DE3014372C2

DE3014372C2 - Entwicklersystem zur Erzeugung eines Tonerbildes

Info

Publication number: DE3014372C2
Application number: DE3014372A
Authority: DE
Inventors: Mitsuaki Higashikurume Tokyo Kohyama
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-04-18
Filing date: 1980-04-15
Publication date: 1982-10-14
Also published as: JPS55138765A; DE3014372A1; JPH0114587B2; US4295443A

Description

Die Erfindung betrifft ein Entwicklersystem zur Erzeugung eines Tonerbildes auf einem elektrostatisch aufgeladenen und belichteten Bndträgerelement im Wege eines Entwicklungsvorganges mit einem Einkomponentenentwickler, bestehend aus einer stationär dem Bildträgerelement mit Abstand gegenüberstehend angeordneten Entwicklerrolle sowie einer Vorrichtung, die den Entwickler über die Entwicklerrolle dem Bildträgerelement zuführt.

Elektrostatische Kopiergeräte arbeiten in der Weise, das ein lichtempfindliches Bildträgerelement zunächst elektrisch aufgeladen und anschließend unter Verwendung eines zu kopierenden Originals belichtet wird. Es entsteht dann auf dem Bildträgerelement ein elektrostatisches latentes Ladungsbild. Entwickelt wird das latente Ladungsbild dadurch, daß dem Bildträgerelement elektrisch aufgeladener Entwickler zugeführt wird. Das Pulverbild, das dabei entsteht, wird sodann auf Papier übertragen und auf diesem fixiert.

Elektrostatische Kopiergeräte können entweder mit Einkomponenten- Entwickler oder mit Zweikomponenten-Entwickler arbeiten.

Die Erfindung befaßt sich mit einem Entwicklersystem, das mit Einkomponenten-Entwickler arbeitet. Ein Einkomponenten-Entwickler besteht in der Regel aus pulverförmigem Toner mit Kunstharzen und Pigmentstoffen oder aus einem Gemisch aus Kunstharzen und magnetischem Eisenpulver.

Ein Entwicklersystem der eingangs genannten Gattung ist durch die DE-AS 26 54 848 bekannt. Dabei besteht die Stationäre Entwicklerrolle aus einem Hohlzylinder aus Aluminium oder einem anderen nichtmagnetischen Material. Im Inneren des Zylinders ist eine drehbare Magnetwalze angeordnet, die eine Anzahl von Magnetpolen aufweist Der Entwicklerrolle wird aus einem Vorratsbehälter Entwickler zugeführt.

Auf der Entwicklerrolle bildet sich eine Entwicklerschicht, die durch die sich drehende Magnetwalze über die Außenfläche der Entwicklerrolle bewegt wird und dabei mit dem Bildträgerelement in Berührung kommt. Bei dem bekannten Entwicklersystem ist nicht gewährleistet, daß der auf der Entwicklerrolle befindliche Entwickler in ausreichendem Maße elektrisch aufgeladen wird, was jedoch Voraussetzung dafür ist, daß der auf der Entwicklerrolle befindliche Entwickler auf elektrostatischem Weg zum Bildträgerelement angezogen wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Entwicklersystem der eingangs genannten Gattung so zu gestalten, daß eine ausreichende Aufladung des Entwicklers auf der Entwicklerrolle sichergestellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Entwicklerrolle zwei Gruppen elektrisch leitender Bereiche aufweist, die sich auf deren Oberfläche jeweils in Axialrichtung erstrecken, ein jeder zu der einen Gruppe gehörender Bereich zwischen zwei Bereichen der anderen Gruppe angeordnet ist, und diese Gruppen und Bereiche unter Verwendung von isolierendem Material elektrisch gegeneinander getrennt und isoliert sind, daß weiterhin an die eine

Gruppe ein Potential mit der zur Polarität des Bildträgerelementes entgegengesetzten Polarität und an die andere Gruppe Erdpotential gelegt ist, und daß die Entwicklerrolle so ausgerichtet ist, daß ein Bereich der auf Erdpotential liegenden Gruppe dem Bildträgerelement direkt gegenübersteht

