DE3014372C2 - Entwicklersystem zur Erzeugung eines Tonerbildes - Google Patents
Entwicklersystem zur Erzeugung eines TonerbildesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Entwicklersystem zur Erzeugung eines Tonerbildes auf einem elektrostatisch
aufgeladenen und belichteten Bndträgerelement im Wege eines Entwicklungsvorganges mit einem Einkomponentenentwickler,
bestehend aus einer stationär dem Bildträgerelement mit Abstand gegenüberstehend angeordneten
Entwicklerrolle sowie einer Vorrichtung, die den Entwickler über die Entwicklerrolle dem
Bildträgerelement zuführt.
Elektrostatische Kopiergeräte arbeiten in der Weise, das ein lichtempfindliches Bildträgerelement zunächst
elektrisch aufgeladen und anschließend unter Verwendung eines zu kopierenden Originals belichtet wird. Es
entsteht dann auf dem Bildträgerelement ein elektrostatisches latentes Ladungsbild. Entwickelt wird das latente
Ladungsbild dadurch, daß dem Bildträgerelement elektrisch aufgeladener Entwickler zugeführt wird. Das
Pulverbild, das dabei entsteht, wird sodann auf Papier übertragen und auf diesem fixiert.
Elektrostatische Kopiergeräte können entweder mit Einkomponenten- Entwickler oder mit Zweikomponenten-Entwickler
arbeiten.
Die Erfindung befaßt sich mit einem Entwicklersystem, das mit Einkomponenten-Entwickler arbeitet. Ein
Einkomponenten-Entwickler besteht in der Regel aus pulverförmigem Toner mit Kunstharzen und Pigmentstoffen
oder aus einem Gemisch aus Kunstharzen und magnetischem Eisenpulver.
Ein Entwicklersystem der eingangs genannten Gattung ist durch die DE-AS 26 54 848 bekannt. Dabei
besteht die Stationäre Entwicklerrolle aus einem Hohlzylinder aus Aluminium oder einem anderen
nichtmagnetischen Material. Im Inneren des Zylinders ist eine drehbare Magnetwalze angeordnet, die eine
Anzahl von Magnetpolen aufweist Der Entwicklerrolle wird aus einem Vorratsbehälter Entwickler zugeführt.
Auf der Entwicklerrolle bildet sich eine Entwicklerschicht, die durch die sich drehende Magnetwalze über
die Außenfläche der Entwicklerrolle bewegt wird und dabei mit dem Bildträgerelement in Berührung kommt.
Bei dem bekannten Entwicklersystem ist nicht gewährleistet, daß der auf der Entwicklerrolle befindliche
Entwickler in ausreichendem Maße elektrisch aufgeladen wird, was jedoch Voraussetzung dafür ist,
daß der auf der Entwicklerrolle befindliche Entwickler auf elektrostatischem Weg zum Bildträgerelement
angezogen wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Entwicklersystem der eingangs genannten Gattung so
zu gestalten, daß eine ausreichende Aufladung des Entwicklers auf der Entwicklerrolle sichergestellt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Entwicklerrolle zwei Gruppen elektrisch
leitender Bereiche aufweist, die sich auf deren Oberfläche jeweils in Axialrichtung erstrecken, ein jeder
zu der einen Gruppe gehörender Bereich zwischen zwei Bereichen der anderen Gruppe angeordnet ist, und
diese Gruppen und Bereiche unter Verwendung von isolierendem Material elektrisch gegeneinander getrennt
und isoliert sind, daß weiterhin an die eine
Gruppe ein Potential mit der zur Polarität des
Bildträgerelementes entgegengesetzten Polarität und an die andere Gruppe Erdpotential gelegt ist, und daß
die Entwicklerrolle so ausgerichtet ist, daß ein Bereich der auf Erdpotential liegenden Gruppe dem Bildträgerelement
direkt gegenübersteht
Als vorteilhaft hat sich erwiesen, daß die Entwicklerrolle
einen elektrisch leitenden Zylinder aufweist, in den im Abstand zueinander auf seiner Außenfläche mehrere
sich in Axialrichtung erstreckende Kanäle oder Ausnehmungen eingearbeitet sind, in die jeweils ein
elektrisch leitendes und gegenüber dem Zylinder isoliertes Segment eingesetzt ist, und zwar derart, daß
auf der Oberfläche des Zylinders elektrisch leitende Bereiche der ersten Gruppe entstehen, wohingegen die
Segmente die elektrisch leitenden Bereiche der zweiten Gruppe bilden.
