DE3234893C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Tonerbilds gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Vorrichtung dieser Art ist in der DE 30 10 981 A1 beschrieben. Diese bekannte Vorrichtung dient zur Erzeugung eines Tonerbilds auf einem Aufzeichnungsmaterial, dem über eine Fördereinrichtung ein in einem Tonerbehälter gespeicherter Toner, der eine magnetische Komponente enthält, derart zugeführt wird, daß auf dem sich bewegenden Aufzeichnungsmaterial eine gleichmäßig dünne Tonerschicht ausgebildet wird. Infolge der Bewegung des Aufzeichnungsmaterials gelangt der vergleichmäßigte Toner schließlich in einen stromab der Fördereinrichtung befindlichen Aufzeichnungsspalt, der von einem eine Vielzahl von Elektroden aufweisenden Aufzeichnungskopf gebildet wird. An dem Aufzeichnungsspalt ist ferner eine Magnetanordnung vorgesehen, die an der Spitze des Aufzeichnungskopfs ein derart verlaufendes Magnetfeld erzeugt, daß im Aufzeichnungsspalt eine Ansammlung von Tonerketten gebildet wird. Wenn an die Elektroden des Aufzeichnungskopfs eine Bildsignalspannung angelegt wird, fließt über die jeweilige Tonerkette Strom zu einer Gegenelektrode des Aufzeichnungsmaterials, wodurch der betreffende Toner in Übereinstimmung mit den jeweils aufzuzeichnenden Bildpunkten an dem Aufzeichnungsmaterial haften bleibt.

Da sich einerseits die Menge des bildmäßig angesteuerten bzw. an dem Aufzeichnungsmaterial haften bleibenden Toners entsprechend dem jeweils aufzuzeichnenden Bildmuster ändert, während andererseits über die Fördereinrichtung eine relativ konstante Tonermenge zugeführt wird, muß dafür Sorge getragen werden, daß die sich ergebende, nicht zur Aufzeichnung beitragende Überschußmenge des Toners abgeführt wird, da sich in dem Aufzeichnungsspalt mit der Zeit ansonsten eine solche Tonermenge ansammeln würde, daß der relativ schwache Vorhang aus Tonerketten schließlich nachgeben würde, was unweigerlich eine starke Schleierbildung zur Folge hätte. Aus diesem Grund ist die genannte Magnetanordnung bei der bekannten Bildaufzeichnungsvorrichtung so ausgebildet, daß sie die überschüssige Tonermenge abfördert, wobei sie von einer Absaugvorrichtung unterstützt wird. Gleichwohl läßt sich nicht immer verhindern, daß nicht bildmäßig angesteuerte bzw. unerwünschte Tonerteilchen den Aufzeichnungsspalt passieren, weshalb bei der bekannten Aufzeichnungsvorrichtung stromab des Aufzeichnungsspalts eine Hilfs-Abführvorrichtung vorgesehen ist, die diese unerwünschten Tonerteilchen mittels eines schwachen Magnetfelds von der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials entfernt.

Bei der bekannten Bildaufzeichnungsvorrichtung besteht ferner das Problem, daß Teile des auf dem Aufzeichnungsmaterial stromab der Fördereinrichtung vergleichmäßigten Toners infolge von Erschütterungen verstreut werden können und ebenfalls zu einer Schleierbildung führen, wenn sie sich stromab des Aufzeichnungskopfs auf dem Aufzeichnungsmaterial absetzen. Auch die Abfördereinrichtungen für den überschüssigen Toner reagieren empfindlich auf Erschütterungen und stellen daher eine Quelle der Verschmutzung und Schleierbildung dar. Die bekannte Bildaufzeichnungsvorrichtung erfordert weiterhin einen relativ hohen konstruktiven Aufwand, der zu entsprechend großen Herstellungskosten führt. Darüber hinaus ist es unumgänglich, das geeignete Verhältnis von zugeführter zu abgeführter Tonermenge sehr genau und in regelmäßigen Zeitabständen durch entsprechende Einstellung aller beteiligten Einrichtungen abzustimmen; hierdurch wird der Wartungsaufwand entsprechend erhöht.

Gegenstand der US 42 18 691 ist eine Bildaufzeichnungsvorrichtung, bei der das Aufzeichnungsmaterial an einem Aufzeichnungsspalt vorbeibewegt wird, der durch einen Aufzeichnungskopf und eine diesem gegenüberliegende trommelförmige Elektrode gebildet ist, welche regelmäßig angeordnete und mit Toner gefüllte Ausbuchtungen enthält. Da die Elektroden des Aufzeichnungskopfs infolgedessen das Aufzeichnungsmaterial an derjenigen Seite mit der Signalspannung beaufschlagen, die der dem Toner zugewandten Seite gegenüberliegt, ist die erzielbare Auflösung entsprechend gering und in vielen Fällen nicht ausreichend. Darüber hinaus ist die Gefahr einer Schleierbildung durch umherfliegende Tonerteilchen ebenfalls nicht auszuschließen.

