DE2816426C2

DE2816426C2 - Bepulverungsvorrichtung zum Aufbringen von magnetisch anziehbaren Tonerteilchen auf eine Oberfläche

Info

Publication number: DE2816426C2
Application number: DE2816426A
Authority: DE
Inventors: Richard Dale Wilmington Del. Kinard
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1977-04-18
Filing date: 1978-04-15
Publication date: 1983-09-01
Also published as: JPS5814675B2; BR7802352A; CA1102401A; BE866032A; GB1575257A; US4122209A; DE2816426A1; FR2388317A1; IT1094135B; FR2388317B1; JPS53129660A; NL7804066A; IT7822398A0; CH635947A5

Description

Verschiedene Verfahren wurden bisher zum Aufbringen von magnetisch anziehbaren Tonerteilchen auf ein ^B5 latentes magnetisches Ladungsbild angewendet. Im allgemeinen wurde dies durch kaskadenförmiges Bepulvern des latenten Ladungsbildes mit magnetisch anziehbaren Tonerteilchen beispielsweise nach der in der US-PS 36 98 005 beschriebenen Weise erreicht Die US-PS 36 40 247 beschreibt ein anderes Verfahren, bei dem ein nicht magnetisierbares Rohr, das eine drehbare Reihe von Stabmagneten enthält, verwendet wird, um feinteiligen Toner aus einem Behälter zu einer Auflage neben einer Trommel zu befördern, in deren Oberfläche, ein latentes magnetisches Ladungsbild vorhanden ist

Diese Vorrichtung besteht aus einer Auflage bzw. einem Steg, über den ein laminarer Sirom von magnetisierbarem Pulver kriecht Dieses Pulver wird von dem Steg aus an die Oberfläche herangetragen.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufbringen von magnetisch anziehbaren Tonerteilchen auf eine Oberfläche zu entwickeln, bei weichen ein sehr weiter Bereich von Geschwindigkeiten der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers mit ausgezeichneter Gleichmäßigkeit und Dichte über die gesamte Breite des latenten magnetischen Ladungsbildes erreicht werden kann. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Bepulverungsvorrichtung zum Aufbringen von magnetisch anziehbaren Tonerteilchen auf eine Oberfläche, die ein latentes magnetisches Ladungsbild trägt, durch eine drehbare magnetische Rolle und eine Vorrichtung zur Beförderung der Tonerteilchen von der Rolle auf die Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorrichtung eine zwischen dieser Rolle und der das latente Ladungsbild tragenden Oberfläche (76) angeordnete Rakel (77) ist, die mit einer Keilfläche versehen ist, die so ausgebildet ist, daß eine beständige stehende Welle mit konstantem Querschnitt und gleichmäßiger Höhe von aufgewirbelten Tonerteilchen (78) gebildet wird, die mit der das latente magnetische Ladungsbild tragenden Oberfläche (76) in Berührung kommt, wenn die Rolle (74) sich dreht

Bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 4.

Die Aufgabe wird weiterhin in allgemeiner Weise gelöst durch ein Verfahren ζ;·->η Bepulvern einer Oberfläche, die ein latentes magnetisches Ladungsbild trägt, mit magnetisch anziehbaren Tonerteilchen, wobei man die Tonerteilchen mittels einer rotierenden magnetischen Rolle und einer Vorrichtung zwischen der Rolle und der Oberfläche zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Tonerteilchen veranlaßt, in Form einer beständigen aufgewirbelten Welle über eine Rakel zu fließen, die zwischen der magnetischen Rolle und der das latente Ladungsbild tragenden Oberfläche angeordnet ist, und hierdurch einen Teil der magnetisch anziehbaren Tonerteilchen mit der das latente magnetische Ladungsbild tragenden Oberfläche in Berührung bringt, die die Tonerteilchen magnetisch festhält.

Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 6 bis 8.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Abbildungen beschrieben.

