DE3615387A1

DE3615387A1 - Elektrofotografisches verfahren

Info

Publication number: DE3615387A1
Application number: DE19863615387
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Tokio/Tokyo Fujita; Yutaka Kanai; Tetsuro Konno
Original assignee: Seikosha KK
Current assignee: Seikosha KK
Priority date: 1985-05-10
Filing date: 1986-05-07
Publication date: 1986-11-13
Also published as: SG54589G; FR2581772A1; JPS61256358A; DE3615387C2; GB2176025A; HK29490A; GB8611132D0; GB2176025B

Description

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein elektrofotografisches Verfahren zur Verwendung in Kopiergeräten,FaksimiLegeräten oder optischen Druckern.

Die Xerographie ist eines der wesentlichsten bekannten elektrofotografischen Verfahren. Die Xerographie besteht IQ grundsätzlich aus folgenden sechs Schritten: einem

ersten Schritt, bei dem ein Lichtempfindliches Element elektrisch geLaden wird; einem zweiten Schritt, bei dem das lichtempfindliche Element einer Lichtbestrahlung ausgesetzt wird, damit auf ihm ein latentes elektrode statisches Bild erzeugt wird; einem dritten Schritt,

bei dem zur Entwicklung des Bildes Tonerpartikel an das Latente elektrostatische Bild auf dem lichtempfindlichen Element angeheftet werden; einem vierten Schritt, bei dem das entwickelte BiLd unter Verwendung eines elek-2Q trischen Feldes auf ein Auf z-ei chnungspapier übertragen wird; einem fünften Schritt, bei dem das übertragene Bild auf dem Aufzeichnungspapier fixiert wird; und einem, sechsten Schritt, bei dem das lichtempfindliche Element von zurückgebliebenem Toner gesäubert wird. 2g Bei bekannten xerographisehen Geräten sind Einrichtungen zur jeweiligen Ausführung des ersten bis vierten und des sechsten Schrittes gesondert um ein trommeiförmiges oder bandförmiges Lichteriipfindliches Element mit einem relativ großen Durchmesser angeordnet, und eine Ein-3Q richtung zur Ausführung des fünften Schrittes ist im Durchlauf für das Aufzeichnungspapier angeordnet. (vgl. beispielhaft "Electrophotography " von R.M. Schaffert, erschienen im "The Focal Press Limited Verlag, London and New York".

Es gibt eine andere Art herkömmlicher xerographiseher

1/2

Geräte, die im Hinblick auf eine Reduzierung der Anzahl von Schritten und eine Verkürzung der zum Drucken erforderlichen Zeit aufgebaut sind. Ein solches Gerät ist beispielsweise in der Druckschrift JP-A-77848/1981 offenbart. Diese Art fotografischer Geräte besitzt ein lichtempfindliches Element mit einer auf einer transparenten Elektrodenschicht ausgebildeten fotoleitenden Schicht, eine dem lichtempfindlichen Element gegenüberliegende Elektrode, eine Stromversorgung zum Anlegen einer Spannung zwischen der Elektrode und der transparenten Elektrodenschicht, und eine Belichtungseinrichtung zum Ausstrahlen eines Lichtbildes auf die der transparenten Elektrodenschicht benachbarte Seite des lichtempfindlichen Elements. Ein Tonerband, das zuvor aufgeladen wurde, und Aufzeichnungspapier befinden sich übereinanderliegend zwischen dem lichtempfindlichen Element und der gegenüberliegenden Elektrode in einer solchen Weise, daß das Tonerband die fotoleitende Schicht berührt. In diesem Zustand wird die Belichtung mittels der Belichtungseinrichtung ausgeführt. Der in einem dem aufgestrahlten Lichtbild entsprechenden Muster geschmolzene Toner wird auf das Aufzeichnungspapier übertragen und dadurch ein Bild auf dem Papier erzeugt.

