DE69720825T2 - Übertragungswalzen mit kapazitiver Kommutierung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Spenderwalzen mit kapazitiv gedämpfter Kommutation, und befaßt sich insbesondere mit einer Entwicklungsvorrichtung für elektrophotographischen Druck, in welchem die Spenderwalze einen Teil eines reinigungsfreien Entwicklungsverfahrens bildet.
• In dem allgemein bekannten Verfahren des elektrophotographischen Druckes wird eine Ladung-haltende Oberfläche, typischerweise als Photorezeptor bekannt, elektrostatisch geladen und dann einem Lichtmuster eines Originalbildes ausgesetzt, um selektiv die Oberfläche dementsprechend zu entladen. Das sich ergebende Muster geladener und entladener Bereiche auf dem Photorezeptor bildet ein als latentes Bild bekanntes elektrostatisches Ladungsmuster, das dem Originalbild entspricht. Das latente Bild wird entwickelt, indem es mit einem fein verteilten elektrostatisch anziehbaren Pulver, bekannt als "Toner", in Kontakt gebracht wird. Der Toner wird auf dem Bildbereich durch die elektrostatische Ladung auf der Photorezeptoroberfläche festgehalten. Somit wird ein Tonerbild entsprechend einer Lichtabbildung des Originalbildes reproduziert. Das Tonerbild kann dann auf ein Substrat oder eine Trägerelement (z. B. Papier) übertragen werden, und das Bild darauf fixiert werden, um eine permanente Aufzeichnung des wiederzugebenden Bildes zu erzeugen. Anschließend an die Entwicklung wird auf der Ladung-haltenden Oberfläche verbliebener überschüssiger Toner davon entfernt. Das Verfahren ist für eine Lichtobjektivkopie von einem Original oder zum Drucken von mittels eines Rasterausgabescanners (ROS), in welchem eine geladene Oberfläche in einer Vielzahl von Möglichkeiten bildweise entladen werden kann, elektronisch erzeugten oder gespeicherten Originalen nützlich.
• Bei dem Verfahren des elektrophotographischen Druckes ist der Schritt des Transports des Toners zu dem latenten Bild auf dem Photorezeptor als "Entwicklung" bekannt. Die Aufgabe der effektiven Entwicklung eines latenten Bildes auf dem Photorezeptor besteht in dem Transport von Tonerteilchen auf das latente Bild mit einer gesteuerten Rate so, daß die Tonerteilchen effektiv elektrostatisch an den geladenen Bereichen auf dem latenten Bild anhaften. Eine allgemein verwendete Technik für die Entwicklung ist die Verwendung eines Zwei-Komponenten-Entwicklermaterials, welches zusätzlich zu den Tonertelichen, welche an den Photorezeptor anhaften sollen, eine Menge magnetischer Trägerkügelchen enthält. Die Tonerteilchen haften triboelektrisch an den relativ großen Trägerkügelchen, welche typischerweise aus Stahl bestehen. Wenn das Entwicklermaterial in einem magnetischen Feld untergebracht wird, bilden die Trägerkügelchen mit den Tonerteilchen darauf etwas, was als eine magnetische Bürste bekannt ist, wobei die Trägerkügelchen relativ lange Ketten ausbilden, welche die Fasern einer Bürste darstellen. Diese magnetische Bürste wird typischerweise mittels einer "Entwicklerwalze" erzeugt. Die Zylinderwalze liegt typischerweise in der Form einer zylindrischen Hülse vor, welche um eine feste Anordnung von Permanentmagneten rotiert. Die Trägerkügelchen erzeugen sich von der Oberfläche der Entwicklerwalze aus erstreckende Ketten und die Tonerteilchen werden elektrostatisch zu den Ketten der Trägerkügelchen hin gezogen. Wenn die magnetische Bürste in eine Entwicklungszone angrenzend an das elektrostatische latente Bild auf einem Photorezeptor eingebracht wird, bewirkt die elektrostatische Ladung auf dem Photorezeptor, daß die Tonerteilchen von den Trägerkügelchen weg und auf den Photorezeptor hin gezogen werden.
• Ein weiteres bekanntes Entwicklungsverfahren beinhaltet einen Ein-Komponenten- Entwickler, welcher ein Entwickler ist, welcher vollständig aus Toner besteht. In einem üblichen Typ eines Ein-Komponenten-System weist jedes Tonerteilchen sowohl eine elektrostatische Ladung (um ein Anhaften der Teilchen an dem Photorezeptor zu ermöglichen) als auch magnetische Eigenschaften (um einen magnetischen Transport der Teilchen zu dem Photorezeptor zu ermöglichen) auf. An Stelle der Verwendung von magnetischen Trägerkügelchen zur Erzeugung einer magnetischen Bürste werden die magnetisierten Tonerteilchen dazu veranlaßt, direkt an einer Entwicklerwalze anzuhaften. In der an das elektrostatische latente Bild auf einem Photorezeptor angrenzenden Entwicklungszone bewirkt die elektrostatische Ladung auf dem Photorezeptor, daß die Tonerteilchen von der Entwicklerwalze auf den Photorezeptor gezogen werden.
• Eine wichtige Variante des allgemeinen Prinzips der Entwicklung ist das Konzept der "reinigungslosen" Entwicklung. Der Zweck und die Funktion der reinigungslosen Entwicklung sind vollständiger beispielsweise in US-A-4 868 600 beschrieben. US-A-4 868 600 offenbart ein reinigungsloses Entwicklungssystem, indem die Tonerabnahme von einem Spender und die gleichzeitige Erzeugung einer gesteuerten Pulverwolke durch elektrische Wechselspannungsfelder erzielt wird, welche von selbsttätig auf Abstand gehaltenen Elektrodenstrukturen erzeugt werden, die innerhalb des Entwicklungsspaltes angeordnet sind. Die Elektrodenstruktur ist in enger Nähe zu dem mit Toner versehenen Spender innerhalb des Spaltes zwischen dem mit Toner versehenen Spender und dem Bildempfänger angeordnet, wobei eine selbsttätige Abstandshaltung durch den Toner auf dem Spender bewirkt wird. In einem reinigungslosen Entwicklungssystem wird Toner von der Spenderwalze durch Anlegen eines elektrischen Wechselspannungsfeldes an selbsttätig auf Abstand gehaltene Elektrodenstrukturen, üblicherweise in der Form von Drähten, welche in dem Spalt zwischen einer Spenderwalze und einem Photorezeptor angeordnet sind, abgenommen. Dieses erzeugt eine Tonerpulverwolke in dem Spalt und das latente Bild zieht den Toner aus der Pulverwalze an sich an. Da keine physikalischer Kontakt zwischen der Entwicklungsvorrichtung und dem Photorezeptor vorliegt, ist die reinigungslose Entwicklung nützlich in Vorrichtungen, in welcher unterschiedliche Arten von Tonern auf denselben Photorezeptor geliefert oder darauf vorhanden sind, wie z. B. in der "Nachladen-, Belichten- und Entwickeln"-; "Hochlicht"-; oder "Bild auf Bild"-Farbxerographie. Derartige reinigungslose Entwicklungssysteme sind im US-A-5 517 287, US-A-5 515 142, US-A-5 394 225, US-A-5 289 240, US-A-5 268 259, US-A-3 996 892, US-A-3 980 541 und US-A-3 257 224 beschrieben.
• US-A-5 517 287 offenbart eine Vorrichtung zum Transportieren von Zeichenerzeugungsteilchen. Die Vorrichtung enthält eine Spenderwalze und ein Elektrodenelement. Das Elektrodenelement enthält eine Vielzahl von elektrischen Leitern, die auf der Oberfläche der Spenderwalze montiert sind, wobei benachbarte elektrische Leiter von einander beabstandet sind. Das Elektrodenelement enthält ferner ein Verbindungselement, welches fest auf der Spenderwalze befestigt ist. Das Verbindungselement verbindet wenigstens zwei von den elektrischen Leitern elektrisch.
• US-A-5 515 142 offenbart eine Spenderwalze zum Transportieren von Zeichenerzeugungsteilchen zu einem auf einer Oberfläche aufgezeichneten latenten Bild. Die Spenderwalze enthält einen Körper, welcher um eine Längsachse drehbar ist, und eine Elektrodenelement. Das Elektrodenelement enthält eine Vielzahl von elektrischen Leitern, welche auf dem Körper montiert sind, wobei benachbarte elektrische Leiter von einander beabstandet sind und wenigstens ein Abschnitt besitzen, der sich davon in einer Richtung quer zu der Längsachse des Körpers erstreckt.
• US-A-5 394 225 offenbart eine Spenderwalze, welche zwei Sätze von in der Oberfläche eingebetteten ineinander greifenden Elektroden besitzt. Eine optische Schaltanordnung ist zwischen einem Schleifring, welcher von einer Bürste kommutiert wird, und einem Satz von ineinander greifenden Elektroden angeordnet. Die optische Schaltanordnung enthält einen photoleitenden Streifen.
• US-A-5 289 240 offenbart eine Spenderwalze, welche zwei unterschiedliche Elektrodensätze entlang des Umfangs der Spenderwalze besitzt. Die Walze weist einen ersten Satz von Elektroden auf, der sich axial zur Länge der Walze erstreckt. Der erste Elektrodensatz enthält eine Gruppe von eins bis sechs Elektroden, welche elektrisch miteinanderverbunden sind, und durch einen Kontakt mit den Fäden einer Bürste, welche elektrisch mit einer Vorspannungsquelle verbunden ist, kommutiert werden. Die Walze besitzt auch einen zweiten Satz von Elektroden, welche sich axial entlang der Walzenlänge erstrecken, die miteinander verbunden sind, nicht die Bürste berühren und auf Masse liegen.
• US-A-5 268 259 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Tonerspenderwalze, welche ein integriertes Elektrodenmuster besitzt. Das Verfahren umfaßt das Beschichten eines zylindrischen isolierenden Elementes mit einer Photoresistlackoberfläche, einer Schablonenbelichtung der Photoresistlackoberfläche mit Licht zum Ausbilden eines Elektrodenmusters und Abscheiden von leitendem Metall auf den Abschnitt des Elementes, der dem Licht zur Ausbildung des Elektrodenmusters ausgesetzt war.
• US-A-3 996 892 offenbart eine Spenderwalze mit einem elektrisch isolierenden Kern bestehend aus einem Phenolharz. Der Spenderwalzenkern ist mit Kupfer beschichtet, das mit einem Photoresistlack beschichtet und belichtet und geätzt wird, um Längselektroden auszubilden. Die Walze und Elektroden werden dann mit einem halbleitenden mit rußdotiertem Gummi überzogen.
• US-A-3 980 541 offenbart zusammengesetzte Elektrodenstrukturen, welche wechselseitig gegenüberliegende Elektroden enthalten, die beabstandet sind, um einen Fluidbehandlungsbereich zu definieren. Widerstandselektroden dienen zur Lokalisierung der Auswirkungen von elektrischen Kurzschlüssen zwischen den Elektroden. Nicht gleichmäßige Folien und Fädenelektroden werden für die Erzeugung eines im wesentlichen nicht gleichmäßigen elektrischen Feldes offenbart.
• US-A-3 257 224 offenbart eine Entwicklungsvorrichtung, welche eine Wanne zur Aufbewahrung von magnetisierbarem Entwickler und eine magnetische Walze enthält. Die Walze transportiert den Entwickler zu einem elektrophotographischen Material und enthält Platten mit einer Anzahl von Wicklungen. Die Platten und Wicklungen sind innerhalb der Walze angeordnet. Die Platten und Wicklungen dienen als Elektromagnete, um magnetisch den Entwickler so anzuziehen, daß er durch das Material transportiert werden kann.
• Eine typische "hybride" reinigungslose Entwicklungsvorrichtung enthält innerhalb eines Entwicklergehäuses eine Transportwalze, eine Spenderwalze und eine Elektrodenstruktur. Die Transportwalze transportiert Träger und Toner zu einer an die Spenderwalze angrenzenden Ladezone. Die Transportwalze ist elektrisch in Bezug auf die Spenderwalze vorgespannt, so daß der Toner von dem Träger weg zu der Spenderwalze angezogen wird. Die Spenderwalze führt den Toner von der Beladungszone zu der an den Photorezeptor angrenzenden Entwicklungszone. In der Entwicklungszone, d. h., in dem Spalt zwischen der Spenderwalze und dem Photorezeptor befinden sich die die Elektrodenstruktur ausbildenden Drähte. Während der Entwicklung des latenten Bildes auf dem Photorezeptor sind die Elektrodendrähte in Bezug auf die Spenderwalze mit Wechselspannung vorgespannt, um Toner davon abzunehmen, um so eine Tonerpulverwolke in dem Spalt zwischen der Spenderwalze und dem Photorezeptor zu erzeugen. Das latente Bild auf dem Photorezeptor zieht die Tonerteilchen aus der Pulverwolke unter Ausbildung eines Tonerpulverbildes darauf an.
• Eine weitere Variante einer reinigungslosen Entwicklung verwendet ein Ein-Komponenten-Entwicklermaterial. In einer reinigungslosen Entwicklung mit nur einer Komponente erzeugen die Spenderwalze und die Elektrodenstruktur eine Tonerpulverwolke in derselben Weise wie in dem vorstehend beschriebenen reinigungslosen Entwicklung, aber an Stelle der Verwendung eines Trägersund eines Toners wird nur ein Toner verwendet.
• Es hat sich herausgestellt, daß bei einigen Tonermaterialien, die unter Zug stehenden vorgespannten Drähte in dem selbsttätig auf Abstand zu der Spenderwalze gehaltenen Kontakt zu einer Schwingung tendieren, welche eine nicht gleichmäßige Vollflächenentwicklung bewirkt. Ferner besteht eine Möglichkeit, daß sich Schmutz kurzzeitig auf dem Draht absetzen kann und eine Fahnenbildung bewirken kann. Somit erscheint es vorteilhaft, die extern angeordneten Elektrodendrähte durch in die Spenderwalze integrierte Elektroden zu ersetzen.
• In US-A 5 172 170 ist eine Vorrichtung zum Entwickeln eines auf einer Oberfläche aufgezeichneten latenten Bildes offenbart, welche ein Gehäuse umfaßt, die eine Kammer definiert, welche wenigstens einen Tonervorrat darin, eine von der Oberfläche beabstandete und für den Transport von Toner aus der Kammer des Gehäuses zu einer Entwicklungszone angrenzend an die Oberfläche angepaßte bewegliche Spenderwalze und ein Elektrodenelement integriert in die Spenderwalze und für eine Bewegung damit angepaßt, enthält. Die Spenderwalze weist eine Vielzahl von darin ausgebildeten Nuten auf, und ist mit einer Vielzahl von einander beabstandeten elektrischen Leitern versehen, wobei jeweils nur einer von den Leitern in jeweils einer von den Nuten in der Spenderwalze angeordnet ist. Eine dielektrische Schicht ist wenigstens in den Nuten der Walze zwischen der Walze und den Leitern angeordnet und kann den Bereich zwischen den Nuten überdecken. Die dielektrische Schicht kann aus anodisch oxidiertem Aluminium hergestellt sein oder einem Polymer und kann durch Sprühen, Eintauchen oder Pulversprühen aufgebracht sein. Die Walze besteht aus einem leitenden Material, wie z. B. Aluminium, und die dielektrische Schicht ist um den Außenumfang der Walze zwischen den benachbarten Nuten aufgebracht. Das leitende Material wird auf die Nuten mittels einer Beschichtungsvorrichtung aufgebracht, um elektrische Leiter auszubilden. Eine Ladung ausgleichende Schicht ist über die Spenderwalzenoberfläche aufgebracht. Das Elektrodenelement ist elektrisch vorgespannt, um Toner von der Spenderwalze abzunehmen, um eine Tonerwolke in dem Raum zwischen dem Elektrodenelement und der Oberfläche zu erzeugen, wobei der Toner das latente Bild entwickelt. Das Vorspannen der Elektroden wird typischerweise durch Verwendung einer leitenden Bürste erzielt, welche in einer stationären Position in Kontakt mit den Elektroden an dem Umfang der Spenderwalze plaziert ist. Die leitende Bürste ist elektrisch mit einer elektrischen Vorspannungsquelle verbunden. Die Bürste ist typischerweise eine leitende Faserbürste bestehend aus vorstehenden Fasern oder eine feste Graphitbürste. Typischerweise ist nur die Elektrode in dem Spalt zwischen der Spenderwalze und der Entwicklungsoberfläche elektrisch vorgespannt. Da sich die Spenderwalze dreht, muß die Elektrode, die sich nun in dem Spalt befindet, mit der Bürste in Kontakt stehen. Da der Abstand zwischen dem Spalt und der Entwicklungsoberfläche sehr klein ist, ist es nicht durchführbar, die leitende Bürste indem Spalt zu positionieren. Um die Vorspannung der Spenderwalze zu erreichen, muß sich die Walze über die Entwicklungsoberfläche hinaus erstrecken. Die Spenderwalze ist typischerweise eine teuere, komplizierte Komponente, welche sehr Lang und schlank ist.
• Die Verwendung einer leitenden Bürste in stationärer Position in Kontakt mit den Elektroden auf den Umfang der Spenderwalze als ein Kommutationsverfahren weist viele Probleme auf. Die zur Erzeugung der Pulverwolke erforderliche Potentialdifferenz beträgt bis zu 1000 Volt. Die abrupte Verbindung oder Trennung der Bürste mit der entsprechenden Elektrode bei diesen hohen Spannungen erzeugt ein elektrisches Geräusch und eine sporadische Lichtbogenbildung zwischen der Bürste und der Elektrode.
• Viele Lösungen wurden bereits mit unterschiedlichem Erfolgsgrad zur Reduzierung der Lichtbogenbildung und des durch die abrupte Verbindung und Trennung der Bürste mit den entsprechenden Elektroden erzeugten Geräusches versucht. Einige von den Lösungen haben neue Probleme erzeugt. Beispielsweise wurden viele Materialien für die Kontaktbürste einschließlich metallischen und nicht-metallischen Materialien in Betracht gezogen. Eine Kohlefaserbürste und eine feste Graphitbürste haben sich als am erfolgreichsten heraus gestellt. Eine Kohlefaserbürste mit Widerstandsgradienten mit weniger Widerstand im Mittelpunkt der Bürste und größerem Widerstand an den Enden der Bürste wurde verwendet, um die abrupte Verbindung und Trennung der Bürste mit der entsprechenden Elektrode leicht zu verbessern. Die Verwendung eines Schleifkontaktes in der Bürste bewirkt einen Verschleiß der Kommutationselektrode, was die Lebensdauer der Spenderwalze reduziert. Die Lichtbogenbildung und das Schleifen zwischen der Bürste und den Elektroden erzeugt Wärme. In der Nähe des Kommutationsbereiches angeordnete Tonerteilchen tendieren zu einem Schmelzen und Zusammenwachsen in dem Kommutationsbereich unter Erzeugung von Tonerklumpen, welche die Kopierqualität und die Zuverlässigkeit der Maschine negativ beeinflussen. Ferner verschleißen, wenn eine Kohlefaserbürste verwendet wird, die Fasern kontinuierlich und fallen aus der Bürste aus. Diese herausgefallenen Fasern verschmutzen das komplizierte Innenleben der Maschine. Ferner können Verschmutzungen, wie z. B. Papier- und Kleidungsfasern, welche in die Kopiermaschine eintreten, zwischen der Bürste und den Elektroden eingefangen werden und einen vorzeitigen Ausfall bewirken. Es können kompliziertere Filtersysteme erforderlich sein, um die Papier- und Kleidungsfasern sowie Agglomerate von dem Toner zu trennen. Das während der Kommutierung erzeugte elektrische Geräusch bewirkt ein Pulsieren des Entwicklers und eine Wellenbildung, welche nachteilig den xerographischen Prozeß beeinflußt und schädlich für die Kopierqualität ist.
• Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Spenderwalze zum Transportieren von Zeichenerzeugungsteilchen zu einem elektrostatischen latenten Bild bereitgestellt, das auf einer Oberfläche aufgezeichnet ist, wobei die Spenderwalze für den Einsatz mit einem elektrischen Feld zur Unterstützung beim Transportieren der Zeichenerzeugungsteilchen ausgeführt werden kann und umfasst:
• einen drehbar angebrachten Körper, wobei ein Abschnitt desselben elektrisch leitend ist;
• eine dielektrische Schicht, die an einem Abschnitt des elektrisch leitenden Abschnitts des Körpers angebracht ist;
• ein erstes Elektrodenelement, das an dem Körper an die dielelektrische Schicht angrenzend und von dem elektrisch leitenden Abschnitt des Körpers beabstandet angebracht ist; und
• ein zweites Elektrodenelement, das an dem Körper an die dielektrische Schicht angrenzend und von dem elektrisch leitenden Abschnitt des Körpers sowie dem ersten Elektrodenelement beabstandet angebracht ist, wobei die dielektrische Schicht die erste Elektrode elektrisch mit der zweiten Elektrode verbindet und die dielektrische Schicht elektrische Eigenschaften aufweist, durch die, wenn das elektrische Feld an das erste Elektrodenelement angelegt wird, ein Teil des elektrischen Feldes auf das zweite Elektrodenelement übertragen wird.
• Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch eine Entwicklereinheit bereitgestellt, mit der ein latentes Bild, das auf einer Oberfläche eines Bildaufnahmeelementes aufgezeichnet ist, mit Zeichenerzeugungsteilchen entwickelt wird, um ein entwickeltes Bild zu erzeugen, wobei die Entwicklereinheit ein Gehäuse, das eine Kammer zum Aufbewahren wenigstens eines Vorrats an Zeichenerzeugungsteilchen darin aufweist, und eine Spenderwalze nach einem der vorangehenden Ansprüche umfaßt. Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ferner ein elektrophotographisches Druckgerät bereitgestellt, das eine Entwicklereinheit gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt.
• Die vorliegende Erfindung wird nun lediglich im Rahmen eines Beispiels unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figur beschrieben, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen. In den Zeichnung ist.
• Fig. 1 eine schematische Aufrißansicht einer kapazitiv gekoppelten, segmentierten Spenderwalze gemäß der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 2 eine schematische Aufrißansicht einer Druckmaschine, welche die in Fig. 1 dargestellte kapazitiv gekoppelte, segmentierte Spenderwalze enthält;
• Fig. 3a eine schematische Aufrißansicht einer Entwicklungseinheit, welche die in Fig. 1 dargestellte kapazitiv gekoppelte, segmentierte Spenderwalze enthält;
• Fig. 4 eine perspektivische Teilansicht der in Fig. 1 dargestellten kapazitiv gekoppelten, segmentierten Spenderwalze;
• Fig. 5 eine schematische elektrische Schaltung der in Fig. 1 dargestellten kapazitiv gekoppelten, segmentierten Spenderwalze;
• Fig. 6 eine schematisches elektrisches Schaltbild der aktiven Elektroden außerhalb des Entwicklungsspaltes der in Fig. 1 dargestellten kapazitiv gekoppelten, segmentierten Spenderwalze;
• Fig. 7 ein schematisches elektrisches Schaltbild der aktiven Elektroden innerhalb des Entwicklungsspaltes der in Fig. 1 dargestellten kapazitiv gekoppelten, segmentierten Spenderwalze;
• Fig. 8 eine schematische Aufrißansicht einer alternativen Ausführungsform einer kapazitiv gekoppelten, segmentierten Spenderwalze gemäß der vorliegenden Erfindung, welche auch eine photoleitende Kopplung verwendet;
• Fig. 8A eine schematische elektrische Darstellung der in Fig. 8 dargestellten photoleitenden Kopplung;
• Fig. 9 ein schematisches elektrisches Schaltbild der aktiven Elektroden außerhalb des Entwicklungsspaltes der in Fig. 8 dargestellten kapazitiv gekoppelten, segmentierten Spenderwalze;
• Fig. 9A eine schematische elektrische Darstellung der photoleitenden Kopplung des in Fig. 9 dargestellten schematischen elektrischen Schaltbildes;
• Fig. 10 ein schematisches elektrisches Schaltbild der aktiven Elektroden innerhalb des Entwicklungsspaltes der in Fig. 8 dargestellten kapazitiv gekoppelten, segmentierten Spenderwalze;
• Fig. 11 eine schematische Teilaufrißansicht einer alternativen Ausführungsform einer kapazitiv gekoppelten, segmentierten Spenderwalze gemäß der vorliegenden Erfindung, welche auch eine Flanschkopplung verwendet;
• Fig. 12 eine Endenansicht der in Fig. 11 dargestellten kapazitiv gekoppelten, segmentierten Spenderwalze;
• Fig. 13 ein schematisches elektrisches Schaltbild der aktiven Elektroden außerhalb des Entwicklungsspaltes der in Fig. 11 dargestellten kapazitiv gekoppelten, segmentierten Spenderwalze; und
• Fig. 14 ein schematisches elektrisches Schaltbild der aktiven Elektroden innerhalb des Entwicklungsspaltes der in Fig. 11 dargestellten kapazitiv gekoppelten, segmentierten Spenderwalze.
• Da das Fachgebiet des elektrophotographischen Drucks allgemein bekannt ist, werden die verschiedenen Verarbeitungsstationen, die in der in Fig. 2 dargestellten Druckmaschine verwendet werden, hierin nachstehend schematisch dargestellt und deren Betrieb unter Bezugnahme darauf nur kurz beschrieben.
• In Fig. 2 ist zunächst eine veranschaulichende elektrophotographische Druckmaschine dargestellt, welche die Entwicklungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung darin enthält. Die Druckmaschine enthält einen Photorezeptor 10 in der Form eines Bandes mit einer photoleitenden Oberflächenschicht 12 auf einem elektrisch leitendem Substrat 14. Bevorzugt besteht die Oberfläche 12 aus einer Selenlegierung oder einer geeigneten photoempfindlichen organischen Verbindung. Das Substrat 14 besteht bevorzugt aus einem Polyesterfilm wie z. B. Mylar® (eine Handelsbezeichnung von Dupont (UK) Ltd.) welche mit einer dünnen Schicht einer Aluminiumlegierung beschichtet ist, welche elektrisch auf Masse liegt. Das Band wird mittels eines Motors 24 entlang einem von Walzen 18, 20 und 22 definierten Pfad befördert, wobei die Bewegungsrichtung in der Betrachtungsrichtung gegen den Uhrzeigersinn und wie durch den Pfeil 16 dargestellt, verläuft. Zu Beginn passiert ein Teil des Bandes 10 eine Ladestation A, bei welcher eine Corona- Generator 26 die Oberfläche 12 auf ein relativ hohes, im wesentlichen gleichmäßiges Potential auflädt. Eine Hochspannungsversorgung 28 ist mit der Vorrichtung 26 verbunden.
• Anschließend wird der geladene Abschnitt der photoleitenden Oberfläche 12 durch die Belichtungsstation B transportiert. Bei der Belichtungsstation B bildet der ROS 36 das Bild in einer Folge horizontaler Abtastlinien ab, wobei jede Abtastlinie eine spezifische Anzahl von Pixeln pro Zoll aufweist. Der ROS umfaßt einen Laser mit einem diesem zugeordneten Polygonspiegelblock. Der ROS belichtet die geladene photoleitende Oberfläche des Druckers.
• Nachdem das elektrostatische latente Bild auf der photoleitenden Oberfläche 12 aufgezeichnet ist, befördert das Band 10 das latente Bild zu der Entwicklungsstation C. Bei der Entwicklungsstation C entwickelt ein Entwicklungssystem 38 das auf der photoleitenden Oberfläche aufgezeichnete latente Bild. Bevorzugt enthält das Entwicklungssystem 38 eine Spenderwalze oder Walze 40 und elektrische Leiter in der Form von Elektrodendrähten oder Elektroden 42, welche in dem Spalt zwischen der Spenderwalze 40 und dem photoleitenden Band 10 angeordnet sind. Die Elektroden 42 sind elektrisch in Bezug auf die Spenderwalze 40 so vorgespannt, daß sie Toner davon in der Form einer Tonerpulverwolke in dem Spalt zwischen der Spenderwalze 40 und der photoleitenden Oberfläche 12 abnehmen. Das latente Bild zieht Tonerteilchen aus der Tonerpulverwolke unter Erzeugung eines Tonerpulverbildes darauf an. Die Spenderwalze 40 ist zumindest teilweise in der Kammer des Entwicklergehäuses 44 montiert. Die Kammer in dem Entwicklergehäuse 44 speichert einen Vorrat an Entwicklermaterial 45. Das Entwicklermaterial ist ein Zwei-Komponenten-Entwicklermaterial mit wenigstens magnetischen Trägerkörnchen mit darauf triboelektrisch anhaftenden Tonerteilchen. Eine Transportwalze oder Walze 46, die im Inneren der Kammer des Gehäuses 44 angeordnet ist, transportiert das Entwicklermaterial zu der Spenderwalze 40. Die Transportwalze 46 ist elektrisch in Bezug auf die Spenderwalze 40 so vorgespannt, daß die Tonerteilchen von der Transportwalze 46 zu der Spenderwalze 40 angezogen werden.
• Nachdem das elektrostatische latente Bild entwickelt worden ist, transportiert das Band 10 das entwickelte Bild zu der Übergabestation D, bei welcher ein Kopierblatt 54 durch die Walze 52 und Führungen 56 in einen Kontakt mit dem entwickelten Bild auf dem Band 10 gebracht wird. Ein Corona-Generator 58 wird dazu verwendet, um Ionen auf die Rückseite des Blattes 54 zu sprühen, so daß sie das Tonerbild von dem Band 10 auf das Blatt ziehen. Wenn sich das Band 10 um die Walze 18 dreht, wird das Blatt 54 davon mit dem Tonerbild darauf getrennt.
• Nach der Übertragung wird das Blatt durch eine (nicht dargestellte) Fördereinrichtung zu der Fixierstation E befördert. Die Fixierstation E enthält eine beheizte Fixierwalze 64 und eine Andruckwalze 66. Das Blatt tritt zwischen der Fixierwalze 64 und der Andruckwalze 66 hindurch, wobei das Tonerpulverbild die Fixierwalze 64 berührt. Auf diese Weise wird das Tonerpulverbild permanent auf dem Blatt fixiert. Nach der Fixierung wandert das Blatt durch die Rutsche 70 in einen Auffangkorb 72 für die anschließende Entnahme aus der Druckmaschine durch eine Bedienungsperson.
• Nachdem das Blatt von der photoleitenden Oberfläche 12 des Bandes getrennt ist, werden die restlichen an der photoleitenden Oberfläche 12 anhaftenden Tonerteilchen bei der Reinigungsstation F mittels einer drehbar montierten Faserbürste 74 in Kontakt mit der photoleitenden Oberfläche 12 entfernt. Anschließend an die Reinigung flutet eine (nicht dargestellte) Entladungslampe die photoleitende Oberfläche 12 mit Licht, um jede restliche darauf verbliebene elektrostatische Ladung vor deren Aufladung für den nächsten anschließenden Abbildungszyklus zu vernichten.
• Es wird angenommen, daß die vorstehende Beschreibung für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung ausreicht, um den allgemeinen Betrieb einer elektrophotographischen Druckmaschine zu beschreiben, welche die Entwicklungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung darin enthält.
• In Fig. 3 ist nun das Entwicklungssystem 38 detaillierter dargestellt. Das Gehäuse 44 definiert die Kammer für die Aufbewahrung des Entwicklermaterialvorrats 45 darin. Das Entwicklermaterial 45 enthält Trägergranulat 76 mit triboelektrisch daran anhaftenden Tonerteilchen 78. Auf dem Boden des Gehäuses 44 befinden sich horizontale Transportschnecken 80 und 82, welche das Entwicklermaterial 45 gleichmäßig über der Länge der Transportwalze 46 in der Kammer des Gehäuses 44 verteilen.
• Die Transportwalze 46 weist einen stationären Multipolmagnet 84 mit einer eng beabstandeten Hülse 86 aus nichtmagnetischem Material auf, welche so ausgelegt ist, daß sie um den Magnet 84 in einer durch den Pfeil 85 dargestellten Richtung gedreht wird. Das magnetische Feld des stationären Multipolmagnetes 84 zieht die magnetischen Trägerkörnchen 76, welche triboelektrisch an den Tonerteilchen 78 befestigt sind, zur Erzeugung des Entwicklermaterials 45, welches die magnetischen Trägerkörnchen 76 enthält, zu der Walze 46 hin. Das Entwicklermaterial 45 haftet dann an dem Umfang der Hülse 86 an. Wenn sich die Hülse 86 dreht, bewirken die magnetischen Felder, daß sich das Entwicklermaterial 45 milden Trägerkörnchen 76 mit der rotierenden Hülse 86 dreht. Dieses wiederum ermöglicht es einer Abstreifklinge 88 die Menge des an der Hülse 86 anhaftenden Entwicklers bei dessen Rotation zu einer Beladungszone 90, dem Spalt zwischen der Transportwalze 46 und der Spenderwalze 40, zu dosieren. Dieses an der Hülse 86 anhaftende Entwicklermaterial wird allgemein als eine magnetische Bürste bezeichnet.
• Die Spenderwalze 40 enthält die Elektroden 42 in der Form elektrischer Leiter, die um ihren Umfang herum angeordnet sind. Die Elektroden sind bevorzugt in der Nähe der Umfangsoberfläche angeordnet und können durch jedes geeignete Verfahren, wie z. B. Galvanisierung, Beschichtung oder Siebbedruckung erzeugt werden. Es dürfte klar erkennbar sein, daß die Elektroden alternativ in (nicht dargestellten) Nuten angeordnet sein können, die in dem Umfang der Walze 40 ausgebildet sind. Die elektrischen Leiter 42 sind im wesentlichen voneinander beabstandet und von dem Körper der Spenderwalze 40 isoliert, welcher elektrisch leitend sein kann. Die Hälfte der Elektroden, jeweils die übernächste, sind elektrisch miteinander verbunden. Zusammengefaßt werden diese Elektroden als gemeinsame Elektroden 114 bezeichnet. Die restlichen Elektroden werden als aktive Elektroden 112 bezeichnet. Sie können Einzelelektroden sein oder sie können elektrisch in kleine Gruppen zusammengefaßt sein. Jede Gruppe ist typischerweise in der Größenordnung von 1 bis 4 Elektroden, wobei alle Gruppen innerhalb der Spenderwalze dieselbe Anzahl von Elektroden aufweisen.
• Wie nachstehend in Detail diskutiert, sind die Elektroden 42 elektrisch vorgespannt, um die Übertragung von Entwicklungstonerteilchen 78 von der Transportwalze 46 auf die Spenderwalze 40 zu unterstützen, und um anschließend die Übertragung von Entwicklungstoner auf die Photoleiteroberfläche zu unterstützen.
• Entweder die gesamte Spenderwalze 40, oder zumindest eine Schicht 111 davon besteht bevorzugt aus einem Material, welches eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweist, um einen langfristigen Aufbau von elektrischer Ladung zu verhindern. Trotzdem muß die Leitfähigkeit dieser Schicht ausreichend niedrig sein, um so eine Blockierungsschicht zu erzeugen, um einen Kurzschluß oder eine Lichtbogenbildung der Magnetbürste zu den Spenderwalzen-Elektrodenelementen und/oder dem Spenderwalzenkern selbst zu verhindern. Ferner wird wie nachstehend diskutiert eine Wechselspannungspotentialdifferenz zwischen den aktiven Elektroden 112 und den gemeinsamen Elektroden 114 aufrechterhalten, wenn diese Elektroden die Nähe des Entwicklungsspaltes 90 passieren. Die Leitfähigkeit der Schicht 111 muß ferner so gewählt sein, daß sie ausreichend niedrig ist, um einen zu hohen Stromfluß zwischen den Elektroden 112, 114 zu verhindern.
• In die Schicht 111 niedriger Leitfähigkeit sind die Spenderwalzenelektroden 42 eingebettet. Wie vorstehend festgestellt, können diese Elektroden als gemeinsame Elektroden 114 oder als aktive Elektroden 112 klassifiziert werden. Die gemeinsamen Elektroden 114 sind elektrisch miteinander verbunden. Die aktiven Elektroden 112 können elektrisch in kleinen Gruppen von 1 bis 4 Elektroden miteinander verbunden sein, wie es vorstehend diskutiert wurde.
• Die Übertragung von Toner von der Transportwalze 46 auf die Spenderwalze 40 wird nun diskutiert. In dem Bereich 90 wird ein Kommutator 101 verwendet, um die aktiven Elektroden 112 mit den gemeinsamen Elektroden 114 so zu verbinden, daß diese in dem Bereich 90 auf demselben Potential liegen. In diesem Bereich werden die Elektroden 112 und 114 durch eine Gleichspannungs-(DC)-Quelle 92 auf einer spezifischen Spannung in Bezug auf Masse gehalten. Gemäß Darstellung in Fig. 3 kann auch eine Wechselspannungs-(AC)-Quelle 93 mit den Elektroden verbunden sein.
• Die Transportwalze 46 wird ebenfalls durch eine DC-Spannungsquelle 94 auf einer spezifischen Spannung in Bezug auf Masse gehalten. Eine AC-Spannungsquelle 95 kann ebenfalls mit der Transportwalze 46 verbunden sein. Im allgemeinen besteht das, was in dem Bereich 90 von Interesse ist, in der Netto-DC-Potentialdifferenz und in der Netto- DC- und AC-Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 42 und der Transportwalze. Die Nettopotentialdifferenz kann natürlich durch verschiedene Kombinationen der Spannungsversorgungseinheiten 95, 94 und der Spannungsversorgungseinheiten 93, 92 gewonnen werden.
• Durch Steuern der Größen der DC-Spannungsquellen 92 und 94 kann man das über der magnetischen Bürste erzeugte elektrische DC-Feld steuern, d. h., zwischen der Oberfläche der Spenderwalze 40 und der Oberfläche der rotierenden Hülse 86. Wenn das elektrische Feld zwischen diesen zwei Elementen die korrekte Polarität und eine ausreichende Größe aufweist, bewirkt es einen Übergang der Tonerteilchen 78 von der magnetischen Bürste und die Erzeugung einer Schicht aus Tonerteilchen auf der Oberfläche der Spenderwalze 40. Dieser Übergang erfolgt dort, was als die Beladungszone 90 bezeichnet wird.
• Durch Steuern der Größe und Frequenzen und Phasen der AC-Spannungsquellen 93 und 95 kann man das über der magnetischen Bürste erzeugte elektrische AC-Feld steuern, d. h., zwischen der Oberfläche der Spenderwalze 40 und der Oberfläche der rotierenden Hülse 86 der Magnetwalze 46. Das Anlegen eines elektrischen AC-Feldes über der Magnetbürste verbessert bekanntermaßen die Geschwindigkeit, mit welcher die Tonerschicht auf die Oberfläche der Spenderwalze 40 übertragen wird.
• Man glaubt, daß die Auswirkung des über der Magnetbürste in der Ladezone zwischen der Oberfläche der Spenderwalze 40 und der rotierenden Oberfläche 86 angelegten elektrischen AC-Feldes in einen Lösen der Haftung und der triboelektrischen Bindungen der Tonerteilchen an den Trägerkügelchen besteht. Dieses macht es wiederum für das elektrische DC-Feld leichter, eine Wanderung der Tonerteilchen aus der magnetischen Bürste zu der Oberfläche der Spenderwalze 40 zu bewirken.
• Wie vorstehend erwähnt, ist es in der Beladungszone 90 auch erwünscht, die aktiven Elektroden 112 mit denselben DC- und AC-Spannungsquellen zu verbinden, mit denen die gemeinsamen Elektroden 114 verbunden sind. In diesem Falle läge eine Verbindung in der Beladungszone 90 mit der DC-Spannungsquelle 92 und der AC-Spannungsquelle 93 vor. Dadurch wurde eine Verbesserung des Wirkungsgrades, mit welchen die Spenderwalze 40 beladen wird, demonstriert. Die AC-Spannung kann ein Vorteil für den Tonernachladevorgang zum Nachladen der Spenderwalze 40 mit der magnetischen Bürste sein. Es sollte klar erkennbar sein, daß die AC-Spannung auch weggelassen werden kann, wenn dies so gewünscht wird.
• Es hat sich herausgestellt, daß eine Spannung von etwa 200 VBff, angelegt über der Magnetbürste zwischen der Oberfläche der Spenderwalze 40 und der Hülse 86, ausreicht, um den Lade/Nachlade/Übergangs-Wirkungsgrad zu maximieren. D. h., die Zuführungsrate von Tonerteilchen zu der Spenderwalzenoberfläche wird maximiert. Der tatsächliche Wert kann empirisch angepaßt werden. In der Theorie kann der Wert jeder Wert bis zudem Punkt sein, an welchem eine Lichtbogenbildung innerhalb der Magnetbürste entsteht. Für typische Entwicklermaterialien und Spenderwalzen/Transportwalzen-Abstände und Materialpackungsanteile beträgt dieser maximale Wert in der Größenordnung von 400 Veff. Die Quelle sollte bei einer Frequenz von etwa 2 kHz liegen. Wenn die Frequenz zu niedrig ist, d. h., niedriger als etwa 200 Hz, erfolgt eine Streifenbildung auf den Kopien. Wenn die Frequenz zu hoch ist, d. h., größer als etwa 15 kHz, arbeitet wahrscheinlich das System, aber die Elektronik wird auf Grund von kapazitiven Ladungsverlusten teuer.
• Zusammengefaßt werden die relativen Spannungen zwischen der Spenderwalze 40, den gemeinsamen Elektroden 114 und den aktiven Elektroden 112 und der Hülse 86 der magnetischen Walze 56 so gewählt, daß sie eine effiziente Beladung von Toner von der magnetischen Bürste auf die Oberfläche der Spenderwalze 40 bewirken.
• Ferner wird auch ein Nachladen des Entwicklermaterials auf die magnetische Walze 46 ebenfalls verbessert.
• Die Spenderwalze 40 dreht sich in der Richtung des Pfeils 91. In dem Entwicklungsspalt oder der Zone 98 spannen AC- und DC-Elektrodenspannungsquellen 96 und 97 elektrisch die aktiven Elektroden 112 auf eine DC-Spannung mit einer darüber überlagerten AC-Spannung vor.
• Gemäß Darstellung in Fig. 3 berührt gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Kommutator 100 die aktiven Elektroden 112 in den Entwicklungsspalt 98 und ist elektrisch mit den Elektrodenquellen 96 und 97 verbunden. Auf diese Weise wandern die elektrischen Leiter 92 in den Entwicklungsspalt 98, wenn sich die Spenderwalze 40 in der Richtung des Pfeils 91 dreht. Die aktiven Elektroden 112 in dem Entwicklungsspalt 98 werden von dem Kommutator 100 geladen und werden elektrisch durch die Elektrodenspannungsquellen 96 und 97 vorgespannt. Die gemeinsamen Elektroden 114 werden auf einem aus den zuvor beschriebenen Spannungsquellen 92 und 93 abgeleiteten unterschiedlichem Potential gehalten. Auf diese Weise wird eine AC- Spannungsdifferenz zwischen den aktiven Elektroden 112 und den gemeinsamen Elektroden 114 angelegt, welche den Toner von der Tonerwalze ablöst und eine Tonerpulverwolke erzeugt.
• Der Aufbau und die Geometrie einer segmentierten Spenderwalze ist im Detail in US-A- 5172 259, US-A-5 289 240 und US-A-5 413 807 beschrieben.
• Die Anmelder haben festgestellt, daß die erforderliche Potentialdifferenz zwischen den aktiven und gemeinsamen Elektroden für die Spenderwalze 40 mit angenähert 2,5 cm Durchmesser mit den ineinandergreifenden gemeinsamen Elektroden 114 und aktiven Elektroden 112 von angenähert 100 um (0,004 inch) Breite und mit einem Abstand von 152 um (0,006 inch) um den Umfang der Spenderwalze 40 angenähert 1300 VS beispielsweise bei einer Sinuswellenform von 3 kHz ist.
• Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und bezugnehmend auf Fig. 1 ist ein Kommutator 100 dargestellt. Das Spenderelement 40 kann jede geeignete Form wie z. B. ein Band haben, liegt jedoch bevorzugt in der Form einer Walze vor. Die Spenderwalze 40 enthält einen Körper 102, welcher einen elektrisch leitenden Abschnitt besitzt.
• Beispielsweise ist nun bezugnehmend auf Fig. 4 die Spenderwalze 40 detaillierter dargestellt. Die Spenderwalze 40 enthält einen Körper 102, welcher aus einem beliebigen beständigen Material hergestellt sein kann und wobei wenigstens ein Teil des Körpers elektrisch leitend ist. Beispielsweise enthält der Körper 102 gemäß Darstellung in Fig. 4 einen Kern 106, welcher aus einem beliebigen geeigneten beständigen Material bestehen kann, welches elektrisch isolierend oder elektrisch leitend sein kann. Der Kern kann beispielsweise aus einem keramischen Material oder einem organischen Material, wie z. B. Polypropylen bestehen. Eine leitende Schicht 108 ist bevorzugt auf den Kern 106 auf wenigstens einem Teil davon aufgebracht.
• Eine dielektrische Schicht 110 ist auf die leitende Schicht 108 aufgebracht. Die dielektrische Schicht 110 trennt die leitende Schicht 108 von den Elektroden 42. Zur Vereinfachung wird die Schicht 110 als eine "dielektrische Schicht" bezeichnet, wobei diese Schicht aber keine idealen Isolationseigenschaften aufweist. Die Schicht kann eine gewisse Leitfähigkeit aufweisen, wenn vor allem die resistive Impedanz dieser "dielektrischen Schicht" zwischen der leitenden Schicht 108 und den Elektroden 42 wesentlich größer als die kapazitive Reaktanz der "dielektrischen Schicht" zwischen der leitenden Schicht 108 und den Elektroden 42 ist. Im allgemeinen ist es ferner erforderlich, daß die Durchschlagfestigkeit der Schicht 110 groß genug ist, um den nachstehend diskutierten maximalen Spannungsabfällen zwischen der leitenden Schicht 108 und den Elektroden 42 zu widerstehen. Die dielektrische Schicht 110 kann aus jedem geeigneten beständigen Material mit den geeigneten dielektrischen Eigenschaften bestehen. Beispielsweise kann die dielektrische Schicht 110 aus Teflon®, einem Produkt von Dupont (UK) Ltd., Kapton®, einem Produkt von Dupont (UK Ltd.,) einem keramischen Material mit leitenden und nicht-leitenden Materialien bestehen. Die dielektrische Schicht 110 weist bevorzugt eine Dicke auf, welche mit dem Abstand zwischen den aktiven und gemeinsamen Elektroden vergleichbar ist, und ist typischerweise größer als etwa 20 um, beispielsweise 0,025 mm bis 0,25 mm, wobei 0,1 mm bevorzugt werden. Die dielektrische Schicht 110 erzeugt bevorzugt eine Kapazität zwischen den aktiven Elektroden 112 und der leitenden Schicht 108, welche mit der Zwischenelektrodenkapazität zwischen einem Satz benachbarter aktiver und gemeinsamer Elektrodenpaare ist. Typischerweise liegt diese zwischen 10 pF bis 100 pF, wobei 20 pF bevorzugt werden. Die Elektroden 42 sind auf der dielektrischen Schicht angeordnet. Die Elektroden 42 sind bevorzugt axial um die Spenderwalze 40 herum angeordnet und gleichmäßig voneinander beabstandet. Die Elektroden 42 umfassen zwei Sätze von Elektroden, aktive Elektroden 112, welche zwischen gemeinsamen Elektroden 114 eingefügt und dazu beabstandet sind. Die aktiven Elektroden 112 erstrecken sich von den gemeinsamen Elektroden 114 an einem ersten Ende 120 der Spenderwalze 40 nach außen, um einen ersten Kommutationsbereich 122 auszubilden. Die gemeinsamen Elektroden 114 erstrecken sich von den aktiven Elektroden 112 auf einem zweiten Ende 124 der Spenderwalze nach außen, um einen zweiten Kommutationsbereich 126 auszubilden. Die Ladungsausgleichsschicht 111 ist bevorzugt weder auf den ersten Kommutationsbereich 122 noch auf den zweiten Kommmutationsbereich 126 aufgebracht. Die Ladungsausgleichsschicht 111 ist jedoch auf die Spenderwalze zwischen dem Kommutationsbereich 122 und dem Kommutationsbereich 126 aufgebracht.
• Gemäß nochmaligem Bezug auf Fig. 1 berührt ein erster Kommutator 132, bevorzugt in der Form einer elektrisch leitenden Bürste, beispielsweise einer kohlenstoffimprägnierten Kunststoffbürste hergestellt aus langgezogenen Fasern den ersten Kommutationsbereich 122 der Spenderwalze 40. Die Bürste 132 ist elektrisch mit der einen Seite der Sekundärwicklung der AC-Spannungsversorgungseinheit 134 verbunden.
• Ein Schleifring 136, bestehend aus irgendeinem beständigen leitfähigen Material z. B. Messing, ist über den zweiten Kommutationsbereich 126 der Spenderwalze geschoben. Ein zweiter Kommutator 138 bevorzugt in der Form einer Bürste ähnlich der Bürste 132 berührt den leitenden Ring 136. Die Bürste 138 ist elektrisch mit der anderen Seite der Sekundärwicklung der AC-Stromversorgung 134 verbunden. Eine DC-Vorspannungs- Spannungsversorgungseinheit 142 ist mit einem Mittenabgriff der Sekundärwicklung der AC-Spannungsversorgungseinheit 134 gemäß Darstellung verbunden.
• Ein dritter Kommutator 144, bevorzugt in der Form einer Bürste wie der Bürste 132, steht mit dem Schleifring 146 in Kontakt, welcher über der Welle 104 der Spenderwalze 40 positioniert ist. Der Schleifring 146 ähnelt dem Schleifring 136. Die Welle 104 ist elektrisch mit der leitenden Schicht 104 der Trägerwalze 40 verbunden (siehe Fig. 4) verbunden. Die Bürste 104 ist elektrisch mit der Bürste 132 und mit der AC- Spannungsversorgungseinheit 134 verbunden, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Die AC- Spannungsversorgungseinheit 134 liefert ein elektrisches Signal an die Bürste 144 und dasselbe elektrische Signal an die Bürste 132.
• In Fig. 5 ist nun der Kommutator 100 schematisch dargestellt. Die DC-Vorspannungs- Spannungsversorgungsquelle 142 ist elektrisch über den Schleifring 136 und die Bürste 140 mit den gemeinsamen Elektroden 114 verbunden.
• Obwohl Fig. 5 die DC-Spannungsversorgungsquelle 142 direkt mit den gemeinsamen Elektroden 114 über die Bürste 140 und den Schleifring 136 verbunden darstellt, könnte die DC-Vorspannung auch über einen Abgriff des Ausgangstransformators der Spannungsversorgungsquelle 134 zugeführt werden, um eine gewisse AC-Potentialdifferenz zwischen den gemeinsamen Elektroden 114 und dem auf Masse liegenden Photoleitersubstrat zu erzeugen. Diese kann vorteilhaft sein, um die Tonerwolke näher an die Photoleiteroberfläche 12 anzuheben, um dadurch die Entwicklung beispielsweise von feinen Zonen zu verbessern. Dieses kann auch auf alle nachstehenden Zeichnungen und Diskussionen angewandt werden. Für Veranschaulichungszwecke wird hier die direkte DC- Verbindung 140 unter der Annahme diskutiert, daß die Verbindung mit einem Mittenabgriff des Ausgangstransformators ebenfalls in allen hierin verwendeten Diskussionen und Darstellungen verwendet werden könnte.
• Die aktiven Elektroden 112 werden elektrisch an der AC-Spannungsversorgungseinheit 134 und der DC-Spannungsversorgungseinheit 142 über die Bürste 132 kommutiert. Die leitende Schicht 108 ist elektrisch mit der AC-Spannungsversorgungseinheit 134 und der DC-Vorspannungs-Spannungsversorgungseinheit 142 über den Schleifring 146 und die Bürste 144 verbunden. Die dielektrische Schicht 110 trennt die leitende Schicht 108 von den aktiven Elektroden 112 und den gemeinsamen Elektroden 114. Die aktiven Elektroden 112 besitzen eine effektive Kapazität CC zwischen diesen Elektroden und der leitenden Schicht 108. Es gibt auch eine Gesamtzwischenelektrodenkapazität CL zwischen der aktiven Elektrode 112 und den zwei benachbarten gemeinsamen Elektroden 114. Wie nachstehend diskutiert, trägt das Vorhandensein der Kapazität CC, welche zwischen den aktiven Elektroden 112 und der leitenden Schicht 108 ausgebildet ist, und das vorgeschlagene Vorspannungsverfahren dazu bei, den Spannungsabfall zwischen der Kommutatorbürste 132 und den aktiven Elektroden 112 vor dem tatsächlichen Kontakt der Bürsten mit den Elektroden zu reduzieren. Auf diese Weise können hohe elektrische Belastungen, welche anderenfalls während des Kommutatorkontaktes auftreten würden, minimiert werden. Dieses kann wiederum dazu beitragen, die Lebensdauer zu verlängern und den Langzeitverschleiß und die Ausfallrate des Kommutatorsystems zu minimieren.
• Obwohl die vorliegende Erfindung mit veränderlichen Werten von CL in die Praxis umgesetzt werden kann, liegt die Kapazität CL bevorzugt zwischen 10 pF und 50 pF, wobei 20 pF bevorzugt werden. Die Kapazität CC kann leicht vergrößert oder verkleinert werden, um das System für alle gegebenen Tonerhaftungseingangsbedingungen zu optimieren, und sie sollte in Beziehung zu dem für CL gewählten Wert ausgewählt werden. In der Praxis bedeutet dieses im allgemeinen, daß die Dicke der dielektrischen Schicht 110 ähnlich dem Abstand zwischen den aktiven und gemeinsamen Elektroden ist. Obwohl die Erfindung mit verschiedenen Werten von CC in die Praxis umgesetzt werden kann, liegt die Kapazität CC zwischen CL/2 Farad bis 5CL Farad, wobei CL Farad bevorzugt werden. Beispielsweise ist es erwünscht, den Spannungsabfall zwischen der Bürste 132 und den aktiven Elektroden 112 vor dem Kontakt zu minimieren, um die Beanspruchungen des Kommutatorbürstensystems zu minimieren. Deshalb sollte ein höherer Wert von CC verwendet werden.
• Ein höherer Wert von CC ist erwünscht, um die AC-Spannung auf den aktiven Elektroden 112 näher an die Spannung auf der Kommutatorbürste 132 zu bringen, um den Spannungsabfall während der Kommutierung zu verringern, wobei aber eine zu hohe AC-Spannung an den Elektroden 112 vor dem Kommutationsbereich nicht erwünscht ist. Der Zweck der AC-Spannungsdifferenz zwischen den aktiven und den gemeinsamen Elektroden besteht in dem Lösen des Toners von der Spenderwalze 40, und in dem Erzeugen einer Tonerwolke. Im allgemeinen ist es unerwünscht, mit dem Erzeugen einer Tonerwolke wesentlich vor oder sehr weit nach dem Bereich 98 (Fig. 3) zu beginnen.
• Bevorzugt wird die Tonerwolke innerhalb eines schmalen Bereiches in dem Entwicklungsspalt 98, innerhalb weniger als etwa 6 mm in der Breite in der durch den Pfeil 91 in Fig. 3 dargestellten Richtung erzeugt. Jedoch vergrößert ein höheres CC die AC- Potentialdifferenz zwischen den aktiven und den gemeinsamen Elektroden vor dem Entwicklungsspalt und eine zu hohe Wechselspannung kann unerwünschterweise den Toner vor der gewünschten Anregung in der Entwicklungszone anregen. Es trifft typischerweise zu, daß eine nicht akzeptable Toneranregung vor und nach der Kommutierungszone 98 verhindert wird, wenn der Wert für CC so gewählt wird, daß sichergestellt ist, daß die AC-Potentialdifferenz zwischen den aktiven und gemeinsamen Elektroden unter etwa 1000 Volt vor dem Kommutationsbereich liegt. Dieses hängt von dem Toner und anderen Materialparametern ab, welche die Tonerhaftung an der Spenderrollenoberfläche beeinflussen.
• Es kann klar erkannt werden, daß die genauen optimierten Bedingungen für CC somit von der spezifischen Tonerauslegung abhängen. Ein höherer Wert für CC kann leicht erzielt werden, indem die kommutierte Elektrodenlänge- und breite auf einer Seite der Walze für eine größere Fläche verlängert wird, indem dünnere Beschichtungen mit einer hohen Dielektrizitätskonstante für die Schicht 110 verwendet werden, oder indem die Elektroden an den Enden dort breiter gemacht werden, wo die Beschichtungen an den Enden der Walze angeordnet sind. Niedrigere Werte von CC können leicht erreicht werden, indem beispielsweise dickeres Material mit niedrigerer Dielektrizitätskonstante für die Schicht 10 verwendet wird. Es wird bevorzugt, daß die Dielektrizitätsschicht 110 eine Leitfähigkeit besitzt, welche größer als 10&supmin;&sup8; (Ωcm)&supmin;¹ ist, und eine Entladungszeitkonstante besitzt, welche kleiner als 300 us ist. Dann kann durch Wählen der geeigneten Parameter in Verbindung mit CC das System für unterschiedliche Arten von Tonerauslegungen optimiert werden. Es sei ferner angemerkt, daß die AC-Anregung nicht eine Sinuswelle sein muß, um eine Tonerwolke in den vorstehend beschriebenen Systemen zu erzeugen. Andere AC-Wellenformen wie z. B. Rechteckwellen, Trapezwellen oder ähnliche Wellenformen können sogar noch niedrigere Spitzenspannungen ermöglichen und können verwendet werden.
• Eine Schaltbild, das die auf die aktiven Elektroden 112, welche sich nicht in Kontakt mit der Bürste 132 befinden, wirkende elektrische Schaltung veranschaulicht, ist in Fig. 6 dargestellt. Die Spannungsversorgungseinheit 134 ist mit Masse über einen Kondensator CC der dielektrischen Schicht 110 und der Zwischenelektrodenkapazität CL der Elektroden 112 verbunden. Die Spannung V&sub1; über der dielektrischen Schicht 110 und die Spannung V&sub2; über den Elektroden 112 werden summiert, so daß sie gleich der Spannung der AC-Spannungsversorgungseinheit 134 sind. Typischerweise liefert die AC- Spannungsversorgungseinheit 134 eine Spannung von angenähert 1,3 kV bei einer Frequenz von beispielsweise angenähert 3 kHz und kann eine Sinuswellenform aufweisen. Eine Spannung von angenähert 1 kV ist erforderlich, um die Pulverwolke in dem Entwicklungsspalt zu erzeugen, wenn eine hybride reinigungslose Entwicklung angewendet wird. Wenn beispielsweise die Kapazität CL und die Kapazität CC gleich sind, sind dann die Spannung V&sub1; über der dielektrischen Schicht 110 und die Spannung V&sub2; über den Elektroden 112 gleich und ihre Spannungen addieren sich zu der Gesamtspannung der AC-Spannungsversorgungseinheit 134. Für eine Spannung der AC- Spannungsversorgungseinheit 134 von etwa 1300 Volt, wäre V&sub1; dann gleich 650 Volt und V&sub2; wäre ebenfalls gleich 650 Volt. Die Spannung V&sub2; der nicht kommutierten Elektroden 114 wäre somit angenähert 650 Volt, was weniger ist, als die 1000 Volt, die zur Aktivierung einer Pulverwolke erforderlich sind. Man beachte, daß der maximale Spannungsabfall über dem "Schalter" (in diesem Falle die Kommutatorbürste 132) vor dem Kontakt mit den aktiven Elektroden 102 derselbe wie der Spannungsabfall über CC und in diesem Beispiel 650 Volt ist. Wenn die leitende Schicht 108 entfernt würde, würde die Kapazität CC im wesentlichen auf 0 gehen und der maximale Spannungsabfall über dem "Schalter" wäre im wesentlichen die vollen 1300 Volt. Somit hat die Hinzufügung der Kapazität CC den Spannungsabfall über den "Schalter" verringert.
• In Fig. 7 ist nun ein Schaltbild für die aktiven Elektroden 112, welche sich in Kontakt mit der Bürste 132 befinden, dargestellt. Die Auswirkung der Bürste 132, welche die aktiven Elektroden 112 kontaktiert, besteht in einem Kurzschließen der dielektrischen Schicht 110, was eine Spannung V&sub3; über der dielektrischen Schicht 110 erzeugt, welche angenähert Null ist, und der Spannung V&sub4; über den aktiven Elektroden 112, so daß sie angenähert gleich der AC-Vorspannungs-Spannungsversorgungseinheit ist.
• Für eine Spannung der AC-Spannungsversorgungseinheit von angenähert 1300 Volt wäre die Spannung über den aktiven Elektroden 112, welche in Kontakt mit der Bürste 132 stehen, beispielsweise 1300 Volt, was über den 1000 Volt liegt, welche für die Erzeugung der Pulverwolke erforderlich sind. Die aktiven Elektroden 112, welche mit der Bürste 132 verbunden sind, weisen somit eine Spannung von angenähert 1300 Volt auf, während diejenigen kommutierten Elektroden 112, welche nicht in Kontakt mit der Bürste 132 stehen, eine Spannung von angenähert 650 Volt aufweisen. Wie erläutert, können diese relativen Spannungen durch Veränderung der Fläche und Dicke der dielektrischen Schicht 110 und des Materials der dielektrischen Schicht geändert werden. Die Elektroden 112, welche nicht in Kontakt mit der Bürste stehen, können so ausgeführt werden, daß sie auf einer Spannung liegen, welche etwas kleiner als 1000 Volt ist, und daß die Spannung für die Elektroden 112 in Kontakt mit der Kontaktbürste 132 etwas größer als 1000 Volt ist. Die Spannungsänderung über dem Schalter während der Kommutation wird somit minimal, was den Verschleiß und die Beschädigung der Elektrodenkontakte und der Bürstenkommutatormaterialien reduziert.
• Eine alternative Ausführungsform des kapazitiv unterstützten Kommutationssystems der vorliegenden Erfindung ist in einem Kommutator 200 von Fig. 8 dargestellt. Der Kommutator 200 ist ähnlich dem Kommutator 100 von Fig. 1 mit der Ausnahme, daß der erste Kommutator 132 des Bürstentyps durch einen photoleitenden Ring 260 ersetzt wird, welcher elektrisch mit den aktiven Elektroden 112 verbunden ist. Der photoleitende Ring ist in Fig. 8A im Querschnitt dargestellt. Der photoleitende Ring 260 ist elektrisch mit einem Schleifring 262 verbunden. Die Bürste 264 steht mit dem Schleifring 262 in Kontakt. Die Bürste 264 ist ähnlich der Bürste 132 von Fig. 1. Die Bürste 264 ist elektrisch mit einer AC-Spannungsversorgungseinheit 234 verbunden. Die aktiven Elektroden 212 sind ähnlich den aktiven Elektroden 112 von Fig. 1 und die gemeinsamen Elektroden 214 sind ähnlich den gemeinsamen Elektroden 114 von Fig. 1. Der Schleifring 262 von Fig. 8 ist ähnlich dem Schleifring 136 und 144 von Fig. 1. Die Bürste 264 transportiert das AG-Signal aus der AC-Spannungsversorgungseinheit 234 zu dem Schleifring 262. Eine Lichtquelle 270 wird über dem photoleitenden Ring 240 in der Nähe des Entwicklungsspaltes 98 (siehe Fig. 3) eingeschaltet. Die Aussetzung des photoleitenden Rings 260 an Licht in dem Bereich des Entwicklungsspaltes 98 bewirkt, daß der Abschnitt des photoleitenden Rings 260, welcher an den Spalt angrenzt, elektrisch leitend wird, während der Rest des photoleitenden Rings 260 nicht-leitend bleibt. Der photoleitende Ring 260 weist eine gewisse Kapazität CPC zwischen dem Schleifring 260 und den aktiven Elektroden 212 auf, wie es schematisch in Fig. 8A dargestellt ist. Während der Lichtaussetzung sollte die Umwandlung auf "elektrisch leitend" in der Bedeutung angenommen werden, daß dann, wenn der Photoleiter 270 durch Licht aktiviert ist, dessen resistive Impedanz in Vergleich zu der kapazitiven Reaktanz von CPC klein ist.
• Die an den freiliegenden Abschnitt des photoleitenden Rings 260 und den Spalt 98 angrenzenden aktiven Elektroden 212 empfangen die Energie aus der AC- Spannungsversorgungseinheit 234 über den Schleifring 362. Die nicht kommutierten Abschnitte der aktiven Elektroden 212 in dem von dem Entwicklungsspalt 98 entfernten Bereich empfangen kein wesentliches Licht, aber die an die Elektroden vor der Entwicklungszone angelegte AC-Spannung wird teilweise über die Kapazität CPC an die aktiven Elektroden 212 gekoppelt. Diese Kapazität CPC liegt parallel zu der nachstehend diskutierten hinzugefügten Kapazität CCC. Ähnlich den vorstehenden Diskussionen bezüglich des kontaktierenden Bürstenkommutator-"Schalters", kann die Summe von CPC und CCC so gewählt werden, daß sie den Spannungsabfall über dem Photoleiterschicht- "Schalter" minimiert, ohne einen nicht-akzeptablen hohen Spannungsabfall über den aktiven und gemeinsamen Elektroden zu bewirken, so daß eine unerwünschte Toneranregung vor der Entwicklungszone bewirkt wird, wo das Licht blockiert ist. Der Kommutator 200 umfaßt einen zweiten Kommutator 238 ähnlich dem zweiten Kommutator 138 von Fig. 1, sowie einen dritten Kommutator 244 ähnlich dem Kommutator 144 von Fig. 1. Die Verwendung eines photoleitenden Rings 260 und einer Lichtquelle 270 ist detaillierter in US-A 5 394 225 erläutert.
• Der Kommutator 200 umfaßt ein Spenderelement, bevorzugt in der Form einer Spenderwalze 240 ähnlich der Walze 40 von Fig. 1. Die Walze 240 enthält einen Körper, welcher eine (nicht dargestellte) leitende Schicht besitzt. Ähnlich der Schicht 110 in Fig. 4 ist eine (nicht dargestellte) dielektrische Schicht auf wenigstens einem Abschnitt der leitenden Schicht aufgebracht. Die dielektrische Schicht trennt die benachbarten Elektroden 42 von der leitenden Schicht. Der Zweck der dielektrischen Schicht und der leitenden Schicht ist derselbe wie der für das Bürstenkommutationssystem diskutierte, und wird zur Verringerung des Spannungsabfalls über dem "Schalter" verwendet. In dieser Ausführungsform ist der "Schalter" die dem Licht ausgesetzte photoleitende Schicht. Somit folgt die dielektrische Schicht und deren Kapazität denselben vorstehend für das Bürstenkommutationssystem diskutierten allgemeinen Regeln.
• Fig. 9 veranschaulicht das Schaltbild der AC-Spannungsversorgungseinheit 234 bezüglich der aktiven Elektroden 212 in dem Bereich, in welchem die aktiven Elektroden 212 nicht durch die Aussetzung an das Licht kommutiert werden. CCC ist die Kapazität der dielektrischen Schicht, CPC ist die Kapazität der photoleitenden Schicht zwischen dem Ring 262 und den aktiven Elektroden (siehe Fig. 8A), während CHL die Zwischenelektrodenkapazität zwischen den aktiven Elektroden 212 und den gemeinsamen Elektroden 214 ist. Die Kapazität CCC ist parallel zu der Kapazität CPC. Für die hiesigen Zwecke wird die Summe dieser als Kapazität CD bezeichnet. Im Dunkeln ist das photoleitende Material so ausgewählt, daß dessen resistive Impedanz Rpc groß im Vergleich zu der kapazitiven Reaktanz von CC (siehe Fig. 9A) ist. Wenn beispielsweise die Kapazität CLL angenähert gleich der Kapazität CD ist, ist die Spannung V&sub5; über der dielektrischen Schicht und dem Photoleiter 260 gleich der Spannung V&sub6; über den Elektroden 212. Die AC- Spannung V&sub6; über dem "Photoleiter-Schalter" ist daher angenähert die Hälfte der Spannung der AC-Spannungsversorgungseinheit 234. Im allgemeinen kann, wenn die Kapazität CD nicht genutzt wird, wie es von der vorliegenden Erfindung gelehrt wird, die Kapazität CD klein im Vergleich zu CLL sein, und es tritt ein wesentlich größerer maximaler Spannungsabfall über der photoleitenden Schicht 260 vor der Lichtaktivierung in der Entwicklungszone 98 auf. Somit reduziert die Kapazität CD den maximalen Spannungsabfall über dem "Photoleiter-Schalter" und reduziert die Belastungen auf den Photoleiter 260.
• In Fig. 10 ist ein Schaltbild der AC-Spannungsversorgungseinheit 234 bezüglich der aktiven Elektroden 212 in dem Entwicklungsspalt 98 dargestellt, während der Photoleiter 260 mit Licht in der Entwicklungszone aktiviert ist. Der Photoleiter 260 ist so gewählt, daß dessen resistive Impedanz RPC in dem Licht wesentlich kleiner als die kapazitive Reaktanz von CD ist. Die Lichtaktivierung des "Photoleiter-Schalters" in der Entwicklungszone bewirkt, daß die Spannung V&sub7; über der kombinierten Kapazität CCC + CPC angenähert 0 ist, so daß die Zwischenelektrodenspannung V&sub8; angenähert gleich der Spannung der AC-Spannungsversorgungseinheit 234 ist. Ähnlich den vorstehenden Diskussionen kann die Spannungsversorgungseinheit 234 eine Rechteckwelle oder alternative Wellenformen verwenden, um die Spitzenspannungen und den Spannungsabfall über dem Photoleiter 260 weiter zu reduzieren. Ähnlich den vorstehenden Diskussionen kann die Kapazität CD für unterschiedliche Systeme abhängig von Faktoren, wie z. B. der Toneranhaftung, optimiert werden. Die Toneranhaftung kann dann die Schwellenwerte für die Toneranregung beeinflussen. Sie wird so gewählt, daß sie so hoch wie möglich ist, um den maximalem Spannungsabfall über dem "Photoleiter-Schalter" zu minimieren, um die elektrischen Belastungen auf dem Photoleiter zu minimieren. Sie wird auch so gewählt, daß sie niedrig genug sind, um ein AC-Zwischenelektrodenpotential unter den Anregungspegeln vor der Lichtaussetzung in dem Beleuchtungsspalt zu bewirken. Wie vorstehend diskutiert, erlaubt die Anwendung der Dicke, der dielektrischen Konstante und anderer Lösungsansätze für die dielektrische Schicht eine leichte Optimierung der Kapazität CD für jedes System.
• In Fig. 11 und 12 ist eine zweite alternative Ausführungsform des kapazitiven Kommutators der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Kommutator 300 enthält eine Spenderwalze 340, welche einen zylindrischen Abschnitt 370 enthält, an welchem ein Flanschabschnitt 372 befestigt ist. Die aktiven Elektroden 312 sind auf dem zylindrischen Abschnitt 370 angeordnet und sind elektrisch mit großflächigeren Folienelektrodenelementen 374 beispielsweise einem Tortenstück-förmigen Sektor verbunden, welcher in dem Flanschabschnitt 372, wie in Fig. 12 dargestellt, angeordnet ist. Der Flanschabschnitt 372 enthält eine isolierende Nabe 376, welche mit dem zylindrischen Abschnitt 370 verbunden ist. Aus der isolierenden Nabe 376 erstreckt sich eine Metallscheibe 378 nach außen. Eine dielektrische Schicht 380 ist auf die Flächen der Metallscheibe 378 aufgebracht. Die dielektrische Schicht 380 besteht aus jedem geeigneten dielektrischen Material wie z. B. Kapton®), einem Produkt von Dupont (UK) Ltd. Auf der dielektrischen Schicht 380 sind die Folienelektrodenelemente 374 angeordnet. Die Folienelektrodenelemente 374 können aus jedem geeigneten elektrisch leitenden Material bestehen, wie z. B. aus einer Aluminiumfolie oder Goldfolie. Die Kombination der Metallscheibe 378, des Dielektrikums 380, und der Metallfoliensektoren 374 bildet einen festen Kondensator CK für die einzelnen aktiven Elektroden 112. Eine zweite dielektrische Schicht 382 ist auf der anderen Seite der Folienelektrodenelemente 374 angeordnet. Die zweite dielektrische Schicht 382 kann aus jedem geeigneten Material mit entsprechenden dielektrischen Eigenschaften z. B. aus Teflon, einem Produkt von Dupont (UK) Ltd., bestehen. In der Entwicklungszone, wo die Kommutation stattfindet, ist der Flanschabschnitt 372 der Spenderwalze 340 von einer festen Statorplatte 384 umgeben, welche aus einem elektrisch leitenden Material besteht. Die feste Statorplatte 384 ist elektrisch mit einer AC-Spannungsversorgungseinheit 234 verbunden. Eine Bürste 386 ist elektrisch mit der AC-Spannungsversorgungseinheit 334 verbunden und befindet sich über die Bürste 385 in einem Schleifkontakt mit der Metallscheibe 378.
• In Fig. 12 sind die feste Statorplatte 384 und die Folienelektrodenelemente 374 detaillierter dargestellt. Die Folienelektrodenelemente 374 und die festen Statorplatten 384 liegen in der Form eines Sektor oder Segmentes eines Kreises vor. Für eine Spenderwalze 340 mit angenähert 304 Elektroden, wovon 152 Elektroden Aktivelektroden 312 sind, und die restlichen 152 die gemeinsamen Elektroden 314 sind, können eine oder mehrere benachbarte aktive Elektroden 312 mit einer gemeinsamen Folienelektrode 374 verbunden sein. Hier wird angenommen, daß zwei benachbarte aktive Elektroden auf dieselbe Folienelektrode zusammengefaßt sind. Die Hälfte von den 76 aktiven Folienelektrodenpaaren 374 ist auf der einen Seite des Flansches 372 montiert und die andere Hälfte ist auf der anderen Seite des Flansches 372 montiert, wobei sich benachbarte Folienelektrodenpaare auf gegenüberliegenden Seiten des Flansches 372 befinden. In jedem Falle sind die Folienelektroden gleichmäßig um den Umfang des Flansches 372 herum beabstandet.
• Die Folienelektroden auf den gegenüberliegenden Seiten des Flansches können sich überlappen oder versetzt sein, wenn dies gewünscht ist, um einen gesteuerten Aufbau des AC-Spannungsprofils über der Winkelposition des Flansches 372 in der Nähe des Entwicklungsspaltes zu erhalten. Ein kontrollierter Aufbau des Spannungsprofils kann für die Erzeugung einer stabilen Toneraerosolwolke in der Nähe und innerhalb der Entwicklungszone nützlich sein.
• Eine Kommutation wird durch sequentielles Vorbeibewegen der kleinen, plattenartigen Folienelektrodenelemente 374 an den stationären Statorplatten 384 erreicht. Diese bildet einen Kondensator CT, welcher aus der Statorplatte 384, der dielektrischen Schicht 382 und der Außenoberfläche der Folienelektroden 374 besteht. Der Kondensator CT ist ein variabler Kondensator, welcher eine maximale Kapazität in dem Kommutationsbereich aufweist, in welchem die Statorplatte vollständig mit den einzelnen Folienelektrodenplatten vermascht ist. Für einzelne Folienelektrodenplatten, welche von der Statorplatte entfernt sind, ist CT effektiv 0. In jedem Falle liegt die Kapazität CT parallel zu der Kapazität CK. Die Kapazität von CT und CK ist in der Summe ihrer einzelnen Kapazitäten parallel und wird als Cc bezeichnet. Cc liegt in Reihe zu der Kapazität der einzelnen aktiven Elektroden 312 und der benachbarten gemeinsamen Elektroden 314.
• Eine äquivalente Schaltung für das System ist in Fig. 13 und 14 dargestellt. Außerhalb der Entwicklungszone, wo CT effektiv 0 ist, wird die Spannung der AC-Spannungsversorgungseinheit durch CK und CE geteilt. In Fig. 13 ist beispielsweise, wenn CE 20 pF und CK 35 pF ist, die Spannung zwischen den aktiven und benachbarten gemeinsamen Elektroden VC gleich 827 V, wenn die Spitzenausgangsspannung der Spannungsversorgungseinheit 334 1300 V ist. Wie vorstehend diskutiert, ist eine Spannung von 1000 Volt Spitze typischerweise erforderlich, um den Toner zu aktivieren und eine Pulverwolke zu erzeugen. Daher wird außerhalb der Entwicklungszone die Tonerwolke nicht aktiviert.
• In der Kommutationsposition, in welcher die Statorplatte vollständig mit der Folienelektrode vermascht ist, ist CT maximal, CG ist ebenfalls maximal und die AC-Spannung aus der Spannungsversorgungseinheit 334 wird über CK und CE geteilt. Wenn beispielsweise der Wert CT in der vollständig vermaschten Position 35 pF und der Wert für CE, CK und die Spannung der Spannungsversorgungseinheit wie vorstehend sind, wird die Spannung V&sub9; zwischen den aktiven und benachbarten gemeinsamen Elektroden zu 1010 Volt, was ausreicht, um die Pulverwolke zu erzeugen.
• Es dürfte klar sein, daß die Werte CT und GK durch die Wahl des dielektrischen Materials, dessen Dicke und die Kondensatorplattenfläche manipuliert werden können. Niedrigere Spannungen V&sub1;&sub0;, vor der Aktivierung und höhere Spannungen V&sub9; in der Entwicklungszone können durch Auswählen unterschiedlicher Werte für CT und CK erzielt werden.
• Mit der geeigneten Auswahl der Kapazität CT, CK und CE können die Spannungen V&sub9; und V&sub1;&sub0; so gewählt werden, daß die Spannung V&sub9; größer als die 1000 Volt ist, welche für die Pulverwolkenerzeugung erforderlich sind, und daß außerhalb der Entwicklungszone die Spannung V&sub1;&sub0; etwas kleiner als die Spannung ist, welche für die Erzeugung der Pulverwolke benötigt wird.
• Die Kapazität CC zwischen den aktiven Elektroden und der leitenden Schicht 108 der Spenderwalze, welche in Fig. 5 dargestellt und vorstehend diskutiert wurde, kann durch CK ersetzt oder zur Verstärkung von CK verwendet werden.
• Es dürfte klar erkennbar sein, daß die vorliegende Erfindung in Kombination mit Widerstandsrollenkontaktschließungen, einem verteilten resistiven Bürstenkontakt oder einem synchronisierten Kontaktschluß in dem oder in der Nähe eines Nullübergangs zur weiteren Verbesserung der Lichtbogenbildung in dem Kommutationsbereich verwendet werden kann.
• Durch die Bereitstellung eines Dielektrikums zwischen einem ersten leitenden Abschnitt einer Spenderwalze und einer Elektrode der Spenderwalze und durch die Bereitstellung einer elektrischen Vorspannung an dem leitenden Abschnitt der Spenderwalze kann ein Vorspannungspegel an alle Elektroden angelegt werden. Die an alle Elektroden angewendete Vorspannungselektrode reduziert die Größe der AC-Vorspannung, welche von dem Kommutator geschaltet werden muß, um eine Tonerwolke in der Entwicklungszone zu erzeugen, und reduziert dadurch die Tendenz, daß ein elektrischer Lichtbogen während der Kommutation auftritt.
• Durch Bereitstellen eines Dielektrikums zwischen benachbarten aktiven Elektroden können die an die Elektroden in der Nähe des Entwicklungsspaltes angelegten Spannungen höher als diejenigen entfernt von dem Elektrodenspalt sein.
• Obwohl diese Erfindung in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben wurde, dürfte es offensichtlich sein, daß viele Alternativen, Modifikationen und Varianten für den Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich sind. Demzufolge sollen alle derartigen Alternativen, Modifikationen und Varianten, so fern sie in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen, mit einbezogen sein.

Claims (9)

1. Spenderwalze (40, 240, 340) zum Transportieren von Zeichenerzeugungsteilchen zu einem elektrostatischen latenten Bild, das auf einer Oberfläche (12) aufgezeichnet ist, wobei die Spenderwalze (40, 240, 340) für den Einsatz mit einem elektrischen Feld zur Unterstützung beim Transportieren der Zeichenerzeugungsteilchen ausgeführt werden kann und umfasst:

einen drehbar angebrachten Körper (102), wobei ein Abschnitt (108) desselben elektrisch leitend ist;

eine dielektrische Schicht (110), die an einem Abschnitt des elektrisch leitenden Abschnitts (108) des Körpers (102) angebracht ist;

ein erstes Elektrodenelement (112, 212, 312), das an dem Körper (102) an die dielelektrische Schicht (110) angrenzend und von dem elektrisch leitenden Abschnitt (108) des Körpers (120) beabstandet angebracht ist; und

ein zweites Elektrodenelement (114, 214, 314), das an dem Körper (102) an die dielektrische Schicht (110) angrenzend und von dem elektrisch leitenden Abschnitt (108) des Körpers (102) sowie dem ersten Elektrodenelement (112, 212, 314) beabstandet angebracht ist, wobei die dielektrische Schicht die erste Elektrode elektrisch mit der zweiten Elektrode verbindet und die dielektrische Schicht elektrische Eigenschaften aufweist, durch die, wenn das elektrische Feld an das erste Elektrodenelement (112, 212, 312) angelegt wird, ein Teil des elektrischen Feldes auf das zweite Elektrodenelement (114; 214; 314) übertragen wird.

2. Spenderwalze nach Anspruch 1, wobei ein Teil eines Umfangs des Körpers (102) den elektrisch leitenden Abschnitt (108) desselben umfasst und die dielektrische Schicht (110) zwischen dem elektrisch leitenden Abschnitt (108) des Körpers (102) und dem ersten Elektrodenelement (112, 212, 312) angeordnet ist.

3. Spenderwalze nach Anspruch 2, wobei der Körper (102) einen elektrisch isolierenden Kern (106) umfasst und sich der elektrisch leitende Abschnitt (108) darauf befindet.

4. Spenderwalze nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die dielektrische Schicht (110) eine Kapazität von weniger als 50 pF hat.

5. Spenderwalze nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die dielektrische Schicht (110) eine Leitfähigkeit von mehr als 10&supmin;&sup8; (Ωcm)&supmin;¹ hat.

6. Spenderwalze nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die dielektrische Schicht eine Entladezeitkonstante von weniger als 300 us hat.

7. Spenderwalze nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die dielektrische Schicht (110) eine Dicke von mehr als 20 um hat.

8. Entwicklereinheit (38), mit der ein latentes Bild, das auf einer Oberfläche (12) eines Bildaufnahmeelementes (10) aufgezeichnet ist, mit Zeichenerzeugungsteilchen entwickelt wird, um ein entwickeltes Bild zu erzeugen, wobei die Entwicklereinheit (38) ein Gehäuse (44), das eine Kammer zum Aufbewahren wenigstens eines Vorrats an Zeichenerzeugungsteilchen (45) darin aufweist, und eine Spenderwalze nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst.

9. Elektrofotografisches Druckgerät, das eine Entwicklereinheit (38) nach Anspruch 8 umfasst.