DE69415809T2

DE69415809T2 - Vorrichtung für direktes elektrostatisches Drucken (DEP) mit individuellen Kontrolldruck- und Kontrollhinterelektroden

Info

Publication number: DE69415809T2
Application number: DE69415809T
Authority: DE
Inventors: Guido C/O Agfa-Gevaert N.V. Die 381 B-2640 Mortsel Desie; Jacques C/O Agfa-Gevaert N.V. Die 3811 B-2640 Mortsel Leonard
Original assignee: Agfa Gevaert NV
Current assignee: Agfa Gevaert NV
Priority date: 1994-10-20
Filing date: 1994-10-20
Publication date: 1999-08-05
Anticipated expiration: 2014-10-21
Also published as: EP0708386B1; US6012802A; JPH08207347A; EP0708386A1; DE69415809D1

Description

1. Technisches Gebiet der Erfindung.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein beim Verfahren des elektrostatischen Drucks und insbesondere beim elektrostatischen Direktdruck (DEP = Direct Electrostatic Printing) verwendetes Gerät. Beim DEP wird der elektrostatische Druck von einem Tonerzuliefermittel auf dem Substrat eines aufnehmenden Elements mittels einer elektronisch adressierbaren Druckkopfstruktur direkt ausgeführt und muß der Toner bildmäßig zum Substrat des aufnehmenden Elements fliegen.

2. Allgemeiner Stand der Technik.

Beim DEP (Direct Electrostatic Printing) wird der Toner bzw. das entwickelnde Material bildmäßig direkt auf ein Substrat eines aufnehmenden Elements aufgetragen, wobei letzteres kein bildmäßiges, latentes elektrostatisches Bild trägt. Bei dem Substrat kann es sich um ein zwischengeschaltetes biegsames Endlosband (z. B. Aluminium) handeln. In diesem Fall muß der bildmäßig aufgetragene Toner auf ein anderes Endsubstrat übertragen werden. Der Toner wird vorzugsweise direkt auf das Substrat des aufnehmenden Elements aufgetragen, womit eine Möglichkeit geboten wird, das Bild auf dem endgültigen aufnehmenden Substrat, z. B. Normalpapier, Diapositiv, usw., direkt zu erzeugen. An diesen Auftragsschritt schließt ein letzter Fixierschritt an.
Das Verfahren unterscheidet sich in diesem Punkt von der klassischen Elektrografie, bei der ein latentes elektrostatisches Bild auf einer eine Ladung haltenden Oberfläche durch ein geeignetes Material entwickelt wird, um das latente Bild sichtbar zu machen. Weiterhin wird entweder das Pulverbild direkt auf der die Ladung haltenden Oberfläche fixiert, was dann zu einem elektrografischen Direktdruck führt, oder das Pulverbild wird danach auf das endgültige Substrat übertragen und dann auf diesem Medium fixiert. Letzteres Verfahren führt zu einem elektrografischen Indirektdruck. Das endgültige Substrat ist möglicherweise ein transparentes Medium, undurchsichtige polymere Folie, Papier, usw.
DEP unterscheidet sich auch deutlich von der Elektrofotografie, bei der ein zusätzlicher Schritt und ein zusätzliches Element eingeführt werden, um das latente elektrostatische Bild zu erzeugen. Insbesondere wird ein Fotoleiter verwendet, und ein Auflade-Belichtungs-Takt ist erforderlich.
Eine DEP-Einrichtung ist von Pressman in der US-P-3 689 935 beschrieben. Aus dieser Patentschrift ist ein elektrostatischer Zeilendrucker mit einem mehrschichtigen Teilchenmodulator bzw. einer Druckkopfstruktur bekannt, der folgendes umfaßt.
- eine Schicht aus isolierendem Material, Isolationsschicht genannt,
- eine Schirmdruckelektrode, die aus einer durchgehenden Schicht aus leitfähigem Material auf einer Seite der Isolationsschicht besteht,
- mehrere Steuerdruckelektroden, die durch eine segmentierte Schicht aus leitfähigem Material auf der anderen Seite der Isolationsschicht gebildet werden, und
- mindestens eine Reihe von Drucköffnungen.
Jede Steuerdruckelektrode ist um eine Drucköffnung herum gebildet und ist von jeder anderen Steuerdruckelektrode isoliert.
Ausgewählte Potentiale werden an jede der Steuerdruckelektroden angelegt, während ein festes Potential an die Schirmdruckelektrode angelegt wird. Ein gleichmäßig angelegtes Antriebsfeld zwischen einem Tonerzuliefermittel und einer Unterlage des aufnehmenden Elements schleudert geladene Tonerteilchen durch eine Reihe von Drucköffnungen der Druckkopfstruktur. Die Intensität des Teilchenstroms wird entsprechend dem Muster der an die Steuerdruckelektroden angelegten Potentiale moduliert. Der modulierte Strom aus geladenen Teilchen trifft auf das Substrat eines aufnehmenden Elements auf, das in dem modulierten Teilchenstrom angeordnet ist. Das Substrat des aufnehmenden Elements wird in eine Richtung orthogonal zu der Druckkopfstruktur transportiert, um einen zeilenweisen abtastenden Druck zu liefern. Die Schirmdruckelektrode kann dem Tonerzuliefermittel zugewandt sein, und die Steuerdruckelektrode kann dem Substrat des aufnehmenden Elements zugewandt sein. Zwischen der Druckkopfstruktur und einer einzelnen Schirmgegenelektrode an der Unterlage des aufnehmenden Elements wird ein Gleichstromfeld angelegt. Dieses Antriebsfeld ist die Ursache dafür, daß der Toner zu dem Substrat des aufnehmenden Elements hingezogen wird, das zwischen der Druckkopfstruktur und der Schirmgegenelektrode angeordnet ist.
Ein derartiges Druckgerät erfordert aber eine ziemlich starke Spannungsquelle und kostspielige elektronische Elemente, die die Gesamtdichte zwischen Höchstdichte und Mindestdichte steuern, wodurch das Gerät eine umständliche und kostspielige Investition wird.
Zum Überwinden dieses Problems sind in der Literatur verschiedene Änderungen vorgeschlagen worden.
In der US-P-4 912 489 ist die - wie von Pressman beschriebene - herkömmliche Positionsanordnung von Schirmdruckelektrode und Steuerdruckelektrode umgekehrt. Dadurch sind zur Einstellung der Druckdichte niedrigere Spannungen erforderlich. In einer bevorzugten Ausführungsform verschafft diese Patentanmeldung eine neue Druckkopfstruktur, bei der die Tonerteilchen vom Tonerzuliefermittel zuerst durch größere, durch sogenannte Schirmelektroden umgebene Drucköffnungen in die Druckkopfstruktur eingeführt werden und danach durch kleinere, durch Steuerdruckelektroden umgebene Drucköffnungen weitergeführt werden und schließlich die Druckkopfstruktur über eine Schirmdruckelektrode verlassen. Der größere Drucköffnungsdurchmesser ist zum Verhüten von Problemen mit Kopiereffekt empfohlen.
In der EP-A-0 587 366 ist ein Gerät beschrieben, bei dem der Abstand zwischen Druckkopfstruktur und Tonerzuliefermittel unter Verwendung eines Kratzkontakts sehr klein gemacht worden ist. Demzufolge ist ebenfalls die zum Überwinden des angelegten Antriebsfelds erforderliche Spannung sehr klein. Der Kratzkontakt erfordert aber unbedingt den Auftrag einer sehr abriebfesten Deckschicht auf die Druckkopfstruktur.
Ein Gerät, bei dem der Abstand zwischen der Druckkopf- Struktur und dem Tonerzuliefermittel sehr klein ist, ist ebenfalls in der US-P-5 281 982 beschrieben. Bei diesem Gerät ist in einer steifen Struktur eine feste aber sehr kleine Spalte angebracht, wodurch eine ziemlich niedrige Spannung ausreicht, um erwünschte Mengen an Tonerteilchen auszuwählen. Durch die steife Struktur müssen aber in der Druckkopfstruktur spezielle Elektroden und Kreise angeordnet werden, die Wanderwellen erzeugen, die das Bewegen der Tonerteilchen bewirken.
Andererseits ist der Einsatz von "Kontrografie"-Systemen zum Auswählen von Tonerteilchen entsprechend einem Bildmuster schon seit langem bekannt. In der US-P-4 568 955 z. B. benutzt man z. B. eine segmentierte Unterlage eines aufnehmenden Elements, die verschiedene galvanisch isolierte Schreibspitzen als Steuergegenelektroden enthält, in Kombination mit Tonerteilchen, die durch elektrostatische Wanderwellen bewegt werden. Der wichtigste Nachteil dieses Geräts liegt in seiner beschränkten Auflösung und der Abhängigkeit der Bildqualität von Umgebungsbedingungen und Eigenschaften des Substrats des aufnehmenden Elements.
In der US-P-4 733 256 wird bestimmten dieser Nachteile durch die Einführung einer wie von Pressman beschriebenen Druckkopfstruktur abgeholfen. Die Druckkopfstruktur ist zwischen der Unterlage 28 des aufnehmenden Elements (die eine gebogene Metallgegenelektrode 89 umfaßt) und dem Tonerzuliefermittel angeordnet. Bei einem Zeilendrucker kann die Dichte durch Anlegen der geeigneten Spannung an die Schirmdruckelektrode, die Steuerdruckelektrode und die Steuergegenelektrode fein eingestellt werden.
In der US-P-5 036 341 wird ein Gerät beschrieben, das eine raster- oder gitterförmige Steuergegenelektrodenmatrix als segmentierte Unterlage des aufnehmenden Elements umfaßt. Dieses Gerät beinhaltet zwar den Vorteil, das Substrat des aufnehmenden Elements mit matrixweiter Bildinformation beschreiben zu können, doch ist abhängig von Umgebungseinflüssen und Einflüssen in bezug auf die Art des Substrats des aufnehmenden Elements.
Zum Überwinden dieser Nachteile beschreibt Array Printers in der US-P-5 121 144 einen weiteren Apparat, bei dem die segmentierte Gegenelektrode ohne Druckkopfstruktur in ein zweiteiliges Elektrodensystem mit einer Druckkopfelektroden- Struktur und einer Gegenelektrodenstruktur umgewandelt ist. Ein erster Teil wird zwischen dem Tonerzuliefermittel und dem Substrat des aufnehmenden Elements angeordnet und besteht aus parallelen isolierten Drähten, die als Druckkopfstruktur genutzt werden. Ein zweiter Teil umfaßt einen weiteren Satz von parallelen, senkrecht auf den ersten Drähten angeordneten Drähten. Dieser Satz wird als Gegenelektrodenstruktur benutzt. Die als Gegenelektrodenstruktur dienende Unterlage des aufnehmenden Elements besteht in allen Beispielen aus isolierten, in einer einzelnen Richtung ausgerichteten Drähten. Als Druckkopfstruktur werden drei verschiedene Konfigurationen beschrieben.
1. quer angeordnete isolierte Drähte,
2. eine biegsame Leiterplatte mit nur Steuerdruckelektroden in der Querrichtung, und
3. eine biegsame Leiterplatte mit einer Gesamtschirmdruck- Elektrode und Steuerdruckelektroden in der Querrichtung.
Die verschiedenen in dieser Patentschrift beschriebenen Systeme ermöglichen es, das Antriebsfeld in einer Gruppe von Drucköffnungen zu ändern und die Dichte durch Steuerung der Spannung der verschiedenen Steuerdruckelektroden fein einzustellen.
Alle obengenannten Patentschriften oder Patentanmeldungen komplizieren die experimentelle Gestaltung des DEP-Geräts weitgehend. Andererseits würde es sehr vorteilhaft sein, über ein Gerät mit weniger komplizierten Bestandteilen verfügen zu können, das bei sehr niedrigen Spannungswerten betrieben werden kann.
Es gibt also noch immer einen Bedarf an einem auf einer zwar einfachen doch die obigen Probleme beseitigenden Struktur basierenden DEP-System, mit dem auf eine reproduzierbare und konstante Weise hochqualitative Bilder erhalten werden.

