DE2836509C2 - Automatische Tonernachfüllvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine automatische Tonernachfüllvorrichtung für ein Trockenentwicklungs-Kopiergerät bei dem zur Umwandlung von elektrostatischen Ladungsbildern in sichtbare Bilder ein in einem Entwicklungsbehälter umlaufender Zweikomponenten-Entwickler aus reibungselektrisch aufladbarem Toner und magnetischen Trägerteilchen mittels eines Entwicklungszylinders mit mehreren darin angeordneten Magneten durch eine Entwicklungszone befördert wird, mit einem Tonerbehälter, der eine in den Entwicklungsbehälter mündende Öffnung zur dosierten Ausgabe von Toner aufweist, einer Tonerrückgewinnungswalze, deren Umfangsfläche sich in streifender Berührung mit dem von der Entwicklungszone kommenden Entwicklerstrom befindet und an der eine solche Spannung anliegt, daß Toner aus dem Entwicklerstrom sich an ihrer Umfangsfläche anlagern kann, und mit einem an der Walzenumfangsfläche anliegenden Abstreifmesser zum Abstreifen des angelagerten Toners in den Tonerbehälter.

Derartige Entwicklungsgeräte weisen in ihrem oberen Teil einen Tonertank auf, von dem aus der Toner mit konstanter Geschwindigkeit bzw. Menge verteilt wird, üblicherweise aufgrund seiner Schwerkraft oder durch Drehbürsten, Walzen od. dgl., die am Ausgang des Tönertanks vorgesehen sind. Die Zuführung des Toners wird allgemein von außen durch mechanische Mittel entsprechend der Dichte der beobachteten Kopierbilder gesteuert.

Bei einem solchen Verteiler ist es jedoch unmöglich, den Toner im Verhältnis zur Anhäufung der Ladung auf den elektrostatischen latenten Bildern nachzufüllen, die sich stark mit der Dichte des Originals ändern. Wenn

damit fortwährend elektrostatische latente Bilder mit niedriger Ladungsansammlung entwickelt werden, so nimmt die Tonermenge innerhalb des Entwicklungsgerätes übermäßig zu. Dies kann dazu führen, daß im Bereich, der das Bild nicht trägt, aufgrund der Tonerablagerung ein Schleier auftritt oder daß der überschössige Toner Staub entwickelt und das Innere der Kopieranlage verunreinigt Andererseits führt eine fortwährende Entwicklung von elektrostatischen latenten Bildern mit hoher Ladungsanhäufung zu einem Tonermangel, so daß Kopien mit verminderter Dichte erzeugt werden oder die Trägerkügelchen an dem lichtempfindlichen Element anhaften.

Demnach ist ein Tonerverteüer erforderlich, der den Toner im Verhältnis zur Dichte des Originals nachfüllt, nämlich zur Ladungsanhäufung auf dem lichtempfindlichen Element Bei einigen dafür vorgeschlagenen Vorrichtungen wird die Dichte des Originals oder der Kopie gemessen und die Zuführung des Toners entsprechend der Messung gesteuert Bei anderen Vorrichtungen wird die Tonerzuführung entsprechend der auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements gemessenen Ladungsmenge gesteuert Die vorgeschlagenen Vorrichtungen weisen jedoch die Nachteile auf, daß sie komplex, voluminös und teuer sind und darüber hinaus keine wirksame und genaue Steuerung sicherstellen können.

Aus der US-PS 34 53 045 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der eine Führungsplatte zur Führung des Entwicklers von einem Förderer zur Entwicklungistation und eine Tonerverteilerwalze im Kontakt dazu angeordnet sind, wobei der Entwickler über die Führungsplatte läuft und die Walze die gleichen reibungselektrischen Eigenschaften aufweist wie die Trägerteilchen des Entwicklers. Wenn die Walze im Kontakt mit einer Zuführung des Toners in einem Tonertank angetrieben wird, so zieht sie elektrostatisch einen Teil des Toners auf ihre Oberfläche an und bringt den Toner fortwährend in Kontakt mit dem Entwickler auf der Führungsplatte, um den Entwickler auf der Führungsplatte mit Toner nachzufüllen, und zwar so lange, bis der Entwickler damit gesättigt ist, nämlich bis die auf die Trägerteilchen elektrostatisch angesogene Tonermenge das Sättigungsniveau erreicht hat. Damit wird der Entwickler der Entwicklungsstation zugeführt, wo er immer eine konstante Tonerkonzentration aufweist, unabhängig von den zu entwickelnden elektrostatischen latenten Bildern. In der gleichen Patentschrift wurde vorgeschlagen, die optimale Tonerkonzentration durch Steuerung des Sättigungsniveaus mit Hilfe einer einstellbaren Verspannung zu steuern, die an die Verteilenvalzc angelegt wird und dadurch einen variablen Kontrast erzeugt

