Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Flüssigentwicklervorrichtung, die dazu benutzt wird, elektroskopische, in
einer Flüssigkeit dispergierte Tonerteilchen auf einer
Oberfläche eines sich bewegenden Aufzeichnungselements
entsprechend einem darauf gebildeten Ladungsbild abzuscheiden.
Hintergrund der Erfindung
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Es sind verschiedene Techniken bekannt, um
elektroskopischen Toner auf ein latentes elektrostatisches Bild
tragende Aufzeichnungselemente aufzubringen, so daß der Toner
in den gewünschten Bereichen am Aufzeichnungselement
haftet, um das Bild zu entwickeln. Eine Technik besteht darin,
den teilchenförmigen Toner in trockener Form auf die
Oberfläche des Aufzeichnungselementes rieseln zu lassen, und
den überflüssigen Toner zu entfernen, indem man ihn
entweder durch die Schwerkraft vom Aufzeichnungselement
herunterrutschen läßt, oder indem man den überflüssigen Toner
mit einem Gebläse wegbläst. Eine andere Technik besteht
darin, die Tonerteilchen in einem fein verteiltem
Magnetpulver mitzuführen, und eine Magnetbürste zur Verteilung
des Toners über die Oberfläche des Aufzeichnungselementes
zu benutzen. Eine dritte Technik zur Tonerverteilung
besteht darin, den Toner in einer dielektrischen Flüssigkeit
mitzuführen, die dann mit der das Latentbild tragenden
Oberfläche in Berührung gebracht wird. Die
Entwicklungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung benutzt die
letztgenannte Technik.
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Ein signifikantes Problem, mit dem man bei
Entwicklungsvorrichtungen, die in Flüssigkeit mitgeführten Toner benutzen,
konfrontiert wird, ist allgemein als
"Grenzschichtverarmung" bekannt. Das kann sogar schon nach sehr kurzer
Benutzungszeit auftreten, da die Tonerkonzentration in der
Flüssigkeit nahe dem Ort, wo die Flüssigkeit mit dem
Aufzeichnungselement in Berührung gebracht wird, sehr schnell
absinken kann, wenn ein "dunkler Bereich" des Latentbildes
entwickelt wird.
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Abgesehen von dem kompletten Eintauchen des
Aufzeichnungselementes in den in Flüssigkeit mitgeführten Toner zum
Zweck der Entwicklung, was bei flachen
Aufzeichnungselementen nicht sehr effektiv ist, gab es das Problem, wie man
eine ausreichende Tonerkonzentration zuführt, um die
komplette Entwicklung zu gewährleisten. Einer der frühesten
Versuche, dieses Problem zu lösen, war die Verwendung einer
in ein Flüssigtonerbad eingetauchten Rolle. Die Rolle, die
auch leitend war, wurde dann in Drehung versetzt, um den in
Flüssigkeit mitgeführten Toner am Verarbeitungsspalt
ständig auszutauschen und aufzufüllen. So eine Vorrichtung wird
in dem U.S. Patent Nr. 3 367 791 dargestellt.
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Mit zunehmender Verarbeitungsgeschwindigkeit wurden
Modifizierungen der Ausrüstung erforderlich, um mit dem erhöhten
Durchsatz Schritt zu halten. Man stellte fest, daß, wenn
das Aufzeichnungselement über eine rotierende
Entwicklungselektrode geführt wurde, der Entwicklungsbereich relativ
klein war, und daß die wirksame Entwicklung durch das
Volumen des flüssigen, verteilten Toners begrenzt war, das die
rotierende Elektrode dem Verarbeitungsspalt zuführen
konnte.
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Das U.S. Patent Nr. 3 561 400 betrifft eine verbesserte
Vorrichtung, mit der versucht wurde, viele der
obengenannten Probleme zu lösen. Allgemein gesagt umf aßt die
Vorrichtung ein Gehäuse, das eine zylindrische Rolle umgibt. Das
Gehäuse hat eine Öffnung, die es gestattet, daß ein
Abschnitt der Rolle über das Gehäuse hinausragt. Eine Pumpe
sorgt für die Zufuhr von in Flüssigkeit mitgeführtem Toner
in den Raum zwischen der Rolle und dem Gehäuse. Die Rolle
wird gedreht, um eine Schicht Entwicklerflüssigkeit über
den vorstehenden Abschnitt der Rolle zu tragen und das
Aufzeichnungselement zu berühren.
