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Die Erfindung betrifft ein elektrostatisches Vervielfältigungsgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 4 bzw. 5.
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Aus der DE-OS 29 40 455 ist ein Verfahren zur Erzeugung einer elektrostatischen Abbildung auf einem elektrostatischen Aufzeichnungsmedium bekannt, bei dem der die Abbildung erzeugende Strom aus geladenen Teilchen, der durch ein durchgehendes Loch in einer Steuerelektrodenanordnung fließt, durch ein elektrisches Feld moduliert wird, wobei die Steuerelektrodenanordnung eine obere leitende Elektrode und eine leitende Zwischenelektrode sowie eine zusätzliche dritte leitende Elektrode aufweist. Die ersten beiden Elektroden dieser drei Elektroden stellen die eigentlichen Steuerelektroden zur Modulation des Ionenstroms dar. Das die Modulation bewirkende elektrische Feld wird aufgebaut, indem selektiv eine der beiden erstgenannten leitenden Elektroden geerdet und die andere elektrisch geöffnet wird. Wenn durch einen entsprechenden Umschalter beispielsweise die obere Elektrode elektrisch geöffnet und die Zwischenelektrode geerdet werden, so laden die von einem Ionengenerator ausgehenden Ionen die obere Elektrode und die innere Wandoberfläche eines Loches auf, wodurch in diesen ein nach unten gerichtetes elektrisches Feld aufgebaut wird. Es können daher positiv geladene Ionen durch das Loch nach unten fließen. Wenn dagegen die obere Elektrode geerdet und die Zwischenelektrode elektrisch geöffnet werden, dann bauen die vom Ionengenerator gelieferten Ionen ein elektrisches Feld auf, das zu der oberen Elektrode hin gerichtet ist. Hierdurch wird ein durch das Loch nach unten fließender Ionenstrom verhindert.
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Die dritte Elektrode dient dazu, die Größe der Punkte, welche die elektrostatische latente Abbildung auf einem Aufzeichnungsmedium bilden, zu ändern, ohne daß der Durchmesser des durchgehenden Loches geändert werden muß. Wenn das Aufzeichnungsmedium gleichmäßig aufgeladen wird, dann wird ein elektrisches Feld zwischen der dritten Elektrode und dem Aufzeichnungsmedium aufgebaut, das sich in den Bereich unter dem Loch über dessen Rand hinaus wölbt. Das Ausmaß dieser Wölbung des elektrischen Felds hängt von seiner Stärke ab. Je größer das Ausmaß der Wölbung ist, desto größer ist auch die Fläche, auf der die Ionen auf dem Aufzeichnungsmedium auftreffen. Die Größe der Punkte kann somit durch die Stärke des elektrischen Felds gesteuert werden. Die dritte Elektrode hat so ausschließlich den Zweck, die Ausbildung eines elektrischen Felds zwischen der Steuerelektrodenanordnung und dem Aufzeichnungsmedium zu begünstigen, um in kontrollierbarer Weise die Größe der Ionenauftrefffläche auf dem Aufzeichnungsmedium einzustellen. Die dritte Elektrode liegt an Massepotential und auch die Zwischenelektrode wird auf Massepotential geschaltet, wenn die Ionen das Loch passieren sollen. Es besteht somit keine Potentialdifferenz zwischen den Elektroden, so daß diese gleiche Äquipotentialflächen bilden, die sich jeweils auf Massepotential befinden, und das Loch passierende Ionen eingefangen werden: Die dritte Elektrode schützt daher nicht vor einem Ionenverlust.
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Weiterhin ist aus der DE-OS 31 43 968 ein elektrostatisches Vervielfältigungsgerät bekannt, bei dem zwischen einem Ionengenerator und einer Ionenmodulationselektrode eine Ionenstrom-Verdichtungs- bzw. -Kondensorelektrode vorgesehen ist, die aus einer isolierenden Platte und einer leitfähigen Platte besteht.
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Zur Erhöhung der Wiedergabe- bzw. Kopiergeschwindigkeit bei Verwendung der Ionenmodulationselektrode wurde andererseits bereits ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine vom Ionengenerator mit dem Koronaentladungsdraht verschiedene Ionenerzeugungsquelle, beispielsweise eine mit einer Hochfrequenzentladung und einer Funkenentladung arbeitende Ionenquelle, verwendet wird. Eine entsprechende Vorrichtung besitzt jedoch einen komplizierteren Aufbau als ein Vervielfältigungsgerät mit Koronadraht. Weiterhin ist ein Verfahren bekannt (vgl. JP-OS 1 54 632/1980), bei dem eine Kondensor- bzw. Sammelelektrode zur Bündelung des Ionenstroms beim Eintritt in die Öffnung der Ionenmodulationselektrode vorgesehen ist. Bei einem anderen bisherigen Verfahren (vgl. JP-OS 1 58 067/1980) ist die Elektrodenschicht der Ionenmodulationselektrode an der Seite des Wiedergabeelementes zur Erhöhung des Ionenübertragungsgrads dünn ausgebildet. Bei einem weiteren bisherigen Verfahren (vgl. JP-OS 1 68 068/1980) ist eine Ionenbahn- Korrekturelektrode zwischen die Ionenmodulationselektrode und das Wiedergabeelement bzw. die Wiedergabeeinheit eingefügt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrostatisches Vervielfältigungsgerät zu schaffen, bei dem der eine Ionenmodulationselektrode passierende Ionenstrom auf einfache Weise vergrößert ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem elektrostatischen Vervielfältigungsgerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die in den kennzeichnenden Teilen des Patentanspruches 1 bzw. 4 bzw. 5 enthaltenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der Ionenstrom, der eine Ionenmodulationselektrode zu einem Wiedergabeelement passieren soll, wird also dadurch vergrößert, daß das zwischen der Ionenmodulationselektrode an der Seite des Wiedergabeelements und letzterem zu erzeugende elekrische Feld verstärkt ist.
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Die Erfindung sieht hierzu ein elektrostatisches Vervielfältigungsgerät vor, bei dem die Ionendurchlaß-Öffnungen in der Ionenmodulationselektrode an der Ionenaustrittsseite einen größeren Durchmesser als an der Ioneneintrittsseite besitzen, so daß der Ionenübertragungsfaktor auf andere Weise als bei den obigen bisherigen Verfahren verbessert werden kann, und zwar unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Verringerung des Ionenübertragungsfaktors durch die Form der Ionenmudulationselektrode hervorgerufen wird.
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Das elektrostatische Vervielfältigungsgerät kann auch eine Elektrode aufweisen, welches den Ionenstrom zur jeweiligen Ionendurchlaß-Öffnung der Ionenmodulationselektrode hin sammelt bzw. bündelt und einlaßseitig an der Sammelelektrode der Ionenmodulationselektrode so montiert ist, daß dem vom Ionengenerator mit Koronaentladung erzeugten Ionenstrom eine hohe Dichte erteilt werden kann.
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Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines bisherigen elektrostatischen Kopier- bzw. Vervielfältigungsgeräts unter Verwendung einer Ionenmodulationselektrode,
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Fig. 2 eine schematische Darstellung mit einem Schaltbild einer Spannungsanlegeschaltung für die Ionenmodulationselektrode bei einem elektrostatischen Vervielfältigungsgerät mit Merkmalen nach der Erfindung,
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Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der bei der Schaltung gemäß Fig. 2 angelegten Spannung und dem Ionenübertragungsfaktor,
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Fig. 4 eine Fig. 2 ähnelnde Darstellung der Ladungsbilderzeugungseinheit bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
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Fig. 5a und 5b schematische Darstellungen zur Veranschaulichung der Erscheinungen bei der Erzeugung eines elektrischen Felds an der Ionenmodulationselektrode,
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Fig. 6 eine schematische Darstellung bzw. ein Schaltbild einer Einheit zur Erzeugung eines latenten Ladungsbilds bei einem elektrostatischen Vervielfältigungsgerät gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
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Fig. 7a und 7b schematische Darstellungen zur Erläuterung der Erscheinungen bei der Umwandlung des Ionenstroms am Entstehungspunkt des elektrischen Felds und
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Fig. 8 eine Fig. 6 ähnelnde Darstellung noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Fig. 1 veranschaulicht schematisch den Aufbau eines Beispiels für ein elektrostatisches Vervielfältigungsgerät der genannten Art. Dabei wird entweder das durch photoelektrische Umsetzung des Vorlagenbilds mittels eines Festkörper-Bildabtasters, wie eines Ladungsverschiebungs-Elements, erzeugte Bildsignal oder das von einem Rechner oder einer Übertragungsleitung übermittelte elektrische Informationssignal einer Signalverarbeitungsschaltung 1 zugeführt, in welcher dieses Signal verarbeitet und dann einer Ansteuerschaltung 2 für eine Ionenmodulationselektrode eingespeist wird. Eine Steuerschaltung 3 enthält einen Taktgenerator zur Bestimmung des Takts, mit dem das Signal von der Signalverarbeitungsschaltung 1 und der Ansteuerschaltung 2 geliefert wird. Eine durch Einfügung einer Isolierschicht zwischen eine Sammelelektrode 4 a und eine Steuerelektrode 4 b geformte Ionenmodulationselektrode 4 ist mit einer Anzahl von in einer oder mehreren Reihen angeordneten Ionendurchlaß-Öffnungen 4 c versehen. Das Bildsignal wird durch die Ansteuerschaltung 2 an die Steuerelektrode 4 b angelegt. Über der Ionenmodulationselektrode 4 befindet sich ein Koronaionengenerator 5 mit eingebautem Koronaentladungsdraht 5 a, während unter ihr eine drehbare Trommel 6 in Form eines dielektrischen Elements angeordnet ist. Um den Umfang der dielektrischen drehbaren Trommel 6 herum sind eine Entwicklungseinheit 7, eine Übertragungselektrode 8, eine Trennklaue 9, eine Entladungselektrode 10, eine Entwickler-Abstreifklinge 11 usw. angeordnet, die sämtlich für die elektrophotographische Bildverarbeitung benötigt werden. Ebenso ist eine Fixiereinheit 12 vorgesehen. Die vom Koronaionengenerator 5 erzeugten Ionen werden durch das an die Steuerelektrode 4 b der Ionenmodulationselektrode 4 angelegte Bildsignal bezüglich ihrer Durchtrittsmenge durch die Ionendurchlaß-Öffnungen 4 c so gesteuert, daß auf dem dielektrischen Element der Trommel 6 ein der zu reproduzierenden Vorlagen-Bildinformation entsprechendes latentes Ladungsbild erzeugt wird, das seinerseits an der Entwicklungseinheit 7 mittels eines Entwicklers zu einem Tonerbild entwickelt wird, das wiederum mittels der Übertragungselektrode 8 auf ein Kopierpapierblatt P übertragen wird. Danach wird das Kopierpapier P durch die Trennklaue 9 von der Trommel 6 getrennt und in die Fixiereinheit 12 fixiert, um dann aus dem Gerät ausgegeben zu werden.
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Bei Verwendung der beschriebenen Ionenmodulationselektrode kann bei diesem Gerät ein hochwertiges Kopiebild hoher Auflösung und guter Tonwertverteilung erzeugt werden, während die Elektrode und der elektrostatische Ladungsaufnehmer, z. B. das dielektrische Element, kontaktfrei in einem gegenseitigen Abstand von z. B. 0,1 bis 2,0 mm gehalten werden. Nachteilig daran ist jedoch, daß die Wiedergabe- bzw. Kopiergeschwindigkeit niedrig ist, was zum Teil darauf zurückzuführen ist, daß erstens eine Grenze für die Stromdichte der vom Ionengenerator erzeugten Ionen besteht und zweitens aufgrund der Ionenmobilität eine untere Grenze für die Ionensteuerzeit gegeben ist. Das beschriebene elektrostatische Reproduzierverfahren wird daher bestenfalls bei dem mit einem Tintenstrahl arbeitenden Drucker angewandt. Aus diesem Grund werden bei den elektrostatischen Vervielfältigungsgeräten derzeit Mehrnadelelektroden verwendet. Zur Verstärkung des die Wiedergabeinheit erreichenden Ionenstroms wäre es daher denkbar, die an den Koronadraht anzulegende Spannung zu erhöhen. Wenn bei einem elektrostatischen Vervielfältigungsgerät unter Verwendung eines sieb- bzw. gitterförmigen lichtempfindlichen Elementes der vom Koronaentladungsdraht zu erzeugende Ionenstrom vergrößert wird, wird jedoch der die Wiedergabeeinheit erreichende Ionenstrom verkleinert oder die Bildgüte verschlechtert, weil sich ein elektrisches Feld, in welches die Ionen eintreten, an der Seite des lichtempfindlichen Gitterelementes bildet. Aus diesem Grund wird der an den Koronaentladungsdraht anzulegenden Spannung eine Grenze gesetzt. Bei dem die Ionenmodulationselektrode verwendenden elektrostatischen Vervielfältigungsgerät wird andererseits der vom Koronaentladungsdraht 5 a erzeugte Ionenstrom zur Ionenmodulationselektrode 4 längs des elektrischen Feldes gerichtet, das durch den Potentialunterschied zwischen der an den Koronaentladungsdraht 5 a angelegten Spannung und der sowohl an Sammelelektrode 4 a als auch an Steuerelektrode 4 b anliegenden Spannung erzeugt wird, wobei nur ein bestimmter Teil des Ionenstroms in die Ionendurchlaß-Öffnungen 4 c eintritt. Wenn der Potentialunterschied zwischen Sammel- und Steuerelektrode 4 a bzw. 4 b so vergrößert wird, daß der diese Öffnungen 4 c passierende Ionenstrom verstärkt wird, bildet sich das elektrische Feld mit den in Fig. 2 in ausgezogenen Linien eingezeichneten Äquipotentialebenen, während die Ionen die gestrichelt eingezeichneten Bahnen einnehmen. Wenn dieser Potentialunterschied verringert wird, verkleinert sich der die Öffnungen 4 c passierende Ionenstrom, so daß der von diesen Öffnungen 4 c durchgelassene Ionenstrom entsprechend abnimmt. Zur Erhöhung der Wiedergabe- bzw. Kopiergeschwindigkeit ist es daher nötig, den Potentialunterschied zwischen der Sammelelektrode 4 a und der Steuerelektrode 4 b zu erhöhen. In diesem Fall wird ein Teil des in die Ionendurchlaß-Öffnungen 4 c eingetretenen Ionenstroms von der Isolierschicht zwischen Sammel- und Steuerelektrode 4 a bzw. 4 b abgefangen, wobei ein beträchtlicher Teil des Ionenstroms von der etwa 20 µm dicken Steuerelektrode 4 b angezogen wird, so daß der Durchlaß- bzw. Übertragungsfaktor des Ionenstroms auf weniger als 10% herabgesetzt wird. Der Ionenstrom-Übertragungsfaktor bezieht sich dabei auf das Verhältnis zwischen dem elektrischen Strom aufgrund des durch diese Ionendurchlaß-Öffnungen 4 c durchgelassenen Ionenstroms und dem elektrischen Strom aufgrund des Ionenstroms, der in die Öffnungen 4 c der Ionenmodulationselektrode eingetreten ist.
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In Fig. 2 sind sowohl die Ionenmodulationselektrode 4 des elektrostatischen Vervielfältigungsgeräts als auch eine Schaltung zur Anlegung einer Spannung an die Ionenmodulationselektrode dargestellt. Dabei werden eine Spannung V 1 zwischen die Sammelelektrode 4 a und die Steuerelektrode 4 b sowie eine Spannung V 2 zwischen die Steuerelektrode 4 b und ein Aufzeichnungselement bzw. einen Aufzeichnungsträger 6&min; angelegt. Wenn bei dieser Konstruktion die Spannung V 2 variiert wird, ändert sich, wie sich erwiesen hat, der Übertragungsfaktor der die Ionendurchlaß-Öffnungen 4 c der die Ionenmodulationselektrode 4 passierenden Ionen auf die in Fig. 3 dargestellte Weise. Infolgedessen kann der Ionenübertragungsfaktor stark variiert werden, wenn die Intensität des elektrischen Felds zwischen Steuerelektrode 4 b und Aufzeichnungselement 6&min; in der Größenordnung von 0,5 kV/mm liegt. Wenn die Intensität des elektrischen Felds diesen Pegel übersteigt, wird das auf dem Aufzeichnungselement zu erzeugende Kopiebild (oder, genauer gesagt, das auf dem Ladungsaufnehmer zu erzeugende latente Ladungsbild) scharf.
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Der über die Ionenmodulationselektrode zu übertragende Ionenstrom kann vergrößert werden, wenn das elektrische Feld, das zwischen der Steuerelektrode der Ionenmodulationselektrode und dem Aufzeichnungselement bzw. Ladungsaufnehmer erzeugt werden soll, von der bisherigen Größe von 0,2 bis 0,4 kV/mm auf eine Größe von mehr als 0,5 kV/mm verstärkt wird. Der Ionenübertragungsfaktor kann weiterhin dadurch erhöht werden, daß die genannte Steuerelektrode mit einer Dicke von z. B. weniger als 6 µm ausgebildet wird. Obgleich sich die vorstehende Beschreibung auf die Ionenmodulationselektrode richtet, ist der technische Grundgedanke der Erfindung auch auf ein lichtempfindliches Sieb- bzw. Gitterelement anwendbar.
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Wenn auf die beschriebene Weise das genannte elektrische Feld zwischen Steuerelektrode und Aufzeichnungselement auf vorzugsweise nicht weniger als 0,5 kV/mm verstärkt wird, kann auch die Kopier- bzw. Vervielfältigungsgeschwindigkeit erhöht werden.
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Fig. 4 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Ionenmodulationselektrode beim elektrostatischen Vervielfältigungsgerät, wobei die in der Ionenmodulationselektrode 4 ausgebildete Ionendurchlaß- Öffnung 4 c an der Seite der Steuerelektrode 4 b, d. h. an der Ionenaustrittsseite, einen größeren Durchmesser besitzt als an der Sammelelektrode 4 a, d. h. an der Ioneneintrittsseite. Bei einer Ionenmodulationselektrode, bei welcher Sammel- und Steuerelektrode 4 a bzw. 4 b jeweils eine Dicke von 5 µm besitzen und die Isolierschicht zwischen beiden Elektroden 25 µm dick ist, kann die Öffnung 4 c beispielsweise an der Seite des Ionengenerators, d. h. eintrittsseitig, einen Durchmesser von 70 µm und an der Seite des Aufzeichnungselementes, d. h. austrittsseitig, einen Durchmesser von 100 µm besitzen. Unter unveränderter Aufrechterhaltung der anderen Bedingungen, wie die an die Elektrode anzulegende Spannung, hat es sich bei Versuchen gezeigt, daß sich der Ionenübertragungsfaktor von einem Wert von 25% bei gleichgroßen oberen und unteren Öffnungsdurchmessern auf einen Wert von mehr als 90% erhöht. Dies wird dem Umstand zugeschrieben, daß sich das im Bereich der Durchlaßöffnung erzeugte elektrische Feld und die Ionenbahnen von der Konfiguration gemäß Fig. 5a auf die Konfiguration nach Fig. 5b ändern, wenn der Durchmesser der Ionendurchlaß-Öffnung der Ionenmodulationselektrode auf die vorher beschriebene Weise geändert wird. Insbesondere wird der beim bisherigen Gerät durch die Steuerelektrode 4 b absorbierte Ionenstrom (vgl. Fig. 5a) bei der vorliegenden Anordnung nicht absorbiert und zum Aufzeichnungselement durchgelassen (vgl. Fig. 5b), so daß sich der Ionenübertragungsfaktor entsprechend erhöht.
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Da bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 der Durchmesser der Ionendurchlaß-Öffnung der Ionenmodulationselektrode an der Ionenaustrittsseite größer ist als an der Ioneneintrittsseite, kann der diese Öffnung passierende und den Ladungsaufnehmer erreichende Teil des Ionenstroms vergrößert werden, so daß sich auch die Kopier- bzw. Wiedergabegeschwindigkeit entsprechend erhöhen läßt. Infolgedessen kann ein mit hoher Geschwindigkeit arbeitendes Vervielfältigungsgerät realisiert werden, das für ein Faksimilegerät oder einen Drucker verwendbar ist. Es können weiterhin die durch die Ionenmodulationselektrode hindurchgetretenen Ionen entweder als latentes Ladungsbild auf dem Ladungsaufnehmer, etwa einem lichtempfindlichen oder dielektrischen Element, aufgezeichnet werden oder einen Tinten- bzw. Farbnebel o. dgl. beaufschlagen und diesen dabei so aufladen, daß unmittelbar ein sichtbares Bild auf einem Blatt eines elektrostatischen Kopierpapiers o. dgl. aufgezeichnet werden kann.
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Fig. 6 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine ein elektrisches Feld erzeugende, gegenüber der Sammelelektrode 4 a elektrisch isolierte Elektrode 13 in derselben Ebene wie die Sammelelektrode 4 a der Ionenmodulationselektrode 4 an der Seite der Ionenquelle angeordnet ist, und bei welcher das Potential an der Elektrode 13 um V 3 höher ist als das Potential an der Sammelelektrode 4 a, falls die vom Koronaionengenerator 5 erzeugten Ionen positiv sind. Diese Elektrode 13 kann durch Unterteilung und elektrische Isolierung eines Teils der Sammelelektrode 4 a gebildet werden.
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Bei dieser Ausführungsform wird an der Ioneneintrittsseite der Ionenmodulationselektrode 4 ein elektrisches Feld mit der in Fig. 7b dargestellten Konfiguration erzeugt. Fig. 7a veranschaulicht dagegen die Form des an der Ioneneintrittsseite der Ionenmodulationselektrode erzeugten elektrischen Felds für den Fall, daß die das elektrische Feld erzeugende Elektrode 13 weggelassen ist. Wie aus Fig. 7b hervorgeht, wird der Ionenstrom für das im Bereich der Sammelelektrode 4 a erzeugte elektrische Feld zur Durchlaßöffnung 4 c hin gebündelt, so daß die Beaufschlagungsmenge der Ionen vergrößert wird. Wenn das Potential V 3 bei der Schaltung nach Fig. 6 auf 200-300 V eingestellt wird, kann der Ionenübertragungsfaktor, wie durch Versuche belegt worden ist, etwa um den Faktor 1,5 bis 2 erhöht werden.
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Gemäß Fig. 8 kann die Ionenauftreff- bzw. -beaufschlagungsmenge noch weiter vergrößert werden, wenn zwischen der Ionenmodulationselektrode 4 und dem Koronaionengenerator 5 eine Ionenstrom-Kondensorelektrode 14 angeordnet wird, die an einem Potential liegt, das um V 4 höher ist als dasjenige an der Sammelelektrode 4 a. Wenn das Potential V 3 bzw. V 4 beispielsweise auf 200-300 Volt eingestellt wird, wird die Ionenbeaufschlagungsmenge, wie Versuche gezeigt haben, etwa um den Faktor 2-3 vergrößert.