DE19710693B4

DE19710693B4 - Bildaufzeichnungsverfahren und Bildaufzeichnungseinrichtung

Info

Publication number: DE19710693B4
Application number: DE19710693A
Authority: DE
Inventors: Katsuo Yokohama Sakai; Takahiko Tokumasu; Osamu Kawasaki Endo; Masami Yokohama Kadonaga
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2017-03-15
Also published as: US5955228A; DE19710693A1

Abstract

Bildaufzeichnungsverfahren, bei welchem ein Tonerträger (6a) zum Tragen von Toner, eine Gegenelektrode (4) und ein Flugsteuerteil (5) verwendet werden, das zwischen dem Tonerträger und der Gegenelektrode angeordnet ist und eine Anzahl unabhängiger oder zusammenhängender Mikrolöcher (54) sowie eine Anzahl Steuerelektroden (51) zum Steuern des Durchgangs von Toner durch die Löcher aufweist, bei welchem ferner eine erste Spannung an die Anzahl Steuerelektroden entsprechend einem Bildsignal angelegt wird, um dadurch den Toner auf dem Tonerträger durch die Mikrolöcher hindurch zu der Gegenelektrode zu bewegen, so dass Toner auf ein Aufzeichnungsmedium (10) aufgebracht wird, das zwischen dem Flugsteuerteil und der Gegenelektrode angeordnet ist, um dadurch ein Bild auf dem Aufzeichnungsmedium zu erzeugen, wobei, wenn das Bildsignal anzeigt, dass kein Toner abgeschieden werden soll, eine zweite kontinuierliche Spannung an die Steuerelektrode derartig angelegt wird, dass Toner, der den Tonerträger verlassen hat, aber noch nicht die Steuerelektrode oder das Aufzeichnungsmedium erreicht hat, zu dem Aufzeichnungsmedium...

Description

Die Erfindung betrifft ein Bildaufzeichnungsverfahren und eine Bildaufzeichnungseinrichtung und betrifft ferner ein Verfahren zum Erzeugen eines Pulverbildes auf einem Aufzeichnungsmedium und eine Einrichtung hierfür. Bei dem Verfahren und der Einrichtung werden verwendet ein Tonerträger, um pulverförmigen Toner in einer Schicht oder Schichten zu tragen, eine Gegenelektrode und ein Flugsteuerteil mit einer Anzahl unabhängiger oder zusammenhängender extrem kleiner Löcher oder Mikrolöcher und einer Anzahl Steuerelektroden zum Steuern des Durchgangs von Toner durch die Mikrolöcher. Spannungen werden an die Steuerelektroden entsprechend einem Bildsignal angelegt, um zu bewirken, daß der Toner von dem Tonerträger über die Mikrolöcher zu der Gegenelektrode hin fliegt. Der Toner setzt sich auf einem Aufzeichnungsmedium ab, das zwischen dem Flugsteuerteil und der Gegenelektrode liegt, um ein Bild auf dem Aufzeichnungsmedium zu erzeugen.
Bildaufzeichnungsverfahren, bei welchem Pulver und ein sogenanntes direktes Tonern oder eine Tonerprojektion angewendet wird, sind üblich. Bei dieser Art Bilderzeugungsverfahren wird eine Spannung an Bildelektroden angelegt, welche Löcher oder Schlitze umgeben, damit geladener Toner sich durch die Löcher oder Schlitze bewegt (fliegt). Im Ergebnis wird dann mit dem Toner direkt ein Bild auf einem Papier oder einem entsprechenden Aufzeichnungsmedium erzeugt.

Das vorstehend beschriebene Bildaufzeichnungsverfahren ist in verschiedenen Formen in der Vergangenheit vorgeschlagen worden. Beispielsweise ist in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 44-26333 eine Einrichtung beschrieben, die eine Gegenelektrode, ein Aufzeichnungsmedium, ein Steuergitter, eine Netzelektrode und eine Fellbürste aufweist, die nacheinander in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Die Fellbürste führt nichtleitenden Toner der Netzelektrode zu. Der nichtleitende Toner wird durch Reibung infolge der Drehbewegung der Bürste geladen und dann durch ein elektrisches Feld, das zwischen der Netz- und der Gegenelektrode ausgebildet ist, zu der Gegenelektrode hin beschleunigt. Im Ergebnis erzeugt dann der Toner ein Bild auf dem Aufzeichnungsmedium, indem er durch das Steuergitter fliegt. Wenn der Wert eines an das Steuergitter angelegten Signals geändert wird, wird ein elektrisches Feld zwischen der Netzelektrode und dem Steuergitter umgekehrt. Hierdurch wird verhindert, daß Toner herumfliegt, und es wird ein (weißer) Untergrund auf dem Aufzeichnungsmedium erzeugt. Ferner kann der Wert des elektrischen Signals erhöht oder erniedrigt werden, um die Bilddichte zu ändern.

Jedoch benötigt die vorstehend beschriebene Einrichtung, bei welcher nichtleitender Toner verwendet wird, eine groß bemessene Vorrichtung für das Drehen der Bürste, welche den Toner durch Reibung lädt. Obwohl der nichtleitende Toner in derselben Weise wie in einem herkömmlichen Entwicklungssystem geladen wird, in welchem ein Ein- oder Zweikomponenten-Entwickler verwendet wird, wird auch eine groß bemessene Vorrichtung benötigt, die einen Träger, einen Rührmechanismus und eine Entwicklungsrolle umgibt. Außerdem muß, da Laden durch Reibung Wärme erzeugt, Kunstharz mit einem verhältnismäßig hohen Schmelzpunkt als Grundharz des Toners verwendet werden. Hierdurch wird es schwierig, die Fixiertemperatur zu erniedrigen und folglich Energie zu sparen.

In der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 58-44 456 ist eine Einrichtung beschrieben, bei welcher leitfähiger magnetischer Toner anstelle des nichtleitenden Toners, welcher mittels Reibung geladen werden muß, verwendet wird. Die Einrichtung weist eine Steuerelektrode, eine Basiselektrode und einen Tonerträger oder eine Tonerfördereinrichtung auf, die in dieser Reihenfolge nacheinander angeordnet sind. Die Steuerelektrode und die Basiselektrode sind zwischen einer Gegenelektrode, einem Aufzeichnungsmedium und einem isolierenden Teil angeordnet. Die Steuerelektrode und die Basiselektrode sind mit Löchern versehen, damit der Toner hindurchtreten kann. Ein elektrisches Gleichspannungsfeld wird zwischen der Basiselektrode und dem Tonerträger erzeugt, damit der Toner auf dem Tonerträger eine (Toner-)Wolke bildet. Während das elektrische Gleichspannungsfeld zwischen der Basiselektrode und der Gegenelektrode erzeugt wird, wird zur Bilderzeugung eine Spannung an Signalelektroden angelegt. Folglich erzeugt der Toner in Form einer (Toner-)Wolke ein Bild auf dem Aufzeichnungsmedium, indem er durch die Löcher fliegt. Der leitfähige Toner braucht vorher nicht geladen zu werden. Derartiger Toner kann ohne weiteres durch Ladungsinjektion geladen werden, die auf einem äußeren elektrischen Feld basiert.

Der Tonerträger der Einrichtung, bei welcher der leitfähige magnetische Toner verwendet wird, führt den Toner mit, wobei man auf eine magnetische Kraft angewiesen ist. Da jedoch ein transparentes magnetisches Material noch nicht verwirklicht ist, kann mit dieser Einrichtung noch keine Vollfarbenkopie erzeugt werden, indem transparente Farbtoner schichtweise aufgebracht werden.

In der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 6-47 298 ist eine Einrichtung beschrieben, die eine Gegenelektrode, ein Aufzeichnungsmedium, ein Flugsteuerteil und einen Tonerträger hat, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Das Flugsteuerteil hat Mikrolöcher und diese umgebende Steuerelektroden. Der Tonerträger führt einen leitfähigen Toner in einer Schicht mit. Während ein elektrisches Gleichspannungsfeld zwischen dem Tonerträger und der Gegenelektrode erzeugt wird, wird der Spannungszustand der einzelnen Steuerelektroden entsprechend einem Bildsignal in einen Zustand geschaltet, bei welchem der Toner von dem Tonerträger zu dem Aufzeichnungsmedium liegt, oder in einen Zustand, bei welchem ein Fliegen verhindert ist. Wenn die Steuerelektrode auf den zuerst erwähnten Spannungszustand geschaltet wird, wird Ladung an dem leitfähigen Toner induziert, damit er fliegt, so daß ein Bild auf dem Aufzeichnungsmedium erzeugt wird. Diese Verfahrensweise hat jedoch einige nachstehend aufgeführte, noch nicht gelöste Probleme.

(1) In dem Spannungszustand, bei welchem verhindert wird, daß der Toner fliegt, wird dasselbe Potential an den Tonerträger und die Steuerelektroden angelegt. Wenn daher der Spannungszustand von dem Zustand, bei welchem der Toner fliegt, auf einen Zustand geschaltet wird, bei welchem verhindert ist, daß er fliegt, schwebt, bevor der Toner, der den Tonerträger bei dem zuerst erwähnten Spannungszustand verlassen hat, das Speichermedium erreicht, der Toner einfach, da die Tonerförderkraft verlorengegangen ist. Der schwebende Toner verunreinigt die Innenseite der Einrichtung und setzt sich auf den Steuerelektroden ab, die folglich gereinigt werden müssen. In dem Dokument ist klar beschrieben, daß der leitfähige Toner sich bereits auf dem Aufzeichnungsmedium abgesetzt hat, wenn der zuletzt erwähnte Spannungszustand eingestellt wird. Hieraus folgt, daß während einer Bilderzeugung der zuerst erwähnte Spannungszustand kontinuierlich an den Steuerelektroden angelegt sein muß, bis der Toner, welcher den Tonerträger verlassen hat, das Aufzeichnungsmedium erreicht. Die Dauer dieser Spannung bewirkt die Aufzeichnungsgeschwindigkeit dieser Einrichtung.
(2) Wenn der Widerstandswert beispielsweise eines Papiers infolge einer warmen und feuchten Umgebung abnimmt, wird wahrscheinlich Ladung entgegengesetzer Polarität von dem Papier in den auf ihm aufgebrachten Toner injiziert, wodurch der Toner mit der entgegengesetzten Polarität geladen wird. Wenn eine elektrostatische Kraft, die der Ladung entgegengesetzer Polarität zuzuschreiben ist und in Richtung des Tonerträgers wirkt, die Anziehung übersteigt, die zwischen dem Aufzeichnungsmedium und dem Toner wirkt, d.h. infolge der van der Waals'schen Kräfte fliegt der Toner in der umgekehrten Richtung und vermindert dadurch die Bilddichte merklich.
(3) Der Toner, der in der umgekehrten Richtung fliegt, stößt ela stisch gegen den Toner, der in Richtung des Aufzeichnungsteils fliegt. Folglich fliegt der Toner auf einer beträchtlichen Strecke in horizontaler Richtung. Dieser Teil des Toners wird um ein gewünschtes Bild herum auf dem Aufzeichnungsmedium verstreut und verwischt dadurch die Grenze zwischen dem Bild und dem Untergrund. Dadurch verliert das sich ergebende Bild an Schärfe.
(4) Wenn der Toner, der den Tonerträger verlassen hat, sich auf den Steuerelektroden absetzt, wird Ladung entgegengesetzter Polarität in den Toner injiziert, so daß der Toner in umgekehrter Richtung auf den Tonerträger zufliegt. Folglich fliegt der Toner wiederholt hin und her. Der Toner kann daher leicht an den Mikrolöchern des Flugsteuerteils stoppen und sich durch die Mikrolöcher hindurch auf Gegenelektrode und Steuerelektrode absetzen, was zu fehlerhaften Bildern führt. Folglich ist ein Reinigungsschritt notwendig, wodurch die Kopiergeschwindigkeit abnimmt. Außerdem muß eine Abschirmung vorgesehen werden, um zu verhindern, daß der hin- und herfliegende Toner die Innenseite der Einrichtung verunreinigt; dadurch nehmen die Größe und die Kosten der Einrichtung zu.
(5) Wenn der leitfähige Toner sich in Schichten auf dem Aufzeichnungsmedium absetzt, kommt es um den Toner herum zu einer elektrostatischen Induktion infolge des elektrischen Feldes. Daher wandert die Ladung des Toners, welcher die zweite und folgende Schichten auf dem Aufzeichnungsmedium bildet, zu der ersten Schicht nahe bei der Gegenelektrode. Folglich werden die Toner der zweiten und folgender Schichten mit der entgegengesetzten Polarität geladen und fliegen daher in umgekehrter Richtung. Hieraus folgt, daß grundsätzlich nur eine einzige Schicht mit dem leitfähigen Toner verfügbar ist. Folglich kann ein Vollfarbenbild in Form eines Laminats bzw. einer Schichtung aus gelben, magenta- und cyanfarbigen Tonern nicht erzeugt werden.
(6) Wenn Ladung wiederholt in den Toner injiziert wird, werden Elektronen in den Teilen des Toners tief eingeschlossen, wo der Energiepegel niedrig ist. Unter dieser Voraussetzung wird dann der Toner mit irgendeiner Polarität geladen und es wird ein Flie gen infolge der Zunahme in der elektrostatischen Adhäsion verhindert. Folglich wird der Toner, der wiederholt gegen den Tonerträger und Steuerelektroden stößt, pulverisiert und verliert seine spezifische elektrische Leitfähigkeit und fliegt schließlich nicht mehr.
(7) Die Steuerelektroden sind in einer Anordnung in der Richtung angeordnet, die senkrecht zu der Richtung ist, in welcher das Aufzeichnungsmedium befördert wird. Die Steuerelektroden oder die Steuergitter haben Spannungszustände, die zu derselben Zeit entsprechend einem Bildsignal geschaltet worden sind, während das Aufzeichnungsmedium transportiert wird. Wenn die Steuergitter oder Steuerelektroden mit einem derartigen Aufbau und dem vorstehend beschriebenen Spannungsanlegeschema verwendet werden, nimmt die geforderte Anzahl an IC-(in integrierter Schaltkreistechnik ausgeführten)Treiberstufen proportional zu der Anzahl an Steuergittern oder Steuerelektroden zu. Wenn beispielsweise ein Blatt der Größe A4 mit einer Breite von 210 mm in einer vertikal langen Position zugeführt wird und wenn die Auflösung 600 dpi (Punkte pro Inch) ist, werden 4960 Bildelektroden angesteuert. Es soll eine IC-Treiberstufe verwendet werden, die 32 Ausgangsanschlüsse hat und somit 32 Bildelektroden ansteuern kann. Dann beträgt die Anzahl an IC-Treiberstufen, die notwendig ist, um die 4960 Bildelektroden anzusteuern, insgesamt 155. Im Fall eines Farbdruckers sind dann sogar 620 IC-Treiberstufen erforderlich.

Nunmehr soll mit einer Bilderzeugungseinrichtung, bei welcher das direkte Tonern oder ein Tonerprojektionsschema angewendet wird, ein Farbbild erzeugt werden. Dann werden beispielsweise magenta, cyan, gelbe und schwarze Toner verwendet. Bei einem Schwarz-Weiß-Verfahren wird nur der schwarze Toner verwendet. Wenn daher die Einrichtung, mit der wahlweise farbig in schwarz-weiß kopiert werden kann, verwendet wird, um eine Schwarz-Weiß-Kopie zu erzeugen, wird nur eines der Flugsteuerteile, der dem schwarzen Toner zugeordnet ist, verwendet, während die anderen Flugsteuerteile einfach unbenutzt bleiben. In Büros überwiegen üblicherweise Schwarz-Weiß-Kopien gegenüber Farbkopien, so daß Bilderzeugungseinrichtungen außer der einen, welche dem schwarzen Toner zuge ordnet ist, die meiste Zeit unbenutzt sind. Im allgemeinen werden die Kosten bei dieser Art Kopiergeräten im wesentlichen durch die IC-Treiberstufen bestimmt, um eine Spannung an die Steuerelektroden entsprechend einem Bildsignal anzulegen. Hieraus folgt, dass bei dem Schwarz-Weiß-Betrieb die meisten der IC-Steuerstufen nicht benutzt werden, obwohl sie den erheblich größeren Teil der Kopiererkosten verursachen. Dies gilt auch dann, wenn in einer Bilderzeugungseinrichtung, die mit verschiedenen Tonerarten betreibbar ist, Bilder nur durch Benutzen einer ganz bestimmten Tone erzeugt werden.

Aus US 5,095,322 ist eine elektrostatische Druckvorrichtung vom Nicht-Kontakt-Typ bekannt. Bei dieser Druckvorrichtung fliegen negativ geladene Tonerteilchen durch eine Öffnung in der Steuerelektrode in Richtung auf die Gegenelektrode, wenn eine Spannung von 0 V an der Steuerelektrode anliegt, um auf dem Papier abgeschieden zu werden. Soll kein Toner abgeschieden werden, so wechselt die Spannung an der Steuerelektrode auf –350 V. Dies hat zur Folge, dass sich Tonerteilchen, die sich noch im Flug zwischen der Steuerelektrode und der Gegenelektrode befinden, auf das Blatt weiter zu bewegen. Dahingegen werden die Tonerteilchen, die sich im Flug zwischen dem Tonerträger und der Gegenelektrode befinden, dazu gezwungen, zum Tonerträger zurück zu fliegen. Dies hat zur Folge, dass nicht alle vorgesehenen Tonerteilchen auf das Blatt gelangen. Somit fliegt ein Teil der vorgesehenen Tonerteilchen wieder zum Tonerträger zurück.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein die Aufzeichnungsgeschwindigkeit verschlechterndes Tonerfliegen beim Wechseln des Aufzeichnungssignals zurück zum Tonerträger zu verhindern. Vorstehende Aufgabe wird durch das Verfahren der Ansprüche 1 und 2, sowie durch die Einrichtung der Ansprüche 14 und 15 gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsformen gerichtet.

Vorteilhaft wird ein Pulver-Aufzeichnungsverfahren und eine Einrichtung hierfür geschaffen werden, bei welchen die Aufzeichnungsgeschwindigkeit erhöht werden kann und bei welchen ein Bild selbst auf Papier in einer feuchten Um gebung oder auf einem leitenden Teil aufgezeichnet werden kann. Ferner sollen gemäß der Erfindung ein Pulverbild-Erzeugungsverfahren und eine Einrichtung hierfür geschaffen werden, bei welchen der Schaltungsaufbau zum Ansteuern von Steuerelektroden, die in einem Flugsteuerteil enthalten sind, vereinfacht werden kann.

Darüber hinaus soll eine Pulverbild-Erzeugungseinrichtung geschaffen werden, die ein effektives Nutzen von Treiberstufen während einer Bilderzeugung fördert. Ferner sollen ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Pulverbildes geschaffen werden, bei welchen zum Erzeugen eines Bildes nur ein Teil des Toners fliegt. Schließlich sollen auch ein Pulverbild-Erzeugungsverfahren und eine Einrichtung hierfür geschaffen werden, bei welchen die Kosten gesenkt sind.

