DE69720820T2

DE69720820T2 - Elektrodenstruktur für Übertragungswalzen mit Widerstandsnetzwerk

Info

Publication number: DE69720820T2
Application number: DE69720820T
Authority: DE
Inventors: Frank C. Genovese
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1996-01-11
Filing date: 1997-01-10
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2017-01-11
Also published as: EP0785485B1; DE69720820D1; JPH09197806A; US5594534A; EP0785485A3; EP0785485A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrodenbestückte Spenderwalzenstrukturen mit Widerstandsnetzwerken und im Besonderen eine Entwicklervorrichtung für elektrofotografisches Drucken, bei der die Spenderwalze einen Teil eines spülungsfreien Entwicklungsprozesses bildet.
Bei dem bekannten Prozess des elektrofotografischen Druckens wird eine ladungsbewahrende Oberfläche, typisch als Fotorezeptor bekannt, elektrostatisch aufgeladen und dann einem Lichtmuster eines Originalbildes ausgesetzt, um die Oberfläche entsprechend demselben selektiv zu entladen. Das sich ergebende Muster aus aufgeladenen und entladenen Bereichen auf dem Fotorezeptor bildet ein elektrostatisches Ladungsmuster, bekannt als latentes Bild, das dem Originalbild entspricht. Das latente Bild wird wird entwickelt, indem es mit einem fein zerteilten, elektrostatisch aufgeladenen Pulver, bekannt als "Toner", in Berührung gebracht wird. Der Toner wird durch die elektrostatische Wechselwirkung zwischen der Tonerladung und der Ladung auf der Fotorezeptoroberfläche auf den Bildbereichen gehalten. Somit wird ein Tonerbild in Übereinstimmung mit einem Lichtbild des Originals, das reproduziert wird, erzeugt. Das Tonerbild kann dann auf ein Substrat oder Trägerelement (z. B. Papier) übertragen und das Bild daran befestigt werden, um eine dauerhafte Aufzeichnung des zu reprodizierenden Bildes zu bilden. Nach der Entwicklung wird überfüssiger, auf der ladungsbewahrenden Oberfläche zurückgebliebener Toner von der Oberfläche entfernt. Der Prozess ist nützlich zum Lichtlinsenkopieren von einem Original oder zum Drucken von elektronisch erzeugten oder gespeicherten Signalen, z. B. mit einem Rasterausgabe-Scanner (ROS), wo eine aufgeladene Oberfläche in vielfältiger Weise bildweise entladen werden kann.
Bei dem Prozess des elektrofotografischen Druckens ist der Schritt des Transportierens von Toner zu dem latenten Bild auf dem Fotorezeptor als "Entwicklung" bekannt. Das Ziel einer wirksamen Entwicklung eines latenten Bildes auf dem Fotorezeptor besteht darin, aufgeladene Tonerpartikel mit einer kontrollierten Rate zu dem latenten Bild zu befördern, sodass die Tonerpartikel elektrostatisch an den richtigen Bereichen auf dem latenten Bild haften. Ein allgemein benutztes Entwicklungsverfahren ist die Verwendung eines Zweikomponenten-Entwicklermaterials, das zusätzlich zu den Tonerpartikeln, die an dem Fotorezeptor haften sollen, eine Menge von magnetischen Trägerkörnchen umfasst. Die Tonerpartikel haften triboelektrisch an den relativ großen Trägerkörnchen, die typischeweise aus beschichtetem Stahl bestehen. Wenn das Entwicklermaterial in ein Magnetfeld gebracht wird, bilden die Trägerkörnchen mit den Tonerpartikeln darauf etwas, was als Magnetbürste bekannt ist, wobei die Trägerkörnchen relativ lange Ketten bilden, die den Fasern einer Bürste gleichen. Diese Magnetbürste wird typischerweise mittels einer "Entwicklerwalze" geschaffen. Die Magnetbürste hat typischerweise die Form einer zylindrischen Hülse, die sich um eine feste Anordnung von Permanentmagneten dreht. Die Trägerkörnchen bilden Ketten oder Fäden, die sich von der Oberfläche der Entwicklerwalze erstrecken, wobei die Tonerpartikel elektrostatisch an den Trägerkörnchen befestigt sind. Wenn die Magnetbürste in eine Entwicklungszone angrenzend an das elektrostatische latente Bild auf einem Fotorezeptor eingeführt wird, wird das elektrostatische Ladungsmuster auf dem Fotorezeptor bewirken, dass die Tonerpartikel von den Trägerkörnchen abgelöst und selektiv auf der Fotorezeptoroberfläche abgelagert werden.
Ein anderes bekannten Entwicklungsverfahren umfasst einen Einkomponenten-Entwickler, das heißt, einen Entwickler, der gänzlich aus Toner besteht. In einer gebräuchlichen Art von Einkomponenten-System besitzt jedes Tonerpartikel sowohl eine elektrostatische Ladung (damit die Partikel angezogen werden und an dem Fotorezeptor haften können) als auch magnetische Eigenschaften (damit die Partikel magnetisch zu der Entwicklungszone befördert werden können). Anstatt magnetische Trägerkörnchen zu verwenden, um eine Magnetbürste zu bilden, werden die magnetisierten Tonerpartikel veranlasst, direkt an einer Entwicklerwalze zu haften. In der Entwicklungszone, wo die Walzenoberfläche ganz in die Nähe des elektrostatischen latenten Bildes auf einem Fotorezeptor gebracht wird, bewirkt das elektrostatische Ladungsmuster in dem Bild, dass die Tonerpartikel von der Entwicklerwalze angezogen und selektiv auf der Fotorezeptoroberfläche abgelagert werden.
Eine wichtige Abwandlung des allgemeinen Entwicklungsprinzips ist das Konzept der "spülungsfreien" Entwicklung. Der Zweck und die Funktion der spülungsfreien Entwicklung werden ausführlicher z. B. in US-A-4Bfi3600 beschrieben. US-A-4863600 offenbart ein spülungsfreies Entwicklungssystem, bei dem die Tonerablösung von einem Spender und die gleichzeitige Erzeugung einer kontrollierten Pulverwolke durch elektrische Wechselfelder erreicht wird, die von selbstbeabstandeten Elektrodenstrukturen geliefert werden, die innerhalb des Entwicklungsspaltes gelegen sind. Die Elektrodenstruktur befindet sich in nächster Nähe zu dem getonten Spender innerhalb der Lücke zwischen getontem Spender und Bildempfänger, wobei die Selbetbeabstandung über den Toner auf dem Spender bewerkstelligt wird. Bei einer Art von spülungsfreiem Entwicklungssystem wird aufgeladener Toner durch Anlegen von elektrischen Wechselfeldern über selbstbeabstandete Elektrodenstrukturen von einer Spenderwalze abgelöst, gewöhnlich in der Form von Drähten, die in dem Spalt zwischen der Spenderwalze und der Fotorezeptoroberfläche liegen. Dies bildet eine Tonerpulverwolke in dem Spalt, und das latente Bild zieht aufgeladenen Toner von der Pulverwolke an sich. Weil der Toner allein durch die von dem latenten Bild gelieferten elektrostatischen Kräfte zu der Fotorezeptoroberfläche getrieben wird, und es keine andere physikalische Wechselwirkung zwischen der Entwicklungsvorrichtung und dem Fotorezeptor gibt, ist die spülungsfreie Entwicklung nützlich für Abbildungssysteme, bei denen es erwünscht ist, eine Folge verschiedener Tonerarten an eine gemeinsame Fotorezeptoroberfläche zu liefern, ohne bereits abgelagerten Toner zu stören oder die verschiedenen Tonerlieferungen gegenseitig zu kontaminieren, z. B. in "tri-level"; Nachladen, Freilegen und Entwickeln; "Highligt"- oder "Bild auf Bild"-Farbxerograhie. Solche spülungsfreien Entwicklungssysteme werden in US-A-5517287, US-A-5515142, US-A-5394225, US-A-5289240, US-A-5268259, US A-3996892, US A- 3980541 und US A-3257224 beschrieben.
Eine typische "Hybrid" spülungsfreie Entwicklungsvorrichtung umfasst, in einem Entwicklergehäuse, eine Transportwalze, eine Spenderwalze und eine Elektrodenstruktur. Die Transportwalze bewegt einen Mix aus Träger und Toner zu einer an die Spenderwalze angrenzenden Ladezone. Die Transportwalze wird gegenüber der Spenderwalze elektrisch vorgespannt, sodass der Toner von dem Träger angezogen wird und die Spenderwalze gleichmäßig beschichtet. Die Spenderwalze befördert Toner von der Ladezone zu der an die Fotorezeptoroberfläche angrenzenden Entwicklungszone. Gestreckte Drähte, die die Elektrodenstruktur in der Entwicklungszone bilden, befinden sich in dem Spalt zwischen der Spenderwalze und der Fotorezeptoroberfläche. In der Entwicklungszone werden die Elektrodendrähte mit hoher Wechselspannung erregt, die starke elektrische Wechselfelder zwischen den Elektrodendrähten und der Spenderwalzenoberfläche erzeugt, was Toner davon ablöst und eine Tonerpulverwolke in der Lücke zwischen der Spenderwalze und dem Fotorezeptor bildet. Das latente Bild auf dem Fotorezeptor zieht aufgeladene Tonerpartikel selektiv von der Pulverwolke an, um darauf ein Tonerpulverbild zu erzeugen.
