DE3338692A1

DE3338692A1 - Verfahren und vorrichtung zum entwickeln eines tonerbildes

Info

Publication number: DE3338692A1
Application number: DE19833338692
Authority: DE
Inventors: Herwig Dr.-Ing. 7000 Stuttgart Offner; Klaus 7014 Kornwestheim Taulien
Original assignee: Develop Dr Eisbein GmbH and Co
Current assignee: Develop Dr Eisbein GmbH and Co
Priority date: 1983-10-25
Filing date: 1983-10-25
Publication date: 1985-05-02
Also published as: JPS60102670A; FR2553909A1; FR2553909B1

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Entwickeln eines Tonerbildes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entwickeln eines Tonerbildes auf einer mit einem latenten elektrostatischen Ladungsbild versehenen, fotoleitfähigen Unterlage mittels einer Magnetbürste, die aus einem mehrpoligen Magnetkern und einer diesen umgebenden, rotierenden Hülse gebildet ist, auf deren Umfangsfläche eine gleichmäßige Schicht eines isolierenden, magnetischen Einkomponententoners umläuft und die unter Belassen eines Entwicklungsspaltes der vorbeibewegten Unterlage gegenüberliegt, wobei die Magnetbürste bezüglich der Unterlage an einer Wechselspannung anliegt.

Bei einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art (US-PS 42 99 900) steht der mehrpolige Magnetkern still. Nur die Hülse rotiert. Einem Pol des Magnetkerns gegenüberliegend ist ein Rakel aus megnetisierbarem Material angeordnet, wodurch es möglich wird, den Toner mit einer sehr dünnen Schicht auf die Hülse aufzutragen. Der Entwicklungsspalt ist so bemessen, daß in seinem Bereich die Tonerschicht einen Abstand zu der mit dem Ladungsbild versehenen Unterlage einhält. Zwischen der Unterlage und der Magnetbürste ist eine niederfrequente Wechselspannung angelegt, deren Frequenz etwa 2OO Hz und deren Spannung etwa 800 V betragen soll. Die Verwendung einer derart dünnen Tonerschicht ist ungünstig, da zum einen das Tonerangebot für das Entwickeln relativ gering ist. Zum anderen wird es dadurch notwendig, den Abstand zwischen der Unterlage und der Tonerschicht im Entwicklungsspalt sehr exakt einzuhalten, was sehr hohe Anforderungen an die Toleranzen der Lagerungen der Magnetbürste und der Unterlage stellt. In der Praxis lassen sich diese engen Toleranzen wenn überhaupt nur mit hohem Aufwand realisieren. Darüber hinaus besteht die Gefahr, daß sich nach einer längeren Bet-riebszeit ein Spiel einstellt, so daß die Toleranzen nicht

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mehr eingehalten werden können, wodurch das Entwicklungsergebnis negativ beeinträchtigt wird.

Bei einem anderen bekannten Verfahren (US-PS 41 21 931) läuft auf einer einen mehrpoligen Magnetkern umgebenden rotierenden Hülse ein isolierender, magnetischer Einkomponententoner mit einer Schichtdicke um, die so ist, daß der Toner die Unterlage berührt. Durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen der Hülse und der das Ladungsbild tragenden Unterlage erfolgt eine Aufladung des Einkomponententoners entgegengesetzt der Polarität der zu entwickelnden Bereiche der Unterlage, wodurch eine Tonerübertragung bewirkt werden soll. Bei diesem Verfahren ist die Ent- wicklung von feinen Linien oder scharfen Kanten schwierig. Da außerdem die fotoleitfähigen Unterlagen sich insbesondere bei Mehrfachkopien nicht restlos entladen lassen, verbleiben auch in den Nicht- Bildbereichen Restladungen. Durch die angelegte Gleichspannung erfolgt dann auch in diesen Bereichen teilweise eine übertragung des Toners, so daß sich auch in diesen Bereichen ein störender und die Kopiengualität beeinträchtigender Hintergrund ausbildet.

Der Er-findung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, durch das es ermöglicht wird, ohne die Gefahr von Hintergrundbildung feine Linien und scharfe Kanten zu entwickeln, wobei ferner an das Einhalten einer engen Toleranz in dem Entwicklungsspalt keine allzu hohen Anforderungen gestellt werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Magnetkern zu Rotation angetrieben ist, daß die Frequenz der Wechselspannung größer als 15 kHz ist, und daß die Dicke der Schicht des Einkomponententoners wenigstens gleich groß wie der Entwicklungsspalt gehalten ist. Da kein Abstand zwischen der Tonerschicht und der Unterlage eingehalten wird, sondern vielmehr eine Berührung der Tonerschicht an der Unterlage erfolgt, wird es zum einen möglich, eine relativ dicke Tonerschicht vorzusehen und damit ein hohes Angebot an Toner zur Verfügung zu stellen. Durch

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den direkten Kontakt des Toners mit dem Ladungsbild wird eine Streuung der Feldlinien des Ladungsbildes vermieden, so daß die Abbildung von feinen Linien verbessert wird. Durch die Rotation des Magnetkernes und die angelegte hochfrequente Wechselspannung wird ein kombiniertes magnetisches-elektrisches Wechselfeld erhalten, das insbesondere die kleinen Tonerpartikel in schnelle Vibrationen versetzt. Als Folge ergibt sich, daß gerade diese kleinen Tonerpartikel sich dann aufgrund von Ladungsdifferenzen ohne starke Be-hinderung durch größere Tonerpartikel durch das Tonermaterial hindurchbewegen können. Das Angebot von kleinen, feinen Tonerpartikeln an dem Ladungsbild wird somit erhöht, was insbesondere für eine exakte Abbildung von scharfen Rändern und feinen Linien von Vorteil ist. Durch die Erhöhung der Beweglichkeit, insbesondere der feinen Tonerpartikel innerhalb der Schicht aus dem Einkomponententoner, wird somit eine wesentlich verbesserte Qualität der Kopie erreicht.

Zweckmäßig wird eine Wechselspannung mit einer Frequenz von bis 20 kHz angelegt. Diese Frequenz ist so hoch, daß die Tonerpartikel selbst nicht durch das elektrische Feld zu translatorischen Bewegungen angeregt werden, wobei jedoch festzustellen ist, daß insgesamt die Tonerschicht aufgelockert wird. Vorteilhaft ist es, wenn die Wechselspannung eine Amplitude von Spitze zu Spitze von mehr als 1400 Vpp, vorzugsweise mehr als 1600 Vpp aufweist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß der Wechselspannung eine Gleichspannung von 30 bis 60 V überlagert ist, die eine dem Ladungsbild der Unterlage entsprechende Polarität aufweist. Durch diese Maßnahme wird vermieden, daß in den Nicht-Bildbereichen, die insbesondere bei Mehrfachkopien eine

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Restladung aufweisen können, eine Tonerübertragung erfolgt, da eine Potentialdifferenz vermieden wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird bei einer Vorrichtung zum Entwickeln eines Tonerbildes auf einer mit einem latenten elektrostatischen Ladungsbild versehenen, fotoleitfähigen Unterlage mit einer Magnetbürste aus mehrpoligen Magnetkern, der von einer angetriebenen Hülse umgeben ist, die unter Belassen eines Entwicklungsspaltes der an der Hülse vorbeibewegten Unterlage gegenüberliegt und die mit ihrem Umfang in einen Vorratsbehälter für einen magnetischen, isolierenden Einkomponententoner ragt, dessen Auslauf mit einem einen vorgegebenen Abstand zu der Hülse aufweisenden Rakel versehen ist, wobei an die Magnetbürste eine Wechselspannung angelegt ist, daß der Abstand zwischen Hülse und Rakel größer ist als der Entwicklungsspalt, daß der Magnetkern mit einem Drehantrieb versehen ist, und daß die Frequenz der Wechselspannung wenigstens 15 kHz beträgt. Mit Hilfe dieser Vorrichtung wird in dem Entwicklungsspalt, in welchem das Tonermaterial die Unterlage berührt, ein kombiniertes magnetisches, elektrisches Wechselfeld erreicht, das zu einer Auflockerung des Tonermaterials und zu einer Erhöhung der Bewegungsfähigkeit insbesondere kleiner Tonerpartikel führt. Die kleinen Tonerpartikel können deshalb leichter übertragen werden, was im wesentlichen durch das elektrostatische Feld des Ladungsbildes der Unterlage verursacht wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform und den Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist weitgehend schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entwickeln eines Tonerbildes dargestellt.

Als Unterlage dient eine Trommel 1, auf deren Mantelfläche eine Schicht 2 aus fotoleitfähigem Material, beispielsweise Se]en aufgetragen ist, die geerdet ist und somit an dem Potential Null anliegt. Auf der-Schicht 2 wird in bekannter Weise ein latentes

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elektrostatisches Ladungsbild erzeugt, das durch übertragen eines isolierenden, magnetischen Einkomponententoners 6 entwickelt wird. Es findet ein magnetischer Einkomponententoner von einer Partikelgröße von 5 bis 30 micrometer und vorzugsweise 5 bis 25 micrometer Verwendung, der einen Widerstand von 1014 ohm cm aufweist.

Der Einkomponententoner 6 ist in einen Vorratsbehälter 5 eingegeben, der mit einer unteren öffnung versehen ist, in deren Bereich eine Magnetbürste angeordnet ist. Die Magnetbürsteenthält einen mehrpoligen, wenigstens achtpoligen Magnetkern mit in Umfangsrichtung in regelmäßiger Folge wechselnden Magnetpolen, die sich jeweils in axialer Richtung erstrecken. Der Magnetkern 3 ist von einer Hülse 4 aus einem legierten Stahl umgeben. Der Magnetkern 3 und die Hülse 4 sind entspre-chend den eingezeichneten Pfeilen zu gegensinniger Drehung angetrieben. Die Hülse 4 besitzt eine Drehzahl in der Größenordnung von 200 bis 270 min"1, während der Magnetkern 3 zu Drehzahlen in der Größenordnung von 1000 bis 1350 min"¹ angetrieben ist. Bevorzugt wird ein Drehzahlverhältnis zwischen Hülse 4 und Magnetkern 3 von etwa 1 : 5 eingehalten. Durch die Drehung der Hülse 4 und des Magnetkerns 3 wird der Einkomponententoner 6 auf der Hülse 4 in Umfangsrichtung gefördert, und zwar mit einer Bewegungsrichtung gegen die Drehrichtung des Magnetkerns 3. Die Dicke der auf der Hülse 4 umlaufenden Schicht 8 aus Einkomponententoner 6 wird durch einen Rakel 7 begrenzt, der mit einer Schneide radial zur Hülse 4 gerichtet ist und der an dem Vorratsbehälter 5 befestigt ist. Der Rakel 7 ist in einem radialen Abstand a₂ zu der Hülse 4 angeordnet, durch den die Dicke der Schicht 8 bestimmt wird.

Der Rakel 7 besteht aus einem magnetisierbaren Material, beispielsweise einem Stahlblech, so daß sich aufgrund der Wechselwirkung zwischen dem Magnetkern 3 und der Schneide des Rakels eine Dicke für die Schicht 8 einstellt, die etwas kleiner als der Abstand a_o ist.

Die Achsen der Magnetbürste und der Trommel 1 verlaufen parallel zueinander. Die Magnetbürste ist derart angeordnet, daß zwischen der Hülse 4 und der Schicht 2 der Trommel 1 ein Entwicklungsspalt a .j eingehalten wird, der in der Größenordnung von 0,25 bis 0,4 mm liegt. Der Abstand a₂ zwischen dem Rakel 7 und dem Umfang der Hülse 4 ist so eingestellt, daß die Schichtdicke der Schicht 8 aus Einkomponententoner 6 wenigstens der Größe des Entwicklungsspaltes a-j entspricht und vorzugsweise geringfügig größer ist, d. h. etwa 5 bis 15 %.

An die Hülse 4, die bevorzugt elektrisch leitend ist, aber auch mit einem dünnen elektrisch isolierenden Überzug versehen sein kann, ist mittels eines Generators 9 eine hochfrequente Wechselspannung angelegt, die mit einer schwachen Gleichspannung überlagert ist. Die Gleichspannung, die 30 bis 60 V und vorzugsweise 40 V beträgt, besitzt eine Polarität, die der Polarität der BiIdbereiche des Ladungsbildes der Schicht 2 entspricht. Die vorzugsweise sinusförmige Wechselspannung besitzt eine Frequenz von mehr als 15 kHz und die vorzugsweise in den Bereich von 18 bis 20 kHz liegen. Die Amplitude der Wechselspannung beträgt von Spitze zu Spitze 1600 Vpp. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgesehen, daß die Umfangsgeschwindigkeit der fotoleitfähigen Schicht etwa 10 bis 15 cm/sec. beträgt.

Durch die Kombination des angelegten hochfrequenten Wechselfeldes in Verbindung mit dem durch die Rotation des Magnetkernes 3 entstehenden magnetischen Wechselfeld und in Verbindung mit dem Berühren der Schicht 8 aus Einkomponententoner werden sehr gute Entwicklungsergebnisse erreicht, die darauf beruhen, daß insbesondere die Beweglichkeit der kleinen Tonerpartikel erhöht wird, so daß bei feinen Linien und scharfen Rändern ein relativ hohes Angebot dieser feinen Tonerpartikel vorliegt. Durch die Brührung der Schicht 8 des Einkomponententoners 6 mit der fotoleitfähigen Schicht 2 wird eine Streuung der Feldlinien des Ladungsbildes vermieden, so daß in Kombination mit den übrigen Maßnahmen eine sehr scharfe Abbildung erhalten wird. Zusätzlich wird durch die überlagerte Gleichspannung verhindert, daß auch bei Mehrfachkopien eine Hintergrundbildung auftritt.

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Claims

-':':'. PAT E fi TAN WXLTB-' DR.- ING. H. H. WtLK E LV. - DIPL.- ING. H. DAUSTER D-7000 STUTTGART 1 · GYMNASIUMSTRASSE 31B- TELEFON (0711) 291133/29 28 Anmelder; Stuttgart, den 24. Oktober 1983 Develop Dr. Eisbein GmbH & Co. JJ81/|± Dieselstraße 8 Gerlingen 1 Ansprüche

1. Verfahren zum Entwickeln eines Tonerbildes auf einer mit einem latenten elektrostatischen Ladungsbild versehenen, fotoleitfähigen Unterlage mittels einer Magnetbürste, die aus einem mehrpoligen Magnetkern und einer diesen umgebenden, rotierenden Hülse gebildet ist, auf deren Umfangsfläche eine gleichmäßige Schicht eines isolierenden, magnetischen Einkomponententoners umläuft und die unter Belassen eines Entwicklungsspaltes der vorbeibewegten Unterlage gegenüberliegt, wobei die Magnetbürste bezüglich der Unter lage an einer Wechselspannung an-liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern zu Rotation angetrieben ist, daß die Frequenz der Wechselspannung größer als 15 kHz ist, und daß die Dicke der Schicht aus Einkomponententoner wenigstens gleich groß wie der Entwicklungsspalt gehalten ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wechselspannung mit einer Frequenz von 18 bis 20 kHz angelegt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung eine Amplitude von Spitze zu Spitze von mehr als 1400 Vpp, vorzugsweise mehr als 1600 Vpp aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Toner im Entwicklungsspalt in der Bewegungsrichtung der Unterlage umläuft.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselspannung eine Gleichspannung von 30 bis 60 V überlagert ist, die eine dem Ladungsbild der Unterlage entsprechende Polarität aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einkomponententoner mit einem Widerstand von etwa 10'^ Ohm cm und eine Partikelgröße von etwa 5 μ bis 30 μ verwendet wird.

7. Vorrichtung zum Entwickeln eines Tonerbildes auf einer mit einem latenten elektrostatischen Ladungsbild versehenen, fotoleitfähigen Unterlage mit einer Magnetbürste aus einem mehrpoligen Magnetkern, der von einer angetriebenen Hülse umgeben ist, die unter Belassen eines Entwicklungsspaltes der an der Hülse vorbeibewegten Unterlage gegenüberliegt und die mit ihrem Umfang in einen Vorratsbehälter für einen magnetischen, isolierenden Einkomponententoner ragt, dessen Auslauf mit einem einen vorgegebenen Abstand zu der Hülse aufweisenden Rakel versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a^) zwischen Hülse (4) und Rakel (7) größer als der Entwicklungsspalt (a-j) ist, der Magnetkern (3) mit einem Drehantrieb versehen ist, und daß die Frequenz der Wechselspannung wenigstens 15 kHz beträgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rakel (7) aus einem magnetisierbaren Material hergestellt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (4) derart zu einer Rotation angetrieben ist, daß sie sich im Entwicklungsspalt (a^) gleichsinnig mit der Unterlage (2) bewegt, und daß der Magnetkern (3) gegensinnig zur Hülse (4) angetrieben ist.

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