DE69406197T2

DE69406197T2 - Mehrstationsdrucker für elektrostatisches Drucken in einem einzigen Umlauf

Info

Publication number: DE69406197T2
Application number: DE69406197T
Authority: DE
Inventors: Jan Julien Irma B-9120 Beveren De Bock; Etienne Marie B-2650 Edegem De Cock; Lucien Amede B-2650 Edegem De Schamphelaere; Rudy Dirk B-2800 Mechelen Leroy
Original assignee: Xeikon NV
Current assignee: Xeikon Manufacturing NV
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1994-06-13
Publication date: 1998-02-12
Anticipated expiration: 2014-06-14
Also published as: DK0629924T3; CA2125922C; AU6476094A; EP0629924B1; AU669443B2; KR950001427A; TW239205B; EP0629924A1; CA2125922A1; US5455668A; BR9402426A; JP3009994B2; CN1058094C; CN1099487A; KR100299640B1; DE69406197D1; HK1007669A1; ES2107750T3; ATE159351T1; JPH0772776A

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft einen Mehrstationsdrucker für elektrostatographisches Drucken in einem einzigen Umlauf (z.B. einen Mehrfarbdrucker), und besonders einen Drucker, der Farbbilder für professionelle Zwecke als eine kostengünstige Alternative zu einem konventionellen Druck kurzer bis mittelgroßer Läufe drucken kann.

Hintergrund der Erfindung

Der elektrostatographische Druckvorgang funktioniert entsprechend den Prinzipien und den Ausführungsformen eines anschlagfreien Druckens, wie es z.B. in "Principles of Non- Impact Printing" von Jerome L Johnson (1986) - Palatino Press - Irvine CA, 92715 USA, beschrieben ist.
Der Begriff elektrostatographischer Druck enthält den elektrographischen Druck, bei dem eine elektrostatische Ladung bildweise auf einem dielektrischen Aufzeichnungsglied abgeschieden wird, und auch das elektrophotographische Drucken, bei dem ein überall elektrostatisch geladenes photoleitendes dielektrisches Aufzeichnungsglied bildweise einer leitfähigkeitserhöhenden Bestrahlung ausgesetzt wird, und dadurch ein "direktes" oder "umgekehrtes" tonerentwickelbares Ladungsmuster auf dem Aufzeichnungsglied gebildet wird. "Direkte" Entwicklung ist eine positiv-positiv Entwicklung und ist besonders zur Reproduktion von Bildern und Text nützlich. "Umkehr"- Entwicklung interessiert, wenn von einem negativen Original eine positive Reproduktion zu erstellen ist, oder umgekehrt, oder wenn die Belichtung von einem Bild in Form digitaler elektrischer Signale stammt, wobei die elektrischen Signale einen Laserstrahl oder das von Leuchtdioden (LEDs) ausgesendete Licht modulieren. Hinsichtlich einer Lastverringerung für die mit den elektrischen Signalen modulierte Lichtquelle (Laser oder LEDs) ist es von Vorteil, graphische Information (z.B. gedruckten Text) derart aufzuzeichnen, daß die Lichtinformation mit den graphischen Zeichnen korrespondiert, so daß durch "Umkehr"- Entwicklung in dem belichteten Bereich einer photoleitenden Lage Toner abgeschieden werden kann, um eine positive Reproduktion des elektronisch gespeicherten Originals zu erzeugen. Beim elektrostatographischen Hochgeschwindigkeitsdruck leitet sich die Belichtung praktisch immer von elektronisch gespeicherter, d.h. im oder vom Computer gespeicherter Information ab.
Die Bezeichnung "elektrostatographisch" enthält in dem hier verwendeten Sinn auch die direkte bildweise Applikation elektrostatischer Ladungen auf einen isolierten Träger, z.B. durch Ionographie.
In der elektrophotographischen Technik kennt man einen elektrostatographischen Einmaldurchlauf-Mehrstations- Mehrfarbdrucker, in dem ein Bild auf einem photoleitenden Band erzeugt und dann auf ein Papierempfängerblatt oder auf eine Papierbahn übertragen wird, wo das Tonerbild fixiert wird, woraufhin das Band gewöhnlich in Blätter geschnitten wird, die die gewünschten Druckrahmen enthalten.
Bei einem alternativen Drucker werden Tonerbilder auf ein isolierendes Band von einzelnen bilderzeugenden Stationen und anschließend auf das Empfängerblatt oder die Papierbahn übertragen und darauf fixiert.
US-A-5160946 (Hwang, der Xerox Corporation erteilt) beschreibt eine elektrophotographische Druckmaschine, in der mehrere bilderzeugende Einheiten angeordnet sind, die Tonerbilder übereinander auf einem motorbetriebenen endlosen Band bilden, von dem dann das überlagerte Bild auf ein Papierblatt übertragen wird. Jede bilderzeugende Einheit enthält eine drehbare Trommel, die von einem Motor synchron zum endlosen Band angetrieben wird (siehe Spalte 5, Zeilen 22-27).
Es ist gewünscht, mehrere Tonerbilder aufeinanderfolgend, d.h. in einem einzigen Durchgang durch den Drucker direkt auf die empfangende Papierbahn zu übertragen. Um dies zu erreichen, müssen die Bilder eine paßgenaue Registerung haben, im Idealfall mit einer Genauigkeit von etwa 40 µm oder weniger. Um diese Registerpaßgenauigkeit zu erreichen, sollte kein Schlupf, d.h. es sollte Synchronismus zwischen der Papierbahn und der bildtragenden Oberfläche vorliegen. Wenn beispielsweise eine Anzahl Drehtrommeln von individuellen Motoren angetrieben werden, ist es in der Praxis schwierig eine vollständig synchrone Bewegung zwischen den Trommeln und der empfangenden Papierbahn zu erhalten, wodurch sich Registerfehler einstellen.
Research Disclosure Nr. 329, 1991, 680 ("Color Image forming Apparatus") beschreibt ein bilderzeugendes Gerät, das eine Zwischenübertragungstrommel enthält, die aufeinanderfolgend verschiedenartige Farbtonerbilder, die registerhaltig sind, von einem Satz aus vier Bildgliedern zur Erzeugung eines mehrfarbigen Bildes empfängt. Das sich ergebende mehrfarbige Bild wird in einem einzigen Schritt auf ein empfangendes Blatt übertragen. Die Bildglieder werden durch den Kontakt mit der peripheren Oberfläche der Trommel durch Reibung angetrieben, wobei die Trommel eine etwas nachgiebige Oberfläche hat. Obwohl eine solche Vorrichtung eine gute Registerhaltigkeit beansprucht, nimmt die vorliegende Anmelderin an, daß die beschriebene Konstruktion eine ungestörte Bildübertragung nicht sicherstellen kann und daß sich ein Schlupf zwischen der Trommel und den Bildgliedern nicht in dem Ausmaß vermeiden läßt, wie es zum Erreichen der hier gewünschten Registerhaltigkeit nötig ist.

Kurzfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Mehrstationsdrucker für elektrostatisches Drucken in einem einzigen Umlauf zu ermöglichen, bei dem Registerprobleme und das Problem der Synchronizität (kein Schlupf) zwischen dem Band und der bildtragenden Oberfläche gelöst sind.
Gemäß dieser Erfindung wird ein Mehrstationsdrucker für elktrostatisches Drucken in einem einzigen Umlauf zur Erzeugung eines Bildes auf einer Papierbahn erzielt, wobei der Drucker aufweist:
- mehrere tonerbilderzeugende elektrostatische Stationen, die jeweils ein drehbares Glied mit endloser Oberfläche haben, auf dem ein Tonerbild erzeugt werden kann;
- Fördereinrichtungen, die die Papierbahn aufeinanderfolgend durch die Stationen führen;
- Steuereinrichtungen, die die Geschwindigkeit und die Spannung der Papierbahn während ihres Durchgangs durch die Stationen steuern;
- Führungsglieder, die jeweils für die Papierbahnwickelwinkel um die Glieder mit sich drehender Oberfläche bestimmen;
- Übertragungseinrichtungen, die das auf der sich drehenden Oberfläche der Glieder gebildete Tonerbild auf die Papierbahn übertragen,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Drucker der Haftkontakt, mit dem die Papierbahn an den Gliedern mit drehbarer endloser Oberfläche haftet, so ist, daß die Bewegung der Papierbahn die Umfangsgeschwindigkeit der Glieder mit sich drehender Oberfläche synchron zur Bewegung der Papierbahn steuert
Mit der Angabe, daß der Haftkontakt der Papierbahn an den Gliedern mit drehbarer endloser Oberfläche derart ist, daß die sich bewegende Papierbahn die Umfangsgeschwindigkeit der Glieder mit sich drehender Oberfläche steuert, wollen wir aussagen, daß das einzige Drehmoment oder im wesentlichen das einzige Drehmoment, das auf die Glieder mit endloser sich drehender Oberfläche einwirkt, von dem Haftkontakt zwischen der Papierbahn und den Gliedern mit endloser Oberfläche herrührt. Wie weiter unten erläutert wird, werden die Glieder mit endloser Oberfläche gezwungen, synchron mit der sich bewegenden Papierbahn zu rotieren, da keine andere oder im wesentlichen keine andere Drehkraft auf die Glieder mit endloser Oberfläche einwirkt.
Obwohl das Tonerbild auf den Gliedern mit endloser Oberfläche auf die Papierbahn durch andere Mittel, wie z.B. eine gegenständige heiße Rolle oder Druckrolle, übertragen werden kann, bevorzugen wir eine Korona-Entladevorrichtung als Übertragungsmittel. Dies hat den Vorteil, daß der Haftkontakt zwischen Papierbahn und den Gliedern mit endloser Oberfläche zumindest teilweise von der übertragenden Korona-Entladungsvorrichtung stammt, die eine elektrostatische Adhäsion zwischen Papierbahn und den Gliedern mit endloser Oberfläche erzeugt.
Gemäß der Erfindung resultiert der Haftkontakt auch aus einem durch die Führung und Spannung der Papierbahn über einen gewissen Wickelwinkel im Kontakt mit den Gliedern mit endloser Oberfläche erhaltenen mechanischen Kontakt.
Gewöhnlich weisen die Glieder mit sich drehender endloser Oberfläche ein Band oder die Umfangsfläche einer Trommel auf. In der nachfolgenden allgemeinen Beschreibung wird Bezug auf eine Trommel genommen. Es ist jedoch selbstverständlich, daß solche Bezugnahmen ebenso für endlose Bänder oder andere Formen von Gliedern mit endloser Oberfläche gelten. Das Tonerbild kann auf der Oberfläche einer ersten Trommel erzeugt und dann auf die Oberfläche einer zweiten Trommel übertragen werden, so daß die zweite Trommel als Zwischenglied wirkt, wie dies z.B. in Offset Quality Electrophotography von L.B. Schein & G. Beardsley, Journal of Imaging Science and Technology, Band 37, Nr. 5 (1993), - siehe Seite 459, beschrieben wird. Jedoch bevorzugen wir die Ausbildung des Tonerbildes direkt auf der Oberfläche einer Trommel. Dazu hat die Trommel bevorzugt eine photoleitende Oberfläche und jede tonerbilderzeugende elektrostatographische Station weist bevorzugt Glieder zum Laden der Oberfläche der Trommel auf, und gewöhnlich wird die Oberfläche der Trommeln in allen bilderzeugenden Stationen auf dieselbe Polarität aufgeladen. Wenn man Photoleiter der organischen Art verwendet, ist es sehr bequem, die Oberfläche der Trommel negativ aufzuladen und das darauf gebildete latente Bild in Umkehrentwicklung unter Verwendung eines negativ geladenen Toners zu entwickeln.
Die Einrichtung, die bildweise die aufgeladene Oberfläche der Trommel oder des Bandes belichtet, kann eine Feld von bildweise modulierten Leuchtdioden aufweisen oder in Form eines abtastenden Laserstrahles realisiert sein.
Der Toner wird gewöhnlich in Form trockener Partikel vorliegen, die Erfindung ist jedoch genauso anzuwenden, wenn die Tonerpartikel als Dispersion in einem flüssigen Trägermedium oder in einem Gasmedium in Form eines Aerosols vorliegen.
Üblicherweise enthält jede bilderzeugende Station eine drehbar angetriebene magnetische Entwicklungsbürste und eine drehbar angetriebene Reinigungsbürste, die beide in Reibkontakt mit der Trommeloberfläche stehen. Wir haben herausgefunden, daß, wenn man die Entwicklungsbürste und die Reinigungsbürste in entgegengesetztem Drehsinn drehen läßt, dadurch sichergestellt werden kann, daß sich das durch die Bürsten der Trommeloberfläche erteilte resultierende Drehmoment wenigstens nahezu aufhebt. Besonders bevorzugen wir, daß die Ausmaße des Reibungskontakts der Entwicklungsbürste und der Reinigungsbürste mit der Trommeloberfläche derart sind, daß das sich ergebende auf die Trommeloberfläche übertragene Drehmoment im wesentlichen Null ist. Mit der Angabe des Merkmals, daß das resultierende, auf die Trommeloberfläche übertragene Drehmoment im wesentlichen Null ist, meinen wir, daß jedes auf die Trommeloberfläche wirkende resultierende Drehmoment kleiner als das durch die Papierbahn der Trommeloberfläche erteilte Drehmoment ist.
Um dies praktisch zu erreichen, können die Position und/oder die Geschwindigkeit wenigstens einer dieser Bürsten bezogen auf die Trommeloberfläche und dadurch das Ausmaß des Reibkontakts zwischen Bürste und Trommeloberfläche eingestellt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Papierbahn ein Endträger für die Tonerbilder und wird von einer Rolle abgewickelt, und Fixiermittel sind zur Fixierung der auf die Papierbahn übertragenen Bilder vorgesehen. In dieser Ausführungsform kann der Drucker außerdem einen Rollenständer zum Abwickeln einer Rolle der im Drucker zu bedruckenden Papierbahn und eine Papierbahnschneideeinrichtung aufweisen, die die bedruckte Papierbahn in Blätter schneidet. Die Antriebsglieder für die Papierbahn können eine oder mehrere Antriebsrollen aufweisen, wobei bevorzugt wenigstens eine Antriebsrolle stromabwärts von der bilderzeugenden Station liegt, und eine Bremse oder wenigstens eine Antriebsrolle befinden sich stromaufwärts der bilderzeugenden Station. Die Geschwindigkeit der Papierbahn durch den Drucker und die Spannung darin hängen von der Geschwindigkeit der Antriebsrollen und dem diesen Antriebsrollen erteilten Drehmoment ab.
Z.B. kann man zwei motorbetriebene Antriebsrollen vorsehen, von denen eine mit einer konstanten, die Papierbahngeschwindigkeit angebenden Geschwindigkeit angetrieben und die andere mit einem die Spannung der Papierbahn angebenden konstanten Drehmoment angetrieben werden. Bevorzugt wird die Papierbahn durch den Drucker mit einer Geschwindigkeit von 5 cm/s bis 50 cm/s gefördert, und die Spannung in der Papierbahn liegt in jeder bilderzeugenden Station bevorzugt innerhalb des Bereichs von 0,2 bis 2,0 N/cm Papierbahn breite.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Papierbahn ein Zwischenträger in Form eines gespannten endlosen Bandes, und der Drucker weist außerdem Übertragungsmittel zur Übertragung der auf dem Band erzeugten Bilder auf einen Endträger auf, und Fixiereinrichtungen sind zum Fixieren der auf den Endträger übertragenen Bilder vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform kann der Endträger in Papierbahn- oder Blattform vorliegen.
Der zuvor erwähnte Haftkontakt wird wenigstens teilweise durch Führungsglieder, z.B. frei drehbare Rollen, erzeugt, die so positioniert sind, daß sie einen Wickelwinkel in Bezug auf die Glieder mit sich drehender Oberfläche angeben, der bevorzugt mindestens 5º ist, noch bevorzugter zwischen 10º und 20º liegt. Die Anwendung des optimalen Wickelwinkels ist wichtig, nicht nur, um sicherzustellen, daß die Bewegung der Papierbahn in synchroner Weise die Umfangsgeschwindigkeit der Trommel steuert, sonder auch um die Qualität der Bildübertragung von der Trommeloberfläche auf die Papierbahn zu steigern, indem ein Springen von Tonerpartikeln von der Trommeloberfläche auf die Papierbahn vermieden wird, was leicht im Falle eines tangentialen Kontakts zwischen Papierbahn und Trommel geschieht, und was sich in einer Verringerung der Bildqualität auswirkt. Der Wickelwinkel sollte auch bevorzugt dazu ausreichen, daß wenn eine Korona-vorrichtung als Übertragungsmittel dient, die Papierbahn im Kontakt mit der Trommel über die gesamte Breite des Flußwinkels der Übertragungskorona steht. Die Führungsglieder berühren die Papierbahn auf der Seite, die der Seite, auf die die Tonerbilder übertragen werden, gegenüber liegt. Die Führungsglieder sind bevorzugt Führungsrollen, können jedoch auch beispielsweise durch stationäre Luftlager gebildet sein.
Als eine mögliche Ausführungsform sind die bilderzeugenden Stationen in Bezug zueinander so angeordnet, daß sie auf einem Kreisbogen angeordnet sind. Jedoch ist eine solche Anordnung komplizierter aufzubauen, und wir bevorzugen deshalb eine Anordnung, bei der die bilderzeugenden Stationen im wesentlichen auf einer geraden Linie liegen.
Die Übertragungsvorrichtung ist in Form einer Korona- Entladungsvorrichtung realisiert, die geladene Teilchen sprüht, deren Ladung derjenigen der Tonerpartikel entgegengesetzt ist. Der der Korona-Entladungsvorrichtung zugeleitete Speisestrom liegt bevorzugt im Bereich von 1 bis 10 µA/cm Papierbahnbreite, noch bevorzugter im Bereich von 2 bis 5 µA/cm Papierbahnbreite, und zwar abhängig von den Papiereigenschaften, und die Korona-Entladungsvorrichtung ist in einem Abstand von 3 mm bis 10 mm von dem Pfad der Papierbahn positioniert.
Es ist möglich, daß die Stationen in zwei Teilgruppen angeordnet sind, von denen eine Teilgruppe ein Bild auf einer Seite der Papierbahn und die andere Teilgruppe ein Bild auf der anderen Seite der Papierbahn erzeugt, wodurch ein Duplexdruck erreicht ist. In einer solchen Anordnung sind die Stationen in zwei Teilgruppen angeordnet, die aufeinanderfolgend von der sich bewegenden Papierbahn durchlaufen werden und ermöglichen dadurch einen sequentiellen Duplexdruck. Damit dies möglich wird, kann der Drucker außerdem wenigstens eine Leerlaufrolle zur Umkehr der Bewegungsrichtung der Papierbahn zwischen den Teilgruppen aufweisen. Dies gestattet, daß die Papierbahn von der ersten Teilgruppe der Stationen zur zweiten Teilgruppe der Stationen geführt wird. Wenn es in dieser Anordnung notwendig sein sollte, daß die Papierbahn über richtungsumkehrende Rollen derart geht, daß die das von der ersten Teilgruppe der Stationen übertragene Bild tragende Seite der Papierbahn in Kontakt mit der Oberfläche der richtungsumkehrenden Rollen kommt, ist es vorteilhaft, die Position einer ersten Bildfixierstation zwischen die Teilgruppen der Stationen zu legen, um das erste erzeugte Bild vor dem Auftreten eines solchen Kontakts zu fixieren.
In einem platzsparenden Aufbau können die Stationen der Teilgruppen in im wesentlichen paralleler Lage angeordnet sein, und insbesondere sind die Stationen jeder Teilgruppe in einer im wesentlichen vertikalen Stellung angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Stationen in zwei Teilgruppen angeordnet, wobei die Trommeln einer Teilgruppe die Führungsrollen für die andere Teilgruppe bilden und umgekehrt, und definieren dadurch den Wickelwinkel der Papierbahn für aneinandergrenzende bilderzeugende Stationen, wodurch ein simultaner Duplexdruck möglich ist. In einer solchen Ausführungsform werden ein Bild oder Bilder auf eine erste Seite der Papierbahn durch eine oder mehrere bilderzeugende Sation(en) übertragen. Ein Bild oder die Bilder werden dann auf die entgegengesetzte Seite der Papierbahn durch eine oder mehrere weitere bilderzeugende Station(en) übertragen, und danach wird ein weiteres Bild oder werden weitere Bilder auf der ersten Seite der Papierbahn wiederum durch eine oder mehrere weitere bilderzeugende Stationen erzeugt. Eine solche Anordnung nennt man "gestaffelte" Anordnung, und die am meisten bevorzugte Ausführungsform der gestaffelten Anordnung ist die, bei der die bilderzeugenden Stationen Stück für Stück abwechselnd an einander entgegengesetzten Seiten der Papierbahn liegen.
Die erfindungsgemäße Druckerkonstruktion ist besonders vorteilhaft, wo der Drucker ein Mehrfarbdrucker ist, der Magenta- Zyan- Gelb- und Schwarz-Druckstationen aufweist.
Beim Duplexdruck auf bahnförmiges Material ist ein Umkehrmechanismus erwünscht, um die Papierbahn umzukehren und sie einer nächsten Druckstation zuzuführen, siehe beispielsweise "The Printing Industry" von Viktor Strauß, veröffentlicht von Printing Industries of America Inc., 20 Chevy Chase Circle, NW, Washington DC 20015 (1967), Seiten 512-514. Die Umkehr der zu bedruckenden Papierbahn erfordert einen zusätzlichen Umkehrmechanismus, der eine oder mehrere Umkehrrollen enthält. Jedoch läßt sich die Bildqualität nur schwer beibehalten, wenn ein tonergeladenes Band mit einer Seite oder mit beiden tonergeladenen Seiten in Kontakt mit einer Umkehrrolle oder anderen Kontaktrollen kommt, bevor das mit der Rolle in Kontakt kommende Tonerbild ausreichend fixiert ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung versehen wir deshalb den Drucker mit einer rotierenden Kontaktrolle, die in Kontakt mit der Papierbahn steht, während sie ein elektrostatisch geladenes Tonerpartikelbild wenigstens auf derjenigen Oberfläche hat, die an die Kontaktrolle angrenzt, wobei dieser Kontaktrolle elektrostatische Lademittel zugeordnet sind, die auf der Oberfläche der Kontaktrolle eine elektrostatische Ladung erzeugen können, die die gleiche Polarität, wie die Ladepolarität der Tonerpartikel auf der angrenzenden Oberfläche der Papierbahn hat, bevor das Empfängermaterial mit der Oberfläche der Kontaktrolle in Berührung kommt.
Auf diese Weise wird die Qualität des Tonerbilds praktisch nicht durch den Kontakt der auf der Papierbahn sitzenden unfixierten oder ungenügend fixierten Tonerteilchen mit der Oberfläche einer Kontaktrolle vor einer vollständigen Fixierung des Tonerbildes beeinträchtigt.
Wir bevorzugen, daß der Kontaktrolle auch Reinigungsglieder zugeordnet sind, die alle anhaftenden Tonerteilchen von der Oberfläche der Rolle entfernen, nachdem das Rezeptormaterial von der Oberfläche der Kontaktrolle gelöst wurde.
Obgleich dieses Merkmal der Erfindung bei einer Kontaktrolle in Form einer Papierbahntransportrolle, einer Führungsrolle, einer Kaltdruckrolle oder einer Wärmedruckrolle angewendet werden kann, haben wir herausgefunden, daß diese Anordnung insbesondere bei einer eine Umkehrrolle bildenden Kontaktrolle vorteilhaft anwendbar ist. Wo die Kontaktrolle eine Umkehrrolle ist, beträgt der Wickelwinkel der Papierbahn.um die Rolle mehr als 90º. Es läßt sich eine Anzahl von Umkehrrollen in Folge vorsehen, und in diesem Fall wird der Gesamtwickelwinkel um diese Rollen größer als 90º.
Die Kontaktrolle weist bevorzugt eine elektrisch isolierende Oberflächenbeschichtung auf. Wir bevorzugen, daß diese Oberflächenbeschichtung glatt ist und insbesondere ein abhäsives Material aufweist. Wenn die Kontaktrolle eine elektrisch isolierende Oberfläche hat, kann die elektrostatische Ladevorrichtung eine geeignete Korona- Ladevorrichtung aufweisen, die so angeordnet ist, daß ihr Korona-Fluß zur elektrisch isolierenden Oberfläche der Kontaktrolle gerichtet ist, welche geerdet oder auf ein festes Potential in Bezug auf die Korona-Ladevorrichtung gelegt ist. Als Alternative kann die elektrostatische Ladevorrichtung eine Bürste haben, die in Kontakt mit der Kontaktrolle steht, wobei die relative Bewegung zwischen der Bürste und der Rollenoberfläche die Erzeugung einer elektrostatischen Ladung auf der Oberfläche der Kontaktrolle verursacht.
Die Reinigungsvorrichtung liegt bevorzugt stromaufwärts von der Ladevorrichtung, wenn man die Richtung der Drehung der Kontaktrolle betrachtet. Die Reinigungsvorrichtung kann eine Reinigungsbürste enthalten, die in demselben Drehsinn wie die Kontaktrolle dreht. Alternativ kann auch ein Schaber als Reinigungsvorrichtung dienen.
Ein Paar Korona-Ladevorrichtungen kann stromabwärts von der Kontaktrolle liegen und zwar eine dieser Korona- Ladevorrichtungen auf jeder Seite des Wegs der Papierbahn, um sicherzustellen, daß die Tonerpartikel auf den gegenüberliegenden Seiten des Papierbands entgegengesetzte elektrostatische Ladungen tragen.
In einer bevorzugten Konstruktion ist eine Gleichstromladekorona angeordnet, die ihren Korona-Ladungsfluß zur Papierbahn in die Zone hinein richtet, in der die Papierbahn in Kontakt mit der Oberfläche der Kontaktrolle steht, und eine Wechselstrom-Koronavorrichtung richtet ihren Korona-Entladungsfluß zur Papierbahn hin und zwar im wesentlichen an die Stelle, an der die Papierbahn die Oberfläche der Kontaktrolle verläßt.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

Nun wird die Erfindung weiter und zwar lediglich beispielhaft unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, die im einzelnen zeigen:
Fig. 1 schematisch einen zum Simplexdruck geeigneten erfindungsgemäßen Mehrstationsdrucker für elektrostatisches Drucken in einem einzigen Umlauf;
Fig. 2 im Detail einen Querschnitt einer Druckstation des in Fig. 1 gezeigten Druckers;
Fig. 3 den Drucker gemäß Fig. 1 in einer weniger schematischen Darstellung, wobei die Lagebeziehung der verschiedenen Teile desselben gezeigt sind;
Fig. 4 einen Abschnitt eines einer alternativen Ausführungsform der Erfindung entsprechenden Druckers, der einen sequentiellen Duplexdruckvorgang ausführen kann;
Fig. 5 einen Abschnitt eines einer alternativen Ausführungsform der Erfindung entsprechenden Druckers, der simultanes Duplexdrucken ausführen kann;
Fig. 5A eine Umkehrrolle für den Einsatz in einem in Fig. 4 oder Fig. 5 gezeigten Drucker, wobei die Umkehrrolle zusammen mit verschiedenen Gliedern angeordnet ist, die einer Tonerbildverzerrung auf einer Papierbahn vor der letzten Fixierung der Tonerpartikel auf der Papierbahn entgegenwirken;
Fig. 5B eine Umkehrrolle, die zusammen mit einer vereinfachten Anordnung von Gliedern angeordnet ist, die einer Tonerbildverzerrung auf einer Papierbahn vor der letzten Fixierung der Tonerpartikel auf der Papierbahn entgegenwirken;
Figuren 6 und 7 diagrammartig Querschnittsansichten von Teilen eines Druckers, wie z.B. des in Fig. 5 gezeigten, der in Umkehrentwicklung arbeitet, wobei diese Darstellungen die ersten drei Druckstationen zeigen, und Fig. 6 für Vergleichszwecke unvollständig ist;
Fig. 8 eine Modifikation der in Fig. 7 gezeigten Darstellung;
die Figuren 6A, 7A und 8A den Drucker ähnlich den Figuren 6, 7 und 8 zeigen, diesen jedoch in einer direkten Entwicklungsbetriebsart;
Fig. 6B, die Fig. 6 ähnelt, jedoch einen Drucker zeigt, der einander entgegengesetzte Trommel- und Tonerpolaritäten bei aneinander grenzenden Druckstationen verwendet;
Fig. 9 eine schematische Darstellung der Übertragung von registerhaltigen Bildern;
Fig. 9A eine Frequenzvervielfacherschaltung, die in einem erfindungsgemäßen Drucker verwendet wird;
Fig. 10 eine schematische Anordnung von Registersteuermitteln, die die Passgenauigkeit von Bildern in einem erfindungsgemäßen Drucker steuern;
Fig. 11 im Detail eine Ausführungsform der Steuerschaltung, die die Passung von Bildern in einem erfindungsgemäßen Drucker steuert, wobei diese Figur in zwei Teilen dargestellt ist:
Fig. 11A zeigt die Offset-Tabelle, den Zuteiler, den Kodierer und den Papierbahnpositionszähler; und
Fig. 11B zeigt den Vergleicher und die Bildübertragungsstation A;
Fig. 12 eine alternative Ausführungsform einer Steuerschaltung, die die Passung von Bildern in einem erfindungsgemäßen Drucker steuert;
Fig. 13 eine schematische Anordnung einer bevorzugten Ausführungsform der Kodierkorrekturmittel;
Fig. 14 einen alternativen Drucker gemäß der Erfindung, der für den Simplex-Druck von blattförmigem Material geeignet ist;
Fig. 15 einen alternativen erfindungsgemäßen Drucker für den Duplex-Druck von blattförmigem Material;
Fig. 16 einen anderen alternativen Drucker gemäß der Erfindung für den Duplex-Druck von blattförmigem Material;
die Figuren 17A bis 17E eine Anzahl von alternativen Anordnungen der Druckstationen für den Einsatz in erfindungsgemäßen Druckern.
In der nachfolgenden Beschreibung wird die Erzeugung von Bildern durch den "Umkehr"-Entwicklungsvorgang beschrieben. Ein Fachmann wird jedoch leicht erkennen, daß dieselben Prinzipien auch für eine "direkte" Entwicklung bei der Bilderzeugung angewendet werden können.
Der Drucker 10 in Fig. 1 weist vier Druckstationen A, B, C und D auf, die jeweils zum Drucken von gelben, magnetafarbenen, zyanfarbenen und schwarzen Bildern eingerichtet sind.
Die Druckstationen, d.h. die bilderzeugenden Stationen A, B, C und D sind in im wesentlichen vertikaler Konfiguration angeordnet, obwohl natürlich die Stationen auch in horizontaler oder anderer Konfiguration angeordnet sein können. Eine Papierbahn 12, die von einer Spenderrolle 14 abgewickelt wird, wird in Aufwärtsrichtung der Reihe nach durch die Druckstationen gefördert. Die bewegte Bahn 12 steht in stirnseitigem Kontakt mit der Trommeloberfläche 26, über einem Wickelwinkel ω von etwa 15º (siehe Fig. 2), der durch die Stellung der Führungsrollen 36 bestimmt ist. Nachdem sie durch die letzte Druckstation D gegangen ist, geht die Papierbahn 12 durch eine Bildfixierstation 16, eine optionale Kühlzone 18 und danach zu einer Schneidestation 20, wo die Bahn 12 in Blätter geschnitten wird. Die Bahn 12 wird durch den Drucker mittels einer motorbetriebenen Antriebsrolle 22 gefördert, und die Spannung in der Bahn wird durch die Anwendung einer auf die Spenderolle 14 einwirkenden Bremse 11 erzeugt.
Wie die Fig. 2 zeigt, weist jede Druckstation eine zylindrische Trommel 24 mit photoleitender Außenfläche 26 auf. In Umfangsrichtung sind um die Trommel 24 eine Hauptkorotron- oder Skorotron-Ladevorrichtung 28, die die Trommeloberfläche 26 gleichförmig aufladen kann, z.B. auf ein Potential von etwa -600 V, eine Entwicklungsstation 30, die z.B. in Form eines abtastenden Laserbündels oder in Form einer LED-Anordnung ausgebildet sein kann, welches oder welche die Oberfläche 26 der photoleitenden Trommel bild- und zeilenweise belichten und dadurch die Ladung auf dieser selektiv verringern, z.B. auf ein Potential von etwa -250 V, wodurch eine bildweise Verteilung der elektrischen Ladung auf der Trommeloberfläche 26 verbleibt. Dieses sogenannte "latente Bild" wird durch eine Entwicklungsstation 32 sichtbar gemacht, die durch in der Technik bekannte Mittel einen Entwickler in Kontakt mit der Trommeloberfläche 26 bringt. Die Entwicklungsstation 32 enthält eine Entwicklertrommel 33, die aus Gründen, die weiter unten erläutert werden, einstellbar montiert ist und sich radial zur Trommel 24 hin oder von der Trommel 24 weg bewegen läßt. Bei einer Ausführungsform enthält der Entwickler (i) Tonerpartikel, die eine Mischung eines Harzes mit einem Farbkörper oder Pigment der geeigneten Farbe und normalerweise mit einer ladungssteuernden dem Toner eine reibungselektrische Ladung verleihenden Verbindung enthalten, und (ii) Trägerteilchen, die die Tonerteilchen durch Reibungskontakt zwischen ihnen laden. Die Trägerteilchen können aus magnetisierbarem Material, wie Eisen oder Eisenoxid bestehen. In einer typisch aufgebauten Entwicklerstation enthält die Entwicklertrommel 33 Magnete, die innerhalb einer rotierenden Hülse getragen sind, die die Vermischung der mit ihr rotierenden Tonerteilchen mit dem magnetisierbaren Material bewirken, indem sie an der Oberfläche 26 der Trommel 24 bürstenartigen. Kontakt haben. Negativ geladene Tonerteilchen, die reibungselektrisch auf ein Niveau von z.B. 9 µC/g geladen sind, werden von den belichteten Bereichen der Trommeloberfläche 26 aufgrund des elektrischen Feldes zwischen diesen Bereichen und dem elektrisch negativ vorgespannten Entwickler angezogen, so daß das latente Bild sichtbar wird.
Nach der Entwicklung wird das an der Trommeloberfläche 26 haftende Tonerbild auf die sich bewegende Bahn 12 durch eine Übertragungs-Koronavorrichtung 34 übertragen. Die sich bewegende Bahn 12 steht in stirnseitigem Kontakt mit der Trommeloberfläche 26 über einen Wickelwinkel ω von etwa 15º, der von der Position der Führungsrollen bestimmt ist. Die von der Übertragungs-Koronavorrichtung, die sich auf der der Trommel gegenüberliegenden Seite der Bahn befindet und deren Polarität ein umgekehrtes Vorzeichen hat als die der Ladung der Tonerteilchen, aufgesprühte Ladung zieht die Tonerteilchen von der Trommeloberfläche 26 weg und auf die Oberfläche der Bahn 12. Der Koronadraht der Übertragungs- Koronavorrichtung ist typischerweise etwa 7 mm von dem ihn umgebenden Gehäuse entfernt und 7 mm von der Papierbahn positioniert. Eine typische Stromstärke der Übertragungs- korona beträgt etwa 3 µA/cm Bahnbreite. Die Übertragungs- Koronavorrichtung 34 dient auch zur Erzeugung einer starken Haftkraft zwischen der Bahn 12 und der Trommeloberfläche 26, wodurch letztere synchron mit der Bewegung der Bahn 12 rotiert und die Tonerpartikel in engen Kontakt auf die Oberfläche der Bahn 12 zwingt. Die Bahn sollte jedoch nicht um die Trommel über den durch die Positionierung einer Führungsrolle 36 bestimmten Punkt hinaus gewickelt werden, und deshalb befindet sich am Umfang hinter der Übertragungs-Koronavorrichtung eine Papierbahnentlade- Koronavorrichtung 38, die von einem Wechselstrom gespeist wird, der Entladung der Bahn 12 dient und ermöglicht, daß sich die Bahn von der Trommeloberfläche 26 löst. Die Papierbahnentlade-Koronavorrichtung 38 dient auch dazu, eine Funkenbildung zu vermeiden, wenn die Bahn die Trommeloberfläche 26 verläßt.
Danach wird die Trommeloberfläche auf einen Pegel von z.B. -580 V durch eine Vorladekorotron- oder Skorotronvorrichtung 40 vorgeladen. Dieses Vorladen erleichtert die anschließende Ladung durch die Korona 28. Dadurch läßt sich Resttoner, der immer noch auf der Trommeloberfläche haftet, von einer in der Technik bekannten Reinigungseinheit 42 leichter entfernen. Letzte Spuren des vorangehenden elektrostatischen Bildes werden von der Korona 28 gelöscht. Die Reinigungseinheit 42 enthält eine einstellbar montierte Reinigungsbürste 43, deren Position zur Trommeloberfläche 26 hin oder von ihr weg eingestellt werden kann, um eine optimale Reinigungswirkung zu erreichen. Die Reinigungsbürste 43 ist geerdet oder auf ein solches auf die Trommel bezogenes Potential gelegt, daß sie die restlichen Tonerpartikel von der Trommeloberfläche abziehen kann. Nach ihrer Reinigung ist die Trommeloberfläche für einen weiteren Aufzeichnungszyklus bereit.
Nachdem die Papierbahn, so wie es oben beschrieben worden ist, durch die erste Druckstation A gegangen ist, durchläuft sie aufeinanderfolgend die Druckstationen B, C und D, wo Bilder in anderen Farben auf die Bahn übertragen werden. Ein kritischer Punkt ist die Registerhaltigkeit der in den aufeinanderfolgenden Stationen erzeugten Bilder. Um Registerhaltigkeit zu erreichen, muß der Beginn des Abbildungsprozesses jeder Station zeitlich sehr genau eingestellt sein. Allerdings ist eine korrekte Registerhaltigkeit der Bilder nur dann möglich, wenn kein Schlupf zwischen der Papierbahn 12 und der Trommeloberfläche 26 auftritt.
Die durch die Transferkoronavorrichtung 34 erzeugte elektrostatische Haftkraft zwischen der Papierbahn und der Trommel, der durch die relative Position der Trommel 24 und der Führungsrollen 36 bestimmte Wickelwinkel Co und die Spannung in der Bahn, die durch die Antriebsrolle 22 und die Bremswirkung der Bremse 11 erzeugt wird, sind derart, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Trommel 24 im wesentlichen nur durch die Bewegung der Bahn 12 bestimmt ist, und dadurch ist sichergestellt, daß sich die Trommeloberfläche synchron mit der Bahn bewegt.
Die drehbare Reinigungsbürste 43 wird so angetrieben, daß sie in gleichen Drehsinn wie der der Trommel 24 dreht und beispielsweise mit der doppelten Umfangsgeschwindigkeit der Trommeloberfläche Die Entwicklungseinheit 32 enthält eine bürstenartige Entwicklertrommel 33, die in entgegensetztem Drehsinn zum Drehsinn der Trommel 24 dreht. Das resultierende, der Trommel 24 durch die rotierende Entwicklungsbürste 33 und die gegensinnig rotierende Reinigungsbürste 43 erteilte Drehmoment wird nahe Null eingestellt und stellt dadurch sicher, daß das auf die Trommel einwirkende Drehmoment lediglich von der Haftkraft zwischen der Trommel 24 und der Papierbahn 12 herrührt. Die Einstellung dieser resultierenden Kraft ist mittels der einstellbaren Befestigung der Reinigungsbürste 43 und/oder der Entwicklungsbürste 33 und aufgrund der Bürsteneigenschaften erreichbar.
Bezugnehmend auf Fig. 3 ist ein Drucker gezeigt, der eine Speisestation 13 hat, in der eine Rolle 14 mit einer genügenden Menge eines Bahnmaterials 12 zum Bedrucken untergebracht ist, sagen wir, bis zu 5000 Bilder. Die Bahn 12 wird in ein turmartiges Druckergehäuse 44 hineingefördert, in dem eine Lagersäule 46 vorgesehen ist, die vier gleichartige Druckstationen A bis D birgt. Zusätzlich ist eine weitere Station E vorgesehen, um wahlweise eine zusätzliche Farbe zu drucken, z.B. eine kundenspezifische Farbe, z.B. weiß. Die Druckstationen A bis E sind im wesentlichen in vertikaler Lage eingebaut, wodurch die Stellfläche des Druckers verringert und außerdem die Wartung desselben erleichtert ist. Die Säule 46 kann vibrationsarm durch eine auf Federn 50, 51 gelagerte Plattform 48 montiert sein.
Nach Verlassen der letzten Druckstation E wird das Bild auf der Papierbahn mittels einer Bildfixierstation 16 fixiert und zu einer Schneidestation 20 (schematisch dargestellt) und, wenn gewünscht, einem Stapler 52 geführt.
Die Bahn 12 wird durch den Drucker durch zwei Antriebsrollen 22a, 22b gefördert, von denen eine zwischen der Spendestation 13 und der ersten Druckstation A und die zweite zwischen der Bildfixierstation 16 und der Schneidestation 20 liegt. Die Antriebsrollen 22a, 22b werden durch regelbare Motoren 23a, 23b angetrieben. Der eine Motor 23a, 23b wird geschwindigkeitsgeregelt und zwar auf eine Drehgeschwindigkeit, die die Papierbahn durch den Drucker mit einer geforderten Geschwindigkeit fördert und die z.B. etwa 125 mm/s sein kann. Der andere Motor wird derart drehmomentgeregelt, daß er eine Bahnspannung von z.B. 1 N/cm Bahnbreite erzeugt.
In Fig. 4 ist ein Duplexdrucker gezeigt, der sich von dem in Fig. 3 dargestellten Drucker darin unterscheidet, daß zwei Lagersäulen 46 und 46' vorgesehen sind, die jeweils Druckstationen A bis E und A' bis E' bergen.
Nach Verlassen der Druckstation E geht die Papierbahn über nach oben richtende Umkehrrollen 54, 55 bevor sie die erste Bildfixierstation 16 erreicht. Zum Boden des Druckers hin läuft die Papierbahn 12 mit einem fixierten Bild auf einer Seite über nach unten richtende Umkehrrollen 56, 57 und tritt dann in die zweite Säule 46' vom Boden aus ein. Die Papierbahn 12 geht dann durch die Druckstationen A' bis E', wo ein zweites Bild auf die entgegengesetzte Seite der Papierbahn gedruckt wird, deren Weg durch die Umkehrrolle 150 umgekehrt, wird, der in den Figuren 5A und 5B veranschaulichte Mittel zugeordnet sind, die einer Tonerabscheidung auf ihrer Oberfläche entgegenwirken. Das zweite Bild wird von der Bildfixierstation 16' fixiert. In der in Fig. 4 gezeigten besonderen Ausführungsform sind alle Komponenten der Druckstationen ideni£isch (mit Ausnahme der Tonerfarbe), und dies hät sowohl betriebliche als auch wartungstechnische Vorteile.
Fig. 5 zeigt eine noch kompaktere Version des in Fig. 4 gezeigten Duplex-Druckers. Wie im Falle der Fig. 4 sind zwei Säulen 46 und 46' vorgesehen, die jeweils Druckstationen A bis E und A' bis E' bergen. Zur Klarheit sind die Säulen 46 und 46' in Fig. 5 nicht ganz gezeigt. Im Gegensatz zu Fig. 4 sind die Säulen 46 und 46' nahe beieinander montiert, so daß die Papierbahn 12 in einem allgemein vertikalen Weg läuft, der von den stirnseitig einander gegenüberliegenden Oberflächen der Bildstationstrommeln 24, 24' bestimmt ist. Diese Anordnung ist so, daß jede Bildstationstrommel als Führungsrolle für die jeweils benachbarte Trommel fungiert, indem sie den Wickelwinkel bestimmt. In der besonderen Ausführungsform in Fig. 5 braucht es auch keine Zwischenbildfixierstation. Diese Anordnung ist kompakter als diejenige von Fig. 4. Die Papierbahnbewegung durch den Drucker ist kürzer, und dies bietet Vorteile bei der Verringerung des Papierbahnverbrauchs, die sonst zu viel Ausschuß hätte. Dadurch daß man die Verwendung von Zwischenfixierstationen vermeidet, wird eine Vorder-Rückseitenregisterhaltigkeit der Druckbilder erleichtert. Obwohl in Fig. 5 die Säulen 46 und 46', wie gezeigt, auf. einer gemeinsamen Plattform 48 montiert sind, ist es in einer alternativen Ausführungsform möglich, daß die Säulen 46 und 46' getrennt voneinander montiert sind, wie z.B. auf horizontal liegenden Schienen, so daß die Säulen für Wartungszwecke voneinander wegbewegt werden können und auch daß die Arbeitsdistanz zwischen den Säulen eingestellt werden kann.
Wie Fig. 5A mehr im einzelnen zeigt, bewegt sich in dem in Fig. 4 oder in Fig. 5 dargestellten Drucker die als Rezeptormaterial dienende Bahn 12 längs eines Bahntransportwegs über eine frei rotierende Umkehrrolle 150. Die Umkehrrolle 150 hat einen elektrisch leitenden Kern und ist mit einem elektrischen Isoliermaterial beschichtet, bevorzugt mit einem glatten und abhäsiven Material, wie z.B. Fluor-Polymer-Material, bevorzugt TEFLON (Handelsmarke), wodurch die elektrostatische Aufladung durch eine Korona ermöglicht wird. Die Rollenoberfläche 154 übt keine oder nur eine schwache Haftung auf die Tonerpartikel aus.
Der Wickelwinkel der Bahn um die Umkehrrolle 150 ist etwa 135º. Die Bahn 12 trägt ein elektrostatisch geladenes Tonerbild auf ihren beiden Seiten. Die Linearbewegung der Bahn 12 bleibt mit der Umfangsgeschwindigkeit der Oberfläche der Umkehrrolle 150 aufgrund der Tatsache synchron, daß letztere frei drehen kann. Ein Potentialunterschied zwischen der Rolle 150 und der Bahn 12 wird durch die von einem Gleichstrom gespeiste Korona- Ladevorrichtung 151 erzielt. Die Bahn 12 wird daher elektrostatisch über die Berührungszone zwischen Bahn und Rolle angezogen, so daß die Rolle 150, die auf festem Potential, bevorzugt auf Erdpotential liegt, durch die Bahn 12 angetrieben wird und kein Schlupf auftritt, so daß das Tonerbild nicht verschmieren kann.
Eine Entlade-Koronavorrichtung 152, die wechselstromgespeist ist, läßt die Bahn 12 von der Rollenoberfläche 154 freikommen.
Gemäß der in Fig. 5A veranschaulichten Ausführungsform geht die Bahn 12 stromaufwärts der Umkehrrolle 150 zwischen zwei Korona-Ladevorrichtungen 158R, 158L entgegengesetzter Polarität durch. Dadurch erhalten die auf der Außenoberfläche der Bahn 12, die keinen Kontakt mit der Umkehrrolle 150 hat, getragenen Tonerteilchen eine Polarität, die mit der des Korona-Ladeflußes der Korona 151 übereinstimmt.
Während die zwei Korona-Vorrichtungen 158L, 158R als Gleichstrom-Koronas entgegengesetzter Polarität realisiert sein können, ist es jedoch, da eine negative Gleichstrom- Korona dazu neigt, eine ungleichförmige Entladung längs ihrer Länge zu erzeugen, vorteilhaft, in diesem Paar die negative Gleichstromkorona durch eine Wechselstrom- Koronavorrichtung zu ersetzen. Diese Wechselstrom-Korona erzeugt zusammen mit einer auf der entgegengesetzten Seite der Papierbahn 12 liegenden positiven Gleichstromkorona eine negative Nettoladung, die gleichförmiger ist.
Der Übertragung der Tonerteilchen zu der geerdeten oder auf einem festen Potential liegenden Umkehrrolle 150 wirkt die Ladung der Rollenoberfläche 154 mit der Korona 153 entgegen, die bevorzugt ein Skorotron ist, bevor die Rollenoberfläche 154 mit der die Tonerbilder tragenden Papierbahn 12 in Berührung kommt. Die Ladepolarität dieser Korona 153 ist dieselbe, wie die Polarität der Tonerteilchen, die in Kontakt mit der Rollenoberfläche 154 kommen.
Jeder Resttoner, der auf der Rollenoberfläche 154 noch anhaftet, nachdem die Papierbahn 12 von der Rolle 150 freigekommen ist, wird mittels einer Reinigungsvorrichtung 155 beseitigt. Die Reinigungsvorrichtung 155 enthält eine Reinigungsbürste 156, die im gleichen Drehsinn rotiert wie die Umkehrrolle 150. Die Reinigungsbürste 156 ist geerdet oder auf ein solches Potential gelegt, daß anhaftende Resttonerteilchen von der Rollenoberfläche weggezogen werden.
In der in Fig. 5B gezeigten alternativen Ausführung kann durch eine genügende mechanische Vorspannung der Bahn 12 auf der Umkehrrolle 150 auf die die elektrostatische Anziehungs- und die Freigabewirkung zwischen der Bahn und der Rolle erzeugenden Koronas 151 und 152 verzichtet werden. Außerdem kann, im Fall die Tonerteilchen, die mit der Oberfläche der Umkehrrolle 150 in Kontakt kommen, ein Ladungsniveau haben, das genügend hoch und von entgegengesetzter Polarität zur Koronaladung der Korona- Vorrichtung 153 ist, das Koronapaar 158R, 158L weggelassen werden, ohne daß eine deutliche Bildverschmierung durch die Umkehrrollenoberfläche 154 auftritt.
Nun wird Bezug auf Fig. 6 genommen, wo die Papierbahn 12 und die Trommeln 24a, 24a' und 24b dreier gestaffelter Druckstationen des in Fig. 5 gezeigten Druckers gezeigt sind, der in der Umkehrentwicklungsbetriebsart arbeitet. Die diesen Druckstationen zugeordneten Transferkoronavorrichtungen 34a, 34a' und 34b sind ebenfalls gezeigt.
Bezugnehmend auf den unteren vergrößerten Abschnitt der Fig. 6 ist ersichtlich, daß die negativ geladene Trommel 24a auf ihrer Oberfläche 26a negativ geladene Tonerteilchen trägt, die durch offene Kreise angedeutet sind. Die Transferkorona-Vorrichtung 34a stellt einen Strom positiv geladener Ionen zur Verfügung, die Dank der angrenzenden negativ geladenen Trommel 24a in diese Richtung gezogen und dadurch auf der Seite 12R der Papierbahn abgeschieden werden. Die Anziehung zwischen den positiven Ladungen auf der Seite 12R und den negativ geladenen Tonerteilchen einer ersten Farbe bewirkt die Abscheidung der Tonerteilchen auf der Seite 12L der Papierbahn 12.
Bezugnehmend auf den zentralen vergrößerten Abschnitt von Fig. 6 ist erkenntlich, daß, sobald die die negativ geladenen Tonerteilchen auf der Seite 12L tragende Papierbahn 12 die Bilderzeugungsstation A' erreicht, die Transferkorona-Vorrichtung 34a' einen Strom positiv geladener Ionen erzeugt, die auf der Seite 12L der Papierbahn 12 ,abzuscheiden sind, wodurch die Ladung der Tonerteilchen zur positiven Ladung umgekehrt wird. An diesem Punkt werden negativ geladene Tonerteilchen von der Trommel 24a' auf der Seite 12R der Papierbahn 12 abgeschieden.
Bezugnehmend auf den oberen vergrößerten Abschnitt von Fig. 6 ist ersichtlich, daß in dem Moment, in dem die Papierbahn 12, die die positiv geladenen Tonerteilchen auf ihrer Seite 12L trägt, die bilderzeugende Station B erreicht, die Transferkoronavorrichtung 34b einen Strom positiv geladener Ionen erzeugt, die auf der Seite 12R der Papierbahn abzuscheiden sind, wodurch die Ladung der Tonerteilchen auf dieser Seite in die positive Ladung umgekehrt wird. An diesem Punkt werden negativ geladene Tonerteilchen einer zweiten Farbe, die durch ausgefüllte Kreise angedeutet sind, von der Trommel 24b auf der Seite 12L der Papierbahn 12 abgeschieden. Allerdings werden, da die positiv geladenen Tonerteilchen der ersten Farbe auf der Seite 12L die negativ geladene Trommel 24b erreichen, diese davon verstärkt durch die von der Transferkoronavorrichtung 34b erzeugte Abstoßkraft angezogen und von der Papieroberfläche entfernt. Die auf diese Weise durchgeführte Entfernung der Tonerteilchen bewirkt einen Verlust an Farbdichte im letzten Druckvorgang, und ein Versatz der Tonerteilchen kann an den Bildgrenzen auftreten.
Fig. 7 zeigt, wie dieses Problem gelöst wird. Vor der dritten bilderzeugenden Station B und außerdem zwischen jedem aufeinanderfolgenden Paar einander entgegengesetzter bilderzeugender Stationen (nicht gezeigt) ist ein einander gegenüberliegendes Paar von Koronaentladevorrichtungen 58L und 58R jeweils auf jeder Seite der Papierbahn 12 positioniert. Die Polarität der Korona-Entladevorrichtungen 58L und 58R ist so gewählt, daß die Ladung, die die auf den gegenüberliegenden Seiten 12R und 12L der Papierbahn 12 jeweils getragenen Tonerteilchen haben, umgekehrt wird. Wie man aus dem vergrößerten Teil von Fig. 7 erkennt, werden zwischen den Stationen A' und B die positiv geladenen Tonerteilchen auf der Seite 12L der Papierbahn 12 umgekehrt und tragen dann eine negative Ladung sowie sie die negative Korona-Vorrichtung 58L passieren, während die negativ geladenen Tonerteilchen auf der Seite 12R der Papierbahn 12 in ihrer Ladung umgekehrt werden und eine positive Ladung tragen, sowie sie die negative Korona-Vorrichtung 58R passieren. Wie aus der oberen vergrößerten Ansicht in Fig. 7 ersichtlich ist, sind die Tonerteilchen der ersten Farbe auf der Seite 12L nun negativ geladen, sowie sie die negativ geladene Trommel 24b erreichen, und werden deshalb durch die ihre Entfernung von der Papierbahn verhindernde Ladung auf der Trommel abgestoßen, unterstützt durch die positiven Ladungen von der Transferkorona 34b. Die Papierbahn geht deshalb zur nächsten Station im Drucker und trägt die Tonerteilchen beider Farben, nämlich der ersten und zweiten Farbe, auf der Seite 12L in den entsprechend dem zu erzeugenden Bild gewünschten Mengen.
Fig. 8 ist mit Fig. 7 gleichartig, zeigt jedoch die Bahnentlade-Koronavorrichtungen 38a, 38a' und 38b, die jeder Druckstation zur Verringerung der positiven Ladungen auf den aneinander angrenzenden Seiten der Bahn zugeordnet sind und die eine Funkenbildung in der Nachübertragungslücke zwischen Bahn und Trommel verhindern.
In Fig. 7 wurden die Korona-Vorrichtungen 58L und 58R als Gleichstromkorona-Vorrichtungen entgegengesetzter Polarität beschrieben. Da eine negative Gleichstromkorona dazu neigt, eine ungleichförmige Entladung entlang ihrer Länge zu erzeugen, ist es von Vorteil diese negative Gleichstromkorona durch eine Wechselstromkorona-Vorrichtung zu ersetzen. Diese Wechselstromkorona-Vorrichtung (58L) in Kombination mit der positiven Gleichstromkorona-Vorrichtung (58R) erzeugt eine gleichförmigere negative Nettoladung.
Obwohl die Figuren 6, 7 und 8 eine "Umkehr"-Entwicklungsbetriebsart beim Druckvorgang veranschaulichen, ist es den Fachleuten klar, daß dieselben allgemeinen Prinzipien auch auf eine "direkte" Entwicklungsbetriebsart beim Druckvorgang angewendet werden können. Deshalb sind bezugnehmend auf die Fig. 6A die Papierbahn 12 und die Trommeln 24a, 24a' und 24b dreier gestaffelter bilderzeugender Stationen des in Fig. 5 gezeigten Druckers dargestellt, der in der "direkten" Entwicklungsbetriebsart arbeitet. Ebenfalls sind die diesen Stationen zugeordneten Transferkorona- Vorrichtungen 34a, 34a' und 34b gezeigt.
Bezugnehmend auf den unteren vergrößerten Abschnitt in Fig. 6A kann man sehen, daß die negativ geladene Trommel 24a auf ihrer Oberfläche 26a positiv geladene Tonerteilchen trägt, die durch offene Kreise angedeutet sind. Die Transferkorona-Vorrichtung 34A erzeugt einen Strom negativ geladener Ionen, die mittels der benachbarten negativ geladenen Trommel 24a in dieser Richtung angezogen werden und dadurch auf einer Seite 12R der Papierbahn 12 abgeschieden werden. Die Anziehung zwischen den negativen Ladungen auf der Seite 12R und den positiv geladenen Tonerteilchen einer ersten Farbe veranlaßt, daß letztere auf der Seite 12L der Papierbahn 12 abgeschieden werden.
Bezugnehmend auf den mittleren vergrößerten Abschnitt von Fig. 6A ist ersichtlich, daß, sowie die die positiv geladenen Tonerteilchen auf ihrer Seite 12L tragende Papierbahn 12 die bilderzeugende Station A' erreicht, die Transferkorona-Vorrichtung 34a' einen Strom negativ geladener Ionen erzeugt, der auf der Seite 12L der Papierbahn 12 abzuscheiden ist, wodurch die Ladung der Tonerteilchen ins Negative umgekehrt wird. An diesem Punkt werden positiv geladene Tonerteilchen von der Trommel 24a' auf der Seite 12R der Papierbahn 12 abgeschieden.
Bezugnehmend auf den oberen vergrößerten Abschnitt von Fig. 6A wird deutli,ch, daß, sowie die die negativ geladenen Tonerteilchen auf ihrer Seite 12L tragende Papierbahn 12 die bilderzeugende Station B erreicht, die Transferkorona- Vorrichtung 34b einen Strom negativ geladener Ionen erzeugt, die auf der Seite 12R der Papierbahn 12 abzuscheiden sind, wodurch die Ladung der Tonerteilchen an dieser Seite ins Negative umgekehrt wird. An diesem Punkt werden positiv geladene Tonerteilchen einer zweiten Farbe, die durch ausgefüllte Kreise angedeutet ist, von der Trommel 24b auf der Seite 12L der Papierbahn 12 abgeschieden. Jedoch werden, sowie die negativ geladenen Tonerteilchen der ersten Farbe auf der Seite 12L die lichtentladenden Bereiche der Oberfläche der Trommel 24b erreichen, diese Tonerteilchen dorthin gezogen, unterstützt durch die von der Transferkorona-Vorrichtung 34b erzeugte Abstoßungskraft und werden von der Papieroberfläche entfernt. Die auf diese Weise erfolgte Entfernung der Tonerteilchen bewirkt einen Verlust der Farbdichte im letzten Druck, und es kann an den Bildgrenzen zu einem Versatz der Tonerteilchen kommen.
Fig. 7A zeigt, wie dieses Problem gelöst wird. Vor der dritten bilderzeugenden Station B und auch zwischen den jeweils aufeinanderfolgenden entgegengesetzten bilderzeugenden Stationen (nicht gezeigt) ist auf jeder Seite der Papierbahn 12 ein Paar von Korona-Entladevorrichtungen 58L und 58R entgegengesetzter Polarität angeordnet. Die Polarität der Korona-Entladevorrichtungen 58L und 58R ist derart gewählt, daß sie die Ladung der jeweils auf den entgegengesetzten Seiten 12R und 12L der Papierbahn 12 getragenen Tonerteilchen umkehrt. Der vergrößerte Teil der Fig. 7A zeigt, daß zwischen den Stationen A' und B die negativ geladenen Tonerteilchen auf der Seite 12L der Papierbahn 12 in ihrer Ladung umgekehrt werden und dann eine positive Ladung tragen, sowie sie die positive Korona- Vorrichtung 58L passieren, während die positiv geladenen Tonerteilchen auf der Seite 12R der Papierbahn 12 in ihrer Polarität umgekehrt werden und dann eine negative Ladung tragen, sowie sie die negative Korona-Vorrichtung 58R passieren. Wie man aus der oberen vergrößerten Ansicht in Fig. 7A erkennt, sind die Tonerteilchen der ersten Farbe auf der Seite 12L nun positiv geladen, sowie sie die bilderzeugende Station B erreichen und werden, unterstützt von der Anziehungskraft, die die negative Transferkorona- Vorrichtung 34b erzeugt, auf der Papieroberfläche gehalten. Die Papierbahn wandert deshalb zur nächsten Station im Drucker und trägt Tonerteilchen der ersten und zweiten Farbe auf der Seite 12L in den entsprechend dem zu erzeugenden Bild geforderten Mengen.
Fig. 8A ist mit Fig. 7A gleichartig, zeigt jedoch zusätzlich die jeder Druckstation zugeordneten Papierbahnentlade-Koronavorrichtungen 38a, 38a' und 38b.
Die in den Figuren 6 und 6A dargelegten Probleme lassen sich durch Verwendung entgegengesetzter Trommel- und Tonerpolaritäten in aneinandergrenzenden Druckstationen vermeiden, wie dies in Fig. 6B gezeigt ist.
Bezugnehmend auf Fig. 6B sind die Papierbahn 12 und die Trommeln 24a, 24a' und 24b dreier gestaffelter Druckstationen des in Fig. 5 gezeigten Druckers gezeigt, die im Umkehrentwicklungsbetrieb arbeiten. Außerdem sind die diesen Druckstationen zugeordneten Transferkorona- Vorrichtungen 34a 34a' und 34b gezeigt.
Bezugnehmend auf den unteren vergrößerten Abschnitt von Fig. 6B kann man sehen, daß die positiv geladene Trommel 24a auf ihrer Oberfläche 26a positiv geladene Tonerteilchen trägt, die durch offenen Kreise dargestellt sind. Die Transferkoronavorrichtung 34a erzeugt einen Strom negativ geladener Ionen, die mittels der angrenzenden positiv geladenen Trommel 24a in deren Richtung angezogen werden und die dadurch auf der einen Seite 12R der Papierbahn 12 abgeschieden werden. Die Anziehung zwischen den negativen Ladungen auf der Seite 12R und den positiv geladenen Tonerteilchen einer ersten Farbe veranlaßt die Abscheidung der letzteren auf der Fläche 12L der Papierbahn 12.
Bezugnehmend auf den mittleren vergrößterten Abschnitt von Fig. 6B ist ersichtlich, daß, sowie die die positiv geladenen Tonerteilchen auf ihrer Seite 12L tragende Papierbahn 12 die bilderzeugende Station A' erreicht, die Transferkorona-Vorrichtung 34a einen Strom positiv geladener Ionen erzeugt, die auf der Seite 12L der Papierbahn 12 abzuscheiden sind, wodurch die positive Ladung der Tonerteilchen beibehalten wird. An diesem Punkt werden negativ geladene Tonerteilchen von der Trommel 24a auf der Seite 12R der Papierbahn 12 abgeschieden.
Bezugnehmend auf den oberen vergrößerten Abschnitt von Fig. 6B ist ersichtlich, daß, sowie die Papierbahn 12, die die positiv geladenen Tonerteilchen auf ihrer Seite 12L trägt, die bilderzeugende Station B erreicht, die Transferkorona- Vorrichtung 34b einen Strom negativ geladener Ionen erzeugt, die auf der Seite 12R der Papierbahn 12 abzuscheiden sind, wodurch die negative Ladung der Tonerteilchen auf dieser Seite beibehalten wird. An diesem Punkt werden positiv geladene Tonerteilchen einer zweiten Farbe, die durch ausgefüllte Kreise angedeutet sind, von der Trommel 24b auf der Seite 12L der Papierbahn 12 abgeschieden. Sowie die positiv geladenen Tonerteilchen der ersten Farbe auf der Seite 12L die positiv geladene Trommel 24b erreichen, werden sie davon abgezogen, unterstützt von der durch die Transferkorona-Vorrichtung 24b erzeugte Anziehungskraft und werden auf der Papieroberfläche festgehalten.
Die in Fig. 6B gezeigte Anordnung wird jedoch nicht so sehr bevorzugt, da diese Lösung nicht den Vorteil hat, daß die Komponenten aller Druckstationen identisch sind. Auch der Bereich der zur Verfügung stehenden positiven Farbtoner ist eingeschränkter als der Bereich der zur Verfügung stehenden negativen Farbtoner, die deshalb vorzugsweise im gesamten Drucker verwendet werden.
Bezogen auf Fig. 9 wird, um die Funktion der Registersteuermittel zu erläutern, folgendes definiert:
- Schreibpunkte A&sub1;, B&sub1;, C&sub1; und D&sub1; sind die senkrecht zur Trommeloberfläche auf diese projizierten Positionen der Schreibstationen der Bilddruckstationen A, B, C und D;
- Transferpunkte A&sub2;, B&sub2;, C&sub2; und D&sub2; sind die Punkte auf der Oberfläche der Trommeln 24a, 24b 24c und 24d, die mit dem Zentrum des Wickelwinkels ω zusammenfallen (siehe Fig. 2);
- Längen 1A2B2, 1B2C2 und 1C2D2 sind die längs der Papierbahn zwischen den Punkten A&sub2; und B&sub2;, B&sub2; und C&sub2; und C&sub2; und D&sub2; gemessenen Längen;
- Längen 1A1A2, 1B1B2, 1C1C2 und 1D1D2 sind die entlang der Oberfläche der Trommeln 24a, 24b, 24c und 24d zwischen den Punkten A&sub1; und A&sub2;, B&sub1; und B&sub2;, C&sub1; und C&sub2; und D&sub1; und D&sub2; gemessenen Längen.
Um eine gute Registerhaltigkeit zu erreichen, sollte die Verzögerungszeit zwischen dem Schreiben eines Bildes bei A&sub1; und dem Schreiben eines dazu gehörenden Bildes bei B&sub1;, C&sub1; oder D&sub1; gleich der Zeit sein, die die Bahn für ihre Bewegung über eine Länge 1AB, 1AC oder 1AD braucht, wobei:
1Ab = 1A1A2 + 1A2B2 - 1B1B2, und folglich
1AC = 1A1A2 + 1A2B2 + 1B2C2 - 1C1C2 und
1AD = 1A1A2 + 1A2B2 + 1B2C2 + 1C2D2 - 1D1D2.
Praktisch sind die Längen 1A1A2 usw. und 1A2B2 usw. gewöhnlich nominell identisch, jedoch sind aufgrund der Fertigungstoleranzen geringfügige Unterschiede nicht vermeidbar, und um die Prinzipien der Passung zu erläutern werden sie als nicht identisch angenommen.
Aus den obigen Gleichungen läßt sich leicht ein möglicher Grund der Fehlpassung ableiten, d.h. wenn eine feste Zeit
tAB = 1AB/Vmittel
verwendet wird, mit der die Abbildung am Punkt B&sub1; gegenüber der Abbildung am Punkt A&sub1; verzögert ist, während die Papierbahngeschwindigkeit während dieser Zeitdauer variiert, hat sich die Papierbahn über eine Länge
bewegt.
Da es sehr wahrscheinlich ist, daß 1'AB nicht gleich 1AB ist, ist das am Punkt B&sub1; geschriebene Bild, wenn es auf die Papierbahn übertragen wird, mit dem am Punkt A&sub1; geschriebenen Bild nicht deckungsgleich, wodurch eine Fehlpassung verursacht oder keine Registerhaltigkeit erzielt wird.
Wir nehmen an, daß fE die vom Kodierer 60 erzeugte Impulsfrequenz ist, wobei fE gleich n fD ist, worin n eine ganze Zahl ist; die Zeilenfrequenz fD ist die Frequenz, in der die Zeilen bedruckt werden (fD = v/d), worin d die Zeilendistanz angibt.
Jeder Kodierimpuls gibt eine Einheit des Papierbahnversatzes ( = din) an. Die relative Stellung der Papierbahn ist deshalb zu jeder Zeit durch die Anzahl der vom Kodierer erzeugten Impulse z angezeigt.
Es sei gegeben, daß die relative Distanz 1 gleich der Distanz ist, über die die Papierbahn während einer gegebenen Zeitdauer bewegt wurde, dann gilt:
Z = 1/
und entsprechend den oben angeführten Definitionen für 1AB, 1AC und 1AD können wir definieren:
ZAB = ZA1A2 + ZA2B2 - ZB1B2
ZAC = ... usw.
Deshalb ist durch die Verzögerung des Schreibvorgang eines Bildes am Punkt B&sub1; um eine Anzahl von Kodierimpulsen ZAB gegenüber dem Schreiben eines Bildes bei A&sub1; sichergestellt, daß beide Bilder, wenn sie auf die Papierbahn übertragen werden, deckungsgleich sind. Dies gilt unabhängig von irgendeiner Variation der Lineargeschwindigkeit der Papierbahn, vorausgesetzt, daß die Trommeln 24a bis 24d synchron mit dem Vorschub der Papierbahn rotieren, wie oben beschrieben wurde.
Während der Kodierer 60 in Fig. 9 an einer separaten Rolle montiert ist, die vor den Druckstationen A bis D liegt, bevorzugen wir den Kodierer an einer der Trommeln 24a bis 24d, bevorzugt an einer mittleren Trommel anzubringen. Somit ist der Papierweg zwischen der den Kodierer tragenden Trommel und der am weitesten davon entfernten Trommel minimiert und dadurch sind Ungenauigkeiten reduziert, die von unerwarteter Dehnung der Papierbahn 12 und von Variationen von 1A2B2 usw. wegen der Exzentrizität der Trommel oder der Führungsrollen, die den Wickelwinkel ω bestimmen, herrühren.
Eine typische optische Kodiervorrichtung würde 650 gleich beabstandete Markierungen auf dem Umfang einer Trommel mit dem Durchmesser 140 mm im Gesichtsfeld einer statischen optischen Erfassungsvorrichtung aufweisen. Mit einer Zeilendistanz von etwa 40 µm würde die optische Erfassungsvorrichtung einen Impuls pro 16 Zeilen erzeugen.
Bezogen auf Fig. 9A ist ein Kodierer 60 dargestellt, der eine Kodierscheibe 206 zusammen mit einer Frequenzvervielfacherschaltung aufweist. Die Frequenzvervielfacherschaltung, die eine sehr gute Phasennachführcharakteristik hat, multipliziert die eingegebene Kodierersensorfrequenz fs mit einer konstanten und ganzen Zahl m. Um eine gute Registerauflösung zu erhalten, wird m hoch genug gewählt, daß
fE = mfs = nfD
und somit
fs = nfD/m
gelten.
Es ist notwendig, daß fs viel kleiner als fD ist, und daraus folgt, daß m viel größer als n sein muß.
Ein spannungsgesteuerter Oszillator 203 erzeugt eine Rechteckschwingungsform mit der Frequenz fE. Diese Frequenz wird in dem Teiler 204 durch m zu einer Frequenz fm geteilt, von der θm im Phasenvergleicher 205 mit der Phase θs der vom Kodierersensor 201 ankommenden Frequenz fs verglichen wird.
Ein Tiefpassfilter 202 filtert die Phasendifferenz θs - θm zu einer Gleichspannung Ve, die dem spannungsgesteuerten Oszillator 203 eingespeist wird.
Mit diesen guten Phasennachführeigenschaften geht die Phasendifferenz zwischen θs und θm gegen Null, so daß wegen der Frequenzvervielfachung m mal mehr Phasenkanten auf fE zwischen zwei Kodierersensor-Eingangsphasenflanken kommen. Jede Phasenflanke von fE stellt einen Papierbahnversatz von d/n dar.
Das Tiefpassfilter 202 filtert aus dem Kodierersignal die hochfrequenten Variationen heraus, die normalerweise nicht von den Papierbahngeschwindigkeitsänderungen bewirkt, sondern Störungen sind, die von Vibrationen hervorgerufen werden.
Die Zeitkonstante des Tiefpassfilters 202 definiert den Frequenzgang des Vervielfachers, und so läßt sich eine Abrißfrequenz von z.B. 10 Hz verwirklichen.
Bezogen auf Fig. 10 erzeugt die Kodiervorrichtung 60 ein Signal der Frequen fE, die n mal höher als die Frequenz (fD) ist, die aus der Kodierung der Zeit herrührt, die die Papierbahn 12 braucht, um über eine mit der Zeilendistanz d übereinstimmende Distanz vorzurücken. Für einen 600 dpi- Drucker (Zeilendistanz d = 42,3 µm) ergibt eine Papierbahngeschwindigkeit von 122,5 mm/s die Frequenz fD = 2896 Hz.
Ein Papierbahnpositionszähler 74 zählt Impulse, die vom Kodierer 60 abgeleitet sind, so daß zu jeder Zeit das Ausgangssignal des Zählers eine relative Papierbahnposition z angibt, wobei jedes Inkrement von z einen Papierbahnversatz/Vorschub angibt, der 1/ntel der Zeilendistanz d ist.
Eine Verzögerungstabelleneinrichtung 70 speichert die vorbestimmten Werte ZAB, ZAC, ZAD, die gleich der Anzahl der vom Start des Schreibens eines ersten Bildes auf die Trommel 24a am Punkt A1 bis zum Moment des Schreibens nachfolgender Bilder auf die Trommeln 24b, 24c und 24d an den Punkten B1, C1 und D1 zu zählenden Papierbahngrundversatzinkremente sind, so daß die Position aller nachfolgender Bilder auf der Papierbahn 12 exakt mit der Position des ersten Bildes übereinstimmt. Die Einstellmittel 70a werden nachstehend bezogen auf Fig. 12 weiter erläutert.
Eine Zuteileinrichtung 71 berechnet die Werte ZA,i, ZB,j, Zc,k und ZD,l; wobei jeder dieser Werte die relative Papierbahnposition angibt, bei der das Schreiben des i-ten, j-ten, k-ten und l-ten Bildes jeweils in den Bildschreibstationen A, B, C und D gestartet werden sollte. Es seien folgende Werte gegeben:
N = Anzahl der zu druckenden Bilder;
zL = Länge eines Bildes, ausgedrückt als Vielfaches der Papierbahngrundversatzinkremente; und
zs = Abstand, der zwischen zwei Bildern auf dem Papier einzuhalten ist (ebenfalls als Vielfaches der Papierbahngrundversatzinkremente ausgedrückt).
Die Zuteilereinrichtung kann die unterschiedlichen Werte von ZA,i, ... ZD,l wie folgt berechnen.
Wenn das Startsignal (das Signal, bei dem der Druckzyklus startet) ausgegeben wird, ergibt sich (unter der Annahme, daß das erste Bild an der Position z&sub0; + z&sub1; zu beginnen ist, wobei z&sub0; die Papierbahnposition im Moment der Ausgaben des Startsignals ausgibt) die Position gemäß Tabelle 1:
Die Vergleichsvorrichtung 72 vergleicht kontinuierlich die Werte ZA,i, ... ZD,l, wobei i, j, k und l bei 0 beginnen und bei N-1 mit dem Wert z stoppen und erzeugt, sobald Übereinstimmung herrscht, ein Signal oder Signale sA bis sD nach dem oder nach denen der jeweilige Wert oder die Werte i bis l inkrementiert werden.
Bildschreibstationen 73 beginnen nach Empfang des Triggersignals oder der Triggersignale sA bis sD mit dem Schreiben des Bildes in der oder den Bildschreibstation(en) A bis D. Sobald das Schreiben eines Bildes begonnen wurde, wird der Rest des Bildes mit einer Zeilenfrequenz oder Linienfrequenz fD geschrieben, die sich ergibt aus
fD = fE/n,
wobei somit die Frequenz fD synchron zum Kodiererausgangssignal ist und ihre Phase beim Empfang des Triggersignals zu Null gesetzt wird.
Der oben beschriebene Mechanismus ist natürlich nicht nur auf die Registerhaltigkeit verschiedener Bilder auf dem Papier beschränkt, sondern kann genauso zur Erzeugung korrekter Papierbahnerkennungssignale für jeden Modul im Printer verwendet werden. Beispiele solcher Module sind die Schneidestation 20, der Stapler 52 (siehe Fig. 5).
Bezogen auf die Figuren 11A und 11B speichert, sobald der den Zyklus initiierende Startimpuls zur Verfügung steht, das Register 80 die Summe z&sub0;+z&sub1;, wie sie mittels eines Addierers 89 berechnet wird. Ein Multiplexer 81 führt diesen Wert durch ein Register 82. Dann berechnen Addierer 85, 86 und 87 z*B,j, z*c,k und z*D,l, mit j, k und l gleich Null, die die geplanten Papierbahnpositionen sind, bei denen das Schreiben des ersten Bildes in der jeweiligen Bildübertragungsstation beginnen soll, z*A,i, mit i gleich Null, ist natürlich gleich z&sub0;+z&sub1;. Nach einer Zeitdauer, die gleich der Verzögerung 1 ist, werden diese Werte in die FIFO-Speicher (first-in-first-out-Speicher) 90A, 90B, 90C und 90D gespeichert, von denen zur Vereinfachung nur der FIFO 90A gezeigt ist. Mittlerweile haben Addierer 83 und 84 z*A,l gleich z*A,O + z*L + z*s berechnet, und dieser Wert wird durch den Multiplexer 81 zum Register 82 geleitet. Wiederum berechnen Addierer 85, 86 und 87 dann von z*A,l die Werte z*B,l, z*C,l und z*D,l, die erneutin die FIFOs 90A usw. gespeichert werden. Dieser Prozeß setzt sich fort, bis ein Abwärtszähler 88, der beim Wert N startete und mit jedem Schreibimpuls dekrementiert wird, bein Speichern einer nächsten Wertefolge z*A,i bis z*D,l in die FIFOs Null erreicht hat. Sobald dies geschieht, sind alle Positionen, bei denen das Schreiben eines Bildes starten sollte, berechnet und in chronologischer Folge in den FIFO- Speichern gespeichert.
Inzwischen vergleichen Vergleicher 91A usw. die Papierbahnposition z mit den Werten z*A,i bis z*D,l, worin i bis l anfänglich Null sind, wenn sie von den FIFOs gelesen werden. Sobald z gleich z*A,O ist, wird das Signal sA ausgegeben, das einen Teiler 92A (siehe Fig. 11B) zurücksetzt und dadurch die Phase des Signals fD mit dem sA-Impuls aus Gründen der oben beschriebenen, erhöhten Teilzeilenregistergenauigkeit synchronisiert. Auch der Zeilenzähler 93A, der die Zeile y=0 im Bildspeicher 95A addressiert, wird zurückgesetzt. Für jeden Impuls des Signals fD erzeugt ein Pixelzähler 94A eine aufwärts zählende Folge von Pixeladressen x. Da der Bildspeicher in Form einer zweidimensionalen Pixelmatrix organisiert ist, erzeugt die zählende Pixeladresse x mit der durch das Signal PIXEL-CLK (Pixeltakt) spezifizierten Frequenz einen Strom von Pixelwerten, die dem Schreibkopf 30 zugeführt werden, was eine zeilenweise Belichtung der photoleitenden Trommeloberfläche 26 ergibt. Für jeweils n Impulse des Signals fE wird den Schreiköpfen eine nächste Pixelzeile zugeführt. Auf diese Weise wird die Registerhaltigkeit der verschiedenen Bilder nicht nur am Beginn des Bildes genau sondern bleibt auch innerhalb des Bildes genau.
Sobald das Schreiben eines Bildes begonnen hat, veranlassen die Signale sA bis sD das Auslesen des nächsten Werts zA,i bis zD,l aus dem FIFO-Speicher 90A usw., so daß die nächste Kopie des Bildes wie geplant beginnen kann.
In der bevorzugteren Ausführungsform der Erfindung, wie sie in Fig. 12 gezeigt ist, sind wesentliche Teile der Steuerschaltung mittels eines auf einem Mikroprozessorchip ausgeführten Softwareprogramms realisiert. In diesem Fall sind sämtliche, von den Elektronikschaltungen in Fig. 11A ausgeübten Funktionen mit Ausnahme der Kodiermittel durch Softwarekodes ersetzt, und dadurch ist die Flexibilität der Steuerschaltung erhöht.
Die berechneten Werte z*A,i bis z*D,l sind bevorzugt in einer oder mehreren sortierten Tabellen 100 in dem Speicher des Mikroprozessors gespeichert. Wie bei der Hardwarelösung vergleicht ein Vergleicher 72 kontinuierlich dem ersten Eintrag in dieser Liste mit der Papierbahnposition z, wie sie von einem Papierbahnpositionszähler 74 abgegeben wird, der bevorzugt durch Software-Mittel ausgeführt ist, jedoch von Hardware unterstützt sein kann. Nach der Erfassung einer Übereinstimmung zwischen den beiden Werten gibt der Mikroprozessor die jeweiligen Signale sA bis sD aus.
Um die Registermittel zu kalibrieren, macht die Bedienperson einen Probedruck, welcher untersucht wird und anhand dessen jeder Passungsfehler Δ gemessen wird. Ein Impulsanzahlkorrekturwert, gleich Δ/ , wird dann zu den in der Verzögerungstabelle 70 gespeicherten Werten ZAB usw. durch die Einstellmittel 70a addiert oder von ihnen subtrahiert, und zwar unter Verwendung von in der Technik bekannten Verfahren.
Bezugnehmend auf Fig. 13 erzeugt zur Korrektur der Periodendauer jedes einzelnen von dem Kodiersensor ausgegebenen Impulses die Kodiervorrichtung 60 ein zusätzliches Signal I, das als Index für das Kodierersignal P wirkt. Wenn die Kodiervorrichtung eine Scheibe mit einer Vielzahl voneinander beabstandeter Markierungen aufweist, die von einem ersten optischen Sensor abgefühlt werden, der daraus den Papierbahnversatz angebende Impulse erzeugt, wird das Signal I von einem zweiten optischen Sensor erzeugt, so daß für jede Umdrehung der Kodierscheibe ein Einzelimpuls erzeugt wird. Somit identifiziert der Kodiererimpulszähler 210, unter Verwendung des Indeximpulses als Referenz, mittels eines Mehrbit-Signals jeden Impuls P, der von dem ersten optischen Fühler erzeugt wird. In der Kodiererkorrekturtabelle 212, die bevorzugt in einer bestimmten Form eines nichtflüchtigen Speichers, wie z.B. eines programmierbaren Nurlese-Speichers (PROM) enthalten ist, sind für jeden einzelnen Kodiererimpuls P vorbestimmte Mehrbit-Periodendauerkorrekturwerte gespeichert. Damit die Kodierkorrekturvorrichtung die Periodendauer eines gewissen Impulses erhöhen kann, sind diese Periodendauerkorrekturwerte die Summe einer positiven festen Zeitdauer und einer positiven oder negativen Korrekturzeit. Eine Verzögerungsvorrichtung 214 verzögert jeden vom ersten Kodiersensor ausgegebenen Impuls um eine Zeitdauer, die gleich der vorbestimmten Korrekturzeit ist, wie sie von der Kodiererkorrekturtabelle 212 empfangen wurde, und erzeugt dadurch ein korrigiertes Kodierersignal fs.
In Fig. 14 ist ein Mehrstations-Mehrfarbendrucker für den Simplexdruck auf blattförmiges Material gezeigt. Der Drucker hat fünf Bildübertragungsstationen A bis E. Diese haben die Form, die zuvor beschrieben wurde. Jedoch ist statt einer durch die Bildübertragungsstationen laufenden Papierbahn ein kontinuierliches Band 115 aus elektrisch isolierendem Material mit guten dielektrischen Eigenschaften vorgesehen, wie z.B. Polyethylenterephthalat, Polytetrafluorethylen (z.B. Teflon - Handelsmarke), Polyimid (z.B. Kapton - Handelsmarke) oder Silikongummi. Das Band 115 wird von einer unteren Antriebsrolle, die mit einem Kodierer 119 ausgerüstet ist, angetrieben und geht über eine obere Rolle 112. Das Band 115 ist innerhalb einer turmartigen Säule 146 untergebracht. Jede Station A bis E ist im wesentlichen in horizontaler Ausrichtung montiert.
Wenn das Band 115 die Stationen A bis E passiert, wird ein registerhaltiges Mehrfarbentonerbild darauf in derselben Weise gebildet, wie dies zuvor in Verbindung mit der Papierbahn 12 beschrieben wurde (siehe Fig. 3). Jedoch geht das Band 115 nicht durch eine Fixierstation. In der in Fig. 14 gezeigten Ausführungsform läuft das Band, nachdem es die letzte Druckstation D verlassen hat, zu einer Gesamtbildtransferstation 122, wo eine Korona-Entladungseinheit die Übertragung des Gesamtbildes vom Band 115 auf ein von einem Blattstapel 123 genommenes Papierblatt 118 überträgt. Die Papierblätter 118 werden vom Stapel 123 von einer allgemein durch die Bezugszahl 117 dargestellten, in der Technik bekannten, Zufuhrvorrichtung zugeführt. Jedes Blatt wird durch den Drucker mittels Antriebsrollen 115 und Antriebsbändern 124, 126 und schließlich zu einem Stapler 120 gefördert. Nachdem das gesamte Bild in der Transferstation 122 auf das Papierblatt übertragen wurde, läuft jedes Papierblatt durch den Heißrollerfixierer 121, in dem das Bild auf dem Papierblatt fixiert wird. Nachdem es durch die Transferstation 122 gelaufen ist, geht das Band 115 durch eine Bandreinigungsstation 130, worin der Resttoner entfernt wird und die die Oberfläche des Bandes gesäubert verläßt, um ein weiteres Tonerbild aufzunehmen.
In der in Fig. 15 gezeigten Ausführungsform sind viele Merkmale dieselben, wie sie in Fig. 14 zu finden sind. Im Falle der Fig. 15 läuft das Band 115 über zwei obere Rollen 112 und 112', denen jeweils eine Gesamtbildtransferstation 122 und 122' zugeordnet ist. Papierblätter 118 werden vom Stapel der ersten Transferstation 122 zugeführt, wo das erste Bild auf dem Band 115 auf eine Seite des Papierblatts übertragen wird, und danach läuft das Papierblatt durch eine Zwischenheißrollenschmelzstation, die durch reversibel angetriebene Rollen 131 und 132 gebildet ist, zu einem Halteförderer 124'. Durch Umkehr des Förderers 124' und der Rollen 131 und 132 wird das Papierblatt 118 umgedreht und läuft zur zweiten Bildübertragungsstation 122', wo ein zweites Bild auf dem Band 115 auf die Kehrseite des Papierblatts übertragen wird, bevor es dem Endfixierer 121 und dem Stapler 120 zugeführt wird.
In der in Fig. 16 gezeigten Ausführungsform ist ein Duplexdrucker gezeigt, der zwei Stützsäulen 146 und 146' aufweist, die jeweils Bildstationen A bis D und jeweils letzte Druckstationen E und A' bis D' und E' enthalten. Ein Bild, das für den Druck auf eine Seite des Papierblatts 118 bestimmt ist, wird von Stationen A bis E auf das Band 115 übertragen und von dort aüf das Papierblatt 118 in der Gesamtbildübertragungsstation 122. Danach wird das Papierblatt 118, auf dessen eine Seite ein Bild gedruckt wurde, durch Rollen 131 und 132 zu einem Halteförderer 124' gefördert. Durch Schwenken und Umkehren des Förderers 124' wird das Papierblatt 118 nun zwischen Rollen 132 und 131' geführt und läuft zur zweiten Bildübertragungsstation 122'. Diese Anordnung vermeidet den Einsatz reversibler Antriebsrollen, wie sie in dem in Fig. 15 gezeigten Drucker verwendet sind. In der zweiten Gesamtbildübertragungsstation 122' wird das zweite Bild, das von den Stationen A' bis E' auf das Band 115 übertragen wurde, von letzterem auf die andere Seite des Papierblatts übertragen, bevor letzteres zum Fixierer 121 und zum Stapler 120 gefördert wird.
Die in der einschlägigen Technik Fachkundigen erkennen, daß auch andere Papierumkehrmechanismen in den in den Figuren 15 und 16 gezeigten Druckern verwendbar sind.
Die Figuren 17A bis 17E zeigen eine Anzahl unterschiedlicher Anordnungen von Druckstationen A bis D und A' bis D' relativ zum Weg der Papierbahn 12. Die Funktion dieser Anordnungen ist für die einschlägigen Fachleute deutlich erkennbar. Diese Stationen können horizontal, vertikal oder in anderen Konfigurationen angeordnet sein.

Querverweis auf gleichzeitig anhängige Anmeldungen

Eine Anzahl von Merkmalen des hier beschriebenen Druckers ist Gegenstand folgender gleichzeitig anhängiger europäischer Patentanmeldungen: Nr. 93 304 772.2 mit dem Titel "Ein elektrostatographischer Mehrstationsdrucker für Duplexdruck in einem Umlauf"; 93 304 773.0 mit dem Titel "Mehrstationsdrucker für elektrostatographisches Drucken in einem Umlauf mit Registersteuerung"; 93 304 774.8 mit dem Titel "Papierbahnkonditioniergerät"; und 93 304 775.5 mit dem Titel "Elektrostatographischer Drucker zur Erzeugung eines Bildes auf einer laufenden Papierbahn", die alle am 18. Juni 1993 eingereicht wurden.

Claims

1. Mehrstationsdrucker für elektrostatisches Drucken in einem einzigen Umlauf zur Erzeugung eines Bildes auf einer Papierbahn, wobei der Drucker aufweist:

- mehrere tonerbilderzeugende elektrostatische Stationen (A, B, C, D, E), die jeweils ein drehbares Glied (26) mit endloser Oberfläche haben, auf dem ein Tonerbild erzeugt werden kann;

- Fördereinrichtungen, die die Papierbahn aufeinanderfolgend durch die Stationen (A, B, C, D, E) führen;

- Steuereinrichtungen (22, 11), die die Geschwindigkeit und die Spannung der Papierbahn (12) während ihres Durchgangs durch die Stationen (A, B, C, D, E) steuern;

- Führungsglieder (36), die jeweils für die Papierbahnwickelwinkel (ω) um die Glieder (26) mit sich drehender Oberfläche bestimmen;

- Übertragungseinrichtungen (34), die das auf der sich drehenden Oberfläche der Glieder (26) gebildete Tonerbild auf die Papierbahn (12) übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Drucker der Haftkontakt, mit dem die Papierbahn (12) an den Gliedern (26) mit drehbarer endloser Oberfläche haftet, so ist, daß die Bewegung der Papierbahn (12) die Umfangsgeschwindigkeit der Glieder (26) mit sich drehender Oberfläche synchron zur Bewegung der Papierbahn steuert.

2. Drucker nach Anspruch 1, bei dem die Führungsglieder (36) Führungsrollen aufweisen.

3. Drucker nach Anspruch 1 oder 2, bei die Übertragungseinrichtung eine Korona-Entladungseinrichtung (34) ist, die eine elektrostatische Haftung zwischen der Papierbahn (12) und der Oberfläche der Glieder (26) mit drehbarer endloser Oberfläche erzeugt.

4. Drucker nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Papierbahn (12) ein Endträger der Tonerbilder ist und von einer Rolle (14) gewickelt wird, wobei Bildfixiermittel (16) zum Fixieren der übertragenden Tonerbilder auf der Papierbahn (12) vorgesehen sind.

5. Drucker nach Anspruch 4, der außerdem einen Rollenständer (13) für das Abwickeln einer in dem Drucker zu bedruckenden Rolle einer Papierbahn (12) sowie eine Schneideeinrichtung (20) aufweist, die die bedruckte Papierbahn (12) in Blätter schneidet.

6. Drucker nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Papierbahn ein Zwischenträger in Form eines endlosen Bandes (115) ist, und bei dem der Drucker außerdem Übertragungsmittel (122) zur Übertragung der auf dem Band (115) gebildeten Bilder auf einen Endträger (118) aufweist, und Bildfixiermittel (121) zum Fixieren der übertragenen Bilder auf dem Endträger (118) vorgesehen sind.

7. Drucker nach Anspruch 6, bei dem der Endträger (118) blattförmig ist.

8. Drucker nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem jedes der Glieder mit endloser Oberfläche eine photoleitende Oberfläche aufweist und jede bilderzeugende Station (A, B, C, D, E) weiterhin aufweist:

- eine Ladeeinrichtung (28) zum Aufladen der Glieder mit endloser Oberfläche;

- Mittel (30, 32), die ein elektrostatisches latentes Bild auf den Gliedern (26) mit endloser Oberfläche bilden; und

- eine Entwicklungsstation (32), die Toner auf dem elektrostatischen latenten Bild abscheidet.

9. Drucker nach Anspruch 8, bei dem die Mittel (28), die das Glied (26) mit endloser Oberfläche in jeder bilderzeugenden Station aufladen, jedes der endlosen Oberflächenglieder auf dieselbe Polarität aufladen kann.

10. Drucker nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem jede bilderzeugende Station (A, B, C, D, E) eine angetriebene drehbare magnetische Entwicklungsbürste (33) und eine drehbar angetriebene Reinigungsbürste (43) aufweist, die beide mit dem Glied (26) mit endloser Oberfläche in Reibungskontakt stehen, und die sich in einander entgegengesetzten Richtungen drehen.

11. Drucker nach Anspruch 10, bei dem die Ausmaße des Reibungskontakts der Entwicklungsbürste (33) und der Reinigungsbürste (43) mit den Gliedern (26) mit endloser Oberfläche so sind, daß das resultierende Drehmoment, das auf die Glieder (26) mit endloser Oberfläche übertragen wird, im wesentlichen Null ist.

12. Drucker nach Anspruch 10 oder 11, bei dem die Position wenigstens einer der Bürsten relativ zu dem Glied (26) mit sich drehender endloser Oberfläche einstellbar und dadurch das Ausmaß des Reibungskontakts zwischen dieser Bürste und dem Glied (26) mit endloser Oberfläche einstellbar ist.

13. Drucker nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Glied (26) mit endloser Oberfläche durch die Umfangsfläche einer Trommel (24) gebildet ist.

14. Drucker nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die bilderzeugenden Stationen in zwei Teilgruppen (A bis E und A' bis E') angeordnet sind, die aufeinanderfolgend von der sich bewegenden Papierbahn (12) durchlaufen werden, und von denen eine Teilgruppe ein Bild auf einer Papierbahnseite und die andere Teilgruppe ein Bild auf der anderen Papierbahnseite erzeugt, wodurch ein sequentieller Duplexdruckvorgang ermöglicht wird.

15. Drucker nach Anspruch 14, der weiterhin wenigstens eine Leerlaufrolle (54, 55, 56, 57) zur Richtungsumkehr des Papierbahnlaufs zwischen den Teilgruppen aufweist.

16. Drucker nach einen der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die bilderzeugenden Stationen in zwei Teilgruppen angeordnet sind und die Glieder (26) mit drehbarer Oberfläche einer Teilgruppe (A bis E) Führungsrollen (36) für die andere Teilgruppe (A' bis E') bilden und umgekehrt, wodurch ein simultanes Duplexdrucken ermöglicht wird.

17. Drucker nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem die bilderzeugenden Stationen der Teilgruppen (A bis E und A' bis E') in im wesentlichen paralleler gegenseitiger Lage angeordnet sind.

18. Drucker nach Anspruch 17, bei dem die bilderzeugenden Stationen (A, B, C, D, E) jeder Teilgruppe in im wesentlichen vertikaler Stellung angeordnet sind.

19. Drucker nach einem der vorangehenden Ansprüche, der ein Farbdrucker ist, der Cyan-, Gelb-, Magenta- und Schwarz-Druckstationen (A, B, C, D) aufweist.

20. Drucker nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Wickelwinkel (ω) mindestens 5º sind.

21. Drucker nach einem der vorangehenden Ansprüche, der außerdem eine drehbare Kontaktrolle (150) aufweist, die mit der Papierbahn in Kontakt steht, während letztere ein elektrostatisch geladenes Tonerteilchenbild wenigstens auf ihrer an die Kontaktrolle (150) angrenzenden Oberfläche hat, wobei der Kontaktrolle (150) eine elektrostatische Ladeeinrichtung (153) zugeordnet ist, die auf der Oberfläche der Kontaktrolle (150) eine elektrostatische Ladung der gleichen Polarität wie die Ladepolarität der Tonerteilchen auf der angrenzenden Oberfläche der Papierbahn vor dem Kontakt der Papierbahn (12) mit der Oberfläche (154) mit der Kontaktrolle (150) hat.