DE2233538B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Entwickeln eines elektrostatischen Ladungsbildes - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Entwickeln eines elektrostatischen LadungsbildesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entwickeln eines elektrostatischen
Ladungsbildes auf der Oberfläche einer dielektrischen Schicht, die auf einem elektrisch leitenden Schichtträger
angeordnet ist, wobei das Ladungsbild in einer Entwicklungskammer mit elektrisch leitenden Innenwänden einer Wolke von geladenen Tonerteilchen
ausgesetzt wild.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung der vorgenannten Art sind aus der US-PS 27 25 304 bekannt. Dabei
wird eine Entwicklungselektrode verwendet, die in geringem Abstand vor der das zu entwickelnde
elektrostatische Ladungsbild tragenden Oberfläche der dielektrischen Schicht angeordnet ist. Der elektrisch
leitende Schichtträger ist geerdet und die Entwicklungselektrode wird entweder auf Erdpotential oder auf
irgendeinem gewünschten Vorspannungspotential gehalten. Die Entwicklungselektrode bewirkt ein elektrisches Feld zwischen der Oberfläche der dielektrischen
Schicht und der Entwicklungselektrode, wobei die Kraftlinien des elektrischen Feldes entsprechend dem
elektrostatischen Ladungsbild auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht verteilt sind. Das mit Hilfe der
Entwicklungselektrode erzeugte elektrische Feld unterstützt die Übertragung von Tonerteilchen auf die
Oberfläche der dielektrischen Schicht und damit die Entwicklung des latenten elektrostatischen Ladungsbildes.
Aus der DE-OS 20 10 097 ist es auch bereits bekannt, die vor der Oberfläche der dielektrischen Schicht
angeordnete Entwicklungselektrode über eine Parallelschaltung aus Widerstand und Kondensator mit
Erdpotential zu verbinden. Die Entwicklungselektrode lädt sich auf ein gleitendes Potential auf, wobei der
Kondensator zur Glättung plötzlicher Potentialschwankungen der Entwicklungselektrode dient.
Die Entwicklung eines elektrostatischen Ladungsbildes unter Verwendung einer Entwicklungselektrode
bereitet keine Schwierigkeiten, wenn Erzeugung und
Entwicklung des elektrostatischen Ladungsbildes an
verschiedenen Stellen durchgeführt weiden. Es ist jedoch insbesondere bei ionograpbischen Aufzeichnungsverfahren zweckmäßig, die Erzeugung und Entwicklung des elektrostatischen Ladungsbildes an der
gleichen Stelle vorzunehmen. Im letztgenannten Falle bereitet die Entwicklung unter Verwendung einer
Entwicklungselektrode Schwierigkeiten, da diese zur Erzeugung des elektrostatischen Ladungsbildes entfernt
ίο werden müßte.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. der elektrostatische Ladungsbilder einwandfrei
ohne Anwendung einer Entwicklungselektrode entwik
kelt werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, das erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet ist, daß der Schichtträger über einen Kondensator elektrisch mit den Innenwänden der
Entwicklungskammer verbunden ist Der Kondensator kann daher Ladung vom elektrisch leitenden Schichtträger aufnehmen, wenn bei der Entwicklung des
elektrostatischen Ladungsbildes geladene Tonerteilchen in die Nähe des elektrostatischen Ladungsbildes
gelangen. In die Nähe des elektrostatischen Ladungsbildes gelangende geladene Tonerteilchen bewirken
nämlich eine Schwächung des Kraftfeldes zwischen den auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht befindlichen Ladungen und den auf der Rückseite der
dielektrischen Schicht induzierten Ladungen, so daß nunmehr von der Rückseite Ladungen über den
elektrisch leitenden Schichtträger zum daran angeschlossenen Kondensator fließen können. Die von der
Rückseite der dielektrischen Schicht abfließenden
Ladungen bewirken eine Verringerung des elektrischen
Feldes in der dielektrischen Schicht, wodurch die Übertragung von Tonerteilchen auf die Oberfläche der
dielektrischen Schicht begünstigt wird. Da vor der Oberfläche der dielektrischen Schicht keine Gegenelek
trode vorhanden ist, kann das elektrostatische Ladungs
bild an der gleichen Stelle erzeugt und auch entwickelt werden.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, bei der das auf der Oberfläche der
auf einem elektrisch leitenden Schichtträger angeordneten dielektrischen Schicht befindliche elektrostatische
Ladungsbild einer Wolke aus geladenen Tonerteilchen in einer Entwicklungskammer ausgesetzt wird, ist
erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der
Schichtträger über einen Kondensator an die elektrisch
leitende Innenfläche der Entwicklungskammer angeschlossen ist und im Nebenschluß zum Kondensator ein
Entladeschalter liegt. Der Entladeschalter wird zu Beginn der Entwicklung geöffnet, so daß der Kondensa
tor dann während der Entwicklung Ladung aufnehmen
kann.
Die Erfindung wird nun näher anhand von Zeichnungen erläutert, in denen zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung einer ionogra
phischen Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrostati
schen Ladungsbildes und
F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Durchführen des
Verfahrens nach der Erfindung.
Die in F i g. 1 dargestellte ionographische Vorrichtung besteht aus einer positiven Elektrodenplatte 13, die
beispielsweise aus Aluminium oder Beryllium oder Schichten dieser elektrisch leitfähigen Metalle auf nicht
metallischen Trägern gebildet sein kann. Die Platte 13
sollte für Röntgenstrahlen von einer Röntgenstrahlquel-Ie 15 durchlässig sein.
Auf der positiven Elektrodenplatte 13 ist eine das Bild aufnehmende Schicht 17 angeordnet und befestigt, die
transparent oder opak sein kann, jedoch ein elektrischer Isolator sein muß. Es kann sicher daher um ein
beliebiges, isolierendes Substrat, beispielsweise Papier oder dünne Folien oder Schichten von Kunstharzmaterialien,
wie Folien aus Polyestermaterial handeln. Eine negativ« Elektrodenplatte 19 ist von der positiven
Elektrodenplatte 13 unter räumlichem Abstand angeordnet. Die negative Elektrodenplatte 19 muß extrem
flach sein. Ein ökonomisches Verfahren, um dies bei geringen Kosten zu verwirklichen, besteht in der
Verwendung einer Glasplatte mit einem Schichtüberzug aus einem leitfähigen Metall, beispielsweise Aluminium
oder dergleichen. An der negativen Platte 19 ist eine
Dünnschicht 21 aus einem Material angebracht, das Röntgenstrahlen oder Gammastrahlen wiilcsam absorbiert
Diese Schicht kann beispielsweise eine Schicht aus
Blei sein. Die das Bild aufnehmende, isolierende Schicht 17 und die Röntgenstrahlen absorbierende, als Photoemitter
wirkende Schicht 21 liegen einander über einem Spalt 23 gegenüber. Eine geeignete Spannungsquelle 25
hält das Potential zwischen den Elektroden und über dem Spalt 23 während der Ausbildung elektrostatischer,
latenter Bilder auf der Oberfläche der Aufnahmeschicht 17 aufrecht
In dem Spalt wird eine Gasatmosphäre aufrecht erhalten. Beispielsweise kann ein inertes Gas oder ein
halogenierter Kohlenwasserstoff gemischt mit einem Kohlenwasserstoff, verwendet werden. Wenn die
genannte Vorrichtung durch Röntgenstrahlen von der Quelle 15 bestrahlt wird, werden die Röntgenstrahlen
zuerst von dem Stufenkeil-Objekt 11 absorbiert, und treten dann verhältnismäßig ungeschwächt durch die
positive Elektrode 13, die isolierende Schicht 17 und das Gas hindurch. Dann werden die Röntgenstrahlen
wirkungsvoll von der Photoemitterschicht 21 absorbiert, die daraufhin Elektronen mit einer Energie von
vielen tausend Elektronenvolt emittiert. Die Zahl von jedem Element des Photoemitters 21 emittierten
Elektronen hängt von der Zahl der in diesem Element absorbierten Röntgenstrahlphotonen, der Tiefe der
Absorption und der Energie der Röntgenstrahlphotonen ab. Beim Verlassen des Photoemitters befinden sich
die Elektronen in einem Gleichspannungsfeld in dem Spalt 23, werden von der positiven Elektrode 13
angezogen und bewegen sich dorthin. Eine der Hauptfunktionen des Gases besteht darin, die Elektronen
zu verlangsamen, so daß sie keine Streuung verursachen, wenn sie die isolierende Schicht 17
erreichen. Die Elektronen verlieren ihre Energie durch Anregung, Dissoziation und in einigen Fällen Ionisation
oder Anlagerung an Moleküle des speziell verwendeten Gases. Beim Ankommen an der isolierenden Schichtoberfläche
18 werden die Elektronen oder die negativen Ionen in einer Bildanordnung abgeschieden und
gesammelt, die ein latentes elektrostatisches Bild 20 bildet, das aus Bereichen mit negativen Ladungen
solcher Größe gebildet wird, die der relativen Durchlässigkeit der entsprechenden Abschnitte des
Objektes 11 für Röntgenstrahlen entspricht. Unter dickeren Bereichen des Objektes, die verhältnismäßig
opak für Röntgenstrahlen sind, wird daher viel weniger Ladung abgeschieden oder angesammelt, als unter
solchen Bereichen des Objektes, die weniger opak für Röntgenstrahlen sind. Ein entsprechendes Bild aus
induzierten, positiven Ladungen 22 wird auf der gegenüberliegenden Seite 24 (F i g. 2) der isolierenden
Aufnahmeschicht 17 gebildet
Das latente elektrostatische Bild 20 auf der Oberfläche 18 der Schicht 17 wird einer Wolke von
pulverartigen Tonerteilchen ausgesetzt, die entweder positiv oder negativ geladen sind, in dem Bildmuster auf
der Fläche 18 haftenbleiben und dann durch Aufheizen
ίο bis zu dem Schmelzpunkt der Tonerteilchen Fixiert
werden.
Die oben beschriebene ionographische Einrichtung erzeugt so latente elektrostatische Bilder, die entweder
negativ, wie in den Zeichnungen gezeigt ist, oder positiv geladen sein können, je nach der Polarität der
Verbindung der Elektroden mit der Spannungsquelle 25. Die Polarität und das resultierende Bild können dadurch
umgekehrt werden, daß die das Bild aufnehmende Schicht auf der negativen Elektrode und die Photoemitterschicht
auf der positiven Elektrode angeordnet wird. In dem letzteren FaIJ erzeugen die in dem Späh
gebildeten positiven Ionen ein positives latentes Bild auf der Fläche 18 der isolierenden Schicht.
Die Platte 13 ist zusammen mit der dielektrischen Schicht 17 auf einer Pulver-Entwicklungskammer 27
montiert (F i g. 2), die schematisch dargestellt ist und eine elektrisch leitfähige Innenfläche hat, die gegenüber
der dielektrischen Schicht 17 und unter Abstand von dieser angeordnet ist. Während die Ränder der Fläche
18 auf der Kante der Entwicklungskammeröffnung ruhen, isit die Schicht 17 effektiv von der leitfähigen
Innenfläche derselben unter Abstand angeordnet, und insbesondere ist die Grenzfläche 24, auf der die
induzierten Ladungen vorhanden sind, von der eiektrisch leitfähigen Fläche unter Abstand angeordnet
In der Kammer 27 wird eine Wolke kleiner Teilchen 28 eines Entwicklers, beispielsweise Graphit, Kohleteilchen
oder gefärbte oder pigmentierte Harzteilchen, in Form einer feinen Wolke oder einer Aerosoldispersion
verwendet Die geladenen Teilchen können entweder dieselbe Ladung wie das latente Bild 20 haben und sind
in diesem Fall negativ geladen, wobei sie auf die nicht geladenen Bereiche der Aufnahmeschicht 17 zur
Bildung eines negativen Bildes gerichtet würden.
Andernfalls können sie die entgegengesetzte Ladung wie das latente Bild haben, so daß sie direkt zu dem
latenten Bild gezogen werden und ein positives Bild oder eine Reproduktion bilden. Vor der erfindungsgemäßen
Entwicklung des latenten Bildes wird ein Kondensator 29 zwischen der Elektrodenplatte 13 und
der leitfähigen Innenfläche der Kammer 27 angeschlossen.
Es sei nun beispielsweise angenommen, daß negativ geladene Bilder mit positiv geladenen Tonerteilchen
entwickelt werden sollen. F i g. 2 zeigt den anfänglichen Zustand bei dem Entwicklungsverfahren. Die Oberfläche
der dielektrischen Schicht 17 hat eine Ladungsdichte von ωι= £ü2. Das Feld innerhalb der dielektrischen
Schicht 17 ist sehr stark. Das von der Oberfläche über den geladenen Bereich hinausragende Feld ist sehr
schwach und trägt zu einer kleinen induzierten Ladung «3 auf der innenseitigen Fläche der Kammer 27 bei.
Dieses schwache, vorstehende Feld zusammen mit den stärkeren Randfeldern, die in der Nähe der Grenze der
geladenen Bereiche auftreten, sind wichtig für das Entwicklungsverfahren, da sie anziehende Kräfte auf die
Tonerteilchen ausüben.
Bevor oder während eine Wolke aus negativen
Tonerteilchen in die Kammer eingeführt wird, wird ein Schalter 31 geöffnet, damit der Kondensator 29 von der
rückwärtigen Fläche 24 der Schicht 17 Ladungen annehmen kann. Wenn geladene Tonerteilchen sich in
der Nähe der dielektrischen Schicht 17 befinden, erfolgt eine Schwächung des auf die Grenzschichtladungen 22
einwirkenden Kraftfeldes, so daß diese Ladungen zum Kondensator 29 abfließen können. Ohne Kondensator
wurden diese Grenzflächenladungen auf der rückwärtigen Seite der dielektrischen Schicht verbleiben und ein
starkes inneres Feld in der dielektrischen Schicht aufrechterhalten, so daß die Stärke des von der Fläche
18 hervortretenden Feldes reduziert und die Anziehung von Tonerteilchen verringert wird.
Die Kapazität des Kondensators 29 sollte groß genug sein, um alle von dem elektrostatischen Bild freigegebenen
Ladungen aufzunehmen und zu speichern. Ihre maximale, effektive Größe hängt von der Menge der auf
dem latenten Bild zur Verfugung stehenden Oberflächenladung ab. Der spezielle Kapazitätswert hängt von
den Abmessungen der Entwicklerkammer und der dielektrischen Schicht ab. Es ist beispielsweise bekannt,
daß eine Ladungsdichte von etwa 2χ10-16Ομιτι2 zu
guten Bildern führt. Die Gesamtladung auf einem 200 cm2 großen Bild wäre dann:
β = 2 χ ΙΟ'16 χ 200 χ (104)2 = 4 χ 10"6C
Um diese Ladung bei einem Potential von 100 V zu speichern, ist ein Kondensator mit einer Kapazität von
c — -^- —
4 x 10"
ÜJÖ~
ÜJÖ~
erforderlich.
In diesem Beispiel sollte der Kondensator wenigstens 0,04 μΡ haben. Größere Kondensatoren würden ebenso
gut arbeiten, jedoch zu keinem besseren Wirkungsgrad des Verfahrens führen. Der Kondensator 29 kann mit
der Elektrodenplatte 13 lediglich durch eine Klammer oder eine Einsteckbuchse in der Platte 13 verbunden
sein. Verschiedene andere Mittel können auch vorgesehen werden, um den Kondensator 29 mit der Platte 13
elektrisch vor der Entwicklung des latenten Bildes zu verbinden. Beispielsweise kann der Kondensator 29 an
der Entwicklerkammer 27 befestigt sein oder einen Teil derselben bilden, so daß die Platte 13 in die
Entwicklerkammer eingesteckt werden kann, wodurch der Kondensator selbsttätig zwischen ihr und der
Entwicklerkammer angeschlossen wird, wenn sie auf der Entwicklerkammer angeordnet wird.
Ionographische Bilder wurden auf Polyesterfolien mit Abmessungen 12 χ 18x0,018 cm unter Verwendung
eines Blei-Photoemitters, der auf Glas aufgedampft war, erzeugt Eine Phenolharzplatte mit einer aufgedampften
Aluminiumschicht diente als Anode und Aufnahmeplatte. Argongas wurde in einem Spalt von 350 μηι zwischen
der Anode und der Kathode umgewälzt. Die Röntgenbestrahlung wurde bei 30 KVp, 100 mA für 5 Sekunden
durchgeführt. Die Bilder wurden mit Toner in einer Pulverwolken-Entwicklerkammer mit Abmessungen
von 20 χ 30 χ 15 cm entwickelt, wobei eine Korona-Entladung
den Toner auf eine Ladung auflud, die der des erzeugten latenten Bildes entgegengesetzt war.
Es wurde zuerst durch Herstellen mehrerer Bilder
ίο demonstriert, daß die Dichten von Bildern reproduzierbar
waren, wenn sie nacheinander am selben Tag und unter denselben Bedingungen hergestellt wurden.
Danach wurde ein Satz von Bildern hergestellt und entwickelt, wobei alle Parameter konstant gehalten
wurden mit der Ausnahme, daß die Elektrodenplatte 13 mit der Entwicklerkammer über Kondensatoren 29
unterschiedlicher Kapazität verbunden wurden, die jeweils zuerst entladen wurden.
In der unten gezeigten Tabelle sind die experimentellen
Bedingungen und der Transmissionsgrad der Stufe mit der zweitgrößten Transmission eines Aluminiumstufenkeilbildes
angegeben, wobei die Transmission durch Vergleich des Bildes mit einer Reihe neutraler
Dichtefilter auf einem Lichtkasten gemessen wurde. Die entsprechenden Dichten wurden unter Verwendung der
Gleichung D (Dichte)= -log Γ (Transmission) berechnet.
Die normalisierten Werte von D bezüglich einem Zustand mit anschlußfreier Platte sind ebenfalls
angegeben, wobei die Aufnahmeplatte elektrisch nicht mit der Entwicklungskammer verbunden ist.
Die Dichte der Bilder wurde durch Anschluß eines Kondensators zwischen der Aluminiumschicht der
Phenolharzplatte und der elektrisch leitfähigen Innenfläche der Entwicklerkammer verbessert. Eine Vergrößerung
der Kapazität des Kondensators ergab eine Vergrößerung der Dichte.
| Vorspannungs | 40 | Trans | Dichte | Normalisierte |
| zustand | mission | Dichte | ||
| (% bezogen auf | ||||
| die Dichte bei | ||||
| 45 Anschlußfrei | anscMußfreier | |||
| Kurzgeschlossen | Platte) | |||
| 10 pF | .27 | .569 | 100 | |
| Kf Ka»azität | .11 | .959 | 168 | |
| 50 30OuF | .11 | .959 | 168 | |
| .099 .057 |
1,004 1,244 |
176 218 |
||
| .046 | 1,337 | 236 |
Es ist zu ersehen, daß durch die Verwendung eines Kondensators bei der Entwicklung eines latenten
elektrostatischen Bildes vorteilhafte Ergebnisse auf einfache Weise erzielt werden können.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verfahren zum Entwickeln eines elektrostatischen Ladungsbildes auf der Oberfläche einer
dielektrischen Schicht, die auf einem elektrisch leitenden JSchichtträger angeordnet ist, bei dem das
Ladungsbild in einer Entwicklungskammer mit
elektrisch leitenden Innenwänden einer Wolke von geladenen Tonerteflchen ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtträger (1Ϊ3) über einen Kondensator (29) elektrisch mit
den Innenwänden der Entwicklungskammer (27) verbunden isL
2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Ansprach 1, bei der das auf der Oberfläche der
auf einem elektrisch leitenden Schichtträger angeordnetes dielektrischen Schicht befindliche elektrostatische Ladungsbild einer Wolke aus geladenen
Tonerteilchen in einer Entwicklungskammer ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Schichtträger (13) über einen Kondensator (29) an die
elektrisch leitende Innenfläche der Entwicklungskammer (VJ) angeschlossen ist und im Nebenschluß
zum Kondensator (29) ein Entladeschalter (31) liegt
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