DE69311015T2 - AC/DC räumlich programmierbare Donorwalze für xerographische Entwicklung - Google Patents

Description

• Allgemein betrifft die vorliegende Erfindung das Sichtbarmachen latenter elektrostatischer Bilder. Speziell betrifft sie nicht-interaktive bzw. verwischungsfreie Entwicklungssysteme.
• Anwenden läßt sich die Erfindung in der Xerografie oder in der Drucktechnik. Bei der konventionellen Xerografie werden allgemein latente elektrostatische Bilder auf einer xerografischen Oberfläche ausgebildet, indem zuerst ein Fotorezeptor gleichmäßig aufgeladen wird. Der Fotorezeptor umfaßt eine ladungshaltende Oberfläche. Die Ladung wird dann gemäß einem Muster aktivierender Strahlung, welches den Originalbildern entspricht, selektiv gestreut. Die selektrive Streuung der Ladung hinterläßt ein latentes Ladungsmuster auf der Abbildungsoberfläche, das den Bereichen entspricht, die nicht der Strahlung ausgesetzt wurden. Durch das Entwickeln mit Toner wird dieses Ladungsmuster sichtbar gemacht. Allgemein handelt es sich bei Toner um ein Farbpulver, das durch elektrostatische Anziehung an dem Ladungsmuster haftet.
• Anschließend wird das entwickelte Bild auf der Abbildungsoberfläche festgehalten oder auf ein Aufnahmesubstrat, wie z.B. Normalpapier, übertragen, auf dem es mit einem geeigneten Fixierverfahren fixiert wird.
• Besonders eignet sich die vorliegende Erfindung für die Verwendung in Zusatzfarb-Drucksystemen. Eine Form davon, die Trilevel-Schmuckfarben- Abbildung ist im USA-Patent Nr.4,078,929 an Gundlach beschrieben. Hierin ist die Anwendung der Trilevel-Xerografie zur Schmuckfarben-Abbildung in einem Arbeitsgang offenbart. Wie daraus hervorgeht, wird das Ladungsmuster mit Tonerpartikeln einer ersten und einer zweiten Farbe entwickelt. Die Tonerpartikel der einen Farbe werden positiv aufgeladen und die. Tonerpartikel der anderen Farbe negativ. Bei einer Ausführungsform werden die Tonerpartikel durch einen Entwickler zugeführt, der ein Gemisch aus triboelektrisch positiv und negativ geladenen Trägerkügelchen umfaßt. Die Trägerkügelchen halten jeweils die negativen bzw. die positiven Tonerpartikel. Allgemein gelangt ein solcher Entwickler zu dem Ladungsmuster, indem er kaskadenförmig auf die Abbildungsfläche mit dem Ladungsmuster aufgebracht wird. Bei einer anderen Ausführungsform erreichen die Tonerpartikel das Ladungsmuster über ein Paar Magnetbürsten. Mit jeder Bürste wird Toner einer Farbe und einer Ladung zugeführt. Bei noch einer anderen Ausführungsform wird eine Vorspannung an die Entwicklungssysteme angelegt, die etwa der Hintergrundspannung entspricht. Durch eine solche Vorspannung entstehen entwickelte Bilder mit verbesserter Farbschärfe.
• In der Zusatzfarb-Xerografie wird, wie am '929er Patent erkennbar, der xerografische Kontrast auf der ladungshaltenden Oberfläche oder dem Fotorezeptor in drei Stufen unterteilt, und nicht wie in der konventionellen Xerografie in zwei. Der Fotorezeptor wird normalerweise bis auf etwa -900 Volt aufgeladen. Er wird bildweise belichtet, so daß ein Bild, das den geladenen Bildbereichen entspricht (die anschließend durch die Entwicklung der geladenen Bereiche entwickelt werden - charged-area development - d.h. CAD), das volle Fotorezeptor-Potential (Vcad oder Vddp) beibehält. Das andere Bild wird belichtet, um den Fotorezeptor bis auf sein Restpotential, d.h. Vdad oder Vc (normalerweise -100 Volt) zu entladen, was den entladenen Bildbereichen entspricht, die nachfolgend durch die Entwicklung der entladenen Bereiche (discharged-area development - DAD) entwickelt werden, und die Hintergrundbereiche werden so belichtet, daß das Potential des Fotorezeptors auf einen Wert sinkt, der etwa in der Mitte zwischen dem Potential Vcad und Vdad (normalerweise bei etwa -500 Volt) liegt und als Vweiß oder Vw bezeichnet wird. An den CAD-Entwickler wird im typischen Fall eine Vorspannung angelegt, die etwa 100 Volt näher an Vcad als an Vweiß (etwa -600 Volt) liegt, während für das DAD-Entwicklersystem eine Vorspannung gewählt wird, die etwa 100 Volt näher an Vdad als an Vweiß (circa -400 Volt) liegt.
• Für das Funktionieren von Drucksystemen, wie in der Trilevel-Xerografie, mit Zusatzfarben sind Entwicklungssysteme erforderlich, die nicht ein zuvor entstandenes Tonerbild verwischen oder beeinträchtigen. Da die handelsüblichen Entwicklungssysteme, wie z.B. die herkömmliche Magnetbürstenentwicklung und die (jumping) Einkomponenten-Entwicklung, mit dem Bildaufnehmer in Wechselwirkung treten, wird ein zuvor entstandenes Tonerbild bei der nachfolgenden Entwicklung verwischt. Da sich die jetzt handelsüblichen Entwicklungssysteme in hohem Maße mit dem bildtragenden Element beeinflussen, besteht ein Bedarf an Entwicklungssystemen, die kein Verwischen oder keine gegenseitige Beeinträchtigung hervorrufen.
