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Dokumentenidentifikation DE69511778T2 09.03.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0686893
Titel Entwicklungsapparat mit Entwicklungswalze
Anmelder Xerox Corp., Rochester, N.Y., US
Erfinder Edmunds, Cyril G., Webster, NY 14580, US;
Alvarez, Jorge A., Webster, NY 14580, US;
De Young, Victoria F., Rochester, NY 14625, US
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69511778
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 06.06.1995
EP-Aktenzeichen 953038767
EP-Offenlegungsdatum 13.12.1995
EP date of grant 01.09.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.03.2000
IPC-Hauptklasse G03G 15/09

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen elektrostatographische Vervielfältigungsgeräte und betrifft insbesondere eine Entwicklungsvorrichtung mit einer verbesserten Entwicklerzuführwalze.

Im allgemeinen wird beim Verfahren der elektrostatographischen Vervielfältigung ein photoleitendes Element bzw. ein Photorezeptor gleichmäßig auf ein im wesentlichen einheitliches Potential geladen und einem Bild entsprechend entladen bzw. einem Bild entsprechend mit Licht belichtet, das von einem zu vervielfältigenden Originalbild reflektiert wird. Dadurch entsteht ein elektrostatisch hergestelltes latentes Bild auf dem photoleitenden Element. Das so hergestellte latente Bild wird entwickelt, indem ein geladenes Entwicklermaterial damit in Kontakt gebracht wird. Normalerweise werden Zweikomponenten- und Einkomponenten-Entwicklermaterialien eingesetzt. Ein typisches Zweikomponenten-Entwicklermaterial umfaßt magnetische Trägerteilchen, die auch als "Trägerkügelchen" bekannt sind, und an denen geladene Tonerteilchen reibungselektrisch haften. Ein Einkomponenten-Entwicklermaterial umfaßt normalerweise nur geladene Tonerteilchen. In beiden Fällen werden die geladenen Tonerteilchen, wenn sie mit dem latenten Bild in Kontakt gebracht werden, von diesem Bild angezogen, so daß ein Tonerbild auf dem photoleitenden Element entsteht. Das Tonerbild wird anschließend auf ein Aufnahmeblatt übertragen, das dann durch eine Fixiervorrichtung geleitet wird, in der das Tonerbild erhitzt und dauerhaft auf dem Blatt fixiert wird, so daß eine Kopie des Originalbildes entsteht.

Um ein latentes Bild in einem elektrostatographischen Vervielfältigungsgerät zu entwickeln, werden geladene Tonerteilchen durch eine Entwicklungsvorrichtung mit dem latenten Bild in Kontakt gebracht, das, wie oben beschrieben, erzeugt wurde. Bei einem derartigen Entwicklungsvorgang unter Verwendung von Zweikomponenten-Entwicklermaterial umfaßt die Entwicklungsvorrichtung normalerweise ein Gehäuse, das eine Kammer hat, in der das Entwicklermaterial gemischt und geladen wird. Durch das Bewegen und Mischen von Zweikomponenten-Entwicklermaterial werden die "Träger kügelchen" und die Tonerteilchen reibungselektrisch und einander entgegengesetzt geladen, so daß die Tonerteilchen an den Trägerkügelchen haften.

Ein Typ Zweikomponenten-Entwicklungsvorrichtung enthält, wie beispielsweise in US-A- 5,245,392 offenbart, ein Gehäuse, eine Mischkammer, einen Entwicklungsbereich sowie ein Spenderelement, das geladene Tonerteilchen aus der Mischkammer in den Entwicklungsbereich transportiert. Eine Vielzahl von Elektrodendrähten sind in bezug auf das Spenderelement in dem Entwicklungsbereich nahe beabstandet angeordnet. Eine Wechselspannung wird an die Elektrodendrähte angelegt, um eine Tonerwolke in dem Entwicklungsbereich zu erzeugen. Elektrostatische Felder, die durch ein angrenzendes latentes Bild erzeugt werden, ziehen geladene Tonerteilchen aus der Tonerwolke an, so daß das latente Bild entwickelt wird.

Eine derartige Vorrichtung ist, wie weiterhin offenbart, herkömmlicherweise mit einer leitenden, normalerweise aus Metall bestehenden magnetischen Walze versehen, die Entwicklermaterial aus der Mischkammer zu dem Spenderelement transportiert. Die magnetische Walze ist drehbar zwischen der Mischkammer und dem Spenderelement angebracht und dient dazu, magnetisierbare Trägerkügelchen (an denen geladene Tonerteilchen reibungselektrisch haften) magnetisch anzuziehen und auf ihrer aufgerauhten bzw. gekordelten Oberfläche zu halten. Die geladenen Tonerteilchen werden dann elektrostatisch von den Trägerkügelchen auf der aufgerauhten bzw. gekordelten Oberfläche der Magnetwalze zu dem Spenderelement angezogen, um sie in den Entwicklungsbereich zu transportieren.

Die Einheitlichkeit und die Qualität latenter Bilder, die in dem Entwicklungsbereich entwickelt werden, hängt in großem Maße von der Menge und der gleichmäßigen Verteilung des Entwicklermaterials ab, das wiederholt durch die Magnetwalze zu dem Spenderelement transportiert wird. Wie beispielsweise in jedem der folgenden Bezugsbeispiele offenbart, werden die Menge und die gleichmäßige Verteilung von Entwicklermaterial, das von einer derartigen Magnetwalze transportiert wird, hauptsächlich durch die Oberflächenrauhigkeit der Magnetwalze bestimmt. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise in US-A-4,034,709 die Bedeutung des Aufrauhens der Oberflächen von Magnetentwicklerwalzen und verschiedene Verfahren dazu erläutert. Es wird insbesondere eine magnetische Entwicklerwalze offenbart, die eine rauhe Styren-Butadien-Oberflächen beschichtung enthält, die Entwicklermaterial hält und es direkt durch einen Entwicklungsbereich transportiert.

Xerox Disclosure Journal (Vol. 4, Nr. 3 Mai/Juni 1979) offenbart eine Magnetwalze, bei der die vorteilhafte Oberflächenrauhigkeit hergestellt wird, indem die Walze mit einem Netzmaterial, wie beispielsweise Nylonstrümpfen, überzogen wird. Des weiteren offenbart Xerox Disclosure Journal (Vol. 4, Nr. Juli/August 1979) eine ähnliche Magnetwalze, die aufgerauht wird, indem eine Vielzahl kleiner flacher Vertiefungen an ihrer Oberfläche hergestellt werden. Als weiteres Beispiel offenbart US-A-4,558,943 eine ähnliche Magnetwalze, die aufgerauht wird, indem Mulden in ihrer Oberfläche hergestellt werden, die anschließend mit einem Polymermaterial gefüllt werden.

Wie zu erwarten, verschleißen, wenn derartige Walzen eingesetzt werden, um Zweikomponenten-Entwicklermaterial zu transportieren, das Trägerkügelchen enthält, die abreibend sein können, die Trägerkügelchen die gewünschte Rauhigkeit ihrer Oberflächen mit der Zeit. Dieser Verschleiß der Oberflächenrauhigkeit einer Walze verringert schließlich auf nachteilige Weise die Reibungseigenschaften der Oberfläche und damit ihre Fähigkeit, wiederholt gewünschte Mengen an Entwicklermaterial zu transportieren. Dieser spezielle Nachteil wird noch akuter bei Entwicklungsvorrichtungen, die bei hohen Geschwindigkeiten laufen müssen. Bei einer derartigen Vorrichtung muß sich die Magnetwalze daher mit einer erheblich höheren Drehzahl pro Zeiteinheit drehen. Es ist zu erwarten, daß bei derartig schneller Drehung es beispielsweise Zentrifugalkräfte der Drehwalze erschweren, Entwicklermaterial auf ihrer verschlissenen Oberfläche zu halten. Daher besteht ein Bedarf nach einer verbesserten Magnetwalze mit einer Oberfläche, die Verschleiß durch Trägerkügelchen in Zweikomponenten-Entwickler im wesentlichen widersteht, und die auch bei hohen Geschwindigkeiten von ihr entwickeltes Entwicklermaterial auf akzeptable Weise erhält.

Herkömmlicherweise enthalten darüber hinaus derartige Magnetwalzen ein leitendes Substrat bzw. eine Hülse, so z. B. eine Aluminiumhülse, die auf verschiedene Weise beschichtet wird. Es hat sich herausgestellt, daß durch die Drehung der leitenden Hülse einer derartigen Walze durch ein Magnetfeld des Magneten in ihrem Kern Wirbelströme in der gesamten leitenden Hülse induziert werden. Derartige Wirbelströme führen, wie bekannt ist, zu Energieverlusten sowie zur Verringerung des magnetischen Flusses des Magnetfeldes. Es hat sich herausgestellt, daß derartige Energieverluste bei einer Hochgeschwindigkeitswalze bis zu 19% der Freiraumenergie ausmachen, die für den Antrieb der Walze erforderlich ist. Derartige Verluste bewirken unerwünschte Wirbelstromerwärmung in dem Gehäuse der Entwicklungsvorrichtung, bei der die Verluste auftreten. Es besteht daher ein Bedarf nach einer verbesserten Magnetwalze, mit der derartige, durch Wirbelströme verursachte Nachteile vermieden werden.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine magnetische Zuführbaugruppe nach Anspruch 1 geschaffen. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Entwicklungsvorrichtung nach Anspruch 7 geschaffen.

Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden im Verlauf der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlich, wobei:

Fig. 1 A eine vereinfachte Ansicht einer Ausführung einer Entwicklungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 1 B eine vereinfachte Ansicht einer zweiten Ausführung einer Entwicklungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 2 eine Perspektivansicht eines aufgebrochenen Abschnitts der Magnet- Entwicklerzuführwalze der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 3 eine detaillierte Schnittdarstellung eines Abschnitts der Magnetwalze in Fig. 2 ist, die das magnetische Eindrücken der glatten Oberfläche derselben in einem Transport-Magnetfeld darstellt;

Fig. 4 eine graphische Darstellung von Wirbelstrom-Leistungsgewinnen ist, die beim Einsatz der magnetischen Entwicklerzuführwalze der vorliegenden Erfindung zu erwarten sind; und

Fig. 5 eine schematische Ansicht eines veranschaulichenden elektrostatographischen Vervielfältigungsgerätes ist, das die Entwicklungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung einschließt.

Da elektrostatographische Vervielfältigungsgeräte in der Technik bekannt sind, wird in der vorliegenden Offenbarung auf eine ausführliche Beschreibung derselben verzichtet. Ein derartiges Gerät, in dem die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann, ist in US-A-5,416,566 (unter Bezugnahme auf Fig. 5) beschrieben.

Es wird davon ausgegangen, daß die erwähnte Beschreibung für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung ausreicht, um die allgemeine Funktion eines elektrostatographischen Vervielfältigungsgerätes darzustellen, das die Entwicklungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung einschließt. Normalerweise wird die Geschwindigkeit derartiger elektrostatographischer Vervielfältigungsgeräte anhand der Anzahl von Kopieblättern gemessen, die pro Zeiteinheit hergestellt werden. Bei den verschiedenen Typen derartiger Geräte unterscheiden sich daher die Geschwindigkeiten erheblich und reichen von 10 bis 20 Kopien pro Minute bis zu einem Höchstwert von mehr als 100 Kopien pro Minute. Damit derartige Geräte qualitativ hochwertige Kopien bzw. Vervielfältigungen von Originalbildern erzeugen, müssen die Verarbeitungsstationen (einschließlich der Entwicklungsstation SC) so konstruiert sein, daß sie bei einer gewünschten Geschwindigkeit des Gerätes effektiv funktionieren. Die Entwicklungsstation SC muß beispielsweise daher in der Lage sein, als solche auch bei sehr hohen Gerätegeschwindigkeiten zu funktionieren, um dem Entwicklungsbereich wiederholt eine einheitliche gewünschte Menge an Tonerteilchen zuzuführen, damit latente Bilder entwickelt werden können.

In Fig. 1A ist eine Ausführung der Entwicklungsvorrichtung 40 der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Entwicklungsvorrichtung 40 enthält verbesserte Elemente, die eine längere Lebensdauer sowie die wiederholte Zufuhr einer einheitlichen gewünschten Menge an Toner bei der Entwicklung latenter Bilder mit hoher Geschwindigkeit ermöglichen. Entwicklungsvorrichtung 40 enthält, wie zu sehen ist, ein bewegliches Spenderelement, das als Walze 42 dargestellt ist, die zumindest teilweise in einer Mischkammer 46 angebracht ist. Mischkammer 46 wird durch Gehäuse 48 begrenzt und nimmt einen Vorrat QS an Entwicklermaterial auf, der aus Tonerteilchen und Trägerkügelchen besteht. Das Spenderelement 42 wird bewegt, um Tonerteilchen, die aus der Kammer 46 zugeführt werden, mit Wolkenerzeugungs-Elektrodendrähten 44 in einem Entwicklungsbereich DZ in Kontakt zu bringen und so latente Bilder zu entwickeln. Bei dem Entwicklermaterial QS handelt es sich normalerweise um ein Zweikomponenten-Entwicklerma terial, das wenigstens magnetisierbare Trägerkügelchen und die Tonerteilchen umfaßt. Das Entwicklermaterial wird, wie bekannt ist, in der Mischkammer 46 durch eine Mischvorrichtung 49 bewegt und gemischt, um die Trägerkügelchen bzw. die Tonerteilchen einander entgegengesetzt und reibungselektrisch zu laden. Aufgrund dieser Ladung haften die entgegengesetzt geladenen Tonerteilchen durch Reibungselektrizität an den geladenen, magnetisierbaren Trägerkügelchen. Es ist wichtig anzumerken, daß die Entwicklungsvorrichtung 40 die Entwicklerzuführbaugruppe bzw. Magnetwalze 50 der vorliegenden Erfindung (weiter unten ausführlich beschrieben) enthält. Die Zuführbaugruppe 40 ist, wie dargestellt, im Inneren der Kammer 46 angeordnet und führt eine Menge QF an Entwicklermaterial aus der Kammer 46 dem Spenderelement 42 zu. Die Magnetwalze 50 und das Spenderelement 42 sind in Bezug zueinander elektrisch vorgespannt, so daß die geladenen Tonerteilchen in der Menge QF an Entwicklermaterial, die dem Spenderelement 42 zugeführt werden, von der Magnetwalze 50 auf das Spenderelement 42 angezogen werden. In der Mischkammer 46 befindet sich im unteren Teil des Gehäuses 48 die Mischvorrichtung 49, so beispielsweise eine horizontale Schnecke, die das Entwicklermaterial gleichmäßig über die Länge von Magnetwalze 50 verteilt, so daß der unterste Teil der Magnetwalze 50 stets im wesentlichen in einen Körper aus Entwicklermaterial QS eingetaucht ist.

Das Spenderelement 42 wird, wie weiterhin in Fig. 1A dargestellt, durch eine Gleichspannungsquelle 80 auf eine bestimmte Spannung vorgespannt, so daß das Spenderelement 42 geladene Tonerteilchen in einem Spalt 82 von Magnetwalze 50 anziehen kann. Um die Anziehung geladener Tonerteilchen aus der Kammer 46 zu verbessern, wird die Magnetwalze 50 ebenfalls durch eine Gleichspannungsquelle 84 vorgespannt. Sie wird des weiteren durch eine Wechselspannungsquelle 86 vorgespannt, mit der die geladenen Tonerteilchen zeitweilig aus ihren Haft- und reibungselektrischen Bindungen an den geladenen magnetisierten Trägerkügelchen gelöst werden. So gelöst können sie leichter von dem Spenderelement 42 angezogen werden. Die Wechselspannungsquelle 86 kann entweder auf eine leitende Schicht der Magnetwalze 50 wirken, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, oder direkt auf die Spenderwalze in Reihe mit der Gleichspannungsquelle 80. Desgleichen wird, wie dargestellt, eine Wechselvorspannung durch eine Wechselspannungsquelle 88 an die Elektrodendrähte 44 angelegt, die dazu dient, geladene Tonerteilchen von dem Spenderelement 42 zu lösen und eine Tonerwolke in dem Entwicklungsbereich DZ herzustellen.

In Fig. 1 B ist eine andere Ausführung 40A der Entwicklungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführung sind gleiche Elemente wie in Fig. 1A mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es ist wichtig anzumerken, daß die Entwicklungsvorrichtung 40A ebenfalls die verbesserten Elemente enthält, die eine längere Lebensdauer sowie die wiederholte Zufuhr einer einheitlichen gewünschten Menge an Toner für die Entwicklung latenter Bilder mit hoher Geschwindigkeit ermöglichen. In Fig. 1 B wird die Zuführbaugruppe 50 aufgrund ihrer längeren Lebensdauer und ihrer verbesserten Entwicklermaterial-Bewegungskapazität effektiv in einem Magnetbürsten- Entwicklungsvorrichtungsgehäuse 48A als Magnetbürsten-Entwicklerwaize eingesetzt. Eine Magnetbürsten-Entwicklerwalze als solche nimmt, wie bekannt ist, Entwicklermaterial aus der Mischkammer 46 auf und transportiert es direkt in den Entwicklungsbereich DZ hinein und durch ihn hindurch, um Bilder zu entwickeln. Es ist anzumerken, daß, obwohl die verbesserte Entwicklerzuführbaugruppe 50 der vorliegenden Erfindung (Fig. 1A, 1 B) als eine Walze dargestellt ist, die verbesserten konstruktiven Prinzipien auch bei einer Band-Zuführbaugruppe eingesetzt werden kann.

In Fig. 2 und 3 sind Details der Magnetwalzen- bzw. Entwickler-Zuführbaugruppe 50 der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gemäß den Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist die Entwickler-Zuführbaugruppe bzw. -walze 50 so aufgebaut, daß sie gegenüber den herkömmlichen Metallwalzen mit aufgerauhter Oberfläche eine erheblich längere Lebensdauer aufweist. Sie ist des weiteren so aufgebaut, daß mit ihr auf hohem Niveau die Zuverlässigkeit der Entwicklerzufuhr bei hoher Geschwindigkeit während dieser Lebensdauer aufrechterhalten werden kann. Des weiteren ist sie so aufgebaut, daß das Auftreten von Wirbelströmen und darauf beruhenden Nachteilen, wie beispielsweise Energieverlusten und unerwünschter Wirbelstromerwärmung, erheblich verringert bzw. ausgeschlossen werden.

Wie in Fig. 2 und 3 zu sehen ist, enthält die Entwickler-Zuführbaugruppe bzw. -walze 50 der vorliegenden Erfindung einen beweglichen Träger bzw. eine Hülse 90, die eine erste Oberfläche 92, eine zweite Oberfläche 94 und einen Weg der Bewegung bzw. Drehung 96 (mit Pfeil 98 dargestellt) enthält, der im wesentlichen durch die zweite Oberfläche 94 gebildet wird. Die Zuführbaugruppe 50 enthält des weiteren wenigstens ein magnetisches Element, wie beispielsweise die magnetischen Elemente M1, M2, M3, M4, die in nerhalb der ersten Oberfläche 92 des Trägers bzw. der Hülse 90 angeordnet sind, und an den Bewegungsweg 96 derselben angrenzen. Der Bewegungsweg 96 ist fortlaufend und umschließt die Position der magnetischen Elemente. Durch ihre Position erzeugen die magnetischen Elemente M1 bis M4 ein starkes Magnetfeld um einen Punkt auf dem Bewegungsweg 96, so beispielsweise um einen ersten Punkt P1 herum, der der Aufnahme- bzw. Beschickungspunkt der Zuführbaugruppe 50 in der Kammer 46 ist. Die Zuführbaugruppe 50 enthält, wie dargestellt, des weiteren eine dünne Elastomerbeschichtung bzw. -schicht 100, die auf der zweiten Oberfläche 94 der beweglichen Hülse 90 ausgebildet ist. Es ist wichtig anzumerken, daß die Elastomerbeschichtung 100 eine mechanisch verformbare glatte Oberfläche 102 aufweist, die während des Transports eine Menge QF an magnetischem bzw. magnetisierten Entwicklermaterial (Fig. 3) hält, das durch die Magnetelemente M1 bis M4 angezogen wird, die an der gegenüberliegenden Seite des beweglichen Trägers bzw. der Hülse 90 angeordnet sind.

