DE2732172C2

DE2732172C2 - Entwicklungseinrichtung für elektrostatische Ladungsbilder

Info

Publication number: DE2732172C2
Application number: DE2732172A
Authority: DE
Inventors: Hiromi Yokohama Kanagawa Demizu; Nobuo Matsudo Chiba Mochizuki; Teruyuki Yokohama Kanagawa Ohnuma; Hajime Tokyo Oyama
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1976-07-16
Filing date: 1977-07-15
Publication date: 1981-10-15
Also published as: GB1583472A; CA1085156A; US4119060A; DE2732172A1; FR2358691A1; FR2358691B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Entwicklungsvorrichtung für elektrostatische Ladungsbilder der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Aus der DE-OS 24 47 223 geht eine Entwicklungsvorrichtung hervor, bei der die Tonerteilchen mittels einer üblichen magnetischen Bürste aus einem Vorratsbehälter heraustransportiert und in Berührung mit der elektrostatischen, latenten Abbildung gebracht werden. Dabei wird die Dicke der die magnetische Bürste bildenden Tonerschicht mittels einer Platte begrenzt, über deren Form, Material und Winkelanordnung keine näheren Angaben gemacht werden.

Eine Entwicklungsvorrichtung für elektrostatische Ladungsbilder der angegebenen Gattung ist aus der US-PS 28 11 465 bekannt und weist einen zumindest in seinem vorderen Teil keilförmigen und in einer spitzwinkligen Vorderkante mündenden Begrenzungsrakel für die Schichtdicke eines nicht leitenden Toners auf der Oberfläche einer rotierenden, unter einem Tonerzuführtrichter angeordneten Tonerantragswalze auf; dabei ist das Begrenzungsrakel so angeordnet, daß die der Transportrichtung des Toners entgegengewandte Oberfläche des Begrenzungsrakels mit der vor der Rakelvorderkante an der Tonerantragswalze anliegenden Tangentialebene einen festen Winkel bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Entwicklungsvorrichtung der angegebenen Gattung zu schaffen, mit der eine sehr gleichmäßige, dünne Tonerschicht auf die Oberfläche der Tonerantragswalze

ίο aufgebracht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst
Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteran-Sprüchen zusammengestellt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß durch die Anordnung des Begrenzungsrakels in dem angegebenen Winkel die Tonerteilchen, die von der Oberfläche der Tonerantragswalze abgekratzt werden, sich allmählich auf einer Fläche des Begrenzungsrakeis nach oben bewegen, ohne daß im Spalt zwischen der Vorderkante des Begrenzungsrakels und der Oberfläche der Tonerantragswalze starke Kräfte auf die Tonerteilchen ausgeübt werden können, die zu einer Koagulation der Tonerteilchen führen würden. Alle Tonerteilchen, deren Abstand von der Oberfläche der Tonerantragswalze größer als der Abstand zwischen der Vorderkante des Begrenzungsrakels und der Oberfläche der Tonerantragswalze ist, werden also sicher und zuverlässig von der Tonerschicht, die sich auf der Tonerantragswalze befindet, abgestreift, ohne daß es zu einem »Zusammenbacken« der Tonerteilchen kommt. Dies wird durch eine konstruktiv äußerst einfache Membran, nämlich an sich nur durch die Anordnung des Begrenzungsrakels mit dem angegebenen Winkel zur Tangente an die Tonerantragswalze, erreicht, so daß der Aufbau und damit auch die Kosten einer solchen Entwicklungsvorrichtung nicht weiter beeinflußt werden.

Da das Begrenzungsrakel aus einem gegenüber dem Toner reibungselektrisch unterschiedlichen Material besteht, wird der Toner bei der Berührung mit dem Begrenzungsrakel reibungselektrisch aufgeladen, so daß keine zusätzliche Korona-Aufladungseinrichtung erforderlich wird und sich dadurch der Aufbau einer solchen Entwicklungsvorrichtung weiter vereinfacht. Gleichzeitig wird durch diese reibungselektrische Aufladung des Toners sichergestellt, daß alle Tonerteilchen zur Tonerantragswalze angezogen werden, an die im

so allgemeinen eine Vorspannung angelegt wird, wodurch gleichzeitig verhindert wird, daß sich die Tonerteilchen über den gesamten Bereich der Entwicklungsvorrichtung zerstreuen können.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Anordnung des Begrenzungsrakels in bezug auf die Tonerantragswalze,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines elektrophotographischen Kopiergerätes mit einer Ausführungsform einer Entwicklungsvorrichtung nach der Erfindung,

