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Dokumentenidentifikation DE69512583T2 04.05.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0694821
Titel Selbstpolarisierendes Übertragungselement
Anmelder Xerox Corp., Rochester, N.Y., US
Erfinder Snelling, Christopher, Penfield, NY 14526, US
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69512583
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 21.07.1995
EP-Aktenzeichen 953051240
EP-Offenlegungsdatum 31.01.1996
EP date of grant 06.10.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.05.2000
IPC-Hauptklasse G03G 15/16

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine Vorrichtung zum Übertragen geladener Tonerteilchen in einem elektrostatographischen Druckgerät und betrifft insbesondere ein Übertragungselement zum Einsatz in elektrostatographischen Druckern.

Vorhandene Übertragungs- und Ladesysteme für elektrophotographische Drucker machen Quellen hoher Spannung bei niedrigen Strompegeln erforderlich, um die gleiche Struktur und Intensität elektrostatischer Felder wie auf dem ursprünglichen latenten elektrostatischen Bild aufrechtzuerhalten, das vervielfältigt wird, um die Übertragung auszulösen. Diese Anforderung ist gewöhnlich dadurch erfüllt worden, daß Hochspannungs-Energiequellen zur Speisung der Koronen und Vorspannungswalzen integriert wurden, die Vorgänge wie die Vorladung, die Entwicklung und die Übertragung ausführen. Diese Hochspannungs-Energiequellen führen zu einer Zunahme der Gesamtkosten und des Gewichtes elektrophotographischer Drucker.

Ein einfaches, relativ kostengünstiges und genaues Verfahren zur Vermeidung der Kosten und des Gewichtes von herkömmlichen Hochspannungsquellen in derartigen Drucksystemen ist ein Ziel bei der Konstruktion, der Herstellung und dem Einsatz von elektrophotographischen Druckern gewesen. Das Erfordernis, genaue und kostengünstige Übertragungs- und Ladesysteme zu schaffen, ist mit dem zunehmenden Bedarf nach qualitativ hochwertigen und relativ kostengünstigen elektrophotographischen Druckern noch akuter geworden.

Es sind verschiedene Verfahren zum Laden ohne Integration von Hochspannungs- Energiequellen entwickelt worden. US-A-4106933 von Taylor lehrt ein Verfahren zum Drucken unter Verwendung eines Photoleiters mit piezoelektrischem Material, der Dipole aufweist, die permanent gepolt sind, um eine permanente Struktur herzustellen, die einer graphischen Darstellung entspricht. Anschließend kann das permanent gepolte Material verwendet werden, indem das Material so verformt wird, daß ein Ladungsmuster entsteht, das für die graphische Darstellung steht und anschließend mit Tonerpulver entwickelt, auf ein Blatt Papier übertragen und fixiert werden kann, um eine Druckseite herzustellen. Das Verfahren des Verformens, Tonerauftragens und Fixierens kann wiederholt werden, um so mehrere Kopien herzustellen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die obengenannte Anforderung zu erfüllen.

Dementsprechend schafft die vorliegende Erfindung ein selbstvorspannendes Übertragungselement zum Einsatz in elektrostatographischen Druckern, das umfaßt:

eine Schicht aus zusammendrückbarem Material; und

eine Schicht, die piezoelektrisches Material umfaßt und auf der zusammendrückbaren Schicht angeordnet ist, wobei das piezoelektrische Material von dem Typ ist, der ein elektrisches Feld erzeugt, wenn er beim Zusammendrücken des zusammendrückbaren Materials verformt wird.

In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein Walzenelement geschaffen, das eine innere Schicht aus zusammendrückbarem Material und eine äußere Oberflächenschicht umfaßt, die piezoelektrisches Material umfaßt, das um die äußere Schicht herum angeordnet ist, um bei Verformung ein elektrisches Feld zu erzeugen.

In einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung enthält ein elektrostatographischer Drucker ein Übertragungselement gemäß der Erfindung und eine Bildtragefläche, wobei das Übertragungselement so mit der Bildtragefläche in Kontakt gedrückt wird, daß ein Spaltbereich zwischen ihnen entsteht, und wobei das zusammendrückbare Material durch den Druck auf das Übertragungselement von der Tragefläche zusammengedrückt wird und das piezoelektrische Material dadurch verformt wird.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:

Fig. 1 eine Perspektivansicht ist, die die Form einer piezoelektrischen Folie darstellt;

Fig. 2 eine Ansicht ist, die eine (zweiteilige) Xeromorph-Folie darstellt, die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;

Fig. 3 eine Ansicht ist, die eine (einteilige) Xeromorph-Folie darstellt, die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;

Fig. 4 eine Ansicht ist, die die neuartige, selbstvorspannende Walze der vorliegenden Erfindung in einem Übertragungsbetrieb darstellt, wie er bei einem typischen elektrostatographischen Kopiervorgang auftreten kann; und

Fig. 5 die neuartige selbstvorspannende Walze der vorliegenden Erfindung darstellt, bei der eine leitende Klinge eingesetzt wird.

In Fig. 4 ist ein nachgiebiges selbstvorspannendes Walzenelement 10 gemäß der vorliegenden Erfindung im Aufbau eines Übertragungssystems eines typischen elektrostatographischen Druckgerätes dargestellt. Eine trommelartige photoleitende isolierende Fläche 15 ist so in funktionellem Kontakt mit der selbstvorspannenden Walze 10, daß ein Spalt 22 zwischen ihnen besteht. Ein Pulvertonerbild 17, das entsprechend herkömmlichen elektrostatischen Kopierverfahren bereits hergestellt und entwickelt wurde, befindet sich auf der Oberfläche der photoleitenden isolierenden Trommel. Ein Kopieblatt 16 oder ein anderes Trägersubstrat bewegt sich durch den Spalt 22, der im Bereich des Kontaktes zwischen der selbstvorspannenden Walze 10 und der photoleitenden isolierenden Oberfläche 15 ausgebildet ist, um das Pulvertonerbild 17 von Trommel 15 aufzunehmen. So wird das Pulvertonerbild auf das Trägerblatt 16 übertragen und erscheint als übertragenes Bild 18 darauf. Die physikalischen Vorgänge beim Einsatz einer nachgiebigen Walze für den Übertragungsvorgang in einer derartigen elektrostatographischen Druckvorrichtung sind den Fachleuten bekannt. Das übertragene Bild 18 auf dem Trägerblatt 16 kann anschließend bearbeitet werden, so beispielsweise, indem das Bild auf das Trägerblatt fixiert wird.

Die nachgiebige Walze 10 umfaßt eine Schicht aus zusammendrückbarem Material 13, mit der ein Kern 12 beschichtet ist. Das Walzenelement 10 ist normalerweise zylindrisch, wobei die Schicht 13 den Mittelkern 12 einheitlich koaxial umgibt. Die Schicht 13 kann aus einer Polyurethanverbindung oder einem anderen Material bestehen, das die gewünschte Zusammendrückbarkeit aufweist. Dabei kann es sich um eine geschlossenzellige oder eine offenzellige Verbindung handeln, d. h. ein Schaumstoffmaterial, das ausreichend zusammengedrückt werden kann. Des weiteren umfaßt eine Umfangsoberflächenschicht 14 einen piezoelektrischen Polymerflim, so beispielsweise einen Polyvinylidenfluorid (PVDF)-Film, vorzugsweise Kynar®-Piezofilm, der von Pennwalt KTM hergestellt wird.

Piezoelektrische Materialien werden hergestellt, indem PVDF-Film in einer Richtung gedehnt wird und ein starkes elektrisches Feld angelegt wird, um ihn in einer Richtung senkrecht zu dem Film elektrisch zu polarisieren. Die Dehnungsrichtung ist, wie in Fig. 1 dargestellt, mit "T" gekennzeichnet, und die Polarisationsrichtung ist mit "P" gekennzeichnet, bzw. in den Polkoordinaten mit "1" bzw. "3" gekennzeichnet. Wenn eine PVDF-Folie gedehnt wird, entsteht ein inneres elektrisches Feld, das proportional zur Verformung ist.

Bei der vorliegenden Erfindung wird entweder eine zweiteilige (bimorph) oder eine einteilige (unimorph) Struktur eingesetzt, die als "Xeromorph" bezeichnet wird. Ein zweiteiliges Xeromorph besteht aus zwei PVDF-Folien 6, die laminiert werden, wobei die Polarisationsrichtungen der Folien einander entgegengesetzt sind und lediglich eine untere Elektrode 7 vorhanden ist, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Ein einteiliges Xeromorph besteht aus einer einzelnen PVDF-Folie 6, die, wie in Fig. 3 dargestellt, auf ein dickes Substrat laminiert ist. Das Substratmaterial kann Materialien umfassen, die sich biegen lassen und keine piezoelektrischen Eigenschaften aufweisen.

In Fig. 4 ist eine Xeromorph-Oberflächenschicht 14 so elastisch und nachgiebig, daß sie sich an die Zusammendrückbarkeitseigenschaften der nachgiebigen darunterliegenden Schicht 13 anpaßt. Die nachgiebige Walze 10 wird in dem Spalt 22, der in dem Kontaktbereich zwischen der Walze 10 und der photoleitenden Trommel 15 ausgebildet ist, einer Druckkraft ausgesetzt. Wenn Walze 10 näher an die photoleitende Oberfläche 15 gebracht wird, auf der sich das Pulvertonerbild befindet, bewirkt die Druckkraft Verformung der piezoelektrischen Schicht, so daß ein elektrisches Potential an der Oberfläche von Walze 10 in dem Spaltbereich erzeugt wird, das Übertragung des Pulvertonerbildes auf Kopieblatt 16 bewirkt. Die nachgiebige Walze 10 wird durch ein Paar Federn (nicht dargestellt) in Spannung gehalten, die die nachgiebige Walze 10 elastisch mit der gewünschten Federkraft an die Trommel drücken, um die nachgiebige Walze 10 zu verformen und das gewünschte elektrische Potential zu erzeugen. Es liegt auf der Hand, daß andere Einrichtungen zum Drücken der Oberfläche der nachgiebigen Walze 10 an Trommel 15 eingesetzt werden könnten. Des weiteren reinigt die Neutralisierungs- und Reinigungsbürste 30, wenn sich die nachgiebige Walze 10 dreht, die Oberfläche der nachgiebigen Walze 10 und entfernt Restladungen darauf, da sie mit Masse verbunden ist, so daß kein elektrisches Feld in dem Vorspaltbereich vor der Verformung in dem Spalt 22 besteht.

Die Verformung der Umfangsoberflächenschicht 14 in dem Übertragungsspalt 22 kann verstärkt werden, so daß höhere Übertragungsfelder wirken können, um höheren Übertragungswirkungsgrad zu erreichen, wenn dies erforderlich ist.

Eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt. Die nachgiebige Walze 10 wird einer Druckkraft ausgesetzt, die von der leitenden Klinge 50 erzeugt wird. Klinge 50 erfüllt drei Funktionen:

1) Sie verformt die Xeromorph-Oberflächenschicht, um eine Nettoladung und ein von Null verschiedenes Potential zu erzeugen;

2) Sie neutralisiert dieses von Null verschiedene Oberflächenpotential, indem sie diese Nettoladung über die leitende Klinge an Masse leitet;

3) Sie entfernt Rückstände von der Oberfläche der Xeromorph-Oberflächenschicht. Ein vorteilhaftes Merkmal dieser speziellen Ausführung besteht in der Unabhängigkeit vom Spaltdruck zur Erzeugung des gewünschten elektrischen Potentials an der Oberfläche der Walze, durch die die Möglichkeit zu starken Spaltdrucks ausgeschlossen werden kann, der zu hohlen Druckzeichenbildern aufgrund der Verdichtung von Toner an der Oberfläche des photoleitenden Elementes führen kann. Es ist anzumerken, daß ausreichender Spaltdruck ausgeübt werden sollte, um den Übertragungszonen-Luftspalt auf ein Minimum zu verringern.

Das Walzenelement der vorliegenden Erfindung wird synchron betrieben, wobei sich die Walze in der gleichen Richtung dreht wie die photoleitende Oberfläche. Als Alternative ist es möglich, das nachgiebige Walzenelement der vorliegenden Erfindung asynchron zu betreiben, wobei sich die Walze in der entgegengesetzten Richtung zu dem Bildaufnahmeelement und der photoleitenden Oberfläche dreht.

Es liegt auf der Hand, daß mit einem selbstvorspannenden Übertragungselement, das die Form eines Walzenelementes hat, die Vorteile der Erfindung, wie sie oben beschrieben sind, vollständig erreicht werden. Für den Fachmann ist des weiteren ersichtlich, daß das selbstvorspannende Übertragungselement die Form eines Endlosbandes haben könnte, das über ein Paar Walzen läuft, wobei beispielsweise eine der Walzen die Funktion eines nicht zusammendrückbaren Materials erfüllt, an das das nachgiebige Material des Endlosbandes gedrückt wird, um die Verformung des piezoelektrischen Materials darauf zu ermöglichen.


Anspruch[de]

1. Selbstvorspannendes Übertragungselement (10) zum Einsatz in elektrostatographischen Druckern, das umfaßt:

eine Schicht aus zusammendrückbarem Material (13); und

eine Schicht, die piezoelektrisches Material (14) umfaßt und auf der zusammendrückbaren Schicht angeordnet ist, wobei das piezoelektrische Material von dem Typ ist, der ein elektrisches Feld erzeugt, wenn er beim Zusammendrücken des zusammendrückbaren Materials (13) verformt wird.

2. Übertragungselement nach Anspruch 1, wobei das Übertragungselement umfaßt:

eine Walze (10), bei der das zusammendrückbare Material zylindrisch auf einem axial angeordneten Kern ausgebildet ist; und

wobei die Walze um die Achse des Kerns herum gedreht werden kann.

3. Übertragungselement nach Anspruch 1, wobei die Schicht aus zusammendrückbarem Material und die Schicht, die das piezoelektrische Material umfaßt, ein Endlosband bilden, und das Band um ein Paar Walzen herumläuft.

4. Übertragungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das piezoelektrische Material eine Schicht aus piezoelektrischem Polymerfilm umfaßt.

5. Übertragungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das piezoelektrische Material (14) umfaßt:

eine erste Schicht aus piezoelektrischem Polymerfilm mit einer ersten Polarisierungsrichtung; und

eine zweite Schicht aus piezoelektrischem Polymerfilm, die auf der ersten Schicht angeordnet ist und eine zweite Polarisationsrichtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung hat.

6. Elektrostatographischer Drucker, der ein Übertragungselement (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche und eine Bildtragefläche (15) enthält, wobei das Übertragungselement (10) so mit der Bildtragefläche (15) in Kontakt gedrückt wird, daß ein Spaltbereich zwischen ihnen entsteht; und

wobei das zusammendrückbare Material (13) durch den Druck auf das Übertragungselement (11) von der Tragefläche zusammengedrückt wird und das piezoelektrische Material (14) dadurch verformt wird.

7. Elektrostatographischer Drucker nach Anspruch 6, wobei das Übertragungselement (10) durch Federn in die Bildtragefläche (15) hineingedrückt wird.

8. Elektrostatographischer Drucker, der ein Übertragungselement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und eine Klinge (50) enthält, wobei das Übertragungselement (10) durch die Klinge (50) verformt wird, die das zusammendrückbare Material (13) zusammendrückt.

9. Elektrostatographischer Drucker nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei das Übertragungselement (10) mit einer Bürste (30) gereinigt wird, die gleichzeitig Restladungen auf der Oberfläche des piezoelektrischen Materials (14) auflöst.







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