DE3338692A1 - Method and device for developing a toner image - Google Patents
Method and device for developing a toner imageInfo
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Abstract
Description
Verfahren und Vorrichtung zum Entwickeln eines TonerbildesMethod and apparatus for developing a toner image
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entwickeln eines Tonerbildes auf einer mit einem latenten elektrostatischen Ladungsbild versehenen, fotoleitfähigen Unterlage mittels einer Magnetbürste, die aus einem mehrpoligen Magnetkern und einer diesen umgebenden, rotierenden Hülse gebildet ist, auf deren Umfangsfläche eine gleichmäßige Schicht eines isolierenden, magnetischen Einkomponententoners umläuft und die unter Belassen eines Entwicklungsspaltes der vorbeibewegten Unterlage gegenüberliegt, wobei die Magnetbürste bezüglich der Unterlage an einer Wechselspannung anliegt.The invention relates to a method and an apparatus for developing a toner image on a latent electrostatic one Charge image provided, photoconductive pad by means of a magnetic brush, which consists of a multi-pole magnetic core and a rotating sleeve surrounding it is formed, on the circumferential surface of which a uniform layer of an insulating, magnetic one-component toner circulates and which, leaving a development gap, is opposite the substrate being moved by, wherein the magnetic brush is applied to an alternating voltage with respect to the base.
Bei einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art (US-PS 42 99 900) steht der mehrpolige Magnetkern still. Nur die Hülse rotiert. Einem Pol des Magnetkerns gegenüberliegend ist ein Rakel aus megnetisierbarem Material angeordnet, wodurch es möglich wird, den Toner mit einer sehr dünnen Schicht auf die Hülse aufzutragen. Der Entwicklungsspalt ist so bemessen, daß in seinem Bereich die Tonerschicht einen Abstand zu der mit dem Ladungsbild versehenen Unterlage einhält. Zwischen der Unterlage und der Magnetbürste ist eine niederfrequente Wechselspannung angelegt, deren Frequenz etwa 2OO Hz und deren Spannung etwa 800 V betragen soll. Die Verwendung einer derart dünnen Tonerschicht ist ungünstig, da zum einen das Tonerangebot für das Entwickeln relativ gering ist. Zum anderen wird es dadurch notwendig, den Abstand zwischen der Unterlage und der Tonerschicht im Entwicklungsspalt sehr exakt einzuhalten, was sehr hohe Anforderungen an die Toleranzen der Lagerungen der Magnetbürste und der Unterlage stellt. In der Praxis lassen sich diese engen Toleranzen wenn überhaupt nur mit hohem Aufwand realisieren. Darüber hinaus besteht die Gefahr, daß sich nach einer längeren Bet-riebszeit ein Spiel einstellt, so daß die Toleranzen nichtIn a known method of the type mentioned (US-PS 42 99 900) the multi-pole magnetic core stands still. Only the sleeve rotates. Opposite a pole of the magnetic core is a Squeegee arranged from megnetisbaren material, which makes it possible is to apply the toner with a very thin layer on the sleeve. The development gap is dimensioned so that in his Area the toner layer maintains a distance to the substrate provided with the charge image. Between the pad and a low-frequency alternating voltage is applied to the magnetic brush, the frequency of which is about 2OO Hz and the voltage of about Should be 800 V. The use of such a thin toner layer is unfavorable because, on the one hand, the amount of toner available for development is relatively low. On the other hand, it becomes necessary to adjust the distance between the base and the toner layer in the Developing gap must be adhered to very precisely, which places very high demands on the tolerances of the bearings of the magnetic brush and of the document. In practice, these tight tolerances can only be achieved with great effort, if at all. In addition, there is the risk that play will occur after a long period of operation, so that the tolerances will not be met
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mehr eingehalten werden können, wodurch das Entwicklungsergebnis negativ beeinträchtigt wird.can be adhered to more, thereby reducing the development result is negatively affected.
Bei einem anderen bekannten Verfahren (US-PS 41 21 931) läuft auf einer einen mehrpoligen Magnetkern umgebenden rotierenden Hülse ein isolierender, magnetischer Einkomponententoner mit einer Schichtdicke um, die so ist, daß der Toner die Unterlage berührt. Durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen der Hülse und der das Ladungsbild tragenden Unterlage erfolgt eine Aufladung des Einkomponententoners entgegengesetzt der Polarität der zu entwickelnden Bereiche der Unterlage, wodurch eine Tonerübertragung bewirkt werden soll. Bei diesem Verfahren ist die Ent- wicklung von feinen Linien oder scharfen Kanten schwierig. Da außerdem die fotoleitfähigen Unterlagen sich insbesondere bei Mehrfachkopien nicht restlos entladen lassen, verbleiben auch in den Nicht- Bildbereichen Restladungen. Durch die angelegte Gleichspannung erfolgt dann auch in diesen Bereichen teilweise eine übertragung des Toners, so daß sich auch in diesen Bereichen ein störender und die Kopiengualität beeinträchtigender Hintergrund ausbildet.In another known method (US-PS 41 21 931) runs on a rotating surrounding a multi-pole magnetic core Sleeve an insulating, magnetic one-component toner with a layer thickness which is such that the toner is the substrate touched. Charging takes place by applying a direct voltage between the sleeve and the substrate carrying the charge image of the one-component toner opposite to the polarity of the areas of the substrate to be developed, thereby causing a toner transfer should be effected. This method makes it difficult to develop fine lines or sharp edges. There In addition, the photoconductive documents cannot be completely discharged, especially in the case of multiple copies, also remain residual charges in the non-image areas. The applied DC voltage then partially takes place in these areas a transfer of the toner, so that there is a disturbing and the copy quality impairing also in these areas Background trains.
Der Er-findung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, durch das es ermöglicht wird, ohne die Gefahr von Hintergrundbildung feine Linien und scharfe Kanten zu entwickeln, wobei ferner an das Einhalten einer engen Toleranz in dem Entwicklungsspalt keine allzu hohen Anforderungen gestellt werden.The invention is based on the object of creating a method of the type mentioned at the outset, by means of which it is possible Developing fine lines and sharp edges without the risk of background formation, and also adhering to a narrow one Tolerance in the development gap no too high demands are made.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Magnetkern zu Rotation angetrieben ist, daß die Frequenz der Wechselspannung größer als 15 kHz ist, und daß die Dicke der Schicht des Einkomponententoners wenigstens gleich groß wie der Entwicklungsspalt gehalten ist. Da kein Abstand zwischen der Tonerschicht und der Unterlage eingehalten wird, sondern vielmehr eine Berührung der Tonerschicht an der Unterlage erfolgt, wird es zum einen möglich, eine relativ dicke Tonerschicht vorzusehen und damit ein hohes Angebot an Toner zur Verfügung zu stellen. DurchThis object is achieved in that the magnetic core is driven to rotate, that the frequency of the alternating voltage is greater than 15 kHz, and that the thickness of the layer of the one-component toner is kept at least equal to the development gap. There is no space between the toner layer and the substrate is adhered to, but rather a contact of the toner layer on the substrate takes place, it is for one possible to provide a relatively thick toner layer and thus to provide a high supply of toner. By
BAD ORIGINAL -6-BATH ORIGINAL -6-
den direkten Kontakt des Toners mit dem Ladungsbild wird eine Streuung der Feldlinien des Ladungsbildes vermieden, so daß die Abbildung von feinen Linien verbessert wird. Durch die Rotation des Magnetkernes und die angelegte hochfrequente Wechselspannung wird ein kombiniertes magnetisches-elektrisches Wechselfeld erhalten, das insbesondere die kleinen Tonerpartikel in schnelle Vibrationen versetzt. Als Folge ergibt sich, daß gerade diese kleinen Tonerpartikel sich dann aufgrund von Ladungsdifferenzen ohne starke Be-hinderung durch größere Tonerpartikel durch das Tonermaterial hindurchbewegen können. Das Angebot von kleinen, feinen Tonerpartikeln an dem Ladungsbild wird somit erhöht, was insbesondere für eine exakte Abbildung von scharfen Rändern und feinen Linien von Vorteil ist. Durch die Erhöhung der Beweglichkeit, insbesondere der feinen Tonerpartikel innerhalb der Schicht aus dem Einkomponententoner, wird somit eine wesentlich verbesserte Qualität der Kopie erreicht.the direct contact of the toner with the charge image scattering of the field lines of the charge image is avoided, so that the imaging of fine lines is improved. Due to the rotation of the magnetic core and the applied high frequency AC voltage, a combined magnetic-electrical alternating field is obtained, especially the small toner particles set in rapid vibrations. As a result, it is precisely these small toner particles that then settle due to charge differences move through the toner material without major hindrance from larger toner particles can. The supply of small, fine toner particles on the charge image is thus increased, which in particular for an exact one It is beneficial to have sharp edges and fine lines. By increasing mobility, especially the fine toner particles within the layer of the one-component toner, thus becomes a much improved quality of the copy achieved.
Zweckmäßig wird eine Wechselspannung mit einer Frequenz von bis 20 kHz angelegt. Diese Frequenz ist so hoch, daß die Tonerpartikel selbst nicht durch das elektrische Feld zu translatorischen Bewegungen angeregt werden, wobei jedoch festzustellen ist, daß insgesamt die Tonerschicht aufgelockert wird. Vorteilhaft ist es, wenn die Wechselspannung eine Amplitude von Spitze zu Spitze von mehr als 1400 Vpp, vorzugsweise mehr als 1600 Vpp aufweist.An alternating voltage with a frequency of up to 20 kHz is expediently applied. This frequency is so high that the toner particles themselves are not stimulated to translational movements by the electric field, but to be determined is that as a whole the toner layer is loosened. It is advantageous if the alternating voltage has an amplitude of peak to peak of more than 1400 Vpp, preferably more than 1600 Vpp.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß der Wechselspannung eine Gleichspannung von 30 bis 60 V überlagert ist, die eine dem Ladungsbild der Unterlage entsprechende Polarität aufweist. Durch diese Maßnahme wird vermieden, daß in den Nicht-Bildbereichen, die insbesondere bei Mehrfachkopien eineIn a further embodiment of the invention it is provided that a direct voltage of 30 to 60 V is superimposed on the alternating voltage which has a polarity corresponding to the charge pattern of the substrate. This measure avoids that in the non-image areas, which are particularly important in the case of multiple copies
BAD ORlGiNAL ~7~BAD ORlGiNAL ~ 7 ~
COPY V COPY V
Restladung aufweisen können, eine Tonerübertragung erfolgt, da eine Potentialdifferenz vermieden wird.May have residual charge, a toner transfer occurs because a potential difference is avoided.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird bei einer Vorrichtung zum Entwickeln eines Tonerbildes auf einer mit einem latenten elektrostatischen Ladungsbild versehenen, fotoleitfähigen Unterlage mit einer Magnetbürste aus mehrpoligen Magnetkern, der von einer angetriebenen Hülse umgeben ist, die unter Belassen eines Entwicklungsspaltes der an der Hülse vorbeibewegten Unterlage gegenüberliegt und die mit ihrem Umfang in einen Vorratsbehälter für einen magnetischen, isolierenden Einkomponententoner ragt, dessen Auslauf mit einem einen vorgegebenen Abstand zu der Hülse aufweisenden Rakel versehen ist, wobei an die Magnetbürste eine Wechselspannung angelegt ist, daß der Abstand zwischen Hülse und Rakel größer ist als der Entwicklungsspalt, daß der Magnetkern mit einem Drehantrieb versehen ist, und daß die Frequenz der Wechselspannung wenigstens 15 kHz beträgt. Mit Hilfe dieser Vorrichtung wird in dem Entwicklungsspalt, in welchem das Tonermaterial die Unterlage berührt, ein kombiniertes magnetisches, elektrisches Wechselfeld erreicht, das zu einer Auflockerung des Tonermaterials und zu einer Erhöhung der Bewegungsfähigkeit insbesondere kleiner Tonerpartikel führt. Die kleinen Tonerpartikel können deshalb leichter übertragen werden, was im wesentlichen durch das elektrostatische Feld des Ladungsbildes der Unterlage verursacht wird.In a further embodiment of the invention, in a device for developing a toner image on a photoconductive substrate provided with a latent electrostatic charge image with a magnetic brush made of a multi-pole magnetic core, which is surrounded by a driven sleeve, which leaves a Development gap opposite to the base moved past the sleeve and the circumference of which is placed in a storage container for a magnetic, insulating one-component toner protrudes, the outlet of which is provided with a doctor blade having a predetermined distance from the sleeve, with a AC voltage is applied, that the distance between the sleeve and the doctor blade is greater than the development gap, that the magnetic core is provided with a rotary drive, and that the frequency of the AC voltage is at least 15 kHz. With the help of this device a combined magnetic, Reached an alternating electric field, which leads to a loosening of the toner material and an increase in mobility in particular small toner particles. The small toner particles can therefore be transferred more easily, which is essentially is caused by the electrostatic field of the charge image on the substrate.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform und den Unteransprüchen.Further features and advantages of the invention emerge from the following description of the illustrated in the drawing Embodiment and the subclaims.
In der Zeichnung ist weitgehend schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entwickeln eines Tonerbildes dargestellt.In the drawing, a largely schematic view of the invention is shown Apparatus for developing a toner image shown.
Als Unterlage dient eine Trommel 1, auf deren Mantelfläche eine Schicht 2 aus fotoleitfähigem Material, beispielsweise Se]en aufgetragen ist, die geerdet ist und somit an dem Potential Null anliegt. Auf der-Schicht 2 wird in bekannter Weise ein latentesA drum 1 is used as a base, on the outer surface of which a Layer 2 made of photoconductive material, for example Se] s applied which is grounded and thus applied to zero potential. On the layer 2 is a latent in a known manner
BAB-ORSGJNAL "8"BAB-ORSGJNAL " 8 "
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elektrostatisches Ladungsbild erzeugt, das durch übertragen eines isolierenden, magnetischen Einkomponententoners 6 entwickelt wird. Es findet ein magnetischer Einkomponententoner von einer Partikelgröße von 5 bis 30 micrometer und vorzugsweise 5 bis 25 micrometer Verwendung, der einen Widerstand von 1014 ohm cm aufweist.generated electrostatic charge image that is transmitted through an insulating magnetic one-component toner 6 is developed. It finds a magnetic one-component toner of a particle size of 5 to 30 micrometers and preferably 5 to 25 micrometers using a resistor of 1014 ohm cm.
Der Einkomponententoner 6 ist in einen Vorratsbehälter 5 eingegeben, der mit einer unteren öffnung versehen ist, in deren Bereich eine Magnetbürste angeordnet ist. Die Magnetbürsteenthält einen mehrpoligen, wenigstens achtpoligen Magnetkern mit in Umfangsrichtung in regelmäßiger Folge wechselnden Magnetpolen, die sich jeweils in axialer Richtung erstrecken. Der Magnetkern 3 ist von einer Hülse 4 aus einem legierten Stahl umgeben. Der Magnetkern 3 und die Hülse 4 sind entspre-chend den eingezeichneten Pfeilen zu gegensinniger Drehung angetrieben. Die Hülse 4 besitzt eine Drehzahl in der Größenordnung von 200 bis 270 min"1, während der Magnetkern 3 zu Drehzahlen in der Größenordnung von 1000 bis 1350 min"1 angetrieben ist. Bevorzugt wird ein Drehzahlverhältnis zwischen Hülse 4 und Magnetkern 3 von etwa 1 : 5 eingehalten. Durch die Drehung der Hülse 4 und des Magnetkerns 3 wird der Einkomponententoner 6 auf der Hülse 4 in Umfangsrichtung gefördert, und zwar mit einer Bewegungsrichtung gegen die Drehrichtung des Magnetkerns 3. Die Dicke der auf der Hülse 4 umlaufenden Schicht 8 aus Einkomponententoner 6 wird durch einen Rakel 7 begrenzt, der mit einer Schneide radial zur Hülse 4 gerichtet ist und der an dem Vorratsbehälter 5 befestigt ist. Der Rakel 7 ist in einem radialen Abstand a2 zu der Hülse 4 angeordnet, durch den die Dicke der Schicht 8 bestimmt wird.The one-component toner 6 is placed in a storage container 5 which is provided with a lower opening, in the area of which a magnetic brush is arranged. The magnetic brush contains a multi-pole, at least eight-pole magnetic core with magnetic poles which alternate in a regular sequence in the circumferential direction and which each extend in the axial direction. The magnetic core 3 is surrounded by a sleeve 4 made of an alloyed steel. The magnetic core 3 and the sleeve 4 are driven to rotate in opposite directions in accordance with the arrows shown. The sleeve 4 has a speed of the order of 200 to 270 min "1, while the magnetic core 3 is driven at speeds of the order of 1000 to 1350 min" 1 . A speed ratio between sleeve 4 and magnetic core 3 of approximately 1: 5 is preferably maintained. As a result of the rotation of the sleeve 4 and the magnetic core 3, the one-component toner 6 is conveyed on the sleeve 4 in the circumferential direction, specifically with a direction of movement against the direction of rotation of the magnetic core 3. The thickness of the layer 8 of one-component toner 6 surrounding the sleeve 4 is determined by a Squeegee 7 limited, which is directed with a cutting edge radially to the sleeve 4 and which is attached to the storage container 5. The doctor blade 7 is arranged at a radial distance a 2 from the sleeve 4, by means of which the thickness of the layer 8 is determined.
Der Rakel 7 besteht aus einem magnetisierbaren Material, beispielsweise einem Stahlblech, so daß sich aufgrund der Wechselwirkung zwischen dem Magnetkern 3 und der Schneide des Rakels eine Dicke für die Schicht 8 einstellt, die etwas kleiner als der Abstand ao ist.The squeegee 7 consists of a magnetizable material, for example a sheet steel, so that due to the interaction between the magnetic core 3 and the blade of the squeegee a thickness for the layer 8 is established which is slightly smaller than the distance a o .
