DE1772154A1 - Anordnung zur Erzeugung einer negativen Ladung auf einer nichtleitenden Flaeche - Google Patents

Description

Anordnung zur Erzeugung einer negativen Ladung auf einer nichtleitenden Pläche

Die Erfindung betrifft, eine Einrichtung zur gleichmäßigen Aufladung einer ladungsspeichernden Fläche durch negative Koronaentladung.

Zum. Aufbringen positiver oder negg.tiwr Ladungen auf speichernde Pläohen wird im allgemeinen ein Koronadraht verwendet, Das Koronaverfahren wird beispielsweise zur Aufladung lichtempfindlicher Pläohem xerogrEjfisoher Bildplatten vor deren Belichtung und Entwicklung angpwerdet, Wird bei dieser Aufladung eiik positiver Koronadraht Verwendet ₉ «o ist die

relativ* li.i^zor

00988 5/1815

dung, die ihre Dichte von Punkt zu Punkt ändert. Diese Dichteänderung ist deshalb unerwünscht, v/eil sie auf den reproduzierten Kopien sichtbar wird.

Es wurden bereits viele Versuche durchgeführt, die Ladung einer xerograf Ischen Bildplatte bei negativer Koronaentladung. mit gleichmäßiger Ladungsdichte zu erzeugen. Einen derartigen

Sie -*">/'PZ

Ψ Vorschlag enthält die US-Patentschrift 2 856 533. Als Entladungselektrode wird hier ein als endlose Schleife ausgebildeter Koronadraht verwendet, der auf zwei beweglichen Rollen geführt ist. Diese bewegen den Draht derart, daß jeder Punkt des Drahtea während der Ladung kontinuierlich die gesamte Schleife durchläuft. Ein durch negatives Potential aktivierter Koronadraht emittiert normalerweise Elektronen sporadisch auf seiner gesamten Länge, wodurch sich eine nicht gleichförmige Ladung auf der zu ladenden Fläche ergibt. Die Wirkung des rotierenden Koronadrahtes besteht darin, daß durch Bewegung

der Entladungspunkte an jeder Stelle öin mittlerer Entlcdm; _:w:~ wert erreicht wird, wodurch die Gleichmäßigkeit Terbesser , 'wird. Obwohl auf diese V/eise eine gleichförmigere Ladung iaü_f;- ; i lieh ist,, werden dooh nur Durchschnittswerte erreicht, so daiö eine gtwiese "Ungleichmäßigkeit nooh vqrhanden ist. Ferner ist 'ssor Bewegung des Koronadrahtee ein enijspreohender Meohanismuo ■ erfor&#rXioh_t;der in einer an sioh kompakten Ladeeinrichtung eisen, eiealloh "großen Raum in Anspruch nimmt.

008885/1115 sad original

Ein weiterer Vorschlag besteht darin, daß bei der negativen Koronaentladung in Reihe mit der Hochspannungsquelle eine hochfrequente ϊ/e chs el spannungs quelle geschaltet wird. Auch eine derartige Anordnung bewirkt eine gleichmäßigere Ladungsdiclite auf der zu ladenden Fläche, sie arbeitet jedoch nicht wirtschaftlich, da zur Erzeugung der Hochfrequenz mit hinreichender Gleichmäßigkeit sowie zu deren Einkopplung in den Eüchspaimungskreis kostspielige Einrichtungen erforderlich sind.

Ohne die vorstehend genannten Einrichtungen kann eine lichtempfindliche Fläche etwas gleichmäßiger geladen werden, wenn die Spannung des der negativen Koronaelektrode zugeführten Gleichstromes erhöht wird. Geschieht dies über den Punkt hinaus, an dem die Koronaentladung einsetzt,, so rücken die Elektronenemissionspunkte auf dem Koronadraht näher zusammen. Im Bereich praktisch anwendbarer Spannungen wird die Koronaentladung jedoch nie ausreichend gleichmäßig. Höhere Spannungen sind unerwünscht, da die damit verbundene erhöhte Erzeugung von Ozon neben der Giftwirkung eine starke Oicydierung bewirkt. Eine gewisse Verbesserung der Gleichmäßigkeit einer negativen Koronaentladung wird ferner erreicht, wenn der Koronadraht extrem sauber, glatt und poliert ist oder seine Oberfläche beispielsweise durch Sandstrahl eine gleichmäßige Struktur erhält.

Ein weiteres Verfahren zur Verbesserung der Gleichförmigkeit der Ladung besteht darin, daß die zu ladende Fläche in einem

009885/1815 . ^{BAD 0RIQiNÄL}

derartigen Abstand zum Koronadraht angeordnet wird, daß die emittierten Elektronengruppen "bei der Überbrückung dieses Abstanaes eine größere Fläche einnehmen und sich vor Ablagerung auf der zu ladenden Fläche überlappen. Die resultierende Ladung ist immer gleichmäßiger, jedoch tritt ein Verlust.an Wirkungsgrad des Koronadrahtes auf. Es ist ferner möglich, eine gleichmäßige ladung einer Fläche durch thermionische Emission zu erreichen. Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen darin, daß der Draht auf eine Temperatur erhitzt werden muß, die eine gute Emission, gewährleistet, und die thermionische Emission wird hierzu am besten in Vakuum durchgeführt, da Stoffe, die gute thermionische Emittoren sind, auch leicht mit Verunreinigungen der Atmosphäre reagieren.

Eine Anordnung zur Erzeugung einer negativen Ladung auf einer nichtleitenden Fläche, die die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist, zeichnet sich aus durch eine Gleichstromquelle, deren positiver Pol mit der nichtleitenden Fläche und deren negatiTsr Pol :;-· ΐ einer "/änglionen, mit Abstand zur nichtlei- t-zrA&ii WJrl^:^ angeordneten Korona-Entladungselektrode verbun- ■l^rm ±3'":_? uiia /roh einen Generator zur Erzeugung eines Wechselislcleaj :la& τ;ι!"^;' iu,mindsst einer Komponente senkrecht zu einer dl?- S,5k'^;s^i;-i "::nä u±<~ nichtleitende Fläche verbindenden Linie

a:!-..iiU.!i5;migc*bei3Taol^;: der Erfindung werden im folgenden anhand da;?? JÄgiii^äo;:i ceechriebe-n. Ea zeigen:

009885/1815

Pig. 1 die elektrische Schaltung der. erfindungsgemäßen

Unordnung,
Pig. 2 die schematische Darstellung der Wirkung eines durch Wechselstrom erzeugten Magnetfeldes auf emittierte

Elektronen und negative Ionen, Pig. ^ eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäSen Anordnung, die die Bahn der Elektronen und negativen Ionen zur gleichmäßigen Ladungsdichte auf der zu

ladenden Pläche ändert und
Pig. 4 die schematische Darstellung einer vorsiigsweisen Ausführungsf orm der erf indungsgemäßen Anorommg aur 33s?« zeugung einer gleichmäßigen Ladung»

Die zu ladende Pläche kann beliebig ausgeführt seia_s sie muß die Eigenschaft haben, eine negative Ladung aufzuneimesa tind sie für eine gewisse Zeit beizubehalten· Τάτ die folgende ifischreiTDung wird als Beispiel für die aufzuladende Pläche eine xerografische Bildplatte 11 verwendet, die in Pig. 1 dargjBstellt ist und aus der lichtempfindlichen zu ladenden Schicht 12 auf einer leitfähigen Unterlage 15 besteht. Die lichtempfindliche Schicht besteht aus jedem geeigneten Stoff, wie a.B. ^Gasförmigem Selen, während die leitfähige Unterlage eine •derartige elektrische Leitfähigkeit- haben soll» daß die elektrische Ladung der Schicht 12 bei Belichtung abgeleitet wird. Die genaue Ausführung dieser. Bildplatte kann, auch aiidera sein und ist nicht auf die dargestellte beschränkt« Me oiasige

' ■"-,.■■ SAD ORIGINAL

00988S/1815

17^2154

Bedingung für die Bildplatte besteht darin, daß nach der Durchführung der Ladung ein Pot en tialunter schied zwischen ihrer negativ geladenen Seite und der anderen Seite "besteht. . Würde daher die Platte nicht aus zwei Schichten sondern aus einem einheitlichen Stoff bestehen, so würde die der negativ geladenen entgegengesetzte Seite geerdet oder vorzugsweise auf positivem Potential gehalten, wenn die im folgenden besGhrdclier.v„. Saduiig durchgeführt würde.

D:\e- Ρ'ο-λ^: ''.-" '"L'.r'^!, ■::". t cin^r ■■ * eielsapannungsquelle 14 und einem i£c^e.at-V,i.v.i/· 1-. :' , lie.ihe geschaltet. Der positive Pol der Span- :ΐΐ"ϊ':5ά^:.·ϋ; 1ί,ύ$τ an der Platte, der negative am Koronadraht. i^; _::^:":·- '..;.-.;:-l:;;/:;?iiiiiiigequelle 16 ist direkt dem ICoronadraht 17 PCiV^,-: ; ·.:-.", ^r':' ![oronadraht 17 verläuft über die Iv.!;/- ίο Ι·λ_:. ..·■■"" ■■:..:- deren gesamte Länge durch die Koronaemission fesei-ifir^V' _;;i-^ la kann ferner eine (nicht dargestellte) Einrloh.1n.mg aur Bewegung des Koronadrahtes über die Platte hinweg, vorgesehen sein, uia eine Aufladung der gesamten Plattenoherfläche zu erreichen.

Der in S¹Ig. 1 dargestellte Stromkreis wird zwischen Koronadralit und Platte durch die V/andenmg von Elektronen und negativer Ionen geschlossen. Durch die natürliche Ionisierung ' der Atmosphäre sind normalerweise in der Luft einige freie Elektronen, und ionen vorhanden. Durch Anschaltung einer negativen Soaimiiny an den Koronadraht bewegen sich die freien,

009885Π815 bad oriq-nal

den Draht umgebenden positiven Ionen lait einer G-e in Richtung des Drahtes» die eine Ionisierung einiger der von ihnen getroffenen neutralen Gasmoleküle bewirkt... Mit diese Weise -w er den v/eitere Ionen und freie Elektronen erzeugt _o Die neu erzeugten positiven Ionen werden sum Koronadraht Mn ■beschleunigt und stoßen mit weiteren neutralen GasmoleküXen zusammen, so daß wiederum Ionen und Elektronen erzeugt werden. Dieser Vorgang vervielfacht sich, und der Eoronadraht ist schnell mit einer Schicht aus Ionen und Elektronen umgeben· Die freien Elektronen und negativen Ionen wer den. durch die negative Spannung des Koronadrahtes von diesem abgestoßen und wandern- zur nichtleitenden Oberfläche der Platte 11., wodurch ■ diese eine negative elektrostatische ladung erhält.

Während des Ablaufs dieser Vorgänge wurde beobachtet, daß bei Erhöhung der negativen Spannung des Eoronadralites die Entladung fortgesetzt v/ird und längs des Drahtes nicht zusammenhängende und fast periodische El ektr onenemi s si auspunkte auftreten, die als i'ötliche Flecken glimmenden Gases zn erkennen sind. Vürde die Gleichspannxing ohne den dus?Gli die Quelle 16. erzeugten Wechselstrom weiter erhöht,, so iMiz*d®si die G-IIsM-punkte unter Erhöhung ilirer Anzahl näher S jedoch wird dadurch Im Bereich praktisch a gem. die Koronaentladung nie ausreichend glele&ääßigo Si?js?eli An schaltung der Wechselspannungsquelle an den Eoronaärslra.17 ist es möglich, eine viel gleichmäßigste Safeägsdlclrfee auf der Oberfläche der Platte 11 durch Korosaeatiaamig

009885/181E

. Die Wechselspannung bewirkt eine Erhöhung der durch die roten Flecken erkennbaren Emissionspunkte um einen großen Wert pro Längeneinheit des Koronadrahtes, verglichen mit den bekannten Korona-Entladungseinrichtungen. Der Grund für diesen Anstieg ist noch nicht geklärt, es ist jedoch sicher, daß die Beeinflussung der Koronaentladung mit Wechselstrom, keine thermionische Emission bewirkt, d.h. keine Emission von Elektronen durch Erhitzung des Koronadrahtes. Die thermionische Emission wäre aus zumindest zwei Gründen eine unzureichende Erklärung der mit der Erfindung bewirkten Erscheinungen. Bei ihr verbreitern oder verwischen sich nämlich die Eraissionspunkte bei Erhitzung des Koronadrahtes, so daß eine kontinuierliche Koronaentladung begünstigt wird. Im Gegensatz zu einer derartigen Verwischung wird durch die Erfindung in einfacher V/eise die Zahl der Eraissionspunkte erhöht, während diese gleichzeitig scharf ausgeprägt bleiben. Der zweite Grund besteht darin, daß die thermionische Emission bei der erfindungsgeaiäßen Anordnung deshalb nicht auftritt, v/eil die Temperatur des Koronadrahtes unter der dazu erforderlichen Temperatur bleibt, jjie erhöhte Anzahl von Emissionspunktexi verumaclit eine gleichmäßigere Ladungsdichte auf der zu ladenden Fläche, da die emittierten Elektronen gleichmäßiger verteilt sind. Der Wechselstrom kann jede Frequenz haben, beispielsweise 5 Hz oder mehr, die Anordnung je-

■ doch arbeitet wirksamer, wenn die Frequenz erhöht wird. Die Zahl der Emissionspunkte steigt jedoch derart an, daß eine gleichmäßige Ladung auch bei relativ niedrigen Frequenzen, beispielsweise bei 60 Hz, erreicht wird, obwohl mit steigender die G-leiclimäßigkeit der Ladung weiter ansteigt.

009885/1815 _BAD original

Durch Anschaltung der Wechselspannungs.quelle an den Koronadraht wird um diesen herum ein Magnetfeld erzeugt ₉ dessen Richtung Ton der Richtung des Wechselstromes im Draht für einen vorgegebenen Zeitpunkt abhängt. Ein Wechselstrom bewirkt eine periodische Umlcehrung der Polarität eines you ihm durchfIossenen Leiters, so daß die in ihm vorhandenen Elektronen erst in der einen _f dann in der entgegengesetzten Richtung fließen.. In Pig. 2A ist. die Stromrichtung im Draht nach links und die Richtung des den Draht umgebenden Magnetfeldes in Richtung des gekrümmten Pfeiles dargestellt. Da vom. !Corona draht freie Elektronen emittiert werden und der. X.önisierujxgsprozeß weitere freie Elektronen und negative Ionen erzeugt,* sind diese zwei bestimmten ilraftv/irlrongen ausgesetzt. Die erste, ergibt- sich aus der Abstoßung des fr.eien, negativ geladenen Elektrons oder Ions von dem negativ geladenen Koreonsdraiit» Diese Kraft Oy bewirkt ein Abwandern, des Elektrons oder" Ions, vom Koronadraht, Die zweite Kraftwirlrang -ergibt, sieh dur eh das den Koronadraht umgebende Magnetfeld- und ist mit· Gx "bezeichnet. In Pig. 2A wird das Elektron 19 emittiert» während das den KoBonadraht umgebende Magnetfeld die dargestellte

'j Richtung hat. Unter diesen Bedingungen wirkt die Kraft Ox nach, rechts, und zwar entgegengesetzt der zu diesem Zeitpunkt

s im Koronadraht vorherrschenden Stromrichtung. Die Kombination der beiden Kräfte bewirkt eine Ablenkung des emittierten Elekiirone bei seinem Weg auf die zu ladende Pläche. Eine ähnliche Wirkung wird auf ein nahe dem Korönaäralrb Befindliches,

, neu erzeugtes negatives Ion durch .das-den Dralit uagebende J?eld

⁸AD

00188571 81 B

17^2154

• - ίο -

ausgeübt j wodurch es bei Einwirkung einer Kraft Cx über einen relativ indirekten Weg auf die zu ladende Fläche gelangt.

In Pig* 2E- ist ein^ Zeitpunkt dargestellt, bei dein, der Koronaclralrfe 18 von einem Strom nach rechts durchflossen wird und die •Richtrcmg des Magnetfeldes dem gekrümmten Pfeil entspricht. Die EEarfjt Gy verläuft gleichfalls senkrecht zur emittierenden h IFIaCIiO₅ .1 ,-{[oSii ist die Kraft Cx jetzt nach links gerichtet, ■full- -:f :-dx:-v~.\ d?n Strorairiuß im Draht entgegengesetzt. Die 1:\ΰΆ (U. ■; :':. ·. ;.:;.-:..:,, >.:-.' lens 19 (gestrichelte Linie) ist iron vv :-.:;:·, ■?-:.;. I; ".:. "-eilten verschieden, da die Richtung der :".: U"Ci C: ;:;.;/■-;::;; ist. In jedem Sülle durchläuft das Elektron :'.;.:.'. υ -Λ*.;. ,;ü^i :"....::.;::;:■-:■ abgelenkten './eg auf die zu ladende ;^Λ".-■·''."■:■' :"■■■ " ■ rellunger stellen nur zwei Extrem- :.,UIc Lo:.r>^;-:-:-:-■■ : :>: , .,:.. o.a ändernder Zustände dar. In der zwi-3oliG^- "IicsiAL I i^iäoii Extremzuständen liegenden Zeit verringert sich cias den Eoronadraht umgebende Idagnetfeld auf den V/ert Null, l;elirl; seine Eioli'Iimg um und verstärkt sich, da der Elektronenatrom cferch den Koronadraht seine Richtung periodisch ändert. Bamit ändert sich entsprechend die Kraft Cx kontinuierlich in Stärke τχύά Pachtung. Das Vorhandensein des Wechselstroms hat daher eine Sendenz zur Folge, die Elektronen und negativen Ionen in ©iner Ebene längs des Koronadrahtes willkürlich zu verteilen,, wodurch 3ich eine gleichmäßigere Ladung der zu ladenden !Fläche ergibt.

00988h/ 18 15 BAD OBlGWAU

In-!Pig. ■ 5-ist eine andere Ausfiüirungsform einer Anordnung zur-Erzeugung eines zur Dispergierung der Elektronen und negativen Ionen verwendeten elektrischen Feldes dargestellt» mit der eine gleichmäßigere ladungder Platte 23 erreicht wird. Der Koronadralit 27 ist an den negativen Pol der Gleichspannungsquelle 22 angeschlossen. Ihr positiver Pol ist an die leitfähige Unterlage der Platte 23 gelegt. Die Weohselspannungsquelle 21 ist mit den Polen 26, jedoch nicht mit dem Koronadraht verbunden. Die Pole erzeugen ein elektrisches Wechselfeld in dem zwischen der zu ladenden Fläche und dem Koronadraht liegenden Luftraum, welches auf die Elektronen und negativen Ionen einwirkt. Diese werden auf ihrem Weg zu der zu ladenden Fläche abgelenkt. Der Hauptunterschied besteht darin, daß das durch Wechselstrom um den Koronadraht erzeugte Magnetfeld zu dessen Querschnitt konzentrisch verläuft, während die Pole 26 ein parallel zum Draht verlaufendes elektrisches Feld erzeugen. Die V/irkung des Feldes auf die Elektronen und negativen Ionen ist ähnlich* Obwohl die in Fig. 3 gezeigten Pole eine gleichmäßigere Verteilung der Elektronen naeh Emission ■bewirken, treten nicht mehr Emissionspuiikte pro Längeneinheit; am Koronadraht auf, wie dies im Zusammenhang mit Fig· 1 beschrieben wurde, da der Wechselstrom, nicht durch den XCoronadralrfo verläuft.

Zur Erzeugung einer größtmöglichen .Anzahl von Emissionspurürfeen auf dem IC'oronadraht sowie zur besten Verteilung von Elektronen und negativen Ionen zwischen ihrem Austritt aus dem IC

BAD ORIGINAL 009885/1815

oder- ihrer Ionisation -und ihrer Ablagerung auf der zu ladenden Oberfläche dient eine Anordnung der in Pig. 4 dargestellten Art. Der negative Pol der Gleiehspannungsquelle 33 ist an den Koronadraht 34 angeschlossen, während der positive Pol an die leitfähige Unterlage der Platte 31 gelegt ist. Die Wechselstromquelle 28 ist an den Koronadraht 34 angeschaltet. Die Wechselstromquelle 29 ist an die Pole 32 angeschaltet» die ein elek.-" · trisches Feld im Luftraum zwischen Koronadraht und zu ladender Fläche erzeugen. In dieser Anordnung ergibt sich eine noch gleichmäßigere Ladung, da auf dem Koronadraht mehr Emissionspunkte vorhanden sind. Ferner v/erden die emittierten Elektronen und gebildeten negativen Ionen zwei Feldern ausgesetzt, die beide eine Kraftwirkung parallel zur Längsrichtung des Koronadrahtes erzeugen. Dadurch ergibt sich eine sehr gute Verteilung oder Überlappung freier Elektronen und negativer Ionen, wodurch die Gleichmäßigkeit der Ladung der Platte weiter verbessert ist.

Außer den vorstehend beschriebenen. Anordnungen sind dem Fachmann nach Kenntnis der Beschreibung viele andere Ausführungs-fiörmexL und/oder Zusätze möglich, die insgesamt durch den Grundgedanken der Erfindung erfaßt sind·

009885M815

Claims (1)

1. P a t e η t, a η S ₁ ρ r ü c h β i ,

   '!.·) Anordnung zur Erzeugung einer.negativen ladung auf einer nichtleitenden fläche,' gekennzeichnet durch eine Gleichstromquelle (14-, 22,. 33)*; deren positiver'Pol-mit der nichtleitenden fläche (11, 23» 31)> und deren negativer Pol. mit einer länglichen, mit Abstand zur nichtleitenden Fläche (11, 23» 31) angeordneten Korona-Entladungselektrode (17, 27, 34) verbunden ist, und durch einen Generator (X6? 21, 28, 29) zur Erzeugung eines Wechselfeldes, das mit zumindest einer Komponente senkrecht zu einer die Elektrode (17, 27^ 34)) Λχαά die nichtleitende fläche (11, 23, 31) verbindenden Linie verläuft.

   2» Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der. Generator (16, 21, 28, 29) eine Wechselatromquelle ist.

   3» Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (16) eine an die Entladungselektrode (17) über deren Länge angeschlossene Wechselstromqu-elle ist, die eins Erhöhung der Zahl der Elektronenemissionspunkte auf der Entladungselektrode (17) und damit tine gleichmäßige Erzeugung #la#r negativen, elektrostatischen ladung auf der niohtleiten-

   . d#n fläche (11) bewirkt·

   4» Anordnroiig naoh Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der 0«itra1ior eixi* zweite Weohseletrömq,uelle (29) mit aumindüst

   tin Wtchfltlftld erzeugenden Pol (32) umfaßt.

   ■ ■ ' "

   ⁸AD

   009885/181S

   5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 Ms 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator mit einer Frequenz von zumindest 5 He arbeitet.

   β·. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 Ms 4» dadurch gekennzeichnet, daß der Generator mit einer Frequenz im Bereich zwischen 30 und 150 Ez arbeitet.

   7=.- £ϊϊλ-:: J^-ZiZ iiaGii einem der vorhergehenden Ansprüche, zur Ladung d-Γ,ν 0";. ;_ν.·..:. * ί ^: Oj. fotolei!,fähigen Isolierstoffschicht einer Σϊϊίρ.::.:/^:::';ΐ; Bildplatte» dadurch gekennzeichnet, daß die 3/;i*iä-i:-·.£.; uutsrlage (z.B. 15) der Bildplatte (11) mit dem ι,. .„'■;:/;: 7:.!: dar. Glaichspannungsquelle (14) verbunden ist.

   009885/1815