DE69317069T2

DE69317069T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Entwicklung von Farbbildern mit Trockentoner und Zwischenübertragungselement

Info

Publication number: DE69317069T2
Application number: DE69317069T
Authority: DE
Inventors: Thomas Camis
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1992-05-22
Filing date: 1993-04-20
Publication date: 1998-06-18
Anticipated expiration: 2013-04-21
Also published as: DE69317069D1; EP0571757B1; EP0571757A1; JPH0635286A; US5314774A

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrophotographische Farbdrucker unter Verwendung von Trockenpulver-Farbtonern und insbesondere auf solche Drucker, die einen Zwischenübertragungsriemen verwenden, der zwischen einem Hauptphotoleiterelement und den Druckmedien angeordnet ist.

Hintergrundtechnik und verwandte Anmeldungen

Auf dem Gebiet des elektrophotographischen Farbdruckens wurden häufig Flüssigfarbtoner verwendet, um nacheinander ausgewählte Farbbilder zu entwickeln, beispielsweise Bilder in Cyan-, Gelb-, Magenta- und Schwarz-Farbebenen, auf einer photoleitfähigen Trommel und auf derselben übereinander überlagert. Das zusammengesetzte Farbbild wird dann auf die benachbarten Druckmedien übertragen, die zwischen der photoleitfähigen Trommel und einer Übertragungsrolle eines bekannten Aufbaus durchlaufen. Flüssigfarbtoner weisen bei elektrophotographischen Farbdruckern, bei denen die Flüssigfarbtoner direkt durch einen physikalischen Kontakt zwischen der photoleitfähigen Trommel und der Quelle der Flüssigfarbtoner übertragen werden, gegenüber Trockenfarbtonern bestimmte Vorteile auf. Bildentwicklungssysteme des obigen Typs, die Flüssigfarbtoner verwenden, sind beispielsweise in der US-5136334 mit dem Titel "Method And Apparatus For Preparing Liquid Toner To The Media During Electrostatic Printing", erteilt am 4. August 1992, und ferner in der ebenfalls anhängigen Europäischen Patentanmeldung, Seriennummer 92108239.2, mit dem Titel "Electrostatically Assisted Transfer Roller And Method For Directly transferring Liquid Toner To a Print Medium", eingereicht am 15. Mai 1992, EP-A-513819, und überdies in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung, Seriennummer 07/748,120 mit dem Titel "Improved Conditioning Roller and Method of Operation For Use With A Photoconductive Drum In An Electrophotographic Printer", eingereicht am 21. August 1991, die der EP-A- 92108240.0, EP-A-513820, entspricht, allesamt der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung, beschrieben.
Bestimmte der obigen Typen von Flüssigtonerfarbentwicklungssystemen sind durch mehrere verschiedene Nachteile charakterisiert, die unter anderem viele Probleme umfassen, die der Handhabung des Trägerfluids, beispielsweise einem Isopar, für die Farbtonerpartikel zugeordnet sind. Wenn überdies eine Punkt-Auf-Punkt-Formatierung (DOD-Formatierung) gegenüber einer Punkt-Neben-Punkt-Formatierung (DND-Formatierung) gewählt wurde, um die höchstmöglichen Auflösungen zu erhalten, waren komplizierte Algorithmen erforderlich, um unerwünschte Gegenpotentiale zu kompensieren, die entwickelt wurden, wenn ein Flüssigtoner direkt auf einem vorher entwickelten, unterschiedlichen Flüssigtoner auf der Oberfläche der photoleitfähigen Trommel entwickelt wurde. Diese letztgenannte Kompensation hatte die Wirkung der Reduzierung der Nettoladung auf dem Toner, wobei die Reduktion der Nettoladung auf dem Toner wiederum die resultierende Wirkung einer Verschlechterung der Bildqualität des entwickelten Bilds aufwies, da die Nettoladung des Toners andernfalls das Halten des entwickelten Bilds an seiner Stelle unterstützen würde.
Um die obigen Probleme, die Flüssigfarbtoner-Entwicklungssystemen zugeordnet sind, zu lösen, wurde ein neues und verbessertes Trockenfarbtoner-Projektionssystem entwickelt, das einen wesentlichen Fortschritt auf dem Gebiet des elektrophotographischen Farbdruckens darstellt. Um Probleme zu vermeiden, die den oben genannten Gegenpotentialen zugeordnet sind, die erzeugt werden, wenn eine Punkt-Auf-Punkt-Formatierung verwendet wird, war das gewählte Farbentwicklungssystem die Punkt-Neben-Punkt-Formatierung als bevorzugtes Ausführungsbeispiel, um die Verwendung komplexer Algorithmen, um die obigen Gegenpotentiale, die unter Verwendung der DOD-Formatierung erzeugt werden, zu kompensieren. Jedoch wäre mit Ausnahme dieser letzten Betrachtung und der verschiedenen Probleme, die den DOD-Gegenpotentialen zugeordnet sind, die DOD-Formatierung gegenüber der DND-Formatierung als eine Einrichtung zum Optimieren der Auflösung des entwickelten Bilds bevorzugt.
Eine elektrophotographische Vorrichtung für Trockentonermaterialien und die Verwendung eines Zwischenübertragungs-Verfahrens und einer -Rolle ist in der WO 92/08170 offenbart. Diese Anmeldung richtet sich auf eine Materialauswahl für eine elektrostatische Hochspannungsübertragung von Toner von einem Photoleiterelement zu einem Zwischenübertragungsmedium und von dem Zwischenübertragungsmedium zu dem Druckmedium. Folglich offenbart dieselbe typische Spannungen von -1.000 bis -1.500 Volt, die an das Zwischenübertragungsmedium angelegt werden, und -2.000 Volt, die an das Druckübertragungsmedium angelegt werden, zusammen mit der beschränkten Auswahl spezieller Materialien für die Zwischenübertragungsmedien und das Photoleiterelement. Dieselbe schlägt ferner die Verwendung einer bekannten Coronaentladung zum Zweck der Aufladung des Photoleiters vor.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Entwickeln und Drucken von Farbbildern gemäß Anspruch 1 geschaffen. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Entwickeln und Drucken von Farbbildern gemäß Anspruch 6 geschaffen.
Der allgemeine Zweck und die grundsätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestehen darin, die Verwendung einer Punkt-Auf-Punkt-Formatierung in einem Trockenpulver-Farbtoner-Bildentwicklungssystem zu ermöglichen. Gleichzeitig beseitigt die vorliegende Erfindung die obigen Probleme, die hinsichtlich Gegenpotentialen auf der Oberfläche des photoleitfähigen Elements auftreten, wodurch eine relativ hohe Nettoladung auf dem Toner verbleibt, um die Druckqualität zu verbessern.
Um diesen Zweck und diese Aufgabe zu erreichen, wurden eine verbesserte Vorrichtung und verbessertes Verfahren zum Entwickeln von Farbbildern entwickelt, bei denen ein Zwischenübertragungselement zwischen einem photoleitfähigen Element des Entwicklungssystems und dem Druckmedium positioniert wird. Dieses Zwischenübertragungselement wird auf eine solche Art und Weise betrieben, daß nach der Entwicklung jeder Farbebene auf dem photoleitfähigen Element dieselbe durch einen direkten physikalischen Kontakt auf die Oberfläche des Zwischenübertragungselements übertragen und auf derselben gespeichert wird.
Wenn die nächste Farbebene unter Verwendung einer Punkt- Auf-Punkt-Formatierung zu dem photoleitfähigen Element übertragen wird, wird dieselbe durch diesen Betrieb nicht auf der Oberseite der vorher entwickelten Farbebene entwickelt und erzeugt daher keine Gegenpotentiale, die andernfalls durch die Verwendung komplexer Algorithmen kompensiert werden müßten. Im Gegenteil werden als eine Folge der geringen Spannungspegel die auf dem Zwischenübertragungselement erzeugt werden, keine signifikanten Gegenpotentiale entwickelt, während jede Farbebene der vorherigen Farbebene auf der Oberfläche des Zwischenübertragungselements überlagert wird. Danach kann das entwickelte zusammengesetzte Bild auf dem Zwischenübertragungselement direkt durch herkömmliche Bildübertragungsverfahren auf die Oberfläche eines benachbarten Druckmediums übertragen werden.
Es ist für Fachleute offensichtlich, daß dem oben beschriebenen neuartigen Verfahren und der Vorrichtung zahlreiche begleitende Vorteile zugeordnet sind. Diese neuartigen Merkmale umfassen die Tatsache, daß kein Hochspannungs-Coronasystem für die Bildung des zusammengesetzten Farbbilds erforderlich ist. Überdies erfordert das Reinigungssystem, das für das hierin beschriebene Bildentwicklungssystem verwendet wird, keine in die und aus der Ineingriffnahme-Bring-Aktion. Außerdem und gleichfalls wichtig ist die Tatsache, daß, da kein komplexer Algorithmus erforderlich ist, um das oben genannte Gegenpotentialproblem zu kompensieren, die Nettoladung auf dem entwickelten Toner nun höher sein wird als in dem kompensierten Fall, wobei somit eine stärkere Tendenz existiert, das entwickelte Bild in jeder Farbebene an seiner Stelle zu halten, wodurch die Gesamtbildqualität verbessert wird.
Folglich ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein neues und verbessertes Trockenpulver-Farb-Elektrophotographie-Verfahren und ein -System des beschriebenen Typs zu schaffen, die eine verbesserte Bild-Qualität und -Auflösung durch die Verwendung einer DOD-Farbformatierung erzeugen.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein neues und verbessertes Verfahren und System des beschriebenen Typs zu schaffen, die den Bedarf nach Hochspannungs- Coronasystemen und unerwünschtem Ozon, das dadurch erzeugt wird, was für den Stand der Technik charakteristisch war, beseitigt.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal schafft die Erfindung ein Reinigungssystem, das befestigt ist und keine in die und aus der Ineingriffnahme-Bring-Aktion erfordert.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein neues und verbessertes Verfahren und ein System des beschriebenen Typs zu schaffen, die die Probleme lösen, die der Fluidhandhabung und den Toneraufladungs-Kompensationsproblemen zugeordnet sind, die für Flüssigtoner-Farbentwicklungssysteme für elektrophotographische Farbdrucker charakteristisch sind. Die obige kurze Zusammenfassung der Erfindung, zusammen mit den zugehörigen Aufgaben, vielen Vorteilen und neuartigen Merkmalen, wird durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen offensichtlicher.

Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Fig. 1 ist ein grobes schematisches Querschnittdiagramm mit einer elektrischen Vorspannungsanordnung, das die Farbbildentwicklung- und Übertragungs-Vorrichtung zeigt, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut ist. Diese Vorrichtung verwendet einen Zwischenübertragungsriemen in einer neuartigen Kombination mit einem photoleitfähigen Riemen, die ferner mit einer Mehrzahl von elektrostatischen Farbtonerprojektionseinheiten wirksam sind. Diese Farbtonerprojektionseinheiten sind detailliert in den übrigen Figuren beschrieben.
Fig. 2 ist eine gekürzte schematische Querschnittansicht, die ein Verfahren zur Dosierung der nicht-magnetischen Trockentonerpartikel auf die Oberfläche eine Entwicklerhülse in einer der Farbtonerprojektionseinheiten des Entwicklersystems, das in Fig. 1 gezeigt ist, zeigt.
Fig. 3 ist eine schematische Querschnittansicht, die ein weiteres Verfahren zum Dosieren der nicht-magnetischen Trockentonerpartikel auf die Entwicklerhülse von einer der Farbtonerprojektionseinheiten in Fig. 1 zeigt.
Fig. 4 zeigt die elementare elektrische Vorspannungsanordnung, die für alle der vier Farbtonerprojektionseinheiten des Entwicklungssystems, das in Fig. 1 gezeigt ist, verwendet ist.
Fig. 5A ist ein Entwicklungsmodell, das die Bewegung des geladenen Toners zwischen der Entwicklerhülsenoberfläche und der photoleitfähigen Oberfläche für die vorgespannte Anordnung, die in Fig. 3 gezeigt ist, zeigt. Dies ist ein Entladungsbereichentwicklungsbeispiel (DAD-Beispiel; DAD = Discharge Area Development) unter Verwendung eines negativ geladenen Photoleiters und Toners.
Fig. 5B ist ein Signalverlaufsdiagramm, das die Größe der Tonerladungsprojektionsspannung, VPROJEKTION, an der Entwicklerrolle und die Ladungsabstoßspannung, VABSTOSS, an dem photoleitfähigen Element als eine Funktion der AC-Vorspannungsspannung Vasin(wt) (AC = Wechselsignal) zeigt.
Fig. 6 ist ein Graph der entwickelten Tonerdicke auf der Oberfläche der belichteten Regionen der photoleitfähigen Trommel als eine Funktion der Ladung pro Einheitsmasse des Toners (tribo), unter der Annahme einer Entwicklung bis zum Abschluß, was das Entwicklungsfeld vollständig neutralisiert hat.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

