DE69004225T2 - Bildübertragungsapparat mit vakuumlöchern und methode zu dessen herstellung. - Google Patents

Description

Tonerbild-Übertraqunqseinrichtunq und Verfahren zur Herstellung einer Übertragungs-Vakuumwalze
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum übertragen von elektrostatischen Tonerbildern auf ein Empfangsblatt. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine solche Vorrichtung einschließlich einer Übertragungstrommel mit Vakuumöffnungen oder ähnlichem zum Festhalten des Empfangsblatts während seines Durchlaufs durch die übertragungsposition auf ein Tonerbild. Außerdem bezieht sie sich auf das Verfahren zur Herstellung einer solchen übertragungstrommel.
• In US-A-4,712,906, Bothner et al., wird ein elektrofotografischer Farbdrucker gezeigt, der nacheinander Bilder in verschiedenen Farben erzeugt, die in Registerhaltung auf ein Empfangsblatt übertragen werden. Das Empfangsblatt wird auf eine übertragungstrominel oder -Walze gewickelt und auf der Oberfläche der Trommel in eine übertragungsposition für die nachfolgenden Bilder rotiert, um ein mehrfarbiges Bild auf den Blättern zu erzeugen. Zur Verbesserung des Wirkungsgrads werden große Blätter, beispielsweise im "Hauptbuch" ("Ledger")-Format, auf die Trommel mit der kurzen Seite parallel zur Trominelachse gelegt und im wesentlichen um die Übertragungstrommel gewickelt. Kleine Blätter, beispielsweise im Papierformat 10 x 16" ("Letter"), werden mit ihrer langen Seite parallel zur Trommelachse aufgelegt. Da die kurze Seite von Blättern im Letter-Format etwa halb so lang ist wie die lange Seite von Blättern im Ledger-Format, werden zwei Blätter im Letter-Format auf die Trommel an etwa derselben Stelle wie das einzelne Blatt im Ledger-Format gelegt.
• Vor der Erfindung von Bothner hielten handelsübliche Farbbild-übertragungseinrichtungen das Blatt mittels kleiner Greiffinger, die die Vorderkante des Blatts halten, auf der übertragungstrommel fest. In der Literatur werden viele weitere Verfahren erwähnt, zum Beispiel Vakuumöffnungen, Elektrostatik oder verschiedene Kombinationen aus Vakuumöffnungen, Elektrostatik und Greiffingern. Die Greiffinger wurden kommerziell bevorzugt, da sie das Blatt sicherer vor einem Rutschen bewahren, was zu einer schlechteren Farbdeckung der Farbbilder führen würde.
• Jedoch ist die Erfindung von Bothner mit Greiffingern schwierig anzuwenden, weil die Vorderkante des zweiten Blatts im Letter-Format etwa in der Mitte eines Blatts im Ledger-Format positioniert ist. Bei einigen Anwendungen können eventuell ausziehbare Finger zum Funktionieren gebracht werden, bei vielen Anwendungen würden sie jedoch wesentliche Bildartefakten auf einem Blatt im Ledger-Format hinterlassen. Daher schlägt Bothner die Verwendung von Vakuumöffnungen vor, die an der Vorderkante jedes des kleineren Blättern angeordnet sind und beide für das Blatt im Ledger- Format aktiviert werden können.
• Zum sicheren Festhalten von relativ schwerem Papiermaterial wurden die Öffnungen mit einem Durchmesser von 3-6 mm hergestellt und in Abständen von mindestens einer Öffnung pro Zentimeter in einer Reihe auf der Trommel angeordnet.
• Die bei Bothner dargestellten Vakuumöffnungen funktionieren in vielen Situationen einwandfrei. Unter bestimmten Bedingungen erscheinen jedoch die Vakuumöffnungen auf dem endgültigen Bild als kleine runde Flächen mit unvollständiger Tonerübertragung. Dies ist insbesondere der Fall bei trockenen Umgebungsbedingungen, bei Transparent-Empfangspapier und bei der zweiten übertragung auf beidseitiges Empfangspapier, wobei das Empfangsblatt in einem vorhergehenden Fixierschritt getrocknet wurde.
• Auch bei trockenen Bedingungen können die Artefakte akzeptabel sein, wenn sie auf die Vorderkante aller Blätter beschränkt sind, wo sich wahrscheinlich keine Bildinformationen befinden. Jedoch wird mit der Vorrichtung nach Bothner mindestens eine Reihe von Vakuumöffnungen für die Vorderkante des zweiten kleinen Blatts auf die Mitte eines großen Blatts durchgedrückt. Des weiteren kann es sich bei verschiedenen Anwendungen zum Festhalten der Blätter als nötig erweisen, Vakuumöffnungen sowohl an der Hinterkante als auch an der Vorderkante zumindest einiger Blätter zu plazieren. Soll eine Vielzahl von Blattformaten zur Verfügung stehen, so sind viele Reihen von Öffnungen an der Hinterkante erforderlich. Vakuumöffnungen an den Hinterkanten einer Vielzahl von Blättern führen zu vielen Reihen von Öffnungen in der Mitte größerer Blätter, abhängig von der Mischung der in der Maschine vorhandenen Formate.
• US-A-4,080,053 von Friday zeigt einen Vakuum-Bahntransport für ein Blatt im Papierformat 20 x 16" ("Copy") durch eine übertragungsstation mit einem relativ langen übertragungsbereich, der durch parallele Teile der übertragungsbahn und einer fotoleitenden Bahn gebildet wird. Um einen sogenannten "Vakuumöffnungs-Abdruck" zu verhindern, wird die tatsächliche Position der Öffnungen während des Durchlaufs durch die übertragungszone schrittweise verändert. So wirksam diese Lösung für die beschriebene Vorrichtung sein mag - für die relativ kleine übertragungszone, die eine übertragungstrommel mit einer Bildträgerbahn oder -trommel bildet, wäre sie nicht vorteilhaft.
