DE2846474C2

DE2846474C2 -

Info

Publication number: DE2846474C2
Application number: DE2846474A
Authority: DE
Inventors: Richard Allen Holliston Mass. Us Fotland; Jeffrey Joseph Hopkinton Mass. Us Carrish
Original assignee: Dennison Manufacturing Co
Current assignee: Dennison Manufacturing Co
Priority date: 1977-10-25
Filing date: 1978-10-25
Publication date: 1990-08-09
Also published as: JPH03206470A; ES474487A1; AU4102678A; DK473478A; JPS5478134A; GB2007157A; CH636455A5; GB2007157B; NL7810638A; FR2422987A1; AU532523B2; CH636456A5; JPH0262862B2; SE439698B; BR7807037A; AR228339A1; CH632856A5; DE2846474A1; JPH0544036B2; CA1120992A

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Drucker mit einem Aufzeichnungselement zum Aufzeichnen eines latenten elektrostatischen Bildes sowie eine Vorrichtung zum Erzeugen latenter elektrostatischer Bilder auf einem Aufzeichnungsmaterial.

Zahlreiche Methoden zur Bildung eines elektrostatischen latenten Bilds für das elektrostatische Drucken sind bekannt. Bei üblichen Techniken werden der Luftspalt- Durchschlag, Koronaentladungen und Funkenentladungen verwendet. Andere Techniken nutzen die Triboelektrizität, Strahlung (Alpha, Beta, Gamma sowie Röntgenstrahlen und ultraviolettes Licht) sowie Mikrowellen-Durchschlag.

Nach einem speziellen Verfahren gemäß dem Stand der Technik, beispielsweise der US-PS 37 01 996, werden Stifte aus Metall in sehr geringem Abstand von der Oberfläche der dielektrischen Übertragungstrommel verwendet. Die Stiftspitzen werden elektrisch pulsierend entladen, wodurch ein latentes elektrostatisches Bild durch Luftspalt-Durchschlag erzeugt wird. Diese Technik hat den Nachteil, daß die die Ladung erzeugenden Stiftspitzen nicht vervielfacht werden können. Ferner werden durch die Notwendigkeit, einen sehr geringen Abstand für den Luftspalt-Durchschlag aufrechtzuerhalten, extrem enge Toleranzen benötigt, was die praktische Ausführung dieser Technik begrenzt. Es ist nötig, den Spaltabstand zwischen etwa 0,005 und 0,02 mm (0,0002 und 0,0008 inch) zu erhalten, um mit aufgegebenen Potentialen bei vernünftigem Niveau arbeiten zu können und die Unversehrtheit des Ladungsbilds zu erhalten. Selbst dann ist das latente Ladungsbild nicht gleichförmig, so daß das erhaltene elektrostatisch mit Toner versehene Bild keine gute Begrenzung und keine gute Punktfüllung besitzt.

Die DE-AS 10 51 870 offenbart eine Einrichtung zur Herstellung von Ladungsbildern, in der eine Ladungsquelle in Verbindung mit einer dem Bildträger vorgelagerten Blende verwendet wird, die dem Bild entsprechende Ausnehmungen aufweist.

Ein anderer bekannter elektrostatischer Drucker verwendet eine Ionenquelle in Form eines Korona-Punkts oder -Drahts, der zusammen mit einer das Bild bestimmenden Maske verwendet wird. Koronaentladungen werden auch fast ausschließlich in elektrostatischen Photokopiergeräten verwendet, um die photoleitfähige Oberfläche vor dem Belichten zu beladen. Leider ergeben die üblichen Koronaentladungen nur begrenzte Ströme. Die größte Entladungsstromdichte, die bisher erhalten wurde, lag im Bereich von 10 Mikroampere/cm². Hierdurch kann eine schwere Beeinträchtigung der Druckgeschwindigkeit erfolgen. Zusätzlich können die Koronaentladungen beträchtliche Wartungsprobleme mit sich bringen. Koronadrähte sind klein und zerbrechlich und brechen leicht. Wegen ihrer hohen Arbeitspotentiale sammelt sich auf ihnen Schmutz und Staub an, so daß sie häufig gereinigt oder ersetzt werden müssen.

Eine andere Technik zur Bildung von Koronaentladungen hoher Dichte ist die Verwendung von Luftströmen hoher Geschwindigkeit. Wenn z. B. Luft unter hohem Druck mit einer kleinen Öffnung am Korona-Entladepunkt verwendet wird, sollen Stromdichten von bis zu 1000 Mikroampere/cm² erhalten werden (Prodeedings of the Conference on Static Electrification, London 1967, Seite 139, The Institute of Physics and Physical Society, London SW1). Jedoch ist diese Technik umständlich und verlangt sowohl eine Preßluftquelle als auch eine kritische Geometrie, um einen vorzeitigen elektrischen Durchschlag zu verhindern.

Ein anderes Verfahren zur Bildung von Ionen, das besonders bei elektrostatischen Anwendungen brauchbar ist, verwendet eine elektrische Funkentladung. Typisch hierfür sind die US-PS 33 21 768, 33 35 322, 35 45 374 und 33 62 325. Eine niedrig energetische Funkenentladungstechnik wird von Krekow und Schram in: IEEE transaction on Electronic Devices, E.D.-21, Nr. 3, Seite 189, März 1974, beschrieben. Hierdurch gibt es Einwände gegen die elektrische Funkenentladung, insbesondere wenn gleichförmige Ionenströme gewünscht oder benötigt werden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Entladung über die Fläche eines dielektrischen Elements erfolgt.

Die FR-PS 21 21 299 beschreibt eine Anordnung von zwei Elektroden mit einer dazwischen liegenden Isolierschicht. Die Funkenentladung findet zwischen den beiden Elektroden über eine Seitenfläche der Isolierschicht statt und die erzeugten Ionen werden mit einer dritten Elektrode aus dem Entladungsbereich herausgezogen. Die elektrische Entladung bei solchen Anordnungen kann zur Erosion der Elektroden führen und die Gleichmäßigkeit der erzeugten Ionenverteilung ist für eine hohe Qualität der Bildübertragung nicht ausreichend.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektrostatischen Drucker sowie eine Vorrichtung zum Erzeugen latenter elektrostatischer Bilder zu schaffen, welche die Aufzeichnung eines Bildes mit einer hohen Ladungsdichte und einer homogenen Verteilung der Ladung ermöglicht, wobei eine Teillöschung des aufgezeichneten Bildes durch die Ladungsquelle weitgehend vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektrostatischen Drucker gemäß Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung zum Erzeugen latenter elektrostatischer Bilder gemäß Anspruch 11 gelöst.

Erfindungsgemäß ist es möglich, kritische mechanische Toleranzen bei der Erzeugung eines latenten elektrostatischen Bildes in einem elektrostatischen Drucker zu verringern. Es können die Wartungsprobleme, die mit der Bildung eines solchen Bildes verbunden sind, verringert werden und die Erzeugung von Ionen, insbesondere bei hohen Stromdichten, zur Verwendung für elektrostatisches Drucken sowie für andere Anwendungen erleichtert werden.

Ein anderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine zuverlässige und stabile Ionenquelle zur Verfügung steht. Ferner werden eine einfache Wartung erreicht und die nachteiligen Eigenschaften von Koronadrähten einschließlich ihrer Zerbrechlichkeit und der Neigung, Schmutz und Staub zu sammeln, vermieden. Die Ionenquelle ist leicht kontrollierbar und kann in Mehrfachschaltung betrieben werden (= multiplex betätigbar).

Ferner können Ionenströme zur Verwendung bei der elektrostatischen Bildherstellung erzeugt werden, bei der die Unversehrtheit des Ladungsbilds erhalten wird; es werden vergleichsweise gleichförmige Ladungsbilder erhalten, die mit guter Begrenzung und guter Punktfüllung getont werden können.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine Übertragungstrommel mit genügendem Oberflächenwiderstand eingesetzt wird, um den Bildabbau von dem Zeitpunkt, in dem das Bild an der Oberfläche erzeugt wird, bis zum Tonen des Bildes zu vermeiden; es wird eine vollständige Übertragung des Toners auf ein Empfangsblatt ermöglicht und eine Übertragungsfläche verwendet, die keinen wesentlichen Formänderungen unterworfen wird. Ferner werden latente zurückbleibende elektrostatische Bilder gelöscht und Geisterbilder bei nachfolgenden Druckzyklen vermieden.

Die Vorrichtung zum Erzeugen latenter Bilder gemäß der Erfindung kann zur Vorbeladung eines Photoleiters oder zur Bildung eines elektrostatischen latenten Bildes sowie zu anderen Anwendungen verwendet werden. Ein imprägniertes dielektrisches Teil aus anodisch behandeltem Aluminium ist geeignet, das elektrostatische latente Bild aufzunehmen.