• Auf dem Fachgebiet werden bekanntlich die magnetischen Eigenschaften der Magnetbürste in dem zweiten Gehäuse geändert, um das vorgenannte Problem zu umgehen. im USA-Patent 4,308,821, das am 5. Januar 1982 an Matsumoto et al. erteilt wurde, ist beispielsweise ein elektrofotografisches Entwicklungsverfahren und eine dazugehörige Vorrichtung mit zwei Magnetbürsten zum Entwickeln von zweifarbigen Bildern offenbart, wobei angeblich ein erstes entwickeltes Bild während eines zweiten Entwicklungsprozesses nicht beeiträchtigt oder beschädigt wird. Der Grund dafür liegt in der Tatsache, daß eine zweite Magnetbürste die Oberfläche eines Elements, welches ein latentes elektrostatisches Bild trägt, weniger stark berührt als die erste Magnetbürste, und die Tonerabstreifkraft der zweiten Magnetbürste im Vergleich zur ersten verringert wird, indem die magnetische Flußdichte an einer zweiten, nichtmagnetischen Hülse mit einem innen befestigten Magnet kleiner als die magnetische Flußdichte an einer ersten, magnetischen Hülse eingestellt wird oder indem der Abstand zwischen der zweiten, nichtmagnetischen Hülse und der Oberfläche des Elements mit dem darauf befindlichen latenten elektrostatischen Bild reguliert wird. Desweite ren können durch den Einsatz von Toner mit verschiedenen elektrischen Ladungen qualitativ hochwertige Zweifarbbilder erzielt werden.
• Das USA-Patent Nr.3,457,900 offenbart die Verwendung einer einzelnen Magnetbürste, mit der Entwickler schneller einer Kammer, die aus der Bürste und einer Oberfläche mit einem elektrostatischen Bild gebildet wird, zugeführt wird, als er entladen wird, wodurch Entwickler zurückrollt und Toner effektiv auf ein Bild aufgebracht wird. Die Magnetbürste kann schneller zuführen als entladen, wenn starke Magnete in einem Zuführungsbereich der Bürste und schwache Magnete in deren Entladebereich angeordnet sind.
• Im USA-Patent Nr. 3,900,001 ist eine elektrostatografische Entwicklungsvorrichtung offenbart, die beim Entwickeln herkömmlicher xerografischer Bilder zum Einsatz kommt. Entsprechend einem Ladungsmuster wird Entwicklermaterial auf eine Entwickleraufnahmefläche aufgebracht, wobei der Entwickler von der Enwicklerzufuhrquelle zu einer Entwicklungszone gelangt, während er die Form einer Magnetbürste beibehält, und anschließend magnetisch uneingeschränkt, jedoch in Kontakt mit der Entwickleraufnahmefläche durch die Entwicklungszone transportiert wird.
• Wie aus US-A-4,486,089 vom 4. Dezember 1984 an Itaya et al. hervorgeht, weist eine Magnetbürsten-Entwicklungsvorrichtung für ein xerografisches Kopier- oder ein elektrostatisches Aufzeichnungsgerät eine Hülse auf, in der eine Vielzahl von Magnetstücken mit abwechselnder Polarität angeordnet ist. Jedes Stück hat eine Form, die zwei oder mehr Magnetspitzen erzeugt. Die Hülse und die Magnete werden in entgegengesetzte Richtung zueinander gedreht. Dadurch soll ein weicher Entwicklerkörper entstehen und eine ungleichmäßige Dichte oder ein Abstauben (Stripping) des Bildes verhindert wird.
• Das USA-Patent Nr.4,833,504, erteilt am 23. Mai 1989 an Parker et al., offenbart eine Magnetbürsten-Entwicklungsvorrichtung mit einer Vielzahl von Entwicklergehäusen, von denen jedes eine Vielzahl von dazugehörigen Magnetwalzen aufweist. In einem zweiten Entwicklergehäuse sind die Magnetwalzen derart angebracht, daß die radiale Komponente des Magnetfeldes eine magneifreie Entwicklungszone zwischen einer ladungshaltenden Oberfläche und den Magnetwalzen hervorbringt. Der Entwickler wird ohne Einschränkung durch die Magnete durch die Zone bewegt und beeinträchtigt deshalb das im ersten Entwicklergehäuse entwickelte Bild nur sehr gering. Darüber hinaus wird der Entwickler von einer Magnetwalze zur nächsten transportiert. Somit entsteht ein effizientes Mittel zum Entwickeln der komplimentären Hälfte eines latenten Bildes mit drei Spannungsebenen, während zugleich die bereits entwickelte erste Hälfte das zweite Gehäuse unter minimaler Beeinträchtigung durchqueren kann.
• Im USA-Patent Nr.4,810,604 vom 7. März 1989 an Fred W. Schmidlin ist eine Druckvorrichtung offenbart, wobei Schmuckfarbbilder ohne Verwischen und erneute Entwicklung eines ersten entwickelten Bildes entstehen. Ein erstes Bild wird mit konventionellen elektrostatischen Bilderzeugungsverfahren (d.h. im gesamten verfügbaren Spannungsbereich) ausgebildet. Nach der ersten Bildübertragung, entweder vor oder nach dem Fixieren, wird unter Anwendung des direkten elektrostatischen Druckens ein nachfolgendes Bild auf dem Kopiersubstrat mit dem ersten Bild erzeugt. Somit löst das Patent '604 das Problem der gegenseitigen Beeinflussung zwischen dem Entwickler und den zuvor aufgezeichneten Bildern, indem ein zweites Bild auf dem Kopiersubstrat ausgebildet wird und nicht auf der ladungshaltenden Oberfläche, auf der das erste Bild geschaffen wurde.
• Das USA-Patent Nr.4,478,505 vom 23. Oktober 1984 betrifft eine Entwicklungs vorrichtung zum verbesserten Aufladen fliegenden Toners. Die darin offenbarte Vorrichtung umfaßt eine Fördereinrichtung zum Befördern von Entwicklerpartikeln von der Entwickler-Zufuhrquelle zu einem beabstandeten lichtitenden Körper. In diesem Spalt ist ein Entwickler-Zuführkanal für den Transport von Entwicklerpartikeln vorgesehen. Gebildet wird der Entwickler-Zuführkanal von der Fördereinrichtung und einer Elektrodenplatte, die einen vorgegebenen Abstand zur Fördereinrichtung aufweist. Mittels einer Wechselstromquelle wird ein elektrisches Wechselfeld an den Entwickler-Zufürkanal angelegt, so daß die Entwickerpartikel zwischen der Fördereinrichtung und der Elektrodenplatte hinund herbewegt werden, wodurch sie infolge der Reibung stark genug und gleichmäßig aufgeladen werden. Bei der Ausführungsform aus Figur 6 des Patentes '505 ist ein Raster in einem Zwischenraum zwischen der lichtempfindlichen Schicht und einem Spenderelement angebracht.
