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Elektrostatische Kopiermaschine
Die Erfindung bezieht sich auf
die Elektrophotographie, insbesondere auf Verfahren und Einrichtungen zur Erzeugung
einer Vielzahl von Kopien von einem zu reproduzierenden Original mit einer einzelnen
Belichtung.
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Bei der Xerographie, wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift
2 297 69'I beschrieben ist, wird eine aus einer photoleitflihigen Isolierstoffschicht
auf leitfähiger Unterlage bestehende xerographische Platte auf ihrer Oberfläche
gleichfÖrmig elektrisch aufgeladen und dann mit dem zu reproduzierenden Bild belichtet,
wozu ein übliches Projektionsverfahren verwendet werden kann. Du--ch die Belichtung
wird die Platte in den belichteten Flächenteilen entladen, wodurch ein elektrostatisches
latentes Bild auf oder in der photoleitfähigen Schicht
entsteht.
Die Entwicklung des latenten Bildes wird mit einem elektrostatisch geladenen, fein
verteilten Stoff durchgeführt, beispielsweise mit einem elektroskopischen Pulver,
das in flächenhafte Berührung mit der photoleitfähigen Schicht gebracht und auf
dieser als dem elektrostatischen latenten Bild entsprechendes xe r-oC;r.-aphisches
Pulverbild eleht;-osta misch ,@ est:-ger1LU-@.ex, UC. . Danach wird das entwickelte
xerographische Pulverbild auf einen Bildträger übertragen, beispielsweise auf ein
Blatt Papier, auf dem es durch Einwirkung von Wärme oder Dämpfen fixiert werden
kann. Dieser Zyklus wird insgesamt für jede xerographische Kopie wiederholt.
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Seit der grur-TPgenden Beschreibung in der genannten Patentschrift
wurden viele Verbesserungen in xerographischen Einrichtungen und Verfahren durchgeführt,
wodurch einfache und automatisch arbeitende-Maschinen zur Durchführung xerographischer
Reproduktionsverfahren eine kommerziell weitläufige Anwendung gefunden haben. Die
vorliegende Erfindung betrifft eine weitere Verbesserung xerographischer Einrichtungen,
die zum automatischen Betrieb geeignet sind, so daß mit diesen
eine Vervielfältigung großer Anzahl%on Kopien in billiger |
und schneller Weise unter Verwendung eines einzigen latenten Bildes möglich ist.
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Bisher war für jede in einer xerographischen haschine hergestellte
Kopie eine Belichtung mit dem Originalbild erforderlich. Der Grund dafür ist, daß
bei üblicher Bildübertragunm mit elektrostatischen Einrichtungen zwischen dem geladenen
Papier
und den Hintergrundflächenteilen der xerographischen Bildplatte mit geringer Spannung
ein Korona-Überschlar auftritt, der eine drastische Verringerun,des elektrostatischen.
Kontrastes zwischen Bild und Hintergrund verursacht. Daher können die Bilder als
I,lut terbild nicht wiederverwendet werden. Ferner ist es nach der r@'rerinunr des
entwickelten ??ildes von der Bildplatte auf den F-elade:ien Bildtriiger erforderlich,
die ?3ildplatte an einer Reihe von Reinigungsstationen vorbeizubewegen, tun das
nichtübertrarene restliche Bildpulver von ihrer Oberfläche zu entfernen und Jemliche
elektrostatische Restladung auszugleichen, bevor ein drei terer Abbildunfraz@-klus
begonnen -wird. natürlich würde durch den We-fall der wiederholten @:elichtun;s-
und Reiniun-sschritte im Kopierverfahren der -1errieb der Kopiermaschiae :.resentlich
verbessert.
