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Verfahren und Einrichtung zur Beseitigung von Bindungskräften zwischen suspendierten Teilchen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Beseitigung von Bindungskräften zwi- schen suspendierten Teilchen, insbesondere agglomerierbaren Teilchen in einer Bildstoffsuspension für die photoelektrophoretische Bilderzeugung.
In der USA-Patentschrift Nr. 3,384, 565 ist ein Abbildungsverfahren beschrieben, bei dem eine oder mehrere Arten lichtempfindlicher und strahlungsabsorbierender Teilchen in einer nichtleitenden Träger- flüssigkeit eine Suspension bilden, die zwischen Elektroden als Bildstoffsuspension verwendet wird. Bei
Einwirkung einer Strahlung und eines elektrischen Feldes wandern die Teilchen in einer der Strahlung entsprechenden Verteilung, so dass auf einer oder beiden Elektroden ein sichtbares Bild entsteht. Es wer- den lichtempfindliche Teilchen verwendet, die bei Einwirkung einer aktivierenden Strahlung durch
Wechselwirkung mit einer der Elektroden offenbar eine Änderung ihrer Eigenladungspolarität erfahren.
Zur Aussonderung verschiedener Bildfarben werden Mischungen von zwei oder mehr verschiedenartig gefärbten Teilchenarten mit unterschiedlichem Empfindlichkeitsspektrum verwendet. Die Teilchen sol- cher Mischungen haben entweder voneinander getrennte oder sich gegenseitig überlappende Empfind- lichkeitsspektren und können zur subtraktiven Farbsynthese verwendet werden.
Werden verschiedenartig gefärbte Teilchenarten in einem Verfahren der vorstehend beschriebenen Art verwendet, so haben diese Teilchen wahrscheinlich unterschiedliche Grösse und Form. Aus diesen und ändern Gründen neigen die Teilchen infolge ihrer unterschiedlichen elektrischen Ladung innerhalb einer neutralen Mischung zur Agglomeration. Bei einem Mehrfarbenverfahren werden dadurch fehlerhafte Farbbilder erzeugt, da ein bestrahltes und wanderndes Teilchen ein anderes Teilchen mitsich ziehen kann, das an sich nicht wandern soll. Umgekehrt kann ein Teilchen, das bestrahlt wird, infolge einer Bindung an andere Teilchen, die nicht bestrahlt werden, nicht zum Wandern gebracht werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Beseitigung dieser Bindungskräfte zu schaffen, so dass die Bilderzeugungseigenschaften von Bildstoffsuspensionen verbessert werden und damit eine Verbesserung der Bildqualität ermöglicht wird. Dies soll insbesondere im Hinblick auf die Farbentrennung bei der Mehrfarbenbilderzeugung der Fall sein, wobei gleichzeitig die Tönungsdichte der erzeugten Bilder verbessert werden soll. Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der einleitend angegebenen Art erfindungsgemäss dadurch, dass gleichzeitig eine Scherungskraft und eine Druckkraft zur Einwirkung auf die Suspension gebracht werden.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren werden also gewisse äussere Beanspruchungen für die Bildstoffsuspension erzeugt, die entsprechende Spannungen zwischen den Teilchen verursachen, deren Stärke die zwischen den Teilchen herrschenden Bindungen bzw. deren Agglomeration überwindet. Diese Beanspruchungen werden vor der eigentlichen Verwendung der Bildstoffsuspension als Bilderzeugungsmedium durchgeführt.
Die Erfindung bringt besondere Vorteile für die Anwendung von Druckfarben in Druckverfahren mit sich. Bei den bekannten Druckmaschinen sind viele Rollen zur Bemessung einer gleichmässigen Farbschicht auf der Druckplatte erforderlich. Derartige Einrichtungen sind kompliziert und kostspielig, je-
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doch zur Erzeugung einer gleichmässig verteilten und dünnen Teilchenschicht innerhalb der die Druckfarbe bildenden Suspension erforderlich. Durch Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens kann eine gleichmässige und dünne Schicht auch ohne eine grosse Anzahl Rollen gebildet werden. Die durch die erfindungsgemäss erzeugten Kraftwirkungen verursachten hydrodynamischen Kräfte bewirken eine gleichmässige Verteilung der Teilchen in der dünnen Druckfarbenschicht.
Für eventuell noch zu entwickelnde neue Druckverfahren, die mit Farbsuspensionen arbeiten, deren Eigenschaften mit denen der im folgenden beschriebenen Suspensionen übereinstimmen, kann das erfindungsgemässe Verfahren also eine wesentliche Verbesserung ermöglichen.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, die gekennzeichnet ist durch eine mit einer Bewegungsvorrichtung an die Suspension heranbewegbare Vorrichtung zur Erzeugung einer Scherungsbeanspruchung der Teilchen und durch eine Vorrichtung zur mit der Scherungsbeanspruchung gleichzeitigen Erzeugung einer Druckbeanspruchung der Teilchen.
Diese Einrichtung kann je nach Anwendungsfall der Erfindung beispielsweise für ein Druckverfahren oder ein photoelektrophoretisches Abbildungsverfahren auf verschiedene Weise ausgeführt sein. Ausfüh- rungsbeispiele solcher Einrichtungen sowie deren besondere Vorteile in Verbindung mit speziellen Aus- fühnmgsformen des erfindungsgemässen Verfahrens werden im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen : Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Bilderzeugungsvorrichtung, der eine Vor- richtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zugeordnet ist, Fig. 2 eine schematische
Ansicht einer Bilderzeugungsvorrichtung, der eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durch- führung des erfindungsgemässen Verfahrens zugeordnet ist, die Fig. 3 bis 7 weitere Vorrichtungen zur
Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens bei einer Bilderzeugung, Fig. 8 eine Einrichtung zur
Einfärbung einer Druckwalze mit einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 9 die Kraftwirkungen auf ein innerhalb einer Suspension agglomeriertes Teilchen, und Fig. 10 die
Kraftwirkungen auf ein Raumelement eines agglomerierten Teilchens.
