DE2755489C2 - Elektrostatisches Druckverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrostatisches Druckverfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Verfahren ist aus der DE-OS 21 61 926 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren erfolgt das selektive Verringern oder Entfernen von Ladung mit Hilfe mehrerer Stiftelektroden, die in enger Nachbarschaft zur Oberfläche des Aufzeichnungselements gehalten werden. An denjenigen Stellen, die der zu druckenden Bildinformation entsprechen, wird mit Hilfe der dem Aufzeichnungsträger nahekommenden oder berührenden Stiftelektroden die zuvor aufgebrachte Ladung abgeleitet, indem die jeveils zuständigen Stiftelektroden über einen Schalter an Erdpotential gelegt werden. Diejenigen Stiftelektroden jedoch, welche keine Ladung vom Aufzeichnungsträger ableiten sollen, liegen an einem geöffneten Schalter, »schwimmen« also elektrisch gesehen. Das momentane Potential einer jeden nicht geerdeten Stiftelektrode ist also nicht definiert. Aus diesem Grund kann mit dem bekannten Verfahren ein klares und scharf gestochenes Bild nicht erzeugt werden.

Es ist weiterhin bei dem oben erläuterten bekannten Verfahren vorgesehen, jeweils ein Stück hinter der Entwicklerstation, also nach derjenigen Stelle, wo das Tonermaterial aufgebracht wird, als weitere Entladevorrichtung einen Koronagenerator vorzusehen, der zur Verstärkung der nachfolgenden Bildübertragung beitragen soll. Trotz dieser Maßnahme kann die Bildqualität der nach diesem Verfahren hergestellten reproduzierten Bilder jedoch noch nicht befriedigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrostatisches Druckverfahren der genannten Art so weiterzubilden, daß auch bei hoher Druckgeschwindigkeit ein klares und kräftiges Druckbild geschaffen wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

is Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt keine Berührung zwischen dem Aufzeichnungsträger und den Schreibelektroden. Da die Entwicklungselektrode zu einer Intensivierung derjenigen Stellen auf der Isolieroberflächenschicht führt, die sichtbar zu machen sind, ergibt sich ein klares und scharfes Bild mit gutem Kontrast. Die von denjenigen Stellen, in denen sich noch Ladung befindet, ausgehenden Feldlinien, die in den ladungsfreien Bereichen münden, werden durch das von der Entwicklungselektrode geschaffene elektrische Feld noch verstärkt, so daß das Tonermaterial gezielt in die ladungsfreien Bereiche gelangt.

Aus der DE-OS 21 02 206 ist es bekannt, bei einem Kopiergerät zwischen der Aufzeichnungselektrode und dem der Isolierschichtoberfläche gemäß vorliegender Anmeldung entsprechenden Band einen Abstand von wenigen tausendstel Zoll vorzusehen. Weiterhin wird bei diesem bekannten Verfahren in der Aufzeichnungseinrichtung die Elektrode mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt, um die gleichmäßig aufgebrachte Ladung differenziert zu löschen. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Entwicklungselektrode wird in Verbindung mit der Art der gewählten Polaritäten beim Aufbringen des Tonermaterials erreicht, daß durch die günstige Anordnung des Feldlinienverlaufs ein sehr gezieltes Aufbringen des Toners erfolgt, das auch bei hoher Arbeitsgeschwindigkeit zu scharfen Bildern führt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Gesamtanordnung zum Durchführen eines elektrostatischen Druckverfahrens;
F i g. 2 und 3 Diagramme zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung latenter Bilder;

F i g. 4 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen einer Latentbilderzeugungsspannung und einem Spalt zwischen einer Stiftelektrode und einem Latentbilderzeugungsmaterial;

F i g. 5 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Intensität eines latenten Bildes, der Schwärzung oder Färbung eines Druckes und der Menge haftenden Toners;

F i g. 6 ein Diagramm zur Darstellung des elektrischen Feldes in einer Entwicklungszone·.

F i g. 7 eine grafische Darstellung der Beziehung /wischen der Geschwindigkeit eines AuFzcichnungsniatcrials und der Druckschwärzung oder -färbung;

F i g. 8 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der an die Entwicklungselektrode angelegten Spannung und der Druckschwärzung oder -färbung.
In F i g. 1 bedeuten: A eine Zone zur Erzeugung eines

ilektrosiatischen latenten Bildes. B eine Entwicklungsione. Ceine Übertragungszone. Deine Reinigungszone und E eine Fixierzone. Ein Material 1 zur Erzeugung iines elektrostatischen latenten Bildes ( ^;m folgenden kurz Aufzeichnungsmaterial genannt) umlaßt einen zylindrischen leitenden Träger la und eine darauf angeordnete Isolierschicht 16. Die Zone A zur Erzeugung eines elektrostatischen latenten Bildes besitzt eine Korona-Aufladevorrichtung 2 mit einer Steuerelektrode 2a. einer Koronaelektrode Ib. einer Energiequelle 2c· für die Koronaelektrode und einer Energiequelle 2d für die Steuerelektrode, und eine Schreibelektrode in Form einer Siifielektrode 3, die mit einer Schaltung 3a zur Erzeugung von Impulsen, die der Stiftelektrode 3 zugeführt werden solion, verbunden ist. Die Entwicklungszone S umfaßt einen Farbtoner 4 als Entwickler und eine Entwicklungselektrode 5. die mit einer Energiequelle 5a für die Entwicklungselektrode verbunden ist. Die Übertragungszone C umfaßt eine Führungsro"e 6 und eine Übenragungs-Koronaaufladevorrichtung 7, die mit einer Energiequelle Ta für die Koronaelektrode verbunden ist. Die Reinigungszone D besitzt eine Reinigungsvorrichtung 8 mit einer Resttonerabstreifbürste, wie einer Fellbürste. Die Fixierzone E besitzt eine bekannte Fixiervorrichtung, wie eine Heizrolle oder einen Infrarotheizer.

Es folgt eine Beschreibung der Arbeitsweise einer elektrostatischen Übertragungsvorrichtung mit der erwähnten Anordnung.

Zur Erzeugung eines latenten Bildes wird zunächst eine vorbestimmte elektrische Spannung VS' an die Steuerelektrode 2a der Korona-Aufladevorrichtung 2 angelegt. Diese Spannung KS'ist so eingestellt, daß sie im wesentlichen gleich der Oberflächenspannung Vs der Isolierschicht \b ist, die zur Erzeugung eines latenten Bildes erforderlich ist, und die Polarität der Spannung Vs' isi gleich der gewünschten Polarität der Oberflächenspannung Vs (positive Polarität in der Zeichnung) gehalten. Gleichzeitig mit dem Anlegen der Spannung Vs'wird eine Korona-Entladungsspannung (Vc = 6 KV bis 8 KV; positive Polarität in der Zeichnung) an die Koronaelektrode 2b der Korona-Aufladevorrichtung 2 angelegt, wodurch die Oberfläche der Isolierschicht \b des sich unter der Koronaaufladungsvorrichtung 2 vorbeibewegenden Aufzeichnungsmaterials 1 gleichförmig auf die elektrische Spannung Vs aufgeladen wird. Kommt der aufgeladene Bereich unter dem spitzen Ende der Stiftelektrode 3 an, welche die Oberfläche der Isolierschicht Ib des Aufzeichnungsmaterials 1 nicht berührt, wird an die Stiftelektrode 3 eine pulsierende Spannung Vp angelegt, deren Polarität derjenigen der Spannung Vs entgegengesetzt ist und die in Beziehung zu Bildpunkten steht, die durch Zerlegung von zu drukkenden Buchstaben. Symbolen oder dergleichen gebildet worden sind. Durch die in dieser Stufe erzeugte elektrische Entladung werden Ladungen auf der aufgeladenen Oberfläche der Isolierschicht Ii) des Aufzeichnungsmaterials I entfernt oder verringert, wodurch eine Spannungsdifferenz (Differenz der Intensitäten des elektrischen Feldes) entsprechend den Bildpunkten gebildet und ein elektrostatisches latentes Bild (im folgenden kin/ mil latentes Bild bezeichnet) erzeugt wird (Fif. 2).

Beim obigen Verfahrensablauf zur Erzeugung eines latenten Bildes müssen die Spannungen Vs und Vp folgende Bedingung erfüllen:

Va-V/>. > Vd

Dabei bedeutet Vd die die Entladung auslösende Spannung, die sich ändert in Abhängigkeit von Faktoren wie dem Spalt zwischen der Stiftelektrode und dem Aufzeichnungsmaterial 1.

Wie diese Bedingung zeigt, hän&t die Erzeugung eines laterten Bildes nicht nur von der der Stiftelektrode 3 zugeführten Spannung Vp ab, sondern auch von der Ladespannung Vs auf der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials. Diese Tatsache wird nun ausführlich anhand der F i g. 2 und 3 beschrieben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden elektrische Ladungen auf der bereits aufgeladenen Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials durch elektrische Ladungen, die durch eine elektrische Entladung zwischen der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials und der Stifielektrode erzeugt werden, verringert oder entfernt, und der Bereich, in welchem die Ladungen solchermaßen entfernt oder verringert worden sind, wird sichtbar gemacht. Die Fig.2(a) bis 2(c) unterscheiden sich von den Fig.3(a) bis 3(c) nur durch eine Umkehrung der jeweiligen Potentiale, so daß es ausreicht, im folgenden nur auf F i g. 3 einzugehen. In den F i g. 3(a) bis 3(c) bezeichnet die Bezugsziffer 12 Ladungen, die durch die Koronaaufladungsvorrichtung 2 bereits auf das Auf-Zeichnungsmaterial aufgebracht -worden sind. In Fig.3(c) repräsentiert V, das Oberflächenpotential des Latentbilderzeugungsbereichs, wobei bereits aufgebrachte Ladungen 12 nicht vollständig entfernt werden. Es werden nun anhand experimenteller Daten verschiedene Eigenschaften der vorliegenden Erfindung beschrieben, die man durch Wahl des Ladungsauslöschverfahrens erhält.

Ein erster Vorteil des Ladungsauslöschverfahiens ist darin zu sehen, daß die durch die Stifielektrode zugeführten pulsierenden Spannungen reduziert werden können, ohne daß eine Rückseitenelektrode oder dergleichen vorgesehen ist.

Die Darstellung in F i g. 4 zeigt die Beziehung zwischen der Latentbilderzeugungsspannung und dem Spalt zwischen der Stiftelektrode und dem Aufzeichnungsmaterial. In Fig.4 ist die Latentbilderzeugungsspannung auf der Abszisse und der Spalt auf der Ordinate aufgetragen. Wie man aus der Darstellung in Fig.4 ersieht, ist beim erfindungsgemäßen Verfahren die Latentbilderzeugungsspannung | V,— V_r\ viel niedriger als beim herkömmlichen Verfahren, wenn man einen Vergleich bei gleichem Spalt vornimmt. Genauer ausgedrückt: Da beim herkömmlichen Verfahren das Oberflächenpotential Vs des Aufzeichnungsmaterials im wesentlichen Null ist (Vs « OV), muß die gesamte Spannung, die zur Erzeugung eines latenten Bildes erforderlich ist, durch die mit Hilfe der Stiftelektrode zugeführte pulsierende Spannung aufgebracht werden. Wenn beispielsweise der Spalt etwa 50 μΐη beträgt, ist es beim herkömmlichen Ladungszuführungsverfahren (Linie A in F i g. 4) erforderlich, eine Spannung von 700 V anzulegen. Dagegen reicht beim erfindungsgemäßen Ladungsauslöschverfahren (Linie B in F i g. 4) eine Spannung von etwa 500 V aus. Überdies kann diese Spannung durch die beiden Spannungen, nämlich die durch die Stiftelektrode zugeführte Spannung Vp und die Oberflächenspannung Vs des Aufzeichnungsmaterials, aufgebracht werden. Nimmt man an, daß die Spannung gleichermaßen durch Vp und Vs aufgebracht wird, kann h5 jede der Spannungen Vp und Vs 250 V oder niedriger sein. Folglich kann die durch die Stiftelektrode zugeführte pulsierende Spannung Vp auf 1/2 bis 1/3 der beim herkömmlichen Verfahren erforderlichen pulsierenden

Spannung iL-dii/.ieri werden.

Dies führt zu verschiedenen Vorteilen. Beispielsweise können im Handel erhältliche billige Transistoren für eine Stiftelektroden-Treiberschaltung verwendet werden. Folglich können der Entwurf und die Herstellung der Treiberschaltung merklich vereinfacht werden. Hinzukommt: Selbst wenn Stiftelektroden mit hoher Dichte angeordnet sind, kann ein Spannungsdurchbruch bzw. können Leckströme zwischen benachbarten Stiftelektroden merklich reduziert werden und kann man eine gute Isolation erhalten. Folglich erhält man Drucke hoher Qualität.

Ein /weiter Vorteil ist darin zu sehen, daß eine Verringerung des Entwicklungsschwärzungs- oder -färbungsgrades eines elektrostatischen latenten Bildes selbst dann verhindert werden kann, wenn die für die Entwicklung zugelassene Zeitdauer des Bildes verringert ist, wie es aufgrund einer neuerlichen Erhöhung der Bewegungsgeschwindigkeit des Aufzeichnungsmaterials der Fall ist, die mit einer Verbesserung der Druckgeschwindigkeit eines herkömmlichen elektrostatisch aufzeichnenden Gerätes neuerer Art einhergeht. Wie aus F i g. 1 hervorgeht, wird im Fall hochschnellen Drückens, wenn nämlich das Aufzeichnungsmaterial 1 mit hoher Geschwindigkeit gedreht (bewegt) wird, die für die Entwicklung zur Verfugung stehende Zeit bei einem Gerät mit begrenzter Kapazität unvermeidlich verkürzt. Wenn die Umfangsgeschwindigkeit des Aufzeichnungsmaterials derart hoch wie beispielsweise 1 m/s ist, wird die Druckschwärzung oder Druckfärbung aufgrund einer unzureichenden Entwicklungszeit verringert. (Im folgenden soll der Ausdruck Druckschwärzung oder Schwärzungsdichte die Ausdrücke Druckfärbung bzw. Färbungsdichte mit umfassen.)

F i g. 5 zeigt eine Darstellung der Beziehung zwischen der Intensität des latenten Bildes, nämlich der Spannungsdifferenz zwischen dem sichtbar zu machenden Bereich und dem nicht sichtbar zu machenden Bereich, der Druckschwärzung nach der Übertragung auf unbeschichtetes Papier und der Menge des haftenden Toners bei einem üblichen elektrostatisch aufzeichnenden Gerät. Wie man aus dieser Darstellung sieht, wird die Druckschwärzung bestimmt durch die Intensität des latenten Bildes und die Menge des Toners, der pro Zeiteinheit am latenten Bild haftet.

Bei der Erfindung ist gemäß Fig. 6 in der Entwicklungszone eine Entwicklungselektrode 5 neben dem Aufzeichnungsmaterial 1 (Fig. 1), auf dem ein latentes Bild erzeugt worden ist, angeordnet Eine elektrische Spannung V_fl mit einer Polarität gleich der der Ladungen, die bereits auf die Oberfläche des Aufzeichnungsmaterial aufgebracht worden sind, und mit einem Be trag, der etwas niedriger als derjenige der Spannung Vs dieser Oberflächenladungen ist wird an die Entwicklungselektrode 5 angelegt Als Folge davon werden die elektrischen Feldlinien von der Entwicklungselektrode intensiver auf den von Ladung befreiten und sichtbar zu machenden Bereich konzentriert als in dem Fall, in welchem überhaupt keine Entwicklungselektrode verwendet v\ ird. wie es in F i g. 6(a) gezeigt ist, und die Intensität des den Toner anziehenden elektrischen Feldes wird merklich verbessert. Wenn in diesem Zustand Toner 4 der gleichen Polarität, wie sie die bereits aufgebrachten Ladungen des nicht sichtbar zu machenden Bereichs aufweisen, zwischen die Entwicklungselektrode und das Aufzeichnungsmaterial gebracht wird, haftet der Toner aufgrund der Wirkung des genannten elektrischen Feldes an der Oberfläche des Aufzeichnunirsmatcrials in dem Bereich, von dem Ladung entfernt worden ist und der sichtbar gemacht werden soll, und damit wird ein sichtbares Bild erzeugt. Wählt man diese l.aienthildcrzeugungsverfahren, bei dem Ladungen von den sichtbar zu machenden Bereichen entfernt werden, kanu die Menge des haftenden Toners durch die der Entwicklungselektrode 5 zugeführte Spannung V» gesteuert werden. Folglich wird es möglich, die wegen der Verbesserung der Druckgeschwindigkeit durch Verringerung der Menge des haftenden Toners verursachte Reduzierung der Druckschwärzung zu kompensieren.

Ferner kann ein unnötiges Haften von Toner am nicht sichtbar zu machenden Bereich bei diesem Verführen der Erzeugung eines latenten Bildes durch Ladungsauslöschung verhindert werden: deshalb kann man Drucke mit gutem Kontrast und frei von Hintergrundverschmutzung erhalten. Der Grund ist folgender: Wenn die Beziehung |Vi| > |V«| aufrechterhalten wird (Fig.6(B), dann hat das elektrische Feld 15 im nicht sichtbar zu machenden Bereich eine Polarität, die der im sichtbar zu machenden Bereich entgegengesetzt ist. und der Toner wird vom nicht sichtbar zu machenden Bereich abgestoßen und kann in diesem nicht sichtbaren Bereich nicht haften.

Wie bereits erwähnt, kann beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung elektrostatischer latenter Bilder eine auf einer Verbesserung der Aufzeichnungsgeschwindigkeit beruhende Reduzierung der Druck-Schwärzung aufgrund einer Verringerung der Menge des haftenden Toners wirksam kompensiert werden. Experimentelle Ergebnisse, die diese Tatsache zeigen, sind in den Kurven der F i g. 7 und 8 dargestellt.
Die Darstellung der Fig. 7 zeigt die Beziehung zwisehen der Bewegungsgeschwindigkeit des Aufzeichnungsmatertals und der Druckschwärzung, die beobachtet wird, wenn die an der Entwicklungselektrode liegende Spannung relativ niedrig ist (V_ß= 100 V). Wie diese Darstellung zeigt, verringert sich die Druckschwärzung merklich mit einer Verbesserung der Bewegungsgeschwindigkeit des Aufzeichnungsmaterials. Die Darstellung der F i g. 8 zeigt die Beziehung zwischen der an die Entwicklungselektrode angelegten Spannung und der Druckschwärzung. Wl-. die Darstellung der F i g. 8 zeigt.

kann die Druckschwärzung durch Erhöhung der an die Entwicklungselektrode angelegten Spannung V/,· leicht erhöht werden. Beim elektrostatischen Übertragungsgerät gemäß vorliegender Erfindung ist es sehr leicht, eine praktisch anwendbare Druckschwärzung von wenigstens 0,7 zu erhalten.

Es wird F i g. 3 betrachtet. Wenn es in dem Fall, in dem der Bereich, bei dem es sich nicht um den sichtbar zu machenden Latentbildbereich 13 handelt, auf einer hohen Spannung (+ Vs) gehalten wird, der Latentbildbereich 13 auf einer niedrigen Spannung (Null Volt) gehalten wird und ein Toner, der die gleiche Polarität wie die hohe Spannung (+ Vs) aufweist, auf den Latentbildbereich 13 aufgebracht wird, beabsichtigt ist. einen Zustand zu erhalten, in dem Toner nicht aufgebracht werden kann, nämlich einen Zustand, in dem eine Entwicklung unmöglich ist. kann dies leicht erreicht werden, indem die in F i g. 6 gezeigte Entwicklungsvorspannung (+ V_n) auf im wesentlichen Null (0 Volt) gebracht wird: und wenn es beabsichtigt ist ein Haften des Toners zu erlauben, kann dies bewirkt werden, indem die Entwicklungsvorspannung (Vb) auf einen Wert gebracht wird, der höher als OVoIt jedoch etwas niedriger als + Vs ist.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrostatisches Druckverfahren mit folgenden Schritten:

Auf wenigstens einem Teil einer Isolierschichtoberfläche eines Aufzeichnungsmaterials (1). das einen leitenden Träger (la) und darauf die Isolierschicht (Xh) besitzt, werden gleichmäßig elektrische Ladungen der einen Polarität aufgebracht,
mittels im Abstand von der Isolierschichtoberfläche gehaltenen Schreibelektroden (3) werden die elektrischen Ladungen auf der Isolierschichtoberfläche zur Bildung eines dem zu druckenden Muster entsprechenden elektrostatischen, latenten Bildes selektiv verringert oder entfernt
das elektrostatische, latente Bild auf der Isolierschichtoberfläche wird durch Aufbringen eines Toners, der elektrostatische Ladungen der anderen Polarität trägt, in ein durch auf der Isolierschichtoberfläche haftenden Toner sichtbares Tonerbild entwikkelt und

das Tonerbild wird auf ein Aufzeichnungspapier übertragen und das übertragene Tonerbild fixiert,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schreibelektroden (3) zur Bildung des elektrostatischen, latenten Bildes mit einer elektrischen Spannung der anderen Polarität beaufschlagt werden und

daß zur Entwicklung des elektrostatischen, latenten Bildes zu dem sichtbaren Tonerbild eine der Isolierschichtoberfläche gegenüberstehende Entwicklungselektrode (5), in deren elektrischem Feld der Toner der Isolierschichtoberfläche zugeführt wird, mit einer elektrischen Spannung der einen Polarität beaufschlagt wird

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schreibelektroden (3) Nadelelektroden verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklungselektrode mit einer Spannung beaufschlagt wird, die kleiner als die durch die Aufladung der Isolierschichtoberfläche entstandene Spannung ist.