DE69222259T2

DE69222259T2 - Bilderzeugungsgerät und -verfahren

Info

Publication number: DE69222259T2
Application number: DE69222259T
Authority: DE
Inventors: Toru Ishihara; Katsuyuki Ito; Toshiro Murano; Masato Sakai
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1991-10-30
Filing date: 1992-10-29
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2012-10-30
Also published as: EP0732633A3; DE69231164T3; EP0732633B2; EP0732633B1; EP0540341B1; JPH05210300A; DE69222259D1; JP2880356B2; US5321471A; EP0540341A2; DE69231164D1; EP0732633A2; US5517289A; DE69231164T2; EP0540341A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung eines elektrofotografischen Bildes, die insbesondere für verschiedene Büromaschinen und -geräte wie Drucker geeignet sind.
Ein elektrofotografisches Bildverarbeitungsgerät wurde konventionell als ein elektrofotografischer Drucker verwendet. So ein Bildverarbeitungssystem führt die Verfahrensschritte durch, einen Bildträger, d.h. eine Fotoleitertrommel, gleichförmig elektrisch zu laden, ein latentes Bild auf der Fotoleitertrommel zu erzeugen, das latente Bild unter Verwendung von Toner zu entwickeln, den Toner auf der Fotoleitertrommel auf ein Übertragungselement zu übertragen, den Toner auf dem Übertragungselement zu fixieren und den auf der Fotoleitertrommel zurückbleibenden Toner davon zu entfernen. Nach Beendigung des Übertragungsprozesses wird die Fotoleitertrommel entladen, bevor der nächste Ladeprozeß beginnt, um zu verhindem, daß ein Nachbild auf der Fotoleitertrommel erzeugt wird. Der Ladeprozeß und der Übertragungsprozeß werden allgemein unter Verwendung von Koronaentladung durchgeführt.
Da Koronaentladung Schadstoffe wie Ozon erzeugt, müssen diese durch einen Filter eingesammelt werden. Längerer Gebrauch eines Filters hat jedoch eine Verringerung des Einsammelwirkungsgrades zur Folge, so daß der Filter häufig ersetzt werden muß.
Man hat einen ozonfreien Prozeß vorgeschlagen, bei dem die Ozonerzeugung durch die Verwendung eines Walzen-Übertragungssystems oder eines Ladewalzensystems verhindert wird (vgl. Electronic Communication Institute Thesis '77/4 Vol J60-C NO.4 pp 213-218).
Das Walzen-Übertragungssystem vollführt die Verfahrenssschritte, auf ein durch Entwicklung auf der Oberfläche einer Fotoleitertrommel erzeugtes Tonerbild ein Übertragungselement zu legen, eine Übertragungswalze auf das Übertragungselement zu pressen und an die Übertragungswalze eine Spannung anzulegen, deren Polarität derjenigen des Toners entgegengesetzt ist. In diesem System wird in einem Spalt zwischen dem Übertragungselement und der oberen Schicht des Tonerbildes ein elektrisches Feld erzeugt, wodurch der Toner durch eine elektrostatische Kraft des elektrischen Feldes auf das Übertragungselement übertragen wird.
Außerdem ist ein Ladewalzensystem bekannt, das nach dem gleichen Prinzip wie das Walzen-Übertragungssystem arbeitet, um die Fotoleitertrommel elektrisch zu laden. In diesem System wird eine Spannung an eine Ladewalze angelegt, so daß der Fotoleitertrommel direkt elektrische Ladung zugeführt wird, was zu keiner Ozonerzeugung führt.
Außerdem hat man ein Bilderzeugungssystem vorgeschlagen, das ohne einen Reinigungsprozeß auskommt (vgl. Japan Hardcopy '89 Thesis pp 143-146). In diesem System wird die Fotoleitertrommel mit Licht belichtet, nachdem sie durch die Koronaentladung gleichförmig geladen worden ist, wodurch das Oberflächenpotential des Belichtungsteils geschwächt wird. An dem geschwächten Teil bleibt durch Umkehrentwicklung Toner haften, während eine dünne Schicht Toner, die auf der Fotoleitertrommel zurückbleibt, davon eingesammelt wird. Das heißt, da der Toner, der nach Beendigung des Übertragungsprozesses auf dem nichtbelichteten Teil der Fotoleitertrommel zurückbleibt, mit der gleichen Polarität wie im Entwicklungsprozeß elektrisch geladen ist, wird der Toner aufgrund der elektrostatischen Kraft, die durch den Unterschied zwischen dem Oberflächenpotential der elektrisch geladenen Fotoleitertrommel und der Entwicklungsvorspannung verursacht wird, an die Entwicklungseinheit angezogen.
Durch Verwendung dieses reinigungsfreien Prozesses kann das Bildverarbeitungsgerät sehr klein aufgebaut werden, und der auf der Fotoleitertrommel zurückbleibende Toner kann im Entwicklungsprozeß davon eingesammelt werden. Dadurch muß der zurückbleibende Toner nicht weggeworfen werden, sonden kann rationell wiederverwendet werden.
in dem ozonfreien Prozeß wird der zurückbleibende Toner durch eine Reinigungsrakel oder eine Bürste oder dergleichen eingesammelt und weggeworfen. In dem reinigungsfreien Prozeß wird Ozon erzeugt und durch einen Filter eingesammelt, der Wartung und häufigen Wechsel verlangt, um seine Wirkung aufrechtzuerhalten.
Selbst wenn daher beide Prozesse kombiniert werden, wird, da die Fotoleitertrommel durch die Ladewalze geladen wird, bevor der übrigbleibende Toner durch die Entwicklungseinheit von der Fotoleitertrommel entfernt wird, ein Teil der Fotoleitertrommel, auf der die Tonerpartikel haften, durch die Ladewalze nicht elektrisch mit Elektrizität geladen, und daher hat die elektrostatische Kraft der Entwicklungseinheit auf diese Tonerpartikel keine Wirkung, und sie werden nicht an die Entwicklungseinheit angezogen und nicht vollständig von der Fotoleitertrommel entfernt. Dies kann im nachfolgenden Übertragungsprozeß die Erzeugung eines positiven Nachbildes auf dem Übertragungselement bewirken. Ferner bedeutet eine große Menge an nicht eingesammelten übrigbleibenden Tonerpartikeln, die auf der Fotoleitertrommel zurückbleiben, daß, wenn die Fotoleitertrommel mit Licht belichtet wird, dieses die Oberfläche nicht erreichen kann und durch die übrigbleibenden Tonerpartikel absorbiert wird, was eine schlechte Belichtung und die Erzeugung eines negativen Nachbildes auf dem Übertragungselement im nachfolgenden Übertragungsprozeß zur Folge hat.
Eine Bilderzeugungsvorrichtung vom oben beschriebenen Typ ist aus der EP-A- 0400563 bekannt und enthält einen Bildträger, eine Ladeeinheit zum elektrostatischen Laden der Oberfläche des Bildträgers, eine Einheit zur Erzeugung eines latenten Bildes, zur Erzeugung eines elektrostatischen latenten Bildes auf der geladenen Oberfläche des Bildträgers, eine Entwicklungseinheit, die angrenzend an den Bildträger angeordnet ist, zur Entwicklung des auf der Oberfläche des Bildträgers erzeugten elektrostatischen latenten Bildes, um ein Tonerbild zu erzeugen, eine Einrichtung zum Übertragen und Fixieren des auf der Oberfläche des Bildträgers erzeugten Tonerbildes auf ein Übertragungselement und eine mit der Entwicklungseinheit verbundene Stromquelle zum elektrostatischen Laden von Tonerpartikeln auf der Entwicklungseinheit mit der gleichen Polarität wie die Ladepolarität des Bildträgers, die betriebsfähig ist, das Potential der Entwicklungseinheit auf einen Wert einzustellen, der es den Tonerpartikeln ermöglicht, an einem Bildteil des Bildträgers zu haften, und es den auf einem Nichtbildteil des Bildträgers zurückbleibenden Tonerpartikeln ermöglicht, weg vom Bildträger von der Entwicklungseinheit angezogen zu werden.
Ein Verfahren zur Erzeugung eines Bildes ist ebenfalls bekannt und umfaßt die Verfahrensschritte
(a) elektrostatisches Laden der Oberfläche eines Bildträgers,
(b) Erzeugen eines elektrostatischen latenten Bildes auf der geladenen Oberfläche des Bildträgers,
(c) Entwickeln des elektrostatischen latenten Bildes durch daran haftende Tonerpartikel, um ein Tonerbild zu erzeugen,
(d) Übertragen des Tonerbildes auf ein Übertragungselement, wobei die nach dem Übertragungsvorgang auf einem Nichtbildteil des Bildträgers zurückbleibenden Tonerpartikel an die Entwicklungseinheit angezogen werden und die Tonerpartikel auf einem Bildteil des Bildträgers darauf zurückbleiben.
Die vorliegende Erfindung sucht eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bilderzeugung zu schaffen, welche die oben erwähnten Probleme lösen oder wesentlich abschwächen und bei denen kein Ozon oder andere Schadstoffe erzeugt werden, wodurch auf der Fotoleitertrommel zurückbleibender Resttoner eingesammelt und wiederverwendet wird, ohne daß das auf dem Übertragungselement erzeugte resultierende Bild verschlechtert wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Bilderzeugung geschaffen, bei der eine Tonerhalteeinheit zwischen der Übertragungseinrichtung und der Ladeeinheit angeordnet ist, um die Tonerpartikel daran anzuziehen und um sie an den Bildträger zurückzugeben.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung eines Bildes geschaffen, das den Verfahrensschritt umfaßt, die Tonerpartikel an eine Tonerhalteeinheit anzuziehen und sie an den Bildträger zurückzugeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Drehrichtung der Entwicklungswalze derjenigen des Bildträgers entgegengesetzt und kann die Umfangsgeschwindigkeit der Entwicklungswalze so eingestellt werden, daß sie das 1,2-fache derjenigen des Bildträgers übersteigt.
Die Ladeeinheit enthält vorzugsweise eine Ladewalze, die den Bildträger berührt. Der Absolutwert des Potentials auf der Ladewalze kann herabgesetzt werden, während kein Druckbetrieb durchgeführt wird, wobei die Ladewalze an der Oberfläche des Bildträgers angreift, oder am Ende des Druckbetriebs herabgesetzt werden.
Vorzugsweise kann die Drehrichtung der Ladewalze derjenigen des Bildträgers entgegengesetzt sein und können die Umfangsgeschwindigkeit der Ladewalze und die des Bildträgers voneinander verschieden sein. Zum Beispiel kann die Umfangsgeschwindigkeit der Ladewalze kleiner als die des Bildträgers sein und umgekehrt.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Tonerhalteeinheit eine Tonerhaltewalze. Die Umfangsgeschwindigkeit der Tonerhaltewalze ist gleich der oder größer als die Umfangsgeschwindigkeit der Fotoleitertrommel. Die Tonerhalteeinheit ist vorzugsweise aus halbleitendem Gummi oder Schwamm gebildet, der einen elektrischen Widerstand zwischen 10³ und 10&sup9; Ohm hat.
Gemäß dem bevorzugten Verfahren zur Ausführung der Erfindung wird das Laden durchgeführt, indem ein Ladeelement, das mit einer Stromquelle verbunden ist, die Oberfläche des Bildträgers berührt, ohne ein Koronaentladungssystem zu verwenden. Nach Beendigung des Übertragungsschrittes bleiben zwar Tonerpartikel auf dem Bildträger zurück, werden aber nicht durch eine Reinigungseinrichtung entfernt, sondern durch elektrostatische Kraft eingesammelt, die zum Beispiel im Entwicklungsschritt erzeugt wird, bevor der Übertragungsschritt nach dem Ladeschritt beginnt.
Vorzugsweise umfaßt das Verfahren den Verfahrensschritt, die negativ geladenen Tonerpartikel, die an der Tonerhalteeinheit haften, positiv zu laden, bevor sie an den Bildträger zurückgegeben werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren 5-10 und 12 der beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei die Figuren 1-4 und 11 eine Anordnung nach dem Stand der Technik zeigen.
Figur 1 ist eine Prinzipskizze, die eine Bilderzeugungsvorrichtung nach dem Stand der Technik zeigt,
Figur 2 ist ein Blockdiagramm der Bilderzeugungsvorrichtung von Figur 1 nach dem Stand der Technik,
Figur 3 ist ein Flußdiagramm, das den Betrieb der Bilderzeugungsvorrichtung von Figur 1 nach dem Stand der Technik zeigt,
Figur 4 ist eine vergrößerte Ansicht einer Entwicklungseinheit der Bilderzeugungsvorrichtung von Figur 1 nach dem Stand der Technik,
Figur 5 ist eine Prinzipskizze, die eine Bilderzeugungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Figur 6 ist ein Zeitdiagramm einer Bilderzeugungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Figur 7 ist ein Zeitdiagramm einer Bilderzeugungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Figur 8 ist eine Tabelle, welche die Kennwerte von Tonerpartikeln zeigt, die von der Bilderzeugungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden,
Figur 9 ist eine Skizze, welche die Beziehung zwischen dem Kennwert der Tonerpartikel und der Menge der an der Ladewalze anhaftenden Tonerpartikel zeigt,
Figur 10 ist eine Skizze, welche die Beziehung zwischen dem Kennwert der Tonerpartikel und dem Oberflächenpotential einer Fotoleitertrommel zeigt,
Figur 11 ist eine Prinzipskizze einer elektrofotografischen Vorrichtung, auf die ein konventionelles Verfahren zur Erzeugung eines Bildes angewandt wird, und
Figur 12 ist eine Skizze, welche die Beziehung zwischen dem Kennwert und der Dichte der Tonerpartikel zeigt.
Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 der beigefügten Zeichnungen wird zuerst eine Bilderzeugungsvorrichtung nach dem Stand der Technik beschrieben.
Figur 1 ist eine Prinzipskizze, die eine Bilderzeugungsvorrichtung nach dem Stand der Technik zeigt, und Figur 2 ist ein Blockdiagramm der Bilderzeugungsvorrichtung von Figur 1 nach dem Stand der Technik.
Ein Trommel-Bildträger, d.h. eine Fotoleitertrommel 1, dreht sich in Richtung des Pfeils A. Als Trommel-Bildträger wird eine organische Fotoleitertrommel (nachstehend als OPC bezeichnet) mit negativer Polarität verwendet. Die dielektrische Schicht auf der Fotoleitertrommel 1 hat eine Dielektrizitätskonstante, die wie folgt ausgedrückt wird:
&epsi;p = 3,5 &epsi;&sub0; (&epsi;&sub0; = 8,855 x 10&supmin;¹² (C/Vm]: Raumdielektrizitätskonstante und die Dicke d der Fotoleitertrommel wird als dp = 20[µm] ausgedrückt.
Eine Ladewalze 2, die eine Ladeeinheit bildet, ist aus einer leitenden Gummiwalze gebildet. Die Ladewalze 2 berührt die Fotoleitertrommel 1 mit einem gegebenen Druck und folgt ihrer Drehung. Statt durch Reibung mit der Fotoleitertrommel 1 kann die Ladewalze 2 durch eine nicht gezeigte Antriebseinrichtung, durch ein Zahnrad usw. gedreht werden. Eine feststehende Kontaktladeeinheit wie eine Bürste kann die Ladewalze 2 ersetzen.
Der elektrische Widerstand der Ladewalze 2 ist auf 10&sup5; [Ω] eingestellt, kann aber auch auf einen Wert in der Größenordnung 10&sup0; bis 10&sup9; [Ω] eingestellt werden. Ist der elektrische Widerstand zu niedrig, fließt aufgrund eines Stiftlochs auf der Oberfläche der Fotoleitertrommel 1 tendenziell ein großer Strombetrag in die Ladewalze 2. Ist andererseits der elektrische Widerstand zu hoch, kann nur schwer ein stabiles Oberflächenpotential erhalten werden. Dementsprechend liegt der elektrische Widerstand vorzugsweise im Bereich von 10&sup4; bis 10&sup9; [Ω].
Der hier erwähnte elektrische Widerstand bedeutet denjenigen zwischen der Berührungsebene, in der die Ladewalze 2 die Fotoleitertrommel 1 berührt (einer Fläche so groß wie eine Spaltbreite x longitudinale Länge) und einer leitenden Welle 2a, welche die Ladewalze 2 trägt. Eine Stromquelle 2b versorgt die leitende Welle 2a mit Spannung.
Eine Einheit zur Erzeugung eines latenten Bildes 3 unterzieht die Fotoleitertrommel 1 in Reaktion auf ein Drucksignal einer Belichtung und zeichnet auf der Oberfläche der Fotoleitertrommel 1 ein elektrostatisches Bild, das einen Belichtungsteil und einen Nichtbelichtungsteil aufweist. Die Einheit zur Erzeugung eines latenten Bildes 3 ist eine LED, kann aber auch eine Laserstrahl-Abtasteinheit, ein Flüssigkristallverschluß-Array usw. sein.