F i g. 1 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Kopierers, in dem die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bepulvern verwendet wird:

F i g. 2 zeigt als Seitenansicht und im Querschnitt die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bepulvern und veranschaulicht das Verfahren etwas schematisch;

F i g. 3 ist eine vergrößerte Ansicht des Teils von F i g. 2, der die Rakel zeigt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung wird ein durchscheinendes Dokument, z. B. eine technische Zeichnung, die kopiert werden soll, auf die flache

Originalzuführung 11 gelegt und gegen die Sperre 12 geschoben. Der Kopierer wird dann so betätigt, daß er die Sperre 12 anhebt und die Zuführungsrolle 13 nach unten auf das Dokument legt Die Zuführungsrolle 13 führt das Dokument in den Spalt zwischen dem endlosen Band 14 und der Trommel 15. Das endlose Band 14 besteht aus einer transparenten Folie beispielsweise aus Polyäthylenterephthalat und wird durch Rollen 16, 17 und 18 geführt Die Oberfläche der Trommel 15 kann ebenfalls aus einer solchen Folie bestehen, die mit einer elektrisch leitfähigen Schicht die geerdet ist, überzogen ist Die Oberfläche der elektrisch leitfähigen Schicht ist mit einer Schicht aus ferromagnetischem Material, das einen Curie-Punkt von 25—500⁰C hat, z. B. nadeiförmigem Chromdioxyd in einem Alkydharz oder anderem geeignetem Bindemittel bedeckt

Die Trommel 15 dreht sich entgegen dem Uhrzeigersinn. Die ferromagnetische Schicht auf der Trommel wird durch den Vormagnetisierer 19, der ein periodisches Muster aufzeichnet gleichmäßig magnetisiert 10 bis 59 Ummagnetisierungen pro mm auf der magnetisierbaren Oberfläche stellen einen geeigneten Arbeitsbereich dar, wobei 12 bis 24 Ummagnetisierungen pro mm bevorzugt werden. Die magnetisierte Oberfläche der Trommel wird dann in Berührung mit dem Dokument an der bei 20 angedeuteten Belichtungsstation vorbeigeführt Die Belichtungsstation besteht aus der Lampe 21 und dem Reflektor 22. Die Oberfläche der Trommel 15 wird stufenweise belichtet bis das gesamte Dokument als latentes magnetisches Ladungsbild auf der Oberfläche der Trommel 15 aufgezeichnet worden ist. Das erfindungsgemäß verwendete Chromdioxyd hat eine Curie-Temperatur von etwa 116° C. Die verschiedenen Druck- und Schriftzeichen auf dem zu kopierenden Dokument decken die Bereiche des Chromdioxyds, über denen diese Druck- und Schriftzeichen liegen, während der Belichtung ab, wodurch verhindert wird, daß sie die Curie-Temperatur erreichen. Nach der Belichtung weist somit die Oberfläche der Trommel 15 magnetisierte Bereiche aus Chromdioxyd auf, die den die Druck- und Schriftzeichen des zu kopierenden Dokuments tragenden Bereichen entsprechen, während die anderen Bereiche, die nicht in dieser Weise abgedeckt werden, entmagnetisiert werden.

Nach der Belichtung fällt das zu kopierende Original in die Schal« 23.