• In dem USA-Patent Nr.4,568,955, erteilt am 4. Februar 1986 an Hosoya et al. ist ein Aufzeichnungsgerät offenbart, wobei ein sichtbares Bild auf der Grundlage von Bildinformationen mittels Entwickler auf einem gewöhnlichen Blatt ausgebildet wird. Das Aufzeichnungsgerät umfaßt: eine Entwicklerwalze, die einen vorgegebenen Abstand zu einem normalen Blatt aufweist, ihm gegenüberliegt und Entwickler trägt; eine Aufzeichnungselektrode und eine an sie angeschlossene Signalquelle, so daß der Entwickler auf der Entwicklerwalze durch Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen dem Blatt und der Entwicklungswalze entsprechend der Bildinformation auf das Blatt ausgegeben wird, eine Vielzahl voneinander isolierter Elektroden, die sich auf der Entwicklerwalze in eine Richtung erstrecken, sowie eine Wechselstrom- und eine Gleichstromquelle, die zum Erzeugen eines elektrischen Wechselfeldes zwischen den benachbarten Elektroden an die Elektroden angeschlossen sind, um Schwingungen des Entwicklers zwischen den benachbarten Elektroden entlang elektrischer Kraftlinien hervorzurufen, um so den Entwickler von der Entwicklerwalze abzulösen.
• Im USA-Patent Nr.4,656,427 vom 31. März 1987 an Hosaka sind ein Verfahren und eine Vorrichtung offenbart, wobei eine Entwicklerschicht, bestehend aus einem Gemisch aus isolierenden Magnetpartikeln und. isolierenden Tonerpartikeln, auf der Oberfläche einer Entwicklerhülse, die Teil einer Magnetbürste ist, gehalten wird. Ein Trägereement für ein zu entwickelndes latentes Bild wird in bezug auf die Magnetbürste bewegt. Die Bürste ist zu dem bildtragenden Element beabstandet, und es wird ein Wechselfeld quer über den Zwischenraum ausgebildet, so daß die Tonerübertragung zu den Bildbereichen und den Bereichen ohne Bild erfolgt und überschüssiger Toner wieder zurückgeführt wird. Die japanische Patentoffenlegung 62-70881 offenbart eine Tonerablösevorrichtung mit einer Vielzahl elektrisch vorgespannter Gitterdrähte zwischen einer Magentbürsten-Entwicklerwalze und eine Abbildungsfläche. Der Zweikomponenten-Entwickler wird triboelektrisch aufgeladen, und der magnetische Träger wird durch Einwirkung der Nord- und Südpole der Magnetbürste vom Außenrand einer Hülse entfernt.
• Im USA-Patent Nr.4,868,600 vom 19. September 1989 an Hays et al., welches an den gleichen Rechtsnachfolger wie im Falle der vorliegenden Anmeldung abgetreten wurde, ist ein verwischungsfreies Entwicklungssystem beschrieben, bei dem die Tonerablösung von einem Spender und die damit einhergehende Erzeugung einer gesteuerten Pulverwolke mittels elektrischer Wechselstromfelder erreicht werden, die durch eigenbeabstandete Elektrodenanordnungen im Entwicklungsspalt entstehen. Die Elektrodenanordnung wird dicht neben der Toner-Spenderwalze im Zwischenraum zwischen der Spenderwalze und dem Bildaufnehmer angebracht, wobei der Eigenabstand durch den Toner auf der Spenderwalze entsteht. Durch diesen Abstand werden relativ große elektrostatische Felder ohne Risiko eines Überschlags möglich.
• Im USA-Patent Nr.5,031,570 vom 16. Juli 1991 an Hays et al., welches an den gleichen Rechtsnachfolger wie im Falle der vorliegenden Anmeldung abgetreten wurde, ist ein verwischungsfreies Entwicklungssystem zum Abbilden mit Zusatzfarben beschrieben. Hierbei erzeugen unter eine Wechselspannung gesetzte Elektroden dicht an einer Magnetbürstenstruktur mit einem Zweikomponenten-Entwickler eine gesteuerte Tonerwolke, welche ohne Beeinträchtigung ein elektrostatisches Bild entwickelt. Der Zweikomponenten- Entwickler umfaßt ein Gemisch aus Trägerkügelchen und Tonerpartikeln. Indem er magnetisch anziehbar gemacht wird, kann er wie bei der konventionellen Magnetbürstenentwicklung zur Entwicklungszone transportiert werden, wo sich die Entwicklungswalze oder -hülle der Magentbürstenstruktur um feststehende Magnete innerhalb der Hülle dreht.
• Das USA-Patent Nr.4,868,600 vom 19. September 1989 an Hays et al. offenbart ein verwischungsfreies Entwicklungssystem, bei dem die Tonerablösung von einem Spender und die damit einhergehende Erzeugung einer gesteuerten Pulverwolke mittels elektrischer Wechselstromfelder erreicht werden, die durch eigenbeabstandete Elektrodenanordnungen im Entwicklungsspalt entstehen. Die Elektrodenanordnung wird dicht neben der Toner-Spenderwalze im Zwischenraum zwischen der Spenderwalze und dem Bildaufnehmer angebracht, wobei der Eigenabstand durch den Toner auf der Spenderwalze entsteht. Durch diesen Abstand werden relativ große elektrostatische Felder ohne Risiko eines Überschlags möglich.
