DE3740158A1 - Bilderzeugungsgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bilderzeugungs- oder Abbildungsgerät, z. B. einen Laserdrucker, mit dem ein(e) Bild oder Abbildung mittels eines wiederverwendbaren Bildträgers erzeugbar ist.

Ein in Fig. 1 dargestelltes Bilderzeugungsgerät, z. B. ein Laserdrucker, umfaßt eine lichtempfindliche (oder photoleitende) Trommel 2, die in einer vorbestimmten Richtung in Drehung versetztbar ist und um die herum, nacheinander in ihrer Drehrichtung gesehen, eine Hauptaufladeeinheit 4, ein Belichtungsteil 2 eines Belichtungssystems 6, eine Entwicklungseinheit 10, eine Übertragungsaufladeeinheit 12, eine Trennaufladeeinheit 14, eine Reinigungseinheit 26 und eine Entladeeinheit (deelectrifier) 18 angeordnet sind.

Die Mantelfläche der lichtempfindlichen Trommel 2 wird zunächst durch die Hauptaufladeeinheit 4 gleichmäßig aufgeladen und dann mittels des Belichtungssystems 6 belichtet, wobei auf der Trommelmantelfläche ein elektrostatisches Latentbild oder latentes Ladungsbild erzeugt wird. Sodann wird durch die Entwicklungseinheit 10 ein Toner an das Latentbild angelagert, wodurch dieses sichtbar gemacht oder zu einem Tonerbild entwickelt wird, das anschließend mittels der Übertragungsaufladeeinheit 12 auf die Oberfläche eine Papierblatts übertragen wird, das in inniger Berührung mit der Mantelfläche der Trommel 2 gehalten wird. Hierauf wird das Blatt durch die Trennaufladeeinheit 14 von der Trommel 2 getrennt.

Die auf der Mantelfläche der Trommel 2 zurückbleibenden, nicht auf die Papierblattoberfläche übertragenen Tonerteilchen werden durch die Reinigungseinheit 16 beseitigt. Anschließend wird das Latentbild auf der Mantelfläche der Trommel 2 gelöscht, worauf ein Bilderzeugungszyklus abgeschlossen ist.

Herkömmlicherweise werden Resttonerteilchen von der Mantelfläche der Trommel 2 mittels einer in die Reinigungseinheit 16 eingebauten Abstreif-Klinge 20 abgestreift. Der abgestreifte Toner wird in der Reinigungseinheit 16 gesammelt. Normalerweise ist der Innenraum der Reinigungseinheit 16 nach der Bilderzeugung auf 2000-3000 Blättern mit Toner gefüllt, so daß die Reinigungseinheit 16 dann unbrauchbar oder unwirksam wird.

Bei Bilderzeugungsgeräten der angegebenen Art kann die Konstruktion so getroffen sein, daß die unwirksam gewordene Reinigungseinheit zusammen mit der lichtempfindlichen Trommel 2 verworfen werden kann, was jedoch eine große Kostenvergeudung bedeutet. Häufig benutzte Geräte, wie speziell Drucker, sind während des Auswechselns von Reinigungseinheit 16 und Trommel 2 nicht betriebsfähig und daher vom Nutzungsstandpunkt nicht vorteilhaft.

Bei bisherigen Bilderzeungungsgeräten ist in der Reinigungseinheit 16 eine für Tonerrückgewinnung oder -rückförderung dienende Tonerförder-Schnecke 22 vorgesehen, welche den Toner aus der Reinigungseinheit 16 zu einem nicht dargestellten, außerhalb dieser Einheit angeordneten Toner-Rückgewinnungskasten fördert.

Der Rückgewinnungskasten nimmt einen bestimmten Raum im Inneren des Geräts ein und kann daher nicht mit großen Abmessungen ausgeführt sein. Nach der Bilderzeugung auf mehreren tausend Papierblättern muß daher dieser Kasten durch einen neuen ersetzt werden. Beim Auswechseln des Kastens kann möglicherweise etwas Toner verschüttet werden und die Hände oder Bekleidung der Bedienungsperson oder den Fußboden verschmutzen.

Da die Klinge 20 der Reinigungseinheit mit der Mantelfläche der lichtempfindlichen Trommel 2 in Berührung steht, kann die Trommelmantelfläche möglicherweise verkratzt werden. Eine lichtempfindliche Trommel aus z. B. einem organischen Photoleiter (OPC) ist sicher und umweltfreundlich. Aufgrund ihrer Weichheit besitzt eine Trommel aus einem solchen Material jedoch eine sehr kurze Standzeit. Insbesondere eine Trommel 2 eines kleinen Durchmessers muß für die Bildaufzeichnung auf jedem einzelnen Papierblatt mehrere Umdrehungen ausführen. Der gleiche Abschnitt der Trommel 2 wird deshalb für die Bilderzeugung so häufig benutzt, daß Standzeit (Betriebslebensdauer) und Auswechselintervalle der Trommel unvermeidlich kurz sind. Aus diesem Grund ist es nicht ratsam, eine dünne Trommel zu verwenden. Infolgedessen lassen sich auch die Abmessungen des Geräts nicht ohne weiteres verkleinern.

Zur Vermeidung der angegebenen Probleme wurden bereits Bilderzeugungsgeräte ohne Reinigungseinheit entwickelt (USA-Patentanmeldungen NR.5 71 800 und 9 01 312; US-PSen 31 17 884, 36 49 262, 39 97 262, 43 20 958, 43 84 545, 44 26 151 und 44 70 693; sowie DE-ASen bzw. DE-PSen 30 06 033 und 31 40 190). Bei diesen Geräten übernimmt eine Entwicklungseinheit eine Reinigungsfunktion, d. h. Entwicklung und (Trommel-)Reinigung erfolgen gleichzeitig durch die Entwicklungseinheit.

Bei Bilderzeugungsgeräten dieser Art wird jedoch eine lichtempfindliche Trommel durch eine Hauptaufladeeinheit (main charger) aufgeladen, auch wenn die Trommel teilweise mit Tonerteilchen bedeckt ist, die nicht mittels einer Übertragungsaufladeeinheit auf die Oberfläche eines Papierblattes übertragen wurden, sondern auf der Mantelfläche der Trommel verbleiben. Während dabei einige der Bereiche der Trommelfläche aufgeladen werden, trifft dies für andere Bereiche nicht zu. Das Oberflächenpotential der Trommel ist daher ungleichmäßig.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Bilderzeugungsgeräts, das ohne die Notwendigkeit für die Verwendung eines Tonerrückgewinnungs- oder-sammelkastens mit kleineren Abmessungen und geringerem Gewicht ausgeführt sein kann, während dabei eine mögliche Verschmutzung (durch Toner) vermieden und eine längere Standzeit eines Bildträgers oder -empfangsmaterials gewährleistet werden sollen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist ein Bilderzeugungsgerät, umfassend einen Bildträger mit einer Ladung erzeugenden Schicht und einer Ladung transportierenden Schicht, eine Aufladeeinheit zum elektrischen Aufladen des Bildträgers in der Weise, daß elektrische Ladung in der Ladung erzeugenden Schicht erzeugt und gehalten wird, eine Belichtungseinheit zum Aufstrahlen eines eine Bildinformation tragenden oder enthaltenden Lichtstrahls auf die Ladung erzeugende Schicht des Bildträgers durch die Ladung transportierende Schicht hindurch, um damit ein der Bildinformation entsprechendes elektrostatisches Latentbild auf der Oberfläche des Bildträgers zu erzeugen, eine Entwicklungseinheit zum Entwickeln des Latentbilds mit Hilfe eines Entwicklers zwecks Erzeugung eines Entwicklerbilds auf der Bildträgeroberfläche und eine Übertragungseinheit zum Übertragen des Entwicklerbilds von der Oberfläche des Bildträgers auf einen Aufzeichnungsträger, wobei die Entwicklungseinheit gleichzeitig mit der Entwicklung des Latentbilds die nach der Bildübertragung durch die Übertragungseinheit auf der Bildträgeroberfläche zurückbleibenden Entwicklerteilchen entfernt und wobei der durch die Belichtungseinheit aufgestrahlte Lichtstrahl durch die Ladung transprotierende Schicht hindurch auch zu den Bereichen der Ladung erzeugenden Schicht geführt wird, die durch die Restentwicklerteilchen abgeschattet sind.

Bei dieser Anordung wird der auf der Bildträgeroberfläche zurückbleibende Entwickler gleichzeitig mit dem Entwicklungsvorgang durch elektrische Anziehung mittels der Entwicklungseinheit entfernt. Hierdurch wird die obige Aufgabe voll und ganz gelöst. Der Bildträger besteht, wie erwähnt, aus der Ladung erzeugenden Schicht und der letztere bedeckenden Ladung transportierenden Schicht. Wenn der Bildträger mit darauf zurückgebliebenem Entwickler belichtet wird, kann daher ein zufriedenstellendes Bild ohne jeden Schatten von dem Entwickler auf der Ladung erzeugenden Schicht gewonnen werden.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines bisherigen Bilderzeugungsgeräts,

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung eines Bilderzeugungsgeräts gemäß der Erfindung

Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung der Entwicklungsvorrichtung oder -einheit und der zugeordneten peripheren Ausrüstung,

Fig. 4A bis 4E schematische Darstellungen der Vorgänge bei der Bilderzeugung mittels des Geräts nach Fig. 2,

Fig. 5A bis 5E graphische Darstellungen der Übergänge (transitions) des Oberflächenpotentials einer lichtempfindlichen Trommel während der Bilderzeugungsvorgänge oder -prozesse beim Gerät nach Fig. 2,

Fig. 6 eine graphische Darstellung des während der Bilderzeugungsvorgänge beim Gerät nach Fig. 2 erzielten Oberflächenpotentials,

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Beziehungen zwischen dem Oberflächenpotential und den Abbildungseigenschaften (auf) der lichtempfindlichen Trommel beim Gerät nach Fig. 2,

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Ladungsgröße des Toners und der Reinigungsleistung beim Gerät nach Fig. 2,

Fig. 9 einen Querschnitt durch eine lichtempfindliche Trommel bei der Reinigungseinheit nach Fig. 3,

Fig. 10 eine schematische Darstellung des (der) Belichtungszustands oder -bedingungen, der (die) sich beim Vorhandensein von Resttonerteilchen auf der Oberfläche der Trommel nach Fig. 9 ergibt (ergeben),

Fig. 11 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen den Umgebungsbedingungen und dem Restpotential für den Fall einer Änderung der Dicke der Ladung transportierenden Schicht auf der Trommel nach Fig. 9,

Fig. 12 eine graphische Darstellung der Lichtempfindlichkeit (photosensitivity) der Trommel nach Fig. 9 und

Fig. 13 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der nach der Vorübertragung-Entladung beim Gerät nach Fig. 2 erzielten Bilddichte und der ohne Vorübertragungs-Entladung (bzw. Entladung vor der Übertragung) erzielten Bilddichte.

Fig. 1 ist eingangs bereits erläutert worden.

Fig. 2 veranschaulicht einen Laserstrahl-Drucker als Beispiel für ein Bilderzeugungsgerät gemäß der Erfindung. Bei diesem Drucker handelt es sich um ein elektrophotographisches Aufzeichnungsgerät unter Verwendung eines Halbleiter- Lasers.

Der Drucker ist an ein nicht dargestelltes Hilfssystem, z. B. einen Wortprozessor als externe Vorrichtung, über eine nicht dargestellte Übertragungssteuerung, z. B. eine Schnittstellenschaltung, angeschlossen. Vom Hilfssystem werden Drucksignale dem Drucker zugeführt. In Abhängigkeit von diesen Drucksignalen erzeugt der Drucker ein(e) Bild oder Abbildung.

Wenn vom Hilfssystem ein Druckstartsignal zum Drucker übertragen wird, wird eine lichtempfindliche Trommel 32 in Drehung versetzt. Dabei wird zunächst die Mantelfläche der Trommel 32 durch eine Hauptaufladeeinheit 34 elektrisch aufgeladen. Wenn sodann das Hilfssystem Punktbilddaten zum Drucker liefert, wird ein entsprechend diesen Daten modulierter Laserstrahl 36 von einem Polygonabtaster 38 aufweisenden optischen System 40 emittiert und auf die Trommelmantelfläche geworfen. Die aufgeladene Trommel wird mit dem Laserstrahl 36 belichtet und abgetastet. Dabei wird ein elektrostatisches Latentbild (oder latentes Ladungsbild) auf der Mantelfläche der Trommel (32) erzeugt. Anschließend wird durch eine Entwicklungsvorrichtung oder -einheit 42 ein Toner an das Latentbild angelagert, wodurch dieses sichtbar gemacht bzw. zu einem Tonerbild entwickelt wird, welches daraufhin durch eine Übertragungsaufladeeinheit 44 in einem Übertragungsteil auf die Oberfläche eines Papierblatts p übertragen wird. Das Papierblatt p wird von einer Papiervorrats-Kassette 46 durch eine Papierzufuhrrolle 48 und zwei Ausrichterollen 50 dem Übertragungsteil zugeführt. Nach der Bildübertragung wird das Papierblatt p mit dem auf dieses übertragenen Tonerbild zu zwei Fixierrollen oder -walzen 52 überführt, wobei durch letztere das Tonerbild auf der Oberfläche des Papierblatts p fixiert wird. Anschließend wird das Papierblatt p durch zwei Ausgaberollen 54 auf ein Fach 56 ausgetragen.

Gemäß Fig. 3 weist die Entwicklungseinheit 42 ein Gehäuse 58 mit einer Öffnung 60 auf. Die (lichtempfindliche) Trommel 32 ist dabei in der Öffnung 60 angeordnet.

Das Gehäuse 58 enthält eine Entwicklungsrolle oder -walze 62, eine Streichklinge 64, einen Entwickler-Rührer 66 und einen Rührwerk- oder Entwickler-Förderer 68.

Die Streichklinge 64 befindet sich in dem Bereich, in welchem die Trommel 32 in Schleifberührung mit einer aus einem Entwickler gebildeten Magnetbürste auf der Entwicklungswalze 62 steht, d. h. an der Stromaufseite oder in Bewegungsrichtung vorgeschalteten Seite der Entwicklungsstelle 69 in bezug auf die Drehrichtung der Walze 62. Die Streichklinge 64 dient zur Begrenzung der Dicke der Magnetbürste. Der Entwickler-Rührer 66 befindet sich in einem Entwickler-Speicherabschnitt 70 innerhalb des Gehäuses 58, und er dient zum Umwälzen und Fördern von Nachfülltoner t von einem Tonerzufuhrabschnitt 72 zum Speicherabschnitt 70. Im Speicherabschnitt 70 ist Entwickler G gespeichert, der aus Toner (Farbpulver) t und Träger (Magnetpulver) c besteht.

Die Entwicklungswalze 62 umfaßt eine Magnetwalze 74 und eine Hülse 76. Das Drehzentrum der Magnetwalze 74 liegt auf einer Linie M, die durch das Drehzentrum der Trommel 32 verläuft und unter einem Winkel a (etwa 50°) zur Waagerechten L geneigt ist. Die auf die Magnetwalze 74 aufgesetzte Hülse 76 gemäß Fig. 3 entgegen dem Uhrzeigersinn in Drehung versetzt.

Die Magnetwalze 74 enthält drei Magnet-Polblöcke 78, 80 und 82, von denen die Polblöcke 78 und 80 Südpole bilden, während der Polblock 82 einen Nordpol bildet. Der Winkel R₁ zwischen den Polblöcken 80 und 82 um das Zentrum der Entwicklungswalze 62 herum ist auf 150° eingestellt; der Winkel R₂ zwischen den Polblöcken 82 und 78 um das Zentrum der Walze 62 herum ist auf 120° eingestellt.

In der beschriebenen Entwicklungseinheit 42 wird ein Umkehrentwicklungsprozeß ausgeführt. Nach der Übertragung des Tonerbilds wird an der lichtempfindlichen Trommel 32 anhaftender Resttoner t gleichzeitig mit der Entwicklung des (elektrostatischen) Latentbilds entfernt. Auf diese Weise wird der elektrophotographische Prozeß vereinfacht. Die Fig. 4A bis 4E und 5A bis 5E veranschaulichen den Zustand der Tonerteilchen t auf der Trommel 32 sowie die Änderungen des Oberflächenpotentials der Trommel 32 während des Prozesses.

Gemäß den Fig. 4A und 5A wird die Trommel 32 auf z. B. -600 V aufgeladen, wenn die Hauptaufladeeinheit 34 von einer Stromquelle 84 mit einer Spannung gespeist wird. Gleichzeitig werden auch die auf der Trommel 32 verbliebenen Tonerteilchen t aufgeladen, die in einem vorhergehenden Kopiervorgang nicht von der Trommel 32 auf das Papierblatt p übertragen sind. Gleichzeitig werden auch die Abschnitte der Trommel 32, auf denen sich Resttonerteilchen t befinden, aufgeladen. Der Grund hierfür wurde mittels eines Versuchs verdeutlicht. Bei diesem Versuch wurde der Toner t mittels einer Streich-Klinge, z. B. aus Polyurethan, entfernt; das Oberflächenpotential der die Resttonerteilchen tragenden Abschnitte der Trommel 32 blieb dabei auf 80 bis 90% des Oberflächenpotentials derjenigen Trommelabschnitte, an denen keine Resttonerteilchen anhaften.

Beim beschriebenen Gerät wird das Oberflächenpotential der lichtempfindlichen Trommel 32 durch eine Scorotron- Aufladeeinheit als Hauptaufladeeinheit 34 gleichmäßig eingestellt. Wie erwähnt, ist daher das Oberflächenpotential derjenigen Abschnitte der Trommel 32, an denen Resttonerteilchen anhaften, nur geringfügig niedriger als in den von Resttonerteilchen freien Abschnitten. In der Praxis ist dieser Potentialunterschied vernachlässigbar.

Wie oben erwähnt, wird die Mantelfläche der lichtempfindlichen Trommel 32 mit dem Laserstrahl 36 belichtet, der auf der Grundlage der Punktbilddaten vom Hilfssystem moduliert ist. Hierdurch wird das Oberflächenpotential der Trommel 32 gedämpft. Infolgedessen entsteht auf der Trommel das in den Fig. 4B und 5B dargestellte elektrostatische Latentbild.

Dieses Latentbild wird durch die Entwicklungseinheit 42 entwickelt, die insbesondere Toner (Farbpulver) t an das Latentbild anträgt und dieses damit in ein sichtbares Tonerbild umwandelt. Gleichzeitig werden die für die Erzeugung des Tonerbilds nicht nötigen Resttonerteilchen t durch die Entwicklungseinheit entfernt.

Gemäß den Fig. 4D und 5D wird das Tonerbild mittels der Übertragungsaufladeneinheit 44 auf die Oberfläche des Papierblatts p übertragen. An der Übertragungsaufladeeinheit 44 liegt nämlich eine hohe Spannung an, die eine der Polarität des negativ aufgeladenen Toners entgegengesetzte Polarität besitzt. Infolgedessen wird die Rückseite des Papierblatts p einer positiven Koronaentladung unterworfen, so daß das Papierblatt positiv aufgeladen wird. Hierdurch wird das negative Tonerbild auf der Trommel 32 an das Papierblatt p angezogen.

Nach der Übertragung des Tonerbilds von der Trommel 32 auf die Oberfläche des Papierblatts p wird die Trommel durch die Entladungseinheit 86 entladen (vgl. Fig. 4E und 5E).

Im folgenden sind das Grundprinzip der Erfindung, Betriebsbedingungen, Versuchsdaten usw. erläutert.

Es ist wesentlich, den vorher erwähnten Vorgang für gleichzeitiges Entwickeln und Reinigen (im folgenden als auch Reinigung/Entwicklungsvorgang bezeichnet) nach der sog. Umkehrentwicklungsmethode durchzuführen. Der Grund dafür besteht darin, daß der Toner t und die lichtempfindliche Trommel 32 mit gleicher Polarität aufgeladen sind, so daß die Polarität des Resttoners t durch den Aufladevorgang der Hauptaufladeeinheit 34 nicht invertiert oder umgekehrt werden kann.

Zur Erzielung einer zufriedenstellenden Bildgüte sind für den Reinigung/Entwicklungsvorgang jedoch spezifische Bedingungen erforderlich. Die betreffenden Ausdrücke gehen aus Fig. 6 hervor. Das Aufladepotential Vo ist das Oberflächenpotential für den Fall, daß die Mantelfläche der lichtempfindlichen Trommel 32 nach der Aufladung durch die Hauptaufladeneinheit 34 die Entwicklungsstelle unbelichtet erreicht. Das Nachbelichtungspotential (bzw. Potential nach der Belichtung) Ver ist das gedämpfte Oberflächenpotential, das sich dann einstellt, wenn die Trommelmantelfläche durch das optische System 40 belichtet ist. Das Entwicklungsvorspannpotential Vb ist das an die Entwicklungswalze 62 der Entwicklungseinheit 42 angelegte Potential. Das Reinigungspotential Vc 1 ist die Differenz (Vo-Vb) zwischen dem Nachbelichtungspotential Ver und dem Entwicklungsvorspannpotential Vb. Bei der dargestellten Ausführungsform besteht die lichtempfindliche Trommel 32 aus einem organischen Photoleiter, der sich für negative Aufladung eignet. Im Hinblick auf die Verwendung einer für positive Aufladung geeigneten lichtempfindlichen Trommel sind jedoch Vo, Vb, Ver, Vb-Ver und Vo-Vb als Absolutgrößen gegeben.

Die Beziehung zwischen dem Entwicklungspotential |Vb-Ver | und der Bild- oder Abbildungsdichte angebende Meßdaten sind im ersten Quadranten eines zweidimensionalen Koordinatensystems gemäß Fig. 7 aufgetragen. Gemäß Fig. 7 ist ein Entwicklungspotential von 100 V oder mehr nötig, um eine zufriedenstellende Bilddichte von 1,0 oder höher zu erzielen.

Im vierten Quadranten sind Meßdaten aufgetragen, welche die Beziehung zwischen dem Entwicklungspotential |Vb-Ver | und dem Aufladepotential |Vo | angeben. Jeder aufgetragene Punkt (plot) zeigt das Auftreten einer Erscheinung (im folgenden als Speicherbild bezeichnet) an, bei welcher das in dem der vorhergehenden Umdrehung der lichtempfindlichen Trommel 32 entsprechenden Vorgang erzeugte Bild aufgrund einer mangelhaften Reinigung im augenblicklichen Bild auf dem Papierblatt p erscheint. Wie angegeben, entsteht ein einer mangelhaften Reinigung zuzuschreibendes Speicherbild (memory) dann, wenn das Entwicklungspotential höher ist als 300 V. Der Grund dafür liegt vermutlich darin, daß bei einem Entwicklungspotential von über 300 V die Bilddichte nicht mehr zunimmt, während sich die tatsächlich an der Trommel anhaftende Tonermenge vergrößert, so daß die Menge an Resttoner t zunimmt.

Im dritten Quadranten ist weiterhin die Beziehung zwischen dem Reinigungspotential |Vo-Vb | und dem Aufladepotential |Vo |, d. h. das Auftreten von Speicherbildern auf dem Papierblatt p dargestellt. Wenn das Reinigungspotential |Vo-Vb | gleich Null ist, ist die Entstehung eines Speicherbilds zu erwarten. Es ist somit ersichtlich, daß das Potential |Vo-Vb | 50 V oder mehr betragen muß.

Falls das Reinigungspotential |Vo-Vb | jedoch zu hoch wird, wird die Ladung umgekehrt von der Entwicklungswalze 62 zum Toner t übertragen. Infolgedessen kann der Toner t in jedem Fall auf die entgegengesetzte Polarität aufgeladen werden. Wenn dabei das Potential |Vo-Vb | 600 V oder mehr erreicht, tritt eine Schleierbildung im Bild auf.

Ein Träger einer maximalen Magnetkraft von 50 bis 150 E.M.E/g wurde (in einem Versuch) als Träger c im Entwickler G verwendet, und die Entwicklung wurde durchgeführt, während der Hauptpol 80 der Entwicklungswalze 62 auf eine Magnetflußdichte von 1000 Gauß eingestellt war. Dabei haftete der Träger c an der lichtempfindlichen Trommel 32 an, wenn das Reinigungspotential |Vo-Vb | 600 V oder meht betrug. Hieraus geht hervor, daß das Potential |Vo-Vb | vorzugsweise 500 V oder weniger betragen sollte.

Im Reinigung/Entwicklungsvorgang werden die Eigenschaften des Toners beeinflußt. Für die Untersuchung der Tonereigenschaften wurde der im folgenden beschriebene Versuch durchgeführt.

Zunächst wurde eine lichtempfindliche Trommel 32 ohne angelagerten Toner t aufgeladen und belichtet, wobei auf der Trommelmantelfläche ein elektrostatisches Latentbild erzeugt wurde. Das Latentbild wurde mittels sog. Umkehrentwicklung (reverse development) zu einem Tonerbild entwickelt.

Das dabei auf der Trommel 32 entstandene Tonerbild wurde auf ein Reparaturband (mending tape) (der Firma 3M Co., Ltd.) übertragen, das Band wurde auf weißes Papier aufgeklebt, und die Bilddichte wurde mittels reflektierten Lichts gemessen. Diese Dichte wird als Dd bezeichnet.

Sodann wurde auf gleiche Weise ein anderes Tonerbild auf der Mantelfläche der Trommel 32 erzeugt. Dieses Tonerbild wurde auf der Trommel 32 belassen, ohne auf das Papierblatt p übertragen zu werden. In diesem Zustand wurde ein Lichtstrahl auf die Trommel 32 aufgestrahlt, um ihre Mantelfläche zu entladen, worauf die Trommelmantelfläche erneut aufgeladen wurde. Sodann wurde das Tonerbild nach dem Durchlauf durch die Entwicklungseinheit 42 ohne Belichtung oder Entwicklung auf das genannte Reparaturband (oder Klebeband) übertragen, worauf die Bilddichte auf weißem Papier gemessen wurde. Wenn diese Dichte mit Dc 1 bezeichnet wird, läßt sich die Reinigungsleistung wie folgt ausdrücken.

ξ = 1-Dc 1/ Dd.

Die Reinigungsleistung wurde in der Weise ermittelt, daß die Ladungsmenge (µc/g) des Toners t in der Entwicklungseinheit 42, auf der Grundlage des Abblasverfahrens, variiert wurde. Die Versuchsergebnisse sind in Fig. 8 dargestellt.

Allgemein gilt, daß die Bilddichte um so größer ist, je mehr Resttoner t vorhanden ist. Die Dichte des von der lichtempfindlichen Trommel 32 auf das Papierblatt p übertragenen Tonerbilds liegt in der Größenordnung von 1,0, und die Übertragungsleistung bzw. der Übertragungswirkungsgrad liegt im Bereich von etwa 75 bis 90%. Wenn die Dichte des übertragenen Tonerbilds, die Konzentration des Resttoners und die Übertragungsleistung mit Dp, Dd bzw. η bezeichnet werden, ergibt sich folgende Beziehung:

Dp/ (Dd + Dp) = η

Wenn die Übertragungsleistung h auf den unteren Grenzwert von 75% des angegebenen Bereichs gesetzt ist und wenn diese Größe in die obige Gleichung eingesetzt wird, ergibt sich:

1,6/ (Dd + 1,6) = 0,75.

Die Konzentration Dd (auf der Grundlage der Reparaturbandmethode) des nicht übertragenen, auf der Mantelfläche der lichtempfindlichen Trommel 32 zurückbleibenden Toners t beträgt somit etwa 0,53. Wenn eine derartige Tonermenge auf der Trommelmantelfläche verbleibt, wird ein Speicherbild erzeugt, sofern nicht der Toner t beseitigt wird. Wenn die Konzentration Dc 1 des Resttoners t auf der Trommelmantelfläche auf 0,1 verringert werden kann, wirft dagegen ein Speicherbild auf dem übertragenen Bild keinerlei Probleme auf.

Im Fall von Dc 1=0,1 und Dd=0,53 ergibt sich die Reinigungsleistung ξ zu

ξ = 1-Dc 1/ Dd = 1-0,1/0,53 0,81

Wenn somit die Reinigungsleistung etwa 80% oder mehr beträgt, wirft ein Speicherbild auf dem übertragenen Bild keinerlei Probleme auf.

Zur Erzielung der Reinigungsleistung (oder des Reinigungswirkungsgrads) von 80% oder mehr ist es nur nötig, daß die Tonerladungsmenge im Bereich von 18 bis 28 µc/g liegt (vgl. Fig. 8).

Im folgenden ist die lichtempfindliche Trommel 32 im einzelnen beschrieben.

Gemäß Fig. 9 umfaßt die lichtempfindliche Trommel 32 einen Hohlzylinder 88, eine Ladung erzeugende Schicht 90 und eine Ladung transportierende Schicht 92. Der aus Aluminium hergestellte Hohlzylinder 88 besitzt einen Außendurchmesser von 30 mm und eine Wanddicke von 0,8 mm. Die Schicht 90 ist auf den Hohlzylinder 88 aufgetragen, während die Schicht 92 auf die Oberfläche der Schicht 90 aufgebracht ist.

Die Ladung erzeugende Schicht 90 wird durch Auftragen eines τ-Typ-Phthalocyanins (der Firma Toyo Ink Mfg. Co., Ltd.) und eines Butyralharzes (der Firma UCC Co., Ltd.) mit einer Dicke von 0,1 mm und in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 1 ausgebildet. Die Erzeugung der Ladung transportierenden Schicht 92 erfolgt durch Auftragen von 9-Ethylcarbazol-3- carboxyaldehyd-methylhydrazon (ECPM; von der Firma Inuyu Yakuhin Co., Ltd.) und Polyarylat (U-100; der Firma Unitika Ltd.) mit einer Dicke von 17 mm und in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 0,65.

Die Ladung transportierende Schicht 92 ist eine durchsichtige, die Ladung erzeugende Schicht 90 bedeckende Schicht. Selbst wenn dabei Tonerteilchen eines Durchmessers von 30 µm oder weniger auf der Mantelfläche der lichtempfindlichen Trommel 32 bei deren Belichtung vorhanden sind, wird die Schicht 90 kaum durch Schatten oder Abschattungen der Tonerteilchen oder nur durch Schatten einer praktisch vernachlässigbaren Dunkelheit beeinflußt, was auf dem gebeugten Licht 36 a und dem reflektierten Streulicht 36 b im Inneren der Schicht 92 beruht (vgl. Fig. 10).

Wenn auf der Mantelfläche der Trommel 32 Tonerteilchen eines Durchmessers von mehr als 30 µm vorhanden sind, wird dadurch das erzielte oder hergestellte Bild beeinträchtigt. Insbesondere entsteht dabei auf einem durchwegs schwarzen Bild ein Speicherbild in Form weißer Punkte oder Flecke eines Durchmessers von 30 µm oder weniger.

Die Ladung transportierende Schicht 92 kann aus einem beliebigen Werkstoff bestehen, der Licht durchzulassen vermag, etwa den vom optischen System 40 emittierten Laserstrahl 36. Dabei entstehen mangelhafte oder fehlerhafte Bilder, sofern nicht die Dicke der Schicht 92 gleich groß oder größer ist als der mittlere Teilchendurchmesser des Toners t. Im Hinblick auf die Restpotentialeigenschaften beträgt die Dicke der Schicht 92 weiterhin vorzugsweise 30 µm oder weniger (vgl. Fig. 11).

Die bei der beschriebenen Ausführungsform verwendete lichtempfindliche Trommel 32 besitzt eine Empfindlichkeit für eine Halbpotential-Lichtmenge von 6,2 Erg/cm² (vgl. Fig. 12). Die Belichtungsgröße oder Belichtungslichtmenge des optischen Systems 40 liegt im Bereich von 30 bis 50 Erg/cm².

Im Zuge der Entwicklung des Reinigungsverfahrens wurde die Beziehung zwischen der Resttonermenge und dem Speicherbild untersucht. Dabei wurde festgestellt, daß ein Speicherbild auf dem (erzeugten) Bild entsteht, wenn die Resttonermenge 0,1 mg oder mehr beträgt. Dies entspricht dem Fall, in welchem die Übertragungsleistung und die Übertragungs(bild)dichte 75% bzw. etwa 1,0 betragen. Selbst wenn dabei die Spannung der Übertragungsaufladeeinheit nach einer Abnahme der Übertragungsleistung (oder des Übertragungswirkungsgrads) bei hoher Luftfeuchtigkeit erhöht wird, entsteht ein Speicherbild bei einer Luftfeuchtigkeit von 85%.

Wenn die lichtempfindliche Trommel 32 vor der Übertragung mittels der Vorübertragungs-Entladungslampe 94 (vgl. Fig. 3) elektrisch entladen (de-electrified) wird, wird das Speicherbild beseitigt. Dabei ist für die Lampe 94 eine Lichtmenge nötig, die nicht kleiner ist als das Doppelte der Halbpotential-Belichtungsgröße der Trommel 32.

Zur Bestimmung der Ursache für diese Erscheinung wurde die Bilddichte für übertragene Bilder oder Übertragungsbilder untersucht, welche zum einen der Vorübertragungsentladung oder elektrischen Entladung unterworfen und zum anderen nicht unterworfen wurden. Dabei zeigte es sich, daß die Dichte des entladenen Bilds um etwa 10% höher ist als diejenige des nicht entladenen Bilds.

Dies beruht auf der Erhöhung der Übertragungsleistung bei hoher Luftfeuchtigkeit, so daß diese Leistung im wesentlichen dem bei Normaltemperatur erzielten Wert gleich ist, bei dem das Auftreten eines Speicherbilds verhindert wird.

Beim beschriebenen Gerät wird das Papierblatt p über die Entwicklungsvorrichtung 42 hinweg transportiert. Infolgedessen muß die Vorübertragung-Entladungslampe 94 oberhalb der Walze 62 und unterhalb der Papierblatt-Transportstrecke 96 angeordnet sein.

Wenn die einen kleinen Durchmesser besitzende lichtempfindliche Trommel 32 unmittelbar über der Entwicklungseinheit 42 montiert ist, kann möglicherweise verstreuter Toner (Farbpulver) t an der Vorübertragung-Entladungslampe 94 anhaften. Mit zunehmender Zahl von Aufzeichnungspapierblättern verringert sich dabei die auf die Trommel 32 aufgestrahlte Lichtmenge. Bei der dargestellten Ausführungsform ist daher eine Mylar-Folie (eingetragenes Warenzeichen = Polyesterfolie) 100 an der Bestrahlungsapertur 98 angeordnet, über welche das von der Entladungslampe 94 emittierte Licht auf die Trommel 32 geworfen wird. An der trommelseitigen Fläche der Mylar-Folie 100 ist eine nicht dargestellte, durchsichtige Leiterfolie vorgesehen. An die Leiterfolie wird eine Vorspannung von -600 V, entsprechend dem Aufladepotential der Trommel 32, angelegt, wodurch der Toner t an einem Anhaften an der Folie gehindert wird. Wenn die Vorspannung dasselbe Potential wie das Lade- oder Aufladepotential der Trommel 32 besitzt und nicht niedriger ist als die Entwicklungsvorspannung, vermag sie ein Anhaften oder eine Anlagerung des Toners t wirksam zu verhindern. Wenn dagegen die Vorspannung 1000 V oder mehr erreicht, kann leicht eine Entladung zwischen der Leiterfolie und anderen Bauteilen stattfinden. Aus diesem Grund sollte daher die Vorspannung für die Verhinderung der Toneranhaftung nicht niedriger sein als die Entwicklungsvorspannung und unter 1000 V liegen.