Die bildmäßig magnetisierte Trommel 15 dreht sich an einer Bepulverungsvorrichtung 24 vorbei, deren Einzelheiten in F i g. 2 dargestellt sind. Der Toner ist ein feines Pulver eines magnetischen Materials, z. B. Eisenoxid, das von einem thermoplastischen Harz mit verhältnismäßig niedrigem Erweichungspunkt von 70 bis 120° C umhüllt ist. Der Toner hat im allgemeinen eine mittlere Teilchengröße von 10 bis 30μπι. Eine Vakuumrakel 31 wird verwendet, um Tonerteilchen, die zufällig an den entmagnetisierten Bereichen des Chromdioxyds auf der Oberfläche der Trommel 15 haften geblieben sein können, zu entfernen. Das Papier 32, auf dem die Kopie anzufertigen ist, wird von der Rolle 33 um Führungsrollen 34, 35 und 36 zu Lieferröllen 37 und 38 geführt. Eine Andruckwalze 39 wirkt mit der Walze 40 zusammen, die mit Messern 41 versehen ist. Die Walzen 39 und 40 werden mit nicht dargestellten Mitteln so betätigt, daß das Papier auf die gleiche Länge wie die Länge des zu kopierenden Originals geschnitten wird. Das Papier wird dann durch die Rollen 42 und 43 mit ö".r Oberfläche der Trommel 15 in Berührung gebracht Das die Oberfläche der Trommel 15 berührende Papier 32 wird an einer Koronaentladungsvorrichtung 44 vorbeigeführt Die Koronaent'adungsvorrichtung 44 ist vorzugsweise v/]<; die Entladungsvorrichtung des Typs »Corotron« ausgebildet, die aus einem Koronadraht, der einen Abstand von etwa 17,5 mm vom Papier hat, und einem Metallschirm besteht der etwa 75% des Koronadrahts umgibt und eine dem Papier 32 zugewandte Öffnung i" von etwa 90° um den Koronadraht freiläßt Der Metallschirm ist vom Koronadraht isoliert Der Metallschirm wird beim Erdpotential gehalten. Der Koronadraht hat im allgemeinen einen Durchmesser von 0,025 bis 0,25 mm und wird bei 3000 bis 10 000 V '■> gehalten. Der Koronadraht kann bei negativer oder positiver Spannung gehalten werden, wobei negative Spannung bevorzugt wird. Die Koronaentladung vom Draht lädt die Rückseite des Papiers auf, wodurch eine Kraft erzeugt und auf die Tonerteilchen zur Einwirkung ²⁽¹ gebracht wird, die genügt um ihre magnetische Anziehung zum magnetisierten Chromdioxyd auf der Oberfläche der Trommel 15 selbst btvSättigungsmagnetisierung zu überwinden, und wodurch dit Tonerteilchen auf das Papier 32 übertragen werden, wenn das Papier -'· aus der Übertragungszone entfernt wird. Der Druck zwischen dem Papier 32 und der Oberfläche der Trommel 15 ist nur ganz gering (d. h. gerade genügend, um sie nebeneinander zu halten). Der Druck zwischen dem Papier 32 und der Trommel 15 wird im >" wesentlichen vollständig durch dia elektrostatische Anziehung erzeugt, die durch die Koronaentladungsvorrichtung 44 erzeugt wird. Das Papier 32 wird dann von der Oberfläche der Trommel 15 durch die Wirkung eines Saugbandes 50 in Verbindung mit der Wirkung des ^J· Puffers 45 entfernt, der das Papier auf die Oberfläche des endlosen Saugbandes 50 zieht, das durch die Rollen 51 und 52 angetrieben wird. Das Papier 32 wird dann unter Einschmelzgliedern 53, 54 und 55 weitergeführt, die das thermoplastische Harz, das das ferromagneti-⁴⁽¹ sehe Material in den Tonerteilchen umhüllt, erhitzen, so daß sie geschmolzen und mit dem Papier 32 verschmolzen werden. Das bepulverte Papier wird dann in die Kopieablageschale 56 geführt.

Die in Fig.2 dargestellte Bepulverungsvorrichtung ^4> 24 ist mit einem Becken 71 versehen, das teilweise mit Toner 72, der den Tonersumpf 73 bildet, gefüllt ist. Eine magnetische Rolle 74 taucht teilweise in den Tonersumpf 73 und dreht sich in Richtung des Pfeils. Hierdurch wird eine Tonerschicht 72' in bekannter "'" Weise nach oben gehoben und bis dicht an das latente magnetische Ladungsbild 75 befördert, das auf einem Aufzeichnungsträger 76 getragen wird, der gewöhnlich auf eine Trommel aufgebracht ist Ein Blatt 77 oder eine Rakel hebt die Tonerschicht 72' von der Oberfläche der magnetischen Rolle 74 ab und wirbelt sie auf, wodurch eine stehende Welle von aufgewirbeltem Toner 78 entsteht, die mit dem latenten magnetischen Ladungsbild 75 in Berührung kommt und es bepulvert, d. h. ein Bild aus Tonerteilchen auf dem Aufzeichnungsträger 76 erzeugt. Dies kann nach Belieben unter Verwendung einer oder mehrerer magnetischer Rollen wiederholt werden. Es wurde gefunden, daß eine Rolle für ein 13 cm breites System genügt und hierbei eine ausgezeichnete Dichte erzielt wird. Der zum Bepulvern nicht gebrauchte Toner wird in den Tonersumpf 73 zurückgeführt und durch den Rührer 79 '.n Bewegung gehalten. Der Rührer wird mit einer Geschwindigkeit betrieben, bei der der TonersumDf ohne KlumDenbildung und ohne übermäßig

starke Staubbildung ständig gut gerührt wird. F.in nicht dargestelltes Abstreifblatt kann mit dazu beitragen, den Toner in das Tonerbecken zurückzuführen, wenn die magnetische Rolle zu dem Typ gehört, dessen gesamter Umfang magnetisiert ist.

Zum Betonern von latenten Ladungsbildern wird die Magnetrolle 74 mit einer Geschwindigkeit gedreht, durch die die Aufwirbelung der Tonerwelle bewirkt wird, die dann eine wohldefinierte Form hat, durch die aber keine übermäßig starke Staubbildung erzeugt wird. Diese Geschwindigkeit beträgt etwa 30 cm/Sek. Es wurde gefunden, daß mit einer Welle aus aufgewirbeltem Toner eine Trommelgeschwindigkeit innerhalb eines weiten Bereichs, nämlich von 15 bis 76 cm/Sek. möglich ist.

Die erfindungsgemäß gebildete aufgewirbelte Welle ist durch einen beständigen, konstanten Querschnitt, gleichmäßige Höhe und das Fehlen von wesentlichen Schwingungen oder Wellenbewegungen gekennzeichnet. Die weiie ist eine stehende weiie. und das Tonermaterial am Wellenkamm bewegt sich im wesentlichen im Gleichlauf mit der das latente Ladungsbild tragenden Oberfläche. Die Tonerteilchen sind in diesem Bereich am Kamm der Welle sehr stark aufgewirbelt, haben jedoch nur eine geringe kinetische Energie und werden in genügendem Maße dem Einfluß der Magnetrolle entzogen, um durch das latente magnetische Bild beeinflußt zu werden.

Für die Bildung einer solchen bevorzugten aufgewirbelten Welle sind die folgenden Bedingungen wichtig:

Rolle Magnetische Kraft

Oberflächengeschwindigkeit
Höhe der Tonerschicht

Blatt Benetzte Länge

Winkel zur Magnetrolle
Lage auf der Magnetrolle
Abstand

Toner Fließfähigkeit

Die magnetische Rolle 74 kann in beliebiger bekannter Weise ausgebildet sein. Beispielsweise können Dauermagnete auf der rotierenden Oberfläche befestigt sein, oder die rotierende Oberfläche kann nicht magnetisch sein und sich um einen Kern drehen, auf dem Magnete befestigt sind, usw.

Die Ausbildung und Lage der Rakel 77 müssen so gewählt und eingestellt werden, daß die Rakel ihre Funktion im Rahmen der Erfindung optimal erfüllt. Fig. 3 veranschaulicht die Form der Rakel im Querschnitt als Ken mit einem Kantenwinkel »α«, einer Keilflächenlänge »Z.« und einer Blattlänge »du. Durch diese Form der Rakel werden ruhende Bereiche des Toners /wischen der Rakel und der Bepulverungsrolle ausgeschaltet. Bei einer Oberflächengeschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers 76 (Trommel), auf der ein latentes magnetisches Ladungsbild erzeugt worden ist.

ι von 15 bis 76 cm/Sek. und bei Verwendung einer Rolle 84 mit einem Durchmesser von etwa 5 cm bei einer Feldstärke von 480 Gauß kann der Winkel λ von 30° bis 45° variieren. Bevorzugt wird ein Winkel von 30' für die erfindungsgemäß verwendete Oberflächengeschwindig·

> keit des Aufzeichnungsträgers von 30 cm/Sek. Die Keilfläche »Z.« deren Länge von der Oberflächengeschwindigkeit der magnetischen Rolle und von den Fließeigenschaften des Toners abhängt, jedoch durch Festigkeitserfordernisse begrenzt ist. kann auf 1,6 bis

• 6,4 mm eingestellt werden, wobei 3.2 mm bevorzugt werden. Die Fläche »/_« ist flach dargestellt. In der Praxis kann sie jedoch auch konkav oder konvex sein. Die Blattlängc »c/« kann i,2 bis 9,6 mm betragen, wobei 6.4 mm bevorzugt werden. Das Blatt wird unter

' Spannung gehalten. Der Abstand zwischen Rakel und Rolle sollte so gering wie möglich gehalten werden, ohne daß eine Berührung möglich ist. Durch Durchlaufen des Toners zwischen Rakel und Rolle wird der Wert in der Praxis auf etwa 50 bis 127 μηι begrenzt.

