DE3425544A1 - Ionenprojektionskopierer mit einer virtuellen rueckelektrode - Google Patents

Description

, tr-

Ionenprojektionskopierer mit einer virtuellen Rückelektrode

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten Ionenprojektionskopierapparat, um mit Hilfe einer einem Bild entsprechenden Aufladestation auf die Vorderoberfläche eines Ladungsrezeptorblattes abzubilden und um gleichzeitig eine Gegenladung direkt auf die Rückfläche des Ladungsrezeptorblattes in dem Bildaufbringungsbereich mit einer weiteren Ladungsvorrichtüng zu erzeugen.

In einer schwebenden US-Patentanmeldung, die vom selben Anmelder wie die vorliegende Erfindung stammt, uad am 6.JuIi 1982 unter dem Titel "Fluid Jet Assisted Ion Projection System" (Gundlach u.a.) mit der Serial No. 395 170 angemeldet wurde, wird ein hochauflösender, billiger Ionenprojektionsdrucker beschrieben. Die Anmeldung bezieht sich auf eine einheitliche Vorrichtung zur Erzeugung von Ionen eines Vorzeichens und deren nachfolgende selektive Auftragung auf einen Ladungsrezeptor in einer Bildkonfiguration. Ein Transportmediumstrahl durchquert einen Kanal und tritt durch eine Ionenerzeugungsvorrichtung hindurch und nimmt dabei Ionen durch einen Modulator mit_r um die Ionen-"Strahlen" auf das Ladungsrezeptorblatt abzulegen, welches gewöhnliches Papier sein kann. Das Papierblatt wird gegen eine elektrisch beaufschlagte Rückelektrode gehalten, welche ein starkes elektrisches

Feld bereitstellt, um die Ionen gegen das Blatt zu beschleunigen und darauf zu fokussieren. Wenn die Abbildungsionen auf das Blatt aufgebracht sind, wird eine Gegenladung in der Rückelektrode erzeugt, um ein elektrisch ausgeglichenes System zu erzeugen. Der lonenprojektionsstation ist eine Entwicklungsstation nachgeschaltet, in der das Bildlladungsmuster mit Tonerpartikein sichtbar gemacht werden kann, wobei die Tonerpartikel auf die Oberflächenladungen des Papiers angezogen, werden und dann nachfolgend in einer Schmelz station, auf. dem Rezeptorblatt fixiert werden. Die Entwicklungsstation und die Schmelzstation sind nicht Gegenstand dieser schwebenden Anmeldung.

In dem amerikanischen Patent No. 3 714 665 (Mutschier u.a.), welches den Titel "Electrostatic Recording With Improved Electrostatic Charge Retention" trägt, wird ein Kopierapparat zum Aufzeichnen auf ein gewöhnliches Papier beschrieben. Eine Aufladestation, die dort schematisch mit einem Pfeil dargestellt ist und die jede beliebige, geeignete Art sein kann, ist angeordnet, um ein elektrostatisches Ladungsmuster auf dem Papier zu erzeugen. Eine leitende Rückelektrode steht in Kontakt mit der gegenüberliegenden Seite des Papiers und erstreckt sich vom Aufladebereich durch eine Entwicklungszone hindurch, an der das Ladungsmuster sichtbar gemacht wird.

In dem japanischen Patent mit der No. 55-55353 (Uchimura), welches den Titel "Electrostatic Printing Device" trägt, werden Bilder auf einem gewöhnlichen papier erzeugt. Der beschriebene Apparat umfaßt als Ionengenerator einen Glimmentladungsdraht und einen Modulator, der aus zwei

im-Abstand zueinander angeordneten, leitenden, mit Öff- . nungen versehenen Platten besteht. Durch eine Steuerung der Potentialdifferenz zwischen den mit öffnungen versehenen Platten ist es den Ionen möglich, entweder durch die öffnungen hindurch zu gelangen, oder aber sie.werden daran gehindert. Diejenigen Ionen, die durch den Modulator hindurchtreten, werden dann in Richtung der Rückelektrode angezogen und von dieser beschleunigt und gelangen auf das.Papier, welches zwischen der Ionenquelle und der Rückelektrode angeordnet ist. Eine Entwicklungsstation und eine Schmelzstation sind ebenfalls in diesem Kopierer enthalten. Es ist die Aufgabe in dieser patentierten Erfindung, zu verhindern, daß sich das elektro-. statische Bildmuster zerstört, in dem ein Ladungsaustausch zwischen dem Papier und der Rückelektrode vor aer Entwicklungsstation verhindert wird. Zu diesem Zweck wird in derselben Art und Weise wie bei Mutschler u.a.

(oben erwähnt) vorgegangen, nämlich es wird die Rückelektrode durch die Entwicklungsstation hindurch verlängert.

Es hat sich herausgestellt, daß Strukturen der Rückelektrode, wie sie von Uchimura und Mutschler bekannt sind, dann, wenn sie zusammen mit einer Ionenprojektionsbildvorrichtung des Typs, wie er von Gundlach u.a. her bekannt ist, verwendet wird, keine gute Bildqualität ermöglicht. Während zwar in ausreichendem^ Maße das latente Bild vor der Entwicklungsstation aufrechterhalten wird, befassen sich diese Lösungen nicht mit dem Problem eines Zerrisses bzw. einer Zerstörung des Tonerbildes. Das bedeutet, daß, wenn das papier mit dem Tonerbild darauf sich von der Rückelektrode entfernt, bevor das Bild aufgeschmolzen worden ist, leicht eine Bildzerstörung oder ein Bildzerriß auftreten kann. Es wurde beobachtet, daß

Λ-

eine solche Zerstörung dann stattfindet, wenn die Entfernung zwischen dem Papier und der Rückelektrode auf ein derartiges Maß angestiegen ist, daß Ladungsaustausch zwischen der Rückelektrode und der Rückfläche des Papiers stattfinden kann, wenn die Paschendurchbruchsspannung ansteigt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ionenkopierapparat zu schaffen., in welchem- eine Tonerbildzerstörung der noch ungeschmelzten Tonerpartikel vermieden wird. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ionenkopierapparat zu. schaffen, in dem ein Zerriß des noch ungetonerten Ladungsbildes vermieden wird.

Es ist weiter Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ionenkopierapparat zu schaffen, mit dem eine größere Ionenbündelungsspannung und eine größere lonenladungsdichte erhalten werden können, als dies bisher mit bekannten Ausführungen möglich war.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung- liegt darin, einen Ionenkopierapparat zu schaffen, in welchem vielerlei verschiedene gewöhnliche Papieie und dielektrische Filme zur Bildaufzeichnung verwendet werden können.

Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ionenkopierapparat zu schaffen, in dem die Ebenheit und der Ort des Bildrezeptors an der lonenabbildungsstation weniger kritisch als in bekannten Bauarten ist.

In einer schwebenden US-Patentanmeldung mit der No. 505 64T

eingereicht am 20. Juni 1983 von denselben Anmeldern wie diese vorliegende Anmeldung mit dem Titel "Ion Projection Printer With Extended Back Electrode" (Wilcox u.a.),werden die oben stehenden ersten und zweiten Ziele bereits erreicht. Dort wird gelehrt, daß die Rückelektrode durchgehend von dem Bildaufbringungsbereich durch die Schmelzstation hindurch verlängert ist, um die Gegenladung in der Rückelektrode mit der Bildladung auf dem Rezeptorblatt zu einem Punkt zu transportieren, wo Tonerbildzerstörung nicht mehr auftreten kann.

In einer weiteren schwebenden Patentanmeldung, welche die US-Serial No. 505 64 5 trägt und am 20. Juli 1983 von denselben Anmeldern wie die vorliegende Anmeldung eingereicht wurde, und die den Titel "Ion Projection Printer With Pseudo-Continuous Back Electrode" (Day) trägt, wird in ähnlicher Weise eine Verbesserung der Wilcoxu.a. -Erfindung beschrieben. Bei dieser Anmeldung wird die bei Wilcox u.a. verlängerte Elektrode dahingehend abgeändert, daß sie eine oder mehrere als thermische Mauern wirkende Luftspalte zwischen der Schmelzstation und der Bilderzeugungs- und Entwicklungsstation enthält, um den Wärmestrom von der Schmelzstation zurück zur Abbildungsund Entwicklungsstation durch die verlängerte Rückelektrode hindurch zu reduzieren.

Die schwebenden, oben genannten Anmeldungen beschreiten den Weg, eine Tonerbildzerstörung zu verhindern, in dem die Bildladung und ihre Gegenladung in der Rückelektrode durch den Schmelzschritt hindurch zusammengehalten werden.

Die vorliegende Erfindung versucht, eine Zerstörung so-

wohl des latenten als auch des Tonerbildes durch Erzeugung eines ausgeglichenen Ladungszustandes über das Blatt selbst zu verhindern. Dies kann bei einer Ausführungsform dadurch geschehen, daß ein Ionenkopiersystem geschaffen wird, welches in der Lage ist, elektrostatische Ladungen in einer Bildkonfiguration auf einen sich relativ dazu bewegenden Ladungsrezeptor, wie z.B. über die Länge eines gewöhnlichen Papiers, aufzubringen. Dieses System schlägt zusätzlich zu den bekannten Ionenprojektionsvorrichtungen die Entwicklungsstation, die Schmelzstation und eine Ionenaufbringungsquelle, die angrenzend an den Bildrezeptor auf einer gegenüberliegenden Seite der Ionenprojektionsvorrichtung angeordnet ist, vor. Die Ionenaufbringungsvorrichtung dient dazu, in ausreichendem Maße Gegenionen auf die Rückfläche des Rezeptorblattes in dem Bildaufbringungsbereich zu erzeugen. Dadurch wird das Blattpotential an der Rückfläche bei oder in der Nähe der "Rückelektroden"-Spannung durch die Ionenaufbringungsquelle gehalten, und die Bildladungsaufbringung erfolgt in gewöhnlicher Weise, wobei gleichzeitig ein ausgeglichener Ladungszustand auf dem Blatt erzeugt wird. Dies vermeidet wirkungsvoll alle LadungsübertragungsZerstörungen, die sich als nachteilig bei direkter Abbildung auf ein gewöhnliches Papier erwiesen haben.

In der hierzu eng in Bezug stehenden Erfindung, die in einer am selben Tag angemeldeten Patentanmeldung mit dem Anwaltszeichen D/83107Q angemeldet wurde und den Titel "Ion Projection Printer With Charge Compensating Source" (Clark u.a.) trägt, wird eine Ionenaufbringungsquelle beschrieben, mit der eine Gegenladung, direkt auf die Rückfläche eines Ladungsrezeptorblattes an einer der Ab-

bildungsstation nachgeschalteten Stelle angeordnet ist.-

Die weiteren Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines

Ionenprojektionskopierapparates, der dem Stand der Technik entspricht;

Fig. 2 zeigt in einer teilweisen seitlichen Schnittansicht den Apparat der Fig. 1, wobei die Be

reiche des Bildzerrisses dargestellt sind;

Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines zerstörten Bildes eines im gesamten getonerten Bereiches;

Fig. 4 zeigt die Paschenkurve in einem Diagramm, dia den Luftdurchbruch in Abhängigkeit des elektrisches Feldes darstellt^ wobei Ladungsgrößen gezeigt sind, die normalerweise für BiIdrezeptorpapier verwendet werden;

Fig. 5 zeigt in einer seitlichen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel· einer Ladungskompensationsquelle, die auf der gegenüberliegenden Seite des Ionenprojektionsabbildungsbereich.es

angeordnet ist;

Fig. 6 zeigt in einer seitlichen Schnittdarstellung

ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ladungskompensationsquelle, die auf de.r. gegen

überliegenden Seite des Ionenprojektionsabbil dungsbereiches angeordnet ist;

■A-

Fig. 6a zeigt in einer vergrößerten Schnittansicht detaillierter die Ladungskompensationsquelle . der Fig. 6;

Fig. 6b zeigt in einer vergrößerten Schnittansicht ähnlich wie Fig. 6a eine Abänderung der Ladungskompensationsquelle der Fig. 6, um sie auf einem isolierenden Träger anzuordnen;

Fig. 7 zeigt in einer seitlichen Schnittdarstellung ähnlich wie Fig. 6 ein noch anderes Ausführungsbeispiel einer Ladungskompensationsquel-Ie, die auf der gegenüberliegenden Seite des

lonenprojektionsabbildungsbereiches angeordnet ist; und

Fig. 7a zeigt in einer vergrößerten Schnittdarstellung detaillierter die Ladungskompensations-

quelle der Fig. 7.

In Fig. 1 ist ein Ionenprojektionskopiersystem dargestellt, welches die erfindungsgemäßen Merkmale nicht aufweist. Dies deshalb, um die Umstände zu. erläutern, die zu.den Problemen der Zerstörung des Tonerbildes führen. Eine Versorgungsrolle 10 trägt einen geeigneten Bildrezeptor 12, wie z.B. gewöhnliches Papier oder dielektrisches Material und gibt diesen Rezeptor in unmittelbaren Kontakt mit der Fläche'einer leitenden Rückelektrode 14 zu einem Bildaufnahmebereich. Dort wird ein Bild mit Hilfe selektiver Projektion von Ionenstrahlen 16 aus dem Ionenerzeugungs- und Projektionskopf 18 gebildet. Es werden Ionen eines gewünschten Vorzeichens (+ oder -) in dem Kopf erzeugt und dann durch diesen Kopf

hindurch, mit Hilfe eines Transportmediums, wie z.B. Lufit, die über die Führung 20 von einer geeigneten Pumpe 22 herkommt, transportiert. Wenn die Ionen aus dem Kopf austreten, wirkt eine geeignete Modulatorelektrodenvorrichtung auf die Ionen, um bestimmten Ionenstrahlen den Durchtritt auf das Bildrezeptorblatt zu ermöglichen und andere. Ionenstrahlen zu neutralisieren.

Ein Beispiel eines Ionenerzeugungs- und Projektionskopfes 18 ist in der sehwebenden US-Patentanmeldung No. 395 (Gundlach u.a.) genauer als oben beschrieben. Ein weiteres Beispiel eines lonenerzeugungs- und Projektionskopfes ist in der schwebenden US-Patentanmeldung, welche das Anwaltszeichen No. D/82238 trägt und vom selben Anmelder wie die vorliegende Anmeldung angemeldet wurden beschrieben. Diese Anmeldung trägt den Titel "Fluid Jet Assisted Ion Projection and Printing Apparatus" (Sheridon).

Das latente Bild wird durch die Verwendung von Tonerpartikeln, die auf die ladungstragenden Bereiche des Papieres aufgebracht werden, sichtbar gemacht. Eine typisehe Entwicklungsvorrichtung umfaßt einen magnetischen Bürstenroller 24, der durch einen Trog 26 drehbar ist. In diesem Trog befinden·sich magnetische Tonerpartikel. Der Roller 24 nimmt die Tonerpartikel auf und bürstet sie über die Papieroberfläche. Das Tonermaterial wird so ausgewählt, daß eine Polarität entgegengesetzt zu der Bildladungspolarität erhalten wird, so daß es bevorzugt von den geladenen BiIabereichen, angezogen wird. Wenn das Blatt entwickelt worden ist, wird es durch eine Schmelzstation 28 hindurch transportiert, wobei der Toner zum Schmelzen gebracht wird und in die Papierfasern eindringt,

so daß eine unzerstörbare Kopie des Bildes erhalten wird.

in Fig. 2 sind detaillierter die Problembereiche dargestellt, die mit dem Kopiersystern der Fig. 1 zusammenhängen. Positive Ionen treten aus dem Ionenerzeugungs- und Projektionskopf 18 aus und legen sich in einer Bildkonfiguration über die Vorderfläche des Papieres 12. Die Ionen werden von einem Feld, welches zwischen der leitenden Rückelektrode 14, die an· eine Hochspannungsquelle 30 (in der Größenordnung von 1300 bis 1400 V Gleichspannung) angeschlossen ist und dem normalerweise elektrisch geerdeten Kopf 18 erzeugt wird, auf das Papier zu beil. 5 schleunigt und von dem Feld fokussiert. Ein Bildpotential entsteht über die Dicke des Papiers durch die Induktion von Gegenladungen an der Oberfläche der leitenden Rückelektrode, wobei die Gegenladung gleicher Größer aber entgegensetzten Vorzeichens zu den Bildladungen ist. Wie dargestellt, sind die Bildladungen positiv und die Gegenladungen sind negativ. Es ist genause möglich, die Polaritäten umzudrehen.

Danach gelangt das Papier durch die Entwicklungsstation 32, wo das Bild mit Hilfe eines Einzelkompaaenten magnetischen Trockentoners sichtbar gemacht wirö. Die Entwicklungsstation 32 umfaßt einen Sammelbehälter oder Trog 26, in welchem Tonerpartikel aufbewahrt werden, um diese dann mit Hilfe eines magnetischen Bürstenrollers 24 aufzutragen. In dem Entwicklungsbereich angrenzend an.das Blatt 12 entstehen aneinandergefügte magnetische Tonerpartikel in der Art von Ranken 34, die sich zwischen dem Roller 24 und dem Blatt erstrecken. Wenn diese Tonerpartikelranken sich über die Oberfläche des Papieres legen, wird eine negative Ladung an den Teilchen induziert und

einige werden von den positiven Oberflächenladungen der erzeugten Bipole angezogen und haften an dem Papier. Danach wird das Papier von der.Rückelektrode abgezogen und durch eine ebene Schmelzstation 36 hindurchgeführt, wo der Toner bis zum Schmelzpunkt erwärmt wird und dann in die Papierfasern eindringt.

Um eine gute Bildqualität zu erhalten, ist es notwendig, einen direkten Kontakt zwischen der Rückelektrode 14 und dem Blatt 12 aufrecht zu erhalten, um die Bildladungen dicht an ihren Gegenladungen in der Rückelektrode zu halten. Normalerweise wird jedoch das Blatt, wenn es von der Entwicklungsstation 32 zur Schmelzstation 36 befördert wird, von der Rückelektrode 14 abgezogen. Wenn der Trennungsabstand anwächst, wächst auch das elektrische Feld an, was dazu führt, daß die Paschendurchbruchsspannung erreicht wird und disruptiver Ladungsübertrag auftreten kann. Das bedeutet, daß die negativen Ladungen der Rückelektrode über den Luftspalt auf die Rückfläche des Papiers überspringen. Das ist in Fig. 2 durch die geschwungene Zeile an der Trennstell zwischen der Rückelektrode 14 und dem Papier 12 dargestellt. In Bereichen, wo eine hohe Ladungsdichte vorliegt, d.h. in großen insgesamt getonerten Flächen, im Gegensatz zu Strichbildern, wurde eine Tonerexplosion festgestellt, was zu sehr geringen Bildpunktdichten führt, wie das in Fig. 3 dargestellt ist. Obwohl dieser Mechanismus der Toner-"Explosion" weg von dem Papier noch nicht ganz verstanden ist, wird angenommen, daß diese Erscheinung das Ergebnis der gegenseitigen Abstoßung einiger Tonerteilchen derselben Polarität ist, die infolge der ungleichmäßigen Verteilung der positiven Ladungen auf der Rückfläche des Papiers, wie sie durch den disruptiven Ladungsübertrag

hervorgerufen wird, entsteht. Das latente Bild kann ebenso zerstört werden, wenn sich das Papier aufbauscht und von der Rückelektrode entfernt wird, so daß auch die Paschendurchbruchsspannung erreicht wird.

Wenn das Papier von der Rückelektrode entfernt wird, bevor das Bild aufgeschmelzt worden ist, entsteht ein zusätzlicher Bereich eines Tonerzerrisses, wenn das Papier die Eintrittskante der elektrisch leitenden, beheizten Schmelzstation erreicht. Die Tonerpartikel stoßen sich dann gegenseitig ab und es kann sichtbar beobachtet werden, daß sie in einer halbkreisartigen Art und Weise explodieren, und zwar weg von der Papieroberfläche (sh. Fig. 2). Eine genaue Erklärung für diese Zerstörung ist gegenwärtig noch nicht möglich, es wird jedoch angenommen, daß dies mit der ungleichmäßigen Verteilung der positiven Ladungen auf der Rückfläche des Papiers zusaiomenhängt, die durch disruptiven Ladungsübertrag entsteht, wenn das Papier von der Rückelektrode abgezogen wird.

Wenn zwei Oberflächen, die eine elektrostatische Ladung tragen, durch eine Gasschicht voneinander getrennt sind, erfordert die übertragung des elektrostatischen Bildes von einer Oberfläche zur anderen Oberfläche eine Bewegung von elektrischen Ladungen durch das Gas. Diese Erscheinung des elektrischen Durchbruchs eines Luftspaltes (disruptiver Ladungsübertrag) kann mit dem Paschengesetz erklärt werden und läßt sich graphisch darstellen, wie es in Fig. 4 für Luft durch die Kurve A geschehen ist. Betrachtet man diese Kurve A von rechts nach links, so kann man erkennen, daß, wenn der Spalt zwischen den ladungstragenden Oberflächen kleiner wird, die Durchbruchsspannung abnimmt und bei ungefähr 360 V und

einem Abstand von 7,5 Microns ein Minimum erreicht. Danach, wenn der Spalt weiter kleiner wird, wächst die Durchbruchsspannung wieder an, weil, wie angenommen wird, die KurzSchlußbildung oder der Durchschlag in dem Bereich zwischen 2.bis 4 Microns weniger wahrscheinlich wird.

Typischerweise ist ein Ionenerzeugungs- und Projektionskopf 18 des Typs, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, in der Lage Ionen aufzubringen, die eine Ladungsdichte im Bereich zwischen 7 und 8 nanoCoulombs/cm² haben. Eine Ladungsdichte dieser Größenordnung würde zu einem elektrisehen Feld in der Größe zwischen 8 oder 9 V/Micron (in Fig. 4 als Kurve B dargestellt) führen. Wenn daher das Papier 12 von der Rückelektrode 14 entfernt wird, wächst das elektrische Feld linear bis zur Stärke von 8 oder 9 V/Micron an. In einem Abstand von ungefähr 125 Microns (ca. 5000stels Zoll) überkreuzt die elektrische Feldlinie (Kurve B) die Paschenschwellenspannung (Kurve A) und es entsteht ein disruptiver Durchbruch.

Die vorstehenden Erläuterungen haben sich auf die Pr oblerne bezogen, die mit einem Luftdurchbruch zusammenhängen, wenn das die Ladung tragende Blatt von seiner Gegenladung in der Rückelektrode entfernt wird.. Es hat sich herausgestellt, daß dann, wenn die Gegenladung direkt auf die Rückfläche des Rezeptorblattes aufgebracht wird - anders als in der leitenden Rückelektrode - ein ausgeglichener Zustand über das Blatt selbst erhalfen wird und eine Ladungsbildzerstörung nicht mehr auftreten kann. Um dieses Ergebnis zu erreichen, sind in Fig. 5 bis 7 eine Anzahl von verschiedenen Möglichkeiten einer Ionenaufbringungsquelle auf der Rückfläche be-

- Zuschrieben. Es soll erwähnt werden, daß die Ionenaufbringungsquelle direkt auf der gegenüberliegenden Seite der Ionenprojektionsabbildungsstation angeordnet ist und zusätzlich als "virtuelle" Rückelektrode zur Beschleunigung und Fokussierung der Bildionen auf das Rezeptorblatt wirkt, in dem das Rückflächenpotential des Blattes auf oder in der Nähe der "Rückelektroden"-Spannung gehalten wird.

■ Betrachtet man Fig. 5, so erkannt man, daß dort ein Ladungsrezeptorblatt 12, welches gewöhnliches, unbehandeltes Papier oder auch ein dielektrischer Film sein kann, zwischen dem lonenprojektionsladungskopf 18 und der gegenüberliegenden Ionenaufbringungsquelle 38 bewegt wird. Der Ladungskopf, der die Form hat, wie sie in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, lenkt die "schreibenden" lonenstrahlen auf die Vorderfläche des Blattes in der Art eines Bildladungsmusters. Die Ionenauftragungsquelle 38 ist allgemein ähnlich ausgebildet, jedoch so modifiziert, daß sie einen gleichförmigen Ionenstrom, anders als Ionenstrahlen, projiziert. Das Blatt 12 liegt zwischen den beiden Ladungsköpfen 18 und 38 und wird auf seinem vorgeschriebenen Weg mit Hilfe eines Rollerpaares 40, 42 oder geeigneten Führungseinrichtungen bewegt. Obwohl nur ein einzelnes Rollerpaar gezeigt, ist (oberhalb der Aufladestation) ist klar, daß es auch notwendig ist, den-Rezeptor mit geeigneten, der Aufladestation nachgeschalteten Führungseinrichtungen zu transportieren. Da die Ladungen auf dem Rezeptorblatt größtenteils kompensiert werden und die elektrischen Felder, die mit dem Bild zusammenhängen, im wesentlichen im Inneren des Rezeptorblattes vorliegen, können die Führungsvorrichtungen mit jedem gewünschten Material verwirklicht werden, einschließlich elektrisch leitender Materialien.

Der Ladekopf 18 schließt eine mit einem Glimmentladungsdraht 44 versehene Ionenquelle ein, wobei der Draht mit einer Hochspannungsquelle (nicht gezeigt) verbunden ist und in einer zylindrischen Kammer 46 innerhalb eines elektrisch leitenden Gehäuses 47 zentral angeordnet ist, welches auf einem geeigneten Referenzpotential gehalten wird. Eine Quelle liefert ein unter Druck stehendes Transportmedium (für gewöhnlich Luft) durch einen.Zuführungskanal 48 in die Hauptkammer 50 und dann durch einen Ausgangskanal 42 zu der zylindrischen Kammer 46. Wenn die Luft durch die Kammer 46 hindurchtritt, nimmt sie Ionen, die von dem Coronadraht 44 erzeugt wurden, auf und befördert sie durch den Ausgangskanal 44, in dessen Wänden sich Modulationselektroden 56 befinden. Die Modulationselektroden können mit einer nicht näher gezeigten Antriebs- oder Steuerschaltung gesteuert werden, die auf . einer gedruckten Schaltungsplatte 58 aufgebracht sein kann, um selektiv individuellen Ionenstrahlen den Durchtritt zum Rezeptorblatt 12 möglich zu machen oder aber sie auf eine entgegengesetzt geladene Kopfwand abzulenken und sie zu neutralisieren.

Die Ionenaufbringungsquelle 38 ersetzt die gewöhnliche leitende Rückelektrode 14, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. In ihrer Konstruktion und ihrer Wirkungsweise ist sie dem Abbildungsionenprojektor 18 ähnlich, sie besitzt jedoch keine modulierenden Elektroden, da ihr Zweck es ist, eine mehr ganzheitliche Versorgung mit Gegenionen sicher zu stellen, als dies für den Ab-. bildungsionenprojektor gilt. Zu diesem Zweck wird ein Coronadraht auf einem ausreichend hohen Ionenerzeugungs potential gehalten und die Eingangs- und Ausgangskanäle 62 und 64 sind größer als ihre entsprechenden-gegenüber

in dem Ionenabbildungsprojektor 18. Ihr elektrisch leitendes Gehäuse 65 ist ebenfalls an eine geeignete Referenzpotentialquelle angeschlossen. Somit kann ein ausreichend großer Stromfluß von Gegenladungsionen in den Raum zwischen der Ionenaufbringungsquelle 38 und der Rückfläche des Rezeptorblattes 12 fließen. Dieser Raunt wird dann mit Gegenladungsionen gefüllt, deren Quellenimpedanz gering genug ist, so daß sie als Leiter mit sehr geringem Widerstand angesehen werden kann, der im wesentlichen auf dem Referenzpotential gehalten wird. Auf diese Art und Weise wirkt die Ionenaufbringungsquelle 38 als eine virtuelle Rückelektrode, die dazu dient, eine Sammelspannung einer ausreichenden Größe zu erzeugen, so daß ein elektrisches Feld zum Anziehen und Fokussieren der Abbildungsionen erhalten wird. Zusätzlich - was noch wichtiger ist - hinsichtlich der Verhinderung von Ladungsübertragungsdisruptionen werden freie Gegenladungsionen erzeugt, um sie direkt auf der Rückfläche des Blattes niederzulegen.

Es hat sich experimentell herausgestellt, daß die Grenze der Sammelspannung, die auf eine leitende Rückelektrode angewandt wird, bei ungefähr 1400 bis 1500 V Gleichspannung liegt. Bei größeren Spannungen tritt Funkenbildung durch das Papier zum lonenprojektionskopf auf. Im Falle der vorliegenden Erfindung aber, wo das leitende Gas die virtuelle Rückelektrode bildet, tritt ein solcher Durchschlag oder Kurzschluß nicht auf. Daher können wesentlich höhere Sammelspannungen angewendet werden, was zu einer entsprechenden Steigerung der Bildladungsdichte und damit zu einem wesentlich einfacheren Tonern und zu einer besseren Steuerungsmöglichkeit führt.

In den Fig. 6 und 6a ist ein weiteres Ausführungsbeispiel

einer virtuellen Elektrodenionenaufbringungsquelle dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich eine V-förmige Rille 68, die in einem leitenden zylindrischen Träger 70 auf der gegenüberliegenden Seite der Abbildungsstation ausgebildet ist, axial. Eine längliche Ionenplasmaquelle 72 ist innerhalb dieser Rille angeordnet. Die Quelle 72 umfaßt eine leitende Drahtelektrode 74, wie z.B. einen Wolframdraht, und ist mit einem dielektrischen Material 76, wie z.B. Glas, überzogen. Typischerweise ist der Draht im Durchmesser ungefähr 5000stel Zoll und der Gesamtdurchmesser der überzogenen Drahtelektrode 72 beträgt etwa 9000stel Zoll. Es können anstelle von Glas auch andere dielektrische Überzüge verwendet werden, jedoch haben organische Isoliermate-. rialien im allgemeinen den Nachteil, daß sie aufgrund von entstehenden Oxidationsprodukten, die durch den atmosphärischen Ladungsaustausch entstehen, dazu neigen, abzunehmen, so daß sie für die vorliegende Anwendung ungeeignet sind.

Eine Wechselspannungsquelle 78 mit einem Peak zu Peak-Abstand von ca. 2000 V arbeitet bei einer Plasmaerzeugungsfrequenz im allgemeinen im Bereich einiger 10 kHz oder eines MHz, welche sie an den Draht 74 abgibt. Der zylindrische Träger 70 ist mit der Gleichspannungsquelle 79 verbunden,.die eine Sammelspannung in der Größenordnung zwischen 1,5 bis 3 kV erzeugt.

Im Betrieb wirkt die Ionenaufbringungsquelle 72 als virtuelle Rückelektrode, welche eine ausreichende Ionenvorsorgung mit Ionen beider Vorzeichen in einem neutralen Plasma, welches die Rille 68 ausfüllt, sicherstellt. Das Plasma ist so voll mit Ionen, daß es wie eine leitende

Oberfläche bei dem Sammelspannungspotential der Quelle 79 wirkt. Wenn das Blatt über den Ionenprojektionskopf 18 bewegt wird und die Rasterlinien der Abbildungsionen auf die Vorderfläche des Blattes projiziert werden, wird die entsprechende Gegenladung aus der Mischung von positiven und negativen Ionen in der Spalte 68 auf die Rück— fläche des Blattes gezogen. Die Gegenladung kompensiert die Bildladungen auf der Vorderfläche. Wenn dann das Blatt die Abbildungsstation verläßt, herrscht über das Blatt ein ausgeglichener Ladungszustand vor.

In Fig. 6b ist der zylindrische Träger 70 als aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt gezeigt.

Alternativ dazu kann auch nur der Abschnitt des Trägers, welcher unmittelbar die Ionenaufbringungsquelle umgibt, aus einem isolierenden Material sein. Dadurch ist es möglich, die Hochpotentialelemente von anderen Elementen der Vorrichtung zu isolieren. In diesem Falle wird die virtuelle Rückelektrode mit einem zusätzlichen· leitenden Draht 80 ergänzt, der ebenfalls in der Rille 68 angeordnet ist und mit der Gleichspannungsquelle 81 verbunden ist. Das Potential des Plasmas ist gleich wie das Potential des Drahtes 80.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ionenplasmaquelle ist in Fig. 7 und 7a dargestellt. Der zylindrische Trä,-ger 82 besteht aus einem isolierenden Material und hat eine sich axial erstreckende rechteckige Vertiefung 84. Wie in dem in Fig. 6b dargestellten Ausführungsbeispiel ist nur der Bereich des Trägers, der unmittelbar die Ionenaufbringungsquelle umgibt, aus isolierendem Material hergestellt. In der Vertiefung ist ein Plasmagenerator 86 eingebettet, der eine Schicht oder Sand-

'lh ·

Wichstruktur aufweist, mit einer ersten, ebenen linearen und leitenden Folie 88, einer dielektrischen Schicht 90 und einer geöffneten, flachen, linearen und leitenden Folie 92. Die dielektrische Schicht kann vorzugsweise aus Glimmer bestehen und die Folien aus rostfreiem Stahl. Eine RF-Quelle 94 ist mit der Folie 88 verbunden und ein Gleichspannungspotential 95 mit der Folie 92. In der Vertiefung oder Spalte 84 wird direkt gegenüber des Austrittskanals des Äbbildungsionenprojektors 18 ein Plasma erzeugt. Eine ausreichende Menge von Ionen mit im wesentlichen dem Sammelspannungspotentxal der Quelle 95 herrscht an der Rückfläche des Blattes 12 vor. Ionen des jeweils richtigen Vorzeichens (entgegengesetzt zu dem der Abbildungsionen) werden aus dem Plasma herausgezogen und auf der Rückfläche des Rezeptorblattes 12 niedergelegt, um die Bildladungen auszugleichen.

Zusätzlich zu der damit bestehenden Möglichkeit, daß das Blatt sowohl seine Bildladungen als auch die Gegenladungen in einem ausgeglichenen Ladungszustand trägt, liegt ein Vorteil der virtuellen Rückelektrode gegenüber den bekannten leitenden Rückelektroden darin, daß eine größere Sammelspannung angewendet werden kann, da die gasförmige Rückelektrode keinen Durchschlag oder Funkenbildung verursacht, wie dies die leitenden Metallrückelektroden tun. Außerdem wird auch die unmittelbare Entfernung zwischen dem Blatt und der Rückelektrode 14 v?e~ niger wichtig, wie das bei den bekannten leitenden Rückelektroden (wie 14 in Fig. 1 und 2) der Fall ist, weil der Abbildungsprozeß nicht auf der Induktion von entgegengesetzten Ladungen in den bekannten konduktiven Rückelektroden basiert. Außerdem findet keine Wellenbildung oder Aufbauschen des Papieres statt, wenn es über die ,

Rückelektrode transportiert wird, so daß die genaue und richtige Positionierung des Papiers an der Ionenaufbringungsstation weniger kritisch als zuvor wird. Weil dadurch größere Steuerungsmöglichkexten und mechanische Toleranzen als Ergebnis der virtuellen Rückelektrode erhalten werden, kann ein großer Bereich von gewöhnlichen Papieren oder dielektrischen Filmen als Aufzeichnungsmaterial verwendet werden.

Es ist klar, daß eine Vielzahl von Variationen in der Ausgestaltung der Ionenaufbringungsquelle möglich sind. Es ist nur notwendig, eine ausreichende Ionenversorgung mit einem Vorzeichen entgegengesetzt zum Vorzeichen der Abbildungsionen in der Nähe der Rückfläche des Bildrezeptorblattes sicherzustellen und sie auf dem geeigneten Sammelpotential zu halten.

- Leerseite -

Claims (11)

GRÜNECKER. KINKELDEY, STOCKMAIR & PARTNER PATENTANWÄLTE N PJtTeNT AT7Ont>*fi>3 A. GRUNECKEH. α».■»«-, DR H. KINKEUOeV. o«v »n OR W. STOCKMAIR. an. ·α.>κ , DR K. SCHUMANN, o·* e*i-ä P H JAKQB. o«.-ino OR S. BEZOLD. m..cw! W MSSTSR. O^-i~e H, HILSEPS an-·»« OH H. MErER-PLATH. an. ,« XEROX CORPORATION Xerox Square Rochester, New York 14644 USA ΘΟΟΟ MÜNCHEN 22 58 P 18 897 Ionenprojektionskopierer mit einer virtuellen Rückelektrode Patentansprüche

1. Ionenprojektionskopierapparat, um auf. einer Seite eines Ladungsrezeptorblattes, welches in.einer Ablaufrichtung bewegt wird, einen Abdruck zu erzeugen,

30 _ mit in der Ablaufrichtung nacheinanderfolgend angeordneter Ionenpfojektionsladungseinrichtung zur Aufbringung von Abbildungsionen auf die eine Seite des Blattes, mit einer Entwicklungseinrichtung und einer Schmelzeinrichtung, wobei die Aufladungseinrichtung

35 und die Entwicklungseinrichtung auf dieser einen Sei-

te des Rezeptorblattes angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , . daß eine virtuelle Rückelektrode (38, 72, 86) auf der. gegenüberliegenden Seite des Blattes (12) angeordnet ist, um eine Gegenladung auf die andere Seite des Blattes (12) aufzubringen und zur Beschleunigung und Fokussierung der Abbildungsionen.
10

2. Ionenprojektionskopierer nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß die virtuelle Rückelektrode (38, 72, 86) gegenüber der lonenprojektionsaufladeeinrichtung (18) angeordnet ist.

3. Ionenprojektionskopierer nach Anspruch 1. oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die virtuelle Rückelektrode (38, 72, 86) eine Einrichtung zur Erzeugung einer unipolaren Ladung umfaßt.

4. Ionenprojektionskopierer nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet , daß die virtuelle Rückelektrode (38, 72, 86) eine Einrichtung zur Erzeugung eines Transportmediumstromes umfaßt, um die Gegenladungsionen, die von dieser unipolaren LadungserZeugungseinrichtung auf der anderen Seite des Blattes (12) erzeugt wurden, zu bewegen.

5. lonenprojektionskopierer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die virtuelle Rückelektrode (38, 72, 86) eine bipolare Ladungser zeugungse inr ichtung umfaßt.

6. lonenprojektionskopierer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine

Trägereinrichtung (70) vorgesehen ist, gegenüber der die andere Seite des Rezeptorblattes (12) bewegt wird und wobei diese Trägereinrichtung (70) einü Rille (68) umfaßt, die sich darin quer zur Ablaufrichtung erstreckt, innerhalb welcher die bipolare LadungserZeugungseinrichtung angeordnet ist.

7. Ionenprojektionskopierer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die bipolare Ladungserzeugungseinrichtung einen dielektrisch überzogenen Draht (74) und eine Wechselspanrungsquelle (78), die mit dem Draht verbunden ist, umfaßt.

8. Ionenprojektionskopierer nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet , daß der Trä-9^e* (70) aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt ist und daß eine Referenzpotentialquelle (79) vorgesehen, ist, die mit diesem verbunden ist.

9. Ionenprojektionskopierer nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8,

dadurch gekennzeichnet , daß der Bereich des Trägers, innerhalb welchem die Rille (68) angeordnet ist, aus elektrisch isolierendem Material besteht.

10. Ionenprojektionskopierer nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, daß die bipolare Ladungserzeugungseinrichtung einen dielektrisch überzogenen, leitenden Draht (74) und einen unüber-

zogenen leitenden Draht (80) umfaßt, der in der Rille (68) angeordnet ist, und daß eine Wechselstromquelle (78) mit dem überzogenen Draht und eine Referenzpotentialquelle (81) mit dam unüberzogenen Draht (80) verbunden ist.

11. Ionenprojektionskopierer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die bipolare Ladungser zeugung seinrichtung eine' Schichtstruktur (86) umfaßt, mit einer ersten elektrisch leitenden Folienschicht (88) , einer elektrisch isolierenden Schicht (90) und einer zweiten elektrisch leitenden Folienschicht (86), die öffnungen besitzt, wobei die zweite Folienschicht (86) am nächsten zu der anderen Seite des Rezeptorblattes (12) liegt und daß eine Wechselstromquelle (94) mit der ersten Folienschicht (88) verbunden ist und' daß eine Referenzpotentialquelle (95) mit der zweiten Folienschicht (92) verbunden ist.