3. Gegenstand der Erfindung.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Gerät zur Verwendung beim Direkten Elektrostatischen Druckverfahren (DEP), mit dem ohne komplexe und kostspielige elektronische Elemente hochqualitative Bilder gedruckt werden können.
Weitere Gegenstände und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.
Die obigen Gegenstände erzielt man mit einem Gerät für elektrostatischen Direktdruck auf der Stirnseite eines zwischengeschalteten oder endgültigen Substrats eines aufnehmenden Elements, das folgendes enthält.
- eine Druckkopfstruktur an der Stirnseite des Substrats des aufnehmenden Elements mit einer Vielzahl von Drucköffnungen, die jeweils eine galvanisch isolierte Steuerdruckelektrode umfassen,
- ein Tonerzuliefermittel an der Stirnseite der Druckkopfstruktur, das Tonerteilchen bis an die Drucköffnungen führt, und
- eine Unterlage für die Rückseite des Substrats des aufnehmenden Elements, die eine Vielzahl von galvanisch isolierten Steuergegenelektroden umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mitte jeder Steuergegenelektrode auf gleicher Linie mit nur einer solchen Drucköffnung angeordnet ist.
Vorzugsweise sind die Anzahl der Steuergegenelektroden und die Anzahl der Steuerdruckelektroden gleich.
Wir haben festgestellt, daß sowohl die Steuerdruck- Elektroden als auch die Steuergegenelektroden bei einer Spannung betrieben werden können, die wesentlich niedriger ist als die zur Betätigung eines Systems mit keinen individuellen Steuergegenelektroden pro Pixel erforderliche Spannung. Eine niedrigere Steuerspannung wirkt sich weitgehend auf die Kosten der Treiberschaltungen aus. So sind zum Beispiel Schaltungen zur Lieferung einer Höchstspannung von 450 V zweimal teuerer als Schaltungen zur Lieferung einer Höchstspannung von 335 V. Zur Betätigung von Schaltungen mit einer Höchstspannung von 800 V steigen diese Kosten um einen Faktor zehn bis fünfzehn an. Aus diesem Grund ist der Einsatz einer Druckkopfstruktur mit Steuerdruckelektroden und einer Unterlage des aufnehmenden Elements mit Steuergegenelektroden mit Treiberschaltungen mit zweimal N niedrigen Kosten vorteilhafter als der Einsatz von Steuerdruckelektroden, deren Treiberschaltungen nur N hohe Kosten aufweisen. Die Betätigung von zwei Elektroden zur Bebilderung eines Pixels sichert darüber hinaus eine bessere Steuerung der Grauwerte für das betreffende Pixel.
An die Steuerdruckelektroden und/oder Steuergegenelektroden wird jeweils vorzugsweise eine variable Spannung angelegt, um die an einer bestimmten Stelle auf dem Substrat des aufnehmenden Elements angebrachte Menge Toner zu steuern. Dadurch werden auf dem Substrat unterschiedliche Dichtewerte erhalten. In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Druckkopfstruktur weiterhin eine galvanisch von den Steuerdruckelektroden isolierte Schirmdruckelektrode und gegebenenfalls eine galvanisch von den Steuergegenelektroden isolierte Schirmgegenelektrode. Beide Schirmelektroden bedecken nahezu völlig eine Seite der Isolationsschicht, auf der sie angeordnet sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform benutzt man ein Zweikomponenten-Entwicklungssystem beim Gebrauch von Tonerteilchen in einem DEP-Gerät.