Bei dem erfindungsgemäßen elektrostatischen Drucker wird angestrebt, daß ein latentes elektrostatisches Bild mittels einer bevorzugten Vorrichtung zum Erzeugen eines Bildes auf einem dielektrischen Bildteil gebildet wird. Diese Vorrichtung ermöglicht die Anlegung einer Spannung zwischen zwei Elektroden, die durch ein festes dielektrisches Teil getrennt werden, um einen elektrischen Luftspalt- Durchschlag in Randfeldbereichen hervorzurufen. So erzeugte Ionen können dann von der Entladung abgezogen und auf ein weiteres Teil geleitet werden. Das weitere Teil kann ein leitender Träger mit einer dielektrischen Beschichtung sein. Gemäß einem Merkmal der Vorrichtung ist das die Entladung hervorrufende Potential eine Hochfrequenz-Wechselspannung und das Abziehen wird unter Verwendung von Gleichspannung erreicht.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Vorrichtung können die Elektroden Mehrfachelektroden sein, die in einer Matrixanordnung Kreuzungspunkte bilden. Die Ionen werden aus Elektrodenöffnungen an ausgewählten Matrixkreuzpunkten dadurch entnommen, daß gleichzeitig sowohl eine elektrische Entladung an den gewählten Öffnungen als auch ein äußeres Ionenausstoßfeld erzeugt werden. Die gewonnenen Ionen können zur Bildung eines elektrostatischen latenten Bildes verwendet werden, das anschließend getont wird. Das Bild kann auf der dielektrischen Schicht gebildet und auf blankes Papier übertragen werden. Andererseits kann das latente elektrostatische Bild auch direkt auf einem dielektrischen Papier erzeugt und entwickelt werden. Gemäß einem anderen Merkmal der Vorrichtung wird das Gerät durch ein festes dielektrisches Teil gebildet, das die beiden Elektroden teilt; wenigstens eine der Elektroden weist eine Öffnung mit einer Kante an der freiliegenden Oberfläche des dielektrischen Teils auf. Wenn eine Spannung zwischen den Elektroden angelegt wird, z. B. eine Wechselspannung im Frequenzbereich von etwa 40 Hertz bis etwa 4 Megahertz, wird eine elektrische Entladung zwischen der einen Elektrode und der freiliegenden dielektrischen Oberfläche erzeugt. Die Elektroden, die gleich oder verschieden sein können, können eine breite Vielzahl von Formen aufweisen; sie können z. B. ein gewebtes, offenmaschiges Sieb oder ein Raster aus Metall sein.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen latenter Bilder wird eine dritte Elektrode verwendet, um das Herausziehen der Ionen, die wie oben beschrieben erzeugt werden, zu steuern. Eine Hochfrequenz-Wechselspannung wird zwischen der ersten, der Treiberelektrode, und der zweiten, der Steuerelektrode, angelegt. Die dritte Elektrode, die Sieb- oder Rasterelektrode, wird von der Steuerelektrode durch eine zweite Schicht eines dielektrischen Stoffs getrennt. Die Ionen, die aufgrund eines Luftspalt-Durchschlags erzeugt werden, können aufgrund des Einflusses der Siebelektrode abgezogen und auf ein Aufzeichnungselement geleitet werden. Gemäß der Ausführungsform mit drei Elektroden verhindert die Siebelektrode eine unerwünschte Bildlöschung, wenn ein vorher gebildetes latentes elektrostatisches Bild unter dem Ionengenerator vorliegt, und an die Steuerelektrode wird keine Spannung zur Ableitung der Ionen angelegt. Weiterhin erzeugt die Siebelektrode eine elektrostatische Linsenwirkung, die zur Steuerung der Größe und Form von elektrostatischen Bildern, die durch den Ionengenerator gebildet werden, verwendet werden kann.

In dem erfindungsgemäßen elektrostatischen Drucker wird das latente elektrostatische Bild auf dem dielektrischen Bildteil zur Bildung eines sichtbaren Gegenstücks getont. Das getonte Bild wird dann auf ein Empfangsmedium übertragen. Es kann Vorsorge getroffen werden, um die Oberfläche des dielektrischen Bildteils zu reinigen und ein gegebenenfalls darauf befindliches Restbild zu entladen.

Gemäß einer bevorzugten Form des elektrostatischen Druckers weist das dielektrische Bildteil eine Oberflächenschicht auf, die aus imprägniertem anodisch behandeltem Aluminiumoxyd besteht.

Gemäß einer anderen Ausführungsform wird das dielektrische Teil mit einem organischen Harz aus der Gruppe von UV-härtenden Harzen, Polyamidharzen, UV-Akrylatharzen und thermisch gehärteten Epoxyharzen imprägniert. Das dielektrische Teil kann ein leitfähiges Substrat aufweisen, das unter einer dielektrischen Schicht liegt, welche im wesentlichen feuchtigkeitsfreie Poren besitzt. Diese Poren werden in dem Zustand, in dem sie frei von Feuchtigkeit sind, mit einem harzartigen Material versiegelt, um verbesserte dielektrische Eigenschaften und verbesserten Widerstand zu erreichen.

Bei dem erfindungsgemäßen elektrostatischen Drucker kann das getonte sichtbare Bild auf der dielektrischen Bildtrommel auf ein Empfangsteil unter gleichzeitiger Druckfixierung übertragen werden. Es wird Druck angewandt, wenn eine Empfängerbahn oder ein Empfängerblatt zwischen der dielektrischen Bildtrommel und einer Andruckrolle an einem Punkt tangential zu den beiden Teilen hindurchläuft.

Weiterhin können Metallschaber benachbart zu der dielektrischen Bildtrommel und der Andruckrolle angeordnet werden, um die Oberfläche der Trommel und der Rolle nach der Bildübertragung zu reinigen. Ein etwa zurückbleibendes Bild auf der dielektrischen Trommel kann durch Elektroden an beiden Seiten der dielektrischen Schicht, zwischen denen hochfrequente Wechselstromentladungen erzeugt werden, gelöscht werden. Das Löschen kann auch durch einen geerdeten Leiter oder Halbleiter erfolgen, der in innigem Kontakt mit der Oberlfäche der dielektrischen Schicht gehalten wird. Der geerdete Leiter kann ein schwer belastetes Metallschaberblatt und der geerdete Halbleiter eine halbleitende Rolle sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines elektrostatischen Übertragungsdruckers gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist ein Teilquerschnitt einer Ladungslöscheinheit für einen elektrostatischen Drucker gemäß der Erfindung;

Fig. 3 ist ein Teilquerschnitt einer Ladungslöscheinheit für einen elektrostatischen Drucker oder Photokopierer gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht eines Ionengenerators;

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines Schnitts durch einen Ionengenerator und durch eine Ionenentnahmevorrichtung;

Fig. 6 ist eine Aufsicht auf einen Ionengenerator, der beim elektrostatischen Drucken verwendet werden kann;

Fig. 7 ist eine Aufsicht auf einen Matrix-Ionengenerator für einen elektrostatischen Matrix-Punktdrucker;

Fig. 8 ist eine perspektivische Teilansicht eines physikalischen Modells eines Ionengenerators;

Fig. 9 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Kopiergeräts, das den Ionengenerator gemäß Fig. 13 verwendet;

Fig. 10 ist ein Schnitt durch eine andere Ionenquelle;

Fig. 11 ist ein Schnitt durch ein Aerosol-Beladungssystem für Punkt-Matrix-Druck bei hoher Geschwindigkeit mit einem Ionengenerator;

Fig. 12 ist ein Querschnitt durch ein Zeilendrucksystem;

Fig. 13 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Elektronenspannung und der Papierspannung darstellt;

Fig. 14 ist eine perspektivische Ansicht eines getonten elektrographischen Bildes auf einem dielektrischen Teil, das auf der Rückseite einen Leiter trägt; ein solches Bild wird durch den Matrix-Ionengenerator gemäß Fig. 7 erzeugt;

Fig. 15 ist ein schematischer Querschnitt durch einen Ionengenerator gemäß der Erfindung;

Fig. 16 ist ein schematischer Querschnitt durch einen Ionengenerator und eine Ionenentnahmevorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 17 ist eine schematische Darstellung eines anderen Schaltkreises, der im Ionengenerator und in der Ionenentnahmevorrichtung gemäß Fig. 16 verwendet werden kann.

Die Erfindung wird in Abschnitt I als ein elektrostatischer Übertragungsdrucker dargestellt.

In Abschnitt II wird die Vorrichtung zum Erzeugen latenter elektrostatischer Bilder beschrieben.

I. Elektrostatischer Drucker

Bei dem elektrostatischen Übertragungsdrucker gemäß der Erfindung wird ein latentes elektrostatisches Bild auf einer dielektrischen Oberfläche (z. B. einer Bildwalze) erzeugt und anschließend verarbeitet.

A. Die Bildung eines latenten elektrostatischen Bildes

Eine Vorrichtung zur Erzeugung von geladenen Teilchen und zum Herausziehen und zum Aufbringen auf eine weitere Oberfläche wird im einzelnen in Abschnitt II unten beschrieben. Irgendeine Ausführungsform dieser Vorrichtung, die zur Bildung eines latenten elektrostatischen Bildes auf einer dielektrischen Oberfläche geeignet ist, kann im vorliegenden elektrostatischen Drucker verwendet werden. Hierfür eignen sich z. B. die Ionenquellen der Fig. 6, 7, 8 und 10, besonders bevorzugt ist die Ausführungsform des Matrix-Druckers gemäß Fig. 7, die zum Multiplexdruck verwendet werden kann. Die Drei-Elektroden-Ausführung gemäß Unterabschnitt II-B führt zu einer zusätzlichen Kontrolle über die Bildgröße und Form und vermeidet unerwünschte Bildlöschungen beim Matrizendruck.

B. Anschließende Verarbeitung

Es ist besonders vorteilhaft, die beschriebene Vorrichtung zur Erzeugung von Ionen sowohl bei einem elektrostatischen Drucker als auch in einem elektrophotographischen Kopiergerät verwendet werden kann.

Gemäß Fig. 1 soll die dielektrische Schicht 75 des dielektrischen Zylinders 73 genügend hohen Widerstand besitzen, so daß der Dunkel-Abfall des Potentials bis zum Entwickeln und Übertragen des Bildes vernachlässigbar ist. Entsprechend muß der elektrische Widerstand der Schicht 75 höher als 10¹² Ohm × cm sein. Die bevorzugte Dicke der Isolierschicht 75 liegt zwischen 0,025 und 0,075 mm. Ferner soll die Oberfläche der Schicht 75 kratzfest und relativ glatt sein und einen Endschliff besitzen, der vorzugsweise besser als 0,25 µm (quadratischer Mittelwert) ist, um eine vollständige Übertragung des Toners auf das Empfängerblatt oder die Empfängerbahn 81 zu gewährleisten. Die dielektrische Schicht 75 weist zusätzlich einen hohen Elastizitätsmodul auf, so daß sie durch hohe Drucke in dem Übertragungsspalt nicht merklich deformiert wird.

Für die Schicht 75 sind zahlreiche organische und anorganische dielektrische Materialien geeignet, z. B. kann Glasemail auf die Oberfläche eines Zylinders aus Stahl oder Aluminium aufgetragen und geschmolzen werden. Anstelle von Glasemail kann auch Aluminiumoxid hoher Dichte, das durch eine Flamme oder durch ein Plasma gesprüht wird, verwendet werden. Ebenso sind plastische Kunststoffe, wie z. B. Polyamide, Polyimide und andere zähe thermoplastische oder wärmehärtende Harze geeignet. Die bevorzugte dielektrische Beschichtung ist jedoch imprägniertes, anodisch behandeltes Aluminiumoxid.

Das latente elektrostatische Bild auf der dielektrischen Oberfläche 75 wird an der Tonerstation 79 in ein sichtbares Bild überführt. Es können beliebige übliche elektrostatische Toner verwendet werden; bevorzugt wird der Einkomponenten-Toner vom leitenden Magnettyp, der in der US-PS 28 46 333 (J. C. Wilson, erteilt am 5. 8. 1958) beschrieben wird.

Das getonte Bild wird durch hohen Druck, der zwischen den Walzen 73 und 83 aufgebracht wird, übertragen und auf einem Empfängerblatt 81 fixiert. Die untere Walze 83 besteht aus einem Metallkern 87, der eine äußere Beschichtung aus Kunststoff 85 besitzen kann. Der zum Aufschmelzen auf glattes Papier benötigte Druck wird von verschiedenen Faktoren, wie z. B. Walzendurchmesser, verwendeten Toner und der Anwesenheit einer Beschichtung auf der Oberfläche des Papiers gesteuert. Typische Drucke liegen im Bereich von 45 bis 318 kg/2,5 cm Kontaktlänge (100 bis 700 lbs pro linearem Zoll). Die Aufgabe der Kunststoffbeschichtung 85 besteht darin, ggf. auftretende hohe Belastungen, die im Spalt bei Papierstörungen oder Falten auftreten, aufzunehmen. Durch die Aufnahme der Belastung durch die Kunststoffschicht 85 wird die dielektrisch beschichtete Walze 73 während bei Störungen auftretender Blockierungen oder Faltungen des Papiers nicht beschädigt. Die Beschichtung 85 ist typischerweise eine Nylon- oder Polyesterhülse mit einer Wanddicke im Bereich von 3 bis 12,5 mm. Diese Beschichtung braucht nicht verwendet zu werden, wenn z. B. eine in hohem Maß gesteuerte Bahn bedruckt wird, bei der es unwahrscheinlich ist, daß Papierfalten und Verklemmungen auftreten.

Es können Schaberblätter 89, 91 vorgesehen sein, um ggf. zurückbleibenden Papierstaub, durch Zufall auf den Wazen aufgetroffenen Toner und Staub und Schmutz aus der Luft von dem dielektrischen Druckzylinder und der Gegendruckwalze zu entfernen. Da im wesentlichen das gesamte getonte Bild auf die Empfängerbahn 81 übertragen wird, sind die Schaberblätter nicht notwendig; sie sind jedoch erwünscht, um ein zuverlässiges Funktionieren während langer Zeiträume zu unterstützen.

Das geringe restliche elektrostatische latente Bild, das nach der Übertragung des getonten Bildes auf der dielektrischen Oberfläche 75 zurückbleibt, kann an der Entladungsstation 93 für das latente Bild neutralisiert werden. Die Maßnahme des Tonens und Übertragens eines getonten latenten Bildes auf eine glatte Papierbahn verringert das Potential des elektrostatischen Bildes typischerweise von einigen hundert Volt auf einige zehn Volt. Um das Auftreten von Geisterbildern zu verhindern, kann das Restladungsbild mit einer Anordnung gemäß Fig. 2 gelöscht werden. Gemäß Fig. 2 wird der dielektrische Zylinder 73, der eine dielektrische Beschichtung 75 aufweist, in Kontakt mit einem Sieb oder Schirm 95 mit offenen Maschen oder in geringem Abstand zu diesem Sieb oder Schirm gehalten, wobei das Sieb oder der Schirm im wesentlichen dasselbe Potential wie der leitende Zylinder 77 besitzt. Das Sieb wird an dem Halter 99 befestigt und ein Wechselstrom-Koronadraht 97 ist hinter dem Sieb in einem Abstand von ungefähr 6 bis 12,5 mm angeordnet. An den Draht 97 wird ein Hochspannungs-Wechselpotential von z. B. 60 Hertz angelegt. Das Sieb 95 bildet eine Bezugs-Grundebene in der Nähe der dielektrischen Oberfläche und der Wechselstrom- Koronadraht 97 liefert sowohl positive als auch negative Ionen. Jedes lokale Feld am Sieb 95, das auf einem elektrostatischen Bild auf der dielektrischen Oberfläche 75 beruht, zieht Ionen an, die von dem Koronadraht auf der dielektrischen Oberfläche erzeugt werden, und neutralisiert so den größten Teil der etwa zurückgebliebenen Ladung. Bei sehr hohen Oberflächengeschwindigkeiten der dielektrischen Beschichtung 75 kann die zurückbleibende Ladung wieder zu Geisterbildern führen. In einem solchen Fall verringern mehrere Entladestationen die Restladung weiter bis auf ein Niveau unterhalb der Schwelle, die zum Tonen benötigt wird.

Andererseits kann das Löschen eines ggf. vorhandenen latenten elektrostatischen Bildes unter Verwendung einer hochfrequenten Wechselstrom-Entladung zwischen Elektroden, die von einem Dielektrikum getrennt werden, erfolgen, wie in Abschnitt II unten beschrieben wird.

Das latente restliche elektrostatische Bild kann auch durch Kontakt- Entladung gelöscht werden. Die Oberfläche des Dielektrikums muß in innigem Kontakt mit einem geerdeten Leiter oder einem geerdeten Halbleiter gehalten werden, um wirksam jegliche restliche Ladung von der Oberfläche der dielektrischen Schicht 75, z. B. mittels eines schwer belasteten Metallschaberblatts, zu entfernen. Die Ladung kann ferner durch eine halbleitende Rolle, die in innigem Kontakt mit der dielektrischen Oberfläche gepreßt wird, entfernt werden. Fig. 3 zeigt einen Teilquerschnitt durch eine Halbleiterrolle 98, die in Rollkontakt mit einer dielektrischen Oberfläche 75 steht. Die Rolle 98 besitzt vorzugsweise eine elastomere Außenfläche.

II. Ionenerzeugung und Extraktion

Der Ionengenerator bzw. die Ionenquelle in der Vorrichtung zum Erzeugen von Bildern gemäß der Erfindung weist zwei Elektroden auf, die durch ein festes dielektrisches Teil getrennt sind.

A. Ionenquelle mit zwei Elektroden

Fig. 4 zeigt einen Ionengenerator 100, der einen Luftspalt- Durchschlag zwischen einem Dielektrikum 101 und leitenden Elektroden 102-1 bzw. 102-2 erzeugt, wobei eine Quelle 103 für ein Wechselpotential verwendet wird. Wenn elektrische Interferenzfelder oder Randfelder E _a und E _b in den Luftspalten 104-a und 104-b größer werden als das Durchschlagfeld von Luft, erfolgt eine elektrische Entladung, was zu einer Aufladung des Dielektrikums 101 in den Bereichen 101-a und 101-b benachbart zu den Elektrodenkanten führt. Mit der nächsten Halbwelle des Wechselpotentials der Quelle 103 erfolgt eine Ladungsumkehr in den Durchschlagbereichen 101-a und 101 b. Daher erzeugt der Generator 100 gemäß Fig. 4 zweimal pro Zyklus des von der Quelle 103 angelegten Wechselpotentials einen Luftspalt- Durchschlag und erzeugt so einen Vorrat von Ionen.

Das Herausziehen der mit dem Generator 100 gemäß Fig. 4 erzeugten Ionen wird anhand Fig. 5 verdeutlicht. Der Generator 110 A weist ein Dielektrikum 111 zwischen den leitenden Elektroden 112-1 und 112-2 auf. Um einen Luftspalt- Durchschlag in der Nähe der Elektrode 112-1 zu vermeiden, wird die Elektrode 112-1 eingekapselt oder von einem Isoliermaterial 113 umgeben. Wechselpotential wird durch eine Quelle 114 _A zwischen die leitenden Elektroden 112-1 und 112-2 angelegt. Zusätzlich weist die zweite Elektrode 112-2 ein Loch 112-H auf, wo der gewünschte Luftspalt-Durchschlag relativ zu einem Bereich 111-R des Dielektrikums 111 erfolgt, um eine Ionenquelle zur Verfügung zu stellen.

Die in dem Spalt 112-H erzeugten Ionen können durch ein Gleichstrompotential, das von einer Quelle 114-B angelegt wird, um ein äußeres elektrisches Feld zwischen der Elektrode 112-2 und einer geerdeten Hilfselektrode 112-3 zu schaffen, herausgezogen werden. Eine als Beispiel genannte Isolierfläche, die durch die Ionenquelle in Fig. 5 geladen wird, ist ein dielektrisches Papier 115, das aus einem leitenden Träger 115-p besteht, der mit einer dünnen dielektrischen Schicht 115-d beschichtet ist.

Wenn ein Schalter 116 in die Stellung X geschaltet wird und, wie dargestellt, geerdet ist, ist die Elektrode 112-2 ebenfalls auf Erdpotential und im Bereich zwischen dem Ionengenerator 110 _a und dem dielektrischen Papier 115 liegt kein äußeres Feld vor. Wenn jedoch der Schalter 116 in Stellung y geschaltet wird, wird das Potential der Quelle 114 _B an die Elektrode 112-2 angelegt. Dies ergibt ein elektrisches Feld zwischen dem Ionenvorrat 111-r und der Rückschicht des dielektrischen Papiers 115. Die Ionen, die dann auf dem Luftspalt- Durchschlagsbereich entladen werden oder austreten, beladen die Oberfläche der dielektrischen Schicht 115-d.

Für die dielektrische Schicht 111 kann eine Anzahl von verschiedenen Materialien verwendet werden. Zu den möglichen Materialien gehören Aluminiumoxid, Glasemails, keramische Materialien, Kunststoffilme und Glimmer. Bei Aluminiumoxid, Glasemails und keramischen Stoffen treten Schwierigkeiten in der Herstellung einer genügend dünnen Schicht (d. h. etwa 0,025 mm) auf, um unnötige Anforderungen an die treibende Potentialquelle 114 _A zu vermeiden. Kunststoffilme einschließlich Polyimiden, wie z. B. Kapton, und Nylon, neigen zum Abbau als Ergebnis der Aussetzung mit chemischen Nebenprodukten des Luftspalt-Durchschlagprozesses in der Öffnung 112-H (insbesondere Ozon und Salpetersäure). Diese Nachteile werden bei Glimmer vermieden, was daher das bevorzugte Material für das Dielektrikum 111 darstellt. Besonders bevorzugt ist Muscovitglimmer H₂KAl₃(SiO₄)₃.

Der Generator und der Ionenextraktor 110 gemäß Fig. 5 wird z. B. leicht zur Bildung von Schriftzeichen auf dielektrischem Papier beim elektrographischen Hochgeschwindigkeitsdruck verwendet. Beispiele für Quellen für das elektrographische Drucken von Schriftzeichen gemäß der Erfindung werden in den Fig. 6 und 7 dargestellt.

In Fig. 6 wird ein Schriftzeichengenerator 120 von einem dielektrischen Teil 121 gebildet, das sandwichartig zwischen einer geätzten leitenden Bahn 122-1 und einem Satz von Gegenelektronen 122-2, 122-3 und 122-4 eingelagert ist.

Die geätzte Elektrode oder Abdeckelektrode 122-1 wird z. B. mit geätzten Buchstaben A, B und C dargestellt. Die Randgebiete oder Indifferenzgebiete an den Kanten der geätzten Buchstaben ergeben eine sehr dichte Ionenquelle, wenn ein Luftspalt-Durchschlag gemäß der Erfindung durch ein Wechselpotential, das zwischen der geätzten Elektrode 122-1 und den Gegenelektroden angelegt wird, erzeugt wird. Wenn deshalb Ionen zum Drucken eines ausgewählten Schriftzeichens, wie z. B. des Buchstabens B, erzeugt werden sollen, wird eine (nicht dargestellte) Quelle für Hochfrequenz-Wechselspannung zwischen der geätzten Elektrode 122-1 und der zugehörigen Gegenelektrode 122-3 angelegt. Dies ergibt einen Ionenzufluß hoher Dichte im Bereich des Dielektrikums 121 an den Kanten des geätzten Schriftzeichens B in der Abdeckung 122-1. Die Ionen werden dann herausgezogen und auf eine geeignete dielektrische Oberfläche, z. B. das dielektrische beschichtete Papier 115 gemäß Fig. 5, durch Anwendung einer Gleichspannung zwischen der Papierrückseite und der Abdeckung 122-1, übertragen, was zur Bildung des elektrographischen latenten Bildes B an der dielektrischen Oberfläche des Papiers 115 führt.

Um die Erfindung bei der Bildung von Punktmatrizenschriftzeichen auf dielektrischem Papier einzusetzen, kann der Matrizenionengenerator 130 gemäß Fig. 7 verwendet werden. Der Generator 130 verwendet eine dielektrische Bahn 131 mit einem Satz von mit Öffnung versehenen Luftspalt-Durchschlagelektroden 132-1 bis 132-4 an einer Seite und einem Satz von Auswahlleitungen 133-1 bis 133-4 an der anderen Seite, wobei ein getrennter Wahlschalter für jede einzelne Öffnung 135 in jeder einzelnen Fingerelektrode 132 vorgesehen ist.

Wenn ein Wechselpotential zwischen irgendeiner Zuteilungsschiene 133 und der Erde angelegt wird, werden Ionen in Öffnungen an den Überschneidungen von Zuteilungsschiene und Fingerelektroden erzeugt. Die Ionen können aus der Öffnung nur herausgezogen werden, wenn sowohl an die Zuteilungsschiene ein Hochspannungs- Wechselpotential angelegt wird als auch an die Fingerelektrode ein Gleichstrompotential angelegt wird, das zwischen der Fingerelektrode und der Gegenelektrode der zu beladenden dielektrischen Oberfläche angelegt wird. Der Matrizenort 135₂₃ z. B. wird dadurch gedruckt, daß gleichzeit ein Hochfrequenz-Potential zwischen der Zuteilungsschiene 133-3 und der Erde und ein Gleichstrompotential zwischen der Fingerelektrode 132-2 und einer Gegenelektrode eines dielektrischen Empfängerteils angelegt wird. Nicht ausgewählte Finger sowie die Gegenelektronen des dielektrischen Teils werden auf Erdpotential gehalten.

Dadurch, daß man auf diese Weise eine Punktmatrixanordung in Multiplexbetrieb schalten kann, wird die Anzahl der benötigten Spannungssteuerungen beträchtlich verringert. Wenn z. B. eine Punktmatrizenanordnung über eine 203 mm (8 inch) breite Fläche mit einer Punkt-Matrizenauflösung von 200 Punkt pro 2,56 cm gedruckt werden soll, würden 1600 getrennte Steuerungen benötigt, wenn keine Mehrfachschaltung verwendet würde. Durch Benutzung der Anordnung gemäß Fig. 7 mit z. B. 20 durch Wechselfrequenz angetriebene Finger werden nur 80 Fingerelektroden benötigt und die Gesamtzahl der Steuerungen wird von 1600 auf 100 reduziert.

Um Luftspalt-Durchschlag von den Elektroden 132 nach dem dielektrischen Teil 131 in Bereichen, die nicht mit Öffnungen 135 zusammenhängen, zu verhindern, ist es vorteilhaft, die Kanten der Elektroden 132 mit einem isolierenden Material zu beschichten. Unnötiger Luftspalt-Durchschlag um die Elektroden 132 herum kann dadurch vermieden werden, daß man diese Elektroden eingießt.

Bei der Konstruktion und im Betrieb eines Matrizenionengenerators dieses Typs ist es erwünscht, daß die Ionenströme, die an verschiedenen Matrizen-Kreuzungspunkten erzeugt werden, auf einem im wesentlichen einheitlichen Niveau gehalten werden. Die Dickenabweichungen in der dielektrischen Schicht 131 führen zu Abweichungen gleichen Umfangs bei der Ionenstromleistung, da ein geringerer Ionenstrom an einer Öffnung 135 erzeugt wird, bei der das Dielektrikum 131 dicker ist. Es ist eine besonders vorteilhafte Eigenschaft von Glimmer, daß er eine natürliche Tendenz aufweist, entlang der Ebenen von extrem einheitlicher Dicke zu spalten, was ihn besonders geeignet für den in Fig. 7 dargestellten Matrizenionengenerator macht. In dieser Beziehung ist die Einheitlichkeit der Dicke der Schicht 131 viel wichtiger als der eigentliche Wert der Dicke.

Die Ionenquelle kann zur Bildung einer rechteckigen Ladungsfläche unter Verwendung der Geometrie des Moduls 140, der in Fig. 8 dargestellt wird, angewandt werden. Aufladungselektroden 142-1 und 142-2 werden von der Elektrode 142-3 durch ein dielektrisches Teil 141 getrennt, wobei die Elektrode 142-3 in einen Isolator 145 eingegossen ist. Der Bereich zwischen der Elektrode 142-1 und 142-2 ergibt einen Schlitz, in dem ein Luftspalt-Durchschlag gebildet wird, wenn ein Wechselpotential hoher Frequenz zwischen den Elektroden 142-1 und 142-2 und der Elektrode 142-3 angelegt wird.

Die Aufladungsanordnung gemäß Fig. 8 kann auf einem Kopiergerät für einfaches Papier verwendet werden, um die Korona-Vorrichtungen zu ersetzen, die gewöhnlich bei solchen Kopierern angetroffen werden.

Fig. 9 verdeutlicht schematisch einen Kopierer für einfaches Papier, der Beladungsbereiche der in Fig. 8 gezeigten Art verwendet. Eine Kopiertrommel 151 wird unter Verwendung eines Ladeelements 152-1, das die in Fig. 8 gezeigte Konfiguration aufweist, geladen. Wenn die Trommel Selen oder eine Selenlegierung ist und die Oberfläche beladen werden soll, z. B. auf ein positives Potential von 600 Volt, wird die geschlitzte Elektrode 142-1 auf 600 Volt gehalten. Nach dem Aufladen wird die Trommel 151 mit einem optischen Bild, das durch einen Abtaster (scanner) erzeugt wird, an der Station 153 bildmäßig entladen. Das erhaltene latente elektrostatische Bild wird an der Station 156 getont und der Toner auf eine Bahn 158 aus einfachem Papier unter Verwendung eines Übertragungs- Ionengenerators 152-2 gemäß Fig. 8, übertragen, wobei die geschlitzte Elektrode wieder auf einem positiven Potential gehalten wird. Das latente restliche elektrostatische Bild auf der Oberfläche der Trommel und ggf. ungeladener Toner können unter Anwendung einer Entladungseinheit 152-3, die ebenfalls Fig. 8 entspricht, elektrisch entladen wird. Hier wird die geschlitzte Elektrode auf Erdpotential gehalten und ggf. restliche Ladung an der Oberfläche der Trommel und Toner haben zur Folge, daß Ionen aus dem Luftspalt-Durchschlag in dem Schlitz herausgezogen werden und so die Oberfläche wirksam entladen wird. Eine Reinigungsbürste 154 wird zur Entfernung restlichen Toners, der auf der Oberfläche bleibt, verwendet und die Trommel ist dann bereit, wiederbeladen zu werden.

Ebenfalls in Fig. 9 dargestellt ist ein Punktmatrizen-Beladungskopf 155, der entsprechend Fig. 7 ausgebildet sein kann. Hierdurch ist es möglich, einen Kopierer für einfaches Papier als einen Drucker zu verwenden. In diesem Fall wird die Trommel 151 an der Station 153 entladen und durch den Punktmatrizen-Druckkopf 155 wieder beladen, wodurch die Maschine 150 sowohl als Kopierer als auch als Drucker wirken kann. Zusätzlich kann das Gerät 150 gleichzeitig als Kopierer und als Drucker wirken, wenn Überzüge oder Deckpausen gewünscht werden. Daher kann ein Ionengenerator gemäß Fig. 5 sowohl als bilderzeugende und restladungsentfernende Vorrichtung im Drucker gemäß Abschnitt I als auch als Vorlade- und Entladungsvorrichtung beim elektrophotographischen Gerät verwendet werden.

Fig. 10 zeigt eine andere Form eines Ionengenerators 160, der zum Aufladen und Entladen einer isolierenden Fläche verwendet wird. In Fig. 10 ist die geschlitzte Elektrode 142-1, 142-2 gemäß Fig. 8 durch ein offenmaschiges Sieb 162-2 mit Längselementen 162-a und Querelementen 162-b ersetzt. Die Entladeelektroden 162-1 und 162-2 sind durch eine dielektrische Bahn 161 und den Luftspalt getrennt.

Fig. 11 zeigt einen Apparat 170 zur Anwendung eines mehrfach geschalteten Punktmatrizen-Beladungskopfs 171 des in Fig. 7 dargestellten Typs in einem System zum Hochgeschwindigkeits-Punktmatrizendruck auf einfachem Papier. Der Ladekopf 171 belädt ein Aerosol 175, das aus einem in einem geeigneten Lösungsmittel gelösten Farbstoff besteht, welches von einem Luftstrom niedriger Geschwindigkeit getragen wird, der durch einen Schlitz 176 eingeblasen wird. Die Aerosolteilchen werden von dem Ionenerzeugungssystem geladen und gelangen in einen elektrischen Feldbereich, der von einer Gleichspannung, die zwischen den Elektroden 173 und 174 angelegt wird, errichtet wird. Dieses Feld richtet die geladenen Aerosolteilchen auf eine einfache Papierbahn 172, die sich durch das Gerät mit ungefähr der Geschwindigkeit, die der Geschwindigkeit des Aerosols entspricht, bewegt.

Fig. 12 zeigt einen mechanischen Zeilendrucker. Eine mit Schlitz versehene Elektrode 186 wird mit einem dielektrischen Film 185 und einer sich schnell bewegenden leitenden Perle 187 verwendet, um einen sich bewegenden Luftspalt-Durchschlagsbereich zu bilden. Die Perle 187, die an dem Draht 188 angebracht ist, wird durch Riemenscheiben von einem (nicht dargestellten) Hochgeschwindigkeitsmotor angetrieben. Eine Hochfrequenz-Wechselstromquelle 183 liefert die notwendige Spannung, um den Luftspalt im Schlitz der Elektrode 186 zu durchschlagen. In diesem Beispiel wird ein dielektrisches Papier 181 mit einer Beladespannung geladen, die von einem Verstärker 184 geliefert wird, dessen Ausgang zwischen dem Leiterträger 182 des dielektrischen Papiers und der geschlitzten Elektrode 186 angeschlossen ist. Die Zeilenabtastung erfolgt durch mechanische Bewegung der Perle 187 und ausgewählte Bereiche werden dadurch gedruckt, daß eine Spannung zwischen dem leitenden Blatt und der mit Schlitz versehenen Elektrode angelegt wird. Wie in den vorstehenden Fällen kann das latente elektrostatische Bild, das gebildet wird, unter Anwendung üblicher Techniken getont und fixiert werden. Auf diese Weise können kontinuierliche Tonerbilder gebildet werden, da die Menge der von der Entladung abgezogenen Ionen von der Extraktionsspannung abhängig ist, die von dem Verstärker 184 geliefert wird.

Allgemein ist die Beziehung zwischen der Elektrodenspannung und derjenigen der ionenempfangenen Oberfläche, z. B. Papier, typisch wie in Fig. 13 für Beladungssysteme des Typs, der in den Fig. 5, 6, 7 und 8 dargestellt wird, gezeigt ist. Die Elektrodenspannung ist die Gleichspannung, die zwischen der mit Öffnung versehenden Elektrode und der Gegenelektrode der dielektrischen Oberfläche, die aufgeladen wird, eingeprägt ist. Die Papierspannung ist die elektrostatische latente Bildspannung der beladenen dielektrischen Teile - im Beispiel dielektrisches (elektrographisches) Papier.

Die vorstehenden Beispiele der Verwendung der erfindungsgemäßen ionenerzeugenden Vorrichtung verdeutlichen seine breite Anwendbarkeit. Im allgemeinen können die Korona-Drähte oder -Punkte eines vorliegenden Systems durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ersetzt werden. Zusätzlich zu den erläuterten Anwendungen kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung zahlreiche andere Anwendungen finden, z. B. auf dem Gebiet der elektrostatischen Trennung und Beschichtung.

Beispiel II-1

An beiden Seiten eines 0,025 mm starken Muscovit-Glimmers wird eine 0,025 mm starke Folie aus rostfreiem Stahl auflaminiert. Die Folie aus rostfreiem Stahl wird mit einem Abdeckmittel beschichtet und mit einem Muster ähnlich dem in Fig. 7 gezeigten photoätzen, das Löcher oder Öffnungen in den Fingern besitzt, die etwa 0,15 mm Durchmesser besitzen. Dies ergibt einen Beladungskopf, der zur Erzeugung von latenten elektrostatischen Punktmatrizen-Bildzeichenbildern auf einem dielektrischen Papier gemäß Fig. 5 verwendet werden kann. Die Beladung erfolgt nur dann, wenn gleichzeitig eine Spannung von minus 400 Volt an den Fingern, die die Löcher enthalten, anliegt und eine Wechselspannung von 2 Kilovolt Spitze zu Spitze mit einer Frequenz von 500 Kilohertz zwischen dem Finger und der Gegenelektrode erzeugt wird. Zwischen dem zusammengesetzten Druckkopf und der dielektrischen Oberfläche des elektrographischen Blatts wird ein Abstand von 0,2 mm aufrechterhalten. Die Dauer der Druckimpulse beträgt 20 Mikrosekunden. Es wurde festgestellt, daß unter diesen Bedingungen ein latentes elektrostatisches Bild von ungefährt 300 Volt auf dem dielektrischen Blatt erzeugt wird. Dieses Bild wird anschließend getont und geschmolzen und gibt ein dichtes Punktmatrizen- Bildzeichenbild. Es wird festgestellt, daß der Ionenstrom, der aus diesem Ladekopf herausgezogen wird, 1 Milliampere/cm² beträgt, wenn er von einer Elektrode aufgefangen wird, die 0,2 mm vom Kopf entfernt ist.

Der Ladekopf besitzt eine Lebensdauer von ungefähr 2000 Stunden.

Beispiel II-2

Beispiel 1 wird wiederholt, wobei anstelle des Muscovit-Glimmers ein Polyimid-Dielektrikum verwendet wird. Wie vorher wird eine 0,025 mm starke Folie aus rostfreiem Stahl auf einen 0,025 mm dicken Polyimidfilm (Warenzeichen Kapton) auflaminiert. Bei einer angelegten Hochfrequenzspannung von 1,5 Kilovolt Spitze werden Ergebnisse erhalten, die denjenigen des Beispiels 1 entsprechen. Der Ladekopf besitzt eine Lebensdauer von etwa 50 Stunden.

Beispiel II-3

Ein elektrostatischer Ladekopf des in Fig. 6 gezeigten Typs wird hergestellt, indem man eine 0,025 mm starke Folie aus rostfreiem Stahl verwendet, die auf beide Seiten einer 0,025 mm starken Polyimidbahn auflaminiert ist. Um voll gebildete Schriftzeichen auf eine dielektrische Oberfläche zu drucken, werden 2,54 mm hohe Schriftzeichen in die Folie auf einer Seite der Bahn eingeätzt, während Finger, die jedes Schriftzeichen bedecken, auf die andere Seite der Folie geätzt werden, wie in Fig. 6 angedeutet. Um die Leitfähigkeit in den gewöhnlich isolierten Flächen der Schriftzeichen herzustellen, werden 0,025 bis 0,05 m dicke Brücken ungeätzt gelassen. Die Breite der Schriftzeichenstriche wird auf 0,15 mm geätzt. Das Drucken erfolgt durch Anwenden der Spannung gemäß Beispiel II-2 mit einer Impulsweite von 40 Mikrosekunden. Die getonten Bilder zeigen scharfe Kanten und hohe optische Diche. Die Strichbreite der Schriftzeichen im Bild beträgt 0,3 mm.

B. Vorrichtungen mit drei Elektroden

Der Matrixbilderzeuger 130, der in Fig. 7 dargestellt ist, wird vorteilhaft in einen elektrostatischen Drucker des Typs, der in Abschnitt I offenbart wurde, eingebaut. Wie jedoch im Zusammenhang mit Fig. 9 bemerkt wurde, kann ein Ionengenerator und -entnahmegerät 110, wie in Fig. 5 dargestellt, sowohl zur Schaffung eines elektrostatischen Bild auf einer dielektrischen Oberfläche als auch zur Entladung eines solchen Bildes verwendet werden. Wenn daher, weiterhin in Bezugnahme auf Fig. 5, der Schalter 116 bei y geschlossen wird, wird die Elektrode 112-2 auf einer positiven Spannung V gehalten und ein positives latentes elektrostatisches Bild von geringerer Größe V wird auf der Fläche 115-d gebildet. Wenn jedoch der Schalter 116 in Stellung x ist und ein vorher gebildetes latentes elektrostatisches Bild sich unter der Öffnung 112-h befindet, wirkt der Generator 110 A als Löscheinheit. Diese Erscheinung wird ferner bezüglich der Ausführungsform eines Punktmatrix-Druckers gemäß Fig. 7 bei 200 in Fig. 14 verdeutlicht. Zu einem Zeitpunkt t₁ wird auf eine gegebene Öffnung 135₂₃ auf dem Matrixionenerzeuger 130 (Fig. 7) ein Gleichstromimpuls geleitet, der eine negative Spannung an einer Fingerelektrode 132-2 erzeugt, während eine Hochfrequenzspannung an die Zuleitungsschiene 133-3 angelegt wird. Dies erzeugt die Bildung eines elektrostatischen Punktbildes mit negativer Polarität, das die Bereiche 203 und 204 auf der dielektrischen Oberfläche 201 mit der Rückelektrode 202 besetzt. Zu einem späteren Zeitpunkt t₂ befindet sich die Öffnung 135₂₃ über den Bereichen 204 und 205; der Zuteilungsschiene 133-3 wird immer noch Energie zugeführt; da jedoch eine Beladung nicht erwünscht ist, wird kein negativer Impuls an die Fingerelektrode 132-2 angelegt. Die Anwesenheit eines negativen elektrostatischen Bilds im Bereich 204 zieht jedoch positive Ionen aus der Öffnung 135₂₃ an und löscht so das vorher erzeugte Bild in diesem Bereich.

Es wurde festgestellt, daß die Zufügung einer dritten Elektrode zu der oben beschriebenen Zwei-Elektroden-Konstruktion dieses Problem mildert und zusätzliche Vorteile bezüglich der Kontrolle der Größe und Form eines elektrostatischen Bilds, das von einem Ionengenerator dieses Typs gebildet wurde, bietet. Eine Vorrichtung mit drei Elektroden wird in dem Schnitt gemäß Fig. 15 dargestellt. Der Ionengenerator 210 weist eine "Treiber"-Elektrode 211 und eine "Steuer"-Elektrode 215 auf, die von einer festen dielektrischen Schicht 213 getrennt werden. Eine Quelle 212 für Wechselspannung wird zur Erzeugung eines Luftspalt-Durchschlags in der Öffnung 214 verwendet.

Eine dritte "Sieb"-Elektrode 219 ist von der Steuerelektrode durch eine zweite dielektrische Schicht 217 getrennt. Die für die drei Elektroden angewandte Nomenklatur zieht eine Analogie zu der Theorie der Vakuumröhre. Die Begriffe "Treiber"- und "Steuer"-Elektrode können gültig auch auf die entsprechenden Elektroden in den Grundausführungen mit zwei Elektroden verwendet werden. Die zweite dielektrische Schicht 217 besitzt eine Öffnung 216, die vorteilhaft wesentlich weiter ist als die Öffnung 214 in der Steuerelektrode. Dies ist nötig, um Wandbeladungseffekte zu vermeiden. Die Siebelektrode 219 weist eine Öffnung 218 auf, die wenigstens teilweise unter der Öffnung 214 liegt. Zum Beispiel können bei einem elektrographischen Matrizendrucker die Treiberelektrode und die Steuerelektrode die Zuteilungsschiene und die Fingerelektroden gemäß Fig. 7 sein und die Siebelektrode kann entweder aus zusätzlichen Fingerelektroden mit Öffnungen, die zu dem Muster der Steuerelektrode passen, oder eine kontinuierlich geöffnete Metallplatte oder ein anderes Teil sein, dessen Öffnungen benachbart zu allen Drucköffnungen sind. Die letzte Ausführungsform der Siebelektroden kann z. B. die Form eines Siebs mit offenen Maschen annehmen.

Die Anwendung der oben beschriebenen Vorrichtung zum Erzeugen latenter Bilder beim elektrographischen Matrizendruckern wird in Fig. 16 dargestellt. Fig. 16 zeigt den Ionengenerator 210 gemäß Fig. 15, der in Verbindung mit einem dielektrischen Papier 220 verwendet wird, das aus einer leitenden Grundlage 223 besteht, die mit einer dielektrischen Schicht 221 beschichtet ist und auf der Rückseite mit einer geerdeten Hilfselektrode 225 versehen ist. Wenn der Schalter 222 in Stellung y geschlossen wird, befinden sich gleichzeitig eine Wechselspannung über der dielektrischen Schicht 213, eine negative Spannung V _C an der Steuerelektrode 215 und eine negative Spannung V _S an der Siebelektrode 219. Die negativen Ionen in der Öffnung 214 werden einem Beschleunigungsfeld ausgesetzt, was zur Folge hat, daß sie ein elektrostatisches latentes Bild auf der dielektrischen Oberfläche 221 wie bei der Ausführungsform mit zwei Elektroden, bilden. Die Anwesenheit einer negativen Spannung V _S an der Siebelektrode 219, die so gewählt ist, daß V _S einen kleineren absoluten Wert besitzt alsV _C, verhindert nicht die Bildung des Bildes, das eine negative Spannung V _I besitzt (von kleinerem absolutem Wert als V _C).

Wenn der Schalter 222 bei X ist und sich ein vorher erzeugtes elektrostatisches Bild von negativem Potential V _I teilweise unter der Öffnung 214 befindet, würde in Abwesenheit der Siebelektrode 219 eine Teillöschung des Bildes erfolgen. Das Siebpotential V _S wird jedoch so gewählt, daß V _S einen größeren absoluten Wert als V _I besitzt und die Anwesenheit der Elektrode 219 verhindert daher den Durchlauf der positiven Ionen aus der Öffnung 214 auf die dielektrisch Oberfläche 221 (vgl. Beispiel II-4).

Der Einbau der Siebelektrode 219 in den Ionengenerator bzw. Ionenquelle bringt zusätzlich zur Verhinderung der Bildlöschung unter den oben diskutierten Bedingungen noch weitere Vorteile. Die Siebelektrode kann allein oder in Verbindung mit der Steuerelektrode verwendet werden, um die Matrixbild-Bildung zu steuern. Bei V _S = 0 wird aufgrund der obenerwähnten Entladungserscheinung kein latentes Bild erzeugt. So ist eine Matrixbildsteuerung auf drei Ebenen in einem erfindungsgemäßen elektrostatischen Drucker möglich.

Die Siebelektrode 219 stellt eine unerwartete Steuerung der Bildgröße zur Verfügung. Wenn man die in Fig. 7 dargestellte Punktmatrix-Druckanordnung mit überlagerten Fingersiebelektroden verwendet, kann die Bildgröße dadurch gesteuert werden, daß man die Größe der Sieböffnungen 218 variiert (vgl. Beispiel II-5 unten). Ferner wurde festgestellt, daß bei Verwendung einer solchen Konfiguration, bei der alle Variablen außer dem Siebpotential 226 konstant gehalten werden, ein größeres Siebpotential einen kleineren Punktdurchmesser erzeugt (vgl. Beispiel II-6). Diese Technik kann zur Bildung von feinen oder kräftigen Bildern verwendet werden. Es wurde auch gefunden, daß eine richtige Wahl von V _S und V _C eine Erhöhung des Abstands zwischen dem Ionengenerator 210 und der dielektrischen Oberfläche 221 ermöglicht, wobei der Punktbild-Durchmesser konstant gehalten wird. Dies erfolgt durch Erhöhung des absoluten Werts von V _S, während die Potentialdifferenz zwischen V _S und V _C konstant gehalten wird (vgl. Beispiel II-7).

Die Bildform kann gesteuert werden, indem man eine gegebene Siebelektrodenauflage in einem elektrographischen Matrixdrucker verwendet (vgl. Beispiel II-8). Die Sieböffnungen 218 können z. B. die Form von vollständig gebildeten Schriftzeichen annehmen, die nicht größer sind als die entsprechenden runden oder quadratischen Kontrollöffnungen 214.

Die elektronische Ausbildung, die zur Steuerung des elektrostatischen Druckers gemäß Fig. 16 verwendet wird, kann modifiziert werden, um das System unter Vorspannung zu setzen, wie in dem Schaltkreisschema gemäß Fig. 17 dargestellt. Element 231 ist ein Impulsgenerator. Die Größe der Steuerimpulse kann variiert werden, um durch Wahl eines geeigneten Vorspannungspotentials ein gewünschtes V _C und V _S zu erzeugen. Zum Beispiel erzeugen alle folgenden Kombinationen die Werte V _S = -700 Volt, V _C = -800 Volt:

1. V _Vorspannung = -600 Volt;  V _S = -100 Volt;  V _C = -200 Volt;
2. V _Vorspannung = -500 Volt;  V _S = -200 Volt;  V _C = -300 Volt;
3. V _Vorspannung = -400 Volt;  V _S = -300 Volt;  V _C = -400 Volt;
4. V _Vorspannung = -300 Volt;  V _S = -400 Volt;  V _C = -500 Volt;
5. V _Vorspannung = -200 Volt;  V _S = -500 Volt;  V _C = -600 Volt.

Beispiel II-4

Auf beide Seiten eines 0,025 mm starken Blattes aus Muscovit- Glimmer wird eine 0,025 mm starke Folie aus rostfreiem Stahl auflaminiert. Die Folie wird mit einem Abdeckmittel beschichtet und mit einem Muster ähnlich demjenigen der Fig. 7 photogeätzt, wobei die Löcher oder Öffnungen einen Durchmesser von ungefähr 0,15 mm besitzen. Eine zweite 0,15 mm dicke Glimmerschicht wird mit der Folie gemäß Fig. 15 verbunden. Eine Siebelektrode mit Öffnungen von 0,38 mm Durchmesser in demselben Muster, wie es die Finger aufweisen, wird aus 0,025 mm starkem rostfreiem Stahl photogeätzt und mit der zweiten Glimmerschicht verbunden, wobei die Finger und Sieböffnungen konzentrisch sind. Diese Konstruktion ergibt einen Ladungskopf, der zur Erzeugung eines latenten elektrostatischen Bilds auf dielektrischem Papier verwendet wird, wie in Fig. 16 dargestellt, wobei V _C = -500 V, V _S = -400 V sowie eine Wechselspannung 212 von 1 Kilovolt Spitze bei einer Frequenz von 500 Kilohertz verwendet werden. Ein Abstand von 0,15 mm wird zwischen dem zusammengesetzten Druckkopf und der dielektrischen Oberfläche 221 aufrechterhalten. V _C nimmt die Form eines Druckimpulses mit einer Dauer von 20 µs an. Unter diesen Bedingungen wird ein latentes Bild in Form eines Punktes von etwa -300 V auf dem dielektrischen Blatt erzeugt. Dieses Bild wird anschließend getont und geschmolzen und gibt ein dichtes Bild eines Punktmatrizen-Schriftzeichens. Der Ionenstrom, der aus dem Entladungskopf entnommen wird, beträgt 0,5 Milliampere/cm², wie er von einer Elektrode, die 0,15 mm vom Kopf entfernt ist, aufgefangen wird. Wenn jedoch die Siebelektrode 219 fortgelassen wird, wird jedes elektrostatisches Bild unter der Steueröffnung gelöscht, wenn der Druckimpuls angelegt wird.

Beispiel II-5

Der elektrostatische Drucker gemäß Beispiel II-4 wurde mit einer Vielzahl von Durchmessern für die Sieböffnung 218 getestet und die Größe des erhaltenen elektrostatischen Punktbilds gemessen. Die folgenden Beispiele sind repräsentativ:

Durchmesser der Sieböffnung (mm)
Durchmesser des Punktbilds (mm)
0,38
0,38
0,25	0,30
0,20	0,25

Es wurde allgemein gefunden, daß eine Verringerung der Größe der Sieböffnungen eine entsprechende Verringerung der Größe des latenten Bilds bewirkte, wobei keine Gefährdung der Bildladung auftrat.

Beispiel II-6

Der elektrostatische Drucker gemäß Beispiel II-4 wurde mit einer Vielzahl von Siebpotentialen V _S getestet und die Größe des erhaltenen elektrostatischen Punkts gemessen. Die folgenden Ergebnisse sind repräsentativ:

Siebpotential (Volt)
Durchmesser des Punktbilds (mm)
-300
0,56
-400	0,43
-500	0,30
-600	0,20

Es wurde allgemein gefunden, daß durch Erhöhen der Spannung am Sieb die Größe des latenten Bilds verringert wurde, ohne daß eine Gefährdung der Beladung auftrat.

Beispiel II-7

Der elektrostatische Drucker des Beispiels II-4 wurde unter Verwendung einer Vielfalt von Abständen zwischen dem zusammengesetzten Druckkopf bzw. Vorrichtung zum Erzeugen latenter Bilder und der dielektrischen Oberfläche 221 getestet. Durch Variieren des Siebpotentials V _S und durch Konstanthalten der Potentialdifferenz zwischen V _S und V _C wurde die Größe des erhaltenen elektrostatischen Punktbilds konstant gehalten. Die folgenden Ergebnisse sind repräsentativ:

Es wurde allgemein gefunden, daß mit wachsendem Abstand zwischen zusammengesetztem Druckkopf und dielektrischer Oberfläche eine Erhöhung der Siebspannung V _S einen konstanten Punktbild- Durchmesser ohne Gefährdung der Bildladung ergibt.

Der Ionengenerator und -extraktor bzw. die Vorrichtung zum Erzeugen latenter elektrostatischer Bilder wird vorzugsweise in einem elektrostatischen Drucker verwendet. Das bildtragende dielektrische Teil besteht vorteilhaft aus imprägniertem anodisch erzeugtem Aluminiumoxid mit hohem Widerstand, guter Härte und guter Glätte, um im wesentlichen eine vollständige Übertragung des getonten Bildes auf ein Empfangsmittel sicherzustellen. Diese Übertragung kann unter gleichzeitigem Fixieren des Bildes durchgeführt werden, indem man das Empfangsteil zwischen der Bildwalze und einer Gegenwalze unter hohem Druck hindurchführt. Es können Vorbereitungen getroffen werden, um auf den beiden Walzen zurückbleibenden Toner zu entfernen und ein ggf. auf der Bildwalze verbleibendes latentes elektrostatisches Bild zu löschen.

Claims

1. Elektrostatischer Drucker mit

- einem Aufzeichnungselement (73) zum Aufzeichnen eines latenten elektrostatischen Bildes, wobei das Aufzeichnungselement aus einer dielektrischen Schicht (75) auf einem leitfähigen Träger (77) besteht,
- einer Vorrichtung (71) zum Erzeugen eines latenten elektrostatischen Bildes auf der dielektrischen Schicht durch bildmäßiges Laden der Schicht,
- einer Vorrichtung (79) zum Entwickeln des latenten elektrostatischen Bildes und
- mit einer Übertragungswalze (83), die ein Bildempfangsmaterial (81) unter Druck in Kontakt mit dem entwickelten latenten Bild bringt,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Vorrichtung zum Erzeugen eines latenten elektrostatischen Bildes eine Ionenquelle aufweist, die aus einer schichtförmigen Anordnung aus einer ersten, oberen Elektrode (213), einer festen dielektrischen Zwischenschicht (213) und einer zweiten, unteren Elektrode (215) gebildet wird, wobei die obere und die untere Elektrode einander gegenüberliegen und in der unteren Elektrode mindestens eine Öffnung (214) vorgesehen ist, in der das Dielektrikum frei liegt, so daß im Bereich zwischen der an die Öffnung angrenzende Kante der unteren Elektrode und dem freiliegenden Dielektrikum eine Entladung erzeugt werden kann,
- eine Spannungsquelle (212) zum Anlegen einer zeitlich sich verändernden Spannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode vorgesehen ist, um durch elektrische Entladung im Luftspalt in der Öffnung in der unteren Elektrode Ionen zu erzeugen, und
- eine weitere Spannungsquelle (224) zum Anlegen einer Gleichspannung (V _C) zwischen Aufzeichnungselement und der zweiten Elektrode vorgesehen ist, um Ionen aus dem Luftspalt in der Öffnung in der unteren Elektrode auf das Aufzeichnungselement zu ziehen.

2. Drucker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Siebelektrode (219), eine zweite fest dielektrische Schicht (217), die die Siebelektrode von der zweiten, unteren Elektrode und der dielektrischen Zwischenschicht (213) trennt, und eine weitere Spannungsquelle (226) zum Anlegen einer weiteren Gleichspannung (V _S) zwischen der Siebelektrode und dem Aufzeichnungselement.

3. Drucker nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrostatischen Bildes und dem Aufzeichnungselement und eine Vorrichtung zur Veränderung der Gleichspannung V _C zur selektiven Bildung eines elektrostatischen Musters auf dem dielektrischen Aufzeichnungselement, das eine Spannung V _I gegenüber seiner leitfähigen Rückschicht besitzt, wobei die Gleichspannung V _S größer ist als die Gleichspannung V _I, jedoch gleiche Polarität besitzt, um eine unerwünschte Bildlöschung zu vermeiden.

4. Drucker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufzeichnungselement (73) ein zylindrisches dielektrisches Teil (75) aufweist, und daß die Siebelektrode vom zylindrischen dielektrischen Teil (75) mehr als 0,025 mm entfernt ist.

5. Drucker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungswalze mit einem druckabsorbierenden Kunststoffmaterial, wie z. B. Polyamid oder Polyester, überzogen ist.

6. Drucker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische dielektrische Teil eine Glätte von mehr als 0,5 µm und einen spezifischen Widerstand von mehr als 10¹² Ohm-cm aufweist.

7. Drucker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische dielektrische Teil aus Aluminiumoxid, Glasemail oder einem Harz, wie z. B. Polyamid, besteht und ferner eine Schaberklinge (89) zum Entfernen von restlichem Toner von dem zylindrischen dielektrischen Teil vorgesehen ist.

8. Drucker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (93) zum Löschen eines ggf. zurückbleibenden elektrostatischen Bildes nach Beendigung des Übertragungsdrucks.

9. Drucker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Löschvorrichtung (Fig. 7) ein siebförmiges Teil und eine mittels Wechselstrom-Korona erzeugte Ionenquelle aufweist.

10. Vorrichtung zum Erzeugen latenter elektrostatischer Bilder auf einem Aufzeichnungsmaterial mit einer Ionenquelle aus einer ersten und einer zweiten Elektrode (212, 215), die durch ein Dielektrikum (213) gegeneinander isoliert sind, wobei durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden eine elektrische Entladung zur Erzeugung von Ionen verursacht wird, mit einer gegenüber der Ionenquelle angeordneten weiteren Elektrode (219), an die eine Spannung zum Absaugen der Ionen aus der Entladung angelegt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß

- die erste Elektrode (212) auf der Oberseite des als Zwischenschicht ausgebildeten festen Dielektrikums (213) angeordnet ist,
- die zweite Elektrode (215) auf der Unterseite der dielektrischen Schicht so angeordnet ist, daß sie der ersten Elektrode gegenüberliegt, wobei in der unteren Elektrode mindestens eine Öffnung (214) vorgesehen ist, in der das feste Dielektrikum freiliegt, so daß bei Anlegen einer Wechselspannung an die beiden Elektroden im Bereich zwischen der an die Öffnung angrenzenden Kante der unteren Elektrode und dem freiliegenden Dielektrikum eine Entladung verursacht werden kann, und daß
- an der Ionenquelle der Öffnung in der unteren Elektrode gegenüberliegend eine Siebelektrode (219) elektrisch isoliert von der unteren Elektrode zum Anlegen einer weiteren Spannung (V _S) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebelektrode durch eine zweite, feste dielektrische Schicht (217) von der unteren Elektrode (215) isoliert wird, wobei die Siebelektrode und die zweite dielektrische Schicht Öffnungen (216, 218) aufweisen, die den jeweiligen Öffnungen (214) in der unteren Elektrode gegenüberliegen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (216) in der zweiten dielektrischen Schicht größeren Durchmesser als die entsprechenden Öffnungen in der unteren Elektrode aufweisen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von oberen (133) und unteren (132) Elektroden vorgesehen sind, deren Kreuzungspunkte eine Matrizenanordnung bilden, wobei die zweiten, unteren Elektroden (132) Öffnungen (135) an den Kreuzungsbereichen aufweisen und daß die Siebelektrode ebenfalls aus einer Vielzahl von Elektroden mit Öffnungen besteht, die den Öffnungen der unteren Elektrode gegenüberliegen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebelektrode aus einem gewobenen Metallsieb mit offenen Maschen besteht.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebelektrode eine mit Öffnungen versehene Maske aufweist, die die Form eines Schriftzeichenmusters besitzt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Quelle (224) zum Anlegen einer Gleichspannung (V _C) zwischen der unteren Elektrode (215) und dem Aufzeichnungsmaterial (220) vorgesehen ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung V _S einen kleineren absoluten Wert als die Gleichspannung V _C, jedoch gleiche Polarität besitzt.