Ein Tonerträger, d.h. eine Entwicklungswalze 4, die eine Entwicklungseinheit bildet, berührt die Fotoleitertrommel 1 mit einem gegebenen Druck und dreht sich in Richtung des Pfeils B. Die Entwicklungswalze ist aus einer leitenden Gummiwalze gebildet. Der elektrische Widerstand der Entwicklungswalze 4 ist auf 10&sup6; [Ω] eingestellt, kann aber auch auf einen Wert in der Größenordnung 10&sup0; bis 10p [Ω] eingestellt werden. Ist der elektrische Widerstand zu niedrig, fließt ein großer Strombetrag in die Entwicklungswalze 4, wenn die Oberfläche der Entwicklungswalze die Fotoleitertrommel 1 direkt berührt, falls die Fotoleitertrommel 1 auf ihrer Oberfläche ein Stiftloch oder lokal eine kleine Menge Toner aufweist. Ist andererseits der elektrische Widerstand zu hoch, wird der Entwicklungswirkungsgrad verringert, wodurch tendenziell eine niedrige Dichte im schließlich gedruckten Bild auftritt. Dementsprechend liegt der elektrische Widerstand vorzugsweise im Bereich von 10&sup4; bis 10&sup8; [Ω]. Der hier erwähnte elektrische Widerstand bedeutet denjenigen zwischen der Berührungsebene, in der die Oberfläche der Entwicklungswalze 4 die Fotoleitertrommel 1 berührt, und der leitenden Welle 2a.
Tonerpartikel werden auf einige zehn µm Dicke auf die Entwicklungswalze 4 aufgeschichtet und treten in einen Entwicklungsbereich ein, der die Fotoleitertrommel 1 mittels einer nicht gezeigten Einrichtung berührt, wenn sich die Entwicklungswalze 4 dreht, wodurch die Entwicklung durchgeführt wird. Die Tonerpartikel tragen elektrische Ladung mit einer Polarität, welche die gleiche ist wie die Ladungspolarität der Fotoleitertrommel 1, um eine Umkehrentwicklung zwischen der Fotoleitertrommel 1 und der Entwicklungswalze 4 durchzuführen. In diesem Fall bildet der Belichtungsteil, an dem Tonerpartikel haften, einen Bildteil, während der Nichtbelichtungsteil, an dem keine Tonerpartikel haften, einen Nichtbildteil bildet. Eine Stromquelle 4b führt der Entwicklungswalze 4 ein elektrisches Potential zu, das zwischen dem des Bildteils und dem des Nichtbildteils der Fotoleitertrommel 1 liegt.
Eine Übertragungswalze 5, die eine Übertragungseinheit bildet, überträgt ein Tonerbild auf der Fotoleitertrommel 1 auf ein Übertragungselement 6, das in Richtung des Pfeils C transportiert wird. Die Übertragungswalze 5 berührt die Fotoleitertrommel 1 mit einem gegebenen Druck und wird dadurch angetrieben. Die Übertragungswalze 5 kann durch eine andere Einrichtung ersetzt werden, falls diese im wesentlichen die gleiche Funktion erfüllt. Das Übertragungselement 6 kann ein Aufzeichnungspapier sein.
Der elektrische Widerstand der Übertragungswalze 5 bedeutet denjenigen zwischen der Berührungsebene, in der die Oberfläche der Übertragungswalze 5 die Fotoleitertrommel 1 berührt, und einer leitenden Welle 5a. Der elektrische Widerstand ist auf 10&sup8; [Ω] eingestellt, kann aber auch auf einen Wert in der Größenordnung von 10&sup0; bis 10&sup9; [Ω] eingestellt werden. Ist der elektrische Widerstand zu niedrig, fließt ein großer Strombetrag, wenn die Fotoleitertrommel 1 Stiftlöcher auf ihrer Oberfläche aufweist. Falls das Übertragungselement 6 eine Breite hat, die kleiner als die der Fotoleitertrommel 1 und der Übertragungswalze 5 ist, ist es unwahrscheinlich, daß ein ausreichendes elektrisches Feld erhalten wird, was eine schlechte Übertragung zur Folge hat. Ist andererseits der elektrische Widerstand zu hoch, wird die Spannung größtenteils der Übertragungswalze 5 zugeführt, so daß der Tonerschicht keine ausreichende Spannung zugeführt wird, was eine schlechte Übertragung zur Folge hat.
Das Übertragungselement 6, auf das das Tonerbild übertragen wird, wird von der Fotoleitertrommel 1 getrennt und in eine nicht gezeigte Fixiereinheit geleitet. Nach Beendigung des Fixierprozesses wird das Übertragungselement 6 als bedruckter Stoff außerhalb der Bilderzeugungsvorrichtung entladen. Eine Stromquelle 5b führt der leitenden Welle 5a eine Spannung zu.
In Figur 2 führt ein Steuerteil 11 der Bilderzeugungsvorrichtung der Einheit zur Erzeugung eines latenten Bildes 3 ein Drucksignal zu, so daß ein LED-Array-Kopf bei Empfang des Drucksignal Licht aussendet. Der Steuerteil 11 führt der Fotoleitertrommel 1 ein Antriebssignal zu, so daß die Fotoleitertrommel 1 angetrieben wird. Der Steuerteil 11 führt ferner den Stromquellen 2b, 4b und 5b ein Hochspannungssignal zu, so daß diese Stromquellen die Potentiale der Ladewalze 2, der Entwicklungswalze 4 und der Übertragungswalze 5 auf die passenden Werte legen.
Der Betrieb der Bilderzeugungsvorrichtung nach dem Stand der Technik wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 beschrieben. Figur 3 ist ein Flußdiagramm, das den Betrieb der Bilderzeugungsvorrichtung von Fig. 1 nach dem Stand der Technik zeigt, und Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht einer Entwicklungseinheit der Bilderzeugungsvorrichtung von Fig. 1 nach dem Stand der Technik.
In Fig. 4 haften Tonerpartikel 12a von der Oberfläche der Entwicklungswalze 4 am Bildteil der Fotoleitertrommei 1 an. 4b bezeichnet eine Stromquelle. Die Tonerpartikel 12b bleiben bis zur Beendigung der Übertragung des Tonerbildes auf das Übertragungselement 6 (Fig. 1) auf der Oberfläche der Fotoleitertrommel 1. Da die Bilderzeugungsvorrichtung keine Reinigungseinrichtung wie eine Rakel oder eine Reinigungsbürste hat, haften die Tonerpartikel 12b an der Oberfläche der Fotoleitertrommel 1 an, um so eine Resttonerschicht zu bilden und in eine gleichförmig geladenes Zone einzutreten, in der die Fotoleitertrommel 1 die Ladewalze 2 berührt.
Wenn die Dichte der Resttonerschicht in der gleichförmig geladenen Zone niedrig ist, ist die geladene Potentialdifferenz auf der Oberfläche der Fotoleitertrommel 1 aufgrund des Vorhandenseins der Resttonerschicht klein, so daß die Oberfläche der Fotoleitertrommel 1 gleichförmig mit Elektrizität geladen wird. Danach wird die Oberfläche der Fotoleitertrommel 1 einer Belichtung unterzogen und optisch auf den Belichtungsteil gezogen, um darauf ein latentes Bild zu bilden. Falls in diesem Zeitpunkt die Dichte der Resttonerschicht niedrig ist, wird ein Lichtfleckdurchmesser zur optischen Zeichnung wesentlich größer als die Größe der Tonerpartikel 12b, was zu weniger Einfluß auf die durch das Vorhandensein der Resttonerschicht verursachte Erzeugung des latenten Bildes führt. Als Folge kann ein hervorragendes latentes Bild erhalten werden.
Nachfolgend berühren die Tonerpartikel 12b die Entwicklungswalze 4. Das Potential der Entwicklungswalze 4 wird durch die Stromquelle 4b auf einen Zwischenwert zwischen denjenigen der Belichtungs- und Nichtbelichtungsteile der Fotoleitertrommel 1 gesteuert. Dementsprechend werden die auf dem Nichtbelichtungsteil zurückbleibenden Tonerpartikel 12a aufgrund der elektrostatischen Kraft von der Entwicklungswalze 4 angezogen, wie in Fig. 4 gezeigt, und von der Entwicklungseinheit eingesammelt. Inzwischen werden die auf dem Belichtungsteil zurückbleibenden Tonerpartikel 12b nicht von der Entwicklungseinheit eingesammelt, sondem bleiben auf der Fotoleitertrommel 1 haften. Im Gegensatz zu den Tonerpartikein 12b werden die Tonerpartikel 12a auf der Entwicklungswalze 4 von der Fotoleitertrommel 1 angezogen, wodurch das latente Bild auf der Fotoleitertrommel 1 entwickelt wird, um so das Tonerbild zu erzeugen. Nachfolgend wird das Tonerbild auf der Fotoleitertrommel 1 von der Übertragungswalze 5 auf das Übertragungselement 6 übertragen, womit ein Zyklus des Bilderzeugungsbetriebs beendet ist. Der Wirkungsgrad der Tonerbildübertragung der Übertragungswalze 5 ist viel größer als mittels der konventionellen Koronaentladung, was es ermöglicht, daß weniger Tonerpartikel 12b auf der Fotoleitertrommel 1 zurückbleiben.
Da die Entwicklungswalze 4 das latente Bild durch Berühren der Fotoleitertrommel 1 entwickelt, kann eine große Menge Tonerpartikel 12b eingesammelt werden, und der Wirkungsgrad der Tonerpartikel-Einsammlung ist sehr viel besser als derjenige des konventionellen berührungsfreien Magnetbürsten-Entwicklungssystems.
Falls die Umfangsgeschwindigkeit der Entwicklungswalze 4 in Richtung des Pfeils B größer als die der Fotoleitertrommel 1 in Richtung des Pfeils A ist, insbesondere falls die erstere das 1,2-fache der letzteren übersteigt, zeigten experimentelle Daten, daß sich die Tonerpartikel 12b auf der Fotoleitertrommel 1 in Richtung auf die Entwicklungswalze 4 bewegen, was zu einem hohen Wirkungsgrad der Tonerpartikel-Einsammlung führt. Es ist möglich, das latente Bild auf der Fotoleitertrommel 1 so zu entwickeln, daß eine genügende Menge Tonerpartikel an der Fotoleitertrommel 1 haftet. Selbst wenn daher die der Entwicklungswalze 4 zugeführte Menge Tonerpartikel gering ist, um eine dünne Tonerschicht darauf zu bilden, da die Menge der Tonerpartikel 12b, die der Differenz in der Umfangsgeschwindigkeit zwischen der Entwicklungswalze 4 und der Fotoleitertrommel 1 entspricht, von der Entwicklungseinheit 4 eingesammelt wird, werden die eingesammelten Tonerpartikel der dünnen Tonerschicht darauf zusätzlich zugeführt.
Ein Problem bei der oben beschriebenen Bilderzeugungsvorrichtung nach dem Stand der Technik ist es, daß, wenn die übrigbleibenden Tonerpartikel 12 im Entwicklungsprozeß eingesammelt werden und die Oberfläche der Fotoleitertrommel 1 durch die Ladewalze 2 mit Elektrizität geladen wird, ohne Ozon zu erzeugen, verhindert wird, daß die Fotoleitertrommel 1 im Ladeprozeß mit Elektrizität geladen wird, wenn die Tonerpartikel 12b, die im Übertragungsprozeß auf der Oberfläche der Fotoleitertrommel 1 zurückbleiben, zwischen der Ladewalze 2 und der Fotoleitertrommel 1 hindurchtreten, wodurch der Teil, an dem die Tonerpartikel 12b haften, nicht mit Elektrizität geladen werden kann. Da die elektrostatische Kraft die Tonerpartikel 12b im Entwicklungsprozeß nicht beeinflußt, kann folglich der Toner 12b nicht ausreichend eingesammelt werden, was im nächsten Übertragungsprozeß die Erzeugung eines positiven Nachbildes auf dem Übertragungselement 6 bewirkt.
Ferner hat eine große Menge übrigbleibender Tonerpartikel 12b, die auf der Fotoleitertrommel zurückbleiben, Nachteile im Entwicklungsprozeß zur Folge. Falls die Oberfläche der Fotoleitertrommel 1 dick mit Toner 12b bedeckt ist, kann kein Licht die Fotoleitertrommel 1 erreichen, da der Toner 12b es absorbiert, was eine schlechte Belichtung zur Folge hat.
Die schlechte Belichtung des Bildteils bewirkt, daß der Toner 12b im folgenden Prozeß eingesammelt wird, ohne Entwicklung und Anheften von neuen Tonerpartikein. Als Folge wird der Teil, der dem vorhergehenden Bild entspricht, im aktuellen Bildteil undeutlich weiß sichtbar, das sogenannte negative Nachbild.
Unter Bezugnahme auf Figur 5 der beigefügten Zeichnungen wird nun eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei der das unzureichende Laden und Belichten aufgrund der übrigbleibenden Tonerpartikel 12b verhindert wird und außerdem verhindert wird, daß das positive oder negative Nachbild erzeugt wird.
Ein Trommel-Bildträger, d.h. eine Fotoleitertrommel 1, dreht sich in Richtung des Pfeils A. In der ersten Ausführungsform wird eine Negativ-OPC verwendet. Die Ladewalze 2, die eine Ladeeinheit bildet, ist aus einer haibleitenden Gummiwalze an ihrer Oberfläche gebildet. Die Stromquelle 2b führt der leitenden Welle 2a eine Spannung zu.
Die Ladewalze 2 dreht sich in Richtung des Pfeils D. Ihre Umfangsgeschwindigkeit ist größer als die der Fotoleitertrommel 1 und auf das Verhältnis 1:1,1 bis 1:1,2 in bezug auf die der Fotoleitertrommel 1 eingestellt.
Die Spannung der Stromquelle 2b beträgt 1,3 [kV], und das Oberflächenpotential der Fotoleitertrommel beträgt -800 [V]. Die Einheit zur Erzeugung eines latenten Bildes 3 unterzieht die Fotoleitertrommel 1 in Reaktion auf das vom Steuerteil 11 zugeführte Drucksignal einer Belichtung und zeichnet ein elektrostatisches latentes Bild, das Belichtungsteile und Nichtbelichtungsteile enthält, auf die Oberfläche der Fotoleitertrommel 1. Die Fotoleitertrommel 1 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet zwar eine LED, kann aber auch eine Laserstrahl-Abtasteinheit, ein Flüssigkristallverschluß-Array usw. verwenden.
Ein Tonerträger, d.h. eine Entwicklungswalze 4, die eine Entwicklungseinheit bildet, berührt die Fotoleitertrommel 1 mit einem gegebenen Druck und dreht sich in Richtung des Pfeils B mit der Umfangsgeschwindigkeit mit dem Verhältnis 1:1,1 bis 1:1,2 in bezug auf die Fotoleitertrommel 1. Die Oberfläche der Entwicklungswalze ist aus einem halbleitenden Gummi gebildet. Die Stromquelle 4b führt der leitenden Welle 4a eine Spannung zu. Durch das Anlegen der Spannung an die leitende Welle 4a erscheint das Potential auf der Entwicklungswalze 41 das im wesentlichen zwischen demjenigen des Bildteils, des Belichtungsteils der Fotoleitertrommel 1, und demjenigen des Nichtbildteils liegt, d.h. des Nichtbelichtungsteils der Entwicklungswalze 4. Das Potential auf der Entwicklungswalze 4 ist auf -350 [V] eingestellt.
Die Tonerpartikel 12a auf der Entwicklungswalze 4 werden durch eine Entwicklungsrakel 18 auf einige zehn µm Dicke verdünnt und treten in die Entwicklungszone ein, in der die Entwicklungswalze 4 die Fotoleitertrommel 1 berührt, wenn sich die Entwicklungswalze 4 dreht und die Entwicklung stattfindet. Die Tonerpartikel 12 haben die gleichen negativen Ladungen wie die der Fotoleitertrommel 1, und es wird eine Umkehrentwicklung durchgeführt. In diesem Zustand bilden die Tonerpartikel 12a, die am Belichtungsteil hatten, den Bildteil, während die Tonerpartikel 12a, die am Nichtbelichtungsteil haften, den Nichtbildteil bilden.
Die Übertragungswalze 5, die die Übertragungseinheit bildet, überträgt das auf der Fotoleitertrommel 1 erzeugte Tonerbild auf das Übertragungselement 6, das durch eine nicht gezeigte Einrichtung in Richtung des Pfeils C transportiert wird. Die Übertragungswalze 5 ist so aufgebaut, daß sie die Fotoleitertrommel 1 mit einem gegebenen Druck berührt und ihrer Drehung folgt. Die Walze 5 kann durch eine andere Einrichtung ersetzt werden, falls die gleiche Funktion erzielt werden kann.
Das Übertragungselement 6, auf das das Tonerbild übertragen worden ist, wird von der Fotoleitertrommel 1 getrennt und in eine nicht gezeigte Fixiereinheit geleitet. Danach wird die Nummer 6 als bedruckter Stoff außerhalb der Bilderzeugungsvorrichtung entladen. Die Stromquelle 5b führt der leitenden Welle 5a eine Spannung zu.
Eine Tonerhaltewalze 7 ist aus einem halbleitenden Gummi oder einem halbleitenden Schwamm an ihrer Oberfläche gebildet. Der elektrische Widerstand des halbleitenden Gummis oder Schwamms liegt im Bereich von 10³ bis 10&sup9; [Ω]. An eine leitende Welle 7a, die eine Tonerhaltewalze trägt, wird eine Spannung im Bereich von + 100 bis +700 [V] angelegt. Die Tonerhaltewalze 7 dreht sich in Richtung des Pfeils F. Ihre Umfangsgeschwindigkeit ist größer als die der Fotoleitertrommel 1 und auf das 1- bis 2-fache derjenigen der Fotoleitertrommel 1 eingestellt. Die negativ geladenen Tonerpartikel 12b bleiben auf der Fotoleitertrommel 1 zurück.
Nachfolgend wird der Betrieb der Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
Die negativ geladenen Tonerpartikel 12b, die im Übertragungsprozeß auf der Fotoleitertrommel 1 zurückbleiben, werden aufgrund der elektrostatischen Kraft an die Tonerhaltewalze 7 angezogen. Weiterhin werden die an der Tonerhaltewalze 7 haftenden Tonerpartikel 12b unter Verwendung der Tonerhaltewalze 7 positiv geladen, so daß sie erneut an der Fotoleitertrommel 1 haften. In diesem Zeitpunkt haften die positiv geladenen Tonerpartikel 12b auf der Tonerhaltewalze 7 sowohl an den Bildteilen als auch den Nichtbildteilen der Fotoleitertrommel 1. Dementsprechend wird die Dicke der Tonerpartikeischicht auf der Tonerhaltewalze 7 vergrößert.
