DE1953228A1

DE1953228A1 - Vorrichtung zur Entwicklung latenter elektrostatischer Bilder

Info

Publication number: DE1953228A1
Application number: DE19691953228
Authority: DE
Inventors: Turner Lyman Henry
Original assignee: Rank Xerox Ltd
Current assignee: Xerox Ltd
Priority date: 1968-10-28
Filing date: 1969-10-22
Publication date: 1970-05-06
Also published as: US3584601A; GB1238277A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. RWeickmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN SBHA POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 483921/22

RANK XEROX LIMITED, Rank Xerox House, 358, Euston Road, London, N.W. 1, England

Vorrichtung zur Entwicklung latenter elektrostatischer

Bilder

Die Erfindung "betrifft eine Vorrichtung zur Entwicklung latenter elektrostatischer Bilder auf einer fotoleitfähigen Bildfläche mit magnetischem Entwicklerstoff.

Beim elektrofotografischen Verfahren, wie es beispielsweise in der UeS.-Patentschrift 2 297 691 beschrieben ist, wird eine elektrofotografische Bildfläche, die aus einer Schicht eines fotoleitfähigen Isolierstoffes auf leitfähiger Unterlage besteht, zur Aufnahme elektrostatischer Bilder verwendet. Normalerweise wird diese elektrofotografische Bildplatte auf ihrer Oberfläche gleichmäßig elektrostatisch aufgeladen und dann mit einem Lichtmuster des zu reproduzierenden Bildes belichtet, wodurch die Ladung in den belichteten Flächenteilen abgeleitet wird. Die nicht geladenen Teile der Schicht bilden ein elektrostatisches Ladungsmuster, dessen Konfiguration derjenigen des Lichtbildes entspricht»

Das latente elektrostatische Bild kann entwickelt werden, indem es mit einem fein verteilten, elektroeta-

009813/1688

195322a

tisch anziehbaren Stoff wie z.B. einem Kunstharzpulver in Berührung gebracht wird. Das Pulver wird in den Bildflächenteilen durch die auf der Bildstoffschicht vorhandenen elektrostatischen Felder festgehaltene An den Stellen größter ladungsdichte wird das meiste Pulver abgelagerti an den Stellen geringster Ladungsdichte wird kein oder nur wenig Pulver abgelagerte Auf diese Weise wird ein Pulverbild erzeugt, das dem zu reproduzierenden Bild entspricht· Es kann auf ein Papierblatt oder einen anderen Bildträger übertragen und auf diesem zur Bildung eines dauerhaften Druckes fixiert werden.

Bin in der Elektrofotografie allgemein angewendeter elektrostatisch anziehbarer Entwieklerstoff besteht aus einem pigmentierten Kunstharzpulver, das auch als "Toner" bezeichnet wird und einem "Trägerstoff" aus größeren Körnern, die aus Glas, Sand oder Stahl mit einem Überzug aus einem Stoff bestehen, der in der reibungselektrischen Reihe von dem Tonermaterial einen Abstand hat, so daß eine reibungselektrische Ladung zwischen dem Tonerpulver und den Trägerkörnern erzeugt wird. Diese Ladung bewirkt das Anhaften des Toners an den Trägerkörnerno Der Trägerstoff bewirkt auch eine mechanische Steuerung, so daß der Toner leicht gehandhabt und mit der belichteten elektrofotografischen Bildfläche in Berührung gebracht werden kann· Der Toner wird dann von den Trägerteilchen auf das elektrostatische Bild angezogen und erzeugt ein sichtbares Pulverbild auf der elektrofotografischen Bildfläche·

Bin allgemein angewendetes Verfahren zur Heranführung des Entwicklerstoffes an eine mit einem latenten elektrostatischen Bild versehene Bildfläche zur Entwicklung ist das Magnetbürstenrerfahren· Der hierbei im Entwickler«·

