DE924420C

DE924420C - Einrichtung zum Aufladen einer Isolierschicht mit einer elektro-statischen Ladung, insbesondere fuer elektrophotographische Verfahren

Info

Publication number: DE924420C
Application number: DEB14466A
Authority: DE
Inventors: Lewis E Walkup
Original assignee: Battelle Development Corp
Current assignee: Battelle Development Corp
Priority date: 1950-04-06
Filing date: 1951-04-07
Publication date: 1955-03-03
Also published as: US2777957A; FR1041698A; GB696515A; CH296687A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät, das dem Zweck dient, eine Isolierschicht elektrisch bis auf ein Potential aufzuladen, das unter der elektrostatischen Höchstspannung liegt, die das Isoliermaterial ohne Durchschlag aushält. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein praktisches Gerät von hohem Wirkungsgrad! zu schaffen, mit dessen Hilfe man auf eine photoelektrische Isolierschicht, z. B. diejenige einer ίο elektrophotographischen Platte, eine elektrostatische Ladung von bestimmtem Potential aufbringen kann.

Zum Aufladen elektrophotographischer Platten hat man ein Coronaentiadungsgerät entwickelt, das indessen noch gewisse Mängel aufweist. Es läßt sich nämlich nur schwer derart steuern, daß die auf die photoelektrische Isolierschicht aufgebrachte Ladung ein bestimmtes Potential erhält. Bei diesem Gerät wandert die Platte zwar unter Antrieb durch ein zeitlich genau gesteuertes Vorschubwerk mit einer bestimmten Geschwindigkeit unter dem Entladungsgerät hindurch, um zu verhindern, daß die aufgebrachte Ladung an irgendeiner Stelle die Grenze überschreitet, bei der ein Durchschlag erfolgt; doch lassen sich Schwankungen des Potentials selbst bei genauer Einhaltung der Vorschu'bgeschwindigkeit der Platte nicht vermeiden. Das rührt daher, daß verhältnismäßig kleine Span-

nungsschwankungen im Netz verhältnismäßig starke Schwankungen des Coronaentladungsstromes hervorrufen und daher zu entsprechend starken Änderungen der Auf ladungsgeschwindigkeit führen. Ferner haben auch Änderungen des atmosphärischen Luftdrucks Einfluß auf den Coronaentladungsstrom und damit auf die Geschwindigkeit der Aufladung. Die einzelnen elektrophotograpihischen Platten haben unter Umständen auch eine verschiedene

ίο Kapazität infolge wechselnder Stärke der Isolierschicht oder infolge von Schwankungen der Dielektrizitätskonstante. Infolgedessen erfordern die Platten verschiedene Elektrizitäts mengen, um sie auf das gleiche Potential zu bringen. Werden elektrophotographische Platten mit einem zu kleinen Potential aufgeladen, so fällt das latente elektrostatische Bild, das sich bei der Belichtung ergibt, zu matt aus. Denn das bei der Entwicklung des Bildes infolge der elektrostatischen Anziehung haftende Material, z. B. ein Puder oder ein Flüssigkeitsnebel, ist dann zu gering, um die genügende Brillanz des Bildes zu ergeben. Werden die Platten zu hoch geladen, so ergeben sich andere Schwierigkeiten. Die Aufladung mit einer zu hohen Spannung führt zu einer dauernden Schädigung der photoelektrischen Schicht; es entstehen kleine Flächen oder Stellen, an denen sich die Schicht so ändert, daß sie später beim Wiederaufladen die Spannung nicht mohr zu "halten vermag.

Ferner hat es sich herausgestellt, daß häufig verschiedene Stellen 'derselben Platte auf verschiedene Potentiale aufgeladen werden. Die Ursache dieser unregelmäßigen Verteilung der Ladung rührt vielleicht von Unterschieden in der photoelekirischen Schicht her, vielleicht auch von Unregelmäßigkeiten hinsichtlich der Ionenausstrahlung an verschiedenen Stellen des Coronaentladungsgeräts. Die Folge sind Streifen, die zutage treten, wenn man die photoelektrische Schicht beim Abziehen des Bildes mit einem elektroskopischen Puder einstäubt.

Es -hat sich nun gezeigt, daß sich der Ionenfluß regeln und die Isolierschicht auf ein unter der zulässigen Höchstspannung liegendes Potential aufladen läßt, wenn zwischen der Ionenquelle, d. h. der Coronaentladungselektrode und der Isolierschicht, z. B. der photo elektrischen Schicht, der die Ionen zufließen, eine Elektrode eingeschaltet wird, z. B. ein leitendes Gitter. Die zulässige Höchstspannung, von der hier die Rede ist, bedeutet dabei das höchste elektrostatische Potential, das die Isolierschicht festzuhalten vermag. Das erreichte Potential der Isolierschicht wird dadurch auch verhältnismäßig unabhängig von dem aufladenden Potential, von der Zeit der Aufladung und von anderen Merkmalen der Aufladungsquelle¹. Man erhält daher eine ausreichende gleichmäßige Aufladung der Isolierschicht unabhängig von Schwankungen der Netzspannung. Eine Schädigung der Schicht durch Überspannungen wird dadurch vermieden. Ebenso vermeidet man, daß die Bilder beim Entwickeln streifig werden, denn man erhält eine sehr gleichmäßige Aufladung der Isolier schicht über große Flächen 'hin. Das Gerät nach der Erfindung arbeitet bei gewöhnlichem atmosphärischem Luftdruck.

Hiernach liegt eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines elektrischen Aufladungsgeräts, mit dessen Hilfe die Isolierschicht im wesentlichen unabhängig von Spannungsschwankungen oder von Ungleichmäßiigkeiten in der Struktur der Schicht auf ein gleichförmiges Potential aufgeladen werden kann und: daher bei der elektrophotographischen Entwicklung mit einem elektroskopischen Entwicklungsstoff die besten Ergebnisse zeitigt. Auch soll dieses Gerät die Aufladung der Schicht bis auf ein Potential ermöglichen, das dicht unter der zulässigen Hödhstspannung liegt, ohne daß dabei die Gefahr eines Durchschlags infolge von Überspannungen besteht und ohne daß infolge von Änderangen in der Zusammensetzung der Schicht oder infolge ungleichmäßiger Struktur der Ionenquelle Streifen im Bild entstehen.

Dabei soll die erforderliche Aufladung der Isolierschicht in einer 'bestimmten Zeitspanne erfolgen. Weiter soll das Coronaaufladungsgerät mit einer verhältnismäßig hohen Spannung betrieben werden können, die unabhängig von der zulässigen Höchstspannung der elektrostatischen Aufladung der Isolierschicht ist sowie auch unabhängig von der Zeitspanne der Aufladung der Schicht.

Die photoelektrische Isolierschicht soll dabei auf ein Potential aufgeladen werden können, das zwar unter dem höchsten Potential liegt, welches die Schicht zu halten vermag, aber dennoch so· hoch ist, daß bei der nachstehenden Entwicklung durch Einstäuben mit einem elektroskopischen Puder ein scharfes und brillantes Bild entsteht, das ebensogut ausfällt, als db die Schicht bis auf die höchste Spannung aufgeladen worden wäre.

Nachstehend sei zur näheren Erläuterung der Erfindung und der ihr zugrunde liegenden Aufgaben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine weitere Beschreibung gegeben. In den Zeichnungen zeigt

Fig. ι eine schauibildlicheDarstellung des Coronaaufladungsgeräts mit einer Steuerelektrode und dem zugehörigen Schaltschema des Geräts, das eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt,

Fig. 2 den Schnitt, der durch einen Teil des in Fig. ι gezeigten Geräts nach der Linie 2-2 der Fig. 3 verläuft,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer in Fig. 1 gezeigten Einzelheit,

Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung des Untersohiedes der Meßergebnisse, die beim Aufladen einer Gruppe von Isolierschichten mit und ohne Steuerelektrode nach der Erfindung erhalten wurden,

Fig. 5 ein Diagramm der Meßergebnisse beim nacheinander erfolgenden Aufladen derselben Isolierschicht mit dem Gerät nach der Erfindung und dann mit einem Gerät ohne die Erfindungsmerkmale,

Fig. 6 und 7 Diagramme zur Darstellung der elektrostatischen Feldlinien in zwei verschiedenen Stadien des Aufladungs Vorganges,

Fig. 8, 9 und ίο verschiedene Ausführungsformen des Coronaaufladungsgeräts,

Fig. Ii und 12 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem die Ionenquelle eine Reihe von Coronaelektrodenspitzen enthält,

Fig. 13 das Schaltschema des Geräts für Wechselstrom,

Fig. 14 eine andere Aueführungsform des Sohaltschemas.

Bei der nachstehenden Beschreibung handelt es sich um ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das in mannigfacher Hinsicht abgeändert werden kann. Das gilt sowohl für das Verfahren als auch für den Apparat. In der nachfolgenden Beschreibung und in den Patentansprüchen sind die Teile zwar durch bestimmte Begriffe bezeichnet, doch sind diese dazu bestimmt, bei ihrer Anwendung allgemein ausgelegt zu werden, soweit es im Rahmen des Standes der Technik möglich, ist.

Im einzelnen zeigen die Fig. 1, 2 und 3 die Zeichnungen, in denen bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, ein Aufladungsgerät, das auf einem Halter oder einem Tisch ι ruht, über welchem sich eine waagerechte Führungsplatte 3 erstreckt. Längs dieser Platte kann eine Isolierschicht 2 vorgeschoben werden, und zwar in einem bestimmten Abstand unterhalb eines Aufladungsgeräts 4, das Coronaentladungsdrähte 5 enthält. Diese Drähte 5 werden von im Abstand voneinander angeordneten Isolierblöcken 6 getragen. Das Entladungsgerät weist ferner eine Steuerelektrode in Gestalt eines Gitters 7 auf. Dieses Gitter besteht aus Drähten, die zwischen dien Entladungsdrähten 5 und der Isolierschicht 2 ausgespannt sind.

Die Isolierschicht 2 kann eine photoelektrische Isolierschicht sein, die haftend auf einer elektrisch leitenden Tragplatte 8 angebracht ist und mit dieser eine photoelektrische Platte 9 bildet, deren Vbrschub unter dem Aufladegerät 4 hindurch mittels Förderbändern 10 und 11 erfolgt, die durch einen Getriebemotor 12 und Welle 13 mit Riemenscheiben 19 angetrieben werden. Die auf der Welle 14 angeordneten Riemenscheiben 19 laufen leer. Die Wellen 13 und 14 sind in Böcken 15 bis 18 gelagert, die beiderseits des Geräts 4 im Abstand voneinander auf dem Tisch befestigt sind, so· daß die Wellen 13 und 14 im wesentlichen parallel zu den Coronaentladungsdrähten 5 verlaufen. Die Achsen der Wellen 13 und 14 und der darauf sitzenden Riemenscheiben 19 Hegen so weit unter der Ebene der Führungsplatte 3, daß die Förderbänder 10 und 11 auf der Oberseite der Platte 3 entlang laufen und ihrerseits die elektrophotographisebe Platte 9 in einem bestimmten Abstand vom Gitter 7 unter dem Auf ladungsgerät 4 hindurchfördern. Unter der Platte 3 laufen dann die Förderbänder 10 und 11 wieder zurück. Die Platte 3 ruht auf Stützen 20, die auf dem Tisch 1 befestigt sind. Der Abstand der Riemenscheiben 19 ist so gewählt, daß diese die elektrophotographische Platte 9 in Zonen von bestimmtem Abstand unterstützen, die sich quer über die Platte erstrecken. Der Halterung der Coronaaufladungselektroden dienen Isolierblöcke aus Polystyrol oder aus einem anderen hochwertigen Isolierstoff. Die Blöcke 6 bilden rechtwinklige Platten, deren untere Kanten im Winkel von 45 ° abgeschrägt sind. Die Gitterelektrode 7 besteht aus einem leitenden Draht, der über Tragstifte 21 an den unteren .abgeschrägten Kanten der Blöcke 6 hin und her verläuft, um so ein Gitter aus parallelen Drähten zu bilden. Dieses Gitter umschließt dabei zum Teil die Coronaentladungsdrähte 5, zu denen die Gitterdrähte 7 parallel verlaufen. Am besten liegt ein Teil der Gitterdrähte 7 in einer Ebene, die parallel zu der Ebene verläuft, die von den Oberflächen der beiden Förderbänder 10 und 11 gebildet wird. Der Abstand der Gitterdrähte 7 wird nach Gesichtspunkten bestimmt, die später zu erläutern sind. Der Abstand zwischen den Coronaentladungsdrähten 5 und dem Gitter 7 ist so· groß bemessen, daß kein Überschlag bei den Betriebsspannungen erfolgen kann.

Zwischen den im Abstand angeordneten Isolierblöcken 6 erstreckt sich oberhalb· der Coronaentladungsdrähte 5 eine elektrisch leitende Abschirmungsplatte 22 aus Metall, die am besten ein verhältnismäßig niedriges Potential aufweist, z. B. geerdet ist und annähernd denselben Abstand wie das Gitter 7 von den Entladungsdrähten 5 hat.

Da die Wellen 13 und 14 etwa parallel zu den Entladungsdrähten 5 beiderseits von diesen verlaufen, bewegen sich die Förderbänder 10 und 11 zwischen den Wellen 13 und 14 im wesentlichen rechtwinklig zu den Drähten 5. Die Vorschubrichtung der Isolierschicht 2 beim Durchlauf unter den Ionenentladungsdrähten 5 ist daher rechtwinklig zu diesen. Die Förderbänder 10 und 11 können aus elektrisch leitendem Draht geflochten sein oder auch aus einem Gewebe mit eingeflochtenen Drähten oder angenieteten Drähten bestehen, so daß sie die Tragplatte 8 mit der Führungsplatte 3 elektrisch verbinden und erden. Die Förderbänder gleiten dabei auf der Führungsplatte 3. und führen daher die Isolierschicht 2 in einem bestimmten Abstand unter dem Gitter 7 hindurch.

Der Aufladungsapparat 4 mit den Coronadrähten 5, den Tragblöcken 6, dem Gitter 7 und der Abschirmung 22 sitzt an einer Ouerschiene 23, die von Ständern 24 getragen wird. Diese Ständer sind auf beiden Seiten der Führungsplatte am besten im gleichen Abstand von den Wellen 13 und 14 am Tisch 1 befestigt. Die Abschirmung 22 sitzt unten an der Tragschiene 23. Die Blöcke 6 sind an ihren oberen Kanten ausgespart, und in die Aussparungen greift die Querschiene 23 ein.

Für die Coronadrähte 5, die Elektrode 7 und die Abschirmplatte 22 sind elektrische Anschlußklemmen 25, 26 und 27 vorgesehen, von denen die beiden erstgenannten an dem einen der beiden Isolierkörper 6 sitzen, so daß die Entladungsdrähte 5 an eine Hochspannungsquelle angeschlossen werden können. Auch die Elektrode 7 wird an eine Hochspannungsquelle angeschlossen, die jedoch eine niedrigere Spannung als die Entladungsdrähte 5 aufweist, jedoch dieselbe Polarität hat. Werden

die Entladungsdrähte 5 an Wechselspannung angeschlossen, so hält man das Gitter 7 auf einem Potential, das niedriger ist als die positive oder negative Maximalspannung der Drahtes. Zu Erden dar Abschirmung 22 oder zu deren Anschluß an eine niedrige Spannung dient eine Klemme 27. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Stromkreis ist die Eingangsseite 28 eines Hochspannungswandlers 29 an ein Wechselstromnetz von 110 Vok und 60 Hz angeschlossen, während die Ausgangswicklung 30 des Wandlers 29 mit der einen Klemme an die Anode 32 einer Hochspannungsgleichrichterröhre 31 angeschlossen ist. Die andere Klemme der Ausgangswicklung 30 liegt an einem Spannungsteiler 34, der den Gleitihrichterkreis schließt, so¹ daß durch den Spannungsteilerwiderstand¹34 ein pulsierender Gleichstrom fließt. Ferner ist dem Widerstand 34 ein Glättungskondensator 35 parallel geschaltet, der die pulsierende Gleichspannung glättet. Die an der Kathode 33 der Gleichrichterröhre 31 angeschlossene Hochspannungskiemime des Spannungsteilers 34 ist durch eine Leitung 36 mit der Anschlußklemme 25 der Coronaentladungsdrähte) 5 verbunden. Die andere Klemme des Spannungsteilers wird' am besten geerdet, etwa durch eine Leitung 37, die zu der geerdeten Führungsplatte 3 führt und somit die elektrische Verbindung mit der Tragplatte 8 der photoelektrischen Schicht herstellt. Eine zweite Ausgangs wicklung 38 des Wandlers 29 liefert den Heizstrom für die Kathode 33, die natürlich auch mit einer Fremdheizung versehen sein könnte.

Die Klemme 26 des Steuergitters 7 ist durch eine Leitung 39 mit der mittleren Klemme 38 des Spannungsteilers 34 verbunden. Die Elektrode 7 erhält daher eine bestimmte Spannung, die unterhalb derjenigen der Coronadrähte 5 liegt. Man kann natürlich auch eine andere Spannungsquelle verwenden, z. B. eine Batterie, um diese Spannung zu erhalten. Eine Spannung von mindestens 4000 Volt zwischen der Coronaelektrode und den ihr am nächsten liegenden Leitern oder Elektroden ist in der Regal erforderlich, um eine brauchbare Coronaentladung zu erhalten. Am besten wird 'diese Spannung auf weniger als 10 000 Volt bemessen, um Funkenentlaidungen zu vermeiden und um zu ver-• hindern, daß bei einem Gerät von praktisch brauchbaren Abmessungen zu starke Glimmentladungen erfolgen. Die Coronaelektrode kann entweder positiv oder negativ aufgeladen werden, je nach der Polarität, mit der die Isolierschicht aufzuladen ist. Die Gleichspannung kann entweder konstant sein oder pulsieren. Das letztere ist der Fall, wenn die Halbwelle eines Wechselstromes gleichgerichtet wird, wie beschrieben. Man kann auch eine Wechselspannung verwenden, da dann die Ionen beider Polaritäten bei den abwechselnden Halbwellen zur Verfügung stehen.

Die an die Steuerelektrode und die Tragplatte der aufzuladenden Isolierschicht, z. B. dlie Tragplatte 8 bzw. die Führungsplatte 3 bei Verwendung einer selbsttragenden Isolierschicht, angelegte Spannung ist am besten eine konstante Gleichspannung oder eine pulsierende Spannung, die mit der pulsierenden Spannung der Coronaelektrode synchroniisiert ist. Erhält die Coronaelektrode eine Gleichspannung, so kann das Potential der Steuerelektrode in der Mitte zwischen den Potentialen der Coronaelektrode und der Tragplatte der leitenden Schicht liegen. Sie kann aber auch ebenso hoch bemessen werden wie das Potential der Tragplatte. In 'manchen Fällen kann auch das Potential der leitenden Tragplatte zwischen dem Potential der Coronaelektrode und demjenigen der Steuerelektrode liegen. .In jedem Fall wählt man die Spannung zwischen der Steuerelektrode und der leitenden Tragplatte kleiner als die Durchschlagsspannung der aufzuladenden Isolierschicht. Bei elektrophotographischen Platten bemißt man sie gewöhnlich unter 1000 Volt. Bei Ladung der Coronaelektrode mit Gleichspannung entspricht die Polarität der auf die Platte aufzubringenden Ladung der Polarität der Coronaelektrode, gleichgültig welche Polarität die Steuerelektrode haben mag. Erhält die Coronaelektrode aber eine Wechselspannung, dann ist die Polarität der auf die Isolierschicht aufzubringenden Ladung dieselbe wie diejenige der Steuerelektrode.

Beim Betrieb des Aufladungsgeräts nach der Erfindung hat der Abstand der verschiedenen EIemente einen großen Einfluß auf die erzielten Ergebnisse. Die folgenden Abstände haben gute Ergebnisse gezeigt: 12 nun Abstand der drei in einer Ebene angeordneten CoronäentladungS'ckähte 5, dlie durch in einer Reihe liegende Löcher des Isolierkörpers 6 hindurchgefädelt sind, 12 mm Abstand der Abschirmung 22 von den Drähten 5, ' 11 mm Abstand der die Gitterdrähte 7 aufnehmenden Ebene von der hierzu parallelen Ebene der Entladungsdrähte 5, 6 mm Abstand der Gitterebene von der Bahn der Isolierschicht 2, 4 mm Abstand der Gitterdrähte 7 voneinander, 0,09 mm Durchmesser der Drähte 5 aus glattem rostfreiem Stahl, 0,25 mm Durchmesser der Gitterdrähte 7 aus rostfreiem Stahl. Bei diesen Abmessungen und bei Erdung der Abschirmung 22 hat sich eine Maximalgleichspannung von 6500 Volt für die Entladungsdrähte 5 und von 600 Volt Gleichspannung für die Gitterdrähte 7 bewährt. Es hat sich ergeben, daß die Drähte 5 dabei einen Strom von 25 Milliampere aufnehmen, wenn an Stelle der Platte 9 eine Metallplatte hindurchläuft, die über ein Milliamperemeter geerdet ist und daher eine Messung des Stromes ermöglicht. Dem Sachverständigen ist es ohne weiteres klar, diaß der Durchmesser der Coronadrähte 5 kleiner oder größer gewählt werden kann, sofern die aufgedrückte Spannung zur Erzeugung einer Glimmentladung ausreicht, ohne indessen zu einer Funkenentladung zu führen. Auch kann man den Durchmesser und den Abstand der Gitterdrähte 7 in weiten Grenzen ändern, wenn es auch erwünscht ist, 'dünne Drähte zu verwenden, um wischen den Drähten trotz deren kleinen Abstandes einen möglichst großen Durchgriff zu assen. Die Anordnung der Drähte 7 bewirkt dann ein elektrisches Feld, das demjenigen einer Elek-

trodenplatte entspricht, die an Stelle der Drähte 7 in deren Ebene Hegt. Die Aufladungsgeschwindigkeit kann man bei gegebener Größe der Coronadrähte dadurch steigern, daß man deren Spannung steigert. Selbstverständlich ist dafür insofern eine Grenze gesetzt, als die Spannung zwischen den Coronadrähten 5 und dem Gitter 7 sowie der Abschirmung 22 nicht so groß werden darf, daß ein Lichtbogenüberschlag stattfindet. Auch das Potential der Gitterelektrode 7 läßt sich auf jeden gewünschten Wert einstellen, je nach der Spannung, mit der die Isolierschicht 2 aufgeladen werden soll.

Natürlich hängt die Aufladung, welche die

Isolierschicht 2 erfährt, auch von deren Vorschubgeschwindigkeit ab sowie davon, wie oft die Platte unter dem Gitter hindurchläuft. Es hat sich gezeigt, daß, wenn man die Platte mehrere Male langsam hindurchlaufen läßt, die Aufladung der Isolierschicht 2 mit jedem Durchgang zunimmt, daß diese Zunahme jedoch immer geringer wird, bis schließlich nach mehreren Durchgängen je nach der Stärke des fließenden Stromes die Schicht 2 ein gleichbleibendes Potential erhält, das sich bei weiteren Durchgängen nicht mehr ändert. Man kann das Gerät daher in der Weise betreiben, daß man zur Erzielung einer im Gleichgewicht befindlichen Aufladung auf der Schicht 2 jede Platte so lange unter dem Gitter 7 hindurchlaufen läßt, bis dieser Gleichgewichts wert erreicht wird. Indessen kommen die Vorteile des Steuergitters 7 hinsichtlich der Erzielung einer gleichförmigen Aufladung unter Vermeidung übermäßiger Aufladungswerte auch dann zur Geltung, wenn auch nicht im gleichen Maße, wenn man die photoelektrische Platte nicht so lange unter dem Gitter 7 vorbeilaufen, läßt, bis der Gleichgewichtszustand erreicht wird.

Fig. 4 ist ein Diagramm, das bestimmte Vorzüge des Aufladungsgeräts nach der Erfindung darstellt, welche zur Geltung kommen, wenn man die Isolierschicht bis zum Gleichgewichtszustand auflädt. Fünf getrennt angefertigte verschiedene Platten, die je aus Aluminiumblech mit einer Schicht aus photoelektrischem Selen bestehen, wurden, je in einer Dunkelkammer dadurch aufgeladen, daß sie achtmal mit einer Geschwindigkeit von 25 mm/sec unter dem Gitter 7 hindurchgeschickt wurden, das mit einem positiven Potential von 380 Volt aufgeladen war. Die Kurve 40 gibt das gemessene Plattenpotential nach Aufladung der fünf verschiedenen Platten wieder, während die eine waagerechte Linie bildende Kurve 41 das Potential des Steuergitters wiedergibt. Das Steuergitter bestand bei diesem Versuch aus dem in Fig. 8 gezeigten Drahtnetz, obgleich ganz ähnliche Ergebnisse mit dem aus parallelen Drähten bestehenden Gitter der Fig. ι bis 3 erreicht werden. Die Kurve 42 zeigt, welches Potential dieselben Platten erreichen, wenn man das Steuergitter fortläßt. Wie man sieht, ergeben sich dann außerordentlich starke Streuungen, wenn auch im übrigen dieselben Betriebsbedingungen eingehalten werden.

Fig. 5 zeigt die Ergebnisse einer anderen Versuchsreihe, bei der eine einzige elektrophotographische Platte in einer bestimmten Weise aufgeladen wurde, nämlich unter zweimaligem Hindurchführen durch das Gerät mit einer Geschwindigkeit von 25 mm/sec bei einer Spitzengleichspannung von 6500 Volt der Coronadrähte 5 und einer Gleichspannung von 600 Volt der Gitterelektrode 7, die aus parallelen Drähten bestand. Bei diesen Ver-Suchsbedingungen wurde die Platte niemals bis zum Gleichgewichtszustand aufgeladen, sondern ihre Aufladung lag erheblich unter dem Gleichgewichtswert. Nach jeder Aufladung wurde die Platte durch Belichten entladen und dadurch für die nächste Aufladung vorbereitet. Die Kurve 43 zeigt die bei nacheinanderfolgenden Aufladungen erzielten Ergebnisse; sie läßt erkennen, daß wohl eine geringe Streuung in der Spannung bei aufeinanderfolgenden Ladungen entsteht, aber diese Streuung klein ist. In allen Fällen lag die Ladung erheblich unter der Spannung der Elektrode 7, die durch die waagerechte Linie 44 wiedergegeben wird. Als die Steuerelektrode fortgelassen und der Versuch dann wiederholt wurde, ergab sich die Kurve 45. Sie zeigt eine weit größere Streuung des Aufladungspotentials der Platte bei aufeinanderfolgenden Aufladungen.

Die Wirkung des Steuergitters bei der Begrenzung und Beherrschung der Aufladung der Isolierschicht läßt sich wohl zum Teil mindestens in der folgenden Weise erklären: In den Fig. 6 und 7 sind die elektrischen Felder dargestellt, die zwischen der Coronaelektrode 5, dem Steuergitter 7 und der Isolierschicht 2 wirksam sind. Fig. 6 gibt dabei das elektrische Feld bei Beginn des Aufladungsvorganges wieder, während Fig. 7 denjenigen Verlauf der Feldlinien zeigt, der sich nach Aufladung der Isolierschicht auf ein Potential ergibt, das etwas höher als dasjenige des Steuergitters liegt. Geht man bei Fig. 6 davon aus, daß der Coronadraht 5 ein poisitives Potential von 7000 Volt und das Gitter 7 ein Potential von 300 Volt hat, während bei Beginn der Aufladung das Potential der Isolierschicht Null sein mag, so findet man, daß ein Teil der von dem Draht 5 ausgehenden Feldlinien zur Isolierschicht 2 verläuft und ein anderer Teil an den Gitterdrähten 7 endigt. Da die Elektrode 7 ein positives Potential aufweist, entsteht zwischen diesen und der Schicht 2 ein weiteres no Feld, wie es die Zeichnungen zeigen. Die Feldverhältnisse begünstigen daher eine Wanderung der elektrischen Ladung von dem Coronadraht 5 zur Isolierschicht 2.

Bei dem Fortschreiten des Vorganges sammeln sich die Ladungen auf der Schicht 2 an, bis deren Spannung einen Wert erreicht, der etwas höher als das Potential der Elektrode 7 ist. Sieht man von der Raumladung ab, die durch die Ionen bedingt ist, so erhält man einen Verlauf der Feldlinien gemäß Fig. 7. Es verlaufen also noch immer Feldlinien von dem Coronadraht 5 zu den Gitterdrähten 7; die Feldlinien zwischen den Drähten 7 und der Isolierschicht 2 ,sind aber gewendet, wie es die Pfeile erkennen lassen. Dieser Feldverlauf begünstigt nun die Wanderung der elektrischen La-

düngen von den Coronadrähten 5 zu der Schicht 2 in keiner Weise mehr; denn diese Ladungen begegnen einem Feld, das von der Schicht 2 fort in Richtung auf das Steuergitter 7 gerichtet ist. Überschreitet das Potential der Isolierschicht 2 dasjenige der Elektrode 7 um ein entsprechendes Maß, so wird das dazwischenliegende Feld schließlich so stark, daß es alle positiv geladenen Teilchen zum Gitter 7 zurücktreibt. Dann ist der Gleichgewichtszustand erreicht. Das Gleichgewichtspotential der Schicht 2 liegt also höher als dasjenige der Elektrode 7. Will man die Isolierschicht nur verhältnismäßig schwach aufladen, wie es zuweilen der Fall ist, so braucht man den Schieber 38 des Spannungsteilers 34 nur weit genug an das geerdete Ende dies Spannungsteilers heranzurücken·. Der Potenrialunterschied zwischen der Coronaentladungselektrode und dem Steuengitter kann sogar größer gemacht werden als derjenige zwischen der Coronaentladungselektrode und der leitenden Tragplatte der Isolierschicht, was mit Bezug auf Fig. 14 später erläutert werden wird.

Das Gitter 7 kann natürlich verschiedene Gestalt annehmen. Es kann aus parallelen Drähten, aus gelochten Blechen, aus einem Drahtnetz od. dgl. bestehen. Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Drahtnetz 46 an Stelle der parallelen Drähte 7 zur Verwendung gelangt. Man kann hierzu eine Kupferdrahtgaze mit 16 Drähten je Zoll verwenden. Am besten wird das Gitter in der in Fig. 8 gezeigten Weise so angeordnet,, daß keiner der Gitterdrähte parallel zur Vorschubrichtung der Platte 9 verläuft. Anderenfalls könnten sich infolge der Abschirmwirkung der Drähte Unregelmäßigkeiten bei der Verteilung der Ladung auf der Isolierschicht ergeben.

. Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der das Steuergitter aus parallelen Drähten 47 besteht, die an der Unterkante der Halter.6 befestigt sind. Bei dieser Ausführungsform sitzen auf den abgeschrägten Kanten des Halters 6 zwei feste Metallplatten 48, statt daß die Elektrodendrähte 7 bis zu diesen abgeschrägten Kanten ausgespannt sind.

Fig. 10 veranschaulicht im Querschnitt eine Anordnung, bei der die Coronadrähte 5 völlig eingebaut sind. Sie erstrecken sich zwischen Isolierblöcken 49 innerhalb eines U-förmig profilierten Metallgehäuses 50, das den Glimmentladungsraum dben und an den Seiten einschließt. Unten ist das Aggregat mit parallelen Elektrodendrähten 51 versehen, die über den Stiften 52 an den Unterkanten der Isolierblöcke 49 hin und her gehend' ausgespannt sind. So ergibt sich ein Aggregat von gedrängter, widerstandsfähiger Bauart, der zufolge die Coronadrähte gegen Beschädigung von außen geschützt liegen und Luftströmungen von außen her abgeschirmt sind.

Für manche Anwendungszwecke kann¹ man als Coronaelektroden zugespitzte Leiter verwenden.

Eine solche Ausführungsform ist in den Fig. 11 und 12 gezeigt. Hierbei erstrecken sich in einer Reihe angeordnete, leitend verbundene Nadeln 53 durch eine Isolierschiene 54 aus Polystyrol oder einem anderen guten Isolierstoff. Sie sind an einer oben auf der Isolier schiene 54 festgeklemmten Metallschiene 55 angeschweißt oder angelötet und stehen mit einer Anschlußklemme 56 in Verbindung. Das Gitter 57 besteht aus parallelen Drähten, die zwischen Zapfen 58 an der Unterkante und den abgeschrägten Kanten der Isolierblöcke 59 ausgespannt sind, ähnlich wie bei dem Gerät nach den Fig. ι und 2.

Fig. 13 zeigt ein abgeändertes Schaltbild für das Aufladungsgerät. Hierbei ist die Gleichrichterröhre weggelassen. Die Coronadrähte 5 werden von der Ausgangswicklung 61 des Wandlers 60 aus unmittelbar mit hochgespannter Wechselspannung beschickt. Dabei liegt die Wicklung 61 unmittelbar zwischen den Drähten und der Erde. Die Steuerelektrode 7 hingegen erhält eine Gleichspannung von einer besonderen Gleichspannunigsquelle aus, z. B. einer Batterie 62. Die Polarität der Elektrode 7 bestimmt dabei, mit welcher Polarität die Isolierschicht der über die geerdete Führungsplatte 3 laufenden elektrophotographischen Platte aufgeladen wird. So ergibt, wie dargestellt, ein positives Potential von 400 Volt des Steuergitters 7 eine positive Aufladung der Isolierschicht mit einer Spannung, die durch die 400 Volt bestimmt wird.

Fig. 14 zeigt noch eine andere Schaltung. Bei dieser liefert die Ausgangswicklung 64 des Hochspannungswandlers 63 eine Gleichstromhochspannung für die Glimmentladungsdrähte 5 über die Gleichrichterröhre 65. Hierbei ist die Spannung zwischen dem Steuergitter 7 und den Coronadrähten größer als die Spannung zwischen der leitenden Tragplatte der Isolierschicht 3 und den Coronadrähten 5. Erreicht ist das durch Erdung des Schiebers 66 des Spannungsteilers, der an den Gleichspannungsklemmen des Wandler-Gleichrichter-Aggregats 64, 65 liegt, sowie durch Anr schluß des Steuergitters 7 und der Coronadrähte 5 an die entgegengesetzten Klemmen des Spannungsteilers 67. Dieser Stromkreis eignet sich besonders zum Aufladen der Isolierschicht mit verhältnismäßig niedrigen Spannungen. In diesem Fall dürfte der Gleichgewichtszustand erst erreicht werden, wenn die Isolierschicht ein positives Potential erhält, obgleich das Steuergitter ein negatives Potential von mindestens 100 Volt aufweist.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß das beschriebene und dargestellte Aufladegerät die Möglichkeit bietet, das Potential der Ladung der Isolierschicht in engen Grenzen zu bestimmen.

In den Ansprüchen bedeutet der Ausdruck Ladungsfläche oder Ladungsebene die Fläche oder die Stellung im Raum, die der Oberfläche der Isolierschicht bei deren Aufladung entspricht. Zwar handelt es sich bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen um eine ebene Fläche, doch kann diese natürlich auch eine andere, z. B. zylindrische Gestalt haben. Das ist z. B. dann der Fall, wenn die Isolierschicht von einer umlaufenden Trommel oder einem endlosen Band getragen wird. Schließlieh' kann auch die Isolierschicht in dem Gerät

Claims

ortsfest bleiben und die Ionenquelle mit dem Steuergitter wandern oder groß genug bemessen sein, um die ganze aufzuladende Fläche zu decken. Zwar sind die Erfindung sowie ihre Aufgaben und der erzielte Fortschritt au Hand bestimmter Ausführungsbeispiele beschrieben, doch ist die Erfindung auf deren Einzelheiten nicht beschränkt. ίο Patentansprüche:

1. Gerät zum Aufbringen einer elektrostatischen Ladung auf eine Isolierschicht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der auf einer leitenden Unterlage (8) angebrachten Isolierschicht (2) bzw. deren Halter (3) und einer im Abstand davon angeordneten Glimmentladungselektrode (5) eine Steuerelektrode (7) niedrigeren Spannungspotentials eingeschaltet ist, welche die Aufladung der Isolierschicht nur bis auf eine bestimmte Spannung gestattet.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Steuerelektrode (7) und der leitenden Unterlage (3) eine im Verhältnis zu der zwischen Glimmentladungselektrode (S) und Steuerelektrode (7) vorhandenen Spannung kleine Spannung erzeugt wird, so daß die Steuerelektrode (7) das Potential, das durch die Glimmentladung auf die Isolierschicht (2) aufgebracht wird, auf etwa den Wert ihres Potentials begrenzt.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es mit Einrichtungen zur relativen Bewegung (13, 14, 19) zwischen der aufzuladenden Isolierschicht (2) und. der sich quer zur Vorschubrichtung über die Breite der Isolierschicht erstreckenden Glimmentladungselektrode (5) ausgerüstet ist und daß sich die Steuerelektrode (7) zwischen der Glimmentladungselektrode (5) und der isolierenden Schicht (2) quer zur Vorschubrichtung erstreckt.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode ein leitendes Gitter in Gestalt eines Rostes (7) bildet.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmentladungselektrode λόπ länglicher Gestalt ist.

6. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das rostförmige Gitter von einer Reihe im wesentlichen paralleler Leiter (J) gebildet wird, die sich parallel zur Glimmentladungselektrode (5) und der aufzuladenden Fläche (2) erstrecken.

7. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergitter von einem parallel zur aufzuladenden Fläche angeordneten leitenden Netz (46) gebildet wird.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen des Netzes (46) in der Richtung des relativen Vorschubs zwischen der Glimmelektrode (5) und der aufzuladenden Schicht (2) einander überlappen (Fig. 8).

9. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode eine Gleichspannung erhält.

10. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Glimmelektrode und der Steuerelektrode erzeugte Spannung eine Wechselspannung ist, während die Spannung des Steuergitters eine Gleichspannung ist, die kleiner bemessen ist als der Momentanhöchstwert der erwähnten Wechselspannung.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die aufzuladende Isolierschicht (2) von einem Förderer (10, 11) getragen wird, der sich unter dem rostförmigen Steuergitter (7) quer zu ihm erstreckt.

Angezogene Druckschriften:

VDI-Zeitschrift, Bd. 92, Heft 8, vom 11. 3. 50, S. 181 und 182;

Bark hausen : »Lehrbuch der Elektronenröhren«, Bd. I, 4. Aufl., Leipzig 1931, S. 69 bis Jj;

Brüche-Rechnagel : »Elektronengeräte«, Berlin 1941, S. 88 und 90;

Schiering : »Versuche über technische Verbesserungen am Klydonographen«, Dissertation der Technischen Hochschule Dresden, erschienen 1936, S. 97.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen