DE2029697A1 - Vorrichtung zur Entwicklung eines latenten elektrostatischen Bildes - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, 2029697

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

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21A22

XEROX CORPORATION

Rochester, New York 14603, USA

Vorrichtung zur Entwicklung eines latenten elektrostatischen Bildes

Auf dem Gebiet der Elektrophotographie, wie sie in der US-Patentschrift 2 297 691 beschrieben ist, wird eine elektrophotographische Fläche, die eine an einem leitenden Träger befestigte photoleitende Isolierstoffschicht enthält, zur Aufnahme elektrostatischer Bilder verwendet. Bei dem normalen Verfahren zur Ausführung des elektrophotographisehen Prozesses wird die elektrophotographische Platte auf ihrer Oberfläche gleichmäßig elektrostatisch aufgeladen und dann einem zu reproduzierenden Lichtbild entsprechend belichtet. Durch diese Belichtung wird die Ladung in denjenigen Bereichen abgeführt, in denen Licht auf die Schicht aufgetroffen ist. Die nicht entladenen Bereiche der Schicht bilden somit ein elektrostatisches Bild, das dem Originallichtbild entspricht. :

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Das latente elektrostatische Bild kann dann dadurch entwickelt werden, daß es mit einem fein zerteilten elektrostatisch anziehbaren Material in Berührung gebracht wird, wie mit einem harzförmigen Puder oder mit einem harzförmigen Pulver. Das betreffende Pulver wird in den Ladungsbereichen durch elektrostatische Ladungen auf der Schicht gehalten. An den Stellen, an denen die Ladung am größten ist, werden größte Materialmengen abgelagert} an den Stellen, an denen die Ladung schwach ist, wird wenig oder gar kein Material abgelagert. Auf · diese Weise wird ein dem Lichtbild des zu reproduzierenden oder vervielfältigenden Schriftstück! entsprechendes Pulverbild erzeugt. Das Pulver kann dann auf einem Papierblatt oder auf eine andere Hache übertragen werden und dort zur Erzielung einer beständigen Vervielfältigung in geeigneter Weise fixiert werden.

Das in der Dlektrophotographie im allgemeinen verwendete elektrostatisch anziehbare Entwicklermaterial enthält ein hier als "Toner" bezeichnetes pigmentiertes herzförmiges Pulver und ein als "Träger" bezeichnetes körniges Material. Der Träger ist im allgemeinen mit einem Material oder Stoff überzogen, der in der triboelektrischen Spannungsreihe von dem Toner weit entfernt ist, so daß zwischen dem Pulver und dem körnigen Träger eine triboelektrische Ladung hervorgerufen wird. Eine solche Ladung bewirkt, daß das Pulver an dem Träger haftet. Der Träger bewirkt ferner eine derartige mechanische Steuerung, daß der Toner einfach bearbeitet und mit der belichteten elektrophotographischen Fläche in Eontakt gebracht werden kann. Die Pulverteilchen werden dann von dem elektrostatischen Bild angezogen und liefern somit auf der elektrophotographischen Hache ein sichtbares Pulverbild.

Bei einem Entwicklungsverfahren, das hier als Kaskadierüngsentwicklungsverfahren bezeichnet wird, wird der Kontakt

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zwischen dem Bild und dem Entwicklermaterial oder Entwickler dadurch erzielt, daß ein Zweikomponentenentwickler über die elelcbrophotorjraphische Platte [:eschüttet oder kaskadiert wird. Während einer solchen Kaskadierung treffen die einzelnen Trägerteilchen auf die das Bild tragende Fläche auf oder rollen über die Fläche und berühren dabei das Bild an den zufallsmäßig beabstandeten Punkten. Die Menge des über die elektrophotoo'.raphische Platte strömenden Entwicklers und die Anzahl der Kontaktpunkte zwischen dem Entwickler und den Bildbereichen steuert den Grad der Entwicklung oder die Mengen des auf den Bildbereichen abgelagerten Toners. Der Entwicklerstrom und die Anzahl der Entwicklerteilchen, die jeden Flächenbereich der elektrophotographischen Fläche berühren, kann dadurch erhöht werden, daß die Geschwindigkeit erhöht wird, mit der der Entwickler über die elektrophotographische Fläche kaskadiert wird. Diese Lösung ist jedoch in ihrer Anwendung beschränkt, da die Geschwindigkeit, mit der der Entwickler über das Bild strömt, durch die Geschwindigkeit eines frei fallenden Körpers gegeben ist und da es zur Steigerung der Geschwindigkeit erforderlich ist, dem Entwickler eine Anfangsgeschwindigkeit zu geben. Bei einer Anfangsgeschwindigkeit trifft der Träperteil des Entwicklers auf den Photoleiter mit einer Kraft auf, die entweder zur Beschädigung des Photoleiter«?führen kann oder derzufolge auf den anfänglichen Aufschlag hin übermäßig große Mengen an trägerfreiem Toner abgestoßen werden.

Ein verbessertes Verfahren der elektrophotographischen Entwicklung latenter elektrostatischer Bilder besteht darin, daß ein Zweikomponentenentwickler in einer Entwicklungszone mit einer Wirbelschicht erhalten wird, wie dies in der US-Patentschrift 3 380 4-37 beschrieben ist. Dabei ist angegeben, daß eine Menge des Zweikomponentenentwicklers unterhalb eines latenten elektrostatischen Bildes in Schwingungen versetzt wird. Die Schwinpjunren sind dabei so schnell, daß sie die

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Entwicklermasse veranlassen, sich selbst in einer wirbelnden Masse oder in einer Wirbelschicht zu verteilen. Wenn eine ein Bild tragende elektrophotographische Fläche durch die Entwicklungs- bzw. Entwicklerzone hindurchgeleitet wird, wird sie mit der Wirbelschicht oder dem sich konstant bewegenden Entwickler in Berührung. Dadurch werden die Bildbereiche der elektrophotographischen Fläche mit dem Toner in dem Entwickler entwickelt.

