<EMI ID=1.1>
La présente invention est relative en général
à des copieurs xérographiques et plus particulièrement à
un applicateur perfectionné pour déposer des particules d'encre chargées triboélectriquement sur une image latente chargée électrostatiquement afin de rendre visible et de développer cette image.
Dans la technique xérographique, une couche isolante photoconductive, dont la surface est uniformément chargée électriquement, est d'abord exposée à un modèle éclairé comportant des parties claires et des parties foncées des informations à reproduire. La charge de revêtement sur la couche est dissipée sélectivement par le modèle éclairé pour donner une image électrostatique latente. Après cela, pour développer l'image, de la poudre thermoplastique pigmentée, finement divisée,ou encre est déposée sur l'image latente, les particules d'encre adhérant aux zones chargées électrostatiquement en proportion des charges sur celles-ci.
Dans un imprimeur xérographique à papier ordinaire tel que celui décrit dans le brevet américain Boulton N[deg.]
2.987.037, la couche isolante photoconductive est supportée sur un tambour rotatif et l'image encrée développée sur la surface de cette couche est transférée du tambour sur une feuille de papier ordinaire. L'image développée sur le papier y est alors fixée par de la chaleur, qui amalgame les particules d'encre, au papier. Il est aussi connu d'effectuer une telle fusion par l'application de pression plutôt que de chaleur.
Dans un imprimeur xérographique à papier traité tel que celui décrit dans le brevet américain Shelffo N[deg.]
3.520.604, il n'est pas nécessaire de transférer l'image encrée développée à partir de la couche isolante photoconductive puisque dans ce cas on utilise du papier revêtu de particules photoconductives d'oxyde de zinc dispersées dans un liant résineux filmogène. La surface revêtue du papier est soumise à une charge électrostatique de couverture, qui est alors exposée au modèle contenant des parties claires à reproduire pour créer une image latente de celui-ci. L'image latente est développée par l'encre, qui est fixée directement sur le papier traité, évitant ainsi la caractéristique de la phase de transfert d'un imprimeur à papier non traité.
La présente invention concerne en premier lieu un appareil adapté pour déposer de l'encre sur une image latente
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tive, l'invention étant parfaitement applicable à des imprimeurs xérographiques à papier traité et à papier ordinaire.
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à encre , il existe des développements en cascade, à brosse
et brosse magnétique aussi bien que des développements à
nuage de poudre et à liquide. Un système à développement en cascade, tel que celui décrit dans le brevet américain Shaffert
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à trait mais il a une valeur limitée là où un développement de zone pleine est requis. Pour un développement de zone pleine produisant une bonne copie d'un original, qui comprend des photographies aussi bien qu'un texte imprimé, des applicateurs à brosse ont une plus grande utilité.
Dans un système de développement à brosse, tel
que celui décrit dans le brevet américain Boulton 2.987.037, on utilise une brosse douce en fourrure, qui agit non seulement pour ramasser et transférer des particules d'encre sur une image électrostatique latente mais aussi pour communiquer une charge triboélectrique à des particules actuellement amenées en contact avec les poils de la brosse.
En général, un type d'applicateur d'encre utilisé largement dans des imprimeurs xérographiques disponibles dans le commerce est le système à brosse magnétique, tel que celui décrit dans le brevet américain Morse 3.674.532. Un dévelop-peur à brosse magnétique requiert un mélange révélateur constitué par des particules de fer ferromagnétiques mélangées à de la poudre d'encre. Ce mélange est ramassé par un aimant ayant une conformation en brosse ou semblable à des poils, les particules de fer étant attirées magnétiquement sur les poils et les particules d'encre adhérant électrostatiquement aux particules de fer. Les poils sont électriquement conducteurs et contribuent à transférer l'encre sur l'image latente chargée électrostatiquement.
Un imprimeur xérographique comportant un système de développement à brosse magnétique implique un appareil relativement coûteux et complexe et est sujet par un usage prolongé à des souillures et autres problèmes. De plus, les particules de fer sont physiquement mises en oeuvre au cours de l'opération et-leurs propriétés se dégradent, ce qui rend nécessaire de temps en temps le fait de couper la machine pour remplacer dans le mélange les particules de fer.
Dans le but de supprimer les inconvénients des systèmes de développement à brosse magnétique existants, il
est connu de prévoir des particules d'encre ayant un noyau ferromagnétique recouvert d'une enveloppe en résine thermoplastique, évitant par là la nécessité d'un mélange. Mais de telles particules à deux composants sont coûteuses et augmentent substantiellement le coût de la réalisation de copies.
En raison de ce qui précède, l'objectif principal
de la présente invention est de réaliser un applicateur perfectionné adapté pour transmettre une charge tribo�électrique à des particules d'encre et pour former une couche mince uniforme de celles-ci, couche qui est appliquée sur une image électrostatique latente, pour de ce fait développer cette image.
Un applicateur suivant l'invention est utilisé en liaison avec un imprimeur xérographique à papier ordinaire, dans lequel des particules d'encre sont appliquées à une couche isolante photoconductive formée sur un tambour de transfert, ou avec un imprimeur à papier traité dans lequel les particules sont appliquées sur la surface traitée du papier. L'applicateur est approprié pour les deux développements,de trait et de zone pleine.
Plus particulièrement, un objet de la présente invention est de réaliser un applicateur dans lequel une mince couche de particules d'encre chargées triboélectriquement est formée uniformément sur la surface d'un rouleau porteur rotatif, qui vient en prise avec la surface d'une bande en mouvement de papier traité ayant sur elle une image latente, le mouvement relatif entre le rouleau et la bande étant tel qu'il crée des forces de cisaillement réglant et augmentant le dépôt de particules d'encre sur l'image latente.
Parmi les avantages significatifs d'un applicateur d'encre suivant l'invention pour la phase de développement d'un imprimeur xérographique, on peut citer que l'applicateur
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n'ayant pas de propriétés magnétiques inhérentes, et qu'on ne doit rien ajouter à l'encre à n'importe quel moment. De plus, l'applicateur n'entraîne pas l'utilisation d'un support magnétique ou électrostatique.
Un autre objet de l'invention encore con.siste à réaliser un applicateur de modèle simple et peu coûteux, qui fonctionne efficacement et sûrement et qui ne requiert que peu d'entretien même après un fonctionnement prolongé.
Brièvement énoncée ces objets sont atteints dans un applicateur dans lequel une alimentation de poudre d'encre est contenue dans une trémie définie par une première plaque pourvue d'une lame flexible s'étendant à partir de celle-ci pour venir en prise avec la surface du rouleau en un point de celui-ci, en formant de ce fait une paroi inclinée de la trémie, et une seconde plaque pourvue d'une lame élastique en matériau diélectrique s'étendant à partir de celle-ci et disposée en biais par rapport à la surface du rouleau en un autre point de celui-ci pour former l'autre paroi inclinée, la jonction du bord de la lame et de la surface du rouleau constituant un étranglement étanche.
Lorsque le rouleau tourne des particules d'encre du fond de la trémie s'avancent vers la lame et s'ouvrent un chemin à travers l'étranglement, la lame se pliant pour laisser passer une mince couche de particules, qui adhèrent à la surface du rouleau.
Dans le trajet d'un tel passage, les particules passant à travers l'étranglement étanche sont frottées par friction par le bord de la lame et de ce fait sont amenées à revêtir une charge électrostatique, dont la polarité dépend de la nature triboélectrique de l'encre.
Le papier ou autre support ayant sur lui une image latente chargée électrostatiquement est transporté de manière à venir en prise avec la couche d'encre portée par le rouleau dans un circuit, dans lequel les particules d'encre chargées électrostatiqpement sont attirées vers et transférées au support et déposées sur l'image latente chargée pour développer l'image. Le rouleau applicateur est de préférence mis en rotation à une vitesse produisant une vitesse de surface par rapport à la vitesse d'avancement du support telle qu'elle crée des forces de cisaillement entre surface et support agissant pour régler le dépôt des particules d'encre chargées.
Pour une meilleure compréhension de l'invention aussi bien que d'autres objets et caractéristiques supplémentaires de celle-ci, il est fait maintenant référence à la description détaillée qui suit, qui doit être lue en liaison avec le dessin annexé, dans lequel : Figure 1 montre schématiquement en perspective un applicateur suivant l'invention ; <EMI ID=6.1> Figure 3 montre un détail de l'applicateur, et Figure 4 montre l'extrémité d'un rouleau applicateur avec un rouleau de mesure.
En se reportant maintenant au dessin, on voit un applicateur suivant l'invention adapté pour fonctionner dans la phase de développement d'un imprimeur xérographique à papier traité, dans lequel des copies de documents sont réalisées directement sur une bande 10 de papier traité. La technique photoélectrostatique pour la réalisation de copies d'un original graphique sur un papier traité ou enduit est plus spécifiquement décrite dans un article intitulé "Electrofax Direct Electrophotographic Printing on Paper" par C.J. Young & Al, dans la revue RCA, vol. 15, N[deg.] 4, pages 469-484, décembre 1954.
Dans le procédé de base "Electrofax" décrit dans cet article, une charge électrostatique de revêtement est surimposée sur la face enduite d'une bande 10 dans une chambre noire. La surface chargée est après cela exposée à un modèle comportant des parties claires et des parties foncées de l'original à reproduire dans le but de former une image électrostatique latente de celui-ci sur la surface photoconductive de ce papier.
Dans l'applicateur, l'image latente est formée sur la face supérieure 10A d'une bande de papier 10, la bande pénétrant dans l'applicateur le long d'un guide d'entrée 11
et étant entraînée dans celui-ci par une paire de rouleaux coopérants 12 et 13. La bande avançant est alors amenée transversalement à un sabot de pression PS à double courbure, qui est adapté pour presser la partie de la bande disposée entre les courbures contre la face inférieure d'un rouleau applicateur rotatif 14.
A partir du sabot, la bande 10 se déplace transversalement à un guide de sortie de papier 15, à partir duquel elle passe dans la phase de fixage de l'imprimeur xérographique. La nature de la phase de fixage ne fait pas partie de la présente invention. Cependant, il faut noter que l'applicateur fait usage de particules d'encre, qui se prêtent d'elles-mêmes
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1;ion d'un simple, compact et efficient imprimeur xérographique à bas prix, qui ne requiert aucune période d'échauffement comme dans le cas d'imprimeurs qui font usage d'une phase de fixage thermique.
Le rouleau 14 est supporté sur un arbre 16 accouplé de manière effective par des engrenages ou courroies appropriées à un moteur à vitesse variable 17, grâce à quoi la vitesse de rotation du rouleau par rapport à la vitesse de déplacement de la bande peut être réglée pour provoquer les conditions de transfert optimales.
Au rouleau 14 est associée une plaque inclinée 18 s'étendant sur toute la longueur du rouleau et pourvue d'une lame de fermeture flexible 19 s'étendant vers le bas à partir du bord inférieur de la plaque. La lame 19 vient en prise avec la surface supérieure du rouleau 14 dans une position à droite du plan vertical Y passant par l'axe X du rouleau. Audit rouleau est aussi associée une plaque 20 inclinée de manière inverse, qui s'étend sur toute la longueur du rouleau, cette plaque 20 étant pourvue d'une lame 21 s'étendant vers le bas à partir du coté inférieur de ladite plaque.
La lame 21 agit pour distribuer une charge électrostatique aux particules d'encre et doit par suite être fabri-
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propriétés diélectriques. Dans ce but sont appropriés du Mylar, du polyéthylène, du polycarbonate et autres matériaux plastiques diélectriques avec des propriétés mécaniques et diélectriques acceptables.