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Der Versuch, den Durchsatz einer solchen Vorrichtung zu
erhöhen, würde eine drastische Vergrößerung des Durchmessers
der sich drehenden Elektrode erfordern, um eine geeignete
Entwicklungszone zu erhalten sowie ein adäguates
elektrisches Feld in der Entwicklungszone.
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Die DE-A-2 058 244 offenbart eine Vorrichtung zum
Aufbringen von Toner auf die Oberfläche eines Elementes, das eine
elektrophotographische Aufzeichnung trägt. Die Vorrichtung
besitzt einen Endlosriemen, der zwischen mindestens zwei
Rollen so gespannt ist, daß zwischen dem Element und dem
Riemen ein Entwicklungsspalt gebildet wird. Der Riemen wird
in bezug auf das Aufzeichnungselement in Bewegung gesetzt.
Ein Gehäuse, das den Toner enthält, und Einrichtungen zur
kontinuierlichen Tonerzuführung sind vorgesehen.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung
des Entwicklungsdurchsatzes durch die Vergrößerung der
Berührungszone zwischen Entwickler und Aufzeichnungselement
unter Beibehaltung eines kleinen und kontrollierten
Entwicklungsspaltes zwischen dem Aufzeichnungselement und der
Entwicklungselektrode, um in der Entwicklungszone ein
adäquates elektrisches Feld zu erhalten.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine
Entwicklungsvorrichtung zum Aufbringen von flüssigem Toner auf die
Oberfläche eines elektrophotographischen Aufzeichnungselementes
vorgesehen, umfassend: einen Endlosriemen, der zwischen
mindestens zwei Rollen gespannt ist und in bezug auf das
Aufzeichnungselement in Bewegung gesetzt wird, wobei der
Riemen derart in bezug auf das Aufzeichnungselement
positioniert ist, daß ein Abschnitt des Riemens in einer
kurzen, funktionsfähigen Entfernung von dem
Aufzeichnungselement steht, um zwischen dem Aufzeichnungselement und dem
Riemen einen Entwicklungsspalt zu erzeugen; ein den Riemen
und die Antriebsrollen umgebendes Gehäuse, in dem der
flüssige Toner enthalten ist; und eine Einrichtung, die für
eine kontinuierliche Zufuhr des flüssigen Toners zu dem
Entwicklungsspalt sorgt und den flüssigen Toner in den
Entwicklungsspalt drückt; dadurch gekennzeichnet, daß das
Aufzeichnungselement zylindrisch ist, und daß die Längsachse
des in funktionsfähiger Entfernung von dem zylindrischen
Aufzeichnungselement stehenden Abschnittes des Riemens
Parallel zur Achse des Aufzeichnungselementes verläuft.
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In dem Fall, wo das Aufzeichnungselement zylindrisch ist,
werden die Aufgaben der Erfindung erfüllt, indem derjenige
Abschnitt des Riemens, der in funktionsfähiger Entfernung
von dem Aufzeichnungselement steht, auf einer Unterlage mit
einer dem Aufzeichnungslement benachbarten konkaven
Oberfläche gelagert wird. In dieser Ausführungsform besteht der
Riemen aus einem magnetisch anziehenden Material, und die
konkave Oberfläche der Unterlage ist mit Magneten
ausgerüstet, die den Riemen zu der konkaven Oberfläche hinzieht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen noch detaillierter beschrieben, wobei sich
gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile in den
verschiedenen Ansichten beziehen, und wobei:
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Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht einer
Entwicklungsvorrichtung gemäß der EP-A-0 356 164 und eines
Abschnittes eines zylindrischen Aufzeichnungselementes ist;
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Figur 2 eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht eines
Abschnitts der Entwicklungsvorrichtung und des
Aufzeichnungselementes von Figur 1 ist;
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Figur 3 eine schematische Vorderansicht einer
Ausführungsform einer Entwicklungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, wobei ein Abschnitt im Querschnitt gezeigt
ist;
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Figur 4 eine vergrößerte Teilguerschnittsansicht der
Vorrichtung von Figur 3 entlang der Linie 4-4 von Figur 3 ist,
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Figur 5 eine schematische Querschnittsansicht einer zweiten
Ausführungsform einer Entwicklungsvorrichtung gemäß der
vorliegenden Erindung und eines Abschnittes eines
zylindrischen Aufzeichnungselementes ist; und
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Figur 6 eine perspektivische Ansicht eines Abschnittes der
Entwicklungsvorrichtung von Figur 5 ist.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Figur 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform einer
Entwicklungsvorrichtung, die in der EP-A-0 356 164 beansprucht
wird und allgemein mit 10 bezeichnet ist. Sie umfaßt eine
Entwicklungsrolle 12, die von einem Gehäuse 14 umgeben ist,
das an seinen Enden geschlossen ist, um die Rolle 12
vollständig zu umschließen. Die Entwicklungsvorrichtung
befindet sich neben einem elektrostatischem Aufzeichnungselement
16, das in zylindrischer Form dargestellt ist, obwohl das
Aufzeichnungselement 16 die Form einer Platte oder einer
Bahn haben kann. Das Gehäuse 14 ist oben offen, um die
Entwicklungsrolle 12 freizulegen und es der
Entwicklungsrolle zu ermöglichen, sich dem Aufzeichnungselement 16 auf
eine funktionsfähige Entfernung zu nähern, gewöhnlich in
der Größenordnung von 0,015 Zoll, um einen
Entwicklungsspalt zu bilden.
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Das die Entwicklungsrolle 12 umgebende Gehäuse ist in
Längsrichtung durch ein Abstreifmesser 18 in eine
Zuführkammer 20 und eine Rücklaufkammer 22 geteilt. Die
Entwicklungsrolle 12 und das Aufzeichnungselement 16 drehen sich
so in Richtung der Pfeile 24 und 26, daß sich ihre beiden
Oberflächen von der Zuführkammer 20 hin zur Rücklaufkammer
22 bewegen. Flüssiger Toner wird der Zuführkammer 20
mittels einer Pumpe 28 zugeführt und zu dem Entwicklungsspalt
17 hingedrückt. Der zugeführte flüssige Toner bildet einen
Flüssigkeitsmeniskus 30, dessen Breite eine
Entwicklungszone definiert. Flüssiger Toner in der Entwicklungszone
fließt über das Gehäuse 14 und fällt in ein Auf fangfach 32,
um zu der Zuführkammer 20 zurückgeführt zu werden. Toner
wird von der Entwicklungszone außerdem durch eine
Vakuumpumpe 34 abgezogen, was die Zirkulation des flüssigen
Toners durch die Entwicklungszone verbessert. Der durch die
Vakuumpumpe 34 abgezogene Toner wird zur weiteren
Zirkulation zu der Zuführpumpe 28 zurückgeleitet. Der durch die
Vakuumpumpe 34 erzeugte Unterdruck erzeugt auch einen
Luftstrom von außerhalb des Gehäuses 14 hinein in die
Rücklaufkammer.
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Die in bezug auf die Drehung der Entwicklungsrolle 12 und
des Entwicklungselementes 16 stromabwärts gelegene Seite
des Gehäuses 14 weist ein Messer 36 auf, das in die
Entwicklungszone hineinragt. Das Messer 36 ist so
positioniert, daß der obengenannte Luftstrom von außerhalb des
Gehäuses 14 angrenzend an die Entwicklungszone auf das
Aufzeichnungselement 16 trifft und überflüssigen flüssigen
Toner von der Oberfläche des Aufzeichnungselementes 16
abstreift.
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Der flüssige Toner besteht aus pigmentierten, unlöslichen
Teilchen mit einem Durchmesser von bis zu 2 um, die in
ISOPAR G (eingetragenes warenzeichen der Humble Oil &
Refining Company) stabilisiert sind, einem nichtpolaren,
verzweigten, flüssigen Kohlenwasserstoff. Die Teilchen sind
positiv geladen und werden von Bereichen des
Aufzeichnungselementes 16 angezogen, die, als Ergebnis von Aufladung und
Belichtung des Aufzeichnungselementes 16, elektrisch
negativer geladen sind als die Teilchen.
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Die Tonerdichte hängt von drei Faktoren ab, der
Tonerkontaktzeit, der Konzentration des Toners in seinem Träger,
und der Homogenität des elektrischen Feldes, das zwischen
der Entwicklungsrolle 12 und dem Aufzeichnungselement 16
besteht. Abbildungen, die mittels niedriger konzentriertem
Toner entwickelt wurden, haben in der getönten Abbildung
einen saubereren Hintergrund. Niedriger konzentrierte Toner
sind außerdem fähig, kleine Bilddetails mit größerer Dichte
und schärferen Rändern zu entwickeln. Daher haben die
entwickelten Abbildungen eine höhere Auflösung und einen
besseren Kontrast, wenn niedriger konzentrierte Toner benutzt
werden.