In Fig. l ist eine durchsichtige Elektrode -11-- dargestellt, die aus einer optisch durchsichtigen Glasplatte --12- und einer darauf aufgebrachten dünnen und optisch durchsichtigen Schicht-13- gebildet ist und unter der Bezeichnung"NESA-Glas"von der Pittsburgh Plate Glass Co. erhältlich ist.
Eine derartige Elektrode wird auch als injizierende Elektrode oder Bilderzeugungselektrode bezeichnet.
Auf der Oberfläche der injizierenden Elektrode --11-- ist eine dünne Schicht fein verteilter lichtempfindlicher Teilchen angeordnet, die in einer nichtleitenden Trägerflüssigkeit dispergiert sind. Diese Schicht wird im folgenden auch als Suspension bezeichnet. Diese Bezeichnung soll sich auf Feststoffteilchen beziehen, die in einem festen Stoff, einer Flüssigkeit oder einem Gas dispergiert sind. Die im folgenden beschriebenen Suspensionen bestehen aus in einer Trägerflüssigkeit dispergierten Feststoffteilchen. Die Bezeichnung "lichtempfindlich" soll sich auf ein Teilchen beziehen, das nach anfänglicher Bindung an der injizierenden Elektrode von dieser unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes bei Einwirkung einer aktivierenden elektromagnetischen Strahlung abwandert.
Über der Suspension-14-ist eine Sperrelektrode-16-vorgesehen, die mit dem einen Pol einer Spannungsquelle17-- verbunden ist. Der andere Pol dieser Spannungsquelle --17-- ist über einen Schalter --18- mit der injizierenden Elektrode --11- verbunden, so dass bei Schliessung des Schalters - ein elektrisches Feld an der Bildstoffsuspension-14-zwischen den Elektroden --11 und 16-erzeugt wird.
Ein aus einer Lichtquelle-19-, einem Diapositiv --21- und einer Optik --22-- gebildeter Projektor dient zur Belichtung der Suspension --14-- mit einem Lichtbild des zu reproduzierenden Originalbildes-21-. Die Durchsichtigkeit der Elektrode -11-- ist nur eine beispielsweise angeführte Eigenschaft und hat wie auf die sonstige Bilderzeugungsanordnung keine Auswirkungen auf den Erfindungsgedanken. Die dargestellte Anordnung ist lediglich als Anwendungsbeispiel der Erfindung aufzufassen.
Die Sperrelektrode --16-- hat die Form einer Rolle und ist mit einem leitfähigen Kern-24-ver- sehen, der mit der Spannungsquelle --17- verbunden ist. Der Kern trägt eine Schicht eines Sperrelektrodenstoffes-26-, beispielsweise aus Tedlar, ein Polyvinylfluorid, erhältlich von E. I. DuPont de Nemours und Co. Bei einer derartigen Bilderzeugungsanordnung wird die Teilchensuspension mit dem zu reproduzierenden Bild belichtet, während an die Sperrelektrode und die injizierende Elektrode durch Schliessung des Schalters -18-- eine Spannung angeschaltet wird. Die Sperrelektrode wird über die Oberfläche der injizierenden Elektrode --11- bei geschlossenem Schalter -18-- während der Belichtung hinübergerollt.
Durch die Belichtung wandern die anfangs an der Elektrode gebundenen Teilchen durch die Trägerflüssigkeit und haften an der Oberfläche der Elektrode -16-- an, so dass auf
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der injizierenden Elektrode ein Teilchenbild zurückbleibt, welches ein Duplikat des Originalbildes --21- ist.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ist ferner eine Rolle -30-- vorgesehen, die die Oberfläche der Sperrelektrodenrolle --16-- vor der Bilderzeugung berührt. Ausserdem ist eine Beschickungsvorrichtung --32-- für Bildstoffsuspension vorgesehen, die die Suspension --14- auf die Oberfläche -26-- der Elektrode --16-- aufbringt. Ein Abstreifstab-34-aus Glas oder einem andern geeigneten Stoff bewirkt eine Schichtbildung der Suspension auf der Elektrodenrolle-16-mit ziemlich gleichmässiger
Stärke. Die Rolle-30-ist mit einem Motor M-1 gekoppelt, der sie so in Drehung versetzt, dass ihre Oberflächengeschwindigkeit grösser ist als diejenige der Sperrelektrode --16--.
Die Rolle --30-- dreht sich in der durch den Pfeil angegebenen Richtung, ebenso ist jedoch auch eine Drehung im entgegengesetzten Sinne möglich, wenn die Bildstoffsuspension zwischen beiden Rollen hindurchgelangen kann.
Bessere Ergebnisse werden jedoch mit der dargestellten Drehrichtung erhalten. Die Oberfläche --33-- der Rolle --30-- kann aus einem leitfähigen, einem halbleitenden oder einem nichtleitenden Stoff bestehen. Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Rolle besteht z. B. aus einem Metallkern mit einer darauf aufgebrachten elastomeren Schicht. Die Rolle --30-- kann insgesamt aus Metall bestehen und starr oder elastisch, homogen oder inhomogen ausgebildet sein.
Die Rolle --30--, die Beschickungsvorrichtung --32-- und die Sperrelektrodenrollss-16-sind mechanisch miteinander verbunden bzw. in einem Gehäuse angeordnet, so dass sie in einer festen relativen Lage zueinander gemeinsam über die injizierende Elektrode --11-- geführt werden, wenn das Bild links von der Sperrelektrodenrolle --16-- erzeugt wird. Die Bildstoffsuspension --14- gelangt aus der Beschickungsvorrichtung --32-- zum Abstreifstab --34-- und passiert diesen mit einer für die Elektrode jeweils vorgegebenen Stärke. Allgemein beträgt diese 0,025 mm oder weniger zur Bilderzeugung zwischen den Elektroden --11 und 16--.
Ein Teil der zwischen die Rolle --30-- und die Oberfläche --26- der Rolle -16-- gelangenden Suspension wird insgesamt um die Rolle --30-- herum und mehrmals zwischen beiden Rollen hindurchgeführt, während ein anderer Teil direkt zwischen die Rollen gelangt. In beiden Fällen wirdjedochei- ne Druck- und eine Scherungswirkung auf sie ausgeübt. Die so beanspruchte Suspension bewegt sich dann
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zeugung auf der Elektrode --11-- verbrauchte Suspension wird mit der Elektrode -16-- wieder in den Bereich der Beschickungsvorrichtung --32-- bewegt und dort mit neuer Suspension für weitere Bilderzeugungen vermischt. Sie kann auch mit geeigneten Vorrichtungen von der Oberfläche --26- entfernt werden.
Vorzugsweise wird an die Rolle --30-- aus noch zu beschreibenden Gründen eine elektrische Spannung angeschaltet, die gegenüber der Sperrelektrode --16- negativ ist. Dies erfolgt durch Anschliessen einer elektrischen Spannungsquelle --31- an die Rolle --30-- oder einen leitfähigen Teil der Rolle --30--, wenn diese beispielsweise mit einer nichtleitenden Gummischicht --33-- überzogen ist.
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--40-- berührtSperrelektrode --16-- vorgesehene Suspension einwirkenden Rolle auf.
In Fig. 3 ist eine Anordnung ähnlich derjenigen aus Fig. 2 dargestellt, bei der gleichfalls eine Be- anspruchung der Bildstoffsuspension erfolgt. Hier besteht jedoch die Vorrichtungzur Durchführung des er- findungsgemässen Verfahrens aus einem Einwirkungselement --46--, dessen untere Fläche --47-- schräg zur injizierenden Elektrode angeordnet ist. Es bildet mit der Elektrode -11-- einen sich veren- genden Kanal, so dass die durch ihn hindurchgeführte Bildstoffsuspension äusseren Kraftwirkungen ausge- setzt ist. Die schräge Fläche kann mit Federn --48 und 49-- auf die Elektrode --11-- gedrückt werden.
Zur Einstellung des Winkels der Fläche --47-- zur Elektrode durch unabhängiges Verstellen der Federn - 48 und 49-- oder einer andern Druckvorrichtung ist das Einwirkungselement schwenkbar angeordnet.
Der Motor --M-2-- bewirkt eine Bewegung des Elementes --46- über die Bildstoffsuspension--14-, wodurch im Bereich zwischen der Fläche --47-- und der Oberfläche --13-- der Elektrode --11-- eine
Druck-und Scherungswirkung auf die Bildstoffsuspension ausgeübt wird. Dadurch ergibt sich ähnlich wie mit den Rollen --30 und 40-- der zuvor beschriebenen Ausführungsformen eine Beanspruchung der Bildstoffsuspension und damit eine verbesserte Bilderzeugung im Bereich der Elektrodenrolle --16--, die in beschriebener Weise arbeitet. Eine elektrische Spannungsquelle --45-- ist mit ihrem negativen Pol mit dem Element --46-- verbunden und erzeugt zusammen mit der positiven Elektrode --11-- ein elektrisches Feld.
Dadurch werden positiv geladene Teilchen innerhalb der Bildstoffsuspension an dem Element - -46-- gebunden. Wie noch beschrieben wird, ermöglicht dies eine verbesserte Bilderzeugung mit den übrigen Teilchen der Suspension. Da zwischen dem Element -46-- und der Elektrode --11-- ein elektrisches Feld herrscht, kann zwischen den beiden ein Luftüberschlag auftreten. Um diesen zu verhindern, ist das Element -46-- mit einer Nase --43-- versehen, durch die der Zwischenraum zur Elektrode-11-nicht mit Luft, sondern mit Bildstoffsuspension gefüllt wird.
In den Zeichnungen sind die Winkel übertrieben dargestellt. Ferner kann das Element--46-- abweichend ven der gezeigten Keilform auch jede andere Form haben, wenn sichergestellt ist, dass seine untere Fläche die richtigen Kraftwirkungen auf die Bildstoffsuspension ausüben kann.
Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, mit der ähnliche Ergebnisse wie die bereits beschriebenen erzielt werden und bei der die in Fig. 2 gezeigte Rolle-40-und das in Fig. 3 gezeigte Element --46-- kombiniert sind. Die auf die Suspension einwirkende Rolle --50-- ist mit einem Einwirkungselement --52-- gekoppelt und an dessen unterer Fläche --53- angeordnet. Mit dieser Vorrichtung wird die Bildstoffsuspension beansprucht.
Die Rolle --50-- ist auf einer Achse --51-- drehbar gelagert und dreht sich mit einer Oberflächengeschwindigkeit, die wesentlich grösser als ihre Quergeschwindigkeit über die Elektrode -11-- ist. Dadurch werden Scherungs-und Druckbeanspruchungen ähnlich wie mit der Rolle --30-- in Fig. 1 und der Rolle - -40-- in Fig. 2 erzeugt. Ferner arbeitet das Element --52-- in der gleichen Weise wie das Element - -46-- aus Fig. 3 und erzeugt eine zusätzliche Scherungs-, Druck- und elektrische Beanspruchung, wie im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben wurde. Die Federn --54 und 55-- ermöglichen eine Einstellung und Steuerung des gesamten Einwirkungssystems.
Die Bilderzeugung zwischen der Elektrodenrolle - und der injizierenden Elektrode --11- wurde bereits beschrieben. Auch die Nase-43-ist aus den erläuterten Gründen vorgesehen.
Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Erzielung der Beanspruchung der Bildstoffsuspension. Diese hat die Form eines abgestuften Elementes-61-. dessen untere Fläche-62-- mit Stufen versehen ist. Alle weiteren Einzelheiten dieser Vorrichtung entsprechen den in Fig. 3 gezeigten. In Fig. 6 ist ein Einwirkungselement-60-dargestellt, das der Elektrode --16-- zugeordnet ist.
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Weise mit einem Abstreifstab-34-in ihrer Dicke bemessen. Die Elektrode --16-- dreht sich in der dargestellten Pfeilrichtung und bringt die Bildstoffsuspension --14- in den Bereich zwischen der Elektrode --16-- und der Oberfläche --61-- des Einwirkungselementes --60--.
Dieses ist gegenüber der Elektrode -16-- stationär angeordnet, bewegt sich jedoch gemeinsam mit dieser quer über die Bilder- zeugungselektrode An das Element --60-- und an die Elektrode --16-- ist eine Spannung an-
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geschaltet, wie dies für die Rolle --30-- und die Elektrode --16- in Fig. 1 beschrieben wurde.
Fig. 7 zeigt eine weitere Vorrichtung zur Erzeugung von Einwirkungen der beschriebenen Art auf eine Bildstoffsuspension. In einem Behälter --70-- wird Bildstoffsuspension bereitgehalten, die zur Bild- erzeugung vorgesehen ist. Eine Pumpe --72-- leitet die Suspension über eine Leitung --74-- zu einer Düse --76--, deren Verengungen eine Scherungsbeanspruchung auf die suspendierten Teilchen ausüben, während diese durch sie hindurchgeführt werden. Ein die Strömung steuerndes Ventil--78-- ist in der
Leitung vorgesehen, die die Suspension den Bilderzeugungselektroden oder einer Beschickungsvorrichtung zuführt. Das Ventil --78-- bestimmt die Menge der austretenden Suspension, ferner sind Leitungen vor- gesehen, die überschüssige Suspension dem Behälter wieder zuführen.
In Fig. 8 ist eine Anordnung dargestellt, mit der eine Druckfarbe beeinflusst wird, bevor sie in einem
Druckverfahren verwendet wird. Eine Druckpresse mit einer Druckwalze --80-- wird mit einer Be- schickungsrolle --82-- eingefärbt, wobei eine gleichmässig verteilte und dünne Schicht einer Farbstoffsuspension aufgebracht werden muss. Es ist wichtig, eine gleichmässige Dispersion und eine dünne
Farbschicht zu erzeugen, um einen qualitativ guten Druck in durchgehend getönten, halbgetönten und kontinuierlich getönten Flächen oder auch bei Strichzeichnungen zu erhalten.
Durch Anwendung einer sehr schnell rotierenden Rolle --84-- und einer geeigneten Bemessungseinrichtung in Form eines schematisch dargestellten Behälters --86-- mit einer Öffnung --88-- sowie eines Abstreifstabes --89-- ist es möglich, durch die Wechselwirkung zwischen den Rollen --82 und 84-- eine gleichmässige Teilchendispersion in der Trägerflüssigkeit zu erzeugen, wodurch eine Schicht gleichmässig dispergierter Teilchen als Druckfarbe zur Verfügung steht. Die Dicke der Schicht ist durch den Kontaktdruck zwischen den Rollen --82 und 84--, die Relativgeschwindigkeit beider Rollen zueinander und die Druckfarbenmenge bestimmt, die durch die Öffnung --88-- des Behälters --86-- austritt und am Abstreifstab-89-vorbeigelangt.
Eine elektrische Spannung ist an die Rollen --82 und 84-- angeschaltet. Ihre Höhe und Polarität hängt von der jeweils verwendeten Druckfarbe ab. Durch das so erzeugte elektrische Feld wird die Dispersion der Teilchen in der Farbstoffschicht verbessert. Die mit hoher Geschwindigkeit rotierende Einwirkungsrolle --84-- bringt die Druckfarbe elektrophoretisch auf die Beschickungsrolle-82-auf, da zwischen beiden Rollen ein elektrisches Feld existiert, wodurch bessere Ergebnisse erzielt werden.
Das Aufbringen der Farbstoffsuspension elektrophoretisch mit einer sehr schnell rotierenden Einwirkungsrolle stellt eine neuartige Massnahme zur Einfärbung von Druckplatten dar, die in den verschiedensten Maschinen mit vielen Farbstoffsuspensionen angewendet werden kann, beispielsweise in Druckpressen.
Die hohe Umfangsgeschwindigkeit der Einfärbungsrolle bewirkt einen Ausgleich der Ungenauigkeiten der Rollenoberfläche sowie anderer Maschinenfehler und Wechselbeziehungen zwischen Einzelteilen. Die Verbesserung besteht darin, dass eine relativ gleichmässige Farbstoffschicht zwischen der mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Rolle und einer weiteren Rolle erzeugt wird, die nahe der Oberfläche der ersten Rolle angeordnet ist. Dieses Verfahren zum Aufbringen einer Druckfarbe ermöglicht die Bildung einer gleichmässigen Dispersion einer Farbstoffschicht sowie die Korrektur von Fehlern, wie z. B. Exzentrizitäten innerhalb vorgegebener Toleranzen. Eine Vorrichtung der hier beschriebenen Art kann eine Vielzahl Rollen ersetzen, die bisher zum Aufbringen einer gleichmässigen Druckfarbenschicht in Druckpressen erforderlich waren.
Fig. 9 zeigt schematisch ein stark vergrössertes mikroskopisches Agglomerat von Teilchen innerhalb einer Suspension. Durch die Pfeile sind die Beanspruchungen dieses Teilchenagglomerates dargestellt.
Die Teilchen können aus dem gleichen Stoff bestehen, gleich gross und gleichsinnig geladen oder hinsichtlich dieser Eigenschaften unterschiedlich sein. Sie können beispielsweise drei verschiedenartig gefärbte Teilchenarten sein, die zur subtraktiven Farbsynthese verwendet werden. Werden eine Scherungsbeanspruchung und eine Druckbeanspruchung auf das Agglomerat ausgeübt, so verursachen die Scherungskräfte innere Spannungen in den Teilchen und im Agglomerat selbst, so dass dieses längs sei- nen schwächsten Linien zerbricht. Die schwächsten Teile des Agglomerates sind im allgemeinen die Grenzflächen der Teilchen zueinander.
Deshalb tritt ein Brechen zwischen den Teilchen innerhalb des Agglomerates auf, wodurch sich jedes Teilchen von den andern Teilchen befreit und in einem unabhängigen Zustand bleibt, in dem es andern Kraftwirkungen wie z. B. den elektrischen und elektromagnetischen Kräften bei der photoelektrophoretischen Bilderzeugung ausgesetzt wird. Das Brechen kann durch Scherungs- oder Dehnungsbeanspruchung auftreten bzw. auch, wenn nur eine Scherung, ein Druckund elektrische Kräfte auf die Suspension einwirken.
