DE3224184A1

DE3224184A1 - Entwicklungsvorrichtung und verfahren zum entwickeln eines elektrostatischen bildes

Info

Publication number: DE3224184A1
Application number: DE19823224184
Authority: DE
Inventors: Satoshi Hachioji Tokyo Haneda; Masahiko Itaya; Makoto Hino Tokyo Tomono
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1981-06-29
Filing date: 1982-06-29
Publication date: 1983-01-13
Also published as: GB2102703A; JPS582853A; US4480911A

Description

Entwicklungsvorrichtung und Verfahren zum Entwickeln eines elektrostatischen Bildes

Die Erfindung bezieht sich auf eine Entwicklungsvorrichtung und auf ein Yerfahrung .zum Entwickeln eines elektrostatischen Bildes» wobei das elektrostatische Bild unter Verwendung eines Einkomponenten-Magnetent-

wicklers entwickelt wird.
15

Als Entwicklungssystem mit Magnetentwickler wurde bisher allgemein ein Magnetbürsten-Entwicklungsverfahren verwendet. Dieses System hat den Nachteil» daß Entwicklermaterial an der Nicht-Bildfläche haften kann und am Bild leicht Schleier auftreten; Grund dafür ist die Tatsache» daß der Magnetentwickler aufgrund von Reibungselektrifizierung elektrische Ladungen mit gestreuter positiver und negativer Polarität aufweist» weiterhin die Reibungselektrifizierung» die durch den

Kontakt des Entwicklers mit dem elektrostatischen Bildhalter entsteht» die Bildenergie usw.

Weiterhin bestehen dort die Nachteile, daß der Entwickler an der Entwicklungseinrichtung haftet und daß dadurch seine Eigenschaft» durch diese befördert zu werden» merklich herabgesetzt wird. Der Hauptgrund dafür wird darin gesehen, daß die Dicke einer Entwicklerschicht auf der Entwicklereinrichtung für den Magnet-

/iünn gehalten werden muß entwickler/und daß mit dem durch die Dickenregulierungsplatte für den Entwickler ausgeübte Druck Eohäsions-

kräfte mit der Folge einer verminderten Fließfähigkeit wirksam werden und daß mit dem Druck auf dem zwischen dem elektrostatischen Bildhalter und der Entwicklungseinrichtung angeordneten Entwickler ebenfalls Eohäsionskräfte wirksam werden.

Aufgabe der Erfindung ist es» diese Nachteile der bisherigen Vorrichtungen zu vermeiden und eine Entwicklungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur elektrostatisehen Bildentwicklung zu schaffen» bei welchem ein klares Bild ohne Schleier erhalten wird.

Um diese Probleme zu lösen,wird es als notwendig angesehen» daß eine dünne Entwicklerschicht auf der Ent-Wicklungseinrichtung erzeugt wird, ohne daß Druck auf den magnetischen Entwickler ausgeübt wird» daß der Kontakt zwischen dem latenten Bild auf der Nicht-Bildfläche und dem Entwickler soweit wie möglich eingeschränkt wird und daß die ladungen des Entwicklers alle auf die gleiche Polarität gebracht werden» usw.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe bei einer Entwicklungsvorrichtung für ein elektrostatisches Bild gelöst durch eine Entwicklungseinrichtung» eine Entwickler-Zuführungseinrichtung zur Zufuhr von Entwickler zur Entwicklungseinrichtung sowie eine Spannungseinprägeschaltung» welche an die Entwicklungseinrichtung eine Spannung zur Erzeugung eines den Entwickler von der Entwicklungseinrichtung auf einen elektrostatischen Bildhalter befördernden elektrischen Feldes und eine Spannung zur Erzeugung eines den Entwickler von der Entwickler-Zuführungseinrichtung zu der Entwicklungseinrichtung befördernden elektrischen Feldes anlegt.

Weiterhin wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren

bei einer Entwicklungsvorrichtung für ein elektrostatisches Bild mit einer Entwicklungseinrichtung und einer Entwickler-Zufiüixungseinrichtung zur Zufuhr von Entwickler zur Entwicklungseinrichtung eine Spannung mit einer Wellenform angelegt, bei der eine Spannung zur Erzeugung eines den Entwickler von der Entwick-■ lungseinrichtung zum elektrostatischen Bildhalter befördernden elektrischen Peldes und eine Spannung zur Erzeugung eines den Entwickler elektrostatisch von der Entwickler-Zuführeinrichtung zur Entwicklungseinrichtung in Impulsform aufeinander abgestimmt sind und so an die Entwicklungseinrichtung angelegt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert.

Pig. 1 zeigt in Prinzipdarstellung das erfindungsgemäße Entwicklungssystem;

. Pig. 3, 6, 8 und 9 zeigen schematisch eine elektrophotographische Entwicklungsvorrichtung;

Pig. 2, 4 und 7 zeigen die Spannungs-Wellenform, die

erfindungsgemäß angelegt wird; 25

Pig. 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Zustandes im Entwicklungsbereich.

In den Pig. 1 bis 3 sind Prinzipbilder der Erfindung in Schnittansichten der Vorrichtung dargestellt. Als Einkomponenten-Magnetentwickler wird bei diesem System vorzugsweise einer verwendet, bei dem Magnetpulver, wie Magnetit o.dgl., in einer Menge von 20 - 60 Gew.-^ verteilt ist, wobei die Teilchengröße des Entwicklers etwa 5 - 20 \im beträgt und wobei die Ladung so ge-

■ 3 2 2 Λ18

steuert wird, daß jeweils die entgegengesetzte Polarität zu dem latenten elektrostatischen Bild erhalten wird. Der elektrostatische Bildhalter in der Darstellung ist zufällig positiv geladen; deshalb wird die Ladung des Entwicklers so gesteuert, daß er eine negative Polarität aufweist.

In Fig. 1(a) ist ein Zustand gezeigt, bei dem eine Spannung von +VA Volt an der Entwicklungswalze 2 über die Spannungsquelle 5 angelegt wird. Entwicklerteilchen mit einer negativen Polarität auf der Umfangsfläche der Toner-Zuführungswalze ,1 werden im TonertJbertragungsbereich A auf die Umfangsfläche der Entwicklungswalze 2 befördert und auf der Umfangsfläche dieser Entwicklungswalze 2 festgehalten.

Pig. 1(b) zeigt einen Zustand, bei dem die Spannung zu -VA Volt umgeschaltet und so von der Spannungsquelle 5 an die Entwicklungswalze 2 angelegt wird.

Wenn das im Entwicklungsbereich B durch die elektrostatischen Bilder auf den elektrostatischen Bildhalter 3 und durch die angelegte Spannung erzeugte elektrische PeId groß genug ist, daß der Toner von der Entwicklungswalze 2 zum elektrostatischen latenten Bild hinüberfliegt, wird die Entwicklung mit dem auf die umfangsfläche der Entwicklungswalze 2 und dann zum Entwicklungsbereich B geförderten Entwickler durchgeführt. Andererseits werden Entwicklerteilchen, welche nicht am elektrostatischen latenten Bild haften bleiben und als Staubwolke die Schleierbildung verursachen könnten, an die Entwicklungswalze 2 adsorbiert, wenn die angelegte Spannung auf +VA umgeschaltet wird.

Nach der Erfindung können die zwei in den Pig. 1(a) und 1(b) gezeigten Punktionen nacheinander durch ent-

224184

sprechende Abstimmung der Spannung -VB (Volt) und der Spannimg VA (Volt) in der Weise erreicht werden, daß diese jeweils mit einer Zeitdauer von TA Sekunden und TB Sekunden gemäß Fig. 2 angelegt werden. In den Pig.

1(a) und 1(b) ist die Darstellung so gewählt, daß die Spannungsquelle 5 die Spannungen VA (Volt) und' VB . (Volt) nacheinander durch mechanisches Umschalten anlegt. Vorzugsweise wird jedoch für das Umschalten eine elektronische Schaltung verwendet.

Die Größe der Toner-Zuführungsspannung VA wird sowohl durch die magnetische Charakteristik des Entwicklers als auch durch die Magnetkraft des Magneten zur Beförderung auf der Toner-Zuführungswalze 1 bestimmt» und er hängt auch von dem Abstand zwischen der Entwicklungswalze 2 und der Toner-Zuführungswalze 1 ab. Wenn die Spannung VA hoch ist, wird die Zuführung von Entwickler zur Entwicklungswalze 2 beschleunigt,und die Entwicklerschicht auf der Umfangsfläche der Entwicklungswalze 2 wird dick, was den Effekt einer Verstärkung der Bilddichte bewirkt. Die Spannung VA hat jedoch den Zweck» selektiv Entwickler mit einer hohen Ladungsmenge von der Toner-Zuführungswalze zur Entwicklungswalze 2 zu befördern» und deshalb sollte die Spannung VA nicht zu hoch sein.

Die Größe der Entwicklungsspannung VB ist so bemessen, daß sie nicht größer ist als die Spannung» bei welcher der Entwickler noch nicht von der Entwicklungswalze zur Nicht-Bildflache des elektrostatischen Bildhalters 3 fliegt» und das ist die Spannung, bei der der Entwickler zum elektrostatischen latenten Bild auf der Bildfläche fliegt. Weiterhin ist die Spannung durch die Ladungsmenge des Entwicklers und den Abstand zwischen der Entwicklungswalze 2 und dem elektrostatischen Bild-

halter 3 bestimmt.

Was die Anlegezeit TA und TB für die jeweiligen Spannungen VA und VB betrifft, so muß die Anlegezeit TA lang und die Anlegezeit TB kurz gemacht werden, so daß der Entwickler mit der umgekehrten Polarität nicht von der Toner-Zuführungswalze 1 zur Entwicklungswalze 2 befördert wird. Wie in Pig. 2 gezeigt, ist die Anlegezeit TB der Spannung VB bei einem Zyklus der Spannungs-Anlegeperiode von T Sekunden vorzugsweise nicht größer als 0,4 T Sekunden. Obwohl der bevorzugte Zyklus von der Rollgeschwindigkeit der Entwicklungswalze relativ zur Geschwindigkeit des elektrostatischen Bildhalters abhängt, kann man generell den Zyklus in der Größe von vorzugsweise 0,5 - 100 ms wählen. Bei Versuchen wurde die beste Bildqualität, was Schleierbildung und Schärfe betrifft, mit T = 2 ms und TB = 0,4 ms erhalten, und unter dieser Bedingung war auch die Steuerbarkeit für jeden Effekt beim Wechsel der Spannungen VA und VB am besten. Wenn jedoch die Anlegezeit TB weiter verkürzt wird, so wird nach Beobachtungen die Steuerbarkeit für die Entwicklung vermindert.

Pig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, mit einer weiteren Verbesserung, wobei eine Toner-Zuführungsspannung VA zwischen der Toner-Zuführungswalze 1 und der Entwicklungswalze 2 konstant anliegt und die Entwicklerpartikel mit hoher Ladungsmenge selektiv zugeführt werden. Wenn dann die Spannung mit einer Wellenform gemäß Pig. 4 durch die Spannungsquelle an die Toner-Zuführungswalze 1 angelegt wird, dann erfolgt die Entwicklung im Entwicklungsbereich B unter der gleichen Bedingung, wie sie anhand von Pig. 1 beschrieben wurde.

Es muß vermieden werden» .daß der Entwickler den elektrostatischen Bildhalter 3 berührt, an ihm hängen bleibt und elektrostatisch oder mechanisch an ihm haftet; das geschieht durch Festlegung des Verhältnisses zwischen dem Abstand tm zwischen der Entwicklungswalze 2 und dem elektrostatischen Bildhalter 3 im Ent-. Wicklungsbereich B und der Dicke td der Entwicklerschicht auf der Umfangsfläche der Entwicklungswalze in der Weise, daß die Beziehung tm> td entsprechend Fig. 5 erfüllt ist. Zufriedenstellende Ergebnisse wurden bei Versuchen erzielt, wobei- der Abstand tm auf 0,5 mm oder kleiner festgelegt wurde.

Wenn die lineare Geschwindigkeit der Entwicklerbewegung auf der Toner-Zuführungswalze 1 Is, die lineare Geschwindigkeit der Umfangsfläche der Entwicklungswalze 2 Ld und die lineare Geschwindigkeit der Bewegung des latenten Bildes auf dem elektrostatischen Bildhalter 3 Im ist, so sollte die Anordnung so abgestimmt werden, daß die Beziehung Ls £. Ld £ Lm erfüllt ist.

Der Zyklus T nach Fig. 2 wird außerdem durch die Lineargeschwindigkeit der Bewegung des elektrostatisehen latenten Bildes auf dem elektrostatischen Bildhalter 3 bestimmt, und ein Zyklus von kleiner als 1/Lm Sekunden ist in der Praxis unproblematisch, wenn Lm in der Einheit mm angegeben ist.

Die Entwicklungswalze 2 kann einen magnetischen oder einen nicht-magnetischen Körper besitzen, sie kann einen Körper aus Metall oder aus Kunststoff oder auch aus einer Kombination von beiden besitzen; es ist lediglich notwendig, daß die Spannung an die Oberfläche der Entwicklungswalze angelegt werden kann, und es kann

eine Walze verwendet werden, bei der ein Isolierfilm auf einer metallenen Oberfläche vorgesehen ist. Me Toner-Zuführungswalze 1 kann entweder ein einziger Körper in Form einer magnetischen Walze sein, oder sie kann als körper ausgebildet sein, bei dem eine nichtmagnetische Hülse um einen einteiligen magnetischen Walzenkörper herum vorgesehen ist, wobei es lediglich notwendig ist, daß einer von beiden oder auch beide drehbar sind.

