DE1923968C3

DE1923968C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen einer elektrostatischen Ladung auf eine Oberfläche

Info

Publication number: DE1923968C3
Application number: DE1923968A
Authority: DE
Inventors: Morris Burke Rochester Culhane; David Dufour Webster Mcnair; Robert Kent Fairport Rickard
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1968-07-22
Filing date: 1969-05-10
Publication date: 1979-02-15
Also published as: US3527941A; DE1923968A1; GB1270273A; FR2013438A1; DE1923968B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer gleichmäßig verteilten, elektrostatischen Ladung tuf eine ladungsspeichernde Oberfläche eines vorzugsweise elektrophotographischen Materials mittels einer Koronaentladungseinrichtung, welche eine oder mehrere Entladungselektroden sowie ein zwischen diesen und der aufzuladenden Oberfläche angeordnetes Steuergitter aufweist, wobei die aufzuladende Oberfläche relativ gegenüber der Koronaentladungseinrichtung in einer bestimmten Richtung bewegt wird: Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens.

Die vorliegende Erfindung ist vorzugsweise in der Elektrophotographie anwendbar. Dabei kann es sich bei der aufzuladenden Oberfläche um die photoleitfähige Oberfläche des elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials handeln oder um die Oberfläche eines Bildempfangsmaterials, also beispielsweise die Oberfläche eines Papierblattes, auf das beim elektrophotographischer. Kopierverfahren das durch Tonung entwickelte Bild übertragen werden soll.

Bei der Aufladung der photoleitfähigen Oberfläche ist es in der Elektrophotographie erwünscht, die Oberfläche bis zum Erreichen eines bestimmten Potentials so

ίο aufzuladen, daß dieses über die Oberfläche nicht merklich schwankt, damit das reproduzierte Bild ein wahres Abbild der Vorlage ist, insbesondere dann, wenn das zu reproduzierende Bildmuster feinere Grauwertabstufungen hat Bei gewissen im Handel befindlichen

is elektrophotographischen Kopiergeräten wird die Gleichmäßigkeit der Ladung durch ein Abschirmen der Koronaentladung mittels eines Gitters erreicht, das über der zu ladenden Oberfläche angeordnet ist und das ein elektrisches Potential gleich demjenigen aufweist, bis zu dem die Oberfläche geladen werden soll.

Aus der US-Patentschrift 27 77 957 ist ein solches Ladesystem bekannt Obwohl dieses System eine gleichförmige Ladung erzielt, ist dies doch nur auf Kosten der Ladegeschwindigkeit möglich, die geringer ist als bei einer Koronaentladung ohne Gitter, da die Potentialdifferenz zwischen dem Gitter sind der aufzuladenden Oberfläche geringer ist als die Potentialdifferenz zwischen der Entladungselektrode und der Oberfläche.

Eine gleichmäßige und doch schnelle Ladung ist in der US-Patentschrift 27 01 764 beschrieben. Hierbei wird die Oberfläche einer photoleitfähigen Schicht nacheinander in zwei verschiedenen Ladestationen geladen. Die erste Ladestation vermittelt eine schnelle ungleichmäßige Ladung ungefähr bis zum gewünschten Potential, während die zweite Ladestation in einem langsameren Nachladevorgang die Ladung gleichmäßig verteilt und das gewüschte Potential einstellt Ein solches Verfahren hat aber den Nachteil, daß zwei Ladestationen erforderlich sind.

Aus der US-Patentschrift 27 78 946 ist schließlich eine Vorrichtung bekannt, bei der zwei Ladestationen in einem Aufbau miteinander kombiniert sind. Ein schnelles Aufbringen einer gleichmäßigen Ladung läßt sich jedoch nicht erreichen, da die aufzuladende Oberfläche effektiv zwei aufeinanderfolgenden verschiedenen elektrischen Feldern ausgesetzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufbringen einer gleichmäßig verteilten elektrostatischen Ladung auf eine ladungsspeichernde Oberfläche zu schaffen, das rasch und mit geringem Aufwand, d. h. mit einer einzigen Ladestation, durchführbar ist.

Diese Aufgabe ist ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die aufzuladende Oberfläche, bezogen auf ihre Flächenelemente, während des Vorbeilaufs an der Koronaentladungseinrichtung einer zunehmend geringeren Aufladungsrate unterworfen wird.

Bei zwei verschiedenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen, die wie bekannte Vorrichtungen mit einer vorzugsweise als Draht ausgebildeten, an eine Hochspannungsquelle angeschlossenen Koronaentladungselektrode und einem zwischen dieser und der aufzuladenden Oberfläche angeordneten, gleich gepolten Steuergitter sowie einer Einrichtung zur Relativbewegung der aufzuladenden Oberfläche gegenüber der bzw. den Entladungselektroden in einer Richtung versehen

sind, besteht das Steuergitter entweder aus einer Reihe von quer zur Bewegungsrichtung verlaufenden, in einer Eöene angeordneten Leitern, an die, in der Bewegungsrichtung gesehen, zunehmend geringere Potentiale gelegt sind, oder besteht das Steuergitter aus einer Mehrzahl von quer zur Bewegungsrichtung verlaufenden, in einer Ebene angeordneten Leitern, die, in der Bewegungsrichtung gesehen, abnehmende Abstände voneinander aufweisen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines bzw. zwei durch die Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen der beiden erfindungsgemäflen Vorrichtungen im einzelnen erläutert

Es zeigen

Fig. 1 und 3 schematische Darstellungen zweier bekannter Vorrichtungen,

F i g. 2 und 4 den Vorrichtungen gemäß F i g. 1 bzw. 3 zugecrdnete Ladekurven,

Fig.5 ein schematisch dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel, F i g. 6 die zugehörige Ladekurve,

F i g. 7 ein schematisch dargestelltes zweites Ausführungsbeispiel,

F i g. 8 die zugehörige Ladekurve und

F i g. 9 ein schematisch dargestelltes drittes Ausführungsbeispiel, das eine Kombination des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels darstellt.

In F i g. 1 ist eine bekannte Schnelladevorrichiung dargestellt, die eine drahtförmige Entladungselektrode 1' aufweist, die auf einem hohen Potential Vi gehalten wird. Nach oben ist die Entladungselektrode Γ von einer geerdeten Abschirmung 2' umschlossen. Unterhalb der Abschirmung 2' und der Entladungselektrode 1' befindet sich die auf ihre Oberfläche zu ladende photoleitfähige Schicht 3, die auf einem geerdeten Leiter 4 liegt.

Aus F i g. 2 ist ersichtlich, wie beim Laden mit der Vorrichtung gemäß F i g. 1 sich die Ladung auf der Oberfläche der Schicht 3 mit der Zeit anhäuft, wenn die Entladungselektrode 1 das Potential Vi erhalten hat. Aus der dargestellten Kurve ist ersichtlich, daß die Oberfläche gemäß einer Exponentialfunktion bis zum Erreichen des Potentials Vi der Lnuadungselektrode aufgeladen würde. Nach der Zeitspanne A' wird der Ladevorgang jedoch unterbrochen, entweder durch ein Aufheben des Potentials Vi der Entladungselektrode oder durch ein Herausbewegen der Schicht 3 aus der Ladestation. Die Oberfläche behält daher eine ungleichmäßige Ladung, deren Potential um den Wert V₂ schwankt

Obwohl man mit der an Hand der F i g. 1 und 2 charakterisierten bekannten Vorrichtung schnell laden kann, geschieht dies nicht mit der für manche Fälle notwendigen Gleichmäßigkeit. Diese Gleichmäßigkeit wird mit der in Fig.3 dargestellten bekannten Vorrichtung erzielt Diese Vorrichtung unterscheidet sich von der Vorrichtung gemäß F i g. 1 dadurch, daß zwischen mehreren Drähten 1", welche die Entladungselektrode bilden, und der Schicht 3 ein Gitter 5 aus Drähten angeordnet ist, dessen Potential Vj dem Potential der auf der Schicht 3 gewünschten Ladung angepaßt ist. Diese Vorrichtung verhält sich so, als ob die Ladungsträger an den Drähten des Gitters 5 entstehen würden. Wie die F i g. 4 zeigt, wird auch hier die Schicht gemäß einer Exponentialfunktion aufgeladen. Das Aufladen, bis das Potential V2 erreicht ist, beansprucht jedoch eine viel längere Zeit A" als bei Anwendung der Vorrichtung gemäß Fig. 1. Allerdings ist die Ladung sehr gleichmäßig. Ein Vergleich der Fig.2 und 4 zeigt jedoch, daß die zeitliche Verlängerung des Ladevorganges ganz erheblich ist

Demgegenüber erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung ein schnelles und gleichmäßiges Laden in einfacher Weise. Das an Hand der Fig.5 und 6 zu beschreibende erste Ausführungsbeispiel weist eine aus mehreren Drähten bestehende Entladungselektrode 1 und eine Abschirmung 2 auf, deren Aufbau und Anordnung bezüglich der auf dem Leiter 4 liegenden photofähigen Schicht 3 den Gegebenheiten bei der bekannten Vorrichtung gemäß Fig.3 entspricht Zwischen der Entladungselektrode 1 und der Schicht 3 ist in an sich bekannter Weise ein Gitter δ angeordnet. Dieses Gitter besteht zumindest aus einer Reihe von untereinander parallelen, quer zur X-Richtung angeordneten Drähten. Diese Drähte weisen einen von links nach rechts, d. h. in X-Richtung, abnehmenden Abstand auf. Wo der Abstand groß ist, bietet das Gitter eine große Durchgriffsmöglichkeit Wo der Abstand dagegen gering ist, besteht entsprechend nur eine geringe Durchgriffsmöglichkeit Bei großer Durchgriffsmöglichkeit würde sich die Schicht 3 aufladen, bis das Potential dem Potential der Entladungselektrode entspricht, während bei geringer Durchgriffsmöglichkeit die Schicht geladen würde, bis das Potential dem Potential des Gitters entspricht. Da die Schicht 3 in ^-Richtung bewegt wird, ist ihre Oberfläche zunächst dem sehr hohen Potential Vi der an eine Hochspannungsquelle 10 angeschlossenen Entladungselektrode 1 und dann einem zunehmend geringeren Potential ausgesetzt, bis ihre Oberfläche das gewünschte Potential V2 erreicht, welches das an eine Niederspannungsquellc 11 angeschlossene Gitter 6 hat

F i g. 6 zeigt die Ladekurve des ersten Ausführungsbeispieles gemäß Fig.5. Zu Beginn der Zeitspanne A, wird die Schicht gemäß einer Exponentialfunktion so geladen, daß ihr Potential nach hinreichender Zeit den Wert Vi erreichen würde. Da die Schicht jedoch in Richtung der immer dichter aufeinanderfolgenden Drähte des Gitters 6 bewegt wird, wird die Ladekurve abgeflacht. Das Potential V2 wird aber in einer wesentlich kürzeren Zeit erreicht, als es bei der Ladekurve gemäß F i g. 4 der Fall ist.

Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 7 weist ebenfalls die aus Drähten bestehende Entladungselektrode 1, die Abschirmung 2 und den geerdeten Leiter 5 auf, auf dem die zu ladende Schicht 3 angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch ein Gitter 7 vorgesehen, das aus einzelnen, äquidistant und quer zur X- Richtung angeordneten, gegeneinander isolierten Drähten besteht. Die bei einer Blickrichtung gemäß F i g. 7 ganz links angeordneten Drähte erhalten mit Hilfe einer Vielfachspannungsquelle 12 ein hohes Potential um den Wert Vi, den auch das von der Hochspannungquelle 10 gelieferte Potential der Entladungselektrode 1 hat, während die nach rechts folgenden Drähte von der Vielfachspannungsquelle 12 ein nach und nach abnehmendes Potential erhalten. Es besteht dann ein Potentialgradient in X-Richtung. Der äußere rechte Draht erhält vorzugsweise das Potential V2, welches die gleichmäßige Ladung auf der Schicht 3 haben soll. Das Gitter 7 ist so an die Vielfachspannungsquelle i2 angeschlossen, daß der Gradient in Richtung der Relativbewegung der Schicht zum Gitter abnimmt. Wo das Potential der Gitterdrähte hoch ist, übt das Gitter auf die von der Entladungselektrode ausgehenden Ladungsträger einen sehr geringen Einfluß aus. Wo

das Potential der Gitterdrähte dagegen gering ist, übt das Gitter auf die Ladungsträger einen Einfluß in dem Sinne aus, daß die Schicht 3 so weit aufgeladen wird, bis das Potential ihrer Oberflächenladung dem schwächsten Gitterpotential V₂ angeglichen ist. Da die Schicht in ^-Richtung bewegt wird, ist ihre Oberfläche anfänglich einem hohen und anschließend einem geringer werdenden Potential ausgesetzt, wobei ihr anfänglich eine hohe Ladung gegeben wird, die dann im Bereich der geringeren Potentiale an den Endwert angeglichen wird. Die aus F i g. 8 ersichtliche Ladekurve zeigt, daß die Oberfläche der Schicht 3 während einer der beim ersten Ausführungsbeispiel erforderlichen Zeitspanne Ai entsprechenden Zeitspanne A₂ bis zum Potential V₂ aufgeladen wird.

Es ist natürlich ohne weiteres verständlich, daß auch eine Kombination der Ausführungsbeispiele gemäß den F i g. 5 und 7 benutzt werden kann, bei der die einzelnen

Drähte des Gitters verschiedenen Abstand voneinander habe·! und gleichzeitig gegeneinander elektrisch isoliert sind, so daß sie verschiedene Potentiale erhalten können. Die Fig.9 zeigt ein entsprechendes drittes Ausführungsbeispiel mit einem Gitter 8, dessen Drähte in AT-Richtuhg abnehmenden Abstand voneinander haben und an die Vielfachspannungsquelle 12 so angeschlossen sind, daß in XRichtung ein Potentialgradient besteht. In jedem Fall sollte entlang jenem Bereich der aufzuladenden Schicht 3 ein Potentialgradient bestehen, welcher sich in der Ladestation befindet.

Da lediglich eine Relativbewegung zwischen der Ladestation und der aufzuladenden Schicht 3 erforderlich ist, kann die vorgesehene Bewegung der Schicht an der ortsfesten Ladestation vorbei auch durch eine Bewegung der Ladestation an der ortsfesten Schicht vorbei ersetzt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufbringen einer gleichmäßig verteilten elektrostatischen Ladung auf eine Iadungsspeichernde Oberfläche eines vorzugsweise elektrophotographischen Materials mittels einer Koronaentladungseinrichtung, welche eine oder mehrere Entladungselektroden sowie ein zwischen diesen und der aufzuladenden Oberfläche angeordneten Steuergitter aufweist, wobei die aufzuladende Oberfläche relativ gegenüber der Koronaentladungseinrichtung in einer bestimmten Richtung bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die aufzuladende Oberfläche, bezogen auf ihre Flächenelemente, während des Vorbeilaufes an der Koronaentladungseinrichtung einer zunehmend geringeren Aufladungsrate unterworfen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit mindestens einer vorzugsweise als Draht ausgebildeten, an eine Hochspannungsquelle angeschlossenen Koronaentladungselektrode und einem zwischen dieser und der aufzuladenden Oberfläche angeordneten, gleich gepolten Steuergitter sowie einer Einrichtung zur relativen Bewegung der aufzuladenden Oberfläche gegenüber der bzw. den Entladungselektroden in einer Richtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergitter aus einer Reihe von quer zur Bewegungsrichtung verlaufenden, in einer Ebene angeordneten Leitern (7) besteht, an die, in der Bewegungsrichtung (X) gesehen, zunehmend geringere Potentiale gelegt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit mindestens einer vorzugsweise als Draht ausgebildeten, an eine Hochspannungsquelle angeschlossenen Koronaentladungselektrode und einem zwischen dieser und der aufzuladenden Oberfläche angeordneten, gleich gepolten Steuergitter sowie einer Einrichtung zur rehtiven Bewegung der aufzuladenden Oberfläche gegenüber der bzw. den Entladungselektroden in einer Richtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergitter aus einer Mehrzahl von quer zur Bewegungsrichtung verlaufenden, in einer Ebene angeordneten Leitern (6) besteht, die, in der Bewegungsrichtung (X) gesehen, abnehmende Abstände voneinander aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die quer verlaufenden Leiter (8) verschiedene, in der Bewegungsrichtung (X) abfallende Potentiale aufweisen.