DE1772432C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufladen von Oberflächen - 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 ab-

nimmt, 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 von Spitzen, auch einen Mangel an Gleichförmigkeit in dem Feld, das innerhalb jedes der Koronafelder erzeugt wird sowie auch zwischen oder innerhalb jedes der Koronafelder, die durch jede Spitze erzeugt werden. Es ergeben sich insgesamt also Unterschiede zwischen den einzelnen Koronafeldern und innerhalb der Koronafelder selbst. Jedes Koro-

„amuster oder jede Koronaverteilung sprüht von der eine Ladespitze 3 angeordnet ist. Zwischen Dreh-Spitze, an der sie erzeugt wird, nach außen mit der tisch 2 und Ladespitze 3 liegt eine hohe Spannung. Wirkung maximaler Felddichte in der Mitte der Ent- Wie leicht einzusehen, ist der Aufladebetrag oder die ladung und einer davon auswärts allmählich abneh- .Aufladeintensität in der Mittelzone 4 der aus der Lamenden Intensität. Aus diesem Grunde werden bei 5 despitze 3 hervortretenden Korona 5 am höchsten, Benutzung einer Reihe von Karonaentladungsspitzen und der auf die Fläche bezogene Zuwachs (Differenmehrere unabhängige Μκ*ϊγ erzeugt, und zwar von zialquotient/Ladung nach Fläche) ist am größten, wo jeder Spitze eines, die sich infolge von Abstoßeffek- der Flächenzuwachs in Umfangsrichtung am größten ten nicht überlappen, und daher ist es nötig, das auf- ist, wogegen in der äußeren Koronaioneö die Auflazuladende Medium in bezug auf die Sp.tzen zu bewe- io dungsintensität am schwächstem ist, wo der Flächengen, um zu versuchen, eine Mittelwertbildung der Zuwachs in Umfangsrichtung am kleinsten ist. Durch Ladung in allen Flächen oder Bereichen herbeizu- Verwendung einer solchen Anordnung läßt sich auf führen und das Fehlen von Ladungen an den Sau- dem Blatt eine gleichmäßige Ladung erzeugen, men oder Randflächen zu vermeiden. Zur Erläuterung sei auf F i g. 3 verwiesen, wo die

Es hst sich gezeigt, daß, wie auch immer diese Be- 15 .Y-Achse die Strecke oder radiale Ausdehnung der wegung bewirkt wird, es unmöglich ist, eine vollstän- Korona in Richtung zur Mitte des Drehtisches bedig gleichmäßige Ladungsaufnahme auf der ganzen zeichnet, während die Y-Achse die Feldintensität auf Fläche des Gegenstandes, der der Aufladung unter- dem aufzuladenden Oberflächenelement längs dieser wo; fen wird, zu erreichen. Erstreckung zeigt, wenn man sie für verschiedene

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu ao Höhen der Ladespitze über dem Drehtisch mißt, wo- schnffsa, welches auf einfache Weise eine gleichmä- bei der Nullpunkt im Bereich maximaler Feldstärke, ßiere Aufladung als bisher möglich macht. also auf der Umfangslinie der aufladbaren Fläche

i >ie Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Relativ- (Drehtisch) liegt; daraus ist ersichtlich, daß für eine bewegung einer Drehbewegung um die Mitteisenk- Höhe von 2,5 cm (Kurve 1) eine große Feldintensität redte einer aufladbaren Fläche entspricht, innerhalb »5 an der Y-Achse ist, aber in Richtung der X-Achse der eine oder mehrere aufzuladende Oberflächen an- schnell auf Null abfällt, wogegen bei einer Höhe von geordnet werden, daß die Entladungsspitze bzw. 15,2 cm (Kurve 6) die Feldintensität verhältnismäßig -spitzen außerhalb dieser Mittelsenkrechten derart kleiner an der Y-Achse ist, aber beträchtlich langsageneigt angeordnet werden, daß die Entladungsrich- mer längs der X-Achse abfällt und sich wesentlich tung radial zu dieser Mittelsenkrechten verläuft, und 30 weiter in Richtung der Mitte des Drehtisches erdaß der Abstand der Entladungsspitze bzw. -spitzen streckt. Die günstigste Höbe iür die Ladespitze bei von der Mittelsenkrechten und über der Oberfläche Verwendung von 15 kV Gleichspannung beträgt 20,3 der aufladbaren Fläche so bemessen wird, daß die oder 22,8 cm.

mittlere Felddichte der Korona auf der auiladbaren Durch Auswahl eines geeigneten Bereiches innerFläche in Richtung nach deren Mitte im Verhältnis 35 halb der X-Achse, z.B. des mit/? bezeichneten, und zu der in gleicher Richtung verlaufenden Abnahme durch Drehen des Werkstückes 1 durch diese Zone der bei der Drehung pro Zeiteinheit überstrichenen der aufladbaren Fläche um die Achsel wird eine Flächenelemente der aufladbaren Fläche abnimmt. verhältnismäßig gleichförmige Ladungsaufnahme

