DE1222598B

DE1222598B - Device for the electrostatic charging or discharging of surfaces of dielectric or photoconductive materials

Info

Publication number: DE1222598B
Application number: DER38743A
Authority: DE
Inventors: Guenter Mache; Gerhard Ritzerfeld
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1964-09-07
Filing date: 1964-09-07
Publication date: 1966-08-11
Also published as: GB1113204A; FR1447570A; CH446899A

Description

Vorrichtung zur elektrostatischen Auf- oder Entladung von Oberflächen dielektrischer oder photoleitender Stoffe Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur elektrostatischen Auf- oder Entladung von Oberflächen dielektrischer oder photoleitender Stoffe insbesondere für das elektrostatische Druck- und Kopierverfahren, bei der an Elektroden die aufzuladenden bzw. die zu entladenden Oberflächen der auf einer Gegenelektrode angeordneten dielektrischen oder photoleitenden Stoffe vorbeigeführt werden.Device for electrostatic charging or discharging of surfaces dielectric or photoconductive materials The invention relates to a device for electrostatic charging or discharging of dielectric or photoconductive surfaces Substances in particular for the electrostatic printing and copying process in which on electrodes the surfaces to be charged or the surfaces to be discharged on a Counterelectrode arranged dielectric or photoconductive substances passed will.

Zur elektrostatischen Aufladung von dielektrischen Oberflächen bedient man sich vorzugsweise einer Einrichtung, die ein oder mehrere Elektroden enthält, welche von einer Hochspannungsquelle gespeist werden. Die Elektroden besitzen eine Oberflächenausbildung mit sehr kleinem Krümmungsradius, um durch eine starke Verdichtung des elektrischen Kraftlinienfeldes einen Ionenstrom zu erzeugen. Dieser üblicherweise als Koronaentladung bezeichnete Ionenstrom transportiert die elektrische Ladung zur aufzuladenden dielektrischen Oberfläche und gibt dort seine Ladung ab.Used for electrostatic charging of dielectric surfaces one preferably looks for a device that contains one or more electrodes, which are fed by a high voltage source. The electrodes have a Surface formation with a very small radius of curvature in order to achieve a strong compression of the electric force line field to generate an ion current. This usually Ion current called corona discharge transports the electrical charge to the dielectric surface to be charged and releases its charge there.

Die zur Erzeugung des Ionenstromes bekanntgewordenen Elektrodenformen bestehen entweder aus nadelartigen Spitzen oder feinen Drähten. Demzufolge ist zur gleichzeitigen Aufladung von ausg . edehnteren Flächen die Elektrodeneinrichtung als Nadelbrett, Bürste oder Drahtgitter ausgebildet. Größere Oberflächen werden durch Vorbeiführen der aufzuladenden Fläche an rotierenden Bürsten oder Nadelwalzen oder an einer Anordnung von ein, oder mehreren parallelen Drähten, beheizt oder nicht be-,heizt, aufgeladen.The electrode shapes that have become known for generating the ion current consist either of needle-like tips or fine wires. As a result, the simultaneous charging of excl . On extended surfaces, the electrode device is designed as a needle board, brush or wire mesh. Larger surfaces are charged by moving the surface to be charged past rotating brushes or needle rollers or an arrangement of one or more parallel wires, heated or not heated.

Um eine möglichst gleichmäßige Aufladung der dielektrischen Fläche zu erzeugen und auch aus fertigungstechnischen Gründen, hat sich in der Praxis besonders die Anordnung von ein oder mehreren parallelen Drähten durchgesetzt, an denen die aufzuladende Fläche vorbeigeführt wird. Jedoch ist auch die Anwendung von derartigen Drahtelektroden nicht frei von Nachteilen. Um den Hochspannungsbetrag an den Elektroden zur Erreichung eines bestimmten lonenstromes möglichst klein zu halten, ist man gezwungen, sehr dünne Drähte zu verwenden. Man geht hierbei bis an die Grenze des mechanisch und technisch Zumutbaren und verwendet Drähte von etwa 50 Mikrometer Durchmesser. Solche feinen Drähte hängen bei dem anzulegenden Spannungspotential von etwa 5000 V infolge der elektrischen Anziehung bereits durch und können die Ursache für eine ungleichmäßige Aufladung sein. Auch haben solche feinen Drähte eine nicht sehr große Lebensdauer, da das Drahtmaterial durch Zerstäubung mit der Zeit abgetragen wird, hinzu kommt, daß sie bei FunkenüberschIägen leicht zerstört werden.In order to generate the most uniform possible charging of the dielectric surface and also for reasons of production engineering, the arrangement of one or more parallel wires, past which the surface to be charged is passed, has become particularly popular in practice. However, the use of such wire electrodes is not free from disadvantages either. In order to keep the amount of high voltage at the electrodes as small as possible in order to achieve a certain ion current, one is forced to use very thin wires. This goes to the limit of what is mechanically and technically reasonable and wires with a diameter of about 50 micrometers are used. Such fine wires already sag at the voltage potential of about 5000 V to be applied due to the electrical attraction and can be the cause of uneven charging. Such fine wires also do not have a very long service life, since the wire material is worn away by atomization over time, and in addition , they are easily destroyed in the event of arcing.

Erfindungsg'emäß werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß die Elektroden aus dünnen Bändern bestehen, deren eine Bandkante der Oberfläche der dielektrischen Stoffe zugewandt ist. Zweckmäßigerweise weist die der aufzuladenden Oberfläche des dielektrischen Stoffes zugewandte Kante eine - geningere Stärke'als 0,1 mm auf. Die Bandelektrode kann aus einem bei einer Temperatur von über 8001 C schmelzenden Metall oder einer'Legierung, wie beispielsweise Stahl oder Edelstahl, bestehen. Die Bandelektrode kann auch als dünne Metallschicht einseitig auf einem Träger aus nichtreitendem Stoff mit geringer Dielektrizitätskonstante und nicht begrenzter Dicke aufgebracht sein. Die Bandelektrode kann außerdem zwecks Versteifung ihrer Längsrichtung in ihrer Querrichtung zu einem zweckentsprechenden und der jeweiligen Halterung angepaßten Profil gebogen sein.According to the invention, these disadvantages are avoided in that the electrodes consist of thin strips, one edge of which faces the surface of the dielectric material. Conveniently, the the charged surface of the dielectric substance edge facing a - geningere Stärke'als 0.1 mm. The band electrode may consist of a melt at a temperature of about 8001 C or einer'Legierung metal, such as steel or stainless steel, are made. The strip electrode can also be applied as a thin metal layer on one side on a carrier made of non-riding material with a low dielectric constant and unlimited thickness. In order to stiffen its longitudinal direction, the strip electrode can also be bent in its transverse direction to an appropriate profile adapted to the respective holder.

Vergleichende Spannungsmessungen bei einem bestimmten Ionenstrom haben ergeben, daß bei gleichem Flächeninhalt des Draht- und Bandquerschnittes die für das Band benötigte lonisationsspannung geringer ist.Have comparative voltage measurements at a given ion current show that with the same area of the wire and strip cross-section, the for the band required ionization voltage is lower.

F i g. 1 zeigt ein Diagramm, in welchem die relative Spannungszunahme in Abhängigkeit von der relativen Zunahme der Querschnitte von Draht und Band dargestellt ist. Diese relative Ionisationsspannungs- und Querschnittszunahme basiert auf dem gemessenen Spannungswert zweier Drähte gleichen Flächeninhaltes mit quadratischem und rundem Querschnitt bei konstantem Ionenstrom, wobei der quadratische Querschnitt des einen Drahtes als Grenzfall eines Bandes aufzufassen ist. Während der quadratische Draht mit zunehmendem Flächeninhalt seines Querschnittes zu einem Band bei konstanter Dicke linear verbreitert wird, wächst die Dicke des runden Drahtes proportional zur Quadratwurzel des Flächeninhaltes seines Querschnitts.F i g. 1 shows a diagram in which the relative increase in tension is shown as a function of the relative increase in the cross-sections of wire and strip. This relative increase in ionization voltage and cross-section is based on the measured voltage value of two wires with the same surface area with a square and round cross-section at a constant ion current, whereby the square cross-section of one wire is to be understood as a borderline case of a ribbon. While the square wire is widened linearly with increasing area of its cross-section to form a band with constant thickness, the thickness of the round wire increases proportionally to the square root of the area of its cross-section.

Auf der Abszisse des Diagramms ist die Zunahme des Flächeninhaltes im logarithmischen Maßstab aufgetragen. Dadurch erhält man für den runden Draht einen angenähert geradlinigen Verlauf des Spannungsanstiegs, dessen Zunahme in der- Ordinate linear aufgetragen ist. Im Bereich der kleineren Flächeninhaltszunahme verläuft der Spannungsanstieg des Bandes ebenfalls fast geradlinig, sie weicht je- doch bei höheren Zunahmewerten von der Geraden ab, um asympthotisch einem Spannungsendwert zuzustreben. Diese Divergenz des Verlaufs beider Kurven veranschaulicht, daß die lonisationsspannung bei sehr dünnen Bändern gegenüber runden Drähten gleichen Querschnitts erheblich kleiner ist, wodurch entweder bei unverändertem Abstand von Elektrode .und Gegenelektrode die Sicherheit gegen Funken--überschlag verbessert wird, oder bei unveränderter Überschlagssicherheit durch Annäherung der beiden Elektroden die lonisationsspannung noch weiter verringert werden kann.On the abscissa of the diagram, the increase in the area is plotted on a logarithmic scale. This results in an approximately straight course of the voltage increase for the round wire, the increase of which is plotted linearly on the ordinate. In the area of the smaller surface area increase the voltage rise runs the tape also an almost straight line, it deviates JE but at higher values increase from the straight off to strive towards asympthotisch a final voltage value. This divergence of the course of the two curves shows that the ionization voltage is considerably smaller in the case of very thin ribbons compared to round wires of the same cross-section, which either improves the security against arcing if the distance between the electrode and the counter-electrode is unchanged, or if the flashover security remains unchanged by approaching them of the two electrodes, the ionization voltage can be reduced even further.

-_Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeid:mungen dargestellt und in der folgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt F i g. 2 ein in Mäanderform um die Haltestifte eines nicht dargestellten Koronaentladungskopfes gewickelte Bandelektrode, Fig. 3 den Querschnitt einer als Elektrode dienenden Oberfläche, Kunststoffleiste mit einseitig metallisierter # Fig. 4-eine-räumlich dargestellte Bandelektrode, die mit einer Sicke versehen ist> Tig..5 eine Elektrode, die in der Querrichtung rechtwinklig abgebogen und mit Befestigungslöchern versehen ist, )Fig. 6 eine Elektrode mit Halterungsstab, die in ihrer Querrichtung zu einem zweckentsprechenden Profil gebogen ist, l# F i g. 7 eine im Querschnitt dargestellte Anordnung zur elektrostatischen Aufladung. von dielektrischen Flachdruckformen mittels Bandelektroden, F i g. 8 die unter We gl a s.un s g der Seitenwände dargestellte Seitenansicht eines nach dem elektrostaiischen Druckverfahren arbeitenden Rotationsvervielfältigers, Fig. 9 die Seitenansicht eines Rotationsverviel-7 fältigers mit einer Entladungsschiene zur Entladung von elektrostatischen Aufladungen der Gegendruckwalze.-_Exemplary examples of the invention are shown in the Zeid: mungen and explained in the following description. It shows F i g. 2 a band electrode wound in a meandering shape around the retaining pins of a corona discharge head (not shown), FIG. 3 the cross section of a surface serving as an electrode, plastic strip with one side metallized # FIG. 5 an electrode which is bent at right angles in the transverse direction and provided with fastening holes,) Fig. 6 shows an electrode with a holding rod which is bent in its transverse direction to a suitable profile, FIG . 7 shows an arrangement for electrostatic charging, shown in cross section. of dielectric planographic printing forms by means of tape electrodes, FIG. 8 shows the side view of a rotary duplicator operating according to the electrostatic printing process, shown under the side walls, Fig. 9 shows the side view of a rotary duplicator with a discharge bar for discharging electrostatic charges from the counter-pressure roller.

Gemäß der Erfindung soll die eine Bandkante der Bandelektrode der aufzuladenden dielektrischen Oberfläche zugewandt sein. Dieses ist bereits aus der Darstellung des mäanderförmig um die Haltestifte 5 gewickelten Elektrodenbandes 4 in F i.g. 2 zu erkennen. Besonders - deutlich geht dieses auch aus F i g. 7 hervor. Die in F i g. 7 dargestellte Anordnung zur elektrostatischen Aufladung einer elektrischen Flachdruckform zeigt den Koronaentladungskopf 12 mit der Bandelektrode 4 im Querschnitt, die mit ihrer einen Bandkante der sich relativ zum Entladungskopf bewegenden dielektrischen Oberfläche der elektrischen Flachdruckforrn 13 zugewandt ist.According to the invention, the one band edge of the band electrode should face the dielectric surface to be charged. This can already be seen from the representation of the electrode strip 4 wound in a meandering shape around the retaining pins 5 in FIG. This is particularly evident from FIG. 7 emerges. The in F i g. The arrangement shown in FIG. 7 for the electrostatic charging of an electrical planographic printing form shows the corona discharge head 12 with the strip electrode 4 in cross section, one edge of which faces the dielectric surface of the electrical planographic printing form 13 moving relative to the discharge head.

Das gleiche Anordnungsprinzip zeigt F i g. 8, in der die wichtigsten Elemente eines nach dem elektrostatischen Druckverfahren arbeitenden Rotationsvervielfältigers dargestellt sind. Er besteht im wesentlichen aus der um die Achse 15 rotierenden Drucktrommel 14. Die Drucktrommeloberfläche wird zum großen Teil von dem Druckformoriginal 16 eingenommen, das durch die Klemme 17 gehalten wird. 12 ist der Koronaentladungskopf, der die Bandelektrode 4 enthält, durch die das Druckformoriginal 16 elektrostatisch aufgeladen wird.The same arrangement principle is shown in FIG. 8, which shows the most important elements of a rotary duplicator using the electrostatic printing process. It consists essentially of the printing drum 14 rotating about the axis 15. The printing drum surface is largely occupied by the printing form original 16 , which is held by the clamp 17 . 12 is the corona discharge head which contains the belt electrode 4 through which the printing forme original 16 is electrostatically charged.

In einigen Fällen ist es konstruktiv vorteilhafter, die Bandelektrode derart zu versteifen, daß sie in Form einer Elektrodenleiste benutzt werden kann. Es ist deshalb zweckmäßig, eine Leiste aus elektrisch nicht leitfähigem Material mit einer dünnen bandförmigen Metallauflage zu versehen. In F i g. 3 ist eine derartige Elektrodenleiste dargestellt. Sie besteht aus dem elektrisch nichtleitenden Träger 6, auf den die Metallauflage 7 aufgebracht ist. Das Material des Trägers soll außerdem eine möglichst kleine Dielektrizitätskonstante besitzen, um größere Feldverzerrungen durch den Träger zum Nachteil der Kraftliniendichte an der Kante der Metallauflage zu vermeiden.In some cases it is structurally more advantageous to stiffen the strip electrode in such a way that it can be used in the form of an electrode strip. It is therefore advisable to provide a strip made of electrically non-conductive material with a thin strip-shaped metal layer. In Fig. 3 shows such an electrode strip. It consists of the electrically non-conductive carrier 6 to which the metal coating 7 is applied. The material of the carrier should also have the lowest possible dielectric constant in order to avoid major field distortions by the carrier to the detriment of the density of force lines at the edge of the metal coating.

In anderen Fällen genügt es, das Elektrodenband in seiner Längsrichtung durch Anbringen einer Sicke zu versteifen, wie das bei Elektrode 8 der F i g. 4 zu ersehen ist. Zur Versteifung in ihrer Längsrichtung kann das Band auch in seiner Querrichtung rechtwinklig abgebogen und dieser Teil mit Befestigungslöchern versehen werden, wie das in F i g. 5 bei der Elektrode 9 gezeigt ist. Schließlich kann das Band in Anpassung an den jeweiligen Halterungsstab in seiner Querrichtung- zu einem zweckentsprechenden Profil gebogen werden, wie das in F i g. 6 bei der Elektrode 10 in Anpassung an -den Halterungsstab 11 geschehen ist Prinzipiell kann man eine Elektrode, die zur elektrischen Aufladung von dielektrischen Oberflächen keeignet ist, auch zur Entladung von elektrostatischen Ladungen auf dielektrischen Oberflächen benutzen. Während bei der Aufladung ein gewisser Mindestabstand der Elektrode zu der als Gegenelektrode dienenden dielektrischen Oberfläche einzuhalten ist, um Funkenüberschläge zu vermeiden, ist es bei der Entladung erforderlich,. mit der Elektrode so nahe wie möglich an die geladene Oberfläche heranzugehen.In other cases it is sufficient to stiffen the electrode strip in its longitudinal direction by applying a bead, as is the case with electrode 8 in FIG. 4 can be seen. For stiffening in its longitudinal direction, the tape can also be bent at right angles in its transverse direction and this part can be provided with fastening holes, as shown in FIG. 5 is shown at the electrode 9 . Finally, the band can be bent in its transverse direction to adapt to the respective support rod to form an appropriate profile, as shown in FIG. Is done in adaptation to -the support rod 11 in the electrode 10 6 may, in principle, to use an electrode which is keeignet for electrically charging of dielectric surfaces and for discharge of electrostatic charges on dielectric surfaces. While a certain minimum distance between the electrode and the dielectric surface serving as the counter-electrode must be maintained during charging in order to avoid arcing, it is necessary during discharge. get the electrode as close as possible to the charged surface.

Als Funktionsgröße hat der Elektrodenabstand den stärksten Einfluß auf die zum Einsetzen des lonenstromes erforderliche Mindestgröße des elektrischen Spannungspotentials U". Das Ladungspotential der dielektrischen Oberfläche kann bei der Aufladung nur die Spannung U, erreichen, um der Gleichung U" = U - U, zu genügen, wobei U das nach dem Innenwiderstand der Spannungsquelle wirksam werdende Spannungspotential ist. Bei der Entladung wird zur lonisierung der Luft das Ladungspotential der dielektrischen Oberfläche als Spannungsquelle wirksam. Es kann bei der Entladung nur bis zu der Restspannung U" vermindert: werden, die sich aus dem Elektrodenabstand ergibt.As a functional variable, the electrode spacing has the greatest influence on the minimum size of the electrical voltage potential U "required for the onset of the ionic current. The charge potential of the dielectric surface can only reach the voltage U, during charging, in order to satisfy the equation U" = U - U , where U is the voltage potential that becomes effective after the internal resistance of the voltage source. During the discharge, the charge potential of the dielectric surface acts as a voltage source to ionize the air. During the discharge, it can only be reduced to the residual voltage U ": which results from the distance between the electrodes.

Als Entladungselektroden sind die in den F i g. 3 bis 6 dargestellten Elektrodenformen besonders gut geeignet. Ein Anwendungsbeispiel zeigt F i g. 9, in der die Seitenansicht der für diese Betrachtung wichtigsten Elemente eines Rotationsvervielfältigers dargestellt ist. Er besteht im. wesentlichen aus der um die Achse 15 rotierenden Drucktrommel 14, auf deren Oberfläche das Druckformoriginal 16 anliegt. 18 ist eine Gegendruckwalze, deren Betriebsdruck durch den Lagerhebel 19 eingestellt werden kann. Die während des Betriebes auf der Gummioberfläche der Gegendruckwalze sich entwickelnde, störende elektrische Ladung wird durch die Entladungselektrode entfernt. Sie besteht aus der elektrisch nichtleitenden Leiste 6, die als Träger der Metallauflage 7 dient. Diese Metallauflage ist über den Haltewinkel 20 elektrisch leitend mit der Gehäusemasse verbunden.The discharge electrodes shown in FIGS. 3 to 6 shown electrode shapes are particularly well suited. An application example is shown in FIG. 9, which shows the side view of the elements of a rotary duplicator that are most important for this consideration. It consists in. essentially from the printing drum 14 rotating about the axis 15 , on the surface of which the printing forme original 16 rests. 18 is a counter pressure roller, the operating pressure of which can be adjusted by the bearing lever 19. The disruptive electrical charge that develops on the rubber surface of the counter-pressure roller during operation is removed by the discharge electrode. It consists of the electrically non-conductive strip 6, which serves as a carrier for the metal support 7 . This metal support is connected in an electrically conductive manner to the housing ground via the bracket 20.

Claims

Claims. 1. Device for the electrostatic charging or discharging of surfaces of dielectric or photoconductive substances, in particular for the electrostatic printing and copying process, in which the electrodes to be charged or the surfaces to be discharged of the dielectric or photoconductive substances arranged on a counter electrode are passed, d a d urch in that the electrodes consist of thin strips (4) whose one band edge of the surface of the dielectric material facing.

2. Device according to claim 1, characterized in that the edge facing the surface of the dielectric material to be charged has a thickness less than 0.1 mm . 3. Device according to claims 1 or 2, characterized in that the strip electrode (4) consists of a metal or an alloy such as steel or stainless steel which melts at a temperature of over 800 ° C. 4. Device according to claims 1 to 3, characterized in that the strip electrode (4) is applied as a thin metal layer (7) on one side on a carrier (6) made of non-conductive material with a low dielectric constant and unlimited thickness. 5. Device according to claims 1 to 4, characterized in that the strip electrode (4) for the purpose of stiffening its longitudinal direction, in its transverse direction has an appropriate profile adapted to the respective holder.