DE2655158A1

DE2655158A1 - Verfahren und vorrichtung zum entwickeln eines elektrostatischen latenten ladungsbildes

Info

Publication number: DE2655158A1
Application number: DE19762655158
Authority: DE
Inventors: Helmuth Haberhauer; Rudolf Dipl Phys Dr Hoelz
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1976-12-06
Filing date: 1976-12-06
Publication date: 1978-06-08
Also published as: FR2373083A1; JPS5370825A; FR2373083B1; US4194828A; NL7713389A; GB1591450A; ATA869877A; NL188121C; NL188121B; DE2655158C2; BE861509A; CA1079129A; AT357867B; IT1090813B

Description

HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT

KALLE Niederlassung der Hoechst AG K 2510

Wiesbaden-Biebrich 2. Dezember 1976

WLI-DI.Z.-is

Verfahren und Vorrichtung zum Entwickeln eines elektrostatischen latenten Ladungsbildes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entwickeln eines elektrostatischen latenten Ladungsbildes auf der Oberfläche eines aus einer fotoleitfähigen Schicht und einem elektrisch leitfähigen Schichtträger bestehenden Aufzeichnungsmaterials, mit gesteuerter Vorspannung der Entwickelelektrode, an der das Aufzeichnungsmaterial vorbeigeführt wird.

Es besteht seit langem das Bedürfnis, bei der Entwicklung von latenten elektrostatischen Ladungsbildern eine Betonerung der bildfreien Stellen von Vorlagen unterschiedlicher Grundhelligkeit, unter gleichzeitiger angemessener Entwicklung der Bildbereiche, zu verhindern.

Bei elektrostatischen Ladungsbildern entspricht, bedingt durch ihre Erzeugung, die absolute Höhe der Potentialverteilung

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häufig nicht den für eine optimale Bildentwicklung erforderlichen Werten. So kann beispielsweise der Hintergrundbereich des latenten Ladungsbildes, der im Idealzustand potential frei sein sollte, ein Restpotential von etwa 100 bis 200 Volt aufweisen. Eine Annäherung an den angestrebten Idealzustand durch Erhöhen der Belichtungsintensität oder -zeit kann erreicht werden, jedoch ist es wirtschaftlicher und zweckmäßiger, eine Kompensation des Restpotentials durch Anheben des Entwicklerpotentials um einen entsprechenden Betrag vorzunehmen. Diese Methode hat den Vorteil, daß gleichzeitig auch unterschiedliche Hintergrund-Helligkeiten, Grau- oder Farbtöne des Hintergrunds der Vorlage durch entsprechende Veränderung der Kompensationsspannung ausgeglichen werden können.

Dieses Prinzip der Steuerung des Entwicklerpotentials kann nicht nur in der Elektrofotografie mit herkömmlichen Bürokopierern, mit Laserbebi Iderung sondern auch in der Radiografie und bei der elektrofotografischen Zeichnungsvervielfältigung angewandt werden, wobei bei den beiden letzteren Verfahren nicht die absolute Hintergrundfreiheit angestrebt wird, sondern eine gewisse Tonerbedeckung, die feine Nuancen und kleine Dichteunterschiede besser erkennen läßt.

Elektrofotografische Entwicklungsverfahren, bei denen der Zone niedrigsten Potentials die größte erzielbare Helligkeit, nämlich die weitestgehende Freiheit von Toner, zugeordnet ist,

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sind bereits bekannt und ausführlich in der Patentliteratur beschrieben, z.B. in den deutschen Offen!egungsschriften 2 136 696, 2 336 499, 2 516 012 und 2 614 318. Bei diesen Verfahren und Vorrichtungen wird im allgemeinen das Restpotential des Fotoleiters durch eine Meßeinrichtung festgestellt und das Meßsignal nach geeigneter elektrischer Aufbereitung der Entwickeleinheit bzw. der Entwickelelektrode zugeführt. Es können dabei Feld-, Ladungs-, Spannungs- und Strommeßverfahren angewandt werden.

Die regeltechnisch exakte Trennung der Steuerung von der vorangehenden Messung erfordert einen aufwendigen Aufbau, wenn exakte Ergebnisse erzielt werden sollen.

Bei dem aus der DT-OS 2 136 696 bekannten Entwicklungsverfahren wird die Vorspannung der Entwickelelektrode in der Weise gesteuert, daß eine elektrische Ladung mit einer von der Spannung der zu entwickelnden Ladung abhängigen Spannung gespeichert und die Spannung der Entwickelelektrode auf dem durch die gespeicherte Spannung vorbestimmten Wert gehalten wird. Hierzu wird an einem Spannungsteil zwischen der Entwickelelektrode, die beispielsweise eine Magnetbürste ist, und der Gleichspannungsbezugsleitung eine Teilspannung abgegriffen, die einem bestimmten Prozentsatz der durch die Magnetbürste bei ihrem Kontakt mit dem Ladungsbild erzeugten Spannung entspricht. Diese Spannung wird über einen normalerweise geschlossenen Relaiskontakt an einen Kondensator angelegt, öffnet sich dieser Relaiskontakt,

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AA

so wird die Energiezufuhr von dem Spannungsteil zu einem Verstärker unterbrochen, so daß dieser nur noch mit dem Kondensator in Verbindung steht. Ein weiterer Kontakt des Relais schließt eine Verstärkerkette und ermöglicht es, daß die in dem Kondensator gespeicherte konstante Spannung nach geeigneter Verstärkung an die Magnetbürste angelegt wird. Parallel zu dem Spannungsteil ist ein weiterer Widerstand zwischen der Magnetbürste und der Bezugsleitung angeordnet, um eine unerwünschte Spannungsanreicherung auf der Magnetbürste zu verhindern, die durch den Kontakt der Magnetbürste mit einem Ladungsbereich hoher Spannung auf der Oberfläche eines Fotoleiters resultieren würde.

Die bekannte Vorrichtung aus der DT-OS 2 336 499 zur Verhinderung einer Entwicklung von Hintergrundbereichen aufgrund eines elektrostatischen Restpotentials bei einem latenten elektrostatischen Ladungsbild weist eine der Entwicklungsstation zugeordnete Vorspannungselektrode und Anordnungen zur Beaufschlagung der Elektrode mit einem vorgegebenen Potential auf. Ein die Oberfläche der Fotoleitertrommel abtastender Detektor mißt das Hintergrundpotential. Die Ausgangsspannung des Detektors wird verstärkt und dient zur Einstellung der von einer Spannungsquelle der Vorspannungselektrode zugeführten Spannung.

In ähnlicher Weise erfolgt bei der Vorrichtung zur automatischen Kontrolle des Vorspannungspotentials einer Entwickelelektrode

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nach der DT-OS 2 516 012 die Steuerung, bei der eine örtliche Trennung zwischen der Meßzone und der Entwickelzone vorgesehen ist. Hierzu ist in einem Flüssigentwickel trog eine erste Elektrode zur Messung des Potentials des Fotoleiters angebracht, während die in Laufrichtung nachfolgenden Elektroden die Steuerung d_es Entwicklerpotentials und damit des Entwicklungsablaufes übernehmen.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 614 318 ist ein Entwicklungsverfahren und eine -vorrichtung mit automatischer Vorspannung bekannt, die mit Hilfe einer Zenerdiode, die parallel zu einer Konstantstromquelle geschaltet ist, gesteuert wird. Die Zenerdiode und die Konstantstromquelle sind mit der Entwickelelektrode verbunden. Wenn das Durchschnittspotential des latenten Ladungsbildes über einen vorgegebenen Wert ansteigt, so wird der schwache Strom, der von der Konstantstromquelle zu der Entwickelelektrode geleitet wird, durch die Zenerdiode überbrückt bzw. nebengeschlossen, so daß auf diese Weise verhindert wird, daß die Entwickelelektrode ein übermäßig hohes Potential annimmt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung des Entwicklerpotentials durch das Hintergrundpotential des latenten elektrostatischen Ladungsbildes anzugeben, bei dem keine örtlich getrennte Meß- und Steuerstation für das Entwicklerpotential erforderlich sind und bei dem die über die Messung erhaltene, zum Hintergrundpotential proportionale

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Steuerspannung so rechtzeitig an der Entwickelelektrode anliegt, daß die Steuerspannung für das gesamte latente Ladungsbild wirksam wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Hintergrundpotential der bildfreien Anfangszone des latenten Ladungsbildes gemessen wird und mit diesem Meßwert die Vorspannung der Entwickelelektrode gesteuert wird, bevor die bildfreie Anfangszone wieder aus dem Bereich der Entwickel elektrode austritt.

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind aus den Maßnahmen der Patentansprüche 2 bis 11 ersichtlich.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß ein auf einem festen Bezugspotential liegendes kapazitives Glied über einen ersten Kontakt eines ersten Schaltelements mit der Entwickelelektrode verbunden ist, daß das kapazitive Glied an eine Verstärkerschaltung zur Messung des an dem kapazitiven Glied auftretenden Hintergrundpotentials angeschlossen ist und daß der Verstärkerschaltung nachgeschaltete Spannungsverstärkerstufen für die Steuerung der dem Entwicklergemisch über einen zweiten Kontakt des ersten Schaltelements zugeführten Vorspannung vorgesehen sind.

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Die weitere Ausgestaltung der Vorrichtung ist in den Patentansprüchen 13 bis 22 beschrieben.

Mit der Erfindung werden die Vorteile erzielt, daß das Messen des Hintergrundpotentials und das Steuern der Vorspannung der Entwickelelektrode über die Entwickelstation erfolgen, daß das Verfahren nicht auf elektrisch leitende oder nicht leitende Entwickler beschränkt ist und weitgehend unabhängig von schwankenden Einflußgrößen, wie beispielsweise Tonerkonzentrationsschwankungen im Entwickler, systematischen und Zufallsschwankungen im elektrostatischen Ladungsbild, ist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es auch bei in Ablaufrichtung kurzen Entwicklungszonen von beispielsweise nur 10 mm Länge, wie dies bei vielen Magnetbürstenverfahren der Fall ist, erfolgreich arbeitet. Eine wirkungsvolle Steuerung der Vorspannung der Entwickelelektrode innerhalb einer derart kurzen Entwicklungszone ist nur durch eine kapazitive Auskopplung des Hintergrundpotentials des Ladungsbildes zu erreichen.

Im Stand der Technik nach der DT-OS 2 136 696 hat nach dem Schluß der Messung und der nachfolgenden Umschaltung zur Steuerung der Vorspannung der Entwickelelektrode die Anfangszone des latenten Ladungsbildes im allgemeinen den Einflußbereich der Entwickeleinrichtung bereits wieder verlassen, so daß die über die Messung erhaltene Steuerspan

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nung zu spät eingreift, um für das gesamte latente Ladungsbild gleichermaßen wirksam zu werden. Das Ergebnis ist dann eine Kopie mit Anfangsrand, der auf die anfänglich noch ungesteuerte Vorspannung der Entwickelelektrode zurückzuführen ist.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Ergebnis der Messung nicht anfällig gegenüber Störspannungen ist, da es erheblich über dem Rauschpegel der üblicherweise in den Schalt- und Versorgungsleitungen auftretenden Störspannungsimpulsen liegt.

Das Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Schnittdarstellung eine Entwickelstation und eine Fotoleitertrommel sowie eine Schaltanordnung zum Entwickeln von Ladungsbildern,

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild der Schaltungsanordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Teilansicht der Entwickelelektrode und eines Teils der Fotoleitertrommel,

Fig. 4 einen Schnitt durch die Entwickelelektrode,

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Fig. 5 die Schaltzyklen zweier Relais, die in der Schaltanordnung nach den Fig. 1 und 2 verwendet werden,

Fig. 6 eine Schnittansicht der den Fotoleiter tragenden Trommel, die mit Schaltnocken zum Betätigen der Relais der Schaltanordnung versehen ist, und

Fig. 7 den Zusammenhang zwischen dem Hintergrundpotential des Fotoleiters und der Eingangs- und Ausgangsspannung der ersten Spannungsverstärkerstufe.

In Fig. 1 ist schematisch im Schnitt eine Trommel 1 dargestellt, auf deren Mantelfläche als Aufzeichnungsmaterial ein Fotoleiter 14 aufgebracht ist, der auf seiner äußeren Oberfläche ein latentes elektrostatisches Ladungsbild 9 trägt, das mittels eines Entwicklergemisches 3 sichtbar gemacht wird. Das Entwicklergemisch 3 befindet sich in einem Vorratsbehälter 2 und wird mit Hilfe einer Entwickelelektrode 10, die beispielsweise eine Magnetbürste sein kann, an das Ladungsbild 9 angetragen. Die Entwickelelektrode 10 besteht aus einer Metallwalze 23, auf der eine elektrisch wirksame, beispielsweise dielektrische Schicht 20, wie eine Eloxal schicht, aufgebracht ist. Eine Eloxal schicht bewirkt im allgemeinen eine Potential verschiebung, die bei der Auslegung der Potentiale der Schaltungsanordnung berücksichtigt werden muß. Das von der Entwickelelektrode 10 nicht auf die Fotoleiteroberfläche übertragene Entwicklergemisch 3 wird durch eine Abstreifrakel 35 von der Schicht 20 abgelöst und

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rieselt in den Vorratsbehälter 2 zurück. An der einen Begrenzungskante des Vorratsbehälters 2 ist eine Formplatte 22 angeordnet, deren Abstand von der Schicht 20 die Dicke des an dem latenten Ladungsbild 9 anliegenden Pelzes des Entwicklergemisches 3 bestimmt. Eine Leitung 24 verbindet die Metallwalze 23 mit einem ersten Kontakt RI₁ eines ersten Relais RI. Diese Leitung 24 steht des weiteren mit einem Widerstand R in Verbindung, der über einen ersten Kontakt RII. eines zweiten Relais RII mit einer Spannungsquelle 19 in Verbindung steht, die bevorzugt eine Gleichspannungsquelle mit veränderlicher Gleichspannung ist. Der eine Pol dieser Gleichspannungsquelle liegt auf Masse.

Der erste Kontakt RI. des ersten Relais RI ist in seiner Ruhestellung r mit dem zweiten Kontakt RII₂ des zweiten Relais RII verbunden, der auf Masse liegt. In seiner Arbeitsstellung a verbindet der erste Kontakt RI,. des ersten Relais RI die Leitung einerseits mit einem Eingang einer Verstärkerschaltung 11 und andererseits mit der einen Elektrode eines kapazitiven Gliedes C_M, dessen andere Elektrode auf Masse liegt. Der Ausgang der Verstärkerschaltung 11 ist über eine Verbindungsleitung 21 an einen mehrpoligen Schalter S angeschlossen, der wahlweise mit einem der Eingänge 4,5 oder 6 einer ersten Spannungsverstärkerstufe verbunden ist. Der Ausgang der ersten Spannungsverstärkerstufe ist an eine zweite Spannungsverstärkerstufe 13 angeschlossen. Die Verstärkerschaltung 11 sowie die beiden Spannungsverstärkerstufen 12 und 13 sind eingangsseitig mit einer Gleichspannungsquel-

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/12

le 15 verbunden, deren Ausgangsspannung, beispielsweise im Bereich von 0 - 300 Volt veränderlich ist. Diese Gleichspannungsquelle 15 ermöglicht es, die Bezugsspannungen der Verstärkerschaltung 11 und der beiden Spannungsverstärkerstufen 12 und 13 nach Bedarf zu verändern.

Eine Ausgangsleitung 25 verbindet den Ausgang der zweiten Spannungsverstärkerstufe 13 über einen zweiten Kontakt RL des ersten Relais RI mit der Formplatte 22.

Die Steuerung der Schaltphasen der beiden Relais RI und RII kann bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 über eine elektronische Zeitgebereinheit 16 erfolgen, die nach einem fest eingegebenen Programm die Schalttakte der beiden Relais bestimmt.

Die Messung des Hintergrundpotentials und die Steuerung der Vorspannung der Entwickelelektrode 10 werden im folgenden anhand des Ersatz-Blockschaltbilds nach Fig. 2 näher beschrieben. In dem Ersatz-Schaltbild sind eine Kontaktkapazität C„ des Ent-Wicklergemisches 3 zwischen der Entwickelelektrode 10 und der Oberfläche des Fotoleiters 14, eine Eigenkapazität C_D der

Entwickelelektrode 10 und eine Kapazität C. der Schicht 20 der Entwickelelektrode 10 eingezeichnet, die in Reihe mit dem kapazitiven Glied C_M liegen, das beispielsweise ein Kondensator mit einer Kapazität von 1 bis 2000 pF, bevorzugt von 50 bis 150 pF sein kann. Das als Meßfühler wirkende Entwicklergemisch 3 mit der Kontaktkapazität C^ und der

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AB

Eigenkapazität C_ß der Entwickelelektrode 10, die zusammen eine wirksame Kapazität in'der Größenordnung von 1 nF besitzen, ist über die Kapazität C. von einigen nF der Schicht 20 der Entwickelelektrode 10 direkt an die Verstärkerschaltung 11 bzw. an das kapazitive Glied C„ angeschlossen. Die Meßspannung erscheint an dem kapazitiven Glied C_M durch kapazitive Spannungsteilung über die voranstehend erwähnte Kapazitätskette. Da die Meßspannung der Verstärkerschaltung 11 über den ersten Relaiskontakt RI, in dessen Arbeitsstellung a zugeführt wird, ist der Weg für das Meßsignal nur für die Dauer der Meßphase frei, die durch die Schließzeit des ersten Relais RI bestimmt wird. Während der Steuerphase und der darauf folgenden Zwischenphase ist das erste Relais RI, wie aus dem Schaltdiagramm nach Fig. 5 der beiden Relais RI und RII ersichtlich ist, in seiner Ruhestellung. Das zweite Relais RII ist während der Meßphase und der Steuerphase geöffnet und nur während der Zwischenphase in seiner Arbeitsstellung a geschlossen, um über den Widerstand R, der etwa in der Größenordnung von 10 M Λ liegt, an die Entwickelstation ein bestimmtes Potential vor Beginn der Meßphase anzulegen, um den Aufbau der Spannung über die Kondensatorkette C„, Cn, C» zu beschleunigen. Nach Beendigung der Meßphase geht das erste Relais RI in seine Ruhestellung r über, wodurch der erste Kontakt RI₁ des ersten Relais RI die Zufuhr der Meßspannung zu der Verstärkerschaltung 11 bzw. zu dem kapazitiven Glied C_M unterbricht. Da die Verstärkerschaltung 11 bevorzugt eine Eingangsstufe mit einem Feldeffekttransistor aufweist, der einen

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IO

hohen Eingangs-Ableitwiderstand besitzt, wirkt das kapazitive Glied C_M, nachdem der erste Kontakt RI. in seine Ruhestellung r übergegangen ist, als Haltekondensator mit einer Zeitkonstante in der Größenordnung von einer Sekunde bis 10 Sekunden.

Der mehrpoLige Schalter S in der Verbindungsleitung 21 zwischen der Verstärkerschaltung .11 und der ersten Spannungsverstärkerstufe 12 ermöglicht es, einen der Eingänge 4,5 oder 6 der Spannungsverstärkerstufe 12 anzusteuern und das Ausgangssignal der Verstärkerschaltung 11 je nach Bedarf zu verstärken. Die erste Spannungsverstärkerstufe 12 ist im allgemeinen eine übliche Transistorstufe, deren Verstärkungsfaktor im Bereich von 2 bis 4 liegt. Die zweite Spannungsverstärkerstufe 13 ist als Endstufe ausgebildet und liefert die Steuerspannung bzw. die Vorspannung an die Entwickelelektrode 10 über die Ausgangsleitung 25 und den in seiner Ruhestellung r befindlichen zweiten Kontakt RIp des ersten Relais RI an die Widerstandskette, gebildet aus den Widerständen R_M, R,, und R_ß.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß der Widerstand R., zwischen der Schicht 20 der Entwickelelektrode 10 und einem Kontaktplättchen 26 der Formplatte 22 auftritt. Des weiteren ist in dieser Figur angedeutet, an welchen Stellen die Kapazitäten C-, C_ß und C_K sowie die Widerstände R_ß und R_K auftreten. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 werden beispielsweise das erste und zweite Relais mittels Schaltmarkierungen 17 ein- bzw. ausge-

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schaltet, die an der Oberfläche des Fotoleiters 14 angeordnet sind. Diese Schaltmarkierungen 17 gelangen bei der Drehung der Trommel 1 mit Schalthebel 8 von ortsfesten Mikroschal tern 7 in Berührung, die dadurch betätigt werden und die erforderlichen Schaltimpulse für die Relais RI und RII liefern.

In Fig. 4 ist im Detail die Formplatte 22 dargestellt, die sich über die Breite der Entwickelelektrode 10 erstreckt und einen trogförmigen Einschnitt aufweist, der an den Rändern von den unmittelbar der Schicht 20 der Entwickelelektrode 10 gegenüberliegenden Kontaktplättchen 26 begrenzt wird. Die zu beiden Seiten befindlichen Kontaktplättchen 26 sind miteinander verbunden und an die Ausgangsleitung 25 in Fig. 1 über den zweiten Kontakt RIp des ersten Relais RI angeschlossen. In Fig. 4 ist noch angedeutet, daß über den Widerstand R eine bestimmte Vorspannung an die Entwickelelektrode 10 während der Zwischenphase angelegt wird und daß über eine Welle 36 der Entwickelelektrode 10, die elektrisch mit der Metallwalze 23 verbunden ist, die Meßspannung bzw. das Meßsignal abgegriffen wird.

In Fig. 6 ist schematisch eine weitere Schaltmöglichkeit für die beiden Relais RI und RII dargestellt. Hierzu sitzen auf der Achse der Trommel 1 zwei Schaltnocken 18,28 auf, die mit Rollen 33,34 zusammenwirken, die an dem einen Ende von Schaltfahnen 31 bzw. 32 befestigt sind. Die Schaltfahnen sind Bestandteile von Schalter 29 bzw. 30, deren Ausgänge zu dem zweiten Relais RII bzw. zu dem ersten Relais RI führen.

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In Fig. 7 ist schematisch der Zusammenhang zwischen dem Hintergrundpotential des Fotoleiters 14 und der Eingangs- und der Ausgangsspannung der ersten Spannungsverstärkerstufe 12 dargestellt. Zu jedem Hintergrundpotential des latenten Ladungsbildes, das auf der Abszissenachse aufgetragen ist, gibt es eine während der Meßphas-6 festgestellte, an einem der Eingänge 4,5 oder 6 der ersten Spannungsverstärkerstufe 12 anliegende Eingangsspannung UV und eine zur Steuerung der Entwickelspannung erwünschte Ausgangsspannung U«. Es können auch mehrere Ausgangsspannungen U»_o, υ., und U»2 usw. für unterschiedliche Dichten des Hintergrundes, beispielsweise zur Vervielfältigung von kontrastarmen Strichzeichnungen, Wiedergabe verschiedener Hintergrundfarben und/oder möglichst tonerfreiem Hintergrund erforderlich sein. Durch entsprechende Einstellung des Verstärkungsfaktors

U_A - U_s a₂
V = -π n— = — der ersten Spannungsverstärkerstufe 12 kann er-

^UE ' ^US ^a1
reicht werden, daß die im allgemeinen steiler verlaufende Ausgangsspannung U_ft aus der Eingangsspannung Ur durch Subtrahieren der Schnittpunktordinate Ur₅, Multiplizieren mit ag/a. und Addieren der Spannung im Schnittpunkt U.,- = Up,-hervorgeht.

Dies erfolgt mit U_fl = a₂ . U_R + C₂ und U_E = a₁ . U_R + C₁ durch Einsetzen in die Beziehung der Schnittpunktordinaten υ.ς = U_ES, wodurch erhalten wird U_A = 8^a₁ (U_E-U_ES) + U_AS. Die Ausgangssteuerspannung U_A geht also jeweils aus der Eingangs-Meßspannung U_E durch die Schritte wie Subtrahieren der Schnitt-

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punktordinate Ur₅ von der Eingangsmeßspannung U^, Multiplizieren dieser Spannungsdifferenz mit dem Verstärkungsfaktor a^/a* und Addieren der Schnittpunktspannung υ»ς hervor. Dies bedeutet, daß mit Hilfe der Addition der Grundspannung und der Anwendung eines einfachen Verstärkers ausgekommen werden kann, wobei diese Regel auch jjei Unterschiedlichen Formatbreiten des Ladungsbildes gilt, die entsprechend der jeweiligen Stellung des mehrpoligen Schalters S wählbar sind.

Die Wirkungsweise der Entwicklervorrichtung ist folgende:

Das auf dem Fotoleiter 14 befindliche latente elektrostatische Ladungsbild 9 wird zur Entwicklung in den Einflußbereich der Entwickelelektrode 10 gebracht. Dabei wird zu einem Zeitpunkt kurz vor dem Einbringen des Latentbild-Randes bis zu einem Zeitpunkt, bevor der Latentbild-Rand den Einflußbereich der Entwickelelektrode wieder verläßt, das Potential der bildfreien Anfangszone der Vorlage über die kapazitive Spannungsauskopplung mittels des kapazitiven Gliedes C_M gemessen. Für die Feststellung der Größe des Meßsignals steht nur eine kurze Zeitspanne von beispielsweise 1/20 Sekunde zur Verfugung. Die kapazitive Auskopplung ist bei leitfähigem oder nichtleitfähigem Trägermaterial bzw. Toner des Entwicklergemisches 3 möglich, soweit die Kapazität des Entwicklergemisches 3 zwischen der Oberfläche des Ladungsbildes 9 und der Entwickelelektrode 10 bei etwa 10 bis 10 Farad, vorzugsweise zwischen 10 bis 10 Farad liegt.

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Die Vorteile der kapazitiven Signalauskopplung liegen in der schnellen Gewinnung eines hohen Meßsignals, das zwischen etwa 50 bis Über 90 % des Hintergrundpotentials des Fotoleiters 14 betragen kann und in der geringen Abhängigkeit von Fremdeinflüssen. Beispielsweise wirkt sich eine Ungleichmäßigkeit oder eine zeitliche Veränderung der isolierenden Anteile des Entwicklergemisches bei der kapazitiven Auskopplung viel weniger stark aus als bei einer ohmschen Auskopplung.

Zu Beginn und während der Messung wird die Entwickelelektrode von Fremdspannungen - abgesehen von einer anfänglichen, konstanten Vorspannung über den Widerstand R - freigehalten und die Meßspannung über den ersten Kontakt RI. des ersten Relais RI in seiner Arbeitsstellung a der Verstärkerschaltung 11 zugeführt. Das Umschalten von der Meßphase auf die unmittelbar daran anschließende Steuerphase ist zeitlich so festgelegt, daß das Steuersignal die Entwickelelektrode 10 so frühzeitig erreicht, daß die Anfangszone des latenten Bildes noch voll im Einflußbereich der Entwickelelektrode 10 erfaßt wird und dadurch ein störender, sich üblicherweise als Anfangsrand absetzender Streifen auf der Kopie vermieden wird. Hierzu wird die Meßphase vorzeitig beendet, indem sie auf eine Zeitspanne beschränkt wird, innerhalb der das einlaufende Ladungsbild die Entwickelzone der Entwickelelektrode 10 in einem Bereich von 50 bis 70 % ausfüllt und anschließend sofort zur Steuerphase umgeschaltet wird. Da sich die Meßspannung auf dem Weg durch das Entwicklergemisch 3 von

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dem Ladungsbild bis zu der Entwickelelektrode 10 trompetenförmig verbreitert, wird auf der Entwickelelektrode 10 in einem Bereich die Meßspannung gemessen, der etwa der vollständigen Ausfüllung der Entwickelzone durch das Ladungsbild entspricht. Ein gewisser Fehlbetrag kann bei der anschließenden Verstärkung durch die Spannungsverstärkerstufen 12 und 13 ausgeglichen werden. Analog gilt bei einer entsprechend frühzeitigen Einspeisung der Steuerspannung, daß diese trompetenförmig auseinanderfließt, und zwar von der Formplatte 22, die als Elektrode dient, in Richtung auf das latente Ladungsbild 9 auf dem Fotoleiter 14 der Trommel 1. Dadurch wird ein größerer Bereich am Bildanfang erfaßt, als er den direkten geometrischen Verhältnissen entspricht. In der Praxis erfährt hierbei sogar der erste Latentbild-Rand eine ausreichende Steuerung, wie sie mehr als 50 % der geometrisch definierten Entwickelzone entspricht, so daß im Endergebnis die erforderliche Überlappung der Meßphase und der Steuerphase erhalten wird.

Es wird üblicherweise ein Positivbild der zu reproduzierenden Vorlage entwickelt, jedoch kann auch ein Negativbild erhalten werden. Hierzu kann ein vorgeladener Toner oder ein nicht vorgeladener Einkomponenten-Magnettoner verwendet werden, in dem entsprechende Ladungen durch das latente Ladungsbild induziert werden. Beim vorgeladenen Toner kann durch entsprechendes Einstellen der Vorspannung oder Zuschalten einer Spannung und gleichzeitigem Wechsel der Polarität des latenten Ladungsbildes das Negativbild bzw. Umkehrbild entwickelt werden.

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Das Verfahren und die Vorrichtung sind auch für Flüssigentwicklung geeignet.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Entwickeln eines elektrostatischen latenten Ladungsbildes auf der Oberfläche eines aus einer elektrisch isolierenden Schicht und einem elektrisch leitfähigen Schichtträger bestehenden Aufzeichnungsmaterials, mit gesteuerter Vorspannung der Entwickelelektrode, an der das Aufzeichnungsmaterial vorbeigeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Hintergrundpotential der bildfreien Anfangszone des latenten Ladungsbildes gemessen wird und mit diesem Meßwert die Vorspannung der Entwickelelektrode gesteuert wird, bevor die bildfreie Anfangszone wieder aus dem Bereich der Entwickelelektrode austritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwickelelektrode als Meß- und anschließend als Steuerelektrode für das gleiche latente Ladungsbild eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwickelelektrode kurzzeitig als potentialfreie Meßelektrode betrieben wird, die über eine kapazitive Ankopplung das Hintergrundpotential des latenten Ladungsbildes mißt.

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4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung des Hintergrundpotentials und die elektrische Umsetzung des Meßwertes in eine zugeordnete Vorspannung der Entwickelelektrode so kurzfristig aufeinander folgen, daß ein zeitlicher Rückwirkungs- bzw. Überlappungseffekt auftritt, bei dem die in Abhängigkeit von dem gemessenen Hintergrundpotential gesteuerte Vorspannung der Entwickelelektrode die zur Bestimmung des Hintergrundpotentials benutzte Vorderkante des latenten Ladungsbildes noch innerhalb des Einflußbereichs der Entwickelelektrode erfaßt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorgänge für die Meß-, Steuer- und die Zwischenphasen der Spannungsregelung der Entwickelelektrode durch ortsfeste oder mit dem Aufzeichnungsmaterial synchron bewegte mechanische Schaltelemente ausgelöst werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Steuermarkierungen auf dem Aufzeichnungsmaterial die Schaltvorgänge für die Meß-, Steuer- und Zwischenphasen der Spannungsregelung der Entwicklerelektrode in Gang gesetzt werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorgänge für die Meß-, Steuer- und die Zwischenphasen der Spannungsregelung der Entwickelelektrode über eine elektronische Zeitgebereinheit angesteuert werden.

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8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich der unterschiedlichen Breiten von Aufzeichnungsmaterial und latentem Ladungsbild additive und/oder

multipiikative Korrekturen durch Verändern des Hintergrundpotentials und/oder des Verstärkungsfaktors für das gemessene Hintergrundpotential zwischen der Meßgröße und der Steuergröße angebracht werden.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Kompensation der Vorspannung der
Entwickele! elctrode für die Dunkelwerte des latenten Ladungsbildes durch Verschieben der Grundspannung der Entwickelelektrocfe vorgenommen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet» daß ein Einkomponenten-Ntegnettoner verwendet wird, der nicht vorgeladen ist und in dem durch das latente Ladungsbild entsprechende Ladungen induziert werden.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umkehrbild bzw. Negativbild der zu reproduzierenden Vorlage mit einem vorgeladenen Toner durch entsprechendes Einstellen der Vorspannung oder Zuschalten einer Spannung und gleichzeitigem Wechsel der Polarität des latenten Ladungsbildes entwickelt wird.

f> ρ q p ? ^ / ρ 'Ί 7 /„

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 11, mit einer Entwicklungsstation, die die mit einer steuerbaren Vorspannung beaufschlagbare Entwickelelektrode enthält, die im Abstand zu einem das AufzeichnungsmateriaT tragenden Element angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf eiaem festen Bezugspotential liegendes kapazitives Glied (C_M) über einen ersten Kontakt (Rl«) eines ersten Schaltelements mit der Entwickelelektrode (10) verbunden ist, daß das kapazitive Glied (C_M) an eine Verstärkerschaltung (11) zur Messung des an dem kapazitiven Glied (C_M) auftretenden Hintergrundpotentials angeschlossen ist und daß der Verstärkerschaltung (11) nachgeschaltete Spannungsverstärkerstufen (12,13) für die Steuerung der dem Entwicklergemisch über einen zweiten Kontakt (Rio) des ersten Schaltelements zugeführten Vorspannung vorgesehen sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schaltelement ein Relais (RI) für die Umschaltung von der Meß- in die Steuerphase ist und daß ein zweites Relais (RII) als Schaltelement vorgesehen ist, dessen erster Kontakt (RII-) in seiner Arbeitsstellung mit einer Spannungsquelle (19) verbunden ist und dessen zweiter Kontakt (RIIo) in seiner Arbeitsstellung eine Verbindung zwischen Masse und der Ruhestellung des ersten Kontakts (RI₁) des ersten Relais (RI) herstellt.

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14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kontakt (RH₁) des zweiten Relais (RII) in seiner Arbeitsstellung die Spannungsquelle (19) mit einem Widerstand (R) verbindet, über den eine vorwähl bare Vorspannung an die Entwickelelektrode (10) während einer Zwischenphase angelegt wird und daß der Widerstand (R) an der Metallwalze (23) der Entwickelelektrode (10) angeschlossen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das kapazitive Glied (C_M) in Reihe mit der Kontaktkapazität (C.,) des Entwicklergemisches (3) zwischen der Entwickelelektrode (10) und der Fotoleiteroberfläche, der Eigenkapazität (C_ß) der Entwickelelektrode (10) und der Kapazität (C_ft) einer Schicht (20) der Entwickelelektrode (10) liegt und mit diesen Kapazitäten einen kapazitiven Spannungsteiler bildet.

16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine variable Gleichspannungsquelle (15) vorgesehen ist, die mit der Verstärkerschaltung (11) und den beiden Spannungsverstärkerstufen (12,13) verbunden ist, um nach Bedarf die Bezugsspannung jeder dieser drei Verstärkerstufen (11,12,13) anzuheben.

17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangs-Abieitwiderstand der Ver-

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Stärkerschaltung (11) so gewählt wird, daß er zusammen mit der

Kapazität von 1 bis 1000 pF des kapazitiven Gliedes (C_M) eine
Zeitkonstante im Bereich von einer Sekunde bis 10 Sekunden
ergibt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Zeitgebereinheit (16) zum Steuern des
Schließens und öffnens der ersten und zweiten Kontakte

(RI₁, RII₁ und RI₂, RII₂) der Relais (RI,RII) vorgesehen ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmarkierungen (17) auf der isolierenden Schicht des
Aufzeichnungsmaterials angeordnet sind, die das Schließen und
öffnen der Kontakte der Relais (RI,RII) auslösen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltnocken (18,28) auf der Achse der Trommel (1) aufsitzen, die mit Schalter (29,30) über Schaltfahnen (31,32), die Rollen (33,34) aufweisen, in Verbindung stehen und daß die Rollen (33,34) längs dem Umfang der Schaltnocken (18,28) ablaufen
und die Schaltfahnen (31,32) zum Betätigen der Schalter (29,30) verstellen, die die Relais (RI,RII) schalten.

21. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung (21) zwischen der Verstärkerschaltung (11) und der nachfolgenden Spannungsverstärkerstufe (12) ein mehrpoliger Schalter (S) angeordnet ist, der von Hand oder

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automatisch entsprechend des jeweiligen Formats der Kopie auf den zugehörigen Eingangswiderstand bzw. Verstärkungsfaktor der Spannungsverstärkerstufe (12) umschaltbar ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kontakt (RI₂) des ersten Relais (RI) in seiner Ruheposition den Ausgang der letzten Spannungsverstärkerstufe (13) mit einer Formplatte (22) verbindet, die sich über die Breite der Entwickelelektrode (10) erstreckt.

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