DE69821430T2

DE69821430T2 - Entwicklungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69821430T2
Application number: DE69821430T
Authority: DE
Inventors: Yasayuki Ishii; Tadayuki Tsuda; Shinichi Sasaki; Kanji Yokomori; Kouji Hashimoto; Toru Oguma; Nobuharu Hoshi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1998-10-08
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2018-10-09
Also published as: EP0908793B1; US6229979B1; AU720397B2; CN1114132C; EP0908793A2; AU8838398A; DE69821430D1; CN1217489A; EP0908793A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entwicklungsvorrichtung zum Entwickeln eines elektrostatischen Bildes auf einem Bildträgerelement für eine Bilderzeugungsvorrichtung eines elektrofotografischen Typs oder elektrostatischen Aufzeichnungstyps, beispielsweise ein Kopiergerät oder einen Drucker.
Bei einer Bilderzeugungsvorrichtung eines elektrofotografischen Typs wird ein auf dem Bildträgerelement ausgebildetes latentes elektrostatisches Bild von einer Entwicklungsvorrichtung in ein Tonerbild visualisiert.
Eine solche Entwicklungsvorrichtung ist eine Einkomponenten-Entwicklungsvorrichtung vom Trockentyp mannigfaltiger Art. Hierbei ist es schwierig, eine dünne Schicht aus Toner, bei dem es sich um einen Einkomponentenentwickler handelt, auf einem Entwicklerträgerelement auszubilden.
In neuerer Zeit werden Verbesserungen in bezug auf die Auflösung eines Bildes und die Schärfe o. ä. desselben gewünscht. Weitere Verbesserungen in bezug auf das Ausbildungsverfahren für die dünne Schicht sind ebenfalls wünschenswert.
Beispielsweise wird gemäß der offengelegten japanischen Patentanmeldung SHO 54-43038 ein elastisches Blatt, das als Regulierelement funktioniert und aus einem Material, wie Metall und Gummi besteht, mit einer Entwicklungshülse in Kontakt gebracht, bei der es sich um ein Entwicklerträgerelement handelt, und der Toner wird durch den Kontaktabschnitt zwischen dem elastischen Blatt und der Entwicklungshülse geleitet, wodurch eine dünne Schicht des Toners mit einer regulierten Dicke ausgebildet wird. Durch Reibung im Kontaktabschnitt wird der Toner in ausreichender Weise triboelektrisch aufgeladen.
Wenn in diesem Fall der nicht magnetische Toner vom elastischen Blatt reguliert wird, ist zusätzlich ein Tonerzuführelement zum Zuführen des Toners auf die Entwicklungshülse erforderlich. Im Falle von magnetischem Toner kann der Toner durch die magnetische Kraft des Magneten in der Entwicklungshülse auf die Entwicklungshülse geführt werden. Im Falle eines nicht magnetischen Toners ist jedoch eine Zufuhr des Toners durch magnetische Kraft nicht möglich.
Es wurde dann eine Entwicklungsvorrichtung 50 vorgeschlagen, wie in 15 gezeigt. Bei dieser Entwicklungsvorrichtung 50 wird eine elastische Rolle 55 aus einem Schaumelement oder eine Pelzbürste aus Polyurethanschaum, Schwammmaterial o. ä. mit der Entwicklungshülse 52 in einer Position aufstromseitig eines elastischen Blattes 51 in Drehrichtung der Entwicklungshülse 52 in Kontakt gebracht, und zwar in einem Entwicklungsbehälter 54, der einen nicht magnetischen Toner 53 als Einkomponentenentwickler aufnimmt, und in einer durch den Pfeil D angedeuteten Richtung gedreht, wodurch der Toner 53 der Entwicklungshülse 52 zugeführt wird.
Der der Entwicklungshülse 52 zugeführte Toner 53 wird dem Kontaktabschnitt zwischen dem elastischen Blatt 51 und der Entwicklungshülse 52 bei der Drehung der Entwicklungshülse zugeführt, in eine dünne Schicht geformt und einer Entwicklung eines latenten elektrostatischen Bildes auf einem lichtempfindlichen Element 1, bei dem es sich um ein Bildträgerelement handelt, zugeführt. Der Toner 53, der auf der Entwicklungshülse 52 zurückbleibt, ohne für die Entwicklung verbraucht worden zu sein, wird von der elastischen Rolle 55 entfernt, und frischer Toner 53 wird der Entwicklungshülse 52 von einer elastischen Rolle 55 zugeführt, wobei diese Vorgänge wiederholt werden. Wenn es sich bei dem Material der Entwicklungshülse 52 um Metall handelt, wird es im Hinblick auf einen Verschleiß dieses Metalls nicht bevorzugt, eine dünne Platte für ein elastisches Blatt 51 zu verwenden. Es ist vielmehr wünschenswert, ein Gummimaterial, wie Urethan oder Silikon, zu verwenden, um eine dünne Tonerschicht vorzusehen.
Mit einer derartigen Ausführungsform wird die Ausbildung einer dünnen Schicht des nicht magnetischen Toners auf der Entwicklungshülse möglich gemacht. 16 ist eine Ansicht einer Entwicklungsvorrichtung 50 der 15 vom lichtempfindlichen Element 1 aus gesehen, wobei die Entwicklungshülse 52 zum besseren Verständnis weggelassen wurde und der Kontaktspalt zwischen dem elastischen Blatt 51 und der Entwicklungshülse 52 durch schraffierte Linien angedeutet ist.
Wie in 16 gezeigt, ist ein Enddichtungselement 57 in einem Spalt zwischen der Öffnung des Entwicklungsbehälters 54 und jedem der gegenüberliegenden Enden der Entwicklungshülse 52 vorgesehen, wobei dieses Enddichtungselement 57 aus Fasermaterial, wie Wollfilz oder Teflonfaser, oder Polyurethanschaum, Gummischwamm o. ä. besteht, um ein Lecken des Toners durch den Spalt zwischen dem Entwicklungsbehälter 54 und den gegenüberliegenden Längsendabschnitten der Entwicklungshülse 52 zu verhindern. Wie in 16 gezeigt, ist das elastische Blatt 51 ferner zwischen die Entwicklungshülse 52 und das Enddichtungselement 57 an den gegenüberliegenden Enden festgeklemmt (mit anderen Worten durch Unterdrucksetzen der Rückseite des elastischen Blattes 51 durch das Enddichtungselement 57), um ein Lecken des Toners an den gegenüberliegenden Enden des Entwicklungsblattes 51 zu verhindern.
Bei einer derartigen Ausführungsform ist es jedoch erforderlich, das Enddichtungselement 52 mit der Entwicklungshülse 52 mit einem ziemlich hohen Druck in Presskontakt zu bringen, um die Dichtungseigenschaften sicherzustellen, was zur Folge hat, daß das elastische Blatt 51, das zwischen die Entwicklungshülse 52 und das Enddichtungselement 57 geklemmt ist, verformt wird, als ob es der Umfangsfläche der Entwicklungshülse 52 vom Spalt der Entwicklungshülse an den gegenüberliegenden Enden bis zum Randabschnitt folgen würde.
Als Folge davon neigt der in Längsrichtung innere Endabschnitt des elastischen Blattes 51 dazu, sich zu trennen, so daß daher die auf der Entwicklungshülse 52 an diesen Abschnitten ausgebildeten Entwicklungsschichten dicker sind als am anderen Abschnitt und die Aufladung des Toners 53 gering wird. Es entsteht daher eine ungleichmäßige Aufladung in Längsrichtung der Entwicklungshülse 52. Wenn daher eine Spannung (Entwicklungsvorspannung) während des Entwicklungsvorganges an die Entwicklungshülse 52 gelegt und der Toner 53 von den gegenüberliegenden Enden der Entwicklungshülse 52 auf das lichtempfindliche Element 1 übertragen wird, entstehen ein trübes Bild und/oder eine Ungleichmäßigkeit in der Bilddichte infolge der Ungleichmäßigkeit der Aufladung des Toners an der Entwicklungshülse 52.
Als Lösung für dieses Problem kann man einen geneigten abgeschnittenen Abschnitt an jedem gegenüberliegenden Ende des elastischen Blattes vorsehen. Wie in 17 gezeigt, wird der Abstand vom abstromseitigsten Punkt in Bezug auf die Drehrichtung der Entwicklungshülse eines Spaltes zwischen dem elastischen Blatt 58 und der Entwicklungshülse 52 bis zum freien Ende des elastischen Blattes 58 kontinuierlich in Richtung auf das Ende benachbart zu jedem gegenüberliegenden Längsende des elastischen Blattes 58 verringert, und mindestens der freie Endabschnitt am Endabschnitt befindet sich im Kontaktspalt. Selbst wenn sich daher der in Längsrichtung innere Endabschnitt des elastischen Blattes 58 abtrennt und daher die Entwicklungsschichten, die an diesen Abschnitten auf der Entwicklungshülse 52 ausgebildet werden, dicker sind als die des anderen Abschnittes, wie vorstehend erläutert, wird ein Tonerlecken an den gegenüberliegenden Enden des elastischen Blattes 58 und der Entwicklungshülse 52 verhindert, da der Kontaktspalt klein ist und die Neigung zum Auftreten eines Randkontaktes besteht. Ferner kann die dünne Schicht des nicht magnetischen Toners auf zufriedenstellende Weise auf der Entwicklungshülse 52 ausgebildet und das latente elektrostatische Bild zufriedenstellend auf dem lichtempfindlichen Element 1 (Bildregelelement) entwickelt werden.
Wenn jedoch der Entwicklungsvorgang mit der Entwicklungsvorrichtung viele Male wiederholt wird, neigt der Toner 53 dazu, nicht am mittleren Abschnitt, sondern an den gegenüberliegenden Enden des elastischen Blattes 58 zusammengepackt zu werden, da der Druck (Kraft pro Flächeneinheit) in den Endabschnitten groß ist. Durch das Zusammenpacken wird das elastische Blatt 58 an den gegenüberliegenden Enden des Spaltes angehoben, was zur Folge hat, daß die Tonerschicht allmählich dick wird. Die elektrische Anziehungskraft (Spiegelkraft) auf die Entwicklungshülse 52 nimmt ab, was zur Folge hat, daß der Toner 53 als Trübung auf dem lichtempfindlichen Element 1 abgelagert wird oder von der Oberfläche auf die Entwicklungshülse 52 fällt, so daß das Innere der Bilderzeugungsvorrichtung beträchtlich verunreinigt wird (Tonerlecken).
An den geneigten abgeschnittenen Abschnitten des elastischen Blattes 58 an den gegenüberliegenden Enden wird der durch die Drehung der Entwicklungshülse 52 zugeführte Toner 53 angesammelt, und der Toner 53 bewegt sich zu den Enden, wobei viele Entwicklungsvorgänge wiederholt werden. Dieser Toner 53 dringt durch die kleinen Spalte, die vom Enddichtungselement 57 an den gegenüberliegenden Enden des elastischen Blattes 58 und der Entwicklungshülse 52 gebildet werden. Folglich wird die Oberfläche des Enddichtungselementes 57, das mit der Entwicklungshülse 52 in Kontakt steht, allmählich mit Reibung durch den Toner 53 beaufschlagt, was zur Folge hat, daß die Entwicklungshülse 52 durch die Reibung zwischen dem Dichtungselement 57 und der Entwicklungshülse 52 abgekratzt wird. Wenn die Entwicklungshülse 52 abgekratzt wird, nimmt die Aufladung des Toners 53 ab, und die elektrische Anziehungskraft (Spiegelkraft) auf die Entwicklungshülse 52 wird geringer, was zur Folge hat, daß sich der Toner 53 auf dem lichtempfindlichen Element 1 als Trübung absetzen kann oder der Toner 53 von der Oberfläche der Entwicklungshülse 52 nach außen fällt, wodurch das Innere der Bilderzeugungsvorrichtung verunreinigt wird.
Der Abfall der Ladung des Toners ist besonders groß bei Umgebungen mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit.
Sphärische Tonerpartikel mit glatten Oberflächen (der Formfaktor SF-1 beträgt 100/180, und der Formfaktor SF-2 beträgt 100 bis 140) finden in ziemlich großem Umfang Verwendung, da sie zum Zeitpunkt der Übertragung des Bildes vom Bildträgerelement auf das Übertragungsmaterial über eine nicht gezeigte Übertragungseinrichtung gute Bildübertragungseigenschaften besitzen, ferner wegen ihrer Schmierfähigkeit zum Zeitpunkt der Reinigung des Bildträgerelementes durch eine Reinigungseinrichtung, wie ein Blatt und eine Pelzbürste, zur Entfernung des auf dem Bildträgerelement zurückbleibenden nicht übertragenen Toners und da der Verschleiß mit dem Bildträgerelement gering ist. Die vorstehend erwähnte Bewegung des Toners am Ende ist jedoch beträchtlich, da das Fließvermögen eines derartigen Toners groß ist.
Daher muß das besonders vorteilhafte geneigte Abschneiden im Hinblick auf die strengen Anforderungen an die Enddichtung noch verbessert werden.
Die JP-A-3073979 beschreibt eine Entwicklungsvorrichtung der angegebenen Art mit einem Entwicklungsbehälter zur Aufnahme eines Entwicklers, einem Entwicklerträgerelement, das in einer Öffnung des Entwicklungsbehälters zum Tragen eines Entwicklers angeordnet ist, und einem Entwickleraufladungselement zum Aufladen des Entwicklers auf dem Entwicklerträgerelement, das mit einer Spannung beaufschlagt wird.
Die JP-A-60083972 beschreibt eine andere Entwicklungsvorrichtung.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Entwicklungsvorrichtung zu schaffen, die den Entwickler auf dem Entwicklerträgerelement gleichmäßig aufladen kann.