Aus der japanischen Offenlegungsschrift SHO 52-63 739 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der der Entwickler, der auf einer Entwicklungsbuchse oder einem Förderer fortschreitet und durch die Entwicklungsstation läuft, gänzlich oder teilweise durch ein Führungsteil zu einer leitfähigen Tonerrückentwicklungswalze gelenkt wird, an der eine Vorspannung mit einer zum Toner entgegengesetzten Polarität angelegt wird und die den auf den Führungsteil laufenden Entwickler berührt, um den Toner vom Entwickler auf die Walzenoberfläche elektrostatisch anzuziehen. Der mittels der Walze aufgrund deren Drehung fortwährend angezogene und rückge'vonnene Toner wird in einem Tonertank aufgenommen. Der Entwickler wird fortwährend oder intermittierend mit Toner nachgefüllt, der von dem Tonertank durch eine weitere Walze abgegeben wird, so daß dann, wenn der Entwickler eine optimale Tonerkonzentration aufweist, eine Tonermenge, dfc gleich der Menge F des innerhalb einer bestimmten kurzen Zeitdauer To von der leitfähigen Walze rückgewonnenen Toners ist vom Tonertank durch die Verteilerwalze während jeder Zeitdauer To nachgefüllt wird. Die Menge F wird gleich Mt + F) gemacht wobei Mt die durchschnittliche von der ίο Entwicklung innerhalb einer bestimmten Zeitdauer To verbrauchte Tonermenge und Fi die Tonermenge ist, die durch die leitfähige Walze vom Entwickler innerhalb der Zeitdauer To rückgewonnen wird, nachdem die Menge Mt verbraucht wurde. Auf diese Weise wird während der Zeitdauer To eine konstante Tonermenge nachgefüllt unabhängig von den zu entwickelnden elektrostatischer lantenten Bildern. Es wird auch erklärt daß bei einem Abweichen von Mt + Fi von F, je nach der Art des Originals, der Wert Mt + Fi gleich dem von F gemacht wird, und zwar durch Steuerung des Vorspannungswertes auf der leitfähige Walze und/ oder durch Einstellen der Drehgeschwindigkeit der Walze.

Beide vorgeschlagenen Vorrichtungen lassen jedoch viele Wünsche offen.

Da die Tc^erverteilerwalze bei der zuerst genannten Vorrichtung die gleichen reibungselektrischen Eigenschaften wie der Toner aufweisen muß, ist es schwierig, über eine längere Zeitdauer hinweg die Eigenschaften der Walze aufrechtzuerhalten, da Toner auf der Walzenoberfläche anhaftet und damit die reibungselektrische Eigenschaft der Walze beeinträchtigt Dies führt zu einer Verminderung der Ladungsmenge auf dem Toner an sich und zu Schwierigkeiten bei der Aufrechterhaltung der anfänglichen Tonerkonzentration. Die Vorspannung, falls sie gesteuert wird, kann dieses Problem nicht lösen.

Bei der zuletzt genannten Vorrichtung kann das Verhältnis von F = Mt = Fi insoweit aufrechterhalten werden, daß die sich ändernden Faktoren, wie etwa die Art des Originals und die Frequenz des Kopiervorgangs auf eine;» mittleren Niveau innerhalb der bestimmten Zeitdauer To gehalten werden. Die für die Tonerzuführung F erforderliche bestimmte Beziehung ist jedoch beim tatsächlichen Betrieb grundsätzlich schwierig aufrechtzuerhalten, bei dem Bilder mit sich ändernden Faktoren bearbeitet werden. Tatsächlich ist es unvermeidlich, daß sich die Konzentration des der Entwicklungsstation zuzuführenden Toners im großen Umfang ändert

Wenn sich damit die Dichte der Kopien im Lauf eines Kopierbetriebes stark verändert hat, tritt wie bei den herkömmlichen Vorrichtungen die Notwendigkeit des Einstellen" der Tonerkonzentration auf, und zwar durch Steuerung der Vorspannung und/oder der Umdrehungsgeschwindigkeit d-.r Rückgewinnungswalze, Darüber hinaus ist eine derartige Einstellung häufig notwendig.

Darüber hinaus sind bei beiden Vorrichtungen zusätzliche Einrichtungen erforderlich, wie eine Führungsplatte bei der ersten Vorrichtung und ein Führungsteil sowie eine Tonerrückgewinnungswalze und eine Tonerverteilerwalze bei der zweiten Vorrichtung, so daß sie viel komplizierter werden als es f>5 gewünscht ist.

Demgegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, eine automatische Tonernachfüllvorrichtung der eingangs genannten Art von vereinfachter Konstruktion zu

schaffen, mit der eine ausreichende und im wesentlichen konstante Tonerkonzentration unabhängig von der Dichte der Originalbilder auch über eine längere Zeitdauer hinweg aufrechterhalten werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß auf der Walzenumfangsfläche mindestens eine näpfchenförmige Ausnehmung ausgebildet ist, daß die Walze als Verschluß in der Öffnung des Tonerbehälters angeordnet ist und rotierend mit der mindestens einen Ausnehmung ihrer Umfangsfläche als Dosierwalze zur Ausgabe von Toner wirksam ist und daß die dem Innern des Tonerbehälters abgewandte Seite der Walze sich in streifender Berührung mit dem auf der Oberfläche des Entwicklungszylinders stromab der Entwicklungszone geförderten Entwickler befindet.

Ausführutigsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenschnittansicht einer elektrophotographischen Kopieranlage des Übertragungstyps, in dem eine automatische Tonernachfüllvorrichtung und ein Entwicklungsgerät gemäß der Erfindung vorgesehen ist;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Tonernachfüllvorrichtung und des Entwicklungsgerätes;

F i g. 3 eine Teilschnittansicht eines Teils von F i g. 2;

Fig.4 ein Kurvenschaubild, das die Beziehung zwischen dem Tonerverbrauch und der Entwicklerkonzentration im Gerät nach F i g. 1 zeigt;

Fig. 5 eine Schnittansicht einer weiteren automatischen Tonernachfüllvorrichtung und eines Entwicklungsgerätes entsprechend der Erfindung und

F i g. 6 eine vergrößerte Schnittansicht eines wesentlichen Teils von Fig. 5.

Anhand der Fig. 1 bis 4 wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Das Bezugszeichen 1 kennzeichnet allgemein ein lichtempfindliches Teil bekannter Art, das um den Umfang einer Trommel herum aufgebracht ist und durch einen geeigneten mit dem Kopierzyklus verbundenen Antrieb in Pfeilrichtung um eine Koaxialwelle 1 drehbar ist. Dabei ist das dargestellte lichtempfindliche Teil trommelartig.