Das Grundmuster für das .Anlegen der Spannung an der Entwicklungseinrichtung wurde bereits beschrieben; wie in Fig. 6 gezeigt, können hierfür die Gleichspannungsquelle 9 und die Impulsspannungsquelle 10 vorgesehen werden, und es können dann Spannungen, wie sie in Fig. 7 mit V2 und 71 bezeichnet sind, an die Entwicklungswalze 2 und an die Toner-Zuführungswalze 1, entsprechend mit Hilfe der Schaltvorrichtung 11, angelegt werden. Wie in Fig. 8 gezeigt, ist es weiterhin möglich, eine Diode oder ein nicht-lineares Element in der Spannungs-inlegeschaltung zu verwenden. Gemäß Fig. 8 erzeugt die Spannungsquelle 5 eine Spannung mit einer Wellenform gemäß Fig. 2. So wird die Obertragung von Entwickler mit nicht benötigter Polarität von der Toner-Zuführungswalze 1 zur Entwicklungswalze verhindert, und weitere Verbesserungen in der Bildqualität sind zu erwarten.

Wie oben erwähnt, werden bei der Entwicklungsvorrichtung und bei dem Verfahren zur Entwicklung eines elektrostatischen Bildes nach der Erfindung mindestens zwei Walzen mit der Toner-Zuführungswalze 1 und der Entwicklungswalze 2 verwendet, und sie sind dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung mit einer zusammengesetzten Wellenform einer positiven und einer negativen

Spannung an die Entwicklungswalze 2 angelegt wird. Bei der Erfindung ist es aufgrund des Verfahrensschrittes der elektrostatischen Übertragung des Entwicklers von der Toner-Zuführungswalze 1 zur Entwicklungswalze 2 möglich» mehrere Tonerschichten auf der Entwicklungswalze 2 zu erzeugen, und es tritt keine ■ Tonerzerstreuung auf, weil die Tonerschichten festgehalten werden. Außerdem wird dank der nahezu einheitlichen Polarität des Entwicklers auf der Entwicklungswalze 2 erreicht, daß eine außerordentlich hochwertige Bildqualität erzielt wird und daß die Steuerung der Bilddichte und dergl. leicht durchgeführt werden kann.

Vorzugsweise wird "bei der Erfindung die Dicke der Ent-'5 Wicklerschicht auf der Entwickler-Zuführungswalze dünn gemacht» um die Reibungs-Elektrifizierung gering zu halten. Außerdem ist es zweckmäßig, die Dicke der Entwicklerschicht auf der Entwickler-Zuführungswalze dünner zu machen als die Dicke der Entwicklerschicht ^ζυ auf der Entwicklungswalze.

Die Entwicklerschicht auf der Entwicklungswalze kann - wie oben beschrieben - durch geeignete Einstellung der Spannung, welche zwischen der Entwicklungswalze

und der Entwickler-Zuführungswalze angelegt wird, und der Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden Walzen dünn gemacht werden.

Im folgenden soll noch ein anderes Ausführungsbeispiel

der Erfindung beschrieben werden. Pig. 9 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Selen-Photorezeptor als Bildhalter 3 verwendet ist. Der Selen-Photorezeptor, der auf die Umfangsflache der Trommel aufgedampft ist» bewegt sich in der Pfeilrichtung und empfängt das licht 1 zur Erzeugung des elektrostatischen latenten

Bildes, nachdem er zuvor mit der Ladeeinrichtung 8 geladen wurde. Das Potential auf der Bildfläche beträgt in diesem Fall +500 Volt.

Die Toner-Zuführungswalze 1 ist so konstruiert» daß sie innen eine magnetische Walze und um die magnetische Walze herum eine nicht-magnetische zylindrische Hülse besitzt. Sowohl die magnetische Walze als auch die zylindrische Hülse sind drehbar angeordnet, und sie drehen sich in der Richtung der angegebenen Pfeile.

Der Durchmesser der Hülse beträgt 30 mm; der Entwickler wird vom Tonerbehälter 4 zugeführt und bildet eine Tonerschicht mit einer mittleren Dicke von 0,5 mm auf der Hülse.

