DE69213815T2 - Walze und Verfahren zur elektrostatischen Unterstützten direkter Übertragen von Flüssigtoner auf ein Druckmedium - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft allgemein elektrophotographisches Farbdrucken und insbesondere solche Farbdruckverfahren, welche transparente flüssige Toner mit verschiedenen Farben, wie Cyan, Gelb, Magentarot oder Schwarz, zum Übertragen entwickelter Farbbilder direkt auf ein benachbartes Druckmedium verwenden.
• In der europäischen Patentanmeldung mit dem Titel "Conditioning roller and method of operation for use with a photoconductive drum in an electrophotographic color printer" (EP-A- 513 820), welche daselbe Prioritätsdatum hat und im Namen der Hewlett-Packard Company am selben Tag wie diese Anmeldung eingereicht worden ist, sind weitere neue und nützliche Verbesserungen in der Technik des elektrophotographischen Druckens mit Hilfe von flüssigen Farbtonern und mit einer direkten Übertragung von in diesen Tonern entwickelten Farbbilder auf ein benachbartes Druckmedium offenbart.
• Auf dem Gebiet des elektrophotographischen Farbdruckens besteht ein herkömmlicher Zugang zum Entwickeln eines Farbbilds auf einem organischen Photoleiter und den nachfolgenden Übertragen des entwickelten Farbbilds auf ein benachbartes Druckmedium darin, ein sogenanntes Zwischenübertragungselement (intermediate transfer member (ITM)) zu verwenden, welches sich zwischen einer Oberfläche der organischen photoleitenden Trommel und der Oberfläche des Druckmediums befindet. Bei diesem Zugang werden flüssige Toner mit den Farben Cyan, Gelb, Magenta oder Schwarz zuerst elektrostatisch nacheinander von einer herkömmlichen Quelle für flüssige Toner auf die Oberfläche des organischen Photoleiters übertragen und dann seriell darauf entwickelt, z.B. durch Schreiben des gewünschten Farbbilds mit einem gesteuerten Laserstrahl oder einer anderen geeigneten Lichtquelle. Flüssige Farbtoner sind allgemein in der Technik des elektrophotographischen Druckens bekannt und z.B. genauer in den US-Patenten mit den Nummern 4 925 766 und 4 946 753 beschrieben, welche an Elmasry et al. erteilt wurden und den Titel "liquid Electrophotographic Toners" tragen.
• Wenn jede der Farben Cyan, Gelb, Magenta oder Schwarz individuell auf der organischen photoleitenden Trommel entwickelt worden ist, wird das Zwischenübertragungselement dann in engen Kontakt mit der Oberfläche der Trommel gebracht und gegen die Trommel gedreht, so daß seriell jedes Farbbild von der Oberfläche der photoleitenden Trommel auf das Zwischenübertragungselement übertragen wird. Da die Farbtoner, die bei diesem Prozeß verwendet werden, nicht direkt auf die Medien übertragen werden konnten, mußte jeder Farbtoner zuerst auf der photoleitenden Trommel entwickelt werden und dann auf dem Zwischenübertragungselement gespeichert werden, wo nacheinander entwickelte Farbbilder einander überlagert wurden. Wenn die Bilder für cyanfarbenen, magentaroten, gelbe und schwarzen Toner samtlich auf dem Zwischenübertragungselement ausgebildet worden waren, wurde das Druckmedium in engen Kontakt mit dem Zwischenübertragungselement gebracht, um das gesamte entwikkelte Farbbild darauf zu übertragen, wobei eine Kombination von Wärme und mechanischem Druck verwendet wurde, welche durch herkömmliche Transferwalzentechniken erzeugt wurde. Ein Beispiel der Verwendung eines Zwischenübertragungselements (ITM) zum Übertragen des Farbbilds von der photoleitenden Trommel zu den Druckmedien ist in dem US-Patent 4 286 039 offenbart, welches an Landa et al. erteilt wurde. Außerdem wurde ein ITM- Farbdrucker von der Art, welche vorangehend allgemein beschrieben wurde, auch durch die 3-M Company, Minneapolis, Minnesota beschrieben und wurde als ihr "Digital Matchprint or Digital Writer" bezeichnet; die Einzelheiten der Konstruktion dieses Farbdruckers sind jedoch derzeit nicht bekannt.
• Die Verwendung des oben beschriebenen Zwischenübertragungselements war bei dem obengenannten elektrophotographischen Farbdruckgerät nach dem Stand der Technik erforderlich, weil der enge Kontakt zwischen dem Toner und der aufnehmenden Oberfläche wesentlich für eine Hochqualitätsübertragung des entwikkelten Bilds von der Oberfläche der photoleitenden Trommel war. Die Notwendigkeit der Verwendung dieses Zwischenübertragungselementes hatte den Effekt, daß die Produktions- und Wartungskosten dieser Farbdrucker erhöht wurden, und erforderte kritische Ausrichtungen für die Übertragung und relative Bewegungen zwischen dem Zwischenübertragungselement und der photoleitenden Trommel, um eine akzeptable Druckqualität auf den bedruckten Medien zu erreichen.
• In der Folge wurden, als transparente Farbtoner entwickelt wurden, Vorschläge gemacht, das oben genannte Zwischenübertragungselement zu beseitigen und die Farbbilder direkt übereinander auf der Oberfläche der photoleitenden Trommel zu entwikkeln. Frühere Versuche, die entwickelten transparenten Farbbilder direkt von der Oberfläche der photoleitenden Trommel auf die Druckmedien zu übertragen, schlugen jedoch fehl, weil ausreichende Übertragungskräfte und/oder ein guter enger Kontakt zwischen den entwickelten Farbbildern auf der Trommel und der relative rauhen Oberfläche der Druckmedien als Folge der herkömmlichen Wärme- und Druckwalzentechniken nicht vorhanden waren. Die vorliegende Erfindung ist auf die Lösung dieses letztgenannten Problems gerichtet.
• Weitere entsprechende Übertragungswalzentechniken sind in dem US-Patent 4 309 803, welches an Blasak erteilt wurde und den Titel "Low cost foam roll for electrostatographic reproduction machine" trägt, und dem US-Patent 3 592 642 beschrieben, welches an Kaupp erteilt wurde und den Titel "Duplication method wherein a paper sheet heated to the melting pomt ofthe toner image simultaneously causes the transfer ofthe toner from the photoconductor and fusing ofthe toner image on the paper sheet". In dem Blasak-Patent wird eine formadaptive Schaumstoffwalze mit einem leitenden Kern zur Verwendung in einem Kopiergerät mit elektrostatischer Abbildung beschrieben. Bei Kaupp wird ein normales Papierblatt bis zu der Schmelztemperatur eines Toners erhitzt und in Kontakt mit einer photoleitenden Schicht gebracht und dann entfernt, um ein Tonerbild zu übertragen.
• GB-A-1 142 315 offenbart eine Vorrichtung, bei der ein pulverförmiges Tonerbild von dem lichtempfindlichen Element zu einem Blatt übertragen und gleichzeitig daran fixiert wird, indem elektrostatische Kräfte, Druck und Wärme dem Übertragungsbereich aufgegeben werden.
• Der allgemeine Zweck und das Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neue und verbesserte elektrophotographische Farbdruckvorrichtung zu schaffen, welche derart arbeitet, daß sie die entwickelten transparenten Farbtoner und Farbbilder direkt von der Oberfläche einer photoleitenden Trommel auf ein benachbartes Druckmedium überträgt, ohne daß ein zwischenübertragungsschritt durchlaufen wird, wie er vorangehend beschrieben wurde und bei dem ein Zwischenübertragungselement verwendet wird, das zwischen der Trommel und dem Druckmedium angeordnet ist.
• Ein weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, eine neue und verbesserte elektrophotografische Farbdruckvorrichtung von der beschriebenen Art zu schaffen, welche so arbeitet, daß sie die Probleme mit den Kosten, der Komplexität, der Zuverlässigkeit und der Druckqualität beseitigt, welche durch das Erfordernis der Verwendung dieses Zwischenübertragungselements nach dem Stand der Technik hervorgerufen wurden.
• Ein weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, die für das Druckgerät erforderliche Größe zu verringern.
• Um die vorangehenden Zwecke und Ziele zu erreichen und gleichzeitig viele weitere damit zusammenhängende Vorteile zu erreichen, die nachfolgend beschrieben werden, wird hier eine Direktübertragungswalzenvorrichtung zum direkten und effizienten Übertragen von transparenten flüssigen Farbtonern und entwikkelten Farbbildern darin von der Oberfläche einer photoleitenden Trommel zu einem benachbarten Druckmedium mit einem hohen Grad an Druckqualität offenbart und beansprucht. Die neue Direktübertragungswalzenvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist funktionell auf der Seite des Druckmediums gegenüber derjenigen der photoleitenden Trommel montiert und wird bis zu einem engen Kontakt gegen die Oberfläche des Druckmediums gedrückt, wenn die Oberfläche der photoleitenden Trommel in einem engen Kontakt mit der gegenüberliegende Fläche des Druckmediums gedrückt wird.
• Diese Direktübertragungswalzenvorrichtung enthält ein metallisches inneres Hülsenkernelement, innerhalb dessen eine Wärmequelle in geeigneter Weise montiert ist. Ein äußeres, nichtmetallisches Hülsenelement ist so angeordnet, daß es das innere Hülsenkernelement umgibt, und besteht vorzugsweise entweder aus einem leitenden Silikon oder einem leitenden Polyurethanmaterial, das typischerweise eine Dicke von der Größenordnung von 5 mm aufweist. Eine dünne äußere dielektrische Überzugsschicht ist auf der äußeren Oberfläche des äußeren Hülsenelements ausgebildet und im Betrieb wird diese äußere Überzugsschicht funktionell in direkten engen Kontakt mit den Druckmedien gebracht, die zwischen dieser dünnen Überzugsschicht und einer benachbarten Oberfläche einer photoleitenden Trommel durchlaufen, auf welcher Farbbilder entwickelt worden sind. Das innere metallische Hülsenelement der Übertragungswalze ist funktionell mit einer Quelle einer Gleichstromvorspannung verbunden, so daß die Übertragungswalze derart arbeitet, daß sie eine Kombination von thermischer Energie, elektrostatischen Kräften und mechanischem Druck auf die Druckmedien in einer optimalen Kombination dieser drei Parameter überträgt. Diese Arbeitsweise ist nützlich, um eine gute und vollständige Übertragung aller entwickelten Transparenttoner-Farbbilder von der Oberfläche der photoleitenden Trommel direkt auf das benachbarte Druckmedium ohne die Verwendung eines Zwischenübertragungselements zu übertragen.
• Das neue Verfahren, welches gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, umfaßt die Schritte des Drückens einer Übertragungswalze gegen die Oberfläche eines Druckmediums und des Aufbringens einer Kombination von elektrostatischen Kräften, mechanischen Kräften und thermischer Energie in einen Walzenspaltbereich, in dem ein flüssiger Toner auf das Druckmedium übertragen wird. Der elektrostatische Druck welcher an den flüssigen Toner angelegt wird, ist durch den folgenden Ausdruck definiert: Pe = [(EAT + EBT)/2] net, wobei EAT das elektrostatische Feld über der Tonerschicht ist, EBT das elektrostatische Feld unterhalb der Tonerschicht ist und net die elektrische Nettoladung auf der Tonerschicht ist, welche übertragen wird.
• Die vorangehende kurze Zusammenfassung der Erfindung wird zusammen mit ihren verschiedenen Zielen und zugehörigen Vorteilen besser in Bezug auf die folgenden Beschreibung der beigefügten Zeichnungen verständlich.
• Fig. 1 ist eine vereinfachte schematische Querschnittsansicht einer elektrophotographische Druckvorrichtung, bei welcher die vorliegende Erfindung verwendet wird.
• Fig. 2A ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche die verschiedenen Materialschichten für die elektrostatisch unterstützte Übertragungswalzenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Schichten umfassen auch die Druckmedien und die benachbarte photoleitende Trommel.
• Fig. 2B ist eine Tabellemit einigen typischen Schichtwerten und -dicken für die Querschnittsansicht der Fig. 2a.
• Fig. 3 ist eine stark vergrößerte Querschnittsansicht, welche die Umrisse der Kanten der Druckmedien (Papier) in Beziehung zu einem typischen Hochauflösungspunkt aus Toner zeigt, der von der Photoleiteroberfläche auf die Oberfläche des Papiers übertragen werden soll. Fig. 3 wird hier gezeigt, um die Notwendigkeit der unterstützenden elektrostatischen Techniken zu illustrieren, welche durch die vorliegende Erfindung ermöglicht werden.
• Fig. 4 ist eine Graphik, welche das kritische Paschen-Feld in Beziehung zu dem Feld oberhalb der Tonerschicht für einen bestimmten Satz von Bedingungen zeigt. Beide Felder, welche in V/µm angegeben sind, sind als eine Funktion des Abstands der Luftlücke oberhalb der Tonerschicht aufgetragen.
• Fig. 5 ist ein Diagramm der kritischen Spannung der Luftlücke, welche zwischen dem Toner und dem Papier zulässig ist, über der gesamten dielektrischen Dicke der Schicht, welche in Reihe mit der Luftlücke zwischen dem Toner und dem Papier vorhanden ist.
• Fig. 6 ist eine Graphik, in welcher das elektrostatische Übertragungsfeld, welches auf den Toner in dem Walzenspalt-Kontaktbereich einwirkt, als Funktion der Verweilzeit in dem Übertragungsspalt in Sekunden für Papiersorten aufgetragen ist, welche drei verschiedene Volumenwiderstände X cm aufweisen.
• Fig. 7 ist eine Graphik, welches den absoluten elektrostatischen Druck Pe, welcher auf den Toner einwirkt, als eine Funktion der Änderungen in dem spezifischen Widerstand der Medien für fünf verschiedene Spaltverweilzeiten wie angegeben zeigt. Diese Werte wurden unter Verwendung von optimalen Bedingungen bestimmt.
• Es wird nun auf Fig. 1 bezug genommen. Die dort gezeigte elektrophotographische Druckvorrichtung ist allgemein mit 10 bezeichnet und enthält eine organische photoleitende Trommel 12, welche so arbeitet, das sie sich wie dargestellt im Gegenuhrzeigersinn um eine zentrale Rotationsachse 14 dreht. Mehrere Quellen für schwarzen und farbigen flüssigen Toner 16 18, 20 und 22 sind wie dargestellt in der Nähe der einer unteren Oberfläche der photoleitenden Trommel 12 angeordnet und diese Cyan-, Gelb-, Magentarot- oder Schwarz-Quellen für flüssigen Toner werden in herkömmlicher Weise betrieben, um die flüssigen Toner nacheinander auf die Oberfläche der photoleitenden Trommel 12 einmal für jede Drehung der photoleitenden Trommel 12 µm 360º zu übertragen. Die cyanfarbenen, gelben, magentaroten oder schwarzen Farbebenen des Farbbilds werden nacheinander entwickelt, indem mit einem herkömmlichen Lichtstrahl 24 von einer Quelle 26 für monochromatisches Licht geschrieben wird.
• Die elektrophotographische Druckvorrichtung 10 wird auch typischerweise ein Koronarentladungselement 28 und ein Reinigungs element 30 aufweisen, welche beide wie dargestellt in der Nähe der Oberfläche der photoleitenden Trommel 12 angeordnet sind. Das Reinigungselement 30 wird in wohlbekannter Weise periodisch während des Entfernens von Tonerpartikeln von der Oberfläche der photoleitenden Trommel 12 in Eingriff gebracht. Die photoleitende Trommel 12 wird typischerweise eine aus Aluminium aufgebaute Trommel mit einem darauf befindlichen photoleitenden Material sein, welches aus einer 10µm-Ladungstransport schicht, typischerweise aus einem Hydrazonmaterial, und 0,4µm einer Ladungserzeugungsschicht besteht, welche ein Bisazo-Pigment enthält.
• Nachdem die cyanfarbenen, magentaroten, gelben und schwarzen Farbebenen des Bilds sämtlich auf der Oberfläche der photoleitenden Trommel 12 entwickelt worden sind, wird die elektrostatisch unterstützte Übertragungswalze, welche allgemein mit 32 bezeichnet ist, in der Richtung des Pfeils 34 bewegt, so daß das Druckrnedium 36 in direkten Kontakt mit der rotierenden Oberfläche der photoleitenden Trommel 12 gebracht wird.
• Die elektrostatisch unterstützte Übertragungswalze 32 weist ein inneres metallisches Hülsenelement 38, wie Aluminium, auf, welches eine regelbare Wärmequelle 40, wie eine in geeigneter Weise darin montierte längliche Quarzröhre oder -birne, aufweist. Ein äußeres Hülsenelement 42 ist so angeordnet, daß es das innere Hülsenelement 38 umgibt und das äußere Hülsenelement 42 besteht vorzugsweise aus einem leitenden Silikon oder einem leitenden Polyurethanmaterial. Eine dünne äußere Überzugsschicht 44, wie z.B. 25 µm - 50 µm eines Tetrafluorethylenharzes, wie Teflon , ist auf der äußeren Oberfläche des äußeren Hülsenelements 42 angeordnet und für das direkte Laufen gegen die benachbarten Druckmedien 36 eingerichtet.
• Die elektrostatisch unterstützte Übertragungswalzenvorrichtung 32 verwendet eine Kombination von mechanischem Druck, elektrostatischen Kräften und thermischer Energie, um eine nichtgeschmolzene Tonerschicht 46 zu der Unterseite der Druckmedien 36 zu übertragen, wo sie eine fixierte Tonerschicht wird, was unter 48 angedeutet ist. Die innere Metallhülse 38 ist mit Hilfe eines Leiters 50 mit einer Gleichstromversorgungsspannung 52 verbunden, welche das elektrostatische Feld für die Übertragungswalze 32 erzeugt. Wie oben angedeutet wurde, ist die Übertragungswalze 32 so konstruiert, daß sie effizient Wärme zu den Medien 36 über die zentral angeordnete Wärmequelle 40 leitet. Der elektrostatische Druck, welcher auf die Tonerschicht 46 einwirkt, wird typischerweise in dem Bereich von 690 Pa - 1380 Pa (0,1 psi - 0,2 psi) liegen und es wird nachfolgend gezeigt, daß das elektrostatische "Ziehen" der Tonerschicht 46 zu den Druckmedien 36 hin direkt mit der Stärke der mittleren elektrostatischen Felder oberhalb und unterhalb der Tonerschicht 46 sowie mit der elektrischen Nettoladung des Toners korreliert ist. Dieser elektrostatische "negative" Druck, der mit den schichtbildenen Neigungen des Toners unter einer zusätzlichen Kombination von Wärme und mechanischem Druck gekoppelt ist, ist der Schlüssel zum effizienten Übertragen der Tonerschichten 46 zu den Medien 36 ohne einen wesentlichen Verlust der Bildqualität oder der Zeichentreue.
• Nunmehr bezugnehmend auf die Mehrschicht-Querschnittsansicht, die in Fig. 2A gezeigt ist, zusammen mit der entsprechenden Tabelle von Werten, die in Fig. 2B gezeigt ist, ist diese Darstellung dafür vorgesehen, das Problem hervorzuheben, das besteht, wenn die Kontur der Oberfläche der Drucknedien hinreichend rauh ist, so daß sie Luftlücken oberhalb der Tonerschicht erzeugt, welche über einer dünnen Isoparschicht auf der Oberfläche der photoleitenden Trommel ausgebildet werden. Diese Luftlücken machen es unmöglich, unter den Bedingungen von Wärme und Druck alleine zu bewirken, daß alle entwickelten Gebiete der nicht verschmolzenen Tonerschicht zu der unteren Oberfläche der Druckmedien übertragen werden.
• Nunmehr bezugnehmend auf Fig. 3 ist die Darstellung dieses Problems wieder stark vergrößert, wobei typischerweise in einem elektrostatischen Drucker mit 600 dots per inch (dpi) der Tonerpunkt 60 typischerweise 2µm dick sein und einen Durchmesser von 70µm aufweisen kann. In dieser Darstellung kann die rauhe Kontur der dargestellten Medien fast vollständig von jedem direkten physikalischen Kontakt mit der Unterseite der 100µm dicken Medienschicht entfernt sein. Gemäß der vorliegenden Erfindung wirkt jedoch das elektrostatische Feld, das in der Übertragungswalze 32 erzeugt wird, zusammen mit der Wärme und dem mechanischen Druck, der von der Übertragungswalze 32 ausgeübt wird, derart, daß gewährleistet ist, daß im wesentlichen alle der 600 dpi Tonerpunkte zu der Unterseite des Papiers 36 in der im folgenden näher beschriebenen Weise gezogen werden.
• Der elektrostatische Druck Pe, der auf die Tonerschicht in dem Walzenspaltbereich wirkt, kann gemäß der folgenden Gleichung 1 definiert werden, welche auf die Maxwellsche Spannungsgleichung und die Definition des elektrostatischen Drucks zurückgeht, welche in der Theorie des elektrostatischen Felds wohlbekannt ist.
• Gleichung 1: Pe = [(EAT + EBT)/2] net,
• wobei EAT gleich dem elektrostatischen Feld oberhalb der Tonerschicht ist, EBT gleich dem elektrostatischen Feld unterhalb der Tonerschicht und net gleich der elektrischen Nettoladung auf dem Toner ist. Das elektrostatische Feld EAT oberhalb der Tonerschicht ist eine zeitabhängige Funktion, welche aufgrund des Volumenwiderstands des Papiers und der Verweilzeit in dem Übertragungswalzenspalt bzw. der Kontaktzone variiert. Das elektrostatische Feld EBT unterhalb der Tonerschicht ist in dem Bereich der Dünnflüssigkeits- (Isopar)-Schicht an der Oberfläche der photoleitenden Trommel 12 vorhanden und durch Gleichung 2 wie folgt gegeben:
• Gleichung 2:EBT = 1/kiso [ net/ε&sub0; + EAT],
• wobei kiso gleich der dielektrischen Konstanten der Isoparfluidschicht unterhalb des Toners, net gleich der elektrischen Nettoladung auf dem Toner ist, ε&sub0; gleich der Dielektrizitätskonstanten des freien Raums ist und EAT gleich dem zeitabhängigen elektrostatischen Feld in dem Luftraum gerade oberhalb der Tonerschicht ist. Dementsprechend kann der elektrostatische Druck, welcher auf die geladene Tonerschicht einwirkt, nun zu dem folgenden Ausdruck vereinfacht werden:
• Gleichung 3: Pe = [EAT(kiso + 1)/(2 kiso) + net/(2 kiso ε&sub0;] net
• Man beachte auch, daß bei einer positiven elektrischen Ladung auf dem Toner und einer negativen elektrischen Vorspannung, welche an die Übertragungswalze 32 angelegt wird, das elektrostatische Feld EAT oberhalb der Tonerschicht eine negative Funktion per Konvention ist. Der Toner wird andererseits eine positive Polarität aufweisen, so daß die Minimalanforderung oder Schwellenbedingung für den notwendigen "negativen" Übertragungsdruck vorliegt, wenn die folgende Bedingung erreicht wird, wobei Absolutwerte verwendet werden:
• Gleichung 4: EAT [kiso + 1] /kiso ≥ net/(kiso ε&sub0;).
• Daher liegt das Schwellenniveau für den minimalen Absolutwert von EAT, der notwendig ist, um dem entwickelten, nicht verschmolzenen flüssigen Toner von der photoleitenden Trommel 12 zu den Druckmedien 36 zu ziehen, vor, wenn der folgende Ausdruck ergibt:
• Gleichung 5: EAT = net/(ε&sub0; [kiso + 1])
• Die vorangehend in Gleichung 5 angegebene Bedingung gewährleistet, daß das elektrostatische Ablösefeld, welches an dem Toner zieht, größer als das Gegenfeld ist, welches entgegengesetzt gerichtet und dazu dient, den Toner ausreichend an der Oberfläche der photoleitenden Trommel anzuziehen. Weiterhin deuten die vorangehend gegebenen Gleichungen für den elektrostatischen Druck darauf hin, daß der optimale elektrostatische Übertragungsdruck durch eine sorgfältige Auswahl sowohl der Tonerladung pro Einheitsmasse als auch der Dicke der Tonerschicht erreicht werden kann.
• Das kritische elektrostatische Feld, welches in dem Luftzwischenraum zwischen den Medien 36 und der Tonerschicht 46 bei Umgebungsdruck zulässig ist, wird wie folgt durch die bekannte Paschengleichung für kurze Luftlücken zwischen 5µm und 100µm beschrieben:
• Gleichung 6: Ecritical = 6,2 V + 312 V/lat,
• wobei lat gleich dem Luftzwischenraum oberhalb der Tonerschicht 46 ist. Das elektrostatische Feld EAT in dem Luftzwischenraum gerade oberhalb der Tonerschicht ist ebenfalls in Fig. 4 der Zeichnungen dargestellt und diese Graphik oder Zeichnung in Fig. 4 zeigt das maximale Feld, das gerade oberhalb der Tonerschicht akzeptiert werden kann, ohne eine Luftionisierung zu erzeugen, welche ansonsten disruptives Zerstreuen des Toners und eine Verschlechterung des Bilds hervorrufen würde. Das in Fig. 4 gezeigte elektrostatische Feld oberhalb der Tonerschicht wurde erzeugt, indem eine maximal zulässige Vorspannung von -981 V verwendet wurde, welche an das innere Hülsenelement 38 der Übertragungswalze angelegt wurde, und indem eine Verweilzeit in dem Übertragungswalzenspalt von 200 ms und ein Volumenwiderstand des Papiers von 10&sup9; X cm verwendet wurde. Während diesem Übertragen des Bilds von der photoleitenden Trommel auf die Druckmedien sollte die Quarzröhre 40 auf eine geregelte hohe Temperatur aufgeheizt sein, welche ausreichend ist, um die Temperatur der Medien in einen Bereich von 70ºC bis 80ºC anzuheben. Gleichzeitig sollte der mechanische Druck in dem Walzenspaltbereich von der Größenordnung von 34500 Pa (5 psi) oder mehr sein. Diese Kombination von Werten gewährleistete, daß das kritische Paschen-Schwellenfeld in dem Luftzwischenraum oberhalb des Toners nicht überschritten wurde, was ansonsten zu einer disruptiven Luftionisation, einer Bildverschlechterung und einem Verlust an elektrostatischern Übertragungsdruck, der auf den Toner einwirkt, geführt hätte.
• Nunmehr bezugnehmend auf Fig. 5 ist die maximal zulässige Spannung über der Luftlücke oberhalb des Toners in dieser Figur als Funktion der gesamten dielektrischen Dicke in Reihe mit dem Luftzwischenraum oberhalb des Toners dargestellt. Bei diesem Beispiel betrug die Summe der dielektrischen Dicken oberhalb des Toners ungefähr 37,8 µm und dieser Wert führte seinerseits zu einer kritischen Spannung von 1086,7 V innerhalb der Luftlücke oberhalb der Tonerschicht.
• Nunmehr bezugnehmend auf Fig. 6 sind einige typische Werte für die elektrostatischen Felder EAT in V/nm dargestellt, welche auf den Toner in dem Bereich des engen Kontakts bzw. dem Walzenspaltbereich zwischen den Medien 36 und der Übertragungswalze 32 einwirken. Man kann davon ausgehen, daß die Übertragungsfelder in Fig. 6 von einem Minimum von ungefähr 12,7 V/µm bei Verwendung von Medien mit einem hohen Widerstand bis zu einem Maximum von ungefähr 22,5 V/µm für stärker leitende Medien variieren.
• Nunmehr bezugnehmend auf Fig. 7 sind die resultierenden Werte des auf den Toner einwirkenden elektrostatischen Drucks Pe in psi als Funktion des Widerstands der Medien in X cm und der Kontaktverweilzeit in dem Übertragungswalzenspalt in 5 gezeigt.
• Verschiedene Modifikationen können in und an der oben beschriebenen Ausführungsform vorgenommen werden, ohne den Bereich der Erfindung wie beansprucht zu verlassen.

Claims (7)

1. Elektrostatisch unterstützte Übertragungswalzenvorrichtung (32), welche zum direkten Übertragen von flüssigen Tonern (48) auf ein Druckmedium (36) eingerichtet ist und welche umfaßt:

a) ein metallisches inneres Hülsenelement (38), in dem eine regelbare Wärmequelle (40) in geeigneter Weise montiert ist,

b) ein nichtmetallisches äußeres Hülsenelement (42), welches so angeordnet ist, daß es das innere Hülsenelement (38) umgibt, und

c) eine Einrichtung (50), welche das metallische innere Hülsenelement (38) mit einer Quelle eines Vorspannungs-Gleichspannungspotentials (52) verbindet, so daß die Übertragungswalze so betrieben werden kann, daß gleichzeitig eine Kombination von mechanischem Druck, thermischer Energie und elektrostatischen Kräften auf eine Oberfläche der Druckmedien aufgebracht wird, um dadurch entwickelte Toner von der Oberfläche einer photoleitenden Trommel (12) effizient abzuziehen, welche gegen die entgegengesetzte Oberfläche der Druckmedien (36) bewegt wird.

2. Vorrichtung wie in Anspruch 1 definiert, welche eine dünne äußere Überzugsschicht (44) aufweist, welche an der äußeren Oberfläche des äußeren Hülsenelements (42) angeordnet und zum direkten Antreiben eines benachbarten Druckmediums (36) eingerichtet ist.

3. Vorrichtung wie in Anspruch 2 definiert, bei welcher der dünne Überzug (44) ein ausgewähltes Polyurethanmaterial oder ein nicht haftendes Material wie Tetrafluorethylenharz umfaßt.

4. Vorrichtung wie in Anspruch 1, 2 oder 3 definiert, bei der das metallische innere Hülsenelement (38) aus Aluminium besteht und das nichtmetallische äußere Hülsenelenent (42) aus der Gruppe gewählt ist, die aus leitendem Silikon und leitendem Polyurethan besteht.

5. Verfahren zum Übertragen eines Farbbilds auf Druckmedien, welches die folgenden Schritte umfaßt:

a) Entwickeln von flüssigen Tonern übereinander auf der Oberfläche einer photoleitenden Trommel (12) und

b) Verwenden einer Kombination von Wärme, mechanischen Kräften und elektrostatischen Kräften von einer Überträgüngswalze (32), um die entwickelten flüssigen Toner auf die Druckmedien (36) zu übertragen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem der Schritt des Verwendens einer Kombination von Wärme, mechanischen Kräften und elektrostatischen Kräften von einer Übertragungswalze zum Übertragen der entwickelten Toner auf die Druckmedien die folgenden Schritte umfaßt:

a) Bewegen der Übertragungswalze gegen die entgegengesetzte Oberfläche des Druckmediums (36) in dem Bereich, in dem eine Tonerschicht zu übertragen ist, und gleichzeitiges

b) Aufbringen einer Kombination von elektrostatischen Kräften, mechanischen Kräften und thermischer Energie von der Übertragungswalze auf die besagte entgegengesetzte Oberfläche des Druckmediums. (36).

7. Verfahren wie in Anspruch 6 definiert, bei dem der Schritt des Aufbringens einer Kombination von elektrostatischen Kräften, mechanischen Kräften und thermischer Energie von der Übertragungswalze zu der besagten entgegengesetzten Oberfläche des Druckmediums den Schritt des Erzeugens eines elektrostatischen Drucks, Pe, auf die Toner auf der Oberfläche der photoleitenden Trommel, der gleich

= [(EAT + EBT)/2] net

ist, wobei EAT das elektrostatische Feld oberhalb der Tonerschicht ist, EBT das elektrostatische Feld unterhalb der Tonerschicht ist und anet die elektrische Nettoladung auf der Tonerschicht ist, die übertragen wird, durch Anlegen einer vorbestimmten Gleichspannung (52) an die Übertragungswalze umfaßt, welche auf der gegenüberliegenden Seite der Medien bezüglich der photoleitenden Trommel angeordnet ist.