Um die lichtempfindliche Trommel 1 sind der Reihe nach angeordnet:

Ein Koronaentladungsgerät 2 zum Aufbringen einer negativen elektrostatischen Ladung auf die Oberfläche des lichtempfindlichen Teils, eine Belichtungsstation zur Projektion des Abbildes eines durch eine Belichtungslampe 3 beleuchteten Originaldokuments O über ein aus einem Spiegel M\, einer Projektionslinse 4 und einem Spiegel Mi bestehendes optisches Projektionssystem auf die Oberfläche der negativ aufgeladenen lichtempfindlichen Trommel, um darauf ein elektrostatisches latentes Bild auszubilden, eine Entwicklungsvorrichtung 10 zum Aufbringen von positiven geladenen elektrostatischen Tonerteilchen und die lichtempfindliche Oberfläche, um ein Tonerabbiid des latenten Bildes zu erzeugen, ein Koronaentladungsgerät 5 zum Übertragen des Tonerteilchenbildes auf ein Kopierpapierblatt P das von einer Kopierpapierblattzuführungswalze (nicht gezeigt) zugeführt wird, eine Abstreifvorrichtung 7 zum Trennen des Kopierpapierblattes P von der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 1, so daß das entwickelte oder das Tonerbild tragende Kopierpapierblatt P zu einer Fixiervorrichtung 6 transportiert werden kann, eine Reinigungsvorrichtung 8 zum Entfernen der Resttonerteilchen von der Oberfläche der lichtemDfindlichen Trommel I und eine Löschlampe 9 zum Entfernen der elektrostatischen Restladung auf der Oberfläche der Trommel 1. Die oben beschriebene Anordnung ist typisch für eine elektrophotographische Kopieranlage, bei der ein Pulverbild übertragen wird. ■> Die Entwicklungsvorrichtung 10 ist vom Magnetbürstentyp und weist eine Entwicklungsbuchse bzw. -manschette 12 mit stationären Magneten 13a, 13fe, 13c in ihrem Inneren auf und ist in einem Entwicklertank 11 angeordnet. Die Entwicklungsbuchse 12 ist in der Nähe in der lichtempfindlichen Trommel 1 angeordnet und im Gegenuhrzeigersinn, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, drehbar. Das Entwicklungsgerät IO weist weiterhin ein Paar von Rührw.ii/.en 14a, 14b auf, die, wie es in F i g. I dargestellt ist, im Gegenuhrzeigersinn drehbar sind. sowie eine Entwicklerabstreifplatte 15. die sich von der Umfangsfläche der Entwicklungsbuchse 12 zur Umfangsfläche der Aufrührwalze 14a hin erstreckt. Mit Hilfe einer veränderlichen Vorspannungsquelle 16 wird eine geeignete Vorspannung an die Entwicklungsbuchse 12 angelegt. Wenn die Buchse YZ sich dreht, werden die Teilchen eines bekannten Zweikomponentenentwicklers, der sich zusammensetzt aus magnetischen Trägerteilchen mit einer elektrisch leitfäi.igen Umfangsfläche und einem Toner, magnetisch angezogen und durch die 2> inneren Stationärmagnete 13a, 13i>und 13causgerichtet. so daß sie auf der Umfangsfläche der Buchse 12 eine Bürste bilden. Die von dem der lichtempfindlichen Trommel 1 gegenüberliegenden Magnet 13a ausgebildete !Magnetbürste kommt in Kontakt mit dem elektrostatischen latenten Bild der lichtempfindlichen Trommel 1 und entwickelt das Bild in bekannter Weise. Die Höhe der magnetischen Borsten oder Fasern der Bürste wird durch eine Regulierungsplatte 17 geregelt, die in der Nähe der Umfangsfläche der Buchse 12 angeordnet ist.

Eine automatische Tonernachfüllvorrichtung 20 entsprechend der Erfindung weist einen Tonertank 21 und eine elektrisch leitfähige Walze 22 mit einer Isolierschicht auf ihrer Umfangsfläche auf. die am unteren Abschnitt des Tanks 21 angeordnet ist urd mit diesem in Wechselbeziehung steht. Sie ist, wie aus Fig. I zu ersehen ist. im Gegenuhrzeigersinn drehbar angeordnet. Die Walze 22 dient sowohl zum Nachfüllen des Toners als auch zum Rückgewinnen des Toners. Die Walze 22 kommt in ihrem oberen Bereich mit einem Dichtungsteil 24 in Eingriff und an ihrem unteren Teil mit einem Abstreifmesser 25 aus einem geeigneten elastischen Material. An dieser Stelle ist der Tonertank 21 zum Entwicklertank 11 hin offen. Die Walze 22 ist in der Nähe und parallel zur Entwicklungsbuchse 12 und gegenüber dem Magneten i3b angeordnet, der sich in der Buchse 12 befindet und von der lichtempfindlichen Trommel 1 entfernt angeordnet ist. Mit Hilfe einer einstellbaren Vorspannungsquelle 26 wird eine geeignete Vorspannung an die Walze 22 angelegt, um eine Potentialdifferenz zwischen der Walze 22 und der Entwicklungsbuchse 12 zu erzeugen, an die durch die Quelle 16 eine Vorspannung angelegt wird. An einer Stelle, an der die Umfangsfläche der Walze 22 sich in der M) Nähe zur Entwicklungsbuchse 12 befindet, dreht oder bewegt sich die Umfangsfläche der Walze 22 in entgegengesetzter Richtung zur Buchse 12 und kommt in Gleitkontakt oder in Eingriff mit der durch den Magneten \3b auf der Buchse 12 von dem Teil des *5 Entwicklers ausgebildeten Magnetbürste, der durch die Entwicklungsstation gelaufen ist

Die Walze 22 weist an ihrer Umfangsfläche mehrere Tonerverteiler-Ausnehmungen 23 auf, die axial oder in

I .ängsrichtung angeordnet sind.

Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, erleichtern die Ausnehmungen 23 die mechanische Ablagerung der Tonerteilchen, da sie mit winzigen Vorsprüngen oder vielen Einkerbungen versehen sind. Wenn die Walze 22 sich dreht, dienen die Ausnehmungen 23 dazu, den Entwicklertank 11 mit einem Teil des Toners nachzufüllen, der "on den Ausnehmungen 23 mitgeführt wird oder in diesen mthalten ist, und zwar dadurch, daß der Toner aufgrund seiner Schwerkraft herabfällt, sowie zum Mitführen eines weiteren, mechanisch oder elektrostatisch angezogenen Tonerteils zu einer Stelle, an der der Tonerteil mit der durch den Magneten 13i> gebildeten Magnetbürste in Kontakt gebracht wird.

Das als Rakel wirkende Abstreifmesser 25 wird die |-, ganze Zeit mit der Umfangsfläche der Walze 22 in Gleitkontakt gehalten, wodurch die an der Umfangsfläche, mit Ausnahme der Ausnehmungen 23, anhaftenden Tonerteilchen in den Tonertank 21 abgestreift werden, wobei eine vorbestimmte Tonermenge die Ausnet-p.un gen 23 füllen kann.

Anhand von Fig. 3 soll nun die Bewegung des Entwicklers (Toner und Ladungsträger) erläutert werden. Bei Drehung der Walze 22 im Gegenuhrzeigersinn wandern die Ausnehmungen 23 durch den Tonertank 21, nehmen eine bestimmte Tonermenge mit sich, die durch die Kante des Abstreifmessers 25 reguliert wird, und setzen ihre Bewegung bis zu der Stelle fort, an der die Walze 22 sich gegenüber der Buchse 12 befindet. Wenn sich die Ausnehmungen 23 jn der Entwicklungsbuchse 12 nähern, so fällt der die Ausnehmungen 23 füllende Toner teilweise aufgrund seiner Schwerkraft herunter und wirkt mit dem Entwickler auf der Abstreifplatte 15 vermischt. Der restliche Teil ii des Toners, der noch mechanisch und j-, elektrostatisch in den Ausnehmungen 23 gehalten wird, wird weiter bis zu der von dem stationären Magnet \3b gebildeten Magnetbürste MOmitgeführt.

Bei der Drehung der Entwicklungsbuchse 12 im Gegenuhrzeigersinn wird andererseits Toner für die 4η Entwicklung der elektrostatischen latenten Bilder auf der lichtempfindlichen Trommel 1 verbraucht und es werden Trägerteilchen c, an denen nur eine geringe Tonermenge t anhaftet, zur Stelle gegenüber der Walze 22 befördert. An dieser Stelle werden die Trägerkügel- 4; chen durch den Magnet 13fe beeinflußt und bilden eine Magnetbürste MO, die durch die elektrostatischen Kräfte der Trägerkügelchen c Tonerteilchen Λ aus den Ausnehmungen 23 abreiben oder herausziehen, wobei die mechanischen und elektrostatischen Kräfte über- >o wunden werden, mit denen die Tonerteilchen an die Ausnehmungen 23 angezogen werden. Nachdem die Ausnehmung 23 diese Stelle passiert haben, kommt die Magnetbürste MO mit der auf der Außenumfangsfläche der Walze 22 ausgebildeten Isolierschicht in Berührung. Da sowohl an die Entwicklungsbuchse 12 als auch an die Walze 22 eine Vorspannung angelegt ist, wobei ein im Absolutwert größeres Potential an die Walze 22 angelegt wird, wird eine in der Magnetbürste MO enthaltene Tonermenge f elektrostatisch durch die Umfangsfläche der Walze 22 angezogen und in den Tonertank 21 zurückgebracht, so daß sich die gewünschte Entwicklerkonzentration ergibt Damit hat die Walze 22 mit ihren Ausnehmungen 23 einerseits die Funktion, den Toner vom Tonertank 21 zum Entwickiertank Ii aufgrund seiner Schwerkraft und auch durch die Anziehungskraft der Trägerteilchen c auf die Entwicklungsbuchse 12 zu befördern. Andererseits dient die Walze 22 dazu, den überschüssigen Toner h nach der Entwicklung mit Hilfe der Vorspannungen elektrostatisch wieder zurückzugewinnen.

Wenn demnach latente Bilder auf der lichtempfindlichen Trommel 1 mit einer geringen Ladungsmenge oder -anhäufung entwickelt wurden, und zwar mit wenig oder keinem Tonerverbrauch auf der Entwicklungsbuchse 12, so weisen die Trägerkügelchen c, die, wie es in F i g. 3 dargestellt ist, zu der Stelle gegenüber der Walze 22 befördert werden, genügend Tonerteilchen t um ihre Oberfläche herum auf. Dies hat zur Folge, daß der in den Ausnehmungen 23 haftende Toner nicht durch die Trägerteilchen c abgerieben wird, sondern der Überschuß ti des an die Ladungsträger c angezogenen Toners an die Umfangsfläche der Walze 22 /ur Rückgewinnung angezogen wird.

Im umgekehrten Falle, wenn der Toner auf der Buchse 12 fast vollständig für die Entwicklung der latenten Bilder auf der Trommel 1 bei sehr großer Ladungsanhäufung verbraucht wurde, dienen die Ladungsträger c;-die fast keinen Toner t mehr aufweisen, den Toner ty aus den Ausnehmungen 23 an. so daß wenig oder kein Toner h auf der Umfangsfläche der Walze 22 für die Rückgewinnung übrig bleibt.

Fig.4 zeigt ein die vorhergehenden Phänomene darstellendes Kurvenschaubild, bei dem die Abhängigkeit zwischen der Tonerzuführung und der Entwicklerkonzentration (Toner-Trägerteilchen-Verhältnis) dargestellt ist.

Im Kurvenschaubild ist auf der Abszisse die Entwicklerkonzentration (Toner-Trägerteilchen-Verhältnis in Gewichts-%) aufgetragen, während auf der Ordinate die pro Sekunde verbrauchte (d. h. auf das lichtempfindliche Element aufgebrachte) Tonermenge bzw. die von der Walze aufgrund der Anziehungskraft rückgewonnene Tonermenge sowie die Summe dieser Mengen (alle in g/sec) aufgetragen sind.

Kurve A zeigt die Beziehung zwischen der Entwicklerkonzentration und der auf das lichtempfindliche Element aufgebrachten Tonermenge, wenn die latenten Bilder auf dem lichtempfindlichen Element tf'e größte Ladungsmenge aufweisen, d. h. vollständig schwarze Originale entwickelt werden. Kurve B zeigt die Beziehung zwischen der Entwicklerkonzentration und der auf das lichtempfindliche Element aufgebrachten Tonermenge (Schleiereffekt), wenn die latenten Bilder auf dem lichtempfindlichen Element die geringste Ladungsmenge aufweisen, d. h. vollständig weiße Originale entwickelt werden. Die Kurve C zeigt die Beziehung zwischen der Entwicklerkonzentration und der auf die Umfangsfläche der Walze angezogenen Torermenge h für die Rückgewinnung. Die Kurve C kann durch Steuerung der auf die Walze aufgebrachten Tonermenge verändert werden, indem nämlich die Qualität des Walzenmateriais verändert oder die Umfangsgeschwindigkeit oder die Vorspannung an der Walze verändert wird.

Die Kurve D entspricht der Zusammensetzung der Kurven A und C und die Kurve E entspricht der Zusammensetzung der Kurven ßund C

Im nachfolgenden werden Veränderungen in der Entwicklerkonzentration beschrieben, wie sie bei Versuchen erhalten wurden, die mit der Tonernachfüllvorrichtung 20 und dem Entwicklungsgerät nach F i g. i durchgeführt wurden.

Die Versuche wurden unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:
Entwicklungsbuchse 12:

bei der Entwicklerkonzentration von 5,90 Gewichts-% dargestellt ist. Damit fällt die Entwicklerkonzentration mit 0,55 - 0.32 = 0,23 g/sec vom Punkt Caus ab, wie es durch den Pfeil d dargestellt ist. Wenn der Kopiervorgang fortgeführt wird, so nimmt die Geschwindigkeit der Verminderung in der Entwicklerkonzentration ab, wie es durch den ^pfeil e dargrstellt ist. Dafür sind die entgegengesetzten Gründe maßgeblich, wie sie bei der Veränderung \nm Pfeil a zum Pfeil b auftreten. So ist die verminderte Geschwindigkeit darauf zurückzuführen, daß bei Abnahme der Entwicklerkonzentration die durch die Walze 22 rückgewonnene Tonermenge abnimmt und die Tonerkonzentration auf der Entwicklungsbuchse 12 ebenfalls abnimmt, so daß die Ladungsträger c nur eine kleine Tonermenge ι vor ihrem in Kontakt kommen mit der Walze 22 halten und eine fortlaufend zunehmende Tonermenge ii aus den Ausnehmungen 23 der Walze 22 anziehen können. Schließlich erreicht die Tonerzuführung einen Maximalwert von 0,40 g/se<-\ was uet von dem Toncriarik 21 durch die Ausnehmungen 23 entnommenen Menge entspricht, nämlich der aufgrund ihrer Schwerkraft herunterfallenden Tonermenge und der Tonermenge fi. die durch die Ladungsträger c auf die Entwicklungsbuchse 12 elektrostatisch angezogen werden. Die maximale Zuführung ist gleich der für die Entwicklung von völlig schwarzen Originalen verbrauchten Tonermenge. Die Entwicklerkonzentration wird bei etwa 4.25 Gewichts-% beibehalten, wie es durch den Punkt F auf der Kurve D bei einer verbrauchten Tonermenge von 0,40 g/sec dargestellt ist.

Der Toner, der aus den Verteilerausnehmungen in der Umfangsfläche der mit einer Spannung beaufschlagten Walze 22 entnommen wird, wird teilweise aufgrund seiner Schwerkraft mit einer konstanten Menge zugeführt und eine beträchtliche Menge des Tonerrests wird durch die Ladungsträger auf der Entwicklungsbuchse elektrostatisch aus den Ausnehmungen entfernt, nachdem die Trägerteilchen für die Entwicklung verwendet wurden. Andererseits wird ein Teil des Toners, der noch nach der Entwicklung auf den Ladungsträgern haftet, durch die Umfangsfläche der Walze 22 zurückgeworfen. Folglich kann trotz der Veränderungen in der verbrauchten Tonermenge (auf dem lichtempfindlichen Element aufgebrachte Tonermenge), die auf die Veränderungen in der Ladungsmenge der lantenten Bilder auf dem lichtempfindlichen Element zurückzuführen sind, die Entwicklerkonzintration, die im Verhältnis zu den Ladungsmengen auf den latenten Bildern veränderlich ist, innerhalb des Bereichs vom Punkt F (4,25 Gewichts-%) bis zum Punkt C (5,90Gewichts-%), wie es in Fig.4 dargestellt ist, beibehalten werden. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung, die lediglich eine Tonernachfüll- und Rückgewinnungswalze als zusätzliches Teil aufweist, billig hergestellt werden, da sie eine einfache und kompakte Konstruktion aufweist

Anhand der Fig.5 und 6 wird nun eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Eine gegenüber einer lichtempfindlichen Trommel 1 angeordnete drehbare Entwicklungsbuchse 105 weist stationäre Magnete 102, 103 und 104 in ihrem Inneren auf. Die Buchse 105 und ein Rührteil 106 sind in ehern Behälter oder Gehäuse 107 angeordnet und bilden eine Entwicklungseinheit. Teilchen eines Zweikomponentenentwicklers 108, der sich aus magnetischen Ladungsträgern mit einer elektrisch isolierenden Umfangsfläche und einem Toner zusammensetzt, werden durch die

Durchmesser 31 mm. Umdrehungsgeschwindigkeiten 170 U/min, Vorspannung -300 V.

Walze 22 mit darauf ausgebildeter Isolierschicht:

Durchmesset 30 mm, Umdrehungsgeschwindigkeit 170 U/min, Vorspannung -800 V, Dicke der Isolierschicht 40 u.

Die Entwicklungsbuchse 12 befand sich in einem Abstand von 2,4 mm zu der Walze 22.

Die Tonerverteilerausnehmtingen 2.3 hatten ein derartiges Fassungsvermögen, daß 0,4 g Toner pro Sekunde nachgefüllt werden konnte. Die Ausnehmungen waren so beschaffen, daß etwa 80% des die Ausnehmung füllenden Toners aufgrund der Schwerkraft in den Entwicklertank 11 nachgefüllt wurde jp^ etwa 20% durch mechanische und elektrostatische, gegen die Schwerkraft wirkende Anzugskräfte darin

Wenn vollständig schwarze Originale fortlaufend bei einer Entwicklerkonzentration von 4,25 Gewichts-% unter Verwendung der leitfähigen Walze 22, die so gedreht wurde, daß seine Ausnehmungen 23 0,40 g Toner pro Sekunde nachfüllten, kopien wurden, so ist die Tonerzuführung gleich der verbrauchten Tonermenge (auf die Trommel 1 aufgebrachte Menge plus durch die Walze 22 rückgewonnene Menge gleich 0,4 g pro Sekunde), so daß die Entwicklerkonzentration etwa bei 4,25 Gewichts-% gehalten wurde. Wenn beim Kopiervorgang eine sehr kleine Tonermenge auf die lichtempfindliche Trommel 1 aufgebracht wird (Entwicklung von völlig weißen Originalen), so ist die zu diesem Zeitpunkt verbrauchte Tonermenge (auf die Trommel 1 aufgebrachte Menge (Kurve B) + durch die Walze 22 rückgewonnene Menge (Kurve C)) = 0,24 g/ see, wie es durch die Kurve Ebei der Entwicklerkonzentration von 4,25 Gewichts-% dargestellt ist. Damit steigt die Entwicklerkonzentration am Anfang mit 0,40 — 0,24 = 0,16 g/sec vom Punkt F aus an, wie es durch den Pfeil a dargestellt ist. Wenn der Kopiervorgang in diesem Zustand fortgeführt wird, nimmt die zugeführte Tonermenge ab, wie es durch den Pfeil b dargestellt ist, da die durch die Walze 22 rückgewonnene Tonermenge mit der Zunahme der Entwicklerkonzentration ansteigt und auch weil die Zunahme der Konzentration zu einer Zunahme in der Tonerkonzentration auf der Entwicklungsbuchse 12 führt, so daß die Ladungsträger c eine ausreichende Tonermenge t behalten können, bevor sie mit der Walze 22 in Kontakt kommen. Dies hat zur Folge, daß der in den Ausnehmungen 23 der Walze 22 befindliche Toner t\ fast vollständig unberührt bleibt. Schließlich wird gar kein Tonerteilchen fi durch die Ladungsträger c abgerieben. Damit ist die Tonerzuführung begrenzt und lediglich die durch die Schwerkraft herunterfallende Tonermenge (nämlich 80% der die Ausnehmungen 23 Füllenden Menge). Schließlich pendelt sich daher die Entwicklerkonzentralion bei etwa 5,90 Gewichts-% ein, wie es durch den Punkt Cauf der Kurve E bei der Tonermenge von etwa 032 g/sec dargestellt ist Diese Konzentration wird beibehalten.

Wenn nun ein Kopiervorgang mit der Ablagerung einer sehr großen Tonermenge auf die lichtempfindliche Trommel 1 (Entwicklung von völlig schwarzen Originalen) durchgeführt wird, so ist die verbrauchte Tonermenge (auf die Trommel 1 aufgebrachte Menge (Kurve A) + durch die Walze 22 rückgewonnene Menge (Kurve C)) gleich 0,55 g/sec wie es durch die Kurve D

inneren Magnete der Buchse 105 so beeinflußt, daß sie eine Bürste bilden, die die latenten elektrostatischen Bilder auf der lichtempfindlichen Trommel aufgrund ihres Gleitkontakts mit der lichtempfindlichen Trommel entwickeln. Eine leitfähige Walze 109, auf deren Umfangsfläche keine Isolierschicht ausgebildet ist, ist gegenüber der Umfangsfläche der Entwicklungsbuchse 105 angeordnet, und zwar an einer Stelle der Umfangsfläche der Buchse, die sich in Flußrichtung des Entwicklers stromabwärts von der Entwicklungsstation befindet. Die Walze 109 ist teilweise im Gehäuse 107 und teilweise in einem Tonertank 110 angeordnet, wobei der eine zum anderen hin geöffnet ist. Die Walze 109 wird in zeitlich definierter Beziehung zur Manschette 105 in entgegengesetzter Richtung dazu angetrieben. Die Walze 109 weist an einem Bereich ihrer Umfangsfläche Tonerverteiler-Ausnehmungen 111 auf, die sich in Axialrichtung erstrecken und die ähnlich ausgebildet sind wie die Ausnehmungen 23 nach F i g. 2. Eine Vorspanrungsquelle 112 ist mit der Entwicklungsbuchse 105 md eine weitere Vorspannungtquelle 113 mit der Walze 109 verbunden, um zwischen Buchse und Walze eine Potentialdifferenz herzustellen.

Die öffnung des Tonertanks 110, in dem die Walze 109 angeordnet ist, weist ein Abstreifmesser 114 in ihrem oberen Teil und ein Dichtteil 115, wie etwa eine Mylar-Folie, in ihrem unteren Teil auf. Das Abstreifmesser 114 aus elastischem Material befindet sich in Gleitkontakt mit der Umfangsfläche der Walze 109, um den Toner von der Umfangsfläcne, mit Ausnahme der Ausnehmungen 11 !,abzuschaben.

Bei dieser Konstruktion wird ein Teil des im Tonertank 11 enthaltenen Toners 116 in die Ausnehmungen 111 der Walze 109 gebracht und durch das Abstreifmesser 114 mengenmäßig geregelt. Allein diese Tonermenge wird einem Bereich A innerhalb des Gehäuses 107 zugeführt.

Es wird nun das Verhalten des Entwicklers anhand von F i g. 6 beschrieben, die dem Bereich A im vergrößerten Maßstab bei Drehung der Entwicklungsbuchse 105 darstellt. Trägerkügelchen c erreichen den Bereich A, wobei lediglich eine kleine Tonermenge t an den Oberflächen der Kügelchen anhaftet, nachdem ein wesentlicher Teil des Toners bei der Entwicklung verbraucht wurde. Die Trägerteilchen c reiben den nachgefüllten Toner fi aus den Ausnehmungen 111 heraus und die sich ergebende Mischung aus Toner und Trägerteilchen bewegt sich weiter zum Röhrteil 106 hin. Mit der zwischen Buchse 105 und Walze 109 bestehenden Potentialdifferenz wird die zusammen mit so den Trägerteilchen c zur Entwicklungsstation sich fortbewegende Tonermenge durch die Kapazität von Toner t und Trägerteilchen c konstant gehalten, die zwischen der Buchse und der Walze hindurchtreten, während eine überschüssige Menge an Toner ft auf die Umfangsfläche der Walze angezogen und in den Tonertank 110 zurückgebracht wird. Damit führt die Walze 109 mittels der Ausnehmungen 111 eine bestimmte Tonermenge vom Tonertank zum Gehäuse 107 und gewinnt auch einen Tonerüberschuß mittels ihrer Umfangsfläche durch elektrostatische Anziehung zurück.

Der zusammen mit den Trägerteilchen sich nach unten fortbewegende Toner wird durch das Rührteil 106 aufgerührt Die daraus resultierende Reibungselektrifizierung vermittelt dem Toner die Poia-ität und die für die Entwicklung erforderlichen Ladungen. Aufgrund der Drehung der Entwicklungsbuchse wandert der Toner dann weiter zur Entwicklungsstation hin.

Wenn die latenten Bilder auf der lichtempfindlichen Trommel eine sehr geringe Ladungsmenge mit fast keinem Tonerverbraucii für die Entwicklung aufweisen, so beNlten die am Bereich Λ in Fig.6 ankommenden Ladungsträgerkügelchen c eine ausreichei.de Menge von Tonerteilchen t um ihre Oberfläche herum, so daß der Toner t in den Ausnehmungen 111, obwohl er Ausnehmungen durch die Ladungsträger c herausgerieben wird, im wesentlichen durch die Walzenoberfläche, an die er angezogen wird, zurückgewonnen. Folglich wandern die Ladungsträger zusammen mit dem darauf befindlichen und nicht bei der Entwicklung verbrauchten Toner weiter.

Obwohl bei verschiedenen Originalen verschiedene Tonermengen verbraucht werden, bleibt die Tonermenge im zur Entwicklungsstation zuzuführenden Entwickler immer konstant, und zwar aufgrund der Walze 109, die eine bestimmte Tonermenge abgibt und einen Tonerüberschuß zurückgewinnt.

Die Tonermenge, die von den Walzenausnehmungen zur Entwicklungsstation nachgefüllt werden soll, wird auf ein Maximum eingestellt, das zur Herstellung einer Kopie benötigt wird, z. B. auf etwa 0,5 g/Kopie in einei Kopieranlage, bei der Kopien bis zu DIN-A4-Größe hergestellt werden.

Die Potentialdifferenz zwischen der Walze und der Entwicklungsbuchse, die die Menge des zur Entwicklungsstation zugeführten Toners bestimmt, wird in geeigneter Weise entsprechend der Größe des Entwicklungsgerätes, des Entwicklermaterials usw. bestimmt. Wenn die Potentialdilferenz veränderlich ist, so kann sie zur Steuerung der Dichte der Kopien verwendet werden.

Wenn fortwährend tausend Kopien jeweils von einem völlig schwarzen Original und von einem weiteren völlig weißen Original mit dem oben beschriebenen Entwicklungsgerät gemacht werden, so ergibt sich während des Betriebs nur eine geringe oder keine Veränderung der anfänglichen Tonerkonzenti ation im Entwickler.

Wenn fortwährend Originale mit Bilddichten wechselnder Häufigkeit kopien werden, so ergeben sich mit dem erfindungsgemäßen Gerät gute Bilder.

Die Tonernachfüllvorrichtung der zweiten ;'. isführungsform der Erfindung weist demnach eine einzige Walze auf, die eine bestimmte Tonermenge nachfüllt und auch einen Überschuß an Toner zurückgewinnt. Diese Vorrichtung ist daher sehr effizient und weist den weiteren Vorteil auf, daß die zwischen Entwicklungsbuchse und Walze vorgesehene Potentialdifferenz die Rückgewinnung irgendeines Tonerüberschusses mit hoher Zuverlässigkeit und Stabilität sicherstellt.

Wie in der Beschreibung beider Ausführungsformen bereits ausgeführt wurde, weist die Walze an die eine Spannung angelegt wird, an ihrer Umfangsfläche eine Isolierschicht auf, wenn die Umfangsfläche der magnetischen Ladungsträger elektrisch leitend ist. Dies ist deswegen erforderlich, weil ohne die Isolierschicht die an die Walze angelegte Spannung zur Folge hätte, daß die Ladungsträger gleichermaßen mit der Spannung beaufschlagt würden, wenn die Magnetbürste die Umfangsfläche der Walze berührt wodurch eine elektrostatische Anziehung des Toners auf die Walze verhindert werden würde. Bei Ausbildung der Isolierschicht auf der Walze wird keine Spannung an die Ladungsträger angelegt, so daß der Toner auf die Walze angezogen werden kann.

Wenn andererseits die Umfangsfläche der magr.eti-

sehen Ladungsträger elektrisch isolierend ist, so kann die Walze, an die eine Spannung angelegt wird, eine einfache leitfähige Walze ohne Isolierschicht auf ihrer Umfangsfläche sein, da die isolierende Umfangsoberfläche der Ladungsträger als Barriere gegen die Spannung wirkt Natürlich itann die Walze eine Isolierschicht selbst dann aufweisen, wenn die Ladungsträger elektrisch isolierend sind.

Änderungen und Ausgestaltungen der beschriebenen Ausführungsform sind für den Fachmann ohne weiteres möglich. So können die Ausnehmungen auch in mehreren Reihen oder versetzt zueinander oder in anderer Art angeordnet sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Piitentansprüche:

1. Automatische Tonernachfüllvorrichtung für ein Trockenentwicklungs-Kopiergerät, bei dem zur Umwandlung von elektrostatischen Ladungsbildern in sichtbare Bilder ein in einem Entwicklungsbehälter umlaufender Zweikomponenten-Entwickler aus reibungselektrisch aufladbarem Toner und magnetischen Trägerteilchen mittels eines Entwicklungszyünders mit mehreren darin angeordneten Magneten durch eine Entwicklungszone befördert wird, mit einem Tonerbehälter, der eine in den Entwicklungsbehälter mündende öffnung zur dosierten Ausgabe von Toner aufweist, einer Tonerrückgewinnungswalze, deren Umfangsfläche sich in streifender Berührung mit dem von der Entwicklungszone kommenden Entwicklerstrom befindet und an der eine solche Spannung anliegt, daß Toner aus dem Entwicklerstrom sich an ihrer Umfangsfläche anlagern kann, und mit einem an der Walzenumfangsfläche anliegenden Abstreifmesser zum Abstreifen des angelagerten Toners in den Tonerbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Walzenumfangsfläche mindestens eine näpfcihenförmige Ausnehmung (23, 111) ausgebildet ist, daß die Walze (22, 109) als Verschluß in der Öffnung des Tonerbehälters (21, 110) angeordnet ist und rotierend mit der mindestens einen Ausnehmung (23, 111) ihrer Umfangsfläche als Dosierwalze zur Ausgabe von Toner wirksam ist und daß die dem Innern des Tonerbehälters (21, 110) abgewandte Seite der Walze sich in streifender Berührung mit dem auf der Oberfläche de/ Entwicklungszylinders (12,105) stromab der entwicklungszone geförderten Entwickler befindet

2. Tonernachfüllvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (22) oberhalb des Zylinders (12) angeordnet ist

3. Tonernachfüllvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (109) seitlich neben dem Zylinder (105) und in zur Drehrichtung des Zylinders (105) entgegengesetzter Richtung drehbar angeordnet ist

4. Tonernachfüllvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (22) gegenüber einem der in dem Zylinder (12) befindlichen Magneten (13a, b, cj angeordnet ist.

5. Tonernachfüllvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (109) sich in einer gegenüber den in dem Zylinder (105) befindlichen Magneten (13a, b, c) umfangsmäßig verschobenen Stellung befindet

6. Tonernachfüllvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ausnehmungen (23,111) auf der Umfangsfläche der Walze (22,109) ausgebildet sind, die sich in axialer Richtung erstrecken.

7. Tonernachfüllvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (23,111) auf der Umfangsfläche der Walze (22,109) &o in Umfangs- und Axiälrichtung mit Abstand zueinander angeordnet sind.

8. Tonernachfüllvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Entwicklungsbehälter(11)ein Rührteil (14a, Ub)und ein mit der Umfangsfläche des Zylinders (12) unterhalb der Walze (22) gleitend in Eingriff kommendes und schräg in den Entwicklungsbehälter ragendes Abstreifmesser (15) angeordnet sind, um den Entwickler von dem Zylinder nach dem Durchlaufen der Entwicklungszone und der Berührung mit der Walze abzutrennen, den von der Walze ausgegebenen Toner aufzunehmen und den Toner und den abgetrennten Entwickler zu dem Rührteil (14a, 14ö;zu führen.

9. Tonernachfüllvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Entwicklungsbehälter (107) und der Tonerbehälter (110) nebeneinander befinden und die öffnung des Tonerbehälters (HO) seitlich in den Entwicklungsbehälter (107) mündet, daß das Abstreifmesser (114) sich entlang der Oberkante der Tonerbehälteröffnung erstreckt und in gleitenden Eingriff mit der Umfangsfläche der Walze (109) steht und daß der Entwicklungszylinder (105) und die Walze (109) sich mit entgegengesetztem Drehsinn zueinander drehen, wobei die einander gegenüberliegenden Flächen sich nach unten bewegen.

10. Tonernachfüllvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze eine leitfähige Walze (22) darstellt, die an ihrem Außenumfang eine Isolierschicht aufweist, und die Trägerteilchen elektrisch leitfähig sind.

U. Tonernachfüllvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze eine leitfähige Walze (22) ist die eine elektrisch leitfähige Umfangsfläche aufweist und daß die Trägerteilchen eine elektrisch isolierende Oberflächenschicht aufweisen.