Comme montré en figure 2, l'aménagement de la plaque est tel que la lame 21 est disposée en biais, de manière telle que son bord presse contre la surface supérieure du rouleau pour former un étranglement étanche à la jonction du bord et de la surface du rouleau en un point déplacé à gauche du plan vertical Y. Le rouleau 14- tourne dans le sens contraire aux aiguilles d'une montre et, du fait qu'elle est en biais, la lame 21 est quelque peu incurvée avec son bord pressé tangentiellement contre la surface en mouvement du rouleau.
Les plaques inclinées en combinaison avec le rouleau et avec des plaques d'extrémité (non représentées) définissent une trémie pour y maintenir un approvisionnement substantiel
22 de particules d'encre. Ces particules sont formées de poudre pigmentée thermoplastique, peu coûteuse telle qu'une résine
de polyamide ou du polystyrène. Les dimensions des particules peuvent être de l'ordre de 15 à 35 microns mais de préférence elles restent dans un intervalle étroit d'environ 20 à 30 microns.
Les particules d'encre, se trouvant dans l'approvisionnement et qui sont au fond de la trémie et pressent contre la surface du rouleau rotatif, sont amenées vers la lame 21
et sont poussées dans l'étranglement étanche. A cause de la pression exercée par le bord de la lame contre la surface du rouleau, une mince couche seulement de particules peut passer à travers l'étranglement.
Lorsque les particules sont poussées à travers cet étranglement étanche, elles frottent par friction contre le bord diélectrique de la lame et ainsi acquièrent une charge triboélectrique, dont la polarité dépend de la nature des particules. La polarité de la charge à transmettre à l'encre dépend des exigences de l'imprimeur xérographique et suivant que l'on désire développer une image négative ou positive.
Le choix des matériaux diélectriques pour la lame inductrice de charge et pour l'encre, qui frotte contre le bord de la lame, est régi par les principes d'électricité de frottement ou de tribo�électricité, qui se rapportent au phénomène se présentant lorsque deux substances différentes sont frottées l'une contre l'autre. En général, on peut dire que la différence de potentiel entre deux diélectriques en contact est proportionnelle à la différence entre leurs constantes diélectriquer, celui ayant la plus grande constante étant rendu positif. Des matériaux sont souvent inscrits dans une série triboélectrique, dans laquelle n'importe quel matériau de la liste, lorsqu'il est frotté contre un autre matériau occupant une position inférieure sur la liste, devient positif.
La raison pour laquelle il est important que les particules d'encre se trouvent dans un intervalle de dimensions étroites,est d'assurer un engagement par friction entre virtuellement toutes les particules de la couche et le bord
de la lame. Si les particules devaient se trouver dans un large intervalle, alors seules les particules de plus grandes dimensions frotteraient contre le bord et se chargeraient, alors que les particules plus fines seraient négligées et seraient dénuées de'propriétés attractives propres. En prévoyant toutes les particules à l'intérieur seulement d'un intervalle étroit, toutes les particules seront substantiel-lement chargées tribo�électriquement.
Dans le but de prévoir un champ électrique entre le rouleau 14 et l'image électrostatique latente formée sur la face supérieure 10A de la bande 10, le rouleau 14 est de préférence formé en un élastomère électriquement conducteur approprié comme support pour l'encre tel que caoutchouc ou Néoprène, avec du graphite ou autre matériau conducteur qui y est dispersé.
Le rouleau 14 est monté sur des paliers isolés électriquement de telle sorte qu'un potentiel de polarisation peut être appliqué entre le rouleau et le guide de sortie de papier
15. Le voltage de polarisation appliqué est de l'ordre d'environ 10 à 250 volts en courant 'continu, avec un signe approprié au type d'encre utilisé et au type de caractère souhaité. Suivant une autre possibilité, une diode Zener adéquate peut être connectés entre le rouleau et la plaque de guidage pour limiter la polarisation induite à un degré approprié.
