DE2148001A1

DE2148001A1 - Verfahren zur elektrographischen aufzeichnung von ladungsbildern

Info

Publication number: DE2148001A1
Application number: DE19712148001
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Phys Simm
Original assignee: Agfa Gevaert AG
Current assignee: Agfa Gevaert AG
Priority date: 1971-09-25
Filing date: 1971-09-25
Publication date: 1973-03-29
Also published as: JPS4842734A; CH541188A; BE788383A; JPS5442255B2; FR2154257A5; CA998423A; DE2148001C3; DE2148001B2; GB1385995A

Description

AGFa-GEVAERTAG₂₁₄₈₀₀,

LEVERKUSEN

fcfc Ι97|

Gs/Wa

Verfahren zur elektroffraphlsehen Aufzeichnung; von Ladungsbildern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrographischen Aufzeichnung von Ladungsbildern auf einem elektrisch aufladbaren Aufzeichnungsmaterial.

Es sind elektrographische Aufzeichnungsverfahren bekannt,bei denen die Aufzeichnung z.B. mittels einer Elektronenstrahlröhre erfolgt, wobei die Ladung des Elektronenstrahls durch Stiftelektroden, die reihenweise gleichmäßig verteilt in der ,,,_TV.]?rontplatte der Röhre angeordnet sind, auf das Registrier-

.J0?*'material übertragen wird. Das Registrierpapier wird dazu in sehr geringem Abstand von nur wenigen/tun an den Elektroden vorbeigezogen, so daß ein Ladungsübergang stattfindet. Durch

"^;; ein Videosignal kann der Elektronenstrahl in der Röhre nach Lage und Intensität so gesteuert werden, daß auf dem Papier ein Ladungsbild entsteht.

Nach einem anderen bekannten Verfahren werden bildmäßig vorgeformte Elektroden, z.B. Druckformen von Buchstaben oder Ziffern für den elektrostatischen Druck verwendet. Dazu wird das Registrierpapier zwischen die Druckform und eine ebene Gegenelektrode gebracht und durch einen kurzzeitigen Spannungsstoß aufgeladen, wobei das Bild der Druckform auf das Papier

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übertragen wird. Der Ladungsübergang erfolgt durch kurzzeiti-ge Zündung einer Gasentladung im Raum zwischen Elektrode und Papieroberfläche bei sehr kleinem gegenseitigen Abstand und Spannungen von z.B. 500 V bis 1500 V. - .

Alle derartigen Verfahren, die für die Aufzeichnung sehr kleine Abstände zwischen Elektrode und Papier erfordern, wobei ferner mit jedem neuen Signal Gasentladungen zwischen einzelnen Elektrodenpaaren gezündet und glöscht werden müssen, haben den gemeinsamen Fachteil, daß die Zündspannung von den Unebenheiten des Aufzeichnungsmaterials, von Temperatur und Wasserdampfgehalt der Luft und von Verunreinigungen durch Staubteilchen stark abhängig ist.

Diese Schwierigkeiten lassen sich durch andere bekannte Verfahren weitgehend beseitigen, nach denen mit größeren Elektrodenabständen und unter Vermeidung der für den Ladungsübergang notwendigen Zündung vieler einzelner Gasentladungen gearbeitet werden kann. Fach diesen Verfahren vfird für die Erzeugung des Ladestromes eine Corona-Entladung verwendet, die ohne Unterbrechung betrieben wird und von der leilströme über Spalt- oder Lochblenden entnommen werden. Die bildmäßige Steuerung dieser Teilströme erfolgt durch elektrische Signale, die über geeignete Steuerelektroden an die Öffnungen der Blenden herangeführt werden. An Stelle der Steuerelektroden können auch photoleitfähige Materialien angewandt werden, die die Steuerfunktion bei direkter, bildmäßig wechselnder Belichtung übernehmen. Die Durchlaßöffnungen in den Blenden sind in diesem Falle mit Streifen oder Schichten aus dem photoleitfähigen Material präpariert, die sich durch den Coronastrom aufladen und ihre Ladung bei Belichtung abgeben.

Verfahren dieser Art ermöglichen elektrostatische Aufzeichnungen über größere Elektrodenabstände, z.B. einige zehntel Millimeter bis zu 1 mm. Gegenüber den vorher beschriebenen Verfahren für Elektrodenabstände von wenigen /um sind die

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letzteren jodoch langsamer in dnr AuiY.oi ehming .Si e erlauben nur Mfzeiehnurigsgeschwindigkeiten von wenigen cm/s, da die Ladungsträgerdichte im Teilstrom der Corona-Entladung wesentlich geringer ist als im direkten Ladungsübergang von Elektrode zum Papier bei sehr kleinen Abständen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Aufzeichnungsgeschwindigkeit der mit vergrößerten Elektrodenabständen arbeitenden Verfahren zu erhöhen.

Es wurde nun ein Verfahren zur elektrographischen Aufzeichnung von Ladungsbildern auf isolierendem Aufzeichnungsmaterial gefunden, bei dem eine Gasentladung durch eine Corona-Elektrode erzeugt wird, und mit Hilfe von Steuerelektroden ein Teil aus dem Entladungsstrom durch elektrische Signale in der Intensität verändert und zur Aufladung des Aufzeichnungsmaterials verwendet wird,während das Aufzeichnungsmaterial über eine Gegenelektrode an den Steuerelektroden vorbeigeführt wird₅ das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Gasentladung und die Steuerung des Entladungsteilstromes in Gegenwart eines oder mehrerer Gase mit einer Elektronenaffinität kleiner als 1 eV stattfindet.

Demnach besteht das erfiiidungsgemäße Verfahren im wesentlichen darin, die Coronaentladung und auch die Steuerung des Teilstromes dieser Entladung, der das Ladungsbild entstehen läßt, in einer Gasatmosphäre vorzunehmen, die aus Gasen kleiner Elektronenaffinität gebildet wird.

Die Elektronenaffinität wird mit der Energie gemessen, die bei der Aufnahme eines zusätzlichen Elektrons in die Elektronenhülle eines Atoms frei wird. Zahlenwerte werden üblicherweise in Elektronen-Volt (eV) angegeben.

Als Beispiele für Gase mit geringer Elektronenaffinität, die für das Verfahren der Erfindung geeignet sind, seien genannt Stickstoff, die Edelgase Helium Neon, Krypton, Argon und Xenon oder Wasserstoff. Von diesen Gasen wird Stickstoff aus Gründen der Wirtschaftlichkeit bevorzugt,während die Edelgase durch überraschend hohe Entladestromstärken besonders hohe Aufzeichnungsgeschwindigkeiten ermöglichen.

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Charakteristisch für geeignete Gase ist, daß sie eine Elektronenaffinität kleiner als 1 eV aufweisen. In "Taschenbuch für Chemiker und Physiker" von D'Ans-Lax, 2. Auflage 1949, Springer-Verlag, werden unter dem Stichwort "Blektronenaifinität" für Stickstoff 0,04 eV, für Helium -0,53 eV und für Neon -1,2 eV angegeben. Vergleichsweise dazu liegen die Elektronenaffinitäten von Gasen, die für das erfindungsgemäße Verfahren ungeeignet sind deutlich über dem Viert 1, eo beispielsweise die elektronegativen Gase Chlor mit 3,6 eV und Fluor mit 3,56 eV oder Sauerstoff mit 2,34 eV (3.Bd.,3.Auflage 1970).

Der für das Verfahren der Erfindung bevorzugt verwendete Stickstoff soll nicht mehr als 10 $ Verunreinigungen enthalten, fe wobei die oben erwähnten elektronegativen Gase einschließlich feuchter Luft oder Wasserdampf als Verunreinigungen besonders kritisch sind. Gleiches gilt für die Reinheit der übrigen als geeignet bezeichneten Gase.

Da sich die in der Gasentladung entstehenden Elektronen in den Gasen deren Elektronenaffinität kleiner als 1 eV ist nur mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit an die Gasmoleküle bzw. Atome anlagern, bleibt der größte Teil der erzeugten Elektronen frei beweglich und stellt damit einen bedeutend leichter steuerbaren Ladestrom dar als ein Gasionenstrom in Luft, der in der Mehrzahl von tragen Sauerstoff- und Wasserdampf-Ionen gebildet wird. Da mit der größeren Wanderungsgeschwindigkeit der freien Elek- * tronen auch die Bildung abschirmender Raumladungen in der Umgebung der Corona-Elektrode stark vermindert wird, steigt der Entladungsstrom und die Ladungstragerdichte im Gas beträchtlich an, womit eine bedeutend kürzere Aufladezeit für die Erzeugung des elektrostatischen Ladungsbildes und damit eine höhere Aufzeichnungsgeschwindigkeit verbunden ist.