Das erfindungsgemäße Entwicklersystem kann auch so ausgestaltet sein, daß die Entwicklerrolle einen
elektrisch isolierenden Zylinder aufweist, in den mehrere über den Umfang verteilte Ausnehmungen
oder Kanäle, die sich in Axialrichtung erstrecken, eingearbeitet sind und ein jeder dieser Kanäle ein
elektrisch leitendes Segment aufweist
Es ist zweckmäßig, daß die Entwicklerrolle eine aus nichtmagnetischem Material hergestellte Zylinderbuchse
ist und die Vorrichtung, die den Entwickler über die Entwicklerrolle dem Bildträgerelement zuführt aus
einem im Inneren der Zylinderbuchse koaxial und drehbar angeordneten Magnet besteht der auf seiner
Oberfläche mehrere Magnetpole aufweist
Schließlich ist es auch möglich, dem Potential einer der Gruppen der elektrisch leitenden Bereiche eine
Wechselspannung als Vorspannung oder Steuerspannung aufzuschalten.
Durch die US-PS 38 65 080 ist zwar schon ein Hohlzylinder bekannt der zwei Gruppen elektrisch
leitender segmentförmiger Bereiche aufweist, die sich jeweils in Axialrichtung des Hohlzylinders erstrecken.
Die Bereiche aind durch eine ebenfalls segmentförmige Isolierschicht elektrisch voneinander getrennt.
An den Bereichen liegen unterschiedliche Potentiale an. Eine Möglichkeit den Entwickler über die
Oberfläche des Hohlzylinders zu bewegen, besteht jedoch nicht Vielmehr dreht sich der Hohlzylinder
selbst. Er nimmt dabei Tonerpratikel durch die von den elektrisch leitenden Segmenten entwickelte Anziehungskraft
mit Eine gleichmäßige und ausreichende Aufladung der Tonerteilchen findet dabei nicht statt.
Der vorbekannte Hohlzylinder ist deshalb als Entwicklerrolle nicht verwendbar; er kann nur dazu dienen,
schwach aufgeladene Tonerpartikel aufzunehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher
erläutert Es zeigt
F i g. 1 das Entwicklersystem eines elektrostatischen
Kopiergerätes in Schnittdarstellung,
F i g. 2 einen Teil des in F i g. 1 gezeigten Entwicklersystems ebenfalls im Schnitt,
F i g. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Details aus F i g. 2,
Fig.4 die in Fig.2 gezeigte Entwicklerrolle oder
Tonerzuführungsrolle in perspektivischer Darstellung sowie die Spannungsquelle für das Entwicklersystem,
F i g. 5 ebenfalls in perspektivischer Darstellung die in F i g. 2 wiedergegebene Entwicklerrolle,
F i g. 6 bis 8 vergrößerte Schnittdarstellung mit Wiedergabe von Details für drei verschiedenartige
Ausführungsbeispiele der Toneraufladungsvorrichtung nach F i g. 2,
Fig.9 eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
des Entwicklersystems nach der Erfindung,
F i g. 10 eine vergrößerte Darstellung der Toneraufladungsvorrichtung
nach F i g. 9,
F i g. 11 eine perspektivische Darstellung der Entwicklerrolle
nach Fig.9 mit Spannungsquelle für das
Entwicklersystem und
Fig. 12 eine weitere perspektivische Darstellung der
in F i g. 9 wiedergegebenen Entwicklerrolle.
Wie aus F i g. 1 und 2 zu erkennen ist besteht das elektrostatische Kopiergerät aus einem elektrostatisehen
Bildträgerelement 10, bspw. einer lichtempfindlichen Bildtrommel, aus einem Tonerbehälter 12 mit
Zuführungstrichter und schließlich auch noch aus einem üntwicklersystem 18, zu dem auch eine Entwicklerrolle
28 gehört Das lichtempfindliche Bildträgerelement 10 steht mit einem (nicht dargestellten) Antriebssystem
geeigneter Art in Verbindung, von welchem es in die mit Pfeil A gezeichnete Richtung gedreht wird.
In dem zum Entwicklersystem 18 gehörenden Gehäuse 20 befindet sich ein Entwickler 14 der
Einkomponentenausführung. Außerdem ist im Gehäuse 20 eine Entwicklerrolle 28 untergebracht. Dem Gehäuse
20 wird der Entwickler 14 von dem Tonerbehälter 12 aus zugeführt, der über dem Gehäuse 20 angeordnet ist
Der untere Teil des Tonerbehälters 12 weist eine
3J Öffnung 22 auf, durch die der Entwickler vom
Tonerbehälter 12 aus dann in das Gehäuse 20 gelangt wenn sich die Zuführrolle 16 dreht Eine Drehbewegung
der Zuführrolle 16 bewirkt, daß der im Tonerbehälter 12 befindliche Entwickler 14 am Gehäuse 20 über kleine
und enge Öffnungen zwischen der Rolle 16 und den Kanten der Öffnung 22 zugeführt wird.
Der Einkomponentenentwickler weist keine Trägerpartikel auf. Er besteht nur aus Kunstharz und
magnetischen Pulvern. Der Entwickler hat einen spezifischen Volumenwiderstand von nicht weniger als
10" Ω cm, die Partikeigröße liegt im Größenbereich
von 100 Mikron.
Wie aus F i g. 2 zu erkennen ist, erhält der Entwickler 14 eine negative elektrische Aufladung und bleibt dann
solange an der Entwicklerrolle 28 haften, bis er auf elektrostatischem Weg zum Bildträgerelement 10 hin
angezogen wird. Das eine positiv elektrische Aufladung aufweisende elektrostatische Ladungsbild, das im
Bereich 36a des Bildträgerelementes 10 latent vorhanden ist, wird bei diesem Vorgang entwickelt, und zwar
derart, daß dabei ein sichtbares Pulverbild oder Staubbild im Bereich 36b entsteht.
Zur Entwicklerrolle 28 gehört ein Zylinder 24. Dieser Zylinder 24 ist aus einem elektrisch leitenden, aber
unmagnetischen Werkstoff hergestellt., bspw. aus Aluminium oder aus Messing. Der Zylinder 24, der
feststehend angeordnet ist, weist mehrere im Abstand zueinander angeordnete Ausnehmungen der Kanäle 30
auf, die in seine Oberfläche eingearbeitet ■sind. Wie dies am besten aus F i g. 4 zu erkennen ist, sind die Kanäle 30
alle in Längsrichtung des Zylinders 24 angeordnet und ausgerichtet. In die Kanäle 30 ist isolierendes Material
32 derart eingesetzt, daß es an den Wandflächen und an der Bodenfläche der Kanäle 30 anliegt. Nach dem
isolierenden Material 32 werden die elektrisch leitenden Segmente 34 in die Kanäle 30 eingesetzt, diese sind dann
durch das isolierende Material elektrisch gegen den elektrisch leitenden Zylinder 24 isoliert. Der zu einem
jeden Segment 34 gehörende Oberflächenbereich 34a ist zur Außenfläche des Zylinders 24 ausgerichtet.
Ein Magnet 26, der im Wechsel auf seiner Oberfläche magnetisierte Nordpole (N) und magnetisierte Südpole
(S) aufweist, ist innerhalb des elektrisch leitenden Zylinders 24 angeordnet und untergebracht. Der
Magnet 26 steht mit einem geeigneten (nicht dargestellten) Antriebssystem derart in Verbindung, daß er sich in
die mit Pfeil B gezeichnete Richtung dreht. Der Magnet 26 bewirkt den Transport des Entwicklers auf der
Oberfläche des elektrisch leitenden Zylinders 24.
