DE4101747C2 - Elektrofotografische Aufzeichnungsvorrichtung mit einer Trommel mit einer fotoleitfähigen Folie und einer Verschlußkappe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektro­ statische Aufzeichnungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bei der eine Trommel mit einem ersten Umfangsbereich verwendet wird, der aus einer über den Trommelkörper gespannten Folie aus fotoleitfähigen Material besteht, auf dem ein Toner­ bild erzeugt wird und bei der ein zweiter Umfangsbereich aus einer Verschlußkappe besteht, die eine Öffnung in der Trommel ver­ schließt, durch die die Enden der Folie in das Trommelinnere geführt sind.

Bei herkömmlichen elektrofotografischen Aufzeichnungsvorrich­ tungen mit einer aufgerollten Fotoleiter-Folie ist in einer Öffnung der Trommel zum Herausziehen und Auf­ wickeln der 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 fotoem­ pfindliche Folie zum Stützbauteil, da der spezifische Widerstand der fotoempfindlichen Folie bei 10⁹ Ωcm 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 DE-OS 23 42 041, die Oberfläche der Verschlußkappe (die kein Fotoleiter-Ma­ terial aufweist), aus einem dielektrischen Material mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 10⁹ Ωcm auszubilden. Bei dem Gerät nach der DE 23 42 041 handelt es sich um eine elektrofotografische Kopiermaschine mit normaler Entwicklung d. h. keiner Umkehrentwicklung. Die dielektrische Schicht auf der Verschlußkappe hat den Sinn den Vor­ spannungs-Stromfluß in die Verschlußkappe hinein zu unter­ binden. In der genannten Druckschrift wird besonderes Au­ genmerk darauf gerichtet, die dielektrische Schicht so auszubilden, daß sie einen spezifischen elektrischen Widerstand zwischen 1 und 5×10⁹ Ωcm aufweist und daß sie nicht durch Reibung aufladbar ist, so daß das Anhaften von Toner verhindert werden kann.

Aus der JP 55-77766 ist es bekannt, in der Verschlußkappe einer derartigen Trommel einen Elektrodenbereich vorzusehen, der über einen Kondensator und einem diesem parallel geschalteten Varistor geerdet wird. Beim Aufladen der Trommel lädt sich der Konden­ sator und damit die Elektrode auf die durch die Betriebsspannung des Varistors vorgegebene Spannung auf, so daß der Elektrodenbereich als Referenzbereich zum Feststellen der Entwicklungseigenschaften der Entrichtungsvorrichtung dienen kann.

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

In der Fig. 2 ist die Anordnung eines optischen Druckers mit Umkehr-Entwicklung dargestellt, bei der eine Fotoleiter-Folie 4 aus organischem Fotoleiter (OPC = organic fotoconductor) verwendet wird. Die Folie wird von der innerhalb der Trommel 3 ange­ brachten Vorratsrolle 7 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 fotoempfindlichen Folie 4 und der Trommel 3 isoliert und über eine Parallelschaltung aus Kondensator 5 und Varistor 6 geerdet. Ein Koronaentladungs-Lader 9 hat einen Koro­ naleiter 10 und ein Gitter 11, die mit einer Koronalei­ ter-Spannungsquelle 12 als negativer Spannungsquelle und einer Gitterspannungsquelle 13 verbunden sind. Wenn die Verschlußkappe 1 unter dem Lader 9 durchläuft, wird Koro­ naladung in dem mit der Verschlußkappe 1 verbundenen Kondensator 5 gespeichert, so daß die 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 Fotoleiter- Material zugeführten Potential ist.

Eine optische Schreibeinheit 14 wirft ein einem zu druckenden Muster entsprechendes Lichtmuster auf die Trommel 3, über die dieFotoleiter-Folie 4 gewickelt ist, so daß durch eine elektrostatische, nicht sichtbare Ladungs-Verteilung auf der Folie ein latentes elektrostatisches Bild entsteht. Das Ladungsbild wird durch eine Entwicklung unter Anlegen einer Vorspannung mittels eines Entwicklers in ein Tonerbild umgewandelt. Durch eine Übertragungseinheit 17 wird das Toner­ bild auf ein Blatt Papier 16 übertragen. Das Blatt 16 wird von der Trommel mittels eines abstrei­ fenden Koronaentladers 18 abgestreift und das Tonerbild durch eine Fixiereinheit 19 auf dem Blatt fixiert. Weiterhin wird durch eine Löschlampe 20 die verbleibende Ladung auf dem Fotoleiter entladen und eine Säuberungsbürste 21 säubert die Trommel für den nächsten Druckvorgang.

In den Fig. 3A bis 3C sind Ansichten der Oberflächen­ potentialverteilung auf dem belichteten Fotoleiter- Material sowie der Verschlußkappe bzw. Anhaftzustände von Tonerpartikeln dargestellt. Wie in Fig. 3A gezeigt, verringert sich das Oberflächenpotential auf dem belich­ teten Fotoleiter-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 Fotoleiter-Materials, in denen 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 auch 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 Korona­ 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 der DE-OS 23 42 041 nicht verhindert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrofotografisches Auf­ zeichnungsgerät der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art anzugeben, bei dem eine Anlagerung von Toner­ partikeln auf der Verschluß­ kappe verhindert wird.

Diese Aufgabe wird mit einem Aufzeichnungsgerät gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Unteransprüche sind auf bevorzugte Aus­ führungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet.

Das elektrostatische Aufzeichnungsgerät umfaßt eine Trommel mit einer Öff­ nung, durch die eine Fotoleiter-Folie aus dem Inneren der Trommel geführt ist die um den Trommelkörper gespannt ist, und mit einer Verschlußkappe, die über der Öffnung angebracht ist und die einen metallischen Be­ reich sowie eine dielektrische Schicht auf dem metallischen Bereich 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 Aufzeichnungsgerät mit einer aufgewickelten Fotoleiter-Folie geladene Tonerpartikel auf einem metallischen Bereich ohne Fotoleiter- Material wie beispielsweise der Oberflä­ che der Verschlußkappe anhaften, üben die Tonerpartikel eine große Bildkraft aus, wodurch das Anhaften der Toner­ partikel auf der metallischen Oberfläche bewirkt wird. Wird auf der metallischen Oberfläche eine dielektrische Schicht mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 200 oder weniger ausgebildet, ist es möglich, die Bildkraft zu verringern, wodurch sich eine starke Verringerung der anhaftenden To­ nerpartikel ergibt. Zudem wird der metallische Bereich über eine Parallelschaltung aus einem Kondensaator und einem Varistor geerdet, die so gewählt sind, daß der Kondensator sich bei der Bewegung der Verschlußkappe durch die Ladeeinrichtung auf das Potential des Fotoleiters aufladen kann, da der spezifische Widerstand der dielektrischen Schicht kleiner als 10⁹ Ωcm ist. Da eine Umkehrentrichtung verwendet wird, bei dem die Trommel und die Toner­ teilchen mit gleicher Polarität geladen sind, kann das Anhaften von Tonerteilchen an der Verschlußkappe wirksam verhindert werden.

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 elektrofotografischen Aufzeich­ nungsgeräts mit einer Trommel, um die herum eine Fotoleiter-Folie gewun­ den ist;

Fig. 3A bis 3C eine Oberflächen-Potentialverteilung auf der entwickelten Fotoleiter-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 der erfindungs­ gemäßen Ausführungsform und 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;

Fig. 9 ein Aufzeichnungsgerät mit herkömmlicher Entrichtung die beim erfindungsgemäßen Gerät nicht zum Einsatz kommt, und

Fig. 9 und 10 eine Erläuterung und eine Variante der erfindungsgemäßen 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.

Anhand der Fig. 4A und 4B sind der auf die Tonerpartikel wirkenden Bildkräfte erläutert. 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, können q1 und q2 durch ε_b, ε_a, b, und q a dargestellt werden, und die Bildkraft F_a, die auf die Tonerparti­ kel wirkt, kann 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 Aufzeichnungsgerätes gemäß Fig. 2 hindurchge­ laufen ist. Zur Messung 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 das 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 Fotoleiter- Material aus einem organischen Fotoleiter verwendet wird. Die Punkte B, C, D und E bezeichnen Verunreinigungen für verschiedene jeweils angegebene 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 Dicke der Schicht ist dabei jeweils bei A, B, C, . . . hinter dem Wert für ε angegeben. 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 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 Radien 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 mit 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, wie die relative Dielektrizitätskonstante und die Schichtdicke a der dielektrischen Schicht für den Fall, daß die Bildkraft die Bedingung F 3,5×10¹⁹q² (N/m²) er­ füllt, gewählt werden müssen. 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 der Verschlußkappe auszubilden.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung be­ schrieben.

Zunächst wird ein 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 30 µm 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 10⁸Ω cm. Die Verschlußkappe ist mit einer Parallel­ schaltung aus Kondensator 5 einer Kapazität von 0,01 µF 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 Aluminiumemaille 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 erfindungsgemäßen Aufzeichnungsgeräts dargestellt. Die Koronaleiterquelle 12 ist eine Konstantquelle (-2 mA). Die fotoempfindliche Folie aus organischem Fotoleiter wird durch Koronaent­ ladung von der Quelle 12 her geladen. Eine Steuerung 31 verändert eine Gitterspannung V_S der Gitterquelle 13 so, daß das Oberflächenpotential des fotoempfindlichen Ma­ terials auf -700 V eingestellt werden kann. Aufbau und Wirkungsweise eines elektrostatischen Aufzeichnungsge­ räts sind allgemein bekannt.

Die Aluminiumemailleschicht wird auf der Oberfläche der Verschlußkappe ausgebildet. Wenn der spezifische Wider­ stand ρ dieser Schicht bei niedrigen Werten wie etwa 10⁷ bis 10 ⁸Ωcm liegt, kann der Kondensator 5 bis -800 V aufgeladen wer­ den, wenn die Verschlußkappe unter dem Lader 9 hindurch­ läuft. Eine geeignete Anbringung eines 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 fotoempfindlichen Ma­ terials kann durch Vergleichen des Oberflächenpotentials der Verschlußkappe mit dem der nichtbelichteten Bereiche des Fotoleiter-Materials abgeschätzt werden.

Der Sensor 22 für das Oberflächenpotential ist zwischen einer optischen Schreibeinheit 14 und der Entwicklungseinheit 15 an­ gebracht, wie in Fig. 2 dargestellt. Zur Überprüfung der Entwicklungseigenschaften des fotoleitfähigen 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 foto­ leitfähigen Materials aus organischem Fotoleiter 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 und daß der Betrag der Reibungselektrizität so klein wie mög­ lich ist. Die dieelektrische 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 auf der Aluminiumemailleschicht weniger Ladungen erzeugt werden als auf einer 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 Fotoleiter-Folie verwendet wird, beim Einsatz in einem elektrostatischen Aufzeich­ nungsgerät mit normaler Entwicklung, die beim erfindungsgemäßen Gerät nicht zum Einsatz kommt. 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 Koronaentladung aufgeladen, wie in Fig. 9 dargestellt. Wenn der spezifische Widerstand der Schicht 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 jedoch im Gegensatz dazu ein System für ein elektrofotografisches Auf­ zeichnungsgerät verwendet wird, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, kann das Oberflächenpo­ tential der Verschlußkappe als Referenzpotential V_K ver­ wendet werden, indem die Oberflächenpotentiale von Verschlußkappe und Fotoleiter-Material mittels des Oberflächenpotentialsensors 22 gemessen werden, das gemessene Po­ tential der Verschlußkappe mit dem gemessenen Oberflächen­ potential V_S des Fotoleiter-Materials verglichen wird und die Gitterspannung des Laders 9 durch die Steuerung 31 so gesteuert wird, daß beide Potentiale den gleichen Wert an­ nehmen.

Die Lebensdauer des Fotoleiter-Materials kann aus dem schon genannten Vergleichsergebnis abgeschätzt werden, und die Steuerung 31 bewirkt gegebenenfalls, daß die Auf­ nahmerolle 8 die Folie weiterrollt.

In einem derartigen System ist die Aufladekennli­ nie eines mit der Verschlußkappe verbundenen Kondensators 5 von besonderer 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 Fotoleiter-Materials) aufla­ den kann.

Die Kurven in den Fig. 7A bis 7C beschreiben einen Auf­ ladevorgang. In der Fig. 7A habe der Kondensator 5 eine Kapazität von 0,2 µF 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 30 µm, wobei der spezifische Widerstand ρ be­ trägt. Nimmt man an, daß der Lader 9 60 mm breit ist und die 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 10⁸ Ωcm 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 10¹⁰ Ωcm 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 = 10⁹ Ωcm oder (c) ρ = 10¹⁰ Ωcm 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 10⁹ Ωcm oder weniger zu reduzieren, um die Verschlußkappe als Referenzspannungsbereich zur Steu­ erung des Oberflächenpotentials des fotoempfindlichen 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 10⁸ Ωcm oder weniger) oder ähnliches verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung wirkt sich wie folgt aus:

• 1) Auf einer Trommel, die größtenteils mit Fotoleiter- Material überzogen ist, auf dem ein Tonerbild ausgebildet wird, und die einen Bereich auf­ weist, der nicht fotoleitend ist, wie beispiels­ weise die Oberfläche der Verschlußkappe, haftet an dem nicht fotoleitfähigen Bereich wesentlich weniger Toner an. Verschwendung von Toner und Verunreinigungen von Transportmechanismen, Abstreif-Koronaentladern 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 die Oberflächenspannung der Verschluß­ kappe auf eine Referenzspannung gesetzt werden, so daß die Oberflächenspannung des fotoleitfähigen Materi­ als gesteuert werden kann.
• 3) Auf der Oberfläche der Verschlußkappe wird eine dielektrische Schicht mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten von 200 oder weniger und einem spezifischen Widerstand von 10⁹ Ωcm 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.
• 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 (10)

1. Elektrofotografische Aufzeichnungsvorrichtung mit

• - einer drehbar angetriebenen Trommel (3) mit einem ersten Umfangsbereich, in dem eine Folie aus fotoleitfähigem Material (4) über den Trommelkörper gepannt ist, mit einer Öffnung, durch die die beiden Enden der Folie (4) in das Innere der Trommel geführt werden, und mit einer einen zweiten Umfangsbereich der Trommel bildenden Verschlußkappe (1), die die Öffnung in der Trommel (3) verschließt, wobei die Verschlußkappe (4) aus einem gegen die Trommel (3) elektrisch isolierten metallischen Grundkörper (1) besteht, auf dessen den zweiten Umfangsbereich der Trommel bildender Außenfläche eine dielektrische Schicht (2) aufgebracht ist,
• 1- einer Ladeeinrichtung (9, 10, 11, 12, 13) zum elektrostatischen Aufladen der Oberfläche der Trommel (3) mit Ladungen einer vorgegebenen Polarität,
• - einer optischen Schreibeinheit (14) zum Belichten der aufgeladenen fotoleitfähigen Folie (4), um ein latentes elektrostatisches Bild auf der Folie (4) zu erzeugen,
• - einer Entwicklungsvorrichtung (15), die das latente elektrostatische Bild mit Tonerteilchen entwickelt,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - die dielektrische Schicht (2) auf der Verschlußkappe (1) aus einem Material besteht, dessen relative Dielek­ trizitätskonstante im Bereich zwischen der relativen Dielektrizitätskonstanten des Toners und dem Wert 2000 liegt,
• - der Grundkörper (1) der Verschlußkappe über eine Parallel­ schaltung aus einem Kondensator (5) und einem Varistor (6) an Masse gelegt ist,
• - einerseits die Zeitkonstante aus dem Widerstand der dielektrischen Schicht (2) und der Kapazität des Kondensators (5) durch Wahl des spezifischen Widerstandes der dielektrischen Schicht (2) mit einer Größe unter 10⁹ Ohm cm und der Kapazität des Kondensators (5) und andererseits die Betriebsspannung des Varistors (6) so gewählt werden, daß der Kondensator (5) sich bei der Drehbewegung der Verschlußkappe (1) durch die Ladeein­ richtung (9, 10, 11) bis auf ein vorbestimmtes Potential auflädt,
• - und daß die Polarität der Ladungen zur Aufladung der Trommel (3) und die Polarität der Tonerteilchen übereinstimmt.

2. Elektrofotografische Aufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsarbeit der dielektrischen Schicht (2) näherungsweise der des Tonermaterials entspricht.

3. Elektrofotografische Aufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) der Verschlußklappe aus Aluminium besteht.

4. Elektrofotografische Aufzeichnungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (2) einen spezifischen Widerstand im Bereich von 10⁷ Ohm cm bis 10⁸ Ohm cm aufweist.

5. Elektrofotografische Aufzeichnungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (2) eine Aluminiumemaille- Schicht ist.

6. Elektrofotografische Aufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumemaille- Schicht (2) eine Dicke von 30 µm aufweist und daß der Kondensator (5) eine Kapazität von 0,01 µF hat.

7. Elektrofotografische Aufzeichnungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Drehrichtung der Trommel (3) vor der Entwicklungseinrich­ tung (15) ein Sensor (22) zum Messen des Oberflächenpo­ tentials der fotoleitfähigen Folie (4) und der dielektrischen Schicht (2) auf der Verschlußkappe (1) angeordnet ist und daß eine Steuereinrichtung (31) vorgesehen ist, die abhängig von dem als Referenzwert herangezogenen Meßwert für das Oberflächenpotential der Verschlußkappe (1) die Ladeeinrichtung (9, 10, 11, 12, 13) so steuert, daß die fotoleitfähige Folie (4) auf ein vorgegebenes Potential aufgeladen wird.

8. Elektrofotografische Aufzeichnungsvorrichtung nach An­ spruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (31) die Oberflächenpotential-Meßwerte für die Ver­ schlußkappe (1) und die Fotoleiter-Folie (4) miteinander vergleicht und aus dem Vergleich die Lebensdauer der Fotoleiter-Folie (4) bestimmt.

9. Elektrofotografische Aufzeichnungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (2) in einer Farbe eingefärbt ist und daß eine Vorrichtung (30) zum Beleuchten der Trommel­ oberfläche und zum Messen des von der Trommeloberfläche reflektierten Lichts am Umfang der Trommel angeordnet ist, wobei die Vorrichtung (30) die gegenüber dem übrigen Trommelumfang höhere Lichtreflexion an der eingefärbten dielektrischen Schicht (2) zur Bestimmung der Position der Verschlußklappe (1) heranzieht.

10. Elektrofotografische Aufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (30) zum Be­ leuchten der Trommeloberfläche Licht einer Wellenlänge und einer Intensität aussendet, für das die fotoleitfähige Folie (4) nicht empfindlich ist.