Vorteilhaft kann der Toner ein gleichrichtender Toner mit einer gleichrichtenden Charakteristik in einem Bereich von Spannungen sein, die in einem Teil der erfindungsgemäßen Verfahren genutzt werden. Gemäß der Erfindung ist ein elektrisches Feld vorgesehen, das verhindert, daß Toner, außer dem Toner, von dem erwartet wird, daß er die Mikrolöcher passiert, von dem Tonerträger wegfliegt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 einen Abschnitt einer herkömmlichen Pulverbild-Aufzeichnungseinrichtung;
2 den Flug von leitfähigem Toner, der bisher in einer Pulverbild-Aufzeichnungseinrichtung verwendet worden ist;
3 einen Abschnitt einer anderen herkömmlichen Pulverbild-Aufzeichnungseinrichtung;
4 eine Vorderansicht einer ersten Ausführungsform einer Pulverbild-Erzeugungseinrichtung gemäß der Erfindung;
5 einen Abschnitt entlang der Linie X-X' in 4;
6 einen Abschnitt eines Aufzeichnungsabschnitts in der ersten Ausführungsform, welchem eine Farbe zugeordnet ist;
7 einen Graphen, der eine elektrische Feldverteilung an der Oberfläche einer Tonerlage wiedergibt;
8A bis 8D das Simulationsergebnis, das den Tonerflug in dem in 6 dargestellten Abschnitt darstellt;
9 eine Draufsicht auf eine Steuerlektrodenanordnung in der ersten Ausführungsform, welcher eine Farbe zugeordnet ist;
10 eine Draufsicht von Steuerelektrodenanordnungen, die eben falls in der ersten Ausführungsform vorgesehen sind, und denen vier verschiedene Farben zugeordnet sind;
11 eine Teilansicht einer Vorrichtung zum Messen der Charakteristik eines gleichrichtenden Toners, der in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung verwendet ist;
12 eine Beziehung zwischen der Tonerflugmenge und der an eine Gegenelektrode angelegten Spannung, die mittels der in 11 dargestellten Vorrichtung gemessen worden ist;
13 eine Beziehung zwischen der Tonerflugmenge und der an einen Tonerträger angelegten Spannung, die ebenfalls mit der in 11 dargestellten Vorrichtung gemessen worden ist;
14 eine Beziehung zwischen der Tonerflugmenge und der an die Gegenelektrode angelegten Spannung, die mittels der in 11 dargestellten Vorrichtung gemessen worden ist, wobei eine dünne Isolierschicht entfernt worden ist;
15A bis 15C den Flug des gleichrichtenden Toners und denjenigen von leitfähigen Toner;
16 eine Beziehung zwischen der Tonerflugmenge und einer an die Gegenelektrode angelegten, impulsförmigen Spannung, die mittels der in 11 dargestellten Vorrichtung gemessen worden ist;
17A und 17B die Simulationsergebnisse, welche die Intensität eines elektrischen Feldes um die einzelne Steuerelektrode in einer dritten Ausführungsform der Erfindung darstellen;
18 eine Vorderansicht einer vierten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
19 einen Abschnitt von Aufzeichnungsabschnitten in der vierten Ausführungsform, denen jeweils vier Farben zugeordnet sind;
20 einen Abschnitt von Bildelektroden der vierten Ausführungsform;
21 berechnete Schwankungen in der auf ein Aufzeichnungsmedium aufgebrachten Tonermenge für eine Flächeneinheit und einer optischen Dichte bezüglich der Dauer einer an die Bildelektrode der vierten Ausführungsform angelegten, impulsförmigen Spannung;
22, wie die Aufzeichnungsabschnitt von 19 bei einem Schwarz-Weiß-Betrieb konditioniert sind;
23 und 24 jeweils eine ganz bestimmte Modifikation der vierten Ausführungsform;
25 eine Draufsicht auf eine spezifische Konfiguration von Steuerelektroden in einer fünften Ausführungsform gemäß der Erfindung;
26 eine Draufsicht auf eine andere spezifische Konfiguration der Steuerelektroden der fünften Ausführungsform;
27 eine Laminatstruktur eines Flugsteuerteils in der fünften Ausführungsform;
28 und 29 jeweils Vorderansichten einer Modifikation der fünften Ausführungsform;
30 einen Tonerbehälter für eine sechste und siebte Ausführungsform der Erfindung;
31A eine Beziehung zwischen der Menge an primären Tonerflugmenge und einer Tonerspannung, die mit dem in 30 dargestellten Tonerbehälter gemessen worden ist;
31B eine Beziehung zwischen der Ladungsmenge von dem primären Flug unterzogenen Toner für eine Masseneinheit und der Tonerspannung, die ebenfalls mit dem in 30 dargestellten Tonerbehälter gemessen worden ist;
32A eine Beziehung zwischen der primären Flugmenge und einem Tonerspalt, was ebenfalls mit dem in 30 dargestellten Tonerbehälter gemessen worden ist;
32B eine Beziehung zwischen der Ladungsmenge von dem primären Flug unterzogenen Toner für eine Masseneinheit und dem Tonerspalt, was ebenfalls mit dem in 30 dargestellten Tonerbehälter gemessen worden ist;
33 eine Beziehung zwischen der primären Flugmenge und der Umfangsgeschwindigkeit eines Tonerträgers, was ebenfalls mit dem in 30 dargestellten Tonerträger gemessen worden ist;
34 einen Tonerbehälter, der eine achte Ausführungsform der Erfindung darstellt;
35A eine Beziehung zwischen der primären Flugmenge und der Tonerspalt, was mit dem in 34 dargestellten Tonerbehälter gemessen worden ist, und
35B eine Beziehung zwischen der Ladungsmenge von dem primären Flug unterzogenen Toner für eine Masseneinheit und dem Tonerspalt, was ebenfalls mit dem in 34 dargestellten Tonerbehälter gemessen worden ist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird kurz auf ein herkömmliches Bildaufzeichnungssystem mit direktem Tonern oder Tonerprojektion Bezug genommen. 1 zeigt eine Bildaufzeichnungseinrichtung mit dem herkömmlichen Aufzeichnungssystem, wie es beispielsweise in der eingangs erwähnten japanischen Patentanmeldung Nr. 44-26 333 beschrieben ist. Wie dargestellt, hat die Einrichtung eine Gegenelektrode 100, ein Aufzeichnungsmedium in Form eines Blattes 101, ein Steuergitter 102, eine Sieb- oder Netze lektrode 104 und eine Fellbürste 105, die in dieser Reihenfolge nacheinander angeordnet sind. Die Fellbürste 105 führt Toner der Netzelektrode 104 zu. In der Einrichtung wird nicht leitender Toner 106 verwendet, welcher durch Reibung mit der Bürste 105 geladen wird, während die Bürste 105 in Drehung versetzt ist. Der geladene Toner fliegt durch das Steuergitter 102 auf die Gegenelektrode 100 zu, wobei er durch ein elektrisches Feld beschleunigt wird, das in dem Raum zwischen der Netzelektrode 104 und der Gegenelektrode 100 erzeugt ist. Folglich wird mit dem Toner 106 ein Bild auf dem Blatt 101 erzeugt.
Wenn der Wert eines elektrischen Signals, das an das Steuergitter 102 angelegt wird, geändert wird, wird das elektrische Feld zwischen der Netzelektrode 104 und dem Steuergitter 102 umgekehrt. Hierdurch ist verhindert, daß der Toner 106 fliegt, und es wird (weißer) Untergrund auf dem Blatt 101 erzeugt. Ferner kann der Wert des elektrischen Signals erhöht oder erniedrigt werden, um dadurch die Dichte des Bildes zu ändern. Jedoch hat diese Art Einrichtung die eingangserörterten Nachteile.
2 veranschaulicht den Flug von nichtleitendem Toner, zu dem es beispielsweise in einer Bilderzeugungseinrichtung kommt, die in der ebenfalls eingangs erwähnten japanischen Patentanmeldung Nr. 6-47 298 vorgeschlagen ist. Der Einfachheit halber ist das Steuergitter in 2 nicht dargestellt. Die Einrichtung weist einen mit Erdpotential verbundenen Tonerträger 107 und eine Gegenelektrode 108 auf. Wenn eine negative Spannung –V an die Gegenelektrode 108 angelegt wird, wird eine positive Ladung q auf dem mit 109 bezeichneten, nichtleitenden Toner injiziert. Wenn der Tonerträger 107 und die Gegenelektrode 108 in einem Abstand d voneinander angeordnet sind, dann ist ein elektrisches Feld E um den Toner 109 von dem Tonerträger 107 zu der Gegenelektrode 108 hin ausgerichtet und hat eine Intensität von V/d. Folglich wirkt eine elektrostatische Kraft F = qV/d auf den Toner 109 nach oben. Wenn die elektrostatische Kraft F die Summe aus Schwerkraft G, die auf den Toner 109 nach unten wirkt, und der Adhäsion V (van der Waals'sche Kräfte) ist, die zwischen den Partikeln des Toners 109 oder zwischen dem Toner 107 wirkt, wird der Toner 109 von dem Tonerträger 107 freigegeben und fliegt in Richtung auf die Gegenelektrode 108. Auf diese Weise ist es durch Benutzen des nichtleitenden Toners 109 möglich, den Toner 109 sicher mittels Ladungsinjektion zu laden. Hierdurch entfällt die Notwendigkeit durch Reibung zu laden. Jedoch hat diese Methode einige noch nicht gelöste Probleme, wie vorstehend ausgeführt ist.
3 zeigt die Einrichtung, die insbesondere in der veröffentlichten japanischen Patentschrift Nr. 6-47 298 offenbart ist. Die Einrichtung hat eine Gegenelektrode 110, ein Blatt 111, ein Flugsteuerteil 112 und eine leitfähige Rolle 113, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Das Flugsteuerteil 115 hat ein Mikroloch 112a und eine Steuerelektrode 112b, um den Flug des Toners durch das Loch 112a zu steuern. Die leitfähige Rolle oder ein vorher erwähnter Tonerträger 113 ist in einem leitenden Gehäuse 115 drehbar angeordnet. Umhüllte Drähte 114 sind in dem unteren Bereich des Gehäuses 115 angeordnet. Von einer Wechselspannungsquelle 116 ist eine Wechselspannung an die Drähte 114 angelegt, um Ladung auf der Rolle 113 zu induzieren. Die Ladung bewirkt, daß der Toner in einem umschlossenen Raum 117 fliegt, wodurch eine (Toner-)Wolke gebildet ist. Der Toner in Form einer Wolke wird elektrostatisch auf die Oberfläche der Rolle 113 aufgrund der zu dessen eigener Ladung spiegelbildlichen Kraft aufgebracht. Jedoch werden durch die Wechselspannungsquelle 116 zum Erzeugen eines elektrischen Wechselfeldes die Kosten der Einrichtung größer. Ferner muß, um eine Tonerwolke zu erzeugen, die Einrichtung größer ausgeführt werden, wodurch auch deren Kosten steigen. Da außerdem das Tonerabsetzen auf der Rolle 113 einfach auf der spiegelbildlichen Kraft der Ladung basiert, kann sich der Toner auf der Rolle 113 nur absetzen, wenn er sich zufällig der Rolle 113 nähert. Daher ist die auf der Rolle 113 pro Zeiteinheit aufgebrachte Tonermenge, d.h. die zugeführte Tonermenge zu klein, um einen hochschnellen Betrieb durchzuführen.
Nachstehend werden daher bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Erste Ausführungsform
Anhand von 4 bis 10 wird eine erste Ausführungsform beschrieben, die beispielsweise als ein Farbdrucker/Kopierer ausgeführt ist. Wie in 4 dargestellt, weist der Farbkopierer eine Kassette 1 auf, die mit einem Stapel Blätter 10 geladen ist. Eine Abzugsrolle 2 führt das oberste Blatt 10 von der Kassette 1 aus zu. Eine Gegenelektrode 4 ist als ein Band ausgeführt, das in einer durch einen Pfeil in 4 angezeigten Richtung drehbar ist. Die Gegenelektrode 4 ist über Tragrollen 31 und 32 geführt und erfüllt eine Blattförderfunktion. Die in Drehung versetzte Gegenelektrode 4 transportiert das Blatt 10 in eine Position über einem Flugsteuerteil 5. Um die Gegenelektrode 4 mit der Förderfunktion zu versehen, können in ihr eine Anzahl Perforationen (Löcher) ausgebildet sein, die in herkömmlicher Weise mit einer nicht dargestellten Vakuumeinheit zusammenarbeiten. Vier Tonerbehälter 6 sind unter dem Steuerteil 5 angeordnet, die jeweils an ihrer Oberseite eine Öffnung a haben. Während das Blatt 10 über das Steuerteil 5 in horizontaler Richtung befördert wird, fliegt unter der Steuerung des Steuerteils 5 leitfähiger Farbtoner von dem jeweiligen Tonerbehälter 6 weg. Folglich erzeugen die Toner ein Farbbild auf dem Blatt 10. Die Gegenelektrode 4 wird durch ein Führungsteil 41 geführt. Eine nicht dargestellte spannungsanlegende Einrichtung legt eine Spannung über die leitende Tragrolle 31 an die Gegenelektrode 4 an. In den Tonerbehältern 6 sind Y-(gelb), M-(magenta), C-(cyan) und BK-(schwarz) Toner untergebracht. Die Toner, die auf dem Blatt 10 in Schichten aufgebracht sind, werden mittels einer Heizrolle 7 und einer Andrückrolle 8 fixiert, welche eine Fixiereinheit bilden.
5 ist ein Abschnitt eines der Tonerbehälter 6 entlang der in 4 dargestellten Linie X-X; in 5 sind die Gegenelektrode 4 und das Flugsteuerteil 5 nicht dargestellt. Der Behälter ist herausnehmbar in dem Drucker/Kopierer untergebracht. Wenn der Behälter 4 in dem Drucker untergebracht ist, wird ein an dem Behälter 6 gehaltertes Zahnrad 61 in kämmendem Eingriff mit einem an der Abtriebswelle eines Motors 62 angebrachten Zahnrad 63 gebracht. Leitfähiger Toner 91 ist in dem Behälter 6 in Form einer Schicht untergebracht. Ein Tonerbehälter 6a ist als eine ebene Platte, beispielsweise aus Kunststoff ausgeführt und ist anhebbar, um den Toner 91 anzuheben. Schraubenspindeln 64 bewegen den Tonerträger 3a auf und ab. Ein Zahnrad 65 und eine Feder 66 spielen die Rolle eines Vibrators und eines elastischen Körpers. Das Zahnrad 65 hat eine gezahnte Oberfläche, welche gegen die Außenfläche einer Seitenwandung des Behälters 6 stößt. Die Feder 66 spannt den Kontainer 6 in Richtung auf das Zahnrad 65 vor. Wenn der Toner 91 verbraucht ist, werden die Spindeln 64 gedreht, um den Tonerträger 6a. d.h. den Toner 91 etwas anzuheben. Zu diesem Zeitpunkt wirken das Zahnrad 65 und die Feder 66 zusammen, um dadurch den Behälter 6 nur leicht in Schwingungen zu versetzen, wobei die Oberfläche der Tonerschicht jederzeit horizontal gehalten wird. Die Innenfläche des Behälters 6 ist, um elektrisch leitend zu sein, entsprechend behandelt. Die Tonerschicht ist über das Zahnrad und eine Seitenwandung des Kopierergehäuses mit Erdpotential verbunden.
6 zeigt einen Aufzeichnungsabschnitt, welcher einer der vier Farben zugeordnet ist und die Gegenelektrode 4, das Flugsteuerteil 5 und den Tonerträger 6a aufweist. Das Steuerteil 5 legt ein elektrisches Feld an den Toner 91 an, der auf dem Tonerträger 6a vorhanden ist, um dadurch den Flug des Toners 91 zu steuern. Eine spezifische Vorgehensweise, um das Steuerteil 5 zu schaffen, steht aus den Schritten, eine 75 μm dicke Polyimid-Schicht 52 aufzubereiten, welche ein Isolator ist, eine 25 μm dicke Kupferfolie auf beiden Seiten der Schicht 52 aufzubringen, die Oberfläche jeder Kupferfolie mit einem Elektrodenmuster zu belichten, die Kupferfolie zu ätzen, und ein Mikroloch 54 an einer vorher ausgewählten Stelle, beispielsweise mittels eines YAG-Lasers zu erzeugen. Das Mikroloch 54 hat einen Durchmesser von 150 μm. Die Kupferfolie, welche der Gegenelektrode 4 gegenüberliegt, stellt Bildelektroden 51 dar, an welche eine auf einem Bildsignal basierende Spannung angelegt wird. Die andere Kupferfolie, die dem Tonerträger 6a gegenüberliegt, bildet Abschirmelektroden 53, um zu verhindern, daß der Toner 91 auf Teile außer auf das Teil unter dem Mikroloch 54 fliegt.
Die Abschirmelektroden 53 sind entsprechend dem Tonerträger 6a mit Erdpotential verbunden. Hierdurch wird, selbst wenn Spannungen für eine Bilderzeugung an die Gegenelektrode 41 und die Bildelektroden 51 angelegt werden, das elektrische Feld aufrechterhalten, das auf den Toner in den Teilen außer in dem Teil unter dem Mikroloch 54 unter einem elektrischen Flugstartfeld liegt, um dadurch zu verhindern, daß der Toner fliegt.
In der dargestellten Ausführungsform ist der Abstand zwischen der Gegenelektrode 4 und den Bildelektroden 51 200 μm, während der Abstand zwischen den Abschirmelektroden 53 und der Tonerschicht 91 100 μm beträgt. Eine konstante Spannung von beispielsweise 400 V wird an die Gegenelektrode 4 angelegt. Eine Spannung, die bewirkt, daß der Toner 91 fliegt, wird an die Bildelektroden 51 entsprechend einem Bildsignal angelegt. Durch die Spannung wirkt das an der Oberfläche der Tonerschicht 91 erzeugte, elektrische Feld auf die Ladung des Toners 91. Wenn die sich ergebende elektrostatische Kraft die Summe aus der Adhäsion, die zwischen den Partikeln des Toners 91 oder zwischen dem Toner 91 und dem Tonerträger 6a wirkt (van der Waals'sche Kräfte) und der Schwerkraft übersteigt, fliegt der Toner 91 weg von der Schicht 91 entlang der elektrischen Kraftlinien, die durch gestrichelte Linien angezeigt sind. Folglich setzt sich der Toner auf dem Blatt 10 ab und erzeugt auf diesem ein Bild.
Wenn der Tonerträger 6a mit Erdpotential verbunden ist, und wenn Spannungen V1 von 120 V und 180 V einzeln an die Bildelektroden 51 angelegt werden, ändert sich das elektrische Feld an der Oberfläche der Tonerschicht 9, wie in 7 dargestellt ist. Die Veränderung wird durch Simulation ermittelt. Da das elektrische Feld bezüglich der Mittellinie Y-Y' in 6 in der Richtung von rechts nach links als symmetrisch betrachtet wird, wurde die Simulation nur bezüglich des linken Teils der 6 beeinflußt.
In 7 zeigt die Abszisse die Position an der Oberfläche der Tonerschicht 91 an; eine Graduation von 23,5 zeigt eine Position genau unter der Mitte des Mikrolochs 25 an. Die Ordinate zeigt die Intensität des elektrischen Feldes (nachstehend Feldintensität bezeichnet) an der Oberfläche der Tonerschicht 91 an. Da die Feldintensität in 10 μm abgestuft ist und da die Tonerpartikel jeweils einen Durchmesser von 10 μm haben, ist angenommen, daß ein einziger Tonerpartikel einer einzigen Abstufung entspricht. In diesem Sinn sollen die Zahlen an den Abstufungen als Partikelnummer betrachtet werden. Die Partikel #17 bis 23 sind unter dem Mikroloch 54 positioniert, während eine Partikelnummer 15 und folgende Partikel unter den Schirmelektroden 53 positioniert sind. Eine ausgezogene bzw. eine gestrichelte Kurve zeigen eine elektrische Feldverteilung, die gemessen worden ist, wenn V1 = 180 V ist, und eine Verteilung, die gemessen worden ist, wenn V1 = 120 V ist. Versuche haben gezeigt, daß das elektrische Flugstartfeld des Toners 3,8 × 10⁵ V/m ist.
Wie 7 zeigt, wird, wenn die Spannung V1 120 V ist, das elektrische Feld, damit der Toner 91 fliegen kann, nicht an die Tonerschicht 91 angelegt, so daß keine Tonerpartikel fliegen. Wenn dagegen die Spannung V1 180 V beträgt, wird erwartet, daß das elektrische Flugstartfeld oder ein intensiveres elektrisches Feld auf die Partikel #20 bis 23, d.h. über dem Bereich von etwa 40 μm von der Mitte des Mikroloches 54 aus wirkt. Ein experimentelles Ergebnis zeigt, daß, wenn die Spannung V1 180 V beträgt, die Partikel fliegen, die in einem kreisförmigen Bereich unter dem Mikroloch 51 liegen und einen Durchmesser von etwa 80 μm haben; keine Partikel fliegen, wenn die Spannung V1 120 V beträgt.
8A bis 8D zeigen das Simulationsergebnis, das den Ort des Toners darstellt, wenn die Spannung V1 von 120 V die ständig an die Bildelektrode 51 angelegt war, um 60 V, d.h. auf 180 V erhöht wurde. Wie in 8A dargestellt, ist in dem Moment, wenn die Spannung V1 von 120 V auf 180 V erhöht wird, die Ladung auf den Toner 91 nicht groß genug, um zu bewirken, daß er fliegt. Wie in 8B dargestellt, ist 0,2 ms später eine Ladung auf den Toner 81 aufgebracht, die groß genug ist, damit der Toner 81 fliegt Folglich beginnen acht Tonerpartikel, die in dem Bereich von 40 μm liegen, wie vorstehend erwähnt, weg von der Schicht entlang den elektrischen Kraftlinien zu fliegen. Wie in 8C dargestellt, passieren 0,4 ms später, alle acht Partikel 91 das Mikroloch 54 der Steuerelektrode 54 in einer keilförmigen Konfiguration, wobei die mittlere Partikel die anderen anführt. Wie in 8D dargestellt, sind 0,6 ms später die acht Partikel auf dem Blatt 10 ohne Ausnahme aufgebracht. Diese Simulation wurde durchgeführt, wobei die Spannung V1 bei 180 V gehalten wurde.
Selbst wenn die Spannungen und folglich die Feldintensität nach dem Beginn des Flugs erniedrigt wird, setzen die Partikel ihren Flug fort, obwohl der Eintreffen an dem Blatt 10 etwas verzögert wird, und zwar deswegen, da die Schwerkraft, die auf die Partikel wirkt, (in diesem Fall 0,5 × 10H-¹⁰ N) vernachlässigbar klein ist, im Vergleich zu der elektrostatischen Kraft (in diesem Fall 5 × 10^–10 N). Daher ist, selbst wenn die Spannung V1 von 180 V auf 120 V geschaltet wird, bevor sich die Partikel von dem Loch 54 weg bewegen, verhindert, daß die Partikel die Innenseite des Geräts verschmieren oder sich auf den Abschirmelektroden 53 absetzen, was ein Reinigen zur Folge gehabt hätte.
Aus den vorstehend beschriebenen Gründen werden bei dieser Ausführungsform 180 V an die Bildelektroden 15 für eine Bilderzeugung oder 120 V an dieselben Elektroden bei einer Nicht-Bild-Erzeugung angelegt. Hierdurch wird es überflüssig, das Schalten der Spannung der Bildelektroden 51 zu verzögern, bis sich die Partikel 91 von den Mikrolöchern 54 des Flugsteuerteils 5 weg bewegt haben, so daß sich ein hochschneller Betrieb durchführen läßt. Darüber hinaus kann das Steuerteil 5 Steuerelektroden haben, die in Gruppen angesteuert werden. Wenn beispielsweise die Steuerelektroden in einer schräg verlaufenden Anordnung angeordnet sind und gleichzeitig angesteuert werden, muß eine exklusive IC-Treibereinheit (IC) jeder Steuerelektrode zugeordnet werden. Wenn ein Bild mit einer Auflösung von 600 dpi auf ein Blatt der Größe A4 mit einer Breite von 210 mm gedruckt/kopiert wird und in einer vertikal langen Position zugeführt wird, dann müssen 4960 Bildelektroden angesteuert werden. Wenn eine IC-Treibereinheit mit 32 Ausgangsanschlüssen, die somit 32 Elektroden 51 ansteuern kann, verwendet wird, dann werden insgesamt 4960/32 = 155 IC-Treiberstufen benötigt. Im Falle eines Farbdruckers/Kopierers und infolge der Benutzung von vier verschiedenen Farben sind 630 IC-Treiberstufen notwendig. Wenn dagegen acht Bildelektroden 51 mit einem Pin (Ausgangsanschluß) einer IC-Treiberstufe verbunden sind und in acht Gruppen angesteuert werden, verringert sich die erforderliche Anzahl an IC-Treiberstufen auf ein Achtel, d.h. auf 78. Hierdurch werden auch die Kosten und der Raumbedarf reduziert, da nur ein Achtel des Raums benötigt wird.
Die Bildelektroden 51 und Abschirmelektroden 53 werden noch im einzelnen beschrieben. 9 zeigt eine spezifische Konfiguration der Bildelektroden 91 und der Abschirmelektroden 93, die einer Farbe zugeordnet sind. Die spezifische Konfiguration ist beispielsweise für eine Auflösung von 600 dpi ausgelegt. Die Bildelektroden 51 in einer einzigen Hauptabtastzeile werden in acht Gruppen angesteuert, um die Anzahl an teuren IC-Treiberstufen zu verringern. In 9 wird das Blatt 10 wie durch einen Konturpfeil angezeigt ist, in der Richtung von rechts nach links befördert. Diese Richtung wird als die Blatttransportrichtung bezeichnet. Wie dargestellt, sind die Bildelektroden 51 in Gruppen von 620 gemeinsamen Bildelektroden 51a ausgeführt, wobei jeweils eine einzelne Anordnung der Bildelektroden 51 acht Mikrolöchern 54 entspricht. Jede gemeinsame Bildelektrode 51a ist unter einem vorherbestimmten Winkel relativ zu der Transportrichtung schräg angeordnet und die benachbarten Elektroden sind in einem entsprechenden Abstand angeordnet, um zu verhindern, daß die Zentren der Mikrolöcher 54 in der Blatttransportrichtung fluchten. Insbesondere sind der Neigungswinkel und der Abstand so gewählt, daß die Zentren der Mikrolöcher 54 in einem Abstand d1 von 42,3 μm entsprechend der Auflösung von 600 dpi in der zu der Blattzuführrichtung senkrechten Richtung angeordnet sind. Die Richtung senkrecht zu der Blattzuführrichtung wird als die Blattbreitenrichtung bezeichnet. Die gemeinsamen 620 Bildelektroden 51a haben eine Gesamtabmessung von 1,65 mm in der Blatttransportrichtung und eine Abmessung von 210 mm in der Blattbreitenrichtung, was identisch mit der Breite eines Blattes der Größe A4 ist.
Acht Abschirm- und Gruppenansteuerelektroden 531 bis 538 sind auf der anderen Seite der Polyimidschicht 51 vorgesehen und spielen gleichzeitig die Rolle der Abschirmelektroden 53. Selbst wenn eine Spannung, damit der Toner entsprechend dem Bildsignal fliegt (nachstehend Flugspannung bezeichnet) an die gemeinsamen Bildelektroden 51a angelegt wird, erzeugen die Abschirm- und Gruppenansteuerelektroden 531 bis 538 elektrische Felder, um zu verhindern, daß die Tonerpartikel die Mikrolöcher 54 der gemeinsamen Bildelektroden 51a und nicht die anzusteuernden Mikrolöcher 54 passieren. Die Elektroden 531 bis 538 haben jeweils eine Anordnung von 620 Mikrolöchern, die sich senkrecht zu der Blatttransportrichtung erstrecken und mit den Löchern der 620 gemeinsamen Bildelektroden 51a in der gleichen Reihenfolge fluchten. Beispielsweise fluchten 620 Löcher der Elektrode 531 in der Blatttransportrichtung mit den Löchern der 620 gemeinsamen Bildelektroden 51a in derselben Richtung. Die 620 Elektroden und die acht Elektroden 531 bis 538 sind mit IC-Treiberstufen verbunden.
Die Löcher der 620 gemeinsamen Bildelektroden 51a werden nacheinander mit einem Ansteuerzustand in Anordnungen versorgt, die in der Breitenrichtung verlaufen und die den Abschirm- und Gruppenansteuerelektroden 531 bis 538 entsprechen, d.h. in der Reihenfolge der ersten Anordnung, der zweiten Anordnung und der nachfolgenden Anordnung, wenn in der Blatttransportrichtung gezählt wird. Insbesondere soll die bezüglich der Blatttransportrichtung oberste Lochanordnung so vorgesehen werden, daß der Ansteuerzustand, d.h. das Ausgangssignal der IC-Treiberstufen, das auf einer Bildinformation basiert, welche Punkte darstellt, die der obersten Lochanordnung entspricht, an die gemeinsamen Bildelektroden 51a anzulegen ist. Dann wird die oberste Abschirm- und Gruppenansteuerelektrode 538 mit einem Potentialzustand versehen, der ein elektrisches Feld für den Durchgang des Toners durch die Löchern der Elektroden 51a erzeugt, an welche die Flugspannung entsprechend einem Bildsignal angelegt wird, jedoch mit einem Potentialzustand versehen, der ein elektrisches Feld erzeugt, daß der Toner nicht zu den anderen Löchern der Elektrode 51a fliegt, an welche eine Spannung angelegt wird, um zu verhindern, daß Toner fliegt (was nachstehend als Nicht-Flugspannung bezeichnet wird). Dieser Potentialzustand wird nachstehend als ein Ansteuerpotentialzustand bezeichnet. Zu diesem Zeitpunkt werden die anderen Elektroden 531 bis 537 mit einem Potentialzustand versehen, der ein elektrisches Feld selbst an den Löchern der Elektroden 51a erzeugt, an welche die Flugspannung entsprechend dem Bildsignal angelegt worden ist, damit der Toner unter solchen Löchern nicht passiert. Dieser Potentialzustand wird nachstehend als ein Nicht-Ansteuerpotentialzustand bezeichnet.
Beispielsweise sollen die speziellen Abmessungen und die Gegenelektroden-Spannung, die in Verbindung mit 6 angegeben sind, verwendet werden und die Flugspannung sowie die Nicht-Flugspannung sollen 180 V bzw. 120 V sein. Dann werden die Spannung, um die Abschirm- und Gruppenansteuerdioden 531 bis 538 mit dem Ansteuerspannungszustand zu versehen, und die Spannung, um sie mit dem Nicht-Ansteuerzustand zu versehen, beispielsweise mit –20 V bzw. 0 V (Erdpotential) gewählt. Unter dieser Voraussetzung wird ein Toner mit niedrigem Widerstandswert verwendet, dessen Flugstart-Feldintensität, welche der untere Grenzwert für einen Tonerflug ist, 4,0 × 10⁵ V/m ist. An Positionen unter den Mikrolöchern 54, wo die Löcher der gemeinsamen Bildelektroden 51, an welche die Flugspannung angelegt wird, und die Löcher der Abschirmelektroden 53, an welche die Spannung für einen Ansteuerspannungszustand angelegt werden, miteinander fluchten, überschreitet die Feldintensität, welche auf die Tonerschicht wirkt, die Flugstar-Feldintensität und bewirkt, daß der Toner fliegt. Folglich fliegt der Toner durch die Mikrolöcher 54 hindurch zu der Gegenelektrode und setzt sich auf dem Blatt 10 ab.
Andererseits übersteigt die Feldintensität, die auf den Toner wirkt, nicht die Flugstart-Feldintensität, d.h. der Toner fliegt überhaupt nicht an Stellen unter den Mikrolöchern 54, wo die vorstehend angeführte Kombination von Spannungen nicht verfügbar ist. Diese Positionen sind die Stellen, an welchen die Löcher der gemeinsamen Bildelektroden 51a, an welche die Nicht-Flugspannung angelegt wird, und die Löcher der Abschirm- und Gruppenansteuerelektroden 531 bis 538, an welche die Spannung für den Ansteuerspannungszustand angelegt wird, miteinander fluchten und die Stellen, wo die Löcher der Elektroden 51, an welche die Spannung für den Nicht-Ansteuer-Spannungszustand und die der Elektroden 51 fluchten (ohne Rücksicht auf die an die Elektroden 51 angelegte Flug-/Nicht-Flugspannung).