Als vorteilhaft hat sich erwiesen, daß die Entwicklerrolle einen elektrisch leitenden Zylinder aufweist, in den im Abstand zueinander auf seiner Außenfläche mehrere sich in Axialrichtung erstreckende Kanäle oder Ausnehmungen eingearbeitet sind, in die jeweils ein elektrisch leitendes und gegenüber dem Zylinder isoliertes Segment eingesetzt ist, und zwar derart, daß auf der Oberfläche des Zylinders elektrisch leitende Bereiche der ersten Gruppe entstehen, wohingegen die Segmente die elektrisch leitenden Bereiche der zweiten Gruppe bilden.

Das erfindungsgemäße Entwicklersystem kann auch so ausgestaltet sein, daß die Entwicklerrolle einen elektrisch isolierenden Zylinder aufweist, in den mehrere über den Umfang verteilte Ausnehmungen oder Kanäle, die sich in Axialrichtung erstrecken, eingearbeitet sind und ein jeder dieser Kanäle ein elektrisch leitendes Segment aufweist

Es ist zweckmäßig, daß die Entwicklerrolle eine aus nichtmagnetischem Material hergestellte Zylinderbuchse ist und die Vorrichtung, die den Entwickler über die Entwicklerrolle dem Bildträgerelement zuführt aus einem im Inneren der Zylinderbuchse koaxial und drehbar angeordneten Magnet besteht der auf seiner Oberfläche mehrere Magnetpole aufweist

Schließlich ist es auch möglich, dem Potential einer der Gruppen der elektrisch leitenden Bereiche eine Wechselspannung als Vorspannung oder Steuerspannung aufzuschalten.

Durch die US-PS 38 65 080 ist zwar schon ein Hohlzylinder bekannt der zwei Gruppen elektrisch leitender segmentförmiger Bereiche aufweist, die sich jeweils in Axialrichtung des Hohlzylinders erstrecken. Die Bereiche aind durch eine ebenfalls segmentförmige Isolierschicht elektrisch voneinander getrennt.

An den Bereichen liegen unterschiedliche Potentiale an. Eine Möglichkeit den Entwickler über die Oberfläche des Hohlzylinders zu bewegen, besteht jedoch nicht Vielmehr dreht sich der Hohlzylinder selbst. Er nimmt dabei Tonerpratikel durch die von den elektrisch leitenden Segmenten entwickelte Anziehungskraft mit Eine gleichmäßige und ausreichende Aufladung der Tonerteilchen findet dabei nicht statt. Der vorbekannte Hohlzylinder ist deshalb als Entwicklerrolle nicht verwendbar; er kann nur dazu dienen, schwach aufgeladene Tonerpartikel aufzunehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 das Entwicklersystem eines elektrostatischen Kopiergerätes in Schnittdarstellung,

F i g. 2 einen Teil des in F i g. 1 gezeigten Entwicklersystems ebenfalls im Schnitt,

F i g. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Details aus F i g. 2,

Fig.4 die in Fig.2 gezeigte Entwicklerrolle oder Tonerzuführungsrolle in perspektivischer Darstellung sowie die Spannungsquelle für das Entwicklersystem,

F i g. 5 ebenfalls in perspektivischer Darstellung die in F i g. 2 wiedergegebene Entwicklerrolle,

F i g. 6 bis 8 vergrößerte Schnittdarstellung mit Wiedergabe von Details für drei verschiedenartige

Ausführungsbeispiele der Toneraufladungsvorrichtung nach F i g. 2,

Fig.9 eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Entwicklersystems nach der Erfindung,

F i g. 10 eine vergrößerte Darstellung der Toneraufladungsvorrichtung nach F i g. 9,

F i g. 11 eine perspektivische Darstellung der Entwicklerrolle nach Fig.9 mit Spannungsquelle für das Entwicklersystem und

Fig. 12 eine weitere perspektivische Darstellung der in F i g. 9 wiedergegebenen Entwicklerrolle.

Wie aus F i g. 1 und 2 zu erkennen ist besteht das elektrostatische Kopiergerät aus einem elektrostatisehen Bildträgerelement 10, bspw. einer lichtempfindlichen Bildtrommel, aus einem Tonerbehälter 12 mit Zuführungstrichter und schließlich auch noch aus einem üntwicklersystem 18, zu dem auch eine Entwicklerrolle 28 gehört Das lichtempfindliche Bildträgerelement 10 steht mit einem (nicht dargestellten) Antriebssystem geeigneter Art in Verbindung, von welchem es in die mit Pfeil A gezeichnete Richtung gedreht wird.

In dem zum Entwicklersystem 18 gehörenden Gehäuse 20 befindet sich ein Entwickler 14 der Einkomponentenausführung. Außerdem ist im Gehäuse 20 eine Entwicklerrolle 28 untergebracht. Dem Gehäuse 20 wird der Entwickler 14 von dem Tonerbehälter 12 aus zugeführt, der über dem Gehäuse 20 angeordnet ist Der untere Teil des Tonerbehälters 12 weist eine

^3J Öffnung 22 auf, durch die der Entwickler vom Tonerbehälter 12 aus dann in das Gehäuse 20 gelangt wenn sich die Zuführrolle 16 dreht Eine Drehbewegung der Zuführrolle 16 bewirkt, daß der im Tonerbehälter 12 befindliche Entwickler 14 am Gehäuse 20 über kleine und enge Öffnungen zwischen der Rolle 16 und den Kanten der Öffnung 22 zugeführt wird.

Der Einkomponentenentwickler weist keine Trägerpartikel auf. Er besteht nur aus Kunstharz und magnetischen Pulvern. Der Entwickler hat einen spezifischen Volumenwiderstand von nicht weniger als 10" Ω cm, die Partikeigröße liegt im Größenbereich von 100 Mikron.

Wie aus F i g. 2 zu erkennen ist, erhält der Entwickler 14 eine negative elektrische Aufladung und bleibt dann solange an der Entwicklerrolle 28 haften, bis er auf elektrostatischem Weg zum Bildträgerelement 10 hin angezogen wird. Das eine positiv elektrische Aufladung aufweisende elektrostatische Ladungsbild, das im Bereich 36a des Bildträgerelementes 10 latent vorhanden ist, wird bei diesem Vorgang entwickelt, und zwar derart, daß dabei ein sichtbares Pulverbild oder Staubbild im Bereich 36b entsteht.

Zur Entwicklerrolle 28 gehört ein Zylinder 24. Dieser Zylinder 24 ist aus einem elektrisch leitenden, aber unmagnetischen Werkstoff hergestellt., bspw. aus Aluminium oder aus Messing. Der Zylinder 24, der feststehend angeordnet ist, weist mehrere im Abstand zueinander angeordnete Ausnehmungen der Kanäle 30 auf, die in seine Oberfläche eingearbeitet ■sind. Wie dies am besten aus F i g. 4 zu erkennen ist, sind die Kanäle 30 alle in Längsrichtung des Zylinders 24 angeordnet und ausgerichtet. In die Kanäle 30 ist isolierendes Material 32 derart eingesetzt, daß es an den Wandflächen und an der Bodenfläche der Kanäle 30 anliegt. Nach dem isolierenden Material 32 werden die elektrisch leitenden Segmente 34 in die Kanäle 30 eingesetzt, diese sind dann durch das isolierende Material elektrisch gegen den elektrisch leitenden Zylinder 24 isoliert. Der zu einem

jeden Segment 34 gehörende Oberflächenbereich 34a ist zur Außenfläche des Zylinders 24 ausgerichtet.

Ein Magnet 26, der im Wechsel auf seiner Oberfläche magnetisierte Nordpole (N) und magnetisierte Südpole (S) aufweist, ist innerhalb des elektrisch leitenden Zylinders 24 angeordnet und untergebracht. Der Magnet 26 steht mit einem geeigneten (nicht dargestellten) Antriebssystem derart in Verbindung, daß er sich in die mit Pfeil B gezeichnete Richtung dreht. Der Magnet 26 bewirkt den Transport des Entwicklers auf der Oberfläche des elektrisch leitenden Zylinders 24.

Fig.4 und 5 zeigen, daß die elektrisch leitenden Segmente 34 zum Zylinder hin über das isolierende Material 32 elektrisch isoliert sind. Die elektrisch leitenden Segmente 34 stehen über die Drähte 38 mit einer gemeinsamen Leitung 40 in Verbindung, welche ihrerseits wiederum über ein Schaltelement 44 auf die negative Anschlußklemme einer Gleichspannungsquelie 46 (bspw. auf eine für 600 V ausgelegte Spannungsquelle) geführt ist. Das Schaltelement 44 ist in Offenstellung gezeichnet Während des Betriebes des Entwicklersystems ist es normalerweise geschlossen. Der Zylinder 24 ist seinerseits über die Leitung 42 auf den positiven Anschluß der Gleichspannungsquelle 46 geführt, und zwar über eine Anschlußklemme 48, welche elektrisch mit der Erdungsklemme 50 in Verbindung steht Da der Zylinder. 24 stillsteht, ist für die Verbindung mit den Leitungen 40 und 42 ein Schleifringkontakt nicht erforderlich.

Fig.2 zeigt ferner, daß die elektrisch leitenden Segmente 34 dem Bereich 52 des lichtempfindlichen Bildträgerelementes 10 mit Abstand gegenüberliegen. Der Grund besteht darin, daß das auf dem Bildträgerelement 10 im Bereich 36a vorhandene latente Ladungsbild durch die elektrische Ladung des elektrisch leitenden Segmentes 34 zerstört und vernichtet werden würde. Mit anderen Worten: Wenn ein Segment 34, das mit der Spannungsquelle von bspw. 600 V in Verbindung steht, nahe an die Oberfläche der Bildtrommel 10 herangebracht würde, hätte das zur Folge, daß sich im Bereich 36a die Ladungsdichte des latent vorhandenen Ladungsbildes verringern oder abschwächen würde.

Nachstehend wird die Funktion des Entwicklersystems kurz beschrieben.

Wenn sich der Magnet 26 in Richtung des in F i g. 2 dargestellten Pfeiles B dreht, dann bleibt an der Oberfläche des elektrisch leitenden Zylinders 24 wegen des vom Magneten 26 ausgehenden magnetischen Feldes Entwickler 14 haften. Durch die Drehbewegung des Magneten 26 wird der Entwickler 14 auf der Außenumfangsfläche des Zylinders 24 in Richtung des Pfeiles Ctransportiert. Wie aus F i g. 3 hervorgeht ist zu diesem Zeitpunkt zwischen den elektrisch leitenden Segmenten 34 und dem elektrisch leitenden Zylinder 24 eine Spannung von —600 V aufgeschaltet Ein Strom fließt durch den Entwickler 14, durch den Bereich 34a der Oberfläche eines jeden der Segmente 34 und durch den benachbarten Bereich 346 des Zylinders 24. Weil nun durch das isolierende Material 32 die Segmente 34 und der Zylinder 24 gegeneinander elektrisch isoliert sind, fließt dann, wenn die Gleichspannungsquelle 46 zwischen ihnen angelegt ist auf der Oberfläche des Zylinders 24 ein Strom durch den Entwickler 14. Dadurch wird der Entwickler 14 bis zur gewünschten Stärke in negativer Polarität aufgeladen. Auf die Transport- oder Förderrichtung C des Entwicklers 14 bezogen ist ein jedes Segment 34 derart in einem festen und bestimmten Abstand angeordnet daß die Aufladung des Entwicklers 14 ständig wiederholt wird. Während des Transportes des Entwicklers 14 drehen sich auch die im Entwickler enthaltenen Tonerpartikel, die dann allmählich und gleichmäßig aufgeladen werden. Wird der elektrische Widerstand des Entwicklers 14 berücksichtigt, wird weiterhin auch der Abstand zwischen den Segmenten 34 berücksichtigt, dann kann man die Gleichspannung der Gleichspannungsquelle 46 genau festlegen und bestimmen. Der Entwickler 14 wird vom Magnetfeld des sich drehenden Magneten 26 in der gewünschten Polarität (in diesem Falle mit der negativen Polarität) gleichmäßig aufgeladen und dann zum Entwicklerbereich 52 weitergeleitet. In diesem Bereich 52 haftet der Entwickler 14 an dem latenten und elektrostatischen Ladungsbild im Bereich 36a des lichtempfindlichen Bildträgerelementes 10, wobei dann ein sichtbares Staubbild oder Pulverbild im Bereich 366 entsteht.

Mit F i g. 6 bis 8 sind Stromversorgungsteile anderer Ausführungsformen dargestellt, die das Entwicklersystem nach F i g. 2 bis 5 mit Strom zu versorgen haben. Nach F i g. 6 ist der positive Anschluß der Gleichspannungsquelle 54 (bspw. 100 bis 300 V der Vorspannung), mit der Anschlußklemme 48 verbunden, während der negative Anschluß an die Erdungsklemme 50 gelegt ist Wenn das elektrostatische und latente Ladungsbild auf dem trommeiförmigen Bildträgerelement 10 entwickelt wird, dann wird dem Zylinder 24 die Vorspannung der Gleichspannungsquelle 54 aufgeschaltet. Das hat wiederum zur Folge, daß das auf dem Bildträgerelement 10 im Bereich 36Z> entstehende sichtbare Staubbild einen starken Kontrast aufweist und.dies auf einem praktisch reinen Hintergrund.

Die mit F i g. 7 wiedergegebene Wechselspannungsquelle 56 steht mit der Anschlußklemme 48 und mit der Erdungsklemme 50 in Verbindung. Beim Transport des aufgeladenen Entwicklers 14 auf den Zylinder 24 wird der Entwickler 14 durch die von der Spannungsquelle 56 her aufgeschaltete Wechselspannung in Schwingung gehalten. Das hat wiederum zur Folge, daß der Entwickler auf der Oberfläche des Zylinders 24 nicht koaguliert oder haften bleibt Liegt aber die Frequenz der Wechselspannung 56 unter 100 Hz, dann entstehen Streifen im sichtbaren Pulverbild im Bereich 366 des Bildträgerelementes 10. Die Wechselspannungsquelle muß somit eine Frequenz haben, die über 100 Hz liegt.

Nach Fig.8 ist eine Wechselspannungsquelle 58 schaltungsmäßig zwischen dem positiven Anschluß der Gleichspannungsquelle 46 und der Anschlußklemme 48 angeordnet Wenn der Entwickler 14 auf dem Zylinder 24 transportiert wird, werden die Entwicklerpartikel in der zuvor beschriebenen Weise in Schwingung gehalten, so daß der Entwickler 14 nicht auf der Oberfläche des Zylinders 24 koagulieren und haften bleiben kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Bereich 52 von der Wechselspannung nicht beeinflußt was wiederum zur Folge hat daß das dann sichtbare Pulverbild im Bereich 36Z) auf dem Bildträgerelement 10 keine Streifen aufweist

Nachstehend soll nun anhand von Fig.9 bis 12 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Entwicklersystems beschrieben und erläutert werden.

Der Zylinder 24 ist aus einem elektrisch nichtleitenden Material hergestellt bspw. aus Kunststoff, und dieser Zylinder ist auch nicht magnetisch. Die elektrisch leitenden Bereiche 34a und 346 sind in einem bestimmten Abstand zueinander auf der Oberfläche des aus Isoliermaterial bestehenden Zylinders 24 angeord-

net, dabei wechseln Bereiche 34a mit den Bereichen 34b. Diese Bereiche 34a und 346 sind in der in den F i g. 10 bis 12 dargestellten Weise an eine Gleichspannungsquelle 46 angeschlossen. Keiner der Bereiche 34a ist von der Anordnung her auf die Bildtrommel ausgerichtet, im Gegensatz zum Bereich 34b, der elektrisch mit der Erdungsklemme 50 verbunden ist und auf das Bildträgerelement ausgerichtet ist. In der Funktion und Arbeitsweise entspricht dieses Entwicklersystem dem ersten Ausführungsbeispiel, welches zuvor beschrieben worden ist.

Bezugszeichenübersicht

10 Bildträgerelement

12 Tonerbehälter

14 Entwickler

16 Zuführrolle

JS Entwicklersystem

20 Gehäuse

22 öffnung

24 Zylinder

26 Magnet

28 Entwicklerrolle

30 Kanal

32 Isolierendes Material

34 Elektrisch leitendes Segment

34a Bereich

34ft Bereich

36a Bereich

36b Bereich

38 Draht

40 Leitung

42 Leitung 44 Schaltelement 46 Gleichspannungsquelle 48 Anschlußklemme 50 Erdungsklemme 52 Bereich 54 Gleichspannungsqueile 56 Wechselspannungsquelle 58 Wechselspannungsquelle

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Entwicklersystem zur Erzeugung eines Tonerbildes auf einem elektrostatisch aufgeladenen und belichteten Bildträgerelement im Wege eines Entwicklungsvorganges mit einem Einkomponentenentwickler, bestehend aus einer stationär dem Bildträgerelement mit Abstand gegenüberstehend angeordneten Entwicklerrolle sowie einer Vorrich- to tung, die den Entwickler über die Entwicklerrolle dem Bildträgerelement zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Entwicklerrolle (28) zwei Gruppen elektrisch leitender Bereiche aufweist, die sich auf deren Oberfläche jeweils in Axialrichtung erstrecken, ein jeder zu der einen Gruppe gehörender Bereich (34a) zwischen zwei Bereichen (34b) der anderen Gruppe angeordnet ist, und diese Gruppen und Bereiche unter Verwendung von isolierendem Material (32) elektrisch gegeneinander getrennt und isoliert sind, daß weiterhin an die eine Gruppe (34a,) ein Potential mit der zur Polarität des Bildträgerelementes (10) entgegengesetzten Polarität und an die andere Gruppe (34b) Erdpotential gelegt ist und daß die Entwicklerrolle (28) so ausgerichtet ist, daß ein Bereich der auf Erdpotential liegenden Gruppe (34b) dem Bildterägerelement (10) direkt gegenübersteht.

2. Entwicklersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklerrolle (28) einen elektrisch leitenden Zylinder (24) aufweist, in den im Abstand zueinander auf seiner Außenfläche mehrere sich in Axialrichtung erstreckende Kanäle (30) oder Ausnehmungen eingearbeitet sind, in die jeweils ein elektrisch leitendes und gegenüber dem Zylinder (24) isoliertes Segment (34) eingesetzt ist, und zwar derart, daß auf der Oberfläche des Zylinders (24) elektrisch leitende Bereiche (34b)der ersten Gruppe entstehen, wohingegen die Segmente (34) die elektrisch leitenden Bereiche (34a) der zweiten Gruppe bildea

3. Entwicldersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklerrolle (28) einen elektrisch isolierenden Zylinder (24) aufweist (F i g. 9), in den mehrere über den Umfang verteilte Kanäle oder Ausnehmungen, die sich in Axialrichtung erstrecken, eingearbeitet sind und ein jeder dieser Kanäle ein elektrisch leitendes Segment (34) aufweist

4. Entwicklersysterr» nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem magnetisierbaren Einkomponentenentwickler, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklerrolle (28) eine aus nichtmagnetischem Material hergestellte Zylinderbuchse ist und die Vorrichtung, die den Entwickler (14) über die Entwicklerrolle (28) dem Bildträgerelement (10) zuführt, aus einem im Inneren der Zylinderbuchse koaxial und drehbar angeordneten Magnet (26) besteht, der auf seiner Oberfläche mehrere Magnetpole aufweist

5. Entwicklersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Potential einer der Gruppen der elektrisch leitenden Bereiche (34a, 34b) eine Wechselspannung als Vorspannung oder Steuerspannung aufgeschaltet wird.