DE2361418A1

DE2361418A1 - Verfahren und vorrichtung zum entwickeln eines elektrostatischen latenten bilds

Info

Publication number: DE2361418A1
Application number: DE19732361418
Authority: DE
Inventors: Otto Maria Dipl Phys Groen; Bernard Johannus Engel Peeters
Original assignee: Oce Van der Grinten NV
Current assignee: Canon Production Printing Holding BV
Priority date: 1972-12-14
Filing date: 1973-12-10
Publication date: 1974-06-20
Also published as: FR2327577A1; GB1396979A; FR2327577B1

Description

Anmelder: Oce-van der Grinten N.V., p.o. box ΙΟΙ, Venlo/Holland, St. Urbanusweg 102

Verfahren und Vorrichtung zum Entwickeln
eines elektrostatischen latenten Bilds

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entwickeln eines elektrostatischen latenten Bilds auf einer isolierenden Oberfläche.

Es sind bereits eine Reihe derartiger Verfahren bekannt,
bei denen eine Entwicklung mit Hilfe einer Kaskade, einer Magnetbürste, einer Flüssigkeit und einem Elektronenspender erfolgt.
Bei den üblichen Verfahren findet ein Entwickler Verwendung, der aus einer Mischung aus isolierenden Tonerteilchen und einem Trägermaterial besteht, in dem die Tonerteilchen durch Reibung an
dem Trägermaterial aufgeladen werden. Bei derartigen Systemen besteht jedoch die Schwierigkeit, daß die Mischung aus Tonerteilchen und Trägermaterial homogen gehalten werden muß, daß ein konstantes Verhältnis von Tonerteilchen zu Trägermaterial und eine
konstante Teilchengröße vorhanden sein muß, damit eine gute Entwicklung gewährleistet ist.

• Ein bekanntes Verfahren, bei dem ein derartiges System
mit zwei Komponenten nicht erforderlich ist, besteht in der Auf-

409825/1042

tragung einer Schicht aus isolierenden Tonerteilchen auf eine geeignete Oberfläche, aus der Aufladung der Tonerteilchen durch eine Koronaentladung oder mit Hilfe eines elektrischen Felds, aus der Übertragung der aufgeladenen Tonerteilchen auf eine Donator-Oberfläche mit Hilfe eines elektrischen Felds, wonach die Tonerteilchen auf der Donator-Oberfläche dem latenten elektrostatischen Bild ausgesetzt werden. Dieses bekannte Verfahren (US-PS 2 839 400) besitzt jedoch den Nachteil, daß das Verfahren nicht für eine kontinuierliche und schnelle Arbeitsweise geeignet ist. Deshalb soll durch die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen werden, womit die genannten Schwierigkeiten weitgehend vermieden werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Entwickeln eines elektrostatischen latenten Bilds auf einer isolierenden Oberfläche dadurch gelöst, daß

a) eine bürstenartige Schicht aus magnetisch anziehbaren, schmelzbaren Tonerteilchen mit einem spezifischen Widerstand zwischen 10 und 10 Ohm · cm durch ein magnetisches System in der Richtung einer Übertragungszone transportiert wird, die zwischen dem magnetischen System und einer leitenden Donator-Oberfläche vorhanden ist;

b) die Tonerteilchen während ihres Transports durch eine Potentialdifferenz aufgeladen werden, die zwischen demmagnetischen System und der leitenden Donatoroberfläche erzeugt wird;

c) das aus dem magnetischen System austretende magnetische Feld in der Nähe der Übertragungszone derart geändert wird, daß die Anziehungskräfte, welche die Tonerteilchen auf dem magnetischen System festhalten, durch die Anziehungskräfte überwunden werden, welche durch die Potentialdifferenz bedingt sind, so daß ein Teil der Tonerteilchen elektrostatisch von dem magnetischen System auf die leitende Donatoroberfläche übertragen wird;

d) der übertragene Teil der aufgeladenen Tonerteilchen mit der leitenden Donatoroberflache in Richtung einer Entwicklerzone der isolierenden Oberfläche transportiert wird, welche das elektrostatische latente Bild trägt, und

409825/10A2

e) der Teil der geladenen Tonerteilchen in der Entwicklerzone mit dem elektrostatischen latenten Bild in Berührung gebracht wird, um bildweise Tonerteilchen von der leitenden Donatoroberfläche zu der das latente Bild tragenden Oberfläche unter dem Einfluß der elektrostatischen Anziehungskräfte zu übertragen, die von dem latenten Bild ausgehen.

Eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung dieses Verfahrens ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine Magnetbürste, die aus einem magnetischen Element in einem zirkulierenden Glied besteht, das eine leitende Oberfläche hat, die endlos in dem Weg der Zirkulation ist, welche leitende Oberfläche aus magnetisch anziehbaren schmelzbaren Tonerteilchen trägt, die einen spezifischen Widerstand zwischen 10 und 10 Ohm - cm aufweisen;

b) ein Donatorglied mit einer zirkulierenden leitenden Oberfläche, die endlos in dem Weg der Zirkulation ist, in einem geringen Abstand von der Magnetbürste angeordnet ist, um eine Übertragungszone zu bilden? *

c) eine Spannungsquelle zur Erzeugung eines elektrischen Felds zwischen 3000 und 10000 Volt pro cm in der Übertragungszone zwischen den zirkulierenden Oberflächen der Magnetbürste und dem Donatorglied vorgesehen ist; und

d)ein bewegliches, elektrostatisches Bild tragendes Glied in der Nähe des Donatorglieds vorgesehen ist, um eine zweite Übertragungszone zu bilden. .

Die Tonerteilchen können dermagnetischen Bürste von einem Aufgabetrichter oder durch Vorbeileiten der Bürste in einem Vorratsbehälter zugeführt werden.

Zweckmäßigerweise bestehen die magnetischen Einrichtungen der Magnetbürste aus einem rotierenden leitenden Zylinder oder einem endlosen Band und einem magnetischen Element, das bipolar oder multipolar sein kann, und können mit einer Oberflächenge—

40982 5/10

schwindigkeit rotieren, die sich von der Oberflächengeschwindigkeit des umgebenden rotierenden leitenden Zylinder oder endlosen Bands unterscheidet, oder können stationär mit einem Pol in der Richtung der Übertragungszone zwischen der Magnetbürste und dem Donator angeordnet sein. Mit einem derartigen magnetischen Element sind die Anziehungskräfte, welche die Tonerteilchen auf der magnetischen Einrichtung festhalten und die magnetische oder Kohesionskräfte sein können, in der Übertragungszone beträchtlich verringert.

Vorzugsweise besteht die magnetische Einrichtung aus einem stationären multipolaren magnetischen Element in einem zirkulierenden leitenden Zylinder oder einem endlosen Band, da es mit einer derartigen Einrichtung möglich ist, die aufgeladenen Tonerteilchen von dem unteren Teil der Tonerschicht zu der Oberfläche der Schicht zu bewegen und die ungeladenen Tonerteilchen zu dem unteren Teil der Schicht zu bewegen, um die Aufladungszeit zu verringern. Deshalb kann das magnetische Feld auch geändert werden, indem Tonerteilchen durch ein stationäres inhomogenes magnetisches Feld bewegt werden. In dieser Weise werden die Tonerteilchen einem sich ändernden magnetischen Feld ausgesetzt, obwohl das Feld stationär ist.

Der spezifische Widerstand der Tonerteilchen muß zwischen IO und 10 Ohm · cm liegen. Bei kleineren Widerständen werden die Tonerteilchen schnell auf der Donatoroberfläche entladen und gelangen zurück zu der Magnetbürste, oder erhalten keine ausreichende Aufladung, die für eine gute Übertragung auf das latente elektrostatische Bild ausreicht. Bei höheren Widerständen kann die Entwicklung nur sehr langsam durchgeführt werden, weil die Tonerteilchen sehr langsam aufgeladen werden. Tonerteilchen mit einer gleichförmigen oder nahezu gleichförmigen Teilchengröße unterhalb 50 Micron, vorzugsweise zwischen 10 und 3 5 Micron, sind gut geeignet. Vorzugsweise enthält jedes Tonerteilchen eine magnetisch anziehbare Komponente und eine isolierende Komponente aus Bindemitte1.

409825/ 1CU?

_₅_ 236U18

Geeignete magnetisch anziehbare Komponenten sind Eisen, Kobalt, Nickel, Legierungen davon. Legierungen anderer Metalle und Oxide wie Hämatit und clie ferromagnetischen Ferrite.

Das isolierende Bindemittel kann irgendein thermoplastisches Harz mit einem spezifischen Widerstand von mehr als 10 Ohm · cm sein. Geeignete thermoplastische Harze sind Zellulosenitrat, Zelluloseacetat, Äthylzellulose, Polyamide, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, PoIyvinylformal, Novolak, Melaminformaldehyd-Harze, Epoxyharz, Polyester oder Silikonharz. Wenn aus einem derartigen Harz und einem magnetisch anziehbaren Material bestehende Teilchen einen spezifischen Widerstand von mehr als 10 Ohm · cm haben, kann der spezifische Widerstand durch Aufnahme eines leitenden Materials wie Ruß in die Teilchen oder durch überziehende Teilchen mit einem derartigen leitenden Material verringert werden.

Das Verhältnis von Bindemittel zu dem magnetisch anziehbaren Material kann innerhalb eines verhältnismäßig großen Bereichs liegen, obwohl die Tonerteilchen vorzugsweise zwischen 20 und 70 Gewichtsprozent an magnetisch anziehbarem Material enthalten.

Die leitende Donatoroberfläche ist ein Teil einer rotierenden Walze, einer Trommel, eines endlosen Bands oder dergleichen und besteht aus einem leitenden Material. Zylinderoder Folien aus Kupfer oder einem anderen Metall, metallisierte plastische Folien, metallisiertes Papier oder leitende Gummimaterialien können als derartige leitende Materialien Verwendung finden. Die Donatoroberfläche wird in unmittelbarer Nähe der Magnetbürste derart angeordnet, daß die Tonerteilchen auf der Bürste und die Donatoroberfläche nicht miteinander in Berührung gelangen. Gewöhnlich ist ein Schlitz bis zu 5 mm zufriedenstellend, obwohl Schlitze mit einer Breite zwischen 2 und 3 mm vorgezogen werden.

Die leitenden Teile des Donators und der Magnetbürste sind mit einer Spannungsquelle verbunden, durch die eine Gleich-

409825/1042

236H18

spannung zwischen 6OO und 50OO Volt angelegt wird, um ein elektrisches Feld zwischen 3OOO und lOOOO Volt pro cm in der Übertragungszone zu erzeugen. Ein elektrisches Feld von 3000 Volt pro cm wird benötigt, um einen Toner mit einem spezifischen Widerstand von 10 Ohm · cm aufzuladen und zu übertragen, und eine Feldstärke von 10000 Volt pro cm wird benötigt, um einen Toner mit

■I r

einem spezifischen Widerstand von 10 0hm · cm aufzuladen und zu übertragen. Die Donatoroberfläche muß die positive Elektrode sein, wenn das latente elektrostatische Bild positiv ist, und die negative Elektrode, wenn das elektrostatische latente Bild negativ ist.

Das elektrostatische latente Bild kann in verschiedener Weise hergestellt werden, beispielsweise durch elektrophotographische Verfahren, bei denen eine gleichmäßig aufgeladene photoleitende Schicht in der Dunkelheit aufgeladen wird und bildweise mit einer Strahlung belichtet wird_f um die photoleitende Schicht in den belichteten Bereichen zu entladen. Die photoleitende Schicht kann in an sich bekannter Weise ausgebildet sein, gegebenenfalls ein Bindemittel enthalten, für ein indirektes oder direktes elektrophotographisches Verfahren geeignet sein und kann aus Materialien wie Selen, Cadmiumsulfid, Zinkoxid oder einem organischen photoleitenden Material bestehen und kann auf einem geeigneten leitenden Träger wie Metall, leitendem Kunststoff oder Papier aufgetragen sein und kann die Form eines Zylinders, eines endlosen Bands oder einer Platte haben. Das elektrostatische latente Bild kann auch dadurch ausgebildet werden, daß ein Ladungsmuster auf einer isolierenden Oberfläche durch eine Elektrode hergestellt wird, die nahe der isolierenden Oberfläche angeordnet ist, oder durch Aufladung eines Musters isolierende Abschnitte auf einer leitenden Oberfläche, tiie beispielsweise zu Vervielfältigungszwecken Verwendung findet.

Das elektrostatische latente Bild wird in einem derart geringen Abstand von der Donatoroberfläche angeordnet, daß der Ladungstoner auf der Donatoroberfläche praktisch in Berührung mit

40982S/ 1 (K 2

dem Bild steht. Eine Vorspannung kann zwischen der Donatoroberfläche und dem Träger des latenten elektrostatischen Bilds angelegt werden, um eine Übertragung von geladenem Toner auf die nicht dem Bild entsprechenden Teile zu verhindern. Die Vorspannung kann auf einen solchen Wert erhöht werden, daß ein umgekehrtes elektrostatisches latentes Bild das Resultat ist, welches zu einem negativen Bild mit einem geeigneten Toner entwickelt werden kann.

Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, werden. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer kontinuierlich arbeitenden Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Entwickeln von elektrostatischen latenten Bildern.

Die Vorrichtung enthält eine Magnetbürste 1, die aus einer Tonerschicht 2 auf einem Kupferzylinder 3 besteht, der in Pfeilrichtung mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 10 m pro Minute rotiert, sowie aus einem stationären multipolaren Elektromagnet (nicht dargestellt), der in dem Kupferzylinder 3 angeordnet ist.

14 Der Toner hat einen spezifischen Widerstand von 10 Ohm - cm und besteht aus Eisenkarbonyl-Teilen, die mit einem Epoxyharz (Epikote 1004) überzogen sind, welches Material mit Kohlenstoff— teilchen überzogen ist. Die Teilchen enthalten 1,5 Gewichtsprozent Harz:und O,12 Gewichtsprozent Kohlenstoff pro Teil Eisenkarbonyl. Die Magnetbürste wird mit Toner aus einem Vorratsbehälter 4 versorgt, an dem ein messerförmiger Abstreifer 5 vorgesehen ist, um die Ausbildung einer Magnetbürste mit einer Tonerschicht gleichförmiger Dicke zu gewährleisten. Die Tonerschicht 2 wird zu dem Donator 6 transportiert, der aus einem Kupferzylinder besteht, der mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 3 m pro Minute rotiert, während des Transports wird der Toner in dem elektrischen Feld positiv aufgeladen, das durch eine Spannung von 2 kV von der Spannungsquelle 7 erzeugt wird, deren negative Elektrode mit dem Donator 6 und deren positive Elektrode mit dem leitenden Kupferzylinder 3 verbunden ist. Der aufgeladene Toner wird von

5/1042

-G-

236U18

dem Zylinder 3 zu dem Donator 6 transportiert, welcher Zylinder und Donator einen Schlitz mit einer Höhe von 3mm bilden. Der aufgeladene Toner auf dem Donator 6 wird zu dem negativen latenten elektrostatischen Bild auf dem photoleitenden Überzug 8 der rotierenden leitenden Trommel 9 transportiert und mit dem negativen latenten elektrostatischen Bild in Berührung gebracht- Eine Spannungsquelle 10 mit einer Spannung von 400 Volt dient zum Anlegen einer Vorspannung zwischen dem Donator 6 und der leitenden Trommel 9, um eine Übertragung von Toner auf außerhalb des Bilds liegenden Bereichen der photoleitenden Schicht zu verhindern. Der Teil der Tonerteilchen, die nicht auf das latente elektrostatische Bild übertragen werden, wird von der Donatoroberfläche durch ein Messer II entfernt. Eine Übertragung des Pulverbilds auf gewöhnliches Papier und die Fixiereinrichtung ist nicht dargestellt, da dies in an sich bekannter Weise erfolgen kann, beispielsweise durch Übertragung in einem elektrischen Feld und durch Fixieren mit Erhitzung durch eine Infrarotstrahlung.

409825/1042.,

Claims

Patentansprüche

IJ Verfahren zum Entwickeln eines elektrostatischen latenten Bild ι auf einer isolierenden oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine Schicht aus magnetisch anziehbaren schmelzbaren Tonerteilchen mit einem spezifischen Widerstand zwischen 10 und 10 Ohm - cm durch ein magnetisches System in Richtung einer Übertragungszone übertragen wird, die zwischen dem magnetischen System und einer leitenden Donatoroberfläche liegt;

b) die Tonerteilchen während ihres Transports durch eine Potantialdifferenz aufgeladen werden, die zwischen dem magnetischen System und der leitenden Donatoroberfläche angelegt wird;

c) die magnetische Feldstärke, die aus dem magnetischen System austritt, in der Nähe der Übertragungszone derart geändert wird, daß die Anziehungskräfte, durch welche die Tonerteilchen auf dem magnetischen System festgehalten werden, durch die Anziehungskräfte überwunden werden, die durch die Potentialdifferenz bedingt sind, so daß ein Teil der Tonerteilchen elektrostatisch von dem Magnetsystem auf die leitende Donatoroberfläche übertragen wird ία) der übertragene Teil der aufgeladenen Tonerteilchen mit der leitenden Donatoroberfläche in der Richtung der Entwicklerzone der isolierenden Oberfläche transportiert werden, welche das elektrostatische latente Bild trägt; und

e) dieser Teil der aufgeladenen Tonerteilchen in der Entwicklerzone mit dem elektrostatischen latenten Bild in Berührung gebracht wird, um eine bildweise Übertragung von Tonerteilchen von der leitenden. Donatoroberfläche auf die das latente Bild tragende Oberfläche unter dem Einfluß der elektrostatischen Anziehungskräfte durchzuführen, die von dem latenten Bild ausgehen .

409825/1042

236U18
2. Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

äj eine Magnetbürste (1), die ein magnetisches Element innerhalb eines rotierenden Glieds (3) enthält, das eine leitende Oberfläche aufweist, die endlös entlang der Bewegungsrichtung ist, welche leitende Oberfläche eine Schicht (2) aus magnetisch anziehbaren schmelzbaren Tonerteilchen mit einem spezifischen Widerstand zwischen 10 . und 10 Ohm · cm trägt;

b) ein Danatorglied (6) mit einer rotierenden leitenden Oberfläche, die endlos in Bewegungsrichtung ist und nahe benachbart der Magnetbürste, eine Übertragungszone bildend angeordnet ist;

c) eine Spannungsquelle (7) zur Erzeugung eines elektrischen Felds von 3000-10000 Volt pro cm in der Ubertragungszone zwischen den rotierenden Oberflächen der Magnetbürste (1) und dem Donatorglied (6); und

d) ein bewegliches, ein elektrostatisches Bild tragendes Glied

(9), das in einem geringen Abstand zu dem Donatorglied (6) angeordnet ist, um eine zweite Übertragungszone zu bilden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein stationär angeordnetes multipolares magnetisches Element, das mit einem Pol in die Richtung der Übertragungszone zwischen der Magnetbürste und dem Donatorglied weist.