DE3228094A1 - Vorrichtung zum entwickeln eines elektrostatischen bildes - Google Patents

Description

G 53 519

Vorrichtung zum Entwickeln eines elektrostatischen Bildes

Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Entwickeln eines latenten elektrostatischen Bildes/ sie betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Entwickeln eines latenten elektrostatischen Bildes, mit deren Hilfe es möglieh ist, ein sichtbares Bild mit einer hohen Bilddichte, einer ausgezeichneten Bildschärfe und einem geringeren Schleier herzustellen.

Als Verfahren für die Entwicklung von latenten elektrostatischen Bildern, in denen ein isolierender 1-Komponenten-Entwickler verwendet wird/ wurden bisher insbesondere ein Pulverwolkenverfahren für die Entwicklung mit einem Toner im Zustand einer Pulverwolke, ein Abdruckverfahren, bei dem eine einheitliche Tonerschicht auf einem Tonerträger erzeugt und mit einem Ladungsrezeptor in Kontakt gebracht wird, oder ein Mikrofeidverfahren sowie ein Magnetbürstenentwicklungsverfahren, bei dem ein magnetischer Toner verwendet wird/ und andere angewendet.

Alle obengenannten Entwicklungsverfahren haben den Nachteil, daß die Anziehungskraft zwischen dem Toner und dem Tonerträger gering ist und daß deshalb der Toner aufgrund der physikalischen Adhäsionskraft auch an dem bildfreien Bereich haftet, so daß ein Schleier entsteht. Außerdem ergeben sie eine unzureichende Bildschärfe und sind problematisch bei-ihrer Anwendung in der Praxis.

Andererseits ist bereits ein Hüpfverfahren in der Praxis angewendet worden, bei dem ein Toner und ein latentes Bild im kontaktfreien Zustand gehalten werden und ein elektrisches Wechselfeld aufgedrückt wird, dieses Verfahren ist je doch technisch schwierig durchführbar, weil die Dicke einer Tonerschicht auf dem Tonerträger extrem niedrig gehalten werden muß.

Es wird allgemein angenommen, daß die nachstehend angegebenen Faktoren die Ursache für die Bildqualitätsverschlechterung in dem Entwicklungsverfahren, in dem ein 1-Komponenten-Entwickler verwendet wird, sind:

(1.) die physikalische Haftung des Toners an dem bildfreien Bereich,

(2.) das Tailing-Phänomen, das durch eine übermäßige Entwicklung im Randabnchnitt eines Tonerbildes hervorgerufen wird,

(3.) die Haftung des. Tonars mit umgekehrter Polarität an dem Saumabschnitt eines Tonerbildes (Saumbiläungsphänomen).

Bei dem Entwicklungsverfahren, bei dem ein 1-Komponenten-Entwickler verwendet wird, ist es schwierig, zwischen einem Tonerträger und einem Bildträger, wie in Fig. 1 (a) dargestellt, ein ausreichendes elektrisches Feld zu erzeugen, da kein Ladungsträger verwendet wird und deshalb die Gefahr besteht,' daß ein Randeffekt hervorgerufen wird. In der Fig. 1 repräsentiert I eine latente elektrostatische Bildfläche, D repräsentiert einen Ladungsträger und T repräsentiert einen Toner. (Die Fig. 1b zeigt den Zustand eines

3Q elektrischen Feldes bei Verwendung eines 2-Komponenten-Entwicklers). Wenn man nun versucht, eine große Fläche mit einer hohen Dichte gleichmäßig zu entwickeln, haftet übermäßig viel Toner an dem Randabschnitt und dadurch wird beim Entwickeln oder übertragen eine Störung des erzielten BiI-

®& des hervorgerufen. Dies ist eine Ursache für die Bildung von Vignette-Buchstaben und HaIbtonpunkten.

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Als eine Ursache für die Schleierbildung wird andererseits die Haftung angesehen," die hervorgerufen wird-durch eine Restspannung des lichtempfindlichen Rezeptors als Bildträger oder durch Van der Waals'iche Kräfte oder durch Spiegeleffektkräfte, bei Verwendung eines 1-Komponenten-Toners ist es jedoch schwierig, einen Bias-Effokt (Vorspannungs- bzw. Vormagnetisierungseffekt) zu erzielen, der diesen physikalischen Kräften entgegenwirken kann, und es ist daher unmöglich, die Schleierbildung zu kontrollieren. 10

Bei Verwendung eines 1-Komponenten-Toners gibt es ferner unvermeidlich Tonerteilchen, die in einer umgekehrten Polarität aufgeladen sind, und es tritt eine Haftung dieser Tonerteilchen an dem Saumabschnitt eines Bildes (Saumbildungsphänomen) auf, die zu dem Phänomen führt, daß die Auflösung abnimmt.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bei Verwendung des obengenannten 1-Komponenten-Toners auftreten-

den Mängel des entwickelten Bildes zu beseitigen und dieses Ziel wird erfindungsgeitiäß erreicht mit einer Vorrichtung zum Entwickeln eines latenten elektrostatischen Bildes, die umfaßt eine Entwicklungseinrichtung zum Entwickeln des latenten elektrostatischen Bildes auf dem Bildträger und eine Bilderzeugungseinrichtung, bestehend aus einer Elektrode, die gegenüber dem Träger für das entwickelte Bild angeordnet ist, und einer Spannungsaufdrückeinrichtung zum Aufdrükken der Spannung auf die Elektrode. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Vorrichtung zum Entwickeln eines latenten elektrostatischen Bildes, wobei in der Entwicklungsvorrichtung eine Bilderzeugungseinrichtung vorgesehen ist und überflüssiger Entwickler, der eine Ursache für die Verschlechterung der Bildqualität ist, entfernt wird durch Aufpressen einer Spannung auf das entwickel-35

te Bild, so daß ein qualitativ hochwertiges Bild ohne Schleier und mit einer hohen Bildschärfe erhalten werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 den Zustand eines elektrischen Feldes eines latenten elektrostatischen Bildabschnittes auf einem Ladungsrezeptor; und

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Entwicklungsvorrichtung.

Die Fig. 2 erläutert ein Beispiel für die erfindungsgemäße Entwicklungsvorrichtung. Ein Entwickler, der in dieser beispielhaften Entwicklungsvorrichtung verwendet wurde, war ein isolierender magnetischer 1-Komponenten-Toner, in den Magnetite in dem Harz dispergiert waren. Die Entwicklungsvorrichtung besteht aus zwei Teilen. Ein Teil ist eine Entwicklungseinrichtung 1 zum Entwickeln eines latenten elektrostatischen Bildes und der andere Teil ist eine Bildplastikeinrichtung 2 zur Entfernung des überflüssigen Toners.

Bei dem angewendeten Entwicklungsverfahren kann es sich um ein Pulverwolkenverfahren, ein Aufsetzverfahren, ein Aufdruckverfahren oder ein Magnetbürstenverfahren handeln. In dem dargestellten Beispiel wird eine Magnetbürstenentwicklungseinrichtung mit einer elektrischleitenden nicht-magnetischen Entwicklungshüls.e 11 und einer Magnetwalze 12 verwendet.

Eine Bildplastikeinrichtung. 2 umfaßt eine Walze 21 aus

on '

^ow einem nicht-magnetischen Metall als eine Elektrode der Bildplastikeinrichtung 2. Die Ziffer 3 bezeichnet einen Ladungsrezeptor in Form einer zylindrischen Trommel. Die Drehrichturigen der Entwicklungshülse 11, der Walze 21 und des Ladungsrezeptors 3 sind durch Pfeile angezeigt und bezüglich der Rotationsgeschwindigkeit ist die lineare Geschwindigkeit des Ladungsrezeptors 3 die niedrigste.

Die Größe des Abstandes zwischen der Entwicklungsdose 11 und dem Ladungsrezeptor 3 beträgt 0,3 nun, die Größe des Abstandes zwischen der Walze 21 und dem Ladungsrezeptor 3 beträgt 0,2 mm und der Abstand zwischen der Entwicklungshülse 11 und dem Ladungsrezeptor 3 beträgt 0,2 mm. Die Dicke einer Entwicklerschicht auf der Oberfläche der Entwicklerhülse beträgt daher 0,1 mm und die obengenannten Elemente sind nahe beieinander angeordnet mit Zwischenräumen, die größer sind als die Dicke der Entwicklerschicht.

Die Spannung des latenten elektrostatischen Bildes auf dem Ladungsrezeptor 3 beträgt höchstens +700V und die Restspannung auf dem Ladungsrezeptor beträgt etwa +100V. Daher wird auf die Entwicklungseinrichtung 1 eine Bias-Spannung (Vorspannung) (V1) von +150V aufgedrückt, wodurch beim Entwikkeln leicht eine Schleierbildung verhindert wird.

