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Die vorliegende Erfindung betrifft ein
elektrophotographisches Aufzeichnungsgerät, wie beispielsweise ein
Kopiergerät, einen Laserdrucker oder ähnliches, und
speziell eine Verbesserung eines derartigen
elektrophotographischen Aufzeichnungsgerätes, bei dem für die Aufzeichnung
eines Bildes ein Einkomponentenentwickler verwendet wird.
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Bei einem elektrophotographischen Aufzeichnungs
gerät werden in typischer Weise die folgenden Prozesse
durchgeführt:
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a) es wird eine einheitliche Verteilung von
elektrischen Ladungen auf einer Oberfläche eines Körpers
erzeugt, der ein elektrostatisches latentes Bild trägt;
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b) es wird auf einem geladenen Bereich der
Körperoberfläche ein elektrostatisches latentes Bild mit Hilfe
einer optischen schreibeinrichtung, wie beispielsweise
einem Laserstrahl-Scanner, einem optischen Projektor oder
ähnlichem ausgebildet;
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c) es wird das latente Bild in ein sichtbares
Bild mit Hilfe eines Entwicklers oder Toners entwickelt,
der elektrisch geladen ist, so daß er elektrostatisch an
der latenten Bildzone anhaftet;
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d) das entwickelte Tonerbild wird elektrostatisch
von dem Körper auf ein Blatt oder Papier übertragen; und
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e) das übertragene Tonerbild wird fixiert und auf
dem Blatt oder Papier mit Hilfe einer Tonerbild-Fixierein
richtung, wie beispielsweise einer Heizwalze,
aufgezeichnet.
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In typischer Weise kann der Körper, der das
elektrostatische latente Bild trägt, ein
elektrophotographischer Photorezeptor sein, der in üblicher Weise als eine
Trommel ausgebildet ist und als eine photoempfindliche
Trommel bezeichnet wird, die ein zylinderförmiges
leitfähiges Substrat und einen photoleitfähigen isolierenden Film
aufweist, der an eine zylinderförmige Oberfläche derselben
gebunden ist. Im allgemeinen wird der geladene Bereich auf
der Trommel mit Hilfe eines elektrischen Entladers erzeugt,
wie beispielsweise mit Hilfe eines Koronaentladers und
dieser Typ eines Entladers wird auch dazu verwendet, um das
entwickelte Tonerbild von der Trommel auf Papier zu
übertragen.
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Als ein Typ eines Entwicklers ist ein
Zweikomponentenentwickler gut bekannt, der aus einer Tonerkomponente
(farbigen feinen synthetischen Harzteilchen) und einer
Magnetkomponente (feine Magnetträger) zusammengesetzt ist. In
typischer Weise haben die Tonerteilchen einen mittleren
Durchmesser von ca. 10 µm und die magnetischen Träger haben
einen Durchmesser, der zehnmal größer ist als der mittlere
Durchmesser der Tonerteilchen. Gewöhnlich enthält eine
Entwicklungsvorrichtung, welche diesen Typ eines Entwicklers
verwendet, ein Behältnis zur Aufbewahrung des
Zweikomponentenentwicklers, indem der Entwickler mit Hilfe einer
Umrührvorrichtung umgerührt wird, die in dem Behältnis
vorgesehen ist. Dieses Umrühren bewirkt, daß die Tonerteilchen
und die magnetischen Träger einer Tribo-Elektrifizierung
unterworfen werden, wodurch die Tonerteilchen
elektrostatisch an jedem der magnetischen Träger anhaften. Die
Entwicklungsvorrichtung enthält auch eine Magnetwalze, die in
dem Behältnis vorgesehen ist, und zwar in Form einer
Entwicklungswalze, in solcher Weise, daß ein Abschnitt der
Magnetwalze freiliegt und zur Oberfläche der
photoempfindlichen Trommel hinzeigt. Die magnetischen Träger mit den
Tonerteilchen haften magnetisch an der Oberfläche der
Magnetwalze an, um dadurch eine Magnetbürste um dieselbe
herum zu bilden und indem die Magnetwalze gedreht wird, welche
die Magnetbürste trägt, werden die Tonerteilchen auf die
Oberfläche der Trommel aufgebracht, um das darauf
ausgebildet elektrostatische latente Bild zu entwickeln.
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Bei diesem Entwicklungsprozeß hängt die Qualität
des entwickelten Tonerbildes und daher auch das
aufgezeichnete Tonerbild stark von dem Ausmaß der elektrischen Ladung
an dem Toner ab und es wird das Ausmaß der elektrischen
Ladung durch Umweltfaktoren beherrscht, speziell der
Temperatur und dem Luftfeuchtigkeitsgehalt. Im allgemeinen wird
die elektrische Ladung des Toners bei einer niedrigen
Temperatur und einem niedrigen Luftfeuchtigkeitsgehalt größer,
während das Ausmaß der Ladung des Toners unter einer hohen
Temperatur und bei einem hohen Luftfeuchtigkeitsgehalt
kleiner wird. Wenn der Toner übermäßig aufgeladen wird,
wird die Dichte des Tonerbildes abgesenkt, wodurch eine
Verschlechterung des aufgezeichneten Tonerbildes verursacht
wird. Wenn andererseits die Ladung an dem Toner kleiner
wird, wird die Dichte des Tonerbildes höher, es erscheint
jedoch ein elektrophotographischer Nebel in Form einer
Verschmutzung auf dem Blatt oder Papier, wenn die Ladungen des
Toners zu klein werden.
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Es ist auch ein Einkomponentenentwickler bekannt,
der lediglich aus einer Tonerkomponente zusammengesetzt ist
(farbige feine synthetische Harzteilchen) und es gibt zwei
Typen von Einkomponentenentwickler; der magnetische Typ und
der nicht-magnetische Typ. Jedes Tonerteilchen des
Einkomponentenentwicklers vom magnetischen Typ besitzt einen
Harzteil und einen magnetischen feinen Puderteil, während
jedes Teilchen des Einkomponentenentwicklers vom
nichtmagnetischen Typ lediglich einen Harzteil besitzt. Eine
Entwicklungsvorrichtung, die einen Einkomponentenentwickler
des magnetischen Typs verwendet, ist ebenfalls mit einer
Magnetwalze ausgestattet, die im wesentlichen in der
gleichen Weise wie diejenige für den Zweikomponentenentwickler
konstruiert sein kann. Es kann nämlich der
Einkomponentenentwickler vom magnetischen Typ ebenfalls auf die
Oberfläche der photoempfindlichen Trommel mit Hilfe der
rotierenden Magnetwalze aufgebracht werden, wie bei der
Entwicklungsvorrichtung, die den Zweikomponentenentwickler
verwendet. Bei einer Entwicklungsvorrichtung, die den
Einkomponentenentwickler vom nicht-magnetischen Typ verwendet, wird
eine leitfähige elastische Walze als die Entwicklungswalze
verwendet, die aus einem leitfähigen Schaumgummimaterial
hergestellt sein kann. Wenn die leitfähige elastische Walze
innerhalb eines Körpers des Entwicklers in Drehung versetzt
wird, der von einem Behältnis gehalten wird, werden die
Tonerteilchen reibungsmäßig eingefangen und auf die
Oberfläche der photoempfindlichen Trommel aufgebracht.
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Bei der Entwicklungsvorrichtung, die den
Einkomponentenentwickler verwendet, ist es immer erforderlich,
den Toner auf die Trommel in einer einheitlichen Dicke
aufzubringen, bevor eine gleichmäßige Entwicklung des latenten
Bildes erhalten werden kann. Es muß nämlich eine
einheitliche Schicht aus Toner um die Entwicklungswalze herum
ausgebildet werden. Für diesen Zweck ist die
Entwicklungsvorrichtung mit einem Klingenteil ausgestattet, welches an der
Oberfläche der Entwicklungswalze angreift, um die Dicke der
Tonerschicht, die um diese herum ausgebildet wird,
einheitlich zu regulieren. Das Klingenteil dient auch dazu,
elektrisch die Tonerteilchen durch eine Tribo-Elektrifizierung
dazwischen zu laden. In diesem Fall wird das Material des
Klingenteiles so ausgewählt, daß der Toner mit einer
gewünschten Polarität geladen wird. Nichtsdestoweniger wird
die Ladungscharakteristik des Einkomponentenentwicklers
auch durch die Temperatur und den Luftfeuchtigkeitsgehalt
beeinflußt. Allgemein neigt der Einkomponentenentwickler
dazu, eine niedrige elektrische Ladung bei der
Tribo-Elektrifizierung mit dem Klingenteil zu erhalten und es kann
somit ein elektrophotographischer Nebel selbst unter einer
normalen Temperatur und einem normalen
Luftfeuchtigkeitsgehalt erscheinen.
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Bei dem herkömmlichen elektrophotographischen
Aufzeichnungsgerät ergibt sich auch ein Problem in
Verbindung mit dem Tonerbild-Übertragungsprozeß. Die elektrische
Entladungsvorrichtung, die bei diesem Prozeß verwendet
wird, erteilt dem Blatt oder Papier eine elektrische Ladung
mit einer Polarität, die entgegengesetzt zu derjenigen des
entwickelten Tonerbildes ist, wodurch das Tonerbild
elektrostatisch von der photoempfindlichen Trommel auf das
Papier übertragen wird. Die Qualität des übertragenen
Tonerbildes und daher des aufgezeichneten Tonerbildes hängt von
dem Tonerübertragungswirkungsgrad ab und dieser
Tonerübertragungswirkungsgrad wird auch durch die Temperatur und den
Luftfeuchtigkeitsgehalt bestimmt. Es sei darauf
hingewiesen, daß der Tonerübertragungswirkungsgrad definiert ist
als das Verhältnis der Menge des übertragenen Toners zur
Gesamtmenge des Toners, der von der Trommel gehalten wird.
Wenn die Temperatur und der Luftfeuchtigkeitsgehalt
zunehmen, wird der Tonerübertragungswirkungsgrad vermindert, so
daß die Dichte des übertragenen Tonerbildes und daher auch
das aufgezeichnete Tonerbild abgesenkt bzw. verschlechtert
wird.
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Darüber hinaus ist die elektrische
Entladungsvorrichtung, die bei dem Tonerübertragungsprozeß verwendet
wird, mit einem inhärenten Fehler behaftet, und zwar
dahingehend, daß Ozon während der Erregung derselben erzeugt
wird. Ozon ist aber nicht nur für die Gesundheit
nachteilig, sondern verursacht auch eine vorzeitige
Verschlechterung der photoempfindlichen Trommel und anderer Teile des
Druckers. Auch führt die Verwendung der elektrischen
Entladungsvorrichtungen zu einer Erhöhung der Herstellungskosten
des Aufzeichnungsgerätes, da dieses mit einer elektrischen
Hochspannungs-Stromversorgungsquelle für die elektrische
Entladungsvorrichtung und mit einem Ozonfilter zum
Verhindem des Austretens von Ozon ausgestattet werden muß.
Natürlich gilt dies auch für die elektrische
Entladungsvorrichtung, die dazu verwendet wird, um den elektrisch
geladenen Bereich auf der photoempfindlichen Trommel
herzustellen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein
elektrophotographisches Aufzeichnungsgerät geschaffen, welches
einen Körper umfaßt, der ein elektrostatisches Bild trägt,
auf dem ein elektrostatisches latentes Bild ausgebildet
werden kann, mit einer Entwicklungseinrichtung, um das
elektrostatische latente Bild auf dem Körper
elektrostatisch unter Verwendung eines elektrostatisch geladenen
Einkomponentenentwicklers zu entwickeln, um ein geladenes,
entwickeltes Bild herzustellen, und mit einer
Übertragungseinrichtung, um das entwickelte Bild von dem Körper auf ein
Aufzeichnungsmedium elektrostatisch zu übertragen, wobei
die Entwicklungseinrichtung ein leitfähiges
Entwicklungswalzenteil enthält, welches so angeordnet ist, um eine
Entwicklerschicht
um dasselbe herum zu erzeugen und um die
Entwicklerschicht auf dem Körper aufzubringen, um das
latente Bild zu entwickeln, mit einem leitfähigen Regulier-
Klingenteil, welches nachgiebig an die Entwicklungswalze
angreift, um einheitlich die Dicke der Entwicklerschicht zu
regulieren, die um die Entwicklungswalze herum ausgebildet
wird, und mit einer Einrichtung zum Aufbringen einer
elektrischen Ladung auf das regulierende Klingenteil, um die
Entwicklerschicht durch eine Ladungs-Injektionswirkung
elektrisch zu laden, dadurch gekennzeichnet, daß die
Übertragungseinrichtung ein leitfähiges Übertragungswalzenteil
enthält, welches in Berührung mit dem genannten Körper und
der Einrichtung zum Aufbringen einer elektrischen Ladung
auf das leitfähige Übertragungswalzenteil steht, um dem
Aufzeichnungsmedium eine elektrische Ladung einer Polarität
zu geben, die entgegengesetzt zu derjenigen des
entwickelten Bildes während des Durchlaufs des Aufzeichnungsmediums
durch eine Spitze oder Umkehrpunkt zwischen dem Körper und
dem leitfähigen Übertragungswalzenteil ist.
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Das Gerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1
ist aus der EP-A-0 323 252 bekannt.
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Bei dem elektrophotographischen
Aufzeichnungsgerät, welches zuvor erläutert wurde, ist der genannte Körper
in bevorzugter Weise aus einem photoempfindlichen Körper
geformt, auf dem ein elektrisch geladener Bereich erzeugt
werden kann, um das latente Bild auszubilden. In diesem
Fall sollte eine Ladevorrichtung vorgesehen sein, um den
elektrisch geladenen Bereich auf dem photoempfindlichen
Körper zu erzeugen, wobei die Ladevorrichtung als eine
leitfähige, kontaktierende Ladeeinrichtung ausgebildet ist.
Die leitfähige, kontaktierende Ladevorrichtung kann aus
einer leitfähigen Drehbürsten-Ladevorrichtung bestehen. In
bevorzugter Weise ist das Entwicklungswalzenteil in Form
eines leitfähigen Schaumgummi-Walzenteiles ausgebildet und
das regulierende Klingenteil ist als ein leitfähiges,
rostfreies Stahlplattenteil ausgebildet. Auch känn das
leitfähige Übertragungswalzenteil in Form eines leitfähigen
Schaumgummi-Walzenteiles ausgebildet sein.
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Es läßt sich somit ersehen, daß die
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein
elektrophotographiches Aufzeichnungsgerät wiedergeben, welches einen
Einkomponentenentwickler verwendet und welches so verbessert ist,
daß eine beträchtliche Qualität des aufgezeichneten
Tonerbildes unter einer hohen Temperatur und einem hohen
Luftfeuchtigkeitsgehalt erhalten werden kann.
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Auch können Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung so als ein elektrophotographisches
Aufzeichnungsgerät, wie oben dargelegt wurde, ausgeführt werden, bei
denen die Erzeugung von Ozon vollständig beseitigt werden
kann.
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Für ein besseres Verständnis der vorliegenden
Erfindung und um zu zeigen, in welcher Weise diese wirksam
realisiert werden kann, soll nun als Beispiel auf die
beigefügten Zeichnungen näher eingegangen werden, in denen:
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Fig. 1 eine schematische Längs-Querschnittansicht
ist, die einen elektrophotographischen Laserdrucker gemäß
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wiedergibt;
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Fig. 2 eine schematische Darstellung ist, die
einen Teil des Druckers zeigt, der in Fig. 1 gezeigt ist;
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Fig. 3 eine schematische Ansicht ist, die einen
anderen Teil des Druckers veranschaulicht, der in Fig. 1
gezeigt ist;
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Fig. 4 eine graphische Darstellung ist, die die
Beziehung zwischen der mittleren Ladungsdichte (µ C/g)
eines Toners und der optischen Dichte (OD) eines entwickelten
Tonerbildes und der optischen Dichte des
elektrophotographischen Nebels veranschaulicht;
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Fig. 5 eine graphische Darstellung ist, die eine
Beziehung zwischen der absoluten Feuchtigkeit (g/kg) und
der mittleren Ladungsdichte (µ C/g) einer Tonerkomponente
eines Zweikomponentenentwicklers veranschaulicht, wenn die
Tonerkomponente durch eine magnetische Komponente durch
Tribo-Elektrifizierung elektrisch geladen wird;
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Fig. 6 eine graphische Darstellung ist, welche
die Beziehung zwischen der absoluten Feuchtigkeit (g/kg)
und der mittleren Ladungsdichte (µ C/g) eines
Einkomponentenentwicklers oder Toners vom nicht-magnetischen Typ
wiedergibt, wenn der Ladungs-Injektions-Effekt dazu verwendet
wird, um den Toner zu laden und wenn die
Tribo-Elektrifizierung für den gleichen Zweck verwendet wird;
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Fig. 7 eine graphische Darstellung ist, welche
die Beziehung zwischen der absoluten Feuchtigkeit (g/kg)
und der optischen Dichte eines übertragenen Tonerbildes
veranschaulicht, wenn die Übertragungs-Ladevorrichtung vom
leitfähigen Walzentyp dazu verwendet wird, um einen
Tonerbildübertragungsprozeß durchzuführen und wenn eine
Koronaentladevorrichtung für den gleichen Prozeß verwendet wird;
und
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Fig. 8 eine graphische Darstellung ist, welche
die Beziehung zwischen der mittleren Ladungsdichte eines
Einkomponentenentwicklers oder Toners und dem
Tonerübertragungswirkungsgrad veranschaulicht, wenn eine Übertragungs-
Ladevorrichtung vom leitfähigen Walzentyp für einen
Tonerbild-Übertragungsprozeß verwendet wird.
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Fig. 1 zeigt schematisch einen Laserdrucker als
Beispiel eines elektrophotographischen Laserdruckers gemäß
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieser
Drucker umfaßt eine drehbare photoempfindliche Trommel 10
als einen das latente Bild tragenden Körper, die in der
Richtung in Drehung versetzt wird, welche durch einen Pfeil
in Fig. 1 angezeigt ist, und zwar während des Betriebes des
Druckers. Bei dieser Ausführungsform ist die Trommel 10 aus
einem hohlzylindrischen Aluminiumkörper gebildet und aus
einem photoleitfähigen Film, der aus einem organischen
Photoleiter (OPC) zusammengesetzt ist und an die Oberfläche
des Hohlkörpers gebunden ist. Beispielsweise kann die
Trommel 10 einen Durchmesser von 40 mm haben und wird mit einer
Umfangsgeschwindigkeit von 70 mm/s angetrieben.
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Der Drucker umfaßt auch eine leitfähige
Drehbürsten-Ladevorrichtung 12 zum Erzeugen eines geladenen
Bereiches auf der Trommel 10, die aus einer Vielzahl von
leitfähigen Viskosefilaments gebildet sein kann, die als REC-B
von Yunichika K.K. erhalten werden können und die in
Richtung des Pfeiles in Fig. 1 in Drehung versetzt werden, so
daß die freien Enden der Fasern in Berührung mit der
photoempfindlichen Trommel 10 stehen. Bei dieser Ausführungsform
hat die Bürsten-Ladevorrichtung 12 einen Durchmesser von
ca. 16 mm und wird mit einer Umfangsgeschwindigkeit von
mehr als 56 mm/s gedreht. Auch sind die leitfähigen
Viskosefilaments der Bürsten-Ladevorrichtung 12 in einer Dichte
von 100.000 F/inch² (15.500/cm²) implantiert und jede Faser
hat eine Länge von ca. 4 mm und einen spezifischen
Widerstand von 10¹² Ω cm. Die Bürsten-Ladevorrichtung 12 wird
dem Aufbringen einer elektrischen Energie unterzogen, die
aus einem Wechselstrom mit einer Frequenz von 500 Hz
besteht und mit einer Spitze-zu-Spitze-Spannung von 1,0 kV
und aus einer Gleichstrom-Versatzspannung von -600 V
besteht, so daß ein geladener Bereich mit einem Potential von
ca. -600 V auf der Oberfläche der Trommel 10 erzeugt wird.
Eine verschiedene Ladevorrichtung vom Kontaktierungstyp,
wie beispielsweise eine Bürsten-Ladevorrichtung vom
leitfähigen stationären Typ, eine Ladevorrichtung vom leitfähigen
elastischen Klingentyp oder eine Ladevorrichtung vom
leitfähigen elastischen Walzentyp usw., kann an die Stelle der
Bürsten-Ladevorrichtung 12 treten.
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Der Drucker umfaßt ferner einen
Laserstrahl-Scanner 14 zum Erzeugen eines elektrischen latenten Bildes auf
dem geladenen Bereich der Trommel 10, der eine Laserquelle,
wie beispielsweise eine Halbleiter-Laserdiode, enthält, um
eine Laserausgangsgröße zu emittieren, und umfaßt ein
optisches System, um die Laserausgangsgröße in einen
Laserstrahl LB umzusetzen, und ein optisches Abtastsystem, wie
beispielsweise einen Polygonspiegel zum Ablenken des
Laserstrahls LB entlang der Richtung der zentralen Achse der
Trommel 10, so daß der geladene Bereich der Trommel 10 mit
dem abgelenkten Laserstrahl LB abgetastet wird. Während des
Abtastens wird der Laserstrahl LB ein- und ausgeschaltet,
und zwar auf der Grundlage von binären Bilddaten, die
beispielsweise von einem Wortprozessor, Personalcomputer oder
ähnlichem erhalten werden, so daß ein elektrostatisches
latentes Bild als ein Punktbild auf dem geladenen Bereich der
Trommel 10 geschrieben wird. Wenn insbesondere eine Zone
des geladenen Bereiches durch den Laserstrahl LB bestrahlt
wird, werden die Ladungen von der bestrahlten Zone
abgebaut, so daß deren Potential von ca. -600 V auf ca. -100 V
geändert wird, wodurch das latente Bild als eine
Potentialdifferenz zwischen der bestrahlten Zone und der
verbleibenden Zone ausgebildet wird.
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Ferner umfaßt der Drucker eine
Toner-Entwicklungsvorrichtung 16 mit einem Behältnis 16a für die
Aufnahme eines Einkomponentenentwicklers vom nicht-magnetischen
Typ und eine Entwicklungswalze 16b, die in dem Behältnis
16a in solcher Weise vorgesehen ist, daß ein Abschnitt der
Entwicklungswalze 16b freiliegt und zur Oberfläche der
photoempfindlichen Trommel 10 hinzeigt. Beispielsweise ist der
Entwickler aus einem auf Polyesterharz basierenden Toner
zusammengesetzt, der einen spezifischen Widerstand von 4 x
10¹&sup4; Ω cm und einem mittleren Durchmesser der Tonerteilchen
von 12 µm hat. Die Entwicklungswalze wird in der Richtung
in Drehung versetzt, die in Fig. 1 mit einem Pfeil
angezeigt ist und hält über Reibung die Tonerteilchen fest, um
eine Entwickler- oder Tonerschicht um sie herum
auszubilden, wodurch die Tonerteilchen auf die Oberfläche der
Trommel 10 aufgebracht werden, um das darauf ausgebildete
latente Bild zu entwickeln. Es sei erwähnt, daß die
Entwicklungswalze 16b eine Umfangsgeschwindigkeit von ca. 170 mm/s
hat. Bei dieser Ausführungsform ist die Entwicklungswalze
16b in bevorzugter Weise aus einem leitfähigen
Schaumgummimaterial hergestellt, wie beispielsweise einem leitfähigen
Polyurethan-Schaumgummimaterial, welches als Rubicell
(phonetisch übersetzt) von Toyo Polymer K.K. erhalten werden
kann. Es sei erwähnt, daß dieses
Polyurethan-Schaumgummimaterial eine Vielzahl von Porenöffnungen oder Zellen besitzt
mit einem mittleren Durchmesser von ca. 10 µm, einer Dichte
von 200 Zellen/inch, einer Asker-Härte von 23 Grad und
einem spezifischem Widerstand ca. von 10¹&sup4; bis ca. 10&sup7; Ω cm.
Die Entwicklungswalze 16b, die aus dem
Polyurethan-Schaumgummimaterial hergestellt ist, besitzt eine ausgezeichnete
Eigenschaft, um Tonerteilchen aufzunehmen bzw. einzufangen
und ist sehr weich, so daß sie gegen die Trommel 10 mit
einem linearen Druck von ca. 30 gf/cm angedrückt werden kann.
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Die Entwicklungsvorrichtung 16 enthält auch ein
Klingenteil 16c, welches in Anlage mit der Oberfläche der
Entwicklungswalze 16b steht, um die Dicke der Tonerschicht
zu nivellieren, die um diese herum ausgebildet wird,
wodurch eine gleichmäßige Entwicklung des latenten Bildes
sichergestellt werden kann. Das Klingenteil 16c ist aus einem
leitfähigen Material, wie beispielsweise Metall,
hergestellt und wird durch das Behältnis 16a gehältert, so daß
das Klingenteil 16c nachgiebig gegen die Entwicklungswalze
gedrückt wird. Bei dieser Ausführungsform ist das
Klingenteil 16c aus einer rostfreien Stahlplatte hergestellt mit
einer Dicke von 0,1 mm und deren freies Kantenende, das in
Anlage mit der Entwicklungswalzenoberfläche steht, ist
abgerundet, um dadurch eine glatte Oberfläche zum Regulieren
der Tonerschicht zu bieten. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist das Klingenteil 16c mit einer Spannungsquelle 18
verbunden, um die Tonerteilchen durch eine
Ladungsinjektionswirkung zu laden, wie dies schematisch in Fig. 2 gezeigt
ist. Bei dieser Ausführungsform wird eine Spannung von ca.
-400 V an das Klingenteil 16c angelegt, so daß die
Tonerteilchen negativ geladen werden. Es sei erwähnt, daß in
Fig. 2 die Tonerteilchen symbolisch durch einen offenen
Kreis gezeigt sind und die negativ geladenen Tonerteilchen
von den anderen Tonerteilchen durch Hinzufügen eines
Minuszeichens "-" unterschieden sind.
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Während des Entwicklungsprozesses wird die
Entwicklungswalze 16b einer Entwicklungsvorspannung von -300 V
unterworfen, so daß die negativ geladenen Tonerteilchen
elektrostatisch lediglich an der latenten Bildzone anhaften
mit einem Potential von ca. -100 V und die latente Bildzone
mit den negativen Teilchen beladen wird. Es wird nämlich
das Anhaften der negativen Tonerteilchen an der latenten
Bildzone in solcher Weise durchgeführt, daß das Potential
(ca. -100 V) der latenten Bildzone auf das Potential (ca.
-600 V) der verbleibenden Zone zurückgeführt wird. Wenn
demzufolge das Ausmaß der Ladung an den Tonerteilchen
kleiner ist, wird die Dichte des entwickelten Tonerbildes
höher. In ähnlicher Weise, wenn das Ausmaß der Ladungen der
Tonerteilchen größer ist, wird die Dichte des entwickelten
Tonerbildes niedriger.
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Die Entwicklungsvorrichtung 16 enthält ferner
eine Toner entfernende Walze 16d, die drehbar innerhalb des
Behältnisses 16a vorgesehen ist und in Berührung mit der
Entwicklungswalze 16b in solcher Weise steht, daß eine
Berührung oder Spaltweite von ca. 1 mm dazwischen erzielt
wird. Die Toner entfernende Walze 16d wird in der gleichen
Richtung wie die Entwicklungswalze 16b in Drehung versetzt,
wie dies durch einen Pfeil in Fig. 1 angezeigt ist, so daß
die Oberflächen der Walzen 16b und 16d gegeneinander in
entgegengesetzten Richtungen an der Berührungszone
dazwischen reiben, wodurch restliche Tonerteilchen, die für die
Entwicklung des latenten Bildes nicht verwendet wurden,
mechanisch von der Entwicklungswalze 16b entfernt werden. Die
den Toner entfernende Walze 16d dient auch dazu, um die
Tonerteilchen zu der Entwicklungswalze auf einer Seite des
Walzenspaltes zuzuführen (d.h. der rechten Seite in Fig.
1), da die von der Toner entfernenden Walze 16d
festgehaltenen Tonerteilchen zu dem Walzenspalt zwischen den Walzen
16b und 16d hin entfernt werden. Die Toner entfernende
Walze 16d ist in bevorzugter Weise aus einem leitfähigen
Polyurethan-Schaumgummimaterial hergestellt, welches von
Bridgestone K.K. bezogen werden kann, welches eine Dichte
von 40 Zellen/inch (16/cm) und einen spezifischen
Widerstand von ca. bis 10&sup4; Ω cm haben kann. Eine Spannung von
ca. -400 V kann an die Toner entfernende Walze 16d angelegt
werden, um das Eindringen von Tonerteilchen in diese zu
verhindern.
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Die Entwicklungsvorrichtung 16 kann mit einer
Schaufelradwalze 16e und einer Rührvorrichtung 16f
ausgestattet sein, jeweils in den mit Pfeilen in Fig. 1
angezeigten Richtungen gedreht werden. Die Schaufelradwalze 16e
dient dazu, Tonerteilchen zu der Entwicklungswalze 16b
hinzubewegen und die Rührvorrichtung 16f rührt den Tonerkörper
um, um jeglichen unbewegten Tonerstapel in dem Behältnis
16a zu beseitigen.
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Ferner umfaßt der Drucker eine
Übertragungsladevorrichtung 20 vom leitfähigen Walzentyp, um auf
elektrostatische Weise das entwickelte Tonerbild auf ein Blatt
oder Papier zu übertragen. Die Übertragungsladevorrichtung
oder leitfähige Übertragungswalze 20 kann im wesentlichen
aus dem gleichen Material wie die Entwicklungswalze 16b
hergestellt sein. Es ist nämlich bei dieser Ausführungsform
die Übertragungswalze 20 aus einem leitfähigen Polyurethan-
Schaumgummimaterial hergestellt mit einer Vielzahl von
Porenöffnungen oder Zellen mit einem mittleren Durchmesser
von ca. 10 µm, einer Dichte von 200 Zellen/inch, einer
Asker-Härte von 23 Grad, und einem spezifischen Widerstand
von ca. 10&sup7; Ωcm. Die Übertragungswalze 20 wird nachgiebig
gegen die Trommel 10 mit einem linearen Druck von ca. 50
gf/cm angedrückt und ist mit einer
Übertragungs-Stromversorgungsquelle 22 verbunden, wie in Fig. 3 gezeigt ist, so
daß positive Ladungen auf das Papier P aufgebracht werden,
wodurch das negativ geladene Tonerbild elektrostatisch an
das Papier P angezogen werden kann. Es sei erwähnt, daß in
Fig. 3 die negativ geladenen Tonerteilchen des entwickelten
Tonerbildes symbolisch als ein offener Kreis dargestellt
sind, dem ein Minuszeichen "-" hinzugefügt ist und wobei
die positiven Ladungen, die auf das Papier P aufgebracht
werden, mit einem Plussymbol "+" angezeigt sind. Bei dieser
Ausführungsform ist die Übertragungs-Stromversorgungsquelle
22 als eine Konstant-Gleichstromquelle ausgeführt, so daß
eine stabile Übertragung des entwickelten Tonerbildes auf
das Papier P sichergestellt wird, da eine konstante
Übertragungsladungsdichte
immer dem Papier P gegeben werden
kann.
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Der Drucker umfaßt ferner eine Papierkassette 24,
in der ein Stapel von Papieren aufgenommen wird&sub1; eine
Papierführung 26, die sich von der Papierkassette 24 zu dem
Walzenspalt zwischen der Trommel 10 und der
Übertragungswalze 20 und einem Paar von Registerwalzen 28, 28
erstreckt. Während des Druckbetriebes werden zu bedruckende
Blätter eines nach dem anderen aus der Papierkassette 24 in
die Papierführung 26 durch Antreiben einer
Papierzuführwalze 30 zugeführt, die in der Papierkassette 24 eingebaut
ist. Das zugeführte Papier wird an den Registerwalzen 28,
28 angehalten und wird dann in den Walzenspalt zwischen der
Trommel 10 und der Walze 20 mit einer gegebenen
Zeitsteuerung eingeführt, so daß das entwickelte Tonerbild in
Ausrichtung auf das Papier übertragen werden kann.
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Das aus dem Walzenspalt zwischen der Trommel 10
und der Walze 20 ausgetragene Papier, d.h. das Papier P,
welche das übertragene Tonerbild (Fig. 3) trägt, wird dann
zu einer Tonerbild-Fixiervorrichtung 32 entlang einer
Papierführung 34 bewegt, die sich zwischen der
Übertragungswalze 20 und der Fixiervorrichtung 32 erstreckt, und
gelangt durch den Walzenspalt zwischen einer Heizwalze 32a
und einer Andrückwalze 32b der Fixiervorrichtung 32,
wodurch das übertragene Tonerbild thermisch geschmolzen und
auf dem Papier fixiert wird.
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Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird eine geerdete
Bürste 36 durch die Papierführung 34 in der Nähe der
Übertragungswalze 20 gehaltert und das Papier gelangt in
Berührung mit der geerdeten Bürste 36, sobald es aus dem
Walzenspalt zwischen der Trommel 10 und der Übertragungswalze 20
ausgetragen wird, wodurch ein Teil der positiven Ladung des
Papiers nach Erde abgeleitet wird und dadurch das Papier in
einfacher Weise von der Trommel 10 abgelöst werden kann. Es
ist auch eine elektrische Isolierplatte 38 zwischen der
Übertragungswalze 20 und der geerdeten Bürste 36
vorgesehen, um eine elektrische Entladung zwischen diesen zu
verhindern.
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In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 40 eine
Toner-Reinigungsvorrichtung, die der Trommel 10 zugeordnet
ist und die eine Schabklinge 40a enthält, um restliche
Tonerteilchen zu entfernen, die nicht von der Trommel 10 auf
das Papier übertragen wurden, und ein Behältnis 40b für die
Aufnahme der entfernten Tonerteilchen. In Fig. 1 ist mit
dem Bezugszeichen 42 auch eine elektrische
Stromversorgungsvorrichtung bezeichnet, die als ein Block dargestellt
ist, in welchem die elektrischen Stromquellen 18 und 22 und
andere elektrische Stromquellen enthalten sind.
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Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung, welche
die Beziehung zwischen der mittleren Ladungsdichte (µ C/g)
des Toners und der optischen Dichte (OD) des entwickelten
Tonerbildes und der optischen Dichte des
elektrophotographischen Nebels veranschaulicht. In dieser graphischen
Darstellung gibt die Kurve A die optische Dichte des
entwikkelten Tonerbildes wieder und die Kurve B stellt die
optische Dichte des elektrophotographischen Nebels dar. Wenn
die mittlere Ladungsdichte des Toners mehr als 17 µ C/g
beträgt, hat das entwickelte Tonerbild eine optische Dichte
von weniger als 1,2. Dies ist deshalb der Fall, da dann,
wenn die Ladungen des Toners größer werden, das Aufladen
der latenten Bildzone mit einer kleineren Menge an Toner
gesättigt werden kann, wie zuvor erläutert wurde. Wenn an
dererseits die mittlere Ladungsdichte des Toners kleiner
ist als 7 µ C/g, erscheint ein elektrophotographischer
Nebel. Wie dies gut bekannt ist, wird das Erscheinen eines
elektrophotographischen Nebels durch einen Teil des Toners
verursacht, der nicht geladen wurde. Wenn nämlich die
mittlere Ladungsdichte des Toners kleiner ist als 7 µ C/g,
enthält der Toner teilweise ungeladene Tonerteilchen. Im
allgemeinen muß ein entwickeltes Tonerbild eine optische
Dichte von mehr als 1,0, bevorzugt 1,2, haben, bevor das
entwickelte Tonerbild und daher das aufgezeichnete Tonerbild
als ein sichtbar gutes Bild bezeichnet werden kann. Auch
muß das Erscheinen des elektrophotographischen Nebels
beseitigt werden, bevor eine ausgezeichnete Qualität des
aufgezeichneten Tonerbildes erhalten werden kann. Es ist
demzufolge erforderlich, einem Entwickler oder Toner eine
mittlere Ladungsdichte zu geben, die bei ca. 7 bis ca. 20 µ
C/g liegt, in bevorzugter Weise bei ca. 7 bis ca. 17 µ C/g.
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Bei einer Entwicklungsvorrichtung, die einen
Zweikomponentenentwickler verwendet, variiert, wenn die
Tonerkomponente des Zweikomponentenentwicklers durch Tribo-
Elektrifizierung mit einer magnetischen Komponente geladen
wird, die Ladungscharakteristik der Tonerkomponente in
Einklang mit Schwankungen der Temperatur und des
Luftfeuchtigkeitsgehaltes, wie dies in der graphischen Darstellung von
Fig. 5 gezeigt ist. Bei dieser graphischen Darstellung
zeigt die Abszisse die absolute Feuchtigkeit (g/kg) an und
die Ordinate zeigt die mittlere Ladungsdichte (µ C/g) der
Tonerkomponente an. Auch ist der bevorzugte Bereich (7 bis
17 µ C/g) der mittleren Ladungsdichte als strichlierte Zone
dargestellt. Wie aus der graphischen Darstellung von Fig. 5
hervorgeht, hat dann, wenn die Temperatur und der
Luftfeuchtigkeitsgehalt kleiner als 23ºC bzw. 50% (relative
Feuchtigkeit) betragen, die Tonerkomponente eine mittlere
Ladungsdichte von mehr als 17 µ C/g und, wenn die
Temperatur und der Luftfeuchtigkeitsgehalt mehr als 32ºC bzw. 80%
(RH) betragen, hat die Tonerkomponente eine mittlere
Ladungsdichte von weniger als 7 µ C/g. Es ist demzufolge bei
einer Entwicklungsvorrichtung, die einen
Zweikomponentenentwickler verwendet, schwierig, eine gute Qualität des
aufgezeichneten Tonerbildes zu erhalten, wenn die
Temperatur und der Luftfeuchtigkeitsgehalt kleiner sind als 23ºC
bzw. 50% (RH) oder die Temperatur und der
Luftfeuchtigkeitsgehalt höher liegen als 32ºC bzw. 80% (RH)
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Fig. 6 zeigt eine graphische Darstellung, welche
die Beziehung zwischen der absoluten Feuchtigkeit (g/kg)
und der mittleren Ladungsdichte (µ C/g) eines
Einkomponentenentwicklers vom nicht-magnetischen Typ veranschaulicht,
wenn der Ladungs-Injektions-Effekt zum Laden des Toners
verwendet wird und wenn die Tribo-Elektrifizierung für den
gleichen Zweck verwendet wird. In dieser graphischen
Darstellung gibt die Kurve D eine Ladungscharakteristik an,
die von der Tribo-Elektrifizierung abgeleitet ist und die
Kurve C gibt eine Ladungscharakteristik an, die von dem
Ladungs-Injektions-Effekt abgeleitet ist. Wie aus der
graphischen Darstellung von Fig. 6 hervorgeht, fällt die Kurve C
(Ladungs-Injektions-Effekt) innerhalb des bevorzugten
Bereiches von ca 7 bis ca. 17 µ C/g, der gestrichelt
dargestellt ist, ab, und zwar ungeachtet von Schwankungen der
Temperatur und des Luftfeuchtigkeitsgehaltes, jedoch ist
die Kurve D (Tribo-Elektrifizierung) von dem bevorzugten
Bereich bei der Temperatur von 25ºC und dem
Feuchtigkeitsgehalt von 60% (RH) getrennt.
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Fig. 7 zeigt eine graphische Darstellung zur
Veranschaulichung der Beziehung zwischen der absoluten
Feuchtigkeit (g/kg) und der optischen Dichte eines übertragenen
Tonerbildes, wenn eine Übertragungsladevorrichtung vom
leitfähigen Walzentyp verwendet wird, um den Tonerbild-
Übertragungsprozeß durchzuführen und wenn eine
Koronaentladevorrichtung für den gleichen Prozeß verwendet wird. In
dieser graphischen Darstellung gibt die Kurve E die
Übertragungscharakteristik
wieder, die von der
Übertragungsladevorrichtung vom leitfähigen Walzentyp abgeleitet ist, und
die Kurve F gibt eine Übertragungscharakteristik wieder,
die von der Koronaentladevorrichtung abgeleitet ist. Es sei
darauf hingewiesen, daß, da die optische Dichte eines
übertragenen Tonerbildes proportional zu dem
Tonerübertragungswirkungsgrad ist, der zuvor definiert worden ist, die
Qualität des übertragenen Tonerbildes durch dessen optische
Dichte bewertet werden kann. Wie aus der graphischen
Darstellung von Fig. 7 hervorgeht, hat, wenn die
Übertragungsladevorrichtung vom leitfähigen Walzentyp verwendet wird,
das übertragene Tonerbild eine optische Dichte von mehr als
1,2 ungeachtet von Schwankungen in der Temperatur und dem
Luftfeuchtigkeitsgehalt, wenn jedoch die
Koronaentladevorrichtung verwendet wird, hat das übertragene Tonerbild eine
optische Dichte von weniger als 1,2, selbst bei einer hohen
Temperatur und einem hohen Luftfeuchtigkeitsgehalt. Im
allgemeinen muß das übertragene Tonerbild eine optische Dichte
von mehr als 1,2 haben, bevor die Übertragung des
Tonerbildes und daher des aufgezeichneten Tonerbildes als ein
sichtbar gutes Bild bewertet werden kann.
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Fig. 8 zeigt eine graphische Darstellung, welche
die Beziehung zwischen der mittleren Ladungsdichte eines
Einkomponentenentwicklers oder Toners und dem
Tonerübertragungswirkungsgrad veranschaulicht, wenn eine
Übertragungsladevorrichtung vom leitfähigen Walzentyp für den
Tonerbild-Übertragungsprozeß verwendet wird. Wie aus dieser
graphischen Darstellung hervorgeht, muß der Toner eine
mittlere Ladungsdichte von ca. 7 bis ca. 17 (u C/g) haben, bevor
ein Tonerübertragungswirkungsgrad von mehr als 80% erhalten
werden kann. Es sei darauf hingewiesen, daß im allgemeinen
ein Tonerübertragungswirkungsgrad von mehr als 80% als gut
betrachtet werden kann.
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Schließlich kann von Fachleuten erkannt werden,
daß die vorangegangene Beschreibung bevorzugte
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betrifft und daß
verschiedene Anderungen und Abwandlungen möglich sind.