DE19602724A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen zusammengesetzter Tonerbilder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Erzeugen von Tonerbildern auf einem Bildträger. Sie ist besonders geeignet bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Erzeugen von zwei oder mehr verschiedenfarbigen Tonerbildern auf nur einem Bildfeld eines Bildträgers, ist auf diese Anwendung aber nicht be­ schränkt.

US-A-5.001.028 ist repräsentativ für eine Reihe von Ver­ öffentlichungen, die ein Verfahren beschreiben, bei dem ein fotoleitfähiger Bildträger zum Erzeugen eines elektrostati­ schen Bildes gleichmäßig geladen und bildweise belichtet wird. Danach wird zum Erzeugen eines Tonerbildes Toner auf das elektrostatische Bild aufgebracht. Üblicherweise wird bei diesem Verfahren der entladene Bereich entwickelt. Der aufgebrachte Toner weist daher dieselbe Polarität auf wie das elektrostatische Bild. Er lagert sich in den Bereichen der geringsten Ladung (den entladenen Bereichen) ab und bil­ det ein Tonerbild aus, dessen Dichte in jenen Bereichen am größten ist, die die stärkste Belichtung erfahren. Ohne das erste Tonerbild zu fixieren wird der Bildträger üblicherwei­ se nochmals gleichmäßig mit einer Ladung derselben Polarität wie das erste Bild geladen und bildweise belichtet, um im wesentlichen in jenen Bereichen des Bildträgers ein zweites elektrostatisches Bild zu erzeugen, die von dem ersten Tonerbild nicht bedeckt sind. Das zweite elektrostatische Bild wird nochmals mit einem Toner getonert, der dieselbe Polarität wie das elektrostatische Bild, aber eine gegenüber dem ersten Tonerbild unterschiedliche Farbe aufweist, wo­ durch man ein zweites Tonerbild erhält. Anschließend kann das Verfahren mit einem dritten elektrostatischen Bild, das mit einem Toner einer dritten Farbe getonert wird, wieder­ holt werden, um ein drittes Tonerbild zu erzeugen, usw. Die zwei (oder mehr) Farbbilder weisen alle dieselbe Polarität auf und können in einfacher Weise in einem Schritt auf ein Empfangsblatt übertragen und dort ebenfalls in einem Schritt fixiert werden.

Obwohl das Verfahren nicht unbedingt auf diese Anwendungen beschränkt ist, wird es meistens für die Herstellung von Zusatzfarbendrucken oder -kopien mittels elektronischer Belichtung durch Laser- oder LED-Druckkopf verwendet. Alle mir bekannten kommerziellen Anwendungen arbeiten mit elek­ tronischer Belichtung und Entwicklung der entladenen Berei­ che.

Das Verfahren bietet bei Mehrfarben-Anwendungen eine Reihe von Vorteilen. Es vermeidet die für die passergenaue Über­ tragung üblicherweise erforderlichen mühsamen, ungenauen und/oder teuren Arbeitsschritte. Bei Einsatz getrennter Belichtungsstationen können mit dem Verfahren Mehrfarben­ drucke mit derselben Geschwindigkeit hergestellt werden wie Einfarbendrucke.

Wichtig ist, daß der zweite und die folgenden Tonerschritte die vorherigen Tonerbilder nicht stören. Sonst kann Toner vom ersten Tonerbild unabsichtlich vom Bildträger entfernt ("mitgeschleppt") werden, in die zweite Entwicklungsstation gelangen, und Toner aus der zweiten Entwicklungsstation kann sich auf dem ersten Tonerbild ablagern ("übertonern"). Wie schwerwiegend sich das Mitschleppen von Toner und ein Über­ tonern auswirken, hängt von der Reihenfolge der Farben ab. Bei einem System, bei dem hellere Farben zuerst, dunklere Farben danach aufgebracht werden, wirkt sich Übertonern stärker aus als das Mitschleppen von Toner. Andererseits stellt bei einem System, bei dem zuerst eine dunklere Farbe, z. B. Schwarz, und dann die hellere Farbe aufgebracht wird, das Mitschleppen der dunkleren Farbe in die Tonerstation der helleren Farbe ein schwerwiegenderes Problem dar. (Ein Über­ tonern könnte durch Mitschleppen von Toner dann entstehen, wenn Toner der zweiten Farbe an die Stelle von mitgeschlepp­ tem Toner der ersten Farbe tritt).

Das Mitschleppen von Toner läßt sich dadurch weitgehend ver­ mindern, daß man zum Tonern des zweiten und der nachfolgen­ den elektrostatischen Bilder das Projektionsverfahren ver­ wendet. Um mittels des Projektions-Tonerverfahrens eine größtmögliche Toneranlagerung zu erreichen, wird an das Tonerfeld ein Wechselstromsignal angelegt; siehe zum Bei­ spiel US-A-4.803.518 und insbesondere die US-Patentanmeldung Nr. 07/065.249 sowie die übrigen hierin genannten Veröffent­ lichungen.

Unabhängig von der Verwendung eines Wechselstromsignals ist jedoch für die Prozeßsteuerung eine Gleichstromkomponente (Vb′) des Entwicklungsfeldes ein wichtiger Parameter. US-A-4,860,048 schlägt bei einem binären System die Verwen­ dung eines Elektrometers zum Messen der Tonerspannungen vor. Die erhaltenen Spannungswerte können zur Einstellung von Vb′ und auch des zweiten Ladevorgangs (gelegentlich "Wiederauf­ laden" genannt) verwendet werden. Das Elektrometer ist nach dem zweiten Belichtungsschritt angeordnet und scheint das Bild in der Weise zu prüfen, daß es die am Toner anliegende Spannung gegenüber dem übrigen ersten Tonerbild getrennt er­ faßt. Entsprechend wird dann V_b′ eingestellt, so daß ein Tonern sowohl des Hintergrundes als auch des ersten Toner­ bildes verhindert wird.