Um die zweite Lochanordnung der 620 gemeinsamen Bildelektroden 51a, wenn von der (in der Transportrichtung gesehen) aufwärtsliegenden Seite gezählt wird, mit dem Ansteuerzustand zu versorgen, wird die zweite Abschirm- und Gruppenansteuer-Elektrode 537 in der vorstehend angegebenen Richtung mit dem Ansteuerpotentialzustand versorgt, wenn die anderen Elektroden 531 bis 536 mit dem Nicht-Ansteuerpotentialzustand versorgt werden.
Beispielsweise werden durch die vorerwähnten acht Gruppenansteuereinheiten, während die Flugspannung an alle gemeinsamen Bildelektroden 51a angelegt wird, die acht Abschirm- und Gruppenansteuerelektroden 531 bis 538 nacheinander in Intervallen angesteuert, die einem Zeitabschnitt entsprechen, der für das Blatt 10 erforderlich ist, um sich über eine Strecke in der Blatttransportrichtung zu bewegen. Folglich wird eine einzige Zeile, die über die Blattbreitenrichtung verläuft, auf dem Blatt 10 aufgezeichnet.
10 zeigt eine Steuerelektrodenanordnung, die den vier Farben des vorstehend erwähnten Farbdruckers/Kopierers zugeordnet sind. Gemeinsame Bildelektrodengruppen 51Y, 51M, 51C und 51Bk, die jeweils 620 gemeinsame Bildelektroden haben, sind an der Vorderseite der Steuerelektrodenanordnung vorgesehen, die den verschiedenen Farben zugeordnet sind. Acht Abschirm- und Gruppenansteuerelektroden, die nicht dargestellt sind, sind auf der Rückseite jeder der Steuerelektrodenanordnungen vorgesehen. Zahlen 1 bis 620, die an den Leitungen vorgesehen sind, stellen die erste bis 620-te Bildelektrode dar. Das Potential der Bildelektroden soll zum Zeitpunkt des Aufzeichnens 180 V und zum Zeitpunkt des Nicht-Aufzeichnens 120 V sein. Dann ist die maximale Potentialdifferenz zwischen den gemeinsamen Bildelektroden 60 V, welche niedrig genug ist, um zu verhindern, daß ein Leckstrom zwischen benachbarten gemeinsamen Bildelektroden fließt, so daß die Breite jeder Leitung und der Abstand zwischen benachbarten Leitungen 30 μm klein sein kann.
Hieraus folgt, daß der Abstand d2 zwischen den Farben und der Gesamtbreite W2 18,6 mm bzw. 61,8 mm gewählt werden kann. Daher kön nen die gemeinsamen Bildelektrodengruppen für die vier Farben auf einem einzigen Polyimid-Film gleichzeitig durch eine einzige Bemusterung hergestellt werden. Hierdurch ist eine extrem hohe Genauigkeit an den Positionen der vier gemeinsamen Bildelektrodengruppen zueinander sichergestellt; sogar die gelbe Elektrodengruppe 51Y und die schwarze Elektrodengruppe 51Bk, die in dem größten Abstand voneinander angeordnet sind, können mit einer Positionsgenauigkeit von weniger als 15 μm vorgesehen werden. Natürlich ist auch ein gleichzeitiges Bemustern bei Abschirm- und Gruppenansteuerelektroden durchführbar, von welchen Leitungen in der Breite der Elektroden gezogen werden können. Folglich können Bilder verschiedener Farben in einem genauen Register gehalten werden.
Vier Gruppen von Polystyrol-Harzkugeln mit einem Durchmesser von 10 μm wurden vorbereitet und durch die Dispersion von Cyan-, Magenta-, gelben und schwarzen Pigmenten gefärbt. Die Kugeln wurden mit einer transparenten Polarität-Steuersubstanz mit geringem Widerstand durch ein Trockensprayverfahren in einer Dicke von 0,1 μmm beschichtet. Anschließend wurden die Kugeln mit 1,5 Gewicht% feinen Siliziumoxid-(SiO₂)Pulvers mit einer mittleren Korngröße von 0,1 μm umhüllt. Die sich ergebenden vier Toner verschiedener Farben haben jeweils einen niedrigen spezifischen Widerstand von 10⁴ Ω cm.
Die vorerwähnten Vierfarbentoner wurden in dem in 4 dargestellten Tonerbehältern untergebracht. Die Gegenelektrode 4, die das unbeschichtete Papier ansaugt und an die die konstante Spannung von 400 V angelegt ist, wurde mit einer Geschwindigkeit von 66 mm/s in der durch einen Pfeil angezeigten Richtung gedreht. Die acht Abschirm- und Gruppenansteuerelektroden 531 bis 538 wurden nacheinander angesteuert. An die Bildelektroden 51, an die fortwährend die konstante Spannung von 120 V angelegt ist, wurde zusätzlich eine Impulsspannung von 60 V von IC-Ansteuereinheiten angelegt, d.h. es wurden für 0,082 ms 180 V angelegt. Der sich ergebende Vollfarbendruck hatte eine hohe Konturenschärfe bzw. Auflösung und zeigte ein genaues Register. Die Druck- bzw. Kopiergeschwindigkeit betrug 12 Druck/Kopiervorgänge pro Sekunde. Durch die Gruppenansteuerung wurde die Anzahl an teuren IC-Ansteuerstufen auf ein Achtel reduziert, wodurch beträchtliche Kosten eingespart wurden.
Die Ansteuerung von acht Gruppen dient nur der Veranschaulichung und kann durch irgendeine andere geeignete Gruppenansteuerung ersetzt werden. Wenn das Gruppenansteuerschema nicht verwendet wird, wird eine Druck/Kopiergeschwindigkeit erreicht, die das Achtfache der vorstehenden Geschwindigkeit ist, d.h. es können 96 Druck/Kopiervorgänge pro Minute durchgeführt werden.
Während bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Toner unmittelbar auf das unbeschichtete Papier 10 aufgebracht wird, können die Bildkomponenten verschiedener Farben an ein Zwischenübertragungsteil oder -band, eine über der anderen, und dann zusammen an das unbeschichtete Papier 10 übertragen werden.
In der Ausführungsform ist ein Tonerbehälter 6 mit der in 5 dargestellten Konfiguration verwendet. Es kann jedoch irgendeine andere geeignete Konfiguration für das Befördern und Zuführen des Toners verwendet werden. Zusätzlich ist sogar ein Verfahren, welches magnetischen Toner durch eine magnetische Kraft befördert verwendbar, wenn die Kosten und die Größe der Einrichtung nicht bedenklich sind und wenn eine schwache gleichförmige Magnetkraft verfügbar ist.
Obwohl der Toner hergestellt und beschrieben worden ist, daß er in der senkrechten Richtung nach oben fliegt, kann bewirkt werden, daß er erforderlichenfalls nach unten oder sogar in der horizontalen Richtung fliegt. Die Abschirmelektroden 53 können in Abhängigkeit von der Konfiguration der Elektroden und der Höhe der Spannungen auch weggelassen werden. Ferner dient die Anordnung der dargestellten und beschriebenen Elektroden nur der Veranschaulichung.
Für den leitfähigen Toner 91 kann ein gleichrichtender Toner verwendet werden, der nur mit positiver oder negativer Polarität ladbar ist. Beispielsweise kann, um gleichrichtenden Toner zu er zeugen, der nur mit positiver Polarität ladbar ist, ein Grund- oder Mutterharz verwendet werden, das als ein Kopolymer von Styrol, ein Acrylmonomer oder ein kationisches Polymer ausgeführt ist, das dargestellt ist durch
Ein Färbemittel wird in dem vorerwähnten Grundharz dispergiert, dann wird das Harz nach einem herkömmlichen Verfahren pulverisiert und mit Siliziumoxid umhüllt.
Der gleichrichtende Toner, der mittels der vorstehend beschriebenen Prozedur erzeugt worden ist, ist nur mit positiver Polarität in den Spannungsbereichen des Farbdruckers/Kopierers ladbar. Daher werden, wenn solcher Toner verwendet wird, Spannungen, die den Spannungen in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform entgegengesetzt sind, an die verschiedenen Elektroden angelegt.
Der gleichrichtende Toner hat folgende Vorteile. Selbst wenn der Widerstandswert des Blattes 10 niedrig ist, wird verhindert, daß eine Ladung, die in der Polarität der gewünschten Ladung entgegengesetzt ist, in den auf dem Blatt 10 aufgebrachten Toner injiziert wird. Dies verhindert, daß Toner in umgekehrter Richtung von dem Band 10 weg fliegt. Folglich ist selbst in einer warmen/heißen und feuchten Umgebung eine ausreichend Bilddichte erreichbar. Selbst wenn der Toner auf dem Blatt 10 in Schichten aufgebracht ist, ist verhindert, daß die zweite und nachfolgende Tonerlagen infolge statischer Induktion mit der entgegengesetzten Polarität geladen werden und in der umgekehrten Richtung fliegen. Somit kann Toner verschiedener Farben auf dem Blatt 10 in Schichten aufgebracht werden, um eine Vollfarbenkopie zu erzeugen. Wenn ein elektrisches Feld, das bewirkt, daß der Toner nur in einer Richtung fliegt, angelegt wird, ist ferner verhindert, daß der Toner dadurch, daß er mit der entgegengesetzten Polarität geladen wird, in umgekehrter Richtung fliegt. Hierdurch ist auch ein Vorfall verhindert, daß Toner, der in Richtung zu dem Aufzeichnungs medium fliegt, und Toner, der von dem Medium zurückfliegt eine elastische Kollision erfahren. Die elastische Kollision würde bewirken, daß der Toner um ein gewünschtes Bild herum auf dem Blatt 10 verteilt wird und dadurch die Grenzen zwischen Bild und Rand verwischen.
Wie vorstehend ausgeführt, wird in der dargestellten Ausführungsform, selbst wenn ein Bild nicht erzeugt wird, ein elektrisches Feld kontinuierlich ausgebildet, welches eine elektrostatische Kraft erzeugt, die bewirkt, daß Toner, der einen Tonerträger verlassen hat, fliegt, die jedoch verhindert, daß neuer Toner von dem Tonerträger weg fliegt. Daher ist, selbst wenn Steuerelektroden in den Spannungszustand geschaltet werden, der einer Nicht-Bilderzeugung zugeordnet ist, wenn der Toner den Tonerträger infolge einer Spannung zur Bilderzeugung verlassen hat, verhindert, daß der Toner schwebt und das Innere des Geräts verunreinigt oder auf die Steuerelektroden aufgebracht wird, so daß eine Reinigung durchgeführt werden müßte. Dies fördert auch ein hochschnelles Drucken/Kopieren. Außerdem verringert eine Gruppenansteuerung die Kosten des Geräts.
Zweite Ausführungsform
Ein Farbdrucker/Kopierer, der eine zweite Ausführungsform darstellt, wird anhand von 11 bis 16 beschrieben. Da die vorstehende Beschreibung der ersten Ausführungsform, die bezüglich der 4, 6, 9 und 10 erfolgt ist, auch zu dieser Ausführungsform paßt, wird sie nicht wiederholt, um eine Redundanz zu vermeiden. Bei dem zu beschreibenden Drucker/Kopierer wird gleichrichtender Toner anstelle des leitfähigen Toners 91 verwendet. Für den gleichrichtenden Toner 90 wird ein Grund- bzw. Mutterharz in Form eines Kopolymers von Styrol, Acryl-Monomer und kationisches Polymer verwendet, das durch die vorstehend in Verbindung mit der ersten Ausführungsform wiedergegebenen Formel dargestellt ist. Nachdem ein Färbemittel in dem vorstehend beschriebenen Grundharz dispergiert worden ist, wird das Harz pulverisiert und dann, wie vorstehend bereits ausgeführt, mit Siliziumoxid überzogen.
Kenndaten des Toners 90, der nach der vorstehend beschriebenen Prozedur erzeugt worden ist, wurden wie folgt gemessen. Für die Messung wurden, wie in 11 dargestellt, die Tonerpartikel 90 in eine in dem Tonerträger 6a ausgebildete Vertiefung eingebracht. Die Vertiefung hatte einen Durchmesser von 10 mm und eine Tiefe von 1 mm. Die Gegenelektrode 4, welche einen Isolierfilm auf ihrer dem Tonerträger 6a zugewandten Fläche trägt, ist über dem Tonerträger 6a in einem Abstand von 1 mm angeordnet.
Zuerst wird der Tonerträger 6a mit Erdpotential verbunden und dann wird eine vorher ausgewählte Spannung für 1 s an die Gegenelektrode 4 angelegt. Anschließend wurde die Masse des Toners, die in Richtung des Isolierfilms 41 geflogen und sich auf diesem abgesetzt hat, (nachstehend als Tonerflugmenge bezeichnet) mittels einer Vorrichtung gemessen, die bisher bereits zum Messen von Toner in der Elektrophotographie verwendet worden ist. Zum Vergleich wurde dieselbe Messung mit leitfähigem Toner RIFAX 9000 (Warenname) durchgeführt, der von Ricoh erhältlich ist und welcher ein leitfähiger Toner ist. Die Meßergebnisse sind in 12 dargestellt.
Wie 12 zeigt, fliegt der leitfähige Toner 91 unabhängig von der Polarität der Spannung, während der gleichrichtende Toner 90 nur fliegt, wenn eine negative Spannung angelegt ist. Der Toner 90 fliegt überhaupt nicht, selbst wenn eine Spannung angelegt wird, die bis zu 2000 V hoch ist, solange deren Polarität negativ ist. Als nächstes wurde die Tonerflugmenge gemessen, indem die Gegenelektrode 4 mit Erdpotential verbunden und eine Spannung an den Tonerträger 6a angelegt wurde. Das Ergebnis dieser Messung ist in 13 dargestellt. Wie dargestellt, fliegt der Toner 90 nur, wenn eine positive Spannung angelegt ist; er fliegt überhaupt nicht, selbst wenn eine Spannung von –2000 V angelegt wird.
Aus dem Vorstehenden ist zu ersehen, daß der gleichrichtende Toner 90 mit positiver Polarität infolge einer Ladungsinjektion so bequem wie der leitfähige Toner zu laden ist, jedoch nicht mit negativer Polarität. Dies zeigt, daß der Toner 90 eine bemerkenswerte gleichrichtende Charakteristik vermutlich aus dem folgenden Grund hat. In der vorstehend wiedergegebenen Folge werden positi ve Ionen von der Hauptkette fest aufgefangen und können nicht wandert. Jedoch können negative Ionen frei wandern. Folglich wandert, wenn eine negative Spannung an die Gegenelektrode 4 angelegt wird, um ein elektrisches Feld zu erzeugen, nur die negativen Ionen und fließen von dem Toner weg, mit dem Ergebnis, daß der Toner durch die positiven Ionen mit positiver Polarität geladen wird. Wenn ein entgegengesetztes elektrisches Feld erzeugt wird, ist verhindert, daß Elektronen in den Toner eindringen, mit dem Ergebnis, daß der Toner nicht mit negativer Polarität geladen wird.
Auch wurde die Tonerflugmenge dadurch gemessen, daß der Isolierfilm 41 der Gegenelektrode 4 entfernt wurde und dadurch bewirkt, daß der gleichrichtende Toner 90 in derselben Weise wie der leitfähige Toner 91 fliegt. Das Meßergebnis ist in 14 dargestellt. Wie dargestellt, wurden, wenn der leitfähige Toner 91 verwendet wurde, im wesentlichen keine Partikel an der Gegenelektrode 4 zurückgelassen. Bei dem gleichrichtenden Toner 90 wurden an der Gegenelektrode 4 im wesentlichen dieselbe Menge Partikel zurückgelassen, wenn die Isolierfilm 41 an der Elektrode 4 vorhanden war. Dies ist folgendermaßen zu erklären. Wie in 15A dargestellt, wird, wenn der leitfähige Toner 91 auf die Gegenelektrode 4 aufgebracht ist, eine negative Ladung in den Toner 91 injiziert, was bewirkt, daß er in der umgekehrten Richtung fliegt. Im Unterschied hierzu bleibt der gleichrichtende Toner 90 positiv und fliegt nicht in der umgekehrten Richtung, da eine negative Ladung nicht in ihn injiziert wird. Es kann folglich gesagt werden, daß, wenn ein Aufzeichnungsteil mit niedrigem Widerstand auf der Seite der Gegenelektrode 4 positioniert ist, kann der Toner 91 nicht aufzeichnen; jedoch kann der Toner 90 aufzeichnen.
Eine impulsförmige Spannung wurde viermal nacheinander an die Gegenelektrode 4 angelegt, damit der Toner viermal nacheinander jeweils in einer Menge von 1 mg fliegt. Dies wurde jeweils mit dem gleichrichtenden Toner 90 und dem leitfähigen Toner 91 durchgeführt. 16 zeigt die Tonerflugmengen, die unter derartigen Bedingungen gemessen wurde. Wie dargestellt, blieb für den Toner 91 die Flugmenge im wesentlichen konstant, unabhängig davon, wie oft die Impulsspannung angelegt wird. Dagegen nimmt bei dem Toner 90 die Tonerflugmenge proportional zu, wie oft die Impulsspannung angelegt wird. Selbst wenn der Toner 91 verwendet wird, fliegt eine ausreichende Tonermenge jedesmal, wenn die Impulsspannung angelegt wird, wie durch Versuche festgestellt worden ist. Vermutlich fliegen, wie in 15C dargestellt ist, die zweite und nachfolgende Schichten des Toners 91, die einmal geflogen sind, in der umgekehrten Richtung, die zweiten und nachfolgende Schichten des Toners 90 bleiben jedoch auf der Gegenelektrode 4, ohne in der umgekehrten Richtung zu fliegen. Es kann daher gesagt werden, daß der Toner 90 sich auf der Gegenelektrode 4 in Schichten absetzt.
Wenn der Farbdrucker/Kopierer gemäß dieser Ausführungsform mit einem gleichrichtenden Toner geladen wird, der nur mit der positiven Polarität ladbar ist, arbeitet der Drucker folgendermaßen. Bezugnehmend auf 6 werden der Tonerträger 6a und die Abschirmelektrode 53 mit Erdpotential verbunden, und es wird eine konstante Spannung von beispielsweise –400 V an die Gegenelektrode 4 angelegt. Ebenso wird eine konstante Spannung von beispielsweise –120 V an die Bildelektrode 51 angelegt. Um ein Bild auf dem Blatt 10 zu erzeugen, legt eine nicht dargestellte IC-Ansteuereinheit ein Bildsignal oder eine impulsförmige Spannung von beispielsweise –60 V an. Folglich wird an die Bildelektrode 51 eine Spannung von 180 V angelegt, d.h. –120 + –60 = –180. Ein elektrisches Feld, das an der Oberfläche der Tonerschicht erzeugt worden ist, induziert eine positive Ladung auf dem gleichrichtenden Toner 90. Das vorstehend erwähnte elektrische Feld wirkt auf die Ladung mit dem Ergebnis, daß eine auf die Gegenelektrode 5 gerichtete, elektrostatische Kraft auf den Toner 90 wirkt. Wenn diese elektrostatische Kraft die Summe der Adhäsion überschreitet, die zwischen den Tonerpartikeln und zwischen dem Toner und dem Tonerträger 61 wirkt (van der Waals'sche Kräfte) fliegt der Toner entlang der elektrischen Kraftlinien weg von der Schicht und setzt sich auf dem Blatt 10 ab.
In dieser Ausführungsform wird, selbst wenn das Blatt 10 einen niedrigen Widerstandswert hat, nicht eine negative Ladung in den Toner 90 injiziert, der auf das Blatt 10 aufgebracht worden ist, so daß der Toner 90 frei von negativer Ladung ist. Folglich wirkt eine elektrostatische Kraft, die den Toner 90 zu dem Tonerträger 6a zurückbringen will. Hieraus folgt, daß mit dem Toner 90 ein Bild selbst auf das Blatt 10 mit niedrigem Widerstandswert aufgezeichnet werden kann. Für einen Versuch wurde das Blatt 10 als Alumiumfolie oder einen ähnlichen Leiter oder als ein unbeschichtetes Papier ausgeführt, das 4 Stunden lang in einer 30°C warmen und 90%RH feuchten Atmosphäre belassen worden war. Mit dem Toner 90 wurde mit Erfolg ein hochdichtes Bild selbst sogar auf einem solchen Ersatzprodukt gedruckt/kopiert, wenn eine Spannung von 100 V und eine Spannung von 180 V an die Gegenelektrode 4 bzw. die Bildelektrode angelegt wurden.
Bei einem Vollfarben-Druck/Kopierbetrieb wird die vorstehend beschriebene Operation viermal mit gelbem, Magenta-, Cyan- und schwarzem Toner wiederholt. In diesem Fall wird nach dem Aufbringen der zweiten Tonerschicht verhindert, daß sie durch elektrostatische Induktion negativ geladen wird. Dies gilt auch bezüglich der dritten und der folgenden Tonerschichten. Der Toner kann daher in aufeinanderfolgenden Schichten aufgebracht werden. Ein(e) Vollfarben-Druck/Kopie ist erreichbar, wenn die Gegenelektrode oder das Band 4 mit einer Geschwindigkeit von 66 mm/s bewegt werden, und wenn eine impulsförmige Spannung von –60 V von einer IC-Ansteuereinheit aus an die Bildelektrode 51 gemäß dem Bildsignal angelegt wird.
Ferner wird, da verhindert ist, daß der Toner in der umgekehrten richtung fliegt, eine elastische Kollision des Toners, der zu der Gegenelektrode 4 fliegt, und des Toners, der in der umgekehrten Richtung fliegt, unterbunden. Hierdurch ist verhindert, daß der Toner um ein Bild herum auf dem Blatt 10 verstreut wird.
Obwohl sich die vorstehend beschriebene Ausführungsform auf den gleichrichtenden Toner konzentriert hat, der mit der positiven Polarität ladbar ist, ist dies nur praktikabel, wenn der gleichrichtende Toner entweder mit positiver oder mit negativer Polari tät durch ein elektrisches Feld ladbar ist, das in dem Bereich von Spannungen in einer Pulveraufzeichnungseinrichtung verfügbar ist.
Wie vorstehend ausgeführt, ist in der dargestellten Ausführungsform der gleichrichtende Toner nur mit positiver oder negativer Polarität ladbar. Daher kann, selbst wenn der Widerstandswert eines Papiers oder eines entsprechenden Aufzeichnungsmediums infolge einer warmen und feuchten Umgebung abnimmt, ausgeschlossen werden, daß eine Ladung entgegengesetzter Polarität in den Toner injiziert wird, der auf das Papier aufgebracht ist und der Toner mit einer Polarität geladen wird, die der gewünschten Polarität entgegengesetzt ist. Der Toner fliegt daher nicht in der umgekehrten Richtung und kann ein Bild selbst auf einem Aufzeichnungsmedium mit einem niedrigen Widerstandswert aufzeichnen. Ebenso ist verhindert, daß die zweiten und dritten Tonerschichten, die schichtweise auf das Aufzeichnungsmedium aufgebracht sind, mit der entgegengesetzten Polarität geladen werden und in der umgekehrten Richtung fliegen. Somit kann eine ausgezeichnete Vierfarbenkopie dadurch hergestellt werden, daß Toner verschiedener Farben schichtweise aufgebracht werden.
Dritte Ausführungsform
Ein Farbdrucker/Kopierer, der eine dritte Ausführungsform der Erfindung darstellt, wird nunmehr beschrieben. Da die Beschreibung der ersten Ausführungsform, die anhand von 4, 6, 9 und 10 vorgesehen worden ist, auch zu dieser Ausführungsform paßt, wird sie nicht wiederholt, um Redundanz zu vermeiden. In dieser Ausführungsform wird, um das in 6 dargestellte Flugsteuerteil 5 zu erzeugen, eine 8 μm dicke Folie auf beiden Oberflächen der 25 μm dicken Polyimidschicht 52 aufgebracht, welche ein Isolator ist. Nachdem die Oberfläche jeder Kupferfolie mit einem Elektrodenmuster belichtet worden ist, wird sie geätzt. Anschließend werden in den Film 52 die Mikrolöcher 54, die einen Durchmesser von 500 μm haben, beispielsweise mittels eines YAG-Lasers eingebracht. Der Abstand zwischen der Gegenelektrode 4 und den Bildelektroden 51 soll 300 μm sein; der Abstand zwischen den Abschirmelektroden 51 und der Oberfläche der leitfähigen Tonerschicht 90 soll 300 μm sein; eine Spannung von +50 V wird an die Gegenelektrode 4 angelegt, und eine Flugspannung von +140 V und eine Nicht-Flugspannung von 0 V (d.h. Erdpotential), werden an die gemeinsamen Bildelektroden 51a (9) angelegt. Dann werden eine Spannung von beispielsweise +80 V und eine Spannung von 0 V (d.h. Erdpotential) an die Abschirm- und Gruppenansteuerelektrode 538 angelegt, um den Ansteuerspannungszustand bzw. den Nicht-Ansteuerspannungszustand einzustellen. Unter dieser Voraussetzung soll der Toner eine niedrigen oder mittleren Widerstandswert haben (beispielsweise Toner mit einem mittleren Widerstandswert, dessen spezfische elektrische Leitfähigkeit 10^–8 ^±3 S/cm ist), wozu eine elektrische Flugstart-Feldstärke benötigt wird, deren unterer Grenzwert 4,0 × 10⁵ V/m ist. Genau unter dem Mikroloch 54, wo das Loch der gemeinsamen Bildelektrode 521, an welche die Flugspannung angelegt wird, und das Loch der Abschirmelektrode 53, an welche die Spannung für den Ansteuerspannungszustand angelegt wird, fluchten, überschreitet die Feldintensität, die auf die Tonerlage wirkt, die Flugstart-Feldintensität und bewirkt, daß der Toner durch das Mikroloch 54 zu dem Blatt fliegt.
Ferner beträgt die Spannung des Ansteuerpotentialzustands, die an die Abschirm- und Gruppenansteuerelektrode 531 bis 538 (9) anzulegen ist, +80 V, die zu der Höhe des Potentials (0 V) im Bezug zu setzen ist, die an den Tonerträger 6a in der gleichen Weise angelegt wird, wie das Potential (+140 V) der gemeinsamen Bildelektroden 5a, das an die Flugspannung angelegt wird, in Bezug zu dem Potential (0 V) gesetzt wird, das an den Tonerträger 6a angelegt ist. Die Abschirm- und Gruppenansteuerelektroden 531 bis 538 erzeugen auch elektrische Felder, damit die Tonerschicht unter die Mikrolöcher 54 fliegt. Daher kann, um eine Spannung desselben Potentials wie diejenige des Tonerträgers 6a (0 V) als eine Spannung an die den Ansteuerpotentialzustand anzulegende, die an die Elektroden 531 bis 538 anzulegen ist, die Höhe der Flugspannung im Vergleich zu dem Fall reduziert werden, bei welchem das elektrische Feld, damit der Toner unter die Mikrolöcher 54 fliegt, nur von der an die Elektroden 5a angelegten Flugspannung erzeugt wird.
Beispielsweise sollen die in 6 dargestellten spezifischen Abmessungen gelten und es soll eine Spannung von +500 V an die Gegenelektrode 4 angelegt werden. Ebenso sollen die Mikrolöcher 54 verwendet werden, wobei an die gemeinsame Bildelektrode die Flugspannung von 140 V und an die Abschirm- und Gruppenansteuerelektrode die Spannung von +80 V für den Ansteuerpotentialzustand angelegt werden. In 17A zeigt eine Kurve ein elektrisches Feld, das auf die Oberfläche der Tonerschicht unter den vorstehend angeführten Bedingungen wirkt, wie durch Simulation mit Hilfe einer finiten Elementemethode festgestellt wurde. In 17A ist auf der Abszisse der Abstand aufgetragen, der von einer Position unter dem Zentrum des Mikrolochs 54 gemessen worden ist, während auf der Ordinate die Feldintensität aufgetragen ist.
Nunmehr sollen die in 6 dargestellten, spezifischen Informationen gelten und es soll eine Spannung von +900 V an die Gegenelektrode 4 angelegt werden. Ebenso soll das Mikroloch 54 verwendet werden, wobei an die gemeinsame Bildelektrode 51a eine Flugspannung von +300 V und an die Abschirm- und eine der Gruppenansteuerdioden 531 bis 538 eine Spannung von 0 V für den Ansteuerpotentialzustand angelegt werden, was identisch mit dem Potential für den Tonerträger 6a ist. In 17A zeigt eine Kurve B11 das Simulationsergebnis, das erhalten worden ist, um ein elektrisches Feld unter den vorstehend angeführten Voraussetzungen zu bestimmen. Zu beachten ist, daß, wenn das Potential für den Ansteuerpotentialzustand beispielsweise nur 0 V ist, die vorstehend angeführte Gegenelektrodenspannung und die Flugspannung die Spannungen sind, die notwendig sind, damit der Toner auf der Basis der Dauer der Flugspannung fliegt, die kürzer als 1 ms ist. Selbst unter der Voraussetzung, die durch die Kurve insgesamt dargestellt ist und in welcher die an die gemeinsame Bildelektrode 51 angelegte Flugspannung verhältnismäßig niedrig ist, ist eine Feldintensität, die höher als die Flugstart-Feldintensität ist, über 4,0 × 10⁵ V/m in dem Bereich von 60 μm erreichbar, wenn von der Position unter dem Zentrum, unter der durch die Kurve b11 dargestellten Voraussetzung gemessen worden ist. Folglich können unter einer solchen Voraussetzung Tonerpartikel fliegen, die in dem vorstehend angeführten Bereich liegen.
Wie vorstehend ausgeführt, kann die Flugspannung, welche notwendig ist, damit der Toner fliegt, erniedrigt werden. Die IC-Ansteuerstufen können dann die Elektroden mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit ansteuern.
Ferner sollen die in 6 dargestellten spezifischen Abmessungen gelten und es soll eine Spannung von +500 V an die Gegenelektrode 4 angelegt werden. Auch soll eines der Mikrolöcher 54 verwendet werden, wobei an die gemeinsame Bildelektrode 51a eine Tonerflugspannung von +140 V und an eine der Abschirm- und Gruppenansteuerelektroden 531 bis 538 0 V für den Nicht-Ansteuer-Potentialzustand angelegt werden. In 17B zeigt eine Kurve a10 das Simulationsergebnis, um ein elektrisches Feld unter den vorstehend angeführten Bedingungen zu bestimmen. Darüber hinaus sollen die in 6 dargestellten, spezifischen Abmessungen gelten und es soll eine Spannung von +500 V an die Gegenelektrode 4 angelegt werden. Ebenso soll die Öffnung 54 gelten, wobei an die gemeinsame Bildelektrode 51a die Nicht-Flugspannung von 0 V und an eine der Abschirm- und Gruppenansteuerelektroden 531 bis 538 eine Spannung von +80 V für den Ansteuerpotentialzustand angelegt wird. In 17B zeigt eine Kurve a10 das Simulationsergebnis um ein elektrisches Feld unter den vorstehend angeführten Bedingungen zu bestimmen. Wie dargestellt, ist in diesen Fällen eine Feldintensität, welche die Flugstart-Feldintensität von 4,0 × 10⁵ V/m übersteigt, nicht erreichbar, so daß der Toner nicht fliegt.
Bei der vorstehenden Ausführungsform wird 0 V verwendet, d.h. es wird dasselbe Potential eingestellt, wie dasjenige des Tonerträgers 61 und wird an die gemeinsame Bildelektrode 51a als die Nicht-Flugspannung angelegt. Andererseits kann an die Elektrode 51A auch eine Spannung angelegt werden, die in der Polarität der Spannung entgegengesetzt ist, die an die Abschirm- und Gruppenansteuerelektroden 531 bis 538 angelegt worden ist, um den Ansteuer-Potentialzustand einzustellen. Hierdurch ist mit Erfolg die Feldintensität verringert, die auf die Tonerlage unter den Mikrolöchern 54 wirkt, wobei an die gemeinsamen Bildelektroden 51a die Nicht-Flugspannung angelegt ist und die Elektroden 531 bis 538, die mit dem Ansteuer-Potentialzustand versehen worden sind, ein ander schneiden. Wie vorstehend ausgeführt, hat diese Ausführungform die folgenden Vorteile:

(1) Eine Schaltungsanordnung für ein Flugsteuerteil, um Steuerelektroden zu steuern, ist vereinfacht.
(2) Spannungen, die auf ein Bildsignal ansprechen, sind verhältnismäßig klein, so daß eine einfache Ansteuerschaltung, die Steuerelektroden mit hoher Geschwindigkeit ansteuern kann.
(3) Es ist verhindert, daß Tonerpartikel außer denjenigen, welche an Mikrolöcher angrenzen, fliegen und sich an der Oberfläche des dem Tonerträger gegenüberliegenden Flugsteuerteils absetzen und die Öffnungen verstopfen.

Vierte Ausführungsform
Anhand von 18 bis 24 wird ein Farbprinter/Kopierer beschrieben, der eine vierte Ausführungsform der Erfindung darstellt. Da die Beschreibung der ersten Ausführungsform, bei welcher Bezug genommen worden ist auf 6, 9 und 10, auch für diese Ausführungsform gilt, wird sie nicht wiederholt, um Redundanz zu vermeiden. Wie in 18 dargestellt, unterscheidet sich der Farbdrucker/Kopierer von dem Farbdrucker/Kopierer der 4 dadurch, daß er sieben Tonerbehälter 6 hat. Insbesondere ist in den drei Tonerbehälter 6 von rechts aus gezählt Y-, M- bzw. C-Toner untergebracht, während in den anderen vier Tonerbehältern 6 Bk-Toner untergebracht ist. Die Tonerbehälter 6 sind jeweils so behandelt, daß sie elektrisch leitend sind, und sind mit Erdpotential verbunden.
Wie in 19 dargestellt, ist in den vier Tonerbehältern 6 gelber Toner 911, Magenta-Toner 912, Cyan-Toner 913 bzw. schwarzer Toner 914 untergebracht. Obwohl sich die Gegenelektrode oder das Band 4 in der durch einen Pfeil angezeigten Richtung bewegt, während das Blatt 10 angesaugt wird, fliegen der gelbe, Magenta-, Cyan- und schwarze Toner nacheinander von den Tonerbehältern 6 aus zu einer vorher ausgewählten Stelle auf dem Blatt 10, und zwar jeweils in einer vorher ausgewählten Menge. Folglich wird ein Farbbild auf dem Blatt 10 erzeugt.
Wie in 20 dargestellt, hat jedes Flugsteuerteil 5 die Bild elektroden 51, die jeweils ein ganz bestimmtes Mikroloch 54 umgeben. An die Bildelektroden 51 wird jeweils ein elektrisches Feld bezüglich des entsprechenden Mikrolochs 54 angelegt, damit der Toner fliegt. Um die Bildelektroden 51 während einer Aufzeichnung anzusteuern, werden IC-Ansteuereinheiten verwendet. Das Zuordnen einer exklusiven IC-Ansteuereinheit zu jeder Bildelektrode 51 erhöht die Gesamtkosten des Printers/Kopierers. In der dargestellten Ausführungsform ist die Anzahl an IC-Ansteuerstufen durch ein Zeitmultiplex-Ansteuerschema verringert.
In der dargestellten Ausführungsform sind die sieben Tonerbehälter 6 bequem verschiebbar, so daß die Tonerbehälter 6, welche den Steuerelektroden 5 gegenüberliegen, austauschbar sind. Beispielsweise werden bei einem Farbmodus die Tonerbehälter 6, in denen der gelbe, Magenta-, Cyan- und schwarze Toner untergebracht sind, jeweils so angeordnet, daß sie der Steuerelektrode 5 gegenüberliegen, wie durch ausgezogene Linien in 18 dargestellt ist. Bei einem Schwarz-Weiß-Einfarbenbetrieb werden durch einen nicht dargestellten Schrittmotor die Tonerbehälter in Positionen verschoben, die durch strichpunktierte Linien in 18 angezeigt sind. Folglich liegen dann vier schwarze Tonerbehälter 6 den Steuerelektroden 5 gegenüber. In der in 18 dargestellten Anordnung sollten die Tonerbehälter 6 in etwa 2 s um 66 mm verschoben werden, und können dann langsam in genauen Positionen festgelegt werden.
Bei einem Versuch wurde eine Spannung von –120 V, die fortwährend an die Elektroden 51 angelegt war, auf –180 V erhöht, damit der Magenta-Toner 912 fliegt. Unter dieser Voraussetzung wurde die Dauer einer impulsförmigen Spannung geändert, um die Veränderung der Toneraufbringmenge auf das Blatt 10 für eine Flächeneinheit und die Veränderung der optischen Dichte festzulegen, wie in 21 dargestellt ist. Obwohl die Toneraufbringmenge proportional zu der Impulsbreite oder -dauer zunimmt, wird im wesentlichen bei oder etwa bei 0,12 ms aufgehört, die optische Dichte zu erhöhen. Folglich ist, wenn eine Spannung für 0,12 ms für jede Farbe angelegt wird, eine ausreichende Bilddichte bei jeder Farbe erreichbar.
Das Blatt 10 soll ein unbeschichtetes Papier sein und von der Gegenelektrode 4 mit einer Geschwindigkeit von 42,3 mm/s befördert werden, und die Auflösung soll 600 dpi sein. Dann wird für einen einzigen Punkt, dessen Größe 42,3 μm ist, um ihn über das Flugsteuerteil 50 zu bewegen, 1 ms benötigt. Da die Bildelektroden 51 in acht Gruppen angesteuert werden, beträgt die maximale Dauer der impulsförmigen Spannung (nachstehend als maximale Impulsbreite bezeichnet), welche an jede Bildelektrode 51 für eine Bilderzeugung angelegt werden kann, 0,125 ms. Für einen Versuch wurden, während das Blatt 10 mit einer Geschwindigkeit von 42,3 mm/s befördert wurde, die Tonerbehälter 6 in die durch die ausgezogene Linie in 18 angegebenen Positionen bzw. der darin untergebrachte Toner unterschiedlicher Farben in diese Positionen gebracht. Unter der Voraussetzung wurde, wenn eine impulsförmige Spannung von –60 V an jede Bildelektrode 51 für 0,125 ms von der zugeordneten IC-Ansteuereinheit entsprechend dem Bildsignal angelegt wurde, ein(e) Vollfarben-Druck/Kopie erhalten. In diesem Fall wurde die Druck/Kopier-Geschwindigkeit mit 7,7 ppm gemessen.
Bei einem Schwarz-Weiß-Betrieb können die vier Tonerbehälter 6, die jeweils den Tonerträger 6a versorgen, verwendet werden, damit der Toner zu vier aufeinanderfolgenden Zeitpunkten nacheinander fliegt. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Transportgeschwindigkeit des Blattes vervierfacht wird, ist die maximale Impulsbreite etwa 0,03 ms, was (etwa) ein Viertel von 0,125 ms ist. Wenn eine Spannung für 0,03 ms an jede Bildelektrode 51 angelegt wird, und wenn ein Bilderzeugen zu vier aufeinanderfolgenden Zeitpunkten in einer einzigen Position bewirkt wird, dann ist eine Bilddichte erreichbar, welche so hoch ist wie eine Bilddichte, welche erreichbar ist, wenn die Spannung für 0,12 ms angelegt wird, was viermal 0,03 ms entspricht.
Unter den folgenden experimentellen Bedingungen wurde dann ein Bild erzeugt. Alle vier Tonerbehälter 6, die den Steuerelektroden 5 gegenüberliegen, wurde mit Magenta-Toner 912 gefüllt. Die Gegenelektrode 4 wurde mit einer viermal höheren Geschwindigkeit, d.h. 169,2 mm/s angetrieben. Obwohl ständig eine Spannung von –120 V an jede Bildelektrode 51 angelegt war, wurde eine impulsför mige Spannung von –60 V für jeweils 0,03 ms an die Bildelektroden 51 zusätzlich angelegt. Im Ergebnis wurde ein Magenta-Bild mit einer Dichte von 1,3 erhalten, wenn ein einziges Flugsteuerteil 5 verwendet wurde, um eine impulsförmige Spannung an die Bildelektroden 51 für 0,12 ms anzulegen. Als nächstes wurden die Tonerbehälter durch den Schrittmotor in die durch die strichpunktierten Linien in 18 angezeigten Positionen verschoben, so daß nunmehr vier Behälter 6 mit schwarzem Toner den Flugsteuerteilen 5 gegenüberlagen. Bei dieser Konfiguration wurde eine Schwarz-Weiß-Kopie erreicht, deren Auflösung 31 ppm hoch war.
23 zeigt eine Modifikation der vorstehenden Ausführungsform. Die sieben Tonerbehälter 6 sind an einer vorgegebenen Stelle festgelegt, während die Flugsteuerteile 5 bezüglich der Behälter 6 verschiebbar sind. Bei einem Farbkopiervorgang werden die Steuerteile 5 in den durch eine ausgezogene Linie angezeigten Positionen angeordnet, so daß die Behälter 6 mit gelbem, Magenta-, Cyan- und schwarzem Toner den Steuerteilen 5 gegenüberliegt. Bei einem Schwarz-Weiß-Betrieb werden die Steuerteile 5 in die durch eine strichpunktiere Linie angezeigten Position verschoben, so daß die vier schwarzen Tonerbehälter den Steuerteilen 5 gegenüberliegen.
Wie vorstehend ausgeführt, ist in der vierten Ausführungsform die Anzahl der Tonerbehälter 6, die jeweils zu dem Tonerträger 7a passen, größer als die Zahl der Flugsteuerteile 5. Die Kombination der Tonerbehälter 6, die den Steuerteilen 5 gegenüberliegen, kann geändert werden, um ein Bild zu erzeugen, indem dieselben Steuerteile 5 gemeinsam benutzt werden. Hierfür sind die meist teuren IC-Ansteuereinheiten zum Ansteuern der Steuerteile 5 erforderlich.
Ein Bild kann mit den Steuerteilen 5 erzeugt werden, die nur den Tonerbehältern 6 gegenüberliegen, in denen schwarzer Toner untergebracht ist. Daher können, wenn ein Schwarz-Weiß-Bild zu erzeugen ist, die IC-Ansteuereinheiten zum Ansteuern der Steuerteile 5 wirksam benutzt werden. Durch den Schrittmotor oder eine Bewegungseinrichtung werden die sieben Tonerbehälter 6 oder die vier Steuerteile 5 verschoben. Hierdurch kann die Kombination der Tonerbehälter 6, welche den vier Steuerteilen 5 gegenüberliegen, ohne weiteres mechanisch jeweils für ein Schwarz-Weiß- oder den Farbkopierbetrieb geändert werden.
Bei dem Schwarz-Weiß-Betrieb können die Tonerbehälter 6, in denen jeweils schwarzer Toner untergebracht ist, den vier Steuerteilen 5 gegenüberliegen. Hierdurch können die teuren IC-Ansteuerstufen am wirksamsten genutzt werden.
Bei dem Schwarz-Weiß-Betrieb wird das Blatt 10 mit einer Geschwindigkeit befördert, die viermal so hoch ist wie eine dem Farbkopiererbetrieb zugeordnete Geschwindigkeit, so daß ein Schwarz-Weiß-Bild mit einer viermal höheren Geschwindigkeit als das Farbbild erzeugt werden kann. Obwohl die maximale Impulsbreite bei dem Schwarz-Weiß-Betrieb ein Viertel der Impulsbreite bei dem Farbkopierbetrieb ist, fliegen die Toner zu derselben Position auf dem Blatt 10 zu vier aufeinanderfolgenden Zeiten und dadurch wird dieselbe Bilddichte wie bei dem Farbkopierbetrieb erreicht.
Erforderlichenfalls können die vier Tonerbehälter mit schwarzem Toner gegen einen einzigen Behälter mit schwarzem Toner ausgetauscht werden, der eine Breite hat, die groß genug ist, um den vier Steuerteilen gegenüberzuliegen. Der einzige Behälter mit schwarzem Toner ist mit vier Öffnungen versehen, welche den vier Steuerteilen 5 gegenüberliegen, so daß schwarzer Toner durch die Öffnungen fliegen kann. Im allgemeinen verhindert in einem Drucker/Kopierer der Art, bei welchem ein Bild mittels Toner erzeugt wird, ein groß bemessener Behälter, in dem schwarzer Toner untergebracht ist, welcher häufig verwendet wird, daß der Toner vollständig aufgebraucht wird, da die Fluidität des Toners nicht so hoch ist wie die Fluidität von Flüssigkeit. In der dargestellten Ausführungsform kann der schwarze Toner, da er durch die vier Öffnungen fliegt, genau so gleichmäßig verbraucht werden, wie wenn vier Tonerbehälter benutzt werden. Folglich kann schwarzer Toner, der oft zu verwenden ist, in einer großen Menge untergebracht sein. Dies spart Zeit und Arbeit hinsichtlich des Austauschens der Behälter und trotzdem wird der Toner in dem Behälter vollständig aufgebraucht.
In 24 ist ein Tonerbehälter 6Bk für schwarzen Toner dargestellt, welcher die vier Behälter 6 für schwarzen Toner ersetzen kann, die vorstehend beschrieben sind. Der Behälter 6Bk ist 86 mm breit und an seiner Oberseite mit vier parallelen Schlitzen versehen, die jeweils eine Breite von 2 mm haben. Benachbarte Schlitze sind in einem Abstand von 22 mm angeordnet. Versuche haben gezeigt, daß der in dem Behälter 6 untergebrachte Toner gleichmäßig verbraucht wurde, wenn er über einen längeren Zeitabschnitt benutzt wurde. In 24 wird, wenn die Steuerteile 5 an Positionen zum Durchführen des Farbkopierbetriebs festgelegt sind, und wenn nur ein Schlitz an dem rechten Ende des Behälters 6Bk über einen längeren Zeitabschnitt verwendet wird, der Toner, der in der linken Hälfte des Behälters 6Bk vorhanden ist, dann einfach in dem Behälter 6Bk zurückbleiben. Dies ist jedoch am wenigsten wahrscheinlich, da die meisten Kopien, die in Büros benötigt werden, Schwarz-Weiß-Kopien sind, wie früher bereits ausgeführt ist.
Obwohl die vier Steuerteile 5 dargestellt und erzeugt worden sind, um Schwarz-Weiß-Kopien zu erzeugen, indem der Toner viermal an dieselbe Stelle des Blattes 10 fliegt, kann eine ganz bestimmte Bilderzeugungsposition jedem Steuerteil 5 zugeordnet werden. Obwohl eine derartige Zuteilung die maximale Impulsbreite reduziert, ist eine stabile Ansteuerspannung erreichbar, da der Zeitsteuerabschnitt zum Ansteuern und Nicht-Ansteuern jeder Bildelektrode derselbe ist wie die übliche Dauer. Der gleichrichtende Toner, der nur mit der positiven oder der negativen Polarität ladbar ist, ist auch bei dieser Ausführungsform anwendbar.
Fünfte Ausführungsform
Anhand von 25 bis 29 wird nunmehr eine fünfte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Da die Beschreibung der ersten Ausführungsform, die anhand von 4, 6 und 8A bis 8D vorgenommen worden ist, auch bei dieser Ausführungsform gilt, wird sie nicht wiederholt, um Redundanz zu vermeiden. Bei dieser Ausführungsform wird der leitfähige Toner 91 verwendet, der hergestellt werden kann, indem Partikel von Polystyrolharz mit einem Durchmesser von 6 μm mit einem leitfähigen Polymer-Polypyrol in einer Dicke von 0,1 μm beschichtet wurden und diese dann mit 5Gewicht% von feinem Siliziumoxidpulver mit einer mittleren Korngröße von 0,1 μm umhüllt wurden. Wenn schwarzer leitfähiger Toner erzeugt wird, wurde dessen spezifischer Widerstand mit 10 Ω cm gemessen, welcher so niedrig wie der Widerstand von Metall war.
Die Flugsteuerteile 5 wurden nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt. Jedes Steuerteil 5 hat Mikrolöcher 54, die in einem Abstand von 300 μm angeordnet und jeweils einen Durchmesser von 250 μm haben. Die Steuerteile 5 wurden an dem in 4 dargestellten Printer/Kopierer angebracht. Der leitfähige Toner 91 wurde in jedem der Tonerbehälter 6 des Kopierers untergebracht. Die Abschirmelektroden 53 und die Tonerträger 6a wurden mit Erdpotential wie in der anhand von 8A bis 8D beschriebenen Simulation verbunden. Obwohl die konstante Spannung von 400 V an die Gegenelektrode angelegt wurde, wurde an die Bildelektroden 53, an die kontinuierlich die Spannung von 120 V angelegt wurde, zusätzlich eine impulsförmige Signalspannung von 60 V angelegt, d.h. es wurde für 1 ms die Signalspannung von 180 V angelegt. Nach der Fixierung des sich ergebenden Bildes wurden die Durchmesser auf dem erzeugten Bild gemessen. Es wurde herausgefunden, daß die Durchmesser in dem Bereich von 75 ± 5 μm lagen. Eine Hochgeschwindigkeitskamera zeigte, daß die Tonerpartikel in einem kreisförmigen Bereich unter jedem Mikroloch 54 liegen und einen Durchmesser von etwa 80 μmm beim Verlassen des Tonerträgers 6a haben, während sie sich auf einen Durchmesser von etwa 95 μm ausbreiten. Vermutlich breiten sich die Partikel infolge einer elektrostatischen Abstoßung aus, die zwischen den Partikeln derselben Polarität wirkt. Danach passieren die Partikel die Mikrolöcher 54, wodurch ihre Geschwindigkeit etwas verringert wird, und setzten sich dann auf dem Blatt 10 in einem kreisförmigen Bereich von etwa 75 μm ab. Die Partikel unter den Abschirmelektroden 53 fliegen überhaupt nicht. Dies kommt vermutlich daher, daß die Abschirmelektroden 53, die mit Erdpotential verbunden sind und die Oberfläche der Tonerschicht 91, die auf dem Tonerträger 6a vorhanden ist, dasselbe Potential haben, so daß sich ein elektrisches Feld an der Oberfläche der Tonerschicht 91 kaum ausbilden kann. Derselbe Ver such, der jedoch durchgeführt wurde, indem die an die Abschirmelektroden 53 anzulegende Spannung geändert wurde, zeigte, daß die Partikel nicht in einem Spannungsbereich von –400 V bis 40 V fliegen, jedoch in umgekehrter Richtung zu den Abschirmelektroden 53 bei den anderen Spannungen flogen.
Bei dieser Ausführungsform kann der Flug des leitfähigen Toners 91 im Unterschied zu dem Toner und den Mikrolöchern 54 auf der Basis der elektrischen Felder unterdrückt werden, die von der an die Abschirmelektroden 53 angelegten Spannung abgeleitet worden sind. Hierdurch ist verhindert, daß der Toner 91 in das Gerät fliegt und dieses verunreinigt, an den Mikrolöchern 54 aufhört oder sich an der Gegenelektrode 4 und den Steuerbildern 5 festsetzt, wodurch Bilder fehlerhaft werden. Da keine Ladungen in den Toner 91 injiziert werden, findet bei dem Toner auch keine Verschlechterung statt, die einer Ladungsinjektion zuzuschreiben ist.
Wenn die an jede Bildelektrode 51 angelegte Signalspannung erhöht wird, vergrößert sich auch der Bereich, über welchen der Toner 91 die Tonerschicht verläßt, das Ausbreiten des Toners 91, welcher die Öffnung 54 passiert, und der Bereich, auf welchem sich der Toner 91 auf dem Blatt 10 absetzt.
In der dargestellten Ausführungsform wird, obwohl das elektrische Feld, um den Flug des Toners 91, und nicht den Toner unter jedem Mikroloch 94 zu unterdrücken, durch die an die Abschirmelektrode 53 angelegte Spannung aufrechterhalten wird, eine Signalspannung von beispielsweise 180 V an die Bildelektrode 51 angelegt wird, damit eine Gruppe von Tonerpartikeln das Mikroloch 54 mit einem Durchmesser passiert, der kleiner ist als der Durchmesser des Mikrolochs 54. Folglich fliegt der Toner unter der Schirmelektrode 53 nicht, und außerdem hört der im Flug befindliche Toner 91 nicht an den Mikroloch 91 auf oder setzt sich auf der Abschirmelektrode 53 oder der Bildelektrode 51 ab. Daher braucht auch kein Reinigungsschritt vorgesehen zu werden und gleichzeitig wird dadurch ein hochschnelles Drucken/Kopieren erreicht, während die Notwendigkeit einer Abschirmung entfällt, welche die Kosten erhö hen würde. Ferner tragen alle im Flug befindlichen Tonerpartikel zu einer Bilderzeugung bei. Der Toner ist auch frei davon schlechter zu werden, was auf eine mehrfache Ladungsinjektion zurückzuführen ist.
25 zeigt eine spezifische Konfiguration des Flugsteuerteils 5, die in dem vorstehend beschriebenen Drucker/Kopierer enthalten ist, und entsprechend ausgeführt ist, um eine Kopie über einer Breite von 210 mm (die Breite einer Blattgröße A4) mit einer Auflösung von 600 dpi zu erzeugen. Das Steuerteil 5 wird an dem Kopierer so angebracht, daß dessen Vorderseite, in der Richtung senkrecht zu der Blattoberfläche der 25 gesehen, dem Tonerträger 6a gegenüberliegt, während die Rückseite der Gegenelektrode 4 gegenüberliegt. Ein Konturpfeil 8 zeigt die Blatttransportrichtung an. Die Zentren der meisten (bezogen auf die Pfeilrichtung) oberhalb liegenden Mikrolöcher 54 und die Zentren der meisten unterhalb liegenden Mikrolöcher 54 sind in in einem Abstand W1 voneinander angeordnet. Ein Bereich, über welchen der Toner fliegt, erstreckt sich, wie noch beschrieben wird, über eine Breite W2 in der Blatttransportrichtung. Die Abschirmelektrode 53 hat eine Breite von W3.
Wie in 25 dargestellt, sind die Bildelektroden 51 auf der Seite des Polyimid-Films 52 angeordnet, welcher der Blatttransportseite, d.h. der Gegenelektrode 4 gegenüberliegt. Für eine Auflösung von 600 dpi werden Punkte erwartet, die einen Abstand (pitch) von 42,3 μm haben. In dieser Ausführungsform muß ein derartiger Abstand mit Hilfe der Bildelektroden 51 mit einem Durchmesser von 180 μm und mit Hilfe der Mikrolöcher 54 mit einem Durchmesser von 120 μm erreicht werden. Hierzu sind jeweils acht Mikrolöcher 54 in der Blattbreitenrichtung in einem vorherbestimmten Winkel bezüglich der Blatttransportrichtung schräg geneigt angeordnet. Außerdem sind jeweils acht Bildelektroden 51, die einander benachbart sind, in einem solchen Abstand voneinander angeordnet, daß die Zentren der Mikrolöcher 54 nicht miteinander fluchten. Das heißt, der Neigungswinkel und der Abstand sind so gewählt, daß die Mikrolöcher 54 einen Abstand d1 von 42,3 μm, wenn in der Breitenrichtung des Blattes gemessen worden ist, bei der Auflösung von 600 dpi haben. Der Abstand der Mikrolöcher 54 in der Blatttransportrichtung ist als ein ganzzahliges Vielfaches von 42,3 μm entsprechend der Auflösung 600 dpi gewählt. Der Abstand W1 ist mit 1,1844 mm gewählt. Die Gruppe von Bildelektroden 51 hat eine Breite von 210 mm (Breite der Blattgröße A4) in der Blattbreitenrichtung. Die Bildelektroden 51 sind mit nicht dargestellten IC-Ansteuereinheiten verbunden.
Um ein Bild mit einer Auflösung von 600 dpi bei Benutzen des vorstehend beschriebenen Flugsteuerteils 5 zu erzeugen, steuert ein nicht dargestellter Spannungs-Ansteuerabschnitt die Bildelektroden 51 an, die in acht Gruppen aufgeteilt sind. Insbesondere werden die Bildelektroden 51, deren Mikrolöcher 54, in der Blatttransportrichtung gesehen, die erste Anordnung bilden, die in der Blattbreitenrichtung zu den Bildelektroden 51 verläuft, deren Mikrolöcher 54, in der Blatttransportrichtung gesehen, die letzte Anordnung bilden, nacheinander in dieser Reihenfolge angesteuert. Insbesondere wird, um die oberste Anordnung Mikrolöcher 54 mit dem angesteuerten Zustand zu versehen, das Ausgangssignal der zugeordneten IC-Ansteuereinheit, das auf den Bilddaten basiert, welche Punkte darstellen, die solchen speziellen Mikrolöchern 54 entsprechen, an die Bildelektroden 51 angelegt. Das heißt, eine Spannung für eine Bilderzeugung, beispielsweise von 180 V wird an die Elektroden 51 mit den Mikrolöchern 54 angelegt, damit der Toner unter sie fliegt, während eine Spannung für eine Nicht-Bilderzeugung von beispielsweise 120 V, damit der Toner nicht fliegt, an die Elektroden 51 angelegt wird, von deren Mikrolöcher nicht erwartet wird, daß sie bewirken, daß der Toner fliegt. Die Spannung für eine Nicht-Bilderzeugung von beispielsweise 120 V wird auch an die Elektroden 51 mit den Mikrolöchern 54 angelegt, die (in der Pfeilrichtung gesehen), nicht die am weitesten aufwärts liegenden sind.
Die vorerwähnte Spannungsansteuerung wird nacheinander bei den acht Anordnungen von Mikrolöchern 54 parallel zu der Transportrichtung wiederholt. In einer derartigen Ansteuerung von acht Gruppen wird, nur wenn die Spannung zur Bilderzeugung an alle Anordnungen von Mikrolöchern 54, jedoch in Intervallen angelegt wird, die dem Zeitabschnitt entsprechen, der notwendig ist, um das Blatt 10 um einen Abstand in der Blatttransportrichtung zu bewegen, eine einzige Zeile, die in der Blattbreitenrichtung verläuft, auf dem Blatt 10 aufgezeichnet.
In dem Farbdrucker wird der vorstehend beschriebenen Gruppe von Bildelektroden 51 jede der vier Farben zugeordnet.
Andererseits wird die Abschirmelektrode 53, die auf dem Polyimid-Film 52 vorgesehen ist, aus einer leitfähigen oder Halbleitersubstanz über dem gesamten Bereich erzeugt, welcher dem Bereich entspricht, in welcher der Toner 91 außer bezüglich der Mikrolöcher 54 von dem Tonerträger 61 weg fliegt (was nachstehend als Toner-Flugbereich bezeichnet wird). Der Toner-Flugbereich kann im wesentlichen gleich der Öffnung angesehen werden, die an der Oberseite des Tonerbehälters 6 ausgebildet ist. In dieser Ausführungsform ist die Abschirmelektrode 53 näher bei dem Tonerträger 6a als bei den Teilen positioniert, die aus einem leitfähigen Material hergestellt sind und zwischen der Gegenelektrode 4 und dem Tonerträger 3a liegen. Folglich kann ein elektrisches Feld, das sich von dem elektrischen Feld unterscheidet, das durch die an jede Bildelektrode 51 anzulegende Spannung zu erzeugen ist, in dem Tonerflugbereich außer für die Position unter dem Mikroloch 54 erzeugt werden. Eine nicht dargestellte Potential anlegende Einrichtung legt beispielsweise das Erdpotential an die Abschirmelektrode 53 an. Das Erdpotential verhindert trotz der Spannung für eine Bilderzeugung, welche an die Gegenelektrode und die Bildelektrode 51 angelegt worden ist, daß das elektrische Feld, das auf den Toner 91 und nicht auf den Toner unter dem Mikroloch 54 einwirkt, unter das elektrische Flugstartfeld abfällt und somit bewirkt, daß der Toner fliegt.
Die Abschirmelektrode 53 erstreckt sich, gemessen in der Blatttransportrichtung, über einen Bereich, der breiter als der Bereich ist, der dem Tonerflugbereich entspricht, d.h. so daß die Breite W3 größer ist als die Breite W2. Ebenso wird die Breite der Elektrode 53 in der Blattbreitenrichtung größer gewählt als die Breite des Tonerflugbereichs in derselben Richtung. Hierdurch ist verhindert, daß das elektrische Feld, das von der an die Gegenelektrode oder die Bildelektrode angelegten Spannung abgeleitet ist, sich leicht zu der Außenseite der Elektrode 53 hin dreht. Folglich ist eine Flug des Toners 91 infolge des Drehens des vorstehend erwähnten elektrischen Feldes an dem Toner 91 auf dem Tonerträger 6a vorgebeugt. Die Elektrode 53 ist breit genug, um das elektrische Feld hinlänglich zu schwächen, was dem Drehen zuzuschreiben ist. Beispielsweise ist die Elektrode 53 so ausgelegt, daß, selbst wenn die Spannung zur Bilderzeugung an eine der Bildelektroden 51 angelegt wird, die den Rändern des Tonerflugbereichs am nächsten ist, verhindert ist, daß das elektrische Feld, das von einer derartigen Spannung abgeleitet ist, oder das elektrische Feld, das von der Spannung abgeleitet ist, die an die Elektrode 4 angelegt worden ist, sich zu der Außenseite der Elektrode 53 dreht.
In 26 ist eine Modifikation des Flugsteuerteils 5 dargestellt. Das Steuerteil 5 ist an dem Farbprinter/Kopierer so angebracht, daß die Vorderseite, in der zu der Blattvorderseite der 26 senkrechten Richtung gesehen, der Gegenelektrode 4 gegenüberliegt, während die Rückseite dem Tonerträger 6a gegenüberliegt. Die Transportrichtung verläuft in der vertikalen Richtung, die durch einen Konturpfeil B angezeigt ist. Wie dargestellt, hat das Steuerteil 5 gemeinsame Bildelektroden 51a, welche jeweils eine Zusammenstellung der Bildelektrode 51 sind, die vier Mikrolöcher 54 entsprechen, und hat eine Zeitaufteilungselektrode 55, welche noch beschrieben wird; mit Hilfe der Zeitaufteilungsansteuerung wird durch Verwenden der gemeinsamen Bildelektroden 51a und durch die Zeitaufteilungselektrode 55 die erforderliche Anzahl an teueren IC-Ansteuereinheit verringert.
Wie in 27 dargestellt, ist ein Flugsteuerteil 5 ein Laminat, das aus einer leitfähigen Schicht, einer Isolierschicht, einer leitfähigen Schicht, einer Isolierschicht und einer leitfähigen Schicht besteht, die in dieser Reihenfolge übereinander geschichtet sind. Die leitfähige Schicht, die der Gegenelektrode 4 am nächsten ist, stellt die Bildelektroden 51 dar, während die leitfähige Schicht, die unter der oberen leitfähigen Schicht liegt, die Zeitaufteilungselektroden 55 darstellt. Die leitfähige Schicht, die dem Tonerträger 6a am nächsten liegt, stellt die Abschirmelektrode 53 dar. Die Abschirmelektrode 53 ist näher bei dem Tonerträger 6a als bei den Teilen angeordnet, die aus einer leitfähigen Substanz hergestellt sind und zwischen der Gegenelektrode 4 und dem Tonerträger 6a liegen, d.h. die Bildelektroden 51 und die Zeitaufteilungselektrode 55. Daher ist es selbst mit einem derartigen Steuerteil 5 möglich, daß ein elektrisches Feld, das sich von den elektrischen Feldern unterscheidet, die von der an die Elektroden 51 oder 55 angelegten Spannung abgeleitet ist, auf dem Toner in den Tonerflugbereich wirkt, welcher abgesehen von den Positionen unter den Mikrolöchern 54, der Abschirmelektrode 53 gegenüberliegt.
Die Bildelektroden 51 sind als 1240 gemeinsam Bildelektroden 51a ausgeführt, die jeweils aus den Bildelektroden 51 bestehen, die vier Mikrolöchern 54 entsprechen. Jede gemeinsame Bildelektrode 51a ist um einen vorherbestimmten Winkel relativ zu der Blatttransportrichtung geneigt. Außerdem sind benachbarte Elektroden 51a in einem solchen Abstand voneinander angeordnet, daß die Zentren ihrer Mikrolöcher nicht in der Blatttransportrichtung fluchten. Insbesondere sind der Neigungswinkel und der Abstand so gewählt, daß die Zentren der Mikrolöcher 54 in einem Abstand von 42,3 μmm angeordnet sind, was einer Auflösung von 600 dpi in der zu der Blatttransportrichtung senkrechten Blattbreitenrichtung entspricht. Die Gruppe von gemeinsamen Bildelektroden 51a erstreckt sich, gemessen in der Blattbreitenrichtung, über eine Breite von 210 mm, die gleich der Breite der Größe A4 ist.
Die Zeitaufteilungselektroden 55 sind als vier Zeitaufteilungselektroden 551 bis 554 ausgeführt. Selbst wenn die Spannung, damit der Toner fliegt, an die gemeinsamen Bildelektroden 51a entsprechend dem Bildsignal angelegt wird, bilden die Zeitaufteilungselektroden 551 bis 554 elektrische Felder, um zu verhindern, daß der Toner die Mikrolöcher 44 der nicht-angesteuerten Elektroden 51a passiert. Die Elektroden 551 bis 554 haben jeweils 1200 Löcher, die in der zu der Blatttransportrichtung senkrechten Richtung angeordnet sind. Derartige Löcher der Elektroden 551 bis 554 sind in der Blatttransportrichtung in einer ebenen Konfiguration so angeordnet, daß jedes Loch mit dem Mikroloch 54 einer der 1240 gemeinsamen Bildelektroden 51a fluchtet und in der Blatttransportrichtung in der Größe identisch ist. Beispielsweise fluchten die 1240 Löcher der in der Blatttransportrichtung am weitesten unten angeordneten Elektrode 531 mit den am weitesten unten angeordneten Mikrolöcher 54 der 1240 gemeinsamen Bildelektroden.
Die Abschirmelektrode 53, die dem Flugsteuerteil 5 der 25 ähnlich ist, ist aus einer leitfähigen oder Halbleitersubstanz über dem gesamten Bereich hergestellt, welcher dem Bereich entspricht, in welcher der Toner außer bezüglich der Mikrolöcher 54 von dem Tonerträger 6a aus fliegt. Eine nicht dargestellte Potential anlegende Einrichtung legt beispielsweise Erdpotential an die Abschirmelektrode 53 an, so daß, selbst wenn die Spannung für die Bilderzeugung an die Gegenelektrode 4 und die Bildelektroden 51 angelegt wird, die in dem Tonerflugbereich liegt, fallen die elektrischen Felder, die auf dem Toner 91 und nicht auf dem Toner unter den Mikrolöchern 54 liegen, nicht unter das elektrische Flugstartfeld fallen. Dies ist dasselbe wie bei der Potential anlegenden Einrichtung, die bezüglich des Steuerteils 5 der 25 beschrieben worden. ist.
Die Abschirmelektrode 53 erstreckt sich ähnlich wie das Steuerteil 5 der 25 über einen Bereich, der weiter als der Bereich ist, welche dem Tonerflugbereich entspricht, d.h. so daß die Breite W3 größer als die Breite W2 ist. Dies verhindert, daß das elektrische Feld, das von der Spannung abgeleitet ist, die an die Gegenelektrode 4 oder die Bildelektroden 51 angelegt ist, sich leicht zur Außenseite der Elektrode 53 hin dreht. Folglich wird der Flug von Toner infolge des Drehens des vorerwähnten elektrischen Feldes zu dem Toner auf dem Tonerträger 3a verhindert.
Die 1240 gemeinsamen Bildelektroden 51a, vier Zeitaufteilungselektroden 551 bis 554 und die Abschirmelektrode 53 sind mit nicht dargestellten IC-Ansteuereinheiten verbunden.
Nunmehr soll das in 26 dargestellte Flugsteuerteil 5 verwen det werden, um ein Bild mit einer Auflösung von 600 dpi zu erzeugen. Dann wird in der Blatttransportrichtung gesehen, die erste Anordnung von Löchern der 1240 gemeinsamen Bildelektroden 51a, die sich in der Blattbreitenrichtung erstreckt, bis zu der letzten Anordnung von Löchern nacheinander mit dem Ansteuerzustand, d.h. auf der Basis der Anordnung, die der Zeitaufteilungselektrode entspricht, versorgt. Insbesondere ist, um das Ausgangssignal der IC-Ansteuereinheiten, das auf der Bildinformation von Punkten basiert, die der obersten Anordnung von Löchern in den gemeinsamen Bildelektroden 51a entspricht, die oberste Zeitaufteilungselektrode 54a mit dem Ansteuerpotentialzustand versehen. Dieser Ansteuerpotentialzustand ist so (gewählt), daß elektrische Felder für das Passieren des Toners in den Löchern der gemeinsamen Bildelektroden 51a erzeugt werden, an welche die Flugspannung angelegt ist, welche bewirkt, daß der Toner entsprechend einem Bildsignal fliegt, jedoch elektrische Felder, die nicht bewirken, daß der Toner fliegt, werden an den Löchern der Elektroden 51a erzeugt, an welche die Nicht-Flugspannung angelegt ist, wodurch verhindert ist, daß der Toner fliegt. An die anderen Zeitaufteilungselektroden 551 bis 553 wird der Nicht-Ansteuerpotentialzustand zum Erzeugen von elektrischen Feldern angelegt, damit der Toner selbst in den Löchern der gemeinsamen Bildelektroden 51a nicht fliegen kann, an die die Flugspannung angelegt ist.
Es sollen nun die spezifischen Abmessungen verwendet werden, die in Verbindung mit 6 angegeben worden sind, es soll eine Spannung von 400 V an die Gegenelektrode 4 angelegt werden, es soll eine Flugspannung 180 V an die gemeinsamen Elektroden 51a angelegt werden, und es soll eine Nicht-Flugspannung von 120 V an die Elektrode 51a angelegt werden. Dann wird die Spannung für den Ansteuerspannungszustand der Zeitaufteilungselektrode 538 beispielsweise mit 0 V (Erdpotential) gewählt, während die Spannung für den Nicht-Ansteuerspannungszustand beispielsweise mit –20 V gewählt ist. Unter dieser Voraussetzung soll der Toner 91 verwendet werden, der gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren erzeugt worden ist; das elektrische Feld, das auf die Tonerschicht wirkt, überschreitet das elektrische Flugstartfeld an Stellen unter den Mikrolöchern 54, wobei die Löcher der gemeinsamen Bilde lektrode 51, an die Flugspannung angelegt ist, und die Löcher der Abschirmelektrode 54, an welche die Spannung für den Ansteuerspannungszustand angelegt worden ist, miteinander fluchten. Folglich fliegt der Toner durch derartige Mikrolöcher 54 und setzt sich auf dem Blatt 10 ab. Jedoch überschreitet das elektrische Feld, das auf die Tonerschicht wirkt, nicht das elektrische Flugstartfeld an Stellen unter den Mikrolöchern 54, wobei die Löcher der Elektrode 51, an die die Nicht-Flugspannung angelegt ist, und diejenigen der Elektroden 551 bis 554, an welche die Spannung für den Ansteuerspannungszustand angelegt ist, miteinander fluchten, und an Stellen unter den Mikrolöchern 54, wo die Löcher der Zeitaufteilungselektrode 51 und diejenige der gemeinsamen Bildelektrode 51 unabhängig von der Art der an die Elektrode 51 angelegten Spannung miteinander fluchten.
Um die zweite Anordnung von Löchern der 1240 gemeinsamen Bildelektroden 51a bezüglich der Blatttransportrichtung anzusteuern, wird die zweite Zeitaufteilungselektrode 553 in derselben Richtung mit dem Ansteuerpotentialzustand versehen. Die anderen Zeitaufteilungselektroden 551, 552 und 554 werden mit dem Nicht-Ansteuerpotentialzustand versehen.
Während die Flugspannung an alle gemeinsamen Bildelektroden 51a angelegt ist, werden beispielsweise die vier Zeitaufteilungselektroden 551 bis 554 durch die vorstehend erwähnte VierGruppenansteuerung in Intervalle nacheinander angesteuert, welche einem Zeitabschnitt entsprechen, der notwendig ist, um das Blatt 10 um einen Abstand in der Transportrichtung der Elektroden 551 bis 554 zu bewegen. Folglich wird eine einzige Zeile auf dem Blatt 10 in der Blattbreitenrichtung aufgezeichnet.
Wenn das Steuerteil 5 der vorstehend beschriebenen Modifikation verwendet wird, ist eine Gruppenansteuerung bei der Anzahl Löcher jeder gemeinsamen Bildelektrode 51a anwendbar. Hierdurch reduziert sich die Anzahl an teuren IC-Ansteuereinheiten im wesentlichen auf ein Viertel und dadurch werden Kosten merklich gesenkt.
Die Schicht des Steuerteils 5, das der Gegenelektrode 4 am näch sten ist, ist eine leitfähige Schicht, wie vorstehend bereits ausgeführt ist. Vorzugsweise wird eine Isolierschicht auf der Oberfläche der vorerwähnten leitfähigen Schicht erzeugt, die der Gegenelektrode 4 gegenüberliegt. Die Isolierschicht verhindert, wenn beispielsweise der Blatttransport 10 defekt ist, daß das Blatt 10 und die photoleitfähige Schicht einander berühren. Daher ist, selbst wenn der Widerstand des Blattes 10 infolge von hoher Feuchtigkeit abfällt, ein Entladen zwischen der Gegenelektrode 4 und dem Blatt 10 verhindert, wodurch das Steuerteil 5 beschädigt würde.
In der dargestellten Ausführungsform sind die Bildelektroden 51 und die Abschirmelektrode 53 oder die Bildelektroden 51, die Abschirmelektrode 53 und die Zeitaufteilungselektroden 55 in einem einzigen Flugsteuerteil 5 ausgeführt. Obwohl die einzelne Elektrode unabhängig von den anderen Elektroden hergestellt werden kann, hat der integrale Aufbau keinen Spalt zwischen den Elektroden und es ist verhindert, daß der Toner, der nicht oder mit der entgegengesetzten Polarität geladen ist, um die Elektroden herum fliegt und sich auf diesen absetzt.
Der in 4 dargestellte Farbdrucker/Kopierer 4 kann durch den in 28 dargestellten Farbdrucker/Kopierer ersetzt werden, Wie in 28 dargestellt, wird ein Blatt 10 nicht von der Gegenelektrode oder dem Band 4, sondern von einem Förderrollenpaar 3 befördert. Die Gegenelektrode 4 ist in einem Abstand von dem Blatt 10 angeordnet. Das Förderrollenpaar 3 führt das Blatt 10 zwischen der Gegenelektrode 4 und dem Steuerteil 5 zu. Während sich das Blatt 10 entlang des Steuerteils 5 bewegt, wird ein Bild auf dem Blatt 10 in derselben Weise wie in dem in 4 dargestellten Farbprinter/Drucker aufgezeichnet.
29 zeigt einen anderen Farbprinter/Kopierer, bei welchem die dargestellte Ausführungsform anwendbar ist. Der Farbprinter/Drucker hat ein Förderband 43 und einen Verschluß 44 zusätzlich zu den in 28 dargestellten strukturellen Elementen. Das Förderband 43 ist über Tragrollen 31 und 32 geführt und befördert das Blatt 10, wenn sie in der durch einen Pfeil angezeigten Rich tung drehen. Der Verschluß 44 deckt die Öffnungen der Tonerbehälter 6 ab, solange kein Bild erzeugt wird, wodurch verhindert wird, daß Toner 91 herumfliegt. Das Band 43 befördert das Band 10 zwischen der Gegenelektrode 4 und dem Steuerteil 5 hindurch, wobei es angesaugt wird. Hierdurch ist verhindert, daß der vordere Rand des Blattes 10 von der Oberfläche des Bandes 43 wegsteht und dadurch sichergestellt, daß der Toner 91 an der vorgesehenen Position genau aufgebracht ist.
In dieser Ausführungsform kann der Toner 91 durch den gleichrichtenden Toner ersetzt werden, der nur mit der positiven oder negativen Polarität ladbar ist.
Wie vorstehend ausgeführt hat diese Ausführungsform die folgenden Vorteile:

(1) Ein elektrisches Feld, das auf Toner wirkt und nicht auf Toner, welcher die Mikrolöcher eines Flugsteuerteils passiert, verhindert, daß sie von einem Tonerträger wegfliegen. Daher ist verhindert, daß Toner, der nicht zur Bilderzeugung beiträgt, in die Einrichtung fliegt und deren Innenseite verschmutzt, an den Mikrolöchern aufhört oder sich an einer Gegenelektrode und einem Steuerteil absetzt, was mangelhafte Bilder zur Folge hat. Dadurch entfällt auch die Notwendigkeit, einen Reinigungsschritt vorzusehen, und dadurch wird ein hochschnelles Drucken durchgeführt, während gleichzeitig die Notwendigkeit einer Abschirmung entfällt, wodurch die Kosten erhöht würden. Außerdem nimmt aller Toner, der von dem Tonerträger weggeflogen ist, an der Bilderzeugung teil. Daher ist der Toner frei von einer Verschlechterung, die auf eine mehrfache Ladungsinjektion zurückzuführen ist.
(2) Eine Bildelektrode und eine Abschirmelektrode sind als eine integrale Einheit aufgebaut; anderenfalls würde Toner der nicht oder mit der entgegengesetzten Polarität geladen ist, in Zwischenräumen zwischen den Elektroden herumfliegen und würde sich auf den Elektroden absetzen.
(3) Ein elektrisches Feld, das von einer Spannung abgeleitet ist, die an die Gegenelektrode oder an das Flugsteuerteil angelegt ist, kann sich nicht ohne weiteres zur Außenseite der Abschirmelektrode hin drehen. Dies unterbindet das Fliegen von Toner, das einem derartigen elektrischen Feld zuzuschreiben ist, und folglich das Absetzen von Toner auf den Elektroden.
(4) Die Schaltungsanordnung zum Ansteuern des Flugsteuerteils hat eine einfache Konfiguration.
(5) Eine Isolierschicht ist auf der Oberfläche des Flugsteuerteils ausgebildet, die der Gegenelektrode gegenüberliegt. Die Isolierschicht verhindert beispielsweise, wenn der Transport eines Blattes defekt ist, daß das Blatt und die leitfähige Schicht miteinander in Kontakt kommen. Daher ist, selbst wenn der Widerstand des Blattes infolge hoher Feuchtigkeit abfällt, ein Entladen zwischen der Gegenelektrode und dem Blatt verhindert, wodurch das Steuerteil beschädigt würde.