Die magnetischen Elemente M1 bis M4 sind, wie insbesondere aus Fig. 2 zu ersehen ist, beispielsweise stationäre Permanentmagnete, die gleiche Länge haben und in geringem Abstand zu der ersten bzw. inneren Fläche 92 der beweglichen Hülse 90 angeordnet sind. Die Hülse 90 ist vorzugsweise nicht magnetisch (weiter unten beschrieben) und ist so aufgebaut, daß sie in einer Richtung, die mit dem Pfeil 98 angedeutet ist, um die magnetischen Elemente M1 bis M4 herum gedreht wird. Da das Zweikomponenten- Entwicklermaterial QS in der Kammer 46 magnetische bzw. magnetisierbare Trägerkügelchen enthält, bewirkt die Drehung der Hülse 90 durch dis starken stationären Magnetfelder M1 bis M4, daß die Menge QF dieses Entwicklermaterials an die Außenseite der Hülse 90 angezogen wird. Des weiteren kann, wie dargestellt, eine Rakel 104 eingesetzt werden, um die radiale Dicke des Entwicklers auf der Oberfläche 102 zu beschränken, wenn sie sich mit dem Spenderelement 42 durch einen Tonerübertragungsspalt 82 (Fig. 1A) dreht.

Die Feldstärke des Spitzenradialfeldes der magnetischen Elemente um den Aufnahme- bzw. Beschickungspunkt P1 der Zuführbaugruppe bzw. Magnetwalze 50 herum beträgt vorzugsweise ungefähr 600 Gauß. An anderen Punkten, so beispielsweise Punkt P2, entlang des Bewegungsweges der beweglichen Hülse 90 besteht, wie dargestellt, kein oder bestenfalls ein schwaches Magnetfeld. Die Oberfläche der Magnetwalze 50 sollte ungefähr 2,5 mm vom oberen Ende der magnetischen Elemente entfernt sein. Das ra diale Feld jedes magnetischen Elementes stellt gemeinsam die Komponente des Magnetfeldes dar, die in bezug auf die Achse des magnetischen Elementes radial nach außen gerichtet ist. Die tangentiale Komponente jedes Magnetfeldes liegt am Umfang der Walze 50 an und wird häufig definiert, wenn alle radialen Spitzen definiert und festgelegt sind. Die Polarität jedes Magnetfeldes kann Nord oder Süd sein, sie sollte sich jedoch, wie dargestellt, von einem magnetischen Element zum anderen abwechseln. Die Magnetkraft, die durch den Gradienten des entstehenden Magnetfeldes erzeugt wird, ist zusammen mit den erfindungsgemäßen Eigenschaften der Elastomerbeschichtung 72 (weiter unten ausführlich beschrieben) besonders wichtig für die Funktion der vorliegenden Erfindung. Diese Magnetkraft, die auf magnetisiertes Entwicklermaterial QF an der Oberfläche der Elastomerbeschichtung wirkt, ermöglichst zuverlässige Zuführung von Entwicklermaterial QF aus der Kammer 46 zu der Vorrichtung 10 bei hoher Geschwindigkeit und verlängerter Lebensdauer. Gemäß der vorliegenden Erfindung liegt die Permeabilität (u) des Entwicklermaterials vorzugsweise in einem Bereich von 4 bis 6, und die Magnetkraft, die auf eine Masse dieses Entwicklermaterials wirkt, ist normalerweise 40-80 mal größer als eine Kraft, die durch die Schwerkraft auf die gleiche Masse Entwicklermaterial wirken würde.

Wie weiterhin unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 zu sehen ist, hat der zylindrische Träger bzw. die Hülse 90, wenn es sich bei der Zuführbaugruppe 50, wie dargestellt, um eine Walze handelt, normalerweise eine Länge von ungefähr 475 mm in der Entwicklungsvorrichtung 10. Bei einer derartigen Länge sind die Anforderungen an die Streckfestigkeit (beam strength) so, daß der Elastizitätsmodul (E) wenigstens 300.000 pounds pro square Inch (2070 MPa) betragen sollte. Des weiteren hat die Hülse 90, da die Dicke der Hülse die magnetische Feldstärke durch sie hindurch beeinflußt, vorzugsweise einen Innendurchmesser von 38,6 mm und einen Außendurchmesser von 42,0 mm. Die Walze 50 als solches sollte vorteilhafterweise eine zulässige Mittendurchbiegung (center deflection) von ungefähr 0,0016 inch (41 um) haben, wenn die Walze vollständig mit Entwicklermaterial QF belastet ist.