009819/1688

- ^ :.;;ho ilA^RjQiNAL JNSPHiTED

stoff verwendete Trägerstoff iet magnetisch, d.h« in einem Magnetfeld bildet er eine bürstenartige Anordnung, deren Boraten in Richtung der magnetischen Kraftlinien ausgerichtet sind«, Wird ein Zweikomponentenentwiokier, der magnetische Trägerteilohen enthält, durch einen derartigen Magneten transportiert, so wird er über das latente elektrostatische Bild bewegt, wodurch sich der geladene Toner in einer dem zu entwickelnden Bild entsprechenden Konfiguration ablagerte Dies ist deshalb möglich, weil die durch die Ladung der Bildflächenteile auf der fotoleitfähigen Sohicht verursachte Kraftwir- *

kung stärker ist als die elektrostatische Anziehung des Toners durch die Trägerteilchen·

Ein typisches gegenwärtig angewendetes Magnetbürstenverfahren ist in der U.S.-Patentschrift 3 003 462 beschrieben. Hierbei wird ein Zylinder verwendet, der mit magnetischen Scheiben versehen ist, die abwechselnd gegensinnig polarisiert sind. Dieser Zylinder ist nahe der zu entwickelnden Bildfläche angeordnet. Der untere Teil des magnetischen Zylinders steht mit einem Vorrat an magnetischem Entwicklerstoff in Verbindung, während der obere Teil nahe der das latente elektrostatische Bild tragenden Bildfläche angeordnet ist. Wird der magneti- ä sehe Zylinder gedreht und das zu entwickelnde Bild über ihn hinwegbewegt, so berühren die auf der Oberfläche des Zylinders gebildeten magnetischen Borsten die Bildfläche zu deren Entwicklunge Andere Arten des Magnetbürstenverfahrens sind in den U.S.-Patentschriften 2 975 758 und 2 874 063 beschrieben.

Bei jedem dieser bekannten Verfahren wird eine Magnetbürste in einem Magnetfeld erzeugt. Die Bewegung der das Magnetfeld erzeugenden Vorrichtung bewirkt eine

009819/1 B88

ORIGINAL

195322a

-A-

entsprechende Bewegung des bürstenartig verteilten magnetischen Entwicklerstoffes. Dabei wird der Entwicklerstoff an den unteren Enden der Borsten nahe der das Magnetfeld erzeugenden Vorrichtung nie zur Entwicklung ausgenutzt, da er die fotoleitfähige Schicht nicht berührto Bei den bekannten Verfahren ist ferner nur eine schmale Berührungslinie zwischen Borsten und elektrofotografischer Bildfläche quer zu deren Bewegungsrichtung gegeben·

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Entwicklungsvorrichtung für latente elektrostatische Bi'lder zu schaffen, die die Nachteile der vorstehend genannten Anordnungen nicht aufweist und eine bessere Ausnutzung des magnetischen Entwicklerstoffes ermöglicht sowie eine größere Einwirkungsfläche für die Entwicklung erzeugte

Pur eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst duroh eine in der Entwicklungszone nahe der Bildfläche angeordnete Magnetvorrichtung mit zueinander beabstandeten, abwechselnd gegensinnig polarisierten Magnetelementen, durch eine zwischen der Bildfläche und der Magnetvorrichtung angeordnete Abdeckung mit einer der Bildfläche zugewandten, das glatte Rutschen des Entwicklerstoffes verhindernden aufgerauhten Fläche, und durch eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Magnetvorrichtung und der Abdeckung derart, daß der Entwicklerstoff sich relativ zur aufgerauhten Fläche entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der Magnetvorrichtung bewegt und die Bildfläche berührt·

Mit dieser Vorrichtung kann eine Magnetbürste gebildet werden, bei der viele Borsten auf einem großen Flächen·*

