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Verfahren und Vorrichtung zur übertragung von pulverförmigen Tonerbildern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von pulverförmigenTonerbildern
auf ein Bildempfangsmaterial in einem elektrostatischen Feld, bei dem das Bildempfangsmaterial
in unmittelbare Nähe oder in Kontakt mit dem Tonerbild gebracht und mindestens im
Zeitpunkt der Übertragung mit einer aufgeladenen dielektrischen Schicht hinterlegt
wird.
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Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit zwei Walzen, zwischen
denen das das Tonerbild tragende Aufzeichnungsmaterial in Kontakt mit dem Bildempfangsmaterialhindurchgeführtwird,
zurDurchführung dieses Verfahrens.
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Es ist bekannt, homogene elektrische Felder zur Übertragung eines
Tonerbildes auf ein Bildempfangsmaterial anzuwenden. In der belgischen Patentschrift
389155 ist die Übertragung von Toner von einer Platte auf eine andere durch Erzeugung
eines Gleichfeldes zwischen beiden Platten beschrieben. Ähnlich wird gemäß den USA.-Patentschriften
2 408 144 und 2 408 143 ein Tonerbild auf ein Bildempfangsmaterial übertragen, indem
man es zusammen mit dem Tonerbild durch ein elektrostatisches Kraftfeld bewegt.
Auch nach der deutschen Patentschrift 813 359 wird das Tonerbild übertragen, indem
ein Gleichfeld zwischen zwei an eine Hochspannungsquelle angeschlossenen Elektroden
aufgebaut wird. Das Tonerbild und das Bildempfangsmaterial werden durch dieses Feld
geführt. Der elektroskopische, d. h. eine Ladung tragende Toner wird in einer solchen
Anordnung in Richtung der seiner Polarität entgegengesetzten Elektrode bewegt und
damit auf das dort liegende Bildempfangsmaterial übertragen.
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Da eine solche Methode den Nachteil hat, daß man zur Erzielung eines
betriebssicheren Gerätes die beiden Elektroden gut isolieren muß, was bei großen
Platten oder Walzen teuer ist, wird gemäß der deutschen Patentschrift 813 359 das
Gleichfeld zwischen einer Platte und einem Coronadraht aufgebaut. Dieser Patentschrift
ist zwar die Hinterlegung des Bildempfangsmaterials mit einem aufgeladenen Dielektrikum
zu entnehmen, da die Verwendung einer Isolierplatte zwischen Hochspannungsentladungsnadeln
und Bildempfangsmaterial empfohlen wird, jedoch erfolgt dies lediglich, um dem Bildempfangsmaterial
eine zusätzliche Andruckkraft zu geben. Die Übertragung wird nach wie vor durch
das mittels der Hochspannungsentladungsnadeln sowie durch die auf dem hinter dem
Bildempfangsmaterial liegenden Dielektrikum sitzenden Ladungen gebildete homogene
Gleichfeld herbeigeführt.
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Nachteilig daran ist, daß bei der Übertragung des Tonerbildes von
Blättern auf andere Blätter kein zuverlässiger Tranpsort der Blätter zwischen Coronadraht
und Walze bewirkt wird und die Blätter gegen den leicht verletzbaren Coronadraht
stoßen können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, zu vermeiden, daß metallische Elektroden
dauernd unter Hochspannung stehen müssen und das Bedienungspersonal sowie das Gerät
hierdurch einer Gefahr ausgesetzt wird. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht
darin, daß die Übertragung während des Transportes der beiden Träger zwischen zwei
Walzen ermöglicht wird, ohne daß dabei Trägerblätter gegen einen Coronadraht stoßen
und diesen damit zerstören können. Der Coronadraht wird unter Umständen völlig entbehrlich.
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Dies wird erreicht, indem die dielektrische Schicht inhomogen aufgeladen
wird und die dadurch gebildeten inhomogenen elektrostatischen Felder zur Übertragung
des Tonerpulvers benutzt werden.
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Der grundsätzliche Unterschied zwischen homogenen und inhomogenen
Feldern ist wie folgt: In einem homogenen Feld wird ein aufgeladenes Teilchen je
nach der Polarität des Feldes angezogen bzw. abgestoßen mit einer Kraft, die dem
Produkt aus der Überschußladung des Teilchens und der Feldstärke gleich ist: K=q#F,
in der bedeutet: K die Kraft, ausgedrückt in Newton, q die Ladung in Coulomb und
F die Feldstärke in 108 Volt/m.
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In einem homogenen Feld wird auf polarisierbare Teilchen keine Kraft
ausgeübt.
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In einem inhomogenen Feld wird auf ein polarisierbares Teilchen eine
Kraft ausgeübt, welche dem Qua-
K die Kraft in Newton, uz die Ludolfsche
Zahl 3,14159. . ., E, die Dielektrizitätskonstante der Luft, r den Radius des Teilchens
in Meter, x die Dielektrizitätskonstante des Teilchens _ und 0 (F2) den Feldgradienten
in 10s Volt/m2 In einem irrhomogenen Feld werden die eine Überschußladung tragenden
polarisierbaren Teilchen durch die dem Feldgradient proportionale Kraft schneller
versetzt.
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Daraus folgt, daß a) in einem homogenen Feld nur Teilchen mit einer
Überschußladung versetzt werden; b) in einem irrhomogenen Feld polarisierbare Teilchen
ohne Überschußladung desto schneller versetzt werden, je stärker die Größe des Feldgradienten
wächst; c) in einem irrhomogenen Feld polarisierbare Teilchen mit Überschußladung
durch den zusätzlichen Feldgradienten schneller versetzt werden.
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Es ergibt sich somit, daß bei irrhomogenen Feldern mit geringeren
Feldstärken gearbeitet werden kann. Das irrhomogene Feld kann auf einer dielektrischen
Schicht erzeugt werden, indem man 1. dieser dielektrischen Schicht eine rasterförmige
Struktur verleiht und diese Schicht beispielsweise durch Corona auflädt; bahn laufen.
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Die Aufladung kann auch erfolgen, indem ein außerhalb des Berührungspunktes
der beiden gleichzeitig den Transport bewirkenden Walzen liegender Coronadraht,
der an dieser Stelle vor Verletzung durch die Blätter geschützt ist, indem er z.
B. dem Berührungspunkt gegenüberliegt, erfolgen. Diese Aufladung durch Einschaltung
einer Spannungsquelle kann sehr kurzfristig erfolgen, da sich die Ladung längere
Zeit hält.
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Während bei den bekannten Verfahren unter Verwendung homogener Felder
die mit Überschußladungen versehenen elektroskopischen Tonerteilchen der Richtung
der Feldlinien folgend auf das Bildempfangsmaterial gezogen werden und dieses hierbei
durch Aufladung oder Hinterlegung mit einer Elektrode auf ein Potential gebracht
werden muß, dessen Vorzeichen der Ladung auf den Tonerteilchen entgegengesetzt ist,
braucht bei Anwendung irrhomogener Felder kein Toner verwendet zu werden, der bereits
eine Ladung besitzt. In diesem Fall kann auch Toner vom Bildempfangsmaterial angezogen
werden, der infolge seiner Leitfähigkeit nur schlecht selbst eine Ladung tragen
kann. Dies dürfte darauf zurückzuführen sein, daß die sich z. B. in unmittelbarer
Nähe einer Polyesterfolie entwickelnden starken Felder Toner polarisieren und damit
anziehen. Die Übertragung erfolgt selbst dann, wenn das infolge Übeischußleitung
der Polyesterfolie gleichzeitig sekundär anwesende homogene Gleichfeld in entgegengesetzter
Richtung wirkt. So kann ein bei Entwicklung einer negativ geladenen Zn0-Photoleiterschicht
entstandenes Tonerbild, das im Toner höchstens Restladungen positiver Polarität
besitzt, in Richtung auf ein dielektrisches Material mit positiver Überschußladung
gezogen werden. Bei Verwendung eines Toners, der im Augenblick der Übertragung selbst
keine definierte Ladung besitzt, ist die Feldrichtung eines etwa vorliegenden homogenen
Feldes überhaupt ohne Bedeutung. Es hat sich gezeigt, daß ein Toner, der infolge
seiner geringen Relaxationszeit nicht elektroskopisch ist und der gut polarisiert,
für die Übertragung mit Hilfe irrhomogener Felder am geeignetsten ist. Ein Dipoltoner
trachtet sich offenbar in die Gegend maximaler Feldliniendichte zu bewegen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine einfachere Gerätekonstruktion,
als sie mit zwei Elek-2. diese dielektrische Schicht durch ein Raster hindurch mittels
Corona auflädt (als Raster kann man eine mit Mikrolöchern versehene Polyäthylenterephthalatfolie
benutzen, die während des Aufladens mit der dielektrischen Schicht im 45 Kontakt
steht); 3. diese dielektrische Schicht auf einer Metallwalze mit einer Corona auflädt
und sehr schnell von dieser Walze abreißt, wobei partielle Entladungen zwischen
Metallwalze und Folie stattfinden und So irrhomogene Felder zurückbleiben.
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Zum Beispiel entstehen derartige irrhomogene Felder bei Aufladung
eines Dieleltrikums unmittelbar über dessen Oberfläche. -So wird ein irrhomogenes,
nämlich 55 in seiner Polarität wechselndes Ladungsbild erzeugt, wenn eine aufgeladene
Polyesterfolie aus Äthylenglykol und Terephthalsäure von der bei der Aufladung anliegenden
Elektrode abgerissen und dann über eine isolierende Walze geführt wird. Hierbei
kann durch so eine raube Anlagefläche von Folie bzw. Elektrode die Differenzierung
noch gesteigert werden. Das Bildempfangsmaterial muß in diesem Fall gut isolierend
sein. Als dielektrische Schichten haben sich auch Polystyrolschichten und Polyterephthalsäureesterfolien
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bewährt, die, wie auch die voran genannte Polyesterfolie zweckmäßig
auf einer Metallplatte oder -walze aufgebracht sind. Die Tonerübertragung erfolgt
im erfindungsgemäßen Verfahren unter Anwendung irrhomogener Felder ebenso wie bei
den bekannten Verfahren unter Anwendung homogener Felder durch elektrische Kräfte,
5 jedoch wird im Gegensatz zu den bekannten Verfahren das wirksame elektrische Feld
nicht zwischen Elektroden aufgebaut, die an eine Hochspannungsquelle angeschlossen
sind. Die Quellen des zur Übertragung erforderlichen elektrischen Feldes befinden
sich allein auf io bzw. hinter dem Bildeinpfangsmaterial, nämlich in den irrhomogenen
verteilten Ladungen.
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Die Aufladung des Dielektrikums kann durch Reibung oder Coronaaufladung
erfolgen. Der Aufladungsvorgang kann sich auf einen kurzen Zeitraum be-15 schränken.
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Die Aufladung durch Reibung kann z. B. erfolgen, indem eine Walze,
die ganz oder an der Oberfläche aus einem geeigneten Material besteht, das Dielektri=
kum berührt oder sich gegenläufig dazu bewegt.
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2o Auch kann die das Dielektrikum tragende Walze gegen eine an einem
Ende befestigte reibende Stoff` drat des Gradienten des Feldes proportional ist,
und zwar nach der Beziehung:
in der bedeutet:
troden bzw. mit einem Coronadraht möglich ist.
Gleichzeitig ist eine solche Anlage zuverlässiger und betriebssicherer als insbesondere
Coronadrahtgeräte, da dort gerade an der kritischen Stelle, nämlich unter dem empfindlichen
Coronadraht, der Transport der Blätter technisch schwierig ist.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung besteht eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens mit zwei Walzen, zwischen denen das das Tonerbild tragende
Aufzeichnungsmaterial in Kontakt mit dem Bildempfangsmaterial hindurchgeführt wird,
darin, daß die eine Walze mit einem Dielektrikum belegt ist und eine Einrichtung
zum inhomogenen Aufladen dieses Dielektrikums angeordnet ist.
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In der Zeichnung sind vier beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung
sowie eine schematische Darstellung der physikalischen Vorgänge dargestellt.
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F i g. 1 zeigt die Aufladung des Dielektrikums durch Reibung. Eine
Reibungswalze 8, die ganz oder an der Oberfläche 7 aus einem für Reibungsaufladung
geeigneten dielektrischen Material besteht, dreht gegenläufig gegen eine elektrostatisch
aufladbare Walze 2, die ganz oder an der Oberfläche 1 aus einem dielektrischen Material
besteht. Zwischen die Walze 3, welche eine Andruckwalze ist, und die Walze 2 wird
das mit einer bildmäßigen Pulverschicht 5 bedeckte Aufzeichnungsmaterial 4 im Kontakt
mit dem Bildempfangsmaterial 6 durchgeführt.
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Durch die Anziehung der elektrostatischen Reibungsladung wird das
Pulverbild 5 auf das Bildempfangsmaterial 6 übertragen.
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F i g. 2 zeigt eine Reibungsaufladung und eine Pulverbildübertragung,
welche sich von derjenigen der F i g. 1 nur unterscheidet durch die Reibungsaufladung
mittels einer Stoffbahn 9 in einem Halter 10 statt mittels einer Reibungswalze B.
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F i g. 3 zeigt die Aufladung der elektrostatisch aufladbaren Walze
2 durch einen Coronadraht 11,
der vor direkter Berührung durch einen
U-förmigen Schild 12 geschützt ist. Die aufladbare Walze 2 hat einen elektrisch
leitfähigen Kern, der mit einer dielektrischen Schicht 1 bekleidet ist. Der elektrisch
leitfähige Kern ist mit dem positiven Pol einer Hochspannungsquelle 13 verbunden,
die mit dem negativen Pol an den Coronadraht 11 angeschlossen ist.
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F i g. 4 zeigt eine besondere Ausführungsform, die sich von derjenigen
der F i g. 1 in der Fortlassung der Andruckwalze 3 unterscheidet, weil hier das
Schichtenpaket, bestehend aus dem Aufzeichnungsmaterial 4, der Pulverschicht 5 und
dem Bildempfangsmaterial 6, in zwei (nicht gezeichneten) Klemmen eingefaßt im Kontakt
über die Walze 2 gezogen wird und somit selbst den nötigen Andruck erzeugt.
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In F i g. 5 wird ein Schema für die physikalischen Vorgänge bei der
Übertragung der Pulverschicht 5 dargestellt. Hier stellt Element 1 die dielektrische
Schicht der Walze 2 aus F i g. 1 und Element 6 das Bildempfangsmaterial dar. Element
4 ist das Aufzeichnungsmaterial, das bildmäßig negativ aufgeladen ist und mit der
negativen Ladung positive Pulverteilchen anzieht. Das bei der Reibungsaufladung
entstandene inhomogene Feld übt eine polarisierende Wirkung aus auf die Pulverteilchen,
die an den Stellen, wo die stark gekrümmten hochkonzentrierten Feldlinien in das
Bildempfangsmaterial eindringen, stark angezogen und also von der Aufzeichnungsschicht
losgerissen werden.