DE69408174T2

DE69408174T2 - Selektive Farbentwicklung und Systemanwendung

Info

Publication number: DE69408174T2
Application number: DE69408174T
Authority: DE
Inventors: Christopher Snelling
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1993-01-04
Filing date: 1994-01-04
Publication date: 1998-07-30
Anticipated expiration: 2014-01-05
Also published as: EP0606142A2; EP0606142B1; US5305070A; JPH075739A; EP0606142A3; DE69408174D1

Description

Die Erfindung betrifft elektronische Kopier-/Drucksysteme und insbesondere elektronische Farbkopier-/-drucksysteme und wechselwirkungsfreie Entwicklungssysteme für selbige.
Anwendbar ist die Erfindung auf dem Gebiet der Xerografie bzw. der Drucktechnik. Bei der konventionellen Xerografie werden allgemein latente elektrostatische Bilder auf einer xerografischen Oberfläche ausgebildet, indem zuerst ein Fotorezeptor gleichmäßig aufgeladen wird. Der Fotorezeptor umfaßt eine ladungshaltende Oberfläche. Anschließend wird die Ladung entsprechend einem Muster aktivierender Strahlung, welches mit den Originalbildern übereinstimmt, selektiv gestreut. Die selektive Streuung der Ladung hinterläßt ein latentes Ladungsmuster auf der Abbildungsfläche, das den Bereichen entspricht, die nicht der Ladung ausgesetzt sind. Die auf dem Fotorezeptor gestreuten Ladungsbereiche entsprechen der Rest- bzw. Hintergrundspannung. Somit kann der Fotorezeptor in einem digitalen Drucker zwei Spannungsebenen aufweisen, während es bei einem Linsengerät eine Vielzahl von Spannungsebenen gibt.
Durch eine Entwicklung mit Toner wird dieses latente Ladungsmuster sichtbar gemacht. Allgemein handelt es sich bei Toner um ein Farbpulver, das aufgrund elektrostatischer Anziehung am Ladungsmuster haftet.
Anschließend wird das entwickelte Bild auf der Abbildungsfläche fixiert oder zu einem Aufnahmesubstrat wie z.B. Normalpapier weitergeleitet, auf dem es mit geeigneten Verfahren fixiert wird.
Inzwischen sind konventionelle xerografische Abbildungsverfahren, die ursprünglich auf die Erzeugung einfarbiger Bilder ausgerichtet waren, auch auf Farbbilder, einschließlich Schmuckfarbbilder, erweitert worden. Bei einem Verfahren der Schmuckfarbenabbildung entstehen mittels Rasterausgabescanner Bilder, die drei Spannungsebenen aufweisen, wobei zwei Bildbereiche vorhanden sind, zwischen denen sich ein Bereich mit Hintergrundspannung befindet.
Das Konzept der Trilevel-Schmuckfarbenxerografie ist im USA-Patent Nr. 4,078,929 an Gundlach beschrieben. Hierin ist die Anwendung der Trilevel- Xerografie zur Schmuckfarbenabbildung in einem Durchlauf offenbart. Wie daraus hervorgeht, wird das Ladungsmuster mit Tonerpartikeln einer ersten und einer zweiten Farbe entwickelt. Die Tonerpartikel der einen Farbe werden positiv aufgeladen und die Tonerpartikel der anderen Farbe negativ. In einem Fall werden die Tonerpartikel durch einen Entwickler zugeführt, der ein Gemisch aus triboelektrisch positiv und negativ geladenen Trägerkügelchen umfaßt. Die Trägerkügeichen halten jeweils die negativen bzw. die positiven Tonerpartikel. Allgemein gelangt ein solcher Entwickler zu dem Ladungsmuster, indem er kaskadenförmig auf die Abbildungsfläche mit dem Ladungsmuster aufgebracht wird. In einem anderen Fall erreichen die Tonerpartikel das Ladungsmuster über ein Paar Magnetbürsten Mit jeder Bürste wird Toner einer Farbe und einer Ladung zugeführt. In noch einem anderen Fall wird eine Vorspannung an die Entwicklungssysteme angelegt, die etwa der Hintergrundspannung entspricht. Durch eine solche Vorspannung verbessert sich die Farbschärfe der entwickelten Bilder.
In der Schmuckfarbenxerografie wird, wie von Gundlach dargelegt, der xerografische Kontrast auf der ladungshaltenden Oberfläche oder dem Fotorezeptor in drei Stufen unterteilt, und nicht wie in der konventionellen Xerografie in zwei. Der Fotorezeptor wird normalerweise bis auf etwa -900 Volt aufgeladen. Er wird bildweise belichtet, so daß ein Bild, das den geladenen Bildbereichen entspricht (die anschließend durch die Entwicklung der geladenen Bereiche entwickelt werden - charged-area development - d.h. CAD), das volle Fotorezeptor-Potential (VCAD oder Vddp) beibehält. Vddp ist die Spannung auf dem Fotorezeptor infolge des Spannungsabfalls, während selbiger im Dunkeln aufgeladen bleibt, auch bekannt als dark decay, d.h. er hat die maximale Ladespannung. Das andere Bild wird belichtet, um den Fotorezeptor bis auf sein Restpotential, d.h. VDAD oder Vc (normalerweise -100 Volt) zu entladen, was den entladenen Bildbereichen entspricht, die nachfolgend durch die Entwicklung der entladenen Bereiche (discharged-area development - DAD) entwickelt werden, und der Hintergrundbereich wird so belichtet, daß das Potential des Fotorezeptors auf einen Wert sinkt, der etwa in der Mitte zwischen dem Potential VCAD und VDAD (normalerweise bei etwa -500 Volt) liegt und als Vweiß oder VW bezeichnet wird. An den CAD-Entwickler wird normalerweise eine Vorspannung angelegt, die etwa 100 Volt näher an VCAD als an Vweiß (etwa -600 Volt) liegt, während für das DAD- Entwicklersystem eine Vorspannung gewählt wird, die etwa -100 Volt näher an VDAD als an Vweiß (circa 400 Volt) liegt. Hieraus wird klar, daß der Toner in einem solchen System keine verschiedenen Farben zu umfassen braucht, sondern andere Unterscheidungsmerkmale haben kann. Beispielsweise könnten beide Toner schwarz sein oder ein Toner könnte magnetisch und der andere nichtmagnetisch sein.
Das vorgenannte Trilevel-Abbildungsverfahren kommt im Drucker 4850 zur Anwendung. Mit diesem Drucker können Bilder mit schwarzem Toner und einer anderen Schmuckfarbe erzeugt werden. Da der Drucker nur zwei - ein schwarzes und ein farbiges - Entwicklergehäuse hat, die jederzeit installiert werden können, ist es normalerweise erforderlich, zwischen zwei Druckaufträgen neuen, andersfarbigen Entwickler mit Toner der richtigen Farbe in das Farbentwickungssystem einzubringen und wiederaufzuladen, oder das ganze Entwicklungssystem gegen eines auszutauschen, das bereits Entwickler mit Toner der gewünschten Farbe enthält. Farbwechsel zwischen zwei Druckaufträgen sind wegen des "Wiederaufladeverfahrens" sehr zeitaufwendig, und die Verwendung von mehreren Entwicklungs-Teilsystemen erfordert viel Lagerfläche. Wechselwirkungsfreie Entwicklungssysteme sind bereits bekannt. Im USA-Patent Nr. 5,194,905 ist die Farbbilderzeugung mit Hilfe einer Vielzahl wechselwirkungsfreier Entwickleranordnungen offenbart, wobei die Farbe vom Benutzer ausgewählt werden kann. Durch die Auswahl einer gewünschten Farbe entsteht der "Arbeitszyklus" jeder einzelnen Entwickleranordnung, der wiederum festlegt, wieviel Toner jeder Farbe - falls überhaupt - auf einem speziellen Bild abgelagert wird. Der Arbeitszyklus jeder Entwickleranordnung kann zwischen 0 und einer vorgegebenen maximalen Zeit schwanken, die jener Zeit entspricht, die benötigt wird, um einen Bildbereich auf einer ladungshaltenden Oberfläche durch einen Entwicklungsspalt zwischen der ladungshaltenden Oberfläche und einer der Entwickleranordnungen hindurchzubewegen.
Im USA-Patent Nr. 5,012,299 ist eine Farbeinstellvorrichtung für einen Farbkopierer mit einer Berührungstaste zum Eingeben der Farbeinstelldaten offenbart, mit deren Hilfe die Ausgangssignale für die Belichtung, die Hauptladung und die Entwicklungsvorspannung korrigierend verändert werden können.
Im USA-Patent 4,546,722 ist eine Entwicklungsvorrichtung mit einem tonerhaltenden Element und einer piezoelektrischen Vibrationseinrichtung beschrieben, mit der der Toner vom tonerhaltenden Element wegbewegt wird, und die ihn derart umherfliegen läßt, daß er sich nicht auf einem bildfreien Bereich einer Oberfläche mit Bild absetzen kann. Mit einer solchen Vorrichtung wird die qualitative Verschlechterung des aufgeladenen Bildes verhindert und das Bild somit erhalten. Gleichzeitig kann es durch die Vorrichtung zu keiner Beeinträchtigung des latenten elektrostatischen Bildes und damit des entstehenden Bildes kommen, wenn zum Herstellen einer Vielzahl von Kopien mehrere Kopien in einem Belichtungsvorgang erstellt werden. Hinsichtlich der Erhaltung des latenten elektrostatischen Bildes ist die Vorrichtung wechselwirkungsfrei, jedoch scheint sie aus der Sicht eines entwickelten Tonerbildes nicht wechselwirkungsfrei. Deshalb würde man vermuten, daß ein Verschmieren des mehrfarbigen Toners auftreten kann. Diese Vorrichtung scheint dazu entwickelt worden zu sein, eine Verschlechterung des aufgeladenen Bildes zu verhindern und so das latente Bild zu erhalten, aber nicht dazu, eine Qualitätseinbuße des Tonerbildmusters zu verhindern.
Das USA-Patent Nr. 4,833,503 betrifft einen Farbdrucker mit einem akustischen Tonerfreigabe-Entwicklungssystem zur Schaffung von Teil- bzw. Vollfarbkopien mit einer minimalen Verschlechterung der entwickelten Tonerbilder infolge anschließender Über-Entwicklung mit weiteren Farben und mit einer minimalen Verunreinigung des Entwicklermatenals durch schwarzen Toner. Mehrere Scannerstrahlen, von denen jeder entsprechend bestimmter Farbbildsignale moduliert ist, scannen an relativ weit voneinander entfernten Punkten quer über den Fotorezeptor des Druckers, wobei eine Puffereinrichtung zur zeitlichen Steuerung der verschiedenen Farbbildsignale vorhanden ist, so daß die korrekte Ausrichtung der Bildsignale zueinander gewährleistet wird. Jedes Farbbild wird entwickelt, bevor der Fotorezeptor vom nächsten Strahl abgescannt wird. Nach dem Entwickeln des letzten Farbbildes wird das zusammengesetzte Farbbild auf ein Blatt Kopierpapier übertragen. Das Entwickeln erfolgt durch Vibrieren der Oberfläche eines tonertragenden Elements, wodurch die Gesamtanziehungskraft des Toners zur Oberfläche des tonertragenden Elements hin verringert wird. Durch eine angemessene Begrenzung der Vibrationsstärke des tonertragenden Elements in diesem Entwicklungssystem wird nur in jenen Bereichen nahe der Bildbereiche, auf denen eine Tonerablagerung tatsächlich gewünscht ist, Toner von der Oberfläche abgelöst. So kann erreicht werden, daß selektive Tonerwolken nur entsprechend jener Bildbereiche auftreten, die tatsächlich durch Tonerablagerung auf ihnen entwickelt werden sollen.