4. Kurzbeschreibung der Abbildung.

Abb. 1 ist eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen DEP-Geräts.

5. Detaillierte Beschreibung der Erfindung.

Viele Modifikationen des DEP-Prinzips (elektrografischer Direktdruck) beschränkten sich bisher auf mechanische oder elektrische Änderungen in der Druckkopfstruktur, wobei die verbesserte Mechanik eine bessere und präzisere Steuerung der Erfordernisse in bezug auf die Abstände zwischen dem Tonerzuliefermittel, der Druckkopfstruktur und der Unterlage des aufnehmenden Elements ermöglichte.
Wir haben festgestellt, daß wenn man die Unterlage des aufnehmenden Elements und die Druckkopfstruktur pro einzelnes Pixel zusammenzuarbeiten veranlaßt - jedes Pixel wird von einer Drucköffnung hergestellt - eine erhebliche Verbesserung der DEP-Qualität der Bilddichte erzielt werden kann.

Beschreibung des DEP-Geräts

Ein Gerät zur Realisierung des DEP-Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt folgendes (Abb. 1):
(i) ein Tonerzuliefermittel 1 mit einem Behälter für Entwickler 2 und eine Magnetbürstenanordnung 3, wobei diese Magnetbürstenanordnung eine Tonerwolke 4 erzeugt,
(ii) eine Unterlage des aufnehmenden Elements 5, die aus isolierender, einseitig oder beidseitig mit einer Metallfolie überzogener Kunststoffolie besteht. Die Unterlage des aufnehmenden Elements 5 umfaßt eine komplexe adressierbare Elektrodenstruktur, nachstehend als "Steuergegenelektrode" 5b bezeichnet. Diese Steuergegenelektrodenstruktur befindet sich vorzugsweise an der aufnehmenden Seite oder Stirnseite der Unterlage des aufnehmenden Elements 5. Eine kontinuierliche Elektrodenoberfläche - nachstehend als Schirmgegenelektrode 5a bezeichnet - kann an der anderen Seite der Unterlage des aufnehmenden Elements 5 angeordnet sein.
(iii) eine Druckkopfstruktur 6, die aus einer isolierenden, beidseitig mit einer Metallfolie überzogenen Kunststoffolie besteht. Die Druckkopfstruktur 6 umfaßt eine kontinuierliche Elektrodenoberfläche, nachstehend als "Schirmdruckelektrode" 6b bezeichnet, die in der gezeigten Ausführungsform dem Tonerzuliefermittel zugewandt ist. Die Druckkopfstruktur umfaßt weiterhin eine komplexe adressierbare Elektrodenstruktur, nachstehend als "Steuerdruckelektrode" 6a bezeichnet, jeweils um Drucköffnungen 7 herum und - in der gezeigten Ausführungsform - dem Substrat des aufnehmenden Elements im DEP-Gerät zugewandt. Die Schirmdruckelektrode 6b und die Steuerdruckelektrode 6a können in anderen Ausführungsformen für ein erfindungsgemäßes DEP-Gerät an zu den in Abb. 1 gezeigten Stellen unterschiedlichen Stellen angeordnet werden. Die Druckkopf- Struktur wird im erfindungsgemäßen Gerät derart angeordnet, daß - durch jede Drucköffnung 7 geschleuderter - Toner auf die Mitte der Steuergegenelektrode 5b fällt. Aus diesem Grund ist pro einzelne Drucköffnung 7 in der Druckkopfstruktur 6 eine Steuergegenelektrode 5b angeordnet.
(iv) Fördermittel 8 zum Befördern eines das Tonerbild aufnehmenden Elements - als Substrat 9 des aufnehmenden Elements bezeichnet - zwischen der Druckkopfstruktur 6 und der Unterlage des aufnehmenden Elements 5 in der durch Pfeil A angezeigten Richtung,
(v) Mittel zum Fixieren 10 des Toners auf dem Substrat 9 des bildaufnehmenden Elements.
Abb. 1 zeigt zwar eine bevorzugte Ausführungsform eines DEP-Geräts - mit zwei Elektroden (6a und 6b) in Druckkopfstruktur 6 -, doch ist es möglich, in der vorliegenden Erfindung ein DEP-Gerät mit einer Druckkopfstruktur 6 mit einem unterschiedlichen Aufbau zu realisieren. So kann z. B. ein Gerät verschafft werden, dessen Druckkopfstruktur nur eine Steuerdruckelektrodenstruktur 6a und mehr als zwei Elektrodenstrukturen (6a, 6b usw.) umfaßt. Die Drucköffnungen in diesen Druckkopfstrukturen können einen konstanten Durchmesser oder aber auch eine größere Eintrittsöffnung oder Austritts- Öffnung aufweisen. Als Druckkopfstruktur kann im DEP-Gerät der vorliegenden Erfindung ebenfalls eine Elektrodenmaschenmatrix eingebaut werden.
Die Unterlage des aufnehmenden Elements dieses DEP-Geräts kann ebenfalls aus nur einseitig mit einer leitfähigen Folie überzogener Kunststoffolie bestehen, die verschiedene adressierbare Steuergegenelektroden und auf derselben Seite eine von den Steuergegenelektroden isolierte Gesamtschirmgegen- Elektrode umfaßt.
In der in Abb. 1 gezeigten Ausführungsform können verschiedene elektrische Felder angelegt werden.
a) zwischen der Magnetbürstenanordnung 3 und der Schirmdruckelektrode 6b,
b) zwischen der Schirmdruckelektrode 6b und der Steuerdruckelektrode 6a um Drucköffnung 7 herum,
c) zwischen der Steuerdruckelektrode 6a der Druckkopfstruktur 6 und der Steuergegenelektrode 5b, und
d) zwischen der Steuergegenelektrode 5b und der Schirmgegenelektrode 5a.
Bei der in Abb. 1 gezeigten speziellen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen DEP-Geräts werden eine Spannung V&sub1; an die Hülse der Magnetbürstenanordnung 3, eine Spannung VSP an die Schirmdruckelektrode 6b, variable Spannungen VCP zwischen VCP0 und VCPn an die einzelnen Steuerdruckelektroden 6a angelegt. Dabei stellen VCP0 und VCPn die niedrigsten bzw. die höchsten an die Steuerdruckelektrode angelegten Spannungswerte dar. In der Regel kann an die Steuerdruckelektrode eine ausgewählte Serie von einzelnen Spannungswerten VCP0, VCP1, ... angelegt werden. Der Wert der variablen Spannung VCP wird entsprechend dem Digitalwert der Bildgebungssignale, die die erwünschten Graustufen darstellen, zwischen den Werten VCP0 und VCPn dieser Serie gewählt. Die Spannung kann aber ebenfalls auf Zeitbasis entsprechend dem Graustufenwert moduliert werden. Spannung VSB wird an die Schirmgegenelektrode 5a auf der Unterlage des aufnehmenden Elements 5 hinter dem Tonerzuliefermittel angelegt. Eine variable Spannung VCB zwischen VCB0 und VCBn wird an die Steuergegenelektroden 5b angelegt.
Bei einer DEP-Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt das Tonerzuliefermittel 1 auf einer Magnetbürstenanordnung 3 eine Schicht aus Mehrkomponentenentwickler und wird die Tonerwolke 4 direkt von der Magnetbürstenanordnung 3 extrahiert. Bei anderen den Fachleuten bekannten Systemen wird der Toner zuerst auf ein Förderband aufgetragen und auf diesem Band bis in der Nähe der Drucköffnungen transportiert. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert auch mit einem Einkomponentenentwickler bzw. -toner, der mittels eines Förderers für geladenen Toner bis in der Nähe der Drucköffnungen 7 transportiert wird. Bei einem derartigen Förderer kann es sich um ein bewegliches Band oder ein festes Band handeln. Letzteres umfaßt eine Elektrodenstruktur, die ein entsprechendes elektrostatisches Wanderwellenmuster zum Bewegen der Tonerteilchen erzeugt.
Die Magnetbürstenanordnung 3, die vorzugsweise in einer DEP-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann entweder von der Art mit festem Kern und sich drehender Hülse oder von der Art mit sich drehendem Kern und sich drehender oder feststehender Hülse sein.

