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Technisches
Gebiet
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Diese
Erfindung bezieht sich auf Coronaladeanordnungen und insbesondere
auf verbesserte Wechselsignal-Coronaladeanordnungen.
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Hintergrundtechnik
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Die
Verwendung einer Coronaentladevorrichtung zum Anlegen elektrischer
Ladungen an einer Oberfläche
ist in xerographischen Kopiergeräten seit
Beginn der kommerziellen Xerographie üblich. Coronaentladevorrichtungen
umfassen sowohl Drähte
mit kleinem Durchmesser als auch Arrays von Punkten, die Ionen erzeugen,
wenn eine Hochspannung angelegt wird. Ursprünglich wurde eine Gleichsignal-Spannung
von mehreren Tausend Volt an eine Coronaentladevorrichtung angelegt,
um die benachbarten Luftmoleküle
zu ionisieren, was bewirkt, dass elektrische Ladungen von der Vorrichtung
abgestoßen
und zu einer benachbarten Oberfläche
mit niedrigerem Potential angezogen werden, wie z.B. der des zu
ladenden Photorezeptors. Ohne Steuerung jedoch neigen derartige
Ladeanordnungen dazu, übermäßige und
nichteinheitliche Ladungen auf der benachbarten Oberfläche aufzubringen.
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Um
das Anlegen von Ladungen an die benachbarte Oberfläche so zu
steuern, um eine einheitliche Ladungsverteilung bereitzustellen
und ein Überladen
zu vermeiden, wurde ein leitfähiger
Schirm zwischen der Coronaentladevorrichtung, die manchmal als eine „Coronode" bezeichnet wird,
und der zu ladenden Oberfläche
angeordnet. Derartige abgeschirmte Coronaentladevorrichtungen werden
als „Scorotrons" bezeichnet. Typische
Scorotron-Anordnungen sind in dem Walkup-Patent Nr. 2,777,957 und dem Mayo-Patent
Nr. 2,778,946 beschrieben. Frühe
Scorotrons jedoch reduzierten den Ladewirkungsgrad der Coronavorrichtung
auf nur etwa 3%. Dies bedeutet, dass nur etwa drei von jeweils 100
Ionen, die an dem Coronadraht erzeugt wurden, die zu ladende Oberfläche erreichten.
Außerdem
zeigte sie eine schlechte Steuerung einer Ladeeinheitlichkeit und
-größe, was
es manchmal ermöglichte,
dass die Oberfläche
auf eine Spannung geladen wurde, die das Schirmpotential um 100%
oder mehr überschritt. Verbesserte
Scorotrons, die gegenwärtig
verwendet werden, steuern üblicherweise
Oberflächenpotentiale
auf einen Wert innerhalb von etwa 3% der Referenzspannung, die an
den Schirm angelegt wird, und arbeiten mit Wirkungsgraden von etwa
30% bis 50%, sie neigen jedoch dazu, komplex und entsprechend teuer
zu sein. Das Mott-Patent Nr. 3,076,092 offenbart eine Gleichsignal-vorgespannte
Wechselsignal-Coronaladeanordnung, die keinen Steuerschirm erfordert.
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Eine
weitere Coronaentladevorrichtung beinhaltet eine Reihe oder zwei
versetzte Reihen von Stiften, an die eine Hochspannung angelegt
wird, um Coronaerzeugungsfelder an den Spitzen der Stifte zu erzeugen.
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Da
derartige Coronaentladevorrichtungen oder „Coronoden" die Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle in der
Luft ionisieren, erzeugen dieselben üblicherweise Ozon zu einem
unerwünschten
Ausmaß, sowie
Nitratverbindungen, die dazu neigen, chemische Korrosion zu bewirken. Üblicherweise
sind große
Ladevorrichtungen erforderlich, um eine hohe Stromfähigkeit
bereitzustellen, während
eine Tendenz der Erzeugung einer Lichtbogenbildung zwischen den
Coronodendrähten
und Niederspannungsleitern der Vorrichtung oder der gerade geladenen
Oberfläche
mit hohen Laderaten vermieden wird.
