DE1772432B2 - Verfahren und vorrichtung zum aufladen von oberflaechen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichförmigen elektrostatischen Aufladen von Oberflächen mittels einer an wenigstens einer Entladungsspitze erzeugten Koronaentladung, deren Felddichte radialsymmetrisch von der Spitze nach außen abnimmt, wobei die aufzuladenden Oberflächen und die Endladungsspitze relativ zueinander bewegt werden.

Bei der Verwendung einer einzigen Spitze ergibt sich die Schwierigkeit, daß der Ladungskegel von einer zentralen Zone des Maximums zu einer Minimum-Randzone oder -Saumzone abnimmt, wodurch, falls eine verhältnismäßig gleichmäßige Ladungsfläche gefordert wird, nur ein kleiner aufzuladender Flächenbereich zur Verfügung steht.

Es ist daher beim Aufladen von Oberflächen üblich, eine Reihe von Spitzen oder einen Draht od. dgl. vorzusehen, an die gleichzeitig eine ausreichend hohe Spannung angelegt wird, um eine Koronaentladung zu erzeugen und diese Korona über die aufzuladende Oberfläche zu führen.

Bei Verfahren der eingangs geschilderten Art ist es wichtig, den richtigen Teil einer solchen Entladung für den jeweiligen Aufladevorgang der Oberfläche auszuwählen, weil unterschiedliche Bereiche einer solchen Entladung unterschiedliche Ladungseffekte zeigen und, bei der üblichen Verwendung einer Reihe vcn Spitzen, auch einen Mangel an Gleichförmigkeit in dem Feld, das innerhalb jedes der Koronafelder erzeugt wird sowie auch zwischen oder in- nerhalb jedes der Koronafelder, die durch jede Spitze erzeugt werden. Es ergeben sich insgesamt also Unterschiede zwischen den einzelnen Koronafeldem und innerhalb der Koronafelder selbst. Jedes Koro-

namuster oder jede Koronaverteilung sprüht von der Spitze, an der sie erzeugt wird, nach außen mit der Wirkung maximaler Felddichte in der Mitte der Entladung und einer davon auswärts allmählich abnehmenden Intensität. Aus diesem Grunde werden bei 5 Benutzung einer Reihe von Koronaentladungsspitzen mehrere unabhängige Muster erzeugt, und zwar von jeder Spitze eines, die sich infolge von Abstoßeffekten nicht überlappen, und daher ist es nötig, das aufzuladende Medium in bezug auf die Spitzen zu bewegen. um zu versuchen, eine Mittelwertbildung der Ladung in allen Flächen oder Bereichen herbeizuführen und das Fehlen ran Ladungen an den Säumen oder Randflächen zu vermeiden.

Es hat sich gezeigt, daß, wie auch immer diese Bewegung bewirkt wird, es unmöglich ist, eine vollständig gleichmäßige Ladungsaufnahme auf der ganzen Fläche des Gegenstandes, der der Aufladung unterworfen wird, zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu so schaffen, welches auf einfache Weise eine gleichmäßigere Aufladung als bisher möglich macht.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Relativbewegung einer Drehbewegung um die Mittelsenkrechte einer aufladbaren Fläche entspricht, innerhalb der eine oder mehrere aufzuladende Oberflächen angeordnet werden, daß die Entladungsspitze bzw. -spitzen außerhalb dieser Mittelsenkrechten derart geneigt angeordnet werden, daß die Entladungsrichtung radial zu dieser Mittelsenkrechten verläuft, und daß der Abstand der Entladungsspitze bzw. -spitzen von der Mittelsenkrechten und über der Oberfläche der aufladbaren Fläche so bemessen wird, daß die mittlere Felddichte der Korona auf der aufladbaren Fläche in Richtung nach deren Mitte im Verhältnis zu der in gleicher Richtung verlaufenden Abnahme der be^; der Drehung pro Zeiteinheit überstrichenen Flächenelemente der aufladbaren Fläche abnimmt.