Um diese verschiedenen Anforderungen zu erfüllen, kann der Träger bzw. die Hülle 90 beispielsweise aus einem Mehrzweck-Polycarbonat bestehen. Ein wichtiger Aspekt bei der Auswahl des Hülsenmaterials besteht darin, daß das ausgewählte Material mit der Elastomerbeschichtung 100 kompatibel sein soll. Die Kompatibilität führt zu guter Haftung, die wichtig für die gewünschte lange bzw. verlängerte Lebensdauer der Zuführbaugruppe ist. Es können dafür andere Materialien eingesetzt werden, so beispielsweise Phenole mit einem Elastizitätsmodul (E) von ungefähr 900.000 psi (6210 MPa) und Polyester mit einem Elastizitätsmodul (E) von ungefähr 400.000 psi (2760 MPa). Thermoplastmaterialien sowie Duroplastmaterialien, die mit der Elastomerbeschichtung 100 kompatibel sind, können eingesetzt werden. Es hat sich herausgestellt, daß, je höher der E-Wert des für die Hülse verwendeten Materials ist, die Wände der Hülse umso dünner sein können. Dünnere Wände können vorteilhafterweise eine größere Magnetfeldstärke an der Außenfläche der Hülse bewirken. Durch sie kann auch die Herstellung vereinfacht werden, da größere Zwischenräume zwischen den magnetischen Elementen und der Innenfläche 92 der Hülse möglich sind. Noch wichtiger ist, daß die Hülse 90 aus einem hochfesten Polyester auf Polyurethanbasis hergestellt werden kann, wodurch keine Elastomerbeschichtung 100 darauf erforderlich wäre. Der Elastizitätsmodul E einer derartigen Polyesterhülse auf Polyurethanbasis beträgt ungefähr 300.000 psi (2070 MPa) bei einem Härtewert (durometer value) von ungefähr 70d, so daß eine Walzenhülse entsteht, die kleine, durch Magnetkraft erzeugte Eindrücke 110 aufnehmen kann. Die Walze 50 insgesamt hat, wenn sie so ausgeführt wird, einen spezifischen Volumenwiderstand von 10&sup8; ohm-cm.

Gemäß einer weiteren Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist der bewegliche Träger bzw. die Hülse 90 vorteilhafterweise elektrisch nichtleitend, um das Auftreten von Wirbelströmen zu vermeiden bzw. zu verhindern, die in einer beweglichen, elektrisch leitenden Hülse aufgrund des Vorhandenseins der magnetischen Elemente M1 bis M4 in ihrem Kern entstehen würden. Ein Wirbelstrom ist ein elektrischer Strom, der im Körper eines Leiters induziert wird, wenn sich dieser Leiter entweder durch ein uneinheitliches Magnetfeld bewegt oder sich in einem Bereich befindet, in dem ein sich veränderndes magnetisches Feld vorliegt. Die Bewegung der Hülse 90 um die magnetischen Elemente M1 bis M4 herum stellt diese Konstellation dar, wenn die Hülse 90 leitend ist.

In Fig. 4 beispielsweise ist ein Diagramm dargestellt, das Wirbelstromverluste zeigt. Das Diagramm zeigt zwei Kurven 106 und 108, die jeweils die Gesamtenergie darstellen, die erforderlich ist, um die Entwicklungsvorrichtung 10 beim Vorhandensein von Wirbelstrom bzw. dem Nichtvorhandensein von Wirbelstrom anzutreiben. Um die obere Kurve 106 zu erzeugen, wurde ein Versuch mit einer herkömmlichen Zuführbaugruppe 50A (nicht dargestellt) durchgeführt, die eine herkömmliche leitende Aluminiumhülse enthielt, und in derem Kern magnetische Elemente angeordnet waren. Die leitende Hülse wurde angetrieben, und ihre Oberflächengeschwindigkeit variierte meßbar zwischen 50 und 65 Inch pro Sekunde (IPS) (102 bis 165 cm/s). Dieser Versuch stand für das Vorhandensein der Erzeugung von Wirbelströmen. Die Gesamtenergie, die zum Betrieb der Vorrichtung 10 erforderlich ist, wurde bei den verschiedenen Geschwindigkeiten aufgezeichnet (siehe obere Kurve 106).

