DE69132667T2

DE69132667T2 - Flüssigtonerentwickler-Kartusche

Info

Publication number: DE69132667T2
Application number: DE69132667T
Authority: DE
Inventors: Ehud Chatow; Benzion Landa; Ishaiau Lior
Original assignee: Indigo BV
Current assignee: HP Indigo BV
Priority date: 1991-07-09
Filing date: 1991-11-29
Publication date: 2002-05-08
Anticipated expiration: 2011-11-30
Also published as: EP0593488A1; JPH07500679A; HK1009607A1; JP3605108B2; CA2113169C; US5596396A; DE69132667D1; CA2113169A1; CA2390346A1; JP3524089B2; US5436706A; DE69125853T2; HK1000169A1; EP0593488B1; JP2003337478A; WO1993001531A1; DE69125853D1; EP0764891B1; EP0764891A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Entwicklungsvorrichtungen und spezieller Latentbild-Entwicklungsvorrichtungen in elektrofotografischen Abbildungssystemen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Das Verfahren zum Entwickeln eines auf einer fotoleitenden Oberfläche erzeugten Latentbildes mittels elektrophoretischer Übertragung von Flüssigtoner ist im Stand der Technik wohlbekannt. Bei diesem Verfahren migrieren geladene Partikeln, die in einer nichtpolaren isolierenden Trägerflüssigkeit suspendiert sind, unter dem Einfluss eines elektrostatischen Feldes und konzentrieren sich in einer bilderzeugenden Konfiguration auf verhältnismäßig geladenen oder entladenen Bereichen einer fotoleitenden Oberfläche. Das so entwickelte Latentbild wird dann auf ein Substrat, wie z. B. Papier, entweder direkt oder mittels eines oder mehrerer Zwischenübertragungselemente übertragen.
Im USA-Patent 4,504,138 wird ein unterschiedliches Verfahren zum Entwickeln eines Latentbildes beschrieben. Das beschriebene Verfahren beinhaltet Auftragen einer dünnen viskosen hochdichten Schicht von Tonerpartikeln auf der Umfangsoberfläche einer Rolle und Bringen der so gebildeten Schicht zur fotoleitenden Oberfläche. Eine Übertragung von ausgewählten Teilen der Tonerschicht auf die fotoleitende Oberfläche erfolgt dann als Funktion der elektrischen Feldstärke des Latentbildes. Ein offener oberer Speicher wird verwendet, in dem der Toner vorgesehen ist. Es ist ein fortwährender Zwischenraum zwischen einer langgestreckten Elektrode und der Applikatorrolle vorhanden, die beide im Speicher vorgesehen sind.
Die US-A-3,973,699 offenbart eine Flüssigkeitsabgabevorrichtung, in der ein Flüssigtoner in einem Speicher in einer Abbildungsmaschine gehalten wird. Dieser Speicher ist ein integraler Teil der Vorrichtung, ohne entfernbar zu sein.
Im kanadischen Patent 990589 wird ein Verfahren zum Entwickeln von elektrostatischen Bildern beschrieben, das beinhaltet: Erzeugen eines Films von Flüssigtoner auf einem ersten Applikator und Inkontaktbringen des Applikators mit dem Endsubstrat, das ein Latentbild trägt, um dadurch das Bild zu entwickeln. Ein zweiter Applikator, der eine Schicht von Trägerflüssigkeit trägt, wird dann in Kontakt mit dem Substrat gebracht, um Hintergrundablagerungen zu entfernen und Überschussflüssigkeit mittels Rakel zu entfernen. Der Film von Flüssigtoner, der im kanadischen Patent 990589 beschrieben wird, weist zwischen 2-4 Prozent Tonerkonzentrat auf, das in der Trägerflüssigkeit dispergiert ist.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, vereinfachte Vorrichtungen für die Entwicklung von Latentbildern in elektrofotografischen Abbildungssystemen durch die direkte Übertragung von konzentriertem Flüssigtoner bereitzustellen. Es wird deshalb eine entfernbare Flüssigtonerentwicklerkartusche bereitgestellt, umfassend: ein Gehäuse mit einem darin enthaltenen Speicher; eine Menge aw Flüssigtonerkonzentrat im Speicher, wobei das Flüssigtonerkonzentrat eine erste Konzentration von Feststoffen zu Flüssigkeit aufweist; eine Einrichtung zum Abgeben von Flüssigtonerkonzentrat aus dem Speicher, das eine zweite Konzentration von Feststoffen zu Flüssigkeit aufweist, die höher ist als die erste Konzentration; und eine Einrichtung zum Schutzleisten gegen ein Verschütten von Tonerkonzentrat aus dem Speicher.
Es wird weiter in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine entfernbare Flüssigtonerentwicklerkartusche bereitgestellt, in der die zweite Konzentration höher als 15% ist.
Die erste Konzentration befindet sich vorzugsweise bei einer Konzentration von höher als 25 Prozent, und die zweite Konzentration ist krümelig in der Textur und fühlt sich nahezu trocken an und weist eine Feststoffkonzentration auf, die höher als 40 Prozent ist, wünschenswerterweise mehr als 50 Prozent beträgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Einrichtung zum Abgeben mindestens zwei Rollen, wobei die erste Rolle eine elastische Oberfläche aufweist und die zweite Rolle eine feste Oberfläche aufweist. Vorzugsweise sind die beiden Rollen auf verschiedene elektrische Potenziale elektrifiziert.
Vorzugsweise umfasst die Kartusche Einrichtungen zum Verhindern eines Verdünnens der Menge an Flüssigtonerkonzentrat, die im Gehäuse zurückbleibt, nachdem die dünne Schicht von Tonerkonzentrat daraus abgegeben worden ist, wobei sie vorzugsweise Kapillareinrichtungen zum Absaugen von Überschussflüssigkeit und einen Speicher einschließt, der Absorptionsmaterial zum Speichern der Überschussflüssigkeit enthält.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Teil der abgegebenen Schicht nicht aus der Kartusche entfernt und umfasst die Kartusche Einrichtungen zum Rückgewinnen und Dispergieren des nicht entfernten Teils.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen vollständiger verstanden und eingesehen.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Abbildungsvorrichtung;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Mehrfarbenabbildungsvorrichtung;
Fig. 3A ist eine detailliertere schematische Darstellung einer Entwickleranordnung;
die Fig. 3B, 3C, 3D, 3E, 4F, 3G und 3H sind schematische Darstellungen von alternativen Ausführungsformen von Entwickleranordnungen;
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer Abbildungsvorrichtung;
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer Abbildungsvorrichtung;
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung, die eine Tonerversorgungsvorrichtung darstellt; und die Fig. 7A und 7B sind schematische Darstellungen einer alternativen Ausführungsform einer Entwickleranordnung, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert und betrieben wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Es wird nun Bezug auf Fig. 1 genommen, die eine Abbildungsvorrichtung veranschaulicht.
Die Vorrichtung von Fig. 1 umfasst eine Trommel 10, die zur Drehung in einer allgemein durch einen Pfeil 14 angegebenen Richtung angeordnet ist. Die Trommel 10 weist vorzugsweise eine zylindrische fotoleitende Oberfläche 16 auf, die aus Selen, einer Selenverbindung, einem organischen Fotoleiter oder irgendeinem anderen geeigneten Fotoleiter, der im Stand der Technik bekannt ist, hergestellt ist.
Wenn die Vorrichtung betrieben wird, dreht sich die Trommel 10, und die fotoleitende Oberfläche 16 wird durch einen Auflader 18 auf eine allgemein gleichförmige vorbestimmte Spannung aufgeladen, die typischerweise in der Größenordnung von 1000 V liegt. Der Auflader 18 kann von jedem Typ von Auflader sein, der im Stand der Technik bekannt ist, wie z. B. ein Corotron, ein Scorotron oder eine Rolle.
Fortgesetzte Drehung der Trommel 10 bringt die geladene fotoleitende Oberfläche 16 in Bildaufnahmebeziehung mit einer Belichtungseinrichtung, wie z. B. einer Lichtquelle 19, die ein Laserscanner sein kann (im Fall eines Druckers) oder bei der es sich um die Projektion eines Originals handeln kann (im Fall eines Fotokopierers). Die Lichtquelle 19 erzeugt ein gewünschtes Latentbild auf der geladenen fotoleitenden Oberfläche 16, indem ein Teil der fotoleitenden Oberfläche selektiv entladen wird, wobei sich die Bildteile auf einer ersten Spannung und die Hintergrundteile auf einer zweiten Spannung befinden. Die entladenen Teile weisen vorzugsweise eine Spannung von weniger als etwa 100 Volt auf.
Fortgesetzte Drehung der Trommel 10 bringt die geladene fotoleitende Oberfläche 16, die das elektrostatische Latentbild trägt, in Wirkeingriff mit der Oberfläche 21 einer Entwicklerrolle 22, die Teil einer Entwickleranordnung 23 ist, die ausführlicher mit Bezug auf die Fig. 3A bis 3H nachstehend beschrieben wird. Die Entwicklerrolle 22 dreht sich in einer zu derjenigen der Trommel 10 entgegengesetzten Richtung, wie durch einen Pfeil 13 angegeben, so dass es an der Berührungsstelle im Wesentlichen eine Relativbewegung Null zwischen ihren entsprechenden Oberflächen gibt. Die Oberfläche 21 der Entwicklerrolle 22 besteht vorzugsweise aus einem weichen Polyurethanmaterial, das durch den Einschluss von leitenden Zusatzmitteln vorzugsweise elektrisch leitfähiger gemacht ist, während die Entwicklerrolle 22 aus irgendeinem geeigneten elektrisch leitfähigen Material bestehen kann. Alternativ kann die Trommel 10 aus einem verhältnismäßig elastischen Material gebildet sein, und in einem solchen Fall kann die Oberfläche 21 der Entwicklerrolle 22 entweder aus einem starren oder einem nachgiebigen Material bestehen.
Wie nachstehend beschrieben, ist die Oberfläche 21 mit einer sehr dünnen Schicht von konzentriertem Brei von Flüssigtoner bedeckt, die vorzugsweise 15-35% geladene Tonerpartikeln, wünschenswerterweise mehr als 25% Feststoffe, enthält. Die Schicht ist vorzugsweise zwischen 5 und 30 um, bevorzugter zwischen 5 und 15 um dick. Die Entwicklerrolle 22 selbst ist auf eine Spannung aufgeladen, die sich zwischen der Spannung der geladenen und entladenen Bereiche auf der fotoleitenden Oberfläche 16 befindet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine konzentrierte Form von Flüssigtoner, wie z. B. der Toner, der im Beispiel 1 des US-Patents 4,794,651 beschrieben ist, verwendet, obwohl andere Typen von Toner in der Erfindung verwendbar sind. Für Farbtoner wird der Ruß im bevorzugten Toner durch Farbpigmente ersetzt, wie im Stand der Technik wohlbekannt ist.
Wenn die Oberfläche 21 der Entwicklerrolle 22, die die Schicht von Flüssigtonerkonzentrat trägt, mit der fotoleitenden Oberfläche 16 der Trommel 10 in Eingriff gebracht wird, verursacht, der Unterschied in den Spannungen zwischen der Entwicklerrolle 22 und der fotoleitenden Oberfläche 16 die selektive Übertragung der Schicht von Tonerpartikeln zur fotoleitenden Oberfläche 16, wodurch das gewünschte Latentbild entwickelt wird. Abhängig von der Wahl der Tonerladungspolarität und der Verwendung eines "Weißschreib"- oder "Schwarzschreib"-Systems wird die Schicht von Tonerpartikeln selektiv entweder zu den geladenen oder entladenen Bereichen der fotoleitenden Oberfläche 16 angezogen, und die übrigbleibenden Teile der Tonerschicht bleiben an der Oberfläche 21 der Entwicklerrolle 22 haften.
Weil die Übertragung der konzentrierten Schicht von Toner viel weniger beweglichkeitsabhängig ist als bei normaler elektrophoretischer Entwicklung, erfolgt der vorstehend beschriebene Prozess bei einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit. Da die Schicht schon eine hohe Dichte und Viskosität aufweist, braucht man auch für keine Dosiervorrichtungen, Verfestigungsrollen und dergleichen zu sorgen, die sonst notwendig sein würden, um Überschussflüssigkeit von dem entwickelten Bild zu entfernen, um die gewünschte Dichte von Tonerpartikeln des entwickelten Bildes zu erlangen.
Wie in Fig. 2 dargestellt, kann man für Mehrfarbensysteme eine Mehrzahl von Entwicklerrollen bereitstellen, eine für jede Farbe, die aufeinanderfolgend mit der fotoleitenden Oberfläche 16 in Eingriff gebracht werden, um aufeinanderfolgend erzeugte Latentbilder zu entwickeln.
Das mittels des vorstehend beschriebenen Prozesses entwickelte Latentbild wird dann auf eine im Stand der Technik wohlbekannte Weise direkt auf ein gewünschtes Substrat übertragen. Wie in Fig. 1 dargestellt, kann alternativ ein Zwischenübertragungselement 40 bereitgestellt werden, das eine Trommel oder ein Band sein kann und das sich in Wirkeingriff mit der fotoleitenden Oberfläche 16 der Trommel 10 befindet, die das entwickelte Bild trägt. Das Zwischenübertragungselement 40 dreht sich in einer zu derjenigen der fotoleitenden Oberfläche 16 entgegengesetzten Richtung, wie durch einen Pfeil 43 gezeigt, wobei zwischen ihren entsprechenden Oberflächen an der Stelle einer Bildübertragung im Wesentlichen eine Relativbewegung Null bereitgestellt wird. Das Zwischenübertragungselement 40 ist wirksam, um das Tonerbild von der fotoleitenden Oberfläche 16 zu empfangen und das Tonerbild auf ein Endsubstrat 42 zu übertragen, wie z. B. Papier. Es kann ein im Innern des Zwischenübertragungselements 40 angeordneter Heizer 45 bereitgestellt sein, um das Zwischenübertragungselement 40 zu erwärmen, wie im Stand der Technik bekannt ist. Die Übertragung des Bildes auf das Zwischenübertragungselement 40 wird vorzugsweise unterstützt, indem man eine Elektrifizierung des Zwischenübertragungselements 40 bereitstellt, um ein elektrisches Feld zwischen dem Zwischenübertragungselement 40 und den Bildbereichen der fotoleitenden Oberfläche 16 bereitzustellen. Das Zwischenübertragungselement 40 weist vorzugsweise eine leitfähige Schicht 44 auf, die unter einer elastomeren Schicht 46 liegt, die vorzugsweise eine geringfügig leitfähige elastische Polymerschicht ist.
Verschiedene Typen von Zwischenübertragungselementen sind bekannt und werden z. B. im US-Patent 4,684,238, der PCT-Veröffentlichung WO 90/04216 und dem US-Patent 4,974,027 beschrieben.
Im Anschluss an die Übertragung des Tonerbildes auf das Substrat 42 oder das Zwischenübertragungselement 40 tritt die fotoleitende Oberfläche 16 mit einer Reinigungsstation 49 in Eingriff, die irgendeine herkömmliche Reinigungsstation sein kann. Ein Schaber 56 vervollständigt die Entfernung von jeglichem Resttoner, der durch die Reinigungsstation 49 nicht entfernt worden sein mag. Eine Lampe 58 vervollständigt dann den Zyklus, indem jegliche Restladung, die charakteristisch für das vorhergehende Bild war, von der fotoleitenden Oberfläche 16 entfernt wird.
Es versteht sich, dass das Flüssigtonerkonzentrat, das auf die Trommel 10 übertragen wird, im Wesentlichen dieselbe Tonerpartikelkonzentration aufweist wie das Bild, wenn es von der Trommel 10 übertragen wird. Dies steht im Gegensatz zur herkömmlichen Flüssigentwicklung, bei der der Flüssigentwickler eine vergleichsweise niedrige Konzentration von Partikeln vor der Entwicklung aufweist und wo vor Übertragung von dem Fotoleiter Überschussflüssigkeit von dem Bild entfernt wird. Es steht auch im Gegensatz zum US-Patent 4,504,138, bei dem der Toner, der der Trommel zugeführt wird (und der auf die Trommel übertragen wird) konzentrierter ist, aber wo Überschussflüssigkeit vor Übertragung auf das Endsubstrat noch vom Bild entfernt werden muss. Das Tonerausgangsmaterial befindet sich bei einer Feststoffkonzentration, die im Wesentlichen gleich derjenigen des von der Trommel übertragenen Bildes ist. Das Tonermaterial kann vor Berührung mit der Trommel 10 weiter konzentriert werden, oder es kann ein mechanisches Rakeln verwendet werden, um die Konzentration während des Prozesses einer Übertragung von Toner auf die Trommel weiter zu erhöhen.
Es wird nun Bezug auf Fig. 3A genommen, die die Konstruktion und den Betrieb einer bevorzugten Entwickleranordnung 23A darstellt. Die Entwickleranordnung 23A umfasst einen Tonerabgeber 62, der Flüssigtonerkonzentrat auf die Oberfläche einer Rolle 64 abgibt, die zur Drehung in einer durch einen Pfeil 68 angegebenen Richtung angeordnet ist. Die Rolle 64 ist vorzugsweise aus Metall gebildet, und die Rolle 21 ist aus einem Metallkern mit einer Ummantelung eines elastomeren Materials gebildet, das vorzugsweise ein geringfügig leitfähiges elastisches polymeres Material ist, wie z. B. im US-Patent 3,959,574 oder US-Patent 3,863,603 beschrieben. Die Rolle 64 kann einen sehr dünnen Überzug von polymerem Material aufweisen. Wenn sie sich dreht, wird die Rolle 64 kraft einer Feder 70 elastisch gegen die Oberfläche 21 der Entwicklerrolle 22 gedrückt, und eine dünne Schicht von Flüssigtonerkonzentrat wird auf der Oberfläche 21 der Entwicklerrolle 22 gebildet. Die Dicke der Schicht ist eine Funktion des ausgeübten Drucks und der Härte der Oberflächen.
Die Rolle 64 kann auch durch eine Gleichspannungsquelle elektrifiziert sein, um eine Ablagerung von Tonerkonzentrat auf der Rolle 64 zu vermeiden. Sie kann weiter oder alternativ mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sein, die wirksam ist, um die Viskosität des Tonerkonzentrats etwas zu reduzieren und allgemein, um die Ablagerung einer glatteren Schicht auf der Oberfläche 21 der Entwicklerrolle 22 zu bewirken.
Vorzugsweise wird der Flüssigtoner mit einer vorbestimmten Konzentration aufgetragen, die gleich der Konzentration von Tonerpartikeln ist, die für die gewünschte optische Dichte des Endbildes erforderlich ist. Auftragung des Flüssigtonerkonzentrats mit der vorbestimmten Konzentration umgeht die Notwendigkeit für Pumpen, Tanks, Sensoren und andere kostspielige Vorrichtungen, die sonst in dem Fall benötigt würden, wenn eine verdünnte Lösung von Flüssigkonzentrat bereitgestellt wird.
In einer alternativen Ausführungsform wird der Flüssigtoner mit einer Konzentration aufgetragen, die niedriger ist als diejenige, die für eine optimale Entwicklung des Latentbildes erforderlich ist. In einem solchen Fall kann die Rolle 64 auch als mechanische und elektrische "Rakel"-Rolle wirken, d. h. beim Pressen gegen die Oberfläche 21 der Entwicklerrolle 22 entfernt sie mechanisch überschüssiges Tonerfluid von der auf die Oberfläche 21 aufgedrückten Schicht, und bei Aufladung mit einem geeigneten elektrischen Potenzial stößt sie die geladenen Tonerpartikeln zurück und bewirkt, dass sie enger an der Oberfläche 21 haften. Das Überschussfluid, das entfernt worden ist, wird zur Wiederverwendung zurückgewonnen. Die Anmelder haben gefunden, dass der Feststoffgehalt der Schicht hauptsächlich eine Funktion der mechanischen Eigenschaften der Rollen und der angelegten Spannungen und ausgeübten Drücke ist und für einen beträchtlichen Bereich von Anfangstonerkonzentrationen nur geringfügig von der Anfangskonzentration beeinflusst wird.
Wie vorstehend beschrieben, wird die Schicht von Flüssigtoner, die mittels der Rolle 64 auf die Oberfläche 21 abgelagert ist, beim Prozess eines Entwickelns des Latentbildes selektiv auf die fotoleitende Oberfläche 16 übertragen. Im Prinzip erfordert das vorstehend beschriebene System nicht, dass die Teile der Tonerschicht, die bei der Entwicklung des Latentbildes nicht verwendet worden sind, zwischen den Zyklen von der Entwicklerrolle 22 entfernt werden. Im Fall, dass der Toner von einem Typ ist, der durch die elektrischen Felder in der Grenzschicht zwischen den Oberflächen der Entwicklerrolle 22 und der Trommel 10 entladen wird, kann jedoch eine Reinigungsstation 72 vorgesehen sein, die eine Bürste oder Kamm oder eine ähnliche Vorrichtung umfassen kann, um überschüssiges Tonerkonzentrat von der Oberfläche 21 der Entwicklerrolle 22 zu entfernen. Der so entfernte Toner kann dann nach Mischung mit frischem Toner zur Wiederverwendung zurückgepumpt werden oder kann mit dem Toner gemischt werden, der in den Spalt zwischen der Entwicklerrolle 22 und Rolle 64 eingespeist wird.
Es wird nun auf die Fig. 3B bis 3H Bezug genommen, die alternative Ausführungsformen 23B bis 23H einer Entwickleranordnung 23 darstellen. Die Fig. 3B bis 3H sind identisch mit Fig. 3A, außer dass in jedem Fall die Rolle 64 durch eine unterschiedliche Struktur ersetzt worden ist, die eine dünne Schicht von viskosem Tonerkonzentrat auf die Entwicklerrolle 22 zuführen kann.
In Fig. 3B ist die Rolle 64 durch eine elastische Klinge 74 ersetzt, die aus demselben Material wie die Rolle 64 bestehen kann und die vorzugsweise mit einer elektrischen Vorspannung versehen ist, um ein besseres Haften der Tonerpartikeln an der Oberfläche 21 und eine bessere Ablösbarkeit von der Klinge 74 zu bewirken.
In Fig. 3C ist die Rolle 64 durch eine drahtumwickelte Vollstange mit Federaufhängung 65 ersetzt, und das Bedecken der Oberfläche 21 wird durch einen "Draht-Stange"-Prozess erreicht, wie im Stand der Technik wohlbekannt ist. Die Stange 65 kann auch mit einer elektrischen Vorspannung versehen sein.
In Fig. 3D ist die Rolle 64 durch eine Metallsiebtrommel 74 ersetzt, in der eine Rakelklinge 75 angebracht ist und die gegen die innere Oberfläche des Metallsiebs 74 in der Nähe seiner Berührungsstelle mit der Entwicklerrolle 22 gedrückt ist. Flüssigtonerkonzentrat wird dem Innern der Trommel 74 zugeführt und wird durch das Sieb auf die Oberfläche 21 abgelagert, wenn die Trommel 74 zusammen mit der Rolle 22 gedreht wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Metallsiebtrommel zusammen mit der Rakelklinge und einer Flüssigtonerkonzentratversorgung als Wegwerfeinheit bereitgestellt, die ersetzt wird, wenn das Tonermaterial erschöpft ist.
Fig. 3E stellt eine bevorzugte Alternative zur beschriebenen Wegwerfeinheit dar. In der in Fig. 3E dargestellten Ausführungsform wird der Metallsiebtrommel 74 aus einem Speicher 80 durch eine Pumpe 82 über eine Leitung 84 Tonerkonzentrat zugeführt. Der Druck des Tonerkonzentrats in der Trommel 74 wird durch die Pumpe 82 im Wesentlichen konstant gehalten. Dieser Druck reicht nicht aus, um das Tonerkonzentrat über den größten Teil seiner Oberfläche durch das Sieb zu drücken. Jedoch erhöht die Spitze der Rakelklinge 75 während der Drehung der Trommel 74 den Druck ausreichend, um das Konzentrat durch die Öffnungen zu drücken, um die Rolle 22 zu bedecken.
Wie in Fig. 3F dargestellt, ersetzt alternativ ein ersetzbarer mit Druck beaufschlagter Behälter 86 von Tonerkonzentrat den Speicher 80 und die Pumpe 82. In den Ausführungsformen von Fig. 3E und 3F wird die Trommel 74 vorzugsweise nicht entfernt, wenn der Toner nachgefüllt wird.
In Fig. 3 G ist die Rolle 64 durch einen Extrusionsbedeckungskopf 76 ersetzt, der das Flüssigtonerkonzentrat auf die Oberfläche 21 der Entwicklerrolle 22 in einer Schicht abgibt.
Fig. 3H stellt eine alternative Ausführungsform der Entwickleranordnung dar. Die Vorrichtung von Fig. 3H ähnelt derjenigen von Fig. 3A, außer dass das Flüssigtonerkonzentrat der Grenzfläche zwischen der Oberfläche der Rolle 64 und einem Abstreichmesser 77 zugeführt wird. Eine dünne Schicht des Tonerkonzentrats wird auf der Oberfläche der Rolle 64 gebildet, die dann auf die vorstehend beschriebene Weise übertragen wird.
Es wird auf Fig. 4 Bezug genommen, die eine schematische Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform darstellt, bei der konzentrierter Flüssigtoner einer Grenzfläche zwischen einer Rakelrolle 120 und der ein Latentbild tragenden Trommel 10 zugeführt wird. Wie in den vorherigen Ausführungsformen sind die Rolle 120 und die Trommel 10 mechanisch elastisch zusammengedrückt. Die Ausführungsform von Fig. 4 unterscheidet sich von den anderen Ausführungsformen dadurch, dass eine dünne Schicht von konzentriertem Material durch Extrusion zwischen der Rakelrolle und der Trommel gebildet wird, während sie gemeinsam rollen und gegeneinander gedrückt werden. Wie in Fig. 4 dargestellt, separiert sich die dünne Schicht sofort in Bildteile, die auf der Trommel 10 zurückbleiben, und Hintergrundteile, die auf der Rolle 120 zurückbleiben.
Es wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen, die eine andere Ausführungsform der Vorrichtung darstellt. Die Vorrichtung von Fig. 5 ähnelt derjenigen von Fig. 1, außer dass die Vorrichtung durch das Latentbild auf der fotoleitenden Oberfläche 16 für eine "Umkehr"-Entwicklung auf der Rolle 22 verwendet wird. In dieser Ausführungsform wird das gewünschte Bild durch die Bereiche von Tonerkonzentrat gebildet, die auf der Oberfläche der Entwicklerrolle 22 nach der Entwicklung der fotoleitenden Oberfläche 16 zurückbleiben, und es ist die Entwicklerrolle 22 Und nicht die Trommel 10, die dann in Wirkverbindung mit einem Zwischenübertragungselement (nicht dargestellt) oder einem Endsubstrat gebracht wird, um einen Druck des gewünschten Bildes zu erhalten. Auch in Fig. 5 dargestellt ist eine Pumpe 76, die wirksam ist, um das Tonerkonzentrat zur Wiederverwendung zurückzupumpen, das durch die Reinigungsstation 56 am Abschluss des Abbildungszyklus von der fotoleitenden Oberfläche 16 entfernt worden ist. Jegliche von den vorstehend beschriebenen Entwickleranordnungen können auch im Zusammenhang dieser Ausführungsform verwendet werden.
Es wird nun Bezug auf Fig. 6 genommen, die eine alternative Ausführungsform einer Tonerversorgungsvorrichtung darstellt. Die Vorrichtung von Fig. 6 umfasst ein Gehäuse 100, an das Arme 108 und 110 angebracht sind. Die Arme 108 und 110 sind so angepasst, dass sie elastisch gegen die Oberfläche 21 der Entwicklerrolle 22 gedrückt werden. Im Innern des Gehäuses 100 befindet sich eine kolbenartige Plattform 112, die mit federnder Aufhängung auf der Basis des Gehäuses 100 angebracht ist. Im Betrieb ist das Gehäuse 100 mit Flüssigtonerkonzentrat gefüllt, das durch die Wirkung einer Feder 113 auf die Plattform 112 in Richtung der Entwicklerrolle 22 gedrückt wird. Die Arme 108 und 110 dienen dazu, um das Flüssigtonerkonzentrat gegen ein Verschütten nach außen einzuschließen, und der Arm 110 wirkt weiter als Klinge, um die Ablagerung der erforderlichen Menge an Flüssigtoner auf der Oberfläche 21 der Entwicklerrolle 22 zu dosieren. Der Arm 110 kann auch elektrisch vorgespannt sein, wie vorstehend erklärt.
Alternativ kann die Feder 113 durch eine Gasdruckvorrichtung ersetzt sein, die wirksam ist, um zu bewirken, dass Flüssigtonerkonzentrat abgegeben wird, indem die Plattform 112 in Richtung der Entwicklerrolle 22 vorwärtsgetrieben wird.
In einer anderen Ausführungsform können das Gehäuse 100 zusammen mit einer Flüssigtonerkonzentratversorgung und die Rolle 22 als Wegwerfeinheit bereitgestellt werden, die ersetzt werden, wenn die Flüssigtonerkonzentratversorgung erschöpft ist.
Es wird nun auf die Fig. 7A und 7B Bezug genommen, die eine Ausführungsform einer Entwickleranordnung 23 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellen. In dieser Ausführungsform ist die Entwickleranordnung (die die Entwicklerrolle und zugehörige Elemente einschließt) keine ortsfeste Komponente in der Abbildungsvorrichtung selbst, sondern nimmt vielmehr die Form einer austauschbaren Kartusche 150 an, die leicht in das Gehäuse der Abbildungsvorrichtung (nicht dargestellt) eingesetzt und daraus entfernt werden kann, wenn die Flüssigtonerkonzentratversorgung erschöpft worden ist. Wie in größerer Einzelheit in Fig. 7B dargestellt, umfasst die Kartusche 150 ein Gehäuse 152 und einen Innenraum 154, der eine Flüssigtonerkonzentratversorgung enthält. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der mit der Katusche 150 zur Verfügung gestellte Flüssigtoner eine verhältnismäßig hohe Konzentration von geladenen Tonerpartikeln in der Größenordnung von 30% sowie Trägerflüssigkeit. Eine bewegbare Plattform 156 ist im Innern der Basis des Gehäuses 152 durch eine Feder 158 angebracht, die maximal gespannt ist, wenn der Raum 154 anfangs bis zu seinem Fassungsvermögen mit Flüssigtonerkonzentrat gefüllt ist. Der Bereich 160 zwischen dem Gehäuse 152 und der bewegbaren Plattform 156 kann mit irgendeinem geeigneten, Flüssigkeit absorbierenden Material gefüllt sein, wie z. B. einem Schwamm. Die Plattform 156 enthält ein Netzwerk von winzigen Kapillaren 162, durch die Überschussflüssigkeit im Raum 154 in den Raum 160 tropfen und durch das darin enthaltene schwammartige Material absorbiert werden kann.
Im Gehäuse 152 ist eine Rolle 170 angebracht, die aus irgendeinem geeigneten elektrisch leitfähigen Material besteht und die eine Oberfläche aufweist, die aus einem weichen Polyurethanmaterial besteht, das durch den Einschluss von leitfähigen Zusatzmitteln vorzugsweise elektrisch leitfähiger gemacht worden ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist eine Rolle 170 einen kleinen Durchmesser auf, wünschenswerterweise weniger als etwa 4 cm und vorzugsweise etwa 2,25 cm. Die Oberfläche der Rolle 170 steht etwas aus der Öffnung des Gehäuses 152 vor, so dass, wenn die Kartusche 150 in der Abbildungsvorrichtung montiert ist, die Oberfläche der Rolle 170 die fotoleitende Oberfläche der Trommel 10 berührt. Wenn die Vorrichtung aktiviert wird, wird die Rolle 170 elektrisch aufgeladen und dazu veranlasst, sich in der durch einen Pfeil 171 angegebenen Richtung zu drehen. Wie ausführlicher nachstehend beschrieben, wird eine Schicht von hochkonzentriertem Flüssigtoner auf der Oberfläche der Rolle 170 abgelagert, die dann auf eine Weise, die derjenigen ähnelt, die vorstehend beschrieben wurde, als Entwicklerrolle in Bezug zu den Latentbildern wirkt, die auf der fotoleitenden Oberfläche der Trommel 10 gebildet sind.
Zusätzlich zur Rolle 170 umfasst die Kartusche 150 zwei andere Rollen 172 und 174, die im Gehäuse 152 angebracht sind, so dass die Oberfläche der Rolle 172 die Oberfläche der Rolle 170 an einer Stelle 182 berührt und die Oberfläche der Rolle 174 die Oberfläche der Rolle 172 an einer Stelle 184 berührt. Die Rollen 172 und 174 bestehen aus irgendeinem geeigneten elektrisch leitfähigen Material. Die Rolle 172 weist einen Durchmesser auf, der signifikant kleiner ist als derjenige der Rolle 170. Wenn die Rolle 170 einen Durchmesser von 2,25 cm aufweist, weist folglich die Rolle 172 einen Durchmesser von 1,5 cm auf.
Wenn die Kartusche 150 montiert ist und die Abbildungsvorrichtung in Betrieb ist, sind die Rollen 172 und 174 elektrisch geladen und werden, während sie gegen die elastische Oberfläche der Rolle 170 gedrückt werden, dazu veranlasst, sich in einer zu derjenigen der Rolle 170 entgegengesetzten Richtung zu drehen (wie durch die Pfeile 173 und 175 angegeben).
Es ist ein Merkmal dieser Ausführungsform der Erfindung, dass die auf der Rolle 170 abgelagerte Schicht eine sehr hohe Feststoffkonzentration von vorzugsweise höher als etwa 40 Prozent und typischerweise zwischen 50 und 60 Prozent aufweist, wenn die Anfangskonzentration von Feststoffen im Raum 154 vorzugsweise über 25% und typischerweise etwa 30 Prozent beträgt. Man hat gefunden, dass sich diese Schicht von Toner fast trocken anfühlt, nicht fließend und krümelig in der Textur ist. Man hat auch gefunden, dass infolgedessen die Qualität des entwickelten Latentbildes stark verbessert ist und kein zusätzlicher Trocknungsmechanismus benötigt wird, wenn das Bild auf das Endsubstrat übertragen wird. Da so viel Flüssigkeit aus der Schicht entfernt worden ist, reicht eine Dicke von 2-8 Mikrometern auf der Rolle 170 aus.
Wegen der verhältnismäßig kleinen Durchmesser der Rollen 170 und 172 reicht eine verhältnismäßig kleine Kraft von bis zu 300 gm-Kraft/cm Länge aus, die an der Berührungslinie der Rollen 170 und 172 ausgeübt wird. Wenn negativ geladene Tonerpartikeln verwendet werden, ist für diese Kraft die Rolle 170 vorzugsweise auf ein elektrisches Potenzial aufgeladen, das um 150 V positiver ist als dasjenige der Rolle 172, und die Rolle 174 ist auf ein elektrisches Potenzial aufgeladen, das um 250 V positiver ist als die Rolle 170.
Es ist leicht ersichtlich, dass, da der Innenraum 154 des Gehäuses 152 mit Flüssigtonerkonzentrat gefüllt ist, bei Aktivierung der Vorrichtung und Drehen der Rollen 170 und 172 die Wechselwirkung zwischen den Rollen 170 und 172 an der Berührungsstelle 182 zur Ablagerung einer konzentrierten Schicht von Flüssigtoner auf der Oberfläche der Rolle 170 führt. Wenn die Rolle 170 fortfährt sich zu drehen, wirkt sie dann wiederum als Entwicklerrolle in Bezug zu der ein Latentbild tragenden Oberfläche der Trommel 10, wobei Teile der Schicht des sich trocken anfühlenden Flüssigtonerkonzentrats selektiv auf die Oberfläche der Trommel 10 übertragen werden, wodurch das Latentbild entwickelt wird, wie in Bezug zu den anderen Ausführungsformen der Erfindung vorstehend erklärt. Wegen der Rakelwirkung der elastischen Oberfläche der Rolle 170 an der Berührungsstelle 182 wird, wie vorstehend beschrieben, ein großer Anteil der im Tonerkonzentrat enthaltenen Trägerflüssigkeit herausgequetscht, wenn die Schicht von Toner auf der Rolle 170 abgelagert wird.
Nachdem Teile der Schicht von Tonerkonzentrat auf die Oberfläche der Trommel 10 übertragen worden sind, um das Latentbild zu entwickeln, fahren die übrigbleibenden Teile der Tonerschicht auf der Rolle 170 fort, sich auf der Oberfläche der Rolle 170 zu drehen, bis sie die Berührungsstelle 184 zwischen der Rolle 170 und det Rolle 174 erreichen. Wegen der relativen elektrischen Potenziale auf der Rolle 170 und Rolle 174 werden dann die übrigbleibenden Teile der Tonerschicht an der Berührungsstelle 184 auf die Rolle 174 übertragen. Stromabwärts von der Berührungsstelle 184 schabt eine elastische Klinge 176, die an der Innenwand des Gehäuses 152 verankert ist, die übrigbleibenden Teile der Tonerschicht von der Oberfläche der Rolle 174 ab.
Weil die Teile von Tonerkonzentrat, die von der Rolle 174 abgeschabt sind, trocken und krümelig sind, verteilen sie sich nicht leicht im in der Kartusche übrigbleibenden Flüssigtonerkonzentrat. Um den Dispersionsprozess zu unterstützen, ist ein Paar von sich entgegengesetzt drehenden, Zähne tragenden Stangen 178 und 180 im Gehäuse 152 angebracht, so dass die von der Rolle 174 abgeschabten Teile von trocknem Toner zwischen sie fallen und durch die Wechselwirkung der Zähne auf den Stangen auseinandergebrochen werden. Die durch die Drehbewegung der Stangen 178 und 180 verursachte Turbulenz unterstützt auch die Verteilung der trockneren Teile des Toners in der Lösung von Tonerkonzentrat.
Da sich die anfängliche Versorgung von im Raum 154 enthaltenem Tonerkonzentrat im Prozess einer Entwicklung des Latentbildes nach und nach erschöpft, bewirkt die Wirkung der Feder 158, dass die Plattform 156 die Masse von Tonerkonzentrat im Raum 154 in Richtung der Berührungsstelle 182 drückt, bis der Raum 154 von Tonerkonzentrat praktisch entleert ist. Eine Dichtung 190 ist auch zwischen dem Gehäuse 152 und der Rolle 172 vorgesehen, um sicherzustellen, dass kein Flüssigtoner aus der Kartusche 150 freigesetzt werden kann, außer infolge der Wechselwirkung der Rolle 170 und Rolle 172 an der Berührungsstelle 182.
Als Folge der Tatsache, dass ein großer Anteil der im Tonerkonzentrat enthaltenen Trägerflüssigkeit ausgerakelt wird, wenn die Schicht von Toner auf der Rolle 170 abgelagert wird, wird, während das Konzentrat verbraucht wird, das noch im Raum 154 zurückbleibende Konzentrat einem fortlaufenden Prozess einer Verdünnung unterzogen. Würde man gestatten, dass sich dieser Verdünnungsprozess ungeprüft fortsetzen würde, könnte es zu einer Ungleichförmigkeit im Flüssigkeitsgehalt der Tonerschichten führen, die auf der Rolle 170 abgelagert werden, während die Konzentratversorgung erschöpft wird. Es ist aus diesem Grund, dass der Bereich 160 zwischen dem Gehäuse 152 und der bewegbaren Plattform 156 mit einem schwammartigen Material gefüllt ist und die Plattform 156 mit einem Netzwerk von winzigen Kapillaren 162 versehen ist. Durch die Rakelwirkung der Rollen 170 und 172 erzeugte überschüssige Trägerflüssigkeit im Tonerkonzentrat läuft durch diese Kapillaren ab und wird durch das schwammartige Material absorbiert, so dass zu jeder beliebigen Zeit während der Lebensdauer der Kartusche der Flüssigkeitsgehalt des Tonerkonzentrats im Wesentlichen derselbe bleibt.
Die mit Bezug auf die Fig. 7A und 7B beschriebene Entwickleranordnung kann leicht zur Verwendung mit den Ausführungsformen der Fig. 1, 2, 4 und 5 angepasst werden.
Obwohl die verschiedensten Toner geeignet sind, wird ein bevorzugter Toner für die Ausführungsformen der Fig. 7A und 7B im folgenden Verfahren hergestellt:

Compoundieren

36 Gramm Picotoner 1278 (Hercules), ein Styrol-Acrylat-Copolymer, wird auf einen auf 160ºC vorgeheizten Brabender-Zweiwalzenstuhl geladen. 30 Gramm Mogul-L(Cabot)-Ruß werden während einer Zeitspanne von etwa 10 Minuten in kleinen Mengen hinzugefügt, während die Bearbeitung des Materials fortgesetzt wird. 84 Gramm Iotec 8030 (EXXON), ein Acrylsäure-Ethylen-Copolymer-Teilnatriumsalz wird während 10 weiterer Minuten des Compoundierens hinzugefügt. Das Material wird ausgetragen, und nachdem es auf Raumtemperatur abgekühlt ist, wird es in einem Granulator zerkleinert und dann in einer Retch-Zentrifugalmühle kryogen feingemahlen. Das resultierende Material wird im Größenreduktionsschritt verwendet.

Größenreduktion

570 Gramm durch den Compoundierschritt hergestelltes Pulvermaterial werden zusammen mit 1330 Gramm Norpar-13 (EXXON) in einen mit 3/16" -Kohlenstoffstahlkugeln gefüllten Attritor der Größe 15 von Union Process geladen. Das Material wird bei 20ºC und 200 U/min 16 Stunden lang in einen mittleren Durchmesser von 2,6 Mikrometern gemahlen, wie durch einen Shimadzu-Partikelgrößenanalysator gemessen. Das resultierende Material wird durch ein Sieb von 300 Mikrometer gesiebt, um große Partikeln zu entfernen.
Das resultierende Tonerkonzentrat wird mit einem Ladungsdirektor geladen, wie im Stand der Technik bekannt ist. Die verschiedensten im Stand der Technik bekannten Ladungsdirektoren sind in dieser Ausführungsform der Erfindung wirksam. Ein bevorzugter Ladungsdirektor ist Lubrizol 890 (Lubrizol Corporation).
Alternativ wird die Trägerflüssigkeit zumindest teilweise durch ein Fett oder Petrolat ersetzt. Dieses Material weist eine hohe Viskosität auf und ist thixotrop, wodurch Lecks reduziert werden.
Es ist für Fachleute ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt ist, was insbesondere vorstehend dargestellt und beschrieben worden ist. Vielmehr ist der Bereich der vorliegenden Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche definiert.

Claims

1. Entfernbare Flüssigtonerentwicklerkartusche, umfassend:

ein Gehäuse mit einem darin enthaltenen Speicher;

eine Menge an Flüssigtonerkonzentrat im Speicher, wobei das Flüssigtonerkonzentrat eine erste Konzentration von Feststoffen zu Flüssigkeit aufweist;

eine Einrichtung zum Abgeben von Flüssigtonerkonzentrat aus dem Speicher, das eine zweite Konzentration von Feststoffen zu Flüssigkeit aufweist, die höher ist als die erste Konzentration; und

eine Einrichtung zum Schutzleisten gegen ein Verschütten von Tonerkonzentrat aus dem Speicher.

2. Flüssigtonerentwicklerkartusche nach Anspruch 1, bei der die zweite Konzentration höher als 15% ist.

3. Flüssigtonerentwicklerkartusche nach Anspruch 2, bei der die zweite Konzentration höher als 20% ist.

4. Flüssigtonerentwicklerkartusche nach Anspruch 1, bei der die erste Konzentration höher als 30 Prozent ist.

5. Flüssigtonerentwicklerkartusche nach Anspruch 1, bei der die erste Konzentration niedriger als 35 Prozent ist.

6. Flüssigtonerkartusche nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die zweite Konzentration höher als 40% ist.

7. Flüssigtonerentwicklerkartusche nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die zweite Konzentration höher als 50 Prozent ist.

8. Flüssigtonerentwicklerkartusche nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das abgegebene Flüssigtonerkonzentrat krümelig in der Textur und bei Berührung nahezu trocken ist.

9. Flüssigtonerentwicklerkartusche nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Einrichtung zum Abgeben mindestens zwei Rollen umfasst, wobei die erste Rolle eine elastische Oberfläche aufweist und die zweite Rolle eine feste Oberfläche aufweist.

10. Flüssigtonerentwicklerkartusche nach Anspruch 9 und umfassend eine Einrichtung zum Elektrifizieren der beiden Rollen auf unterschiedliche elektrische Potenziale.

11. Flüssigtonerentwicklerkartusche nach einem der vorangehenden Ansprüche und umfassend eine Einrichtung zur Reduzierung einer Verdünnung der im Speicher zurückbleibenden Menge an Flüssigtonerkonzentrat, nachdem Flüssigtonerkonzentrat daraus abgegeben worden ist.

12. Flüssigtonerentwicklerkartusche nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der ein Teil des abgegebenen Konzentrats nicht aus dem Speicher entfernt wird, und umfassend eine Einrichtung zum Wiedergewinnen des nicht entfernten Teils.

13. Flüssigtonerentwicklerkartusche nach Anspruch 11, bei der die Einrichtung zur Reduzierung der Verdünnung Kapillareinrichtungen zum Absaugen von überschüssiger Flüssigkeit und einen zweiten Speicher umfasst, der Absorptionsmaterial zum Speichern der überschüssigen Flüssigkeit enthält.

14. Flüssigtonerentwicklerkartusche nach Anspruch 13 und weiter umfassend eine Einrichtung zum Dispergieren des wiedergewonnen Teils.

15. Flüssigtonerentwicklerkartusche nach Anspruch 14, bei der die Einrichtung zum Dispergieren ein Paar Zähne tragende Stangen umfasst, die sich in entgegengesetzte Richtungen drehen.

16. Flüssigtonerentwicklerkartusche nach einem der vorangehenden Ansprüche und auch umfassend eine Entwicklerrolle, auf die das Flüssigtonerkonzentrat abgegeben wird.