• Im USA-Patent Nr.5,010,367, am 23. April 1991 an Dan A. an Hays et al. erteilt, ist ein verwischungsfreies Entwicklungssystem für das Abbilden mit Schmuckfarben beschrieben, welches keine Beeinträchtigung hervorruft. Um die Entwicklungsfähigkeit von Linien und die gegenseitige Beeinflussung zwischen Toner und Aufnehmer zu steuern, kombiniert man hier eine Wechselspannung an einer Entwickler-Spenderwalze mit einer Wechselspannung zwischen den Drähten, die eine Tonerwolke bilden, und der Entwickler-Spenderwalze, wodurch eine effiziente Tonerablösung von der Spenderwalze möglich wird, eine Tonerwolke entsteht und ein Ende der Wolke in die Nähe des Bildaufnehmers gebracht wird und so eine optimale Entwicklung von Linien und Volltonflächen gewährleistet wird, ohne dabei ein zuvor ausgebildetes Tonerbild zu verwischen.
• Das USA-Patent Nr. 5,172,170 betrifft eine Vorrichtung, bei der eine Spenderwalze Toner zu einem latenten elektrostratischen Bild befördert, das auf einem lichtleitenden Element aufgezeichnet ist. In der Spenderwalze ist eine Vielzahl elektrischer Leiter in Vertiefungen eingelassen. Sie sind zueinander beabstandet und können in der Entwicklungszone zum Tonerablösen von der Spenderwalze unter eine Vorspannung gesetzt werden, so daß in der Entwicklungszone eine Tonerwolke entsteht. In der Entwicklungszone wird von der Tonerwolke Toner zu dem latenten Bild hingezogen. Auf diese Weise wird das latente Bild mit Toner entwickelt.
• Das USA-Patent Nr.3,996,892 an Parker et al. vom 14. Dezember 1976 betrifft ein Magnetbürsten-Entwicklungssystem mit einer räumlich programmierbaren Elektroden-Auftragungswalze zum Entwickeln latenter elektrostatischer Bilder auf einer Abbildungsfläche einer elektrostatischen Verarbeitungseinrichtung, während die Abbildungsfläche eine Entwicklungszone durchquert, an die ein weitgehend feststehendes, lokal erzeugtes elektrostatisches Feld allgemein gleichmäßiger Intensität in Breitenrichtung der Abbildungsfläche und einer vorgegebenen ungleichmäßigen Intensität in Längsrichtung der Abbildungsfläche angelegt wird.
• Bei einem bewährten verwischungsfreien xerografischen Entwickungsverfahren werden unter eine Wechselvorspannung gesetzte Drähte verwendet, die eine Tonerschicht auf einer Spenderwalze berühren. Problematisch sind die Drähte allerdings insofern, als sie sich nur schwer auf konsequent wiederholbare Weise anbringen lassen und leicht von Materialanhäufungen oder ähnlichem verunreinigt werden. Durch solche Verunreinigungen kommt es auf den Kopien zu Strichen und Streifen. Außerdem geraten die unter Wechsespannung stehenden Drähte, die die Tonerwalze mit Eigenabstand berühren, bei manchen Tonermaterialien in Schwingung, wodurch es zu einer ungleichmäßigen Entwicklung der Volltonflächen kommt. Bei anderen Tonermaterialien wird Toner verstärkt an den Enden der Spenderwalze durch einen Schneepflugeffekt entfernt. Diese Probleme entstehen durch die relative Bewegung zwischen der Spenderwalze und den Drähten.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung werden mittels einer Elektrodenanordnung, die in eine Spenderwalze eingebaut ist, elektrostatische Randfeder für die Entwicklung latenter elektrostatischer Bilder geschaffen.
• Dementsprechend schafft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren nach einem der beigefügten Ansprüche.
• Es wird ein Entwicklungssystem mit mehreren Wechseispannungen geschaffen, wobei eine Wechselspannung, die an Elektroden in der Spenderwalze dicht an deren Oberfläche angelegt wird, ein elektrostatisches Rand-Wechselfeld zwischen den Elektroden und dem Kern der Spenderwalze erzeugt, durch das Toner von der Spenderwalze abgelöst und eine Tonerwolke in einem Spalt zwischen der Toner-Spenderwalze und dem Bildaufnehmer gebildet wird. Eine andere Wechsespannung erzeugt ein elektrostatisches Rand-Wechselfeld quer zum Spalt zwischen der mit Elektroden versehenen Spenderwalze und dem Bildaufnehmer zum Regulieren der Nähe der Tonerwolke zum Bildaufnehmer. Und noch eine andere Wechselspannungsquelle wird geschaffen, damit Tonerpartikel von einem Zweikomponenten-Entwicklerelement, wie z.B. einer Magnetbürste, auf die Oberfläche der Spenderwalze befördert werden. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einem Einkomponenten-Entwickler (single component developer - SCD), wird zusätzlich noch eine Wechselspannung angelegt, mit der die auf der Spenderwalze abgelagerten Tonerpartikel aufgeladen und dosiert werden.
• Hierbei werden die Probleme umgangen, die sich aus der relativen Bewegung zwischen den Drahtelektroden und der Spenderwalze ergeben. Da außerdem keine Elektrodenanordnung mehr im Entwicklungsspalt vorhanden ist, wird auch keine Vorrichtung zum Spannen und Einbringen der Drahtelektroden innerhalb des Entwicklungsspalts benötigt. Wie im weiteren deutlich wird, sind auch die anderen oben erwähnten Probleme gelöst.
• Jetzt wird die Erfindung exemplarisch anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
• Figur 1 eine schematische Vorderansicht der Entwicklungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
• Figur 2 eine schematische Vorderansicht einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Entwicklungsvorrichtung ist und
• Figur 3 eine schematische Darstellung einer Druckvorrichtung mit den erfindungsgemäßen Merkmalen ist.
• Wie aus Figur 3 ersichtlich, umfaßt ein Schmuckfarb-Druckgerät, in dem die Erfindung angewendet werden kann, ein ladungshaltendes Element in Form eines lichtleitenden Bandes 10, welches aus einer lichtleitenden Oberfläche 12 und einem elektrisch leitenden Substrat 14 (Figur 1) besteht und so angebracht ist, daß es sich an einer Ladestation A, einer Belichtungsstation B, einer Entwicklungsstation C, einer Übertragungsstation D und einer Reinigungsstation F entlangbewegt. Das Band 10 bewegt sich in Pfeilrichtung 16 und schiebt aufeinanderfolgende Abschnitte nacheinander durch die verschiedenen Prozeßstationen auf seinem Weg. Das Band 10 läuft um eine Vielzahl von Rollen 18, 20 und 22, wobei erstere als Antriebsrolle und letztere zum Spannen des Fotorezeptorbandes verwendet werden können. Der Motor 23 dreht die Rolle 20 so, daß sich das Band 10 in Pfeilrichtung 16 vorwärtsbewegt über eine geeignete Vorrichtung, z.B. einen Riemenantrieb, ist die Rolle 20 an den Motor 23 gekoppelt. Wie aus Figur 3 weiterhin hervorgeht, durchlaufen anfangs aufeinanderfolgende Teile des Bandes 10 die Ladestation A. In der Ladestation A lädt ein Coronaentladegerät, z.B. ein Scorotron, Corotron oder Dicorotron, allgemein mit der Ziffer 24 gekennzeichnet, das Band 10 bis auf ein wahlweise gleichmäßig hohes positives oder negatives Potential V&sub0; auf. Zur Steuerung des Coronaentladegeräts 24 kann jede auf dem Fachgebiet bekannte und geeignete Steuereinheit eingesetzt werden.
• Danach durchlaufen die gleichmäßig aufgeladenen Teile der Fotorezeptor- Oberfläche die Belichtungsstation B. Dort wird die gleichmäßig geladene Fotorezeptor- oder ladungshaltende Oberfläche 10 von einer Laser-Eingabeund/oder -Ausgabe-Scannervorrichtung 26 belichtet, wodurch die ladungshaltende Oberfläche entsprechend der Ausgabe der Scannervorrichtung entladen wird. Als günstig erweist sich ein Dreistufen-Laser-Rasterausgabescanner (ROS). Es ist auch möglich, anstelle des ROS eine herkömmliche xerografische Belichtungsvorrichtung zu verwenden. Ein elektronisches Teilsystem (ESS) 28 stellt die Steuerung für den ROS sowie andere Baugruppen des Gerätes dar.
• Der anfangs auf eine Spannung V&sub0; aufgeladene Fotorezeptor hat bei einem Potential Vddp von etwa -900 Volt die maximale Ladespannung (dark decay). Beim Belichten in der Belichtungsstation B wird er auf VC von etwa -100 Volt entladen, was dicht am Null- oder Basispotential der Schmuckfarbteile (d.h. aller farbigen, nichtschwarzen Bildteile) liegt. Zudem wird der Fotorezeptor in den (weißen) Hintergrund-Bildbereichen auf VW entladen, die etwa bei -500 Volt liegt.
• An der Entwicklungsstation C bringt ein Entwicklungssystem, allgemein mit der Ziffer 30 gekennzeichnet, das Entwicklermaterial mit den latenten elektrostatischen Bildern in Kontakt. Das Entwicklungssystem 30 umfaßt eine erste Entwicklereinheit und eine zweite Entwicklereinheit 32 und 34. Die Entwicklervorrichtung 32 umfaßt ein Gehäuse mit einem Paar Magnetbiirstenwalzen 36 und 38. Die Walzen bringen das Entwicklermaterial 40 mit den latenten Bildern auf der ladungshaltenden Oberfläche in Kontakt, die das Spannungsniveau V&sub0; aufweisen. Dabei enhält das Entwicklermaterial 40 beispielsweise farbigen Toner und magnetische Trägerkügelchen. Über eine an die Entwicklungsvorrichtung angeschlossene Stromversorgung 41 wird eine angemessene elektrische Vorspannung an die Entwicklervorrichtung 32 angelegt. An die Walzen 36 und 37 wird mit der Stromversorgung 41 eine Gleich-Vorspannung von circa -400 Volt angelegt. Wenn die genannte Vorspannung vorliegt und der farbige Toner richtig geladen ist, erfolgt die Entwicklung der entladenen Bereiche (DAD) mit farbigem Toner.
• Zweckmäßig ist es, wenn die Entwicklereinheit 34 eine nicht-interaktive oder verwischungsfreie Entwicklungseinheit mit einer Spenderwalze 40 hat, die eine Vielzahl von Elektroden oder elektrischen Leitern 42 aufnimmt. Die elektrischen Leiter sind weitgehend gleich beabstandet an der Umfangsfläche der Spenderwalze 40 angebracht. An sie wird in der Entwicklungszone eine elektrische Vorspannung angelegt, um Toner von der Spenderwalze 40 abzulösen. So entsteht in dem Spalt zwischen der Spenderwalze 40 und dem lichtleitenden Band 10 eine Tonerpulverwolke. Das auf dem lichtleitenden Band 10 aufgezeichnete latente Bild zieht Tonerpartikel aus der Tonerpulverwolke an und bildet ein Tonerpulverbild darauf aus. Die Spenderwalze 40 ist zumindest teilweise in einer Kammer 43 des Entwicklergehäuses 44, in der sich ein Vorrat an Entwicklermaterial befindet, untergebracht. Bei dem Entwickler handelt es sich um ein Zweikomponenten-Material, bestehend aus Trägerkügelchen, an denen triboelektrisch Tonerpartikel haften. Mit einer in der Kammer des Gehäuses 44 angebrachten Magnetwalze 46 wird das Entwicklermaterial zur Spenderwalze befördert. An die Magnetwalze wird im Verhältnis zu der Spenderwalze eine elektrische Vorspannung angelegt, so daß die Tonerpartikel in einer Zuführzone von der Magnetwalze zur Spenderwalze hinübergezogen werden. An späterer Stelle wird die Entwicklereinheit 34 anhand der Figur 1 genauer erläutert.
• Wie weiterhin in Figur 3 erkennbar, gelangt das Band 10 nach dem Entwickeln des latenten elektrostatischen Bildes zur Übertragungsstation D. Mittels einer Blatteinzugsvorrichtung (nicht dargestellt) wird der Übertragungsstation D ein Blatt Kopierpapier 57 zugeführt. Zweckmäßig ist hier eine Blatteinzugsvorrichtung mit einer Einzugsrolle, die auf dem obersten Bogen des Kopierpapierstapels aufliegt. Durch Drehen der Einzugsrolle wird der oberste Bogen des Stapels auf eine Rutsche 58 befördert, die das durchlaufende Blatt des Trägermaterials in zeitlich abgestimmter Folge mit der lichtleitenden Oberfläche von Band 10 in Kontakt bringt, so daß das darauf entwickelte Tonerpulverbild das durchlaufende Blatt des Trägermaterials an der Iibertragungsstation D berührt. Die Übertragungsstation D umfaßt eine Coronaerzeugungseinheit 60, die Ionen auf die Rückseite des Blattes 57 sprüht. Dadurch wird das Tonerpulverbild von der lichtleitenden Oberfläche 10 auf das Blatt 57 hinübergezogen. Nach erfolgter Übertragung bewegt sich das Blatt 57 weiter in die durch Pfeil 62 gekennzeichnete Richtung bis auf ein Transportband (nicht dargestellt), das das Blatt 57 zur Fixierstation E transportiert. Die Fixierstation E umfaßt eine Fixiereinrichtung, die allgemein mit der Ziffer 64 gekennzeichnet ist und das übertragene Pulverbild permanent auf dem Bogen 57 fixiert. Die Fixiereinrichtung 64 weist eine beheizte Fixierwalze 66 und eine Andruckwalze 68 auf. Das Blatt 57 läuft zwischen der Fixierwalze 66 und der Andruckwalze 68 hindurch, wobei das Tonerpulverbild mit der Fixierwalze 66 in Kontakt kommt. Auf diese Weise wird das Tonerpulverbild permanent auf dem Blatt 57 fixiert. Nach erfolgter Fixierung wird das durchlaufende Blatt 57 über eine Rutsche (nicht dargestellt) in eine Kopienablage (ebenfalls nicht dargestellt) geleitet, von der ihn der Benutzer anschließend entnimmt.
• Nach erfolgter Trennung des Blattes Kopierpapier von der lichtleitenden Oberfläche des Bandes 10 werden die verbleibenden Tonerpartikel an der Reinigungsstation F entfernt. Dazu kann die Reinigungsstation F über eine drehbar angebrachte Gewebebürste (nicht abgebildet) verfügen, die an der lichtleitenden Oberfläche 12 anliegt. Durch Drehung der anliegenden Bürste werden die Partikel von der lichtleitenden Oberfläche 12 entfernt. Nach erfolgter Reinigung wird die lichtleitende Oberfläche 12 von einer Entladelampe (nicht dargestellt) beleuchtet, um die eventuell noch verbliebene elektrostatische Restladung vor der Aufladung der Oberfläche für den nächsten Bildzyklus zu zerstreuen.
• Es wird davon ausgegangen, daß die bisherige Beschreibung bei der vorliegenden Anmeldung zum Verständnis der allgemeinen Funktionsweise einer elektrofotografischen Druckmaschine mit einer erfindungsgemäßen Entwicklungseinheit ausreicht.
• In Figur 1 ist die Entwicklereinheit 34 genauer dargestellt. Sie hat ein Gehäuse 44 mit einer Kammer 43, in der sich ein Vorrat an Entwicklermaterial befindet. Die Spenderwalze 40 weist elektrische Leiter 42 auf, die an der Umfangsfläche angebracht sind. Die elektrischen Leiter sind weitgehend gleichmäßig zueinander beabstandet und vom elektrisch leitenden Körper 115 der Spenderwalze 40 isoliert. Die Spenderwalze 40 dreht sich in Pfeilrichtung 47. In der Kammer 43 des Entwicklergehäuses 44 ist zudem die Magnetwalze 46 befestigt, die sich in Pfeilrichtung 49 dreht.
• Mit einer Wechselspannungsquelle 100 und einer Gleichspannungsquelle 102 wird eine elektrische Vorspannung an die Spenderwalze 40 in einer Tonerzuführund -nachfüllzone 103 zwischen der Spenderwalze 40 und der Mag netwalze 46 angelegt. Durch diese elektrischen Vorspannungen wird eine effiziente Tonerbereitstellung an der Spenderwalze 40 gewährleistet. Aus den starken elektrischen Randfeldern dieser Spannungen entstehen zusätzliche elektrostatische Kräfte in der Tonernachfüllzone. An die Magnetwalze 46 wird über eine Wechselspannungsquelle 104 und eine Gleichspannungsquelle 106 eine elektrische Vorspannung angelegt. Durch die relativen Spannungen zwischen der Spenderwalze 40 und der Magnetwalze 46 wird sichergestellt, daß von den Trägerkügelchen, die an der Magnetwalze 46 haften, effizient Toner zur Spenderwalze 40 übertragen wird.
• In einer Entwicklungszone 107 legen eine Wechselspannungsquelle 110 und eine Gleichspannungsquelle 108 eine elektrische Vorspannung an die isolierten elektrischen Leiter 42 an. Wenn sich die Spenderwalze 40 in Pfeilrichtung 47 dreht, gelangen aufeinanderfolgende Elektroden 42 in die Entwicklungszone 107. Wie aus Figur 1 ersichtlich, berührt ein Wisch-Kommutator in Form einer Bürste 114 die Elektroden 42 in der Entwicklungszone 107 und ist gleichzeitig an die Spannungsquellen 108 und 110 angeschlossen. So wird eine Wechselspannung zwischen die isolierten elektrischen Leiter und die Spenderwalze angelegt, wodurch sich Toner von der Spenderwalze ablöst und eine Tonerpulverwolke bildet. Allgemein kann die Gleichspannungsqueile 108 auf eine optimale, von der Tonerladung abhängige Vorspannung eingestellt werden, doch gewöhnlich wird sie auf null eingestellt.
• Die Elektroden-Spenderwalzenvorrichtung hat einen Metallkern oder -träger 115, von dem die Elektroden 42 gehalten werden. An den Kern 115 wird durch die Spannungsquellen 125, 116 und 118 eine Vorspannung angelegt. Um das Ablagern von Tonerpartikeln im Hintergrund zu unterdrücken, regelt die Gleichspannungsquelle 116 das elektrische Gleichfeld zwischen der Elektroden- Spenderwalzenvorrichtung und dem lichtleitenden Band 10. Die an den Kern 115 angelegte Wechselspannung 125 dient dazu, ein elektrostatisches Wechselfeld zwischen der Elektroden-Spenderwalze und dem Bildaufnehmer bzw. dem lichtleitenden Band 10 zu erzeugen. Für einen bestimmten Toner und eine Spalteinstellung zwischen der Spenderwalze und dem Aufnehmer können die Amplitude und Frequenz so ausgewählt werden, daß die Tonerwolke ganz dicht an den Aufnehmer herankommt und dadurch die Entwicklung eines aus feinen Linien und Punkten bestehenden elektrostatischen Bildes möglich wird. Außerdem kann man unter diesen Bedingungen eine verwischungsfreie Entwicklung bzw. eine Entwicklung ohne gegenseitige Beeinträchtigung bei Systemen mit nur einem Arbeitsgang erreichen.
• Von einer Wechselspannungsquelle 118 wird auch eine Wechselspannung an den Kern der Spenderwalze 40 angelegt, um ein elektrostatisches Wechselfeld zwischen den Kern der Spenderwalze und die Leiter 42 sowie zwischen die Spenderwalze und das lichtleitende Band 10 anzulegen. Wenngleich eine der Wechselspannungen 118 und 110 null sein könnte, so muß eine der beiden Spannungen ungleich null sein, damit eine Tonerwolke in der Entwicklungszone ausgebildet werden kann. Für einen bestimmten Toner und eine Spalteinstellung zwischen der Spenderwalze und dem Aufnehmer können die Amplitude und Frequenz so ausgewählt werden, daß die Tonerwolke ganz dicht an den Aufnehmer herankommt und dadurch die Entwicklung eines aus feinen Linien und Punkten bestehenden elektrostatischen Bildes möglich wird.
• In der Tonerzuführzone 103 ist eine Wischerbürste 105 mit der Spenderwalze 40 im Eingriff. Dadurch wird sichergestellt, daß die Spenderwalze die angemessene elektrische Vorspannung im Verhältnis zu der Magnetwalze 46 in der Tonerzuführzone 103 hat und so Tonerpartikel von den Trägerkügelchen auf der Oberfläche der Magentwalze 46 weggezogen werden.
• Die Magnetwalze 46 befördert eine konstante Tonermenge mit weitgehend konstanter Ladung auf die Spenderwalze 40. Dadurch wird gewährleistet, daß die Spenderwalze 40 eine konstante Tonermenge mit weitgehend konstanter Ladung in der Entwicklungszone bereitstellt. Dicht an der Magnetwalze 46 ist ein Dosiermesser 88 angeordnet, mit dem das Entwicklermaterial auf der Magnetwalze 46 auf dem gewünschten Stand gehalten wird. Die Magnetwalze 46 weist ein nichtmagnetisches Rohrelement 124 - am zweckmäßigsten aus Aluminium mit einer aufgerauhten Außenumfangsfläche - auf. Im Innern des Rohrelernents und beabstandet zu diesem befindet sich ein länglicher, festverankerter Magnet 126. Durch Drehen des Rohrelements in Pfeilrichtung 49 wird an ihm haftendes Entwicklermaterial in die Zuführzone 103 transportiert. Dort werden Tonerpartikel von den Trägerkügelchen auf der Magnetwalze zu der Spenderwalze hingezogen. Zum Vermischen und Transportieren von Entwicklermaterial sind in der Kammer 41 Förderschnecken 128 und 130 angebracht, die von einer Welle spiralförmig nach außen weisende Schaufeln haben, mit denen Entwicklermaterial weitgehend parallel zur Längsachse der Welle befördert wird.
• Beim Entwickeln aufeinanderfolgender latenter elektrostatischer Bilder werden die Tonerpartikel im Entwicklermaterial aufgebraucht. In einem Tonervorratsbehälter (nicht dargestellt), der mit der Kammer 43 des Gehäuses 44 in Verbindung steht, ist ein Vorrat an Tonerpartikeln enthalten. Wenn die Konzentration an Tonerpartikeln im Entwicklermaterial abnimmt, gelangen frische Tonerpartikel aus dem Vorratsbehälter zum Entwicklermaterial in der Kammer. Die Schnecke und die Kammer des Gehäuses vermischen die frischen Tonerpartikel mit dem übrigen Entwickler, so daß der entstehende Entwickler weitgehend gleichmäßig ist und eine optimale Konzentration an frischem Toner hat. Somit befindet sich eine im wesentlichen konstante Menge an Tonerpartikeln in der Kammer des Entwicklergehäuses, wobei die Tonerpartikel eine konstante Ladung aufweisen. Das Entwicklermaterial in der Kammer des Entwicklergehäuses ist magnetisch und kann elektrisch leitend sein. Zum Beispiel umfassen die Trägerkügechen einen ferromagnetischen Kern mit einem dünnen Magnetit-Überzug und einer diskontinuierlichen Harzschicht. Die Tonerpartikel bestehen aus einem harzartigen Werkstoff, z.B. Vinylpolymer, vermischt mit einem Farbstoff, z.B. Chromogen- Schwarz. Das Entwicklermaterial umfaßt zu 95 bis 99 Gewichtsprozent Trägersubstanzen und zu 5 bis 1 Gewichtsprozent Toner. Den Fachleuten ist natürlich klar, daß auch jedes andere geeignete Entwicklermaterial verwendet werden kann.
• Bei einer abgewandelten Form der Erfindung aus Figur 2 kommt ein Einkomponenten-Entwicklersystem (SCD) 130 zum Einsatz. Zur Kennzeichnung der Elemente von Ausführungsform 2, die mit jenen aus Figur 1 identisch sind, werden die gleichen Buchstaben und Ziffern verwendet.
• Bei Spenderwalzensystemen wird die Vorspannung 102 mit der gleichen Polarität wie die gewünschte Tonerladung an eine Tonerbewegungseinrichtung 132 angelegt, um Toner der gewünschten Polarität zur Spenderwalze zuzuführen. Auf der Tonerbewegungseinrichtung lagert sich entgegengesetzt gepolter Toner ab, der gewöhnlich mit einem Messer entfernt wird. Bei einer Elektroden- Spenderwalze 40 können zum besseren Zuführen und Nachfüllen von Toner zur Spenderwalze verschiedene Kombinationen von angelegten Vorspannungen 104/106 an die Tonerbewegungseinrichtung und 100/102 an eine Kommutatorbürste 134 in der Nachfüllzone verwendet werden. Eine Kombination besteht darin, nur eine Spannung 100 anzulegen, während 102, 104 und 106 auf null eingestellt werden. Durch das Rand-Wechselfeld würde positiv und negativ geladener Toner gleichzeitig zugeführt werden. Durch die Ausgabe von Toner beider Polarität in den Auffangbehälter verbessern sich die Zuführ und Fließeigenschaften des Toners.
• Da Toner mit positiver und negativer Ladung auf der Spenderwalze abgelagert wird, muß er durch Reibung an der Spenderwalze 40 und an einer Dosier-I Ladevorrichtung 138 bis zur gewünschten Höhe triboelektrisch aufgeladen werden. Eine Vorspannung 140 trägt dazu bei, den falsch geladenen Toner elektrostatisch zu entfernen. Dabei wird er mit einem Abstreifmesser 141, das einen Dosier4ladestab 142 berührt, entfernt und auf eine durchschnittliche Ladung von null gebracht, da ein Durchschlag stattfindet, wenn sich der Toner am Rand des Messers sammelt. Eine Gleichspannung 144, die während des Betriebs an einer Kommutatorbürste 146 anliegt, wird meist auf null eingestellt. Zwar ist in Figur 2 ein rotierendes Dosier-/Ladeelement dargestellt, doch natürlich kann auch ein Dosier-/Ladeblatt entweder als Wischer oder als freihängendes Rakel zum Dosieren/Aufladen des Toners zum Einsatz kommen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Erzeugen von Bildern auf einer Bildaufnahmefläche (12) mit Hilfe von Entwickler, wobei die Vorrichtung umfaßt: einen Vorrat an Entwickler;

ein bewegliches Spenderelement (40) mit Elektroden zum Transportieren von Entwickler von dem Vorrat zu einer Entwicklungszone (107) neben der Bildaufnahmefläche (12);

dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden des beweglichen Spenderelement (40) beabstandete Elektroden (42) dicht an dessen Oberfläche zum Transportieren von Entwickler von dem Vorrat zur Entwicklungszone (107) neben der Bildaufnahmefläche (12) sind, wobei keine Elektrodenanordnung in der Entwicklungszone (107) vorhanden ist;

eine während des Betriebs an die Elektroden (42) angeschlossene Einrichtung (108,110), mit der aus dem transportierten Entwickler eine Wolke aus Markierungspartikeln in der Entwicklungszone (107) gebildet wird, und

eine Steuereinrichtung zum Regeln des Abstandes zwischen der Wolke aus Markierungspartikeln und dem Bildaufnehmer, wobei durch das Fehlen einer Elektrodenanordnung in der Entwicklungszone (107) eine ungewollte gegenseitige Beeinträchtigung mit der Bildaufnahmefläche minimiert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Entwicklervorrat ein Vorrat an ungeladenem Einkomponenten-Toner ist und die Einrichtung (108,110) während des Betriebs an ausgewählte Elektroden (42) angeschlossen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die während des Betriebs an die Elektroden angeschlossene Einrichtung eine Wechselspannungs4gleich spannungsquelle (108, 110) und eine Einrichtung (114) zum Anlegen der Spannung an ausgewählte Elektroden (42) in der Entwicklungszone (107) umfaßt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinrichtung zum Regeln des Abstandes der Markierungspartikel-Wolke eine Wechsel- Vorspannung umfaßt, die zwischen das Spenderelement (40) und die Bildaufnahmefläche (12) angelegt wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Einrichtung zum Zuführen von Tonerpartikeln zu dem Spenderelement (40), wobei die Zuführeinrichtung eine Vorrichtung zum Anlegen einer Spannung an einige der Elektroden in einer Zuführzone (103) umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Entwicklervorrat eine Einrichtung mit einer elektrischen Vorspannung aufweist, mit der das Zuführen von Toner mittels Zuführeinrichtung zu dem Spenderelement in der Zuführzone unterstützt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Toner nicht geladen ist und eine Einrichtung zum Aufladen des Toners nach dessen Zuführung zu dem Spenderelement umfaßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, die desweiteren eine elektrische Vorspanneinrichtung zum Entfernen falsch geladenen Toners von dem Spenderelement aufweist.

9. Verfahren zum Erzeugen von Bildern auf einer Bildaufnahmefläche (12) mit Hilfe von Entwickler, wobei die Vorrichtung umfaßt:

das Bereitstellen eines Vorrats an Entwickler;

das Verwenden eines Spenderelernents (40) mit Elektroden zum Transportieren von Entwickler von dem Vorrat zu einer Entwicklungszone (107) neben der Bildaufnahmefläche (12);

dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden des beweglichen Spenderelements (40) beabstandete Elektroden (42) dicht an dessen Oberfläche zum Transportieren von Entwickler von dem Vorrat zur Entwicklungszone (107) neben der Bildaufnahmefläche (12) sind, wobei keine Elektrodenanordnung in der Entwicklungszone (107) vorhanden ist;

das Ausbilden einer Markierungspartikel-Wolke aus dem transportierten Entwickler in der Entwicklungszone (107), und das Regeln des Abstandes zwischen der Wolke aus Markierungspartikeln und dem Bildaufnehmer (12), wobei durch das Fehlen einer Elektrodenanordnung in der Entwicklungszone (107) eine ungewollte gegenseitige Beeinträchtigung mit der Bildaufnahmefläche minimiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Entwicklervorrat ein Vorrat an ungeladenern Einkomponenten-Toner ist, die Tonerpartikel durch Anlegen einer Spannung an einige Elektroden in einer Zuführzone (103) eingebracht werden und der Toner nach dem Zuführen zu dem Spenderelement (40) aufgeladen wird.