La fonction de polarisation dans le présent système est la même que dans le développement à brosse magnétique à deux composants, c'est-à-dire la réduction ou l'élimination du dépôt d'encre dans les zones de non-image de la surface photoconductive. Dans l'impression positive, où l'encre est déposée sur les zones chargées d'une surface photoconductive, la polarisation utilisée aurait le même signe que la charge photoconductive et agirait pour maintenir l'encre sur le rouleau. Ainsi, si la charge sur les zones d'image de la surface photoconductive était de - 300 Volts et la charge sur les zones de non-image de 50 Volts, alors une polarisation de - 100 Volts sur le rouleau agirait pour empêcher un dépôt d'encre dans
les zones de non-image.
Dans la reproduction inverse, où l'encre est déposée sur les zones déchargées de la surface photoconductive, la polarisation empêche un virage d'arrière-plan en maintenant un voltage sur l'encre, qui agit pour réduire ou éliminer le dépôt dans les zones de signe semblable de la surface photoconductive,
Ainsi, une mince couche uniforme de particules d'encre chargées est enduite sur la surface du rouleau 14, lorsqu'elle quitte le bord de la lame 21. Cette couche d'encre portée par le rouleau vient en prise avec l'image électrostatique latente sur la surface supérieure de la bande 10 et y est transférée sélectivement, les particules étant attirées seulement sur les zones chargées de la bande. Les particules restant dans la couche ne sont pas gaspillées mais retournent
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cyclage.
En pratique, on a trouvé souhaitable de faire tourner le rouleau 14- à une vitesse élevée en réalisant un mouvement relatif entre la surface du rouleau et la bande de papier en prise avec cette dernière. Les forces de cisaillaient ou
de glissement résultant entre elles agissent pour régler et accroître le dépôt des particules d'encre chargées sur l'image latente et améliorent l'image développée.
Des lames, qui travaillent efficacement, sont fabriquées à partir de n'importe quels matériaux diélectriques suivants : Teflon, Mylar, H-Film (Polyimide Dupont), polycarbonate et acétate de cellulose dans une épaisseur d'environ 0,025 mm à 1,6 mm. Le bord de la lame doit être rectiligne et lisse pour permettre un contact uniforme avec l'encre sur toute la longueur de l'étranglement. Des entailles ou des éraflures dans le bord de la lame même minuscules comme 0,05 mm peuvent occasionner des défauts dans la reproduction. En pra-tique, le bord peut être biseauté dans l'une ou l'autre direction et, c'est possible, arrondi.
L'angle de contact constitué par la lame par rapport au rouleau à l'étranglement n'est pas critique. N'importe laquelle des diverses configurations possibles représentées par les lames 21A, 21B, 21C, 21D, 21E et 21F en figure 3 fonctionnera de manière acceptable. Cependant, l'aspect critique du système se trouve dans la pression à l'étranglement. Une pression insuffisante permettra à l'encre de passer à travers l'étranglement sans contact de frottement propre avec la lame. Avec un contact de frottement inadéquat, la couche d'encre sur le rouleau 14 ne sera pas uniformément chargée et cela amènera un risque de reproductions d'arrière-plan faibles et/
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excessive réduira l'épaisseur de la couche d'encre d'où des reproductions faibles à basse densité. En pratique, par suite, le système est pourvu de moyens de réglage de lame (non représenté) rendant possible de donner à la pression à l'étranglement une valeur optimale.
Alors qu'on a montré et décrit une réalisation préférée d'un applicateur d'encre pour un copieur électrostatique suivant l'invention, il est bien entendu que maints changements et modifications peuvent y être apportés sans cependant sortir du domaine de l'invention.
Au lieu d'utiliser un premier moyen de fermeture consistant en une plaque pourvue d'une lame incurvable s'étendant à partir de celle-ci et formée en un matériau diélectrique, ledit moyen de fermeture peut consister en un rouleau de mesure 23, figure 4, qui est substantiellement parallèle au rouleau applicateur rotatif et dont la surface vient en contact avec la surface dudit rouleau rotatif de manière telle
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The present invention relates in general
to xerographic copiers and more particularly to
an improved applicator for depositing triboelectrically charged ink particles on an electrostatically charged latent image in order to make visible and develop this image.