Das USA-Patent Nr. 4,987,456 betrifft einen Resonator zum Erzeugen der Vibrationsenergie, der in einem elektrofotografischen Gerät in Leitungskontakt mit der Rückseite eines ladungshaltenden Elements angeordnet ist, welches auf seiner Oberfläche ein Bild hat, so daß gleichmäßig Vibrationsenergie an das ladungshaltende Element angelegt wird. Der Resonator umfaßt ein Vakuumerzeugungselement, ein Vibrationselement und eine Abdichteinrichtung. Dort, wo Vibrationsenergie zur ladungshaltenden Oberfläche gelangen soll, wird mittels Vakuumerzeugungselement ein Vakuum angelegt, damit die Oberfläche eng mit dem Vibrationselement und der Randabdichteinrichtung in Berührung kommt. Anwenden läßt sich dies bei einer Übertragungsstation zur besseren elektrostatischen Tonerübertragung von der ladungshaltenden Oberfläche zu einem Blatt Kopierpapier und zu einer Reinigungsstation, an der die mechanische Vibration der Oberfläche zur besseren Ablösung des nach der Übertragung zurückgebliebenen Resttoners führt.
Im USA-Patent Nr. 4,568,955 ist eine Aufzeichnungseinrichtung offenbart, wobei auf der Grundlage von Bildinformationen mit Entwickler ein sichtbares Bild auf einem gewöhnlichen Blatt Papier ausgebildet wird. Die Aufzeichnungseinrichtung umfaßt eine Entwicklerwalze, die in einem vorgegebenen Abstand gegenüber dem Blatt Papier beabstandet ist und Entwickler trägt, eine Aufzeichnungselektrode und eine daran angeschlossene Signalquelle zum Versprühen des Entwicklers auf der Entwicklungswalze zu dem Blatt durch Erzeugen eines elektrischen Feldes zwischen dem Blatt und der Entwicklungswalze entsprechend der Bildinfomationen und eine Vielzahl voneinander isolierter Elektroden auf der Entwicklungswalze, die sich in eine Richtung von ihr erstrecken. An die Elektroden sind eine Wechselstrom- und eine Gleichstromquelle angeschlossen, um zwischen den benachbarten Elektroden ein elektrisches Wechselfeld zu erzeugen und Schwingungen des zwischen den benachbarten Elektroden befindlichen Entwicklers entlang elektrischer Kraftlinien hervorzurufen, wodurch der Entwickler von der Enwicklerwalze abgelöst wird und so die Tonerpartikel eine Wolke in der Nähe der Entwicklerwalze und des Blattes bilden.
Im USA-Patent Nr. 5,010,367 ist ein wechselwirkungs- bzw. verwischungsfreies Entwicklungssystem zum Abbilden mit Schmuckfarben beschrieben. Um die Entwicklungsfähigkeit von Linien und die Wechselwirkung zwischen Toner und Aufnehmer zu steuern, wird eine Wechseispannung zwischen eine Entwicklerwalze und die Elektroden auf der Oberfläche der Entwicklerwalze angelegt, wodurch eine effiziente Tonerablösung von der Entwicklerwalze möglich wird und eine Tonerwolke entsteht. Mit einer Wechselspannung, die zwischen die Entwicklerwalzenanordnung und einen Bildaufnehmer angelegt wird, kann die Wolke in die Nähe des Bildaufnehmers gebracht und so eine optimale Entwicklung von Linien und Volltonflächen gewährleistet werden, ohne dabei ein zuvor ausgebildetes Tonerbild zu verwischen.
Mit jenen oben beschriebenen wechselwirkungsfreien Entwicklungssystemen, die gleichmäßige Pulverwolken in der Entwicklungszone erzeugen, läßt sich die zur optimalen Entwicklung geeignete Entwicklervorspannung nur schwer messen und festlegen. Denn die Tonerwolken erzeugen in der Entwicklungszone eine Raumladung, die sich auf die gewünschte Vorspannung der Entwicklungssysteme auswirkt. Deshalb muß beim Einstellen der Entwicklervorspannung diese Ladung berücksichtigt werden. Somit wirkt sich die Größe der Raumladung, die nicht genau bestimmt werden kann, nachteilig auf die Entwicklervorspannung aus.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Herstellen von Farbbildern während eines einzigen Durchlaufs einer ladungshaltenden Oberfläche durch eine Vielzahl von Prozeßstationen, wobei die Vorrichtung umfaßt: eine ladungshaltende Oberfläche, eine Einrichtung zum Ausbilden latenter elektrostatischer Bilder auf der ladungshaltende Oberfläche, eine Vielzahl von Entwickleranordnungen, von denen jede ein Donatorelement zum Befördern aufgeladener Tonerpartikel verschiedener Farbe von den anderen Entwickleranordnungen zum Übereinanderlegen von Tonerpartikeln verschiedener Schmuckfarben auf den latenten elektrostatischen Bildern hat, eine Einrichtung zum elektrischen Vorspannen jeder Entwickleranordnung, gekennzeichnet dadurch, daß sie aufweist: eine auf die Auswahl des Benutzers reagierende Einrichtung zur Steuerung der elektrischen Vorspannung für jede Entwickleranordnung auf verschiedenen Spannungsebenen, wodurch unterschiedliche Tonermengen von jeder Entwickleranordnung entsprechend der Farbe des zu erzeugenden Bildes auf den latenten elektrostatischen Bildern abgelagert werden, eine Einrichtung zum Erzeugen von Signalen, die das Oberflächenpotential des Donatorelements jeder Entwickleranordnung angeben, und eine auf diese Signale ansprechende Einrichtung zum Einstellen der Vorspannung, die zum Ausgleich der Auswirkungen des Oberflächenpotentials auf der Entwickleranordnung an die Entwickleranordnung angelegt wird.
Eine erfindungsgemäße Druckvorrichtung umfaßt ein wechselwirkungsfreies Entwicklungssystem, welches durch die Fähigkeit der variablen Tonerablagerung bzw. der Farbauswahl in Abhängigkeit von veränderlichen Entwicklerspannungen gekennzeichnet ist.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die selektive Farbentwicklung ("Color Select") beispielsweise mit vier Entwickleranordnungen mit schwarzem, Magenta-, gelbem und Cyan-Toner. Anders als bei Geräten nach dem Stand der Technik sind bis auf eine alle Anordnungen wechselwirkungsfrei und erzeugen selektive Tonerwolken in der Entwicklungszone.
Die Farben des entwickelten Bildes entstehen "im Flug" durch das Übereinanderstapeln der Tonermaterialien auf den "Farb"-Bildbereichen eines Bildes mit drei Spannungsebenen proportional zur gewünschten Farbe. Erreicht wird dies, indem nacheinander die Ebenen der "wirksamen" Entwicklergleichspannung proportional zur gewünschten Farbmischung abgestuft werden. Als "wirksame" Entwicklervorspannung wird die Differenz zwischen dem Oberflächenpotential des bereits teilweise entwickelten Tonerbildes und der nachfolgenden Farbentwicklungsvorspannung (nach der Ablagerung des ersten Farbtoners) definiert. Daher beruht das Prinzip der selektiven Farbentwicklung im Grunde auf der gesteuerten Übereinanderlagerung von Toner aus verschiedenen wechselwirkungsfreien Entwicklungs-Teilsystemen (Übereinanderlegen von Toner verschiedener Schmuckfarben), so daß die gewünschte Farbe der Bilder im Flug entsteht und Farbänderungen zwischen einzelnen Druckaufträgen leichter erreicht werden können.
Zur optimalen Steuerung der Entwicklungsvorspannungen der einzelnen Entwicklungsanordnungen wird das Oberflächenpotential (Vt) der Tonerschicht auf dem Donatorband gemessen, das einen Teil jeder Entwickleranordnung bildet. Wenn man die optimalen Vorspannungen für jede Entwickleranordnung bestimmen will, müssen die Werte von Vt berücksichtigt werden. Denn der Wert von Vt wirkt sich auf das elektrostatische Entwicklungsfeld V/D über dem Luftspalt zwischen dem Bildaufnehmer und den jeweiligen Donatoroberflächen der Entwickleranordnungen aus. Zudem bildet er ein Maß für die Masse/Fläche- Tonerladung auf der Entwicklerwalze.
Die spezielle Farbe für ein Bild kann vom Benutzer ausgewählt werden. Dazu steht ihm eine ganze Farbpalette zur Verfügung. Über eine Benutzerschnittstelle (UI) gelangt die Farbinformation zu einer Steuerung, wo mit Hilfe von Computerschaltungen und -algorithmen der Betriebsstatus jedes Entwicklergehäuses bestimmt wird.
Lediglich als Beispiele werden nun Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Farbabbildungsvorrichtung ist;
Figur 2 eine schematische Darstellung einer in die Vorrichtung aus Figur 1 und 5 eingebauten Entwickleranordnung ist;
Figur 3 die Entwicklungsschritte zur Ausbildung eines übereinandergelagerten Schmuckfarbbildes mit Hilfe von wechselwirkungsfreien Entwicklungssystemen zur Ablagerung von drei farbigen Tonermaterialien zeigt;
Figur 4 ein Spannungsprofil eines typischen DAD-Bildes mit der zeitlichen Gliederung der Tonerablagerung auf einem solchen Bild darstellt, und
Figur 5 schematisch eine abgewandelte Form der Farbabbildungseinrichtung aus Figur 1 ist.
Figur 1 zeigt die verschiedenen Bestandteile eines elektrofotografischen Druckgerätes mit einer eingebauten akustischen Tonerablösevorrichtung, wobei mit dem Gerät in einem Durchlauf ein Farbdruck entsteht.
Wie in Figur 1 dargestellt, umfaßt ein elektrofotografisches Druckgerät 9 ein monopolares Fotorezeptorband 10 mit einer lichtleitenden Oberfläche auf einem elektrisch leitenden Substrat. Das Band 10 bewegt sich in Pfeilrichtung 12 und passiert nacheinander die verschiedenen xerografischen Prozeßstationen. Das Band läuft um eine Antriebsrolle 14 und zwei Spannrollen 16 und 18, wobei erstere während des Betriebs an einen Antriebsmotor 19 angeschlossen ist.
Wie aus Figur 1 weiterhin hervorgeht, durchläuft ein Teil des Bandes 10 die Ladestation A, in der ein Coronaentladegerät, allgemein mit der Ziffer 22 gekennzeichnet, die lichtleitende Oberfläche des Bandes 10 bis auf ein weitgehend gleichmäßiges, relativ hohes negatives Potential auflädt
Danach durchlaufen die gleichmäßig aufgeladenen Teile der Fotorezeptoroberfläche die Belichtungsstation B. Dort wird die gleichmäßig geladene Fotorezeptor- bzw. ladungshaltende Oberfläche 10 von einer Laser-Eingabe- und/oder -Ausgabe-Scannervorrichtung 26 belichtet, wodurch die ladungshaltende Oberfläche entsprechend dem Ausgangssignal der Scannervorrichtung entladen wird. Als günstig erweist sich ein Dreistufen-Laser-Rasterausgabescanner (ROS). Es ist auch möglich, anstelle des ROS eine herkömmliche xerografische Belichtungsvorrichtung zu verwenden.
Der anfangs auf eine Spannung V&sub0; aufgeladene Fotorezeptor hat bei einem Potential Vddp von etwa -900 Volt die maximale Ladespannung (dark decay). Beim Belichten in der Belichtungsstation B wird er auf Vc von etwa -100 Volt entladen, was dicht am Null- oder Basispotential der Schmuckfarbteile (d.h. aller farbigen, nichtschwarzen Bildteile) liegt. Zudem wird der Fotorezeptor in den (weißen) Hintergrund-Bildbereichen auf Vw entladen, die etwa bei -500 Volt liegt.
An der Entwicklungsstation C bringt ein Magnetbürsten-Entwicklungssystem, allgemein mit der Ziffer 30 gekennzeichnet, das Entwicklermaterial mit den latenten elektrostatischen Bildern in Kontakt. Das Entwicklungssystem 30 umfaßt mindestens eine Magnetbürste 32 und einen Vorrat an Zweikomponentenentwickler 34, der sich in einem Entwicklergehäuse 36 befindet. Das Entwicklermaterial 34 umfaßt ein Gemisch aus Trägerkügeichen und schwarzen Tonerpartikeln zusammen mit für die jeweilige Anwendung erforderlichen Zusatzstoffen. Schwarze Tonerpartikel, die positiv geladen sind, werden auf dem aufgeladenen Bereich bzw. CAD-Bild der drei Spannungsebenen umfassenden Bilder abgelagert, die mit dem ROS hergestellt werden.
Zum Entwickeln der CAD-Bilder eignet sich die Magnetbürstenentwicklung als ein System mit Wechselwirkung, da es das erste Entwicklungssystem ist. Bereits entwickelte Bilder müssen jenes Entwicklergehäuse also nicht durchqueren. Über eine Gleichspannungsquelle 38 wird eine geeignete negative Entwicklervorspannung an das Entwicklungssystem 30 angelegt.
Anders als das CAD-Bild werden die Bilder des entladenen Bereiches (DAD- Bilder) am günstigsten mit wechselwirkungsfreien Entwicklungssystemen 40, 42 und 44 entwickelt, mit denen variierende Tonerpartikelmengen auf den DAD- Bereich des Bildes mit drei Spannungsebenen aufgebracht werden können. Zum Beispiel können diese wechselwirkungsfreien Entwicklersysteme negativ geladenen Magenta-, gelben und Cyan-Toner auf den DAD-Bildern übereinanderlagern.
Bis auf den jeweils verwendeten Farbtoner sind die Entwicklungssysteme 40, 42 und 44 identisch. Wie in Figur 2 angegeben, umfaßt das Entwicklungssystem 40 ein Donatorband 50, das um ein Rollenpaar 52 und 54 läuft, und eine Vakuumverbindungskammer 56. Während des Betriebs ist ein Motor 58 an eine der Rollen, z.B. die Rolle 52, angeschlossen und setzt das Band im Uhrzeigersinn in Bewegung, wodurch Tonerpartikel 60 zu einer Entwicklungszone 62 zwischen dem Donatorband und dem Fotorezeptorband 10 transportiert werden. Das Donatorband 50 kann beispielsweise aus aluminiertem Mylar mit einer Isolierschicht hergestellt sein, die die Verwendung von leitfähigen Magnetbürsten ermöglicht.
Zum Beschicken des Donatorbandes mit dem jeweiligen Toner wird über eine Gleichspannungsquelle 65 eine Vorspannung an die Magnetbürstenanordnung 64 angelegt. Diese Vorspannung ist einstellbar, so daß die dem Donatorband zugeführte Tonermenge variiert werden kann.
Innerhalb einer Vakuumverbindungskammer 56 befindet sich eine akustische Wellenleiter- bzw. Resonatoranordnung 72, an die eine Wechselspannung 74 angelegt wird und mit der das Donatorband zum Ablösen von Toner in Schwingung versetzt wird. Durch den Schallwellenleiter wird Toner mittels Schall von dem Donatorband abgelöst. Das hierbei zugrundeliegende Prinzip beruht auf der Verringerung der Gesamtkraft, mit der die Tonerpartikel von der Donatorbandoberfläche angezogen werden. Bei ausreichender Verringerung der Toneranziehungskraft der Donatoroberfläche können elektrostatische Bildkräfte qE selektiv Toner vom Donatorband entfernen. Die Wellenleiteranordnung umfaßt einen piezoelektrischen Wandler 78 aus Bleizirkoniumtitanat (PZT) oder einem anderen piezoelektrischen Werkstoff und einen aus Segmenten bestehenden Schalltrichter 80, z.B. aus Aluminium. An das piezoelektrische Element 78 wird die Wechselvorspannung 74 angelegt, um den Schalltrichter und folglich auch das Band in Schwingung zu versetzen. Aufrechte Wände 82 und 84 der Vakuumverbindungskammer 56 dämpfen durch ihren Kontakt mit dem Donatorband 50 die Vibration des Bandes über diese Kontaktbereiche mit dem Band hinaus. Ausgehend von den voraussichtlichen natürlichen Erregungsfrequenzen des Schalltrichters 80 wird der Wandler über ein Frequenzband hinweg erregt. Dies kann erfolgen, indem ein Sinuswellensignal über einen Frequenzbereich von 20 kHz bis 200 kHz gewobbelt wird.
Bei der akustischen Tonerablösungsentwicklung werden die Bewegungen einer Oberfläche mit darauf befindlichen geladenen Partikeln (Donatorband) ausgenutzt, um den Toneranziehungskräften der Oberfläche entgegenzuwirken. Die Größe jener Bewegungen kann eingestellt werden, so daß die Partikel an der Donatoroberfläche haftenbleiben, wenn nicht zusätzlich ein elektrostatisches Feld mit der geeigneten Ausrichtung und Größe auf sie einwirkt, durch das sie von der Donatoroberfläche entfernt werden. Wenn das elektrostatische Feld auf die Nähe eines elektrostatischen Bildes zurückzuführen ist, setzt sich der abgelöste Toner selektiv auf dem Bild ab.
Die selektive Tonerablösung bei der akustischen Tonerablösungsentwicklung stellt das Unterscheidungsmerkmal zur sprunghaften (jumping) Pulverwolkenentwicklung dar, bei der in der Luft befindlicher Toner unabhängig von seinem Potential zum gesamten Rezeptor gelangt. Dieser Unterschied bietet einen großen Vorteil hinsichtlich der kopienqualität, da bei akustischer Tonerablösung die Ablagerung von falsch geladenem und nicht geladenem Toner verhindert wird. Zudem ist die Wechselwirkung zwischen aufeinanderfolgenden Entwicklungen mit verschieden(farbigem) Toner minimal.
Dort, wo das Band in Schwingung kommt, wird eine Vakuumquelle 100 erregt, damit in Pfeilrichtung Luft durch die Vakuumverbindungskammer angesaugt wird. Durch das Vakuum wird das Band in engen Kontakt mit den aufrechten Wänden 84 und 86 und der Spitze des Schallwellenleiters gebracht. Somit weisen die Abschnitte des Donatorbandes hinter den Rändern der Wände 84 und 86 - falls überhaupt - eine geringe Vibrationsbewegung auf, wodurch keine Tonerwolken vor und nach der Entwicklung entstehen können.
An jedes Entwicklersystem wird über eine aus einer Vielzahl von Gleichspannungsquellen 88, 90 und 92 eine elektrische Vorspannung angelegt. Mit der Energiequelle 88 wird eine Spannung VM-VtM an die Magenta- Entwickleranordnung 40 angelegt. Vt ist das Oberflächenpotential der Tonerschicht auf dem Donatorband für die Entwickleranordnung 40. Die Energiequelle 90 legt eine Spannung Vy-Vty an die Gelb-Entwickleranordnung 42 an und die Stromquelle 92 eine Vorspannung VC-VtC an die Cyan-Entwickleranordnung 44 (siehe Figur 3). Bei Vty handelt es sich um das Oberflächenpotential der Tonerschicht auf dem Donatorband für die Entwickleranordnung 42 und bei VtC um jenes für die Entwickleranordnung 44. Entsprechend der Tonermenge einer bestimmten Farbe, die aufgetragen werden soll, lassen sich die elektrischen Vorspannungen im Bereich von -100 bis -600 variieren. Anders gesagt, die Tonermenge, die sich auf einem Bild eines entladenen Bereichs (DAD) absetzt, kann durch Verändern der Entwicklervorspannung variiert werden. Möglich wird die Nutzung dieses Entwicklervorspannungsbereiches durch die Empfindlichkeit des Entwicklungssystems mit akustischer Tonerablösung.
Zum Messen des Oberflächenpotentials der Tonerschicht auf der Oberfläche des Donatorbandes wird ein elektrostatisches Voltmeter (ESV) geschaffen. Da sich dieses Toneroberflächenpotential eigentlich in Serie mit der extern angelegten Entwicklervorspannung befindet, muß die angelegte Vorspannung richtig eingestellt werden. Typische Oberflächenpotentiale liegen in der Größenordnung von 50 bis 80 Volt.
Somit wird der unerwünschte Vorspannungseffekt des gemessenen Potentials durch die Verringerung der angelegten Vorspannung um diesen Wert unterdrückt. Mit der Farbsteuerung 99 (Figur 1) und der Benutzerschnittstelle (UI) 101 entstehen Einrichtungen zur Auswahl der DAD-Bildfarbe durch den Benutzer. Die UI umfaßt eine Vielzahl von Bedienknöpfen 102, 103 und 104, je einer pro wechselwirkungsfreies Entwicklungssystem. Anhand einer Farbpalette (nicht abgebildet) kann der Benutzer die Einstellwerte für die Bedientasten erfahren. Nachdem der Benutzer beispielsweise eine bestimmte Farbe identifiziert hat, legt die Einstellung dieser Knöpfe die Vorspannungen für die einzelnen Entwicklungssysteme fest. Wie bereits erwähnt, hat der aufgeladene Toner auf dem Donatorband Auswirkungen auf diese Einstellung. Es werden also elektrische Signale, die von der ESV 96 erzeugt werden und das Oberflächenpotential auf dem Donatorband analog darstellen, zum Einstellen der Entwicklervorspannung verwendet. Dazu werden diese analogen Signale zur Steuerung weitergeleitet. Infolge des Verhältnisses der farbigen Tonerbestandteile zueinander könnte zur Farbtonregelung des entstehenden Bildes natürlich auch nur ein einziger Bedienknopf verwendet werden. In der Steuerung könnten die digitalen Informationen über jede der anzulegenden Entwicklervorspannungen gespeichert werden. Wenn dann eine Einstellung vorgenommen wird, werden automatisch die richtigen Vorspannungen an die jeweiligen Entwickleranordnungen angelegt.
Da sich auf dem Fotorezeptor sowohl positiv als auch negativ geladene Tonerpartikel befinden, wird zur Herstellung eines unipolaren Bildes vor der Übertragung ein Vorübertragungs-Corotron 110 geschaffen.
Wendet man sich erneut Figur 1 zu, so bewegt das Fotorezeptorband die Pulverbilder, nachdem das latente elektrostatische Bild den Vorübertragungs- Coronaemissionen ausgesetzt wurde, zu der Übertragungsstation D. Mittels einer Blatteinzugsvorrichtung (nicht dargestellt) wird der Übertragungsstation D ein Blatt Kopierpapier 112 zugeführt. Zweckmäßig ist hier eine Blatteinzugsvorrichtung mit einer Einzugsrolle, die auf dem obersten Bogen des Kopierpapierstapels aufliegt. Durch Drehen der Einzugsrolle wird der oberste Bogen des Stapels auf eine Rutsche 114 befördert. Die Rutsche 114 bringt das durchlaufende Blatt des Trägermaterials in zeitlich abgestimmter Folge mit der lichtleitenden Oberfläche von Band 10 in Kontakt, so daß die darauf entwickelten Tonerpulverbilder das durchlaufende Blatt des Trägermaterials an der Übertragungsstation D berühren. Die Übertragungsstation D umfaßt eine Coronaerzeugungseinrichtung 116, die Ionen auf die Rückseite des Blattes 112 sprüht. Dadurch wird das Tonerpulverbild von der lichtleitenden Oberfläche 10 auf das Blatt 112 hin übergezogen. Nach erfolgter Übertragung bewegt sich das Blatt 112 weiter in die durch Pfeil 118 gekennzeichnete Richtung bis auf ein Transportband (nicht dargestellt), das das Blatt 112 zur Fixierstation E transportiert.
Die Fixierstation E umfaßt eine Fixiereinrichtung, die allgemein mit der Ziffer 120 gekennzeichnet ist und das übertragene Pulverbild permanent auf dem Bogen 112 fixiert. Die Fixiereinrichtung 120 weist eine beheizte Fixierwalze 122 und eine Andruckwalze 124 auf. Das Blatt 112 läuft zwischen der Fixierwalze 122 und der Andruckwalze 124 hindurch, wobei das Tonerpulverbild an der Fixierwalze 122 anliegt. Auf diese Weise wird das Tonerpulverbild permanent auf dem Blatt 112 fixiert. Nach erfolgter Fixierung wird das Blatt 112 über eine Rutsche (nicht dargestellt) in eine Kopienablage (ebenfalls nicht abgebildet) geleitet, aus der es der Benutzer anschließend entnimmt.
Nach erfolgter Trennung des Blattes Kopierpapier von der lichtleitenden Oberfläche des Bandes 10 werden die dort haftengebliebenen Tonerpartikel an der Reinigungsstation F entfernt. Dazu kann die Reinigungsstation F über eine drehbar angebrachte Gewebebürste (nicht abgebildet) verfügen, die an der lichtleitenden Oberfläche anliegt. Durch Drehung der anliegenden Bürste 130 werden die Partikel von der lichtleitenden Oberfläche entfernt. Nach erfolgter Reinigung wird der Fotorezeptor von einer Entladelampe (nicht dargestellt) beleuchtet, um die eventuell dort noch verbliebene elektrostatische Restladung vor der Aufladung für den nächsten Bildzyklus zu zerstreuen.
Ein abgewandelter Drucker (Figur 5) unterscheidet sich von dem aus Figur 1 einzig und allein durch die Art und Weise, wie die latenten elektrostatischen Bilder entstehen. Anstelle des ROS 26 wird dazu hier ein ionografischer Schmuckfarbendrucker 119 verwendet. Geeignete ionografische Drucker zum Erzeugen der gewünschten latenten Bilder sind in den USA-Patenten 4,837,591 und 4,879,194 offenbart.
In den Figuren 3 und 4 ist das erfindungsgemäße Verfahren der übereinandergelagerten Schmuckfarbenbildentstehung dargestellt. Mit den Entwicklungssystemen 40, 42 und 44, an die die Vorspannungen VM, VY bzw. VC angelegt wurden, werden vorgegebene Mengen an Magenta-, gelbem und Cyan-Toner auf das DAD-Bild aufgebracht, wodurch ein zusammengesetztes Bild entsteht, das der aus der Palette ausgewählten Farbe entspricht. Normalerweise liegen die Vorspannungen VM, VY und VC für die Entwickleranordnungen in der Größenordnung von -100 bis -600 Volt. In Figur 4 nehmen die Entwicklervorspannungen von der Entwickleranordnung 40 bis zur Entwickleranordnung 44 stetig zu.
Folglich wird zuerst ein elektrostatisches DAD-Bild, dargestellt durch das mittels ROS 26 auf der lichtleitenden Oberfläche ausgebildete Spann ungsprofil 132 (Figur 4) mit einer bestimmten Menge an Magenta-Toner 134 von der Entwickleranordnung 40 entwickelt. Über die Stromquelle 88 wird die Entwickleranordnung 40 auf eine Spannungsebene VM-VTM gebracht. Typisch ist für VM ein Wert von -100 Volt.
Als nächstes wird mit der Entwickleranordnung 42 gelber Toner 136 auf dem Magenta-Toner 134 abgesetzt. An sie wird über die Gleichspannungsquelle 90 eine Vorspannung VY-VtY angelegt, die z.B. bei circa -250 Volt liegt.
Zum Schluß wird mit der Entwickleranordnung 44 Cyan-Toner 138 über dem zuvor abgelagerten Toner abgesetzt. An die Entwickleranordnung 44 wird über eine Gleichspannungsquelle 92 eine Gleichspannung VC-VtC von etwa -600 Volt angelegt. Das letzte Spannungsprofil 132 aus Figur 4 stellt das zusammengesetzte farbige Tonerbild dar.
Infolge der oben beschriebenen selektiven Tonerwolkenerzeugung sind die Auswirkungen der Tonerwolken-Raumladung innerhalb der Entwicklungszone minimal. Somit stellt die Messung des Toneroberflächenpotentials Vt auf den Donatorbändern vor dem Eintritt in die Entwicklungszone Informationen zur Verfügung, die die genaue Identifizierung und Einstellung der optimalen Betriebsspannungen ermöglichen.
Anwenden ließe sich das oben beschriebene Konzept der Verwendung eines elektrostatischen Voltmeters (ESV) zum Messen des Oberflächenpotentials der Tonerschicht auf der Donatorbandoberfläche auch in einem Schwarzweißabbildungsgerät. In solch einem Gerät würde die Magnetbürsten-Entwickleranordnung zum Entwickeln des schwarzen Tonerbildes durch eine wechselwirkungsfreie Entwickleranordnung wie z.B. eine der Entwickleranordnungen 40, 42 oder 44 ersetzt werden. Zudem könnte der Ausgleich der Auswirkungen des Oberflächenpotentials auf dem Donatorband auch in einem Schmuckfarben- Abbildungsgerät von Nutzen sein, in dem schwarze Tonerbilder zusammen mit einem Bild mit einer einzigen zusätzlichen Farbe hergestellt werden. Sowohl das schwarze als auch das einfarbige Bild könnte man mit den hier offenbarten wechselwirkungsfreien Entwicklungssystemen entwickeln oder aber das schwarze mit einer Magnetbürstenanordnung und das einfarbige Bild mit einer wechselwirkungsfreien Vorrichtung.

Claims

1. Vorrichtung zum Herstellen von Farbbildern während eines einzigen Durchlaufs einer ladungshaitenden Oberfläche durch eine Vielzahl von Prozeßstationen, wobei die Vorrichtung umfaßt:

eine ladungshaltende Oberfläche (10),

eine Einrichtung (26) zum Ausbilden latenter elektrostatischer Bilder auf der ladungshaltenden Oberfläche,

eine Vielzahl von Entwickleranordnungen (40, 42, 44), von denen jede ein Donatorelement (32, 50) zum Befördern aufgeladener Tonerpartikel verschiedener Farbe von den anderen Entwickleranordnungen zum Übereinanderlegen von Tonerpartikeln verschiedener Schmuckfarben auf den latenten elektrostatischen Bildern hat,

Einrichtungen (88, 90, 92) zum Anlegen einer elektrischen Vorspannung an jede Entwickleranordnung,

gekennzeichnet dadurch, daß sie aufweist: eine auf die Auswahl des Benutzers reagierende Einrichtung (99) zum Regeln der elektrischen Vorspannung für jede Entwickleranordnung auf verschiedenen Spannungsebenen, wodurch unterschiedliche Tonermengen von jeder Entwickleranordnung entsprechend der Farbe des zu erzeugenden Bildes auf den latenten elektrostatischen Bildern abgelagert werden,

eine Einrichtung (96) zum Erzeugen von Signalen, die das Oberflächenpotential des Donatorelements jeder Entwickleranordnung angeben, und

eine auf diese Signale ansprechende Einrichtung zum Einstellen der Vorspannung, die zum Ausgleich der Auswirkungen des Oberflächenpotentials auf der Entwickleranordnung an die Entwickleranordnung angelegt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Anlegen einer elektrischen Vorspannung an jede Entwickleranordnung eine Einrichtung umfaßt, mit der in Bewegungsrichtung der Iadungshaltenden Oberfläche entlang der Entwickleranordnungen immer größer werdende Vorspannungen angelegt werden.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Entwickleranordnungen eine Einrichtung (64) zum Aufbringen von Tonerpartikeln auf das Donatorelement und eine Einrichtung (65) zum Anlegen einer elektrischen Vorspannung an die Toneraufbringungseinrichtung umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, die eine Einrichtung zum Variieren der elektrischen Vorspannung der Toneraufbringungseinrichtung aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Donatorelement der Entwickleranordnungen ein Band umfaßt, und die eine Einrichtung aufweist, mit der das Band derart in Schwingung versetzt wird, daß selektiv Tonerwolken in jenen Bereichen des Bandes entstehen, die den Toner anziehenden latenten Bildbereichen auf der ladungshaltenden Oberfläche entsprechen.

6. Verfahren zum Erzeugen von Farbbildern in einem einzigen Durchlauf einer Iadungshaltenden Oberfläche durch eine Vielzahl von Prozeßstation, wobei das Verfahren umfaßt;

das Ausbilden latenter elektrostatischer Bilder auf der ladungshaltenden Oberfläche,

das Bewegen der Bilder durch eine Vielzahl von Entwicklungszonen zwischen den Entwickleranordnungen und der ladungshaltenden Oberfläche,

das Entwickeln der Bilder mit einer Vielzahl von Entwickleranordnungen, von denen jede ein Donatorelement zum Befördern aufgeladener Tonerpartikel verschiedener Farbe von den anderen Entwickleranordnungen zum Übereinanderlegen von Tonerpartikeln verschiedener Schmuckfarben auf den latenten elektrostatischen Bildern aufweist,

das Anlegen einer elektrischen Vorspannung an jede Entwickleranordnung, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Regeln der elektrischen Vorspannung für jede Entwickleranordnung auf verschiedenen Spannungsebenen als Reaktion auf die vom Benutzer vorgenommene Auswahl, wodurch unterschiedliche Tonermengen von jeder Entwickleranordnung entsprechend der Farbe des zu erzeugenden Bildes auf den latenten elektrostatischen Bildern abgelagert werden,

Erzeugen von Signalen, die das Oberflächenpotential des Donatorelements jeder Entwickleranordnung angeben, und

Verwenden der Signale zum Einstellen der Vorspannungen, die zum Ausgleich der Auswirkungen des Oberflächenpotentials auf der Entwickleranordnung an die Entwickleranordnung angelegt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Schritt des Anlegens elektrischer Vorspannungen das Anlegen von in Bewegungsrichtung der ladungshaltenden Oberfläche entlang der Entwickleranordnungen immer größer werdender Vorspannungen umfaßt.