Dieses Ziel wird durch die Entwicklungsvorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das Aufladeelement wird in vorteilhafter Weise von einer Aufladerolle verwirklicht. Ferner kann anstelle einer Rolle auch in geeigneter Weise eine Kontaktbürste oder ein Kontaktblatt geeignet sein.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher bei Betrachtung der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Von diesen zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Bilderzeugungsvorrichtung unter Verwendung einer Entwicklungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1;
2 eine schematische Darstellung einer Entwicklungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1;
3 eine Ansicht der Entwicklungsvorrichtung der Ausführungsform 1 vom lichtempfindlichen Element aus gesehen, wobei die Entwicklungshülse zum besseren Verständnis weggelassen worden ist;
4 eine Ansicht der Entwicklungsvorrichtung vom lichtempfindlichen Element aus gesehen, wobei die Entwicklungshülse ebenfalls dargestellt ist;
5 eine äquivalente Schaltung der Entwicklungsvorrichtung der Ausführungsform 1;
6 ein Diagramm der Wellenform der in Ausführungsform 1 verwendeten Vorspannung;
7 ein Diagramm, das die Tonerentladungseigenschaften einer Rolle (10⁶ Ω) zeigt;
8 ein Diagramm, das die Toneraufladungseigenschaften im Falle einer Injektionsaufladung zeigt;
9 eine schematische Ansicht eines Messverfahrens für den Rollenwiderstand;
10 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Toneraufladerolle und der Größe der Toneraufladung auf einer Entwicklungshülse in Ausführungsform 1 zeigt;
11 eine schematische Darstellung, die eine Entwicklungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 zeigt;
12 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Toneraufladerolle und der Größe der Toneraufladung auf einer Entwicklungshülse in Ausführungsform 2 zeigt;
13 eine schematische Darstellung, die eine Entwicklungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 zeigt;
14 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Toneraufladerolle und der Größe der Toneraufladung auf einer Entwicklungshülse in Ausführungsform 3 zeigt;
15 eine schematische Darstellung, die eine Entwicklungsvorrichtung zeigt, bei der ein nicht magnetischer Einkomponententoner Verwendung findet;
16 eine Ansicht der Entwicklungsvorrichtung der 15 vom lichtempfindlichen Element aus gesehen;
17 eine Ansicht einer Entwicklungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform vom lichtempfindlichen Element aus gesehen;
18 eine Entwicklungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 4 vom lichtempfindlichen Element aus gesehen, wobei die Entwicklungshülse zum besseren Verständnis weggelassen worden ist;
19 eine Entwicklungsvorrichtung von Ausführungsform 4 vom lichtempfindlichen Element aus gesehen, wobei die Entwicklungshülse dargestellt ist;
20 eine Entwicklungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 5 vom lichtempfindlichen Element aus gesehen, wobei die Entwicklungshülse zum besseren Verständnis weggelassen worden ist;
21 eine perspektivische Ansicht eines Toneraufladeelementes, das an jedem der gegenüberliegenden Enden einer Entwicklungshülse in einer Entwicklungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 6 angeordnet ist;
22 eine perspektivische Ansicht eines Toneraufladeelementes in Ausführungsform 7 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
23 eine perspektivische Ansicht eines Toneraufladeelementes gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung;
24 eine Schnittansicht einer Bilderzeugungsvorrichtung unter Verwendung einer Entwicklungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 9;
25e eine Schnittansicht einer Entwicklungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 9;
26 eine Entwicklungsvorrichtung von Ausführungsform 4 vom lichtempfindlichen Element aus gesehen, wobei die Entwicklungshülse dargestellt ist;
27 eine Schnittansicht einer Aufladerolle gemäß Ausführungsform 9;
28 eine Schnittansicht einer Aufladerolle gemäß Ausführungsform 10;
29 eine perspektivische Ansicht des Hauptteiles einer Entwicklungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 11; und
30 eine Schnittansicht einer Aufladerolle gemäß Ausführungsform 11.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nunmehr in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert.
Ausführungsform 1
In Verbindung mit den 1 bis 10 wird Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei einer Bilderzeugungsvorrichtung dieser in 1 gezeigten Ausführungsform wird eine lichtempfindliche Trommel 1 (Bildträgerelement) in einer durch einen Pfeil A angedeuteten Richtung gedreht und von einer Aufladevorrichtung 2 zum Aufladen der lichtempfindlichen Trommel 1 gleichmäßig aufgeladen. Ein latentes elektrostatisches Bild wird von einem Laserstrahl 3 (Belichtungseinrichtung) auf einer Oberfläche erzeugt, um ein latentes elektrostatisches Bild auf die lichtempfindliche Trommel 1 zu schreiben.
Das latente elektrostatische Bild wird durch Entwickeln des Bildes über eine Entwicklungsvorrichtung 4 (Prozesskartusche) in ein Tonerbild visualisiert. Die Entwicklungsvorrichtung ist benachbart zur lichtempfindlichen Trommel 1 angeordnet und in bezug auf die Haupteinheit der Bilderzeugungsvorrichtung lösbar montierbar. Bei dieser Ausführungsform findet eine sogenannte Reversentwicklung (Umkehrentwicklung) Anwendung, bei der der Toner auf dem Abschnitt des lichtempfindlichen Elementes abgelagert wird, der dem Licht ausgesetzt worden ist.
Das auf der lichtempfindlichen Trommel 1 visualisierte Tonerbild wird über eine Transferrolle 9 auf Papier 13 (Aufzeichnungsmaterial) übertragen, und der nicht übertragene Toner, der auf der lichtempfindlichen Trommel 1 verbleibt, wird mit einem Reinigungsblatt 10 entfernt und im Behälter 11 für restlichen Toner angeordnet. Die dem Reinigungsvorgang ausgesetzte lichtempfindliche Trommel 1 wird wiederholt verwendet.
Das Papier 13, das ein Tonerbild empfangen hat, wird mit einer Fixiervorrichtung 12 fixiert und dann zur Außenseite der Vorrichtung abgegeben.
In Verbindung mit 2 wird die Entwicklungsvorrichtung 4 dieser Ausführungsform im einzelnen beschrieben.
Wie in 2 gezeigt, umfasst die Entwicklungsvorrichtung 4 einen Entwicklungsbehälter 14, der isolierenden nicht magnetischen Toner 8 (Einkomponentenentwickler) aufnimmt, und eine Entwicklungshülse 5 (Entwicklerträgerelement), die der lichtempfindlichen Trommel 1 gegenüberliegt und in einer Öffnung angeordnet ist, die sich in Längsrichtung des Entwicklungsbehälters 14 erstreckt. Ein latentes elektrostatisches Bild der lichtempfindlichen Trommel 1 wird in ein visualisiertes Bild entwickelt. Mit 17 ist eine Dichtung bezeichnet.
Im wesentlichen eine Hälfte (rechte Hälfte) der Entwicklungshülse 5 befindet sich im Entwicklungsbehälter 14, und im wesentlichen eine Hälfte (linke Hälfte) der Hülse ist der Außenseite des Entwicklungsbehälters 14 ausgesetzt. Die freiliegende Oberfläche liegt der lichtempfindlichen Trommel 1 mit einem kleinen Spalt gegenüber.
Die Entwicklungshülse 5 wird in einer durch einen Pfeil B angedeuteten Richtung gedreht, und ihre Oberfläche wird auf ein geeignetes Ausmaß aufgeraut, um den Toner 8 auf wirksame Weise zuzuführen und den Reibungseffekt mit dem Toner 8 zu verbessern. Die Aluminiumoberfläche der Entwicklungshülse 5 mit einem Durchmesser von 16 mm ist einer Strahlbehandlung mit regelmäßigen Strahlpartikeln (Glaskugeln (#600)) unterzogen worden, so daß sich eine Oberflächenrauhigkeit Rz von etwa 3 μm ergibt, und der Spalt von der lichtempfindlichen Trommel 1 beträgt etwa 300 μm. Die Entwicklungshülse wird mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 80 mm/s gedreht, die geringfügig größer ist als die Umfangsgeschwindigkeit von 50 mm/s der lichtempfindlichen Trommel 1.
Um ein Tonerlecken an den gegenüberliegenden Enden der Entwicklungshülse 5 zu verhindern, sind Enddichtungselemente 19 in der Entwicklungsbehälteröffnung vorgesehen, um die gegenüberliegenden Enden der Entwicklungshülse 5 abzudichten. Über der Entwicklungshülse 5 ist ein elastisches Blatt 7 (Regulierelement) an einer Blattlagermetallplatte 15 gelagert, und ein Teil dieses Blattes benachbart zum freien Ende tritt mit der Außenfläche der Entwicklungshülse 5 entgegen der Drehrichtung in Oberflächenkontakt (das freie Ende liegt aufstromseitig des Kontaktabschnittes in bezug auf die Drehrichtung der Entwicklungshülse 5). Das elastische Blatt 7 besteht aus Gummimaterial, wie Urethan und Silikon, oder besitzt ein Basiselement in der Position eines oberen Teiles aus SUS oder Phosphorbronze mit federelastischen Eigenschaften und ein Gummimaterial auf der Seite des Basiselementes, die mit der Entwicklungshülse 5 in Kontakt steht.
Das elastische Blatt 7 dieser Ausführungsform besitzt eine Blattlagermetallplatte 15 und eine Platte aus Urethankautschuk mit einer Dicke von 1,0 mm, die hiermit verbunden ist. Die Kontaktkraft relativ zur Entwicklungshülse 5 beträgt 23–35 g/cm (der lineare Druck wird wie folgt gemessen: drei dünne Metallplatten mit bekannten Reibungskoeffizienten werden in den Kontaktabschnitt eingesetzt, und der Mittelabschnitt von einer wird mit einer Federwaage herausgezogen. Die Ablesung der Federwaage wird umgerechnet).
Die elastische Rolle 6 ist aufstromseitig des Kontaktabschnittes zwischen dem elastischen Blatt 7 und der Oberfläche der Entwicklungshülse 5 in Drehrichtung der Hülse 5 angeordnet und drehbar gelagert.
Die Konstruktion derselben ist vorzugsweise eine Schaumskelettschwammkonstruktion oder eine Pelzbürstenkonstruktion mit einem Metallkern und implantierten Fasern aus Rayon, Nylon o. ä., um den Toner 8 auf die Entwicklungshülse 5 zu führen und den nicht für die Entwicklung gebrauchten Toner zu entfernen. Bei dieser Ausführungsform findet eine elastische Rolle 6 mit einem Durchmesser von 12 mm Verwendung, die einen Metallkern 6a mit darauf angeordnetem Polyurethanschaum aufweist. Die Breite des Spaltes zwischen der elastischen Rolle 6 und der Entwicklungshülse 5 beträgt vorzugsweise 1–8 mm und ist vorzugsweise so bemessen, daß am Kontaktabschnitt eine Relativgeschwindigkeit zur Entwicklungshülse 5 erzielt wird. Bei dieser Ausführungsform beträgt die Breite 3 mm, und die elastische Rolle 6 wird mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 50 mm/s während des Entwicklungsvorganges (Relativgeschwindigkeit zur Entwicklungshülse 5 beträgt 130 mm/s) über eine nicht gezeigte Antriebseinrichtung mit einem vorgegebenen Timing gedreht.
3 ist eine Ansicht der Entwicklungsvorrichtung 4 der 2 vom oberen Teil des lichtempfindlichen Elementes aus gesehen, wobei die Entwicklungshülse 5 zum besseren Verständnis weggelassen worden ist.
Wie in 3 gezeigt, nimmt der Abstand zum Rand des elastischen Blattes 7 vom Kontaktspalt mit der Entwicklungshülse 5, der in der Figur durch den schraffierten Abschnitt gekennzeichnet ist, von der mittleren Entwicklungszone in Richtung auf die gegenüberliegenden Enden des elastischen Blattes 7 kontinuierlich ab, und der Endabschnitt des elastischen Blattes 7 an den gegenüberliegenden Enden befindet sich im Kontaktspalt. Die Dicke der Tonerschicht, die auf der Entwicklungshülse 5 ausgebildet wird, ist größer, wenn der Abstand vom aufstromseitigen Ende des Kontaktspaltes in Drehrichtung der Entwicklungshülse 5 bis zum Rand länger ist, wie bekannt. Bei dieser Ausführungsform wird dieser Abstand im Bereich des Endabschnittes durch den mit der Oberfläche der Entwicklungshülse in Kontakt stehenden Abschnitt entsprechend dem kontaktfreien Abschnitt in Längsrichtung der elastischen Rolle 6 größer gemacht als in der normalen Entwicklungszone.
Bei dem Toner 8 handelt es sich um einen nicht magnetischen Einkomponentenentwickler, und es finden sphärische Tonerpartikel mit glatten Oberflächen Verwendung, da diese gute Bildübertragungseigenschaften bei der Übertragung des Bildes vom Bildträgerelement auf das Übertragungsmaterial besitzen und da sie bei der Reinigung des Bildträgerelementes mit der Reinigungseinrichtung, wie einem Blatt oder einer Pelzbürste, zur Entfernung des auf dem Bildträgerelement verbleibenden nicht übertragenen Toners eine gute Schmierfähigkeit aufweisen und da der Verschleiß mit dem Bildträgerelement gering ist. Genauer gesagt, der spezifische Volumenwiderstand des Toners beträgt 10¹⁴Ω. Die Messbedingungen des spezifischen Widerstandes sind wie folgt: Fläche der Messelektrodenplatte 0,238 cm², Druck 980/cm² (96,1 kPa) von einem Gewicht von 1.500 g mit einem Durchmesser von 6 mm, Schichtdicke des Pulvers während der Messung 0,5–1,0 mm, angelegte Spannung Gleichspannung von 400 V und Messung des Stromes mit einem kleinen Amperemeter (YHP 4140pAmeter/DCVoltagesouce). Der spezifische Volumenwiderstand wird aus dem Widerstandswert berechnet.