Wie oben erwähnt, haften die auf der Fotoleitertrommel 1 zurückbleibenden Tonerpartikel zwar einmal an der Tonerhaltewalze 7, werden aber nach und nach an die Fotoleitertrommel 1 zurückgegeben, wenn sich die Tonerhaltewalze 7 dreht. Dies ist besonders wirksam im Falle daß viele Tonerpartikel 12b auf der Fotoleitertrommel 1 zurückbleiben. Die Tonerpartikel 12b, die einmal an der Tonerhaltewalze 7 haften, werden aufeinanderfolgend an die Fotoleitertrommel 1 zurückgegeben und verringern die Dicke der Tonerschicht auf der Fotoleitertrommel 1.
Dies ist besonders wirksam, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Tonerhaltewalze 7 auf 1:1,3 in bezug auf die der Fotoleitertrommel 1 eingestellt wird.
Im Ladeprozeß bewegen sich die Tonerpartikel 12b zwischen der Ladewalze 2 und der Fotoleitertrommel 1 aufgrund der Ladewalze 2 auf der geladenen Fotoleitertrommel 1, da die Umfangsgeschwindigkeit der Ladewalze 2 größer als die der Fotoleitertrommel 1 ist. Dementsprechend wird die Oberfläche der Fotoleitertrommel 1 in dem Teil, in dem die Tonerpartikel 12b vor der Bewegung der Tonerpartikel haften geblieben sind, und in dem Teil, in dem die Tonerpartikel 12b nach der Bewegung der Tonerpartikel 12b erneut haften geblieben sind, gleichförmig mit Elektrizität geladen. Je größer das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeiten der Ladewalze und der Fotoleitertrommel 1 ist, desto stabiler kann der Teil, in dem die Tonerpartikel 12b haften, mit Elektrizität geladen werden. Praktisch nutzbar war aber ein Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeiten von 1:1,3. In diesem Zeitpunkt werden die Tonerpartikel 12b negativ geladen, da ihnen die Ladewalze 2 negative Ladung verleiht.
Da im Belichtungsprozeß das Belichtungslicht in dem Teil abgeschattet wird, in dem die Tonerpartikel 12b dicker an der Fotoleitertrommel 1 haften, wird dieser Teil nicht ausreichend belichtet. Da jedoch gemäß der ersten Ausführungsform die Tonerpartikel 12 aufgrund der vorgesehenen Tonerhaltewalze 7 dünn auf der Fotoleitertrommel 1 haften, besteht keine Wahrscheinlichkeit, daß unzureichende Belichtung und das sogenannte negative Nachbild auftreten.
Im Entwicklungsprozeß hat die Entwicklungswalze 4 ein Potential, das zwischen dem des Nichtbelichtungsteils und dem des Belichtungsteils der Fotoleitertrommel 1 liegt. Die negativ geladenen Tonerpartikel 12b, die auf dem Nichtbelichtungsteil zurückbleiben, werden aufgrund der elektrostatischen Kraft von der Entwicklungswalze 4 angezogen. Unterdessen werden die negativ geladenen Tonerpartikel 12b, die auf dem Nichtbelichtungsteil zurückbleiben, nicht von der Entwicklungswalze 4 angezogen, da der Belichtungsteil auf dem Belichtungspotential ist. Im Gegensatz dazu werden neue Tonerpartikel 12a von der Entwicklungswalze 4 wegbewegt und haften aufgrund der elektrostatischen Kraft am Belichtungsteil.
Im anschließenden Übertragungsprozeß wird das Tonerbild durch die elektrostatische Kraft, welche die Übertragungswalze 5 verursacht, auf das Übertragungselement 6 übertragen. Das Tonerbild auf dem Übertragungselement 6 wird durch eine nicht gezeigte Fixiereinrichtung darauffixiert.
Gemäß der ersten Ausführungsform ist die Umfangsgeschwindigkeit der Ladewalze zwar größer als die der Fotoleitertrommel 1, die erstere kann aber auch kleiner als die letztere sein.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 und 7 werden nun eine zweite und eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Fig. 6 zeigt ein Zeitdiagramm einer Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform, und Fig. 7 zeigt ein Zeitdiagramm einer Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform.
Die Einheit zur Erzeugung eines latenten Bildes 3 unterzieht die Fotoleitertrommel 1 bei Empfang des Drucksignals vom Steuerteil 11 einer Belichtung. In diesem Fall wird das Drucksignal entsprechend der Bewegung des Übertragungselementes 6 gültig gemacht, aber in der Lücke zwischen den Übertragungselementen (nachfolgend als Papierlücke bezeichnet) ungültig gemacht. Eine Stromquelle 5b der Übertragungswalze 5 wird in Übereinstimmung mit der Papierlücke gesteuert. Das heißt, die Stromquelle 5b steuert, daß das Potential TR der Übertragungswalze 5 auf der Polarität zum Übertragen der Tonerpartikel 12a auf das Übertragungselement 6 sein darf, wenn das Übertragungselement 6 zwischen der Übertragungswalze 5 und der Fotoleitertrommel 1 positioniert ist, während sie im Zeitpunkt des Übertragungsprozesses zuläßt, daß das Potential TR auf der dazu umgekehrten Polarität ist, Um zu verhindern, daß die Tonerpartikel 12a auf die Übertragungswalze 5 übertragen werden, wie in Fig. 6 dargestellt.
Das Potential CH der Ladewalze 2 wird durch die Stromquelle 2b so gesteuert, daß sein Absolutwert während der Zeit, in dem die Ladewalze 2 die der Papierlücke entsprechende Zone der Fotoleitertrommel 1 passiert, von dem zum Laden notwendigen Wert auf 0 [V] verringert wird. In diesem Zeitpunkt ist die Oberfläche der Fotoleitertrommel 1 negativ geladen, da dort die elektrische Ladung, die ihr im Zeitpunkt zugeführt wurde, in dem die Ladewalze 2 vorbeilief, auf der Oberfläche der Fotoleitertrommel 1 zurückbleibt. Dementsprechend werden die positiv geladenen Tonerpartikel 12b, die auf der Fotoleitertrommel 1 zurückbleiben und von der Ladewalze 2 angezogen werden, aufgrund von elektrostatischer Kraft von der Fotoleitertrommel 1 angezogen. Wenn das Potential CH der Ladewalze 2 auf 0 [V] eingestellt wird, wird das Potential der Fotoleitertrommel 1 verringert, so daß sich die Tonerpartikel 12a auf der Entwicklungswalze 4 nach der Fotoleitertrommel 1 bewegen und daran haften. Daher wird ein Absolutwert eines Potentials DEV der Entwicklungswalze 4 im Zeitpunkt, in dem die Entwicklungswalze 4 den Teil entsprechend der Papierlücke erreicht, auf 0 [V] verringert.
Da sich der Teil, der der Papierlücke entspricht, bewegt, wenn sich die Fotoleitertrommel 1 dreht, sind die Zeit zum Einstellen des Potentials CH der Ladewalze 2 auf 0 [V], die Zeit zum Einstellen des Potentials DEV der Entwicklungswalze 4 auf 0 [V] und die Zeit zum Einstellen der Polarität des Potentials TR der Übertragungswalze 5 auf die umgekehrte Polarität jeweils gegeneinander verschoben.
Im Entwicklungsprozeß werden die meisten der Tonerpartikel 12a, die von der Entwicklungswalze 4 auf die Fotoleitertrommel 1 bewegt werden, negativ geladen, jedoch werden einige davon positiv geladen. Die positiv geladenen Tonerpartikel 12a bleiben nach Beendigung des Übertragungsprozesses auf der Fotoleitertrommel 1 zurück und haften tendenziell an der Ladewalze 2. Da der Absolutwert des Potentials CH der Ladewalze 2 jedesmal wenn die Ladewalze 2 den der Papierlücke entsprechenden Teil erreicht verringert wird, werden die an der Ladewalze 2 haftenden Tonerpartikel 12b entfernt, so daß die darauf zurückbleibende Menge Tonerpartikel 12b verringert wird, wodurch das gleichförmige kontinuierliche Laden durchgeführt werden kann.
Falls, wie in Fig. 7 dargestellt, der Absolutwert des Potentials CH der Ladewalze 2 während einer gegebenen Zeit T bevor die Drehung der Fotoleitertrommel 1 stoppt verringert wird, können die an der Ladewalze 2 haftenden Tonerpartikel 12b entfernt werden. Da selten kontinuierlicher Druck durchgeführt wird, können die an der Ladewalze 2 haftenden Tonerpartikel 12b auf so eine Weise ausreichend entfernt werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 8-10 und Figur 12 wird nun eine vierte Ausführungsforrn der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Polymerisierungsverfahren zur Herstellung der Tonerpartikel kann ein Pulverisierungsverfahren ersetzen und verglichen mit einem Pulverisierungsverfahren eine hohe Produktivität erreichen, und außerdem können die Größen der Tonerpartikel relativ leicht gesteuert werden. Dementsprechend ist es möglich, die Größen der Tonerpartikel zu verringern, was dazu beiträgt, eine hohe Auflösung und ein Bild in hoher Qualität zu erzielen. Die durch das Polymerisierungsverfahren hergestellten Tonerpartikel sind aufgrund der Eigenschaften dieses Herstellungsverfahrens sphärisch oder im wesentlichen sphärisch. Die sphärischen Tonerpartikel haben verglichen mit undefiniert geformten Tonerpartikeln eine starke Van-der-Waals-Anziehungskraft an die Fotoleitertrommel und werden durch eine Rakel, eine Bürste usw. kaum eingefangen, was eine schlechtere Reinigung zur Folge hat. Diese Tendenz ist um so deutlicher, je kleiner die Partikelgröße ist.