Eine andere Variante der spülungsfreien Entwicklung benutzt ein Einkomponenten-Entwicklermaterial. In einem spülungsfreien Einkomponenten-Entwicklungssystem erzeugen die Spenderwalze und die Elektrodenstruktur eine Tonerpulverwolke in derselben Weise wie das oben beschriebene spülungsfreie Entwicklungsverfahren, aber anstatt einen Mix aus Träger und Toner zu verwenden, wird nur Toner benutzt.
Man hat herausgefunden, dass für einige Tonermaterialien die gespannten elektrisch getriebenen Drähte in selbstbeabstandeter Berührung mit der Spendenwalze schwingungsunstabil sind, was eine ungleichmäßige Entwicklung verursacht. Des Weiteren können irgendwelche Bruchstücke, die vorübergehend auf dem Draht logieren, die Bildung von Streifen verursachen. Es würde somit vorteilhaft erscheinen, die außen liegenden Elektrodendrähte durch in der Spenderwalze gelegene Elektroden zu ersetzen.
US-A-5289240 beschreibt eine Spenderrolle zum Transportieren von Zeichenpartikeln zu einem auf einer Oberfläche aufgezeichneten latenten Bild, wobei die Spenderwalze zur Verwendung mit einer Spannungsquelle adaptierbar ist, um den Transport der Zeichenpartikel von der Spenderwalze zu einer Entwicklungszone neben der Oberfläche zu unterstützen, wobei die Spenderwalze umfasst:
einen drehbar angebrachten Körper;
ein erstes und zweites verflochtenes Elektrodenelement, die an dem Körper angebracht sind, und
ein an dem Körper angebrachtes erstes Kontaktelement.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine solche Spenderwalze dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Kontaktelement an dem Körper angebracht und von dem ersten Kontaktelement beabstandet ist, und dadurch, dass
ein Widerstandselement das erste Elektrodenelement und das erste und zweite Kontaktelement elektrisch so miteinander verbindet, dass, wenn eine Spannung an das erste und zweite Kontaktelement angelegt wird, ein Teil dieser Spannung zu dem ersten Elektrodenelement übertragen wird.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch eine Entwicklereinheit zum Entwickeln eines latenten Bildes bereitgestellt, das auf einem Bildempfangselement aufgezeichnet ist, um ein entwickeltes Bild zu erzeugen. Die Entwicklereinheit ist zur Verwendung mit einer Spannung adaptierbar, um das Entwickeln des latenten Bildes zu unterstützen. Die Entwicklereinheit umfasst ein Gehäuse, das eine Kammer definiert, um darin wenigstens einen Vorrat an Zeichenpartikeln zu speichern, sowie ein beweglich angebrachtes Spenderelement. Das Spenderelement ist von der empfangenden Oberfläche beabstandet und eingerichtet, Zeichenpartikel von der Kammer des Gehäuses zu einer Entwicklungszone neben der Empfangsoberfläche zu transportieren. Das Spenderelement umfasst einen Körper und ein an dem Körper angebrachtes erstes Elektrodenelement. Das Spenderelement umfasst weiter ein an dem Körper angebrachtes und von dem ersten Elektrodenelement beabstandetes zweites Elektrodenelement sowie ein Widerstandselement, das das erste Elektrodenelement und das zweite Elektrodenelement elektrisch so miteinender verbindet, dass, wenn ein elektrisches Potential an das erste Elektrodenelement angelegt wird, ein spezifizierter Teil dieses Potentials zu dem zweiten Elektrodenelement übertragen wird.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird des Weiteren eine elektrofotografische Druckmaschine des Typs bereitgestellt, der eine Entwicklereinheit aufweist und angepasst ist, mit Zeichenpartikeln ein auf einem Bildempfangselement aufgezeichnetes elektrostatisches latentes Bild zu entwickeln. Die Entwicklereinheit ist zur Verwendung mit einem elektrischen Feld adaptierbar, um das Entwickeln des latenten Bildes zu unterstützen. Die Verbesserung umfasst ein Gehäuse, das eine Kammer definiert, um wenigstens einen Vorrat an Zeichenpartikeln in der Kammer zu speichern, sowie ein beweglich angebrachtes Spenderelement. Das Spenderelement ist von der Empfangsoberfläche beabstandet und angepasst, um Zeichenpartikel von der Kammer des Gehäuses zu einer Entwicklungszone neben der Empfangsoberfläche zu transportieren. Das Spenderelement umfasst einen Körper und ein an dem Körper angebrachtes erstes Elektrodenelement. Das Spenderelement umfasst weiter ein an dem Körper angebrachtes und von dem ersten Elektrodenelement beabstandetes zweites Elektrodenelement, sowie ein Widerstandselement, das das erste Elektrodenelement und das zweite Elektrodenelement elektrisch so miteinander verbindet, dass, wenn ein elektrisches Potential an das erste Elektrodenelement angelegt wird, ein spezifizierter Teil dieses Potentials zu dem zweiten Elektrodenelement übertragen wird.
Die vorliegende Erfindung wird nun, nur beispielhaft, mit Verweis auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Verweiszeichen gleiche Elemente bezeichnen.
Fig. 1 ist ein Aufriss einer ersten Ausführung einer segmentierten Spenderwalze mit Widerstandsnetzwerk-Kommutation der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist ein schematischer Aufriss einer Druckmaschine, die die in Fig. 1 gezeigte segmentierte Spenderwalze mit Widerstandsnetzwerk-Kommutation einschließt.
Fig. 3 ist ein schematischer Aufriss einer Entwicklungseinheit, die die in Fig. 1 gezeigte segmentierte Spenderwalze mit Widerstandsnetzwerk-Kommutation einschließt.
Fig. 4 ist eine Teilschnittansicht in der Richtung der Pfeile 4-4 der in Fig. 1 gezeigten segmentierten Spenderwalze mit Widerstandsnetzwerk-Kommutation.
Fig. 5 ist ein vereinfachtes elektrisches Schaltbild der in Fig. 1 gezeigten segmentierten Spenderwalze mit Widerstandsnetzwerk-Kommutation.
Fig. 6 ist eine grafische Darstellung der Spannungen, die an den Elektroden der in Fig. 1 gezeigten segmentierten Spenderwalze mit Widerstandsnetzwerk-Kommutation erscheinen.
Fig. 7 ist ein Aufriss einer anderen Ausführung einer segmentierten Spenderwalze mit Widerstandsnetzwerk-Kommutation der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 ist ein schematischer Teilaufriss des Kommutationsteils der Spenderwalze der in Fig. 1 gezeigten segmentierten Spenderwalze mit Widerstandsnetzwerk-Kommutation, der konzentrierte Schaltkreiselemente verwendet.
Fig. 9 ist ein schematischer Teilaufriss des Kommutationsteils der Spenderwalze der in Fig. 1 gezeigten segmentierten Spenderwalze mit Widerstandsnetzwerk-Kommutation, der kontinuierliche Schaltkreiselemente verwendet.
Fig. 10 ist eine schematische Endansicht des Kommutationsteils der Spenderwalze der in Fig. 7 gezeigten segmentierten Spenderwalze mit Widerstandsnetzwerk-Kommutation.
Fig. 11 ist ein elektrisches Schaltbild der in Fig. 1 gezeigten segmentierten Spenderwalze mit Widerstandsnetzwerk-Kommutation.
In Anbetracht der Tatsache, dass die Technik des elektrofotografischen Druckens wohl bekannt ist, werden die verschiedenen Berarbeitungsstationen, die in der in Fig. 2 veranschaulichten Druckmaschine verwendet werden, im Folgenden schematisch aufgezeigt, und ihre Funktion wird mit Verweis darauf kurz beschrieben.
