DE1270950B

DE1270950B - Method and device for transferring powdery toner images

Info

Publication number: DE1270950B
Application number: DE19601270950
Authority: DE
Inventors: Fritz Beyer; Dr Ulrich Schmiedel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1960-06-01
Filing date: 1960-06-01
Publication date: 1968-06-20

Description

Verfahren und Vorrichtung zur übertragung von pulverförmigen Tonerbildern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von pulverförmigenTonerbildern auf ein Bildempfangsmaterial in einem elektrostatischen Feld, bei dem das Bildempfangsmaterial in unmittelbare Nähe oder in Kontakt mit dem Tonerbild gebracht und mindestens im Zeitpunkt der Übertragung mit einer aufgeladenen dielektrischen Schicht hinterlegt wird.Method and device for the transfer of powdery toner images The invention relates to a method for transferring powdery toner images on an image receiving material in an electrostatic field in which the image receiving material brought into close proximity or in contact with the toner image and at least im Time of transmission deposited with a charged dielectric layer will.

Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit zwei Walzen, zwischen denen das das Tonerbild tragende Aufzeichnungsmaterial in Kontakt mit dem Bildempfangsmaterialhindurchgeführtwird, zurDurchführung dieses Verfahrens.The invention also relates to a device with two rollers between through which the recording material bearing the toner image is passed into contact with the image receiving material, to carry out this procedure.

Es ist bekannt, homogene elektrische Felder zur Übertragung eines Tonerbildes auf ein Bildempfangsmaterial anzuwenden. In der belgischen Patentschrift 389155 ist die Übertragung von Toner von einer Platte auf eine andere durch Erzeugung eines Gleichfeldes zwischen beiden Platten beschrieben. Ähnlich wird gemäß den USA.-Patentschriften 2 408 144 und 2 408 143 ein Tonerbild auf ein Bildempfangsmaterial übertragen, indem man es zusammen mit dem Tonerbild durch ein elektrostatisches Kraftfeld bewegt. Auch nach der deutschen Patentschrift 813 359 wird das Tonerbild übertragen, indem ein Gleichfeld zwischen zwei an eine Hochspannungsquelle angeschlossenen Elektroden aufgebaut wird. Das Tonerbild und das Bildempfangsmaterial werden durch dieses Feld geführt. Der elektroskopische, d. h. eine Ladung tragende Toner wird in einer solchen Anordnung in Richtung der seiner Polarität entgegengesetzten Elektrode bewegt und damit auf das dort liegende Bildempfangsmaterial übertragen.It is known to transmit a homogeneous electric fields To apply toner image to an image receiving material. In the Belgian patent specification 389155 is the transfer of toner from one plate to another by generation of a constant field between the two plates. Similarly, according to U.S. patents 2 408 144 and 2 408 143 transfer a toner image to an image receiving material by it is moved through an electrostatic force field together with the toner image. Also according to the German patent specification 813 359, the toner image is transferred by a constant field between two electrodes connected to a high voltage source is being built. The toner image and the image receiving material are through this field guided. The electroscopic, d. H. a charge-bearing toner is in such a The arrangement moves in the direction of the electrode opposite to its polarity and thus transferred to the image receiving material lying there.

Da eine solche Methode den Nachteil hat, daß man zur Erzielung eines betriebssicheren Gerätes die beiden Elektroden gut isolieren muß, was bei großen Platten oder Walzen teuer ist, wird gemäß der deutschen Patentschrift 813 359 das Gleichfeld zwischen einer Platte und einem Coronadraht aufgebaut. Dieser Patentschrift ist zwar die Hinterlegung des Bildempfangsmaterials mit einem aufgeladenen Dielektrikum zu entnehmen, da die Verwendung einer Isolierplatte zwischen Hochspannungsentladungsnadeln und Bildempfangsmaterial empfohlen wird, jedoch erfolgt dies lediglich, um dem Bildempfangsmaterial eine zusätzliche Andruckkraft zu geben. Die Übertragung wird nach wie vor durch das mittels der Hochspannungsentladungsnadeln sowie durch die auf dem hinter dem Bildempfangsmaterial liegenden Dielektrikum sitzenden Ladungen gebildete homogene Gleichfeld herbeigeführt.Since such a method has the disadvantage that to obtain a reliable device, the two electrodes must be well insulated, which is the case with large Plates or rollers is expensive, according to German Patent 813 359 that Constant field established between a plate and a corona wire. This patent specification is the deposit of the image receiving material with a charged dielectric can be seen, as the use of an insulating plate between high-voltage discharge needles and image receiving material is recommended, but this is only done in order to avoid the image receiving material to give an additional pressure. The transmission is still through that by means of the high-voltage discharge needles as well as the one on the behind the Image receiving material lying dielectric seated charges formed homogeneous DC field brought about.

Nachteilig daran ist, daß bei der Übertragung des Tonerbildes von Blättern auf andere Blätter kein zuverlässiger Tranpsort der Blätter zwischen Coronadraht und Walze bewirkt wird und die Blätter gegen den leicht verletzbaren Coronadraht stoßen können.The disadvantage of this is that when the toner image is transferred from Scrolling to other leaves is not a reliable transfer location of the leaves between corona wire and roller is effected and the sheets against the easily injured corona wire can come across.

Aufgabe der Erfindung ist es, zu vermeiden, daß metallische Elektroden dauernd unter Hochspannung stehen müssen und das Bedienungspersonal sowie das Gerät hierdurch einer Gefahr ausgesetzt wird. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Übertragung während des Transportes der beiden Träger zwischen zwei Walzen ermöglicht wird, ohne daß dabei Trägerblätter gegen einen Coronadraht stoßen und diesen damit zerstören können. Der Coronadraht wird unter Umständen völlig entbehrlich.The object of the invention is to avoid having metallic electrodes Have to be constantly under high voltage and the operating personnel as well as the device this exposes them to danger. There is a particular advantage of the invention in that the transfer during the transport of the two carriers between two Rolling is made possible without the carrier sheets hitting a corona wire and can destroy it with it. Under certain circumstances, the corona wire can be completely dispensed with.

Dies wird erreicht, indem die dielektrische Schicht inhomogen aufgeladen wird und die dadurch gebildeten inhomogenen elektrostatischen Felder zur Übertragung des Tonerpulvers benutzt werden.This is achieved by charging the dielectric layer inhomogeneously and the resulting inhomogeneous electrostatic fields for transmission of the toner powder.

Der grundsätzliche Unterschied zwischen homogenen und inhomogenen Feldern ist wie folgt: In einem homogenen Feld wird ein aufgeladenes Teilchen je nach der Polarität des Feldes angezogen bzw. abgestoßen mit einer Kraft, die dem Produkt aus der Überschußladung des Teilchens und der Feldstärke gleich ist: K=q#F, in der bedeutet: K die Kraft, ausgedrückt in Newton, q die Ladung in Coulomb und F die Feldstärke in 108 Volt/m.The fundamental difference between homogeneous and inhomogeneous Fields is as follows: In a homogeneous field a charged particle is ever attracted or repelled according to the polarity of the field with a force corresponding to the The product of the excess charge of the particle and the field strength is equal to: K = q # F, in which means: K is the force, expressed in Newtons, q is the charge in Coulomb and F is the field strength in 108 volts / m.

In einem homogenen Feld wird auf polarisierbare Teilchen keine Kraft ausgeübt.In a homogeneous field there is no force on polarizable particles exercised.

In einem inhomogenen Feld wird auf ein polarisierbares Teilchen eine Kraft ausgeübt, welche dem Qua- K die Kraft in Newton, uz die Ludolfsche Zahl 3,14159. . ., E, die Dielektrizitätskonstante der Luft, r den Radius des Teilchens in Meter, x die Dielektrizitätskonstante des Teilchens _ und 0 (F2) den Feldgradienten in 10s Volt/m2 In einem irrhomogenen Feld werden die eine Überschußladung tragenden polarisierbaren Teilchen durch die dem Feldgradient proportionale Kraft schneller versetzt.In an inhomogeneous field, a Force exerted, which the qua- K is the force in Newtons, uz Ludolfsche Number 3.14159. . ., E, the dielectric constant of air, r the radius of the particle in meters, x the dielectric constant of the particle _ and 0 (F2) the field gradient in 10s volts / m2 In an irrhomogeneous field, those carrying an excess charge polarizable particles faster due to the force proportional to the field gradient offset.

Daraus folgt, daß a) in einem homogenen Feld nur Teilchen mit einer Überschußladung versetzt werden; b) in einem irrhomogenen Feld polarisierbare Teilchen ohne Überschußladung desto schneller versetzt werden, je stärker die Größe des Feldgradienten wächst; c) in einem irrhomogenen Feld polarisierbare Teilchen mit Überschußladung durch den zusätzlichen Feldgradienten schneller versetzt werden.From this it follows that a) in a homogeneous field only particles with a Excess charge are added; b) particles polarizable in an irrhomogeneous field without excess charge, the faster the greater the size of the field gradient grows; c) In an irrhomogeneous field polarizable particles with excess charge be displaced faster by the additional field gradient.

Es ergibt sich somit, daß bei irrhomogenen Feldern mit geringeren Feldstärken gearbeitet werden kann. Das irrhomogene Feld kann auf einer dielektrischen Schicht erzeugt werden, indem man 1. dieser dielektrischen Schicht eine rasterförmige Struktur verleiht und diese Schicht beispielsweise durch Corona auflädt; bahn laufen.It thus follows that with irrhomogeneous fields with lower Field strengths can be worked. The irrhomogeneous field can be applied to a dielectric Layer can be produced by 1. This dielectric layer is a grid-shaped Gives structure and charges this layer, for example by corona; run the train.

Die Aufladung kann auch erfolgen, indem ein außerhalb des Berührungspunktes der beiden gleichzeitig den Transport bewirkenden Walzen liegender Coronadraht, der an dieser Stelle vor Verletzung durch die Blätter geschützt ist, indem er z. B. dem Berührungspunkt gegenüberliegt, erfolgen. Diese Aufladung durch Einschaltung einer Spannungsquelle kann sehr kurzfristig erfolgen, da sich die Ladung längere Zeit hält.Charging can also be done by placing an outside of the point of contact Corona wire lying on the two rollers simultaneously causing the transport, which is protected at this point from injury by the leaves by z. B. opposite the point of contact, take place. This charging by switching on a voltage source can take place very briefly, as the charge takes longer Time holds.

Während bei den bekannten Verfahren unter Verwendung homogener Felder die mit Überschußladungen versehenen elektroskopischen Tonerteilchen der Richtung der Feldlinien folgend auf das Bildempfangsmaterial gezogen werden und dieses hierbei durch Aufladung oder Hinterlegung mit einer Elektrode auf ein Potential gebracht werden muß, dessen Vorzeichen der Ladung auf den Tonerteilchen entgegengesetzt ist, braucht bei Anwendung irrhomogener Felder kein Toner verwendet zu werden, der bereits eine Ladung besitzt. In diesem Fall kann auch Toner vom Bildempfangsmaterial angezogen werden, der infolge seiner Leitfähigkeit nur schlecht selbst eine Ladung tragen kann. Dies dürfte darauf zurückzuführen sein, daß die sich z. B. in unmittelbarer Nähe einer Polyesterfolie entwickelnden starken Felder Toner polarisieren und damit anziehen. Die Übertragung erfolgt selbst dann, wenn das infolge Übeischußleitung der Polyesterfolie gleichzeitig sekundär anwesende homogene Gleichfeld in entgegengesetzter Richtung wirkt. So kann ein bei Entwicklung einer negativ geladenen Zn0-Photoleiterschicht entstandenes Tonerbild, das im Toner höchstens Restladungen positiver Polarität besitzt, in Richtung auf ein dielektrisches Material mit positiver Überschußladung gezogen werden. Bei Verwendung eines Toners, der im Augenblick der Übertragung selbst keine definierte Ladung besitzt, ist die Feldrichtung eines etwa vorliegenden homogenen Feldes überhaupt ohne Bedeutung. Es hat sich gezeigt, daß ein Toner, der infolge seiner geringen Relaxationszeit nicht elektroskopisch ist und der gut polarisiert, für die Übertragung mit Hilfe irrhomogener Felder am geeignetsten ist. Ein Dipoltoner trachtet sich offenbar in die Gegend maximaler Feldliniendichte zu bewegen.While in the known method using homogeneous fields the directional electroscopic toner particles with excess charge following the field lines are drawn onto the image receiving material and this here brought to a potential by charging or depositing with an electrode the sign of which is opposite to the charge on the toner particles, When using irregularly homogeneous fields, no toner needs to be used that already does owns a charge. In this case, toner can also be attracted to the image receiving material which, due to its conductivity, carry a charge only poorly can. This is likely due to the fact that the z. B. in the immediate vicinity Strong fields developing near a polyester film polarize toner and thus attract. The transfer takes place even if this is due to an overshot line the polyester film at the same time secondary homogeneous constant field in opposite Direction works. For example, when developing a negatively charged Zn0 photoconductor layer resulting toner image that contains at most residual charges of positive polarity in the toner possesses, toward a dielectric material with excess positive charge to be pulled. When using a toner that is in use at the moment of transfer has no defined charge, the field direction of an approximately existing homogeneous Field has no meaning whatsoever. It has been shown that a toner that as a result its short relaxation time is not electroscopic and is well polarized, is most suitable for transmission using irrhomogeneous fields. A dipole toner apparently seeks to move into the area of maximum field line density.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine einfachere Gerätekonstruktion, als sie mit zwei Elek-2. diese dielektrische Schicht durch ein Raster hindurch mittels Corona auflädt (als Raster kann man eine mit Mikrolöchern versehene Polyäthylenterephthalatfolie benutzen, die während des Aufladens mit der dielektrischen Schicht im 45 Kontakt steht); 3. diese dielektrische Schicht auf einer Metallwalze mit einer Corona auflädt und sehr schnell von dieser Walze abreißt, wobei partielle Entladungen zwischen Metallwalze und Folie stattfinden und So irrhomogene Felder zurückbleiben.The method according to the invention enables a simpler device construction, when she was with two elec-2. this dielectric layer through a grid by means of Corona charges (a polyethylene terephthalate film with micro-holes can be used as a grid that are in contact with the dielectric layer during charging stands); 3. Charges this dielectric layer on a metal roller with a corona and tears off very quickly from this roller, with partial discharges between Metal roll and foil take place and so irrhomogeneous fields remain.

Zum Beispiel entstehen derartige irrhomogene Felder bei Aufladung eines Dieleltrikums unmittelbar über dessen Oberfläche. -So wird ein irrhomogenes, nämlich 55 in seiner Polarität wechselndes Ladungsbild erzeugt, wenn eine aufgeladene Polyesterfolie aus Äthylenglykol und Terephthalsäure von der bei der Aufladung anliegenden Elektrode abgerissen und dann über eine isolierende Walze geführt wird. Hierbei kann durch so eine raube Anlagefläche von Folie bzw. Elektrode die Differenzierung noch gesteigert werden. Das Bildempfangsmaterial muß in diesem Fall gut isolierend sein. Als dielektrische Schichten haben sich auch Polystyrolschichten und Polyterephthalsäureesterfolien 65 bewährt, die, wie auch die voran genannte Polyesterfolie zweckmäßig auf einer Metallplatte oder -walze aufgebracht sind. Die Tonerübertragung erfolgt im erfindungsgemäßen Verfahren unter Anwendung irrhomogener Felder ebenso wie bei den bekannten Verfahren unter Anwendung homogener Felder durch elektrische Kräfte, 5 jedoch wird im Gegensatz zu den bekannten Verfahren das wirksame elektrische Feld nicht zwischen Elektroden aufgebaut, die an eine Hochspannungsquelle angeschlossen sind. Die Quellen des zur Übertragung erforderlichen elektrischen Feldes befinden sich allein auf io bzw. hinter dem Bildeinpfangsmaterial, nämlich in den irrhomogenen verteilten Ladungen.For example, such irrhomogeneous fields arise when a dielectric is charged directly above its surface. So an irrhomogeneous charge pattern, namely 55 changing polarity, is generated when a charged polyester film made of ethylene glycol and terephthalic acid is torn from the electrode applied during charging and then passed over an insulating roller. The differentiation can be further increased by such a rough contact surface of the foil or electrode. In this case, the image receiving material must have good insulating properties. Polystyrene layers and polyterephthalic acid ester films 65 , which, like the aforementioned polyester film, are expediently applied to a metal plate or roller, have also proven useful as dielectric layers. The toner transfer takes place in the method according to the invention using irregular fields as well as in the known methods using homogeneous fields by electrical forces, 5 however, in contrast to the known methods, the effective electric field is not built up between electrodes connected to a high voltage source. The sources of the electrical field required for transmission are located solely on or behind the image receiving material, namely in the irregularly distributed charges.

Die Aufladung des Dielektrikums kann durch Reibung oder Coronaaufladung erfolgen. Der Aufladungsvorgang kann sich auf einen kurzen Zeitraum be-15 schränken.The dielectric can be charged by friction or corona charging take place. The charging process can be limited to a short period of time.

Die Aufladung durch Reibung kann z. B. erfolgen, indem eine Walze, die ganz oder an der Oberfläche aus einem geeigneten Material besteht, das Dielektri= kum berührt oder sich gegenläufig dazu bewegt.The charging by friction can e.g. B. be done by a roller, which consists entirely or on the surface of a suitable material, the dielectric = cumulatively touches or moves in the opposite direction.

2o Auch kann die das Dielektrikum tragende Walze gegen eine an einem Ende befestigte reibende Stoff` drat des Gradienten des Feldes proportional ist, und zwar nach der Beziehung: in der bedeutet: troden bzw. mit einem Coronadraht möglich ist. Gleichzeitig ist eine solche Anlage zuverlässiger und betriebssicherer als insbesondere Coronadrahtgeräte, da dort gerade an der kritischen Stelle, nämlich unter dem empfindlichen Coronadraht, der Transport der Blätter technisch schwierig ist.2o The roller carrying the dielectric can also be proportional to the gradient of the field against a friction material attached to one end, according to the relation: in which means: trodden or with a corona wire is possible. At the same time, such a system is more reliable and more reliable than corona wire devices in particular, since it is precisely at the critical point, namely under the sensitive corona wire, that it is technically difficult to transport the sheets.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung besteht eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit zwei Walzen, zwischen denen das das Tonerbild tragende Aufzeichnungsmaterial in Kontakt mit dem Bildempfangsmaterial hindurchgeführt wird, darin, daß die eine Walze mit einem Dielektrikum belegt ist und eine Einrichtung zum inhomogenen Aufladen dieses Dielektrikums angeordnet ist.According to one embodiment of the invention, there is a device for Carrying out the method with two rollers, between which the one carrying the toner image Recording material is passed in contact with the image receiving material, in that the one roller is covered with a dielectric and a device is arranged for inhomogeneous charging of this dielectric.

In der Zeichnung sind vier beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie eine schematische Darstellung der physikalischen Vorgänge dargestellt.In the drawing are four exemplary embodiments of the invention as well as a schematic representation of the physical processes.

F i g. 1 zeigt die Aufladung des Dielektrikums durch Reibung. Eine Reibungswalze 8, die ganz oder an der Oberfläche 7 aus einem für Reibungsaufladung geeigneten dielektrischen Material besteht, dreht gegenläufig gegen eine elektrostatisch aufladbare Walze 2, die ganz oder an der Oberfläche 1 aus einem dielektrischen Material besteht. Zwischen die Walze 3, welche eine Andruckwalze ist, und die Walze 2 wird das mit einer bildmäßigen Pulverschicht 5 bedeckte Aufzeichnungsmaterial 4 im Kontakt mit dem Bildempfangsmaterial 6 durchgeführt.F i g. 1 shows the charging of the dielectric by friction. One Friction roller 8, wholly or on the surface 7 of a for frictional charging suitable dielectric material, rotates in opposite directions against an electrostatic chargeable roller 2, wholly or on the surface 1 of a dielectric material consists. Between the roller 3, which is a pressure roller, and the roller 2 is the recording material 4 covered with an imagewise powder layer 5 in contact performed with the image receiving material 6.

Durch die Anziehung der elektrostatischen Reibungsladung wird das Pulverbild 5 auf das Bildempfangsmaterial 6 übertragen.Due to the attraction of the electrostatic frictional charge, that becomes Transfer powder image 5 onto the image receiving material 6.

F i g. 2 zeigt eine Reibungsaufladung und eine Pulverbildübertragung, welche sich von derjenigen der F i g. 1 nur unterscheidet durch die Reibungsaufladung mittels einer Stoffbahn 9 in einem Halter 10 statt mittels einer Reibungswalze B.F i g. 2 shows frictional charging and powder image transfer; which differs from that of FIG. 1 only differs through the frictional charge by means of a fabric web 9 in a holder 10 instead of by means of a friction roller B.

F i g. 3 zeigt die Aufladung der elektrostatisch aufladbaren Walze 2 durch einen Coronadraht 11, der vor direkter Berührung durch einen U-förmigen Schild 12 geschützt ist. Die aufladbare Walze 2 hat einen elektrisch leitfähigen Kern, der mit einer dielektrischen Schicht 1 bekleidet ist. Der elektrisch leitfähige Kern ist mit dem positiven Pol einer Hochspannungsquelle 13 verbunden, die mit dem negativen Pol an den Coronadraht 11 angeschlossen ist.F i g. 3 shows the charging of the electrostatically chargeable roller 2 by a corona wire 11 which is protected from direct contact by a U-shaped shield 12. The chargeable roller 2 has an electrically conductive core which is covered with a dielectric layer 1. The electrically conductive core is connected to the positive pole of a high voltage source 13, which is connected to the corona wire 11 by its negative pole.

F i g. 4 zeigt eine besondere Ausführungsform, die sich von derjenigen der F i g. 1 in der Fortlassung der Andruckwalze 3 unterscheidet, weil hier das Schichtenpaket, bestehend aus dem Aufzeichnungsmaterial 4, der Pulverschicht 5 und dem Bildempfangsmaterial 6, in zwei (nicht gezeichneten) Klemmen eingefaßt im Kontakt über die Walze 2 gezogen wird und somit selbst den nötigen Andruck erzeugt.F i g. 4 shows a particular embodiment that differs from that the F i g. 1 differs in the omission of the pressure roller 3, because here the Layer package consisting of the recording material 4, the powder layer 5 and the image receiving material 6, enclosed in two (not shown) clips in the contact is pulled over the roller 2 and thus generates the necessary pressure itself.

In F i g. 5 wird ein Schema für die physikalischen Vorgänge bei der Übertragung der Pulverschicht 5 dargestellt. Hier stellt Element 1 die dielektrische Schicht der Walze 2 aus F i g. 1 und Element 6 das Bildempfangsmaterial dar. Element 4 ist das Aufzeichnungsmaterial, das bildmäßig negativ aufgeladen ist und mit der negativen Ladung positive Pulverteilchen anzieht. Das bei der Reibungsaufladung entstandene inhomogene Feld übt eine polarisierende Wirkung aus auf die Pulverteilchen, die an den Stellen, wo die stark gekrümmten hochkonzentrierten Feldlinien in das Bildempfangsmaterial eindringen, stark angezogen und also von der Aufzeichnungsschicht losgerissen werden.In Fig. 5 is a scheme for the physical processes in the Transfer of the powder layer 5 is shown. Here element 1 represents the dielectric Layer of the roller 2 from FIG. 1 and element 6 represent the image receiving material. Element 4 is the recording material which is image-wise negatively charged and with the negative charge attracts positive powder particles. That with the frictional charging The resulting inhomogeneous field has a polarizing effect on the powder particles, those at the points where the strongly curved, highly concentrated field lines enter the Image receiving material penetrate, strongly attracted and thus by the recording layer be torn loose.

Claims

Claims: 1. A method for transferring powdery toner images on an image receiving material in an electrostatic field in which the image receiving material brought into close proximity or in contact with the toner image and at least im Time of transmission deposited with a charged dielectric layer is, characterized in that the dielectric layer is charged inhomogeneously and the resulting inhomogeneous electrostatic fields for transmission of the toner powder.

2. Apparatus for performing the method according to claim 1 with two rollers, between which the recording material carrying the toner image is passed in contact with the image receiving material, characterized in that one roller is coated with a dielectric and a device for inhomogeneous charging of this dielectric is arranged is. Considered publications: German Patent Specifications No. 813 359, 970 271; German interpretation document No. 1 042 613.