Die Verwendung einer einzigen Spitze beseitigt die über einer Fläche mit einer radialen Ausdehnung von Nachteile, die sich aus einer Mehrzahl nicht überlap- ♦» 30 oder mehr cm erreicht.

pender Felder über eine Länge ergeben. Die sich bei Wegen des Flächenzuwachses in Umfangsrichtung

der Verwendung einer einzigen Spitze ergebende wirkt das dichtere Feld an der Y-Achse in jedem Flä-Schwierigkeit, nämlich das Schwanken der Ladungs- chenbereich nur für eine kurze Zeit während jeder pegel von einer zentralen Zone des Maximums zu Umdrehung des Drehtisches 2, wogegen im Flächeneiner Minimum-Randzone oder -Saumzone wird 45 bereich der Achse A die Ladung kontinuierlich erdurch die Erfindung jedoch dadurch überwunden, folgt. Somit kann die Spannung oder Koronaform daß diese Änderung durch eine entsprechende Ände- entsprechend verändert werden durch richtige Wahl rung der Ladungszeiten der einzelnen Flächende- des Gefälles oder Anstieges im Verhältnis zum Ramente kompensiert wird, wobei sich diese Änderung dius, was durch richtige Wahl der Höhe der La^de" durch eine Drehung der Oberfläche erreichen läßt. 50 spitze zu der verlangten Ladungsauf sprühung mög-Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemä- lieh ist.

ßen Verfahrens sowie die Ausgestaltung eines bevor- Damit lassen sich die Schwierigkeiten überwinden,

zugten Gerätes zur Durchführung dieses Verfahrens die bisher auftraten, wenn eine einzige Ladespitze ein nebst dessen Weiterbildungen ergeben sich aus den kreisförmiges Ladungsmuster auf einem Isolierblatt Unteransprüchen. Ein Ausführungsbeispiel eines für 55 erzeugte. Wenn dabei die Ladungsdichte in der Mitte die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens einen kritischen Wert erreichte, trat eine Änderung bevorzugten Gerätes wird nachfolgend an Hand der auf, die durch eine merkliche Verringerung der elek-Zeichnung erläutert. Darin zeigt trophotographischen Empfindlichkeit und Güte ge-

F i g. 1 eine Seitenansicht des Gerätes, kennzeichnet war. Der Durchmesser dieser Mittel-

Fig.2 eine Draufsicht auf das Gerät nach Fig. 1 60 zone nimmt mit der Zeit zu. Günstigste Bildquahtämit einer Darstellung der Koronafelddichte, ten und günstigstes Ansprechen auf Röntgenstrahlen

Fig.3 für verschiedene Koronaabstände gegen- tritt an den Außenkanten der Mittelzone auf, und die über dem Werkstück den Ladungsdichteeffekt, Dichte nimmt radial nach außen ab.

Fig.4 eine abgewandelte Ausführungsform des Die vorliegende Erfindung erzeugt jedoch eine

Gerätes nach F i g. 1. «5 gleichmäßige Ladungsdichte über einer großen

In den Fig. 1 bis3 liegt ein auf seiner Oberfläche Fläche, die auf ein Maximum gerade unterhalb des aufzuladendes Blatt 1 auf einem Drehtisch 2, der eine kritischen Wertes begrenzt ist, also eines Wertes, der aufladbare Fläche umreißt, außerhalb deren Umfang den Zentralzonentyp der Ladung hervorruft. An-

s 6

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 R innerhalb der Larichtung verwendet wird, bei der die aufzuladende dungsdichtelinie liegen.

Fläche auf einem Drehtisch umläuft. Die Hüllkurve s 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 10 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 nacheindcfide 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- as führungsform können die Werkstücke 17 bei S auf zeugt. den Drehtisch 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 R"ihe von Koronen zum Aufladen von fektes abgeändert wird. In der Zeichnung (F i g. 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 I Mitte der Koronaentladung zu meiden und den Start- Drehachse hinaus erstreckt, wobei die Koronamitie punkt in einiger Entfernung in 7-Richtung zu wäh- 40 vorzugsweise gerade außerhalb der Außenkante der j 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 aufladbarer 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. Verfahren 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 (5) nicht erfaßt wird.

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 (Xl) hinaus von der Korona (S) 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 bewiikenden 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 Eatladungsspitze (3) aufweist, die über der Umfangskante der Trägerfläche (2) angeordnet ist.

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

9. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8_S 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 Entiadungsspitze (3) angeordnete Abschirmung (7) zur Beeinflussung der Richtung und räumlichen Verteilung der Korona (5).