Bei den oben beschriebenen bekannten xerographisehen Verfahren sind ein Primärauf ladungsschritt und der Reinigungsschritt unerläßlich . Die Anzahl von Schritten ist daher relativ groß. In Geräten, die diese Verfahren ausführen, sind die verschiedenen Einrichtungen zum Ausführen der jeweiligen Schritte getrennt voneinander angeordnet. Aus diesem Grund besitzen die Geräte einen komplizierten Aufbau und sind insgesamt relativ groß. Es ist schwierig, die Tiefe und die Breite eines solchen Gerätes z-U verringern und ein kompaktes System zu erhalten. Außerdem handelt es sich bei der Entwick lungs-

2/3

einrichtung um einen kompLizierten Mechanismus, und beim EntwickLungsschritt kommt Toner unter hoher Relativgeschwindigkeit in Berührung mit der Oberfläche des LichtempfindLichen Elements und reibt auf dieser, was einen ungünstigen Einfluß auf die Betriebsdauer des lichtempfindlichen Elements hat.

Der in der erwähnten Druckschrift JP-A-77848/1981 offenbarte Stand der Technik ist mit folgenden weiteren Problem behaftet. Da das Tonerband über dem Aufzeichnungspapier liegt derart, daß das Tonerband das Papier auf der gesamten Fläche berührt, kann, wenn Toner an einer mit Licht bestrahlten Stelle geschmolzen und auf das Aufzeichnungspapier übertragen wird, der Toner an Randbereichen um das übertragene Bild anhaften, so daß leicht sogenannte Geisterbilder auftreten.

Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein elektrofotografisches Verfahren zu schaffen, das es erlaubt, die Anzahl von Schritten wesentlich zu reduz-ieren.

Diese Aufgabe wird durch ein e lektrofotografisches Verfahren gelöst, bei dem. ein lichtempfindliches Element verwendet wird, das sich aus den drei folgenden Schichten zusammensetz-t, nämlich einem transparenten Träger, einer auf dessen Oberfläche ausgebildeten transparenten ELektrode und einer auf der Oberfläche der Elektrode ausgebildeten fotoleitenden Schicht. Zuvor geladener Toner wird gleichförmig im wesentlichen auf die gesamte Oberfläche der fotoleitenden Schicht aufgebracht. Das lichtempfindliche Element wird von der Seite des transparenten Trägers her mit Licht bestrahlt, wodurch der elektrische Widerstand der foto leitenden Schicht in den bestrahlten Abschnitten verringert wird. Ladungen mit einer Polarität, die der des Toners an den bestrahlten Stellen entgegen-

3/4

' gesetzt ist/ wird über die transparente Elektrode und die fotoleitende Schicht an den bestrahlten Stellen, wo deren elektrischer Widerstand abgesenkt wurde, in den Toner injiziert. Dadurch wird der Toner an den

^ bestrahlten Stellen direkt auf ein Aufzeichnungsmedium übertragen, das so angeordnet ist, daß es der fotoleitenden Schicht zugewandt ist.

Bei dem erfindungsgemäßen elektrofotografischen Verfahren '^ werden zur gleichen Zeit das lichtempfindliche Element mit Licht bestrahlt und der Toner an den bestrahlten Stellen direkt durch die Kraft des elektrischen Feldes aufgrund des Coulombschen Gesetzes auf das Aufzeichnungsmedium übertragen. Demzufolge können der Schritt der Bildung eines latenten elektrostatischen Bildes, der Entwicklungsschritt und der Übertragungsschritt, die bisher get rennt voneinander ausgeführt werden mußten, als ein intensiver Schritt ausgeführt werden. Die Schritte des Aufladens und Reinigens des lichtempfindlichen Elements, die bisher erforderlich waren, können entfallen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die Zeichnungen näher

erläutert. Es zeigen:
25

Fig. 1 das Prinzip des elektrofotografischen Verfahrens gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung

des elektrofotografischen Verfahrens gemäß der Erf i ndung

Fig. 3 eine Schnittansicht eines anderen Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung

des erfindungsgemäßen Verfahrens und

4/5

Fig. 4 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Unter Bezug auf Fig. 1 soll zunächst das Prinzip des elektrofotografischen Verfahrens nach der Erfindung beschrieben werden.

Ein lichtempfindliches Element 1 besteht aus drei Schichten:

Einem transparenten Träger 1a aus einem Glas- oder- Kunststoff materia I, einer transparenten Elektrode 1b, die auf der Oberseite des transparenten Trägers 1a ausgebildet ist, und einer fotoleitenden Schicht 1c, die auf der Oberseite der transparenten Elektrode 1b ausgebildet ist. Ein Aufzeichnungsmedium 2, etwa normales Papier, wird mit einem kleinen Abstand zur gegenübei— liegenden Fläche der foto Leitenden Schicht 1c transportiert. Geladener Toner (im vorliegenden Beispiel positiv geladener Toner) wird gleichförmig praktisch auf die gesamte Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 1 aufgebracht. Eine Ladeeinrichtung 3 etwa eine Corona ladeeinrichtung, die eine Tonerübertragungseinrichtung darstellt, ist an der Rückseite des Aufzeichnungsmediums 2 angeordnet. Wenn ein Lichtstrahl 5, etwa ein Laserstrahl, von der Rückseite her, d.h. von der Seite des transparenten Trägers 1a her gegen das lichtempfindliche Element 1 gerichtet wird, dann nimmt der elektrische Widerstand der foto leitenden Schicht 1c im bestrahlten Teil ab. Wenn die transparente Elektrode 1b mittels einer Stromversorgung E auf ein Potential entgegengesetzter Polarität gebracht ist, werden Ladungen einer den Ladungen im Toner entgegengesetzten Polarität an^ der bestrahlten Stelle der foto leitenden Schicht 1c in den Toner injiziert. Die durch die Injektion von Ladungen entgegengesetzer Polarität ausgewählten Tonerpartikel werden durch die durch das Coulombsche Gesetz

gegebenen Kräfte des elektrischen Feldes zwischen dem Toner 4 und der Ladeeinrichtung 3 auf das Aufzeichnungsmedium 2 übertragen. Mit anderen Worten/ im belichteten Teil des lichtempfindlichen Elements 1 wird der Toner 4 direkt ohne Vorladung des lichtempfindlichen Elements 1 auf das Aufzeichnungsmedium 2 übertragen.

Es sei nun auf Fig. 2 Bezug genommen, die ein auf dem

gerade beschriebenen Prinzip beruhendes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Das hier mit 11 bezeichnete lichtempfindliche Element setzt sich ähnlich dem lichtempfindlichen Element 1 von Fig. 1 aus drei Schichten, d.h. einem transparenten Träger, einer transparenten Elektrode und einer foto Leitenden Schicht zusammen. Der transparente Träger ist als flexibles Endlosband ausgestaltet. Das lichtempfindliche Element 1 läuft über Transportrollen 16a bis 16c und wird in einer Richtung transportiert. Ein Aufzeichnungsmedium 12 wird parallel zu dem lichtempfindlichen Element 11 und in gleicher Richtung wie dieses transportiert und ist dem oberen Teil des lichtempfindlichen Elements 11 zugewandt. Eine Ladeeinrichtung 13, die eine Tonerübertragungseinrichtung darstellt, ist an der Rückseite des Aufzeichnungsmediums 12 angeordnet. Ein rotierbarer Polygonspiegel 17 ist innerhalb des von den Rollen 16a, 16b und 16c definierten Raumes angeordnet und in einer Richtung drehbar. Ein Lichtstrahl 15 fällt nach Reflexion durch einen Spiegel 18 auf den Polygonspiegel 17. Der Lichtstrahl 15 wird von dem Polygonspiegel 17 reflektiert und läuft aufgrund der Drehung des Polygonspiegels 17 in einer Abtastbewegung über die Rückseite des lichtempfindlichen Elements 11 unterhalb der Ladeeinrichtung

13 in einer Richtung senkrecht zur Transportrichtung des lichtempfindlichen Elements 11. Geladener Toner

14 wird gleichförmig auf das lichtempfindliche Element

6/7

* 11 gebracht. Hierzu befindet sich noch nicht geladener Toner in einem Tonerbehälter 19/ der ein mit einer Vorspannung beaufschlagtes Rührglied 20 enthält. Der Toner 14 wird durch dieses Rührglied 20 geladen. Wenn der Toner 14 mit einer isolierenden Rolle 21 in Berührung kommt, werden innerhalb der Rolle 21 Ladungen induziert, deren Polarität der des Toners 14 entgegengesetzt ist, so daß eine Coulombsche Kraft zwischen der Rolle 21 und dem geladenen Toner 14 wirkt, durch die eine geladene

■0 Tonerschicht auf der Rolle 21 gebildet wird. Die Tonerschicht auf der Rolle 21 wird durch ein Dickeneinstellglied (Rakel) 22 so gesteuert, daß sich eine gleichförmige Dicke der Tonerschicht einstellt. Die Rolle 21 ist unter bildung eines bestimmten Spalts, z.B. eines Spalts im wesentlichen gleicher Dicke wie die Tonerschicht auf der Rolle 21 in enger Nähe zur Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 11 angeordnet. Die Rolle 16a ist dauermagnetisch, und der Toner 14 von der Rolle 21 wird aufgrund der Magnetkraft der Transportrolle 16a auf das lichtempfindliche Element 11 gezogen und dort gehalten.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Lichtstrahl vom reflektierenden Spiegel 18 reflektiert und mittels des Polygonspiegels 16 weiterreflektiert, so daß er die Rückseite des lichtempfindlichen Elements abtastet. Ladungen entgegengesetzter Polarität werden entsprechend dem oben erläuterten Prinzip in den Toner 14 injiziert, und der Toner 14 in diesem Zustand aufgrund der Wirkung der Ladungseinrichtung 13 auf das Aufzeichnungsmedium 12 übertragen.

Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung auf der Basis des beschriebenen Prinzips. 35

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein lichtempfindliches 8/9

ELement 31 in Form einer flachen Platte ausgebildet und setzt sich aus einem transparenten Träger 31a, einer transparenten Elektrode 31b und einer foto Leitenden Schicht 31c in ähnlicher Weise wie beim vorherigen A u s führungsbeispiel zusammen. Das lichtempfindliche Element

31 ist in der Mitte in den Boden eines Tragelements 38, das zugleich als Tonerbehälter dient, eingelassen. Ein Paar von Elektrodenplatten (Rakeln) 36a und 36b liegt unter Bildung eines vorbestimmten Spalts über dem lichtempfindlichen Element 31. Die Elektrodenplatten 36a und 36b werden mittels Elektrodenhaltern 37a bzw. 37b an bestimmten Stellen gehalten und sind mit einer Stromversorgung E₁ verbunden. Toner ist in zwei Tonerbehältern 39a und 39b enthalten, die zwischen dem Tragelement 38 und dem Elektrodenträger 37a bzw. 37b gebildet sind. Das freie Ende jeder der Elektrodenplatten 36a und 36b liegt so, daß ein bestimmter Spalt zwischen ihm und der fotoleitenden Schicht 31c besteht, wodurch die Elektrodenplatten zugleich die Funktion einer Tonerschicht-Dicken- einstelleinrichtung- ausüben. Ein Aufzeichnungsmedium 32 ist so angeordnet, daß es (in Fig. 3 gesehen) von links nach rechts transportiert wird und dabei dem lichtempfindlichen Element 31 zugewandt ist. Eine Ladungseinrichtung 33, die eine Tonerübertragungseinrichtung darstellt, ist an der Rückseite des Aufzeichnungsmediums

32 angeordnet. Zur Aufladung des Toners 34 liegt mittels der Stromversorgung E. eine relativ hohe Spannung an den Elektrodenplatten 36a, 36b. Die transparente Elektrode 31b ist mit einer Stromversorgung E- zu dem Zweck vei— bunden, daß in den Toner 34 Ladungen injiziert werden, deren Polarität derjenigen Ladungen entgegengesetzt ist, die der Toner durch die Vorladung angenommen hat.

Das Tragelement 38 ist zusammen mit dem lichtempfindlichen Element 31 in Horizontalrichtung hin- und herbeweglich, so daß der in den Tonerbehältern 39a, 39b enthaltene Toner

9/10

• 34 aufgrund der hin- und hergehenden Bewegung des Tragelements 38 unter die Elektrodenplatten 36a, 36b gelangt. Da durch die Stromversorgung E,. eine hohe Spannung an die Elektrodenplatten 36a, 36b angelegt wird, werden, wenn der Toner 34 mit den Elektrodenplatten 36a, 36b in Berührung kommt, Ladungen in den Toner 34 injiziert. Die Ladungen im Toner 34 induzieren Ladungen entgegengesetzter Polarität an der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements 31, wodurch der Toner 34 angezogen wird. Der Toner 34 an der Oberfläche des lichempfindlichen Elements 31 wird durch die Bewegung des lichtempfindlichen Elements 31, das unter den Elektrodenplatten 36a, 36b horizontal hin- und hergeht, zu einer Tonerschicht gleichförmiger Dicke geformt. Wenn ein Lichtstrahl 35 auf die Rückseite des lichtempfindlichen Elements 31 direkt unterhalb der Ladungseinrichtung 33 gerichtet wird, während sich das Tragelement 38 von links nach rechts bewegt, werden Ladungen entgegengesetzter Polarität in den Toner in einer dem oben erläuterten Prinz-ip entsprechenden Weise injiz-iert, und gleichzeitig wird der Toner 34 im. bestrahlten Bereich auf das Auf rei chnungsmedium übertragen. Der durch diese Übertragung von dem lichtempfindlichen Element 31 teilweise abgenommene Toner 34 wird auf folgende Weise ersetzt. Der Toner 34 auf dem lichtempfindlichen Element 31 gelangt unter der Elektrodenplatte 36b nach rechts in den Tonerbehälter 39b und bewegt sich dann von rechts nach links. Während dieser Rückbewegung wird der Toner 34., wenn er sich auf dem lichtempfindlichen Element unter der Elektrodenplatte 36b hindurchbewegt, um aufgeladen zu werden, wieder zju einer Tonerschicht gleichförmiger Dicke ausgebildet. Da sich außerdem das lichtempfindliche Element 31 zusammen mit dem Tragelement 38 hin- und herbewegt, ändert sich die Stelle des lichtempfindlichen Elements 31, die dem Lichtstrahl 35 ausgesetz-t ist, so daß sich

m/11

das Lichtempfindliche Element 31 jeweils erholen kann und Ermüdungserscheinungen der Lichtempfindlichkeit vorgebeugt wird. Es ist so möglich, die Lebensdauer des lichtempfindlichen Elements 31 zu verlängern.

Fig. 4 zeigt ein weiteres auf dem beschriebenen Prinzip der Erfindung beruhendes Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat das lichtempfindliche Element 41 eine Trommelform und ist in einer Richtung drehbar angeordnet. Das lichtempfindliche Element 41 setzt sich aus drei Schichten zusammen, d.h. einem transparenten Träger 41a aus einem festen Material wie Glas, einer transparenten Elektrode 41b und einer fotoleitenden Schicht 41c. Ein Tonerbehälter 49, der dem von Fig. 2 ähnlich ist, ist an einer Seite des lichtempfindlichen Elements 41 angeordnet. In dem Tonerbehälter 49 ist ein isolierendes Rührglied 40 enthalten. Der Toner 44 wird durch Reibung aufgrund der Drehung des Rührglieds 40 geladen. Eine Einrichtung zxir Einstellung der Dicke der Tonerschicht (Rakel) 46 ist dem lichtempfindlichen Element 41 unter Bildung eines bestimmten Spalts zugewandt und bewirkt, daß auf dem lichtempfindlichen Element 41 eine Tonerschicht gleichförmiger Dicke gebildet wird. Ein Aufzeichnungsmedium 42 ist dem oberen Teil des lichtempfindlichen Elements 41 z-ugewandt und wird in der Richtung transportiert, in die sich das lichtempfindliche Element 41 dreht. Eine Ladungseinrichtung 43, die eine Tonerübertragungseinrichtung darstellt, ist an der Rückseite des Aufzeichnungsmediums 42 angeordnet. Ein Polygonspiegel 47 ist innerhalb des lichtempfindlichen Elements 41 angeordnet und in einer Richtung drehbar. Ein Lichtstrahl 45 wird von einem reflektierenden Spiegel 48 reflektiert und trifft dann auf den Polygonspiegel 47. Der Lichtstrahl 45 wird von dem Polygonspiegel 47 so reflektiert, daß er das lichtempfindliche Element 31 an deren Innenseite in einer Richtung senkrecht zu seiner Drehrichtung abtastet, wodurch