Fig.3 die Beziehung zwischen der Nachfüllzeit des Toners und der nachgefüllten Tonermenge,

F ig. 4 eine Seitenansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Entwicklungsvorrichtung mit einem einzigen Begrenzungsrakel,
F i g. 5 im vergrößerten Maßstab eine Darstellung der

Spitze des Begrenzungsrakels nach F i g. 4,

Fig.6 eine Seitenansicht einer weiteren Ausfüh-V'ungsform einer erfindungsgemäßen Entwicklungsvorrichtung mit zwei Begrenzungsrakeln,

F i g. 7 im vergrößerten Maßstab einen Schnitt durch die beiden Begrenzungsrakel nach F i g. 6, und

Fig.8 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwisehen der Ladezeit und dem Potential des aufgeladenen Toners.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Entwicklungsvorrichtung dreht sich die Tonerantragswalze 5 in Richtung des Pfeils. In einem genau definierten Abstand von der Oberfläche der Tonerantragswalze 5 befindet sich ein Begrenzungsrakel 6, das eine Kante mit einem spitzen Winkel aufweist Mit anderen Worten bildet die Innenfläche 6a des Rakels 6 einen Winkel Θι, der im Bereich von 0° < Θι S 90° liegt, mit der oberen Fläche Sb des Rakels. Das spitze, vordere Ende des Rakels 6 ist so angeordnet, daß die Innenfläche 6a schräg zur Drehrichtung der Tonerantragswalze 5 geneigt ist, und zwar von der Ebene 7 aus gesehen, in der sich sowohl die Achse der Tonerantragswalze 5 als auch die Kante des Rakels 6 befindet. In bezug auf den Winkel, der durch die Innenfläche 6a und die Ebene 7 gebildet wird, liegt der Winkel Q₂ im Bereich von 0° £ 02 < 90°. Wenn der Winkel, der durch die Innenfläche 6a in bezug auf die obere Fläche 6b gebildet wird, in dem angegebenen Bereich liegt, erfolgt die Berührung zwischen dem Rakel 6 und der Tonerantragswalze 5 im wesentlichen in einem linienförmigen Bereich. Dadurch wird keine große Kraft auf die Tonerteilchen ausgeübt die den Spalt zwischen der Oberfläche der Tonerantragswalze und der Spitze des Rakels 6 passieren.

F i g. 2 zeigt schematisch ein elektrophotographisches Kopiergerät, bei dem eine solche Entwicklungsvorrichtung verwendet wird. Ein solches Kopiergerät weist folgende Teile auf: eine photoleitfähige Trommel 8; eine Korona-Entladungseinrichtung 9; Lichtstrahlen 10, die entsprechend der Abbildung einer Vorlage auf die Oberfläche der photoleitfähigen Trommel 8 projiziert werden; eine Entwicklungsvorrichtung 11; eine Bahn 12 für die Zuführung eines blattförmigen Bildempfangsmaterials; eine Korona-Entladungseinrichtung 14 mit einer Polarität, die der Entiadungspolarität der ersten Koronaentladung entgegengesetzt ist, oder eine Wechselstrom führende Korona-Entladungseinrichtung; eine Lampe 15, die die Oberfläche der Trommel 8 nach der Bildübertragung bestrahlt; eine Reinigungsbürste 16, die den Toner entfernv, der auf der Trommel 8 nach der Übertragung zurückgeblieben ist; eine Rolle 17 für die Rückgewinnung der Tonerteilchen, die aufgrund elektrostatischer oder magnetischer Anziehungskräfte an der Reinigungsbürste 16 haften; und eine Reinigungsschneide 18 zur Entfernung der Tonerteilchen von der Rolle 17, an welcher sie (18) mit einem gewissen Druck anliegt. Die Tonerteilchen, die von der Reinigungsschneide 18 abgeschabt werden, werden in einen Behälter 19 zurückgeleitet und dort gesammelt.