Der Formfaktor SF-1 beträgt 100–180, und der Formfaktor SF-2 beträgt 100–140. Diese Werte werden wie folgt ermittelt. Es findet ein Gerät FE-SEM (S-800), erhältlich von der Firma Hitachi Seisakusho, Kabushiki Kaisha, Japan, Verwendung, und 100 Proben von Tonerbildern werden willkürlich ausgewählt. Die Bilder werden mit einer Bildanalysiervorrichtung (Luzex 3), erhältlich von der Firma Nikore, über eine Schnittstelle analysiert. Die folgenden Gleichungen finden Verwendung: SF-1 = (MXLNG)2/Fläche × π/4 × 100 SF-2 = (Umfang)2/Fläche × π/4 × 100(Fläche: Tonerprojizierte Fläche, MXLNG: absolute Maximallänge pro 1 Umfangslänge)
Der Formfaktor SF-1 gibt die Sphärizität wieder. Die Nichtsphärizität nimmt bei einem Anstieg des Wertes über 100 zu. SF-2 kennzeichnet den Ungleichmäigkeitsgrad, und die Ungleichmäßigkeit der Oberfläche des Toners nimmt mit einem Anstieg des Wertes über 100 zu.
Bei dem Tonerherstellverfahren kann es sich um ein sogenanntes Pulverisierverfahren (wenn der Formfaktor innerhalb des Bereiches liegt), ein Suspensionspolymerisationsverfahren, das in der offengelegten japanischen Patentanmeldung SHO-36-102231 oder der offengelegten japanischen Patentanmeldung SHO-59-53856 offenbart ist, bei dem der Toner direkt hergestellt wird, um ein Dispersionspolymerisationsverfahren, bei dem der Toner unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels auf Wasserbasis, in dem das Polymer nicht löslich und das Monomer löslich ist, direkt hergestellt wird, oder ein Emulsionspolymerisationsverfahren, beispielsweise ein seifenfreies Polymerisationsverfahren, bei dem der Toner durch Polymerisation in Gegenwart eines wasserlöslichen Eigenschaften aufweisenden Polymerisationsinitiators direkt hergestellt wird, handeln.
Bei dieser Ausführungsform wird von dem Suspensionspolymerisationsverfahren unter Normaldruck oder Überdruck Gebrauch gemacht, da hiermit auf relativ einfache Weise feinkörniger Toner mit einer Partikelgröße von 4–8 μm mit einer scharfen Korngrößenverteilung hergestellt werden kann und da der Formfaktor SF-1 des Toners auf 100–180 und der Formfaktor SF-2 auf 100–140 in einfacher Weise gesteuert werden können. Bei dem Monomer handelt es sich um suspendierte Partikel mit einer gewichtsgemittelten Partikelgröße von 7 μm, die ein Styrolharzmaterial, n-Butylacrylat, eine chemische Metallsalicylat verbindung als Elektrifizierungssteuermaterial, gesättigten Polyester zur Einstellung des Polaritätsbereiches und ein Farbmaterial umfassen.
Dem Material werden 1,5 Gew.-% hydrophobes Silica extern zugesetzt, so daß ein negativer Toner 8 hergestellt wird, der gute Übertragungseigenschaften besitzt und während der Reinigung der lichtempfindlichen Trommel 1 weniger verschleißt, wie vorstehend beschrieben.
Wie in 2 gezeigt, wird bei einer derartigen Entwicklungsvorrichtung 4 der Toner 8 im Entwicklungsbehälter 14 mit der Drehung eines Rührelementes 16 in der durch den Pfeil C angedeuteten Richtung der elastischen Rolle 6 zugeführt.
Der Toner 8 wird mit der Drehung der elastischen Rolle 6 in der durch den Pfeil D angedeuteten Richtung in die Nachbarschaft der Entwicklungshülse 5 geführt. Der von der elastischen Rolle 6 getragene Toner 8 wird durch die Reibung mit der Entwicklungshülse 5 am Kontaktabschnitt zwischen der Entwicklungshülse und der elastischen Rolle 6 einer triboelektrischen Aufladung unterzogen und auf der Entwicklungshülse 5 abgelagert.
Dann wird der Toner 8 mit der Drehung der Entwicklungshülse 5 in der durch den Pfeil B angedeuteten Richtung zugeführt und dem Presskontakt des elastischen Blattes 7 ausgesetzt, so daß er eine richtige triboelektrische Aufladungsmenge erhält, und zu einer dünnen Schicht auf der Entwicklungshülse 5 ausgebildet. Bei dieser Aus führungsform werden die Einstellungen so vorgenommen, daß sich eine richtige Ladungsmenge von –60––20 μC/g und eine richtige Tonerbeschichtungsmenge von 0,4–1,0 mg/cm² bei einer Tonerschichtdicke von 10–20 μm ergeben.
Wenn die Entwicklung in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit wiederholt wird, nimmt jedoch die Ladungsmenge des Toners 8 ab.
Um daher bei dieser Ausführungsform ein Absinken der Ladungsmenge des Toners 8 zu verhindern, wird eine Toneraufladerolle 20 (elastisches Presskontaktelement) mit dem gesamten Bereich der in der Entwicklungshülse 5 ausgebildeten Entwicklerschicht in Presskontakt gebracht, und die Aufladung wird unter Ausnutzung einer Entladung durchgeführt. Bei der Toneraufladerolle 20 handelt es sich um eine Gummirolle aus NBR, die an einem Druckelement 21 montiert ist. Die Kontaktkraft der Toneraufladerolle 20 gegen die Entwicklungshülse 5 vom Druckelement 21 beträgt 100–200 gF. Durch den Kontakt der Toneraufladerolle 20 wird die Entwicklerschicht auf der Entwicklungshülse 5 dicht gefüllt und gleichmäßig beschichtet. Die Lagebeziehung zwischen dem elastischen Blatt 7 und der Toneraufladerolle 20 in Längsrichtung ist vorzugsweise derart, daß der Toner durch die Aufladerolle 20 auf sichere Weise den gesamten Kontaktbereich der Entwicklungshülse 5 mit dem elastischen Blatt 7 abdecken kann.
Bei dieser Ausführungsform wird der Toner 8 vom elastischen Blatt 7 reguliert und danach von der Toneraufladerolle 20 aufgeladen. Bei einer möglichen Alternative kann jedoch die Toneraufladerolle 20 auch als elastisches Blatt 7 funktionieren.
Die Lagebeziehung der Toneraufladerolle 20 an der Entwicklungshülse 5 ist, wie in 4 gezeigt, derart, daß diese sowohl den nicht mit Toner beschichteten Abschnitt als auch den mit Toner beschichteten Abschnitt auf der Entwicklungshülse 5 kontaktiert. Die Toneraufladerolle 20 führt einen Rutschvorgang durch, wenn der Kontakt nur am Tonerbeschichtungsabschnitt besteht, da das Fließvermögen des Toners groß ist. Auf diese Weise wird die Toneraufladerolle 20 nicht auf beständige Weise angetrieben. Um dieses Problem zu lösen, steht die Toneraufladerolle 20 mit dem unbeschichteten Abschnitt in Kontakt.
Die Toneraufladerolle 20 wird vorzugsweise von der Entwicklungshülse 5 oder oder auf sonstige Weise mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit angetrieben. Wenn eine Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Entwicklungshülse 5 und der Toneraufladerolle 20 existiert, ist die Tonerbeschichtung nicht gleichmäßig, was zur Folge hat, daß der Toner auf das lichtempfindliche Element 1 in den Hintergrundbereichen übertragen wird (Trübung) oder eine Streuung oder ein Lecken des Toners während der Entwicklung auftreten kann.
Die Vorspannung auf die Toneraufladerolle 20 wird von einem Zweig einer mit Gleichstrom vorgespannten Wechselstromspannung (Entwicklungsstromspannung) zwischen der Entwicklungshülse 5 und der lichtempfindlichen Trommel 1 von der Spannungsquelle 18 (2) aufgebracht, wie in der Schaltung der 5 gezeigt.
Die Wellenform der zwischen die Entwicklungshülse 5 und die Toneraufladerolle 20 gelegten Vorspannung ist in 6 dargestellt. Die Kapazitäten der Kondensatoren C1, C2 in 5 sind so eingestellt, daß sie die Potentialdifferenz zwischen der Entwicklungshülse 5 und der Toneraufladerolle 20 während des Anlegens der Tonerrückübertragungsvorspannung vorsehen. Auf diese Weise wird der Toner 8 von der Toneraufladerolle 20 an der Entwicklungshülse 5 elektrisch aufgeladen. Die Ladung wird unter Ausnutzung einer elektrischen Entladung aufgebracht.
Bei dieser Ausführungsform handelt es sich bei der an die Entwicklungshülse 5 gelegten Vorspannung um eine überlagerte Spannung aus einer Gleichstromspannung von Vdc = –300 V und einer Wechselstromspannung einer Rechteckwelle von Vpp = 2200 V und f = 2200 Hz. Bei der an die Toneraufladerolle 20 gelegten Vorspannung handelt es sich um eine überlagerte Spannung aus einer Gleichstromspannung von Vdc = –900 V und einer Wechselstromspannung mit einer Rechteckwelle von Vpp = 1000 V und f = 2200 Hz. Es gibt keine Phasendifferenz zwischen der an die Entwicklungshülse 5 gelegten Vorspannung und der an die Toneraufladerolle 20 gelegten Vorspannung.
Es wird nunmehr das Aufladeverfahren unter Verwendung der Toneraufladerolle 20 beschrieben.
Wenn, wie in 7 gezeigt, der Widerstand der Toneraufladerolle 20 10⁶ Ω beträgt, entspricht das Oberflächenpotential des Toners einer durchgezogenen Linie. Das Oberflächenpotential des Toners beträgt –20 V, wenn die angelegte Spannung 0 V beträgt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Toner eine triboelektrische Aufladung durch das elastische Blatt 7 erfahren hat. Wenn man das Oberflächenpotential infolge der triboelektrischen Aufladung ausschließt, steigt die Entladungsstartspannung in Bezug auf den Toner, wie in 7 mit der gestrichelten Linie angedeutet, mit einer Steigung von 1 von –600 V an und steigt in entsprechender Weise wie bei einer Aufladung vom Gleichstromentladungstyp relativ zum lichtempfindlichen Element.
Die Entladungsstartspannung zwischen der Toneraufladerolle 20 und dem Toner 8 wird als Schnitt zwischen den nachfolgenden Gleichungen (1) und (2) ermittelt. Vb = 312 + 6,2 g (1) Vg = g (Va – Vc)/(Lt/Kt) + g (2)worin bedeuten:
g: Spaltbreite
Vb: Geschätzte Gleichung des Paschen-Gesetzes, wenn g > 8 μm ist.
Vg: Spannung über den Spalt zwischen der Toneraufladerolle und der Oberfläche der Tonerschicht
Va: Die an die Toneraufladerolle gelegte Spannung
Vb: Oberflächenpotential einer Tonerschicht
Lt: Tonerschichtdicke und
Kt: Dielektrische Konstante der Tonerschicht.
Der bei dieser Ausführungsform verwendete Toner 8 besitzt eine gute Partikelgrößenverteilung und eine sphärische Konfiguration. Daher ist das Verhältnis zwischen dem Toner und der Luft in der Tonerschicht konstant, und Kt in Gleichung (2) (dielektrische Konstante der Tonerschicht) ist beständig, so daß der Aufladevorgang mit einer stabilisierten Entladung durchgeführt wird.
Als weiteres Aufladeverfahren für den Toner gibt es die Injektionsaufladung.
Für einen derartigen Fall sind die an die Toneraufladerolle gelegte Spannung und das Oberflächenpotential des Tonerbereiches in 8 dargestellt. In 8 gibt die durchgezogene Linie (dicke Linie) eine ideale Injektionsaufladung wieder, bei der die Spannung mit einer Steigung von 1 von der angelegten Spannung von 0 V an ansteigt. Die Steigung überschreitet bei der Injektionsaufladung 1 nicht. Die durchgezogene Linie (dünne Linie) und gestrichelte Linie zeigen den Fall, bei dem sich die Injektionsaufladungseigenschaften verschlechtern.
Aus dem vorhergehenden wird deutlich, daß man das Aufladungsverfahren dieser Ausführungsform als Ausnutzung einer elektrischen Entladung ansehen kann.
Die Versuchsergebnisse betreffen den Fall, bei dem der gesamte Längsbereich der Toneraufladerolle 20 mit dem mit Toner beschichteten Abschnitt kontaktiert wird. Tatsächlich wird er jedoch mit dem Tonerbeschichtungsabschnitt und dem nicht mit Toner beschichteten Abschnitt kontaktiert. Wenn daher der Widerstand der Toneraufladerolle 20 10⁶ Ω beträgt, fließt der Strom in diese vom nicht mit Toner beschichteten Abschnitt, was zur Folge hat, daß die Spannung zwischen der Toneraufladerolle 20 und dem mit dem Toner beschichteten Abschnitt nicht der Entladungsstartspannung genügt. Untersuchungen wurden in bezug auf den Widerstandsbereich angestellt, innerhalb dem eine Tonerentladung möglich ist. Wenn, wie in der Figurentabelle 1 gezeigt, dieser nicht mehr als 10⁷ beträgt, ist keine Spannung zwischen der Toneraufladerolle 20 und dem mit Toner beschichteten Abschnitt vorhanden, mit dem eine Tonerentladung möglich ist. Wenn er nicht geringer ist als 10¹² Ω, ist die Entladungsstartspannung bei der Ausführungsform zu groß, bei der die Vorspannung für die Toneraufladerolle 20 von der Entwicklungsvorspannung erhalten wird. Daher beträgt der Bereich des Widerstandes der Toneraufladerolle 20 vorzugsweise 10⁸–10¹¹ Ω. Der untere Grenzwert des richtigen Bereiches des Widerstandes der Toneraufladerolle 20 wird jedoch ausgeweitet, wenn die Toneraufladerolle 20 mit einer dielektrischen Schicht am nicht mit Toner beschichteten Abschnitt versehen ist oder wenn der gesamte Widerstand der Entwicklungshülse hoch ist. Tabelle 1

