DE3014849A1

DE3014849A1 - Entwicklungseinrichtung und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE3014849A1
Application number: DE19803014849
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Tamura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1979-04-20
Filing date: 1980-04-17
Publication date: 1980-11-06
Also published as: DE3014849C2; US4377332A

Description

Entwicklungseinrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben

Die Erfindung bezieht sich auf eine Entwicklungseinrichtung, bei der als Entwickler magnetischer Einkomponenten-Toner verwendet ist, und Verfahren zur Herstellung derselben.

Als eine mit magnetischem Einkomponenten-Toner arbeitende Entwicklungstechnik ist aus der US-PS 3 909 258 eine weitverbreitet Anwendung findende, mit elektrisch leitfähigem, magnetischem Toner arbeitende Entwicklungstechnik bekannt. Dabei muß jedoch der Toner grundsätzlich elektrisch leitfähig sein. Bei der Verwendung von elektrisch leitfähigem Toner bereitet es jedoch Schwierigkeiten, das auf einem Latentbildträgerteil aufgezeichnete Tonerbild mittels eines elektrischen Feldes auf ein End-BildaufZeichnungsmaterial (z.B. normales Papier oder ähnliches) zu übertragen. Die Gründe dafür sind noch nicht ausreichend geklärt. .

Ro/rs

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_ 8 - °E 0344

Kürzlich wurden neue, ζ. B. in den US-Patentanmeldungen No. 58434 und 38435 beschriebene Entwicklungsverfahren ohne diesen insbesondere der herkömmlichen, mit magnetischem Einkomponenten-Toner arbeitenden Entwicklungstechnik anhaftenden Nachteil vorgeschlagen. Bei diesen Verfahren wird zur Erzielung einer Entwicklung isolierender magnetischer Toner gleichförmig auf ein zylindrisches Entwicklerträgerteil mit einem darin eingeschlossenen Magneten aufgetragen und in eine einem Latentbildträgerteil gegenüberliegende Position ohne Kontakt mit diesem gebracht. Aufgrund einer zwischen das Entwicklerträgerteil und einen Substratleiter des Latentbildträgerteiles gelegte niederfrequente Wechselspannung führt der Toner Hin- und Herbewegungen zwischen dem Entwicklerträgerteil und dem Latentbildträgerteil aus, wodurch eine gute, zur Wiedergabe von Helligkeitsstufen hervorragend geeignete Entwicklung erzielbar ist, die frei von Schleierbildung und von Verdünnungen an den Bildrändern ist. Da der bei diesen Entwicklungsverfahren verwendete Toner ein Isolator ist, erleichtert sich die Bildübertragung.

Bei diesen Entwicklungsverfahren ist es sehr wichtig, den Toner gleichförmig auf das Entwicklungsträgerteil aufzubringen. Ist die Tonerschicht auf dem Entwicklerträgerteil übermäßig stark, so schabt nicht nur der Toner am Latentbildträgerteil, sondern es wird auch die durch die Reibung zwischen dem Toner und dem Entwicklerträgerteil entstehende Toner -Ladung unzureichend. Ist andererseits die Tonerschicht zu dünn, so ist die für die Entwicklung zur Verfügung stehende Tonermenge zu gering und daher die Dichte bzw. Schwärzung des entwickelten Bildes ungenügend.

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•j Aufgabe der Erfindung ist es, eine von den vorstehend beschriebenen Nachteilen der bisherigen Verfahren freie Entwicklungseinrichtung zu schaffen, bei der die Entwicklung mit einer auf einem Entwicklerträgerteil ausgebildeten, gleichförmigen, unregelmäßigkeitsfreien, dünnen Entwicklerschicht erzielbar ist.

Weiterhin soll eine Entwicklungseinrichtung zur Erzielung einer Entwicklung mit ausreichender, auf einen Einkomponenten-Entwickler übertragener Reibungsladung geschaffen werden.

Ferner soll eine Entwicklungseinrichtung mit verbesserten Entwicklerübertragungseigenschaften geschaffen werden.

Darüber hinaus soll eine Entwicklungseinrichtung geschaffen werden, bei der eine Verschmelzung bzw. Verklebung des Entwicklers mit dem Entwicklerträgerteil nicht auftreten kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem Vertiefungen bzw. Einbuchtungen und Erhöhungen bzw. Ausstülpungen aufeinanderfolgend auf der Oberfläche eines Entwicklungsträgerteiles in Richtung der Entwicklerförderung erzeugbar sind.

Die Aufgaben werden mit einer Entwicklungseinrichtung und nachstehend beschriebenen Verfahren gelöst, wobei die Entwicklungseinrichtung einen magnetischen Einkomponenten-Toner enthaltenden Entwickler, einen Behälter zur Aufnahme des Entwicklers, ein von dem Behälter gespeistes Entwicklerträgerteil, eine in dem Entwicklerträgerteil angebrachte Magnetfelderzeugungseinrichtung und ein nahe an dem Entwicklerträgerteil angeordnetes, die Stärke der Entwicklerschicht auf der

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] Oberfläche des Entwicklerträgerteils steuerndes Stärkesteuerteil enthält und die Oberfläche des Entwicklerträgerteils mit Vertiefungen und Erhöhungen versehen ist. Sind die Vertiefungen und Erhöhungen auf der Oberc fläche des Entwicklerträgerteils in Förderrichtung ausgebildet, so werden Unregelmäßigkeiten in der Stärke der Entwicklerschicht verhindernde Vibrationen auf den Entwickler übertragen. Damit der· Entwickler durch die Reibung zwischen Entwickler und Entwicklerträgerteil· genügend

]Q gel·aden wird und eine Verschmelzung bzw. Verklebung des Entwicklers mit dem Entwicklerträgerteil nicht auftritt, haben die Erhöhungen und Vertiefungen vorzugsweise eine Teilung P von 5 bis 100 ym, eine Vertiefungstiefe d von 0,2 bis 10 μπι und eine Vertiefungsbreite W von 2xbis 3xd. Weiterhin sollte bei einem Entwicklungsverfahren, bei dem der Entwickler durch das Anlegen einer Spannung zwischen Entwicklerträgerteil und Latentbildträgerteil· zum Uberwechsein vom Entwicklerträgerteil zum Latentbildträgerteil· veranl·aßt und somit die Entwickiung erzieit wird, die Vertiefungstiefe d vorzugsweise zwischen 0,2 bis 5 μπι iiegen, damit sich das durch die Wechseispannung hervorgerufene el·ektrische Peid nicht in den Vertiefungen und Erhöhungen konzentriert und dadurch die Biidaufzeichnung stört.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispieien unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher eriäutert.