Die Entwicklungsvorrichtung 11 weist einen Trichter 21, der Toner 20 enthält, sowie eine Antragswalze 22 auf, welche gedreht wird, um den Toner aus dem Trichter 21 auszutragen und ihn mit den elektrischen Bildern auf der photoleitenden Trommel 8 in Berührung zu bringen. Ein Rakel 21a, das am Auslaß des Trichters 21 angeordnet ist, bildet eine Tonerschicht vorbestimmter Dicke; die Tonerschicht wird mit einer Korona-Entladungseinrichtung 23 elektrisch mit einer Polarität geladen, die der der elektrostatischen Ladungsbilder entgegengesetzt ist Der bei der Entwickjung verwendete Toner wird in den Trichter 21 zurückgeleitet. Wenn in diesem Fall der Spalt, der durch den Einlaßteil des Trichters 21 und die Walze 22 gebildet wird, zu klein ist, werden die Tonerteilchen am Einlaß verstreut Um dies zu verhindern, ist eine Rolle 24 so angebracht, daß sie leicht an der Walze 22 anliegt und das Überlaufen des Toners 20 aus dem Trichter 21 oder die Verteilung des Toners auf der Walze 22 verhindert ist wenn er zu dem

ίο Trichter 21 zurückgebracht wird.

Als Material für die Rolle 24 wird Metall oder Gummi verwendet Vorzugsweise wird die Rolle 24 in derselben Richtung wie die Walze 22 gedreht, wobei sie an der Berührungsstelle die gleiche (Umfangs)Geschwindigkeit wie oder eine höhere (Umfangs)Geschwindigkeit als die Walze 22 hat

Ferner ist ein elastisch federndes Rakel 25 vorgesehen, von dem ein Ende an der Rolle 24 anliegt; auf diese Weise wird der an der Rolle 24 haftende Toner abgeschabt Als Antragswalzen 24 können Walzen aus leitendem Gummi oder Kautschuk, wie beispielsweise leitendem Silikonkautschuk, verwendet werden.

Um den Wirkungsgrad beim Austragen des Toners zu erhöhen, sollte der Reibungskoeffizienten der Antragswalze in bezug auf den Toner vorzugsweise 0,5 oder höher sein; die Oberflächenrauhigkeit der Antragswalze sollte kleiner als die Teilchengröße des Toners sein. Wenn beispielsweise die Teilchengröße 10 μ beträgt, sollte die Oberflächenrauhigkeit bei 3 bis 10 μ liegen.

Um die Entwicklungsbedingungen zu verbessern, sollte die Härte des Gummis vorzugsweise 30° bis 40° betragen.

Wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Antragswalze an der Berührungsstelle mit der Trommel 8 gleich der der photoleitenden Trommel 8 oder größer als diese ist, aber nicht über das Zweifache hinausgeht, erscheint kein Hintergrund (bzw. kommt es nicht zu einem Hintergrundverschmieren), und die Entwicklung kann mit ausreichend hoher Dichte durchgeführt werden. An die Antragswalze 22 wird von einer Vorspann.ungsquel-Ie 26 eine Vorspannung angelegt, so daß der Toner nicht an den Hintergrundbereichen der Ladungsbilder haftet. In der Ladeeinrichtung kann ein die Aufladung steuerndes Gitter verwendet werden.

Wenn ein isolierender Einkomponenten-Toner 20 verwendet wird, kann statt der Korona-Entladungseinrichtung 23 ein reibungselektrisches Ladungsteil verwendet werden, das in der reibungselektrischen Reihe unterschiedlich ist, um den Toner reibungselektrisch aufzuladen. Wenn ein magnetischer Einkomponententoner 20 verwendet wird, kann ein Magnet, welcher den magnetischen Toner zu der Oberfläche der Walze 22 magnetisch anzieht, im Inneren der Walze 22 angebracht werden. Wenn der Spalt zwischen dem Begrenzungsrakel 21 a und der Walze 22 im Bereich von 0,03 bis 0,06 mm liegt, kann eine gleichförmige Entwicklerschicht auf der Walze 22 ausgebildet werden.

Durch von den Erfindern durchgeführten Versuche

wurde bestätigt, daß es zu einer ungleichmäßigen Entwicklung kommt, wenn die Dicke der Tonerschicht nicht gleichmäßig ist. Aus der Tonerschicht, die gleichmäßig auf der Walze 22 ausgebildet ist, wird der Toner in den Bereichen, die dem elektrostatischen Ladungsbild auf der photoleitenden Trommel 8 entsprechen, elektrostatisch entfernt; auf diese Weise wird die Tonerschicht auf der Walze 22 nach jeder Entwicklung ungleichmäßig. Während die Walze 22 nach einer weiteren Umdrehung die Innenseite des

Trichters 21 durchläuft, wird der Toner an den konkaven Bereichen ergänzt.

Es wurde noch festgestellt, daß die konkaven Bereiche der Tonerschicht nicht mit dem ergänzten Toner gefüllt werden können, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Walze 22 etwa 50 mm/sek beträgt und die Nachfüillbreite des Trichters 21 ca. 10 mm beträgt.

In F i g. 3 ist dargestellt, wie viele Umdrehungen der Walze 22 notwendig sind, nämlich wie lange es dauert, bevor sie konkaven Bereiche der Tonerschicht vollständig mit dem ergänzten Toner ausgefüllt werden, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Walze und die Nachfüllbreite des Trichters konstant gehalten werden. Wenn die Nachfüllbreite 10 mm ist, beträgt die NachfäUzcit des Toners 0,2 Sek. Zu diesem Zeitpunkt ist nur die Hälfte des Toners in den konkaven Bereichen ergänzt. Wenn die Nachfüllzeit auf 1,0 Sek oder mehr erhöht wird, wird der Toner in den konkaven Bereichen vollständig ergänzt.

Um die Nachfüllzeit des Toners auf mindestens 1,0 Sek einzustellen, muß die Entwicklungsvorrichtung so ausgelegt sein, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Walze entsprechend herabgesetzt wird oder die Nachfüllbreite für den Entwickler an dem Trichter auf 50 mm erhöht wird, das heißt 5 χ so breit wie 10 mm wird.

In Fig.4 ist eine weitere Ausführungsform einer Entwicklungsvorrichtung dargestellt, wobei eine einzige reibungselektrische Aufladungseinrichtung verwendet ist, die der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ähnlich ist. Gemäß F i g. 4 ist eine Auftragwalze 31 aus leitendem Gummi oder Kautschuk drehbar an der Entwicklungsvorrichtung angebracht. An die Walze 31 wird von einer Gleichspannungsquelle 32 aus ein vorbestimmtes Vorspannungspotential angelegt.

Über der Walze 31 ist ein Trichter 34 mil Toner 3 angebracht, der am Boden eine öffnung aufweist. An einer Seite des Trichters 34 ist eine reibungselektrische Ladeschneide 35 angeordnet, die einen stumpfen Winkel mit einer Tangente der Walze 31 bildet. Unter der Walze 31 ist eine ein latentes elektrostatisches Bild tragende, photoleitende Fläche 36 in der Weise angeordnet, daß sie in einer Richtung bewegt werden kann. Bei dieser Entwicklungsvorrichtung wird der Toner 3 in dem Trichter 34 durch die Drehbewegung der Walze 31 ausgetragen, worauf er durch die reibungselektrische Ladeschneide 35 gelade" und in engen Kontakt mit der photoleitenden Fläche 36 gebracht wird. Die reibungselektrische Ladeschneide 35 ist in diesem Fall so angeordnet, daß sie einen stumpfen Winkel mit einer Tangente der Walze 31 bildet. Infolgedessen hat. wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, diese Vorrichtung den Vorteil, daß eine gleichförmige und dünne Tonerschicht auf der Walze 31 ausgebildet wird und es selten zu einem Koagulieren des Toners kommt

In Fig.6 ist eine Ausführungsform einer Entwicklungsvorrichtung dargestellt, bei der mehrere reibungselektrische Ladeschneiden verwendet werden; dabei ändern sich die jeweiligen Winkel der oberen Flächen der Schneiden bezüglich der entsprechenden Tangenten der Antragswalze in der Drehrichtung der Walze von einem spitzen bis zu einem stumpfen Winkel. Bei dieser Anordnung der reibungselektrischen Ladeschneiden kann zunächst der Toner auf der Walze in ausreichender Weise ergänzt werden, und es wird eine gleichförmige dünne Tonerschicht auf der Walze gebildet. Infolgedessen können Bilder ohne Hintergrund erhalten werden, deren Tönungsgrade ausgezeichnet sind und die in durchgehenden Flächenbereichen gleichförmig ausgebildet sind.

ίο Bei Verwenden mehrerer reibungselektrischer Ladeschneiden wird ferner die Zeitdauer verkürzt, in der das Potential des geladenen Toners seine Sättigung erreicht. Dies dient ebenfalls dazu, die Bildqualität zu verbessern. In Fig. 6 und 7 ist eine Antragwalze 49 aus einem leitenden Gummi oder Kautschuk hergestellt und drehbar gehalteri. A.n. die Walze 49 wird von einer Gleichspannungsquelle 32 ein vorbestimmtes Vorspannungspotential angelegt. Über der Walze 49 ist ein Trichter 42 mit Toner 3 angeordnet, welcher am Boden eine öffnung aufweist. An einer Seite des Trichters 42 ist eine reibungselektrische Ladeschneide 44 mit einem kreisbogenförmigen Abschnitt 43 vorgesehen, wobei ein Abstand d\ zwischen der reibungselektrischen Ladeschneide 44 und der Walze 49 freibleibt. Außerdem ist die reibungselektrische Ladeschneide 45, die eine scharfe Kante hat, die ähnlich einer Messerschneide ausgebildet ist, entlang der Drehrichtung der Walze in einem Abstand di angeordnet, der kleiner ist als der Abstand d\ zwischen der Walze 49 und der Spitze der Schneide 45.

