DE2103113B2

DE2103113B2 - Vorrichtung zur elektrostatischen Aufladung

Info

Publication number: DE2103113B2
Application number: DE2103113A
Authority: DE
Inventors: Norbert Ernst Fritz 5101 Roetgen Hansen; Dieter 5100 Aachen Waedow
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1970-02-21
Filing date: 1971-01-23
Publication date: 1978-11-23
Also published as: US3708661A; CH523524A; GB1330424A; DE2103113C3; CA919246A; NL7002477A; FR2078770A5; DE2103113A1; JPS5335456B1; SE362153B

Description

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der

F i g. 1 eine Ausführungsform einer Aufladevorrichtung nach der Erfindung im Schnitt,

Fig.2 in einer vergrößerten Draufsicht die Ionenquelle nach F i g. 1 und

Fig.3 die Verteilung des Ionenstroms über die isolierende Schicht zeigen.

Die Aufladevorrichtung nach Fig. 1 enthält eine Ionenquelle 1, die aus nadeiförmigen Hauptelektroden 3 (siehe auch F i g. 2), einer zylinderförmigen Schirmelektrode 5 und einer nadeiförmigen Hilfselektrode 7 in einem Isolierblock 9 besteht In der dargestellten Ausführungsform sind, wie dies aus Fig.2 deutlich ersichtlich ist, die Hauptelektroden 3 gleichmäßig über den Mantel eines zur Schirmelektrode 5 koaxialen Zylinders verteilt, während die Hilfselektrode 7 sich mit der Achse beider Zylinder deckt. Aus F i g. 1 zeigt sich, daß die Abmessungen der Ionenquelle 1 vorzugsweise beträchtlich kleiner sind als der Abstand von der Gegenelektrode 11, die auf ihrer der Quelle zugewandten Seite eine deutlichkeitshalber nicht dargestellte isolierende Schicht trägt Auch infolge dieses großen Abstandes wird die Wirkung der Ionenquelle 1 durch das Potential der Gegenelektrode 11 nicht beeinflußt Die Elektroden werden durch übersichtlichkeitshalber nicht dargestellte Hochspannungsquellen gespeist die alle auf einer Seite an einen gemeinsamen Erdungspunkt 13 angeschlossen sind, mit dem auch die Schirmelektrode 5 verbunden ist. Die Hauptelektroden 3 erhalten vom Punkt 15 eine negative Spannung von z. B. 10 kV und die Hilfselektrode 7 erhäit vom Punkt 17 eine positive Spannung von z. B. 8,5 kV. Die Größe dieser Spannungen ist derart gewählt, daß an allen nadeiförmiger. Elektroden eine Koronaentladung auftritt, wobei von den Hauptelektroden 3 negative Ionen und von der Hilfselektrode 7 positive Ionen abgehen. Auf diese Weise wird vermieden, daß sich abstoßende Raumladungskonzentrationen gleichartiger Ionen entstehen; es bildet sich eine homogene Ionenwolke mit sowohl positiven wie negativen Ionen. Da die Gegenelektrode 11 vom Punkt 19 eine positive Spannung von z.B. 13 kV erhält kann sie der Wolke negative Ionen entnehmen, so daß die isolierende Schicht negativ augeladen wird. Diese Ladung ist gleichmäßig über die Schicht verteilt und nicht wie bei den erwähnten, bestehenden Vorrichtungen, in einer Anzahl gesonderter Ladungsgebiete konzentriert Bei der in F i g. 1 dargestellten Anordnung mit einer einzigen Ionenquelle, die in bezug auf die Querabmessung der Gegenelektrode 11 klein ist weist die Mitte der Schicht mehr Ladung auf als die Seitenkanten. Dies

ίο könnte dadurch verbessert werden, daß mehr Ionenquellen benutzt werden, aber eine einfachere und billigere Lösung besteht darin, daß eine Anzahl ringförmiger Ablenkelektroden 21 angebracht werden, die vom Punkt 23 eine vorzugsweise regelbare, positive Spannung von z.B. 10,5kV erhalten, wodurch sie das Ionenbündel längs der Strecke von der Quelle zu der Schicht fächerartig ausbreiten. Es ist dadurch möglich, die bereits gleichmäßige Ladungsverteilung auf dem Isolator weiter zu vergleichmäßigen. Gewünschtenfalls kann noch eine weitere Verbesserung dadurch erhalten werden, daß auf der von der Ionenquelle abgewandten Seite der plattenförmigen Gegenelektrode 11 noch eine Plattenelektrode 25 angebracht wird, die auch eine vorzugsweise regelbare positive Spannung von z. B.

