DE3142120C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinhaltung eines Steuergitters von Toner - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schutz eines photoempfindlichen Schirms gegen Verunreinigungen gerichtet, wie sie insbesondere durch Farbpartikel hervorgerufen werden, wie sie bei einem Bilderzeugungsgerät verwendet werden. Das Niederschlagen der Farbpartikel auf dem photoempfindlichen Schirm führt zu verschiedenen Problemen, wie beispielsweise einer Änderung der Lichtdurchlässigkeit des Schirms und einer Abnahme des elektrischen Oberflächenwiderstandes, was zu einer wesentlichen Verringerung der Lebensdauer des photoempfindlichen Schirms führt. Erfindungsgemäß kann ein derartiger Niederschlag von Farbpartikeln auf einem photoempfindlichen Schirm wirksam dadurch verhindert werden, daß erreicht wird, daß die Schirmoberfläche dieselbe Polarität wie die Farbpartikel hat. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der photoempfindliche Schirm so ausgeführt, daß er nach Vollendung eines Bilderzeugungsvorgangs in einen Zustand zurückkehrt, in dem er mit derselben Polarität wie die Farbpartikel elektrisch geladen ist. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Spannung mit derselben Polarität an den photoempfindlichen Schirm angelegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reinhaltung eines Steuergitters von Toner gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein Verfahren dieser Art ist aus der DE-AS 26 57 912 bekannt. Das für die Ladungsbilderzeugung vorgesehene Steuergitter muß nicht entwickelt und demgemäß auch nicht gereinigt werden, so daß es keinem Verschleiß unterworfen ist. Darüber hinaus kann es mehrfach hintereinander zur Erzeugung einer Vielzahl übereinstimmender Ladungsbilder verwendet werden. Dennoch übt das Steuergitter seine Funktion nach längerem Gebrauch nicht mehr einwandfrei aus, da es insbesondere durch sich absetzende Tonerteilchen allmählich verschmutzt. Bei wiederholter Übertragung des Tonerbilds vom Aufzeichnungsmaterial auf Bildempfangsmaterial verbleibt nämlich restlicher Toner auf dem Aufzeichnungsmaterial, der auch in einer Reinigungseinrichtung, die der Übertragungsstation üblicherweise nachgejchaltet ist. nicht vollständig entfernt werden kann. Dieser restliche Toner wird unter der Wirkung des elektrisehen Feldes im lonenmodulierbereich vom Aufzeichnungsmaterial abgelöst und zum Steuergitter hin angezogen, wo er sich absetzt und das Ladungshaltevermögen des Steuergitters vermindert und/oder dessen öffnungen verstopft. Zur Lösung dieses Problems ist bei dem bekannten Verfahren vorgesehen, das Aufzeichnungsmaterial, unmittelbar bevor es dem modulierten Koronaionenstrom ausgesetzt wird, einer Koronaentladung auszusetzen, deren Polarität mit der der Ionen des Koronaionenstroms übereinstimmt Dadurch erhält der Resttoner auf dem Aufzeichnungsmaterial ebenfalls die Polarität der Koronaionen, so daß er unter der Wirkung des genannten elektrischen Feldes zwischen dem Steuergitter und dem Aufzeichnungsmaterial einer zum Aufzeichnungsmaterial hin gerichteten Kraft unterworfen wird.

Es hat sich aber herausgestellt, daß trotz dieser bekannten Aufladung des Resttoners eine allmähliche Verringerung der Funktionstüchtigkeit des Steuergitters auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß auch bei vielfach wiederholter Bilderzeugung kontrastreiche und schleierfreie Bilder erzielbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Verfahrensschritten gelöst Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 5 und 6.

Untersuchungen haben zu der Erkenntnis geführt daß sich gerade während der Pausen zwischen den Bilderzeugungszyklen Tonerteilchen, die im gesamten Inneren des Geräts vagabiPidieren, auf dem Steuergitter niederschlagen und dieses im Laufe der Zeit verschmutzen. Indem nun dem Steuergitter nach Beendigung der bildmäßigen Aufladung ein Potential gegeben wird, dessen Polarität der Polarität der Ladung der Tonerteilchen entspricht, werden diese vom Steuergitter ferngehalten und setzen sich bei längeren Pausen anderweitig ab. Es ist daher unschädlich, wenn das Potential des Steuergitters nach längerer Betriebspause verschwindet bzw. die Vorspannung des Steuergitters nach einer vorgegebenen Zeit abgeschaltet wird. Wie aus der F i g. 7 zu erkennen ist, tritt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine merkliche Verschmutzung des Steue-gitters erst wesentlich später auf als bei bekannten Verfahren.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen vergrößerten Querschnitt einer Ausführungsform eines Steuergitters,

Fig.2 bis 4 ein Verfahren zur Ausbildung eines Ladungsbilds auf dem Steuergitter,

F i g. 5 ein Verfahren zur Ausbildung eines Ladungsbilds auf Aufzeichnungsmaterial unter Verwendung des in F i g. 1 gezeigten Steuergitters,

F i g. 6 in einem Schnitt den schematischen Aufbau eines Kopiergeräts, und

F i g. 7 eine graphische Gegenüberstellung der Abhängigkeit der Bildqualität von der Anzahl der Bildbelichtungen bei einem herkömmlichen und bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Das in F i g. 1 gezeigte Steuergitter 1 weist einen elektrisch leitenden Kern 2 mit einer großen Zahl feiner Öffnungen, eine auf diesem liegende fotoleitfähige Schicht 3 sowie eine isolierende Deckschicht 4 auf. Es sei angenommen, daß der leitende Kern 2 eine Injektion von Elektronen in die fotoleitfähige Schicht 2 sogar im Dunkelbereich erlaubt. Die fotoleitfähige Schicht 2 sei also ein Halbleiter, bei dem die Ladungsträger im wesentlichen aus Elektronen bestehen, wie beispielsweise Cadmiumsulfid (CdS) oder Zinkoxyd (ZnO).

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 5 ein Verfahren zur Ausbildung eines Ladungsbilds auf dem Steuergitter 1 näher erläutert. Gemäß Fig. 2

wird das Steuergitter 1 zunächst mit Hilfe einer bekannten Ladevorrichtung wie eines Koronaentladers 5 gleichförmig positiv aufgeladen. Dadurch werden auf die Oberfläche der isolierenden Deckschicht 4 positive elektrische Ladungen aufgebracht, während in demjenigen Bereich der fotoleitfähigen Schicht 3, der an die isolierende Deckschicht 4 angrenzt, negative Ladungen gebildet werden. F i g. 3 zeigt die nachfolgende bildmäßige Belichtung des Steuergitters 1, die gleichzeitig mit einer Ent- bzw. Umladung durchgeführt wird. Dabei wird das Bild eine- Vorlage 6, die dunkle Bereiche D und helle Bereiche L aufweist, mit Hilfe von Lichtstrahlen 7 auf das Steuergitter 1 projiziert Gleichzeitig lädt ein Koronaentlader 8 das Steuergitter 1 negativ auf, so daß das Oberflächenpotential der isolierenden Deckschicht 4 seine Polarität ändert Anschließend wird mit Hilfe von gleichförmigem Licht 9 eine in F i g. 4 dargestellte Totalbelichtung des Steuergitters 1 durchgeführt In Folge der Totalbelichtung ändert sich das Potential der den dunklen Bereichen D der Vorlage 6 entsprechenden Oberflächenbereiche des Steuergitters 1 so. daß es zur Ladungsmenge auf der Oberfläche der isolierenden Deckschicht 4 proportional ist Die Ausbildung eines der Vorlage 6 entsprechenden Ladungsbilds auf dem Steuergitter 1 ist damit abgeschlossen.

Nachfolgend wird anhand der F i g. 5 die Ausbildung eines Ladungsbilds auf einem Aufzeichnungsmaterial beschrieben. Das Aufzeichnungsmaterial wird von einer isolierenden Deckschicht 12 gebildet die auf eine als Gegenelektrode dienende elektrisch leitende Schicht 11 aufgebracht ist. Die isolierende Deckschicht 12 des Auf Zeichnungsmaterials ist in unmittelbarer Nähe der isolierenden Deckschicht 4 des Steuergitters 1 angeordnet Mit Hilfe der Spannungsquellen E\ und £i sowie eines auf der dem Aufzeichnungsmaterial gegenüberliegenden Seite des Steuergitters 1 angeordneten Koronaentladers 10 wird ein Koronaionenstrom erzeugt, der von dem Ladungsbild auf dem Steuergitter 1 bildmäßig differenziert wird und das Aufzeichnungsmaterial bildmäßig auflädt. In den den hellen Bereichen L der Vorlage 6 entsprechenden Bereichen des Steuergitters 1 blockiert ein elektrisches Feld a den Koronaionenstrom, während er in den den dunklen Bereichen B entsprechenden Bereichen von einem elektrischen Feld β beschleunigt wird, so daß auf dem Aufzeichnungsmaterial ein der Vorlage 6 entsprechendes Ladungsbild erzeugt wird.

F i g. 6 zeigt den schematischen Aufbau eines Kopiergeräts, das ein fotoleitfähiges Steuergitter 13 sowie ein Aufzeichnungsmaterial *6 aufweist, die beide wie vorstehend beschrieben aufgebaut sind und Trommelform haben. Di» isolierenden Deckschichten 4 und 12 bilden jeweils die Trommeloberfläche des Steuergitters 13 bzw. des Aufzeichnungsmaterials 16. Das Steuergitter 13 und das Aufzeichnungsmaterial 16 sind bei einem Koronaentlader 15 einander gegenüberliegend angeordnet. Mit Hilfe einer Einrichtung 14 wird gemäß den F i g. 2 bis 4 ein der Vorlage 6 entsprechendes Ladungsbild auf dem Steuergitter 13 erzeugt.

Das Steuergitter 13 und das Aufzeichnungsmaterial 16 werden jeweils in Pfeilrichtung gedreht, so daß der von dem Koronaentlader 15 erzeugte Koronaionenstrom von dem Steuergitter 13 bildmäßig differenziert wird und auf dem Aufzeichnungsmaterial 16 ein der Vorlage 6 entsprechendes Ladungsbild erzeugt. Das Ladungsbild auf dem Aufzeichnungsmaterial 16 wird anschließend in einer En'wicklungsstation 17 unter Verwendung eines positiv geladenen Toners entwickelt. Das entwickelte Bild wird daraufhin in einer Übertragungsstation 18 mit Hilfe eines Koronaentladers auf dem Bildempfangsmaterial übertragen. Nach der Übertragung auf dem Aufzeichnungsmaterial 16 verbleibender Toner wird in einer Reinigungsstation 19 entfernt. Das trommeiförmige Aufzeichnungsmaterial 16 ist damit für den nächsten Kopiervorgang bereit

Nachdem das Bildempfangsmaterial die Übertragungsstation 18 passiert hat wird es mittels einer Trenneinrichtung vom Aufzeichnungsmaterial 16 abgelöst

ίο und entlang eines Wegs 23 auf einem Förderband 20 einer Fixierstation 21 zugeführt, in der das Tonerbild fixiert wird. Anschließend wird das Bildempfangsmaterial auf einen Ausgabetisch 22 aus dem Kopiergerät ausgestoßen.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die den dunklen Bildbereichen D entsprechenden Ladungen des Ladungsbilds auf dem Aufzeichnungsmaterial 16 negativ. Deshalb muß zur Entwicklung dieses Ladungsbilas ein Toner verwendet werden, der positiv geladen ist Wenn hingegen eine Umkehrentwicklung durchgeführt werden soll, um ein NegaJv der Vorlage 6 zu erhalten, wird Toner verwendet der negativ geladen ist

Die in der isolierenden Deckschicht 4 des Steuergitters 13 existierende negative Ladung geht auch dann nicht verloren, wenn das Steuergitter 13 nach Abschluß der bildmäßigen Differenzierung angehalten wird. Das Steuergitter 13 hat daher in den Dunkelbereichen D längere Zeit ein negatives Oberflächenpotential. Da es sich jedoch nicht vermeiden läßt daß Tonerteilchen aus der Entwicklungsstation 17 entweichen, vagabundieren diese zu diesem Zeitpunkt innerhalb des Kopiergeräts. Wenn keine Umkehrentwicklung durchgeführt wird und die Tonerteilchen dementsprechend positiv geladen sind, schlagen sich die Tonerteilchen auf den negativ geladenen Biidbereichen D des Steuergitters 13 nieder. Da keine Reinigungseinrichtung für das Steuergitter 13 vorgesehen ist nimmt die Anzahl der auf dem Steuergitter 13 abgelagerten Tonerteilchen mit wachsender Kopi^nanzahl unweigerlich zu. Diese Ablagerung der Tonerteilchen auf dem Steuergitter 13 führt zu einer zunehmenden Schleierbildung und zu einer deutlich verringerten Lebensdauer des Steuergitters 13. Während der bildmäßigen Differenzierung oder solange das Kopiergerät in Betrieb ist, kann die Ablagerung der Tonerteilchen auf dem Steuergitter 13 in einem gewissen Ausmaß dadurch verhindert werden, daß ein aus dem Inneren des Steuergitters 13 nach außen strömender Luftstrom erzeugt wird. Wenn das Kopiergerät jedoch nach Abschluß des Kopiervorgangs ausgeschaltet wird, wird ein derartiger Luftstrom nicht länger erzeugt Die Ablagerung der Tonerteilchen auf dem Steucrgiiter 13 läßt sich daher auch mit Hilfe eines Luftstroms nicht vollständig verhindern.