Auf die Walze 21 wird die überlagerte Spannung aus einer Gleichspannung von 100V (V2) und einer Wechselspannung von 300V (V3) aufgedrückt, um den Schleier des entwickelten Tonerbildes und überschüssige Tonerteilchen auf dem Ladungsrezeptor zu entfernen. Zur Entfernung der Tonerteilchen mit umgekehrter Polarität ist es erforderlich, eine Gleichspannung von -100V (V2) zu verwenden. Zur Entfernung von überschüssigen Tonerteilchen, die an beiden Polen aufgeladen sind, sind bei der Gleichspannung (V2) zwei Walzen mit der Polarität (+) und (-) erforderlich. In dem dargestellten Beispiel wurde nur eine Walze 21 verwendet, auf welche die überlagerte Spannung aus einer Gleichspannung

von +100V (V2) und einer Wechselspannung von 300V (V3)aufgedrückt wurde, weil die durch den Toner mit umgekehrter Polarität hervorgerufene Störung des entwickelten Tonerbildes unbedeutend war.

Wenn V1 und V2 das gleiche Vorzeichen haben und IV1)größer ist als|V2l, werden die überschüssigen Tonerteilchen, die an der Walze 21 haften, in der Entwicklungshülse 11 gesam-

melt.

Nachstehend werden die Funktionen der erfindungsgemäßen Entwicklungsvorrichtung näher erläutert. 5

Der isolierende magnetische 1-Komponenten-Toner in dem Entwicklerzuführungstrichter 6 wird der Oberfläche der Entwicklungshülse 11 zugeführt, wobei der Toner magnetisch an der Hülse haftet und transportiert wird, wobei die Dicke der Entwicklerschicht, die an der Entwicklungshülse 11 haftet und zu dieser transportiert wird, durch ein Entwicklerschicht-Dicken-Regulierelement 5 gleichmäßig einreguliert wird, und der Entwickler gelangt zu der Entwicklungsstelle A.

Andererseits worden die auf dem Ladungsrezeptor 3 erzeugten latenten, elektrostatischen Bilder durch die Entwicklungseinrichtung 1 an der Entwicklungsstelle A entwickelt. Nach dem Entwickeln wird der Ladungsrezeptor 3 weiter gedreht und liegt einer Walze 21 gegenüber und die eine Schleierbildung hervorrufenden Tonerteilchen der entwickelten Tonerbilder und die überschüssigen Tonerteilchen des Ladungsrezeptors werden durch die Funktion dieser Walze 21 von der Oberfläche des Ladungsrezeptors 3 entfernt. Die entfernten Tonerteilchen haften an der Walze 21 und werden von dieser gesammelt und dann in d.io Entwicklungseinrichtung 1 zurückgeführt. Die gesammelten Tonerteilchen, die auf der Walze 21 verbleiben, ohne in die Entwicklungseinrichtung 1 zurückgeführt zu werden, werden mittels einer Reinigungsklinge 4 als Reinigungselement abgekratzt.

Beim Durchlaufen der obengenannten Stufen ist es möglich, gute Bilder mit einer hohen Bildschärfe und ohne jede Schleierbildung zu erhalten.

In dem erfindvmgsgeraäßen Beispiel ist es möglich, eine Funkenentladung zu verhindern, wenn ein dünner isolierender Film auf der Oberf.'lache der Walze 21 gebildet wird. Es ist

ferner hilfreich, einen Widerstand in Reihe in den Energiequellenabschnitt einzuführen.

Bezüglich der Spannungen VI und V2 ist es ferner wirksam für die Schleiereliminierung, die Spannung der Energiequelle V2 weitgehend unabhängig von der Beziehung }V1I ^ |V2| zu machen. Dafür werden jedoch die Tonerteilchen nicht elektrostatisch von der Walze 21 auf die Entwicklungseinrichtung 1 übertragen und infolgedessen nimmt die Belastung für das Reinigungselement 4 zu.

Die Tonerteilchen einschließlich der vielen Tonerteilchen mit umgekehrter Polarität,die als Saurabildungsphänomen, hervorgerufen durch diese umgekehrt polasisierten Tonerteilchen, auftreten, sei bemerkt, daß die an dem Ladungsrezeptor haftenden Tonerteilchen entfernt werden sollten. In diesem Falle ist es möglich, den umgekehrt polarisierten Toner durch Aufdrücken einer Gleichspannung zu entfernen, deren Polarität entgegengesetzt zu derjenigen des Toners ist, der

^O die Saumbildung hervorruft, nämlich entgegengesetzt zu derjenigen des Ladungsrezeptors, beispielsweise eines lichtempfindlichen Rezeptors, der ein Wechselstrom überlagert ist, auf die Elektrode in der erfindungsgemäßen Bildplastikeinrichtung.
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Wie oben erläutert, ist es erfindungsgemäß möglich, über-' schüssige Tonerteilchen, die an dem Ladungsrezeptor haften, zu entfernen und dadurch die Bildqualität, wie z.B. die

Bildschärfe, die Auflösung und den Gradienten,zu verbessern. 30

Außerdem wird bezüglich der Abhängigkeit von der Umwelt, die bei einem 1-Komponenten-Entwickler problematisch ist, der Spielraum erweitert.

Nach den Angaben in der japanischen Patentpublikation, offengelegt unter der Nr. 105 267/1980, wird ein Hüpfverfahren vorgeschlagen, bei dem die Entwicklung im kontaktfreien Zustand mit dem Entwickler durchgeführt wird mit dem Ziel, die Bildqualität zu verbessern. Von der Anmelderin durchgeführte

Versuche haben jedoch gezeigt, daß eine ausreichende Dichte und Auflösung auch durch Kontaktentwicklung ohne Anwendung eines kontaktfreien Verfahrens erzielt werden können. Außerdem ist das Aufdrücken einer Bias-Spannung (Vorspannung) auf die Entwicklungseinrichtung für die Kontaktentwicklung nicht erforderlich. Probleme, die bei diesem Verfahren auftreten, sind die Haftung von überschüssigen Tonerteilchen an den Randteilen der Bilder, insbesondere an den hinteren Rändern der Bilder, entgegen dem obengenannten Vorschlag. Außerdem besteht im Falle der Anwendung einer Kontaktentwicklung die Neigung, daß ein Schleier erzeugt wird durch die Ungenauigkeit der Bcfestigung einer Entwicklungsvorrichtung oder durch die Änderung der Umgebung (Umwelt). Das Prinzip und das Ziel der vorliegenden Erfindung sind von denjenigen des obengenannten Vorschlags verschieden und erfindungsgemäß werden überflüssige Tonerteilchen, die an. dem lichtempfindlichen Rezeptor haften, entfernt und es wird eine erhebliche Verbesserung der Bildq\ialität erzielt.

Claims (10)

G 53 519 Patentansprüche 10

1. Vorrichtung zum Entwickeln eines latenten elektrostatischen Bildes, gekennzeichnet durch eine Entwicklungseinrichtung (1) zxim Entwickeln eines latenten elektrostatischen Bildes auf einem Ladungsrezeptor (3) und

eine Bildplastikeinrichtung'(2) mit einer Elektrode, die stromabwärts von dem Ladungsrezeptor (3) angeordnet ist, und einer Spannungsaufdrückeinrichtung zum Aufdrücken einer

Spannung auf die Elektrode.
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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung aus einer Gleichspannungskomponente und einer Wechselspannungskomonente besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung aus einer Gleichspannungskomponente und einer Impulsspannungskomponente besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungskomponente eine Polarität hat, die entgegengesetzt zu derjenigen der Spannung der Oberfläche des Ladungsrezeptors (3) ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Elektrode um eine nichtmagnetische Säule oder Zylinder handelt und daß die Elektrode drehbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Elektrode einen dünnen isolierenden Film aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklungseinrichtung (1) eine nicht-magnetische zylindrische Hülse (11) und einen in der Hülse (11) angeordneten Dauermagneten aufweist.

8· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ^:; gekennzeichnet, daß der Abstand (Spielraum) zwischen dem Ladungsrezeptor (3) und der Entwicklungshülse (11) und der Abstand (Spielraum) zwischen der Elektrode und dem Ladungsrezeptor (3) größer sind als die Dicke einer Entwicklerschicht auf der Oberfläche der Entwicklungshülse (11) nachdem Entwickeln.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dann,, wenn auf die Entwicklungshülse (11) eine Gleichspannung (V1) aufgedrückt wird, eine Gleichspannung (Y2.) und ein elektrisches Wechselstromfeld einander überlagert und auf die Elektrode aufgedrückt werden und daß die Spannung in dem bildfreien Teil auf dem Ladungsrezeptor (3) Vs beträgt, wobei die Beziehungen zwischen diesen Spannungen der folgenden Bedingung, genügen:

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß V1 die gleiche Polarität hat wie das latente elektro-• statische Bild auf der Oberfläche des Ladungsrezeptors (3)