11 kV vom Punkt 27 erhält

Um diese Regelmöglichkeiten vollständig ausnutzen zu können, soll der Ionenstrom zu verschiedenen Teilen der Isolierschicht meßbar sein. Zu diesem Zweck sind Elektrometersonden 2 angebracht, die durch Meßinstru-

jo mente 31 für sehr niedrige Ströme, z. B. Elektrometer, . mit dem Punkt 19 verbunden sind.

Fig.3 zeigt in einer graphischen Darstellung den mittels dieser Sonden 29 aufgenommenen Strom als Funktion des Abstandes von der Mitte einer kreisförmi-

r> gen Gegenelektrode mit einem Durchmesser von 36,5 cm angegeben ist Die Ionenquelle war in einem Abstand von 28 cm von der Gegenelektrode und hatte einen Durchmesser von 12 cm. Es ist ersichtlich, daß über nahezu die ganze Schicht der Ionenstrom und

4i) somit die Ladung sich praktisch nicht ändern.

Durch Änderung der Aufladezeit ist es nunmehr möglich, die Schicht auf jedes erwünschte Potential von einigen Volt ab gleichmäßig aufzuladen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum elektrischen Aufladen einer isolierenden Schicht mit einer Koronaionenquelle und einer dieser gegenüberliegend angeordneten Gegenelektrode als Auflage für die aufzuladende Schicht, deren Koronaionenquelle mindestens eine Hauptentladungselektrode und mindestens eine Schirmelektrode enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Koronaionenquelle (1) mindestens eine Hilfsentladungselektrode (7) aufweist, daß zur gleichzeitigen Erzeugung von positiven und negativen Ionen an die Hauptentladungselektrode bzw. -elektroden eine Entladungsspannung der einen Polarität und an die Hilfsentladungselektrode ι s bzw. -elektroden eine Entladungsspannung der entgegengesetzten Polarität angelegt ist, und die Schirmelektrode bzw. -elektroden auf einem Potential liegen, das zwischen den Potentialen der Haupt- und Hilfsentladungselektroden liegt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptentladungselektroden (3) und die Hilfsentladungselektroden (7) nadeiförmig sind und daß die Schirmelektroden (S) als ein diese Nadelelektroden umgebendes Rohr ausgebildet ist, wobei die Nadelelektroden parallel zur Rohrachse sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmelektrode (5) kreiszylinderförmig ist und daß die Hilfselektrode (7) in der Achse dieses Zylinders verläuft und die Hauptelektroden (3) regelmäßig längs einer zur Schirmelektrode (5) koaxialen Zylinderfläche verteilt liegen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hauptelektrode (3) in der Mitte zwischen der Hilfselektrode (7) und Schirmelektrode (5) liegt

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen der Ionenquelle (1) und der aufzuladenden, isolierenden Schicht und außerhalb der Ionenbahnen von der Ionenquelle (1) zur isolierenden Schicht mindestens eine zur Schirmelektrode koaxial angeordnete ringförmige Ablenkelektrode (21) aufweist, an die eine Spannung der gleichen Polarität wie die Spannung der Hilfsentladungselektrode (7) angelegt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelektroden (21) in verschiedenen Abständen von der aufzuladenden Schicht liegen, wobei der Durchmesser der Ablenkelektroden (21) um so größer ist, je weiter die Ablenkelektroden (21) von der aufzuladenden Schicht entfernt sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der von der Ionenquelle (1) abgewandten Seite der Gegenelektrode (11) eine zu ihr parallele Plattenelektrode (25) angeordnet ist, an die eine Spannung der gleichen Polarität wie die Spannung der on Hilfselektrode (7) angelegt ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (11) an einigen Stellen mit Elektrometersonden (29) zur Messung von Querströmen in der h"> Gegenelektrode versehen ist.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen einer isolierenden Schicht mit einer Koronaionenquelle und einer dieser gegenüberliegend angeordneten Gegenelektrode als Auflage für die aufzuladende Schicht, deren Koronaionenquelle mindestens eine Hauptentladungselektrode und mindestens eine Schirmelektrode enthält