Fig. 2 zeigt eine veranschaulichende elektrofotografische Druckmaschine, die die Entwicklungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung einschließt. Die Druckmaschine umfasst einen Fotorezeptor 10 in der Form eines Bandes mit einer fotoleitfähigen Oberflächenschicht 12 auf einem elektrisch leitenden Substrat 14. Die Oberfläche 12 besteht vorzugsweise aus einer Selenlegierung oder einer geeigneten lichtempfindlichen organischen Verbindung. Das Substrat 14 besteht vorzugsweise aus einem Polyesterfilm, z. B. MylarR (Warenzeichen von DuPont (UK) Ltd.), beschichtet mit einer dünnen Schicht einer Aluminiumlegierung, die elektrisch geerdet ist. Das Band wird mittels eines Motors 24 längs eines durch die Walzen 18, 20 und 22 definierten Pfades angetrieben, wobei die Bewegungsrichtung gegen den Uhrzeiger verläuft, wie in Fig. 2 gezeigt und durch Pfeil 16 angedeutet. Zu Anfang durchläuft ein Teil des Bandes 10 eine Ladestation A, wo ein Koronagenerator 26 die Oberfläche 12 auf ein relativ hohes im Wesentlichen gleichförmiges Potential auflädt. Eine Hochspannungsstromquelle 28 liefert Strom für den Generator 26.
Nach dem Aufladen wird die fotoleitfähige Oberfläche 12 durch eine Belichtungsstation B geführt, wo ein Rasterausgabe-Scanner (ROS) 36 die Oberfläche 12 in einem Rastermuster belichtet, das aus einer Serie horizontaler Abtastzeilen besteht, wobei jede Zeile eine spezifizierte Anzahl Pixeln pro Zoll aufweist. Der ROS enthält eine von einer Datenquelle gesteuerte Laserquelle, einen rotierenden Polygonspiegel und damit verbundene optische Elemente. Der ROS belichtet Punkt für Punkt die aufgeladene fotoleitfähige Oberfläche 12, um das zu druckende latente elektrostatische Bild zu erzeugen. Personen, die mit der Technik vertraut sind, werden verstehen, dass alternative Belichtungssysteme zur Erzeugung des latenten elektrostatischen Bildes, wie Flüssigkristall-Lichtvenfil- und Lichtemissions-Dioden-Druckbalken oder eine herkömmliche Lichflinsenanordnung, anstelle des ROS-Systems verwendet werden könnten.
Nach dem Aufzeichnen des elektrostatischen latenten Bildes auf der fotoleitfähigen Oberfläche 12 gelangt das latente Bild zu einer Entwicklungsstation C. In der Entwicklungsstation C entwickelt ein Entwicklungssystem 38 das auf der fotoleitfähigen Oberfläche aufgezeichnete latente Bild. Das Entwicklungssystem 38 umfasst vorzugsweise eine oder mehrfache Spenderwalzen oder Walzen 40 mit elektrischen Leitern in der Farm von Elektrodendrähten oder Elektroden 42 in der Lücke zwischen der Spenderrolle 40 und dem fotoleiträhigen Band 10. Die Elektroden 42 werden mit Hochspannungs-AC-Potentialen elektrisch aktiviert, um aufgeladene Tonerpartikel von der Walzenoberfläche abzulösen und eine Tonerpulverwolke in der Lücke zwischen der Spendenwalze und der fotoleitfähigen Oberfläche zu bilden. Das latente Bild zieht die aufgeladenen Tonerpartikel von der Tonerpulverwolke an, um ein sichtbares Tonerpulverbild darauf zu entwickeln. Die Spenderwalze 40 ist zumindest teilweise in der Kammer des Entwicklergehäuses 44 angebracht. Die Kammer im Entwicklergehäuse 44 speichert einen Vorrat an Zweikomponenten-Entwicklermaterial 45, das zumindest aus magnetischen Trägerkörnchen mit triboelektrisch daran haftenden Tonerpartikeln besteht. Eine Transportwalze oder Walze 46, die ganz in der Kammer des Gehäuses 44 angeordnet ist, befördert das Entwicklermaterial zu der Spenderwalze 40. Die Transportwalze 46 ist gegenüber der Spenderwalze 40 elektrisch vorgespannt, sodass die Tonerpartikel von der Transportwalze 46 zu der Spenderwalze 40 hingezogen werden.
Nach dem Entwickeln des elektrostatischen latenten Bildes gelangt das entwickelte Bild zu einer Transfer-Station D, bei der ein Kopierblatt 54 durch eine Walze 52 nach den Führungen 56 mit dem entwickelten Bild auf dem Band 10 in Berührung gebracht wird. Ein Koronagenerator 58 lagert Ionen auf der Rückseite des Kopierblattes 54 ab, um das entwickelte Tonerbild von der Oberfläche des Bandes 10 zu der Oberfläche des Kopierblattes 54 hinzuziehen. Während das Band 10 über die Walze 18 läuft, wird das Kopierblatt 54 mit dem übertragenen Tonerbild von der Bandoberfläche abgestreift.
Nach dem Transfer wird das Blatt durch eine Fördervorrichtung (nicht gezeigt) zu einer Aufschmelzstation E geführt. Die Aufschmelzstation E enthält eine geheizte Aufschmelzwalze 64 und eine Stützwalze 66. Das Kopierblatt 54 läuft zwischen der Aufschmelzwalze 64 und der Stützwalze 66 hindurch, wobei das Tonerpulverbild die Oberfläche der Aufschmelzwalze 64 berührt. Auf diese Weise wird das Tonerpulverbild dauerhaft an det Oberfläche des Kopierblattes 54 befestigt. Nach dem Aufschmelzen gelangt das Kopierblatt durch eine Rutsche 72 zu einer Auffangschale 72, um anschließend von einem Bediener aus der Druckmaschine genommen zu werden.
Nach dem Abstreifen des Kopierblattes 54 von der Oberfläche des Bandes 10 werden restliche Tonerpartikel, die an der fotoleitfähigen Oberfläche 12 haften, in einer Reinigungsstation F durch eine rotierende Faserbürste 74 in Berührung mit der fotoleitfähigen Oberfläche 12 entfernt. Nach dem Reinigen flutet eine Entladungslampe (nicht gezeigt) die fotoleitfähige Oberfläche 12 mit Licht, um alle restliche elektrostatische Ladung zu zerstreuen, bevor die fotoleitfähige Oberfläche 12 für den nächsten folgenden Abbildungszyklus neu aufgeladen wird.
Es wird davon ausgegangen, dass die vorangehende Beschreibung den Zwecken der vorliegenden Anmeldung genügt, um die allgemeine Funktion einer elektrofotografischen Druckmaschine, die die Entwicklungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung einschließt, zu veranschaulichen.
Auf Fig. 3 verweisend wird das Entwicklungssystem 38 ausführlicher gezeigt. Das Gehäuse 44 definiert die Kammer zum Speichern des Vorrats an Entwicklermaterial 45, das aus Trägerkörnchen 76 mit triboelektrisch anhaftenden Tonerpartikeln 78 besteht. Schnecken 80 und 82 verteilen Entwicklermaterial 45 gleichmäßig entlang der Länge der Transportwalze 46 in der Kammer des Gehäuses 44.
Die Transportwalze 46 besteht aus einen stationären mehrpoligen Innenmagneten 84 mit einer dicht beabstandeten Hülse 86 aus nicht magnetischem Material, die bestimmt ist, um den Körper des Magneten 84 in einer durch Pfeil 85 angezeigten Richtung gedreht zu werden. Entwicklermaterial 45 in der Form von magnetischen Trägerkügelchen oder Körnchen 76, die mit Tonerpartikeln 78 geladen sind, wird zu dem Äußeren der Hülse 86 hingezogen, während sie sich durch die stationären Magnetfelder des Magneten 84 dreht. Ein Abstreichmesser 88 dosiert die Menge des an der Hülse 86 haftenden Entwicklers, wenn er zu der Ladezone, dem Spalt zwischen der Transportwalze 46 und der Spendewalze 40, transportiert wird. Dieses an der Hülse 86 haftende Entwicklermaterial enthält magnetische Trägerkörnchen, die eine Fadenstruktur, gewöhnlich als Magnetbürste bezeichnet, bilden.
Die Spenderwalze 40 enthält Elektroden 42 in der Form von axialen leitenden Elementen, die um ihre Umfangsoberfläche gleichmäßig beabstandet sind. Die Elektroden 42 liegen vorzugsweise an oder nahe bei der Umfangsoberfläche und können durch jeden geeigneten Prozess wie Fotolithografie, Elektroplattierung, Laserablation, Seiden-Siebdruck oder direkte Verdrahtung angebracht werden. Man sollte zur Kenntnis nehmen, dass die Elektroden alternativ durch in der Peripherie der Walze 40 gebildete axiale Rillen (nicht gezeigt) abgegrenzt werden können. Die elektrischen Leiter 42 sind wesentlich voneinander beabstandet und werden typischerweise auf einer isolierenden Schale oder einer nicht leitenden Schicht gebildet, die auf dem Kern der Spenderwalze 40, die elektrisch leitend sein kann, aufgebracht wird.
