DE2342471B2 - Koronaaufladeeinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Koronaaufladeeinrichtung mit einem längsgestreckten Abschirmgehäuse in dem eine oder mehrere Entladungselektroden angeordnet sind und das einen Entladungsschlitz aufweist, unter dem, quer zu seiner Erstreckung eine aufzuladende Fläche hindurchführbar ist.

In elektrophotographischen Verfahren wird eine Koronaentladeeinrichtung verwendet, um einer aufzuladenden fotoleitfähigen Fläche eine gleichmäßige elektrostatische Ladung aufzuprägen. Die Fläche wird dann dem Lichtbild eines zu kopierenden Dokumentes ausgesetzt, wobei sich entsprechende Gebiete der Fläche entladen, so daß auf dieser das elektrostatische Bild eines Dokumentes verbleibt. Nachher wird ein Entwickler- oder Tonermaterial der photoleitfähigen Fläche zugeführt, welches durch diese angezogen wird und an den geladenen Gebieten anhaftet, um so ein sichtbares Bild des Originaldokuments zu bilden. Schließlich wird das sichtbare Bild auf einen Träger, z. B. ein Blatt Papier, übertragen und auf diesem durch die Anwendung von Wärme festgeschmolzen.

Bei den beschriebenen Verfahren ist es wünschenswert, daß die Koronaaufladeeinrichtung eine möglichst hohe, gleichmäßige Ladung auf die photoleitfähige Fläche aufbringt, weil dies später der geladenen Fläche ermöglicht, den Toner während der Entwicklung besser anzuziehen, so daß ein besserer Kontrast zwischen hellen und dunklen Flächen der fertigen Kopie entsteht. Die Bemühungen, eine hohe gleichmäßige Ladung zu erzielen, resultierten in verschiedenen Konstruktionen der Koronaaufladeeinrichtung. Diese Konstruktionen fallen allgemein in zwei Klassen. In beiden Fällen ist eine Entladungselektrode in der Nähe der zu ladenden Fläche angeordnet. Diese Elektrode wird auf einer hohen Spannung gehalten und ein geerdetes Abschirmgehäuse umfaßt teilweise die Entladungselektrode. Bei den Koronaaufladeeinrichtungen der einen Klasse ist das Abschirmgehäuse ein Isolator. Bei den Koronaaufladeeinrichtungen der zweiten Klasse, die eine größere Verbreitung findet, ist das geerdete Abschirmgehäuse Beide Arten von Koronaaufladeeinrichtungen haben bestimmte Nachteile. Das isolierende Abschirmgehäuse, das einen höheren Widerstand als die aufzuladende Fläche besitzt, hat die Tendenz, eine Funkenentladung zwischen der Entladungselektrode und dem Abschirmgehäuse zu verhindern. Wenn infolgedessen eine Funkenentladung stattfindet, so erfolgt diese zwischen der Entladungselektrode und der aufzuladenden Fläche, so daß eine nadelstichähnliche Beschädigung der aufzuladenden photoleitfähigen Fläche stattfindet. Infolge des großen Widerstands des Abschirmgehäuses ist die Feldstärke gering, so daß diese Art von Koronaaufladeeinrichtung einen geringen Wirkungsgrad aufweist. Koronaaufladeeinrichtungen mit einem leitenden Abschirmgehäuse vermeiden das Problem der Zerstörung der photoleitfähigen Fläche, aber dies geschieht auf Kosten des Wirkungsgrades. Infolge des geringen Widerstands des Abschirmgehäuses verglichen zur photoleitfähigen Fläche, fließen bis zu 85% des

Koronastroms zum Abschirmgehäuse und nicht zur photoleitfähigen Fläche. Wegen des geringen Widerstands des Abschirmgehäuses erfolgt eine Funkenentladung von der Entladungselektrode zum Abschirmgehäuse bereits bei niedrigeren Spannungen als bei der Verwendung eines isolierenden Abschirmgehäuses.

Dies verhindert die Verwendung der Entladungselektrode bei hohen Spannungen, die notwendig wären, um eine maximale Ladung der aufzuladenden Fläche zu erzielen.

Es liegt daher der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Koronaaufladevorrichtung zu schaffen, welche sich zur gleichmäßigen Ladung einer aufzuladenden Fläche eignet, wobei aber die Entladungselektrode bei einer höheren Spannung als bisher arbeiten kann, ohne daß eine Funkenentladung von der Entladungselektrode zur photoleitfähigen Fläche oder zu dem die Entladungselektrode umfassenden Abschirmgehäuses stattfindet. Sollte dennoch eine Entladung stattfinden, so soll sie zwischen der Entladungselektrode und dem diese teilweise umfassenden Abschirmgehäuses stattfinden. Die neue Koronaaufladevorrichtung soll auch einen höheren Wirkungsgrad aufweisen als vorbekarinte Koronaaufladevorrichtungcn.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dies durch eine Koronaaufladeein-ichtung der eingangs beschriebenen Art erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Abschirmgehäuse aus einem Halbleitermaterial besteht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung, teilweise im Schnitt, einer Koronaaufladeeinrichtung und einer elektrophotographischen Aufzeichnungstrommel, welehe eine photoleitfähige Fläche besitzt,

Fig.2 eine Darstellung des Verhältnisses zwischen Koronaspeisestrom und dem Strom zur photoleitfähigen Fläche bei Koronaaufladeeinrichtungen mit einem leitenden Abschirmgehäuse und solchen mit einem

J₀ halbleitenden Abschirmgehäuse, und

Fig.3 eine Darstellung des Koronaspeisestrorns im Verhältnis zur Spannung zwischen Entladungselektrode und photoleitfähiger Fläche, bzw. die Entstehung einer Funkenentladung, bei der Verwendung eines leitenden Abschirmgehäuses bzw. eines halbleitenden Abschirmgehäuses.

Fig. 1 zeigt eine Koronaaufladeeinrichtung 10, welche in der Nähe der aufzuladenden Fläche einer

gebräuchlichen rotierbaren Aufzeichnungstrommel 12 angeordnet ist. Die Trommel 12 besitzt eine photoleitfähige Fläche 14, welche als Schicht die Unterlage 16 bedeckt Die Unterlage 16 besteht aus einem leitenden Material, z. B. Aluminium, und ist geerdet.

Die Schicht oder Fläche 14 besteht aus irgendeinem geeignetem photoleitfähigem Material, z. B. glasigem Selen.

Die Koronaaufladeeinrichtung besitzt eine Entladungselektrode, die als ein einzelner leitender Draht 18 dargestellt wird, der von einem Abschirmgehäuse 20 teilweise umgeben ht. Der Draht 18 ist äquidistant, aber nahe bei der photoleitfähigen Fläche angebracht und erstreckt sich quer zur Bewegungsrichtung der photoleitfähigen Fläche. Das Abschirmgehäuse 20 erstreckt sich parallel zum Draht 18 und besitzt einen Längsschlitz 19, so daß der Koronaionenstrom vom Draht 18 durch den Schlitz zur photoleiifähigen Fläche fließen kann. Erfindungsgemäß besteht das Abschirmgehäuse aus halbleitendem Material. Unter halbleitendem Material wird hier ein Material verstanden, das einen Widerstand von 10³ — 10⁹ ohm ■ cm aufweist. Ein mit Kohlenstoff imprägnierter Kunststoff wurde als geeignet für die Verwendung als Abschirmgehäuse befunden. Es können aber auch entsprechende andere, halbleitende Materialien verwendet werden. Das halbleitende Material sollte einen möglichst hohen Widerstand haben, um einen maximalen Wirkungsgrad zu gewährleisten, aber der Widerstand sollte geringer sein als der des Materials der photoleitfähigen isolierenden Fläche 14, so daß, wenn eine Funkenentladung erfolgt, diese zwischen dem Draht 18 und dem Abschirmgehäuse 20 stattfindet. Das Abschirmgehäuse 20 ist geerdet, und der Draht 18 ist mit der positiven Seite einer Gleichstromquelle 22 verbunden.

Die erfindungsgemäße Koronaaufladeeinrichtung kann in verschiedenen Ausführungsformen gebaut werden. Aus diesem Grunde ist die Koronaaufladeeinrichtung lediglich schematisch in F i g. 1 dargestellt. Typische vorbekannte Koronaaufladeeinrichtungen werden beispielsweise in den US-Patentschriften 27 77 957 und 28 36 725 gezeigt.

Eine Koronaaufladeeinrichtung der in F i g. 1 gezeigten Art arbeitet wie folgt: Die Spannungsquelle 22 legt eine hohe Gleichspannung, bei vorbekannten Einrichtungen 4500 bis 5000 Volt, an die Elektrode 18 an und verursacht damit die Erzeugung einer Koronaentladung entlang der Entladungselektrode 18. Die von der Entladungselektrode 18 emittierten Ionen streben entlang eines Weges zu Erdpotential. Diener Weg wird in bekannter Art durch solche Faktoren beeinflußt, wie ' der Abstand zwischen der Entladungselektrode 18 und dem Abschirmgehäuse 20 verglichen zum Abstand der Entladungselektrode 18 zur aufzuladenden Fläche 14 und die verschiedenen Widerstandswerte der Materialien des Abschirmgehäuses und der photoleitiähigen Oberfläche. In einer vorbekannten Koronaaufladeeinrichtung, bei welcher das Abschirmgehäuse aus einem leitenden Material besteht, d. h. einem Material mit einem Widerstand von weniger als 10 ohm ■ cm bewegen sich ungefähr 85% der Ionen zum Abschirmgehäuse und haben keine brauchbare Funktion. Die übrigen Ionen bewegen sich zur Unterlage 16 und werden auf der photoleitfähigen Fläche abgesetzt, welche normalerweise einen Dunkel-Widerstand in der Größenordnung von 10¹⁴ ohm · cm besitzt. Die photoleitfähige Fläche 14 kann relativ zur Entladungselektrode 18 bewegt werden oder die Entladungselektrode 18 wird relativ zur Fläche 14 bewegt, so daß eine praktisch gleichförmige Ladung auf der aufzuladenden Fläche angebracht wird.

Wenn jedoch gemäß der Erfindung ein halbleitendes Material statt eines leitenden Materials für das Abschirmgehäuse verwendet wird, so wird der Wirkungsgrad der Koronaaufladeeinrichtung erheblich verbessert, weil weniger Ionen über das Abschirmgehäuse, das nun einen höheren Widerstand besitzt, zu Erdpotential fließen. Dies bedeutet, daß vom totalen Ladestrom (Koronaspeisestrom) mehr Ionen gegen die aufzuladende Fläche fließen. In Fig.2 zeigt das Verhältnis zwischen Ionenstromfluß I_p zur aufzuladenden Fläche im Verhältnis zum totalen Ladestrom I₀. Die Linie 24 zeigt die Werte, welche bei der Verwendung eines halbleitenden Abschirmgehäuses erhalten werden, und Linie 26 zeigt die Werte, wenn ein leitendes Abschirmgehäuse verwendet wird. Für jeden gegebenen Wert des Ladestromes / bewirkt die Verwendung eines halbleitenden Abschirmgehäuses an Stelle eines leitenden Abschirmgehäuses einen größeren lonenstrom zur phololeitfähigen Oberfläche.

Das halbleitende Abschirmgehäuse erhöht nicht bloß den Wirkungsgrad der Koronaaufladeeinrichtung, sondern ermöglicht auch die aufzuladende Fläche 14 auf eine höhere Spannung zu laden. Diese höhere Spannung ist in der Elektrophotographie wünschenswert, weil nach der folgenden Belichtung derjenige Teil der Fläche, welcher nicht belichtet wurde, eine höhere Spannung aufweist und daher besser in der Lage ist, Entwicklungsmaterial anzuziehen. Auf diese Weise wird eine dunklere Kopie, d. h. eine Kopie mit größeren Kontrasten erzielt, wie dies an sich bekannt ist.

Bei der Aufladung auf eine höhere Spannung besteht jedoch normalerweise das Problem der Funkenentladungen. Wenn das Abschirmgehäuse aus einem leitenden Material besteht, so existiert eine Tendenz für eine Funkenentladung zwischen der Entladungselektrode 18 und dem Abschirmgehäuse wenn die Elektrodenspannung erhöht wird. Wenn jedoch das Abschirmgehäuse einen geringen Widerstand zum Erdpotential aufweist, so wird bei bekannten Koronaaufladeeinrichtungen normalerweise eine Spannung von 5000 Volt verwendet, um die Gefahr von Funkenentladungen zu vermeiden.

Wenn jedoch ein halbleitendes Abschirmgehäuse verwendet wird, so besteht ein größerer Widerstand zu Erdpotential, so daß die Entladungselektrode 18 in einem viel höheren Spannungsbereich, beispielsweise im Bereich von 9000 bis 11000 Volt verwendet werden kann, ohne daß eine Tendenz zu Funkenentladungen besteht. Bei dieser hohen Spannung wird ein größerer Ladestrom produziert und ein größerer Prozentsatz von Ionen fließt zur photoleitfähigen Oberfläche, um diese aufzuladen. Infolgedessen kann die Ladung auf der photoleitfähigen Fläche größer sein als bei vorbekannten Einrichtungen. Dies wird in Fig. 3 dargestellt, wo die Ladung V_d auf der photoleitfähigen Fläche 14 in Funktion des totalen Ladestroms /_c aufgezeichnet ist. Die Kurve 28 stellt die Charakteristik einer Koronaaufladeeinrichtung mit einem halbleitenden Abschirmgehäuse dar, währenddem die Kurve 30 die Charakteristik einer Koronaaufladeeinrichtung mit einem leitenden Abschirmgehäuse darstellt. Ein Vergleich dieser Kurven zeigt, daß für einen bestimmten totalen Ladestrom /_cdas halbleitende Abschirmgehäuse eine größere Ladung V_c auf der photoleitfähigen Fläche bewirkt. Des weiteren kann bei der Verwendung eines halbleitenden Ab-

schirmgehäuses eine größere Ladung auf der photoleitfähigen Fläche aufgebracht werden, ohne daß Probleme mit Funkenentladungen entstehen. Bei bekannten Koronaaufladeeinrichtungen, welche ein leitendes Abschirmgehäuse verwenden, entsteht eine Funkenentladung, wenn die Ladung auf der photoleitenden Fläche in den Bereich zwischen 800 und 1000 Volt rückt. Wenn jedoch die gleiche Koronaaufladeeinrichtung mit einem halbleitenden Abschirmgehäuse versehen wird, kann die photoleitfähige Fläche auf etwa 1500 Volt aufgeladen werden, bevor eine Funkenentladung stattfindet.

Wenn eine Funkenentladung stattfindet, so erfolgt diese zwischen der Entladungselektrode und dem Abschirmgehäuse und nicht zwischen der Entladungselektrode und der aufzuladenden Fläche. Infolgedessen verursacht die Funkenentladung keine Schaden auf der aufzuladenden photoleitfähigen Fläche. Solche Schaden sind jedoch ein Problem bei der Verwendung eines vorbekannten Abschirmgehäuses aus Isoliermaterial mit einem Widerstandswert von mehr als 10¹⁶ ohm-cm.

Aus der vorangehenden Beschreibung ergibt sich, daß das halbleitende Material des Abschirmgehäuses einen möglichst hohen Widerstandswert aufweisen sollte, um die Möglichkeit einer Funkenentladung zu vermeiden, daß aber der Widerstandswert genügend gering sein muß im Verhältnis zur aufzuladenden Fläche 14, so daß, wenn eine Funkenentladung entsteht, diese zwischen der Entladungselektrode und dem Abschirmgehäuse und nicht zwischen der Entladungselektrode und der aufzuladenden Fläche entsteht.

Wenn auch gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine positive Gleichspannung an die Entladungselektrode angelegil wird, ist ersichtlich, daß bei gewissen Anwendungen eine pulsierende Spannung oder eine negative Gleichspannung verwendet werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Koronaaufladeeinrichtung mit einem längsgestreckten Abschirmgehäuse, in dem eine oder mehrere Entladungselektroden angeordnet sind und das einen Entladungsschlitz aufweist, unter dem, quer zu seiner Erstreckung eine aufzuladende Fläche hindurchführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmgehäuse aus einem Halbleitermaterial besteht.

2. Koronaaufladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand des Halbleitermaterials kleiner als der Widerstand des aufzuladenden Materials ist.

3. Koronaaufladeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial für das Abschirmgehäuse einen Widerstand von 10³bis 10⁹Ohm-cmhat.

4. Koronaaufladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial ein kohlenstoffimprägnierter Kunststoff ist.