Zur Erzielung einer Entwicklung durchgehender Bereiche können Entwicklerelektroden verwendet werden, und dem Entwickler kann eine wirksamere Schwingung erteilt werden. Die Elektrode besteht aus einem geerdeten oder vorgespannten Teil, das so dicht wie möglich an der elektrophotographischen Fläche angebracht ist, um ein elektrisches Feld in Verbindung mit dem elektrostatischen Ladungsbild zu erzeugen» Die Elektrode kann eine Platte oder ein Gitter enthalten, das parallel zu der elektrophotographischen Fläche verläuft und von dieser beabstandet ist.

Obwohl durch die bisher benutzten Wirbelschicht-Entwicklungsverfahren eine gute Entwicklung durchgehender Bereiche erzielt worden ist, haben den mit einer Wirbelschicht^entwicklung arbeitenden Vervielfältigungssystemen anhaftende Nachteile deren Anwendung beschränkt. Diese Nachteile umfassen die in dem System auftretenden Schwingungen und Geräusche, wenn die Wirbelschicht in Schwingungen versetzt ist, sowie die für eine schnelle Hin- und Herbewegung der die Schwingung" ausübenden Elemente erforderliche Kraft und Leistung, die Zuverlässigkeit des Systems, das eine Anzahl mechanisch betätigter Elemente erfordert, und die Auswirkung der Schwingungen auf die Lebensdauer des Systems«,

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Weg zu zeigen, wie ein latentes elektrostatisches Ladungsbild

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auf einem Trägerteil einfach entwickelt werden kann, ohne daß die den oben betrachteten Entwicklungsverfahren anhaftenden Nachteile'in Kauf genommen werden müssen.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe mit Hilfe einer neuen Vorrichtung zur Entwicklung latenter elektrostatischer Ladungsbildes? erfindungsgemäß dadurch, daß ein Zweikomponentenentwickler in teilweisem oder vollständigem Wirbelzustand in Schwingungen versetzt wird, um das Ladungsbild zum Zwecke der Entwicklung zu berühren. Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt insbesondere eine Vorrichtung zur Entwicklung eines latenten elektrostatischen Ladungsbildes dar, das auf einem .Tragteil gebildet ist. Diese Vorrichtung enthält (a) ein gesteuertes System mit einer Trageinrichtung neben und unterhalb zumindest eines Teils eines Tragteils für die Aufnahme des Entwicklers auf der Oberseite und mit einer Federeinrichtung und (b) ein Steuersystem mit einer Vibrations- oder Schwingeinrichtung zur Erzeugung von Schwingungen. Diese Schwingeinrichtung ist dabei neben der Trageinrichtung angeordnet und mit dieser über die Federeinrichtung gekoppelt. Ferner sind Einrichtungen zur Speisung des Schwingteiles vorgesehen. Die auf diese Weise erzeugten Schwingungen werden mit Hilfe der Federeinriohtung auf die Trageinrichtung übertragen. Dies führt dazu, daß der Entwickler in einer Wirbelschicht auftritt und das latente elektrostatische Ladungsbild auf dem Tragteil berührt. Auf diese Weise wird das betreffende Ladungsbild entwickelt.

I)ieso;j Wirbelrjchiehb-Entwicklungaverfahren zur Entwicklung latenter elektrostatischer Ladungsbilder zeichnet sich durch den Vorteil aus, daß durch Anwendung der Wirbelachichtentwicklung die in das System eingeführten Schwingungen und Störungen vermindert sind und ebenso die für eine solche Vibration der Wirbelschicht erforderliche Leistung, daß der Entwickler sich

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in einem Wirbelzustand befindet. Außerdem werden die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer des Systems erhöht.

An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend an einem,Ausführungsbeispiel näher erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch in einer Schnittansicht eine elekbrophotographische Vorrichtung, mit deren Hilfe die Erfindung ausgeführt werden kann.

Fig, 2 zeigt eine Vorderansicht einer Entwicklungsvorrichtung, die in der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung verwendet ist.

Fig» 3 zeigt in einer Perspektivansicht Schwingelemente, die in der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung dazu benutzt v/erden, einer Wirbelschicht axiale Schwingungen zu erteilen, Fig. 4 zeigt schematisch das Antriebs- oder Steuersystem gemäß der Erfindung.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird Entwickler oder Entwicklermaterial mit einer latente elektrostatische Ladungsbilder tragenden Fläche in Berührung gebracht, und zwar in einer solchen Weise, daß die Anzahl der Berührungen zwischen dem Enbwickler und der erwähnten Fläche gegenüber den bisher benutzten Verfahren erhöht ist. Demgemäß wird die das latente elektrostatische Ladungsbild tragende Fläche durch eine Wirbelschicht eines Zweikomponentenentwicklers hindurchgeführt, in welchem sich die einzelnen Trägerteilchen in einem Zustand konstanter Bewegung befinden und auf der erwähnten Fläche auftreffen. Zufolge der konstanten Bewer;un_tj· der Entwicklerteilcheri wird jjoder Teilbereich der eti/ähnben Fläche kontinuierlich von verschiedenen Trägerkügtslchen und Tonerteilchen berührt. Die Beweravngsgeschwindigkeib des Entwicklers führt zu einer nennenswerten Steigerung tier Anzahl an Entwickler-Ladungsbild-Berührungen innerhalb einer bestimmten Zeitspanne,

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Zur Ausführung des erfindungsgemäßen EntwicklungsVerfahrens wird ein Zweikomponentenentwickler unter einem latenten elektrostatischen Ladungsmuster oder -bild in Schwinjungen versetzt. Die Schwingungen sind dabei so schnell, daß sie den den Toner haltenden Träger bei einer · Wirbelschicht auftreten lassen bzw. der den Toner tragende Trärer verteilt sich in einem flüssigkeitsartigen Zustand, in .welchem die einzelnen Teilchen sich in konstanter Bewe:';un:.-: befinden. Die Entwickler schicht wird dann mit der genannten Fläche in Berührung gebracht, um ein latentes elektrostatisches Ladungsbild zu entwickeln. Die Entwickler-r schicht kann im Unterschied dazu auch ständig mit der geladenen Fläche in Kontakt sein.

Die Entwicklermischung oder -zusammensetzung kann von bekannter Art sein, wie sie derzeit in kommerziellen elektrophotographischen Maschinen verwendet wird, die mit Kaskadierungsentwieklung arbeiten. Eine derartige Entwicklermischung ist z.B. in der US-Patentschrift 2 618 551 angegeben. Ein Beispiel für eine derartige Entwicklermischung oder -zusammensetzung umfaßt Trägerkügelchen aus Glas oder Stahl, die mit einem geeigneten Überzug überzogen oder von einem geeigneten Überzug umgeben sein können, wie mit Vinylchlorid, Äthylzellulose oder Phenylformaldehyd. Dabei wird ein Stoff verwendet, der Toner auf Berührung hin triboelektrisch auflädt. Der Toner ist normalerweise ein pigmentierter harzförmiger Stoff oder dgl., der zur Entwicklung elektrophotographischer Bilder benutzt werden kann. Bei der hier dargestellten Vorrichtung befindet sich der Zweikomponentenentwickler in einer glatten und durchgehenden Schicht über der Oberfläche einer bogenförmig gekrümmten Platte oder eines entsprechend ausgebildeten Troges. Diese Platte bzw. dieser Trog wird dann qusr zur Bewegungsrichtung des das elektrostatische Ladungsbild tragenden Teiles in Schwingungen versetzt.

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Die das latente elektrostatische Ladungsbild tragende Fläche kann dann über den Entwickler und die Platte in eine solche Stellung gebracht werden,· daß die in Schwingungen versetzte Entwicklerschicht oder die Entwicklerwirbelschicht das betreffende Ladungsbild berührt und entwickelt. In automatischen und kontinuierlich arbeitenden elektrophotographischen Vervielfältigungsmaschinen kann die betreffende Fläche über den Entwickler bewegt werden, um nacheinander jeweils neue Bereiche des Ladungsbildes für die Entwicklung bereitzustellen. Es sei hier darauf hingewiesen, daß zur Ablagerung eines elektrostatischen Ladungsbildes auf der Fläche oder Oberfläche eines Tragteils auch andere Verfahren als die elektrophotographischen Verfahren benutzt werden können, wie z.B. das elektrostatische Vervielfältigungs- bzw. Druckverfahren, wie es in der US-Patentschrift 3 289 209 angegeben ist.

Zum Zwecke der Erläuterung wird nachstehend der elektrophotorraphische Prozess näher erläutert.

Die konstante Bewegung des Entwicklers in der Entwicklerwirbelschicht bewirkt, daß die einzelnen Teilchen sich kontinuierlich bewegen und mit der erwähnten Fläche in und außer Kontakt gelangen. Die Übertragung der Tonerteilchen von den zugehörigen Trägerkügelchen auf die Ladungsbildbereiche erfolgt während dieser Kontakt- oder Berührungsperiode. Die Ablagerung von Toner in den entsprechenden Bereichen wird physikalisch dadurch bewirkt, daß entweder die Anziehung des Ladungsbildes die Anziehung des Toners durch den Träger überschreitet oder daß der Toner von dem Träger durch die durch Auftreffen auf die elektrophotοgraphische Fläche vorhandene Kraft abgelöst wird und dann von der Ladung in den Bildbereichen angezogen wird. Die konstante Bewegung des Entwicklers hat zur Folge, daß ständig neuer oder frischer Entwickler mit der bildtragenden Fläche in Kontakt gebracht wird, wodurch die Anziehung des Toners durch den Träger vermindert wird.

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Wie schematisch. in Fig. 1 dargestellt, umfaßt eine automatische elektrophotographische Vervielfältigungsvorrichtung eine elektrophotographische Fläche, die die Form eines flexiblen Bandes 10 besitzt, das so angeordnet ist, daß es sich in der durch die Pfeile bezeichneten Richtung bewegt und dadurch die elektrophotographische Fläche veranlaßt, nacheinander eine Vielzahl von BearbeitungsStationen zu durchlaufen. Die Elemente dieser Maschine sind auf dem Gebiet der Elektrophotographie üblich; eine Ausnahme bildet hier die Entwicklungsstation, die so ausgebildet ist, daß das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann.

Im vorliegenden Rahmen können die verschiedenen elektrophotographischen Bearbeitungsstationen in der Bewegungsbahn der elektrophotographischen Fläche wie folgt beschrieben werden:

An einer Ladestation A xvird eine gleichmäßige elektrostatische Ladung auf der photöleitenden Schicht des elektrophotographischen Bandes abgelagert. ' . ■

An einer Belichtungsstation B wird ein Licht- oder Strahlungsbild eines zu vervielfältigenden Schriftstücks auf die Bandoberfläche projiziert, wodurch in den von dem Licht oder der Strahlung erreichten Bereichen die Ladung abgeleitet wird. Auf diese Weise ist ein latentes elektrostatisches Ladungsbild oder -muster entsprechend dem zu vervielfältigenden ■Schriftstück erzeugt,

An einer Entwicklungsstation 0, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, wird elektrophotographisches Entwicklungsmaterial, das '.tonerteilchen mit einer elektrostatischen Ladung, die der Ladung des elektrostatischen latenten Bildes entgegengesetzt ist, mit der Bandfläche in Berührung gebracht oder unbox· BuL¹UXii'uny dio;ior BsnflfläcliG bewegt, und zwar derart,'

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daß die Tonerteilchen an dem elektrostatischen latenten Bild haften bleiben und ein dem/vervielfältigenden Schriftstück entsprechendes elektrophotographiaches Pulverbild hervofrufen.

