DE2460696C2

DE2460696C2 - Elektrostatische Kopiervorrichtung

Info

Publication number: DE2460696C2
Application number: DE2460696A
Authority: DE
Inventors: William Raymond Lincoln Mass. Buchan; James Edward Chelmsford Mass. Genthe; Edward Francis Acton Mass. Mayer; Robert Allison Nashua N.H. Moore
Original assignee: Itek Corp
Current assignee: Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Priority date: 1974-01-02
Filing date: 1974-12-20
Publication date: 1985-05-15
Also published as: JPS5836341B2; AR215415A1; DK638674A; IT1028129B; FR2256453A1; JPS50107936A; CH583927A5; AU7643374A; CA1034183A; SE401957B; DD117545A5; DE2460696A1; US3923392A; CS209845B2; BR7410922D0; GB1494218A; NL7416763A; BE824059A; FR2256453B1; PL99375B1

Description

a) der Kaskadenentwickler (50) weist eine Entwicklerelektrode (57) auf, die im engen Abstand von der Trommel (10) angeordnet ist und eine aufgeräumte sowie Vorsprünge bildende Oberfläche hat, die der Trommel (10) zugewandt ist,

b) eine Strahlungsheizeinrichtung (80) erhitzt das Tonerbild auf dem Übertragungsband (61) vor der Übertragung auf den Bildträger (72) und

c) der Berührungsbereich zwischen dem Bildträger (72) und dem Übertr^gungsband (61) ist während und nach der Übertragung zur Abführung von Wärme von der Kopiervorrichtung über das Übertragungsband (61) zum Bildträger (72) relativ lang bemessen.

2. Elektrostatische Kopien/? /richtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsband (61) relativ dünn, m Silikon versehen und elastomer ist und eine unter etwa 3.1 χ 10³ cal/ cm²/" C liegende Wärmekapazität hat.

3. Elektrostatische Kopiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsband (16) aus Siükonkautschuk oder Fluorelastomeren besteht.

Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Kopiervorrichtung gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus Dc-OS 18 11 893 ist eine elektrostatische Kopiervorrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Hierbei wird das Papier als Bildträger mittels einer Erwärmungseinrichtung erwärmt, bevor es in der Übertragungszone in Berührung mit dem Tonerbild kommt. Bei einer solchen Erwärmung entstehen beträchtliche Übertragungsverluste, die zu einer ineffizientsn Wärmeausnutzung führen, so daß keine energiesparende Betriebsweise möglich ist. Alternativ wird das Tonerbild auf dem Zwischenträgerband zusammen mit dem Papier erwärmt, währenddem diese in Berührung miteinander in der Wärmeübertragungsstation sind. Auch hierbei sind durch das Aufheizen des Papiers bedingte Wärmeverluste vermeidbar, in der Wärmeübertragungsstation wird Wärme sowohl zum Tonerbild .als auch zum Papier übertragen, so daß bei einer solchen Aufheizungsweise die Kopiervorrichtung hinsichtlich des Wärmehaushalts insgesamt gesehen und durch diese Führungsweise des Bildträgers sogar noch aufgewärmt wird. Daher sind entsprechende Kühlaggregate, wie Lüfter, vorgesehen, deren Leistungsverbrauch zu einer insgesamt gesehen ineffektiven Arbeitsweise führt. Da das Papier wesentlich mehr Wärme aufnimmt als dies zum Erschmelzen des Toners erforderlich ist, leidet hierunter auch die Bildqualität, zumal keine Maßnahmen angegeben sind, die die Aufnahme von Toner auf den Hintergrundteilen des latenten Ladungsbildes verhindern können.

Aus US-PS 36 48 61J ist ein Arbeitsprinzip einer elektrostatischen Kopiervorrichtung bekannt, bei dem kein

ίο Übertragungsband oder eine ähnliche Einrichtung vorgesehen ist. In dieser Druckschrift ist lediglich die Entwicklerelektrode beschrieben.

