DE19708854A1

DE19708854A1 - Koronaladevorrichtung unter Verwendung von Wechselspannung mit hohem Taktverhältnis

Info

Publication number: DE19708854A1
Application number: DE19708854A
Authority: DE
Inventors: Bruce Robert Benwood; John Walter May; Martin J Pernesky
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: NexPress Solutions LLC
Priority date: 1996-03-11
Filing date: 1997-03-05
Publication date: 1997-10-30
Also published as: JPH09330784A; US5642254A

Description

Die Erfindung betrifft Wechselstrom-Koronaladevorrichtungen im allgemeinen und insbesondere Wechselstrom-Koronaladevorrichtungen, in denen eine asymmetri sche Spannungskurvenform an die Koronadrähte angelegt wird.

In einem elektrofotografischen Kopiersystem wird ein fotoleitfähiges Element an einer Koronaladevorrichtung vorbeigeführt, das eine gleichförmige elektrostatische Ladung auf das fotoleitfähige Element aufbringt. Nachdem das fotoleitfähige Element den Bereich der Koronaladevorrichtung verlassen hat, bewegt es sich an einem Be lichtungssystem vorbei, wo es mit dem Lichtbild einer Vorlage belichtet wird, so daß die Ladung nach einem bildmäßigen Lichtmuster derart abgewandelt wird, daß ein Latentbild-Ladungsmuster entsteht. Nach der Belichtung wird das Latentbild-La dungsmuster entwickelt, indem Tonerpartikel auf das fotoleitfähige Element derart aufgebracht werden, daß ein Tonerbild entsteht. Schließlich wird dieses Bild von dem fotoleitfähigen Element auf ein Empfangsblatt übertragen und fixiert, so daß ein dauerhaftes Bild entsteht.

Zur Wechselstromladung wird normalerweise eine Koronadraht-Ladevorrichtung be nutzt, die eine symmetrische Wechselspannung an die Koronadrähte anlegt und die auf eine Offset-Gleichspannung überlagert wird. Eine herkömmliche Wechselstrom- Koronaladevorrichtung hat ein Taktverhältnis von 50%, worunter zu verstehen ist, daß die Zeitdauer des positiven Ausschlags der Wechselstromkomponente der Spannungskurvenform gleich der Zeitdauer des negativen Ausschlags ist. Im allge meinen ist das Taktverhältnis als die Zeit in Prozent definiert, während der eine Wechselstromkomponente der Spannungskurvenform eine erste Polarität aufweist, und zwar im Vergleich mit der Zeit für einen vollständigen Zyklus. Die für die Ladung nach dem Stand der Technik verwendete Wechselstromkomponente ist symmetrisch und hat im wesentlichen die gleiche Form für positive und negative Ausschläge, d. h. sinusförmige, rechteckige, trapezförmige oder dreieckige Kurvenformen. Typischer weise sind die maximalen Amplituden der positiven und negativen Ausschläge der Wechselstromkomponente gleich.

Zur Steuerung des Oberflächenpotentials des Fotoleiters wird häufig ein Gitter ver wendet. Der von dem Gitter übertragene Strom ist der Ladestrom. Bekanntermaßen ist der Wirkungsgrad gittergesteuerter Wechselstrom-Koronaladevorrichtungen er heblich kleiner als der von gittergesteuerten Gleichstrom-Koronaladevorrichtungen. Das ist darauf zurückzuführen, daß der Koronadraht bei einer typischen Wechsel strom-Koronaladevorrichtung mit Gittersteuerung nur für einen Teil jedes Zyklus der Kurvenform die gleiche Polarität aufweist wie das Gitter. Für ein ungeladenes foto leitfähiges Element wird der Ladestrom nur innerhalb des Teils der Wechselstrom- Kurvenform zum Fotoleiter übertragen, in dem der Emissionsstrom vom Koronadraht und der Emissionsstrom vom Gitter die gleiche Polarität aufweist. Die Ladung erfolgt damit praktisch als pulsierender Gleichstrom. Dieser Ladevorgang wird so lange fort gesetzt, bis das Oberflächenpotential des fotoleitfähigen Elements das Potential des Gitters erreicht. Wenn das Oberflächenpotential des Fotoleiters um ca. 100 Volt unter dem des Gitterpotentials liegt, wird ein Strom zum fotoleitfähigen Element übertragen, dessen Polarität zu dem des Gitters entgegengesetzt ist. Während des Ladevorgangs enthält der Ladestrom einen wachsenden Anteil von Strom entgegen gesetzter Polarität. Wenn das fotoleitfähige Element vollständig geladen ist, sind die beiden Stromkomponenten gleich.

Die Gleichförmigkeit der Ladung steht in direktem Bezug zur Gleichförmigkeit der Koronaladung, die über die Länge eines Koronadrahtes abgegeben wird. Die Ladungsgleichförmigkeit ist normalerweise bei Wechselstromladung viel höher als bei Gleichstrom-Koronaladung. Beispielsweise tritt bei negativer Wechselstrom ladung mittels Gitter und einem Taktverhältnis von 50% sehr viel weniger Rauschen auf als bei negativer Gleichstromladung. Gleichstromemittierte Ladungen weisen an den jeweiligen Positionen eines Koronadrahtes erhebliche Schwankungen auf. Diese Fluktuationen sind bei negativen Koronaentladungen normalerweise viel größer als bei positiven Koronaentladungen. Die Lage dieser Schwankungen und ihre Intensität ist zudem nicht unbedingt räumlich festgelegt, sondern kann durchaus wandern. Die Ladungsgleichförmigkeit kann durch diese Schwankungen negativ beeinflußt wer den, was zu unerwünschten Dichteschwankungen oder Streifen auf den Tonerbil dern führt, insbesondere bei negativer Ladung. Es wäre wünschenswert, eine Koro naladevorrichtung mit dem Wirkungsgrad einer Gleichstromladevorrichtung und der Gleichförmigkeit einer Wechselstromladevorrichtung bereitzustellen.

US-A-4,910,400 beschreibt eine programmierbare Gleichstromladevorrichtung mit einem Hochspannungs-Koronadraht zwischen einer Elektrode und einem Fotoleiter. An die Elektrode wird ein Spannungsimpuls angelegt, der die gleiche Polarität hat wie die an dem Koronadraht anliegende Gleichspannung, so daß die durch den Draht erzeugte Koronaladung durch die Elektrode periodisch beschleunigt wird. Das Taktverhältnis der an die Elektrode angelegten pulsierenden Spannung steuert die Ein-/Ausschaltzeit der Koronaladevorrichtung. US-A-4,166,690 beschreibt ein Netz teil, in dem ein digitaler Regler in Verbindung mit mindestens einer impulsbreitenmo dulierten Stromversorgung schnelle Anstiegszeiten des Speisestroms ermöglicht. Dies kann zur Definition einer Grenze zwischen aufeinanderfolgenden Abbildungen nützlich sein. US-A-4,731,633 beschreibt eine gitterlose Koronaladevorrichtung für positives Laden, bei der ein Spannungsimpuls mit negativer Polarität periodisch an den Koronadraht angelegt wird um positive, streuförmige Entladungen, sogenannte "Flächenentladungen" zu verhindern. Dieser Spannungsimpuls mit negativer Polari tät wird an den Koronadraht "auf eine Weise angelegt, die minimale Wirkung auf La dungsfunktionen hat," beispielsweise während der Zyklusanlaufperiode, der Zy klusauslaufperiode und der Bereitschaftsperiode. Es wird ein Beispiel aufgeführt, in dem ein negativer Stromimpuls von 20 ms Dauer einem positiven Stromimpuls von 180 ms folgt. Dies entspricht einem positiven Taktverhältnis von 90%. Die Kurven form hat eine Frequenz von 5 Hz, was deutlich außerhalb des üblichen Bereichs des Wechselstrombetriebs liegt und für den Betrieb zwischen den Abbildungen verwen det wird. US-A-4,038,593 beschreibt ein Wechselstromnetzteil mit geregeltem Ruhegleichstrom. Das Taktverhältnis der Wechselstrom-Kurvenform wird derart an die Amplitude gekoppelt, daß das Zeitmittel des Spannungssignals praktisch null ist, d. h. die Polarität der Spannungskurvenform, die kürzer ist, hat eine höhere Ampli tude. Die Regelung des Ruhegleichstroms erfolgt ohne Gitter, indem das Taktver hältnis variiert wird. Der Ruhegleichstrom steuert den Ladungspegel auf dem Fotolei ter. US-A-3,699,335 beschreibt eine Vorrichtung, die einen Koronadraht mit Span nungsimpulsen konstanter Amplitude erregt. Die Breite oder Frequenz der Impulse wird in Ansprechen auf ein Fehlersignal derart gesteuert, daß die angelegte Ladung reguliert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mittel zum Verbessern der Ladungs effizienz von Wechselstrom-Koronaladevorrichtungen bereitzustellen und gleichzei tig, insbesondere für negative Ladungen, die Gleichförmigkeit der Wechselstromla dungen beizubehalten. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Mittel zum Verbessern der Leistungszuverlässigkeit von Wechselstrom-Koronaladevorrich tungen bereitzustellen.

Der Erfindung liegt ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine Wechselstrom-Koro naladevorrichtung zugrunde, bei dem die an die Koronadrähte angelegte Wechsel spannungskurvenform ein Taktverhältnis von größer als 50% hat, und bei dem das Potential auf dem Koronadraht für jede Polarität größer als eine Schwellenspannung für die Koronaemission ist. In einer Ausführungsform ist der Absolutwert der zeitinte grierten Wechselstromkomponente der Spannung auf dem Koronadraht größer als null. Für das negative Laden eines fotoleitfähigen Elements bedeutet ein Taktver hältnis von größer als 50%, daß der negative Teil jedes Wechselstromzyklus länger andauert als der positive Teil des Wechselstromzyklus. Bei einem hypothetischen Wechselstromsystem mit negativer Ladung und einer Rechteckkurve stellt ein nega tives Taktverhältnis von 80% ein Wechselspannungssignal dar, bei dem die Zeit dauer des negativen Ausschlags viermal länger ist als die Dauer des positiven Aus schlags. Für das positive Laden mit einem positiven Taktverhältnis von größer als 50% dauert der positive Teil jedes Wechselstromzyklus länger als der negative Teil. In einer Ausführungsform wird eine Ruhegleichspannung, oder eine sogenannte Offset-Spannung, die für negatives Laden negativ und für positives Laden positiv ist, auf das Wechselspannungssignal aufaddiert.

In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt das negative Wechselstromladen mit einer Trapezkurve und einem negativen Taktverhältnis von ca. 70% bis 80%, wobei gleiche Spitzenamplituden der Wechselstromkomponente der Spannungskurvenform auftreten. Mit dieser Ausführungsform wird der negative Ladestrom erhöht und die Wirkimpedanz verringert, so daß sich die Ladungseffizienz erhöht. Dabei bleibt die Ladestromgleichförmigkeit quer zur Aufzeichnungsrichtung unerwarteterweise über raschend hoch. Daher kann eine effiziente negative Ladung bei hohen negativen Taktverhältnissen erzielt werden, wobei die Wirkimpedanz nahezu so niedrig ist wie bei negativer Gleichstromladung, jedoch ohne die große Ungleichmäßigkeit, die normalerweise bei negativen Gleichstromladevorrichtungen auftritt. Bei positivem Laden wird durch Erhöhen des positiven Taktverhältnisses die Wirkimpedanz verrin gert, während die hohe Ladestromgleichförmigkeit beibehalten wird.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung erfolgt das negative Wechselstrom laden mit einem Taktverhältnis von größer als 50% derart, daß der zeitintegrierte Ladestrom dem einer bei einem Taktverhältnis von 50% betriebenen Ladevorrich tung entspricht. Erreicht wird das durch Absenken der Spitzenspannungsamplituden der Wechselstromkomponente der Spannungskurvenform. Beispielsweise wird bei negativem Laden der größte negative Ausschlag des Drahtpotentials reduziert, wenn das negative Taktverhältnis vergrößert wird, wodurch sich der Abgabestrom an den Drähten reduziert, so daß sich der vom Gitter übertragene Momentanstrom ebenfalls reduziert. Bei einem Taktverhältnis von 70% beträgt die Verringerung der Spitzen spannung ca. 700 Volt. Indem mit einer geringeren Drahtspitzenspannung gearbeitet wird, verringert sich die Gefahr der Lichtbogenbildung zwischen Draht und Gitter, wodurch sich die Leistungszuverlässigkeit der Ladevorrichtung verbessert. Eine niedrigere Spitzenspannung ermöglicht zudem die Verwendung eines preisgünstige ren und zuverlässigeren Wechselstrom-Koronanetzteils.

Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausfüh rungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Koronaladevor richtung unter Verwendung von Wechselspannung mit großem Taktver hältnis.

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Testvorrichtung für eine erfindungs gemäße Koronaladevorrichtung.

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer alternativen Testvorrichtung für eine erfindungsgemäße Koronaladevorrichtung.

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Prüfsonde und Platte der Vorrichtung aus Fig. 3.

Fig. 5 eine Kurve des Signalrauschabstands im Verhältnis zum Taktverhältnis.

Fig. 6 eine Kurve der Wirkimpedanz im Verhältnis zum negativen Taktverhältnis in Prozent.

Fig. 7 Versuchsdaten des Sondenstroms zur Abtastlänge in Querrichtung für verschiedene Taktverhältnisse.

Fig. 8 eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs des Plattenstroms.

Fig. 9(a) eine Kurve des Signal-/Rauschabstands im Verhältnis zum negativen Taktverhältnis.

Fig. 9(b) eine Kurve des Sondenstroms im Verhältnis zum Taktverhältnis.

Eine Wechselstrom-Koronaladevorrichtung 10 mit veränderlichem Taktverhältnis wird schematisch in Fig. 1 dargestellt. Die Wechselstrom-Koronaladevorrichtung 10 weist Koronadrähte 12, ein Gitter 14 und ein Gehäuse 16 auf. Die Verwendung eines Gitters 14 wird allgemein bevorzugt, es kann jedoch für einige Anwendungen wegge lassen werden.

Das Gehäuse 16 weist unvollständige Seitenwände auf, die über Seitenschilder 18 verlängert werden können. Soweit verwendet, enden die Seitenschilder 18 an einem vorbestimmten Abstand zur Fläche des fotoleitfähigen Elements 20. In einer bevor zugten Ausführungsform beträgt der vorbestimmte Abstand ca. 1 mm. Die Seiten schilder 18 und das Gehäuse 16 sind vorzugsweise aus isolierendem Kunststoff.

Das bevorzugte fotoleitfähige Element 20 besteht aus einer lichtempfindlichen Schicht 22, einer geerdeten Leitschicht 23 und einer Basis 25. Das fotoleitfähige Element kann die Form einer Trommel oder eines Bandes aufweisen.

Eine leitfähige Bodenelektrode 21 befindet sich zwischen dem Gehäuse 16 und den Koronadrähten 12, sie ist jedoch für Ausführung der Erfindung nicht erforderlich. Die Bodenelektrode 21 ist mit einem Netzteil 30 verbunden. In anderen Ausführungsfor men kann die Bodenelektrode 21 jedoch geerdet werden, ohne die Anwendung der Erfindung zu beeinträchtigen. Das Gehäuse 16 oder die Seitenschilder 18 oder bei des kann mit (nicht gezeigtem) leitfähigem Material verkleidet und elektrisch mit der Bodenelektrode 21 verbunden sein. In einigen Ausführungsformen kann der ge samte Gehäuse 16 aus leitfähigem Material aufgebaut und mit dem Netzteil 30 ver bunden sein, oder es kann geerdet sein.

Das Netzteil 40 hält das Potential des Gitters 14 auf einem vorbestimmten Pegel. Beispielsweise kann die Gitterspannung auf -600 V eingestellt werden, wobei dieser Wert allerdings von der Geometrie der Vorrichtung, den in der Ladevorrichtung ver wendeten Komponenten und den Ladeanforderungen abhängt.

Das Netzteil 50 für veränderliche Taktverhältnisse erzeugt ein hohes Wechselspan nungssignal, das an die Koronadrähte 12 angelegt wird. Das Taktverhältnis des an die Koronadrähte 12 angelegten Wechselspannungssignals ist größer als ca. 50% und vorzugsweise kleiner als ca. 90%, und zwar unabhängig von der Polarität der Ladung. Mit einem Taktverhältnis von 80% wurden exzellente Ergebnisse erzielt. Ein typischer Wert des Wechselspannungssignals ist ±8.000 Volt bei 600 Hz. Diese Spannung und deren Frequenz kann abhängig von anderen Betriebsdaten und -komponenten abgewandelt werden. Beispielsweise kann die Frequenz im Bereich von ca. 60 Hz bis 6.000 Hz liegen und die Spannung im Bereich von 5.000 Volt bis 12.000 Volt.

Bei der Verwendung dieser Erfindung ist für jede Polarität das Potential auf dem Ko ronadraht größer als der Schwellenwert für die Koronaemission. In der bevorzugten Erfindung weist die Wechselstromkomponente des an die Koronadrähte angelegten Spannungssignals eine Trapezkurvenform auf, obwohl auch andere Kurvenformen im Rahmen der Erfindung verwendet werden können.

In einer ersten Betriebsart wird ein Gitter 14 benutzt, während die Bodenelektrode 21 und die Seitenschilder 18 fehlen. Diese Betriebsart wird hauptsächlich deswegen bevorzugt, weil sie die Gefahr der Lichtbogenbildung reduziert. Sie kommt in dem nachfolgenden Beispiel 4 zum Einsatz.

In einer zweiten Betriebsart wird ein Gitter 14 benutzt, die Bodenelektrode 21 fehlt, doch die Kunststoffseitenschilder 18 werden benutzt. Diese Betriebsart kommt in den nachfolgenden Beispielen 1-3 zum Einsatz. Die Leistung dieser Betriebsart ist mit der ersten Betriebsart vergleichbar. Sie wird aber weniger bevorzugt, weil die Impe danz etwas höher ist.

In einer dritten Betriebsart wird ein Gitter 14 benutzt, die Bodenelektrode 21 ist vor handen, doch die Seitenschilder 18 fehlen. Diese Betriebsart kommt in den Bei spielen 7 und 8 zum Einsatz, während in Beispiel 6 die Ergebnisse bei geerdeter oder potentialfreier Bodenelektrode 21 miteinander verglichen werden. In dieser Be triebsart wird die Bodenelektrode 21 vorzugsweise geerdet.

In einer vierten Betriebsart wird ein Gitter 14 benutzt, und die Seitenschilder 18 sind mit einem leitfähigen Material verkleidet, das elektrisch mit der Bodenelektrode 21 verbunden ist. Diese Betriebsart kommt in Beispiel 7 zum Einsatz. Obwohl dies nicht die meistbevorzugte Betriebsart ist, hat sie bestimmte Vorteile, weil sie es ermög licht, an die Koronadrähte bei gleicher Impedanz niedrigere Spitzenspannungen an zulegen, und weil sie sich durch eine gute Gleichförmigkeit der Ladung auszeichnet.

In einer fünften Betriebsart fehlt das Gitter 14, und der Absolutwert der zeitintegrier ten Wechselstromkomponente der Spannung auf den Koronadrähten ist größer als null. Die letztere Bedingung bedeutet, daß unter Berücksichtigung einer beispiels weise ungefähr rechteckigen Kurvenform die Spannung mal der Zeit im positiven Ausschlag plus der Spannung mal der Zeit im negativen Ausschlag ungleich null ist. Eine Möglichkeit, die Erfindung in einem Kopiergerät anzuwenden, ist beispiels weise, ein Steuergitter zu benutzen und das Taktverhältnis auf einen vorgegebenen Wert festzulegen. Das Gitter wird dann als ein Element zur Prozeßsteuerung be nutzt, indem sein Potential derart eingestellt wird, daß das Oberflächenpotential des geladenen Fotoleiters am Ende des Ladungsprozesses auf einer vorgegebenen Spannung verbleibt.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Testvorrichtung 11, die zur Erhebung von Daten benutzt wird, um zu zeigen, daß eine Wechselstrom-Koronaladevorrich tung 10 mit einem Wechselspannungssignal mit großem Taktverhältnis eine verbes serte Effizienz aufweist. In der Testvorrichtung wurde ein niedriges Wechselspan nungssignal von einem Funktionsgenerator 52 des Typs Hewlett-Packard Modell 3314A erzeugt, das dann von einem Hochspannungsverstärkernetzteil 54 des Typs Trek Modell 10110 verstärkt wurde. Mit dem Ausgangssignal des Netzteils 54 wurden die Koronadrähte 12 der 3-Draht-Koronaladevorrichtung 10 erregt. Die Kurvenform, die Amplitude, das Gleichspannungs-Offsetpotential und das Taktverhältnis wurden mit dem Funktionsgenerator 52 eingestellt. In diesem Versuch kam ein Rechteckkur ven-Spannungssignal mit einer Frequenz von 600 Hz zum Einsatz. Aufgrund der endlichen Anstiegsgeschwindigkeit des Netzteils Trek 10/10 wurde an den Korona drähten 12 statt einer Rechteckkurve eine Trapezkurve erzeugt. Bei einem Taktver hältnis von 50% entfielen ca. 89% der Spannung jedes positiven oder negativen Ausschlags auf den Spitzenwert. Das Potential am Gitter 14 wurde durch ein Netzteil 42 des Typs Trek Modell 610B Corotrol bereitgestellt. In den Beispielen, in denen eine Bodenelektrode 21 zum Einsatz kam, wurde die Bodenelektrode durch ein wei teres Netzteil 32 des Typs Trek 610B Corotrol gespeist.

In den Beispielen, in denen ein Gitter zum Einsatz kam, wurde der Abstand zwischen dem Gitter 14 und der geerdeten Plattenelektrode 24 auf den gleichen Wert wie der Abstand zum Laden eines Fotoleiters eingestellt. Der Abstand von Draht zu Gitter betrug 1 cm, der Abstand von Draht zu Bodenelektrode betrug 2 cm, der Abstand zwischen den Drähten betrug 2 cm. Mit Ausnahme von Beispiel 4 betrug der Ab stand von Gitter 14 zu Platte 24 für diese Versuche ca. 1,5 mm. Die Umgebungsbe dingungen für diese Versuche waren: relative Luftfeuchtigkeit 40 bis 60%, Tempera tur 21 bis 24° Celsius.

Die in Fig. 2, 3 und 4 gezeigte Plattenelektrode 24 simuliert einen ungeladenen Foto leiter und wurde zum Messen großflächiger Plattenströme benutzt, um die Ladungs ausgangsimpedanzen in den nachfolgenden Beispielen 1 und 3 abschätzen zu kön nen. Die Ströme wurden mit einem Netzteil 32 des Typs Trek 610C Corotrol gemes sen.

Um die Gleichförmigkeit des Ladestroms zu charakterisieren, bietet es sich an, den Ladestrom als Funktion der Strecke entlang der Koronadrähte zu messen, d. h. quer zur Durchlaufrichtung der Kopiervorrichtung. Die Standardabweichung des mittleren Ladestroms dividiert durch den mittleren Strom ist ein Signal-/Rauschabstand, der als Ungleichförmigkeit des Ladestroms in Querrichtung definiert ist und als ein Pro zentsatz ausgedrückt werden kann. In allen nachfolgenden Beispielen wurde der Signal-/Rauschabstand oder die Ungleichförmigkeit des abgegebenen Stroms paral lel zum Verlauf der Koronadrähte gemessen.

Der Signal-/Rauschabstand wurde mit der Vorrichtung aus Fig. 3 unter Verwendung der in Fig. 4 gezeigten Abtastsonde 60 gemessen. Die Länge der Abtastsonde 60 war gleich der Breite der Koronaladevorrichtung. Die Sonde maß alle drei Drähte gleichzeitig. Die Abtastsonde 60 bestand aus einer dünnen, ein Millimeter breiten Kollektorelektrode auf Erdpotential, die in einen schmalen Schlitz 26 eingesteckt wurde, der in die geerdete Plattenelektrode 24 geschnitten worden ist, wobei der Schlitz rechtwinklig zu den Koronadrähten verlief.

Das Ausgangssignal der Meßeinheit 34 des Typs Keithley Modell 237 wurde an einen Computer 36 übergeben. Die Stromabtastung wurde digital aufgezeichnet, wobei an 1000 Punkten gemessen wurde, die sich über die gesamte Länge der Ko ronadrähte erstreckten. Die mittleren Abtastsondenströme und Standardabweichun gen dieser Ströme wurden aus den digitalisierten Aufzeichnungen berechnet.

Unter "Verbesserung der Gleichförmigkeit" ist im Sinne der Versuchsergebnisse zu verstehen, daß die Standardabweichung des Sondenstroms über die gesamte Koro nadrahtlänge reduziert wird. Es läßt sich zeigen, daß die Abweichung der Standard ausgangsspannung auf einem geladenen Fotoleiter in Querrichtung bei Verlassen der Ladestation eines typischen Kopiergeräts proportional zu der Standardabwei chung des abgetasteten Stroms ist, und zwar gemessen durch die Abtastsonde 60 und durch den mittleren Strom dividiert. Eine Abtastsonde zum Messen der Schwan kungen des durch das Gitter übertragenen Stroms läßt sich daher als nützlicher Indi kator für die Gleichförmigkeit der Ausgangsladung von der Wechselstrom-Korona ladevorrichtung einsetzen.

Beispiel 1 Großes Taktverhältnis senkt die Impedanz (erhöht die Effizienz), ohne die La dungsgleichförmigkeit zu verschlechtern

Die Messungen der Wirkimpedanz der negativen Wechselstromladung wurden an hand des anfänglichen Anstiegs des Ladestroms über der Plattenspannung in einer Ladestromkurve durchgeführt. Die Messungen der Ungleichförmigkeit des Lade stroms in Querrichtung erfolgten als Funktion des negativen Taktverhältnisses für eine feste Wechselspitzenspannung von ±8 KV bei einer Offset-Gleichspannung von 0. In diesem Beispiel wurde keine Bodenelektrode verwendet. Als Material für das Ladergehäuse kam isolierender Kunststoff zum Einsatz. Die Gitterspannung V_g be trug durchgängig -600 V, der Abstand von Gitter zur geerdeten Plattenelektrode be trug 1,52 mm. Es wurden Wolframdrähte mit einem Durchmesser von 0,83 mm be nutzt. Vorläufige Messungen mit +8 KV und -8 KV Gleichspannung zeigten, daß unter diesen Bedingungen die positiven und negativen Gleichstromemissionen unge fähr gleich waren.

Tabelle 1

Negative Ladung bei konstantem Spitzenpotential

(Wechselspannung = ±8 KV Offset-Gleichspannung = 0, Seitenschilder eingebaut)

Spalte 2 der Tabelle 1 zeigt, daß der negative Strom an der geerdeten Plattenelek trode 24 stetig mit ansteigendem negativen Taktverhältnis ansteigt. Ein ähnlicher Trend ist in Spalte 4 für den mittleren Sondenstrom in Querrichtung zu sehen. Diese ansteigenden Werte sind auf den Abfall der anfänglichen Wirkimpedanz bei anstei gendem Taktverhältnis zurückzuführen. Es läßt sich eine Ladezeitkonstante ab schätzen, indem man die in Fußnote 1 definierte Wirkimpedanz mit der Kapazität pro Flächeneinheit des Fotoleiters multipliziert. Spalte 5 zeigt, daß die als Störabstand ausgedrückte Ungleichförmigkeit des Sondenstroms in Querrichtung bei einem ne gativen Taktverhältnis von 70% auf einen Mindestwert abfällt und dann leicht an steigt, bis das Taktverhältnis 90% erreicht. Bei einem Taktverhältnis von 100% springt der Störabstand allerdings auf einen wesentlich größeren Wert, der für die negative Gleichspannungsladung charakteristisch ist. Dies läßt sich besser durch Bezug auf Fig. 5 und 6 erkennen, in denen die Daten aus Tabelle 1 grafisch darge stellt werden. Fig. 7 zeigt den gemessenen Abtastsondenstrom gegenüber der Ab tastlänge in Querrichtung für verschiedene negative Taktverhältnisse. Fig. 6 zeigt die Relation zwischen den Schwankungen der abgetasteten Ströme und den ansteigen den mittleren Strömen bei ansteigendem Taktverhältnis. Das Überlappen der Daten bei einem Taktverhältnis von 50% zeigt, daß in diesem Fall die Ungleichförmigkeiten der Stromabgabe räumlich relativ stabil sind, und daß das "Flimmern" relativ klein ist. Dieses Beispiel zeigt, daß bei hohen Wechselstrom-Taktverhältnissen ein wesentli cher Abfall der Wirkimpedanz und eine dementsprechend höhere Effizienz erreicht werden kann, ohne daß dies über einen Bereich des Taktverhältnisses von 50% bis 90% zu Lasten der Ladestrom-Gleichmäßigkeit ginge.

Beispiel 2 Hohes Taktverhältnis senkt das Potential auf dein Koronadraht bei gleicher Effizienz des Ladestroms

In diesem Beispiel wurde bei Vergrößerung des negativen Taktverhältnisses der Strom zur geerdeten Plattenelektrode ungefähr konstant gehalten. Die Arbeitsbedin gungen für ein Taktverhältnis von 50% waren die gleichen wie für Beispiel 1, wobei auch der gleiche Satz von Koronadrähten benutzt wurde. Bei dieser Betriebsart mit konstantem Ladestrom (und ungefähr konstanter Wirkimpedanz) wurde der vom Gitter übertragene negative Spitzenstrom mit ansteigendem negativen Taktverhältnis reduziert, so daß der zeitintegrierte Ladestrom ungefähr gleich blieb (-185 µA). Um dies zu erreichen, wurde der negative Spitzenausschlag des Drahtpotentials redu ziert, siehe Spalte 2, während das negative Taktverhältnis von 50% auf 90% ange hoben wurde, wodurch der Abgabestrom an den Drähten und der vom Gitter über tragene negative Momentanstrom ebenfalls reduziert wurde. Dies ermöglichte eine Verringerung der Koronadrahtspannung, wodurch sich wiederum das Risiko einer Lichtbogenbildung reduzierte. Fig. 8 zeigt anhand einer hypothetischen Rechteck welle die Verringerung des Plattenmomentanstroms, der an einer geerdeten Plat tenelektrode (oder einem ungeladenen Fotoleiter) anliegt, wenn das Taktverhältnis von 50% auf 67% erhöht wird. Die Bereiche ABCD und AEFG (Strom multipliziert mit Zeit) sind gleich.

Tabelle 2

Negative Ladung bei konstantem Ladestrom

(Offset-Gleichspannung = 0, V_Gitter = -600 V, Seitenschilder eingebaut)

Für ein Taktverhältnis von 100% steigt der Wert des Drahtpotentials im Vergleich zu einem Taktverhältnis von 90% an. Der niedrigere Wert bei 90% kann auf eine er höhte negative Emission zurückzuführen sein, unmittelbar nachdem der positive Ausschlag des Spannungszyklus endete und der negative Ausschlag des Span nungszyklus begann, und zwar bedingt durch die positive Raumladung und die posi tiv geladenen Kunststoffwände der Ladevorrichtung zum Ende des positiven Aus schlags. Die Sondenströme in Spalte 3 sind nicht ganz konstant, da jeder dieser Ströme nach jeder Abtastung als ein Durchschnittswert ermittelt werden muß, was eine vorherige Abschätzung jeder Spannungseinstellung erforderlich macht. Die Schwankungen des mittleren Sondenstroms sind nicht so groß, als daß sie die aus diesem Beispiel abgeleiteten Ergebnisse beeinflussen könnten. Aus Spalte 4 ist er sichtlich, daß die Ungleichförmigkeit des Ladestroms in Querrichtung kontinuierlich mit steigendem negativen Taktverhältnis ansteigt. Zu beachten ist, daß dieser An stieg nicht linear verläuft, und daß die Anstiegsgeschwindigkeit mit steigendem ne gativen Taktverhältnis ansteigt. Weiterhin ist zu beachten, daß bei einem Taktver hältnis von 100% die Ungleichförmigkeit des Ladestroms in Querrichtung sehr groß ist. Sie beträgt hier 22% im Vergleich zu 9% in Beispiel 1. Bekanntermaßen steigt mit fallender Stromdichte der negativen Gleichstrom-Koronaemission (also mit fallendem Drahtspannungspotential) die Ungleichförmigkeit in Querrichtung an. Hieraus ist nicht zu schließen, daß dies auch für die Wechselstromemission mit pulsierender, negativer Übertragung durch das Gitter gilt. In dieser Betriebsart mit konstanter Wirk impedanz wird eine signifikante Verringerung des Drahtpotentials von nahezu 900 V erreicht, wenn das Taktverhältnis von 50% auf 80% erhöht wird. Durch den Betrieb bei niedriger Drahtspitzenspannung verringert sich die Gefahr eines Lichtbogens zwischen Draht und Gitter, so daß die Zuverlässigkeit der Ladevorrichtung verbes sert wird. Zudem kann aufgrund der niedrigeren Spitzenspannung möglicherweise ein kostengünstigeres, zuverlässigeres Wechselstrom-Koronanetzteil eingesetzt werden. Für dieses Beispiel liegt der bevorzugte Betrieb bei einem Taktverhältnis von 90%, bei dem eine wesentliche Reduzierung des Drahtpotentials erzielt werden kann, was allerdings im Vergleich zu dem Taktverhältnis von 50% geringfügig zu Lasten der Gleichförmigkeit in Querrichtung geht. Bei einem Taktverhältnis von 80% und gleicher Wirkimpedanz wie für negativen Gleichstrom wird die Ungleichförmig keit in Querrichtung um den Faktor 0,2237 ÷ 0,0449 = 5,0 gegenüber Gleichstrom verringert, was eine sehr deutliche Verbesserung darstellt.

Beispiel 3 Großes Taktverhältnis mit Offset-Gleichstrom

Dieses Beispiel zeigt auf, was geschieht, wenn man das Taktverhältnis konstant bei 50% oder 80% hält und einem Wechselspannungssignal von ±80 KV während des negativen Wechselstromladevorgangs eine progressiv größer werdende negative Offset-Gleichspannung aufaddiert. Durch Aufaddieren der negativen Offset-Gleich spannung weist das an die Koronadrähte angelegte Gesamtspannungssignal einen kleineren positiven und einen größeren negativen Ausschlag auf. Die größte Offset- Gleichspannung betrug -2.400 Volt, wobei der positive Ausschlag auf +5.600 V re duziert und der negative Ausschlag auf -10.400 V gesteigert wurde. Die Schwelle für die positive Gleichstrom-Koronaemission lag unter +5.600 V. Dies bedeutet, daß die Koronaemission für alle Werte des Beispiels ein echtes Wechselstromverhalten aufwies.

Tabelle 3

Wirkung der Offset-Gleichspannung

(Wechselspannung = +8 KV Seitenschilder eingebaut, Abstand von Gitter zu Platte = 1,52 mm, V_Gitter = -600 V)

Durch Einsatz einer Offset-Gleichspannung erhöht sich während eines Teils des Zy klus der Hang zu einer Lichtbogenbildung zwischen Draht und Gitter, während er sich während eines anderen Teils des Zyklus verringert. Bei Einsatz eines geerdeten Kollektors, und zwar entweder einer Platte oder einer Sonde, wird nur der negative Strom (pulsierender negativer Strom) über das negative Gitter geleitet. Durch Erhö hen der negativen Offset-Gleichspannung erhöht sich der zeitlich gemittelte Platten strom (oder Sondenstrom), da sich die negative Drahtspitzenspannung erhöht. Der höhere Plattenstrom geht mit einem höheren negativen Abgabestrom einher, was zu einer Verbesserung der Gleichförmigkeit in Querrichtung führt (Störabstand). Alle Daten in Tabelle 3 wurden am gleichen Tag gemessen, allerdings einige Tage nach den Daten aus Tabelle 1. Die Tatsache, daß die jeweiligen Einträge für eine Offset- Gleichspannung von null bei einem negativen Taktverhältnis von 50%, 80% und 100% in jeder dieser Tabellen unterschiedlich sind, spiegelt die bekannte Erschei nung wieder, daß es zu einer örtlich unterschiedlichen "Bläschenbildung" der Koro naemission von denselben Drähten an unterschiedlichen Tagen kommt. Diese Schwankungen, insbesondere in bezug auf den Störabstand, sind normal und kön nen auf Schwankungen in der relativen Luftfeuchtigkeit, der Temperatur, dem Luft druck oder auf einen Versuchsfehler bei der Einstellung des Abstands vom Gitter zum Kollektor zurückzuführen sein. Bei einem Vergleich der Einträge für dieselbe Offset-Gleichspannung in Tabelle 3 geht aus diesem Beispiel eindeutig hervor, daß der Störabstand nicht dem Taktverhältnis unterliegt, wie bereits aus den vorherigen Beispielen bezüglich der Offset-Gleichspannung von null zu erkennen war. Dies gilt für große Offset-Spannungen, die einen wesentlichen Teil der Wechsel-Spitzen spannung ausmachen.

Beispiel 4 Großes Taktverhältnis mit vergrößertem Abstand zwischen Gitter und Fotolei ter zur Verbesserung der Ladezuverlässigkeit

Dieses Beispiel zeigt den Vorteil der Erfindung in bezug auf größere Abstände zwi schen Gitter und Kollektor (Gitter zu Fotoleiter). Für einen zuverlässigen Betrieb der Ladevorrichtung ist es wünschenswert, daß dieser Abstand nicht zu klein ist, so daß der Ladestrom nicht von der Parallelität zwischen Gitter und Fotoleiter, von Gitter schwingungen und von Lageveränderungen der Oberfläche des Fotoleiters beein flußt wird, beispielsweise einem "Flattern" des fotoleitenden Filmbandes oder durch Filmverformungen, die beispielsweise durch den Bereitschaftsbetrieb des Kopierers über Nacht entstehen können. Ebenso wichtig ist die Tatsache, daß die Gefahr einer Lichtbogenbildung zwischen Gitter und Film verringert wird, je größer der Abstand vom Gitter zum Film ist. Bekanntermaßen steigt mit Vergrößern des Abstands zwi schen Gitter und Fotoleiter die Wirkimpedanz der Ladevorrichtung ebenfalls an, d. h. daß der Ladestrom verringert wird. In diesem Beispiel wird eine erhöhte Wirkimpe danz zugunsten einer höheren Zuverlässigkeit durch Vergrößern des Abstands zwi schen Gitter und Fotoleiter in Kauf genommen.

Tabelle 4

Wirkung der Vergrößerung des Abstands zwischen Gitter und Kollektor

(Keine Seitenschilder, V_Gitter = -600 V, Offset-Gleichspannung = 0, Drahtsatz Nr. 2)

In den Beispielen 1 und 2 fiel die Wirkimpedanz mit Erhöhung des Taktverhältnisses ab. Es ist daher möglich, den Abstand zwischen Gitter und Kollektor sowie das Takt verhältnis zu erhöhen, um damit eine konstante Wirkimpedanz beizubehalten. Die ses Beispiel zeigt diese Möglichkeit für einen negativen Ladevorgang und quantifi ziert die resultierende Ungleichförmigkeit des Ladestroms in Querrichtung. Für die Daten in Tabelle 4 wurden neue, bislang nicht verwendete Drähte eingesetzt. Die Ungleichförmigkeiten des Ladestroms in Querrichtung waren bei diesen neuen Drähten erheblich niedriger als bei den für die vorherigen Beispiele eingesetzten Drähten. In jedem Datenblock hatte das Wechselstromsignal entweder ±8,0 KV oder ±9,5 KV. Für einen gegebenen Abstand zwischen Gitter und Kollektor von 1,524 mm sind die Werte für den Störabstand in jedem Block ähnlich denen in den Beispielen 1 und 2 und wiesen bei einem Taktverhältnis von 100% (negativer Gleichstrom) eine markante Steigerung der Ungleichförmigkeit auf, verglichen mit den Wechselstrom werten bei Taktverhältnissen von 50% und 80%. Wie in den Beispielen 1 und 2 ist zudem die Ungleichförmigkeit des Ladestroms in Querrichtung für die höhere Wech selstromamplitude niedriger. Als wichtigste Schlußfolgerung läßt sich ableiten, daß sich die Ungleichförmigkeit des Ladestroms nicht sehr stark änderte, wenn man den Abstand zwischen Gitter und Kollektor erhöhte. Tatsächlich wies sie sogar eine ab nehmende Tendenz auf. Mit anderen Worten zeigt dieses Beispiel, daß eine höhere Ladeeffizienz bei einem höheren Taktverhältnis dazu genutzt werden kann, den Anstieg der Wirkimpedanz zu kompensieren, der in einer elektrofotografischen Vor richtung Hand in Hand mit einem höheren Abstand zwischen Gitter und Fotoleiter geht. Durch Wechselstromladung mit hohem Taktverhältnis, z. B. von 80%, ist es also möglich, dieselbe Wirkimpedanz zu halten wie bei einer konventionellen Wech selstromladevorrichtung, die mit 50% Taktverhältnis betrieben wird, während gleich zeitig die Leistungszuverlässigkeit wesentlich erhöht wird.

Beispiel 5 Großes Taktverhältnis mit positiver Ladung und geerdeter Bodenelektrode

In diesem Beispiel wird ein variables Taktverhältnis mit Wechselstromladung, einem Wechselspannungssignal von +80 KV keiner Offset-Gleichspannung, einer Gitter spannung von +600 V und einem Abstand zwischen Gitter und Kollektor von 1,524 mm eingesetzt. Es wurde die gleiche Ladevorrichtung wie für Beispiel 1 verwendet, mit der Ausnahme, daß die Kunststoffschilder entfernt wurden, und daß eine aus leitfähigem Band hergestellte Bodenelektrode in den Boden der Ladevorrichtung eingeschoben wurde. Für den Versuch wurde ein neuer Satz von Koronadrähten verwendet.

Tabelle 5

Positive Ladung bei konstantem Spitzenpotential

(Wechselspannung = ±80 KV, Offset-Gleichspannung = 0, geerdete Bodenelek trode, keine Seitenschilder)

Die Bodenelektrode sollte das Ausbruchspotential für die positive Koronaemission reduzieren, um somit das Potential der Koronadrähte niedrig genug zu halten, damit die Gefahr einer Lichtbogenbildung zum Gitter klein bleibt, wobei es gleichzeitig weiterhin möglich sein sollte, brauchbare Ladeströme zu erzeugen. Trotz der erhöh ten Emission aufgrund der geerdeten Bodenelektrode waren die mittleren Abtast sondenströme in Tabelle 5 nur ca. halb so groß wie die entsprechenden negativen Ströme, die mit einer Wechselspitzenspannung von ±80 KV und V_Gitter = -600 V in Beispiel 1 erzielt wurden. Daß es zu einer geringeren Effizienz (höherer Wirkimpe danz) bei der positiven Koronaladung im Vergleich zur negativen Koronaladung kommt, ist durchaus bekannt. Das ist auch der Grund dafür, daß positive Wechsel stromladung weniger interessant ist als negative Wechselstromladung. Eine etwas höhere Wechselspitzenspannung in Verbindung mit der leitfähigen Bodenelektrode würde natürlich Ladeströme erzeugen, die mit denen in Beispiel 1 konkurrieren könnten. Aus Tabelle 5 läßt sich der wichtige Schluß ziehen, daß die Erfindung für positive Ladung gute Ergebnisse zeigt. Die Ungleichförmigkeit des Ladestroms in Querrichtung (Störabstand) fiel deutlich von dem Wert bei einem positiven Taktver hältnis von 50% auf ein Minimum in Nähe des positiven Taktverhältnisses von 80%. Anschließend stieg der Wert bei einem Taktverhältnis von 100% (positiver Gleich strom) wieder auf einen höheren Wert an. Zwischen 90% und 100% kommt es aller dings nicht zu einem abrupten Anstieg des Störabstands. Ein derartiger Anstieg ist charakteristisch für negative Wechselstromladung bei ähnlichen Spitzenspannungen, siehe Beispiel 1. Das Übergangsverhalten für die positive Ladung ist vergleichbar mit dem weniger abrupten Übergang zur negativen Gleichstromladung, der für die hö here Spitzenspannung in Tabelle 2 ausgewiesen wurde. Dies entspricht der Erfah rung, daß positive Gleichstromladung im allgemeinen sehr viel gleichförmiger ist als negative Gleichstromladung.

Beispiel 6 Großes Taktverhältnis mit negativer Ladung ohne Gitter

In einigen Anwendungen mit Wechselstromladung ist es wünschenswert, eine Lade vorrichtung zu benutzen, die zwischen den Koronadrähten und der zu ladenden Oberfläche kein Steuergitter aufweist. Dieses Beispiel zeigt die Verwertung der Er findung für eine gitterlose Ladevorrichtung mit negativer Wechselstromladung. Bei den in Tabelle 6 gezeigten Ergebnissen wurde entweder eine geerdete oder eine massefreie Bodenelektrode in Verbindung mit einem kleinen negativen Offset- Gleichspannungspotential benutzt. Mit der massefreien Bodenelektrode wurde ein ähnlicher Zustand erreicht wie mit einem isolierten Kunststoffgehäuse. Es wurde die gleiche Ladevorrichtung wie in Beispiel 5 benutzt einschließlich des gleichen Draht satzes, jedoch ohne Gitter.

Tabelle 6

Gitterlose Ladevorrichtung (negative Ladung)

(Keine Seitenschilder, Drahtsatz Nr. 3, Abstand von Gitter zu Platte 1,524 mm)

Aus Tabelle 8 ergibt sich der Schluß, daß sich die Ungleichförmigkeit des Lade stroms in Querrichtung (Störabstand) für die gitterlose Ladevorrichtung ähnlich wie bei der mit Gitter versehenen Ladevorrichtung aus Beispiel 1 verhält. Für eine mas sefreie oder geerdete Bodenelektrode bleibt die Ungleichförmigkeit in Querrichtung für alle aufgeführten Taktverhältnisse "wechselstromähnlich", d. h. sie liegt bis zu einem Taktverhältnis von mindestens 90% deutlich unter den entsprechenden Gleichstromwerten bei einem Taktverhältnis von 100%. Zu beachten ist, daß die Gleichstromregelung nicht die gleichen negativen Spitzenspannungen aufwies wie in den Wechselstromversuchen, d. h. -8,0 KV anstelle von -8,6 KV. Dementsprechend sind die mittleren Sondenströme kleiner, als sie bei dem höheren Potential sonst sein würden. Da die Ströme kleiner sind, sind die Störabstände für Gleichstrom et was höher, als sie bei dem höheren Potential sein würden, wie anhand der vorheri gen Beispiele bereits besprochen wurde. Sicherlich gäbe es aber einen abrupten Anstieg der Störabstandswerte bei Gleichstrom, obwohl dieser etwas geringer aus fiele, als in Tabelle 6 angegeben. Durch Erdung der Bodenelektrode entstehen etwas höhere Ladeströme und entsprechend niedrigere Werte für die Ungleichför migkeit des Ladestroms in Querrichtung als bei der massenfreien Bodenelektrode. Aus den Versuchsdaten ergibt sich der Schluß, daß die Erfindung vorteilhaft auf git terlose Ladevorrichtungen angewandt werden kann. In der bevorzugten Ausfüh rungsform wird eine Ladevorrichtung des beschriebenen Typs ohne Gitter einge setzt, die mit einer Offset-Gleichspannung und einem negativen Taktverhältnis von ca. 80% sowie geerdeter Bodenelektrode betrieben wird.

Beispiel 7 Großes Taktverhältnis mit leitendem Gehäuseboden

Dieses Beispiel zeigt die Anwendung der Erfindung mit einer Ladevorrichtung, die ein Gehäuse mit leitfähigem Boden aufweist. Vorgehensweise und Spannungen ent sprechen denen aus Beispiel 1. Es wurde die gleiche Ladevorrichtung wie in Beispiel 1 benutzt, mit dem Unterschied, daß die Seitenwände nicht vorhanden sind, und daß der Gehäuseboden mit einer leitenden und geerdeten Kupferfolie verkleidet ist. Zu dem wurde ein neuer Satz Drähte verwendet. Die Gleichstromladung mit dieser Art von Ladevorrichtung wird normalerweise in Verbindung mit einem leitfähigen statt eines isolierenden Gehäuses durchgeführt. Wie in diesem Beispiel zu sehen ist, ist der Störabstand der Stromverteilung der negativen Gleichstromemission mit leiten dem Boden etwas geringer (also besser) als bei Einsatz eines Kunststoffgehäuses, wie in Beispiel 1 gezeigt. Die Störabstände für Taktverhältnisse im Bereich von 50% bis 90% unter Verwendung eines Kunststoffgehäuses, wie in Beispiel 1, Tabelle 1 gezeigt, sind etwas besser als der Störabstand für negativen Gleichstrom mit einem Gehäuse mit leitfähigem Boden, wie in diesem Beispiel gezeigt. Die Erfindung erzielt also bessere Ladeergebnisse mit einem Kunststoffgehäuse bei hohen negativen Taktverhältnissen, als dies bei negativer Gleichstromladung mit einer geerdeten Bodenelektrode der Fall ist. Tabelle 7 zeigt, daß das allgemeine Verhalten der Störabstände als eine Funktion des ansteigenden negativen Taktverhältnisses bei Verwendung eines leitfähigen Gehäusebodens ähnlich dem eines Gehäuses mit iso lierendem Kunststoffboden ist (vergleiche Beispiel 1).

Tabelle 7

Laden mit konstanter Spannung und geerdeter Bodenelektrode

(Wechselspannung = ±8 KV)

Beispiel 8 Großes Taktverhältnis mit leitfähigem Gehäuse

Die etwas niedrigeren Sondenströme bei Einsatz eines leitfähigen Bodens in Beispiel 7 im Vergleich zu Beispiel 1 sind auf die Nähe der leitfähigen Bodenelektrode zu rückzuführen, die einen größeren Teil des Emissionsstroms anzieht. Wie in Tabelle 8 gezeigt, wird dies in diesem Beispiel durch Einsatz eines geerdeten, leitfähigen Kunststoffgehäuses mit Seitenwänden (ohne Seitenschilder) kompensiert, und zwar zusätzlich zu einem geerdeten, leitfähigen Boden. Vorgehensweise und Drahtsatz sind ansonsten wie in Beispiel 7. Mit Ausnahme der Wechselspitzenspannung waren die Spannungen ebenfalls gleich. Fig. 9(a) und 9(b) zeigen eine grafische Darstel lung der in Tabelle 7 und 8 ermittelten Daten. Obwohl die Spitzenspannung in Bei spiel 8 kleiner ist, wurden mit geerdeten, leitfähigen Seitenwänden und geerdetem leitfähigem Boden ähnliche Ströme (ähnliche Impedanzen) und ähnliche Störab stände erzielt, wie mit dem geerdeten, leitfähigen Boden allein (Beispiel 7). Ein voll ständig leitfähiges Gehäuse wird eindeutig bevorzugt, da es bei Einsatz einer Spitzenspannung, die ca. 1.000 V niedriger ist, ähnliche Ergebnisse bringt wie mit einem nur geerdeten Boden.

Tabelle 8

Laden mit konstanter Spannung, geerdetem Boden und geerdeten Seitenwänden

(Wechselspannung = ±7 KV)

Bei einem Taktverhältnis von mehr als 50% bringt die Erfindung eine bessere Lei stung der Wechselstrom-Koronaladung durch eine Verringerung der Wirkimpedanz und der Ungleichförmigkeit des Ladestroms in Querrichtung für herkömmliche Gitter ladevorrichtungen (Scorotron) sowie für gitterlose Ladevorrichtungen (Corotron). Diese Verbesserung gilt sowohl für positive als auch für negative Koronaladung und ist insbesondere für die negative Ladung bei hohem negativen Taktverhältnis vorteil haft.

Die geringe Wirkimpedanz bei höherem Taktverhältnis ist deshalb vorteilhaft, weil sie den Einsatz von Wechselstromladevorrichtungen bei höheren Prozeßgeschwindig keiten ermöglicht, sowie einen größeren Abstand zwischen Gitter und Fotoleiter, der eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Parallelitätsabweichungen von Ladevor richtung und Fotoleiter mit sich bringt, und außerdem eine geringere Empfindlichkeit gegenüber welligem Film, eine geringere Empfindlichkeit gegen Koronadrahtschwin gungen und eine geringere Neigung zur Lichtbogenbildung zwischen Gitter und Fotoleiter bietet. Zudem verringert sich die Neigung zur Lichtbogenbildung zwischen Draht und Gitter durch Einsatz einer niedrigeren Spannung auf den Koronadrähten bei gleichem Ladestrom (gleiche Wirkimpedanz).

Die mit der Erfindung erzielte verbesserte Gleichförmigkeit des Ladestroms in Quer richtung kann zur Verbesserung der Bildqualität in der Elektrofotografie allgemein eingesetzt werden. Dies gilt insbesondere für die Alterung der Koronadrähte. Die Drahtalterung bewirkt im allgemeinen eine ungleichförmige Emission entlang der Drähte, was oft zu Bildfehlern, wie Streifen oder Punkten, führt. Die Erfindung trägt dazu bei, den Grad dieser Bildfehler zu verringern, was für eine hohe Abbildungsge nauigkeit wichtig ist, und zwar insbesondere in den Bereichen eines Tonerbildes mit niedriger Dichte.

Durch Veränderung des Profils der Spannungskurvenform, die an die Koronadrähte angelegt wird, kann ein höheres Taktverhältnis genutzt werden, um die kapazitiven Ströme zu reduzieren, die bisweilen auch als Verschiebungsströme bezeichnet wer den und mit der Polaritätsumkehrung im Wechselstromzyklus zusammenhängen. Wenn beispielsweise eine Trapezkurvenform verwendet wird, kann ein weniger stei ler Spannungsanstieg bei einem höheren Taktverhältnis eingesetzt werden. Der Anstieg bezeichnet den Flankenbereich des trapezförmigen Signals. In diesem Fall kann der resultierende integrierte Strom, der am fotoleitfähigen Element eintrifft, im Vergleich zu dem ursprünglichen steilen Anstieg und einem Taktverhältnis von 50% gehalten oder möglicherweise erhöht werden. Die damit einhergehende Verrin gerung der kapazitiven Ströme bei der Polaritätsumkehr im Wechselstromzyklus macht den Einsatz preisgünstigerer und zuverlässigerer Hochspannungsnetzteile für die Koronadrähte möglich.

Obwohl die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen detailliert beschrie ben wurde, ist die Erfindung natürlich nicht auf diese beschränkt, sondern kann zahl reichen, Fachleuten bekannten Änderungen und Abwandlungen im Rahmen des in den an hängenden Ansprüchen bezeichneten Schutzumfangs unterzogen werden.

Die Erfindung bezieht sich nicht auf eine bestimmte Anordnung der Elektroden, Sei tenwände oder Seitenschilder. Die beschriebenen unterschiedlichen Anordnungen dieser Elemente und die Wahl der an die Elektroden angelegten Wechselstromfre quenz und Vorspannungen dient nur zur Darstellung einer möglichen Verwendung der Erfindung. In der Praxis hängen bei einer Ladevorrichtung die geometrischen Beziehungen zwischen den Koronadrähten, dem Gitter, den Elektroden, dem Ge häuse sowie der Abstand zwischen Ladevorrichtung und Fotoleiter von dem Poten tial ab, mit dem die Koronadrähte in einer bestimmten Ladevorrichtungskonstruktion beaufschlagt werden.

Bezugszeichenliste

10 Wechselstrom-Koronaladevorrichtung
11 Testvorrichtung
12 Koronadrähte
13 zweite Testvorrichtung
14 Gitter
16 Kunststoffgehäuse
18 Kunststoff-Seitenschilder
20 fotoleitfähiges Element
21 Elektrode
22 lichtempfindliche Schicht
23 geerdete Leitschicht
24 Plattenelektrode
25 Basis
26 schmaler Schlitz
30 Netzteil
32 Netzteil
34 Meßeinheit
36 Computer
40 Netzteil
42 Netzteil
50 Netzteil
52 Generator
54 Hochspannungsverstärkernetzteil
60 Abtastsonde

Claims

1. Wechselstrom-Koronaladevorrichtung (10) zum Laden eines Fotoleiters (20) mit:

- mindestens einem Koronadraht (12);
- einer an den Koronadraht (12) angeschlossenen Wechselstromquelle, wobei die Wechselstromquelle ein Taktverhältnis von größer als 50% aufweist, und ein Potential auf dem Koronadraht (12) sowohl für positive Polarität als auch für negative Polarität größer als die Schwellenspannung für die Korona emission ist.

2. Wechselstrom-Koronaladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Spannungsquelle ein durch einen Funktionsgenerator (52) ange steuertes Hochspannungsverstärkernetzteil (54) ist.

3. Wechselstrom-Koronaladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß ein Gehäuse (16) den Koronadraht (12) teilweise umgibt, wobei das Gehäuse in Richtung des Fotoleiters (20) offen ist.

4. Wechselstrom-Koronaladevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß eine spannungsgesteuerte Elektrode (21) zwischen dem Koronadraht (12) und dem Gehäuse (16) angeordnet ist.

5. Wechselstrom-Koronaladevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß das Gehäuse (16) nichtleitend ist.

6. Wechselstrom-Koronaladevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß das Gehäuse (16) leitend ist.

7. Wechselstrom-Koronaladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Taktverhältnis kleiner als ca. 90% ist.

8. Wechselstrom-Koronaladevorrichtung nach Anspruch 1 mit einer an den Koro nadraht (12) angeschlossenen Offset-Gleichspannungsquelle.

9. Wechselstrom-Koronaladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Wechselspannungsquelle ein Signal mit Trapezkurvenform er zeugt.

10. Wechselstrom-Koronaladevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß die Trapezkurvenform eine Flanke aufweist, deren Anstieg bei einem großen Taktverhältnis flacher verläuft als bei einem kleineren Taktverhältnis.

11. Wechselstrom-Koronaladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß ein spannungsgesteuertes Gitter (14) zwischen dem Koronadraht (12) und dem Fotoleiter (20) angeordnet ist.

12. Wechselstrom-Koronaladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Wechselspannungsquelle mit einer Frequenz von mehr als 60 Hz arbeitet.

13. Wechselstrom-Koronaladevorrichtung (10) zum Laden eines Fotoleiters (20) mit:

- mindestens einem Koronadraht (12);
- einem zwischen dem Koronadraht (12) und dem Fotoleiter (20) angeordne ten spannungsgesteuertes Gitter (14);
- Mitteln zum Anlegen einer Wechselspannung mit asymmetrischer Kurven form an den Koronadraht (12), wobei diese Kurvenform in einem ersten Po laritätsbereich eine Zeitdauer aufweist, die größer als eine Zeitdauer in einem zweiten Polaritätsbereich der Kurvenform ist, wobei sowohl für die positive Polarität als auch für die negative Polarität des Koronadrahts (12) das Potential auf dem Koronadraht (12) größer ist, als eine Schwellenspan nung für die Koronaemission.

14. Wechselstrom-Koronaladevorrichtung nach Anspruch 13 mit einer an den Koronadraht (12) angeschlossenen Ruhegleichspannungsquelle.

15. Wechselstrom-Koronaladevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß die Spannungskurvenform trapezförmig ist.

16. Wechselstrom-Koronaladevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß da Spannungskurvenform rechteckig ist.

17. Wechselstrom-Koronaladevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß die Spannungskurve eine erste Form aufweist, wenn die Span nungskurve eine positive Polarität hat, und daß die Spannungskurvenform eine zweite Form aufweist, wenn die Spannungskurvenform eine negative Polarität hat.

18. Wechselstrom-Koronaladevorrichtung zum Laden eines Fotoleiters (20) mit:

- mindestens einem Koronadraht (12);
- einem zwischen dem Koronadraht (12) und dem Fotoleiter (20) angeordne ten spannungsgesteuerten Gitter (14);
- einer mit dem Koronadraht verbundenen Spannungsquelle, wodurch eine Koronaladung erzeugt wird; und
- einem Funktionsgenerator (52) zum Anlegen einer asymmetrischen Wech selspannungs-Kurvenform an den Koronadraht (12), wobei die Kurvenform ein Taktverhältnis von größer als 50% aufweist, und das Potential an dem Koronadraht (12) größer als die Schwellenspannung für die Koronaemission sowohl für positive Polarität als auch für negative Polarität der Wechsel spannungs-Kurvenform ist.

19. Wechselstrom-Koronaladevorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekenn zeichnet, daß eine zeitintegrierte Wechselspannungskomponente der Span nung auf dem Koronadraht (12) einen Absolutwert aufweist, der für mindestens einen vollständigen Zyklus der Wechselspannungs-Kurvenform größer als null ist.

20. Wechselstrom-Koronaladevorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekenn zeichnet, daß die Ladevorrichtung zudem ein Gehäuse umfaßt, das den Koro nadraht (12) teilweise umschließt.

21. Verfahren in einer Wechselstrom-Koronaladevorrichtung (10) für ein elektro fotografisches Kopiersystem zum Laden eines Fotoleiters (20), das folgende Schritte umfaßt:

- Anlegen eines Wechselspannungssignals mit einem Taktverhältnis von grö ßer als 50% an einen Koronadraht (12), wobei sowohl für positive Polarität als auch für negative Polarität des Wechselspannungs-Signals das Potential auf dem Koronadraht (12) größer ist als eine Schwellenspannung für die Ko ronaemission; und
- Anlegen einer Spannung an ein zwischen dem Koronadraht (12) und dem Fotoleiter (20) angeordnetes Gitter.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselspan nungssignal von asymmetrischer Kurvenform ist.

23. Verfahren nach Anspruch 21, das das Bereitstellen eines den Koronadraht (12) teilweise umschließenden Gehäuses (16) umfaßt.

24. Verfahren nach Anspruch 21, das das Bereitstellen einer Elektrode (21) zwi schen dem Gehäuse (16) und dem Koronadraht (12) umfaßt.

25. Wechselstrom-Koronaladevorrichtung (10) zum Laden eines Fotoleiters (20) mit:

- mindestens einem Koronadraht (12);
- einem den Koronadraht (12) teilweise umschließenden Gehäuse, das in Richtung des Fotoleiters (20) offen ist;
einer an den Koronadraht (12) angeschlossenen Wechselstromquelle zum Er zeugen einer Wechselspannungs-Kurvenform, wobei die Wechselstromquelle ein Taktverhältnis von größer als 50% aufweist, und das Potential auf dem Ko ronadraht (12) sowohl für positive Polarität als auch für negative Polarität grö ßer als die Schwellenspannung für die Koronaemission ist, und wobei eine zeit integrierte Wechselspannungskomponente der Wechselspannungs-Kurvenform auf dem Koronadraht (12) einen Absolutwert aufweist, der für mindestens einen vollständigen Zyklus der Wechselspannungs-Kurvenform größer als null ist.

26. Wechselstrom-Koronaladevorrichtung (10) mit folgender Verbesserung:

- mindestens einem Koronadraht (12);
- einer Spannungsquelle zum Anlegen einer asymmetrischen Wechselspan nungskurvenform an den Koronadraht (12), dadurch gekennzeichnet, daß diese Kurvenform in einem ersten Polaritätsbereich eine Zeitdauer aufweist, die größer als eine Zeitdauer in einem zweiten Polaritätsbereich der Kurven form ist, und daß sowohl für die positive Polarität als auch für die negative Polarität des Koronadrahts (12) das Potential auf dem Koronadraht (12) grö ßer als eine Schwellenspannung für die Koronaemission ist, und daß eine zeitintegrierte Wechselspannungskomponente der Spannung auf dem Koro nadraht einen Absolutwert aufweist, der für mindestens einen vollständigen Zyklus der Kurvenform größer als null ist.

27. Wechselstrom-Koronaladevorrichtung (10) zum Laden eines Fotoleiters (20) mit:

- mindestens einem Koronadraht (12);
- einer mit dem Koronadraht (12) verbundenen Spannungsquelle zum Erzeu gen einer Koronaladung und;
- Mitteln zum Anlegen einer asymmetrischen Wechselspannungskurvenform an den Koronadraht (12), dadurch gekennzeichnet, daß diese Kurvenform ein Taktverhältnis von größer als 50% aufweist, und daß das Potential auf dem Koronadraht (12) sowohl für die positive Polarität als auch für die nega tive Polarität der Wechselspannungs-Kurvenform größer als eine Schwellen spannung für die Koronaemission ist, und daß eine zeitintegrierte Wechsel spannungskomponente auf dem Koronadraht einen Absolutwert aufweist, der für mindestens einen vollständigen Zyklus der Kurvenform größer als null ist.

28. Verfahren in einer Wechselstrom-Koronaladevorrichtung (10) für ein elektro fotografisches Kopiersystem zum Laden eines Fotoleiters (20), das folgende Schritte umfaßt:

- Anlegen eines Wechselspannungssignals an einen Koronadraht (12), da durch gekennzeichnet, daß das Wechselspannungssignal ein Taktverhältnis von größer als 50% hat, und daß das Potential auf dem Koronadraht (12) sowohl für positive Polarität als auch für negative Polarität größer als eine Schwellenspannung für die Koronaemission ist, und daß eine zeitintegrierte Wechselspannungskomponente auf dem einen Koronadraht (12) einen Ab solutwert aufweist, der für mindestens einen vollständigen Zyklus der Kur venform größer als null ist.

29. Verfahren in einer Wechselstrom-Koronaladevorrichtung (10) für ein elektro fotografisches Kopiersystem zum Laden eines Fotoleiters (20), das folgende Schritte umfaßt:

- Anlegen eines Wechselspannungssignals an einen Koronadraht (12);
- Abgleichen eines Potentials eines zwischen dem Koronadraht (12) und dem Fotoleiter (20) angeordneten Gitters derart, daß das Oberflächenpotential des Fotoleiters (20) gleich einer ersten vorbestimmten Spannung ist, wenn der Fotoleiter (20) vollständig geladen ist;
- Einstellen des Wechselspannungssignals auf ein vorbestimmtes Taktver hältnis, das größer als 50% ist, und;
- Anlegen eines Potentials auf dem Koronadraht an eine zweite vorbestimmte Spannung, die sowohl für eine positive als auch für eine negative Polarität größer als eine Schwellenspannung für die Koronaemission ist.