Beschreibung der Trägerteilchen zur Verwendung in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung

Die zur Verwendung mit der Magnetbürste von der Art mit feststehendem Kern und sich drehender Hülse benutzten Trägerteilchen sind vorzugsweise "sanfte" magnetische Teilchen mit einer Koerzitivkraft zwischen etwa 50 und 250 Oe, wobei diese Trägerteilchen ziemlich homogene Ferritteilchen oder magnetische Kompositteilchen sind. Ferrite entsprechen im allgemeinen der Formel MeO.Fe&sub2;O&sub3;, wobei Me wenigstens ein zweiwertiges Metall wie Mn, Ni, Co, Mg, Ca, Zn und Cd bedeutet, das weiterhin mit einwertigen oder dreiwertigen Ionen dotiert ist.
Als sanfte magnetische Trägerteilchen bevorzugt man Kompositträgerteilchen, die ein Harzbindemittel und eine Mischung aus zwei Magnetiten mit unterschiedlicher Teilchengröße umfassen, wie in der EP-B-0 289 663 beschrieben. Die Teilchengröße beider Magnetite schwankt zwischen 0,05 und 3 um.
Die zur Verwendung mit der Magnetbürste von der Art mit sich drehendem Kern und sich drehender oder feststehender Hülse benutzten Trägerteilchen sind vorzugsweise "harte" magnetische Teilchen.
Auch hier lassen sich sowohl homogene als auch Komposit- Teilchen benutzen. Die homogenen Teilchen sind vorzugsweise harte Ferritmakroteilchen. Harte magnetische Makroteilchen sind Teilchen, die bei magnetischer Sättigung eine Koerzitivkraft von wenigstens 250 Oe, am besten wäre 1.000 Oe aufweisen, wobei der Magnetisierungswert vorzugsweise wenigstens 20 Emu pro g Trägermaterial beträgt. Nutzbare harte magnetische Materialien sind harte Ferrite und Gammaeisenoxid. Harte Ferrite kennzeichnen sich durch eine ähnliche Zusammensetzung wie die obigen Ferrite, wobei typische Ionen wie Ba, Pb oder Sr benutzt werden, wie in der US-P 3 716 630 beschrieben.
Man bevorzugt aber den Gebrauch von Kompositteilchen, die eine niedrigere relative Dichte ergeben und einen flexibleren Aufbau erlauben. In diesem Fall liegen die harten magnetischen Teilchen in feiner Form, als Pigment bezeichnet, vor, doch sind im wesentlichen derselben chemischen Zusammensetzung.
Die harten magnetischen Pigmente weisen dann eine Koerzitivkraft von wenigstens 250 Oe, vorzugsweise wenigstens 1.000 Oe und besonders bevorzugt wenigstens 3.000 Oe auf. In dieser Hinsicht sei darauf hingewiesen, daß wenn sich magnetische Materialien mit einer Koerzitivkraft von 3.000 und 6000 Oersted als nutzbar erwiesen haben, es keinen theoretischen Grund gebe, um anzunehmen, daß Materialien mit einer höheren Koerzitivkraft nicht nutzbar wären.
Nutzbare harte magnetische Pigmente sind harte Ferrite und Gammaeisenoxid. Die harten Ferrite weisen dieselbe Zusammensetzung wie die obigen Ferrite auf, wobei typische Ionen wie Ba²&spplus;, Pb²&spplus; oder Sr²&spplus; benutzt werden, wie in der US-P 3 716 630 beschrieben.
Kompositträger mit einem Bindeharz und einer Mischung aus sowohl "sanften" als auch "harten" magnetischen Teilchen lassen sich ebenfalls als "harter" magnetischer Träger in einem DEP- Gerät gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einsetzen. Bei Gebrauch eines Kompositträgers enthalten die Trägerteilchen vorzugsweise eine Mischung aus magnetischen Pigmentteilchen, wobei ein Teil (A) der Pigmentteilchen eine Koerzitivkraft von mehr als 250 Oe und ein anderer Teil (B) der magnetischen Pigmentteilchen eine Koerzitivkraft von weniger als 250 Oe aufweist und das Gewichtsverhältnis der Teile (A) und (B) zwischen 0,1 und 10 liegt.
Obwohl der präzise Wert des induzierten magnetischen Moments der Trägerteilchen in Funktion der typischen Eigenschaften der Magnetbürstenanordnung eingestellt werden muß, weisen die Trägerteilchen, unabhängig vom Typ der in einem DEP- Gerät gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzten Magnetbürste, in einem Feld von 1.000 Oersted nach einer vollständigen Magnetisierung vorzugsweise ein induziertes magnetisches Moment B zwischen 10 und 100 Emu/gm, noch besser wäre zwischen 20 und 75 Emu/g bezogen auf das Trägergewicht auf.
Die typische Teilchengröße der im erfindungsgemäßen Gerät zu benutzenden Trägerteilchen kann in weiter Grenzen schwanken. Die Teilchengröße soll aber klein genug bemessen werden, um den wirksamen Flächeninhalt des Trägers zu steigern und letzteren den Tonerteilchen eine breitere Interaktionsoberfläche bieten zu lassen. Andererseits soll einigermaßen darauf geachtet werden, die Teilchen nicht zu fein zu machen, um eine zu schwache Bindung am magnetischen Feld der Magnetbürstenanordnung zu vermeiden. In solch einem Fall können die Teilchen durch Zentrifugalkräfte von der bewegenden Magnetbürste weggeschleudert, in elektrischen Feldern viel zu einfach abgetrennt oder durch mechanischen Schlagkontakt der magnetischen Haare mit zusammenarbeitenden Bestandteilen des Markiergeräts, z. B. der Druckkopfstruktur, von der Bürste losgeschlagen werden. Vorzugsweise liegt die Teilchengröße zwischen 20 und 200 um, noch besser wäre zwischen 40 und 150 um. Der Durchmesser betrifft den typischen volumendurchschnittlichen Teilchendurchmesser der Trägerperlen, weil der durch Siebtechniken ermittelt werden kann. Die Trägerperlen können als solcher benutzt werden, d. h. unbeschichtet, oder können sowohl mit anorganischen als auch organischen oder gemischten Schichten überzogen werden. Typische Schichtstärken liegen zwischen 0,5 und 2,5 um. Die Schicht kann benutzt werden, um den Perlen verschiedene Eigenschaften wie zum Beispiel triboelektrische Aufladbarkeit, Reibungsverringerung, Abriebwiderstand usw. zu erteilen.

Beschreibung der Tonerteilchen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung

Die in einem erfindungsgemäßen DEP-Gerät benutzten Tonerteilchen können im wesentlichen jeder Art sein, was ihre Zusammensetzung, Form, Größe und Herstellungsverfahren und Vorzeichen ihrer triboelektrisch erhaltenen Ladung betrifft.
In einem DEP-Verfahren können Schwarztoner und Farbtoner benutzt werden. Die Tonerzusammensetzung kann ladungsregulierende Zusatzmittel, Fließregler usw. enthalten. Beispiele für nutzbare Tonerzusammensetzungen finden sich z. B. in den EP 058 013, US-P 4 652 509, US-P 4 647 522 und US-P 5 102 763.
Der Toner für den Gebrauch in Kombination mit Trägerteilchen in einem DEP-Verfahren kann aus einer großen Verschiedenheit an Materialien, u. a. natürlichen und synthetischen Harzen und Ladungsreglern, gewählt werden, wie z. B. in den US-P 4 076 857 und 4 546 060 beschrieben.
Die Form der herkömmlichen Tonerteilchen ist in der Regel irregulär. Durch verschiedene Techniken lassen sich aber auch sphäroidale Tonerteilchen erhalten. Sphäroidisation kann z. B. durch Sprühtrocknung oder die in der US-P 4 345 015 beschriebene Thermodispergierungstechnik erzielt werden.
Bei Messung mit einem von COULTER ELECTRONICS Corp. Northwell Drive, Luton, Bedfordshire, LC 33, UK, vertriebenen COULTER COUNTER (eingetragenes Warenzeichen) Modell TA II Korngrößenanalysator, der gemäß den Prinzipien der Elektrolyt- Verschiebung in schmaler Öffnung arbeitet, weisen die Tonerteilchen vorzugsweise einen durchschnittlichen Volumendurchmesser (dv,50) zwischen 3 und 20 um, noch besser wäre zwischen 5 und 10 um auf.
Vorzugsweise erhalten die in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu benutzenden Tonerteilchen beim triboelektrischen Kontakt mit den Trägerteilchen eine in fC (femtoCoulomb) ausgedrückte, entweder negative oder positive Ladung (q), wobei 1 fC ≤ q ≤ 20 fC, noch besser wäre 1 fC ≤ q ≤ 10 fC.
Zum Erhalt von Tonerteilchen mit ziemlich schwacher Ladung und zum Vermeiden von Toner mit falschem Vorzeichen benutzt man Tonerteilchen mit einer sehr homogenen Ladungsverteilung.
Vorzugsweise enthalten die zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Gerät nutzbaren Tonerteilchen:
(1) wenigstens ein triboelektrisch aufladbares, thermoplastisches, als Bindemittel dienendes Harz mit einem Durchgangswiderstand von wenigstens 10¹³ Ω-cm, und
(2) wenigstens eine widerstandserniedrigende Substanz mit einem unter dem Durchgangswiderstand des Bindemittels liegenden Durchgangswiderstand,
wobei die Substanz(en) (2) den Durchgangswiderstand des Bindemittels um mindestens einen Faktor 3, 3 zu erniedrigen vermag (vermögen), falls sie in einem Gewichtsverhältnis von 5% bezogen auf das Bindemittel im Bindemittel enthalten ist (sind), und wobei das Tonerpulver mit eine Mischung aus den Ingredienzen (1) und (2) enthaltenden Tonerteilchen unter triboelektrischen Aufladungsbedingungen imstande ist, eine absolute mittlere (q) Ladung (x) von weniger als 20 fC, doch nicht weniger als 1 fC zu erhalten, und das Tonerpulver unter denselben triboelektrischen Aufladungsbedingungen, sondern ohne die Substanz(en) (2), eine absolute mittlere (q) Ladung (x) von wenigstens 50% höher erhält, als wenn die Substanz(en) (2) enthalten ist (sind), und wobei sich die Verteilung der Ladungswerte der einzelnen Tonerteilchen durch einen Variationskoeffizienten v ≤ 0,5, vorzugsweise ≤ 0,33 kennzeichnet.
Der Variationskoeffizient (v) ist die durch den mittleren Wert (x) geteilte Standardabweichung (s).
Die Spreitung der Ladungswerte einzelner Tonerteilchen mit den Ingredienzen (1) und (2) wird Standardabweichung (s) genannt und wird zum Erhalt von statistisch realistischen Werten bei einer Teilchenpopulationsanzahl von wenigstens 10.000 ermittelt. Die durch den mittleren Wert geteilte Standardabweichung ergibt eine absolute Zahl von höchstens 0,5, falls der mittlere q-Wert in fC ausgedrückt wird und von einer Kurve abgeleitet wird, in der die prozentuale Häufigkeitsverteilung einer selben Ladung (in der y-Ordinate) gegen der Anzahl der beobachteten Tonerteilchen (in der x-Abszisse) aufgetragen ist, wobei der mittlere Wert der Wert der x-Ordinate ist, bei dem der Bereich unter der Kurve in zwei gleiche Bereichsteile halbiert ist.
Die obenbeschriebenen triboelektrischen Eigenschaften von Tonerteilchen werden mit einem wie in der EP-A-0 675 417 beschriebenen Ladungsspektrografen (q-Messer, Dr. R. Epping PES-Laboratorium D-8056 Neufahrn, Deutschland) gemessen.
Das Meßergebnis wird als prozentuale Häufigkeit von Teilchen (in der Ordinate) mit einem selben q/d-Verhältnis gegen einem als fC/10 um ausgedrückten q/d-Verhältnis (in der Abszisse) ausgedrückt.
Tonerzusammensetzungen mit einer engen Ladungsverteilung werden in den EP-A-0 654 152, EP-A-0 650 609 und EP-A-0 650 610 beschrieben.

