DE60019068T2

DE60019068T2 - Tonerförderungs- und -aufladesystem für Bilderzeugungsverfahren

Info

Publication number: DE60019068T2
Application number: DE60019068T
Authority: DE
Inventors: Lloyd F. Rochester Bean
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1999-11-23
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2020-11-21
Also published as: EP1103864A3; JP2001154477A; EP1103864A2; JP4553479B2; EP1103864B1; US6205313B1; DE60019068D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Entwicklungsvorrichtung für Druckgeräte und -maschinen.
Beschreibung des Standes der Technik
Im Allgemeinen umfasst das elektrofotografische Drucken das Aufladen eines fotoleitfähigen Elementes auf ein im Wesentlichen gleichmäßiges Potential. Hierdurch wird die Oberfläche des fotoleitfähigen Elementes fotoempfindlich gemacht. Der aufgeladene Abschnitt der fotoleitfähigen Oberfläche wird sodann einem Lichtbild ausgesetzt, das entweder von einer Quelle modulierten Lichtes oder von Licht stammt, das von einem wiederzugebenden Ausgangsschriftstück reflektiert ist. Derart wird ein elektrostatisches latentes Bild auf der fotoleitfähigen Oberfläche erzeugt. Nachdem das elektrostatische latente Bild auf der fotoleitfähigen Oberfläche erzeugt worden ist, wird das latente Bild entwickelt. Bei der Entwicklung des elektrostatischen latenten Bildes kommen Zweikomponenten- und Einkomponentenentwicklermaterialien zum Einsatz.
Ein typischer Zweikomponentenentwickler enthält magnetische Trägerkörnchen und Tonerteilchen, die reibungselektrisch an den magnetischen Trägerkörnchen anhaften. Demgegenüber enthält ein Einkomponentenentwicklermaterial üblicherweise nur Tonerteilchen. Die Tonerteilchen werden zu dem auf der fotoleitfähigen Oberfläche aufgezeichneten latenten Bild hingezogen, wodurch sich ein entwickeltes Bild auf der fotoleitfähigen Oberfläche ausbildet. Das entwickelte Bild wird sodann auf ein Druckblatt übertragen. Anschließend wird das Tonerpulverbild erwärmt, sodass eine dauerhafte Fixierung des Tonerpulverbildes an dem Druckblatt erfolgt.
Ein Verfahren zum Transportieren von Tonerteilchen in einem Entwicklungssystem derart, dass eine gleichmäßige Verteilung der Tonerteilchen auf der fertigen Druckseite sichergestellt ist, beruht auf der Verwendung von Wanderwellen. So offenbart das US-Patent 4,647,179 beispielsweise die Erzeugung einer Wanderwelle durch drei- oder mehrphasige Wechselspannungen, die an einem linearen Feld von Leitern anliegen, die längs des äußeren Umfanges eines Tonerteilchenförderers angeordnet sind. Bei dieser Entwicklungsvorrichtung ist die Kraft F zum Bewegen der Tonerteilchen längs des Förderers gleich Q×E_t, wobei Q gleich der Ladung an den Tonerteilchen und E_t gleich der tangentialen Kraft ist, die durch die an dem Feld von Leitern anliegende mehrphasige Wechselspannung erzeugt wird.
Eine magnetische Bürste leitet dem Förderer Tonerteilchen zu. Die magnetische Bürste dreht sich in derselben Richtung wie die Wanderwelle. Dies verleiht den Tonerteilchen eine Anfangsgeschwindigkeit, wodurch bewerkstelligt wird, dass auch Tonerteilchen mit sehr kleiner Ladung von der Welle ausreichend vorwärts getrieben werden, um die geladene fotoleitende Oberfläche zu erreichen.
Eine weitere Vorrichtung zum Transportieren geladener Tonerteilchen längs eines vorbestimmten Weges ist in dem US-Patent 5,893,015 offenbart. Dieses Patent beschreibt eine Vorrichtung mit einem Geberelement, das dafür ausgelegt ist, geladene Teilchen an seiner Oberfläche längs eines vorbestimmten Weges zu bewegen. Das Geberelement umfasst an seiner Außenfläche ein Elektrodenfeld. Das Elektrodenfeld wiederum enthält eine Mehrzahl beabstandeter Elektroden, die sich im Wesentlichen über die Breite der Oberfläche des Geberelementes erstrecken. In dieser Druckschrift wird darüber hinaus eine mehrphasige Gleichspannungsquelle offenbart, die mit dem Elektrodenfeld wirkverbunden ist. Die Phasen sind derart gegeneinander verschoben, dass ein elektrodynamisches Wellenmuster erzeugt wird, durch das die geladenen Teilchen an der Oberfläche des Geberelementes längs eines vorbestimmten Weges bewegt werden können.
Zusammenfassung der Erfindung
Zu den Nachteilen der vorstehend beschriebenen Zweikomponentenentwicklungssysteme zählen die Unmöglichkeit einer beständigen Steuerung der Konzentration der Tonerteilchen, die Unmöglichkeit der Bereitstellung einer gleichmäßigen Mischung von Tonerteilchen und Trägerteilchen, Probleme hinsichtlich der Alterung des Trägers sowie die Notwendigkeit eines reibungselektrischen Anhaftens der Tonerteilchen an den Trägerteilchen. Darüber hinaus bewirken die Trägerteilchen von Zweikomponentenentwicklermaterialien eine Körnigkeit, das heißt Unschärfe (Rauschen), im fertigen Bild auf der Druckseite. Die Körnigkeit beziehungsweise Unschärfe ist direkt proportional zur Größe der Trägerteilchen.
Bei Einkomponentenentwicklermaterialien, die nur Tonerteilchen enthalten, sind diese Probleme tendenziell geringer. Darüber hinaus ist die Körnigkeit des fertigen Bildes nur eine Funktion des Tonerteilchendurchmessers. Gleichwohl ist es bei Verwendung eines Einkomponentenentwicklermaterials schwierig sicherzustellen, dass die Tonerteilchen richtig dosiert, gleichmäßig aufgeladen und derart effektiv transportiert werden, dass eine gleichmäßige Verteilung der Tonerteilchen auf der fertigen Druckseite gewährleistet ist.
Die vorliegende Erfindung stellt Vorrichtungen, Systeme und Verfahren bereit, die geladene Tonerteilchen für eine Bildentwicklungszone bereitstellen, ohne dass hierfür Trägerteilchen von Nöten wären.
Die vorliegende Erfindung stellt zudem Vorrichtungen, Systeme und Verfahren bereit, die die Notwendigkeit einer Steuerung der Konzentration der Tonerteilchen in einem System zur Bereitstellung geladener Tonerteilchen beseitigen.
Die vorliegende Erfindung stellt zudem Systeme zur Bereitstellung geladener Tonerteilchen bereit, die im Wesentlichen einen einfacheren Aufbau aufweisen.
Die vorliegende Erfindung stellt darüber hinaus Systeme zur Bereitstellung geladener Tonerteilchen bereit, bei denen keine Probleme hinsichtlich der Zugabe des Trägers, Probleme hinsichtlich der Alterung des Trägers und Probleme hinsichtlich der Anforderungen an die reibungselektrischen Gegebenheiten auftreten.
Die vorliegende Erfindung stellt darüber hinaus Systeme zur Bereitstellung geladener Tonerteilchen bereit, die große Einfachheit aufweisen und größeren Spielraum bei der Entwicklung qualitativ hochwertiger Bilder zulassen.
Die vorliegende Erfindung stellt schließlich auch Systeme zur Bereitstellung geladener Tonerteilchen bereit, die ein einfaches und wirtschaftliches SCD-System (single component development SCD, Einkomponentenentwicklung) und ein entsprechendes Verfahren ermöglichen.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung kommt bei einer Tonerteilchenladevorrichtung ein Tiefdruckelement zum Einsatz, das dafür ausgelegt ist, in Tonerrückhalteelementen an der Oberfläche hiervon enthaltene Tonerteilchen aufzuladen. Das Tiefdruckelement weist einen elektrisch leitenden Kern mit einer Ladungsabklingüberzugsschicht auf, die beispielsweise aus Urethan, Polykarbonat, Keramik oder dergleichen besteht.
Die Ladungsabklingüberzugsschicht wirkt während einer Tonerladeperiode als Isolator und weist darüber hinaus eine Abklingzeit auf, durch die es möglich wird, aufgenommene Ladungen abzuleiten. In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist die Ladungsabklingüberzugsschicht eine Dicke auf, die mehr als etwa dem Fünffachen des Tonerteilchendurchmessers entspricht. Bei dieser Dicke ist der Hauptfaktor, der die Polarität und die Ladungsmenge der einzelnen Tonerteilchen bestimmt, nicht mehr der Tonerteilchendurchmesser, sondern die Abklingschicht.
Die Tonerrückhalteelemente können als Nuten oder Schalen ausgebildet sein. Die Tonerrückhalteelemente sind derart ausgebildet, dass sie eine genau vorbestimmte Menge an Tonerteilchen in sich halten. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen weisen die Tonerrückhalteelemente eine Tiefe auf, die weniger als dem Dreifachen des Tonerteilchendurchmessers entspricht. Dies bewirkt tendenziell eine Minimierung der Schattenbildung (shadowing) der Tonerteilchen während des Schrittes der Toneraufladung. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen weisen die Tonerrückhalteelemente eine Tiefe auf, die annähernd dem Zweifachen des Tonerteilchendurchmessers entspricht.
Eine Tonerdosierklinge steht mit der Oberfläche des Tiefdruckelementes in Kontakt, um die genau vorgegebene Menge an Tonerteilchen zu begrenzen, die an der Oberfläche des Tiefdruckelementes verteilt sind. Eine Koronaentladevorrichtung lädt die zuvor ungeladenen Tonerteilchen an dem Tiefdruckelement auf eine gewünschte Spannung und Polarität auf.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung umfassen eine ein auf einer Bildoberfläche aufgezeichnetes latentes Bild entwickelnde Vorrichtung mit einer Kammer, in der ein Vorrat an Entwicklermaterial mit ungeladenen Tonerteilchen aufbewahrt wird, und mit dem vorstehend genannten Tiefdruckwalzelement, das von der Bildoberfläche beabstandet angeordnet und derart ausgelegt ist, dass die Tonerteilchen an der Oberfläche des Tiefdruckwalzelementes in einen Bereich gegenüberliegend der Bildoberfläche transportiert werden.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen eine elektrofotografische Bilderzeugungsmaschine, bei der ein elektrostatisches latentes Bild, das auf einer Bildoberfläche eines fotoleitenden Elementes aufgezeichnet ist, entwickelt wird, um ein sichtbares Bild zu bilden. Die elektrofotografische Bilderzeugungsmaschine umfasst ein Gehäuse, in dem eine Kammer untergebracht ist, in der ein Vorrat an Entwicklermaterial aufbewahrt wird, sowie das vorstehend genannte Tiefdruckwalzelement, das von der Bildoberfläche beabstandet ist. Das Entwicklermaterial enthält ungeladene Tonerteilchen. Das Tiefdruckwalzelement ist derart ausgelegt, dass die Tonerteilchen an seiner Oberfläche in einen Bereich gegenüberliegend der Bildoberfläche transportiert werden.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden Detailbeschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele der Systeme und Verfahren der Erfindung angegeben oder aus dieser deutlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, die sich wie folgt zusammensetzt.
1 ist eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Tonerladesystems.
2 ist eine Querschnittsansicht der Oberfläche eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Tiefdruckwalzelementes.
3 ist eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Tonerladesystems.
4 ist eine Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Tonerladesystems.
Detailbeschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Aus Gründen der Einfachheit und Klarheit werden die Arbeitsprinzipien, Gestaltungsfaktoren sowie der Aufbau des erfindungsgemäßen Tonerladesystems anhand dreier Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Tonerladesystems beschrieben, die jeweils in 1, 3 und 4 dargestellt sind. Eine grundlegende Erklärung des Betriebes des To nerladesystems ist für das Verständnis des Aufbaus der relevanten Bestandteile förderlich, die bei dem erfindungsgemäßen Tonerladesystem zum Einsatz kommen.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Tiefdruckwalze 110. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst das erste Ausführungsbeispiel eines Tonerladesystems 100 das Tiefdruckwalzelement 110, das mit einem Gehäuse 120 drehbar verbunden ist. Eine Tonerdosierklinge 130, die an dem Gehäuse 120 angebracht ist, legt eine Kammer 140 fest. In der Kammer 140 wird ein Vorrat an ungeladenen Tonerteilchen aufbewahrt. Eine Koronaentladevorrichtung 150 ist angrenzend an das Tiefdruckwalzelement 110 angebracht. Die Koronaentladevorrichtung 150 lädt die ungeladenen Tonerteilchen auf ein gewünschtes Potential und eine gewünschte Polarität auf. Das Tiefdruckwalzelement 110 ist angrenzend an einen Förderer 160 elektrostatischer Wanderwellen angeordnet. Ein Fotorezeptor 170 ist angrenzend an den Förderer 160 elektrostatischer Wanderwellen angeordnet. Es ist einsichtig, dass jede beliebige bekannte oder zukünftig noch zu entwickelnde Tonerladevorrichtung anstelle der vorstehend genannten Koronaentladevorrichtungen zum Einsatz kommen kann.
Das Tiefdruckwalzelement 110 ist bei verschiedenen Ausführungsbeispielen 0,127 mm (0,005") bis 1,27 mm (0,050") oberhalb des Förderers 160 elektrostatischer Wanderwellen angebracht. Der Fotorezeptor 140 ist bei verschiedenen Ausführungsbeispielen 0,127 mm (0,005") bis 1,27 mm (0,050") oberhalb des Förderers 160 elektrostatischer Wanderwellen angeordnet. Der Fotorezeptor 170 ist von dem Tiefdruckwalzelement 110 beabstandet, wobei das Tiefdruckwalzelement 110 in eine Richtung gedreht werden kann, die entweder „mit" der Bewegungsrichtung des Förderers 160 elektrostatischer Wanderwellen oder „gegen" diese läuft. Auf ähnliche Weise können Tonerteilchen auf dem Förderer 160 elektrostatischer Wanderwellen in eine Richtung wandern, die „mit" der Bewegungsrichtung des Fotorezeptors 170 oder „gegen" diese läuft.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Tiefdruckwalzelementes 110 eingehender. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst das Tiefdruckwalzelement 110 bei verschiedenen Ausführungsbeispielen einen elektrisch leitenden Kern 112 mit einer Abklingüberzugsschicht 114 und einem oder mehreren Tonerrückhalteelementen 116. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen besteht die Abklingüberzugsschicht 114 aus Polyurethan, Polykarbonat, Keramik oder dergleichen oder einer Kombination hieraus. Die Abklingüberzugsschicht 114 weist eine Abklingzeit auf, durch die es möglich wird, dass aufgenommene Ladungen mit der Drehung des Tiefdruckwalzelementes 110 abgeleitet werden. Die Abklingüberzugsschicht 114 wirkt zudem während einer Tonerladeperiode als Isolator.
Überdies weist bei einigen Ausführungsbeispielen die Abklingüberzugsschicht 114 eine Dicke auf, die mehr als dem Fünffachen des Tonerteilchendurchmessers entspricht. Weist die Äbklingüberzugsschicht 114 eine Dicke von mehr als dem Fünffachen des Tonerteilchendurchmessers auf, so ist der Hauptfaktor, der die Polarität und/oder das Potential der einzelnen Tonerteilchen bestimmt, nicht mehr der Tonerteilchendurchmesser, sondern die Abklingschicht.
Die Tonerrückhalteelemente 116 sind an der äußeren Oberfläche des Tiefdruckwalzelementes 110 ausgebildet. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen sind die Tonerrückhalteelemente 116 als Nuten, Schalen oder in anderen bereits bekannten oder zukünftig noch zu entwickelnden Formen ausgebildet, die einzig in der Lage sein müssen, die Tonerteilchen zu halten. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen weisen die Tonerrückhalteelemente 116 eine Tiefe von weniger als dem Dreifachen des Tonerteilchendurchmessers auf. Bei anderen Ausführungsbeispielen weisen die Tonerrückhalteelemente 116 den doppelten Durchmesser der Tonerteilchen auf. Der Einsatz von Tonerrückhalteelementen 116 mit dieser Tiefe trägt tendenziell zur Minimierung des Schattenbildungseffektes (shadowing) der Tonerteilchen bei, wenn der Toner aufgeladen wird. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen sind die Tonerrückhalteelemente 116 zwischen 60° und 85° relativ zur Drehachse des Tiefdruckwalzelementes 110 angeordnet. Eine Verwendung der Tonerrückhalteelemente 116 in diesem Winkelbereich minimiert tendenziell das Verkeilen und Gleiten der Tonerteilchen, wenn diese in die Tonerrückhalteelemente 116 eintreten.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfassen die Tonerrückhalteelemente 116 wenigstens zwei Sätze von Nuten. Die wenigstens zwei Sätze von Nuten sind derart angeordnet, dass zwischen jedem Paar aneinander angrenzender Nuten ein sich erhebender Bereich beziehungsweise eine Insel ausgebildet ist. Die sich erhebenden Bereiche zwischen den Nuten halten die Tonerdosierklinge 130 auf einer gleichmäßigen Höhe oberhalb der Oberfläche des Tiefdruckwalzelementes 110.
Wie wiederum in 1 gezeigt ist, werden während des Betriebes des Tonerladesystems 100 bei einer Drehung des Tiefdruckwalzelementes 110 ungeladene Tonerteilchen in der Kammer 140 bedingt durch die Schwerkraft in die Tonerrückhalteelemente 116 an der Oberfläche des Tiefdruckwalzelementes 110 eingebracht. Man beachte, dass die Schwerkraft bezüglich der Tiefdruckwalzoberfläche eine Normalkraft auf die Tonerteilchen bereitstellt. Die schwerkraftbedingte Normalkraft ermöglicht, dass sich die Tonerteilchen an der Oberfläche des Tiefdruckwalzelementes 110 und in der Nähe derselben mit der Oberfläche des Tiefdruckwalzelementes 110 bewegen. Die Bewegung der ungeladenen Tonerteilchen an der Oberfläche des Tiefdruckwalzelementes 110 und in der Nähe derselben ermöglicht, dass die ungeladenen Tonerteilchen mittels einer Tonerdosierklinge 130, die in der unteren Hälfte des Tiefdruckwalzelementes 110 angeordnet ist, in die Nuten des Tiefdruckwalzelementes 110 eingebracht werden.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen verzögert die Tonerdosierklinge 130 die Bewegung der Tonerteilchen und schiebt die Tonerteilchen in die Tonerrückhalteelemente 116 an der Oberfläche des Tiefdruckwalzelementes 110. Auf diese Weise stellt die Tonerdosierklinge 130 sicher, dass die Tonerrückhalteelemente 116 auch ohne Schwerkraft mit Tonerteilchen gefüllt werden.
Bei fortschreitender Drehung des Tiefdruckwalzelementes 110 entfernt die Tonerdosierklinge 130 überschüssige Tonerteilchen von der Oberfläche des Tiefdruckwalzelementes 110. Hierdurch bleibt eine dosierte Menge von Toner auf der Oberfläche des Tiefdruckwalzelementes 110 zurück. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen verringert die Tonerdosierklinge 130 die Tonerteilchenmenge an der Oberfläche der Tiefdruckwalze auf eine Menge, die allein und direkt von der Tiefe der Tonerrückhalteelemente 116 abhängt.
Bei noch weiter fortschreitender Drehung des Tiefdruckwalzelementes 110 wandern die ungeladenen Tonerteilchen in den Tonerrückhalteelementen 116 an der Koronaentladevorrichtung 150 vorbei. Die Koronaentladevorrichtung 150 lädt die in den Tonerrückhalteelementen 116 gehaltenen Tonerteilchen auf ein gewünschtes Potential und eine gewünschte Polarität auf. Die Abklingüberzugsschicht 114 wirkt während dieser Tonerladeperiode als Isolator zwischen dem elektrisch leitenden Kern 112 und den Tonerteilchen.
Sobald die Tonerteilchen die gewünschte Ladungsmenge mit gewünschter Polarität aufgenommen haben, werden die geladenen Tonerteilchen elektrostatisch auf den Förderer 160 elektrostatischer Wanderwellen übertragen. Verlassen die geladenen Tonerteilchen die Oberfläche des Tiefdruckwalzelementes 110, so bewirkt die Abklingüberzugsschicht 114, dass von der Abklingüberzugsschicht 114 an der Oberfläche des Tiefdruckwalzele mentes 100 während dieses Tiefdruckwalzzyklus aufgenommene Ladungen abgeleitet werden.
Die geladenen Tonerteilchen werden anschließend über den Förderer 160 elektrostatischer Wanderwellen zu dem Bildfotorezeptor 170 transportiert. Die geladenen Tonerteilchen werden sodann elektrostatisch von dem Förderer 160 elektrostatischer Wanderwellen auf den Bildfotorezeptor 170 übertragen. Der Fotorezeptor 170 dreht sodann das entwickelte elektrostatische Bild auf dem Fotorezeptor 170 in die Bildübertragungs/Entwicklungszone, wo die das entwickelte Bild bildenden geladenen Tonerteilchen elektrostatisch auf ein Druckblatt 180 übertragen werden. Die Tonerteilchen werden anschließend dauerhaft an dem Druckblatt 180 fixiert, wodurch das fertige Bild erzeugt wird.
Werden nacheinander elektrostatische Bilder entwickelt, so werden ungeladene Tonerteilchen in der Kammer 140 solange aufgebraucht, bis deren verbleibende Menge nicht mehr nutzbar ist. In einem (nicht gezeigten) Tonerspender wird ein Vorrat an Tonerteilchen aufbewahrt. Der Tonerspender steht mit der Kammer 140 des Gehäuses 120 in Verbindung. Sinkt die Menge an Tonerteilchen in der Kammer 140, so werden frische Tonerteilchen aus dem Tonerspender nachgeliefert. Aus diesem Grund bleibt eine im Wesentlichen beständige Menge an Tonerteilchen in der Kammer 140 erhalten.
3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Tonerladesystems 200. Wie in 3 gezeigt ist, umfasst das Tonerladesystem 200 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Tiefdruckwalzelement 210, das mit einem Gehäuse 220 drehbar verbunden ist. Das Gehäuse 220 umfasst angebrachte „Klappen-/Rückschlagventil"-Tonerdichtungen 222 und 224, eine einem Entwicklerwalzelement zugeordnete tonerentfernende Abstreichklinge 226 und eine Tonerdosierklinge 230, die zusammen eine Kammer 240 festlegen. In der Kammer 240 wird ein Vorrat an ungeladenen Tonerteilchen aufbewahrt. Eine Koronaentladevorrichtung 250 ist angrenzend an das Tiefdruckwalzelement 210 angebracht. Die Koronaentladung 250 lädt die zuvor ungeladenen Tonerteilchen auf ein gewünschtes Potential und eine gewünschte Polarität auf.
Das Tiefdruckwalzelement 210 ist angrenzend an ein Entwicklerwalzelement 290 angebracht. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen ist das Tiefdruckwalzelement 210 derart angeordnet, dass der Abstand zwischen dem Tiefdruckwalzelement 210 und dem Entwicklerwalzelement 290 größer als eine Tiefdruckwalzrückhalteelementperiode ist.
Dies führt tendenziell zu einer höheren Wahrscheinlichkeit, dass auf den übertragenen Tonerteilchen an dem Entwicklerwalzelement 290 kein Tiefdruckmuster gebildet wird. Bei einigen Ausführungsbeispielen beträgt die Tiefdruckwalzrückhalteelementperiode annähernd 0,127 mm (0,005") bis 1,27 mm (0,050"). Ist der Abstand zwischen dem Tiefdruckwalzelement 210 und dem Entwicklerwalzelement 290 größer als die Tiefdruckwalzrückhalteelementperiode, so kann eine gleichmäßigere Tonerschicht erzeugt werden.
Das Tiefdruckwalzelement 210 kann in einer Richtung gedreht werden, die entweder „mit" der Bewegungsrichtung des Entwicklerwalzelementes 290 oder „gegen" diese läuft. Ein Fotorezeptor 270 wandert tangential an dem Entwicklerwalzelement 290 vorbei. Das Entwicklerwalzelement 290 kann in einer Richtung gedreht werden, die entweder „mit" der Bewegungsrichtung des Fotorezeptors 270 oder „gegen" diese läuft. Das Tiefdruckwalzelement 210 umfasst den elektrisch geladenen Kern 112, die Abklingüberzugsschicht 114 und die Tonerrückhalteelemente 116, die vorstehend anhand 2 diskutiert wurden.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen umfasst das Entwicklerwalzelement 290 eine leitende Walze mit einem mittels Klinge reinigbaren Abklingüberzug. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen ist der mittels Klinge reinigbare Abklingüberzug aus keramischem Material gebildet. Die Abklingüberzugsschicht weist eine Abklingzeit auf, durch die es möglicht wird, dass aufgenommene Ladungen mit der Drehung des Entwicklerwalzelementes 290 abgeleitet werden.
Während des Betriebes des Tonerladesystems 200 werden mit der Drehung des Tiefdruckwalzelementes 210 ungeladene Tonerteilchen in der Kammer 240 durch die auf die Tonerrückhalteelemente 116 an der Oberfläche des Tiefdruckwalzelementes 210 wirkende Schwerkraft gefördert. Mit weiter fortschreitender Drehung des Tiefdruckwalzelementes 210 entfernt die Tonerdosierklinge 230 überschüssige Tonerteilchen von dem Tiefdruckwalzelement 210, sodass eine dosierte Menge an der Oberfläche des Tiefdruckwalzelementes 210 zurückbleibt.
Wie vorstehend anhand 1 und 2 beschrieben, verringert die Tonerdosierklinge 230 die Menge an Tonerteilchen an der Oberfläche des Tiefdruckwalzelementes 210 in Abhängigkeit von der Tiefe der Tonerrückhalteelemente 116.
Mit weiter fortschreitender Drehung des Tiefdruckwalzelementes 210 wandern die ungeladenen Tonerteilchen in den Tonerrückhalteelementen 116 an der Koronaentladevorrichtung 250 vorbei, die die in den Tonerrückhalteelementen 116 gehaltenen Tonerteilchen auf ein gewünschtes Potential und eine gewünschte Polarität auflädt. Die Abklingüberzugsschicht 114 wirkt während dieser Tonerladeperiode als Isolator zwischen dem elektrisch leitenden Kern 112 und den Tonerteilchen.
Dreht sich das Tiefdruckwalzelement 210 weiter, so werden die geladenen Tonerteilchen in den Tonerrückhalteelementen 116 elektrostatisch auf das Entwicklerwalzelement 290 übertragen, das sich in einer Richtung dreht, die der Drehrichtung des Tiefdruckwalzelementes 210 entgegengesetzt ist. Die Tonerteilchen werden durch Anlegen eines Wechselspannungspotentials mit konstanter Vorspannung entweder an dem Tiefdruckwalzelement 210 oder dem Entwicklerwalzelement 290 elektrostatisch in eine Übertragungszone 292 übertragen. Verlassen die geladenen Tonerteilchen die Oberfläche des Tiefdruckwalzelementes 210, so ermöglicht die Abklingüberzugsschicht 114, dass sämtliche an der Oberfläche des Tiefdruckwalzelementes 210 während dieses Tiefdruckwalzzyklus aufgenommen Ladungen abgeleitet werden.
Die geladenen Tonerteilchen werden anschließend bedingt durch die Drehung des Entwicklerwalzelements 290 hin zu dem Bildfotorezeptor 270 transportiert. In einer Zwischenübertragungszone 272 werden die geladenen Tonerteilchen von dem Entwicklerwalzelement 290 elektrostatisch auf den Fotorezeptor 270 übertragen, der in eine Richtung wandert, die tangential zur Drehrichtung des Entwicklerwalzelementes 290 ist. Erneut werden die Tonerteilchen elektrostatisch durch Anlegen eines Wechselspannungspotentials mit konstanter Vorspannung entweder an dem Entwicklerwalzelement 290 oder dem Fotorezeptor 270 in die Zwischenübertragungszone 272 übertragen.
Verlassen die geladenen Tonerteilchen die Oberfläche des Entwicklerwalzelementes 290, so ermöglicht die mittels Klinge reinigbare Abklingüberzugsschicht des Entwicklerwalzelementes 290, dass beliebige Ladungen, die während dieses Übertragungszyklus an der Oberfläche des Entwicklerwalzelementes 290 aufgenommen wurden, abgeleitet werden. Setzt sich die Drehung des Entwicklerwalzelementes 290 fort, so werden nicht entwickelte restliche Tonerteilchen, die an dem Entwicklerwalzelement 290 verblieben sind, mittels der dem Entwicklerwalzelement zugeordneten tonerentfernenden Abstreichklinge 226 von dem mittels Klinge reinigbaren Abklingüberzug des Entwicklerwalzelementes 290 entfernt und in die Kammer 240 zurückgeführt.
Der entwickelte Fotorezeptor 270 transportiert das entwickelte Bild sodann in die Bildübertragungszone (nicht gezeigt). In der Bildübertragungszone werden die geladenen Tonerteilchen des entwickelten Bildes elektrostatisch auf ein Druckblatt übertragen und an dem Druckblatt dauerhaft fixiert.
Werden nacheinander elektrostatische Bilder entwickelt, so werden ungeladene Tonerteilchen in der Kammer 240 solange aufgebraucht, bis deren restliche Menge nicht mehr nutzbar ist. In einem (nicht gezeigten) Tonerspender wird ein Vorrat an Tonerteilchen aufbewahrt. Der Tonerspender steht mit der Kammer 240 des Gehäuses 220 in Verbindung. Sinkt die Menge an Tonerteilchen in der Kammer 240, so werden frische Tonerteilchen aus dem Tonerspender nachgeliefert. Aus diesem Grund bleibt eine im Wesentlichen beständige Menge an Tonerteilchen in der Kammer 240 des Gehäuses 220 erhalten.
4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Tonerladesystems 300. Wie in 4 gezeigt ist, umfasst das Tonerladesystem 300 ein Tiefdruckwalzelement 310, das mit einem Gehäuse 320 drehbar verbunden ist. Das Gehäuse 320 umfasst eine angebrachte „Klappen-/Rückschlagventil"-Tonerdichtung 322, eine tonerentfernende Abstreichklinge 326 und eine Tonerdosierklinge 330, die zusammen eine Kammer 340 festlegen. In der Kammer 340 wird ein Vorrat an ungeladenen Tonerteilchen aufbewahrt. In der Kammer 340 ist eine Tonerreinigungs-/Verteilungsbürste 328 vorgesehen. Die Tonerreinigungs-/Verteilungsbürste 328 reinigt die Oberfläche des Tiefdruckwalzelementes 310. Bei einigen Ausführungsbeispielen entlädt die Tonerreinigungs-/Verteilungsbürste 328 beliebige geladene Tonerteilchen, die entweder von dem Tiefdruckwalzelement 310 oder dem Entwicklerwalzelement 390 her in die Kammer 340 zurückgeführt wurden. Eine Koronaentladevorrichtung 350 ist angrenzend an das Tiefdruckwalzelement 310 angebracht. Die Koronaentladevorrichtung 350 lädt die zuvor ungeladenen Tonerteilchen auf ein gewünschtes Potential und eine gewünschte Polarität auf.
Das Tiefdruckwalzelement 310 umfasst den elektrisch leitenden Kern 112, die Abklingüberzugsschicht 114 und die Tonerrückhalteelemente 116, die vorstehend anhand 2 beschrieben wurden.
Das Tiefdruckwalzelement 310 ist angrenzend an ein Entwicklerwalzelement 390 angeordnet. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen ist das Tiefdruckwalzelement 310 der art angebracht, dass der Abstand zwischen dem Tiefdruckwalzelement 310 und dem Entwicklerwalzelement 390 größer als eine Tiefdruckwalzrückhalteelementperiode ist. Dies führt tendenziell zu einer höheren Wahrscheinlichkeit, dass in den übertragenen Tonerteilchen an dem Entwicklerwalzelement 390 kein Tiefdruckmuster gebildet wird. Bei einigen Ausführungsbeispielen beträgt die Tiefdruckwalzrückhalteelementperiode annähernd 0,127 mm (0,005") bis 1,27 mm (0,050"). Ist der Abstand zwischen dem Tiefdruckwalzelement 310 und dem Entwicklerwalzelement 390 kleiner als die Tiefdruckwalzrückhalteelementperiode, so kann eine gleichmäßige Tonerschicht erzeugt werden.
Das Tiefdruckwalzelement 310 kann in einer Richtung gedreht werden, die entweder „mit" der Bewegungsrichtung des Entwicklerwalzelementes 390 oder „gegen" diese läuft. Eine zweite Koronaentladevorrichtung 395 ist angrenzend an das Entwicklerwalzelement 390 angebracht. Die zweite Koronaentladevorrichtung 395 optimiert das Potential und die Polarität der geladenen Tonerteilchen. Bei einigen Ausführungsbeispielen beschränkt die zweite Koronaentladevorrichtung 395 die Tonerladungsverteilung an den obersten Tonerteilchen an dem Entwicklerwalzelement 390. Ein Fotorezeptor 370 wandert tangential an dem Entwicklerwalzelement 390 vorbei. Das Entwicklerwalzelememt 390 kann in einer Richtung gedreht werden, die entweder „mit" der Bewegungsrichtung des Fotorezeptors 370 oder „gegen" diese läuft.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen umfasst das Entwicklerwalzelement 390 eine leitende Walze mit einem mittels Klinge reinigbaren Abklingüberzug. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen ist der mittels Klinge reinigbare Abklingüberzug aus keramischem Material gebildet. Die Abklingüberzugsschicht weist eine Abklingzeit auf, durch die es möglicht wird, dass aufgenommene Ladungen mit der Drehung des Entwicklerwalzelementes 390 abgeleitet werden.
Während des Betriebes des Tonerladesystems 300 werden mit der Drehung des Tiefdruckwalzelementes 310 ungeladene Tonerteilchen in der Kammer 340 schwerkraftbedingt in die Tonerrückhalteelemente 116 an der Oberfläche des Tiefdruckwalzelementes 310 eingebracht. Mit weiter fortschreitender Drehung des Tiefdruckwalzelementes 310 entfernt die Tonerdosierklinge 330 überschüssige Tonerteilchen von dem Tiefdruckwalzelement 310, sodass eine dosierte Tonermenge an der Oberfläche des Tiefdruckwalzelementes 310 zurückbleibt. Wie vorstehend anhand 1 und 2 beschrieben, verringert die Tonerdosierklinge 330 die Menge an Tonerteilchen an der Oberfläche des Tiefdruckwalzelementes 310 in Abhängigkeit von der Tiefe der Tonerrückhalteelemente 116.
Mit weiter fortschreitender Drehung des Tiefdruckwalzelementes 310 wandern die ungeladenen Tonerteilchen in den Tonerrückhalteelementen 116 an der Koronaentladevorrichtung 350 vorbei, die die in den Tonerrückhalteelementen 116 gehaltenen Tonerteilchen auf ein gewünschtes Potential und eine gewünschte Polarität auflädt. Die Abklingüberzugsschicht 114 wirkt während dieser Tonerladeperiode als Isolator zwischen dem elektrisch leitenden Kern 112 und den Tonerteilchen.
Dreht sich das Tiefdruckwalzelement 310 weiter, so werden die geladenen Tonerteilchen in den Tonerrückhalteelementen 116 elektrostatisch von dem Tiefdruckwalzelement 310 auf das Entwicklerwalzelement 390 übertragen. Das Entwicklerwalzelement 390 dreht sich in einer Richtung, die der Drehrichtung des Tiefdruckwalzelementes 210 gleich ist. Die Tonerteilchen werden durch Anlegen eines Wechselspannungspotentials mit konstanter Vorspannung entweder an dem Tiefdruckwalzelement 310 oder dem Entwicklerwalzelement 390 elektrostatisch in eine Übertragungszone 392 übertragen. Verlassen die geladenen Tonerteilchen die Oberfläche des Tiefdruckwalzelementes 310, so ermöglicht die Abklingüberzugsschicht 114, dass sämtliche an der Oberfläche des Tiefdruckwalzelementes 210 während dieses Tiefdruckwalzzyklus aufgenommen Ladungen abgeleitet werden.
Bei weiter fortschreitender Drehung des Entwicklerwalzelementes 390 wandern die geladenen Tonerteilchen an der Oberfläche des Entwicklerwalzelementes 390 an der zweiten Koronaentladevorrichtung 395 vorbei. Die zweite Koronaentladevorrichtung 395 optimiert das Potential und die Polarität der geladenen Tonerteilchen. Bei einigen Ausführungsbeispielen beschränkt die zweite Koronaentladevorrichtung 395 die Tonerladungsverteilung an den obersten Tonerteilchen an dem Entwicklerwalzelement 390.
Die geladenen Tonerteilchen werden anschließend bedingt durch die Drehung des Entwicklerwalzelements 390 hin zu dem Bildfotorezeptor 370 transportiert. In einer Zwischenübertragungszone 372 werden die geladenen Tonerteilchen von dem Entwicklerwalzelement 390 elektrostatisch auf den Fotorezeptor 370 übertragen. Der Fotorezeptor 370 wandert in eine Richtung, die tangential zur Drehrichtung des Entwicklerwalzelementes 390 ist. Erneut werden die Tonerteilchen elektrostatisch durch Anlegen eines Wechselspannungspotentials mit konstanter Vorspannung entweder an dem Entwicklerwalzelement 390 oder dem Fotorezeptor 370 gefördert. Verlassen die geladenen Tonerteilchen die Oberfläche des Entwicklerwalzelementes 290, so ermöglicht die mittels Klinge reinigbare Abklingüberzugsschicht des Entwick ge reinigbare Abklingüberzugsschicht des Entwicklerwalzelementes 390, dass beliebige Ladungen, die während dieses Übertragungszyklus an der Oberfläche des Entwicklerwalzelementes 390 aufgenommen wurden, abgeleitet werden. Setzt sich die Drehung des Entwicklerwalzelementes 390 fort, so werden nicht entwickelte restliche Tonerteilchen, die an dem Entwicklerwalzelement 390 verblieben sind, mittels der dem Entwicklerwalzelement zugeordneten tonerentfernenden Abstreichklinge 326 von dem mittels Klinge reinigbaren Abklingüberzug des Entwicklerwalzelementes 390 entfernt und in die Kammer 340 zurückgeführt.
Der entwickelte Fotorezeptor 370 transportiert das entwickelte Bild sodann in die Bildübertragungszone (nicht gezeigt), wo die geladenen Tonerteilchen des entwickelten Bildes elektrostatisch auf ein Druckblatt übertragen und an dem Druckblatt dauerhaft fixiert werden.
Werden nacheinander elektrostatische Bilder entwickelt, so werden ungeladene Tonerteilchen in der Kammer 340 solange aufgebraucht, bis deren restliche Menge nicht mehr nutzbar ist. In einem (nicht gezeigten) Tonerspender wird ein Vorrat an Tonerteilchen aufbewahrt. Der Tonerspender steht mit der Kammer 340 des Gehäuses 320 in Verbindung. Sinkt die Menge an Tonerteilchen in der Kammer 340, so werden frische Tonerteilchen aus dem Tonerspender nachgeliefert. Aus diesem Grund bleibt eine im Wesentlichen beständige Menge an Tonerteilchen in der Kammer 340 des Gehäuses 320 erhalten.
Bei den verschiedenen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen werden die geladenen Tonerteilchen beispielsweise elektrostatisch von dem Tiefdruckwalzelement entweder auf den Förderer elektrostatischer Wanderwellen oder ein Entwicklerwalzelement übertragen. Alternativ können die geladenen Tonerteilchen von dem Tiefdruckwalzelement auf ein flexibles Geberband elektrostatisch übertragen werden, bei dem eine Gleichspannungswanderwelle entsprechend der Offenbarung in dem US-Patent 5,893,015 zum Einsatz kommt.
Es ist einsichtig, dass eine beliebige andere bekannte oder zukünftig noch zu entwickelnde Tonerladevorrichtung anstelle der vorstehend beschriebenen Koronaentladevorrichtungen eingesetzt werden kann.
Darüber hinaus wurde das hier offenbarte Tonerladesystem anhand eines Tiefdruckwalzelementes beschrieben. Es sollte einsichtig sein, dass ein beliebiges bestehendes oder zukünftig noch zu entwickelndes Tiefdruckelement, darunter unter anderem ein Tiefdruckbandelement, derart abgewandelt werden kann, dass es bei den vorstehend beschriebenen Tonerladesystemen und Verfahren verwendet werden kann.
Schließlich wurde das vorstehend beschriebene Tonerladesystem im Zusammenhang mit einem elektrofotografischen Einfarbenmarkierverfahren beschrieben. Es sollte einsichtig sein, dass ein beliebiges bekanntes oder zukünftig noch zu entwickelndes Bilderzeugungssystem, bei dem ein Pulvertoner verwendet wird, derart abgewandelt werden kann, dass eine Verwendung bei den vorstehend offenbarten Tonerladesystemen und Verfahren möglich wird.
Obwohl die vorstehende Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele derselben beschrieben wurde, ist offensichtlich, dass vielerlei Änderungen, Abwandlungen und Umbauten hieran möglich sind, die sich einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet unmittelbar erschließen. Entsprechend sollen die vorstehend aufgeführten Ausführungsbeispiele rein illustrativ und nicht begrenzend sein. Verschiedene Änderungen können vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.

Claims

Tonerteilchen-Ladevorrichtung, die umfasst: eine Kammer (140), in der ein Vorrat an ungeladenen Tonerteilchen aufbewahrt wird; ein Tiefdruckelement (110), wobei das Tiefdruckelement (110) relativ zu der Kammer (140) bewegt werden kann und das Tiefdruckelement (110) Toner-Rückhalteelemente (116) aufweist, die so ausgebildet sind, dass sie Tonerteilchen an einer Oberfläche desselben halten; und eine Koronaentladungsvorrichtung (150), die die zuvor nicht geladenen Tonerteilchen auf dem Tiefdruckelement (110) auf eine gewünschte Spannung und Polarität lädt; gekennzeichnet dadurch, dass die Toner-Rückhalteelemente so ausgebildet sind, dass sie eine genaue Menge an Tonerteilchen halten; durch eine Tonerdosierklinge (130), die mit der Oberfläche des Tiefdruckelementes (110) in Kontakt ist und eine Menge der Tonerteilchen, die auf der Oberfläche des Tiefdruckelementes (110) verteilt werden, auf die begrenzt, die in den Toner-Rückhalteelementen enthalten ist; und dadurch, dass das Tiefdruckelement (110) einen elektrisch leitenden Kern (112) sowie eine Ladungsabkling-Überzugsschicht (114) enthält, wobei die Ladungsabkling-Überzugsschicht während einer Tonerladeperiode als ein Isolator wirkt.
Tonerteilchen-Ladevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Toner-Rückhalteelemente (116) Nuten sind, die an der Oberfläche des Tiefdruckelementes (110) ausgebildet sind.
Tonerteilchen-Ladevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Tiefdruckelement (110) ein Tiefdruckwalzenelement oder ein Tiefdruckbandelement ist.
Tonerteilchen-Ladevorrichtung nach Anspruch 3, wobei, wenn das Tiefdruckelement (110) das Tiefdruckwalzelement ist, die Nuten des Tiefdruckwalzenelements in einem Winkel zwischen 60° und 85° relativ zur Drehachse des Tiefdruckwalzenelementes sind.
Tonerteilchen-Ladevorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Nuten des Tiefdruckwalzenelementes in einem Winkel von 75° relativ zur Drehachse des Tiefdruckwalzenelementes sind.
Tonerteilchen-Ladevorrichtung nach Anspruch 3, wobei, wenn das Tiefdruckelement (110) das Tiefdruckbandelement ist, die Nuten des Tiefdruckbandelementes in einem Winkel zwischen 150° und 170° relativ zu der Prozessrichtung des Tiefdruckbandelementes sind.
Tonerteilchen-Ladevorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Nuten des Tiefdruckbandelementes in einem Winkel von 165° relativ zur Prozessrichtung des Tiefdruckbandelementes sind.