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Die Erb. rdun#- bei;rifft eine elcktrosüazische i.-onierr--aschi:_e,
in der auf eine an einer t;e-he von Verfahrensstellen vorbeibewegbare licht,empfindl
icüe Pla-;;4e an einer : e? iclitun:-ss---ei_1 e ein Lichtbild zur i#rzeu@tnr- eines
1 a;;en#;en el ektrosratischen Bildes projiziert, das latei:..e Mild an einer Eni:wicK'.uii,;sstelle
mit e1 ektroskopische::: .-_ild.guj.#: T zu einer.: .@@al.=.#erbil d en"wic_:el.-r
unier dieses a:: eine" =il#,t::ber@@a=@un@:sate?.e auf einen hild;.r=-er ;:: e#
:ie..i des. Fr#f indung er_th,#lr diese nop-er:.:aschine ei ,ne A:äzriebseiarichur_t°
_:;r die lichrem;%findlic-ie Platte, eine 'iiirichtung zurr Transport eines Bildträgerstrei
fens im Bereich der Eildübertra^;unGssuelle an der Pla:te vorbei l ei e im -et.,e-"ngsbereic@_
"es .11durz:;'e"-sl;
T@ei.fens angeordnete Heizvorrichtung,
die die Temperatur des rildtriigers bis zur Klebrigkeit des mit ihm bei.er Bildübertrar;un;
in Berizhrunr; gebrachten Bildpulvers erhöht und eine nahe der Platte vorgesehene
Rollenanordnung zum Andrücken des ;sildträf°ers an die sich bewegende Platte, wodurch
das entwickelte klebrige Pulverbild auf den Bildträger übertragen wird.
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Die Erfindung wird. im folgenden an Hand eines in den I'iguren day"lesi;ell-Gen
Aus-*1',h=un"rsbeispieles beschrieben. Es zeigen: 1'`.'°.'I den Ab-.auf eines xero-raphischen
Kopierverfahrens, l'ig. 2 die schematische Dar,szellun, eine., xerographischen Piaschine
zur Durclifiihrun.- des in Jir.I Cczei.-ten Verfahrens, die rersr)ei-ri, 1 vische
Ansicht der -.D'ildüberi;rar°unrseinrichtun;'; der iri rezeifrten I.iaschine, und
5 Seizenansicn-uen der in 1'ir;. @°ezeiten .:i1dübertr'arungseinrich jun,r, -#:obei
in -y@ ir;. 5 Schnit i;darstellungen ver-::endet sind, die @@üc:araicz der --#ildübertrar;ungseinrichtung
und den Sei @1enschn -t:-, einer anderen Ausführuns;sform der :il äübertra7un.#--seinrichzun-°
Das in r'ig.'I dari°esuell te xerographische Verfahren bes"eat aus vier #-rrundsätzlichen
Schritcen, nämlich der Aufladunr" der Belichtun-, der Entwicklung und der I'ildübertr
ag ung. Die beiden lerzten Schritte werden zur ertellunr; einer Vielzahl
von
Kopien wiederholt, was im folgenden als Vervielfältigungsbetrieb bezeichnet wird.
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Im normalen xerographischen Verfahren besteht die Aufladung darin,
daß auf die Oberfläche der xerographischen Platte eine elektrostatische Ladung,
aufgebracht wird. Die Belichtung erfolgt durch Projektion eines Lichtbildes oder
optischen Bildes auf die geladene xerographische Platte, wodurch ein elektrostatisches
Ladungsbild entsteht.
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Der nächste Schritt besteht in der Bildentwicklung, bei der das elektrostoische
latente Bild durch Ablagerung fein verteilter elektroskopischer Teilchen sichtbar
gemacht wird. Der elektroskopische Stoff is L vorteilhaft mi i; einer Ladung; versehen,
deren Polaritt-'t derjenigen des elektrostatischen latenten Bildes entgegen`;esetzt
ist, wodurch eine selektive Ablagerung auf den Bildflächenteilen stattfindet. Es
können verschiedene Ablagerungsverfahren angewendet werden, beispielsweise indem
mit der Bildfläche ein Träger in Berührung gebracht wird, auf dem sich geladene
elektroskopische Teilchen befinden. Dieses Verfahren ist beispielsweise in der US-Patentschrift
Re 25 136 beschrieben.
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Gemäß der gef-;enwärtig geübten xerographischen Technik wird die Übertragung
des elektroskopischen Stoffes auf Papier elektrostatisch vorgenommen, beispielsweise
durch Aufbringen einer Koronaladung auf die Rückseite des Papiers, wodurch dieses
an der Bildplatte anhaftet und das elektroskopische P,*laterial
elektrostatisch'am
Papier gebunden wird. Es ist dann erforderlich, das Papier von der Platte abzustreifen
und den elektroskopischen Stoff auf ihm zu fixieren, um eine dauerhafte Kopie zu
erhalten. Wie bereits beschrieben, verursacht die elektrostatische Bildübertragung
eine Verschlechterung des elektrostatischen Kontrastes des auf der Platte verbleibenden
Bildes, so daß diese für einen weiteren Abbildungszyklus gereinigt werden muß.
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Der letzte Verfahrensschritt innerhalb des Herstellungszyklus für
eine einzelne Kopie besteht in der Ubertratgung des Hildes auf einen Bildträger,
beispielsweise auf ein Papierblatt, auf ein Gewebe o.@. ?ieser Bildüberuragungsschritt
besteht in der Einwirkung von Hitze und Druck, um praktisch alle En-twicklerstoff
teilchen von der Bildfläche auf den Bildträger zu übertragen. Das elektrostatische
latente Bild wird dadurch nicht geändert. Danach wird die xerographische Bildplatte
wiederholt durch die Entwichlungs- und Bildübertragungsschritte geführt, um zusätzliche
Kopien des latenten Originalbildes herzustellen, das jetzt als 1utterbild dient.
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Zum Zeitpunkt der Bildübertragung werden die Enuwicklerstoffteilchen
klebrig gemacht und auf einen Bildträger übertragen, auf dem sie in noch zu beschreibender
Weise dauerhaft fixiert werden. Die Bezeichnun; "klebrig" oder "geschmolzen" und
deren Abwandlungen beziehen sich in der vorliegenden Beschreibung auf einen Zustand
der Bildpulverteilchen, die derart behandelt werden, daß sie erweichen und koaleszieren,
so daß sie klebrig
werden und leicht an anderen Flüchen anhaften.
Obwohl zur Bildung einer festen Fusion ein Zusammenfließen der Pulverteilchen erforderlich
ist, ist dieses selbstverständlich nicht so stark, daß es über die Ii'lächenteile
hinaus aufritt, in denen die Teilchen abgelagert wurden.
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Die zur Erweichung der Entwichlerstoffteilchen verwendeten Temperaturen
bei der Bildübertragung hängen von dem Schmelzpunkt der Entwicklerstoffteilchen
ab. Alle geeigneten Teilchenarten können verwendet werden. Es stellte sich heraus,
daß übliche Tonerteilchen, wie sie in der vorstehend genannten Patentschrift beschrieben
sind, über 75o C schmelzen., Die xerographische Bildplatte kann aus jedem geeigneten
photoleitfähigen Stoff auf einer nichtleitenden Unterlake bestehen. Geeignete photoleitfähige
Stoffe sind Zusam:ensetzun;en von glasförmigem Selei mit Arsen, `Fellur, Schwefel
und deren i.:ischung en.
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Da der elektrostatische liontrast zu::. .''ei:äpun_rt der l-ildübertragung
durch Hitze und Druck nicht geändert wird, bleibt das anfängliche latente Bild erhalten
und kann wiederholt entwici:elz werden, bis die gewünschte iti:zahl von honien erreicht
iss oder eine Verschlechterung des elektrostatischen Kontrastes auftritt. Diese
kann unabhängig von der Bildübertragung äuftreten und ist eine Funktion des Dunkelabfalls
des Photoleiters und der Neutralisationswiri:ung du--rch ein geladenes Tonereilchen,
das an einem entgegenzesetzz geladenen Bildflächenteil der pho;,oleitfähigen
Fläche
anhaftet. Auf diese Weise ist es möglich, einige hundert Kopien oder mehr in relativ
kurzer Zeit herzustellen, was von der Geschc%indigkeit abhängt, mit der die xerographische
Trommel ohne Verschlechterung der Entwicklungsaualität undabr Bildübertragung -bewegt
werden kann. In Fig.2 sind die verschiedenen Einrichtun-en einer xerographischen
riaschine zur Durchführung des Prinzips der l;rfindung schematisch dargestellt.
Ein zu reproduzierendes Schriftstück wird auf einen Auflagetisch 10 gelegt,
von dem aus es auf eine Transporteinrichtung 11 7eführt wird. Diese besteht aus
einem Motor 12 und einem von diesem angetriebenen endlosen :3and 13, das das Schriftstück
an der optischen Achse einer Projektionseinrichtung 14 vorbei-bewegt, die durch
eine Projek-cionslarnne ausgeleuchtet wird. Das Lild des Schriftstückes wird durch
den Spiegel 15 über eine einstellbare Linse 16 sowie über den Spiegel- 1'7 nach
unten durch eine variable Blendeneinrichtung 1:-- auf die Oberfläche der xerographischen
P1 attc: in norm einer Trommel 15 projiziert.
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Die xerograuhische `:'@o::r.^.el 19 besteh; aus einer.: Zylinder,
auf der. der bereits beschriebene photol.ei.-.f#,hi-e S-i,off auferebracht ist und
der in Larerunr-er, innei,-:a.l.G, eines i-,aschinenrahmens ;--elarert ist. Die
Tror:me l 1y wird in, 1ie,`°enuhrzeir;er2'ic'I:-i#unIT r.i t tels eines i-.ot:or
s 214 mit z:"ei '"esc hvrindigkeif;en angetrieben, und .zwar einer i lderzeu@;unr°sgesch,@:i-ndi
gkei t und einer Vervi-e@f@@lzi:Tun.Ts@_esch;,indi@rei_t, die durch zwei Stellunr,;en
eines Schalteis 25 ei.r..es @el@_ t werden können. in der ersten
Schalterstellung
wird die Trommel 19 mit einer der Transportgeschwindigkeit des Schriftstückes proportionalen
Geschwindigkeit angetrieben,@wodurch die Umfangsgeschwindigkeit der Trommeloberfläche
mit der Geschwindigkeit des reflektierten Lichtbildes übereinstimmt. Die Bewegung
des Schalters 25 in die zweite Zage, die gestrichelt dargestellt is-t*, bewirkt
eine erhöhte Geschwindigkeit der Trommel 19 zum VervielAtigungsbetrieb, bei dem
lediglich die Entwicklung und die Bildübertragung durchgeführ-L werden.
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Eine Ladeeinrichtung 28 bringt eine gleichförmige elektrostatische
Ladung auf die photoleitfähige Schicht der xerographischen Trommel 19 auf, wozu
eine horona-Entladung seinrichtung 30 dient, die einen oder mehrere horonadrähte
enthält, welche mit einer geeigneten Spannungsquelle gespeist werden.
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Durch die l")el@c htung der Trommel mit dem bereits beschriebenen
Lichtbild wird die photoleitfähige Schicht in den belichteten Flächenteilen entladen,
wodurch ein latentes elektrostatisches Bild entsteht, dessen Verteilung dem von
dem SchÜftstück aus projizierten Bild entspricht. Bei der weiteren Bewegung der
Trommeloberfläche wird das elektrostatische latente Bild an einer hntwicklungsstelle
40 vorbeibewegt, an der ein aus zwei Komponenten bestehender Entwicklerstoff 42,
der bereits beschrieben wurde, über die Trommeloberf1Jiche mittels einer Entwicklungseinrichtung
43 kaskadiert wird.
In der Entwic£lilun,#rseinrichtung wird der
Entwicklerstoff mittels eines vom 1lotor 45 angetriebenen Förderbandes 44 aufwärts
transportiert und über eine Schütte 46 auf die Trommeloberfläche kaskadiert. Der
Toneranteil 47 des Entwicklerstoffes, der zur Entwicklung laufend verbraucht wird,
befindet sich als Vorrat in der Nachfülleinrichtung 48 und wird, gesteuert durch
den Eintritt 49, in regelmäßigen mengen nachgefüllt.
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."ur Übertrar-un@ des entwickelten Bildes auf einen Bildträger wird
ein Band 50 von einer Vorratsrolle 52 über eine Heizeinrichtung 54 und dann über.
eine Andruc.,@rolle 56 1-_,eführt, die ein Andrücken des erhitzten t-;andes an das
enl,vrickeli,e Bild auf der 1@@#:@mel beciirk-c. Die mit dem heißen Panier in .erührun-
kommenden Toner-ceilchen werden klebrig; oder schiaelzen, wodurch sie an dem Bild-trägerband
anhaften. Bei seiner Weiterbewegung auf die Aufnahmerolle 5@ kühlü das Bildpulver
ab, wodurch es auf dem Band dauerhaft fixiert ist.
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Da das latente e1 ektrostabische jild azf der Trommel erhalten bleibt,
können eine Vielzahl von Kopien ohne zusätzliche Belichtungen hergestellt werden.
Die Ladungs- und Belichtunseinrichtungen werden abneschaltet, so daß die xerographische
Trommel nur an der Entwicklungseinrichtung und der Bildübertragungseinrichtung vorbeigeführt
wird. Auf diese Weise werden von ein und de:aselben Bild viele Kopien hergestellt.
Wäh-
rend dieses Vervielfältig-unE;sbe-tiriebes, bei dem lediglich |
und |
die Entwicklung/die Bildübertragung durchgeführt werden, läuft |
der Motor 24- vorzugsweise mit der höheren Gescht'.rindi `feit,
um eine möglichst schnelle Herstellunr einer gro3en Anzahl von Kopien zu ermöglichen.
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Nach Erreichen der vorgegebenen Anzahl von Kopien wird der
Hotor 24- auf die verr_in;erte Gesch@@.ind.-i_;rl:eif; einc_@,es@ellL., |
bei- |
und die Trommel wird an einer Reinif°ungss tation C:5 voret:,egt, |
an der ein heinigunE-sband 67, das bis dahin die Oberfläche der Trommel nicht berührte,
an diese herangeführt; wird. lies ist durch gestrichelte bzw. durch e<.ogene
Linien dar":esi;ellt. Obwohl an der Bild;ibercrac,-un;-sstelle praki;isch das .#.esamue
Entwicklungspulver ent.f'erz.t wurde, dient die durch den I.@otor 6anGetriebene
Reinigunrsbü rste vorteilhaft zur EntfernunF jeglichen restlichen 3ildpulvers von
der .'.rommel.
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Die Trommel wird i'erner a. einer Ent l adun;:sstelle ;;-# vorbeibe-
wert, die während des Vervielilil-uigungsLiet;rie;,es @@;@eschalvet@ |
mit |
;. . . # # |
war. wie belair:;f: eine lusleuch#unrv err...".,- ..G...e...yaw_h..#
@...:I , |
wodurch jeGl1Cl1C eleiztrostai;l sc._e .;CSi;iü@ll::'' abr;elelte t w1---'d.
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Die -'rommel ist ,e tzt zum Durchranr an der Lade- und Belichtü:::°sstelle
vorbereitet, so daR ein anderer hopieä7j-'r-.lus für ein
anderes zu rerrluz ierenäes Schriftstück stattfinden kann. |
In den rin;. 3 - E@ ist die xerorraphisci_e .dich tun: -
101 -ums : ce,#;;r
ar:ur:T des y@iläes aui den iläträ<er :-erauer äarFes te s 1 t . Sie bes t.eh
t aus eine:. Rahmen 10-, auf' de:,. die :;ei-_einrichtun;- und die l@ar@_@uci;=oll.e
5_ montiert sind. Die bes:-ehzu aus einem 3ehäuse
105, das eine
Heizlampe
107, beispielsweise eine Infrarotlampe, enthält. Das Gehäuse 105 hat eine gebogene
Oberseite 109, auf der das Bildträgerband mittels einer in dem Rahmen 103 gelagerten
Führungsrolle 110 geführt wird. Die Seitenwände des Gehäuses 105 sind mit Schrauben
140 in isolierenden Blöcken 115 befestigt, die in Vertiefungen 117 in den Seitenwänden
des Rahmens befestigst sind. Zwei Bolzen 120 in den isolierenden Blöcken dienen
zur Halterung der Heizlampe.107, die in der Mitte in Längsrichtung durch das Gehäuseinnere
verläuft. Die Andruckrolle 56 ist in Kugellagern 130 drehbar gelagert, die in einem
schwenkbaren Rahmen 132 vorgesehen sind, der auf einer Schwenkachse 134 gedreht
werden kann. Diese ist in den Seitenwänden des Rahmens 103 befestigt. Die Außenfläche
der Andruckrolle 56 besteht aus einer elastischen Schicht 136, die sich auf einem
Kern 138 aus einem Metall, beispielsweise Aluminium, befindet. Die elastische Schicht
136 kann aus jedem geeigneten Stoff, beispielsweise aus Silikongummi bestehen. Zum
Andruck der Rolle gegen die Trommeloberfläche dient eine Spiralfeder 140, die mit
ihrem einen Ende mit einer Schraube 'f42 an einer Schiene des uaberahmens 132 und
mit ihrem anderen Ende an einer Spannschraube 146 am Grundrahmen 103 befestigt ist.
Die Spannschraube 146 ist mit einer Anschlagmutter 148 versehen, die an einer Erhebung
149 des Grundrahmens anliegt. Es ist eine Öffnung 150 vorgesehen, durch die die
Spannschraube erreicht werden kann, um die Spannung der Spiralfeder zu ändern, wodurch
die auf die Andruckrolle
an der Trommel 19 ausgeübte Kraft einstellbar
ist. Gute Ergebnisse wurden mit einer Rolle mit geprüfter Härte 40 bei 13,6 kg Druck
und 9,5 mm Berührungsbogen erreicht. Selbstverständlich kann der Berührungsbogen
durch Änderung der Härte der Rolle oder des Druckes oder beider Größen geändert
werden., Um einen richtigen Kontakt der Andruckrolle mit der Oberfläche der xerographischen
Trommel zu erreichen, sind Ausrichtungsrollen 160 mit Bolzen 162 auf den Jochteilen
164 befestigt, die auf dem Halterahmen 132 beweglich gelagert sind. Die Jochteile
164 sind durch eine Verbindungsstange 165 miteinander verbunden, die an den Lagerblöcken
167 befestigt ist.. Diese sind in Öffnungen 169 innerhalb des Halterahmens 132 verschiebbar.
Einstellschrauben 170 sind zur Einstellung der Lagerblöcke innerhalb des Halterahmens
vorgesehen.
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Eine Lösungseinrichtung 180 ist vagesehen, so daß bei Entfernung der
Trommel bei gespannter Feder 140 die Andruckrolle an einer Bewegung um die Schwenkachse
134 herum gehindert wird. Die Löseeinrichtung 180 besteht aus einer Achse 185, die
in dem Grundrahmen 103 gelagert ist. Sie ist mit zwei Nockenteilen 186 versehen,
deren abgeflachter Teil 188 mit dem Halterahmen 132 bei Drehung eines Handgriffes
189 in Berührung gebracht wird. Dadurch wird der Halterahmen gegen eine@weitere
Bewegung um die Achse 134 verriegelt.
In Fig.7 ist eine andere
Ausführungsform einer Reizeinrichtung für das Bildträgerband dargestellt. Die Andruckrolle
56 ist röhrenförmig ausgebildet und enthält eine Heizlampe 190 ähnlich der lieimzlampe
107 der Fig.2 - 6. Es kann auch eine Kombination dieser Heizrolle zusammen mit der
Heizeinrichtung der Fig.2 - 6 verwendet werden. Diese Kombination ist insbesondere
dann von Vorteil, wenn zur Bildübertragung und Fixierung des Bildes an dem Bildträger
höhere Temperaturen erwünscht sind.
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Durch die vorstehend beschriebene Erfindung bleibt das latente elektrostatische
Bild erhalten, wodurch eine wiederholte Verwendung lediglich zur Entwicklung und
Bildübertragung sowie damit eine Herstellung einer Vielzahl von Kopien möglich ist.
Ferner ist eine Plattenreinigung überflüssig, da praktisch alle Entwicklerstoffteilchen
an der Bildübertragungsstelle entfernt werden, womit eine Verlängerung der Lebensdauer
der xerographischen Platte gegeben ist. Durch die größere Menge übertragenen Entwicklerstoffes
entsteht ein Bild guter Qualität bei verringertem Bildpulververbrauch. Da das entwickelte
Bild an dem entgültigen Bildträgei7bei der Bildübertragung dauerhaft fixiert wird,
können viele Kopien auf schnelle und einfache Weise ohne zusätzliche Einrichtungen
wie z.B. Fixiereinrichtungen hergestellt werdet Die Erfindung wurde an Hand eines
Ausführungsbeispieles beschrieben ist auf dieses jedoch nicht beschränkt. Alb im
Rahmen der folgenden Ansprüche möglichen Weiterbildungen oder Änderungen werden
durch den Grundgedanken der Erfindung umfaßt.