DE1447048B2

DE1447048B2 - Elektrostatisches aufzeichnungsverfahren und aufzeichnungs material zu seiner durchfuehrung

Info

Publication number: DE1447048B2
Application number: DE19591447048
Authority: DE
Inventors: Herman West Chester Benn Robert E Broomall Pa Epstein (V St A)
Original assignee: Burroughs Corp , Detroit, Mich (V St A)
Priority date: 1958-02-12
Filing date: 1959-02-06
Publication date: 1971-03-04
Also published as: FR1220262A; GB893842A; DE1447048A1; US3441437A

Description

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Die Erfindung betrifft ein elektrostatisches Auf- der das Ladungsbild berührenden Entwicklerschicht zeichnungsverfahren, bei welchem auf der Oberfläche und der freien Oberfläche des Schichtträgers eine einer auf dem Schichtträger angeordneten Auf zeich- elektrische Verbindung aufrechterhalten wird,
nungsschicht eines Aufzeichnungsmaterials ein La- Das elektrisch leitende Entwicklerpulver bildet

dungsbild erzeugt und mit einem pulverförmigen 5 dabei mindestens einen Teil der elektrischen VerEntwickler entwickelt wird; sie betrifft ferner ein bindung zwischen dem im Vergleich zur Aufzeichinsbesondere für die Durchführung dieses Verfahrens nungsschicht relativ niederohmigen Schichtträger und geeignetes Aufzeichnungsmaterial mit einem Schicht- der hochohmigen Aufzeichnungsschicht, wenn das träger und einer Aufzeichnungsschicht. Aufzeichnungsmaterial die Entwicklungsstation

Aus der britischen Patentschrift 784 450 ist es io durchläuft. Durch diese elektrische Verbindung fließt bekannt, auf einem Aufzeichnungsmaterial ein La- dabei ein Strom, und zwar verursacht von der Ladungsbild zu erzeugen. Die für dieses Bild erforder- dung des Ladungsbildes und dieser Strom bewirkt, liehe Ladung wird über Entladungselektroden auf- daß die Tonerteilchen, die an den Stellen des Lagebracht, die eine Aufladung auf dem Aufzeichnungs- dungsbildes gegen die Aufzeichnungsschicht anliegen, material bewirken. Das Aufzeichnungsmaterial kann 15 an der Aufzeichnungsschicht haften,
aus einer Aufzeichnungsschicht aus einem 0,5 mm Mit Vorteil wird dabei das Verfahren so ausge-

dicken Polyäthylenfilm auf einem 3 mm dicken bildet, daß die elektrisch leitende Verbindung durch Papiersubstrat als Schichtträger bestehen. — Nach Eintauchen des Aufzeichnungsmaterials in das leidem Aufbringen der elektrischen Ladung wird das tende Entwicklerpulver hergestellt wird, d. h., das Aufzeichnungsmaterial durch eine Entwicklungs- 20 Entwicklerpulver stellt selbst zumindest einen großen Station gezogen, die ein Entwickler- bzw. Toner- Teil des elektrischen Verbindungsweges her.
pulver enthält, welches an den elektrischen Ladungen Die hochohmige Aufzeichnungsschicht zusammen

haftet und somit das Ladungsbild zu einem sieht- _mit dem gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung baren Tonerbild entwickelt. Von der Entwicklungs- der Erfindung um mindestens drei Zehnerpotenzen station wird dann das Tonerbild einer Fixierstation 25 niederohmigeren Schichtträger haben eine Zeitkonzugeführt, die das Tonerpulver mittels Hitze und stante, die hoch genug ist, um die frisch aufgeladenen Druck auf dem Aufzeichnungsmaterial fixiert. Tonerteilchen am Aufzeichnungsmaterial festzuhal-

Dieses bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß ten, bis sie an ihrer richtigen Stelle fixiert sind. Die die Tonerpulverteilchen auch an Stellen des Auf- Tonerteilchen, die gegen ungeladene Teile der Aufzeichnungsträgers haftenbleiben, die nicht Bestand- 30 Zeichnungsschicht anliegen, werden gemäß einer teil des Bildes sind, so an der Rückseite des Auf- weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung Zeichnungsmaterials, wo während der Erzeugung des vom Aufzeichnungsmaterial abgeschüttelt und ge-Ladungsbildes auf der Vorderseite Ladungen indu- gebenenfalls sogar abgesaugt, nachdem dieses aus ziert worden sind, und an Stellen sowohl auf der dem Entwicklerpulver ausgetreten ist; dies ist mög-Vorder- wie auf der Rückseite des Aufzeichnungs- 35 Hch, da keine Ladung vorhanden ist, durch die sie materials, wo dieses zufällig elektrische Ladungen festgehalten werden und die an den geladenen Bildeingefangen hat. Außerdem laden sich einige Toner- bereichen sitzenden Tonerteilchen verstärkt festgeteilchen während sie sich in dem Behälter für das halten werden.

Tonerpulver befinden auf, und diese Ladungen lassen I_n dieser Weise erhält man eine bessere BiId-

die Tonerteilchen an ganz beliebigen Stellen des 40 qualität als bei Entwicklungsverfahren, welche ein Aufzeichnungsmaterials haften. Entwicklungspulver verwenden, das selbst eine La-

Hinzu kommt, daß einige Tonerteilchen, die Teil dung aufweist, damit es gegen eine entgegengesetzte des Bildes sind, durch Erschütterungen vom Auf- Ladung eines Ladungsbildes angezogen wird. — Mit Zeichnungsmaterial abfallen, nachdem dieses die dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man also Entwicklungsstation verlassen hat, ehe es die Fixier- 45 eine hohe Ladungsdichte, durch die die 'Tonerstation erreicht hat, weil sie von der Ladung auf teilchen sicher festgehalten werden, bis sie fixiert demselben nicht stark genug festgehalten werden. sind. Diese Ladungsdichte besteht dabei ausreichend Dies ist eine Folge davon, daß die Ladungen nicht lange, so daß das Bild die Fixierstation erreichen dicht genug sind. kann. Tonerteilchen, die gegen ungeladene Ober-

Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile des 50 flächenteile zur Anlage kommen, werden nicht anbekannten Verfahrens zu vermeiden und ein ver- gezogen und gelangen nicht zur Fixierstation,
bessertes Verfahren sowie ein für dieses besonders Ein erfindungsgemäßes Aufzeichnungsmaterial der

geeignetes Aufzeichnungsmaterial zu schaffen, wobei eingangs genannten Art ist in vorteilhafter Weise das Verfahren insbesondere eine erhöhte Ladungs- dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsdichte des Ladungsbildes erzeugen und gleichzeitig 55 schicht einen spezifischen Widerstand von , nicht unerwünschte Ladungen an anderen Stellen des Auf- weniger als 10¹³ Ohm · cm und der Schichtträger Zeichnungsmaterials weitgehend eliminieren soll. einen spezifischen Widerstand von nicht mehr als

Erfindungsgemäß wird dies bei einem eingangs 10⁹ Ohm ■ cm hat. Ein solches Material hat sich in genannten Verfahren dadurch erreicht, daß ein Auf- der Praxis als sehr vorteilhaft für schnelle und dabei Zeichnungsmaterial mit einer Aufzeichnungsschicht 60 kontrastreiche Aufzeichnungen erwiesen, die frei von verwendet wird, deren Widerstand gegenüber dem Bilduntergrundstörungen sind. — Durch geeignete des Schichtträgers proportional zu der zu wählenden Auswahl der Werkstoffe für das Aufzeichnungs-Zeitspanne zwischen Erzeugung des Ladungsbildes material kann man die Zeitkonstanten der in Be- und Abschluß der Entwicklung hochohmig ist, und tracht kommenden Entladekreise einstellen. Durch daß die das Ladungsbild tragende Oberfläche mit 65 entsprechende Festlegung dieser Zeitkonstanten kann einer Anhäufung eines Entwicklers aus elektrisch man die Abmessungen des Geräts zur Durchführung leitenden Tonerteilchen in Berührung gebracht wird, des erfindungsgemäßen Verfahrens klein halten,
wobei während des Entwicklungsvorgangs zwischen In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungs-

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formen der Erfindung als Beispiele dargestellt. Es elektrische Entladung zwischen jeder der beauf-

-zeigt schlagten Elektroden 20 und der Gegenelektrode 14

F i g. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Ausfüh- eingeleitet wird. Durch Ionisierungsstöße entsteht

rung des elektrostatischen Aufzeichnungsverfahrens, eine Lawine von Ladungsträgern, d. h. von Elektro-

F i g. 2 in größerem Maßstab einen Schnitt nach 5 nen und/oder Ionen, die sich rasch quer zum Spalt

der Linie2-2 der Fig. 1, verbreitert. Wenn sich das Aufzeichnungsmaterial 10

F i g. 3 ein Beispiel der elektrostatischen Auf- nicht im Spalt befände, würde die Bildung einer

zeichnung, solchen Lawine sofort zu einer vollständigen und

Fig. 4 in größerem Maßstab einen Teil der Auf- durchschlagenden Entladung führen.

Zeichnungsstation einer elektrostatischen Aufzeich- io Es wird angenommen, daß die Beendigung der

nungsvorrichtung, Entladung aus den folgenden Gründen erfolgt. Die

Fig. 5 schematisch entsprechend Fig. 4 die Lawine der Ladungsträger breitet sich quer zum idealisierte Verteilung von elektrischen Ladungen Spalt aus, bis ihre Vorderkante die Oberfläche 31 auf dem Aufzeichnungsmaterial nach der Herstellung der dielektrischen Aufzeichnungsschicht 30 des Aufeines geladenen Bereiches, wenn der Schichtträger 15 Zeichnungsmaterials 10 berührt. Dort hört die Ausaus Material von hohem spezifischen Widerstand breitung auf, und die Elektronen und die negativ besteht, geladenen Ionen werden gemäß F i g. 4 als Ober-

F i g. 6 schematisch entsprechend F i g. 4 die flächenladung auf der Aufzeichnungsschicht 30 von

idealisierte Verteilung von elektrischen Ladungen auf hohem spezifischem Widerstand abgelagert. Die

dem Aufzeichnungsmaterial, wenn der spezifische 20 Lawine wächst zwar nicht weiter an, aber infolge

Widerstand des Schichtträgers innerhalb des durch der wirksamen Spannung lagert sie weiter Elektronen

die Erfindung gegebenen Bereichs liegt, und negativ geladene Ionen auf der dielektrischen

F i g. 7 schematisch in größerem Maßstab das Aufzeichnungsschicht 30 ab, bis sich durch das Auf-

Entwickeln eines Aufzeichnungsmaterials, das einen Zeichnungsmaterial 10 hindurch eine Gegenspannung

Schichtträger von geringem spezifischem Widerstand 45 ausbildet. In dem Maße, in dem die Gegenspannung

aufweist, zunimmt, nimmt die wirksame Spannung zwischen

Fig. 8 das elektrische Ersatzschaltbild zu Fig. 7, der erregten Elektrode 20 und der Oberfläche 31 der

F i g. 9 schematisch die Verteilung der Ladungen dielektrischen Aufzeichnungsschicht 30 ab, bis die und der Tonerteilchen, wenn der Schichtträger des Spannung an der Oberfläche 31 der dielektrischen Aufzeichnungsmaterials aus Material von geringem 30 Schicht 30 so groß ist, daß keine weitere Ansammspezifischem Widerstand hergestellt ist, lung oder Ablagerung von elektrischen Ladungen auf

F i g. 10 das elektrische Ersatzschaltbild zu F i g. 4, der Aufzeichnungsschicht 30 mehr erfolgt.

Fig. 11 schematisch die Verteilung der Ladungen Der Querschnitt der Entladung wird dadurch be-

und der Tonerteilchen nach Abschluß des Entwick- stimmt, daß die elektrische Feldstärke senkrecht von

lungsvorgangs, wenn der Schichtträger aus Material 35 der Achse der Spitzenelektrode 20 rasch auf eine

von hohem spezifischem Widerstand hergestellt ist. kritische Feldstärke abnimmt, bei welcher eine

Gemäß Fig. 1 läuft das Aufzeichnungsmaterial 10 kumulative Ionisation nicht mehr erfolgt. Diese von einer Vorratsspule 12 in einer Aufzeichnungs- kritische Feldstärke grenzt die Außenseite der Lastation 18 zwischen einer Gegenelektrode 14 und wine ab und demnach auch den Rand des geladenen einem Aufzeichnungskopf 16 hindurch. Wenn der 40 Bereiches 70. Die Größe des punktförmigen Be-Druckkopf 16 gemäß F i g. 2 eine einzige Reihe von reiches 70 kann zum Teil durch die Amplitude und sieben gleichabständigen, im rechten Winkel zur die Größe des Spannungsimpulses gesteuert werden, Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsmaterials 10 durch den Abstand zwischen der vorderen Elektrode angeordneten Spitzenentladungselektroden 20 auf- und der Gegenelektrode sowie durch Einspritzen weist, müssen ausgewählte Elektroden 20 in der rieh- 45 eines negativ geladenen Gases und von Wasserdampf tigen Reihenfolge mit Spannungsimpulsen beauf- in den Spalt zwischen der vorderen Elektrode 20 und schlagt werden, um Zeichen der in der in F i g. 3 der dielektrischen Aufzeichnungsschicht 30 des Aufgezeigten Art aufzuzeichnen. Eingangssignale, welche Zeichnungsmaterials 10, wie in der USA.-Patentdie Form des üblichen Fernschreibcodes haben kön- schrift 3 023 070 beschrieben wird. Durch den Aufnen, erreichen über die Eingangsklemme 22 einen 5° zeichnungsspannungsimpuls, der an einer Spitzen-Entschlüsseier 24, der einen Verschlüsseier 26 speist, elektrode 20 erzeugt wird, wird ein elektrisch wo die Eingangssignale in ein Steuermuster für die geladener Bereich oder ein Ladungsbild auf der Elektroden 20 übersetzt werden. Der Verschlüsseier frei liegenden Oberfläche 31 der dielektrischen Auf-26 steuert mehrere Impulsgeber 28, von denen je Zeichnungsschicht 30 hergestellt,
einer mit jeder Elektrode 20 des Aufzeichnungs- 55 Wenn Spitzenelektroden mit einer scharfen Spitze kopfes 16 verbunden ist. Die Erzeugung der Span- verwendet werden, haben diese geladenen Bereiche nungsimpulse und die Bewegung des Aufzeichnungs- die Form von kleinen kreisförmigen Punkten, wie materials 10 durch die Aufzeichnungsstation 18 sind F i g. 3 zeigt.

synchronisiert; die Aufzeichnungen sind beispiels- Aus der Aufzeichnungsstation 18 kommt das Aufweise in F i g. 3 dargestellt. Die Ausbildung und die 60 Zeichnungsmaterial 10 in eine Entwicklungsstation Wirkungsweise des Entschlüsselet, des Verschlüsse- 40. Diese besteht aus einem hohlen Gehäuse 42, lers und der Impulsgeber sind genauer in der fran- durch welches das Aufzeichnungsmaterial 10 in zösischen Patentschrift 1134 109 und in der briti- senkrechter Richtung hindurchgeht. Der untere Teil sehen Patentschrift 784 450 beschrieben. des Gehäuses 42 ist mit pulverförmigen leitenden

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden 65 Tonerteilchen 44 gefüllt. Das Aufzeichnungsmaterial negative Spannungsimpulse von ausreichender Am- 10 tritt durch eine schmale Öffnung in den unteren plitude mit einer Spannung von 1500 V an den ent- Teil des Gehäuses ein. Das Herausfallen der Tonersprechenden Elektroden 20 erzeugt, so daß eine teilchen 44 durch die Öffnung wird durch übliche

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Mittel, wie ζ. B. Filzdichtungen, verhindert, die nicht Das Verfahren zur Bestimmung des spezifischen dargestellt sind. Die Höhe der Tonerschicht im Widerstandes des Schichtträgers ist folgendes: Ein unteren Teil des Gehäuses ist so groß, daß sie das Ring aus einem leitenden Material, wie z. B. Silber, Aufzeichnungsmaterial dicht umschließt, oder das mit einem Durchmesser von etwa 6,35 mm wird auf Aufzeichnungsmaterial 10 ist in die Tonerteilchen 44 5 die eine Seite des Schichtträgers aufgebracht. Ein eingetaucht. Nachdem das Aufzeichnungsmaterial Ringwulst aus dem gleichen Material mit einem durch die Tonerschicht hindurchgegangen ist, werden Innendurchmesser von etwa 12,7 mm wird konzenmitgeführte Tonerteilchen, die nicht von den gela- trisch zu dem inneren Ring und auf der gleichen denen Bildbereichen des Aufzeichnungsmaterials an- Seite des Schichtträgers angeordnet. Der Außengezogen sind, durch Einrichtungen, wie z. B. den io durchmesser des Ringwulstes beträgt etwa 25,4 mm. Schwingungserzeuger 46, die Leitbleche 48 und den Der Widerstand zwischen dem Ring und dem Ring-Staubsauger 50 entfert. Nach dem Austritt des Auf- wulst wird dann in Ohm gemessen. Der spezifische Zeichnungsmaterials aus der Entwicklungsstation 40 Widerstand des Schichtträgers kann dann berechnet haften Tonerteilchen im wesentlichen nur an den werden, da seine Dicke gemessen werden kann,
elektrisch geladenen Bereichen der Schicht 30. 15 Es wurde festgestellt, daß Schichtträger mit auf

Die Art der Fixierung der Tonerteilchen auf dem die oben angegebene Weise bestimmten spezifischen Aufzeichnungsmaterial ist teilweise von den physi- Widerständen im Bereich von 10⁵ bis 10⁹Ohm-cm kaiischen Eigenschaften der dielektrischen Schicht 30 eine gute Entwicklung, d. h. ein ausreichend dichtes abhängig. Die Fixierstation 60 ist geeignet, wenn die Tonerbild bei ziemlich hohen Laufgeschwindigkeiten dielektrische Aufzeichnungsschicht 30 aus einem 20 des Aufzeichnungsmaterials von beispielsweise thermoplastischen Material hergestellt ist, das einen 2,54 m/s ergeben, ohne daß die Entwicklungsstation genügend hohen spezifischen Widerstand aufweist, übermäßige Größe haben müßte. Schichtträger mit wie z. B. Polyäthylen oder Polystyrol. Die Fixier- einem spezifischen Widerstand von mehr als station 60 besteht aus einer Heizvorrichtung 62 und 10¹⁰Ohm-cm haben sich als nicht zufriedenstellend zwei Kalanderwalzen 64. Die Heizvorrichtung 62 ist 25 erwiesen. Ebenso sind Schichtträger mit einem spezivorzugsweise eine elektrische Heizvorrichtung und fischen Widerstand von weniger als 10⁵ Ohm · cm so ausgebildet, daß an das über die Heizvorrichtung nicht zufriedenstellend, wenn sie in einer elektrohinweg geführte Aufzeichnungsmaterial 10 so viel statischen Aufzeichnungsvorrichtung mit einer Hitze abgegeben wird, daß die Schicht 30 weich und Gegen-Elektrodenschaltung verwendet werden, wie klebrig wird. Kurz nach dem Verlassen der Heiz- 30 sie in der USA.-Patentschrift 2 955 894 beschrieben vorrichtung 62 geht das Aufzeichnungsmaterial zwi- ist. Wenn nur eine einzige Gegenelektrode verwendet sehen den Kalanderwalzen64 hindurch, welche die wird, wie in Fig. 1 dargestellt ist, gibt es keine Tonerteilchen in die dielektrische Aufzeichnungs- untere Grenze für die Mindestwerte des spezifischen schicht hineindrücken, so daß dieselben an die Widerstandes des Schichtträgers.
Schicht physikalisch gebunden werden. Gewünschten- 35 Im allgemeinen haben sich Papiere, deren spezifalls kann dann das Aufzeichnungsmaterial auf der fische Widerstände hauptsächlich durch in denselben Spule 66 aufgewickelt werden. Die Antriebsrollen 68, verteilte Ionenleiter bestimmt werden, nicht als zudie das Aufzeichnungsmaterial durch die Aufzeich- friedenstellend erwiesen. Der Grund hierfür ist darin nungsstation 18, die Entwicklungsstation 40 und die zu sehen, daß der spezifische Widerstand des Schicht-Fixierstation 60 bewegen, können durch einen (nicht 40 trägers dann hauptsächlich eine Funktion des Feuchdargestellten) Motor angetrieben werden. tigkeitsgehaltes ist. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt

Eine zufriedenstellende Ausführungsform des Auf- gering ist, ist der spezifische Widerstand des Papiers Zeichnungsmaterials 10 besteht aus einem Schicht- größer als die obere Grenze des gewünschten Beträger 32, der ungefähr 0,0762 mm dick ist. Auf eine reiches. Als das am meisten zufriedenstellende Ma-Seite des Schichtträgers 32 ist die dünne dielektrische 45 terial hat sich Kohlenruß erwiesen, der bei Mischung Aufzeichnungsschicht 30 mit einer Dicke von un- mit dem Papierbrei den gewünschten Bereich von gefähr 0,0127 mm aufgebracht, die aus Polyäthylen spezifischen Widerständen ergibt, die vom Feuchtigbesteht, dem etwa 15 Gewichtsprozent Titandioxid keitsgehalt der Schicht im wesentlichen unabhängig als Farbstoff zugesetzt sind. Eine bevorzugte Zu- sind, und die physikalischen Eigenschaften des sammensetzung des Schichtträgers 32 besteht aus 50 Schichtträgers nicht nachteilig beeinflussen.
679,5kg trockenem, ungebleichtem, skandinavischem Fig. 4 zeigt schematisch in größerem Maßstab Zellstoff ohne Zusatz von Alaun oder Leim und aus eine einzige Spitzenelektrode 20 mit der Gegenelek-34 kg handelsüblichem Kohlenruß. Der Polyäthylen- trode 14. Wenn auf die Elektrode 20 ein Spannungsüberzug wird auf das Papier gespritzt. Eine andere impuls 72 gegeben wird, wird in dem Bereich zwizufriedenstellende Zusammensetzung für den Schicht- 55 sehen der Elektrode 20 und der Oberfläche 31 der träger besteht aus 679,5 kg trockenem, vollständig dielektrischen Aufzeichnungsschicht 30 eine Lawine gebleichtem skandinavischem Zellstoff, 34 kg Kohlen- von Ladungsträgern erzeugt. Wie oben beschrieben ruß, 11,3 kg Stärkeleim und 31,7 kg Alaun. Der wurde, wird durch diese Lawine eine Ladung im spezifische Widerstand der Schichtträgers, der aus Bereich 70 auf der Schicht 30 hergestellt. In F i g. 4 einer der beiden Zusammensetzungen hergestellt ist, ist 60 ist der Spannungsimpuls 72 als negativ bezeichnet, so berechnet, daß er etwa 5-10⁶OhJn-cm beträgt. während die Gegenelektrode 14 auf Bezugs- oder Der spezifische Widerstand von Polyäthylen beträgt Erdpotential gehalten wird. Auf Grund von Studien 10¹⁵ Ohm · cm oder mehr. Der spezifische Widerstand der Herstellung eines geladenen Bereichs wird angedes Schichtträgers ist eine Funktion der Menge von nommen, daß jeder geladene Bereich durch eine Kohlenruß, die in der Schicht verteilt ist. Die Menge 65 einzige Lawine von Ladungsträgern gebildet wird von Kohlenruß, die einer Partie Zellstoff zuzusetzen und daß der Zeitraum, der für die Ausbreitung der ist, um den bestimmten spezifischen Widerstand zu Lawine von der Elektrode 20 bis zur Schicht 30 ererhalten, wird empirisch bestimmt. forderlich ist, etwa 10~⁹ Sekunden oder weniger be-

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trägt. Obwohl in der Beschreibung und in der Zeich- Harz 21 Gewichtsprozent

nung angegeben ist, daß negative Spannungsimpulse Kohlenruß 14 Gewichtsprozent

zur Herstellung von negativ geladenen Bereichen auf Lösungsmittel 64 Gewichtsprozent

dem Aufzeichnungsmaterial verwendet werden, ist Benetzungsmittel 1 Gewichtsprozent

das elektrostatische Aufzeichnungsverfahren nicht 5

hierauf beschränkt. Gewünschtenf alls können auf die Der Schlamm wird in einer Kugelmühle bearbeitet, Spitzenelektrode auch positive Spannungsimpulse ge- um eine Dispersion des Kohlenrußes in dem gelösten geben und auf der Oberfläche der dielektrischen Auf- Harz herzustellen. Nachdem eine entsprechende Dizeichnungsschicht 30 positiv geladene Bereiche her- spersion erzielt ist, wird der Schlamm in einem Zergestellt werden. Diese positiv geladenen Bereiche io stäubungstrockner getrocknet. Die sich ergebenden werden dann im wesentlichen in der gleichen Weise trockenen Teilchen werden durch den Luftstrom im entwickelt wie die negativ geladenen Bereiche. Trockner zu einem oder mehreren Sammlern gelenkt.

Die F i g. 5 und 6 veranschaulichen die idealisierte Diese sind so eingestellt, daß sie Teilchen, welche Verteilung von elektrischen Ladungen auf dem Auf- mehr als die gewünschte Mindestgröße aufweisen, Zeichnungsmaterial kurz nach Beendigung des Span- 15 direkt abführen. Durch eine darauffolgende Siebung nungsimpulses. In Fig. 5 ist angenommen daß der werden übergroße Teilchen ausgeschieden. Die gespezifische Widerstand des Schichtträgers 74 mit wünschte Verteilung der Durchmesser der Teilchen jenem der dielektrischen Schicht 30 vergleichbar ist liegt im Bereich von 12 bis 100 μΐη. Das geome- und etwa 10¹⁵Ohm · cm beträgt. In Fig. 6 ist an- trische Mittel der Teilchendurchmesser liegt im Begenommen, daß der spezifische Widerstand des 20 reich von 20 bis 40 μΐη, und 98 Gewichtsprozent der Schichtträgers 32 nicht mehr als 10⁹ Ohm · cm be- Teilchen haben Durchmesser im Bereich von 12 bis trägt. In F i g. 5 bilden die Schichten 30, 74 zu- 80 μΐη. Der spezifische Widerstand eines solchen sammen das Dielektrikum eines gleichwertigen Kon- Tonerpulvers unter einem Druck von 20 g/cm² bedensators, wobei die Dicke des Dielektrikums im trägt etwa 2000 Ohm · cm, d. h., er liegt im Bereich wesentlichen gleich ist jener der Schichten 30 25 von 200 bis 20 000 Ohm · cm.
und 74. Die obere Grenze der spezifischen Widerstände

Infolge des verhältnismäßig geringen spezifischen von Tonerpulvern, die für die Verwendung bei Widerstandes des Schichtträgers 32 im Vergleich zur dem Verfahren zufriedenstellend sind, liegt bei Schicht 30 bildet in F i g. 6 die Aufzeichnungsschicht 20 000 Ohm · cm. Eine untere Grenze gibt es nicht. 30 das Dielektrikum eines gleichwertigen Konden- 30 Wenn sich der Teil des Aufzeichnungsmaterials sators. Der Abstand zwischen den Ladungen, d. h. mit dem geladenen Bereich 70 gemäß F i g. 7 in der die Dicke des Dielektrikums, ist im wesentlichen Tcnerschicht befindet, besteht ein leitender Weg oder gleich der Dicke der Schicht 30. Bekanntlich ist die ein elektrischer Stromkreis zwischen den elektrischen Kapazität eines Kondensators umgekehrt propor- Ladungen an der Grenze zwischen den Schichten 30, tional zur Dicke des Dielektrikums. Es ist daher 35 32 und den elektrischen Ladungen, welche den geselbstverständlich, daß die Kapazität pro Flächen- ladenen Bereich 70 bilden. Die den geladenen Beeinheit des gleichwertigen Kondensators, der gemäß reich 70 bildenden elektrischen Ladungen induzieren Fig. 6 nur durch die dielektrische Schicht 30 gebil- entgegengesetzte Ladungen in den dem Bereich70 - det wird, viel größer ist als die Kapazität des gleich- am nächsten liegenden Tonerteilchen. Die durch die wertigen Kondensators gemäß F i g. 5, der durch die 40 induzierten Ladungen verursachte Bewegung der beiden Schichten 30 und 74 gebildet wird. Es ist Elektroden durch das Tonerpulver 44 ergibt einen auch bekannt, daß die in einem Kondensator bei Strom, der in gewissem Maße die positiven Laduneinem bestimmten Potential gespeicherte Ladung gen an der Grenze zwischen der dielektrischen direkt proportional ist zur Kapazität. Bei gleichen Schicht 30 und dem Schichtträger 32 neutralisiert. Spannungen wird daher auf dem Kondensator gemäß 45 Die in den Tonerteilchen, welche den den Bereich 70 F i g. 6 eine größere elektrische Ladung gespeichert bildenden Ladungen am nächsten liegen, induzierten werden als auf dem Kondensator gemäß Fig. 5. Ladungen erzeugen ein starkes elektrisches Feld, das Außerdem wird die Dichte der elektrischen Ladung die in unmittelbarer Nähe des Bereichs 70 befindim Bereich 70 der F i g. 6 beträchtlich größer sein als liehen Tonerteilchen am geladenen Bereich 70 des die Ladungsdichte im Punkt 76 der Fi g. 5. 50 Aufzeichnungsmaterials 10 anhaften.

Wie F i g. 7 zeigt, wird das Aufzeichnungsmaterial In F i g. 8 ist das elektrische Ersatzschaltbild zu 10 in der Entwicklungsstation 40 zuerst in eine F i g. 7 dargestellt. Der Kondensator 80 ist das Äqui-Schicht pulverförmiger Tonerteilchen 44 eingetaucht. valent der Kapazität pro Flächeneinheit der dielekln Fig. 7 sind die Tonerteilchen 44 durch Kreise irischen Schicht 30. Der Widerstand 82 entspricht veranschaulicht. Ein für die Verwendung beim elek- 55 dem spezifischen Widerstand einer Flächeneinheit trostatischen Aufzeichnungsverfahren zufriedenstel- des Schichtträgers 32. Wenn der Schalter 84 gelendes Tonerpulver wurde durch Zerstäubungs- schlossen ist oder wenn das Aufzeichnungsmaterial trocknen eines in einer Kugelmühle bearbeiteten 10 in das Tonerpulver 44 eingetaucht ist, fließt ein Schlammes hergestellt, der aus Kohlenruß, einem Teil der im Kondensator 80 gespeicherten Ladung thermoplastischen Kohlenwasserstoffkunstharz, einem 60 durch den Widerstand 82, um den Kondensator 86 Lösungsmittel und einem Benetzungsmittel besteht. zu laden, der das Äquivalent der Kapazität pro Eine bevorzugte Verteilung der Größen der erhalte- Flächeneinheit eines gleichwertigen Kondensators nen Teilchen wurde durch Regelung des Verfahrens ist, welcher zwischen den auf der Schicht 30 abgeselbst und durch nachfolgendes Sieben erzielt. Das setzten Ladungen und den Ladungen vorhanden ist, erhaltene Pulver ist trocken, schwarz, elektrisch lei- 65 die auf den dem Punkt 70 am nächsten liegenden tend, von verhältnismäßig geringem spezifischem Ge- Tonerteilchen induziert worden sind. Es ist kein wicht und frei fließend. Eine beispielsweise Zusam- Widerstand gezeichnet, der das Äquivalent des spezimensetzung eines solchen Schlammes ist folgende: fischen Widerstandes des Tonerpulvers darstellt, da

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die Größe des spezifischen Widerstandes des Toner- der. Oberfläche der...dielektrischen Aufzeichnungspulvers 44 in den meisten. Fällen im Vergleich zum schicht 30 abgesetzten Ladungen entgegengesetzte spezifischen Widerstand des Schi.chtträgers vernach- Ladungen auf den Tonerteilchen induziert worden lässigbar ist. _ : sind. Die zwischen den Ladungen auf der dielektri-

Die Kapazität pro Flächeneinheit einer Poly- 5 sehen Schicht 30 und den Ladungen auf den Toneräthylenschicht von 0,0127 mm Dicke wurde mit un- teilchen vorhandenen elektrostatischen Kräfte sind gefahr 170 pF/cm² berechnet. Bei einem Schicht- sehr groß. Es wurde durch Versuche festgestellt, daß träger 32 von 0,0762 mm Dicke mit einem spezifi- sie ungefähr 8000mal stärker sind als die Schwer-

schen Widerstand von 5 ·; 10⁶ Ohm · cm beträgt ent- kraft. : ... ■·....

sprechend diesem Ersatzschaltbild die Zeitkonstante io Da die Zeitkonstante des Aufzeichnungsmaterials des Aufzeichnungsmaterials .annähernd 6,1 με. Die während des Entwicklungsvorganges so bedeutend Größe der Ladung in dem. gleichwertigen Konden- ist, kann sich aber nun.die Frage ergeben, warum sie sator 86 ist eine Funktion der Zeitkonstante des bei der Herstellung eines geladenen Bereiches nicht Stromkreises. Die Zeitspanne, während der sich das ebenso wichtig ist.-.In Fig. 10 ist das elektrische Er-AufZeichnungsmaterial 10 in dem Tonerpulver 44 15 satzschaltbild zu Fig. 4 dargestellt. Der Kondensator befindet oder der durch das Tonerpulver hindurch- 80 stellt wieder die .Kapazität pro Flächeneinheit der gehende Stromkreis aufrechterhalten werden soll, dielektrischen Aufzeichnungsschicht 30 und der Konentspricht jener, die erforderlich ist, damit eine aus- densator 88 die Kapazität pro Flächeneinheit des reichende Tonermenge von dem geladenen Bereich Schichtträgers 32. dar. Der Widerstand 82 stellt wie-70 angezogen wird oder an demselben anhaftet, so 20 der den spezifischen Widerstand einer Flächeneinheit daß ein Kontrast zwischen den entwickelten und den des Schichtträgers 32 dar. Die Vorderkante des Aufunentwickelten Bereichen wahrnehmbar . ist. Der zeichnungsspannungsjmpulses, .die dem Schließen des Stromkreis braucht nicht länger als die vierfache Schalters 90 entspricht, erzeugt an den Kondensa-Zeitkonstante aufrechterhalten zu werden, weil dann toren 80, 88 eine hohe Spannung. Die Kapazität jenur noch eine vernachlässigbare Zunahme der elek- 25 des der Kondensatoren 80 und 88 ist gering, so daß trischen Ladung des gleichwertigen Kondensators 86 die Dauer eines Stromimpulses im Aufzeichnungserfolgt. Die Zeitspanne, welche der vierfachen Zeit- material 10 sehr kurz ist und die zur Wirkung gekonstante des Aufzeichnungsmittels 10 (bestehend brachte.Spannung auf die Kondensatoren 80 und 88 aus dem Kondensator 80 und dem Widerstand 82) aufgeteilt wird. Der verhältnismäßig geringe spezigleich ist, beträgt in diesem Beispiel, 24,4 μ5. Die 30 fische Widerstand des Schichtträgers 32 macht diesen Zeitkonstante des Stromkreises gemäß Fig. 8 wird zum Äquivalent eines unvollkommenen Kondensaungefähr gleich jener des Aufzeichnungsmaterials 10 tors, der sich durch seinenLeckwiderstand selbst ent-(Kondensator 80 und Widerstand 82) angenommen, lädt, so daß ein entsprechender Bruchteil der elektrida die Kapazität des gleichwertigen Kondensators 86 sehen Ladungen auf der. dielektrischen Schicht 30 viel größer ist als jene des gleichwertigen Konden- 35 zurückbleibt. Die Zeitdauer für die Entladung des sators 80, weil der Abstand zwischen den dem ge- Kondensators 88 wird wieder durch die wirksame ladenen Bereich 70 am nächsten liegenden Toner- Zeitkonstante des. Entladungsstromkreises bestimmt teilchen viel geringer ist als die Dicke der dielektri- und ist eine Funktion der Größe des spezifischen Wischen Schicht 30. Infolgedessen kann angenommen derstandes des Schichtträgers 32.
werden, daß die Kapazität der hintereinandergeschal- 40 In Fig. 11 ist die idealisierte Verteilung der elekteten gleichwertigen Kondensatoren 80, 86 nur wenig trischen Ladungen und der Tonerteilchen nach dem geringer als jene des Kondensators 80 ist. · · . Durchgang des Aufzeichnungsmaterials mit einem

Wenn das Aufzeichnungsmaterial 10 mit einer Ge- Schichtträger 74 von hohem spezifischem Widerstand schwindigkeit von 2,54 m/s bewegt wird, muß die durch die Entwicklungsstation dargestellt. Unter die-Tonerschicht 44 in der Entwicklungsstation 40 rein 45 sen Umständen wird, auf der frei liegenden Seite des rechnerisch eine Dicke von 0^062 mm aufweisen, um Schichtträgers ein dem Bereich 76 entgegengesetzt das Aufzeichnungsmaterial für eine der vierfachen geladener Bereich 96 vorhanden sein. Die Größe des Zeitkonstante des Aufzeichnungsmaterials entspre- Bereiches 96 wird im allgemeinen größer sein als die chende Zeitspanne in dem Tonerpulver 44 einge- Größe des Bereiches 76 auf der dielektrischen Auftaucht zu halten. Wenn der spezifische Widerstand 50' Zeichnungsschicht 30. Die Oberflächendichte der den des Schichtträgers etwa 10¹¹ Ohm -cm beträgt und Bereich 76 bildenden Ladungen wird auch geringer das Aufzeichnungsmaterial mit der gleichen Ge- sein als die Oberflächendichte des Bereiches 70. schwindigkeit von 2,54 m/s bewegt werden soll, Die Ladungen auf beiden Seiten des Aufzeichmüßte die Dicke der Tonerschicht 44 etwa 1,22 m nungsmaterials werden in den ihnen am nächsten betragen. · . 55 liegenden Tonerteilchen Ladungen induzieren,-wäh-

Aus dem Vorstehenden ergibt sich die Beziehung rend sie in der Tonerschicht 44 eingetaucht sind, wozwischen dem spezifischen Widerstand des Schicht- durch ein äußerer leitender Weg zwischen den trägers des Aufzeichnungsmaterials, der Förder- Schichten 30, 74 hergestellt wird und Tonerteilchen geschwindigkeit desselben und der Dicke der Toner- von den entsprechenden geladenen Bereichen angeschicht in der Entwicklungsstation. Um die Größe 60 zogen werden. Das Tonerpulver wird auf beiden Seider Entwicklungsstation bei einer hohen Förder- ten des Aufzeichnungsmaterials anhaften, was in den geschwindigkeit in angemessenen Grenzen zu halten, meisten Fällen ein unerwünschtes Ergebnis darstellt, muß der Schichtträger einen verhältnismäßig ge- Ein Schichtträger mit geringem spezifischem Widerringen spezifischen Widerstand aufweisen. stand weist daher den weiteren Vorteil auf,-daß ein

Bei Beendigung des Entwicklungsvorganges ent- 65 Anhaften der Tonerteilchen an dem Schichtträger des

spricht die idealisierte Verteilung der Ladungen im Aufzeichnungsmaterials verhindert wird. -. . . -.·■

wesentlichen der Fig. 9 dargestellten Verteilung, ge- Durch- die vorstehenden Ausführungen wird die

maß welcher zu den in der Aufzeichnungsstation auf Wichtigkeit der Leitfähigkeit des Schichtträgers beim

Aufzeichnungs- und Entwicklungsvorgang des elektrostatischen Aufzeichnungsverfahrens deutlich gemacht. Die Erklärung der Art der Herstellung der Ladungen auf der dielektrischen Aufzeichnungsschicht, des Verhältnisses zwischen der dielektrischen Aufzeichnungsschicht und dem spezifischen Widerstand bei der Bildung von Ladungsbildern und der Entwicklung dieser Bilder durch Tonerpulver von geringem spezifischem Widerstand erscheinen als die besten Erklärungen, die für diese Vorgänge bisher gegeben worden sind. Es wird angenommen, daß sie genau sind, und sie werden durch Versuche gestützt. Sie stellen jedoch nur die Theorien zur Erklärung der beobachteten Ergebnisse dar, die der Patentinhaberin derzeit bekannt sind, und der Rahmen der Erfindung soll nicht auf diese Theorien beschränkt sein.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrostatisches Aufzeichnungsverfahren, bei welchem auf der Oberfläche einer auf einem Schichtträger angeordneten Aufzeichnungsschicht eines Aufzeichnungsmaterials ein Ladungsbild erzeugt und mit einem pulverförmigen Entwickler entwickelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufzeichnungsmaterial (10) mit einer Aufzeichnungsschicht (30) verwendet wird, deren Widerstand gegenüber dem des Schichtträgers (32) proportional zu der zu wählenden Zeitspanne zwischen Erzeugung des Ladungsbildes und Abschluß der Entwicklung hochohmig ist, und daß die das Ladungsbild tragende Oberfläche (31) mit einer Anhäufung eines Entwicklers aus elektrisch leitenden Tonerteilchen in Berührung gebracht wird, wobei während des Entwicklungsvorgangs zwischen der das Ladungsbild beruh- renden Entwicklerschicht und der freien Oberfläche des Schichtträgers (32) eine elektrische Verbindung aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Verbindung durch Eintauchen des Aufzeichnungsmaterials (10) in das leitende Entwicklerpulver (44) hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsschicht (30) einen um mindestens drei Zehnerpotenzen höheren spezifischen Widerstand als der Schichtträger (32) aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsschicht (30) einen spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10¹³ Ohm · cm und einen Schichtträger (32) mit einem spezifischen Widerstand von nicht mehr als 10⁹ Ohm · cm hat und daß das Entwicklerpulver einen spezifischen Widerstand von nicht mehr als 2· 10⁴ Ohm -cm hat, wenn es einem Druck von 20 g/cm² ausgesetzt ist.

5. Elektrostatisches Aufzeichnungsmaterial insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, mit einem Schichtträger und einer Aufzeichnungsschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsschicht (30) einen spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10¹³ Ohm · cm und der Schichtträger (32) einen spezifischen Widerstand von nicht mehr als IO⁹ Ohm · cm hat.

6. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand des Schichtträgers (32) größer als IO⁵ Ohm · cm ist.

7. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand des Schichtträgers in der Größenordnung von 5 · IO⁶ Ohm · cm liegt.

8. Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtträger ein elektrisch homogenes, leitfähiges Papier ist.

9. Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtträger ein mit Hilfe von Papierbrei und Ruß hergestelltes Papier ist.

10. Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsschicht aus einem stark dielektrischen organischen polymerisierten Kunstharz hergestellt ist.

11. Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsschicht aus Polyäthylen gebildet ist.

12. Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsschicht aus Polystyrol gebildet ist.

13. Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsschicht etwa 15% Titandioxid enthält.

14. Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtträger eine Dicke in der Größenordnung von 10~² mm aufweist.

15. Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsschicht eine Dicke in der Größenordnung von 10~² mm, vorzugsweise von 0,02 bis 0,04 mm aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen