DE2846430C3 - Mantelrolle für Magnetbürstenentwicklungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mantelrolle für eine Magnetbürstenentwicklungsvorrichtung in einem elektrophotographischen Gerät.

In elektrophotographischen Geräten wie z. B. in Kopiermaschinen wird auf einer photoleitenden Schicht ein latentes Ladungsbild erzeugt. Für die Entwicklung des Bildes wird die Photoleiterschicht mit Entwicklermischung in Berührung gebracht, wobei Toner von aufgeladenen Bildbereichen angezogen wird, während die entladenen Bereiche keinen Toner annehmen. Das entwickelte Tonerbild wird auf ein leeres Kopierblatt übertragen, das anschließend in einer Fixierstation erhitzt wird, wodurch das Tonerbild am Kopierblatt anschmilzt und die fertige Kopie bildet.

In der Entwicklungszone eines solchen Gerätes wird der Toner auf mancherlei verschiedene Weise mit dem latenten Ladungsbild in Berührung gebracht, beispielsweise durch die Ablagerung von Toner mittels magnetischem Trägermaterial. Durch reibungselektrische Kräfte wird der Toner von den Trägerpartikeln gehalten, die zwischen einer dünnen Polymerschicht der magnetischen Partikeln und dem Toner selbst auftreten. Wenn der Entwickler in die Entwicklungszone gebracht wird, werden diese Trägerpartikel mit ihrem anhaftenden Toner zusammengedrängt, was Reibungseffekte verursacht, die den elektrischen Kräften entgegenwirken. Die Trägerpartikel geben dann leichter ihren Toner ab, so daß er an den geladenen Bereichen des latenten Bildes anhaften kann.

In Magnetbürstenentwicklungsvorrichtungen werden mittels magnetischer Transportmittel die Trägerpartikel von einer aus einem Sumpf mit einer Mischschnecke bestehenden Aufnahmezone, in der der Träger mit Toner überzogen wird, in die Entwicklungszone gebracht, wo der Toner auf der Photoleiterschicht abgelagert wird, die das latente Ladungsbild trägt. Eine umlaufende Magnetbürste wird für den Transport des Entwicklermaterials verwendet, das auf der Mantelfläche sogenannte magnetische Borsten bildet. Eine derartige mit Magnetbürste arbeitende Entwicklungsvorrichtung ist auch beispielsweise aus der US-PS 31 76 652 bekannt. Im Innern einer Rolle sind ortsfeste Magnete angeordnet, um welche eine nichimagnetische Mantelrolle umläuft. Diese Mantelrolle kann dabei z. B. aus Glas, Messing oder Aluminium bestehen. Obwohl diese Mantelrolle unmagnetisch ist, sollte sie doch vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material bestehen, damit eine elektrische Vorspannung an die Magnetbürste angelegt werden kann. Eine solche Vorspannung ist wichtig, um die Ablagerung von Toner in nicht aufgeladenen Bereichen der Photoleiterschicht zu unterdrücken. Um dies zu ermöglichen, wird gewöhnlich Aluminium als Material für die Mantelrolle gewählt. Man hat aber festgestellt, daß in der in einem Magnetfeld umlaufenden Aluminiumrolle Wirbelströme in einem solchen Ausmaß erzeugt werden, daß eine bedenkliche Erwärmung des Entwicklers auftreten kann, welche sogar zum Aufweichen oder Flüssigwerden des Toners führen kann. Wenn diese auftritt, können sich Toner-Zusammenballungen bilden, welche die Qualität des entwickelten Bildes erheblich vermindern.

ίο Selbst wenn sich keine Toneranhäufungen bilden, belastet doch die durch die Wirbelströme verursachte Erwärmung der Aluminiumrolle das Antriebs- und Kühlsystem der Maschine zusätzlich. Denn die Durchmischung und Bewegung von geronnenem oder erweichtem Toner muß mehr Reibungskräfte überwinden als die Bewegung von gut fließfähiger Entwicklermischung. Mit der Zeit kann der Umlauf solcher erweichter Tonerpartikel den Photoleiter ernstlich beschädigen, was zu einer schlechten Qualität der Kopien führt.

Um dem Erwärmungseffekt durch Wirbelströme entgegenzuwirken, ist es bekannt, den Leiter so dünn als möglich zu machen. Es ist ebenso erwünscht, ein Material mit hohem elektrischen Widerstand zu verwenden, obwohl das nicht überall durchführbar ist. Bei bekannten Einrichtungen wurden zwei Methoden versucht, um die Ausbildung von Wirbelströmen in Magn»tbürstenrollen zu verringern. Eine der Möglichkeiten ist die Verwendung eines mit hohem Widerstand behafteten Leiters wie beispielsweise rostfreiem Stahl. Die zweite Möglichkeit besteht im Gebrauch eines Materials das nicht leitet, nicht magnetisch ist und auch kein Metall ist wie beispielsweise ein glasfaserverstärktes Epoxydharz oder Phenolharz, dessen Oberfläche mit einer dünnen leitenden Schicht versehen wird. Keines dieser Verfahren hat sich als völlig zufriedenstellend erwiesen. Eine Mantelrolle aus rostfreiem Stahl ist beispielsweise schwierig herzustellen, d. h. zu formen und zu bearbeiten. Außerdem ist rostfreier Stahl teuer.

Auch ?st es schwierig, Trägerpartikel nur magnetisch zu transportieren, wenn die Oberfläche der Rolle glatt ist und keine mechanische Hilfe für die Unterstützung des Transportes bietet. Während steife Rohre aus Kunststoffmaterial an sich billig sind, führen sie doch zu aufwendigen Anordnungen, weil die äußere Mantelfläche noch mit leitendem Material beschichtet werden muß oder das Rohr anderweitig leitfähig gemacht werden muß. Außerdem sind Rohre aus Kunststoff nicht so stabil wie solche aus Metall, so daß Probleme des Rundlaufes, der Steifheit, der Zentrierung oder Probleme mit dem mechanischen Sitz von Trägerpartikeln auf der glatten Rollenoberfläche auftreten können.

Aus der amerikanischen Patentschrift 40 18 187 ist es bekannt, die Magnetbürstenrolle mit achsenparallelen Rillen in der Mantelfläche zu versehen. Der Zweck dieser Rillen besteht darin, einen mechanischen Sitz für Trägerpartikel zu bieten, damit diese Partikel bis zu einer voraussagbaren Höhe in die Entwicklungszone getragen werden. Die Bereiche zwischen den Rillen sind stark poliert, um die Filmbildung des Toners auf der Magnetbürstenrolle herabzusetzen. Während eine Aluminiumrolle leicht bearbeitet werden kann, um solche Rillen herzustellen, ist es schwierig, derartige Rollen aus rostfreiem Stahl in dieser Weise zu bearbeiten.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Mantelrolle für Magnetbürstenentwicklungsvorrichtungen vorzusehen, welche zu vernünftigen Kosten herstellbar ist, und welche die Erwärmung durch

Wirbelströme herabsetzt, ohne daß die Notwendigkeit besteht, eine dünne leitende Schicht zusätzlich auf der Mantelfläche der Rolle anzubringen.

Die Erfindung ist in den Patentansprücnen definiert.

Die Mantelrolle für eine Magnetbürstenentwicklungsvorrichtung in einem elektrophotographischen Gerät besteht gemäß der Erfindung aus einer Kupfer-Nickel-Legierung. Das Legierungsverhältnis beträgt etwa 70% Kupfer zu etwa 30% Nickel, um Deste Bearbeitbarkeit zu gewährleisten und trotzdem hohen Widerstand, um Wirbelströme zu verringern. Die Mantelrolle kann mit Rillen versehen sein, um Ansatzpunkte für die zu transportierenden Trägerpartikel bereitzustellen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles mit Hilfe der Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Abschnitt einer mit Rillen versehenen Mantelrolle für eine Magnetbürstenentwicklungsvorrichtung.

F i g. 2 zeigt in Abhängigkeit von der Betriebsdauer den Anstieg der Temperatur für eine Magnetbürstenrolle, wenn sie aus Aluminium oder aus einer Kupfer-Nikkel-Legierung hergestellt ist.

F i g. 3 zeigt in Polarkoordinaten die Verteilung des magnetischen Feldes einer Magnetbürstenentwicklungsvorrichtung, wie sie gebraucht wurde, um die in der F i g. 2 dargestellten Ergebnisse zu erhalten.

Die Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines Abschnittes aus einer mit Rillen versehenen Mantelrolle für eine Magnetbürstenentwicklungsvorrichtung. Bekanntlich sollte die Struktur der Oberfläche einer Magnetbürstenrolle genügend rauh sein, um den runden Trägerpartikeln genügend mechanischen Halt zu geben, wenn diese Trägerpartikel durch magnetische Kräfte an der Mantelfläche der Rolle gehalten und in Richtung der Entwicklungszone nach oben transportiert werden. Wenn die Mantelfläche nicht genügend Rauhigkeiten bietet um die Trägerpartikel an ihrem Platz zu halten, entstehen wegen der ungenügenden Zufuhr von Entwickler Kopien minderer Qualität, beispielsweise von fleckigem Aussehen.

Wenn andererseits die Mantelfläche der Magnetbürstenrolle ungewöhnlich rauh ist, dann werden die Trägerpartikel zu dicht gepackt und mechanisch an ihrem Platz festgehalten, so daß es ihnen nicht möglich ist, genügend durcheinander zu pruzeln und in der Entwicklungszone nebeneinander her zu rollen, wo sie mit dem latenten Ladungsbild in Berührung gebracht werden. Solche Betriebsbedingungen führen ebenfalls zu Kopien schlechter Qualität. Eine zusätzlicher schädlicher Effekt besteht in Abrieb und Verschleiß der Schicht auf den Trägerpartikeln, wenn diese zusammengedrängt werden, ohne daß sie die Möglichkeit des Purzeins und der gegenseitigen Bewegung haben. Weil die Oberfläche der Trägerteilchen mit einem Polymer beschichtet ist, um durch reibungselektrische Kräfte den Toner am Träger anhaften zu lassen, wird die Beschichtung bei solcher Betriebsweise in Mitleidenschaft gezogen. Ein weiterer ~?hädlicher Effekt besteht im Abrieb des Tonermatenais gegen die Oberfläche der Magnetbürstenrolle, wo mit der Zeit ein Tonerfilm sich ausbilden kann. Dies trifft besonders bei Tonern mit niedriger Schmelztemperatur zu, wie sie in Geräten gebraucht werden, deren Fixierstation mit einer geheizten Rolle arbeitet. Das Ergebnis ist dann eine regellose und unvorhersagbare Vorspannung an der Magnetbürste, welche für die Erzeugung guter Kopien gleichmäßig sein sollte. Um dieses Problem in den Griff zu bekommen, ist die Mantelfläche der Magneibürstenrolle 10 mit achsparallelen Rillen 11 versehen, wie in der Fig. 1 dargestellt. Während solch eine Oberflächenstruktur das oben geschilderte Problem löst, ist eine solche Rolle jedoch schwieriger herzustellen, ob man ein spanabhebendes oder ein nicht-spanabhebendes Verfahren dazu verwendet.

Eine solche Rolle bringt jedoch weitere Schwierigkeiten dadurch, daß die in der nunmehr relativ dicken, leitenden Rolle erzeugten Wirbelströme eine beachtliche Erwärmung hervorrufen. Der Grad der Erwärmung hängt etwas von der speziellen Ausbildung der Entwicklungsvorrichtung ab, weil die Größe der Wirbelströme von der Umlaufgeschwindigkeit der Rolle, von der magnetischen Feldstärke, von der Änderung des magnetischen Feldes über den Querschnitt der Mantelrolle, von der Häufigkeit von Feldänderungen, von der Polzahl und von der Dicke der Mantelrolle abhängt. Auch ist die Erwärmung von dem Aufbau der Maschine abhängig, weil eine größere Vorrichtung beispielsweise eine beachtliche Wärmeabsorption oder auch Wärmeleitfähigkeit haben kann. Die mögliche Streuung oder Ableitung von Wärme ist weiterhin auch von einer gegebenenfalls vorhandenen Kühleinrichtung in der Umgebung der Entwicklungseinrichtung abhängig.

Die Fig. 2 zeigt Versuchsergebnisse für den Einfluß der Erwärmung durch Wirbelströme in einer Entwicklungseinrichtung, wie sie in der US Patentschrift 39 99 514 beschrieben ist. Dies ist eine verhältnismäßig kleine und kompakte Entwicklungseinrichtung. Die Versuche wurden bei Raumtemperatur durchgeführt, wobei keine Vorkehrungen getroffen wurden, die eigentliche Entwicklungseinrichtung zu kühlen. Versuchsparameter waren sechs Pole, fünfhundert Umläufe der Rolle je Minute, ein ortsfestes Magnetfeld und eine Dicke der Mantelrolle von etwa 2 mm mit 0,5 mm tiefen Rillen. Die F i g. 3 zeigt die Feldverteilung und die Gradienten-Kennlinien. Die Raumtemperatur war 23,3⁰C.

Für die Temperaturmessung der Entwicklermischung wurde ein Thermoelement im Gehäuse der Entwicklungseinrichtung in der Nachbarschaft des Entwicklersumpfes angebracht. Die Ergebnisse zeigen, daß die Entwicklermischung nach einer Betriebsstunde etwa 5°C kühler gehalten ist, wenn die erfindungsgemäße Kupfer-Nickel-Legierung für die Mantelrolle verwendet wird anstelle von Aluminium, wie in der US Patentschrift 4018 187. Nach zwei Betriebsstunden steigt die Temperaturdifferenz AT auf 8,3⁰C. Die Zusammensetzung der Kupfer-Nickel-Legierung für die Mantelrolle war 70% Kupfer und 40% Nickel.

Um die Vorzüge der Kühlung nach F i g. 2 auszunutzen, sollte die Mantelrolle aus der Kupfer-Nickel-Legierung einen Anteil von Nickel so hoch als möglich haben. Leider beeinträchtigt ein allzu hoher Anteil von Nickel die Fähigkeit zur leichten mechanischen Verarbeitbarkeit des Materials. Die dadurch bedingte obere Grenze des Anteils an Nickel liegt bei etwa 30%.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Mantelrolle für eine Magnetbürsienentwicklungsvorrichtung in einem elektrophotographischen Gerät, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Kupfer-Nickel-Legierung besteht.

2. Mantelrolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nickel-Anteil zwischen 25% und 35% liegt.

i. Mantelrolle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche der hohlzylindrischen Rolle mit achsenparallelen Rillen versehen ist.