DE2557905A1 - Elektrophotographisches kopierverfahren - Google Patents
Elektrophotographisches kopierverfahrenInfo
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Description
2557305
. !ng. V/a-f AHftz
Dr. r>tei-T;r r. fc-iorf. 22. Dezember 1975
Dr. HaHo-A. Brauns
Sä, sfieazasaaasir. 28 *
ITEK CORPORATION
10 Maguire Road, Lexington, Mass.,
V.St.A.
Elektrophotographisch.es Kopierverfahren
Die Erfindung betrifft das elektrophotographische Kopieren und insbesondere ein elektrophotographisches Kopierverfahren,
bei -welchem Mehrfach-Kopien ausgehend von dem gleichen elektrostatischen
Bild hergestellt werden können.
Bei üblichen elektrophotographischen Yerfahren wird ein leitender, mit einer photoleitenden Isolierschicht versehener
träger elektrostatisch belichtet, indem zuerst seine Oberfläche
gleiehmässig aufgeladen wird und anschliessend die aufgeladene Oberfläche einem Muster einer aktivierenden elektromagnetischen
Strahlung, wie beispieisliche Licht, ausgesetzt
wird. Das Strahlungsmuster erzeugt selektiv einen Abfluss elektrostatischer Ladungen im belichteten Bereich der
photoleitenden !Fläche, wodurch im nicht-belichteten Bereich
ein latentes elektrostatisches Bild entsteht. Dieses latente elektrostatische Bild kann zur Herstellung eines sichtbaren Bilds
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y c c 7 q η c
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entwickelt werden, indem mit Hilfe einer Vielzahl von Entwicklungsverfahren,
wovon das bekannteste die Kaskadenentwicklung ist, Entwickler auf dem latenten Bild aufgebracht
wird.
Üblicherweise wird jedes latente elektrostatische Bild nur
einmal entwickelt, womit für jeden Ladungs-/Entladungszyklus eine elektrophotographische Kopie erhalten wird. Ferner wurden
bereits Verfahren vorgeschlagen, mit welchem zwar nicht allgemein gearbeitet wird, bei denen ausgehend von jedem
latenten elektrostatischen Bild elektrophotographische Mehrfach-Kopien erhalten werden. Dabei wird üblicherweise
ein elektrostatisches Bild wiederholt durch die Entwicklungs- und Übertragungsstufen geleitet. Hierzu wird .beispielsweise
auf die US-PS 3 685 896 verwiesen. Derartige Verfahren haben
sich jedoch bei den handelsüblichen Geraten im allgemeinen nicht durchgesetzt, da bestimmte Probleme aufgetreten sind, beispielsweise
ein Verlust an Bilddichte bei der zweiten Kopie und den folgenden Kopien.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektro-.
photographischen Mehrfach—Kopien, ausgehend vom gleichen
latenten elektrostatischen Bild. Verluste in der Bilddichte
von nachfolgenden Kopien werden dabei verringert, indem bei den folgenden Entwicklungszyklen das an der Entwicklerzone
angelegte Vorspannungspotential erniedrigt wird.
Dieses Verfahren ist gut zur Verwendung in üblichen elektrophotographisehen
Kopiergeräten geeignet, die mit einer xero— graphischen Trommel und einem Kaskaden-Entwicklersystem ausgestattet
sind, da derartige Kopiergeräte häufig eine Entwicklerelektrode in der Nachbarschaft zur xerographischen
Trommeloberfläche aufweisen. Gewöhnlich wird an der Entwicklerelektrode eine gleichförmige Vorspannung angelegt, um die
gleichmässige Entwicklung und die Eepreduktion von scharfen
Schwärzungsstellen zu verbessern. Daher kann das erfindungs—
gemässe Verfahren eingesetzt werden, indem das an der Entwick-
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2 ς 5 Ί ° O 5
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lerelektrode angelegte Vorspannungspotential bei der Herstellung weitere Kopien, ausgehend vom ursprünglichen elektrostatischen
Bild eine vorgegebene Verringerung erfährt. Beispielsweise kann ein anfängliches Vorspannungspotential von etwa
200 Volt jedes Mal um näherungsweise 10 Volt verringert werden, wenn das elektrostatische Bild auf der photoleitenden
Trommeloberfläche erneut entwickelt wird. Damit würde bei einem mehrfachen Kopiedurchgang die endgültige Vorspannung
bei der 15· Kopie etwa 50 Volt betragen.