Die Verwendung einer einzigen Spitze beseitigt die Nachteile, die sich aus einer Mehrzahl nicht überlappender Felder über eine Länge ergeben. Die sich bei der Verwendung einer einzigen Spitze ergebende Schwierigkeit, nämlich das Schwanken der Ladungspegel von einer zentralen Zone des Maximums zu einer Minimum-Randzone oder -Saumzone wird durch die Erfindung jedoch dadurch überwunden, daß diese Änderung durch eine entsprechende Änderung der Ladungszeiten der einzelnen Flächenelemente kompensiert wird, wobei sich diese Änderung durch eine Drehung der Oberfläche erreichen läßt.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen VerfäV-rens sowie die Ausgestaltung eines bevorzugten Gerätes zur Durchführung dieses Verfahrens nebst dessen Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ein Ausführungsbeispiel eines für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugten Gerätes wird nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht des Gerätes,

F i g. 2 eine Draufsicht auf das Gerät nach F i g. 1 mit einer Darstellung der Koronafelddichte,

F i g. 3 für verschiedene Koronaabstände gegenüber dem Werkstück den Ladungsdichteeffekt,

Fig.4 eine abgewandelte Ausführungsform des Gerätes nach F i g. 1.

In den Fig.'. bis 3 liegt ein auf seiner Oberfläche aufzuladendes Blatt 1 auf einem Drehtisch 2, der eine aufladbare Fläche umreißt, außerhalb deren Umfang eine Ladespitze 3 angeordnet ist. Zwischen Drehtisch 2 und Ladespitze 3 liegt eine hohe Spannung. Wie leicht einzusehen, ist der Aufladebetrag oder die Aufladeintensitäl. in der Mittelzone 4 der aus der Ladespitze 3 hervortretenden Korona 5 am höchsten, und der auf die Fläche bezogene Zuwachs (Differenzialquotient/Ladung nach Fläche) ist am größte;,, wo der Flächenzuwachs in Umfangsrichtung am größten ist. wogegen in der äußeren Koronazone 6 die Aufladiingsintensität am schwächsten ist, wo der Flächenzuwachs in Umfangsrichtung am kleinsten ist. Durch Verwendung einer solchen Anordnung läßt sich auf dem Blatt eine gleichmäßige Ladung erzeugen.

Zur Erläuterung sei auf F i g. 3 verwiesen, wo die X-Achse die Strecke oder radiale Ausdehnung der Korona in Richtung zur Mitte des Drehtisches bezeichnet, während die Y-Achse die Feldintensität auf dem aufzuladenden Oberflächenelement längs dieser Erstreckung zeigt, wenn rr"-n sie für verschiedene Höhen der Ladespitze über chm Drehtisch mißt, wobei der Nullpunkt im Bereich maximaler Feldstärke, also auf der Umfangslinie der aufladbaren Fläche (Drehtisch) liegt; daraus ist ersichtlich, daß für eine Höhe von 2,5 cm (Kurve 1) eine große Feldintensität an der Y-Achse ist, aber in Richtung der X-Achse schnell auf Null abfällt, wogegen bei einer Höhe von 15,2 cm (Kurve 6) die Feldintensität verhältnismäßig kleiner an der Y-Achse ist, aber beträchtlich langsamer längs der X-Achse abfällt und sich wesentlich weiter in Richtung der Mitte des Drehtisches erstreckt. Die günstigste Höhe für die Ladespitze bei Verwendung von 15 kV Gleichspannung beträgt 20,3 oder 22,8 cm.

Durch Auswahl eines geeigneten Bereiches innerhalb der X-Achse, z.B. des milR bezeichneten, und durch Drehen des Werkstückes 1 durch diese Zone der aufladbaren Fläche um die Achsel wird eine verhältnismäßig gleichförmige Ladungsaufnahme über einer Fläche mit einer radialen Ausdehnung von 30 oder mehr cm erreicht.

Wegen des Flächenzuwachses in Umfangsrichtung wirkt das dichtere Feld an der Y-Achse in jedem Flächenbereich nur für eine kuize Zeit während jeder Umdrehung des Drehtisches 2, wogegen im Flächenbereich der Achse A die Ladung kontinuierlich erfolgt. Somit kann die Spannung oder Koronaform entsprechend verändert werden durch richtige Wahl des Gefälles oder Anstieges im Verhältnis zum Radius, was durch richtige Wahl der Höhe der Ladespitze zu der verlangten Ladungsaufsprühung möglich ist.

Damit lassen sich die Schwierigkeiten überwinden, die bisher auftraten, wenn eine einzige Ladespitze ein kreisförmiges Ladungsmuster auf einem Isolierblatt erzeugte. Wenn dabei die Ladungsdichte in der Mitte einen kreischen Weit erreichte, trat eine Änderung auf, die durch eine merkliche Verringerung der elektrophotographischen Empfindlichkeit und Güte gekennzeichnet war. Der Durchmesser dieser Mittelzone nimmt mit der Zeit zu. Günstigste Bildqualitäten und günstigstes Ansprechen auf Röntgenstrahlen tritt an den Außenkanten der Mittelzone auf, und die Dichte nimmt radial nach außen ab.

Die vorliegende Erfindung erzeugt jedoch eine gleichmäßige Ladungsdichte über einer großen Fläche, die auf ein Maximum gerade unterhalb des kritischen Wertes begrenzt ist, also eines Wertes, der den Zentralzonentyp der Ladung hervorruft. An-

dererseits nimmt die Rate der Ladungsaufnahme in zeigt ist, damit eine ungünstige Neigung und Kennlider Mitte der Korona ab und in der Koronaaußen- nie für die Aufladezwecke vermieden wird. Natürlich zone zu, wenn, wie eben beschrieben, eine Ladevor- muß die rechte Grenze von/? innerhalb der Larichtung verwendet wird, bei der die aufzuladende dungsdichtelinie liegen.

Fläche auf einem Drehtisch umläuft. Die Hüllkurve 5 Obgleich hier allgemein auf eine Einzelspitze Beder Ladungsdichte der Korona nimmt von der Mitte zug genommen ist, ist es im Rahmen der Erfindung der Entladungszone nach außen ab. Sie ist der Lage auch möglich, mehr als eine Ladespitze zu verwen- und Durchlaufgeschwindigkeit des aufzuladenden den, sofern der Abstoßeffekt so gewahrt bleibt, daß Gegenstandes so angepaßt, daß die Ladungsannahme er nicht die Ausdehnung der Erstreckung wenigstens im Bereich der aufzuladenden Fläche in der gleichen io eines der Felder über die Drehachse hinaus verhin-Richtung proportional der Abnahme zunimmt. Die dert; dies ist dort nützlich, wo vielleicht ein Randteil Ladungsgleichförmigkeit und Ladezeit für eine be- mit stärkerer Ladung aufgefüllt werden muß.
stimmte Größe einer aufzuladenden Fläche wird Statt Aufladen eines einzelnen Werkstückes, das

durch Versuch mittels Veränderung der Höhe und sich über die Drehachse hinaus erstreckt, können Entfernung der Ladespitze von der Mitte des Drehti- 15 auch mehrere solcher Stücke rund um den Außenteil sches für eine gegebene angelegte Spannung einge- der Scheibe für aufeinanderfolgende Ladung anstellt, geordnet sein, wobei sich das Feld nicht notwen-

Die Erfindung kann auf verschiedene Weise ver- digerweise über die Drehachse hinaus erstrecken wirklicht werden; doch wird in jedem Falle eine Re- muß.

lativbewegung zwischen der die Korona erzeugenden ao Eine solche Ausführungsform ist in F i g. 4 gezeigt, Vorrichtung und der aufzuladenden Oberfläche vor- die einen um die Achse 16 drehenden Drehtisch 15 genommen, und zwar so, daß die gesamte aufzula- zeigt, der mehrere Werkstücke 17 trägt, die nacheindende Fläche nur von einem Teil der Koronaentla- ander durch die Koronazone 18 geführt werden, die dung abgetastet wird, der eine verhältnismäßig von den Ladespitzen 19 erzeugt wird. In dieser Ausgleichmäßige Ladung über der geforderten Fläche er- 25 führungsform können die Werkstücke 17 bei S auf zeugt. den D Atisch 15 gesetzt werden, und sie werden

Es kann eine Abschirmung? (s. Fig. 1) benutzt dann durch die Zonen 18 geführt, bis sie beiF werden, die auf einer Spannung gehalten wird, durch schließlich abgenommen werden,
die die Verteilung oder die Ausdehnung der Korona Aus Vorstehendem geht hervor, daß die Korona