Der Winkel Θι und 02, die durch diese reibungselektrischen Ladeschneiden und die entsprechenden Tangenten αϊ und a.2 gebildet sind, liegen daher im wesentlichen im Bereich 0° < O₁ < 90° bzw. 90° < Q₂ < 180°.

Ferner ist eine photoleitende Fläche 46 vorgesehen.

Bei dieser Ausführung wird eine Tonerschicht von dem Tonerbehälter 42 aus mit einer vorbestimmten Dicke auf der Oberfläche der Walze 49 ausgebildet, während der Toner durch die Schneide 44 reibungselektrisch geladen wird. In diesem Bereich ist das Nachfüllen des Toners 3 gut, und es wird eine ziemlich dicke und gleichförmige Tonerschicht ausgebildet. Anschließend wird die Dicke der Tonerschicht verringert, während der Toner durch die reibungselektrisch wirkende Ladeschneide 45 weiter geladen wird. Wenn in diesem Zustand eine ausreichende Tonermenge 3 bereits zugeführt worden ist, wird eine gleichförmige Tonerschicht der geforderten Dicke ausgebildet

Bezüglich des Zustandes der Ladungssättigung des Toners wird auf folgendes hingewiesen: Die Zeitspanne, bevor die Ladungssättigung erreicht ist, ist kürzer als im Fall einer Entwicklungsvorrichtung mit einer einzigen reibungseiektrisch wirkenden Ladeschneide, wie in F i g. 8 dargestellt ist Wenn daher zu einem Zeitpunkt A mit dem Kopieren begonnen wird und das Ladepotential des Toners sinkt ist die Zeitspanne, bevor der Toner sein Ladepotential wiedergewinnt ziemlich kurz. Dadurch kann die Bildqualität verbessert werden, indem zusammenhängende Flächen gleichförmig mit einer ausreichenden Dichte versehen werden, der Hintergrund schwächer gemacht und die Tönungsgrade verbessert sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Entwicklungsvorrichtung für elektrostatische Ladungsbilder mit einem zumindest in seinem vorderen Teil keilförmigen und in einer spitzwinkligen Vorderkante mündender Begrenzungsrakel für die Schichtdicke eines nichtleitenden Toners auf der Oberfläche einer rotierenden, unter einem Tonerzuführtrichter angeordneten Tonerantragswalze, wobei das Begrenzungsrakel so angeordnet ist, daß die der Transportrichtung des Toners entgegengewandte Oberfläche des Begrenzungsrakels mit der vor der Rakelvorderkante an der Tonerantragswalze anliegenden Tangentialebene einen festen Winkel bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Winkel (90 + 0₂) ein stumpfer Winkel ist, und daß das Rakel (6, 21a, 45) aus einem gegenüber dem Toner reibungselektrisch unterschiedlichen Material besteht

2. Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Begrenzungsrakel (45) hintereinander angeordnet sind, wobei sich die festen Winkel in Transportrichtung des Toners von einem spitzen Winkel zu einem stumpfen Winkel erhöhen.

3. Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Begrenzungsrakel durch die in Transportrichtung des Toners hintere Wand des Tonerzuführtrichters (21) gebildet ist.

4. Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Begrenzungsrakel (6,45) in Transportrichtung des Toners direkt hinter dem Tonerzuführtrichter (42, 43, 44) angeordnet ist.

5. Entwicklungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Transportrichtung des Toners (3) vor dem Begrenzungsrakel (45) ein weiteres Begrenzungsrakel (42, 43, 44) angeordnet ist, bei dem der feste Winkel ein spitzer Winkel ist, wobei der Abstand zwischen der Vorderkante des zusätzlichen Begrenzungsrakels (42,43,44) und der Oberfläche der Tonerantragswalze (49) größer ist als der Abstand zwischen der Vorderkante des Begrenzungsrakels (45) und der Oberfläche der Tonerantragswalze (49).