DE2263120A1

DE2263120A1 - Wechselstrom-koronaentladungseinrichtung

Info

Publication number: DE2263120A1
Application number: DE2263120A
Authority: DE
Inventors: Morton Silverberg
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1971-12-30
Filing date: 1972-12-22
Publication date: 1973-07-12
Also published as: JPS4878939A; US3760229A; NL7215756A; GB1410671A

Description

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XEROX COEPOEATION

Xerox Square

Eochester, ffow York 14-605

USA

Wechselstrom-Koronaentladungseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Wechselstrom-Koronaentladungseinrichtung, die eine Wechselspannung zum .Erregen einer.Elektrode benützt, um so eine Koronaentladung zu erzeugen. Diese dient dazu, ein elektrostatisches Ladungsmuster auf einer die Ladung empfangenden Fläche, die in der Nähe der Elektrode angeordnet ist,' zu neutralisieren, wonach auf der Fläche eine elektrostatische Verschiebespannung als Restspannung zurückbleibt.

Eine elektrophotographische Kopiermaschine, -wie sie in der US-PS 2 297 691 von Carlson beschrieben ist, arbeitet in der Weise, daß auf der Oberfläche eines geeigneten Photorezeptors eine gleichmäßige Schicht einer elektrostatischen Ladung abgelagert wird, die entsprechend einer aufbelichteten modulierten Strahlung selektiv abgeleitet wird, so daß ein latentes elektrostatisches Bild eines Originals entsteht₀ Dieses Bild wird dann entwickelt und auf einen Kopieträger übertragen, um dort eine

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endgültige Kopie des Originals zu "bilden. Es sind auch schon verschiedene Einrichtungen im Gebrauch, um eine gleichmäßige elektrostatische Ladung auf der Oberfläche des Photorezeptors abzusetzen. Zu diesen Einrichtungen gehört auch eine Koronaentladungseinrichtuig, wie sie in der US-PS 2 777 957 beschrieben ist.

Eine Koronaentladungseinrichtung der hierin betrachteten Art weist eine langgestreckte Koronaentladungselektrode und eine leitende Abschirmung auf, die die Elektrode auf einer Längsachee derselben teilweise einhüllt und an ein Bezugspotential angeschlossen ist, wodurch die Oberfläche eines Photorezeptors eine elektrostatische Spannungsaufladung erfährt. An die Elektrode wird eine Wechselspannung angelegt, um dort eine Koronaentladung ζυ erzeugen, die dazu dient, eine elektrostatische Spannungsaufladung auf einer Photorezeptorfläche zu neutralisieren. Beim Anlegen einer V/echselspannung für die Koronaentladung beginnt der negative Koronaentladestrom bei einem niedrigeren Schwellenwert als der positive Koronaentladestrom. Demzufolge fließen während einer Periode mehr negative Ionen zur Oberfläche des Photorezeptors als positive Ionen. Daher kann nach der Neutralisation eine negative Restspannung begrenzter Höhe auf der Oberfläche des Photorezeptors zurückbleiben Diese Spannung beeinträchtigt die Funktion der elektrophotographischen Kopiervorrichtung derart, daß diese schlechte Kopien der Originale liefert·

Die Erfindung will eine verbesserte Koronaentladungseinrichtung (im folgenden auch Corotron genannt) schaffen, die in elektrophotographischen Kopiergeräten verwendbar ist und die Höhe der unerwünschten elektrostatischen Spannungsaufladung (Restspannung) auf einer die Ladung empfangenden Fläche herabsetzt.

Um dies zu erreichen, sieht die Erfindung eine Wechselstrom-Korohaentladungseinrichtung (Corotron) vor, die sich auszeichnet durch eine langgestreckte Koronaentladungselektrode, durch eine Abschirmung, die diese Elektrode entlang einer Längsachse derselben teilweise umgibt und an ein Bezugspotential angeschlos-

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sen ist, durch, eine die Ladung empfangenden Fläche, die in der Fähe der Elektrode angeordnet und mit einer elektrostatischen Aufladung versehen ist, die neutralisiert werden soll, durch eine Wechselspannungsquelle, die mit ihrer einen Klemme an die Elektrode und mit ihrer anderen Klemme an das Bezugspotential angeschlossen ist, um die Elektrode unter Spannung zu setzen und an ihr eine Koronaentladung hervorzurufen, die zur Neutralisierung der elektrostatischen Aufladung auf der Iadungsempfangenden Fläche dient, wonach auf dieser Fläche eine Restspannung begrenzter Höhe zurückbleibt, und durch eine Impedanz, die zwischen die Elektrode und die Wechselspannungsquelle in Reihe geschaltet ist und die relative Höhe der positiven und negativen Scheitelwerte der Erregungsspannung ' derart steuert, daß die Restspannung auf der ladungsempfangendon Fläche unter die begrenzte Höhe erniedrigt wird.

Hierdurch werden die relativen Momentanwerte der positiven und negativen Spitzen der zur Erregung der Koronaentladungselektrode dienenden Wechselspannung steuerbar, wodurch die Höhe der auf der Photorezeptorfläche verbleibenden Restspannung vermindert und damit die Qualität der in einer elektrophotographisehen Kopiermaschine hergestellten Kopien verbessert werden kann. . ■ ·

In einer Ausführungsform wird der positive Scheitelwert der Wechselspannung größer gemacht als der negative.

In einer abgewandelten Ausführung der Erfindung wird eine Gleichspannungsquelle zwischen das Bezugspotential und eine Verbindungsstelle der Abschirmung mit der Wechselspannungsquelle gelegt, um die Oberfläche der Abschirmung mit einer Gleichspannung vorgegebener Polarität und Höhe aufzuladen. Sonst arbeitet diese abgewandelte Ausführungsform praktisch in der gleichen Weise wie das erste Beispiel.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgendsn Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:

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Pige1 eine Seitenansicht einer üblichen Koronaentladungseinrichtung, die mit Wechselstrom betrieben wird und Merkmale der Erfindung aufweist;

Pig.2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Pig.1 durch den mechanischen Teil dieser Fig.;

Pig.3 und 4 Diagramme, die die mit der Anordnung der Fig_e1 und 2 erzielbare Punktion der Schaltung veranschaulichen;

Pig.!5 eine Abwandlung des Schaltungsteils der Pig.1 und 2.

In Pig.1 und 2 ist ein übliches Corotron (Koronaentladungsein~ richtung) dargestellt, das eine Elektrode 10 in Porm eines langgestreckten Drahtes hat, die teilweise von einer etwa halbrunden leitenden Abschirmung 11 umgeben ist und an ihren beiden nicht gezeigten Enden passend gehaltert ist. Die Elektrode ist auf der Mittellinie angeordnet und hat von den beiden gegenüberliegenden Längskanten der Abschirmung den gleichen kleinen Abstand. Sie ist mit einem Bezugspotential, etwa dem Erdpotential verbunden. Zwischen die Elektrode und das Erdpotential ist eine Wechselspannungsquelle 12 gelegt, um an der Elektrode eine Koronaentladung zu erzeugen. In einem Abstand vor dem offenen Ende der Abschirmung ist nächst der Elektrode eine Fläche 13 angeordnet, die einen Koronastrom von der Elektrode empfängt. Für die Beschreibung sei angenommen, daß die Fläche 13 ein Photorezeptor ist; sie kann jedoch auch andere Anwendungen erfahren je nach der speziellen Verwendung der Koronaentladungseinrichtung in einer elektrophotographischen Kopiermaschine!:

Der übliche Verwendungszweck der in den Figo! und 2 schematisch veranschaulichten Vorrichtung besteht darin, eine elektrostatische Ladung, die auf der Photorezeptorfläche wirksam ist, zu neutralisieren. Da der größte Teil des durch die Koronaentladung der Elektrode erzeugten Ionenstroms zu der Abschirmung fließt, wird die in jedem Zeitpunkt an der Elektrode wirksame Spannung im wesentlichen bestimmt durch die Beziehung der Span-

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nung zum Ionenstrom zwischen der Elektrode und der Abschirmung. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist diese Beziehung von Spannung zu Ionenstrom zwischen der Elektrode" und der Abschirmung asymmetrisch zur Polarität der von der Wechselspannungsquelle 12 angelegten Spannung. Das heißt, die positive Spannungsschwelle OA ist größer als die negative Spannungsschwelle OB.

Diese Asymmetrie hat zur Folge, daß, wenn die an die Elektrode 10 eingelegte Wechselspannung mit gleichem Potential zur Erde verläuft, die sowohl an der Abschirmung als auch an der Photorezeptorfläche angelegten negativen Ionenstromimpulse eine größere Amplitude und eine längere Dauer haben als die positiven Ionenstromimpulse an Abschirmung und Photorezeptorfläche· Infolge ihrer größeren Amplitude und längeren Dauer verursachen die negativen Stromimpulse eine unerwünschte Yerschiebungsspannung begrenzter Höhe, die als Restspannung auf der Photorezeptorfläche zurückbleibt.

Gemäß der Erfindung ist zwischen die Elektrode und den nichtgeerdeten Anschluß der Wechselspannungsquelle eine Impedanz 14 in Reihe geschaltet, siehe Fig.1 und 2, die dazu dient, die Höhe der oben erwähnten Restspannung, die auf dem Photorezeptor zurückbleibt, auf folgende Weise zu reduzieren. Zu erwähnen ist, daß die Impedanz von solcher Art ist, daß sie vorzugsweise, aber nicht unbedingt, Gleichstrom leitet. Die Impedanz kann also ein Ohmscher Widerstand sein.

Eine hohe Impedanz stellt eine Belastung des Gorotrons dar, deren Wirkung analysiert werden kann, indem man eine entsprechende Belastungslinie in das Diagramm der Fig.3 einträgt» Die Belastungslinie schneidet die positive Spannung-Ionenstrom-Kurve bei einem positiven Stromwert, der etwa gleich dem negativen Stromwert ist, bei dem die negative Spannung-Ionenstrom-Kurve geschnitten wird. Wegen der Asymmetrie der Fig.3 ist jedoch die positive Spannung an diesen Schnittpunkten größer als die negative Spannung. Die Arbeitspunkte, bei denen eine

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Koronaentladung eingeleitet wird, liefern also für den positiven und negativen Ionenstromfluß zum Photorezeptor praktisch die gleiche Höhe, während die positiven Scheitelspannungen größer sind als die negativen Scheitelspannungen, die von der Wechselspannungsquelle an die Elektrode angelegt werden. Oder anders ausgedrückt: Die Amplitude der negati/en Ionenstromim— pulse, die an die Abschirmung und an die Photorezeptorfläche angelegt werden, wird auf einen Wert herabgesetzt, der praktisch gleich der Höhe der positiven Ionenstromimpulse an der Abschirmung und dem Photorezeptor ist. Dadurch wird die unerwünschte Restspannung, die auf der Photorezeptorfläche zurückbleibt, auf einen kleinen Wert oder sogar auf etwa Null hsrabgedrückt.

Da die oben erwähnten positiven und negativen Scheitelepannungen im Betrieb durch das Koronaverhalten der umgebenden luft in der Nähe des Corotrons der Pig.1 und 2 bestimmt werden, während die Abhängigkeit des Ionenstroms von der Spannung zwischen der Elektrode und der Abschirmung praktisch dem Diagramm der Pig.3 entspricht, werden etwaige Änderungen in der Luft, die die relativen und absoluten Werte des positiven Spannung-Ionenstroms und des negativen Spannung-Ionenstroms beeinflussen, automatisch kompensiert.

Zu erwähnen ist, daß die Höhe der positiven und negativen Ionenstromimpulse, die zwischen der Elektrode und der Abschirmung wirksam sind, in erster Linie eine Punktion der dazwischen herrschenden Spannungsdifferenz ist. Dies setzt voraus, daß mindestens ein geringer begrenzter Ionenstrom zwischen der Elektrode und der Abschirmung fließt. Wenn das Potential der Photorezeptorfläche eine vorgegebene Höhe und Polarität zuläßt, werden entweder die positiven oder die negativen Ionenetromim— pulse etwas größer, während die jeweils anderen etwas geschwächt werden,. Damit wird das Wechselstrom-Corotron in die Lage versetzt, auf die Photorezeptorfläche in Abhängigkeit von einer Ladung auf dieser Fläche einen Überschuß an Gleichstrom

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aufzubringen. Die Spannungsdifferenz zwischen der Elektrode und der Oberfläche, erlaubt also die Anlieferung eines Gleichstromüberschusses auf die Photorezeptorfläche, wie dies in Fig.4 gezeigt ist. Es wird angestrebt, daß die Kurve für den Verlauf des Gleichstroms (Idc) in Abhängigkeit von der Spannung (V Anode) auf der Fläche diese im Nullpunkt schneidet und eine möglichst steile Neigung hat; die geringe negative Restspannung, die nach der Neutralisation der Oberfläche zurückbleibt, rührt von der Zufuhr eines negativen Gleichstromüberschusses her, wie oben beschrieben.

Fig.5 zeigt eine gegenüber Fig.1 und 2 abgewandelte Ausführungsform, bei der eine Gleichspannungsquelle 15 mit ihrer positiven Klemme an die Abschirmung 11 und an die andere Anschlußklemme der WechselSpannungsquelle'12 gelegt ist, wahrend die negative Klemme der Gleichspannungsquelle an dem Bezugspotential (Erde) liegt. Diese Gleichstromquelle lädt die Oberfläche der Abschirmung auf eine Spannung vorgegebener Polarität und Höhe auf, die praktisch gleich der Klemmenspannung der Gleichstromquelle 15 ist. Auf diese Weise kann die oben beschriebene Verschiebespannung vollständig auf null reduziert werden, wenn die von der Gleichspannungsquelle 15 gelieferte Spannung gleich der Verschiebespannung ist. Im übrigen arbeitet die Einrichtung gemäß Fig.5 in der gleichen Weise, wie oben für diejenige der Fig.1 und 2 beschrieben» Die Photorezeptorfläche kann also auf einen gewünschten Wert aufgeladen werden, der praktisch gleich der Höhe und Polarität der Gleichspannung 15 isto

Für die Geräte der Fig.1, 2 und 5 wird nunmehr ein Zahlenbeispiel aufgeführt: Die Abschirmung 11 hat einen Innendurchmesser von 9»5 mm; die Elektrode 10 hat einen Durchmesser von 0,076 mm und eine Länge von 254 mm, die annähernd der Länge der Abschirmung 11 entspricht; die Wechselspannungsquelle 12 liefert eine Arbeitsspannung von 7kV Spitze-zu-Null und eine Frequenz von 60 Hz, mit der sie einen Koronastrom in der Größenordnung von 35 >iA pro 2,5 cm der Elektrode erzielt; der Reihenwiderstand

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hat die Größe von 10 Mifij; die Gleichspannungsquelle 15 der Pig.5 liefert eine Spannung von 50 V. Man hat experimentell festgestellt, daß auf die Photorezeptorfläche ein Koronastromüberschuß von 5 μΑ pro Zoll geliefert wird, wenn diese Fläche ein Potential von + 1000 V hat.

In einer weiteren Abwandlung der Beispiele der Fig«1, 2 und 5, die jedoch nicht gezeigt ist, wird ein üblicher Wechselstromtransformator verwendet, um die von der Quelle 12 erzeugte Wechselspannung an die Elektrode 10 anzukuppeln. Die Impedanz 14 kann daher in dem Primärkreis des Transformators in Reihe mit der Wechselstromquelle 12 geschaltet cein. Die also mit der Elektrode in Reihe liegende effektive Impedanz ist eine Punktion des Windungsverhältnisses der Primär- und der Sekundärwicklung des Transformators. Mann kann also das Windungsverhältnis so wählen, daß eine höhere Impedanz in den Sekundärkreis reflektiert wird. Diese bekannte, den Transformatoren innewohnende Eigenschaft kann vorteilhaft ausgenützt werden, indem man eine niedrige Impedanz verwendet, die in dem Primärkreis eine günstige Verlustleistung hat, dabei aber die erwünschten Resultate einer hohen Impedanz in Serie mit der Elektrode liefert. Zudem kann in den Primärkreis eine präzise, im Handel erhältliche variable Niederspannungsimpedanz eingeschaltet werden, wogegen man sonst mit Impedanzen, die in Reihe mit der Elektrode geschaltet sind, nicht so gute Ergebnisse erzielt, weil man variable Impedanzen für hohe Spannungen kaum auf dem Markt findet.

Gegenüber den der Beschreibung zugrundeliegenden Ausführungsbeispielen können im Rahmen der Erfindung Abänderungen vorgenommen werden.

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Claims

Patentansprüche

1 . ■

1/ Wechselstrom-Koronaentladungseinrichtung, gekennzeichnet durch eine langgestreckte Koronaentladungselektrode (10), durch eine Abschirmung (11), die diese Elektrode entlang einer Längsachse derselben teilweise umgibt und an ein Bezugspotential angeschlossen ist, durch eine die
Ladung empfangenden Fläche (13)> die in der Nähe der Elektrode angeordnet und mit einer elektrostatischen Aufladung versehen ist, die neutralisiert werden soll, durch eine Wechselspannungsquelle (12), die mit ihrer einen Klemme an die Elektrode (10) und mit ihrer anderen Klemme an das Bezugspotential angeschlossen ist, um die Elektrode unter Spannung zu setzen
und an ihr eine Koronaentladung hervorzurufen, die zur Neutralisierung der elektrostatischen Aufladung auf der ladungsempfangenden Fläche (13) diente wonach auf dieser Fläche eine Eestspannung begrenzter Höhe zurückbleibt, und durch eine
Impedanz (14), die zwischen die Elektrode (10) und die Wechselspannungsquelle (12) in Eeihe geschaltet ist und die relative Höhe der positiven und negativen Scheitelwerte der Erregungsspannung derart steuert, daß die Eestspannung auf der laduingsempfangenden Fläche unter die begrenzte Höhe erniedrigt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz (14-) ein Ohmscher Widerstand ist. -■*·'
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e ke-nnz e,i chne t , daß das Bezugspotential das Erdpotential ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugspotential von einer Gleichstromquelle (15) gebildet ist,

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deren eine Klemme mit der Abschirmung (11) und mit der an letztere angeschlossenen Klemme der WechselSpannungsquelle (12) verbunden ist und deren andere Klemme an Erde liegt, wodurch die Oberfläche der Abschirmung zu Anfang auf eine Gleichspannung vorgegebener Polarität und Höhe aufgeladen wird.
5. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz (14-) bestrebt ist, die positiven Scheitelwerte der Erregungsspannung größer zu machen als die negativen Scheitelwerte dieser Spannung.
6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ladung empfangende Fläche ein Photorezeptor (13) ist.

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