<Desc/Clms Page number 1>
EEN ELECTROSTATOGRAFISCHE ONTWIKKELINRICHTING.
1. Toepassinggebied van de uitvinding.
Deze uitvinding wordt toegepast in het gebied van electrostatografie. Meer speciaal bij het mengen van een electrostatografische ontwikkelaar die tonerdeeltjes en dragerdeeltjes (carrier) bevat.
2. Achtergrond van de uitvinding.
In electrostatografie wordt een latent beeld gevormd door (i) op een dielectricum een beeldsgewijze ladingsverdeling aan te brengen, (ii) het latente beeld te ontwikkelen, d. w. z. omzetten van het latente beeld in een zichtbaar beeld door selektief licht absorberende deeltjes, tonerdeeltjes genoemd, af te zetten op het latente beeld. De tonerdeeltjes zijn meestal electrisch opgeladen.
Het beeld, zichtbaar gemaakt door de afzetting van tonerdeeltjes op het latente beeld dat op het dielectricum aanwezig was, wordt dan overgedragen op een substratum en erop gefixeerd om zo de uiteindelijke copie te bekomen. In electrofotografie, een bijzondere uitvoeringsvorm van electrostatografie, is het dielectricum een fotogeleider en wordt een beeld gevormd door (i) het uniform opladen van een fotogeleider, (ii) deze beeldgewijs te ontladen om zo een latent beeld te bekomen, (iii) het latente beeld te ontwikkelen, d. w. z. omzetten van het latente beeld in een zichtbaar beeld door selektief licht absorberende deeltjes, tonerdeeltjes genoemd, af te zetten op het latente beeld.
Het beeld, zichtbaar gemaakt door de afzetting van tonerdeeltjes op het latente beeld dat op de fotogeleider aanwezig was, wordt dan overgedragen op een substratum en erop gefixeerd om zo de uiteindelijke copie te bekomen.
Voor het toepassen van tonerontwikkeling zijn er twee methodes bekend : "droog" poeder en "vloeibare" dispersie ontwikkeling.
Momenteel wordt de "droge" poeder methode het meeste gebruikt. Meer
EMI1.1
details over de droge poeder ontwikkeling kunnen o worden gevonden in IEEE Transactions on Electronic Devices, Vol. ED-19, nr.
4, april 1972 pp. 495-511.
In het droge poeder procédé worden de tonerdeeltjes triboelektrisch opgeladen door ze te mengen, c. q. schudden met de carrier of dragerdeeltjes (toner-en dragerdeeltjes hebben een
<Desc/Clms Page number 2>
tegengestelde lading). Het mengsel van tonerdeeltjes die electrostatisch zijn aangetrokken door de dragerdeeltjes is de ontwikkelaar.
Bij het ontwikkelen worden de tonerdeeltjes van de dragerdeeltjes los gemaakt en zetten de tonerdeeltjes zieh af op het latente beeld dat op een dielectricum is aangebracht. De tonerdeeltjes zijn dus het verbruiksmateriaal in de ontwikkelaar.
Dit houdt in dat bij het gebruik de ontwikkelaar uitgeput raakt, d. w. z. er zijn nog zeer weinig tonerdeeltjes gemengd met de dragerdeeltjes. Om dus verder te kunnen blijven latent beeld ontwikkelen moet er toner worden bijgevuld. Deze verse tonerdeeltjes zijn nog ongeladen en moeten in het apparaat opnieuw gemengd (geschud) worden met de dragerdeeltjes om ze triboelektrisch op te laden.
In een electrostatografisch proces is het van groot belang dat de oplading van alle tonerdeeltjes zo gelijk mogelijk zou zijn.
D. w. z. dat de ladingsdistributie van de tonerdeeltjes eng zou zijn.
Via de toneropbouw wordt er voor gezorgd dat de tonerdeeltjes, wanneer zij dezelfde behandeling krijgen ook een enge ladingsverdeling hebben (zie bv. EP-A 0 488 741, EP-A 0 488742). Om alle tonerdeeltjes nagenoeg dezelfde lading te geven is het belangrijkrijk dat ze tijdens het mengproces, van verse tonerdeeltjes met de uitgeputte ontwikkelaar dezelfde behandeling ondergaan, c. q. op dezelfde wijze, zowel qua intensiteit als frequentie van het kontakt, in kontakt komen met de dragerdeeltjes.
Het is vanuit de kwaliteitseisen die heden ten dage gesteld worden aan de copie of print wenselijk geen gebruik te maken van ontwikkeltechnieken als poederwolkontwikkeling of cascade ontwikkeling. Om aan de huidige kwaliteitseisen, gesteld aan het finale beeld te kunnen voldoen is het gewenst van gebruik te maken van magneetborstelontwikkeling. Om zo een ontwikkelingsysteem te kunnen gebruiken is het noodzakelijk een zo ideaal mogelijk mengsysteem, voor het mengen van carrierdeeltjes en tonerdeeltjes, te realiseren en dit mengsysteem te koppelen op een magneetborstelsysteem. Diverse mengsystemen zijn bekend om de oplading van de tonerdeeltjes te realizeren, waarvan de meeste echter een mechanische kracht uitoefenen op de tonerdeeltjes en dragerdeeltjes.
Zo wordt, in US-P 4, 456, 364 het mengen van de ontwikkelaar (tonerdeeltjes en dragerdeeltjes) door het laten draaien van een draad voorzien van lussen in de houder van de ontwikkelaar aanbevolen. In EP-A 161 795 wordt een speciale as
<Desc/Clms Page number 3>
voorzien van mengribben voorzien die draait in de ontwikkelaar en in US-P 4, 583, 842 worden wormwielen voorzien om de ontwikkelaar te mengen.
Hoewel het volgens bovenstaande uitvoeringsvormen mogelijk is de bijgevulde tonerdeeltjes op de gewenste, homogene wijze en tot de gewenste opladingshoogte op te laden, blijft er het probleem van de mechanische druk die wordt uitgeoefend op de toner-en dragerdeeltjes waardoor de deeltjes aan elkaar kunnen koeken en dus grote partikels vormen die ongeschikt zijn voor een kwalitatief acceptabele onwikkeling van het electrostatische latent beeld. In GB 1, 372, 731 wordt een stationaire "cross-mixer" beschreven om toner en ontwikkelaar te mengen, waarbij de toner en ontwikkelaar door zwaartekracht doorheen een reeks kamers vallen. In GB 2, 141, 351 worden verbeteringen op dat principe voorgesteld.
De mengmethode in de laatste twee documenten beschreven vermijdt de mechanische druk op toner-en dragerdeeltjes en geeft dus geen problemen met aan elkaar koeken van de deeltjes. Hoewel dit systeem een reeks problemen uit de weg gaat is het niet geschikt om gebruikt te worden in een apparaat voor het vormen van vier kleuren beelden door middel van electrostatografie. In zo een apparaat moeten minstens vier ontwikkeleenheden worden ingebouwd en er blijft de vraag bestaan naar een eenvoudiger, goedkope, kleine en bedrijfszekere uitvoeringsvorm van een mengsysteem waarbij geen mechanische druk wordt uitgeoefend op de drager en tonerdeeltjes en een goede compatibiliteit met de magneetborstelinstelling geeft.
3. Doel en samenvatting van de uitvinding.
Het is de bedoeling van deze uitvinding een bedrijfszeker, goedkoop, klein en eenvoudig systeem te realiseren om verse tonerdeeltjes te mengen met de uitgeputte ontwikkelaar.
Het is verder de bedoeling van deze uitvinding een systeem te realizeren waarmee het mogelijk is de verse toner en de uitgeputte ontwikkelaar zo te mengen dat er geen aaneenkoeken van de toner-en dragerdeeltjes ontstaat en dat alle tonerdeeltjes op dezelfde wijze behandeld worden in hun kontakt met de dragerdeeltjes zodat alle tonerdeeltjes quasi dezelfde lading verkrijgen.
Het is een andere bedoeling van de uitvinding een installatie te voorzien waarmee het mogelijk is de gemengde ontwikkelaar uit te spreiden over de totale werkbreedte van de magneetborstel zodat op elk punt van de genoemde magneetborstel voldoende ontwikkelaar aanwezig is om een foutvrije ontwikkeling van het electrostatisch
<Desc/Clms Page number 4>
beeld mogelijk te maken.
Verdere doelstellingen en voordelen van de huidige uitvinding zullen duidelijk worden uit de gedetailleerde beschrijving die hieronder volgt.
De doelstellingen van de huidige uitvinding worden bereikt door te voorzien in electrostatische ontwikkelinrichting bestemd voor gebruik in een ontwikkelsysteem met droge meer-component ontwikkelaar, minstens bestaande uit toner en dragerdeeltjes, die omvat een houder voor de ontwikkelaar, waarin verse toner met de ontwikkelaar kan worden gemengd en de tonerdeeltjes door wrijving met de dragerdeeltjes electrostatisch kunnen worden opgeladen, alsmede een houder voor verse toner, met het kenmerk dat (i) intern in de houder voor de ontwikkelaar geen bewegende delen voorkomen (ii) de menging van de componenten van de ontwikkelaar gebeurt door positiewijziging van genoemde houder voor de ontwikkelaar (iii)
genoemde houder voor ontwikkelaar een uitgang heeft die aansluit op een magneetborstel voor het aanbrengen van toner op een electrostatisch ladingsbeeld op een dielectrisch materiaal en een ingang waarlangs verse toner kan worden bijgedoseerd.
In een geprefereerde uitvoeringsvorm is de houder voor ontwikkelaar ingericht voor rotatie rond een as en is minstens een wand van genoemde houder aan de binnenzijde is voorzien van ribben.
In een voorkeursuitvoeringsvorm zijn een zeker percentage van genoemde ribben onder een hoek aangebracht t. o. v. de normale op de wand van voornoemde houder voor de ontwikkelaar.
In de meest geprefereerde uitvoeringsvorm is er in de houder voor de ontwikkelaar een lichaam voorzien waarvan de buitenwand algemeen evenwijdig loopt aan de binnenwand van genoemde houder voor ontwikkelaar (verder genoemd "intern lichaam) zodat een annulaire ruimte wordt bepaald voor het bevatten van de ontwikkelaar en is voornoemd intern lichaam de houder voor verse toner en draagt de buitenzijde van voornoemd intern lichaam ribben die paarsgewijze convergeren, gezien volgens de rotatie van de houder, zodat ze een algemeen trechtervormig kanaal vormen met een relatief grote ingangsopening en een relatief nauwe uitgangsopening.
De huidige uitvinding wordt hieronder in detail beschreven aan de hand van concrete uitvoeringsvormen, die betrekking hebben op electrofotografie,'zonder dat de beschreven uitvoeringsvormen de
<Desc/Clms Page number 5>
huidige uitvinding zouden beperken tot de beschreven uitvoeringsvormen. Het is mogelijk dat de vakman andere uitvoeringsvormen en toepassingen voorstelt voor het hele veld van electrostatografie, die echter volledig. op het principe van de huidige uitvinding berusten.
4. Bondige beschrijving van de figuren.
Figuur 1 is een dwarsdoorsnede van een mogelijke uitvoeringsvorm van een ontwikkelinrichting volgens de huidige uitvinding
Figuur 2 is een dwarsdoorsnede van een andere mogelijke uitvoeringsvorm van een ontwikkelinrichting volgens de huidige uitvinding
Figuur 3 is een vooraanzicht van een ontwikkelinrichting volgens de huidige uitvinding waarbij in de houder voor de ontwikkelaar een lichaam is ingebouwd dat als houder voor de toner fungeert en waarbij de buitenwand van het lichaam dat als houder voor de toner fungeert een trechtervormig kanaal draagt. Voor de duidelijkheid is aangenomen dat de wand van de houder voor de ontwikkelaar doorzichtig i s.
Figuur 4 is een zelfde zicht als in figuur 3 voorgesteld, alleen draagt de buitenwand van het lichaam dat als hiouder voor de toner fungeert meerdere trechtervormige kanalen.
Figuur 5 is een dwarsdoorsnede doorheen een mogelijke opstelling van 4 ontwikkelinrichting volgens de huidige uitvinding bezijden van de fotogeleider.
Figuur 6 is dwarsdoorsnede doorheen een andere mogelijke opstelling van 4 ontwikkelinrichting volgens de huidige uitvinding bezijden van de fotogeleider.
Figuur 7 is een dwarsdoorsnede doorheen een opstelling van ontwikkelinrichtingen volgens de huidige uitvinding opgesteld omheen de fotogeleider en er excentrisch omheen draaiend.
Figuur 8 is een dwarsdoorsnede doorheen een opstelling van ontwikkelinrichtingen volgens de huidige uitvinding opgesteld bezijden de fotogeleider en waarbij de menging van de ontwikkelaar wordt geassisteerd door een magneetveld opgewekt door een magneet die concentrisch is opgesteld t. o. v. de onwikkelinrichtingen.
Figuur 9 is een dwarsdoorsnede doorheen een andere mogelijke opstelling van ontwikkelinrichtingen volgens de huidige uitvinding opgesteld bezijden de fotogeleider en waarbij de menging van de ontwikkelaar wordt geassisteerd door een magneetveld opgewekt door
<Desc/Clms Page number 6>
een magneet die concentrisch is opgesteld t. o. v. de onwikkelinrichtingen.
Figuur 10 is een dwarsdoorsnede doorheen een mogelijke opstelling van ontwikkelinrichtingen volgens de huidige uitvinding opgesteld bezijden de fotogeleider en waarbij de menging van de ontwikkelaar wordt geassisteerd door een magneetveld opgewekt door een magneet die bezijden de ontwikkelinrichtingen is opgesteld.
5. Gedetailleerde beschrijving.
Hoewel het volgens deze uitvinding mogelijk is de houder (s) voor ontwikkelaar gescheiden op te stellen van de houder (s) voor verse toner, is (zijn) de houder (s) voor ontwikkelaar, volgens de huidige uitvinding, preferenti el direct verbonden met een houder voor verse toner. In figuur 1 en 2 worden mogelijke uitvoeringsvormen voorgesteld.
In figuur 1 is 11 de houder voor ontwikkelaar (mengsel van toner en drager, 12 is de wand van voornoemde houder, 13 zijn de ribben die op de binnenzijde van de wand van de houder voor de ontwikkelaar zijn aangebracht, 14 is een optioneel schot in de houder voor ontwikkelaar aangebracht, 15 is de magneetborstel, waarlangs de toner op het latente beeld wordt aangebracht, 16 is de houder voor de verse toner en 17 is de opening in wand van de houder voor verse toner waarlangs verse toner in de houder voor ontwikkelaar kan komen.
In figuur 2 is 21 de houder voor de ontwikkelaar, 22 is de wand van de houder voor de ontwikkelaar, 23 zijn de ribben die op de binnenzijde van de wand van de houder voor de ontwikkelaar zijn aangebracht, 24 is een optioneel schot in de houder voor ontwikkelaar aangebracht dat in deze specifieke uitvoeringsvorm een vierhoek vormt, 25 is de magneetborstel, waarlangs de toner op het latente beeld wordt aangebracht, 26 is de houder voor de verse toner 27 is een schot aangebracht in de houder voor verse toner, 28 zijn ribben aangebracht op de binnenzijde van de wand van de houder voor verse toner en 29 is een gemeenschappelijke wand tussen de houder voor de ontwikkelaar en de houder voor verse toner.
In de meest geprefereerde uitvoeringsvorm zijn de houder voor verse toner en de houder voor de ontwikkelaar als volgt samen gebouwd : in de houder voor de ontwikkelaar is een lichaam voorzien waarvan de buitenwand algemeen evenwijdig loopt aan de binnenwand van genoemde houder voor ontwikkelaar (verder genoemd"intern
<Desc/Clms Page number 7>
lichaam) zodat een annulaire ruimte wordt bepaald voor het bevatten van de ontwikkelaar en is voornoemd intern lichaam de houder voor verse toner en draagt de buitenzijde van voornoemd intern lichaam minstens op een wand ribben die paarsgewijze convergeren, gezien volgens de rotatie van de houder, zodat ze een algemeen trechtervormig kanaal vormen met een relatief grote ingangsopening en een relatief nauwe uitgangsopening.
De buitenwand van het interne lichaam kan meerdere zulke trechtervormige kanalen dragen en de kanalen zijn zo aangebracht dat bij wenteling van de ontwikkelinrichting om de hogergenoemde as de ontwikkelaar doorheen minstens een van de trechtervormige kanalen moet vallen.
De ribben die paarsgewijze convergeren, gezien volgens de rotatie van de houder, zodat ze een algemeen trechtervormig kanaal vormen kunnen opgesteld zijn zoals in figuur 3 is getoond. Voor de eenvoud wordt in deze figuur een rechthoekig intern lichaam voorgesteld en zijn de buitenwanden van de houder van de ontwikkelaar doorzichtig zodat met frontaal op de ribben die paarsgewijze convergeren kijkt. De ribben (31) aangebracht op een vlak (35) vormen met de normaal doorheen de boven en onderopening een hoek a (32) die kleiner is dan a (De waarde van a wordt verder beschreven). De ingangsopening (33) is even groot als de werkbreedte van de magneetborstel, de werkbreedte hangt samen met de papier grootte waarop het electrostatisch beeld zal gefixeerd worden. De uitgangsopening (34) is minimaal 25 maal kleiner dan de ingangsopening en maximaal 40 maal kleiner.
In een andere geprefereerde uitvoeringsvorm (figuur 4) wordt de ontwikkelaar doorheen opeenvolgende trechtervormige kanalen geleid, die voldoen aan de bovenstaande vereisten qua hoek tussen de normaal doorheen de ingangsopening en uitgangsopeing en qua verhouding tussen de grootte van de ingang-en uitgangsopening. I. p. v. dat de halve hoogte van een of meer wanden (45) van het interne lichaam aan de buitenzijde door 1 trechtervormig kanaal wordt bezet, bezet een eerste trechtervormig kanaal (41) een kwart van de hoogte van voornoemde wand (en), genoemd trechtervormig kanaal (41) heeft een ingangsopening (43) die zo groot is als de werkbreedte van de magneetborstel.
Onder de uitgangsopening (44) van genoemd trechtervormig kanaal (41) zijn twee trechtervormige kanalen (42) aangebracht die een ingangsopening (46) gelijk aan de halve werkbreedte hebben, die zodanig aan elkaar aansluiten dat het aansluitingspunt (47) exact in het midden van de uitgangsopening (44) van hoger genoemd trechtervormig kanaal (41) is geplaatst.
<Desc/Clms Page number 8>
Teneinde in een ontwikkelinrichting volgens deze uitvinding een goede menging en goede ontwikkeleigenschappen te combineren moet de ontwikkelaar zowel aan poederreologische als magnetische en triboelectrische voorwaarden voldoen. In een ontwikkelinrichting, volgens de beschreven uitvinding, is het zeer belangrijk dat de poederreologische eigenschappen van de ontwikkelaar afgesteld worden worden op de uitvoeringsvorm van genoemde ontwikkelinrichting.
Speciaal de hoek a (figuur 3,32) moet worden gekozen in relatie tot de reologische eigenschappen van de ontwikkelaar.
Diverse ontwikkelaars met uiteenlopende samenstellingen kunnen worden gebruikt in een ontwikkelinrichting volgens de huidige uitvinding. Preferentieel wordt een ontwikkelaar gebruikt die minstens uit twee deelcomponenten bestaat, nl. electroscopische tonerdeeltjes en dragerdeeltjes waartegen hogergenoemde tonerdeeltjes triboelectrisch worden opgeladen en die als magnetische deeltjes op de magneetborstel de magneetpuls realiseren.
Dergelijke ontwikkelaar dient een reele vloei te bereiken en heeft een zo klein mogelijke storthoek ( ). Deze storthoek ( ) kan worden gemeten als volgt : men laat 300 g ontwikkelaar (d. i. een mengsel van drager- en tonerdeeltjesen eventueel andere deeltjes) doorheen een trechter uitvloeien op een blad papier. Men markeert de uiterste grenzen van de uitvloeikegel van de ontwikkelaar en met een schuifmaat de hoogte (h) van genoemde uitvloeikegel. Na verwijderen van de ontwikkelaar van het blad papier meet men op 4 plaatsen de diameter van het grondvlak van de uitvloeikegel. Het gemiddelde van deze 4 metingen is de diameter (d) van het grondvlak van de uitvloeikegel.
De storthoek kan berekend worden als :
EMI8.1
De ontwikkelaar voor gebruik in een ontwikkelinrichting volgens de huidige uitvinding zal een storthoek ( ) hebben die kleiner is dan 40 , bij voorkeur is de storthoek kleiner dan 30 en in de beste uitvoeringsvorm is de storthoek kleiner dan 20 .
De hoek a (zie figuur 3) (32) gevormd door de ribben (31) aangebracht op een vlak (35) met de normaal doorheen de boven-en onderopening moet kleiner zijn dan 90 - . Voor een ontwikkelaar
EMI8.2
met een storthoek = 200 zal a < 700, voor een ontwikkelaar met storthoek = 40 zai (X 50 . Naast deze eisen aan storthoek zal de ontwikkelaar voor gebruik in een ontwikkelinrichting volgens de
<Desc/Clms Page number 9>
huidige uitvinding een spontane vloei vertonen.
De spontane vloei wordt gemeten door in een cylindrische vloeitrechter met hoogte 140 mm en binnendiameter 50 mm, op 80. 2 mm van de bovenzijde voorzien van schuine vlakken die met de normaal tussen de bovenopening en de uitvloeiopening een hoek van 30 vormen, en een uitvloeiopening die 20. 8 mm lang is en 4 mm doormeter heeft, 300 g ontwikkelaar aan te brengen (op basis van een ferriet carrier, bij een ontwikkelaar op basis van een composiet carrier wordt slecht 200 g ontwikkelaar in de uitvloeitrechter gebracht) en te meten hoe snel alle ontwikkelaar weg is gevloeid. De uitvloeisnelheid wordt uitgedrukt in s/500 g.
De spontane vloei van een ontwikkelaar voor gebruik in een ontwikkelinrichting volgens de huidige uitvinding zal kleiner zijn dan 200 s/500 g, liefst kleiner dan 100 s/500 g.
De storthoek en de vloei van de ontwikkelaar kan worden ingesteld door bij het mengsel van dragerdeeltjes en tonerdeeltjes andere componenten toe te voegen. Interessante materialen zijn bv. toevoegstoffen zoals silica, alumina of Tri02 zoals beschreven in bv.
US-P 3, 720, 617, EP 0 460 665 en WO 91/00548 en die bekend zijn als vloeiverbeteraars. Ook organische kleine partikels, zoals beschreven in bv. US-P 5, 041, 351, kunnen afzonderlijk of in samenspel anorganische vloeiverbeteraars samen met de drager-en tonerdeeltjes worden gemengd om de gewenste storthoek te bereiken.
Wanneer kleine partikels als additieven worden toegevoegd aan de ontwikkelaar voor gebruik in een ontwikkelinrichting volgens deze uitvinding zullen de partikels een gemiddelde diameter (da) hebben
EMI9.1
die kleiner is dan de gemiddelde diameter dt van de tonerdeeltjes.
Ook het toevoegen van grote partikels, zoals beschreven in WO 92/18908, aan de ontwikkelaar kan voordelig zijn, dergelijke grote partikels, als additief toegevoegd, zullen een gemiddelde diameter (da) hebben die groter is dan de gemiddelde diameter van de tonerdeeltjes en die kleiner is dan 100 maal de gemiddelde diameter van de carrier deeltjes (dc).
Diverse carrier (drager) deeltjes kunnen worden gebruikt voor het samenstellen van een ontwikkelaar die kan worden gebruikt in een ontwikkelinrichting zoals in de huidige uitvinding bedoeld. De dragerdeeltjes kunnen uit metaal zijn (bv. Fe, Ni), metaaloxiden (bv. ferrieten of magnetieten) of kunnen composietdeeltjes zijn bestaande uit kleine pu) deeltjes van de hogergenoemde materialen (metalen en/of metaaloxide) in een bindmiddel (bv. een polymeer, glas etc. ) Het is mogelijk in de ontwikkelaar voor gebruik in een ontwikkelinrichting volgens deze uitvinding
<Desc/Clms Page number 10>
dragerdeeltjes te gebruiken die een mengsel van magnetische pigmenten met verschillende magnetische eigenschappen bevatten zoals beschreven in de nog niet gepubliceerde Europese aanvrage 93200285 ingediend op 4 februari 1993.
Ook een mengsel van dragerdeeltjes met verschillende magnetische eigenschappen kan met goed gevolg worden gebruikt in een ontwikkelaar voor gebruik in een ontwikkelinrichting volgens de huidige uitvinding. De afmetingen van de dragerdeeltjes zijn aangepast aan de afmetingen van de tonerdeeltjes die zullen worden gebruikt en ligt tussen 2 maal de
EMI10.1
afmeting van de tonerdeeltjes i. en 20 maal de afmeting van de tonerdeeltjes i. kwaliteitseisen.
Preferentieel liggen de afmetingen van de dragerdeeltjes tussen 3 maal en 10 maal de afmeting van de tonerdeeltjes. De meest geprefeerde dragerdeeltjes zijn deze beschreven in de nog niet gepubliceerde Europese aanvrage 93201795 ingediend op 22 juni 1993.