009819/ 1688

195322a

bereich angeordnet sind und dementsprechend der Entwickler stoff mit einem großen Flächenbereich der Bildfläche in Berührung gebracht wird· Dadurch wird die Einwirkungszeit und die Ausdehnung der entwickelten Fläche vergrössert, so daß eine Erhöhung der Entwioklungsgeschwindigkeit möglich ist· Ferner ermöglicht die natürliche Bewegung der Magnetvorrichtung eine dauernde Aufrichtung und Störung der Magnetborsten, so daß die gesamte Masse des Zweikomponentenentwicklers auf der BürBte zur Entwicklung der Bilder genutzt wird. Dadurch wird sichergestellt, daß die elektrofotografische Bildfläche in ihrem Bewegungsbereich immer mit frischem Entwicklerstoff in Berührung kommt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels beschriebene Es zeigen:

Figoi eine schematische Schnittdarstellung einer elektrofotografischen Reproduktionsmaschine für kontinuierlichen und automatischen Betrieb, die mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Magnetbürstenvorrichtung ausgerüstet ist,und

Fig.2 eine vergrößerte perspektivische Darstellung der Magnetbürstenvorriohtunge

In Fig.1 ist eine elektrofotografische Reproduktionsmaschine dargestellt, die mit der erfindungsgemäßen Entwicklungsvorrichtung ausgerüstet ist· Die sonstigen Einzelelemente der Maschine, die einen kontinuierlichen und automatischen Betrieb ermöglicht, sind in der elektrofotografischen Technik bekannt· Die verschiedenen

0 09819/1688

elektrofotografischen Verfahrensstationen im Bewegungsbereich der Bildfläche werden im folgenden kurz beschrieben·

An der Ladestation A wird eine gleichmäßige elektrostatische Ladung auf die fotoleitfähige Schicht der elektrofotografischen Bildfläche aufgebracht. An der Belichtungsstation B wird das Licht- oder Strahlungsmuster des zu reproduzierenden Bildes auf die elektrofotografische Bildfläche projiziert, so daß deren Ladung in den belichteten Flächenteilen abgeleitet wird, wodurch ein latentes elektrostatisches Abbild des zu reproduzierenden Bildes entsteht. An der Entwicklungsstation G wird, ein elektrofotografisoher Entwicklerstoff, der Tonerteilchen mit einer elektrostatischen Ladung entgegengesetzt derjenigen des elektrostatischen latenten Bildes enthält, in Berührung mit der Bildfläche gebracht, wodurch die Tonerteilchen an dem latenten Bild anhaften und ein Pulverbild in der Konfiguration des zu reproduzierenden Bildes erzeugen. An der Bildübertragungsstation B wird das Pulverbild elektrostatisch von der elektrofotografischen Bildfläche auf einen Bildträger übertragen und an der Reinigungs- und Entladungsstation E wird die Bildfläche zur Entfernung restlicher Tonerteilchen nach der Bildübertragung abgebürstet und mit einer relativ hellen Lichtquelle ausgeleuchtet,' um eine praktisch vollständige Ableitung jeglicher elektrostatischer Restladungen zu erreichen·

Die zu entwickelnden latenten elektrostatischen Bilder werden auf einer elektrofotografischen Bildfläche 10 erzeugt, die die Form eines endlosen Bandes hat· Das Band wird auf drei Rollen 12, 14 und 16 geführt, von denen die Rollen 12 und 14 Leerlauf rollen und die Rolle

009819/1688

1953229

eine Antriebsrolle ist, die mit einer geeigneten Antriebsquelle 18 bewegt wird. Das elektrofotografische Band wird mit seiner Oberfläche an den verschiedenen Verfahrensstationen, also auch an der Entwicklungszone C vorbeibewegt.

Die elektrofotografische Entwicklungsvorrichtung ist in einem -Entwicklungsgehäuse 20 angeordnet, das aus nichtmagnetischem Stoff, also beispielsweise aus Metall, Kunststoff o.a. besteht. Der untere Teil des Gehäuses ist scherenartig ausgebildet und enthält eine Vorrats- ^ menge 22 magnetischen Entwicklerstoffes. Der verwendete Entwioklerstoff enthält Tonerteilchen und gegenüber diesen größere Trägerteilchen mit magnetischen Eigenschaften. Die Trägerteilchen können aus einem Metall oder anderen magnetischen Stoffen bestehen und mit einem Überzug versehen sein, so daß zwischen ihnen und dem Toner durch gegenseitige Bewegung reibungselektrisohe Ladungen erzeugt werden. Diese Ladungen sind zur Entwicklung der elektrofotografischen Bilder erforderlich. Beispiele derartiger Entwicklerstoffe sind in der U.S.-Patentschrift 2 874 063 beschrieben. Es kann jedoch auch ein aus nur einer Komponente bestehender magnetischer Toner verwendet werden· |

Das Gehäuse ist an seinen Seiten mit Lagerungen 24 versehen, die Teile der Reproduktionsmaschine sind und einen Abstand zueinander haben, der größer ist als die Breite des fotoleitfahigen Bandes,

Innerhalb des Entwioklungsgehäuses sind ferner Lagerungen für die Magnetantriebsrollen 26, 28 und 30 vorgesehen. Sie Rollen 26 und 28 sind Leerlaufrollen, während die Rolle 30 durch eine Antriebsquelle 32 bewegt wird· Falls erwünscht, kann eine der Leerlaufrollen mit

009819/1688

1953229

einer Federspannung versehen sein, um eine Spannung der Magnetvorriohtung zu erreichen. Auf den Rollen sind endlose Bänder 34 geführt. Diese und auch das Bildband 10 können eine beliebige Querschnittskonfiguration haben. Auf der Oberfläche der Bänder 34 sind die Magnetelemente 36 in bestimmter Lage zueinander und zur fotoleitfähigen Bildfläche angeordnet. Die Magnetelemente können auf den Bändern durch Verleimung oder anderweitig befestigt sein_e Jedes Magnetelement verläuft über die gesamte Breite des Bildbandes» Die Magnetele— mente sind abwechselnd gegensinnig polarisiert, so daß Nord- und Südpolflächen aufeinander abwechselnd folgen, die quer zur Bewegungsrichtung der Bänder verlaufen und zueinander die Abstände 38 für einen noch zu beschreibenden Zweck bilden.

Der größte Teil der Magnetvorriohtung ist über die gesamte Breite zwischen den Lagerteilen 24 mit einer Abdeckung 40 aus niohtmagnetischem Material, beispielsweise aus Metall oder Kunststoff, umgehen. Der flache Teil 42 dieser Abdeckung verläuft entsprechend der Bewegung der Magnetelemente innerhalb der Entwicklungszone. Dieser Teil der Abdeckung erstreckt sich zwischen den Rollen 26 und 3Oo Es ist ferner ein Teil 44 vorgesehen, der eine Führung des über die Rolle 26 beförderten magnetischen Entwicklerstoffes über die Felder der Magnetelemente 36 hinaus und abwärts in die Vorratsmenge 22 bewirkt, so daß er erneut zirkulieren kann· Die der Bildfläche zugewandte Außenfläche 46 der Abdeckung ist innerhalb der Entwicklungszone beispielsweise durch Ätzen oder Sandstrahlen leicht aufgerauht, so daß die Bewegung des Entwicklerstoffes, die durch die Magnetelemente verursacht wird, ein glattes Rutschen der Magnetborsten an der Abdeckung innerhalb der Entwicklungszone* verhindert.

00 9819/1688

Beim Betrieb der Vorrichtung wird die Rolle 30 mit dem Antrieb 32 im Gegenuhrzeigersinn (Pigei und 2) gedreht, woduroh die endlosen Bänder 34 und die Magnetelemente 36 von der Rolle 26 aus abwärts um die Rollen 30 und 28 herum und zurück zur Rolle 26 bewegt werden. Während der Entwicklung eines Bildes und der Bewegung des fotoleitfähigen Bandes im Gegenuhrzeigersinn durch den Antrieb 18 wird diese Bewegung der Magnetelemente laufend durchgeführt.

Duroh die Ausrichtung der Magnetelemente innerhalb der ™ Magnetvorrichtung verlaufen die magnetischen Kraftlinien von den Stirnflächen der Magnetelemente duroh den flachen Teil der Abdeckung 42. Diese Kraftlinien treten innerhalb eines relativ großen Bereiches in der Mitte der Magnetelemente rechtwinklig aus deren Stirnflächen aus und reichen zumindest bis zur Bildfläche. Sie neigen sich allmählioh zu den benachbarten Magnetelementen im Bereich ihrer Kanten, bis das Feld über die Abstände 38 praktisch parallel zu den Stirnflächen verläuft. Sehr gute Ergebnisse sind erzielbar, wenn die Abstände zwischen den Magnetelementen etwas geringer als die Hälfte des Querschnittes der Magnetelemente sind. |

Durch die Wirkung der Kraftlinien, die aus den Stirnflächen der Magnetelemente austreten und durch das niohtmagnetische Material der Abdeckung 42 hindurch verlaus fen, wird die magnetische Entwioklerstoffmischung selbsttätig in Form von Borsten entsprechend der Richtung des Magnetfeldes ausgerichtet, so daß diese senkrecht zur Oberfläche der Abdeckung in dem Mittenbereich eines jeden Magnetelementes stehen, während die Entwickler stoff mischung in den den Abständen zwischen den Magnetelementen entsprechenden Bereichen als lockere Masse

009819/1688

- ίο -

gehalten wird.

Während die Magnetelemente durch die Drehung der Bänder 34 an der Abdeckung vorbeibewegt werden, verhindert deren aufgerauhte Oberfläche 46 das glatte Rutschen der Entwicklerstoffmischung durch den Einfluß der sich bewegenden magnetischen Kraftlinien_e Da sich dann jedes Magnetelement relativ zur Entwicklerstoffmasse auf der Abdeckung bewegt, neigen sich die den magnetischen Kraftlinien entsprechenden Borsten im Bereich der ungefähren Mitte des einen Magnetelementes zunächst zum nächstfolgenden Magnetelement hin und fallen dann als lockere Masse zusammen, da sich die Stellung der Magnetvorrichtung laufend ändert. Gleichzeitig damit wird die Masse des lockeren Entwicklerstoffes in den den Abständen zwischen den Magnetelementen entsprechenden Bereichen ,durch die Kraftlinien des mittleren Teils des sich jeweils nähernden Magnetelementes derart beeinflußt, daß sie sich als neue Borsten aufrichtet. Das abwechselnde Aufrichten und Zusammenfallen der Borsten in dieser Art bewirkt eine Bewegung der gesamten Entwicklerstoffmasse auf der Oberfläche der Abdeckung in einer taumelnden Weise mit einer Richtung entgegengesetzt der Bewegungsrichtung der Magnetelementeβ

Während sich die Entwicklerstoffmischung auf den um die Rolle 26 verlaufenden Teil der Abdeckung bewegt und durch die Führungsflache aus dem Einfluß der Magnetfelder herausgebracht wird, fällt sie zur erneuten Mischung mit dem Entwicklerstoffvorrat nach unten_e Auf diese Weise kann sie erneut in den Einflußbereich der Magnetelemente gebracht und auf diese Weise laufend zur Entwicklung von Bildern auf der elektrofotografischen Bildfläche verwendet werden. Im Bereich der Führungsfläche 44

00 9 819/1688

am oberen Teil des Entwicklungsgehäuses ist eine Tonereingabevorrichtung 50 vorgesehen, mit der die aus der
Entwicklerstoffmischung duroh die Bildentwicklung verbrauchten Tonerteilchen ersetzt werden.

Die Abdeckung ist im Gehäuse derart angeordnet) daß sie einen nur geringen Abstand zur Bildfläche 10 hat· Dieser Abstand soll im Bereich ihres flaohen Teiles sowie der Bildfläche gleichbleibend sein und etwas geringer
als die mittlere Länge der Magnetborsten, so daß deren Spitzen die Bildfläche berühren können. Während die %

Spitzen der Boraten über die Bildfläche bewegt werden, gehen die Tonerteilchen in den Bildfläohenteilen aus
der Entwioklerstoffmischung auf die Bildfläche über,
da sie durch die starke Ladung der Bildfläohenteile
angezogen werden und die relativ geringe Anziehungskraft der Trägerteilohen überwunden wird.

Das Zusammenbrechen einer jeden Borste in eine lockere Masse tritt bei der Bewegung der Magnetelemente auf,
nachdem die Spitze einer jeden Borste die Bildfläche berührt hat. Durch diese immer andersartige Ausrichtung
der Entwicklerstoffmischung werden immer neue Entwicklerstoffmengen bei erneuter Ausrichtung der Borsten an die ™ Bildfläche herangebracht. Auf diese Weise wird bei jedem Entwioklungsvorgang die maximal mögliohe Tonermenge an das latente elektrostatische Bild herangebracht und eine vollständige Entwicklung gewährleistet. Darüber hinaus bewirkt auch der große Bereich der Entwioklungszone eine vollständige Bildentwicklung·

Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Aasführungebeispiels beschrieben, ist auf dieses jedoch nicht beschränkt. Alle im Rahmen der folgenden Ansprüche aög-

009819/1688

195322a

lichen Ausführungsformen werden durch den Grundgedanken der Erfindung umfaßt.

003819/1688

C37Oa«iS*K JAKiCift

Claims

195322a

Patentansprüche

Vorrichtung zur Entwicklung latenter elektrostatischer Bilder auf einer fotoleitfähigen Bildfläche mit magnetischem Entwicklerstoff, gekennzeichnet duroh eine in der Entwicklungszone nahe der Bildfläche (10) angeordnete Magnetvorrichtung (34, 36) mit zueinander baabstandeten, abwechselnd gegensinnig polarisierten Magnetelementen (36), duroh eine zwischen der Bildfläche (10) und der Magnetvorrichtung (34-, 36) angeordnete Abdeckung (40) mit einer der Bildfläche (10) zugewandten, das glatte Rutschen' des Entwicklerstoffs verhindernden aufgerauhten Fläche (46), und durch eine Vorrichtung (26, 28, 30, 32) zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Magnetvorriohtung (34, 36) und der Abdeckung (40) derart, daß der Entwicklerstoff sich relativ zur aufgerauhten Fläche (46) entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der Magnetvorriohtung (34, 36) bewegt und die Bildfläche (10) berührt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß die Abdeckung (40) fest angeordnet ist und daß die Bewegung der Magnetvorrichtung (34, 36) quer zu den Magnetelementen (36) erfolgt.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, daduroh gekennzeichnet, daß die Magnetvorriohtung (34, 36) aus endlosen Transportbändern besteht, die auf ihrem Umfang abwechselnd mit zueinander beabstandeten Nord- und Südpoleleaenten (36) versehen sind und daß die Magnetvorrichtung (34, 36) nahe der Bildfläohe (10) derart angeordnet ist, daß die magnetischen

009819/1688

ORIGINAL INSPECTED

Kraftlinien der Magnetelemente (36) die Bildfläche (10) schneiden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die endlosen Transportbänder (34) auf mehreren Rollen (26, 28, 30) geführt sind und daß die Magnetelemente (36) innerhalb der Entwicklungszone in einer flachen Ebene geführt werden, so daß ein großer Flächenbereich der Bildfläche (10) entwickelt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (40) parallel zu der genannten Ebene verläuft und im Bereich über der obersten Rolle (26) mit einem Vorsprung (44) versehen ist, der den ihm zugeführten magnetischen Entwicklerstoff aus dem Bereich der Magnetfelder durch Schwerkraftwirkung in den unteren Bereich der Transportbänder (34) leitet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Förderbänder (34) und die Magnetelemente (36) im Bereich der genannten Ebene derart abwärts bewegt werden, daß der auf der Abdeckung (40) vorhandene Bntwicklerstoff im Bereich dieser Ebene aufwärts bewegt wird.

003819/1688