In einer baulichen Ausführung der vorliegenden Erfindung ist jede zweite Elektrode mit einem gemeinsamen elektrischen Bus verbunden, der sich typischerweise an einem Ende der Walze befindet. Kollektiv werden diese Elektroden als gemeinsame Elektroden 114 bezeichnet. Die übrigen Elektroden werden als aktive Elektroden 112 bezeichnet, die als unabhängige Elemente oder in Gruppen von zwei bis vier Elektroden verbunden betrieben werden können, wobei alle Gruppen um den Walzenumfang herum dieselbe Zahl von Elektroden aufweisen.
Eine Überzugsschicht 111, die diejenigen Teile der Walze 40, die mit aufgeladenem Toner interagieren, bedeckt, besteht vorzugsweise aus einem Material, das eine sehr niedrige elektrische Leitfähigkeit besitzt, aber nicht gänzlich isolierend ist. Die Leitfähigkeit dieses Materials muss niedrig genung sein, um sich wie eine Sperrschicht zu verhaften, um einen elektrischen Durchbruch zwischen benachbarten Elektroden zu unterdrücken und Kurzschlüsse oder elektrische Entladungen zwischen den Elektrodenelementen und den leitenden Fäden der Magnetbürste in der Ladezone 90 zu verhindern. Dieses Material muss jedoch ausreichend leitfähig sein, um ein wohl definiertes mittleres Oberflächenpotential, das die DC-Entwicklungszonenfelder in der Lücke zwischen der Spenderwalze 40 und dem fotoleitfähigen Band 10 definiert, trotz Ladungsaustausch an der Spenderwalzenoberfläche bereitzustellen.
Die gemeinsamen Elektroden 114 werden auf eine spezifische mittlere Spannung in Bezug auf die Systemerde durch eine Gleichstrom-DC-Spannungsquelle 92 vorgespannt. Eine Wechselstrom-Spannungsquelle 93 kann auch mit der gemeinsamen Versorgungsschaltung verbunden werden, um eine Wechselspannungskomponente an dis gemeinsamen Elektroden 114 zu liefern.
Die Transportwalze 46 wird ebenfalls auf eine spezifische Spannung in Bezug auf die Systemerde durch eine DC-Spannungsquelle 94 vorgespannt, wobei eine optionale Spannungsquelle 95 eine Wechselspannungskomponente an die Transportwalze 46 anlegt.
Durch Steuern der Ausgangspotentiale der DC-Spannungsquellen 92 und 94 wird die in der Ladezone 90 zwischen den Magnetbürstenfäden und der Spenderwalzenoberfläche angewandte elektrische DC-Feldstärke definiert. Wenn das elektrische Feld zwischen diesen Elementen von richtiger Polarität und ausreichender Größe ist, migrieren Tonerpartikel 78 von den Spitzen der Magnetbürstenfäden und bilden eine selbstausgleichende Schicht von Tonerpartikeln auf der Oberfläche der Spenderwalze 40. Diese Entwicklungsvorrichtung ist auf den als Ladezone 90 bezeichneten Bereich beschränkt.
Durch Steuern der Amplitude, der Frequenzen und Phasen der AC-Spannungsquellen 93 und 94 kann das elektrische Feld, das zwischen der Spenderwalzenoberfläche und den Magnetbürstenfäden auf der rotierenden Hülse 86 der Magnetwalze 46 angewandt wird, optimiert werden. Es ist bekannt, dass das Anwenden des elektrischen AC-Feldes über der Magnetbürste die Rate, mit der sich Toner auf der Oberfläche der Spenderwalze 40 ablagert, gleichmäßig verbessert und erhöht.
Man glaubt, dass die Anwendung einer elektrischen AC-Feldkomponente in der Ladezone 90 hilft, die kohäsiven und elektrostatischen Bindungen zwischen Tonerpartikeln und Trägerkörnchen zu brechen und statistisch die Schwelle für die Migration der Tonerpartikel zu der Spenderwalzenoberfläche unter der Wirkung des elektrischen DC-Feldes zu erweichen.
In der Ladezone ist es erwünscht, dass die aktiven Elektroden 112 und die gemeinsamen Elektroden 114 auf demselben Potential betrieben werden. In diesem Fall würden sowohl die aktiven als auch die gemeinsamen Elektroden beim Durchgang durch die Ladezone von den Spannungsquellen 92 und 93 getrieben werden.
Während das Entwicklungssystem 38, wie in Fig. 3 gezeigt, sowohl die DC-Spannungsquelle 92 als auch die AC-Spannungsquelle 93 zur Versorgung der gemeinsamen Elektroden 114 sowie die Transportwalzen-DC-Spannungsquelle 94 und die AC-Spannungsquelle 95 benutzt, kann die Erfindung mit nur der DC-Spannungsquelle 92, die die gemeinsamen Elektroden 114 auf der Spenderwalze 40 versorgt, praktisch umgesetzt werden.
Es hat sich gezeigt, dass eine über die Magnetbürste zwischen der Oberfläche der Spenderwalze 40 und der Hülse 86 angelegte AC-Spannungsamplitude von 200Vrms ausreichend ist die Lade/Nachladerate der Spenderwalze 40 zu maximieren, das heißt, die Lieferungsrate von Tonerpartikeln von der Magnetbürste an die Spenderwalzenoberfläche wird maximiert. In jedem spezifischen Beispiel hängt die optimale Spannungsamplitude von der Geometrie der Nachladezone ab und kann empirisch justiert werden. Theoretisch kann jeder Wert bis zu dem Punkt, wo Entladung innerhalb der Magnetbürste auftritt, verwendet werden. Für typische Entwicklermaterialien, Spenderwalze-zu-Transportwalzen-Abstände und Materialpackungs-Bruchstücke liegt der Maximalwert in der Größe von 400Vrms bei einer AC-Frequenz von etwa 2 kHz. Wenn die Frequenz zu niedrig ist, z. B. kleiner als 200 Hz, kann für das Auge sichtbare Bilddichte-Streifenbildung infolge der periodischen Schwankung des von der Spenderwalze gelieferten Toners auf den Kopien zu sehen sein. Wenn die Frequenz relativ hoch ist, z. B. mehr als 15 kHz, wird die Toner-Migrationsrate erhöht, aber die AC-Hochspannungsversorgungen müssen viel höhere kapazitive Lastströme liefern und kosten folglich mehr in der Herstellung und können im Fall eines vorübergehenden Durchbruchs leichter irrtümlichen Schaden herbeiführen.
Die Spenderwalze 40 rotiert in der Richtung von Pfeil 91. Die relativen Spannungen zwischen den gemeinsamen Elektroden 114 und den aktiven Elektroden 114 der Spenderwalze 40 und der Hülse 86 der Magnetwalze 46 werden gewählt, um effizientes Laden von Toner von der Magnetbürste auf die Oberfläche der Spenderwalze 40 bereitzustellen. Die AC- und DC-Elektrodenspannungsquellen 96 bzw. 97 sind eingerichtet, die aktiven Elektroden 112 nacheinander elektrisch zu erregen, während sich die Spenderwalze 40 in der Richtung von Pfeil 91 dreht und aufeinanderfolgende aktive Elektroden 112 in den Entwicklungsschlitz 98 zwischen der Spenderwalze 40 und dem Fotorezeptorband 10 vorrücken.
Wie in Fig. 3 gezeigt, verteilt erfindungsgemäß ein mit den Elektrodenspannungsquellen 96 und 97 verbundener Widerstandsnetzwerk-Kommutator 100 AC-Erregungspotentiale in zeitlicher Folge an die aktiven Elektroden 112, während sie infolge der Drehung der Spenderwalze 40 in Richtung von Pfeil 91 in den Entwicklungsschlitz 98 gelangen. Auf diese Weise wird eine große AC-Spannungsdifferenz zwischen die aktiven Elektroden 112 und die gemeinsamen Elektroden 114 angelegt, die starke, schwingende elektrische Felder in einer schmalen Zone an der Oberfläche der Spenderwalze 40 erzeugen, die Toner von der Spenderwalzenoberfläche ablösen und eine lokal begrenzte Tonerpulverwolke bilden.
Der Aufbau und die Geometrie einer segmentierten Spenderwalze werden ausführlich in US- A-5 172 259, US A 5 289 240 und US-A-5 413 807 beschrieben.
Die Anmelder haben ermittelt, dass das benötigte AC-Aktivierungspotential für die Bildung einer wohl definierten Tonerwolke auf der Spenderwalze 40 mit längs verflochtenen gemeinsamen Elektroden 114 und aktiven Elektroden 112, beide etwa 100 um (0.004") breit und etwa 127 um (0.005") um den Umfang der Spenderwalze 40 herum beabstandet, etwa 1000 bis 1300 V bei 3 kHz beträgt.