Beschreibung der zur Verwendung in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geeigneten Entwicklerzusammensetzung

Die obenbeschriebenen Tonerteilchen und Trägerteilchen werden schließlich kombiniert, wodurch ein hochqualitativer elektrostatischer Entwickler erhalten wird. Zum Erhalt dieser Kombination werden die Tonerteilchen und Trägerteilchen in einem Gewichtsverhältnis zwischen 1,5/100 und 25/100, vorzugsweise zwischen 3/100 und 10/100 vermischt.
Zur Verbesserung der Fließfähigkeit der Entwicklerzusammensetzung können Tonerteilchen mit Fließmitteln vermischt werden. Diese die Fließfähigkeit verbessernden Zusatzmittel sind vorzugsweise sehr feinverteilte anorganische oder organische Materialien, deren primäre (d. h. nicht- angehäufte) Korngröße höchstens 50 nm beträgt. Weitverbreitet benutzt in diesem Zusammenhang sind abgedampfte anorganische Elemente der Metalloxidklasse, z. B. Kieselsäure (SiO&sub2;), Tonerde (Al&sub2;O&sub3;), Zirkonoxid, Titandioxid oder Mischoxide derselben mit einer hydrophilen oder hydrophobierten Oberfläche.
Die abgedampften Metalloxidteilchen haben eine glatte, wesentlich sphärische Oberfläche und sind vorzugsweise mit einer hydrophoben, z. B. durch Alkylierung oder durch Behandlung mit organischen Fluorverbindungen erzeugten Schicht überzogen. Ihr wirksamer Flächeninhalt liegt vorzugsweise zwischen 40 und 400 m²/g.
In bevorzugten Ausführungsformen werden die abgedampften Metalloxide wie Kieselsäure (SiO&sub2;) und Tonerde (Al&sub2;O&sub3;) in einer Menge von 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Tonerteilchen, extern den Endtonerteilchen zugemischt.
Abgedampfte Kieselsäureteilchen werden unter den Markennamen AEROSIL und CAB-O-Sil von Degussa, Frankfurt/M Deutschland bzw. Cabot Corp. Oxides Division, Boston, Mass., USA, vertrieben. Man benutzt zum Beispiel AEROSIL R972 (Handelsname), eine abgedampfte hydrophobe Kieselsäure mit einem wirksamen Flächeninhalt (BET-Wert) von 110 m²/g. Der wirksame Flächeninhalt kann gemäß einer von Nelsen und Eggertsen in "Determination of Surface Area Adsorption measurements by continuous Flow Method", Analytical Chemistry, Band 30, Nr. 9 (1958) S. 1387-1390, beschriebenen Methode gemessen werden.
Außer dem abgedampften Metalloxid kann die in einem erfindungsgemäßen DEP-Gerät zu benutzende Entwickler- Zusammensetzung eine Metallseife wie z. B. Zinkstearat enthalten, wie in der GB-P 1 379 252 beschrieben, in der ebenfalls auf den Gebrauch von fluorhaltigen polymeren Teilchen von der Submikrongröße als die Fließfähigkeit verbessernden Mittel verwiesen wird.
Ein erfindungsgemäßes DEP-Gerät, das die oben erwähnten markierenden Tonerteilchen nutzt, kann auf eine Weise adressiert werden, die es ermöglicht, Schwarz und Weiß zu liefern. Es kann somit auf "binäre Weise" oder aber auch so betrieben werden, daß ein Bild mit vielen Graustufen erhalten wird. Der Graustufendruck kann entweder durch Amplitudenmodulation der an die Steuerdruckelektrode 6a und/oder die Steuergegenelektrode 5b angelegten Spannung VCP und/oder VCB oder durch Zeitmodulation dieser Spannungen gesteuert werden. Durch Verändern des Einschaltfaktors der Zeitmodulation mit einer speziellen Frequenz ist es möglich, feine Unterschiede in den Graustufen präzise zu drucken. Weiterhin ist es möglich, den Graustufendruck durch Kombination aus einer Amplitudenmodulation- und einer Zeitmodulation der Spannung VCP und/oder VCB zu steuern.
Durch die Kombination aus einer hohen Raumauflösung und der Fähigkeit zur Reproduktion von mehrfachen Graustufen wird der Weg für mehrstufige Rasterungstechniken eröffnet, wie zum Beispiel die in der EP-A-0 634 862 beschrieben. Auf diese Weise kann die DEP-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung Bilder mit hoher Qualität wiedergeben, ohne ein komplexes, kostspieliges und unzuverlässiges Gerät entwerfen und bauen zu müssen.
Es kann vorteilhaft sein, ein erfindungsgemäßes DEP-Gerät in einem einzelnen Apparat mit einem herkömmlichen elektrografischen oder elektrofotografischen Gerät, in dem ein latentes elektrostatisches Bild auf einer eine Ladung haltenden Oberfläche mittels eines geeigneten Materials entwickelt wird, um das latente Bild sichtbar zu machen, zu kombinieren. In solch einem Apparat bilden das erfindungsgemäße DEP-Gerät und das herkömmliche elektrografische Gerät zwei unterschiedliche Druckgeräte. Mit beiden Geräten können auf einem einzelnen Bogen oder Substrat Bilder mit sowohl unterschiedlichen Graustufen als auch alfanumerischen Symbolen und/oder Strichen gedruckt werden. In solch einem Apparat kann das erfindungsgemäße DEP-Gerät zum Drucken von feinen Graustufen (z. B. Abbildungen, Lichtbildern, medizinischen Bildern usw. mit feinen Graustufen) und das herkömmliche elektrografische Gerät zum Drucken von alfanumerischen Symbolen, Stricharbeit usw., bei denen keine Feineinstellung von Graustufen benötigt wird, eingesetzt werden. Solch ein Apparat, in dem ein erfindungsgemäßes DEP-Gerät mit einem herkömmlichen elektrografischen Gerät kombiniert wird, vereint die starken Punkte beider Druckverfahren.

BEISPIEL 1

Es wird eine Druckkopfstruktur 6 aus einer doppelseitig mit einer 15 um starken Kupferfolie überzogenen Polyimidfolie mit einer Stärke von 100 um hergestellt. Die Druckkopfstruktur 6 hat eine kontinuierliche, dem Tonerzuliefermittel gegenüberliegende Elektrodenoberfläche 6b. Auf der - dem Substrat des aufnehmenden Elements zugewandten - Rückseite der Polyimidfolie ist eine komplexe ansteuerbare Steuerdruckelektrodenstruktur 6a angeordnet. Die ansteuerbare Steuerdruckelektrodenstruktur 6a wird gemäß herkömmlichen, aus der Mikroelektronikindustrie bekannten Techniken und unter Anwendung von Fotolackmaterial und Filmbelichtungs- und darauffolgenden Ätztechniken hergestellt. In diesem Beispiel werden keine Oberflächenüberzüge benutzt. Die Drucköffnungen 7 haben einen Durchmesser von 150 um und werden von einer kreisförmigen Steuerdruckelektrodenstruktur 6a in Form eines Ringes mit einem Durchmesser zwischen 300 und 600 um umgeben. Die Drucköffnungen werden derart in verschiedenen Bereichen angeordnet, daß ein linearer Zwischenabstand von 400 um in einem Bereich und 900 um in einem anderen Bereich erhalten wird.
Eine Unterlage des aufnehmenden Elements 5 wird analog zur Druckkopfstruktur hergestellt, mit dem Unterschied aber, daß in der Polyimidfolie keine Drucköffnungen gemacht werden. Die Unterlage des aufnehmenden Elements 5 wird so im Gerät angeordnet, daß jeder individuelle Steuerdruckelektrodenring 6a in der Druckkopfstruktur 6 in derselben z-Position als der entsprechende Steuergegenelektrodenring 5b in der Unterlage des aufnehmenden Elements 5 vorliegt. Sowohl die Steuerelektroden 6a und 5b in der Druckkopfstruktur 6 und in der Unterlage des aufnehmenden Elements 5 werden an verschiedene Spannungsquellen angeschlossen, die für jede individuelle Steuerelektrode 6a und 5b variabel einstellbar sind. Die Gesamtschirmdruckelektrode 6b der Druckkopfstruktur 6 ist geerdet, die Gesamtschirm- Gegenelektrode 5a der Unterlage des aufnehmenden Elements 5 wird an eine Spannungsquelle von +400 V angeschlossen.
Das Tonerzuliefermittel 1 ist eine Magnetbürste von der Art mit festem Kern und sich drehender Hülse mit zwei Mischschaufeln und einer Dosierwalze. Eine Schaufel befördert den Entwickler durch die Einheit, die andere vermischt Toner mit Entwickler.
Die Magnetbürstenanordnung 3 besteht aus der sogenannten magnetischen Walze, die in diesem Fall innerhalb der Walzen- Anordnung einen festen magnetischen Kern mit 9 magnetischen Polen mit einer Magnetfeldintensität von 500 Gauss umfaßt und offen angeordnet ist, damit verbrauchter Entwickler von der magnetischen Walze fallen kann. Die Magnetwalze umfaßt ebenfalls eine um den festen magnetischen Kern angeordnete Hülse, wodurch der Gesamtdurchmesser der Magnetbürstenanordnung 20 mm beträgt. Die Hülse besteht aus rostfreiem Stahl, der mit einem feinen Korn (< 50 um) angerauht ist und somit zu einer besseren Beförderung beiträgt.
Mit einem Schabmesser wird der Entwickler von der magnetischen Walze abgetrennt. Auf der anderen Seite benutzt man einen Rakel, um eine kleine Menge Entwickler auf die Oberfläche der Magnetbürstenanordnung zu dosieren. Die Drehgeschwindigkeit der Hülse beträgt 100 TpM und die Geschwindigkeit der Innenelemente wird derart eingestellt, daß ein geschmeidiger Transport innerhalb der Entwicklungseinheit gesichert wird.

