EP0988579B1 - Vorrichtung und verfahren zum einfärben eines ladungsbildes über eine tonersprüheinrichtung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum einfärben eines ladungsbildes über eine tonersprüheinrichtung Download PDF

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EP0988579B1
EP0988579B1 EP98928271A EP98928271A EP0988579B1 EP 0988579 B1 EP0988579 B1 EP 0988579B1 EP 98928271 A EP98928271 A EP 98928271A EP 98928271 A EP98928271 A EP 98928271A EP 0988579 B1 EP0988579 B1 EP 0988579B1
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EP
European Patent Office
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toner
charge
region
acceptance
application element
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Expired - Lifetime
Application number
EP98928271A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0988579A1 (de
Inventor
Jean-Philippe Hulin
Manfred MÜNZ
Martin Schleusener
Manfred Wiedemer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
Original Assignee
Oce Printing Systems GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Oce Printing Systems GmbH and Co KG filed Critical Oce Printing Systems GmbH and Co KG
Publication of EP0988579A1 publication Critical patent/EP0988579A1/de
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/06—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing
    • G03G15/08—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing using a solid developer, e.g. powder developer

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for Coloring a charge image using a toner spraying device for electrographic printing or copying machines with high Image carrier speed.
  • the known two-component magnetic brush systems work with a mixture of toner particles and ferromagnetic Carrier particles that charge each other triboelectrically.
  • the soft magnetic carrier particles form in one Magnetic field from a brush, which is in direct contact with the charge pattern - e.g. B. on a photoconductor - brought becomes.
  • the charged toner particles are made according to the Distribution of the electric field and the toner charge the magnetic brush out on the surface of the charge-bearing Element deposited.
  • To develop an image To achieve high quality, the toner particles have to be very be homogeneously charged and the partially conductive brush do not discharge the photoconductor in contact. These conditions are especially at high development speed and high toner throughput is very difficult to achieve.
  • Conductive one-component magnetic brush systems work without a carrier material.
  • the toner particles themselves contain one ferromagnetic component.
  • the toner particles form in Magnetic field from a brush structure, at the ends of each charged toner particles. Charging the Toner particles are transported by charge from the carrier roller starting from one toner particle to another.
  • the ferromagnetic Material component the color rendering suitability of these toners noticeably restricted.
  • the coloring power often limited by the fact that because of the Conductivity of the particle brush only the last one Particles deposited and particles too weakly charged again be picked.
  • the conductivity of the Toner particles transferring from the photoconductor to the final image carrier to another subcarrier on restrictions - especially with electrostatic toner transfer.
  • toner When developing with insulating non-magnetic one-component toner out of a toner air fluid like it out EP 04 94 454B1, toner is in a homogeneous Air flow fluidized and in this fluid by a Corona discharge charged. The charged toner is on a conductive roller deposited on it by electrostatic Powers is liable. The toner can be removed from the roller surface on a surface with a charge pattern corresponding to the local electrical field distribution on this surface jump and thus develop an image-like toner image. Between the above Roller and the one carrying the charge pattern Surface can be inserted one or more additional rollers to the toner particles with the correct charge polarity and the sufficient charge amount from the less or charged toner particles with the wrong polarity separate. In this process of development is the attainable Image quality in terms of uniformity of the color distribution as well as physically in terms of detail limited. In addition, additional efforts for stabilization arise of the fluid, the stability of which is due to the electrical Interactions with the duration of function decreases.
  • fine toner particles are in dispersed in a carrier liquid in which they face each other the particle environment in the liquid electrostatically charge.
  • the developer liquid is usually in Contact with the surface of the charge-bearing element (e.g. photoconductor).
  • the charged toner particles migrate in the direction caused by the electric field and the toner charge is predetermined.
  • the "wet" toner image will then transferred to the final image carrier (mostly paper).
  • the residual liquid escapes from the toner image (Final image carrier) into the ambient air. This is a significant one Disadvantage if the liquid is an organic solvent, used as a carrier liquid like the others Isopare, is.
  • Liquid toner systems are also known where a highly concentrated solution of uploaded particles under the action of an electric field from one Application roller surface on those areas of the Charge-bearing element jumps into which the electrostatic Force vector, which consists of the field vector and the Toner charge is formed in the liquid.
  • These systems So far have also the disadvantage that organic solvents can be used as carrier liquids.
  • the device contains two as Charging device for the brushes serving the toner with deflectable Bristles that mechanically charge the charged toner particles hurling against a developer roller such that forms a toner layer on the peripheral surface thereof.
  • the one on the Developer roller sticking toner is then in the range of one Developer nip, where, after overcoming the Developer gap the latent charge image on the record carrier stains.
  • the object of the invention is therefore a device and a Process for developing a charge image with little interference at high image carrier speed in a print or To provide copier.
  • This task is performed according to the characteristics of the first and thirteenth Claim resolved.
  • the z. B. can be a roller, a produces uniform, homogeneous toner layer. After that, this one Depending on the charge pattern, the toner layer is at a close distance transferred carrier medium and that by the individual toner particles skip the developer gap and so color the charge image on the carrier medium.
  • Toner spray devices can be used in the invention come as they are known from powder coating systems.
  • powder coating guns are, for example in U.S. Patent 5,482,214 and U.S. Patent 4802625.
