DE3139595C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Entwicklungsvorrichtung für ein elektrostatisches Kopiergerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Für elektrostatische Kopiergeräte sind bereits zahlrei­ che Entwicklungsvorrichtungen vorgeschlagen worden. Die meisten bisherigen, in der Praxis eingesetzten Entwick­ lungsvorrichtungen sind von einem Typ, bei dem eine Ma­ gnetwalze in das Gehäuse des Kopiergeräts eingebaut ist, ein magnetischer Toner, d. h. ein sog. Einkomponen­ tentoner oder ein Zweiphasengemisch aus einem Träger (magnetisiertes Pulver) und einem Toner aus einem Toner­ vorrat an die Magnetwalze adsorbiert wird, der adsor­ bierte Toner als Magnetbürste wirkt und die Magnetbür­ ste über eine sensibilisierte Schicht gezogen wird, um dabei eine erforderliche Menge an magnetischem o. dgl. Toner auf die sensibilisierte Schicht zu übertragen. Ein Tonerzufuhrsystem, dessen einer Hauptteil durch die Magnetwalze gebildet wird, ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß die Magnetwalze teuer ist und damit Schwierigkeiten bezüglich der Senkung der Fertigungs­ kosten des Kopiergeräts insgesamt bedingt, und daß der Spalt zwischen der Mantelfläche der Magnetwalze und einem lichtempfindlichen Medium genauestens eingestellt werden muß, und zwar häufig mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von etwa 0,1 mm. Wenn nun versucht wird, diese Genauigkeitsanforderungen zu erfüllen, er­ hält das Kopiergerät einen komplizierten Aufbau. Insbe­ sondere bedingt dabei der Einkomponententoner noch deut­ lich strengere Anforderungen an die Genauigkeit der ge­ nannten Spalteinstellung.

Eine andere bisherige Entwicklungsvorrichtung, bei wel­ cher der Toner mittels eines Trägers zugeführt wird, ist mit den Nachteilen behaftet, daß der Träger selbst eine begrenzte Lebensdauer besitzt und daher nach z. B. 10 000-20 000 Kopiervorgängen ausgewechselt werden muß, was durch einen Kundendiensttechniker erfolgt und häufig sehr arbeits- und zeitaufwendig ist.

In neuerer Zeit ist daher eine Entwicklungsvorrichtung vorgeschlagen worden, die eine kostensparende sog. Fell­ bürstenwalze verwendet. Bei einer Ausführungsform einer solchen Bürstenwalze 10 (Fig. 1) ist deren Mantelfläche mit langen Borsten 12 besetzt, welche die Oberfläche einer lichtempfindlichen Schicht 14 bestrei­ chen, um einen Toner 16 an dieser Oberfläche zu absor­ bieren und dadurch die Entwicklung durchzuführen.

Bei einer anderen Fellbürstenwalzen-Entwicklungsvorrich­ tung (Fig. 2) ist die Mantelfläche einer Bürstenwalze 18, deren Kern 22 aus einem weichen Werkstoff besteht, mit kurzen Borsten 20 besetzt. Die mit der Ober­ fläche der lichtempfindlichen Schicht 14 in Berührung gelangenden Teile der Mantelfläche dieser Bürstenwalze 18 federn dabei durch, um den Toner 16 an der Oberfläche der lichtempfindlichen Schicht 14 zu adsorbieren und hierdurch die Entwicklung durchzuführen.

Die zuerst genannte Entwicklungsvorrichtung mit Fell­ bürstenwalze ist jedoch mit den Nachteilen behaftet, daß sich die langen Borsten 12 der Fellbürstenwalze 10 nach längerem Gebrauch flach umlegen, wodurch der Kontakt zwi­ schen ihnen und der Oberfläche der lichtempfindlichen Schicht 14 herabgesetzt und dadurch die Güte eines her­ gestellten Kopiebilds durch verminderte Bildschärfe und durch Bildverschmierung beeinträchtigt wird; außerdem besitzen die langen Borsten 12 einen erhöhten elektri­ schen Widerstand, so daß die volle Anlegung einer Vorspan­ nung für schleierfreie Entwicklung an die Oberfläche der lichtempfindlichen Schicht 14 verhindert wird und demzu­ folge die schleierunterdrückende Wirkung dieser Vorspan­ nung nicht zum Tragen kommt; weiterhin führt das staub­ artige Verstreuen von nicht-aufgeladenem Überschußtoner bei der Drehung der Fellbürstenwalze 10 zu einer deut­ lichen Schleierbildung; aus diesem Grund muß zusätzlich eine getrennte Walze 24 zur Schleierverhinderung vorgesehen werden, welche den Aufbau dieses Kopiergeräts weiter kompliziert.

Zur wirksamen Unterdrückung einer Schleierbildung durch die Entwicklungsvorspannung bei der zweitgenannten bisherigen Fellbürstenwalzen-Entwick­ lungsvorrichtung müssen die zwischen den kurzen Borsten 20 gehaltenen Teilchen des Toners 16 durch Reibung zwi­ schen ihnen und den Borsten 20 voll aufgeladen werden, wobei weiterhin eine vorbestimmte Menge an Toner 16 zuge­ führt werden muß. Wenn keine ausreichende Reibung zwischen den kurzen Borsten 20 und den Tonerteilchen 16 stattfin­ det und weiterhin eine zu große Menge an Toner 16 zuge­ führt wird, kann ein bestimmter Anteil des Toners 16 nicht mit den kurzen Borsten 20 in Berührung gelangen, so daß ein größerer Anteil der Tonerteilchen 16 unauf­ geladen bleibt. Die nicht aufgeladenen Tonerteilchen 16 führen aber eine Schleierbildung herbei. Umgekehrt hat eine ungenügende Menge an Tonerteilchen 16 eine Abnahme der Bilddichte zur Folge. Aus diesem Grund müs­ sen gemäß Fig. 2 zusätzlich eine Toneraufladewalze 28 und eine Tonerzufuhrwalze 30 vorgesehen werden, wodurch der Aufbau dieser bisherigen Entwicklungsvorrichtung kompliziert wird. Darüber hinaus ist für das gleich­ zeitige Drehen der einzelnen Walzen 18, 28 und 30 ein starker Motor erforderlich, der unweigerlich eine Kosten­ erhöhung für die Entwicklungsvorrichtung bedingt.

Aus der DE-OS 20 50 520 ist eine Entwicklungsvorrich­ tung bekannt, bei der eine Entwicklungsbürste einen zylindrischen Kern mit einer Basis aus elektrisch nicht-leitendem Material aufweist, in welchem Fasern verankert sind, welche etwa 2,4 mm bis 4 mm lang sind. Bei dieser Entwicklungsvorrichtung wird an den Kern eine Vorspannung angelegt, um die Konfiguration des elektrostatischen Feldes der eigentlichen Bildbereiche zu ändern und die Feldstärke im Raum über durchgehend zu tönenden Flächen zu erhöhen, so daß sich eine besse­ re Tonerablagerung ergibt. Die Vorspannung soll eine Leitung der von den Bildbereichen ausgehenden elektri­ schen Feldlinien senkrecht zur Bildfläche und in Rich­ tung auf den Kern der Entwicklungsbürste verursachen. Hierdurch soll sich ein gleichmäßiges Anhaften des To­ ners in den Bildbereichen ergeben.

Weiterhin ist aus der DE-AS 20 64 231 eine Drehbürste für eine elektrostatische Entwicklungsvorrichtung be­ kannt, die mit einer Haardecke aus elektrisch nichtlei­ tenden und elektrisch leitenden, gegenüber den nicht­ leitenden kürzeren Fasern versehen ist. Die Länge der Fasern ist sehr lang: Die Länge der nichtleitenden Fasern beträgt nämlich 15 mm und diejenige der leiten­ den Fasern etwa 10 mm.

Die DE-AS 15 97 901 beschreibt eine Entwicklungsvorrich­ tung für elektrostatische Ladungsbilder mit mehreren zylindrischen Bürsten mit sich radial erstreckenden Borsten. Die einzelnen Bürsten weisen jeweils einen hohen Zylinder auf, der aus einem mechanisch festen, starren Material bestehen muß, da sonst die mechanische Festigkeit der Bürsten nicht gewährleistet wäre. Auf diesem Zylinder ist in geeigneter Weise ein Bürstenma­ terial aus Kaninchenfell befestigt. Die Borsten sind somit nicht in die Mantelfläche der Entwicklungswalze eingelassen.

Schließlich ist aus einer älteren Anmeldung gemäß DE-OS 31 00 980 eine Entwicklungsvorrichtung der eingangs genannten Art für ein elektrostatisches Kopiergerät bekannt. Diese Entwicklungsvorrichtung hat eine Alumi­ niumwelle mit einem Belag aus Polyurethanschaum, auf den eine nahtlose, durchgehende Bindemittelschicht aus einem elektrisch leitenden Bindemittel aufgetragen ist. Auf der Außenseite dieser elektrisch leitenden Binde­ mittelschicht ist ein pelzartiger Belag aufgeflockt, wodurch eine mit einem pelzartigen Belag versehene weiche Entwicklerbürste entsteht. Die Bindemittel­ schicht wird aus einer Styrol-Butadien-Gummi-Zusammen­ setzung hergestellt, die mit Toluol verdünnt und in einer Kugelmühle geknetet wird. Mit dem Verdampfen des Toluols ziehen sich die Gummibestandteile zusammen, wobei jedoch diese Kontraktion klein gehalten werden kann. Wird nun zwischen eine solche Bindemittelschicht und einen von dieser getrennt vorgesehenen Pelz eine Spannung angelegt, so wird der Pelz elektrostatisch aufgeladen und zu der leitenden Bindemittelschicht angezogen, um in dieser implantiert zu werden. Auf diese Weise wird der Pelz in die Außenfläche des Kerns eingelassen, wobei aber die leitende Bindemittelschicht mit der Zeit zwangsläufig härtet.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ent­ wicklungsvorrichtung zu schaffen, die eine elastische Entwicklungswalze aufweist und das Auftreten von Schleierbildungen sicher zu vermeiden vermag.

