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Dokumentenidentifikation DE69416806T2 29.07.1999
EP-Veröffentlichungsnummer 0661599
Titel Elektrostatisches Bildentwicklungssystem
Anmelder Xerox Corp., Rochester, N.Y., US
Erfinder Sheridon, Nicholas K., Los Altos, California 94022, US
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, Anwaltssozietät, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69416806
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 11.11.1994
EP-Aktenzeichen 943083402
EP-Offenlegungsdatum 05.07.1995
EP date of grant 03.03.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.07.1999
IPC-Hauptklasse G03G 13/10
IPC-Nebenklasse G03G 15/10   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein System zum elektrostatischen Drucken eines Bildes und insbesondere ein Verfahren für die Entwicklung mit flüssiger Tinte.

Viele elektrostatische Entwicklungssysteme verwenden Toner mit trockenen Partikeln, um Tonerbilder auf Bildtrommeln zu erzeugen. Die Trockenpartikel-Toner bringen jedoch zahlreiche Probleme mit sich. Die kleinen, trockenen Tonerpartikeln werden leicht durch die Luft übertragen, wodurch sie die Gesundheit der Benutzer gefährden und Probleme bei der Instandhaltbarkeit verursachen können. Trotzdem sind ihre Durchmesser selten kleiner als 3 Mikrometer, wodurch die mit den trockenen Tonerpartikeln zu erreichende Auflösung beschränkt wird. Weiterhin verursachen dicke Schichten aus trockenem Toner, wie sie etwa bei Farbbildern erforderlich sind, eine beträchtliche Wellung der Papiers, wodurch doppelseitige Druckanwendungen eingeschränkt werden. Es besteht deshalb ein großer Bedarf an Flüssigentwicklungssystemen.

Flüssigtinten-Entwicklungssysteme können allgemein sehr hohe Bildauflösungen vorsehen, weil die Tonerpartikeln zehnmal so klein oder noch kleiner als die trockenen Tonerparikeln gewählt werden können. Flüssigtinten-Entwicklungssysteme bieten beeindruckende Variationen in der Graustufen-Bilddichte in Antwort auf Variationen im Ladungsbild und können unter Verwendung von kleinen Mengen von flüssigem Entwickler hohe Bilddichten erreichen. Außerdem können die Systeme gewöhnlich kostengünstig hergestellt werden und sind sehr verläßlich. Die Flüssigtinten-Entwicklungssysteme basieren jedoch auf flüchtigen, flüssigen Trägern und verschmutzen deshalb die Umwelt. Der Verbraucher scheut sich häufig, derartige Flüssigentwicklungssysteme zu verwenden, weil er sich vor Gesundheitsgefährdungen fürchtet. Deshalb besteht ein Bedarf für ein Flüssigtinten-Entwicklungssystem, das keine durch die Luft übertragene Verschmutzung verursacht.

Die Flüssigtinten-Entwicklungssysteme aus dem Stand der Technik werden derart betrieben, daß sich die Oberfläche des Photoleiters durch ein Entwicklerbad dreht, wo es den Toner kontaktiert. Bei diesen Systemen werden die Tonerpartikeln auf das elektrostatische Latenzbild auf der Oberfläche des Photoleiters gezogen. Die Bewegung der Tonerpartikeln in dem bildweisen elektrischen Feld wird allgemein als Elektrophorese bezeichnet und ist aus dem Stand der Technik bekannt. Der flüssige Träger macht jedoch auch die Oberfläche des Photoleiters naß. Es ist sehr schwierig, das Tonerbild auf Papier zu übertragen, weil der flüssige Träger entweder zuerst von der Oberfläche des Photoleiters entfernt werden muß oder bei der Übertragung auf das Papier verwendet und danach vom Papier entfernt werden muß. In beiden Fällen muß der flüssige Träger durch Verfahren entfernt werden, die eine Verdampfung des flüssigen Trägers in die Luft umfassen, was wiederum eine Verschmutzung der Luft verursacht.

US-A-4,306,009 (Veillette et al.) gibt ein Vinylpolymer-Gel (als "Gelatex" bezeichnet) an, das in einem Entwickler als Fixativ und als Dispergiermittel verwendet wird. Die Gelatex-Komponente bewirkt im Träger eine stabile Dispergierung und wird im wesentlichen verbraucht, wenn mehrere Kopien erzeugt werden. Das angegebene Gelatex wird in keiner Weise als eine wie weiter unten beschriebene Übertragungsschicht verwendet.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Entwickeln von elektrostatischen Bildern mit flüssiger Tinte anzugeben, das das Problem einer durch die Luft übertragenen Verschmutzung zu vermeiden sucht, das durch flüchtige, flüssige Träger verursacht wird und einen Hauptnachteil der Flüssigentwicklungssysteme des Standes der Technik darstellt.

Die vorliegende Erfindung gibt dementsprechend ein Verfahren und eine Vorrichtung in Übereinstimmung mit den beigefügten Ansprüchen an.

Die auf das Papier aufgetragene Tinte weist chemische und physikalische Eigenschaften auf, die für Drucktinten typisch sind, so daß die Vorzüge dieser sehr entwickelten Technologie genutzt werden können. Auf dem Papier wird ein hochqualitatives, nicht schmierendes Bild mit einem sehr geringen Hintergrund und im wesentlichen keinem Austritt von Lösungsmitteln erzeugt. In einer bevorzugten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Entwickler verwendet, der eine hohe Konzentration von Pigmentpartikeln mit einer Größe von weniger als einem Mikrometer umfaßt, die in einer viskosen Flüssigkeit dispergiert sind. Die Pigmentpartikeln mit einer Größe von weniger als einem Mikrometer bewegen sich durch eine viskose Flüssigkeit und durch eine schützende Übertragungsschicht, deren Schichteigenschaften denjenigen eines Gels ähnlich sind.

Mit dieser Technologie kann beinahe jede Standard-Drucktinte verwendet werden. Die üblichen Trockenmittel, Pigmente und Bindemittel können also effektiv genutzt werden. Zum Beispiel können die bei Hitze fixierenden und bei Ultraviolettlicht härtenden Bindemittel wie Zelluloseazetatpropionat und bestimmte Epoxidharze verwendet werden, die für auf dem Markt erhältliche Tinten verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Tonerbildes an. Zu Beginn wird ein elektrostatisches Latenzbild auf einer Bilderzeugungseinrichtung erzeugt. Eine viskose oder nicht-newtonsche flüssige Übertragungsschicht wird über dem elektrostatischen Latenzbild aufgetragen. Das elektrostatische Latenzbild wird dann zu einem Tonerbild entwickelt. Dieser Teil der Stand der Technik ist zum Beispiel aus JP-A-54 126 034, DE-A-25 25 405 und US-A-3 847 642 bekannt.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen identische Elemente angeben. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm von relevanten Teilen eines photorezeptiven Bildtrommelsystems, das in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Entwicklerbadstation und einer Übertragungsschicht, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.

Fig. 1 zeigt eine elektrofotografische Kopiervorrichtung mit einer Bilderzeugungseinrichtung 10. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung in elektrofotografischen Kopiersystemen beschränkt, sondern kann in jedem beliebigen Flüssigentwicklungssystem zum Drucken oder Kopieren verwendet werden, einschließlich von ionografischen und anderen Systemen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Bilderzeugungseinrichtung 10 eine Trommel 12 mit einem elektrisch geerdeten leitenden Substrat 14. Eine photoleitende Schicht 16 ist auf dem elektrisch geerdeten Substrat 14 vorgesehen. Entlang der Trommel 12 sind Verarbeitungsstationen angeordnet, wobei sich die Trommel 12 in der Richtung des Pfeils A bewegt und dabei einen Teil der photoleitenden Oberfläche 16a der photoleitenden Schicht 16 sequentiell durch jede der Verarbeitungsstationen bewegt. Die Trommel 12 wird durch einen Antriebsmotor (nicht gezeigt) mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit relativ zu den andren Mechanismen zum Betreiben des Gerätes angetrieben. Zeitsteuerungsdetektoren (nicht gezeigt) stellen die Drehung der Trommel 12 fest und kommunizieren mit einer Gerätelogik (nicht gezeigt), um die verschiedenen Operationen des Kopiergerätes derart zu synchronisieren, daß die richtige Sequenz der Operationen an jeder der Verarbeitungsstationen erzeugt wird. In einer anderen Ausführungsform kann ein Band anstelle der Trommel 12 als Bilderzeugungsseinrichtung verwendet werden, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Zu Beginn dreht die Trommel 12 die photoleitende Schicht 16 an einer Aufladungsstation 18 entlang. Die Aufladungsstation 18 kann zum Beispiel eine aus dem Stand der Technik bekannte Koronaerzeugungseinrichtung sein. Die Aufladungsstation 18 sprüht Ionen auf die photoleitende Oberfläche 16a, um eine relativ hohe und im wesentlichen gleichmäßige Ladung auf der photoleitenden Schicht 16 vorzusehen. Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, muß die photoleitende Schicht 16 eine ausreichende Dicke und dielektrische Konstante aufweisen, damit sie über eine ausreichende Kapazität für die Entwicklung der bildweisen Ladung zu einer ausreichenden optischen Dichte verfügt.

Wenn die photoleitende Schicht 16 aufgeladen ist, dreht sich die Trommel 12 zu einer Belichtungsstation 20, wo ein Lichtbild eines Originaldokuments (nicht ge zeigt) auf die aufgeladene photoleitende Oberfläche 16a projiziert wird. Die Belichtungsstation 20 kann einen Laser-ROS (Raster Output Scanner = Rasterausgabescanner) umfassen. Alternativ dazu kann die Belichtungsstation 20 ein sich bewegendes Linsensystem umfassen. Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird das Originaldokument (nicht gezeigt) auf einer im wesentlichen ebenen und im wesentlichen transparenten Auflagefläche (nicht gezeigt) positioniert. Das gescannte Lichtbild leitet selektiv die Ladung auf der photoleitenden Oberfläche 16a ab, um ein elektrostatisches Latenzbild zu erzeugen, das dem Bild des Originalbildes entspricht. Die vorstehende Beschreibung nimmt auf ein Licht-Linsen-System Bezug, wobei dem Fachmann aber deutlich sein sollte, daß andere Einrichtungen, etwa ein modulierter Laserstrahl, für das selektive Entladen der aufgeladenen photoleitenden Oberfläche 16a und damit das Erzeugen des elektrostatischen Latenzbildes verwendet werden können oder daß andere Einrichtungen, wie etwa Ionenstrahlen, zum Erzeugen eines Latenzbildes verwendet werden können.

Nach der Belichtung dreht die Trommel 12 das elektrostatische Latenzbild auf der photoleitenden Oberfläche 16a zu einer Übertragungsschicht-Auftrageeinrichtung 22. Die Übertragungsschicht-Auftrageeinrichtung 22 trägt eine Übertragungsschicht 23 auf der photoleitenden Oberfläche 16a auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Übertragungsschicht 23 eine dünne Schicht aus einer nicht-newtonschen Flüssigkeit. Diese umfaßt typischerweise ein Gel, in dem die Hauptkomponente eine viskose Flüssigkeit und die Nebenkomponente lange Polymermoleküle sind, wobei die Polymermoleküle an Kreuzungspunkten miteinander verbunden sind und ein dreidimensionales Netz bilden. Die Übertragungsschicht 23 weist typischerweise eine Viskosität von mehr als 5 Zentistokes oder mehr als 10 Zentistokes auf, wobei die Viskosität aber in bestimmten Ausführungsformen geringer sein kann. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Übertragungsschicht 23 eine Viskosität von mehr als 1000 Zentistokes oder mehr als 5000 Zentistokes auf. Die Übertragungsschicht-Auftrageeinrichtung 22 trägt unter Verwendung einer Rakelklinge oder einer anderen Einrichtung eine Übertragungsschicht 23 auf die photoleitende Oberfläche 16a auf. Die Übertragungsschicht muß ausreichend dünn sein und die Öffnungen im Polymernetz müssen ausreichend grob sein, damit sich die Pigmentpartikeln von der Entwicklungsbadstation 24 zu dem elektrostatischen Latenzbild auf dem Photorezeptor bewegen können. Die Dichte der Polymerketten muß ausreichend hoch sein (und dementsprechend müssen die Öffnungen in dem dreidimensionalen Netz ausreichend klein sein), damit das Gel ausreichend stark ist und nicht durch das darüber angelegte elektrische Feld zum Kollabieren gebracht wird. Es wird eine sehr viskose Flüssigkeit als Hauptkomponente für die Übertragungsschicht gewählt, da diese einer Lösung durch den flüssigen Träger in der Entwicklerbadstation 24 während der kritischen Phase des Eintauchens in der Entwicklerbadstation 24 gut widersteht. Wenn der flüssige Träger eine geringe Neigung aufweist, die Übertragungsschicht zu lösen, dann weist die flüssige Übertragungsschicht allgemein eine Viskosität von 1 Zentistokes oder mehr auf. Wenn der flüssige Träger dazu neigt, die Übertragungsschicht zu lösen, dann sollte die flüssige Übertragungsschicht allgemein eine Viskosität von 10 Zentistokes oder mehr aufweisen, je nach der Geschwindigkeit der Bilderzeugungseinrichtung 10. Fluorinert FC-10 (von 3-M hergestellt) ist ein Beispiel für eine Übertragungsschicht, die nicht durch einen flüssigen Mineralölträger angezogen wird.

Die Übertragungsschicht 23 kann zum Beispiel 2 bis 100 um dick sein. Es hat sich herausgestellt, daß eine Schicht 23 mit einer Dicke zwischen 10 um und 14 um gut arbeitet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine 12 um dicke Übertragungsschicht 23 auf der photoleitenden Oberfläche 16a aufgetragen. Es wurde experimentell festgestellt, daß sich die Pigmentpartikeln 27 durch die Übertragungsschicht 23 bewegen und sehr wenig oder nichts von dem flüssigen Entwicklerträger mit sich nehmen. Die Übertragungsschicht 23 dient also als eine praktisch undurchlässige Grenze für den flüssigen Entwicklerträger, während sie für den bildweisen Transport der Pigmentpartikeln durchlässig ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Übertragungsschicht 23 aus einem auf dem Markt erhältlichen Dow Corning 200-Öl mit hoher Viskosität (ein Dimethylsiloxanpolymer) und aus einer kleinen Menge (1% bis 25%) von auf dem Markt erhältlichen Sylgard 186-Elastomerharz (durch den Hersteller als dem Harz von US-A-3,284,406 ähnlich beschrieben) hergestellt. Dadurch wird eine Übertragungsschicht 23 vorgesehen, die eine schwache Gelstruktur mit ausreichend offenen Poren (Netzöffnungen) aufweist, um den Durchgang der Pigmentpartikeln 27 zu erlauben, die aber auch eine adäquate mechanische Stärke aufweist, um die Kräfte des elektrischen Feldes auszuhalten und um einen guten Widerstand gegen die Lösung durch den flüssigen Träger zu bieten. Es können auch andere geeignete Gelmaterialien verwendet werden, solange die Poren der Übertragungsschicht 23 groß genug sind, damit die Pigmentpartikeln 27 durch die Übertragungsschicht 23 hindurchgehen können, und solange die Übertragungsschicht 23 mechanisch stark genug ist, um der Kraft des elektrischen Feldes zu widerstehen und um einen ausreichenden Widerstand gegen die Neigung des flüssigen Entwicklerträgers zu bieten, die Ölkomponente der Übertragungsschicht 23 zu lösen. Es können auch Gelöle mit geringerer Viskosität verwendet werden, wenn sie eine geringere Neigung aufweisen, in dem flüssigen Entwicklerträger in Lösung zu gehen. Weil die Übertragungsschicht 23 eine praktisch undurchlässige Struktur aufweist, werden die Probleme des Standes der Technik bezüglich des Austretens des flüssigen Trägers und das darauf folgende Verdampfen in die Umgebungsluft vermieden, weil der weiter unten beschriebene flüssige Träger 29 nicht durch die Übertragungsschicht 23 hindurch zu der Oberfläche der Trommel 12 gelangen kann.

Die vorliegende Erfindung verwendet Gele mit ausreichender mechanischer Stärke, um die Probleme zu vermeiden, die durch flüssige Grenzen unter der Einwirkung von elektrischen Felder verursacht werden und in J. M. Schneider und P. K. Watson "Electrohydrodynamic Stability of Space-Charge-Limited Currents in Dielectric Liquids. Theoretical Study", The Physics of Fluids, Vol. 13, No. 8, 1948- 1954, Aug. 1970 und in M. H. Stephen und J. P. Straley "Physics of Liquid Crystals", Rev. Mod. Phys., Vol. 46, No. 4 auf den Seiten 618-704 beschrieben werden. Experimente mit der Verwendung von Ölen mit hoher Viskosität aber ohne Geleigenschaften für die Übertragungsschicht, etwa mit der Verwendung eines von Huls Chemical Co. (2731 Bartram Rd., Bristol, Pa.) hergestellten Silikonöls (Polydimethylsiloxan, Trimethylsiloxan) mit 100000 Zentistokes, haben herausgestellt, daß diese über viel engere Bedingungsbereiche arbeiten. Deshalb sind derartige Öle mit hoher Viskosität im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten.

Wenn sich die Trommel 12 weiter dreht, dreht die Trommel 12 die Übertragungsschicht 23 und das auf der photoleitenden Oberfläche 16a erzeugte elektrostatische Latenzbild zu einer Entwicklerbadstation 24. In der Entwicklerbadstation 24 wird ein flüssiger Entwickler 26 auf die Übertragungsschicht 23 aufgetragen, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Pigmentpartikeln 27 in dem flüssigen Entwickler 26 werden bildweise auf die Tonerübertragungsschicht aufgetragen. Die Pigmentpartikeln 27 verlassen den flüssigen Entwickler 26 und bewegen sich unter der Einwirkung des elektrischen Feldes zu der Übertragungsschicht 23 und durch dieselbe zu der photoleitenden Oberfläche 16a. Wiederum kann die Bewegung der Pigmentpartikeln 27 in Antwort auf das bildweise vorgesehene elektrische Feld allgemein als Elektrophorese bezeichnet werden. Dabei handelt es sich hier jedoch um eine besondere Form der Elektrophorese, bei der sich die Pigmentpartikeln 27 zuerst in einer ersten Flüssigkeit (im flüssigen Träger 29) und dann in einer zweiten Flüssigkeit (in der Übertragungsschicht 23) bewegen, wobei sie eine Grenze zwischen den Flüssigkeiten überqueren. Es scheint, daß dabei wenig oder nichts von dem flüssigen Träger 29 mit den Pigmentpartikeln 27 mitgeht, wenn diese in die Übertragungsschicht 23 eintreten. Dies erlaubt eine Funktionstrennung der zwei Flüssigkeiten, was einen zentralen Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellt.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der flüssige Entwickler 26 Pigmentpartikeln 27 wie Carbon Black oder andere schwarze oder farbige Partikeln, die in einem flüssigen Träger 29 dispergiert sind. Das von Cabot Corp., 125 High St., Boston, Mass. hergestellte Cabot Mogul LGP-3049 Carbon-Black und das von Ferro Corp., 4150 East 56th St, Cleveland, Ohio hergestellte F-6331 sind zum Beispiel als Pigmentpartikeln vorzuziehen.

Die vorliegende Erfindung unterstützt viele verschiedene Viskositäten für die flüssigen Entwickler und bietet dabei gute Ergebnisse. Der flüssige Träger 29 kann eine hohe Viskosität aufweisen, die allgemein eine niedrigere Flüchtigkeit und allgemein eine niedrigere Löslichkeit für das Öl der Übertragungsschicht aufweisen. Bei Verwendung eines flüssigen Trägers 29 mit niedrigerer Flüchtigkeit können Probleme aus dem Stand der Technik, wie eine Luftverschmutzung, leichter bei der Konstruktion des Gerätes vermieden werden. Die Bewegungsgeschwindigkeit der aufgeladenen Pigmentpartikeln 27 durch den flüssigen Träger 29 unter der Einwirkung des elektrischen Feldes ist annähernd umgekehrt proportional zu der Viskosität der Flüssigkeit. Um diese geringeren Bewegungsfähigkeiten der Pigmente zu kompensieren, kann die Konzentration der Pigmentpartikeln 27 wesentlich erhöht werden, so daß sich die Pigmentpartikeln 27 über kürzere Strecken zu bewegen brauchen, um die Übertragungsschicht 23 zu erreichen. Die niedrige Flüchtigkeit wird vorzugsweise durch die Verwendung von Mineralöl erreicht, das notwendigerweise auch eine hohe Viskosität aufweist. Der flüssige Träger 29 kann zum Beispiel ein schweres Mineralöl sein, etwa das auf dem Markt erhältliche Blandol-Öl (von Witco, Sonneborn Division hergestellt), das ein klares, weißes Mineralöl mit einer Viskosität von ungefähr 86 Zentistokes ist. Für Geräte, die für den Betrieb mit hohen Geschwindigkeiten ausgebildet sind, wird vorzugsweise eine Flüssigkeit mit geringerer Viskosität verwendet, die eine geringe Löslichkeit für das Öl der Übertragungsschicht aufweist, wobei die Flüssigkeit vorzugsweise in einer geschlossenen Umgebung verwendet wird, um die Dämpfe zurückzuhalten. Eine derartige Flüssigkeit ist zum Beispiel ein Isoparaffinkohlenwasserstoff wie Isopar (von Exxon Co., P. O. Box 2180, Houston, Texas hergestellt), das eine Viskosität von ungefähr 2 Zentistokes aufweist. Wiederum kann ein höherer Pigmentgehalt unterstützt werden als für andere Flüssigentwicklungssysteme praktisch wäre. Dementsprechend weist der flüssige Träger allgemein eine Viskosität von 0,5 Zentistokes bis zu einigen tausend Zentistokes auf.

Es hat sich auch als hilfreich erwiesen, eine kleine Menge (1 bis 3%) eines auf dem Markt erhältlichen oberflächenaktiven Wirkstoffes wie Aerosol OT-100 (von American Cyanamid Co., Process Chemicals Dept., One Cyanamid Plaza, Wayne, New Jersey hergestellt) oder Basic Barium Petronate (von Witco, Sonneborn Div., 520 Madison Ave., N. Y., N. Y. hergestellt) zu verwenden. Der oberflächenaktive Wirkstoff hilft bei der Dispergierung der Pigmentpartikeln 27. Eine gute Dispergierung ist wichtig, da zwei oder mehr aneinander hängende Pigmentpartikeln wesentlich schwieriger durch die Porenstruktur der Übertragungsschicht 23 hindurchgehen können. Zusätzlich zu dem oberflächenaktiven Wirkstoff wird gelegentlich ein Ladungswirkstoff verwendet. Ein derartiger Ladungswirkstoff, der bei Tests verbesserte Ergebnisse (dunkleren Bildern) erreichte, ist 3-Pyridylkarbinol (von Aldrich Chemical Co., 1001 West Saint Paul Ave., Milwaukee, Wi. hergestellt). Die Verwendung dieses Materials für die Verbesserung der Eigenschaften eines elektrophoretischen Toners ist in Larson et al., Journal of Imaging Science and Technology, Vol. 17, No. 5, Oct/Nov 1991 auf Seite 210 beschrieben.

Ein flüssiger Entwickler in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann mit dem folgenden Mischungsverhältnis hergestellt werden: 100 Gramm Blandol-Mineralöl, 2 Gramm Cabot Mogul LPG 3049 Carbon Black, 100 Milligramm Basic Barium Petronate und 80 Milligramm 3-Pyridylkarbinol. Der letzte Bestandteil kann mit zufriedenstellenden Ergebnissen weggelassen werden. Es sind viele andere Formeln möglich. Zum Beispiel kann auch Rust-Oleum Black (eine auf Öl basierende schwarze Farbe, die bei K-Mart erhältlich ist) mit guten Ergebnissen verwendet werden. Wenn ein derartiger flüssiger Entwickler 26 in Flüssigentwicklungssystemen des Standes der Technik verwendet würde, würde die hohe Viskosität zusammen mit der hohen Pigmentkonzentration einen Hintergrund erzeugen, der das entwickelte Bild verdecken würde. Bei der vorliegenden Erfindung dagegen ist der Hintergrund sehr gering.

Eine Gewichtskonzentration der Pigmentpartikeln von zum Beispiel zwischen 0,01% bis 10% der Ölgewichtes erzeugt Qualitätsdrucke. Die meisten kommerziell erhältlichen Farben weisen eine Pigmentkonzentration von 5% bis 10% des Gewichts auf. In der vorliegenden Erfindung können Gewichtskonzentrationen der Pigmentpartikeln bis zu 80% verwendet werden. Vorzugsweise beträgt die Gewichtskonzentration der Pigmentpartikeln 2% bis 6% des Ölgewichts.

Die vorliegende Erfindung wird unter den Annahmen einer der Gel-Permeations-Chromatographie ähnlichen Theorie betrieben. Die Gel-Permeations-Chromatographie wird verwendet, um Polymermoleküle in einer mit Gel gepackten Säule nach ihrer Größe zu ordnen. Es hat sich herausgestellt, daß sich große Pigmentpartikeln (mit einem Partikeldurchmesser im Volumendurchschnitt von 0,5 um oder größer) nicht durch eine kleinporige Übertragungsschicht 23 bewegen können, weshalb sie nicht effektiv in der bevorzugten Ausführungsform verwendet werden können. Die Ursache liegt wahrscheinlich darin, daß kleine Partikeln durch die Poren der Übertragungsschicht 23 hindurchgehen, während große Partikeln hängenbleiben. Eine Übertragungsschicht 23 mit einer anderen Formel könnte große Partikeln von 0,5 um oder größer durchlassen oder aber weiter auf kleinere Pigmentpartikeln beschränkt werden, was jeweils von der aus der Formel resultierenden durchschnittlichen Porengröße abhängt. Allgemein können Polymere mit stärkeren Ketten in größerer Verdünnung verwendet werden, um die minimale Gelsteifigkeit zu erreichen, die für die Aufrechterhaltung der mechanischen Effekte des elektrischen Feldes erforderlich ist. Daraus resultieren größere durchschnittliche Porengrößen, die den Durchgang von größeren Pigmentpartikeln erlauben.

Kleine Pigmentpartikeln weisen ein größeres Ladungs-zu-Masse-Verhältnis auf als größere Pigmentpartikeln. Um kleine Pigmentpartikeln zu verwenden, muß, deshalb die mit der bildweisen Spannungsverteilung assoziierte Ladung größer sein als für größere Pigmentpartikeln erforderlich, um eine bestimmte optische Dichte im Enddruck zu erreichen. Es ist vorteilhaft, kleinere Pigmentpartikeln zu verwenden, um eine bessere Auflösung, weniger Bildrauschen und eine größere Graustufenbreite zu erhalten. Unter kleineren Pigmentpartikeln sind in der vorliegenden Beschreibung allgemein Pigmentpartikeln mit einem Partikeldurchmesser im Volumendurchschnistt von mehr als ungefähr 0,01 um zu verstehen, obwohl Carbon Black- Partikeln und andere Partikeln kleiner sein können. Die mit der Spannungsverteilung des Bildes assoziierte höhere Ladung kann erreicht werden, indem die Kapazität des Bilderzeugungsgliedes erhöht wird. Bei einem Photoleiter wird dies durch die Verwendung einer dünneren Photoleiterschicht erreicht. Bei einer Ionographie kann dies auch durch eine dünnere Elektrorezeptorschicht (gewöhnlich ein plastisches Dielektrikum) und/oder durch die Erhöhung der dielektrischen Konstante des Elektrorezeptors erreicht werden. Es besteht in diesen Fällen natürlich auch noch die Option, die bildweisen Spannungspegel zu erhöhen und Formeln für steifere Übertragungsschichten zur Kompensation zu verwenden.