Aus DE-OS 15 22 709 ist eine Tonerschmelzvorrichtung zum Fixieren des entwickelten Pulverbildes besannt, bei der ein Zwischenübertragungsband vorgesehen ist, auf das das entwickelte Bild übertragen wird und von dem das entwickelte Bild auf ein Papierblatt nach einer haftenden Anschmelzung übergeben wird. Zu dieser haftenden Anschmelzung des Bildes wird das Bild auf einer Seite des Bandes zwischen Heizelementen und auf der anderen Seite zwischen reflektierenden Oberflächen durchgeführt, um Wärme auf beiden Seiten der Pulverbildschicht zuzuführen. Bei einer solchen Auslegung sind nur relativ niedrige Kopiergeschwindigkeiten möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrostatische Kopiervorrichtung derart weiterzuentwikkeln, daß eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit bei guter Wiedergabequalität gewährleistet wird.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe mit der im Anspruch 1 angegebenen Merkmalskombination gelöst.

Bei der elektrostatischen Kopiervorrichtung nach der

Erfindung erfolgt ein Zusammenwirken dahingehend, daß ein belichtetes elektrostatisches Bild auf eine lichtempfindliche drehbare Trommel mit Hilfe eines äußerst effizient arbeitenden Kaskadenentwicklers auf ein elastomeres Übertragungsband übertragen wird, mittels dem das entwickelte Tonerbild von der Trommeloberfläche abgenommen wird. Im Anschluß daran wird mittels der Strahlungsheizvorricntung das Tonerbild auf dem Übertragungsband erhitzt. Diese Erwärmung erfolgt vor der Berührungsstelle von Übertragungsband und Bildträger, der im vorliegenden Fall Papier ist. Dies bedeutet, daß das Papier erst nach der Erwärmung des

Tonerbilds auf dem Übertragungsband mit Hilfe der Strahlungsheizeinrichtung in Berührung mit dem erwärmten Tonerbild auf dem Übertragungsband gebracht wird, so daß das Bild auf das Papier übertragen und dort fixiert wird Ferner ist bei der erfindungsgemä-Ben Kombination während und nach der Übertragung eine so ausreichend groß bemessene Berührungsbereichszone zwischen dem Bildträger und dem Übertragungsband vorhanden, daß Wärme zu dem Papier übertragen und daher von der Kopiervorrichtung insgesamt abgeführt wird. Somit ermöglicht die Erfindung trotz der Verwendung eines Übertragungsbandes und eines hierdurch ermöglichten kompakten Aufbaus die Herstellung qualitativ hochwertiger Kopien, deren Hintergrund extrem frei von Nebeneflekten ist. Der Ka«.kadenentwic'der ist hierbei so ausgebildet, daß er in unmittelbarer Nähe der Trommeloberfläche Aufrauhungen 'hat, die von Vorsprüngen gebildet werden, zwischen denen Vertiefungen vorhanden sind. Durch diese Vertiefungen kann die Entwicklerdichte erhöht werden und insbesondere wird die Radialgeschwindigkeii des Entwicklers vergrößert. Diese erhöhte Dichte führt zu sauberen Hintergrundsbereichen, da sich die Tonerteilchen nicht ohne größere Krafteinwirkungen aus den eng ge

packten und mit Toner gefüllten Vertiefungen herauslösen lassen. Daher sind sehr starke elektrostatische Kräfte hierbei erforderlich, mittels denen die Tonerteilchen aus den Vertiefungen herausgezogen werden. Jene starken elektrostatischen Kräfte treten aber im elektrostatischen Bildbereich und nicht in den Hintergrundsbereichen auf. Da das Tonerbild mittels Strahlung auf dem Obertragungsband vor der Übertragung auf das Papier erhitzt wird und das Papier relativ lange in Berührung mit dem Übertragungsband nach der Erhitzung des Tonerbildes auf dem Übertragungsband gehalten wird, erfolgt eüie Wärmeabfuhr von der Kopiervorrichtung zum Bildträger, so daß man mit leistungsschwacheren Kühlgebläsen auskommt, um den Gesamtverbrauch der Kopiervorrichtung günstiger zu gestalten und eine insgesamt bessere Kompaktheit des Geräts zu erhalten.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 wiedergegeben.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung zeig? eine schematische Ansicht einer elektrostatischen Kopiervorrichtung.

Gemäß der Figur besteht eine fptoleitende Trommel 10 üblicherweise aus einem leitenden Metall 11, beispielsweise Aluminium, die mit einer fotoleitenden, isolierenden Schicht 12 als Oberfläche versehen ist die üblicherweise aus glasartigem Selen besteht Die dargestellte Trommel 10 dreht sich in Gegenuhrzeigerrichtung.

In einer Reinigungsstation 20 werden Tonerreste von der fotoleitenden Trommel 10 entfernt bevor jeder Bildwiedergabevorgang beginnt Die Reinigungsstation 20 enthält eine pelzartige Reinigungsbürste 21, die an einem verschiebbaren Element 22 angebracht ist, so daß die Bürste außer Anlage gebracht werden kann.

An der Oberfläche der Trommel 10 wird eine gleichförmige elektrostatische Ladung mittels einer Korona-Aufladestation 30 aufgebracht; diese enthält ein Koronaelement 31, welches elektrisch mit einer Stromquelle, wie der Batterie 32, und mit Erde verbunden ist.

Die gleichförmig aufgeladene Trommel 10 gelangt dann in die Belichtungsstation 40. Lichtquellen 41 leuchten eine Vorlage 42 aus, welche über eine Abbildungslinse 43 und einen Schlitz 44 auf die Oberfläche der fotoleitenden Trommel 10 abgebildet wird, wobei ein elektrostatisches latentes Bild der Vorlage erzeugt wird. Auch läßt sich eine Ahtastnntik verwenden.

Die dargestellte Kopiervorrichtung ist kompakt ausgelegt, arbeitet jedoch mit hoher Geschwindigkeit. Ihre Größe wird verhältnismi3ig gering gehalten, indem eine fotoleitende Trommel mit kleinem Durchmesser verwendet wiid. Die Trommel kann beispielsweise einen Durchmesser von 12,7 cm aufweisen, der für die Verarbeitung üblicher Vorlagen, beispielsweise von bedruckten Seiten mit einer Größe von 21,2 χ 28 cm erforderlich ist. Da die Trommel klein gehalten wird, muß sie mit verhältnismäßig hoher Drehzahl umlaufen, damit sie Kopien in schneller Folge liefert. Dies bedeutet üblicherweise, daß die Trommel mit einer Geschwindigkeit von etwa 25.4 cm/sec oder mehr umläuft. Wegen der kürzeren Entwicklerzone und der größeren Trommelgeschwindigkeit muß die Entwicklerstation sehr effizient arbeiten.

Ein Kaskadenentwickler 50 weist ein Gehäuse 51 auf, in welchem ein Atff7ugssystem angeordnet ist, welches von einem endlosen Riemen 52 mit daran befestigten Eimern 53 gebildet wiifo Elektrostatischer Entwickler wird aus einem Vorratsbereich 54 in den Eimern 53 an eine Stelle im oberen Abschnitt der Trommel 10 gefördert und fällt dann mittels einer Zuführanordnung 55 über die Tiommelfläche. Während der Entwickler über die Trommel 10 fällt, trennen sich Tonerteilchen von den Trägerteilchen und werden an der Trommelfläche entsprechend dem darauf befindlichen latenten elektrostatischen Bild aufgebracht, womit ein sichtbares Tonerbild entsteht Überschüssiger Entwickler wird durch eine Führung 56 zurück zum Vorratsbereich 54 geführt

ίο Die unter Spannung stehende Entwicklerelektrode 57 besitzt eine aufgerauhte Oberfläche, die man durch Rändeln ihrer Oberfläche oder durch die Bildung von Vorsprüngen auf derselben erhält Diese aufgerauhte Oberfläche stört den normalen Entwicklerfluß und bewirkt eine erhöhte Radialgeschwindigkeit des Toners durch die Entwicklungsstation, um dabei einen verbesserten Entwicklerwirkungsgrad zu erzielen.

Die Übertragungs- und Schmelzzone 60 ist derart ausgebildet, daß die Kopiervorrichtung einen kompakten Aufbad hat und einen ausgezeichneten thermischen Wirkungsgrad aufweist, so daß mau -i-inen kleinen Leistungsbedarf für die Kopiervorrichtung .-rhält und eine gute Wiedergabequalität ohne Hintergrundeinflüsse erhält Ein Übertragungsband 61 eines dazwiscl:engeschalteten Förderers ist als endlose Schleife um Rollen 62,63, ιΛ, 65, 66 und 67 geführt Das Übertragungsband 61 wird durch einen Motor 68 angetrieben, welcher mit der Rolle 67 verbunden ist und diese in Uhrzeigerrichtung antreibt Die Rolle 62 läßt sich mittels einer Zugfeder 69 einstellen, um jeglichen Durchhang auszugleichen, welcher im Übertragungsband 61 durch Maßänderungen hervorgerufen wurde, die sich infolge von Temperaturänderungen oder anderen Gründen ergeben. Die Rolle 62 besteht aus Gummi, welcher elektrisch leitend für Leckströme ist, so daß jegliche unbeabsichtigterweise am Übertragungsband 61 gebildete elektrische Ladungen, beispielsweise funktionsbedingte elektrische Ladungen, die zwischen einer der Rollen und dem Übertragungsband entstehen, abgeleitet werden,

bevor das Übertragungsband in Berührung mit der fotolkenden Trommel 10 kommt.

Die Übertragung erfolgt bei Ti, d. h. an der Stelle, an welcher das Übertragungsband 61 die fotoleitende Trommel 10 berührt. Die Übertragung wire durch die

Übertragungsrolle 70 gesteuert, weiche sich an der Unterseite des Übertragungsbandes 61 befindet, so daß sie durch Einstellung der Spannfeder 71 ein- und auswärts bewegbar ist.

Papier 72 wird von einer Papierrolle 73 zugeführt und mittels Rollen 74 und 75, die mit den Rollen 65 und 66 des Bandförderers zusammenwirken, in Anlage mit dem am Übertragungsband 61 befindlichen Tonerbild gebracht Der Berührungsbereich zwischen dem Übertragungsband 61 und dem Papier ist verhältnismäßig lang

bemessen, so daß das Papier 72 Wärme vom Übtrtragungsband 61 aufnimmt und diese von der Kopiervorrichtung wegführt. Die genaue Länge dieses Berührungsbereiches hängt von vielen Faktoren ab, wie beispielsweise der Geschwindigkeit, mit welcher das Pa-

pier und das Übertragungsband bewegt werden, jedoch sollte der Berührungsbereich ausreichen, damit das Übertragungsband und das Papier für rnindestens 0,5 Sekunden einander berühren.

Dem Tonerbild auf dem Übertragungsband 61 wird mittels einer Strählürigsheteeinrichtung 80 in einstellbarer Weise Wärme zugeführt Die Strahlungsheizeinrichtung 80 besteht aus zwei Lampen 81, die von einer Wärmeabschirmung 82 umgeben sind, weiche in entspre-

chender Weise isoliert ist, sowie von einer verschiebbaren Abschirmung 83. Die verschiebbare Abschirmung 83 läßt sich unmittelbar unter den Lampen 81 ordnen, wenn sich die Kopiervorrichtung in Betriebsbereitschaft befindet, so daß den Lampen 81 nur eine geringere Leistung zugeführt zu werden braucht, während die Kammer auf einer hohen Temperatur gehalten wird. Bei Beginn des Kopiervorganges wird die verschiebbar« Abschirmung 83 nach links bewegt, in welcher Lage die Lampen 81 Wärme an das Übertragungsband 61 abstrahlen, so daß der Kopiervorgang beginnen kann. Da die Kammer während der Betriebsbereitschaft auf erhöhter Temperatur gehalten wird, kann das Kopieren sofort beginnen, obwohl die Lampen noch nicht ihre volle Leistung erreicht haben.

Die Übertragungs- und Schmelzstation 60 ist derart bemessen, daß der bei mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Kopiervorrichtungen erforderliche thermische Wirkungsgrad erreicht «'ird. wplchpr 7ur Vermeidung eines großen Leistungsbedarfs erforderlich ist. Das Obertragungsband 61 besteht beispielsweise aus dünnen Lagen geeigneten Materials, um ein Band mit niedriger Wärmekapazität zu erhalten, d. h. etwa unterhalb 3,1 χ 10-³cal/cm²/°C. Zusätzlich kann die Wärmeabsorption in dem für das Übertragungsbai J 61 verwendeten Material beseitigt oder erheblich vermindert werden, indem das Übertragungsband mit einer dünnen reflektierenden Schicht, etwa aus Aluminium, versehen wird. Die Übertragungsfläche des Übertragungsbandes 61 kann aus vielen Stoffen bestehen; zweckmäßige Werkstoffe sind Siliconkautschuk und gewisse Fluorelastomere. Ein Förderband besteht aus einem Substrat aus Polyimid mit einer Stärke von 0,0127 bis 0,127 mm, welches mit einer reflektierenden Schicht aus Aluminium mit einer Dicke von etwa 300 A und einer Siliconkautschukübertragungsfläche mit einer Dicke von 0,0025 bis 0,25 mm versehen ist

Das Übertragungsband sollte ferner gewisse Oberflächenqualitäten aufweisen, so daß eine wirksame Tonerübertragung möglich wird. Die Oberfläche sollte glatt sein, ein gutes Freigabevermögen besitzen (beispielsweise freie Oberflächenenergie unter 40 Dyn pro cm) und die richtige Härte aufweisen (beispielsweise etwa 3 bis 70 Shore A-Härtegrade).

Die Strahlungsheizeinrichtung 80 trägt ebenfalls zum thermischen Gesamtwirkungsgrad der Kopiervorrichtung bei. Hiermit wird der Toner an der Oberfläche des Übertragungsbands 61 selektiv aufgeheizt Darüber hinaus wird ermöglicht, daß die verschiebbare Abschirmung 83 im Betriebsbereitschaftszustand der Kopiervorrichtung weniger Leistung verbraucht, wobei jedoch Kopien unmittelbar nach dem Einschalten erhalten werden, da die Abschirmung 83 innerhalb der Lampenkammer in ihrem geschlossenen Zustand Wärme speichert

Zum thermischen Wirkungsgrad trägt auch der Papiertransport bei, da das die Kopiervorrichtung verlassende Papier als Wärmesenke wirkt Aus diesem Grund werden Papier und Förderband für eine beträchtliche Zeitspanne, wie erwähnt, in Berührung miteinander gehalten. Neben der Abführung von Wärme von der Kopiervorrichtung wird durch eine derartige längere Berührung auch jegliche im Förderband vorhandene Wärme abgeführt, so daß keine Wärme bei Ti zur fotoleitenden Trommel 10 zurückgeführt wird.

Anstelle des Druckkontakts zur Übertragung bei Tl zwischen dem Übertragungsband 61 und der Trommel 10 läßt sich auch eine elektrostatische Übertragung verwenden, da dann ein schmaler Luftraum vorhanden ist um die fotoleitende Trommel 10 gegenüber jeder Wärmerückführung zu isolieren. Als Strahlungsheizeinrichtung kommen auch beispielsweise Mikrowellenheizeinrichtungen in Betracht, die eine selektive Wärmeübertragung zum Toner sowie den erwähnten Wärmewirkungsgrad im wesentlichen gewährleisten.

Bei der beschriebenen Kopiervorrichtung lassen sich, ausgehend von einer Belichtung, eine Mehrzahl von Kopien erstellen, so daß man. eine mit hoher Geschwindigkeit arbeitende, aber kompakt aufgebaute Kopiervorrichtung erhält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrostatische Kopiervorrichtung mit einer drehbaren Trommel mit einer fotoieitenden, isolierenden Oberfläche, einer Aufladestation, einer Belichtungsstation, einer Entwicklungsstation, in der mittels eines Kaskadenentwicklers geladene Tonerteilchen auf die Trommel aufbringbar sind, einem mit der Trommel in Berührung bringbaren Übertragungsband und mit einem mit dem Übertragungsband in Anlage bringbaren Bildträger, der von mittels einer Papiertransporteinrichtung zugeführtem Papier gebildet wird, und auf den das Tonerbild aufschmelzbar ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: