DE3138507C2

DE3138507C2 - Einrichtung zum Entwickeln eines elektrostatischen Ladungsbildes mit Tonerteilchen

Info

Publication number: DE3138507C2
Application number: DE3138507A
Authority: DE
Inventors: Alban 8050 Freising Nusser
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-09-28
Filing date: 1981-09-28
Publication date: 1983-08-18
Also published as: DE3138507A1; US4527884A; JPS5866969A

Abstract

Die Einrichtung weist einen Entwicklungsspalt (7), einen Zuführkanal (8) und einen Abführkanal (10) auf, welche von einer Erregerschicht (2) zur elektrostatischen Aufladung von Tonerteilchen (3) mittels Triboelektrizität umgeben sind. Es sind Elektroden (1) vorgesehen. Im Bereich des Zu- und Abführkanals ist daran eine Mehrphasenwechselspannung angelegt, welche ein sich fortpflanzendes, inhomogenes Feld zum An- und Abtransport der Tonerteilchen erzeugt. Im Bereich des Entwicklungsspaltes ist eine Einphasenwechselspannung angelegt, welche ein Feld erzeugt, das die Tonerteilchen an einen Informationsträger (5) drückt. Die Erfindung ermöglicht eine schnelle, gleichmäßige Großflächeneinfärbung bei hoher Auflösung unter größtmöglicher Schonung der Oberfläche des Informationsträgers.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei elektrografischen und elektrofotografischen Einrichtungen wird beispielsweise auf der Oberflache eines Bildübertragungselementes ein elektrostatisches Ladungsbild erzeugt, dieses in einer Entwicklerstation mit Tonerteilchen eingefärbt und das so entstandene Tonerbild auf einen Träger, beispielsweise Papier, umgedruckt.

Aus »Elektrodynamisches Verhalten der aufgeladenen Aerosolteilchen in den inhomogenen Wechsel- und Gleichfeldern«, Niederschrift eines Gastvortrages an der ETH Zürich vom 1. Juni 1973 von Senichi Masuda. ist ein Teilchenstrahlverfahren bekannt, mit welchem Teilchen an einer dielektrischen Oberflächenschicht aus einer Kunststoffolie elektrostatisch aufgeladen werden, und dann ein dabei entstehendes Aerosol mit Hilfe eines elektrischen Vorhanges vom Wanderwellentyp an eine als Elektrode ausgebildete Papierauflage befördert wird. Das Aerosol wird in einem Bandfilterteil in einen Teilchenstrahl umgeformt, dessen Teilchen von einer Gegenelektrode angezogen werden. Vor dieser ist Papier angeordnet. Der Teilchenstrahl wird in einem Steuerungsteil von Ablenkelektroden in einer gewünschten Richtung auf das Papier gelenkt

Eine derartige Vorrichtung unter Verwendung eines inhomogenen Wechselfeldes zum Transport der Tonerteilchen wird auch in der DE-OS 22 16 819 beschrieben.

Derartige Teilchenstrahlverfahren sind jedoch nicht für eine Einrichtung der eingangs genannten Art geeignet. Diese erfordert eine gleichmäßige Großflächeneinfärbung des Informationsträgers.

Es war daher Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zum Einfärben eines elektrostatischen Ladungsbildes anzugeben, welche bei hoher Bildauflösung und hoher Einfärbegeschwindigkeit eine gleichmäßige Großflächeneinfärbung und einen einwandfreien Bildhintergrund erzeugt Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst.

Die Einrichtung hat den Vorteil, daß die Tonerteilchen in Form einer Aerosolwolke durch den vom inhomogenen elektrischen Wechselfeld erzeugten elektrischen Vorhang zusammengehalten, in einer ungeradlinigen Flugbahn transportiert und während des Vorbeibewegens am Informationsträger unter dessen größtmöglicher Schonung an der Oberfläche desselben konzentriert werden. Damit wird die Quote des Wechselwirkungskontaktes der Tonerteilchen mit der Oberfläche des Informationsträgers gezwungenermaßen erhöht.

Die Tonerpartikel werden durch ein elektrisches Feid in die gewünschte-Transportrichtung bewegt. Da dieses durch entsprechende Wahl des Gleichspannungspotentials, der Amplitude, der Frequenz und der Art der Schwingungsform schnell und ohne Zeitverzug gesteuert werden kann, kann die elektrische Entwicklungsspaltweite, die Größe und die Driftgeschwindigkeit der Tonerstaubwolke und damit der Durchsatz und die Flugbahnform der Tonerpartikel augenblicklich und im wesentlichen unabhängig voneinander beeinflußt werden. Durch eine ungeradlinige Flugbahn der Tonerteilchen wird eine gute Durchmischung und gleichmäßige Verteilung der Tonerstaubwolke erreicht. Die erfindungsgemäße Elektrodenreihe im Bereich des Entwicklungsspaltes wirkt gleichzeitig als Gegenelektrode zum Zwischenträger, was die homogene Einfärbung größerer Flächen ermöglicht.

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich anhand der Unteransprüche. Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert.

II)

F i g. 1 zeigt schematisch einen elektrischen Vorhang vom Kontakttyp (Dreiphasenbetrieb).

Fig.2 zeigt eine Einrichtung zurr. Einfärben eines elektrostatischen Ladungsbildes auf einem Informationsträger.

F i g. 3 zeigt eine Weiterbildung der Einrichtung aus Fig.2.

F i g. 4 zeigt eine Einzelheit der F i g. 2 und 3.

Fig.5 und 6 zeigen einen Querschnitt durch einen Entwicklungssp.ilt und

F i g. 7 zeigt eine Weiterbildung der Einrichtung aus Fig.2.

Der elektrische Vorhang vom Kontakttyp in F i g. 1 weist eine Reihe von parallelen, zylindrischen Elektroden 1 auf, die gegeneinander isoliert auf einer Fläche ι > angeordnet und mit einer dreiphasigen Wechselspannung aus einer Dreiphasenspanaungsquelle 4 gespeist sind. Die Elektroden sind abwechselnd mit Phasen U, V, W verbunden. Beim Anlegen einer Mehrphasenwechselspannung wird ein sich fortpflanzendes inhomogenes ■*> Feld erzeugt, wodurch ein elektrischer Vorhang vom Wanderwellentyp entsteht Die Elektroden 1 weisen einen Durchmesser von 6 mm auf. Der Elektrodenabstand 11 beträgt 10 mm. Ober den Elektroden \ ist eine dielektrische Oberflächenschicht angebracht an die die 2Ί Elektroden 1 anliegen und auf welcher sich Tonerteilchen 3 befinden. Diese werden durch Kontaktaufladung elektrostatisch aufgeladen und abgestoßen. Deshalb ist die dielektrische Oberflächenschicht als Erregerschicht 2 bezeichnet. Sie besteht aus einer PTFE-Folie. Wird an m die Elektroden 1 eine Einphasenwechselspannung angelegt so wird ein elektrischer Vorhang vom Standwellentyp erzeugt, der nur als Sperrschicht wirkt Ein elektrischer Vorhang vom Wanderwellentyp weist neben der Sperrwirkung noch eine Transportwirkung r> auf.

In Fig.2 werden in einem Entwicklungsspalt 7 Tonerteilchen 3 an einem entgegen der Bewegungsrichtung der Tonerteilchen 3 rotierenden, zylinderförmigen Informationsträger 5 angelagert. Parallel zur Zylinder- ·«> oberfläche sind hinter der Erregerschicht 2 im Bereich des Entwicklungsspaltes 7 Elektroden Γ angeordnet An diese ist eine Mehrphasenwechselspannung angelegt. In den Entwicklungsspalt 7 mündet ein Zuführungskanal 10 zur Zuführung von Tonerteilchen 2 aus einem nicht -n dargestellten Vorratsbehälter. Ein Abführkanal 8 leitet nicht angelagerte Tonerteilchen 5 aus dem Entwicklungsspalt 7 ab. Der Entwicklungsspalt 7, der Zuführkanal 10 und der Abführkanal 8 nehmen die Breke des Informationsträgers 5 ein. ><>

Zuführkanal 10 und Auführkanal 8 werden von den parallel zueinander angeordneten und um den jeweiligen Kanal in sich geschlossenen Elektroden 1 und die Erregerschicht 2 gebildet, welche jeweils den Zuführkanal 10 und den Abführkanal 8 vollständig umgibt Die « Elektroden 1 und V sind mit der jeweiligen Erregerschicht 2 galvanisch verbunden und mit einer Mehrphasenwechselspannung beaufschlagt.

Die aus dem Vorratsbehälter in den Zuführkanal 10 gebrachten Tonerteilchen 3 werden durch Kontakt untereinander und/oder Kontakt mit der Erregerschicht 2 aufgeladen. Die Aufladung erfolgt in erster Linie durch Triboelektrizität während des Aufprallens auf die Erregerschicht 2. Deshalb ist diese aus einem Material gefertigt, welche die für die gewünschte Polarität der elektrischen Ladung der Tonerteilchen 3 geeignete triboelektrische Eigenschaft aufweist. Die elektrisch geladenen Tonerteilchen 3 werden abgestoßen und von

60 dem mittels der Elektroden 1 erzeugten, sich fortpflanzenden inhomogenen Wechselfeld in den Entwicklungsspalt 7 transportiert Dort werden sie von dem mit Hi'fe der Elektroden Γ erzeugten Wechselfeld, welches ais Sperrschicht wirkt, an der Oberfläche des Informationsträgers 5 konzentriert, womit die Quote des Wechselwirkungskontaktes der Tonerteilchen mit der Oberfläche des Informationsträgers 5 gezwungenermaßen erhöht wird. Dadurch erfolgt eine schnelle und gleichmäßige Einfärbung des elektrostatischen Ladungsbifdes. Die Elektroden Γ wirken gleichzeitig als Gegenelektrode zum Informationsträqer 5, was die homogene Einfärbung größerer Flächen ermöglicht Nicht angelagerte Tonerteilchen 3 werden über den Abführkanal 8 abgeführt Dieser ist wie der Zuführkanal 10 ausgebildet

Im elektrischen Wechselfeld vom Wanderwellentyp werden die geladenen Tonerteilchen 3 in zykloidenförmigen oder ähnlichen Bahnen transportiert Durch diese ungeradlinigen Flugbahnen wird eine gleichmäßige Verteilung und Durchmischung de' Tonerteilchen 3 erreicht Die Flugbahnen der Tonerteilchen 3 und die Driftgeschwindigkeit werden durch die elektrischen Felder der Elektroden 1 und Γ mittels entsprechender Wahl des Gleichspannungspotentials, Amplitude und Frequenz und Art der Schwingungsform des elektrischen VVechselfeides gesteuert. Die Einfärbung des Informationsträgers 5 kann natürlich auch erfolgen, wenn er in Bewegungsrichtung der Tonerteilchen 3 rotiert oder wenn er stillsteht

Der Entwicklungsspalt 7, der Zuführkanal 10 und der Abführkanal 8 können in allen Raumlagen, auch gegen die Schwerkraft, arbeiten, wenn die Elektroden in geeigneter Weise angeordnet sind.

Die in F i g. 3 dargestellte Weiterbildung der Einrichtung aus F i g. 2 weist eine Verbindung des Abführkanals 8 mit dem Zuführkanal 10 auf. Die Verbindung ist so ausgeführt, daß jeweils die dem Entwicklungsspalt 7 abgewandten öffnungen miteinander verbunden sind. Der Zuführkanal 10 ist natürlich weiterhin mit dem Vorratsbehälter verbunden. Auf diese Weise werden Toih .-teilchen 3, welche nicht am Informationsträger 5 angelagert werden, in einem Kreislauf befördert.

In F i g. 4 ist die Erregerschicht 2 mit den Elektroden 1 kontaktiert. Das geschieht durch eine Reihe von parallel geschalteten Gleichspannungselektroden 6, welche direkt mit der Erregerschicht 2 verbunden sind. Sie sind parallel zu den Elektroden 1 angeordnet. Jeweils ein Phasenleiter U, V, M ist über einen Gleichrichter 9 mit den Gleichspannungselektroden 6 verbunden. Die Materialpaarung von Gleichspannungselektroden 6 und Erregerschicht 2 ist so gewählt, daß Ladungen von Gleichspannungselektroden 6 auf die Erregerschicht 2 gelangen. Durch die Anreicherung der Erregerschicht 2 mit Ladungen wird die triboelektrische Aufladung der Tonerteilchen 3 unterstützt, da an die Tonerteilchen 3 abgegebene Ladungen ersetzt werden. Die Elektroden 1 und Gleichspannungselektroden 6 können auch als Doppelelektroden ausgebildet sein. Die Elektroden 1 und/oder die Gleic!ispannungseiektroden 6 können auf einem Trägermedium, beispielsweise einer Platine, aufgebracht sein.

Fig.5 zeigt einen Querschnitt durch den Entwicklungsspalt 7. Die Erregerschicht 2 ist nicht dargestellt. Die Weite des Entwicklungsspaltes 7 ist so gewählt, daß die Tonerteilchen 3 vom elektrischen Vorhang, welcher vom Wechselspannungsfeld der Elektroden Γ erzeugt wird, an die Oberfläche 5 gedruckt werden. Die

Elektroden Γ und die Erregerschicht sind am Rand des Spaltes seitlich, berührungsfrei ein Stück über die Stirnseiten des Informationsträgers 5 geführt. Der von diesen U-förmig gebogenen Elektroden Γ erzeugte elektrische Vorhang verhindert, daß Tonerteilchen 3 über den Spalt zwischen Erregerschicht 2 und Informationsträger 5 aus dem Entwicklungsspalt 7 austreten können.

Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Beispiel eines Entwicklungsspaltes 7. Die Elektroden Γ sind U-förmig gebogen. Ihre Enden sind berührungsfrei bis an die Zylinderoberfläche des Informationsträgers 5 geführt. Die Spaltdichtung erfolgt durch den elektrischen Vorhang.

> In F i g. 7 sind zum Heranbringen der Tonerteilchen 3 in den Entwicklungsspalt 7 vier parallele Zuführungskanäle 10 ausgeführt. Damit ist eine schnellere und gleichmäßigere Einfärbung des Informationsträgers 5 möglich. Das Abführen überschüssiger Tonerteilchen 3

"> erfolgt über den Abführkanal 8.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Einrichtung zum Entwickeln eines auf einem informationsträger ausgebildeten elektrostatischen Ladungsbildes mittels einer Aerosolwolke aus Tonerteilchen, bei der die Tonerteilchen über einen Zuführkanal einem den Informationsträger aufnehmenden Entwicklungsspalt zugeführt und über einen Abführkanal entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführkanal (10), der to Entwicklungsspalt (7) und der Abführkanal (8) eine dielektrische, die Tonerteilchen (3) triboelektrisch aufladende Oberflächenschicht (2) aufweisen, und daß an der Oberflächenschicht (2) angeordnete Elektroden (2) in an sich bekannter Weise mit einer !> Wechselspannung derart beaufschlagt werden, daß ein inhomogenes elektrisches Wechselfeld zum Transport der Tonerteilchen (3) entsteht

Z Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet-,^aB die Elektroden (2) mit einer Mehrphasenwechssäspannung beaufschlagt sind, so daß ein elektrischer Vorhang vom Wandlerwellentyp erzeugt wird.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder

2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (2) über die Elektroden (1) kontaktiert ist.

4. Einrichtung nach einem- der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselspannung eine Gleichspannung überlagert ist

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Entwicklungsspalt (7) zugeordneten Elektroden (1) so ausgebildet sind, daß sie gegenüber dei:t Informationsträger (5) als Gegenelektrode zur Großflächeneinfärbung wirken.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1,2,4,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Oberflächenschicht (2) und den Elektroden (1) eine Reihe von Gleichspannungselektroden (6) vorgesehen ist. -to

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Gleichspannungselektroden (6) die Oberflächenschicht (2) kontaktieren.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1) über « Gleichrichter (9) mit den Gleichspannungselektroden (6) verbunden sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1) und/oder die Gleichspannungselektroden (6) auf einem Trägermedium aufgebracht sind.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1) im Bereich des Entwicklungsspaltes (7) seitlich berührungsfrei über den Informationsträger (5) hinausragen.

II. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1) seitlich im Bereich des Entwicklungsspaltes (7) berührungsfrei bis an die Oberfläche des Informa- f>o tionsträgers (5) herausragen.