An einer Übertragungsstation D wird das elektrophotographisehe Pulverbild elektrostatisch von der Bandoberfläche oder -fläche auf ein Übertracungsmaterial oder eine Trär:erfläche übertragen.

An einer Trommelreinigungs- und Trommelentladunj^sstation E wird die Bandoberfläche abgebürstet, um jegliche auf ihr nach dem Bildübertragungsschritt noch verbliebene restliche Tonerteilchen abzuführen. Ferner wird an dieser Station E die Bandoberfläche mit Hilfe einer relativ starkes Licht abgebenden Lichtquelle belichtet. Auf diese Weise wird nahezu vollständig jegliche auf der betreffenden Oberfläche noch vorhandene restliche elektrostatische Ladung abgeleitet.

Wie in den Zeichnungen dargestellt, wird das eine elektrophotographische Fläche bildende flexible Band 10 zur kontinuier liehen Bewegung durch eine elektrophotographische Entwicklungszone 11 entsprechend getragen. Das die elektroρhotographische Fläche bildende bzw. tragende flexible Band ist dabei um eine Vielzahl von Hollen 12, 14 und 16 herumgeführt, von denen zumindest eine durch eine geeignete Speisequelle angetrieben wird (nicht dargestellt). Auf diese Weise wird das Band durch die verschiedenen Bearbeitungsstationen hindurchbewegt.

Während bei der dargestellten Ausführungsform ein flexibles Band als elektrophotographische Fläche dargestellt ist, dürfte einzusehen sein , daß irgendeine elektrophobographisehe Fläche in gleicher Weise geeignet ist, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. So kann z.B. eine Trommel oder

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flache Platte verwendet werden. Wird eine flache Platte verwendet, so kann sie entweder durch die Entwicklungszone beweglich sein oder in Bezug auf diese Entwicklungszone fest sein.

Die in Fig. 1 dargestellte Entwicklungsstation C ist so ausgebildet, daß sie zwei Hauptabschnitte besitzt, deren einer eine an der Stelle 30 vorgesehene Entwickler-Schwinganordnung; umfaßt (in Pig. 2 und 3 näher dargestellt) und deren anderer eine Entwickler-Umwälzanordnung 34 umfaßt. Der Zweck der Entwickler-Schwinganordnung besteht darin, dem I Zweikomponentenentwickler neben der das latente elektrostatische Bild tragenden Fläche eine Schwing- oder Vibrationsbewegung zu erteilen. Der Zweck der Entwickler- Umwälzanordnung besteht darin, den Entwickler zu der Eingangsseite der Entwickler-Schwinganordnung hin zu bewegen, nachdem er sich über die Entwickler-Schwingelemente hinweg bewegt hat. Eine bogenförmige Platte 36 verläuft dabei konzentrisch zu dem Band 10 in einem Bereich, der vertikal von der vertikalen Mittellinie des BandßsiO versetzt ist. Auf diese Weise wird eine schnelle Bewegung des Entwicklers durch die Entwicklungszone 11 erleichtert. Ein geeignetes Elektrodengitter 371 das aus einer Vielzahl von Elektroden- ä drähten 38 besteht, ist konzentrisch zwischen dem Band 10 und der bogenförmigen Platte 36 verlaufend an dieser befestigt. Das Gitter ist geerdet oder an einer geeigneten Vorspannungquelle 40 mit einer Vorspannung versehen, die ein elektrisches Feld neben dem Bild erzeugt und damit die Entwicklung durchgehender Bereiche unterstützt. Um eine Vorspannung an das Gitter 37, nicht aber an die Platte anzulegen, sind die dargestellten Drahtelektroden in den End- oder Stirnplatten 39 (Fig. 3) über geeignete Isolierträger angeordnet. Zur Zurückleitung dessdwingenden Entwicklers in einen Rückführweg zu der Entwickler-Umwälzanordnung 34-

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hin dient eine !'latte 42 mit einem J-fö'rmigen Querschnitt. Die Platte 42 ist fest angeordnet und von der vibrierenden Schicht getrennt. Die bogenförmige Platte 36 wird während des Betriebs der elektrophotographischen Vorrichtung in Schwingungen versetzt, um den Entwickler in einem Wirbelzustand zu halten, wie dies oben beschrieben worden·ist. Der Entwickler führt somit eine Bewegung über den längeren Schenkel 44 der Platte 42 nach unten zu der Entwiekler-Umwälzanordnung 34 hin aus, nachdem seine Richtung an dem gekrümmten Teil 46 umgekehrt worden ist.

Die Entwickler-Umwälzanordnung 34 entspricht der bei den meisten Kaskadierungseinheiten benutzten konventionellen Umwälzanördnung. In dem unteren Teil des Gehäuses ist ein Entwicklersumpf 48 vorgesehen, der einen Zweikomponentenentwicklervorrat besitzt, um'Entwickler in die Entwicklungszone 11 abgeben zu können. Eine Becher-Forderanordnung, umfassend eine Vielzahl von Bechern 50, ä-ie an einem flexiblen endlosen Band 52 befestigt sind, wird mit Hilfe von zwei Rollen 54 und 56 in entsprechender Lage gehalten. Die Rolle ist an eine geeignete (nicht dargestellte) Antriebsquelle angeschlossen, um die Becher in der durch den Pfeil bezeichneten Richtung zu bewegen. Die Becher wirken in der Weise, daß sie den Entwickler aus dem Sumpf 48 heraus zu einer hoch gelegenen Stelle hinführen, von der aus der Entwickler unter der Wirkung der Erdschwerkraft in die Entwicklungszone 11 gelangt. Zur Hinzugabe von Toner in das System, und zwar zur Ergänzung des Toners, der zufolge der Entwicklung von Bildern verbraucht worden^ist, ist ein Tonerspender 57 vorgesehen. In der Entwickler-Umwälzanordnung sind ferner obere und untere Platten 62 und 64 vorgesehen, die sich über die Länge der Entwickler~Umwälzanordnung 34 erstrecken. Diese Länge ist gleich der Breite des Bandes 10. Die betreffenden Platten wirken dabei als eine stillstehende Entwickler-Zuführrinne 66, die Entwickler in den Zwischenraum zwischen der

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bogenförmigen Platte 36 und das Band 1Ö einleitet»

Um sicherzustellen, daß das Entwicklungssystem in den Bereichen zwischen der Bntwickler-Umwälzanordnung 3 ¹V und dem Entwickler—Rückführweg geschlossen ist, sind federnde Abdichtungen 6? und 69 vorgesehen, die die Zufuhrrinne 66 mit dem Wirbelschichtbereich und eine Rückführrinne 71 mit. der Platte 4-4 koppeln. Kant en dichtungen können zur wirksamen • Abdichtung des Entwicklers zwischen dem J-förmigen Teil 4-6, der oberen Platte 62 und dem Band 10 vorgesehen sein. Die Abdichtung sollte vorzugsweise aus einem eine geringe Reibung verursachenden federnden Material bestehen, um die Reibbelastung auf das Band und die Wirbelschichtantriebe auf einem minimalen Wert zu halten.

Die hier beschriebenen Rückführ- und Entwicklersysteme sind lediglich beispielhaft für Systeme, die bei der vorliegenden Erfindung benutzt werden können. So können auch andere Systeme verwendet werden, wie sie-an anderer Stelle bereits vorgeschlagen werden (US-Patentanmeldung, US-Serial No.731 902) Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue Einrichtung, mit deren Hilfe die bogenförmige Platte 36 und das Elektrodengitter 37 in Schwingungen versetzt werden, um den Entwickler in einer Wirbelschicht zu halten.

Die Bewegung der Entwickler-Schwinganordnung wird durch eine neue Antriebseinrichtung bewirkt, die nachstehend an Hand der Fig. 2 und 3 näher beschrieben wird.

Um die Entwicklungsvorrichtung gemäß J¹Ig. 1 zu betreiben ist BB zunächst erforderlich, die verschiedenen, oben genannten Bearbeitungssbationen, zu aktivieren· Eine solche Aktivierung kann durch eine einen allgemeinen Zyklus auslösende Einrichtung bewirkt werden, die einer Einrichtung entspricht,

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wie sie in den bekannten kontinuierlich und automatisch arbeitenden Vervielfältigungsmaschinen verwendet werden. Eine solche einen generellen Zyklus auslösende Einrichtung aktiviert dann sämtliche Arbeitsstationen, einschließlich der Trommelantriebseinrichtung',, der Entwicklerfördervorrichtung und der Vibrationseinrichtungen in der Sntwicklungszone. Zusätzlich wird an das erwähnte Gitter eine entsprechende Vorspannung angelegt.

Wenn die ein Bild tragende Fläche die Entwicklungszone durchläuft, führt die Entwicklerfördereinrichtung kontinuierlich den Zweikomponentenentwickler in die Zufuhrrinne ein, aus der der betreffende Entwickler bei der Wirkung der Erdschwerkraft zu der Entwicklungszone 11 oberhalb der bogenförmigen Platte 36 sowie zwischen das Elektrodengitter 37 und das Band gelangt. Die in der Wirbelschicht ständig auftretenden Schwingungen führen den Entwickler zwischen der Platte und der das Bild tragenden Fläche hin und her,

Das vor dem schwingenden Elektrodengitter 37 liegende Erdpotential bzw. die an diesem Gitter liegende Vorspannung erzeugt neben dem Bild ein elektrisches Feld. Zusätzlich zu dem erzeugten elektrischen Feld unterstützen die Schwingungen des Gitters die Wirbelschichtbildung des das Gitter berührenden Entwicklers. Das Gitter ermöglicht, wie oben ausgeführt, den schwingenden Entwicklerteilchen, sich zwischen der bogenförmigen Platte und der das Bild tragenden Fläche frei zu bewegen, ohne durch das Gitter behindert zu sein.

Wenn die Wirbelschicht-Entwicklerwolke an der bogenförmigen Platte und dem Bild vorbeiströmt, berührt sie den bogenförmigen Teil der J-förmigen Platte. Hierdurch wird die Richtung der gesamten Entwickler-Wirbelschicht umgekehrt«, Der Entwickler setzt seine Bewegung in der umgekehrten Richtung zu dem Sumpf

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hin fort. Es sei bemerkt, daß der längere Schenkelteil U-M-der J-förmigen Platte in Strömungsrichtung geneigt ist, so daß die Entwicklerrückführung in den Sumpf erleichtert ist. Wenn der Entwickler an dem nicht schwingenden Endteil der J-förmigen Platte vorbeigelangt,, wird er mit der Sumpffläche der Entwickler-Umwälzanordnung 34· in Kontakt gebracht. Dadurch setzt sich der Entwickler dann in dem Sumpf für eine nach- , folgende Umwälzung durch die Entwicklungszone ab.

Kachstehend selen die Figuren 2 und 3 näher betrachtet. Unmittelbar unterhalb eines Teiles des Bandes 10 ist die "

bogenförmige Platte 36 angeordnet, die zu dem Band 10 konzentrisch verlaufend geformt ist. Die bogenförmige Platte 36 ist neben gegenüberliegenden Enden des Bandes durch Befestigungsplatten 39 entsprechend befestigt. Der untere Teil der Befestigungsplatten 39 ist an flexiblen Metallblechen oder Biegeteilen 72 befestigt, die mit ihren unteren Enden aus irgendeiner geeigneten Befestigungseinrichtung an einer Gxnmdplatte 7M- befestigt sind. In der Entwicklungszone 11 ist ferner zwischen dem Band 10 und der bogenförmigen Platte das schwingende Elektrodengitter 37 angeordnet. Das Gitter ist ebenfalls bogenförmig ausgebildet, und es verläuft konzentrisch zu dem Band und der bogenförmigen Platte. Die έ gegenüberliegenden Enden der Drahtelektroden 38 sind an Be- ■ festigungsplatten 39 über geeignete Isolierträger 78 befestigt, die durch Polyäthylenschaum, Kunststoffabstandsteile oder dgl. gebildet sind« Das Gitter 37 kann geerdet sein oder .von einer Spannunr-s quelle 40 (Fig. 1) eine elektrische Vorspannung erhalten. Ein solcher elektrischer Anschluß eignet sich dazu, das Gitter zu einer Entwicklungselektrode oder Entwicklerelektrode zu machen, mit deren Hilfe ein elektrisches Feld neben dem Bild aufgebaut wird. Dies dient zur Verbesserung der Entwicklung durchgehender Bereiche. Es sei hier bemerkt, daß die Entwicklung auch ohne Einschluß des Gitterelements erfolgen kann.

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Den schwingenden Elementen kann bei dem neuen Verfahren gemäß der Erfindung eine Bewegung- mit Hilfe einer axial angeordneten elektromagnetischen Antriebseinrichtung 80 erteilt werden, wie mit Hilfe der V-50-Schwingspule eines von der Goodman Corporation hergestellten linearen Vibrators. Die Antriebseinrichtung kann mittels eines geeigneten Hebels oder mit Hilfe von Kurbelgelenkeinrichtungen von der Achse versetzt angeordnet sein. Die elektromagnetische Antriebseinrichtung 80 ist an flexiblen Metallblättern 76 angebracht, deren untere Enden mittels irgendeiner geeigneten Befestigungseinrichtung an der Grundplatte 74 befestigt sind. Die Antriebsoder Steuerwelle 84 der elektromagnetischen Antriebseinrichtung 80 ist an der Stelle 88 an der Befestigungsplatte 39 befestigt, und zwar durch Annietung, Anschraubung oder/irgendeiner anderen geeigneten Weise. Die Antriebs- oder Steuereinrichtung kann demgegenüber auch eine pneumatische Antriebseinrichtung enthalten, die durch pulsierende Zuführluft oder dgl. betätigt wird.

Während des Betriebs wird die elektromagnetische Antriebseinrichtung 80 dadurch erregt, daß ein pulsierender Strom durch eine Spule hindurchgeleitet wird, die neben der Welle (nicht dargestellt) angeordnet ist. Der Strom bewirkt aufgrund bekannter elektromagnetischer Grundsätze, daß eine Achsialkraft auf die Welle 84 wirkt» Wie in Pig, 2'und 3 dargestellt, werden auf der Welle 84 Schraubenfedern 90 und 92 mit Hilfe von Halsansätzen 94 und 96 gehalten» Vlird die elektromagnetische Antriebseinrichtung durch einen mit einer ■h'^tiwmten Polarität auftretenden Strom erregt, so wird die Wellu C'i in einer durch den Pfeil "a" bezeichneten Richtung bewegt. Die Welle 84 drückt oder schiebt dabei die Jeder 92 zusammen, während die leder 90 gezogen wird. Die axiale Bewegung der Welle 84 wird zufolge der Verbindung an der Stelle 88 auf die Platte 39 gekoppelt. Während der Zeitspanne,

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während dor die elektromagnetische Antriebseinrichtung nicht erregt ist, wird die Welle 84 in Richtung des Pfeiles "b" gedrückt, wodurch auf die Feder 90 eine Druckkraft und auf die Feder 92 eine Zugkraft auägeübt wird. Die bei dem hier beschriebenen System bestehenden geringen Anforderungen bezüglich Leistung und Kraft ergeben sich aus der in den !Federn gespeicherten Energie, wenn die Welle in Richtung des Pfeiles ^a" geführt wird. Wird der die Spule durchfließende Strom abgeschaltet, so wird die in den Federn gespeicherte Energie oder Federkraft ausgelöst, und \ die Welle wird in Richtung des Pfeiles "b" gesteuert. Die beschriebene axiale Antriebskraft erteilt dem Entwickler die Schwingbewogun~;, wie dies oben ausgeführt worden ist. Unter Verwendung der Schraubenfedern 90 und 92 in einer Ge ;;;ent akb anordnung zwischen der Platte 39 und der Steuerbzw. Antiäebseinrichtung 80 wird die Wirbelschichtbildung des Entwicklers mit den verschiedenen begleitenden Vorteilen hervorgerufen. Die Verschiebung der den Entwickler enthaltenden bogenförmigen bzw. gewölbten Platte läßt sich einfach dadurch steuern, daß der die Antriebs- bzw. Steuerspule durchfließende Strom begrenzt wird. Die Aufhängung bzw. Lagerung, der Platte 36 und der Antriebseinrichtung SO unter Verwendung von Biegeteilen 72 und 76 bringt eine Isolierung der durch die An- \ briobseinrichtung 80 eingeführten Schwingungen von dem übrigen Teil der elektrophotographischen Vorrichtung mit sich. Bei der bevorzugten Ausführungsform schwingt die Wirbelschicht bei dor ßeson^anzfrequenz' des oben beschriebenen mechanischen iJystemn. Auf diese Weise sind die für die Lieferung einer Entwickle wirbelschicht vorhandenen Kraft-Leistungs·»Anforderungen auf οχήθη minimalan Wort herabgesetzt. Die Vorteile der Verwendung des ο mm beschriebenen Antriebs sy sterns sind neben . den reringon Kraft-LoiiEitunijs-ArilOrdex-uncen noch ^eriii^r"e Mcischineni?ahiiiönvibrationen sowie geringe Geräusche und hohe Zuverlässigkeit- und lange Lebensdauer. Darüber hinaus wird