Es ist wichtig, daß die von einer solchen Vorrichtung auf die isolierende Schicht gegebene Ladung gleichmäßig über diese Schicht verteilt wird. Bei bekannten Vorrichtungen versucht man dies dadurch zu erreichen, daß man die isolierende Schicht in bezug auf die Koronaelektroden bewegt, ζ. B. indem die Schicht in Form eines über eine Rolle laufenden Bandes ausgebildet wird (siehe US-PS 27 01 764), oder indem die in Form einer flachen Platte ausgebildete Gegenelektrode, welche die Schicht trägt, unter den Enladungselektroden hin- und herbewegt wird, wie in der GB-PS 6 96 515. In letzterer Patentschrift werden auch Maßnahmen zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit des Aufladungsprozesses mittels eines Gitters zwischen Entladungselektroden und der isolierenden Schicht angegeben. Bei diesen Ausführungsformen kann die Schicht ziemlich gleichmäßig bis zu einem verhältnismäßig hohen Potential, z. B. bis zu einigen Hundert Volt aufgeladen werden. Bei bestimmten Arten von Schichten werden jedoch bessere Resultate erzielt, wenn die Schicht nur bis zu einem Potential von einigen Zehn Volt aufgeladen wird. Bei den erwähnten Aufladevorrichtungen ist dies nur auf Kosten eines Verlustes an Gleichmäßigkeit möglich. Außerdem ist es manchmal nicht erwünscht daß die Schicht während der Aufladung bewegt wird, z. B. wenn gleichzeitig aufgeladen und belichtet werden soll.

Die DE-OS 15 22 660 beschreibt eine Vorrichtung zum Aufladen einer Schicht mit einer Koronaionenquelle die derart umgeschaltet werden kann, daß sie entweder positive oder negative Ionen erzeugt Die DE-OS J 4 97 226 beschreibt eine Anordnung in der eine Elektrode für Koronaentladung aus einer mit einer Wechselspannungsquelle verbundenen Gleichhochspannungsquelle gespeist wird, so daß an der Entladungselektrode eine wellige Hochspannung einer Polarität liegt

Eine wichtige Ursache der ungleichmäßigen Ladungsverteilung besteht darin, daß die Koronaentladung stark lokalisiert ist so daß die gebildeten Ionen von einigen gesonderten Stellen in Richtung auf die Schicht wandern. Auf diese Weise bildet sich eine Anzahl von Ionenkanälen zwischen der Entladungselektrode und der Schicht, die mit Raumladungen des gleichen Vorzeichens gefüllt sind, die sich somit voneinander abstoßen, wodurch auf der Schicht gesonderte Ladungsgebiete gebildet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Bildung von Kanälen zu vermeiden, und auf einer stillstehenden Platte eine kontinuierliche Ladungsverteilung zu erzeugen.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Koronaionenquelle mindestens eine Hilfsentladungselektrode aufweist, daß zur gleichzeitigen Erzeugung von positiven und negativen Ionen an die Hauptentladungselektrode bzw. -elektroden eine Entladungsspannung der einen Polarität und an die Hilfsentladungselektrode- bzw. -elektroden eine Entladungsspannung der entgegengesetzten Polarität angelegt ist, und die Schirmelektrode bzw. -elektroden aus einem Potential liegen, das zwischen den Potentialen der Haupt- und Hilfsentladungselektroden liegt.