NL9200977A - Beeldvormingsinrichting. - Google Patents

Description

Beeldvormingsinrichting

De uitvinding betreft een beeldvormingsinrichting voor het registreren van beelden op een beeldregistratiemedium meteen diëlektrisch oppervlak, welke inrichting een beeldvormingszone omvat waarin het diëlektrisch oppervlak in contact is met ontwikkelpoeder dat aan een poederdrager is gebonden door de magnetische aantrekkingskracht van een met de poederdrager samenwerkend magneetstelsel en waarin op het diëlektrische oppervlak een poederbeeld wordt geregistreerd door volgens een beeldpatroon een elektrisch veld over de beeldvormingszone aan te leggen.

Beeldvormingsinrichtingen als bovenbedoeld zijn onder meer beschreven in de Europese octrooiaanvragen 0 191 521 en 0 304 983. Zoals in genoemde octrooiaanvragen uiteengezet, is het voor de realisatie van een goede beeldkwaliteit van belang dat de ontwikkelpoedermassa (hierna tonerborstel genoemd) die in de beeldvormingszone door een magnetische aantrekkingskracht aan de als poedertransportorgaan dienstdoende poederdrager wordt gebonden, een nagenoeg constant blijvende vorm heeft. Met name is een constante borstelvorm van belang aan de zijde waar het beeldregistratiemedium de beeldvormingszone verlaat. Met een magneetstelsel als beschreven in voornoemde Europese aanvrage 0 304 983 kan een constante tonerborstel worden gerealiseerd. De constructie van het daar beschreven magneetstelsel heeft evenwel het bezwaar dat om ook toepassing mogelijk te maken van ontwikkelpoeder met een laag volumepercentage magnetisch pigment, zeer sterke magneten moeten worden toegepast om via het mesblad een voldoende sterk magneetveld in de beeldvormingszone te realiseren. De benodigde sterke magneten, die bovendien in tweevoud moeten worden toegepast (één aan elke zijde van het mesblad) maken het magneetstelsel duur en volumineus. Bovendien heeft de inrichting het bezwaar dat bij gebruik van weinig magnetisch pigment bevattende tonerpoeders een vrij lage ondergrondvrije voet bestaat. Onder ondergrondvrije voet wordt hierbij verstaan de spanning over de beeldvormingszone waarbij nog juist geen tonerafzetting op het beeldregistratiemedium wordt waargenomen. Een lage ondergrondvrije voet heeft als bezwaar dat, bijvoorbeeld als gevolg van geringe triboëlektrische oplaadeffecten tussen tonerborstel en diëlektrisch oppervlak van het beeldregistratiemedium, de fijnere tonerdeeltjes uit de tonerborstel op het beeldregistratiemedium worden afgezet, waardoor beelden met ondergrond worden geregistreerd.

Doel van de uitvinding is om een beeldvormingsinrichting te verschaffen van de in de aanhef bedoelde soort, die met een eenvoudiger en dus goedkoper magneetstelsel is uitgerust en onder vergelijkbare omstandigheden een hogere ondergrondvrije voet vertoont dan de tot dusver bekende inrichtingen, met name zoals in voornoemde Europese octrooiaanvragen beschreven.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt doordat het magneetstelsel twee door een spleet gescheiden en, gezien in de richting waarin hetbeeldregistratiemedium door de beeldvormingszone wordt getransporteerd, achter elkaar gelegen, gemagnetiseerde gebieden omvat, die aan hun in de spleet uitmondende einden tegengesteld magneetpolen bezitten en zich in wezen evenwijdig aan elkaar over de hele werkbreedte van de beeldvormingszone uitstrekken, waarbij de afstand tussen tenminste één der gemagnetiseerde gebieden en het oppervlak van de tonerdrager kleiner is dan 150 micrometer en de afstand tussen hetzelfde gemagnetiseerde gebied en het oppervlak van het beeldregistratiemedium kleiner is dan 600 micrometer.

Aldus wordt volgens de uitvinding een hogere ondergrondvrije voet bereikt dan in vergelijkbare inrichtingen als in voornoemde Europese octrooiaanvragen beschreven, terwijl tevens een compactere, goedkopere constructie van het magneetstelsel wordt bereikt, die bij een optimaal resultaat ten aanzien van constantheid van de vorm van de tonerborstel en maximale ondergrondvrije voet aanzienlijk kleinere magneten kan bevatten dan bij de bekende inrichtingen voor het bereiken van een optimaal resultaat nodig zijn.

Het volgens de uitvinding bereikte resultaat is verrassend, daar verwacht zou worden dat een magneetstelsel samengesteld uiteen op de beeldvormingszone gericht mesblad dat door sterke magneten tot in de verzadiging is gemagnetiseerd, een hogere magneetkracht in de beeldvormingszone zal opwekken dan een magneetstelsel opgebouwd uit twee door een spleet gescheiden, tegengestelde magneetpolen, waarvan zou worden verwacht dat het magneetveld voornamelijk in de spleet heerst en op korte afstand boven de spleet nauwelijks nog enig effect heeft.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding is de breedte van de spleet tussen de gemagnetiseerde gebieden 0,5 tot 20 maal de afstand tussen het dichtst bij de poederdrager gelegen gemagnetiseerde gebied en het oppervlak van het beeldregistratiemedium. Bij voorkeur bedraagt de spleetbreedte 1-2 keer deze afstand, omdat dan de meest compacte constructie van het magneetstelsel bij een optimale beeldkwaliteit en maximale ondergrondvrije voet kan worden verkregen.

De gemagnetiseerde gebieden bestaan bij voorkeur uitferromagnetisch materiaal en zijn bij voorkeur gemagnetiseerd door magnetische verbinding met respectievelijk de N en S-pool van een permanente magneet. De vorm en magnetisatie van de gemagnetiseerde gebieden is bij voorkeur zodanig dat hun in de spleet uitmondende uiteinden magnetisch verzadigd zijn.

In plaats van een magneetstelsel samengesteld uit een permanente magneet waarvan de polen zijn verbonden met in de spleet uitmondende, magnetiseerbare elementen kan met evengoed resultaat gebruik worden gemaakt van een juk van ferromagnetisch materiaal, dat gemagnetiseerd wordt door bekrachtiging van een om het juk gewikkelde spoel. Deze elektromagnetische uitvoeringsvorm vereist echter een vrij hoge stroomsterkte om dezelfde magnetisatie te realiseren, waardoor ongewenste warmteontwikkeling kan plaatsvinden. Om deze reden en vanwege de lagere kostprijs wordt de uitvoeringsvorm met een permanente magneet geprefereerd.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de hierna volgende beschrijving en de bijbehorende figuren waarin:

Fig. 1 een principe-tekening is van een beeldvormingsinrichting volgens de uitvinding, Fig. 2 een doorsnede is van een voorkeursuitvoeringsvorm van een beeldvormingszone volgens de uitvinding,

Fign. 3-6 doorsneden zijn van verschillende uitvoeringsvormen van magneetstelsels voor toepassing in de beeldvormingsinrichting volgens de uitvinding.

Fig. 1 is een principe-tekening van een elektrostatische drukinrichting met een beeldvormingsmedium in de vorm van een roterende drum 10, voorzien van een elektrostatische laag die is opgebouwd uit een aantal aanstuurbare elektroden in en onder een diëlektrische laag. Het beeldvormingsmedium kan bijvoorbeeld zijn uitgevoerd zoals beschreven in één van de Europese aanvragen 0 191 521, 0 247 694 of 0 247 699.

In een beeldvormingsstation 11 bevindt zich op korte afstand van het oppervlak van het beeldvormingsmedium 10 een magneetrol 12, die een roteerbare, elektrisch geleidende mantel en een inwendig, stationair magneetstelsel omvat. De roteerbare mantel van de magneetrol 12 is bedekt met een uniforme laag elektrische geleidend en magnetisch aantrekbaartonerpoeder, welktonerpoeder in een beeldvormingszone 13 in contact is met het beeldvormingsmedium 10. Door een spanning aan te leggen tussen de magneetrol 12 en een of meer van de selectief aanstuurbare elektroden van het beeldvormingsmedium 10, wordt op het beeldvormingsmedium 10 een poederbeeld gevormd. Dit poederbeeld wordt door drukuitoefening overgedragen op een verwarmde, met rubber beklede rol 14. Van de voorraadstapel 26 wordt een blad papier door rol 25 afgenomen en dit blad wordt via geleidebanen 24 en rollen 22 en 23 aan een verwarmingsstation 19 toegevoerd. Hetverwarmingsstation 19 omvat een band 21 die om een verwarmde rol 20 loopt. Door contact met de band 21 wordt het papierblad verwarmd. Het aldus verwarmde blad wordt nu tussen de rollen 14 en 15 doorgevoerd, waarbij het op rol 14 aanwezige, verweekte poederbeeld volledig op het blad papier wordt overgedragen. De temperaturen van de band 21 en de rol 14 zijn zodanig op elkaar afgestemd dat het beeld aan het blad papier vastsmelt. Via de transportrollen 17 wordt het van een beeld voorziene blad papier naar een vergaarbak 18 gevoerd. Eenheid 30 omvat een elektronische schakeling die de optische informatie van een origineel omzet in elektrische signalen welke via van sleepcontacten voorziene draden 31 en in de isolerende zijwand van beeldvormingsmedium 10 aangebrachte geleidende sporen 32, worden toegevoerd aan de aanstuurbare elektroden, die niet nader zijn aangegeven.

In Fig. 2 is een doorsnede weergegeven van een beeldvormingsmedium 10 in de vorm van een in de richting van pijl 35 roteerbare drum 36, welke voorzien is van een isolerende laag 43 waarop zich een groot aantal, naast elkaar aangebrachte, onderling geïsoleerde en zich in de bewegingsrichting van de drum eindloos uitstrekkende, elektroden 42 bevinden die zijn bedekt door een diëlektrische laag 41. Magneetrol 84 omvat een geaarde, elektrisch geleidende mantel 92 welke in de richting van de pijl 89 roteerbaar is om een stationair magneetstelsel 87.

Door middel van een toner toevoerinrichting wordt een uniforme laag geleidende magnetische toner op de diëlektrische laag 41 aangebracht. Deze toevoer vindt plaats met behulp van een magneetwals 130. De magneetwals 130 omvat een mantel 131 van niet-magnetiseerbaar materiaal, zoals bijvoorbeeld aluminium, messing of roestvast staal.

Deze mantel 131 is op bekende wijze roteerbaar op een as 132 gelagerd en kan door niet weergegeven aandrijfmiddelen in de richting van pijl 133 worden aangedreven. Op de as 132 van de magneetwals 130, welke as 132 vast in het frame van de drukinrichting is bevestigd, zijn een aantal magneten 135 gemonteerd. Onder invloed van de magneten 135 wordt een magnetisch veld verkregen aan het oppervlak van de mantel 131. Vanuiteen voorraadhouder 136wordt magnetisch aantrekbaartonerpoeder . aangebracht op de mantel 131 van de magneetwals 130 en daarop vastgehouden door het magnetische veld. Bij rotatie van de mantel 131 in de richting van pijl 133 wordt een laag tonerpoeder, die door een schraper 137 tot een bepaalde laagdikte wordt beperkt, getransporteerd naar een overdraagzone tussen het beeldvormingsmedium 10 en de magneetwals 130. Onder invloed van een, op bekende wijze aangelegd, elektrisch veld over de overdraagzone, wordt vervolgens een uniforme laag tonerpoeder naar de diëlektrische laag 41 overgedragen. Aan de magneten 135 van de magneetwals 130 wordt enerzijds de eis gesteld dat de magnetische inductie hoog genoeg is om een zodanig magnetisch veld op te wekken aan het oppervlak van de mantel 131 dat een laag tonerpoeder wordt vastgehouden en door de roterende mantel 131 wordt meegenomen zonder stuifproblemen te veroorzaken. De magnetische inductie wordt dus bepaald door tonerpoederparameters en de omwentelingssnelheid van de magneetwals 130. Anderzijds moet de magnetische inductie van de magneten ook weer niet te hoog zijn om de laag tonerpoeder in de overdraagzone gemakkelijk te kunnen overdragen op de diëlektrische laag 41, zonder een erg sterk elektrisch veld aan te hoeven leggen.

Aan deze tegengestelde eisen kan op twee manieren tegemoet worden gekomen. In de eerste plaats door voor de magneet 135 die de veldsterkte in de overdraagzone bepaalt een optimale magnetische inductie voor de overdraagfunctie te nemen en voor alle andere magneten een optimale magnetische inductie ten behoeve van de tonertransportfunctie te nemen.

Uiteraard kan ook voor een compromis worden gekozen, waarbij voor alle magneten 135 dezelfde magnetische inductie wordt genomen, die een compromis vormt voor beide functies.

Een derde functie van de magneetwals 130 bestaat hierin dat tonerpoeder dat achterblijft op de mantel 92 van de magneetrol 84 na het passeren van de beeldvormingszone 90 door het magnetische veld van de magneetwals 130 wordt aangetrokken en in de tonerpoederlaag op wals 130 wordt opgenomen.

Zoals hiervoor beschreven wordt via het beeldvormingselement 10 een laag tonerpoeder naar de beeldvormingszone 90 getransporteerd om daar, onder invloed van het magnetische veld van het magneetstelsel 87, een smalle tonerborstel te vormen.

De tonerborstel in de beeldvormingszone 90 wordt gevormd door het magneetstelsel 87, dat op vergrote schaal in Fig. 3 is weergegeven. Het magneetstelsel 87 omvat een permanente magneet 86, bijvoorbeeld bestaande uit een legering van Neodynium - IJzer - Borium of Samarium - Cobalt. Tegen de polen van de magneet zijn magnetiseerbare elementen 85 en 88 bevestigd, waarvan de niet met de magneet 86 verbonden uiteinden uitmonden in een spleet 93 en in de richting van de spleet 93 geleidelijk smaller worden. De magneet 86 alsmede de magnetiseerbare elementen 85 en 88 zijn bij voorkeur zo gedimensioneerd dat de in spleet 93 uitmondende uiteinden van de elementen 85 en 88 magnetisch verzadigd zijn.

Het magnetiseerbare materiaal van de elementen 85 en 88 bestaat uitferromagnetisch materiaal. Bij voorkeur wordt een materiaal met hoge verzadigingsmagnetisatie en hoge permeabiliteit gekozen zoals IJzer - Cobalt. Andere geschikte materialen zijn IJzer en IJzer - Nikkel.

In de uitvoeringsvorm van Fig. 2 is het magneetstelsel 87 zodanig in de mantel 92 gepositioneerd dat de spleet 93, die in deze uitvoeringsvorm een breedte van 300 micrometer heeft, in het centrum van de beeldvormingszone 90 is gelegen en de binnenzijde van de mantel 92 aan de magnetiseerbare elementen 85 en 88 raakt Een symmetrische positionering van het magneetstelsel 87 ten opzichte van het centrum van de beeldvormingszone 90 is evenwel niet noodzakelijk. Vastgesteld werd dat voor het verkrijgen van een goede beeldkwaliteit ten minste één der gemagnetiseerde gebieden 85 of 88 zich in de ontwikkelzone moet bevinden op een afstand van ten hoogste 150 micrometer van het oppervlak van de mantel 92. Verder mag de afstand van ditzelfde gemagnetiseerde gebied tot het oppervlak van het beeldvormingsmedium 10 niet meer bedragen dan 600 micrometer, bij voorkeur ongeveer 200 micrometer.

Worden grotere afstanden toegepast dan is de door het magneetstelsel 87 in de beeldvormingszone 90 op de tonerdeeltjes uitgeoefende aantrekkingskracht onvoldoende om hettonerpoeder (indien geen spanning op de beeldvormingselektroden 42 wordt aangelegd) volledig van het beeldvormingsmedium af te nemen, waardoor beelden met ondergrond worden verkregen.

De breedte van de spleet 93 tussen de gemagnetiseerde gebieden 85 en 88 ligt bij voorkeur in het gebied van 1 tot 2 maal de kortste afstand in de beeldvormingszone tussen de mantel van de magneetrol 92 en het oppervlak van het beeldvormingsmedium 10. Een bredere spleet (tot ongeveer 20 x deze afstand) kan worden toegepast, maar een bredere spleet biedt ten aanzien van het verkregen beeldvormingsresultaaten grootte van de ondergrondvrije voet geen voordelen, en heeft wel tot gevolg dat een grotere, sterkere magneet moet worden gebruikt om een voldoende sterk magneetveld bij de uiteinden van de gemagnetiseerde gebieden te realiseren.

Een opstelling volgens Fig. 2, waarin de magneet 86 bestaat uit een staafmagneet van Neodynium - IJzer - Borium met een magnetisatie van 1,1 T en een rechthoekige doorsnede van 6x4 mm, de elementen 85 en 88 bestaan uit ijzer, de spleet 93 een breedte heeft van 300 micrometer en de afstand in de beeldvormingszone tussen magneet 92 en beeldvormingsmedium 10 is ingesteld op 200 micrometer werd vergeleken met een inrichting volgens Fig. 2 van de Europese octrooiaanvrage 0 304 983, die optimaal was ingesteld qua beeldvormingsresultaaten ondergrondvrije voet.

De inrichting volgens de aanvrage 0 204 983 was daartoe uitgerust met een mesblad van ijzer met een dikte van 1,5 mm en twee staafmagneten van dezelfde Neodynium - IJzer -Borium legering als waaruit de magneet 86 in de inrichting volgens de uitvinding was samengesteld. De afstand tussen beeldvormingsmedium en magneetrol in de beeldvormingszone van de inrichting volgens Europese octrooiaanvrage 0 304 983 bedroeg daarbij eveneens 200 micrometer. Het ontwikkelpoeder werd in beide inrichtingen op dezelfde wijze op het beeldvormingsmedium aangebracht en wel op de wijze als hiervoor voor de inrichting volgens de uitvinding beschreven.

Het in de vergelijking gebruikte ontwikkelpoeder had de volgende samenstelling: - thermoplastische polyesterhars type Atlac 500T (van de firma ICI, Engeland) afgeleid geoxypropyleerd bisfenol A en fumaarzuur, -1 volumepercent carbonylijzer met een deeltjesgrootte van ongeveer 2 micrometer (type HS van de firma BASF, Duitsland), - 3 gewichtsprocent rode kleurstof (Basonyl Rot 560-C.I. Basic Violet 11:1) in de vorm van het perchloraat, en - een specifieke weerstand van het ontwikkelpoeder: 10^ Ohm. meter; verkregen door de poederdeeltjes te bekleden met fluor gedoteerd tinoxide volgens de bereidingswijze uit de Europese octrooiaanvrage 0 441 426, en - een deeltjesgrootte van 10-20 micrometer.

In de inrichting volgens de uitvinding werden ondergrondvrije beelden gevormd, waarbij de gemeten ondergrondvrije voet ± 5 Volt bedroeg.

In de inrichting volgens de Europese aanvrage 0 304 983 werden bij de optimale instelling ondergrondvrije beelden verkregen, echter bij een ondergrondvrije voet van ± 2,5 Volt. De meshoek α (zie Europese aanvrage 0 304 983) bedroeg bij de optimale instelling 10°, terwijl voor de realisatie van het optimale magneetveld 2 magneten nodig waren met een rechthoekige doorsnede van 6x 15 mm. Dit betekent dat in de inrichting volgens de uitvinding het magneetvolume met een factor 7,5 is gereduceerd.

Daarnaast bleek het zelfs mogelijk om in de inrichting volgens de uitvinding ondergrondvrije beelden te vormen met een gemeten ondergrondvrije voet van ± 5 Volt, door een staafmagneettoe te passen van een minder sterk magnetisch materiaal als Strontium-ferriet of Barium-ferriet met een rechthoekige doorsnede van 6 x 15 mm. Weliswaar bedraagt hierbij de reductie van het magneetvolume slechts een factor 2 ten opzichte van de inrichting volgens Europese aanvrage 0 304 983, maar de materialen voor deze permanente magneten zijn aanmerkelijk goedkoper dan Neodynium - IJzer - Borium.

De zoals hiervoor beschreven verhoging van de ondergrondvrije voet met de inrichting volgens de uitvinding biedt daarnaast als voordeel dat tonerdeeltjes met een kleinere deeltjesgrootte kunnen worden toegepast zodat in de beeldvorming een hogere resolutie kan worden gerealiseerd.

In de Fign. 4, 5 en 6 zijn een aantal andere uitvoeringsvormen weergegeven van magneetstelsels voor toepassing in de beeldvormingsinrichting volgens de uitvinding.

In alle uitvoeringsvormen zijn permanente magneten 142; 152, 153; 156 toegepast die qua materialen en magnetische dimensionering overeenkomen met de permanente magneet 86 uit Fign. 2, 3, en zijn magnetiseerbare elementen 141, 143; 151, 154; 161, 163 toegepast die bestaan uit dezelfde materialen (en op gelijksoortige wijze gedimensioneerd) als de magnetiseerbare elementen 85 en 88.

Het magneetstelsel 140 volgens Fig. 4 wijkt ten opzichte van het magneetstelsel 87 alleen qua geometrie af doordat de magnetiseerbare elementen 141 en 143 met hun niet met de magneet 142 verbonden uiteinden in een puntvorm uitmonden in de spleet 144. In de magneetstelsels 150 en 160, zoals in Fig. 5 respectievelijk Fig. 6 is weergegeven, is ten opzichte van de magneetstelsels 87 en 140 toegevoegd dat in de spleet (155,164) tussen de magnetiseerbare elementen (151, 154; 161, 163) permanent magnetisch materiaal aanwezig is. Bij het magneetstelsel 150 is dat uitgevoerd middels een extra permanente magneet 152 in de spleet 155 tussen de magnetiseerbare elementen 151, 154 en bij het magneetstelsel 160 is de, in de richting van de spleet 164 geleidelijk smaller wordende, ruimte tussen de magnetiseerbare elementen 161, 163 volledig opgevuld met een permanente magneet 162.

Claims (4)

1. Beeldvormingsinrichting voor het registreren van beelden op een beeldvormingsmedium (10) meteen diëlektrischeoppervlak (41), welke inrichting een beeldvormingszone (90) omvat waarin het diëlektrisch oppervlak (41) in contact is met ontwikkelpoeder dat aan een poederdrager (84) is gebonden door de magnetische aantrekkingskracht van een met de poederdrager (84) in de beeldvormingszone (90) samenwerkend magneetstelsel (87,140,150,160) en waarin op het diëlektrische oppervlak (41) een poederbeeld wordt geregistreerd door volgens een beeldpatroon een elektrisch veld over de beeldvormingszone (90) aan te leggen, met het kenmerk, dat het magneetstelsel (87, 140, 150, 160) twee door een spleet (93, 144, 155, 164) gescheiden en, gezien in de richting waarin het beeldregistratiemedium (10) wordt getransporteerd, achter elkaar gelegen, tegengesteld gemagnetiseerde gebieden (85, 88; 141,144; 151, 154; 161,163) omvat die zich in wezen evenwijdig aan elkaar over de werkbreedte van de beeldvormingszone (90) uitstrekken waarbij de afstand tussen ten minste één van deze gemagnetiseerde gebieden (85, 88; 141,144; 151,154; 161,163) en het oppervlak van de poederdrager (84) kleiner is dan 150 micrometer en de afstand tussen ditzelfde gemagnetiseerde gebied en het oppervlak van het beeldregistratiemedium (10) kleiner is dan 600 micrometer.

2. Beeldvormingsinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de breedte van de spleet (93, 144, 155, 164) 0,5 tot 20 keer de afstand van bedoeld gemagnetiseerd gebied (85, 88; 141, 144; 151, 154; 161, 163) tot het oppervlak van het beeldregistratiemedium (10) bedraagt.

3. Beeldvormingsinrichting volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de gemagnetiseerde gebieden (85, 88; 141, 144; 151,154; 161, 163) bestaan uitferromagnetische materiaal waarvan de aan de zijde van de spleet (93, 144, 155, 164) gelegen uiteinden tot in de verzadiging zijn gemagnetiseerd.

4. Beeldvormingsinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het ferromagnetisch materiaal is gemagnetiseerd door magnetisch contact met ongelijknamige polen van een permanente magneet (86; 142; 154,155; 162).