Fig.4 und 5 zeigen, daß die elektrisch leitenden
Segmente 34 zum Zylinder hin über das isolierende Material 32 elektrisch isoliert sind. Die elektrisch
leitenden Segmente 34 stehen über die Drähte 38 mit einer gemeinsamen Leitung 40 in Verbindung, welche
ihrerseits wiederum über ein Schaltelement 44 auf die negative Anschlußklemme einer Gleichspannungsquelie
46 (bspw. auf eine für 600 V ausgelegte Spannungsquelle) geführt ist. Das Schaltelement 44 ist in Offenstellung
gezeichnet Während des Betriebes des Entwicklersystems ist es normalerweise geschlossen. Der Zylinder 24
ist seinerseits über die Leitung 42 auf den positiven Anschluß der Gleichspannungsquelle 46 geführt, und
zwar über eine Anschlußklemme 48, welche elektrisch mit der Erdungsklemme 50 in Verbindung steht Da der
Zylinder. 24 stillsteht, ist für die Verbindung mit den Leitungen 40 und 42 ein Schleifringkontakt nicht
erforderlich.
Fig.2 zeigt ferner, daß die elektrisch leitenden Segmente 34 dem Bereich 52 des lichtempfindlichen
Bildträgerelementes 10 mit Abstand gegenüberliegen. Der Grund besteht darin, daß das auf dem Bildträgerelement
10 im Bereich 36a vorhandene latente Ladungsbild durch die elektrische Ladung des elektrisch leitenden
Segmentes 34 zerstört und vernichtet werden würde. Mit anderen Worten: Wenn ein Segment 34, das mit der
Spannungsquelle von bspw. 600 V in Verbindung steht, nahe an die Oberfläche der Bildtrommel 10 herangebracht
würde, hätte das zur Folge, daß sich im Bereich 36a die Ladungsdichte des latent vorhandenen Ladungsbildes
verringern oder abschwächen würde.
Nachstehend wird die Funktion des Entwicklersystems kurz beschrieben.
Wenn sich der Magnet 26 in Richtung des in F i g. 2 dargestellten Pfeiles B dreht, dann bleibt an der
Oberfläche des elektrisch leitenden Zylinders 24 wegen des vom Magneten 26 ausgehenden magnetischen
Feldes Entwickler 14 haften. Durch die Drehbewegung des Magneten 26 wird der Entwickler 14 auf der
Außenumfangsfläche des Zylinders 24 in Richtung des Pfeiles Ctransportiert. Wie aus F i g. 3 hervorgeht ist zu
diesem Zeitpunkt zwischen den elektrisch leitenden Segmenten 34 und dem elektrisch leitenden Zylinder 24
eine Spannung von —600 V aufgeschaltet Ein Strom fließt durch den Entwickler 14, durch den Bereich 34a
der Oberfläche eines jeden der Segmente 34 und durch den benachbarten Bereich 346 des Zylinders 24. Weil
nun durch das isolierende Material 32 die Segmente 34 und der Zylinder 24 gegeneinander elektrisch isoliert
sind, fließt dann, wenn die Gleichspannungsquelle 46
zwischen ihnen angelegt ist auf der Oberfläche des Zylinders 24 ein Strom durch den Entwickler 14.
Dadurch wird der Entwickler 14 bis zur gewünschten Stärke in negativer Polarität aufgeladen. Auf die
Transport- oder Förderrichtung C des Entwicklers 14 bezogen ist ein jedes Segment 34 derart in einem festen
und bestimmten Abstand angeordnet daß die Aufladung des Entwicklers 14 ständig wiederholt wird.
Während des Transportes des Entwicklers 14 drehen sich auch die im Entwickler enthaltenen Tonerpartikel,
die dann allmählich und gleichmäßig aufgeladen werden. Wird der elektrische Widerstand des Entwicklers 14
berücksichtigt, wird weiterhin auch der Abstand zwischen den Segmenten 34 berücksichtigt, dann kann
man die Gleichspannung der Gleichspannungsquelle 46 genau festlegen und bestimmen. Der Entwickler 14 wird
vom Magnetfeld des sich drehenden Magneten 26 in der gewünschten Polarität (in diesem Falle mit der
negativen Polarität) gleichmäßig aufgeladen und dann zum Entwicklerbereich 52 weitergeleitet. In diesem
Bereich 52 haftet der Entwickler 14 an dem latenten und elektrostatischen Ladungsbild im Bereich 36a des
lichtempfindlichen Bildträgerelementes 10, wobei dann ein sichtbares Staubbild oder Pulverbild im Bereich 366
entsteht.
Mit F i g. 6 bis 8 sind Stromversorgungsteile anderer Ausführungsformen dargestellt, die das Entwicklersystem
nach F i g. 2 bis 5 mit Strom zu versorgen haben. Nach F i g. 6 ist der positive Anschluß der Gleichspannungsquelle
54 (bspw. 100 bis 300 V der Vorspannung), mit der Anschlußklemme 48 verbunden, während der
negative Anschluß an die Erdungsklemme 50 gelegt ist Wenn das elektrostatische und latente Ladungsbild auf
dem trommeiförmigen Bildträgerelement 10 entwickelt wird, dann wird dem Zylinder 24 die Vorspannung der
Gleichspannungsquelle 54 aufgeschaltet. Das hat wiederum zur Folge, daß das auf dem Bildträgerelement 10
im Bereich 36Z> entstehende sichtbare Staubbild einen starken Kontrast aufweist und.dies auf einem praktisch
reinen Hintergrund.
Die mit F i g. 7 wiedergegebene Wechselspannungsquelle 56 steht mit der Anschlußklemme 48 und mit der
Erdungsklemme 50 in Verbindung. Beim Transport des aufgeladenen Entwicklers 14 auf den Zylinder 24 wird
der Entwickler 14 durch die von der Spannungsquelle 56 her aufgeschaltete Wechselspannung in Schwingung
gehalten. Das hat wiederum zur Folge, daß der Entwickler auf der Oberfläche des Zylinders 24 nicht
koaguliert oder haften bleibt Liegt aber die Frequenz der Wechselspannung 56 unter 100 Hz, dann entstehen
Streifen im sichtbaren Pulverbild im Bereich 366 des Bildträgerelementes 10. Die Wechselspannungsquelle
muß somit eine Frequenz haben, die über 100 Hz liegt.
Nach Fig.8 ist eine Wechselspannungsquelle 58 schaltungsmäßig zwischen dem positiven Anschluß der
Gleichspannungsquelle 46 und der Anschlußklemme 48 angeordnet Wenn der Entwickler 14 auf dem Zylinder
24 transportiert wird, werden die Entwicklerpartikel in der zuvor beschriebenen Weise in Schwingung gehalten,
so daß der Entwickler 14 nicht auf der Oberfläche des Zylinders 24 koagulieren und haften bleiben kann. Bei
diesem Ausführungsbeispiel wird der Bereich 52 von der Wechselspannung nicht beeinflußt was wiederum zur
Folge hat daß das dann sichtbare Pulverbild im Bereich 36Z) auf dem Bildträgerelement 10 keine Streifen
aufweist
Nachstehend soll nun anhand von Fig.9 bis 12 ein
zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Entwicklersystems beschrieben und erläutert werden.
Der Zylinder 24 ist aus einem elektrisch nichtleitenden Material hergestellt bspw. aus Kunststoff, und
dieser Zylinder ist auch nicht magnetisch. Die elektrisch leitenden Bereiche 34a und 346 sind in einem
bestimmten Abstand zueinander auf der Oberfläche des aus Isoliermaterial bestehenden Zylinders 24 angeord-
net, dabei wechseln Bereiche 34a mit den Bereichen 34b. Diese Bereiche 34a und 346 sind in der in den F i g. 10 bis
12 dargestellten Weise an eine Gleichspannungsquelle 46 angeschlossen. Keiner der Bereiche 34a ist von der
Anordnung her auf die Bildtrommel ausgerichtet, im Gegensatz zum Bereich 34b, der elektrisch mit der
Erdungsklemme 50 verbunden ist und auf das Bildträgerelement ausgerichtet ist. In der Funktion und
Arbeitsweise entspricht dieses Entwicklersystem dem ersten Ausführungsbeispiel, welches zuvor beschrieben
worden ist.