Auf die Entwicklerbadstation 24 folgt eine Abstreifwalze 28 oder eine andere Einrichtung, die restlichen Entwickler von der Oberfläche der Trommel 28 entfernt. Um ein vollständiges Entfernen des Entwicklers 26 sicherzustellen, kann ein Teil der Oberfläche der Übertragungsschicht 23 durch die Abstreifwalze 28 entfernt werden.

Der restliche Toner wird entfernt, um zu verhindern, daß er Flecken auf dem auf das Papier aufgetragenen Bild verursacht. Die hohe Tonerkonzentration und die hohe Viskosität des nicht entfernten Entwicklers neigen eher dazu, Flecken auf dem Bild zu hinterlassen, als bei der herkömmlichen Flüssigentwicklung, wo Flüssigkeiten mit niedrigerer Viskosität und niedrigerer Partikelkonzentration verwendet werden, die deshalb weniger zum Verursachen von Flecken neigen. Die Abstreifwalze 28 entfernt vorzugsweise nicht die gesamte Übertragungsschicht 23, da dies die Entfernung von Pigmentpartikeln 27 zur Folge haben könnte. Die Abstreifwalze 28 kann zum Beispiel ungefähr 25% bis 75% der Übertragungsschicht 23 von der Oberfläche der Trommel 12 entfernen. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, ungefähr 40% bis 60% der Übertragungsschicht 23 zu entfernen. In einer bevorzugten Ausführungsform mit einer 12 um dickten Übertragungsschicht 23 entfernt die Abstreifwalze 28 ungefähr 6 um der Übertragungsschicht 23. Die hier angegebene Dicke der Übertragungsschicht 23 vor und nach der Entwicklerbadstation 24 ist lediglich ein Darstellungsbeispiel, das den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung keineswegs einschränkt. Nach der Entfernung des restlichen Entwicklers bleiben die Pigmentpartikeln 27 auf der photoleitenden Oberfläche 16a haften, um ein Tonerbild auf der Oberfläche der Trommel zu bilden. Der restliche durch die Abstreifwalze entfernte Entwickler kann in einem Recyclingbehälter 42 für ein Recycling gesammelt werden. Der Recyclingbehälter 42 kann dafür ausgebildet sein, den restlichen Entwickler in die Entwicklerbadstation zurückzuführen, den restlichen Entwickler für ein externes Recycling zu sammeln oder aber den restlichen Entwickler zu entsorgen.

Die Trommel 12 dreht sich weiter zu einer Übertragungsstation 30 mit einer leitenden Druckwalze 32, die eine Oberfläche aus leitendem Gummi oder ähnlichem aufweisen kann. Ein Kopierblatt 34 wird durch ein Zwischenband 36 in die Übertragungsstation 30 befördert. Die Druckwalze 32 übt einen physikalischen Druck auf das Kopierblatt 34 aus, damit das Kopierblatt 34 gegen die restliche Übertragungsschicht auf der Trommeloberfläche 12 gedrückt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Kraft von 16 Pfund/Zoll auf die Druckwalze 32 ausgeübt, wobei jedoch andere Kraftwerte im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten sind. Wenn das Kopierblatt 34 zwischen der Druckwalze 32 und der Trommel 12 hindurchgeht, wird ein Spannungspotential an der Druckwalze 32 angelegt, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Das an der Druckwalze 32 angelegte Spannungspotential ermöglicht es, daß die auf dem elektrostatischen Bild haftenden Pigmentpartikeln 27 auf das Kopierblatt 34 übertragen werden. Die angelegte Spannung kann variieren und zum Beispiel im Bereich von 100 bis 1000 Volt liegen, wobei sie jedoch vorzugsweise im Bereich von 400 bis 1000 Volt oder mehr liegt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Potential von 600 Volt an der Druckwalze 32 angelegt, um die Pigmentpartikeln 27 von der Trommel 12 auf das Kopierblatt 34 zu übertragen. Es können auch andre Spannungspotentiale verwendet werden.

Die Kombination aus dem physikalischen Druck zwischen der Druckwalze 32 und der Trommel 12 und dem angelegten elektrischen Feld sorgt dafür, daß die Pigmentpartikeln 27 von der Trommeloberfläche auf die Oberfläche des Kopierblatts übertragen werden. Die Übertragungsschicht 23 sieht ein Medium dafür vor, das in engen Kontakt mit dem Kopierblatt 34 gebracht wird und als flüssige Brücke für den elektrophoretischen Transport der Pigmentpartikeln 27 in dem elektrischen Feld dient. Dieser Effekt wird weiterhin durch das einfache Eindringen der Übertragungsflüssigkeit in die Faserstruktur des Kopierblatts unterstützt, wobei die Pigmentpartikeln 27 mitgenommen werden. Die Pigmentpartikeln 27 bleiben in den Fasern des Kopierblatts 34 und sehen einen dauerhaften Qualitätsdruck vor, wobei dieses Verfahren dem Drucken mit Tinte ähnlich ist. Andere Einrichtungen zum Fixieren der Pigmente sind also nicht erforderlich. Das Kopierblatt 34 wird weiter durch das Zwischenband 36 transportiert, bis es aus der Bilderzeugungseinrichtung 10 zu einer Kopierblattausgabe (nicht gezeigt) austritt. Es sind auch andere Ausführungsformen der Übertragungsstation möglich, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Außerdem kann die Übertragungsstation zuerst das Tonerbild auf ein Zwischenband (nicht gezeigt) oder ähnliches übertragen, bevor es auf das Kopierblatt 34 übertragen wird.

Da in der Übertragungsstation 30 allgemein nicht alle Pigmentpartikeln 27 von der Oberfläche der Trommel 12 auf das Kopierblatt 34 übertragen werden, dreht sich die Trommel 12 weiter zu einer Reinigungsstation 38. In der Reinigungsstation 38 kann eine Schabklinge 40 oder ähnliches vorgesehen werden, um sowohl die Übertragungsschicht 23 wie die noch an der Trommel 12 haftenden Pigmentpartikeln 27 zu entfernen. Dadurch wird die Trommeloberfläche gereinigt und es können folgende Druckjobs durchgeführt werden. Es hat sich herausgestellt, daß es bei einer ausreichend vollständigen Übertragung der Pigmentpartikeln 27 auf das Kopierblatt nicht erforderlich ist, die restliche Übertragungsschicht zu entfernen, weil die gleichmäßige Ladung im Fall eines Photoleitersystems und die bildweise Ladung im Fall eines ionographischen Systems leicht in die Übertragungsschicht 32 eindringen und sich zu der festen Grenzschicht bewegen kann.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Entwickeln eines elektrostatischen Latenzbildes, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

Erzeugen eines elektrostatischen Latenzbildes auf einem Bilderzeugungsglied (14),

Auftragen einer Übertragungsschicht (23) über dem auf dem Bilderzeugungsglied (14) erzeugten elektrostatischen Latenzbild, wobei die Übertragungsschicht (23) eine sehr viskose oder nicht-newtonsche Flüssigkeit umfaßt, und

Entwickeln des elektrostatischen Latenzbildes zu einem Tonerbild mit Hilfe eines flüssigen Entwicklers (26),

gekennzeichnet durch

Entfernen eines Teils der Übertragungsschicht nach dem Entwickeln und vor dem Übertragen des Tonerbildes, und

Übertragen des Tonerbildes auf ein Bildempfangsglied (34).

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die nicht-newtonsche Flüssigkeit ein Gel ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die viskose Flüssigkeit eine Viskosität von mehr als 10 Zentistokes aufweist oder wobei die viskose Flüssigkeit eine Viskosität von mehr als 5000 Zentistokes aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der flüssige Entwickler einen flüssigen Träger und Pigmentpartikeln umfaßt, wobei der flüssige Träger eine Viskosität von mindestens 5 Zentistokes aufweist oder wobei der flüssige Träger eine Viskosität von weniger als 5 Zentistokes aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Pigmentpartikeln ungefähr 0,1% bis 80% des Gewichts des flüssigen Entwicklers (26) ausmachen.

6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der entfernte Teil der Übertragungsschicht (23) ungefähr 25% bis 75% der Dicke der Übertragungsschicht (23) ausmacht.

7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Übertragungsschicht eine Dicke von ungefähr 2 bis 100 um aufweist.

8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der flüssige Entwickler Pigmentpartikeln und einen flüssigen Träger umfaßt und wobei das Verfahren weiterhin den folgenden Schritt umfaßt:

Erlauben, daß sich die Pigmentpartikeln durch die Übertragungsschicht (23) zu wenigstens einem Punkt unter der Oberfläche der Übertragungsschicht bewegen, bevor das Tonerbild auf ein Bildempfangsglied übertragen wird.

9. Vorrichtung zum Erzeugen eines Tonerbildes auf einem Bildempfangsglied mit:

einer Einrichtung (22) zum Auftragen einer Übertragungsschicht (23) über einem auf der Oberfläche eines Bilderzeugungsgliedes (14) erzeugten elektrostatischen Bild,

einer Einrichtung (24) zum Entwickeln eines Tonerbildes,

gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (28) zum Entfernen eines Teils der Übertragungsschicht (23) nach dem Entwickeln und vor dem Übertragen des Tonerbildes,

eine Einrichtung (32) zum Übertragen der Tonerbildes auf ein Bildempfangsglied (34).







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