Способ и устройство для зарядки электрофотографических носителей изображения Советский патент 1982 года по МПК G03G13/02 G03G15/02 

Изобретение относится к электрографии и может быть использовано для зарядки электрофотографических носителей изображения в электрографичес ких устройствах различного назначения. Известен способ зарядки э/1ектрофотографических носителей изображения, включающий генерацию носителей заряда коронным разрядом переменного тока, а отделение однополярных ионов из зоны генерации и осаждение их на электрофотослой осуществляют в электрическом поле, направление которого определяет знак носителей заряда, осаждаемых на электрофотослой. Известно устройство для зарядки электрофотографических носителей изображения, содержащее коронирующий электрод, связанный с высоковольтным источником переменного и постоянного напряжения, заземленный i металлический экран для формирования ПОЛЯ разряда и экранирующую сетку, соединенную с низковольтным источником питания }J. Недостатком известного устройства является низкая эффективность зарядки. Целью изобретения является повышение эффективности зарядки. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу зарядки электрофotoгpaфичecкиx носителей изображения, включающего генерацию носителей заряда коронным разрядом переменного тока, отделение электрическим полем однополярных ионов из зоны генерации и осаждения их на электрофотослой, генерацию носителей за(5|яда производят а магнитном поле, ориентированном перпендикулярно к электрическому полю разряда, причем свободные, электроны улавливаются в процессе отделения однополярных ионов. Устройство для зарядки электрофотографических носите 1ей изобретения, содержащее коронирующий электро связанный с высоковольтным источником переменного и постоянного напряжения, заземленный металлический экран для формирования поля разряда, и экранирующую сетку, соединенную с низковольтным источником питания, имеет постоянный магнит, силовые лиНИИ которого в зоне генерации параллельны I плоскости сетки, коллектор расположенный в плоскости экранирующей сетки и заземленный через резистор. Для осуществления способа .в облас ти коронирующего электрода с помощью магнитной системы создается магнитно поле, ориентированное перпендикулярно электрическому полю разряда. В процессе отделения однополярных ионов свободные электроны, отклоненные поперечным магнитным полем, улавливаются коллектором, на который подается потенциал смещения. Наличие скрещенных полей у поверхности коронирующего электрода (магнитного В и электрического Е приводит к резкому увеличению концентрации ионизирован.ных молекул в зоне генерации, так :как магнитное поле оказывает,влияние на дрейфовое движение электро(|1ов, ис пускаемых с поверхности коронирующег электрода. Электрон, движущийся в магнитном поле, вращается вокруг линий магнитного поля с циклотронной .частотой, прямо пропорциональной заряду электрона и плотности магнитног потока И обратно пропорциональной массе электрона. Радиус вращения электрона (ларморовский радиус) зависит от компонентов линейной скорости электрона, перпендикулярной В, и обратно пропорционален его циклотронной частоте. Таким образом, компонента скорости электрона в направлении В остается неизменной, а компонента скорости, перпендикулярная В, вызывает вращение. Вследствие этого получается, что свободные электроны, вылетевшие с поверхности коронирующего электрода, как бы прикреплены к линиям магнитного поля. Так как на движение электронов действует и электрическое поле Е, возбуждающее коронный разряд, то параллельная В компонента Е вызывает дрейф электронов в направлении В, а совместное действие эле трического поля перпендикулярной В компоненты Е и магнитного поля б вызывает винтообразный дрейф вдоль оси, перпендикулярной обеим напряженностям (т.е. вдоль поверхности коронирующего электрода, дополнительно выравнивая локальные концентрации ионизированных молекул по длине коронирующего электрода. Это движение является источником холловской компоненты дрейфа. В результате эффекта Холла Дрейф электрона в направлении перпендикулярной В составляющей электрического поля Е сильно подавляется. Вращение электронов в поперечном магнитном прле удлиняет путь электрона с момента вылета его с повepл ocти коронирующего электрода до момента его возвращения при переменах полярностей полуволн напряжения возбуждения коронного разряда, а следовательно, увеличивает число столкновений электронов с молекулами воздуха, увеличивая тем самым концентрацию ионизированных молекул отрицательных и положительных ионов) -в облаке, окружающей коронирующий электрод. Подавление поперечного дрейфа электронов магнитным полем имеет особое значение для магнитного удержания электронов в зоне коронного разряда. Магнитный момент вращающегося электрона равен отношению кинетической энергии его вращения к плоскости магнитного потока: он является ,константой движения - одним из адиабатических инвариантов движения электронов в магнитном поле. ПоЪтому, если электрон дрейфует вдоль линии магнитного поля в область больших плотностей магнитного поля В, энергия его вращения возрастает. Закон сохранения энергии требует тогда, чтобы скорость дрейфа электрона уменьшалась. При некотором значении В кинетическая энергия станет чисто вращательной, и сила (обусловленная изменением В7 , ранее замедлявшая дрейф электрона, повернет его в обратном направлении. Таким образом, электрон отразится. Затем он будет отдавать вращательную энергию,ускоряясь в направлении меньших В, Это - эффект магнитного зеркала. Если конфигурация магнитного поля подобрана так, что оно концентрируется на концах области удержания, то электроны заперты в магнитной бутылке и не могут выйти ни вдоль ПОЛЯ, ни поперек его. Это и позволяет почти полностью исключить локальные пробои заряжаемы электрофотографических носителей изо бражения ,. На чертеже представлена схема устройства для зарядки злектрофотографических носителей изображения. Корбнирующий электрод 1 установ-лен внутри раскрытого снизу изолирующего желоба 2 параллельно поверхности электрофотослоя 3, нанесенного на электропроводящую подложку , имеющую постоянный , например, нулевой потенциал. Электрод 1 с помощь высоковольтного провода 5 связан через конденсатор 6 с высоковольтным источником 7 переменного напряжения а через дроссель 8 - с положительны (отрицательным зажимом высоковольтнЬго источника 9 постоянного напряжения, отрицательный (положительный) зажим которого соединен с подложкой Параллельно электроду 1 на неболь шом расстоянии от него расположен заземленный металлический экран 10. Келоб 2 предотвращает возникновегние дугового разряда между эЛектродом 1 и экраном 10. Постоянный маг;нит 11 создает в области электрода 1(зоне генерации) магнитное поле, силовые линии которого параллельны плоскости экранирующей сетки 12, которая расположена-между электродом 1 и электрофотослоем 3 и подключена к отводу от истонника 9. Пластины коллектора 13, расположенные в плоскости экранирующей сетки 12, заземлены через резистор . Устройство работает следующим обр зом. v При подаче высокочастотного переменного напряжения от источника 7 (Л-5 кВ с частотой 1-100 кГц) между электродом 1 и экраном 10 возникает нелинейное неоднородное переменное электрическое поле и возбуждается коронный разряд. Электроны, испускаемые с поверхности электрода 1, под действием скрещенных электрического (создаваемого источником 7) и магнит ного (создаваемого постоянным магнитом 11, причем индукция магнитного поля может быть в пределах 0,03 0,1Т) полей многократно циклируют, интенсивно ионизируя молекулы воздуха, что значительно увеличивает эффективность процесса ионизации и при водит к возрастанию концентрации положительных и отрицательных ионов в облаке, окружающем коронирующий электрод 1. Для отделения положительных либо отрицательных ионов из зоны генерации и переноса их на заряжав мую поверхность электрофотослоя.З, между электродом 1 и проводящей подложкой приложено постоянное напряжение .соответствующей полярности, зависящее от расстояния между электродом 1 и заряжаемой прверхности электрофотослоя 3, которое подается от источника 9 подключенного к приводу 5 и подложке j. Во избежание замыкания высокочастного переменного напряжения от истоаника 7 через источник 9 в устройстве предусмотрен дроссель 8. Поскольку траектория движения ионов слабо зависит от величины магнитного поля, подвижность электронов в направлении, перпендикулярном линиям магнитного поля, становится значительно ниже, чем для ионов, и поступление электронов на поверхность заряжаемого электрофотослоя 3 затруднено. При включении напряжения , осаждения от источника 9 некоторое число электродов уходит из зоны магнитного поля. Для исключения их попадания на поверхность заряжаемого электрофотослоя 3 и предотвращения его локальных пробоев, используется коллектор 13, заземленный через резистор И. Для управления максимальной величиной потенциала зарядки электрофотослоя 3 предусмотрена экранирующая сетка 12, потенциал которой может иметь некоторое промежуточное значение между нулевым потенциалом и потенциалом электрода 1, определяемое положением отвода от источника 9. Формула изобретения 1. Способ зарядки электрофотографических носителей изображения, включающий генерацию нЬсителей заряда коронным разрядом переменного тока, отделение электрическим полем однополярных ионов из зоны генерации и осаждение их на электрофотослой, отличающийся тем, что, с целью повышений эффективности зарядки, генерацию носителей заряда производят в магнитном поле, ориенти рованном перпендикулярно к электрическому полю разряда. . 2.Способ по п.1, о T-л и ч а ющ и и с я тем, что свободные электроны улавливаются в процессе отделения однополярных ионов. 3.Устройство для зарядки электрофотографических носителей изображения содержащее коронирующий электрод,связанный с высоковольтным источником переменного и постоянного напряжений, заземленный металлический экран для формирования поля разряда и экранирующую сетку, соединенную с низковольтным источником питания, отличающееся тем, что, с Э S8 целью повышения эффективности зарядки, он имеет постоянный магнит, силовые линии которого в зоне гене рации параллельны плоскости сетки. , Устройство по п.1, о т л и мающееся тем, что оно имеет коллектор, расположенный в плоскости экранирующей сетки и заземленный через резистор. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3.390266, кл. G 03 G 15/02, 1968.