DE69719618T2

DE69719618T2 - Xerographische Vorrichtung und Verfahren zum Aufladen und zur Übertragung

Info

Publication number: DE69719618T2
Application number: DE69719618T
Authority: DE
Inventors: Dale R. Mashtare; Christopher Snelling
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1996-06-24
Filing date: 1997-06-24
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2017-06-25
Also published as: DE69719618D1; JPH1048923A; US5678145A; EP0816933B1; EP0816933A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die xerografische Aufladung und Übertragung und im Besonderen eine Vorrichtung zum Laden und/oder Übertragen eines Bildes von einem dielektrischen Material, vorrangig zur Verwendung in xerografischen oder Trockenkopier-Vervielfältigungssystemen, und speziell eine Vorrichtung unter Ausnutzung des pyroelektrischen Effekts, um eine Aufladung und/oder Übertragung in einem xerografischen System zu erreichen.
Allgemein wird der elektrostatografische Kopiervorgang ausgelöst, indem ein Lichtbild eines Originaldokuments auf einem weitgehend gleichförmig aufgeladenen Fotorezeptorelement belichtet wird. Durch Belichten des aufgeladenen Fotorezeptorelements mit einem Lichtbild wird eine darauf befindliche lichtleitende Oberfläche in den Bereichen entladen, die den Nichtbildbereichen im Originaldokument entsprechen, während die Ladung in den Bildbereichen aufrechterhalten wird, wodurch ein latentes elektrostatisches Bild des Originaldokuments auf dem Fotorezeptorelement erzeugt wird. Dieses latente Bild wird anschließend zu einem sichtbaren Bild entwickelt, indem geladenes Entwicklungsmaterial auf dem Fotorezeptorelement derart abgelagert wird, dass das Entwicklungsmaterial zu den geladenen Bildbereichen auf der lichtleitenden Oberfläche hingezogen wird. Anschließend wird das Entwicklungsmaterial von dem Fotorezeptorelement zu einem Kopieblatt oder einem anderen Bildträgersubstrat übertragen, um ein Bild zu erzeugen, das sich permanent auf dem Bildträgersubstrat fixieren lässt, wodurch eine elektrofotografische Vervielfältigung des Originaldokuments entsteht. In einem abschließenden Schritt in dem Prozess wird die lichtleitende Oberfläche des Fotorezeptorelements gereinigt und eventuell verbliebenes Restentwicklungsmaterial, das möglicherweise auf der Oberfläche verblieben ist, in Vorbereitung auf nachfolgende Bilderzeugungszyklen entfernt.
Der oben beschriebene elektrostatografische Kopierprozess ist hinlänglich bekannt und wird allgemein zum Lichtlinsenkopieren eines Originaldokuments eingesetzt. Darüber hinaus gibt es analoge Prozesse auch in anderen elektrostatografischen Druckanwendungen, wie beispielsweise beim digitalen Laserdrucken, bei dem ein latentes Bild auf der lichtleitenden Oberfläche über einen modulierten Laserstrahl erzeugt wird, oder beim ionografischen Drucken und Vervielfältigen, wo als Reaktion auf elektronisch erzeugte oder gespeicherte Bilder Ladung auf einer ladungshaltenden Oberfläche abgesetzt wird.
Bislang waren ein Polyvinylidenfluoridfilm (PVDF) und andere Materialien dafür bekannt, pyroelektrische Effekte herbeizuführen. So ist beispielsweise bekannt, dass PVDF-Filme erhitzt werden können, um die Ausbildung einer elektrostatischen Ladung auf der Oberfläche des Films nach sich zu ziehen. Darüber hinaus verstärkt sich durch eine Polarisierung des Films, bei der die Mehrheit der Dipolmomente permanent zueinander ausgerichtet sind, das pyroelektrische Verhalten beim Film. Als Alternative dazu können auch andere Materialien, wie beispielsweise Triglycinsulfat (TGS) verwendet werden, um die elektrostatische Ladung als Antwort auf eine Temperaturänderung zu erzeugen, wie von Crowley in "Fundamentals of Applied Electrostatics" [Grundlagen der angewandten Elektrostatik] (Wiley & Sons, New York, 1986, pp. 137-145) beschrieben.
In US-A-5 185 619 ist beispielsweise ein Drucker offen gelegt, bei dem zur Erzeugung von Ausdrucken pyroelektrische Bilderzeugungselemente Anwendung finden. US-A-3 824 098 legt eine elektrostatische Kopiervorrichtung mit einem Polymer-Polyvinylidenfluorid-Film als Medium zur Erzeugung einer als Muster ausgebildeten versehenen elektrostatischen Ladung offen.
Wie bereits oben erörtert, ist es bei elektrostatografischen Vervielfältigungsgeräten notwendig, eine geeignete lichtleitende oder Vervielfältigungsoberfläche mit einem Ladungspotenzial aufzuladen, bevor darauf das Lichtbild erzeugt wird. Zum Anlegen der elektrostatischen Ladung an einen lichtleitenden Isolierkörper sind verschiedene Mittel vorgeschlagen worden. Bei einem Verfahren zum Aufladen des lichtleitenden Isolierkörpers handelt es sich um eine Form der Coronaentladung, wobei eine angrenzende Elektrode mit einem oder mehreren feinen leitenden Körpern, die auf einem hohen elektrischen Potenzial gehalten werden, zur Anlegung einer elektrischen Ladung an die angrenzende Oberfläche des lichtleitenden Körpers führt. Beispiele für derartige Coronaentladungsvorrichtungen sind in US-A-2 836 725 und in US-A- 2 922 883 beschrieben. In der Praxis kann ein Corotron (Coronaentladungsvorrichtung) zum Aufladen des Lichtleiters vor der Belichtung verwendet werden und ein anderes Corotron zum Laden des Kopieblattes während des Tonerübertragungsschrittes. Corotronen sind kostengünstige, stabile Einheiten, sie reagieren jedoch empfindlich auf Änderungen hinsichtlich der Feuchtigkeit und der dielektrischen Dicke des Isolators, der aufgeladen wird. Folglich ist die Dichte der Oberflächenladung, die von diesen Vorrichtungen erzeugt wird, eventuell nicht immer konstant bzw. gleichmäßig.
Als Alternative zu den Corotron-Ladesystemen wurden Walzenladesysteme entwickelt. Beispiele dafür sind in US-A-2 912 586, US-A-3 043 684, US-A-3 398 336, US- A-3 684 364 und US-A-3 702 482 angegeben. Diese Vorrichtungen betreffen das Kontaktladen, das heißt, die Ladewalze wird mit der aufzuladenden Oberfläche, also mit dem Fotorezeptor oder dem letztendlichen Trägerblatt (Papier), in Kontakt gebracht.
Bei den Ladewalzen mit Oberflächenkontakt der oben erwähnten Art nach dem Stand der Technik gibt es Beschränkungen hinsichtlich der Drehgeschwindigkeit, die durch die Bewegungsgeschwindigkeit der aufzuladenden Oberfläche geregelt wird. Anders ausgedrückt, da die Ladewalze das Trägerelement berührt, ungeachtet dessen, ob es sich um eine Lichtleitertrommel oder ein Band oder ein Blatt Papier handelt, auf die/das Toner übertragen wird, muss die Oberflächengeschwindigkeit der Ladewalze genauso groß sein wie die Geschwindigkeit des aufladbaren Trägerelements. In US-A-3 395 517 ist das allgemeine Verhältnis zwischen der Intensität eines Energiestroms und der zum gleichmäßigen Aufladen der Bilderzeugungsoberfläche erforderlichen Geschwindigkeit der Abbildungsfläche offen gelegt. In US-A-3 395 517 ist die Ladewalze von der Abbildungsoberfläche beabstandet und muss nicht mit der Bewegung der Abbildungsoberfläche synchronisiert werden.
Darüber hinaus müssen bei all diesen Vorrichtungen nach dem Stand der Technik die Walzenmaterialien im Allgemeinen auf die spezielle Anwendung zugeschnitten sein und die Ladungsmenge, die auf den aufladbaren Träger aufgebracht wird, wird lediglich als Funktion der an die Ladungswalze angelegten Spannung geregelt. Das Vermeiden eines Durchschlags vor dem Spalt lässt sich durch eine angemessene Auswahl der elektrischen Walzeneigenschaften erreichen. Die dielektrischen Nachwirkzeiten für die Ladungs- und Übertragungswalzenstrukturen sind entsprechend der speziellen Prozessgeschwindigkeit definiert. Neben den erforderlichen Veränderungen der Ladungswalzenstrukturen für verschiedene Betriebsgeschwindigkeiten müssen auch die Nachwirkzeiten der Ladewalzen in einem annehmbaren Bereich aufrechterhalten werden. Daher stellt eine Qualitätsminderung infolge von Änderungen der Leitfähigkeit, ausgelöst durch Walzenkontaminierung von geändertem Walzenmaterial, eine potenzielle Fehlerquelle bei Ladungswalzen dar.
Das Übertragen von Entwicklungsmaterial von dem Fotorezeptorelement zum Bildträgersubstrat erfolgt an einer Übertragungsstation. Bei einer konventionellen Übertragungsstation wird die Übertragung erreicht, indem elektrostatische Kraftfelder in einer Übertragungsregion angelegt werden, die ausreichen, um jene Kräfte zu überwinden, die die Tonerpartikel an der Oberfläche des Fotorezeptorelements festhalten. Durch diese elektrostatischen Kraftfelder werden die Tonerpartikel zu dem Kopieblatt oder einem anderen Bildträgersubstrat hingezogen und übertragen. Im typischen Fall wird die Übertragung von Tonerbildern zwischen Trägerflächen über eine elektrostatische Anziehung mit Hilfe einer Coronaerzeugungsvorrichtung bewerkstelligt. Bei derartigen Corona-induzierten Übertragungssystemen wird die Oberfläche des Bildträgersubstrats in direkten Kontakt mit dem Tonerbild gebracht, während das Bild auf dem Fotorezeptorelement gehalten wird. Die Übertragung geschieht durch "Besprühen" der Rückseite des Trägersubstrats mit einer Coronaentladung, die eine Polarität aufweist, die zu der der Tonerpartikel entgegengesetzt ist, wodurch die Tonerpartikel elektrostatisch zu dem Blatt hingezogen werden. In US-A-2 836 725 ist ein Beispiel für ein Ionenemissions-Übertragungssystem offen gelegt.
Des Weiteren wurde die Tonerübertragung erfolgreich mit Hilfe des Vorspannungswalzen-Übertragungssystems durchgeführt. Diese Art von Übertragungsvorrichtung wurde zuerst in US-A-2 807 233 beschrieben, worin die Verwendung einer Metallwalze offen gelegt ist, die mit einer elastischen Schicht mit einem spezifischen Widerstand von mindestens etwa 106 flcm offen gelegt, die als Einrichtung zum Regeln der Magnet- und Nichtmagnetkräfte dient, die während des Übertragungsvorgangs auf die Tonerpartikel einwirken. Die Übertragung mit vorgespannter Walze wurde in vielen xerografischen Kopiersystemen und Vorrichtungen nach dem neusten Stand der Technik das Übertragungsverfahren erster Wahl, wie beispielsweise an der Geräteserie 9000 von Xerox Corporation erkennbar ist. Beachtenswerte Beispiele für Vorspannungswalzen-Übertragungssysteme sind in US-A-3 702 482 und in US-A- 3 782 205 beschrieben.
Kritisch ist bei dem Übertragungsprozess vor allem die Beibehaltung desselben Musters und derselben Intensität elektrostatischer Felder sowie die Übertragung des latenten elektrostatischen Originalbildes, ohne dass es zu einem Verstreuen und Verschmieren des Entwicklermaterials kommt. Dieses wesentliche und schwierige Kriterium wird durch eine sorgsame Regelung der elektrostatischen Felder erfüllt, die notwendigerweise groß genug sein müssen, um den Tonertransfer zu bewirken, während sie gleichzeitig klein genug sind, damit es nicht zur Bildung von Lichtbögen oder einer zu großen Ionisierung an unerwünschten Stellen kommt. Derartige elektrische Störungen können Kopier- oder Druckdefekte hervorrufen, indem die Tonerübertragung vereitelt wird oder indem ein unkontrollierter Transfer erfolgt, der ohne Weiteres zu einem Streuen oder Verschmieren des Entwicklermaterials führen kann. Bislang waren bei Übertragungs- und Aufladesystemen hohe Spannungsquellen bei niedrigen Strompegeln erforderlich, um dasselbe Muster und dieselbe Intensität elektrostatischer Felder wie bei dem latenten elektrostatischen Originalbild, das gerade vervielfältigt wird, aufrechtzuerhalten und damit eine Übertragung auszulösen. Dieses Erfordernis wurde gewöhnlich durch die Bereitstellung von Hochspannungs- Stromversorgungen für die Speisung der Coronas und der Vorspannungswalzen erfüllt, von denen solche Prozesse wie Vorladung, Entwicklung und Übertragung ausgeführt werden. Durch diese Hochspannungs-Stromversorgungen erhöhten sich die Gesamtkosten und auch das Gewicht der elektrofotografischen Drucker.
Ein einfacher, relativ kostengünstiger und genauer Ansatz zum Eliminieren der Kosten und des Gewichts traditioneller Hochspannungsquellen in derartigen Drucksystemen war und ist Ziel der Konstruktion, Herstellung und des Einsatzes elektrofotografischer Drucker. Die Notwendigkeit der Bereitstellung genauer und kostengünstiger Übertragungs- und Ladesysteme spitzte sich mit der wachsenden Nachfrage nach qualitativ hochwertigen, relativ preisgünstigen elektrofotografischen Druckern immer mehr zu. Gewöhnlich wurde dieses Erfordernis durch die Aufnahme von Hochspannungs-Stromversorgungseinheiten erfüllt. Diese Hochspannungs-Stromversorgungen kamen noch zu den Gesamtkosten und zu dem Gewicht der elektrofotografischen Drucker hinzu.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine pyroelektrische Vorrichtung zum Laden einer fotoleitenden Oberfläche geschaffen, die umfasst: eine Tragestruktur einer leitenden Walze; eine Schicht aus pyroelektrischem Film, die die leitende Walze gibt und in Kontaktbeziehung zu der fotoleitenden Fläche gebracht wird; und eine Heizvorrichtung, die mit dem pyroelektrischen Film in Verbindung steht, um Flächenpotenziale zu erzeugen, die die fotoleitende Fläche laden.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Druckeinrichtung geschaffen, die umfasst: eine fotoleitende Fläche; eine Ladevorrichtung, die mit der fotoleitenden Fläche in Kontakt gebracht wird, um die fotoleitende Fläche zu laden, wobei die Ladevorrichtung eine leitende Walze, einen pyroelektrischen Film, der die leitende Walze umgibt, sowie eine Heizvorrichtung enthält, die mit dem pyroelektrischen Film in Verbindung steht, um den pyroelektrischen Film zu erhitzen und Flächenpotenziale zu erzeugen, die die fotoleitende Fläche laden; eine Bilderzeugungsvorrichtung, die die fotoleitende Fläche in Bildstruktur entlädt; eine Entwicklungsvorrichtung, die die Bildstruktur auf der fotoleitende Fläche entwickelt; eine Übertragungsvorrichtung, die die Bildstruktur von der fotoleitenden Fläche auf ein Kopieblatt überträgt; eine Fixiervorrichtung, die die Bildstruktur auf dem Kopieblatt fixiert; und eine Ausgabevorrichtung, die das Kopieblatt von der Fixiervorrichtung aufnimmt.
Nach noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Laden einer fotoleitenden Fläche geschaffen, das die folgenden Schritte umfasst: (a) Bereitstellen einer leitenden Walze; (b) Umgeben der leitenden Walze mit einer Schicht aus pyroelektrischem Film; (c) Anordnen der leitenden Walze, sodass ihre Schicht aus pyroelektrischen Film mit einer fotoleitenden Fläche in Kontakt ist; (d) Erhitzen und Abkühlen der Schicht aus pyroelektrischem Film, um Nettoladungs- Flächenpotenziale auf dem pyroelektrischen Film zu erzeugen und die fotoleitende Fläche zu laden.
Dementsprechend werden in der vorliegenden Patentschrift ein Verfahren und eine Vorrichtung offen gelegt, die den Lade- und Übertragungsschritt in xerografischen Systemen ermöglichen, indem zur Erzeugung der effektiven Ladung/Oberflächenpotenziale pyroelektrische Materialien verwendet werden. Durch Erhitzen und Abkühlen eines pyroelektrischen Films, beispielsweise aus PVDF, wird eine thermische Ausdehnung bzw. Zusammenziehung induziert, die Änderungen der Flächenladungsdichte verursacht, die zur Bereitstellung der erforderlichen Ladung des fotoleitenden Elements vor der Belichtung des fotoleitenden Elements in Bildstruktur sowie zur Bereitstellung der elektrischen Ladung verwendet wird, die für die Übertragung eines Bildes von dem fotoleitenden Elements auf das Kopieblatt erforderlich ist. Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nun lediglich anhand von Beispielen auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
Fig. 1 die erfindungsgemäßen Ladungs-Teilsysteme veranschaulicht, und Fig. 2 ein als Beispiel angegebenes xerografisches System mit dem Lade- und dem Übertragungs-Teilsystem der vorliegenden Erfindung darstellt.
Jetzt wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen pyroelektrischen Lade- und Übertragungsteilsysteme beschrieben, die vorzugsweise für die Anwendung in einem konventionellen Kopierer/Drucker gedacht ist. Allerdings sollte klar sein, dass die erfindungsgemäßen pyroelektrischen Lade- und Übertragungsvorrichtungen bei jedem beliebigen Gerät zum Einsatz kommen könnten, die das Aufladen eines dielektrischen Materials und die Übertragung eines Bildes von jenem dielektrischen Material auf ein Stück eines Trägermaterials erforderlich macht.
Zum allgemeinen Verständnis der erfindungsgemäßen Merkmale wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen. In den Zeichnungen sind die gleichen Bezugsziffern durchweg zur Kennzeichnung identischer Elemente verwendet worden. Fig. 2 verdeutlicht schematisch die verschiedenen Teilsystemkomponenten eines der Veranschaulichung dienenden elektrofotografischen Geräts mit den Lade- und Übertragungsvorrichtungen der hier beschriebenen Erfindung.
Wie bei allen elektrofotografischen Geräten der dargestellten Art wird eine Trommel 10 mit einer lichtleitenden Oberfläche 12, die fest auf der Außenumfangsfläche eines leitenden Substrats aufgebracht wurde, in Pfeilrichtung 14 drehend durch die einzelnen Prozessstationen befördert. Zum Beispiel kann die lichtleitende Oberfläche 12 aus Selen hergestellt sein und auf einem geeigneten leitenden Substrat aus Aluminium angebracht sein.
Zu Beginn dreht Trommel 10 einen Teil der lichtleitenden Oberfläche 12 durch eine Ladestation A. In der Ladestation A kommt eine erfindungsgemäße Ladungsvorrichtung zum Einsatz, allgemein mit der Bezugsziffer 60 angegeben, um die lichtleitende Oberfläche 12 auf ein relativ hohes, weitgehend gleichmäßiges Potenzial aufzuladen. Anschließend dreht Trommel 10 den aufgeladenen Teil der lichtleitenden Oberfläche 12 zur Belichtungsstation B weiter. Zu der Belichtungsstation B gehört eine Belichtungseinrichtung, allgemein mit der Bezugsziffer 18 gekennzeichnet, die eine stationäre, transparente Auflageplatte, beispielsweise eine Glasplatte oder Ähnliches, zum Halten eines Originaldokuments aufweist. Mit Lampen wird das Originaldokument belichtet. Das Scannen des Originaldokuments erfolgt durch Hin- und Herbewegen eines Spiegels zeitlich abgestimmt zur Bewegung der Trommel 10 oder durch Verschieben der Lampen und Linse quer über das Originaldokument, sodass inkrementale Lichtbilder erzeugt werden, die durch einen Öffnungsschlitz auf den geladenen Teil der lichtleitenden Oberfläche 12 projiziert werden. Durch die Strahlung des geladenen Teils der lichtleitenden Oberfläche 12 wird ein latentes elektrisches Bild aufgezeichnet, das den Informationsbereichen innerhalb des Originaldokuments entspricht.
Anschließend dreht Trommel 10 das latente elektrostatische Bild, das auf der lichtleitenden Oberfläche 12 aufgezeichnet ist, zur Entwicklungsstation C. Die Entwicklungsstation C enthält eine Entwicklereinheit, allgemein mit der Bezugsziffer 20 angegeben, die ein Gehäuse mit einem darin befindlichen Vorrat an Entwicklermischung aufweist. Die Entwicklermischung umfasst Trägerkörnchen mit triboelektrisch an ihnen haftenden Tonerpartikeln. Vorzugsweise werden die Trägerkörnchen aus einem magnetischen Material gebildet, wobei die Tonerpartikel aus einem wärmefixierbaren Kunststoff bestehen. Bei der Entwicklereinheit 20 handelt es sich vorzugsweise um ein Magnetbürsten-Entwicklungssystem. Ein derartiges System bewegt die Entwicklermischung durch ein Richtstromfeld, um dadurch eine Bürste auszubilden. Das auf der lichtleitenden Oberfläche 12 aufgezeichnete latente elektrostatische Bild wird entwickelt, indem es mit der Bürste aus Entwicklermischung in Kontakt gebracht wird. Auf diese Weise werden die Tonerpartikel elektrostatisch von den Trägerkörnchen zu dem latenten Bild hingezogen, die auf der lichtleitenden Oberfläche 12 ein Tonerpulverbild entstehen lassen.
Wie weiterhin aus Fig. 2 hervorgeht, wird ein Kopieblatt von der Blattzuführeinrichtung 35 zur Übertragungsstation D vorgeschoben. Mit Hilfe des Einzugs 80 bewegt die Blattzuführeinrichtung 35 aufeinander folgende Kopieblätter zu den Vorschub- Ausrichtrollen 23 und 27. Die Vorschub-Ausrichtrolle 23 wird konventionell von einem Motor (nicht abgebildet) in Pfeilrichtung 38 angetrieben, wodurch gleichzeitig die Spannrolle 27, die sich mit ihr in Kontakt befindet, in Pfeilrichtung 39 gedreht. Während des Betriebs zieht der Einzug 80 der Zuführeinrichtung 35 das oberste Substrat bzw. Blatt aus dem Stapel 30 in die Ausrichtrollen 23 und 27 ein und gegen die Ausrichtfinger 24. Der Stapel 30 befindet sich in einer Vorratskassette 31 und wird von einer gefederten Platte 32 nach oben zum Einzug 80 gedrückt. Von einer konventionellen Einrichtung werden die Finger 24 zeitlich abgestimmt zu einem Bild auf der Trommel 12 derart betätigt, dass das an den Fingern anliegende Blatt synchron mit dem Bild auf der Trommel zu der Trommel befördert wird. In US-A-3 902 715 ist ein konventionelles Steuersystem mit Ausrichtfingern abgebildet. Nachdem das Blatt von dem Finger 24 freigegeben worden ist, wird es über eine durch die Führungen 28 und 40 gebildete Rutsche zur Übertragungsstation D befördert.
Betrachtet man nun weiter die einzelnen Prozessstationen, so schließt die erfindungsgemäße Übertragungsstation D eine Ladevorrichtung 70 ein, bei der es sich um die Gleiche handelt wie die Ladevorrichtung 60, die eine Ladung an die Rückseite des Kopieblattes anlegt. Dadurch wird das Tonerpulverbild von der lichtleitenden Oberfläche zu dem Kopieblatt hingezogen.
Nach der Übertragung des Tonerpulverbildes auf das Kopieblatt wird das Blatt von dem Endlosförderband 44 in Pfeilrichtung 43 zur Fixierstation E transportiert.
Die Fixierstation E umfasst eine Fixiervorrichtung, die allgemein mit der Bezugsziffer 46 angegeben ist. Zu der Fixiervorrichtung 46 gehören eine Fixierwalze 48 und eine Andruckwalze 49, die zwischen sich einen Spalt bilden, den das Kopieblatt durchquert. Nach Beendigung des Fixiervorgangs wird das Kopieblatt mit konventionellen Rollen 52 zu der Auffangkassette 54 transportiert.
Nachdem das Kopieblatt von der lichtleitenden Oberfläche 12 getrennt wurde, bleiben einige Resttonerpartikel an ihr haften. An der Reinigungsstation F werden diese Tonerpartikel von der lichtleitenden Oberfläche 12 entfernt. Die Reinigungsstation F umfasst eine Coronaerzeugungsvorrichtung (nicht abgebildet), mit der die verbleibende elektrostatische Ladung auf der lichtleitenden Oberfläche 12 und jene der Resttonerpartikel neutralisiert werden. Anschließend werden die neutralisierten Tonerpartikel von der lichtleitenden Oberfläche 12 entfernt, und zwar mit Hilfe einer an ihr anliegenden drehbar befestigten Faserbürste (nicht abgebildet). Nach dem Reinigen flutet eine Entladungslampe (nicht abgebildet) die lichtleitende Oberfläche 12 mit Licht, sodass vor dem Aufladen für die nächsten darauf folgenden Bilderzeugungszyklen eventuell darauf verbliebene Restladung zerstreut wird.
Wendet man sich nun dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung zu, so stellt Fig. 1 die Ladevorrichtung 60 dar, die bei einem xerografischen Fotorezeptor-Ladevorgang zur Anwendung kommt. Wie bereits zuvor erwähnt, ist die Übertragungsvorrichtung 70 dieselbe wie die Ladevorrichtung 60. Die Ladevorrichtung 60 und die Übertragungsvorrichtung 70 ermöglichen die Ausführung des xerografischen Ladungs- und des Übertragungsschrittes, ohne dass dazu die Zufuhr einer hohen Spannung erforderlich ist, und sie stellen ein attraktives Mittel zur Verringerung der Systemkosten und der Systemgröße dar. Darüber hinaus ist die Eliminierung oder Reduzierung von Emissionen, die durch die Verwendung von Geräten auf der Grundlage der Coronaentladung hervorgerufen werden, im Hinblick auf eine Verringerung der Umweltbeeinträchtigung durch xerografische System wünschenswert. Diese wünschenswerten Ergebnisse und Vorteile gegenüber Corona-Lade- und Übertragungssystemen werden durch die Erzeugung von funktionalen Nettoladungs-/Flächenpotenzialen für xerografische Lade- und Übertragungsschritte aus der Zufuhr thermischer Energie zu dem flexiblen piezoaktiven PVDF-Material erreicht, was darauf zurückzuführen ist, dass dieses Material pyroelektrische Effekte auslösen kann.
Fig. 1 zeigt eine Konfiguration eines Pyrotron-Lade-/Übertragungs-Teilsystem 60 mit weichen Walzen, das bei einem xerografischen Fotorezeptor-Ladeprozess eingesetzt wird. Unter dem Wort Pyrotron ist hier eine xerografische Ladevorrichtung zu verstehen, die auf die Ausnutzung des pyroelektrischen Effekts zurückgeht. Wie in der Abbildung basiert die Ladevorrichtung 60 auf dem Pyrotronkonzept, das Wärmeenergie zur Erzeugung von Nettoladungs-/Flächenpotenzialen nutzt, und umfasst ein pyroelektrisches Material (PVDF) 61, das als Schicht auf eine leitende Walze 62 aufgebracht wird, die an der Stelle 63 geerdet ist. Die Walze 62 wird in Pfeilrichtung 69 gedreht und befindet sich in leichtem Kontakt mit dem Fotorezeptor 90, der in Pfeilrichtung 91 synchron zu dem pyroelektrischen Material 61 bewegt wird. Falls gewünscht, kann die Walze 62 auch asynchron zum Fotorezeptor 90 in Pfeilrichtung 92 bewegt werden. Es hat sich gezeigt, dass eine asynchrone Bewegung zwischen Fotorezeptor 90 und geladener Oberfläche aus PVDF-Material 61 zu einer besseren Ladungsgleichförmigkeit führt. Für die Übertragung ist hingegen eine synchrone Bewegung zwischen dem PVDF und dem dazwischenliegenden Papier ausreichend, die das Teilsystem vereinfacht, indem die Notwendigkeit des separaten Antriebs der Walzen entfällt. Zu dem Fotorezeptor 90 gehört ein leitendes Substrat 95 mit einem darauf angebrachten dielektrischen Material 97. An der Stelle 98 ist der Fotorezeptor 90 geerdet.
An der Stelle 65 ist eine beheizte, leitende Reinigungs- und Neutralisierungsklinge 64 geerdet und führt dem PVDF-Material 61 durch Kontakt mit ihm Energie zu. Im Idealfall würde die zum Laden der PVDF-Schicht 61 des Pyrotrons verwendete Wärmeenergiequelle von dem Toner-Wärmefixiersystem (nicht abgebildet) gereinigt werden. Als Alternative dazu könnten Widerstandsheizelemente zum Einsatz kommen. Bei dem Teilsystem aus Fig. 1 sind beispielsweise Widerstandselemente (nicht abgebildet) durch Siebdruck auf die Oberseite der Klinge 64 aufgebracht worden. Wesentlich ist jedoch, dass die Temperatur des PVDF-Materials 80ºC nicht übersteigt, um eine Entpolung zu verhindern. Diese Höchsttemperatur wird von dem konkret verwendeten pyroelektrischen Material diktiert. In dem Auffang 66 sollen Reststoffe aufgenommen werden, die mit der Klinge 64 von der Walze 61 entfernt wurden.
Im Test wurde der xerografische Übertragungsschritt mit einem 110 um dicken Film aus gepoltem PVDF erfolgreich ausgeführt, der um eine Kupferröhrenhalterung mit einem Durchmesser von 12,7 mm (1/2") gewickelt wurde und gegen eine geerdete, auf 150º F (66ºC) aufgeheizte leitende Gummischicht gerollt wurde. Mittels ESV wurde das Oberflächenpotenzial des anschließend abgekühlten PVDF gemessen und betrug etwa 900 V, was recht gut dem Wert entspricht, der mit Hilfe des veröffentlichten konstanten pyroelektrischen Wertes von PVDF in Höhe von 2, 3 nC/cm²/ºC vorausgesehen wurde. Die Tonerübertragung wurde durch das Rollen des aufgeladenen Films auf Papier erreicht, das auf ein mit Toner entwickeltes Bild auf einer geladenen 1-Milli-Mylar-Schablone aufgelegt wurde.
Aus dem Modellversuch mit der Pyrotronvorrichtung lässt sich ein Schätzwert für die zum Laden der Pyrotronvorrichtung 60 erforderlichen Wärmeenergie ableiten. Analysen ergaben einen Wärmeenergiebedarf für die Ladevorrichtung 60 aus Fig. 1 in der Größenordnung von 0,5 W/Cm bei einer Prozessgeschwindigkeit von 2,5 cm/s.
Es sollte klar geworden sein, dass hier eine Pyrotronvorrichtung offen gelegt wurde, die als Vorrichtung zum Laden einer lichtleitenden Oberfläche und/oder als Vorrichtung zum Übertragen von Bildern von einer lichtleitenden Oberfläche auf ein Kopieblatt ohne eine dazu erforderliche Hochspannungs-Versorgungseinrichtung einsetzbar ist. Die Pyrotronvorrichtung erreicht die zum Laden und/oder Übertragen erforderlichen elektrischen Felder/Flächenpotenziale durch direkte Umwandlung von Wärmeenergie, z. B. in geeignet gepolten PVDF-Materialien, durch den pyroelektrischen Effekt.
Zwar wurde die Erfindung anhand der hier offen gelegten Struktur beschrieben, sie ist jedoch nicht auf die angegebenen Details beschränkt und soll jegliche Modifizierung und Änderung, die in den Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche fallen, einschließen.

Claims

1. Pyroelektrische Vorrichtung (60) zum Laden eines fotoleitenden Flächenelementes, die umfasst:

eine Tragestruktur (62) einer leitenden Walze;

eine Schicht aus pyroelektrischem Film (61), die die leitende Walze (62) umgibt und in Kontaktbeziehung zu der fotoleitenden Fläche (90, 95, 97) gebracht wird; und

eine Heizvorrichtung (64), die mit dem pyroelektrischen Film (61) in Verbindung steht, um den pyroelektrischen Film (61) zu erhitzen und Flächenpotenziale zu erzeugen, die die fotoleitende Fläche laden.

2. Pyroelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Heizvorrichtung (64) eine Klinge mit Widerstandsheizelementen umfasst.

3. Pyroelektrische Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Klinge die Schicht aus pyroelektrischem Film (61) reinigt und neutralisiert.

4. Pyroelektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schicht aus pyroelektrischem Film (61) Polyvinylidenfluorid umfasst.

5. Pyroelektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vorrichtung dazu dient, die Rückseite eines Kopieblattes in Kontakt mit einer fotoleitenden Fläche zu laden, um die Übertragung eines entwickelten Bildes von der fotoleitenden Fläche auf das Kopieblatt zu bewirken.

6. Xerografisches Lade-und-Übertragungs-System, das eine pyroelektrische Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche enthält.

7. Druckeinrichtung, die umfasst:

eine fotoleitende Fläche (90, 95, 97);

eine Ladevorrichtung (60), die mit der fotoleitenden Fläche (90, 95, 97) in Kontakt gebracht wird, um die fotoleitende Fläche zu laden,

wobei die Ladevorrichtung eine leitende Walze (62), einen pyroelektrischen Film (61), der die leitende Walze umgibt, sowie eine Heizvorrichtung (64) enthält, die mit dem pyroelektrischen Film in Verbindung steht, um den pyroelektrischen Film zu erhitzen und Flächenpotenziale zu erzeugen, die die fotoleitende Fläche laden;

eine Bilderzeugungsvorrichtung (18), die die fotoleitende Fläche in Bildstruktur entlädt;

eine Entwicklungsvorrichtung (20), die die Bildstruktur auf der fotoleitenden Fläche entwickelt;

eine Übertragungsvorrichtung (70), die die Bildstruktur von der fotoleitenden Fläche auf ein Kopieblatt überträgt;

eine Fixiervorrichtung (46), die die Bildstruktur auf dem Kopieblatt fixiert; und

eine Ausgabevorrichtung (54), die das Kopieblatt von der Fixiervorrichtung aufnimmt.

8. Druckeinrichtung nach Anspruch 7, wobei die Übertragungsvorrichtung (70) eine leitende Walze, einen pyroelektrischen Film, der die leitende Walze umgibt, sowie eine Heizvorrichtung umfasst, die mit dem pyroelektrischen Film in Verbindung steht, um den pyroelektrischen Film zu erhitzen und Flächenpotenziale zu erzeugen, die die Rückseite des Kopieblattes laden.

9. Druckvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Schicht aus pyroelektrischem Film Polyvinylidenfluorid enthält.

10. Verfahren zum Laden einer fotoleitenden Fläche zum Einsatz in einem xerografischen Druckgerät, das die folgenden Schritte umfasst:

(a) Bereitstellen einer leitenden Walze (62);

(b) Umgeben der leitenden Walze (62) mit einer Schicht aus pyroelektrischem Film (61);

(c) Anordnen der leitenden Walze (62), so dass ihre Schicht aus pyroelektrischem Film (61) mit einer fotoleitenden Fläche (90, 95, 97) in Kontakt ist; und

(d) Erhitzen und Abkühlen der Schicht aus pyroelektrischem Film (61), um Nettoladungs-Flächenpotenziale auf dem pyroelektrischen Film (61) zu erzeugen und die fotoleitende Fläche (90, 95, 97) zu laden.