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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 27.
März 1985 angemeldeten japanischen Patentanmeldung Seriennummer
60-60928, der am 28. März 1985 angemeldeten japanischen
Patentanmeldung Nr. 60-61836 und der am 29. Juni 1985 angemeldeten
japanischen Patentanmeldung Nr. 60-143504.
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Diese Erfindung betrifft ein Entwicklungsgerät, und
insbesondere Verbesserungen an einem Entwicklungsgerät, welches in einem
elektrofotografischen oder elektrografischen System zur
Umwandlung eines auf einem lichtempfindlichen oder dielektrischen
Material gebildeten elektrostatischen Bildes in ein sichtbares
Bild mit einem ausschließlich aus nicht-magnetischem Toner
zusammengesetztem Einkomponenten-Entwicklungsmittel Verwendung
findet.
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Bei dem Entwicklungsgerät dieses Typs finden technische
Weiterentwicklungen statt, welche in Richtung weg von dem Typ,
welcher ein aus Toner und Entwicklungsmittelträger zusammengesetztes
Zweikomponenten-Entwicklungsmittel benutzt hin zu dem Typ
verlaufen, welcher ein ausschließlich aus magnetischem Toner
zusammengesetztes Einkomponenten-Entwicklungsmittel benutzt,
und welche voraussichtlich ihren Verlauf von dem Typ, welcher
ein ausschließlich aus magnetischem Toner zusammengesetzten
Einkomponententoner benutzt hin zu dem Typ, welcher ein
ausschließlich aus nicht-magnetischem Toner bestehendes
Einkomponenten-Entwicklungsmittel benutzt, nehmen werden.
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Das Entwicklungsgerät des Typs, welcher einen aus einem
nicht-magnetischen Toner zusammengesetztes Einkomponenten-
Entwicklungsmittel benutzt, bewirkt die gewünschte
Bildentwicklung dadurch, daß der nicht-magnetische Toner gleichmäßig in
Form einer dünnen Schicht auf die Oberfläche einer rotierenden
Trägerwalze aufgetragen wird und daß die Übertragung des
aufgetragenen Toners auf ein elektrostatisches Bild auf einer
rotierenden, empfindlichen Trommel, welche parallel zu und
gegenüber der Trägerwalze auf einem, im Verhältnis zu dem
aufgebrachten Auftrag dünnen Spalt angeordnet ist, ermöglicht
wird.
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Das Entwicklungsgerät des Typs, welcher ein aus einem
nicht-magnetischem Toner zusammengesetztes Einkomponenten-
Entwicklungsmittel benutzt, weist jedoch ein ernstes Problem
auf: es ist schwierig, eine gleichmäßige, dünne Schicht
dauerhaft auf der Oberfläche der Trägerwalze zu bilden. Dieses
Problem hat die praktische Anwendung des Entwicklungsgerätes
behindert.
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Angesichts dieser wahren Sachlage gelang es den Erfindern
bisher durch die Vervollkommnung eines in Fig. 1 gezeigten
Entwicklungsgerätes die Bildung einer dünnen Schicht nicht
magnetischen Toners zu ermöglichen. (Japanische Patentanmeldung
SHO 58(1983)- 182, 743). Das Entwicklungsgerät dieser
vorhergehenden Erfindung erreicht die gewünschte Entwicklung eines
elektrostatischen Bildes dadurch, daß eine Metallplatten-
Schneide 2 derart angeordnet wird, daß die Hinterseite ihres
freien Endes, nämlich die flache Oberfläche an der im
Verhältnis zur Fließrichtung eines Entwicklungsmittels
stromabwärts liegende Seite gegen die Außenfläche der Trägerwalze 1
gepreßt bleibt, deren Oberfläche aufgerauht ist und als
beweglicher Entwicklungsmittelträger dient, wodurch ein von einem
Tonerbehälter 3 bereitgestellter nicht-magnetischer Toner 4 in
Form einer dünnen Schicht Toner auf der Oberfläche der
Trägerwalze 1 mit Hilfe der zuvorerwähnten Metallplatten-Schneide 2
aufgebracht werden kann, und die dünne Schicht Toner auf eine
als Bildträger dienende lichtempfindliche gegenüberliegende
Trommel 5 übertragen werden kann.
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In diesem Entwicklungsgerät wird, wenn der
Entwicklungsmittelträger 1 mit aufgerauhter Oberfläche im Uhrzeigersinn
gedreht wird, der nicht-magnetische Toner 4 aus dem
Tonerbehälter 3 über die Trägerwalze 1 zu der Verbindungsstelle
zwischen der elastischen Metallplatten-Schneide 2 und der
Trägerwalze 1 transferiert.
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Die Metallplatten-Schneide 2 weist verglichen mit einer
Gummiplatte einen hohen Elastizitätsmodul auf und zeigt kaum
Unregelmäßigkeiten in dem Verformungsgrad aufgrund von
mangelnder Gleichmäßigkeit des Drucks wie z. B. durch eine passende
Einspannvorrichtung, und die Metallplatten-Schneide weist eine
minimale plastische Verformung auf. Dadurch wird die Kraft, mit
der die Metallplatten-Schneide 2 gegen die Trägerwalze 1
gepreßt wird, vergleichmäßigt, und die dünne Schicht Toner,
wird deshalb in einer gleichmäßigen Dicke gebildet. Außerdem
kann die Metallplatten-Schneide 2 durch ihre elektrische
Leitungsfähigkeit eine Aufladung der hinteren Oberfläche
verhindern, die aufgrund der möglicherweise verursachten
Reibungselektrizität entstehen könnte wenn die Metallplatten-Schneide 2
in Druckkontakt mit dem nicht-magnetischen Toner 4 gebracht
wird. Als Folge davon ist die Scherkraft, die auf die
Gesamtheit des Toners einwirkt, immer konstant und die dünne Schicht
Toner kann in einer gleichmäßigen Dicke gebildet werden.
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Diese Bildung der dünnen Tonerschicht wird, wie in Fig. 2
gezeigt ist, durch eine wiederholte Anwendung der Scherkraft
auf das Toneraggregat 7 unter der Wirkung der Hemmkraft F&sub1;,
bewirkt, die durch die Metallplatten-Schneide 2 und die
Übertragungskraft F&sub2; durch die Trägerwalze 1 erzeugt wird.
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Wenn die Oberflächenglattheit der Trägerwalze 1 und der
Metallplatten-Schneide 2 groß ist, stagniert das Toneraggregat 7
zwischen der Trägerwalze 1 und der Metallplatten-Schneide 2, da
zwischen dem Toneraggregat 7 und der Trägerwalze 1 Schlupf
auftritt. Als Folge davon kann der nachfolgende Toner an dieser
Stelle nicht vorbei und die dünne Schicht Toner neigt dazu,
kammartige Streifen auszubilden. Diese Neigung tritt noch
stärker hervor, wenn der verwendete Toner die Eigenschaft hat, sich
selbst stark zusammenzulagern. Hinsichtlich dieses Problems
kann der Schlupf zwischen dem Toneraggregat 7 und der
Trägerwalze 1 verhindert werden, um trotz der Eigenschaft des Toners,
sich selbst zusammenzulagern, die Bildung einer einheitlichen
dünnen Schicht Toner zu erlauben, und zwar durch ein Anbringen
von Unregelmäßigkeiten 6 an der Oberfläche der Trägerwalze 1.
Als Verfahren zur Anbringung von Unregelmäßigkeiten an der
Oberfläche der Trägerwalze 1 kann eine Methode genannt werden,
welche beinhaltet, daß die Oberfläche einer
Sandstrahlbehandlung und/oder einer darauffolgenden Metallplattierung
unterzogen wird. Für das Entwicklungsgerät des Typs, welcher
ein ausschließlich aus nicht-magnetischem Toner
zusammengesetztes Einkomponenten-Entwicklungsmittel benutzt, ist es
äußerst wichtig, daß die Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche
der Trägerwalze 1 gebildet werden. Die herkömmliche Methode zur
Herstellung der Oberfläche der Trägerwalze 1 war nicht
ausreichend für eine dauerhafte Reproduktion von Bildern
zufriedenstellender Qualität.
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In dem oben beschriebenen Entwicklungsgerät erhält man die
dünne Tonerschicht in einer Dicke von etwa 60 bis 120 um, im
allgemeinen mehr als 80 um, dadurch, daß man die Metallplatten-
Schneide 2 stark gegen die Trägerwalze gepreßt hält. Dadurch
werden die Bilder in ausreichender Deckkraft wiedergegeben. Die
Anwendung eines solch hohen Druckes hat jedoch das Problem zur
Folge, daß der Druck auch auf den Toner übertragen wird, was
Reibungskraft und Verschleiern des Bildes entstehen läßt. Wenn
der auf die Metallplatten-Schneide 2 angewandte Druck erhöht
wird, um die Dicke der dünnen Tonerschicht zu reduzieren, neigt
der Toner, obwohl die gewünschte Reduzierung der Schichtdicke
tatsächlich erreicht wird, verstärkt zum Zusammenballen und
Anhäufen, und die auf den Toner angewandte elektrische Ladung
neigt dazu, eine ungewünschte entgegengesetzte Polarität
anzunehmen. Somit ist es schwierig, die Bildung einer
gleichmäßigen dünnen Tonerschicht für lange Zeit
aufrechtzuerhalten, und eine dauerhafte Reproduktion von
Bildern hoher Qualität sicherzustellen.
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Aus DE-A-3431967 ist bekannt, ein Entwicklungsgerät, wie es in
dem unten folgenden Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert ist,
vorzusehen; der Umwälzteil ist ganz von der Entwicklungswalze
getrennt, und dieses Gerät hat noch immer die unmittelbar zuvor
genannten Nachteile.
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Vollständigkeitshalber erkennen wir an, daß JP-57-14858 eine
Bürstenwalze offenbart, die in Kontakt mit der Oberfläche einer
Entwicklungsmittelträgertrommel steht, um den Toner zu
entfernen und seine erneute Ablagerung zu ermöglichen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Entwicklungsgerät
vorgesehen, wie es im unten folgenden Anspruch 1 definiert ist.
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Ausführungsformen der Erfindung werden nun nur anhand eines
Beispiels, und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Schnittansicht, welche ein herkömmliches
Entwicklungsgerät schematisch darstellt;
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Fig. 2 eine Schnittansicht, welche in vergrößertem Maßstab
den Teil der Metallplatten-Schneide des herkömmlichen
Entwicklungsgerätes darstellt;
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Fig. 3 eine Schnittansicht, welche ein typisches
Entwicklungsgerät darstellt, welches die vorliegende
Erfindung verkörpert;
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Fig. 4 eine schematische, perspektivische Ansicht, die
einen typischen Toner-Umwälzer darstellt, und
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Fig. 5 eine Schnittansicht, welche die Form des
Toner-Umwälzers von Fig. 4 darstellt.
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In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wird als
Toner-Umwälzer eine elastische Walze 29 benutzt, wobei auf die
Walze eine Schicht Polyurethanschaum konzentrisch auf die
Außenfläche der Welle 27 aufgebracht wird. In einem
Entwicklungsmittelbehälter 22 wird diese elastische Walze 29 im
Uhrzeigersinn gedreht, während sie in Kontakt mit der
Außenfläche der Entwicklungswalze 24 steht. Auf der Außenfläche der
Polyurethanschaumschicht 28 sind schraubenlinienförmige Nuten
oder Rillen wie in Fig. 4 dargestellt eingelassen. In der
vorliegenden Ausführungsform haben die Rillen eine Breite von
2 mm und eine Tiefe von 2 mm und einen Querschnitt der Form,
wie er in Fig. 5 gezeigt wird. Obwohl diese Rillen als in eine
Richtung geneigt geformt sein können, ist es wünschenswert, daß
sie, wie abgebildet, in zwei Richtungen geneigt sind, um ein
wirkungsvolles Umwälzen des Toners zu erzielen und eine
mögliche Verschiebung der Tonerverteilung innerhalb des
Entwicklungsmittelbehälters 22 zu verhindern. Eine
Metallplatten-Schneide 25 und eine lichtempfindliche Trommel
23, die in der vorliegenden
Ausführungsform benutzt werden, sind identisch mit den
entsprechenden Bestandteilen, die in der in Fig. 3
dargestellten Ausführungsform der ebenfalls schwebenden
Anmeldung 86302265.3 (der Stammanmeldung, veröffentlicht als
EP-A-196 231) benutzt werden.
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In dem wie oben beschrieben entworfenen Entwicklungsgerät
passiert von dem Toner in der dünnen Schicht, die sich als
Folge der Rotation der Entwicklungswalze 24 gebildet hat, der
Teil des Toners, welcher nicht an der Bildentwicklung
teilgenommen hat, unter Druck das elastische Blechbauteil 26
zur Toner-Rückgewinnung, und wird ins Innere des
Entwicklungsmittelbehälters 22 zurückgeführt, und kommt in Kontakt mit der
rotierenden elastischen Walze 29. Zu diesem Zeitpunkt wird ein
Teil des Toners auf der Oberfläche der Entwicklungswalze 24 von
einem porösen Polyurethanschaum 28 innerhalb des
Entwicklungsmittelbehälters 22 abgekratzt, und dann in Längsrichtung der
Walze entlang den sich schraubenlinienförmig überschneidenden
Rillen befördert.
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Durch die Umwälzwirkung, die wie oben beschrieben von der
elastischen Walze 29 hervorgerufen wird, wird die
elektrostatische Kohäsion der Tonerteilchen unterdrückt und die
Bildung von Streifen in Richtung der Randbereiche der Walze
verhindert. Wenn die Außenfläche der elastischen Walze 29 mit
einem porösen Material wie Polyurethanschaum umwickelt wird,
wie es in der vorliegenden Ausführungsform dargestellt ist,
wird der Toner, da er in den Rillen der Unregelmäßigkeiten auf
der Oberfläche zurückgehalten wird, ohne weiteres auf der
Walzenoberfläche verteilt, und die gleichmäßige Tonerschicht
wird zu jedem Zeitpunkt gebildet, sogar wenn der Toner glatt
auf die Oberfläche der Entwicklungswalze 24 aufgebracht wird,
und als Folge davon wird der Toner in der Entstehung von
Bildern von zahlreichen Linienpaaren reichlich verbraucht.
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Darüberhinaus ist, wenn schraubenlinienförmige Rillen in zwei
sich überkreuzenden Richtungen auf der Oberfläche der
elastischen Walze wie dargestellt gebildet werden, die
Möglichkeit, daß der Toner innerhalb des
Entwicklungsmittelbehälters ungleichmäßig verteilt wird,
ausgeschlossen.
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Im folgenden wird ein Experiment beschrieben, bei welchem
Bildvervielfältigungen mit der herkömmlichen Methode unter
Benützung des Entwicklungsgerätes dieser Erfindung ausgeführt
wurden.
Experiment
(Bedingungen)
Entwicklungswalze
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Eine Entwicklungswalze wurde dadurch hergestellt, daß die
Außenfläche eines Aluminiumzylinders mit 24 mm Außendurchmesser
einer Polier-Behandlung, einem Sandstrahlungs-Schritt zur
Erzielung einer rauhen Oberfläche, und einer stromlosen
Nickelplattierung unterzogen wurde. An die Entwicklungswalze
wurde eine Gleichstrom-Vorspannung von +100 V angelegt, um das
Auftreten von Bild-Verschleierung zu verhindern.
Elastisches Blechbauteil zur Bildung einer Tonerschicht
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Ein elastisches Blechbauteil zur Bildung der Tonerschicht
wurde aus einem Phosphorbronze-Blechstreifen von 0,2 mm Dicke
hergestellt. Der Druck P, der auf die Walze ausgeübt wurde,
betrug 100 g/cm. Der obenerwähnte Druck P ist der Wert
errechnet mit der Formel P= Po/l, wobei "l" für die Länge der
Schneide steht, und "Po" für den gesamten auf die Walze
angewandten Druck steht.
Nicht-magnetischer Toner
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Ein Toner wurde benutzt, der überwiegend aus einem
polyesterhaltigem Material besteht, und darüberhinaus ein
Pigment wie z. B. Kohlenstoff und andere Zusätze enthält, und
der einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 12 um
aufweist.
Lichtempfindliche Trommel
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Es wurde eine lichtempfindliche Trommel, hergestellt durch
die Bildung einer Schicht von selenhaltigem, lichtleitendem
Material auf der Außenfläche eines Aluminiumzylinders und die
einen Außendurchmesser von 80 mm hat, benutzt. Die
Umfangsgeschwindigkeit dieser lichtempfindlichen Trommel entsprach der
der zuvorgenannten Entwicklungswalze. Diese lichtempfindliche
Trommel wurde im Gegenuhrzeigersinn gedreht, also in einer
Richtung, die der Rotationsrichtung der zuvorerwähnten Walze
entgegengesetzt ist. Die maximale Spannung des auf der
Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel gebildeten
elektrostatischen Bildes war +800 V. Die lichtempfindliche Trommel war
derart angeordnet, daß der Abstand der Oberfläche der
lichtempfindlichen Trommel zur Oberfläche der Walze 0,2 mm war, wenn
die beiden Bauteile sich am nächsten kamen.
Elastische Walze
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Eine elastische Walze bestand aus einer Edelstahlwelle von
8 mm Außendurchmesser und einer Polyurethanschaumbeschichtung
von 15 mm Außendurchmesser. Die elastische Walze war derart
angeordnet, daß sich ein kleiner Abstand von 3 mm zwischen der
elastischen Walze und der Entwicklungswalze ergab.
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Die Entwicklung wurde mit einer Methode durchgeführt, bei
welcher die Entwicklungswalze 24 mit einer
Umfangsgeschwindigkeit von 130 mm/sec und die elastische Walze
mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 30 mm/sec. jeweils beide
im Uhrzeigersinn rotiert wurden, wodurch sich eine dünne
Schicht Toner von etwa 25 um Dicke auf der Oberfläche der
Entwicklertrommel 24 bildete, und es dem Toner, der durch die
Reibungselektrizität des elastischen Blechbauteils 25 zur
Bildung einer Tonerschicht negativ aufgeladen worden war,
ermöglichte wurde, in Richtung der lichtempfindlichen Trommel
23 durch die Coulombkraft übertragen zu werden. Sogar nach
10.000 Durchläufen der oben erwähnten Vervielfältigung zeigten
die entwickelten Bilder keinen erkennbaren Mangel an
einheitlicher Deckkraft und die Tonerschicht auf der Oberfläche
der Entwicklungswalze zeigte keine Anzeichen von Unebenheiten.
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Die Ausführungsform wurde derart beschrieben, daß sie eine
elastische Walze als Tonerumwälzelement verwendet. Bei dieser
Erfindung ist es nicht erforderlich, daß das Tonerumwälzelement
auf eine elastische Walze beschränkt ist. So kann zum Beispiel
eine Rasterplatte, die elastisch ist, und eine elastische
Platte, gebildet aus einer flachen elastischen Platte, die
minimale Unregelmäßigkeiten auf ihrer Oberfläche aufweist, und
wie in Fig. 4 dargestellt, um die Entwicklungswalze gewickelt
ist, anstelle der elastischen Walze verwendet werden.
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An dieser Stelle wird auf die ebenfalls schwebende Anmeldung
Nummer 86302265.3 hingewiesen, aus welcher die vorliegende
Anmeldung als Teilungsanmeldung hervorgegangen ist.