DE1597890C3

DE1597890C3 - Einrichtung zur Entwicklung elektrostatischer Ladungsbilder

Info

Publication number: DE1597890C3
Application number: DE1597890A
Authority: DE
Inventors: Bruce Richard Rochester N.Y. Robinson (V.St.A.)
Original assignee: Rank Xerox Ltd
Current assignee: Xerox Ltd
Priority date: 1966-10-11
Filing date: 1967-10-11
Publication date: 1979-11-22
Also published as: US3412710A; DE1597890A1; GB1196637A; NL6713355A; BE704923A; DE1597890B2

Description

JO

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Entwicklung elektrostatischer Ladungsbilder, die sich auf einer fotoleitenden Sch.cht ei .er zylindrischen Oberfläche befinden, mittels eii.es Zweikomponenten entwicklcrs ausgeladenen Tonerpartik* n und körnigen Trägerpartikeln, der über die Oberfläche kaskadierl wird und dabei entlang seiner Bahn und auch unterhall) einer horizontalen Scheitellinie der zylindrischen Fläche, an der der Entwickler unter Einwirkung der· Schwerkraft nach unten fällt, Pulverwolken geladener -to Tonerpartikel erzeugt, wobei in der Enlwicklungszone eine Elektrode der zylindrischen Oberfläche bcnachban angeordnet ist.

Bei einer solchen aus der DE-PS 9 03 414 bekannten Einrichtung wird der Entwickler über die zylindrische Oberfläche einer Bildplatte kaskadiert. wodurch sich auf der zylindrischen Oberfläche eine Entwicklungszone ergibt, die sich vom Auftreffpunkt des Entwicklcrs aul der zylindrischen Oberfläche bis etwas unterhalb de> horizontalen Scheitelpunktes der zylindrischen Oberflä ehe erstreckt, <in dem der Entwickler unter Schwerkraft wirkung die zylindrische Oberfläche verläßt. Über diese Entwicklungszone erstreckt sich bei der bekannten Einrichtung eine Entwicklungselektrode, die parallel zur zylindrischen Oberfläche gekrümmt ist. Diese Entwick 5¹; lungselcktrode wird auf ein Potential vorgespannt, das die gleiche Polarität hat wie die der geladenen Bereiche der zylindrischen Oberfläche. Die Größe des Potentials der Entwicklungselektrode wird so eingestellt, daß die geladenen Bereiche in der üblichen Weise und von der Entwicklungselektrode Ungestört die Tonerpärlikcl anziehen, dagegen in unerwünschter Weise auf nicht geladenen Barcichen der zylindrischen Oberfläche abgelagerte Tonerpartikel von der Entwicklungselektrode angezogen werden, so daß eine die Bildqtialitäl verschlechternde Tönung des Hintergrundes möglichst vermieden wird.

Die unerwünschte Tönung des Bildhintergrundes wird bei der bekannten Kaskadierungsentwicklung auch durch den sogenannten Kehreffekt des Entwicklers selbst vermieden oder vermindert. Dieser Kehreffeki beruht darauf, daß in ungeladenen Bereichen der Bildplatte abgelagerte Tonerpartikel von nachfolgend auch über diese Bereiche rollenden Trägerparlikeln wieder mitgenommen werden, da die Haftkraft zwischen den ^:n den ungeladenen Bereichen abgelagerten Tonerpartikeln und der Bildplatte relativ gering ist. Andererseits bildet sich bei der Kaskadierungsentwicklung aber auch eine sogenannte Pulverwolke aus, die in der Entwicklungszone über der Bildplatte schwebt und ausschließlich aus Tonerpartikeln besteht. In dem Bereich unterhalb der horizontalen Scheilellinie der zylindrischen Bildplatte findet nun keine Beseitigung der Hintergrundtönung durch den Kehreffekt statt, da die Trägerpartikel an dieser Stelle die zylindrische Oberfläche nicht mehr berühren. Andererseits ist aber in diesem Bereich die den Entwickler begleitende Pulverwolke durchaus noch wirksam, so daß diese eine unerwünschte Ablagerung von Tonerpartikeln auch in den ungeladenen Bildbereichen der zylindrischen Oberfläche bewirkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die ungewollte Tönung des Bildhintergrundes durch Pulverwolken auch dort vermeiden wird, wo der sogenannte Kehreffekt nicht mehr auftritt.

Bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadureh gelöst, daß die Elektrode sich über dem Teil der zylindrischen Oberfläche, der von den über sie kaskadierten Trägerpartikeln nicht mehr berührt wird, als eine ebene Fläche erstreckt, die im wesentlichen parallel zur Flußrichtung der von der zylindrischen Oberfläche abfließenden Trägerpartikel angeoidnet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung erstreckt sich die Elektrode also auch über den Bereich, in dem eine Ablagerung von Tonerpartikel aus Pulverwolken heraus auf der Bildplatte noch stattfinden kann, obwohl der Entwickler selbst und damit auch seine Tragerpartikel die Bildplaltc in diesem Bereich nicht mehr berührt. Unabhängig von dem durch die Trägerpartikel bewirkten Kehreffekt findet also auch in diesem Bereich eine Unterbindung der f lintergrundtönung statt, da die mit relativ geringer Haft wirkung in den ungeladenen Bereichen der Bildplatte abgelagerten Tonerpartikel von der sich auch in diesem Bereich befindenden Elektrode angezogen werden.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich die Elektrode als ebene fläche von oberhalb der Scheilellinie aus. von der ab der Entwickler nach unten fällt. Dadureh wird sichcrgesielli. daß diese die Wirkung allein von Pulverwolkcn unterdrückende Elektrode auch bereits in dem schmalen Bereich wirkt, der von dem Entwickler und damit auch von den Trägcrpartikeln aufgrund der horizontalen Zentrifugal komponente auch oberhalb der horizontalen Schcitellinie der zylindrischen Oberfläche der Bildplatte nicht mehr berührt wird.

Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung dargestellter Ausfiihrurigsbcispicle näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. I eine schcmalischc Darstellung eines automatischen clckiografischcn Kopiergerätes, bei dem die neue Einrichtung angewendet ist,

Fig.2 eine vergrößerte¹ Ansicht der in Fig. I gezeigten Entwicklungseinrichtung im Schnitt

Fig.3 eine zweite Ausführungsform der gemäß der Erfindung ausgebildeten Entwicklungseinrichtung.

Die in Fig. I gezeigte automatische, für fortlaufenden Betrieb geeignete Kopiermaschine weist die Merkmale der vorliegenden Erfindung auf. Alle mit Buchstaben bezeichneten Arbeitsstellen sind mit Ausnahme einer Entwicklungsstelle C, die Grundlage der Erfindung ist, in der xerografischen, d. h. elektrofotografischen, Technik bereits gebräuchlich Zum besseren Verständnis werden im folgenden die verschiedenen xerografischen Arbeitsstellen in der Reihenfolge einer Trommelumdrehung erläutert:

Eine Ladestelle A bewirkt die gleichmäßige elektrostatische Aufladung der fcioleitenden Schicht der xerografischen Trommel.

Eine Belichtungsstelle B bewirkt mittels Projektion des zu reproduzierenden Bildes auf der Trommeloberfläche eine Ladungsverteilung gemäß der belichteten Bereiche und erzeugt so ein reproduzierbares latentes elektrostatisches Bild.

Eine Entwicklerstelle C bewirkt die Entwicklung mittels eines xerografischen Entwicklermaterial:. das aus einem Tonerpulver mit entgegengesetzter elektrostatischer Ladung als der des latenten elektrostatischen Bildes besteht und in direktem Kontakt über die Oberfläche der Trommel bewegt wird, wobei das Tonerpulver am latenten elektrostatischen Bild anhaftet und damit ein xerografisches Pulverbild in Übereinstimmung mit dem zu reproduzierenden Bild erzeugt.

Eine Übertragungsstelle D bewirkt die elektrostatisehe Überführung des xerografischen Pulverbildes von der Trommeloberfläche auf ein Überiragungsmalerial oder eine Trägerfläche.

Eine Trommelsäuberungsstelle fbewirkt das Abkehren der Trommeloberfläche, um nach der Bildübertragung dort verbliebene Tonerpartikel /u entfernen. Wie bereits ausgeführt, sind alle diese Arbeitsstellen mit Ausnahme der Entwicklungsstelle C bereits bei xerografischen Verfahren gebräuchlich.

Die Entwickl'ngseinrichlungen sind in unmittelbarer Nachbarschaft der xerografischen Oberfläche 10 angeordnet, auf welcher das Bild erzeugt wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die xeragrafische Oberfläche als rotierende Trommel ausgebildet, die sich nacheinander an den ein/einen Arbeitsstellen vorbeibewegt, um einen fortlaufenden automatischen Betrieb /u ermöglichen. Die Energie /um Antrieb der Trommel und /um Arbeiten der verschiedenen Arbeitsstellen kann durch jede bekannte Energiequelle /ur Verfügung gestellt werden (hier nich". gc/eigt). Dabei können xcrografische Oberflächen mit beliebigen zylindrischen Querschnitten verwendet werden, ohne daß dieser kreisförmig sein muß.

Die Entwicklungscinrichlungen sind in einem her kömmlichen Entwu kl.itigsgchäusc 12 zusammengefaßt. Der medrigslc Ieil. der Sammelbehälter des Gehäuses wird mit einer bestimmten Menge des Zwcikomponcn-ICMcntwicklcrs gefüllt. Der Entwickler kann mit Hilfe ■einer Eimerkette 14. die durch ein auf Rollen 18 geführtes Band 16 bewegt wird, in eine obere Stellung gefördert werden, aus der er über die xcrografische Oberfläche kaskadicrl wird. Den Rollen 18 kann zur Bewegung der Eimerkette 14 in Richtung des Pfeils ein beliebiger Antrieb zugeordnet werden (hier nicht gezeigt).

Erreichen die Eimer ihre jeweils höchste Stellung, schütten sie den Entwickle"· durch ein Plattcnpaar 20 und 22, um ihn auf die Trommcloberfläche zu führen.

Per Sammelbehälter, die Eimer und Platten erstrecken sich über annähernd die ganze Breite der Trommel, um eine Beaufschlagung der gesamten Trommelfläche mit Entwickler sicherzustellen. Bewegt sich der Entwickler entlang der Trommelkrümmung nach unten, entwickelt er das elektrostatische Bild auf der Trommeloberfläche überall dort, wo er mit ihm in Berührung kommt. Erreicht der Entwickler die horizontale Scheitellinie der Trommel, fällt er unter Einwirkung der Schwerkraft auf die Ableilfläche 24 und zurück in den Sammelbehälter, um erneut über die Enlwicklungsfläche bewegt zu werden. Ein Tonermagazin kann in dem Entwicklergehäuse untergebracht sein, um dem jeweils beim Entwickeln der Bilder abgegebenen Toner zu ersetzen.

Die Trägerpartikel folgen einem durch die Krümmung der Trommel bestimmten Weg, während sie über einen Trommelsektor kaskadiert werden Dianach fallen sie unter Einfluß der Schwerkraft nach unten. Da die Trägerpartikei bei ihrer Bewegung eine Horizontalkomponente aufweisen, verlassen sie die Trommeloberfläche bereits kurz über der horizontal.1 Scheitellinie der Trommel gemäß einer Addition der Wirkungen von Schwerkraft und Trägheit auf die Partikel. Ihre große Masse verhindert dabei ein Schweben der Partikel in Form unkontrollierbarer Wolken. Dieses ist jedoch nicht bei cien Tonerpartikeln der Fall, die kleiner in Ausdehnung und Masse sind. Die Tonerpartikel werden während der Bewegung des Trägers zur Bildung sich wahllos bewegender Wolken angeregt, die der Bewegung der Trägerpartikel lediglich richttungsgemäß folgen, jedoch außerhalb der Bewegungsbahn der Tragerpartikel auftreten können. Daher erfolgt die Bewegung der Tonerwolken in einer ausgedehnten Bahn, die die Trommel in einer Toner ablagernden Weise auch unterhalb der horizontalen Scheitellinie berührt, wo die Trägerpartikel von der Trommel abfallen.

Der Trommel benachbart und vorzugsweise konzentrisch zu dieser ist eine Entwicklerelektrode 26 und eine Wolken unterdrückende Elektrode 28 angeordnet. Damit qn jede der Elektroden unabhängig voneinander eine Spannung angelegt werden kann, ist zwischen ihnen ein isolierender Streifen 30 vorgesehen. Individuelle Spannungen können den beiden Elektroden über die .Spannungsquellen 32 und 34 zugeführt w:rden.

Die Entwicklungselektrode 26 ist aus einem leitenden Material ausgeführt. /. B. Aluminium, und mit geringem Abstand zu der /u entwickelnden xerografischen Oberfläche angeordnet. Diese Elektrode kann für eine gewöhnliche Entwicklung mit Hilfe der Sparinungsquel· Ie 32 auf eine Spannung gleicher Polarität wie die /um Bild und mehl /um Bild beitragenden Bereiche gelegt werden. Sie hat dann die entgegengesetzte Polarität wie die Tonerpartikel. Die Spannung auf der Elektrode sollte geringfügig größer sein als die der Hinlergrund pirtien des latenten elektrostatischen Bildes, um Tonerpartikel von solchen nicht /um BiIo beitragenden Bereichen fernzuhalten und damit die Hinlcrgrundeinfärbung möglichst gemg /u halten.

Die Entwicklerelektrodc kann aber auch in bezug auf die xerografischc Fläche geerdet werden, wodurch sie nicht auf die nicht zum Bild beitragenden Bereiche wirkt, sondern größere Teile des Bildes verstärkt entwickelt.

Unterhalb der Enlwii Mcrelektrodc 26 ist die Wolken unterdrückende Elektrode 28 angeordnet. Diese Elektrode ist, wie die Zeichnungen zeigen, der horizontalen Schcitcllinic der Trommel benachbart angeordnet. Wird

diese Elektrode auf ein hohes Potential umgekehrter Polarität zu der der Tonerpartikel gelegt, zieht sie Tonerwolken, die in diesem Bereich durch den kaskadierten Entwickler entstehen, von der Oberfläche der Trommel ab. Da diese Elektrode von der Spannungsquelle 34 gespeist werden soll, ist sie ebenfalls aus Aluminium als leitendes Material ausgebildet.

Unter der Einwirkung der Schwerkraft, hat der Entwickler das Bestreben, die Trommcloberflächc etwas oberhalb der horizontalen Scheitellinie zu verlassen. Dieses ist auf die Wirkung der Horizontalkomponente zurückzuführen, die durch die Bewegung des Entwicklers entlang der gekrümmten Trommel entsteht. Ein auf den Hintergrund wirkender Kehreffekt tritt daher ab einer Linie etwas oberhalb der Scheitellinie nicht mehr auf. da die Trommeloberflächc unterhalb dieser Linie von keinen Trägerpartikeln mehr berührt wird. Die Elektrode 28 ist daher so angeordnet, daß sie die Bereiche unmittelbar oberhalb und auch unterhalb der Scheitellinie umspannt. Die Elektrode ist parallel zum Fiuß der Trägerpartikel ausgerichtet, um den Entwickler nicht wieder auf die Trommel zurückzulenken. Die genaue Winkeleinstellung der Elektrode ist eine Funktion zahlreicher Variabler, wie z.B. der Geschwindigkeit und Größe des Entwickler-Stroms und des Durchmessers der Krümmung der Trommel. In der Praxis wird ein Teil der Trägerpartikel auf die Ableitfläche abgelenkt.

Die Wolken unterdrückende Elektrode 28 wirkt gemäß ihres Potentials derart, daß sie die unkontrollierbaren Pulverwolken elektrostatisch von dem in diesem Bereich liegenden Bild zurück auf den normalen FluSweg der schweren Trägerpartikel führt, die infolge ihrer Masse und ihrer Geschwindigkeit keine derartigen Wolken bilden können.

Die umgekehrte Polarität zwischen dem Toner und der Reinigungselektrode 28 bewirkt eine Ablagerung des Toners auf der Elektrode. Durch die Ausrichtung der Elektrode in der Art, daß sie dicht an dem normalerweise tangential verlaufenden Flußweg der

10

20

25

30

35

40

Imcrt

»ihn

elektrische Bindung der auf der Elektrode haftenden Tonerpartikel an die Trägerpartikel bewirkt, so daß diese für einen neuen Entwicklerzyklus zur Verfügung stehen. In der Praxis hat sich eine leicht mit Toner überzogene Elektrode für den durch die Erfindung bewirkten Effekt als nicht nachteilig erwiesen.

In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die ähnlich der in den F i g. 1 und 2 gezeigten ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Entwicklerelektrode 36 mittels einer aus Isoliermaterial, wie ζ. B. einem Phenolharz o. ä., bestehenden Halteplatte 38 in der Nähe der das Bild tragenden Oberfläche gehalten. Die Wolken unterdrückende Elektrode 40 ist aus einem dünnen Belag eines leitenden Materials gebildet, wie z. B. Kupfer o. ä„ der in geeigneter Weise mit der Halteplatte 38 verbunden ist Die Entwicklerelektrode 36 und die Wolken unterdrückende Elektrode 40 sind vorzugsweise voneinander durch die Halteplatte oder einen geeigneten anderen Isolator getrennt, um voneinander unabhängige Potentiale führen zu können. Die Potentiale werden durch Spannungsquellen 42 und 44 aufgebracht.

Bei dieser Ausführungsform ist die Ableitfläche anders als bei der ersten Ausführungsform ausgeführt. Bei der ersten Ausführungsform 24 als Ausbuchtung des Entwicklergehäuses 12 ausgebildet. Bei den herkömmlichen Ausführungsformen sind diese Ableitflächcn aus einem starren Metall geformt; ähnlich ist auch die in Fig.3 dargestellte Ausführungsform der Ableitfläche 46 ausgebildet. Jedoch ist die in Fig.3 dargestellte Ableitfläche 46 dadurch abgewandelt, daß eine leitende Schicht 48 auf ihrer oberen Fläche angebracht ist, die der Trommel am nächsten liegt. Diese Schicht wird mittels einer isolierenden Schicht 50 aus irgendeinem bekannten zefrientähnlicheri Material gehalten. Die isolierende Schicht 50 erlaubt das Anlegen eines Potentials an die Schicht 48, das von einer Spannungsquellc 52 stammt, ohne daß eine Beeinflussung der leitenden Platte 46 auftritt. Die leitende Schicht 48 wird auf ein hohes Potential mit umgekehrter Polarität wie die der Tonerpartikel gelegt, um so die Teile der Tonerwolken anzuziehen, die durch das elektrostatische Feld der Rcinigungselektrode 40 gelangt sind. Diese Anordnung trägt also dazu bei. das wirksame Feld der vvoiken unterdruckenden i-.ickirode auszudehnen. Trägerpartikel, die auf die Schicht 48 fallen, befreien diese von auf ihr anhaftenden Tonerpartikeln. Wie bereits im Zusammenhang mit der Wolken unterdrükkenden Elektrode beschrieben, wirkt sich eine gleichmäßige, aber kontrollierte Ablagerung von Tonerpartikeln auf der vorgespannten Schicht 48 als nicht nachteilig auf das Arbeiten der Einrichtung aus.

Während des Betriebes wird beim Herabbewegen des kaskadiertfldcn Zweikomponcnlenentwicklers über die Oberfläche der xerografischen Trommel entlang der Bahn des Entwicklers eine Wolke des leichteren Toners erzeugt. Die Wolke lagert gleichmäßig Toner über die zum Bild beitragenden und die nicht zum Bild beitragenden Bereiche der xerografischen Oberfläche ab. Nachfolgende Trägerpartikcl. die bereits einen Teil ihres Toners abgegeben haben, wirken, während sie sich über die Oberfläche bewegen, durch den Kehreffekt auf die auf nicht zum Bild beitragenden Bereichen abgelagerten Tonerpartikel. Unter dem Einfluß von Schwerkraft und Massenträgheit verläßt ein Teil der schweren Trägerpartikel die gekrümmte xerografische Oberfläche etwas oberhalb der horizontalen Scheitellini<* A&r Tcftmmpl Währpnrl Hiacac AiiorianMi^VC hAriihrl bereits ein Teil des Trägerpartikelstroms die Oberfläche 'der Wolken unterdrückenden Elektrode. Ein kleiner Teil der Trägerpartikel wird auch auf die Ableitfläche gelenkt. Die entstehenden Tonerwolken lagern Toner etwas oberhalb und etwas unterhalb der Scheitellinie auf der Trommel ab. Da keine den Kehreffekt hervorrufende Trägerpartikel die Trommel in diesem Teil mehr berühren, lassen derartige Wolken unerwünschte Hintergrundablagerungen auf nicht zum tiiid beitragenden Bereichen des zu entwickelnden latenten elektrostatischen Bilds zurück. Durch die Elektroden 28 oder 40, bzw. die vorgespannte Schicht 48 der Ableitfläche in der in Fig.3 gezeigten Ausführungsform, werden diese Wolken von der xerografischen Oberfläche zurück in die normale Flußrichtung des Entwicklers gezogen, um die störenden Hintergrundablagerungen zu unterdrücken. Das Ablenken der Tonerwolken von der xerografischen Trommel hat den weiteren Vorteil, daß der sonst in dem Spalt zwischen der Trommel und der Ableitfläche durchsickernde Anteil von Tonerwolken stark vermindert wird. Ein solches Durchsickern von Tonerwolken unterhalb der Ableitfläche bewirkt einen Verlust von Toner im Entwicklungssystem und eine schädliche Ablagerung dieses Toners auf funktionswichtigen Teilen der Maschine.

Bei der Verwendung herkömmlicher xerografischer Maschinen mit negativem Toner haben sich als günstige Werte für eine gute Entwicklung eine positive Spannung Von 150VoIt an den Entwicklerelektroden, eine positive Spannung von 1500 Volt an den Wolken unterdrückenden Elektroden 28 oder 40 und eine positiv* Spannung von 500 Volt an der Schicht 48 der Ableiifiüche erwiesen. Beim praktischen Einsatz kann selbstverständlich die Reinigungselektrode zusammen mit einer beliebig vorgespannten bzw. geerdeten Entwicklerelektrode oder sogar ohne Entwicklerelektrode verwendet werden.

Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit gebräuchlichen Maschinen mit positiver Ladung der xerografischen Oberfläche, negativ geladenem Toner und positiv vorgespannten Elektroden beschrieben wurde, wurde die Wahl dieser Polaritäten lediglich aus Gründen der besseren Anschaulichkeit vorgenommen. In der gleichen Weise sind die angegebenen Potentiale und Polaritäten der einzelnen Bauteile nur aus Gründen des besseren Verständnisses angegeben, da die vorliegende Erfindung innerhalb eines großen Bereichs von Parametern anwendbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Entwicklung elektrostatischer Ladungsbilder, die sich auf einer fotoleitenden Schicht einer zylindrischen Oberfläche befinden, mittels eines Zweikomponentenentwicklers aus geladenen Tonerpartikeln und körnigen Trägerpartikeln, der über die Oberfläche kaskadiert wird und dabei entlang seiner Bahn und auch unterhalb einer horizontalen Scheitellinie der zylindrischen Fläche, to an der der Entwickler unter Einwirkung der Schwerkraft nach unten fällt, Pulverwolken geladener Tonerpartikel erzeugt, wobei in der Enlwick,-lungszone eine Elektrode der zylindrischen Oberfläche benachbart angeordnet ist, dadureh ge- '.5 kennzeichnet, daß die Elektrode (28, 40) sich über dem Teil der zylindrischen Oberfläche (10), der von den über sie kaskadierten Trägerpartikeln nicht mehr berührt wird, als eine ebene Fläche erstreck!, die im wesentlichen parallel zur Flußrichtung der von der zylindrischen Oberfläche abfließendem Trägerpartikel angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (28,40) als ebene Flächesich von oberhalb der Scheitellinie aus, von der ah· der Entwickler nach unten fällt, erstreckt.