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■j Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht einer Entwicklungseinrichtung mit einer elastischen Klinge.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht einer Entwicklungseinrichtung mit einer magnetischen Klinge.

Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Ausschnittansieht der Vorrichtung nach Fig. 2.

Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Entwicklungseinrichtung.

Fig. 5A zeigt eine Draufsicht auf eine Trommel.

Fig. 5B zeigt eine Teilansicht der Trommel entlang der Schnittlinie V-V in Fig. 5A.

Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht eines anderen Ausführungsbeispiels.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Herstellung der Vertiefungen und Erhöhungen auf der Trommeloberfläche mittels einer Bandschleifvorrichtung

Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel

für die Erzeugung von Vertiefungen und Erhöhungen.

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^DE °³⁴⁴

Fig. 9A bis 9D zeigen vergrößerte Schnittansichten der Oberflächenstrukturen der in Versuchen verwendeten Entwicklerträgerteile.

Fig. 10 zeigt in einer vergrößerten Schnittansicht

die Beziehung zwischen der Höhe H der Erhebungen der Vertiefungen und Erhöhungen auf der Oberfläche des Entwicklerträgerteils und dem Abstand D zwischen den Er

hebungen.

Im folgenden werden erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele einer Erfindungseinrichtung mit bisherigen verglichen und detailliert beschrieben.

Es sind Entwicklungseinrichtungen bekannt, bei denen, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, zur Ausbildung einer gleichförmigen Tonerschicht auf einem Entwicklerträgerteil eine Klinge an einer Auslaßöffnung eines Tonerbehälters vorgesehen ist.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung ist eine elastische, aus Gummi oder einem ähnlichen Material bestehende Lamelle 1 zur Steuerung der Stärke einer Tonerschicht 3 an ein Entwicklerträgerteil 2 angepreßt.

Bei einer in Fig. 2 gezeigten Einrichtung ist eine aus magnetischem Material hergestellte Klinge 1a einem Magnetpol N- eines feststehenden, von dem Entwicklerträgerteil 2 umhüllten Magneten 4 gegenüberliegend angeordnet. Der Toner richtet sich entlang der zwischen dem Magnetpol und der Klinge aus magnetischem Material verlaufenden magnetischen Kraftlinien auf und wird durch den Kantenbereich des Klingenendes zur Bestimmung der Tonerschichtstärke unter Zuhilfenahme magnetischer Kraft-

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- 13 - 3014843 ^DE °³⁴⁴ wirkung abgetrennt. (Vergleiche ζ. B. die US-Patentanmeldung Nr. 938 494.)

Mit diesen Verfahren ist es möglich, eine im wesentliehen gleichförmige Tonerschicht auf dem Entwicklerträgerteil 2 auszubilden. Jedoch wurde in manchen Fällen empirisch gefunden, daß die gleichmäßige Ausbildung einer gleichförmigen Tonerschicht auf dem Entwicklerträgerteil über einen längeren, im praktischen Betrieb manchmal notwendigen Zeitraum hinweg Schwierigkeiten bereitet.

Insbesondere treten größere Schwierigkeiten bei der Ausbildung einer gleichförmigen Tonerschicht bei Verwendung eines Toners mit sehr geringer Fließfähigkeit oder eines zusammengeklumpten Toners auf.

Unregelmäßigkeiten in der Dicke der Tonerschicht auf dem - im folgenden als Trommel bezeichneten - Entwicklerträgerteil 2 können zu Unregelmäßigkeiten im sichtbar gemachten Bild und damit zu einer unsauberen Aufzeichnung führen. Bei genauer Untersuchung der Entstehungsweise solcher Unregelmäßigkeiten wurde folgende Tatsache gefunden: Wird die Tonerschichtstärke durch die Klinge 1a bestimmt, so baucht sich der Toner an der einem photoempfindlichen Teil zugewendeten Klingenseite (dem Abschnitt A in Fig. 2) aus und häuft sich, wie in der in Fig. 3 dargestellten vergrößerten Schnittansicht gezeigt, in diesem Bereich an. Erreicht die Menge an angehäuftem Toner eine gewisse Grenze, so wird er durch die Förderkraft der Trommel abgelöst und als eine mit β bezeichnete Auftragsunregelmäßigkeit auf diese übertragen. Die auf einem gleichförmigen, mit C bezeichneten Tonerschichtbereich vorhandenen Unregelmäßigkeiten bzw. Tonerklumpen B führen zu Unregelmäßigkeiten auf dem Bild. Diese Unregelmäßigkeiten sind Unregelmäßigkeiten der Druckstärke, unregelmäßige Schleierbildung oder dgl.

Die Form der Tonerklumpen B reicht vom Punktmuster über

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ein Wellenform-Punktmuster bis zum Wellenforinmuster usw. Die Muster entstehen durch Unterschiede in der Grenzmenge der Toneranhäufung oder Unterschiede in der Umgebung.

Nachstehend sind erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert beschrieben.

Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines Ausführungs-TO beispiels, 5 bezeichnet eine feststehende Magnetwalze, 6 eine bewegliche Trommel, 7 einen Entwicklerbehälter, 7a einen Trichterbereich, 8 eine eine Stärke bestimmende, aus einem Magneten oder magnetischen Material hergestellte Klinge, 9 einen photoempfindlichen Zylinder, 10 einen magnetischen Einkomponenten-Toner und 11 eine Spannungsquelle zum Anlegen einer Wechselspannung zwischen die Trommel 6 und den photoempfindlichen Zylinder 9. Da die Spannungsquelle 11 in den vorstehend genannten US-Patentanmeldungen No. 58434 und 58435 näher beschrieben ist, wird hier auf eine detaillierte Beschreibung ihrer Betriebsweise verzichtet. Der in dem Trichter 7a aufbewahrte Toner 10 wird durch die magnetische Kraft der Magnetwalze 5 auf die Trommel 6 aufgebracht und dort durch die Reibung zwischen Toner und der sich drehenden Trommel 6 aufgeladen. Ein im Toner enthaltenes zusätzliches Steueragens bewirkt die Stabilität der Tonerladung. Der Toner wird durch die sich drehende Trommel zum Klingenbereich gefördert. Ein Magnetpol N. liegt der magnetischen Klinge 8 gegenüber. Durch das zwischen der Klinge 8 und dem Magnetpol N₁ herrschende magnetische Feld und durch den Spalt zwischen der Klinge 8 und der Trommel 6 wird der Toner auf eine vorbestimmte Schichtstärke gebracht. Die diesbezügliche Funktionsweise und Wirkung sind in der vorstehend genannten US-Patentanmel-

*" dung No. 938 494 näher beschrieben. Der bei der Schicht-

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stärkenbestinunung abgestreifte Toner führt auf der dem Bereich A abgewandten Klingenseite zu Konvektionsströmen bestimmter Größe (in Fig. 3 dargestellt).

Während der Weiterdrehung der Trommel wird der dem photoempfindlichen Zylinder zugewendete Tonerschichtbereich durch die magnetische Kraft des Entwicklungsmagnetpoles S- und durch die Wirkung des zwischen das elektrostatische Latentbild auf dem photoempfindlichen Zylinder und der Trommel angelegten, niederfrequenten elektrischen Wechselfeldes zu einer Hin- und Herbewegung veranlaßt. Der Toner haftet nur in jenen Bereichen des photoempfindlichen Zylinders, in denen Latentbildladung vorhanden ist. Der nach dem Entwicklungsvorgang auf der Trommel zurückgebliebene Toner wird durch die Rotation der Trommel und durch die Magnetkräfte der Fördermagnetpole N- und S« in den Entwicklerbehälter befördert.

Fig. 5A zeigt eine Draufsicht auf die Trommel, Fig.

5B eine Teilansicht davon, gesehen entlang der Schnittlinie V-V in Fig. 5A. Die Trommel 6 besitzt auf ihrer Oberfläche Erhöhungen und Vertiefungen, die sich bezüglich der ümfangsrichtung, d. h. der Umdrehungsrichtung (Pfeil D) der Trommel aufeinanderfolgend wiederholen.

Ist die Trommeloberfläche glatt, so ballt sich der Toner vor der magnetischen Klinge 1a (bezüglich der Bewegungsrichtung des in Fig. 3 dargestellten Entwicklungsträgerteils bzw. der Trommel 2) durch magnetische Kräfte zu einem großen Klumpen zusammen. Dieser an der Klinge 1a sich ausbauchende Klumpen sammelt sich im Bereich A und führt zu Unregelmäßigkeiten in der Aufzeichnung. Durch den zusammengeballten Toner entsteht in dem Tonerbereich vor der Klinge ein Konvektionsstrom mit großem Radius, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.

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Im Gegensatz dazu treten bei Verwendung einer Trommel mit Erhöhungen und Vertiefungen am Umfang die durch die Ausbauchungen der.Tonerschicht bedingten Aufzeichnungsunregelmäßigkeiten nicht auf. Es wurde auch beobachtet, daß der Radius des Tonerkonvektionsstromes im Tonerbereich vor der Klinge geringer als zuvor ist. Dies dürfte der Tatsache zuzuschreiben sein, daß durch die auf den Tonerbereich vor der Klinge einwirkenden periodischen, durch die Erhöhungen und Vertiefungen am Trommelumfang hervorgerufenen kleinen Vibrationen sich die Tonerklümpchen auflösen und die Toneroberfläche somit glatt wird. Es wurde empirisch ermittelt, daß zur Erzeugung solcher periodischen Vibrationen die Teilung P der Erhebungen und Vertiefungen (der durchschnittliche Abstand zwischen großen Vertiefungen oder großen Erhöhungen) vorzugsweise zwischen 5 um bis 100 um liegt.

Ferner wurde festgestellt, daß bezüglich der Tiefe d der Vertiefungen nachstehend genannte Bedingungen erfüllt sein müssen: Zur Erzielung einer gleichförmigen Dicke der Tonerschicht soll d vorzugsweise 0,2 [im oder mehr betragen. Ist d kleiner als 0,2 um, so ist der Reibungskoeffizient zwischen dem Toner und der Trommel-

oberflache klein.
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Um auf den Toner eine ausreichende Reibungsladung aufzubringen, soll zweitens d vorzugsweise größer als 0,1 um und kleiner als 10 um sein. Der Grund dafür liegt darin, daß zu geringe Vertiefungen nicht zum Aufbau "^ einer durch die Reibung zwischen dem Toner und der Trommeloberfläche hervorgerufenen Reibungsladung führen und daß zu große Vertiefungen von 10 um oder mehr zur Ausbildung einer dickeren Tonerschicht und damit zu einer ungleichförmigen Tonerreibungsladung führen, wodurch Störungen in der Bildentwicklung verursacht werden.

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- 17 - 3QH843 ^DE °³⁴⁴ Drittens wurde gefunden, daß zur Vermeidung einer Verschmelzung des Toners mit der Trommel d vorzugsweise zwischen 0,1 μΐη und 15 um liegen soll. Ist die Trommel-Oberfläche glatt, so tendiert der Toner dazu, auf der Trommeloberfläche zu rutschen und zu verschmelzen; ist d größer als 15 um, so gelangt der Toner in die Vertiefungen und verursacht Verschmelzungen.

Aus diesen Gründen soll die Tiefe d der Vertiefungen vorzugsweise 0,2 \im bis 10 um betragen.

Ist die Breite W der Vertiefungen klein, so tendiert der Toner dazu, die Vertiefungen zuzusetzen. Da dann keine wiederholte Berührung bzw. keine Reibung mehr zwischen dem Toner und der Trommel stattfindet, wird die reibungselektrische Ladung ungleichmäßig und die Bildentwicklung gestört. Eine zu große Breite würde die Wirkung der auf der Trommeloberfläche vorhandenen Erhöhungen und Vertiefungen verringern. Aus diesen Gründen sollte die Breite W vorzugsweise das 2- bis 3-fache der Tiefe d betragen.

Der durchschnittliche Durchmesser der Partikel des verwendeten magnetischen Toners liegt zwischen 5 und 30 um, vorzugsweise zwischen 5 und 15 um.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Entwicklungseinrichtung ist die Stärke der Tonerschicht auf einem Wert (50 bis 300 [im) gehalten, der geringer ist als der Abstand zwischen der Trommel und dem photoempfindlichen Zylinder (z. B. 100 bis 500 \im) . Weiterhin ist eine Wechselspannung zwischen die Trommel und den photoempfindlichen Zylinder zur Erzielung einer Hin- und Herbewegung des Toners zwischen diesen und damit der Entwicklung angelegt. Bei dieser Entwicklungseinrichtung wurde gefunden, daß, wenn die Tiefe der Vertiefungen 5 um überschreitet, der Toner in alle Richtungen zer-

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streut wird und somit die Bilderzeugung erschwert ist. Dieser Effekt tritt auf, wenn sich das zwischen Trommel und Zylinder angelegte elektrische Wechselfeld in den Vertiefungen konzentriert und der Toner zu dem stärkeren elektrischen Feld hingezogen wird. Aus diesem Grund sollte bei dem vorstehend beschriebenen Entwicklungsverfahren die Tiefe der Vertiefungen vorzugsweise 0,2 bis 5 μΐη betragen.

Ein weiteres in Fig. 6 dargestelltes Ausführungsbeispiel enthält einen feststehenden Mehrpol-Permanentmagneten 12 mit einem Entwicklungsmagnetpol N₁, einem Schneidemagnetpol S₃, einem Tonersammelmagnetpol S₁ und Tonerfördermagnetpolen N~, S» und N₃ und einen nahe bei einer ein elektrostatisches Bild tragenden Fläche 14 angeordneten und sich entgegengesetzt zu dieser drehenden (Pfeilrichtungen) nichtmagnetischen Zylinder 13, der als Tonerträgerteil dient. Bei der Rotation des Zylinders 13 wird von einem Tonerbehälter 15 zugeführter nichtleitender, ferromagnetischer Einkomponententoner

16 auf seine Oberf.lache aufgetragen. In der Ladungsreihe sind der Zylinder und die Tonerpartikel _so gewählt, daß die Polarität der Tonerpartikelladung der Polarität der Ladung des elektrostatischen Bildes entgegengesetzt ist. Eine aus Eisen bestehende Abstreifklinge

17 ist nahe an der Zylinderoberfläche (mit einem Abstand von 50 bis 500 μπι) angeordnet. Die Abs treif klinge 17 besteht aus einer Platte, die sich in ihrer Länge in der Längsrichtung des Zylinders 13 erstreckt und z. B. in der in Fig. 6 dargestellten Form ausgeführt ist. Die einem Magnetpol 12a (in der Zeichnung S₃) des Mehrpol-Permanentmagneten 12 gegenüberliegend angeordnete Abstreifklinge 17 hält die Tonerschicht gleichförmig auf einer geringen Stärke (30 bis 300 μΐη, vorzugsweise 30 bis 2OO μπι) . Durch Regulierung der Geschwindigkeit des Zylinders ist die Oberflächen- oder vorzugsweise die

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" ¹⁹ " 30H845^DEO344 innere Tonerschicht- Geschwindigkeit im wesentlichen gleich oder angenähert der Geschwindigkeit der ein elektrostatisches Bild tragenden Fläche. Für die Abstreifklinge 17 kann zur Ausbildung entgegengesetzter Magnetpole auch ein anderes magnetisches Material als Eisen verwendet sein. Es kann auch ein Magnet verwendet sein. 18 bezeichnet eine Spannungsquelle zum Anlegen einer Wechselspannung zwischen dem nichtmagnetischen Zylinder 13 und dem photoempfindlichen Zylinder 9. Ein Schaber 19 entfernt restlichen Toner von der Oberfläche des Zylinders 13. Die Abstreifklinge 17 liegt zur Vermeidung von Tonerauftragsunregelmäßigkeiten auf demselben Potential wie das Tonerträgerteil.

Der verwendete magnetische Toner wurde in bekannter Weise durch Mischen von 75 Teilen Polystyrol, 15 Teilen Magnetit, 3 Teilen eines Ladungssteueragens und 6 Teilen Kohle hergestellt und hat einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 5 bis 30 um. Natürlich können auch andere bekannte magnetische Toner verwendet werden, die eine solche Partikeldurchmesserverteilung aufweisen und zwischen 15 und 50 Gew.-% magnetisches Pulver enthalten.

Bei der Verwendung eines in den Fig. 6 und 4 dargestellten nichtmagnetischen Zylinders 13, dessen Oberfläche in Drehrichtung mit Erhöhungen und Vertiefungen versehen ist, treten keine Entwicklungsunregelmäßigkeiten

im Bild auf.
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Nachstehend werden weitere Ausführungsbeispiele beschrieben.

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Beispiel 1

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser der nichtmagnetischen Trommel 6 50 mm, die jeweiligen Induktionen der Magnetpole

-2 -2

betragen 8,5 χ 10 T für N₁, 5 ze 10 τ für

H₂, 6,5 χ 1O~² T für S₁ und 5 χ 10~² τ für S₂, die Klinge 8 besteht aus Eisen als magnetischem Material, der Abstand zwischen der Klinge und der Trommel beträgt 250 um,der Toner 10 ist ein magnetischer Einkomponententoner und als Vorspannende Spannungsque.lle 11 dient Wechselspannung (V₃₃ = 1200 V, f = 800 Hz) mit überlagerter Gleichspannung (V = +100 V).

Die Oberfläche der Trommel wurde parallel zur Achsenrichtung (in Längsrichtung) zur Ausbildung von Erhöhungen und Vertiefungen mit einer Teilung von ungefähr 20 um und einer Tiefe von ungefähr 0,5 um auf der Trommeloberfläche mit Sandpapier # 600 poliert. Bei Untersuchungen mit einer solchen Trommel wurde festgestellt, daß die Tonerbeschichtung sehr gut war und keine Auftragsunregelmäßigkeiten auftraten. Auch bei der fortlaufenden Herstellung von 10000 Kopien traten keine Entwicklungsunregelmäßigkeiten im Bild auf und es wurden stets sehr gute Bilder erhalten.

Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden die parallel zur Achsenrichtung verlaufenden Erhöhungen und Vertiefungen auf der Trommel mittels ^ Sandpapier # 600 erzeugt, aber es wurde experimentell gefunden, daß Sandpapier fr 100 bis # 800 verwendbar ist und daß sogar mit Sandpapier # 50 bis K 1000 beim praktischen Gebrauch ausreichende Ergebnisse erzielbar sind. Wird Sandpapier fr 100 verwendet, so ist die Tei-

lung der Erhöhungen und Vertiefungen P 30 um bis 100 um, bei Sand papier # 800 ist P 5 μι bis 10 \im.

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Nachstehend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Erzeugung von Erhöhungen und Vertiefungen am umfang der Trommel parallel zur Trommelachsenrichtung beschrieben. Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Bandschleifgerät zur Erzeugung von Erhöhungen und Vertiefungen auf der Trommeloberfläche verwendet ist. Durch die Rotation von Rollen 20 und 21 bewegt sich ein Band 22 in Richtung eines Pfeiles E. Die Oberfläche des Bandes 22 besitzt eine notwendige Rauhigkeit der Korngröße, z.B. die Rauhigkeit von Sandpapier mit einer Körnung # 400. Wird eine auf der Oberfläche des Bandes 22 angebrachte Trommel 23 langsam in Richtung eines Pfeiles F gedreht, so wird ihre Oberfläche durch die Bewegung des Bandes 22 axial geschliffen wodurch Erhöhungen und Vertiefungen aufeinanderfolgend am Umfang ausgebildet werde: Die Drehgeschwindigkeit der Trommel 23 muß sehr viel geringer sein als die Bewegungsgeschwindigkeit des Bandes 22.

Auch wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Trommel sehr gering ist, so ist die Polierrichtung geringfügig abweichend und schräg bezüglich der Tromitielachse. Deshalb wird die Trommel schon vorher geringfügig schräg bezüglich der Bewegungsrichtung des Bandes aufgesetzt.

Dadurch ist es möglich, die Trommeloberfläche in Richtung ihrer Hauptachse zu polieren.

Fig. 8 zeigt ein Beispiel, bei dem die Trommel 23 gegen eine mit Körnern versehene Scheibe 24 gedrückt

° wird. Bei einer Drehung der Scheibe 24 wird die Trommeloberfläche im wesentlichen entlang der Achsenrichtung geschliffen. Da dabei jedoch nur ein Teil der Trommeloberfläche poliert wird, wird die Trommel in Richtung des Doppelpfeiles G, d. h. in Trommelachsenrichtung, hin- und herbewegt und anschließend in Richtung des

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- 22 - 3014843 ^DE °³⁴⁴ Pfeiles 25 gedreht. Auf diese Weise werden auf der gesamten Trommeloberfläche axial verlaufende Erhöhungen und Vertiefungen ausgebildet.

Ebenso wurden auf der Trommeloberfläche in Längsrichtung parallele Rillen mit 1 bis 5 μΐη mittels des ¹¹S trän ghorn"-Bearbeitungs verfahr ens (extrude horn) erzeugt, bei dem unter hohem Druck ein halbfestes, viskoelastisches, W 50 bis ff 500 Polierpulver z. B.

■JO Borcarbid, Diamantkörner oder ähnliches enthaltendes Material gegen ein Werkstück zur Ausbildung gleichförmiger linearer Streifen auf seiner Oberfläche gedrückt wird. Bei der Verwendung einer auf diese Weise bearbeiteten Trommel zur Bilderzeugung war eine sehr gute Bildwiedergabe erzielbar.

Wie vorstehend beschrieben, sind auf der Oberfläche des Entwicklerträgerteiles 6 oder 13 Erhöhungen und Vertiefungen in der Größenordnung von mehreren Mikrometern vorhanden. Durch die Reibung zwischen dem Toner und der unebenen Oberfläche des Entwicklerträgerteils wird der Toner an der Stelle, wo die Abstreifklinge 8 oder 17 angebracht ist, mechanisch losgelöst, wodurch eine gleichförmige Tonerauftragung erreicht wird. Jedoch wurde experimentell gefunden, daß verschiedene Bedingungen für die Form und Größe der Erhöhungen und Vertiefungen zur Erzielung ausreichender Wirkungen ohne nachteilige Auswirkung auf die Entwicklungscharakteristiken eingehalten werden müssen. Die aufgrund von Untersuchungsergebnissen erhaltenen Bedingungen sind nachstehend beschrieben.