mittels Einführung eines Abstoß- oder Anziehungsef- 30 oder eine Reihe von Koronen zum Aufladen von fektes abgeändert wird. In der Zeichnung (Fig. 1 Oberflächen gerichtet werden, die sich in bezug auf und 2) kann der Hochspannungsgenerator und der die Ladespitze um eine zur Oberfläche rechtwinklige Motor für den Drehtisch 2 in einem Gehäuse 8 unter- Achse drehen. Wenn die Ladung einer Fläche vergebracht sein. Die Spannung wird von 9 aus gesteu- langt wird, die größer ist als der Radius der Korona ert. Die Ladespitze 3 ist an einem Ständer 10 in der 35 auf der aufzuladenden Oberfläche, wird die Lade-Höhe einstellbar befestigt und, bei Bedarf, axial ver- spitze oder nur eine der Ladespitzen so angeordnet, stellbar, um das gewünschte Muster leicht erreichen daß ihr Feld sich von einem Flächenbereich außerzu können. Allgemein ist es empfehlenswert, die halb der aufzuladenden Oberfläche einwärts über die Mitte der Koronaentladung zu meiden und den Start- Drehachse hinaus erstreckt, wobei die Koronamitte punkt in einiger Entfernung in y-Richtung zu wäh- 40 vorzugsweise gerade außerhalb der Außenkante der len, wie durch die linke Grenze von R in F i g. 3 ge- aufzuladenden Oberfläche liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum gleichförmigen elektrostatischen Aufladen von Oberflächen mittels einer an wenigstens einer Entladungsspitze erzeugten Koronaentladung, deren Felddichte radialsymmetrisch von der Spitze nach außen abnimmt, wobei die aufzuladenden Oberflächen und die Entladungsspitze relativ zueinander bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung einer Drehbewegung um die Mittelsenkrechte einer aufladbaren Fläche (2) entspricht, innerhalb der eine oder mehrere aufzuladende Oberflächen (1) angeordnet werden, daß die Entladungsspitze bzw. -spitzen (3) außerhalb dieser Mittelsenkrechten derart geneigt angeordnet werden, daß die Entladungsrichtung radial zu dieser Mittelsenkrechten (A) verläuft, und daß der Abstand der Entladungsspitze bzw. -spitzen von der Mittelsenkrechten (A) und über der Oberfläche (1) der aufladbaren Fläche (2) so bemessen wird, daß die mittlere Felddichte der Korona (5) auf der aufladbaren Fläche (2) in Richtung nach deren Mitte im Verhältnis zu der in gleicher Richtung verlaufenden Abnahme der bei der Drehung pro Zeiteinheit überstrichenen Flächenelemente der aufladbaren Fläche abnimmt.

2 Verr-ihren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der aufladbaren Fläche (2) zur Entladungsspitze (3) bzw. zu den Entladungsspitzen so gewählt wird, daß sie von dem Zentralbereich (4) der Korona (S) nicht erfaßt wild.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufladbare Fläche (2) zur Entladungsspitze (3) bzw. zu den Entladungsspitzen so angeordnet wird, daß sie gerade über die Mittelsenkrechte (A) hinaus von der Korona (5) überstrichen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aufladbare Fläche (2) um ihre Mittelsenkrechte (A) gedreht wird.

5. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit mindestens einer Entladungsspitze und Einrichtungen zum Anlegen eines eine Koronaentladung bewirkenden Potentials an die Entladungsspitze bzw. -spitzen mit einer Trägerfläche für aufzuladende Gegenstände und einer Einrichtung zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen der bzw. den Entladungsspitzen und den aufzuladenden Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsspitze (3) bzw. -spitzen und die Trägerfläche (2) so zueinander angeordnet sind, daß zwischen ihnen eine Relativbewegung im Sinne einer Drehung um die Mittelsenkrechte (A) der Trägerfläche (2) erfolgt, daß die Entladungsspitze (3) bzw. -spitzen außerhalb dieser Mittelsenkrechten (A) derart geneigt angeordnet sind, daß die Entladungsrichtung radial zu dieser Mittelsenkrechten (A) verläuft und daß der Abstand der Entladungsspitze bzw. -spitzen von der Mittelsenkrechten und über der Trägerfläche so bemessen ist, daß die mittlere Felddichte (4) der Korona (5) auf der Trägerfläche (2) in Richtung nach deren Mitte im Verhältnis zu der in gleicher Richtung verlaufenden Abnahme der bei der Drehung pro Zeiteinheit überstrichenen Flächenelemente der Trägerfläche (2) abnimmt.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfläche eine um ihre Mittelsenkrechte (A) drehbare Scheibe (2) ist.

7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß es eine einzige Entladungsspitze (3) aufweist, die über der Ümfangskante der Trägerfläche (2) angeordnet ist.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsspitzen bzw. die Entbdungsspitze (3) wenigstens in ihrem Abstand über der Trägerfläche (2) veränderbar ist.

9. Gerät nach einem der Anspruches bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfläche (2) zu den bzw. der Entladungsspitze (3) so angeordnet ist, daß die aufladbare Fläche (2) von dem Zentralbereich der Korona (5) nicht erfaßt wird.

10. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfläche (2) zu den bzw. der Entladungsspitze (3) so angeordnet ist, daß die aufladbare Fläche (2) gerade über ihre Mitte hinaus von der Korona (5) überstrichen wird.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 10, gekennzeichnet durch eine über den bzw. der Entladungsspitze (3) angeordnete Abschirmung (7) zur Beeinflussung der Richtung und räumlichen Verteilung der Korona (5).