DE1447048A1

DE1447048A1 - Elektrographisches Aufzeichnungsverfahren

Info

Publication number: DE1447048A1
Application number: DE19591447048
Authority: DE
Inventors: Benn Robert E; Herman Epstein
Original assignee: Burroughs Corp
Current assignee: Unisys Corp
Priority date: 1958-02-12
Filing date: 1959-02-06
Publication date: 1968-12-19
Also published as: FR1220262A; DE1447048B2; GB893842A; US3441437A

Description

efilektrographisches Aufzeichnungeverfahren"

Di· Erfindung betrifft ein elektrographiech.es Aufzeichnungeverfahren, insbesondere Verbesserungen eines solchen Verfahrene, di· eich aus der Verwendung eines Aufzeichnungsmittel^ ergeben» das die gewünschten elektrischen Eigenschaften aufweist.

Das elektrographische Aufzeichnungsverfahren umfaßt drei Stufen· Die erst· Stufe besteht in der Herstellung oder im Drucken von elektrisch geladenen Bereichen auf ausgewählten Stellen eines Aufaeichnungsmitteis, wobei diese Bereiche Angaben darstellen« Die zweite Stufe besteht in der Entwicklung der geladenen Bereicht auf dem Aufzeichnungsmittel, indem dieselben beispielsweise sichtbar gemacht werden. Die dritte Stufe, die freigestellt ist, besteht im Fixieren oder Dauerhaftmaohen der entwickelten Bereiche. Beim elektrographischen Aufzeichnungsverfahren finden diese drei Stufen nacheinander statt und werden an örtlich voneinander getrennten Stellen ausgeführt.

Das Aufzeichnungsmittel besteht vorzugsweise aus einer Trägerschicht oder einer Papierbahn, auf deren eine Seite eine dünne Schicht von hohem spezifischem Widerstand oder ein dielektrisches Material aufgebracht ist. Der Zeitraum, der erforderlich ist, um aiii? der dielektrischen Schicht einen elektrostatisch geladenen Bereich herzustellen, beträgt 10"*° sek oder weniger. Dies ermöglicht, das Aufzeichnungsmittel mit im

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wesentlichen konstanter hoher Geschwindigkeit durch xLie* Druckstation (die Stelle» wo die elektrisch geladenen Bereiche hergestellt werden) zu bewegen» Es ist wünschenswert» daß die Geschwindigkeiten, mit denen die Entwicklung und die Fixierung des Aufzeichnungsmittels vorgenommen werden, mit der Geschwindigkeit abgestimmt sind, mit der das Aufzeichnungsmittel durch die Druckstation hindurchgeht*

Beim elektrographiachen Aufzeichnungsverfahren ist es auch wünschenswert, daß die Ladungsdichte der auf der dielektrischen Schicht des Aufzeichnungsmittels hergestellten oder abgesetzten geladenen Bereiche ein Maximum erreiont, um das Entwickeln oder Einfärben zu erleichtern. Wie später noch genauer erklärt wird» besteht der Grund hierfür darin, daß die von einem geladenen Bereich angezogene Farbmenge eine Funktion der in einem geladenen Bereich vorhandenen Größe der Ladung oder der Oberflächendichte der Ladung ist. Hierdurch wird der Grad des Kontrastes zwischen einem gefärbten Bereich und einem ungefärbten Bereich bestimmt.

Bei den ersten Ausfühiiungsformen der Vorrichtung zur Ausführung der elektrographischen Aufzeichnung konnte nicht immer eine zuverlässige und gute Färbung der geladenen Bereiche der dielektrischen Schicht des Aufzeichnungsmittels erzielt werden. Es traten Schwankungen in der Qualität der Färbung auf, die mit jenen Faktoren nicht in Beziehung standen, die normalerweise hätten gesteuert werden müssen, wie z.B. die Spannungen, die zur Herstellung der geladenen Bereiche in der Drucks tat ion ver-r wendet wurden. Wach vielen Versuchen,^vÄLese Schwierigkeit zu beheben, wurde gefunden, daß die Größe des spezifischen Widerstandes der Trägerschicht des Aufzeichnungsmittel einen bestimmenden Faktor darstellt, der darüber.entscheidet, ob eine zufriedenstellende Färbung erzielt werden kann oder, nicht·

Gegenstand der Erfindung sind daher Verbesserungen des elektrographleohen Aufzeichnungsverfahrens·

Einen anderen Gegenstand der Erfindung bildet ein verbessertes elektrographisches Aufzeichnungaverfahren, bei welchem die Ladungsdichte der elektrisch geladenen Bereiohe der dielektrischen Schicht des Aufzeichnungemittele ein Maximum β.reicht.

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Einen weiteren Gegenstand der Erfindung "bildet ein ver-

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bessertee Verfahren zur Entwicklung elektrostatisch latenter Bilder einen Aufzeichnungsmittele.

Noch einen anderen Gegenstand der Erfindung bildet ein verbessertes Schnellverfahren zur Entwicklung eines Aufzeichnungsmit tele, auf dem Angaben anfänglich in Form von elektrisch geladenen Bereichen abgesetzt werden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind bei dem elektrographischen Aufzeichnungsverfahren Verbesserungen in der Ladung der ausgewählten Bereiche der dielektrischen Schicht des Aufzeichnungen!ttele und in der Entwicklung der geladenen Bereiche vorgesehen, so daß mit einer Färibe?station von angemessener Größe und mit Bewegungsgeschwindigkeiten des Aufzeichnungs mittels durch die Förderstation, welche die maximale Aufzeichnungsgeschwindigkeit nicht begrenzen, zuverlässig eine ausreichende Färbung des Aufzeichnungsmittels erzielt werden kann·

Das elektrographisohe Aufzeichnungsverfahren gemäß der Erfindung umfaßt daher die Herstellung elektro graphisch latenter Bilder an ausgewählten Stellen eines Aufzeichnungsmittels, das eine dielektrische Sohicht von hohem spezifischem Widerstand aufweist, die auf einer !Trägerschicht von wesentlich geringerem spezifischem Widerstand befestigt ist, ferner die Herstellung eines elektrisch leitenden Stromkreises zwischen der dielektrischen Sohicht und der trägerschicht, wobei mindestens jener Teil des Stromkreises, der die dielektrische Schicht berührt, aus einem Entwicklungsmedium besteht, sowie die Aufrechterhaltung dee Stromkreises während eines Zeitraumes, der zur Entwicklung der latenten Bilder ausreicht.

In der Zeichnung zeigt:

Flg. 1 schematiach eine Vorrichtung zur Ausführung des elektrographisohen Aufzeichnungsverfahrene,

Fig. 2 in größerem Maßstab einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig· 1,

Fig. 3 ein Beispiel der elektrographischen Aufzeichnung,

Fig· 4 in größerem Maßstab einen Teil der Bruokstatlon einer elektrographischen Aufzeichnungsvorrichtung,

Fig. 5 schematisch entsprechend Fig. 4 die idealisierte Verteilung von elektrischen Ladungen auf dem Aufzeichnungs-

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mittel nach der Herstellung eines geladenen Bereiches, wenn die Trägerschicht aus Material von hohem spezifischem Widerstand besteht,

Fig. 6 schematisoh ©ntpsrechend Fig« 4 die idealisierte Verteilung von elektrischer*. Ladungen auf dem Aufzeichnungsmittel, wenn der spezifische Widerstand der irägereehicht innerhalb des gewünschten Bereichs von Werten liegt»

Fig« 7 schematiech in größerem Maßstab das Entwickeln oder Färben eines AufZeichnungsmittels_s das eine !Trägerschicht von geringem spezifischem Widerstand aufweist,

Fig. den entsprechenden elektrischen Stromkreis zu Fig· 7#

Fig· 9. schematisch die Verteilung der Ladungen und der Farbteilchen nach Abschluß des Fordervorganges, wenn die Trägerschicht des .aufzeichnungemittela aus Material von geringem spezifischem Widerstand hergestellt ist,

Fig· 10 den entsprechenden elektrischen Stromkreis zu Fig. 4»

Fig· 11 schematisoh die Verteilung der Ladungen und der Farbteilchen nach Abschluß des Färbevorganges, wenn die !Trägerschicht aus Material von hohem spezifischem Widerstand her· gestellt ist,

Gemäß Fig· 1 ist das Aufzeichnungsmittel 10 auf einer Vorratsspule 12 aufgewickelt. Das abgewickelte Aufzeichnungsmittel 10 wird in der Druckstation 18 zwischen der Gegenelektrode 14 und dem Druckkopf 16 hindurchgeführt· In der Drucketation 18 werden an ausgewählten Stellen des Aufzeichnungsmittels 10 elektrische geladene Bereiche hergestellt* Wenn der Druckkopf 16 gemäß Fig. 2 eine einzige Reihe von sieben in gleichem Abstand liegenden vorderen Elektroden 20 aufweist, die in einer Reihe im rechten «inkel zur Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsmittels 10 angeordnet sind, müssen auf ausgewählte Elektroden 20 in der richtigen Reihenfolge Druckspannungsimpula« zur «wirkung gebracht werden, um die Angaben in der in Fig_f 3 gezeigten Größe zu drucken. Ein^angssignale, welche die Form des üblichen leletype-Oodes haben können, werden auf die Eingangsklemme 22 zur Wirkung gebracht. Im Entschlüsseier 24

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bewirken dl· verschlüsselten Eingangssignale die Erregung einer Leitung, welche dem Symbol, dem Buchstaben oder der Ziffer entspricht, die durch eine bestimmte Codegruppe dargestellt wird. Im Verschlüssele:»! 26 wird die durch eine erregte Leitung vom Entschlüsseier 24 dargestellte Angabe in Kombinationen der Elektroden 20 übersetzt, die zu erregen sind, sowie die Zeitfolge, in der sie zu erregen sind, um die Symbole, Buchstaben und Ziffern der Angabe zu bilden. Der Verschlüsseier 26 steuert die Erregung mehrerer Impulsantriebe 28, von denen je einer mil jeder Elektrode 20 des Druckkopfes 16 verbunden 1st· Sie Drucl spanmmgsJJipulse werden auf die vom Verschlüsseier 26 bestimmten -Elektroden 20 zur Wirkung gebracht, um Muster der geladenes Bereiche auf den Aufzeichnungsmittel herzustellen· Die Einwirkung der Druckspannungsimpulse und die Bewegung des Aufzelohnungsmittels 10 duroh die Druckstation 18 sind synchronisiert, um AufBelohnungen zu erhalten, wie sie beispielsweise in Fig· 3 dargestellt sind· Die Ausbildung und die Wirkungsweise des Entschlüsselers, des Verschlüsselet und der Impuls&intriebe sind genauer in der kannadischen Patentanmeldung Nr. 688 157 ▼ob 10·6.55, in der französischen Patentschrift 1 134 109t in der deutschen Patentanmeldung B 3675 und in der britischen Patentschrift 784 450 beschrieben.

Bei einer bevorzugten Ausführungsfora werden negative Druokepennungeiapulse von ausreichender Amplitude mit einer Spannung von 1500 V auf die entsprechenden Elektroden 20 zur Wirkung gebracht, üb eine elektrische Entladung zwischen jeder der erregten Ekektroden 20 und der Gegenelektrode 14 einzuleiten. Si· Gase in dem Spalt zwischen den Elektroden 20 und dem Auf zeichnuugsmittel 10 sind dem atmosphärischen Druck der Umgebung unterworfen. Die Amplitude der Druckspannungsimpulse bewirkt, dafi einige Elektronen von der Elektorde 20 ausgesandt werden, auf die der Impuls zur Wirkung ko^mt, oder daß Elektronen von einer äußeren Quelle in das Feld zwisohen der erregten Elektrode 20 und der Gegenelektrode 14 eintreten. Die ersten Elektronen werden durch das starke elektrische Feld beeohleunigt und stoßen Bit Molekülen Ib Spalt zwischen der erregten Elektrode 20 und der Gegenelektrode 14 zusammen. Diese Zueaamenstuße ionisieren die Moleküle und geben zusätzliche Elektronen frei. Aue den ersten Elektronen wird auf diese Weise

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eine Lawine von Ladungsträgern gebildet« d.h. von Elektronen und /oder Ionen, die sich rasch quer sum Spalt ausbreitet* Wenn sich das Aufzeichnungsmittel to nicht im Spalte befände, würde die Bildung einer solchen Lawine sofort zu einer vollständigen und durchschlagenden Entladung führen· Durch das Vorhandensein des Aufzeichnungsmittels 10 wird dies verhindert·

Es wird angenommen, daß die Beendigung der Entladung aus den folgenden Gründen erfolgt« Die Lawine der Ladungeträger breitet sich quer zum Spalt aus, bis ihre Vorderkante di· Oberfläche 31 der dielektrischenSchioht 30 des Aufzeichnungsmittel» 10 berührt. Dort hört die Ausbreitung auf, und di· Elektronen und die negativ geladenen Ionen werden gemäß Jig* 4 aid Oberflächenladung auf der Schicht 30 von hohem spezifischem Widerstand abgelagert. Die Lawine wächst zwar nicht weiter an, aber infolge der zur Wirkung gebrachten Spannung lagert sie weiter Elektronen und negativ geladene Ionen auf der dielektrischen Schicht 30 ab, bis sich quer zum Aufzeichnungsmittel 10 eine entgegengesetzte Spannung auebildet· In den MaSe _f In dem die entgegengesetzte Spannung zunimmt, nimmt die wirksame Spannung zwischen der erregten -Elektrode 20 und der Oberfläch· 31 der dielektiisehen Schicht 30 ab, bis die Spannung an ^LnT Oberfläche 31 der dielektrischen Schicht 30 so groß ist, daß kein· weiteren&nsamnlung oder Ablagerung von elektrischen Ladungen auf der Schicht 30 mehr erfolgt»

Das physikalische Ausmaß der -Entladung wird durch di· Tatsache bestimmt, daß die elektrische Feldstärke seitlich von der Achse der vorderen Elektrode 20 rasch abnimmt und bald eine kritische Feldstärke erreichtest, bei welcher eine kumulative Ionisation nicht mehr erfolgt. Diese kritische PeId. stärke grenzt die Außenseite der Lawine ab und demnach auch die Außenkante des gedruckten Punktes 70* Die Größe des Punktes 70 kann zum Teil durch die Amplitude und die Größe dea Spannungeimpulses gesteuert werden, durch den Abstand zwischen der vorderen Elektrode und der Gegenelektrode sowie durch Einspritzen eines elektronegatlven Gases und von Wasserdampf in den Spalt zwischen der vorderen Elektrode 20 und der dielektrischen Schioht 30 des Aufzeiohnungsmittele 10, wie in der

Anmidung beschrieben wird (entsprechend der U.S.

Anmeldung Sr. 660 408 vom 20·5.57).

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Für jeden Druokepannungsimpuls, der auf eine vordere Elektrode 20 .zur Wirkung kommt, wird ein elektrisch geladener Be» reich oder ein elektrostatisch lantentee Bild auf der freiliegenden Oberfläche 31 der dielektrischen Schicht 30 hergestellt, die eioh zur Zeit der Einwirkung des Impulses zwischen der erregten vorderen Elektrode 20 und der Gegenelektrode 14 befinde det.

Wenn Stiftelektroden mit einer scharfen Spitze verwendet werden» haben diese geladenen Bereiche die Form von kleinen kreisförmigen Punkten, wie Fig. 3 zeigt·

Hachdea in der Druckstation 18 auf der dielektrischen Schicht 30 de· Aufzeichnungsmittel 10 geladene Bereiche her» gestellt worden sind, wird die nächste Stufe des Verfahrene in der Entwicklung·- oder Färbestation 40 ausgeführt. Biese besteht aus eine» hohlen Gehäuse 42, durch welches das Aufzeichnungsmittel 10 in senkrechter Richtung hindurchgeht. Der untere Teil des Gehäuses 42 ist mit einer pulverförmigen leitenden Farbe 44 gefüllt· Das Aufzeichnungsmittel 10 tritt durch eine schmale öffnung in den unteren Teil des Gehäuses ein. Das Herausfallen der Farbe 44 durch die Öffnung wird durch übliche Mittel, wie B.B· Filsdiohtungen, verhindert, die nicht dargestellt sind. Sie Höhe der Farbschicht la unteren Teil des Gehäuses ist so grofl, dafl ei· das Aufzeichnungsmittel dicht umschließt, oder das Aufzeichnungsmittel 10 ist in die Farbe 44 eingetaucht. Hachdem das Aufzeichnungsmittel durch die Farbschicht hindurchgegangen ist» werden mitgeführte Farbteilchen, die aber von den geladenen Bereichen des Aufzeichnungsmittels nicht angezogen sind, durch Einrichtungen, wie z.B. den ^Schwingungserzeuger 46, die Leitblech· 48 und den Stabusauger 50, entfernt. Hich dem Austritt dee Aufzeichnungsmittel· aus der Färbeetatioa 40 haft« Farbteilchen la wesentlichen nur an dielektrisch geladenen Bereichen der Schicht 30·

Di· Art der Fixierung der Farbe auf dem Aufzeichnungsmittel 1st teilweise von den physikalischen Eigenschaften der dielektrischen Schicht 30 abhängig. Die Fixierstation 60 ist zum Gebrauch geeignet, wenn die dielektrische Schicht 30 au· einem th«rmopla*ti«ch«m Material hergestellt ist, das einen genügend hohen spezifischen Widerstand aufweist, wie z.B. Polyäthylen

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oder Polystyrol- Die Fixierstation 60 besteht aus einer Heizvorrichtung 62 und zwei Kalanderwalzen 64. Die Heizvorrichtung 62 ist vorzugsweise eine elektrische Heizvorrichtung und so ausgebildet, daß an das über die Heizvorrichtung hinweg geführte Aufzeichnungsmittel 10 soviel Hitze abgegeben wird, daß die Schicht 30 weich und klebrig wird. Kurz nach den Verlassen der Heizvorrichtung 62 geht dis Aufzeichnungsmittel zwischen den Kalanderwalzen 64 hindurch,velche die 2?arbteilchen in die dielektrische Schicht hineindrücken, so daß dieselben an die Schicht physikalisch gebunden werden. G-ewünschtenfalls kann dann das Aufzeichnungsmittel auf der Spule 66 aufgewickelt werden. Die Antriebsrollen 68, die dajs Aufzeichnungsmittel durch die Druckstation 18, die Färbestation 40 und die Mxierstation 60 bewegen, können durch einen (nicht dargestellten) Motor angetrieben v/erden·

Eine zufriedenstellende Ausführungsform des Aufzeichnungsmittels 10 besteht aus einer Trägerschicht 32, die ungefähr 0,762 mm dick ist. Auf eine Seite der Schicht 32 ist die dünne dielektrische Schicht 30 mit einer Dicke von ungefähr 0,127 mm aufgebracht, die rus Polyäthylen besteht,dem etwa 15 Gewicht! ->£ Titandioxyd als 1? rbstoff zugesetzt sind. Eine bevorzugte Zusammensetzung der Trägerschicht 32 besteht aus 679»5 kg trockenem, ungebleichtem, skandinavischem Seilstoff ohne Zusatz von Alaum oder Lein und aus 34 kg handelsüblichem Kohlenruß. Der Polyäthylenüberzug wird, auf das Papier gespritzt.. Eine andere zufriedenstellende Zusammensetzung für die Trägerschicht besteht aus 679»5 kg trockenem, vollständig gebleichtem skandinavischem Zellstoff, 34 kg Kohelnruß, 11,3,kg Stärkeleim und 31,7 kg Alaum. Die spezifischem Widerstände der Trägerschichten, die aus einer der beiden Zusammensetzungen hergestellt werden, sind so berechnet, daß sie etwa 5»10 Ohm/cm betragen. Der spezifische widerstand von Polyäthylen beträgt 10 Ohm/cm oder mehr. Der spezifische »Viderstand der Trägerschicht ist eine Funktion der Menge von Kohle'mruß, die in der Schicht verteilt ist. Die Menge von Kohdonruß, die eiie· Partie Zellstoff zuzusetzen ist, um den bestimmten spezifische] „iders^and zu erhalten, wirdlempirisch bestimmt.

Das Verfahren zur Bestimmung des spezifischen Widerstandes der Trägerschicht iöt folgendes! Ein üing aus einem

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leitenden Material» wie z.B. Silber, mit einem Durchmesser von etwa 6,35 an wird auf die eine Seite der Trägerschicht aufgebracht· Sin Ringwulst aus dem gleichen Material mit eines Innendurchmesser von etwa 12,7 mm wird konzentrisch zu dem inneren Hing und auf der gleichen Seite der Trägerschicht. , angeordnet· Der Außendurchmesser des Ringwulstes beträgt/Z*),4 mm· Der Widerstand zwischen dem Hing und dem Hlngwulst wird dann in Ons gemessen. Der spezifische Widerstand der Trägerschicht kann dann berechnet werden, da die Dicke der Trägerschicht gemessen werden kann.

Es wurde festgestellt, daß Trägerschichten mit auf die oben angegebene Weise bestimmten spezifischen widerständen im Bereich von 10 -10* Ohm/cm eine gute Färbung bei ziemlich hohen Laufgeschwindigkeiten des Aufzeichnungsmittels von beispielsweise 2»54 m/s ergeben, ohne daß die Pärbestation übermäßige Größe haben müßte. Trägerschichten mit einem spezifischen Widerstand von mehr als 10 Ohm/cm habe sich nicht als zufriedenstellend erweisen· Ebenso sind Trägerschichten mit eines spezifischen Widerstand von weniger als 10 Ohm/cs nicht zufriedenstellend, wenn sie in einer elektrographischen Aufzeichnungsvorrichtung mit einer Gegen-Elektrodenschaltung verwendet werden, wie sie in der Anmeldung ·····.··. beschrieben ist (entsprechend der U.S.-Anmeldung Nr. 650 890 vom 5.4» 57}· Wenn nur eine einsige Gegenelektrode verwendet wird, wie in Jig· 1 dargestellt ist» gibt es keine untere Grenze für die Mindestwerte des spezifischen Widerstandes der Trägerschicht·

Ia allgemeinen haben sich Papiere, deren spezifische Widerstände hauptsächlich durch in denselben verteilte ionische Leiter bestimmt werden, nicht als zufriedenstellend erwiesen· Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß der spezifische Widerstand der Trägerschicht dann hauptsächlich eine ,Punktion des feuchtigkeitsgehalt es ist. flenn der Feuchtigkeitsgehalt gering ist» ist der spezifisohe Widerstand des Papiers größere als die obere Grenze des gewüssohten Bereiches von Werten. Als das am meisten zufriedenstellende Material hat sieh Kohlenruß erwiesen, der bei Mischung mit des Papierbrei den gewünschttn Bereich von spezifischen Widerständen ergibt« die vos feuchtigkeitsgehalt der Schicht im wesentlich«

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unabhängig sind und die physikalischen Eigenschaften der trägerschicht nicht nachteilig beeinflussen«

Fig· 4 zeigt eehematisch in gröflerem Maßstab eine einzige vordere Elektrode 20 mit der Gegenelektrode 14. Wenn auf die Elektrode 20 ein Druekspannungsimpuls 72 zur Wirkung kommt, wird in dem Bereich zwischen der Elektrode 20 und der Oberfläch« 31 der dielektrischen Schicht 30 eine Lawine von Ladungsträgern erzeugt. Wie oben beschrieben wurde, wird durch diese Lawine eine Ladung im Punkt 70 auf der Schicht 30 hergestellt« In Fig· 4 ist der Spannungsimpuls 72 als negativ bezeichnet, während die Gegenelektrode 14 auf Bezüge- oder Erdpotenial gehalten wird· Auf Grund von Studien ά^τ Herstellung eines geladenen Bereichs wird angenommen, dad jeder geladene Bereich durch eine einsige Lawine von Ladungsträgern gebildet wird und daß der Zeitraum, der für die Ausbreitung der Lawine von der Elektrode 20 bis zur Schicht 30 erforderlich 1st, etwa 10~° sek oder weniger beträgt· Obwohl in der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben ist, daß negative Bruckspairaungsimpulse sur Herstellung von negativ geladenen Bereichen auf dem Aufzeichnungsmittel verwendet werden , ist das elektrographische Aufzeichnungsverfahren nicht hierauf beschränkt. SewUnschtenfalls können auf die vordere -^lektorde auch positive Druckspani* nungsiapujLse zur Wirkung gebracht und· auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht 30 positiv geladene Bereiche hergestellt werden. Biese positiv geladenen Bereiche werden dann im wesentlichen in der gleichen Weise entwickelt wie die negativ* η geladenen Bereiche·

Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen die idealisierte Verteilung von elektrischen Ladungen auf dem Aufzeichnungsmittel kurz nach Beendigung des Druokspannungsimpulses·- In Fig· 5 1st angenommen, daß der spezifische Widerstand der Trägerschicht 74 alt jenem der dielektrischen Sohioht 30 vergleichbar ist und etwa 10 ⁵ Ohm/cm beträgt. In Fig· 6 ist angenommen, dafl der spezifische widerstand der Trägerschicht 32 nicht mehr al· 10^ Ohm/cm beträgt. In Flg. 5 bilden die Schichten 30,34 zusammen das Dielektrikum eines gleichwertigen Kondensator·, wobei die Dicke des Dielektrikum· im wesentliche» gleich ist $·η·τ der Sohiohten 30 und 74·

infolge des verhältnismäßig geringen spezifischen Widerstandes der Trägerschicht 32 im Vergleich zur Sehloht 30 bildet

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in fig· 6 die Schicht 30 das Dielektrikum eines gleichwertigen Kondensator·. Der Abstand zwischen den Ladungen, d.h. die Dikke des Dielektrikums, ist im wesentlichen gleich der Dicke der Schicht 30· Bekanntlich ist die Kapazität eineο Kondensators verkehrt proportional zur Dicke des Dielektrikums· Es ist daher selbstverständlich, daß die Kapazität pro Flächeneinheit des gleichwertigen Kondensators, der gemäß Fig. 6 nur durch 41· dielektrische Schicht 30 gebildet wird, viel größer 1st als die Kapazität des gleichwertigen Kondensators gemäß Fig. 5, der durch die beiden Schichten 30 und 74 gebildet wird* Ss 1st auoh bekannt, daß die in einem Kondensator bei einem bestimmten Potential gespeicherte Ladung direkt proportional ist zur Kapazität. Bei gleichen Spannungen wird daher auf dem Kondensator gemäß Fig« 6 eine größere elektrisch· Ladung gespeichert werden als auf dem Kondensator gemäß Fig· 5« Außerdem wird die Dichte der elektrischen Ladung im Punkt 70 der Fig. 6 beträchtlich größer sein als die Ladungedlohte im Punkt 76 der Fig· 5.

Wie Fig« 7 zeigt, wird das Aufzeichnungsmittel 10 in der Färbe β tat ion 40 zuerst in eine Schicht pulverförmigen Farbstoffes 44 eingetaucht. In Fig. 7 sind die Farbstoffteilchen 44 durch Kreise veranschaulicht. Eine für die Verwendung beim elektrographischen Aufzeichnungsverfahren zufriedenstellende Farbe wurde durch Zerstäubungstrocknen eines in einer Kugelmühle bearbeiteten Schlammes hergestellt, der aus Kohlenruß, einem the rmopl'as ti sehen Kohlenwasserstoff kunstharz, einem Lösungsmittel und einem Benetzungsmittel besteht. Eine bevorzugte Verteilung der Größen der erhaltenen Teilchen wurde durch Regelung des Terfahrens selbst und durch nachfolgendes Sieben ersielt· Das erhaltene Pulver ist trocken, schwarz, elektrisch leitend, von verhältnismäßig geringem spezifischem Gewicht und frei fließend. Eine beispielsweise Zusammensetzung eines solchen Schlammes ist folgendes

Harz 21 Gewichts^ Kohlenruß 14 ^H

Lösungsmittel 64 " Benetzungsmittel 1 "

Der Schlamm wird in einer Kugelmühle bearbeitet, um eine 809813/0421 ^

Dispersion des Kohlenrußes in dem gelösten Harz herzustellen« Nachdem eine entsprechende Dispersion erzielt ist, wird der Schlamm in einem Zerstäubungstrockner getrocknet. Sie eidh ergebenden trockenen .Teilchen werden durch den Luftstrom im !Trockner zu einem oder mehreren Sammlern gelenkt. Diese sind so eingestellt, daß sie i¹ eilchen, welche mehr als die gewünschte Mindestgröße aufweisen, direkt abführen. Durch eine darauffolgende Siebung werden übergroße Teilchen ausgeschieden* Die gewünschte Verteilung der Durchmesser der Teilchen liegt im Bereich von 12 - 100^t. Das geometrische Mittel der Teilchendurohmesser liegt im Bereftdh von 20 - 40 ^, und 98 Gewichts# der Teilchen haben Durchmesser im Bereich von 12 - 80 IL, · Der spezifische widerstand einer solchen Farbe unter einem Druck von 20 g/ca beträgt 2000 Ohm/cm, d.h., er liegt im Bereich von 200 - 20 000 Ohm/cm.

Die obere Grenze der spezifischen Widerstände von F rben, die für die Verwendung bei dem Verfahren zufriedenstellend sind, liegt bei 20 000 Ohm/cm. Eine untere Grenze gibt es nicht.

wenn sich der !Teil des Aufzeichnungsmittels 10 mit dem geladenen Bereich 70 gemäß Pig. 7 in der Farbschicht befindetj besteht ein leitender Weg oder ein elektrischer Stromkreis zwischen den elektrischen Ladungen an der Grenze zwischen den Schien ten 50, 32 und den elektrischen Ladungen, welche den geladenen .Bereich 70 bilden. Die den geladenen Bereich 7>0 bildenden elektrischen Ladungen induzieren entgegengesetzte Ladungen in den dem Bereich 70 am nächsten liegenden Farbteilchen· Die durch die induzierten Ladungen verursachte Bewegung der Elektronen durch das Farbstoffpulver 44 stellt einen Strom her, der in gewissem Maße die positiven Ladungen an der Grenze zwischen der dielektrischen Schicht 30 und der Trägerschicht 32 neutralieiertiDie in den Farbteilchen, welche den den Bereich bildenden Ladungen am nächsten liegen, induzierten Ladungen erzeugen «in starkes elektrisches Feld, das bewirkt, daß die in unmittelbarer Hähe des Bereichs 70 befindlichen Farbstoffteilchen am geladenen Bereich 70 des Aufzeichnungsmittels 10 anhaften.

In Fig. 8 ist der entsprechende elektrische Stromkreis zu Fig. 7 dargestellt. Der Kondensator 80 ist das Äquivalent der Kapazität pro Flächeneinheit der dielektrischen Schicht 30. Der 'Widerstand 82 entspricht dem spezifischen Widerstand einer Flächeneinheit der Trägerschicht 32. Wenn der Schalter 84 geschloesen ist oder wenn das Aufzeichnungsmittel 10 in die Farbe 44

eingetaucht ist, fließt ein Seil der im Kondensator 80 gespeicherten Ladung durch, den Widerstand 32, um den Kondensator 86 au laden, der das Äquivalent der Kapazität pro Flächeneinheit eines gleichwertigen Kondensators ist, welcher zwischen den auf der Schicht 30 angesetzten Ladungen und den Ladungen vorhanden ist, die auf den dem Punkt 70 am nächsten liegenden Farbstoffteilchen induziert worden sind. Es ist kein Widerstand gezeichnet, der das Äquivalent des spezifischen Widerstandes der Farbe darstellt, da die Größe des spezifischen Widerstandes des Farbpulvers 44 in den meisten Fällen im Vergleich zum spezifischen Widerstand der Trägerschicht vernachläasig-bar ist·

Die Kapazität pro Flächeneinheit einer Polyäthylenschicht ▼on 0,5 * 10 ³m Dicke wurde mit ungefähr 160 mmfd/cm berechnet. Bei einer Trägerschicht 32 von 3 * 10 ⁷ mm Dicke mit eine» spezifischen Widerstand von 5 · 10 Ohm/cm beträgt die Zeitkonstante des Aufzeichnungsmittels annähernd 6,1 ms. Die Grüße der Ladung in dem gleichwertigen Kondensator 86 ist eine Funktion der Zeitkonstanten des Stromkreises. Der Seitstrom, während dem sich das Aufzeichnungsmittel 10 in der Farbe 44 befindet oder der durch die Farbe hindurchgehende Stromkreis aufrecht erhalten werden soll, entspricht jenem, der erforderet lieh ist, um zu bewirken, daß eine ausreichende Farbstoffmenge von dem geladenen Bereich 70 angezogen wird oder an demselben anhaftet, so daß ein Kontrast zwischen den gefärbten und den ungefärbten Bereichen wahrneimbar ist. Der Stromkreis braucht nicht länger als die vierfache Zeitkonstante aufrechterhalten su werdenk weil nur eine vernachlässigeare Zunahme der elektrischen Ladung des gleichwertigen Kondensators 86 erfolgt. Der Zeitraum, welcher der vierfachen Zeitkonstante des Aufzelchnungsmittele 10 (bestehend aus dem Kondensator 80 und dem Wideretand 82) gleich ist, beträgt in diesem Beispiel 24,4,we« Die Zeitkonetante des Stromkreises gemäß Fig. 8 wird ungefänr gleich jener des Aufzeichnungsmittels 10 (Kondensator 80 und Widerstand 82) angenommen, da die Kapazität des gleichwertigen Kondensators 86 viel größer ist als jene des gleichwertigen Kondensators 60, weil der Abstand zwischen den dem geladenen Bereioh 70 am nächsten liegenden Farbstoffteilchen viel geringer ist al· di* Dicke der dielektrischen Schicht 3'0. Infolgedessen kann angenommen werden, daß die Kapazität der hintereinander g·Behalteten gleichwertigen Kondensatoren 80, 86 nur

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wenig geringer ist ale jene des Kondensators 80·

Wenn das Aufzeichnungsmittel 10 mit einer Geschwindigkeit von 2,54 m/s bewegt wird, muß die Farbschicht 44 in der Färbe» station 40 eine Dicke von 2,44 · 10 ^J mm aufweisen, um das Aufzeichnungsmittel für einen der vierfachen Zeitkonstante des Aufzeichnungsmittels entsprechenden Zeitraum in die Farbe 44 eingetaucht au halten· X'iexaa. der spezifische Widerstand der Trägerschicht etwa 10 Ohm/cm beträgt und das Aufzeichnungsmittel mit der gleichen Geschwindigkeit von 2,54 m/s bewegt werden soll, müßte die Dicke der Farbschicht 44 etwa 1,2 m beitragen«

Aus dem Vorstehenden ergibt sich die Beziehung zwischen dem spezifischen Widerstand der Trägerschicht des Aufzeichnungs mittels, der Fördergeschwindigkeit des Aufzeichmmgsaittels und der Dicke der Farbschicht in der Färbestation* Um die Größe der Färbestation bei einer hohen Fördergeschwindigkeit in angemessenen Grenzen zu halten, muß die !Trägerschicht einen verhält niamäßig geringen spezifischen s/iderstand aufweisen*

Bei Beendigung des Färbe.vorganges entspricht die idealisierte Verteilung der Ladungen im w©sentlichen der in Fig· 9 dargestellten Verteilung, gemäß welcher zu den in der Druckstation auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht 30 abgesetzte Ladungen entgegengesetzte Ladungen auf den Farbstoffteilchen induziert worden sind· Die zwischen den Ladungen auf der dielektrischen Schicht 30 und den Ladungen auf den Farbstoffteilchen vorhandenen elektrostatischen Kräfte sind sehr groß· Es wurde durch Versuche festgestellt, daß sie ungefähr 8000 mal stärker sind als die Schwerkraft.

Da die Zeitkonstaate des Aufzeichnungsmittels während des Färbevorganges so bedeutend ist,kann sich aber nun die Frage ergeben, warum sie bei der Herstellung eines geladenen Bereichs nicht ebenso wichtig ist. In Fig· 10 ist der entsprechende elektrische Stromkreis zu Fig. 4 dargestellt. Der Kondensator 80 stellt wieder die Kapazität pro Flächeneinheit der dielektrischen Schicht 30 und der Kondensator 88 di· Kapazität pro Flächeneinheit der Trägerschicht 32 dar. Der Wideret and 82 stellt wieder den spezifischen Widerstand einer Flächeneinheit der Trägerschicht 32 dar. Die Vorderkante dea Druckapannungaimpulees, di· dem Schließen des Schalters 90 entspricht, bringt

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auf die Kondensatoren 8O₉ 88 eine hohe Spannung zur Wirkung. Die Kapazität jedes der Kondensatoren 80 und 88 ist gering, so daß die Bauer eines Stromimpulses im Aufzeichnungsmittel 10 t sWtir kurz ist und die zur Wirkung gebrachte Spannung auf die Kondensatoren 80 und 88 aufgeteilt wird· Der verhältnismäßig geringe spezifische Widerstand der Trägerschicht 32 macht dieselbe zum Äquivalent eines unvollkommennen Kondensators« der sich durch seinen eigenen Widerstand selbst entlädt» so dafl ein entsprechender Bruchteil der elektrischen Ladungen auf der dielektrischen Schicht 30 zurückbleibt. Die Zeitdauer für die lint ladung des Kondensators 88 wird wieder durch die wirksame Zeitkonatante des ^ntladungsstromkreises bestimmt und ist eine Funktion der GrSSe des spezifischen Widerstandes der Trägerschicht 32·

In Mg. 11 ist die idealisierte Verteilung der elektric sehen Ladungen und der Farbstoff teilchen nach dem Durchgang eines Aufzeiohnungsmittels mit einer Trägerschicht 74 von hohem spezifischem Widerstand durch die Färbestation dargestellt. Unter diesen Umständen wird auf der freiliegenden Seite der Trägerschicht ein im wesentlichen gleicher und entgegengesetzt geladener Bereich. 96 vorhanden sein. Die Größe des Bereiches 96 wird jedoch im allgemeinen größer sein als die Groß· des auf der dielektrischen Schicht 30 abgesetzten Bereiches 76· Die Oberflächendiohte der den Bereich 76 bildenden Ladungen wird auch geringer sein als die Oberflächendiohte des Bereiches 70· Die Ladungen auf beiden Seiten des Aufzeichnungsmittels werden in den denselben am nächsten liegenden Feststoffteilchen Ladungen induzieren, während sie in der Farbstoff schicht 4-4 eingetaucht sind, wodurch ein äußerer leitender Weg zwischen den Schichten 30, 74 hergestellt wird und Farbstoffteilehen von den entsprechenden geladenen Bereichen angezogen werden· Der Farbstoff wird auf beiden Seiten des Aufzeichnungemittels anhaften, was in den meisten Fällen ein unerwünschtes Ergebnis darstellt. Eine Trägerschicht mit geringem apezifisohem Widerstand weist daher <ün weiteren Vorteil auf, dafi ein Anhaften der Farbstoffteilchen an der Träger schicht des Aufzeichnungsmittels verhindert wird·

Durch die vorstehenden Ausführungen wird die Wichtigkeit der Leitfähigkeit der Trägerschicht beim Druck- und üntwicklungsvorgang des elektrographischen Aufzeichnungsverfahrens

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deutlich gemacht« Pie Erklärung der Art der Herstellung der Ladungen auf der dielektrischen Schicht, des Verhältnisses zwischen der dielektrischen Schicht und dem spezifischen Widerstand bei der Bildung latenter elektrostatischer Bilder und der Färbung dieser Bilder durch pulverfönaige Farbstoffe von geringem spezifischem r/iderstand sind die besten Erklärungen» die für diese Vorgänge bisher gegeben worden sind· Es wird angenommen, daß sie genau sind, und sie werden durch Versuche gestützt. Sie stellen jedoch nur die besten Theorien zur Erklärung der beobachteten Ergebnisse dar, die der Anmelderin derzeit bekannt sind, und der Rahmen der Erfindung soll nicht auf diese !Theorien beschränkt sein«

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Claims

MlJ Elektrographlsches Aufzeichnungsverfahren, bei welchem elektrostatische latente Bilder an ausgewählten Stellen eines AufzelohnungsmittelB hergestellt und später entwickelt werden, dadurch gekennzeichnet, dafl das Aufzeichnungsmittel eine dielektrische Schicht ait einem hohem spezifischen Widerstand aufweist, die auf einer Trägerschicht mit einem wesentlich geringeren spezifischen Widerstand befestigt ist, daß bei der Entwicklung der Bilder ein elektrisch leitender Stromkreis hergestallt wird, der dl· frei liegenden Oberflächen der !Trägerschicht und der dielektrischen Schicht berührt, und daß mindestens der Seil des Stromkreises, der die dielektrische Schicht berührt, aus de» Entwicklungemedium gebildet ist.

2. Verfahren naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß daa Bntwicklungemedium ein elektrisch leitendes Pulver ist, und daft der Stromkreis einen verhältnismäßig geringen spezifischen Widerstand aufweist und während eines Zeitraumes aufrechterhaltet wird» der ausreicht, um das Anhaften einer Pulversohicht an den geladenen Bereichen auf der dielektrischen Schicht zu bewirken.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet! daß der Stromkreis durch Eintauchen des Aufzeichnungsmittels in das die Entwicklung bewirkende leitende Pulver hergestellt wird.

4· Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht einen spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10 Ohm/cm, die Trägerschicht eines spezif sehen Widerstand von nicht mehr als 10° Ohm/cm und das die Entwicklung bewirkende Pulver einen spezifischen

, Widerstand von nicht mehr als 2 · 10⁴" Ohm/cm aufweist, wenn es j - '2

einem Druck von 20 g/om unterworfen wlird.

5· Verfahren naoh einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer, während welcher der Stromkreis aufrechterhalten wird, zum spezifischen Widerstand der Trägersohioht de« Aufzeichnungsmittels in Beziehung steht.

6· Verfahren naoh einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der latenten Bilder aus ersten Ladmngen von einer Polarität in einem Bereich der freiliegenden OberfUUhe der dielektrischen Schicht und aus induzierten Ladungem von entgegengesetzter Polarität auf der anderen Seit* der

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Schicht besteht, wobei diese Ladungen, mit dem dazwischen liegenden Dielektrikum einen ersten geladenen Kondensator bilden und die 'ürägersehicht einen widerstand bildet, der an einem Ende mit einer Seit® das geladenen Kondensator» verbunden ist, welcher sich bei Herstellung des Stromkreises entlädt_r um einen zweiten Kondensator zu laden, der au$ den ersten Ladungen und den Ladungen* besteht, die auf dta den ere ten Ladungen am nächsten liegenden Teilchen des die Entwicklung bewirkenden leitenden Pulvere induziert werden«

7. Verfahren nach Anspruch 6 und einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer» während welcher der Stromkreis aufrechterhalten wird, mindestens der vierfachen Zeitkinstante des Stromkreises gleich ist, der die Kondensatoren, den Widerstand und das die Entwicklung bewirken« de leitendenPulver umfaßt» in welches das Aufzeichnungsmittel eingetaucht ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1» dadurch gekernt aiohnet» daß di® latenten Bilder hergestellt werden» iM«& d&s Aufzeich* mingsmittel zwischen zwei Elektroden angeordnet und zwischen diesen -tilektorden eine elektrische Entladung herbeigeführt wird·

i»at«n fen weit

Dipl.-lng.W«Hmuth Kosel

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