DE4101747A1

DE4101747A1 - Elektrostatische aufzeichnungsvorrichtung ohne ablagerung von ueberschuessigem toner

Info

Publication number: DE4101747A1
Application number: DE4101747A
Authority: DE
Inventors: Takao Umeda; Tetsuya Nagata; Tatsuo Igawa; Kimio Nakamura; Shinichi Nishino; Toshitaka Ogawa
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Priority date: 1990-01-24
Filing date: 1991-01-22
Publication date: 1991-07-25
Anticipated expiration: 2011-01-23
Also published as: JP2766020B2; DE4101747C2; US5128719A; JPH03217887A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektro statische Aufzeichnungsvorrichtung, insbesondere auf eine, bei der eine photoempfindliche Trommel verwendet wird, die hauptsächlich zwei Bereiche aufweist, deren einer aus pho toempfindlichem Material besteht, auf dem ein Übergangs bild erzeugt wird und deren anderer dieses Material nicht hat.

Bei herkömmlichen photoempfindlichen Aufzeichnungsvorrich tungen mit einer aufgerollten photoempfindlichen Folie ist über einer Öffnung der Trommel zum Herausziehen und Auf wickeln der photoempfindlichen Folie eine Verschlußkappe angebracht. Um eine Bildentwicklung auf der Oberfläche der Verschlußkappe zu verhindern, während die Verschlußkappe eine Entwicklungseinrichtung durchläuft, wird an die Ver schlußkappe sowie an ein Stützbauteil der Trommel nähe rungsweise Erdpotential angelegt. Wird eine Entwicklung mit Vorspannung durchgeführt, fließt kein Vorspannungs strom von der Entwicklungseinrichtung durch die photoem pfindliche Folie zum Stützbauteil, da der spezifische Widerstand der photoempfindlichen Folie bei 10⁹Ωcm liegt. Da aber die Verschlußkappe aus Metall ist, wird ein Vor spannungsstrom von der Entwicklungseinrichtung über die Verschlußkappe zum Stützbauteil fließen, so daß sich To nerpartikel auf der Oberfläche der Verschlußkappe abla gern. Dies führt zu unnützem Verbrauch von Toner und zu Verschmutzung von Ladeeinrichtung und Säuberungsbürste, die zur Beseitigung des anhaftenden Toners verwendet wer den.

Zur Behebung dieses Nachteils offenbart die US-Patent schrift 39 41 472 eine Technik zur Behandlung der Oberflä che der Verschlußkappe (die kein photoempfindliches Ma terial aufweist), bei der auf der Verschlußkappe ein iso lierendes Material mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 10⁹Ωcm ausgebildet werden kann. Diese Tech nik wurde bei elektrophotographischen Kopiermaschinen mit normalem Entwicklungsmechanismus angewendet und zielt be züglich ihrer Oberflächenbearbeitung darauf ab, den Vor spannungs-Stromfluß in die Verschlußkappe hinein zu unter binden. In der genannten Druckschrift wird besonderes Au genmerk darauf gerichtet, aufgrund der Oberflächenbearbei tung eine photoempfindliche Trommel mit einem spezifischen elektrischen Widerstand zwischen 1 und 5×10⁹Ωcm ver wenden zu können sowie eine Verschlußkappe mit höherem elektrischen Widerstand.

In den Fig. 2 und 3A bis 3C werden die durch die Er findung auszuräumenden Nachteile dargestellt.

In der Fig. 2 ist die Anordnung eines optischen Druckers mit Umkehr-Entwicklung dargestellt, bei der eine photo empfindliche Folie 4 aus organischem Photoleiter (OPC = organic photoconductor) verwendet wird. Die photoempfind liche Folie wird von der innerhalb der Trommel 3 ange brachten Vorratsrolle abgewickelt, um die Trommel 3 herum gelegt, wieder in die Trommel 3 hineingeführt und auf einer Aufnahmerolle 8 aufgewickelt. Die Verschlußkappe 1 besteht aus leitendem Material wie Aluminium, ist von der photoempfindlichen Folie 4 und der Trommel 3 isoliert und über eine Parallelschaltung aus Kondensator 5 und Varistor 6 geerdet. Ein Koronarentladungs-Lader 9 hat einen Koro narleiter 10 und ein Gitter 11, die mit einer Koronarlei ter-Spannungsquelle 12 als negativer Spannungsquelle und einer Gitterspannungsquelle 13 verbunden sind. Wenn die Verschlußkappe 1 unter dem Lader 9 durchläuft, wird Koro narladung in dem mit der Verschlußkappe 1 verbundenen Kondensator 5 gespeichert, so daß die photoempfindliche Trommel auf eine negative Spannung aufgeladen wird. Der Varistor 6 dient der Spannungseinstellung, um das Lade potential des Kondensators auf einem vorbestimmten Wert von beispielsweise V₀ = -700 V oder weniger zu halten. Kondensator 5 und Varistor 6 werden normalerweise nach ihren elektrischen Kennwerten so ausgewählt, daß der vor bestimmte Wert V₀ näherungsweise gleich dem dem photo empfindlichen Material zugeführten Potential ist.