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] Die Fig. 9A bis 9D zeigen in vier Beispielen im Querschnitt die Form der Oberflächen von im Experiment verwendeten Entwicklerträgerteilen· Bei dem in Fig. 9A gezeigten Beispiel sind sowohl die Täler 27a als auch die ς Erhebungen 27b der Erhöhungen und Vertiefungen scharfkantig. Mit solch einer Form ist es möglich, eine gleichförmige Tonerschicht auszubilden, die Dichte des entwickelten Bildes wird jedoch geringer und es stellte sich auch heraus, daß die Außenlinie des sichtbar ge-

IQ machten Bildes nicht geradlinig ist, sondern in der Vergrößerung ein sägezahnähnliches Aussehen aufweist. Fig. 9B zeigt eine Form, bei dem sowohl die Täler 27a und die Erhebungen 27b gerundet sind, Fig. 9C ein Aussehen, bei dem die Täler 27a gerundet sind und Fig. 9D ein Aussehen, bei dem die Erhebungen 27b gerundet sind. Mit den in Fig. 9B, 9C und 9D gezeigten Ausführungsbeispielen sind gute entwickelte Bilder erzielbar, wenn die nachstehend genannten Bedingungen über die Größe der Erhöhungen und Vertiefungen erfüllt sind.

Die Höhe H der Erhebungen der in der Fig. 10 dargestellten Erhöhungen und Vertiefungen 27 liegt vorzugsweise zwischen dem 0,25- bis 3-fachen des durchschnittlichen Tonerpartikeldurchmessers und am besten zwischen 1/3 bis 1/1 des durchschnittlichen Partikeldurchmessers. Ist die Höhe H geringer als t/4 des durchschnittlichen Tonerpartikeldurchmessers, so sind die Erhöhungen und Vertiefungen 27 kaum oder überhaupt nicht wirksam; übersteigt die Höhe H das Dreifache des durchschnittliehen Tonerpartikeldurchmessers, so wird die Dichte bzw. Schwärzung des entwickelten Bildes geringer und es besteht die Tendenz zur Schleierbildung.

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■J Da die Tonerpartikeldurchmesser üblicherweise in der Größenordnung von 5 bis 20 μπι liegen, sollte die Größe der Erhöhungen und Vertiefungen 27 günstigerweise zwischen 2 und 20 um liegen. Ein Abstand D zwischen zwei Erhebungen muß größer sein als die Höhe H der Erhebungen .. Ist D kleiner als H, so ist die Dichte bzw. Schwärzung des entwickelten Bildes geringer; ist D übermäßig groß, so haben die Erhöhungen und Vertiefungen keine Auswirkungen. In diesem Fall erscheint das Muster der Erhöhungen und Vertiefungen auf dem Entwicklerträgerteil im Bild. Ist jedoch die Größe der Erhöhungen und Vertiefungen kleiner als der Abstand zwischen dem Entwicklerträgerteil und dem Latentbildträgerteil, so erscheint, wie experimentell gefunden wurde, das Muster der Erhöhungen und Vertiefungen 27 nicht im Bild und die Erhöhungen und Vertiefungen haben ausreichende Wirkung.

Die Gründe für diese Erscheinungen können nicht im einzelnen erklärt werden, es lassen sich jedoch folgende Schlüsse ziehen:

Ist die Form der Erhebungen 27b scharfkantig, wie in Fig. 9A dargestellt, so kann gefolgert werden, daß sich das elektrische Feld in diesem Bereich konzentriert und das elektrische Feld des Latentbildes die Tonerpartikel nicht in ausreichender Weise erreicht, so daß die Entwicklung deshalb nicht zufriedenstellend ist. Bezüglich der Konzentration des elektrischen Feldes sind bei der in Fig. 9C gezeigten Form die Spitzen der Erhebungen 27b in ähnlicher Weise wie die bei der Form nach Fig. 9A spitz zulaufend, die Täler 27a sind jedoch großflächig ausgerundet und besitzen von allen in den Fig. 9A bis 9D gezeigten Formen die größte Kapazität,

" weshalb die für die Entwicklung zur Verfügung stehende Tonermenge so groß ist, daß die nachteiligen Auswirkungen des konzentrierten elektrischen Feldes überdeckt sind.

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- ²⁵ -30U849 ^{DE O344} Insbesondere bei den in Fig. 1, 2, 4 und 6 gezeigten Aufbauten mit Magnetpolen ist in der Vergrößerung zu beobachten, daß der Toner zwischen den Tälern 27a unter dem Einfluß des magnetischen Feldes ein bürstenartiges Aussehen annimmt und ausreichend höher als die Spitze der Erhebungen 27b ist.

Die Höhe H der Erhebungen 27b muß ausreichend groß sein, um den Toner mechanisch loszulösen/ ist sie jedoch übermäßig groß, so wird der Toner nicht losgelöst, sondern in die Täler 27a gezwungen. Damit kann der Toner nicht ausreichend geladen werden und eine gute Entwicklung ist nicht erzielbar. Unter der Wirkung des magnetischen Feldes nimmt der.Toner nicht nur in den Tälern 27a, sondern auch auf den Spitzen der Erhebungen 27b bürstenartiges Aussehen an. Ist die Höhe der Erhebungen 27b groß, so bildet der bislang in den Tälern 27a liegende Toner hohe Bürsten auf den Spitzen der Erhebungen 27b aus. Diese Bürsten verursachen Reibung mit dem Latentbildträgerteil·, wodurch eine Schleierbildung entsteht.

Ist der Abstand D zwischen den Erhebungen 27b kleiner als die Höhe der Erhebungen 27b, so ist der Toner in den Tälern 27a elektrisch abgeschirmt und trägt nicht zur Entwicklung bei. Ebenso vergrößert sich die Adhäsionskraft zwischen dem.Toner und dem Entwicklerträgerteil 26. Daher sollte der Abstand zwischen den Erhebungen 27b wünschenswerterweise relativ groß sein.

Dabei besteht jedoch die Möglichkeit, daß das Muster auf dem Entwicklerträgerteil 26 im Bild erscheint. Es hat sich jedoch gezeigt, daß dieser Effekt kaum auftritt, wenn der Abstand zwischen den Erhebungen 27b geringer als der Abstand zwischen dem Entwicklerträgerteil und dem Latentbildträgerteil ist.

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] Dies dürfte der Tatsache zuzuschreiben sein, daß der iPaner, wenn er von dem Entwicklerträgerteil zu dem Latentbildträgerteil übergeht, sich nicht immer in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Entwicklerträgerteils, sondern auch teilweise schräg bewegt.

Die Erhöhungen und Vertiefungen 27 sind mit jedem chemischen und mechanischen Verfahren erzeugbar.

TO Ein chemisches Verfahren zur Ausbildung der in den Fig. 9B oder 9D dargestellten Erhöhungen und Vertiefungen ist die Ätzung der Oberfläche des aus rostfreiem Stahl oder ähnlichem gefertigten Entwicklerträgerteils mittels einer Lösung aus verschiedenen Säuren und Chloreisen.

Ein mechanisches Verfahren zur Erzeugung der in Fig. 9C dargestellten Form ist die sog. Strahlbearbeitung, bei der kornartiges Schmirgelmaterial· (Glaskügelchen, Martensit oder ähnliches) über den Werkstoff geblasen wird.

Die Erhöhungen und Vertiefungen können nach ihrer Ausbildung zur Abrundung der Erhebungsspitzen einer sehr schwachen elektrolytischen Polierung unterzogen werden. Wird das Entwicklerträgerteil durch Drehbearbeitung, z. B. auf der Drehbank, hergestellt, so können Erhöhungen und Vertiefungen auch dadurch ausgeformt sein, daß Rillen auf ihm zurückbleiben; auf solch eine Weise hergestellte Erhöhungen und Vertiefungen sind allerdings hinsichtlich einer gleichförmigen Verbindung der Täler und Erhebungen in Umfangsrichtung, d. h. in Trommelachsenrichtung, nicht wirkungsvoll.

Zur Lösung der Aufgabe müssen die Vertiefungen

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" ²⁷ " 30148 4 S^E 0344 zufallsverteilt, parallel verlaufende Richtungskomponenten eingeschlossen, oder in Längsrichtung des Entwicklerträgerteils miteinander verbunden sein. Bei zufallsverteilten Vertiefungen sind auch andere Möglichkeiten als parallel verlaufende Richtungskomponenten eingeschlossen; daher ist eine große Anzahl von Erhebungen ausgebildet, auf denen sich das elektrische Feld konzentriert; die Entwicklung ist deshalb beeinträchtigt. Es ist daher vorzuziehen, daß die Erhöhungen und Vertiefungen nur mit horizontalen Richtungskomponenten ausgebildet und in Längsrichtung des Entwicklerträgerteils verbunden sind.

Wird das Strahlbearbeitungsverfahren gewählt, so sollte das Schmiergelmittel vorzugsweise aus Kügelchen bestehen, da bei Verwendung von sandähnlichen (amorphen) Schmirgelmitteln die Ausbildung der in den Fig. 9B bis 9D gezeigten Oberflächengestaltungen nicht erzielbar ist.

Es ist offensichtlich, daß die Erfindung auch für die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Entwicklungseinrichtungen in den bisherigen Ausführungsformen verwendbar ist.

Die Oberfläche eines Entwicklerträgerteils ist entlang seiner Förderrichtung mit Erhöhungen und Vertiefungen versehen, wodurch eine gleichförmige dünne Schicht aus magnetischem Toner auf dem Entwicklerträgerteil ausbildbar ist. Bei geeigneter Auswahl der Größe der Erhöhungen und Vertiefungen ist eine gute Aufladung des Toners durch die Reibung erzielbar und die Verschmelzung des Toners mit der Oberfläche des Entwicklerträgerteils yermeidbar. Damit ist eine gute Bildaufzeichnung erzielbar. Zur Beseitigung jeder

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Unregelmäßigkeit in der Entwickler- bzw. Tonerschicht auf dem Entwicklerträgerteil und zur ausreichenden Ladung des Entwicklers durch die Reibung zwischen dem Entwickler und dem Entwicklerträgerteil besitzen die Erhöhungen und Vertiefungen vorzugsweise einen Abstand von 5 bis 100 um, eine Vertiefungstiefe d von 0,2 bis 10 um und eine Vertiefungsbreite W von 2*bis 3 χ d. Die Erhöhungen und Vertiefungen sollten vorteilhafterweise gerundet, nicht scharf sein. 10

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Claims

Patentansprüche

1. Entwicklungseinrichtung zur Entwicklung eines auf einem Latentbildträgerteil vorhandenen Latentbilds durch Aufbringen von Entwickler auf das Latentbild, gekennzeichnet durch einen magnetischen Einkomponenten- -Toner enthaltenden Entwickler (10), durch eine Zuführungseinrichtung (7; 15) zur Zuführung des Entwicklers (10), durch ein Entwicklerträgerteil (2; 6; 13), auf dessen Oberfläche sich der zugeführte Toner befindet, durch eine im Entwicklerträgerteil (2; 6; 13) angeordnete Magnetfelderzeugungseinrichtung (5; 12) und durch ein nahe an dem Entwicklerträgerteil (2; 6; 13) angeordnetes Stärkensteuerteil (la; 8; 17) zur Bestimmung der Stärke einer Tonerschicht auf der Oberfläche des Entwicklerträgerteils (2; 6; 13), wobei die Oberfläche des Entwicklerträgerteils (2; 6; 13) mit Erhöhungen und Vertiefungen (27) versehen ist, die zumindest teilweise in Bewegungsrichtung des Entwicklerträgerteils (2; 6; 13) aufeinanderfolgen.

2. Entwicklungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen und Vertiefungen (27) auf der Oberfläche des Entwicklerträgerteils (2; 6; 13) nur durch Horizontal-Komponenten gebildet sind, die in zur Entwicklerbewegungsrichtung senkrechter Richtung

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miteinander verbunden sind.

3. Entwicklungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfelderzeugungseinrichtung (5; 12) !feststeht μηα das Entwicklerträgerteil (2; 6; 13) beweglich ist.

4. Entwicklungseinrichtung zur Entwicklung eines auf einem Latentbildträgerteil vorhandenen Latentbilds durch Aufbringen von Entwickler auf das Latentbild, gekennzeichnet durch magnetischen Einkomponenten-Toner (10), durch einen den Toner enthaltenden Behälter (15), durch eine bei Drehung von dem Behälter (15) gespeiste Trommel (2; 6; 13) als Entwicklerträgerteil, durch eine feststehend in der Trommel (2; 6; 13) angeordnete Magnetwalze (5; 12) als Magnetfelderzeugungseinrichtung und durch eine in der Nähe der Trommel (2; 6; 13) angeordnete Klinge (la; 8; 17) als Stärkensteuerteil zur Bestimmung der Stärke der Tonerschicht auf der Trommeloberfläche, wobei auf der Trommeloberfläche Erhöhungen und Vertiefungen (27) vorhanden sind, die nur durch Horizontal-Komponenten gebildet sind, die in Trommelachsenrichtung miteinander verbunden sind.

5. Entwicklungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand P zwischen jeweils zwei benachbarten Erhöhungen bzw. Vertiefungen der Erhöhungen und Vertiefungen (27) 5 bis 100 pm, die Vertiefungstiefe d 0,2 bis IO pm und

die Vertiefungsbreite W das 2- bis 3-fache der Vertiefungstiefe betragen.

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6. Entwicklungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stärkensteuerteil (la; 8; 17) aus einer aus magnetischem Material oder einem Magneten gefertigten Klinge besteht.

7. Entwicklungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetpol der Magnetfelderzeugungseinrichtung (5; 12) der magnetischen Klinge gegenüberstehend angeordnet ist.

8. Entwicklungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Tonerschicht durch das Stärkensteuerteil (la; 8; 17) so bestimmt ist, daß sie kleiner ist als der Abstand zwischen dem Latentbildträgerteil (9) und dem Entwicklerträgerteil (2; 6; 13) und somit ein Freiraum zwischen dem Latentbildträgerteil (9) und der Oberfläche der Tonerschicht vorhanden ist.

9. Entwicklungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Toner (10) isolierend ist.

ίο. Entwicklungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Freiraum zwischen dem Latentbildträgerteil (9) und der Oberfläche der Tonerschicht ein elektrisches Wechselfeld wirksam ist.

11. Entwicklungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungstiefe d 0,2 bis 5 um beträgt.

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12. Entwicklungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Stärkensteuerteil (la; 8; 17) auf demselben Potential wie das Entwicklerträgerteil (2; 6; 13) liegt.

13. Entwicklungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Entwicklerträgerteil (2; 6; 13) und dem Latentbildträgerteil (9) 100 bis 500 pm beträgt.

14. Entwicklungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Tonerschicht 30 bis 300 um beträgt.

15. Entwicklungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch einen Schaber (19) zur Entfernung zurückgebliebenen Toners von der Oberfläche des Entwicklerträgerteils (2; 6; 13).

16. Entwicklungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (27b) und/oder die Täler (27a) der Erhöhungen und Vertiefungen (27) gerundet sind.

17. Entwicklungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe H der Erhebungen (27b) der Erhöhungen und Vertiefungen (27) das 1/4 bis 3fache des durchschnittlichen Tonerpartikeldurchmessers beträgt.

18. Entwicklungseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe H der Erhebungen (27b) der Erhöhungen und Vertiefungen (27) das 1/3-bis 1/1-fache des durchschnittlichen Tonerpartikel-

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durchmessers beträgt.

19. Entwicklungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand W zwischen den Erhebungen (27b) der Erhöhungen und Vertiefungen (27) größer ist als die Höhe H der Erhebungen.

20. Verfahren zur Ausbildung von Erhöhungen und Vertiefungen auf der Oberfläche einer Trommel für eine Entwicklungseinrichtung zur Entwicklung eines Latentbildes auf einem Latentbildträger, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel gegen eine B and schleifvorrichtung gedrückt wird, deren Oberfläche durch entsprechende Korngröße geeignete Rauhigkeit besitzt, und langsam gedreht wird, wodurch in Trommelachsenrichtung miteinander verbundene und in Trommelumfangsrichtung aufeinanderfolgende Erhöhungen und Vertiefungen (27) ausgebildet werden.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit der Trommel sehr viel geringer als die Umlaufgeschwindigkeit der Bandschi eifvorrichtung .ist.

22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel so auf der BandschleiJvorrichtung angeordnet ist, daß ihre Achse geringfügig schräg zur Bewegungsrichtung der Bandschleif vorrichtung

verläuft.

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23. Verfahren zur Ausbildung von Erhöhungen und Vertiefungen auf der Oberfläche einer Trommel für eine Entwicklungseinrichtung zur Entwicklung eines Latentbildes auf einem Latentbildträger, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (23) gegen eine Scheibe (24) gedrückt wird, die an der Oberfläche durch entsprechende Körnung eine geeignete Rauhigkeit besitzt, und langsam gedreht wird, wodurch in Trommelachsenrichtung miteinander verbundene und in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Erhöhungen und Vertiefungen (27) ausgebildet werden.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (23) in Richtung ihrer Achse hin- und herbewegt wird.

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