DE2054711A1 - Vorrichtung zur elektrostatischen Aufladung einer Flache - Google Patents

Description

Vorrichtung zur elektrostatischen Aufladung einer Fläche

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrostatischen Aufladung einer Fläche während einer Bewegung in einer zu der Fläche parallelen Ebene.

Die bekannten und vorzugsweise in der Elektrofotografie verwendeten Ladevorrichtungen arbeiten mit Korona-Entladung und können in zwei Kategorien aufgeteilt werden. Die Vorrichtungen der ersten A.rt arbeiten mit einem Koronadraht, die der zweiten Art mit einer Nadelelektrode. Die mit einem Koronadraht arbeitende Vorrichtung kann leichter hergestellt werden, jedoch v/eist sie auch Nachteile auf, beispielsweise ein höheres erforderliches Potential, stärkere Glimmerscheinungen und ungleichmäßige Entladung längs des Drahtes und damit verbundene ungleichmäßige elektrostatische Aufladung insbesondere bei negativer Korona-Entladung sowie geringerer Ladungswirkungsgrad infolge von Abschirmungsplatten, die zwischen den Koronadrähten vorgesehen sind, wenn zur Erhöhung der Ladegeschwindigkeit mehrere Koronadrähte verwendet wercen. Eine derartige Vorrichtung erfordert auch ein größeres VoI-ur'.on, wenn die Zahl "der Koronadrähbe erhöht wird. Eine mit

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SAO ORIGINAL

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Nadelelektroden arbeitende Vorrichtung erfordert zwar eine Vielzahl Elektroden, die in einer Reihe angeordnet sind, und damit kompliziertere mechanische Arbeit. Sie ermöglicht jedoch die Verwendung geringerer Potentiale und erzeugt schwächere Glimmerscheinungen als die Korona-Entladung. Eine in regelmäßigen Abständen wiederholte Anordnung von Nadelelektroden ergibt jedoch im allgemeinen eine elektrostatische Potentialverteilung, die nicht gleichmäßig ist, sondern entsprechend der Elektrodenanordnung ein sich wiederholendes Muster erzeugt. Ein derartiges Muster erscheint in Richtung der Bewegung der zu ladenden Fläche in Form von Streifen. Durch die britische Patentschrift 1 063 913 ist bekannt, daß derartige Streifenpotentiale durch geeignete Auswahl der Bewegungsrichtung der zu ladenden Fläche vermieden v/erden können, wozu sich die Fläche nicht senkrecht zu der Linie der Nadelelektroden bewegen darf. Ein derartiges Verfahren ist jedoch manchmal bei solchen Maschinen unerwünscht, in denen die Belichtung und die weitere Bilderzeugung schrittweise automatisch durchgeführt werden, da die Vorrichtungen für die einzelnen Verfahrensschritte normalerweise senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Fläche angeordnet sind. Wenn die Elektroden schräg zur Bewegungsrichtung angeordnet sind, so ergibt dies eine Abweichung der für die Bewegung zwischen den einzelnen Verfahrensschritten erforderlichen Zeit unterschiedlicher Teile der zu ladenden Fläche. Ferner erfordert ein derartiges Ladeverfahren einen größeren Raum für die Ladevorrichtung innerhalb einer automatisch arbeitenden Maschine. Trotzdem sollte eine ungleichmäßige Aufladung, wie sie vorstehend beschrieben ist, bei der Reproduktion von Bildern mit kontinuierlicher Tönung oder großen Flächenbereichen gleichmäßiger optischer Dichte vermieden werden, da sonst die Qualität der Reproduktion merklich beeinträchtigt würde.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektrostatische Ladevorrichtung zu schaffen, die die Vorteile bekannter Vor-

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richtungen auf sich vereinigt, jedoch deren Nachteile vermeidet, so daß sie einen gegenüber bekannten Anordnungen besseren Wirkungsgrad aufweist.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß quer zur Bewegungsrichtung eine Anzahl mit Abstand zueinander angeordneter Nadelelektroden vorgesehen ist, die mit einer Schaltvorrichtung zum Anlegen einer Hochspannung und eines geringen oder Nullpotentials verbunden sind, die eine Umschaltung der Λ beiden Potentialwerte bei Bewegungsrichtungsumkehr ermöglicht.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele bekannter und erfindungsgemäßer Vorrichtungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 und 3 Seitenansichten einer elektrostatischen Aufladung mit einer und zwei Nadelelektroden,

Fig. 2 und 4 Draufsichten auf die bei den Vorgängen gemäß Fig. 1 und 3 erzeugten Ladungsverteilungen,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer elektrostatisch zu ladenden Fläche, die senkrecht zu einer linienartigen Anordnung mehrerer Nadel- ™ elektroden bewegt werden kann,

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Anordnung von Nadelelektroden gemäß der Erfindung sowie die damit erzeugte Potentialverteilung,

Fig. 7 eine elektrostatische Potentialverteilung mit einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 8 eine Draufsicht auf eine Schaltvorrichtung für die Polaritätsumkehr der an die Elektroden angeschalteten Spannung und

Fig. 9 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer Nadelelektrodenanordnung.

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In Pig. 1 ist eine elektrostatische Aufladung dargestellt, die dazu vorgesehene Vorrichtung enthält eine Nadelelektrode 1, einen Isolierstab 2 zur Halterung der Nadelelektrode 1, eine zu ladende Fläche 3, beispielsweise ein elektrofotografisch lichtempfindliches Blatt oder ein elektrostatografisches Aufzeichnungsblatt, eine als Elektrode wirkende Metallauflage 4- für die zu ladende Fläche, eine Gleichspannungsquelle 5 für Hochspannung und einen elektrisch leitfähigen Draht 6 zur Anschaltung einer Hochspannung zwischen der Nadelelektrode 1 und der Metallauflage 4. Die Richtung des elektrischen Feldes zwischen dem punktförmigen Ende, der Elektrode 1 und der Metallauflage 4 ist durch die Linien 7 angedeutet. Die elektrostatische Aufladung der Fläche 3 erfolgt durch Korona-Entladung. Nachdem die elektrische Spannung wieder abgeschaltet ist, verbleibt eine elektrostatische Ladungsverteilung auf der Fläche 3, die fas kreisförmig ist und zur Sichtbarmachung der Ladungen in der in Fig. 2 gezeigten Weise elektrofotografisch entwickelt werden kann. Die Mitte des in Fig. 2 gezeigten Kreises ist unter der Nadelelektrode 1 angeordnet, der Radius ist durch viele Faktoren bestimmt, beispielsweise durch die angeschaltete Spannung, die Ladezeit, den Abstand zwischen der Nadelelektrode 1 und der Fläche 3» den Durchmesser des punktförmigen Endes der Elektrode 1 usw. Ist die Elektrode 1 nicht senkrecht zu der zu ladenden Fläche angeordnet, so liegt die Mitte 8 der Ladungsverteilung auch nicht unter ihr, sondern sie ist entsprechend der Neigung der Elektrode verlagert.

Fig. 3 zeigt die elektrostatische Aufladung mit zwei Nadelelektroden. In diesem Falle ergibt sich das in Fig. 4· dargestellte verzerrte Ladungsmuster infolge der Abstoßungswirkung zwischen den beiden Feldern der Elektrode 1 und 1'. Die Abstoßung wird ausgeprägter, wenn beide Elektroden relativ nahe beieinander einen Grenzbereich 9 bilden, in dem wenig oder keine Ladung auf einer Ebene senkrecht zu den Elektroden auf

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der Schnittlinie mit der zwischen beiden Elektroden liegenden Mittelebene vorhanden ist, wie in Fig. M- dargestellt. Hierbei besteht das Ladungsmuster aus zwei symmetrischen und ungefähr halbkreisförmigen Flächen mit den Mitten 8 und 8¹ unter den Elektroden 1 und 1'. Dieses Muster wird zu zwei unverzerrten Kreisen, wenn die Elektroden ausreichend weit voneinander entfernt sind oder eine nur geringe Spannung angeschaltet wird. Der Potentialgradient im verzerrten Teil nahe dem Bereich 9 in Fig. 4- ist viel größer als derjenige des entsprechenden Teils des Ladungsmusters in Fig. 2. Wird " die Fläche 3 in der in Fig. 4· dargestellten Pfeilrichtung bewegt, so entsteht ein schmales Band, das dem Bereich 9 entspricht und ungeladen bleibt. Entsprechend entsteht bei der in Fig. 5 gezeigten Anordnung mehrerer Nadelelektrode!! in einer Reihe bei Bewegung der zu ladenden Fläche senkrecht zu der Reihe eine elektrostatische Aufladung, die streifenförmig Verteilung aufweist, wobei die Streifenzahl der Anzahl der Elektroden entspricht und zwischen jeweils zwei Elektroden ein ungeladener schmaler Streifen verbleibt.

Zur Vermeidung dieses Nachteils wurde bereits die Verwendung geerdeter Abschirmungsplatten auf beiden Seiten der Elektroden- A reihe vorgeschlagen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß ein derartiges Verfahren keinen ausreichenden Wirkungsgrad ergibt, da der Entladungsstrom zum größten Teil auf die Abschirmungsplatten abgeleitet wird, so daß nur ein kleiner Teil für die elektrostatische Aufladung nutzbar ist. Damit ist ein unerwünscht geringer Ladewirkungsgrad verbunden, der die Vorteile der Nadelelektrode zunichte macht. Durch die britische Patentschrift; 1 063 913 ist es ferner bekannt, die Elektrodenreihe schräg zur Bewegungsrichtung der zu ladenden Fläche anzuordnen. Dieses Verfahren ist vorteilhaft, erfordert jedoch größeren Raum für die Ladevorrichtung.

G zeigt entsprechend FiK. 4 die Ladungsverteilung, wie 109821/1796

sie mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht wird, wobei die Stellen 8 und 8¹ unter mit Hochspannung gespeisten Nadelelektroden und unter mit geringem Potential gespeisten Nadelelektroden liegen, die geerdet sind oder ein geringes Potential führen. Die Linien 10 und 11 sind Linien gleicher Ladungsstärke, die nach außen hin abnimmt, wenn die zu ladende Fläche gegenüber den Elektroden stationär angeordnet ist. Die Linien umgeben alle Stellen 8 und 8¹ ohne einen sie trennenden Zwischenbereich.

In Fig. 7 ist die Ladungsverteilung in Richtung parallel zur Nadelelektrodenreihe dargestellt, wenn diese aus abwechselnd angeordneten, mit Hochspannung oder mit geringem Potential gespeisten Elektroden besteht. Diese Ladungsverteilung ergibt sich auf der zu ladenden Fläche, wenn diese senkrecht zur Elektrodenreihe bewegt wird. Wird die Aufladung derart durchgeführt, daß die zu ladende Fläche hin und her bewegt wird und die an den Elektroden liegenden Potentiale bei jeder Richtungsumkehr umgeschaltet werden, so überlagern sich die periodische Ladungsverteilung für die Vorwärtsrichtung (durchgezogene Linie) und diejenige für die Rückwärtsrichtung (gestrichelte Linie), wobei Änderungen gegenseitig kompensiert werden. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige Ladungsverteilung, die durch die obere Linie in Fig. 7 dargestellt ist.

Fig. 8 zeigt eine Draufsicht auf eine elektrostatische Ladevorrichtung mit Elektroden für Hochspannung und Elektroden für geringe Spannung, die automatisch bei Bewegungsumkehr umgeschaltet werden. Eine isolierende Elektrodenhalterung ist mit zwei Elektrodengruppen versehen (mit Punkt und X bezeichnet), deren Einzelelektroden abwechselnd mit gleichen Abs bänden zueinander annoordnet sind. Die Halterung 20 ist ferner mit elastischen Armen 21 versehen, die jeweils mit zwei Bürsten 22, 22· und 23, 23* versehen sind. Eine mit X bezeichnete Elektrodengruppe ist mit den Bürsten 22 und 23'

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verbunden, während die andere Gruppe mit den Bürsten 22· und 23 verbunden ist. Elektrisch leitfähige Führungsschienen und 24' sind mit einem Abstand zueinander angeordnet, der geringer ist, als der Abstand zwischen den Enden der Bürsten

22 und 23' oder 22· und 23, sie sind mit einer Hochspannungsquelle 25 und mit einer geringen Spannung oder Erdpotential verbunden.

Bei dieser Vorrichtung werden bei Bewegung der zu ladenden Fläche im Zustand I die Arme 21 in der im Zustand II gezeigten Weise abgebogen, so daß elektrischer Kontakt zwischen der Bürste 22' und der Führungsschiene 24 und zwischen der Bürste 23' und der Führungsschiene 24» entsteht. Die Bürsten 22 und

23 bilden keinen Kontakt. Auf diese Weise werden die mit χ bezeichneten Elektroden mit der Hochspannungsquelle verbunden, während die mit Punkt bezeichneten Elektroden ein geringes Potential oder Erdpotential führen. Die Anschaltung der Potentiale wird unterbrochen, wenn die Halterung 20 an den Führungsschienen vorbeigeführt ist. Dann werden die Arme 21 in entgegengesetzter Richtung durchgebogen, wenn die Halterung zurückgeführt wird, wobei die Bürste 22 an der Führungsschiene 24 und die Bürste 23 an der Führungsschiene 24' Kontakt erhält. Dadurch wird die Hochspannung an die mit χ bezeichneten Elektroden angeschaltet, während die mit Punkt bezeichneten Elektroden das geringe Potential erhalten. Auf diese Weise ergibt sich mit dieser Vorrichtung die in Fig. 7 gezeigte Ladungsverteilung.

Die Umschaltung der Potentiale ist nicht auf das vorstehend beschriebene Verfahren beschränkt, sie kann auch durch Relais oder Schalter verwirklicht werden. Es ist auch möglich, zwei impulsartig gesteuerte Potentiale mit einer Phasenverschiebung von 180° den beiden Elektrodengruppen zuzuführen.

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Fig. 9 zeigt eine Verteilung von Nadelelektroden, bei der die Elektroden an den Gitterpunkten 30, 31 > 32, 33 eines zweidimensionalen schräg liegenden Gitters vorgesehen sind. Die Elektroden werden in Richtung der Pfeile a und b hin und her bewegt. Während der Bewegung in der einen Richtung werden die Elektroden χ geerdet oder mit geringem Potential versehen, während die anderen Elektroden das hohe Potential erhalten. Während der Aufladung sollen die zu ladende Fläche und die Elektroden derart zueinander bewegt werden, daß die Elektroden zumindest zweimal über die Fläche geführt werden. Die Anzahl der übergänge ist vorzugsweise gerade, so daß in jeder Richtung eine gerade Anzahl Übergänge erfolgt, sie kann jedoch auch ungerade sein, wenn die Zahl der Übergänge hoch ist. Für die meisten Zwecke reichen zwei Übergänge aus (eine Hin- und Herbewegung).

Die erfindungsgemäße Ladevorrichtung ermöglicht die gleichmäßige elektrostatische Aufladung einer Fläche unter Vermeidung der Nachteile bekannter Ladevorrichtungen.

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   Vorrichtung zur elektrostatischen Aufladung einer Fläche während einer Bewegung in einer zu der Fläche parallelen Ebene, dadurch gekennzeichnet, daß quer zur Bewegungsrichtung eine Anzahl mit Abstand zueinander angeordneter Nadelelektroden (8, 8¹) vorgesehen ist, die mit einer Schaltvorrichtung (22, 22¹, 23, 23', 24, 24·) zum Anlegen einer Hochspannung und eines geringen oder Nullpotentials verbunden sind, die eine Umschaltung der beiden Potentialwerte bei Bewegungsrichtungsumkehr ermöglicht.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (22, 22», 23, 23% 24, 24») zwei Anschalteelektroden (24, 24'), die jeweils auf einer Seite des Bewegungsbereiches der Elektrodenanordnung vorgesehen sind und jeweils für die Anschaltung der Hochspannung bzw. des geringen Potentials dienen, und Kontaktbürsten (22, 22', 23, 23') an federn Ende der Elektrodenanordnung (21) umfaßt, daß die Elektroden (8, 8¹) abwechselnd mit einer Kontaktbürste (22¹) an der Vorderkante der Elektrodenanordnung und einer Kontaktbürste (22) an der Hinterkante der Elektrodenanordnung verbunden sind, daß die Kontaktbürsten (22¹, 22, 23', 23) an den beiden Enden (21) der Elektrodenanordnung bezüglich der mit ihnen verbundenen Elektrodengruppen und der Bewegungsrichtung um 180° gegeneinander verdreht angeordnet sind und daß die Zuführungselektroden (24, 24·) nur die Kontaktbürsten an der in Bewegungsrichtung jeweils vorn liegenden Kante der Elektrodenanordnung berühren und sie entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung umbiegen, wenn die Elektrodenanordnung bewegt wird.

   3, Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadelelektroden (30, 31, 32, 33) an den Gitterpunkten eines zweidimensionalen schräg liegenden Gitters an-

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   geordnet sind, die auf Linien parallel zu der Elektirodenlinie liegen» und daß die Schaltvorricntuag die Elektroden einander abwechselnder Linien mit der Hochspannung bsw. mit dem geringen oder Nullpotential verbindet»

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