Die Achsen der Magnetbürste und der Trommel 1 verlaufen parallel zueinander. Die Magnetbürste ist derart angeordnet, daß zwischen der Hülse 4 und der Schicht 2 der Trommel 1 ein Entwicklungsspalt a .j eingehalten wird, der in der Größenordnung von 0,25 bis 0,4 mm liegt. Der Abstand a2 zwischen dem Rakel 7 und dem Umfang der Hülse 4 ist so eingestellt, daß die Schichtdicke der Schicht 8 aus Einkomponententoner 6 wenigstens der Größe des Entwicklungsspaltes a-j entspricht und vorzugsweise geringfügig größer ist, d. h. etwa 5 bis 15 %.The axes of the magnetic brush and the drum 1 are parallel to each other. The magnetic brush is arranged such that a development gap a .j is maintained between the sleeve 4 and the layer 2 of the drum 1, which is of the order of magnitude of 0.25 to 0.4 mm. The distance a 2 between the doctor blade 7 and the circumference of the sleeve 4 is set so that the layer thickness of the layer 8 of one-component toner 6 corresponds to at least the size of the development gap aj and is preferably slightly larger, ie about 5 to 15%.
An die Hülse 4, die bevorzugt elektrisch leitend ist, aber auch mit einem dünnen elektrisch isolierenden Überzug versehen sein kann, ist mittels eines Generators 9 eine hochfrequente Wechselspannung angelegt, die mit einer schwachen Gleichspannung überlagert ist. Die Gleichspannung, die 30 bis 60 V und vorzugsweise 40 V beträgt, besitzt eine Polarität, die der Polarität der BiIdbereiche des Ladungsbildes der Schicht 2 entspricht. Die vorzugsweise sinusförmige Wechselspannung besitzt eine Frequenz von mehr als 15 kHz und die vorzugsweise in den Bereich von 18 bis 20 kHz liegen. Die Amplitude der Wechselspannung beträgt von Spitze zu Spitze 1600 Vpp. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgesehen, daß die Umfangsgeschwindigkeit der fotoleitfähigen Schicht etwa 10 bis 15 cm/sec. beträgt.On the sleeve 4, which is preferably electrically conductive, but can also be provided with a thin electrically insulating coating can, a high-frequency alternating voltage is applied by means of a generator 9, which is superimposed with a weak direct voltage is. The DC voltage, which is 30 to 60 V and preferably 40 V, has a polarity that corresponds to the polarity of the image areas of the charge pattern of layer 2 corresponds. The preferably sinusoidal alternating voltage has a frequency of more than 15 kHz and which are preferably in the range of 18 to 20 kHz. The amplitude of the alternating voltage is from peak to peak Peak 1600 Vpp. In a preferred embodiment it is provided that the peripheral speed of the photoconductive Layer about 10 to 15 cm / sec. amounts to.
Durch die Kombination des angelegten hochfrequenten Wechselfeldes in Verbindung mit dem durch die Rotation des Magnetkernes 3 entstehenden magnetischen Wechselfeld und in Verbindung mit dem Berühren der Schicht 8 aus Einkomponententoner werden sehr gute Entwicklungsergebnisse erreicht, die darauf beruhen, daß insbesondere die Beweglichkeit der kleinen Tonerpartikel erhöht wird, so daß bei feinen Linien und scharfen Rändern ein relativ hohes Angebot dieser feinen Tonerpartikel vorliegt. Durch die Brührung der Schicht 8 des Einkomponententoners 6 mit der fotoleitfähigen Schicht 2 wird eine Streuung der Feldlinien des Ladungsbildes vermieden, so daß in Kombination mit den übrigen Maßnahmen eine sehr scharfe Abbildung erhalten wird. Zusätzlich wird durch die überlagerte Gleichspannung verhindert, daß auch bei Mehrfachkopien eine Hintergrundbildung auftritt.Through the combination of the applied high-frequency alternating field in connection with that produced by the rotation of the magnetic core 3 magnetic alternating field and in connection with touching the layer 8 of one-component toner are very good development results achieved, which are based on the fact that in particular the mobility of the small toner particles is increased, so that with fine lines and sharp edges there is a relatively high supply of these fine toner particles. By touching the layer 8 of the one-component toner 6 with the photoconductive layer 2 a scattering of the field lines of the charge image is avoided, see above that in combination with the other measures a very sharp image is obtained. In addition, the superimposed DC voltage prevents background formation from occurring even with multiple copies.
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