Die Ablagerung der Tonerteilchen auf dem Steuergitter 13 wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß nach Beendigung der bildmäßigen Aufladung des Aufzeichnungsmaterils das Oberflächenpotential des Steuergitters auf die Polarität der Ladung des Toners gebracht wird. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird dieses Oberflächenpotential dadurch erzeugt, daß das Steuergitter 13 mit Hilfe eines Koronaentladers 24 geeignet aufgeladen wird. Gemäß F i g. 6 kann für den Koronaentlader 24 ein eigener Koronaentlader verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, einen der in der Einrichtung 14 vorhandenen Koronaentlader hierfür zu verwenden.
Gemäß einem weiteren AusführunesbeisDiel wird an

den elektrisch leitenden Kern 2 des Steuergitters 13 eine Spannung angelegt, derenPolarität der Polarität der Ladung des Toners entspricht und die auf dem Steuergitter 13 ein entsprechendes Oberflächenpotential erzeugt. Das Anlegen einer derartigen Spannung an das Steuergitter 13 hat jedoch den Nachteil, daß über eine lange Zeit elektrische Energie verbraucht wird. Daher ist es von Vorteil, diese Spannung wieder abzuschalten, wenn sich die in dem Kopiergerät vagabundierenden Tonerteilchen anderweitig abgelagert haben. Hierfür kann ein Zeitgeber vorgesehen werden, der die Zeitspanne bestimmt, während der die Spannung anliegt. Dennoch ist die Verwendung eines Koronaentladers im Hinblick auf Energieeinsparung vorzuziehen.

Wenn das Steuergitter 13 den in Fig. 1 gezeigten Aufbau hat, bei dem eine isolierende Deckschicht 4 vorgesehen ist, kann die Aufladung des Steuergitters 13 nach Beendigung der bildmäßigen Aufladung eines Aufzeichnungsmaterials bei Dunkelheit oder Heiligkeit durchgeführt werden. Wenn das Steuergitter 13 hingegen einen solchen Aufbau hat, daß die fotoleitfähige Schicht 3 die äußerste Schicht bildet, wird die Aufladung bei Dunkelheit durchgeführt.

Zur weiteren Erläuterung wird nachfolgend ein Versuchsaufbau zur Durchführung des Reinhaltungsverfahrens näher beschrieben.

Das Steuergitter wurde wie folgt hergestellt: Als elektrisch leitender Kern wurde ein aus einem Nickellegierungssubstrat bestehendes Gitter mit ca. 10 000 Maschen/cm² und einem Öffnungsmaß von 30 μπι verwendet, das mit Hilfe eines Elektroformungsverfahrens hergestellt wurde. Als fotoleitfähige Schicht wurde eine Mischung aus Cadmiumsulfid-(CdS-)Pulver und 30 Gew.-% wärmehärtendem Siliconharz verwendet, die sorgfältig und ohne dessen feine öffnungen zu verstopfen von einer Seite auf den leitenden Kern aufgebracht wurde. Nach dem Aushärten der fotoieitfähigen Schicht wurde auf diese, ebenfalls ohne die feinen Öffnungen des Kerns zu verstopfen, eine isolierende Deckschicht aufgebracht, die vollständig aus Siliconharz bestand. Das auf diese Weise hergestellte fotoleitfähige Steuergitter wurde anschließend in Trommelform gebracht.

Das Steuergitter wurde zunächst mit Hilfe eines Koronaentladers auf +300V aufgeladen. Anschließend wurde das Steuergitter mit 8 Lx · s bildmäßig belichtet. Nahezu gleichzeitig wurde das Steuergitter mit Hilfe eines weiteren Koronaentladers umgeladen bzw. entladen. Schließlich wurde die gesamte Oberfläche des Steuergitters totalbelichtet. Dadurch wurde auf dem Steuergitter ein Ladungsbild erzielt, bei dem die Potentialdifferenz der hellen zu den dunklen Bildbereichen ungefähr 100 bis 200 V betrug.

Ein in etwa 2 mm Abstand zu dem Steuergitter angeordnetes trommeiförmiges Aufzeichnungsmaterial wurde daraufhin mit Hilfe eines mit dem Steuergitter bildmäßig dlfferenzeirten Koronaionenstroms bildmäßig aufgeladen. Die leitende Schicht des Aufzeichnungsmaterials wurde dabei bezüglich des leitenden Kerns des Steuergitters auf einem Potential von 3 kV gehalten.

Anschließend wurde das Steuergitter mit Hilfe eines Koronaentladers gleichförmig aufgeladen. Dieser war, wie der in F i g. 6 gezeigte Koronaentiader 24, zwischen dem den zu differenzierenden Koronaionenstrom erzeugenden Koronaentlader 15 und der Einrichtung 14 zum Ausbilden des Ladungsbiids auf dem Steuergitter angeordnet- Diese gleichförmige Aufladung wurde so durchgeführt, daß auf dem Steuergitter ein Oberflächenpotential von ungefähr +300 V erzielt wurde.

Der beschriebene Vorgang wurde mehrmals wiederholt, um die Wirkung des Reinhaltungsverfahrens zu überprüfen. Dabei wurde festgestellt, daß die Potentialänderung des Ladungsbilds auf dem Steuergitter selbst nach lOOOOOfacher Wiederholung des Kopiervorgangs sehr gering war. Darüber hinaus war keinerlei Verschmutzung des Steuergitters durch Toner feststellbar.

Wenn demgegenüber die die Verschmutzung verhindernde Aufladung des Steuergitters nicht durchgeführt wurde, konnte bereits nach 20 OOOfacher Wiederholung des Kopiervorganges eine deutliche Schleierbildung festgestellt werden. Um diesen Schleier zu entfernen, mußten verschiedene Parameter während der Ausbildung des Ladungsbilds auf dem Steuergitter geändert werden, wie beispielsweise die Belichtungsmenge oder die an die Koronaentlader angelegte Spannung.

Fig. 7 zeigt den Unterschied in der Zahl der möglichen Kopiervorgänge mit und ohne die die Verschmutzung verhindernde Aufladung des Steuergitters. Es ist zu erkennen, daß das Oberflächenpotential Vdes nicht aufgeladenen Steuergitters mit zunehmender Zahl der Kopiervorgänge ansteigt. Während der Koronaionenstrom in den hellen Bildbereichen durch das anfängliche Oberflächenpotential V\ blockiert wird, erhöht sich das Oberflächenpotential nach etwa 15 OOOfacher Wiederholung des Kopiervorganges auf einen Wert, bei dem eine Schlei^rbildung auftritt. Im Gegensatz dazu erhöht sich das Oberflächenpotential des aufgeladenen Steuergitters so wenig, daß selbst nach 80 OOOfacher Wiederholung des Kopiervorgangs keine Schleierbildung auftritt. Daraus wird deutlich, daß durch die die Verschmutzung verhindernde Aufladung des Steuergitters eine außerordentliche Verlängerung seiner Lebensdauer erzielbar ist.

Vorstehend wurde das Reinhaltungsverfahren unter Bezugnahme auf ein fotoleitfähiges Steuergitter beschrieben, wie es in F i g. 1 gezeigt ist. Das Reinhaitungsverfahren ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern kann bei den verschiedensten Geräten angewendet werden, bei denen das Potential des Steuergitters nach der bildmäßigen Differenzierung und das Potential des Toners entgegengesetzt sind. Schließlich ist das Reinhaltungsverfahren auch bei solchen Geräten anwendbar, bei denen als Aufzeichnungsmaterial unmittelbar Bildempfangsmaterial verwendet und das auf diesem gebildete Ladungsbild entwickelt und fixiert wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reinhaltung eines Steuergitters von Toner in einem Gerät, bei dem zum bildmäßigen Aufladen eines Aufzeichnungsmaterials ein Koronaionenstrom mit dem Steuergitter bildmäßig differenziert wird und das so erhaltene Ladungsbild mit einem Toner bestimmter Polarität entwickelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung der bildmäßigen Aufladung des Aufzeichnungsmaterials das Oberflächenpotential des Steuergitters auf die Polarität der Ladung des Toners gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenpotential des Steuergitters durch Aufladen auf die Polarität des Toners gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß ilas Oberflächenpotential des Steuergitters durch Anlegen einer Spannung auf die Polarität des Toners gebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die angelegte Spannung nach einer vorgegebenen Zeitspanne abgeschaltet wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Spannungsquelle (25), die nach Beendigung der bildmäßigen Aufladung des Aufzeichnungsmaterials (16) an einen leitenden Kern (2) des Steuergitters (13) anschaltbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Zeitgeber, dei d?s Steuergitter nach einer vorgegebenen Zeitspanne ve der Spannungsquelle (25) abschaltet.