Sechste Ausführungsform
30 bis 33 zeigen eine sechste Ausführungsform der Erfindung, die als ein Farbprinter/Kopierer ausgeführt ist. Da die Beschreibung der ersten Ausführungsform, die bezüglich 4, 6, 9 und 10 vorgenommen worden ist, auch für diese Ausführung gilt, wird sie nicht wiederholt, um Redundanz zu vermeiden. In dieser Ausführungsform ist die Gegenelektrode 4 als ein Band ausgeführt, das beispielsweise aus Nickel hergestellt ist, während der Toner derleitfähige Toner 91 ist.
Wie in 30 dargestellt, ist der Tonerbehälter 6 10 mm breit, 50 mm hoch und 220 mm lang und aus Kunststoff hergestellt. Eine 4 mm breite und 210 mm lange rechteckige Öffnung ist in der Oberseite des Behälters 6 ausgebildet. Eine Tonerförderrolle 71 ist in dem Behälter 6 angeordnet und steht teilweise durch die Öffnung, welche der nicht dargestellten Gegenelektrode 4 gegenüberliegt, nach außen vor. Die Tonerförderrolle 71 spielt die Rolle des Tonerträgers 6a. Zumindest die Oberfläche der Rolle 71 besteht aus Isoliermaterial. Beispielsweise kann die Rolle 71 aus einem Aluminiumstab mit einem Durchmesser von 5 mm hergestellt sein und mit einer 80 μm dicken Beschichtung aus Polyesterharz überzogen sein. Eine Schneide 72 ist beispielsweise aus Kautschuk/Gummi hergestellt und in Anlage an der Rolle 71 gehalten, um den leitfähigen Toner 61 abzuschaben, der nicht an das nicht dargestellte Blatt 10 übertragen worden ist. Ein anhebbare Bodenplatte 73 und eine Schraubenwelle 74 sind in dem unteren Teil des Behälters 71 angeordnet. Die Bodenplatte 73 ist als eine ebene Platte, beispielsweise aus Kunststoff ausgeführt und anhebbar, um die Tonerschicht 91 durch Antreiben der Schraubenwelle 74 anzuheben. Die Schraubenwelle 74 und Tonerförderrolle 71 sind über Zahnräder mit einem Motor verbunden, obwohl dies im einzelnen nicht dargestellt ist. Die Rolle 71 wird mit einer Geschwindigkeit gedreht, die gleich der Geschwindigkeit ist, mit welcher das Blatt 10 befördert wird, beispielsweise mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 50 mm/s. Die Schraubenwelle 74 wird entsprechend dem Verbrauch an Toner 91 intermittierend gedreht, wodurch die Bodenplatte 73 angehoben wird. Ein leitfähiger Auftrag ist auf der Innenseite 75 des Behälters 6 aufgebracht.
Für den leitfähigen Toner 91 kann RIFAX 9000 verwendet werden, das früher bereits erwähnt ist und eine spezifische Leitfähigkeit von 10^–4 S/cm bei normaler Temperatur und normaler Feuchtigkeit hat. Um den Toner 91 der Rolle 71 zuzuführen, ist diese mit Erdpotential verbunden, während eine Gleichspannung (nachstehend als Tonerspannung bezeichnet) an die leitfähige Innenseite 75 des Behälters 6 angelegt wird. Folglich wird Ladung infolge von elektrostatischer Induktion in den Toner 91 injiziert. Eine elektrostatische Kraft, die von der Ladung und dem elektrischen Gleichspannungsfeld abgeleitet ist, bewirkt, daß der Toner 91 in Richtung der Rolle 71 fliegt.
Für einen Versuch wurde die Tonerspannung an die Innenfläche des Behälters 6 angelegt, während der Spalt zwischen der Rolle 71 und der Oberfläche S der Tonerschicht 91 (was nachstehend als Tonerspalt bezeichnet wird) konstant gehalten wurde. Unter dieser Voraussetzung wurde die auf der Rolle 71 aufgebrachte Tonermenge (was nachstehend als primäre Flugmenge bezeichnet wird) und die Ladungsmenge pro Zeiteinheit des Toners 91 mittels eines Abblas-(blow-off)Verfahrens (Faraday Käfig) aufgebracht, welche bei der Elektrophotographie üblich ist. 31A und 31b zeigen die Meßergebnisse. Für die Messung wurde ein Tonerspalt von 1 mm gewählt; die Rolle 71 machte eine Umdrehung mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 50 mm, und der auf die Rolle 71 aufgebrachte Toner wurde durch die Mikrolöcher 54 angesaugt.
Wie in 31A dargestellt, beginnt der Toner 91 bei einer Tonerspannung von 400 V unabhängig von der Polarität der Spannung zu fliegen. Da die Oberfläche der Rolle 71 isoliert ist, ist verhindert, daß eine Ladung entgegengesetzter Polarität in den auf der Rolle 71 aufgebrachten Toner 91 injiziert wird. Daher ist verhindert, daß der Toner 91, der die erste Schicht auf der Rolle 71 bildet, in der umgekehrten Richtung fliegt. Jedoch wird Ladung in den Toner 91, der die zweite und nachfolgende Schichten bildet, infolge elektrostatischer Induktion injiziert, was zur Folge hat, daß er in der umgekehrten Richtung fliegt. Hieraus folgt, daß die Flugmenge relativ langsam mit der Spannungszunahme über eine bestimmte Spannung hinaus zunimmt (–400 V, wenn die Polarität positiv ist oder –800 V, wenn die Polarität negativ ist).
Wie auch in 31B dargestellt ist, bleibt die Ladungsmenge pro Masseneinheit unabhängig von der Tonerspannung im wesentlichen konstant.
32A und 32B zeigen die Meßergebnisse, die auf die vorstehend beschriebene Weise erhalten worden sind, jedoch bei einer Tonerspannung, die auf 2000 V gehalten worden ist, und mit einem Tonerspalt, der fortlaufend geändert wird. Wie in 32A dargestellt, fliegt der Toner 91 nicht, wenn der Tonerspalt größer als 6 mm ist. Wenn der Tonerspalt kleiner als 6 mm ist, fliegt der Toner 91, die Flugmenge ändert sich von 1,3 mg/cm² auf 2,5 mg/cm² entsprechend der Größe des Tonerspalts. Wie in 32B dargestellt ist, bleibt die Ladungsmenge pro Masseneinheit im wesentlichen dieselbe, solange der Tonerspalt kleiner als ingesamt 6 mm ist. Wenn die Ladungsmenge des Toners ungleichmäßig ist, dann wird die elektrostatische auf den Toner wirkende Kraft ebenfalls ungleichmäßig mit dem Ergebnis, daß die Bewegungsgeschwindigkeit und die Dichte ungleichmäßig werden. Wenn jedoch der Tonerspalt insgesamt kleiner als 600 mm gehalten wird, bleibt die Ladungsmenge und folglich die Bilddichte konstant.
33 zeigt die primäre Flugmenge, die dadurch gemessen worden ist, daß die Tonerspannung auf 1000 V und der Tonerspalt bei 1,0 mm gehalten worden sind, während die Umfangsgeschwindigkeit der Rolle 71 zwischen 50 mm/s und 300 m/s geändert wurde. Wie dargestellt, nimmt die primäre Flugmenge nur um etwa 10% ab, selbst wenn eine zehnmal höhere Umfangsgeschwindigkeit eingestellt wird. Für einen sekundären Flug zum Erzeugen eines Bildes sollte die primäre Flugmenge nur 1,2 mg/cm² sein. Hieraus ist zu ersehen, daß der Toner 91 der Rolle 71 in einer ausreichenden Menge zugeführt wird. Üblicherweise ist die Blatttransportgeschwindigkeit selbst bei einem hochschnellen Drucker/Kopierer etwa 20 mm/s. Daher kommt es zu einer knappen Tonerversorgung überhaupt nur, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Rolle 71 gleich der Blatttransportgeschwindigkeit ist.
Wie vorstehend ausgeführt, wird bei der Ausführungsform eine Gleichspannungsquelle verwendet, die preiswerter als eine Wechselspannungsquelle ist, und durch welche ein elektrisches Gleichspannungsfeld an die Tonerschicht angelegt wird, so daß dadurch die Kosten gesenkt werden. Bei dieser Ausführungsform kann der Toner einem einer ausreichenden Menge zugeführt werden, im Vergleich zu am herkömmlichen elektrostatischen Adhäsionsverfahren, das auf die spiegelbildliche Kraft, insbesondere der Ladung von Toner vertraut, der als ein Nebel ausgebildet ist. Außerdem ist die Ausführungsform, bei welcher kein Tonernebel erzeugt wird, klein bemessen und preiswert.
Durch Begrenzen des Tonerspalts auf einen Bereich unter 6 mm ist es möglich, die primäre Flugmenge und die Ladungsmenge im wesentlichen konstant zu halten. Hierdurch ist ständig eine konstante Bildqualität gewährleistet.
Da eine Spannung direkt an die Innenseite 75 des Tonerbehälters 6 angelegt werden kann, ist es nicht notwendig, eine gesonderte Elektrode vorzusehen, an welche eine Spannung zum Erzeugen eines elektrischen Feldes angelegt werden sollte, damit der Toner fliegt. Auch dies reduziert die Größe und die Kosten der Einrichtung.
Die Oberfläche der Rolle 71 ist mit einer Isolierschicht bedeckt. Folglich wird, selbst wenn der Toner einen spezifischen Widerstand hat, der etwa 10^–4 S/cm niedrig ist, verhindert, daß Ladung in den auf die Rolle 71 aufgebrachten Toner injiziert wird und dieser dann in der umgekehrten Richtung fliegt.
In dem Drucker der 4 beispielsweise wurde, während die Rolle 71 fortlaufend gedreht wurde, eine Tonerspannung von 2000 V genau auf 2000 V gehalten. Spannungen von –180 V und –400 V wurden an die Bildelektroden bzw. die Gegenelektrode 4 angelegt. Die Rolle 71 und die Abschirmelektrode 53 wurden mit Erdpotential verbunden. Das Blatt 10 wird entsprechend befördert, um auf ihm ein schwarzes Vollbild zu erzeugen, und das Bild wurde dann auf dem Blatt fixiert. Unter dieser Voraussetzung wurde, solange der Tonerspalt insgesamt kleiner als 6 mm war, d.h. in dem Tonerflugbereich liegt, trotz des Veränderns des Tonerspalts eine konstante Bilddichte in Höhe von 1,4 erreicht, und zwar deswegen, da, selbst wenn die primäre Flugmenge sich von 1,3 mg/cm² auf 2,4 mg/cm² ändert, die maximale sekundäre Flugmenge 0,8 mg/cm² ist und konstant bleibt.
Zum Vergleich konnte ein Bild nicht kopiert/gedruckt werden, wenn der vorstehend beschriebene Versuch durchgeführt wurde, wobei die Polyester-Harzschicht von der Rolle 71 entfernt wurde, und zwar deswegen, da Ladung entgegengesetzter Polarität in den auf der Rolle 71 aufgebrachten Toner durch den Primärflug erzeugt wurde und daher der Toner in der umgekehrten Richtung flog mit der Folge, daß im wesentlichen kein Toner auf der Rolle 71 verblieb.
Um den Tonerspalt insgesamt kleiner als 6 mm zu halten, wurde die Schraubenwelle 74 entsprechend angetrieben, um die Grundplatte 73 entsprechend dem Verbrauch des Toners 91 abzuheben. Hierdurch ist eine konstante Bilddichte sichergestellt. Beispielsweise wurde die Tonerspannung und der Tonerspalt auf 800 V bzw. 1,0 mm gehalten. 3700 Kopien wurden kontinuierlich erwartungsgemäß hergestellt, um im wesentlichen den gesamten Toner des Behälters 6 aufzubrauchen. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Schraubenwelle 74 gedreht, um den Toner zu verbrauchen, der auf der Basis der Flä che eines Bildes berechnet worden war, wozu die Bodenplatte 73 nach oben bewegt wurde. Es wurde herausgefunden, daß, obwohl der Tonerspalt zwischen 0,5 mm und 1,5 mm infolge einer Differenz zwischen dem berechneten Tonerverbrauch und dem tatsächlichen Tonerverbrauch geändert wurde, alle Kopien eine konstante Dichte von 1,0 ± 0,1 hatten.
Siebte Ausführungsform
Anhand von 34 bis 35B wird eine siebte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Da die Beschreibung der ersten Ausführungsform, die unter Bezugnahme auf 4, 6 und 10 vorgenommen wurde, auch für diese Ausführungsform gilt, wird sie nicht wiederholt, um Redundanz zu vermeiden. Während der leitfähige Toner 91 in der sechsten Ausführungsform eine spezifische Leitfähigkeit von 10^–4 S/cm hat, wird bei dieser Ausführungsform Toner 92 mit einem mittleren Widerstandswert verwendet, d.h. einer spezifischen Leitfähigkeit im Bereich von 10^–11 S/cm bis 10^–5 S/cm. Um den Toner 92 zu erzeugen, kann Polyethylenoxid mit einem Molekulargewicht von 10.000, z.B. PEO-1 (Warenname), der von Sumitomo Seika Chemicals hergestellt wird, als Grund- oder Mutterharz verwendet werden. Ein Pigment wird in dem Grundharz dispergiert und dann pulverisiert. Die sich ergebenden Partikel werden mit Siliziumoxid überzogen. Ein derartiger Toner 92 hat eine mittlere Korngröße von 13 μm und eine spezifische Leitfähigkeit, welche bei Normaltemperatur und normaler Feuchtigkeit bei etwa 10^–10 S/cm, bei hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit bei etwa 10^–9 S/cm und bei niedriger Temperatur und niedriger Feuchtigkeit bei etwa 10^–11 S/cm liegt.
34 zeigt einen Tonerbehälter 6', dessen innere Struktur für den Toner 92 mit mittleren Widerstand geeignet ist. Dieselben strukturellen Elemente des Bildes 6', die Elemente des Behälters 6' und die Elemente des Behälter 6 (30) sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Wie dargestellt, ist eine metallische Abstimmung 76 mit einem Öffnungsverhältnis von 70% und einer Maschengröße von 100 in dem Behälter 6' in einem Abstand von bei spielsweise 2 mm unter der Unterseite der Rolle 71 angeordnet, so daß die Abschirmung 76 in der Tonerschicht verborgen ist. In diesem Fall ist die innere Umfangsfläche des Behälters 6' nicht mit einem leitfähigen Auftrag zu bedecken. Der übrige Teil der Konfiguration des Behälters 6' ist mit derjenigen des Behälters 6 identisch.
Um den Toner 92 der Tonerförderrolle 71 zuzuführen, ist die Rolle 71 mit Erdpotential verbunden, während eine Gleich- oder Tonerspannung zum Erzeugen eines elektrischen Feldes, um zu bewirken, daß der Toner 72 fliegt, an die Metallabschirmung 76 angelegt wird.
Für einen Versuch wurden der Tonerspalt zwischen der Rolle 71 und der Oberfläche S der Tonerschicht 91 und der Abstand zwischen der Rolle 71 und der Metallabschirmung 76 kontant gehalten. Die Tonerspannung wurde an die Innenfläche 75 des Behälters 6' angelegt. Unter dieser Voraussetzung wurde die primäre Flugmenge des Toners 92 und die Ladungsmenge des Toners 92 pro Masseneinheit in derselben Weise wie in der sechsten Ausführungsform gemessen. 35A und 35B zeigen die Meßergebnisse. Für die Messung wurde ein Tonerspalt mit 1 mm gewählt; der Abstand zwischen der Rolle 71 und der Metallabschirmung 76 wurde mit 2 mm gewählt; die Rolle 71 machte eine Umdrehung mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 50 mm und der auf der Rolle 71 aufgebrachte Toner 92 wurde durch die Mikrolöcher 54 angesaugt.
Wie in 35A dargestellt, beginnt der Toner 91 bei einer Tonerspannung etwas unter 400 V unabhängig von der Polarität der Spannung zu fliegen. In dieser Ausführungsform kann infolge der Verwendung des Toners 92 mit einem mittleren Widerstand eine Ladung entgegengesetzter Polarität nicht ohne weiteres in den Toner 92 injiziert werden, welcher die erste Schicht auf der Rolle 92 bildet. Daher ist verhindert, daß der Toner 92 in der umgekehrten Richtung fliegt. Außerdem trägt die isolierte Oberfläche der Rolle 91 dazu bei, das Fliegen des Toners 92, welche die erste Schicht bildet, in umgekehrter Richtung zu verhindern. Die Ladung entgegengesetzter Polarität wird nur mäßig in die zweite und fol gende Schichten des Toners 92 injiziert. Bevor der Toner 92 mit der entgegengesetzten Polarität geladen ist, verläßt die Rolle 71, die sich mit der Umfangsgeschwindigkeit von 50 mm/s bewegt, den Bereich, in welchem das elektrische Feld für den primären Flug wirkt. Dies verhindert, daß Toner 92 der zweiten und folgenden Schichten in der umgekehrten Richtung fliegt. Folglich nimmt die Flugmenge proportional zu der Tonerspannung zu.
Wie in 35B dargestellt ist, nimmt die Ladungsmenge pro Flächeneinheit mit der Zunahme der Tonerspannung zu. Diese Tendenz kann unter Bezugnahme auf 2 auf folgende Weise erklärt werden. Der Toner 109 wird durch den Toner 92 mittleren Widerstands ersetzt. Die Schwerkraft G und die Adhäsion V, die zwischen den Partikeln des Toners 92 wirken, wirken auf den Toner 92 nach unten. Der Toner 92 beginnt zu fliegen, sobald die Summe des elektrischen Feldes um den Toner 92 und die elektrostatische Kraft, die von der in den Toner 92 injizierten Ladung abgeleitet ist, die Summe aus Schwerkraft G und Adhäsion V überschreitet. Da die Summe aus Schwerkraft G und Adhäsion V konstant ist, ist auch die elektrostatische Kraft konstant. Daher nimmt vermutlich, wenn die Tonerspannung steigt, um das vorstehend erwähnte elektrische Feld zu erhöhen, die Ladungsmenge ab, die in den Toner 92 zu injizieren ist. In 35B ist die Ladungsmenge bei Spannungen um –800 V relativ konstant. Dies zeigt, daß die Ladungsmenge verhältnismäßig konstant bleibt, selbst wenn die Tonerspannung und folglich die Feldintensität etwas verändert wird. Hieraus folgt, daß, wenn die Tonerspannung –800 V ist, die Ladungsmenge trotz einer gewissen Veränderung des Abstandes zwischen der Rolle 71 und der Metallabschirmung 76 konstant bleibt.
Unter den folgenden Bedingungen wurden kontinuierlich 3700 Kopien hergestellt, um die optischen Dichten von Bildern nach einer Fixierung zu messen. Der in 34 dargestellte Tonerbehälter 6' ersetzte den in 4 dargestellten Tonerbehälter. Die Rolle 71 und die Abschirmelektrode 51 wurden mit Erdpotential verbunden. Eine Spannung von –800 V wurde als die Tonerspannung gewählt. Eine Spannung von 400 V wurde an die Gegenelektrode 4 angelegt. Während die Förderrolle 71 gleichmäßig gedreht wurde, wurden eine Span nung von 180 V und von 120 V jeweils für 10 ms an die Rolle 71 während einer Aufzeichnung bzw. während einer Nicht-Aufzeichnung angelegt. Die Schraubenwelle 74 wurde einmal für jeweils 100 Kopien gedreht, um die Bodenplatte 73 anzuheben, um so den Spalt von 1,0 mm beizubehalten. Es wurde herausgefunden, daß die Bilddichte bei 1,4 ± 0,1 konstant gehalten wurde, obwohl sich die Spaltbreite in dem Bereich von 1 bis 0,5 mm änderte.
Ferner wurde, nachdem der Farbkopierer und der Toner 92 mittleren Widerstands in einer warmen und feuchten Umgebung, d.h. 30°C und 90%RH belassen wurden, das vorstehend beschriebene kontinuierliche Kopieren wiederholt. Dies zeigte, daß, obwohl die primäre Flugmenge etwas größer war als bei normaler Temperatur und normaler Feuchtigkeit, die sekundäre Flugmenge dieselbe blieb und Bilder mit einer Dichte unverändert wie in einer Atmosphäre mit normaler Temperatur normaler Feuchtigkeit erhalten wurde.
Außerdem wurde der Farbkopierer und der Toner 92 mittleren Widerstands in einer kalten und trockenen Atmosphäre belassen, d.h. bei 10°C und 20%RH und dann wurde der kontinuierliche Kopiervorgang wiederholt. Dies zeigte auch, daß, obwohl die primäre Flugmenge etwas größer war als in der Atmosphäre mit normaler Temperatur und normaler Feuchtigkeit die sekundäre Flugmenge dieselbe bliebt und eine stabile Bildqualität gesichert war.
Zum Vergleich wurde der Toner 92 mittleren Widerstands durch den leitfähigen Toner 91, der in der sechsten Ausführungsform verwendet wurde, ersetzt; d.h. es wurde RIFAX 9000 verwendet, dessen spezifische Leitfähigkeit bei normaler Temperatur und Feuchtigkeit etwa 10^–4 S/cm ist. Der Farbkopierer und der Toner 91 wurden in einer Atmosphäre von 30°C und 90%RH (Luftfeuchtigkeit) belassen, und dann wurde ein kontinuierliches Drucken durchgeführt. Es wurde herausgefunden, daß die Bildichte etwa 0,8 niedrig war. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß die zweiten und folgende Tonerschichten in der umgekehrten Richtung zum Zeitpunkt des primären Fluges fliegen und die Flugmenge reduzieren, wie vorstehend ausgeführt wird, und daß es zu einem Flug in umgekehrter Richtung zu der Zeit des sekundären Fluges infolge von La dungsinjektion entgegengesetzter Polarität von dem Blatt aus kommt, dessen Widerstandswert niedrig geworden ist.
Ferner wurde der Toner 92 mittleren Widerstands gegen einen Farbtoner Ricoh Color PPC Toner, Typ F (Warenname) ersetzt, dessen spezifische Leitfähigkeit bei normaler Temperatur und Feuchtigkeit bei etwa 10^–13 S/cm liegt. Mit diesem Farbtoner ist es beinahe unmöglich, Bilder zu drucken bzw. zu kopieren. Dies kommt daher, daß, nachdem der Toner, der die oberste Schicht in dem Tonerbehälter bildet, infolge von Tonerinjektion weggeflogen ist, ein sehr langer Zeitabschnitt notwendig ist, um Ladung in die nächste Schicht zu injizieren, die groß genug ist, damit die nächste Ladung fliegt; während eines solchen Zeitintervalls verliert die Rolle 61, die den Toner für den sekundären Flug zuführt, während sie in Drehung ist, die Tonerschicht.
Ein kontinuierliches Kopieren/Drucken wurde auch unter den folgenden Bedingungen durchgeführt. Die Rolle 71 und die Oberfläche der Schicht des Toners 92 war in einem Abstand von 0,2 mm angeordnet. Der Abstand zwischen der Rolle 71 und der Metallabschirmung 76 wurde auf 0,9 mm verringert. Die Tonerspannung wurde mit –400 V gewählt. Es wurde herausgefunden, daß, obwohl die Dichte im wesentlichen konstant blieb, sie lokal reduziert oder manchmal null war. Dazu kommt es wahrscheinlich deswegen, da, während der Toner 92 nacheinander verbraucht wird, die Oberfläche der Tonerschicht unregelmäßig wird. Folglich berührt, wenn die Schraubenwelle 74 die Grundplatte 73 anhebt, die Oberfläche der Tonerschicht die Rolle 71 und streift einen Teil des auf der Rolle 71 aufgebrachten Toners. Obwohl ein derartiges Vorkommnis verhindert werden kann, wenn die Oberfläche der Tonerschicht vollständig eben und zu der Rolle 71 hin mit hoher Genauigkeit mechanisch bearbeitet wird, ist diese Art Vorgehensweise in der Praxis äußerst schwierig und erhöht die Kosten.
Ein kontinuierliches Kopieren/Drucken wurde auch unter den folgenden Bedingungen durchgeführt. Der Abstand zwischen der Rolle 71 und der Oberfläche der Schicht des Toners 72 wurde mit 1,0 mm gewählt, während der Abstand zwischen der Rolle 71 und der Me tallabschirmung 76 auf 4 mm erhöht wurde. In diesem Fall wurden keine unerwünschten Vorkommnisse festgestellt. Wenn jedoch der Abstand zwischen der Rolle 71 und der Metallabschirmung 76 auf 5 mm vergrößert wurde und insbesondere wenn die Temperatur und die Feuchtigkeit hoch waren, kam es lokal zwischen der Abschirmung 76 und der Rolle 71 zu einer Funken- und Kriechentladung, was verhinderte, daß das elektrische Feld auf die Tonerschicht wirkt. Folglich kommt es nicht zu dem Primärflug des Toners 92 und lokal geht ein schwarzes Vollbild verloren.
Ferner wurde ein kontinuierliches Drucken/Kopieren durchgeführt, wobei die Metallabschirmung 76 entfernt wurde, die Innenfläche des Behälters 6' mit dem leitfähigen Auftrag bedeckt wurde und Spannungen von –800 V bis –1600 V an die Innenfläche des Behälters 6' angelegt wurden. Die sich ergebende Bilddichte war etwa 0,8 niedrig, selbst wenn die Spannung –1600 V betrug. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Abstand zwischen der Innenfläche des Behälters 6' und der Rolle 71 zu groß war, um ein ausreichendes elektrisches Feld an die Schicht des Toners 92 anzulegen; dadurch wurde verhindert, daß der Toner 92 der Rolle 71 durch den Primärflug in einer ausreichenden Menge zugeführt wurde. Obwohl die vorstehend angeführte Spannung angehoben werden kann, um ein ausreichendes elektrisches Feld aufzubauen, ist eine ausreichende Bilddichte nicht erreichbar, wenn nicht die Spannung merklich erhöht wird. Hierdurch würden jedoch die Kosten erhöht und das Entladungsproblem verschärft.
Wie vorstehend ausgeführt, ist, wenn der Toner 92 mit einem mittleren Widerstand verwendet wird, die Metallabschirmung 76 in dem Tonerbehälter 6' angeordnet und ist in einem vorher gewählten Abstand an der Unterseite der Rolle 71 angeordnet. Der vorher gewählte Abstand ist so, daß die vorstehenden Teile der unregelmäßigen Oberfläche der Tonerschicht, was auf den unregelmäßigen Verbrauch des Toners zurückzuführen ist, nicht den Tonerträger berührt, wenn der Abstand zwischen der leitenden Ableitung und dem Tonerträger konstant zu halten ist. Außerdem ist der Abstand so, daß die an die leitende Abschirmung angelegte Spannung, die bewirkt, daß der Toner über der Abschirmung zu dem Tonerträger in einer ausreichenden Menge zur Bilderzeugung fliegt, nicht eine Entladung zwischen der Abschirmung und dem Tonerträger bewirkt. Beispielsweise liegt ein solcher Abstand zwischen 1,0 mm und 4,0 mm. Unter dieser Voraussetzung kann erreicht werden, daß der Toner 92 bei einer niedrigen Spannung fliegt, die nicht zu einer Entladung führt; dadurch ist eine hohe Bildqualität sicher gewährleistet.
Achte Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf die 30 und 34 wird nun eine achte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, die ebenfalls als ein Farbprinter/Kopierer ausgeführt ist. Wegen der Beschreibung der ersten Ausführungsform, die bezüglich der 4, 6, 9 und 10 gemacht worden ist und derjenigen der zweiten Ausführungsform, die in Verbindung mit der 11 gemacht worden ist, auch für diese Ausführungsform gelten, wird sie noch einmal beschrieben, um Redundanz zu vermeiden. Bei dieser Ausführungsform wird ebenfalls der gleichrichtende Toner benutzt, der in der zweiten Ausführungsform verwendet ist und der die in Verbindung mit 11 und 12 beschriebene Charakteristik hat. Der Toner ist mit der positiven Polarität als ein leitfähiger Toner mit niedrigem Widerstand durch eine Ladungsinjektion ladbar, jedoch als isolierender Toner nicht ohne weiteres mit negativer Polarität ladbar. Daher wird, selbst wenn die Oberfläche der Rolle 71 nicht aus einem Isoliermaterial gebildet ist, der Toner 90, der von der Tonerschicht weggeflogen ist und sich auf der Rolle 71 abgesetzt hat, nicht mit der negativen Polarität geladen, da negative Ladung nicht in den Toner 90 injiziert wird. Ferner wird der Toner, welcher die zweite und folgende Schichten auf der Rolle 71 bildet, nicht mit der negativen Polarität geladen. Hieraus folgt, daß der Toner 90, der auf dem Tonerträger 71 aufgebracht ist, nicht in umgekehrter Richtung fliegt, sondern in ausreichender Menge darauf verbleibt.
Der Tonerbehälter 6', der in dieser Ausführungsform verwendet ist, ist mit dem in 34 dargestellten Tonerbehälter 6' identisch, außer daß bei ihm die Schneide 72 fehlt. Wie die Rolle 71 gereinigt wird, wird später beschrieben. Um den Toner 90 der Rolle 71 zuzuführen, ist die Rolle 71 mit Erdpotential verbunden, während an die Maschenableitung 76 eine Wechselspannung oder eine Tonerspannung für den Flug des Toners 90 wie bei der siebten Ausführungsform angelegt wird. Wenn der spezifische Widerstand des Toners 90 niedrig ist, beispielsweise 10^–6 Ω cm oder niedriger ist, kann der in 30 dargestellte Tonerbehälter verwendet werden, wobei jedoch die Schneide 72 fehlt. In diesem Fall wird die Spannung an die innere Umfangsfläche des Behälters 6 angelegt.
Die Schneide 72, die verwendet wird, um die Rolle 71 zu reinigen, schabt die Oberfläche der Rolle 71 ab, wenn diese hart ist, oder bricht ab, wenn sie weich ist. Die sich ergebenden Stücke/Teile der Rolle 71 oder diejenigen der Schneide 72 werden in den Toner eingebracht und verschlechtern die Bildqualität. Wenn die Schneide 72 leicht bricht, wird die Rolle 71 nicht in der erwarteten Weise gereinigt und es ergeben sich unbrauchbare Bilder. Wenn der Toner eine dünne Schicht auf der Oberfläche der Rolle 71 ist, nimmt die Adhäsion zu, die zwischen der Oberfläche der Rolle 71 und dem Toner wirkt und behindert den sekundären Flug, was wieder schadhafte Bilder zur Folge hat. Van der Waals'sche Kräfte, die auf den Toner 90 wirken, sind proportional der Korngröße des Toners 90, während die elektrostatische Kraft proportional der auf den Toner aufgebrachten Ladungsmenge ist. Die Ladungsmenge ist proportional der Oberfläche des Toners 90, d.h. dem Quadrat der Korngröße. Wenn folglich die Korngröße halbiert wird, wird die elektrostatische Kraft auf ein Viertel reduziert, obwohl die van der Waals'schen Kräfte nur halbiert werden; der Flug des Toners 90 wird schwieriger, wenn die Korngröße abnimmt. Wahrscheinlich kommt es daher, daß der Toner 90 mit kleiner Korngröße unter die Schneide 72 gelangt und sich auf der Rolle 71 ansammelt und somit nicht von der Rolle 71 weg fliegt, was dann wiederum eine geringe Bilddichte zur Folge hat. Außerdem muß die Schneide 72 ersetzt werden, wenn sie infolge der Reibung zwischen ihr und der Rolle 71 verbraucht ist.
Aus diesen Gründen wird bei der achten Ausführungsform die Rolle 71 ohne Benutzen der Schneide 72 gereinigt. Zum Reinigen wird ein elektrisches Feld, das dem elektrischen Feld entgegengesetzt ist, welches bewirkt, daß der Toner 90 in dem Behälter 6' in Richtung der Rolle 71 fliegt, bevor oder nach dem Flug des Toners 90 angelegt.
Die Steuerelektrode 5 steuert den Flug des Toners 90, indem ein elektrisches Feld an den auf der Rolle oder dem Tonerträger 71 aufgebrachten Toner angelegt wird. Wenn das vorerwähnte elektrische Feld zum Reinigen der Rolle 71 angelegt wird, sollte die Potentialdifferenz zwischen der Rolle 71 und einer der Elektroden, welche das Polaritätssteuerteil 5 bilden, das der Rolle 71 gegenüberliegt, d.h. die Abschirmelektrode 53 in der in 6 dargestellten Konfiguration, vorzugsweise so gewählt sein, daß sie ein Lecken zwischen der Rolle 71 und der Abschirmelektrode 53 verhindert. Insbesondere wird vor oder nach einer Bilderzeugung, beispielsweise nachdem die hintere Kante eines Blattes sich von der Aufzeichnungsposition weg bewegt hat, jedoch bevor die Vorderkante des nächsten Blattes die Aufzeichnungsposition erreicht, die Spannung, die in der Polarität der Tonerspannung entgegengesetzt ist, an die Metallabschirmung 76 angelegt, wobei die Rolle 71 mit Erdpotential verbunden ist. Folglich fliegt der Toner 90, der auf der Rolle 71 zurückgeblieben ist, in umgekehrter Richtung zu der Oberfläche der Tonerschicht auf der Grundplatte 73, d.h. die Oberfläche der Rolle 71 wird gereinigt. Diese Art der berührungsfreien Reinigung führt nicht zu schadhaften Bildern oder zu einer niedrigen Bilddichte. Außerdem wird, da die Rolle 71 mit Erdpotential verbunden ist, ein intensives elektrisches Feld nicht zwischen der Rolle 71 und der Abschirmelektrode 53 erzeugt, so daß ein Lecken zwischen der Rolle 71 und der Abschirmelektrode 53 ausgeschlossen ist.
Für einen Versuch wurde in dem in 4 dargestellten Farbdrucker/Kopierer der Spalt oder Tonerspalt zwischen der Rolle 71 und der Oberfläche der Tonerschicht mit 1,0 mm gewählt, während der Spalt zwischen der Rolle 71 und der Metallabschirmung 76 mit 2,0 mm gewählt wurde. Es wurde der in 34 dargestellte Tonerbehälter 6' verwendet. Ein vorher ausgewähltes Bildmuster wurde kontinuierlich auf etwa 4000 Blatt der Größe A4 mit einer Geschwindigkeit von 10 Kopien pro Minute erzeugt, bis der Toner in dem Behälter 6' im wesentlichen vollständig verbraucht war. Je desmal wenn der Tonerspalt größer als 1,5 mm wurde, wurde die Schraubenwelle 74 gedreht, um die Bodenplatte 73 anzuheben, um dadurch den Tonerspalt von 1 ± 0,5 mm aufrechtzuerhalten.
Der Druck/Kopierbetrieb wurde dann unter den folgenden Bedingungen durchgeführt. Die Rolle 71 und die Abschirmelektrode 51 wurde mit Erdpotential verbunden. Obwohl die Rolle 71 kontinuierlich gedreht wurde, wurden Spannungen von –180 V bzw. –120 V an die Bildelektrode zur Zeit der Aufzeichnung und zur Zeit der Nicht-Aufzeichnung angelegt. Spannungen von 0 V und 20 V wurden an die Abschirm- bzw. Gruppenansteuerelektroden angelegt wenn sie ausgewählt und wenn sie nicht ausgewählt waren. Eine Spannung von –1200 V wurde an die Metallabschirmung 76 für 1,5 s bei jedem Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Blättern angelegt.
Durch die an die Metallabschirmung 76 angelegte Spannung flog der auf der Rolle 71 verbliebene Toner in umgekehrter Richtung zu der Oberfläche der Tonerfläche auf der Grundplatte 73, wodurch dann auch die Oberfläche der Rolle 71 gereinigt wurde. Die Bilddichte war ständig 1,4 hoch.
Im Vergleich hiermit wurde der Tonerbehälter 6' mit der Schneide 72 verwendet, wie in 34 dargestellt ist. Der vorstehend beschriebene Druck/Kopierbetrieb wurde mit der Schneide 72 wiederholt, welche die Rolle 71 reinigt. Anfangs war die Bilddichte 1,4 hoch und es wurden gute Kopien erzeugt. Jedoch nahm die Bilddichte ständig ab und es kam zu fehlerhaften Bildern, nämlich Vollbildern mit weißen Streifen und Bildern mit schwarzen Punkten auf dem Hintergrund. Hierzu kam es auch bei den sechsten und siebten Ausführungsformen, bei welchen der leitfähige Toner 92 bzw. Toner 92 mit mittlerem Widerstand verwendet wird. Die Abnahme der Bilddichte ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß der Toner kleiner Korngröße, welcher nicht ohne weiteres fliegt, unter die Schneide 72 gelangt und sich an der Oberfläche der Rolle 71 anhäuft. Die weißen Streifen ergeben sich dadurch, daß die Schneide 72 teilweise abbricht und dann einen Teil der Rolle 71 nicht reinigt und es für den Toner, der sich auf der Rolle 71 gesammelt hat schwierig ist, wegzufliegen. Ferner sind die schwarzen Punkte voraus sichtlich auf die abgebrochenen Stücken der Schneide 72 und die Teilen der Beschichtung (Polyester) der Rolle zurückzuführen, die mittels der Schneide 72 durch Abschaben abgelöst worden sind.
Gleichrichtender Toner 90' wurde erzeugt, welcher mit dem gleichrichtenden Toner 90 identisch ist, außer daß die Menge an Siliziumoxid, welches dessen Partikel bedeckt, auf 1 Gewicht% erhöht wurde, um den spezifischen Widerstand zu reduzieren. Die Gleichrichtungscharakteristik des Toners 90' wurde mit der in 11 dargestellten Vorrichtung gemessen. Es wurde herausgefunden, daß hinsichtlich der Gleichrichtungscharakteristik der Toner 90' schwächer ist. Wenn eine Spannung von –2000 V angelegt wurde, flog der Toner 90' in einer Menge, welche ein Viertel der Menge des Toners 90 war, die fliegt, wenn eine Spannung von –2000 V angelegt wurde. Der Kopierbetrieb wurde durchgeführt, indem der Tonerbehälter 6' der 34 durch den Tonerbehälter 6 der 30 ersetzt wurde, wobei jedoch die Schneide 72 entfernt war und +2 kV an die innere Umfangsfläche des Behälters 6 während einer Bilderzeugung und –2 kV während des Reinigens angelegt war, welche zwischen den Blättern durchgeführt wurde. Unter dieser Voraussetzung wurden Kopien mit hoher Bilddichte erzeugt, und außerdem wurde die Rolle 71 in der geforderten Weise gereinigt. Dies zeigt, daß der Toner 90' seine Gleichrichtungscharakteristik in dem Bereich der elektrischen Felder entfaltet, die von den an den Behälter 6 angelegten Spannung während einer Bilderzeugung und einer Reinigung hergeleitet sind.
Im Vergleich hierzu wurden Kopien mit Hilfe des leitfähigen Toners RIFAX 9000 anstelle des vorerwähnten gleichrichtenden Toners hergestellt. In diesem Fall konnte die Rolle 71 nicht gereinigt werden, da der Toner auf der Grundplatte 73 zu derselben Zeit in Richtung der Rolle 71 flog, da der auf der Rolle 71 zurückgebliebene Toner in umgekehrter Richtung zu der Oberfläche der Tonerschicht auf der Grundplatte 73 flog. Außerdem sammelte sich, da der Toner, der von der Oberfläche der Tonerschicht auf der Grundplatte 73 zu der Rolle 71 geflogen ist, negativ geladen war, der Toner an den Vorderkanten von Blättern. Dies ist darauf zurückzuführen, daß sich der negativ geladene Toner an dem positiv gela denen Toner für eine Bilderzeugung absetzt und in Massen mit dem positiv geladenen Toner fliegt; wenn sich die Massen auf einem Blatt absetzen, wird nur der negativ geladene Toner rings herum verstreut.
Es wurden Kopien erzeugt, indem der vorerwähnte gleichrichtende Toner durch den Toner 92 mit einem mittleren Widerstand ersetzt wurde, der in der siebten Ausführungsform verwendet worden ist, und in dem die Kopierbedingung entsprechend geändert wurde, d.h. die Kopiergeschwindigkeit auf ein Zehntel herabgesetzt wurde. Der Toner 92 flog, ähnlich wie der leitfähige Toner 91 von der Oberfläche der Tonerschicht auf der Grundplatte 73 in Richtung der Rolle 71 zu derselben Zeit, als er von der Rolle 71 zu der Tonerschicht flog. Folglich konnte die Rolle 71 nicht gereinigt werden. Außerdem ergaben sich auch fehlerhafte Bilder, was auf die Tonermassen zurückzuführen ist.
Selbst wenn der Widerstandwert des Blattes 10 niedrig ist, ist bei dieser Ausführungsform gleichrichtender Toner, der auf dem Blatt 10 aufgebracht ist, frei von der Ladungsinjektion entgegengesetzter Polarität und fliegt daher nicht in umgekehrter Richtung. Hierdurch ist eine ausreichende Bilddichte sogar beispielsweise in einer warmen und feuchten Atmosphäre sichergestellt. Selbst wenn der Toner in Schichten aufgebracht wird, ist verhindert, daß die zweiten und weitere Schichten infolge der Ladung mit entgegengesetzer Polarität, die auf die elektrostatische Induktion zurückzuführen ist, in umgekehrter Richtung fliegen. Folglich ist eine Vollfarbenkopie mit einem Laminat von Tonern uhterschiedlicher Farben erreichbar. Selbst wenn ein elektrisches Feld, das bewirkt, daß der Toner nur in einer Richtung fliegt, angelegt wird, ist verhindert, daß der Toner mit der entgegengesetzten Polarität geladen wird und in umgekehrter Richtung fliegt. Hierdurch ist auch unterbunden, daß Toner, der in Richung eines Aufzeichnungsmediums fliegt, und Toner, der in umgekehrter Richtung fliegt, in elastische Kollision miteinander gebracht werden und um ein gefordertes Bild auf dem Aufzeichnungsinedium verstreut werden. Folglich wird ein scharfes Bild mit einem Bild und einem Untergrund erhalten, die sich klar voneinan der unterscheiden.
Obwohl die vorstehende Ausführungsform auf Toner konzentriert ist, der nur mit der positiven Polarität ladbar ist, ist sie nur praktikabel, wenn gleichrichtender Toner verwendet wird, der entweder positiv oder negativ durch ein elektrisches Feld ladbar ist, welches in dem Bereich einer Spannung erzeugt werden kann, die an eine Pulver-Aufzeichnungsvorrichtung angelegt worden ist. Wie vorstehend ausgeführt, wird in den sechsten bis achten Ausführungsformen ein elektrisches Wechselspannungsfeld zumindest an einem Teil des leitfähigen Toners angelegt, der in einem Tonerbehälter untergebracht ist und mit einer ganz bestimmten Polarität geladen wird. Folglich ist durch eine elektrostatische Kraft erreicht, daß der Toner fliegt und sich auf einem Tonerträger absetzt. Da eine Gleichspannungsquelle preiswerter als eine Wechselspannungsquelle ist, sind bei diesen Ausführungsformen die Kosten mit Erfolg reduziert. Ferner wird Toner verwendet, der etwas in umgekehrter Richtung fliegt, oder Toner, dessen Oberfläche aus einem Isoliermaterial hergestellt ist. Bei den beschriebenen Ausführungsformen kann daher der Toner in ausreichender Menge zugeführt werden und es kann ein hochschnelles Kopieren/Drucken im Vergleich zu dem herkömmlichen System durchgeführt werden, bei welchem Toner in Form einer Wolke elektrostatisch infolge der spiegelbildlichen Kraft der eigenen Ladung aufgebracht wird. Gleichzeitig ist bei den Ausführungsformen zuverlässig eine gleichbleibende Bilddichte, d.h. eine gleichbleibende Bildqualität gewährleistet.