Die US 36 23 122 betrifft schließlich ein gattungsfremdes Aufzeichnungsgerät, welches mit Flüssigentwickler arbeitet, der mittels Elektroden auf dem mit ihm benetzten Aufzeichnungsmaterial bildmäßig eingeprägt wird. Obgleich mit diesem bekannten Gerät eine hohe Auflösung und überdurchschnittliche Aufzeichnungsgeschwindigkeiten erzielbar sind, scheidet sein Einsatz insofern in der überwiegenden Zahl der Anwendungsfälle aus, als zahlreiche Aufzeichnungsmaterialien nicht mit Flüssigkeit benetzt werden dürfen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bildaufzeichnungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß bei gleichbleibend hoher Aufzeichnungsqualität die Herstellungs- und Wartungskosten wesentlich verringert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Tonerbehälter und Aufzeichnungskopf bilden erfindungsgemäß demnach eine Einheit, weshalb an dem Aufzeichnungsspalt stets der ganze Tonervorrat zur Verfügung steht, der auch bei starken Erschütterungen den Tonerbehälter nicht verlassen kann, so daß hierauf zurückzuführende Verschmutzungen oder eine Schleierbildung ausgeschlossen sind. Infolge des im Aufzeichnungsspalt errichteten magnetischen Sperrfelds, welches den Durchtritt des unerwünschten bzw. nicht bildmäßig angesteuerten Toners im wesentlichen vollständig verhindert, ist darüber hinaus auch eine Schleierbildung durch fälschlich austretenden Toner ausgeschlossen, so daß stets Bilder mit höchster Qualität erzielbar sind. Gleichwohl zeichnet sich die erfindungsgemäße Bildaufzeichnungsvorrichtung durch einen sehr einfachen und leicht justierbaren Aufbau aus, der nur geringe Herstellungskosten und praktisch keine Wartungskosten verursacht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

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

Fig. 1 in einer Schnittansicht ein erstes Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 in einer vergrößerten Teilschnittansicht eine Magnetanordnung;

Fig. 3 in einer Schnittansicht ein zweites Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 in einer vergrößerten Teilschnittansicht eine Magnetanordnung des zweiten Ausführungsbeispiels;

Fig. 5 und 6 Abwandlungsformen der Magnetanordnung; und

Fig. 7 in einer vergrößerten perspektivischen Teilansicht die in Fig. 1 gezeigte Magnetanordnung.

Der bei dem ersten Ausführungsbeispiel verwendete (nachstehend kurz als Toner bezeichnete) Entwickler ist ein elektrisch leitender magnetischer Einkomponenten-Toner.

Nach Fig. 1 läuft ein trommelförmiges Aufzeichnungsmaterial in Form eines zylindrischen Tonerträgers 1 in Pfeilrichtung um. Der Tonerträger 1 ist aus einem elektrisch leitenden nichtmagnetischen Zylinder 1 b aus Aluminium oder Messing und einer auf diesen aufgebrachten relativ dünnen dielektrischen Isolierschicht 1 a gebildet. Der Zylinder 1 b ist mit Masse verbunden. Innerhalb des Zylinders 1 b ist ein feststehender Magnet 2 angeordnet. In einem Tonerbehälter 3 ist ein Vorrat an Toner 4 angehäuft. Ein Aufzeichnungskopf 5 dient gleichzeitig zum Steuern des Austritts des Toner aus dem Behälter 3 und besteht aus einem Basisteil 6, einer Isolierschicht 7 und einer Anzahl von Elektroden 8. Das Basisteil 6 ist aus einem magnetischen oder nichtmagnetischen Material gebildet. Die Elektroden 8 sind über die Isolierschicht 7 auf dem Basisteil 6 aufgeklebt. Die Elektroden 8 bestehen aus magnetischem Material, sind in einer Reihe quer zur ganzen Breite des Tonerträgers 1 angeordnet, elektrisch voneinander isoliert und jeweils einzeln an eine Bildsignalquelle 9 angeschlossen. Der feststehende Magnet 2 im Tonerträger 1 hat einen Magnetpol, der dem Aufzeichnungskopf 5 so gegenübergesetzt ist, daß zwischen dem Magneten 2 und den aus dem magnetischen Material bestehenden Elektroden 8 ein starkes Magnetfeld gebildet wird, das als Sperrfeld wirkt und den Toner 4 im Tonerbehälter 3 festhält. Die Feldstärke ist so gewählt, daß der Toner nicht mit dem Umlauf des Tonerträgers 1 an dem Aufzeichnungskopf 5 vorbei austreten kann. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel bestehen die Elektroden 8 aus Permalloy-Draht mit 60 µm Durchmesser.

Wenn an die Elektroden 8 mittels der Bildsignalquelle 9 jeweils eine bildgemäß gesteuerte Spannung angelegt wird, fließt von denjenigen Elektroden 8, an denen Spannung anliegt, ein bestimmter Strom über den elektrisch leitenden magnetischen Toner zum Tonerträger 1 hin. Infolgedessen wird der elektrisch leitende Zylinder 1 b durch die Isolierschicht 1 a hindurch mit einer elektrischen Ladung geladen, deren Polarität zur Polarität der Tonerladung entgegengesetzt ist. Dadurch wirkt auf den Toner eine elektrostatische Anziehungskraft ein, welche die Rückhaltekraft des an dem Aufzeichnungskopf 5 erzeugten Sperr-Magnetfelds überwindet. Daher tritt der Toner bildpunktweise an der Oberfläche des Tonerträgers 1 haftend aus dem Behälter 3 aus, so daß an der Oberfläche ein Aufzeichnungsbild entsteht. Wenn die Isolierschicht 1 b des Tonerträgers 1 ausreichend dünn ist, kann eine starke elektrostatische Anziehungskraft auch dann erreicht werden, wenn die an die Elektroden 8 angelegte Spannung niedrig ist. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn die Dicke der Isolierschicht 1 b lediglich einige µm beträgt. Eine diese Forderung erfüllende Isolierschicht kann beispielsweise aus Kunstharz, Metalloxid oder dergleichen gebildet werden. Es wurde festgestellt, daß ein durch anodische Oxidation von Aluminium gebildeter dünner Film und eine Imprägnierung mit Fluorharz besonders geeignet sind.

Zur Verbesserung der Lebensdauer des Tonerträgers 1 ist es anzustreben, die Ladung des Toners innerhalb eines Umlaufs des Tonerträgers 1 abzuleiten, um eine Ladungsanhäufung an dem Tonerträger 1 zu vermeiden. Das Material des Tonerträgers 1 ist ständig einer Reibung mit dem Toner ausgesetzt. Daher ist es ratsam, für den Tonerträger 1 ein Material mit geringer Oberflächenenergie wie beispielsweise Silicon zu verwenden, um den Reibungswiderstand gegenüber dem Toner auf ein Mindestmaß herabzusetzen und eine gute Gleitfähigkeit zu erhalten.

Das auf dem Tonerträger 1 erzeugte Tonerbild wird beispielsweise mittels eines Koronaentladers 10 auf ein Bildempfangspapier 11 übertragen. Nach der Übertragung wird das Tonerbild auf dem Bildempfangspapier fixiert.

Das nicht übertragene, auf dem Tonerträger 1 zurückgebliebene Tonerbild ist vor dem nächsten Vorbeilauf an dem Aufzeichnungskopf 5 gelöscht. Daher ist es im allgemeinen nicht erforderlich, eine besondere Reinigungsvorrichtung vorzusehen. Falls jedoch eine Wärmeübertragungsvorrichtung eingesetzt wird, wird der Toner für eine Wiederverwendung ungeeignet. In diesem Fall kann eine Reinigungsvorrichtung, wie z. B. eine Reinigungsrakel aus Gummi, Kunststoff oder Metall, in der Weise angebracht werden, daß der auf dem Tonerträger 1 zurückgebliebene Toner beseitigt wird.

Es wurde festgestellt, daß eine vorteilhafte Wirkung durch Verwendung eines magnetischen Materials für den dem Aufzeichnungskopf 5 benachbarten Tonerauslaßbereich des Tonerbehälters 3 erzielbar ist, da hierdurch ein Magnetpol gebildet wird, der dem feststehenden Magneten 2 gegenüberliegt und dessen Polarität zu derjenigen des Magneten 2 entgegengesetzt ist. Auf diese Weise wird das Austreten des magnetischen Toners aus dem Behälter 3 im wesentlichen verhindert und zugleich ein etwa zurückgebliebenes Tonerbild beseitigt.

Wie aus den vorstehenden Ausführungen deutlich wird, ist es notwendig, das Austreten des Toners über den Aufzeichnungskopf hinaus mit Ausnahme der bildmäßig angesteuerten Tonerteilchen zu unterbinden. Um dies zu erreichen, ist der Verlauf des an dem Ort des Aufzeichnungskopfs gebildeten Sperr-Magnetfelds besonders wichtig. Fig. 2 zeigt ein konkretes Beispiel einer Magnetanordnung, die wirkungsvoll das Austreten des Toners am Aufzeichnungskopf verhindert. In Fig. 2 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 die funktionell gleichen Elemente.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung sind die magnetischen Elektroden 8 nicht in der dem Magnetpol N eines feststehenden Magneten 12 bezüglich des Tonerträgers 1 direkt gegenüberstehenden Lage angeordnet, sondern aus dieser Lage zur Entwickleraustrittsseite hin geringfügig versetzt. Bei dieser Anordnung sind die magnetischen Feldlinien 13 gestrichelt dargestellt. Es wurde festgestellt, daß durch Errichten der in Fig. 2 gezeigten magnetischen Feldlinien 13 ein Austreten des Toners im wesentlichen vollständig verhindert werden kann. Das erzeugte Magnetfeld ist in Gegenrichtung zur Bewegungsrichtung des Tonerträgers 1 schräg gestellt. Es wurde festgestellt, daß durch eine Steigerung der Schrägstellung bezüglich des feststehenden Magneten 12 der Toneraustritt noch wirkungsvoller verhindert werden kann. Andererseits nimmt jedoch mit einer Steigerung der Schrägstellung des Magnetfelds der Abstand zwischen dem Tonerträger 1 und der Reihe der Elektroden 8 zu. Durch Versuche wurde ermittelt, daß bei einem großen Abstand die Tonerteilchen aneinander haften und eine lange Kette von Tonerteilchen bilden, die sich längs des Magnetfelds im Aufzeichnungsspalt erstreckt. Wenn an die Elektroden eine Bildspannung für die Aufzeichnung angelegt wird, kann längs einer derartigen Kette aus Tonerteilchen Strom fließen. Falls eine zu stark geneigte und zu lange Kette aus Tonerteilchen entsteht, nimmt jedoch das den Tonerträger 1 erreichende Potential ab, wodurch wiederum die Auflösung des erzeugten Bilds herabgesetzt wird. In einigen Fällen ist es daher erforderlich, die an die Elektroden 8 angelegte Spannung zu steigern.

Falls ferner die Neigung des Magnetfelds zu stark ist, führt dies zu einem weiteren Problem insofern, als nach dem Anlegen einer Bildspannung und dem entsprechenden Austritt des angesteuerten Toners aus dem Aufzeichnungsspalt letzterer nicht in ausreichend kurzer Zeit wieder mit Toner gefüllt werden kann. In Anbetracht dieser Einschränkungen wurde festgestellt, daß die Neigung bzw. Schrägstellung des Magnetfelds, nämlich der Winkel, den die Richtung des Magnetfelds mit einer zur Oberfläche des Tonerträgers senkrechten Linie bildet, vorzugsweise in einem Bereich von ungefähr 0° bis 60° und am günstigsten in einem Bereich von 30° bis 45° liegen soll.