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durch die Lagerung der Schicht auf der Biecreeinrichtun^; 72 deren axiale und radiale Bewegung erzielt. Auf diese V/eise wird sowohl ein radialer als auch ein axialer Entwicklerstrom erzielt. Diese Art des Entwicklerstroms, der "8"-förmig verläuft, führt zu zusätzlichen Entwickler-Bild-Kontaktbereichen, wodurch Bilder höherer Qualität erzielt werden als es bisher möglich war.

Die Biegebleche oder -platten 72 und 76 sind hauptsächlich für eine Vibrationsisolierun;; ausgewählt, währenddessen die Anbriebseinrichtung bei Resonanzfrequenz des Antriebssystems betäbi^t wird, was zum Teil die Biegeplatten und die Koppeleinrichtung der Schraubenfedern 90 und 92 umfaßt „ Damit v/ird die Amplitude der Schwingung oder Vibration durch den Zustand bestimmt, daß die Eingangsenergie der Antriebseinrichtung SO die auf Grund der Hysteresis oder Dämpfung zwischen aneinander angrenzenden Flächen verbrauchte Energie ausgleicht. Es sei · ferner darauf hingewiesen, daß mit Ausnahme der Dichtungen in dem Entwicklungssystem keine gleitenden Teile vorhanden sind

Das oben beschriebene Antriebs- bzw. Steuersystem kann schematisch durch ein zwei Massen und drei Federn umfassendes System dargestellt werden (das statische Gewichb der Wirbelschicht und des Elektrodengittere und das dynamische Gewicht dos Entwicklers, wenn dieser durch die Wirbelschicht £ibröi:ib, und das Gewicht der Antriebseinrichbung - die Biegebelle 72, 76 und die Schraubenfedern 90 und 92).

V/ie Kuvor ausgeführt, ist in dem Fall, daP die Antriebs-β in ri ent im r 80 bei dor Resonanzfrequenz des Entwicklungssystems arbeitet, eine relativ geringe Kraft erforderlich,, um das System anzutreiben bzw· zu sbeuern und den Entwickler in einer Wirbelschichb zu halten.

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In Fir¹;. 4- ist das Antriebssystem schematisch dargestellt. Mit- Κτρπρ ist anbei die Federkonstante des Biegeteils 76 bezeichnet, mit W-, ist das Gewicht der Antriebseinrichtung 80 bezeichnet, mit Kq₀ und Kq₂ sind die Federkonstanten der ledern 90 bzw. 92 bezeichnet, mit W ist das statische Gewicht der Platte 36, der Gitterelektrode 37 und das dynamische Gewicht der Entwicklerströmung bezeichnet, mit Κ-,^ρ ist die Federkonstante des Biegeteils 72 bezeichnet. G^ bezeichnet einen Dämpfungswert, der die Dämpfung in dem System kennζeichnet, und χ und y bezeichnen die Richtungen, in denen die Wirbelschicht in Schwingungen versetzt wird. Die Federkonstanten Iw₇P und K™-;/~ sind vorzugsweise klein; sie sind mit ihren entsprechenden Verschiebungen aneinander angeglichen, d.h. es gilt Κ™χ =

Die Schicht bzw. Wirbelschicht kann nach links oder rechts umgelenkt werden, was durch die Bezeichnungen χ und"y dargestellt ist. Die betreffende Schicht führt, was an sich bekannt ist, auf ihre Freigabe hin eine Schwingung um ihren Ruhepunkt aus, und zwar mit einer bestimmten Periode (oder Frequenz) und mit einer stets kleiner werdenden Amplitude. Dies relit auf die-Dämpfungswirkung des Systems zurück, wie ales durch den Brems- oder Dämpfungswert G veranschaulicht ist.

Für die verschiedenen Elemente des Systems lassen sich im Hinblick auf die x- und y-Verschiebung vereinfachte mathematische Gleichungen angeben, wenn das System bei der Resonanz frequenz arbeitet. Diese Gleichungen lauten: (1) F_R = K_F?2x + c&

(2) F_R - K₉₀, ₉₂x + My« ₊ Kj₇₆J + K₉₀,

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Hierin bedeuten

Ep = die Kraft, die erforderlich' ist, um die Platte derart in Schwingungen zu versetzen, daß sich eine Entwickler-.

wirbelschicht ausbildet;
m = Masse der Wirbelschicht;
H = Masse der Antriebseinrichtun5;
c = dem Systemdämpfungseffekt proportionale Größe; χ = erste Ableitung von χ (Geschwindigkeit); x* = zweite Ableitung von χ (Beschleunigung); y = zweite Ableitung von y (Beschleunigung).

Obwohl unter Heranziehung der Gleichungen (T) und (2) hier keine Berechnungen durchgeführt werden, da die betreffenden Gleichungen entweder durch Probieren oder durch Anwendung analoger oder digitaler Rechenverfahren aufgelöst werden können, ist, wie oben ausgeführt, festgelegt, daß eine minimale Kraft erforderlich ist, um die Wirbelschicht in Schwingungen zu versetzen, wenn das System bei der Resonanzfrequenz arbeitet.

Die' Resonanzfrequenz des Systems kann durch Auflösung der nachstehenden Differentialgleichungen zweiter Ordnung approximiert werden:
(3) mx + (K₉₀, ₉₂ + K₁₁₇₂) χ + K₉₀, ₉₂y = 0 my + (K₉₀, ₉₂ + K^₁₇₆) y + K₉₀, ₉₂x = 0

Die Gleichungen (3) und (A) können durch die Verfahren aufgelöst werden, die zur Auflösung der oben angegebenen Gleichungen (1) und (2) vorgeschlagen worden sind. Es .sei darauf hingewiesen, daß das Auflösen der Gleichungen (1.) bis (4-) als im Rahmen der Fähigkeiten des auf dem vorliegenden Gebiet tätigen Fachmanns anzusehen sein dürfte.

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Wird eine derartige Bewegung des Schwingelementen bei in der Entwicklungzone 11 oberhalb der gewölbten Platte 36 befindlichem Zweikomponentenentwickler erteilt, so bewirken die dem Entwickler durch die Platte 36 sowie durch das Gitter 37 erteilten Vibrationen oder Schwingungen, daß der Entwickler steigt und sich in einer wirbelnden Masse oder in einer Wirbelschicht in dem Raum der Entwicklungszone 11 zwischen der Platte 36 und der ein Bild tragenden Fläche des Bandes verteilt.

Nach Erzeugung des latenten elektrostatischen Bildes auf '

dem Band 10 wird während des Betriebs das Band durch eine nicht näher dargestellte herkömmliche Antriebsquelle in Bewegung gesetzt. Gleichzeitig mit der Bewegung des Bandes werden die Schwingungen ausübenden und übertragenden Elemente durch Aktivierung der elektromagnetischen Antriebseinrichtung 80 in Bewegung gesetzt/ Außerdem wird gleichzeitig der Zweikomponentenentwickler unter der Wirkung der Erdschwerkraft durch die Entwicklungszone 11 hindurchgeführt, und an das Gitter 37 wird eine elektrische Vorspannung angelegt, derzufolge neben der ein Bild tragenden Fläche ein Entwicklungselektrodenfeld erzeugt wird. Die Schwingungen der Platte 36 und des Gitters 37 bewirken somit, daß der über ihnen befind- { liehe Entwickler sich in der Schwebe hält und das auf dem Band 10 befindliche Bild berührt und entwickelt. Nach einmaligem oder mehrmaligem Durchlaufen des Bandes durch die Entwicklungszone 11 können die Bewegungen des Bandes und der Schwingelemente beendet werden, da die Entwicklung durchgeführt worden ist.

Es sei abschließend noch bemerkt, daß das Antriebssystem gemäß der Erfindung ohne weiteres dazu geeignet ist, die Wirbelschicht in einer Richtung zum Schwingen zu bringen, die nahezu senkrecht zu der Bewegungsrichtung oder in der Bewegungsrichtung der ein latentes elektrostatisches Bild

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tragenden Fläche ist, ohne daß dabei vom Erfindungsgedanken abgewichen wird.

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Claims (11)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Entwicklung eines latenten elektrostatischen Ladungsbildes auf einem Tragteil mit Hilfe eines Entwicklers, dadurch gekennzeichnet,

a) daß ein gesteuertes System mit einer Trageinrichtung (36) neben und unterhalb zumindest eines Teils eines Aufnahmebereichs (10) für die Aufnahme des Entwicklers und mit einer Federeinrichtung (90,92) vorgesehen ist, und

b) daß ein steuerndes System vorgesehen ist, das eine Schwingungen erzeugende Schwingeinrichtung (80) neben der Trageinrichtung (36) mit der die Schwingeinrichtung (80) über die ledereinrichtung (90,92) gekoppelt ist, und eine Einrichtung zur Speisung der Schwingeinrichtung (80) enthält, wobei die erzeugten Schwingungen über die Federeinrichtung (90,92) auf die Trageinrichtung (36) wirken und eine Wirbelschicht aus dem Entwickler bilden, welche unter Berührung des latenten elektrostatischen Ladungsbildes dessen Entwicklung bewirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung (90,92) Schraubenfedern umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Einrichtung (72) vorgesehen ist, die das Tragteil (36) trägt, und daß eine zweite Einrichtung (76) vorgesehen ist, die die Schwingeinrichtung (80) trägt.

4·. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Einrichtung (72,76) jeweils flexible Teile (72,76) enthält.

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5. Vorrichtung nach .Anspruch. J, dadurch gekennzeichnet, dai? der »Schwängteil bei der Resonanzfrequenz des gesteuerten Systems arbeitet.

6. Vorrichtung: nach Anspruch 1_{ dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (84-) vorgesehen ist, die den Aufnshmebereich (10) in einer Richtung über die Entwickler tragende Fläche su bewegen erlaubt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Trageinrichtung (36) in einer Richtung Schwingungen ausführt, die nahezu quer zur Bewegungsrichtung des Aufnahmebereichs verlaufen·

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gitter (37) aus·leitenden Elementen zwischen der Entwickler tragenden Fläche und dem Aufnahmebereich (10) angeordnet ist und daß das Gitter (37) 00 ausgebildet ist, daß es ein Hindurchbewegen des Entwicklers ermöglicht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (37) aus leitenden Elementen (38) besteht und als Entwickler elektrode zur Beeinflussung des Entwicklers dient.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sohwingeinrichtung (80) eine elektromagnetische Steuereinrichtung (80) enthält.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingeinrichtung (80) eine pneumatische Steuereinrichtung enthält.

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eerseit.e