DE2513912C2 - Verfahren zur Aufrechterhaltung eines Koronaionenstroms und Verwendung einer Koronaentladungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufrechterhaltung eines Koronaionenstromes zwischen einer Koronaquelle und einer aufzuladenden Fläche, in einer nicht-korrodierenden gasförmigen Atmosphäre.

Gesteuerte Koronaentladungen werden bei zahlreichen reprographischen Prozessen, einschließlich Elektrophotographie, Elektroradiographie, Speicher/erfahren mittels innerer Polarisation, Leitfähigkeits-Speichr verfahren, Abbildung durch Kunststoffverformung, Abbildung durch Ionenprojektion und bei zahlreichen anderen Prozessen angewendet. Bei fast allen diesen Prozessen könnten höhere Reproduktionsgeschwindigkeiten erreicht werden, falls höhere Koronaionenströme erreicht werden könnten. Üblicherweise wird dies durch Erhöhung der Spannung der Koronaquelle, durch Annähern der Koronaquelle an die aufzuladende Fläche (nachstehend als Koronarezeptor bezeichnet), durch Verminderung des Radius des Drahtes, der Nadel oder der Schneide, welche als Koronaquelle verwendet werden, oder durch eine Kombination dieser Maßnahmen erreicht Jedoch erhöhen alle diese Methoden zur Erhöhung des Koronastromes unvermeidlich die Wahrscheinlichkeit von unannehmbaren Bogenzusammenbrüchen.

Die Verwendung von elektronegativen Gasen und Dämpfen, insbesondere von Halogenkohlenwasserstoffen (dieser Begriff soll auch die wasserstofffreien Verbindungen umfassen) zum Auslöschen des Bogens und zur Erhöhung der Koronaentladungsspannungen ist bekannt Diese Verbindungen wurden aber nur bei fehlendem Koronastrom und zur Verhinderung von Koronaentladungen verwendet.

In den US-Patentschriften 3138 683 und 35 44 747 sind Gasgebläse-Stromkreisunterbrecher be- -.^rieben, in welchen halogenierte Verbindungen als Isolatoren verwendet werden. In der US-Patentschrift 32 06 826 ist die Verwendung eines elektronegativen Gases zur Erhöhung der Koronaentladungs-Startspannung beschrieben. In der US-Patentschrift 36 74 696 sind neue, gasartige, dielektrische Materialien beschrieben. In der US-Patentschrift 37 79 166 ist ein elektrostatisches Drucksystem beschrieben, bei weichem das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise angewandt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens der eingangs definierten Ga'tung, bei dem kein Zusammenbruch der Entladung auftritt, sowie die Anwendung dieses Verfahrens in Koronaionenstrom-Entladungsapparaturen mit höheren Entladungsströmen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die gasförmige Atmosphäre 0,01 bis 20 Mol-% eines aliphatischen Halogenkohlenwasserstoffes mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen enthält.

Mit Hilfe der Erfindung kann der Koronaspannung bei gesteigertem Koronastrom wesentlich erhöht werden, ohne daß eine Bogenentladung auftritt. Bevorzugte Verbindungen sind Fluorkohlenwasserstoffe, welche die Ausbildung von Ablagerung auf den Elektroden des Koronasystems auf ein Minimum herabsetzen.

Der Halogenkohlenwasserstoff kann auch ein Sauer-Stoffatom als Oxyrest enthalten.

Weitere Ausbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwendung einer Koronaentladungseinrichtur.j zum Aufladen einer Fläche mit einem eine Koronaquelle aufweisenden Gehäuse, vor dessen Entladungsöffnung die aufzuladende Fläche anzuo.dnen ist, wobei im Entladungsraum eine Gasatmosphäre aus einem nicht-korrodierenden Gas während des Aufladevorganges aufrechterhalten wird, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein nicht-korrodierendes Gas aus 0,01 bis 20 Mol-% eines aliphatischen Halogenkohlenwasserstoffs mit 1 bis 8 Kohlenstoffatome verwendet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nachstehend an-

60. hand einiger Ausführungsformen erläutert.

Unter Halogenkphlenwasserstpffen sind Verbindungen zu verstehen.die Kohlenstoff und Halogen enthalten vorzugsweise mehrfach halogenisiert sind. Die perhalogenierten Halogenkohlenwasserstoffe werden auch als Halogenkohlenstoffe bezeichnet. Wenn nachstehend von Halogenkohlenwasserstoffen die Rede ist, so fallen darunter auch die Halogenkohlenstoffe. Die Halogenkohlenwasserstoffe können neben Wasserstoff auch

Sauerstoff enthalten, wobei der Sauerstoff als Oxyrest insbesondere als Hydroxyrest vorliegt; die Verbindungen können aliphatisch gesättigt und ungesättigt sein, weiaen jedoch vorzugsweise nicht mehr als eine ungesättigte Bindung auf, welche vorzugsweise äthylenartig ist. In den meisten Fällen handelt es sich um aliphatische Halogenkohlenwasserstoffe, die entweder keine oder nur eine ungesättigte Bindung und entweder kein oder nur ein Sauerstoffatom als Oxyrest enthalten, wobei kein allylartiges Halogen vorhanden ist. Die Verbindungen enthalten wenigstens ein Halogenatom, vorzugsweise im Durchschnitt 1,5 Haiogenatome pro Kohlenstoffatom. Der Halogenkohlenwasserstoff sollte bei 20⁰C einen Dampfdruck von wenigstens etwa 0,0001 atn, vorzugsweise von wenigstens etwa 0,001 atm und besonders bevorzugt von wenigstens etwa 0,002 atm aufweisen.

Die ei findungsgemäß verwendeten Halogenkohlenwasserstoffe enthalten vorzugsweise etwa 1 bis 6 Kohlenstoffatome. Bei Sea Halogenen handelt es sich um Fluor, Chlor oder Brom, vorzugsweise um Fiuor und Chlor. Bevorzugte Verbindungen enthalten wenigstens ein Fluoratom pro Kohlenstoffatom. Weiterhin enthalten sie keine Wasserstoffatome, an dem Kohlenstoffatom, an welches das Halogen gebunden ist. Besonders bevorzugte Verbindungen sind frei von Wasserstoff und Sauerstoff, d. h. es sind dies die sogannten Perhalogenkohlenstoffe.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft bei Apparaturen, bei denen gesteuerte Koronaentladungen angewendet werden. Gesteuerte Koionaentladungen finden Anwendung bei repropraphisohen Prozessen, einschließlich der Elektrophotographie, der Elektroradiographie, bei Speicherprozessen rmttels nterner Polarisation, bei Speicherverfahren mittels Leitfähigkeit, bei Abbildungen durch Kunststoffdeformation, bei Abbildungen durch lonenprojektion und bei zahlreichen anderen Verfahren. Für die Koronaentladung wird eine Koronaquelle benötigt, z. B. ein Draht, ein Stift oder eine Schneidenkante; als aufzuladende Fläche oder Rezeptor wird z. B. eine Photoleitfähige Platte verwendet Ein Beispiel für eine derartige Apparatur ist in der US-Patentschrift 37 79 166 angegeben, so daß wegen weiterer Einzelheiten hierauf verwiesen werden kann.

Zwischen der Koronaquelle und dem Koronarezeptor wird eine nicht-korrodierende, gasförmige Atmosphäre, üblicherweise aus Luft, Sauerstoff oder Argon, aufrechterhalten. Vorzugsweise werden etwa 0,1 bis 5 Mol-% Halogenkohlenwasserstoff eingeführt. Die gewünschte Halogenkohlenwasserstoffkonzentration in der Atmosphäre kann auf verschiedene Weise eingestellt werden; z. B. durch Anwendung eines im wesentlichen geschlossenen Systems oder durch Anwendung eines Systems mit kontinuierlich strömendem Gas durch Eindosieren einer geregellen Menge des Halogenkohlenwasserstoffs in die Atmosphäre, um Verluste in der Umgebung des Koronastromes auszugleichen. Auch andere geeignete Einrichtungen bzw. Maßnahmen können getroffen werden.

Die Erfindung wird anhand der nachstehend angegeberieniVersuche näher erläutert

Ein Wolframd?äht mit einem Durchmesser von 76 μίτι würde in einer Entfernung von 5,08 mm von einer sehr rauhen Kupferplatte entfernt parallel gespannt. In einer Luftatmösphäre betrügen die maximal erreichbare Spannung und der maximal erreichbare Strom ( + )5,1 kV bzw. 500 μΑ. Versuche zur Erzielung einer höheren Spannung oder eines höheren Stromes bewirkten einen sofortigen Bogenzusammenbruch. Bei gleichem experimentellem Aufbau wurde eine Atmosphäre aus Luft, welche 3 Mol-% 1,1,1 -Trichloräthan enthielt, in die Koronaentladung eingeführt. Bei konstant gehaltener Spannung von 5,1 kV fiel der Koronastrom auf 350 uA ab. Jedoch war es jetzt möglich, die Spannung und den Strom auf (+ )6,2 kV bzw. 1200 uA zu erhöhen, ohne daß ein Bogenzusammenbruch auftrat

Als weiteres Beispiel sei angegeben, daß bei einem Ionenprojektionsdrucker, wie er in der US-PS 37 79 166 beschrieben ist ein Wolframdraht mit einer Länge von 406 mm und einem Durchmesser von 51 μπι, der 3,81 mm von einer geätzten Kt'.pferplatte entfernt angeordnet war, einen Bogenzusammenbruch bei Spannungen und Strömen größer als (+ )4,6 kV und 700 μΑ zeigte. Die Einführung von 1,1,1-Trichloräthan in einer Konzentration von 2 Mol-% in einer Luftatmosphäre erlaubte Spannungen und Ströme von ( + )53kV bzw. 1400 μΑ, ohne daß eine Bogenbildung auftrat

Als drittes Beispiel sei angegeben, daß ein Woiframdraht mit einem Durchmesser von 76 μΐη der 5,08 mm von einer aufgerauhten Kupferplatte entfernt angeordnet war, einen Bogenzusammenbruch bei (—)4,6 kV und 100 μΑ in einer Luftatmosphäre zeigte. Durch Einführen von l,l,2-Trichlor-l,2,2-trifluoräthan in einer Kenzentration von 6 Mol-% war die Erhöhung der Spannung und des Stromes auf y—)5,2 kV und 1500 μΑ möglich.

Andere Verbindungen, welche gemäß der Erfindung verwendet werden können, sind z. B. Perchloräthylen, Tetrachlorkohlenstoff, 1,2,4,4-TetrachIor-1,1,2,3,3,4-hexafluorbutan, 1,2,4,4,6,6-Hexachlor-l ,1,2,3,3,5,5,6-octafluorhexan, Trifluorbrommethan und 2,3-Dibrompropanol.

Mit der Zeit erfolgt insbesondere bei wasserstoffhaltigen Halogenkohlenwasserstoffen ein gewisser Abbau der Halogenkohlenwasserstoffe unter Bildung einer nicht erwünschten, leitfähigen, wässerlöslichen Ablagerung auf den Elektroden im Koronasystem. Daher ist üblicherweise die Verwendung eines HinVgenkohlenstoffes, d. h. einer wasserstofffreien Verbindung, bevorzugt, vorzugsweise einer Verbindung, die lediglich Fluor und Chlor enthält. Bevorzugte Verbindungen sind solche, die ein Verhältnis von Fluor zu Chlor im Molekül von 1 — 2:1 aufweisen.

Durch die Erfindung ist eine starke Erhöhung des Koronaionenstromes möglich, ohne daß irgendwelche Änderungen im Aufbau der Apparatur erforderlich waren. Es ist lediglich eine geringe Menge eines Halogenkohlenstoffes bzw. Halogenkohlenwasserstoffes erforderlich, um die Spannungen und Ström welche erreicht werden können, stark zu erhöhen. Durch Erhöhung des Korona.onenstromes ohne Auftreten eines Bogenzusammenbruches kann die Geschwindigkeit bzw. die Empfindlichkeit von zahlreichen reprographischen Prozessen stark erhöht werden.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Aufrechterhaltung eines Koronaionenstromes zwischen einer Koronaquelle und einer aufzuladenden Fläche, in einer nicht-korrodierenden- gasförmigen Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmige Atmosphäre 0,01 bis 20 MoI-% eines aliphatischen Halogenkohlenwasserstoffes mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen enthält

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halogenkohlenwasserstoff ein Sauerstoffatom als Oxyrest enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halogenkohlenwasserstoff ein Halogenatom enthält

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halogenkohlenwasserstoff 1 bis 6 Kohlenstoffatome aufweist wobei das Halogen Fluor, Chlor oder Brom ist und im Durchschnitt wenigstens ein Halogenatom pro Kohlenstoffatom vorliegt und entweder keine oder höchstens eine ungesättigte Bindung vorhanden ist und daß der Halogenkohlenwasserstoff frei von anderen Heteroatomen als Halogen ist

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halogenkohlenwasserstoff ein Perhalogenkohlenwasserstoff mit Chlor und Fluor ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Perhalogenkohlenwasserstoff 1 \2 Trichlor-l^-trifluoräthanist

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halogenkohlenwasserstoff 1,1,1-Trichloräthan ist

8. Verwendung einer Koronaentladungseinrichtung zum Aufladen einer Fläche, mit einem eine Koronaquelle aufweisenden Gehäuse, vor dessen Entladungsöffnung die aufzuladende Fläche anzuordnen ist, wobei im Entladungsraum eine Gasatmosphäre aus einem nicht-korrodierenden Gas während des Aufladevorganges aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein nicht-korrodierendes Gas aus 0,01 bis 20 Mol-% eines aliphatischen Halogenkohlenwasserstoffs mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen verwendet wird.