DE2156299A1 - Übertragungsanordnung für entwickelte elektrostatische Bilder - Google Patents
Übertragungsanordnung für entwickelte elektrostatische BilderInfo
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Description
Böblingen, 10. November 1971
hz-fr
Anraelderin: International Business Machines
Corporation, Armonk, N.Y. 10504
Anti. Aktenzeichens Neuanmeldung
Aktenzeichen der Anmelderin: Docket SA 969 081
übertragungsanordnung für entwickelte elektrostatische Bilder
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur übertragung eines entwickelten
elektrostatischen Bildes von einem Bildträger auf einen Kopienträger, insbesondere auf ein Papier-Kopienblatt, mit Hilfe
einer drehbaren Bolle, die den Kopienträger an den Bildträger andrückt und zwischen sich und dem Bildträger eine konstante elektrische
Potentialdifferenz aufbaut.
Es ist bekannt, das entwickelte elektrostatische Bild von der
Bildträgerschicht auf ein Kopienblatt mittels einer Koronaentladevorrichtung zu übertragen, die auf der Rückseite des Kopienblatts
eine Ladung erzeugt, um die das Bild bildende Tonerpartikel von der Bildträgerschicht auf das Kopienblatt zu übertragen.
Vibrationen der Koronadrähte oder Schmutz auf ihnen verursacht jedoch eine ungleichmäßige Verteilung der Ionisation und damit
gleichfalls ungleichförmige Tonerübertragung, die auf der Kopie sichtbar ist. Die Effektivität der Koronaentladevorrichtung und
damit der Qualität der Kopien variiert in großem Maße mit der Temperatur und der relativen Feuchtigkeit. Darüber hinaus ist
diese Art der übertragung dann besonders ineffektiv, wenn sehr dichte Bilder übertragen werden sollen, d.h. wenn auf dem entwickelten
elektrostatischen Bild sehr viel Toner vorhanden ist. Diese Methode der Bildübertragung ist beispielsweise in der US-Patent
2 951 443 beschrieben. In dieser Patentschrift ist eine
209823/0999
weitere Übertragungsemordnung beschrieben, bei der eine leitende Rolle verwendet wird, die das Kopienblatt an den Bildträger andrückt
und der eine Vorspannung aufgeprägt ist, um somit eine Potentialdifferenz zwischen dem Bildträger und der Rolle zu erzeugen,
wodurch das entwickelte elektrostatische Bild auf die Kopie übertragen wird. Unter gewissen Bedingungen sind mit dieser
Art der Bildübertragung zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen. Jedoch gibt es genügend andere Bedingungen, bei denen die Effektivität
der Übertragung ungenügend ist. Darüber hinaus können Funkenbildung und andere bildzerstörende Einflüsse auftreten,
wenn das Kopienblatt von dem Bildträger gelöst wird, dies insbesondere deshalb, weil die bekannte Rolle mit ihrer im wesentlichen
festen Oberfläche das Kopienblatt nicht gleichmäßig an den Bildträger andrücken kann, da an den Stellen mit mehr Toner die Dicke
größer ist, so daß die Stellen mit weniger Toner quasi als Hohlräume überbrückt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, bei einer eingangs genannten übertragungsvorrichtung für entwickelte elektrostatische
Bilder zu erreichen, daß diese Nachteile überwunden werden, daß die Bilder mit hoher Effizienz übertragen und gleichmäßige
Bilder bei in weitem Rahmen variierenden Bedingungen erzielt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rolle als Bürstenrolle aus federnden und elektrisch leitenden Borsten
aufgebaut ist und eine Relativbewegung gegenüber dem Bild- bzw. Kopienträger ausführt.
Durch diese Bürstenrolle wird in vorteilhafter Weise das Kopienblatt
mittels der Borstenspitzen in engsten Kontakt mit der bildtragenden Fläche gebracht und das elektrische Potential
gleichmäßig über die gesamte Berührungsfläche verteilt, so daß an allen Stellen ausgezeichnete Bedingungen für die Übertragung
des Toners von dem Bildträger auf das Kopienblatt vorhanden sind. Dadurch werden auch bei unterschiedlichen Bedingungen gleichmäßige
Kopien erhalten.
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Docket SA 969 081
Docket SA 969 081
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß die Borsten auf einem festen Kern
der Rolle befestigt sind und im wesentlich radial nach außen stehen. In zweckmäßiger und vorteilhafter Weise können nach einer
weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung die Borsten aus einer elektrisch nichtleitenden Seele bestehen und mit einer
elektrisch leitenden Schicht überzogen sein. Dabei kann vorteilhafterweise
der Kern der Borsten aus synthetischem Material bestehen. In zweckmäßiger und vorteilhafter Weise wird der Borstendurchmesser
in der Größenordnung des Durchmessers der Tonerpartikel gewählt, d.h. ca 12 p.
Die Potentialdifferenz, die zwischen der Bürstenrolle und dem
Bildträger aufgebaut wird, beträgt vorteilhafterweise etwa zwischen 700 und 2000 V.
Eine für viele Zwecke ausreichende Alternativlösung der Erfindung sieht anstelle der drehbaren Bürstenrolle eine feststehende Bürste
vor.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung
enthält generell einen Bildträger, der aus isolierendem oder photoleitendem Material bestehen kann. Auf bekannte Weise wird auf
diesem Bildträger ein elektrostatisches Bild hergestellt und dieses Bild wird mittels elektrostatisch geladener Entwicklerpartikel,
die allgemein als Toner bekannt sind, entwickelt. Ein Kopienträger,
insbesondere ein Papierblatt, liegt an der Bildträgerfläche an. Eine Bürste mit leitenden Borsten ist ebenfalls an der Bildträgerschicht
anliegend vorgesehen und stellt eine konstante Potentialdifferenz zwischen dem Bildträger und sich selbst her. Die
Spannung wird durch eine geeignete Quelle zugeführt. Zwischen der Bürste und dem Bildträger wird eine Relativbewegung hergestellt,
so daß die Spitzen der Borsten das Kopienblatt in intimen Kontakt mit der Bildfläche bringen. Durch die Potentialdifferenz werden
die Tonerpartikel, die auf dem entwickelten elektrostatischen Bild enthalten sind, auf das Kopienblatt herübergezogen. Entsprechend
Docket SA 969 081 209823/0999
der konstanten Kraft, die durch Borsten hergestellt wird, werden
im wesentlichen alle Entwicklerteilchen von der Bildfläche auf das Kopienblatt übertragen. Durch geeignete Technik wird dann das Bild
auf dem Kopienblatt fixiert, beispielsweise angeschmolzen.
Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele wird im folgenden Aufbau und Wirkung der erfindungsgemäßen Anordnung
näher erläutert. Die Figuren zeigen im einzelnen: s ' ,
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines elektrophoto-
graphischen Kopierers, in dem die vorliegende
Erfindung verkörpert ist, ■'■- ---Fig.
2 in vergrößerter Ansicht die erfindungsgemäße
Bürste mit nichtleitender Seele und elektrisch
leitender Schicht,
Fig. 3 ein Schnittbild entlang der Linie 3-3 aus Fig. 1,
Fig. 4 eine schematische Ansicht einer Alternativlösung
der Erfindung mit einer flachen Übertragungsbürste.
Ein elektrophotographisches Kopiergerät, das für die Anwendung
der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist in Fig. 1 dargestellt. Dieses Gerät enthält eine drehbare Trommel 10, die am Umfang eine
elektrophotographisch leitende Schicht 12 enthält, auf die das auf das Papierblatt 14 zu übertragende Bild aufgebracht wird. Die
Fläche des Photoleiters wird gleichmäßig auf eine vorherbestimmte Polarität mittels einer Koronaladevorrichtung 16 geladen. Eine
Vorlage mit dem zu kopierenden Bild ist derart angeordnet, daß dieses durch geeignete Beleuchtungsmittel mittels der Belichtungsstation
18 auf die Fläche des Photoleiters 12 übertragen wird. Auf bekannte Weise wird die Geschwindigkeit der Vorlagenbewegung mit
der.Geschwindigkeit der Trommel 10 synchronisiert. Dort wo die
photoleitende Schicht durch das Bild belichtet wird, wird diese Fläche entladen, so daß ein Ladungsmuster in Gestalt des zu ko-
20 9873/0 999 Docket SA 969 O81
- 5 pierenden Bildes vorhanden ist:.
Danach läuft die Trommel 10 an einer Entwicklerstation 20 vorbei,
bei der eine Mischling 22 von Toner- und Trägerpartikel, beispielsweise in Kaskadenform, mit dem elektrostatischen Bild auf der
photoleitenden Fläche 12 aufgebracht wird, wie dies aus der Technik bereits bekannt ist. Es können selbstverständlicherweise auch
andere Entwicklungsarten verwendet werden. Der Toner, der eine
der Polarität des elektrostatischen Ladungsbildes entgegengesetzte Ladung aufweist, wird auf die Trommeloberfläche angezogen, um
das Bild sichtbar zu machen.
Bei weiterer Gegenuhrzeigerdrehung der Trommel 10 wird ein Papierkopienblatt
14 durch Rollen 24 in Kontakt mit dem entwickelten elektrostatischen Bild gebracht. Eine weiche Bürste 26 mit
federnden, elektrisch leitenden Borsten 25 ist unterhalb des Papierblattes 14 in dessen Berührungsbereich mit der Trommel 10 angeordnet.
Beispielsweise über einen Schleifer ist ein Netzteil zur Spannungszuführung mit der Rolle 26 verbunden, um ein in einer
Richtung ausgerichtetes Potential zwischen der Rolle 26 und der leitenden Rückfläche des Photoleiters 12 herzustellen. Die Polarität
des Potentials ist der des Toners entgegengesetzt, so daß der Toner zum Kopienträger hin angezogen wird. Nach dieser Übertragungsoperation
wird das Kopienblatt 14 von der Trommel gelöst und zu einer nicht dargestellten Fixierstation transportiert, um das
Tonerbild fest auf das Papier anzuschmelzen. Da normalerweise nicht das gesamte Tonerbild 29 übertragen wird, verbleiben überschüssige
Tonerteilchen 30 auf der Trommeloberfläche. Bei weiterer Tromneldrehung passiert diese eine Reinigungsstation 32, die. die
Fläche des Photoleiters von überflüssigem Toner reinigt. Diese Operation vervollständigt einen Umlauf der Trommel für die Kopierung
des gewünschten Bildes.
Die Bürstenrolle 26 enthält viele einheitliche Borsten 25, die fest mit einem Kern 27 verbunden sind. Die Borsten 25 erstrecken
sich im wesentlichen radial nach außen und sind gleich lang, so
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daß das von der Bürste zugeführte Potential ein im wesentlichen gleichförmig verteiltes Feld erzeugt. Die Borsten 25 können aus
jede» geeigneten Material, wie beispielsweise Metallfasern, bestehen
oder auch eine Seele aus elektrisch nichtleitendem Material aufweisen, die mit einer leitenden Schicht überzogen ist. Die
Dicke der einzelnen Borsten ist sehr klein, so daß eine im wesentlichen konstante Kraft durch die Borsten auf das Kopienblatt ausgeübt
wird, wodurch ein intimer Kontakt mit der Bildfläche hergestellt wird, ohne Rücksicht auf die Dichte der Entwicklerpartikel,
die in den verschiedenen Teilen des entwickelten Bildes vorhanden
sind. Die Borsten haben vorzugsweise eine Dicke, die der Größe der einzelnen Tonerpartikel entspricht, so daß die Bildübertragung
" ohne Zerstörung des Bildes durchgeführt werden kann. Diese Borstenstärke
eliminiert darüber hinaus die Gefahr, daß die Bildträgerschicht und das Kopienblatt zerstört wird, was bei dickeren und
steiferen Borsten auftreten könnte. Ein geeignetes Material für die Borsten ist rostfreier Stahl von etwa 12 u Durchmesser, der in
Plüschart gewebt und dann auf einem geeigneten Kern 27 aufgebracht wird. Mit dieser Bürstenart ist eine ausgezeichnete übertragung
möglich, aber die Herstellung dieser Bürste ist schwierig, weil das radiale Abstehen aller Borsten nicht leicht zu erzielen ist,
und somit eine gleichmäßige Feldverteilung und eine gleichmäßige Kraft durch die Bürste nicht erhalten werden kann.
Eine andere geeignete Bürste ist in Fig. 2 dargestellt. Diese kann auf einfache Weise hergestellt werden, arbeitet sehr gut
und ist eine Bürste, deren Borsten elektrisch nichtleitende Seelen enthalten, auf die leitendes Material aufgeschichtet ist.
Bürsten aus synthetischem Material, wie beispielsweise aus einem Kopolymer aus Vinylchlorid und Acrylnitril oder Kunstseide, kann
auf einem Basismaterial mit gleichmäßig verteilten und abstehenden Borsten hergestellt werden. Die Borsten werden auf irgendeine
geeignete Weise mit einem leitenden Material überzogen, um somit die gewünschte Leitfähigkeit der Borsten zu erreichen. In der
in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform enthält die Bürste 26* einen
Kern 38, auf den viele Borsten gleichmäßig abstehend aufgebracht
Docket SA 969 081 209823/09QQ
sind. Die Borsten enthalten eine nichtleitende Seele 40, die von einer äußeren leitenden Schicht 42 umgeben ist. Diese Konstruktion
ergibt die Möglichkeit, die Leitfähigkeit der Borsten zu steuern, so daß eine wirkungsvolle Technik für die Verhinderung der Bogenbildung
beim Trennen des Kopienmaterials von der Bildfläche erreicht wird.
Eine geeignete Technik für die Beschichtung der Oberfläche der Borsten ist die bekannte Art der chemischen Plattierung. Ein Beispiel
dieser Bürstenkonstruktion, bei dem diese Technik angewendet wird, besteht aus einem Kunstseideplüsch, weil dieses Material
die geeignete Kombination von physikalischen, chemischen und elektrostatischen Eigenschaften enthält. Andere Arten des Wirkens
oder der Herstellung wie z.B. durch Kammzugwirken oder Beflocken können für diesen Zweck benutzt werden, wobei alle diese Arten zu
einem Plüsch mit aufrechtstehenden oder im wesentlichen aufrechtstehenden Borsten führen. Das besondere Fabrikat das hier verwendet
wird, besteht in einem im Doppelschuß gewebten Material. Diese Webart läßt die Borsten getrennt voneinander aufrechtstehen. Die
Borsten werden zuerst gewaschen und dann durch Eintauchen in eine geeignete Sensibilisationslösung, wie beispielsweise Zinn (II)-Chlorid,
sensibilisiert. Nach genügender Spülung wird das Gewebe in einer geeigneten Aktivierungslösung, beispielsweise durch Eintauchen
in eine saure Palladiumchlorid-Lösung, aktiviert. Nachdem
dieses dann wieder genügend gespült ist, wird das Material in ein geeignetes Plattierungsbad, wie beispielsweise ein Kupferplattierungsbad,
für eine gewisse Zeit eingetaucht. Die Zeit variiert mit der Art des Bades und der gewünschten Leitfähigkeit für die
Borsten. Das Material wird daraufhin wieder gespült und getrocknet. Durch diese Herstellungsart wird eine geeignete Leitschicht
auf die Borsten aufgebracht. Dieses Material wird auf einem geeigneten Träger fest aufgebracht, um so die Übertragungsbürste,
entweder als drehbare oder als feststehende Bürste zu erhalten. Andere Arten der Herstellung der leitfähigen Schicht können durch
chemisches Plattieren, beispielsweise mit Nickel, Kobalt, Eisen usw., sein. In diesen Fällen wird üblicherweise eine Spur von Phos-
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phor mit der Metallschicht niedergeschlagen. Edelmetalle wie Gold,
Platin und Rhodium können durch eine doppelte Plattierungstechnik aufgebracht werden. Dabei wird zunächst Kupfer auf der synthetischen
Faser durch chemisches Plattieren aufgebracht, woraufhin dann eine Eintauch-Plattierungstechnik angewendet wird. Die gesamte
Kupferschicht oder ein Teil davon wird dabei dann mit dem gewünschten Edelmetall überzogen. Für diesen Zweck wird eine saure
Salzlösung des Edelmetalls verwendet, in welche die mit Kupfer überzogenen Fasern eingetaucht, danach gespült und schließlich
getrocknet werden.
Die Relativbewegung zwischen dem Bildträger 12 und der Bürstenrolle
26 kann durch jedes geeignete Mittel hervorgerufen werden. In der dargestellten Ausfuhrungsform wird die Trommel 10 um ihre
Achse von einem geeigneten Antriebsmotor 36 über geeignete Riemen oder Zahnräder, die gestrichelt in Fig. 1 angedeutet sind,
angetrieben. Wenn es gewünscht ist, kann die Bürstenrolle 26 ebenfalls gedreht werden. Die Bürstenrolle 26 kann mit gleicher Geschwindigkeit
wie die Trommel angetrieben werden oder mit größerer Geschwindigkeit, um so die nachteilige Wirkung im Falle einer
Borstentrennung oder einer Borstenverdichtung der Bürste 26 zu vermindern. Die alternativ zur drehbaren Rolle 26 verwendbare
flache Bürste 26', die in Fig. 4 dargestellt ist, ist stationär angeordnet. Mit dieser flachen, stationären Bürste 26' ist ebenfalls
eine sichere übertragung des Bildes möglich.
Um eine gute Bildübertragung zu erreichen, sollte die Bürste 26 zumindest einen minimalen Kontaktbereich mit der Bildträgerfläche
bilden. Ein in der Praxis ausprobiertes Gerät verwendete eine flache bildtragende Fläche und eine Übertragungsbürste mit einem Durchmesser
von 5,4 cm (2 1/8 Inch). Die Bürste hatte als Seelen der Borsten Mohär, um die in chemischer Weise Kupfer aufplattiert
war und die eine Länge von etwa 0,22 mm (1/8 Inch) aufwiesen. Eine Potentialdifferenz von 700 bis 1200 V und eine Bürstenzusammmendrückung
wurden angewendet, wobei die optimale Konfiguration dieses Gerätes bei einem Potential von 1100 V und einer
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Zusammendrückung des Bürstenflors von etwa 2 nun gefunden wurde,
wobei der Kontaktbereich etwa 2,54 cm (1 Inch) breit war. Des weiteren wurde eine Bürste mit Borsten aus rostfreiem Stahl, einer
Borstenlänge von 0,22 cm und einem Bürstendurchmesser von etwa 5,4 cm erfolgreich erprobt. Der optimale übertragungsstrom, der
gute Übertragung ohne Lichtbogenbildung ermöglicht, wurde expe-
2 2
rlmentell mit ca. 0,031 uA/cm (0,2 pA/Inch ) herausgefunden. Ein
Reihenwiderstand wurde im Zusammenhang mit den rostfreien Stahlborsten benutzt, um den Strom auf diese Größe zu begrenzen.
Die vorliegende Erfindung kann auch mit anderen, als den dargestellten
Bildträgern verwendet werden, beispielsweise mit einem umlaufenden photoleitfähigen Band oder einer dielektrischen Bildträgerfläche,
wobei hier ein höheres Übertragungspotential als geeigneter gefunden wurde. Dieser Potentialwert liegt etwa zwischen
1000 und 2000 V für eine gute Bildübertragung.
Docket SA 969 081 2 Ci 9 8 ? 3 / Π 9 9 9
Claims (6)
- PATENTANSPRÜCHEΙ.) Anordnung zur übertragung eines entwickelten elektrostatischen Bildes von einem Bildträger auf einen Kopienträger, Insbesondere auf ein Papier-Kopienblatt, mit Hilfe einer drehbaren Rolle, die den Kopienträger an den Bildträger andrückt und zwischen sich und dem Bildträger eine konstante elektrische Potentialdifferenz aufbaut, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle als Bürstenrolle (26) aus federnden und elektrisch leitenden Borsten (25) aufgebaut ist und eine Relativbewegung gegenüber dem Bild- (10) bzw. Kopienträger (14) ausführt.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsten (25) auf einem festen Kern (27) der Rolle (26) befestigt sind und im wesentlichen radial nach außen abstehen.
- 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsten (25, 26') aus einer elektrisch nichtleitenden Seele (40) bestehen, die mit einer elektrisch leitenden Schicht (42) überzogen ist.
- 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch nichtleitende Seele (40) der Borsten (26') aus synthetischem Material besteht.
- 5. Anordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Potentialdifferenz zwischen der Bürstenrolle (26) und dem Bildträger (10) zwischen 700 und 2000 V beträgt.
- 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der drehbaren Bürstenrolle (26) eine feststehende Bürste (26'·) vorgesehen ist.Docket SA 969 081 2 0 9 8 7 3 / 0 9 P 9Anordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Borsten (25) in der Größenordnung des Durchmessers der Tonerpartikel des Entwicklergemischs (22) liegen, d.h. in der Größenordnung von ca. 12 u.Docket SA 969 081 2 0 9 8 7 3/0999Leerseite
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