DE4210087A1

DE4210087A1 - Vorrichtung oder system zur elektrofotografischen aufzeichnung

Info

Publication number: DE4210087A1
Application number: DE4210087A
Authority: DE
Inventors: Masao Mitani
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 1991-03-29
Filing date: 1992-03-27
Publication date: 1992-10-01
Anticipated expiration: 2012-03-28
Also published as: DE4210087C2; US5216466A; JPH0519567A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung oder ein System zur elektrofotografischen Aufzeichnung, das zur Verwendung in Kopierern, Faksimile-Apparaten, Druckern oder Kombinationen davon, geeignet ist.

Das elektrofotografische Aufzeichnen wird allgemein angewendet, zum Beispiel bei Ausgabe-Vorrichtungen von Haupt-Datenübertragungsblöcken und Personal-Computern und bei Bildvervielfältigungs-Kopierern, und dies hat dazu beigetragen, daß sehr gute Kopien zu niedrigen Kosten erhältlich sind. Insbesondere bei Niedergeschwindigkeitsanwendungen, bei denen Vorrichtungen, die bei vergleichsweise niedrigen Geschwindigkeiten arbeiten, in den letzten Jahren eine erhöhte Akzeptanz erreicht haben, erhöhen Kassetten- Modelle, die die Entwicklereinheit, eine Reinigungsvorrichtung und andere Vorrichtungen rund um den Fotorezeptor herum in einem Modul enthalten, den Marktanteil aufgrund des von ihnen gebotenen Vorteils, daß sie leicht bedienbar sind. Die Kassettenmodelle haben jedoch viele Bauteile, die ersetzt werden müssen, und selbst in dem Fall, wo nur der Toner nachgefüllt werden muß, müssen andere Teile, wie zum Beispiel die Fotorezeptortrommel, die Entwicklereinheit und die Reinigungsvorrichtung, enfernt werden, und dies hat die Wartungskosten um ein Vielfaches dessen erhöht, was eigentlich nötig wäre.

Die größeren Teile oder Bauteile, die bei üblichen, elektrofotografischen Aufzeichnungsvorrichtungen oder -systemen einer Wartung bedürfen, sind hier aufgezählt:

1. Der Fotorezeptor hat eine vergleichsweise kurze Lebensdauer und erfordert fortlaufende Auswechslung durch den Servicetechniker. Größere Ursachen für diese kurze Lebensdauer umfassen nicht nur eine Zerstörung aufgrund der Belichtung oder von Ozon, sondern auch Verschmutzung, Zerstörung und Abnutzung aufgrund der Bauteile, die um den Fotorezeptor herum angeordnet sind, wie zum Beispiel der Entwicklungseinheit, der Übertragungseinheit (einschließlich der Berührung mit dem Aufzeichnungsmedium), der Abstreif-Finger und der Reinigungsvorrichtung; ferner ist die Verschlechterung der Sensibilität zu nennen, die durch diese Phänomene hervorgerufen wird.
2. Bei dem Heizrollen-System, das eines der am meisten angewendeten Verfahren bei Fixiereinheiten ist, ist das Wiederauffüllen des Anti-Anhaft-Silikonöls, das Reinigen und, wahlweise, das Ersetzen der Gegendruckrollen notwendig.
3. Eine Reinigung ist ebenfalls notwendig, um sicherzustellen, daß die Tonerpartikel, die herumfliegen, sich nicht auf dem Aufzeichnungspapier aufbauen, um dort Fehler hervorzurufen; und
4. das Wiederauffüllen des verbrauchten Toners.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben genannten Probleme 1) bis 3) zu lösen und sicherzustellen, daß nur der Toner, der eines der Verbrauchsgüter ist, einer Wartung bedarf, wobei eine elektrofotografische Aufzeichnungsvorrichtung angegeben wird, die nicht nur eine erhebliche Einsparung der Unkosten beim Benutzer bringt, sondern ebenso ein Umweltproblem dadurch löst, daß die Emission von Abfallmaterialien erheblich herabgesetzt wird. Gleichzeitig soll ein System zum elektrostatischen Aufzeichnen angegeben werden, das nicht nur weniger Teile oder Bauteile benötigt, sondern das ein elektrofotografisches Farb-Aufzeichnungssystem darstellt, das kompakt, leichtgewichtig und leicht in der Bedienung durch die üblichen Benutzer ist, die Laien sind. Übliche Systeme sind bisher sehr raumgreifend und schwer gewesen und gleichzeitig sind sie so komplex aufgebaut, daß sie einer Wartung durch Fachingenieure bedürfen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe in ihrem ersten Aspekt durch eine elektrofotografische Aufzeichnungsvorrichtung gelöst, bei der die Belichtung auf einem Fotorezeptor durchgeführt wird, der eine fotoleitfähige, lichtempfindliche Schicht hat, und zwar auf ein Signal von einem optischen Kopf hin, der in der Nachbarschaft des Fotorezeptors vorgesehen ist, einem dielektrischen Metallband in Form eines dünnen, endlosen Metallbandes mit einer dielektrischen Schicht auf seiner äußeren Umfangsfläche, mit der er so in Berührung mit dem Fotorezeptor gebracht wird, daß ein elektrostatisches, latentes Bild auf dem dielektrischen Metallband entsprechend dem Bild auf dem Fotorezeptor gebildet wird und bei der danach das latente Bild mit einem Toner entwickelt wird, um ein Tonerbild hervorzurufen, das dann auf ein Aufzeichnungsmedium übertragen und dauernd fixiert wird, um das fertige Bild aufzuzeichnen.

In einem zweiten Aspekt löst die vorliegende Erfindung die obige Aufgabe durch ein elektrofotografisches Mehrfarben- Aufzeichnungssystem, bei dem zwei oder mehr Einheiten der erwähnten elektrofotografischen Aufzeichnungsvorrichtung hintereinander in einem geometrischen Muster angeordnet sind.

Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine gleichmäßige Ladungsschicht auf der Oberfläche des Fotorezeptors durch ein geeignetes Mittel, zum Beispiel eine Korona-Entladungsvorrichtung gebildet; der Fotorezeptor wird dann dem Licht von dem optischen Kopf ausgesetzt, um ein elektrostatisches, latentes Bild zu bilden. Das dielektrische Metallband, das entweder elektrisch geerdet oder mit einer Vorspannung versehen ist, wird durch eine drehende Rolle angetrieben und läuft synchron mit dem Fotorezeptor, wenn es gegen den letzteren angedrückt wird. Dies führt dazu, daß das elektrostatische, latente Bild auf die Oberfläche des dielektrischen Metallbandes übertragen wird. Da der Fotorezeptor in einfacher Weise der Wiederholung der oben beschriebenen Schritte unterworfen ist, ist er gänzlich frei von den Problemen der Verschmutzung, der Zerstörung oder des Abriebes, die bei Systemen nach dem Stand der Technik oft aufgetreten sind, und auf diese Weise ist die Lebensdauer des Fotorezeptors erheblich verlängert. Der Fotorezeptor benötigt, mit anderen Worten, weder einen Austausch noch eine Wartung.

Das auf das dielektrische Metallband übertragene elektrostatische, latente Bild wird dann mit einer Entwicklereinheit entwickelt, um ein Tonerbild zu bilden. Dem dielektrischen Metallband wird es ermöglicht, synchron mit dem Aufzeichnungspapier umzulaufen, da es gegen das letztere von der Rückseite her mit Hilfe einer zusammengebauten Heiz- und Kühleinheit angedrückt wird, worauf das Tonerbild auf dem dielektrischen Metallband durch dieses Band unmittelbar geschmolzen wird, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat, und worauf es auf das Aufzeichnungspapier aufgetragen wird. Unmittelbar danach wird der geschmolzene Toner gekühlt und zu einem Zeitpunkt, an dem er eine entsprechende Viskosität erreicht hat, wird das Aufzeichnungspapier von dem dielektrischen Metallband abgestreift. Da das Aufzeichnungspapier erst dann abgestreift wird, wenn die Viskosität des Toners entsprechend hoch geworden, verbleiben keine restlichen Tonerpartikel auf dem dielektrischen Metallband.

Auf diese Weise können die oben erwähnten Probleme 1) und 2) bei dem Stand der Technik durch die vorliegende Erfindung vollständig gelöst werden und die Zahl der notwendigen Bauteile oder Teile ist erheblich vermindert. Als eine natürliche Folge ist das Problem 3) auf ein solches Ausmaß verhindert, daß man im wesentlichen sagen kann, es sei ausgeschaltet. Die alleinige Wartungstätigkeit, die notwendig ist, ist daher das Wiederauffüllen des Toners, der einer der Verbrauchsgüter ist, wobei die oben erwähnte Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, wirkungsvoll gelöst ist.

Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht, die schematisch den allgemeinen Aufbau einer elektrofotografischen Aufzeichnungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in ihrem ersten Aspekt darstellt;

Fig. 2 eine Ansicht, die schematisch den allgemeinen Aufbau einer elektrofotografischen Aufzeichnungsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in ihrem ersten Aspekt darstellt;

Fig. 3 eine Seitenansicht, die schematisch den allgemeinen Aufbau einer elektrofotografischen Aufzeichnungsvorrichtung nach wiederum einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in ihrem ersten Aspekt darstellt;

Fig. 4 eine Seitenansicht, die schematisch einen allgemeinen Aufbau einer elektro fotografischen Aufzeichnungsvorrichtung nach einer wiederum weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in ihrem ersten Aspekt darstellt;

Fig. 5 eine schematische Darstellung, die das Verfahren zur fortlaufenden Übertragung des latenten Bildes in einem engen Spalt darstellt, das bei der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in ihrem ersten Aspekt angewendet werden kann;

Fig. 6 eine grafische Darstellung, die eine bekannte, modifizierte Paschen-Kurve zeigt;

Fig. 7 ein Diagramm der Übertragungs-Potential- Eigenschaften bei der vierten Ausführungsform der Erfindung in ihrem ersten Aspekt;

Fig. 8 eine schematische Darstellung, die eine allgemeine Anordnung für ein elektro fotografisches Mehrfarben-Druck- Aufzeichnungssystem nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in ihrem zweiten Aspekt darstellt;

Fig. 9 eine schematische Darstellung, die ein Verfahren zur Wartung zeigt, das dann angewendet werden kann, wenn das Papier in dem in Fig. 8 dargestellten System zerknüllt ist; und

Fig. 10 eine schematische Darstellung, die ein Wartungs- Verfahren zeigt, das zum Ersetzen des Toners im System darstellt, wie es in Fig. 8 gezeigt ist.

Wie es im Stand der Technik allgemein bekannt ist, gibt es zwei übliche Verfahren zum Bilden eines elektrostatischen, latenten Bildes auf einem Blatt eines elektrostatischen Übertragungspapiers, das eine dünne, dielektrische Schicht aufweist: Eine Technik zum fortlaufenden Übertragen eines latenten Bildes und eine Technik zum gleichzeitigen Übertragen eines latenten Bildes (siehe den zusammenfassenden Artikel von Jono et al. "Vervielfältigungsverfahren mit Hilfe einer Übertragung eines latenten Bildes" im Journal der Gesellschaft für Elektrofotografie von Japan, Band 17, Nr. 3, 1979). Ein Hybrid-Verfahren, das als "Technik zum laufenden/ gleichzeitigen Übertragen eines latenten Bildes" bezeichnet werden kann, ist ebenfalls bereits vorgeschlagen worden (siehe R.L. Jepsen und G.F. Day: 2. Internationale Konferenz über Elektrofotografie, SPSE (1974), S. 28, und US-Patent 37 51 157). Alle diese Verfahren beruhen auf der Bildung eines elektrostatischen, latenten Bildes auf einem elektrostatischen Aufzeichnungspapier und das mit einem Toner entwickelte Bild wird unmittelbar fixiert. Als Aufzeichnungspapier ist dabei ein Spezialpapier notwendig. Zusätzlich besteht dort ein Problem im Zusammenhang mit der Beschreibbarkeit. Unter diesen Umständen hat das oben beschriebene Verfahren keine weitverbreitete Akzeptanz erreicht. Als ein weiteres Problem hat das elektrostatische Aufzeichnungspapier so große Oberflächen-Unebenheiten (0-30 µm), daß Abweichungen im Übertragungspotential aufgrund von Luftentladungen oft zu einer wesentlichen Ungleichmäßigkeit in der Bilddichte führen.

Bei der vorliegenden Erfindung wird das übliche elektrostatische Aufzeichnungspapier durch ein endloses Metallband ersetzt, das eine dielektrische Schicht mit einer glatten Oberfläche hat, und es wird ein neues, viertes Verfahren zum Bilden eines elektrostatischen, latenten Bildes auf dem Metallband angegeben, das mit einer dielektrischen Schicht versehen ist. Dieses Verfahren ist ähnlich der "fortlaufenden/gleichzeitigen Übertragungstechnik für ein latentes Bild" und seine Einzelheiten werden nunmehr beschrieben. Als nachfolgendem Prozeß ist ein Verfahren Teil der Erfindung, in dem ein elektrostatisches, latentes Bild, das auf dem mit einer elektrischen Schicht versehenen Metallband gebildet worden ist, mit einem Toner entwickelt wird, um ein Tonerbild herzustellen, das auf ein Aufzeichnungsmedium in einem einzigen Schritt übertragen und fixiert wird. Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung fällt in die Kategorie dieses Verfahrens, und das zu verwendende Aufzeichnungsmedium kann aus irgendeiner Art eines ebenen Papiers, eines OHP-Blattes, eines wiedergewonnenen Produkts aus Abfallpapier, Umschlag- Papier usw. ausgewählt sein.

Bei einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann als Fotorezeptor ein durchsichtiges Substrat verwendet werden, das mit einem durchsichtigen, elektroleitfähigen Film beschichtet ist und das mit einer fotoleitfähigen, lichtempfindlichen Schicht auf seiner äußeren Umfangsfläche versehen ist, wobei zwischen dem durchsichtigen, elektroleitfähigen Film und dem dielektrischen Metallband eine Spannung angelegt ist, während das Belichtungs-Licht von dem optischen Kopf auf der Seite des Fotorezeptors angewendet wird, die der Seite gegenüberliegt, wo der Fotorezeptor das dielektrische Metallband berührt, um auf diese Weise ein fotoelektrisches, latentes Bild auf dem dielektrischen Metallband zu bilden. Bei dieser Ausführungsform besteht keine Notwendigkeit, eine Korona-Entladungsvorrichtung zu verwenden. Ebenso wird ein Hochspannungsgenerator von etwa 6000 Volt, der sonst zum Betreiben der Entladungsvorrichtung notwendig wäre, vermieden. Das, was andererseits zusätzlich vorhanden sein muß, ist nicht mehr als ein Generator für eine Vorspannung von einigen hundert Volt und dies trägt zu einer weiteren Vereinfachung der Aufzeichnungsvorrichtung bei. In dieser Beziehung (Wegfall der Notwendigkeit, eine Korona-Entladungsvorrichtung zu verwenden) ist der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung derselbe wie bei der Erfindung, die im US-Patent 37 51 157 (siehe oben) beschrieben worden ist. Die in diesem US- Patent beschriebene Erfindung betrifft jedoch ein Aufzeichnungsverfahren auf Spezialpapier oder auf elektrostatischem Aufzeichnungspapier, das große Oberflächenunebenheiten aufweist. Im Gegensatz dazu verwendet der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung ein dielektrisches Metallband mit einer glatten Oberfläche, so daß es einen engen Kontakt (Spalt 1 µm) zwischen dem Fotorezeptor und dem Metallband sicherstellt, und die Vorrichtung zur Ladungsemission arbeitet mit Feldemission, so daß auf diese Weise eine sehr wirksame Übertragung der statischen Ladungen erzielt werden kann. Zusätzlich wird das dielektrische Metallband als Zwischenaufzeichnungs- Medium verwendet, so daß eine Aufzeichnung auf verschiedenen Arten von Papier durchgeführt werden kann, einschließlich auf schlichtem Papier.

Der besonders kennzeichnende Teil der elektro fotografischen Aufzeichnungsvorrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung besteht darin, daß der ganze Prozeß des Aufzeichnens auf dem Aufzeichnungsmedium in einem einzigen Schritt durchgeführt wird, bei dem gleichzeitig die Übertragung und die Fixierung durchgeführt werden, und ferner darin, daß die Fähigkeit besteht, das Übertragungsmedium gleichmäßig zu transportieren, während es in einem ebenen Zustand gehalten wird. Es ist daher leicht zu verstehen, daß der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung, bei dem zwei oder mehr Einheiten der oben beschriebenen Aufzeichungsvorrichtung linear miteinander verbunden sind, ein elektrofotografisches Mehrfarben-Aufzeichnungssystem darstellt, das kompakt und leichtgewichtig ist und das leicht zu bedienen ist.

Es sollte festgehalten werden, daß die Lebensdauer der Fotorezeptor-Trommel und anderer Bauteile der Vorrichtung oder des Systems der vorliegenden Erfindung erheblich auf ein solches Ausmaß ausgedehnt worden ist, daß das einzige Teil, das ersetzt werden müßte, der Toner ist, der einer der Verbrauchsartikel ist.

Durch die vorliegende Erfindung ist eine elektro fotografische Aufzeichnungsvorrichtung verwirklicht worden, in der der Fotorezeptor für eine fast unbegrenzte Zeitdauer verwendet werden kann und bei der das Wärmefixieren in einer versetzungslosen Art durchgeführt wird, um eine leichte Handhabung sicherzustellen, bei der der einzige Wartungshandgriff das Auffüllen des Toners ist, der einer der Verbrauchsartikel ist. Als ein weiterer Vorteil braucht nur ein Zyklus eines gleichzeitig durchgeführten Übertragungs- und Fixierungsschrittes auf dem Aufzeichnungspapier durchgeführt zu werden, um den Aufzeichnungsprozeß zu vervollständigen, und die Aufzeichnung kann leicht auf verschiedenen Arten von Aufzeichnungspapier durchgeführt werden, und auch auf einem Umschlag-Papier, was bei dem System nach dem Stande der Technik erhebliche Schwierigkeiten bereitet hat. Die elektrofotografische Aufzeichnungsvorrichtung nach der Erfindung hat eine so einfache Mechanik, daß sie große Vorteile bei den praktischen Anwendungen bietet, beispielsweise durch ihr kleines Ausmaß, durch die geringen Kosten und durch die hohe Zuverlässigkeit.

Ein elektrofotografisches Mehrfarben-Aufzeichnungssystem, bei dem mehrere Einheiten von Aufzeichnungsvorrichtungen, wie sie oben beschrieben sind, in einer linearen Reihe miteinander verbunden sind, kann als ein erstes, jemals entwickeltes Modell eines Farbdruckers verwendet werden, der eine leichte Handhabung ermöglicht. Dies ermöglicht es zusätzlich, daß ein zufriedenstellender Farbdrucker entwickelt werden konnte, ohne durch eine mögliche Vermischung zwischen den Tonern für die verschiedenen Farben behindert zu werden. Dieses Aufzeichnungssystem hat ferner eine solch einfache Mechanik, daß sie große Vorteile bei der praktischen Anwendung in bezug auf ihr kleines Ausmaß, ihre geringen Kosten, ihre hohe Zuverlässigkeit und ihre leichte Wartung bietet.

Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.

Erste Ausführungsform

Fig. 1 ist ein Querschnitt einer elektrofotografischen Aufzeichnungsvorrichtung nach einer Ausführungsform des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung. Mit der Bezugsziffer 7 ist eine Fotorezeptor-Trommel bezeichnet, die normalerweise einen Glaszylinder aufweist, auf dessen Oberfläche ein durchsichtiger, elektroleitfähiger Film angeordnet ist, auf dessen äußerer Umfangsfläche wiederum mit Hilfe eines üblichen Verfahrens eine dünne, isolierende Hemmschicht und eine organische, fotoleitfähige und lichtempfindliche Schicht ausgebildet ist. Wenn dies gewünscht wird, kann ein licht-abschirmendes Material derart, wie sie beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung Nr. 1 15 045/1990 ("Elektrofotografische Aufzeichnungsvorrichtung") beschrieben ist, auf die äußerste Schicht in bezug auf die organische, fotoleitfähige und lichtempfindliche Schicht so aufgebracht werden, daß der Fotorezeptor auf der Trommel 7 eine Lichtempfindlichkeit nur für dasjenige Licht hat, das aus dem Inneren der Trommel kommt, nicht aber für solches Licht, das von außen kommt. In diesem Fall ist die Vorrichtung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, so konstruiert, daß kein Licht in die Fotorezeptor-Trommel 7 hineingelangen kann und es besteht daher keine besondere Notwendigkeit dafür, ein lichtabschirmendes Mittel anzuwenden und die Vorrichtung kann so konstruiert werden, daß der Aufzeichnungsvorgang von außen gesehen werden kann.

Die Bildung eines elektrostatischen, latenten Bildes, seine Entwicklung mit einem Toner, seine Übertragung und die Fixierung des sich ergebenden Tonerbildes auf dem Aufzeichnungs-Papier werden grundsätzlich mit Hilfe einer Heizrollen-Einheit durchgeführt, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist (die dort aus einem Heizelement 1, einem Wärmeisolator 2, einer Kühlvorrichtung 3, einem dielektrischen Metallband 4 und einer Antriebsrolle 5 besteht) sowie mit einer Gegendruckrolle 11. Diese Bauteile sind im wesentlichen dieselben wie diejenigen der Wärme-Fixierungseinheit, wie sie in den japanischen Patentanmeldungen Nr. 2 93 986/1990, 3 39 079/1990 und 39 392/1991 beschrieben sind.

Das dielektrische Metallband 4 ist üblicherweise ein endloses Metallband mit einem zweischichtigen Aufbau, der aus einem Nickel-Metallband von 30 µm Dicke besteht, das seinerseits eine Beschichtung aus Fluor-Kunststoff (PTFE) aufweist, die in einer Dicke von 10 bis 20 µm auf der äußeren Oberfläche des Bandes aufgebracht ist und die hochdielektrische, feine Partikel enthält. Dieses Metallband 4 ist mit dem nicht dargestellten, durchsichtigen und elektroleitfähigen Film auf der Fotorezeptor-Trommel 7 elektrisch verbunden. Das Metallband 4 ist sowohl um die Heiz- und Kühleinheit (die aus dem Heizelement 1, dem Wärmeisolator 2 und der Kühlvorrichtung 3) besteht als auch um die Antriebsrolle 5 gestreckt herumgelegt, so daß sie von der Antriebsrolle 5 angetrieben wird. Die gemeinsame Heiz- und Kühleinheit besteht aus der Kühleinrichtung 3, die einen im wesentlichen H-geformten Querschnitt hat, dem Heizelement 1, das in der Kühlvorrichtung 3 auf der Seite versenkt angeordnet ist, die auf die Gegendruckrolle 11 zu weist und dem Wärmeisolator 2, der zwischen dem Heizelement 1 und der Kühlvorrichtung 3 gehalten wird. Da die Kühlvorrichtung 3 aus einem guten Wärmeleiter wie z. B. Aluminium hergestellt ist, wird das Metallband 4, das durch das Heizelement 1 aufgeheizt worden ist, durch die Kühlvorrichtung 3 schnell abgekühlt.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung, die in Fig. 1 dargestellt ist, ist die folgende: als erstes wird eine gleichförmige Ladungs-Schicht auf der äußeren Umfangsfläche des dielektrischen Metallbandes 4 mit Hilfe der Korona-Entladungsvorrichtung 6 gebildet. Wenn das Metallband 4, das diese Ladungsschicht trägt, die Fotorezeptor-Trommel 7 berührt, dann wird dasjenige Teil der Fotorezeptor-Trommel 7, das einem Licht aus der Belichtungseinheit 13 ausgesetzt worden ist, leitfähig; dabei kann die Belichtungseinheit 13 entweder aus einer LED-Anordnung bestehen oder aus einem Flüssigkeitskristall-Verschluß, der mit einer Lampe ausgerüstet ist. Dies führt dazu, daß die elektrischen Ladungen auf dem dielektrischen Metallband verschwinden und nur die Ladungen auf den nichtbelichteten Bereichen auf dem Metallband 4 zurückbleiben, um ein elektrostatisches, latentes Bild zu bilden. Dieses latente Bild wird mit Hilfe einer Entwicklungseinheit 8 entwickelt, um ein Toner-Bild zu bilden, das so weitertransportiert wird, daß es zusammen mit dem Aufzeichnungspapier zwischen der zusammengebauten Heiz- und Kühleinheit und der Gegendruckrolle 11 hindurchgeht.

Wenn das Tonerbild durch diesen Bereich hindurchbewegt wird, dann werden die Toner-Partikel zunächst mit Hilfe des Heizelementes 1 geschmolzen und die geschmolzenen Tonerpartikel werden dann unter dem Druck der Gegendruckrolle 11 auf die Oberfläche des Aufzeichnungspapiers 10 aufgeschmolzen. In der zweiten Hälfte der zusammengebauten Heiz- und Kühleinheit (in Transportrichtung des Papiers gesehen) wird das dielektrische Metallband 4 gekühlt und die Temperatur des geschmolzenen Toners sinkt ab. Bei einem Experiment, das von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt worden ist, erfuhren die geschmolzenen Toner-Partikel auf derjenigen Seite, die der Fluor-Kunststoffschicht gegenüberlag, den größten Temperaturabfall und das Aufzeichnungspapier 10 (genauer gesagt die nur teilweise geschmolzenen Tonerpartikel) trennte sich wirkungsvoll vom dielektrischen Metallband 4, so daß eine Rückführung (der Tonerpartikel) wirkungsvoll verhindert werden kann. Die elektrostatische Anziehung, die zwischen dem Metallband 4 und dem Aufzeichnungspapier 10 dann wirkt, wenn sie voneinander getrennt werden, wurde als kleiner als in dem Fall ermittelt, in dem eine solche Trennung nach einem Transfer des Tonerbildes in einer üblichen, elektrofotografischen Vorrichtung erfolgt. Dies könnte daher rühren, daß sich die elektrischen Ladungen auf dem dielektrischen Metallband 4 zu den geschmolzenen Tonerpartikeln bewegen, um beim Fixierungsschritt eine Neutralisation zu erreichen. Es besteht auf diese Weise keine besondere Notwendigkeit, die verbleibenden Ladungen auf dem Metallband 4 nach der Übertragung des Tonerbildes zu löschen. Es wurden jedoch bessere Ergebnisse dann erzielt, wenn einige Ladungen, die sich auf die Fotorezeptor-Trommel zu bewegt hatten, mit einer Lösch-Lampe 14 gelöscht werden.

Bei der Korona-Entladungsvorrichtung 6, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, wird eine positive Ladung unterstellt, jedoch ist dies auch davon abhängig, welches Fotorezeptor-Material auf der Trommel 7 benutzt wird und von dessen Zusammensetzung. Wenn ein organisches Fotorezeptor-Material verwendet wird, ist seine Zusammensetzung auf einen einschichtigen Aufbau, einen feinen, dispergierten Kristallaufbau oder einen umgekehrten vielschichtigen Aufbau begrenzt. Es ist unnötig zu betonen, daß auch eine negative Koronaladung bewirkt werden kann und in diesem Fall ist die Lagen-Anordnung des organischen Fotorezeptor-Materials entweder ein vielschichtiger Aufbau oder ein Aufbau mit einer feinen Kristalldispersion. Es ist ferner notwendig, daß die Biegsamkeit oder Verformbarkeit der Antriebsrolle 5 groß genug gemacht wird um sicherzustellen, daß die Fotorezeptor-Trommel 7 das dielektrische Metallband 4 während einer Zeitdauer von 0,1 bis 0,2 Sekunden nach der Belichtung berührt, abhängig von der Beweglichkeit der positiven Löcher.

Ein Verfahren, das sich in der Praxis als wirkungsvoll erwiesen hat, besteht darin, einen Potential-Unterschied zwischen dem elektroleitfähigen, durchsichtigen Film auf der Fotorezeptortrommel 7 und dem dielektrischen Metallband 4 vorzusehen, um auf diese Weise die elektrostatische Übertragung auf die Fotorezeptortrommel 7 in den unbelichteten Bereichen klein zu halten.

Bei der Vorrichtung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, ist die Fotorezeptor-Trommel 7 keiner Korona-Entladung ausgesetzt und mit Ausnahme einer Beanspruchung durch das Licht besteht kein grundsätzlicher Faktor, der eine Zerstörung des Fotorezeptors bewirkt. Daraus folgt, daß der Fotorezeptor in der Praxis für eine fast unbegrenzte Zeitdauer benutzt werden kann.

Die Lebensdauer des dielektrischen Metallbandes 4 ist fast unbegrenzt und das Entstehen einer Abnutzung oder einer Zerstörung bei dem Fluor-Kunststoff ist kaum feststellbar.

Ein weiteres, charakteristisches Merkmal der betrachteten Ausführungsform besteht darin, daß das Aufzeichnungspapier nur einem Schritt der gleichzeitigen Übertragung und Fixierung unterworfen wird und daß das Aufzeichnungspapier lediglich auf einem ebenen Weg bewegt werden muß, ohne insgesamt gebogen zu werden. Der Vorgang ist darüber hinaus kaum von der Dicke und Qualität des Aufzeichnungspapiers abhängig und selbst mehrere Blätter, die übereinandergelegt und zusammengeklebt sind, wie z. B. bei Dokumenten-Hüllen, die bisher gedruckt werden mußten, können als Aufzeichnungspapier benutzt werden, um einen Aufdruck ohne Falten oder andere Fehler zu erzeugen.

Um die Herstellungskosten zu vermindern, wird der Glaszylinder als Grund-Bauteil der Fotorezeptor-Trommel mit Hilfe eines Danner-Prozesses hergestellt, der allgemein beim Herstellen von Glasrohren für Leuchtstofflampen angewendet wird. Der Glaszylinder hat auf diese Weise einen so hohen Grad von Rundheit und Linearität, daß er eine Welligkeit von lediglich ±15 µm hat und die Antriebstrommel 5 ist so konstruiert, daß sie eine genügende Verformbarkeit oder Biegsamkeit hat, um diese Welligkeit aufzunehmen. Es braucht nicht mehr betont zu werden, daß bereits erkannt worden ist, daß diese Welligkeit und Verformbarkeit nicht zu irgendwelchen Problemen führen, wie z. B. zu einer Verschlechterung des Bildes oder zu einer kürzeren Lebensdauer. Als weiterer Vorteil wird die Gegendruckrolle 11 in einem weniger großen Ausmaß zusammengedrückt, wie die übliche Heizrolle, so daß die Lebensdauer dieser Gegendruckrolle erheblich erhöht wird und zwar in einem solchen Ausmaß, daß praktisch keine Auswechslung erforderlich ist, was ein weiteres, herausragendes Merkmal des Systems nach Fig. 1 darstellt.

Zweite Ausführungsform

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform des ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird mit Hilfe einer Korona-Entladungsvorrichtung 6 auf der Fotorezeptor-Trommel 7 eine Ladungsschicht gebildet und mit Licht von einer Belichtungseinheit 13 belichtet, um ein elektrostatisches, latentes Bild zu bilden, das nachfolgend auf ein dielektrisches Metallband 4 übertragen wird. Die optische Belichtungseinheit 13, die in Fig. 2 dargestellt wird, ist so angeordnet, daß das austretende Licht am Berührungspunkt zwischen dem Metallband 4 und der Fotorezeptortrommel 7 auftrifft; es ist jedoch unnötig, darauf hinzuweisen, daß ein ähnliches Ergebnis selbst dann erzielt werden kann, wenn die optische Belichtungseinheit 13 weiter stromaufwärts in der Richtung angeordnet ist, in der sich die Fotorezeptor-Trommel dreht (d. h., in einer Stellung, die näher an der Korona-Entladungsvorrichtung 6 liegt). Die Aufzeichnungs- und Fixierungsvorgänge, die bei der zweiten Ausführungsform durchgeführt werden, ebenso wie die übrige Durchführung, sind vollständig dieselben wie bei der ersten Ausführungsform und sie werden daher nicht mehr im einzelnen beschrieben. Bei der zweiten Ausführungsform ist die Lebensdauer des Fotorezeptors ebenfalls fast unbegrenzt, da der einzige Faktor, der zu seiner Zerstörung beitragen würde, die Anwendung der Koronaentladung ist.

Dritte Ausführungsform

In Fig. 3 ist noch eine weitere Ausführungsform des ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform besteht das Grundelement der Fotorezeptor-Trommel aus einem Aluminiumzylinder, wie beim System nach dem Stand der Technik, wobei eine optische Belichtungseinheit 13 und eine Löschlampe 14 außerhalb der Fotorezeptor-Trommel 7 angeordnet sind. Diese Ausführungsform bringt vollständig dieselben Eigenschaften hervor wie die zweite Ausführungsform.

Vierte Ausführungsform

Fig. 4 ist eine Schnittansicht einer elektrofotografischen Aufzeichnungsvorrichtung nach einer vierten Ausführungsform des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung. Die Bildung eines elektrostatischen, latenten Bildes auf dem dielektrischen Metallband 4, seine Entwicklung mit einem Toner, seine Übertragung und Fixierung des sich ergebenden Tonerbildes auf dem Aufzeichnungspapier, werden durch eine Vorrichtung bewirkt, die im wesentlichen dieselbe ist wie bei der ersten Ausführungsform und die aus einer in Fig. 1 dargestellten Wärmerolleneinheit (bestehend aus einem Heizelement 1, einem Wärmeisolator 2, einer Kühlvorrichtung 3, einem dielektrischen Metallband 4 und einer Antriebsrolle 5) besteht, ferner aus einer Gegendruckrolle 11, einer Fotorezeptor-Trommel 7 und einer optischen Belichtungseinheit 13. Zwischen dem dielektrischen Metallband 4 und dem durchsichtigen, elektroleitfähigen Film (der später beschrieben wird) auf der Fotorezeptor-Trommel 7 ist eine Vorspannung von ca. 600 V angelegt. Da die Anwendung dieser Vorspannung zur Bildung eines elektrostatischen, latenten Bildes auf dem dielektrischen Metallband 4 beiträgt, besteht keine Notwendigkeit, eine Korona-Entladungsvorrichtung vorzusehen. Die Kühlvorrichtung 3 ist aus einem guten Wärmeleiter, wie z. B. aus Aluminium, hergestellt, so daß das dielektrische Metallband 4, das von dem Heizelement 1 aufgeheizt worden ist, mit Hilfe der Kühlvorrichtung 3 schnell abgekühlt werden kann. Die Oberfläche der dielektrischen Schicht auf dem Metallband 4 hat auf diese Weise ein Temperaturprofil, das eine Höchsttemperatur von z. B. 140°C an einem Punkt hat, der leicht außerhalb der Mitte in Richtung auf den Ausgang der zusammengebauten Heiz- und Kühleinheit liegt, die ihrerseits aus dem Wärmeisolator 2 und der Kühlvorrichtung 3 aufgebaut ist, wohingegen die Temperatur in der Nachbarschaft des Ausgangsendes unterhalb 100°C liegt. Die Höchst- und Tiefsttemperaturen und das Temperatur-Profil müssen ebenso wie die Spaltbreite in bezug auf den Schmelzpunkt des verwendeten Toners und anderer, interessierender physikalischer Daten bestimmt werden; ihre Grenzen sind jedoch unvergleichlich viel weiter als in dem Fall, in dem übliche Heizrollen verwendet werden und die Tatsache, daß der Toner nicht am dielektrischen Metallband hängen bleibt, das eine isolierende Fluor-Kunststoffschicht hat, die auf 200 Volt aufgeladen ist, zeigt augenscheinlich die Wirksamkeit einer guten Trennung des Aufzeichnungspapiers, das das Tonerbild zeigt, von dem gekühlten, dielektrischen Metallband. Es braucht nicht betont zu werden, daß die Ladungen auf den Tonerpartikeln und die Ladungen von entgegengesetzter Polarität, die sich auf dem dielektrischen Metallband 4 aufgebaut haben, zusammen eine Neutralisation bewirken, wenn das Aufzeichnungspapier, das das Tonerbild trägt, von dem Metallband getrennt wird; dies wirkt ebenfalls dahingehend, daß das Entstehen eines Hängenbleibens (Versatzes) verhindert wird. Die Gegendruckrolle 11 läuft synchron mit dem Metallband 4 um, um sicherzustellen, daß das Aufzeichnungsmedium 10 in engen Kontakt mit dem Metallband 4 gebracht wird. Die Tonerpartikel, die von der Entwicklereinheit 8 angeliefert werden, werden elektrostatisch auf dem Metallband 4 abgelagert und bilden auf diese Weise ein elektrostatisches, latentes Bild.

Bei der vierten Ausführungsform ist der Vorgang, mit dessen Hilfe das elektrostatische, latente Bild auf dem dielektrischen Metallband 4 mit einem Toner entwickelt wird, um ein Tonerbild 9 zu bilden, das gleichzeitig auf das Aufzeichnungsmedium 10 übertragen und fixiert wird, derselbe wie bei der ersten Ausführungsform und er wird daher nicht im einzelnen beschrieben.

Nachfolgend wird nur der Vorgang des Bildens des elektrostatischen Bildes im Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben.

Wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, hat das Metallband 4 einen zweischichtigen Aufbau, der aus einem Metallband 15 und einer dielektrischen Schicht 16 besteht. Die Fotorezeptor-Trommel 7 hat einen 4-lagigen Aufbau, der aus einem durchsichtigen Glaszylinder 19, einem durchsichtigen, elektrisch leitfähigen Film 18, einer dünnen (1000 bis 2000 Å) isolierenden Hemmschicht (nicht dargestellt) und einer organischen Fotorezeptor-Schicht 17 besteht. Obwohl dies in Fig. 5 nicht dargestellt ist, ist auch die innere Oberfläche des Glaszylinders 19 mit einem durchsichtigen, elektrisch leitfähigen Film beschichtet und elektrisch geerdet, was sich als ein sehr wirkungsvolles Verfahren zum Verhindern einer Interferenz mit der Belichtung erwiesen hat und zwar aufgrund der Ablagerung von Schmutz- oder Staubpartikeln. Der organische Fotorezeptor 17 kann als zweischichtiger Aufbau konstruiert sein, der aus einer ladungserzeugenden Schicht und einer ladungs-transportierenden Schicht besteht. Die Belichtungseinheit 13 ist so angeordnet, daß das abgegebene Licht durch den Glaszylinder 19 hindurchgeht, um einen zusammengefaßten Strahlungspunkt auf dem organischen Fotorezeptor 17 zu erzeugen. Bei der vierten Ausführungsform hat der Strahlungspunkt einen Durchmesser von etwa 80 µm; wenn dies notwendig erscheint, kann jedoch auch ein durchmesserkleinerer Strahlungspunkt erzeugt werden, um eine höhere Auflösung zu erreichen.

Bei der vierten Ausführungsform ist das Metallband 15 als Grund-Bauteil des dielektrischen Metallbandes 4 normalerweise eine reine Nickel-Schicht mit einer Dicke von 30 µm und die dielektrische Schicht 16 ist üblicherweise eine Schicht aus Fluor-Kunststoff (PTFE) mit einer Dicke von 10 µm. Die PTFE-Schicht enthält ein TiO₂-Pulver mit einer Partikelgröße von 0,1 bis 1 µm und einem Volumensanteil von ca. 20%. Der Glaszylinder 19 ist derselbe wie bei einer Gasentladungslampe mit einer Wanddicke von 0,8 mm und einem Durchmesser von 32 mm. Der durchsichtige, elektrisch leitfähige Film 18 ist ein DIP NESA-Film, der die gesamte Oberfläche des Glaszylinders 19 bedeckt. Der organische Fotorezeptor-Film hat einen zweischichtigen Aufbau (in umgekehrter Dualbauart) mit einer Dicke von 30 µm; er kann aber auch einen einschichtigen Aufbau oder eine Bauart haben, bei der eine feine Kristalldispersion verwendet wird.

Der Glaszylinder 19 besteht aus einem billigen Werkstoff, wie er für Gasentladungslampen verwendet wird. Die Rundheit und Geradheit dieses Glaszylinders ist so gut, daß selbst die größte Welligkeit innerhalb des Maßes von ±15 µm liegt. Um sicherzustellen, daß das dielektrische Metallband 4 entsprechend der Oberflächenwelligkeit des Glaszylinders 19 mit dem Fotorezeptor-Film in enge Berührung kommt, hat die Antriebsrolle 5 die Form einer Metallrolle, die eine Beschichtung aus Silikongummi mit einer Dicke von ca. 2 mm hat. Diese Silikongummischicht stellt nicht nur die positive Berührung zwischen der Fotorezeptor-Trommel 7 und dem dielektrischen Metallband 4 sicher, sondern auch den schlupffreien Dreh-Antrieb des dielektrischen Metallbandes 4.

Bei einem weiteren Experiment, das mit dem oben beschriebenen System durchgeführt worden ist, wurde festgestellt, daß dann, wenn die Fotorezeptor-Trommel 7 synchron mit dem dielektrischen Metallband 4 drehend angetrieben wird, der organische Fotorezeptorfilm 17 auf der Trommel 7 und die dielektrische Schicht 16 auf dem endlosen Metallband 4 miteinander auf einer Breite von etwa 3 mm in enge Berührung kommen (siehe Fig. 5). Der Bereich, in dem diese enge Berührung beginnt, wird auf ein Bildsignal hin mit Licht aus einer Belichtungseinheit 13 belichtet, das fokussiert worden ist, um einen Lichtfleck mit einem Durchmesser von etwa 80 µm zu bilden.

In dem Fall, in dem der organische Fotorezeptor 17 nicht mit Licht bestrahlt wird, werden keine elektrischen Ladungen an der Berührungsfläche mit der dielektrischen Schicht 16 induziert und es werden auch keine Ladungen an der Oberfläche dieser dielektrischen Schicht aufgebaut, wenn die Vorspannung eine bestimmte Grenze nicht überschreitet und dies kommt daher, weil der organische Fotorezeptor-Film 17 ein Isolator ist. Wenn der organische Fotorezeptor-Film andererseits mit Licht bestrahlt wird, dann werden Paare von Elektronenlöchern in einer Zahl geschaffen, die proportional zur Intensität des aufgebrachten Lichtes ist und in dem Fall, der in Fig. 5 dargestellt ist, sammeln sich Elektronen auf der Oberfläche des organischen Fotorezeptorfilms 17 in Übereinstimmung mit der aufgebrachten Vorspannung an. Da die Lücke zwischen dem Fotorezeptorfilm 17 und der dielektrischen Schicht 16 im wesentlichen 0 ist, wird sich der größere Teil der Ladungen, sobald sie angesammelt sind, durch eine schwache Feld-Emission auf die Oberfläche der dielektrischen Schicht bewegen und sie werden in demselben Zustand selbst dann verbleiben, wenn der Fotorezeptor-Film und die dielektrische Schicht 16 sich als Folge der Drehung nach dem Aufhören der Belichtung voneinander trennen. Auf diese Weise wird ein elektrostatisches, latentes Bild wirkungsvoll auf der Oberfläche des dielektrischen Metallbandes ausgebildet. Es werden nun die Bedingungen zum Bilden eines elektrostatischen, latenten Bildes mit Hilfe des Vorganges nach der vorliegenden Erfindung theoretisch besprochen.

Zunächst wird der Fall betrachtet, in dem das angewendete Belichtungs-Licht eine angemessene Stärke hat und in dem der organische Fotorezeptor-Film 17 als ein Leiter betrachtet werden kann. Das Übertragungspotential V_t ^L wird dann durch die Formel errechnet

wobei V₀ die Vorspannung ist, X_a der Spaltabstand zwischen dem organischen Fotorezeptorfilm 17 und der dielektrischen Schicht 16 ist; X_d mit dem allgemein allgemeine Luftschicht bezeichnet wird, deren Dicke gleichwertig mit der dielektrischen Schicht 16 ist, wird durch den Ausdruck berechnet:

X_d = D_d/ε_d (2)

wobei D_d die Dicke der dielektrischen Schicht 16 und ε_d die spezifische Induktivität der dielektrischen Schicht 16 ist (ε_d = 6 bei der betrachteten Ausführungsform). In Gleichung (1) stellt V_p/(X_a) die Luftentladungsspannung als Funktion von X_a dar und ihr Profil ist als eine modifizierte Paschenkurve bekannt, wie sie in Fig. 6 für den Fall dargestellt ist, daß die Entladung in Luft von Atmosphärendruck durchgeführt wird.

Durch Annäherung können folgende Daten gegeben werden:

V_p(X_a) = -200_Xa, Xa ≦ 1,8 µm (3)

V_p(Xa) = -(312 + 6,2_Xa), Xa ≧ 10 µm (4)

Es soll auch der Fall betrachtet weden, daß die Intensität des angewendeten Belichtungs-Lichtes Null ist und daß der organische Fotorezeptor-Film 17 wirksam als Isolator betrachtet werden kann; das Transferpotential V_t ^D wird dann durch den folgenden Ausdruck berechnet:

wobei X_p die Luftschicht ist, die in der Dicke dem Fotorezeptor-Film 17 entspricht und durch folgenden Ausdruck berechnet wird:

X_p = D_p/ε_p (6)

wobei D_p und ε_p jeweils die Dicke und die spezifische Induktivität des Fotorezeptor-Filmes 17 darstellen (ε_p ist für den organischen Fotorezeptor = 3).

Im Falle eines Experiments, das durchgeführt worden ist, kann X_a oder der Spalt zwischen dem organischen Fotorezeptor-Film 17 und der dielektrischen Schicht 16 während der Belichtung im wesentlichen als Null betrachtet werden, so daß die Luftentladungsspannung V_p(Xa) die folgende ist:

V_p(X_a = -200_Xa (7)

Daraus geht hervor, daß selbst dann, wenn das angewendete Belichtungs-Licht schwach ist, Ladungen in einem Maß übertragen werden, die proportional zur Höhe der Belichtung sind, wodurch es möglich ist, daß ein elektrostatisches, latentes Bild auf sehr wirksame Weise gebildet wird.

Durch Einsetzen der relevanten Werte in die Gleichung (1) erhalten wir:

V_τ ^L = V₀ + 400 + 200_Xa ≃ V₀ + 400 (8)

Zufriedenstellende Bedingungen, bei denen das Entstehen einer elektrostatischen Übertragung dann verhindert werden kann, wenn die Intensität des Belichtungs-Lichtes Null ist, bestehen dann, wenn V_t ^D unabhängig vom Wert des Spaltes X_a Null ist. Im einzelnen schreibt Gleichung (5) vor, daß die anzuwendende Spannung V_o kleiner sein muß als der kleinste Wert von:

Auf der Grundlage von Fig. 6 wird der keinste Wert von V₀ durch eine einfache Rechnung wie folgt bestimmt:

|V₀ | min = 6 · 2 [√ +7 · 1]² (10)

Bei der betrachteten Ausführungsform ist X_d=2 und X_p=10, so daß sich der kleinste Wert von V₀ errechnet als:

| V₀ | min = 692 V (11)

Wenn | V₀ | so ausgewählt wird, daß es einen kleineren Wert hat als 692 V (z. B. V₀= -600 V), ergibt eine Rechnung nach Gleichung (8):

V_τ = -200 V (12)

Offensichtlich kann auf diese Weise ein sehr empfindliches, elektrostatisches, latentes Bild gebildet werden und gleichzeitig kann ein unerwünschtes Einnebelungs-Phänomen ("fogging"-phenomenon) vollständig unterdrückt werden.

Die obige Betrachtung erfordert eine genauere Analyse, weil in dieser Beschreibung unterstellt wird, daß X_a während der Belichtung annähernd gleich Null ist; für praktische Zwecke ist es jedoch notwendig, den Spielraum für diese Bedingung zu beziffern.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Konstruktion ist das Profil des Übertragungspotentials, V_t ^L über der Belichtung in Fig. 7 auf der Basis von Gleichung (1) und Fig. 6 dargestellt. Das Potential zur Übertragung auf die Oberfläche der dielektrischen Schicht 16 ist im einzelnen in der Nähe des belichteten, organischen Fotorezeptor- Films 17 dann auf einem Höchstwert, wenn X_a = 0, (d. h. dann, wenn die dielektrische Schicht 16 in enger Berührung mit dem Fotorezeptor-Film 17 ist), wobei V_t ^L bei -200 Volt liegt. Wenn andererseits die beiden Glieder nicht in enger Berührung miteinander sind und wenn X_a im Bereich von 1 bis 3 µm liegt, dann findet keine Ladungsübertragung statt, und V_t ^L = 0. Aber selbst in diesem Falle haben sich Ladungen auf der Oberfläche des organischen Fotorezeptor-Films aufgebaut, und sie schaffen ein Emissionsfeld, wenn der Abstand zwischen dem organischen Fotorezeptor-Film 17 und der dielektrischen Schicht 16 sich als Folge der Drehung der Fotorezeptor- Trommel 7 und des dielektrischen Metallbandes 4 vergrößert mit der letztendlichen Folge, daß sich V_t ^L = 150, die das Übertragungspotential für X_a = 10 µm sind, auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht 16 entwickelt. Wie leicht im Hinblick auf die Beziehung mit der Vorspannung verstanden werden kann, erleidet das so entwickelte Übertragungspotential V_t ^L, das sich etwa im Bereich von -150 bis -200 Volt bewegt, auf keinen Fall eine umgekehrte Übertragung, welchen Wert der Abstand X_a auch später annehmen wird und der einmal erreichte Wert wird im gesamten nachfolgenden Schritt erhalten werden. In Übereinstimmung mit der betrachteten Ausführungsform, bei der es möglich ist, sicherzustellen, daß der Abstand X_a 1 µm ist, wird auf diese Weise ein Spaltabstand (X_a) von ungefähr 10 µm auf jeden Fall eingehalten werden, und daß die Verwirklichung von V_t ^L = -150 Volt garantiert ist.

Diese Ergebnisse stimmen mit den Ergebnissen eines praktischen Experiments überein und befriedigende Wiedergabeeigenschaften werden dann erzielt, wenn V_o innerhalb des Bereiches von -700 (einschließlich) bis -500 Volt (einschließlich) liegt. Neben dem besonders betonten Vorteil hoher Empfindlichkeit und Kontrastes, stellt die vorliegende Erfindung auch einen großen Beitrag zu niedrigeren Ausrüstungskosten dadurch dar, daß es ermöglicht wird, daß ein Flüssigkristall-Verschluß in zufriedenstellender Weise als Belichtungseinheit 13 verwendet werden kann.

Es muß noch ein Wort über die Unterschiede zwischen dem Verfahren zur Übertragung eines latenten Bildes nach der vorliegenden Erfindung und den entsprechenden Verfahren nach dem Stande der Technik gesagt werden (z. B. zu denen, die im Bericht von R.L. Jepsen und G.F. Day über die 2. Internationale Konferenz über Elektrofotografie, SPSE (1974), S. 28, und im US-Patent 37 51 157 beschrieben sind). Es ist unnötig zu sagen, daß der größte Unterschied das Wirkungsprinzip betrifft: Bei den Verfahren nach dem Stande der Technik muß ein Spezialpapier, ein sogenanntes "elektrostatisches Papier" verwendet werden, um sicherzustellen, daß ein elektrostatisch übertragenes Bild mit einem Toner entwickelt und anschließend fixiert wird. Bei den vorangegangenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird andererseits die elektrostatische Übertragung und Entwicklung über ein Zwischen-Aufzeichnungsmedium, ein sogenanntes dielektrisches Metallband 4, bewirkt und das entwickelte Bild wird auf ebenes, einfaches Papier mit Hilfe eines einzigen Schrittes übertragen und fixiert. Ein weiterer großer Unterschied betrifft die Bildqualität. Bei den Verfahren nach dem Stande der Technik wird das elektrostatische Aufzeichnungspapier, bei dem eine dünne dielektrische Schicht (X = 2 µm) auf einem Blatt aus Papierfasern mit großen Oberflächen-Unebenheiten aufgebracht ist, während der Belichtung und der elektrostatischen Übertragung stark gegen die Fotorezeptor-Schicht gedrückt und sie wird danach von der Fotorezeptor-Schicht abgestreift. Aufgrund der Oberflächen-Unebenheiten des elektrostatischen Aufzeichnungspapiers hat der Abstand X_a einen Durchschnittswert von 10 bis 20 µm und erfährt örtliche Abweichungen bis zu 30 µm, wodurch innerhalb der Ebene Abweichungen von -200 bis -70 Volt (siehe Fig. 7) im Transfer-Potential auftreten, die groß genug sind, um die Bildqualität zu beeinflussen. Bei der betrachteten Ausführungsform ist die Abweichung im Übertragungs- Potential ungefähr auf ein Drittel des Bereiches bei den Verfahren nach dem Stand der Technik (-200 bis -150 Volt) vermindert, wodurch eine sehr gute Bildqualität hervorgebracht wird. Es ist unnötig zu sagen, daß dies in gleicher Weise für die anderen Ausführungsformen nach der vorliegenden Erfindung zutrifft.

Fünfte Ausführungsform

Die Vorrichtung nach der fünften Ausführungsform ist so gebaut wie die vierte Ausführungsform, mit Ausnahme dessen, daß die dielektrische Schicht 16 eine Fluor- Kunststoffschicht ist, die ungefähr 10% Pulver (0,1-1 µm) eines Materials mit einer hohen Dielektrizitätskonstante hat, z. B. ein Material auf der Grundlage von SrTiO₃-PbTiO₃-Bi₂O₃-nTiO₂ ( ε = 1500). Diese Schicht hat eine Dielektrizitäts- Konstante (ε_d) von 40. Selbst wenn diese Fluor- Kunststoff-Schicht 20 µm dick gemacht wird, könnte X_d auf einen so kleinen Wert wie 0,5 µm vermindert werden. In diesem Fall ist V_t ^L=V₀+100 und | V₀ | min= 663 Volt, so daß die Vorspannung kleiner gemacht werden könnte als die, die bei der vierten Ausführungsform erreichbar ist (zum Beispiel V_o = -300 Volt); auf diese Weise könnte die Konstruktion der Einrichtung weiter vereinfacht werden (mit einer niedrigeren Spannung betreibbar). Die Betreibbarkeit dieser elektrofotografischen Aufzeichnungsvorrichtung, die für den Betrieb mit einer niedrigeren Spannung angepaßt ist, trägt offensichtlich zu zwei großen Vorteilen im praktischen Gebrauch bei, nämlich zu erhöhter Sicherheit und zu niedrigeren Kosten.

Sechste Ausführungsform

Bei dieser Ausführungsform wurde der Aufbau nach der vierten Ausführungsform, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, übernommen zur Herstellung eines mehrfarbig druckenden, elektrofotografischen Aufzeichnungssystems, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Dieses in Fig. 8 dargestellte System ist zum Drucken in vier vollen Farben, nämlich Magenta, Cyan, gelb und schwarz ausgelegt; es ist jedoch klar, daß verschiedene Konstruktionsabweichungen durchgeführt werden können, um nur die Farbe schwarz mit einer Farbe oder die Farbe schwarz mit zwei anderen Farben zu drucken. Mit Ausnahme des Falles der vollen Farbreproduktion, die eine besonders hohe Genauigkeit bei den Passer-Abstimmungen erfordert, ermöglicht das in Fig. 8 dargestellte System einen leichten Mehrfarben-Druck auf einfachem Papier.

Der in Fig. 8 dargestellte Farbkopierer, bei dem mehrere Einheiten von einfarbigen Aufzeichnungseinheiten 20, wie sie in Fig. 4 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in ihrem ersten Aspekt dargestellt sind, geradlinig miteinander verbunden sind, ermöglicht aus vielen Gründen eine erhebliche Erleichterung in der Handhabung. Zunächst haben die Bauteile jeder einzelnen Aufzeichnungsvorrichtung 20 eine so verlängerte Lebensdauer, daß sie praktisch nicht ersetzt werden müssen, und das einzige Erfordernis für ihren Betrieb ist das Wiederauffüllen von Toner, der einer von den Verbrauchsartikeln ist. Das Wiederauffüllen von Toner oder das Ersetzen eines verbrauchten Toner-Kastens kann leicht dadurch durchgeführt werden, daß der obere Abschnitt des Systems angehoben wird, wie dies in Fig. 10 abgebildet ist.

Wenn ein Papierstau vorliegt, dann kann man leicht eine Korrekturmaßnahme dadurch ergreifen, daß derjenige Teil des Systems, der oberhalb der Berührungsebene zwischen den dielektrischen Metallbändern 4 und den Gegendruckrollen 11 liegt, angehoben wird, wie dies in Fig. 9 dargestellt wird. Diese Einfachheit beim Vorgang des Aufrechterhaltens der Arbeit ist der Tatsache zu verdanken, daß mehrere Einheiten von Einfarben-Aufzeichnungsvorrichtungen 20 geradlinig mit dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung angeordnet werden können.

Das wesentlichste Merkmal des Farbdruckverfahrens, das mit Hilfe der Vorrichtung gemäß Fig. 8 durchgeführt werden kann, besteht darin, daß es das Drucken von Einzelfarben so vervollständigt, daß sie nacheinander gedruckt werden können. Dies ist ein vollständig neues Verfahren und es kann so abgewandelt werden, daß das aufeinanderfolgende Drucken durch Verwendung von Tonern in abnehmender Schmelzpunkt-Reihenfolge durchgeführt wird, wodurch eine Vermischung der Farben verhindert wird. Eine positive Anwendung dieses abgewandelten Verfahrens ist so, daß der Schmelzpunkt des Toners schrittweise für einzelne Farben verändert wird, um das Drucken eines scharfen Bildes sicherzustellen. Das Verfahren zum Durchführen aufeinanderfolgender Drucke durch Verwendung von Tonern in einer absteigenden Reihe von Schmelzpunkten ist auch dahingehend wirkungsvoll, daß die Genauigkeit der Papierzufuhr gesichert ist, wodurch das Entstehen von Passer-Fehlern oder von Farb-Fehlstellungen bei Mehrfarbendrucken vermindert oder gar verhindert wird.

In bezug auf die Sicherstellung der Genauigkeit der Papier- Zufuhr wurde gefunden, daß es sehr wirkungsvoll ist, die Längung oder Schrumpfung des Aufzeichnungspapiers dadurch zu verringern, daß die Temperatur der jeweiligen Papierzuführungen auf einem bestimmten Wert, z. B. 100°C, gehalten wird, und zwar sowohl zwischen benachbarten Einheiten von Einfarben-Aufzeichnungsvorrichtungen 20 als auch unmittelbar vor dem Eintritt des Papiers in die erste Einheit der Einfarben-Aufzeichnungsvorrichtungen 20. Dies ermöglicht auch das Drucken in vollen Farben auf einfachem Papier, obwohl sich die erreichte Bildqualität leicht verschlechtert. Die Temperatur der Zuführungen steht auch in Beziehung zum Vitrifizierungspunkt der Toner; grundsätzlich kann sie aber auf die Temperatur eingestellt werden, die auftritt, bevor das Aufzeichnungspapier, das das Tonerbild trägt, sich vom dielektrischen Metallband 4 trennt, das von der zusammengebauten Heiz- und Kühleinheit (bestehend aus dem Heizelement 1 und der Kühlvorrichtung 3) gekühlt wird. Die Temperatur an diesem Punkt ist im wesentlichen gleich mit dem Vitrifizierungspunkt des Toners.

Die oben beschriebene Idee des Vervollständigens des Druckens einzelner Farben, um sie nacheinander eine über die andere zu drucken, und das Vermeiden des Hängenbleibens (Off-setting) beim Trennen des Aufzeichnungspapiers, das das Tonerbild trägt, von dem dielektrischen Metallband 4, nachdem der geschmolzene Toner gekühlt worden ist, bietet ein Verfahren, mit dessen Hilfe die Entwicklung eines neuen Farbdruckers erheblich erleichtert ist. Im einzelnen vermindert das Vermeiden des Hängenbleibens mit Hilfe physikalischer Mittel, das in einer Abkühlung in einem Abtrennen des Aufzeichnungspapiers besteht, in erheblichem Maße die Exaktheit bei den chemischen Werkstoffeigenschaften, die für die Toner benötigt werden, wohingegen die Praxis des Vervollständigens von Einfarbendrucken so, daß sie aufeinandergedruckt werden können, die Notwendigkeit vermeiden, Toner auszusuchen, die dieselben Schmelzpunkte haben und die vor einer Farbmischung in geschmolzenem Zustand geschützt sind. Als weiteren Vorteil bietet der Mehrfarben-Druckvorgang nach der vorliegenden Erfindung im Effekt die Wiederholung der Druckzyklen für einfarbige Drucke; die Technik, die speziell zum Erzielen von Mehrfarbendrucken benötigt wird, besteht darin, die Genauigkeit der Papierzuführung sicherzustellen; dies ist aber kein Weg, der sich von den Erfordernissen des Systems nach dem Stand der Technik unterscheidet.

Die einzige Begrenzung des Farbdruckverfahrens, das mit der Vorrichtung gemäß Fig. 8 durchgeführt werden kann, besteht darin, daß die Druckgeschwindigkeit des Systems so vermindert werden sollte, daß jede Druckeinheit mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als die vorhergehende arbeitet, um ein Auftreten von Passer-Fehlern automatisch zu verhindern.

Claims

1. Vorrichtung zur elektrofotografischen Aufzeichnung, gekennzeichnet durch
einen Fotorezeptor (7) mit einer fotoleitfähigen und lichtempfindlichen Schicht (17),
einen in der Nähe des Fotorezeptors (7) angeordneten optischen Kopf (13), auf dessen Signal hin eine Belichtung auf dem Fotorezeptor (7) durchgeführt wird,
ein dielektrisches Metallband (4) in Form eines dünnen, endlosen Metallbandes mit einer dielektrischen Schicht (16) auf seiner äußeren Umfangsfläche, wobei das dielektrische Metallband in Berührung mit dem Fotorezeptor (7) gebracht wird, um auf dem dielektrischen Metallband (4) laufend ein elektrostatisches, latentes Bild dem Bild auf dem Fotorezeptor (7) zu bilden,
eine Entwicklungseinheit (8) zum Entwickeln des latenten Bildes mit einem Toner, um ein Tonerbild herzustellen,
Übertragungsmittel zum Übertragen des Tonerbildes auf ein Aufzeichnungsmedium (10), und
Fixierungsmittel zum dauernden Fixieren des Tonerbildes auf dem Aufzeichnungsmedium (10), um ein fertiges Bild aufzuzeichnen.

2. Vorrichtung zur elektrofotografischen Aufzeichnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zusammengebaute Heiz- und Kühleinheit (1, 2, 3), die gegen die Innenumfangsseite des dielektrischen Metallbandes (4) preßbar ist, das auf diese Weise in Berührung mit dem Aufzeichnungsmedium (10) gebracht wird, wodurch das Bild auf dem dielektrischen Metallband (4) der Reihe nach geschmolzen und auf das Aufzeichnungsmedium (10) übertragen und fixiert wird.

3. Vorrichtung zur elektrofotografischen Aufzeichnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotorezeptor (7) ein endloses, durchsichtiges Substrat (19) aufweist, auf dessen äußerer Umfangsfläche eine fotoleitfähige, lichtempfindliche Schicht (17) ausgebildet ist, und daß wenigstens an der äußeren Oberfläche der fotoempfindlichen, lichtempfindlichen Schicht (17) ein lichtabschirmendes Teil vorgesehen ist, wobei der optische Kopf (13) innerhalb des Fotorezeptors (7) angeordnet ist.

4. Vorrichtung zur elektrofotografischen Aufzeichnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotorezeptor (7) ein durchsichtiges Substrat (19) aufweist, das mit einem durchsichtigen, elektroleitfähigen Film (18) beschichtet ist und eine lichtempfindliche Schicht (17) an seiner äußeren Umfangsfläche aufweist, wobei zwischen dem durchsichtigen, elektroleitfähigen Film (18) auf dem Fotorezeptor (17) und dem dielektrischen Metallband (4) eine Spannung angelegt ist, und wobei auf dem Teil des Fotorezeptors (7), der in Berührung mit dem dielektrischen Metallband (4) ist, auf ein Signal hin, was vom optischen, auf der gegenüberliegenden Seite derjenigen Fläche des Fotorezeptors, die mit dem Metallband (4) in Berührung steht, eine Belichtung durchgeführt wird, wodurch ein elektrostatisch latentes Bild auf dem Metallband (4) gebildet wird, welches dann mit Hilfe eines Toners entwickelt wird, und wobei die zusammengebaute Heiz- und Kühleinheit (1, 2, 3) gegen die Innenfläche des Metallbandes (4) so preßbar ist, daß es in Berührung mit dem Aufzeichnungsmedium (10) gebracht wird, wobei sich das ergebende Tonerbild geschmolzen und auf das Aufzeichnungsmedium (10) übertragen und fixiert wird.

5. Vorrichtung zur elektrofotografischen Aufzeichnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der durchsichtige, elektroleitfähige Film (18) auch auf derjenigen Oberfläche beschichtet ist, die auf der Seite des durchsichtigen Substrats (19) liegt, die der Fläche gegenüberliegt, die das dielektrische Metallband (4) berührt, wobei der zweite durchsichtige und elektroleitfähige Film ständig elektrisch geerdet ist.

6. Elektrofotografisches Mehrfarbendruck- Aufzeichnungssystem, bei dem zwei oder mehrere Einheiten von Vorrichtungen zur elektrofotografischen Aufzeichnung nach Anspruch 1 so in Reihe angeordnet sind, daß das System den Druck von einzelnen Farben so vervollständigt, daß sie nacheinander aufeinandergedruckt werden.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das nacheinanderfolgende Drucken mit Hilfe von Tonern durchgeführt wird, deren Schmelzpunkte der Reihe nach abfallend sind.

8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der jeweiligen Führungen zum Führen des Aufzeichnungspapiers sowohl zwischen benachbarten Einheiten von elektrofotografischen Aufzeichnungsvorrichtungen, die in Reihe angeordnet sind, als auch unmittelbar vor dem Eintritt des Aufzeichnungspapiers in die erste Einheit der Aufzeichnungsvorrichtung auf einem Wert von demjenigen Vitrifizierungspunkt liegt, der der niedrigste von allen verwendeten Tonern ist.

9. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsgeschwindigkeit mit den Einheiten (20) der in Reihe angeordneten Vorrichtungen zur elektrofotografischen Aufzeichnung so vermindert ist, daß jede Aufzeichnungseinheit mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als die vorhergehende arbeitet.

10. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Einheiten der Vorrichtungen zur elektrofotografischen Aufzeichnung in einem geometrischen Muster in Reihe so angeordnet sind, daß Wartungsarbeiten, einschließlich des Ersetzens von Toner oder das Entfernens von geknülltem Papier leicht ausgeführt werden konnen.