DE69700075T2

DE69700075T2 - Vorrichtung zum direkten elektrostatischen Drucken (DEP) mit konstantem Abstand zwischen der Druckkopfstruktur und den Tonerzufuhrmitteln

Info

Publication number: DE69700075T2
Application number: DE1997600075
Authority: DE
Inventors: Guido B-2640 Mortsel Desie; Guenther B-2640 Mortsel Dieltjens; Ludovicus B-2640 Mortsel Joly
Original assignee: Agfa Gevaert NV
Current assignee: Agfa Gevaert NV
Priority date: 1997-04-29
Filing date: 1997-04-29
Publication date: 1999-07-15
Anticipated expiration: 2017-04-30
Also published as: EP0816944A1; JPH10305609A; DE69700075D1; EP0816944B1

Description

1. Technisches Gebiet der Erfindung.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein beim elektrostatischen Direktdruck (DEP = Direct Electrostatic Printing) verwendetes Druckgerät. Beim DEP wird der elektrostatische Druck von einem Tonerzuliefermittel auf einem Toner aufnehmenden Element mittels einer elektronisch adressierbaren Druckkopfkonstruktion direkt ausgeführt.

2. Allgemeiner Stand der Technik.

Beim DEP (Direct Electrostatic Printing) wird der Toner bzw. das entwickelnde Material bildmäßig direkt auf ein Substrat eines aufnehmenden Elements aufgetragen, wobei letzteres kein bildmäßiges, latentes elektrostatisches Bild trägt. Beim Gebrauch eines zwischengeschalteten biegsamen Endlosbands (z. B. Aluminium, Polyimid usw.) als Substrat muß der bildmäßig aufgetragene Toner auf ein anderes Endsubstrat übertragen werden. Wird der Toner aber direkt auf das endgültige Substrat des aufnehmenden Elements aufgetragen, so wird eine Möglichkeit geboten, das Bild auf dem endgültigen aufnehmenden Substrat, z. B. Normalpapier, Diapositiv, usw., direkt zu erzeugen. An diesen Auftragsschritt schließt ein letzter Fixierschritt an.
Das Verfahren unterscheidet sich in diesem Punkt von der klassischen Elektrografie, bei der ein latentes elektrostatisches Bild auf einer eine Ladung haltenden Oberfläche durch ein geeignetes Material entwickelt wird, um das latente Bild sichtbar zu machen. Weiterhin wird entweder das Pulverbild direkt auf der die Ladung haltenden Oberfläche fixiert, was dann zu einem elektrografischen Direktdruck führt, oder das Pulverbild wird danach auf das endgültige Substrat übertragen und dann auf diesem Medium fixiert. Letzteres Verfahren führt zu einem elektrografischen Indirektdruck. Das endgültige Substrat ist möglicherweise ein transparentes Medium, undurchsichtige polymere Folie, Papier, usw.
DEP unterscheidet sich auch deutlich von der Elektrofotografie, bei der ein zusätzlicher Schritt und ein zusätzliches Element eingeführt werden, um das latente elektrostatische Bild zu erzeugen. Insbesondere wird ein Fotoleiter verwendet, und ein Auflade-Belichtungs-Takt ist erforderlich.
Eine DEP-Einrichtung ist z. B. in der US-P-3 689 935 beschrieben. Aus dieser Patentschrift ist ein elektrostatischer Zeilendrucker mit einem mehrschichtigen Teilchenmodulator bzw. einer Druckkopfstruktur bekannt, der folgendes umfaßt:
- eine Schicht aus isolierendem Material, Isolationsschicht genannt,
- eine Schirmdruckelektrode, die aus einer durchgehenden Schicht aus leitfähigem Material auf einer Seite der Isolationsschicht besteht,
- mehrere Steuerdruckelektroden, die durch eine segmentierte Schicht aus leitfähigem Material auf der anderen Seite der Isolationsschicht gebildet werden, und
- mindestens eine Reihe von Drucköffnungen.
Jede Steuerelektrode ist um eine Drucköffnung herum gebildet und ist von jeder anderen Steuerelektrode isoliert.
Ausgewählte Potentiale werden an jede der Steuerelektroden angelegt, während ein festes Potential an die Schirmelektrode angelegt wird. Ein gleichmäßig angelegtes Antriebsfeld zwischen einem Tonerzuliefermittel und einer Unterlage des aufnehmenden Elements schleudert geladene Tonerteilchen durch eine Reihe von Drucköffnungen der Druckkopfkonstruktion. Die Intensität des Teilchenstroms wird entsprechend dem Muster der an die Steuerelektroden angelegten Potentiale moduliert. Der modulierte Strom aus geladenen Teilchen trifft auf das Substrat eines aufnehmenden Elements auf, das in dem modulierten Teilchenstrom angeordnet ist. Das Substrat des aufnehmenden Elements wird in eine Richtung orthogonal zu der Druckkopfkonstruktion transportiert, um einen zeilenweisen abtastenden Druck zu liefern. Die Schirmelektrode kann dem Tonerzuliefermittel zugewandt sein, und die Steuerelektrode kann dem Substrat des aufnehmenden Elements zugewandt sein. Zwischen der Druckkopfkonstruktion und einer einzelnen Gegenelektrode an der Unterlage des aufnehmenden Elements wird ein Gleichstromfeld angelegt. Dieses Antriebsfeld ist die Ursache dafür, daß der Toner zu dem Substrat des aufnehmenden Elements hingezogen wird, das zwischen der Druckkopfkonstruktion und der Gegenelektrode angeordnet ist. Die wie in der ursprünglichen Patentschrift von Pressman beschriebene Druckvorrichtung ist sehr empfindlich für Änderungen der Entfernung zwischen dem Tonerzuliefermittel und der Schirmelektrode, was Änderungen der Bilddichte herbeiführt.
Zum Lösen des Problems, um die Entfernung konstant zu halten, sind verschiedene Methoden vorgeschlagen worden.
In der EP-A 675 417 wird der Gebrauch einer mit einem (aus Tonerteilchen und Trägerteilchen bestehenden) Zweikomponenten- Entwickler geladenen Magnetbürste als Tonerzuliefermittel beschrieben, wobei die Magnetbürste eine "langhaarige" Bürste ist und die Haare die Druckkopfkonstruktion berühren. Bei dieser Anordnung sind leichte Abweichungen in der Entfernung zwischen der Oberfläche des Tonerzuliefermittels und der Druckkopfkonstruktion nicht länger problematisch und stehen die aus Tonerteilchen und Trägerteilchen gebildeten Haare der Magnetbürste mit der Druckkopfkonstruktion in Berührung. Man hat festgestellt, daß mit solch einer Vorrichtung sehr gute Druckergebnisse erzielbar sind, doch lediglich eine nicht zu hohe Druckgeschwindigkeit den Erhalt einer adäquaten optischen Dichte auf der Kopie ermöglicht. Dem Problem der variierenden Bilddichte, das ebenfalls in einer in der EP-A 675 417 beschriebenen Vorrichtung auftreten kann und der schwankenden Entfernung zwischen der Oberfläche der Magnetbürste und der Druckkopfkonstruktion zuzuschreiben ist, läßt sich weiter abhelfen, indem die elektrische Leitfähigkeit der auf der Magnetbürste benutzten Trägerteilchen verringert wird, wie in der am 10. Oktober 1996 eingereichten europäischen Patentanmeldung 96202815 beschrieben.
Bei Vorrichtungen, die bei ziemlich hohen Druckgeschwindigkeiten arbeiten, zieht man Vorteile aus dem Gebrauch eines Förderbands für geladenen Toner (CTC), auf dem die Tonerteilchen durch eine Magnetbürste oder jedes beliebige, den Fachleuten bekannte Mittel abgesetzt werden können. Doch dem Problem der ungleichmäßigen Dichte (Bildung weißer Streifen) in eine Richtung senkrecht zu der Druckrichtung soll abgeholfen werden.
In der EP-A 740 224 wird ein Gerät beschrieben, mit dem die Frequenz der (in eine Richtung senkrecht zu der Druckrichtung) vorkommenden streifenförmigen Ungleichmäßigkeit der Dichte, die der Schwankung der Entfernung zwischen dem Tonerzuliefermittel und der Druckkopfkonstruktion zuzuschreiben ist, verringert wird. In diesem Fall läßt man zur Erzielung dieser besseren Druckgleichmäßigkeit die Toner tragenden Oberflächen des Tonerzuliefermittels bei einer ziemlich hohen Drehgeschwindigkeit arbeiten. Durch die sehr schnelle Drehung der Toner tragenden Oberflächen und den kurzen Abstand zwischen den Toner tragenden Oberflächen und der Druckkopfkonstruktion werden die Teilchen einer ziemlich hohen Schubkraft ausgesetzt. Diese hohe Schubkraft kann (insbesondere bei Tonerteilchen mit polymeren Tonerharzen mit niedrigem Tg (< 60ºC)) Zusammenballen und/oder Deformierung der Tonerteilchen herbeiführen. Zusammengeballte oder verformte Tonerteilchen können die Drucköffnungen verstopfen, wodurch Bilder mit fehlenden Punkten und einer schlechten Bildqualität erhalten werden.
In der US-P 5 552 814 wird ein Gerät beschrieben, bei dem das CTC und die Druckkopfkonstruktion in inniger Berührung miteinander angeordnet sind. Mit solch einer Vorrichtung kann zwar tatsächlich eine Verringerung der Streifenbildung in die Richtung senkrecht zu der Druckrichtung erzielt werden, doch wie bei den schnell bewegenden CTCs in der eingangs erwähnten EP-A 740 224 sind die Teilchen einer ziemlich hohen Schubkraft ausgesetzt. Diese hohe Schubkraft kann Zusammenballen und/oder Deformierung der Tonerteilchen und demzufolge in bestimmten Maße eine Verstopfung der Drucköffnungen herbeiführen. Zum Abhelfen dieses Problems ist in der US-P 5 497 175 vorgeschlagen worden, die das CTC berührende Fläche der Druckkopfkonstruktion mit einer Schicht mit einem sehr niedrigen Reibungskoeffizienten zu überziehen, oder, wie in der US-P 5 539 438 beschrieben, die Oberfläche des CTC mit einer Schicht mit einem sehr niedrigen Reibungskoeffizienten zu überziehen. Diese Schichten können die Ladung oder Aufladbarkeit der Tonerteilchen beeinflussen und somit in bestimmten Fällen die Druckqualität beeinträchtigen.
In der US-P 5 448 272 findet sich eine Beschreibung einer weiteren Annäherung zur Verringerung der auf die Tonerteilchen in einem DEP-Gerät einwirkenden Schubkräfte, wobei das CTC mit der Druckkopfkonstruktion in Berührung steht. Auf der mit dem CTC in Berührung stehenden Fläche der Druckkopfkonstruktion wird im Zwischenraum zwischen den Drucköffnungen eine Art von Führungsgliedern angeordnet, wobei nur diese Führungsglieder mit dem CTC in Berührung stehen. Diese Führungsglieder sind keilförmig, wobei die Spitze des Keils der Tonerzufuhrrichtung zugewandt ist. Beim DEP-Gerät in Betrieb "durchpflügen" die den Abstand zwischen der Druckkopfkonstruktion und dem CTC konstant haltenden Führungsglieder die Tonerteilchenschicht auf dem CTC und führen die Tonerteilchen bis an den Drucköffnungen. Dieses Gerät beinhaltet aber den Nachteil der schwierigen Erzeugung einer solchen Druckkopfkonstruktion mit der für Hochauflösungs- Drucker (50 dpi (Punkte pro Inch) oder 20 Punkte/cm oder höher) erwünschten Präzision. Solch ein Hochauflösungs-Drucker erfordert eine Druckkopfkonstruktion mit schmalen Drucköffnungen und einem kleinen Abstand zwischen den Drucköffnungen, wodurch eine sehr präzise Anordnung der Führungsglieder erforderlich ist.
In der WO-A-95/24 675 ist ein Führungsglied oder Abstandhaltermittel über der völligen Länge vor den Drucköffnungen angeordnet.
In der JP-A 08/300715 wird eine Druckkopfkonstruktion mit "Führungsgliedern" beschrieben, wobei die Führungsglieder vor den Drucköffnungen angeordnet sind und mit der Bewegungsrichtung des Tonerzuliefermittels einen Winkel bilden. Auch hier ist pro Drucköffnung wenigstens ein Führungsglied angeordnet. Dadurch ist ebenfalls in diesem Gerät eine sehr präzise Anordnung der Führungsglieder erforderlich, was die Erzeugung der Druckkopfkonstruktion umständlicher macht.
Es gibt also noch immer einen Bedarf an DEP-Druckgeräten, bei denen der Abstand zwischen dem Tonerzuliefermittel und der Druckkopfkonstruktion konstant gehalten wird, wobei die Tonerteilchen keinen übermäßigen Schubkräften unterzogen sind und das Gerät verhältnismäßig einfach zu erzeugen ist.

3. Gegenstände und Zusammenfassung der Erfindung.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein elektrostatischer Direktdrucker, der Drucken bei hohen Geschwindigkeiten und einer guten Druckgleichmäßigkeit ermöglicht.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein elektrostatischer Direktdrucker, der Drucken bei hohen Geschwindigkeiten ermöglicht und wobei Verstopfung der Drucköffnungen durch Tonerteilchen auf ein Minimum beschränkt wird.
Weitere Gegenstände und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.
Die Gegenstände der vorliegenden Erfindung erzielt man mit einem DEP-Gerät, das eine Druckkopfkonstruktion mit einer ersten und einer zweiten großen Fläche und ein Tonerzuliefermittel mit einer Außenfläche enthält, wobei
i) die erste große Fläche der Druckkopfkonstruktion der Außenfläche des Tonerzuliefermittels zugewandt ist, und
ii) die Außenfläche in eine Richtung A, bezogen auf die erste große Oberfläche, bewegt und durch wenigstens zwei Abstandhaltermittel, die mit der Richtung A einen Winkel zwischen 45º und 0º bilden, in einer konstanten Entfernung D von der ersten großen Fläche gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhaltermittel in einer derartigen Entfernung d voneinander angeordnet werden, daß 1 cm ≤ d ≤ 50 cm.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Abstandhaltermittel in einer derartigen Entfernung d voneinander angeordnet, daß 5 cm ≤ d ≤ 35 cm.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die konstante Entfernung D derartig, daß 25 um ≤ D ≤ 500 um.

4. Kurzbeschreibung der Abbildungen.

Abb. 1 ist eine schematische, von der Außenfläche des Tonerzuliefermittels betrachtete Darstellung einer Druckkopfkonstruktion der vorliegenden Erfindung.
Abb. 2 ist eine schematische Schnittansicht einer in Berührung mit einem Tonerzuliefermittel angeordneten erfindungsgemäßen Druckkopfkonstruktion.
Abb. 3 ist eine schematische, von der Außenfläche des Tonerzuliefermittels betrachtete Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Druckkopfkonstruktion der vorliegenden Erfindung.

5. Detaillierte Beschreibung der Erfindung.

Die Bezeichnung "Tonerzuliefermittel" deutet im nachfolgenden auf den Teil des Geräts, der Tonerteilchen bis in der Nähe der Druckkopfkonstruktion transportiert.
Wir haben festgestellt, daß die Entfernung D zwischen der Druckkopfkonstruktion und dem Tonerzuliefermittel in einem DEP-Druckgerät unter Verwendung von viel weniger Abstandhaltermitteln als in z. B. der US-P 5 448 272 beschrieben konstant gehalten werden kann. Wir haben festgestellt, daß die Entfernung D zwischen der Druckkopfkonstruktion und dem Tonerzuliefermittel konstant gehalten werden kann, indem Abstandhaltermittel mit einer gegenseitigen Entfernung zwischen wenigstens 1 cm und höchstens 50 cm benutzt werden (der Abstand zwischen den Abstandhaltermitteln wird zwischen den Flächen von gegenüber einander liegenden Abstandhaltermitteln berechnet). In einem Drucker mit einer Auflösung von 20 Punkten/cm (50 dpi oder Punkte pro Inch) bedeutet dies, daß bei einer gegenseitigen Entfernung von 1 cm zwischen den Abstandhaltermitteln höchstens ein einzelnes Abstandhaltermittel nach jeweils 20 Drucköffnungen angeordnet ist, was eine erhebliche Vereinfachung des Aufbaus des Druckgeräts erlaubt. Wir haben festgestellt, daß unter Berücksichtigung einer Entfernung zwischen wenigstens 5 und höchstens 35 cm zwischen den Abstandhaltermitteln ein sehr befriedigender Kompromiß zwischen Erzeugungserleichterung und gleichmäßigem Druck erzielt werden kann.
Wir haben weiterhin festgestellt, daß die Abstandhaltermittel in einem erfindungsgemäßen Gerät vorzugsweise derart konstruiert werden, daß die Entfernung D zwischen der Druckkopfkonstruktion und dem Tonerzuliefermittel zwischen 25 und 500 um, vorzugsweise zwischen 50 und 300 um liegt. Der Vorteil der größeren Entfernung D (in z. B. der US-P 5 448 272 wird von einer Entfernung D gleich dem Durchmesser eines Tonerteilchens ausgegangen) liegt nicht nur darin, daß durch auf den Toner einwirkende Schubkräfte verursachte Tonerverschmierung und ebenfalls Verstopfung der Drucköffnungen weitgehend vermieden werden, sondern daneben kann das Gerät mit mehr als 1 Schicht aus Tonerteilchen auf der Oberfläche des Tonerzuliefermittels arbeiten. Durch die Anwesenheit von mehr als 1 Schicht aus Tonerteilchen auf der Oberfläche des Tonerzuliefermittels werden pro Druckzeiteinheit mehr Tonerteilchen angeboten und läßt sich eine hohe Druckdichte bei einer hohen Druckgeschwindigkeit erzielen.
Wir haben ebenfalls festgestellt, daß zur Erzielung einer hohen Druckgeschwindigkeit in einem Gerät der vorliegenden Erfindung am besten ein überlagerndes Wechselstromfeld an das Tonerzuliefermittel angelegt wird. Dieses Wechselstromfeld wird an die Oberfläche (Hülse) des Tonerzuliefermittels angelegt. Durch dieses Wechselstromfeld wird in der durch die Entfernung D gebildeten Spalte eine Art von Wolke aus freischwingenden Tonerteilchen erzeugt. Durch diese Wolke aus freischwingenden Tonerteilchen werden pro Druckzeiteinheit sogar noch mehr Tonerteilchen angeboten und läßt sich dadurch eine hohe Druckdichte bei einer hohen Druckgeschwindigkeit erzielen. Die Frequenz des Wechselstromfeldes in einem erfindungsgemäßen Gerät liegt vorzugsweise zwischen 1 und 5 kHz, kann sinusförmig, rechteckförmig oder dreieckförmig sein und sowohl ein symmetrisches als asymmetrisches Signal bilden. In einem Gerät der vorliegenden Erfindung kann dieses Wechselstromfeld an die Hülse des Tonerzuliefermittels angelegt werden, wenn die Gleichstromspannung an der Hülse des Tonerzuliefermittels 0 ist (d. h. bei einer geerdeten Hülse), doch ebenfalls bei einer positiven oder negativen Gleichstromspannung an der Hülse. Die Effektivspannung (Vrms) des das Gleichstromfeld überlagernden Wechselstromfeldes zwischen der Druckkopfkonstruktion und dem Tonerzuliefermittel steht vorzugsweise im Verhältnis zur Spannung des Gleichstromfeldes. Die Effektivspannung des Wechselstromfeldes (Vrms) beträgt besonders bevorzugt wenigstens 10mal mehr als die Spannung des Gleichstromfeldes, das es überlagert. Bei einem Gleichstromfeld (GS) mit einer Nullspannung (d. h. bei einer geerdeten Hülse) und nach dem Anlegen eines Wechselstromfeldes (WS) ist WS/GS = ∞, was die obere Grenze für das Verhältnis WS/GS darstellt.
Das WS/GS-Verhältnis wird als absoluter Wert ( WS/GS ) betrachtet, so daß es vom Zeichen des Gleichstromfeldes unabhängig ist.
Die Abstandhaltermittel in einem erfindungsgemäßen Gerät können verschiedenförmig sein. Sie können als Reihe von Punkten oder Stäben oder aber auch als ein einzelner Stab vorliegen und können rechteckig, zylindrisch, dreieckig, usw. sein, solange sie ihren Zweck erfüllen, d. h. die Entfernung zwischen der Druckkopfkonstruktion und dem Tonerzuliefermittel konstant halten.
Die Abstandhaltermittel können aus jedem beliebigen Material hergestellt sein, doch Abstandhaltermittel aus isolierendem Material, z. B. polymerem Material, keramischem Material, werden besonders bevorzugt. Das isolierende Material kann vorzugsweise ein biegsames polymeres Material wie z. B. ein Polyester, ein Polyimid, ein Polyamid, ein Polyurethan, ein Polycarbonat, usw. sein.
Die die Außenfläche des Tonerzuliefermittels berührende Fläche der Abstandhaltermittel kann mit einer reibungsverringernden Schicht überzogen werden, um das Gleiten der Fläche der Abstandhaltermittel über die Oberfläche des Tonerzuliefermittels geschmeidiger zu machen. Solch eine Schicht kann ein festes, in einem Bindemittel dispergiertes Gleitmittel, z. B. in einem Bindemittel dispergiertes Molybdendisulfid, wie in der US-P 5 497 175 beschrieben, enthalten, die reibungsverringernde Schicht kann aus einem Perfluorpolymeren [z. B. TEFLON (Handelsname)] bestehen und kann aus der obenerwähnten Schicht ragende Mattiermittel enthalten, die die Oberfläche des Tonerzuliefermittels berührende Oberfläche der Abstandhaltermittel einschränken. Solche Abstandhalterteilchen enthalten am besten ein Gleitmittel (z. B. ein Wachs), wie in der EP-A 241 600 beschrieben, oder fluorhaltige Verbindungen.
Die in einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendeten Abstandhaltermittel können permanent an der der Außenfläche des Tonerzuliefermittels zugewandten Fläche der Druckkopfkonstruktion oder zwischen dieser Fläche der Druckkopfkonstruktion und der Oberfläche des Tonerzuliefermittels angeordnet werden. Im letzteren Fall werden die Abstandhalterteilchen dadurch an ihrer Stelle gehalten, daß das Tonerzuliefermittel gegen den gegen der Druckkopfkonstruktion gedrückten Abstandhaltermitteln gedrückt werden.
In einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wird die Druckkopfkonstruktion vorzugsweise mittels der permanent auf der Druckkopfkonstruktion oder einfach zwischen der Druckkopfkonstruktion und der Außenfläche des Tonerzuliefermittels angeordneten Abstandhaltermittel, durch federnde Mittel in Berührung mit der Oberfläche des Tonerzuliefermittels gehalten. Falls die Druckkopfkonstruktion ein federndes und mit Drucköffnungen versehenes Substrat, z. B. ein polymeres Bogenmaterial, mit einer Stärke zwischen 50 und 400 um enthält, kann der Kontakt der Druckkopfkonstruktion mit dem Tonerzuliefermittel mittels der Abstandhaltermittel durch die eigene federnde Wirkung der Druckkopfkonstruktion gesichert werden. Als polymeres Bogenmaterial mit einer bestimmten Biegsamkeit zur Verwendung in einer Druckkopfkonstruktion der vorliegenden Erfindung eignen sich z. B. Polyester, Polyimid, Polyamid, Polyurethan, Polycarbonat, usw.
Sogar wenn die Druckkopfkonstruktion eine bestimmte Eigenbiegsamkeit aufweist, bevorzugt man trotzdem zur Verwendung in einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung federnde Mittel, um die Druckkopfkonstruktion und das Tonerzuliefermittel miteinander in Berührung zu halten.
Die federnden Mittel, die die Druckkopfkonstruktion und das Tonerzuliefermittel mittels der Abstandhaltermittel miteinander in Berührung halten, können Federn, Spiralfedern, Gummibänder, usw. sein.
Was Abb. 1 betrifft, so zeigt diese schematisch eine von der Außenfläche des Tonerzuliefermittels betrachtete Druckkopfkonstruktion der vorliegenden Erfindung. Die Druckkopfkonstruktion (100) umfaßt eine Matrix von zwischen zwei Abstandhaltermitteln (102) angeordneten Drucköffnungen (101). Die Abstandhaltermittel liegen um einen Abstand (d) auseinander. Wenn solch eine Druckkopfkonstruktion in einer DEP-Vorrichtung mit den Abstandhaltermitteln (102) in Berührung mit dem Tonerzuliefermittel angeordnet wird, wirken verschiedene Kräfte, die in Abb. 1 durch Pfeile angezeigt werden, auf die Druckkopfkonstruktion ein. In die Richtung parallel zur Matrix von Drucköffnungen (im nachfolgenden als die Länge der Druckkopfkonstruktion bezeichnet) wirken Kräfte fl1, fl2, fl3 und fl4 auf die Druckkopfkonstruktion ein. Die Summe dieser Kräfte wird nachstehend als Fl bezeichnet. In die Richtung senkrecht zur Matrix von Drucköffnungen (im nachfolgenden als die Breite der Druckkopfkonstruktion bezeichnet) wirken Kräfte fw1, fw2, fw3, fw4, fw5 und fw6 auf die Druckkopfkonstruktion ein. Die Summe dieser Kräfte wird nachstehend als Fw bezeichnet. Die Kräfte fw2 und fw5 wirken zwischen den Abstandhaltermitteln und die Summe dieser Kräfte wird nachstehend als Fwb bezeichnet. Kräfte fw1, fw3, fw4 und fw6 wirken außerhalb der Abstandhaltermittel und die Summe dieser Kräfte wird nachstehend als Fwo bezeichnet. Die Werte Fl und Fw beziehen sich auf den Abstand, über den sie auf die Druckkopfkonstruktion einwirken, und werden daher in N/m ausgedrückt. In Abb. 1 haben die Kräfte fl1 und fl2 durch einen Abstand von n Meter getrennte Einwirkungspunkte, wobei Fl = (fl1 + fl2 + fl3 + fl4)/n. In Abb. 1 haben die Kräfte fw1 und fw3 durch einen Abstand von m Meter getrennte Einwirkungspunkte, wobei Fw = (fw1 + fw2 + fw3 + fw4 + fw5 + fw6)/m. In Abb. 1 ist Fw aus sechs Kräften zusammengesetzt, zwei davon wirken zwischen den Abstandhalter mitteln und vier außerhalb der Abstandhaltermittel, wobei Fwb = 2/6mal Fw und Fwo = 4/6mal Fw.
Die auf die Druckkopfkonstruktion einwirkenden Kräfte werden in Abb. 1 genau parallel oder genau senkrecht zur Richtung der Drucköffnungen gezeigt. Die federnden Mittel, die diese Kräfte ausüben, können aber in einer DEP-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in einer zur genau parallelen oder genau senkrechten Position unterschiedlichen Stelle angeordnet werden.
Obgleich bei jeder beliebigen Position der federnden Mittel für die Druckkopfkonstruktion in einer DEP-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eine gute Druckdichte bei einer akzeptablen Geschwindigkeit und eine gute Gleichmäßigkeit der Dichte vereint und dabei in weitgehendem Maße Verschmierung des Toners und Verstopfung der Drucköffnungen vermieden werden können, haben wir festgestellt, daß die mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielbare Druckqualität durch gegenseitige Abstimmung der durch die federnden Mittel auf die Druckkopfkonstruktion ausgeübten Kräfte weiter verbessert werden kann. Die Druckqualität hat sich bei Fw/Fl ≤ 0,5 als verbessert und bei Fw/Fl ≤ 0,25 als wesentlich verbessert ergeben. Wenn weiterhin Fw derart an die Entfernung d zwischen den Abstandhaltermitteln angepaßt wird, daß Fw/d < 5.000, wird eine weitere Verbesserung der Druckqualität erzielt. Eine weitere Verbesserung der Druckqualität ist bei Fwb/Fwo ≤ 1,00 zu beobachten.
In einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wird die Druckkopfkonstruktion über die Abstandhaltermittel in Berührung mit dem Tonerzuliefermittel angeordnet, wobei der Teil der Druckkopfkonstruktion, der über die Abstandhaltermittel mit dem Tonerzuliefermittel in Berührung gehalten wird, eine Art von Buckel aufweist, der sich über einen Abstand zwischen 0,2 und 20 mm, vorzugsweise zwischen 1 und 5 mm (einschließlich beider Grenzen), oberhalb der Linie erstreckt, die die Oberflächen der Stützelemente für die Druckkopfkonstruktion, der sie zugewandt sind, verbindet. Eine schematische Ansicht einer mit einem Tonerzuliefermittel kombinierten Druckkopfkonstruktion der vorliegenden Erfindung wird in Abb. 2 gezeigt. In dieser Abbildung stellt Ziffer 104 Stützmittel für die Druckkopfkonstruktion 100 und Ziffer 103 das Tonerzuliefermittel dar, wobei das Antriebselement des Tonerzuliefermittels und das Stützelement für das Tonerzuliefermittel in der DEP-Vorrichtung nicht gezeigt werden. Die Pfeile fw3 und fw4 stellen in der Länge der Druckkopfkonstruktion einwirkende Kräfte dar, die also Teil von Fw sind. Die Druckkopfkonstruktion 100 wird durch die Kräfte fw3 und fw4 mittels der Abstandhaltermittel 102 gegen das Tonerzuliefermittel 103 gedrückt. Der durch eine punktierte Linie angezeigte Teil der Abstandhaltermittel 102 deutet auf die Drucköffnungen 101 in der Druckkopfkonstruktion. Die Entfernung zwischen Linie 105, die die Oberflächen der Stützelemente 104 verbindet, und den Drucköffnungen (b in Abb. 2) ist die obenbeschriebene Art von Buckel. Die Höhe des Buckels (b) wird vorzugsweise derart gewählt, daß 0,2 ≤ b ≤ 20 mm, besonders bevorzugt 1 ≤ b ≤ 5 mm.
Eine Druckkopfkonstruktion der vorliegenden Erfindung kann verschiedenförmig gestaltet werden: die Druckkopfkonstruktion kann als eine einzelne Matrix von Drucköffnungen (in diesem Dokument deutet eine "Matrix von Drucköffnungen" auf wenigstens eine Reihe von Drucköffnungen) zwischen Abstandhaltermitteln vorliegen. Die Druckkopfkonstruktion kann eine große Anzahl Matrices von Drucköffnungen umfassen, die versetzt und jeweils zwischen zwei Abstandhaltermitteln angeordnet sind. In Abb. 3 wird solch eine Druckkopfkonstruktion schematisch gezeigt: zwei jeweils zwischen zwei Abstandhaltermitteln (102a, 102b und 102c) befindliche Matrices von Drucköffnungen (101a, 101b) werden angrenzend aneinander angeordnet, wobei das Abstandhaltermittel 102b ein gemeinsames Abstandhaltermittel für beide Matrices darstellt. Eine dritte Matrix von Drucköffnungen (101c) zwischen zwei Abstandhaltermitteln (102d und 102e) wird versetzt zu den ersten zwei Matrices von Drucköffnungen angeordnet. Die Abstandhaltermittel werden in einem vorgegebenen Abstand zueinander (d, d' und d") angeordnet. In Abb. 3 werden d, d' und d" zwar als gleiche Entfernungen dargestellt, doch dies muß nicht unbedingt so sein. Jede beliebige Druckkopfkonstruktion, die eine große Anzahl Matrices mit derselben oder unterschiedlichen Anzahlen von Drucköffnungen umfaßt, wobei die Matrices versetzt und jeweils zwischen zwei Abstandhaltermitteln angeordnet sind, fällt innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung. So ist z. B. eine Druckkopfkonstruktion mit mehr als drei Matrices von Drucköffnungen, die die gleiche oder eine unterschiedliche Länge und die gleiche oder eine unterschiedliche Anzahl Drucköffnungen aufweisen und bei denen der Abstand zwischen den Abstandhaltermitteln gleich oder verschieden ist, eine Druckkopfkonstruktion der vorliegenden Erfindung.
Eine zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung nutzbare Druckkopfkonstruktion kann ebenfalls maschenförmig gestaltet werden, wie z. B. in der US-P 5 036 341 beschrieben. Eine zur Verwendung in einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung nutzbare Druckkopfkonstruktion enthält vorzugsweise einen Drucköffnungen aufweisenden Bogen aus isolierendem Material, vorzugsweise einem polymeren Material. Der Tonerstrom vom Tonerzuliefermittel zum aufnehmenden Substrat in einem Gleichstromfeld zwischen dem Tonerzuliefermittel und dem Substrat wird durch auf der Druckkopfkonstruktion befindliche Steuerelektroden gesteuert. Verschiedene Formen von Steuerelektroden sind möglich: eine einzelne Steuerelektrode ist jeweils um eine einzelne Drucköffnung herum angeordnet, eine einzelne Steuerelektrode kann eine Reihe von Drucköffnungen steuern, wie z. B. in der US-P 5 121 144 beschrieben, oder die Steuerelektroden um jede Drucköffnung herum können segmentiert sein, wie z. B. in der WO 94/26527 beschrieben. Eine in der vorliegenden Erfindung verwendete Druckkopfkonstruktion kann auf der Fläche der Druckkopfkonstruktion, die der die Steuerelektroden tragenden Fläche zugewandt ist, eine Schirmelektrode enthalten. Solch eine Schirmelektrode kann verschiedenförmig gestaltet werden: es kann eine kontinuierliche Elektrode sein oder aber auch eine auf die Drucköffnungen abgestimmte Form aufweisen, wie in der am 11. Juni 1996 eingereichten europäischen Patentanmeldung 96201622 beschrieben.
Das Gleichstromfeld zwischen dem Tonerzuliefermittel und dem Toner aufnehmenden Substrat kann durch Anlegen eines Potentialunterschieds zwischen dem Tonerzuliefermittel und einer hinter dem Substrat angeordneten Gegenelektrode oder aber ebenfalls durch Anlegen eines Potentialunterschieds zwischen dem Tonerzuliefermittel und dem Substrat selber erhalten werden, wie in der am 8. August 1996 eingereichten europäischen Patentanmeldung beschrieben.
Das Tonerzuliefermittel in einer DEP-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist ein Mittel mit einer endlosen Außenfläche, auf der geladene Tonerteilchen weitergetragen werden. Es kann in zylindrischer Form vorliegen oder die Form eines Endlosbands aufweisen. Falls die geladenen Tonerteilchen von einem magnetischen Einzelkomponenten-Entwickler herrühren, kann an das Tonerzuliefermittel am besten ein magnetisches, die geladenen Tonerteilchen zur Oberfläche des Tonerzuliefermittels hinziehendes Feld angelegt werden. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Tonerzuliefermittel ein Auftragmittel mit nicht-magnetischem Einzelkomponenten-Entwickler, d. h. die Oberfläche des Tonerzuliefermittels trägt nicht-magnetische geladene Tonerteilchen.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die geladenen Tonerteilchen auf der Oberfläche des Tonerzuliefermittels magnetische Trägerteilchen und nichtmagnetische geladene Tonerteilchen enthaltender Mehrkomponenten- Entwickler (Zweikomponenten-Entwickler), wobei die Tonerteilchen durch eine Magnetbürste (die sowohl Trägerteilchen als auch Tonerteilchen enthält) auf das Tonerzuliefermittel abgesetzt werden, das lediglich geladene Tonerteilchen enthält. DEP-Geräte mit einer magnetische Trägerteilchen und nicht-magnetische geladene Tonerteilchen enthaltenden Magnetbürste, mit der geladene Tonerteilchen auf das Tonerzuliefermittel abgesetzt werden, werden z. B. in der EP-A 740 224 beschrieben.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Tonerzuliefermittel eine Magnetbürste, die magnetische Trägerteilchen und nicht-magnetische Tonerteilchen enthält, und werden die Tonerteilchen direkt von den "Haaren" der Magnetbürste hergezogen. In dieser Ausführungsform stehen die Abstandhaltermittel in Berührung mit der Hülse der Magnetbürste und halten die Entfernung zwischen der Magnetbürste und der Druckkopfkonstruktion konstant.
Ungeachtet der Weise des Auftrags der Tonerteilchen (gegebenenfalls in Kombination mit Trägerteilchen als "Haare" einer Magnetbürste) auf die Oberfläche des Tonerzuliefermittels, kommt die Breite der auf das Tonerzuliefermittel angebrachten Tonerschicht (oder der Schicht aus Haaren der Magnetbürste) vorzugsweise nicht über den Abstand zwischen den am Ende der Matrix von Drucköffnungen befindlichen Abstandhaltermitteln hinaus. Dadurch werden von den Abstandhaltermitteln keine Tonerteilchen zwischen der Oberfläche des Tonerzuliefermittels und der das Tonerzuliefermittel berührenden Oberfläche der Abstandhaltermittel gepreßt, wodurch die Tonerteilchen keinem physischen Druck unterzogen und Tonerverschmierung und Verstopfung der Drucköffnungen durch verformte (halb geschmolzene) Tonerteilchen weitgehend vermieden werden.

BEISPIELE

Die Druckkopfkonstruktion

Es wird eine Druckkopfkonstruktion aus einer doppelseitig mit einer 5 arm starken Kupferfolie überzogenen Polyimidfolie mit einer Stärke von 50 um hergestellt. Auf der dem aufnehmenden Substrat zugewandten Rückseite der Druckkopfkonstruktion wird um jede rechteckige Drucköffnung herum eine rechteckige Steuerelektrode angeordnet. Die Steuerelektroden sind jeweils über 2 MΩ-Widerstände an einen von Supertex, USA, vertriebenen und durch eine Hochspannungsquelle gesteuerten integrierten Hochspannungsschaltkreis HV 507 (Handelsname) angeschlossen. Auf der dem Tonerzuliefermittel zugewandten Vorderseite der Druckkopfkonstruktion ist eine Gesamtschirmelektrode angeordnet. Die Druckkopfkonstruktion ist mit zwei Reihen von Drucköffnungen versehen. Der Öffnungsdurchmesser der Drucköffnungen beträgt 360 um · 120 um. Die Größe der Kupfersteuerelektroden beträgt 520 um · 280 um. Zum Erhalt einer Gesamtresolution von 85 dpi werden die Reihen von Drucköffnungen versetzt angeordnet. Die Druckkopfkonstruktion enthält eine Schirmelektrode mit einem 1,6 mm breiten Schlitz, in dem die Drucköffnungen angeordnet sind. Diese Schirmelektrode und Druckkopfkonstruktion entsprechen den Beschreibungen in der am 11. Juni 1996 eingereichten europäischen Patentanmeldung 96201622. Die Druckkopfkonstruktion enthält zwei Polyurethanstreifen als Abstandhaltermittel. Die Abstandhaltermittel sind 300 um stark und 10 mm breit und werden in einem Abstand (d) von 0,165 m auseinander angeordnet.

Das Tonerzuliefermittel

Das Tonerzuliefermittel ist eine handelsübliche Tonerpatrone mit nicht-magnetischem Einzelkomponenten- Entwickler, dem COLOR LASER TONER CARTRIDGE MAGENTA (M3760GIA), für den COLOR LASER WRITER (Handelsnamen von Apple Computer, USA).

Die Druckvorrichtung

Die Druckkopfkonstruktion und das Förderband für geladene Tonerteilchen sind innerhalb eines Rahmens befestigt. Die Druckkopfkonstruktion wird durch Spiralfedern innerhalb des Rahmens gespannt und durch die Abstandhaltermittel gegen das Förderband für geladene Tonerteilchen gedrückt. Der Abstand zwischen dem Förderband für geladene Tonerteilchen und der Druckkopfkonstruktion beträgt 300 um und entspricht der Stärke der Abstandhaltermittel. Die Druckkopfkonstruktion wird derart mittels der Abstandhaltermittel in Berührung mit dem Tonerzuliefermittel angeordnet, daß der in Berührung mit dem Tonerzuliefermittel stehende Teil der Druckkopfkonstruktion eine Art von Buckel aufweist, der sich 1 mm oberhalb der Linie erstreckt, die die Oberflächen der Stützelemente für die Druckkopfkonstruktion verbindet.
Hinter dem Druckpapier befindet sich eine Gegenelektrode, wobei der Abstand zwischen der Gegenelektrode und der Rückseite der Druckkopfkonstruktion (d. h. den Steuerelektroden) auf 750 um und die Durchlaufgeschwindigkeit des Papiers auf 2 cm/sek eingestellt wird. Die Schirmelektrode ist geerdet: V2 = 0 V. An die Steuerelektroden wird jeweils eine (bildmäßige) Spannung V3 zwischen 0 V und -280 V angelegt. Die Gegenelektrode wird an eine Hochspannungsquelle von +1000 V angeschlossen. An die Hülse des Tonerzuliefermittels wird eine Wechselspannung von 250 V (Vrms, Effektivspannung) bei 3,0 kHz und einer Gleichstromabweichung von -100 V angelegt. WS/GS ist also gleich 2,5.

DRUCKBEISPIELE

Die Druckqualität der nachstehenden Druckbeispiele wird optisch auf Basis von zwei Kriterien und mit einer Qualitätsziffer zwischen 5 (sehr gut) und 1 (schlecht) ausgewertet. Die zwei Kriterien sind die Gleichmäßigkeit der Dichte in der Druckrichtung (EPD) und die Gleichmäßigkeit der Dichte in der Richtung senkrecht zu der Druckrichtung (EPPD). Die Gesamtdruckqualität (TQ) wird als (EPD/EPPD)/2 ausgedrückt.
Die erhaltene Dichte wird ebenfalls gemäß einer relativen Skala ausgewertet (Dmax).
Die Ergebnisse aller Beispiele und des vergleichenden Beispiels werden in Tabelle 1 aufgelistet.

BEISPIEL 1 (E1)

Man verwendet eine obenbeschriebene Druckkopfkonstruktion, wobei Fl = 2220 N/m und diese Kraft durch einen Abstand von 50 mm getrennte Einwirkungspunkte aufweist, und wobei Fw = 1500 N/m, Fwb = 500 N/m und Fwo = 1000 N/M und diese Kräfte durch einen Abstand von 200 mm getrennte Einwirkungspunkte aufweisen. WS/GS = 2,5. Die Entfernung d zwischen den Abstandhaltermitteln beträgt 0,165 m.

BEISPIEL 2 (E2)

Man verwendet eine obenbeschriebene Druckkopfkonstruktion, wobei Fl = 2220 N/m und diese Kraft durch einen Abstand von 50 mm getrennte Einwirkungspunkte aufweist, und wobei Fw = 1000 N/m, Fwb = 500 N/m und Fwo = 500 N/M und diese Kräfte durch einen Abstand von 200 mm getrennte Einwirkungspunkte aufweisen. WS/GS = 2,5. Die Entfernung d zwischen den Abstandhaltermitteln beträgt 0,165 m.

BEISPIEL 3 (E3)

Man verwendet eine obenbeschriebene Druckkopfkonstruktion, wobei Fl = 2220 N/m und diese Kraft durch einen Abstand von 50 mm getrennte Einwirkungspunkte aufweist, und wobei Fw = 90 N/m, Fwb = 0 N/m und Fwo = 90 N/M und diese Kräfte durch einen Abstand von 200 mm getrennte Einwirkungspunkte aufweisen. WS/GS = 2,5. Die Entfernung d zwischen den Abstandhaltermitteln beträgt 0,165 m.

BEISPIEL 4 (E4)

Beispiel 3 wird wiederholt, ausgenommen was das Gleichstrom- und Wechselstromfeld betrifft. An die Hülse des Tonerzuliefermittels werden ein Gleichstromfeld von -30 V und eine Wechselspannung von 1000 V (Vrms) angelegt. WS/GS = 30,3.

VERGLEICHENDES BEISPIEL (CE)

Eine obenbeschriebene Druckkopfkonstruktion wird auf einem Vierspantprofil befestigt, wie in der EP-A 712 056 beschrieben, wobei Fl über einen Abstand von 50 mm vier Einwirkungspunkte mit einer Kraft pro laufendes Meter von 2000 N/m aufweist und Fw über einen Abstand von 200 mm sechs Einwirkungspunkte mit einer Kraft pro laufendes Meter von 750 N/m aufweist. Auf der Außenfläche des Tonerzuliefermittels werden ein Gleichstromfeld von -100 V und ein das Gleichstromfeld überlagerndes Wechselstromfeld von 300 Vers angelegt. WS/GS = 3,0.
Das Tonerzuliefermittel wird in einem Abstand von 300 um zu der Druckkopfkonstruktion angeordnet und es werden KEINE Abstandhaltermittel verwendet, dies heißt, daß die Druckkopfkonstruktion und das Tonerzuliefermittel gar NICHT miteinander in Berührung stehen. TABELLE 1
Die Titel der Tabelle haben die eingangs erklärten Bezeichnungen. n. g. bedeutet nicht gemessen.
Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß durch den Gebrauch einer Druckkopfkonstruktion der vorliegenden Erfindung eine viel bessere Druckqualität erzielt werden kann als mit einer DEP-Vorrichtung mit keinen Abstandhaltermitteln.

Claims

1. DEP-Vorrichtung, die eine Druckkopfkonstruktion (100) mit einer ersten und einer zweiten großen Fläche und ein Tonerzuliefermittel (103) mit einer Außenfläche enthält, wobei

i) die erste große Fläche der Druckkopfkonstruktion der Außenfläche des Tonerzuliefermittels zugewandt ist, und

ii) die Außenfläche in eine Richtung A, bezogen auf die erste große Oberfläche, bewegt und durch wenigstens zwei Abstandhaltermittel (102), die mit der Richtung A einen Winkel zwischen 45º und 0º bilden, in einer konstanten Entfernung D von der ersten großen Fläche gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhaltermittel in einer derartigen Entfernung d voneinander angeordnet werden, daß 1 cm ≤ d ≤ 50 cm.

2. DEP-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhaltermittel in einer derartigen Entfernung d voneinander angeordnet werden, daß 5 cm ≤ d ≤ 35 cm.

3. DEP-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Entfernung D derartig ist, daß 25 um ≤ D ≤ 500 um.

4. DEP-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Entfernung D derartig ist, daß 50 um ≤ D ≤ 300 um.

5. DEP-Vorrichtung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkopfkonstruktion ein polymeres Substrat, in dem Drucköffnungen vorliegen, enthält.

6. DEP-Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkopfkonstruktion eine große Anzahl Matrices von Drucköffnungen (101a, 101b, 101c) aufweist, jede Matrix zwischen zwei Abstandhaltermitteln (102a-102e) angeordnet wird und die Matrices versetzt angeordnet werden.

7. DEP-Vorrichtung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkopfkonstruktion und das Tonerzuliefermittel über die Abstandhaltermittel durch federnde Mittel miteinander in Berührung gehalten werden.

8. DEP-Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Mittel eine Kraft (Fl) in eine Richtung parallel zu den Drucköffnungen und eine Kraft (FW) in eine Richtung senkrecht zu den Drucköffnungen auf die Druckkopfkonstruktion ausüben, und dadurch gekennzeichnet, daß FW/Fl ≤ 0,5.

9. DEP-Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß FW/d < 5000.

10. DEP-Vorrichtung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wechselstromspannung WS eine an die Außenfläche des Tonerzuliefermittels angelegte Gleichspannung GS überlagert, und dadurch gekennzeichnet, daß 10 ≤ WS/GS ≤ ∞.