Diese Aufgabe wird bei einer Entwicklungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungs­ gemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthal­ tenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Entwicklungsvorrichtung kön­ nen die Anteile des Toners, die sich auf den Oberflä­ chenteilen einer lichtempfindlichen Schicht absetzen, welchen kein latentes Ladungsbild aufgeprägt ist, auf eine einfache und zuverlässige Weise beseitigt werden, so daß das Auftreten einer Schleierbildung sicher unter­ drückt wird.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Er­ findung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 und 2 schematische Darstellungen bisheriger Fellbürstenwalzen-Entwicklungsvorrichtungen,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines elektro­ statischen Kopiergeräts, das mit einer Entwick­ lungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgerüstet ist,

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Aufbaus des Kopiergeräts nach Fig. 3,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Entwicklungs­ vorrichtung bei der Ausführungsform nach Fig. 3,

Fig. 6 eine Vorderansicht einer Tonermengen-Steuerklinge bei der Entwicklungsvorrichtung nach Fig. 5,

Fig. 7A und 7B einen Querschnitt bzw. einen Teil-Längs­ schnitt durch eine bei der Vorrichtung nach Fig. 5 verwendete Fellbürsten-Entwicklungswalze,

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Beziehung zwi­ schen der Größe einer Spannung, die einer Elektroden­ platte einer Toner-Zwangsaufladeeinrichtung bei der Vorrichtung nach Fig. 5 aufgeprägt wird, und der Größe der Toneraufladung,

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem spezifischen elektrischen Widerstand der Borsten einer Entwicklungswalze bei der Vorrich­ tung nach Fig. 5 und der Dichte eines unscharfen Kopiebilds,

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Entwicklungs­ vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 11 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Länge einer Leiste der Toner-Zwangsauflade­ einrichtung bei der Entwicklungsvorrichtung nach Fig. 10 und der Größe der elektrischen Ladungs­ energie des Toners.

Das in der Fig. 3 und 4 dargestellte elektrostatische Kopiergerät 32 weist ein Gehäuse 34 auf, auf dem ein geradlinig hin- und hergehender Vorlagentisch bzw. -träger 36 montiert ist. Im wesentlichen im Mittel­ bereich des Kopiergerät-Gehäuses 34 ist eine licht­ empfindliche Trommel 38 in Richtung des Pfeils X dreh­ bar gelagert. Die Trommel 38 besteht aus einer negativ aufladbaren, zylindrischen lichtempfindlichen Schicht 38 b aus einem Werkstoff der Zinkoxidreihe auf der Mantel­ fläche eines Aluminiumzylinders 38 a. Mit der licht­ empfindlichen Schicht 38 b der Trommel 38 stehen, in Drehrichtung der Trommel 38 gesehen, eine Auflage­ einheit 40, eine Entwicklungsvorrichtung 42, eine Über­ tragungsrolle 44 und eine Putzeinheit 46 in Berührung. Im unteren Teil des Gehäuses 34 ist eine Kopierblatt-Förderstrecke 48 vorgesehen, längs welcher ein Kopierpapierblatt über die Mantelfläche der Über­ tragungsrolle 44 in Längsrichtung des Gehäuses 34 för­ derbar ist. Längs der Kopierblatt-Förderstrecke 48 sind, in der angegebenen Reihenfolge und von der Einlaufseite der Förderstrecke 48 aus gesehen, ein Kopierblatt-För­ dermechanismus 50 mit zwei Transport- bzw. Förderrollen 50 a, die Übertragungsrolle 44, mehrere Kopierblatt-Aus­ tragrollen 52 a sowie eine Fixiervorrichtung 54 angeord­ net. Eine Kopierblatt-Vorratskassette 56 ist an der der Einlaufseite der Förderstrecke 48 zugewandten Seite des Gehäuses 34 abnehmbar angebracht. An dem sich nach außen erstreckenden Ende der Förderstrecke 48 befindet sich eine Kopierblatt-Ausgabewanne 58, die ebenfalls abnehm­ bar am Gehäuse 34 angebracht ist. In der Vorratskassette 56 befinden sich Kopierpapierblätter P. Im oberen Bereich des Gehäuses 34 ist eine Belichtungseinheit 64 angeord­ net, die eine optische Faserlinse 62 sowie ein Belich­ tungssystem 60 mit einer entsprechenden Lampe aufweist.

Im Gehäuse 34 ist weiterhin ein Antriebs­ motor 66 angeordnet, welcher die vorstehend erwähnten Bauteile des Kopiergeräts antreibt, die lichtempfindliche Trommel 38 gemäß Fig. 4 im Uhrzeiger­ sinn mit einer Umfangsgeschwindigkeit von z. B. 80 mm/s in Drehung versetzt und außerdem den Vorlagenträger 36 sich im Gleichlauf mit der Drehung der Trommel 38 gerad­ linig hin- und herbewegen läßt. An der Außenseite des Gehäuses 34 sind gemäß Fig. 3 ein Hauptschalter 68 und eine Schalttafel 72 angeordnet. Letztere umfaßt eine Kopier-Drucktaste 70, eine Drucktaste 74 zur Erhöhung der Kopiebilddichte, eine Drucktaste 76 zur Verringerung der Kopiebilddichte, eine Drucktaste 78 zur Bestimmung der Zahl von Kopien sowie ein Kopienzahl-Anzeigefenster 80 und ein Fenster 82 zur Anzeige des jeweiligen Betriebs­ zustands des Kopiergeräts 32. Das Gehäuse 34 ist weiter­ hin mit einer Öffnung 84 versehen, durch welche hindurch die Entwicklungsvorrichtung 42 in das Innere des Gehäuses 34 eingebaut ist. Die Entwicklungsvorrichtung 42 wird spä­ ter noch näher erläutert werden.

Bei Durchführung eines Kopiervorgangs mit dem vorstehend beschriebenen elektrostatischen Kopiergerät 32 wird zu­ nächst der Hauptschalter 68 betätigt, und eine nicht dar­ gestellte Vorlage wird auf den Vorlagenträger 36 aufge­ legt. Die verschiedenen Drucktasten an der Schalttafel 72 werden sodann betätigt, um die Kopieblätter entsprechend den Betriebsarten zu verarbeiten, nach denen eine Bild­ übertragung auf die Kopieblätter erfolgen soll. Die gerad­ linige Bewegung des Vorlagenträgers 36, die Drehung der lichtempfindlichen Trommel 38 und die Betätigung der ver­ schiedenen Bauteile des Kopiergeräts 32 erfolgen in Über­ einstimmung mit der Art und Weise der Ver­ arbeitung der Kopieblätter.

Eine auf den Vorlagenträger 36 aufgelegte Vorlage wird durch das Belichtungssystem 60 belichtet. Das Bild der Vorlage wird dabei durch die optische Faserlinse 62 auf die zylindrische photoempfindliche Schicht 38 b geworfen. Die Aufladeeinheit 40 bewirkt eine negative Aufladung der zylindrischen lichtempfindlichen Schicht 38 b der Trommel 38. Das dem Vorlagenbild entsprechende Licht­ bild wird über die optische Faserlinse 62 der negativ geladenen lichtempfindlichen Schicht 38 b aufgeprägt. Reflexionen von den weißen Bereichen der Vorlage werden auf die lichtempfindliche Schicht 38 b zurückgeworfen. Der belichtete Teil der lichtempfindlichen Schicht 38 b (Fig. 5), d. h. der zweitgenannte Teil, wird leitfähig gemacht. In­ folgedessen besitzt die Oberfläche dieses zweitgenannten Teils ein Potential von praktisch 0 V. Andererseits werden die auf die dunklen Bereiche der Vorlage geworfe­ nen Lichtstrahlen von diesen Vorlagenbereichen absorbiert und nicht zur lichtempfindlichen Schicht 38 b übertragen. Der nicht mit den Lichtstrahlen belichtete Teil der lichtempfindlichen Schicht 38 b (d. h. der erstgenannte Teil) bleibt isoliert. Die Oberfläche des erstgenannten Teils der Umfangsfläche der lichtempfindlichen Schicht 38 b behält infolgedessen ein vorbestimmtes negatives Potential bei. Auf der lichtempfindlichen Schicht 38 b, die nun durch den erstgenannten oder zweitgenannten Teil gebildet wird, wird ein latentes Ladungsbild erzeugt. Letzteres wird durch die Entwicklungsvorrichtung 42 zu einem Tonerbild entwickelt, das zur Übertragungsrolle 44 überführt wird. Der Kopieblatt-Fördermechanismus 50 nimmt die Kopieblätter P jeweils einzeln aus der Vor­ ratskassette 56 ab. Ein derart abgenommenes Kopieblatt P wird längs der Kopieblatt-Förderstrecke 48 zu einer Über­ tragungs-Kontaktfläche gefördert, die zwischen der Über­ tragungsrolle 44 und der lichtempfindlichen Schicht 38 b festgelegt ist. Hierbei wird das Tonerbild an der Über­ tragungsrolle 44 auf das Kopieblatt P übertragen. Das mit dem übertragenen Tonerbild versehene Kopieblatt P wird durch den Kopieblatt-Austragmechanismus 52 zur Fixierung zur Fixiereinheit 54 überführt. Anschließend wird das fertige, fixierte Kopieblatt P in die Ausgabemulde 58 ausgeworfen. Nach dem Übertragungsvorgang wird die zylin­ drische lichtempfindliche Schicht 38 b durch die Putzein­ heit 46 vollständig gereinigt und damit für den nächsten Aufladevorgang bereitgemacht.

Bei dem vorstehend beschriebenen Kopiervorgang steht die zylindrische lichtempfindliche Schicht 38 b der Trommel 38 mit den am Kopiervorgang beteiligten, um sie herum ange­ ordneten Bauteilen in Berührung. Die lichtempfindliche Schicht 38 b, die aus einer mechanisch festen, photoleitenden Membran aus einem Werkstoff der Zinkoxidreihe besteht, wird dabei jedoch keiner Beschädi­ gung unterworfen.

Die Entwicklungsvorrichtung 42 besitzt den in Fig. 5 dargestellten Aufbau. Ein Tonertrichter bzw. -behälter 90 zur Aufnahme eines Toners 88 ist dabei innerhalb des obe­ ren Bereichs eines Gehäuses 86 der Entwicklungsvorrichtung 42 angeordnet. Eine Entwicklungswalzen-Kammer 94 zur Auf­ nahme einer Entwicklungswalze 92 ist im unteren Bereich dieses Gehäuses 86 vorgesehen. Eine verengte Verbindungs­ kammer 96 verbindet den Tonertrichter 90 mit der Entwick­ lungswalzen-Kammer 94. Das Gehäuse 86 der Entwicklungs­ vorrichtung 42 ist oberseitig offen, jedoch normalerweise mittels eines nicht dargestellten Deckels verschlossen. Das Einfüllen des Toners 88 in den Tonertrichter 90 er­ folgt nach Abnahme des Deckels. Der Toner besteht aus Kohlenstoffteilchen und thermoplastischen Harzteilchen, deren Durchmesserverteilung durchschnittlich bei 10 µm liegt. Eine Tonerförderrolle 98 ist in der Verbin­ dungskammer 96 derart drehbar gelagert, daß sie den obe­ ren Endabschnitt dieser Kammer verschließt. Die Toner­ zufuhrrolle 98 wird durch einen nicht dargestellten An­ triebsmechanismus gemäß Fig. 5 im Uhrzeigersinn angetrie­ ben. Die obere Hälfte der Tonerzufuhrrolle 98 befindet sich innerhalb des Tonertrichters 90, während sich ihre untere Hälfte in der Entwicklungswalzen-Kammer 94 befin­ det. Der im Tonertrichter 90 enthaltene Toner 88 wird bei der Drehung der Tonerzufuhrrolle 98 in die darunter­ liegende Entwicklungswalzen-Kammer 94 ausgetragen.

Die unter der Verbindungskammer 96 liegende Oberseite des Bodens des Gehäuses 86 bildet eine Tonerförderstrecke, die sich vom Tonertrichter 90 zur Entwicklungswalze 92 erstreckt und die mit mehreren Tonermengen-Steuerklin­ gen 100 versehen ist. Diese Tonermengen- Steuerklingen 100 besitzen jeweils gemäß Fig. 6 eine kamm­ artige Gestalt. Diese Steuerklingen 100 verhindern, daß der durch die Tonerzufuhrrolle 98 in die Entwicklungs­ walzen-Kammer 94 geförderte Toner 88 unmittelbar einer noch zu beschreibenden Elektrodenplatte 102 zugeführt wird. Mit anderen Worten: die verschiedenen kammartigen Steuerklingen 100 bewirken eine kontinuierliche Förderung des Toners 88 in vorbestimmter Menge zur Elektrodenplatte 102 für die zwangsweise elektrische Aufladung des Toners 88. Die Elektrodenplatte 102 befindet sich in dem Teil der Tonerförderstrecke, welcher den verschiedenen Toner­ mengen-Steuerklingen 100 in Förderrichtung des Toners 88 nachgeschaltet ist. Die Elektrodenplatte 102 ist an eine Gleichspannungsquelle 104 angeschlossen. Infolgedessen wird der auf die Elektrodenplatte 102 auftreffende Toner 88 zwangsweise auf eine für die Entwicklung ausreichende Ladung aufgeladen. Da die lichtempfindliche Schicht 38 b, wie erwähnt, aus Zinkoxid besteht, wird ein latentes statisches bzw. Ladungsbild negativ aufgeladen. Aus diesem Grund wird der Elektrodenplatte 102 eine posi­ tive Gleichspannung aufgeprägt, um dem Toner 88 eine positive Ladung zu erteilen.

Im folgenden ist anhand der Fig. 7A und 7B der Aufbau der Entwicklungswalze 92 erläutert. Die Entwicklungswalze weist eine Achse oder Welle 106 auf, deren Kern aus Aluminium oder rostfreiem Stahl besteht und deren Umfangsfläche mit einer Polyurethan-Schaum­ stoffschicht 108, z. B. aus einem handelsüblichen EMM- Polyurethan, in einer vorgeschriebenen Dicke überzogen ist. Der Zylinderkern 110 der Entwicklungswalze 92 be­ sitzt daher eine ausgeprägte Elastizität. Der bei der Entwicklungsvorrichtung verwendete Polyurethan-Schaumstoff besitzt eine Härte von 23 ± 5 kg und eine Rückfederelastizität von mehr als 45 % (gemäß Bestimmung nach dem Prüfverfahren nach japanischer Indu­ strienorm K-6401).

Um die Mantelfläche des Zylinderkerns 110 der Entwick­ lungswalze 92 ist ein Elektrodenschlauch 112 als Mittel zur Schleierbildungsunterdrückung herumgelegt. Der Elektro­ denschlauch 112 besteht aus einem leitfähigen Gummischlauch mit einem niedrigeren spezifischen elektri­ schen Widerstand als bei der Gesamtheit der noch näher zu beschreibenden Borsten 114. Der Elektro­ denschlauch 112 ist mit einer Wechselspannungsquelle 116 ver­ bunden, die einem zwischen dem Elektrodenschlauch 112 und der lichtempfindlichen Trommel 38 festgelegten Spalt eine Wechselspannung mit einer Frequenz von etwa 1 kHz aufprägt. Der Elektrodenschlauch 112 ist an der Mantel­ fläche des Zylinderkerns 110 der Entwicklungswalze 92 mit Hilfe eines leitfähigen Klebmittels befestigt.

In die Mantelfläche des Elektrodenschlauchs 112 ist eine große Zahl von Borsten 114 eingepflanzt, wobei jede Borste 114 aus einer speziellen, verschleiß­ festen, kohlenstoffhaltigen Rayon-Faser besteht, die zur Gewährleistung von elektrischer Leitfähigkeit physi­ kalisch behandelt ist, eine Länge von 1,5 mm und eine Dicke (Titer) von 1,5 Denier besitzt und einen elektri­ schen Widerstand von 10³ bis 10⁷ (Ω · cm) aufweist. Sämt­ liche Borsten 114 sind auf statischem Wege über die gesamte Mantelfläche des Elektrodenschlauchs 112 hinweg in diesen eingepflanzt.

Die Entwicklungswalze 92 mit dem beschriebenen Aufbau ist in der Kammer 94 drehbar gelagert und mit einem nicht dargestellten Antrieb verbunden. Die Entwick­ lungswalzen-Kammer 94 besitzt im wesentlichen eine zylindrische Form. Die Innenwand der Kammer 94 und die Elektrodenplatte 102 stehen in leichter Berüh­ rung mit den Spitzen der Borsten 114 der Entwicklungs­ walze 92. In dem der zylindrischen lichtempfindlichen Schicht 38 b zugewandten Teil des die Kammer 94 bilden­ den Gehäuses 96 ist eine Öffnung 118 vorgesehen, durch welche hindurch die Spitzen der Borsten 114 der Entwick­ lungswalze 92 mit der Außenfläche der lichtempfindlichen Schicht 38 b in Berührung stehen.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der vorstehend erläuter­ ten Entwicklungsvorrichtung 42 beschrieben.

Zunächst wird durch einen nicht dargestellten Antriebs­ mechanismus die Tonerzufuhrrolle 98 in Drehung versetzt, um den Toner 88 aus dem Tonertrichter 90 in vorgeschrie­ bener Menge zur Entwicklungswalzen-Kammer 94 zu fördern. Während dieser Förderung wird die Förder­ menge des Toners 88 durch die verschiedenen Tonermengen- Steuerklingen 100 kontinuierlich auf eine feste Größe eingestellt. Durch die Elektrodenplatte 102 wird der Toner 88 zwangsweise positiv aufgeladen. Die Teilchen des positiv geladenen Toners 88 werden zwischen den einzelnen Borsten 114 der Entwicklungswalze 92 festge­ halten und dann auf die Mantelfläche der zylindrischen lichtempfindlichen Schicht 38 b aufgebracht.

Der auf die Mantelfläche der lichtempfind­ lichen Schicht 38 b aufgebrachte Toner 88 wird an den erstgenannten Teil dieser Schicht 38 b angezogen, der ein vorbestimmtes Oberflächenpotential in der Größen­ ordnung von einigen -100 V besitzt. Auf diese Weise wird durch den Toner 88 aus dem latenten Ladungsbild ein Tonerbild geformt. Der zweitgenannte Teil der Man­ telfläche der lichtempfindlichen Schicht 38 b hält ein Oberflächenpotential in der Größenordnung von einigen Volt. Der bei der erfindungsgemäßen Entwicklungsvor­ richtung verwendete Toner 88 besitzt einen vergleichs­ weise niedrigen spezifischen Widerstand und wird daher nahezu vollständig aufgeladen. Ein bestimmter Teil der Tonerteilchen 88 erhält jedoch eine ungenügende Ladung. Die vollständig aufgeladenen und die ungenügend auf­ geladenen Tonerteilchen 88 werden vom zweitgenannten Teil der Mantelfläche der lichtempfindlichen Schicht 38 b nur schwach angezogen. Hierbei wird den ungenügend aufge­ ladenen Tonerteilchen auf der Schicht 38 b eine zusätz­ liche elektrische Ladung erteilt. Infolgedessen sind zu­ nehmende Anteile dieser zusätzlich aufgeladenen Toner­ teilchen 88 bestrebt, sich insbesondere zum zweitgenann­ ten Teil der Mantelfläche der Schicht 38 b hin zu vertei­ len. Die auf diesem zweitgenannten Teil abgelagerten Tonerteilchen 88 führen zu einer Schleierbildung. Wie erwähnt, liegt jedoch am Spalt zwischen dem Elektroden­ schlauch 112 auf der Entwicklungswalze 92 und der licht­ empfindlichen Trommel 38 ein Wechselspannungsfeld mit einer Frequenz von ungefähr 1 kHz an. Durch dieses Wechselspannungsfeld werden die auf dem zweitgenannten Teil der lichtempfindlichen Schicht 38 b abgelagerten Tonerteilchen 88 beseitigt, so daß eine Schleierbildung vermieden wird.

Bei Verwendung der Entwicklungsvor­ richtung in einem elektrostatischen Kopiergerät ermög­ licht die Anordnung aus den Tonermengen-Steuerklingen 100 die kontinuierliche Zufuhr des Toners 88 mit gleich­ mäßiger Fördermenge zur Elektrodenplatte 102, die als Zwangsaufladeeinrichtung dient. Der Toner 88 ist daher stets ausreichend aufgeladen, so daß das Auftreten einer Schleierbildung aufgrund unge­ nügend aufgeladenen Toners 88 unterdrückt wird.

Fig. 8 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Größe der der Elektrodenplatte 102 aufgeprägten Spannung und einer nach dem Zyklon-Verfahren bestimmten Größe der Tonerladung. Im Fall einer beim herkömmlichen elektro­ statischen Kopiergerät verwendeten Zweikomponententoner- Entwicklungsvorrichtung unter Verwendung eines Eisenpul­ verträgers beträgt die Tonerladung etwa 16 µc/g. Wenn jedoch der Elektrodenplatte 102 eine Spannung von mehr als 200 V aufgeprägt wird, wird der Toner 88, wie sich aus Fig. 8 ergibt, vollstän­ dig aufgeladen.

Ungenügend aufgeladene Tonerteilchen, die ohne Zwangsauf­ ladung durch die Elektrodenplatte 102 auf den zweitge­ nannten Teil der Mantelfläche der zylindrischen licht­ empfindlichen Schicht 38 b aufgebracht werden, sowie ein anderer Anteil von Tonerteilchen, die zwar durch die Elektrodenplatte 102 zwangsweise aufgeladen, dennoch aber durch das schwache Oberflächenpotential dieses zweitgenannten Teils an diesen angezogen werden, wer­ den von der Mantelfläche der lichtempfindlichen Schicht 38 b durch die Wirkung eines Wechselspannungsfelds abge­ stoßen, das an den Spalt zwischen dem Elektrodenrohr 112 auf der Entwicklungswalze 92 und dem Aluminiumzylinder 38 a der lichtempfindlichen Trommel 38 angelegt wird, wo­ durch eine Schleierbildung unterdrückt wird. Zur Gewähr­ leistung einer vollständigen Verhinderung einer Schleier­ bildung bestehen die Borsten 114 der Entwicklungswalze 92 jeweils aus einem Leiter mit einem vorbestimmten spezifischen Widerstand.

Fig. 9 veranschaulicht die experimentell bestimmte Bezie­ hung zwischen dem spezifischen Widerstand der Borsten 114 und der Dichte der jeweiligen Schleierbildung. Eine ausgezogene Linie in Fig. 9 zeigt, daß Borsten 114 mit einem spezifischen Wider­ stand in Bereich von 10³ bis 10⁷ Ω · cm eine minimale Schleierdichte gewährleisten. Die gestrichelte Linie in Fig. 9 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem spezi- fischen Widerstand der Borsten 114 und der Dichte eines Kopiebilds . Die Beziehungskurven ge­ mäß Fig. 9 verdeutlichen, daß der spezifische Widerstand der bei der Entwicklungsvorrichtung verwendeten Tonerteilchen innerhalb eines zweckmäßigen Bereichs liegt.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird eine Gleichspannung an die Elektro­ denplatte 102 angelegt, die als Einrichtung zur zwangs­ weisen Aufladung des Toners 88 dient, während eine Wech­ selspannung dem Elektrodenschlauch 112 aufgeprägt wird, der als Einrichtung zur Beseitigung von ungenügend aufgela­ denen Tonerteilchen zwecks Unterdrückung einer Schleier­ bildung dient.

Beispielsweise kann gemäß Fig. 10 als Einrichtung zur zwangsweisen Auf­ ladung des Toners 88 eine Leiste bzw. ein Streifen 120 aus einem dielektrischen Material verwendet werden, die bzw. der mit der entgegengesetzten Polarität aufgeladen ist, auf welche der Toner 88 zwangsweise aufgeladen wird. Diese Leiste 120 kann beispielsweise aus Äthylentetra­ fluorid bestehen. Durch die Reibungsberührung zwischen den Tonerteilchen 88 und dieser Leiste 120 wird letztere negativ aufgeladen, während die Tonerteilchen 88 positiv aufgeladen werden. Fig. 11 veranschaulicht die durch Ver­ suche bestimmte Beziehung zwischen der Länge der Leiste 120 und der Größe der Tonerladung. Aus Fig. 11 geht her­ vor, daß bei Verwendung einer Leiste 120 mit einer Länge von mehr als 30 mm die Tonerteilchen auf dieselbe Größe (16 µc/g) aufgeladen werden können wie beim herkömm­ lichen Zweikomponententoner mit Eisenpulver als Träger.

Weiterhin kann der Elektrodenschlauch 112, der zur Entfer­ nung oder Beseitigung von ungenügend aufgeladenen Toner­ teilchen zwecks Unterdrückung einer Schleierbildung dient, von der Gleichspannungsquelle 122 her mit einer Gleich­ spannung beschickt werden, welche die dem aufgeladenen Toner entgegengesetzte Polarität besitzt. Bei Verwen­ dung dieser Gleichspannungsquelle tritt keine Ablösung in dem Anteil der Tonerteilchen auf, die durch das Ober­ flächenpotential in der Größenordnung von einigen 100 V fest an den erstgenannten Teil der Mantelfläche der zylindrischen lichtempfindlichen Schicht 38 b angezogen werden. Andererseits wird jedoch ein anderer Anteil der Tonerteilchen abgestoßen, die durch den zweitgenannten Teil der Mantelfläche der lichtempfindlichen Schicht 38 b mit einer schwachen Anziehungskraft aufgrund eines Oberflächenpotentials von einigen Volt angezogen werden und eine Schleierbildung herbeiführen. Durch Verwendung der genannten Gleichspannungsquelle 122 kann somit eine Schleierbildung wirksam unterdrückt werden.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform bezieht sich auf den Fall, in welchem die zylindrische lichtempfindliche Schicht 38 b negativ aufgeladen wird, während der Toner zwangsweise positiv aufgeladen wird. Bei entsprechender Wahl des Materials der lichtempfindlichen Schicht 38 b ist es jedoch auch möglich, der lichtempfindlichen Schicht 38 b eine positive und dem Toner eine negative Ladung zu erteilen.

Claims (14)

1. Entwicklungsvorrichtung für ein elektrostatisches Kopiergerät mit einer lichtempfindlichen Schicht (38 b), der ein latentes Ladungsbild bestehend aus eigentlichen Bildbereichen mit hohem Potential und Bilduntergrundbereichen mit niedrigem Potential auf­ prägbar ist, mit einer drehbaren Entwicklungswalze (92) mit einer großen Anzahl von Haaren bzw. Bor­ sten (114), die unter Kontaktierung der Oberfläche der lichtempfindlichen Schicht (38 b) dieser einen Toner (88) zuführen, wobei der Toner (88) von den eigentlichen Bildbereichen mit einer starken und von den Bilduntergrundbereichen mit einer schwachen Anziehungskraft angezogen wird, und mit einer Ent­ wicklungselektrode zur Verhinderung der Anlagerung von Toner in den Bilduntergrundbereichen, wobei die Entwicklungswalze (92) einen zylindrischen Körper (110) aus einem elastischen Werkstoff aufweist und die Entwicklungselektrode durch eine Elektroden­ schicht (112) gebildet ist, welche die Mantelfläche des zylindrischen Körpers (110) umgibt und der ein vom Potential der eigentlichen Bildbereiche ver­ schiedenes Potential aufprägbar ist, und wobei die Borsten (114) eine geringe Länge besitzen und in die Mantelfläche der Elektrodenschicht (112) einge­ lassen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenschicht (112) aus einem leitfähigen Gummischlauch besteht, der um die Mantelfläche des zylindrischen Körpers (110) herumgelegt und an dieser mit Hilfe eines Klebmittels befestigt ist.

2. Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Borsten (114) jeweils eine Länge von weniger als 1,5 mm besitzen.

3. Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Borsten (114) aus koh­ lenstoffhaltigen Fasern mit einem spezifischen Wi­ derstand im Bereich von 10³-10⁷ Ω · cm hergestellt sind und daß der Gummi des leitfähigen Gummi­ schlauches einen niedrigeren spezifischen Wider­ stand besitzt als die Borsten (114)

4. Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Toner (88) durch Reibungsbe­ rührung mit den Borsten (114) aufladbar ist.

5. Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Elektrodenschicht (112) mit einer Wechselspannungsquelle (116) verbunden ist.

6. Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Elektrodenschicht (112) mit einer Gleichspannungsquelle (104, 122) verbunden ist, die ein Potential einer Polarität liefert, wel­ che der des aufgeladenen Toners (88) entgegenge­ setzt ist.

7. Entwicklungsvorrichtung nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ent­ wicklungswalze (92) in einem Gehäuse (86) mit einer Öffnung gelagert ist und daß die Borsten (114) den Toner (88) der Oberfläche der lichtempfindlichen Schicht (38 b) durch diese Öffnung hindurch zufüh­ ren.

8. Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gehäuse (86) eine Toneraufnah­ meeinrichtung (90) und eine Einrichtung (98) zur Förderung des Toners von der Toneraufnahmeeinrich­ tung (90) zur Entwicklungswalze (92) über eine To­ nerförderstrecke aufweist.

9. Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Tonerförderstrecke mit Mit­ teln (100) zur Regelung der von der Fördereinrich­ tung (98) geförderten Tonermenge und mit einer Ein­ richtung (102) zur zwangsweisen Aufladung des zuge­ führten Toners (88) versehen ist.

10. Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einrichtung zur zwangsweisen Aufladung des Toners (88) eine an der Innenwand des Gehäuses (86) montierte Leiter (120) aus einem Werk­ stoff aufweist, der mit der dem aufgeladenen Toner entgegengesetzten Polarität aufladbar ist.

11. Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiste (120) aus Äthylen­ tetrafluorid hergestellt ist.

12. Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einrichtung zum zwangsweisen Aufladen des Toners (88) eine im Gehäuse (86) ange­ ordnete Elektrode (102) aufweist, der eine Gleich­ spannung mit derselben Polarität wie der des aufge­ ladenen Toners aufprägbar ist.

13. Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (100) zur Regelung der Tonerzufuhr mehrere Klingen umfassen, die zwi­ schen der Einrichtung (102) zum zwangsweisen Aufla­ den des Toners und der Toneraufnahmeeinrichtung (90) angeordnet sind.

14. Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Klingen (100) jeweils kamm­ förmig ausgebildet und in der Nähe der Einrichtung zum zwangsweisen Aufladen des Toners (88) angeord­ net sind.