DE3911750C2 - Charge-Transfer-Bilder erzeugende Kassette - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft Charge-Transfer-Bilder erzeugende Kassetten zum Erzeugen von latenten Bildern auf einem Nicht­ leiter zur anschließenden Tonung und Übertragung auf einen Träger. Insbesondere umfaßt die Erfindung Kassetten zum Erzeugen der Bilder und ein Verfahren zum Herstellen der Kassetten.

Aus der US 4,267,556 ist ein Charge-Transfer-Prozeß bekannt, bei dem zwei sich kreuzende Sätze an Elektroden verwendet werden, die Hochspannungsentladungserzeugungselektroden sind. Dabei wird eine Isolationsschicht zwischen den sich kreuzenden Elektroden aufgeladen, wodurch ein sehr starkes elektrisches Feld erzeugt wird, was zu einem Plasmaglühen führt, das einen hohen Fluß an geladenen Teilchen herstellt. Aus diesem Grunde muß der Nichtleiter hohe elektrische Isolationseigenschaften aufweisen und als Kondensator dienen. Dabei be­ steht die Isolationsschicht bzw. dielektrische Schicht aus Aluminiumoxyd, Glasschmelzen, Keramiken, Kunststofffilmen oder Glimmer, wobei Glimmer als bevorzugtes Material er­ wähnt ist.

Die US 4,658,275 offenbart als dielektrisches Material zwischen unterschiedlichen Elektro­ den in einem Bildherstellungsgerät anorganische Materialien und organische Materialien, wobei Hochpolymere ebenfalls erwähnt sind. Die Verwendung hochpolymerer Schichten zwischen zwei Hochspannungsentladungserzeugungselektroden in einem Charge-Transfer- Prozeß wird nicht erwähnt und wäre mit Nachteilen, wie bspw. einem Durchschlagen des Nichtleiters und einer verhältnismäßig großen Dicke der polymeren Schicht, verbunden.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden am Beispiel eines Druckers beschrieben, der eine dielektrisch beschich­ tete Druckwalze verwendet. Dem Fachmann auf diesem Gebiet wird jedoch klar sein, daß die vorliegende Erfindung auch in Kombination mit Druckern verwendet werden kann, die andere Arten von bildaufnehmenden Oberflächen verwenden, und tat­ sächlich auch in anderen Maschinen als Druckern von Nutzen sein kann.

Es gibt einen zunehmenden Bedarf an Peripheriegeräten, die den Output eines Computers oder eines Textverarbeitungs­ systems annehmen und in ein Papierbild, im allgemeinen als "Hardcopy" bezeichnet, umwandeln können. Typischerweise ist solch ein Peripheriegerät ein Drucker, der einen Charge- Transfer-Prozeß verwendet, ähnlich demjenigen, der in der US-PS 4 267 556 (Fotland und Carrish) beschrieben ist. Dieser Drucker verwendet eine Kombination von Elektroden um einen Nichtleiter, die so gesteuert werden können, daß sie auf eine Walze, die z. B. mit einem mit einem Wachs imprägnierten Aluminiumoxid beschichtet ist, eine Ladung aufbringen können. Auf diese Weise wird ein dem auf dem Papier herzustellenden Bild entsprechendes latentes Bild aufgebaut, und das latente Bild wird dann getont und auf das Papier übertragen und eingeschmolzen. Sollte es notwendig sein, weitere Kopien herzustellen, wird der Vorgang entsprechend wiederholt. Es ist weiterhin möglich, das Bild durch elektronische Steuerung zu verändern, so daß Teile des Bildes gedruckt werden können, oder das gesamte Bild kann um 90° in Bezug auf das Papier gedreht werden. Diese möglichen Variationen machen derartige Drucker zu einer wünschenswerten Ausrüstung, wo immer Hard­ copies von elektronisch erzeugter Information erforderlich sind.

Ein Beispiel eines Kassettenaufbaus ist in der US-PS 4 679 060 der Anmelderin beschrieben. Diese Kassette weist eine Anzahl von relativ dünnen ebenen Struk­ turschichten auf und erzeugt ein Charge-Transfer-Bild mit Hilfe eines Ladungsgenerators in Form einer Matrix von Elektroden, die auf einer Innenfläche der Kassette angeordnet sind. Die von der Kassette erzeugten Ladungen werden durch ein Hochspannungswechselpotential zwischen zwei Leitern, üblicherweise als Treiber- und Fingerelektroden bezeichnet, die durch einen festen Nichtleiter getrennt sind, gebildet. Die Fingerelektroden sind mit einer Vielzahl von Löchern versehen, um deren Ränder herum die Ladungen gebildet werden, und ein Saugspannungsimpuls zwischen den Fingerelektroden und der Druckwalze zieht die Ladungen zur dielektrischen Ober­ fläche der Walze. Um auf der Walze von jedem Loch ein Punkt­ bild zu erzeugen, müssen gleichzeitig zwei Potentiale vorhan­ den sein, nämlich das Entladungspotential und das Saugpoten­ tial. Dies erlaubt eine Punktmatrix-Mehrfachnutzung mit einer minimalen Anzahl von Verbindungsleitungen und Impuls­ treibquellen.

Die in diesem Patent beschriebene Kassette weist auch eine weitere Gitterelektrode zwischen der Fingerelektrode und der Walze auf, die so wirkt, daß ein schärferes Punktbild erzeugt wird.

Es hat sich in der Praxis herausgestellt, daß das bevorzugte Material für den Nichtleiter zwischen den Treiber- und Fingerelektroden Glimmer ist, insbesondere Muskovit, H₂KAl₃(SiO₄)₃, da dieses die erwünschten Qualitäten für einen Nichtleiter bei solchen Bedingungen besitzt, nämlich hohe Durchschlagsfestigkeit, niedriger Verlustfaktor, hohe Dielektrizitätskonstante, hohe Glimmbeständigkeit, und lichtdurchlässig ist, was das Positionieren der verschiedenen Elektroden während der Herstellung der Kassette erleichtert.

Durchschlagsfestigkeit ist einfach die Mindestspannung, die erforderlich ist, um ein physisches Durchschlagen, z. B. die Durchbohrung einer Isolierschicht vorgegebener Dicke zu bewirken. Dies ist bei Kassetten wichtig, da der Nichtleiter 2000 bis 3000 Volt Spitze-Spitze bei Radiofrequenz wider­ stehen muß, und die dielektrische Schicht für die auftre­ tende Ladungsbildung relativ dünn gehalten werden muß. Die Durchschlagsfestigkeit von Glimmer liegt im Bereich von 3000 bis 5000 Volt/Mil.

Der Verlustfaktor eines Materials kann in Form der Differenz zwischen der Energiemenge, die erforderlich ist, um einen Kondensator mit dem Material zwischen den Platten aufzuladen, und der Energiemenge, die zurückerhalten wird, wenn der Kondensator vollständig entladen wird, bestimmt werden. Die Differenz, oder die Energieverluste, rühren sowohl vom Eigenwiderstand des Nichtleiters als auch von Hystereseeffek­ ten her und führen zu einem Aufheizen des Nichtleiters. Der Verlustfaktor von Glimmer ist normalerweise 0,01 bis 0,04.

Für ein Isoliermaterial ist die Dielektrizitätskonstante (ε) definiert als das Verhältnis der Kapazität eines Kondensators mit diesem Material zwischen den Platten zur Kapazität einer gleichen Einheit mit Luft zwischen den Platten. Für alle praktischen Zwecke wird die Dielektrizitätskonstante von trockener Luft als Einheit genommen und die Dielektrizitäts­ konstante von Glimmer liegt im Bereich von 6,5 bis 8.

Das Erzeugen von Ladungen an den Fingerelektroden erfolgt in Form einer Koronaentladung, wobei dieser Vorgang die Er­ zeugung von Substanzen umfaßt, die dazu neigen, dielektrische Materialien zusätzlich zu den Qualitätsverlustseffekten durch die dielektrische Beanspruchung des Materials ver­ schlechtert. Die Glimmbeständigkeit eines Materials ist einfach ein Maß seiner Fähigkeit, diesem Qualitätsverlust zu widerstehen.

Obwohl Glimmer die meisten erwünschten Spezifikationen erfüllt, leidet es an einer Reihe von Nachteilen. Gegenwär­ tig ist Glimmer nur aus einer einzigen Quelle erhältlich und eine kontinuierliche verläßliche Versorgung kann nicht sichergestellt werden. Da Glimmer ein natürlich vorkommendes Material ist, gibt es auch nur einen endlichen verfügbaren Vorrat, und, da die Nachfrage für derartige Kassetten ansteigt, wird dieser Vorrat bald erschöpft sein. Die Haupt­ gründe für die Suche nach einer Alternative zu Glimmer sind jedoch dessen physikalische Grenzen. Glimmer ist zerbrechlich und neigt zum Brechen und muß daher während des Transports und in allen Stadien der Herstellung der Kassetten sehr sorgfältig gehandhabt werden. Glimmer ist auch nur in einem eingeschränkten Größenbereich erhältlich, und dies beschränkt die möglichen physischen Dimensionen und Formen der Kasset­ ten. Dies hat sich nun, da es einen Bedarf an längeren Kassetten zum Erzeugen breiterer Bilder gibt, als Nachteil herausgestellt, und in einem Versuch, diese Beschränkung zu überwinden, sind einige Anstrengungen unternommen worden, Modulkassetten zu entwickeln, die aus zwei oder mehr kürzeren Kassetten hergestellt sind, um diese anstelle einer einzelnen längeren Kassette einzusetzen. Schließlich hat es sich als schwierig erwiesen, die von benachbarten Kassetten erzeugten Bilder gleichmäßig abzustimmen, und es ist natürlich teurer, zwei oder mehr kürzere Kassetten anstelle eines längeren Kassette herzustellen. Es ist auch ein Bedarf an schmaleren Kassetten entstanden. Früher ist dies unpraktisch gewesen, weil Glimmer stets so zugeschnitten wird, daß eine bestimmte Breite Glimmer zwischen der Kante des Glimmerblattes und dem Bereich, in dem gleichförmige Eigenschaften erforderlich sind, übrigbleibt, weil das Brechen des Glimmers an den Kanten unvorhersehbare Diskontinuitäten und Rißbildung verursacht.

Anfängliche Forschungen, um einen alternativen Nichtleiter zu ermitteln, waren auf Gläser und glaskeramische Nichtleiter gerichtet, die, obgleich sie viele der oben dargestellten notwendigen Eigenschaften besitzen, andere Schwierigkeiten mit sich bringen. Hochtemperatur-Nichtleiter, bei denen ein Brennen oberhalb von 850°C erforderlich ist, erforderten das Vorsehen eines keramischen Substrats für die Kassette anstelle des herkömmlichen Epoxysubstrats. Das Vorsehen des keramischen Substrats machte die Kassetten unerschwinglich teuer. Niedertemperatur-Nichtleiter mit Brenntemperaturen um 600°C erforderten die Verwendung entweder eines Glassub­ strats, bei dem sich herausstellte, daß es zu zerbrechlich war und einen schlechten Kühlkörper darstellte, oder eines porzellanbeschichteten Stahlsubstrats, das, obwohl es kosten­ günstig und leicht herzustellen war, eine unebene Oberfläche aufwies, die für den Einsatz in einer Kassette ungeeignet war.

Andere Probleme ergaben sich beim Anbringen des Nichtleiters auf dem Substrat beim bevorzugten Verfahren dafür, nämlich beim Siebdruck, was zu großen Flächenfehlern führte. Auch das Plattieren der Treiberelektroden auf Porzellan stellte sich als schwierig heraus, und die plattierten Treiberelek­ troden neigten auch dazu, mit den Nichtleitern aus Glas zu reagieren.

Niedertemperatur-Nichtleiter waren eine im allgemeinen attraktivere Alternative angesichts der weniger schwierigen Aushärtetechniken, die erforderlich waren, was die weitere Verwendung des geläufigen Herstellungsverfahrens erlauben würde, obgleich anfängliche Versuche mit solchen allgemein erhältlichen Niedertemperatur-Nichtleitern, wie etwa Epoxy­ harzen, Phenolharzen und Acrylharzen, die verbreitete Ansicht bestätigten, daß Niedertemperatur-Nichtleiter eine schlechte Glimmbeständigkeit besitzen und eine sehr kurze Lebensdauer in einer Kassetten haben würden.

Während des Testens verschiedener Nichtleiter wurde entdeckt, daß die Glimmbeständigkeit signifikant verbessert werden konnte, wenn partiell zusammengesetzte Kassetten getestet wurden. Es stellte sich heraus, daß dies das Ergebnis des Vorhandenseins eines Klebstoffes auf Silikonbasis auf der Oberfläche des Nichtleiters war, der während des weiteren Herstellungsverfahrens anschließend entfernt wurde. Dies führte zu einer Untersuchung von Silikonen im allgemeinen, und weitere Testreihen ergaben, daß Silikone oder polymere organische Siloxane eine hohe Glimmbeständigkeit zeigten.

Eine anschließende Suche ergab eine Anzahl kommerziell erhältlicher silikonmodifizierter Polymere, die für andere Einsatzzwecke gedacht waren. Anfängliche Tests zeigten, daß die Materialien die notwendige Glimmbeständigkeit und das Potential zur Verwendung anstelle von Glimmer besaßen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kassette zur Verwendung bei der Charge-Transfer-Bilderzeugung unter Verwendung eines geeigneten Niedertemperatur-Nichtleiters zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein geeignetes Verfahren zum Herstellen solch einer Kassette zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ergibt sich aus den im Kennzeichen des Anspruchs 4 aufgeführten Merkmalen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden im folgen­ den anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beiliegen­ den Zeichnungen beschrieben.

Dabei zeigt

Fig. 1 die Seitenansicht eine beispielhaften Charge- Transfer-Druckers, der eine Kassette gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung enthält, wobei die Kassette in Stirnansicht zu sehen ist;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Kassette von Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht der Kassette von Fig. 2 von unten;

Fig. 4 eine Stirnansicht der Kassette von Fig. 2;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht mit weggebrochenen Schichten der Kassette von Fig. 2 während der Herstellung;

Fig. 6 (unter Fig. 3 und Fig. 4 gezeichnet) einen schematischen Querschnitt entlang der Linie 6-6 von Fig. 5;

Fig. 7a und 7b graphische Darstellungen, die den Gewichtsverlust von verschiedenen dielektrischen Materialien, die Koronaentladungen unterworfen wurden, in Bezug auf die Zeit veranschaulichen; und

Fig. 8 eine Tabelle, welche die verschiedenen Effekte variierender Nichtleiter-Dicke und -Zusammen­ setzung in einer Kassette veranschaulicht.

Es wird zunächst Bezug genommen auf Fig. 1, die eine ziemlich schematische Seitenansicht eines beispielhaften Druckers mit Charge-Transfer-Bilderzeugung darstellt, der eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kassette einschließt. Die Erfindung ist bei dieser Art von Drucker besonders nützlich, kann aber auch mit Druckern anderer Art und anderer Ausrüstung verwendet werden, bei denen eine Charge-Transfer- Bilderzeugung eingesetzt wird.

Eine Druckwalze 22 ist um eine Achse 24 drehbar befestigt und besitzt einen elektrisch leitenden Kern 26 mit einer dielektrischen Oberfläche 28, die in der Lage ist, ein Bild von einer Charge-Transfer-Druckkassette 30 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufzunehmen. Die Kassette 30 wird von einem elektrischen Steuersystem 32 angetrieben und von einer Kassettenbe­ festigung 34 in ihrer Stellung gehalten. Wenn die Walze 22 sich in der gezeigten Richtung dreht, wird ein latentes Bild von der Kassette 30 auf der Außenfläche der dielektrischen Oberfläche 28 erzeugt. Dieses Bild kommt dann in Kontakt mit Toner, der von einem Zuführtrichter 36 über eine Zuführmecha­ nismus 38 zugeführt wird. Das resultierene Tonerbild wird von der Walze 22 zu einem Walzenspalt weitertransportiert, der mit einer Andruckrolle 40 gebildet wird, die eine nach­ giebige Außenschicht 42 besitzt, und im Weg eines Rezeptors, wie etwa eines Papierblattes 44, der zwischen einem Paar Zuführrollen 46 in den Drucker eintritt, angeordnet ist. Der Druck im Walzenspalt ist ausreichend, den Toner auf das Papierblatt übertreten zu lassen, und, aufgrund des angewen­ deten Drucks, unterstützt durch die Tatsache, daß die Achsen der Walze 22 und der Rolle 40 in einem Winkel von etwa 45 Minuten zueinander liegen, wird der Toner in das Papier eingeschmolzen, wenn er von der Walze auf das Papier über­ tragen ist. Das Papier verläßt den Drucker zwischen einem Paar Auslaßrollen 48.

Es ist wünschenswert, daß alle Bedienungsfunktionen und die Wartung von einer Seite des Druckers ausgeführt werden, und für diesen Zweck ist eine Zugangsöffnung 50 in der Seite des Druckers vorgesehen, um den Zugang zur Kassette 30 zu ermög­ lichen, nachdem die Kassette 30 durch Aktivieren der Be­ festigung 34 gelöst ist.

Es wird jetzt Bezug genommen auf die Fig. 2 bis 4, die verschiedene Ansichten der Kassette 30 selbst zeigen. Das hauptsächliche Strukturteil der Kassette 30 ist ein hohler und im allgemeinen rechteckiger länglicher Aluminiumrücken 52 mit entsprechenden Innen-, Außen- und Seitenwänden 54, 56, 58 und 60. Die Außenwand 56 ist mit einer sich in Längs­ richtung erstreckenden Halterippe 62 zum Eingriff mit der Kassettenbefestigung 34 (Fig. 1) versehen, und ein Ende des Rückens bildet einen Griff 64, an dem der Rücken zum Heraus­ ziehen aus der Befestigung 34 gegriffen werden kann. Das Innere des Rückens 52 weist eine Anzahl von Rippen auf, von denen eine mit 66 bezeichnet ist, die sich aus der Innenwand 54 parallel zu den Seitenwänden 58 und 60 herauserstrecken. In Kassetten zur Verwendung in Hochgeschwindigkeitsdruckern leiten die Rippen Wärme von der Innenwand zur Kühlluft, die durch den Rücken 52 hindurchströmt, ab. In Kassetten, die in Niedergeschwindigkeitsdruckern verwendet werden, können die Rippen das Erwärmen der Innenwand durch Warmluft, die durch den Rücken hindurchströmt, erleichtern, oder alternativ dazu kann auf die Rippen verzichtet werden und ein Heizelement (nicht gezeigt) im Rücken angeordnet werden.

Ein flexibles Substrat 68 ist auf der Innen- und den Seiten­ wänden 54, 58 und 60 des Rückens 52 angebracht. Das Substrat dient als Befestigung für die verschiedenen Bestandteile der Kassette 30, die unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben werden.

Fig. 5 zeigt eine Kassette während der Herstellung, wobei alle Bestandteile auf dem Substrat 68 befestigt sind, aber bevor das Substrat auf den Rücken 52 aufgeformt wird. Die innersten Bestandteile, die von dem flexiblen Substrat 68 getragen werden, das in diesem Beispiel ein flexibles dielek­ trisches Material, wie etwa glasfaserverstärktes Epoxyharz ist, sind die ersten oder Treiberelektroden 70. Diese Elek­ troden 70 werden durch Atzen des kupferbeschichteten Sub­ strats 68 hergestellt und umfassen mehrere parallele Leiter 72, die sich im allgemeinen in Längsrichtung auf dem Substrat 68 entlang erstrecken. Einzelkontakte 74 erstrecken sich im allgemeinen quer von einem Ende jedes der parallelen Leiter 72 weg.

Eine dielektrische Schicht 76, der Gegenstand der vorliegen­ den Erfindung, ist über den parallelen Leitern 72 angeordnet und wird detaillierter im Anschluß an die Beschreibung der Kassette beschrieben.

Zweite oder Fingerelektroden 78 werden durch Ätzen eines Blattes aus rostfreiem Stahl hergestellt und anschließend über der dielektrischen Schicht 76 befestigt, um die nächste in Fig. 5 gezeigte Schicht zu bilden. Die Elektroden 78 umfassen erste Abschnitte 80 zum Anbringen über der dielek­ trischen Schicht 76 und Einzelkontakte 82, die an alter­ nierenden Enden der ersten Abschnitte 80 zu den Seiten der dielektrischen Schicht 76 hin angeordnet sind. Es sollte angemerkt werden, daß in anderen Kassettenformen die Kontakte sich alle zu einer Seite der dielektrischen Schicht 76 hin erstrecken können. Die ersten Abschnitte 80 weisen Löcher 81 auf, die Kantenstrukturen 85 (Fig. 6) zur Verfügung stellen, die als Koronaentladungs- oder Ladungserzeugungsstellen wirken.

Eine Zwischenlage 83 wird durch Aufbringen zweier dünnerer Schichten 84 und 86, die über den Fingerelektroden 78 an­ geordnet werden, geschaffen. Die Schichten 84 und 86 werden durch getrenntes Laminieren des Substrats mit einer Trocken­ film-Lötmaske, die anschließend geätzt wird, hergestellt. Zwei Schichten werden einfach deswegen verwendet, um die erforderliche Dicke zu erhalten, und sie weisen Mittelabschnitte 88 auf, um die ersten Ab­ schnitte der Fingerelektroden 78 zu überdecken, und mehrere parallele Schlitze 90 sind an den Stellen vorgesehen, die mit den in den ersten Abschnitten 80 der Fingerelektroden gebildeten Öffnungen übereinstimmen. Endabschnitte 92 der Schicht 84 belegen die Zwischenräume zwischen den Kontakten 74 der Treiberelektroden, und Seitenabschnitte 94 befestigen die Enden der Kontakte 82 der ersten Elektroden am Substrat 68. Die zweite Zwischenlage 86 wird über dem Mittelabschnitt 88 der ersten Zwischenlage aufgebracht.

Eine Gitterelektrode 96 wird von der zweiten oder äußersten Zwischenlage 86 getragen. Die Gitterelektrode 96 und die damit verbundenen Zwischenlagen 84 und 86 sind fakultativ, weil die Treiber- und Fingerelektroden 70 und 78 die not­ wendige ladungsbilderzeugende Matrix zur Verfügung stellen. Durch die Verwendung der Gitterelektrode 96 wird jedoch die Druckqualität beträchtlich gesteigert, so daß diese in der bevorzugten Ausführungsform verwendet wird. Die Elektrode 96 ist mit mehreren Öffnungen 98 ausgebildet, die in parallelen Linien angeordnet sind, welche mit den entsprechenden Öffnun­ gen und Schlitzen der Fingerelektroden und Zwischenlagen übereinstimmen. Eine Lötmasken-Überzugsschicht 100 ist der abschließende Bestandteil, der auf das Substrat aufgebracht wird, und dient dem Versiegeln des Gitters 96 auf dem Sub­ strat 68.

Der Substrataufbau wird auf den Rücken 52 (Fig. 4) aufge­ bracht und mit einer Schicht doppelseitigen Klebebandes in seiner Lage festgehalten. Der Abschnitt des Substrats, der die parallelen Leiter 72 und die ersten Abschnitt 80 der Fingerelektroden trägt, wird an der Innenwand des Rückens befestigt und die Abschnitte des Substrats, die die Elektro­ denkontakte tragen, an den Seitenwänden des Rückens.

Fig. 6 ist ein schematischer Querschnitt der Kassette von Fig. 5, und es sollte angemerkt werden, daß einige Dicken übertrieben worden sind, um die Konstruktion der Kassette besser zu veranschaulichen. Darüber hinaus sind die beiden Zwischenlagen 84 und 86 als eine einzige Schicht gezeigt.

Beim Anlegen einer Wechselspannung zwischen ausgewählten Treiber- und Fingerelektroden 70 und 78 wird an den Kanten 85 der Öffnungen in den Fingerelektroden unter Durchschlagen der Luft eine Koronaentladung erzeugt. Die Fingerelektrode wird mit einem weiteren Saugspannungsimpuls beaufschlagt, um die Ladungen zur Walze zu treiben. Wie oben erwähnt, wird ein weiteres Potential an die Gitterelektrode angelegt, um die Ladungen zu fokussieren, wenn sie sich durch die ver­ schiedenen Öffnungen und Schlitze der Kassette auf die Walze zu bewegen.

Eine Verschlechterung der dielektrischen Schicht 76 kann z. B. an den exponierten Abschnitten in den Öffnungen 81 der Fingerelektroden auftreten, und die Kassette kann versagen, wenn der Nichtleiter in einem Ausmaß verloren geht, welches ein Nichtleiter-Durchschlagen zwischen den Elektroden 70 und 78 ermöglicht. Es kann auch noch andere Gründe für ein Versagen in Bezug auf den Nichtleiter geben, einschließlich Verunreinigung, Auslaugen eines chemischen Bestandteils des Nichtleiters oder Feuchtigkeitsabsorption.

Die Fig. 7a und 7b veranschaulichen die Ergebnisse eines Tests, der durchgeführt wurde, um die Glimmbeständig­ keit verschiedener Materialien zu bestimmen. Proben von Niedertemperatur-Nichtleitern wurden als Pasten auf Objekt­ träger aufgebracht und ausgehärtet, bevor sie in einem Plasmaätzer Koronaentladungen ausgesetzt wurden. Die oberste Linie in Fig. 7a veranschaulicht das Verhalten eines Acryl­ harzes, das zu einem Versagen der Kassette innerhalb von Minuten führen würde. Die anderen Linien veranschaulichen das Verhalten verschiedener Silikonharze, wobei die vollstän­ dige Bezeichnung von einigen davon wie folgt ist:
DC 2577 = DOW CORNING 1-2577 CONFORMAL COATING
GE SR80 = GE SILICONE MICA BONDING AND MOISTURE RESISTANT VARNISH SR80
MS 460 = MILLER STEPHENSON MS-460 SILICONE RESIN COATING

Als ein Ergebnis dieser Befunde wurde ein kommerziell erhält­ liches silikonmodifiziertes Polyester/Alkydharz (ESL 241 von Electro-Science Labs) in einer Kassette getestet, nach Entfernen verschiedener unerwünschter Verunreinigungen. Die Tests zeigten, daß die Durchschlagsfestigkeit des Materials relativ niedrig war (annähernd 60 V_rms/µm @ 25 µm Dicke), so daß die resultierende Schicht ziemlich dick sein mußte (30 µm), um der angelegten Spannung zu widerstehen. Kassetten, die mit dieser erhöhten Nichtleiterdicke und entsprechend erhöhten Elektrodentrennung zusammengesetzt waren, druckten jedoch nicht, da die an die erhöhte Elektrodentrennung angelegte Wechselspannung zu einer ungenügenden elektrischen Feldstärke (E) an den Fingerelektrodenrändern führte, um ein Durchschlagen der Luft zu bewirken (E = V/d, wobei d = Elektrodenabstand).

Der offensichtlichste Weg, die erforderliche Stärke wieder­ zugewinnen, bestünde darin, die Wechselspannung zu erhöhen, aber es wäre bevorzugt, daß die Kassette zur Verwendung in bestehenden Maschinen mit bestehenden Betriebsspannungen geeignet wäre. Zusätzlich wird die üblicherweise verwendete Spannung von 2800 V Spitze-Spitze als höher als erwünscht angesehen, und eine niedrigere Betriebsspannung könnte die Zuverlässigkeit der Kassetten verbessern. Demgemäß wurde eine andere Möglichkeit verfolgt, die im folgenden beschrie­ ben ist.

Der Bereich der Kassette zwischen den Elektroden kann als zwei Kondensatoren in Reihe angesehen werden. Der erste wird von dem dielektrischen Material gebildet, während der zweite von dem Luftspalt zwischen der Oberfläche des Nichtleiters und der Fingerelektrode, durch den Fingerelektroden-Kleb­ stoff, gebildet wird. Es war erwünscht, die Spannung über diesen Luftspalt aufrechtzuerhalten, während die Dicke des Nichtleiters erhöht wurde, eine konstante Spannung über die zwei Kondensatoren vorausgesetzt. Der Luftspalt war bei dem üblicherweise im Herstellungsverfahren verwendeten Kleber bereits am erreichbaren Minimum (3 µm). Indem man sich erinnerte, daß der Wechselspannungsabfall über einen Konden­ sator umgekehrt proportional zu seiner Kapazität ist, ent­ schied man sich, die Kapazität des Nichtleiters zu erhöhen, um seine erhöhte Dicke zu kompensieren. Vorausgesetzt, daß die Kapazität proportional zur Dielektrizitätskonstante des Materials geteilt durch seine Dicke ist, wurde festgestellt, daß das Erhöhen der Dielektrizitätskonstante der Paste die Kassette wieder in einen Betriebsbereich brachte, in dem Koronaentladungen erzeugt werden konnten, selbst mit einem 30 µm dicken Nichtleiter.

Wenn die Dielektrizitätskonstante, durch Addition eines Füllstoffs (Titandioxid) von anfänglich getesteten 7 auf annähernd 14 angehoben wurde, druckten Druckkassetten, die unter Verwendung dieser neuartigen Zusammensetzung herge­ stellt waren, mit einer Druckqualität, die derjenigen von Kassetten, die in herkömmlicher Weise mit Glimmer-Nichtleiter hergestellt waren, gleichwertig war.

In der Praxis kann jedes dielektrisches Material, das mit der Harzmatrix kompatibel ist, als Füllstoff verwendet werden. Die am häufigsten verwendeten dielektrischen Füll­ stoffe umfassen Silikate, wie etwa von Aluminium und Blei, Silika, Aluminiumoxid, Porzellane, Siliciumdioxid und jedes Titanat, z. B. Bariumtitanat.

Durch Verändern der Verhältnisse von Polymer und Füllstoff von 80/20 zu 30/70 wurde festgestellt, daß die Dielektrizi­ tätskonstante zwischen 4 und 17 variiert werden konnte, und die oberen erreichten Werte führten zu einer Einsetz- oder Schwellenspannung für Koronaentladungen, die mit 1100 Volt Spitze-Spitze sehr niedrig lag, verglichen mit bestehen­ den Spannungen von 1300-1600 Volt Spitze-Spitze.

Um den Effekt der Dicke und Zusammensetzungsvariationen des Nichtleiters auf die Fähigkeit, elektrischer Belastung, Schwellenspannung und Kassettenlebensdauer zu widerstehen, zu veranschaulichen, sollte Bezug genommen werden auf Fig. 8, die die Ergebnisse veranschaulicht, die beim Testen von Kassetten mit verschiedenen dielektrischen Schichten (von ESL 241) erhalten wurden.

Um den Anstieg der Dielektrizitätskonstante, der aus der Addition des Füllstoffs resultiert, zu erleichtern, wird dem Material ein Benetzungsmittel, Oberflächenspannungsverringe­ rer oder Adhäsionsbeschleuniger zugesetzt. Das Benetzungs­ mittel kann durch Verringern der Mobilität der Füllstoffpar­ tikel auch dabei helfen, elektrische Dissipation des Ma­ terials niedrig zu halten. Dies wird wichtiger, wenn die Partikelgröße des Füllstoffs abnimmt, weil kleinere Partikel naturgemäß schwieriger zu benetzen sind. Typischerweise liegen Füllstoffmaterialien in der Größenordnung von 5 µm oder weniger, wobei kleinere Größen im allgemeinen besser sind.

Das dielektrische Material wird in Form eines Harzes oder einer Paste zur Verfügung gestellt und durch Siebdruck auf die Kassette aufgebracht. Obwohl das Aufbringen eines ein­ zigen Überzugs mit der erforderlichen Dicke naheliegender­ weise bequemer ist, ergibt eine erhöhte Anzahl dünnerer Siebdrucke (mit der Grenze der Einzelschichtkohäsion) einen verläßlicheren Überzug. In der Praxis sind zwei Überzüge verwendet worden. Andere Verfahren zum Aufbringen, die verwendet werden können, umfassen die Extrusion, die Tauch­ beschichtung, die Spritzung, die Walzbeschichtung und die Ziehbeschichtung.

Um die mechanischen Eigenschaften des Harzes, wie etwa seine Viskosität, zu verändern und um seine Trocknungsgeschwindig­ keit zu ändern, um es für das besondere Verfahren zum Auf­ bringen geeignet zu machen, kann das Material ein Lösungs­ mittel enthalten. Wenn Siebdruck angewendet wird, um den Nichtleiter aufzubringen, wie in der bevorzugten Ausführungsform, ist es wünschenswert, daß die Paste eine relativ langsame Trocknungsgeschwindigkeit be­ sitzt. Es können auch Flußmittel, üblicherweise auf Silikon­ basis, zugesetzt werden, um das Nivellieren des aufgebrachten Harzes zu erleichtern.

Das Material fließt, wenn es nicht polymerisiert ist, so daß es dazu neigt, die Spalten zwischen den Treiberelektroden, wie in Fig. 6 gezeigt, zu besetzen. Die Verwendung der Paste macht auch das Erfordernis von Klebstoffen entbehrlich, um den Nichtleiter auf dem Substrat zu befestigen. Es sollte angemerkt werden, daß das Material gut auf Kupfer, rostfreiem Stahl und Lötmaske klebt, zusätzlich auf Epoxyharz.

Nach dem Aufbringen, kann das verwendete Lösungsmittel entweder durch Verdunstung bei Raumtemperatur oder, wenn weniger Zeit zur Verfügung steht, durch Erwärmen jeglicher Art oder durch Vakuumbehandlung ausgetrieben werden.

Die Kassette wird dann bei 150°C bis 220°C thermisch behandelt, um das Polymer auszuhärten. Die resultierende polymerisierte dielektrische Schicht ist flexibel und ermög­ licht es, daß die Kassette bis zu einem angemessenen Grad gekrümmt und gebogen wird, ohne Schaden zu erleiden. Die Handhabung des Harzes in der nicht-polymerisierten Form ist ebenfalls sehr vereinfacht, wenn man sie mit dem sorgfältigen Verpacken vergleicht, das für die zuvor verwendeten Glim­ merblätter erforderlich war.

Auch ist das polymerisierte Material lichtdurchlässig, was das visuelle Ausrichten der Bestandteile der Kassette während der Herstellung erlaubt, und die Wärmeleitung der resul­ tierenden dielektrischen Schicht ist etwa dreimal so hoch wie die von Glimmer, was die Temperatursteuerung der tem­ peraturempfindlichen Fingerelektroden erleichtert.

Wie oben beschrieben, können die verschiedenen Eigenschaften des Materials durch Verändern der relativen Verhältnisse der verschiedenen Bestandteile gesteuert werden. Die Polymerbasis des Silikons kann auch verändert werden, und zusätzlich zu den oben beschriebenen Silikonen, ist auch festgestellt worden, daß schwefelvulkanisierter natürlicher Kautschuk einen geeigneten Nichtleiter darstellt.

Die Möglichkeit, das Material zu verwenden, um dielektrische Schichten jeder gewünschten Form herzustellen, eröffnet viele Möglichkeiten in der Charge-Transfer-Bilderzeugung, einschließlich der Herstellung von schmalen oder langen Kassetten, die unter Verwendung von Glimmer nicht hergestellt werden konnten.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims (4)

1. Charge-Transfer-Bilder erzeugende Kassette mit
einem dielektrischen Substrat (68),
ersten Elektroden (70), die sich in einer ersten Richtung entlang einer Seite des Substrats (68) erstrecken,
zweiten Elektroden (78), die sich in einer zweiten Richtung erstrecken, und
einer dielektrischen Schicht (76) aus polymerem Material, die die ersten Elektroden (70) und die zweiten Elektroden (78) voneinander trennt, wobei die Schicht (76) ein silikon­ modifiziertes Polymer mit entweder einer ausreichenden Dielektrizitätskonstanten, um eine Koronaentladung zu ermöglichen, oder ein silikonmodifiziertes Polymer und einen teilchenförmigen Füllstoff aus einem dielektrischen Material umfaßt.

2. Charge-Transfer-Bilder erzeugende Kassette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (76) einen silikonmodifizierten Polyester/Alkydharz und ei­ nen teilchenförmigen Füllstoff aus einem dielektrischen Material umfaßt.

3. Verfahren zum Herstellen einer Charge-Transfer-Bilder erzeugenden Kassette nach An­ spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf das dielektrische Substrat (68) mit den ersten Elektroden (70) die dielektrische Schicht (76) aus polymerisierbarem Matrial auf­ gebracht wird, um die ersten Elektroden (70) zu überdecken; daß die dielektrische Schicht (76) ausgehärtet wird, und daß die zweiten Elektroden (78) mit Kantenstrukturen (85) so auf der ausgehärteten Schicht (76) befestigt werden, daß die Kantenstrukturen (85) die er­ sten Elektroden (70) überspannen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das polymerisierbare Material ein nicht-polymerisierter Nichtleiter ist, der vorzugsweise in flüssiger Form aufgebracht wird.