Die Entwicklungswalze 2 besteht aus einem Aluminiumzylinder mit einem Durchmesser von 30 mm im Querschnitt und besitzt auf ihrer Oberfläche eine Isolierschicht in Form eines dünnen, aus Teflon hergestellten Filmes. Der Abstand zwischen der Toner-Zuführungswalze und der Entwicklungswalze beträgt 0,6 mm.

Die Spannung, die an die Entwicklungswalze 2 angelegt wird, weist bei der Wellenform gemäß Fig. 2 folgende Werte auf:

YA = 300 Volt, -VB = -500 Volt T = 2 ms, TB = 0,4 ms.

Das bewirkt, daß eine Tonerschicht von 2-3 Schichten auf der Entwicklungswalze 2 gebildet wird. Was diese Tonerschicht betrifft, so ergibt sich kaum eine ladungs-Fehlstelle, weil die Entwicklungswalze 2 eine aus Isolierstoff hergestellte Oberfläche besitzt. Der Abstand zwischen der Entwicklungswalze und dem Bildhalter 3

γη.

beträgt 0,2 mm. Nach der Darstellung von Pig. 5 beträgt tm = 0,2 mm und td = 0,03 mm.

Der magnetische Entwickler, der in diesem Pail verwendet wurde, wurde auf folgende Veise gewonnen. Das heißt, die folgenden Bestandteile wurden aufgelöst und geknetet, dann pulverisiert und nach Gruppen eingeteilt, und das Toner-Körnerpulver mit einem mittleren Durchmesser von 15 μηι₉ das man auf diese Weise erhielt, wurde mit einer geringen Menge von Silizium-Peinpulver vermengt.

Styren-Aeryl-Harz "SBM 73"

(hergestellt von Sanyo Kasei Kogyo Co.) 60 Gew.-Teile

Magnetit "EPT 1000»

(hergestellt von Toda Kogyo Co.) 37 Gew.-Teile

Ladungsst euerungs-Mitt el

"Vali-fast Black 3804"

(hergestellt von Orient Kagaku Kogyo Co.) 1 Gew.-Teil

Ruß "MA-8"

(hergestellt von Mitsubishi Chemical Co.) 2 Gew.-Teile

Die Lineargeschwindigkeit des Bildhalters 3 beträgt 150 mm/s und die Lineargeschwindigkeit der Entwicklungswalze 2 und der Toner-Zuführungswalze 1 beträgt 300 mm/s.

Bei diesen Bedingungen wurde ein Bild ohne Schleier und mit hoher Schärfe erzielt.

Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Entwicklungsvorrichtung für ein elektrostatisches Bildf gekennzeichnet durch '
eine Entwicklungseinrichtung (2), eine Entwickler-Zuführungseinrichtung (1) zur Zufuhr von Entwickler zur Entwicklungseinrichtung

(2) sowie

eine Spannungseinprägeschaltung (5)» welche an die Entwicklungseinrichtung eine Spannung zur Erzeugung eines den Entwickler von der Entwicklungseinrichtung (2) zu einem elektrostatischen Bildhalter (3) befördernden elektrischen Feldes und eine Spannung zur Erzeugung eines den Entwickler von der Entwickler-Zuführungseinrichtung (1) zu der Entwicklungseinrichtung befördernden elektrischen Feldes anlegt.

2. Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnetf daß die Spannung zur Erzeugung des den Entwickler von der Entwicklungseinrichtung (2) zu dem elektrostatischen Bildhalter (3) befördernden elektrischen Feldes und die Spannung zur Erzeugung des den Entwickler von der Entwickler-Zuführungseinrichtung (1) zu der Entwicklungseinrichtung befördernden elektrischen Feldes in aufeinander abgestimmter Weise angelegt werden.

3. Verfahren zum Entwickeln eines elektrostatischen Bildes, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Entwicklungsvorrichtung für ein elektrostatisches Bild mit einer Entwicklungseinrichtung (2) und einer Entwickler-Zuführungseinrichtung (1) zur Zufuhr von Entwickler zu der Entwicklungseinrichtung eine Spannung mit einer Wellenform verwendet wird, bei der eine Spannung zur Erzeugung eines den Entwickler von der Entwicklungseinrichtung zu einem elektrostatischen Bildhalter befördernden elektrischen Feldes und eine Spannung zur Erzeugung eines den Entwickler elektrostatisch von der Entwickler-Zufuhreinrichtung zur Entwicklungseinrichtung befördernden elektrischen Feldes in Impulsform aufeinander abgestimmt und so an die Entwicklungseinrichtung angelegt werden.