Vorstehend wurde zwar erläutert, dass die Scherungsbeanspruchung der Suspension unmittelbar vor der Bilderzeugung durchgeführt wird, experimentell hat sich jedoch gezeigt, dass eine Pause von mindestens einigen Stunden und auch wesentlich grösserer Dauer zwischen dieser Beanspruchung und der Bild-
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erzeugung liegen kann, ohne dass eine Rekombination der zerbrochenen Agglomerate auftritt.
Eine eingehende Beschreibung der Wirkungsweise und der Theorie einer Bilderzeugung mit einer Bildstoffsuspension zwischen den Elektroden --11 und 16-, die durch das erfindungsgemässe Verfahren wesentlich verbessert werden kann, findet sich in der USA-Patentschrift Nr. 3, 383, 993. Eine derartige Bilderzeugung erfolgt mit einem elektrischen Feld im Bilderzeugungsbereich, wobei die injizierende Elektrode -11- positiv, die Sperrelektrode --16- negativ ist. Die Teilchen der Bildstoffsuspension, die negativ geladen sind, haften also an der Löcher injizierenden Elektrode --11-.
Bleibt der Schalter -18-- in der dargestellten Weise geöffnet und wird somit an die Elektroden ""ll und 16-- keine Spannung angeschaltet, so nehmen die suspendierten Teilchen lediglich willkürliche Lagen innerhalb ihrer Trägerflüssigkeit ein. Wird jedoch der Schalter -18-- geschlossen, wodurch die leitfähige Oberfläche --13-- der Elektrode -11-- positiv gegenüber der Oberfläche --26- der Sperrelektrode --16- wird, so bewegen sich die negativ geladenen Teilchen auf die Elektrode --11--,
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fluss einer Strahlung, wie sie zur Bilderzeugung verwendet wird.
Dieselbe Erscheinung tritt zwischen der Einwirkungsrolle-30-und der Sperrelektrode-16-bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung oder zwischen den Einwirkungsmechanismen und der Elektrode --11-der in den andern Figuren gezeigten Anordnungen auf. Der Einwirkungsmechanismus ist gegenüber der Elektrodenoberfläche, mit der er in Wechselwirkung steht, negativ geladen. Deshalb werden positiv geladene Teilchen innerhalb der Suspension vom Einwirkungsmechanismus angezogen, so dass sie an ihm anhaften und die spätere Bilderzeugung nicht sehr stören können.
Die Teilchen in der Bildstoffsuspension sind nicht leitfähig, wenn sie nicht mit aktivierender Strahlung beeinflusst werden. Die negativen Teilchen kommen in Kontakt mit der injizierenden Elektrode --11-- oder nehmen eine Lage nach ihrer Oberfläche ein und bleiben in dieser Lage unter dem Einfluss des elektrischen Feldes, bis sie einer aktivierenden elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt werden.
Die an der Oberfläche der injizierenden Elektrode -11- angeordneten Teilchen sind die potentiellen Bilderzeugungsteilchen für das zu reproduzierende Bild. Werden sie von einer aktivierenden Strahlung getroffen, so wird diese durch das jeweilige lichtempfindliche Teilchen absorbiert und macht dieses leitfähig, wobei Loch-Elektron-Paare gebildet werden, die als beweglich angesehen werden können. Diese neu erzeugten Loch-Elektron-Paare innerhalb der Teilchen waren vor ihrer Kombination durch das das jeweilige Teilchen umgebende elektrische Feld zwischen den beiden Elektroden getrennt. Die negativen Ladungsträger dieser Loch-Elektron-Paare bewegen sich zur positiven Elektrode --11-, während
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rück, die nicht ausreichend von elektromagnetischer Strahlung ihres Empfindlichkeitsbereiches getroffen werden.
Sind alle Teilchen einer derartigen Anordnung empfindlich für nur eine Lichtwellenlänge und wird eine Belichtung nur mit Licht dieser Wellenlänge vorgenommen, so wird durch Absonderung von Teilchen von der Oberfläche der injizierenden Elektrode --11- und Zurückbleiben von Teilchen in den nicht belichteten Flächenteilen auf der injizierenden Elektrode --11-- ein Positivbild erzeugt. Werden alle Polaritäten der Anordnung umgekehrt, so kann die Elektrode -11-- bei Belichtung von den an ihr gebundenen Teilchen injizierte Löcher aufnehmen, und die Elektrode -16-- ist eine Sperrelektrode, die keine Löcher in die Teilchen injizieren kann, wenn diese mit ihrer Oberfläche in Berührung kommen.
Die Bilderzeugungsanordnung kann mit Teilchensuspensionen arbeiten, deren Teilchen zunächst eine positive oder negative Eigenladung haben oder deren Teilchen Ladungen beider Polaritäten enthalten. Im letzteren Falle begünstigt die Spannung am Einwirkungsmechanismus die Entfernung von Teilchen der jeweils nicht erwünschten Polarität aus dem Bilderzeugungssystem.
Die bei einer derartigen Anordnung verwendeten Spannungen während der Bilderzeugung können zwischen 300 und 5000 V liegen. Abhängig vom jeweiligen Verwendungszweck kann die Bildstoffsuspension --14-- eine, zwei oder mehr verschiedene Teilchenarten unterschiedlicher Färbung und mit unterschiedlichen Empfindlichkeitsspektren enthalten. Bei einem Einfarbenverfahren haben die in der
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Suspension --14-- verwendeten Teilchen eine beliebige Farbe und erzeugen Bilder mit dieser Farbe, wobei die Lage ihrer Empfindlichkeit innerhalb des Spektrums relativ unwichtig ist, solange sie in einem
Bereich des Spektrums liegt, in dem auch eine Lichtquelle der üblichen Art arbeitet.
Bei einem Mehr- farbenverfahren werden die Teilchen so ausgewählt, dass sie entsprechend ihrer unterschiedlichen Fär- bung auf verschiedene Wellenlängen des sichtbaren Spektrums ansprechen und damit eine Farbentren- nung ermöglichen. Unabhängig von der Erzeugung einfarbiger oder mehrfarbiger Bilder sollen vorzug- weise relativ kleine Teilchen verwendet werden, da diese bessere und stabilere Dispersionen bilden und Bilder höherer Auflösung erzeugen, als dies mit grösseren Teilchen möglich wäre.
Bei ihrer Suspension in der Trägerflüssigkeit können die Teilchen eine elektrostatische Ladung an- nehmen, so dass sie von einer der Elektroden einer Bilderzeugungsanordnung abhängig von ihrer Ladungs- polarität angezogen werden. Einige der Teilchen können positiv, andere negativ und weitere bipolar sein. Die "falsche" Polarität der Teilchen kann die Bilderzeugungseigenschaften beeinträchtigen, indem sie einige der "richtigen" Teilchen agglomerieren, bevor die bildmässig verteilte Teilchenwanderung eintritt. Dieses Verhalten verursacht eine Aussonderung potentieller Bilderzeugungsteilchen aus dem
System, während andere noch zur Verfügung stehen.
Durch die elektrische Vorspannung des Einwirkungsmechanismus können Teilchen der "falschen" Polarität aus der Suspension entfernt oder zumindest weitgehend von der mit dem Mechanismus in Wechselwirkung stehenden Elektrode getrennt werden. Durch die erzeugten Beanspruchungen zerbrechen die agglomerierten Teilchen, so dass die Vorspannung dann "falsch" geladene Teilchen vor der Bilderzeugang aus dem System aussondern kann. Ist der Einwirkungsmechanismus nicht vorgespannt, so wird trotzdem ein Zerbrechen der Agglomerate verursacht, jedoch ohne den zusätzlichen Vorteil der Aussonderung nicht zur Bilderzeugung brauchbarer Teilchen.
Es sei ein subtraktives Mehrfarbenverfahren mit drei verschiedenen Farben betrachtet, bei dem die Bildstoffsuspension magentafarbene, gelbe und cyanfarbene Teilchen enthält, die für grünes, blaues bzw. rotes Licht empfindlich sind. Es sei angenommen, dass eine Belichtung mit grünem Licht vorgenommen wird. Unter optimalen Bedingungen absorbieren die magentafarbenen Teilchen dieses Licht, während die cyanfarbenen und die gelben Teilchen es reflektieren. Die durch Absorption der Strahlung leitfähig gewordenen Teilchen tauschen mit der injizierenden Elektrode in beschriebener Weise Ladungen aus. Die magentafarbenen Teilchen werden durch ihre Aktivierung mit grünem Licht positiv und wandern von der injizierenden Elektrode ab.
Die cyanfarbenen und die gelben Teilchen bleiben isolierend und werden nicht beeinflusst, da ihre Lichtempfindlichkeit für den grünen Bereich des Spektrums nur gering oder nicht vorhanden ist. Die magentafarbenen Teilchen wandern infolge ihrer Leitfähigkeit selektiv auf die negative Sperrelektrode. Auf diese Weise ergibt sich eine Farbreproduktion des grünen Lichtes in bildmässiger Verteilung auf der injizierenden Elektrode durch subtraktiven Farbauszug. Dies bedeutet, dass die cyanfarbenen und gelben Teilchen bei Betrachtung grün erscheinen.
Eine Einschränkung einer wirksamen Farbaussonderung bei dem vorstehend beschriebenen photoelektrophoretischen Abbildungsverfahren tritt durch die Agglomeration verschiedenartig gefärbter Pigmentstoffteilchen auf. Bei Anwendung der Erfindung werden diese Agglomerate zerbrochen, so dass eine genauere Farbentrennung und damit eine bessere Bilderzeugung möglich ist. Die Theorie und Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens gilt in gleicher Weise auch für Einfarbenverfahren und Druckverfahren, die nicht nach photoelektrophoretischem Prinzip arbeiten sowie auch für andere Abbildungsverfahren. Die in der Suspension vorhandenen Teilchen bilden bekanntlich durch elektrostatische und (intermolekulare) Van der Waals Ische Kräfte sowie durch geringe mechanische Bindungskräfte Agglomerate.
Diese Kräfte sind im Vergleich zu den elektrostatischen Kräften, die auf die gesamte Suspension einwirken, bemerkenswert und führen zum Zusammenlagern der Teilchen in der Suspension, da zwischen den Teilchen geringe Abstände herrschen.
Bei einem Mehrfarbenverfahren bestehen die Agglomerate, die durch diese und andere Vorgänge, wie z. B. Kugelmahlen, bei der Herstellung gebildet werden, aus verschiedenartig gefärbten Pigmentstoffteilchen, wobei die insgesamte Eigenladung negativ oder positiv ist. Durch das Verhalten des Agglomerates als eine Einheit tritt ein Fehler in der Farbentrennung auf, da die nicht bestrahlten Teilchen mit den bestrahlten Teilchen fälschlicherweise wandern oder die bestrahlten Teilchen nicht wandern können, weil sie mit den nicht bestrahlten Teilchen verbunden sind.
Bei einem Einfarbenverfahren wandern die Teilchen, wenn Energie mit einer Wellenlänge innerhalb des panchromatischen Spektrums der Teilchenempfindlichkeit die Teilchen trifft. Man nimmt an, dass die Energieabsorption und das dadurch erfolgende Ansprechen des Teilchens von der der Strahlung ausgesetzten Oberfläche eines Teilchens abhängt. Das Verhältnis von Oberfläche zu Masse der Teilchen
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wird verringert, wenn einige Teilchen agglomerieren. Daher sind dann grössere Energiewerte erforder- lich, um eine Wanderung der agglomerierten Teilchen zu bewirken, als sie zur Wanderung individueller
Teilchen nötig wären, die nicht zusammenhaften.
Sind die Bindungskräfte innerhalb der Agglomerate in ihrer Stärke bestimmt, so müssen die zur Überwindung dieser Kräfte und zur Zerstörung der Agglomeratstruktur erforderlichen kritischen Spannungen erzeugt werden. Dies erfolgt durch Erhöhung der äusseren Einwirkungen, wodurch der innere Spannungszustand innerhalb der Teilchenagglomerate den zu deren Zerfall erforderlichen Spannungswert übersteigt. Dadurch tritt eine Teilchentrennung und damit eine bessere Bilderzeugung auf.
Die mit dem Einwirkungsmechanismus erzeugten äusseren Kraftwirkungen auf die agglomerierten Teilchen kommen in der Kontaktzone zwischen der Oberfläche des Einwirkungsmechanismus und der ihm zugeordneten Elektrode zur Wirkung. In dieser Zone treten drei bestimmte Kraftwirkungen auf, die auf die agglomerierte Suspension einwirken. Diese Kräfte sind eine hydrodynamische Scherungskraft, eine hydrodynamische Druckkraft und eine elektrische Kraftwirkung, wenn ein elektrisches Feld erzeugt wird. Es besteht die Theorie, dass bei Überschreiten eines Schwellwertes der Kraftwirkung ein Teilchenagglomerat so beansprucht wird, dass eine Teilchentrennung und damit eine Farbtrennung auftritt. Dieser strukturelle Zerfall muss entsprechend einer der allgemein gültigen Zerfallstheorien für Festkörper erfolgen.
Die normalerweise auf die Teilchen in der Bildstoffsuspension während der Bilderzeugung einwirkenden Kräfte sind zu gering, um einen strukturellen Zerfall der Teilchen zu bewirken. Nur bei Vorhandensein hydrodynamischer Spannungen und Druckkräfte ergibt sich eine ausreichend hohe resultierende Spannung, die ein Teilchenagglomerat beeinträchtigen kann und damit eine verbesserte Bilderzeugung und Farbentrennung bei einem Mehrfarbenverfahren zur Folge hat. Diese Theorie konnte experimentell durch bessere Farbentrennung und Bildqualität bestätigt werden, die Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt, da diese Erklärung nur zum besseren Verständnis der mit der Erfindung erzielbaren Vorteile dienen soll. Die folgenden Beispiele wurden mit einer Anordnung der in Fig. 1 dargestellten Art durchgeführt.
Die Einwirkungsrolle --30- hatte einen Durchmesser von zirka 6, 5 cm. Die Bild- erzeugungsgesch"1indigkeit, die gleich der Bewegungsgeschwindigkeit der Elektrodenrolle --16-- ist, betrug zirka 3, 8 cm/sec. Die verwendete Bildplatte hatte eine Grösse von 10. 10 cm und wurde mit 2150 bis 3200 Lux belichtet. Eine Suspension mit 845 g Teilchen/l enthielt als Trägerflüssigkeit Mineralöl. Die an die Elektroden während der Bilderzeugung angeschaltete Spannung betrug 2000 bis 4000 V. Die in der Suspension verwendeten Teilchen wurden in einer Kugelmühle 48 h lang gemahlen, um ihre Grösse zu reduzieren und eine stabilere Dispersion zu erzeugen und damit die Auflösung der erzeugten Bilder zu verbessern.
Als Pigmentstoffe wurden verwendet : Monolite Fast Blue GS (Cyan), Mischung der alpha- und der beta-Form metallfreien Phthalocyanins, Hersteller Amold Hoffman Co., Watchung Red b (magenta) C. I. No. 15865, 1- (4'-Methyl-51-chlorazobenzol-2'-sulfonsäure)-2-hydroxy-3-naphthensäure, Hersteller DuPont, gelber Pigmentstoff N-2"-Pyridyl-8, 13-dioxodinaphtho- (2, 2. -11, 3') -furan-6-carbox- amid, hergestellt gemäss der brit. Patentschrift Nr. l, 137, 885.
Die Belichtung erfolgte mit einer Lampe von 2800 bis 3400 K durch ein kontinuierlich getöntes Graufilter neutraler Dichte, das als Folie über mehrere primäre Farbfilter und neutrale Interferenzfilter zur Bildung eines Farbkeils und Messung der Empfindlichkeit der Suspension aufgebracht war.
Die Geschwindigkeit der Einwirkungsrolle-30-relativ zu der Geschwindigkeit der Rollenelek- trode-16-in der in Fig. l dargestellten Richtung betrug 330 cm/sec. Die Einwirkungsrolle führte eine Spannung von-125 V relativ zur Rollenelektrode -16-. Der entwickelte maximale hydrodynamische Druck betrug 1, 05 at. Die folgenden Ergebnisse wurden bei Verwendung einer Wolframfarbenlampe und dem vorstehend beschriebenen Testbild erhalten. Es folgt eine Aufstellung von Werten des Vergleiches der optimalen Ergebnisse mit Einwirkungsrolle und der Ergebnisse ohne Einwirkungsrolle, wobei AD = analytische Dichte mit Einwirkung minus analytische Dichte ohne Einwirkung.
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<tb>
<tb>
Farbe <SEP> Änderungen <SEP> der <SEP> analytischen <SEP> Dichte <SEP> der <SEP> Pigmentstoffe
<tb> AD <SEP> Cyan <SEP> AD <SEP> Magenta <SEP> AD <SEP> Gelb <SEP>
<tb> Cyan <SEP> +0, <SEP> 62 <SEP> +0, <SEP> 10-0, <SEP> 06 <SEP>
<tb> Magenta <SEP> + <SEP> 0, <SEP> 16 <SEP> + <SEP> 0, <SEP> 66 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 41 <SEP>
<tb> Gelb <SEP> + <SEP> 0, <SEP> 12 <SEP> + <SEP> 0, <SEP> 09 <SEP> + <SEP> 0, <SEP> 17 <SEP>
<tb> D <SEP> min <SEP>
<tb> Neutral <SEP> +0,10 <SEP> +0,09 <SEP> +0. <SEP> 12
<tb>
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Eine Änderung der Dichte wurde festgestellt bei einer Relativgeschwindigkeit zwischen der Einwirkungsrolle --30-- und der Sperrelektrodenrolle --16-- von 50 cm/sec bei einem Ladungsdifferential von-100 V zwischen Einwirkungsrolle und Elektrodenrolle sowie einem hydrodynamischen Suspensionsdruck von 0, 35 at.
Verbesserungen der Bilddichte wurden ferner festgestellt mit einer Relativgeschwindigkeit zwischen der Einwirkungsrolle und der Elektrodenrolle --16-- von 660 cm/sec, einem Spannungsunterschied von - 600 V zwischen Einwirkungsrolle und Elektrodenrolle --16-- und einem hydrodynamischen Suspensionsdruck von 2, 1 at.
Die vorstehend genannten Parameter haben keine kritische Bedeutung und einige der experimentell erhaltenen Werte bedeuten keine Einschränkung des erfindungsgemässen Verfahrens. Einige Ergebnisse ergaben sich lediglich aus Einschränkungen des für die Experimente verwendeten Mechanismus und sollen nicht als Grenzwerte angesehen werden, über oder unter denen bei einer bestimmten Bildstoffsuspension kein Vorteil erreichbar ist.
Es werden einige Annahmen gemacht, um allgemeingültige Regeln für die Kraftwirkungen auf die geprüften unterschiedlichen Teilchensuspensionen festzulegen. Die zur Bildung und Beibehaltung von
Agglomeraten auftretenden inneren Spannungen sind grundsätzlich sehr klein und müssen zur Teilchen- trennung überwunden werden. Auch in Teilchensuspensionen, die anders ausgebildet sind als die ge- prüften, sind die die Teilchen bindenden Kräfte relativ gering verglichen mit den durch die erfindungs- gemässen Vorrichtungen erzeugten Kräften. Wegen der vielen Variationsmöglichkeiten der erfindungs- gemässen Einwirkungsvorrichtungen können die Scherungsspannungen mit dem Faktor 100 multipliziert werden, ohne ein Bilderzeugungssystem wesentlich zu beeinträchtigen.
Daher kann für jede gegebene Bildstoffsuspension, auch wenn diese Teilchenbindungen mit gegenüber der geprüften Suspension hun- dertfacher Stärke enthält, die zur Zerstörung der Agglomerate richtige Kraftwirkung bestimmt werden, so dass die vorstehend beschriebenen Verfahrens- und Vorrichtungsarten zur Erzeugung dieser Kraftwirkungen angewendet werden können.
Die vorstehend beschriebene Theorie kann auf Teilchensuspensionen für die elektrophoretische Bilderzeugung oder für Druckfarben oder für alle andern Anwendungszwecke herangezogen werden, bei denen individuelle Teilchen zur gegenüber agglomerierten Teilchen besseren Wirkung erwünscht sind.
Im folgenden wird ein mathematisches Modell beschrieben, das die Wechselbeziehungen zwischen der Viskosität der Suspension, den elektrischen Kraftwirkungen, der hydrodynamischen Scherungswirkung und der hydrodynamischen Druckwirkung einer Suspension darstellt. Durch Einsetzen der verschiedenen bekannten Grössen eines gegebenen Systems in eine Formel können die zum Zerfall eines Teilchenagglomerates innerhalb einer Teilchensuspension erforderliche Scherungswirkung, Druckwirkung oder elektrische Kraftwirkung bestimmt werden.
Es ist davon auszugehen, dass das erfindungsgemässe Verfahren und eine Einrichtung zu dessen Durchführung die auf die Teilchen innerhalb einer Suspension einwirkenden maximalen Kräfte verstärken, die Teilchenagglomerate zerstören und damit die Bilderzeugung, die Farbentrennung und/oder die Gleichmässigkeit einer Bildstoffschicht beispielsweise in einem Druckverfahren verbessern.
Die beschriebenen Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ermöglichen eine äussere Kraftwirkung auf die agglomerierten Teilchen, die eine Anhebung des Spannungspegels innerhalb der agglomerierten Teilchen auf den zur strukturellen Trennung in diskrete Teilchen erforderlichen kritischen Wert verursacht.
Die zur Verbesserung der Bilderzeugung und der Farbentrennung bei Mehrfarbenverfahren oder der Bilderzeugung bei Einfarbenverfahren und zum Zerbrechen der Agglomerate erforderlichen Werte können auf der Grundlage der verschiedenen Variablen einer Bilderzeugungsvorrichtung und der Bildstoffsuspension selbst bestimmt werden. Das folgende mathematische Modell beschreibt die zur Erzielung
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schen der Einwirkungsrolle und der ihr zugeordneten Elektrode befinden soll. Ferner sind in Fig. 9 auch die auf das Teilchen innerhalb der Suspension einwirkenden Kräfte dargestellt. Die Kräfte --F-- wer- den durch das elektrische Feld erzeugt, die Kräfte --p-- stellen die Druckwirkung auf das Agglomerat dar, die gleich dem Druck innerhalb der Suspension im Bereich des Agglomerates ist.
Die Kräfte-T- sind die auf das Agglomerat einwirkenden Scherungskräfte oder die Scherungsspannung innerhalb der Suspension in der Berührungszone.
Fig. 10 zeigt ein Raumelement innerhalb des agglomerierten Teilchens sowie die darauf einwirkenden Kräfte in vereinfachter mathematischer Darstellung. Die Kräfte --p-- geben den durch die Suspen-
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sion auf das Teilchen und damit auf das Raumelement im Teilchen einwirkenden Druck an. Die auf das Teilchen einwirkende elektrische Kraft ist mit --q-- bezeichnet, während die Kraft-T-die Scherungsspannung am Raumelement ist.
Wird das Raumelement innerhalb eines Agglomerates in der Kontaktzone betrachtet und die Scherungsspannung des Agglomerates und innerhalb der Suspension in dieser Zone als durch eine ineiner
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spruchung wirkt in einer Richtung, da das elektrische Feld in der Kontaktzone entsprechend ausgebildet ist.
Aus den Darstellungen der Fig. 9 und 10 können die folgenden Beanspruchungskomponenten innerhalb des Agglomerates bestimmt werden. Es wird angenommen, dass die Beanspruchungswerte am Schnittpunkt der vertikalen Mittellinie des Einwirkungsmechanismus mit der Tangentialebene der berührenden Elektrode maximal sind.
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führungsbeispiele möglich.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Beseitigung von Bindungskräften zwischen suspendierten Teilchen, insbesondere agglomerierbaren Teilchen in einer Bildstoffsuspension für die photoelektrophoretische Bilderzeugung, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig eine Scherungskraft und eine Druckkraft zur Ein- wirkung auf die Suspension (14) gebracht werden.