Bezugszeichenübersicht
10 Bildträgerelement
12 Tonerbehälter
14 Entwickler
16 Zuführrolle
JS Entwicklersystem
20 Gehäuse
22 öffnung
24 Zylinder
26 Magnet
28 Entwicklerrolle
30 Kanal
32 Isolierendes Material
34 Elektrisch leitendes Segment
34a Bereich
34ft Bereich
36a Bereich
36b Bereich
38 Draht
40 Leitung
42 Leitung 44 Schaltelement 46 Gleichspannungsquelle 48 Anschlußklemme
50 Erdungsklemme 52 Bereich 54 Gleichspannungsqueile
56 Wechselspannungsquelle 58 Wechselspannungsquelle
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Entwicklersystem zur Erzeugung eines Tonerbildes auf einem elektrostatisch aufgeladenen und
belichteten Bildträgerelement im Wege eines Entwicklungsvorganges mit einem Einkomponentenentwickler,
bestehend aus einer stationär dem Bildträgerelement mit Abstand gegenüberstehend
angeordneten Entwicklerrolle sowie einer Vorrich- to tung, die den Entwickler über die Entwicklerrolle
dem Bildträgerelement zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise
die Entwicklerrolle (28) zwei Gruppen elektrisch leitender Bereiche aufweist, die sich auf deren
Oberfläche jeweils in Axialrichtung erstrecken, ein jeder zu der einen Gruppe gehörender Bereich (34a)
zwischen zwei Bereichen (34b) der anderen Gruppe angeordnet ist, und diese Gruppen und Bereiche
unter Verwendung von isolierendem Material (32) elektrisch gegeneinander getrennt und isoliert sind,
daß weiterhin an die eine Gruppe (34a,) ein Potential mit der zur Polarität des Bildträgerelementes (10)
entgegengesetzten Polarität und an die andere Gruppe (34b) Erdpotential gelegt ist und daß die
Entwicklerrolle (28) so ausgerichtet ist, daß ein Bereich der auf Erdpotential liegenden Gruppe (34b)
dem Bildterägerelement (10) direkt gegenübersteht.
2. Entwicklersystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Entwicklerrolle (28) einen elektrisch leitenden Zylinder (24) aufweist, in den im
Abstand zueinander auf seiner Außenfläche mehrere sich in Axialrichtung erstreckende Kanäle (30) oder
Ausnehmungen eingearbeitet sind, in die jeweils ein elektrisch leitendes und gegenüber dem Zylinder
(24) isoliertes Segment (34) eingesetzt ist, und zwar
derart, daß auf der Oberfläche des Zylinders (24) elektrisch leitende Bereiche (34b)der ersten Gruppe
entstehen, wohingegen die Segmente (34) die elektrisch leitenden Bereiche (34a) der zweiten
Gruppe bildea
3. Entwicldersystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Entwicklerrolle (28) einen elektrisch isolierenden Zylinder (24) aufweist
(F i g. 9), in den mehrere über den Umfang verteilte
Kanäle oder Ausnehmungen, die sich in Axialrichtung erstrecken, eingearbeitet sind und ein jeder
dieser Kanäle ein elektrisch leitendes Segment (34) aufweist
4. Entwicklersysterr» nach einem der Ansprüche 1
bis 3, mit einem magnetisierbaren Einkomponentenentwickler, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklerrolle
(28) eine aus nichtmagnetischem Material hergestellte Zylinderbuchse ist und die Vorrichtung,
die den Entwickler (14) über die Entwicklerrolle (28) dem Bildträgerelement (10) zuführt, aus einem
im Inneren der Zylinderbuchse koaxial und drehbar angeordneten Magnet (26) besteht, der auf seiner
Oberfläche mehrere Magnetpole aufweist
5. Entwicklersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Potential
einer der Gruppen der elektrisch leitenden Bereiche (34a, 34b) eine Wechselspannung als Vorspannung
oder Steuerspannung aufgeschaltet wird.
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Owner name: KABUSHIKI KAISHA TOSHIBA, KAWASAKI, KANAGAWA, JP |
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