DE2038742A1

DE2038742A1 - Corona-Entladungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2038742A1
Application number: DE19702038742
Authority: DE
Inventors: Nost Louis N
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1969-08-06
Filing date: 1970-08-04
Publication date: 1971-02-18
Also published as: FR2056699A5; NL7011480A; CS163219B2; GB1322378A; BE754426A; CH513436A; PL70053B1; SU442617A3; US3598991A; ES382404A1; SE359663B; JPS4820144B1

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, xUJo IkI

Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke ■*".-. Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

XEROX CORPORATION, Rochester, Ii.Y. 14603, V.St.A»

Gorona-Entladungsvorriehtung

Die Erfindung betrifft eine Corona-Entladungsvorrichtung insbesondere für die elektrostatische Aufladung einer elektrofotografischen Aufzeichnungsflächeο

Beim elektrofotografischen Verfahren wird eine elektrofotografische Aufzeichnungsfläche, die aus einer auf eine leitfähige Unterlage aufgebrachten fotoleitfähigen Schicht besteht, gleichmäßig elektrostatisch aufgeladen und dann mit dem zu reproduzierenden Bild durch Projektion belichtete Dadurch wird sie entsprechend der jeweils einwirkenden licht-. stärke entladen, so daß ein latentes elektrostatisches Bild entsteht«

Die Bildentwicklung erfolgt mit Entwioklerstoffen, die im allgemeinen aus einer Mischung eines pigmentierten oder gefärbten Kunstharzpulvers, das auch als Toner bezeichnet wird, mit einem körnigen Trägermaterial besteht, das eine reibungselektrisohe Ladung gegenüber dem loner erzeugt und diesen trägtβ Die Funktion des Trägermaterials besteht also in einer mechanischen Steuerung des Toners, so daß dieser an die Bildfläche heranbewegt wird. Gleichzeitig erzeugt 'das

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Trägermaterial eine fast vollständige Homogenität der Ladungspolarität ο Bei der Bildentwicklung wird das Tonerpulver in flächige Berührung mit der fotoleitfähigen Schicht und auf dieser elektrostatisch in einem dem latenten elektrostatischen Bild entsprechenden Muster gebundene Danach kann das entwickelte elektrofotografisohe Tonerbild auf einen Bildträger übertragen v/erden, auf dem es beispielsweise durch Wärmeeinwirkung fixiert werden kanne

Zur gleichmäßigen elektrostatischen Aufladung der fotoleitfähigen Schicht sind bereits verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannte Ein derartiges Verfahren ist in der US-Patentschrift 2 836 725 beschrieben, es arbeitet mit einer Elektrode in Drahtform (bekannt als Ooronode), die von einer elektrisch geerdeten leitfähigen Abschirmung umgeben ist· Diese Elektrode ist nahe einer geerdeten Fläche, angeordnet und mit einer Hochspannungsquelle verbunden, so daß längs der Oberfläche des Drahtes eine Üorona-Entladung erfolgt. Die Entladung entsteht, weil der elektrische Potentialgradient zwischen dem Draht und der geerdeten Fläche einen Überschlag durch die den Draht umgebende Luft und damit eine Glimmentladung erzeugte Ringsum die ooronode werden Ionen erzeugt, die unter dem Einfluß des elektrischen Feldes zu einer Fläche wandern. Diese Ionenströmung wird zur Ablagerung einer elektrostatischen Ladung auf der geerdeten Fläche ausgenutzt, die sich nahe der öffnung der leitfähigen Abschirmung befindet_o Diese Art Entladungsvorrichtung ist auch als Korotron bekannt. Der Wirkungsgrad eines Korotrons hängt von dem Durohmesser des Corona-rDrahtes oder der Ooro« node, dem Abstand des Drahtes zur geerdeten Fläche und den geometrischen Eigenschaften der Coronaersoheinung ab. Der vom Draht zur Fläche fließende Ooronastrom ist proportional dem Potentialuntersohied zwisohen den beiden Elementen, der aich während der Aufladung ändert, da eine Ladung auf der

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isolierten fotoleitfähigen Fläche angesammelt wird_β