• Die Bothner-Vorrichtung zeigt eine übertragungstrommel mit einem polyurethanbeschichteten Aluminiumunterteil mittlerer Leitfähigkeit. Die mittlere Leitfähigkeit erlaubt die Erzeugung eines relativ starken elektrischen Felds für die übertragung ohne elektrischen Durchschlag am Berührungspunkt. Es wird angenommen, daß die Nichtübertragung von Toner über einer Vakuumöffnung durch mangelnden Durchgang des elektrischen Felds in diesem Bereich verursacht wird, wenn ein übertragungsblatt geringerer Leitfähigkeit, beispielsweise ein trockenes Blatt, verwendet wird.
• Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zum übertragen elektrostatischer Tonerbilder auf ein Empfangsblatt, welches von einem Vakuum an einem übertragungselement festgehalten wird, mit Reduzierung des oben erwähnten, durch Vakuumöffnungen entstehenden Abbildungsfehlers.
• Diese und andere Aufgaben der beanspruchten Erfindung werden durch ein übertragungselement gelöst, welches eine Reihe von Laserbohrungen in dichter Folge aufweist.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist jede Laserbohrung im allgemeinen konisch geformt, das heißt, sie ist an der Innenfläche der äußeren Schicht des übertragungselements größer als an der Außenfläche. Bei einer solchen Konfiguration sorgt die schmale Öffnung an der Oberseite der Bohrung für den elektrischen Durchgang des elektrischen Felds in der Nähe der Öffnung, aber der untere Teil der Öffnung mit einem größeren Durchmesser verhindert, daß die Öffnung von Papierstaub, Tonerpartikeln, Fixieröl usw. verstopft wird.
• Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Übertragungstrommel oder eines übertragungselements zur Verfügung zu stellen, welche im Betrieb zu einer Verringerung des oben erwähnten, durch Vakuumöffnungen entstehenden Abbildungsfehlers führt.
• Diese und weitere Aufgaben der Erfindung werden durch die Schritte der Erzeugung einer Schicht ausreichend leitfähigen Materials auf der Oberfläche eines Kerns, der Erzeugung von Vakuumöffnungsmitteln im Kern und des Bohrens einer Vielzahl kleiner Bohrungen mittels Laser in dieser Schicht, die mit dem Öffnungsmittel kommunizieren, gelöst.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Öffnungsmittel im Kern hergestellt. Dann wird der Kern mit einem Durchflußverhinderungsmittel versehen, damit kein Material in das öffnungsmittel eindringen kann. Die Deckschicht wird auf den Kern aufgebracht und liefert eine teilweise durch das Durchflußverhinderungsmittel begrenzte Schicht. Die Deckschicht wird dann mittels Laser gebohrt.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden im allgemeinen konisch geformte Öffnungen in der übertragungstrommel mit drei alternativen Verfahren erzeugt.
• Beim ersten Verfahren wird eine Linse mit kurzer Brennweite zum Fokussieren des Laserstrahls auf eine in der Nähe der Außenfläche der äußeren Schicht der Trommel liegende Stelle verwendet. Die Linse hat eine solche Brennweite, daß der Strahl beim Erreichen der Innenfläche der Schicht aufgeweitet wird und eine konisch geformte Bohrung erzeugt.
• Nach einem zweiten alternativen Verfahren wird die Richtung eines Laserstrahls relativ zu der Außenfläche der äußeren Schicht der Trommel um eine in der Nähe der Außenfläche liegende Stelle gedreht, um eine im allgemeinen konisch geformte Bohrung mit einer Verengung an dieser Stelle zu erzeugen.
• Ein drittes alternatives Verfahren zur Erzeugung im allgemeinen konisch geformter Vakuumöffnungen besteht in der Herstellung der äußeren Schicht der Trommel auf einem im allgemeinen reflektierenden Kern, beispielsweise einem normalen Kern aus Aluminium. Während des Bohrens der Öffnungen mit dem Laserstrahl wird das Licht vom Aluminiumkern zurückgeworfen und zerstört dabei einen Teil des Schichtmaterials neben dem Kern und erzeugt dadurch eine im allgemeinen konisch geformte Bohrung. Nach diesem Verfahren ist im allgemeinen die Herstellung des Vakuumöffnungsmittel im Kern nach Herstellung der konisch geformten Bohrung vorzuziehen.
• Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäß aufgebauten Druckers, wobei zum besseren Verständnis der Abbildung viele Teile weggelassen sind;
• Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil einer übertragungsvorrichtung, für die die Erfindung nützlich ist;
• Fig. 3 einen Querschnitt durch die in Fig. 2 dargestellte Übertragungstrommel;
• Fig. 4 ein Diagramm der Beziehung zwischen Größe der Vakuumöffnung, dem Vorhandensein von Artefakten und dem Oberflächenwiderstand des Empfangsblatts;
• Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf einen Teil einer Reihe von erfindungsgemäß hergestellten Vakuumöffnungen, mit Darstellung der Oberseite der Vakuumöffnungen durch durchgezogene Striche und der Unterseiten der Vakuumöffnungen in Durchsicht;
• Fig. 6 einen teils schematischen seitlichen Querschnitt, der die Herstellung einer erfindungsgemäßen Vakuumöffnung zeigt;
• Fig. 7, 8 und 9 seitliche Schnitte ähnlich der Fig. 6, die ein alternatives Verfahren zur Herstellung einer Vakuumöffnung zeigen, welche in Fig. 9 dargestellt ist;
• Fig. 10, 11 und 12 seitliche Schnitte ähnlich der Fig. 6, die eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Vakuumöffnung zeigen, welche in Fig. 12 dargestellt ist;
• Fig. 13 einen seitlichen Querschnitt ähnlich der Fig. 6, der eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vakuumöffnung zeigt.
• Gemäß Fig. 1 enthält ein Filmkernteil eines Kopierers oder Druckers ein Bildträgerelement, beispielsweise eine endlose elektrofotoleitende Bahn 1, die um eine Reihe von ersten Walzen 2, 3, 4 und 5 geführt wird, und eine weitere Tragkonstruktion, beispielsweise Filmgleitrollen 6.
• Die Bahn 1 wird durch eine Reihe allgemein bekannter elektrofotografischer Stationen geführt. Genauer gesagt, wird die Bahn 1 von einer Ladestation 7 mit einer gleichmäßigen Ladung beaufschlagt. Die gleichmäßig geladene Bahn wird um die Druckkopfwalze 2 geführt, die einem LED-Druckkopf 8 direkt gegenüberliegt, der die Bahn auf eine bekannte Weise belichtet. Die Bahn bewegt sich dann vorwärts zu einem Elektrometer 9, das zur Erleichterung der Prozeßführung die Höhe einer nach Belichtung der Bahn durch den Druckkopf 8 vorhandenen Ladung mißt.
• Danach bewegt sich die Bahn vorwärts zu einer Reihe von Tonerungs- oder Entwicklungsstationen 10, 11, 12 und 13. Jedes vom Druckkkopf 8 erzeugte Bild wird von einer der Tonerungsstationen getonert. Nach dem Tonern durchläuft die Bahn einen magnetischen Abstreifer 14, der überschüssige, während des Tonerns aufgenommene Eisenteilchen entfernt. Nach dem Tonern des elektrostatischen Bilds läuft die Bahn unter einem Densitometer 15 hindurch, der die Dichte des Tonerbilds mißt, wobei dieser Meßwert ebenfalls für die Prozeßführung verwendet wird. Das Tonerbild geht dann zu einer übertragungsstation 16, wo das Bild auf eine übertragungsfläche eines sich auf einer Übertragungstrommel 18 befindlichen Empfangsblatts übertragen wird.
• Die Übertragungstrommel 18 weist Vakuumöffnungen 19 (Fig. 2-3) zum Festhalten des Empfangsblatts auf der Trommel auf, so daß das Blatt mehrmals der Bahn 1 vorgelegt werden kann. Die übertragungstrommel 18 wirkt mit der Bahn 1 zusammen, um das Empfangsblatt und das Tonerbild schrittweise so in eine übertragungsposition zu bringen, daß das Tonerbild auf das Empfangsblatt übertragen wird. Bekanntermaßen wird dies im allgemeinen in Anwesenheit eines elektrischen Felds erreicht, das durch Vorspannen der übertragungstrommel mit einem geeigneten Vorspannmittel wie z.B. der Stromquelle 70 erzeugt wird, gegenüber der leitenden Schicht der Bahn 1 oder einer Rolle 20 für die Rückschicht der Bahn. Diese Vorgehensweise ist seit langem bekannt, siehe beispielsweise US-patent 3,702,482. Zwar kann entweder die Bahn 1 oder die Trommel 18 an Masse liegen, jedoch liegt üblicherweise die leitende Rückschicht an Masse, und die Trommel steht unter einer relativ hohen Spannung. Ist beispielsweise der zu übertragende Toner positiv geladen, kann die Trommel auf -3000 V mit der Stromquelle 70 vorgespannt werden.
• Wie im oben genannten US-Patent 4,712,906 ausführlich erläutert ist, werden nacheinander Bilder oder Bildpaare mit verschieden farbigen Tonern in den verschiedenen Tonerungsstationen 10-13 getonert, wenn die Vorrichtung im Mehrbildbetrieb, beispielsweise im Mehrfarbenbetrieb, arbeitet. Diese Folge von Bildern wird in Registerhaltung auf das Empfangsblatt übertragen, das von der Trommel 18 wiederholt in übertragungsposition zur Bahn 1 gebracht wird. Nach Beendigung des übertragungsvorgangs kann das Empfangsblatt der Bahn folgen, beispielsweise durch Abschalten des Vakuums, das es auf der Trommel 18 festhält, oder durch Ablösen mittels eines Abstreifers, einer anderen herkömmlichen Ablöseeinrichtung oder beidem. Das Empfangsblatt wird von der Bahn mit Hilfe einer elektrostatischen Blattransporteinrichtung 21 getrennt und zu einem Fixierer 40 transportiert. Danach wird die Bahn durch Verwendung einer Neutralisierungs- Koronaentladung und einer Neutralisierungs-Löschlampe und einer magnetischen Bürstenreinigungseinrichtung gereinigt, die sich an einer Reinigungsstation 22 befinden.
• Die übertragungstrommel 18 wird von einem Motor 37 angetrieben, und die Trommel treibt wiederum die Bahn 1 über einen Zahnkranz 32, der in Perforierungen 30 eingreift (Fig. 2). Der Zahnkranz 32 ist ebenfalls Teil eines Registerhaltungs- und Synchronisiersystems mit einem Zahnkranz 31 auf der Druckkopfwalze 2, der mit einem Codierer 33 verbunden ist. Der Codierer 33 überträgt Signale der Winkellage des Zahnkranzes 31 zu einem Antrieb 34 des Druckkopfs 8, wobei der Antrieb 34 die übertragung von Informationen von einer Informationsquelle 35 zum Druckkopf 8 steuert.
• Nachdem das Empfangsblatt den Fixierer 40 verlassen hat, kann es je nach Stellung des Deflektors 45 direkt in einen Entnahmetrog befördert oder vom Deflektor 45 auf einen Duplexpfad geleitet werden, wobei die Stellung des Deflektors von der Logik der Vorrichtung über nicht abgebildete Mittel gesteuert wird. Der Duplexpfad transportiert das Blatt mittels Rollen und Führungen, die es zuerst durch einen passiven Deflektor 46 zu den Umlenkrollen 50 leiten. Die Umlenkrollen 50 werden separat angetrieben, um das Empfangsblatt im Umlenkführungsmittel 51 zu befördern, bis ein entsprechender, nicht abgebildeter Fühler gemeldet hat, daß die Hinterkante des Blatts die passive Umlenkeinrichtung 46 passiert hat. Sobald die Hinterkante die passive Umlenkeinrichtung 46 passiert hat, werden die Umlenkrollen 50 umgeschaltet, und das Empfangsblatt wird von den Rollen 50 und anderen Antriebsrollen 52, 53 und 54 zu einer Position vor der übertragungsstation 16 zurückgeführt. Das Empfangsblatt kann durch Registerhaltungseinrichtungen geführt werden, um Schräglauf und Versatz in Quer- und Längsrichtung auszugleichen, und stoppt schließlich an den Ausrichtrollen 55.
• Die übertragungsstation 16 erhält Blätter aus einer von drei Quellen. Erstens kann sie Blätter eines bestimmten Formats von einer ersten Zuführung 25 erhalten, welche beispielsweise Blätter im Letter-Format enthalten kann, die mit der kurzen Seite parallel zur Aufgaberichtung zugeführt werden. Zweitens kann sie Blätter von einer zweiten Zuführung 26 erhalten, die beispielsweise Blätter im Ledger-Format mit der langen Seite parallel zur Transportrichtung enthalten kann. Drittens kann die übertragungsstation 16 Blätter beider Formate aus dem von den Rollen 55 gesteuerten Duplexpfad erhalten, welche bereits ein fixiertes Bild auf der Oberseite enthalten. Die Empfangsblätter aus einer dieser Quellen halten an den Schaltrollen 17 an. Die Schaltrollen 17 beschleunigen nach Eingang eines Signals von der (nicht abgebildeten) Logik und Steuerung der Vorrichtung und befördern das Empfangsblatt an den Berührungspunkt zwischen übertragungstrommel 18 und Bahn 1, sobald das erste zu übertragende Tonerbild sich dem Berührungspunkt nähert.
• Der Duplexpfad ist so lang, daß er je nach Blattlänge mehrere Blätter gleichzeitig aufnehmen kann. Beispielsweise können sich vier Blätter im Letter-Format oder zwei Blätter im Ledger-Format gleichzeitig im Duplexpfad befinden. Wenn der Drucker verschiedene Bilder auf verschiedene Blätter druckt, muß die Logik und Steuerung der Vorrichtung die erforderlichen Programme an die Belichtungs- und Tonerungsstationen liefern, damit die zum Schluß dem Entnahmetrog 41 zugeführten Blätter die richtige Reihenfolge unter Berücksichtigung der Anzahl der Blätter, die sich auf dem Duplexpfad befinden müssen, haben. Solche Programme sind den Fachleuten bekannt, siehe beispielsweise US-Patent 4,453,841 (Mead).
• Die übertragungstrommel läßt sich am besten in Fig. 2 und 3 erkennen. In Fig. 2 sind die Vakuumöffnungen 19 über die Breite der Trommel 18 angeordnet, um die Vorderkante eines Empfangsblatts festzuhalten. Die Öffnungen werden mit einem Vakuum aus einer schematisch dargestellten Vakuumquelle 80 über geeignete Leitungen und Ventile, von denen einige nicht abgebildet sind, beaufschlagt. Das US-Patent 4,712,906 enthält nähere Einzelheiten einer geeigneten Einrichtung zum Ein- und Abschalten des Vakuums zu den entsprechenden Zeitpunkten, damit die Öffnungen die Vorderkanten der Empfangsblätter festhalten.
• Die Trommel 18 hat einen Aluminiumkern und eine äußere Polyurethanschicht. Vorzugsweise hat das Polyurethan eine mittlere Leitfähigkeit, beispielsweise einen spezifischen Widerstand von 5 x 10&sup9; Ω/cm. Übertragungstrommeln mit einer oder mehreren äußeren Schichten mittlerer Leitfähigkeit sind bekannt und bieten gewisse Vorteile gegenüber Trommeln mit höherer Leitfähigkeit. Die äußere Schicht ist als einzelne Schicht dargestellt, sie kann jedoch aus mehreren Schichten bestehen. Siehe beispielsweise US-Patent 3,781,105, Meagher, vom 25. Dezember 1973, in dem einige Vorteile von übertragungstrommeln mittlerer Leitfähigkeit beschrieben sind und die Verwendung einer Trommel mit zwei äußeren Schichten dargestellt ist. Die Polyurethanschicht ist insofern leitend, als sie zur Erzeugung des für die Übertragung erforderlichen elektrischen Felds beiträgt.
• Wie in Fig. 3 dargestellt, halten Vakuumöf fnungen 19 die Vorderkante eines ersten Empfangsblatts 66 im Letter-Format fest, welches etwas weniger als die Hälfte des Umfangs der Trommel 18 einnimmt. Die Vorderkante eines zweiten Blatts 67 im Letter-Format wird von einer anderen Reihe Vakuumöffnungen 39 festgehalten. Für viele Papiersorten sind Vakuumöffnungen für die Vorderkante ausreichend. Um jedoch eine Vielzahl verschiedener Papiersorten einschließlich Transparentpapier optimal festzuhalten, tragen entlang der Hinterkante der Blätter angeordnete Vakuumöffnungen 29 zum Halten bei, indem sie ein Rutschen des Empfangsblatts auf der Trommeloberfläche und somit einen Versatz der Registerhaltung der Bilder verhindern. Außerdem kann eine Gruppe von Vakuumöffnungen 59 (Fig. 2) entlang einer oder beider seitlicher Kanten der Bildbereiche angeordnet werden, um eine zusätzliche Haltekraft zu erreichen.
• Soll ein Empfangsblatt im Ledger-Format verwendet werden, wird die Vorderkante ebenso durch die Vakuumöffnungen 19 gehalten, jedoch erstreckt sich das Blatt über eine Reihe von Öffnungen 29 und die Reihe von Öffnungen 39, die kurz vor der zweiten Reihe von Öffnungen 29 endet. Zum Festhalten der Hinterkante von Blättern im Ledger-Format wird eine weitere Reihe von Öffnungen 49 vorgesehen. Soll die Hinterkante anderer Blattformate (beispielsweise "Legal" (13 x 16")) festgehalten werden, sind weitere Reihen von Öffnungen für die zusätzlichen Hinterkanten erforderlich.
• Somit befindet sich mindestens eine Reihe von Vakuumöffnungen unter dem ersten Bildbereich während der übertragung auf ein Blatt im Ledger-Format, auch ohne daß die Öffnungen die Hinterkanten festhalten. Bei den zusätzlichen Reihen von Öffnungen zum Festhalten der Hinterkante von Blättern beträgt die Anzahl der Öffnungen ein Vielfaches. Unter bestimmten Bedingungen wirken sich die Vakuumöffnungen nicht negativ auf das endgültige Bild aus. In vielen Fällen, vor allem bei einem trockenen Empfangsblatt wie zum Beispiel einem Blatt, das einmal durch einen Fixierer gelaufen ist und nun die zweite Seite einer Duplexkopie oder ein harzgeleimtes Blatt, wie es zur Herstellung eines Transparents verwendet wird, empfängt, findet in dem Teil des Blatts über den Vakuumöffnungen nur eine ungenügende übertragung statt. Dies zeigt sich auf einem weißen Empfangsblatt als weißer Fleck auf dem Bild. Es wird angenommen, daß dies daher kommt, daß die Übertragung hauptsächlich durch ein relativ starkes elektrisches Feld zwischen der Oberfläche der Trommel 18 und einer leitenden Rückschicht der Bahn 1 erfolgt. In einer feuchten Umgebung ist das Papier leitend und sorgt für einen gewissen Durchgang des Felds über den Öffnungen. Unter trockenen Bedingungen hat das Empfangsblatt eine geringere Leitfähigkeit, und dieses Feld geht nicht mehr durch die Öffnungen hindurch. Der Toner wird nicht übertragen und bleibt an der Oberfläche der Bahn 1.
• Extrem kleine Vakuumöffnungen unterbrechen das Übertragungsfeld nicht so stark, daß unerwünschte sichtbare Artefakte entstehen. Der Durchmesser der Vakuumöffnung, die keinen sichtbaren Artefakt erzeugt, ändert sich im umgekehrten Verhältnis zum Widerstand der Empfangsblätter. Dies wird in Fig. 4 veranschaulicht, wo der Durchmesser einer Vakuumöffnung an der Schwelle zum Sichtbarwerden des Fehlers über dem spezifischen Oberflächenwiderstand des Empfangsblatts aufgetragen ist. Ein normales Blatt Papier in einer relativ feuchten Umgebung weist bei einer Vakuumöffnung von 3,0 mm oder darüber eventuell keinen Fehler auf. Ein harzgeleimtes Blatt, das allgemein für Transparente verwendet wird, kann jedoch noch bei Öffnungen mit einem Durchmesser bis 0,4 mm einen Fehler aufweisen. Um die verschiedensten Empfangsblätter aus Papier unter den am häufigsten herrschenden trockenen Bedingungen verarbeiten zu können, sollte die Öffnung einen Durchmesser unter 1,0 mm haben. Um jedoch die höchste Qualität unter sehr trockenen Bedingungen zu erzielen, insbesondere bei Duplexkopien, sind Öffnungen mit einem Durchmesser von 0,5 mm bis 0,65 mm vorzuziehen.
• Um bei den Transparenten mit der geringsten Leitfähigkeit sichtbare Fehler zu vermeiden, sind Öffnungsdurchmesser unter 0,4 mm erforderlich. Das Problem bei den Transparentpapieren läßt sich auf verschiedene Arten lösen. Einige Transparentpapiere haben eine höhere Leitfähigkeit, z.B. 10¹³ - 10¹&sup4; Ω/ . Dieses Material kann ohne Artefakt bei Öffnungen zwischen 0,5 und 0,65 mm verwendet werden. Aucb bei Material geringerer Leitfähigkeit ist der Fehler bei einer Öffnung von 0,5 bis 0,65 mm auf einem Transparent sehr klein. Sind die meisten Transparentkopien in der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung im Letter-Format, kann der Fehler vielleicht nur am Rand der Kopien auftreten und, weil er nur klein ist, akzeptabel sein. Als Alternative können sehr kleine Öffnungen von 0,4 mm verwendet werden. Einige der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung haben so kleine Öffnungen, daß sie in einer relativ sauberen Maschinenumgebung nicht verstopfen. Für die meisten Anwendungen ist jedoch die erstere Lösung mit Öffnungen von 0,5 bis 0,65 mm und Transparentpapier höherer Leitfähigkeit vorzuziehen.
• Die Haltekraft des Vakuums nimmt mit Verkleinerung der Vakuumöffnung ebenfalls ab, die Öffnungen neigen zum Verstopfen und die Herstellbarkeit der Öffnungen wird zum Problem. Erfindungsgemäß haben wir diese Probleme dadurch gelöst, daß wir eine große Zahl kleiner mit Laser gebohrter Öffnungen vorsehen, die stark vergrößert in Fig. 5 dargestellt sind. Vorzugsweise sind sie in einer geraden Linie und möglichst nahe beieinander angeordnet, wobei die Integrität der äußeren Schicht der übertragungstrommel erhalten bleibt. So können beispielsweise durch relativ genaues Bohren mit Laser mehr als 4 Öffnungen von 1 mm Durchmesser pro Zentimeter erreicht werden. Bei Öffnungen mit kleinerem Durchmesser läßt sich eine größere Dichte erzielen.
• Um ein Verstopfen der Öffnungen durch Papierstaub, Tonerpartikel, Fixieröl usw. zu verhindern, wurden die Öffnungen vorzugsweise in einer allgemein konischen Form gebohrt. Bei dieser konischen Form sorgt der in Fig. 5 durch durchgezogene Kreise dargestellte enge Teil der Öffnung für den Durchgang des elektrischen Übertragungsfelds, während der sich zur Innenseite der Trommel hin langsam erweiternde Rest der Öffnung weniger einengend ist und weniger zur Verstopfung durch Partikel neigt. Bei Verwendung dieser Anordnung haben wir festgestellt, daß man sogar bei Öffnungen mit einem Durchmesser (an der Verengung) unterhalb des Bereichs von 0,5 bis 0,65 mm eine erhebliche Vakuumkraft gleichmäßig aufbringen kann. In diesem Bereich ist der elektrische Durchgang des Felds für Bilder hoher Auflösung hervorragend.
• Fig. 6 zeigt ein Verfahren zur Herstellung solch kleiner konischer öffnungen. Ein Aluminiumkern 51 hat eine Vakuumöffnung 52 mit großem Durchmesser, beispielsweise 5 mm. Sie kann mit herkömmlichen Methoden gebohrt oder bei der Herstellung des Kerns selbst geformt werden. Die Oberfläche des Aluminiumkerns 51 wird mit einer Schicht 53 zumindest mittlerer Leitfähigkeit, beispielsweise einer Polyurethanschicht mit leitenden Zusätzen, die ihren Widerstand auf etwa 5 x 10&sup9; Ω-cm bringen, beschichtet oder auf sonstige Weise überzogen. Die Schicht 53 kann beispielsweise 6 mm dick sein.
• Ein Laser 55, im allgemeinen des gewöhnlich zum Feinbohren verwendeten Typs, hätte normalerweise eine Linse relativ langer Brennweite von beispielsweise 120 mm, um die Energie des Lasers durch eine beträchtliche Materialstärke zu bündeln. In diesem Fall wird jedoch eine Linse 56 relativ kurzer Brennweite von beispielsweise 60 mm zum Fokussieren eines Strahls 57 an einer Stelle an oder knapp unter der Oberfläche der Schicht 53 verwendet. Die Aufweitung des Laserstrahls ab der Linse 56 ist eine Umkehrfunktion seiner Brennweite. Daher weitet sich bei einer Linse kurzer Brennweite der Strahl bei seinem Durchgang durch das Material 53 erheblich auf und erzeugt somit eine im allgemeinen konische Öffnung 58.
• Handelsübliche Laserbohreinrichtungen fokussieren ihre Strahlen gewöhnlich auf bis zu 0,1 mm. Wie oben erläutert, sollte zur optimalen Aufrechterhaltung des Vakuums die Vakuumöffnung 58 einen kleinsten Durchmesser von etwas mehr als 0,1 mm haben. Mit der handelsüblichen Laserbohrvorrichtung wird der Laserstrahl automatisch im Kreis bewegt, um Bohrungen mit einem größeren als dem Strahldurchmesser zu erzeugen. Diese Methode ist auch bei einer Linse 56 kurzer Brennweite zur Erzeugung einer im allgemeinen konischen Öffnung wirksam. Aus Gründen der Fertigungstoleranz kann der Brennpunkt absichtlich etwas unterhalb der Außenfläche der Schicht 53 angeordnet werden. Somit kann die konische Öffnung ihren kleinsten Durchmesser tatsächlich etwas unterhalb der Oberfläche haben. Der Begriff "konisch" wird hier zur Beschreibung jeder Form verwendet, die im allgemeinen unten größer ist als oben.
• Früher wurden Vakuumöffnungen in übertragungstrommeln durch Bohren von Löchern mit einem Durchmesser von beispielsweise 5 mm direkt durch die Schicht 53 und die Schicht 51 hergestellte womit im wesentlichen ein einziges Loch durch beide Materialien geschaffen wurde. Es hat sich jedoch gezeigt, daß ein direktes mechanisches Bohren von Löchern unter 1 mm Durchmesser durch so verschiedene Materialien wie die Polyurethanschicht 53 und die Aluminiumschicht 51 recht schwierig ist. Desgleichen besteht bei geradem Laserbohren durch beide Oberflächen der beiden Materialien die Gefahr einer erheblichen Wärmeentwicklung beim Bohren durch das Aluminium, was sich auf die Haftung zwischen Polyurethan und Aluminium negativ auswirkt. Daher wird bei Anwendung der in Fig. 6 dargestellten Methode die Vakuumöffnung 52 mit konventionellen Mitteln gebohrt oder geformt, ehe die Schicht 53 aufgebracht wird.
• Fig. 7, 8 und 9 zeigen eine Methode, wie das Ausgangsprodukt für den in Fig. 6 dargestellten Prozeß hergestellt werden kann. Gemäß Fig. 7 wurde in den Aluminiumkern eine Vakuumöffnung 52 gebohrt. Ein Stück dünnen Bands 60 wird über die Vakuumöffnung 52 gelegt. Gemäß Fig. 8 wird dann das Polyurethan auf die Oberseite des Kerns 51 gespritzt oder auf andere Weise geformt, wobei das Band 60 verhindert, daß das Polyurethan in die Öffnung 52 eindringt und Vertiefungen in der Oberfläche erzeugt und die Öffnung 52 verstopft. Gemäß Fig. 9 wird dann ein konisches Loch 58 durch die Schicht 53 und das Band 60 gebohrt. Um eine schädliche Erwärmung der Grenzfläche zwischen den Schichten zu verhindern, wird das Band so gewählt, daß es den Laserstrahl nicht reflektiert. Es kann auch ein konventioneller Schaumstoffstopfen verwendet werden.
• Fig. 10, 11 und 12 zeigen eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer im allgemeinen konischen Vakuumöffnung in der Schicht 53. Gemäß Fig. 10 wird ein konventioneller Laserstrahl 53 auf die Schicht 53 gerichtet. Die Schicht 53 wurde auf den Aluminiumkern 51 aufgebracht, aber in den Kern 51 wurde noch keine Vakuumöffnung gebohrt. Wegen der etwas diffusen Reflektivität der Oberfläche des Kerns 51 wird ein Teil des Laserstrahls 57 unter beträchtlich vom Eintrittswinkel des Strahls abweichenden Winkeln reflektiert. Diese Reflektion kann zum Abtrag von Teilen der Schicht 53 in der Nähe des Kerns 51 führen, wodurch eine im allgemeinen konische Vakuumöf fnung 58 erzeugt wird. Es ist darauf zu achten, daß die Grenzfläche zwischen den Schichten nicht zu heiß oder die Verbindung zwischen Polyurethan und Aluminium im Bereich der Öffnung nicht beschädigt wird.
• Der Laserstrahl 57 ist als paralleler Strahl dargestellt. Jedoch erfahren alle Strahlen der derzeit handelsüblichen Laserbohrgeräte eine gewisse Aufweitung, auch bei Verwendung einer Linse relativ langer Brennweite. Diese geringe Aufweitung erzeugt von sich aus direkt eine Vakuumöffnung, die nur wenig einer streng zylindrischen Öffnung vorzuziehen ist. Jedoch kann durch die zusätzliche Aufweitung des von der Aluminiumoberfläche reflektierten Teils des Strahls eine konische Öffnung mit mehr als dem 1 1/2-fachen Durchmesser der Verengung im unteren Teil erzeugt werden.
• Nun muß der Aluminiumkern 51 sehr sorgfältig von unten gebohrt werden, um eine entsprechende Vakuumöffnung zu erzeugen. Dies ist in Fig. 11 dargestellt, wobei ein großer Bohrer 80 verwendet wird, der Teile der das in Fig. 12 dargestellte Endprodukt bildenden Schicht 53 nur geringfügig entfernt. Dieses spezielle Verfahren hat den Nachteil, daß die Öffnung 52 von der Rückseite des Kerns her gebohrt werden muß, was in vielen Fällen unbeguem ist. Außerdem muß recht genau gebohrt werden, damit die Schicht 53 nicht beschädigt wird.
• Eine diesem Verfahren ähnliche Alternative ist, die Öffnung 52 vor dem Aufbringen der Schicht 53, wie in Fig. 7-9 dargestellt, zu bohren. Eine ausreichend reflektierende Oberfläche, beispielsweise die Oberfläche eines Aluminiumstopfens, wird in die Öffnung 52 für das Laserbohren eingesetzt. Der Aluminiumstopfen reflektiert den Laserstrahl, wie in Fig. 10 dargestellt, und wird nach dem Bohren entfernt.
• Fig. 13 zeigt ein weiteres alternatives Verfahren zum Laserbohren einer konischen Vakuumöffnung. Gemäß Fig. 13 wird entweder der Laser oder der Kern 51 gekippt, so daß der nur wenig aufgeweitete Laserstrahl 57 um eine Position 68 rotiert, um eine im allgemeinen konische Vakuumöffnung in der Schicht 53 zu erzeugen.
• Bei all diesen Konstruktionen erhält man als Endprodukt eine Bohrung, deren Öffnung an ihrer engsten Stelle klein genug ist, um die übliche Unterbrechung im Durchgang des elektrischen Felds für die Übertragung zu verringern. Gleichzeitig neigt die Öffnung weniger dazu, mit Papierstaub und Tonerpartikeln zu verstopfen, weil dieser enge Teil der Öffnung nicht so dick wie die Schicht 53 ist. Wenn die Vakuumöffnungen so nahe beieinander wie möglich in einer geraden Linie angeordnet werden, was vorzuziehen ist, und wenn die Öffnung zur Innenfläche der Schicht 53 hin sich beträchtlich erweitert, überlappen die Öffnungen in ihrem unteren Teil, siehe Fig. 5. Deswegen kann die Vakuumöffnung 52 zweckmäßigerweise eine lange schmale Öffnung sein, die mit einer Reihe von Vakuumöffnungen kommuniziert. In ähnlicher Weise würde ein einzelnes Band 60 bei dem hinsichtlich der Fig. 7, 8 und 9 beschriebenen Fertigungsverfahren eine oder mehrere Öffnungen abdecken, die mit einer Reihe von Vakuumöffnungen kommunizieren.
• Selbst wenn eine wenn auch noch so geringe Aufweitung der Bohrung in den tieferen Teilen der Trommel sich auf die Verringerung eines Verstopfens positiv auswirkt, sollte, um ein optimales Ergebnis zu erzielen, der Durchmesser der Bohrung an der Grenzfläche zwischen der Schicht 53 und der Vakuumöffnung 52 mehr als das 1 1/2- fache des Durchmessers an der Verengung oder der engsten Stelle der Bohrung betragen. Bei einer 6 mm dicken Schicht 53 kann der größere Durchmesser mehr als das 3-fache des kleineren Durchmessers sein, um eine anscheinend lange schmale Rille in der Rückseite der Schicht 53 zu erzeugen.
• Wir haben festgestellt, daß bei Vakuumöffnungen, die nicht in einer geraden Linie neben der Kante des festzuhaltenden Papiers angeordnet werden, die von der Kante weiter entfernt liegenden Öffnungen weniger Haltekraft ausüben. Daher sollte, um ein optimales Ergebnis zu erzielen, die in Fig. 5 dargestellte gerade Linie von Bohrungen so nahe, wie die Toleranzen dies ermöglichen, an der Kante des festzuhaltenden Papiers angeordnet werden und die Linie sollte parallel zu dieser Kante, d.h. parallel zur Drehachse der Trommel, sein.
• Die Erfindung wurde unter spezieller Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform näher beschrieben, aber natürlich sind im Rahmen der oben beschriebenen und in den Ansprüchen festgelegten Erfindung verschiedene Abwandlungen möglich.
Zeichnungsbeschriftung: Fig. 4
• a Durchmesser der Vakuumöffnung
• c Oberflächenwiderstand in Ohm/Quadrat
• b Keine Artefakte

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Übertragen eines Tonerbildes von einem Bildträger auf ein Empfangsblatt mit

einem übertragungselement (18), dessen Oberfläche Vakuumöffnungen (58) aufweist,

einer Einrichtung (80) zum Anlegen eines Vakuums an die Vakuumöffnungen (58), durch welches das Empfangsblatt an der Oberfläche des übertragungselements (18) festgehalten ist, und

einer Einrichtung (70) zum Erzeugen eines elektrischen Feldes, durch das ein Tonerbild mit einem an der Oberfläche festgehaltenen Empfangsblatt in Anlage bringbar ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumöffnungen eine quer verlaufende Reihe (19) von Laserbohrungen (58) umfassen, die in einer Dichte von mindestens vier Bohrungen pro cm angeordnet sind und deren Durchmesser an der engsten Stelle nicht größer ist als 0,65 mm.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (18) aus einer Übertragungstrommel mit einer zylindrischen Außenfläche besteht und die Reihe von Bohrungen im wesentlichen parallel zur Trommelachse verläuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (18) eine übertragungstrommel ist, die eine leitfähige zylindrische Außenfläche besitzt, die von einer auf einem leitfähigen Metallkern (51) angeordneten äußeren Schicht (53) mittlerer Leitfähigkeit begrenzt ist, und die Vakuumuöffnungen durch den Metallkern und die äußere Schicht bis zur Oberfläche verlaufen, und daß die Vakuumöffnungen (58) Öffnungen (52) in dem Metallkern (51) umfassen und die in einer Reihe angeordneten Bohrungen mit den Öffnungen in dem Metallkern (51) in Verbindung stehen und eine im allgemeinen konische Form besitzen und benachbart der Oberfläche enger und an der Grenzfläche zwischen der äußeren Schicht (53) und den Öffnungen (52) des Metallkerns (51) breiter sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser einer jeden Bohrung an der Grenzfläche eineinhalb mal größer ist als der Durchmesser an der engsten Stelle.

5. Verfahren zur Herstellung einer Übertragungstrommel (18) für eine elektrostatische Übertragungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß

ein Kern (51) mit Vakuumöffnungen (52) versehen,

eine Schicht (53) aus einem Material von mindestens mittlerer Leitfähigkeit auf der Oberfläche des Kerns (51) ausgebildet

und eine Reihe von im Abstand voneinander liegenden, konisch geformten Laserbohrungen (58) hergestellt wird, die mit den Öffnungen in Verbindung stehen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor Herstellung der Schicht (53) mittlerer Leitfähigkeit in einem zusätzlichen Arbeit-schritt auf dem Kern (51) ein Überzug (60) aufgebracht wird, der verhindert, daß Material in die Öffnungen (52) gelangt, und daß bei der Herstellung der Bohrungen diese von dem Laser durch die Schicht (53) und den Überzug (60) gebohrt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (60) ein Band ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (60) die Laserstrahlung im allgemeinen nicht reflektiert.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung des Kerns (51) eine reflektierende Kernoberfläche erzeugt wird und bei dem Bohrvorgang infolge der reflektierenden Oberfläche konisch geformte Bohrungen (58) entstehen und daß die Vakuumöffnungen (52) erst nach der Herstellung der Laserbohrungen erzeugt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung der Bohrungen für jede Bohrung

ein Laserstrahl (57) auf eine Stelle in der Nähe der Außenfläche der Schicht (53) fokusiert und dabei eine Fokusiereinrichtung verwendet wird, deren Brennweite so gering ist, daß der Strahl (57) beiin Erreichen der Innenfläche der Schicht (53) eine wesentliche Aufweitung erfahren hat.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (57) auf eine direkt unterhalb der Außenfläche der Schicht (53) liegende Stelle fokusiert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Bohrvorgang die Richtung eines Laserstrahls (57) relativ zu der Schicht (53) um eine in der Nähe der Außenfläche der Schicht (53) liegende Stelle (68) gedreht wird, um Bohrungen zu erzeugen, die an der Innenfläche der Schicht wesentlich weiter sind als an der Drehstelle.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 5, 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste Durchmesser der Bohrungen (58) unter 1 mm liegt.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 5, 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in einer im wesentlichen geraden Reihe mit einer Dichte von mindestens vier Bohrungen pro cm erzeugt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Bohrungen (58) mit einem Durchmesser von weniger als 1 mm erzeugt werden und daß die Dicke der Schicht (53), die Dichte der Bohrungen und die Verbreiterung der Bohrungen (58) auf der Innenfläche der Schicht so gewählt werden, daß sich die Bohrungen an der Innenfläche der Schicht (53) überschneiden.