DE1497227B2 - Kaskadenentwicklungsvorrichtung fuer elektrostatische ladungsbilder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kaskadenentwicklungsvorrichtung für elektrostatische Ladungsbilder auf der Oberfläche eines in geneigter Richtung durchlaufenden elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials mit einer Fördereinrichtung zur kontinuierlichen Zuführung von streufähigem Entwickler auf das Aufzeichnungsmaterial, das für den über es herabfallenden Entwickler einen Strömungsweg bildet, und mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Turbulenz in dem Strömungsweg des Entwicklers.

Eine solche aus der US-PS 31 17 891 bekannte Vorrichtung benutzt innerhalb eines als Trommel ausgebildeten bewegbaren Aufzeichnungsmaterials angeordnete permanentmagnetische oder elektromagnetische Magnetpole, die der Entwicklungszone benachbart innerhalb der Trommel beweglich angeordnet sind. Bei der Bewegung der Magnetpole wird der über die Oberfläche der Trommel in der Entwicklungszone kaskadierte Entwickler magnetisch auf die Oberfläche gezogen und infolge der Änderung des Magnetfeldes durch die sich drehenden Magnetpole in eine rollende und durchwirbelnde Bewegung versetzt. Diese bekannte Entwicklungsvorrichtung benutzt dabei als Entwickler magnetische oder magnetisch beeinflußbare Trägerteilchen, an denen die Tonerteilchen anhaften. Mit Hilfe dieser bekannten Entwicklungsvorrichtung soll insbesondere bei eine sich mit hoher Geschwindigkeit bewegende Trommel aufweisenden elektrophotographischen Geräten der sogenannte Aushungerungseffekt beseitigt werden, durch den zu wenig Tonerteilchen an bestimmte Bildbereiche des zu entwickelnden Ladungsbildes gelangen. Dieses tritt bei der Entwicklung größerer zusammenhängender Bildbereiche auf, die dem über die Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials kaskadierten Entwickler so viel Tonerteilchen entziehen, daß dieser Entwickler in benachbarten Bereichen des gleichen Bildes keine ausreichende Menge an Tonerteilchen mehr abgeben kann. Durch die magnetische Durchwirbelung des Entwicklers werden die einzelnen Trägerteilchen zu einer vollständigeren Abgabe der an ihr anhaftenden Tonerteilchen gezwungen, wodurch dieser Aushungerungseffekt zu vermindern ist. Andererseits ist jedoch die Anordnung und der Antrieb sich bewegender Magnetpole innerhalb einer sich bewegenden Trommel ziemlich aufwendig und störanfällig. Außerdem erfordert die bekannte Entwicklungsvorrichtung die Verwendung eines Entwicklers mit magnetischen oder zumindest magnetisch beeinflußbaren Trägerteilchen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue Entwicklungsvorrichtung der genannten Art zu schaffen, die konstruktiv einfacher aufgebaut ist, die Verwendung eines beliebigen streufähigen Entwickelrs zuläßt und eine noch bessere Beseitigung des sogenannten Aushungerungseffektes bewirkt.

Bei einer Entwicklungsvorrichtung der genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Einrichtung zur Erzeugung von Turbulenz aus einer Mehrzahl von in dem Strömungsweg angeordneten Prallkörpern besteht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung benutzt also unmittelbar im Strömungsweg des Entwicklers angeordnete Prallkörper, die die beim ungestörten Kaskadie-Tungsvorgang auftretende laminare Strömung des Entwicklers unterbrechen und damit zu einer Durchwirbelung und turbulenten Strömung des Entwicklers führen. Diese Prallkörper sind dabei einfache mechanische Tei-Ie, die in den strömenden Entwickler hineinragen, bzw. ihn durchziehen. Dabei wurde festgestellt, daß die neue Entwicklungsvorrichtung in sehr wirkungsvoller Weise den kontinuierlichen Ersatz bereits mit der Oberfläche

des Aufzeichnungsmaterials in Berührung gekommener Trägerteilchen durch frisch zugeführte Trägerteilchen, die sich im Strömungsweg des Entwicklers oberhalb der zuerst genannten Trägerteilchen befinden, sicherstellt. Die feste und gegenüber dem bewegbaren Auf-Zeichnungsmaterial im wesentlichen unbewegliche Anordnung der mechanischen Prallkörper ermöglicht eine sehr einfache und keinen weiteren Betriebsaufwand erfordernde Anordnung, die damit auch störunanfällig ist.

