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(11) | EP 0 011 203 A1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen einer dielektrischen Schicht |
| (57) VerfahrenzumelektrostatischenAufladeneinerdielektrischen Schicht sowie Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen einer dielektrischen Schnicht auf ein vorgegebenes Potential. Hierzu ist eine Elektrode (7) im Abstand von der dielektrischen Schicht (8) angeordnet und an den einen Ausgang (21) eines Wechselspannungsgenerators (2) angeschlossen, dessen andererAusgang (20) mit dem spannungsführenden Ausgan (11) eines Gleichspannungsgenerators (1) verbunden ist. Zwischen der Elektrode (7) und der Schicht (8) ist eine weitere Elektrode (5) vorhanden, die an den Ausgang (11) des Gleichspannungsgenerators (1) angeschlossen ist. Die Schicht (8) liegt aufeiner Gegenelektrode (9) zu der Electrode (5) auf und ist auf Masse gelegt. Jede der Elektroden (5,7,9) kann aus mehreren, voneinander isolierten Einzelelektroden bestehen. |
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrostatischen Aufladen einer dielektrischen Schicht auf ein vorgegebenes Potential mit Hilfe eines elektrischen Wechselfeldes und eines elektrostatischen Gleichfeldes sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
[0002] Im Stand der Technik ist aus der Literaturstelle "Tappi/February 1967, Vol. 50, No. 2, Seiten 77A-79A" ein elektrofotografisches Entwicklungsverfahren bekannt, bei dem eine elektrofotografische Schicht mit einer elektrostatischen Oberflächenladung mit Hilfe einer Elektrode versehen wird, an die sowohl eine hochfrequente Hochspannung als auch eine Gleichspannung gleichzeitig angelegt werden. Die Elektrode, z.B. ein sehr dünner Koronadraht oder feine metallische Spitzen, ist nahe einer isolierten Metallfläche angeordnet und erzeugt infolge der Wechselspannung Luftionen beiderlei Polarität, von denen diejenigen der entsprechenden Polarität durch die Gleichspannung zu der elektrofotografischen Schicht hin beschleunigt werden. Insbesondere bei negativer Spannung der Elektrode treten starke Inhomogenitäten der Luftionen dicht an der Drahtoberfläche auf und führen zu Ladungsschwankungen, die die Bilderzeugung auf der elektrofotografischen Schicht in negativer Weise derart beeinflussen, daß beispielsweise eine volle Fläche einer Vorlage ungleichmäßig wiedergegeben wird. Die Überlagerung des Gleichspannungsfeldes durch das elektrische Wechselfeld bringt eine Beeinflussung der Entladungsspannung der Elektrode mit sich, da diese durch die aufgeprägte Wechselspannung in der Weise gesteuert wird, daß ausgehend von der vorgegebenen Gleichspannung dieser die Amplituden der Wechselspannung überlagert werden, wodurch Spannungsspitzen auftreten können, die zu einem Durchschlag der aufzuladenden Schicht führen.
[0003] Aus der DE-OS 22 31 530 ist ein Verfahren zur elektrofotografischen Aufzeichnung von Bildern auf einem isolierenden Aufzeichnungsträger bekannt, der über eine Auflageelektrode gezogen wird, während über der Berührungsstelle mit der Auflageelektrode das Ladungsbild durch Zeichenelektroden auf der anderen Seite des Aufzeichnungsträgers aufgezeichnet wird. Hierzu wird eine Elektrodenanordnung verwendet, bei der ein Teilstrom der Korona-Entladung einer Entladungselektrode durch die Öffnung einer aus Elektroden gebildeten Spaltblende auf den Aufzeichnungsträger gelangt und dort über der Berührungslinie des Aufzeichnungsträgers mit der Auflagekante eine Aufladung bewirkt. Der Entladungsteilstrom wird über die aus vier flachen Elektroden gebildete Blende durch elektrische Bildsignale gesteuert. Dazu ist mindestens eine der Elektroden in eine Anzahl von Leiterstreifen aufgeteilt, über die die Signalspannung zugeführt wird.
[0004] Die DE-OS 24 23 245 beschreibt ein Verfahren zur elektrofotografischen Aufzeichnung von Bildern auf einem isolierenden Aufzeichnungsträger mittels einer Koronaentladung, von der ein Teil des Entladungsstromes über eine Spaltblende entnommen und für die Aufladung des Aufzeichnungsträgers verwendet wird. Auch hier wird die bildmäßige Aufladung durch Steuerspannungen an einer Zeichenelektrode vorgenommen, die sich im Kontakt mit dem Aufzeichnungsträger an der dem Spalt abgewandten Seite des AufzeichnungsträgeTs befindet, wobei der elektrische Kontakt zwischen der Zeichenelektrode und dem isolierenden Aufzeichnungsträger durch die Zuführung einer leitfähigen Kontaktflüssigkeit an die Kontaktstelle hergestellt wird. Dabei kann die Aufladung des Aufzeichnungsträgers in strömendem Stickstoff stattfinden.
[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur schonenden und sicheren elektrostatischen Aufladung isolierender dielektrischer Schichten unter Vermeidung von Durchschlägen zu schaffen, mit dem die Größe des Aufladestroms und die Ladungsverteilung bei ausgeprägter Linearität zwischen dem Aufladestrom und vorgegebener Gleichspannung variierbar und mit großer Genauigkeit reproduzierbar sind.
[0006] Zugleich soll eine Vorrichtung zur schonenden und sicheren elektrostatischen Aufladung isolierender dielektrischer Schichten und zur Vermeidung von Durchschlägen dieser Schichten geschaffen werden.
[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren in der Weise gelöst, daß im Abstand von der Oberfläche der dielektrischen Schicht durch das elektrische Wechselfeld Ladungsträger erzeugt werden, die unter dem Einfluß des die aufzuladende Schicht durchdringenden elektrostatischen Gleichfeldes als Aufladestrom auf die Oberfläche der Schicht geleitet werden.
[0008] In Ausgestaltung der Erfindung besteht die dielektrische Schicht aus einem fotoleitfähigen und/oder thermoplastischen Aufzeichnungsträger, bei dessen Aufladung zumindest eines der beiden Spannungsfelder moduliert wird.
[0009] Die weiteren Verfahrensschritte ergeben sich aus den Merkmalen der Verfahrensansprüche 3 bis 18.
[0010] Bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist eine Elektrode im Abstand von der aufzuladenden dielektrischen Schicht angeordnet und an den heißen Ausgang eines Wechselstromgenerators angeschlossen und ist ferner zwischen dieser Elektrode und der Schicht eine weitere Elektrode vorgesehen, die mit dem heißen Ausgang eines Gleichstromgenerators verbunden ist. Hierbei liegt die aufzuladende Schicht auf einer Gegenelektrode zu der Gleichspannungselektrode auf und befindet sich die Gegenelektrode auf Massepotential.
[0011] Die weitere Ausgestaltung der Vorrichtung ergibt sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 21 bis 45.
[0012] Mit der Erfindung werden die Nachteile der Koronen nach dem Stand der Technik überwunden, die darin bestehen, daß beim Anlegen einer hohen Gleichspannung an Drahtkoronen oder Koronennadelspitzen die Steuerung derartiger Koronen zum Erzielen einer vorgegebenen Aufladungsspannung auf der isolierenden Schicht nur in begrenzter Weise möglich ist, so daß die Koronen in Verbindung mit zusätzlichen Elektroden in Gestalt von Steuergittern betrieben werden, wobei jedoch der Wirkungsgrad der Aufladespannung, bezogen auf den Ladestrom, gering ist. Neben der Schwierigkeit bei der Steuerung der Aufladungsspannung ist auch die Qualität der Aufladung oft unbefriedigend, weil Durchschläge auftreten oder die Aufladung durch Verschmutzung der Koronadrähte oder durch den Abbrand der Korona-Nadelspitzen schwankt. Mit steigender Baulänge der Koronen häufen sich derartige Defekte. Da an den Koronen Hochspannungen von einigen Tausend Volt zur Ionisation angelegt werden müssen, ist es erforderlich, entsprechende Sicherheitsvorkehrungen zu treffen.
[0013] Mit der Erfindung werden die Vorteile erzielt, daß in einem hochfrequenten elektrischen Wechselfeld Ionen erzeugt werden, die gewissermaßen ein Reservoir an Ladungsträgern bilden, aus dem mit Hilfe des elektrostatischen Gleichfeldes der Aufladestrom auf die Aufzeichnungsschicht transportiert wird. Dabei ist es möglich, die Wechselspannungselektrode mit einem Isolierkörper zu umgeben, der ein Dielektrikum darstellt, das die Feldstärke im Bereich der Gleichspannungselektrode erhöht und gleichzeitig die Elektrode gegen Verschmutzungen schützt. Durch die Modulationsmöglichkeit der Gleichspannungs- bzw. der Wechselspannungsversorgung oder des Potentials der Gegenelektrode des Gleichfeldes ist es möglich, die dielektrische Schicht moduliert bzw. örtlich begrenzt aufzuladen.
[0014] Das Verfahren und die Vorrichtung können mit Vorteil bei der Herstellung elektrofotografischer Kopien mit Hilfe einer isolierenden Fotoleiterschicht als Aufzeichnungsträger angewandt werden, der aufgeladen, bildmäßig belichtet und mit Toner entwickelt wird, um das auf der Fotoleiterschicht entstandene Ladungsbild zu einem sichtbaren Bild zu machen. Mit Vorteil kann die Erfindung auch bei der elektrofotografischen Herstellung von Reliefbildern genutzt werden, bei der das fotoleitfähige und zugleich thermoplastische Aufzeichnungsmaterial zuerst aufgeladen, dann bildmäßig belichtet und bis zur Ausbildung eines Reliefbildes erwärmt wird. Es ist auch möglich, Toner- bzw. Reliefbilder durch bildmäßige Aufladung einer rein thermoplastischen Aufzeichnungsschicht zu erzeugen.
[0015] Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung, die zeichnerisch dargestellt sind, näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Schaltungsanordnung einer Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2 den Verlauf des Aufladestroms in Abhängigkeit von der an einer im elektrischen Wechselfeld befindlichen Elektrode anliegenden Gleichspannung sowie den Verlauf des Aufladestroms ohne elektrisches Wechselfeld,
Fig. 3-5 schematische Schnitt- und Seitenansichten von Elektrodenanordnungen der Vorrichtung.
Fig. 6 eine Elektrodenanordnung mit Abschirmung,
Fig. 7 eine gegenüber Fig. 1 geringfügig abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung,
Fig. 8 den Aufladestrom in Abhängigkeit von der Gleichspannung an der Gleichspannungselektrode bei verschiedenen Abständen von der Gegenelektrode, mit und ohne elektrisches Wechselfeld,
Fig. 9 eine spezielle Ausführungsform der Gegenelektrode,
Fig. 10 eine gegenüber Fig. 6 abgewandelte, weitere Elektrodenanordnung mit Abschirmung,
Fig. 11 eine Schaltungsanordnung einer anderen Ausführungsform, und
Fig. 12 eine gegenüber Fig. 11 geringfügig abgewandelte Ausführungsform der Erfindung.
[0016] Die Vorrichtung nach Fig. 1 umfaßt einen Gleichspannungsgenerator 1 und einen Wechselspannungsgenerator 2. Der Gleichspannungsgenerator 1 enthält einen Spannungsregler 16, der eine zwischen Null und einem Maximalwert von einigen kV variable Gleichspannung erzeugt. Parallel zu dem Ausgang des Gleichspannunasrealers 16 bzw. des Gleichspannungsgenerators 1 ist ein Glättungskondensator 33 geschaltet. In der Leitung zum heißen Ausgang 11 des Gleichspannungsgenerators 1 liegt ein Schaltelement 11, das einen Anschluß 14 aufweist, über den eine Spannungsmodulation der Gleichspannung erreicht werden kann. Der kalte Ausgang 10 liegt über eine Leitung 3 auf Massepotential. Die Gleichspannung U des Gleichspannungsgenerators 1 ist zwischen 0 und 20 kV einstellbar und wird von dem heißen Ausgang 11 über eine Leitung 4 an eine Elektrode 5 angelegt, die im Abstand zu einer aufzuladenden dielektrischen Schicht 8 angeordnet ist. Diese dielektrische Schicht 8 ist beispielsweise ein fotoleitendes und/oder thermoplastisches Aufzeichnungsmaterial, das auf eine gewünschte Spannung aufgeladen, anschließend bild-oder informationsmäßig belichtet und mit Toner entwickelt - wird. Es können auch Reliefbilder ausgebildet werden, zu deren Herstellung die fotoleitende und zugleich thermoplastische Aufzeichnungsschicht aufgeladen, dann bildmäßig belichtet und zur Ausbildung der Reliefbilder erwärmt wird.
[0017] Der Wechselspannungsgenerator 2 umfaßt einen Spannungsregler 17 und einen Frequenzregler 18, die Bestandteile einer Wechselspannungsquelle 32 sind. Die Wechselspannung des Wechselspannungsgenerators 2 beträgt 1 bis 10 kVeff' bei einer Frequenz zwischen 1 und 100 kHz. Der Spannungsregler 17 dient zur Höheneinstellung der Wechselspannung, während mit dem Frequenzregler 18 die Frequenz der Wechselspannung abgestimmt wird. Der Wechselspannungsgenerator 2 umfaßt des weiteren einen Trenntransformator 19, der die von der Wechselspannungsquelle 32 gelieferte Wechselspannung hochtransformiert und eine erdfreie Kaskadenschaltung der Wechselspannung auf den heißen Anschluß 11 des Gleichspannungsgenerators 1 sicherstellt. Hierzu ist der kalte Ausgang 20 des Wechselspannungsgenerators 2 mit dem heißen Ausgang 11 des Gleichspannungsgenerators 1 verbunden. In die Verbindungsleitung zwischen der Wechselspannungsquelle 32 und dem Trenntransformator 19 ist ein Schaltelement 10 geschaltet, über dessen Anschluß 13 eine Spannung zur Modulation der Wechselspannung eingespeist werden kann. Der heiße Ausgang 21 des Wechselspannungsgenerators 2 ist über eine Leitung 6 mit einer Elektrode 7 in Verbindung, die weiter von der aufzuladenden dielektrischen Schicht 8 entfernt ist als die Gleichspannungselektrode 5. Die Wechselspannung U~des Wechselspannungsgenerators 2 wird über die Leitung 6 der Wechselspannungselektrode 7 zugeführt. Die auf die Spannung U= aufzuladende Schicht 8 liegt auf einer geerdeten Elektrode 9 auf. In die Erdleitung dieser Elektrode 9, die die Gegenelektrode zu der Gleichspannungselektrode 5 ist, ist ein Schaltelement 12 geschaltet, über dessen Anschluß 15 eine Spannung eingespeist werden kann, um das Potential der Elektrode 9 zu verändern.
[0018] Die Elektrode 5 dient zugleich als Gegenelektrode für die Wechselspannungselektrode 7, da der Ausgang 20 des Wechselspannungsgenerators 2 mit dem Ausgang 11 des Gleichspannungsgenerators 1 zusammengeschaltet und über die Leitung 4 mit der Gleichspannungselektrode 5 in Verbindung steht.
[0019] Der besondere Aufbau der Vorrichtung ermöglicht eine völlig neue und spezielle Aufladungstechnik. Zwischen der Gleichspannungselektrode 5, die eine Koronaelektrode für die Aufladung ist, und der Wechselspannungselektrode 7 Liegt die Wechselspannung U~an. Die Elektrode 5 besteht beispielsweise aus einem dünnen Koronadraht von 50 bis 300 µm Dicke. Es können jedoch auch andere Aufladungskoronen geeigneter Bauart verwendet werden. Als Wechselspannungsgelektrode 7 wird eine beliebig geformte Elektrode eingesetzt, deren Querschnitt und Oberfläche so gestaltet sind, daß in ihrer unmittelbaren Umgebung keine Ionen erzeugt werden. So kann beispielsweise die Wechselspannungselektrode 7 eine Rundelektrode mit einem Durchmesser von 2 mm sein. Mit Hilfe der Wechselspannungselektrode 7 erfolgt eine Ionisation der Umgebungsatmosphäre der Elektrode 5 und die Größe der Wechselspannung U~wird ausreichend hoch gewählt, damit auch bei maximalem Aufladestrombedarf im Bereich der Elektrode 5 eine ausreichende Anzahl der benötigten Ionen zur Verfügung stehen. Bei starker Ionisation tritt am Umfang der Elektrode 5 ein sichtbares Glimmen auf.
[0020] Wird die Elektrode 5 mit der Gleichspannung U beaufschlagt, so wird je nach Wahl der Polarität der Gleichspannung U entweder ein positiver oder ein negativer Aufladestrom auf die Schicht 8 geleitet. Hierbei besteht über einen weiten Arbeitsbereich ein nahezu linearer Zusammenhang zwischen dem Aufladestrom I (µA) und der an der Elektrode 5 anliegenden Gleichspannung U= (kV), wie aus Fig. 2, Kurve a, ersichtlich ist. Diese ausgeprägte Linearität zwischen Aufladestrom und vorgegebener Gleichspannung ermöglicht eine reproduzierbare Aufladung der Schicht 8 auf die jeweilige vorbestimmte Gleichspannung. Der Aufladestrom I beginnt im unteren Strombereich bereits bei Gleichspannungen von wenigen Volt, eventuell bei einer Spannung kleiner als 1 Volt. Hierzu muß die Wechselspannung äußerst symmetrisch zum gemeinsamen Erdpotential verlaufen, da Verzerrungen des die Ionen erzeugenden Wechselfeldes Veränderungen der vorgegebenen Aufladungshöhe hervorrufen würden. Zum Erzielen einer extrem genauen Aufladungshöhe ist außerdem ein stabiler, gut angepaßter mechanischer Aufbau der Aufladungsvorrichtung erforderlich. Störende Fremdfelder müssen ferngehalten oder erforderlichenfalls durch Zuschalten eines geeigneten Kompensationspotentials ausgeglichen werden.