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Für den Einsatz von niedriger konzentrierten Tonern muß
jedoch die Zufuhr des flüssigen Toners zur Entwicklungszone
erhöht werden, um eine Verarmung der Tonerteilchen in der
Entwicklungszone unter ein akzeptables Niveau zu vermeiden.
Man hat festgestellt, daß das Vorsehen der Vakuumquelle 34
auf der Rücklaufseite des Gehäuses 14 die Zirkulation des
flüssigen Toners durch die Entwicklungszone beträchtlich
erhöht und so eine adäquate Zufuhr von Tonerteilchen zu der
Abbildung gewährleistet.
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Die Tonerkontaktzeit ist eine Funktion der Breite der
Entwicklungszone zwischen der Entwicklungsrolle 12 oder, ganz
allgemein, der Entwicklungselektrode 12 und der
Aufzeichnungsoberfläche 16. Die Homogenität des elektrischen Feldes
kann verbessert werden, indem man die Elektrode 12 der Form
der Aufzeichnungsoberfläche 16 anpaßt. Sowohl die
Tonerkontaktzeit als auch die Homogenität des elektrischen Feldes
wird durch die Benutzung dieser Erfindung wesentlich
verbessert, deren eine Ausführungsform einer
Entwicklungsvorrichtung 38 in Figur 3 und 4 gezeigt wird.
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In dieser Ausführungsform hat die Entwicklungselektrode die
Form eines Endlosriemens 40, der zwischen zwei Rollen 42
und 44 gespannt ist, von denen eine oder beide angetrieben
sein können, um den Riemen kontinuierlich an der
Aufzeichnungsoberfläche 16 vorbeizubewegen. Alternativ könnte eine
weitere (nicht gezeigte) Rolle benutzt werden, um den
Riemen 40 anzutreiben. Der Riemen 40 wird vorzugsweise so
angetrieben, daß jegliche auf dem Riemen 40 angesammelte
Tonerablagerungen durch ein Abstreifmesser 45 entfernt werden
können, wenn sich der Riemen 40 daran vorbeibewegt.
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Der Riemen 40 ist leitend, besteht vorzugsweise aus
nichtrostendem Stahl und ist angrenzend an das
Aufzeichnungselement 16 auf einer Unterlage 46 mit einer flachen Oberfläche
48 gelagert. Wie bei der in Figur 1 und 2 gezeigten
Entwicklungsvorrichtung ist der Entwicklungsriemen 40 von
einem Gehäuse 50 umgeben, das einen Tonerzuführkanal 52,
einen Überlaufkanal 54 und einen Rücklaufkanal 56 umfaßt,
der eine Vakuumguelle aufweist. Eine Entwicklungszone wird
zwischen dem Überlauf- und dem Rücklaufkanal 54 bzw. 56
gebildet.
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Der dem Rücklaufkanal benachbarte Abschnitt des Gehäuses 50
weist eine scharfe Schneide 58 auf, um eine dem Messer 36
in Figur 1 und 2 ähnliche Form zu bilden, die die zu dem
Rücklaufkanal 56 gezogene Luft gegen das
Aufzeichnungselement 16 richtet, um überflüssigen Toner vom
Aufzeichnungselement 16 abzustreifen und die Hintergrundfärbung des
Bildbereiches zu reduzieren.
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Wie man sieht, vergrößert die flache Form des
Entwicklungsriemens 40 in dem Bereich des Aufzeichnungselementes 16 die
Breite und Homogenität der Entwicklungszone beträchtlich im
Vergleich zu der durch die Punkt-zu-Punkt-Konfiguration
hergestellte Entwicklungszone, die durch die Entfernung der
beiden zylindrischen in Figur 1 und 2 dargestellten Formen
entsteht. Diese vergrößerte Breite und Homogenität der
Entwicklungszone trägt sowohl zu der oben beschriebenen
Tönungsdichte als auch der Qualität bei.
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Während die Konfiguration des Riemens 40 der
Entwicklungselektrode gegenüber der zylindrischen Konfiguration der
Figuren 1 and 2 Vorteile bringt, wenn sie zusammen mit einem
zylindrischen Aufzeichnungselement 16 eingesetzt wird,
werden diese Vorteile vergrößert, wenn die Riemenkonfiguration
zusammen mit einem Aufzeichnungselement 60 in Form einer
flachen Platte oder Bahn benutzt wird, wie durch die
gestrichelten Linien in Figur 4 gezeigt. Daher wird die
Ausführungsform der Figuren 3 und 4 am wirkungsvollsten
eingesetzt, wenn die Entwicklungselektrode die Form einer Platte
oder Bahn hat.
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Die Figuren 5 und 6 zeigen eine Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, die die Vorteile der riemenartigen
Entwicklungselektrode aufweist, jedoch in einer Gestaltung,
die speziell auf den Gebrauch mit einem
Aufzeichnungselement in der Form eines Zylinders zugeschnitten ist. Die
Entwicklungsvorrichtung 62 umfaßt eine Unterlage 64, die
eine Oberseite 66 aufweist, die so geformt ist, daß sie in
bezug auf das zylindrische Aufzeichnungselement 16
zylindrisch konkav ist. Daher paßt sich die Oberseite der
Unterlage 64 von der Entwicklungsvorrichtung 62 der
Krümmung des Aufzeichnungselementes 16 an. Auf der
Unterlagenoberseite 66 ist ein Riemen 68 gespannt, der magnetisch
anziehend ist und vorzugsweise aus Stahl besteht. Es ist
notwendig, daß der Riemen 68 magnetisch anziehend ist, damit
der Riemen durch die Magnete 70, die sich innerhalb der
Unterlage 64 befinden, zur konkaven Form der Oberseite 66 der
Unterlage 64 hingezogen wird. Diese Magnete befinden sich
vorzugsweise auf beiden Seiten der Mittellinie der konkaven
Oberseite 66 der Unterlage 64, obwohl sie entlang der
Mittellinie positioniert sein könnten. In Figur 6 ist nur ein
Magnet 70 dargestellt, aber es sollte beachtet werden, daß
ein weiterer Magnet symmetrisch zur Mittellinie angeordnet
ist, auf der Seite der Mittellinie, die dem in Figur 6
gezeigten Magneten gegenüberliegt, und im gleichen Abstand
vom gegenüberliegenden Ende der Unterlage 64. Jede
geeignete Anzahl von Magneten 70 kann verwendet werden, aber
die Mindestanzahl, die gebraucht wird, um den Riemen 68 zur
Unterlage 64 hinzudrücken, so daß er sich ihr anpaßt, ist
vorzuziehen, um die Reibung zwischen dem Riemen 68 und der
Unterlage 64 zu minimieren.
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Es ist möglich, den Riemen 68 in der erforderlichen
konkaven Form vorzuformen, wie das gewöhnlich mit
Metallbandmaßen geschieht, aber die magnetische Anordnung hat sich
als wünschenswerter erwiesen.
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Die Entwicklungsvorrichtung von Figur 5 und 6 unterscheidet
sich geringfügig von der in Figur 3 und 4 gezeigten, indem
der Toner mittels einer Reihe von Löchern 72, die entlang
der Mittellinie der Unterlage 64 beabstandet sind, durch
die Unterlage 64 hindurch zugeführt wird. Schlitze 74 sind
im Riemen 68 vorgesehen, um es dem flüssigen Toner zu
ermöglichen, in die Entwicklungszone zwischen dem Riemen 68
und dem Aufzeichnungselement 16 zu fließen. Mittels der
Rücklaufkanäle 76, die sich auf beiden Seiten des Riemens
68 befinden, wird der Toner aus der Entwicklungszone
entfernt. Die Rücklaufkanäle sind mit einer oben beschriebenen
Vakuumguelle versehen. Wie bei den vorherigen
Ausführungsformen ist die Entwicklungsvorrichtung mit einem geformten
Gehäuse versehen, das die Luft, die zu der Vakuumquelle
strömt, auf das Aufzeichnungselement auftreffen läßt und
überflüssigen Toner davon abstreift, um die
Hintergrundtönung des Bildbereiches zu reduzieren.
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Die in Figur 5 und 6 dargestellte Entwicklungseinrichtung
bietet daher die Vorteile einer besonders breiten und
homogenen Entwicklungszone, nämlich verlängerte Kontaktzeit
zwischen Toner und dem Aufzeichnungselement und ein
homogenes elektrisches Feld, während sie die Vorteile, die aus
dem Vorsehen einer Vakuumrückführung resultieren,
beibehält, nämlich erhöhte Tonerzirkulation und die Vermeidung
oder Reduzierung von überflüssigem Toner auf dem
Aufzeichnungselement.