Gemäß in den Unteransprüchen angegebener Weiterbildungen der Erfindung können die Prallkörper in einer ersten Ausführungsform parallel und quer zur Bewegungsrichtung der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials gespannte Drähte sein, die in den Strömungsweg des Entwicklers eintauchen. Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die Prallkörper senkrecht zur Oberfläche des ■ Aufzeichnungsmaterials angeordnete Stifte, die gleichmäßig über eine sie halternde Platte verteilt sind und mit ihren freien Enden ebenfalls in den Strömungsweg des Entwicklers eintauchen.

Weitere Ausgestaltungen der neuen Entwicklungsvorrichtung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird an Hand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines elektrophotographischen Reproduktionsgerätes, bei dem eine neue Vorrichtung eingebaut ist,

F i g. 2 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausbildungsform der neuen Vorrichtung,

F i g. 3 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausbildungsform der neuen Vorrichtung, und

F i g. 4 eine Schnittdarstellung eines Teils der zweiten Ausbildungsform.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten elektrophotographischen Gerät wird das zu reproduzierende Original auf einen Tisch 10 gebracht, von dem es einer Zuführungsvorrichtung It zugeführt wird. Auf dieser Zuführungsvorrichtung wird das Original auf ein von einem Motor 13 angetriebenes endloses Band 12 bewegt, damit es die optische Achse eines Projektionslinsensystems 14 durchläuft, welches mit Hilfe einer Projektionslampe LMP-X belichtet wird: Das Bild des Originals wird von einem Spiegel 15 durch eine einstellbare Objektivlinse 16 reflektiert und dann von dem Spiegel 17 nach unten durch eine Anordnung mit veränderlicher schlitzförmiger öffnung 18 auf die Oberfläche eines Aufzeichnungsmaterials, das hier die Form einer Trommel 19 hat, reflektiert Die Trommel 19 umfaßt ein zylindrisches Element, das in geeigneten Lagern des Geräterahmens angeordnet ist und mit Hilfe eines Motors 24 in Uhrzeigerrichtung mit konstanter Geschwindigkeit, die proportional der Transportgeschwindigkeit des Originals ist, angetrieben. Hierbei wird erreicht, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Trommeloberfläche gleich der Bewegungsgeschwindigkeit des projizierten Strahlungsbildes ist Die Trommeloberfläche umfaßt eine Schicht eines photoleitfähigen Isoliermaterials, welches im allgemeinen glasförmiges Selen auf einer leitfähigen Unterlage ist Diese Schicht wird vor der Exposition mittels einer abgeschirmten, eine Korona-Entladung erzeugenden Vorrichtung 25 sensibilisiert. Bei der Belichtung der Trommel unter dem Strahlungsbild wird die photoleitfähige Schicht in dem von der Strahlung getroffenen Bereich entladen. Hierbei bleibt auf der Trommel ein elektrostatisches Ladungsbild zurück. Während die Trommeloberfläche ihre Bewegung fortsetzt, läuft das Ladungsbild durch eine Entwicklungsstation 26, in der ein Zwei-Komponenten-Entwicklermaterial 27 der in der US-PS 26 38 416 beschriebenen Art über die Trommeloberfläche mit Hilfe des Entwicklergerätes 28 geschüttet wird.

In dem Entwicklergerät wird der Entwickler von der Fördereinrichtung 29 aufgenommen, die über geeignete Antriebsmittel von dem Motor 30 betrieben wird, und dann auf eine Schütte 31 gebracht, von der er auf die Trommeloberfläche hinuntergeschüttet wird und dabei über eine Ausbildungsform der neuen Vorrichtung läuft. Wie dargestellt und nachstehend beschrieben, umfaßt diese Ausbildungsform eine Vielzahl von Drähten, die sich praktisch parallel zur Trommelachse über die Trommeloberfläche erstrecken. Die Toner-Komponente 32 des Entwicklers, die bei der Entwicklung verbraucht wird, ist in einem Verteiler 33 vorrätig und wird in gesteuerten Anteilen mittels des Gatters 34 zugeteilt.

Nach der Entwicklung läuft das Pulverbild durch eine Entladungsstation 41, an der die Trommeloberfläche von der Lampe LMP-2 belichtet wird, wobei restliche auf den bildfreien Bereichen der Trommeloberfläche verbliebene Aufladungen vollständig entladen werden. Danach läuft das Pulverbild durch eine Übertragungsstation 42, an der das Pulverbild elektrostatisch auf eine sich bewegende Trägeroberfläche 43 mit Hilfe einer zweiten, eine Korona-Entladung erzeugenden Vorrichtung 44, die ähnlich der obenerwähnten Korona-Entladungs-Vorrichtung 25 aufgebaut ist, übertragen wird.

Die sich bewegende Trägeroberfläche, auf die das Pulverbild übertragen wurde, kann von üblicher Art sein, beispielsweise Papier, und kann von einer Zuführungsrolle 45 über Führungsrollen 46 und 60 und über geeignete Spannrollen in Oberflächenkontakt mit der Trommel in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Übertragungs-Korona-Entladungs-Vorrichtung 44 geführt werden. Nach der Übertragung wird die Trägeroberfläche von der Trommeloberfläche getrennt und durch ein Schmelzgerät 48 geleitet, wo das Pulverbild an der Trägeroberfläche fixiert wird. Danach kann die Trägeroberfläche über eine Reihe von Führungs- und Spannrollen mit der Führungsrolle 47 einer Aufnahmehaspel 52, die von dem Motor 53 angetrieben ist, zugeführt werden. Nach der Trennung der Trägeroberfläche von der Trommel entlädt eine Korona-Entladungs-Vorrichtung 54 das auf der Trommeloberfläche verbliebene Pulverbild. Danach passiert die Trommeloberfläche eine Reinigungsstation 55, wo sie mit einer Bürstenanordnung 56, angetrieben vom Motor 57, abgebürstet wird, damit der restliche auf der Trommel verbliebene Entwickler entfernt wird. Die Trommeloberfläche läuft dann durch eine zweite Entladungsstation 58, an der sie von einer Fluoreszenzlampe LMP-Z belichtet wird, indem die gesamte Trommeloberfläche in diesem Bereich mit Licht überflutet wird, um alle restlichen auf ihr verbliebenen elektrostatischen Aufladungen zu entfernen.

In F i g. 2 ist eine erste Ausbildungsform der neuen Vorrichtung dargestellt, die eine Reihe von Drähten 36 aus Kunststoff, Metall od. ä. umfaßt, die parallel zueinander quer zur Entwicklerbahn in gleichmäßigem Abstand von der Trommeloberfläche aufgespannt sind. Diese Drähte überspannen die Trommel und sind an einander gegenüberliegenden einstellbaren Spannschrauben 64 angeordnet, welche auf Schlitten 68 an jeder Seite des Rahmens 62 befestigt sind. Der Rahmen seinerseits ist am Rahmen 73 des Kopiergerätes mittels Schwenkbolzen 74 befestigt, damit die Entfernung der

Drähte von der Trommeloberfläche verändert und zur Erzielung einer optimalen Arbeitsweise vorher eingestellt werden kann. Die Schrauben 64 ermöglichen die Einstellung und Halterung der Drähte 36 mit einer bestimmten Spannung, die ein Absenken während der Entwicklung verhindert, jedoch andererseits nicht so groß ist, daß die Drähte zerreißen können. Die Schlitten 68 sind am Rahmen 62 angeschraubt und können von Hand längs des Schlitzes 69 verschoben werden, um den Abstand zwischen den einzelnen Drähten zu verändern. Die Drähte sind so gehaltert, daß sie mit dem aus der Schütte 31 auf Grund der Schwerkraft auf die das Bild tragende Trommeloberfläche 20 fallenden und über die Bildoberfläche fließenden Entwickler in Wechselwirkung treten.

Es wurde festgestellt, daß Drähte mit Durchmessern von ungefähr 0,13 bis 0,4 mm die besten Ergebnisse dann lieferten, wenn diese so angeordnet waren, daß der Abstand des der Schütte 31 nächstliegenden ersten Drahtes ungefähr 0,6 bis 2,5 cm von der Schütte entfernt war und der Abstand von Draht zu Draht ungefähr 0,6 bis 2,5 cm betrug und ferner innerhalb des Entwicklerstromes ungefähr 1,2 cm oberhalb der Trommeloberfläche 20 angeordnet waren.

