Uprawniony z patentu: Xerox Corporation, Rochester (Stany Zjednoczone Ameryki) Urzadzenie do wywolywania utajonego obrazu elektrostatycznego ' Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do wywolywania utajonego obrazu elektrostatycznego przez osadzanie na powierzchni zawierajacej ten obraz czastek tonera.W kserografii, na powierzchni fotoprzewodzacej, za pomoca urzadzenia ladujacego, wytwarza sie równomier¬ nie rozlozony ladunek elektrostatyczny. Czesci tej powierzchni zostaja nastepnie rozladowane przez naswietlenie, przez co zostaje utworzony utajony obraz elektrostatyczny, odpowiadajacy powielanemu oryginalowi. Dla uzyskania widocznosci tego obrazu konieczne jest wywolanie go za pomoca proszku barwiacego, zlozonego z czastek elektroskopijnych, zwanego tonerem. Gdy naladowana powierzchnia ma ladunek dodatni dobiera sie toner, ladowany ladunkiem o znaku przeciwnym niz znak ladunku obrazu, czyli ladunku ujemnego. Gdy naladowany ujemnie toner zostanie umieszczony na powierzchni obrazu, która posiada" dodatni ladunek elektrostatyczny, wówczas ladunek obrazu powoduje przyciagniecie czastek tonera i zatrzymanie ich na naladowanych obszarach. W ten sposób obraz zostaje wywolany.Przy wywolaniu dazy sie do wytworzenia kopii o ostrym, kontrastowym obrazie wolnym od zamazan tla.Wywolywanie utajonego obrazu elektrostatycznego mozna wykonac stosujac rózne sposoby. Jeden ze sposobów polega na kaskadowym posypywaniu powierzchni, na której znajduje sie obraz elektrostatyczny, materialem wywolywacza i na przenoszeniu tak wywolanego obrazu na arkusz lub tasme, stykajaca sie z powierzchnia obrazu. Nastepnie przeniesiony obraz utrwala sie ogrzewajac. Inny znany sposób rózni sie od opisanego tym, ze nad powierzchnia, na której znajduje sie utajony obraz, zostaje rozproszona chmura czastek proszku wywolywacza. Trzeci sposób przewiduje osadzanie wywolywacza na powierzchni, na której znajduje sie obraz, za pomoca szczotki magnetycznej. Szczotka magnetyczna sklada sie z mnóstwa bardzo malych czastek zelaznych, które pod wplywem pola magnetycznego tworza wlókna. Po zmieszaniu odpowiedniego tonera z/proszkiem magnetycznym nastepuje naladowanie go w sposób tryboelektryczny, a po podniesieniu proszku magnetycznego za pomoca magnesu tworzy sie szczotka, w której naladowane czastki tonem przyczepione sa w sposób przypadkowy do wlókien szczotki. Jeszcze inny sposób wywolywania przewiduje osadzanie tonera za pomoca szczotki z futra, która jest nasycona barwnikiem.Kazdy z wymienionych wyzej sposobów znajduje zastosowanie w urzadzeniach uzywanych w praktyce. Kazdy z tych sposobów posiada jednak cechy dodatnie i cechy ujemne, wskutek czego jeden sposób w maszynie odpowiadajacej okreslonym wymaganiom, moze okazac sie korzystniejszy niz inne sposoby. Sposób wywolywa-2 71039 nia kaskadowego moze na przyklad byc niepozadany, gdyz wiaze sie on z opadaniem barwnika pod wplywem ciezkosci, co powoduje scieranie powierzchni dielektrycznych. Ponadto sposób ten wymaga duzych i kosztow¬ nych urzadzen. Podobne zastrzezenia mozna wysunac w stosunku do sposobu wywolywania, który przewiduje stosowanie chmury z proszku tonera. Chmure z proszku tonera wytwarza sie rozpylajac na powierzchnie obrazu czastki tonera przez dysze, za pomoca sprezonego powietrza. Mechanizmy potrzebne do wytwarzania chmury z proszku tonera sa na ogól kosztowne i maja znaczne wymiary. Sposób wywolywania z zastosowaniem szczotki magnetycznej pozwala uzyskac