DE2651646A1 - Elektrofotografisches verfahren und vorrichtung zum entwickeln von latenten elektrostatischen ladungsbildern - Google Patents

Elektrofotografisches verfahren und vorrichtung zum entwickeln von latenten elektrostatischen ladungsbildern

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DE2651646A1 DE19762651646 DE2651646A DE2651646A1 DE 2651646 A1 DE2651646 A1 DE 2651646A1 DE 19762651646 DE19762651646 DE 19762651646 DE 2651646 A DE2651646 A DE 2651646A DE 2651646 A1 DE2651646 A1 DE 2651646A1
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Description

HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT
KALLE Niederlassung der Hoechst AG K 2505 + H
Wiesbaden-Biebrich 10. November 1976
WLI-DI.Z.-is
Eiektrofotografisches Verfahren und Vorrichtung
zum Entwickeln von latenten elektrostatischen Ladungsbildern
Die Erfindung betrifft ein eiektrofotografisches Verfahren und eine Vorrichtung zum Entwickeln von latenten elektrostatischen Ladungsbildern auf einem*Bi1dträger mit einem elektrisch leitfähigen Entwicklergemisch aus Toner und Trägermaterial .
Das aus der DT-AS 1 024 988 bekannte elektrofotografische Verfahren zum Entwickeln von elektrostatischen Ladungsbildern verwendet eine geerdete Grundplatte5 auf der der Bildträger mit dem latenten elektrostatischen Ladungsbild während der Entwicklung aufliegt, während ein Magnet, der das Entwicklergemisch lose festhält, oberhalb des Bildträgers angeordnet ist, entweder eine positive oder eine negative Spannung erhält. Diese Auslegeschrift beschreibt ferner eine Einrichtung, bei der eine Magnetwalze, die das Entwicklergemisch an den Bildträger anträgt, geerdet ist und eine, der Magnet-
walze gegenüberliegende Leiterplatte, über die der Bildträger in Berührung oder in unmittelbarer Nähe geführt ist. Die Leiterplatte ist über ein Potentiometer an eine Spannungsquelle angeschlossen. Durch diese Anordnung wird zwischen die Leiterplatte und Erde eine Vorspannung gelegt, die z.B. +700 Volt betragen kann.
Bei dem in der DT-OS 2 232 513 beschriebenen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung für die übertragung der Ladungsbilder auf ein Aufnahmematerial ist die metal 1isehe Rückseite des Bildträgers, auf dem sich die Ladungsbilder befinden, direkt geerdet.
Die Höhe der Restspannung eines latenten Ladungsbildes nach dem Entwickelη, d.h. diejenige Spannung, die nach erfolgter Coronaaufladung und Belichtung des Bildträgers in den belichteten Bereichen noch vorhanden ist, wird beispielsweise durch unterschiedliche Hintergrundbeschaffenheit und Belichtungszeit der Kopiervorlage bestimmt. Um eine Schleierbildung auf der Kopie zu verhindern, wird im allgemeinen angestrebt, die Entwicklung erst ab einer bestimmten Aufladung einsetzen zu lassen, die entweder gleich oder geringfügig größer als die Restspannung ist. Die Restspannung auf dem Bildträger wird dabei durch: das Anheben der an den Entwickler angelegten Spannung kompensiert. Diese erhöhte Kompensationsspannung
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bringt allerdings, bedingt durch die Beschaffenheit des Bildträgers, auf dem sich das latente Ladungsbild befindet und des Trägermaterials des Entwicklergemisches, die Gefahr von Potential verschiebungen im Entwicklergemisch mit sich.
Wenn die Oberfläche des Bildträgers einen galvanischen Stromfluß zuläßt, d.h. gewissermaßen "porös" ist, oder wenn sie beschädigte oder unbeschichtete Stellen, wie Schnittkanten im Falle von Druckplatten aufweist, und wenn gleichzeitig die Rückseite des Bildträgers geerdet ist, kann es zu Spannungsdurchbrüchen im Entwicklergemisch kommen. Diese treten ab einer gewissen Spannungshöhe auf, die von der Leitfähigkeit des Entwicklergemisches abhängig ist. Dabei entstehen im Entwicklergemisch sogenannte "Leitpfade", längs denen es zu Spannungszusammenbrüchen kommen kann. Gelangen die Leitpfade des Entwicklergemisches mit Schadstellen des Bildträgers oder mit elektrisch leitfähigen Stellen der Oberfläche des Bildträgers in Berührung, so kommt es zu Verschiebungen des Entwicklerpotentials und zu dessen Abfließen zur Rückseite des Bildträgers hin. Dadurch können störende und daher unerwünschte, schwarz entwickelte Streifen und Schleier in der Kopie entstehen.
Das Zustandekommen eines Spannungsdurchbruchs innerhalb des Entwicklergemisches ist abhängig von der Höhe der Spannungs-
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differenz zwischen der angelegten Entwicklerspannung und der Spannung an der Rückseite des Bildträgers und ferner von der Leitfähigkeit des Entwicklergemisches. Potentialunterschiede im Entwicklergemisch führen zu hohen lokalen Feldstärken zwischen den Trägerteilchen des Entwicklergemisches, an denen es zu Einzel ent! adungen kommen kann. Dadurch werden die Spannungsdifferenzen der übrigen Trägerteilchen in der Leiterkette erhöht und es kommt zu weiteren Entladungen, die sich sehr schnell lawinenartig fortsetzen können und so zu einer Kettenreaktion führen. Über den entstandenen "Leitpfad" kommt es dann zu einen Abfluß der Entwicklerspannung zur Rückseite des Bildträgers hin.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrofotografisches Verfahren zum Entwickeln von latenten elektrostatischen Ladungsbildern anzugeben, bei dem Spannungsdurchbrüche zwischen dem Bildträger für die Ladungsbilder an Schadstellen, unbeschichteten Stellen der Oberfläche des Bildträgers und/oder Schnittkanten und dem Entwicklergemisch keine Streifen- und Schleierbildung auf der Kopie hervorrufen. Im Rahmen dieser Aufgabe soll auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden.
Diese verfahrensmäßige Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Potential des Entwicklergemisches und der zur Bildentwicklung
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-sr-
erforderliche Ladungsaustausch zwischen dem Entwicklergemisch und dem Bildträger, unabhängig von Änderungen der Leitfähigkeit des Entwicklergemisches während der Betonerung der Ladungsbilder, aufrechterhalten werden.
Dies macht eine Regelung derart erforderlich, daß mit kleiner werdendem ohmschem Widerstand des Entwicklergemisches die Spannungsdifferenz aus angelegter Entwicklerspannung und der Spannung an der Rückseite des Bildträgers verringert wird. Hierzu wird bevorzugt die Rückseite des Bildträgers während der Betonerung der Ladungsbilder hochohmig geerdet. Die hoch-
ohmige Erdung wird auf Werte in der Größenordnung von 10 Ohm eingestellt, wobei bevorzugt der Wert der hochohmigen Erdung
7 R
im Bereich von 1.10 bis 2.10 Ohm gewählt wird.
Die Erdung der Rückseite des Bildträgers über einen hochohmigen Widerstand wirkt der Entstehung von Entladungslawinen, die zu den zuvor beschriebenen Auswirkungen führen können, entgegen, da der Widerstand den sich im Entwicklergemisch ausbildenden erhöhten Stromfluß begrenzt und so das Entstehen von niederohmigen Ableitungen und damit ein Verschieben des Entwicklerpotentials unterbindet. Dabei muß die hochohmige Erdung der Rückseite so dimensioniert sein, daß der zur Bildentwicklung erforderliche Ladungsaustausch nicht behindert wird. Der hochohmige Widerstand stellt gewissermaßen in Abhängigkeit von dem Widerstandswert und der Höhe der angelegten Entwicklerspan-
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nung ein Steuerglied für die Leitfähigkeit des Entwicklergemisches dar.
Mit Hilfe der hochohmigen Erdung des Bildträgers wird auch die Spannung an der Rückseite größer und damit die Spannungsdifferenz zwischen angelegter Entwicklerspannung und der Spannung der Rückseite des Bildträgers verkleinert. Die dadurch am Entwicklergemisch anliegende, erniedrigte Spannung setzt den Lawineneffekt herab und erhöht den ohmschen Widerstand des Entwicklergeniisches, so daß es zu einer Verkleinerung des Stromflusses durch das Entwicklergemisch und innerhalb des Generatorsystems, gebildet aus dem Entwicklergemisch und dem Antragelement für das Entwicklergemisch an den Bildträger, beispielsweise eine Magnetbürste oder Magnetwalze, kommt. Es tritt somit durch das spannungsabhängige Widerstandsverhalten des Entwicklergemisches in Verbindung mit der Erdung der Rückseite des Bildträgers die Regelwirkung ein.
Die weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung sind aus den Maßnahmen bzw. Merkmalen der Ansprüche 6 bis 13 ersichtlich.
Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß eine schleierfreie Entwicklung auch im Falle von beschädigten Stellen der Oberfläche des Bildträgers mit einem elektrisch leitfähigen Entwicklergemisch noch möglich ist und daß die an der Rück-
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seite des Bildträgers zusätzlich entstehenden Spannungen, die sich störend bei der Entwicklung auswirken und infolge der teilweisen zur gleichen Zeit stattfindenden Belichtung, Entwicklung und übertragung auftreten, gegen Erde abgeleitet werden.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 die prinzipiellen Strom-/Spannungsverhältnisse und Strom-Ab1 eitwiderstandsverhältnisse an einer Entwicklungsvorrichtung mit einer Magnetbürste,
Fig. 2 in schema ti scher Darstellung eine Entwicklungsvorrichtung mit geerdeter Rückseite des BiIdträgers , und
Fig. 3 eine andere Ausführungsform einer Entwicklungsvorrichtung mit einer zusätzlichen Ableitung durch ein Halbleiterbauelement zu dem ohmschen Ableitwiderstand.
In den Zeichnungen sind gleiche Bauteile mit der gleichen Bezugszahl belegt.
Die Strom-, Spannungs- und Widerstandsverhältnisse an einer Entwicklungsvorrichtung mit einer Magnetbürste 10 bei Nicht-
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berücksichtigung des Bildträgers mit den latenten elektrostatischen Ladungshi 1 dem sind sehr komplex und werden anhand von Fig. 1 erörtert. Es besteht kein rein ohmsches Verhalten des Systems, das aus dem Entwicklergemisch und dem Bildträger für die Ladungsbilder besteht. Die Entwicklungseinheit in Form der Magnetbürste 10 wirkt mit einem Entwicklergemisch 29 als zusätzlicher Spannungs- und Stromgenerator 30, wie es im prinzipiellen Schaltbild nach Fig. 1 dargestellt ist. Der Stromfluß I~ bei kurzgeschlossenem Generator 30 und einem ohmschen Ableitwiderstand 17 in der Größe von 100 Miü. ist einerseits von der Leitfähigkeit des Entwicklergemisches 29 und damit von der angelegten Entwicklerspannung, und andererseits von der Belastung des Generators, also dessen Außenwiderstand, der durch das System aus Bildträger in Verbindung mit dem Entwicklergemisch gebildet wird, abhängig. Dieser Außenwiderstand wird je nach Beschaffenheit der Oberfläche des Bildträgers durch die Leitfähigkeit des Entwicklergemisches 29 unterschiedlich beeinflußt. Hinzu kommt als weitere Komponente der Betonerungsstrom, der mehr oder weniger stark bei der Entwicklung in Erscheinung tritt. Bei einer nicht völlig isolierenden Oberfläche des Bildträgers ist sein Einfluß gering, da der galvanische Stromfluß überwiegt, während bei vollständig isolierter Oberfläche des Bildträgers sein Einfluß berücksichtigt werden muß.
Im Diagramm nach Fig. 1 sind die gemessenen Werte I1,12,13
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und der theoretische Wert I0 der Ströme, so wie sie im prinzipiellen Schaltbild eingezeichnet sind, im Bereich von -1 μΑ bis 6 μΑ in Abhängigkeit von der Entwicklerspannung IL, die längs der Abszisse aufgetragen ist, dargestellt. Dabei ist I. der Strom in der Zuleitung für die Entwicklerspannung LL zu der Magnetbürste 10, I? der Strom in der Ableitung des Generators 30 bei einem Ableitwiderstand R. von 100 V[Q. und I3 der Strom bei kurzgeschlossenem Generator 30 und einem Ableitwiderstand R. von gleichfalls 100 MS? , wobei das Kurzschließen durch das für die Messung verwendete niederohmige Amperemeter geschieht.
Es zeigt sich, daß Io höher als der zu erwartende, theoretische Wert Iq ist, der sich aus dem Quotienten Entwickler spannung LL zu Ableitwiderstand R. ergibt.
Die Verschiebung der Meßkurven von I- und I2 um 0,2 μΑ vom Nullpunkt wird durch den Generator 30 verursacht, der bei einem Ableitwiderstand R, von 100 MQ gegen Erde einen Strom von 0,2 μΑ liefert, der dem Strom I. der Entwicklerspannung LL entgegenwirkt. Beim Kurzschließen des Generators 30 wird ein Strom von 1,5 μΑ gemessen, der sich mit der gleichen Polarität wie der Strom I,. dem theoretischen Strom In zuaddiert. Beispielsweise folgt für Werte von
U1 = 100 VoTt, 200.VoTt, 300 Volt und R1= 100 MQ
der Strom IQ = U1 =1 μΑ, 2 μΑ, 3 μΑ auf der ge-
R1
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strichelten Kurve IQ. Der gemessene Strom I3 beträgt
jedoch 2,5 μΑ, 3,5 μΑ, 4,5 μΑ bei den angeführten
Spannungen IL, woraus folgt, daß der Generatorstrom den theoretischen Stromfluß IQ um die erwähnten 1,5 μΑ gleichmäßig vergrößert, so daß gilt I3 = IQ + 1,5 μΑ.
Aus der Differenz I1, I2 dieser Ströme ergibt sich der Stromfluß innerhalb des Generators 30, der im Diagramm zwischen den beiden Meßkurven I1, I2 schraffiert dargestellt und auf der Ordinatenachse aufgetragen ist.
Das Produkt aus I„ und R. liefer.t den Spannungsabfall Up = I- . R. am Ableitwiderstand R1. Wie schon erwähnt, ist in Fig. 1 des weiteren der Generatorstrom I. - I2 in Abhängigkeit von dem berechneten Widerstand R des Generators 30 aufgetragen. Die Differenz U. - U2 aus angelegter Entwicklerspannung U1 und dem Spannungsabfall U2 am Ableitwiderstand R. ergibt den Spannungsabfall am Generator 30, für den gilt R = (U1 - U 2) / (11 - I2)- Für ^e eingezeichneten Arbeitspunkte A,B mit den Werten U1= 200 bzw. 300 Volt, I1 - I2 = 0,4 bzw. 0,55 μΑ, U2 = 140 bzw. 225 Volt berechnet sich R = 150 bzw. 136 ΜΦ. Auf diese Weise wurde die Widerstandskurve des Belastungswiderstandes des Generators 30 bestimmt.
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Fig. 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung, bei der die Magnetbürste 10 über eine Leitung 12 mit einer Spannungsquelle 11 verbunden ist, die die Entwicklerspannung U1 liefert. Der Bildträger 13 ist mit einer fotoleitfähigen Schicht 14, die das zu entwickelnde latente elektrostatische Ladungsbild trägt, der Magnetbürste 10 zugewandt, während die Rückseite 15 über eine Leitung 16 und einen hochohmigen Ableitwiderstand 17 geerdet ist. Der Wert des Ableitwiderstands 17 wird bevorzugt im Bereich von 10 MS«£ bis 200 MÄ gewählt. Durch das Anlegen der Entwicklerspannung LL an die Magnetbürste 10 ergibt sich ein elektrisches Feld, das eine Wanderung des Toners von der Magnetbürste auf die foto!eitfähige Schicht 14 des Bildträgers 13 bewirkt.
Bei der Entwicklung der Ladungsbilder auf dem Bildträger 13, falls dieser eine völlig isolierende Oberfläche, wie beispielsweise einen Fotoleiter aufweist, sind Spannungsdurchbrüche innerhalb des Entwicklergemisches 29 durch die Erdung der Rückseite 15 nicht vollständig zu unterbinden. Der Grund hierfür ist, daß die fotoleitfähige Schicht 14 des Bildträgers 13 einen galvanischen Stromfluß zur Rückseite 15 hin nicht zuläßt und somit eine Regelwirkung des ohmschen Ableitwiderstandes 17 nicht zustande kommen kann.
Im Falle eines Spannungsdurchbruches liegt dann die wirksame Entwicklerspannung U1 direkt an der fotoleitfähigen Schicht
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an, wodurch die Gefahr eines Durchschlages des Fotoleiters und damit ein Spannungsabfluß, verbunden mit einer Schleierbildung gegeben ist. Jedoch wird beim Auftreten eines Durchschlages der fotoleitfähigen Schicht 14, obwohl es zu keiner Regelung durch den hochohmigen AbI eitwiderstand 17 kommt, ein Zusammenbruch der Entwicklerspannung IL gegen Erde und damit eine Schwarzzone auf der zu entwickelnden Kopie verhindert, d.h. mit anderen Worten, es ist dennoch eine schleierfreie Entwicklung trotz der durch den Durchschlag beschädigten foto-1eitfähigen Schicht 14 möglich.
Die Erdung der Rückseite 15 einzig und allein mittels des hochohmigen Widerstandes 17 wird bevorzugt bei einer von der Aufladung des Bildträgers 13, der Bildübertragung oder anderen Verfahrensschritten getrennten Bildentwicklung angewandt.
Bei einer in Fig. 3 gezeigten Entwicklungsvorrichtung, bei der mehrere der zuvor erwähnten Verfahrensschritte gleichzeitig und nebeneinander durchgeführt werden, wobei jeder dieser Schritte mit einem erheblichen Stromfluß verbunden sein kann, können gegenseitige Beeinflussungen der Stromflüsse trotz der hochohmigen Erdung der Rückseite des Bildträgers auftreten. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wird wieder eine Magnetbürste 10 über eine Leitung 12 mit einer Spannungsquelle'\1 verbunden, die die benötigte Entwicklerspannung U. liefert. Eine Trommel 19 weist eine Fotoleiterschicht 20 auf, deren Rück-
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seite 21 mit einem Gegenpol 26 von zwei Spannungsquellen 24,25 für eine Ladungscorona 22 bzw. eine übertragungscorona 23 verbunden ist. Der Gegenpol 26 ist einerseits
über den Ableitwiderstand 17 und andererseits über ein
zu dem AbI ei twiderstarrd 17 parallel geschaltetes Halbleiterbauelement 18 auf Erde gelegt. Bei dem Halbleiterbauelement 18 handelt es sich bevorzugt um eine Diode. Der
gemeinsame Gegenpol 26 der beiden Spannungsquellen 24,25
ist somit über den Ableitwiderstand 17 bzw. das Halbleiterbauelement 18 spannungsmäßig hochgelegt. Von den Spannungsquellen 24,25 führen Leitungen 27,28 zu der Ladungscorona bzw. der übertragungscorona 23.
Das Aufbringen von Ladungen auf der Fotoleiterschicht 20
durch die Ladungscorona 22 bzw. die übertragungscorona 23
ruft einen Stromabfluß auf der Rückseite 21 der Fotoleiterschicht 20 hervor, der einen Spannungsabfall erzeugt, dessen Höhe von der Größe des Aufladestromes und der Größe des Ab-1 eitwiderstandes 17 u.a. abhängt. Die sich aufbauende Spannung an der Rückseite 21 stört die Gleichmäßigkeit der nahezu
gleichzeitig erfolgenden Bildentwicklung. Zur Verhinderung des Aufbaues dieser unerwünschten Störspannung dient das Halbleiterbauelement 18, das eine zusätzliche Ableitung schafft. Die Polung der hierfür eingesetzten Diode ist von der Polarität der sich aufbauenden Gegenladung abhängig.
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Es ist selbstverständlich, daß der Ableitwiderstand 17 sowohl in der Ausführungsform nach Fig. 2 als auch nach Fig. 3 jeweils als variabler Widerstand ausgebildet sein kann, um den günstigsten AbI eitwiderstandswert für die jeweiligen Betriebsbedingungen einstellen zu können.
- Patentansprüche -
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Claims (13)

Patentansprüche
1. Elektrofotografisches Verfahren zum Entwickeln von latenten elektrostatischen Ladungsbildern auf einem Bildträger mit einem elektrisch leitfähigen Entwicklergemisch aus Toner und Trägermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß das Entwicklerpotential und der zur Bildentwicklung erforderliche Ladungsaustausch zwischen dem Entwicklergemisch und dem Bildträger, unabhängig von Änderungen der Leitfähigkeit des Entwicklergemisches während der Betonerung der Ladungsbilder, aufrecht erhalten werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit kleiner werdendem ohmschen Widerstand des Entwicklergemisches die Spannungsdifferenz aus angelegter Entwicklerspannung und der Spannung an der Rückseite des Bildträgers verringert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite des Bildträgers während der Betonerung der Ladungsbilder hochohmig geerdet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die hochohmige Erdung auf Werte in der Größenordnung 2.10
bis 9.10 Ohm eingestellt wird.
&Q8838/0Q0.6 original, inspbctö)
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der hochohmigen Erdung im Bereich von 1.10
bis 2.10 Ohm gewählt wird.
6. , Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der hochohmigen Erdung die Rückseite des Bildträgers über ein Halbleiterbauelement geerdet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die zusätzliche Ableitung von Spannungen von der Rückseite des Bildträgers eine Diode elektrisch parallel zu der hochohmigen Erdung geschaltet wird und daß deren Polung entsprechend der Polarität der abzuleitenden Spannungen gewählt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite des Bildträgers gemeinsam mit einem Gegenpol von Versorgungsspannungen für eine Ladungs- und übertragungscorona gegenüber Erde hochgelegt wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, mit einer Magnetbürste, die mit einer Spannungsquelle verbunden ist und im geringen Abstand von einem Bildträ'ger angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Magnetbürste (10) abgewandte
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Rückseite (15 bzw. 21) eines Bildträgers (13 bzw. 20) über einen ohrnschen Widerstand (17) mit Erde verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildträger (13) eine ebene Druckplatte ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildträger eine auf der Umfangsf1äche einer Trommel (19) aufgebrachte Fotoleiterschicht (20) ist, deren Rückseite (21) mit einem gemeinsamen Gegenpol (26) von Spannungsquellen (24,25) für eine Ladungs- (22) bzw. übertragungscorona (23) verbunden ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenpol (26) mit dem ohmschen Widerstand (17) in Verbindung steht und durch diesen gegenüber Erde hochgelegt ist, und daß parallel zu dem ohmschen Widerstand (17) ein Halbleiterbauelement (18) geschaltet ist, das die an der Rückseite (21) der Fotoleiterschicht (20) sich aufbauenden Spannungen infolge der teilweise gleichzeitig ablaufenden Aufladungs-, Beiichtungs-, Entwicklungs- und Übertragungsvorgänge zur Erde ableitet.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauelement (18) eine Diode ist.
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