Man hat ein Verfahren zur Herstellung von Tonerpartikeln mit einer gewünschten Form vorgeschlagen, indem winzige Tonerpartikel mit Größen im Bereich von 1 bis 4 [µm], die durch das Polymerisierungsverfahren erhalten werden, aneinandergehängt und aufeinanderfolgend an ihren Berührungsstellen geschmolzen werden (vgl. die Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 63-186253). Dieses Verfahren macht jedoch die Herstellung der Tonerpartikel kompliziert und ist kostspielig.
Angesichts der Nachteile dieses Verfahrens wird nachfolgend ein Verfahren beschrieben, das zur Verwendung von sphärischen Tonerpartikeln imstande ist, die durch das Polymerisierungsverfahren hergestellt werden, und dessen laufende Kosten niedrig sind.
Die Daten in der Tabelle von Fig. 8 zeigen das Ergebnis der Verwendung von verschiedenen Tonerpartikeln durch die Bilderzeugungsvorrichtung in Fig. 1.
Mit A, E und 1 bezeichnete Tonerpartikel werden durch das Pulverisierungsverfahren hergestellt, und mit B bis D, F bis H und J bis L bezeichnete Tonerpartikel werden jeweils durch das Polymerisierungsverfahren hergestellt. Als Bindeharz wird Styren-Acryl-Copolymer verwendet. Die Menge an Ladungskontrollmittel wird so geregelt, daß die dünne Schicht Tonerpartikel auf der Entwicklungswalze 44 eine mittlere Dicke von 20 [µm] hat, und eine spezifische Ladung pro Toner q/m bildet den Ausdruck q/m = -10 ± 1[µC/g].
Falls die mittlere Dicke der Tonerschicht kleiner als 5 [µm] ist, werden nicht genug Tonerpartikel zugeführt, so daß keine ausreichende Bilddichte erzielt werden kann. Falls die mittlere Dicke der Tonerschicht 30 [µm] übersteigt, wird ein elektrisches Feld zum Einsammeln der Tonerpartikel durch die Entwicklungswalze 4 geschwächt, so daß die Tonerpartikel nicht ausreichend eingesammelt werden können. Falls die spezifische Ladung pro Toner µm kleiner als -5[µC/g] ist, besteht eine Wahrscheinlichkeit, daß auf der Oberfläche des Nichtbelichtungsteils Nebel auftritt, der zur Verschlechterung des Bildes führt. Falls die spezifische Ladung pro Toner -20[µC/g] übersteigt, wird es schwierig, das Tonerbild zu übertragen, was eine schlechtere Übertragung zur Folge hat.
S d ist ein Produkt einer BET-Verhältnis-Oberfläche S[m²/g] und einer spezifischen mittleren Partikelgröße d[µm] und ist ein Kennwert, der die Form der Tonerpartikel darstellt. Das heißt, falls der Kennwert S d größer wird, bedeutet dies, daß die Tonerpartikel eher undefiniert sind, während ein kleinerer Kennwert bedeutet, daß die Tonerpartikel eher sphärisch sind. S/d wird manchmal als ein Kennwert verwendet, der nur die Formen der Tonerpartikel darstellt. Wird jedoch S/d als solcher verwendet, ist es unmöglich, die Formen von Tonerpartikeln miteinander zu vergleichen, die verschiedene mittlere Partikelgrößen haben. Dementsprechend wird S d als der Kennwert verwendet, um den Vergleich zwischen Tonerpartikeln zu ermöglichen, die verschiedene mittlere Partikelgrößen haben.
Fig. 9 ist eine Skizze, welche die Beziehung zwischen dem Kennwert S d und der Tonerpartikelablagerung pro Flächeneinheit der Ladewalze 4 zeigt. Die Daten in Fig. 9 sind das Ergebnis von Tests, welche die Ablagerung pro Flächeneinheit zeigen, d.h. die an die Oberfläche der Ladewalze (Fig. 1) angeheftete Menge Tonerpartikel nach Beendigung des kontinuierlichen Drucks von 500 Stück Bögen (A4- Format) bei einer Arbeitszyklus von [25%] unter Verwendung von verschiedenen Tonerpartikein.
Unter der Voraussetzung, daß die Spannung der Stromquelle 2b -1,4 [kV] beträgt, beträgt das Oberflächenpotential der Fotoleitertrommel 1 in dem Zustand, in dem die Tonerpartikel der Bilderzeugungsvorrichtung nicht zugeführt werden, d.h. in dem die Tonerpartikel weder an die Ladewalze 2 noch an die Fotoleitertrommel 1 angeheftet werden, -840 [V]. Die Spannung der Stromquelle 4b beträgt -300 [V], und die Spannung der Stromquelle 5b beträgt +2 [kV].
Aus Fig. 9 erkennt man, daß übrigbleibenden Tonerpartikel an der Oberfläche der Ladewalze 2 haften, wenn der Kennwert S d ungefähr 1 8 übersteigt. Für den Fall, daß der Kennwert S d ungefähr 20 übersteigt, wird bestätigt, daß die auf der Oberfläche der Ladewalze 2 zurückbleibenden Tonerpartikel eine gleichförmige Schicht mit einer Dicke im Bereich von 10 bis 20 [µm] oder mehr bilden. Falls der Kennwert S d kleiner als 18 ist, bleiben die Tonerpartikel nicht auf der Ladewalze 2 zurück, selbst wenn kontinuierlicher Druck von 10.000 Stück Bögen durchgeführt wird. irgendwelche Tonerpartikel A bis L, die auf der Oberfläche der Fotoleitertrommel 1 zurückbleiben, werden durch die Entwicklungswalze 4 eingesammelt, was zu keiner Erzeugung des Nachbildes führt, die durch das schlechtere Einsammein der Tonerpartikel verursacht wird.
Nachfolgend wurde ein weiterer, ähnlicher Test unter der Bedingung durchgeführt, daß die Spannung der Stromquelle 2b -1,1 [kV] oder -1,6[kV] beträgt. Dieser Test zeigte, daß es ungefähr 2% Differenz zwischen der Ablagerungsmasse pro Flächeneinheit gibt, d.h. der Menge verschiedener Tonerpartikel, die unter diesem Test und unter dem vorhergehenden Test, d.h. dem in Fig. 9 dargestellten Test, an der Ladewalze 2 haftet.
Das heißt, das Vorhandensein oder die Menge der zurückbleibenden Tonerpartikel, die an der Ladewalze 2 haften, ändert sich nicht sehr, obwohl die Spannungsänderung der Stromquelle 2b das elektrische Feld im Ladeprozeß ändert, was zeigt, daß sie stark vom Kennwert S d abhängt.
Fig. 10 ist eine Skizze, welche die Beziehung zwischen dem Kennwert Sd und dem Oberflächenpotential der Fotoleitertrommel 1 zeigt. Das Oberflächenpotential der Fotoleitertrommel 1 in Fig. 10 wird bevor der Belichtungsprozeß nach Beendigung des Ladeprozesses startet gemessen, wenn der kontinuierliche Druck unter der Bedingung durchgeführt wird, daß die Spannung der Stromquelle 2b (Fig. 1) -1,4 [kV] beträgt. Wenn der Kennwert 5d kleiner als 18 ist, ist die an der Ladewalze 2 haftende Menge Tonerpartikel im wesentlichen Null, und das Oberflächenpotential der Fotoleitertrommel 1 beträgt -840(V] ± 10[V]. Falls der Kennwert S d 20 übersteigt, wird das Oberflächenpotential der Fotoleitertrommel herabgesetzt und stark geändert. Dies liegt daran, daß die Spannung der Stromquelle 2b auf die dielektrische Schicht der Fotoleitertrommel 1 und die Tonerschicht der Ladewalze 2 verteilt wird. Es scheint, daß der Grad der Änderung durch die Änderung der Dicke der Tonerschicht und die Fülldichte der Tonerpartikel in der Longitudinalrichtung verursacht wird. in Anbetracht der oben dargelegten Gründe erscheint in einem Teil des Nichtbildteils der Fotoleitertrommel 1 ein dickes kompaktes Bild, falls der Kennwert S d 28 übersteigt. Das heißt, die an der Ladewalze 2 anzuheftende Menge Tonerpartikel sollte im wesentlichen Null sein, um das Oberflächenpotential der Fotoleitertrommel 1 im kontinuierlichen Betrieb zu stabilisieren. Aus diesem Grunde ist es notwendig, daß die Tonerpartikel sphärisch sind oder Formen nahe an sphärischen Formen haben.
Der folgende Vergleichstest wurde durchgeführt, um das Phänomen weiter aufzuklären, daß die sphärischen Tonerpartikel tendenziell nicht an der Ladewalze 2 haften.
Fig. 11 ist eine Prinzipskizze einer elektrofotografischen Vorrichtung, auf die ein konventionelles Verfahren zur Erzeugung eines Bildes angewandt wird, und Fig. 12 ist eine Skizze, welche die Beziehung zwischen dem Kennwert und der durch die schlechtere Reinigung verursachten Dichte der Tonerpartikel zeigt.
An der Seite gegenüber der Fotoleitertrommel 1 ist eine Rakel-Reinigungsvorrichtung 12 vorgesehen. Die Spannung der Stromquelle 2b wird so geregelt, daß das Oberflächenpotential der Fotoleitertrommel 1 -840[V] wird. Die Reinigungsvorrichtung weist eine Reinigungsrakel 21a auf, die aus Urethangummi mit einer Dicke von 1,8 [mm] gebildet ist und eine JISA-Härte von 70º und eine Rakellänge von 11 [mm] hat. Die Reinigungsrakel 21 a ist entlang der vollen Breite der Fotoleitertrommel 1 angeordnet, unter der Bedingung, daß der Winkel ihrer Positionierung in bezug auf die Fotoleitertrommel 1 gleich 24º ist und ihre Durchbiegung 2 [mm] ist.
An der Vertikalachse des Graphs von Fig. 12 ist mit I.D. eine Reflexionsdichte bezeichnet, welche die Menge an Tonerpartikeln darstellt, die auf der Fotoleitertrommel 1 zurückbleiben und schlecht gereinigt werden, bevor der Entwicklungsprozeß startet, nachdem sie die Reinigungsrakel 21a passiert haben, vorausgesetzt, daß der kontinuierliche Druck auf die gleiche Weise wie in Fig. 9 und 10 unter der oben dargelegten Bedingung durchgeführt wird. Die hier verwendeten Tonerpartikel sind die mit 1 bis L bezeichneten, wie in Fig. 8 dargestellt. Der Graph zeigt, daß die Tonerpartikel, die auf der Fotoleitertrommel 1 zurückbleiben, tendenziell die Reinigungsrakel 21 a passieren, falls der Kennwert S d kleiner als 18,2 ist, und schlecht gereinigt werden, was die Reflexionsdichte, d.h. I.D., vergrößert. Falls der Kennwert S d 20 übersteigt, werden die Tonerpartikel besser gereinigt, was I.D. im wesentlichen auf Null bringt.
Das Resultat der Tests zeigt folgendes:
Die sphärischen Tonerpartikel werden verglichen mit den nichtsphärischen Tonerpartikeln tendenziell nicht gereinigt. Der Grund für die Zunahme der schlechten Reinigung ist, daß die sphärischen Tonerpartikel einer starken Van-der-Waals-Kraft mit der Fotoleitertrommel unterliegen und die Tonerpartikel wegen ihrer sphärischen Form unter der Reinigungsrakel 21 hindurchgleiten.
Die Van-der-Waals-Kraft auf die Oberfläche von Partikeln hängt allgemein von der zufälligen Oberflächenrauhigkeit der Partikel ab. Ist daher die Partikelgröße gleich, so die Haftkraft bekanntermaßen um so größer, je glatter die Partikeloberfläche ist.
Die schlechte Reinigung wird unter Verwendung eines Schwellwertes spezifiziert, bei dem im wesentlichen gleichen Kennwert S d wie in Fig. 9 dargestellt. Es ist klar, daß die auf der Fotoleitertrommel zurückbleibenden Tonerpartikel tendenziell auf der Fotoleitertrommel zurückbleiben, wenn sie an der Ladewalze oder der Reinigungsrakel haften.
Die an der Ladewalze 2 haftenden Tonerpartikel ändern sich nicht stark, selbst wenn die elektrostatische Kraft, welche die innerhalb der geladenen Zone zurückbleibenden Tonerpartikel beeinflußt, geändert wird. Die Van-der-Waals-Kraft und die Formen der Tonerpartikel beeinflussen das Verhalten des Toners stark.
Wie oben im Detail ausgeführt, gibt es, da der Bildträger durch die Ladewalze mit Elektrizität geladen wird, während die letztere die Oberfläche des ersteren berührt, keine Wahrscheinlichkeit, daß Schadstoffe wie Ozon erzeugt werden, die durch die Koronaentladung verursacht wurden, und keine Wahrscheinlichkeit für Umweltverschmutzung. Die Tonerpartikel bleiben zwar nach Beendigung des Übertragungsprozesses auf dem Bildträger zurück, können aber aufgrund der elektrostatischen Kraft von der Entwicklungswalze eingesammelt werden. Dementsprechend ist es nicht notwendig, die eingesammelten Tonerpartikel wegzuwerfen, was den Ausnutzungsgrad der Tonerpartikel verbessert. Die auf dem Ladungsträger zurückbleibenden Rest-Tonerpartikel haften an der Tonerhaltewalze und werden nach und nach an den Bildträger zurückgegeben, wenn sich die Tonerhaltewalze dreht. Dementsprechend wird die auf der Oberfläche des Bildträgers erzeugte Tonerschicht verdünnt, was eine unzureichende Belichtung des Bildträgers und ungleichförmiges Laden der Fotoleitertrommel verhindern kann.
Falls die Drehrichtung der Entwicklungswalze derjenigen des Bildträgers entgegengesetzt ist und die Umfangsgeschwindigkeit der Entwicklungswalze das 1,2-fache derjenigen des Bildträgers übersteigt, wird der Wirkungsgrad verbessert, mit dem die Tonerpartikel eingesammelt werden, und wird der Ausnutzungsgrad der Tonerpartikel verbessert.
Im Falle daß der Absolutwert des Potentials der Ladewalze verringert wird, während kein Druckbetrieb durchgeführt wird, haften die an der Ladewalze haftenden Tonerpartikel aufgrund der elektrostatischen Kraft am Bildträger, wodurch die Menge der an der Ladewalze haftenden Tonerpartikel verringert werden kann. Dementsprechend ist es möglich, die Oberfläche des Bildträgers gleichförmig mit Elektrizität zu laden, wodurch ein stabiles Bild erhalten werden kann.
Die Ladeeinheit kann die Ladewalze aufweisen, und die Drehrichtung der Ladewalze kann derjenigen des Bildträgers entgegengesetzt sein. Ferner kann sich die Umfangsgeschwindigkeit der Ladewalze von derjenigen des Bildträgers unterscheiden. Das heißt, die Umfangsgeschwindigkeit der Ladewalze kann kleiner oder größer als die des Bildträgers sein.
In diesem Fall werden die auf dem Bildträger zurückbleibenden Tonerpartikel bewegt, während der Bildträger durch die Ladewalze mit Elektrizität geladen wird. Dementsprechend ist es möglich, die Tonerpartikel im Entwicklungsprozeß ausreichend einzusammeln, da nicht nur der Teil, an dem die Tonerpartikel vor der Bewegung der Tonerpartikel haften geblieben sind, sondern auch der Teil, an dem die Tonerpartikel nach der Bewegung haften bleiben, gleichförmig mit Elektrizität geladen werden.
Falls die Umfangsgeschwindigkeit der Ladewalze kleiner als die des Bildträgers ist, tritt der Effekt auf, daß die Tonerpartikel an dem Bildträger haften, der eine hohe Umfangsgeschwindigkeit hat, so daß die Menge der an der Ladewalze haftenden Tonerpartikel verringert werden kann. Als Folge kann die Oberfläche des Bildträgers gleichförmig mit Elektrizität geladen werden, wodurch ein stabiles Bild erhalten werden kann.
Da das mit der Stromquelle verbundene Ladeelement die Oberfläche des Bildträgers im Ladeprozeß mit Elektrizität lädt, während das erstere die Oberfläche des letzteren berührt, besteht keine Wahrscheinlichkeit, daß durch Koronaentladung verursachte Schadstoffe wie Ozon erzeugt werden.
Die im Zeitpunkt der Beendigung des Übertragungsprozesses auf dem Bildträger zurückbleibenden Tonerpartikel können aufgrund der elektrostatischen Kraft eingesammelt werden, bevor der Übertragungsprozeß nach der Beendigung des Ladeprozesses startet, d.h. im Entwicklungsprozeß.
Da die Formen der Tonerpartikel sphärisch sind und der Kennwert S d, der durch das Produkt der BET-Verhältnis-Oberfläche S[m²/g] und der spezifischen mittleren Partikelgröße d[µm] gegeben ist, kleiner als 18 ist, kann die Menge der am Ladeelement haftenden Tonerpartikel verringert werden, und die Spannung, die von der mit dem Ladeelement verbundenen Stromquelle an das Ladeelement angelegt wird, wird nicht auf die Tonerpartikel auf dem Ladeelement verteilt, wodurch das Oberflächenpotential auf dem Bildträger stabilisiert werden kann und außerdem ein Bild mit hoher Auflösung und hoher Qualität erhalten werden kann.
Da die auf dem Bildträger zurückbleibenden Tonerpartikel aufgrund der elektrostatischen Kraft eingesammelt werden, bevor der Übertragungsprozeß nach der Beendigung des Ladeprozesses startet, zum Beispiel im Entwicklungsprozeß, können sie unabhängig von ihren Formen ausreichend eingesammelt werden. Dementsprechend ist es möglich, die eingesammelten Tonerpartikel wiederzuverwenden.

Claims

1. Vorrichtung zur Bilderzeugung, enthaltend

einen Bildträger (1),

eine Ladeeinheit (2a, 2b) zum elektrostatischen Laden der Oberfläche des Bildträgers (1),

eine Einheit zur Erzeugung eines latenten Bildes (3), zur Erzeugung eines elektrostatischen latenten Bildes auf der geladenen Oberfläche des Bildträgers (1),

eine Entwicklungseinheit (4), die angrenzend an den Bildträger (1) angeordnet ist, zur Entwicklung des auf der Oberfläche des Bildträgers (1) erzeugten elektrostatischen latenten Bildes, um ein Tonerbild zu erzeugen,

eine Einrichtung (5) zum Übertragen und Fixieren des auf der Oberfläche des Bildträgers (1) erzeugten Tonerbildes auf ein Übertragungselement (6) und

eine mit der Entwicklungseinheit verbundene Stromquelle (4b) zum elektrostatischen Laden von Tonerpartikeln auf der Entwicklungseinheit (4) mit der gleichen Polarität wie die Ladepolarität des Bildträgers (1), die betriebsfähig ist, das Potential der Entwicklungseinheit (4) auf einen Wert einzustellen, der es den Tonerpartikeln ermöglicht, an einem Bildteil des Bildträgers (1) zu haften, und es den auf einem Nichtbildteil des Bildträgers (1) zurückbleibenden Tonerpartikeln ermöglicht, weg vom Bildträger (1) von der Entwicklungseinheit (4) angezogen zu werden, gekennzeichnet durch eine Tonerhalteeinheit (7a, 7b), die zwischen der Übertragungseinrichtung (5) und der Ladeeinheit (2a, 2b) angeordnet ist, um die Tonerpartikel daran anzuziehen und um sie an den Bildträger (1) zurückzugeben.

2. Vorrichtung zur Bilderzeugung gemäß Anspruch 1, bei der die Ladeeinheit (2a, 2b) eine Ladewalze (2) enthält, die den Bildträger (1) berührt.

3. Vorrichtung zur Bilderzeugung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der sich die Entwicklungswalze (4a) in einer entgegengesetzten Richtung zum Bildträger (1) dreht, wobei die Umfangsgeschwindigkeit der Entwicklungswalze (4a) das 1,2- fache derjenigen des Bildträgers (1) übersteigt.

4. Vorrichtung zur Bilderzeugung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Ladeeinheit (2a, 2b) mit einer Einrichtung zur Verringerung eines Absolutwertes des Potentals der Ladeeinheit (2a, 2b), wenn der Bildträger (1) gedreht wird und kein Druckbetrieb durchgeführt wird, ausgestattet ist.

5. Vorrichtung zur Bilderzeugung gemäß Anspruch 2, bei der sich die Ladewalze in einer entgegengesetzten Richtung zum Bildträger (1) dreht und sich die Umfangsgeschwindigkeit der Ladewalze (2) von derjenigen des Bildträgers (1) unterscheidet.

6. Vorrichtung zur Bilderzeugung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Tonerhalteeinheit (7a, 7b) eine Tonerhaltewalze (7) enthält.

7. Vorrichtung zur Bilderzeugung gemäß Anspruch 6, bei der die Umfangsgeschwindigkeit der Tonerhaltewalze (7) gleich der oder größer als die Umfangsgeschwindigkeit des Bildträgers (1) ist.

8. Vorrichtung zur Bilderzeugung gemäß Anspruch 6 oder Anspruch 7, bei der die Tonerhaltewalze (7) eine Oberfläche aufweist, die aus halbleitendem Gummi oder Schwamm gebildet ist, der einen elektrischen Widerstand zwischen 10³ und 10&sup9; Ohm hat.

9. Vorrichtung zur Bilderzeugung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Tonerpartikel kugelförmig sind und einen Kennwert S D haben, der ein Produkt der BET-Verhältnis-Oberfläche 5 (m²/g) und einer spezifischen mittleren Partikelgröße d [µm] ist und der kleiner als 18 ist.

10. Verfahren zur Erzeugung eines Bildes, mit folgenden Verfahrensschritten:

(a) elektrostatisches Laden der Oberfläche eines Bildträgers (1),

(b) Erzeugen eines elektrostatischen latenten Bildes auf der geladenen Oberfläche des Bildträgers (1),

(c) Entwickeln des elektrostatischen latenten Bildes durch daran haftende Toner partikel, um ein Tonerbild zu erzeugen,

(d) Übertragen des Tonerbildes auf ein Übertragungselement, wobei die nach dem Übertragungsvorgang auf einem Nichtbildteil des Bildträgers (1) zurückbleibenden Tonerpartikel an die Entwicklungseinheit (4) angezogen werden und die Tonerpartikel auf einem Bildteil des Bildträgers (1) darauf zurückbleiben, wobei das Verfahren durch den Verfahrensschritt gekennzeichnet ist, die Tonerpartikel an eine Tonerhalteeinheit (7a, 7b) anzuziehen und sie an den Bildträger (1) zurückzugeben.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt, die negativ geladenen Tonerpartikel, die an der Tonerhalteeinheit (7a, 7b) haften, positiv zu laden, bevor sie an den Bildträger (1) zurückgegeben werden.