calkowite wywolanie jednolitych duzych ciemnych obszarów, które wystepuja w obrazie, lecz obrazy o tonach ciaglych odtwarzane sa z nadmiernymi kontrastami. Równiezi w tym wypadku trzeba pogodzic takie czynniki, jak duze wymiary i ekonomicznosc.Sposoby wywolywania z zastosowaniem szczotki futrzanej, przedstawione w dawniejszych rozwiazaniach, posiadaja te wade, ze brak jest mozliwosci latwego regulowania ilosci tonera doprowadzanego do szczotki. Jezeli na szczotce osadzone zostaly nierówne ilosci barwnika, wówczas na wywolywanych obrazach moga pojawic sie zarówno jasne jak i ciemne obszary, jak tez niepozadane zamazania tla.Urzadzenie wedlug wynalazku charakteryzuje sie tym, ze zawiera zbiornik mieszczacy pewna ilosc czastek wywolywacza, urzadzenie do wytwarzania w zbiorniku turbulencji czastek wywolywacza, urzadzenie do przemieszczania, które jest tak umieszczone, ze poruszajac sie styka sie z czasteczkami znajdujacymi sie w wymienionym zbiorniku, przy czym urzadzenie do przemieszczania ma powierzchnie dobrana tryboelektrycz- nie tak, ze przyciaga wymienione czastki w sposób równomierny. W sklad urzadzenia wchodzi ponadto czlon wlóknisty, który umieszczony jest w polozeniu umozliwiajacym mu stykanie sie z wymienionym urzadzeniem do przemieszczania, przy czym wlókna czlonu wlóknistego sa tak dobrane, ze przyciagaja tryboelektrycznie czastki z urzadzenia do przemieszczania do swej powierzchni, w celu równomiernego doprowadzania tych czastek do powierzchni naladowanej i w celu usuwania wymienionych czastek z tych obszarów naladowanej powierzchni, na której nie ma ladunków elektrycznych.Wynalazek jest przykladowo objasniony na podstawie rysunku, w którym fig. 1 przedstawia schematycznie urzadzenie do wywolywania z czlonem wlóknistym w widoku z boku, fig. 2 przedstawia walek nadajacy z tuleja czesciowo nasunieta na ten walek, fig. 3 przedstawia uklad z fig. 1, z tym, ze pokazano tuleje nasadzona na walek nadajacy, fig. 4 przedstawia schematycznie szczotkowy uklad wywolujacy, w którym zastosowano walek dozujacy, a na walku nadajacym nie przewidziano nasadzonej tulei, fig. 5 przedstawia uklad z fig. 4, z tym, ze na walku nadajacym nasadzona jest tuleja.Urzadzenie wedlug wynalazku nadaje sie zwlaszcza do wywolywania utajonego obrazu elektrostatycznego, w którym wystepuja stosunkowo drobne szczególy, zlozone z obszarów odpowiednio naladowanych i obszarów nie posiadajacych ladunku.Na fig. 1 przedstawiono urzadzenie do wywolywania z zastosowaniem czlonu wlóknistego, skladajace sie z obudowy 11, w której znajduja sie elektroskopijne czastki tonera 10.Aby zapobiec zbrylaniu sie tonera, którego czastki maja srednice od 5 do 20/im, czastki tonera 10 miesza sie ze znacznie wiekszymi ziarnami, które maja srednice okolo 200/um. Obudowa U moze miec dowolny odpowiedni ksztalt, a na rysunku pokazano ja przykladowo jako skrzynke prostokatna, która posiada cztery sciany boczne oraz scianke denna i górna, przy czym w sciance górnej znajduje sie otwór umozliwiajacy wprowadzenie walka 15. We wnetrzu obudowy U umieszczone jest równiez urzadzenie mieszajace 13, które korzystnie posiada wal 14 przystosowany do podparcia na przeciwleglych bocznych scianach obudowy 11. Na wale uizadzenia mieszajacego umieszczone sa przegrody 12, które obracaja sie w zaznaczonym kierunku i sluza do wytwarzania turbulencji w masie tonera, w celu zapobiegania zbrylaniu sie lub aglomeracji materialu barwnika 10 i zapewnienia ciaglego doprowadzania barwnika do walka nadajacego 15. Jakkolwiek urzadzenie mieszajace 13 pokazano jako calkowicie zanurzone w materiale tonera 10, to jednak zanurzenie takie nie jest dla wlasciwej pracy konieczne. Jednakze zanurzenie urzadzenia mieszajacego w tonerze jest rozwiazaniem najkorzystniejszym, poniewaz w tym polozeniu uzyskuje sie silniejsza turbulencje czastek tonera. Walek 15 jest wykonany z metalu takiego jak miedz, stal lub aluminium , lub tez z materialu dielektrycznego na przyklad z masy plastycznej.Walek nadajacy 15 obraca sie na wale 16 z ustalona z góry predkoscia i jest zamontowany na odpowiednich podporach w ten sposób, ze czesc jego powierzchni styka sie z zawartym w zbiorniku materialem tonera. Na skutek zjawisk tryboelektrycznych walek nadajacy 15 pobiera ze zbiornika odmierzona ilosc tonera, przyczepionego równomiernie do jego powierzchni, podczas gdy walek ten obraca sie wokól swej osi.Czlon wlóknisty lub szczotka futrzana w postaci cylindra 20, umieszczony jest w ten sposób, ze moze stykac sie z cylindrem walka nadajacego 15. Dlugosc czlonu wlóknistego moze w mniejszym lub wiekszym stopniu pokrywac sie z dlugoscia walka nadajacego 15. Alternatywnie czlon wlóknisty moze byc polówka cylindra.Material pokrywajacy wlóknisty cylinder stanowia wlókna syntetyczne, wlókna naturalne lub tez mieszaniny wlókien. Najkorzystniejszym rozwiazaniem jest wlókno naturalne z filtra królika z Nowej Zelandii. Czlon3 71039 wlóknisty obraca sie dookola walu 21 i jest zamontowany na odpowiednich podporach. W poprzek czlonu wlóknistego, w kierunku oznaczonym strzalka, przesuwany jest papier 22, korzystnie elektroskopijny, na którym znajduje sie utajony obraz elektrostatyczny, przy czym na skutek osadzania tonera na papierze uzyskuje sie widocznosc utajonego obrazu. Toner jest przyciagany elektrostatycznie do powierzchni naladowanej, gdyz jest on tak dobrany, aby posiadal biegunowosc przeciwna od tej jaka ma naladowana powierzchnia.Dla uzyskania optymalnego wywolywania obrazu powierzchnie walka nadajacego i czlon wlóknisty nalezy wykonac z materialów dobranych w taki sposób, aby znajdowaly sie one w szeregu tryboelektrycznym, który przedstawiono w patencie Stanów Zjednoczonych nr 3.251.706. Przy takim doborze materialów toner latwo przyczepia sie do walka nadajacego i zapewnione jest zbieranie tonera przez czlon wlóknisty. W ten sposób toner, powierzchnia walka nadajacego i czlon wlóknisty sa tak ustawione w szeregu tryboelektrycznym, ze biegunowosc dodatnia (czlon wlóknisty) wystepuje na górze szeregu, a biegunowosc ujemna (toner) wystepuje na dole, lub tez na odwrót, zaleznie od zadanej biegunowosci tonera. Przy takim ukladzie, przy zetknieciu jakiegos materialu z innym materialem, który, znajduje sie nizej w szeregu tryboelektrycznym, nastepuje jego naladowanie dodatnie, podczas gdy material znajdujacy sie w szeregu nizej od niego zostanie naladowany ujemnie. Jezeli wiec zachodzi potrzeba wywolywania dodatnio naladowanego obrazu elektrostatycznego, nalezy proszek elektroskopijny naladowac ujemnie, przez stykanie go z takim materialem szczotki, który jest. wyzej polozony w szeregu tryboelektrycznym. Przyciaganie elektryczne spowoduje wówczas osadzanie sie ujemnie naladowanych czastek elektroskopijnych na dodatnio naladowanym obrazie.Na fig. 2 i 3 przedstawiono walek nadajacy 15 z nasunieta na niego tuleja 18.Zwykly sposób przygotowania* aluminiowego walka nadajacego polega na natryskowym powleczeniu jego powierzchni izolujaca masa plastyczna, na przyklad trójskladnikowym zestawem polimeru metylu ze styrenem i metakrylanem. Dla uzyskania, przy stosowaniu tego procesu, równomiernej powloki o grubosci kilku setnych rililimetra, zachodzi koniecznosc nalozenia wielu cienkich powlok. W celu zapewnienia lepszego polaczenia powierzchni walka z materialem powloki konieczne jest zastosowanie przed powlekaniem natryskowym, oczyszczenia powierzchni walka za pomoca piaskowania lub trawienia. Jezeli powloka zostanie uszkodzona czy to wskutek normalnych manipulacji czy tez wskutek niewlasciwego obchodzenia sie, lub tez gdy jej wydajnosc ulegnie zmniejszeniu na skutek zuzycia, moze wystapic potrzeba usuniecia powloki za pomoca rozpuszczalników oraz powtórzenia czasochlonnego zabiegu natryskiwania.Natomiast przez stosowanie tulei na walku nadajacym zapewniona jest prosta i szybka jej wymiana. Tuleja taka daje równoczesnie wieksza gwarancje uzyskania równomiernosci powierzchni. Przy uzyciu walka nadajacego wyposazonego w tuleje, staje sie zbedne specjalne przygotowanie jego powieizchni. Wystarcza bowiem otoczenie walka na odpowiedni wymiar, który pozwala uzyskac suwliwe pasowanie tulei. Zmieniajac material tulei mozna ponadto latwo regulowac ladunki tryboelektryczne.Aby zapewnic dopasowanie tulei 18 do walka nadajacego 15, mozna ja odlewac lub wyciskac. Tuleja 18 wykonana jest z trójskladnikowego polimeru metylu, lub z innego odpowiedniego materialu zastepczego, przy czym grubosc jej wynosi 0,05 mm, 0,1 mm, 0,15 mm lub 0,3 mm. Ulatwia to bowiem regulowanie ladunku elektrycznego tonera w ukladzie do wywolywania, w którym zastosowano szczotke futrzana. W celu uniemozliwienia obracania sie tulei 18 walek 15 ma kolek 17, który wchodzi w wyciecie 19 w tulei 18.W czasie pracy urzadzenia do wywolywania walek nadajacy 15 obraca sie, pobierajac ze zbiornika 11 naladowany toner 10. Toner zostaje rozmieszany urzadzeniem mieszajacym 13 i osiada równomiernie na walku nadajacym 15. Wobec tego, ze toner 10 oddalony jest w szeregu tryboelektrycznym od czesci nadajacej, nastepuje przyciaganie czastek elektroskopijnych do powierzchni nadajacej. Czlon wlóknisty 20 polozony w szeregu tryboelektrycznym wyzej niz walek nadajacy 15 zbiera nastepnie toner z walka nadajacego 15 i osadza go równomiernie na naladowanej powierzchni nosnej 22. Znajdujacy sie na niej obraz utajony zostaje wywolany w miare jak powierzchnia ta przesuwa sie poza czlon wlóknisty 20. Czlon wlóknisty 20 zbiera równiez barwnik ze znajdujacych sie na papierze 22 obszarów, które nie posiadaja ladunków elektrycznych, dzieki czemu .§ powstaje obraz, wolny od zaciemnien tla. Zarówno walek 15 jak i czlon wlóknisty 20 moga znajdowac sie pod napieciem elektrycznym, w celu umozliwienia regulowania przyciagania i osadzania czastek tonera.Na fig. 4 przedstawiono uklad do wywolywania, z zastosowaniem walka dozujacego^ który eliminuje potrzebe stosowania mieszadla w celu zapobiegania kawitacji lub zbrylania tonera 10 w zbiorniku 9. Zbiornik 9 ma w przekroju ksztalt litery J i przymocowany jest na stale do podpory za pomoca wspornika 9\ który czesciowo otacza zbiornik 9. Taki ksztalt zbiornika 9 sprawia, ze toner moze dostac sie do walka nadajacego 15 tylko w tych wypadkach, gdy walek dozujacy 7 reguluje jego doprowadzanie w sposób nizej opisany. We wnetrzu zakrzywionej czesci zbiornika umieszczony jest cylindryczny walek dozujacy 7. Czesc powierzchni walka dozujacego 7 znajduje sie na zewnatrz otworu, wykonanego w dolnej czesci zbiornika 9. Walek dozujacy 7 ma korzystnie powierzchnie wlóknista 8, co zapewnia usuwanie nadmiaru tonera z cylindrycznego walka nadajacego 15.4 71039 Walek dozujacy 7 moze równiez miec taka sama powierzchnie jak walek nadajacy 15. Walek dozujacy 7 zapobiega, dzieki swej rotacji wokól walu 6, zbrylaniu sie tonera 10, któiy umieszczony jest nad nim, a takze doprowadza regulowana ilosc tonera do walka 15.Walek nadajacy 15 umieszczony jest przy krótkim ramieniu zbiornika 9, posiadajacego ksztalt litery J ijest osadzony obrotowo na wale 16 stykajac sie zarówno z walkiem dozujacym 7 jak i z wlóknistym czlonem 20.W punkcie P zbiornikjest ostro zakonczony tak, ze odcinki lukowe biegnace wzdluz powierzchni walu dozujacego 7 i walka 15 zbiegaja sie w punkcie P. Takie uksztaltowanie zbiornika 9 zapobiega zbieraniu sie i zbrylaniu sie barwnika pod walkiem nadajacym 15. Na zbiorniku 9 osadzona jest lopatka wycierajaca 23, która styka sie z walkiem nadajacym 15 i sluzy do regulowania unoszonej przez walek nadajacy 15 ilosci tonera.Mozna równiez zrezygnowac z lopatki 23, gdyz walek dozujacy 7 wskutek swego dzialania wycierajacego oraz predkosci obrotowej, reguluje ilosc tonera, która unosi walek nadajacy 15..' Czlon wlóknisty 20, wykonany z wlókna naturalnego lub syntetycznego, obraca sie na wale 21 i podparty jest w odpowiedni sposób tak, iz znajduje sie w polozeniu zapewniajacym styk z walkiem nadajacym 15 i elektrosta¬ tycznym papierem 22 do rejestracji.Na fig. 5 przedstawiono uklad z fig. 4, pokazujac dodatkowo tuleje 18, nasunieta na walek nadajacy 15. 1 Tuleja 18 przedluza zywotnosc walka 15 i umozliwia jego latwa konserwaqe oraz wymiane w sposób * poprzednio opisany.W czasie pracy urzadzenia do wywolywania wedlug fig. 4 i 5 walek dozujacy 7, walek nadajacy 15 oraz czlon wlóknisty 20 obracane sa w kierunkach oznaczonych strzalkami. Równoczesnie przesuwany jest papier 22.Obracanie sie walka dozujacego 7 zapobiega kawitacji i zbrylaniu sie tonera 10 w zbiorniku 9, albowiem pod slupem tonera wytworzona zostaje turbulencja. Powierzchnia wlóknista 8 walka dozujacego 7, obracajac sie w kierunku przeciwnym niz walek nadajacy* 15, przenosi toner ze zbiornika na walek 15. Wobec tego, ze zbiornik 9 jest w miejscu P ostro zakonczony, zapobiega sie gromadzeniu sie tonera pod walkiem nadajacym 15.Lopatka wycierajaca 23 reguluje grubosc warstwy tonera na walku nadajacym 15. Czlon wlóknisty 20 przejmuje z walka nadajacego 15 regulowana ilosc tonera i doprowadza go do powierzchni, sluzacego do rejestracji papieru elektrostatycznego 22 w celu wywolania na nim utajonego obrazu. Toner przyciagany jest elektrostatycznie do papieru 22, i zostaje na nim nastepnie stopiony za'pomoca znanych urzadzen do stapiania. Czesci skladowe uzyte w rozwiazaniach wedlug fig. 4 i 5 sa usytuowane w szeregu tryboelektrycznym w sposób wyzej omówiony.Nalezy zwrócic uwage, ze wgzedna predkosc walka dozujacego wzgledem walka nadajacego reguluje ilosc tonera przenoszonego na walek nadajacy, niezaleznie od tego, jaka ilosc tonera znajduje sie w zbiorniku. Walek dozujacy jest przy tym napedzany w sposób ciagly lub przerywany tak, ze jego przesuniecia regulowane sa za pomoca ukladu powodujacego przesuw papieru. Korzystne jest równiez napedzane w sposób przerywany walka nadajacego. Korzysc stopniowego obracania walka polega na tym, ze mozna regulowac w prosty sposób zaczernianie obrazu. PL