DE3837527A1 - Bilderzeugungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bilderzeugungsvorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Bilderzeugungsvorrichtung wird beispielsweise in Verbin­ dung mit Laser-Druckern, Kopiergeräten, Telekopierern usw. eingesetzt.

Die Bilderzeugungsvorrichtungen der zuvor genannten Art weisen im allgemeinen eine photoempfindliche Trommel auf, die in einer bestimmten Richtung gedreht wird. Folgende Baueinheiten umgeben die Trommel: Ein Hauptlader, ein Belichtungsteil eines Belichtungsystems, eine Entwicklereinheit, ein Übertragungslader, ein Separationslader, ein Reiniger und ein Ladungsentferner. Diese Baueinheiten sind im allgemeinen in Drehrichtung der Trommel hintereinander angeordnet.

Um ein Bild auf einem Blatt Papier erzeugen zu können, muß zunächst die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel von dem Hauptauflader gleichmäßig aufgeladen werden. Die aufgeladene Oberfläche wird von dem Belichtungssystem abgetastet, das bei einem Kopiergerät ein optisches System, bei einem Laser-Drucker ein Laser­ optisches System usw. ist, um ein elektrostatisches Latentbild auf der Trommeloberfläche zu bilden. Nachdem das Latentbild entstanden ist, wird von der Entwicklungs­ einheit Toner aufgebracht. Dadurch wird das Latentbild sichtbar, d.h. es wird zu einem Tonerbild. Dieses Tonerbild wird dann vom Übertragungsauflader auf ein Blatt Papier übertragen, das mit der Trommel in Berührung gebracht wird. Nach dem Übertragen des Tonerbildes wird das Blatt durch den Separationsauflader von der Trommel abgelöst.

Die auf der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel verbliebenen Tonerteilchen werden von dem Reiniger ent­ fernt. Anschließend wird das elektrostatische Latentbild gelöscht, um einen neuen Vorgang durchführen zu können.

Üblicherweise werden auf der Trommeloberfläche verbliebene Tonerteilchen physisch von einer Klinge abgeschabt. Der abgeschabte oder abgekratzte Toner wird im Reiniger gesammelt. Normalerweise füllt sich der Innenraum des Reinigers nach dem Drucken von 2000 bis 3000 Blättern mit Toner. Dadurch wird der Reiniger unwirksam.

Es sind bereits Bilderzeugungsvorrichtungen bekannt, bei denen der durch abgekratzte Tonerteilchen gefüllte Reiniger zusammen mit der photoempfindlichen Trommel ausgetauscht wird, wenn die Trommel ersetzt wird. Diese Ersatzteile sind jedoch sehr teuer. Außerdem ist ihre Wartung zeitaufwendig, so daß das Gerät zu Wartungs­ zwecken verhältnismäßig lange abgeschaltet werden muß.

Es ist auch bereits bekannt, bei Bilderzeugungsvorrichtungen eine Tonerförderschnecke vorzusehen, die den Toner aus dem Reiniger wiedergewinnt. Dabei fördert die Schnecke den Toner zu einer außerhalb des Reinigers angeordneten Auffangbox, in der die Wiedergewinnung erfolgt. Da die Auffangbox jedoch in dem Gerät untergebracht sein muß, kann sie nur verhältnismäßig klein sein. Dies bedeutet, daß sie nach mehreren tausend Kopien gegen eine neue ausgetauscht werden muß. Dabei besteht außerdem immer die Gefahr, daß etwas Toner zu Boden fällt, was eine sehr hohe Verschmutzungsgefahr mit sich bringt.

Bei den bekannten Bilderzeugungsvorrichtungen muß der Schaber die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel berühren, was gelegentlich zu Verkratzungen führt.

Eine photoempfindliche Trommel mit organischem Photo­ leiter (OPC) ist im allgemeinen sicher und ohne schädliche Effekte einsetzbar. Da sie jedoch weich ist, hat sie nur eine sehr kurze Lebensdauer. Wenn diese photoempfindliche Trommel einen kleinen Durchmesser hat, muß sie sich zahlreiche Male drehen, bis ein einziges Blatt Papier bedruckt ist. Aus diesem Grunde wird ein und derselbe Teil der Trommel häufig immer wieder verwendet, was zwangsläufig die Lebensdauer der Trommel herabsetzt. Eine photempfindliche Trommel mit kleinem Durchmesser ist daher nicht besonders zweckmäßig, so daß auch die Größenabmessungen des Gerätes nicht ohne weiteres reduzierbar sind.

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wurde bereits eine Bilderzeugungsvorrichtung geschaffen, die ohne Reiniger auskommt. Sie ist in der US-PS 46 64 504 beschrieben. Bei der bekannten Vorrichtung übernimmt die Entwicklungseinheit auch eine Reinigungsfunktion. Das Reinigen erfolgt jedoch nicht immer in zufrieden­ stellender Weise, so daß sich ein vorhergehendes Bild gelegentlich schattenartig mit einem aktuellen Bild überlagert.

Man hat daher versucht, die photoempfindliche Trommel mit Hilfe einer Bürste von Resttoner zu befreien. Dies erfordert aber auch gelegentlich den Austausch der Bürste und da an den Borsten Tonerteilchen haften, ist dieser Austauschvorgang ebenfalls mit einer starken Verschmutzungsgefahr verbunden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Bilderzeugungsvorrich­ tung zu schaffen, die kleiner und leichter als bekannte Vorrichtungen ist, indem sie ohne Tonergewinnungsbox auskommt und bei der ohne Gefahr von Verschmutzungen Bilder von hoher Qualität erzeugt werden können. Außerdem soll die Lebensdauer der photoempfindlichen Trommel größer als beim Stand der Technik sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Patent­ anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Bilderzeugungsvorrichtung weist Mittel zum Erzeugen eines Ladungsmusters auf einem Bildträger auf, wobei das Ladungsmuster ein Abbild der Vorlage darstellt. Es sind Einrichtungen vorgesehen, um gleichzeitig das Ladungs­ muster mit Hilfe eines Entwicklermittels auf dem Bild­ träger zu entwickeln und restliches Entwicklermittel von einem vorhergehenden Bilderzeugungsvorgang von den Teilen des Bildträgers zu entfernen, die nicht dem ent­ wickeltem Bild zugehören. Nach der Übertragung des ent­ wickelten Bildes vom Bildträger auf ein Blatt Papier wird das auf dem Bildträger verbliebene Entwicklermittel durch eine Einrichtung entfernt. Der Bildträger und eine Verteilungseinrichtung werden als einzelne austauschbare Einheit in der Vorrichtung angeordnet.

Dadurch wird das auf der Oberfläche des Bildträgers verbliebene Entwicklermittel zur gleichen Zeit entfernt, wie die Entwicklung durch elektrische und mechanische Anziehung erfolgt, die durch die Entwicklereinrichtung durchgeführt wird. Eine Tonerwiedergewinnungsbox ist daher nicht erforderlich, so daß auch keine Verschmutzungs­ gefahr besteht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch ein Aus­ führungsbeispiel bei der Verwendung in einem Laser-Drucker;

Fig. 2A+2B perspektivische Ansichten des Ausführungsbei­ spiels;

Fig. 3A einen Teilschnitt durch das Ausführungsbeispiel;

Fig. 3B eine Draufsicht auf die in Fig. 3A dargestellten Teile;

Fig. 4A-4D Diagramme der Funktionsweise des Ausführungs­ beispiels; und

Fig. 5A-5D Diagramme über die Veränderung des Oberflächen­ potentials auf einer photoempfindlichen Trommel, die in dem Ausführungsbeispiel Verwendung findet.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar einen Laser-Drucker. Der Laser-Drucker verwendet einen Halbleiter-Laser. Es wird jedoch darauf hinge­ wiesen, daß die Erfindung nicht auf Laser-Drucker beschränkt ist, sondern auch auf andere Art von Bilderzeugungsvorrichtungen angewendet werden kann, beispielsweise auf Kopiergeräte, Fernkopierer usw.