  • An electrophotographic high-performance printing system not shown here in detail with a printing performance of more than 200 pages / min. comprises one or more of the developing devices shown in FIG. 1. These development devices are used to color a latent charge image on a carrier medium 10 with the aid of a character generator.
  • the carrier medium 10 can be a photoconductor drum, ie a metallic body with a photoconductive surface, for example made of As 2 Se 3 or - as shown here - an OPC photoconductor tape.
  • the photoconductor or the carrier medium 10 is first charged to - 500 V and then discharged to -50 V with the help of the character generator.
  • the carrier medium 10 is located at approximately - 500 V, in the region of the toner image at - 50 V. It is also possible, however, to first charge the carrier medium to + 500 V and then depending on the character + 50 V to discharge.
  • the toner image is colored with the help of the one shown Developer device using one-component toner or also of two-component toner, the toner particles from about 10 ⁇ m in size on any resin basis such as polystyrene or polyester and in the case of two-component toner electromagnetic carrier particles.
  • the toner particles are deposited on the photoconductor depending on the charge pattern. You will be in a transfer station after the development process transferred to paper in the usual way and then e.g. in a thermal pressure fixing device.
  • the developing device includes a toner sprayer 11, which is analogous to a powder coating device can be built.
  • powder coating devices are for example from US 5482214 and US 4802625 known. They generally consist of a feed pipe 12 with a nozzle 13 shown in FIG. 2, which in an electrode 14 in the form of a corona charging device in its mouth region having.
  • the toner spraying device 11 With the toner spraying device 11 a mixture stream is generated from a toner-air mixture, which has toner particles with a defined toner charge.
  • the toner spray device in the pump system as in a known powder coating device Toner dispersed in air and this mixture flow over the Feed pipe 12 fed to the nozzle 13 and so a directed Spray jet generated.
  • the electrode 14 is supplied with a voltage of +5 or - 5 KV or greater and sprayed charges onto the toner particles, which then have a toner charge of preferably ⁇ 10 ⁇ C / g to ⁇ 30 ⁇ C / g.
  • the electrode acting as a corona discharge device can be in the mixture flow or in the immediate vicinity of the mixture flow 15 may be arranged. It loads the toner particles in a defined manner on.
  • the toner application efficiency is defined as the ratio of the receiving surface (application element 16) deposited Mass flow (toner) to that transported in the air flow Mass flow (toner).
  • an application element 16 arranged in the area of the mixture flow 15 .
  • it consists of a Metal roller with a partially conductive surface e.g. out amorphous carbon, so the distance of the toner charge and whose mirror charge is large enough, the adhesion of the toner to Application element 16 to enable and small enough to do that not to make the required transfer field too large, because the photoconductor charge is limited.
  • a roller-shaped one Application element 16 it is also possible Endless belt to use.
  • the application element 16 is motorized in the direction of the arrow emotional. There is a corona device on the application element 16 17 arranged, which is used with the help of the toner spraying device 11 applied to the application element 16 To apply an ion current to the toner layer and thus to even out the charge in the toner layer.
  • the surface the application element 16 is in tight Distance to the carrier medium 10 and that at a distance of can be smaller than 100 ⁇ m, the gap being the actual one Developer area or transfer area 18 defined.
  • the Carrier medium 10 in this case the photoconductor tape, from a spacer roller 19 out.
  • the transmission area 18 is a stripping element 20 made of elastic material, which is used for residual toner to be stripped from the application element 16 and via a conveyor 21 to supply a toner reservoir.
  • the A further corona device is arranged in front of the stripping element 20 23rd
  • a mixture stream 15 in the form of a spray jet of charged toner particles is generated in a transport air stream with the help of the toner spray device 11.
  • the application element 16 is at an application potential of ⁇ 450 V. Due to these voltage conditions in connection with the toner charge, the toner particles accumulate in a receiving area 22 on the surface of the application element 16. The attachment of the toner particles is supported by their kinetics (momentum). The kinetics in turn depend on the speed of the transport air flow carrying the toner particles.
  • the pulse of the toner particles increases the toner application efficiency TAW. There they form a uniform, homogeneous layer with a layer thickness of approximately 1-3 toner layers or more.
  • This layer is charged with an ion current by means of the corona charging device 17, in order to thereby uniform the charge in the layer.
  • the receiving area 22 with the toner layer reaches the transfer area 18 with the developer gap, where the toner particles, depending on the charge image, jump from the application element 16 via the developer gap of about 100 ⁇ m width or less onto the charge image of the carrier medium 10 and color it.
  • an auxiliary transmission voltage of preferably 200-500 V can be present between the carrier medium 10 and the application element 16 in the transmission area 18. It is switched on during the entire development period.
  • the toner particles accumulate on the charge image of the carrier medium 10 if a suitable toner charge is present, if the charge of the carrier medium 10 is selected correctly and the so-called "jump potential" and the mechanical distance in the developer gap 18 are selected correctly.
  • the toner charge is between 10 and 30 ⁇ C / g with a potential of the application element of -450 V.
  • the auxiliary transfer voltage is preferably 200-500 V.
  • the toner-free areas are on the carrier medium 10 at -500 V, the latent Charge image to approximately - 50 V.
  • the field force acting on the toner particles in the developer area is approximately 8 x 10 -8 N.
  • the toner particles in the discharged photoconductor area (- 50 V) preferably accumulate in 1-2 toner layers depending on the charge.
  • a switchable Deflection device may be provided. This essentially exists from a switchable electrical deflection field 26 between a collecting area 24 and a deflection electrode 25, the pole direction of the field 26 is shown symbolically is.
  • the toner spray device is aligned so that in the absence of the additional electrical field 26, the center of the beam at a distance from the application element 16 on this passes and hits the catchment area 24.
  • the toner particles become with the correct charge polarity (negative particles) and one sufficiently large amount of charge (10 - 30 ⁇ C / g) in one curved path 27 deflected towards the application element 16. Particles with insufficient charge and different charge polarity fly on the application element (16) over and meet the up in the area of the rays 28 catchment area 24.
  • This collecting area 24 can consist of one appropriate sheet metal, on which they collect and then via the conveyor 21 to the toner reservoir be fed again.
  • the nozzle 13 as Flat nozzle can be formed with a nozzle tip like this e.g. is known from US Patent 5482214. It is according to the representation of Figure 5 also possible Toner sprayer 11, i.e. the nozzle 13 using a spindle-shaped drive device 29 when applied longitudinally to move the application element 16. Furthermore it is possible according to the representation of Figure 6 several To arrange toner spraying devices (11) with a plurality of nozzles 13, whose spray area covers the entire receiving area 22 of the Cover application element 16.
  • a uniform application of toner to the application element 16 or its moving receiving surface can also be replaced by a dense one Dusting the toner around the recording area 22 of the application element 16 can be reached, wherein for fast process control, i.e. at working speeds of the carrier medium 10 of about 1 m / sec. and higher, high Toner loads of approx. 10 - 30 ⁇ C / g are required a precipitation of the toner on the receiving area 22 of the Application element 16 in a very short time, i.e. in a Lead time of less than 0.1 seconds.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einfärben eines Ladungsbildes über eine Tonersprüheinrichtung für elektrographische Druck- oder Kopiergeräte mit hoher Bildträgergeschwindigkeit.
Zum Entwickeln von elektrostatischen Ladungsbildern in Druckeinrichtungen mit hoher Bildträgergeschindigkeit, d.h. mit einer Bildträgergeschwindigkeit von 1 m je Sekunde und höher sind Entwicklersysteme bekannt, die mit Hilfe von Zweikomponentenmagnetbürstsystemen, mit leitfähigen Einkomponenten-Magnettonersystemen, mit isolierendem nichtmagnetischen Einkomponententoner aus einem Toner-Luftfluid heraus und mit Flüssigentwicklungssystemen arbeiten.
Die bekannten Zweikomponenten-Magnetbürstensysteme arbeiten mit einem Gemisch von Tonerteilchen und ferromagnetischen Trägerteilchen, die sich gegenseitig triboelektrisch aufladen. Die weichmagnetischen Trägerteilchen bilden in einem Magnetfeld eine Bürste aus, welche in direktem Kontakt mit dem Ladungsbild - z. B. auf einem Photoleiter - gebracht wird. Die geladenen Tonerteilchen werden entsprechend der Verteilung des elektrischen Feldes und der Tonerladung aus der Magnetbürste heraus auf der Oberfläche des ladungsbildtragenden Elementes abgelagert. Um eine Bildentwicklung hoher Qualität zu erreichen, müssen die Tonerteilchen sehr homogen aufgeladen sein und die teilleitfähige Bürste darf den Photoleiter im Kontakt nicht entladen. Diese Bedingungen sind insbesondere bei hoher Entwicklungsgeschwindigkeit und hohem Tonerdurchsatz nur sehr schwer zu erfüllen. Deshalb kommt es wegen teilweiser Entladung des Photoleiters oder nicht hinreichend gleichförmiger Aufladung aller Tonerteilchen oft zu unerwünschten Tonerablagerungen, dem s.g. Hintergrund. Außerdem kann durch den direkten mechanischen Kontakt der Magnetbürste mit dem ladungsbildtragenden Element eine Strukturierung des bereits abgelagerten Tonerbildes (s.g. brush-marks) oder ein Ausfransen von Bildkanten bzw. eine Aushöhlung von großen gleichmäßig zu entwickelnden Flächen entstehen.
Leitfähige Einkomponenten-Magnetbürstensysteme arbeiten ohne ein Carriermaterial. Die Tonerteilchen enthalten selbst eine ferromagnetische Komponente. Die Tonerteilchen bilden im Magnetfeld eine Bürstenstruktur aus, an deren Enden sich jeweils geladene Tonerteilchen befinden. Die Aufladung der Tonerteilchen erfolgt durch Ladungstransport von der Trägerwalze ausgehend von einem Tonerteilchen zum anderen. Nachteil dieser Entwicklungsmethode ist, daß die ferromagnetische Materialkomponente die Farbwiedergabeeignung dieser Toner merklich einschränkt. Außerdem wird die Einfärbekraft (optische Dichte) häufig dadurch begrenzt, daß wegen der Leitfähigkeit der Teilchenbürste nur das jeweilige letzte Teilchen abgelagert und zu schwach geladene Teilchen wieder aufgepickt werden. Des weiteren führt die Leitfähigkeit der Tonerteilchen beim Transfer vom Photoleiter auf den Endbildträger auf einen weiteren Zwischenträger zu Einschränkungen - insbesondere beim elektrostatischen Tonertransfer.
Bei der Entwicklung mit isolierendem nichtmagnetischem Einkomponententoner aus einem Tonerluftfluid heraus wie es aus der EP 04 94 454B1 bekannt ,ist, wird Toner in einer homogenen Luftströmung fluidisiert und in diesem Fluid durch eine Koronaentladung aufgeladen. Der geladene Toner wird auf einer leitfähigen Walze abgelagert, auf der er durch elektrostatische Kräfte haftet. Von der Walzenoberfläche kann der Toner auf eine Oberfläche mit einem Ladungsbild entsprechend der örtlichen elektrischen Feldverteilung auf diese Oberfläche springen und somit ein bildmäßiges Tonerbild entwickeln. Zwischen der o.g. Walze und der das Ladungsbild tragenden Oberfläche können eine oder mehrere zusätzliche Walzen eingefügt werden, um die Tonerteilchen mit der richtigen Ladungspolarität und dem hinreichenden Ladungsbetrag von den weniger oder mit der falschen Polarität geladenen Tonerteilchen zu separieren. Bei diesem Entwicklungsprozeß ist die erreichbare Bildqualität sowohl hinsichtlich Gleichmäßigkeit der Einfärbungsverteilung als auch hinsichtlich der Detailschärfe physikalisch begrenzt. Außerdem entstehen Mehraufwände zur Stabilisierung des Fluids, dessen Stabilität infolge der elektrischen Wechselwirkungen mit der Funktionsdauer abnimmt.
Bei Flüssigentwicklungssystemen sind feine Tonerteilchen in einer Trägerflüssigkeit dispergiert, in der sie sich gegenüber der Teilchenumgebung in der Flüssigkeit elektrostatisch aufladen. Die Entwicklerflüssigkeit wird in der Regel in Kontakt mit der Oberfläche des ladungsbildtragenden Elementes (z. B. Photoleiter) gebracht. Die geladenen Tonerteilchen migrieren in der Richtung, die durch das elektrische Feld und die Tonerladung vorgegeben ist. Das "feuchte" Tonerbild wird dann auf den Endbildträger (meist Papier) übertragen. Die restliche Flüssigkeit entweicht dann aus dem Tonerbild (Endbildträger) in die Umgebungsluft. Dies ist ein erheblicher Nachteil, wenn die Flüssigkeit ein organisches Lösungsmittel, wie die übrigen als Trägerflüssigkeit verwendeten Isopare, ist. Es sind auch Flüssigkeitstonersysteme bekannt, bei denen eine hochkonzentrierte Lösung hochgeladener Teilchen unter der Wirkung eines elektrischen Feldes von einer Antragswalzenoberfläche auf diejenigen Flächenbereiche des ladungsbildtragenden Elementes springt, in die der elektrostatische Kraftvektor weist, der aus dem Feldvektor und der Tonerladung in der Flüssigkeit gebildet wird. Diese Systeme haben bislang ebenfalls den Nachteil, daß organische Lösungsmittel als Trägerflüssigkeiten verwendet werden.
Es ist weiterhin aus der US-A 4,481,903 eine Vorrichtung zum Entwickeln eines latenten elektrostatischen Bildes auf einem Aufzeichnungsträger bekannt. Die Vorrichtung enthält zwei als Aufladeeinrichtung für den Toner dienende Bürsten mit auslenkbaren Borsten, die die aufgeladenen Tonerpartikel mechanisch derart gegen eine Entwicklerwalze schleudern, daß sich auf deren Umfangsfläche eine Tonerschicht bildet. Der auf der Entwicklerwalze haftende Toner wird dann in den Bereich eines Entwicklerspaltes transportiert, wo er nach Überwinden des Entwicklerspaltes das latente Ladungsbild auf dem Aufzeichnungsträger anfärbt.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb eine Vorrichtung und ein Verfahren zum störungsarmen Entwickeln eines Ladungsbildes bei hoher Bildträgergeschwindigkeit in einem Druck- oder Kopiergerät bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des ersten- und dreizehnten Patentanspruches gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Bei der erfindungsgemäßen Entwicklungsvorrichtung wird zunächst mit einer Art Pulverbeschichtungseinrichtung auf einem Applikationselement, das z. B. eine Walze sein kann, eine gleichmäßige homogene Tonerschicht erzeugt. Danach wird diese Tonerschicht ladungsbildabhängig auf ein in dichtem Abstand vorbeigeführtes Trägermedium übertragen und zwar dadurch, daß die einzelnen Tonerpartikel den Entwicklerspalt überspringen und so das auf dem Trägermedium befindliche Ladungsbild einfärben.
Durch dieses Prinzip ist auch bei hoher Bildträgergeschwindigkeit (Geschwindigkeit des Trägermediums von 1m/Sek.oder höher) ein störungsarmes Einfärben des Ladungsbildes möglich. Als Toner kann sowohl Einkomponententoner als auch Mehrkomponententoner zum Einsatz kommen. Die Verwendung von Einkomponententoner hat den Vorteil, daß bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Entwicklungsvorrichtung in Farbdruckeinrichtungen der Toner in der Entwicklungsvorrichtung farblich gemischt werden kann.
Bei der Erfindung können Tonersprüheinrichtungen zum Einsatz kommen, wie sie aus Pulverbeschichtungsanlagen bekannt sind. Derartige Pulverbeschichtungspistolen werden beispielsweise in der US-Patentschrift 5482214 und der US-Patentschrift 4802625 beschrieben.
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden beispielsweise näher beschrieben. Es zeigen:
  • Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Entwicklungsvorrichtung mit einer Tonersprüheinrichtung.
  • Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung des Mündungsbereichs der Tonersprüheinrichtung mit Ladeeinrichtung.
  • Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung der Entwicklungsvorrichtung mit zugehöriger Ablenkeinrichtung.
  • Figur 4 eine schematische Darstellung einer Tonersprüheinrichtung mit breitem Sprühbereich.
  • Figur 5 eine schematische Darstellung einer Tonersprüheinrichtung, die entlang eine Applikationselementes verfahrbar ist und
  • Figur 6 eine schematische Darstellung einer Tonersprüheinrichtung mit mehreren nebeneinander angeordneten Sprühdüsen.
    • Ein hier nicht im einzelnen dargestelltes elektrophotographisches Hochleistungsdrucksystem mit einer Druckleistung von mehr als 200 Seiten /Min. weist eine oder mehrere der in der Fig. 1 dargestellte Entwicklungsvorrichtungen auf. Diese Entwicklungsvorrichtungen dienen dazu ein auf einem Trägermedium 10 mit Hilfe eines Zeichengenerators ausgebrachtes latentes Ladungsbild mit Toner einzufärben. Das Trägermedium 10 kann dabei eine Photoleitertrommel sein, d.h. ein metallischer Körper mit einer photoleitenden Oberfläche z.B. aus As2Se3 oder - wie hier dargestellt - ein OPC-Photoleiterband. Beim hier verwendeten Umkehrentwicklungsverfahren wird der Photoleiter bzw. das Trägermedium 10 zunächst auf - 500 V aufgeladen und dann mit Hilfe des Zeichengenerators zeichenabhängig auf -50 V entladen. Das bedeutet im Bereich des Trägermediums in dem kein Tonerbild entstehen soll befindet sich das Trägermedium 10 auf etwa - 500 V, im Bereich des Tonerbildes auf - 50 V. Es ist jedoch auch möglich, das Trägermedium zunächst auf + 500 V aufzuladen und dann zeichenabhängig auf + 50 V zu entladen.
    Eingefärbt wird das Tonerbild mit Hilfe der dargestellten Entwicklervorrichtung unter Verwendung von Einkomponententoner oder auch von Zweikomponententoner, der Tonerteilchen von etwa 10 µm Größe auf beliebiger Harzbasis wie z.B. Polystyrol oder Polyester aufweist sowie im Falle von Zweikomponententoner elektromagnetische Trägerteilchen. Die Tonerteilchen lagern sich dabei auf dem Photoleiter ladungsbildabhängig ab. Sie werden nach dem Entwicklungsprozeß in einer Umdruckstation in üblicher Weise auf Papier übertragen und danach z.B. in einer Thermodruckfixiereinrichtung fixiert.
    Die Entwicklungsvorrichtung enthält eine Tonersprüheinrichtung 11, die analog zu einer Pulverbeschichtungseinrichtung aufgebaut sein kann. Derartige Pulverbeschichtungseinrichtungen sind beispielsweise aus der US 5482214 und der US 4802625 bekannt. Sie bestehen im allgemeinen aus einem Zuführungsrohr 12 mit einer in der Fig. 2 dargestellten Düse 13, die in ihrem Mündungsbereich eine Elektrode 14 in Form einer Koronaladeeinrichtung aufweist. Mit der Tonersprüheinrichtung 11 wird ein Gemischstrom aus einem Toner-Luftgemisch erzeugt, der Tonerpartikel mit einer definierten Tonerladung aufweist. Zu diesem Zwecke wird im Pumpensystem der Tonersprüheinrichtung wie bei einer bekannten Pulverbeschichtungseinrichtung Toner in Luft dispergiert und dieser Gemischstrom über das Zuführungsrohr 12 der Düse 13 zugeführt und so ein gerichteter Sprühstrahl erzeugt. Üblicherweise geschieht dies dadurch, daß über eine Beschleunigungseinrichtung mittels einer Venturidüse fluidisierter Toner aus einem Fluidbett angesaugt, in einem Transportluftstrom gleichmäßig verteilt und auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt wird. Die Elektrode 14 ist mit einer Spannung von +5 oder - 5 KV oder größer beaufschlagt und sprüht Ladungen auf die Tonerpartikel, die dann eine Tonerladung von vorzugsweise ±10 µC/g bis ±30 µC/g aufweisen. Die als Koronaentladeeinrichtung wirkende Elektrode kann im Gemischstrom oder in unmittelbarer Nähe des Gemischstroms 15 angeordnet sein. Sie lädt die Tonerteilchen definiert auf.
    Es hat sich herausgestellt, daß eine negative Aufladung das Erreichen eines hohen Ladungsniveaus fördert. Dadurch wird der Tonerauftragswirkungsgrad TAW effizienter. Der Tonerauftragswirkungsgrad ist definiert als das Verhältnis des auf der Aufnahmefläche (Applikationselement 16) abgelagerten Massestroms (Toner) zu dem im Luftstrom transportierten Massestrom (Toner).
    Anstelle der Aufladung mit Hilfe einer Elektrode (14) (Koronaaufladung) ist es auch möglich die Tonerpartikel in bekannter Weise triboelektrisch durch Kontaktwechselwirken der Tonerteilchen mit einer Wechselwirkungsfläche aufzuladen.
    Im Bereich des Gemischstromes 15 ist ein Applikationselement 16, angeordnet. Es besteht im dargestellten Fall aus einer Metallwalze mit einer teilleitfähigen Oberfläche z.B. aus amorphem Kohlenstoff, damit der Abstand der Tonerladung und deren Spiegelladung groß genug ist die Haftung des Toner am Applikationselement 16 zu ermöglichen und klein genug um das erforderliche Ablösefeld nicht zu groß werden zu lassen, da die Photoleiteraufladung begrenzt ist. Anstelle eines walzenförmigen Applikationselementes 16 ist es auch möglich ein Endlosband zu verwenden.
    Das Applikationselement 16 wird motorisch in Pfeilrichtung bewegt. Am Applikationselement 16 ist eine Koronaeinrichtung 17 angeordnet, die dazu dient eine mit Hilfe der Tonersprüheinrichtung 11 auf dem Applikationselement 16 aufgebrachte Tonerschicht mit einem lonenstrom zu beaufschlagen und damit die Ladung in der Tonerschicht zu vergleichmäßigen. Die Oberfläche des Applikationselementes 16 befindet sich in dichtem Abstand zum Trägermedium 10 und zwar in einem Abstand der kleiner als 100 µm sein kann, wobei der Spalt den eigentlichen Entwicklerbereich bzw. Übertragungsbereich 18 definiert.
    Um diesen Abstand zu gewährleisten wird in diesem Bereich das Trägermedium 10, in diesem Falle das Photoleiterband, von einer Distanzwalze 19 geführt. In Bewegungsrichtung dem Übertragungsbereich 18 nachgeordnet befindet sich ein Abstreifelement 20 aus elastischem Material, das dazu dient Resttoner vom Applikationselement 16 abzustreifen und über eine Fördereinrichtung 21 einem Tonervorratsbehälter zuzuführen. Dem Abstreifelement 20 vorgelagert ist eine weitere Koronaeinrichtung 23.
    Im folgenden wird nun die Funktion der Entwicklungsvorrichtung anhand der Figur 1 näher erläutert.
    Zunächst wird mit Hilfe der Tonersprüheinrichtung 11 ein Gemischstrom 15 in Form eines Sprühstrahles aus geladenen Tonerteilchen in einem Transportluftstrom erzeugt. Das Applikationselement 16 liegt bei dem dargestellten Umkehrentwicklungsverfahren an einem Applikationspotential von - 450 V. Bedingt durch diese Spannungsverhältnisse in Verbindung mit der Tonerladung lagern sich die Tonerpartikel in einem Aufnahmebereich 22 an die Oberfläche des Applikationselementes 16 an. Das Anlagern der Tonerteilchen wird dabei durch deren Kinetik (Impuls) unterstützt. Die Kinetik wiederum hängt von der Geschwindigkeit des die Tonerteilchen tragenden Transportluftstroms ab. Der Impuls der Tonerteilchen erhöht den Tonerauftragswirkungsgrad TAW. Sie bilden dort eine gleichmäßige homogene Schicht mit einer Schichtstärke von etwa 1 - 3 Tonerlagen oder mehr. Diese Schicht wird mit Hilfe der Koronaladeeinrichtung 17 mit einem lonenstrom beaufschlagt, um dadurch die Ladung in der Schicht zu vergleichmäßigen. Durch Weiterbewegung des Applikationselementes 16 gelangt der Aufnahmebereich 22 mit der Tonerschicht in den Übertragungsbereich 18 mit dem Entwicklerspalt, wo die Tonerpartikel ladungsbildabhängig von dem Applikationselement 16 über den Entwicklerspalt von etwa 100µm Breite oder kleiner auf das Ladungsbild des Trägermediums 10 überspringen und dieses einfärben. Um dieses Überspringen zu erleichtern, kann zwischen dem Trägermedium 10 und dem Applikationselement 16 im Übertragungsbereich 18 eine Übertragungshilfsspannung von vorzugsweise 200 - 500 V anliegen. Sie ist während der gesamten Entwicklungsdauer zugeschaltet. Die Tonerteilchen lagern sich auf dem Ladungsbild des Trägermediums 10 an, wenn eine geeignete Tonerladung vorhanden ist, wenn die Ladung des Trägermediums 10 richtig gewählt ist und das s.g. "Jump-Potential" und der mechanische Abstand im Entwicklerspalt 18 richtig gewählt ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit Umkehrentwicklung beträgt die Tonerladung zwischen 10 und 30 µC/g mit einem Potential des Applikationselements von - 450 V. Die Übertragungshilfsspannung beträgt vorzugsweise 200 - 500 V. Auf dem Trägermedium 10 liegen die tonerfreien Bereiche auf - 500 V, das latente Ladungsbild auf etwa - 50 V. Die an den Tonerpartikeln im Entwicklerbereich angreifende Feldkraft beträgt etwa 8 x 10-8 N. Damit lagern sich die Tonerpartikel im entladenen Photoleiterbereich (- 50 V) vorzugsweise in 1 - 2 Tonerlagen ladungsabhängig an.
    Die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beschriebenen Spannungs- und Ladungsverhältnisse gelten für die Umkehrentwicklung, bei der ein aufgeladenes Trägermedium mit Hilfe des Zeichengenerators zeichenabhängig entladen wird. Bei positivem Entwicklungsprinzip, bei dem ein entladenes Trägermedium 10 zeichenabhängig aufgeladen wird, gelten analoge inverse Spannungsverhältnisse, die jedoch materialabhängig sind.
    Da beim Entwickeln der Ladungsbilder auf dem Trägermedium nicht alle Tonerpartikel auf das Trägermedium überspringen, müssen im weiteren Verlauf diese Resttonerpartikel von dem Applikationselement 16 entfernt werden. Zu diesem Zwecke werden sie zunächst einer weiteren Koronaladeeinrichtung 23 ausgesetzt, die die Haftkraft der Tonerpartikel auf der Oberfläche des Applikationselementes 16 lockert. Danach werden sie mit Hilfe des Abstreifelementes 20 abgestreift und über die Tonerfördereinrichtung 21 dem Tonervorratsbehälter erneut zugeführt bzw. über eine Recycling-Anlage gereinigt und dann dem Tonervorratsbehälter zugeführt. Das so von Resttoner befreite Applikationselement 26 wird dann im Aufnahmebereich 22 erneut mit Toner besprüht. Dieser Prozeß läuft kontinuierlich ab.
    Um die Sicherheit zu erhöhen, daß nur Teilchen der gewünschten Polarität auf das Applikationselement 16 auftreffen, kann entsprechend der Darstellung der Figur 3 eine zuschaltbare Ablenkeinrichtung vorgesehen sein. Diese besteht im wesentlichen aus einem zuschaltbaren elektrischen Ablenkfeld 26 zwischen einem Auffangbereich 24 und einer Ablenkelektrode 25, wobei die Polrichtung des Feldes 26 symbolisch dargestellt ist. Die Tonersprüheinrichtung ist dabei so ausgerichtet, daß bei Abwesenheit des elektrischen Zusatzfeldes 26 der Strahlmittelpunkt im Abstand zum Applikationselement 16 an diesem vorbeiführt und im Auffangbereich 24 auftrifft.
    Bei zugeschaltetem Ablenkfeld 26 werden die Tonerteilchen mit der richtigen Ladungspolarität (negative Teilchen) und einen hinreichend großen Ladungsbetrag (10 - 30 µC/g) in einer gekrümmten Bahn 27 auf das Applikationselement 16 hin abgelenkt. Teilchen mit nicht ausreichendem Ladungsbetrag und anderer Ladungspolarität fliegen am Applikationselement (16) vorbei und treffen im Bereich der Strahlen 28 auf den Auf fangbereich 24 auf. Dieser Auffangbereich 24 kann aus einem entsprechenden Blech bestehen, auf dem sie sich sammeln und dann über die Fördereinrichtung 21 dem Tonervorratsbehälter erneut zugeführt werden.
    Um über den gesamten Aufnahmebereich 22 des Applikationselementes 16 eine gleichmäßige Tonerschicht zu erzeugen, kann entsprechend der Darstellung der Figur 4 die Düse 13 als Flachdüse ausgebildet sein, mit einer Düsenspitze wie sie z.B. aus der US-Patentschrift 5482214 bekannt ist. Es ist entsprechend der Darstellung der Figur 5 auch möglich, die Tonersprüheinrichtung 11, d.h. die Düse 13 mit Hilfe einer spindelförmigen Antriebseinrichtung 29 beim Auftragen längs des Applikationselementes 16 zu verfahren. Weiterhin ist es möglich entsprechend der Darstellung der Figur 6 mehrere Tonersprüheinrichtungen (11) mit mehreren Düsen 13 anzuordnen, deren Sprühbereich den gesamten Aufnahmebereich 22 des Applikationselementes 16 überdecken.
    Ein gleichmäßiger Tonerauftrag auf das Applikationselement 16 bzw. dessen bewegte Aufnahmefläche kann auch durch ein dichtes Verstäuben des Toners in der Umgebung des Aufnahmebereichs 22 des Applikationselementes 16 erreicht werden, wobei für eine schnelle Prozeßführung, d.h. mit Arbeitsgeschwindigkeiten des Trägermediums 10 von ca. 1 m/Sek. und höher, hohe Tonerladungen von ca. 10 - 30 µC/g erforderlich sind, die zu einem Niederschlag des Toners auf dem Aufnahmebereich 22 des Applikationselementes 16 in sehr kurzer Zeit, d.h. in einer Zeit von weniger als 0,1 Sek. führen.