Andere Veröffentlichungen schlagen vor, auch in binären Systemen den Wiederaufladevorgang sorgfältig zu steuern, um ein Mitschleppen von Toner und ein Übertonern zu vermeiden; siehe z. B. US-A-4,611,901, US-A-4,819,028 und US-A-4,927,724.

In US-A-5,182,599 wird die Ausbildung eines herkömmlichen Prozeßsteuerungs-Meßbereichs vorgeschlagen, dessen Dichte bei einem mit nur einem Bildfeld arbeitenden Mehrfarben­ system zur Steuerung der Tonerkonzentration, Entwicklervor­ spannung und zum Laden festgestellt wird.

US-A-5,208,632 verwendet zwei Elektrometer, die für Steuer­ entscheidungen bei einem mit nur einer Belichtung arbeiten­ den Zusatzfarbensystem sechs elektrostatische Meßbereiche auslesen.

Die meisten der umstehend genannten Systeme des Standes der Technik arbeiten mit binärer Bilderzeugung. Dies bedeutet, daß im Bereich eines einzelnen Pixels entweder Toner einer gegebenen Dichte vorhanden oder kein Toner vorhanden ist.

Es ist bekannt, daß durch Veränderung der Dichte einzelner Pixel eine verbesserte Bildqualität erreicht werden kann. Zum Beispiel ermöglicht ein "Vier-Bit-System" im Tonerbild 15 Dichtestufen zuzüglich des Hintergrundes. Ein "Zwei-Bit"- System ermöglicht drei Dichtestufen plus Hintergrund. Derar­ tige "Graustufen"-Bilderzeugungssysteme sind in der Litera­ tur bekannt, in der Praxis aber noch nicht allgemein ge­ bräuchlich. Bei der in den meisten der vorstehend genannten Patente beschriebenen Erzeugung von Mehrfarbenbildern auf nur einem Bildfeld haben wir festgestellt, daß viele Dichte­ stufen zu besonderen Problemen der Systemsteuerung führten, die sich bei binären Systemen nicht stellen.

Zum Beispiel haben wir festgestellt, daß beim Wiederaufladen keine gleichmäßige Ladung über die unterschiedlich hohen. Tonerschichten hinweg erzielt wird und daß die Wirkungen, insbesondere in bezug auf das Übertonern, je nach Höhe (Dichte) der Tonerschicht des ersten Bildes variieren.

Aufgabe der Erfindung ist nun die Beherrschung der Probleme des Mitschleppens, Übertonerns und der Hintergrundentwick­ lung bei derartigen "Graustufen"-Systemen, bei denen zur Bilderzeugung Toner in unterschiedlicher Dichte verwendet wird.

Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden durch ein Verfahren zum Erzeugen von mindestens zwei Tonerbildern auf einem Bereich eines Bildträgers erreicht. Das Verfahren um­ faßt die folgenden Schritte: Erzeugen eines ersten elektro­ statischen Bildes im Bildträgerbereich, wobei das elektro­ statische Bild eine Vielzahl von Spannungspegeln aufweist, Aufbringen eines ersten Toners auf das erste elektrostati­ sche Bild zum Erzeugen eines Tonerbildes mit einer Vielzahl unterschiedlicher Tonerdichten (zusätzlich zu einem etwaigen Hintergrund), Aufbringen einer Ladung auf den betreffenden Bildträgerbereich, einschließlich des ersten Tonerbildes, bildweises Belichten des aufgeladenen Bildträgers zum Erzeu­ gen eines zweiten elektrostatischen Bildes in passergenauer Ausrichtung zum ersten elektrostatischen Bild und Aufbringen eines zweiten Toners auf das zweite elektrostatische Bild zum Erzeugen eines zweiten Tonerbildes in dem betreffenden Bereich. Dabei wird ein zumindest einer der Dichten des er­ sten Tonerbildes nach dem Ladevorgang zugeordnetes Potential überwacht, und der Prozeß wird in Abhängigkeit von diesem überwachten Potential geregelt.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Verfahren insbesondere gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Ausbilden eines elektrostatischen Refe­ renzbereichs auf dem Bildträger außerhalb des ersten elek­ trostatischen Bildes, Aufbringen des ersten Toners auf den elektrostatischen Meßbereich zum Erzeugen eines Toner-Meß­ bereichs, Aufbringen einer Ladung auf den Toner-Meßbereich in Verbindung mit dem Aufbringen einer Ladung auf das erste Tonerbild und Überwachen eines dem Toner-Meßbereich nach dem Aufbringen der Ladung zugeordneten Potentials und Regeln des Prozesses in Abhängigkeit von diesem überwachten Potential.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Aufbringen eines zweiten Toners auf das zweite elektro­ statische Bild in Anwesenheit eines eine Gleichstromkompo­ nente (gelegentlich "Vorspannung" genannt) V_b′ aufweisenden elektrischen Feldes durchgeführt, und im Rahmen der Regelung des Prozesse in Abhängigkeit von der überwachten Spannung wird die Gleichstromkomponente in Abhangigkeit von der über­ wachten Spannung eingestellt. Das beim zweiten Tonervorgang anliegende elektrische Feld enthält vorzugsweise ferner ein Wechselstromsignal, das sich besonders für die Aufrecht­ erhaltung der Intensität als nützlich erweist, wenn das Tonern mittels des Projektionsverfahrens erfolgt.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das Regeln des Prozesses in Abhängigkeit von der überwachten Spannung das Einstellen der Ladungsstärke für das Aufbringen der Ladung.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt der Verfahrensschritt des Ausbildens des elektrostatischen Referenzbereichs das Erzeugen eines elektrostatischen Refe­ renzbereichs, dessen Spannung zwischen den im ersten elek­ trostatischen Bild vorhandenen höchsten und niedrigsten Spannungen liegt. Dadurch erhält man einen Toner-Meßbereich mit einer Dichte über Null und unterhalb der höchsten Dich­ te. Tatsächlich haben wir festgestellt, daß als Meßbereich die Dichte gewählt werden kann, oberhalb derer ein gewisses Übertonern toleriert werden kann, und daß V_b′ dann gleich der überwachten Spannung sein kann. Bei diesen bevorzugten Ausführungsbeispielen wird der Gleichstromanteil des Ent­ wicklungsfeldes so eingestellt, daß ein Übertonern der Be­ reiche geringster Dichte im ersten Bild verhindert, jedoch ein gewisses Übertonern in den Bereichen größter Dichte er­ laubt wird, was das Mitschleppen von Toner vermindert. Unab­ hängig von der gewählten Optimierung ermöglicht die Verwen­ dung des Meßbereichs jedoch eine Regelung entsprechend der Spannungsverteilung zwischen Tonerschichten unterschied­ licher Höhe. Sie ermöglicht damit eine präzisere Beherr­ schung des Kompromisses zwischen Übertonern, Mitschleppen von Toner und Tonern des Hintergrundes bei der Entwicklung des zweiten Bildes (und etwaiger weiterer Bilder).

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Bild­ erzeugungsvorrichtung;

Fig. 2 eine Darstellung der Bedingungen des Mit­ schleppens von Toner und des Übertonerns in Bezug zu verschiedenen Parametern eines Bild­ erzeugungssystems;

Fig. 3 ein Diagramm des Mitschleppens von Toner eines Bildes in Abhängigkeit von der Gleichstrom­ spannung bei einem zweiten Bild-Tonervorgang;

Fig. 4 und 5 Diagramme des Übertonerns und des Hintergrund­ tonerns, jeweils in Abhängigkeit von der Gleichstromspannung bei einem zweiten Bild- Tonervorgang;

Fig. 6 eine Wiedergabe von Tonerschicht-Spannungs­ verläufen vor und nach dem Wiederaufladen.

Das im folgenden beschriebene Verfahren kann auf vielen ver­ schiedenen Wegen mit einer Vielzahl von Bilderzeugungsvor­ richtungen ausgeführt werden. In Fig. 1 ist eine derartige Vorrichtung dargestellt.

Gemäß Fig. 1 umfaßt die Bilderzeugungsvorrichtung 1 einen Bildträger 10, das über eine Reihe von Rollen entlang einer geschlossenen Kreisbahn umläuft. Der Bildträger 10 ist als flexibles Band dargestellt, das in diesem Fall transparent ist und eine oder mehrere fotoleitfähige Schichten aufweist. Allerdings kann es sich hier auch um eine lichtundurchlässige Walze, eine Platte oder ein Band­ material anderer Form handeln. Bei dem bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel ist das Bandmaterial fotoleitfähig, so daß es sich für den Einsatz in einem elektrofotografischen Verfah­ ren eignet. Jedoch ist die Erfindung auch in anderen elek­ trostatischen Verfahren einsetzbar, bei denen ein Fotoleiter nicht benötigt wird. Wenn daher ein fotoleitfähiges Bildträ­ gerelement auch bevorzugt ist, ist ein solches jedoch nicht unbedingt erforderlich.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird der Bildträger 10 zu­ nächst in einer ersten Ladestation 12 gleichmäßig geladen und in einer Belichtungsstation z. B. mit einem ersten LED- Druckkopf 14 bildweise derart belichtet, daß ein elektrosta­ tisches Bild entsteht. Wie weiter unten noch im einzelnen erläutert wird, weist des elektrostatische Bild eine Viel­ zahl von Potentialen auf, die vom ersten Druckkopf 14 er­ zeugt werden, der das Bild mit einer Vielzahl unterschied­ licher Intensitätsstufen über Null belichtet (Grauskalen- Belichtung).

Das erste elektrostatische Bild wird an der ersten Toner­ station 16 getonert, die feinverteilten Toner einer ersten Farbe, z. B. Schwarz, zum Erzeugen eines ersten Tonerbildes der ersten Farbe aufbringt. Vorzugsweise ist der Toner mit derselben Polarität geladen wie das elektrostatische Bild. So haftet er an den entladenen Bereichen des elektrostatischen Bildes mit einer Dichte, die umgekehrt proportional zu der im elektrostatischen Bild vorhandenen Spannung und direkt proportional zu der durch den ersten Druckkopf 14 be­ wirkten Belichtung ist. Diese Art Entwicklung nennt man Ent­ wicklung der entladenen Bereiche (Discharged Area Develop­ ment - DAD). Jetzt wird das Bildträgerelement mittels einer zweiten Ladeeinrichtung 22 wiederaufgeladen, wobei diese Ladeeinrichtung bestrebt ist, das Potential über den das erste Tonerbild enthaltenden Bildbereich hinweg soweit wie möglich auszugleichen. Die zweite Ladeeinrichtung 22 bringt ebenfalls eine Ladung der ersten Polarität auf den Bildträ­ ger auf, so daß man hier von einem "Wiederaufladen" des Bildträgers spricht. Der wiederaufgeladene Bildträger wird wiederum in einer zweiten Belichtungsstation z. B. mittels eines LED-Druckkopfes 24 zum Erzeugen eines zweiten elektro­ statischen Bildes belichtet. Hierbei kann es sich um eine binäre Belichtung handeln, bevorzugt ist jedoch eine Grau­ skalen-Belichtung.

Das zweite elektrostatische Bild wird durch Aufbringen eines Toners in einer zweiten oder dritten Tonerstation 26 bzw. 36 getonert, wodurch in demselben Bereich, der auch das erste Tonerbild enthält, ein zweites Tonerbild erzeugt wird. Weist der zweite Toner eine andere Farbe auf als der erste Toner, erhält man ein zweifarbiges Bild. Natürlich können die bei­ den Toner auch die gleiche Farbe haben, sich aber in anderer Hinsicht unterscheiden; zum Beispiel könnte einer der Toner auf ein magnetisches Signal ansprechen. Für die meisten der hierin behandelten Zwecke wird jedoch angenommen, daß die beiden Toner verschiedenfarbig sind. Gewöhnlich werden die Stationen 26 und 36 Toner unterschiedlicher Farbe enthalten, so daß der Bediener eine Farbe aus der Station 16 und eine zweite Farbe entweder aus der Station 26 oder der Station 36 wählen kann.

Ein solches System eignet sich besonders für die Herstellung sogenannter Zusatzfarbenbilder. Der größte Teil der Abbil­ dung wird mit schwarzem Toner aus der Station 16 erzeugt, aber für spezielle Zusätze verwendet man eine zweite Farbe, zum Beispiel Rot aus der Station 26 oder Gelb aus der Sta­ tion 36. Briefbogen und Firmenlogos werden ebenfalls häufig auf diesem Wege hergestellt. Zur Steuerung des Prozesses ist ein Transmissions-Densitometer 64 vorgesehen, das das Bild bzw. herkömmliche Dichte-Meßbereiche erfaßt.

Vor der Übertragungsstation sind eine Koronaeinrichtung 30 und eine Löscheinrichtung 32 angeordnet, die das Bild für die Übertragung auf ein Empfangsblatt in einer Übertragungs­ station vorbereiten; letztere umfaßt eine Übertragungswalze 40, eine Reinigungseinrichtung 42 für die Übertragungswalze und eine Trenn-Koronaeinrichtung 44. Nach Übertragung des Tonerbildes auf das Empfangsblatt wird das Empfangsblatt während des Umlaufs des Bildträgers um eine kleine Walze 46 vom Bildträger 10 getrennt und einer nicht dargestellten Fixiereinrichtung zum Fixieren und schließlich einem Aus­ gabebehälter zugeführt. Der Bildträger 10 wird nach Durch­ laufen einer Koronaeinrichtung 48 und einer Löscheinrichtung 50 in einer Reinigungsstation 52 gereinigt.

Wie bereits erwähnt, ist der Druckkopf 14 in der Lage, den geladenen Bildträger 10 mit hoher Qualität zu belichten. Diese Belichtung kann mehrere Intensitätsstufen umfassen, die im elektrostatischen Bild eine Vielzahl unterschied­ licher Spannungspegel erzeugen. Ein "Vier-Bit"-System weist z. B. 16 Belichtungsstufen, einschließlich der Stufe Null, auf. Wird ein solches elektrostatisches Bild in der ersten Tonerstation 16 getonert, können zusätzlich zum Hintergrund der Dichte Null fünfzehn verschiedene Tonerdichten erzielt werden. Dies ergibt bei gleicher Auflösung ein Bild sehr viel höherer Qualität als ein einfaches System, bei dem eine Zwischen-Dichtestufe durch eine entsprechende Anzahl von Pixeln dargestellt werden muß.

Der Zustand des ersten Tonerbildes vor dem Wiederaufladen in der zweiten Ladestation 22 hängt ab von einer Anzahl System­ parameter, unter anderem den Eigenschaften des ersten Toners. In Fig. 6 ist eine Spannungskurve eines 16-Stufen- Tonerbildes vor und nach dem Wiederaufladen dargestellt. Die auf dem Bildträger vorhandene ursprüngliche Ladung V_z betrug etwa -600 V. Durch das Wiederaufladen wurde die Ladung des bildfreien Bildträgers auf eine Ladung V_z′ von -625 V ge­ bracht. Die höhere und stärkere Linie A repräsentiert die auf der Tonerschicht unmittelbar nach dem Entwickeln und vor dem Wiederaufladen vorhandene Spannung. Es ist zu bemerken, daß bei dem verwendeten Toner die Spannung V_t von etwa -400 V bis -175 V über die verschiedenen Graustufen des Bildes hinweg variierte, wobei der 175 V-Bereich den Bereichen mit den höchsten Schichtdicken oder den größten Dichten des Bil­ des, der 400 V-Bereich dem hellsten Bereich mit nur geringer Dichte entspricht. Der Bildträger selbst blieb auf etwa 600 V geladen. Dies entspricht der sechzehnten Stufe und reprä­ sentiert den Hintergrund.

Eine zweite, in Fig. 6 mit B bezeichnete Kurve gibt die Spannung V_t′ im Bild nach dem Wiederaufladen in der zweiten Ladeeinrichtung 22 wieder. Wegen der Anordnung der Elektro­ meter im Versuch tritt die erste Kurve des erfolgten- Wieder­ aufladens an der mit B bezeichneten Stelle auf. Dabei ist zu beachten, daß durch das Wiederaufladen die Tonerschichten nicht völlig auf den gleichen Pegel V_z′ wie der Grund-Bild­ träger gebracht werden und daß die Toneraufladung je nach Höhe der Tonerschicht variiert. Dies läßt sich vielleicht dadurch erklären, daß die höheren Schichten die niedrigste Ladung aufwiesen und daher am meisten neue Ladung benötig­ ten, um wieder den Hintergrundpegel zu erreichen, was bei dem sich schnell bewegenden Bildträger nicht erreicht wurde. Auch die Leitfähigkeit des Toners scheint eine Auswirkung zu haben. Unabhängig von der Ursache muß dieses unvollständige variable Wiederaufladen jedoch während des noch verbleiben­ den Verfahrens berücksichtigt werden, insbesondere beim Tonern des zweiten elektrostatischen Bildes.

In Fig. 2 ist die gegenseitige Abhängigkeit zwischen Über­ tonern, Mitschleppen und Hintergrundverschlechterung bei einem Zweifarbensystem dieser Art dargestellt. Nach dem Wie­ deraufladen ist der Bereich des Bildträgers, auf dem sich kein Toner befindet, auf die Sollspannung V_z′ (in Fig. 6 et­ wa -625 V) geladen. Da man sichergehen möchte, daß schließ­ lich kein Toner in diesem Bildbereich haften bleibt, wird die Vorspannung der zweiten Entwicklungsstation V_b′ auf einen sicheren Abstand gegenüber V_z′, zum Beispiel minde­ stens 50 bis 65 V, eingestellt. Das heißt V_b′ sollte nicht höher (negativer) sein als -575 V (s. die nachstehende Besprechung von Fig. 5). Dies wirkt sich auch positiv auf das Übertonern aus. Denn je weiter V_b′ von V_z′ entfernt ist, desto weniger wahrscheinlich ist, daß die Tonerschichten des ersten Bildes mit Toner der zweiten Station überdeckt wer­ den. Dagegen hat diese Einstellung auf das Mitschleppen von Toner eine nachteilige Wirkung. Je weiter von V_z′ entfernt der Wert V_b′ eingestellt wird, desto größer ist die Gefahr, daß Toner des ersten Bildes durch Anziehungskraft vom Bild gelöst wird und in die zweite Tonerstation gelangt. Wenn die erste Tonerstation schwarzen Toner, die zweite Tonerstation gelben Toner enthält, kann jedes Mitschleppen von Toner ernsthafte Probleme nach sich ziehen. Andererseits ist ein Übertonern von Schwarz mit Gelb in den dichteren Bereichen des ersten Bildes nicht kritisch.