Es wurde gefunden (siehe F i g. 3), daß die Lage der Rakel 77 von der Oberflächengeschwindigkeit der magnetischen Rolle, von den Fließeigenschaften des Toners und von der Beziehung der Schwerkraft zur Lage der magnetischen Rolle abhängt. Sie ist in der Abbildung durch den Positionswinkel »zl« und den Lagenwinkel (attitude angle) »ß« festgelegt. Erfindungsgemäß wird der Positionswinkel Δ auf 15° vom oberen Totpunkt der magnetischen Rolle in Bewegungsrichtung ihrer Oberfläche in der in Fig.3 dargestellten Weise eingestellt, wenn mit der erfindungsgemäß bevorzugten Oberflächengeschwindigkeit der magnetischen Rolle von 30 cm/Sek. gearbeitet wird. Urn cine stehende Weife aus aufgewirbeltem Toner ohne übermäßiges Stauben bei höherer Oberflächengeschwindigkeiten der magnetischen Rolle zu bilden, erweist es sich als notwendig, den Winkel Δ um einen Wert bis — 15° zu verschieben. Da diese Einstellungen der Winkel Δ und B empfindlich für die Eigenschaften des Toners sind, werden sie am besten ebenso wie die Eindringtiefe des Aufzeichnungsträgers 76 in die Welle 78 des aufgewirbelten Toners experimentell ermittelt. Hinsichtlich der Eindringtiefe wurde gefunden, daß bei einer Eindringtiefe von weniger als 0,625 mm spärliches Bepulvern stattfindet und bei Eindringtiefe von mehr als 234 mm eine unannehmbare Verstärkung des Hintergrundes erfolgt. Für die erfindungsgemäß bevor?"gte Geschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers wird eine Eindringtiefe von etwa 1,27 mm bevorzugt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bepulveningsvorrichtung zum Aufbringen von magnetisch anziehbaren Tonerteilchen auf eine Oberfläche, die ein latentes magnetisches Ladungsbild trägt, durch eine drehbare magnetische Rolle und eine Vorrichtung zur Beförderung der Tonerteilchen von der Rolle auf die Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorrichtung eine zwischen dieser Rolle und der das latente Ladungsbild tragenden Oberfläche (76) angeordnete Rakel (77) ist, die mit einer Keilfläche versehen ist, die so ausgebildet ist, daß eine beständige stehende Welle mit konstantem Querschnitt und gleichmäßi- '5 ger Höhe von aufgewirbelten Tonerteilchen (78) gebildet wird, die mit der das latente magnetische Ladungsbild tragenden Oberfläche (76) in Berührung kommt, wenn die Rolle (74) sich dreht

2. Bepulveningsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch .gekennzeichnet, daß die Rakel (77) eine Breite voa etwa 3,2 bis 9,5 mm hat.

3. Bepulveningsvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kantenwinkel der die Tonerteilchen ergreifenden Rakel (77) etwa 30° bis 45° beträgt

4. Bepulverungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, da&die Kante der mit den Tonerteilchen (78) in Berührung kommenden Rakel (77) sich etwa 15" vor bis etwa 30° hinter dem JO oberen Totpunkt der drehbaren magnetischen Rolle (74) befindet.

5. Verfahren zum Bepulvern einer Oberfläche, die ein latentes magnetisches ladungsbild trägt, mit magnetisch anzienbaren Tonerteilchen, wobei man J5 die Tonerteilchen mittels einer - stierenden magnetischen Rolle und einer Vorrichtung zwischen der Rolle und der Oberfläche zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Tonerteilchen veranlaßt, in Form einer beständigen aufgewirbelten Welle über ·»<> eine Rakel zu fließen, die zwischen der magnetischen Rolle und der das latente Ladungsbild tragenden Oberfläche angeordnet ist, und hierdurch einen Teil der magnetisch anziehbaren Tonerteilchen mit der das latente magnetische Ladungsbild tragenden Oberfläche in Berührung bringt, die die Tonerteilchen magnetisch festhält.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Rakel verwendet, die eine Breite von 3,2 bis 9,5 mm hat. so

7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß man den Kantenwinkel der mit den Tonerteilchen in Berührung kommenden Rakel auf etwa 30" bis 45° einstellt.

8. Verfahren nach Anspruch 5 bis 7, dadurch ^3ä gekennzeichnet, daß die Kante der mit den Tonerteilchen in Berührung kommenden Rakel sich etwa 15° vor bis etwa 30° hinter dem oberen Totpunkt der magnetischen Rolle befindet.

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