Verfahren und Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen von Isolierschichten Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen von Isolierschichten, insbesondere von photoelektrisch leitenden Isolierschichten.
Es sind bereits Anordnungen bekannt, mit denen die Oberflächen von Isolierschichten, d. h. Material mit dielektrischen Eigenschaften, elektrostatisch auf geladen werden kann. Die meisten der bekannten Anordnungen verwenden zu diesem Zweck dünne, an Hochspannung liegende Drähte, von denen Entla dungsströme ausgehen. Bekanntlich ist jedoch diese Entladung längs Drähten sehr ungleichmässig. Dies hat eine sehr ungleichmässige Rufladung der Fläche zur Folge. Verstärkt trifft dies zu, wenn diese Drähte am negativen Pol einer Hochspannungsquelle liegen. Für zahlreiche Anwendungen, z.
B. für die Elektro photographie, sind jedoch Aufladevorrichtungen er forderlich, mit denen grössere Flächen völlig gleich- mässig aufgeladen werden können.
Es wurden auch verschiedene Vorrichtungen zur Verbesserung der Gleichmässigkeit der Rufladung vorgeschlagen. So sind Aufladevorrichtungen be kannt, bei denen sich zwischen den Entladungsdräh ten oder einer Reihe von Entladungsspitzen und den aufzuladenden Flächen ein Drahtgitter befindet, das auf einem bestimmten Potential gehalten wird. Durch seine elektrostatische Schirmwirkung beendet es nach einiger Zeit den Aufladevorgang, nämlich dann, wenn die Rufladung das Potential des Gitters erreicht hat. Dabei nimmt die Aufladestromstärke mit zuneh mender Rufladung ständig ab, um beim Erreichen des Endzustandes Null zu werden. Ausserdem nimmt das Gitter einen beträchtlichen Teil des zur aufzula denden Fläche gerichteten Entladungsstromes auf.
Aus diesen Gründen haben diese Vorrichtungen den Nachteil, dass das Gitter den für ,die Rufladung wirk- samen Teil .des Entladungsstromes desto mehr be grenzt, je grösser seine homogenisierende Wirkung auf die Aufladung ist und dass zur Erzielung einer gleichmässigen Aufladung das Erreichen des erwähn ten Endzustandes abgewartet werden muss. Die pri märe Forderung nach der Gleichmässigkeit der Ruf ladung begrenzt daher bei dieser Anordnung die Auf ladegeschwindigkeit in erheblichem Masse.
In einer anderen bekannten Aufladevorrichtung ist ein einziger Entladungsdraht von einer Abschir- mung umgeben, die eine Öffnung aufweist, die der aufzuladenden Fläche zugewandt ist und die leitend mit der meist geerdeten Unterlage des aufzuladenden Materials verbunden ist. Die Abschirmung nimmt den grössten Teil des vom Entladungsdraht ausge henden Ionenstromes auf und ermöglicht so den Be trieb der Aufladevorrichtung bei relativ hohen Span nungen.
Dadurch wird erreicht, dass die Emission nicht -mehr, wie bei Fehlen der Abschirmung, nur von einzelnen Punkten der Drahtoberfläche ausgeht, son dern sich verhältnismässig gleichmässig über die Drahtoberfläche ausdehnt. Auch bei dieser Anord nung sinkt jedoch die Stromergiebigkeit und damit die mögliche Aufladegeschwindigkeit mit steigender Wirkung der Abschirmung erheblich.
Ein zusätzlicher, allen Entladungsdrähten ge meinsamer Nachteil ist die grosse mechanische Stör anfälligkeit, die desto mehr ins Gewicht fällt, je grösser die Arbeitsbreite der Anordnung ist, d. h. je länger die Entladungsdrähte sind, da sie mit wach sender Länge zunehmend zu Schwingungen mit be trächtlicher Amplitude neigen, wodurch einerseits durch die dabei ausgeübte mechanische Beanspru chung, andererseits durch möglicherweise auftretende Funkenentladungen die Lebensdauer erheblich ver kürzt wird. Es sind ferner Anordnungen bekannt, die aus Entladungsspitzen bestehen, die in einer Ebene oder auf dem Umfang von sich .drehenden Zylindern ange ordnet sind.
Auch die Kombination von Spitzen mit parallel zu dem aufzuladenden Material liegenden Stäben als Hilfselektroden sind bekannt, jedoch brin gen auch diese Anordnungen nur eine sehr ungleich- mässige Aufladung mit sich, da stabförmige Hilfs elektroden keinen nennenswerten Einfluss auf den Entladungsstrom der Entladungselektrode ausüben.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, obige Nachteile zu beseitigen, demgemäss ist Gegenstand der Erfindung: I. ein Verfahren zur elektrostatischen Aufladung von Isolierschichten, insbesondere photoelektrisch leitenden Isolierschichten, das dadurch gekennzeich net ist, dass man an mindestens eine Entladungselek trode, welche mindestens angenähert senkrecht zur aufzuladenden Fläche steht, an mindestens eine Ge genelektrode und an mindestens eine Hilfselektrode, die in der Nähe des wirksamen Teiles der Entla dungselektrode, aber nicht in Richtung der minde stens angenähert senkrechten Verlängerung der Ent ladungselektrode auf die aufzuladende Fläche ange ordnet ist,
und deren Erstreckung in zum aufzuladen den Material senkrechter Richtung grösser ist als ihr Abstand zum wirksamen Teil der Entladungselek trode, elektrische Gleichspannung anlegt; sowie II. eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver fahrens, die gekennzeichnet ist durch mindestens eine Entladungselektrode, welche mindestens angenähert senkrecht zur aufzuladenden Fläche steht und minde stens eine Hilfselektrode, wobei diese Hilfselektrode in der Nähe des wirksamen Teiles der Entladungs elektrode, aber nicht in Richtung der mindestens an genähert senkrechten Verlängerung der Entladungs elektrode auf die aufzuladende Fläche angeordnet ist,
und wobei ihre Erstreckung in zum aufzuladenden Material senkrechter Richtung grösser ist als ihr Ab stand zum wirksamen Teil der Entladungselektrode.
Mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens und der Vorrichtung lässt sich eine völlig gleichmäs- sige Aufladung der Isolierschicht mit jeder für die Praxis interessanten Höhe erzielen. Zugleich kann dabei eine ungewöhnlich hohe Arbeitsgeschwindig keit angewandt werden, wobei schon bei einmaligem Durchgang der aufzuladenden Schicht die wün schenswerten Forderungen nach Aufladungsgleich- mässigkeit und -höhe erfüllt werden.
Darüber hinaus wirken sich die mechanischen Eigenschaften der vorliegenden Anordnung begünsti gend auf die Betriebssicherheit, die Handhabung und auf die stets gleiche Reproduzierbarkeit der Aufla- dung aus. Sie lässt sehr grosse Arbeitsbreiten zu im Gegensatz zu anderen Anordnungen, z. B. solche mit Drähten, die zu Schwingungen und daher zu unglei chen Abständen zur Oberfläche des aufzuladenden Materials neigen. Die im vorliegenden Fall geringe Ausdehnung des Besprühungsraumes der Entla dungselektrode in Querrichtung des aufzuladenden Materials lässt in vorteilhafter Weise die Aufladung auch von stark flexiblen Schichten, d. h.
Material von geringer Biegesteifigkeit oder gewellten Schichten zu, da hierbei der Aufladungsstrom nicht zugleich auf stark verschiedene Abstände wirken muss.
In vorteilhafter Weise benötigt man für die vor liegende erfindungsgemässe Anordnung nur eine ein zige Spannungsquelle im Gegensatz zu zwei oder mehr Spannungsquellen bei den bekannten Anord nungen mit Gittern als Hilfselektroden.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die Vor richtung sollen im folgenden anhand von Zeichnun gen beispielsweise näher beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau der vorliegenden Vorrichtung. Über der aufzuladen den Schicht 4, unter der eine geerdete Gegenelek trode 3 angeordnet ist, befinden sich die Entladungs elektrode 1 und die seitlich angeordneten Hilfselek troden 2 und 2a.
Fig.2 zeigt eine Vorderansicht einer Ausfüh rungsform, die gute Ergebnisse bringt. Die Entla dungselektroden 1 sind als Spitzen ausgebildet und über einen massiven Metallstab 5 miteinander ver bunden. Eine der beiden Hilfselektroden wie sie in Fig.l unter Pos. 2a gezeigt wird, ist weggelassen, während die 2. Hilfselektrode eingezeichnet wurde. Die Lage der Isolierschicht 4 und der Gegenelektrode 3 wird ebenfalls veranschaulicht.
Fig.3 zeigt eine bevorzugte Ausführungs- und Anwendungsform. Das aufzuladende Material 4 wird hierbei durch die Transportwalzen 7 und 7a erfasst und über eine walzenförmige Gegenelektrode 6 hin weggeschoben und von den Zugwalzen 7b und 7c erfasst und weiterbefördert. Die Aufladung geschieht auch hier mit der Elektrodenanordnung, wie sie prin zipiell in Fig. 1 gezeigt wurde.
Eine weitere Ausführungsform, die ebenfalls sehr gute Ergebnisse bringt, wird in Fig. 4 gezeigt. Beide Hilfselektroden, wie sie in Fig. 1 unter Pos. 2 und 2a gezeigt sind, werden durch Walzen 8 und 9 mit genü gend grossem Durchmesser dargestellt. Diese Hilfs elektroden dienen in Verbindung mit den Gegenwal zen 8a und 9a zugleich zur Beförderung des aufzula denden bzw. des aufgeladenen Materials. Auch bei dieser Anordnung ist eine walzenförmige Gegenelek trode 6 und eine, wie in Fig. 1 gezeigte Entladungs elektrode 1 zur Aufladung des Materials angebracht.
Die einzelnen Teile der erfindungsgemässen An ordnung, wie sie oben nur prinzipiell aufgeführt sind, können in weiten Grenzen verschieden ausgebildet sein oder variiert werden.
Für die Form der vorliegenden Entladungselek trode ist zunächst prinzipiell gefordert, dass sie in etwa senkrechter Richtung auf die elektrostatisch aufzuladende Fläche ausgedehnt sein muss. Vorzugs weise ist die der aufzuladenden Fläche zugekehrte Seite der Entladungselektrode als Spitze oder als Schneide ausgebildet. Falls die Entladungselektrode als Spitze ausgebildet ist, kann sie z. B. in Form einer Nadel, eines spitzen Dreiecks oder eines spitzen Kegels ausgebildet sein. In der Praxis können auch Drahtenden Verwendung finden. Besonders gute Er gebnisse werden erzielt, falls mehrere dieser Spitzen quer zur Aufladerichtung nebeneinander angeordnet werden. Die Enden dieser Spitzen werden auf ihrer dem aufzuladenden Material abgewandten Seite unter sich und mit der Spannungsquelle in Kontakt ge bracht.
Die Verbindung der einzelnen Entladungselektro den geschieht vorzugsweise mit einem mechanisch stabilen Verbindungselement. Dies kann etwa sein ein Metallstab, ein Metallband oder eine stabile Kunststoffverbindung mit leitender Seele. Es ist fer ner möglich, aus einem festen Metallstreifen die ein zelnen Spitzen mit bekannten mechanischen Mitteln herauszuarbeiten.
Die Entladungselektrode kann jedoch auch strei- fenförmig ausgebildet sein, wobei dieser Streifen in Richtung auf das aufzuladende Material eine Schneide trägt. Die Dicke des Streifens selbst spielt dabei keine kritische Rolle. Im Falle der Verwendung einer solchen Schneide ist naturgemäss die mechani sche Stabilität in grösserem Masse gegeben, als bei Verwendung von Spitzen, jedoch hat es sich auch hier als zweckmässig erwiesen, diese Schneide in einer mechanisch stabilen Fassung zu halten.
Naturgemäss können auch die verwendeten Spit zen und Schneiden in regelmässiger oder nicht regel- mässiger, abwechselnder Kombination verwendet werden.
Die Entladungselektrode muss - wie erwähnt etwa senkrecht zu dem aufzuladenden Material aus gedehnt sein, d. h. sie muss eine gewisse Länge besit zen. Diese Länge ist an sich nicht kritisch, sie kann 50 mm, vorzugsweise zwischen 2 und 30 mm betra gen. In der Praxis haben sich besonders Längen von 20-25 mm bewährt. Falls Spitzen für die Entla dungselektrode Verwendung finden, kann der Ab stand zwischen diesen Spitzen untereinander in ge wissen Grenzen variiert werden.
Als besonders gün stig hat es sich erwiesen, diesen Abstand, der in Fig. 2 als dl bezeichnet wird, so zu wählen, dass er in bestimmter Beziehung zu den Abständen der Hilfs- elektroden zur Entladungselektrode (in Fig. 1 als d2 bezeichnet) und zum Abstand der Spitze der Entla dungselektrode zur Oberfläche des aufzuladenden Materials, (in Fig. 1 als d3 bezeichnet) steht. Diese Verhältnisse werden unten näher erläutert.
Für die Auswahl des Materials, aus dem die Ent ladungselektrode gefertigt werden kann, ist wichtig, dass dieses Material eine genügend hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt. Besonders gute Ergebnisse wer den erzielt, falls rostfreier Stahl, Bronze oder Mes sing Verwendung finden. Es werden eine oder zwei Hilfselektroden angebracht. Diese Hilfselektroden müssen ebenfalls in senkrechter Richtung zum aufzu ladenden Material ausgedehnt sein. Unter ausgedehnt wird im vorliegenden Fall eine länglich gestreckte, flächige Form verstanden; diese kann z. B. durch ein Band oder einen Streifen realisiert werden. Die Dicke des Streifens ist nicht wesentlich.
Sie kann einen oder mehrere Millimeter betragen. Die Ausdehnung der Hilfselektroden in senkrechter Richtung zum aufzu ladenden Material sollte grösser als oder gleich 10 mm sein. Die Längsausdehnung der Hilfselektro den soll ungefähr die gleichen Masse aufweisen, wie die Ausdehnung der Entladungselektrode. Das Mate rial, aus dem die Hilfselektrode gefertigt wird, ist im Prinzip das gleiche, wie das bei der Entladungselek trode genannte. In der Praxis hat sich auch ein nicht leitender Träger mit einem leitfähigen Überzug be währt.
Der Abstand der Hilfselektroden zur Entladungs elektrode, der in Fig. 1 mit d2 bezeichnet ist, wird weiter unten näher definiert.
Ferner ist bei der Anordnung der Hilfselektrode zu beachten, dass deren untere Kante, d. h. die Kante, die dem aufgeladenen Material zugewandt ist, gleich oder vorzugsweise näher dem aufzuladenden Mate rial liegen soll, als die untere Kante der Entladungs elektrode. Auch die Hilfselektroden sind mit einer Spannungsquelle verbunden.
Es können eine oder zwei Hilfselektroden ange wendet werden. Falls zwei Hilfselektroden angewen det werden, ist es nicht nötig, dass beide die gleiche Form oder Gestalt besitzen, sie müssen jedoch nur die oben genannten Bedingungen erfüllen.
In einer besonderen Ausführungsform können die Hilfselektroden auch als Walzen ausgebildet sein, falls diese genügend grossen Durchmesser besitzen; diese sich vorzugsweise drehenden Walzen können zugleich die Funktion des Transportes des aufzula denden bzw. aufgeladenen Materials in Verbindung mit Gegenwalzen übernehmen. Bei dieser Ausfüh rungsform ist zu beachten, dass die Linie der walzen förmigen Hilfselektrode, die der Entladungselektrode am nächsten liegt, etwa in der Höhe der unteren Be grenzung dieser Entladungselektrode steht, d. h. die Walzenachse soll genau so hoch oder tiefer in Bezie hung zur aufzuladenden Schicht liegen als die untere Begrenzungslinie der Entladungselektrode.
Bei allen Anordnungen der Hilfselektroden ist neben ihrem Abstand zur Entladungselektrode zu beachten, dass diese nicht innerhalb des Raumes, der durch die etwa senkrechte Verlängerung der Entla dungselektrode zur aufzuladenden Schicht bestimmt wird, angeordnet sind, d. h. dass sie nicht in den Ent ladungsraum zwischen dem wirksamen Teil der Ent ladungselektrode und aufzuladendem Materail grei fen. Hierbei wird als wirksamer Teil der Entladungs elektrode das dem genannten Material zugekehrte Ende dieser Elektrode verstanden.
Als Gegenelektroden sind alle bekannten und da für verwendbaren Vorrichtungen brauchbar. Bei spielsweise kann die Gegenelektrode in einfacher Weise als Platte oder als mitlaufende oder ziehende Walze ausgebildet sein. Mehrere Gegenelektroden sind ebenfalls anwendbar. Auch die Gegenelektrode liegt an dem Pol einer Spannungsquelle bzw. sie ist geerdet. Die für die Aufladung erforderliche Spannung kann aus einer bekannten und für diese Zwecke ver wendbaren Gleichspannungsquelle genommen wer den. Der eine Pol dieser Spannungsquelle wird mit der Entladungselektrode verbunden, während der andere Fol mit den Hilfselektroden und mit der Ge genelektrode in Verbindung steht.
Der letztgenannte Pol liegt normalerweise an Erdpotential, wobei Hilfs elektroden und Gegenelektrode ebenfalls geerdet sind.
Für die Auswahl der Spannungshöhe an der Spannungsquelle bei einer bestimmten geforderten Aufladungshöhe der aufzuladenden Schicht sind in der Praxis meist noch die Form der Entladungselek trode, deren Ausbildung an der Spitze und der Ab stand des Endpunktes dieser Entladungselektrode von der aufgeladenen Schicht und von den Hilfselek troden zu beachten. Diese Verhältnisse sind nicht sehr kritisch; in der Praxis wird jedoch meist eine hohe Stromdichte anzustreben sein, die naturgemäss eine hohe Spannung erfordert.
Wie oben erwähnt, spielen die Abstände dl, d2 und d3 eine beachtenswerte Rolle für die Gleichmäs- sigkeit und Geschwindigkeit der Aufladung. Als all gemeines Prinzip soll gelten, dass d3 grösser ist als d2, und d2 grösser als d,. Hierbei werden bei der praktischen Durchführung gute Ergebnisse erzielt, falls der Abstand d3 etwa 10 mm oder grösser gewählt wird, vorzugsweise kann er zwischen 13 und 18 mm betragen.
Für die Beziehung von d3, d, und dl un tereinander hat sich ein Verhältnis von 3:2:1 als gün stig erwiesen. Von diesen Verhältniszahlen kann jedoch mehr oder minder abgewichen werden, jedoch muss stets beachtet werden, dass d2 und d3 nicht so klein. gewählt werden dürfen, dass Funkenüberschlag auftritt.
Mit der beschriebenen Vorrichtung und dem Verfahren können Isolierschichten, insbesondere photoelektrisch leitende Isolierschichten mit den oben genannten Vorteilen aufgeladen werden. Als geeignete Isolierschicht kommt prinzipiell jedes Die lektrikum in Frage, z. B. Kunststoffolien, wie duro- plastische und thermoplastische Materialien, z. B. Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polyester-Folien. Be sonders vorteilhaft lässt sich das vorliegende Verfah ren und die Vorrichtung für die Aufladung von pho toelektrisch leitenden Isolierschichten anwenden.
Als solche Photohalbleiterschichten werden im vorliegenden Falle alle in der Elektrophotographie dafür verwendeten und bekannten Schichten bezeich net. Diese können sowohl organische, als auch anor ganische Photoleiter mit und ohne Bindemittel, Zu sätze und Aktivatoren enthalten. Diese photoelek trisch leitenden Isolierschichten sind meist auf ein Trägermaterial aufgebracht, dessen Leitfähigkeit um einige Zehner-Potenzen höher liegt. Als solche Trä ger kann beispielsweise leitfähiges Papier und vor allem metallischer Träger, wie Aluminiumfolie, Ver wendung finden.
Falls auf Grund der stark flexiblen oder sonstigen an sich unerwünschten Materialeigenschaften der Isolierschicht eine Aufladung auf einer Flächenge- genelektrode nicht wünschenswert erscheint, kann in an sich bekannter Weise diese Schicht von beiden Seiten freihängend mit Ladungen von entgegenge setzten Vorzeichen besprüht werden. Für diesen Zweck kann die bisher beschriebene Entladungselek trode in gleicher Form auf beiden Seiten angeordnet sein.
Als zusätzlicher Vorteil des vorliegenden Verfah rens und der Vorrichtung ergibt sich, dass sich die Aufladungsstromstärke bzw. die Aufladungshöhe, in weiten Grenzen variieren lässt. Dieser Umstand ist in der Praxis von hoher Wichtigkeit, da die technischen Bedürfnisse verschiedene Aufladungshöhen bei vari ablen Stärken von Isolierschichten erforderlich machen.
Diese Variation kann bei der vorliegenden Apparatur und Verfahren auf dreierlei Weise bewirkt werden: 1. durch Veränderung des Abstandes zwischen der Spitze der Entladungselektrode und der Oberflä che der aufzuladenden Schicht, wobei mit steigendem Abstand die Stromstärke sinkt, 2. kann die Aufladungshöhe durch Veränderung der Durchlaufgeschwindigkeit der Isolierschicht vari iert werden. Die auf einem Flächenelement aufge sprühte Ladung ist in ihrer Höhe dabei umgekehrt proportional zur Grösse der Durchlaufgeschwindig- keit.
Als dritte Möglichkeit ergibt sich die Variation der Spannung. Die Vorrichtung erlaubt sowohl einen Betrieb mit einer Spannung, die nur ganz kurz ober halb derjenigen liegt, die nötig ist, um einen Entla dungsstrom fliessen zu lassen, als auch eine wesent lich höhere Spannung.
Bei Anwendung einer oder mehrerer dieser ge nannten Variationsmöglichkeiten zeigt sich als ent scheidender Vorteil, dass die Gleichmässigkeit der Aufladung voll erhalten bleibt.
Method and device for the electrostatic charging of insulating layers The invention relates to a method and a device for the electrostatic charging of insulating layers, in particular photoelectrically conductive insulating layers.
There are already known arrangements with which the surfaces of insulating layers, d. H. Material with dielectric properties that can be charged electrostatically. Most of the known arrangements use thin, high-voltage wires for this purpose, from which discharge currents emanate. As is known, however, this discharge along wires is very uneven. This results in a very uneven charging of the surface. This is particularly true when these wires are connected to the negative pole of a high voltage source. For numerous applications, e.g.
B. for electro photography, however, charging devices are required, with which larger areas can be charged completely evenly.
Various devices have also been proposed for improving the evenness of the call charge. Charging devices are known in which there is a wire mesh between the discharge wires or a series of discharge tips and the surfaces to be charged, which is held at a certain potential. Due to its electrostatic shielding effect, it ends the charging process after some time, namely when the call charge has reached the potential of the grid. The charging current decreases with increasing call charge, only to become zero when the final state is reached. In addition, the grid takes up a considerable part of the discharge current directed towards the surface to be covered.
For these reasons, these devices have the disadvantage that the grid limits the part of the discharge current that is effective for the call charge, the greater its homogenizing effect on the charge and that, in order to achieve a uniform charge, the aforementioned is achieved Final state must be awaited. The primary requirement for uniformity of the call charge therefore limits the charging speed to a considerable extent in this arrangement.
In another known charging device, a single discharge wire is surrounded by a shielding which has an opening which faces the surface to be charged and which is conductively connected to the mostly earthed base of the material to be charged. The shield absorbs most of the ion current emanating from the discharge wire and thus enables the charging device to be operated at relatively high voltages.
This ensures that the emission no longer only originates from individual points on the wire surface, as is the case with the absence of shielding, but rather extends relatively evenly over the wire surface. Even with this arrangement, however, the current yield and thus the possible charging speed decreases considerably with the increasing effectiveness of the shield.
An additional disadvantage common to all discharge wires is the great susceptibility to mechanical interference, which is all the more significant the greater the working width of the arrangement, ie. H. the longer the discharge wires are, as they tend to vibrate with increasing amplitude with increasing length, which on the one hand, the mechanical stress exerted, and on the other hand, the service life is considerably shortened by possible spark discharges. There are also known arrangements that consist of discharge tips that are arranged in a plane or on the circumference of .rotating cylinders.
The combination of tips with rods lying parallel to the material to be charged as auxiliary electrodes is also known, but these arrangements only entail very uneven charging, since rod-shaped auxiliary electrodes have no significant influence on the discharge current of the discharge electrode.
The purpose of the present invention is to eliminate the above disadvantages, accordingly the subject matter of the invention: I. A method for the electrostatic charging of insulating layers, in particular photoelectrically conductive insulating layers, which is characterized in that at least one discharge electrode which at least approximates perpendicular to the surface to be charged, on at least one counter electrode and on at least one auxiliary electrode, which is located near the effective part of the discharge electrode, but not in the direction of the at least approximately perpendicular extension of the discharge electrode to the surface to be charged,
and whose extension in the perpendicular direction to charge the material is greater than its distance from the effective part of the discharge electrode, electrical DC voltage is applied; and II. a device for performing the process, which is characterized by at least one discharge electrode which is at least approximately perpendicular to the surface to be charged and at least one auxiliary electrode, this auxiliary electrode in the vicinity of the effective part of the discharge electrode, but not in the direction which is arranged at least at an approximately vertical extension of the discharge electrode to the surface to be charged,
and where their extension in the direction perpendicular to the material to be charged is greater than their distance from the effective part of the discharge electrode.
With the aid of the method and the device according to the invention, a completely uniform charge of the insulating layer can be achieved at any height that is of interest in practice. At the same time, an unusually high working speed can be used, with the desirable requirements for uniformity and height of the charge being met even with a single pass through the layer to be charged.
In addition, the mechanical properties of the present arrangement have a positive effect on operational safety, handling and the constant reproducibility of the charge. In contrast to other arrangements, e.g. B. those with wires that tend to vibrate and therefore to unglei chen distances to the surface of the material to be charged. In the present case, the small extent of the spraying space of the discharge electrode in the transverse direction of the material to be charged can advantageously also be used to charge highly flexible layers, ie. H.
Material with low flexural rigidity or corrugated layers, since the charging current does not have to act at very different distances at the same time.
In an advantageous manner, only a single voltage source is required for the present inventive arrangement, in contrast to two or more voltage sources in the known arrangements with grids as auxiliary electrodes.
The inventive method and the device are to be described in more detail below with reference to drawings, for example.
Fig. 1 shows schematically the basic structure of the present device. Above the layer 4 to be charged, under which a grounded Gegenelek electrode 3 is arranged, are the discharge electrode 1 and the laterally arranged auxiliary electrodes 2 and 2a.
Fig.2 shows a front view of an Ausfüh approximately form that brings good results. The discharge electrodes 1 are designed as tips and connected to each other via a solid metal rod 5. One of the two auxiliary electrodes as shown in Fig.l under item 2a is omitted, while the second auxiliary electrode has been drawn. The position of the insulating layer 4 and the counter electrode 3 is also illustrated.
3 shows a preferred embodiment and application. The material 4 to be charged is grasped by the transport rollers 7 and 7a and pushed away via a roller-shaped counter-electrode 6 and grasped by the pulling rollers 7b and 7c and conveyed further. Here, too, charging takes place with the electrode arrangement as shown in principle in FIG.
Another embodiment, which also produces very good results, is shown in FIG. Both auxiliary electrodes, as shown in Fig. 1 under pos. 2 and 2a, are represented by rollers 8 and 9 with a sufficiently large diameter. These auxiliary electrodes are used in conjunction with the Gegenwal zen 8a and 9a at the same time to transport the Aufzula Denden or the charged material. Also in this arrangement, a roller-shaped Gegenelek electrode 6 and a, as shown in Fig. 1 discharge electrode 1 is attached to charge the material.
The individual parts of the arrangement according to the invention, as listed above only in principle, can be designed differently or varied within wide limits.
The basic requirement for the shape of the discharge electrode at hand is that it must be extended in an approximately perpendicular direction to the surface to be electrostatically charged. The side of the discharge electrode facing the surface to be charged is preferably designed as a tip or a cutting edge. If the discharge electrode is designed as a tip, it can, for. B. in the form of a needle, an acute triangle or a pointed cone. Wire ends can also be used in practice. Particularly good results are obtained if several of these tips are arranged side by side at right angles to the charging direction. The ends of these tips are placed under them on their side facing away from the material to be charged and with the voltage source in contact.
The connection of the individual discharge electrodes is preferably done with a mechanically stable connecting element. This can be a metal rod, a metal band or a stable plastic connection with a conductive core. It is also possible to work out the individual tips with known mechanical means from a solid metal strip.
The discharge electrode can, however, also be designed in the form of a strip, this strip carrying a cutting edge in the direction of the material to be charged. The thickness of the strip itself does not play a critical role. If such a cutting edge is used, the mechanical stability is naturally greater than when using tips, but it has also proven to be useful here to keep this cutting edge in a mechanically stable setting.
Naturally, the tips and cutting edges used can also be used in regular or non-regular, alternating combinations.
As mentioned, the discharge electrode must be stretched approximately perpendicular to the material to be charged, i. H. it must have a certain length. This length is not critical per se, it can amount to 50 mm, preferably between 2 and 30 mm. In practice, lengths of 20-25 mm have proven particularly useful. If tips are used for the discharge electrode, the distance between these tips can be varied within certain limits.
It has proven to be particularly favorable to select this distance, which is designated as d1 in FIG. 2, in such a way that it has a certain relationship to the distances between the auxiliary electrodes and the discharge electrode (designated as d2 in FIG. 1) and to the distance from the tip of the discharge electrode to the surface of the material to be charged, (denoted in Fig. 1 as d3). These relationships are explained in more detail below.
When selecting the material from which the discharge electrode can be made, it is important that this material has a sufficiently high electrical conductivity. Particularly good results are achieved if stainless steel, bronze or brass are used. One or two auxiliary electrodes are attached. These auxiliary electrodes must also be extended in a direction perpendicular to the material to be charged. In the present case, extended is understood to mean an elongated, flat shape; this can e.g. B. can be realized by a tape or a strip. The thickness of the strip is not critical.
It can be one or more millimeters. The extension of the auxiliary electrodes in the direction perpendicular to the material to be charged should be greater than or equal to 10 mm. The longitudinal extension of the auxiliary electrical should have approximately the same mass as the extension of the discharge electrode. The material from which the auxiliary electrode is made is in principle the same as that mentioned for the discharge electrode. In practice, a non-conductive carrier with a conductive coating has also been successful.
The distance between the auxiliary electrodes and the discharge electrode, which is denoted by d2 in FIG. 1, is defined in more detail below.
Furthermore, when arranging the auxiliary electrode, it must be ensured that its lower edge, i.e. H. the edge which faces the charged material should be the same or preferably closer to the material to be charged than the lower edge of the discharge electrode. The auxiliary electrodes are also connected to a voltage source.
One or two auxiliary electrodes can be used. If two auxiliary electrodes are used, it is not necessary that both have the same shape or shape, but they only need to meet the above conditions.
In a special embodiment, the auxiliary electrodes can also be designed as rollers if they have a sufficiently large diameter; these preferably rotating rollers can also take on the function of transporting the aufzula Denden or charged material in connection with counter rollers. In this embodiment it should be noted that the line of the roller-shaped auxiliary electrode which is closest to the discharge electrode is approximately at the level of the lower limit of this discharge electrode, i.e. H. the roller axis should be as high or lower in relation to the layer to be charged as the lower boundary line of the discharge electrode.
In all arrangements of the auxiliary electrodes, in addition to their distance to the discharge electrode, it must be ensured that they are not arranged within the space that is determined by the approximately perpendicular extension of the discharge electrode to the layer to be charged, i.e. H. that they do not reach into the discharge space between the effective part of the discharge electrode and the material to be charged. Here, the effective part of the discharge electrode is understood to be the end of this electrode facing the said material.
All known devices that can be used for this purpose can be used as counter electrodes. For example, the counter electrode can be designed in a simple manner as a plate or as a rotating or pulling roller. Multiple counter electrodes can also be used. The counter electrode is also connected to the pole of a voltage source or is grounded. The voltage required for charging can be taken from a known DC voltage source that can be used for this purpose. One pole of this voltage source is connected to the discharge electrode, while the other Fol is connected to the auxiliary electrodes and to the counter electrode.
The last-mentioned pole is normally connected to earth potential, with the auxiliary electrodes and counter electrode also being earthed.
For the selection of the voltage level at the voltage source at a certain required charge level of the layer to be charged, in practice mostly the shape of the discharge electrode, its formation at the tip and the distance between the end point of this discharge electrode and the charged layer and the auxiliary electrodes to be observed. These relationships are not very critical; in practice, however, a high current density will usually be aimed for, which naturally requires a high voltage.
As mentioned above, the distances d1, d2 and d3 play an important role for the evenness and speed of charging. The general principle is that d3 is greater than d2 and d2 is greater than d ,. Good results are achieved here in practical implementation if the distance d3 is selected to be approximately 10 mm or greater; it can preferably be between 13 and 18 mm.
A ratio of 3: 2: 1 has proven to be favorable for the relationship between d3, d, and dl. It is possible to deviate from these ratios to a greater or lesser extent, however, it must always be noted that d2 and d3 are not so small. may be chosen that arcing occurs.
With the device and the method described, insulating layers, in particular photoelectrically conductive insulating layers, can be charged with the advantages mentioned above. In principle, any suitable insulating layer can be used, e.g. B. plastic films, such as thermosetting and thermoplastic materials, z. B. polyvinyl chloride, polyethylene, polyester films. The present method and the device can be used particularly advantageously for charging photoelectrically conductive insulating layers.
In the present case, all layers known and used for this purpose in electrophotography are designated as such photo semiconductor layers. These can contain both organic and inorganic photoconductors with and without binders, additives and activators. These photoelectrically conductive insulating layers are usually applied to a carrier material whose conductivity is a few powers of ten higher. As such carriers, for example, conductive paper and, above all, metallic carriers such as aluminum foil, can be used.
If, due to the highly flexible or other inherently undesirable material properties of the insulating layer, charging on a flat counterelectrode does not appear desirable, this layer can be sprayed freely hanging from both sides with charges of opposite signs in a manner known per se. For this purpose, the previously described discharge electrode can be arranged in the same form on both sides.
An additional advantage of the present method and the device is that the charging current strength or the charging level can be varied within wide limits. This fact is of great importance in practice, since the technical requirements make it necessary to have different charging levels with variable thicknesses of insulating layers.
This variation can be brought about in three ways with the present apparatus and method: 1. by changing the distance between the tip of the discharge electrode and the surface of the layer to be charged, the current intensity decreasing with increasing distance, 2. the level of charge can be changed by changing the Throughput speed of the insulating layer can be varied. The height of the charge sprayed onto a surface element is inversely proportional to the size of the throughput speed.
The third possibility is to vary the voltage. The device allows both operation with a voltage that is only very briefly above half that which is necessary to allow a discharge current to flow, as well as a wesent Lich higher voltage.
When using one or more of these mentioned variation options, it turns out to be a decisive advantage that the uniformity of the charge is fully preserved.