Rollenwiderstand (Ω) Tonerentladbarkeit

10⁵ keine

10⁶ keine

10⁷ keine

10⁸ ja

10⁹ ja

10¹⁰ ja

10¹¹ ja

10¹² keine
Das Messverfahren in bezug auf den Widerstand ist wie folgt: Wie in 9 gezeigt, wird eine Aluminiumrolle 22 mit einem Durchmesser von 16 mm mit einer Toneraufladerolle 20 mit einer Kontaktkraft von 170 gf kontaktiert und wird die Aluminiumrolle 22 mit 2 UpS gedreht. Dann wird die Toneraufladerolle 20 mit einer Gleichspannung von V1 = 400 V beaufschlagt. Ein Widerstand von 10 MΩ wird auf der Erdungsseite angeordnet, und die Spannung V2 zwischen den gegenüberliegenden Enden wird gemessen.
Der Strom wird berechnet. Dann wird der Widerstand der Toneraufladerolle 20 berechnet.
Die Entladungsstartspannung zwischen der Toneraufladerolle 20 und dem Toner, der eine erniedrigte Ladungsmenge im Toner 8 auf der Entwicklungshülse 5 besitzt, ist nicht geringer als 1.200 V. Daher werden die Kapazi täten der Kondensatoren C1 und C2 in 5 so eingestellt, daß die Potentialdifferenz zwischen der Toneraufladerolle 20 und der Entwicklungshülse 5, wenn die Tonerrückübertragungsvorspannung angelegt wird, nicht geringer ist als 1.200 V, so daß die Ladungsmenge des Toners 8 nach der Entladung die gleiche ist wie die bei einer Umgebung mit niedriger Temperatur und niedriger Feuchtigkeit (einer Umgebung, bei der die Ladungsmenge des Toners am größten ist). Wie in 10 gezeigt, beträgt bei dieser Ausführungsform die an die Aufladerolle gelegte Tonerspannung 1.500 V. Selbst wenn die Toneraufladerolle 20 mit der Spannung bei einer Umgebung mit niedriger Temperatur und niedriger Feuchtigkeit unter diesen Bedingungen beaufschlagt wird, wird die Entladungsstartspannung nicht erreicht, so daß keine Entladung auftritt, da das Oberflächenpotential der Tonerschicht hoch ist. Daher sind die Ladungsmengen des Toners 8 bei Bedingungen hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit und bei Bedingungen niedriger Temperatur und niedriger Feuchtigkeit im wesentlichen die gleichen.
Nachdem die dünne Tonerschicht die Aufladung von der Toneraufladerolle 20 erhalten hat, wird sie der Entwicklungszone zugeführt, in der sie der lichtempfindlichen Trommel 1 gegenüberliegt. In der Entwicklungszone wird, wie in 2 gezeigt, die dünne Tonerschicht auf der Entwicklungshülse 5 auf das latente elektrostatische Bild auf der lichtempfindlichen Trommel 1 durch die mit einem Gleichstrom vorgespannte Wechselstromspannung (Entwicklungswechselstromvorspannung), die zwischen die Entwicklungshülse 5 und die lichtempfindliche Trommel 1 von der Spannungsquelle 18 gelegt wird, übertragen.
Der nicht in der Entwicklungszone verbrauchte nicht entwickelte Toner wird vom unteren Abschnitt der Entwicklungshülse 5 durch die Drehung der Entwicklungshülse 5 gesammelt. Im Sammelabschnitt ist ein Dichtungselement 17 aus einer flexiblen Lage vorgesehen, das einen Durchgang des nicht verbrauchten Toners in den Entwicklungsbehälter 14 ermöglicht, jedoch einen Durchgang des Toners 8 am unteren Abschnitt der Entwicklungshülse 5 verhindert.
Der auf diese Weise gesammelte nicht entwickelte Toner wird von der Oberfläche der Entwicklungshülse 5 am Kontaktabschnitt zwischen der elastischen Rolle 6 und der Entwicklungshülse 5 entfernt. Der größte Teil des auf diese Weise entfernten Toners wird mit der Drehung der elastischen Rolle 6 entfernt und mit dem Toner 8 im Entwicklungsbehälter 14 vermischt, so daß die Aufladung des Toners 8 verteilt wird. Gleichzeitig wird durch die Drehung der elastischen Rolle 6 neuer Toner auf die Entwicklungshülse 5 geführt, und der Vorgang wird wiederholt.
Wie vorstehend beschrieben, wird durch die Anordnung der Toneraufladerolle 20 der Toner durch diese elektrisch aufgeladen, nachdem er das elastische Blatt 7 passiert hat, so daß die Ladungsmenge des Toners 8 hoch gehalten wird. Somit kann eine hohe Ladungsmenge, die in Längsrichtung der Entwicklungshülse gleichmäßig ist, auf rechterhalten werden. Auf diese Weise kann eine Entwicklungsvorrichtung geschaffen werden, die im wesentlichen immun gegenüber Änderungen der Umgebung ist, und die dünne Tonerschicht kann auf beständige Weise auf der Entwicklungshülse ausgebildet werden.
Bei dieser Ausführungsform findet die vorliegende Erfindung bei einer Entwicklungseinheit Verwendung, die lösbar an einer Haupteinheit einer Bilderzeugungsvorrichtung montierbar ist. Die Erfindung ist jedoch auch bei einer Entwicklungsvorrichtung anwendbar, die in der Bilderzeugungsvorrichtung fixiert ist und eine Konstruktion besitzt, die nur den Toner liefert. Die vorliegende Erfindung kann bei einer Prozeßkartusche Verwendung finden, die an einer Haupteinheit einer Bilderzeugungsvorrichtung lösbar montierbar ist und als Einheit eine Entwicklungsvorrichtung und mindestens eine der folgenden Einheiten enthält: eine lichtempfindliche Trommel, ein Reinigungsblatt, ein Aufnahmebehälter für Resttoner und eine Aufladevorrichtung.
Ausführungsform 2
In Verbindung mit den 11 und 12 wird nunmehr Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, findet bei der Entwicklungsvorrichtung 24 dieser Ausführungsform kein elastisches Blatt 7 (Regulierelement in Ausführungsform 1) Verwendung. Die Entwicklungsvorrichtung besitzt die Form einer Entwicklungseinheit, die lösbar an einer Haupteinheit einer Bilderzeugungsvorrichtung, die in 1 gezeigt ist, montierbar ist, entsprechend Ausführungsform 1.
Bei der Entwicklungsvorrichtung 24 wird der Toner 28 im Entwicklungsbehälter 214 mit der Drehung des Rührelementes 216 in der durch den Pfeil C angedeuteten Richtung während des Entwicklungsvorganges in Richtung auf die elastische Rolle 26 geführt.
Durch die Drehung der elastischen Rolle 26 in der durch den Pfeil D angedeuteten Richtung wird der Toner 28 in die Nachbarschaft der Entwicklungshülse 25 geführt.
Der von der elastischen Rolle 26 getragene Toner 28 wird durch Reibung mit der Entwicklungshülse 25 am Kontaktabschnitt zwischen der Entwicklungshülse und der elastischen Rolle 26 geringfügig triboelektrisch aufgeladen und zu einer dünnen Schicht auf der Entwicklungshülse 25 ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform sind die Einstellungen so getroffen, daß die Tonerbeschichtungsmenge 0,4–1,0 mg/cm², die Tonerschichtdicke 10–20 μm und die Aufladungsmenge –20––10 μC/g betragen.
Mit der Drehung der Entwicklungshülse 25 in der durch den Pfeil B angedeuteten Richtung wird die dünne Tonerschicht danach dem Kontaktabschnitt zwischen der Toneraufladerolle 222 und der Entwicklungshülse 26 zugeführt.
Um eine hohe Ladungsmenge des Toners 28, die gleichmäßig ist, aufrechtzuerhalten, wird die Toneraufladerolle 220 mit dem gesamten Bereich der auf der Entwicklungshülse 25 ausgebildeten Entwicklerschicht kontaktiert und unter Ausnutzung einer Entladung aufgeladen.
Wenn die Spannung zwischen der Toneraufladerolle 220 und dem Toner 28 an der Entwicklungshülse 25 1.500 V beträgt, wie in 12 gezeigt, ist keine Differenz in bezug auf die Menge der Toneraufladung bei Umgebungsbedingungen und während des Haltbarkeitstests vorhanden. Daher wird die Potentialdifferenz zwischen der Entwicklungshülse 25 und der Toneraufladerolle 220 während des Anlegens der Tonerrückübertragungsvorspannung durch die Einstellung der Kapazitäten der Kondensatoren C1, C2 in 5 auf 1.500 V eingestellt. Danach wird die dünne Tonerschicht auf der Entwicklungshülse 25 gleichmäßig zur Entwicklungszone geführt, wo sie der lichtempfindlichen Trommel 1 gegenüberliegt.
Wie vorstehend beschrieben, wird durch die Anordnung der Toneraufladerolle 220 der Toner 28 von der Toneraufladerolle 220 aufgeladen, nachdem er die elastische Rolle 26 passiert hat, so daß die Aufladungsmenge hoch gehalten werden kann. Somit kann eine hohe Aufladungsmenge, die in Längsrichtung der Entwicklungshülse gleichmäßig ist, aufrechterhalten werden, so dass auf diese Weise eine Entwicklungsvorrichtung geschaffen werden kann, die im wesentlichen immun gegenüber einer Veränderung der Umgebungsbedingungen ist, und die dünne Tonerschicht auf be ständige Weise auf der Entwicklungshülse ausgebildet werden kann.
Bei dieser Ausführungsform findet die vorliegende Erfindung bei einer Entwicklungseinheit Verwendung, die eine Entwicklungsvorrichtung umfasst, die lösbar an der Haupteinheit einer Bilderzeugungsvorrichtung montierbar ist.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch bei einer Entwicklungsvorrichtung anwendbar, die in einer Haupteinheit einer Bilderzeugungsvorrichtung fixiert ist und mit Toner versorgt wird. Die vorliegende Erfindung kann mit einer Prozesskartusche verwendet werden, die in Bezug auf eine Haupteinheit einer Bilderzeugungsvorrichtung lösbar montierbar ist und als Einheit eine Entwicklungsvorrichtung und mindestens eine der nachfolgend aufgeführten Vorrichtungen enthält: eine lichtempfindliche Trommel, ein Reinigungsblatt, einen Resttoneraufnahmebehälter und eine Aufladevorrichtung.
Ausführungsform 3
In Verbindung mit den 13 und 14 wird Ausführungsform 3 beschrieben. Diese Ausführungsform entspricht Ausführungsform 1, wobei jedoch ein magnetischer Einkomponentenentwickler Verwendung findet. Die Entwicklungsvorrichtung 34 wird in Verbindung mit 13 erläutert.
Die Entwicklungsvorrichtung 34 dieser Ausführungsform umfasst einen Entwicklungsbehälter 314, der isolierenden magnetischen Toner 38 (Einkomponentenentwickler) aufnimmt, und eine Entwicklungshülse 35, die in einer Öffnung angeordnet ist, welche sich in Längsrichtung des Entwicklungsbehälters 314 erstreckt und gegenüber der lichtempfindlichen Trommel 1 angeordnet ist, und entwickelt das latente elektrostatische Bild auf der lichtempfindlichen Trommel 1 in ein visualisiertes Bild.
Im wesentlichen eine Hälfte (die rechte Hälfte) der Entwicklungshülse 35 befindet sich im Entwicklungsbehälter 314, und im wesentlichen eine Hälfte (die linke Hälfte) ist der Außenseite des Entwicklungsbehälters 314 ausgesetzt. Die freiliegende Oberfläche liegt der lichtempfindlichen Trommel 1 mit einem kleinen Spalt gegenüber.
Die Entwicklungshülse 35 wird in der durch den Pfeil B angedeuteten Richtung gedreht und enthält eine Magnetrolle 322 mit vier Magnetpolen N1, N2, S1, S2. Entsprechend Ausführungsform 1 stehen ein elastisches Blatt 37 und eine Toneraufladerolle 320 mit der Umfangsfläche der Entwicklungshülse 35 in Kontakt, und Enddichtungselemente 319 sind an den gegenüberliegenden Längsendabschnitten der Entwicklungshülse 35 entsprechend Ausführungsform 1 angeordnet.
Gemäß 1 wird die lichtempfindliche Trommel 1 von einer Aufladevorrichtung 2 gleichmäßig auf Vd = –600 V aufgeladen. Dann wird das lichtempfindliche Element in Übereinstimmung mit einem Bildsignal einem Laser 3 ausgesetzt, so daß das Potential des Bildabschnittpotentiales (freiliegender Abschnitt) zu V1 = –100 V wird, wodurch ein latentes elektrostatisches Bild mit einem Bildabschnitt zur Aufnahme des Toners (freiliegender Abschnitt) gebildet wird. Dieses auf der lichtempfindlichen Trommel 1 ausgebildete latente elektrostatische Bild wird von einer in 13 gezeigten Entwicklungsvorrichtung 34 entwickelt.
Der bei dieser Ausführungsform verwendete Toner 38 unterscheidet sich von dem nicht magnetischen Einkomponententoner der Ausführungsformen 1 und 2 und ist ein negativ aufladbarer magnetischer Einkomponententoner. 100 Gewichtsteile Bindemittelharz aus einem Styrolcopolymerharzmaterial, 100 Gewichtsteile magnetische Partikel, 2 Teile eines Materiales zum Steuern der negativen Elektrifizierung und 3 Teile Wachs werden mit einem Biaxialextruder aufgeschmolzen, geknetet und dann abgekühlt. Das Produkt wird mit einer Hammermühle grob pulverisiert, und die pulverisierten Partikel werden klassiert. Dann werden sie über ein Hybridisierungsverfahren sphärisch gemacht. Die durchschnittliche Partikelgröße beträgt 5,0 μm (klassiertes Pulver). Das klassierte Produkt mit dieser durchschnittlichen Partikelgröße von 5,0 μm wird mit 1,0 Gewichtsteilen eines feinkörnigen hydrophoben Silicas versehen, so daß auf diese Weise der Entwickler geschaffen wird. Der bei dieser Ausführungsform verwendete Toner 38 besitzt eine gewichtsgemittelte Partikelgröße von 3,5–7,0 μm, und der Widerstand und die Konfiguration entsprechen denen von Ausführungsform 1.
Der Toner 38 im Entwicklungsbehälter 314 wird von einem Rührelement 316 in die Nachbarschaft der Entwicklungshülse 35 geführt, durch die Funktion des von der Magnetrolle 322 zur Verfügung gestellten Magnetfeldes der Entwicklungshülse 35 zugeführt und mit Drehung der Entwicklungshülse 35 gefördert. Danach wird er einer triboelektrischen Aufladung und einer Schichtdickenregulierung durch den Kontaktabschnitt mit dem elastischen Blatt 37 unterzogen und der Entwicklungszone zugeführt. Die Menge des beschichteten Toners auf der Hülse beträgt 0,8–2,0 mg/cm² (10–20 μm der Tonerschichtdicke), und die Ladungsmenge des Toners beträgt –5––10 μC/g.
Bei der Entwicklungshülse 35 handelt es sich um eine nicht magnetische Aluminiumhülse mit einem Durchmesser von 16,0 mm, deren Oberfläche mit einer Harzmaterialschicht versehen ist, die elektrisch leitende Partikel enthält (Oberflächenrauhigkeit Ra = 1,0 μm). Die Entwicklungshülse 35 wird mit einer Umfangsgeschwindigkeit gedreht, die 100–140% der Umfangsgeschwindigkeit der Trommel entspricht.
Eine Magnetrolle 322 ist in der Entwicklungshülse 35 fixiert. Ein Magnetpol S1 der Magnetrolle 322 ist gegenüber dem lichtempfindlichen Element 1 angeordnet, und der Magnetpol 51 sorgt für eine Spitzenmagnetflussdichte von 750–950 G in Radialrichtung auf der Oberfläche der Hülse. In der Entwicklungszone werden Tonerketten gebildet, und Trübung verursachender Toner wird zur Hülse zurückübertragen.
Die Entwicklungshülse 35 wird von einer Spannungsquelle 318 mit einer Wechselstromspannung versorgt, die mit einer Gleichstromspannung vorgespannt ist, um ein elektrisches Entwicklungsfeld zwischen sich selbst und dem lichtempfindlichen Element 1 auszubilden. Das latente elektrostatische Bild wird durch das elektrische Feld entwickelt. Bei der an die Entwicklungshülse 35 gelegten Spannung handelt es sich um eine Gleichstromspannung Vdc = –500 V, die mit einem Wechselstrom in der Form einer Rechteckwelle mit Vpp = 1.600 V, f = 1.800 Hz vorgespannt ist (Entwicklungsvorspannung 318). Der Spalt ist 300 μm an der engsten Stelle zwischen der Entwicklungshülse 35 und dem lichtempfindlichen Element 1 groß, und es wird eine Reversentwicklung durchgeführt.
Die Aufladungsmenge des Toners 38 nimmt jedoch ab, wenn der Entwicklungsvorgang in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit wiederholt wird.
Um einen derartigen Abfall der Entwicklungsmenge des Toners 38 zu verhindern, wird eine Toneraufladerolle 320 mit dem gesamten Bereich der auf der Entwicklungshülse 35 ausgebildeten Entwicklerschicht in Kontakt gebracht, und die Aufladung wird unter Ausnutzung einer Entladung durchgeführt.
Wenn die Spannung zwischen der Toneraufladerolle 320 und dem Toner 38 auf der Entwicklungshülse 35 1.500 V beträgt, wie in 14 gezeigt, gibt es keinen Unterschied in der Menge der Toneraufladung bei Umgebungsbe dingungen und im Haltbarkeitstest. Daher wird die Potentialdifferenz zwischen der Entwicklungshülse 35 und der Toneraufladerolle 320 während des Anlegens der Tonerrückübertragungsvorspannung durch die Einstellung der Kapazitäten der Kondensatoren C1, C2 in 5 auf 1.500 V eingestellt.
Danach wird die dünne Tonerschicht auf der Entwicklungshülse 35 gleichmäßig zur Entwicklungszone geführt, wo sie der lichtempfindlichen Trommel 1 gegenüberliegt.