Ein zweiter Versuch ohne Wirbelstrom wurde durchgeführt, indem die Magnetelemente aus dem Kern der leitenden Hülse entfernt wurden. Dies war Äquivalent zum Entfernen der leitenden Hülse und zum Anbringen einer elektrisch nichtleitendenden Hülse, um die magnetischen Elemente herum. In beiden Fällen fließen keine Wirbelströme (unabhängig davon, ob sie erzeugt werden oder nicht) in der Hülse. Die Hülse und der Rest der Vorrichtung 10 wurden erneut in Betrieb gesetzt und die Oberflächengeschwindigkeit variierte meßbar wie oben aufgeführt. Die Gesamtenergie, die erforderlich war, um die Vorrichtung 10 zu betreiben, wurde wiederum bei diesen Geschwindigkeiten aufgezeichnet (siehe untere Kurve 108). Aus dem Verlauf der Kurven 106, 108 wird deutlich ersichtlich, daß beim ersten Versuch (unter Wirbelstrombedingungen) mehr Energie erforderlich war als beim zweiten (Nichtwirbelstrombedingungen), um die Vorrichtung 10 zu betreiben. Bei jedem Punkt auf der Kurve stellt der Unterschied der erforderlichen Gesamtenergie den Wirbelstrom-Energieverlust bei dieser Geschwindigkeit für die Vorrichtung 10 dar. Diese Verluste betrugen, wie gemessen und dargestellt, beispielsweise 2,7 Watt bei 40 ips (102 cm/s) und 6,4 Watt bei 65 ips (165 cm/s), d. h. die Verluste reichten von 15% bis 19%. Der Einsatz einer elektrisch nichtleitenden Hülse um die magnetischen Elemente M1 bis M4 herum (ein Zustand, in dem keine Wirbelströme durch die Hülse fließen) wäre daher äußerst vorteilhaft.

Die Elastomerbeschichtung 100 ist, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, eine dünne Beschichtung, die beispielsweise aus einem elektrisch leitenden Polyurethanmaterial besteht, das eine Dicke im Bereich von 0,040 bis 0,060 Inch (1 bis 1,5 mm) hat. Die glatte Oberfläche 102 derselben hat eine bevorzugte Durometerhärte in einem Bereich von 60d bis 70d. Die glatte Oberfläche 102 kann vorübergehend und leicht durch eine Magnetkraft (nicht dargestellt) eines der starken Magnetfelder von M1 bis M4 magnetisch verformt werden, die auf die magnetisierten Trägerkügelchen des Entwicklermaterials QF auf dieser glatten Oberfläche wirken. Diese Verformung führt zu Eindrücken 110 (Fig. 3), die zuverlässig eine Reibungsstruktur bilden, mit der das angezogene Entwicklermaterial QF auf der Oberfläche der sich drehenden Hülse gehalten wird, und zwar selbst dann, wenn sich die Hülse mit sehr hohen Geschwindigkeiten dreht. Durch diese Einwirkung der Magnetkräfte auf die glatte Oberfläche 102 entstehen natürlich, wenn sie mit der Hülse 90 gedreht wird, Eindrücke auf der glatten Oberfläche 102, so beispielsweise dann, wenn sie sich an dem ersten Punkt P1 auf dem Bewegungsweg befindet, sie federn jedoch zurück und werden wieder glatt, wenn der Punkt P2 ohne oder mit einem lediglich schwachen Magnetfeld passiert wird. Im Unterschied zu herkömmlichen Entwicklertransportoberflächen mit Rauhigkeitsstrukturen, die mit der Zeit verschleißen, bewirkt die glatte Oberfläche 102 vorteilhafterweise eine wesentlich längere Lebensdauer der Entwicklerzuführbaugruppe bzw. Walze 50 der vorliegenden Erfindung.

Es ist, wie zu sehen ist, eine verbesserte Entwicklungsvorrichtung 10 zum Entwickeln eines latenten Bildes, das auf einer bildtragenden Oberfläche 14 aufgezeichnet ist, geschaffen worden, und sie enthält ein Gehäuse 48, das eine Kammer 46 aufweist, die einen Vorrat an Zweikomponenten-Entwicklermatemat QS aufnimmt. Das Zweikomponenten-Entwicklermaterial besteht aus Toner und magnetisierbaren Trägerkügelchen. Die verbesserte Entwicklungsvorrichtung 10 enthält des weiteren einen Entwicklungsbereich DZ an die bildtragende Oberfläche 14 angrenzend, sowie ein bewegliches Spenderelement 42, das aus der Kammer 46 durch den Entwicklungsbereich zur Bildentwicklung zugeführten Toner bewegt. Die Verbesserung umfaßt eine Magnetwalzenbaugruppe 50, mit der eine Menge QF an magnetisch angezogenem Entwicklermaterial aus der Kammer in Tonerübertragungsbeziehung 54 mit dem Spenderelement bewegt wird. Die Magnetwalzenbaugruppe 50 enthält eine drehbare nichtleitende Hülse 90, die die magnetischen Elemente M1 bis M5 umschließt, um so die Erzeugung von Wirbelströmen bei der Drehung der Hülse um die magnetischen Elemente zu verhindern. Eine Elastomerbeschichtung 100 mit einer vorteilhaften Durometerhärte in einem Bereich von 60d bis 70d ist über der nichtleitenden Hülse ausgebildet und hat eine glatte Oberfläche 112, die die Menge an angezogenem Entwicklermaterial darauf hält. Die glatte Oberfläche 102 kann durch magnetische Kräfte der starken Magnetfelder der magnetischen Elemente, die auf magnetisierte Trägerkügelchen auf der glatten Oberfläche 102 wirken, vorübergehend magnetisch verformt werden.

Die Magnetwalzenbaugruppe, wie sie offenbart wird, eignet sich auch für den allgemeinen Einsatz in Entwicklungsvorrichtungen zum Bewegen von magnetischem bzw. magnetisierbarem Entwicklermaterial, das Tonerteilchen und magnetisierbare Trägerkügelchen einschließt, auf einem gewünschten Weg, so beispielsweise auf einem direkten Bildentwicklungsweg zwischen der Mischkammer und dem Entwicklungsbereich für die Bildentwicklung. Sie eignet sich, wie dargestellt, des weiteren besonders für den Einsatz in einer Spendervorrichtung als Zuführbaugruppe zum Zuführen von Entwicklermaterial aus einer Mischkammer zu einem Spenderelement.


Anspruch[de]

1. Magnetische Zuführbaugruppe (50) zum Einsatz in einer Entwicklungsvorrichtung, die magnetisierbares Entwicklermaterial (QS), das Tonerteilchen und magnetisierbare Trägerkügelchen enthält, bewegt, wobei die magnetische Zuführbaugruppe (50) umfaßt:

einen beweglichen Träger (90) mit einer ersten Oberfläche (92), einer zweiten Oberfläche (94) und einem Bewegungsweg (98);

wenigstens ein magnetisches Element (M1; M2; M3; M4), das an den Bewegungsweg (98) und die erste Oberfläche (92) des beweglichen Trägers (90) angrenzend angeordnet ist, wobei das magnetische Element (M1; M2; M3; M4) ein starkes Magnetfeld um einen ersten Punkt an dem Bewegungsweg (98) herum erzeugt;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Zuführbaugruppe des weiteren eine Elastomerbeschichtung (100) enthält, die auf der zweiten Oberfläche (94) des beweglichen Trägers (90) ausgebildet ist und eine glatte Oberfläche (102) aufweist, die eine Menge an magnetisierbarem Entwicklermaterial (QF) hält, das an einem ersten Punkt davon angezogen wird, wobei die glatte Oberfläche (102) durch magnetisierbare Trägerkügelchen unter der Wirkung des starken Magnetfeldes mechanisch verformt werden kann, so daß Eindrücke (110) entstehen, die die Menge an magnetisierbarem Entwicklermaterial (QF) während des Transports durch Reibung haften.

2. Magnetische Zuführbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Bewegungsweg (98) des beweglichen Trägers (90) fortlaufend ist und die Position des magnetischen Elementes (M1; M2; M3; M4) umgibt und/oder wenigstens einen zweiten Punkt einschließt, an dem ein schwaches Magnetfeld wirkt.

3. Magnetische Zuführbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, wobei der bewegliche Träger (90) elektrisch nichtleitendes Material umfaßt.

4. Magnetische Zuführbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Elastomerbeschichtung (100) elektrisch leitendes Material bzw. ein Polyurethanmaterial umfaßt und/oder durch eine Magnetkraft des Magnetfeldes, das auf magnetisierte Trägerkügelchen auf der glatten Oberfläche (102) der Beschichtung (100) wirkt, mechanisch verformt werden kann.

5. Magnetische Zuführbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der bewegliche Träger (90) eine starre Hülse ist, die um das magnetische Element (M1; M2; M3; M4) herum gedreht werden kann.

6. Magnetische Zuführbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die glatte Oberfläche (102) der Elastomerbeschichtung (100) eine Durometerhärte in einem Bereich von 60d bis 70d hat, so daß magnetische Trägerkügelchen in der Menge (QF) an Entwicklermaterial darauf gehalten werden können und bei der Bewegung in dem starken Magnetfeld vorübergehende Eindrücke (110) in der glatten Oberfläche (102) erzeugen.

7. Entwicklungsvorrichtungen zum Entwickeln eines latenten Bildes, das auf einem bildtragenden Element 12) aufgezeichnet ist, wobei die Entwicklungsvorrichtung umfaßt:

ein Gehäuse (48), das eine Mischkammer (46) aufweist, die einen Vorrat an magnetisierbarem Zweikomponenten-Entwicklermaterial (QS) aufnimmt, das Tonerteilchen und magnetisierbare Trägerkügelchen enthält; und

eine magnetische Zuführeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche.

8. Entwicklungsvorrichtung an Anspruch 7, die ein bewegliches Spenderelement (42), vorzugsweise eine drehbare Walze, enthält, das so angebracht ist, daß es geladene Tonerteilchen aus der Menge an magnetisierbarem Entwicklermaterial (QF) auf der glatten Oberfläche (102) der Elastomerbeschichtung (100) aufnimmt, und die Tonerteilchen durch einen Entwicklungsbereich bewegt, um das latente Bild zu entwickeln.







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