DE3839887A1 - Bildentwicklungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bildentwicklungsvorrichtung, die beispielsweise in eine Kopiervorrichtung eingebaut werden soll, um ein latentes Bild mittels eines Toners zu entwickeln, und sie betrifft insbesondere eine Bildentwicklungsvorrichtung, die sich zur Entwicklung von Bildern hoher Qualität eignet, ohne daß ein Schleier und eine Tonerdichteschwankung während eines größeren Zeitbereichs auftreten, während das Antriebsmoment beim Bildentwicklungsvorgang verringert wird.

Eine bekannte Bilderzeugungsvorrichtung, wie beispielsweise eine Kopiervorrichtung, ist normalerweise mit einer Bildentwicklungsvorrichtung ausgestattet, die einen Toner eines binären Systems oder eines magnetischen Einkomponentensystems als Entwickler verwendet, um ein latentes, auf einem lichtempfindlichen Körper gebildetes Bild zu entwickeln.

Eine derartige Bildentwicklungsvorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß sie schwierig in eine Farbbildentwicklungsvorrichtung umzuwandeln ist, was darauf beruht, daß eine Feinsteuerung des Toner-Träger- Verhältnisses für den Binärsystemtoner erforderlich ist, während der magnetische Einkomponententoner magnetische Körper mit dunklem Aussehen enthält. Darüber hinaus ist es erforderlich, eine derartige bekannte Bildentwicklungsvorrichtung mit einer teueren magnetischen Walze als Entwicklungswalze auszustatten, die als Tonerfördereinrichtung arbeitet.

Um dieser Lage gewachsen zu sein, gibt es einen neueren Vorschlag, einen nicht-magnetischen Einkomponententoner zu verwenden. Eine Bildentwicklungsvorrichtung, die einen derartigen, nicht-magnetischen Einkomponententoner verwendet, enthält einen Beschickungsbehälter, der mit einem Mischer und einer Tonerzufuhrwalze ausgestattet ist, die mittels ihrer Drehbewegung Toner einer Entwicklungswalze zuführt, sowie eine elastische Rakel, die als Schichtsteuervorrichtung arbeitet und die Einwicklungswalze umgibt, um eine Tonerschicht von näherungsweise 30 µm Dicke an der Entwicklungswalze zu bilden. Das latente Bild auf einem lichtempfindlichen Körper, der einen Bildträger darstellt, wird entwickelt, indem diese Tonerschicht in die Nachbarschaft des lichtempfindlichen Körpers gebracht wird.

Bei einer derartigen Bildentwicklungsvorrichtung, die einen nicht-magnetischen Einkomponententoner verwendet, ist der Toner ein elektrisch positiv aufladbarer Typ, der nach seiner Schichtbildung eine elektrische Aufladung von näherungsweise +12°C/g aufweist, im Gegensatz zu dem negativ aufladbaren lichtempfindlichen Körper. Diese Art der Entwicklung der latenten Bilder besteht im Prinzip darin, daß ein Einkomponententoner mit hohem Widerstandswert verwendet wird, so daß die elektrische Aufladung des Toners mittels der elektrischen Aufladung infolge einer Reibung zwischen der Entwicklungswalze und der elastischen Rakel erfolgt. In diesem Falle ist eine magnetische Walze nicht erforderlich, da die Förderung des Toners mittels der Drehbewegung der Entwicklungswalze erfolgt. Somit wurde diese Bildentwicklungsvorrichtung, die einen nicht-magnetischen Einkomponententoner verwendet, als geeignet angesehen, Bilder hoher Qualität mittels eines einfachen Aufbaus kostengünstig zu entwickeln, und sie eignet sich zur Umwandlung in eine Farbbildentwicklungsvorrichtung.

Es wurde jedoch erkannt, daß diese Bildentwicklungsvorrichtung, die einen nicht-magnetischen Einkomponententoner verwendet, auch Probleme aufweist. In erster Linie verursache der Abrieb der Entwicklungswalze und der elastischen Rakel einen beträchtlichen Wert der Verringerung der Bilddichte und desgleichen ein Verwaschen der Buchstaben nach ausgiebigem Einsatz. Zweitens verursacht eine große Reibung zwischen dem Toner und der elastischen Rakel, die aus Metall oder Gummi besteht, eine Erhöhung eines Antriebsmoments in einem Bildentwicklungsvorgang. Drittens ist die Bildqualität ungleichmäßig abhängig von den Tonertypen, so daß leicht ein Schleier erzeugt wird, wenn ein schwach elektrisch aufladbarer Toner verwendet wird, während sich die Bilddichte leicht erniedrigt, wenn ein stark elektrisch aufladbarer Toner verwendet wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bildentwicklungsvorrichtung zu schaffen, die sich zur Entwicklung von Bildern hoher Qualität ohne Schleier und Tonerdichteschwankung über eine ausgedehnte Zeitspanne eignet, während ein Drehmoment in einem Bildentwicklungsvorgang verringert wird.

Diese Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung durch eine Bildentwicklungsvorrichtung gelöst, die gekennzeichnet ist durch: eine Bildträgeranordnung, die ein latentes Bild trägt; eine Tonerförderanordnung zur Förderung eines nicht-magnetischen Einkomponenten-Toners zu der Bildträgeranordnung zwecks Entwicklung des latenten Bilds, wobei die Tonerförderanordnung ihre Oberfläche mit Keramik beschichtet; und eine Schichtsteueranordung zur Steuerung der Dicke einer nicht-magnetischen Einkomponenten-Tonerschicht, die auf der Tonerförderanordung gebildet werden soll.

Ferner wird die vorausgehend genannte Aufgabenstellung gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung durch eine Bildentwicklungsvorrichtung gelöst, die gekennzeichnet ist durch: eine Bildträgeranordnung zur Entwicklung eines latenten Bilds; eine Tonerförderanordnung zur Förderung eines nicht-magnetischen Einkomponenten-Toners zur Bildträgeranordnung zwecks Einwicklung des latenten Bilds; und eine Schichtsteueranordnung zur Steuerung der Dicke einer nicht-magnetischen Einkomponenten-Tonerschicht, die auf der Förderanordnung gebildet werden soll, wobei die Schichtsteueranordung ihre Oberfläche mit Keramik beschichtet hat.

Weitere Aufgabenstellungen und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der anschließenden Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen; es zeigen

Fig. 1eine schematische Schnittansicht einer elektronischen Kopiervorrichtung, die eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bildentwicklungsvorrichtung aufweist,

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht der Bildentwicklungsvorrichtung,

Fig. 3 eine vertikale Ansicht einer Entwicklungswalze, einer Tonerzufuhrwalze, und einer elastischen Rakel der in Fig. 2 dargestellten Bildentwicklungsvorrichtung,

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht der Entwicklungswalze und der elastischen Rakel der Bildentwicklungsvorrichtung gemäß Fig. 2,

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht einer mit Plasma arbeitenden Aufdampfvorrichtung (CVD), die zur chemischen Beschichtung von Keramik auf der elastischen Rakel verwendet wird,

Fig. 6 eine schematische Vertikalschnittansicht einer mit Plasma arbeitenden chemischen Aufdampfvorrichtung zur Beschichtung von Keramik auf der Entwicklungswalze,

Fig. 7 eine schematische horizontale Schnittansicht der in Fig. 6 dargestellten, mit Plasma arbeitenden Aufdampfvorrichtung, und

Fig. 8 eine schematische Schnittansicht einer Spritzbeschichtungsvorrichtung für keramische Überzüge zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung.

Es wird auf die Einzelbeschichtung bevorzugter Ausführungsformen Bezug genommen. In Fig. 1 ist eine elektronische Kopiervorrichtung dargestellt, die eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bildentwicklungsvorrichtung aufweist.

In Fig. 1 ist in der Nähe des Mittelpunktes eines Gehäuses (1) ein lichtempfindlicher Körper (2) angeordnet, der in Pfeilrichtung drehbar ist und als Bildträger arbeitet. Den lichtempfindlichen Körper (2) umgeben eine elektrische Aufladevorrichtung (3), eine Abbildungslinse (4), eine nachstehend im einzelnen erläuterte Bildentwicklungsvorrichtung (5), eine Druckvorrichtung (6), eine Reinigungsvorrichtung (7) und eine elektrische Entladevorrichtung (8). An einem oberen Teil des Gehäuses (1) ist ein optisches System (9) zur Beleuchtung eines Manuskripts angebracht, und an einem unteren Teil des Gehäuses (1) ist eine Papierzufuhrkassette (10) angeordnet. Die von der Papierzufuhrkassette (10) gelieferten Papierblätter werden durch eine Leitvorrichtung (11) geleitet, längs welcher eine Resist-Walze (12), eine Fixierungsvorrichtung (13) und eine Papierauswurfwalze (14) angeordnet sind. Das Gehäuse (1) ist ferner mit einer Papierauswurfablage (15) und einem Druckvorlagentisch (16) ausgestattet.

Die Kopiervorrichtung arbeitet wie folgt. Eine auf den Druckvorlagentisch (16) aufgebrachte Druckvorlage wird durch Beleuchtungslicht vom optischen System (9) beleuchtet, und die Reflexionen dieses Beleuchtungslichtes werden von der Abbildungslinse (4) auf den lichtempfindlichen Körper (2) fokussiert, der infolgedessen ein latentes Bild der Druckvorlage trägt. Anschließend wird der nicht-magnetische Einkomponententoner (der anschließend einfach als Toner bezeichnet wird) durch die Bildentwicklungsvorrichtung (5) diesem latenten Bild zugeführt, um es sichtbar zu machen. Inzwischen wird ein Papierblatt von der Papierzufuhrkassette (10) zwischen den lichtempfindlichen Körper (2) und die Druckvorrichtung (6) zugeführt, die das sichtbar gemachte, vom lichtempfindlichen Körper (2) getragene Bild auf das Papierblatt druckt. Das bedruckte Papierblatt wird anschließend durch die Leitvorrichtung (11) zu der Fixierungsvorrichtung (13) gebracht, in welcher das gedruckte Bild fixiert und durch die Papierauswurfwalzen (14) zur Papierauswurfablage (15) ausgeworfen wird.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 werden nunmehr die Einzelheiten der Bildentwicklungsvorrichtung (5) erläutert.

Gemäß Fig. 2 umfaßt die Bildentwicklungsvorrichtung (5) einen Einfüllbehälter (51), der den Toner (52) enthält. Dieser Einfüllbehälter (51) ist mit einem Mischer (53) zum Umrühen des im Einfüllbehälter (51) vorhandenen Toners (52) ausgestattet, sowie mit einer Entwicklungswalze (55), die in Pfeilrichtung umläuft, d. h. entgegengesetzt zur Drehrichtung des lichtempfindlichen Körpers (2), und die als Tonerförderer arbeitet, eine Tonerzufuhrwalze (54), die neben der Entwicklungswalze (55) liegt und die den Toner der Entwicklungswalze (55) zuführt und die sich entgegengesetzt zur Drehrichtung der Entwicklungswalze (55) dreht, eine elastische Rakel (57), die über einen Halter (56) elektrisch leitend gehalten wird und die in Anlage mit der Oberseite der Entwicklungswalze (55) steht, um näherungsweise einen Druck von 20 bis 500 g/cm auszuüben und als Beschichtungssteuerung zu wirken, und eine Abschaberakel (58), die in Anlage an einer Unterseite der Entwicklungswalze (55) steht, um unbenutzten Toner von der Entwicklungswalze (55) abzuschaben. Die Entwicklungswalze (55) kann mit jeder Geschwindigkeit zwischen jener des lichtempfindlichen Körpers (2) und dem Dreifachen dieser Geschwindigkeit umlaufen und kann sich innerhalb dieses Bereichs mittels einer nicht dargestellten Antriebsanordnung beschleunigen. Ferner wird eine Vorspannung zwischen die Entwicklungswalze (55) und den lichtempfindlichen Körper (2) zugeführt, die entweder eine Gleichspannung, eine Wechselspannung oder eine Kombination hieraus ist.

Die Bildentwicklungsvorrichtung arbeitet in folgender Weise. Der im Einfüllbehälter (51) befindliche Toner (52) wird durch den Mischer (53) umgerührt und von der Tonerzufuhrwalze (54) mitgeführt und auf die Entwicklungswalze (55) aufgerieben. Dieser Toner (52) auf der Entwicklungswalze (55) wird in einer vorbestimmten Dicke beschichtet und mittels der elastischen Rakel (57) elektrisch gesichert. Der ausreichend elektrisch aufgeladene Toner (52) wird anschließend in die Position gebracht, in der er am lichtempfindlichen Körper (2) anliegt und das auf diesem gebildete latente Bild sichtbar macht. Ein Teil des Toners (52) der bei der Entwicklung des latenten Bildes nicht verwendet wird, wird von der Entwicklungswalze durch die Abschaberakel (58) abgeschabt und kehrt in den Einfüllbehälter (51) zurück.

Bei einer derartigen Ausbildung ist die erfindungsgemäße Bildentwicklungsvorrichtung nunmehr dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der aus Entwicklungswalze (55) und der elastischen Rakel (57) bestehenden Elemente mit einem keramischen Werkstoff beschichtet wird, der mindestens einen der folgenden Stoffe enthält, nämlich Aluminium (Al), Bor (B), Kohlenstoff (C), Germanium (Ge), Silizium (Si), Titan (Ti) und Wolfram (W).

Dabei ist gemäß Fig. 4 bei dieser Bildentwicklungsvorrichtung (5) die Entwicklungswalze (55) mit einer Keramik (55 A) gleichmäßiger Dicke beschichtet, während die elastische Rakel (57) mit einer weiteren Keramik (57 A) und (57 B) beschichtet ist, die ebenfalls gleichmäßige Dicke aufweist, aber nicht notwendigerweise der gleichen Art wie jene der Entwicklungswalze ist.

Eine Keramik ist eine Art wärmebeständiges Emaille und umfaßt normalerweise hauptsächlich ein Aluminiumoxid, ein Siliziumoxid, ein Chromoxid und einen Ton. Keramikarten, die mindestens eines der Elemente Al, B, C, Ge, Si, Ti und W enthalten, sind besonders hart, höchst abriebfest und in hohem Maße isolierend, so daß die Beschichtung der Entwicklungswalze (55) und der elastischen Rakel (57) mit derartigen Keramiken wirksam den Abrieb dieser Baulemente verringern und die Verunreinigung der Innenteile der Kopiermaschine verhindern kann, die beim Abkratzen des unbenutzten Toners von der Entwicklungswalze (55) auftrat. Darüber hinaus können die Keramiken, die mindestens ein Element aus Al, B und C enthalten, den Toner sehr gut elektrisch aufladen, so daß ein ziemlich schwach elektrisch aufladbarer Toner verwendet werden kann, während die Keramiken, die mindestens eines der Elemente Ge und Si enthalten, veränderliche elektrische Widerstandwerte haben können, so daß sie entsprechend der elektrischen Aufladbarkeit des Toners eingestellt werden können. Die letztgenannte Art von Keramiken ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Toner leicht aufgerieben und die Bilddichte groß gemacht werden kann. Andererseits sind Keramiken, die mindestens eines der Elemente Ti und W enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilddichte ebenfalls groß gemacht werden kann, und diese Arten von Keramiken sind gute Leiter.

Wie vorausgehend aufgeführt wurde, müssen die bei der Erfindung verwendeten Keramiken mindestens eines der Elemente Al, B, C, Ge, Si, Ti und W enthalten. Hinsichtlich anderer Bestandteile ist irgendeines der Elemente Stickstoff (N), Sauerstoff (O), Wasserstoff (H), und Halogen wünschenswert, und insbesondere sind 1 bis 40 Atom-% von entweder H oder Halogen bevorzugt.

Wie ebenfalls vorausgehend aufgeführt wurde, muß die Beschichtung mit derartigen Keramiken bei mindestens einem der aus Entwicklungswalze (55) und elastischer Rakel (57) bestehenden Bauteile erfolgen, damit der erfindungsgemäße erhebliche Effekt erzielt wird, und die Beschichtung dieser beiden Bauteile kann offensichtlich diesen Effekt weiter verbessern. Wird einer dieser Bauteile mit einer Art der vorausgehend aufgeführten Keramiken beschichtet, so kann der andere dieser Bauteile mit irgendeiner der anderen vorausgehend aufgeführten Keramiken beschichtet werden, in welchem Falle die aus den unterschiedlichen Keramikarten stammenden Vorteile gleichzeitig genutzt werden können.

Gemäß Fig. 4 erfolgt ferner die Beschichtung der elastischen Rakel (57) vorzugsweise an ihren beiden Seiten, um die Entstehung einer Verformung der elastischen Rakel (57) zu vermeiden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 8 werden nunmehr Verfahren zur Beschichtung der Keramiken an der Entwicklungswalze (55) und der elastischen Rakel (57) erläutert.

Im allgemeinen sind zum Auftrag der Keramiken Verfahren verfügbar wie Aufspritzen, Ionenplattierung, Vakuumverdampfung, chemisches Aufdampfen mit Hilfe von Plasma, chemisches Aufdampfen mittels Plasma und elektrochemischer Reaktion, thermisches chemisches Aufdampfen und optisches chemisches Aufdampfen (CVD). Unter diesen werden das Aufspritzen und das chemische Aufdampfen mit Hilfe von Plasma für die Zwecke der Erfindung empfohlen, weil in diesen beiden Verfahren die aufgebrachte Schicht einen stärkeren Kontakt hat, die erforderliche Temperatur verhältnismäßig niedrig ist, die Eigenschaften des Grundwerkstoffs unbeeinträchtigt bleiben, und die elektrischen und optischen Eigenschaften der aufgebrachten Schicht steuerbar sind.

Fig. 5 zeigt eine Beschichtungsvorrichtung für ein mit Plasma arbeitendes chemisches Aufdampfen zur Beschichtung der elastischen Rakel (57), die eine mit paralleler Platte und Kapazitätsanschluß ausgestattete, mit Plasma arbeitende Vorrichtung zum chemischen Aufdampfen darstellt.

In dieser in Fig. 5 dargestellten, mit Plasma arbeitenden Vorrichtung zum chemischen Aufdampfen sind innerhalb einer Vakuumkammer (101) eine geerdete Plattenelektrode (102) und eine Hochfrequenzelektrode (103) einander gegenüberliegend angeordnet, und ein Grundwerkstoff (104), wie beispielsweise eine metallische, elastische Rakel, wird an der Oberseite der geerdeten Plattenelektrode (102) aufgebracht. Die Vakuumkammer (101) wird auf näherungsweise 1,33×10^-3 mbar (10^-3 Torr) mittels einer nicht dargestellten Vakuumpumpe evakuiert, und anschließend wird der Grundwerkstoff (104) mittels eines in der geerdeten Plattenelektrode (102) installierten Heizelements (105) auf näherungsweise 150-450°C aufgeheizt. Anschließend werden Gasanteile über eine Gaseinspritzöffnung (106) in die Vakuumkammer (101) eingespritzt, während die Vakuumkammer (101) weiterhin evakuiert wird, um ihren Innendruck auf 0,0665-1,33 mbar (0,05-1,0 Torr) zu halten, und die Leistung wird von einer Hochfrequenzleistungsquelle (108) über ein Anpassungsglied (107) der Hochfrequenzelektrode (103) zugeführt. Infolgedessen wird eine Glühentladung zwischen der geerdeten Plattenelektrode (102) und der Hochfrequenzelektrode (103) induziert, und die durch die Glühentladung in dem Plasmazustand überführten Gasanteile bilden eine dünne keramische Schicht auf der Oberfläche des Grundwerkstoffs (104).

Die Fig. 6 und 7 zeigen die mit Plasma arbeitende Beschichtungsvorrichtung zum chemischen Aufdampfen für die Beschichtung der Entwicklungswalze (55).

In dieser mit Plasma arbeitenden Vorrichtung zum chemischen Aufdampfen gemäß den Fig. 6 und 7 wird das Innere der Reaktionskammer (201) auf einen Druck von näherungsweise 1,33 mbar (10^-3 Torr) gehalten, indem ein Abpumpen durch Abpumpöffnungen (202) mit Hilfe einer nicht dargestellten mechanischen Förderpumpe erfolgt. Auf der Rückseite der Reaktionskammer (201) ist eine Gaseinspritzöffnung (205), durch welche die Gasanteile eingespritzt werden, und an der Oberseite der Reaktionskammer (201) ist eine Speicherkammer (207), die mittels eines Isolators (206) elektrisch isoliert und durch eine Trennplatte (208) von der Reaktionskammer (201) abgetrennt ist. Durch die Trennplatte (208) erstreckte sich eine Anzahl Tragstäbe (209), von denen jeder mit Hilfe von Kragen (210) vertikal an der Trennplatte (208) befestigt ist. An den oberen Enden der Tragstäbe (209) sind Zahnräder (212) angebracht, wovon jeweils eines an einem Tragstab (209) mittels eines Halters (211) befestigt ist und mit seinen benachbarten Zahnrädern in Eingriff steht, so daß, wenn das mittlere Zahnrad durch den Antrieb (214) angetrieben wird, sich alle Zahnräder (211) und somit alle Tragstäbe (209) drehen. Am unteren Ende der Tragstäbe (209) sind Entwicklungswalzen (55) mittels nicht dargestellter Schrauben aufgehängt, so daß während der Drehung der Tragstäbe (209) die Entwicklungswalzen (55) sich ebenfalls drehen. Wie aus den Fig. 6 und 7 hervorgeht, sind die Entwicklungswalzen (55) in einer Linie in der Mitte der Reaktionskammer (201) angeordnet und vor und hinter diesen Entwicklungswalzen (55) ist ein Paar der Plattenelektroden (215) und (216) angebracht. Diese Plattenelektroden (215) und (216) haben zahlreiche Löcher, so daß die Gasanteile, die von der Gaseinspritzöffnung (205) eintreten, sich durch das Innere der Reaktionskammer (201) verteilen können, und die Plattenelektroden (215) werden auf der gleichen Spannung wie die Wände der Reaktionskammer (201) gehalten.

Das Auftragen der Keramiken durch diese mit Plasma arbeitende Vorrichtung zum chemischen Aufdampfen erfolgt, indem die Entwicklungswalzen (55) mit konstanter Drehzahl gedreht werden und der Druck innerhalb der Reaktionskammer (201) auf näherungsweise 0,133-1,33 mbar (0,1-1,0 Torr) gehalten wird, und anschließend die Hochfrequenzleistung an der Hochfrequenzleistungsquelle (218) über das Anpassungsglied (217) zugeführt wird. Infolgedessen wird, da die Entwicklungswalzen (55) über die Speicherkammer (207) geerdet sind, eine Glühentladung zwischen den Plattenelektroden (215) und (216) induziert und die Gasanteile, die durch die Glühentladung in den Plasmazustand überführt wurden, bilden eine dünne und gleichförmige keramische Schicht auf der Oberfläche einer jeder der Entwicklungswalzen (55).

Es können verschiedene unterschiedliche Arten der vorausgehend erwähnten Keramiken mittels dieser vorausgehend beschriebenen, mit Plasma arbeitenden chemischen Aufdampfvorrichtung unter Verwendung unterschiedlicher Gasanteile aufgetragen werden.

So können zur Erzielung einer Beschichtung mittels der Keramiken einschließlich Al in Form von Al₂O₃ oder AlN, Gasanteile verwendet werden, die Al(Ch₃)₃ oder Al(CH₅)₃ umfassen, und desgleichen N₂, O₂, und NH₃. In diesem Falle ist es praktischer, da sowohl Al(CH₃)₃ als auch Al(CH₅)₃ einen verhältnismäßig niedrigen Dampfdruck hat, ein derartiges Gas aus seinem Behälter herauszudrücken, indem H₂ in diesen eingespritzt wird. Infolgedessen kann H₂ ebenfalls innerhalb der Vakummkammer (101) oder der Reaktionskammer (201) anwesend sein.

Um Überzüge mittels Keramiken zu erzielen, die B in Form von BN oder BC haben, können Gasanteile verwendet werden, die B₂H₆, BF₃ oder BCl₃ umfassen und desgleichen N₂, NH₃, CH₄ und C₂H₆.

Um die Beschickung mittels Keramiken zu erhalten, die C in Form von Diamanten, Graphit, einer Kohlenstoffpolymerschicht, oder amorphem Kohlenstoff enthält, können Gasanteile verwendet werden, die Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise CH₄, C₂H₆ oder C₂H₂ wie auch H₂ umfassen.

Andererseits kann durch Verwendung eines Gasanteils, das nur SiH₄ umfaßt, eine Keramik aus amorphem Silizium erhalten werden, und durch weiteres Mischen eines Gases, das ein Metallatom aus der Gruppe III und V des Periodischen Systems enthält, wie beispielsweise B₂, H₆, oder PH₃, können die Valenzelektronen derart gesteuert werden, daß der elektrische Widerstand innerhalb des Bereichs von 10³-10¹³ Ohm cm verändert werden kann, so daß der spezifische Widerstand und die Leitfähigkeit der Keramik entsprechend der elektrischen Aufladbarkeit und anderer Kennwerte des zu verwendeten Toners ausgewählt werden können. Ferner kann durch Mischen von N₂ oder NH₃ mit SiH₄ amorphes Siliziumnitrid erhalten werden, während durch Mischen von O₂ oder N₂O mit SiH₄ amorphes Siliziumoxid erzielt werden kann. Ein Gemisch derselben, wie beispielsweise aus SiH₄, CH₄ und N₂, kann ebenfalls verwendet werden, um amorphes Siliziumcarbid zu erhalten, das Stickstoff enthält.

Unter den bisher erwähnten Keramiken mit Si, besitzt amorphes Silizium die kleinste Optikbandlücke und den kleinsten spezifischen Widerstand, gefolgt von Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Siliziumoxid in ansteigender Folge. Ferner ändert sich bei diesen die mechanische Festigkeit beträchtlich, so daß in der Härteskala nach Vickers das amorphe Silizium den Wert von 1000, Siliziumcarid 2500, Siliziumnitrid 2000 und Siliziumoxid 1500 aufweist.

In ähnlicher Weise kann durch Verwendung eines Gasanteils das lediglich GeH₄ umfaßt, eine Keramik aus amorphem Germanium erhalten werden, und durch weiteres Mischen eines Gases, das Metallatome aus der Gruppe III und V des Periodischen Systems enthält, wie beispielsweise B₂, H₆ oder PH₃, können die Valenzelektronen wie bei dem vorausgehend aufgeführten Fall des SiH₄ gesteuert werden. Ebenfalls können Verbindungen wie Germaniumnitrid, Germaniumcarbid, und Germaniumoxid in ähnlicher Weise wie bei SiH₄ erhalten werden. Jedoch neigen diese Keramiken mit Ge dazu, eine geringere mechanische Festigkeit und eine kleinere Optikbandlücke und einen kleineren spezifischen Widerstand im Vergleich zu jenen Keramiken mit Si zu haben.

Zur Erzielung von Keramiken, die Ti in Form von TiN enthalten, können Gasanteile verwendet werden, die TiCl₄, N₂ und H₂ umfassen. Aus diesen Keramiken mit Ti haben amorphes Ti-Carbid, Ti-Nitrid und Ti-Oxid in dieser Reihenfolge einen ansteigenden Wert des spezifischen Widerstands, während Ti-Carbid, Ti-Nitrid, Ti-Oxid und amorphes in dieser Folge eine sich verringernde mechanische Festigkeit aufweisen. Die gleichen Ausführungen, die bezüglich der Keramik mit Ti gemacht wurden, können ebenfalls für die Keramik mit W gültig sein.

Bei allen vorausgehend aufgeführten Keramiken kann die Härte der Keramik erheblich erhöht werden, indem die Menge von H oder Halogen, die in den Gasanteilen enthalten ist, verringert wird, und die mechanische Festigkeit und der spezifische Widerstand der Keramik können entsprechend dem Anteil an C, N und O in den Gasanteilen beträchtlich verändert werden.

Die verchiedenen Gasanteile, die bei dem mit Plasma arbeitenden chemischen Aufdampfen für den erfindungsgemäßen Zweck verwendet werden können, sind zusmamen mit den dabei beispielsweise verwendeten Bedingungen in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengefaßt.

Tabelle 1

Es wird darauf hingewiesen, daß in obiger Tabelle 1 die spezifischen angegebenen Zahlenwerte und die Gasanteile außer jenen, die eines der Elemente Al, B, C, Si, Ge, Ti und W enthalten, nur beispielsweise sind, so daß beispielsweise CH₄ durch C₂H₆ oder C₂H₂ ersetzt werden kann und N₂ durch NH₃ ersetzt werden kann.

Ferner ist es für Diamant erforderlich, eine Temperatur des Grundwerkstoffes von näherungsweise 800°C zu haben, im Gegensatz zu jener für die anderen Stoffe, die typischerweise etwa 500°C beträgt. Es wird darauf hingewiesen, daß bei Diamant der Druck und die Leistung ebenfalls größer sind als die für die anderen Stoffe gegebenen typischen Werte, und durch Verringerung dieser Werte auf die typischen Werte wird entweder amorpher Kohlenstoff oder Graphit erhalten.

Ferner sind bei BN und BC in Tabelle 1, wenn die übrigen Gasanteile B₂H₆ enthalten, 1 bis 40 Atom-% Wasserstoff ebenfalls enthalten, während, wenn die übrigen Gasanteile BF₃ aufweisen, 1 bis 40 Atom-% F ebenfalls enthalten sind. Im allgemeinen wird die Keramik bei sich verringerndem Anteil des enthaltenen H oder F härter, und in einem solchen Fall wird die Temperatur des Grundwerkstoffs und die Leistung gewöhnlich erhöht.

Fig. 8 zeigt die mit Aufspritzen arbeitende Beschichtungsvorrichtung zur Beschichtung der elastischen Rakel, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Diese mit Aufspritzen arbeitende Beschichtungsvorrichtung ist ähnlich wie die vorausgehend erläuterte mit Plasma und chemischem Aufdampfen arbeitende Beschichtungsvorrichtung, außer, daß sie ein festes Rohmaterial verwendet, das als Target bezeichnet wird, der die Hochfrequenzspannung oder Gleichspannung zugeführt wird.

Somit wird bei dieser mit Aufspritzen arbeitenden Beschichtungsvorrichtung gemäß Fig. 8 innerhalb einer Vakuumkammer (301) eine geerdete Plattenelektrode (302) und ein dieser gegenüberliegendes Target (303) aus festem Rohmaterial verwendet, und ein Grundwerkstoff (304), wie beispielsweise eine metallische elastische Rakel wird auf der Oberseite der geerdeten Plattenelektrode (302) aufgebracht. Die Vakuumkammer (301) wird mittels einer nicht dargestellten Vakuumpumpe auf näherungsweise 1,33 mbar (10^-3 Torr) evakuiert, und anschließend wird der Grundwerkstoff (304) mittels eines Heizelements (305), das in der geerdeten Plattenelektrode (302) installiert ist, auf näherungsweise 150-450°C aufgeheizt. Anschließend werden die Gasanteile einschließlich Argon (Ar) in die Vakuumkammer (301) durch eine Gaseinspritzöffnung (306) eingespritzt, während die Evakuierung der Vakuumkammer (301) fortgesetzt wird, um den Innendruck auf 0,0665-1,33 mbar (0,05-1,0 Torr) zu halten, und Leistung wird von einer Hochfrequenzleistungsquelle (308) über ein Anpaßglied (307) dem Target (303) aus festem Rohmaterial zugeführt. Infolgedessen wird eine Glühentladung zwischen der geerdeten Plattenelektrode (102) und dem Target (103) aus festem Rohmaterial induziert, und Ar-ionen in den Gasanteilen, die durch die Glühentladung in den Plasmazustand überführt wurden, schlagen Atome oder Moleküle aus dem Target (103) aus festem Rohmaterial heraus, und diese wirken mit den Plasma-Gasanteilen zusammen, um eine dünne keramische Schicht auf der Oberfläche des Grundwerkstoffs (104) zu bilden.

Die verschiedenen Gasanteile, die bei der Spritzbeschichtung für den erfindungsgemäßen Zweck verwendet werden können, sind zusammen mit den jeweils beispielsweise verwendeten Betriebsbedingungen in der folgenden Tabelle 2 zusammengefaßt.

Tabelle 2

Nunmehr werden einige Ergebnisse der Prüfungen erläutert, die deutlich die erfindungsgemäße Wirkung zeigen.

Prüfung 1

Die elastische Rakel aus SUS 304 rostfreiem Stahl wird mit einer Keramik beschichtet, die Al enthält und näherungsweise eine Dicke von 0,1 bis 20 µm aufweist, und zwar mittels der in Fig. 5 dargestellten Plasma und chemischem Aufdampfen arbeitenden Beschichtungsvorrichtung.

Inzwischen wird die Aluminium-Entwicklungswalze, deren Oberfläche auf eine Rauhigkeit von 0,3 µmRz sandgestrahlt wird, mit der Al enthaltenden Keramik in einer Dicke von näherungsweise 0,1 bis 20 µm mittels der mit Plasma und chemischem Aufdampfen arbeitenden Beschichtungsvorrichtung nach den Fig. 6 und 7 beschichtet.

Die elastische Rakel und die Beschichtungswalze werden in der Bildentwicklungsvorrichtung der Kopiervorrichtung gemäß Fig. 1 installiert, und es werden 100 000 Kopien mit dem nicht-magnetischen Einkomponententoner gezogen, der 10 Gew.-% Magnetpulver enthält, und zwar bei einer Belastung von 20 kg.

Bei dieser Prüfung werden zufriedenstellende Bilder bei allen 100 000 Kopien erzielt und es wurde keine Änderung der Rauhigkeit der Keramikbeschichtungen festgestellt, weder an der elastischen Rakel noch an der Entwicklungswalze. Ferner wurde das Antriebsmoment beim Bildentwicklungsvorgang mit 1,8 kg cm gemessen.

Die gleiche Prüfung wurde bei der elastischen Rakel und der Entwicklungswalze durchgeführt, die mit einer Keramik beschichtet war, die Si anstelle von Al enthielt, wobei identiche Ergebnisse erhalten wurden. Darüber hinaus wurde in diesem Fall keine Verunreinigung des Inneren der Kopiervorrichtung als Folge eines Zerstreuens von Toner beobachtet.

Ferner blieben diese Ergebnisse unbeeinflußt, wenn die Beschichtung der elastischen Rakel in eine solche geändert wurde, bei der Keramik mit Ti anstelle Al oder Si verwendet wurde.

Andererseits zeigte die elastische Rakel und die Entwicklungswalze, die mit Nickelplattierungen ohne Stromeinsatz beschichtet waren, einen Abrieb von 2,0 µm an den Berührungsabschnitten der erlastischen Rakel und der Entwicklungswalze, die desgleichen eine Verringerung der Oberflächenrauhigkeit der Entwicklungswalze von 3,0 µmRz auf 0,6 µmRz, was die Verringerung in der Menge des übertragenen Toners verusachte und zu schlechteren Bildern führte. Außerdem wurde das Antriebsmoment in der Bildentwicklungsvorrichtung mit 2,5 kg cm gemssen.

Diese Prüfungen mit verschiedenen Arten von Beschichtungen wurden ferner mit den positiv aufladbaren, nicht- magnetischen Einkomponententoner wiederholt, der Styrolacrylonitrilpolymeres mit 4 Gew.-% Kohlenstoff und 4 Gew.-% von anderen Zusätzen enthielt, wobei die gleichen Ergebnisse erhalten wurden. Ferner wurde die elektrische Aufladung des Toners mit 13 µC/g bei den keramischen Beschichtungen im Gegensatz zu 10 µC/g bei der keramischen Beschichtung gemessen, im Gegensatz zu 10 µC/g bei den Beschichtungen ohne Stromzufuhr.

Prüfung 2

Die gleichen Prüfungen, wie sie mit Si in der vorausgehend erläuterten Prüfung 1 durchgeführt worden sind, wurden weiterhin bei einer Beschichtung der elastischen Rakel und der Entwicklungswalze mit Keramiken durchgeführt, die amorphes Si und amorphes Siliziumcarbid enthielten, und die unter den verschiedenen Bedingungen gemäß obiger Tabelle 1 gebildet wurden, aus denen die günstigsten Kombinationen und verschiedenen Tonerarten und Keramiken gemäß der folgenden Tabelle 3 erhalten wurden.

Tabelle 3

Wie erläutert wurde, ist es erfindungsgemäß möglich, Bilder hoher Qualität ohne Schleier selbst mit einem schwach aufladbaren Toner während einer ausgedehnten Zeitspanne zu erhalten, und desgleichen das Antriebsmoment beim Bildentwicklungsvorgang zu verringern, indem mindestens ein Bauteil der beiden Bauteile, nämlich elastische Rakel und Entwicklungswalze, mit einer Keramik beschichtet wird, die mindestens ein Element aus Al, B, C, Si, Ge, Ti und W enthält. Diese Keramiken gestatten die Verringerung des Abriebs in der elastischen Rakel und der Entwicklungswalze infolge ihrer Härte, und die Verringerung des Antriebsmoments im Bildentwicklungsvorgang infolge ihrer niedrigen Reibungskoeffizienten. Ferner können die Keramiken, die mindestens ein Element aus Al, B und C enthalten, den Toner sehr gut elektrisch aufladen, so daß ein ziemlich schwach elektrisch aufladbarer Toner verwendet werden kann, während jene Keramiken, die mindestens ein Element aus Ge und Si enthalten, variable elektrische Widerstandwerte haben können, so daß sie entsprechend der elektrischen Aufladbarkeit des Toners eingestellt werden können. Diese letzte Art von Keramiken ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Toner leicht aufgerieben werden kann und daß die Bilddichte groß gemacht werden kann. Andererseits sind die Keramiken, die mindestens ein Element aus Ti und W enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilddichte ebenfalls groß gemacht werden kann. Beispielsweise wird TiN auf die Walze beschichtet, um deren Lebensdauer zu verlängern, während die Rakel mit einem Isoliermaterial wie beispielsweise Al₂O₃, BN oder dgl. beschichtet wird, um ausreichend Toner zu erhalten.

Viele Modifizierungen und Änderungen dieser Ausführungsformen sind möglich, ohne daß die neuen und vorteilhaften Merkmale der Erfindung verloren gehen. Entsprechend werden alle derartigen Modifikationen und Änderungen im Rahmen der anliegenden Ansprüche von der Erfindung mitumfaßt.

Claims (20)

1. Bildentwicklungsvorrichtung, gekennzeichnet durch
eine Bildträgeranordnung (2), die ein latentes Bild trägt;
eine Tonerförderanordnung (55) zur Förderung eines nicht-magnetischen Einkomponenten-Toners zu der Bildträgeranordnung zwecks Entwicklung des latenten Bilds, wobei die Tonerförderanordnung ihre Oberfläche mit Keramik beschichtet hat; und
eine Schichtsteueranordnung (57) zur Steuerung der Dicke einer nicht-magnetischen Einkomponenten-Tonerschicht, die auf der Tonerförderanordnung gebildet werden soll.

2. Bildentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik mindestens ein Element der Elemente Al, B und C umfaßt.

3. Bildentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik mindestens ein Element der Elemente Si und Ge umfaßt.

4. Bildentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik mindestens ein Element der Elemente Ti und W umfaßt.

5. Bildentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik ferner aus Atomen der III. und der V. Gruppe des Periodischen Systems mindestens eine dieser Gruppen umfaßt.

6. Bildentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik ferner mindestens ein Element der Elemente N, O, H und Halogen umfaßt.

7. Bildentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik ferner mindestens ein Element der Elemente N, O, H und Halogen umfaßt.

8. Bildentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik 1 bis 40 Atom-% von H oder Halogen umfaßt.

9. Bildentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik 1 bis 40 Atom-% von H oder Halogen umfaßt.

10. Bildentwicklungsvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Bildträgeranordnung (2) zur Entwicklung eines latenten Bilds;
eine Tonerförderanordnung (55) zur Förderung eines nicht-magnetischen Einkomponenten-Toners zur Bildträgeranordnung zwecks Entwicklung des latenten Bilds; und
eine Schichtsteueranordnung (57) zur Steuerung der Dicke einer nicht-magnetischen Einkomponenten-Toner­ schicht, die auf der Förderanordnung gebildet werden soll, wobei die Schichtsteueranordnung ihre Oberfläche mit Keramik beschichtet hat.

11. Bildentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik mindestens ein Element der Elemente Ti und W umfaßt.

12. Bildentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik mindestens ein Element der Elemente Al, B und C umfaßt.

13. Bildentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik mindestens ein Element der Elemente Si und Ge umfaßt.

14. Bildentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik ferner aus den Atomen der III. und V. Gruppe des Periodischen Systems mindestens eine dieser Gruppen enthält.

15. Bildentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik ferner mindestens ein Element der Elemente N, O, H und Halogen enthält.

16. Bildentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik ferner mindestens ein Element der Elemente N, O, H und Halogen enthält.

17. Bildentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik ferner mindestens ein Element der Elemente N, O, H und Halogen enthält.

18. Bildentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik 1 bis 40 Atom-% von H oder von Halogen enthält.

19. Bildentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik 1 bis 40 Atom-% von H oder von Halogen enthält.

20. Bildentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik 1 bis 40 Atom-% von H oder von Halogen enthält.