    Bezugszeichenliste
    10
    Trägermedium
    11
    Tonersprüheinrichtung
    12
    Zuführungsrohr
    13
    Düse
    14
    Elektrode
    15
    Gemischstrom, Sprühstrahl
    16
    Applikationselement
    17
    Koronaladeeinrichtung
    18
    Entwicklungsbereich, Übertragungsbereich
    19
    Distanzwalze, Rolle
    20
    Abstreifelement
    21
    Fördereinrichtung
    22
    Aufnahmebereich
    23
    Korona
    24
    Auffangbereich
    25
    Ablenkelektrode
    26
    Feld (Feldgenerator)
    27
    Tonerpartikelstrahl mit definierten Tonerladungen
    28
    Tonerpartikelstrahlen mit undefinierten Tonerladungen
    29
    Spindelantrieb

    Claims (13)

    1. Entwicklungsvorrichtung für ein Druck- oder Kopiergerät zum Einfärben eines Ladungsbildes auf einem Trägermedium (10) mit Tonerpartikel wobei die Vorrichtung auf weist:
      eine Tonersprüheinrichtung, die eine Einrichtung (12) mit mindestens einer Düse (13) zur Erzeugung eines gerichteten Gemischstromes (15) aus einem Toner-Luftgemisch und eine die Tonerpartikel mit einer definierten Tonerladung beaufschlagenden Ladeeinrichtung (14) aufweist, sowie
      ein in dem Bereich des Gemischstromes (15) angeordnetes Applikationselement (16) mit einer mit einem Applikationspotential beaufschlagten, bewegten Aufnahmefläche, wobei Tonerladung und Applikationspotential so gewählt sind, daß sich zunächst in einem Aufnahmebereich (22) der Aufnahmefläche eine Tonerschicht bildet und daß dann in einem in Bewegungsrichtung der Aufnahmefläche dem Aufnahmebereich (22) nachgeordneten Übertragungsbereich, in dem sich der Aufnahmebereich (22) in dichtem Abstand zum Trägermedium befindet, die Tonerpartikel auf das Trägermedium (10) ladungsbildabhängig überspringen und dieses einfärben.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem zwischen der Toner-Sprüheinrichtung (11) und dem Applikationselement (16) anlegbaren, elektrischen Ablenkfeld (26).
    3. Vorrichtung nach Anspruch 2 wobei der Gemischstrom (15) so ausgerichtet ist, daß in einem Betriebszustand mit nicht angelegtem elektrischen Ablenkfeld (26) der Gemischstrom an der Aufnahmefläche (22) des Applikationselements (16) vorbei geführt wird und auf einem Auffangbereich (24) auftrifft und daß in einem Betriebszustand mit angelegtem elektrischen Ablenkfeld (26) die Tonerpartikel mit der definierten Tonerladung auf dem Aufnahmebereich (22) und die Tonerpartikel mit einer von der definierten Tonerladung abweichenden Tonerladung auf dem Auffangbereich (24) auftreffen.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 3 wobei der Auffangbereich (24) mit einem Tonervorratsbehälter über eine Tonertransporteinrichtung (21) in Verbindung steht.
    5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer der Aufnahmefläche zugeordneten die Tonerschicht mit einem Ionenstrom beaufschlagenden Ladeeinrichtung (17).
    6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einer zwischen der Aufnahmefläche des Applikationselementes (16) und dem Trägermedium (10) im Übertragungsbereich (18) anlegbaren Übertragungshilfsspannung.
    7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Applikationselement (16) das als Walze ausgebildet ist.
    8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Applikationselement (16) das als Endlosband ausgebildet ist.
    9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem in Bewegungsrichtung der Aufnahmefläche dem Übertragungsbereich (18) nachgeordneten an der Aufnahmefläche des Applikationselements (16) anliegenden Abstreifelement(20).
    10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einem Gemischstrom (15) dessen Sprühbereich den Aufnahmebereich (22) der Aufnahmefläche überdeckt.
    11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einem über einen Antrieb (29) längs des Aufnahmebereichs (22) der Aufnahmefläche verfahrbaren Gemischstrom (15).
    12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit mehreren Gemischströmen (15) deren Sprühbereiche den Aufnahmebereich (22) der Aufnahmefläche überdecken.
    13. Verfahren zum Einfärben eines Ladungsbildes auf einem Trägermedium (10) mit Toner in einem Druck-oder Kopiergerät mit folgenden Verfahrensschritten:
      erzeugen eines Gemischstromes (15) in Form eines gerichteten Sprühstrahls aus in einem Transportluftstrom dispergierten Tonerpartikeln die eine definierte Tonerladung aufweisen
      besprühen einer bewegten Aufnahmefläche eines mit einem Applikationspotential beaufschlagten Applikationselements (16) mit dem Gemischstrom (15) über mindestens eine Düse (13), so daß sich auf der Aufnahmefläche eine Tonerschicht aus Tonerpartikel bildet
      ladungsbildabhängiges übertragen der Tonerpartikel in einem Übertragungsbereich (18) von dem Applikationselement (16) auf das Trägermedium (10) derart, daß die Tonerpartikel über einen Entwicklerspalt (18) auf das Trägermedium (10) überspringen und dieses ladungsbildabhängig einfärben.
    EP98928271A 1997-06-12 1998-05-15 Vorrichtung und verfahren zum einfärben eines ladungsbildes über eine tonersprüheinrichtung Expired - Lifetime EP0988579B1 (de)

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