Eine optische Schreibeinheit 14 wirft ein zu einem zu druckenden Muster passendes Lichtmuster auf die Trommel 3, über die die photoempfindliche Folie 4 gewickelt ist, so daß die Trommel als photoempfindlich angesehen werden kann, so daß durch eine elektrostatische, nicht sichtbare Verteilung auf der photoempfindlichen Folie ein Abbild entsteht. Anschließend wird auf der photoempfindlichen Fo lie aus dem unsichtbaren Bild durch eine Entwicklung mit Vorspannung mittels eines Entwicklers ein Tonerbild ge formt. Durch eine Übertragungseinheit 17 wird das Toner bild auf ein Blatt Papier 16 übertragen. Das Blatt 16 wird von der photoempfindlichen Trommel mittels eines abstrei fenden Koronarentladers 18 abgestreift und das Tonerbild durch eine Fixiereinheit 18 auf dem Blatt fixiert. Ande rerseits wird durch eine Löschlampe 20 die verbleibende Ladung auf der photoempfindlichen Trommel entladen und eine Säuberungsbürste 21 säubert die photoempfindliche Trommel für den nächsten Druckvorgang.

In den Fig. 3A bis 3C sind Ansichten der Oberflächen potentialverteilung auf dem belichteten photoempfindli chen Material sowie der Verschlußkappe bzw. Anhaftzustände von Tonerpartikeln dargestellt. Wie in Fig. 3A gezeigt verringert sich das Oberflächenpotential auf dem belich teten photosensitiven Material von V₀ auf V_R wohingegen das Oberflächenpotential der Verschlußkappe näherungsweise auf dem anfänglichen Potential V₀ verbleibt. Wenn in der Entwicklungseinheit 15 die Entwicklung mit Vorspannung durchgeführt wird (Vorspannung V_B : V_R < V_B < V₀), wird auf den Bereichen des photoempfindlichen Materials, wo der Betrag des Oberflächenpotentials kleiner als V_B ist, ein Tonerbild ausgebildet, dies unterbleibt jedoch dort, wo aufgrund der unterbliebenen Belichtung das Oberflächenpo tential nicht verringert wurde.

Obwohl aber das Oberflächenpotential der Verschlußkappe kaum geändert wird und der Betrag des Oberflächenpotenti als somit ausreichend über V_B liegt, tritt immer wieder das Phänomen auf, daß Tonerpartikel auf der Oberfläche der Verschlußkappe anhaften.

Fig. 3B zeigt einen Zustand, bei dem Tonerpartikel 23 an der Verschlußkappe 1 anhaften. Die Tonerpartikel haften nicht nur an der Oberfläche, sondern auch an den Seiten der Verschlußkappe. Fig. 3B zeigt einen Anhaftzustand, bei dem die Verschlußkappe aus Aluminium besteht. In Fig. 3C dagegen wird der Anhaftzustand gezeigt, wenn die Ver schlußkappe aus einem isolierenden Material wie beispiels weise Epoxy-Kunstharz oder Teflon gemacht ist. Auf der Oberfläche des Kunstharzes lagern sich keine Tonerpar tikel ab, wenn aber ein aus Aluminium hergestellter Me tallstreifen 24 auf Teile der aus Kunstharz hergestellten Verschlußkappe aufgeklebt ist, lagern sich Tonerpartikel 23 auf der Oberfläche des Metallstreifens 24 ab, obwohl der Metallstreifen 24 isoliert angebracht ist. Somit er gibt sich letztendlich dasselbe Phänomen wie bei einer aus Aluminium bestehenden Verschlußkappe.

Wenn die Verschlußkappe aus einem Kunstharz und somit aus isolierendem Material hergestellt ist, wird die Koronar ladung auf der Oberfläche der Verschlußkappe 1 gespei chert, wenn die Verschlußkappe unter dem Lader 9 hindurch läuft, so daß das Oberflächenpotential der Verschlußkappe 1 näherungsweise die Gitterspannung V_S (≈ V₀) annimmt. Somit nimmt der auf der Oberfläche der aus Kunstharz her gestellten Verschlußkappe angebrachte Metallstreifen 24 ein Oberflächenpotential näherungsweise gleich V_S an, und der Betrag des Oberflächenpotentials ist wesentlich größer als der des Vorspannungspotentials V_B der Entwick lungseinheit 15. Da weiterhin die Verschlußkappe 1 selbst isoliert ist, fließt kein Vorspannungsstrom in die Ver schlußkappe 1. Ein derartiger Nachteil kann durch den Stand der Technik gemäß US-Patentschrift 39 41 472 nicht verhindert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrostatisches Auf zeichnungsgerät mit einer aufgewickelten photoempfindli chen Folie anzugeben, bei der eine Anlagerung von Toner partikeln in Bereichen, die keine photoempfindliche Folie aufweisen, wie beispielsweise dem Bereich der Verschluß kappe, verhindert wird. Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrostatisches Aufzeich nungsgerät anzugeben, bei dem das Potential eines Bereichs ohne photoempfindliche Folie als Referenzpotential zur Steuerung des an die Oberfläche des photoempfindlichen Materials angelegten Potentials sowie zur Korrektur eines Sensors für das Oberflächenpotential verwendet wird.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Unteransprüche sind auf bevorzugte Aus führungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet.

