DE3425544A1 - Ionenprojektionskopierer mit einer virtuellen rueckelektrode - Google Patents
Ionenprojektionskopierer mit einer virtuellen rueckelektrodeInfo
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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 mitr
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)
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
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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-9e*
(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.
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