Trägerteilchen

Ein makroskopischer "sanfter" Ferritträger, der aus einem MgZn-Ferrit mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 50 um und einer Sättigungsmagnetisierung von 29 Emu/g besteht, wird mit einer 1 um starken Acrylschicht überzogen. Das Material weist nahezu keine Remanenz auf.

Tonerteilchen

Der bei den Druckexperimenten eingesetzte Toner hat die nachstehende Zusammensetzung: 97 Teile eines Copolyesterharzes von Fumarsäure und propoxyliertem Bisphenol A mit einem Säurewert von 18 und einem Durchgangswiderstand von 5,1 · 10¹&sup6; Ω.cm werden in geschmolzenem Zustand 30 Min. bei 110ºC in einer Laboratoriumknetmaschine mit 3 Teilen Cu-Phthalocyaninpigment (Colour Index PB 15 : 3) vermischt. Als widerstandsverringernde Substanz wird in einem Verhältnis von 0,5%, bezogen auf das Bindemittel, die Substanz entsprechend der Strukturformel (CH&sub3;)&sub3;NC&sub1;&sub6;H&sub3;&sub3;Br zugegeben. Aus dem obenbeschriebenen Experiment ist ersichtlich, daß das Zumischen von 5% des Ammoniumsalzes eine Verringerung des Durchgangswiderstands des Bindeharzes auf 5 · 10¹&sup4; Ω.cm herbeigeführt hat, was auf eine hohe widerstandsverringernde Fähigkeit deutet (Reduktionsfaktor: 100).
Nach Abkühlung wird die erstarrte Masse mit einer ALPINE- Fliessbettgegenstrahlmühle des Typs 100AFG (Handelsname) pulverisiert und zermahlen und dann mit einer ALPINE-Multiplex- Zick-Zack-Sichter des Typs 100MZR (Handelsname) weiter windgesichtet. Die erhaltene, mit einem Coulter Counter Modell Multisizer (Handelsname) gemessene Teilchengrößenverteilung des gesichteten Toners hat einen zahlendurchschnittlichen Wert von 6,3 um und einen volumendurchschnittlichen Wert von 8,2 um. Die volumendurchschnittliche Teilchengröße wird nachstehend als dv,50 dargestellt. Zur Verbesserung der Fließfähigkeit der Tonermasse werden die Tonerteilchen mit 0,5% hydrophoben kolloidalen Kieselsäureteilchen (BET-Wert 130 m²/g) vermischt.
Zur Herstellung eines elektrostatografischen Entwicklers wird die Mischung aus Tonerteilchen und kolloidaler Kieselsäure in einem Gewichtsverhältnis von 4% mit Trägerteilchen vermischt. Die triboelektrische Aufladung der Toner-Träger-Mischung erfolgt durch 10minütiges Vermischen der Mischung in einer Standard- Taumelanordnung. Die Entwicklermischung wird 5 Min. in der Entwicklungseinheit (Magnetbürstenanordnung) eingesetzt, worauf eine Probe vom Toner genommen wird und die triboelektrischen Eigenschaften gemessen werden.
Der Abstand l zwischen der Stirnseite der Druckkopf- Struktur 6 und der Hülse der Magnetbürstenanordnung 3 wird auf 450 um eingestellt. Der Abstand zwischen der Unterlage des aufnehmenden Elements 5 und der Rückseite der Druckkopfstruktur 6 (d. h. den Steuerdruckelektroden 6a) wird auf 150 um eingestellt und die Durchlaufgeschwindigkeit des Papiers beträgt 1 cm/s. Die Schirmgegenelektrode 5a der Unterlage des aufnehmenden Elements 5 wird an eine Spannungsquelle mit VSB = +400 V angeschlossen. Die Steuergegenelektroden 5b der Unterlage des aufnehmenden Elements 5 werden bildmäßig auf die in der zweiten Spalte der nachstehenden Tabelle 1 erwähnten Spannungen VCB eingestellt. Die Magnetbürstenanordnung 3 wird an eine Wechselstromquelle mit einem oszillierenden Rechteckwellenfeld von 600 V bei einer Frequenz von 3,0 kHz und einer Gleichstromabweichung von 0 V angeschlossen. Die Schirmdruckelektrode 6b ist geerdet: VSP = 0 V. An die Steuerdruckelektroden wird wie in der dritten Spalte der Tabelle 1 angegeben eine (bildmäßige) Spannung VCP zwischen 0 V und -400 V angelegt. Die vierte Spalte der Tabelle 1 gibt annähernde Werte der erhaltenen Dichtewerte. Die Ziffern sind durch fotografische Vergrößerung der gedruckten Pixel und Zählung der Tonerteilchen in einem Pixel - durch optische Beobachtung - erhalten. TABELLE 1
Aus Test 1 ist ersichtlich, daß wenn die Schirmgegen- Elektrode 5a auf +400 V und die Schirmdruckelektrode 6b auf 0 V eingestellt werden und weiterhin die Steuergegenelektrode 5b und die Schirmdruckelektrode 6a geerdet sind, die Tonerteilchen vorzugsweise durch Drucköffnung 7 fließen und das Substrat des aufnehmenden Elements 9 maximal mit Toner bedecken. Die im Test 1 erhaltene Dichte wird als Bezugsdichte 100% betrachtet. Die Anzahl der in einem Pixel gezählten Tonerteilchen wird als Bezugsziffer für die nachfolgenden Tests genommen.
In Test 2 versuchen wir, den in der US-P-3 689 935 gemäß dem aktuellen Stand der Technik beschrieben Fall zu wiederholen, wobei keine Steuergegenelektrode vorhanden ist (obgleich sie mit einer Spannung VCB = 0 V angeordnet ist) und der Durchfluß der Tonerteilchen durch Drucköffnung 7 durch eine Abstoßungsspannung VCP von -400 V an der Steuerdruckelektrode maximal verhindert wird. Die letzte Spalte von Test 2 gibt eine Dichte von nur 18% an.
In Test 3 versuchen wird den mit dem in der US-P-5 036 341 (Array Printers) gemäß dem aktuellen Stand der Technik beschriebenen Fall vergleichbaren Fall, wobei keine Steuerdruckelektrode, d. h. VCP = 0 V, vorhanden ist, zu wiederholen, mit dem Unterschied aber, daß in der vorliegenden Erfindung eine Druckkopfstruktur mit Drucköffnungen in Kombination mit den einzelnen Steuergegenelektroden angeordnet wird, was in der US-P-5 036 341 gemäß dem aktuellen Stand der Technik nicht der Fall ist. Die Tonerteilchen in Test 3 werden durch eine Spannung VCB von -400 V an der Steuergegenelektrode maximal zur Tonerquelle zurückgezogen. Die letzte Spalte von Test 3 gibt eine Senkung der Dichte auf 10% an. Da das einzige Abstoßungsfeld aber an das Substrat des aufnehmenden Elements angelegt wird, ist die erhaltene Dichte aber in hohem Maße von der Art des Substrats des aufnehmenden Elements und von Umgebungsbedingungen abhängig.
Test 4: die Kombination einer hohen Sperrspannung an sowohl der Steuergegenelektrode als der Steuerdruckelektrode ergibt keine spektakuläre Verbesserung der Abstoßung von Tonerteilchen. Auf den ersten Blick könnte dies darauf deuten, daß der kombinierte Einsatz von Steuergegenelektroden und Steuerdruckelektroden das Druckverfahren nicht vorteilhaft beeinflußt.
Test 5: dieselbe Kombination wie in Test 4, doch bei niedrigeren Spannungen (-200 V), ergibt unerwartet dieselbe Qualität wie in Test 2 bei -400 V. Der Gebrauch von niedrigeren Spannungen beinhaltet den Vorteil, daß die elektronische Elemente weniger komplex gewählt werden müssen und trotzdem dieselbe Leistung wie in den Tests 2 und 4 erhalten wird.
Aus Test 6 ist ersichtlich, daß eine höhere Spannung von -300 V an beiden Elektroden keine wesentliche Verbesserung des Druckergebnisses herbeiführt. Diesem letzten Test läßt sich eindeutig entnehmen, daß die in Test 5 angewendeten Spannungen zum Erhalt der erforderlichen Qualität ausreichen.

BEISPIEL 2

Direkte elektrostatische Kopien werden wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt. Die Unterlage des aufnehmenden Elements 5 aber wird auf eine unterschiedliche Weise gestaltet. Die Steuergegenelektroden 5b befinden sich auf der Polyimidschicht 5 auf der dem Substrat des aufnehmenden Elements 9 zugewandten Seite, wie in Beispiel 1. Die Schirmgegenelektrode 5a wird - abweichend von Beispiel 1 - auf derselben Seite als die Steuergegenelektroden 5b angebracht und umgibt letztere. Die dem Substrat des aufnehmenden Elements nicht zugewandte Seite der Unterlage des aufnehmenden Elements 5 ist im Gegensatz zu Beispiel 1 nicht mit einer leitfähigen Schicht überzogen. Dieselben Tests wie im vorigen Beispiel werden vorgenommen, d. h. VSB = +400 V, VSP = 0 V, VCB = variabel (zweite Spalte von Tabelle 2) und VCP = variabel (dritte Spalte von Tabelle 2). Die erhaltenen Dichten - wobei wie in der obigen Tabelle 1 der Dichtewert von Test 1 als Bezugswert von 100% genommen wird - sind in der letzten Spalte von Tabelle 2 zusammengesetzt. TABELLE 2
Aus Test 5 und 6 ist erneut ersichtlich, daß niedrigere Spannungen (-200 V bzw. -300 V) an sowohl Steuergegenelektrode 5b als Steuerdruckelektrode 6a eine Dichte ergeben, die mit den in den Tests 2 und 3 mit höheren Spannungen (-400 V) erhaltenen Dichten vergleichbar ist.
Nach Kenntnisnahme der detailliert beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden sich den Fachleuten verschiedene Modifikationen der erfindungsgemäßen Beschreibung eröffnen, ohne vom erfindungsgemäßen, in den nachstehenden Ansprüchen definierten Bereich abzuweichen.

Claims

1. Ein Gerät für elektrostatischen Direktdruck auf der Stirnseite eines zwischengeschalteten oder endgültigen Substrats eines aufnehmenden Elements (9), das folgendes enthält:

- eine Druckkopfstruktur (6) an der Stirnseite des Substrats des aufnehmenden Elements (9) mit einer Vielzahl von Drucköffnungen (7), die jeweils eine galvanisch isolierte Steuerdruckelektrode (6a) umfassen,

- ein Tonerzuliefermittel (1) an der Stirnseite der Druckkopfstruktur (6), das Tonerteilchen (4) bis an die Drucköffnungen (7) führt, und

- eine Unterlage (5) für die Rückseite des Substrats des aufnehmenden Elements (9), die eine Vielzahl von galvanisch isolierten Steuergegenelektroden (5b) umfaßt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Mitte jeder Steuergegenelektrode (5b) auf gleicher Linie mit nur einer solchen Drucköffnung (7) angeordnet ist, wobei jeder Steuergegenelektrode (5b) jeweils eine Drucköffnung (7) entspricht und jede individuelle Steuerdruckelektrode (6a) oder Steuergegenelektrode (5b) mit einer variablen Spannung beschickt werden kann.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede individuelle Steuerdruckelektrode in Form eines Ringes (6a) vorliegt und jede Steuergegenelektrode in Form eines Ringes (5b) vorliegt.

3. Gerät nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es Mittel umfaßt, die jede einzelne Steuerdruckelektrode (6a) mit Strom beschicken.

4. Gerät nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es Mittel umfaßt, die jede einzelne Steuergegenelektrode (5b) mit Strom beschicken.

5. Gerät nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkopfstruktur (6) eine galvanisch von den Steuerdruckelektroden (6a) isolierte Schirmdruckelektrode (6b) umfaßt.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmdruckelektrode (6b) einen wesentlich Bereich der Stirnseite der Druckkopfstruktur (6) bedeckt und die Steuerdruckelektroden (6a) auf der Rückseite der Druckkopfstruktur (6) angeordnet sind.

7. Gerät nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage des aufnehmenden Elements (5) eine galvanisch von den Steuergegenelektroden (5b) isolierte Schirmgegenelektrode (5a) umfaßt.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergegenelektroden (5b) an der Stirnseite der Unterlage des aufnehmenden Elements (5) angeordnet sind und die Schirmgegenelektrode (5a) einen wesentlich Teil des nicht durch die Steuergegenelektroden (5b) bedeckten Bereichs auf der Stirnseite der Unterlage des aufnehmenden Elements (5) bedeckt.

9. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergegenelektrode (5b) an der Stirnseite der Unterlage des aufnehmenden Elements (5) angeordnet sind und die Schirmgegenelektrode (5a) einen wesentlich Teil der Rückseite der Unterlage des aufnehmenden Elements (5) bedeckt.

10. Gerät nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Tonerzuliefermittel (1) eine Magnetbürste umfaßt, die die Tonerteilchen (4) direkt bis in der Nähe der Drucköffnungen (7) transportiert.