[0021] Die Kurve b in Fig. 2 zeigt den Aufladestrom in Abhängigkeit der Gleichspannung einer bekannten Aufladungskorona gleicher Größe, die ohne elektrisches Wechselfeld arbeitet. Aus Kurve b ist ersichtlich, daß die Aufladung erst bei einer Gleichspannung größer als 8 kV beginnt und sich sehr schnell asymptotisch der Durchschlagsspannung für die aufzuladende Schicht nähert, die beispielsweise um 9 kV herum beträgt. Der Aufladestrom I nach Kurve b, der sich für eine Spannung dicht unterhalb der Durchschlagspannung ergibt, kann nach Kurve a mit wesentlich kleinerer Gleichspannung erreicht werden, die etwa um die Koronaeinstzspannung geringer ist. Diese verringerte Gleichspannung beträgt, wie aus Fig. 2, Kurve a entnommen werden kann, etwa 2,2 kV. Diese um die Koronaeinsatzspannung reduzierte Gleichspannung, in Verbindung mit der von der Koronaentladung getrennten Ionenerzeugung mit Hilfe des hochfrequenten elektrischen Wechselfeldes reduziert die Zahl der Durchschläge der Schicht 8 erheblich. Wird nach der Erfindung die Gleichspannungselektrode 5 als Koronaelektrode mit der gleichen Spannung wie herkömmliche Koronaeinrichtungen betrieben, so kann ein wesentlich größerer Aufladestron als bei den bekannten Korcnaeinrichtungen erzielt werden.
[0022] Die Elektroden 5 und 7 sind zweckmäßigerweise in Elektrodenanordnungen zusammengefaßt, von denen einige in den Figuren 3 - 5 schematisch dargestellt sind.
[0023] Die Elektrodenanordnung in Fig. 3 umfaßt einen dicken Draht als Wechselspannungselektrode 7 und einen dünnen Draht als Gleichspannungselektrode 5, die durch zwei Isolierstücke 20 gespannt und in ihrer Lage zueinander und zur aufzuladenden Schicht 8 bzw. zur Gegenelektrode 9 fixiert werden. Für die Elektrode 7 wird beispielsweise ein Draht aus Kupfer oder aus einem anderen Metall mit 1 bis mehreren Millimetern Durchmesser verwendet. Anstelle eines Drahtes kann auch ein anderes Profil aus Metall verwendet werden. Für die Elektrode 5 wird bevorzugt ein Wolfram- oder Stahldraht von etwa 10 bis zu einigen 100 µm Dicke gewählt.
[0024] Ein Abstand 21 zwischen der Elektrode 5 und der aufzuladenden Schicht 8 und ein Abstand 22 zwischen den beiden Elektroden 5 und 7 betragen 1 bis etwa 20 mm. Bei der in Fig. 4 dargestellten Elektrodenanordnung ist die Wechselspannungselektrode 7 von einem Isolierkörper 23 umschlossen. Hierzu kann beispielsweise die Elektrode 7 in ein Glasrohr eingeschmolzen oder eingeschoben sein. Dadurch wird erstens eine bessere Isolation zwischen der Elektrode 7 und der Gleichspannungselektrode 5 erreicht und zweitens bei gleichgroßer Wechselspannung wie bei der Elektrodenanordnung nach Fig. 3 eine höhere Feldstärke im Luftraum zwischen der Elektrode 5 und dem Isolierkörper 23 erhalten. Dies ergibt sich durch die hohe Dielektrizitätskonstante von etwa "5" für Glas im Vergleich zu Luft, da bekannterweise die Einzelfeldstärken den Dielektrizitätskonstanten verschiedener Materialien umgekehrt proportional sind.
[0025] Die frei eingespannte Elektrode 5 aus dünnem Draht neigt leicht zu mechanischen Schwingungen, besonders dann, wenn große Spannlängen vorliegen. Die Schwingneigung kann zum Teil durch entsprechend große Spannkräfte auf die Elektrode 5 unterdrückt werden. Günstiger läßt sich das Problem der Schwingneigung der Elektrode 5 mit der Elektrodenanordnung gemäß Fig. 5 lösen, bei der die Elektrode 5 in direkter Berührung mit der Oberfläche des Isolierkörpers 23 geführt ist. Hierzu kann die Elektrode 5 in einfacher Weise auf der Oberfläche des Isolierkörpers 23 aufgespannt oder in die Oberfläche desselben eingeschmolzen sein. Des weiteren kann die Elektrode 5 galvanisch oder durch Einbrennen auf den Isolierkörper 23 aufgebracht werden. Eine derartige Elektrodenanordnung mit auf dem Isolierkörper 23 fixierter Elektrode 5 eignet sich insbesondere für langgestreckte Koronen bis zu einer Länge von 1 m und darüber hinaus, die beispielsweise in elektrofotografischen Kopiergeräten zur Herstellung von Kopien von großflächigen Vorlagen wie technischen Zeichnungen eingesetzt werden.
[0026] Die zuvor beschriebenen Elektrodenanordnungen ermöglichen, wie sehen erwähnt, auch sehr niedrige Aufladungen der Schicht 8 mit einer Spannung von 1 Volt und darunter, so daß dadurch eine weitgehende Neutralisation von unerwünschten Oberflächen- bzw. Restladungen auf elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterialien möglich ist. Beispielsweise werden in-Ionisationskammern eingestrahlte Röntgenintensitätsmuster in entsprechende Ladungsmuster auf isolierenden Schichten überführt, die nach der Entwicklung mit Toner sichtbare Bilder der Röntgenintensitätsverteilung ergeben. Dabei kann es vor der Einstrahlung der Röntgenintensitätsmuster erforderlich sein, Oberflächenladungen auf den isolierenden Schichten, die beispielsweise durch triboelektrischen Kontakt mit anderen Schichten entstehen, zu neutralisieren, damit diese sich nicht in unerwünschter Weise-den Ladungsmustern überlagern können. Die Neutralisation erfolgt zum Beispiel derart, daß die Gleichspannungselektrode 5 auf Erdpotential geschaltet und die Wechselspannungselektrode 7 eine so hohe wechselspannung empfängt, daß die Restladung beim Vorbeiziehen der Schicht 8 unter der Elektrode 5 verschwindend klein wird. Hierzu muß unter Umständen eine spezielle Elektrodeneinstellung und Symmetrierung der Wechselspannung vorgenommen und elektrostatische Fremdfelder ferngehalten oder kompensiert werden.
[0027] Wie schon erwähnt wurde, besteht bei der Vorrichtung nach Fig. 1 die Möglichkeit von modulierten Aufladungen, für die ein vielseitiger Bedarf vorhanden ist. So ist es allgemein bekannt, daß bei der Entwicklung von Ladungsbildern mit großen Vollflächen eine bevorzugte Tonerabscheidung an den Bildrändern stattfindet, wodurch sogenannte Kantenbilder entstehen, falls keine besonderen Maßnahmen wie das Vorsehen zusätzlicher Entwicklungselektroden getroffen werden. Eine andere Möglichkeit zum Erzielen einer vollflächigen Toner abscheidung und zur Verbesserung der Halbtonwiedergabe besteht in der Rasterung des Ladungsbildes. Hierbei wird im allgemeinen zuerst homogen aufgeladen und dann rasterförmig belichtet. Es ist auch möglich, die Rasterung mit guter Qualität als stetiger Raster, beispielsweise mit einer sinusförmigen Ladungsverteilung, oder als durchmodulierter Raster, beispielsweise mit einer rechtecksförmigen Ladungsverteilung, zusammen mit der Aufladung in einem Verfahrensschritt aufzubringen. Hierzu reicht eine Rasterung bis zu 20 Linien/mm, vorzugsweise 5 bis 10 Linien/mm für die Anforderungen an qualitativ einwandfreie Bürokopien völlig aus.
[0028] Auch für die Halbtondarstellung von Reliefbildern durch Schlierenprojektion müssen die den Reliefbildern zugrundeliegenden Ladungsbilder gerastert werden. Ebenso sind Rasterungen bis zu 10 Linien/mm bei der Anwendung der elektrostatischen Reliefbildtechnik erforderlich, bei der die schnelle Entwicklung durch Verformung ohne Zuführung von zusätzlichem Entwickler für Röntgenbildaufzeichnungen auf isolierenden verformbaren Schichten in Ionisationskammern oder auf geeigneten Fotoleiterschichten, beispielsweise Selenlegierungen, genutzt wird.
[0029] Die Elektrodenanordnung der Vorrichtung eignet sich aufgrund der ausgeprägten Linearität zwischen Ladestrom und Gleichspannung auch sehr gut für elektrostatische Kopierer, wie Computer-Ausdrucker und Telekopierer. In diesen Anwendunqsfällen wird die zeilenweise zerlegte Information als entsprechendes elektrisches Signal sequentiell dem Kopierer zugeführt, der auf einem dielektrischen Aufzeichnungsträger zeilenweise, im allgemeinen mit Hilfe einer Elektrodenmatrix aus einzeln ansteuerbaren Einzelelektroden, ein entsprechendes Ladungsmuster auf die isolierende Schicht aufbringt. Das Ladungsmuster wird mit Toner sichtbar gemacht oder erzeugt auf einer durch Wärme verformten Schicht ein Reliefbild. Dabei ermöglicht die ausgeprägte Linearität zwischen Aufladestrom und Signalspannung, die hierbei die Gleichspannung ersetzt, eine der jeweiligen Signalspannung proportionale lokale Flächenladung auf den Aufzeichnungsträger. Entsprechend der Flächenladung wird Toner abgeschieden oder die Reliefbildtiefe moduliert, so daß eine gute Halbtonwiedergabe gewährleistet ist. Wegen des großen linearen Aussteuerbereichs der Elektrodenanordnung können die Halbtöne in kleinen Abstufungen wiedergegeben werden.
[0030] Für periodische, rasterförmige Modulationen zur Erzeugung von rechtecksförmigen Ladungsverteilungen auf der isolierenden Schicht wird beispielsweise die Wechselspannung des Wechselspannungsgenerators 2 der Vorrichtung nach Fig. 1 über das Schaltelement 10 moduliert. Hierzu werden über den Anschluß 13 Impulse auf das Schaltelement 10 gegeben, z.B. ein elektromechanisches Relais, welches geöffnet und geschlossen wird. Nur im geschlossenen Zustand des Schaltelements 10 werden zwischen den Elektroden 5 und 7 Ionen erzeugt. Die verwendeten Relais können beispielsweise mit 200 Hz betrieben werden. Anstelle von elektromechanischen Relais können auch elektronische Schalter als Schaltelement 10 verwendet werden, die Schaltfrequenzen von 100 kH2 und darüber hinaus zulassen.
[0031] Bei einer Schaltfrequenz von 500 Hz können auf einem mit einer Geschwindigkeit von 10 cm/s bewegten Aufzeichnungsträger beispielsweise gerasterte Ladungsmuster aufgebracht werden, die eine Rasterung von 5 Linien/mm aufweisen.
[0032] Für die modulierte Aufladung werden bevorzugt abgeschirmte Elektrodenanordnungen verwendet, wie sie in den Fig. 6 und 10 dargestellt sind.
[0033] Bei der Anordnung nach Fig. 6 befinden sich die Gleichspannungselektrode 5 und die Wechselspannungselektrode 7 mit dem Isolationskörper 23 in einem offenen Abschirmgehäuse 24 aus elektrisch isolierendem Material. Das Abschirmgehäuse 24 weist einen Spalt 25 auf, an dessen Kante die Elektrode 5 liegt und unter dem die Schicht 8 vorbeibewegt wird. Die Spaltbreite beträgt etwa 1 mm und der Abstand der Elektrode 5 zur Schicht 8 liegt zwischen 5 und 15 mm. Die im Inneren des Abschirmgehäuses 24 erzeugten Ionen treten durch den Spalt aus und treffen auf die Schicht 8 auf. Das Abschirmgehäuse 24 schirmt die lichtempfindliche Schicht 8 weitgehend gegen ein Koronaleuchten der Elektrode 5 ab und ermöglicht die Erzeugung der Ionen und die Aufladung innerhalb einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise aus Stickstoff, der in das Abschirmgehäuse 24 eingeleitet wird und durch den Spalt 25 wieder austritt. Bei der Füllung mit reinem Stickstoff mit einem Reinheitsgrad von 99 oder besser wird bei sonst unveränderten Einstellungen der Elektroden der Aufladestrom vergrößert. Darüber hinaus wird durch einen geringen Überdruck im Koronabereich die Gleichspannungselektrode 5, die als Koronaelektrode arbeitet, vor Verunreinigungen geschützt.
[0034] Weitere Modulationsmöglichkeiten bestehen über das Schaltelement 11 im Gleichspannungsgenerator 1 und das Schaltelement 12 in der Erdleitung der Gegenelektrode 9. Diese Schaltelemente 11,12 können elektromechanische Relais oder elektronische Schalter sein und werden über die Anschlüsse 14 bzw. 15 angesteuert. Beim Öffnen der Schaltelemente 11 und 12 werden die bestehenden Kontakte unterbrochen und es können zeitlich wie amplitudenmäßig variable Signale eingegeben werden. Die Modulation kann auch in der Weise vorgenommen werden, daß die Schaltelemente 10, 11, 12 so angesteuert werden, daß die bestehenden Kontakte nicht unterbrochen werden sondern nur das Wechsel- bzw. Gleichfeld während der Modulationsphase abgeschwächt wird.
[0035] Gut zu übersehende Schaltungsverhältnisse werden bei einer Modulation des Potentials der Gegenelektrode 9 durch Ansteuerung des Schaltelements 12 über den Anschluß 15 erhalten. Das Schaltelement 12 eignet sich insbesondere für die Ansteuerung durch sich stark ändernde Signale. Bei zusammengesetzten Signalen, wie sie bei Computer ausdrucken oder Telekopierern auftreten, wird dann die Elektrode 9 in eine Anzahl von einzeln ansteuerbaren Elektrodenabschnitten quer über die Aufzeichnungsbreite zerlegt, über die die isolierende Aufzeichnungsschicht, beispielsweise ein homogenes dielektrisches Papier oder eine Folie, geführt wird. Die über das Schaltelement 12 eingespeiste Information kann im Bedarfsfall zusätzlich über das periodisch erregte Schaltelcment 10 gerastert werden.
[0036] Die in Fig. 7 gezeigte Anordnung stimmt im Schaltungsaufbau zum größten Teil mit der Vorrichtung nach Fig. 1 überein, mit den Unterschieden, daß keine Schaltelemente vorhanden sind und daß die Gegenelektrode 9 aus Aluminium über einen Gleichstrommesser 26 mit Massepotential verbunden ist. Diese Anordnung diente zur Aufnahme der in Fig. 8 dargestellten Kurven a-d und a'-d'.
[0037] Fig. 8 zeigt den linearen Zusammenhang zwischen dem Aufladestrom I (/UA) und der Gleichspannung U = (kV) von Kurven a, b, c, d für unterschiedliche Abstände zwischen der Gleichspannungselektrode 5 und der Gegenelektrode 9. Zu Vergleichszwecken sind die entsprechenden Kurven a', b', c', d' für die gleichen unterschiedlichen Abstände zwischen der Gleichspannungselektrode und der Gegenelektrode eingezeichnet, wobei jedoch die Elektrodenanordnung nur mit Gleichspannung betrieben wird, d.h. kein elektrisches Wechselfeld vorhanden ist. Die Endpunkte der einzelnen Kurven a - d und a' - d' geben die Aufladestromstärken kurz vor dem Auftreten von Spannungsdurchschlägen der aufzuladenden Schicht wieder. Aus den Kurven der Fig. 8 ist zu ersehen, daß bei etwa gleichen Durchschlagsspannungen für eine Aufladung der Schicht mit Gleichspannung, unterstützt durch ein elektrisches Wechselfeld, und mit Gleichspannung allein, ohne elektrisches Wechselfeld, im ersteren Fall die erzielbaren Aufladestromstärken wesentlich über denjenigen des zweiten Falls liegen.
[0038] Fig. 9 zeigt eine metallische Gegenelektrode 9, beispielsweise eine Kupferschicht, in die auf einer Seite fotomechanisch Rasterlinien geätzt sind. Diese Gegenelektrode 9 ist mit einer isolierenden Aufzeichnungsschicht 8 beschichtet. Die Rasterlinien der Gegenelektrode 9 sind mit einem Mittelabgriff 27 eines Potentiometers 28 verbunden, wobei der Mittelabgriff während der Vorbeibewegung der Gegenelektrode 9 unter der Gleichspannungselektrode über das einseitig geerdete Potentiometer 28 bewegt wird, an dem eine Spannung U anliegt. Auf diese Weise kann während der Aufzeichnung an der Gegenelektrode 9 ein Spannungsabfall von beispielsweise U = -300 V bis 0 V erzeugt werden, wodurch eine Modulation der Aufzeichnung durch diese Veränderung des Potentials an der Gegenelektrode 9 erhalten wird.
[0039] Fig. 10 zeigt eine weitere Elektrodenanordnung, die ein Abschirmgehäuse 24 umgibt. Die Gleichspannungselektrode 5 besteht aus einer Anzahl von einzelnen Metalldrähten, die in Abständen zueinander und gegeneinander isoliert zwischen zwei facettenartig handgeschliffenen Glasplatten 30 eingekittet sind. Die Drahtspitzen ebenso wie die Drahtenden stehen am vorderen bzw. hinteren Ende der Glasplatten 30 vor. Die Drahtenden weisen Anschlüsse 31 zum Anlegen der Gleichspannung auf. Die Oberfläche der Gegenelektrode 9 ist leicht gekrümmt, so daß ein dielektrisches Papier aus einer isolierenden Deckschicht 8 und einem leitfähigen Papierträger 29 im Bereich der Gegenelektrode 9 seine Bewegungsrichtung entsprechend der Krümmung der Gegenelektrode 9 ändert. Entsprechend der Anzahl der Elektrodendrähte 5a, 5b, 5c, ... gibt es genauso viele Anschlüsse 31a, 31b, 31c, ... an den Drahtenden der Gleichspannungselektroden.
[0040] Fig. 11 zeigt schematisch den Schaltungsaufbau der Vorrichtung, mit der die Elektrodenanordnung nach Fig. 10 beispielsweise betrieben werden kann. Die Gleichspannungs- elektrode 5 besteht, wie schon erwähnt wurde, aus einzeln ansteuerbaren Elektroden 5a, 5b, 5c, ..., die über eine entsprechende Anzahl von Schaltelementen lla, llb, llc, ... mit Anschlüssen 14a, 14b, 14c ... spannungsmäßig angesteuert werden. Die Schaltelemente lla, llb, llc, ... sind mit den Anschlüssen 31a, 31b, 31c, ... der einzelnen Elektroden 5a, 5b, 5c, ... verbunden. Im übrigen entspricht der Schaltungsaufbau demjenigen nach Fig. l.
[0041] In Fig. 12 ist eine Schaltungsanordnung der Vorrichtung dargestellt, bei der jede der Elektroden 5, 7 und 9 aus mehreren, voneinander isolierten Einzelelektroden 5a, 5b, ...; 7a, 7b, ...; 9a, 9b, ... besteht. Die Einzelelektroden 5a, 5b, ... der Gleichspannungselektrode 5 und die Einzelelektroden 7a, 7b, ... der Wechselspannungselektrode 7 stehen mit Schaltelementen lla, llb, ... bzw. lOa, lOb, ... in Verbindung, die über entsprechende Anschlüsse 14a, 14b, ... bzw. 13a, 13b, ... mit Spannungen zur abschnittsweisen Modulation der Spannung jeder Einzelelektrode beaufschlagbar sind. Die an die Einzelelektroden angelegten Spannungen zur Modulation können unterschiedlich groß sein. Die übrigen Teile der Fig. 12 entsprechen denjenigen der Fig. 11 und 1. Es handelt sich hierbei um den Wechselspannungsgenerator 2 mit der Wechselspannungsquelle 32, der den Spannungsregler 17 und den Frequenzregler 18 umfaßt, und um den Trenntransformator 19.
[0042] Parallel zu den Ausgängen des Gleichsnannungsreglers 16 bzw. des Gleichspannungsgenerators 1 liegt der Glättungskondensator 33.
[0043] Die von der Vorrichtung nach Fig. 1 her bekannten Schaltelemente 10, 11, 12 sind durch die zuvor erwähnten Schaltelemente 10a, lOb, ...; 11a, 11b, ... und 12a, 12b, .. ersetzt, die mit den entsprechenden Einzelelektroden der Wechselspannungs-, Gleichspannungs- und Gegenelektrode verbunden sind. Die Schaltelemente 10a, lOb, ...; 12a, 12b,... sind analog zu den Schaltelementen 11a, llb, ... aufgebaut, d.h. sie können zwischen zwei Stellungen hin und her schalten, je nachdem, ob eine Modulationsspannung bzw. ein Modulationssignal eingespeist wird oder nicht.
Beispiel 1
[0045] Eine Elektrodenanordnung nach Fig. 4 wurde in einer Vcrrichtung nach Fig. 7 eingesetzt. Im Abstand von 4 mm unterhalb der Gleichspannungselektrode 5 wurde die plattenförmige Gegenelektrode 9 aus Aluminium angeordnet, die über den Gleichstrommesser 26 mit Erdpotential verbunden war. Weitere Daten waren:
Wechselspannungselektrode 7: 1,8 mm dicker Kupferdraht Gleichspannungselektrode 5: 50 µm dicker Wolframdraht Isolationskörper 23: 5 mm dickes Polytetrafluoräthylen Länge der Gleichspannungselektrode 5: 40 cm Wechselspannung: 5 kVeff /30 kHz.
[0046] Die Länge der Gleichspannungselektrode 5, die die Koronaelektrode bildet, entspricht den üblichen Längen von Koronen in Bürokopierern. Bei +300 V Gleichspannung stellt sich ein Strom von 2 µA ein, bei +700 V von 11 /uA und bei +1200 V von 22 /uA. Ähnliche Stromwerte wurden beim Anlegen negativer Gleichspannung an eine Gleichspannungselektrode 5 erhalten. Diese Aufladeströme wurden bei Gleichspannungen unterhalb der erforderlichen Einsatzspannung der Gleichspannungselektrode gemessen. Wurde an die Wechselspannungselektrode 7 kein Wechselfeld angelegt, so fiel der Aufladestrom aus.
[0047] Bei exakter Einstellung der Wechselspannung hinsichtlich ihrer Symmetrie und ihrer Verzerrungsfreiheit konnte schon bei einer Gleichspannung nahe von 0 Volt ein Aufladestrom bei angelegtem Wechselfeld an die Wechselspannungselektrode 7 gemessen werden. Bei der exakten Einstellung ist zu beachten, daß, wenn der Trenntransformator 19 des Wechselspannungsgenerators 2 im Gebiet der Eigenresonanz betrieben wird, wenn auch mit großer Dämpfung, eine Frequenznachstimmung zu Phasenverschiebungen und Beeinflussungen des Sinusverlaufes der Wechselspannung führt.
Beispiel 2
[0048] Die Elektrodenanordnung nach Fig. 4 wurde in der Vorrichtung nach Fig. 7 eingesetzt. Die Daten lauteten:
Wechselspannungselektrode 7: 1,8 mm dicker Kupferdraht Gleichspannungselektrode 5: 100 µm dicker Stahldraht Isolationskörper 23: Glasrohr mit 14 mm Durchmesser Länge der Gleichspannungselektrode 5: 780 mm Wechselspannung: 5,5 kVeff/30 kHz.
[0049] Die Ergebnisse dieser Messungen, die für Abstände zwischen der Gleichspannungselektrode 5 und der Gegenelektrode 9 von 5,8,10 und 13 mm durchgeführt wurden, sind in Fig. 8 in der Kurven a, b, c und d dargestellt.
Beispiel 3
[0050] Die Messungen des Beispiels 2 wurden mit einer ähnlichen, jedoch längeren Gleichspannungselektrode durchgeführt. Die Länge der Gleichspannungselektrode 5 betrug 1290 mm und als Wechselspannungselektrode 7 wurde ein 4 mm starker VA-Stahldraht verwendet. Die Abstände zwischen der Gleichspannungselektrode 5 und der Gegenelektrode 9 waren die gleichen wie im Beispiel 2. Die Aufladeströme betrugen etwa das l,5fache der Werte nach Beispiel 2.
Beispiel 4
[0051] Eine Elektrodenanordnung entsprechend Fig. 5 wurde in der Vorrichtung nach Fig. 7 eingesetzt. Als Gleichspannungs- elektrode 5 wurde ein etwa 1 mm breiter Streifen aus Gold-Palladium auf einem Isolierkörper 23 aus Keramik von 8 mm Durchmesser aufgebracht und eingebrannt. Die übrigen Daten waren:
Wechselspannungselektrode 7: 1,8 mm dicker Kupferdraht Länge der Gleichspannungselektrode 5: 620 mm Wechselspannung: 3 kVeff/20 kHz
[0052] Der gemessene lineare Stromanstieg in Abhängigkeit von der Gleichspannung, die zwischen 1 und 7 kV variiert wurde, ist in Kurve a in Fig. 2 dargestellt. Wie aus der Kurve b in Fig. 2 ersichtlich ist, tritt ohne Wechselspannungsunterstützung erst oberhalb einer Gleichspannung von 8 kV ein Ladestrom auf, wobei oberhalb von 9 kV Spannungsdurchschläge auf der aufzuladenden Schicht 8 auftraten.
Beispiel 5
[0053] Eine Fotoleiterschicht von 10 µm Dicke aus gleichen molaren Anteilen Poly-N-Vinylcarbazol und Trinitrofluorenon, die auf einem leitfähigen Träger aus aluminisierter Polyesterfolie aufgetragen sind, wurden auf eine Gleichspannung von -800 V aufgeladen.
[0054] Hierzu wurde die Fotoleiterschicht 8 in 5 mm Abstand unter der Gleichspannungselektrode 5 der Elektrodenanordnung nach Fig. 6 mit einer Geschwindigkeit von 30 cm/s vorbeigeführt. Weitere Daten lauteten:
Wechselspannungselektrode 7:.1,8 mm dicker Kupferdraht Gleichspannungselektrode 5: 100.um dicker Stahldraht Länge der Gleichspannungselektrode 5: 300 mm Isolationskörper 23: Glasrohr von 14 mm Durchmesser Abschirmgehäuse 24: 3 mm dicker Kunststoff Spaltbreite: 3 mm An die Gleichspannungselektrode 5 wurde eine Gleichspannung U= = -80C V angelegt.
[0055] Die Abstimmung des Wechselspannungsgenerators 2 in Abhängigkeit vom geometrischen Aufbau der Elektrodenanordnung erfolgt über den Spannungsregler 17 und Frequenzregler 18. Im Regelbereich U~ für Wechselspannung = 1 bis 5,7 kVeff war zunächst die Spannung auf der Fotoleitschicht 8 kleiner als die vorgegebene Gleichspannung, stieg jedoch mit größer werdender Wechselspannung bis auf den vorgegebenen Sollwert an. Bei einer Wechselspannung U~ = 5,7 kVeff war die Spannungshöhe relativ unabhängig von der Frequenz und entsprach dem vorgegebenen Gleichspannungswert. Der größte Aufladestrom bei dieser Wechselspannung wurde bei 34 kHz bei einer Halbwertsbreite von etwa ± 4 kHz gemessen.
[0056] Im Regelbereich U~ =5,7 bis 10 kVeff wurde in Abhängigkeit von der Frequenzeinstellung die Fotoleiterschicht 8 teilweise geringfügig höher, teilweise niedriger als auf -800 V aufgeladen.
[0057] Die Aufladung der Fotoleiterschicht auf -800 V erfolgte unter den angegebenen Bedingungen insgesamt gesehen mit guter Reproduzierbarkeit und ohne Durchschläge der Fotoleiterschicht. Nach der Aufladung wurde bildmäßig belichtet, mit Toner entwickelt und das Tonerbild auf Papier übertragen.
Beispiel 6
[0058] Eine fotoleitende thermoplastische Aufzeichnungsschicht 8 auf einem Polyesterträger von 50/um Stärke, der auf einer Glasplatte mit einer transparenten, leitfähigen Schicht aufliegt, wurde auf +5200 V aufgeladen.
[0059] Die Aufzeichnungsschicht 8 bestand aus einer etwa 1 µm dicken Teilschicht aus Brompyrenharz, dem 1/5 Gewichtsanteil Dicyanomethylentrinitrofluorenon und 1/2 Gewichtsanteil eines Copolymeren aus Vinylchlorid und Vinylacetat zugesetzt waren. Darüber befand sich eine zweite, etwa 0,5 µm dicke Teilschicht aus dem Glycerinester des hydrierten Kolophoniums.
[0060] Die Elektrodenanordnung wurde wie im Beispiel 5 eingestellt, nur mit dem Unterschied, daß die Gleichspannung an der Gleichspannungselektrode 5 +5200 V betrug. Die Aufladung erfolgte reproduzierbar, ohne daß Durchschläge auf der Aufzeichnungsschicht auftraten.
[0061] Nach der Aufladung wurde mit interferierendem Licht eines He/Ne-Lasers ein Intensitätsmuster von 820 Linien/mm eingestrahlt, danach wurde während einer Zeitdauer von 1/10 s die Aufzeichnungsschicht auf 70 °C erwärmt, dabei entstand ein Reliefgitter, welches das eingestrahlte Laserlicht beugte.
Beispiel 7
[0062] Auf einer Polyesterfolie von 50 µm Dicke wurde in einer Ionisationskammer ein dem eingestrahlten Röntgenintensitätsmuster entsprechendes Ladungsbild erzeugt, das mit Toner sichtbar gemacht wurde. Dabei traten auch in intensitätsgleichen Stellen Dichteschwankungen der abgeschiedenen Tonermenge auf. Diese Schwankungen wurden durch eine nachfolgende neutralisierende Aufladung der Polyesterfolie mit folgender Elektrodenanordnung vermieden:
Wechselspannungselektrode 7: 1,8 mm dicker Kupferdraht Gleichspannungselektrode 5: Wolframdraht mit 50 µm Durchmesser Isolationskörper 23: Glasrohr mit 9 mm Außendurchmesser
[0063] Im Abstand von 5 mm zu der Polyesterschicht wurde die Gleichspannungselektrode 5 und im Abstand von 10 mm bis zum Außendurchmesser des Isolationskörpers 23 die Wechselspannungselektrode 7 angeordnet. Die Gleichspannungselektrode 5 wurde auf Erdpotential gelegt und die Wechselspannungselektrode 7 zunächst mit 3 kVeff betrieben. Die Polyesterschicht wurde mehrfach unter der Gleichspannungselektrode 5 vorbeibewegt. Hierbei wurde die Wechselspannung schrittweise bis auf 4,5 kVcff erhöht. Zur weiteren Neutralisation der Restladung auf der Polyesterfolie wurde zur Symmetrierung der Wechselspannung deren Frequenz, ausgehend von 35 kHz schrittweise im Bereich zwischen 30 und 40 kHz verändert, bis eine optimale Ladungsneutralisation erhalten wurde. Die Frequenz betrug dabei 32 kHz.
[0064] Mit diesen Einstellungen konnte die Polyesterfolie soweit neutralisiert werden, daß auf der Oberfläche nur noch eine Restspannung von 1,5 V mit einem berührungslos arbeitenden elektrostatischen Spannungsmeßgerät gemessen wurde.
Beispiel 8
[0065] Eine thermoplastische Aufzeichnungsschicht 8 auf einem Polyesterträger von 50/um Dicke wurde auf +5 kV rasterförmig aufgeladen. Die 20/um dicke Aufzeichnungsschicht bestand aus einem Glykolester des hydrierten Kolophoniums.
[0066] Das Aufzeichnungsmaterial wurde auf einer geerdeten Unterlage in 5 mm Abstand von der Gleichspannungselektrode 5 unter einer Elektrodenanordnung nach Fig. 6 mit einer Geschwindigkeit von 10 cm/s vorbeibewegt. Die übrigen Daten lauteten:
Wechselspannungselektrode 7: 1,8 mm dicker Kupferdraht Gleichspannungselektrode 5: 50 µm dicker Wolframdraht Isolationskörper 23: Glasrohr mit 9 mm Durchmesser, Spaltbreite 1 mm Wechselspannung: 5 kVeff/30 kHz Abstand zwischen den Elektroden 5 und 7: 6,5 mm
[0067] Zur Modulation der Aufladespannung der Aufzeichnungsschicht wurde mit dem Schaltelement 10 nach Fig. 1 die Wechseispannung periodisch unterbrochen, wozu an den Anschluß 13 ein Frequenzgenerator angeschlossen wurde. Das Schaltelement 10, das aus einem integrierten Halbleiterschalter bestand, ermöglichte eine praktisch verzögerungsfreie Steuerung der Wechselspannung.
[0068] Die Impulsdauer wie die Totzeit, in der der Schalter geöffnet bzw. geschlossen war, betrug jeweils 10 ms. An der Gleichspannungselektrode 5 lag eine Gleichspannung von +5 kV an.
[0069] Nach der rasterförmigen Aufladung wurde das Aufzeichnungsmaterial mit Warmluft von etwa 50 °C erwärmt, wobei ein Reliefgitter von 5 Linien/mm entstand.
Beispiel 9
[0070] Das Beispiel 8 wurde wiederholt, wobei der rasterförmigen Aufladung ein weiteres Ladungsmuster überlagert wurde. Dazu wurde das rasterförmig aufgeladene Aufzeichnungsmaterial zusammen mit der leitfähigen Unterlage in eine Ionisationskammer eingebracht. Die leitfähige Unterlage bestand aus einer 5x5 cm großen Glasplatte mit einer leitfähigen transparenten Schicht mit verstärkten Elektroden an gegenüberliegenden Seiten. Die Plattenelektroden wurden an nach außen führenden Leitungen angeschlossen. Oberhalb dieser Platte befand sich in einem Abstand von 1 cm eine zweite transparente Elektrode. Das Gehäuse der Ionisationskammer bestand aus 15 mm dickem Plexiglas. Die Kammer wurde evakuiert und mit Xenon unter leichtem Überdruck gefüllt. Die Elektrode mit der aufliegenden Aufzeichnungsschicht wurde auf Erdpotential gelegt und an die obere Elektrode eine Spannung von -8 kV gelegt. Vor der Röntgenexpositτon mit 80 kV-Röntgenstrahlen wurde ein flacher Bleikeil in den Strahlengang gebracht. Beim Erwärmen der unteren Elektrode durch einen Spannungsstoß von 70 V für eine Dauer von 0,1 s entstand auf der thermoplastischen Aufzeichnungsschicht ein Reliefbild, das mit einer Schlierenoptik ausgelesen wurde. In den Bereichen abgeschwächter Röntgenstrahlung durch den Bleikeil waren dessen Umrisse, überlagert von einer linienförmigen Rasterstruktur, zu erkennen. Die Rasterintensität nahm mit der Dicke des Bleikeils bei der Röntgenexposition zu, wodurch eine entsprechende Halbtonwiedergabe des Eleikeils ermöglicht wurde.
Beispiel 10
[0071] Eine 300/um dicke Selenschicht auf einer 2 mm dicken Aluminiumplatte wurde mit einer 20 µm dicken thermoplastischen Aufzeichnungsschicht, bestehend aus dem Glykolester des hydrierten Kolophoniums, beschichtet. Mit den Einstellungen des Beispiels 8 erfolgte eine gerasterte Aufladung auf +1800 V, wobei mit Röntgenstrahlen von 80 kV durch einen flachen Bleikeil hindurch bestrahlt und mit Warmluft erwärmt wurde. Dabei entstand ein Reliefbild des Bleikeils, das mit einer Reflexions-Schlierenoptik ausgelesen wurde. An den durch den Bleikeil vor der Röntgenexposition geschützten Stellen war das Reliefbild linienförmig gerastert. Die Rasterintensität nahm mit der Dicke des Bleikeils bei der Röntgenexposition zu, wodurch ein Halbtonbild des Bleikeils erhalten wurde.
Beispiel 11
[0072] Auf eine isolierende Aufzeichnungsschicht 8 wurde ein Ladungsmuster mit entsprechend variablen Eingangsdaten aufgebracht.
[0073] Die Aufzeichnungsschicht 8 wurde im Abstand von 5 mm unter einer Elektrodenanordnung nach Fig. 6 mit einer Geschwindigkeit von 45 cm/s vorbeigeführt. Die übrigen Daten lauteten:
Wechselspannungselektrode 7: 1,8 mm dicker Kupferdraht Gleichspannungselektrode 5: 50/um dicker Wolframdraht Isolationskörper 23: Glasrohr von 9 mm Durchmesser, Wechselspannung: 5 kVeff/30 kHz Gleichspannung: - 300 V
[0074] Die Elektrodenanordnung mit einer Spaltbreite von 1 mm wurde in einer Vorrichtung nach Fig. 1 eingesetzt, wobei die Modulation über den Anschluß 15 des Schaltelements 12 in der Masseleitung der Gegenelektrode 9 erfolgte.
[0075] Die Gegenelektrode 9 bestand aus einer Kunststoffplatte mit einer Kupferbeschichtung, wie sie zur Herstellung von Leiterplatten benutzt werden. In die als Gegenelektrode 9 geschaltete Kupferscnicht wurden fotomechanisch Rasterlinien geätzt, wie dies aus Fig. 9 ersichtlich ist. Während der Aufzeichnung wurde an der Gegenelektrode 9 ein Spannungsabfall von -300 V bis 0 V erzeugt.
[0076] Bei der Entwicklung mit Flüssigtoner wurde auf der Aufzeichnungsschicht 8 entlang der Laufstrecke zunehmend mehr Toner abgeschieden. Das auf Papier übertragene Tonerbild ließ die Schwärzungszunahme längs der Laufstrecke deutlich erkennen und die Rasterlinien der Gegenelektrode 9 wurden eindeutig wiedergegeben. Es traten keine Durchschläge der Aufzeichnungsschicht 8 auf.
Beispiel 12
[0077] Auf eine isolierende thermoplastische Aufzeichnungsschicht 8 wurde unter Bildung von Reliefstrukturen ein Ladungsmuster entsprechend variablen Eingangsdaten aufgebracht.
[0078] Die Aufzeichnungsschicht 8 bestand aus einer 20,um dicken Schicht des Glykolesters des hydrierten Kolophoniums auf einer 50 µm dicken Polyesterfolie und wurde nach den Einstellungen des Beispiels 11 aufgeladen, wobei die vorgegebene Gleichspannung U_ = -5kV betrug. Die Wechselspannung von 5 kVeff und 30 kHz wurde über das Schaltelement 10 und den Anschluß 13 von einem Frequenzgenerator mit 3kHz periodisch moduliert.
[0079] Beim Entwickeln der Aufzeichnungsschicht 8 mit Warmluft von etwa 50 °C wurde ein Reliefbild der Gegenelektrode 9 erhalten. Längs der Laufstrecke nahm die Relieftiefe zu. Bei der Projektion mit einer Schlierenoptik stellte sich die Gegenelektrode 9 in Laufrichtung zunehmend dunkler dar.
Beispiel 13
[0080] Auf die isolierende Aufzeichnungsschicht 8 eines dielektrischen Papiers mit einem leitfähigen Papierträger 29 wurde ein Ladungsmuster mit entsprechend variablen Eingangsdaten aufgebracht. Das dielektrische Papier wurde etwa in 0,5 mm Abstand unter einer Elektrodenanordnung nach Fig. 10 mit einer Geschwindigkeit von 25 cm/s vorbeibewegt. Die übrigen Daten lauteten:
Wechselspannungselektrode 7: 1,8 mm dicker Kupferdraht Gleichspannungselektrode 5: einzelne Wolframdrähte mit 150 µm Dicke, die in Abständen von etwa 300 /um gegeneinander isoliert angeordnet waren Wechselspannung: 5 kVeff/30 kHz
[0081] Die Spaltbreite des Abschirmgehäuses 24 betrug 1 mm. Die Elektrodenanordnung wurde in einer Vorrichtung nach Fig. 11 eingesetzt. Die Gleichspannung U wurde über die parallel zueinander liegenden Schaltelemente lla, llb, 11c, ... an die zugehörigen Einzelelektroden 5a, 5b, 5c, ... angelegt. An die Anschlüsse 14a, 14b, 14c, ... der Schaltelemente lla, llb, llc, ... wurden die einzelnen Steuersionale zur Ansteuerung der Einzelelektroden 5a, 5b, 5c, ... gegeben.
[0082] Zuerst wurden alle Drahtenden über die Anschlüsse 31a, 31b, 31c, ... leitend miteinander verbunden und es wurde ähnlich wie im Beispiel 11 über einen Potentiometerabgriff 27 (Fig. 9) eine sich von -500 V bis 0 V stetig ändernde Gleichspannung U an die Drahtenden der Einzelelektroden angelegt. Bei der Entwicklung mit Flüssigtoner wurde auf dem dielektrischen Papier in Laufrichtung zunehmend weniger Toner abgeschieden. Dabei entstanden keine strichförmigen Schreibspuren der einzelnen Elektroden 5a, 5b, 5c, .... Es traten keine Durchschläge auf und die Halbtonwiedergabe war durchwegs zufriedenstellend. Die Linienzüge benachbarter Einzelelektroden fügten sich trennlinienfrei zusammen, so daß optisch der Übergang von einer Einzelelektrode auf die benachbarte Einzelelektrode nicht feststellbar war.
[0083] Bei diesem Beispiel wurde auch nur an eine einzelne Elektrode, beispielsweise die Elektrode 5a, oder eine Gruppe von Einzelelektroden eine Gleichspannung U= = -500 V angelegt, während die übrigen Einzelelektroden auf Erdpotential lagen. Die angelegte Gleichspannung wurde dann während der Aufzeichnung des öfteren unterschiedlich lang unterbrochen. Das mit Flüssigtoner entwickelte Bild zeigte in Laufrichtung und quer dazu Schreibspuren bis zu einer Breite von etwa 0,3 mm herab. Es traten keine Durchschläge auf.
1. Verfahren zum elektrostatischen Aufladen einer dielektrischen Schicht auf ein vorgegebenes
Potential mit Hilfe eines elektrischen Wechselfeldes und eines elektrostatischen Gleichfeldes,
dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand von der Oberfläche der dielektrischen Schicht
durch das elektrische Wechselfeld Ladungsträger erzeugt werden, die unter dem Einfluß
des die aufzuladende Schicht durchdringenden elektrostatischen Gleichfeldes als Aufladestrom
auf die Oberfläche der Schicht geleitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht
aus einem photoleitfähigen und/oder thermoplastischen Aufzeichnungsträger besteht,
bei dessen Aufladung zumindest eines der beiden Spannungsfelder moduliert wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische
Wechselfeld in seiner Stärke variabel ist und so eingestellt wird, daß die Ionisation
der Umgebungsatmosphäre bis zum Sättigungswert erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnete daß während der Aufladung der
dielektrischen Schicht das Potential der Gegenelektrode des Gleichfeldes moduliert
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Regulierung der Gleichspannung
des elektrostatischen Gleichfeldes zwischen Null und einem vorgegebenen Maximalwert
ein Aufladestrom von O bis zu einem entsprechenden Maximalwert in nahezu linearer
Abhängigkeit von der Gleichspannung erhalten wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des elektrischen
Wechselfeldes im Bereich von 5 bis 100 kHz einstellbar ist.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselfeld spannungsmäßig
moduliert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselfeld durch von
außen aufgeprägte Spannungen moduliert wird.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselfeld
mit periodischen Rechtecksspannungsimpulsen moduliert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselfeld mit einer
informationsmäßigen Span- nung moduliert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichfeld spannungsmäßig
moduliert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichfeld periodisch
moduliert wird.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichfeld
mit einer informationsmäßigen Spannung moduliert wird.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation
des Gleichfeldes in diskreten Raumabschnitten quer zur dielektrischen Schicht erfolgt.
15. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselfeld
und das Gleichfeld moduliert werden.
16. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgeladene
dielektrische Schicht durch einen Ionenstrom oder durch elektromagnetische Strahlung
beaufschlagt wird, um die elektrostatische Aufladung zu modifizieren.
17. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zum Löschen
von Restladungen von vorhergegangenen Aufladungen die dielektrische Schicht auf Nullpotential
aufgeladen wird.
18. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladung
in einer Fremdgasatmosphä-' re erfolgt.
19. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Elektrode (7) im Abstand von der aufzuladenden dielektrischen
Schicht (8) angeordnet und an den heißen Ausgang (2.) eines Wechselspannungsgenerators
(2) angeschlossen ist und daß zwischen dieser Elektrode (7) und der Schicht (8) eine
weitere Elektrode (5) vorgesehen ist, die mit dem heißen Ausgang (11) eines Gleichspannungsgenerators (1) verbunden ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die aufzuladende Schicht
(8) auf einer Gegenelektrode (9) zu der Gleichspannungselektrode (5) aufliegt und
daß die Gegenelektrode (9) auf Massepptential liegt.
21. Vorrichtung nach den Ansprüchen 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, daß der kalte
Ausgang (20) des Wechselspannungsgenerators (2) mit dem heißen Ausgang (11) des Gleichspannungsgenerators (1) verbunden ist.
22. Vorrichtung nach den Ansprüchen 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung
U= des Gleichspannungsgenerators (1) zwischen Null und 20 kV einstellbar ist.
23. Vorrichtung nach den Ansprüchen 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung
des Wechselspannungsgenerators (2) 1 bis 10 kVeff bei einer Frequenz zwischen 1 und 100 kHz beträgt.
24. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der an sich bekannte
Wechselspannungsgenerator (2) eine Wechselspannungsquelle (32) aus einem Spannungsregler
(17) zur Höheneinstellung der Wechselspannung und einen Frequenzregler (18) zur Abstimmung der Frequenz der Wechselspannung enthält.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselspannungsgenerator
(2) einen Trenntransformator (19) umfaßt, der die von der Wechselspannungsquelle (32)
zugeführte Wechselspannung hochtransformiert und eine erdfreie Kaskadenschaltung der
Wechselspannung auf den heißen Anschluß (11) des Gleichspannungsgenerators (1) bildet.
26. Vorrichtung nach den Ansprüchen 24 und 25, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
die Wechselspannungsquelle (32) und den Trenntransformator (19) ein Schaltelement
(10) geschaltet ist, dem über einen Anschluß (13) eine Spannung zur Modulation der
Wechselspannung zuführbar ist.
27. Vorrichtung nach den Ansprüchen 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß in die
Leitung zum heißen Ausgang (11) des Gleichspannungsgenerators (1) ein Schaltelement (11) geschaltet ist, das über
einen Anschluß (14) mit einer Spannung zur Modulation der Gleichspannung beaufschlagbar
ist.
28. Vorrichtung nach den Ansprüchen 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, daß in die
Erdleitung der Gegenelektrode (9) ein Schaltelement (12) geschaltet ist, das über
einen Anschluß (15) mit einer Spannung zur Veränderung der Spannung der Gegenelektrode
(9) beaufschlagbar ist.
29. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Elektroden
(5,7) aus mehreren, voneinander isolierten Einzelelektroden (5a, 5b, 5c, ...; 7a,
7b, 7c, ...) besteht.
30. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (9)
aus mehreren, voneinander isolierten Einzelelektroden (9a, 9b, 9c ...) besteht.
31. Vorrichtung nach den Ansprüchen 29 und 30, dadurch gekennzeichnet, daß jede der
Einzelelektroden (5a, 5b, 5c, ...; 9a, 9b, 9c, ...) der Gleichspannungs-Elektrode
(5) bzw. der Gegenelektrode (9) mit einem Schaltelement (lla, llb, llc, ...; 12a,
12b, 12c, ...) in Verbindung steht, das über einen entsprechenden Anschluß (14a, 14b,
14c, ...; 15a, 15b, 15c, ...) mit einer Spannung zur abschnittsweisen Modulation der
Gleichspannung bzw. zur Veränderung der Spannung der einzelnen Gegenelektroden beaufschlagbar
ist und daß die an die Einzelelektroden angelegten Spannungen unterschiedlich groß
sind.
32. Vorrichtung nach den Ansprüchen 26 bis 28 und 30, dadurch gekennzeichnet, daß
das Schaltelement (10; 11; 12; 10a; lOb; ...; lla; llb,...; 12a; 12b; ...) ein elektromechanischer
Schalter wie ein Relais oder ein elektronischer Schalter ist.
33. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungselektrode
(5) aus einem Koronadraht mit einem Durchmesser von 5 µm bis 2 mm besteht.
34. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungselektrode
(5) ein Metallband mit rechteckigem oder einem Bandquerschnitt ist, der eine Dicke
zwischen 5 µm und 2 mm besitzt.
35. Vorrichtung nach den Ansprüchen 19 und 29, dadurcn gekennzeichnet, daß die Gleichspannungselektrode
(5) aus einer Nadelanordnung mit voneinander isolierten, einzeln ansteuerbaren Nadeln
besteht.
36. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Isolierkörper (23)
die Wechselspannungselektrode (7) umschließt.
37. Vorrichtung nach den Ansprüchen 19 und 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungselektrode
(5) von dem die Wechselspannungselektrode (7) umhüllenden Isolierkörper (23) in einem
Abstand von 1 bis 10 mm angeordnet ist.
38. Vorrichtung nach den Ansprüchen 19 und 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungselektrode
(5) direkt an dem die Wechselspannungselektrode (7) umschliessenden Isolierkörper
(23) anliegt.
39. Vorrichtung nach den Ansprüchen 19 und 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß
der Abstand zwischen der Gleichspannungselektrode (5) und der Wechselspannungselektrode
(7) 1 bis 20 mm beträgt.
40. Vorrichtung nach den Ansprüchen 19 und 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannungselektrode
(7) aus einem Metalldraht mit einem Durchmesser von 1 bis 20 mm oder aus einem Metallprofil
mit einem Querschnitt entsprechender Dicke zu dem Drahtdurchmesser besteht.
41. Vorrichtung nach den Ansprüchen 19, 20 und 29, 30, dadurch gekennzeichnet, daß
der Abstand zwischen der Gleichspannungselektrode (5) und der Gegenelektrode (9) 1
bis 20 mm beträgt.
42. Vorrichtung nach den Ansprüchen 19 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
der Gleichspannungselektrode (5) und der dielektrischen Schicht (8) eine lichtundurchlässige
Abschirmung (24) angeordnet ist.
43. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (24)
der Gleichspannungselektrode (5) einen Austrittsspalt (25) für den Aufladestrom aufweist.
44. Vorrichtung nach den Ansprüchen 42 und 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung
(24) eine Hülle, gefüllt mit Fremdgas, bildet.
45. Vorrichtung nach den Ansprüchen 42 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich
der Gleichspannungselektrode (5) unter Überdruck steht.