Die Vorübertragung-Entladungslampe 94 ist weiter von der lichtempfindlichen Trommel 32 entfernt als die Entwicklungswalze 62. Das von der Lampe 94 emittierte Licht wird über eine durchsichtige Platte oder Scheibe 102 aus Acrylharz zur Trommel 32 geleitet.

Eine Vorübertragungs-Entladungsabdeckung 104 dient gleichzeitig auch als Führung für das Papierblatt p. Zur Verhinderung einer mangelhaften Übertragung, die auf eine Streuung der Ladung am Papierblatt p zurückzuführen ist, ist die Abdeckung aus einem isolierenden Element oder Isoliermaterial geformt. Wahlweise kann die Abdeckung 104 auch aus einem leitfähigen Element oder Material, z. B. einem Metallelement, geformt und an ihrer Oberfläche mit einem Isolierelement versehen sein.

Wie vorstehend beschrieben, wird der auf der Mantelfläche der lichtempfindlichen Trommel 32 zurückbleibende Resttoner t gleichzeitig mit dem Entwicklungsvorgang durch elektrische Anziehung mittels der Entwicklungseinheit 42 entfernt. Aus diesem Grund braucht kein Rückgewinnungs- oder Sammelkasten für den Toner t vorgesehen zu sein. Das Gerät kann mit kleinen Abmessungen und geringem Gewicht realisiert werden, wobei eine Verschmutzung seines Inneren durch den Toner vermieden ist. Außerdem braucht auch keine Reinigungsklinge vorgesehen zu sein, die bei herkömmlichen Geräten mit der Trommel 32 in Berührung steht. Infolgedessen ist die Standzeit der Trommel 32 verlängert.

Weiterhin ist die lichtempfindliche Trommel 32 mit einer Ladung erzeugenden Schicht 90 und einer diese bedeckenden Ladung transportierenden Schicht 92 versehen. Auch wenn hierbei während der Belichtung der Trommel 32 Resttoner t auf der Trommel 32 vorhanden ist, wird aufgrund dieser Anordnung die Schicht 92 durch den Toner nicht abgeschattet, so daß die Erzeugung eines zufriedenstellenden Bilds gewährleistet ist.

Claims (6)

1. Bilderzeugungsgerät, umfassend
einen Bildträger (oder -aufnehmer) (32),
eine Aufladeeinheit (34) zum elektrischen Aufladen des Bildträgers (32),
eine Belichtungseinheit (40) zum Aufstrahlen eines eine Bildinformation enthaltenden Lichtstrahls (36) auf den Bildträger (32) zwecks Erzeugung eines der Bildinformation entsprechenden elektrostatischen Latentbilds auf der Oberfläche des Bildträgers (32),
eine Entwicklungseinheit (42) zum Entwickeln des (elektrostatischen) Latentbilds mit Hilfe eines Entwicklers (G) zwecks Erzeugung eines Entwicklerbilds auf der Oberfläche des Bildträgers (32) und
eine Übertragungseinheit (44) zum Übertragen des Entwicklerbilds von der Oberfläche des Bildträgers (32) auf einen Aufzeichnungsträger,
wobei die Entwicklungseinheit (42) gleichzeitig mit der Entwicklung des Latentbilds auch den nach der Übertragung durch die Übertragungseinheit (44) auf der Oberfläche des Bildträgers (32) verbliebenen Entwickler (G) beseitigt,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Bildträger (32) eine Ladung erzeugende Schicht (90) und eine Ladung transportierende Schicht (92) aufweist,
die Aufladeeinheit (34) den Bildträger (32) elektrisch so auflädt, daß eine elektrische Ladung in der Ladung erzeugenden Schicht (90) erzeugt und gehalten wird,
die Belichtungseinheit (40) den Lichtstrahl (36) durch die Ladung transportierende Schicht (92) hindurch auf die Ladung erzeugende Schicht (90) des Bildträgers (32) aufstrahlt und
der von der Belichtungseinheit (40) aufgestrahlte Lichtstrahl (36) durch die Ladung transportierende Schicht (92) hindurch auch zu den durch den Rest-Entwickler (G) abgeschatteten Bereichen der Ladung erzeugenden Schicht (90) geführt wird.

2. Bilderzeugungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladung transportierende Schicht (92) eine Dicke von 30 µm oder weniger besitzt.

3. Bilderzeugungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entwickler (G) aus einem Farbpulver (t) und einem Magnetpulver (c) besteht und der mittlere Teilchendurchmesser des Farbpulvers (t) 30 µm oder weniger beträgt.

4. Bilderzeugungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Ladung transportierenden Schicht (92) nicht kleiner ist als der mittlere Teilchendurchmesser des Farbpulvers (t).

5. Bilderzeugungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildträger (32) mit (for) derselben Polarität wie der Entwickler (G) aufgeladen ist oder wird.

6.Bilderzeugungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildträger (32) eine trommelförmige Basis (88) aufweist und die Ladung erzeugende Schicht (90) auf der Basis (88) ausgebildet und von der Ladung transportierenden Schicht (92) bedeckt ist.