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Wiederum
eine weitere Coronaladeanordnung, die „Dicorotron" genannt wird, umfasst
einen glasbeschichteten Coronadraht, an den eine Wechselsignal-Spannung
angelegt wird, und eine benachbarte Gleichsignal-Elektrode, die
Ladungen einer Polaritätsladung
in Richtung des zu ladenden Photorezeptors treibt, während die
Ladungen mit entgegengesetzter Polarität zu derselben angezogen werden. Dicorotrons
jedoch sind zerbrechlich und teuer und erfordern aufgrund des viel
größeren beschichteten Drahtradius
sehr hohe Wechselsignal-Spannungen (8–10 kV).
Sie erzeugen außerdem
hohe Pegel an Ozon und Nitraten und erfordern eine wesentliche Beabstandung
des Coronadrahts von Niederspannungsleitungselementen und der zu
ladenden Oberfläche,
um eine Lichtbogenbildung zu vermeiden.
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Eine
Negativcoronaemission aus einem leitenden Coronadraht besteht üblicherweise
aus konzentrierten Punkten einer Elektronenemission und Ionisierung,
die willkürlich
entlang des Coronadrahts beabstandet sind. Aus Gründen, die
man noch nicht vollständig
versteht, nimmt die Beabstandung zwischen diesen Coronaemissionspunkten
oder „Hot Spots" mit sinkender relativer
Feuchtigkeit zu, was zu einem stark uneinheitlichen Laden einer
benachbarten Oberfläche
führt.
Die Beabstandung zwischen den Coronaemissionspunkten nimmt außerdem zu, wenn
die an den Coronadraht. angelegte negative Spannung in Richtung
der Coronaschwellenspannung gesenkt wird.
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Eine
qualitativ hochwertige xerographische Bilderzeugung, insbesondere
für die
Reproduktion von Bildern, die große Bereiche von Grau oder Farbe in
dem mittleren Bereich einer äquivalenten
neutralen Dichte beinhalten, erfordert eine hohe Einheitlichkeit
eines Ladens entlang der Länge
der Coronaladevorrichtung mit Abweichungen bei der Ladung pro Flächeneinheit,
die an die benachbarte Oberfläche angelegt
wird, von nicht mehr als plus oder minus 3%. Scorotron-Ladevorrichtungen
des oben erläuterten
Typs, bei denen das Oberflächenpotential
des Photorezeptors innerhalb von vier Zeitkonstanten auf etwa 2%
der letztendlichen Asymptotenspannung geladen wird, ist sehr wünschenswert.
Scorotrons jedoch sind ineffizient, platzraubend und empfindlich gegenüber einer
Staubansammlung. Ferner bewirkt der relativ geringe Wirkungsgrad
von Scorotrons eine größere Ozonproduktion
als ein effizienteres Ladesystem erzeugen würde.
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Die
japanische Patentanmeldung Nr. JP-A-60000085 offenbart eine Coronaerzeugungseinrichtung
mit einer Gleichsignalvorgespannten Abschirmung und einem Draht,
an den eine Wechselsignal-Spannung angelegt wird. Die Wechselsignal-Spannungsquelle ist
durch einen Kondensator mit dem Draht verbunden.
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Die
japanische Patentanmeldung Nr. JP-A-62/043663 offenbart eine Wechselsignal-Spannung,
die von der gemeinsamen Leistungsquelle an mehrere Coronaentladeelektroden
angelegt wird, und die Ausgangsströme der Entladeelektroden werden
mit einer Gleichsignal-Spannung gesteuert, die an die Gehäuse oder
Gitter der Entladeelektroden angelegt wird. Die Wechselsignal-Spannung
zum Bewirken einer Coronaentladung wird an eine Coronaentladeelektrode
für ein
elektrostatisches Entladen und eine Coronaentladeelektrode für ein elektrostatisches
Laden von der gemeinsamen Wechselsignal-Leistungsquelle durch einen Kondensator
angelegt. Die Wechselsignal-Leistungsquelle wird mit der Wechselsignal-Spannung mit einer
Frequenz von 50 Hz bis 20 kHz und einem effektiven Wert von 3 bis
6 kV für
das elektrostatische Entladen und Laden einer elektrophotographischen
Vorrichtung angelegt. Das Gehäuse
der Entladeelektrode ist geerdet und die Entladeelektrode wird entladen,
um einen Bilderzeugungskörper
elektrostatisch zu entladen; und das Gehäuse oder Gitter der Ladeelektrode
ist mit einer Gleichsignal-Leistungsquelle
verbunden und die Ladeelektrode wird entladen, um den Bilderzeugungskörper elektrostatisch
zu laden.
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Die
japanische Patentanmeldung Nr. JP-A-62/239181 offenbart eine Wechselsignal-Spannung,
die an einen Entladedraht eines Scorotron-Coronaentladers angelegt
wird, der den Bilderzeugungskörper
elektrifiziert. Die Veröffentlichung
offenbart, dass, wenn die Wechselsignal-Spannung von einer Wechselsignal-Leistungsquelle
durch einen Kondensator an einen Entladedraht 1 angelegt wird, der
nur Seitenflächen
aufweist, die mit einem Gehäuse
umgeben sind, und aus dem Scorotron-Coronaentlader besteht, das
Potential einer Elektrizitätsversorgung
eines Bilderzeugungskörpers
7 mit hoher Präzision
gesteuert wird, da dies linear durch die Spannung eines Gitters
verändert
wird. Da eine Gleichsignalspannung von einer Gleichsignal-Leistungsquelle
an das Gitter und das Gehäuse
angelegt wird, entlädt
der Entladedraht Elektrizität
einheitlich und stabil, um die Oberfläche des Bilderzeugungskörpers einheitlich
zu elektrifizieren. Wenn Spannung mit 4 bis 6 kV und 1–20 kHz
an den Draht angelegt wird, wird die Oberfläche des Bilderzeugungskörpers schnell
elektrifiziert und die Erzeugung von Ozon wird unterdrückt.
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Offenbarung
der Erfindung
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Entsprechend
besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Coronaladeanordnung
bereitzustellen, die verglichen mit herkömmlichen Ladeanordnungen einen
verbesserten Wirkungsgrad und eine erhöhte Kostenwirksamkeit aufweist.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Coronaladeanordnung
bereitzustellen, die eine reduzierte Tendenz einer Lichtbogenerzeugung zwischen
einer Coronode und einer zu ladenden Oberfläche oder einer benachbarten
leitfähigen Oberfläche aufweist
und die Energie und resultierende Beschädigung für den Fall, dass eine Lichtbogenbildung
auftritt, beschränkt.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Wechselsignal-Coronaladeanordnung
bereitzustellen, die eine gleichmäßige Erzeugung positiver und
negativer Coronaladungen sicherstellt.
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Eine
zusätzliche
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Coronaladeanordnung bereitzustellen,
in der die Form einer Kurve, die die Beziehung zwischen einem Strom
von der Coronode zu einer bloßen
Platte und der Spannung, die an eine Abschirmung benachbart zu der
Coronode angelegt wird, darstellt, nahe an dem Ursprung verläuft und
konkav nach unten ist, um eine scharf definierte Ladeasymptote bereitzustellen.
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Eine
zusätzliche
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Coronaladeanordnung bereitzustellen,
die eine reduzierte Tendenz eines Beförderns von Staub und anderen
suspendierten kleinen Teilchen in und durch die Coronaladeeinheit
durch Coronawinde aufweist.
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Eine
zusätzliche
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Coronaladeanordnung bereitzustellen,
die bemerkenswert unempfindlich gegenüber Toner und anderen Teilchen
isolierender Partikel in der Luft ist.
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Diese
und weitere Aufgabe der Erfindung werden durch ein Bereitstellen
einer Coronode erzielt, die mit einer Coronaerzeugungs-Hochpotential-Hochfrequenz-Wechselsignal-Leistungsversorgung
durch einen Strombegrenzungskondensator verbunden ist, der eine
hohe Nennspannung aufweist, sowie einer Steuerabschirmung benachbart
zu der Coronode, die mit einem Gleichsignal-Vorspannpotential verbunden
ist, wobei die Verbindung zwischen dem Kondensator und der Coronode
eine floatende Verbindung ist.
