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Diese Erfindung betrifft die Farb-Elektrofotografie und
insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines mehrfarbigen
Bildes auf dem gleichen Bildfeld oder -bereich eines
Fotoleiters, so daß es in einem einzigen Schritt übertragen oder
anderweitig genutzt werden kann.
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Gemäß US-A-3 057 720 wird vorgeschlagen, zwei
Farbtonerbilder nacheinander im gleichen Bildbereich ohne Fixierung
des ersten Bildes zu erzeugen unter der Voraussetzung, daß
die zweite Betonerung schonend erfolgt, daß dabei das erste
Tonerbild nicht zerstört wird. Es werden drei Farbsysteme
offenbart, die entweder Positiventwicklung oder Entwicklung
mit entladenen Bereichen benutzen. Eine Anzahl verschiedener
Entwicklungsverfahren wird vorgeschlagen.
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Die japanische Kokai-Veröffentlichung 56-144452 (1981)
offenbart ein Verfahren, bei dem zwei oder drei
Farbtonerbilder im gleichen Bildfeld eines Fotoleiters erzeugt
werden. Wie dort offenbart, wird der Fotoleiter gleichmäßig
aufgeladen, belichtet und mit einem Toner einer ersten Farbe
umgekehrt entwickelt. Mit dem unfixierten Toner, der
elektrostatisch auf den belichteten Bereichen haftet, wird der
Fotoleiter mit einem zweiten Bild belichtet, welches das
erste Bild nicht überlappt. Dieses Bild wird dann durch
Anwendung eines zweiten Farbtoners auf die neu belichteten
Bereiche entwickelt. Das Verfahren kann für weitere Farben
wiederholt werden. Das erhaltene mehrfarbige Bild wird in
einem Schritt auf ein Aufnahmeblatt übertragen.
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Diese Verfahren können eingesetzt werden, um die
Geschwindigkeit herkömmlicher Zweifarben-prozesse, bei denen
getrennte Bilder in getrennten Bildfeldern hergestellt und
dann genau eingepaßt werden, zu verdoppeln. Weiterhin ist
die erforderliche Einpassung der Belichtungschritte kaum
einfacher genau durchzuführen als die Einpassung beim
Übertragungsschritt.
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Jedoch wohnt diesem Verfahren bei der Anwendung
herkömmlicher Magnetbürstensysteme das Problem inne, daß der zweite
und dritte Tonerschritt dazu neigen, den in früheren
Tonerschritten aufgebrachten Toner abzukratzen oder abzubürsten.
Die oben genannte Veröffentlichung ist repräsentativ für
viele, die vorschlagen, daß es der einzige Weg zur Lösung
dieses Problems ist, einen Spalt zwischen Bürste und Bild zu
lassen. Durch einige aus einer Anzahl im Stand der Technik
vorgeschlagener Lösungsversuche wird der Toner (sowohl von
Einkomponenten- als auch Doppelkomponenten-Entwickler) über
einen Spalt befördert oder gesprüht, um das elektrostatische
Bild ohne Abbürsten früher gebildeter Tonerbilder zu
entwikkeln. Siehe US-A-4 629 669, EP-A-0240888, Europäische
Patentanmeldung 0066141, US-A-4 599 285 und US-A-3 775 106.
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Jedoch bringt dieses Tonersprühen seine eigenen
Problemgruppen in das System. Das ernsteste ist die Schwierigkeit,
Toner hoher Dichte bei annehmbaren
Maschinengeschwindigkeiten aufzubringen. Auch ist der Spalt zwischen Toner und Bild
kritisch und muß eingehalten werden. Die in diesem Verfahren
einsetzbaren Toner sind begrenzt, wie auch die verfügbaren
Farben begrenzt sind; besonders schwierig ist bei diesem
Verfahren die Anwendung hellerer Farbtöne, wie Gelb.
Verfahrensmäßig schwierig ist es auch, ein den Hintergrund
steuerndes elektrisches Feld aufrechtzuerhalten.
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US-A-4 546 060, 4 473 029 und 4 531 832 beschreiben ein
Tonerverfahren, bei dem eine
Magnetbürsten-Aufbringeinrichtung einen Zweikomponenten-Entwickler mit kleinen
hartmagnetischen Trägerteilchen und einem elektrisch isolierenden
Toner an ein Bild liefert, das sich an der
Entwicklungsstation mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit vorbeibewegt.
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Die Bürste enthält einen schnell rotierenden Kern, der die
hartmagnetischen Trägerteilchen durch die Entwicklungszone
wirbelt. Das Wirbeln des Trägers ist scheinbar auf die
Änderung des Magnetfelds zurückzuführen, das dem Träger ständig
kleine Impulse verleiht. Dieses Verfahren hat eine Anzahl
Vorteile hinsichtlich der Bildqualität und wird kommerziell
angewandt.
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US-A-4 734 735 offenbart die Merkmale des Verfahrens, das im
Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1 genannt ist. Um
jedoch die Beeinträchtigung des unfixierten Tonerbildes schon
im Bildaufnahmebereich zu vermeiden, benutzt US-A-4 734 735
den herkömmlichen Schritt des "Fernhaltens oder der
Spaltbildung" des Entwicklers in der Entwicklungseinrichtung vom
unfixierten Bild und damit vom elektrostatischen Bild, das
gerade entwickelt wird. Dies wird gewöhnlich als
"Sprühentwicklung" bezeichnet. Wie oben diskutiert, hat das
Sprühentwickeln bestimmte Nachteile einschließlich der
Entwicklung mit zu niedriger Dichte bei hohen
Entwicklungsgeschwindigkeiten sowie der Einschränkungen im Hinblick auf
bestimmte Tonerfarben, wie Gelb.
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Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens
zum Entwickeln eines elektrostatischen Bildes in einem
Bildbereich, ohne daß dadurch ein in diesem Bildbereich bereits
vorhandenes erstes Tonerbild wesentlich beeinträchtigt wird.
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Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines
Verfahrens zur Herstellung mehrfarbiger Kopien unter Nutzung
eines einzigen Bildfeldes oder -bereiches eine Fotoleiters,
wobei das Verfahren im allgemeinen einen Zweikomponenten-
Entwickler zur Erzeugung zumindest des zweiten der beiden
Tonerbilder in diesem Bereich nutzt, bei dem aber das zweite
Bild das erste Bild nicht wesentlich beeinträchtigt und bei
dem kein Spalt zwischen dem Entwickler und dem Bild mit den
damit verbundenen Nachteilen aufrechterhalten werden muß.
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Wir haben festgestellt, daß im Gegensatz zu früheren
Magnetbürsten, bei denen der Entwickler das Bild berührt und dazu
neigt, frühere Tonerbilder während der Entwicklung des
elektrostatischen Bildes auszulöschen, das in den US-A-
4 546 060, 4 473 029 und 4 531 832 offenbarte
Entwicklungsverfahren hochdichte Bilder bei guter Geschwindigkeit und
ohne wesentliche Schädigung früherer Tonerbilder ergibt.
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Erfindungsgemäß wird der Entwickler durch die Drehung eines
Magnetkernes mit Polstücken wechselnder Polarität innerhalb
einer nichtmagnetischen Hülse, über welche der Entwickler
fließt, durch die Entwicklungszone transportiert, wobei der
Entwickler hartmagnetische Trägerteilchen enthält, die bei
magnetischer Sättigung eine Koerzitivfeldstärke von
mindestens 79,580 A/m (1000 Gauss) aufweisen und ausreichend
hartmagnetisch sind, daß sie bei ihrem Durchlauf durch die
Entwicklungszone gewirbelt oder verwirbelt werden.
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Frühere Magnetbürsten enthalten typischerweise einen
weichmagnetischen Träger, beispielsweise einen Träger, der eine
Koerzitivfeldstärke unter 7,958 A/m (100 Gauss) hat. Wenn
solche Teilchen einem wechselnden Magnetfeld ausgesetzt
werden, ändert sich ihr Magnetismus mit dem Feld. Dies
ermöglicht es der Bürste, den Träger in Form relativ langer,
stabiler Borsten durch die Entwicklungszone zu transportieren.
Um bei einer mittleren Geschwindigkeit beträchtliche
Tonermengen aufzubringen, erfordert die Bürste im allgemeinen
eine relative Bewegung in bezug auf das elektrostatische
Bild, die gewöhnlich durch Drehen einer nichtmagnetischen
Buchse in einer Richtung entgegen der Richtung des Bildes
erreicht wird. Die Borsten haben die Neigung, zumindest
Teile eines früheren Tonerbildes im Bildbereich abzubürsten.
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Die in den oben zitierten, an Miskinis und Miterfinder,
Kroll und Miterfinder sowie Fritz und Miterfinder erteilten
Patenten offenbarte Erfindung verwendet hartmagnetische
Trägerteilchen,
die sich einem wechselnden Feld nicht anpassen.
Ferner werden sie durch ein wechselndes Feld gewirbelt oder
verwirbelt. Ohne sich auf irgendeine technische Theorie der
Wirkungsweise einzuschränken, wird angenommen, daß die
hiernach erhaltenen bemerkenswerten Ergebnisse auf die
ausgezeichnete Entwicklung zurückzuführen sind, die mit diesen
verwirbelten hartmagnetischen Trägerteilchen ohne die
Ausbildung von Borsten in der Entwicklungszone, welche zum
Auslöschen des Bildes neigen, erhalten werden können. Die
Borsten erfordern, wie erwähnt, für eine vernünftige
Geschwindigkeit und Entwicklungsdichte eine beträchtliche
Relativgeschwindigkeit, während dieses System andererseits mit
geringer oder fehlender Relativgeschwindigkeit zwischen dem
Gesamtkörper des Entwicklers und dem Bild am besten
arbeitet.
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In der folgenden detaillierten Beschreibung einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird auf die beigefügte
Zeichnung Bezug genommen. Es zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines
erfindungsgemäßen elektrofotografischen Kopierers.
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Fig. 2 und 3 Seitenansichten, die allgemein die
Magnetbürstenvorrichtung darstellen, wie sie insbesondere
in dem in Fig. 1 dargestellten elektrofotografischen
Kopierer anwendbar ist.
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Fig. 4 und 5 Querschnittsdarstellungen einer bevorzugten
Magnetbürste, die in dem in Fig. 1 dargestellten
Kopierer anwendbar ist und
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Fig. 6 eine Querschnittsdarstellung einer anderen
Magnetbürste, die in dem in Fig. 1 dargestellten Kopierer
anwendbar ist.
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Die Erfindung kann bei einer Vielzahl elektrofotografischer
Anwendungsfälle benutzt werden. Sie wird unter Bezugnahme
auf einen elektronischen Kopierer beschrieben.
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Entsprechend Fig. 1 enthält ein elektronischer Kopierer 1
einen Fotoleiter, beispielsweise ein fotoleitendes Band 2,
das über eine Anzahl Rollen 10, 11, 12, 13, 14 und 15
weiterbewegt wird. Das fotoleitende Band 2 hat einen Mehrlagen-
Aufbau, der verschiedene Formen aufweisen kann, aber
gewöhnlich befindet sich eine fotoleitende Schicht 9 auf einer
leitfähigen Unterlage 8 mit einem geeigneten Träger. Das
Band 2 wird durch eine der Rollen mit konstanter
Geschwindigkeit durch die Bearbeitungsfolge mit einer Anzahl
elektrofotografischer Stationen angetrieben.
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Eine erste Aufladungsstation 20 bringt eine gleichmäßige
Ladung in einem Bildbereich der fotoleitenden Oberfläche auf
das Band 2 auf, wobei die Ladung in Abhängigkeit von den
Eigenschaften des fotoleitenden Bandes jegliche Polarität
haben kann. Der gleichmäßig aufgeladene Bildbereich wird
dann in einer ersten elektronischen Belichtungsstation 30
belichtet, um die Ladung zur Bildung des ersten
elektrostatischen Bildes abzuleiten. Die elektronische
Belichtungsstation 30 kann eine beliebige bekannte Einrichtung sein,
die elektrische Signale in ein Lichtbild umwandelt,
beispielsweise ein Abtastlaser oder ein LED-Druckerkopf. Auch
eine optische Belichtung, beispielsweise durch Blitz oder
optisches Abtasten, kann Anwendung finden. Das erste
elektrostatische Bild wird in der ersten Entwicklungsstation 40
durch Aufbringen feinteiliger Markierungsteilchen, mit der
gleichen Polarität wie derjenigen der ursprünglichen Ladung
des Bandes in der ersten Aufladungsstation 20 entwickelt,
wobei die Bereiche des Bandes mit Toner versehen werden, die
durch Belichtung in der ersten elektronischen
Entwicklungsstation 30 entladen wurden, um ein erstes Tonerbild in einer
ersten Farbe, beispielsweise Schwarz, zu erzeugen. Der
gleiche
Bildbereich des Bandes durchläuft dann in der
Bearbeitungsfolge eine zweite Aufladungsstation 22, die im
wesentlichen den Prozeß der ersten Aufladungsstation wiederholt,
nämlich gleichmäßige Aufladung des Bandes mit einer
Polarität, wie sie durch die erste Aufladungsstation 20
aufgebracht worden ist. Der gleichmäßig aufgeladene Fotoleiter 2
wird nun bildweise in der zweiten elektronischen
Belichtungsstation 32 belichtet, um durch bildmäßige Entladung des
Fotoleiters eine zweites elektrostatisches Bild zu erzeugen.
Das zweite elektrostatische Bild wird dann in der zweiten
Entwicklungsstation 42 wiederum durch Aufbringung eines
feinteiligen Toners in einer zweiten Farbe mit der gleichen
Ladung wie die gleichmäßige Aufladung in der zweiten
Aufladungssstation 22 entwickelt, um ein zweites Tonerbild in
einer zweiten Farbe, beispielsweise Rot, zu erzeugen.
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Der Prozeß wird dann in einer dritten Aufladungsstation 24
wiederholt, um eine gleichmäßige Ladung aufzubringen, in
einer dritten elektronischen Belichtungsstation 34, um ein
drittes elektrostatisches Bild zu erzeugen und in einer
dritten Entwicklungsstation 44, um ein drittes Tonerbild in
einer anderen Farbe, beispielsweise Blau, zu erzeugen.
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In dieser Prozeßstufe umfaßt ein einzelnes Bildfeld oder ein
einzelner Bildbereich auf dem Fotoleiter drei
unterschiedliche Farbbilder, d.h. ein mehrfarbiges Tonerbild. Eine vierte
Anordnung von Stationen könnte in gleicher Weise eine vierte
Farbe erzeugen.
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Das mehrfarbige Bild wird dann in einer ersten
Übertragungsstation 35 auf ein Kopierblatt übertragen. Bei der in Fig. 1
dargestellten, bevorzugten Ausführungsform wird der gleiche
Prozeß für das nächste Bildfeld wiederholt, was zu einem
anderen mehrfarbigen Tonerbild führt. Das Kopierblatt wird
unter Anwendung einer Umkehrtrommel 4 gewendet, und das
zweite mehrfarbige Tonerbild wird in einer zweiten
Übertragungsstation
36 auf die Rückseite des Blattes mit dem ersten
mehrfarbigen Tonerbild übertragen. Das Kopierblatt wird dann
ohne Beeinträchtigung der Tonerbilder einer
Schmelzeinrichtung 45 zugeführt, die beide Bilder auf dem Kopierblatt
gleichzeitig fixiert. Das Kopierblatt wird dann in eine
Ausgabeablage 46 überführt. Dieser spezielle
Beidseiten-Mechanismus ist für einfarbige Reproduktionen wohlbekannt, siehe
beispielsweise US-Patent 4.191.465. Da jedoch die früheren
Farbverfahren im wesentlichen das Kopierblatt so führen, daß
verschiedene Farbbilder nacheinander übernommen und
eingepaßt werden, war es immer erforderlich, ein mehrfarbiges
Bild durch Schmelzen zu fixieren, bevor das Bild auf die
Rückseite übertragen wird. Mit diesem Verfahren und dieser
Vorrichtung wird das Farb-Beidseitenverfahren in einem
einzigen Durchlauf abgeschlossen. Dies ergibt die Vorteile
solcher Systeme, wie beispielsweise nur ein Durchlauf des
Kopierblattes durch die Schmelzeinrichtung, eine kurze,
unkomplizierte Papierbahn sowie Kopieren von Bildern in einer
für einen Kopierer geeigneteren Weise (gegenüber
Doppeldurchlauf-Systemen), jedoch mit dem zusätzlichen Merkmal der
Farbe.
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Die herkömmliche, kommerziell verfügbare technische Lösung
zur Herstellung von Dreifarben-Farbbildern besteht darin,
drei aufeinanderfolgende Bilder in verschiedenen Farben zu
erzeugen und sie paßgenau in einer Übertragungsstation auf
einem Kopierblatt zu überlagern. Die Überlagerung der Bilder
wird entweder durch Anlegen des Kopierblattes an eine
rotierende Trommel oder dessen Zurückführung durch eine
Einrichtung, die man üblicherweise als Beidseiten-Papierbahn
bezeichnen könnte, zum Einfügen der aufeinanderfolgenden
Bilder, durchgeführt. In allen Fällen ergeben sich
Einpassungsprobleme zwischen den Farb-Bildfeldern. Übertragungstrommeln
für solche Systeme sind im allgemeinen kostspielig. Wie oben
erwähnt, erfordert das Beidseiten-Verfahren ein mehrfaches
Schmelzen. Zugleich ist auch bemerkenswert, daß die
Vorrichtung
für Dreifarben-Reproduktionen nur ein Drittel des
Ausstoßes an einfarbigen Kopien liefert.
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Mit der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung werden
Dreifarben-Bilder mit der gleichen Geschwindigkeit hergestellt wie
einfarbige Bilder. Eine Einpassung wird nur zwischen den
drei Belichtungsstationen 30, 32 und 34 durchgeführt. Die
Kompliziertheit dieser Einpassung hängt von den
Anforderungen des Systems ab. Um die genaueste Einpassung zu erhalten,
werden an den Rollen 10, 11 und 12 Kodierer 16, 17, und 18
angebracht, welche die Paßgenauigkeit der durch die
Belichtungsstationen 30, 32 und 34 elektronisch gesteuerten
Belichtungen sichern. Zur Erzielung der größten Genauigkeit
können die Rollen 10, 11 und 12 auch Zähne aufweisen, die in
Perforationen des Teils 2 eingreifen, um die Lage dieses
Teils während aufeinanderfolgender Belichtungen besonders
genau zu steuern. Jeder Kodierer kann die Winkelstellung
seiner Zähne, die im Eingriff mit der Perforation stehen,
signalisieren und diese Perforation ist für alle
zusammengehörigen Teile der drei Bilder die Gleiche. Wenn die Bilder
im wesentlichen in unterschiedlichen Bereichen des
Bildfeldes angeordnet sind und wenn die Bewegung des Bandes relativ
konstant ist, ist kein Kodierer erforderlich. Als eine für
die meisten Anwendungen geeignete Zwischenlösung kann ein
Kodierer die Einpassung für alle drei Belichtungsstationen
ausführen.
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Wenn die Kopie das Band verlassen hat, um zur
Schmelzeinrichtung 45 zu gelangen, wird der Fotoleiter 2 in einer
Reinigungsstation 50 in einer Weise, die der Fachwelt
wohlbekannt ist, für die Wiederverwendung gereinigt.
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Es ist selbstverständlich, daß die dritte Aufladungsstation
24, die Belichtungsstation 34 und die Tonerstation 44
weggelassen werden können, wenn für eine bestimmte Vorrichtung
nur ein Zweifarben-System gewünscht wird. Zweifarbensysteme
finden insbesondere in Hochgeschwindigkeitskopierern
Anwendung, bei denen die Hauptarbeitsweise einfarbig, d.h.
Schwarz, ist und eine zweite Farbe, gewöhnlich Rot oder
Blau, benutzt wird, um gewisse Textpassagen hervorzuheben
oder Briefköpfen, Logos oder dergleichen besonderes Aussehen
zu verleihen. In einer solchen Vorrichtung können die erste
Entwicklungsstation 40 oder die zweite Station 42 als
gegenüber der anderen Station größere Hochleistungsstation
ausgeführt sein.
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Ein ernstes Problem, dem man sich bei dem Verfahren und der
Vorrichtung, die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben
wurde, gegenübersieht, ist, daß die zweite und dritte
Entwicklungsstation die Tendenz haben, zuvor aufgebrachten Toner,
d.h. des in der ersten oder zweiten Tonerstation
aufgebrachten Toners, zu beeinträchtigen.
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Das bei weitem am meisten in der trockenen Elektrofotografie
angewandte Entwicklungsverfahren ist die Entwicklung mit
Magnetbürste. Herkömmlicherweise enthält ein Magnetbürsten-
Entwicklungsmechanismus einen Zweikomponenten-Entwickler.
Eine Komponente sind große magnetische Trägerteilchen und
die andere gefärbte Tonerteilchen. Das Mischen dieser beiden
Komponenten lädt sie triboelektrisch auf entgegengesetzte
Polaritäten auf. Die magnetischen Eigenschaften des Trägers
werden benutzt, um den Entwickler in Anwesenheit eines
elektrischen Feldes, das die Tonerteilchen zu bestimmten Teilen
des Bildes drängt, ganz nahe an das elektrostatische Bild
heranzubringen. Bei der Umkehrentwicklung, wie sie bei der
in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung angewandt wird, werden
die Tonerteilchen triboelektrisch auf die gleiche Polarität
aufgeladen, die als Ladung auf den Fotoleiter 2 aufgebracht
wird, und sie werden daher in Anwesenheit eines sorgfältig
gesteuerten elektrischen Feldes von den entladenen Bereichen
des elektrostatischen Bildes angezogen.
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Frühere Magnetbürsten enthalten typischerweise einen
weichmagnetischen Träger, beispielsweise einen Träger, der eine
Koerzitivfeldstärke von wesentlich weniger als 7,958 A/m
(100 Gauss) hat. Werden solche Teilchen einem wechselnden
Magnetfeld ausgesetzt, so ändern sie ihren Magnetismus mit
dem Feld. Dies ermöglicht es der Bürste, den Träger in Form
langer, relativ steifer Borsten durch die Entwicklungszone
zu transportieren. Um bei mittlerer Geschwindigkeit
beträchtliche Tonermengen aufzubringen, ist im allgemeinen
eine Bewegung der Bürste in bezug auf das elektrostatische
Bild erforderlich, was gewöhnlich durch Drehung einer
nichtmagnetischen Buchse in einer der Richtung des Bildes
entgegengesetzten Richtung erreicht wird. Die Borsten neigen
dazu, jegliche frühere Tonerbilder abzubürsten.
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Mit einem bestimmten, oben erwähnten Stand der Technik wurde
versucht, dieses Problem durch Anwendung dessen zu lösen,
was gemeinhin als "Sprühentwicklung" bezeichnet wird. Bei
dieser Annäherung an die Lösung des Problems wird ein
Einkomponenten-Entwickler, d.h. ein Toner ohne einen
ausgeprägten Träger, allgemein in einen dem Bild zugeordneten Bereich
gebracht und in diesem Bereich durch ein oszillierendes
elektrisches Feld in Schwingungen versetzt, so daß der Toner
den Spalt zwischen dem Entwicklerkörper und dem Bild zu
"überspringen" scheint. Der Spalt zwischen der Bürste und
dem elektrostatischen Bild mag das Abbürsten früherer
Tonerbilder verhindern, aber diese Annäherung an die Lösung des
Problems ist hinsichtlich der Farben verfügbarer Toner, der
Geschwindigkeit, bei welcher der Toner abgeschieden werden
kann sowie hinsichtlich Vorspannungssteuerung des Prozesses,
insbesondere der Steuerung eines unerwünschten
Bildhintergrundes, eingeschränkt.
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Jedoch können diese Probleme durch die Anwendung eines
speziellen Magnetbürstenverfahrens und einer solchen
Vorrichtung gelöst werden, die an sich bekannt sind und die
Probleme
des Standes der Technik nicht aufweisen. Dieses Verfahren
ist in den vorstehend beschriebenen US-A-4 546 060,
US-A-4 473 029 und US-A-4 531 832 offenbart. Nach diesen
Patenten wird der Entwickler mittels eines rotierenden
Magnetkernes mit einer Vielzahl von Polstücken mit jeweils
wechselnder Polarität in einer nichtmagnetischen Hülse,
wobei der Entwickler über diese Hülse durch die
Entwicklungszone fließt, durch diese transportiert und der Entwickler
enthält hartmagnetische Trägerteilchen, die ausreichend
hartmagnetisch sind, damit sie ge- oder verwirbelt werden,
während sie die Entwicklungszone durchqueren.
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Die in den vorstehend genannten Patenten offenbarte
Erfindung nutzt hartmagnetische Trägerteilchen, die sich
magnetisch nicht einem wechselnden Feld anpassen. Ferner werden
sie von dem Feld ge- oder verwirbelt. Ohne die Absicht, sich
auf irgendeine technische Theorie der Arbeitsweise
festzulegen, wird angenommen, daß die hiermit erzielten
bemerkenswerten Ergebnisse auf die ausgezeichnete Entwicklung
zurückzuführen sind, die ihrerseits durch dieses Verwirbeln
hartmagnetischer Trägerteilchen erreicht wird, ohne die Bildung
von Borsten in der Entwicklungszone, die dazu neigen, das
Bild zu löschen. Diese drei Patente sollen nun hier unter
Bezugnahme auf die Fig. 2 diskutiert werden.
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Entsprechend Fig. 2 wird eine Magnetbürste dargestellt, die
in dem Verfahren und der Vorrichtung von Fig. 1 anwendbar
ist. Ein Fotoleiter 2 bewegt sich in einer Richtung, die
durch den Pfeil angegeben ist und trägt ein nicht
dargestelltes elektrostatisches Bild. Die Magnetbürste enthält
einen drehbaren Magnetkern 5, der eine Vielzahl von Magneten
mit jeweils wechselndem Nord- und Südpolen um den Umfang
herum aufweist. Eine nichtmagnetische Hülse 6 ist
konzentrisch zum Kern 5 angeordnet. Wie in der Fachwelt
wohlbekannt, wird, wenn der Kern 5, wie in Fig. 2 dargestellt, in
einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, der
Entwickler 7 im Uhrzeigersinn rund um die nichtmagnetische
Hülse 6 bewegt. In gleicher Weise hat der Entwickler 7 die
Tendenz, sich im Uhrzeigersinn zu bewegen, wenn die
nichtmagnetische Hülse 6, wie in Fig. 2 dargestellt, im
Uhrzeigersinn angetrieben wird.
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Nach US-A-4 546 060, 4 473 029 und 4 531 832 wird bei einer
solchen Vorrichtung ein Entwickler aus elektrisch
isolierenden Tonerteilchen und "hartmagnetischen" Trägerteilchen
verwendet, die bei magnetischer Sättigung eine hohe Mindest-
Koerzitivfeldstärke aufweisen. Anders als bei den
vorgeschlagenen, zum Stand der Technik gehörigen,
Sprühtonersystemen oder Verfahren ähnlich dem in Fig. 1 dargestellten,
kann der im US-A-4 546 060 offenbarte Entwickler mit einer
großen Vielfalt von Tonerfarben verwendet werden und wenn
der Magnetkern mit relativ hoher Drehzahl, beispielsweise
1500 U/min, gedreht wird, kann genügend Entwickler in den
Wirkungsbereich des elektrostatischen Bildes gebracht
werden, um bei hohen Geschwindigkeiten eine Entwicklung in
hoher Qualität zu erhalten. Weil er auf einem
Zweikomponenten-System beruht, kann der Träger selbst als ein Teil der
Entwicklungselektrode benutzt werden, was eine bessere
Steuerung der Hintergrund-Tonung ergibt als bei
Einkomponenten-Systemen.
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In Fig. 3 werden die allgemeinen Konstruktionsmerkmale der
in Fig. 2 dargestellten Bürste gezeigt. Im einzelnen ist der
Kern 5 in Lagern 60 und 61 montiert, um durch einen Antrieb
62 in Rotation versetzt zu werden. Der Kern enthält ein
eisenhaltiges Material 63 mit einer Vielzahl
permanentmagnetischer Streifen 64, die um dessen Umfang herum mit
wechselnder Polarität angeordnet sind. Die aus nichtmagnetischem
Material, wie rostfreiem Stahl, hergestellte Hülse 6 ist
drehbar montiert und wird von dem Antrieb 65 angetrieben.
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Die Eigenschaften der Trockenentwicklerzusammensetzungen,
die bei der vorliegenden Erfindung besonders wichtig sind,
werden nachfolgend und mehr im Detail in US-A-4 546 060
beschrieben. Im allgemeinen enthält ein solcher Entwickler
aufgeladene Tonerteilchen und entgegengesetzt aufgeladene
Trägerteilchen, die ihrerseits ein magnetisches Material mit
einer vorgegebenen, hohen Mindest-Koerzitivfeldstärke bei
magnetischer Sättigung enthalten. Mehr im einzelnen beträgt
ein solch hoher Mindest-Betrag der Koerzitivfeldstärke bei
magnetischer Sättigung etwa 7,958 A/m (100 Gauss) und die
Trägerteilchen können bindemittelfreie Träger (d.h. die
Trägerteilchen enthalten keine Bindemittel- oder
Matrixmaterial) oder Verbundträger sein (d.h. Trägerteilchen, die eine
Vielzahl in einem Bindemittel dispergierter Teilchen aus
magnetischen Material enthalten). Bindemittelfreie und
Verbundträgerteilchen, die dem Mindestbetrag von 100 Gauss
Sättigungs-Koerzitivfeldstärke entsprechen, werden hierin
als "hartmagnetische" Trägerteilchen bezeichnet. Nach der
vorliegenden Erfindung hat die Koerzitivfeldstärke über
79,580 A/m (1000 Gauss) zu betragen.
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Wenn der Kern in einer Richtung angetrieben wird, werden die
hartmagnetischen Trägerteilchen in eine Richtung verwirbelt,
die einen Transport derselben in die der Hülse
entgegengesetzte Richtung bewirkt, wobei die Hülse aufgerauht sein
kann, um das Verwirbeln und den Transport zu unterstützen.
Der wirbelnde Träger ergibt gegenüber dem elektrostatischen
Bild eine "weiche" Bürste, die keine Relativbewegung zur
Entwicklung der Bilder bei hoher Geschwindigkeit erfordert.
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Die Fig. 4 und 5 stellen eine handelsübliche Ausführungsform
einer Entwicklungsstation dar, die in jeglicher der in
Fig. 1 dargestellten Entwicklungsstationen einsetzbar ist,
insbesondere aber in der zweiten und dritten
Entwicklungsstation 42 beziehungsweise 44. Der Fotoleiter 2 wird von
links nach rechts bewegt, wie es durch den Pfeil in den Fig.
4 und 5 dargestellt ist. Ein Gehäuse 70 umschließt einen
Sammelbehälter 71, der das oben beschriebene
Zweikomponenten-Entwickler-Gemisch enthält. Eine Aufbringeinrichtung 72
enthält einen Kern 73 mit Magneten 74, die zusammen in einer
Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn, wie durch den Pfeil
dargestellt, drehbar sind. Eine zylindrische,
nichtmagnetische Hülse 75, die den Kern umgibt, ist in Richtung des
Uhrzeigers drehbar. Der Kern 73 und die Hülse 75 arbeiten
zusammen, wie im Zusammenhang der Fig. 2 und 3 beschrieben, um
den Entwickler in Richtung des Uhrzeigers zu bewegen und
werden mit solchen Drehzahlen angetrieben, daß der
Entwickler im wesentlichen die gleiche Lineargeschwindigkeit hat
wie der Fotoleiter. Ein Abstreifer 25 liegt stromab in bezug
auf die zwischen der Hülse und dem Fotoleiter 2 befindliche
Entwicklungszone an der Hülse an, um nicht benötigtes
Entwicklermaterial von derselben zu entfernen und in den
Sammelbehälter zurückzuführen.
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Der Entwickler im Sammelbehälter 71 kann durch einen
Bandmischer 76 gemischt, aufgelockert und triboelektrisch
aufgeladen werden.
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Das Material im Sammelbehälter 71 wird durch den Bandmischer
76 nicht nur axial im Sammelbehälter sondern auch radial
nach außen bewegt, so daß etwas von diesem Material dem
Zufuhrmechanismus 77 zur Verfügung gestellt wird. Der
Zufuhrmechanismus enthält eine zylindrische Transportrolle 78, die
im Uhrzeigersinn drehbar ist und eine tief geriffelte
Oberfläche hat, wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Die
geriffelte Oberfläche erfaßt den Entwickler im unteren Bereich
des Zufuhrmechanismus und transportiert ihn zur
Aufbringeinrichtung 72. Ein Magnet 79 im Inneren der Transportrolle 78
zieht den Entwickler in Richtung vom Bandmischer 76 zur
Rolle 78 an. Ein Absperr- und Dosierungsmechanismus 80 enthält
ein Absperrohr 81, das die Transportrolle 78 im Abstand
umgibt und einen ringförmigen Raum für die Bewegung des
Entwicklers
ergibt. Das Rohr 81 weist einen langgestreckten,
relativ breiten Schlitz 48 und einen langgestreckten,
schmaleren Schlitz 50 auf.
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Der Schlitz 48 ist relativ breit, so daß ein beträchtlicher
Teil des Entwicklermaterials aus dem Sammelbehälter 71 durch
den Schlitz 48 hindurch in den Raum zwischen dem Rohr 81 und
der Transportrolle 78 gelangen kann, um durch die Rolle 78
zum Schlitz 50 transportiert zu werden. Hingegen ist der
Schlitz 50 viel schmaler und mißt der Aufbringeinrichtung 72
die gewünschte Menge Entwicklermaterial zu. Das Rohr 81 wird
zwischen den Stellungen, die in den Fig. 4 und 5 dargestellt
sind, schwingend hin und her bewegt, um den Strom des
Entwicklermaterials zur Aufbringeinrichtung 72 zu steuern.
Diese Bewegung kann in geeigneter Weise bewirkt werden.
Beispielsweise kann ein an dem Rohr befestigter Stift 52 an
einen Elektromagneten 54 gekoppelt werden, wie es
schematisch durch 56 angedeutet ist, so daß der Elektromagnet das
Rohr zwischen den diesen beiden Stellungen bewegen kann. Der
Elektromagnet kann von einer Logik- und Steuereinheit des
Kopierers gesteuert werden, so daß er genau zur richtigen
Zeit in bezug auf die Bewegung der Bilder auf dem Fotoleiter
2 an der Entwicklungsstation vorbei betätigt werden kann.
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Wenn das Rohr in seiner Stellung entsprechend Fig. 4 ist,
dann befindet sich der Schlitz 48 zwischen dem Bandmischer
und dem Magneten 79, so daß Entwickler vom Sammelbehälter
mittels des Bandmischers durch den Schlitz befördert werden
kann. Dieses Material wird durch den Magneten 79 zur Rolle
78 hin gezogen. Die Rolle transportiert das Material nach
oben, wo es durch die Magneten 74 auf dem Kern 73 zur
Aufbringeinrichtung 72 hin angezogen wird. Auf diese Weise wird
etwas Entwickler durch den schmaleren Schlitz 50 zur
Aufbringeinrichtung 72 gelangen.
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Um die Beförderung von Entwickler zur Aufbringeinrichtung zu
unterbrechen, wird das Rohr aus seiner Stellung von Fig. 4
um etwa 60 Grad in seine Stellung von Fig. 5 gedreht. Zu
diesem Zeitpunkt ist der Schlitz 48 vom Bandmischer und
Sammelbehälter entfernt, so daß kein Material vom Bandmischer
und Sammelbehälter durch den Schlitz in den Raum zwischen
Rohr und Rolle gelangen kann. Auch der schmalere Schlitz 50
ist von der Aufbringeinrichtung 72 entfernt. Wenn der
Schlitz 50 in seiner Stellung von Fig. 5 ist, fällt
jegliches Entwicklermaterial, das aus dem Raum zwischen Rohr und
Rolle herausgelangt, unter dem Einfluß der Schwerkraft
zurück in den Sammelbehälter.
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Mit der beschriebenen Absperr- und Dosierungsanordnung kann
in dieser Entwicklungsstation die Zufuhr von Entwickler ohne
Bewegung der Station als Ganzes sehr schnell unterbrochen
werden. Wenn daher unter Rückverweisung auf die Fig. 1 bei
dem dort dargestellten Mechanismus für eine Anzahl Kopien
nur die erste Entwicklungsstation 40 betrieben wird, um
beispielsweise eine Anzahl Reproduktionen ausschließlich unter
Verwendung schwarzen Toners herzustellen, kann die
Absperranordnung dazu benutzt werden, zu verhindern, daß Entwickler
von den nicht benötigten Entwicklungsstationen 42 und 44 mit
dem Fotoleiter in Berührung kommt.
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Die in den Fig. 4 und 5 dargestellte Ausführungsform schlägt
eine interessante Alternative zur Vorrichtung von Fig. 1
vor, indem die Belichtungsstation 34 und die dritte
Aufladungsstation 24 weggelassen werden. Die Belichtung für die
zweite Farbe würde dann durch die Belichtungsstation 32
ausgeführt, aber die Farbe könnte dann eine der Farben sein,
die in den Entwicklungsstationen 42 oder 44 enthalten ist je
nachdem, welche Absperranordnung die Entwicklung erlaubt.
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Die in den Fig. 4 und 5 dargestellte Ausführungsform ist
auch in US-A-4 690 096 beschrieben und beansprucht.
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Fig. 6 stellt eine wesentlich andere Ausführungsform einer
Tonerstation dar, die vorteilhaft bei dem in Fig. 1
dargestellten Verfahren anwendbar ist und die in US-A-4 797 704
ebenfalls beschrieben ist. Nach Fig. 6 wird der Toner in
einem Tonervorrat 142 aufbewahrt und auf Anforderung durch
eine angetriebene Dosierungsrolle 154 in einen Sammelbereich
abgegeben, der ein drehbar angetriebenes Zellrad 155
enthält. Eine Aufbringeinrichtung 156 enthält einen Magnetkern
112, der im wesentlichen dem im Hinblick auf die Fig. 2, 3,
4 und 5 beschriebenen entspricht und im Uhrzeigersinn
drehbar ist. Eine nichtmagnetische, nicht drehbare Buchse 114
steuert die Bewegung des Entwicklers vom Sammelbehälter, wie
in Fig. 6 dargestellt, bis zur rechten Seite der Buchse über
die Entwicklungszone im Bereich des Fotoleiters 2 und dann
an der linken Seite der Buchse nach unten, wo er den
Einflußbereich des Magnetkernes 112 verläßt und zurück in den
Sammelbehälter fällt. Mit dieser Vorrichtung kann die
Bewegung des Magnetkerns im Uhrzeigersinn den Entwickler mit
etwa der gleichen Lineargeschwindigkeit wie derjenigen der
Bewegung des elektrostatischen Bildes, ausgeführt vom
Fotoleiter 2, durch die Entwicklungszone bewegen.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 wird durch eine
Vorspannungseinrichtung 59 eine elektrische Vorspannung an die
nichtmagnetische Hülse 6 angelegt. Diese Vorspannung wird
sorgfältig gewählt, um ein elektrisches Feld aufzubauen, das
die Ablagerung von Toner auf den Hintergrundbereichen
abschreckt. Bei der Umkehrentwicklung sind die
Hintergrundbereiche diejenigen Teile des Bildbereiches, die vollständig
aufgeladen sind. Beispielsweise wird auf dem Fotoleiter 2 in
der ersten Aufladungsstation 20 eine Ladung von + 600 Volt
aufgebracht und ein LED-Druckkopf leitet diese in der ersten
Belichtungsstation 30 bis auf + 100 Volt ab. In der ersten
Entwicklungsstation 40 wird positiv aufgeladener Toner
gemischt mit negativ aufgeladenem Träger auf das
elektrostatische unter einem elektrischen Feld aufgebracht, das durch
eine Vorspannung der nichtmagnetischen Hülse auf + 500 Volt
entsteht. Dieses Feld soll den positiv aufgeladenen Toner zu
den weniger positiv aufgeladenen, belichteten Bereichen, die
bei + 100 Volt liegen, hintreiben und von den positiver
aufgeladenen Hintergrundbereichen, die bei + 600 Volt gehalten
werden, abschrecken. Dies ist eine in der Fachwelt
wohlbekannte Maßnahme, die von Fall zu Fall entsprechend den
Systemparametern abgeändert wird. Aus diesem Grund kann, in
Abhängigkeit vom verwendeten Toner und Träger, die
Vorspannung in der zweiten Entwicklungsstation auf eine von
derjenigen der ersten Entwicklungsstation abweichende Höhe
optimiert werden, obwohl die Polaritäten die gleichen bleiben.
Desgleichen kann auch die Ladungshöhe in den Stationen 20,
22 und 24 verändert werden, um Vorteile zu erzielen.
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Die zweite und dritte Aufladungsstation 22 und 24 sind im
Prozeß nur erforderlich, wenn die vorhergehenden
Tonerstationen die ursprünglich von der Aufladungsstation 20
aufgebrachte Ladung nachteilig beeinflussen oder wenn im
zweiten Bildentstehungsprozeß eine abweichende Aufladung
erwünscht ist. Der im Zusammenhang dieser Erfindung
beschriebene Entwicklungsmechanismus zeigt sehr geringe Störeffekte
bezüglich der ursprünglichen Aufladung gezeigt. Obwohl es
für Arbeiten in höchster Qualität vorteilhaft sein kann,
eine geringe Anhebung und Einebnung der gleichmäßigen
Aufladung, insbesondere in Bereichen, die schon aufgebrachten
Toner aufweisen, vorzusehen, scheint dies für die meisten
Anwendungen nicht erforderlich zu sein.
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Obwohl der Prozeß im Hinblick auf Umkehrentwicklungssysteme
beschrieben worden ist, bei denen jedes folgende Bild seine
vorhergehenden Bilder nicht überlagert, betrifft die
Erfindung in ihrer weitesten Form jegliche Verfahren, bei denen
ein elektrostatisches Bild im gleichen allgemeinen Bereich
zu entwickeln ist, der schon ein erstes Tonerbild aufweist,
ob nun das zweite Bild sich mit dem ersten überschneidet, ob
das zweite Bild mit normaler positiver Entwicklung zu
entwickeln ist oder nicht und ob sich das zweite Bild in der
Farbe unterscheidet oder nicht (Eine könnte beispielsweise
magnetisch sein und die andere nicht).
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Anzumerken ist, daß die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung
mehrfarbige, beidseitige Bilder bei voller
Mschinengeschwindigkeit mit den beidseitigen Bildern in ihrer natürlichen
Anordnung ausgeben kann. Dies macht diese spezielle
Vorrichtung besonders geeignet für
Hochgeschwindigkeits-Farbkopierer.
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Die Erfindung ist nun detailliert unter besonderer
Bezugnahme auf eine ihrer bevorzugten Ausführungsformen beschrieben
worden, aber es dürfte sich von selbst verstehen, daß
Änderungen und Abwandlungen innerhalb des Schutzumfanges der
Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist,
durchgeführt werden können.
Zeichnungsbeschriftung:
Fig. 3:
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62, 65 Antrieb