DE3414738A1

DE3414738A1 - Magnetrollen-vorrichtung

Info

Publication number: DE3414738A1
Application number: DE3414738A
Authority: DE
Inventors: Keitaro Saitama Yamashita
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1983-04-18
Filing date: 1984-04-18
Publication date: 1984-10-18
Anticipated expiration: 2004-04-19
Also published as: DE3414738C3; JPH0462077B2; DE3414738C2; US4597661A; JPS59193474A

Description

34H738

Die Erfindung betrifft eine Entwicklungsvorrichtung, wie sie in elektrofotografischen Kopiergeräten oder elektrostatischen Aufzeichnungsgeräten Anwendung findet. Insbesondere betrifft sie eine Magnetrollen-Vorrichtung zur Anwendung in Entwicklungsgeräten mit "springendem" Entwickler oder mit magnetischer Bürste.

In einem elektrofotografischen Kopiergerät oder in einem elektrostatischen Aufzeichnungsgerät ist eine Entwicklungsvorrichtung mit "springendem" Entwickler oder mit magnetischer Bürste zur Entwicklung eines latenten elektrostatischen Bildes vorgesehen. Das Bild ist auf einer fotoempfindlichen Oberfläche aus Materialien wie z.B. Selen oder Zinkoxid oder auf einer dielektrischen Oberfläche gebildet. Das genannte Entwicklungsgerät weist eine Magnetrollen-Vorrichtung mit einem Permanentmagnet und einer nicht-magnetischen, zylindrischen Hülse auf, die die Magnetrolle umgibt. In derartigen Geräten wird ein magnetischer Entwickler angezogen und so auf der Hülse gehalten, daß sich eine magnetische Bürste aus dem magnetischen Entwickler bildet. Bei dem Entwicklungsgerät mit magnetischer Bürste bewegt sich aufgrund der Rotation der Hülse relativ zur Magnetrolle die magnetische Bürste zusammen mit der Hülse und wischt über die Oberfläche eines ein latentes elektrostatisches Bild tragenden Elementes, um dieses latente Bild zu entwickeln. Im Falle des Ent-Wicklungsgeräts mit "springendem" Entwickler kommt die magnetische Bürste nicht in direkten Kontakt mit der Oberfläche des ein latentes elektrostatisches Bild tragenden Elementes, da die Höhe der magnetischen Bürste relativ gering ist. Stattdessen ist über der Hülse und dem das latente Bild tragenden Element eine Wechselspannung angelegt, wodurch der Entwipkler zur Entwicklung des latenten Bildes auf die Oberfläche dieses das Bild tragenden Elementes springt. ^

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Es können zwei Typen von magnetischem Entwickler Anwendung finden: Ein Zwei-Komponenten-Entwickler, der eine Mischung aus einem ferromagnetischen Träger und einem Toner ist, und ein Ein-Komponenten-Entwickler, der nur aus einem magnetisehen Toner besteht. In dem Zwei-Komponenten-Entwickler wird als ferromagnetischer Träger im allgemeinen ein Pulver aus beschichtetem oder nicht beschichtetem Eisen, Nickel oder Ferrit mit einer Teilchengröße von etwa 50 μΐη bis 200 um, und als der Toner eine Dispersion eines Farbstoff-Pulvers in einem Harzpulver mit einer Teilchengröße von etwa 5 μΐη bis 30 μπι verwendet. Der magnetische Toner des Ein-Komponenten-Entwicklers besteht andererseits im wesentlichen aus Harzteilchen, die magnetisches Pulver mit einer Teilchengröße von 5 μΐη bis 5 0 μΐη enthalten.

Um die Toner-Transportierbarkeit zu erhöhen, wurde für die nach den zwei genannten Prinzipien arbeitenden Entwicklungsgeräte vorgeschlagen, die Oberfläche der Hülse aufzurauhen. In der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 56-134445 (1981) ist beispielsweise angegeben, die Oberfläche der Hülse durch Granulat- oder Sandstrahlen so aufzurauhen., daß der Toner-Transport gesteigert und auch die Bildentwicklung verbessert wird. Auch die US-Patentschrift Nr. 4 377 332 zeigt das Aufrauhen der Hülsen-Oberfläche in axialer Richtung und in Umfangsrichtung durch die Behandlung der Oberfläche mit Sandpapier, Schleifpapier oder ähnlichem.

Es ist damit bekannt, daß das Aufrauhen der Oberfläche der Hülse die Reibung zwischen der Hülse und dem Toner steigert, womit die Toner-Transportierbarkeit verbessert wird. Im Entwicklungsgerät nach dem Stand der Technik ist die Länge des aufgerauhten Hülsenbereiches jedoch gleich oder größer als die der magnetischen Pole der Magnetrolle, so daß beide Endbereiche der auf der Hülse gebildeten magnetischen Bürste

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aufgrund des Auftretens des magnetischen Flusses an den Magnetenden die Tendenz zeigen, höher zu sein als der dazwischenliegende Bereich der magnetischen Bürste. Das führt zu einer unerwünschten Ungleichmäßigkeit der magnetischen Bürste in axialer Richtung. Es ist deshalb üblich, daß die Breite eines zu entwickelnden latenten Bildes geringer als die Länge der Magnetrolle ist, um die Probleme mit der axialen Unaleichmäßiqkeit der magnetischen Bürste zu vermeiden.

Die generelle Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, eine Magnetrollen-Vorrichtung für ein Entwicklungsgerät anzugeben, mit dem die dem Stand der Technik anhaftenden Probleme zumindest teilweise vermieden werden.

Eine spezielle Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Magnetrollen-Vorrichtung zur Anwendung in einem Entwicklungsgerät für ein latentes elektrostatisches Bild anzugeben, mit der es möglich ist, eine über die gesamte axiale Länge der Hülse im > wesentlichen gleichmäßige magnetische Bürste zu bilden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Eliminierung der Wirkungen des Streuflusses an den Enden einer Magnetrolle.

Die erfindungsgemäße Magnetrollen-Vorrichtung weist eine zylindrische Hülse aus einem nicht-magnetischen Material, die gegenüber einem Element angeordnet ist, das auf seiner Oberfläche ein latentes elektrostatisches Bild trägt, sowie ein Permanentmagnet-Element auf, das in der Hülse untergebracht ist und mehrere Magnetpole hat. Hierbei ist die nicht-magnetische Hülse relativ zu dem Permanentmagnet~Elernent drehbar und mit einem aufgerauhten Oberflächenbereich versehen, dessen Länge geringer als die der magnetischen Pole ist.

Die Anzahl der magnetischen Pole des Permanentmagnet-Elementes

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kann in Abhängigkeit von der Größe und der jeweiligen Verwendung der Magnetrollen-Vorrichtung gewählt werden. Die Herstellung des Permanentmagnet-Elementes kann beispielsweise durch Sintern eines Pulvers eines magnetischen Materials, wie z.B. Ferrit, oder durch entsprechende Formung einer Mischung eines magnetischen Pulvers und eines Kunstharzpulvers erfolgen.

Die nicht-magnetische Hülse ist so aufgebaut, daß das Permanentmagnet-Element in ihr untergebracht werden kann, und eine Relativdrehung zwischen der Hülse und diesem Element möglich ist. Der Ausdruck "Relativdrehung" bezeichnet sowohl den Fall, daß sich eines der beiden Elemente dreht, während das andere stationär gehalten wird, als auch den Fall, daß sich beide Elemente mit verschiedenen Geschwindigkeiten drehen. Da Einrichtungen,die eine Relativdrehung dieser beiden Elemente gewährleisten, dem Fachmann bekannt sind, werden sie im folgenden nicht im einzelnen beschrieben.

Die das Permanentmagnet-Element umgebende Hülse ist gewöhnlich

aus einem nicht-magnetischen Material, wie Z.B.Aluminium oder rostfreiem Stahl, hergstellt. Die vorliegende Erfindung ist auf Hülsen jeglicher Form und Größe anwendbar. ·'

Es ist bekannt, daß beim Transport eines magnetischen Toners durch eine Magnetrollen-Vorrichtung die Fähigkeit der Hülse für das Transportieren des Toners durch Aufrauhen der Hülsenoberflache verbessert werden kann, wodurch die magnetische Bürste höher wird. Die über den beiden Enden des Magnets liegende magnetische Bürste wird jedoch aufgrund des Austretens des magnetischen Flusses an beiden Magnetenden höher als die zwischen diesen Enden.

Die vorliegende Erfindung basiert nun darauf, daß durch die Kombination der oben beschriebenen verschiedenen Effekte die

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auf der Hülse aufgebaute magnetische Bürste in axialer Richtung der Hülse mit einheitlicher Höhe, d.h. frei von der unerwünschten Erhöhung an beiden Magnetenden, gebildet werden kann. Die magnetische Feldstärke an den beiden Enden des Magnets steigt proportional zum Umfangsabstand zwischen den Nord- und den Südpolen oder zum Zwischenraum zwischen den magnetischen Polen an. Die Länge des nicht aufgerauhten Bereiches der Hülsenoberfläche, der über jedem Magnetende liegt, kann damit auf Grundlage des Abstands der magnetischen Pole bestimmt werden.

Insbesondere kann die Länge der nicht aufgerauhten Bereiche der Hülsenoberfläche unter Berücksichtigung der verschiedenen, die Höhe der magnetischen Bürste beeinflussenden Faktoren bestimmt werden. Zu diesen Faktoren zählen der Außendurchmesser und die magnetische Feldstärke des Permanentmagneten, die Anzahl der Magnetpole, die Oberflächenrauhigkeit der Hülse sowie der Typ des magnetischen Entwicklers.

Die Oberflächenrauhigkeit der Hülse liegt bei Verwendung eines magnetischen Toners vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 μΐη bis 3 μΐη (von Spitze zu Spitze) . Da die Teilchengröße des magnetischen Toners im allgemeinen über 5 μΐη liegt, kann das Eindringen des magnetischen Toners in die feinen öffnungen der Hülse und das Anhaften auf der Hülsenoberfläche weitgehend vermieden werden, wenn eine Oberflächenrauhigkeit der Hülse unter 5 μπι gewählt wird. Angesichts der Tatsache, daß der Toner durch Reibung nicht hinreichend stabil auf der Hülsenoberfläche gehalten werden kann, wenn die Oberflächenrauhigkeit der Hülse 3 μπι übersteigt, wird jedoch für die Oberflächenrauhigkeit der Hülse vorzugsweise ein Wert unter 3 μΐη gewählt. Ist andererseits die Oberflächenrauhigkeit der Hülse übermäßig klein, wird die Fähigkeit der Hülse, den Toner zu transportieren, nicht wesentlich verbessert. In diesem Fall neigt die Hülse weiterhin aufgrund des Reibungs-

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eingriffs mit dem Toner in verstärktem Maße zum Abrieb. Die untere Grenze der Oberflächenrauhigkeit wird deshalb vorzugsweise auf 0,5 μΐη festgesetzt.

Die erfindungsgemäße Magnetrollen-Vorrichtung kann in alle Arten von Entwicklungsgeräten für latente elektrostatische Bilder eingebaut werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht der Magnetrollen-Vorrichtung nach

einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teiles der in Fig. 1 gezeigten zylindrischen Hülse;

Fig. 3 eine Vorderansicht der die Magnetrolle umgebenden zylindrischen Hülse;

Fig. 4 eine schematische Ansicht 'zur Verdeutlichung des magnetischen Flusses an einem Ende des Permanentmagnet-Elements;

Fig. 5 eine grafische Darstellung der Verteilung der magnetischen Flußdichte über der Hülse; Fig. 6 eine schematische Ansicht eines Teils der auf der

Hülse gebildeten magnetischen Bürste, wobei die Gesamtoberfläche der Hülse aufgerauht ist; und Fig. 7 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem Wert AL in Fig. 3 und der Zahl der magnetischen Pole des Permanentmagnet-Elements.

In Fig. 1 ist mit Bezugsziffer 1 ein Trichter dargestellt, der einen magnetischen Toner 2 enthält und unmittelbar über einer Magnetrollen-Vorrichtung 10 angeordnet ist. Am unteren Ende des Trichters 1 ist ein Abstreifelement 8 angebracht. Die Magnetrollen-Vorrichtung 10 weist ein auf einer Welle

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montiertes Permanentmagnet-Element 5 und eine auf einer anderen (nicht gezeigten) Welle montierte zylindrische Hülse 4 auf.

Das Permanentmagnet-Element 5 hat in der dargestellten Ausführungsform vier N-PoIe und vier S-PoIe. In unmittelbarer Nähe der Oberfläche der zylindrischen Hülse 4 ist eine fotoempfindliehe Trommel 3 angeordnet. In dem Entwicklungsgerät mit der Magnetrollen-Vorrichtung 10 nach dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dreht sich die fotoempfindliche Trommel 3 in einer mit dem Pfeil A angegebenen Richtung, und die zylindrische Hülse 4 in einer mit dem Pfeil B angegebenen Richtung, während die Welle 6 in Ruhe bleibt.

Der in dem Trichter 1 enthaltene magnetische Toner 2 wird durch die magnetische Kraft des Permanentmagnet-Elementes 5 auf die Hülse 4 gezogen und von der Oberfläche der Hülse 4 in Richtung des Pfeiles B transportiert, wobei seine Dicke durch das Abstreifelement 8 begrenzt wird. Der auf der Hülse 4 transportierte magnetische Toner 2 erreicht einen Entwicklungsbereich D, in dem die Hülse 4 der fotoempfindlichen Trommel 3 gegenübersteht. In diesem Entwicklungsbereich D kommt eine auf der Hülse 4 gebildeten magnetische Bürste mit der Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 3 in Kontakt, um ein (nicht gezeigtes) von der Trommel 3 getragenes, latentes elektrostatisches Bild zu entwickeln. Der überschüssige magnetische Toner 2 verbleibt nach Durchlaufen des Entwicklungsbereiches D auf der Hülse 4 und wird durch die Drehung der Hülse 4 zum Trichter 1 zurückgeführt.

In den Fig. 2 und 3 ist ein unregelmäßig aufgerauhter Bereich 9 gezeigt, der auf der Oberfläche der Hülse 4 durch eine Ober-So flächenbehandlung, wie z.B. Sandstrahlen oder Granulatstrahlen, gebildet ist. Die Aufrauhung der Oberfläche der Hülse 4 verhindert während des Transports das Gleiten des magnetischen

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Toners 2, der in Form einer magnetischen Bürste auf der Hülsenoberfläche sitzt. Der magnetische Toner 2 kann zuverlässig in der Drehrichtung der Hülse 4 befördert werden. Damit kann die Bildentwicklung aufgrund der erhöhten Toner-Transportierbarkeit verbessert werden.

Wie..in Fig. 3 dargestellt,hat der auf der Hülsenoberfläche ausgebildete, aufgerauhte Bereich 9 die Länge Lr und ist damit um 2 AL kürzer als das Permanentmagnet-Element 5 mit einer Länge Lm. Der Grund dafür wird unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und beschrieben.

Wie in Fig. 4 gezeigt, tritt der magnetische Fluß an jedem Ende des Permanentmagnet-Elementes 5 bogenförmig aus dem N-PoI in Richtung der benachbarten S-PoIe aus. Damit sind die an beiden Enden des Permanentmagnet-Elementes 5 austretenden Feldlinien des magnetischen Flusses gebogen, und die magnetische Flußdichte ist an diesen beiden Enden des Permanentmagnet-Elementes 5 höher als in dem dazwischenliegenden Bereich, wie in Fig. 5 dargestellt. Wenn die Oberfläche der das Permanentmagnet-Element 5 umgebenden Hülse 4 über ihre gesamte Länge einheitlieh ist, ist, wie in Fig.6 gezeigt, die auf der Hülse 4 gebildete magnetische Bürste 11 an den beiden Enden höher als in dem dazwischenliegenden Bereich. Da jedoch die Toner-Transportierbarkeit in den (nicht aufgerauhten) Bereichen AL der Hülse 4 kleiner als in dem (aufgerauhten) Hülsenbereich Lr ist, wird das Auftreten einer höheren magnetischen Bürste an beiden Enden des Magneten aufgrund der Streuung des magnetischen Flusses eliminiert. Damit ist die Höhe der magnetischen Bürste 11 im wesentlichen über die gesamte Länge der Hülse 4 einheitlich.

Die Länge der nicht aufgerauhten Bereiche AL kann proportional zum Wert des Zwischenraums zwischen den magnetischen Polen

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gewählt werden. Die Beziehung zwischen AL und der Anzahl der magnetischen Pole ist in Fig. 7 dargestellt.

Die vorliegende Erfindung wurde unter Verwendung eines EinKomponenten-Entwicklers erklärt. Wenn die Entwicklung eines latenten elektrostatischen Bildes mit einem Zwei-Komponenten-Entwickler erfolgen soll, können auf der Oberfläche der Hülse 4, wie in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 53-3347 (1978) beschrieben,
Rinnen vorgesehen werden, die beispielsweise durch Rändeln gebildet werden, statt die oben genannte unregelmäßige Aufrauhung der Hülsenoberfläche durch Sandstrahlendurchzüführen. -Bei Aufrauhung der Hülsenoberfläche durch Sandstrahlen liegt die sich ergebende Oberflächenrauhigkeit vorzugsweise im Bereich zwischen 5 μχη und 30 μΐη (von Spitze zu Spitze) . Werden auf der Hülsenoberfläche durch Rändeln Rinnen oder Riefen gebildet, kann die so bearbeitete Oberfläche auch einer zusätzlichen Sandstrahl-Behandlung unterzogen werden, um die Toner-Transportierbarkeit weiter zu verbessern.

Im folgenden erfolgt die detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Angabe der konkreten Abmessungen und Materialwerte.

Als die Hülse 4 findet ein zylindrisches Element aus rostfreiem Stahl mit einem Außendurchmesser von 32 mm Verwendung. Ein Bariumferrit-Magnet mit einem Außendurchmesser von 29 mm und mit acht symmetrischen magnetischen Polen, die auf der Hülse 4 eine magnetische Flußdichte von 55 χ 10 T liefern, wird als das Permanentmagnet-Element 5 verwendet, um die Magnetrollen-Vorrichtung aufzubauen, die in das in Fig. 1 gezeigte Entwicklungsgerät eingebaut ist. Der Spalt zwischen dem Abstreifelement 8 und der Hülse 4 ist auf 0,3 mm, der Spalt zwischen der fotoempfindlichen Trommel 3 und der Hülse 4 ebenfalls auf 0,3 mm festgesetzt.

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Während das Permanentmagnet-Element 5 stationär gehalten wird, wird die Hülse 4 mit einer Geschwindigkeit von 200 U/min, gedreht, um ein latentes elektrostatisches Bild zu entwickeln. Als die fotoempfindliche Trommel 3 findet eine Selen-Trommel mit einen Außendurchmesser von 120 mm Verwendung, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 100 mm/sec. gedreht wird. Der zur Entwicklung verwendete magnetische Toner besteht aus einer- Teilchenmischung von 60 Gewichtsteilen magnetischem Pulver (EPT500, hergestellt von Toda Kogyo Co., Ltd.) und 40 Gewichtsteilen einer Harz-Zusammensetzung (eine 7:3-Gewichtsmischung von HIWAX200, hergestellt von Mitsui Petrochemical Co., Ltd., und ACP400, hergestellt von Allied Chemical Corporation), wobei die Teilchen mit 0,4 Gewichtsteilen Carbon Black beschichtet sind. Die durchschnittliche Teilchengröße des der-

art zubereiteten magnetischen Toners beträgt etwa 15 μπι, sein spezifischer Widerstand bei einer Gleich-Feldstärke von 4000 V/cm beträgt 10¹⁴ Ω-cm.

Zur Herstellung von vier Hülsen 4 mit Oberflächenrauhigkeiten von 0,5 μπι, 1,3 μπι, 2 μπι bzw. 3 μπι wurde eine Sandstrahl-Behandlung mit Körnern unterschiedlichen Durchmessers durchgeführt.

Wenn die Länge Lm des Permanentmagnet-Elementes 5 280 mm und die Länge Lr des aufgerauhten Bereiches der Hülse 4 ebenfalls 280 mm beträgt, ist die magnetische Bürste auf jeder Hülse 4 an beiden Enden 0,8 mm, im dazwischenliegenden Bereich dagegen 0,6 mm hoch.

Werden jedoch an beiden Enden der Hülse 4 nicht aufgerauhte Bereiche mit einer Länge AL von 8 mm vorgesehen., ist die Höhe der magnetischen Bürste in der axialen Richtung der Hülse 4 im wesentlichen einheitlich. Diese Ergebnisse ergaben sich für sämtliche Hülsen mit Oberflächenrauhigkeiten in einem Bereich zwischen 0,5 μπι und 3 μπι. ι

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Aus obigen Ausführungen wird deutlich, daß ein feines Aufrauhen eines begrenzten Bereiches der Hülsenoberfläche, der an beiden Enden etwas kürzer als die in der Hülse untergebrachte magnetische Rolle ist, nicht nur zu einer Verbesserung der Toner-Transportierbarkeit der Hülse, sondern auch zu einer einheitlichen Verteilung der magnetischen Bürste über die Länge der Hülse führt. Damit läßt sich eine gleichmäßige Entwicklung eines latenten elektrostatischen Bildes über die Länge der Magnetrollen-Vorrichtung erzielen.

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Claims

HITACHI METALS, LTD.
DEA-26550

18. April" 1984

Magnetrollen-Vorrichtung

i\ · Magnetrollen-Vorrichtung zur Verwendung in einem Gerät für die Entwicklung latenter elektrostatischer Bilder mit
einer magnetischen Bürste,
g ek e n-n ζ e.i..c h η e t durch
eine nicht-magnetische Hülse (4) ,

einen aufgerauhten Oberflächenbereich (9) auf dieser Hülse (4) und

ein Permanentmagnet-Element (5) mit einem ersten und einem zweiten Ende, das von dem ersten bis zu dem zweiten Ende

von der nicht-magnetischen Hülse (4) umgeben ist, und das
mit beiden Enden den aufgerauhten Oberflächenbereich (9)
auf der Hülse (4) in axialer Richtung überragt,
wobei die nicht-magnetische Hülse (4) nach Aufbringen eines Toners (2) auf den aufgerauhten Oberflächenbereich (9) und auf die Teile der Hülse außerhalb dieses Bereiches über ihre gesamte Länge eine im wesentlichen gleichmäßig hohe magnetische Entwicklerschicht trägt.

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2. Magnetrollen-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtmaß der Oberflächenrauhigkeit des aufgerauhten Oberflächenbereichs (9) zwischen 0,5 μπι und 3 μπι liegt. .
3. Magnetrollen-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgerauhte Oberflächenbereich (9) ein regelloses Muster von Vertiefungen aufweist, das durch Sandstrahlen dieses Bereiches der Hülse (4) gebildet ist.
4. Magnetrollen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche' 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß der aufgerauhte Oberflächenbereich (9) eine Vielzahl von umlaufenden Riefen aufweist, die durch Rändeln dieses Bereiches der Hülse (4) gebildet sind.
5. Magnetrollen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche bis 4 ,

dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (4) aus einem rostfreien Stahl hergestellt ist, und daß das Permanentmagnet-Element (5) einen Bariumferrit-Magnet enthält.

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