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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine elektrophotografische
Druckmaschlne und insbesondere ein Entwicklungssystem, das eine
Doppelschneckenanordnung zum Mischen des Entwicklers umfaßt.
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Allgemein umfaßt eine elektrophotografische Druckmaschine ein
fotoleitendes Teil, das auf ein im wesentlichen gleichförmiges Potential
aufgeladen wird, um die Oberfläche davon zu sensibilisieren. Der
aufgeladene Bereich des fotoleitenden Teils wird einer Lichtabbildung eines
Originaldokuments, das reproduziert werden soll, ausgesetzt. Dies
zeichnet eine elektrostatische, latente Abbildung auf dem fotoleitenden
Teil entsprechend den informativen Flächenbereichen, die innerhalb des
Originaldokuments enthalten sind, auf. Nachdem die elektrostatische,
latente Abbildung auf dem fotoleitenden Teil gebildet ist, wird die
Abbildung dadurch entwickelt, daß ein Entwicklermaterial damit in
Berührung gebracht wird. Allgemein weist das Entwicklermaterial
Tonerteilchen auf, die triboelektrisch an Trägerteilchen anhaften. Die
Tonerteilchen werden auf die latente Abbildung von den Trägerteilchen
abgezogen, um eine Pulverabbildung auf dem fotoleitenden Teil zu bil-
den, die darauffolgend auf ein Kopierblatt übertragen wird.
Abschließend wird das Kopierblatt aufgeheizt, um dauerhaft die
Pulverabbildung darauf in einer Abbildungskonfiguration zu fixieren.
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Wenn die Tonerteilchen von dem Entwicklermaterial weggenommen werden,
ist es notwendig, zusätzliche Tonerteilchen in die Entwicklermischung
zu verteilen. Der neu hinzugefügte Toner wird typischerweise in einer
gewissen Art und Weise zu den verbrauchten Trägerteilchen und dem
ungebrauchten Entwicklermaterial hinzugemischt. Verschiedene Vorrichtungen
nach dem Stand der Technik wurden aufgebaut, um die Mischfunktion
durchzufuhren. Ein bevorzugtes System zur Durchfuhrung der
Quermischfunktion ist die Verwendung eines Doppelschneckensystems, um den Toner
in zwei Richtungen zu transportieren und einen Tonerzwischenaustausch
zwischen den Schecken zu erhalten. Doppelschneckensysteme sind z.B. in
den nachfolgenden Dokumenten nach dem Stand der Technik offenbart. Das
US-Patent Nr. 4,274,362 für Beck et al offenbart
Magnetbürsten-Mischschnecken, die aus verdrillten Streifen aus Aluminiummetallblättern mit
glatten, axialen Kanten hergestellt sind. In einer Entwicklungseinheit
sind die Schneckenteile in dem Sumpfbereich einer Entwicklungspfanne
angeordnet, wo sie trockenen Toner zirkulieren, verteilen und
zwischenmischen. Ein Verteilungssystem verteilt gleichmäßige Mengen an Toner,
während der Kopierer arbeitet.
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Das US-Patent Nr. 4,056,076 für Smith, das auf die Xerox Corporation
übertragen worden ist, offenbart ein Quersmischsystem zum Mischen und
Aufladen eines Mehrkomponentenentwicklers in einem
Zirkulationsentwicklungssystem eines elektrostatografischen Prozessors. Ein Paar von
parallelen, passiven Quermischern wird als Mischeinrichtungen verwendet,
und ein einzelner, aktiver Quermischer wird als Verteilungs-
(triboelektrische Aufladungs-) Vorrichtung verwendet.
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Das US-Patent Nr. 4,146,323 für forward et al, das auf die Xerox
Corporation übertragen worden ist, offenbart eine Schnecke fur ein
Entwicklungssystem, das einen langgestreckten, verdrillten Streifen eines
Metallblatts mit schraubenförmig konturten Kanten aufweist. Wenn Toner
verteilt wird, wird frischer Toner zu dem Entwickler aus einem
Tonerverteiler direkt oberhalb eines Quermischers hinzugefugt, um die
Tonerkonzentration auf einem hohen Pegel zu halten.
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Das US-Patent 4,478,512 für Zoltner, das auf die Xerox Corporation
übertragen worden ist, offenbart ein Entwicklersystem, in dem ein Paar
Schnecken den neu verteilten Toner mit abgenutzten Trägerteilchen
mischt und die Mischung in einen Entwicklersumpf zurückführt.
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Das US-Patent 3,999,514 für Abbott et al beschreibt ein Zuführ- und
Rückführschneckensystem, in dem die Schnecken unter unterschiedlichen,
auf die Wellen und den Abstand bezogenen Geschwindigkeiten gedreht
werden, was eine gleichmäßige Strömung durch die Schnecke sicherstellt.
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Das US-Patent 3,664,299 für Shaler et al offenbart ein noch anderes
Doppelschneckenmischsystem.
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Die US-A-4,576,466 offenbart ein Enwicklungssystem, das eine erste
Spiralschraube (5) zum fördern von Entwickler (einschließlich
mindestens eines Toners) in einer Richtung hinsichtlich der Breite eines
flächenbereichs, der entwickelt werden soll, und eine zweite
Splralschraube (16), die so angeordnet ist, um Entwickler von der ersten
spiralförmigen Schraube über eine geöffnete Aufnahme (13) aufzunehmen
und um den Entwickler in einer entgegengesetzten Richtung zu der
Förderrichtung der ersten Spiralschraube zu fördern, aufweist. Beide
Schrauben (5,6) sind horizontal ausgerichtet. Entwickler wird zu einer
magnetischen Entwicklerhülse (2) durch ein Rührwerk (4) gefördert, das
Schaufeln (11) besitzt.
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Diese Patente nach dem Stand der Technik, die vorstehend beschrieben
sind, sind für ein System eines Doppelschneckenmischtyps repräsentativ.
Das gemeinsame Kennzeichen dieser Systeme ist dasjenige, daß die Achse
jedes Schneckenpaars im wesentlichen in derselben, horizontalen Ebene
mit dem Entwickleraustausch zwischen jeder Schnecke liegt, der an
Endstellen stattfindet. Ein Problem mit dieser
Zwischenschneckenübertragung ist dasjenige, daß der Entwickler durch eine seitliche
Schiebewirkung ausgetauscht wird, die erfordert, daß sich die Schnecken
physikalisch nahe zueinander befinden. Für einige Systeme können die
Anforderungen hinsichtlich der Nähe ein Raum- oder Geometrieproblem
darstellen. Eine zweite Schwierigkeit mit dieser "Schiebe-" Zwischenschnecken-
übertragung ist die Tendenz des Entwicklers, sich an dem
Übertragungsende "aufzustauen", was manchmal dazu führt, daß Toner in andere
Bereiche des Entwicklergehäuses ohne spezielle Dichtungen, die an
strategischen Stellen angeordnet werden, überläuft. Es ist eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, zu ermöglichen, diese Probleme zu beseitigen.
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Entwicklungssystem, das eine
Entwicklerwalze, die zum Niederschlagen von Entwicklermaterial auf eine
Abbildungsoberfläche, die eine elektrostatische, latente Abbildung
darauf besitzt, ein Doppelschneckensystem zum Mischen des
Entwicklermaterials und zum Übertragen des gemischten Entwicklermaterials auf die
Entwicklerwalze umfaßt, wobei das Doppelschneckensystem eine erste
Schnecke, die in einer horizontalen Ebene ausgerichtet ist und dazu
geeignet ist, Entwicklermaterial zu mischen und auf die Entwicklerwalze
zuzuführen, eine zweite Schnecke aufweist, und zwar benachbart zu der
ersten Schnecke und entlang einer nicht horizontalen Ebene
positioniert, wobei aneinander angrenzende Enden der ersten und der zweiten
Schnecke durch einen vertikalen Abstand beabstandet sind, wobei die
Schnecken eine Vielzahl von
Entwicklermaterial-Transportverbindungsöffnungen an den Schneckenenden besitzen, wodurch Entwicklermaterial von
einer Schnecke zu der anderen durch Schwerkräfte transportiert wird,
gekennzeichnet dadurch, daß die erste Schnecke in einer horizontalen
Ebene angeordnet ist und die zweite Schnecke in einer nicht
horizontalen Ebene angeordnet ist.
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Beispielhaft wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
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Fig. 1 eine Seitenansicht, im Schnitt, einer xerografischen
Reproduktionsmaschine zeigt, die eine Doppelschnecken-Mischanordnung
gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzt,
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Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht der Entwickleranordnung der
Maschine, die in Figur 1 dargestellt ist, zeigt,
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Fig. 3 eine Draufsicht der Entwickleranordnung der Maschine, die ln
Figur 1 dargestellt ist, zeigt,
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Fig. 4 eine schmetaische Darstellung in einer Draufsicht der
Entwicklermaterialübertragung zwischen den Schnecken zeigt,
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Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht der
Entwicklermaterialübertragung zwischen den Schnecken zeigt.
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In der Figur 1 der Zeichnungen ist eine Reproduktionsmaschine 8 eines
xerografischen Typs dargestellt, die eine Dualschneckenmischanordnung
gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzt, die allgemein mit dem
Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Die Maschine 8 besitzt einen geeigneten
(nicht dargestellten) Rahmen, an dem die xerografischen Baukomponenten
der Maschine betriebsmäßg getragen werden. Kurz gesagt, und wie dies
für den fachmann auf dem betreffenden fachgebiet geläufig ist, umfassen
die xerografischen Baukomponenten der Maschine ein Aufzeichnungsteil,
das hier in der Form eines drehbaren Fotorezeptors 14 dargestellt ist.
In der beispielhaften Anordnung, die dargestellt ist, weist der
fotorezeptor 14 eine Trommel auf, die eine fotoleitende Oberfläche 16
besitzt. Betriebsmäßig um den Umfang des Fotorezeptors 14 angeordnet sind
ein Ladungskorotron 18 zur Aufbringung einer gleichmäßigen Ladung auf
die fotoleitende Oberfläche 16 des fotorezeptors 14; eine
Belichtungsstation 22, wo die zuvor aufgeladene, fotoleitende Oberfläche 16
Abbildungsstrahlen eines Dokuments 9 ausgesetzt wird, das kopiert oder
reproduziert werden soll; eine Entwicklungsstation 24, wo die latente,
elektrostatische Abbildung, die auf der fotoleitenden Oberfläche 16
gebildet wird, mit Toner entwickelt wird; und
Übertragungsabziehkorotrons 28 und 30 zur Unterstützung bei der Übertragung der entwickelten
Abbildungen auf ein geeignetes Kopiersubstratmaterial, wie
beispielsweise ein Kopierblatt 32, das nach vorne in zeitabgestimmter Beziehung
zu der entwickelten Abbildung auf der fotoleitenden Oberfläche 16
gebracht wird. Verbleibender Toner wird von der Trommeloberfläche einer
Reinigungsstation 34 entfernt.
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Kopierblätter 32 werden nach vorne zu dem Übertragungsbereich durch ein
Zuführwalzenpaar 40, Blattführungen 42, 43, die dazu dienen, das Blatt
um eine Drehung von etwa 180º vor den Übertragungsbereich zu bringen,
gebracht. Auf die Übertragung folgend wird das Blatt 32 nach vorne zu
einer Schmelzstation 48 getragen, wo die Tonerabbildung durch eine
Schmelzwalze 49 fixiert wird. Nach dem Schmelzen wird das
Kopierblatt 32 in einen Ausgabeschacht ausgeworfen.
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Eine transparente Auflageplatte 50 trägt das Dokument 9, wenn das
Dokument nach einem Abtastpunkt 52 durch einen Transport 54 vom Typ mit
einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird. Wie verständlich wird,
ist der Abtastpunkt 52 tatsächlich eine Abtastlinie, die sich quer über
die Breite der Auflageplatte 50 an einer gewünschten Stelle entlang der
Auflageplatte erstreckt, wo das Dokument Zeile für Zeile abgetastet
wird, wenn das Dokuemnt entlang der Auflageplatte 50 durch den
Transport 54 bewegt wird. Der Transport 54 besitzt Eingangs- und
Ausgangsdokumentenzuführrollenpaare 55, 56 jeweils an jeder Seite des
Abtastpunkts 52 zur Bewegung des Dokuments 9 über die Auflageplatte 50 mit
einer vorgegebenen Geschwindigkeit. Eine Belichtungslampe 58 ist dazu
vorgesehen, einen streifenähnlichen Bereich auf der Auflageplatte 50 an
dem Abtastpunkt 52 zu beleuchten. Die Abbildungsstrahlen von der
Dokumentenzeile, die abgetastet wird, werden durch eine Gradienten-Index-
Faserlinsenanordnung 60 zu der Belichtungsstation 22 übertragen, um die
fotoleitende Oberfläche 16 des sich bewegenden Fotorezeptors 14 zu
belichten.
