stattfindet, während die Durchlässe 42 bis 44 nacheinander den Strömungsweg kreuzen. Pig.3 zeigt ein Beispiel, wie das Prinzip der Erfindung auch auf diskontinuierlich arbeitende Mischvorriehtungen anwendbar ist. In dieser Pig. sind zwei in Achsrichtung langgestreckte, gekrümmte Teile 62 und 63 gezeigt, die in einer rotierenden

Kammer 61 exzentrisch und einander überlappend montiert sind. Bei der Ausübung der Erfindung gemäß diesem Beispiel sind die Verschiebung zwischen den Mittelpunkten der gekrümmten Teile 62 und 63 und das Ausmaß der Überlappung zwischen diesen Teilen -so gewählt, daß die Schwerkraft und andere Kräfte, die auf da3 Material einwirken, die Mischvorrichtung bei Drehung der Kammer 61 in der einen Richtung (in der Darstellung im Uhrzeigersinn) im Ladebetrieb und bei Drehung der Kammer 61 in der Gegenrichtung (entgegen dem Uhrzeigersinn) im Entladebetrieb arbeiten lassen. In anderen Worten, der radiale Anstellwinkel der Durchlässe zwischen den gekrümmten Teilen und 63 ist derart gewählt, daß er größer ist als der Schüttwinkel des Entwicklers oder des anderen zu mischenden Materials, wenn er mit rotierender Kammer 61 im Ladebetrieb, d.h. im Uhrzeigersinn, gemessen wird, aber nicht, wenn er bei Drehung der Kammer 61 entgegen dem Uhrzeigersinn gemessen wird.

Wie aus vorstehender Beschreibung deutlich wird, liefert die Erfindung verhältnismäßig einfache und zuverlässige, kontinuierlich und diskontinuierlich arbeitende Mischvorrichtungen zum Durchmischen von Gemischen fließfähiger Materialien. Die kontinuierlich arbeitende Mischvorrichtung gemäß der Erfindung ist besonders vorteilhaft in dem Entwicklungssystem eines kontinuierlich arbeitenden elektrostatischen Bearbeitungsgerätes verwendbar, da sie nicht durch das Mischen der Träger- und Tonerkomponenten des Entwicklers für das Bearbeitungsgerät verbessert, sondern auch dazu beiträgt, die richtige triboelektrische Beziehung zwischen den Träger- und Tonerpartikeln herzustellen. Ferner ist noch zu beachten, daß bei Verwendung der Mischvorrichtung in einem solchen Bearbeitungsgerät die Mischkammer einen zusätzlichen Vorratsraum für Entwickler darstellt, wodurch die Entwicklerkapazität des Entwicklungssystems erhöht wird, was seinerseits wieder die nützliche Lebensdauer des Entwicklers verlängert.

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Claims

Ansprüche

*■ Mischvorrichtung zum Mischen eines Gemisches aus fließfähi- s gen Materialien» das einen "bestimmten Schiittwinkel hat, gekennzeichnet durch eine rotierende Kammer (41), die auf ihrem Umfang mit mehreren in radialer Richtung angewinkelten Durchlässen (42-44) versehen ist, die sich durch den Umfang der Kammer erstrecken, um die Materialien des Gemisches in die Kammer und aus der Kammer zu leiten, wobei die radiale Anwinkelung der Durchlässe größer ist als der Schiittwinkel des Gemisches, so daß das Gemisch bestrebt ist, wenigstens kurzzeitig in der Kammer zu verweilen.«

2* Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (41) mehrere im wesentlichen V-förmige Rippen (45-47) aufweist, die zwischen zwei sich gegenüberstehenden Endplatten (48) in regelmäßigen ¥inlcelabständen um die Rotationsachse ausgespannt sind und die jeweils einen Arm haben* der in aea Endplatten (48) verankert ist, und einen zweiten Arm, der frei vorsteht und sich in einem Abstand mit dem verankerten Arm der benachbarten Rippe überlappt, wodurch die Durchlässe (42-44) gebildet sind.

5. Mischvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe (42-44) in einer bestimmten Richtung radialwärts angewinkelt sind und daß die Kammer (41) sich in der entgegengesetzten Richtung dreht, so daß ein kontinuierlicher Strom von Materialien in die Kammer und aus der Kammer zustande kommt.

4. Mischvorrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Anwinkelung der Durchlässe (42-44) derart gewählt ist, daß die Mischvorrichtung im ladebetrieb arbeitet, wenn sich die Kammer in der einen Richtung dreht, und im Entladebetrieb,

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wenn sich die Kammer in der entgegengesetzten Richtung dreht.

5» Kontinuierlich arbeitendes elektrostatisches Gerät, das ein Entwicklungssystem zum Entwickeln latenter elektrostatischer Bilder irrt Yorbsilauf hat, während sich eine lichtempfindliche Fläche, die diese Bilder trägt, durch eine Entwicklungszone bewegt, wobei das Entwicklungssystem eine Einrichtung zum Umwälzen eines Entwicklers besitzt, der einen bestimmten Schüttwinkel hat und triboelektrisch geladene Träger- und tonerpartikel aufweist, auf einem vorgegebenen Weg aus einem Sumpf durch die Entwicklungssone und dann zurück zum Sumpf, gekennzeichnet durch eine Büschvorrichtung (36) zum Durchwirbeln des umlaufenden Entwicklers, um die Träger- und Tonerpartikel zu mischen und deren triboelektrische Ladung zu unterstützen, die eine Kammer (41) aufweist, die um eine praktisch parallel zu und geringfügig versetzt gegen den Entwicklerweg sich erstreckende Rotationsachse drehbar ist und auf ihrem Umfang mit mehreren in Achsrichtung langgestreckten, in radialer Sichtung angewinkelten Durchlässen (42-44) versehen ist, die sich durch den Umfang der Kammer erstrecken, so daß Entwickler durch aufeinanderfolgende Durchläsae in die Kammer und au3 der Kammer geleitet wird, wobei die radiale Anwinkelang der Durchlässe größer ist als der Schüttwinkel des Entwicklers, so daß der Entwickler bestrebt ist, zeitweise in der Kammer zu verweilen.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (41) mehrere im wesentlichen T-förmige Rippen (45-47) aufweist, die zwischen zwei sieh gegenüberstehenden Endplatten (48) in regelmäßigen Winkelabständen um die" Drehachse ausgespannt sind und jeweils einen an den Endplatten verankerten Arm und einen zweiten Arm haben, der sich frei erstreckt und in einem Abstand den verankerten Arm der benachbarten Rippe überlappt, wodurch die Durchlässe begrenzt sind.

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Gerät nach Anspruch 5 oder 6, in dem auf dem Weg des Entwicklers eine Tonernachfüllstation angeordnet ist, um von Zeit zu Zeit frischen Toner dsm Entwickler zuzufügen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung (36)
zwischen der Tonernachfüllstation (35) und dem Sumpf (31) angeordnet ist, um den. frischen (Toner in den zu dam Sumpf zurückkehrenden Entwickler hineinzumischen.

Al

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