DE3726725C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Entwicklungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine solche Ent­ wicklungsvorrichtung wird beispielsweise bei einem elektrophotographischen Kopiergerät verwendet, um ein elektrostatisches Ladungsbild durch ein Einkomponenten- Entwicklungsmittel zu entwickeln.

Gewöhnlich werden Entwicklungsmethoden, wie beispiels­ weise die Kaskadenmethode und die Magnetbürstenmethode, hauptsächlich in elektrophotographischen Geräten, wie beispielsweise einem elektrophotographischen Kopier­ gerät, einem Faksimilegerät und einem Drucker einge­ setzt. Da sich jedoch in den letzten Jahren das Farb­ drucken immer mehr verbreitet hat, wurde eine Methode vorgeschlagen, bei dem in einem berührungsfreien Zustand ein Bild auf einem lichtempfindlichen Körper entwickelt wird, der ein unfixiertes Bild überlagern und entwickeln kann. Eine Grundanordnung für eine derartige berührungs­ freie Entwicklungsmethode ist in den US-PS 32 32 190, 38 657 und 38 93 418 oder in der GB-PS 14 58 766 be­ schrieben. In diesen bekannten Vorrichtungen ist eine Entwicklungswalze nahe bei einer lichtempfindlichen Trommel mit einem kleinen Spalt oder Abstand dazwischen von 5 bis 500 µm vorgesehen, und eine dünne gleich­ mäßige Tonerschicht wird auf einer Mantelfläche der Entwicklungswalze gebildet. Eine Gleichspannung oder Wechselspannung liegt zwischen der Entwicklungswalze und der lichtempfindlichen Trommel, um ein elektrisches Gleich- oder Wechselfeld in dem Spalt zu erzeugen. Als Ergebnis fliegen Tonerteilchen und kommen an einem elektrostatischen Ladungsbild bzw. einem latenten Bild auf der lichtempfindlichen Trommel zum Anhaften, wo die elektrische Feldstärke hoch ist. In einem bildfreien Teil (Nicht-Bild-Teil) ist der Flug der Tonerteilchen eingeschränkt, und in dem elektri­ schen Wechselfeld kehren die Tonerteilchen zu der Ent­ wicklungswalze zurück. Somit haftet Toner selektiv auf der lichtempfindlichen Trommel, um ein elektrostatisches latentes Bild zu entwickeln. Bei der in der US-PS 38 93 418 beschriebenen Vorrichtung wird eine Gradations- oder Abstufungsreproduzierbarkeit durch Schalten einer Fre­ quenz gewählt, indem die Tatsache ausgenutzt wird, daß die Gradation eines entwickelten Bildes sich gemäß der Frequenz der angelegten Wechselspannung verändert.

Ein sehr wichtiger Punkt bei diesen Methoden liegt darin, gleichmäßig eine Tonerschicht auf der Entwicklungswalze zu bilden und den Toner gleichmäßig aufzuladen. Im Hin­ blick auf diese Situation wurden bereits Methoden zum Herstellen einer Tonerschicht in der JP-OS (Kokai) 59-31 979 oder in den JP-OS 58-1 43 340 und 58-1 61 241 vorgeschlagen. Da bei diesen Methoden und Vorrichtungen ein elastisches Blatt bzw. eine elastische Klinge gegen eine Entwicklungswalze anstößt, um eine Tonerschicht zu bilden, kann eine Tonerschicht gleichmäßig auf der Ent­ wicklungswalze mittels einer sehr kleinen und einfachen Anordnung geschaffen werden.

Wenn ein negatives elektrostatisches latentes Bild zu entwickeln ist oder wenn ein positives elektrostatisches latentes Bild umgekehrt zu entwickeln ist, so wird ein Toner verwendet, der mit positiver Polarität aufgeladen ist. Um in diesem Fall die Reibungslade­ eigenschaft bezüglich des Toners zu verbessern, wird dem Toner ein Ladungssteuermittel oder ein Harz bei­ gefügt. Was einen positiv geladenen Toner anbelangt, so ist kein derartiges Ladungssteuermittel oder Harz mit guten Eigenschaften verfügbar, und die Ladungsmenge einer auf einer Entwicklungswalze gebildeten Toner­ schicht ist instabil. Als Ergebnis kann leicht eine Schleierbildung eines Bildes auftreten, und unter feuchten Bedingungen sind die Schichtbildungseigen­ schaften verschlechtert. Wenn daher ein Toner mit positiver Polarität verwendet wird, so ist die elektrophotographische Eigenschaft im Vergleich mit einem Fall schwach, in welchem ein Toner mit negativer Polarität benutzt wird. Obwohl eine derartige Situation sich bei einer Zweikomponenten-Entwicklungsmethode nicht ändert, sind die obigen Nachteile für Ein­ komponenten-Entwicklung typisch, so daß hierfür ein starker Bedarf für eine geeignete Abhilfe besteht.

Aus der DE-OS 35 28 366 ist eine Entwicklungsvor­ richtung bekannt, bei der sich eine Entwicklungs­ hülse und eine Entwicklerzuführrolle in derselben Richtung drehen. Dadurch bewegen sich die Entwicklungs­ hülse und die Entwicklerzuführrolle in einem Be­ rührungsabschnitt unter Druck gleitend in entgegen­ gesetzten Richtungen. Bei diesem Aufbau wird der Entwickler stark gerieben, so daß er sich bei hohem Wirkungsgrad reibungselektrisch aufladen kann.

Weiterhin ist aus der DE-PS 31 00 980 eine Ent­ wicklungsvorrichtung bekannt, bei der während der Drehbewegung einer Bürstenrolle von dieser über­ flüssiger Toner mittels eines Abstreichers abge­ nommen wird. Durch diese Abstreifbewegung werden der pelzartige Belag der Bürstenrolle und der Abstreicher, die aus verschiedenen Kunststoffen bestehen, elektrostatisch aufgeladen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Entwicklungsvorrichtung zu schaffen, die einen Toner ausreichend aufzuladen und ein Bild hoher Qualität wiederzugeben vermag.

Diese Aufgabe wird bei einer Entwicklungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 er­ findungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Patentansprüchen 2 bis 5.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Entwick­ lungsvorrichtung nach einem Ausführungsbei­ spiel der Erfindung, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Entwicklungs­ vorrichtung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ein erstes Ausführungsbeispiel, bei welchem die Erfindung auf einen elektrophotographischen lichtempfindlichen Kör­ per angewandt wird, soll im folgenden anhand der Fig. 1 näher erläutert werden. In Fig. 1 ist eine licht- bzw. photoempfindliche Trommel 1 so angeordnet, daß sie in einer durch einen Pfeil 20 angedeuteten Richtung umzu­ laufen vermag. Eine leitende Entwicklungswalze 3, deren Achse parallel zur Achse der Trommel 1 liegt, ist so an­ geordnet, daß sie auf der Oberfläche der Trommel 1 läuft bzw. sich dreht oder von dieser um einen vorbestimmten Abstand getrennt ist. Die Walze 3 läuft in einer durch einen Pfeil 21 angedeuteten Richtung um und wird von einem Gehäuse 2 umgeben. Das distale oder entfernte Ende einer als Entwicklungsmittel-Einstellglied dienenden Rakel 4, die ein plat­ tenförmiger elastischer Körper aus Phosphorbronze, rost­ freiem Stahl, Urethangummi oder dergl. ist, wird in Be­ rührung mit der Walze 3 gebracht. Die Rakel 4 stellt die Tonermenge auf der Oberfläche der Walze 3 ein, um auf der Oberfläche eine Tonerschicht mit einer Dicke von 20 bis 50 µm zu bilden, und der Toner wird mit vor­ bestimmter Polarität durch Reibung aufgeladen, die zwi­ schen der Oberfläche der Walze 3 und der Rakel 4 entsteht. Größe und Polarität dieser Reibungsladung wer­ den durch das Material des Toners, die Materialien der Rakel 4 und der Walze 3 und die Stärke der Reibungskraft festgelegt. Daher können die Materialien dieser Bauteile gemäß einer gewünschten Ladungsgröße und Polarität in üblicher Weise ausgewählt werden. Als Beispiel besteht der Toner aus einem Styren-Acryl-Copolymer-Harz und Kohlenstoff zum Färben des Harzes, die Rakel 4 aus einem dünnen Metallteil bzw. -blech, wie beispiels­ weise einem dünnen Blech aus rostfreiem Stahl, welches gewöhnlich für eine Blattfeder verwendet wird, und die Walze 3 aus einem Metallzylinder, wie beispielsweise einem Aluminium- oder Eisenzylinder, dessen Oberfläche bearbeitet ist, um eine rauhe Oberfläche zu bilden.