De tonerdeeltjes die samen met de dragerdeeltjes en eventuele andere toevoegingen, de ontwikkelaar uit maken voor gebruik in een ontwikkelinrichting volgens de huidige uitvinding zullen een
EMI10.2
gemiddelde diameter (volumetrisch) hebben kleiner dan 15 Mm, liever nog kleiner dan 12 jim en liefst kleiner dan 10) De tonerdeeltjes kunnen o. a. een bindmiddel, kleurstoffen, ladingsbepalende stoffen, anorganische vulstoffen bevatten zoals is gekend door degene die de techniek van tonerbereiding beheersen. Samenstellingen voor de tonerdeeltjes te gebruiken in de huidige uitvinding zijn b. v. beschreven in de Europese niet gepubliceerde aanvragen 93201351 ingediend op 11 mei 1993,93201647 ingediend op 9 juni 1993 en 93201815 ingediend op 22 juni 1993.
De ontwikkelaar volgens deze uitvinding kan naast de drager en tonerdeeltjes ook nog andere extra componenten bevatten, b. v. de hoger genoemde vloeiverbeteraar, parels met extra magnetische eigenschappen, grote parels als afstandhouders zoals beschreven in WO 92/18908, zodat er een 3 of meer-component ontwikkelaar ontstaat. De bijmengingen kunnen gebeuren zowel met substanties of deeltjes die men niet wil laten mee in de magneetborstel komen, als met substanties en/of deeltjes die wel in de magneetborstel komen.
De ontwikkelinrichtingen volgens de huidige uitvinding kunnen gebruikt worden zowel voor negatief/positief werkende ontwikkelaars als voor positief/positief werkende ontwikkelaars.
In een copieertoestel kunnen voor elk van de vier kleuren, geel, magenta, cyaan en zwart ontwikkeleenheden zoals hoger beschreven, worden voorzien. Het is ook mogelijk dat er meer dan vier
<Desc/Clms Page number 11>
ontwikkeleenheden worden ingebouwd, bv. een ontwikkelinrichting volgens de huidige uitvinging voor het aanbrengen van een kleurloze toner, een bijkomende extra grote ontwikkelinrichting voor het aanbrengen voor het gebruik van het toestel als zwart wit copieertoestel etc. De ontwikkelinrichtingen volgens de huidige uitvinding kunnen in een (kleur) copieertoestel op verschillende wijzen worden opgesteld rond de fotogeleider. Een voorbeeld van een mogelijke opstelling wordt getoond in figuur 5. Rondom een as 51 zijn vier ontwikkeleenheden, zoals getoond in figuur 1 opgesteld.
In deze figuur is 58 de fotogeleider, 55 de magneetborstel, 56 de opening waarlangs verse toner uit de houder voor de verse toner in de houder voor de ontwikkelaar komt. De houder voor de toner 53 is bezijden de houder voor de ontwikkelaar 54 gebouwd. In de houder voor de ontwikkelaar staat een schot 52, en de binnenwanden van de houder voor de ontwikkelaar dragen ribben 57, volgens de huidige uitvinding. Voor de beschrijving van het werkingsprincipe wordt de cirkel waarover de 4 ontwikkeleenheden zich verplaatsen in 4 kwadranten verdeeld, het eerste kwadrant is dat waar de magneetborstel tegenover de fotogeleider staat. Ieder van de vier verschillende ontwikkelinrichtingen, die zijn voorgesteld in figuur 5, zal gedurende het copieren, in wijzerzin bewegen om een as en in alle vier de posities in de respectieve kwadranten komen.
Wanneer de ontwikkelinrichting in kwadrant I is gebeurt de overdracht van de toner op de fotogeleider (eerste kleur wordt aangebracht). Om de volgende kleur op te brengen, wentelen de vier ontwikkeleenheden omheen as 51 en komt de ontwikkeleenheid uit kwadrant IV in kwadrant I en de toner die de tweede kleur levert wordt opgebracht. De ontwikkeleenheid uit kwadrant I komt in kwadrant II en er is, terwijl deze nog in kwadrant I was, onder invloed van de zwaartekracht verse toner doorheen opening 56 in de houder voor ontwikkelaar (voor de eerste kleur) gebracht, op de horizontaal liggende wand van schot 52. Bij de overgang van kwadrant I naar II wordt ontwikkelaar opgeschept door de ribben aangebracht op de, in kwadrant I, horizontale wand van de houder voor ontwikkelaar en in kwadrant II valt een deel van de ontwikkelaar neer en wordt door het schot 52 verdeeld over de houder.
Voor het opbrengen van de derde kleur wentelt het geheel opnieuw omheen as 51 en komt de ontwikkelinrichting voor de eerste kleur in kwadrant III terecht. Tijdens deze omwenteling scheppen de ribben op de binnenzijde van de houder voor ontwikkelaar langs de ene zijde ontwikkelaar met verse toner op en langs de overzijde valt
<Desc/Clms Page number 12>
gebruikte ontwikkelaar neer en het schot 52 zorgt voor een verdeling van de neervallende ontwikkelaar. Voor het opbrengen van de vierde kleur wentelt het geheel nogmaals en komt de ontwikkelinrichting voor de eerste kleur in kwadrant IV. De ontwikkelaar met verse toner valt ondertussen boven op de andere, niet ververste ontwikkelaar, wordt door het schot 52 verdeeld en de ribben scheppen een ander deel van de ontwikkelaar op.
Vooraleer er op een nieuwe copie terug de eerste kleur wordt aangebracht wordt het geheel opnieuw gewenteld rond as 51, en valt er terug een portie ontwikkelaar naar beneden en wordt verdeeld door het schot 52. Zo is er op de magneetborstel verse ontwikkelaar beschikbaar.
In figuur 6 wordt een voorbeeld van een mogelijke praktische opstelling in een vier kleuren copieertoestel van een ontwikkelinrichting waarbij in de houder voor de ontwikkelaar een lichaam is voorzien waarvan de buitenwand algemeen evenwijdig loopt aan de binnenwand van genoemde houder voor ontwikkelaar (verder genoemd "intern lichaam") zodat een annulaire ruimte wordt bepaald voor het bevatten van de ontwikkelaar en is voornoemd intern lichaam de houder voor verse toner en draagt de buitenzijde van voornoemd intern lichaam ribben die paarsgewijze convergeren, gezien volgens de rotatie van de houder, zodat ze een algemeen trechtervormig kanaal vormen met een relatief grote ingangsopening en een relatief nauwe uitgangsopening.
In figuur 6 is 63 de fotogeleider, 65 de magneetborstel, 64 de as waarom de 4 ontwikkelinrichtingen draaien, 61 is de annulaire ruimte die is ontstaan door in de houder voor ontwikkelaar het interne lichaam 62, dat de houder is voor verse toner, in te bouwen, 66 is de bijdoseeropening voor de verse toner, 67 zijn de ribben op de binnenwand van de houder voor de ontwikkelaar. De ribben die paarsgewijze convergeren, gezien volgens de rotatie van de houder, zodat ze een algemeen trechtervormig kanaal vormen, zijn aangebracht op buitenwand 68 en 69 van het interne lichaam.
Het is niet alleen mogelijk de ontwikkeleenheden, volgens de huidige uitvinding, bezijden van de fotogeleider op te stellen, het is evenzogoed mogelijk de ontwikkeleenheden excentrisch in een krans omheen de fotogeleider op te stellen zoals in figuur 7. Alleen in een stand is de magneetborstel in de nabijheid (contact) met de fotogeleider. In deze figuur zijn vier ontwikkeleenheden volgens deze uitvinding weergegeven (I t/m IV) die kunnen draaien om een as 73 die excentrisch staat t. o. v. as 76 van de fotogeleider 71. In de ontwikkelinrichtingen is 72 de houder voor de toner en 74 de houder
<Desc/Clms Page number 13>
voor de ontwikkelaar, 75 is de magneetborstel. De menging van toner en ontwikkelaar gebeurt essentieel op dezelfde wijze als hoger beschreven.
De ontwikkelinrichtingen, volgens de huidige uitvinding, hoeven niet dezelfde afmetingen te hebben, het is mogelijk om de houder voor deze toner die meer wordt verbruikt groter te maken dan de houder voor deze toner die minder wordt gebruikt. Het voordeel van een opstelling van de ontwikkeleenheden in een excentrische krans rondom de fotogeleider is het feit dat zo de ontwikkelinrichting de vrij kwetsbare fotogeleider afschermen van de omgeving.
De menging in de hoger beschreven ontwikkelinrichtingen verloopt alleen op basis van zwaartekracht en heeft het voordeel dat er bij de menging geen grote krachten worden uitgeoefend op de ontwikkelaar. Hierdoor blijven de tonerdeeltjes en de dragerdeeltjes vrij t. o. v. elkaar en is er geen aan elkaar hechten van toner-en dragerdeeltjes.
Wanneer men de menging op basis van de zwaartekracht wil versterken, dan kan dit kontaktloos gebeuren door de ontwikkelaar, die magnetisch is via de dragerdeeltjes, mee te mengen via een magneetveld. In dit geval is het geprefereerd dat de dragerdeeltjes een saturatie magnetisatie (Msat) hebben zodat Msat 0. 3 T (Tesla).
Dit externe magneetveld kan worden opgewekt door eender welke middelen die gekend zijn door de vakman. Het magneetveld kan stationair of oscillerend zijn. In figuur 8 is een mogelijke uitvoeringsvorm van menging op basis van zwaartekracht en magnetisme voorgesteld (voor de eenvoud van de tekening zijn de ribben op de binnenzijde van de houder voor ontwikkelaar, zoals hoger beschreven, niet getekend). Kwadrant I waar de toner wordt opgebracht op de fotogeleider is het kwadrant links onder. Omheen twee concentrische assen 82 en 83 kunnen onafhankelijk van elkaar een magneet (81) en vier of meer ontwikkeleenheden wentelen. De magneet wentelt in tegenwijzerzin en de vier ontwikkeleenheden in wijzerzin.
De ontwikkeleenheden bestaan uit een lichaam, waarin een intern lichaam (88) is ingebouwd zodat een annulaire ruimte ontstaat waarin de ontwikkelaar zit. de annulaire ruimt kan in drie compartimenten worden verdeeld : 85a en 85b omheen de magneetborstel
84 en 85c. De buitenzijde van voornoemd intern lichaam (88) draagt ribben die paarsgewijze convergeren, gezien volgens de rotatie van de houder, zodat ze een algemeen trechtervormig kanaal vormen met een relatief grote ingangsopening en een relatief nauwe uit- gangsopening (86).
<Desc/Clms Page number 14>
Wanneer de ontwikkeleenheid zieh bevindt in kwadrant I, links onder, bevindt alle ontwikkelaar zieh in de ruimte 85a. De magneetrol wordt van de nodige ontwikkelaar voorzien, toner wordt overgedragen op de fotogeleider (89), en de afgewerkte ontwikkelaar komt in ruimt 85b terecht. Nadat het beeld is ontwikkeld met de eerste kleur verdraaien de ontwikkeleenheden en komt de ontwikkeleenheid uit kwadrant I in kwadrant II. Hier blijft nog altijd de afgewerkte ontwikkelaar in ruimt 85a en de verse in ruimte 85b.
Wanneer de tweede kleur is ontwikkeld, draaien de ontwikkeleenheden verder en komt de ontwikkeleenheid die de eerste kleur opbracht in kwadrant III terecht. De afgewerkte ontwikkelaar valt uit ruimte 85b in ruimte 85c en de verse ontwikkelaar valt doorheen de trechtervormige opening 86 vanuit ruimte 85a in ruimte 85c. De magneet 81 draait dan tegenwijzerzin ä rato van 1 tot 4 Herz en neemt ontwikkelaar mee tot op de hoogte van het keerpunt 85d. Dan valt de ontwikkelaar opnieuw neer, de magneet brengt de ontwikkelaar terug naar keerpunt 85d, de ontwikkelaar valt neer etc.
Het schot 87 houdt tijdens de omwenteling van kwadrant II naar III een hoeveelheid verse toner bij die in kwadrant 3 doorheen een opening in de annulaire ruimte, die de ontwikkelaar bevat, gebracht.
Wanneer de derde kleur is afgewerkt wentelen de ontwikkeleenheden verder en de ontwikkeleenheid die de eerste kleur bevat bevindt zieh in kwadrant IV. In dit kwadrant valt reeds een deel van de ontwikkelaar uit ruimte 85c doorheen de trechtervormige opneninge 86 in ruimte 85a. Bij overgang van kwadrant IV naar I valt alle ontwikkelaar vanuit ruimte 85c doorheen de trechtervormige opening 86 in ruimte 85a en is klaar voor gebruik.
Ook wanneer de menging van de ontwikkelaar én door zwaartekracht én door magnetisme gebeurt zijn andere uitvoeringsvormen dan deze in figuur 8 voorgesteld mogelijk. Figuur 9 geeft een mogelijk andere uitvoeringsvorm weer (voor de eenvoud van de tekening zijn de ribben op de binnenzijde van de houder voor ontwikkelaar, zoals hoger beschreven, niet getekend) : 91 is een kruisvormige magneet die in tegenwijzerzin draait om een as 93 die concentisch is met de as 92 waar omheen ontwikkelinrichtingen, volgens de huidige uitvinding, in wijzerzin draaien. De houder voor de toner (95) is groot in verhouding tot de houder voor ontwikkelaar (94).
In de houder voor ontwikkelaar zijn twee ruimtes voorzien 94a en 94b, van elkaar gescheiden door een schot (96) dat ribben draagt die paarsgewijze convergeren, gezien volgens de rotatie van de houder, zodat ze een
<Desc/Clms Page number 15>
algemeen trechtervormig kanaal (97) vormen met een relatief grote ingangsopening en een relatief nauwe uitgangsopening.
Wanneer de ontwikkelinrichting zieh in kwadrant I, links onder bevindt, is alle ontwikkelaar verzameld in ruimte 94a en wordt er toner op fotogeleider 99 aangebracht. De afgewerkte ontwikkelaar komt in ruimte 94b terecht. Ondertussen draait de magneet 91 ä rato van 1 tot 4 Hz en brengt de afgewerkte ontikkelaar omhoog tot aan keerpunt 98. Een deel van de afgewerkte ontwikkelaar valt via ruimt 94c en de trechtervormige kanalen 97 terug in ruimte 94a. Nadat de eerste kleur is opgebracht wentelt de ontwikkelinrichting naar kwadrant II en stopt tussen kwadrant II en III, alle ontwikkelaar verplaatst zieh naar ruimte 94b en 94c, bij de verdere omwenteling en de stop op de grens tussen kwadrant III en IV komt alle ontwikkelaar in ruimte 94c terecht, en blijft er gedurende de omwenteling naar de positie op de grens van kwadrant IV en I.
Wanneer de ontwikkelinrichting opnieuw toner moet opdragen op de fotogeleider 99 (bij de stop op de grens van kwadrant I en II) valt ontwikkelaar via de trechtervormige kanalen 97 vanuit ruimte 94c in ruimte 94a en is opnieuw klaar voor gebruik.
In figuur 10 wordt een mogelijke opstelling van de ontwikkelinrichten getoond waarbij de menging gebeurt én onder invloed van de zwaartekracht én onder invloed van magnetisme, maar waar de mengmagneet 101 bezijden van de opstelling van de ontwikkelinrichtingen is opgesteld op een afzonderlijke as 102 (voor de eenvoud van de tekening zijn de ribben op de binnnenzijde van de houder voor ontwikkelaar, zoals hoger beschreven, niet getekend).
De ontwikkelinrichtingen zijn opgesteld omheen as 103. In kwadrant I zijn magneetborstel 108 en fotogeleider 109 in elkaars nabijheid.
De houder voor de toner 105 is naast de houder voor ontwikkelaar 104 opgesteld. In de houder voor ontwikkelaar 104 zijn drie ruimtes te onderscheiden 104a, 104b en 104c. In de houder voor de ontwikkelaar 104 is een schot 106 aangebracht dat de ribben draagt die paarsgewijze convergeren, gezien volgens de rotatie van de houder, zodat ze een algemeen trechtervormig kanaal (107) vormen met een relatief grote ingangsopening en een relatief nauwe uitgangsopening.
In essentie verschilt de werking van de opstelling van de ontwikkelinrichtingen, volgens de huidige uitvinding, in figuur 10 weergegeven niet van de hoger beschreven werking van de opstellingen in fuguren 8 en 9 beschreven.
<Desc / Clms Page number 1>
AN ELECTROSTATOGRAPHIC DEVELOPMENT DEVICE.
1. Field of application of the invention.
This invention is applied in the field of electrostatography. More particularly when mixing an electrostatographic developer containing toner particles and carrier particles.
2. Background of the invention.
In electrostatography, a latent image is formed by (i) applying an imagewise charge distribution to a dielectric, (ii) developing the latent image, d. w. z. converting the latent image into a visible image by selectively depositing light absorbing particles, called toner particles, on the latent image. The toner particles are usually charged electrically.
The image, visualized by the deposition of toner particles on the latent image present on the dielectric, is then transferred to a substrate and fixed on it to obtain the final copy. In electrophotography, a special embodiment of electrostatography, the dielectric is a photoconductor and an image is formed by (i) uniformly charging a photoconductor, (ii) discharging it imagewise to obtain a latent image, (iii) the latent develop an image, d. w. z. converting the latent image into a visible image by selectively depositing light absorbing particles, called toner particles, on the latent image.
The image, visualized by the deposition of toner particles on the latent image present on the photoconductor, is then transferred to a substrate and fixed on it to obtain the final copy.
Two methods are known for applying toner development: "dry" powder and "liquid" dispersion development.
Currently, the "dry" powder method is most commonly used. More
EMI1.1
details on dry powder development can be found in IEEE Transactions on Electronic Devices, Vol. ED-19, no.
April 4, 1972 pp. 495-511.
In the dry powder process, the toner particles are charged triboelectrically by mixing them, c. q. shake with the carrier or carrier particles (toner and carrier particles have a
<Desc / Clms Page number 2>
opposite charge). The mixture of toner particles electrostatically attracted to the carrier particles is the developer.
During development, the toner particles are detached from the carrier particles and the toner particles deposit on the latent image applied to a dielectric. The toner particles are thus the consumables in the developer.
This means that the developer becomes exhausted during use, d. w. z. very few toner particles are still mixed with the carrier particles. So in order to continue developing latent image, toner needs to be added. These fresh toner particles are still uncharged and must be remixed (shaken) with the carrier particles in the machine to charge them triboelectrically.
In an electrostatographic process it is very important that the charge of all toner particles should be as equal as possible.
D. w. z. that the charge distribution of the toner particles would be scary.
The toner build-up ensures that the toner particles, when they receive the same treatment, also have a narrow charge distribution (see eg EP-A 0 488 741, EP-A 0 488742). In order to give all toner particles almost the same charge, it is important that they undergo the same treatment of fresh toner particles with the exhausted developer during the mixing process, c. q. come into contact with the carrier particles in the same manner, both in terms of intensity and frequency of contact.
Due to the quality requirements that are currently set for the copy or print, it is desirable not to use development techniques such as powder cloud development or cascade development. In order to meet the current quality requirements for the final image, it is desirable to use magnetic brush development. In order to use such a development system, it is necessary to realize an ideal mixing system, for mixing carrier particles and toner particles, and to connect this mixing system to a magnetic brush system. Various mixing systems are known to realize the charging of the toner particles, most of which, however, exert a mechanical force on the toner particles and carrier particles.
For example, in US-P 4, 456, 364, mixing of the developer (toner particles and carrier particles) by spinning a wire with loops in the developer container is recommended. In EP-A 161 795 a special axis is used
<Desc / Clms Page number 3>
provided with mixing ribs rotating in the developer and in US-P 4, 583, 842 worm wheels are provided to mix the developer.
While, according to the above embodiments, it is possible to charge the replenished toner particles in the desired, homogeneous manner and to the desired charge height, there remains the problem of the mechanical pressure applied to the toner and carrier particles which allows the particles to cake together and thus forming large particles unsuitable for a qualitatively acceptable development of the electrostatic latent image. GB 1, 372, 731 discloses a stationary "cross-mixer" for mixing toner and developer, wherein the toner and developer are gravitated through a series of chambers. GB 2, 141, 351 proposes improvements on that principle.
The mixing method described in the last two documents avoids the mechanical pressure on toner and carrier particles and thus does not cause any problems with the particles caking together. While this system avoids a range of problems, it is not suitable for use in an apparatus for forming four-color images by electrostatography. At least four developing units must be built into such an apparatus and there remains the demand for a simpler, inexpensive, small and reliable embodiment of a mixing system where no mechanical pressure is exerted on the carrier and toner particles and gives good compatibility with the magnetic brush setting.
3. Purpose and summary of the invention.
The object of the present invention is to realize a reliable, inexpensive, small and simple system for mixing fresh toner particles with the exhausted developer.
It is the further object of the present invention to realize a system that allows the fresh toner and depleted developer to be mixed in such a way that there is no caking of the toner and carrier particles and that all toner particles are treated in the same manner in contact with the carrier particles so that all toner particles obtain almost the same charge.
It is another object of the invention to provide an installation which makes it possible to spread the mixed developer over the total working width of the magnetic brush, so that sufficient developer is present at each point of the said magnetic brush for an error-free development of the electrostatic
<Desc / Clms Page number 4>
image.
Further objects and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description which follows below.
The objects of the present invention are achieved by providing an electrostatic developing device intended for use in a developing system with a dry multi-component developer, at least consisting of toner and carrier particles, which comprises a container for the developer, in which fresh toner with the developer can be mixed and the toner particles can be charged electrostatically by friction with the carrier particles, and a container for fresh toner, characterized in that (i) internally in the developer container no moving parts occur (ii) mixing of the components of the developer happens by changing position of said holder for the developer (iii)
said developer container has an outlet connecting to a magnetic brush for applying toner to an electrostatic charge image on a dielectric material and an inlet through which fresh toner can be added.
In a preferred embodiment, the developer container is adapted for rotation about an axis and at least one wall of said container is provided with ribs on the inside.
In a preferred embodiment, a certain percentage of said ribs are angled. o. v. the normal on the wall of the aforementioned developer holder.
In the most preferred embodiment, there is provided in the developer container a body the outer wall of which is generally parallel to the inner wall of said developer container (hereinafter referred to as "internal body") so as to define an annular space for containing the developer and said internal body is the container for fresh toner and carries the exterior of said internal body ribs that converge in pairs, viewed according to the rotation of the container, so that they form a general funnel-shaped channel with a relatively large entrance opening and a relatively narrow exit opening.
The present invention is described in detail below on the basis of concrete embodiments relating to electrophotography, without the described embodiments being
<Desc / Clms Page number 5>
limit the present invention to the described embodiments. It is possible for those skilled in the art to propose other embodiments and applications for the whole field of electrostatography, which are however complete. are based on the principle of the present invention.
4. Brief description of the figures.
Figure 1 is a cross section of a possible embodiment of a developing device according to the present invention
Figure 2 is a cross-sectional view of another possible embodiment of a developing device according to the present invention
Figure 3 is a front view of a developing device according to the present invention in which a developer body incorporates a toner container and the outer wall of the toner container body carries a funnel-shaped channel. For the sake of clarity, it is assumed that the wall of the container is transparent to the developer.
Figure 4 is a view similar to that shown in Figure 3 except that the outer wall of the body, which acts as a container for the toner, carries several funnel-shaped channels.
Figure 5 is a cross-section through a possible arrangement of a developing device according to the present invention, side of the photoconductor.
Figure 6 is a cross section through another possible arrangement of a developing device according to the present invention, sideways of the photoconductor.
Figure 7 is a cross-sectional view through an arrangement of developing devices of the present invention arranged around the photoconductor and rotating eccentrically around it.
Figure 8 is a cross-sectional view of an arrangement of developing devices of the present invention disposed adjacent to the photoconductor and the mixing of the developer assisted by a magnetic field generated by a magnet arranged concentrically. o. v. the winding devices.
Figure 9 is a cross-section through another possible arrangement of developing devices according to the present invention disposed adjacent to the photoconductor and the mixing of the developer assisted by a magnetic field generated by
<Desc / Clms Page number 6>
a magnet arranged concentrically t. o. v. the winding devices.
Figure 10 is a cross-section through a possible arrangement of developing devices according to the present invention disposed adjacent to the photoconductor and the mixing of the developer assisted by a magnetic field generated by a magnet disposed adjacent to the developing devices.
5. Detailed description.
Although it is possible according to this invention to arrange the developer container (s) separately from the fresh toner container (s), the developer container (s) according to the present invention are preferably directly connected to a container for fresh toner. Possible embodiments are presented in Figures 1 and 2.
In Figure 1, 11 is the developer container (mixture of toner and carrier, 12 is the wall of said container, 13 is the ribs mounted on the inside of the wall of the developer container, 14 is an optional bulkhead in the developer container is mounted, 15 is the magnetic brush, along which the toner is applied to the latent image, 16 is the fresh toner container and 17 is the opening in wall of the fresh toner container along which fresh toner in the developer container can come.
In Figure 2, 21 is the developer container, 22 is the wall of the developer container, 23 are the ribs mounted on the inside of the wall of the developer container, 24 is an optional bulkhead in the container developer, which in this particular embodiment forms a quadrilateral, 25 is the magnetic brush, along which the toner is applied to the latent image, 26 is the fresh toner container 27, is a baffle mounted in the fresh toner container, 28 is ribs mounted on the inside of the wall of the fresh toner container and 29 is a common wall between the developer container and the fresh toner container.
In the most preferred embodiment, the fresh toner container and the developer container are built together as follows: the developer container is provided with a body the outer wall of which is generally parallel to the inner wall of said developer container (hereinafter referred to as " internal
<Desc / Clms Page number 7>
body) to determine an annular space for containing the developer and said internal body is the fresh toner container and carries the outside of said internal body at least on a wall of ribs converging in pairs, viewed according to the rotation of the container, so that they form a generally funnel-shaped channel with a relatively large entrance opening and a relatively narrow exit opening.
The outer wall of the internal body can support a plurality of such funnel-shaped channels and the channels are arranged such that when the developing device rotates about the aforementioned axis, the developer must pass through at least one of the funnel-shaped channels.
The ribs that converge in pairs, viewed according to the rotation of the container, so that they can form a generally funnel-shaped channel, are arranged as shown in Figure 3. For simplicity, in this figure a rectangular internal body is presented and the outer walls of the developer container are transparent so that frontal views of the ribs converge in pairs. The ribs (31) disposed on a face (35) form an angle a (32) less than a with the normal through the top and bottom apertures (The value of a is described further). The entrance opening (33) is the same size as the working width of the magnetic brush, the working width is related to the paper size on which the electrostatic image will be fixed. The exit opening (34) is at least 25 times smaller than the entrance opening and up to 40 times smaller.
In another preferred embodiment (Figure 4), the developer is passed through successive funnel-shaped channels that meet the above requirements in terms of angle between the normal through the entrance opening and exit opening and in ratio between the size of the entrance and exit openings. I. p. v. that half the height of one or more walls (45) of the internal body is occupied externally by 1 funnel-shaped channel, a first funnel-shaped channel (41) occupies a quarter of the height of said wall (s), called funnel-shaped channel (41) has an entrance opening (43) as large as the working width of the magnetic brush.
Under the exit opening (44) of said funnel-shaped channel (41), two funnel-shaped channels (42) are provided which have an entrance opening (46) equal to half the working width, which connect to each other such that the connection point (47) is exactly in the middle of the outlet opening (44) of the above-mentioned funnel-shaped channel (41) is placed.
<Desc / Clms Page number 8>
In order to combine good mixing and good developing properties in a developing device according to this invention, the developer must satisfy powder rheological, magnetic and triboelectric conditions. In a developing device, according to the described invention, it is very important that the powder rheological properties of the developer are adjusted to the embodiment of said developing device.
Especially the angle α (figure 3.32) must be chosen in relation to the rheological properties of the developer.
Various developers of various compositions can be used in a developing device according to the present invention. Preferably, a developer is used that consists of at least two sub-components, namely electroscopic toner particles and carrier particles against which the aforementioned toner particles are charged triboelectrically and which realize the magnetic pulse as magnetic particles on the magnetic brush.
Such a developer should achieve a smooth flow and has the smallest possible dumping angle (). This angle of repose () can be measured as follows: 300 g of developer (i.e. a mixture of carrier and toner particles and optionally other particles) are allowed to flow through a funnel onto a sheet of paper. The extreme limits of the developer cone are marked and the height (h) of the aforementioned cone is calibrated. After removing the developer from the sheet of paper, the diameter of the base of the flow cone is measured at 4 places. The average of these 4 measurements is the diameter (d) of the base of the flow cone.
The dumping angle can be calculated as:
EMI8.1
The developer for use in a developing device according to the present invention will have a dump angle () that is less than 40, preferably the dump angle is less than 30, and in the best embodiment, the dump angle is less than 20.
The angle α (see Figure 3) (32) formed by the ribs (31) mounted on a face (35) with the normal through the top and bottom opening should be less than 90 -. For a developer
EMI8.2
with a dumping angle = 200 will a <700, for a developer with an angle of repose = 40 zai (X 50. In addition to these requirements for an angle of repose, the developer for use in a development facility according to the
<Desc / Clms Page number 9>
present invention exhibit spontaneous flow.
The spontaneous flow is measured by inserting in a cylindrical flow funnel with a height of 140 mm and an inner diameter of 50 mm, at 80.2 mm from the top, oblique surfaces that form an angle of 30 between the top opening and the discharge opening, and a discharge opening. which is 20.8 mm long and has a diameter of 4 mm, apply 300 g of developer (based on a ferrite carrier, at a developer based on a composite carrier, only 200 g of developer is placed in the discharge funnel) and measure how soon all the developer has run off. The flow rate is expressed in s / 500 g.
The spontaneous flow of a developer for use in a developing device according to the present invention will be less than 200 s / 500 g, most preferably less than 100 s / 500 g.
The pour angle and flow of the developer can be adjusted by adding other components to the mixture of carrier particles and toner particles. Interesting materials are e.g. additives such as silica, alumina or TriO2 as described in e.g.
US-P 3, 720, 617, EP 0 460 665 and WO 91/00548 and known as flow improvers. Also organic small particles, such as described in e.g. US-P 5, 041, 351, can be mixed individually or in combination inorganic flow improvers together with the carrier and toner particles to achieve the desired dumping angle.
When small particles are added as additives to the developer for use in a developing device according to this invention, the particles will have an average diameter (da)
EMI9.1
which is smaller than the average diameter dt of the toner particles.
Also adding large particles, as described in WO 92/18908, to the developer can be advantageous, such large particles, added as additives, will have an average diameter (da) which is greater than the average diameter of the toner particles and which is less than 100 times the average diameter of the carrier particles (dc).
Various carrier (carrier) particles can be used to assemble a developer that can be used in a developing device as defined in the present invention. The carrier particles may be metal (e.g. Fe, Ni), metal oxides (e.g. ferrites or magnetites) or may be composite particles consisting of small pu) particles of the aforementioned materials (metals and / or metal oxide) in a binder (e.g. a polymer, glass, etc.) It is possible in the developer for use in a developing device according to this invention
<Desc / Clms Page number 10>
to use carrier particles containing a mixture of magnetic pigments with different magnetic properties as described in unpublished European application 93200285 filed February 4, 1993.
A mixture of carrier particles with different magnetic properties can also be used successfully in a developer for use in a developing device according to the present invention. The dimensions of the carrier particles are adapted to the dimensions of the toner particles to be used and are between 2 times the
EMI10.1
size of the toner particles i. and 20 times the size of the toner particles i. quality requirements.
Preferably, the dimensions of the carrier particles are between 3 times and 10 times the size of the toner particles. The most preferred carrier particles are those described in unpublished European application 93201795 filed June 22, 1993.
The toner particles which together with the carrier particles and any other additives make up the developer for use in a developing device according to the present invention will
EMI10.2
average diameter (volumetric) have less than 15 mm, more preferably less than 12 µm and more preferably less than 10). The toner particles may include, inter alia, a binder, dyes, charge determining substances, inorganic fillers as known by those skilled in the art of toner preparation. Compositions for the toner particles to be used in the present invention are b. v. described in European Unpublished Applications 93201351 filed May 11, 1993, 93201647 filed June 9, 1993, and 93201815 filed June 22, 1993.
The developer of this invention may contain other additional components in addition to the carrier and toner particles, b. v. the aforementioned flow improver, pearls with additional magnetic properties, large pearls as spacers as described in WO 92/18908, so that a 3 or more component developer is created. The admixtures can be made with substances or particles that are not wanted to enter the magnetic brush, as well as with substances and / or particles that do get into the magnetic brush.
The developing devices of the present invention can be used for both negative / positive working developers and positive / positive working developers.
A copier can be provided for any of the four colors, yellow, magenta, cyan and black developing units as described above. It is also possible that there are more than four
<Desc / Clms Page number 11>
developing units are built in, e.g. a developing device according to the present invention for applying a colorless toner, an additional extra large developing device for applying for use of the device as a black and white copier, etc. The developing devices according to the present invention can be color copier are arranged in various ways around the photoconductor. An example of a possible arrangement is shown in figure 5. Four development units are arranged around an axis 51, as shown in figure 1.
In this figure, 58 is the photoconductor, 55 the magnetic brush, 56 is the opening through which fresh toner comes out of the fresh toner container into the developer container. The toner container 53 is built side by side with the developer container 54. The developer container has a baffle 52, and the interior walls of the developer container bear ribs 57, according to the present invention. For the description of the principle of operation, the circle over which the 4 developing units move is divided into 4 quadrants, the first quadrant being where the magnetic brush is opposite the photoconductor. Each of the four different developing devices, shown in Figure 5, will move clockwise about an axis during copying and enter the respective quadrants in all four positions.
When the developing device is in quadrant I, the transfer of the toner to the photoconductor (first color is applied) occurs. To apply the next color, the four developing units revolve about axis 51 and the developing unit from quadrant IV enters quadrant I and the toner supplying the second color is applied. The developing unit from quadrant I enters quadrant II and, while it was still in quadrant I, fresh toner was introduced under the influence of gravity through opening 56 in the developer container (for the first color), on the horizontal wall of shot 52. At the transition from quadrant I to II, developer is scooped up by the ribs mounted on the horizontal wall of the developer container, in quadrant I, and in quadrant II, a portion of the developer falls down and is divided by the shot 52 about the holder.
To apply the third color, the whole revolves around shaft 51 and the developing device for the first color ends up in quadrant III. During this revolution, the ribs on the inside of the developer holder scoop up developer with fresh toner on one side and fall on the other side
<Desc / Clms Page number 12>
used developer and the shot 52 distributes the falling developer. For the application of the fourth color, the whole revolves again and the developing device for the first color comes in quadrant IV. The fresh toner developer, meanwhile, falls on top of the other, non-refreshed developer, is distributed by the baffle 52, and the ribs scoop up another portion of the developer.
Before the first color is applied again to a new copy, the whole is revolved around shaft 51, and a developer portion falls down again and is divided by the partition 52. Thus, fresh developer is available on the magnetic brush.
Figure 6 shows an example of a possible practical arrangement in a four-color copier of a developing device in which the developer holder has a body, the outer wall of which is generally parallel to the inner wall of said developer holder (hereinafter referred to as "internal body"). to determine an annular space for containing the developer and said internal body is the fresh toner container and carries the exterior of said internal body ribs that converge in pairs, viewed according to the rotation of the container, so that they are generally funnel-shaped form a channel with a relatively large entrance opening and a relatively narrow exit opening.
In Figure 6, 63 is the photoconductor, 65 the magnet brush, 64 the axis about which the 4 developing devices rotate, 61 is the annular space created by inserting the internal body 62, which is the container for fresh toner, into the developer container. 66 is the fresh toner dispensing opening, 67 is the ribs on the inner wall of the developer container. The ribs that converge in pairs, viewed according to the rotation of the container, so that they form a general funnel-shaped channel, are mounted on outer walls 68 and 69 of the internal body.
It is not only possible to arrange the developing units, according to the present invention, sides of the photoconductor, it is also possible to arrange the developing units eccentrically in a ring around the photoconductor as in figure 7. Only in one position is the magnetic brush in proximity (contact) to the photoconductor. This figure shows four development units according to this invention (I to IV) which can rotate about an axis 73 which is eccentric. including axis 76 of the photoconductor 71. In the developing devices, 72 is the container for the toner and 74 is the container
<Desc / Clms Page number 13>
for the developer, 75 is the magnet brush. The mixing of toner and developer is essentially the same as described above.
The developing devices, according to the present invention, need not have the same dimensions, it is possible to make the container for this toner consumed more larger than the container for this toner used less. The advantage of an arrangement of the developing units in an eccentric ring around the photoconductor is the fact that the developing device thus shields the rather vulnerable photoconductor from the environment.
The mixing in the above-described developing devices is only based on gravity and has the advantage that no great forces are exerted on the developer during the mixing. This leaves the toner particles and the carrier particles free t. o. v. each other and there is no adhesion of toner and carrier particles together.
If one wishes to enhance the mixing on the basis of gravity, this can be done contactlessly by mixing the developer, which is magnetic via the carrier particles, via a magnetic field. In this case, it is preferred that the carrier particles have a saturation magnetization (Msat) such that Msat is 0. 3 T (Tesla).
This external magnetic field can be generated by any means known to those skilled in the art. The magnetic field can be stationary or oscillating. Figure 8 shows a possible embodiment of mixing based on gravity and magnetism (for the simplicity of the drawing, the ribs on the inside of the developer container, as described above, are not shown). Quadrant I where the toner is applied to the photoconductor is the lower left quadrant. Around two concentric shafts 82 and 83, a magnet (81) and four or more developing units can revolve independently. The magnet rotates counterclockwise and the four development units clockwise.
The development units consist of a body in which an internal body (88) is built in to create an annular space in which the developer sits. the annular space can be divided into three compartments: 85a and 85b around the magnetic brush
84 and 85c. The exterior of said internal body (88) carries ribs that converge in pairs, viewed according to the rotation of the container, so that they form a generally funnel-shaped channel with a relatively large entrance opening and a relatively narrow exit opening (86).
<Desc / Clms Page number 14>
When the development unit is in quadrant I, bottom left, all developers are in space 85a. The magnetic roller is supplied with the necessary developer, toner is transferred to the photoconductor (89), and the finished developer ends up in space 85b. After the image is developed with the first color, the developing units rotate and the developing unit comes from quadrant I to quadrant II. The finished developer still remains in room 85a and the fresh one in room 85b.
When the second color has been developed, the developing units rotate further and the developing unit that yielded the first color ends up in quadrant III. The finished developer falls from space 85b into space 85c and the fresh developer falls through the funnel-shaped opening 86 from space 85a into space 85c. The magnet 81 then rotates counterclockwise at a rate of 1 to 4 Hz and takes the developer up to the level of the turning point 85d. Then the developer drops again, the magnet returns the developer to turning point 85d, the developer drops etc.
During the revolution from quadrant II to III, the shot 87 maintains an amount of fresh toner that is passed in quadrant 3 through an opening in the annular space containing the developer.
When the third color is finished, the developing units continue to roll and the developing unit containing the first color is in quadrant IV. In this quadrant, part of the developer from space 85c already falls through the funnel-shaped opening 86 in space 85a. Upon transition from quadrant IV to I, all developer from space 85c falls through funnel-shaped opening 86 in space 85a and is ready for use.
Also when the mixing of the developer is done by both gravity and magnetism, other embodiments than those shown in figure 8 are possible. Figure 9 shows a possibly different embodiment (for simplicity of the drawing, the ribs on the inside of the developer holder, as described above, are not shown): 91 is a cross-shaped magnet that rotates counterclockwise about an axis 93 concentrically is with the shaft 92 around which developing devices, according to the present invention, rotate clockwise. The toner container (95) is large in relation to the developer container (94).
In the developer container, two spaces 94a and 94b are provided, separated by a partition (96) bearing ribs that converge in pairs, viewed according to the rotation of the container, so that they have a
<Desc / Clms Page number 15>
generally funnel-shaped channel (97) with a relatively large entrance opening and a relatively narrow exit opening.
When the developing device is in bottom left quadrant I, all of the developer is collected in space 94a and toner is applied to photoconductor 99. The finished developer ends up in room 94b. Meanwhile, the magnet 91 rotates at a rate of 1 to 4 Hz and raises the finished developer up to turning point 98. A portion of the finished developer falls through space 94c and the funnel-shaped channels 97 back into space 94a. After the first color is applied, the developer turns to quadrant II and stops between quadrant II and III, all developers move to space 94b and 94c, on the further revolution and the stop on the boundary between quadrant III and IV, all developers enter space 94c rightly so, and remains there during the revolution to the position on the boundary of quadrant IV and I.
When the developer needs to redistribute toner on the photoconductor 99 (at the stop at the boundary of quadrant I and II), developer falls through the funnel channels 97 from space 94c into space 94a and is ready for use again.
Figure 10 shows a possible arrangement of the developing devices in which the mixing is done both under the influence of gravity and under the influence of magnetism, but where the mixing magnet 101 is arranged on a separate axis 102 opposite the arrangement of the developing devices (for simplicity) of the drawing, the ribs on the inside of the developer container as described above are not drawn).
The developing devices are disposed about axis 103. In quadrant I, magnet brush 108 and photoconductor 109 are in close proximity.
The toner container 105 is arranged adjacent to the developer container 104. Three spaces 104a, 104b and 104c can be distinguished in the holder for developer 104. In the developer holder 104, a bulkhead 106 is provided which carries the ribs that converge in pairs, viewed according to the rotation of the holder, so that they form a generally funnel-shaped channel (107) with a relatively large entrance opening and a relatively narrow exit opening.
In essence, the operation of the arrangement of the developing devices, according to the present invention, shown in Figure 10, does not differ from the above-described operation of the arrangements described in Figures 8 and 9.