Die Stärke des Ionenstromes zwischen dem Draht und der Fläche bestimmt deren Aufladungsgeschwindigkeit. Wird eine Relativbewegung zwischen der fotoleitfähigen Bildfläche und der Oorona-Entlaäungsvorrichtung erzeugt, wie dies meist bei der Elektrofotografie der Fall ist, so bestimmt auch die Relativgeschwindigkeit zwischen beiden Elementen die Aufladegeschwindigkeit der fläche«, Eine Begrenzung für elektrofotografische Schnellkopierer besteht in der Geschwindigkeit, mit der eine fotoleitfähige Aufzeichnungsfläche gleichmäßig elektrostatisch durch eine Oorona-Entladungsvorrichtung aufgeladen werden kann. Zur Verwirklichung höherer Geschwindigkeiten wird· beispielsweise eine trommeiförmige fotoleitfähige Aufzeichnungsfläche verwendet, die sich an der Entladungsvorrichtung vorbeidreht. Höhere Drenge.schwindigkeiten der Trommel zur schnelleren Kopieerzeugung können deshalb durch schnelleres Aufladen der Aufzeichnungsfläche verwirklicht werden«. In der Praxis ist es erforderlich, zur schnelleren Aufladung höhere Spannungen an die Coronode anzuschalten, was unwirtschaftlich werden kanne Im Sinne einer besseren Wirtschaftlichkeit bei schnell arbeitenden automatischen elektrofotografischen Reproduktionsmaschinen wäre daher eine Verstärkung des Ionenflusses auf die fotoleitfähige Aufzeichnungsfläche bei einer vorgegebenen Speisespannung der Ladevorrichtung erwünscht»

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die elektrostatische Aufladung einer Fläche derart zu verbessern, daß bei einer vorbestimmten Speisespannung der Entladungsvorrichtung die Ladegeschwindigkeit höher ist als bei bekannten Anordnungen. Eine solche Verbesserung soll nicht die Gleichförmigkeit der Aufladung von Flächen beeinträchtigen und für positive wie für negative Polarität möglich sein·

Für eine Oorona-Entlaäungsvorrichtung der eingangs genann- '

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ten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Entladungselektrode in ihrem Speisestromkreis eine Funkenstrecke vorgeschaltet ist. Dadurch ergibt sich eine wirksamere und wirtschaftlichere Aufladung insbesondere einer elektrofotografischen Aufzeichnungsfläche, denn der Ionenstromfluß wird bei einer vorgegebenen Elektrodenspannung gegenüber bekannten Anordnungen erhöht, ferner können höhere Spannungen als bisher angeschaltet werden,. Normalerweise wird bei den bekannten Korotron-Anordnungen durch die Verbindung des Corona-Drahtes mit einer positiven elektrischen Spannung eine positive Ladung der fotoleitfähigen Aufzeichnungsfläche erzeugt, die durch eine Ooronaerscheinung hervorgerufen wird, welche den Oorona-Draht unmittelbar wie eine Hülle umgibt· Die gemäß der Erfindung vorgesehene Funkenstrecke im Speisestromkreis ruft eine Verteilung der Ooronaemission auf den gesamten von der Abschirmung des Corona-Drahtes eingeschlossenen Raum hervor· Experimentell hat sich gezeigt, daß eine derart verteilte Corona-Entladung die Ladung einer Aufzeichnungeplatte bei hohen Spannungen gegenüber bekannten Anordnungen verbesserte Durch die Erfindung wird also die Menge und die Geschwindigkeit der Aufladung einer Fläche verbessert, so daß der Korotron-Draht an höhere Spannungen angeschaltet werden kann, als dies bisher möglich warο Die Erfindung erhöht den Wirkungsgrad einer Oorona-Entladungsvorrichtung, da für eine vorgegebene Spannung mehr Ladung auf einer zu ladenden Fläche erzeugt wird.

Ähnliche Ergebnisse zeigen sich, wenn eine negative Ladung auf eine fotoleitfähige Aufzeichnungsfläche aufgebracht werden soll und die Entladungsvorrichtung in erfindungsgemäßer Weise mit dem negativen Pol einer Hochspannungsquelle verbunden isto Bei den bisherigen Vorrichtungen erzeugt ein mit einer negativen Spannung gespeister Corona-Draht eine punktweise konzentrierte Oorona-Entladung längs seiner Oberflä-

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one, so daß die ladung der Aufzeichnungsfläche ungleichmäßig ist. Eine negative Ladung einer Aufzeichnungsfläche ist jedoch "beispielsweise bei der Umkehrentwicklung erforderlich, die auch als Entwicklung entladener Flächen bezeichnet wird, da die mit Toner entwickelten Flächen ladungsfrei sind. Eine derartige Umkehrentwicklung ist in der Elektrofotografie dann erwünscht, wenn negative Mikrofilmbilder zur Belichtung einer fotoleitfähigen Aufzeichnungsfläche verwendet werden. Die gemäß der Erfindung vorgesehene Funkenstrecke im Speisestromkreis bewirkt eine Dispersion der punktförmig konzentrierten Entladungsstellen auf der Oberfläche des Gorona-Drahtes und damit die Erzeugung einer gleichmäßigen Entladungshülle rings um den Draht. Die negative Aufladung einer Aufzeichnungsfläche wird dadurch gleichmäßiger als bei den bekannten Korotrons, ferner ist auch hier eine stärkere Aufladung bei vorgegebener Spannung möglich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

FigeT eine schematische Darstellung einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Entladungsvorrichtung,

Figo2 eine graphische Darstellung des Wirkungsgrades der in Flgo1 gezeigten Entladungsvorrichtung, verglichen mit einer bekannten Vorrichtung und

Fig«3 eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Entladungsvorrichtung*

In Fig.i ist ein !Corotron zur elektrostatischen Aufladung einer fotoleitfähigen Isolierstoffsohioht dargestellt. Die elektrofotografische Bildplatte 1 trägt diese fotoleitfähige Isolierstoffschicht 2 auf einer geerdeten leitfähigen Unterlage 3· Ein Korotron 10 ist über der Bildplatte derart angeordnet, daß während einer Relativbewegung zwischen beiden eine elektrostatische ladung auf die Plattenoberfläche auf-

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gebracht wird. Das Korotron besteht aus einer Abschirmung 11, die einen oder mehrere Oorona-Entladungsdrähte 12 oder Ooronoden enthält. Die Abschirmung 11 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material und ist vorzugsweise geerdete Sie ist mit einer Schlitzöffnung 13 versehen, die eine Ionenströmung von der Ooronaemission ringsum den Draht 12 zur fotoleitfähigen Isolierstoffschicht 2 ermöglicht, so daß auf dieser eine elektrostatische Ladung entsteht» Die Schlitzöffnung 13 ist vorzugsweise direkt zwischen dem Oorona-Draht und der fotoleitfähigen Schicht angeordnet« Weitere Einzelheiten eines Korotrons finden sich in der bereits genannten US-Patentschrift 2 836 725«

Der Öorona-Entladungsdraht ist innerhalb seines Speisestromkreises 14 mit einer Hoohspannungsquelle HV-1 verbundene Zur positiven Ladung der Bildplatte 1 ist er an den positiven Pol der Spannungsquelle angeschaltete Im Speisestromkreis 14 ist eine Funkenstrecke 15 vorgesehen. Diese besteht aus zwei einander gegenüberstehenden Elektroden 16 und 17» die bei angeschalteter Hochspannung einen Punkenüberschlag erzeugen« Als Elektrodenanordnung kann beispielsweise eine Autozündkerze verwendet werdeno Der Elektrodenabstand kann - auch einstellbar sein, um die Corona-Entladung entsprechend vorgegebenen Erfordernissen zu verstärken oder zu schwächen. Außer einer Autozündkerze können auch andere einstellbare Elektrodenanordnungen verwendet werden·

Die Einfügung einer Funkenstrecke 15 in den Speisestromkreis eines Korotrons bringt eine Erhöhung des Wirkungsgrades gegenüber bekannten Anordnungen mit sich. In der folgenden Tabelle I sind die experimentellen Testergebnisse einer erfindungsgemäßen und einer bekannten Vorrichtung aufgeführt· Die erfindungsgemäße Vorrichtung wurde getestet, indem der Stromfluß auf eine geerdete und unbeschichtete Platte gemes-

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sen wurde, die 7,6 mm unter der Korotron-Einheit angeordnet war. Der von der Platte nach Erde fließende Strom ist ein Maß für die durch das !Corotron erzeugte Ladung«, Der Corona-Draht eines Korotrons bekannter Art wurde mit verschiedenen positiven Gleichspannungen bis zu einer für die Anordnung vorgegebenen Maximalspannung verbunden und der Plattenstrom gemessen. Die Maximalspannung ist diejenige Spannung, die noch keinen Lichtbogen zwischen dem Corona^-Draht und der geerdeten Platte erzeugt. Dieselben Tests wurden mit einer erfindungsgemäßen Entladungsvorrichtung durchgeführt, der eine Funkenstrecke von 0,65 mm bzw* 0,9 mm im Speisestromkreis einer positiven Hochspannungsquelle vorgeschaltet wurde. Die Ergebnisse sind gleichfalls in der Tabelle I aufgeführt. Eine graphische Darstellung der Testergebnisse zeigt Figo 2«, '

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	Abstand 0,76	0	mm
Tabelle I	Bekanntes Korotron mit Korοtron 0,65 mm Funken strecke	0	Korotron mit 0,9 mm Fun kenstrecke
Plattenstrom (Mikroampere),	0	0	0
Hochspannung (Volt χ 1000)	0	0	0
0	0	0	0
1	0	0	0
2	0,1 .	0	0
3	0,48	0	0
3,8	2,0	0,3	0
4	3,85	19,5	0
4,5	9,5	38,5	0
5	16,9	44,5	0,5
6	26,4	53,0	28,0
7	30,2 Max	58,0	38,0
8		60,0 Max	49,5
8,4 Max			58,0
9			60,0
9,5			65,0
9,7 Max		66,0 Max
10
10,1 Max

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In Fig.2 ist eine graphische Darstellung der in Tabelle I ' aufgeführten Testergebnisse als Kurve gezeigt, die den Plattenstrom in Abhängigkeit von der Speisespannung angibt. Vergleicht .man die Kurven für ein bekanntes Korotron und für die beiden getesteten erfindungsgemäßen' Korotrons, so kann man erkennen, daß mit dem bekannten Korotron bei geringen Speisespannungen ein höherer Plattenstrom erzeugt wird₀ Über einer bestimmten Speisespannung wird jedoch die mit einem erfindungsgemäßen Korotron erzeugte Ladung wesentlich stärker als bei einer bekannten Vorrichtung,, Es zeigt sich (Q somit, daß die erfindungsgemäße Entladungsvorrichtung.bei hohen Speisespannungen einen viel größeren Wirkungsgrad hat. Es ist ferner zu erkennen, daß eine Aufladung mit einem erfind ungsgemäßen Korotron bei hohen Spannungswerten möglich ■ ist, bei denen ein Korotron bekannter Art nicht mehr einwandfrei arbeitet. Die Erfindung ermöglicht also den Betrieb eines Korotrons bei höheren maximalen Spannungen mit viel höherem Wirkungsgrad, so daß beispielsweise elektrofotografische Aufzeiohnungstrommeln zur Verwirklichung einer höheren Arbeitsgeschwindigkeit schneller aufgeladen werden könneno

In Pige3 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dar- ^ gestellt, die eine negative Aufladung einer fotoleitfähigen Isolierstoffschicht oder einer anderen Fläche ermöglichte Sie ist entsprechend der in Figd gezeigten Anordnung ausgeführt, jedoch ist der Gorona-Draht 12 über die Funkenstrecke 15 mit dem negativen Pol einer Hoohspannungsquelle HV-2 verbundene Mit dieser Entladungsvorrichtung werden ähnliohe Ergebnisse wie mit der in Figo 1 gezeigten Vorrichtung sowie eine gegenüber bekannten Anordnungen wirksamere Ladung erzielte Wie bereits ausgeführt, bewirkt die Einfügung einer Funkenstrecke in den Speisestromkreis eine Dispersion der negativen Ooronapunkte, wie sie normalerweise bei negativ gespeisten Korotrons auftreten, so daß es möglich ist, eine fotoleitfähige Bild stoffschicht gleichmäßiger negativ aufzuladen als bisher.

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Vorstehend wurde eine hinsichtlich Wirkungsgrad und Wirtschaftlichkeit verbesserte Corona-Entladungsvorrichtung beschriebene Eine solche Vorrichtung kann auch mit zwei oder mehr Corona-Drähten arbeiten und mit Abschirmungen versehen sein, die anders als in den Figuren dargestellt ausgeführt sind» Eine erfindungsgemäße Entladungsvorrichtung kann auch zur Aufladung beliebiger anderer Flächen eingesetzt werden, die nicht für die Elektrofotografie angewendet werden· Die zu ladende Fläche muß nicht als flache Platte ausgeführt sein, sie kann beispielsweise auch die Form eines Zylinders, eines Bandes oder eine andere Form haben« Aus der vorstehenden Beschreibung geht ferner hervor, daß das erfindungsgemässe Korotron stationär an einer beweglichen fotoleitfähigen Bildfläche angeordnet sein kann·

Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, ist auf diese jedoch nicht beschränkte Alle im Rahmen der folgenden Ansprüche möglichen Ausführungsformen und Verbesserungen werden durch den Grundgedanken der Erfindung erfaßt»

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Claims

Patentansprüche

M J Corona-Entladungsvorriahtung insbesondere für die elektrostatische Aufladung einer elektrofotografischen Aufzeichnungsfläche, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungselektrode (12) in ihrem Speisestromkreis eine Funkenstrecke (15) vorgeschaltet ist«,

2« Entladungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungselektrode (12) als.länglieher Draht ausgeführt und parallel zu der zu ladenden Fläche (1) angeordnet ist·

3» Entladungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (12) von einer Abschirmung (11) umgeben ist, die mit einer Öffnung (13) für einen vom Draht (12) ausgehenden Ionenstrom versehen ist.

4· Entladungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (11) elektrisch geerdet ist·

5· Entladungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung der Entladungselektrode (12) mit einer positiven elektrischen Hochspannung (HV-2) erfolgt.

6, Entladungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung der Entladungselektrode (12) mit einer negativen elektrischen Hochspannung (HV-2) erfolgt»

7· Entladungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecke (15) zwischen zwei mit Abstand zueinander angeordneten Elektroden (16, 17) vorgesehen ist.

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8. Entladungsvorriohtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7_f dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecke (15) zur Änderung des Schwellwertes der Corona-Entladungsspannung und der Entladungegeschwindigkeit verstellbar ist.

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