In Fig. 1 ist ein photoleitfähiger Riemen 10 gezeigt, der um zwei beabstandete Rollen 12 und 14 angetrieben wird, von denen jede ein Kern- und Massen-Ebenenelement 16 bzw. 18, das an der Mittelrotationsachse der zwei Rollen 12 und 14 angebracht ist, aufweist. Der photoleitfähige Riemen 10 ist mit einer Reinigungswischklinge 20 und einer Vorspannungs- und Aufladungs-Rolle 22 versehen, die, wie gezeigt ist, zunächst über eine DC-Vorspannungsquelle 24 (DC = Gleichsignal) und dann über eine AC-Vorspannungsquelle 26 mit einem Massepotential verbunden ist. Diese AD- und DC-Vorspannungsanordnung, die bei 22, 24 und 26 in Fig. 1 gezeigt ist, liefert einen relativ geringen Vorspannungspegel für den photoleitfähigen Riemen 10, wodurch keine signifikanten Gegenpotentiale erzeugt werden, die kompensiert werden müssen, wie bei dem Fall der oben beschriebenen Trockenpulversysteme unter Verwendung der DOD-Formatierung.
Eine Mehrzahl von Farbtonerprojektionseinheiten 28, 30, 32 und 34 sind, wie gezeigt ist, linear entlang der longitudinalen oder horizontalen Dimension des photoleitfähigen Riemens 10 positioniert. Jede dieser Farbtonerprojektionseinheiten, beispielsweise 28, weist eine Entwickler-Rolle oder -Hülse 36 auf, die benachbart zu einer Ladungsaufbringungs- und Vorspannungs-Rolle 38 und ferner benachbart zu einem Dosierungs-Balken oder einer -Klinge 40 positioniert ist, wobei alle diese Komponenten detaillierter nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren der Beschreibung beschrieben werden. Die Entwickler-Rolle oder Hülse 36 ist durch einen Serienwiderstand 42 und eine Schalter 44 zunächst mit einer DC-Vorspannungsguelle 46 und dann über eine AC-Vorspannungsquelle 48 an einem Knoten 50 mit einem Massepotential verbunden. Da alle diese Farbtonerprojektionseinheiten 28, 30, 32 und 34 identisch sind, mit Ausnahme der Farbe des Toners, der von denselben elektrostatisch projiziert wird, wird hierin bezugnehmend auf Fig. 1 nur die Schwarz- oder K-Farbtonerprojektionseinheit 28 beschrieben.
Die Toner-Aufbringungs- und -Aufladungs-Rolle 38 ist über eine DC-Vorspannungsquelle 52 an einem Knoten 54 mit Masse verbunden, wohingegen die Dosierungs-Klinge oder der -Balken 40 über eine DC-Vorspannungsquelle 56 an einem Knoten 58 ebenfalls mit einem Massepotential verbunden ist.
Ein Zwischenübertragungselement (ITM) in der Form eines Zwischenübertragungsriemens 60 ist, wie gezeigt ist, in einem direkten physikalischen Kontakt mit dem photoleitfähigen Riemen 10 positioniert, wobei die zwei Riemen 10 und 60 zwischen der linken Rolle 12, die den photoleitfähigen Riemen 10 antreibt, und der linken Rolle 64, die den Zwischenübertragungsriemen (ITB) 60 antreibt, in einem direkten physikalischen Kontakt zusammenkommen. Die zwei Antriebsrollen 64 und 66 für den Zwischenübertragungsriemen 60 umfassen ferner Kern- und Masseebene-Elemente 68 bzw. 70, die an den Mittelrotationsachsen der linken und der rechten Rolle 64 und 66 angeordnet sind. Das Kern- und Masseebenen-Element 68 ist mit dem positiven Anschluß einer geerdeten DC-Vorspannungsspannungsquelle 69 verbunden. Außerdem ist eine drehbare Wischerklinge 71 benachbart zu dem linken Ende des Zwischenübertragungsriemens 60 vorgesehen, die gezeigt ist, und kann um einen Schwenkpunkt 73 und während der Übertragung der vier Farbebenen von dem photoleitfähigen Riemen 10 von dem Zwischenübertragungsriemen 60 weg gedreht werden. Danach wird, nachdem das zusammengesetzte Farbbild auf das Medium 72 übertragen wurde, die Wischerklinge 71 abwärts in einen Kontakt mit dem ITB-Element 60 gedreht, um den restlichen Toner von der Oberfläche des ITB-Bauglieds 60 zu kratzen.
Das zusammengesetzte entwickelte Farbbild auf der Oberfläche des Zwischenübertragungsriemens 60 wird auf eine Art und Weise zu einem Druckmedium 72 übertragen, die speziell nachfolgend beschrieben wird, wobei das Druckmedium 72 zwischen der äußeren Oberfläche des Zwischenübertragungsriemens 60 und einer herkömmlichen Übertragungsrolle 74, die ebenfalls mit einer DC-Vorspannungsquelle 76 verbunden ist, durchläuft. Diese DC-Vorspannungsquelle 76 liefert eine elektrostatische Unterstützung bei der Übertragung des Bilds von der Oberfläche des Zwischenübertragungsriemens 60 zu der nach unten gerichteten Oberfläche des Druckmediums 72. Ferner kann die Übertragungsrolle 74 gemäß den Lehren der oben genannten ebenfalls anhängigen Anmeldungen aufgebaut sein, jedoch modifiziert, um die hierin verwendeten Trockentonerpulver aufzunehmen.
Im Betrieb wird das partielle Farbbild in jeder der Schwarz-, Magenta-, Gelb- und Cyan-Farbebenen aufeinanderfolgend und nacheinander elektrostatisch über die Zwischenräume oder Abstände 78 zwischen den äußeren Oberflächen der Entwickler-Rollen oder -Hülsen 36 und auf die äußere Oberfläche des photoleitfähigen Riemens 10 projiziert, bei jeder 360º-Drehung des photoleitfähigen Riemens 10 um die zwei Antriebsrollen 12 und 14. Danach wird jede Farbebene durch eine physikalische und thermische Wechselwirkung an der Verbindungsstelle 62 zwischen den zwei linken Rollen 12 und 64 des photoleitfähigen Riemens 10 bzw. des Zwischenübertragungsriemens 60 übertragen.
Auf diese Weise wird jede aufeinanderfolgende Farbebene auf der äußeren Oberfläche des Zwischenübertragungselements 60 gespeichert, bevor die nächste Farbebene elektrostatisch der Reihe nach über den nächsten Zwischenraum 80, 82 und 84 projiziert wird, bis sowohl die Schwarz-, die Gelb-, die Magenta- als auch die Cyan-Farbebene von der Oberfläche des photoleitfähigen Riemens 12 übertragen und übereinander auf dem Zwischenübertragungsriemen 60 überlagert wurden. Wenn dieses Verfahren abgeschlossen ist, treibt die Übertragungsrolle 74 das Druckmedium 72 in einen direkten physikalischen Kontakt mit der Oberfläche des Zwischenübertragungsriemens 60 und in die Position, die in Fig. 1 gezeigt ist, hinab, um dadurch das zusammengesetzte Farbbild auf die Oberfläche des Druckmediums 72 zu übertragen.
Da jede Farbebene sequentiell von dem photoleitfähigen Riemen 10 auf den Zwischenübertragungsriemen 60 übertragen wird, bevor die nächste Farbebene auf der Oberfläche des photoleitfähigen Riemens 10 entwickelt wird, und ferner als eine Folge der Verwendung eines Vorspannungsschemas mit relativ geringer Spannung für das AC- und DC-Vorspannungsnetzwerk 22, 24 und 26, existieren keine signifikaten Gegenpotentiale, die in den Zwischenräumen 78, 80, 82 und 84 zwischen den vier Schwarz-, Magenta-, Gelb- und Cyan-Entwicklerrollen 36 und der Oberfläche des photoleitfähigen Riemens 10 entwickelt werden. Dieses Merkmal bedeutet wiederum, daß keine komplexen Algorithmen erforderlich sind, um andernfalls vorliegende Gegenpotentiale, die in diesen Zwischenräumen entwickelt werden, wenn Hochspannungs-Coronasysteme mit einer photoleitfähigen Trommel über einem Riemen 10 verwendet werden, zu kompensieren.
Dieses Merkmal bedeutet nicht nur, daß eine Punkt-Auf- Punkt-Formatierung verwendet werden kann, um die höchstmöglichen Auflösungen für das entwickelte und gedruckte Bild zu erhalten, sondern zusätzlich, daß die Nettoladung auf dem Toner als ein Ergebnis dessen, daß diese komplexen Algorithmen nicht verwendet werden, relativ hoch bleibt. Dieser Betrieb hat wiederum die Tendenz, das entwickelte Bild fester an seiner Stelle sowohl auf dem Photoleiterriemen 10 als auch dem Zwischenübertragungselement 60 zu halten, und dadurch die Bild- und Druck-Qualität noch weiter zu verbessern.
Bezugnehmend der Reihe nach auf die Fig. 2 bis 6 wird der detailliertere Betrieb der einzelnen Farbtonerprojektionseinheiten 28, 30, 32 und 34 beschrieben. Gemäß Fig. 2 weist die Farbentwicklereinheit 28 ein äußeres Gehäuse auf, das allgemein in der Geometrie aufgebaut ist, die in dieser Figur gezeigt ist, wobei jede Entwicklungseinheit 28 in derselben einen Entwicklerzylinder 36 aufweist, der ein inneres leitfähiges Kern- und Masseebene-Element 86, eine Zwischenmetallhülse 88 und einen äußeren Überzugfilm 90 besitzt. Dieser Film 90 kann ein Toneraufladungs-kompatibles Polymermaterial sein, mit einem spezifischen Volumenwiderstand in der Größenordnung von 10&sup4; Ohm cm bis 10¹² Ohm cm. Das innere Kernelement 86 ist mittels einer Leitung 92 mit einer sowohl AC- als auch DC-Versorgungsspannung verbunden.
Das innere Metallhülsenbauglied 88 ist beispielsweise aus Aluminium oder Stahl äufgebaut, und ist wirksam, um sich gegen den Uhrzeigersinn, wie gezeigt ist, um seine mittlere Achse und gegen die Oberfläche einer Weichkern-Toner-Aufbringungs- und -Aufladungs-Rolle 38 zu drehen, die beispielsweise aus einem leitfähigen Polyurethanschaumstoff aufgebaut sein kann. Die Aufladungsrolle 38 umfaßt ferner ein inneres leitfähiges Kernelement 96, um das ein weiches Kernmaterial 97 angeordnet ist, wobei das innere Kern- und Masseebene-Element 96 durch eine Leitung 98 mit einer DC- Aufladungs-Spannungsquelle 100 verbunden ist. Während des Betriebs dreht sich die Toner-Aufbringungs- und -Aufladungs-Rolle 38 gegen die Entwicklerrolle 36 gegen den Uhrzeigersinn und dient dazu, die Trockenfarbtonerpartikel aufgrund der Wechselwirkung zwischen dem Toner und dem überzogenen Entwicklerzylinder 36 zu unterstützen. Diese Wirkung liefert ferner eine Einrichtung, um die geladenen Tonerschichten von der Dosiervorrichtung zu transportieren, wie nachfolgend beschrieben wird.
Eine Toner-Lieferungs- und -Dosier-Vorrichtung umfaßt ein allgemein U-förmiges oder Wannen-Element 102, das wirksam ist, um Tonermaterial 104, das trockene nicht-magnetische Tonerpartikel aufweist, die mittels einer schwingenden oder rotiertenden Rührklinge 106 bewegt und gerührt und dann zwischen den Seitenwänden eines Tonerzuführungsstabs 108 geleitet werden, in demselben aufzunehmen. Der Tonerzuführungsstab 108 ist drehbar in dem Boden des Wannenelements 102 angebracht und ist wirksam, um durch eine gesteuerte Schwing- und Hin- und Her-Bewegung an der unteren Öffnung in dem Wannenbauglied 102 die Tonerpartikel auf die Oberfläche der Aufbringungs- und Aufladungs-Rolle 38 zu leiten.
Die Dosierungsvorrichtung 102, die in Fig. 2 gezeigt ist, umfaßt ferner einen Dosierungsbalken 110, der durch ein Federvorspannungselement 112 mit der linken Wand 114 des Wannenelements 102 verbunden ist und gegen die Oberfläche der Überzugschicht 90 der Entwicklerrolle 30 leicht Feder-vorgespannt ist. Diese Dosierungsanordnung steuert die Tonerschichtdicke, die während des Betriebs der Einheit 28 auf die Oberfläche des Entwicklerzylinders 30 übertragen wird. Der Tonerdosierungsbalken 110 ist ferner mittels einer Spannungsversorgungsleitung 116 mit einer DC-Versorgungsspannungsquelle 118 verbunden, die wirksam ist, um die Ladungsmenge zu steuern, die den Tonerpartikeln auf der Oberfläche der Entwicklerhülse 36 zugeführt wird.
Die Aufladung des Toners wird primär durch die Reibungsaktion zwischen den Oberflächen des Toners und der Entwicklerhülse 36 erreicht, was den Toner aufgrund der Wechselwirkung zwischen den zwei Oberflächen triboelektrisch auflädt. Eine bestimmte zusätzliche Toneraufladung wird ferner dadurch geliefert, daß der Toner in einem direkten Kontakt mit der weichen, elektrisch vorgespannten, leitfähigen, offenzelligen Urethanschaumstoffrolle 97 ist. Dieser Toneraufladungsprozeß erzeugt schließlich eine dicke Tonerschicht auf der Entwicklerhülse 36, die durch den Dosierungsbalken 110 dosiert wird, bevor dieselbe auf die Oberfläche des leitfähigen Riemens 10 projiziert oder entwickelt wird.
Bezüglich des Tonerdosierungsprozesses, der in Fig. 2 gezeigt ist, verwendet diese Dosierungsbalkenvorrichtung sowohl mechanische als auch elektrische Kräfte, um die Tonermenge zu steuern, die auf die Oberfläche der Entwicklerhülse 36 verteilt wird. Der Dosierungsbalken 110 ist Feder-vorgespannt und ferner auf die gleiche Polariät wie der Toner und auf ein Potential, das etwas größer ist als der Potentialpegel auf der Entwicklerhülse 36, elektrisch vorgespannt. Die elektrostatische und mechanische Kompression, die durch diese Dosierungsvorrichtung erzeugt wird, liefert eine dünne, gut gesteuerte Tonerschichtdicke auf der Oberfläche der Entwicklerhülse 36. Dieser zusätzliche Kontakt zwischen dem Toner und dem vorgespannten Dosierungsbalken 110 verbessert ferner die Tonerladungspegel vor der Entwicklung und unterstützt die Reduzierung oder Beseitigung von Tonerpartikeln "mit falschem Vorzeichen".
Somit ist im Betrieb der innere leitfähige Kern 86 des Entwicklerzylinders 36 während der Drehung desselben gegen den Uhrzeigersinn sowohl mit einer AD- als auch mit einer DC- Vorspannung verbunden, wohingegen eine DC-Spannung von der DC-Quelle 100 an der Aufladungsrolle 38 anliegt, ebenfalls während der Drehung der Aufladungsrolle 38 gegen den Uhrzeigersinn. Zusätzlich ist eine DC-Versorgungsspannung für eine Vorspannungsoperation der Einheit 28, die detaillierter nachfolgend bezugnehmend auf die Fig. 3 bis 6 beschrieben wird, an den Dosierungsbalken 110 angelegt.
Die Figuren 3 bis 6 zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel der Entwicklungseinheit 28, die in Fig. 1 gezeigt ist, wobei der Dosierungsbalken von Fig. 2 nun durch eine Dosierungsklinge 120 ersetzt ist, die vorteilhafterweise, wie gezeigt ist, direkt an einer Seitenwand 122 des Wannenelements 124 befestigt sein kann. Alle anderen Einzelheiten des Aufbaus von Fig. 3 sind identisch zu denjenigen, die oben bezüglich Fig. 2 beschrieben wurden, einschließlich der Verwendung einer kontaktfreien Zylinderdichtung 126, die auf der Oberseite der linken Seitenwand 128 der Entwicklereinheit 28 befestigt ist, um eine Tonerleckage aus dem Gehäuse 28 zu verhindern.
Bezüglich des Dosierungsklingen-Lösungsansatzes, wie er hierin in Fig. 3 gezeigt ist, umfaßt diese Vorrichtung eine elastische Klinge 120, die nicht vorgespannt ist. Dieses Verfahren beseitigt die lockerer gebundenen Tonerpartikel, die nicht den hohen Coulombschen Kräften zwischen dem Toner an der Oberfläche der Entwicklerzylinderhülse 36 unterworfen sind.
Das schematische Diagramm, das in Fig. 4 gezeigt ist, beschreibt spezieller die AC- und DC-Vorspannungsanordnung für die Entwicklereinheiten 28, die in den obigen Figuren 2 und 3 gezeigt sind. Der Entwicklerzylinder 36 weist ein inneres Kernelement 86 auf, das durch einen Strombegrenzungswiderstand 130 zunächst mit einer DC-Vorspannungsquelle 132 und dann mit einer AC-Vorspannungsquelle 134, die mit Vasin(wt) bezeichnet ist, verbunden ist, wobei Va die Spitzen-AC-Spannung ist, und wt der Kreisfrequenz-Zeitfaktor ist, der der Sinussignal-AC-Spannung (sin), die von der AC-Quelle 134 empfangen wird, zugeordnet ist. Das innere Kernbauglied 96 der Toneraufladungsrolle 38 ist ferner durch einen Strombegrenzungswiderstand 136 mit einer DC-Vorspannungsspannungsquelle 138 verbunden. In gleicher Weise ist der Dosierungsbalken 110 ebenfalls durch einen Strombegrenzungswiderstand 140 mit einer DC-Spannungsquelle 142 verbunden.
Wiederum in Fig. 4 in Verbindung mit dem schematischen Diagramm in Fig. 5A und dem Signalverlaufdiagramm in Fig. 5B ist die Projektionsspannung, VPROJEKTION, die an die geladenen Tonerpartikel 144, die sich zwischen der Oberfläche des Photoleiterbauglieds 10 und der Oberfläche der Entwicklerhülse 36 befinden, mit der Größe dargestellt, die durch den Pfeil 146 in Fig. 5B, der sich zwischen der Sinussignalspitzenspannung 148 und dem Spannungspegel Vi, der bei dem DC-Pegel 150 in Fig. 5B gezeigt ist, erstreckt, gezeigt ist. Diese Projektionsspannung ist durch Gleichung 1 wie folgt definiert:

Gleichung 1:

VPROJEKTION = VDC + VTONER - Vi ± Vasin(wt)
wobei VDC + Vasin(wt) die AC- und DC-Vorspannung ist, die an den Entwicklerzylinder 36 angelegt wird, Vi die Spannung über der Oberfläche des belichteten photoleitfähigen Riemens 10 ist, und VTONER die Spannung ist, die eine Folge der Wirkung der Schichten des geladenen Toners ist. Dieses Projektionspotential dient dazu, die Tonerhaftung an dem Entwicklerzylinder 36 zu überwinden, wodurch die richtig geladenen Partikel in den Regionen, die durch das Bilderzeugungssystem belichtet wurden, auf die Oberfläche des Photoleiters 10 getrieben werden.
Die Abstoßspannung, die auf die Tonerpartikel in dem Zwischenraum zwischen der Entwicklerrolle 36 und dem photoleitfähigen Riemen 10 wirkt, VABSTOSS, ist unten durch Gleichung 2 definiert. Diese Abstoßspannung ist typischerweise in den Regionen, in denen der Photoleiter belichtet wurde, wie nachfolgend in Gleichung 2 ausgedrückt ist, ziemlich klein, während dieselbe in den Bereichen, die nicht belichtet wurden, ziemlich groß ist. Dieses Potential dient dazu, den richtig geladenen Toner von Hintergrundregionen abzustoßen und sollte als wirkungsmäßig zunehmend betrachtet werden, wenn das Potential auf dem Photoleiter von dem relativ geringen Potential Vi bis zu dem Pegel der Hintergrundregionen zunimmt. Dieser letztgenannte Pegel ist größenmäßig typischerweise größer als die Summe von VDC + VTONER.

Gleichung 2:

VABSTOSS = Vi - VDC - VTONER ± Vasin(wt)
Während dieses Tonerentwicklungs- und Tonerprojektions-Verfahrens über diesen Zwischenraum verwendet der Trockenpulvertoner-Entwicklungsprozeß ein zeitlich veränderliches elektrostatisches Feld, das die geladenen Toner über diesen Luftzwischenraum zwischen dem Photoleiterriemen 10 und der Toner-beladenen Entwicklerhülse 36 projiziert. Die farbigen, nicht-magnetischen, Monokomponententoner werden mit einer Kraft und einer Geschwindigkeit, die von der Größe des Projektionspotentials und ebenso von bestimmten anderen physikalischen und elektrischen Parametern, die die Haftung des Toners an der Entwicklerhülse 36 beeinflussen, abhängen, zu der Oberfläche der Photoleiteroberfläche 10 projiziert. Die absoluten Größen dieser Projektions- und Abstoß-Potentiale sind oben in den Gleichungen 1 und 2 angegeben.
In der nachfolgenden Gleichung 3 ist die Beziehung der Bewegung für Toner, die sich in dem Luftraum zwischen der vorgespannten Entwicklerzylinderhülse 36 und dem Photoleiterriemen 10 bewegen, umrissen. Der Ausdruck ist eine Differentialgleichung zweiter Ordnung wie folgt:

Gleichung 3:

md²y/dt² + 6nR dy/dt = q[EDC + EAC]
wobei:
m = Tonermasse (Gramm)
q = Tonerladung (Coulomb)
n = Viskosität des Luftspaltzwischenraums in Poise (Gramm/cm Sekunde)
R = Tonerradius (cm)
EDC = elektrostatisches DC-Feld (Volt/cm)
EAC = elektrostatisches AC-Feld (Volt/cm)
VDC = DC-Vorspannung auf der Entwicklerzylinderhülse (Volt)
VAC = Vasin(wt)
Yy = EDC + EAC
Va = Spitzen-AC-Vorspannungsspannung auf der Entwicklerhülse (Volt)
Vi = Bildpotential auf dem Photoleiterriemen nach der Belichtung (Volt)
w = Kreisfrequenz = 2 π f (rad/s)
f = AC-Frequenz (Hertz)
t = Zeit (s)
y = Abstand (cm)
Die Lösung der obigen Differentialgleichung liefert einen Ausdruck für den näherungsweisen Abstand (y), um den sich die Tonerpartikel als eine Funktion dieser Parameter während eines gegebenen Zeitbetrags (t) bewegen. Eine Optimierung und Charakterisierung des Tonerprojektionsmechanismusses kann unter Verwendung der Lösung dieser fundamentalen Bewegungsgleichung erhalten und verifiziert werden.
Fig. 6 zeigt einen Graphen der Tonerschichtdicke in Zentimetern, die auf der Oberfläche des Photoleiters in den abgebildeten Bereichen als eine Funktion des Tribo-Effekts, der ein Maß der Ladung auf dem Toner in Coulomb pro Gramm ist, entwickelt ist. Die Wirkungen der Tonerladung pro Einheitsmasse (Tribo) auf die Tonermenge, die auf dem Photoleiter entwickelt wird, ist ebenfalls in Fig. 6 gezeigt. Diese Darstellung zeigt die erwartete Tonerschichtdicke, die ein Ergebnis einer Tonerladung von etwa -5,0 10&supmin;&sup6; Coulomb pro Gramm bis -50 10&supmin;&sup6; Coulomb pro Gramm ist. Dieses Beispiel setzt die Entwicklung bis zum Abschluß mit einer DC- Spannung, VDC, von etwa -700 Volt und Vi von -50 Volt voraus. Die Tonerschichtdicken werden sich über einen Bereich von etwa 7.0 10&supmin;³ cm, wenn die Tonerladung pro Einheitsmasse (Tribo) &supmin;5.0 10&supmin;&sup6; Coulomb beträgt, herab zu näherungsweise 2 10&supmin;³ cm, wenn die Tonerladung pro Einheitsmasse (Tribo) -50 10&supmin;&sup6; Coulomb beträgt, variieren. Ein typischer Wert für die Tonerladung beträgt -15 10&supmin;&sup6; Coulomb pro Gramm, was ein entwickelte Tonerbildschichtdicke von etwa 4 10&supmin;³ cm auf dem Photoleiter 10 erzeugen kann.
Verschiedene Modifikationen können bezüglich der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele durchgeführt werden, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können verschiedene Kantenschärfungstechniken und eine Auflösungsverbesserungstechnologie (RET) sowie Randfarbverbesserungen bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet werden, um die Kantenglätte und die Dünnungsqualität zu erhöhen und Farbfranseneffekte zu reduzieren. Außerdem ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung eines rollenbetriebenen photoleitfähigen Riemens und eines rollenbetriebenen Zwischenübertragungselements begrenzt, wie in der Vorrichtung von Fig. 1 gezeigt ist, sondern kann stattdessen zylindrische Trommeln verwenden, um die oben beschriebene Zwischenübertragungsfunktion gemäß den Grundsätzen und Lehren der vorliegenden Erfindung zu erreichen.
Folglich ist es offensichtlich, daß verschiedene Entwurfsmodifikationen nach Aufbau und Schaltung innerhalb des Fachwissens innerhalb des Schutzbereichs der folgenden beigefügten Ansprüche möglich sind.

Claims

1. Eine Vorrichtung zum Entwickeln und Drucken von Farbbildem auf einem Druckmedium, mit folgenden Merkmalen:

einem photoleitfähigen Element (10);

einer Belichtungseinrichtung zum Bilden eines elektrostatischen Bilds auf dem photoleitfähigen Element;

einer Mehrzahl von Farbtonereinheiten (28, 30, 32, 34) zum aufeinanderfolgenden Aufbringen von Trockenfarbtoner (104) auf eine Oberfläche des photoleitfähigen Elements (10), um eine Abfolge von Farbebenen, die dem elektrostatischen Bild entsprechen, zu bilden;

einem Zwischenübertragungselement (60), das in direktem Kontakt mit dem photoleitfähigen Element (10) positioniert ist und angetrieben wird, um sequentiell Farbtoner von dem photoleitfähigen Element (10) in jeder einer Mehrzahl von Farbebenen zu empfangen; und

einer Bildübertragungseinrichtung (74) zum Treiben des Druckmediums (72) gegen das Zwischenübertragungselement (60), um ein zusammengesetztes Farbbild von dem Zwischenübertragungselement auf eine Oberfläche des Druckmediums (72) zu übertragen; gekennzeichnet durch

eine Vorspannungseinrichtung (22, 24, 26) zum elektrischen Aufladen des photoleitfähigen Elements (10) mit einer Wechselsignal-Vorspannung (26) und einer Gleichsignal-Vorspannung (24) zum Bilden des elektrostatischen Bilds, wodurch keine Corona-Entladung erzeugt wird;

Farbtonereinheiten (28, 30, 32, 34), die um einen vorbestimmten Abstand von dem photoleitfähigen Medium (10) beabstandet sind, und die in der Lage sind, Trockentoner (104) unter dem Einfluß von Gleichsignal- und Wechselsignal-Spannungen auf die Oberfläche des photoleitfähigen Elements (10) zu projizieren;

wobei das zusammengesetzte Farbbild Punkt-auf-Punkt-formatiert ist.

2. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der jede der Mehrzahl von Farbtonereinheiten (28, 30, 32, 34) eine Entwicklerrolle (36) aufweist, die um einen vorbestimmten Abstand von der Oberfläche des photoleitfähigen Elements (10) positioniert ist, und die gegen eine Toner- Aufladungs- und -Aufbringungs-Rolle (38) positioniert ist, um von derselben Trockenfarbtonerpartikel (104) zu empfangen.

3. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der die Entwicklerrolle (36) mit einer Gleichsignal- und einer Wechselsignal-Vorspannungsquelle (46, 48) verbunden ist, bei der die Toner-Aufladungs- und -Aufbringungs-Rolle (38) mit einer Gleichsignal-Vorspannungsquelle (52) verbunden ist, und bei der die Projektionseinheiten (28, 30, 32, 34) ferner jeweils eine Trockenpulver-Dosierungseinheit aufweisen, die mit einer Gleichsignal-Vorspannungsquelle (118) verbunden ist, und ferner eine Dosierungs-Klinge oder einen -Balken (110, 120) zum Verteilen von Toner gleichmäßig auf der Entwicklungsrolle (36) aufweisen.

4. Eine Vorrichtung gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, bei der sowohl das photoleitfähige Element (10) als auch das Zwischenübertragungselement (60) einen Riemen aufweisen, der um zwei beabstandete Rollen (12, 14, 64, 66) getrieben wird, wobei Rollen (12, 64) innerhalb jedes der Riemen direkt gegeneinander getrieben werden, wobei jeder Riemen (10, 60) zum Übertragen jeder Farbebene von dem leitfähigen Riemen (10) zu dem Zwischenübertragungsriemen (60) zwischen den Rollen (12, 64) in einem direkten physikalischen Kontakt verläuft, und wobei die andere Rolle (66) innerhalb des Zwischenübertragungsriemens (60) gegen das Druckmedium (72), das zwischen dem Zwischenübertragungsriemen und einer Übertragungsrolle (77) verläuft, getrieben werden kann.

5. Ein Verfahren zum Entwickeln und Drucken von Farbbildern auf einem Druckmedium (72), mit folgenden Schritten:

(a) Bilden eines elektrostatischen Bilds auf einem photoleitfähigen Element (10), das einer Farbebene entspricht;

(b) Aufbringen von Farbtoner (104) auf das photoleitfähige Element (10), um die Farbebene, die dem elektrostatischen Bild entspricht, zu bilden;

(c) Übertragen der Farbebene auf ein Zwischenübertragungselement (60), das in einem direkten Kontakt mit dem photoleitfähigen Bauglied (10) positioniert ist;

(d) sukzessives Wiederholen der Schritte (a) bis (c) für unterschiedliche elektrostatische Bilder, um nacheinander verschiedene Farbebenen zu bilden, die aufeinander auf dem Zwischenübertragungselement (60) überlagert werden, um ein zusammengesetztes Farbbild auf demselben zu bilden; und

(e) Treiben des Druckmediums (72) gegen das Zwischenübertragungselement (60) zum Übertragen des zusammengesetzten Farbbilds von dem Zwischenübertragungselement (60) auf die Oberfläche des Druckmediums (72); gekennzeichnet durch folgende Schritte:

(f) elektrisches Vorspannen des photoleitfähigen Elements (10) mittels einer Wechselsignal-Vorspannung (26) und einer Gleichsignal-Vorspannung (24) zum Bilden des elektrostatischen Bilds, wodurch keine Corona-Entladung erzeugt wird;

(g) Aufbringen des Farbtoners (104) auf das photoleitfähige Bauglied (10) durch das Projizieren des Farbtoners (104) von einer Toner-Verteilungseinrichtung zu dem photoleitfähigen Element (10) unter dem Einfluß der angelegten Gleichsignal- und Wechselsignal-Spannung; und

(h) Bilden des zusammengesetzten Farbbilds in einem Punkt-auf-Punkt-Format.

6. Ein Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem in jeder der Mehrzahl von Farbtonerprojektionseinheiten (28, 30, 32, 34) Trockenfarbtonerpartikel von einer Toner-Aufladungsund -Aufbringungs-Rolle (38) zu einer Entwicklerrolle (30) übertragen werden, wobei die Entwicklerrolle um einen vorbestimmten Abstand von der Oberfläche des photoleitfähigen Elements (10) und gegen die Toner-Aufladungs- und -Aufbringungs-Rolle (38) positioniert ist.

7. Ein Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem die Entwicklerrolle (30) durch eine Wechselsignal- und eine Gleichsignal-Vorspannungsquelle (46, 48) vorgespannt ist, bei dem die Toner-Aufladungs- und -Aufbringungs-Rolle (38) durch eine Gleichsignal-Vorspannungsquelle (52) vorgespannt ist, und bei dem die Projektionseinheiten ferner jeweils eine Trockenpulverdosierungseinheit aufweisen, die durch eine Gleichsignal-Vorspannungsquelle (118) vorgespannt ist, wobei Toner durch eine Dosierungs-Klinge oder einen -Balken (110, 120) gleichmäßig auf der Entwicklerrolle verteilt wird.

8. Ein Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 5 - 7, bei dem jede Farbebene durch einen Riemen, der um zwei beabstandete Rollen (12, 14, 64, 66) sowohl in dem photoleitfähigen Element (10) als auch dem Zwischenübertragungselement (60) von dem photoleitfähigen Element (10) zu dem Zwischenübertragungselement (60) übertragen wird, wodurch Rollen (12, 64) innerhalb jedes der Riemen direkt gegeneinander getrieben werden, wobei jeder Riemen zwischen den Rollen (12, 64) in einem direkten physikalischen Kontakt verläuft, und wobei die andere Rolle (66) in dem Zwischenübertragungsriemen (60) gegen das Druckmedium (72), das zwischen dem Zwischenübertragungsriemen und einer Übertragungsrolle (74) verläuft, getrieben werden kann.