Elektrisch leitfähige Drähte 36 können, wie dargestellt, durch Verbindung mit einer Hochspannungsquelle 70 vorgespannt werden, wenn der Rahmen 62 aus einem geeigneten dielektrischen Material hergestellt ist. Wird den dünnen Drähten gemeinsam oder einzeln eine elektrische Spannung bis gerade über ihren Koronaschwellwert in Luft zugeführt, dann tritt Korona-Emmission derart ein, daß in Bereichen, in denen der Entwickler eine positive Raumladung hat, eine Korona-Ionisation eintritt. Es wurde festgestellt, daß dies zwar unwesentlich ist, doch bei der Entfernung überschüssiger Trägerladungen nützlich ist, die in Bereichen der Entwicklung, die gerade durchlaufen wurden, und in entwickelten Bereichen eines Bildes hoher Dichte vorliegen, um bei der Entfernung des Bildverarmungseffekts mitzuhelfen.

Bei der beschriebenen Anordnung konnte festgestellt werden, daß die Verarmung bis zu einem Grad vermindert wurde, der von den gerade beschriebenen Veränderlichen und außerdem von der Gesamtzahl der verwendeten Drähte abhängt. Im Beispiel sind fünf Drähte dargestellt. Werden acht Drähte verwendet, die quer über die Länge der Trommel 1 in der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Weise gespannt sind, so werden die Verarmungserscheinungen auf einem minimalen Wert gehalten oder sogar ganz vermieden. Es wurde jedoch darüber hinaus festgestellt, daß die Anordnung mit acht Drähten offensichtlich eine so starke Turbulenz erzeugte, daß der gerüttelte Toner auch in den bildfreien Bereichen abgeschieden wurde, und dort eine unerwünschte Untergrundablagerung auf dem Bild erzeugte. Fünf Drähte ergaben eine annehmbare Bilddichte mit nur wenig oder gar keinem Untergrund. Mehr als acht bis zu achtzehn Drähte bei einem Abstand innerhalb der verschiedenen Teile von 0,6 cm beseitigten Verarmung vollständig, aber die gesamte Entwicklungsdichte des Bildes war bei Verwendung üblicher Toner-Träger-Mischungen bis zu einem unerwünschten Grad verringert. Eine Vergrößerung der Toner-Konzentration konnte teilweise diesem Mangel an Dichte abhelfen. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele, bei denen der Abstand der Drähte von der Trommeloberfläche mehr als ungefähr 0,4 mm betrug, verringerten oder eleminierten die Verarmung ohne den Entwickler wieder aufzunehmen oder zu binden, was eine Abriebwirkung der relativ harten Trägerkörner auf die Trommeloberfläche verursachen kann.

In den F i g. 3 und 4 ist eine zweite Ausführungsform der neuen Vorrichtung dargestellt Im Unterschied zu den horizontal verlaufenden Drähten, die innerhalb der Entwicklerbahn aufgespannt waren, umfaßt diese Ausbildungsform ein geometrisches Muster von in Abständen zueinander angeordneten vertikalen Stiften 77, die praktisch normal zur Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials ausgerichtet sind. Die Stifte erstrecken sich von einer Platte 78 nach unten und sind innerhalb der Entwicklerbahn mittels des Rahmens 62 gehalten, der im Rahmen 73 des Kopiergerätes mittels Schwenkbolzen 74 befestigt ist. Die gleichen Bolzen können auch zur Veränderung des Abstandes der Platte und der Stifte von der Tommeloberfläche verwendet werden. Der Schlitz 69 ermöglicht die Anbringung der Stifte innerhalb des Entwicklerstromes an einem geeigneten Ort relativ zur Schütte 31. Die zahlreichen kleinen Stifte 77 können von beliebiger Größe sein. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel haben sie einen Durchmesser von ungefähr 1,5 bis 3 mm und einen Abstand von ungefähr 6 bis 9,5 mm von Mitte zu Mitte. Ihre Länge reicht aus, um eine ausgedehnte Berührung mit der Unterseite der Platte 78 zu verhindern, sie beträgt ungefähr 18 mm. Als optimaler Abstand ihrer Enden von der Trommeloberfläche wurde etwa 1,2 bis 2,4 mm festgestellt Bei dieser Ausführungsform wird der Entwickler, insbesondere in seitlicher Richtung und etwas in vertikaler Richtung vermischt Mit der Vielzahl von Drähten tritt im wesentlichen eine vertikale und kreisförmige Bewegung bei der Vermischung ein. Eine einzige Reihe versetzt angeordneter Stifte im Abstand von ungefähr 3 cm von der Schütte, die sich über die gesamte Trommellänge erstreckte, ergab eine ausgezeichnete Verminderung der Bildverarmung. Wie bei der ersten Ausführungsform können auch hier die elektrisch leitfähige Platte 78 und die Stifte 77 durch Verbindung mit einer Spannungsquelle 70 dazu beitragen, die überschüssigen Trägerladungen, die in Entwicklungsbereichen vorhanden sind, welche gerade durchlaufen wurden, und in entwickelten Bereichen von Bildern hoher Dichte vorliegen, zu entfernen.