Ein Laser-Drucker wird üblicherweise mit einem Computer verbunden, von dem er Druckbefehle erhält.

Wenn ein Startbefehl zum Drucken gesendet wird, dann wird zuerst die photoempfindliche Trommel 32 in Drehung versetzt. Dabei wird zunächst die Trommel 32 von einem Hauptauflader 34 elektrisch aufgeladen. Wenn dann punkt­ förmige Bilddaten vom Computer zugeführt werden, dann wird der Laserstrahl 36 entsprechend diesen Daten modu­ liert und über ein optisches System 40, zu dem ein Polygonscanner 38 gehört, auf die Trommeloberfläche geleitet. Die aufgeladene Trommel 32 wird von dem Laserstrahl 36 abgetastet. Dadurch wird ein elektro­ statisches Latentbild auf der Oberfläche der Trommel 32 gebildet. Anschließend wird Toner von einer Entwicklungs­ einheit 42 auf das Latentbild aufgebracht. Dadurch wird letzteres sichtbar, d.h. es wird zu einem Tonerbild entwickelt. Das Tonerbild wird auf die Oberfläche eines Blattes Papier P in einem Übertragungsabschnitt von einem Übertragungsauflader 44 übertragen. Das Blatt P wird von einer Kassette 46 durch Papierzuführwalzen 48 und durch ein Paar Ausrichtrollen 50 zugeführt. Nach der Übertragung wird das mit dem Tonerbild versehene Blatt P an ein Paar Fixierwalzen 52 übergeben. Diese fixieren das Tonerbild auf dem Blatt P. Anschließend wird das Blatt P durch ein Paar Austragwalzen 54 an eine Ablage 56 ausgegeben.

Nach dem Übertragen des Tonerbildes wird zum leichten Entfernen von Resttoner t die Oberfläche der Trommel 32 mit einer Verteilungseinrichtung 100 in Gleitkontakt gebracht. Auf der Trommel 32 verbliebener Resttoner wird verteilt und dadurch wird der Haftort des Resttoners t auf der Trommel 32 verändert. Anschließend wird die Ober­ fläche der Trommel 32 von einem Entlader 36 entladen, der das elektrostatische Latentbild löscht. Damit ist ein Bilderzeugungszyklus abgeschlossen.

Die Fig. 2A und 2B zeigen den geöffneten Drucker. Der Drucker besitzt ein oberes Gehäuse 217 und ein unteres Gehäuse 218, die durch Gelenkbolzen 219 miteinander ver­ bunden sind. Das obere Gehäuse 217 läßt sich um den Gelenkbolzen 219 nach oben schwenken. In dem unteren Gehäuse 218 befindet sich eine Bilderzeugungseinrichtung mit einem optischen System 40, der photoempfindlichen Trommel 32, der Entwicklereinheit 42, den Fixier­ walzen 52, der Verteileinrichtung 100 sowie mit anderen Teilen. Im oberen Gehäuse 217 sitzen der Übertragungs­ auflader 44 und ebenfalls weitere Bauelemente.

In der dargestellten Ausführungsform sind die Entwicklungs­ einheit 42, der Hauptauflader 34, die Verteilungsein­ heit 100 und andere Bauelemente, die um die photoempfind­ liche Trommel 3 angeordnet sind, vom Gehäuse 58 einge­ schlossen, d.h. letzteres ist ein weiteres Gehäuse, das unabhängig von dem unteren und oberen Gehäuse gebildet ist und eine Verarbeitungseinheit 230 bildet. Wenn also die photoempfindliche Trommel, die Entwicklungseinheit 42 oder die Verteilungseinheit 100 ersetzt werden soll, so ersetzt man die Verarbeitungseinheit 230 als komplette Einheit. Dies erleichtert die Wartungsarbeiten ganz wesentlich.

Die Verarbeitungseinheit 230 kann im Drucker montiert werden, indem man sie auf Schienen 231 und 233 parallel zur Drehachse der Trommel 32 verschiebt. Wenn die Ver­ arbeitungseinheit 230 ausgetauscht werden soll, wird zunächst das obere Gehäuse 217 in die geöffnete Stellung gemäß Fig. 2A geschwenkt. Die Verarbeitungseinheit 230 kann dann an den Schienen 231 und 232 gemäß Fig. 2B seitlich herausgezogen werden.

Fig. 3 ist ein schematischer Schnitt durch die Verarbei­ tungseinheit 230 und Fig. 3B deren Draufsicht. Die Ver­ arbeitungseinheit 230 besitzt einen Griff 237, um sie auf den Schienen 231 und 232 herauszuziehen und wegzu­ tragen.

Gemäß Fig. 3 weist die Verteilungseinheit 10 eine leit­ fähige Bürste 101 auf. Die Bürste 101 sitzt auf einer leitenden Haltestange 102 und ist durch Befestigungs­ mittel in Form von Bolzen oder Nieten 164 am Gehäuse 58 angebracht. Ferner ist die Bürste 101 über die Halte­ stange 102 an eine Spannungsquelle 103 angeschlossen, die ihr ein Potential von entgegengesetzter Polarität wie das elektrostatische Latentbild zuführt.

Die Entwicklungseinheit 42 besitzt eine Entwicklungs­ walze 62, einen Rakel 64, einen Rührförderer 66 und einen rührenden Zuführer 68. Der Rakel 64 ist in dem Bereich angeordnet, in dem die photoempfindliche Trommel 32 einen Gleitkontakt mit einer magnetischen Bürste eines Entwicklermittels auf der Entwicklungswalze 62 hat, d.h. auf der oberen Seite der Entwicklungs­ position 69 in bezug auf die Drehrichtung der Entwick­ lungswalze 62. Der Rakel begrenzt die Dicke der Magnetbürste. Der rührende Förderer 66 und der rührende Zuführer 68 sind im Gehäuse 58 im Bereich des Entwickler­ speichers 70 enthalten. Der rührende Förderer 66 rührt und fördert frischen Toner t von der Tonereinfüllung (die nicht dargestellt ist) zum rührenden Zuführer 68. Der rührende Zuführer 68 rührt und führt Toner t zur Entwicklungswalze 62. In der Entwicklerstufe 70 ist ein Entwicklungsmittel G gespeichert, das aus Toner (Farbpulver) t und Träger (Magnetpulver) c zusammen­ gesetzt ist. Die Tonereinführung bevorratet neuen Toner t und füllt den Speicherteil 70 mit Toner t wieder auf. Der Toner t und der Träger c werden reibungselektrisch aufgeladen, und zwar beispielsweise durch die Entwicklungs­ walze 62, den rührenden Förderer 66 oder den rührenden Zuführer 68, usw.

Die Entwicklungswalze 62 weist eine Magnetwalze 74 und eine Buchse 76 auf. Die Buchse 76 sitzt auf der Magnet­ walze 74 und wird in Fig. 3A gegen den Uhrzeigersinn gedreht.

Die Magnetwalze 74 besitzt drei Polblöcke 78, 80 und 82. Der Block 78 hat seinen Südpol radial nach außen gerichtet, während in den Blöcken 80 und 82 die Nordpole nach außen gerichtet sind.

Eine Umkehrentwicklung erfolgt in der Entwicklungs­ einheit 42. Nach dem Übertragen des Tonerbildes wird Resttoner t von der photoempfindlichen Trommel 32 gleich­ zeitig mit der Bildung des elektrostatischen Latent­ bildes entfernt. Dadurch kann die Trommel eine längere Lebensdauer haben und der elektrophotographische Prozeß ist außerdem vereinfacht. Die Fig. 4A bis 4D und 5A bis 5D verdeutlichen den Zustand der Tonerteilchen auf der Trommel 32 und die Veränderungen des Oberflächen­ potentials der Trommel 32 während des Bilderzeugungs­ prozesses.

Gemäß den Fig. 4A und 5A wird die photoempfindliche Trommel 32 zunächst auf beispielsweise -600 V auf­ geladen, was nachfolgend als Oberflächenpotential der Trommel 32 bezeichnet wird. Die erforderliche Spannung wird vom Hauptauflader 34 letztlich von der Spannungsquelle 84 zugeführt. Restliche Tonerteilchen t, die dann noch auf der Trommel 32 vom vorhergehenden Bilderzeugungsvorgang vorhanden sind und nicht auf ein Blatt P übertragen wurden, werden aufgeladen. Gleichzeitig werden die Teile der Trommel 32, auf denen sich Resttonerteilchen t befinden, ebenfalls aufgeladen. Es hat sich nämlich in Versuchen herausgestellt, daß beim Entfernen von Toner t mit Hilfe eines Schabers, beispielsweise aus Polyu­ rethan, das Oberflächenpotential von den Teilen der Trommel 32, auf denen sich Resttonerteilchen befanden, auf 80 bis 90% desjenigen Potentials wie der Teil gehalten wurde, auf dem keine Resttonerteilchen vorlagen.

Gemäß Erfindung wird die photoempfindliche Trommel 32 gleichmäßig aufgeladen, indem man einen Scorotron- Auflader als Hauptauflader 34 einsetzt. Wie bereits erwähnt, ist der Potentialunterschied von den Bereichen, die keine Resttonerteilchen enthielten, zu den Bereichen mit Resttoner so klein, daß er praktisch vernächlässigbar ist.

Wie bereits erwähnt, wird die Oberfläche der photoempfind­ lichen Trommel 32 von einem Laserstrahl 36 abgetastet, der entsprechend den Eingangssignalen vom Computer modu­ liert wird. Dadurch wird das Oberflächenpotential auf der Trommel 32 selektiv abgeschwächt. Dies führt letztlich zu der Erzeugung des elektrostatischen Latentbildes gemäß den Fig. 4B und 5B.

Das elektrostatische Latentbild wird von der Entwicklungs­ einheit 42 entwickelt, die Toner t in Form eines Farb­ pulvers zuführt. Gleichzeitig werden Resttonerteilchen t, der für die Bildung des Tonerbildes nicht erforderlich ist, von der Entwicklungseinheit 42 gemäß Fig. 4C und 5C entfernt.

Das Tonerbild wird von dem Übertragungsauflader 44 auf die Oberfläche des Blattes P übertragen. Hierzu wird eine Hochspannung von entgegengesetzter Polarität wie der negativ-geladene Toner vom Übertragungsauflader 44 angelegt. Die Rückseite des Blattes P wird einer positiven Coronaentladung ausgesetzt, so daß sie positiv geladen wird. Dadurch wird das negative Tonerbild von der photoempfindlichen Trommel 32 gemäß den Fig. 4D und 5D zum Blatt P gezogen.

Es ist wesentlich, daß das zuvor genannte Verfahren der gleichzeitigen Entwicklung und Reinigung durch das soge­ nannte Umkehrentwicklungsverfahren durchgeführt wird. Der Grund dafür ist der, daß der Toner t und die photo­ empfindliche Trommel 32 mit der gleichen Polarität aufge­ laden werden, so daß die Polarität des Resttoners t durch den Aufladevorgang vom Hauptauflader 34 niemals invertiert werden kann.

Es ist auch wichtig, bei dem Umkehrentwicklungsverfahren eine Magnetbürste zu verwenden. Resttoner t wird auf mechanische Weise entfernt, indem die Magnetbürste den Toner abstreift, wobei eine Potentialdifferenz zwischen der Trommel 32 und der Entwicklungswalze 62 erzeugt wird.

Es ist an sich schwierig, einen Entwickler zu schaffen, der außerdem als Reiniger arbeitet. Materialien, die sich als Entwickler eignen, reinigen normalerweise schlecht und gute Reinigungsmaterialien sind im allgemeinen keine guten Entwickler.

Bei der Umkehrentwicklung wird Toner t von der Entwick­ lungswalze 62 auf die Oberflächenbereiche der Trommel 32 übertragen, die nach dem Aufladevorgang durch den Haupt­ auflader 43 einer Entwicklungsvorspannung Vb ausgesetzt wird, die an die Entwicklungswalze 62 gelegt wird. Beim Reinigen wird hingegen Resttoner t von den Oberflächen­ bereichen der Trommel 32, die nicht "belichtet" wurden, zu der Entwicklungswalze 62 gezogen, und zwar im wesent­ lichen durch die Potentialdifferenz /Vo-Vb/ zwischen dem Oberflächenpotential Vo aufgrund der Trommelaufladung vom Hauptauflader 34 und der Entwicklungsvorspannung Vb.

Um eine hinreichende Bildqualität zu erhalten, muß diese Potentialdifferenz /Vo-Vb/ als wesentliches Element der gemeinsamen Reinigung und Entwicklung angesehen werden.

In einem Ausführungsbeispiel ist die Trommel 32 eine lichtempfindliche Trommel aus einem organischen Foto­ leiters, der negativ aufgeladen werden kann. Da aber auch eine positive Aufladung bei einem anderen Ausführungsbeispiel möglich wäre, werden die Potentiale als Absolutwerte angegeben.

Wenn die Reinigung nicht zufriedenstellend erfolgt, dann erscheinen Bildteile eines vorhergehenden Bildes auf dem aktuellen Blatt P. Wenn die Potentialdifferenz /Vo-Vb/ kleiner als 50 Volt ist, dann kann man Resttoner t nicht vollständig entfernen, denn die Potentialdifferenz ergibt eine zu geringe Anziehungskraft.

Wenn die Potentialdifferenz /Vo-Vb/ jedoch zu hoch wird, dann wird Ladung umgekehrt von der Entwicklungswalze 62 zum Toner t übertragen. Daher wird Toner t immer mit der entgegengesetzten Polarität aufgeladen. Dies führt dazu, daß bei einer Potentialdifferenz /Vo-Vb/ von mehr als 300 Volt eine Schleierbildung auf dem Papier entsteht.

In einem Ausführungsbeispiel wurde ein Träger c im Entwicklungsmittel G verwendet, der eine maximale Magnetkraft von 50 bis 150 elektromagnetische Einheiten je Gramm besaß und wobei die Entwicklung mit einem Polblock 80 erfolgte, der in der Entwicklungswalze 62 eine Magnetflußdichte von 1000 Gauß besaß. Wenn die Potentialdifferenz /Vo-Vb/ mehr als 300 Volt betrug, blieb der Träger c an der photoempfindlichen Trommel 32 haften. Daher sollte die Potentialdifferenz zweckmäßiger­ weise mehr als 50 Volt und weniger als 300 Volt betragen.

Claims (3)

1. Bilderzeugungsvorrichtung mit einem wiederverwendbaren Bildträger und mit einer Entwicklungseinheit zur Erzeugung eines Bildes auf einem Aufzeichnungsmedium, wobei die Vorrichtung Mittel zur Bildung eines aufgeladenen Musters entsprechend dem Bild auf dem Bildträger besitzt; ferner mit Mitteln zum gleichzeitigen Entwickeln des aufgeladenen Bildes mit einem Entwicklungsmittel zu einem entwickelten Bild auf dem Bildträger und Entfernen des auf dem Bildträger von einem vorhergehenden Bild verbliebenen Entwicklungsmittels aus Teilen des Bildträgers, die nicht dem gerade entwickelten Bild entsprechen, und mit Einrichtungen zum Übertragen des entwickelten Bildes von dem Bildträger zum Aufzeichnungsmedium, gekennzeichnet durch:
Mittel (100) zum Verteilen von Entwicklungsmittel, das auf dem Bildträger (62) nach der Übertragung des entwickelten Bildes verblieb; und
Mittel (58) zum Anordnen von zumindest dem Bildträger (62) und der Verteilungseinheit (100) als eine zusammen entfernbare Einheit.

2. Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilungseinheit (100) eine Bürste (101) aufweist, die in Gleitkontakt mit dem Bildträger (62) angeordnet ist.

3. Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürste (101) ein gleitfähiges Bürstenelement aufweist, das elektrisch auf ein Potential vorgeladen ist, dessen Polarität entgegen­ gesetzt zur Polarität des auf dem Bildträger (62) gebildeten Musters ist.