Mit Verweis auf Fig. 1 wird erfindungsgemäß der Widerstandsnetzwerk-Kommutator 100 auf der Spenderwalze 40 ausführlicher gezeigt. Die Spenderwalze 40 besteht aus jedem geeigneten dauerhaftem Material, z. B. ein Keramikstab oder Rohr oder eine über eine stabile Metallwelle geklebte Polyamid-Hülse. Die Spenderwalze 40 umfasst einen Körper 102, aus dem sich ein erster Wellenzapfen 104 und ein zweiter Wellenzapfen 106 aus dem ersten Ende 107 bzw. zweiten Ende 108 des Körpers 102 der Spenderwalze 40 erstrecken. Die Spenderwalze 40 kann mit jedem geeigneten Verfahren gehalten werden, z. B., wie in Fig. 1 gezeigt, durch ein erstes und zweites Lager 115 und 116, die in Lagertaschen im Entwicklergehäuse 44 angebracht sind und den ersten und zweiten Wellenzapfen 104 bzw. 106 halten. Die Peripherie 122 der Spenderwalze 40 ist mit einer Anordnung 42 von dicht beabstandeten leitenden Elektrodenelementen parallel zur Achse 120 der Spenderwalze 40 gemustert. Die Elektrodenanordnung 42 umfasst die aktiven Elektroden 112, die in zeitlicher Folge über die Verteilung durch den Widerstandsnetzwerk-Kommutator 100 von einer festen elektrischen Kontaktbürste 136, die von den Stromquellen 96 und 97 gespeist wird, einem Schleifring 144, der von der DC-Stromquelle 97 gespeist wird, elektrisch aktiviert werden, und die gemeinsamen Elektroden 114, die von den Spannungsquellen 92 und 93 gespeist werden.
In der Elektrodenanordnung 42 sind die aktiven Elektroden 112 und die gemeinsamen Elektroden 114 in einem verflochtenen Muster angeordnet, das heißt, jede gemeinsame Elektrode 114 liegt zwischen angrenzenden aktiven Elektroden 112 und umgekehrt über dem zentralen Wolkenteil der Spenderwalze 40. Die aktiven Elektroden 112 werden durch die Ströme aktiviert, die durch Widerstandselemente 134 und 135 des Widerstandsnetzwerk- Kommutator 100 verteilt werden. Die Widerstandselemente 134 und 135 können diskrete Komponenten sein, oder sie können nach Dünnfilm- oder Dickfilmverfahren, die den Fachleuten in der Hybrid-Elektronik-Schaltungstechnik bekannt sind, unter Verwendung jedes geeigneten Materials mit der richtigen Geometrie und einem Flächenwiderstand bevorzugt im Bereich von ein paar kOhm pro Quadrat bis ein paar MOhm pro Quadrat hergestellt werden.
Die Widerstandselemente 134 können z. B., wie in Fig. 1 gezeigt, in der Form der Elektrodensegmente sein, die durch ein schmales Band von elektrischem Widerstandsmaterial gebildet werden, das über den aktiven Elektroden 112 auf der Oberfläche der Spenderwalze 40 abgelagert wird. Alternativ können die aktiven Elektroden 112 gebildet werden, nachdem die Widerstandsschicht auf der Oberfläche der Spenderwalze 40 abgelagert ist, sodass die Elektroden, die die Grenzen der Widerstandselemente 134 definieren, ganz freigelegt sind.
Die die Widerstandselemente 134 bildende Schicht hat vorzugsweise die Form eines Umfangsstreifens oder -Bandes mit einer Breite W&sub1; etwa gleich oder etwas größer als die Breite W&sub2; einer ersten kontaktierenden Bürste 136, um für leichten mechanischen Abgleich der Bürste in Bezug auf das Widerstandsband zu sorgen. Die Breite W&sub1; kann z. B. im Bereich von etwa 1 bis 5 mm liegen. Die Bürste 136 macht ständigen Schleifkontakt mit der Oberfläche der Widerstandsschicht 134 und wird durch die Stromquellen 96 und 97 elektrisch getrieben.
Die Widerstandsschicht 134 kann z. B. aus einer Polyamid-basierten Matrix in der Form einer Dickfilm Widerstandsfinte formuliert werden, die mit einem Körper 102 aus KaptonR, einem Produkt von DuPont (UK) Ltd., kompatibel ist. Ein weiter Bereich von kommerzellen Widerstands- und leitenden Polymer-Dickfilmtinten, die bei der Herstellung von Hybrid-Elektronikschaltungen benutzt werden, ist leicht erhältlich. Tinten mit einem Flächenwiderstand im Bereich von ein paar mOhm bis ein paar 100 Ohm pro Quadrat können benutzt werden, um sowohl Sätze von einzelnen leitenden Elektroden 112 und 114 als auch elektrische Schleifringe 140 und 144 zu konstruieren, und eine ähnliche Tinte, die formuliert ist, einen Flächenwiderstand von mehreren MOhm pro Quadrat zu ergeben, kann benutzt werden, um das Widerstandsband abzulagern, aus dem die Widerstandselemente 134 und 135 gebildet werden.
Alternativ können die Netzwerkkomponenten aus robusteren käuflichen Ruthenium- und Edelmetall-basierten Cermet-Dickfilm-Hypbrid-Mikroelektronikmaterialien bestehen, die bestimmt sind, unter hoher Temperatur auf Keramik-Substraten eingebrannt zu werden.
Die elektrisch kontaktierende Bürste 136 kann aus jedem geeigneten dauerhaften Material bestehen, z. B. einem gepressten kohleimprägnierten Plastik, festem und dichotomischem Graphit, einer Metallkontaktanordnung, einem Streifen hoch leitfähigen Polyamid-Widerstandsmaterials auf einer KaptonR-Feder, einem straff kontaktierenden Band aus Material mit niedrigen Widerstand, das an der Kontaktfläche anliegt, einem Polyamid- oder leitenden Elastomer in der Form eines Blattreinigers oder Streichmessers, einem Reibkontakt oder einem Schneepflug-Kontakt, die eine verbesserte Oberflächenreinigung der elektrischen Kontaktfläche bereitstellen können. In jedem Fall werden die Erregungsströme an die aktiven Elektroden in den passenden Verhältnissen durch das rotierende Widerstandsnetzwerk auf der Spenderwalzenoberfläche verteilt, wogegen die Bürste nur als ein ununterbrochener Kontakt mit minimalem Innenwiderstand fungiert. Dies ist eine Verbesserung von früheren Entwürfen, wo eine erweiterte Bürste mit abgestuftem Innenwiderstand benötigt wird, um ein maßgeschneidertes Erregerstromprofil bereitzustellen.
Nun auf Fig. 4 verweisend umfasst die Spenderwalze 40 den Körper 102, auf dem die Widerstandsbandformungselemente 134 abgelagert werden, um elektrischen Kontakt mit den aktiven Elektroden 112 der Elektrodenanordnung 42 herzustellen. Währen die Spenderwalze 40 rotiert, macht die Bürste 136 ununterbrochenen Kontakt mit der freigelegten Oberfläche der Widerstandsschicht 134.
Wieder auf Fig. 1 verweisend befindet sich die Widerstandsschicht 134 nahe dem ersten Ende 107 der Spenderwalze 40. Die gemeinsamen Elektroden 114 sind in ohmischem Kontakt mit dem Schleifring 140, der sich längs des Umfangs um die Peripherie der Spenderwalze 40 herum erstreckt. Der Schleifring 140 kann aus jedem geeigneten dauerhaften, elektrisch leitenden Material bestehen, z. B. einer Edelmetalllegierung, wird aber bevorzugt unter Verwendung einer Hypbrid-Elektronikschaltungs-Dickfilmtinte mit einem Flächenwiderstand von unter etwa 100 Ohm pro Quadrat hergestellt. Eine zweite leitende Bürste 142 macht ununterbrochenen elektrischen Kontakt mit der Oberfläche des Schleifrings 140 und stellt einen stetigen elektrischen Pfad zu den Stromquellen 92 und 93 bereit. Die zweite Bürste 142 kann aus jedem geeigneten, elektrisch leitenden Material bestehen und kann in Material und Aufbau mit der Bürste 136 identisch sein.
Ein zweiter elektrischer Schleifring 144 befindet sich in nächster Nähe zu dem Band von Widerstandselementen 134 und 135 und erstreckt sich längs des Umfangs um die Peripherie der Spenderwalze 40 herum. Außer seiner Lage nächst den Widerstandselementen 134 kann der Schleifring 144 in Material und Anwendungsverfahren mit dem Schleifring 140 identisch sein. Eine dritte leitende Bürste 146 macht ununterbrochenen elektrischen Kontakt mit der Oberfläche des Schleifrings 144 und stellt elektrische Durchgängigkeit zu den Stromquellen 96 und 97 bereit. Alle drei Bürsten 136, 142 und 146 können aus jedem geeigneten, elektrisch leitenden Material bestehen und können sowohl im Material als auch im Aufbau identisch sein.
Nun auf Fig. 5 verweisend wird ein vereinfachtes Ersatzschaltbild des Netzwerks von Widerstandselementen 134 und 135 gezeigt. Die Spannung VIN stellt die nominelle AC-Erregungsspannung dar, die von der Stromquelle 97 (s. Fig. 1) geliefert wird und an die Oberfläche des Widerstandsbandes am Berührungspunkt mit der leitenden Bürste 136 angelegt wird. Der Widerstand R, stellt den Wert der einzelnen Widerstandselemente 134 dar, und der Widerstand R&sub2; stellt den Wert der einzelnen Widerstandselemente 135 dar. Der Knoten N&sub1;&sub0; stellt die Elektrode 112 dar, die ohmischen Kontakt mit der Bürste 136 macht und sich daher auf derselben Spannung wie von der Stromquelle 96 geliefert befindet. Die Knoten N&sub9; und N&sub1;&sub1; stellen die aktiven Elektroden 112 dar, die direkt an die Elektrode grenzen, die Kontakt mit der Bürste hat. Die Knoten N&sub8; und N&sub1;&sub2; stellen die aktiven Elektroden 112 dar, die eine Stufe weiter von der Elektrode versetzt ist die ohmischen Kontakt mit der Bürste 136 hat, usw.
Nun auf Fig. 6 verweisend wird die Verteilung von Knotenspannungen, die die an die Knoten in Fig. 4 verteilten AC-Potentialamplituden anzeigen, über der Knotenposition geplottet, wobei der Knoten N&sub1;&sub0; die Elektrode darstellt, die Kontakt mit der Bürste hat. Plots der Spannungen an jedem Knoten werden für jedes von mehreren Widerstandsverhältnissen von r = 0.05 bis r = 1.0 gezeigt. Der Plot ist symmetrisch und nimmt an, dass nur dem Knoten N&sub1;&sub0; Strom zugeführt wird. Man sollte zur Kenntnis nehmen, dass es vorteilhaft sein kann, eine Vielzahl von mit Strom versorgten aneinandergrenzenden Knoten zu haben, wobei in diesem Fall die Verteilung der Potentiale für die übrigen Knoten dieselbe ist wie in dem Plot gezeigt. Das Widerstandsverhältnis ist wie folgt definiert:
r = R&sub1;/R&sub2;
wo R&sub1; der Widerstandswert des Bandsegments der Widerstandsschicht 134 zwischen aneinandergrenzenden aktiven Elektroden 112 ist, und
R&sub2; der Drain Widerstand ist, der einen direkten Rückstrompfad zum Schleifring 144 für jede aktive Elektrode bereitstellt.
Verschiedene Kombinationen von Widerstandstintenmaterialien können für die zwei Widerstände R&sub1; und R&sub2; ausgewählt werden, und das Verhältnis r kann bei Bedarf weiter zugeschnitten werden, indem die Geometrie des Widerstandsegments zwischen benachbarten aktiven Elektrodenelementen 112 und die Geometrie des Widerstandsrückpfades zwischen jeder Elektrode und dem Schleifring 144 gewählt werden. Zusätzlich zu dem enormen Bereich von erhältlichen elementaren Widerstandstinten-Formulierungen, d. h. von ein paar Ohm bis zu vielen MOhm pro Quadrat, kann der Flächenwiderstand über einem Bereich von etwa 3 : 1 durch Verändern der Dicke der Ablagerung und in einem kleineren Maß durch Adaptieren eines Nicht-Standard-Behandlungszyklusses, d. h. Überfeuern oder Unterfeuern der abgelagerten Widerstandsmaterialien bei verschiedenen Spitzentemperaturen und Feuerzeiten. Niedrigere Werte des Widerstandsverhältnisses r ergeben als Folge der Kommutation abgestuftere Änderungen in der angewandten Spannungsverteilung.
Aus den Plots von Fig. 6 für ein Widerstandsverhältnis r von 0.15 ist zu sehen, dass eine nominelle Eingangsspannung VIN von 1440 V, die zur Pulverwolkenbildung an den Knoten N&sub1;&sub0; angelegt wird, zur Folge hat, dass die Knoten N&sub9; und N&sub1;&sub1; eine effektive angelegte Spannung von etwa 681 V aufweisen. Desgleichen weisen die Knoten N&sub8; und N&sub1;&sub2; eine effektive angelegte Spannung von 464 V auf, die Knoten N&sub7; und N&sub1;&sub3; werden effektiv bei 316 V getrieben, und die Knoten N&sub6; und N&sub1;&sub4; werden bei 216 V getrieben. Anstatt das abrupte Spannung-über- Zeit-Profil des Kommutationssystems des Standes der Technik zu haben, nimmt die an jede Elektrode der vorliegenden Erfindung angelegte Erregungsspannung allmählich zu, wenn sich die Elektrode in die Entwicklungszone bewegt, und fällt in einer symmetrischen Weise ab, wenn sich die Elektrode aus der Entwicklungszone herausbewegt, um so die benötigte hohe Erregungsspanunng in der Entwicklungszone bereitzustellen, während der Spannungsunterschied zwischen benachbarten Elektroden außerhalb der Zone begrenzt wird.
Eine alternative Ausführung der vorliegenden Erfindung wird in dem Widerstandsnetzwerk- Kommutator 200 von Fig. 7 gezeigt. Der Widerstandsnetzwerk-Kommutator 200 umfasst eine Spenderwalze 240, die der Spenderwalze 40 von Fig. 1 gleicht und ähnlich durch Lager 215 und 216 an einem ersten und zweiten Wellenzapfen 204 bzw. 206 gehalten wird, die sich vom ersten Ende 207 und zweiten Ende 208 der Spenderwalze 240 nach außen erstrecken. Erste aktive Elektroden 212 gleichen den aktiven Elektroden 112 von Fig. 1 und sind mit dem ersten Widerstandselement 234 und mit dem leitenden Schleifring 252 über das zweite Widerstandselement 250 elektrisch verbunden.
Das erste Widerstandselement 234 ist ähnlich dem Widerstandselement 134 und hat ebenfalls vorzugsweise die Form einer Widerstandsschicht. Das zweite Widerstandselement 250 ist elektrisch zwischen die Elektroden 212 und den leitenden Schleifring 252 geschaltet. Das zweite Widerstandselement 250 kann jede geeignete Form annehmen, solange sie das gewünschte Widerstandsverhältnis, wenn in dem Widerstandsnetzwerk mit dem ersten Widerstandsnetzwerk 234 kombiniert, bereitstellt, z. B. den r-Wert von 0.15 wie in dem vorherigen Beispiel gegeben und in der Grafik von Fig. 6 gezeigt.
Wieder auf Fig. 7 verweisend hat das zweite Widerstandselement bevorzugt die Form eines durchgehenden Umfangsbandes, die sich angrenzend an das erste Widerstandselement 234 auf der Peripherie 222 der Spenderwalze 240 befindet. Alternativ kann das zweite Widerstandselement 250 leichter in der Form einer Anordnung von getrennten einzelnen Widerstandselementen hergestellt werden, die Widerstandspfade von jeder Elektrode 212 zu dem leitenden Schleifring 252 bilden. Das zweite Widerstandselement 250 besteht vorzugsweise aus einem Material, dessen Zusammensetzung der des ersten Widerstandselements 234 ähnlich ist, sodass beide in denselben Herstellungsschritten bearbeitet werden können.
Das erste Widerstandselement 234 ist mit der Stromquelle 260 durch irgendeine geeignete Einrichtung elektrisch verbunden, z. B. durch eine erste leitende Bürste 262, die einen stetigen elektrischen Kontakt zu dem ersten Widerstandselement bereitstellt. Der Schleifring 252 hat vorzugsweise Kontakt mit der zweiten Bürste 264. Die Bürsten 262 und 264 haben jede geeignete Konfiguration und können z. B. in Material und Aufbau der ersten Bürste 136 der Spenderwalze 40 von Fig. 1 ähnlich sein.
Der zweite Satz von Elektroden 214 ist, anders als die gemeinsamen Elektroden 114 des Widerstandsnetzwerk-Kommutators 100 von Fig. 1, elektrisch mit einem dritten Widerstandselement 266 bevorzugt in der Form einer Widerstandsschicht ähnlich dem Widerstandselement oder -Schicht 234 verbunden. Das ditte Widerstandselement 266 wird auch von der Stromquelle 260 gespeist, z. B. durch eine dritte leitende Bürste 270. Die Stromquelle 260 liefert eine Netto-DC-Vorspannung sowie zwei Wechselspannungswellenformen, die 180º phasenverschoben sind. Eine dieser Wellenformen wird über die leitende Bürste 262 an das erste Widerstandselement 234 angelegt, während die andere Wellenform über die leitende Bürste 270 an das dritte Widerstandselement 266 angelegt wird, sodass zusätzlich zu einer gemeinsamen DC-Vorspannung die auf die Elektroden 212 und 214 gedrückten Spannungswellenformen 180º phasenverschoben sind.
Indem zwei 180º phasenverschobene Wellenformen verwendet werden, kann die Gesamtverlustleistung in dem Widerstandsnetzwerk wesentlich verringert werden, ohne die Größe der elektrischen Wechselfelder zwischen den benachbarten Elektroden 212 und 214, die für die Erzeugung und Unterhaltung einer Tonerwolke verantwortlich sind, zu beeinflussen. Die angelegten Spannungswellenformen können sinusförmig, quadratisch oder komplexer sein und sind bevorzugt symmetrisch insofern als die Hälfte der netto angelegten AC-Spannung an aneinandergrenzende Elektroden geliefert wird. Die DC-Vorspannung erscheint auf beiden Sätzen von Elektroden gleich und definiert das mittlere Potential auf der Walzenoberfläche durch die kleine Nicht-Null-Leitfähigkeit der Sperrschicht (nicht gezeigt).
