DE3341415C2 - Verfahren zur Entladung elektrostatisch aufgeladener, isolierender Oberflächen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entladung elektrostatisch aufge­ ladener, isolierender Oberflächen, wie Kunststoffbögen oder -bahnen.

Kunststoffbögen oder -bahnen, die nachfolgend, soweit an­ wendbar, als "Kunststoffbögen" bezeichnet werden, wie z. B. Cel­ luloseacetatfolien, Nitrocellulosefolien, Polycarbonatfolien, Polyethylenterephthalatfolien, Polystyrolfolien, Polyethylen- überzogene Bögen, Vinylchloridfolien, Polyethylenfolien, Nylon­ folien oder Polypropylenfolien, besitzen isolierende Oberflä­ chen. Infolgedessen sind derartige Kunststoffbögen für eine elektrostatische Aufladung anfällig, wenn sie mit verschiedenen Gegenständen während der Herstellungs- und Verarbeitungsstufen in Berührung treten. Beispielsweise wird statische Elektrizität in dem Kunst­ stoffbogen erzeugt, wenn der Kunststoffbogen durch Förderwalzen gefördert wird.

In letzter Zeit wurden die Herstellungs- oder Verarbei­ tungsgeschwindigkeiten von Kunststoffbögen oder die Handhabungs­ geschwindigkeiten der gebildeten Bögen erhöht. Infolgedessen steigerte sich auch die Wahrscheinlichkeit, daß statische Elek­ trizität in derartigen Kunststoffbögen induziert wird. Im Stand der Technik ist es gut bekannt, daß diese statische Elektrizität verschiedene Probleme bei den Herstellungs- und Verarbeitungs­ stufen verursacht. Falls der Betrag der induzierten Ladung einen bestimmten Wert überschreitet, erfolgt eine Funkentladung zwischen dem Bogen und den Förderwalzen oder anderen Gegenstän­ den. Das Auftreten einer Funkentladung ist in entzündbare Lösungsmittel enthaltenden Atmosphären gefährlich, da Explosio­ nen auftreten können, d. h. das Auftreten einer Funkenentladung stellt ein ernsthaftes Problem dar. Insbesondere in den Stufen des Überziehens und der Trocknung von photographischen Emulsio­ nen erscheint die Entladung als ein als "statische Markierungen" bekannter Fehler, und infolgedessen sind die in dieser Weise hergestellten lichtempfindlichen Materialien nicht gebrauchs­ fähig.

Es tritt, wie in der JP-A-54-54020 angegeben ist, eine Überzugsunregelmäßigkeit mit Ladungsunregelmäßigkeit auf, falls ein geladener Träger mit einer photographischen hydrophilen Kolloidlösung überzogen wird. Weiterhin ist es selbstverständ­ lich, daß die Ladungen Staub bei sämtlichen Herstellungsstufen anziehen.

Um Probleme aufgrund von Aufladung zu vermeiden, wurden die folgenden Verfahren entwickelt. Beim ersten Verfahren werden Metallbürsten oder Metallitzen in der Nähe der Förderwalzen zur Entfernung der Ladungen von der Folie angebracht. Beim zweiten Verfahren bildet eine Vorrichtung vom Koronaentladungstyp positive und negative Ionen zur Entladung der Folie. Beim dritten Ver­ fahren wird ein Entlader vom Radioisotoptyp verwendet, wodurch Strahlung zur Ionisierung der Luft eingesetzt wird. Beim vierten Verfahren wird die Oberfläche des Bogens mit einer elektrisch leitenden Lösung überzogen. Beim fünften Verfahren werden die Ladungen durch eine Wärmebehandlung des Trägers entfernt, wie in der JP-A-54-54020 beschrieben ist.

Jedoch ist das erste Verfahren unter Anwendung von Metall­ bürsten oder Metallitzen insofern nachteilig, als der Entla­ dungseffekt nicht ausreichend ist und häufig eine Funkentla­ dung auftritt. Wenn das zweite Verfahren unter Anwendung der Vorrichtung vom Koronaentladungstyp auf die Herstellung von photo­ graphischen lichtempfindlichen Materialien angewandt wird, be­ steht die Gefahr, daß diese Materialien photographisch ver­ schleiert werden. Somit kann auch das zweite Verfahren nicht in weitem Umfang verwendet werden. Beim dritten Verfahren unter Anwendung eines Entladers vom Radioisotoptyp ist es, da radioaktive Strah­ lung angewandt wird, nicht nur mühsam, das radioaktive Material zu handhaben, sondern es sind auch die erforderlichen Hilfsaus­ rüstungen teuer. Beim vierten Verfahren des Überziehens des Bogens mit einer elektrisch leitenden Lösung wird die Trock­ nungsbelastung erhöht und es ist schwierig, einheitlich oder rasch die Bögen zu trocknen.

Bei dem in der JP-A-54-54020 angegebenen Verfahren ist eine Erhitzungszone in dem Trägerförderungsweg stromabwärts einer Überzugsstation ausgebildet, um Heißluft auf den Träger zu des­ sen Erhitzung aufzubringen, oder es ist eine Infrarotheizzone oder eine Mikrowellenheizzone so angebracht, daß die Bahn durch Strahlung oder Induktion erhitzt wird, während sie durch die Zone geführt wird, oder es werden Förderwalzen in Kontakt mit der Bahn elektrisch oder durch Heißluft oder Dampf erhitzt. Diese Verfahren erfordern große Heizzonen, und es ist schwierig, eine derartige Heizzone im Fall einer Herstellungsmaschine von kleiner Größe auszubilden. Ferner wird bei diesen Heizverfahren nicht lediglich die Oberfläche der Bahn erhitzt, sondern auch das gesamte Innere derselben wird in der Heizzone erhitzt, wo­ durch der Gegenstand verformt werden kann. Bei dem Entladungs­ verfahren dieser Art muß zusätzlich zu der Heizzone eine Kühlzo­ ne angebracht sein, d. h. das Ausmaß der erforderlichen Einrich­ tung wird noch weiter erhöht.

Aus der DE-AS 19 05 237 sind ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Beseitigung statischer Ladungen von einer sich bewegen­ den Bahn bekannt, bei der mehrere parallel verlaufende, geerdete Spitzenelektroden in einem bestimmten Abstand von der Bahn an­ geordnet sind, die einen Teil der hohen statischen Ladungen ableiten, wobei ein durch hohe Spannungen oder durch radioaktive Stoffe erregter Ionisator vorgesehen ist, der auf die bereits teilweise entladene Bahn einwirkt und der zur Ableitung der auf der Bahn verbliebenen Ladung die Atmosphäre zwischen der Ober­ fläche der Bahn und dem Ionisator ionisiert.

Aus der DE 29 44 986 A1 ist eine anschlagfreie Druckmaschine bekannt, welche eine elektrostatische Aufzeichnungstechnik ver­ wendet, wobei ein Laserstrahl, der gemäß dem elektrischen Signal moduliert ist, über eine lichtempfindliche Walze geleitet wird, um das Muster der elektrostatischen Ladungen auszubilden. Die lichtempfindliche Trommel wird aus einem photoleitfähigen Isola­ tor oder einem Halbleiter mit hohem Widerstand hergestellt. Der bestrahlte Bereich wird in einen leitenden Zustand mit einem Oberflächenwiderstand von etwa 10⁶ Ω geändert, so daß die Ladun­ gen auf der Trommel abgezogen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur wirksamen und leichten Entfernung von Ladungen von der Oberflä­ che von isolierenden Bögen oder Bahnmaterialien anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Ver­ fahren gelöst.

Die Oberfläche des Bogens oder der Bahnmaterialien wird mit einem Laserstrahl so abgetastet oder gerastert, daß sie vorüber­ gehend erhitzt wird. Nachstehend wird der Ausdruck "Rastern" im Sinne von "Abtasten" verwendet.

Das vorstehend angegebene Problem in Verbindung mit der Aufladung tritt im allgemeinen lediglich mit bogenförmigen Trä­ gern oder Isolatoren von mindestens etwa 10¹⁰ Ω Widerstand auf. Der Mechanismus, aufgrund dessen die Oberflächenladungen von dem Träger oder dem Isolator entfernt werden, ist bis jetzt letztlich noch nicht bekannt, jedoch läßt sich die Erscheinung wie folgt erläutern. Wenn die Bahn in die und aus den Fördereinrichtun­ gen bewegt wird, wird die Bahn aufgeladen, da die Dipole eine molekulare Orientierung im Isolator annehmen oder Elektronen eingefangen werden. Wenn unter diesen Bedingungen der Träger durch einen Laserstrahl erhitzt wird, werden die Dipole aktiv, die Orientierung wird unregelmäßig und beseitigt die Polarisa­ tion, das Einfangen der Elektronen wird beendet, so daß die Aufladung der Trägeroberfläche vermieden wird. Ein Laser mit für diese Aufgabe ausgezeichnetem Verhalten wurde in letzter Zeit ent­ wickelt; er kann deshalb als kompakter Laser mit hoher Energie in der Erfindung verwendet werden. Da ferner eine Fremdmaterial­ feststellvorrichtung unter Anwendung eines Laserstrahls in letz­ ter Zeit entwickelt wurde, kann eine Laserrastervorrichtung von hervorragendem Verhalten , die gleichfalls im Handel erhältlich ist, verwendet werden, wenn die Bogenmaterialien mit einem La­ serstrahl erhitzt werden sollen, um die Ladungen von der Ober­ fläche zu entfernen. Wenn deshalb die Entladungsvorrichtung durch Kombination der Laser- und der Rastervorrichtung herge­ stellt wird, ist diese kompakt. Da die Bogenmaterialien nur kurzzeitig durch den Laserstrahl erhitzt werden, wird lediglich die Oberfläche des Bahnmaterials wirksam erhitzt. Gemäß der Erfin­ dung ist es besonders günstig, einen Laserstrahl von hoher Strahlintensität anzuwenden. Ein Verfahren, durch das der Durchmesser des La­ serstrahls von hoher Intensität zur Erhöhung der Strahlungsdichte verringert wird und worin die Bahnmaterialien mit der Rastervorrichtung gerastert werden, ist am geeignetsten zur wirksamen Entfernung der Ladungen von den Bahnmaterialien ohne Schädigung derselben. Festkörper-Laser wie Rubinlaser, YAG- Laser und Glaslaser und Gaslaser wie CO₂-Laser können erfindungs­ gemäß verwendet werden. Der CO₂-Laser ist insbesondere geeignet. Ferner kann der Laserstrahl in Form von Impulsen oder in Form von kontinuierlicher Emission angewandt werden, und diese Laser­ emissionsverfahren sind praktisch gleichwertig im Hinblick auf ihr Verhalten zur Entfernung von Ladungen von Bahnmateria­ lien.

Ein Laserstrahl hat eine eigene Energieintensitätsvertei­ lung in Abhängigkeit vom Oszillationssystem. Die Entladungsfä­ higkeit eines Modus mit Gauß-Intensitätsverteilung, wobei das Maximum der Intensität in der Mitte liegt, ist praktisch gleich zu einem Modus mit Rechteckverteilung, bei der die Intensität konstant ist; jedoch ist der Rechteck-Modus etwas besser als der Gauß-Modus. Die Strahlungsenergie hängt von der Art des ange­ wandten Materials und den Ladungsbedingungen ab, liegt jedoch vorzugsweise im Bereich von 1,0 Joule/sec bis 3,3 × 10^-5 Joule/sec je Einheitsfläche. Die Anwendung einer Laserenergie größer als 1,0 Joule/sec je Einheitsfläche auf einen Kunststoff­ bogen ist nicht günstig, da sie die Oberfläche des Bogens schmelzen oder zu einer ungleichmäßigen Oberfläche führen kann. Falls die Energie kleiner als 3,3 × 10^-5 Joule/sec je Einheits­ fläche ist, ist der Ladungsentfernungseffekt sehr gering. Bei der Entfernung von Ladungen gemäß der Erfindung ist es notwen­ dig, die Bestrahlungsenergie je nach der Zusammensetzung des aufgeladenen Kunststoffbogens zu erhöhen oder zu senken. Bei­ spielsweise in dem Fall, bei dem die gleiche Ladungsmenge von einem Bogenmaterial aus Polyethylentherephthalat bzw. einem aus Triacetylcellulose zu entfernen ist, ist die Energie für die Entla­ dung des ersteren Materials geringfügig größer als diejenige für die Entladung des letzteren Materials.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung des Prinzips des Entladungsverfahrens gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung für ein Entladungsverfahren gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine Vorderansicht einer Vorrichtung zur Bestäti­ gung der Effekte des erfindungsgemäßen Verfahrens, und

Fig. 4 eine schematische Aufsicht auf einen Kunststoffbogen, dessen geladener Teil sichtbar gemacht ist.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird ein Laserstrahl 2 aus einer Laserstrahlquelle 1 auf einen Kunststoffbogen 3 gerichtet. Der Laserstrahl 2 wird in den Richtungen des Pfeiles A abgelenkt, wenn die Bahn in Richtung des Pfeiles B bewegt wird, so daß die Oberfläche der Kunststoffbahn 3 mit dem Laserstrahl gera­ stert und die Kunststoffbahn 3 entladen wird.

Wie sich aus Fig. 2 ergibt, wird, während die Kunst­ stoffbahn 4 in Richtung des Pfeiles B läuft, der Laser­ strahl 2 von der Laserstrahlquelle 1 über einen reflek­ tierenden Spiegel 5 und eine Sammellinse 6 auf einen Drehspiegel 7 gerichtet, so daß der Laserstrahl 2 in den Richtungen des Pfeiles A abgelenkt wird, d. h. die Kunststoffbahn 4 wird mit dem Laserstrahl gerastert, so daß infolgedessen die Ladung von der Kunststoffbahn 4 entfernt wird. In der Fig. 2 bezeichnen die Bezugsziffern 8 und 9 Durchgangswalzen zum Tragen der laufenden Kunststoffbahn 4.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist eine Kunststoffbahn 3 auf einer geerdeten Metallplatte 10 angebracht und eine Ko­ ronaentladung wird mit einer Ladungsnadelelektrode 12 aus­ geführt, die mit einer Hochspannungs-Gleichstrom-Ladungs­ quelle 11 verbunden ist, so daß die Kunststoffbahn 3 für die Zwecke des Versuches und die Bestätigung des Effektes der Erfindung geladen wird. Falls der in dieser Weise wirksam geladene Kunststoffbogen 3 in einen elektrophotographi­ schen flüssigen Toner eingetaucht wird, erscheint der ge­ ladene Teil schwarz, wie in Teil (a) von Fig. 4 gezeigt. Die Arbeitsweise der Eintauchung des Kunststoffbogens in den elektrophotographischen flüssigen Toner, um den geladenen Teil sichtbar zu machen, wird als "Entwick­ lungsarbeitsgang" bezeichnet. Bei dem Fall, bei dem eine aufgeladene Bahn 3 nach dem erfindungsge­ mäßen Verfahren entladen wird, tritt kein geladener Teil bei der Entwicklung auf, wie in Teil (b) der Fig. 4 ge­ zeigt. In Teil (b) der Fig. 4 zeigt der mit einer punk­ tierten Linie umrundete weiße Teil 14 die Tatsache an, daß der geladene Teil von Teil (a) der Fig. 4 entladen wurde.

Die Effekte des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend anhand der folgenden Beispiele näher er­ läutert.

Beispiel 1

Ein Entladungstest wurde mit einem CO₂-Gaslaser mit 60 W durchgeführt. Eine Polyethylentherephthalatbahn von 100 µm Dicke wurde als zu entladende Bahn verwendet. Die Bahn wurde mit der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung geladen. In diesem Fall betrug die Spannung -1 kV, gemessen mit einem Oberflächenelektrometer (Mo­ dell 3610). Ein in Fig. 1 gezeigtes Laserbestrahlungssystem wurde zur Rasterung des Polyethylenterephthalatbogens mit einem Laserstrahl von 1,5 mm Durchmesser bei einer Geschwindigkeit von 6 m/min angewandt. Eine erste Probe, die nicht mit dem Laser­ strahl bestrahlt worden war, und eine zweite Probe, die mit dem Laserstrahl bestrahlt worden war, wurden in einen elektrophotographischen flüssigen Toner eingetaucht und dann heraus­ genommen. In diesem Fall wurde, wie aus Fig. 4 ersicht­ lich, die erste Probe schwarz entwickelt (Teil (a) der Fig. 4), während kein schwarzes Bild in der zweiten Pro­ be (Teil (b) der Fig. 4) auftrat. Infolgedessen wurden sämtliche Ladungen von der Bahn durch die Bestrahlung mit dem Laserstrahl entfernt. Visuell wurde festgestellt, daß die Oberfläche der Bahn hinsichtlich der Qualität un­ verändert war.

Beispiel 2

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wurde ein CO₂-Gaslaser (Modell RF88) und ein optischer Raster verwendet, um einen Entladungstest auf einer Polyethylenterephthalatbahn (Dicke 100 µm) durchzuführen. Bei diesem Test wurde der Durchmesser der Laserstrahlen auf 1 mm reduziert und der optische Raster FUJINON führte die Rasterung mit einer Geschwindigkeit von 3000 U/min und mit acht Spiegeloberflächen aus. Die Poly­ ethylenterephthalatbahn war 1 mm breit und lief mit einer Geschwindigkeit von 12 m/min. Die Laserstrahlleistung be­ trug 6,5 W. Das Potential der laufenden Bahn betrug 1,2 kV, bevor sie mit dem Laserstrahl bestrahlt wurde, wurde jedoch auf 0,5 kV nach der Bestrahlung verringert. Wenn der Entladungstest in gleicher Weise mit einer auf 5 m/min verringerten Geschwindigkeit der Bahn durchge­ führt wurde, betrug das Potential durchschnittlich 0,1 bis -0,1 kV nach der Bestrahlung mit dem Laserstrahl. Die auf diese Weise entladene Bahn wurde zerschnitten, um kleine Bahnstücke zu erhalten. Das Bahnstück wurde mit einem elektrophotographischen Toner in gleicher Wei­ se wie in Beispiel 1 entwickelt. Nachdem das Bahnstück mit dem Laserstrahl bestrahlt wurde, wurde kein Ladungs­ muster gefunden, wie aus Teil (b) der Fig. 4 ersicht­ lich. Andererseits zeigten Bögen, die nicht mit dem Laserstrahl bestrahlt worden waren, verschieden gelade­ ne Muster wie harzartige oder fleckenar­ tige Ladungsmuster.

Beispiel 3

Eine Triacetylcellulosebahn von 120 µm Dicke und 1 m Breite, die mit einer Geschwindigkeit von 5 m/min lief, wurde unter Anwendung der in Beispiel 2 beschriebenen Vorrichtung entladen. Das Po­ tential betrug 1,2 kV, bevor die Laserstrahlbestrahlung ausgeführt wurde, wurde jedoch auf praktisch null kV nach der Laserstrahlbestrahlung erniedrigt.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend aufge­ führten Beispiele beschränkt. D. h. das Entladungsverfah­ ren gemäß der Erfindung kann in verschiedenen Weisen mo­ difiziert werden. Beispielsweise wird im Fall der Fig. 1 der Kunststoffbogen in Richtung des Pfeiles B durch Be­ wegung des Kunststoffbogens gerastert, jedoch kann der gleiche Effekt erhalten werden, wenn der Laserstrahl selbst in Richtung des Pfeiles B sowie in Richtung des Pfeiles A abgelenkt wird. Ferner kann anstelle der vor­ stehend aufgeführten Querrasterung eine ringförmige oder kreisförmige Rasterung angewandt werden.

Selbst ein Kunststoffbogen, der eine Unterschicht oder einen Über­ zug aufweist, kann nach dem Entladungsverfahren gemäß der Erfin­ dung behandelt werden, falls eine seiner Oberflächen isolierend ist.

Claims (7)

1. Verfahren zur Entladung elektrostatisch aufgeladener, isolierender Oberflä­ chen, dadurch gekennzeichnet, daß Oberflächen mit einem Oberflächenwiderstand von 10¹⁰ Ohm mit einem Laserstrahl zur Entfernung der Ladungen abgetastet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierenden Oberflächen aus Kunststoffbögen oder -bahnmate­ rialien mit mindestens einer isolierenden Oberfläche beste­ hen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl zur Abtastung quer über die Oberfläche geführt wird, wenn die Oberfläche relativ zur Laserquelle bewegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl zur Abtastung quer über die Oberfläche geführt wird und senkrecht zur Richtung der Abtastung abge­ lenkt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl die Oberfläche in einem kreisförmigen Muster abtastet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie des Laserstrahls im Bereich von 3,3 × 10^-5 Joule/sec bis 1 Joule/sec liegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieintensitätsverteilung des Laserstrahls einem Rechteckmuster entspricht.