Die Größe des Aufzeichnungsspalts zwischen dem Aufzeichnungskopf 5 und dem Tonerträger 1 wird durch die Teilchengröße des Toners bestimmt. Für den gewöhnlich bei der Elektrophotographie verwendeten Toner kann die Spaltgröße im Breich von 40 bis 200 µm liegen. Besonders geeignet für die Spaltgröße ist der Bereich von 60 bis 100 µm. Die günstigste Magnetfeldstärke im Spalt beträgt 30 bis 200 mT. Besonders geeignet ist eine Magnetfeldstärke von ungefähr 85 mT. Wenn die Dicke der Isolierschicht 1 µm, der spezifische Widerstand des Toners 10⁸ Ohm cm und die Spaltgröße ungefähr 100 µm beträgt, kann die an die Elektroden angelegte Bildspannung 50 V betragen. Die angelegte Spannung ist so zu wählen, daß keine Funkenentladung entsteht.

Das vorstehende Ausführungsbeispiel wurde zwar im Hinblick auf die Verwendung eines elektrisch leitenden magnetischen Toners beschrieben, jedoch kann gleichermaßen ein dielektrischer bzw. isolierender magnetischer Toner verwendet werden. Im Falle des dielektrischen magnetischen Toners ist es jedoch im allgemeinen notwendig, eine höhere Spannung anzulegen. Ferner wurde beobachtet, daß dieser Toner die Neigung hat, infolge der Rückstoßkraft des geladenen Toners am Tonerträger 1 anzuhaften, so daß im sichtbar gemachten Bild manchmal eine Schleierbildung hervorgerufen wird.

Zum Verhindern einer derartigen Schleierbildung können verschiedenerlei Maßnahmen getroffen werden. Beispielsweise kann eine Spannung der zur Polarität des Toners entgegengesetzten Polarität an die Elektroden angelegt werden, um den Aufzeichnungskopf dicht mit Toner bepackt zu halten. Ein weiteres wirkungsvolles Verfahren besteht darin, die Oberfläche des Tonerträgers 1 mit einem Material zu beschichten, das mit einer Ladung der gleichen Polarität wie die durch die Reibung mit dem Toner hervorgerufene Reibungsladung geladen werden kann. Als andere Maßnahme kann die Gestaltung des Aufzeichnungskopfs in geeigneter Weise derart abgewandelt werden, daß dessen Tonerhaltekraft gesteigert wird. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, daß das Basisteil 6 des Aufzeichnungskopfs unter Verwendung einer magnetischen Substanz geformt wird.

Hinsichtlich der Verarbeitung des auf dem Tonerträger erzeugten Tonerbilds sind bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel verschiedenerlei Abwandlungsarten möglich. Beispielsweise können für die Übertragung des Tonerbilds verschiedenerlei andere bekannte Übertragungsverfahren angewandt werden, wie die elektrostatische Übertragung unter Verwendung einer Walze, die Anpreßübertragung oder die Wärmeübertragung. Ferner kann gemäß der Darstellung in Fig. 2 als Tonerträger ein Blatt verwendet werden. In diesem Fall kann der Toner ohne Übertragung direkt auf dem Blatt fixiert werden so daß das Blatt mit dem darauf fixierten Tonerbild ein jeweiliges Aufzeichnungsmaterial darstellt.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem ein Zweikomponenten-Entwickler mit einem Toner und einem Trägermittel verwendet wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Aufzeichnungsmaterial bzw. der Tonerträger 14 aus einem elektrisch leitenden, nichtmagnetischen Zylinder aufgebaut, der mit einem Harzfilm bedeckt oder mit Harz beschichtet ist, um an seiner Oberfläche eine dünne Isolierschicht zu bilden. Innerhalb des zylindrischen Tonerträgers 14 ist ein feststehender Magnet 15 angeordnet. Der Tonerträger 14 läuft in der Pfeilrichtung um, während der Magnet 15 ortsfest ist. Toner 16 und ein magnetisches Trägermittel 17 werden miteinander vermischt. Dieses Gemisch wird in einem Tonerbehälter 18 in Form eines Vorratsbehältes gespeichert, der wie derjenige des ersten Ausführungsbeispiels als Toneranhäufungsvorrichtung dient. Ein Aufzeichnungskopf 19 weist eine Reihe von Elektroden 21 auf, die über eine Isolierschicht 20 an die stromab liegende Seitenwand des Behälters 18 angesetzt sind. Die Elektrodenreihe erstreckt sich in der zur Drehachse des Tonerträgers parallelen Richtung. Jede Elektrode 21 der Elektrodenreihe ist aus magnetischem Material gebildet und an eine Signalquelle 22 angeschlossen. Die Gestaltung und Anordnung der Elektroden 21 entsprechen denjenigen der Elektroden bei dem in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel. Der feststehende Magnet 15 hat einen dem Sperrteil 19 gegenüberliegenden Magnetpol N. Dadurch wird zwischen der Reihe der Elektroden 21 und dem Magnetpol des feststehenden Magneten 15, d. h. im Aufzeichnungsspalt, ein starkes Magnetfeld gebildet. Durch das Magnetfeld wird das magnetische Trägermittel 17 festgehalten, so daß es nicht durch den Umlauf des Tonerträgers 14 aus dem Behälter heraustreten kann. Der Toner 16 ist elektrostatisch an das Trägermittel 17 gebunden. Da das Trägermittel durch das Magnetfeld daran gehindert wird, den Aufzeichnungsspalt zu passieren, kann auch der Toner 16 nicht passieren. Auf diese Weise wird das Austreten des Zweikomponenten-Entwicklers im wesentlichen vollständig verhindert.

Sobald das Trägermittel 17 und der Toner 16 bewegt werden, wirkt auf sie Reibungselektrizität ein. Daher kann nur die jeweils erforderliche Menge an Toner 16 an dem Aufzeichnungskopf vorbei gelangen.

Wenn an eine jeweilige Elektrode 21 von der Signalquelle 22 eine Spannung angelegt wird, fließt von dieser Elektrode her Strom über das Trägermittel 17 zum Toner, so daß das Ladungspotential des Toners in der Umgebung der Elektrode ansteigt. Zugleich wird durch das Anlegen der Spannung der leitende Zylinder des Tonerträgers 14 über die dünne Isolierschicht an seiner Oberfläche mit der zur Polarität der Ladung des Toners entgegengesetzten Polarität aufgeladen. Infolgedessen bildet die Ladung an der Isolierschicht ein elektrisches Feld, so daß auf den Toner 16 eine elektrostatische Anziehungskraft einwirkt. Die Anziehungskraft überwindet die durch die Reibungsladung hervorgerufene Bindekraft zwischen dem Toner 16 und dem Trägermittel 17. Daher haftet der Toner 16 am Tonerträger, so daß auf diesem ein Tonerbild erzeugt wird. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel kann mit einer geringeren Dicke der Isolierschicht des Tonerträgers 1 eine stärkere elektrostatische Anziehungskraft selbst dann erreicht werden, wenn eine niedrige Spannung angelegt wird. Daher umfaßt der vorzugsweise zu wählende Bereich für die Dicke der Isolierschicht einige µm bis höchstens einige 10 µm. Hinsichtlich der vorzugsweise zu wählenden Materialien und der Eigenschaften der Isolierschicht sind die vorangehend in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemachten Erläuterungen auch hier gültig.

Das auf dem Tonerträger 14 erzeugte Tonerbild wird z. B. mittels eines Koronaentladers 23 oder einer Elektrodenwalze auf Bildempfangspapier 24 übertragen, wonach das übertragene Bild für die endgültige Verwendung fixiert wird.

Erfindungsgemäß ist es wesentlich mit Ausnahme der Zeit der Bilderzeugung das Austreten von nicht benötigtem Toner 16 und von Trägermitteln 17 aus dem Bereich des Aufzeichnungskopfs 19 zu verhindern. Um dies noch besser zu gewährleisten kann an die Elektroden während der von der Aufzeichnungszeit verschiedenen Zeit eine Spannung mit derjenigen Polarität angelegt werden, die zur Polarität der an die Elektroden bei der Aufzeichnung angelegten Signalspannung entgegengesetzt ist.

Zur eingehenderen Erläuterung des Ausführungsbeispiels wird nachstehend eine konkrete Ausführungsform angegeben:

Als Toner 16 wurde handelsüblicher Toner verwendet. Als magnetisches Trägermittel 17 wurde handelsübliches teflonbeschichtetes Eisenpulver verwendet. Die Teilchengröße des Trägermittels entsprach einer Siebfeinheit von 6400 bis 25 600 Maschen je cm² (200 bis 400 Maschen je 25,4 mm Länge). Die Elektroden 8 wurden aus Klaviersaiten mit 80 µm Durchmesser hergestellt in Reihe mit einer Dichte von 10 Saiten je mm angeordnet und miteinander mittels eines Epoxy-Klebstoffs zu einer Reihenanordnung zusammengeklebt. Als weiteres Herstellungsverfahren für die Elektrodenanordnung kann auch das bekannte Ätzverfahren angewandt werden. In diesem Fall wird zuerst auf einer Kunstharzplatte eine dünne Schicht aus magnetischem Material gebildet, wonach durch Ätzen der magnetischen Schicht eine Anzahl von in gleichmäßigen Abständen angeordneten Elektroden geformt wird. Die Aufzeichnungs-Spaltgröße zwischen der Elektrodenanordnung 21 und dem Tonerträger 14 wird so gewählt, daß der Toner durch den Spalt hindurch gelangen kann, der somit im allgemeinen eine Größe im Bereich von 15 bis 500 µm hat. Bei der beschriebenen Ausführungsform hatte der Spalt eine Höhe von 100 µm. Durch Einstellung eines schmäleren Spalts kann Toner mit kleineren Teilchen verwendet werden, um damit die Auflösung des erzeugten Bilds zu verbessern. Im Bereich oberhalb des Tonerträgers 14 betrug die Magnetflußdichte des feststehenden Magneten 15 ungefähr 85 mT.

Unter den vorstehend angegebenen Bedingungen wurde der Tonerträger 14 mit einer Lineargeschwindigkeit von 100 mm/s angetrieben. Zur Bildaufzeichnung wurden an die einzelnen Elektroden 21 aus der Signalquelle 22 selektiv entsprechend dem aufzuzeichnenden Bild ungefähr -200 V angelegt. Auf diese Weise wurde auf dem Tonerträger 14 ein Tonerbild erzeugt. Während der aufzeichnungsfreien Zeit wurden aus dem vorangehend beschriebenen Grund an die Elektroden ständig ungefähr +100 V angelegt. Bei diesem Beispiel wurde ein scharfes und deutliches Bild ohne Schleierbildung erzielt. Das auf dem Tonerträger erzeugte Tonerbild wurde auf das Bildempfangspapier 24 übertragen, wonach das übertragene Bild mittels einer herkömmlichen Fixiervorrichtung fixiert wurde.

Der Anteil des magnetischen Trägermittels in dem Zweikomponenten- Entwickler kann in einem derartigen Ausmaß verringert werden, daß das Trägermittel nur in dem Bereich nahe dem Aufzeichnungskopf vorhanden ist. In diesem Fall wird dem Behälter 18 nur der Toner ohne das Trägermittel zugeführt. Da die Menge an Trägermittel gering ist, erfolgt beim Verbrauch des Toners während des Aufzeichnens die Zufuhr des Toners zu dem Austrittsbereich schnell, was den Erfordernissen für eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit entspricht.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wurde die Magnetanordnung zum Unterbinden des Austritts des Entwicklers aus dem Tonerbehälter innerhalb des Tonerträgers 14 untergebracht. Nach Wunsch kann jedoch auch seitens der Elektroden 21 ein weiterer Magnet mit einer zur Polarität des in dem Tonerträger 14 angebrachten Magneten entgegengesetzten Polarität angebracht werden. Beispielsweise kann ein solcher Magnet durch die Elektrode 21 selbst gebildet werden oder es kann in der Nähe des Aufzeichnungskopfs über dessen Breite ein Magnet in einem Teil des Behälters 18 oder an den Elektroden 21 angebracht werden.

Gemäß der vorangehenden Beschreibung anhand von Fig. 2 kann das Austreten des Entwicklers durch eine geeignete Wahl der Schrägstellung des erzeugten Magnetfelds noch besser verhindert werden. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Wirkung hinsichtlich des Verhinderns des Austretens des Entwicklers aus dem Behälter 18 durch die Verwendung der in Fig. 4 gezeigten Anordnung verbessert.

In Fig. 4 stellen gestrichelte Linien 26 magnetische Feldlinien dar. Der magnetischen Elektrode 21 ist über den Tonerträger 14 ein Magnetpol N eines feststehenden Magneten 25 gegenübergesetzt. Der Magnetpol N ist jedoch der Elektrode 21 nicht rechtwinkelig bzw. direkt gegenübergesetzt, sondern aus der direkten Gegenübersetzung heraus nach rechts zu der Entwickleranhäufung hin versetzt. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, verlaufen die magnetischen Feldlinien etwas schräg. Im einzelnen ist der Magnet 15 bzw. 25 bezüglich der Elektrode 21 des Aufzeichnungskopfs so angeordnet, daß das Magnetfeld in Gegenrichtung zur Bewegungsrichtung des Tonerträgers schräg verläuft. Mit einer Verstärkung der Schräglage wird die Wirkung hinsichtlich des Verhinderns des Austretens des Entwicklers stärker. Wenn die Schräglage zu stark wird, verbinden sich jedoch die Trägermittel-Teilchen und bilden eine lange Teilchenkette längs des Magnetfelds; über diese Teilchenkette kann Strom fließen, wenn an die Elektrode die Signalspannung angelegt wird. Daher ist es bei einer zu langen Kette aus Trägermittel- Teilchen notwendig, die angelegte Spannung zu erhöhen. Wenn ferner die Schrägstellung des Magnetfelds zu groß ist, wird die Bewegung des Trägermittels erschwert, so daß die angestrebte schnelle Zufuhr des Toners zum Aufzeichnungskopf unmöglich wird. Unter Berücksichtigung dieser Einschränkungen wurde festgestellt, daß der Neigungswinkel des Magnetfelds vorzugsweise im Bereich von 0° bis 60° und am günstigsten im Bereich von 30° bis 45° gewählt werden soll.

Vorangehend wurde als Trägermittel insbesondere ein magnetisches Trägermittel verwendet. Es können jedoch auch dielektrische bzw. isolierende Trägermittel wie Teilchen aus dielektrischem Harz oder Glas verwendet werden. In diesem Fall kann das Austreten des Trägermittels aus dem Sperrteil folgendermaßen verhindert werden:

Die Größe des Spalts zwischen dem Sperrteil und dem Tonerträger wird allgemein im Bereich von 60 µm bis 400 µm gewählt. Andererseits wird die Größe der als Trägermittel verwendeten Teilchen aus Kunstharz oder Glas so gewählt, daß sie im Bereich von 60 µm bis 600 µm liegt und damit größer als die Spaltgröße ist.

Ein Pfeil A in Fig. 3 zeigt die Umwälzungsbahn eines derartigen Trägermittels. Daraus ist ersichtlich, daß das Trägermittel dem Aufzeichnungskopf nicht nahekommt, sondern sich längs der Innenseite der betreffenden Seitenwand des Behälters bewegt. Daher tritt im Bereich des Aufzeichnungsspalts immer ein derartiges Trägermittel mit darin enthaltenem Toner auf, wodurch sichergestellt ist, daß Bilder stets mit gleichmäßiger Qualität erzeugt werden.

Im Falle des mit Eisenteilchen oder dergleichen gebildeten magnetischen Trägermittels reicht das zwischen dem Aufzeichnungskopf und dem feststehenden Magnet errichtete Magnetfeld aus, den Austritt des Entwicklers zum Tonerträger hin zu verhindern. Wenn ferner der feststehende Magnet und der Aufzeichnungskopf so angeordnet sind, daß der vorangehend beschriebene Lagezusammenhang eingehalten ist, erfolgt im Tonerbehälter eine gute Umwälzung des Entwicklers, so daß im Bereich des Aufzeichnungskopfs immer tonerhaltiges Trägermittel vorhanden ist.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel kann als Bildempfangsmaterial der Tonerträger selbst verwendet werden. In diesem Fall wird das auf dem Tonerträger erzeugte Tonerbild ohne Übertragung direkt an diesem fixiert. Es ist jedoch auch möglich, das Tonerbild auf ein gesondertes Bildempfangsmaterial zu übertragen und dort zu fixieren. Hinsichtlich des bei dem Ausführungsbeispiel verwendeten Gemisches aus Toner und Trägermittel ist es vorteilhaft, wenn die Fließfähigkeit hoch ist und das Trägermittel gute Isolationseigenschaften hat. Zum vollständigen Verhindern eines ungewollten Austretens des Tonerbestandteils aus dem Behälter kann an die Elektroden eine Vorspannung angelegt werden. In diesem Fall ist die Polarität der während der aufzeichnungsfreien Zeit angelegten Vorspannung zu derjenigen der während der Aufzeichnungszeit angelegten Spannung entgegengesetzt. Wenn keine derartige Vorspannung eingesetzt wird, kann das Austreten des Tonerbestandteils gleichwohl mit dem beim Aufzeichnungskopf errichteten Magnetfeld verhindert werden.

Gemäß vorstehender Beschreibung wird das Magnetfeld zwischen dem Magnetpol des feststehenden Magneten 2 oder 15 und den kammartigen magnetischen Elektroden 8 oder 21 erzeugt. Infolgedessen konzentriert sich das Magnetfeld an den einzelnen magnetischen Elektroden 8, während das Magnetfeld zwischen den einzelnen Elektroden schwächer ist. Diese Unzulänglichkeit wird durch eine Abwandlung des Aufzeichnungskopfs gemäß der Darstellung in Fig. 5 behoben.

Nachstehend wird diese Abwandlung in Verbindung mit einem Fall beschrieben, bei dem als Entwickler ein magnetischer Toner verwendet wird.

Die Fig. 5 zeigt einen feststehenden Magnet 27, ein Magnetfeld 28 und einen Tonerträger 32. Der Tonerträger 32 hat eine den Elektroden zugewandte dünne Isolierschicht 32 a und ein dem Magneten zugewandtes, nicht-magnetisches Substrat 32 b. Der eingesetzte Aufzeichnungskopf muß so ausgebildet sein, daß einerseits das ungewollte Austreten des Toners verhindert wird und daß andererseits bei der Aufzeichnung ein schneller Nachschub für den verbrauchten Toner nicht behindert wird. Falls indes nur gefordert ist, das Austreten des Toners zu verhindern, wird diese Forderung vollkommen durch eine Verstärkung der Schrägstellung des in Fig. 4 durch die gestrichelten Linien dargestellten Magnetfelds 28 erfüllt. Dadurch wird zwar das Austreten des Toner vollkommen unterbunden, jedoch wird zugleich der Nachschub an Toner für den verbrauchten Anteil unzureichend.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Abwandlung wird dieses Problem dadurch gelöst, daß am Aufzeichnungskopf ein Magnetkörper 29 angebracht wird. Der Magnetkörper 29 erstreckt sich durchgehend über die Breite eines Tonerträgers 32 und weist ferner eine Isolierschicht 30 und eine Elektrode 31 auf. Die Elektrode 31 ist in viele Teilelektroden aufgeteilt, die durch Ätzen gebildet und in Richtung der Aufzeichnungsbreite aufgereiht sind. Die Isolierschicht 30 und die jeweiligen Teilelektroden 31 sind gemäß Fig. 5 in Schichten zusammengeklebt. Der Verbund aus Isolierschicht 30 und Elektroden 31 ist auf den Magnetkörper 29 derart aufgeklebt, daß der vordere Endteil des Magnetkörpers 29 von der Beschichtung abgedeckt ist.

Verglichen mit dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel zeichnet sich diese Abwandlungsform durch folgende Vorteile aus:

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Elektroden aus magnetischem Material gebildet, so daß dem feststehenden Magnetpol ein Magnetpol gegenübergesetzt ist, der nicht durchlaufend ist. Im Gegensatz dazu ist bei der nun beschriebenen Abwandlungsform ein durchgehender Magnetpol gegenübergesetzt. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Magnetfeld zum Verhindern des Austretens des Toners allein von der Magnetisierbarkeit der Elektroden abhängig. Im Vergleich mit dem Volumen des bei dem ersten Ausführungsbeispiel dem feststehenden Magnetpol gegenübergesetzten Magnetkörpers hat der Magnetkörper 29 bei der Abwandlungsform ein größeres Volumen, was dazu dient, das Magnetfeld am vorderen Endteil des Aufzeichnungskopfs weiter zu verstärken und dadurch das Austreten des Toners noch besser zu verhindern. Bei dieser Abwandlungsform kann das Material der Elektroden 31 magnetisch oder nichtmagnetisch sein.

Fig. 6 zeigt eine weitere Abwandlungsform des Aufzeichnungskopfs.

Gleichartig zu der vorstehend beschriebenen Abwandlungsform sind die Elektroden 31 derart am Magnetkörper 29 angeklebt, daß dessen vorderer Endteil von den Elektroden abgedeckt ist. Wenn an die Elektroden 31 die Bildsignalspannung angelegt wird, wird nicht nur der Auslaßbereich des Behälters, sondern auch der Toner an der Innenseite des Aufzeichnungskopfs geladen, so daß der Toner am Tonerträger haftet. Infolgedessen bewegt sich der Toner zusammen mit dem Tonerträger zum Aufzeichnungsspalt hin. Dadurch können Bilder hoher Dichte erzielt werden. Ferner entsteht an dem Bereich nahe der Innenseite des Aufzeichnungskopfs ein Leerraum, was den Nachschub an Toner für dessen beim Aufzeichnen verbrauchten Anteil beschleunigt. Auf diese Weise ist eine gute und schnelle Tonerversorgung gewährleistet.

Wenn die Signalspannung an den Elektroden 31 unterbrochen wird, wird die Ladung des Toners an der Innenseite des Aufzeichnungskopfs über die Elektroden entladen. Daher tritt nach Beenden der Signalspannung auch der in dem von dem Auslaß entfernten Bereich vorhandene Toner niemals als Bild-Toner aus.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Abwandlungsform wird die Tonerzufuhr durch ein an dem Aufzeichnungskopf angebrachtes keilförmiges Teil 34 weiter beschleunigt. Durch das keilförmige Teil 34 kann sehr leicht an der Innenseite des Aufzeichnungskopfs eine Kraft hervorgerufen werden, die zusammen mit der Bewegung des Tonerträgers 32 den Toner zum Aufzeichnungsspalt hin zu bewegen sucht. Das keilförmige Teil 34 kann aus einem magnetischen Material gebildet werden, das demjenigen des Magnetkörpers 29 gleichartig ist. Es ist ferner möglich, das Teil 34 aus dem gleichen Material wie den Magnetkörper 29 zu formen und mit diesem zu einem einzigen Magnetkörper zu vereinen.

Die in den Fig. 5 und 6 gezeigten Abwandlungsformen sind auch bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel anwendbar, bei dem ein zylindrischer Tonerträger verwendet wird, der den feststehenden Magneten 2 umschließt.

Fig. 7 ist eine vergrößerte schematische Ansicht des in Fig. 1 gezeigten Aufzeichnungskopfs. Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, sind die einzelnen Elektroden 8 in regelmäßigen Abständen auf der Isolierschicht 7 angeordnet. In Übereinstimmung mit dem aufzuzeichnenden Bild wird aus der (nicht gezeigten Signalquelle) an die einzelnen Elektroden 8 selektiv eine dem jeweiligen Bild entsprechende Signalspannung angelegt.

Erfindungsgemäß wird als Entwickler für die Aufzeichnung ein Trocken-Toner verwendet. Der Trocken-Toner ist leicht zu handhaben und bringt nicht das Problem der Ausbreitung einer Trägerflüssigkeit mit sich. Ferner wird das Aufzeichnungssignal direkt an den Entwickler angelegt, so daß die Aufzeichnung unter Anlegen einer relativ niedrigen Spannung erfolgen kann.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Tonerbilds auf einem Aufzeichnungsmaterial, das, während es unter Bildung eines Aufzeichnungsspalts an einem eine Vielzahl von Elektroden aufweisenden Aufzeichnungskopf vorbeibewegt wird, in Berührung mit von einem Tonerbehälter zugeführten Trockentoner steht, der eine magnetische Komponente enthält und entsprechend einer an die Elektroden angelegten Bildsignalspannung auf dem Aufzeichnungsmaterial haften bleibt, wobei eine Magnetanordnung an dem Aufzeichnungsspalt wirkt und unerwünschten Toner vom Aufzeichnungsmaterial beseitigt, dadurch gekennzeichnet, daß der Tonerbehälter (3, 5) für eine Berührung zwischen dem im Tonerbehälter befindlichen Toner (4) und dem sich bewegenden Aufzeichnungsmaterial (1 a; 32 a) zu diesem hin offen ausgebildet ist, daß der Aufzeichnungskopf (5; 19) an der den Aufzeichnungsspalt ausbildenden Seitenwand des Tonerbehälters angebracht ist und daß die Magnetanordnung (6, 2; 12) zwischen dem Aufzeichnungsmaterial und dem Aufzeichnungskopf ein magnetisches Sperrfeld errichtet, das den Durchtritt des unerwünschten Toners im wesentlichen vollständig verhindert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (8; 21; 31) des Aufzeichnungskopfes (5; 19) aus magnetischem Material gebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungskopf (5; 19) ein magnetisches Teil (6) aufweist, das sich über die ganze Breite des Aufzeichnungsmaterials (1 a; 32 a) erstreckt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (8; 21; 31) des Aufzeichnungskopfes (5; 19) so angeordnet sind, daß sie den Vorderrand des magnetischen Teiles (6) bedecken.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetanordnung einen Magnetpol (N) aufweist, der dem Aufzeichnungskopf (5; 19) gegenüberliegend und unter Einschluß des Aufzeichnungsmaterials (1 a; 32 a) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Aufzeichnungsmaterial (1 a; 32 a) zugewandte Kante des Aufzeichnungskopfes (5; 19) so ausgebildet ist, daß sich der Aufzeichnungsspalt - bezogen auf die Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsmaterials (1 a; 32 a) - allmählich verjüngt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Toner (4) elektrisch leitend ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Toner (4) dielektrisch ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Komponente des Toners (4) von magnetischen Trägerteilchen gebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufzeichnungsmaterial (1 a; 32 a) für seine wiederholte Verwendung trommelförmig ist, wobei das auf seiner Oberfläche erzeugte Tonerbild auf ein Bildempfangsmaterial übertragbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufzeichnungsmaterial (1 a; 32 a) blattförmig ist und als Bildempfangsmaterial dient, auf dem das erzeugte Tonerbild fixierbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Bildsignalspannung erzeugende Signalquelle (9) während Zeitspannen, während denen keine Bilderzeugung stattfindet, an die Elektroden (8; 21; 31) eine Spannung anlegt, deren Polarität entgegengesetzt zu der der Bildsignalspannung ist.