Die Minimierung der Gesamtverlustleistung in dem Widerstandsnetzwerk verhilft zu niedrigeren Betriebstemperaturen und vermindert die Kosten und die Größe der Stromversorgungen. In der Toner-Nachladezone werden die wechselnden Komponenten der angelegten Stromversorgung 260 stark abgeschwächt, und beide Sätze von Elektroden 212 und 214 werden auf die gemeinsame DC-Spannung vorgespannt, die über die Bürsten 264 und 276 an die Schleifringe 252 und 274 angelegt wird. Man sollte beachten, dass, durch Symmetrie, wenn ein leitender Pfad zwischen den Schleifringen 252 und 274 in der Walze selbst (nicht gezeigt) bereitgestellt wird, die zwei Ringe auf derselben DC-Vorspannung errichtet werden, auch wenn die Bürsten 264 und 276 weggelassen werden. Die Bereitstellung einer direkten Verbindung von den Schleifringen zu der Vorspannungsquelle ist allerdings gute Konstruktionspraxis.
Das erste Widerstandselement 234 befindet sich nahe dem ersten Ende 207 der Spenderwalze 240, während die dritte Widerstandsschicht 266 angrenzend an das zweite Ende 208 der Spenderwalze 240 gelegen ist. Ein viertes Widerstandselement 272 ist vorzugsweise ebenfalls in der Form einer Widerstandsschicht ähnlich dem zweiten Widerstandselement 250. Ein zweiter leitender Schleifring 274 ist mit dem vierten Widerstandselement 272 elektrisch verbunden. Das zweite leitende Element 274 ist bevorzugt in der Form eines Schleifrings ähnlich dem Schleifring 252. Der Schleifring 274 wird durch die vierte Bürste 276 elektrisch kontaktiert und kann in Material und Aufbau der zweiten Bürste 264 gleichen. Die zweite Bürste 264 und die vierte Bürste 276 sind mit einer gemeinsamen Vorspannungsquelle, vorzugsweise wie in Fig. 7 gezeigt, elektrisch verbunden.
Mit Verweis auf Fig. 8 wird der Kommutationsbereich des Kommutators 200 ausführlicher gezeigt. Das erste Widerstandselement 234 hat ohmischen Kontakt mit allen ersten Elektroden 212 in einem von den Enden aller zweiten Elektroden 214 beabstandeten Bereich. Das erste Widerstandselement 234 stellt eine durchgehende Kette von gleichen Widerständen R&sub3; in der Form von Zwischenelektroden-Segmenten zwischen aneinandergrenzenden Elektroden 212 bereit, die erzeugt wird, wenn das schmale Band aus elektrischem Widerstandsmaterial über den Elektroden abgelagert wird. Das zweite Widerstandselement 250 stellt eine Anordnung von einzelnen, wohl definierten Widerstandspfaden zwischen jeder Elektrode 212 und dem Schleifring 252 bereit, wobei jeder den Widerstand R&sub4; hat. Da sowohl das erste Widerstandselement 234 als auch das zweite Widerstandselement 250 jeweils aus einem breiten Bereich von elementaren Widerstandsmaterialformulierungen unabhängig hergestellt und bei Bedarf weiter verfeinert werden können, indem geometrische Seitenverhältnisse und Dicken für die zwei Widerstandselemente gewählt werden, können die Werte von R&sub3; und R&sub4; hinsichtlich des Impedanzbereiches und der Verlustleistung sowie des Verhältnisses individuell zugeschnitten werden, um die beste Leistung des Kommutators 200 zu erhalten.
Nun auf Fig. 9 verweisend kann das Widerstandselement 250 in der Form eines durchgehenden Widerstandsbandes sein, das einen Widerstandspfad, dargestellt durch die Ersatzwiderstände R&sub4;, zwischen jeder Elektrode 212 und dem leitenden Schleifring 252 bereitstellt. Mit der Technik vertraute Personen werden verstehen, dass der Ersatzwiderstand R&sub3; in der Konfiguration von Fig. 8 einen Beitrag von beiden Elementen 234 und 250 in parallel enthalten wird. In beiden Fig. 8 und 9 ist die DC-Vorspannung weggelassen worden, die Stromversorgung 260 wird schematisch mit einer Elektrode 212 verbunden gezeigt, die den mit der Bürste verbundenen Elektrodenknoten darstellt, und der Schleifring 252 wird geerdet gezeigt.
Nun auf Fig. 10 verweisend wird der Pfad der Bürste 262 auf der Oberfläche des Widerstandselements 234 im Querschnitt gezeigt, um die innere Stromverteilung zu den leitenden Elektroden 212 zu veranschaulichen, die auf der Oberfläche der in Fig. 1 und 7 gezeigten Spenderwalzen gebildet sind. In Fig. 10 wurde die Dicke der Widerstandsschicht 234 zur Klarheit übertrieben, um die Stromverteilung innerhalb der Schicht zu zeigen. Man beachte, dass in dieser Ansicht die Elektroden 214 (s. Fig. 7) nicht unter der Bürste 262 verlaufen. Die Elektrode 282 liefert den direktesten Weg zum Kontaktpunkt der Bürste 262 und empfängt somit anteilig mehr Strom als die in größeren Abständen von der Bürste 262 liegenden Elektroden 212. Wenn die Bürste 262 über die Oberfläche der Schicht 234 läuft, wird jede Elektrode 212 wiederum mit derselben AC-Amplitudenhülle erregt.
Nun auf Fig. 11 verweisend wird ein elektrisches Schaltbild gezeigt, das schematisch das elektrische Äquivalent des Widerstandsnetzwerk-Kommutators 200 (s. Fig. 7) darstellt. Die Spannungen VIN1 und VIN2 stellen die nominellen Erregerspannungen dar, die von der Stromquelle 260 (s. Fig. 7) geliefert und an die Knoten N10links und N10rechts angelegt werden, die die Knoten darstellen, die durch die in Fig. 7 gezeigte erste Bürste 262 bzw. dritte Bürste 270 kontaktiert werden. Die Kondensatoren C&sub1; stellen die Zwischenelektroden-Kapazität zwischen angrenzenden Elektroden 212 und 214 dar. Die Widerstände R&sub1; stellen den Widerstand der einzelnen Segmente des ersten Widerstandselements 234 zwischen aneinandergrenzenden Elektroden 212 dar, während die Widerstände R&sub2; den Widerstand zwischen jeder Elektrode 212 und dem leitenden Element (s. Fig. 7) darstellen. Die Widerstände R&sub3; stellen den Widerstand der einzelnen Segmente des Widerstandselements 266 zwischen aneinandergrenzenden Elektroden 214 dar, während die Widerstände R&sub4; den Widerstand zwischen jeder Elektrode 214 und dem leitenden Element 274 (s. Fig. 7) darstellen. Die Kondensatoren C&sub2; und C&sub3; stellen die kleine, aber Nicht-Null-Kapazität zwischen jeder Elektrode und dem Walzensubstrat in Fig. 7 dar. Unter normalen Umständen wird erwartet, dass, weil die Walzengeometrie symmetrisch ist, die Kondensatoren C&sub2; und C&sub3; gleich sein werden. Die bevorzugte Konstruktion würde die Gesamtsymmetrie bewahren, indem die Widerstände R&sub1; so hergestellt werden, dass sie den Widerständen R&sub3; entsprechen, und die Widerstände R&sub2;, dass sie den Widerständen R&sub4; entsprechen.
Indem ineinandergreifende Elektroden mit aneinandergrenzenden Elektroden bereitgestellt werden, die mit 184º phasenverschobenen elektrischen Signalen gespeist werden, kann die benötigte Spannung zur Pulverwolkenbildung mit einer Stromversorgung mit niedrigerem Leistungsverbrauch zu Wege gebracht werden.
Indem ein Paar von Widerstandsschichten bereitgestellt wird, eine, um benachbarte Elektroden miteinander zu verbinden, und eine zweite, um die Elektroden mit einer Vorspannungspotentialquelle zu verbinden, kann eine genau kontrollierte elektrische Verteilung erhalten werden.
Durch Bereitstellen eines aus einem Polyamid-basierten Material bestehenden Widerstandsnetzwerks kann eine billige Spenderwalze mit überlegener Leistung und erhöhter Oberflächenlebensdauer hergestellt werden. Durch Bereitstellen eines Widerstandsnetzwerks, das aus einem Ruthenium-basierten Material auf einem Keramiksubstrat besteht, kann eine billige und doch äußerst robuste Spenderwalze bereitgestellt werden.
Während diese Erfindung in Verbindung mit verschiedenen Ausführungen beschrieben wurde, ist offensichtlich, dass für die Fachleute in der Technik viele Alternativen, Modifikationen und Variationen ersichtlich sind. Es ist folglich beabsichtigt, alle derartigen Alternativen, Modifikationen und Variationen als in den Umfang der anliegenden Ansprüche fallend einzuschließen.

Claims

1. Spenderwalze (40, 240) zum Transportieren von Zeichenerzeugungsteilchen zu einem elektrostatischen latenten Bild, das auf einer Oberfläche (12) aufgezeichnet ist, wobei die Spenderwalze (40, 240) mit einer Spannungsquelle eingesetzt werden kann, die unterstützend beim Transport der Zeichenerzeugungsteilchen von der Spenderwalze (40; 240) zu einer Entwicklungszone (98) an die Oberfläche (12) wirkt, wobei die Spenderwalze umfasst:

einen drehbar angebrachten Körper (102);

ein erstes und ein zweites ineinandergreifendes Elektrodenelement (112, 114; 212, 214), die an dem Körper (102) angebracht sind; und

ein erstes Kontaktelement (134; 234), das an dem Körper (102) angebracht ist;

dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Kontaktelement (144; 252) an dem Körper angebracht und von dem ersten Kontaktelement (134; 234) beabstandet ist; und dadurch, dass:

ein Widerstandselement (134, 135; 234, 250) das erste Elektrodenelement (112; 212) und das erste sowie das zweite Kontaktelement (134, 144; 234, 252) elektrisch so miteinander verbindet, dass, wenn eine Spannung an das erste und das zweite Kontaktelement (134, 144; 234, 252) angelegt wird, ein Teil dieser Spannung zu dem ersten Elektrodenelement (112; 212) übertragen wird.

2. Spenderwalze nach Anspruch 1, wobei das Widerstandselement (134, 135; 234, 250) eine Schicht aus Widerstandsmaterial umfasst, die auf einen Teil des Körpers (102) aufgetragen ist.

3. Spenderwalze nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens ein Teil des ersten Elektrodenelementes (112; 212) zwischen dem Körper (102) und dem Widerstandselement (134, 135; 234, 250) angeordnet ist.

4. Spenderwalze nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Körper (102) ein erstes Ende (107; 207) und ein zweites Ende (108; 208) hat und das Widerstandselement (134, 135; 234, 250) sowie das erste und das zweite Kontaktelement (134, 144; 234, 252) an das erste Ende (107; 207) des Körpers angrenzend angeordnet sind.

5. Spenderwalze nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das zweite Kontaktelement einen elektrischen Leiter (144; 252) umfasst, der an dem Körper (102) von dem ersten und dem zweiten Elektrodenelement (112, 114; 212, 214) beabstandet angebracht ist.

6. Spenderwalze nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste (234; 234) und/oder das zweite (144; 252) Kontaktelement Kommutierungsringe umfassen.

7. Spenderwalze nach einem der vorangehenden Ansprüche, die des Weiteren umfasst:

ein drittes Kontaktelement (266), das an dem Körper (102) angebracht ist;

ein viertes Kontaktelement (274), das an dem Körper (102) angebracht und von dem ersten sowie dem zweiten Elektrodenelement (212, 214) beabstandet ist; und

ein zweites Widerstandselement (266, 272), das das zweite Elektrodenelement (214), das drifte Kontaktelement (266) und das vierte Kontaktelement (274) elektrisch miteinander verbindet.

8. Spenderwalze nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Widerstandselement einen Widerstand von einigen kΩ pro Quadrat (kΩ per square) bis einige MΩ pro Quadrat (MΩ per square) hat.

9. Entwicklereinheit (38) zum Entwickeln eines latenten Bildes, das auf einer Oberfläche (12) eines Bildaufnahmeelementes (10) aufgezeichnet ist, um ein entwickeltes Bild zu erzeugen, wobei die Entwicklereinheit (38) ein Gehäuse (44), das eine Kammer zum Aufbewahren wenigstens eines Vorrats an Zeichenerzeugungszeichen (45) darin aufweist, und eine Spenderwalze nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst.