DE2233538C3 - 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 zur-i 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 wird.
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 dar 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 werden. Es ist jedoch insbesondere bei ionographisefoen 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
jo 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
r> 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 Gegenelektrode vorhanden ist, kann das elektrostatische Ladungsbild
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
4ί 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
so Schichtträger über einen Kondensator am die elektrisch leitende Innenfläche der Entwicklungskammer angeschlossen
ist und im Nebenschluß zum Kondensator ein Entladeschalter liegt Der Entladeschailter wird zu
Beginn der Entwicklung geöffnet, so daß der Kondensator 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 ionographischen Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrostatischen Ladungsbildes und
F i g, 1 eine schematische Darstellung einer ionographischen Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrostatischen 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 Elektrodtmplatte 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 negative 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 wirksam 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 dpr
gegenüberliegenden Seite 24 (F i g, 2) der isolierenden Aufnahmeschicht 17 gebildet
s 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 ßxiert
werdeii.
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 Photo-
2u emitterschicht auf der positiven Ekbrode angeordnet
wird. In dem letzteren Fall erzeugen die- in dem Spalt
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 (Fig.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, ist 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 elektrisch 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 se.; nun beispielsweise angenommen, daß negativ geladene Bilder mit positiv geladenen Tonerteilchen
entwickelt werde? !,ollen. F i g. 2 zeigt den anfänglichen
Zustand bei dem Entwicklungsverfahren. Die Oberflä ehe der dielektrischen Schicht 17 hat eine Ladungsdichte
von (üi=W2- 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 b>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
Tonertei'chen 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 Mäche 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 dnr Menge der auf
dem latenten Bild zur Verfügung stehenden Oberfläclienladung
ab. Der spezielle Kapazitätswert hängt von den Abmessungen der Entwicklerkammer und der
dielektrischen Schicht ab. Es ist beispielsweise bekannt, daß eine Ladungsdichte von etwa 2 χ 10-"1C^m2 zu
guten Bildern führt. Die Gesamtladung auf einem 200 cm2 großen Bild wäre dann:
Q = 2 χ ΙΟ"'" χ 200 χ (I04)2 = 4 χ 10""C
Um diese Ladung bei einem Potential von 100 V zu speichern, ist ein Kondensator mit einer Kapazität von
4x IO
100
100
= 0.04 μ F
Γι
erforderlich.
In diesem Beispiel sollte der Kondensator wenigstens
0,04 [iF 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, verscniedene 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.
lonographische Bilder wurden auf Polyesterfolien mit
Abmessungen 12XiSxO1OlSCm 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 μπι 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 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 Elcktrodenplattc 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 Aluminiumstulenkcilbildes
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 r(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- | Trans | Dichte | Normalisierte |
| zustand | mission | Dichte | |
| die Dichte bei | |||
| anschlußfreier | |||
| Platte) | |||
| Anschlußfrei | .27 | .569 | 100 |
| Kurzgeschlossen | .11 | .959 | 168 |
| 10 pF | .11 | .959 | 168 |
| 100 pF „ 82OpF KaPazltat |
.099 .057 |
1,004 1,244 |
176 218 |
| 30OuF | .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)
- Patentansprüche:J, Verfahren zum Entwickeln eines elektrostatischen Ladungsbildes auf der Oberfläche einer dielektrischen Schicht, die auf einem elektrisch leitenden Schichtträger angeordnet ist, bei dem das Ladungsbild in einer Entwicklungskammer mit elektrisch leitenden Innenwänden einer Wolke von geladenen Tonerteilchen ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtträger (13) über einen Kondensator (29) elektrisch mit den Innenwänden der Entwicklungskammer (27) verbunden ist
- 2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, 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, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtträger (13) über einen Kondensator (29) an die elektrisch leitende Innenfläche der Entwicklungskammer (27) angeschlossen ist und im Nebenschluß zum Kondensator (29) ein Entladeschalter (31) liegt
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