Claims

Bildaufzeichnungsverfahren, bei welchem ein Tonerträger (6a) zum Tragen von Toner, eine Gegenelektrode (4) und ein Flugsteuerteil (5) verwendet werden, das zwischen dem Tonerträger und der Gegenelektrode angeordnet ist und eine Anzahl unabhängiger oder zusammenhängender Mikrolöcher (54) sowie eine Anzahl Steuerelektroden (51) zum Steuern des Durchgangs von Toner durch die Löcher aufweist, bei welchem ferner eine erste Spannung an die Anzahl Steuerelektroden entsprechend einem Bildsignal angelegt wird, um dadurch den Toner auf dem Tonerträger durch die Mikrolöcher hindurch zu der Gegenelektrode zu bewegen, so dass Toner auf ein Aufzeichnungsmedium (10) aufgebracht wird, das zwischen dem Flugsteuerteil und der Gegenelektrode angeordnet ist, um dadurch ein Bild auf dem Aufzeichnungsmedium zu erzeugen, wobei, wenn das Bildsignal anzeigt, dass kein Toner abgeschieden werden soll, eine zweite kontinuierliche Spannung an die Steuerelektrode derartig angelegt wird, dass Toner, der den Tonerträger verlassen hat, aber noch nicht die Steuerelektrode oder das Aufzeichnungsmedium erreicht hat, zu dem Aufzeichnungsmedium fliegt, aber kein weiterer Toner von dem Tonerträger gelöst wird.
Bildaufzeichnungsverfahren, bei welchem ein Tonerträger (6a) zum Tragen von durch Ladungsinjektion geladenem Toner, eine Gegenelektrode (4) und ein Flugsteuerteil (5) verwendet werden, das zwischen dem Tonerträger und der Gegenelektrode angeordnet ist und eine Anzahl unabhängiger oder zusammenhängender Mikrolöcher (54) sowie eine Anzahl Steuerelektroden (51) zum Steuern des Durchgangs von Toner durch die Mikrolöcher aufweist, bei welchem ferner eine Spannung an die Anzahl Steuerelektroden entsprechend einem Bildsignal angelegt wird, damit der Toner auf dem Tonerträger durch die Mikrolöcher in Richtung der Gegenelektrode bewegt wird und To ner auf ein Aufzeichnungsmedium aufgebracht wird, das zwischen dem Flugsteuerteil und der Gegenelektrode angeordnet ist, um dadurch ein Bild auf dem Aufzeichnungsmedium zu erzeugen, wobei der Toner gleichrichtenden Toner aufweist, der eine Gleichrichtungscharakteristik in einem Bereich von bei dem Verfahren verwendeten Spannungen derartig aufweist, dass der Toner nur auf entweder positive oder negative Polarität geladen werden kann.
Bildaufzeichnungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei: ein leitfähiger Toner (91) in einem Tonerbehälter (6) untergebracht ist und auf dem Tonerträger (6a) aufgebracht wird, welcher dem Tonerbehälter gegenüberliegt; wobei bewirkt wird, dass der leitfähige Toner selektiv von dem Tonerträger wegfliegt; und einelektrisches Gleichspannungsfeld an zumindest einen Teil des leitfähigen Toners angelegt wird, der in dem Tonerbehälter untergebracht ist, um dadurch zu bewirken, dass der Teil des leitfähigen Toners zu dem Tonerträger fliegt.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem zumindest ein Teil des Tonerbehälters, welcher den leitfähigen Toner berührt, aus leitendem Material hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem zumindest die Oberfläche des Tonerträgers aus einem Isoliermaterial hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem der leitfähige Toner einen spezifischen Widerstand zwischen 10^–11 S/cm und 10^–5 S/cm hat.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem ein leitendes Netzgitter in einer Lage des leitfähigen Toners in dem Tonerbehälter in einem vorher ausgewählten Abstand von dem Tonerträger untergebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem der vorher ausgewählte Abstand so ist, dass, nachdem eine Oberfläche der Schicht infolge eines ungleichmäßigen Verbrauchs des leitfähigen Toners unregelmäßig geworden ist, vorstehende Teile der Oberfläche den Tonerträger nicht berühren, wenn der Abstand zwischen dem leitenden Netzgitter und dem Tonerträger reguliert wird, und so ist, dass eine an das leitende Netzgitter angelegte Spannung, damit der leitfähige Toner über dem leitenden Netzgitter zu dem Tonerträger in einer für eine Bilderzeugung ausreichende Menge fliegt, nicht ein Entladen zwischen dem leitenden Netzgitter und dem Tonerträger bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem eine eine Bewegung bewirkende Einrichtung vorgesehen wird, um den leitfähigen Toner in dem Tonerbehälter insgesamt zu dem Tonerträger zu bewegen, und durch die eine Bewegung bewirkende Einrichtung ein Abstand zwischen dem Tonerträger und einer Oberfläche des leitfähigen Toners in einem vorher ausgewählten Bereich erhalten bleibt.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem der leitfähige Toner einen gleichrichtenden Toner aufweist, der eine Gleichrichtungscharakteristik in einem Intensitätsbereich des elektrischen Gleichspannungsfeldes aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem vor oder nach einem durch das elektrische Gleichspannungsfeld bewirkten Flug des gleichrichtenden Toners ein elektrisches Feld, das in seiner Richtung dem elektrischen Gleichspannungsfeld entgegengesetzt ist, angelegt wird, um dadurch zu bewirken, dass der gleichrichtende Toner auf dem Tonerträger in Richtung des Tonerbehälters fliegt.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem eine Einrichtung, die bewirkt, dass der gleichrichtende auf dem Tonerträger mitgeführte Toner selektiv fliegt, ein Flugsteuerteil aufweist, das zwischen dem Tonerträger und der Gegenelektrode angeordnet ist, wobei das Flugsteuerteil eine Anzahl unabhängiger oder zusammenhängender Mikrolöcher und eine Anzahl Steuerelektroden zum Steuern des Durchgangs des gleichrichtenden Toners durch die Löcher aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem das elektrische Feld, das in seiner Richtung dem elektrischen Gleichspannungsfeld entgegengesetzt ist, zwischen dem Tonerträger und dem gleichrichtenden Toner in dem Tonerbehälter angelegt wird, während eine Potenzialdifferenz zwischen dem Flugsteuerteil und dem Tonerträger so aufrecht erhalten wird, dass es nicht zu einem Lecken zwischen dem Flugsteuerteil und dem Tonerträger kommt.
Bilderzeugungseinrichtung mit einem Tonerträger (6a) zum Mitführen von aufgebrachtem Toner; einer Gegenelektrode (4); einem Flugsteuerteil (51), das zwischen dem Tonerträger (6a) und der Gegenelektrode (4) angeordnet ist und eine Anzahl unabhängiger oder zusammenhängender Mikrolöcher sowie eine Anzahl Steuerelektroden zum Steuern des Durchgangs des Toners durch die Mikrolöcher aufweist; einer eine Spannung anlegenden Einrichtung, um eine Spannung an die Anzahl Steuerelektroden (51) entsprechend einem Bildsignal anzulegen, und einer Steuereinrichtung zum Steuern der eine Spannung anlegenden Einrichtung, so dass sich der Toner von dem Tonerträger durch die Mikrolöcher zu der Gegenelektrode (4) bewegt und sich auf einem Aufzeichnungsmedium (10) absetzt, das zwischen dem Flugsteuerteil und der Gegenelektrode angeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung ferner die spannungsanlegende Einrichtung so steuert, dass, wenn das Bildsignal anzeigt, dass kein Toner abgeschieden werden soll, eine zweite kontinuierliche Spannung an die Steuerelektrode derartig angelegt wird, dass Toner, der den Tonerträger verlassen hat, aber noch nicht die Steuerelektrode oder das Aufzeichnungsmedium erreicht hat, zu dem Aufzeichnungsmedium fliegt, aber kein weiterer Toner von dem Tonerträger gelöst wird.
Bilderzeugungseinrichtung mit einem Tonerträger (6a) zum Mitführen von Toner; einer Gegenelektrode (4); einem Flugsteuerteil (51), das zwischen dem Tonerträger (6a) und der Gegenelektrode (4) angeordnet ist und eine Anzahl unabhängiger oder zusammenhängender Mikrolöcher sowie eine Anzahl Steuerelektroden zum Steuern eines Durchgangs des Toners durch die Mikrolöcher aufweist; einer eine Spannung anlegenden Einrichtung, um eine Spannung an die Anzahl Steuerelektroden entsprechend einem Bildsignal anzulegen, und einer Steuereinrichtung zum Steuern der eine Spannung anlegenden Einrichtung, so dass der Toner sich von dem Tonerträger durch die Mikrolöcher zu der Gegenelektrode (4) bewegt und auf ein Aufzeichnungsmedium (10) aufgebracht wird, das zwischen dem Flugsteuerteil und der Gegenelektrode (4) angeordnet ist, wobei der Toner gleichrichtenden Toner aufweist, wobei der Toner in einer von der eine Spannung anlegenden Einrichtung angelegten Spannung nur auf entweder positive oder negative Polarität geladen werden kann.
Bildaufzeichnungseinrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Anzahl Steuerelektroden eine Anzahl erster Elektroden, die jeweils mit einer Anzahl Mikrolöcher versehen sind, welche die Mikrolöcher darstellen, und eine Anzahl zweiter Elektroden aufweisen, die jeweils mit einer Anzahl Mikrolöcher versehen sind, welche die Löcher darstellen, wobei die Anzahl der zweiten Elektroden näher bei dem Tonerträger oder der Gegenelektrode als die Anzahl erster Elektroden angeordnet sind, und wobei die Anzahl Mikrolöcher jeder der Anzahl zweiter Elektroden jeweils mit einem ganz bestimmten der Mikrolöcher einer ganz bestimmten der Anzahl ersten Elektroden fluchten, wobei die eine Spannung anlegende Einrichtung selektiv eine erste Spannung und eine zweite Spannung, die sich voneinander unterscheiden, an die Anzahl erster Elektroden anlegt und selektiv eine dritte Spannung und eine vierte Spannung, die sich voneinander unterscheiden, an die Anzahl der zweiten Elektroden anlegt, und wobei die erste bis zu der vierten Spannung so gewählt sind, dass unter einer Kombination der ersten und dritten Spannung, einer Kombination der ersten und vierten Spannung, einer Kombination der zweiten und dritten Spannung und einer Kombination der zweiten und vierten Spannung bezüglich der Teile um die Löcher eine Kombination bewirkt, dass der Toner durch die Mikrolöcher zu der Gegenelektrode fliegt, während die anderen drei Kombinationen nicht bewirken, dass der Toner zu der Gegenelektrode fliegt.
Einrichtung nach Anspruch 16, wobei die erste bis zu der vierten Spannung so gewählt sind, dass die Kombination der ersten und der dritten Spannung bewirkt, dass der Toner durch die ausgerichteten Mikrolöcher zu der Gegenelektrode fliegt, wodurch Spannungsdifferenzen zwischen den ersten Elektroden, an welche die erste Spannung angelegt ist und dem Tonerträger und zwischen den zweiten Elektroden, an welche die dritte Spannung angelegt ist, und dem Tonerträger auftreten, und wobei die Potenzialdifferenzen bezüglich einem Potenzial des Tonerträgers hinsichtlich ihrer Größe in die gleiche Beziehung gesetzt sind.
Einrichtung nach Anspruch 17, bei welcher die Anzahl zweiter Elektroden mit einer vorher ausgewählten Form versehen und in einer ebenen Konfiguration in einer Position näher bei dem Tonerträger als die Anzahl erster Elektroden angeordnet sind, so dass ein elektrisches Feld, das sich aus der Potenzialdifferenz zwischen der Anzahl erster Elektroden und dem Tonerträger ergibt, in Teilen abgeschirmt ist, jedoch nicht in den Teilen, welche an die Mikrolöcher angrenzen.
Einrichtung nach Anspruch 18, bei welcher die dritte und vierte Spannung, die an die Anzahl zweiter Elektroden anzulegen sind, so gewählt sind, um nicht zu bewirken, dass der Toner auf dem Tonerträger zu den Teilen fliegt, bei denen es sich nicht um die Teile handelt, die an die Löcher angrenzen.
Bilderzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei das Flugsteuerteil eine Anzahl Flugsteuerteile aufweist, die integriert oder voneinander getrennt sind, und wobei der Tonerträger eine Anzahl Tonerträger aufweist, deren Anzahl größer ist als die Anzahl an Flugsteuerteilen, und zumindest eines der Anzahl Flugsteuerteile und zumindest zwei der Anzahl Tonerträger relativ zueinander bewegbar sind.
Einrichtung nach Anspruch 20, wobei die Anzahl Flugsteuerteile oder die Anzahl Tonerträger bewegbar ist, wobei zumindest in zwei der Anzahl Tonerträger Toner derselben Art untergebracht ist, und wobei die zumindest zwei der Tonerträger so positioniert sind, dass sie der Anzahl Flugsteuerteile gleichzeitig gegenüber liegen können.
Einrichtung nach Anspruch 20, mit einer eine Bewegung ausführenden Einrichtung, um zumindest eines der Anzahl Flugsteuerteile und der Anzahl Tonerträger zu bewegen.
Einrichtung nach Anspruch 20, mit einer Fördereinrichtung zum Befördern des Aufzeichnungsmediums, wobei die Anzahl Tonerträger zumindest zwei verschiedene Arten Toner tragen, während zumindest eine Tonerart auf zumindest zwei der Anzahl Tonerträger mitgeführt wird, wobei bei einem ersten vorher ausgewählten Aufzeichnungsbetrieb die Anzahl Flugsteuerteile den zumindest zwei Tonerträgern gegenüberliegt, die die zumindest zwei Tonerarten mitführen, damit der Toner von den mindestens zwei Tonerträgern für eine Bilderzeugung wegfliegt, während in einem zweiten vorher ausgewählten Aufzeichnungsbetrieb die Anzahl Flugsteuerteile den zumindest zwei Tonerträgern gegenüberliegen, die die zumindest eine Tonerart tragen, damit der Toner von den zumindest zwei Tonerträgern für eine Bilderzeugung wegfliegt, und wobei die Fördereinrichtung das Aufzeichnungsmedium mit einer höheren Geschwindigkeit in dem zweiten vorher ausgewählten Aufzeichnungsbetrieb als in dem ersten vorher ausgewählten Aufzeichnungsbetrieb befördert.
Einrichtung nach Anspruch 20, bei welcher zumindest zwei der Anzahl Tonerträger zwei Toner derselben Art tragen, wobei, wenn die Anzahl Flugsteuerteile den zumindest zwei Tonerträgern gegenüberliegen, um zu bewirken, dass der Toner von den zumindest zwei Tonerträgern wegfliegt, die Flugsteuerteile, die jeweils den zumindest zwei Tonerträgern gegenüberliegen, bewirken, dass Toner an derselben Position auf dem Aufzeichnungsmedium aufgebracht wird.
Bilderzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, mit wobei der Tonerträger eine Anzahl Tonerträger aufweist, von welchen zumindestens einer einen Teil hat, der dem Flugsteuerteil gegenüberliegt, und hinsichtlich seiner Größe größer bemessen ist als dieselben Teile der anderen Tonerteile, wobei das Flugsteuerteil eine Anzahl Flugsteuerteile aufweist, die integriert oder getrennt voneinander angeordnet sind, und die in der Größe jeweils identisch mit den Teilen der anderen Tonerträger sind, und wobei mindestens eines der Anzahl Flugsteuerteile und mindestens einer der anderen Tonerträger relativ zueinander beweglich sind.
Einrichtung nach Anspruch 25, mit einer Einrichtung, um zumindest einen von dem mindestens einen Flugsteuerteil und dem mindestens einen Tonerträger zu bewegen.
Einrichtung nach Anspruch 25, mit einer Fördereinrichtung zum Befördern des Aufzeichnungsmediums, wobei die Anzahl Tonerträger zumindest zwei verschiedene Tonerarten mitführen, während zumindest eine Tonerart auf zumindest zwei der Anzahl Tonerträger mitgeführt wird, wobei in einem ersten vorher ausgewählten Aufzeichnungsbetrieb die Anzahl an Flugsteuerteilen den mindestens zwei Tonerträgern gegenüberliegt, die die zumindest zwei Tonerarten mitführen, damit der Toner von den zumindest zwei Tonerträgern für eine Bildinformation wegfliegt, während in einem zweiten vorher ausgewählten Aufzeichnungsbetrieb die Anzahl Flugsteuerteile den zumindest zwei Tonerträgern gegenüberliegt, die die zumindest eine Tonerart mitführen, damit der Toner von den zumindest zwei Bildträgern für eine Bilderzeugung wegfliegt, und wobei die Fördereinrichtung das Aufzeichnungsmedium mit einer höheren Geschwindigkeit in dem zweiten vorher ausgewählten Aufzeichnungsbetrieb als in dem ersten vorher ausgewählten Aufzeichnungsbetrieb befördert.
Einrichtung nach Anspruch 25, bei welcher zumindest zwei der Anzahl Tonerträger zwei Toner derselben Art mitführen, wobei, wenn die Anzahl an Flugsteuerteilen den zumindest zwei Tonerträgern gegenüberliegt, damit der Toner von den zumindest zwei Tonerträgern weg fliegt, wobei die Flugsteuerteile, die zumindest den jeweils zwei Tonerträgern gegenüberliegen, bewirken, dass der Toner an derselben Position auf das Aufzeichnungsmedium aufgebracht wird.
Bilderzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 28, mit einer Abschirmelektrode zum Abschirmen des Toners, der außerhalb eines Tonerflugbereichs liegt, in welchem der Toner entsprechend einer an die Steuerelektroden angelegten Spannung fliegt, um ein Bild von einem elektrischen Feld aus zu erzeugen, das mittels einer Spannung, die an die Gegenelektrode angelegt wird, und einer an die Steuerelektroden angelegte Spannung zu erzeugen ist.
Einrichtung nach Anspruch 29, bei welcher die Abschirmelektrode aus einem leitenden oder Halbleitermaterial über einem Gesamtbereich hergestellt ist, der einem Tonerflugbereich entspricht, in welchem der Toner von dem Tonerträger wegfliegt, außer bei Teilen, die der Anzahl Mikrolöchern entsprechen, und wobei die Abschirmelektrode in den Teilen mit den Mikrolöchern versehen ist.
Einrichtung nach Anspruch 30, wobei die Abschirmelektrode näher an dem Tonerträger positioniert ist als Elektroden, die zwischen der Gegenelektrode und dem Tonerträger zusätzlich zu der Abschirmelektrode liegen, und aus leitendem oder Halbleiter-Material hergestellt ist.
Einrichtung nach Anspruch 29, bei welcher das Flugsteuerteil eine Anzahl leitfähiger Schichten, die mit Hilfe einer Anzahl Mikrolöcher erzeugt worden sind, welche die Mikrolöcher darstellen, und aus einer leitenden oder Halbleiter-Substanz gebildet sind, und eine Isolierschicht aufweist, welche die Anzahl leitfähiger Schichten isoliert, wobei die leitfähige Schicht, die nicht die leitfähige Schicht ist, die dem Tonerträger am nächsten liegt, mit den leitenden Elektroden um die Mikrolöcher erzeugt wird, und wobei die leitfähige Schicht, die dem Tonerträger am nächsten liegt, über einen Bereich hinausgeht, welcher dem Tonerflugbereich entspricht, außer bei Teilen, die den Mikrolöchern entsprechen, wodurch die Abschirmelektrode gebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 29, bei welcher die Abschirmelektrode eine Oberfläche hat, die dem Tonerträger gegenüberliegt und breiter ist als ein Bereich, welcher dem Tonerflugbereich entspricht.
Einrichtung nach Anspruch 29, bei welcher die eine Spannung anlegende Einrichtung an die Abschirmelektrode eine Spannung zum Erzeugen eines elektrischen Feldes anlegt, damit der Toner nicht außerhalb des Tonerflugbereichs fliegt.
Einrichtung nach Anspruch 34, bei welcher Spannungen, die an die Gegenelektrode und die Steuerelektroden angelegt sind, so gewählt sind, dass, während die Spannung zum Erzeugen des elektrischen Feldes, damit der Toner nicht außerhalb des Tonerflugbereichs fliegt, an die Abschirmelektrode angelegt wird, der von dem Tonerträger weggeflogene Toner die Mikrolöcher in einer Gruppe entsprechend der an die Steuerelektroden zur Bilderzeugung angelegten Spannung erreicht, der einen Durchmesser hat, der kleiner als der Durchmesser eines einzelnen Mikrolochs ist.