Obgleich man erkannt hat, dass bei aufeinanderfolgenden Entwicklungszyklen
eine Spannungsverringerung des elektrostatischen Bildes auftrat, wurde die Ursache des Spannungsverlustes
nicht vollständig verstanden. Zwar könnte man denken, dass der Spannungsverlust eine Folge eines Dunkelabklingens
des Photoleiters war, jedoch scheint es gegenwärtig, dass die Übertragungsstufe einen wichtigeren Faktor darstellt.
Bei der Ausübung der Erfindung v/erden Verringerungen des Vorspannung
spot en ti als dazu ausgenützt, Verringerungen der elektrostatischen
Bildspannung auszugleichen, wodurch nachfolgende Verluste der Kopierdichte, die andernfalls auftreten würden,
verringert oder beseitigt werden. Die Verringerungen des Vorspannungspotentials bewirken keinen begleitenden Anstieg in
der Entwicklungs des Bildhintergrunds.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine el ektrophotogr aphis ehe
Kopiervorrichtung, welche eine Entwicklerelektrode mit einem Vorspannungspotential verwendet, welches ihr in einem üblichen
Kaskaden-Entwicklersystem zugeführt wird,
Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Ausführungsform der Erfindung zur Verringerung der an die Entwicklerelektrode geführten
Vorspannung, wobei die Entwicklerelektrode bei der Herstellung von Mehrfach-Kopien neben der Oberfläche einer
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photoleitenden !Trommel liegt und
Pig. 3 den Verlauf von typischen Potentialwerten für das elektrostatische Bild, den Bildhintergrund und die Vo rspannung
bei einem Mehrfach—Kopiervorgang.
Fig. 1 zeigt eine photoleitende Trommel 10, welche üblicherweise aus einem leitenden Metallsubstrat 11, wie beispielsweise
Aluminium, besteht, welches an seiner Aussenflache mit einem
photoleitenden Isoliermaterial 12, wie beispielsweise glasartiges Selen, überzogen ist. Die Trommel 10 läuft um ihre
Achse um und zwar in Fig. 1 im Gegenuhrzeigersinn.
In einer Reinigungsstation 20 wird restlicher Toner von der
photoleitenden Trommel 10 vor Beginn jeder Belichtungsfolge entfernt. Die Reinigungsstation 20 enthält eine aus Pelz
bestehende Bürste 21, die auf einem gleitbaren Träger 22 angeordnet
ist, so dass sie von der Trommel entfernt werden kann.
An der Oberfläche der Trommel 10 wird mittels einer Korona— Ladungsstation 30 eine elektrostatische Ladung aufgebracht.,
Eine Korona-Elektrode 31 ist elektrisch mit einer Stromquelle,
wie einer Batterie 32j und mit Erde verbunden.
Die gleichförmig aufgeladene Trommel 10 wird anschliessend an der Belichtungsstation 40 vorbeigeführt. Lichtquellen 41
beleuchten die Vorlage 42, welche durch die Abbildungslinse 43 und den Schlitz 44 zur Herstellung eines latenten elektrostatischen
Bildes der Vorlage an der Oberfläche der photoleitenden Trommel 10 abgebildet wird. Selbstverständlich kann
auch eine Abtastoptik verwendet werden.
Die Kaskaden-Entwicklervorrichtung 50 weist ein Gehäuse 51
mit einem Eimerförderersystem auf, welches durch ein endloses Förderband 52 gebildet wird, an dem Eimer 53 befestigt sind.
ElektrostatischerEntwickler wird von einem Vorratsbereich 54
in den Eimern 53 io einen Bereich am oberen Abschnitt der Trom-
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mel 10 gebracht und fällt dann mit Hilfe einer Führung 55
über die Trommeloberfläche. Beim Durchfallen des Entwicklers durch die Entwicklerzone trennen sich die Tonerteilchen von
den Trägerkörnern und lagern sich abhängig von dem auf der Trommel befindlichen elektrostatischen Bild auf dieser ab,
wodurch ein sichtbares Tonerbild erzeugt wird. Verbrauchter Entwickler wird durch eine Führung 56 in den Vorratsbereich
54 zurückgeführt. Die unter Vorspannung stehende Entwicklerelektrode
57 ist mit glatter Oberfläche dargestellt, könnte jedoch auch eine aufgerauhte Oberfläche besitzen, die durch
Kordeln der Fläche oder durch Herstellung von Vorsprüngen in anderer Weise erhalten werden könnte. Eine aufgerauhte Oberfläche
beeinträchtigt das normale Fliessen des Entwicklers und ist besonders wirksam, um die radiale Geschwindigkeit
des Entwicklers durch die Entwicklerzone zwecks Erzielung
eines erhöhten Entwicklerwirkungsgrades zu steigern. Eine ausführlichere Beschreibung einer derartigen gerauhten Elektrode
findet sich in der US-Patentanmeldung 429 616 (1974).
Selbstverständlich könnten auch andere Entwickler verwendet werden, beispielsweise Magnetbürsten, Pelzbürsten, Wirbelbett-Entwickler,
übliche Kaskadensysteme und Kaskadensysterne
mit bewegten Bändern, aufwärts gerichtete Kaskadenentwickler und dgl. Diese Systeme sind dem Fachmann bekannt.
Die Übertragungs- und Schmelzstation 60 enthält einen Zwischenförderer,
dessen Förderband 61 in einer endlosen Schleife um Hollen 62, 63, 64, 65, 66 und 67 gelegt ist. Das Förderband
61 wird beispielsweise durch einen Motor 68 angetrieben,
welcher eine Antriebsrolle 67 im Uhrzeigersinn dreht. Die Rolle 62 kann mittels einer Einstellfeder 69 verstellt werden,
um einen Durchhang aufzunehmen, welcher im Förderband 61 durch Änderung seiner Länge, beispielsweise als Folge von Temperatureinwirkungen,
entstanden ist. Die Holle 62 besteht vorzugsweise ebenfalls aus Hartgummi, welcher elektrisch als Ableiter
wirkt, so dass jegliche elektrische Ladungen , die sich am
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Förderband 6l aufbauen, wie beispielsweise zwischen dem
Förderband und den Rollen aufgebaute reibungselektrische Ladungen, auf natürliche Weise abgeleitet werden, bevor
das Förderband in Berührung mit der photoleitenden Trommel 10 gelangt.
Die Bildübertragung erfolgt bei T^, d. h. an der Stelle, an
welcher das Förderband 61 in Anlage mit der photoleitenden Trommel 10 gelangt. Die Bildübertragung wird durch eine
Übertragungsrolle 70 gesteuert, welche an der Unterseite
des Förderbands 61 derart anliegt, dass sie das Förderband mittels Einstellung der Spannfeder 71 in und ausser Anlage
mit der Trommel 10 bringen kann. Papier 72 wird von einer
Vorratsrolle 73 entnommen und mittels Rollen 74· und 75» die
mit den Förderbandrollen 65 und 66 zusammenwirken, in Anlage
an das Förderband 61 gebracht.
Dem am Förderband 61 angeordneten Tonerbild wird mittels eines Strahlungserhitzers 80 Wärme zugeführt. Der Strahlungserhitzer 80 besteht aus zwei Heizlampen 81, welche von einer
isolierten Abschirmung 82 umgeben sind und einer beweglichen Abschirmung 83· Die bewegliche Abschirmung 83 kann unmittelbar
unter den Heizlampen 81 angeordnet werden, wenn sich die Kopiervorrichtung
in Wartestellung befindet, so dass den Heizlampen 81 eine geringere Leistung zugeführt wird, während die
Kammer auf einer hohen Temperatur gehalten wird. Bei Beginn des Kopiervorgangs wird die gleitbar angeordnete Abschirmung
nach links bewegt, in v/elcher Stellung die Lampen 81 Wärme an das Förderband 61 abstrahlen, so dass der Kopiervorgang
beginnen kann.
Das Förderband 61 sollte gewisse Oberflächeneigenschaften besitzen,
damit eine wirksame Tonerübertragung ermöglicht wird. Die Oberfläche sollte glatt sein, ein gutes Abgabevermögen
besitzen (beispielsweise sollte die freie Oberflächenenergie unter 4Ό 10"^ IS je cm betragen) und die richtige
Härte besitzen (beispielsweise eine Shore Α-Härte zwischen
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etwa 3 und 70).
Die beschriebene Kopiervorrichtung kann im Mehrfach-Kopierbetrieb
arbeiten, wobei Mehrfach-Kopien ausgehend von einer Trommelbelichtung hergestellt werden. Dies lässt sich mit
Hilfe des folgenden Maschinenzykluses erreichen: Die Pelzbürste 21 gelangt in Berührung mit der Trommel 10, um
frühere Bilder zu entfernen und wird dann abgehoben; die Trommel 10 wird gleichförmig mittels der Koronaelektrode 31
aufgeladen; die aufgeladene Trommel 10 wird in der Abbildungsstation 40 zur Herstellung eines elektrostatischen Bildes auf
derselben belichtet; das elektrostatische Bild wird im Kaskaden-Entwickler 50 entwickelt und Teil des erhaltenen
Tonerbildes wird auf das Förderband 61 und anschliessend auf das Papier 72 übertragen, worauf die Korona-Elektrode 31 und
die Abbildungsstation 40 abgeschaltet werden und das verbleibende
elektrostatische Bild, welches auch einigen nicht übertragenen Toner enthalten kann, durch den Entwickler 50
rezirkuliert wird; die Pelzbürste 21 bleibt in abgehobener Stellung, das Förderband 61 bleibt in Druckanlage an der
Trommel 10 zwecks Aufnahme eines zweiten Tonerbildes von der Trommel 10, das anschliessend übertragen und auf dem Papier
72 zur Herstellung einer zweiten elektrophotographischen Kopie, ausgehend von dem gleichen elektrostatischen Bild, aufgeschmolzen
wird. Werden mehr Kopien,ausgehend vom gleichen elektrostatischen Bild gewünscht, so wird das elektrostatische
Bild durch die Entwickler- und Übertragungsstufe wiederholt rezirkuliert, bis die gewünschte Kopienanzahl erhalten wurde.
Wie bereits erwähnt wurde, tritt jedoch während einer solchen Rezirkulierung durch die Entwickler- und Bildübertragerstufe
ein Verlust an elektrostatischem Bildpotential auf, und zwar insbesondere während des Übertragungsvorgangs.
In Fig. 2 sind die photoleitende Trommel 10, die Entwicklerelektrode
57 und die Korona-Elektrode 31 zusammen mit Steuereinrichtungen
und Schaltkreisen zur Erzielung einer selbsttätigen Verringerung der Vorspannung an der Entwickler-Elektrode
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2
57 während aufeinanderfolgender erneuter Entwicklungszyklen
zwecks Ausgleich des elektrostatischen Bildpotentialabfalls
dargestellt. Die Vorspannungssteuerung 100, welche ein schrittweise verstellbares Potentiometer enthalten kann, besitzt einen
Wähler für die Anfangsspannung (Anzeigeinstrument 101), einen V/ähler für die Spannungsverringerung (Anzeigeinstrument 102) und
einen Zykluswähler (Anzeigeinstrument 103). Beispielsweise würde das Instrument 101 auf 200 Volt, das Instrument 102 auf 10 Volt
und das Instrument 103 auf 1 eingestellt; damit würde ein anfängliches Entwicklerpotential von +200 Volt und eine Spannungsverringerung
von 10 Volt für jeden neuen Entwicklerzyklus erhalten. Als Alternative könnte die Vorspannungssteuerung 100 so eingestellt
werden, dass das Entwicklerpotential bei jeder erneuten Entwicklung um 20 Volt abfällt, indem der der Anzeige 102 entsprechen
de Wähler auf 20 und der der Anzeige 103 zugeordnete Wähler auf 2 eingestellt wird. Selbstverständlich könnten
kompliziertere Steuerungen dazu verwendet werden, um unterschiedliche Spannungsabfälle für nachfolgende Zyklen zu erhalten,
beispielsweise einen Spannungsabfall von 20 Volt für die ersten fünf Entwicklerzyklen, worauf sich ein Spannungsabfall
von 10 Volt für die nächsten fünf Zyklen anschliesst, während für die restlichen Zyklen kein Spannungsabfall auf- l
tritt. Der Fachmann kann an eine grosse Vielfalt von Permutationen
und Kombinationen zwischen Spannungsabfällen und folgenden Entwicklerzyklen denken, die im Rahinen der Erfindung
liegen. Die Vorspannungssteuerung ist ferner an ein Steuergerät 110 für den Trommelzyklus angeschlossen, welcher seinerseits
mit einer Korona-Elektrodenbestätigungseinrichtung 120 verbunden ist.Die Koronaelektrode 31 wird selbstverständlich
während der Wiederholungs-Entwicklungszyklen des elektrostatischen Bildes nicht betätigt. Die Steuerkreise dienen
ferner dazu, die Eeinigungsbürste anzuwenden bzw. abzuheben. Bei Entstehung eines neuen elektrostatischen latenten Bildes
setzt die Vorspannungssteuerung 100 das Vorspannungspotential ' auf einen Ausgangswert zurück und verringert selbsttätig die
angewandte Spannung, um einen vorgegebenen Betrag für die folgenden Entwicklungszyklen des gleichen elektrostatischen
Bildes.
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Es wird darauf hingewiesen, dass vorzugsweise die Vorspannung
oberhalb eines bestimmten Mindestwertes gehalten wird, um eine Entwicklung von Hintergrundabschnitten im latenten elektrostatischen
Bild zu vermeiden. Bei Verwendung einer Druckübertragung gemäss Fig. 1 ist es möglich, für die Trommel 10 und
die Übertragungselemente 61 Werkstoffe zu wählen, welche keinen Abfall des Potentials in Hintergrundabschnitten auf
einen sehr niedrigen Wert und manchmal sogar auf negative Werte veranlassen. Derartige Systeme sind besonders bevorzugt,
weil das Entwicklerpotential stärker verringert werden kann als bei Systemen, in denen das Hintergrundpotential nicht
merklich abfällt. Es ist besonders bevorzugt, einen durch ein Förderband gebildeten Zwischenförderer zu verwenden, welcher
eine elastomere Oberfläche mit einer HSrte zwischen 3 uncl
70 aufweist, sowie eine freie Oberflächenenergie unterhalb von etwa 40 10 ^ Ή je cm und eine Wärmekapazität unterhalb
etwa 0,013 J/cm / C. Derartige Bänder sind im einzelnen in
der US-Patentanmeldung 303 168 (1972) beschrieben.
Der Zusammenhang zwischen Spannungsabfall im elektrostatischen Bild, Hintergrundpotential und Vorspannung wird unter
Bezugnahme auf Pig. 3 weiter verdeutlicht. Pig. 3 zeigt einen üblichen Spannungsabfall, welcher bei Herstellung von Mehrfach-Kopien
auftreten könnte, beispielsweise bei der Herstellung von 15 Kopien, ausgehend von einem latenten elektrostatischen
Bild. Dabei könnte ein Kopiergerät im wesentlichen gemäss Pig. 1 verwendet werden. Das elektrostatische Bild besitzt
ein Ansgangspotential von 600 Volt, während die. Hintergrundabschnitte eine anfängliche Hint ergrund spannung von etwa
70 Volt besitzen. An die Entwickler-Elektrode wird eine Vorspannung von etwa 200 Volt gelegt. Die Spannung sowohl des
elektrostatischen latenten Bildes wie auch der Hintergrundabschnitte fällt während der Herstellung der Kopie merklich ab.
Zur Aufrechterhaltung der Bilddichte wird die Vorspannung der Entwickler-Elektrode bei gedem erneuten Entwicklerzyklus um
10 Volt abgesenkt, so dass am Ende des Kopiervorgangs ein Potential von 60 Volt erhalten wird. Am Ende des Durchlaufs der
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fünfzehn Kopien ist die Spannung im latenten Bild etwa 325 Volt, während die Hintergrundspannung auf Null Volt
abgesunken ist.
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Claims (8)
1.) Elektrophotographiseh.es Kopierverfahren, bei welchem ein
elektrostatisches Bild auf einer Isolierfläche erzeugt und dieses mittels Toner zur Herstellung eines ersten
Tonerbildes auf der Isolierfläche entwickelt wird, indem das elektrostatische Bild durch eine Entwickler enthaltende
Entwicklerzone geleitet wird, während an der Entwicklerzone eine Vorspannung liegt, wobei Toner von dem ersten
Tonerbild auf eine Trägerfläche zur Herstellung einer ersten Kopie übertragen wird und eine erneute Entwicklung
des elektrostatischen Bildes mit Toner durch Rezirkulieren
desselben durch die Entwicklerzone erfolgt und das erneut entwickelte Tonerbild auf eine Trägerfläche zur
Herstellung folgender Kopien, ausgehend vom genannten elektrostatischen Bild übertragen wird, dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorspannung der Entwicklerzone während aufeinanderfolgender Zyklen des elektrostatischen Bildes
durch die Entwicklerzone verringert wird, um folgende
elektrophotographische Kopien mit· guter Bilddichte zu
erzeugen»
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Isolierfläche eine xerographysehe Trommel verwendet
wird, die aus einem leitenden Substrat mit einer aufgebrachten photoleitenden Isolierfläche besteht.
3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Isolierfläche aus glasartigem Selen besteht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass der genannte Entwicklerzyklus wie auch die erneuten Entwicklerzyklen durch Herabströmen
von Entwickler durch die Entwickler zone erzielt werden.
-Tl-
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-) ι; c: 7 Q η R
^ ^ ° ' 'J J °
5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Übertragung sowohl des ersten Tonerbildes wie auch der nachfolgend entwickelten Tonerbilder
durch Berührung der auf der Isolierfläche vorhandenen Tonerbilder mittels eines Zwischenträgerelements
erfolgt, wodurch die Tonerbilder von der photoleitenden Isolierfläche auf das Zwischenträgerelement
und anschliessend die Tonerbilder vom Zwischenträgerelement auf die Kopienträger übertragen
werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
das Zwischenträgerelement eine elastomere Oberfläche mit
einer Härte zwischen etwa 3 bis etwa 70 (Shore A) aufweist,
sowie eine freie Oberflächenenergie von unterhalb etwa 40 ΛΟΓ^ N/cm und eine Wärmekapazität unterhalb etwa
0,013 J/cm /0C, so dass zumindestens ein Teil des Tonerbildes
auf die Fläche des Zwischenträgerelements übertragen wird.
7- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
der auf die Oberfläche des Zwischenträgerelements übertragene Toner mittels Strahlungswärme mindestens auf seinen
Schmelzpunkt erhitzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7) dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorspannung bei Jedem erneuten Entwicklungszyklus um mindestens 10 Volt erniedrigt wird.
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ORIGINAL INSPECTED
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