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Ein
Verbinden der Coronode mit der Wechselsignal-Leistungsversorgung
durch einen Strombegrenzungskondensator und eine floatende Verbindung
schließt
Hochstrom-Lichtbogenbildungen aus dem Coronadraht zu benachbarten
Oberflächen
aus, während
dennoch ausreichend hohe Ladeströme
erlaubt werden, um angemessene Laderaten für Hochgeschwindigkeitsdrucker
bereitzustellen. Dies erlaubt eine sehr kleine Beabstandung zwischen
dem Coronadraht und der Abschirmung, was eine kleinere Gesamtgröße der Coronaeinheit
erlaubt. Ferner bewirkt das Anlegen eines strombegrenzten Wechselsignal-Potentials an den
Coronadraht durch einen Kondensator, dass sich die Coronavorrichtung
selbst reinigt, da die Feldumkehr des Wechselsignal-Potentials entgegengesetzt
geladene Tonerteilchen in der Region benachbart zu dem Draht in
einer explosiven Weise weg von dem Draht treibt. Die Kapazität des Kondensators,
der zwischen die Wechselsignal-Leistungsquelle
und den Coronadraht geschaltet ist, beträgt zwischen 20 pF und 200 pF
pro Zentimeter Länge
des Drahts.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
die Coronode ein Draht mit einem Durchmesser von etwa 50 μm (50 Mikrometer),
das Spitze-zu-Spitze-Wechselsignal-Potential, das an den Draht angelegt
wird, beträgt
etwa 5,5 kV bis 7,0 kV, die Kapazität des Kondensators, der zwischen
die Wechselsignal-Leistungsquelle und den Coronadraht geschaltet ist,
beträgt
vorzugsweise etwa 60 Pikofarad pro Zentimeter Länge des Drahts und das Gleichsignal-Potential,
das an eine benachbarte leitfähige
Metallabschirmung geliefert wird, die teilweise den Draht umgibt,
ist in dem Bereich von etwa –500
bis etwa –1.000
Volt und beträgt
vorzugsweise etwa –700
Volt.
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Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel der
Erfindung besteht die Coronode aus einer oder mehreren Reihen von
Stiften, die Coronaerzeugungspunkt aufweisen, wobei das Array von
Stiften mit einer Wechselsignal-Leistungsversorgung durch einen
entsprechenden Kondensator verbunden ist, und einer leitfähigen Abschirmung
benachbart zu der Reihe von Stiften und verbunden mit einem Gleichsignal-Vorspannpotential.
Mit dieser Anordnung zeigen die Kurven von Plattenstrom gegenüber Abschirmspannung
konkav nach unten, was sicherstellt, dass das Photorezeptpotential
schneller als exponentiell zu der Asymptote ansteigt, sowie einen
Beginn nahe des Ursprungs mit einer Steigung, die größer als
die gerade Linie eines einfachen exponentiellen Anstiegs ist.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Weitere
Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus einer Durchsicht
der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
ersichtlich werden. Es zeigen:
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1 eine
schematische Endansicht, die eine repräsentative Wechselsignal-Coronaladeanordnung
gemäß der Erfindung
darstellt, die einen Coronadraht mit kleinem Durchmesser als die
Coronode einsetzt;
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2 eine
graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen einem Plattenstrom
und einer Abschirmspannung mit einer Wechselsignal-Ladeanordnung
des in 1 gezeigten Typ, mit und ohne Kondensator, zeigt,
bei der ein Strom aus dem Coronadraht zu einer benachbarten bloßen Platte
gegenüber
einer an die Abschirmung angelegten Spannung dargestellt ist; und
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3 eine
schematische Seitenansicht, die ein weiteres repräsentatives
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt, das eine Coronode einsetzt, die Coronaerzeugungsstifte
beinhaltet.
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Beste Modi
zur Ausführung
der Erfindung
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Bei
dem typischen Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das in 1 gezeigt ist, umfasst eine
Coronaerzeugungsanordnung 10 eine Coronode, die ein Coronadraht 12 mit
kleinem Durchmesser ist, der durch eine floatende Verbindung mit
einem Kondensator 14 verbunden ist, der mit einer Wechselsignal-Spannungsquelle 16 verbunden
ist. Eine leitfähige
Kanalab schirmung 18 umgibt den Coronadraht 12 auf
drei Seiten und ist mit einer Gleichsignal-Spannungsquelle 20 verbunden,
um ein Vorspannungspotential bereitzustellen. Der Coronadraht 12 weist
einen Durchmesser in dem Bereich von etwa 40 μm (40 Mikrometer) bis etwa 75 μm (75 Mikrometer)
auf, vorzugsweise etwa 50 μm
(50 Mikrometer), und der Kondensator 14 weist eine ausreichend
hohe Nennspannung auf, um der Spannung, die durch die Wechselsignal-Leistungsquelle 16 angelegt
wird, zu widerstehen, die vorzugsweise in dem Bereich von etwa 6.000
Volt bis etwa 7.000 Volt von Spitze zu Spitze und wünschenswerterweise
etwa 6.500 Volt von Spitz zu Spitze beträgt. Gemäß der Erfindung weist der Kondensator 14 eine
ausreichend geringe Kapazität
auf, um den an den Coronadraht 12 gelieferten Strom auf
etwa 3 Mikroampere pro Zentimeter zu beschränken, was ausreichend niedrig
ist, um eine wesentliche Lichtbogenbildung zu vermeiden, jedoch
ausreichend hoch, um die Oberfläche
eines benachbarten Photorezeptors 22 zu laden, der in der Richtung
des Pfeils 24 mit einer Rate von etwa 10 cm pro Sekunde
getrieben wird. Vorzugsweise beträgt die Kapazität des Kondensators 14 in
dem Bereich von etwa 20 Pikofarad bis etwa 200 Pikofarad und vorzugsweise
etwa 60 Pikofarad pro Zentimeter Länge der Coronode. Mit dieser
Anordnung beträgt
der maximale Strom aus einer 2 Kilohertz-Wechselsignal-Versorgung 16 etwa
1/2.000stel von drei Mikrocoulombs pro Zentimeter pro Zyklus oder
etwa 1,5 Nanocoulombs pro Zentimeter pro Zyklus, was wirksam ist,
um eine Lichtbogenbildung zwischen dem Coronadraht 12 und
der Abschirmung 18 oder dem Photorezeptor 22 zu
unterdrücken.
Ferner vermeidet, selbst wenn eine Lichtbogenbildung auftritt, die
aus dem Kondensator 14 resultierende Strombegrenzung eine
Zerstörung
eines Coronadrahts mit 50 μm (50
Mikrometern).
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Eine
typische Kurve 28 eines Plattenstroms gegenüber einer
Abschirmspannung für
die in 1 gezeigte Anordnung mit einer bloßen Platte,
die mit Masse durch ein Amperemeter verbunden ist, das anstelle
des Photorezeptors 22 platziert wurde, ist in 2 gezeigt.
Die Bedeutung von Basisplat tenstrommessungen ist in der US-Patentanmeldung
Nr. 6,349,024 beschrieben.
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Die
Kurve 28, die die Beziehung zwischen einem Plattenstrom
und einer Abschirmspannung bei einer Wechselsignal-Spannung von
5,0 kV darstellt, zeigt konkav nach unten. Dies steht im Gegensatz
zu der konkav nach oben zeigenden Kurve 30, die aus einer
Anordnung resultiert, die den Kondensator weglässt und eine direkte Verbindung
zwischen einer Wechselsignal-Spannungsversorgung und einem Coronadraht
bereitstellt. Der Grund für
die konkav nach unten zeigende Krümmung der Kurve 28 ist
der, dass die Coronode in einem negativen Raumpotential zwischen
der negativ vorgespannten Abschirmung und dem Photorezeptor, der
gerade negativ geladen wird, arbeitet. Ein negatives Raumpotential
um die Coronode herum erhöht
offensichtlich positive Coronaemissionen, während negative Coronaemissionen unterdrückt werden.
Tatsächlich
wird mit zunehmender Ladung auf dem Photorezeptor das Potential
an der Photorezeptoroberfläche
in Richtung des negativen Referenzpotentials auf der Abschirmung,
das Potential um die Coronode herum progressiv noch negativer.
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Der
Vorteil der nach unten zeigenden konkaven Kurve 28, die
in 2 gezeigt ist, für die Anordnung aus 1 besteht
darin, dass die Asymptote der Photorezeptorladekurve (Oberflächenpotential
Vs gegenüber
einer Zeit t) schärfer
definiert ist, da die Steigung der Kurve I gegenüber V aus 2 bei
dem Null-Strom-Wert am größten ist.
Zusätzlich
ist für
einen bestimmten Anfangsstrom während
des gesamten Ladevorgangs der Plattenstrom höher als in dem Fall einer geraden
Linie einer Kurve von I gegenüber V,
was eine größere Ladeeffizienz
bereitstellt, was eine Ozonerzeugung reduziert. Schnellere Laderaten stellen
außerdem
eine größere Einheitlichkeit
des Photorezeptoroberflächenpotentials
sicher, das innerhalb der erforderlichen Ladezeit erreicht wird.
Typischerweise erreicht die Ladung auf dem Photorezeptor 98% von
dessen Asymptotenwert in weniger als vier Zeitkostanten. Dies steht
im Gegensatz zu der typischen Kurve 30 von Plattenstrom
gegenüber Abschirmspannung
für ein
System ohne einen Kondensator zwischen der Wechselsignal-Leistungsquelle 16 und
dem Coronadraht 12, das aufgrund seiner geringeren Steigung
nahe den Null-Strom-Werten
eine längere
Ladezeit benötigt,
bis der Photorezeptor die Asymptotenspannung bei einer bestimmten
Wechselsignal-Coronodenspannung erreicht.
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Zusätzlich sind
die Coronawinde bei einer Wechselsignal-Ladeanordnung des Typs, der in 1 gezeigt
ist, minimal, wodurch eine Einführung von
Tonerstaub und anderen suspendierten kleinen Teilchen in die Ladeeinheit
und eine Aufbringung unerwünschter
Partikel auf den Oberflächen
der Ladeeinheit, einschließlich
sowohl des Drahtes 12 als auch der Abschirmung 18,
reduziert wird. Nicht nur sind Coronawinde unter einer Wechselsignal-Corona minimal,
da sich die Kraft, die Ionen treibt, zweimal pro Zyklus umkehren
(4.000 mal pro Sekunde für eine
Wechselsignalfrequenz von 2 kHz), sondern auch Toner und andere
Partikel in der Luft, die sich unter Umständen auf den Abschirmoberflächen ablagern,
weisen eine geringe nachteilige Wirkung auf.
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Dies
ist so, da es bei einem bestimmten Asymptotenpotential, das an die
Abschirmung 18 angelegt wird, und nur gleichen Mengen an
positiven und negativen Ionen, die von der kapazitiv verbundenen
Coronode 12 erzeugt werden, sobald der Photorezeptor das
Asymptotenpotential der Abschirmung erreicht, keinen Grund dafür gibt,
dass der Toner oder Staub auf der Abschirmung Nettoladungen annimmt. Zu
Beginn treiben die Gleichsignal-Felder zwischen der Abschirmung
und dem Photorezeptor negativ Ionen zu dem Photorezeptor und positive
Ionen zu der Abschirmung. Wenn der Photorezeptor seinen Asymptotenwert
erreicht, fallen die Felder zwischen der Abschirmung und dem Photorezeptor
zusammen und kein weiters Laden des Photorezeptors oder von isolierendem
Toner oder Staub auf der Abschirmung tritt auf.
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Im
Gegensatz dazu werden für
eine Gleichsignal-Coronaladung Ionen der Coronodenpolarität zu der
pulverbeschichteten Abschirmung oder zu einem Scorotron-Gitter getrieben,
was das Potential des Pulvers wesentlich in Richtung dessen der
Coronode erhöht.
Das Ergebnis ist, dass die effektive Spannung des Gitters eines
Scorotrons auf einen Wert stark oberhalb dessen ansteigt, der an
das leitende Gitter selbst angelegt wird.
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Für ähnliche
kleine Tonerteilchen oder andere Partikel, die sich auf dem Coronodendraht
sammeln, erzeugen, mit Hochfrequenz-Wechselsignal-Spannungen, die
an den Draht angelegt werden, Felder oberhalb der Coronaschwelle
abwechselnd ein Plasma von Elektronen und Ionen bei der angelegten
Wechselsignalfrequenz. Während
des negativen Zyklus nehmen die Tonerteilchen außerhalb der Plasmaregion (etwa
8–20 μm oder mehr
von der Oberfläche
des Drahts) negative Ladungen an und werden stark von dem Draht
abgestoßen.
Mögliche Teilchen
innerhalb der Plasmaregion werden entgegengesetzt auf das Drahtpotential
geladen. Sobald die Wechselsignal-Felder ihre Polarität umkehren (1/4.000stel Sekunde
später
für eine
Wechselspannung von 2 kHz), werden diese geladenen Teilchen explosiv
weg von der Oberfläche
der Coronode getrieben. Dieses plötzliche explosive „Verpuffen" von Pulver ist zu
beobachten, wenn eine Wechselsignal-Coronaspannung an eine Coronode
angelegt wird, die manuell mit Toner beschichtet wurde. Folglich
reduziert ein Laden mit einer Coronode, die kapazitiv mit einer
Wechselsignal-Leistungsquelle
gekoppelt ist, Probleme, die durch Toner oder Partikel in der Luft
in der Ladeeinheit in herkömmlichen
Ladeanordnungen bewirkt werden, wesentlich.
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Bei
dem alternativen Ausführungsbeispiel der
Erfindung, das in 3 gezeigt ist, umfasst eine Coronaerzeugungsanordnung 36 eine
Coronode 38, die Coronaerzeugungsstifte 40 aufweist,
die in einem Array angeordnet sind, das sich über die Breite der Oberfläche eines
Photorezeptors 42, die geladen werden soll, erstreckt.
Bei dem dargestellten Aus führungsbeispiel
sind zwei Reihen von Stiften 40 gegenüberliegenden Seiten einer vertikalen
Wand 44 einer T-förmigen
Abschirmung 46 zugewandt, die eine obere horizontale Wand 48 umfasst,
die sich über beide
Reihen von Stiften 40 erstreckt. Vorzugsweise sind die
Spitzen der Stifte 40 in etwa gleichmäßig von der vertikalen Wand 44 und
der horizontalen Wand 48 der Abschirmung beabstandet und
weisen in etwa die gleiche Beabstandung von der Oberfläche 42 auf. Die
Stifte 40 sind durch einen Kondensator 50 mit
einer Wechselsignal-Leistungsquelle 52 verbunden, die die
gleichen Charakteristika aufweist wie die Leistungsquelle 16 in 1,
und die Abschirmung 46 ist mit einer Gleichsignal-Vorspannspannungsquelle 54 verbunden.
Die kapazitive Verbindung 50 zwischen den Coronaerzeugungselementen
dieser Anordnung und der Leistungsquelle liefert die gleichen Vorteile wie
die kapazitive Verbindung zwischen der Wechselsignal-Leistungsquelle 16 und
dem Coronadraht 12 aus 1.
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Es
hat sich herausgestellt, dass die Bereitstellung eines einzelnen
Kondensators für
alle Stifte im Wesentlichen das gleiche Ergebnis liefert wie die Bereitstellung
eines separatern Kondensators für
jeden der Stifte. Eine primäre
Funktion des Kondensators scheint eine gleichmäßige negative und positive Coronaionisierung
sicherzustellen, was ein Abflachen der Kurve 28 von Strom
gegenüber
Spannung, die in 2 gezeigt ist, an dem Niederspannungsende
verhindert und eine endliche Beschränkung für die Ionisierung auferlegt,
was zu einer Abflachung der Strom-Spannung-Kurve an dem Hochpotentialende führt, wo
Ionen nicht mit der gleichen ansteigenden Rate erzeugt werden, so
dass die Ionenausfegrate sich an die Ionenerzeugungsrate heranarbeitet. Wenn
kleinere Kondensatoren erwünscht
werden, könnte
ein Kondensator für
jede Reihe von Stiften bereitgestellt werden oder ein Kondensator
kann für
jeweils 10 oder 15 Stifte bereitgestellt werden. Während kein
Bedarf besteht, einen separaten Kondensator für jeden Stift bereitzustellen,
würde dies
den Vorteil einer Beschränkung
des maxima len Stroms von jeder Spitze liefern. Um einen Kondensator
für jeden
Stift bereitzustellen, kann die Basis jedes Stifts in einer Reihe
von Stiften auf einer sehr dünnen
isolierenden Haftmittelschicht positioniert sein, die einen leitfähigen Streifen
bedeckt, der mit der Wechselsignal-Leistungsquelle verbunden ist.
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Obwohl
die Erfindung hierin unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, werden Fachleuten auf dem Gebiet ohne Weiteres
viele Modifizierungen und Variationen an denselben einfallen. Entsprechend
sind alle derartigen Variationen und Modifizierungen innerhalb des beabsichtigten
Schutzbereichs der Erfindung enthalten.