11/12

der Toner 44 auf der Oberfläche des Lichtempfindlichen Elements 41 in ähnlicher Weise wie oben auf das Übertragungsmedium 42 übertragen wird.

^ Es sei angemerkt_/ daß lediglich als Beispiel bei allen beschriebenen Ausführungsformen eine Coronaladeeinrichtung als Tonerübertragungseinrichtung verwendet wird. Statt dessen könnte z.B. auch eine gegenüberliegende

Elektrodenrolle eingesetzt werden. 10

Wie voranstehend im einzelnen beschrieben, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Anzahl der Schritte deutlich reduz-iert werden. Eine Primärladung und eine Reinigung des lichtempfindlichen Elements ist nicht erforderlich. Da der Toner und das lichtempfindliche Element nicht unter hoher Relativgeschwindigkeit miteinander in Berührung kommen, tritt die eingangs erwähnte reibungsbedingte Beeinträchtigung des lichtempfindlichen Elements nicht auf. Da der Toner auf dem. lichtempfindlichen

Element in nicht bestrahlten Bereichen einer Abstoßkraft

zwischen dem. Toner und dem Aufzeichnungsmedium ausgesetzt ist, wird die Neigung der Erzeugung von Geisterbildern unterdrückt und man erhält eine ausgezeichnete Druckqualität.

Claims

Patentans-prijjche

t.. Etektrofotografiscfhes. Verfahren um.fassend: einen ersten Schritt, bei demzxivor geladener Toner gleichfSinrig auf im. wesentlichen die gesamte Oberfläche eines lichtempfindlichen Elements. CO aufgebracht wird, das sich aas einem, transparenten Träger C1a3,einer transparenten Elektrode CTbD, die auf der Oberfläche des Trägers ausgebildet ist, und einer fotoleitenden Schicht C1c), die auf der Oberfläche der Elektrode ausgebildet ist, zusammensetzt,

einen zweiten Schritt, bei dem ein Teil des lichtempfindlichen Elements C1) von der Seite des transparenten Trägers C1a) her mit Licht bestrahlt wird, wodurch der elektrische Widerstand der fotoleitenden Schicht im bestrahlten Teil gesenkt wird,

einen dritten Schritt, bei dem Ladungen, deren Polarität entgegengesetzt derjenigen der Ladungen des Toners ist, über die transparente Elektrode und die ausgewählte fotoleitende Schicht im bestrahlten Teil, wo der elektrische Widerstand gesenkt wurde, in den Toner injiziert werden, und

einen vierten Schritt, bei dem der Toner auf dem bestrahlten Teil auf ein Aufzeichnungsmedium (2) übertragen wird, welches der foto Ieitenden Schicht (1c) zugewandt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite, der dritte und der vierte Schritt praktisch gleichzeitig an derselben Stelle ausgeführt werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzei chnet, daß das lichtempfindliche Element (31, 41) starr ist.
'** 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtempfindliche Element (31) in Form einer flachen Platte ausgebildet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das lichtempfindliche Element

(41) in Form einer Trommel ausgebildet ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzei chnet, daß das lichtempfindliche

Element CD flexibel ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfindliche Element endlos ist.

14