Fig. 3 zeigt, welche Auswirkung die Wahl von V_b′ in einem Projektions-Tonersystem auf das Mitschleppen von Toner hat. Wie bei Projektions-Tonersystemen üblich, wird eine Wechsel­ stromvorspannung auch zur Verbesserung der Entwicklungsdich­ te und für andere Zwecke, z. B. das Abführen des Trägers, eingesetzt. Sowohl die Wechselstrom- als auch die Gleich­ stromvorspannung können das Übertonern, das Mitschleppen von Toner und den Hintergrund beeinflussen. Hier soll jedoch be­ sonders die Gleichstromvorspannung betrachtet werden. V_t′ ist die Spannung einer bestimmten Tonerschicht nach dem Wie­ deraufladen, und V_b′ ist in Fig. 3 in bezug auf V_t′ darge­ stellt. Die Daten wurden mit einer Tonerstation gewonnen, die ohne Tonerträger arbeitet und bei der jedes Mitschleppen von Toner ausschließlich durch elektrische Feldeffekte be­ wirkt wird. Es überrascht nicht, daß wenn bei einem negativ arbeitenden System V_b′ positiver gewählt wird als die Span­ nung der Tonerschicht, eine gewisse Menge Toner aus dieser Schicht mitgeschleppt wird. Das Projektions-Tonersystem ist dem in der vorstehend erwähnten US-Patentanmeldung 08/065.249 beschriebenen System vergleichbar. Die genannte Patentanmeldung wird hiermit durch Verweis in diese Be­ schreibung aufgenommen.

Fig. 4 zeigt die Wirkung von V_b′ auf das Übertonern in Abhängigkeit von der Differenz zur Spannung V_t′ der Toner­ schicht.

Fig. 5 zeigt die Wirkung von V_b′ (als Differenz zu V_z′) auf das Tonern des Hintergrundes. Dabei ist zu beachten, daß ein stärkeres Tonern des Hintergrundes bei diesem System dann zu beobachten ist, wenn die Differenz zwischen den beiden Spannungen unter 65 V abfällt.

Somit muß die Vorspannung der Entwicklungsstation unter Berücksichtigung aller drei Effekte, nämlich Hintergrund, Übertonern und Mitschleppen von Toner, eingestellt werden. Je größer die Differenz zwischen der Vorspannung der Ent­ wicklungsstation und der Spannung des Bildträgers (V_b′ und V_z′) ist, desto geringer sind die Auswirkungen auf den Hin­ tergrund und das Übertonern. Allerdings kann ein gewisses Maß an Übertonern in den dichteren Bereichen des ersten Bil­ des toleriert werden, insbesondere wenn dessen Farbe dunkler ist als die des zweiten Bildes. Wie in Fig. 4 zu erkennen ist, ist das Übertonern direkt abhängig von der Differenz von V_b′ und V_t′.

Um beste Ergebnisse zu erzielen, sollte vorzugsweise ein geringes Maß an Übertonern in den dichteren Bereichen des ersten Bildes zugelassen, in den weniger dichten Bereichen aber verhindert werden. Damit wird die Differenz zwischen V_b′ und V_z′ etwas geringer als wenn man versucht, das Über­ tonern insgesamt zu vermeiden. Der große Vorteil dabei ist, daß das Mitschleppen von Toner verringert wird.

Dies wird in der Weise bewirkt und gesteuert, daß man - wie in Fig. 6 dargestellt - die Tonerschichtspannung einer mitt­ leren Schicht nach dem Wiederaufladen feststellt. Zum Bei­ spiel setzt man bei einem Grauskalensystem mit 15 Stufen (plus Hintergrund) V_b′ etwa auf einen Pegel, der ein Über­ tonern der drei dichtesten Stufen des ersten Bildes gestat­ tet und ein Übertonern der zwölf weniger dichten Stufen des ersten Bildes verhindert. Im Vergleich zur Plazierung von V_b′ im dichtesten Bereich verringert dies deutlich das Mit­ schleppen von Toner. Zwar wird ein gewisses Maß an Über­ tonern gestattet, aber nur in den dichtesten Bildbereichen.

Um das Verfahren bestmöglich zu steuern, wird das Schicht­ potential einer mittleren Schicht nach dem Wiederaufladen überwacht. Dies kann dadurch geschehen, daß man versucht, die Schicht als Teil des Bildes mit Hilfe einer relativ kom­ plizierten Bildanalyseelektronik zu messen. Insbesondere bei einem Grauskalenbild ist es jedoch vorzuziehen, in der ersten Belichtungsstation 14 im Rahmen des Erzeugens des ersten elektrostatischen Bildes einen Meßbereich mittleren Potentials zu definieren. Der Meßbereich sollte außerhalb des ersten Bildes, jedoch in dessen Nähe, liegen. Zum Bei­ spiel werden herkömmliche Meßbereiche für die Prozeßsteue­ rung häufig im Zwischenraum zwischen den Bildfeldern ausge­ bildet. Der Meßbereich wird dann auf eine Graustufe mittle­ rer Dichte getonert, wonach das Potential mit Hilfe eines unmittelbar nach der Wiederaufladestation 22 angeordneten Elektrometers 18 oder eines unmittelbar nach der zweiten Belichtungsstation (in der dieser Meßbereich nicht, belichtet wird) angeordneten Elektrometers 20 gemessen wird. Diese Elektrometer liefern dann jeweils ein Potential, das einer Spannung V_t′ einer bestimmten Tonerschicht mittlerer Grau­ stufe nach dem Wiederaufladen entspricht. Da dieses Poten­ tial wegen der sich ändernden Systemparameter variiert, wird der Prozeß entsprechend angepaßt. Zum Beispiel wird die Vor­ spannung V_b′ so geändert, daß sie dem überwachten Potential entspricht. Natürlich brauchen die beiden Potentiale nicht gleich zu sein; vielmehr kann die Vorspannung auf eine be­ stimmte Anzahl Volt über oder unter der gemessenen Spannung der betreffenden Schichthöhe eingestellt werden. Vorzugswei­ se sollte die Belichtungsstärke für, den Meßbereich jedoch so gewählt werden, daß man eine Tonerdichte erhält, deren Potential nach dem Wiederaufladen der gewünschten Spannung V_b′ so nahe wie möglich kommt.

Zum Zwecke der Anpassung kann auch das überwachte Potential des Meßbereichs zur Steuerung des Wiederaufladevorgangs innerhalb des Prozesses verwendet werden. Hierzu kann die Ladeeinrichtung 22 derart einstellbar sein, daß unterschied­ liche Ladungsstärken aufgebracht werden können. Dabei kann V_b′ relativ festliegen (oder zur Steuerung einer anderen Variablen eingesetzt werden), während die Ladeeinrichtung 22 eingestellt wird, bis die Spannung V_t′ des Meßbereichs eine vorbestimmte Beziehung zum festliegenden Wert V_b′ aufweist. Natürlich können auch beide Steuermechanismen im selben System entsprechend der überwachten Tonerschichtspannung V_t′ variiert werden.

Die Schritte der Überwachung und der Einstellung können bei jedem Bild oder auch weniger häufig durchgeführt werden. Vorzugsweise werden diese Maßnahmen mit anderen im Gerät vorhandenen Prozeßsteuerungen koordiniert.

Zwar ergibt sich die bestmögliche Steuerung, wenn es sich bei der überwachten Tonerschicht um eine solche mittlerer Stufe handelt; eine gewisse Steuerung läßt sich jedoch auch erzielen, wenn man den Bildbereich höchster Dichte überwacht und bei der Einstellung von V_b′ eine bestimmte Differenz annimmt, um ein gewisses Maß an Übertonern zuzulassen. Die Erfindung richtet sich zwar auf Geräte mit Grauskalenbelich­ tung an beiden Druckköpfen, sie ist jedoch gleichermaßen einsetzbar, wenn der zweite Druckkopf mit binärer Belichtung arbeitet.

Die Erfindung wurde vorstehend unter besonderer Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben; es versteht sich jedoch, daß Abänderungen und Modifikationen möglich sind, ohne dabei den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.

Claims (16)

1. Verfahren zum Erzeugen von mindestens zwei Tonerbildern auf einem Bereich eines Bildträgers (10) mit folgenden Verfahrensschritten: Erzeugen eines ersten

• - elektrostatischen Bildes auf dem Bildträgerbereich, wobei das elektrostatische Bild eine Vielzahl von Spannungspegeln aufweist;
• - Aufbringen eines ersten Toners auf das erste elektro­ statische Bild zum Erzeugen eines Tonerbildes mit einer Vielzahl unterschiedlicher Tonerdichten in diesem Bereich;
• - Aufbringen einer Ladung auf den betreffenden Bildträ­ gerbereich, wobei auch eine Ladung auf das erste Toner­ bild aufgebracht wird;
• - bildweises Belichten des aufgeladenen Bildträgers zum Erzeugen eines zweiten elektrostatischen Bildes in passergenauer Ausrichtung zum ersten elektrostatischen Bild;
• - Aufbringen eines zweiten Toners auf das zweite elektro­ statische Bild zum Erzeugen eines zweiten Tonerbildes in dem betreffenden Bereich;
• - Überwachen eines dem ersten Tonerbild nach dem Ladevor­ gang zugeordneten Potentials und
• - Regeln des Prozesses in Abhängigkeit von diesem über­ wachten Potential.

2. Verfahren zum Erzeugen von mindestens zwei Tonerbildern auf einem Bereich eines Bildträgers (10) mit folgenden Verfahrensschritten:

• - Aufbringen einer Ladung einer ersten Polarität auf einen elektrostatischen Bildträger (10);
• - bildweises Belichten eines Bereichs des elektrostati­ schen Bildträgers (10) mit einem ersten Bildmuster mit­ tels einer eine Vielzahl unterschiedlicher, über Null liegender Intensitäten aufweisenden Strahlung zum Erzeugen eines ersten elektrostatischen Bildes, das eine Vielzahl von Potentialstufen, sämtlich der ersten Polarität, aufweist;
• - Aufbringen eines ersten, eine Ladung der ersten Polari­ tät aufweisenden Toners auf das elektrostatische Bild zum Erzeugen eines ersten Tonerbildes in dem Bereich, wobei das Tonerbild eine Vielzahl von Dichtestufen zu­ sätzlich zu einer etwaigen Dichtestufe Null aufweist;
• - Wiederaufladen des Bereichs des Bildträgers durch Auf­ bringen einer Ladung der ersten Polarität auf den Be­ reich des Bildträgers, wobei die Ladung auch auf das erste Tonerbild aufgebracht wird;
• - bildweises Belichten des wiederaufgeladenen Bereichs zum Erzeugen eines zweiten elektrostatischen Bildes in passergenauer Ausrichtung zum ersten Tonerbild;
• - Aufbringen eines zweiten, eine Ladung der ersten Pola­ rität aufweisenden Toners auf das zweite elektrostati­ sche Bild zum Erzeugen eines zweiten Tonerbildes in passergenauer Ausrichtung zum ersten Tonerbild und
• - Überwachen eines dem ersten Tonerbild nach dem Wieder­ aufladen zugeordneten Potentials und Regeln des Prozes­ ses entsprechend dem überwachten Potential.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Aufbringens eines zweiten Toners das Erzeugen eines elektrischen Feldes zur Steue­ rung des Tonerprozesses umfaßt, wobei das Feld eine ihm zugeordnete Gleichstromvorspannung einer Stärke aufweist, die die Klarheit des Hintergrundes, das Mitschleppen von Toner und das Übertonern während des Aufbringens eines zweiten Toners beeinflußt, und daß der Verfahrensschritt der Prozeßregelung das Einstellen des Wertes der Gleich­ stromvorspannung des elektrischen Feldes entsprechend dem überwachten Potential umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromvorspannung die erste Polarität und eine Stärke aufweist, die über dem Potential des dichtesten Bereichs des ersten Tonerbildes nach dem Wiederaufladen liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromvorspannung eine Stärke aufweist, die geringer ist als das Potential des Toners in einigen Dichtestufen des ersten Tonerbildes nach dem Wiederauf­ laden.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Belichtung zum Erzeugen eines ersten elektrostatischen Bildes das Belichten des Be­ reichs des Bildträgers mit mindestens einer hohen, einer mittleren und einer geringen Strahlungsstärke umfaßt, daß der Verfahrensschritt des Aufbringens eines ersten Toners auf das erste elektrostatische Bild das Aufbringen eines Toners in großer Menge auf den mit hoher Strahlungsstärke belichteten Bereich sowie das Aufbringen von Toner in einer mittleren Menge auf den mit mittlerer Strahlungs­ stärke belichteten Bereich umfaßt und daß der Verfahrens­ schritt des Regelns das Einstellen der Gleichstromkompo­ nente für das Aufbringen eines zweiten Toners auf einen Wert entsprechend dem Potential umfaßt, das dem Bereich des ersten Bildes mit der mittleren Tonerdichte nach dem Wiederaufladen zugeordnet ist.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Prozeßregelung das Anpassen der im Wiederaufladeschritt aufgebrachten Ladung entsprechend dem überwachten Potential umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Toner verschiedenfarbig sind.

9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des bildweisen Belichtens mit einem ersten Bildmuster das Belichten eines Referenz-Meß­ bereichs des geladenen Bildträgers mit einer Intensität umfaßt, die zwischen der größten und der kleinsten der Vielzahl von Intensitäten liegt, daß der Verfahrens­ schritt des Aufbringens eines ersten Toners das Aufbrin­ gen von Toner auf den Referenz-Meßbereich mit einer Dich­ te umfaßt, die zwischen der größten und der geringsten Dichte des ersten Tonerbildes liegt, und daß der Verfah­ rensschritt der Überwachung die Überwachung des Poten­ tials des Toners im Referenz-Meßbereich umfaßt.

10. Verfahren zum Erzeugen von mindestens zwei Tonerbildern auf einem Bereich eines elektrofotografischen Bildträ­ gers (10) mit folgenden Verfahrensschritten:

• - Gleichmäßiges Laden des Bildträgers (10) mit einer Ladung einer ersten Polarität;
• - Belichten eines Bildbereichs des Bildträgers (10) mit einer zumindest eine hohe und eine mittlere Intensität aufweisenden Strahlung zum Erzeugen eines ersten elek­ trostatischen Bildes, das zumindest ein niedriges Potential, ein mittleres Potential und ein hohes Potential aufweist;
• - Aufbringen eines ersten Toners der ersten Polarität auf das elektrostatische Bild zum Erzeugen eines ersten Tonerbildes, das zumindest hohe und mittlere Tonerdichten entsprechend den Bereichen des elektro­ statischen Bildes mit dem niedrigen und dem mittleren Potential aufweist;
• - Erzeugen eines elektrostatischen Referenz-Meßbereichs durch Belichten des Bildträgers an einer Position außerhalb des Bildbereichs mit einer der mittleren Stufe der bildweisen Belichtung entsprechenden Strah­ lungsstärke;
• - Aufbringen des ersten Toners auch auf dem elektrosta­ tischen Referenz-Meßbereich zum Erzeugen eines Toner- Referenzbereichs mit einer der Dichte des mittleren Stufenbereichs des ersten Tonerbildes nahekommenden Dichte;
• - Wiederaufladen des Bildträgers durch Aufbringen einer Ladung der ersten Polarität sowohl auf den Bildbereich als auch auf den Referenz-Meßbereich, wobei die Ladung auch auf den darauf befindlichen Toner aufgebracht wird;
• - bildweises Belichten des wiederaufgeladenen Bildträ­ gers zum Erzeugen eines zweiten elektrostatischen Bil­ des in passergenauer Ausrichtung zum ersten Tonerbild;
• - Aufbringen eines zweiten Toners auf das zweite elek­ trostatische Bild zum Erzeugen eines zweiten Tonerbil­ des in dem Bereich;
• - Überwachen eines dem Referenz-Meßbereich nach dem Wie­ deraufladen zugeordneten Potentials und
• - Regeln des Prozesses in Abhängigkeit von diesem über­ wachten Potential.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Aufbringens eines zweiten Toners das Anlegen einer Vorspannung umfaßt, die der für das Aufbringen des zweiten Toners verwendeten Tonersta­ tion zugeordnet ist, und daß der Verfahrensschritt des Regelns des Verfahrens das Anlegen dieser Vorspannung in Abhängigkeit von dem überwachten Potential umfaßt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung gleich dem überwachten Potential einge­ stellt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelungsschritt die Maßnahme umfaßt, das Wiederauf­ laden so zu regeln, daß das überwachte Potential in Richtung auf einen gewünschten Sollwert angepaßt wird.

14. Verfahren zum Erzeugen von mindestens zwei passergenau ausgerichteten Tonerbildern auf einem Bereich eines Bildträgers (10) mit folgenden Verfahrensschritten:

• - Aufbringen einer Ladung einer ersten Polarität auf einen elektrostatischen Bildträger (10);
• - bildweises Belichten eines Bereichs des Bildträgers (10) mit einem ersten Bildmuster mittels einer eine Vielzahl unterschiedlicher, über Null liegender Inten­ sitäten aufweisender Strahlung zum Erzeugen eines ersten elektrostatischen Bildes, das eine Vielzahl von Potentialstufen der ersten Polarität aufweist;
• - Aufbringen eines ersten, eine Ladung der ersten Pola­ rität aufweisenden Toners auf das elektrostatische Bild zum Erzeugen eines ersten Tonerbildes in dem Bereich, wobei das Tonerbild eine Vielzahl von Dichte­ stufen zusätzlich zu einer etwaigen Dichtestufe Null aufweist;
• - Wiederaufladen des Bereichs des Bildträgers (10) durch Aufbringen einer Ladung der ersten Polarität auf den Bereich des Bildträgers (10), wobei die Ladung auch auf das erste Tonerbild aufgebracht wird;
• - bildweises Belichten des wiederaufgeladenen Bereichs zum Erzeugen eines zweiten elektrostatischen Bildes in passergenauer Ausrichtung zum ersten Tonerbild;
• - Aufbringen eines zweiten, eine Ladung der ersten Pola­ rität aufweisenden Toners auf das zweite elektrostati­ sche Bild mittels einer Tonervorrichtung zum Erzeugen eines zweiten Tonerbildes in passergenauer Ausrichtung zum ersten Tonerbild;
• - Anlegen einer Vorspannung an die Tonervorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Feldes zur Steuerung des Aufbringens des zweiten Toners auf das zweite elektro­ statische Bild, wobei die Vorspannung eine Gleich­ stromkomponente aufweist, die derart gewählt ist, daß sie die Anlagerung von Toner in unbelichteten Berei­ chen des zweiten elektrostatischen Bildes verhindert, dagegen die Anlagerung von Toner in belichteten Berei­ chen des zweiten elektrostatischen Bildes begünstigt;
• - Überwachen eines einer der Dichtestufen des ersten Tonerbildes nach dem Wiederaufladen zugeordneten Potentials und
• - Regeln der Gleichstromkomponente der an die Tonervor­ richtung angelegten Vorspannung in Abhängigkeit von dem überwachten Potential derart, daß ein gewisses Übertonern der Stufen höchster Dichte des ersten Tonerbildes gestattet wird, während ein Übertonern der weniger dichten Stufen des ersten Tonerbildes verhin­ dert und ein Mitschleppen von Toner aus dem ersten Tonerbild in die Tonervorrichtung ebenfalls verhindert wird.

15. Bilderzeugungsvorrichtung (1) zum Erzeugen von zwei Tonerbildern auf einem Bereich eines fotoleitfähigen Bildträgers (10) mit:

• - Ersten Mitteln (12) zum Laden des Bildträgers mit einer Ladung einer ersten Polarität;
• - ersten Mitteln (14) zum bildweisen Belichten des geladenen Bildträgers mit einem ersten Bildmuster mit­ tels einer eine Vielzahl unterschiedlicher, über Null liegender Intensitäten aufweisender Strahlung zum Er­ zeugen eines ersten elektrostatischen Bildes, das eine Vielzahl von Potentialstufen der ersten Polarität auf­ weist;
• - ersten Mitteln (16) zum Aufbringen eines ersten, eine Ladung der ersten Polarität aufweisenden Toners auf das elektrostatische Bild zum Erzeugen eines ersten Tonerbildes in dem Bereich, wobei das Tonerbild eine Vielzahl von Dichtestufen zusätzlich zu einer etwaigen Dichtestufe Null aufweist;
• - zweiten Lademitteln (22) zum Wiederaufladen des Bereichs des Bildträgers durch Aufbringen einer Ladung der ersten Polarität auf den Bereich des Bildträgers, wobei die Ladung auch auf das erste Tonerbild aufge­ bracht wird;
• - zweiten Mitteln (24) zum bildweisen Belichten des wiederaufgeladenen Bereichs zum Erzeugen eines zweiten elektrostatischen Bildes in passergenauer Ausrichtung zum ersten Tonerbild;
• - zweiten Mitteln (26) zum Aufbringen eines gegenüber dem mit den ersten Mitteln aufgebrachten Toner unter­ schiedlichen Toners mit einer Ladung der ersten Pola­ rität auf das zweite elektrostatische Bild mittels einer Tonervorrichtung zum Erzeugen eines zweiten Tonerbildes in passergenauer Ausrichtung zum ersten Tonerbild;
• - Mitteln zum Anlegen einer Vorspannung an die Tonervor­ richtung zum Erzeugen eines elektrischen Feldes zur Steuerung des Aufbringens des zweiten Toners auf das zweite elektrostatische Bild, wobei die Vorspannung eine Gleichstromkomponente aufweist, die derart ge­ wählt ist, daß sie die Anlagerung von Toner in unbe­ lichteten Bereichen des zweiten elektrostatischen Bil­ des verhindert, dagegen die Anlagerung von Toner in belichteten Bereichen des zweiten elektrostatischen Bildes begünstigt;
• - Mitteln (64) zum Überwachen eines Potentials, das einer der Dichtestufen des ersten Tonerbildes nach dessen Durchgang durch die zweiten Lademittel zugeord­ net ist, und
• - Mitteln zum Regeln der Gleichstromkomponente der an die Tonervorrichtung angelegten Vorspannung in Abhän­ gigkeit von dem überwachten Potential.

16. Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Belichtungsmittel (14) Mittel zum Belichten eines außerhalb des Bildbereichs liegenden Meßbereichs mit einer Strahlungsintensität um­ faßt, die zwischen den höchsten und geringsten zum Erzeugen des ersten elektrostatischen Bildes verwendeten Strahlungsintensitäten liegt, wobei der Meßbereich so angeordnet ist, daß er Toner von der ersten Tonervor­ richtung (16) erhält, und wobei die Überwachungsmittel so angeordnet sind, daß sie das Potential des getonerten Meßbereichs erfassen.