Die aus der Praxis der Elektrophotographie bekannten Coiona-Elektroden in der Form dünner, gespannter Drähte lassen sich für die Entladung in einer Gasatmosphäre gemäß der Erfindung nicht anwenden, da sich hierbei keine genügend gleichmäßige, zusammenhängende Glimmhaut an den Drähten ausbildet, sondern nur

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wenige, sprunghaft wandernde Entladungsstellen auftreten, die keinen gleichmäßigen Ladestrom liefern. Eine für das Verfahren der Erfindung brauchbare Corona-Entladung erhält man dagegen an einer freistehenden, einzelnen Spitzenelektrode in relativ großem Abstand von der Gegenelektrode. Infolge dsr hohsii Entladungsstromstärke in den genannten Gasen genügt eine-einzelne Spitzenelektrode, um großa Flächen des Aufzeichnungsmaterials in kurzer Zeit aufzuladen.

Das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiele näher erläutert werden.

Fig. la und Ib stellen die Entladungscharakteristiken für die Spitzenentl^dung in Stickstoff und in Luft dar.

Fig. 2 und 3 zeigen Schnittbilder einer elektrographischen Aufzeichnungsvorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 4 zeigt die Ausführung einer Spaltblende mit Steuerelektroden.

Fig. 5 erläutert weitere Einzelheiten über Elektrodenanordnung und Schaltung.

Fig. 6 zeigt eine andere Ausführung der Spaltblende, bei der die Steuerelektroden durch ein photoleitfähiges Material an der Spaltlippe ersetzt sind.

Aus dem Vergleich der Strora-Spannungsdiagramme für die Spitzenentladung in Stickstoff nach Fig. la und in Luft nach Fig. Ib iet sofort ersichtlich, daß in Stickstoff Entladestromstärken von 100-fachem Wert gegenüber Luft bei 23⁰C in 50 $ r.F. erzielt werden können, womit die Voraussetzung für eine entsprechende Steigerung der Aufzeichnungsgeschwindigkeit gegeben ist. Eine erhebliche Steigerung der EntladungsStromstärke erhält man,wenn Stickstoff durch ein Edelgas oder Wasserstoff ersetzt wird. Beide Diagramme beziehen sich auf dieselbe Elektrodenanordnung, wobei der Abstand der Spitze von der Gegenelektrode 10 cm beträgt. Unterschiedlich ist lediglich die Gasfüllung des Zwischenraumes.

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Nach Fig. 2 und 3 wird die Spitzenentladung in einer Gasatmosphäre gemäß der-Erfindung an einer Metallspitze erzeugt, die in ein Gehäuse 2, das aus durchsichtigem Isoliermaterial besteht, eingesetzt ist und die mit einer Spannungsq_uei±e 3 in Verbindung steht. Durch eine Rohrleitung 4 wird ein schwacher Gasstrom in das Gehäuse 2 eingeführt, der den Entladuragsraum mit dem Gas füllt. Der Gasstrom wird so eingestellt, daß ein Zuströmen von luft durch den Spalt 7 in den von Gehäuse 2 umschlossenen Raum verhindert wird. Die richtige Dosierung der Gaszugabe kann an der Stromaufnahme der Spitzenelektrode 1 leicht kontrolliert werden. Während der Füllung des Entladungsraumes mit dem Gas steigt die Stromaufnähme an und k erreicht einen Maximalwert, sobald die optimale Gasfüllung " des Entladungeraumes erreicht und die Vorrichtung betriebsbereit ist. Der Gasstrom braucht nun nur noch so nachreguliert zu werden, daß der Entladungsstrom konstant bleibt. Ganz allge-.' mein gilt, daß der zur Aufrechterhaltung des stabilen Zustand es des Entladungsstromes notwendige Gasstrom umso stärker sein wird je größer die offene Fläche des Spaltes ist. Es ist leicht zu erkennen, daß der Abstand der JElektrodenspitze 1 von der Mitte des Spaltes 7 von der Größe der Spannung abhängt, • mit der die Spitzen-Entladung betrieben wird. Größere Elektrodenabstände bedingen also höhere Spannungen , gestatten aber auch die Anwendung größerer Spaltlängen, woraus sich wiederum die Möglichkeit zu einer Vergrößerung der Aufzeichnungsbreite ψ ergibt. Der untere Teil des Gehäuses 2 bildet eine Einspannvorrichtung 5 für flache Steuerelektrodeneinsätze 6 und 6',die so eingespannt sind, daß ein Spalt 7 offen bleibt, durch den das durch die Rohrleitung 4 zuströmende Gas entweichen kann. Der Spalt hat eine Weite von z.B. 0,1 bis 0,5 nun, vorzugsweise 0,2 mm. Unterhalb des Spaltes 7 befindet sich die Gegenelektrode 8, die eine Kante 9 besitzt, die parallel zum Spalt angeordnet ist. Der Abstand dieser Kante von der Spaltmitte kann z.B. 0,1 bis 2,0 mm betragen, vorzugsweise 0,5 mm.Über diese Kante wird das Aufzeichnungsmaterial 10 gelegt und während des Aufzeichnungsvorganges in Pfeilrichtung bewegt. Eine Vergrößerung

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des Abstandes der Kante 9 von der Spaltmitte bewirkt verständlicherweise eine Verschlechterung des Auflösungsvermögens. Beim bevorzugten Abstand von 0,5IQnI wird einerseits die Aufzeichnung nicht mehr durch die Unebenheiten in der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials beeinträchtigt, andererseits treten noch keine störenden Unscharfen in der Abbildung auf. Im übrigen läßt sich der Stromübergang von der Gegenelektrode 8 auf das Aufzeichnungsmaterial unso besser lokalisieren, je schärfer der Knick des Aufzeichnungsmaterials um die Kante 9 ist uncf je inniger also die Elektrode mit dem Aufzeichnungsmaterial in Kontakt kommt. Ein geeignetes Aufzeichnungsmaterial wird z.B. in der Zeitschrift «Electrophotography¹¹ Bd. 7, Nr. 3 (1967) Seiten 59-68 beschrieben. Die Gegenelektrode 8 steht mit einer weiteren ;3pannungs quelle 11 in Verbindung und erhält aus dieser ein Potential mit entgegengesetztem Vorzeichen zum Potential der Spitzenelektrode 8 durch die Isolierstücke 12 elektrisch getrennt. Die Steuerelektrodeneinsätze 6 und 6¹ sind mindestens z.Teil durch einen isolierenden Film 13 von den leitfähigen Teilen der Einspannvorrichtung isoliert.

Durch den von den Steuerelektrodeneinsätzen 6 und 6' gebildeten Spalt 7 fließt ein Teil des Entladungsstromes ab und erzeugt auf dem Abschnitt des Aufzeichnungsmaterials, der sich unterhalb der Spaltöffnung befindet, eine Aufladung. Die Höhe dieser Aufladung wird bestimmt durch die Spannungsverhältnisse zwischen den Steuerelektroden 6,6' und der Gegenelektrode 8 einerseits und durch die Stärke des Entladungsstromes andererseits.

Zur Erklärung des Steuervorganges für den Entladungsstrom dienen die Zeichnungen in Figur 4 und Figur 5.

Fig. 4 zeigt einen Teil der Einspannvorrichtung 5, die Steuerelektrodeneinsätze 6 und 6¹ und den Spalt 7. Die Steuerelektrodeneinsätze bestehen nach Fig. 5 beispielsweise aus 3-schichtigen Platten, einer mittleren Isolierschicht 14 und leitfähigen Belägen 15 auf beiden Seiten der Isolierschicht. ])i._e gesamte Dicke der Platten kann im Bereich von 0,05 mm und 1 ram

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liegen, bevorzugt werden jjicken um 0,2 mm. Ais Steuerelektroaeneinsätze sind beispielsweise Polyesterfolien geeignet, die beidseitig mit einer Kupferauflage kaschiert oder mit Aufdampfschichten aus Chrom oder GaId versehen sind, wobei die aufkaschierten Metallauflagen eine Dicke von etwa 35/U und die Aufdampfschichten von etwa 1 - 2/U haben können. Einer der leitfähigen Beläge ist in Streifen unterteilt, die senkrecht zum Spalt verlaufen und die z.B. in der bekannten Photoätztechnik leicht hergestellt werden können. Über diese voneinander isolierten Leiterstreifen 16 kann das Steuersignal an die Spaltlippe der Steuerelektrode geführt werden, während die übrigen Beläge elektrisch miteinander verbunden und an den Masseteil der Vorrichtung angeschlossen sind. Beim Anlegen -einer ψ Steuerspannung U an die Streifen 16 werden im Spalt 7 elektrische Felder erzeugt, die den Durchtritt des Ladestromes abschwächen oder unterbinden. Auf diesem Wege erzielt man eine gesteuerte Aufladung des Aufzeichnungsmaterials, die sowohl flächenhafte, als auch streifenförmige oder punktförmige AufIadungsmuster zuläßt.

Figur 6 zeigt schließlich die Steuerung des Entladungsstromes über einen Photoleiter.Mit einem dünnen Streifen 17 aus photoleit-

fähigem Material, z.B. ZnO oder Selen, an einer Spaltlippe kann man z.B. erreichen,* da'ß durch die Aufladung des Streifens

über dem Entladungsstrom der Stromdurchgang durch den Spalt ge- W

sperrt wird,solange der Vorgang im Dunkeln abläuft. Wird das photoleitfähige Material zeitweise, ganz oder partiell belichtet, so verliert er seine Aufladung und der Stromdurchgang durch den Spalt wird an der belichteten Stelle freigegeben.

Zur Sichtbarmachung der nach dem Verfahren der Erfindung erzeugten Ladungsbilder können die in der Praxis der Elektrophotographie gebräuchlichen und z.B. in Kapitel IX des Werkes "Xerography and Related Processes", the Focal Press London and New York* beschriebenen Methoden verwendet werden.

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Die in Fig. 2 bis 6 gezeigten Vorrichtungen dienen zur Erläuterung einiger Ausfuhrungsbeispiele für das Verfahren gemäß der Erfindung. Unter Anwendung der genannten Gase geringer Elektronenaffinität lassen sich die Aufzeichnungsgeschwindig-keiten mindestens verzehnfachen. Überraschenderweise sind trotz der höheren Ladestromdichte und Aufzeichnungsgeschwindigkeit nur relativ niedrige Steuerspannungen von z.B. 0 bis 100 V erforderlich, um die in den Figuren 1 bis 6 gezeigten Vorrichtungen voll auszusteuern und die auf elektrographischen Aufzeichnungsmaterialien allgemein erzielbaren Ladungs- und Schwärzungsunterschiede zu erhalten. Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich demnach überall dort anwenden, wo es auf schnelle und' sichere Aufzeichnung von Ladungsbildern ankommt.

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Claims

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Patentansprüche

1/ Verfahren zur elektrographischen Aufzeichnung von Ladungsbildern auf isolierendem Aufzeichnungsmaterial mittels einer Gasentladung, die durch eine Corona-Elektrode erzeugt wird, wobei mit Hilfe von Steuerelektroden ein Teil aus dem Entladungsstrom durch elektrische Signale in der Intensität verändert und zur Aufladung des Aufzeichnungsmaterials verwendet wird, während das Aufzeichnungsmaterial über eine Gegenelektrode an den Steuerelektroden vorbeigeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasenladung und die Steuerung des Entladungsteilstromes in Gegenwart eines oder mehrerer Gase mit einer Elektronenaffinität kleiner als 1 eV stattfindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladung und die Steuerung des Entladungteilstroraes in einer Stickstoffatmosphäre stattfindet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladung und die Steuerung des Ent;ladungsteilstromes in einer Edelgasatmosphäre stattfindet.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3* dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladung an einer Spitzenelektrode erzeugt wird, die freistehend in einem Gehäuse aus isolierendem Material angeordnet ist, das den Raum zwischen Spitzenelektrode und Steuerelektroden nach außen abschließt, wobei das Gehäuse von dem Gas durchströmt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch eine Öffnung in der Nähe der Spitzenelektrode in das Gehäuse eingelassen wird und durch einen für den Durchtritt des Entladungsteilstromes vorgesehenen Spalt zwischen den Steuerelektroden wieder entweicht.

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6. Verfahren nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufzeichnungsmaterial während der Aufladung so über die .Gegenelektrode geführt wird, daß es einen Knick "bildet, der in einem Abstand von 0,1 - 2,0 mm parallel zur Mitte des von den Steuerelektroden gebildeten Spaltes liegt.
7- Verfahren nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektroden für die Steuerung .des Entlad ungsti; ils tr ooies beidseitig mit leitfähigen Beschichtungen versehene !Folien aus isolierendem Material verwendet werden, wobei die leitfähige Beschichtung einer der beiden den Spalt bildenden Steuerelektroden auf der der Spitzenelektrode zugewandten Seite in voneinander isolierte Streifen unterteilt ist, die an der Spaltlippe der Steuerelektrode enden und über die die elektrischen Signale an den Spalt herangeführt werden.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsteilstrom über einen Streifen aus photoleitfähigem Material gesteuert wird, der entlang der Spaltlippe der einen der beiden Steuerelektroden auf der der Spitzenelektrode zugewandten Seite angeordnet ist.

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