Wie vorstehend beschrieben, wird durch die Anordnung der Toneraufladerolle 320 der Toner 38 von der Toneraufladerolle 320 aufgeladen, nachdem er das elastische Blatt 37 passiert hat, und die Aufladungsmenge der Aufladung kann hoch gehalten werden. Somit kann eine hohe Ladungsmenge, die in Längsrichtung der Entwicklungshülse gleichmäßig ist, aufrechterhalten werden, so daß daher eine Entwicklungsvorrichtung, die im wesentlichen immun gegenüber Änderungen der Umgebungsbedingungen ist, vorgesehen und die dünne Tonerschicht auf beständige Weise auf der Entwicklungshülse ausgebildet werden kann.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr anhand der 15–17 erläutert.
Mit 56 ist eine Dichtung bezeichnet.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist die Toneraufladerolle so vorgesehen, daß sie sich über den gesamten Längsbereich der Entwicklungshülse er streckt. Wenn die Aufladung des Entwicklers an den Enden erhöht werden soll, wird auch die Aufladung des Entwicklers im Bildbereich erhöht.
Der Entwickler im bildfreien Bereich hat in wünschenswerter Weise eine große Spiegelkraft, da dann das Lecken des Entwicklers auf wirksame Weise verhindert werden kann. Wenn jedoch die Spiegelkraft des Entwicklers im Bildbereich zu groß ist, ist der Entwickler nicht in der Lage, die Entwicklungshülse zu verlassen, so daß Bilder mit niedriger Dichte entstehen.
Bei der nachfolgenden Ausführungsform wird die Aufladung des Entwicklers an den Enden der Entwicklungshülse gegenüber der Aufladung im Bildbereich erhöht.
Ausführungsform 4
Die Konstruktionen und damit die Schnittansicht der Entwicklungsvorrichtung sind die gleichen wie in den 1, 2, so daß daher aus Einfachheitsgründen auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet wird.
18 ist eine Ansicht der Entwicklungsvorrichtung vom lichtempfindlichen Element 1 aus gesehen, wobei die Entwicklungshülse 5 zum besseren Verständnis weggelassen worden ist.
In 18 ist ein Kontaktspalt zwischen dem elastischen Blatt 7 und der Entwicklungshülse 5 mit schraffierten Abschnitten gekennzeichnet. Um die Dich tungseigenschaften des elastischen Blattes 7 sicherzustellen, ist es erforderlich, das Enddichtungselement 19 mit einem ziemlich hohen Druck gegen die Entwicklungshülse 5 in Presskontakt zu bringen, um die Dichtungseigenschaften sicherzustellen, was zur Folge hat, daß das elastische Blatt 7, das sich zwischen der Entwicklungshülse 5 und dem Enddichtungselement befindet, verformt wird, als ob es der Umfangsfläche der Entwicklungshülse 5 vom Spalt der Entwicklungshülse an den gegenüberliegenden Enden bis zum Randabschnitt folgen würde. Als Folge davon neigt der in Längsrichtung innere Endabschnitt des elastischen Blattes 7 dazu, sich zu trennen, so daß daher die auf der Entwicklungshülse 5 an diesen Abschnitten ausgebildete Entwicklerschicht dicker ist als am anderen Abschnitt und die Aufladung des Toners 8 gering werden kann.
Der Toner 8 ist der gleiche wie der bei Ausführungsform 1 verwendete Toner.
Die Toneraufladerolle 20 (elastisches Presskontaktelement) lädt den Abschnitt auf (unter Ausnutzung einer Entladung), in dem die Aufladung des Toners 8 aus dem vorstehend erwähnten Grund niedrig ist. Bei der Toneraufladerolle 20 handelt es sich um eine Gummirolle aus NBR, die am Druckelement 21 montiert ist. Die Kontaktkraft der Toneraufladerolle 20 gegen die Entwicklungshülse 5, die vom Druckelement 21 ausgeübt wird, beträgt 100–200 gF. Durch den Kontakt der Toneraufladerolle 20 wird die Entwicklerschicht auf der Entwicklungshülse 5 dicht gefüllt und gleichmäßig beschichtet. Die Lagebe ziehung zwischen dem elastischen Blatt 7 und der Toneraufladerolle 20 in Längsrichtung ist vorzugsweise derart, daß der Toner der Aufladerolle 20 auf sichere Weise den gesamten Kontaktbereich der Entwicklungshülse 5 mit dem elastischen Blatt 7 abdecken kann, wie in 3 gezeigt.
Die Lagebeziehung in Längsrichtung der Toneraufladerolle 20 an der Entwicklungshülse 5 ist derart, daß sowohl der nicht mit Toner beschichtete Abschnitt als auch der mit Toner beschichtete Abschnitt an der Entwicklungshülse 5 kontaktiert werden, wie in 19 gezeigt. Die Toneraufladerolle 20 bewirkt einen Rutschvorgang, wenn sich der Kontakt nur am mit Toner beschichteten Abschnitt befindet, da das Fließvermögen des Toners hoch ist, so daß daher kein beständiger Antrieb erfolgt. Um dieses Problem zu lösen, findet auch ein Kontakt mit dem nicht beschichteten Abschnitt statt.
Der Kontaktbereich der Toneraufladerolle 20 ist ein bildfreier Bereich, und der Toner im Bildbereich wird nicht aufgeladen.
Die Toneraufladerolle 20 wird vorzugsweise von der Entwicklungshülse oder mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit angetrieben.
Die an die Toneraufladerolle 20 angelegte Vorspannung und die Spannungsquelle zum Anlegen der Vorspannung sind die gleichen wie in Ausführungsform 1.
Durch Aufladen des Toners am Ende des bildfreien Bereiches auf der Entwicklerhülse wird die Spiegelkraft des Toners am Ende erhöht, so daß ein hoher Dichtungseffekt an den Enden erreicht wird und eine Tonerstreuung sowie ein Lecken vermieden werden.
Ausführungsform 5
20 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Gemäß dieser Ausführungsform ist die Entwicklungsvorrichtung mit einem geneigten Schnitt an jedem der gegenüberliegenden Enden des elastischen Blattes 7 versehen, und eine Endrolle 20 (Toneraufladerolle, elastisches Presskontaktelement) ist an jedem der gegenüberliegenden Längsabschnitte der Entwicklungshülse 5 vorgesehen.
Genauer gesagt, wie in 20 gezeigt, nimmt der Abstand vom Kontaktspalt zwischen dem elastischen Blatt 7 und der Entwicklungshülse 5, der durch den schraffierten Abschnitt in der Figur wiedergegeben ist, bis zum Rand des elastischen Blattes 7 kontinuierlich in Richtung auf die entgegengesetzten Enden des elastischen Blattes 7 von der normalen Entwicklungszone aus ab, und die Blattendposition an jedem der gegenüberliegenden Enden befindet sich innerhalb des Kontaktspaltes. Die Dicke der auf der Entwicklungshülse 5 ausgebildeten Tonerschicht ist größer, wenn der Abstand vom aufstromseitigen Ende des Kontaktspaltes in Drehrichtung der Entwicklungshülse 5 zum Rand länger ist, wie dies bekannt ist. Bei dieser Ausführungsform wird diese Distanz im Abschnitt im Endabschnitt kürzer gemacht als in der normalen Entwicklungszone, und zwar in dem Bereich, der mit der Oberfläche der Entwicklungshülse in Kontakt steht, entsprechend dem kontaktfreien Abschnitt der elastischen Rolle 6, wodurch die Regulierungskraft in bezug auf den Toner in diesem Bereich vergrößert wird.
Bei dieser Ausführungsform laden ähnlich wie bei Ausführungsform 4 die Endrollen (Toneraufladerolle) 20 unter Ausnutzung einer elektrischen Entladung den Toner 8 in der dünnen Schicht an den gegenüberliegenden Enden des bildfreien Bereiches der Entwicklungshülse 5 elektrisch auf. Die Endrollen 20 sind Gummirollen aus NBR und werden von einem Druckelement 21 mit einer Kontaktkraft von 100–200 gF gegen die Entwicklungshülse 5 gedrückt. Durch Kontaktieren der Endrollen 20 wird der Toner 8 dicht gefüllt oder gepackt, so daß er gleichmäßig aufgebracht wird.
Die Lagebeziehung in Längsrichtung zwischen der Endrolle 20 und dem geneigten abgeschnittenen Abschnitt an den gegenüberliegenden Enden des elastischen Blattes 7 ist vorzugsweise derart, daß der abgeschnittene Abschnitt auf sichere Weise abgedeckt wird, wie in 20 gezeigt.
Wenn das elastische Blatt 7 mit dem geneigten Schnitt an jedem der gegenüberliegenden Enden versehen ist, neigt der Toner 8 dazu, in den Spalt benachbart zu den Enden des elastischen Blattes 7 gepackt zu werden, was zur Folge hat, daß das elastische Blatt 7 an den gegenüberliegenden Enden des Spaltes durch den dort gepackten Toner angehoben wird. Dann steigt die Dicke der Tonerschicht allmählich an, so daß daher die elektrische Anziehungskraft (Spiegelkraft) in bezug auf die Entwicklungshülse 5 abnimmt. Selbst wenn das auftritt, wird jedoch die elektrische Anziehungskraft gegen die Entwicklungshülse 5 durch die Aufladung (unter Ausnutzung einer elektrischen Entladung) des Toners mit Hilfe der Endrollen 20 aufrechterhalten. Daher kann eine Übertragung des Toners 8 auf das lichtempfindliche Element 1 im Hintergrundbereich (Trübung) und/oder ein Fallen des Toners 8 von der Oberfläche der Entwicklungshülse 5 zur Außenseite mit dem Ergebnis einer Verunreinigung des Inneren der Bilderzeugungsvorrichtung (Tonerlecken) vermieden werden.
Mit der Drehung der Entwicklungshülse 5 wird der Toner 8 dem abgeschnittenen Abschnitt an jedem der gegenüberliegenden Enden des elastischen Blattes 7 zugeführt, und der Toner erstreckt sich in Richtung auf das Ende entlang der Randseitenfläche bei einer großen Zahl von wiederholten Entwicklungsvorgängen. Dieser Toner 8 dringt durch die durch das Enddichtungselement 17, die Entwicklungshülse 5 und jedes gegenüberliegende Ende des elastischen Blattes 7 gebildeten kleinen Spalte. Als Folge davon wird die mit der Entwicklungshülse 5 in Kontakt stehende Oberfläche des Enddichtungselementes 17 allmählich mit dem Toner 8 beschichtet, und die Entwicklungshülse 5 wird durch den Gleitvorgang zwischen dem Dichtungselement 17 und der Entwicklungshülse 5 ab gekratzt. Durch das Abkratzen der Entwicklungshülse 5 wird die Aufladung des Toners 8 und die elektrische Anziehungskraft (Spiegelkraft) auf die Entwicklungshülse 5 verschlechtert. Die Entwicklungshülse 5, die der elektrischen Anziehungskraft ausgesetzt ist, erholt sich jedoch durch die Aufladung (unter Ausnutzung einer elektrischen Entladung) des Toners 8 durch die Endrollen 20, so daß eine Übertragung des Toners 8 zum lichtempfindlichen Element 1 im Hintergrundbereich (Trübung) und/oder das Herabfallen des Toners 8 von der Oberfläche der Entwicklungshülse 5 zur Außenseite mit dem Ergebnis einer beträchtlichen Verunreinigung der Innenseite der Bilderzeugungsvorrichtung mit Sicherheit vermieden werden kann.
Ausführungsform 6
21 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bei dieser Ausführungsform sind die Toneraufladerollen 102 auf integrierte Weise in der Nachbarschaft der gegenüberliegenden Enden der zentralen Welle 101, die parallel zur Entwicklungshülse 5 verläuft, montiert, und die Randabschnitte 101a der Welle 101 stehen mit Nuten von Gleitlagern 103 in Eingriff, so daß die Welle drehbar und in Richtung auf die Entwicklungshülse 5 entlang der Nut bewegbar ist. Jedes der Gleitlager 103 ist über eine Lagermetallplatte 15, die das elastische Blatt 7 lagert, am Entwicklungsbehälter 14 montiert.
Die Aufladerolle 102 steht mit dem mit Toner beschichteten Bereich 105 der Oberfläche der Entwicklungshülse 5 und mit dem nicht mit Toner beschichteten Bereich unmittelbar außerhalb davon an jedem Längsendabschnitt der Entwicklungshülse 5 in Kontakt. Die Aufladerolle 102 wird von einer Druckfeder 104, die an der Lagermetallplatte 15 montiert ist, und durch die Gewichte der Endrolle 102 und der zentralen Welle 101 in Kontakt gepresst. Die Aufladerolle 102, die in Preßkontakt mit der Entwicklungshülse 5 steht, wird von der Entwicklungshülse 5 in der durch den Pfeil E angedeuteten Richtung angetrieben.
Die Aufladerollen 102 und die zentrale Welle 101 bestehen aus elektrisch leitendem Metall, und die Druckfedern 104 bestehen ebenfalls aus elektrisch leitendem Material. Die Druckfeder 104 ist elektrisch an eine Vorspannungsquelle 106 angeschlossen, so daß die Aufladerolle 102 während des Entwicklungsvorganges über die Druckfeder 104 und die zentrale Welle 101 von der Spannungsquelle 106 mit einer Vorspannung der gleichen Polarität wie die Ladungspolarität des Toners 8 beaufschlagt wird. Hierdurch wird eine Ladung mit der gleichen Polarität wie die Ladungspolarität auf den Toner 8 aufgebracht, der der Aufladerolle 102 an der Entwicklungshülse 5 zugeführt und mit der Rolle 102 in Presskontakt gebracht wird.
Bei dieser Ausführungsform wurden die einzelnen Vorgänge unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:
Spezifischer Volumenwiderstand der Aufladerolle 102 und der zentralen Welle 101: 10⁶ cm oder weniger;
nicht magnetischer Toner 8: negativer Toner;
Spannung an die Aufladerolle 102: Gleichspannung von –300 V––600 V.
Es wurde bestätigt, daß der von der Aufladerolle 102 an den Enden der Entwicklungshülse 5 unter Presskontakt gesetzte Toner mit einer Ladung der gleichen Polarität wie die Ladungspolarität versehen wird und das Dichtungselement 17 am unteren Abschnitt der Öffnung des Entwicklungsbehälters 14 passiert, während die Anziehungskraft in bezug auf die Oberfläche der Entwicklungshülse 5 aufrechterhalten wird, sowie auf sichere Weise wieder im Entwicklungsbehälter 14 gesammelt wird. Obwohl der spezifische Volumenwiderstand der Aufladerolle 102 und der zentralen Welle 101 nicht größer war als 10⁶ cm, trat keine elektrische Leckage auf, da sich der Toner zwischen der Entwicklungshülse 5 und der Aufladerolle 102 befindet. Wenn jedoch die angelegte Spannung erhöht wird, um die Ladungsmenge des Toners zu erhöhen, kann die Leckagegrenze zwischen der Entwicklungshülse 5 und der Aufladerolle 102 überschritten werden, so daß daher der spezifische Volumenwiderstand der Aufladerolle 102 und der zentralen Welle 101 vorzugsweise über diesem Wert liegt.
Ausführungsform 7
22 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bei dieser Ausführungsform sind separate Aufladerollen 112 an den Endabschnitten der Entwicklungshülse 5 angeordnet. Jede Aufladerolle 112 umfaßt ein hohles elastisches Element 112 und eine mittlere Welle 111 aus Metall, die durch Preßpassung im elastischen Element befestigt ist. Die gegenüberliegenden Enden der Welle 111 stehen drehbar und beweglich mit Nuten von Gleitlagern 113 in Eingriff. Gegen gegenüberliegende Enden der zentralen Welle 111 werden Druckfedern 104 aus elektrisch leitendem Material gepresst, um die Aufladerolle 112 in Richtung auf die Entwicklungshülse 5 zu drücken und einen Zustand elektrischer Leitung dazwischen herzustellen. Das Gleitlager 113 und die Druckfeder 104 sind an einer Lagermetallplatte montiert, die nicht gezeigt ist, jedoch der Lagermetallplatte 15 der 21 entspricht. In 22 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in 21 Elemente mit entsprechenden Funktionen, so daß eine detaillierte Beschreibung hierfür aus Einfachheitsgründen weggelassen wird.
Bei dieser Ausführungsform handelt es sich bei der Aufladerolle 112 um eine elastische Rolle mit einem spezifischen Volumenwiderstand von 10⁸–10¹⁰ Ωcm. Bei dieser Ausführungsform wird die Aufladerolle 112 mit einer Spannung von –500 V ––800 V bei 1 mA beaufschlagt. Es wurde bestätigt, daß die Ladung auf den Toner am Ende der Entwicklungshülse 5 aufgebracht wird, so daß der Toner in Bezug auf die Entwicklungshülse 5 eine ausreichende Ablagerungskraft besitzt.
Ausführungsform 8
23 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bei dieser Ausführungsform ist eine Blattfeder 124, die ein Paar von Montagerahmen 124a aufweist, benachbart zu jedem Endabschnitt der Entwicklungshülse 5 vorgesehen, und eine zentrale Welle 121 der Aufladerolle 122 ist zwischen den Rahmen 124a gelagert. Die Aufladerolle steht mit der Oberfläche der Entwicklungshülse 5 an jedem der Endabschnitte in Kontakt.
Bei dieser Ausführungsform funktioniert die Blattfeder 124 sowohl als Lagerelement für die Aufladerolle 122 als auch als Druckfeder, so daß Raum eingespart und die Konstruktion im Vergleich zur Ausführungsform der 21 vereinfacht wird.

In Bezug auf die Ausführungsformen der 21, 22 und 23 wurden Simulationstests für die Fälle durchgeführt, bei denen die Aufladerollen 102, 112 und 122 unter den folgenden Bedingungen in der Entwicklungsvorrichtung 4 installiert wurden:

Außendurchmesser der Aufladerolle:	6–12 mm
Druck auf die Entwicklungshülse 5:	geeignetes Niveau in einem Bereich von 50–200 grf
Kontaktbreite:	6–12 mm
Angelegte Spannung:	–500 V
Stromeinstellung:	0,1 mA

Es wurde bestätigt, daß der Toner mit der elektrischen Ladung an den gegenüberliegenden Enden der Entwicklungshälse versehen wird, während er durch den Preßkontakt der Aufladerolle mit der Entwicklungshülse 5 an jedem Endabschnitt derselben gedreht wird, so daß eine ausreichende Ablagerungskraft der Entwicklungshülse zugeführt wird. Es wurde visuell bestätigt, daß Toner das Dichtungselement 17 am unteren Abschnitt der Öffnung des Entwicklungsbehälters 14 passiert, ohne von der Entwicklungshülse 5 separiert zu werden, und wieder im Entwicklungsbehälter 14 gesammelt wird. Wenn die an die Aufladerolle gelegte Spannung in einem solchen Zustand abgeschaltet wird, wurde bestätigt, daß der Toner an den gegenüberliegenden Enden der Entwicklungshülse 5 mit der Entwicklungshülse 5 außer Eingriff gebracht wird und nicht in der Lage ist, das Dichtungselement 17 zu passieren, wodurch eine Tonerleckage und eine Tonerstreuung entstehen.
Ferner wurde untersucht, was passiert, wenn das Aufladeelement nicht von der Entwicklungshülse 5 angetrieben wird. Wenn der Widerstand so groß ist, daß die Aufladerolle nicht gedreht wird, wodurch eine Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den Umfängen der Aufladerolle und der Entwicklungshülse 5 vorhanden ist, werden die Tonerpartikel im Tonerbeschichtungsbereich 105 auf der Oberfläche der Entwicklungshülse 5 gemäß 21 von der Aufladerolle gestaut und von der Entwicklungshülse 5 getrennt, so daß eine Tonerleckage oder Tonerstreuung auftritt. Es wird daher bevorzugt, die Aufladerolle durch die Entwicklungshülse 5 anzutreiben.
Ausführungsform 9
24 ist eine Schnittansicht eines Farbdruckers vom elektrofotografischen Typ als Bilderzeugungsvorrichtung, bei dem eine Entwicklungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Verwendung findet.
Eine Aufladeeinrichtung 302 lädt die Oberfläche eines elektrofotografischen lichtempfindlichen Elementes in der Form einer Trommel (lichtempfindliche Trommel) 301 (Bildträgerelement), das sich mit einer konstanten Geschwindigkeit dreht, auf. Ein Laserstrahl wird von einer Belichtungseinrichtung 307 in Abhängigkeit von einer Bildinformation auf die lichtempfindliche Trommel 301 projiziert, um ein latentes Bild auf der lichtempfindlichen Trommel 301 zu erzeugen. Dieses latente Bild wird von vier Entwicklungskartuschen Dm, Dc, Dy und Db (hiernach einfach mit D bezeichnet) entwickelt. Die auf den lichtempfindlichen Trommeln 101 ausgebildeten entwickelten Bilder werden in Überlagerung auf ein Zwischentransferelement 304 in der Form eines Bandes nacheinander übertragen, so daß ein Vollfarbbild erzeugt wird. Dieses Farbbild wird über eine Übertragungseinrichtung 306 auf ein Aufzeichnungsmaterial (Aufzeichnungspapier, OHP-Folie o. ä.), das über eine Zuführeinrichtung 305 von einem Zuführabschnitt zugeführt wird, übertragen. Das Aufzeichnungsmaterial P wird einer Fixiereinrichtung 307 zugeführt, mit der das Farbbild fixiert wird, und zum Ausgabeabschnitt 308 an der Oberseite der Vorrichtung abgegeben.
Jedes Teil der Vorrichtung wird nachfolgend im einzelnen beschrieben.
Die lichtempfindliche Trommel 301 ist einstückig mit einem Rahmen 309a einer Prozeßkartusche U in der Form eines Behälters für Reinigungsmittel 309 ausgebildet, die restlichen Toner entfernt, der auf der lichtempfindlichen Trommel 301 nach Übertragung des Entwickler (Toner) Bildes auf das Zwischentransferelement 304 zurückbleibt. Die Prozesskartusche U ist lösbar an der Haupteinheit 320 der Bilderzeugungsvorrichtung montierbar und kann nach dem Ende der Lebensdauer der lichtempfindlichen Trommel 301 vom Benutzer durch eine neue ausgetauscht werden.
Die lichtempfindliche Trommel 301 umfaßt einen Aluminiumzylinder mit einem Durchmesser von etwa 50 mm und einer darauf befindlichen organischen fotoleitenden Schicht und ist drehbar am Rahmen 309a für die Reinigungseinrichtung 309 gelagert, wobei der Rahmen 309a auch als Halter für die lichtempfindliche Trommel 301 dient. Auf der Umfangsfläche der lichtempfindlichen Trommel 301 sind ein Reinigungsblatt 309b zum Entfernen des auf der lichtempfindlichen Trommel 301 zurückbleibenden Toners und eine Aufladeeinrichtung 302 vorgese hen. Somit sind bei dieser Ausführungsform die lichtempfindliche Trommel 301, die Reinigungseinrichtung 309 und die Aufladeeinrichtung 302 als Einheit in einer Prozesskartusche U enthalten, die lösbar an einer Haupteinheit 320 der Vorrichtung montierbar ist.
Die lichtempfindliche Trommel 301 wird in Abhängigkeit von einem Bilderzeugungsvorgang durch Übertragung der Antriebskraft von einem Antriebsmotor gegen den Uhrzeigersinn in 24 gedreht.
Bei der Aufladeeinrichtung 302 handelt es sich bei dieser Ausführungsform um eine solche vom Kontaktaufladungstyp, die die Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 301 gleichmäßig auflädt.
Die Belichtungseinrichtung 303 belichtet die aufgeladene lichtempfindliche Trommel 301 mit Bildlicht und projiziert das Bildlicht entsprechend einem Bildsignal durch eine nicht gezeigte Laserdiode auf einen Polygonalspiegel 303a, wenn das Bildsignal der Laserdiode zugeführt wird. Dieser Polygonalspiegel 303a wird von einem Abtastmotor 303b mit hoher Geschwindigkeit gedreht, und das vom Polygonalspiegel 303a reflektierte Bildlicht wird selektiv auf die Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 301, die sich mit einer konstanten Geschwindigkeit dreht, durch eine Abbildungslinse 303c und einen Reflektionsspiegel 303d projiziert, so daß auf diese Weise ein latentes elektrostatisches Bild erzeugt wird.
Dieses latente elektrostatische Bild wird von der Entwicklungskartusche (Entwicklungsvorrichtung) D für jede Farbe entwickelt. Das von der Entwicklungskartusche D entwickelte Tonerbild wird auf das Zwischentransferelement 304 (Transfereinheit) übertragen.
Die Transfereinheit 304 (zweites Bildträgerelement) bewirkt eine sekundäre Übertragung der sequentiell von der lichtempfindlichen Trommel 301 überlagerten Tonerbilder auf das Aufzeichnungsmaterial P und ist mit einem Zwischentransferband 304a versehen, das sich in der durch den Pfeil R4 angedeuteten Richtung bewegt. Bei dieser Ausführungsform hat das Zwischentransferband 304a eine Umfangslänge von etwa 440 mm und ist um eine Antriebsrolle 304b, eine gegenüberliegende Sekundärübertragungsrolle 304c und eine Folgerolle 304d gespannt.
Eine Begrenzungsrolle 304j ist benachbart zur Folgerolle 304d vorgesehen und zwischen einer Position zum Drücken des Zwischentransferbandes 304a in Richtung auf die lichtempfindliche Trommel 301 und einer Position zum Halten des Zwischentransferbandes 304a von der lichtempfindlichen Trommel 301 weg bewegbar. Das Zwischentransferband 304a bewegt sich in der durch den Pfeil R4 angedeuteten Richtung durch die Drehung der Antriebsrolle 304b.
In einer vorgegebenen Position außerhalb des Zwischentransferbandes 304a befindet sich eine Reinigungseinheit 304e, die in Richtung auf das Zwischentransferband 304a und von diesem weg bewegbar ist, wobei der nach der zweiten Übertragung zurückbleibende nicht übertragene Toner hiervon entfernt wird. Die Reinigungseinheit 304e umfasst eine Aufladerolle 304f zum Kontaktieren des Zwischentransferbandes 304a und zum Aufbringen einer Ladung auf den Toner, die zu der während der Übertragung entgegengesetzt ist. Der mit der Ladung der entgegengesetzten Polarität versehene Toner wird elektrostatisch auf der lichtempfindlichen Trommel 301 abgelagert und dann von einer Reinigungsvorrichtung 309 für die lichtempfindliche Trommel 301, die hiernach beschrieben wird, gesammelt. Das Reinigungsverfahren für das Zwischentransferband 304a ist nicht auf ein elektrostatisches Reinigen beschränkt, vielmehr kann auch ein mechanisches Verfahren unter Verwendung eines Blattes oder einer Pelzbürste Anwendung finden, oder es können beide Verfahren zur gleichen Zeit eingesetzt werden.
Der auf der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 301 nach der Übertragung des Tonerbildes auf das Zwischentransferelement 304 verbleibende Toner wird von der Reinigungseinrichtung 309 entfernt, die ein Reinigungsblatt 309b verwendet, das mit der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 301 in Kontakt steht, um den Toner von der Trommelfläche in den Resttonerbehälter 309c abzukratzen. Dieser Resttonerbehälter 309c wird vom Reinigungsrahmen 309a gebildet. Die Kapazität des im Resttonerbehälter 309c gespeicherten Resttoners ist groß genug, so daß der Behälter nicht vor dem Ende der Lebensdauer der lichtempfindlichen Trommel 301 gefüllt wird. Der im Resttonerbehälter 309c befindliche Resttoner wird zusammen mit dem Austausch der Prozesskartusche U entsorgt, wenn das Ende der Lebensdauer der lichtempfindlichen Trommel 301 erreicht ist.
Die Übertragungseinrichtung 306 zum Übertragen des Tonerbildes, das nacheinander auf das Zwischentransferelement 304 übertragen wurde, auf das Aufzeichnungsmaterial P besitzt die Form einer Transferrolle 306, die eine Metallwelle umfasst, welche mit einem elastischen Schaum mit einem mittleren Widerstand umhüllt ist und in 24 in Vertikalrichtung bewegbar ist.
Nachdem das Farbbild durch die Überlagerungsübertragung der Tonerbilder auf das Zwischentransferelement 304 erzeugt worden ist, wird die Transferrolle 306 durch einen nicht gezeigten Nocken zu einem geeigneten Zeitpunkt in eine durch gestrichelte Linien in 24 gezeigte obere Position bewegt. Hierdurch wird die Tranferrolle 306 mit dem Zwischentransferelement 304 mit Hilfe des Aufzeichnungsmateriales P mit einem vorgegebenen Druck in Presskontakt gebracht. Gleichzeitig damit wird eine Vorspannung an die Transferrolle 306 gelegt, und das Tonerbild wird vom Zwischentransferelement 304 auf das Aufzeichnungsmaterial P übertragen.
Wie in 24 gezeigt, umfasst die Zuführeinrichtung 305 zum Zuführen des Aufzeichnungsmateriales P eine Blattzuführkassette 305a, die eine Vielzahl von Aufzeichnungsmaterialien P aufnimmt, eine Aufnahmerolle 305b, eine Blattzuführrolle 305c1, eine Verzögerungsrolle 305c2 zum Verhindern einer doppelten Zuführung, ein Paar von Zuführrollen 305d, ein Paar von Register rollen 305e, ein Paar von Abgaberollen 305f und eine Zuführführung 305g.
Während des Bilderzeugungsvorganges wird die Aufnahmerolle 305b in Übereinstimmung mit dem Bilderzeugungsvorgang gedreht, um die Aufzeichnungsmaterialien P nacheinander von der Blattzuführkassette 305a zu trennen. Das aus der Blattzuführkassette 305a herausgeführte Aufzeichnungsmaterial P wird von der Zuführführung 305g geführt und über die Zuführrollen 305d dem Paar der Registerrollen 305g zugeführt. Während des Bilderzeugungsvorganges befinden sich die Registerrollen 305e wahlweise entweder im Ruhezustand, um das Aufzeichnungsmaterial P zu stoppen, oder werden gedreht, um das Aufzeichnungsmaterial P dem Zwischentransferelement 304 in einer vorgegebenen Sequenz zuzuführen und auf diese Weise eine Ausrichtung zwischen dem Bild und dem Aufzeichnungsmaterial P im nachfolgenden Übertragungsprozeß herzustellen. Das Farbbild wird in der vorstehend beschriebenen Weise über die Übertragungseinrichtung 306 erzeugt.
Das nunmehr mit dem übertragenen Farbbild versehene Aufzeichnungsmaterial P wird der Fixiereinrichtung 307 zugeführt, in der der Toner fixiert wird. Die Fixiereinrichtung 307 besitzt eine Fixierrolle 307a zur Aufbringung von Wärme auf das Aufzeichnungsmaterial P und eine Pressrolle 307b, um einen Preßkontakt des Aufzeichnungsmateriales P mit der Fixierrolle 307a herzustellen, wobei beide Rollen 307a, 307b hohle Rollen sind und darin entsprechende Heizeinrichtungen 307a1, 307b1 enthalten. Durch Fördern des Aufzeichnungsmateriales P, während Wärme und Druck aufgebracht werden, wird das Tonerbild auf dem Aufzeichnungsmaterial P fixiert.
Entwicklungsvorrichtung (Entwicklungskartusche)
Es wird nunmehr die Konstruktion der Entwicklungsvorrichtung zum Entwickeln eines latenten Bildes, das auf der lichtempfindlichen Trommel 301 ausgebildet ist, beschrieben.
Die Bilderzeugungsvorrichtung umfasst vier Entwicklungsvorrichtungen D (Dy, Dm, Dc und Db) zum Entwickeln von gelben, Magenta-, Cyan- und schwarzen Bildern. Die Entwicklungsvorrichtungen D sind lösbar auf einer Dreheinheit 311 montiert, die um eine Achse 310 drehbar ist. Bei der Bilderzeugung wird die Entwicklungsvorrichtung D um die Achse 310 gedreht, während sie auf der Dreheinheit 311 gehalten wird. Wenn eine vorgegebene Entwicklungsvorrichtung D der lichtempfindlichen Trommel 301 gegenüberliegt, wird die Drehung gestoppt. Die Entwicklungshülse der auf diese Weise gestoppten Entwicklungsvorrichtung wird mit einem geringen Spiel (etwa 300 μm) relativ zur lichtempfindlichen Trommel 301 positioniert, wonach der Toner dem latenten elektrostatischen Bild auf der lichtempfindlichen Trommel 301 zugeführt wird, um das latente Bild zu entwickeln.
Während der Farbbilderzeugung wird die Dreheinheit für jede Drehung des Zwischentransferbandes 304a gedreht, so daß der Entwicklungsprozeß von der Gelbentwicklungsvorrichtung Dy, die den gelben Toner aufnimmt, der Magenta entwicklungsvorrichtung Dm, die den Magentatoner aufnimmt, der Cyanentwicklungsvorrichtung Dc, die den Cyantoner aufnimmt, und der Schwarzentwicklungsvorrichtung Db, die den schwarzen Toner aufnimmt, in dieser Reihenfolge durchgeführt wird.
25 zeigt eine Entwicklungsvorrichtung D (eine Gelbentwicklungsvorrichtung Dy), die so positioniert und angeordnet ist, daß sie der lichtempfindlichen Trommel 1 gegenüberliegt (Entwicklungsposition).
Gemäß 25 besitzt die Entwicklungsvorrichtung D einen Entwicklungsbehälter 321, der isolierenden nicht magnetischen Toner 322 als Einkomponentenentwickler aufnimmt, und eine Entwicklungshülse 323 (Entwicklerträgerelement), die in einer Öffnung angeordnet ist, welche sich in Längsrichtung des Entwicklungsbehälters 321 erstreckt, und die der lichtempfindlichen Trommel 301 gegenüberliegt, um das latente elektrostatische Bild auf der lichtempfindlichen Trommel 301 zu entwickeln.
In der Entwicklungsvorrichtung D befindet sich im wesentlichen die linke Hälfte des Umfangs der Entwicklungshülse 323 im Entwicklungsbehälter 321, während im wesentlichen die rechte Hälfte zur Außenseite hin weist. Die freiliegende Fläche weist mit geringem Spiel auf die lichtempfindliche Trommel 301.
Die Entwicklungshülse 323 wird in einer durch den Pfeil A angedeuteten Richtung gedreht, und die Oberfläche besitzt eine geeignete Rauhigkeit, um eine hohe Kontakt wahrscheinlichkeit mit dem Toner 323 zu erreichen und das Tragen des Toners 323 zu verbessern. Bei dieser Ausführungsform wird die Entwicklungshülse von einer Aluminiumhülse mit einem Durchmesser von 16 mm gebildet, deren Oberfläche einer regelmäßigen Bestrahlung unter Verwendung von Glaskugeln (#600) unterzogen wurde, um eine Oberflächenrauhigkeit Rz von etwa 3 μm zu erhalten. Die Entwicklungshülse liegt der lichtempfindlichen Trommel 301 mit einem Spalt von 300 μm gegenüber. Die Umfangsgeschwindigkeit beträgt dort 80 mm/s, welcher Wert geringfügig höher ist als die Umfangsgeschwindigkeit der lichtempfindlichen Trommel 301, nämlich 50 mm/s.
Um eine Tonerleckage an den gegenüberliegenden Enden der Entwicklungshülse 323 zu verhindern, sind Enddichtungselemente 324 an der Öffnung des Entwicklungsbehälters 321 vorgesehen, um die gegenüberliegenden Enden der Entwicklungshülse 323 abzudichten.
Über der Entwicklungshülse 323 ist ein elastisches Blatt 325 an einer Blattlagermetallplatte 326 gelagert, und ein Teil hiervon benachbart zum freien Ende steht mit der Außenfläche der Entwicklungshülse 323 entgegen deren Drehrichtung in Flächenkontakt (das freie Ende liegt aufstromseitig des Kontaktabschnittes in Drehrichtung der Entwicklungshülse 323). Das elastische Blatt 325 umfaßt Gummimaterial, wie Urethan und Silikon, oder besitzt ein Basiselement in der Position eines oberen Teiles aus SUS oder Phosphorbronze mit federelastischen Eigenschaften und einem Gummimaterial auf der Seite des Basiselementes, das mit der Entwicklungshülse 323 in Kontakt steht. Das elastische Blatt 325 dieser Ausführungsform weist eine Blattlagermetallplatte 326 und Urethankautschuk in der Form einer Platte mit einer Dicke von 1,0 mm auf, die damit verbunden ist. Die Kontaktkraft relativ zur Entwicklungshülse 325 beträgt 23–25 g/cm (der lineare Druck wird wie folgt gemessen: drei dünne Metallplatten mit bekannten Reibungskoeffizienten werden in den Kontaktabschnitt eingesetzt und die des mittleren Abschnittes wird mit einer Federwaage herausgezogen, wonach die Ablesung der Federwaage umgewandelt wird).
Die elastische Rolle 327 ist aufstromseitig des Kontaktabschnittes zwischen dem elastischen Blatt 325 und der Oberfläche der Entwicklungshülse 323 in Drehrichtung der Hülse 232 angeordnet und wird drehbar gelagert. Sie besitzt vorzugsweise eine Schaumskelettschwammstruktur oder eine Pelzbürstenstruktur mit einem Metallkern und Fasern aus Rayon, Nylon o. ä., die hierin implantiert sind, um auf diese Weise den Toner 322 auf die Entwicklungshülse 323 zu führen und den für die Entwicklung nicht gebrauchten Toner zu entfernen. Bei dieser Ausführungsform findet eine elastische Rolle 327 mit einem Durchmesser von 12 mm Verwendung, die einen Metallkern und darauf befindlichen Polyurethanschaum besitzt. Die Breite des Spaltes zwischen der elastischen Rolle 327 und der Entwicklungshülse 323 beträgt vorzugsweise 1–8 mm und ist vorzugsweise so groß, daß eine Relativgeschwindigkeit in Bezug auf die Entwicklungshülse 5 am Kontaktabschnitt erreicht wird. Bei dieser Ausführungsform beträgt die Breite 3 mm, und die elastische Rolle 327 wird mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 50 mm/s während des Entwicklungsvorganges (die Relativgeschwindigkeit relativ zur Entwicklungshülse 323 beträgt 130 mm/s) von einer nicht gezeigten Antriebseinrichtung mit einem vorgegebenen Timing gedreht.
Es wird nunmehr die Entwickleraufladerolle zur Ladungsbeaufschlagung des Toners beschrieben. Wie in 25 gezeigt, wird die Aufladerolle 330 mit der Entwicklungshülse 323 an einer Stelle abstromseitig des Kontaktabschnittes zwischen dem elastischen Blatt 325 und der Entwicklungshülse 323 in Drehrichtung der Entwicklungshülse in Kontakt gebracht, wobei der Toner 322 in der dünnen Schicht elektrisch aufgeladen wird, während die Aufladerolle von der Entwicklungshülse 323 angetrieben wird.
26 ist eine Ansicht der mit der Aufladerolle 330 versehenen Entwicklungsvorrichtung D von der lichtempfindlichen Trommel 301 aus gesehen. Die Aufladerolle 330 wird von einer Rollenlagerwelle 332 gelagert, die sich parallel zur Entwicklungshülse 323 erstreckt, und steht mit der Entwicklungshülse 323 in Kontakt. Die Rollenlagerwelle 332 ist an einer Basisplatte 334 zur Bewegung in Richtung des Pfeiles Y montiert und wird von einem Presselement 333 mit einer Kraft von 170 gF gegen die Entwicklungshülse 323 gepreßt. Die Aufladerolle 330, die Rollenlagerwelle 332 und das Presselement 333 sind an einer Basisplatte 334 montiert und bilden eine Rolleneinheit R, die am Entwicklungsbehälter 321 montiert ist.
Die Aufladerolle 330 steht sowohl mit einem nicht mit Toner beschichteten Abschnitt (nicht schraffierter Abschnitt in 26) als auch mit einem mit Toner beschichteten Abschnitt (schraffierter Abschnitt in 26) auf der Entwicklungshülse 323 in Kontakt. Die Toneraufladerolle 330 führt einen Rutschvorgang durch, wenn der Kontakt nur am mit Toner beschichteten Abschnitt besteht, da das Fließvermögen des Toners groß ist, und wird daher nicht auf beständige Weise angetrieben. Um dieses Problem zu lösen, steht sie auch mit dem nicht mit Toner beschichteten Abschnitt in Kontakt. Die Aufladerolle 330 wird vorzugsweise von der Entwicklungshülse 323 angetrieben oder wird auf irgendeine andere Weise angetrieben, immer jedoch mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit wie die Entwicklungshülse 323. Wenn eine Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Aufladerolle 330 und der Entwicklungshülse 323 vorhanden ist, ist die Tonerbeschichtung ungleichmäßig, was zur Folge hat, daß der Toner in den Hintergrundbereich (Trübung) übertragen wird oder daß eine Streuung oder Leckage des Toners auftritt.
Die Vorspannungsquelle und die Vorspannung sind die gleichen wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.
27 ist eine Schnittansicht einer Aufladerolle 330. Die Aufladerolle 330 besitzt einen Metallkern 330a, bei dem es sich um ein Rohr aus Messing handelt, sowie darauf befindliches Gummimaterial 330b. In der Aufladerolle 330 befindet sich ein Lager 335 zum Lagern der Rollenlagerwelle 332. Die Rollenlagerwelle 332 ist mit einem Halter 336 versehen, der mit dieser in Presspassung steht. Sie wird von einem Preßelement 333, beispielsweise einer Schraubenfeder o. ä., unter Pressung gesetzt. Das Presselement 333 funktioniert auch als Elektrode zum Anlegen einer Vorspannung an die Aufladerolle 30 und nimmt die Aufladerollenvorspannung auf, die von der Entwicklungsvorspannung von der Elektrode 338 abgezweigt wird (26), und legt diese über die Rollenlagerwelle 332 und das Lager 335 an die Aufladerolle 330.
Durch die Anordnung des Lagers 335 in der Aufladerolle 330 wird zerstreuter Toner oder anderes Fremdmaterial daran gehindert, in das Lager 335 einzudringen, so daß die Drehung der Aufladerolle 330 stabilisiert wird und die Aufladerolleneinheit gleichzeitig eine geringe Größe erhalten kann. Durch die Aufbringung der Vorspannung auf die Aufladerolle 330 durch das Lager 335 wird keine zusätzliche Elektrode benötigt, so daß eine Kostenreduzierung erreicht wird.
Bei dieser Ausführungsform wird das Auftreten von nicht aufgeladenem Toner an den gegenüberliegenden Längsendabschnitten verhindert, und die dünne Tonerschicht kann auf beständige Weise ausgebildet werden.
Ausführungsform 10
28 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Konstruktionen der Bilderzeugungsvorrichtung und der Entwicklungsvorrichtung entsprechen denen der neunten Ausführungsform.
Die Aufladerolle 339 umfaßt bei dieser Ausführungsform einen Metallkern 339a und ein darauf befindliches Gummimaterial 339b entsprechend der neunten Ausführungsform. Ein Rollenlager 341 findet zur Lagerung der Lagerwelle 340 der Rolle Verwendung, und feste Elemente 343 sind mittels Presspassung um den Metallkern 339a herum an den Seiten angeordnet, um das Lager 341 zu fixieren. Ein Rollenhalter 345 ist mittels Presspassung um die Lagerwelle 340 angeordnet, um die Rolle 339 an der Lagerwelle 340 zu halten. An jedem Ende der Rolle 339 ist ein Kappenelement 342 montiert, um die Öffnung des Metallkernes 339a abzudecken.
Bei dieser Ausführungsform besitzt das verwendete Lager 341 geringes Spiel (einige μm) zwischen dem Innenring und Außenring, um die Aufladerolle 339 mit einem Mittenausrichtungsmechanismus relativ zur Entwicklungshülse 323 zu versehen. Hierdurch kann die Aufladerolle 339 relativ zur Lagerwelle 340 geneigt werden, so daß sie während der Drehung relativ zur Entwicklungshülse 323 ausgerichtet und die Aufladerolle 339 auf sichere Weise mit der Entwicklungshülse 323 in Kontakt gebracht wird. Ein Kappenelement 342 kann am Ende der Aufladerolle 339 vorgesehen sein, um zu verhindern, daß streuender Toner oder anderes Fremdmaterial in das Lager 341 während des Bilderzeugungsvorganges eindringt, so daß auf diese Weise die Aufladerolle 339 über einen langen Zeitraum beständig gedreht werden kann.
Mit dieser Konstruktion wird eine gleichmäßige und beständige Aufbringung der elektrischen Ladung auf den nicht aufgeladenen Toner an der Entwicklungshülse erreicht. Es wird somit auf sichere Weise die Erzeugung von nicht aufgeladenem Toner verhindert und eine stabilisierte dünne Tonerschicht auf der Entwicklungshülse erzielt.
Bei dieser Ausführungsform ist das Rollenlager mit Spiel versehen, so daß die Aufladerolle eine Mittenausrichtungsmechanismusfunktion besitzt. Alternativ dazu kann ein Rollenlager mit automatischer Ausrichtung versehen werden oder die Lagerwelle kann die Mittenausrichtungsmechanismusfunktion erhalten.
Ausführungsform 11
In Verbindung mit den 29 und 30 wird eine weitere Ausführungsform beschrieben. Die Konstruktion der Bilderzeugungsvorrichtung dieser Ausführungsform entspricht der der neunten Ausführungsform.
Gemäß 29 ist die Aufladerolle 350 drehbar an der Lagerwelle 352 gelagert und steht in Presskontakt mit der Entwicklungshülse 323. Die Lagerwelle 352 steht mit einem Loch 353b in Eingriff, das im zylindrischen Abschnitt 353a des Armes 353 ausgebildet ist, und erstreckt sich hierdurch. Der gegenüberliegende Abschnitt der Aufladerolle 350 ist mit einer Elektrodenfeder 354 und einer Elektrodenplatte 355 verbunden, um das Anlegen der Vorspannung an die Aufladerolle 350 zu ermöglichen.
Eine zweite Lagerwelle 357 steht mit einem Durchgangsloch 353d, das an einem Drehabschnitt 353c des Armes 353 parallel zur Lagerwelle 352 ausgebildet ist, in Eingriff und erstreckt sich durch dieses, und die gegenüberliegenden Enden der zweiten Lagerwelle 357 sind drehbar an einem Lagertisch 358 gelagert, der auf einer Basisplatte 351 fixiert ist. Um die zweite Lagerwelle 357 ist ein Presselement 356 aus einem Federelement gewickelt, wobei ein Ende desselben mit der Basisplatte 351 in Kontakt steht, während das andere Ende den zylindrischen Abschnitt 353a des Armes 353 kontaktiert, so daß der Arm 353 um die zweite Lagerwelle 357 in Richtung des Pfeiles E schwenkbar ist, um die Aufladerolle 350 durch die Druckkraft des Presselementes 356 in Presskontakt mit der Entwicklungshülse 323 zu bringen.
Ähnlich wie bei der zehnten Ausführungsform ist die Aufladerolle 350 mit der Funktion eines Mittenausrichtungsmechanismus relativ zur Entwicklungshülse 323 versehen und steht mit der Entwicklungshülse auf sichere Weise in Kontakt, um die Ladung auf den Toner aufzubringen, während sie von der Entwicklungshülse 223 angetrieben wird.
30 zeigt eine Ausführungsform der Aufladerolle 350. Die Aufladerolle 350 dieser Ausführungsform besitzt einen Metallkern 350a aus einem Messingrohr, ein darauf geformtes Gummimaterial 350b, ein Rollenlager 361, Lagerfixierelemente 365 und Halter 366 darin, ähnlich wie bei der zehnten Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform sind dünne Abschnitte 350c an den gegenüberliegenden Enden des Gummimateriales 350b der Aufladerolle 350 vorgesehen (die Dicke ist kleiner als im mittleren Abschnitt), wobei diese dünnen Abschnitte mit Kappen 370 und 372 bedeckt sind.
Bei einer derartigen Ausführungsform wird durch die Kappen 370 und 372 verhindert, daß Fremdmaterial in das Lager 361 eindringt. Gleichzeitig kann die Distanz zwischen dem Metallkern 350a und der Entwicklungshülse 323 vergrößert werden, so daß eine Leckage vermieden werden kann. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige und beständige Aufbringung der elektrischen Ladung auf den nicht aufgeladenen Toner auf der Entwicklungshülse erreicht und somit auf sichere Weise die Erzeugung von nicht aufgeladenem Toner verhindert und eine stabilisierte dünne Tonerschicht auf der Entwicklungshülse erzielt.
Die Erfindung wurde in Verbindung mit den hier beschriebenen Ausführungsformen erläutert. Sie ist jedoch nicht auf die wiedergegebenen Einzelheiten beschränkt und soll auch solche Modifikationen oder Änderungen abdecken, die unter den Schutzumfang der nachfolgenden Patentansprüche fallen.

Claims

Entwicklungsvorrichtung (4; 24; 34) mit einem Entwicklungsbehälter (14; 214; 314) zum Aufnehmen eines Entwicklers (8; 28; 38); einem Entwicklerträgerelement (5; 25; 35; 301; 323) zum Tragen eines Entwicklers (8; 28; 38), das in einer Öffnung des Entwicklungsbehälters (14; 214; 314) angeordnet ist; und einem Entwickleraufladungselement (20; 220; 320; 102; 112; 122; 302; 339; 350) zum Aufladen des Entwicklers auf dem Entwicklerträgerelement, das mit einer Spannung beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung die gleiche Polarität wie der Entwickler (5; 25; 35; 301; 323) besitzt und nicht geringer ist als eine Entladungsstartspannung (5; 25; 35; 301; 323), bei der eine elektrische Entladung zwischen der auf dem Entwicklerträgerelement getragenen Entwicklerschicht und dem Entwickleraufladungselement beginnt, wobei das Entwickleraufladungselement eine elektrisch entladbare Oberfläche besitzt, die mit dem Entwickler in Kontakt bringbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die des weiteren ein Regulierelement zum Regulieren der Menge des Entwicklers auf dem Entwicklerträgerelement umfaßt, wobei das Entwickleraufladungselement abstromseitig eines Regulierabschnittes des Regulierelementes und auf stromseitig einer Entwicklungszone des Entwicklerträgerelementes relativ zur Bewegungsrichtung des Entwicklerträgerelementes angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Entwickleraufladungselement eine Aufladungsrolle aufweist, die vom Entwicklerträgerelement oder mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit angetrieben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Aufladungsrolle darin mit einem Lager versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Aufladungsrolle mit einem Mittenausrichtungsmechanismus versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Aufladungsrolle durch das Lager mit einer Spannung beaufschlagt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Entwickleraufladungselement an einem Ende des Entwicklerträgerelementes vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der sich das Entwickleraufladungselement bis zur Außenseite eines Endes des Entwicklerträgerelementes erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der sich das Entwickleraufladungselement in Längsrichtung des Entwicklerträgerelementes erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der es sich bei dem Entwickler um einen Einkomponentenentwickler handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der der Entwickler nichtmagnetisch ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der der Entwickler einen Formfaktor SF-1 von 100–180 und einen Formfaktor SF-2 von 100–140 besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Entwickleraufladungselement eine Oberflächenschicht aus Gummi besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der das Entwicklerträgerelement einen nichttragenden Bereich besitzt, der den Entwickler an einem Endabschnitt nicht trägt, und bei der das Entwickleraufladungselement auch mit dem nichttragenden Bereich kontaktiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Entwicklungsvorrichtung die Form einer Einheit besitzt, die lösbar an einer Bilderzeugungsvorrichtung montierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Entwicklungsvorrichtung einstückig mit einem Bildträgerelement zum Tragen eines elektrostatischen Bildes ausgebildet ist und eine Prozeßeinheit bildet, die relativ zur Bilderzeugungsvorrichtung lösbar montierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Entwickleraufladungselement einen Widerstand von 10⁸–10¹¹ Ω besitzt.