Die oben beschriebene neue Vorrichtung zur Entwicklung von Ladungsbildern überwindet den Bildverarmungsfehler, der der Kaskaden-Entwicklung bei elektrophotographischen Hochgeschwindigkeitsgeräten eigen ist. Hierdurch wird ermöglicht, daß diese Gerate gute Kopien erzeugen, die die gleiche Qualität aufweisen, wie sie bisher mit Geräten erzeugt wurden, die mit relativ geringer Geschwindigkeit arbeiten. Werden die Drähte 36, wie in Fig.2 dargestellt, unmittelbar gegenüber der Schütte 31 in Richtung des Entwickler-Stroms gesehen, oberhalb der Bildtrommel 19 in der Entwicklerstation 26 angeordnet, dann fließt der Entwicklerstrom durch diese Teile und an diesen vorbei und kommt mit ihnen in Wechselwirkung. Während der Entwickler durch diese Teile strömt wird der laminare Fluß gestört und in Turbulenz versetzt, wobei der Entwickler vermischt wird und aufgeladene Trägerteilchen, die von Toner befreit sind, von der an der Unterseite befindlichen Entwicklerschicht entfernt und durch Teilchen, die mehr Toner tragen, ersetzt. Hierdurch wird ermöglicht, daß neuer Entwickler mit Trägerteilchen, die an den Tonerteilchen anhaften, in Kontakt mit dem auf der sich drehenden Trommel befindlichen Ladungsbild gebracht wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Kaskadenentwicklungsvorrichtung für elektrostatische Ladungsbilder auf der Oberfläche eines in geneigter Richtung durchlaufenden elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials mit einer Fördereinrichtung zur kontinuierlichen Zuführung von streufähigem Entwickler auf das Aufzeichnungsmaterial, das für den über es herabfallenden Entwickler einen Strömungsweg bildet, und mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Turbulenz in dem Strömungsweg des Entwicklers, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung von Turbulenz aus einer Mehrzahl von in dem Strömungsweg angeordneten Prallkörpern (36, 77) besteht.

2. Kaskadenentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Geschwindigkeit des Entwicklers zur Geschwindigkeit des Aufzeichnungsmaterials (20) einen Wert von weniger als acht hat.

3. Kaskadenentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallkörper (36, 37) an einer Haltevorrichtung (62, 78), vorzugsweise einem Rahmen, der angrenzend an den über das Aufzeichnungsmaterial (20) fließenden Entwickler angeordnet ist, in gleichförmiger Verteilung befestigt sind.

4. Kaskadenentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallkörper (36, 77) sich parallel und in Abstand zueinander quer über das Aufzeichnungsmaterial (20) erstrekkende Drähte (36) sind.

5. Kaskadenentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des ersten Drahtes (36) von der Fördereinrichtung (31) etwa 0,6 bis 2,5 cm beträgt und daß nebeneinander angeordnete Drähte (36) voneinander jeweils einen Abstand von etwa 0,6 bis 2,5 cm haben.

6. Kaskadenentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallkörper (36, 77) in Abständen zueinander angeordnete Stifte (77) sind, die an einer sich oberhalb der Strömungsbahn des Entwicklers über das Aufzeichnungsmaterial erstreckenden Haltevorrichtung (78) befestigt sind.

7. Kaskadenentwicklungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (77) einen Durchmesser von etwa 1,5 bis 3 mm aufweisen, einen Abstand von Mittelpunkt zu Mittelpunkt von etwa 6 bis 9,5 mm und eine solche Länge haben, daß ihre freien Enden einen Abstand von etwa 1,2 bis 2,4 mm von der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials (20) haben.

8. Kaskadenentwicklungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallkörper (36,77) aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen und daß eine elektrische Spannungsquelle (71) vorgesehen ist, die den Prallkörpern (36,77) eine Vorspannung erteilt.