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t'Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Abstrahlung einer Koronaentladung"
Die Erfindung betrifft die Reproduktion einer visuellen Information; sie ist insbesondere
anwandbar auf Signalaufzeichnungs-und Typendruckverfahren, in denen ein Eingangssigsnal
dazu benutzt wird, den Eindruck oder das AuSbringen elektrostatischer Ladungen auf
die dielektrische Oberfläche eines elektrografischen Aufzeichnungsträgers in gemusterter
Form zu steuern.
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Es sind verschiedene Verfahren des Aufzeichnens von Informationen
auf elektrografischen Oberflächen bekannt. Solche Verfahren sorgen allgemein ftlr
das Erzeugen eines Musters einer elektrostatischen Ladung auf der Oberfläche eines
elektrografisehcn Aufzeichnungsträgers, Der elektrografische Aufzeichnungsträger
kann
in seiner einfachsten Form aus einem Papier oder einer anderen, elektrisch verhältnismSAig
leitfähigen Unterlage bestehen, auf deren eine Oberfläche ein dUnner Tsolatorfinaufgetragen
ist, beispielsweise aus Polyesterharz oder dergleichen.
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Das Ladungsmuster kann durch ein Eingangssignal gesteuert werden,
das die Auswahl derjenigen Flächenteile auf der elektrografischen Oberfläche steuert,
die aufgeladen werden sollen, und es verhindert das Auf laden derjenigen Flächen
der elektrografische Oberfläche, die ungeladen bleiben'sollen. Die Entwicklung der
so geschaffenen Ladungsmuster durch Verwendung eines entweder flflssig oder trocken
dispergierten Toners, wie sie in der Elektrofotografie gut bekannt sind, fUhrt zur
Er-' zeugung einer sichtbaren Auf zeichnung der Information, die als elektrostatisch
latentes Dild auf die Oberfläche des elektrografischen Aufzeichnungsträgers aufgedruckt,
also latent aufgezeichnet ist. Es können Aufladevorrichtungen mit Einzelspitze oder
Mehrfachspitze oder - spitzen verwendet werden; die Eingabevorrichtung sorgt fUr
die gesteuerte Ablenkung bei Verwendung einer einzelnen Spitze oder für die Auswahl
bestimmter Spitzen in einem Vielfachspitzensystem. Das Sinfachspitzensystem kann
die Verwendung eines Stiftes in Art eines Schreibstiftes (Stylus)+ der Über die
Oberfläche bewegt wird, wie es beispielsweise in Diagratmnschreibern und dergleichen
geschieht, wogegen sich das Vielfachspitzensystem durch Zeichendruckvorrichtungen
auszeichnet, in denen eine Matrix von Entladungsspitzen benutzt wird, in denen die
Spitzen in einem begrenzten Rechteckmuster angeordnet sind, das eine best-immte
Zahl paralleler Reihen von Spitzen enthält, die selektiv errecht werden können,
damit sie ein Ladungsmuster bilden, das einem Buchstaben des Alphabet es oder einer
Zahl oder irgendeine anderen gewünschten Muster oder Zeichen entspricht . Andererseits
kann die Matrix von Entladungsspitzen oder Styli eine lineare Reihe bilden, wie
es in Bitaufzeichnungsvorrichtungen üblich ist.
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Ein Nachteil der vorgenannten Systeme bezieht sich auf die + einschließen
Notwendigkeit,
daß die Entladungsspitzen sich sehr nahe an der aufzuladenden Oberfläche befinden
müssen. Tatsächlich ist es in vielen Fällen erforderlich, die Aufladungsspitzen
so anzuordnen, daß sie die elektrografische Oberfläche wirklich berühren. Dies war
in bekannten Verfahren erforderlich, damit die auf die Aufzeichnungsoberfläche aufzusprühende
Ladung In annehmbaren Grenzen gehalten werden konnte. Ein Kontakt za schen den Snitzen
und der Aufzeichnungsoberfläche ist aus folgenden Gründen nachteilig. Erstens verursacht
dies eine Abnutzung der Spitzen, womit sich deren Geometrie wandert, was wiederum
die Schärfe und Form der auf der Oberfläche geschaffenen geladenen Flächenbereiche
beeinträchtigt. Zweitens kann der Kontakt der Entladungs- oder Aufladungsspitzen
r.it der elektrografischen Oberfläche die Ursache filr Fehlersignale sein, und zwar
insbesondere in den Fällen, in denen die elektrografische Aufzeichnungsflä.che während
der Erzeugung des Bildes bewegt wird. Zum Dritten müssen Vorrichtungen, in denen
die Y:ethode des Aufladens unter Kontakt oder Beinahekontakt benutzt wird, innerhalb
sehr enger Toleranzen hergestellt werden, damit sie genaue und gleichmEßige Aufzeichnungen
der Eingangssignale bringen können.
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Die vorliegende Erfindung lehrt ein Verfahren, durch das die .achteile
der bekannten Verfahren überwunden werden. Sie schlägt ein Verfahren zur Begrenzung
der Einfluß zonen einer ur- oder Entladungsspitze vor, wodurch die Größe eines FlEcher.-bereiches,
der durch eine Spitzenelektrode aufgeladen wird, auf 0,25 mm oder weniger beschränkt
werden kann, und zwar selbst dann, wenn die Spitze mehrere Zentimeter von der Oberfläche,
die aufgeladen wird, entfernt ist oder entfernt wird. Die vorliegende Erfindung
lehrtein Verfahren zum Auf ladung dielektrischer Oberflächen in Musterform, worin
der aufzuladende Gegenstand so auf eine geerdete Unterlage gebracht wird, daß seine
dielektrische Oberfläche einen Abstand von der Unterlage hat; das erfundene Verfahren
zeichnet sich dadurch aus, daß eine Koronaentladungsspitze benutzt wird, die im
wesentlichen von einem ebenen Schirm oder Schild umgeben wird, der in Bezug
auf
die Koronaentladungsspitze einstellbar angeordnet ist, wodurch die Zone des Einflusses
der Koronaentladungsspitze auf die dielektrische Oberfläche in ihrer Größe durch
Verändern der Lage des Schirmes variiert oder abgewandel%*werden -kann. Zusätzlich
kann die Größe der Fläche einer solchen Einflußzone auch dadurch geRndert werden,
daß der elektrische Ic'iderstand des Schirmes oder der Kontaktwiderstand zwischen
der Koronaentladungsspitze und dem Schirm geändert wird.
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Der Durchmesser der Abschirmung scheint verhältnismäßig wenig kritisch
zu sein, vorausgesetzt, daß er wesentlich über den Durchmesser des Stylusschaftes
hinausgeht, so daß eine Uekundremission vom Schirm schwach genug ist, um das Ablagern
unerwünscht er Ladung auf der Aufzeichnungsfläche zu verhindern. t'jfir den Fachmann
liegt es auf der Hand, daß die Wirkung einer solchen Sekundaremission klein gehalten
werden kann, und zwar vor allem dort, wo der Durchmesser des Schirmes durch Abrundung
seiner Kanten oder durch Oberzug solcher Kanten mit einem Isoliermaterial auf einem
Minimum gehalten werden kann.
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Es ist bekannt, daß eine auß einer einzelnen Spitze bestehende Koronaentladungselektrode,
die zur Verhinderung der Erzeugung heißer Funken bei Anlegen einer Hochspannung
mit ausreichendem Abstand gegenüber der geerdeten Unterlage angeordnetist, eine
elektrostatische Ladung mit weicher Begrenzung auf einem elektrografischen oder
elektrofotografischen Blatt erzeugt, das auf die geerdete Unterlage zwischen diese
und die Entladungsspitzenelektrode gelegt wird, wobei der Durchmesser eines solchen
aufgeladenen Bereiches etwas größer als der Abstand zwischen der Spitze und der
geerdeten Unterlage ist, wenn der negative Pol der Hochspannung an die Spitze gelegt
ist, während der aufgeladene Flächenbereich, der durch eine positive Korona erzeugt
ist, normalerweise etwas kleiner als der von einer negativen Korona geschaffene
ist. Wenn der Abstand zwischen der Spitze unter geerdeten Unterlage vergrößert wird,
nimmt die Größe des aufgeladenen Bereiches ebenfalls zu, ohne daß die Rand- oder
Kantenzeichnung einer solchen aufgeladenen Fläche verbessert
würde.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist in dem Aufladesystem ein weiterer
Gegenstand vorgesehen, der eine ausgewählte elektrische Leitfähigkeit hat und der
in einer bevorzugten Ausführungsform zusätzlich im wesentlichen eben ist; er hat
in seiner Mitte eine Bohrung oder einen Durchbruch, aus dem bzw. der die Spitze
der Koronaelektrode hervortritt. Der Schaft der Elektrode kann diesen ebenen Gegenstand
(Schirm, Schild) in manchen Fällen berühren, wogegen in anderen Fällen kein unmittelbarer
körperlicher Kontakt und somit auch kein unmittelbarer elektrischer Kontakt zwischen
der Elektrode und dem Planarschirm vorhanden sein wird. Die Wirksamkeit der Begrenzung
der Korona, die durch die Einfilhrung eines Schirmes eschaffen wird, wird durch
die Geometrie des Systems und den elektrischen Widerstand des Schirmes beeinflußt.
Geometrische Merkmale, die die Wirksamkeit der Koronabegrenzung beeinflussen, schließen
die Strecke, um die die Koronaspitze durch den Schirm hervorragt, die Form der Spitze
und die Entfernung der Spitze von der geerdeten Unterlage ein, während eine weitere
Steuerung der Größe des von der Korona projizierten Flächenbereiches durch Verändern
der elektrischen Leitfähigkeit des Schirmes wie auch durch Verändern der an die
Spitze angelegten Spannung erreicht werden kann.
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Un das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, wird nachfolgend
auf die Zeichnung Bezug genommen. Darin zeigen: Fig. 1 Eine Ausführungsform , in
der der Schirm in Bezug auf die Entladungsspitze verstellbar montiert ist, Fig.
2 eine der Möglichkeiten zur Modulation (Abwandlung) der Koronaemission und Fig.
3 die Art, in der die Modulation durch Licht unter Benutzung eines Fotoleiterschirmes
ausgeführt werden kann.
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I..s sei hier hervorgehoben, daß diese Darstellungen lediglich
das
Grundsätzliche der Erfindung erläutern sollen, nicht aber im Sinne einer Beschränkung
gedacht sind.
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In der Anordnung nach den Figuren 2 und 3 kann eine HochspannunGsspeisune
ähnlicher gemäß Fig. 1 verwendet werden.
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Einander entsprechende Teile in verschiedenen Figuren sind durch dieselben
Bezugszeichen bezeichnet.
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Gemäß Fig. 1 ist au: eine geerdete, elektrisch leitende Unterlage
1, ein:lektrofotografisches Aufzeichnungsblatt 2 gelegt, das aus einem elektrisch
verhältnismäßig gut leitenden Trägers a besteht, der in Berührung mit der geerdeten
Unterlage 1 steht und eine dielektrische Oberflächenschicht 3 auf der Seite des
Trägers 2 aufweist, der der geerdeten Basis 1 abgewandt ist.
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Eine Koronaentladungsspitze 4, die an eine Hochspannungsquelle 11
angeschlossen ist, ist der dielektrischen Oberfläche 3 zugewandt und ihr gegenüber
in einem Abstand angeordnet. Ein elektrisch leitender Schirm oder Schild 6» der
im wesentlichen auf der der dielektrischen Oberfläche 3 zugewandten Seite eben ist,
ist einstellbar gegenüber der Koronaentladungsspitze 4 montiert.
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Der Schirm 6 kann in Antwort auf ein elektrisches Signal auf-und abbeewegt
werden, um den Flächenbereich auf der dielektrischen Oberfläche 3, der bei Anlegen
der Hodapannung an die Spitze 4 aufgeladen wird, in seiner Größe zu verändern.
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Fig. 2 zeigt einen anderen Aufbau des Schirmes. Hierist der elektrisch
leitende Schirm 6 von der Koronaentladungsspitze 4 durch einen Isolator 7 getrennt.
Ein veränderbarer Widerstand 8 ist zwischen die Spitze 4 und den Schirm 6 geschaltet
und ermöglichst so die Steuerung der Modulation.
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Fig. 3 zeigt eine weitere möglicheAusführungsform, denn hier ist der
Schirm oder Schild 6 durch ein Fotoleiterschild 9 ersetzt, dessen elektrischer Widerstand
durch Verändern der Intensität einer Lampe 10 moduliert wird.
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Die Schirme in jeder der Figuren 2 und 3 können zusätzlich in Bezug
auf die Spitze 4 bewegt oder verstellt werden, um eine weitere Modulation der Größe
der aufgeladenen Flächen auf der dielektrischen Oberfläche 3 zu erreichen.
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Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der rfindung.
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Reispiel 1 Eine Koronaspitzenentladevorrichtung wurde mit einer Spitze
aufgebaut, die am verjüngten Ende eines Stahlschaftes von 1,5 mm Durchmesser einen
Radius von 0,05 mm hatte, wobei der zwischen den Fianken des verjüngten Abschnittes
des Schaftes eingeschlossene Winkel 150 betrug. Der Schaft wurde an die negative
.usganfflsklemme einer Hochspannungsquelle angeschlossen. Unter der Entladungsspitze
wurde eine Basis oder Unterlage angeordnet, die an die Erdlclemme der Spannungsquelle
angeschlossen wurde.
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Es wurde dafür gesorgt, daß der Abstand zwischen der Spitze und der
Unterlage verändert werden konnte. Damit die Projektion des beim Anlegen der Spannung
an die Spitze erzeugten Koronamusters aufgezeichnet werden konnte, wurde ein Blatt
elektrofotografischen Papieres unter die Spitze gelegt, wobei ihre Unterseite in
Kontakt mit der geerdeten Basis oder Unterlage stand. 8.ach dem Aufladen wurde das
elektrostatische latente Bild durch Eintauchen in ein Bad eines flüssigen Entwicklers
entwickelt. Der entwickler war von der Art, wie sie in elektrofotografischen Dokumenten-Kopiermaschinen
und dergleichen benutzt werden.
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Beim Anlegen der negativen Spannung von 20 kV an die Spitze bei einem
Abstand von 33 mm zwischen der Spitze und der Unterlage.
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platte ergab sich ein Koronaentladungsrriuster mit sanften Rindern
oder Kanten und einem Durchmesser von etwa 57 mm auf dem Blatt elektrofotografischen
Papiers, das auf die Unterlage gelegt worden war. In diesem Falle wurde die Abschirmung
nicht benutzt und die Kanten des Ladungsmusters waren höchst unscharf.
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Dann wurde ein Abschirmschild, hier kurz Schirm genannt, mit folgenden
Eigenschaften hergestellt. Der Schirm bestand aus einer Bronzescheibe von 30 mm
Durchmesser und 1,5 mm Dicke.
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Er war im wesentlichen eben und hatte eine zentrale Bohrung von 1,52
mm lWchmesser. Die Elektrodenspitze wurde durch diese !'ohren geschoben und ragte
über die ebene BegrenzungsflEche 4,8 mm hervor. Das Koronamuster, das durch Anlegen
einer Spannung von 20 kV negativ an die Spitze entstand, wobei der Abstand zwischen
der Spitze und der Unterlagsplatte 33 mm betrug, hatte einen Durchmesser von 54
mm mit scharf definiertem Rand.
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3er Schirm wurde dann etwas bewegt, um die Strecke, um die die Spitze
durch den Schild vorragte, auf 3,2 mm zu wandern. Das so erzeugte, scharf definierte
Koronamuster hatte einen Durchmesser von 23 mm.
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Eine weitere Versuchsserie, die mit derselben Entladungsspitze und
derselben Schirm ausgeführt wurde, filhrte zur Erzeugung eines scharf definierten
Koronamusters mit 0,79 mm Durchmesser wenn der Abstand zwischen der Spitze und der
Unterlage auf 15,8 und und der Überstand der Spitze über den Schirm auf 0,4 mm eingestellt
wurde.
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Reispiele 2 bis 4 Die folgende Serie beleuchtet Variationen in der
Begrenzung der Korona, die durch Andern des Widerstandes des Schirmes zustandegebracht
wurden. In jedem Falle betrug die angelegte Spannung 20 kV negativ mit einem Spitzenüberstand
von 6,2 mm und einem Abstand zwischen Schirm und Unterlage von 38 mm.
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in Polyäthylenschild brachte ein scharfrandig begrenztes Yoronamuster
von 10 cm Durchmesser. Der Volumenwiderstand des Polyäthylens betrug 1,6 x 1013
Ohm cm.
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Ein Hartpapierschild lieferte' ein scharfrandig begrenztes Koronamuster
von 44 mm Durchmesser. Der Volumenwiderstand des ITartpapieres betrug etwa 2,5 x
1010 Ohm cm.
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Ein Bronzeschirm lieferte ein scharfrandiges Koronamuster von 31,5
mm Durchmesser.
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Beispiele 5 - 6 Ein Hartpapierschirm, Volumenwiderstand 2,5 x Ohm
. cm lieferte bei 20 kV zwischen einer um 126 mm über den Schirm überstehenden Spitze
und bei einem Abstand von 38 mm zwischen Spitze und Unterlage ein Ladungsmuster
von 38 mm Durchmesser bei negativer Spannung an der Spitze, wogegen das Ladungsmuater
einen Durchmesser von 32 mm hatte1 wenn der positive Pol ander Spitze lag.
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Aus dem Vorangehenden ergibt sich, daß die Begrenzung der Zone des
Einflusses eines Koronastrahles durch das Vorsehen eines Schirmes gesteuert werden
kann und daß, wenn alle anderen Faktoren konstant gehalten werden, das Ausm einer
solchen Begrenzung oder Beschränkung vom spezifischen elektrischen Widerstand des
Schirmes, vom Uberstand der Spitze über den Schirm und von der Entfernung zwischen
der Spitze und ds Unterlage abhängt.
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Wenngleich die Beispiele nur zur Erläuterung des Erfindungaprinzipa
vorgesehen sind, zeigen sie doch die Steuermethoden, die für die Modulation von
Koronastrahlen zur Verfügung stehen; die Modulation kann durch Bewegen des Schildea
in Bezug auf die Spitze, durch Verändern des Volumenwiderstandes des Schirmes oder
eine Kombination einiger oder aller dieser Mittel erreicht werden. Zusätzlich kann
das Aufzeichnungselement bewegt werden, um eine kontinuierliche Spur zu erzeugen,
wo dies erwünscht ist. Ferner kann zusätzlich die angelegte Spannung als dauernde
konstante Gleichspannung oder als mit einer ausgewählten oder mit einer modulierten
Frequenz intermittierende Gleichspannung benutzt werden; es kann aber auch Amplitude
oder Frequenz moduliert werden. Dadurch kann die auf dem Aufzeichnungselement erhaltene
Spur diskontinuierlich oder abklingend (gedämpft) gemacht werden.
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Es kann also eine Wiedergabe eines externen Signals dadurch
hervorgerufen
werden, daß man ein solches Signal eine mechanische Modulation einiger oder aller
hier offenbarter Variablen in Ubereinstimmung mit den jeweiligen Brfordeissen hervorrufen
läßt.
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Wie oben festgestellt, kann das elektrostatische latente Bild durch
Verwendung eines trockenen elektrofotografischen Toners oder vorzugsweise eines
flüssigen dispergierten elektrofotografischen Toners entwickelt werden. Ein flüssiger
elektrofotografischer Toner in Dispersion in einer isolierenden Trägerflüssigkeit
erzeugt einen elektrofotografischen flüssigen Entwickler, der als ein in einer Trägerflüssigkeit
suspendiertes, elektroskopisches Narkierungsmaterial bezeichnet und bestimmt werden
kann; die Träge rflüssigkeit sollte dabei einen Volumenwiderstand von mehr als 10
nhm.cm und eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 3 haben; ein solches elektroskopisches
Narkierungsmaterial sollte ein Pigment oder einen Farbstoff oder andere gefärbte
Partikel in Kombination mit einem harzigen oder ölharzigen oder anderen Fixierungs-oder
Dispergiermittel und bei Bedarf in zusätzlicher Kombination mit einem die Polarität
steuernden Stoff wie ein Alkydharz oder ein anderes in der Technik an sich bekanntes
Material haben. Solche kombinierten Partikel bilden den Toner, der in der isolierenden
Trägeflüssigkeit suspendiert ist. Derartige trocken oder flüssig dispergierte Tonermaterialien
können so rezeptiert und zusammengesetzt werden, daß sie nach Bedarf von positiver
oder von negativer elektrostatischer Ladung angezogen werden.
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Obgleich vorstehend auf elektrofotografische Papiere als die Ladung
empfangenden Film oder als Aufzeichungsträger Bezug genommen worden ist, sei hervorgehoben,
daß ein solcher die Ladung empfangender Film einen Fotoisolator enthalten kann und
daß so der Aufzeichnungsträger ein elektrofotografisches
Papier
oder ein anderes fotoleitendes Druckelement sein kann, wenn es gewünscht wird. Auch
diese Ausführungsart liegt im Rahmen der Erfindung.
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Als eine weitere Alternative kann das dielektrische Aufzeichnungselement
auch ohne eigene leitfähige Unterlage verwendet werden.
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Im Zweifel sind alle hier offenbarten und/oder dargestellten Merkmale
für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination erfindungswesentlich. Schutz
wird begehrt für das, was ungeachtet der subjektiven Kenntnis der Erfinder über
den Stand der Technik objektiv schutzfähig ist.
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Patentansprüche