Das elektrostatische Aufzeichnungsgerät umfaßt eine Öff nung, eine Trommel mit einer darum herumgewundenen photo empfindlichen Folie, und eine Verschlußkappe, die über der Öffnung angebracht ist und die einen metallisierten Be reich sowie eine dielektrische Schicht, die auf einem Teil des metallisierten Bereiches ausgebildet ist, aufweist, wobei die dielektrische Schicht eine relative Dielektrizi tätszahl in einem Bereich zwischen demselben Wert wie die des Toners und 200 hat.

Wenn in einem elektrostatischen Aufzeichnungsgerät mit einer aufgewickelten photoempfindlichen Folie geladene Tonerpartikel auf einem metallisierten Bereich ohne pho toempfindliches Material wie beispielsweise der Oberflä che der Verschlußkappe, die an der photoempfindlichen Trommel vorhanden ist, anhaften, üben die Tonerpartikel eine große Bildkraft aus, wodurch das Anhaften der Toner partikel auf der metallisierten Oberfläche bewirkt wird. Wird auf der metallisierten Oberfläche eine dielektrische Schicht mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 200 oder weniger ausgebildet, ist es möglich, die auf die geladenen Tonerpartikel ausgeübte Bildkraft zu verringern, wodurch sich eine starke Verringerung der anhaftenden To nerpartikel ergibt.

Durch eine geeignetes Einstellen des spezifischen Wider stands der dielektrischen Schicht ist es möglich, die Ver schlußkappe als einen Referenz-Potentialmeßbereich zu ver wenden. Wenn das elektrostatische Aufzeichnungsgerät einen normalen Entwicklungsprozeß verwendet, muß das an die Oberfläche der Verschlußkappe angelegt elektrische Poten tial wesentlich kleiner als die Vorspannung sein. In die sem Fall kann durch Verringerung des spezifischen Wider stands der dielektrischen Schicht ein Abfließen von Ladun gen ermöglicht werden, so daß eine Ladungsanhäufung auf der Verschlußkappe verhindert wird.

Im folgenden werden bezugnehmend auf die Zeichnungen ein zelne Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Ausführungsform;

Fig. 2 eine Anordnung eines elektrostatischen Aufzeich nungsgeräts mit einer photoempfindlichen Trommel, um die herum eine photoempfindliche Folie gewun den ist;

Fig. 3A bis 3C eine Oberflächen-Potentialverteilung auf der entwickelten photoempfindlichen Folie sowie Anhaftzustände von Tonerpartikeln;

Fig. 4A und 4B Darstellungen zur Beschreibung der auf die Tonerpartikel ausgeübten Bildkräfte;

Fig. 5 eine Beziehung zwischen den auf die Tonerpartikel wirkenden Bildkräften und der Menge des anhaftenden Toners;

Fig. 6 eine Beziehung zwischen der Dicke der dielektri schen Schicht, die wirksam die Anlagerung von To nerpartikeln verhindert und der relativen Dielek trizitätskonstante;

Fig. 7A bis 7C die Anordnung einer zweiten erfindungs gemäßen Ausführungsform, den Zeitverlauf des Ober flächenpotentials der Verschlußkappe und eine Be ziehung zwischen dem Oberflächenpotential sowie dem spezifischen Widerstand der dielektrischen Schicht;

Fig. 8 eine Beziehung zwischen der Dicke der dielektri schen Schicht und den Bildkräften; und

Fig. 9 und 10 eine dritte erfindungsgemäße Ausführungs form.

Zunächst wird das erfindungsgemäße Konzept erläutert. Zu nächst wird die Wirkungsweise des Anhaftens von Tonerpar tikeln auf einem leitenden Material erläutert. Das Anhaf ten der Tonerpartikel ergibt sich wegen der Größe der auf grund der Ladung der Tonerpartikel und der Bildladung auf die Tonerpartikel wirkenden Bildkräfte.

In den Fig. 4A und 4B ist die erfindungsgemäße Betrach tungsweise der auf die Tonerpartikel wirkenden Bildkräfte dargestellt. In beiden Figuren sind die auf die Tonerpar tikel wirkenden Bildkräfte F_M und F_a dargestellt, wobei einmal die mit einer Ladung von -q Coulomb geladenen To nerpartikel eines Radius von b und einer relativen Dielek trizitätszahl ε_b auf der Oberfläche eines leitenden Mate rials 25 liegen (Fig. 4A) und ein andermal der gleiche Tonerpartikel auf einer dielektrischen Schicht 26, die auf dem leitenden Material 25 ausgebildet ist, lagert, wobei die dielektrische Schicht eine Dicke von a und eine rela tive Dielektrizitätskonstante ε_a hat (Fig. 4B).

Unter der Annahme, daß eine Bildladung von +q Coulomb in nerhalb des leitenden Materials und von der Oberfläche des leitenden Materials eine Strecke b entfernt existiert, kann für den Fall der Fig. 4A die Bildkraft F_M wie folgt berechnet werden.

Unter der Annahme, daß eine Bildladung von +q1 Coulomb in nerhalb der dielektrischen Schicht und von deren Oberflä che eine Strecke b entfernt existiert und daß eine Bildla dung von +q2 Coulomb innerhalb des leitenden Materials und von dessen Oberfläche um eine Strecke (a+b) entfernt exi stiert, kann q1 und q2 durch ε_b, ε_a, b und a dargestellt werden und q und die Bildkraft F_a, die auf die Tonerparti kel wirkt, können bezugnehmend auf Fig. 4B wie folgt aus gedrückt werden:

Aus den Formeln (1) und (2) sieht man, daß die Bildkräfte F_M und F_a lediglich von der relativen Dielektrizitätskon stante, der Dicke und der relativen Dielektrizitätszahl des dielektrischen Materials sowie dem Radius und dem La dungsbetrag der Tonerpartikel abhängen.

In Fig. 5 ist der Zusammenhang zwischen der Menge der an der Oberfläche der Verschlußkappe anhaftenden Tonerparti kel und dem berechneten Wert der auf jeden Tonerpartikel wirkenden Bildkraft dargestellt, wobei die Menge des To ners für einen Zeitpunkt abgeschätzt wird, nachdem die Verschlußkappe mit der darauf ausgebildeten dielektri schen Schicht unter der Entwicklungseinheit 15 des elek trostatischen Aufzeichnungsgerätes in Fig. 2 hindurchge laufen ist. Zur Abschätzung der anhaftenden Tonermenge werden die an der Oberfläche der Verschlußkappe anhaften den Tonerpartikel auf ein Band übertragen, dieses Band wird auf ein Blatt geklebt, um dessen Reflexionsvermögen messen zu können. Die sich aufgrund der Verunreinigung in Fig. 5 ergebende relative Reflektivität ΔR ist als Dif ferenz zwischen der Reflektivität des ursprünglichen Bandes und der Reflektivität des mit dem Toner beauf schlagten Bandes definiert.

Der Punkt A in Fig. 5 bezeichnet eine durch einen Toner verursachte Verunreinigung, wenn ein photoempfindliches Material aus einem organischen Photoleiter verwendet wird. Die Punkte B, C, D und E bezeichnen Verunreinigungen für jeweilige relative Dielektrizitätskonstanten, die durch eine geeignete Auswahl der Zusammensetzung von Aluminium emaille erhalten wurden, wenn Aluminiumemaille als Mate rial für die dielektrische Schicht verwendet wird. Die relative Dielektrizitätskonstante des Materials wird mittels einer dielektrischen Brücke gemessen. Die Meß frequenz betrug 10 Hz. Der durchschnittliche Ladungs betrag eines jeden Tonerpartikels in einem elektrosta tischen Aufzeichnungsgerät wie beispielsweise einem Ko pierer oder einem Drucker liegt zwischen 1 und 3×10^-14C, die Ladungsbeträge unterschiedlicher Tonerpartikel unter scheiden sich aber aufgrund von Ladungsverteilungen oder unterschiedlicher Radii der Tonerpartikel.

Der Fig. 5 können folgende Aussagen entnommen werden:

1) Wenn die relative Dielektrizitätszahl der dielektri schen Schicht zunimmt, nimmt die auf die Tonerparti kel wirkende Bildkraft ebenfalls zu.
2) Wenn die Bildkraft gleich oder größer als 3×10^-19q² (N/m²) ist, nimmt die Menge der anhaftenden Tonerpar tikel schlagartig zu, wobei q ungefähr gleich (1-3)×10^-14C ist.
3) Wenn die relative Reflektivität ΔR aufgrund von Verun reinigungen 5% oder größer ist, führt das Anhaften von Toner an der Verschlußkappe zu praktischen Prob lemen, dies tritt ab einer Bildkraft von etwa 3,5×10¹⁹q² (N/m²) auf.

In Fig. 8 ist aufgrund der Annahme, daß ein Tonerpartikel einen Radius b von 5 µm sowie eine relative Dielektrizi tätszahl ε_b von 2,5 hat und daß die dielektrische Schicht eine relative Dielektrizitätskonstante ε_a von 53 hat, die Beziehung zwischen der Schichtdicke und der auf der Grund lage der Gleichung (2) berechneten Bildkraft dargestellt. Man sieht, daß mit dicker werdender Schicht die Bildkraft kleiner wird. In der Praxis ist eine Schichtdicke von 10 µm oder mehr erstrebenswert.

Der schräg verlaufende Kurvenbereich in Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen der relativen Dielektrizitätskonstante und der Schichtdicke a der dielektrischen Schicht, wobei die Bildkraft der Bedingung F 3,5×10¹⁹q² (N/m²) er füllt. Die relative Dielektrizitätskonstante ε wurde bei 10 Hz gemessen. Man sieht, daß es mit zunehmender Schicht dicke nicht nötig ist, die relative Dielektrizitätszahl über den Wert 200 hinaus zu erhöhen. Zur Vermeidung von Anhaften von Tonerpartikeln ist es somit lediglich notwen dig, eine dielektrische Schicht mit einer relativen Di elektrizitätskonstanten von 200 oder weniger auf dem lei tenden Material, wie beispielsweise der Oberfläche der Verschlußkappe, auszubilden.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung be schrieben.

Zunächst wird eine Grundkörper der Verschlußkappe aus Alu minium (Schmelzpunkt: 620°C) mittels eines Strangpreßver fahrens hergestellt. Der Grundkörper der Verschlußkappe wird bei 560°C wärmebehandelt und danach mit einer blei haltigen Aluminiumemaillepaste gleichförmig an der äuße ren und den seitlichen Oberflächen des Verschlußkappen grundkörpers überzogen. Die Aluminiumemaillepaste hat einen niedrigen Schmelzpunkt. Der mit der Paste überzo gene Grundkörper wird bei 520°C bis 540°C gesintert, dadurch bildet sich eine Aluminiumemailleschicht einer Dicke von 30µm auf dem Verschlußkappengrundkörper aus. Die in Fig. 1 dargestellte Aluminiumemailleschicht ist ein dielektrisches Material mit einer relativen Dielektrizi tätszahl von 53 und einem spezifischen Widerstand von 10⁷ bis 10⁸Ωcm. Die Verschlußkappe ist mit einer Parallel schaltung aus Kondensator 5 einer Kapazität von 0,01µF und einem Varistor 6 einer Betriebsspannung von 800 V (bei 1 mA Strom durch den Varistor 6) verbunden.

Das Aluminiumemaillematerial enthält eine Pulvermischung von beispielsweise 24, 1% Siliciumoxid, 37,0% Bleimenni ge, 14,4% kalzinierte Soda, 11,1% Kalziumcarbonat, 15,1% Lithiumcarbonat, 8,3% Titanoxid usw. Das Aluminiuemaille enthält somit sechs oder mehr Komponenten. Die Polarisa tion an Grenzflächen zwischen verschiedenen Materialien ergibt ein Material dessen relative Dielektrizitätszahl bei ungefähr 2000 liegt. Die Dielektrizitätskonstante von metallischen Materialien wie beispielsweise Aluminium kann generell als ∞ angenommen werden.

In Fig. 2 ist die Konstruktion eines elektrostatischen Aufzeichnungsgeräts dargestellt. Die Koronarleiterquelle 12 ist eine Konstantquelle (-2 mA). Die photoempfindliche Folie aus organischem Photoleiter wird durch Koronarent ladung von der Quelle 12 her geladen. Eine Steuerung 31 verändert eine Gitterspannung V_S der Gitterquelle 13 so, daß das Oberflächenpotential des photoempfindlichen Ma terials auf -700 V eingestellt werden kann. Aufbau und Wirkungsweise eines elektrostatischen Aufzeichnungsge räts sind genauer in der US-Anmeldung 3 25 386 beschrie ben. Auf den Offenbarungsgehalt dieser US-Patentanmel dung wird Bezug genommen.

Die Aluminiumemailleschicht wird auf der Oberfläche der Verschlußkappe ausgebildet. Wenn der spezifische Wider stand ρ bei niedrigen Werten wie etwa 10⁷ bis 10⁸Ωcm liegt, kann der Kondensator 5 bis -800 V aufgeladen wer den, wenn die Verschlußkappe unter dem Lader 9 hindurch läuft. Eine geeignete Anbringung des Sensors 22 für das Oberflächenpotential ermöglicht es, das Oberflächenpoten tial der Verschlußkappe auf -700 V±10 V einzustellen und die Verschlußkappe als einen Referenz-Potentialmeßbereich zu verwenden. Die Lebensdauer des photoempfindlichen Ma terials kann durch Vergleichen des Oberflächenpotentials der Verschlußkappe mit dem der nichtbelichteten Bereiche des photoempfindlichen Materials abgeschätzt werden.

Der Sensor für das Oberflächenpotential ist zwischen einer Photo-Schreibeinheit 14 und der Entwicklungseinheit 15 an gebracht, wie in Fig. 2 dargestellt. Zur Überprüfung der Entwicklungseigenschaften des photoempfindlichen Materials ist es nämlich wünschenswert, den Sensor so nah wie mög lich an der Entwicklungseinheit 15 anzubringen. Außerdem kann dann das Oberflächenpotential der belichteten Berei che gemessen werden.

Die Entwicklungseinheit 15 hat eine Vorspannung V_B von -400 V. Nachdem die Verschlußkappe die Entwicklungseinheit 15 durchlaufen hat, wird die an der Oberfläche der Ver schlußkappe anhaftende Tonermenge mittels des Band-Ab streifverfahrens wie bei Fig. 5 beschrieben bestimmt. Das Abschätzungsergebnis wird ein guter Wert sein, da sich eine kleine Reflektivität ΔR aufgrund von Verunreinigungen von 1,5% ergibt, was gleich dem Wert von nichtbelichteten Bereichen (nicht zu entwickelnden Bereichen) des photoemp findlichen Materials aus organischem Photoleiter ist. Da nach wird die Verschlußkappe mit der Säuberungsbürste 21 gereinigt. Eine sich aufgrund der Reibung ergebende und die Säuberungsfunktion negativ beeinflussende Ladung wird dabei kaum erzeugt.

Durch die Zugabe von anorganischen Pigmenten zur Alumini umemaillepaste wird es möglich, die die Verschlußkappe überdeckende Schicht in einer Farbe, wie beispielsweise gelb, blau, grün oder rosa einzufärben. Ein optischer Sensor mit einer roten Leuchtdiode kann dann als Sensor 30 für die Verschlußkappenposition verwendet werden. Passend zu einer roten Leuchtdiode wird die Aluminiumemaille schicht blau eingefärbt, so daß sich eine höhere Reflexion des von der Leuchtdiode emittierten Lichtes an der Ober fläche der Verschlußkappe ergibt, so daß sich die Empfind lichkeit zur Erfassung der Verschlußkappe erhöht.

Aus der obigen Beschreibung sieht man, daß sich mit abneh mender Bildkraft kaum noch Anlagerung von Tonerpartikeln ergibt. Wenn außerdem die Verschlußkappe die Entwicklungs einheit 15 durchläuft, kommt sie in Kontakt mit einer ab rollenden Entwicklungsrolle. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Verschlußkappe mit einer Polarität umgekehrt zu der der Tonerpartikel aufgrund von Berührung zwischen Verschluß kappe und Entwicklungsmaterial wie Toner und Träger ge laden ist, haftet der Toner leicht an der Verschlußkappe an. Deshalb ist es erstrebenswert, daß die Verschlußkap pe mit derselben Polarität wie der Toner geladen ist oder daß der Betrag der Reibungselektrizität so klein wie mög lich ist, wenn die Verschlußkappe mit einer dem Toner ent gegengesetzten Polarität aufgeladen ist. Die dielektrische Schicht soll somit die folgenden Bedingungen zur wirksamen Verhinderung von Anhaften von Toner erfüllen:

a) Die relative Dielektrizitätskonstante ε_a der Schicht soll in etwa gleich oder größer der relativen Dielek trizitätskonstante ε_b des Toners sein (d. h. ε_a≒ε_b).
b) Die Austrittsarbeit der Schicht soll näherungsweise gleich der des Toners sein. Bei Reibung zwischen der Schicht und dem Toner darf keine Ladung auf der Schicht entstehen. Eine größere Ladungsmenge ermög licht dem Toner das Anhaften an der Verschlußkappe. Der aufgrund von Reibung entstehende Ladungsbetrag kann wie folgt berechnet werden: o_c = e (W_t-W_c)×K (coulomb/m²),wobei K ein Koeffizient ist, W_t die Austrittsarbeit (eV) des Toners und W_c die Austrittsarbeit (eV) der dielektrischen Schicht. W_t kann beispielsweise 5.4 eV sein, W_c der Aluminiumemailleschicht 5.4 eV und W_c einer Alumit-Schicht 5,1 eV. Das deutet an, daß die Aluminiumemailleschicht kleinere Ladungen verursacht als eine Alumit-Schicht, wenn Tonerpartikel auf der Schicht reiben.

Die obige Ausführungsform verwendet Aluminiumemaillemate rial als dielektrische Schicht. Es kann aber auch ein anderes emailleartiges Material, beispielsweise auf der Grundlage von Titan oder Zirkon, verwendet werden. Es kön nen auch dielektrische Materialien mit relativen Dielek trizitätszahlen kleiner 200 wie Teflon, Gummi oder Kunst fasern, verwendet werden.

Fig. 9 zeigt eine Verschlußkappe, die in einer Trommel mit einer aufgewickelten photoempfindlichen Folie verwendet wird, beim Einsatz in einem elektrostatischen Aufzeich nungsgerät mit normaler Entwicklung. Die Verschlußkappe besteht aus einem Grundmaterial 1 aus Aluminium und einer Aluminiumemailleschicht 2, die auf der Oberfläche des Grundmaterials 1 mittels des im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Verfahrens herge stellt wird. Die Aluminiumemailleschicht wird von einem Lader 9 durch Koronarentladung aufgeladen, wie in Fig. 9 dargestellt. Wenn der spezifische Widerstand gering ist, fließen die sich auf der Schicht befindenden Ladungen ab. Wenn die Verschlußkappe die Entwicklungseinrichtung 15 durchläuft, ist somit das elektrische Potential der Ver schlußkappe näherungsweise gleich dem Erdpotential. Das bedeutet, daß sich die Ladungen nicht zu stark auf der Verschlußkappe anhäufen. Wenn, wie in Fig. 2 dargestellt, andererseits ein System für ein elektrostatisches Auf zeichnungsgerät verwendet wird, bei dem das Oberflächenpo tential der Verschlußkappe als Referenzpotential V_K ver wendet werden kann, werden die Oberflächenpotentiale von Verschlußkappe und photoempfindlichem Material mittels des Oberflächenpotentialsensors 22 gemessen, das gemessene Po tential der Verschlußkappe mit dem gemessenen Oberflächen potential V_S des photoempfindlichen Materials verglichen und die Gitterspannung des Laders 9 durch die Steuerung 31 so gesteuert, daß beide Potentiale den gleichen Wert an nehmen. In einem derartigen System ist die Aufladekennli nie eines mit der Verschlußkappe verbundenen Kondensators 5 von Wichtigkeit. Wenn nämlich die auf der Oberfläche des metallischen Materials 1 aufgebrachte dielektrische Schicht 2 einen großen Widerstand hat, wird der vom Lader 9 in die Verschlußkappe fließende Strom kleiner und die Aufladegeschwindigkeit des Kondensators 5 verringert sich, so daß dessen Ladezeit länger wird. Letztendlich führt das dazu, daß sich der Kondensator 5 nicht mehr bis zum Refe renzpotential (normalerweise -700 V entsprechend dem ange gebenen Potential des photoempfindlichen Materials) aufla den kann. Die Lebensdauer des photoempfindlichen Materials kann aus dem obigen Vergleichsergebnis abgeschätzt werden, und die Steuerung 31 bewirkt gegebenenfalls, daß die Auf nahmerolle 8 die Folie weiterrollt.

Die Kurven in den Fig. 7A bis 7C beschreiben einen Auf ladevorgang. In der Fig. 7A habe der Kondensator 5 eine Kapazität von 0,2µF und der Varistor 6 einen Varistor strom von 1 mA, wenn an seinen Anschlüssen und damit auch am Kondensator 800 V oder mehr anliegen.

Wenn die Verschlußkappe unter dem Lader 9 durchläuft, be ginnt sich der Kondensator 5 aufzuladen und hält seine La dung. Nach Verlassen des Laders 9 hört auch die Aufladung des Kondensators 5 auf. In Fig. 7B sind Zeitabhängigkeiten des Oberflächenpotentials der Verschlußkappe mit dem spe zifischen Widerstand ρ als Parameter dargestellt. Betrach tet wird eine Verschlußkappe mit l = 4 cm, einer Breite von 40 cm und einer Schichtdicke der dielektrischen Schicht von 30µm, wobei der spezifische Widerstand ρ be trägt. Nimmt man an, daß der Lader 9 60 mm breit ist und die photoempfindliche Trommel mit einer Geschwindigkeit von 686 mm/s bewegt wird, befindet sich die Verschluß kappe für ca. 90 ms unter dem Lader 9.

Aus Fig. 7B erkennt man, daß im Falle, daß der spezifische Widerstand ρ 10⁸Ωcm oder kleiner als dieser Wert ist, die Oberfläche der Verschlußkappe bis zur Betriebsspannung (800 V) des Varistors innerhalb einer Zeit von 60 ms auf geladen wird. Wenn aber der spezifische Widerstand der Schicht zwischen 10⁹ und 10¹⁰Ωcm liegt, werden an den Anschlüssen des Kondensators 5 keine 800 V mehr anliegen.

Wenn die Verschlußkappe den Lader 9 verläßt, wird die im Kondensator 5 gespeicherte Ladung allmählich über Leck widerstände des Varistors 6 oder ähnliches abgeführt. In Fig. 7B ist das durch den in Fig. 2 gezeigten Sensor 22 für das Oberflächenpotential gemessene Oberflächenpotenti al der Verschlußkappe dargestellt. Nimmt der spezifische Widerstand ρ einen Wert von (b) ρ = 10⁹Ωcm oder (c) ρ = 10¹⁰Ωcm an, liegt die vom Sensor 22 gemessene Spannung um 100 V oder noch mehr unter 700 V. Dann kann das Oberflä chenpotential der Verschlußkappe nicht als Referenzspan nung verwendet werden. In Fig. 7C ist die Beziehung zwi schen dem spezifischen Widerstand ρ der dielektrischen Schicht und dem Oberflächenpotential der Verschlußkappe dargestellt. Es ist notwendig, den spezifischen Widerstand auf einen Wert von 10⁹Ωcm oder weniger zu reduzieren, um die Verschlußkappe als Referenzspannungsbereich zur Steu erung des Oberflächenpotentials des photoempfindlichen Materials verwenden zu können. Eine Verkleinerung des spe zifischen Widerstandes ermöglicht eine Verdickung der di elektrischen Schicht. Insgesamt kann dann, selbst wenn der Drucker eine höhere Druckgeschwindigkeit annimmt, das An haften des Toners beherrscht werden.

In Fig. 10 ist eine Ausführungsform mit einer andersarti gen Verschlußkappe dargestellt. Bisher war die Verschluß kappe genauso gekrümmt wie das zylindrische Stützbauteil. Es ist aber schwierig, die Aluminiumemailleschicht auf einer gekrümmten Kappe mit gleichförmiger Dicke auszu bilden. Um dieser Schwierigkeit zu begegnen, wird die Verschlußkappe so ausgebildet, daß ihre Oberfläche wie in Fig. 10 dargestellt eben ist, d. h., die Verschlußkappen oberfläche hat keine Krümmung. Die Eigenschaften des Über zugs können dadurch verbessert werden.

In den vorhergenannten Ausführungsformen wurden Aluminium emaillematerialien als dielektrische Schicht verwendet, ebensogut kann aber TiO₂ (mit einer relativen Dielektrizi tätskonstanten von 86 und einem spezifischen Widerstand von 10⁸Ωcm oder weniger) oder ähnliches verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung wirkt sich wie folgt aus:

1) Auf einer Trommel, die größtenteils mit photoempfind lichem Material überzogen ist und auf der ein Über gangsbild ausgebildet wird, und die einen Bereich auf weist, der nicht photoempfindlich ist, wie beispiels weise die Oberfläche der Verschlußkappe, haftet an dem nicht lichtempfindlichen Bereich wesentlich weniger Toner an. Verschwendung von Toner und Verunreinigungen von Transportmechanismen, Abstreif-Koronarentladern und Ladern, die durch Verteilen von an der Oberfläche der Verschlußkappe anhaftenden Tonerpartikeln entste hen können, werden vermieden.
2) Da die auf der leitenden Verschlußkappenoberfläche ausgebildete dielektrische Schicht einen vergleichs weise geringen Widerstand hat, ist es möglich, den mit der Verschlußkappe verbundenen Kondensator durch die dielektrische Schicht hindurch schnell zu laden, wenn die Verschlußkappe unter dem Lader hindurch läuft. Durch Parallelschalten eines Varistors zum Kondensa tor kann dann die Oberflächenspannung der Verschluß kappe auf eine Referenzspannung gesetzt werden, so daß die Oberflächenspannung des photoempfindlichen Materi als gesteuert werden kann.
3) Wenn das elektrostatische Aufzeichnungsgerät einen nor malen Entwicklungsprozeß verwendet, ist es notwendig, den Betrag der Oberflächenspannung der Verschlußkappe wesentlich kleiner als den der Vorspannung der Ent wicklungseinheit zu setzen. Auf der Oberfläche der Verschlußkappe wird eine dielektrische Schicht mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten von 200 oder weniger und einem spezifischen Widerstand von 10⁹Ωcm oder weniger angebracht. Die auf die Tonerpartikel wirkende Bildkraft wird dadurch verringert und ein An haften des Toners an der Oberfläche der Verschlußkap pe vermieden. Da außerdem der spezifische Widerstand vergleichsweise gering ist, wird ein Ansteigen der Oberflächenspannung der Verschlußkappe aufgrund der Ladungsanhäufung vermieden.
4) Da die Farbe der auf der Verschlußkappenoberfläche aufgebrachten dielektrischen Schicht frei gewählt werden kann, ist es möglich, die Empfindlichkeit eines optischen Sensors für die Verschlußkappe zu erhöhen.

Claims

1. Elektrostatische Aufzeichnungsvorrichtung, gekennzeichnet durch

- eine photoempfindliche Trommel (3, 4) mit einer Öff nung und einer um sie herum gewundenen photoempfind lichen Folie (4); und
- einen Verschlußkappenbauteil (1, 2) für die Öffnung mit einem Bereich aus Metall (1) und einer dielektri schen Schicht (2), die auf einem Teil des metalli schen Bereichs (1) ausgebildet ist, wobei die dielek trische Schicht (2) eine relative Dielektrizitätskon stante in einem Bereich zwischen näherungsweise dem selben Wert wie der Toner und 200 hat.

2. Elektrostatische Aufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch

- eine Vorspannungseinrichtung (5, 6), die zwischen das Verschlußkappenbauteil (1, 2) und Masse geschaltet ist und die einen Kondensator (5) aufweist, der an das Verschlußkappenbauteil (1, 2) die Spannung des geladenen Kondensators (5) als Vorspannung anlegt; und
- eine Ladeeinrichtung (9-13) zum Aufladen des Konden sators (5) und der photoempfindlichen Folie (4), wo bei die Zeitkonstante aus dem Widerstand der dielek trischen Schicht (2) und der Kapazität des Kondensa tors (5) so ausgewählt ist, daß der Kondensator (5) dann, wenn das Verschlußkappenbauteil (1, 2) die La deeinrichtung (9-13) durchläuft, bis zu einer vorbe stimmten Spannung aufgeladen wird.

3. Elektrostatische Aufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 2, weiter gekennzeichnet durch

- eine Meßeinrichtung (22) zum Messen des Oberflächen potentials des Verschlußkappenbauteils (1, 2) als ein Referenzpotential, um ein Steuersignal zu erzeugen und um das Oberflächenpotential der photoempfindli chen Schicht (4) zu messen; und
- eine vom Steuerungssignal abhängige Steuereinrich tung (31) zur Steuerung der Ladeeinrichtungen (9-13), so daß die photoempfindliche Folie (4) bis zu einer vorbestimmten Spannung aufgeladen wird.

4. Elektrostatische Aufzeichnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (2) eine Aluminiumemaille schicht ist.

5. Elektrostatische Aufzeichnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des metallischen Bereichs (1) nähe rungsweise eben ist und keine Krümmung aufweist.

6. Elektrostatische Aufzeichnungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter gekennzeichnet durch:

- eine Beleuchtungseinrichtung (30) zum Emittieren von Licht auf die rotierende photoempfindliche Trommel (3, 4), wobei die Oberfläche des Verschlußkappenbau teils (1, 2) eine vorbestimmte Farbe hat und wobei die vorbestimmte Farbe für die von der Beleuchtungs einrichtung (30) ausgestrahlte Lichtwellenlänge eine andere Reflektivität als für andere Wellenlängen hat; und
- eine Einrichtung (30) zur Wahrnehmung von Verände rungen des von der photoempfindlichen Trommel (3, 4) reflektierten Lichtes, um die Position des Verschluß kappenbauteils (1, 2) zu erfassen.

7. Elektrostatische Aufzeichnungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht von der Beleuchtungseinrichtung (30) eine In tensität und eine Wellenlänge hat, die die photoemp findliche Folie (4) nicht beeinflußt und daß der Toner an der photoempfindlichen Folie (4) nicht anhaftet.

8. Elektrostatische Aufzeichnungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsarbeit der dielektrischen Schicht (2) näherungsweise gleich der des Toners ist.

9. Elektrostatische Aufzeichnungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (31) außerdem eine Einrichtung zum Vergleichen des gemessenen Oberflächenpotentials der photoempfindlichen Folie (4) mit dem Referenzpo tential aufweist, um die Eigenschaften der photoemp findlichen Folie (4) zu erfassen.