Ein Vorrats- oder Speicherbehälter 5 ist an einer Seite gegenüber zu der Trommel 1 und nahe bei der Walze 3 an­ geordnet, und Toner 6 einer Einkomponentensystems, der eine mittlere Korngröße von 5 bis 20 µm hat und durch Reibung aufladbar ist, wird im Behälter 5 aufbewahrt. Eine Entwicklungsmittel-Zufuhrwalze 11 liegt zwischen dem Behälter 5 und der Walze 3 und ist von dem Behälter 5 durch ein einen Gehäuseteil bildendes Teilungsglied 7 getrennt. Die Walze 11 hat einen zylindrischen Grundteil 13 und einen bürstenähnlichen elastischen Teil 12, der sich von der Oberfläche des Grundteiles 13 aus erstreckt. Die Walze 11, deren Achse in ähnlicher Weise parallel zur Achse der Walze 3 verläuft, kann in der durch einen Pfeil 22 angedeuteten gleichen Richtung wie die Walze 3 umlau­ fen und ist in einer einen weiteren Gehäuseteil bildenden Kammer 10 angeordnet, die durch das Teilungsglied 7 und das Gehäuse 2 umgeben ist. Das Teilungsglied 7 ist mit im wesentlichen dem gleichen Krümmungsradius wie der Krümmungsradius der äußeren Mantelfläche des elastischen Teiles 12 gekrümmt. Das Teilungsglied 7 hat einen Reibungsteil 8, mit dem der äußere Rand des elastischen Teiles 12 für eine Länge von etwa 1 mm oder weniger in Berührung gebracht wird, und eine schlitzförmige Öffnung 9, die die Kammer 10 mit dem Behälter 5 in Verbindung treten läßt, wird durch das Teilungsglied 7 und das Gehäuse 2 gebildet.

Ein Flügel-Rührwerk 14 ist am Boden des Behälters 5 an­ geordnet, so daß sich dessen Drehachse entlang der Dreh­ achse der Walze 11 erstreckt, und es läuft in einer zur Drehrichtung der Walze 11 entgegengesetzten Richtung um, d. h., in einer durch einen Pfeil 23 angedeuteten Rich­ tung. Durch Drehung des Rührwerkes 14 kann ein Toner glatt in die Kammer 10 über die Öffnung 9 im unteren Teil des Behälters 5 übertragen werden, um so die Bil­ dung eines Hohlraumes am unteren Teil des Behälters 5 zu verhindern.

Der elastische Teil 12 der Walze 11 besteht aus einer Faser, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen (be­ kannt als "Teflon"), Polymethylmethacrylat (PMM), Vis­ kose-Kunstseide oder -Rayon und insbesondere aus einer Teflon-Faser, und er ist so gestaltet, daß er sich von dem Grundteil 13 aus erstreckt. Wenn der äußere Rand des bürstenförmigen elastischen Teiles 12, der durch die obigen Fasern gebildet ist, gleitend den Reibteil 8 des Teilungsgliedes 7 über einer Länge von etwa 1 mm oder weniger berührt, so reibt Toner, der zum elastischen Teil 12 zu übertragen ist, gegen den Reib­ teil 8 und wird ausreichend aufgeladen, um eine posi­ tive Polarität anzunehmen. Um einen Toner aufzuladen, so daß er eine negative Polarität hat, kann eine Faser, wie beispielsweise Polyethylen-terephthalat oder Poly­ amid für den elastischen Teil 12 verwendet werden.

Es sei darauf verwiesen, daß der elastische Teil 12 der Walze 11 nicht auf eine Anordnung dieses Ausführungs­ beispiels eingeschränkt ist, in welchem sich eine Fa­ ser ausgehend von dem Grundteil 13 erstreckt. Beispiels­ weise kann der elastische Teil 12 durch Beschichten der Oberfläche des Grundteiles 13 mit einem schwammähnlichen Polyurethan- oder Styren-butadien-Gummi gebildet sein. Wenn dieser Urethan- oder Styren-butadien-Gummi ver­ wendet wird, so wird Toner positiv aufgeladen. Um Toner negativ aufzuladen, kann ein schwammähnlicher elastischer Teil durch ein Material, wie beispielsweise Polypropylen oder Polyamid, gebildet werden. In jedem Fall sind diese Materialien lediglich Beispiele. Daher kann ein Material ausgewählt werden, um einen Toner aufzuladen, so daß die­ ser eine gewünschte Polarität hat, nachdem die Kombina­ tion mit einem Toner durch Versuche bestätigt wurde.

Der Reibungsteil 8 des Teilungsgliedes 7 kann aus beliebigen Metallen, wie beispielsweise rostfreiem Stahl, Phosphorbronze, Messing und Aluminium, wobei diese Metalle nickelplattiert oder einer anodisierten Aluminiumbehandlung unterworfen sind, Polyester oder Kunststoff, wie beispiels­ weise Teflon, bestehen. Wenn die Innenfläche des Reibungs­ teiles 8, den der elastische Teil 12 gleitend berührt, rauh gemacht ist, um die Reibungsfläche zu erhöhen, kann die Ladungsgröße gesteigert werden. Zusätzlich kann ein Schwamm oder eine Bürste auf der Innenfläche des Teilungsgliedes 7 haften, und ein Toner kann durch Rei­ bung aufgeladen werden, die zwischen dem Schwamm- oder Bürstenteil und dem elastischen Teil 12 hervorgerufen ist. In jedem Fall kann ein Material des Reibungsteiles 8 unter Berücksichtigung einer Reibungsladeeigenschaft be­ züglich eines Toners ausgewählt werden.

Der Betrieb der Entwicklungsvorrichtung mit dem obigen Aufbau wird im folgenden beschrieben. Ein elektro­ statisches latentes Bild wird auf der Trommel 1 mit -400 bis -800 V gebildet, und die Trommel 1 läuft in der durch den Pfeil 20 angedeuteten Richtung mit kon­ stanter Drehzahl um. Eine Vor­ gleichspannung von -0 bis -200 V oder eine Wechselspan­ nung (mit einer Frequenz von 200 Hz oder mehr) von 800 bis 1600 V, die zur negativen Seite um 0 bis 200 V ver­ schoben ist, liegt zwischen der Trommel 1 und der Walze 3 durch eine geeignete (nicht gezeigte) Vorspannungsquelle. Wenn die Walze 3 mit einer zur Drehzahl der Trommel 1 gleichen Drehzahl umläuft, so kann die Walze 3 im wesentlichen in Berührung mit der Trommel 1 gebracht werden und darauf abrollen. Um jedoch eine Bildgradation oder -abstufung hervorzurufen, wird die Walze 3 in einem berührungsfreien Zustand bezüglich der Trommel 1 gehalten. Wenn eine Wechselvorspannung zwischen der Trommel 1 und die Walze 3 anzulegen ist, wird die Drehzahl der Walze 3 vorzugsweise stärker angehoben als diejenige der Trommel 1, um die Bilddichte zu steigern.

Ein Toner im Behälter 5 wird durch das Rührwerk 14 umge­ rührt und zur Walze 11 über die Öffnung 9 des Teilungs­ gliedes 7 gespeist. Der Toner wird zur Walze 3 durch den elastischen Teil 12 der Walze 11 übertragen, die in einer durch den Pfel 22 angedeuteten Richtung umläuft. Während dieser Übertragung wird der Toner aufgeladen, um eine vorbestimmte Polarität durch die Reibung zu haben, die zwischen dem elastischen Teil 12 und dem Reibungsteil 8 des Teilungsgliedes 7 hervorgerufen ist. Somit wird der Toner durch die Walze 11 auf eine vorbestimmte Polari­ tät aufgeladen, zur Walze 3 durch Drehung der Walze 11 übertragen und dann zur Walze 3 mit einer im wesent­ lichen konstanten Zufuhrgröße gespeist. Der Toner haf­ tet auf der Walze 3 durch mechanische und elektro­ statische Kräfte an und ist auf deren Oberfläche ge­ schichtet.

Eine überschüssige Menge an Toner auf der Oberfläche der Walze 3 wird durch die Rakel 4, deren distales Ende die Walze 3 berührt, entfernt, um dadurch eine Tonerschicht mit einer gleichmäßigen Dicke von 20 bis 50 µm zu erzeugen. Zusätzlich wird der Toner durch Rei­ bung der Rakel 4 weiter auf eine vorbestimmte Polarität aufgeladen. Dann wird der Toner, der sequen­ tiell auf die Oberfläche der Walze 3 durch Drehung der Walze 3 übertragen ist, in Berührung mit der Trommel 1 gebracht und darauf durch das elektrische Feld zwischen der Walze 3 und der Trommel 1 übertragen, oder er fliegt zur Trommel 1 und wird darauf übertragen, um so ein elektrostatisches latentes Bild auf der Oberfläche der Trommel 1 zu entwickeln.

Da in diesem Ausführungsbeispiel die Walze 11 zwischen dem Behälter 5 und der Walze 3 liegt und der Toner vom Behälter 5 zur Walze 3 durch deren Drehung gespeist wird, haftet eine unregelmäßig große Tonermenge nicht auf der Walze 3. Zusätzlich wird der Toner nicht nur durch Reibung bezüglich der Rakel 4, sondern auch durch Reibung zwischen dem elastischen Teil 12 und dem Reibungsteil 8 aufgeladen. Daher wird eine aus­ reichend geladene Tonerschicht mit einer gleichmäßigen Dicke auf der Walze 3 erzeugt. Aus diesem Grund kann ein stabiles Bild ohne Schleierbildung erhalten werden. Da weiterhin der Toner mit einer vorbestimmten Polarität durch beliebiges Auswählen der Materialien oder Formen des elastischen Teiles 12 und des Reibungsteiles 8 auf­ geladen werden kann, ist der Toner einfach auf eine posi­ tive Polarität aufzuladen. Dies ist bei herkömmlichen Methoden und Vorrichtungen schwierig, bei welchen die Bildqualität durch Verbessern der Eigenschaften des Toners verbessert wird.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 2 näher erläutert. In Fig. 2 sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Be­ zugszeichen wie in Fig. 1 versehen, so daß von einer näheren Beschreibung hiervon abgesehen werden kann. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, daß eine Einstelleinheit 15 auf dem Teilungsglied 7 so angebracht ist, daß sich das distale Ende hiervon in die Öffnung 9 erstreckt. Das heißt, die Einstelleinheit 15 berührt gleitend den äußeren Rand des elastischen Teiles 12 der Entwicklungsmittel-Zufuhr­ walze 11, um dadurch die zum elastischen Teil 12 durch die Öffnung 9 gespeiste Tonermenge einzustellen. Die Einstelleinheit 15 kann aus Material der gleichen Art wie das Material der Rakel 4 gebildet sein. Durch die Einstelleinheit 15 kann eine Zufuhrmenge des Entwicklungsmittels genauer eingestellt werden. Wenn ein schwamm- und nicht-bürstenähnliches, relativ glattes, elastisches Teil verwendet wird, so wird zusätzlich der Toner durch die Ein­ stelleinheit 15 voraufgeladen, um dadurch weiter die Bildqualität zu verbessern.

Obwohl der Reibungsteil 8 des Teilungsgliedes 7 so gebildet werden kann, daß er etwa ¹/₃ des äußeren Randes der Walze 11 bedeckt, so kann zusätzlich die Länge dieses Teiles, wo der elastische Teil 12 und der Reibungsteil 8 gleitend einander berühren, gemäß einer Übertragungsmenge oder einer Ladungsgröße des Toners bestimmt werden. Weiterhin ist die Öffnung 9 des Teilungsgliedes 7 so eng als möglich. Dies beruht darauf, daß eine gleichmäßige Tonerschicht auf einer Entwicklungs­ walze erzeugt werden kann, wenn ein ungeladener Toner im Speicherbehälter 5 zur Walze 11 in kleinerer Menge ge­ speist wird.

Bei der vorliegenden Erfindung wird also ein Toner durch Reibung aufgeladen, die zwischen dem elastischen Teil und dem Reibungsteil hervorgerufen ist, und dann zu der Entwicklungswalze gespeist. Daher ist eine vorbestimmte geladene Polarität des Toners nicht auf positiv oder negativ eingeschränkt, so daß eine Tonerschicht gleich­ mäßig auf der Entwicklungswalze gebildet werden kann. Aus diesem Grund kann ein Bild guter Qualität ohne Schleierbildung erhalten werden.

Claims (6)

1. Entwicklungsvorrichtung für elektrostatische Ladungs­ bilder mit:

• - Einer drehbaren Entwicklungswalze (3), auf deren Oberfläche eine Schicht eines elektrostatisch ge­ ladenen Toners gebildet ist,
  um den Toner (6) mit deren Drehung in einen Ent­ wicklungsbereich für einen Ladungsbildträger zu überführen,
• - einem Tonerspeicherbehälter (5) zum Speichern von Toner (6) mit dem die Entwicklungswalze (3) zu speisen ist,
• - einer drehbaren Tonerzufuhrwalze (11), die zwi­ schen dem Tonerspeicherbehälter (5) und der Entwick­ lungswalze (3) angeordnet ist, um den Toner (6) von dem Tonerspeicherbehälter (5) der Entwicklungs­ walze (3) zuzuführen, wozu die Tonerzufuhrwalze (11) eine elastische Ummantelung (12) hat, die in streifende Berührung mit der Entwicklungswalze (3) gebracht wird, um den Toner darauf zu übertragen,

gekennzeichnet durch

• - zwei die Tonerzufuhrwalze (11) abschnittsweise umgebende, eine Zufuhröffnung (9) des Tonerspeicher­ behälters (5) begrenzende Gehäuseteile (7, 10), von denen das eine (7) den von der Zufuhröffnung (9) zur Entwicklungswalze (3) bewegten Abschnitt der Tonerzufuhrwalze (11) so eng umschlingt, daß seine Innenfläche von der mit Toner beladenen elastischen Ummantelung (12) bestrichen wird, um dadurch den Toner durch Reibung aufzuladen.

2. Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:
Eine Rakel (4) mit einem distalen Ende, das in Berührung gebracht ist mit der Entwicklungswalze (3), um die Dicke der auf der Oberfläche der Toner­ walze (3) haftenden Tonerschicht einzustellen.

3. Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Ummantelung (12) eine Bürste mit sich im wesentlichen radial er­ streckenden Borsten aufweist.

4. Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Einstellglied (15), das an dem einen Gehäuse­ teil (7) festgelegt ist und sich in die Zufuhröffnung erstreckt, um den von dem Tonerspeicherbehälter (5) zur Tonerzufuhrwalze (11) gespeisten Toner (6) ein­ zustellen.

5. Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Rühreinrichtung (14), die im Tonerspeicher­ behälter (15) angeordnet ist, um den Toner darin umzurühren.