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Eine Entwicklungsstation 24 umfaßt ein Entwicklergehäuse 65, in dem
eine Tonerabgabepatrone 66 drehbar befestigt ist, um so Tonerteilchen
nach unten in einen Sumpfbereich abzugeben, der durch die
Doppelschneckenmischanordnung 70 der vorliegenden Erfindung belegt ist. Die
Anordnung 70 umfaßt ein Paar drehbar befestigter Schnecken 72, 74;
weitere Einzelheiten des Aufbaus und des Betriebs der Anordnung 70
werden nachfolgend angegeben.
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Um mit der Beschreibung der Entwicklungsstation 24 fortzufahren, ist
eine magnetische Bürstenentwicklerwalze 80 in einer vorgegebenen,
betriebsmäßigen Beziehung zu der fotoleitenden Oberfläche 16 des
Fotorezeptors 14 angeordnet, wobei die Länge der Entwicklungswalze 80 gleich
oder geringfügig größer als die Breite der fotoleitenden Oberfläche 16
ist, wobei die Achse einer Walze 80 parallel zu der Achse des
Fotorezeptors 14 verläuft. Die Entwicklerwalze 80 besitzt eine Vielzahl von
stationären Magnetanordnungen 81 (Figur 2), die innerhalb eines
drehbaren Zylinders oder einer Hülse 75 angeordnet sind, wobei die Hülse 75
drehbar zur Drehung zu entgegengesetzten Seiten des
Entwicklergehäuses 65 gelagert ist. Die Magnetanordnungen 81 sind so angeordnet, daß,
wenn sich die Hülse 75 dreht, Entwickler zu der Außenoberfläche der
Hülse 75 gezogen wird, um eine bürstenähnliche Schicht 82 auf der
Hülse 75 zu bilden. Eine Drehung der Hülse 75 trägt die
Entwicklerbürste 82 in eine entwicklungsmäßige Beziehung zu der fotoleitenden
Oberfläche 16 des Fotorezeptors 14, um die latente, elektrostatische
Abbildung darin zu entwickeln.
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Die Figuren 2 und 3 zeigen, um sich nun einer detallierteren
Beschreibung der Entwicklungsstation 24 und insbesondere der
Schneckenmischanordnung 70 zuzuwenden, eine Endansicht und eine Draufsicht der
Entwicklungsanordnung. Die Figuren 4 und 5 stellen die Tonerübertragung
zwischen Schnecken jeweils von einer Draufsicht und einer
Seitenansichtsperspektive dar. Die Schnecke 72, die gekrümmte Segmente 104
besitzt, ist an einer horizontalen Welle 100 befestigt, die durch eine
(nicht dargestellte) Motoreinrichtung in Gegenuhrzeigerrichtung
angetrieben wird. Unterhalb der Schnecke 72 ist ein Trog 106 gehalten, der
sich längs der Schnecke erstreckt. Oberhalb der Schnecke 72 ist eine
Aufnahme-Aufpralleinrichtung 107 gehalten, die eine Reihe von
Durchlässen 108 besitzt, die sich durch diese hindurch erstrecken, um Toner von
dem Gehäuse 66 zu ermöglichen, daß er durch die Durchlässe in einer
stetigen Strömung nach unten in den Mischanordnungsflächensumpf 110
verteilt wird, wo er dann durch die äußere Oberfläche der Hülse 75
aufgenommen wird, um die Tonerbürste 82 zu bilden. Die Schnecke 74, die
gebogene Segmente 114 besitzt, ist an einer geneigten Welle 116
befestigt und wird durch eine geeignete Motoreinrichtung in eine
Uhrzelgerrichtung angetrieben. Die Anordnung der Welle 116 ist derart, daß
die Schnecke ein ansteigendes Ende besitzt (in Figur 2 aus der Seite
heraus) und ein abfallendes Ende (in Figur 2 in die Seite hinein)
besitzt.
Die Schnecke 74 ist innerhalb eines Zylinders 118 enthalten, der
sie mit Ausnahme von Tonerübertragungsöffnungen 120, 122 an beiden
Enden umschließt. Wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt ist, ist das
ansteigende Ende der Schnecke 74 mit der Übertragungsöffnung 120
angrenzend an, jedoch niedriger als ein Ende der Schnecke 72
positioniert, um Entwickler von der Schnecke über eine Schwerkraftszuführung
aufzunehmen. Der Entwickler wird von der Schnecke 72 zu der Schnecke 74
durch Schwerkraft übertragen, die auf den Toner wirkt. Die Schnecke 74
mischt dann den Entwickler und trägt ihn nach oben. Der Entwickler
fällt dann in den Sumpf 110 oder wird erneut durch die Schnecke 72 über
die höhere Öffnung 122 an dem oberen Ende aufgenommen. In der
bevorzugten Ausführungsform für ein System mit einer Breite von 36 Inch (Zoll)
wird die Schnecke 72 nach oben unter einem Winkel von etwa 1º
angewinkelt.
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Eine geeignete Steuereinrichtung 89 ist zum Betrieb der verschiedenen
Komponenten der Maschine 8 in einer vorgegebenen, zeitmäßigen
Abstimmung zueinander vorgesehen, um Kopien zu bilden. Im Betrieb wird die
Maschine 8 durch einen geeigneten Startsteuerknopf betätigt. Das
Dokument, das kopiert werden soll, wird dann in den Spalt des
Dokumententransportwalzenpaars 55, 56 eingegeben, das das Dokument über die
Auflageplatte 50 trägt. Wenn die führungskante des Dokuments einen
Detektor, eine Steuereinrichtung 89, erreicht, startet in Abhängigkeit des
Signals von dem Detektor das Zuführwalzenpaar 40, das Kopierblatt 32
nach vorne in einer zeitabgestimmten Beziehung zu dem Dokument 9
vorzuschieben, wenn das Dokument über die Auflageplatte 50 und nach dem
Abtastpunkt 52 durch die Dokumententransporteinrichtung 54
transportiert wird. Die Dokumentenabbildung, die auf der fotoleitenden
Oberfläche 16 des Fotorezeptors 14 entwickelt ist, wird auf das
Kopierblatt 32 übertragen, wenn sich das Kopierblatt durch den
Übertragungsbereich bewegt. Auf die Übertragung folgend führt das Kopierblatt 32 zu
der Schmelzstation 48, wo die Abbildung fixiert wird.
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Da latente Abbildungen gebildet werden und Entwlckler und Toner
verbraucht
wird, wird frischer Toner verteilt, wenn sich die
Verteilerpatrone 66 dreht. Die Schnecke 72 mischt kontinuierlich frischen Toner
mit abgenutzten Trägerteilchen und bestehendem Entwickler. Wenn sich
die Schnecke 72 in einer Gegenuhrzeigerrichtung dreht und mit den
gekrümmten Segmenten 104, die eine Orientierung besitzen, wie dies
dargestellt ist, wird die Mischung von rechts nach links in Figur 4 und in
die Seite der Figur 5 hinein gefördert. Die Mischung führt dann in das
System der Schnecke 74, das den Entwickler nach oben zu dem
Rückübertragungspunkt führt. Das System stellt demzufolge fortlaufend sicher,
daß frischer, hinzugefügter Toner fortlaufend ln den bestehenden
Entwickler gemischt wird. Das Dualschnecken-Quermischsystem nimmt eine
Zwischenschnecken-Entwicklerübertragung durch einen Aufbau vor, der die
Schwerkräfte einsetzt, um die Übertragung an jedem Schneckenende
vorzunehmen. Dadurch, daß der Schwerkraft ermöglicht wird, auf den
Entwickler einzuwirken, wenn er an den Schneckenenden vorliegt, und in
Verbindung mit geeigneten Seitenablenkteilen, um die Entwicklerströmung zu
richten, können die Schnecken physikalisch weiter voneinander
beabstandet werden, als dies mit Systemen nach dem Stand der Technik möglich
ist. Aufgrung des "Abtropfabstands" zwischen jedem Schneckenende wird
kein Entwickleraufstauen an irgendeinem Ende beobachtet.