In the xerographic technique, a photoconductive insulating layer, the surface of which is uniformly electrically charged, is first exposed to an illuminated model comprising light parts and dark parts of the information to be reproduced. The coating charge on the layer is selectively dissipated by the illuminated model to provide a latent electrostatic image. After that, to develop the image, finely divided, pigmented thermoplastic powder or ink is deposited on the latent image, the ink particles adhering to the electrostatically charged areas in proportion to the charges thereon.
In a plain paper xerographic printer such as that described in US Pat. No. Boulton N [deg.]
2.987.037, the photoconductive insulating layer is supported on a rotating drum and the ink image developed on the surface of this layer is transferred from the drum to a sheet of plain paper. The image developed on the paper is then fixed there by heat, which amalgamates the ink particles, to the paper. It is also known to effect such fusion by the application of pressure rather than heat.
In a treated paper xerographic printer such as that described in the American patent Shelffo N [deg.]
3,520,604, it is not necessary to transfer the inked image developed from the photoconductive insulating layer since in this case paper coated with photoconductive particles of zinc oxide dispersed in a resinous film-forming binder is used. The coated surface of the paper is subjected to a blanket electrostatic charge, which is then exposed to the model containing clear portions to be reproduced to create a latent image thereof. The latent image is developed by the ink, which is fixed directly to the processed paper, thus avoiding the characteristic of the transfer phase of a printer to untreated paper.
The present invention relates firstly to an apparatus adapted for depositing ink on a latent image.
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tive, the invention being perfectly applicable to xerographic printers treated paper and plain paper.
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ink, there are cascade developments, brush
and magnetic brush as well as developments to
cloud of powder and liquid. A cascade development system, such as that described in the American patent Shaffert
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line but is of limited value where full area development is required. For solid area development producing a good copy of an original, which includes photographs as well as printed text, brush applicators are most useful.
In a brush developing system, such
As described in US Pat. No. 2,987,037, a soft furry brush is used, which acts not only to pick up and transfer ink particles onto a latent electrostatic image but also to impart a triboelectric charge to particles currently being fed. in contact with the bristles of the brush.
In general, one type of ink applicator widely used in commercially available xerographic printers is the magnetic brush system, such as that described in U.S. Morse Patent 3,674,532. A magnetic brush developer requires a developer mixture consisting of ferromagnetic iron particles mixed with ink powder. This mixture is picked up by a magnet having a brush or bristle-like conformation, the iron particles being magnetically attracted to the bristles and the ink particles electrostatically adhering to the iron particles. The bristles are electrically conductive and help transfer ink to the electrostatically charged latent image.
A xerographic printer incorporating a magnetic brush developing system involves a relatively expensive and complex apparatus and is subject through prolonged use to smudges and other problems. In addition, the iron particles are physically involved in the process and their properties degrade, making it necessary from time to time to cut off the machine to replace the iron particles in the mixture.
In order to eliminate the drawbacks of existing magnetic brush developing systems, it
It is known to provide ink particles having a ferromagnetic core covered with a shell of thermoplastic resin, thereby avoiding the need for mixing. But such bicomponent particles are expensive and substantially increase the cost of making copies.
Due to the above, the main objective
of the present invention is to provide an improved applicator adapted to transmit a tribo � electric charge to ink particles and to form a uniform thin layer thereof, which layer is applied to a latent electrostatic image, for further this fact develop this image.
An applicator according to the invention is used in connection with a plain paper xerographic printer, in which ink particles are applied to a photoconductive insulating layer formed on a transfer drum, or with a processed paper printer in which the particles are applied to the treated surface of the paper. The applicator is suitable for both developments, line and full area.
More particularly, an object of the present invention is to provide an applicator in which a thin layer of triboelectrically charged ink particles is formed uniformly on the surface of a rotating carrier roll, which engages the surface of a web. in motion of processed paper having a latent image thereon, the relative motion between the roll and the web being such as to create shear forces regulating and increasing the deposition of ink particles on the latent image.
Among the significant advantages of an ink applicator according to the invention for the development phase of a xerographic printer, it may be mentioned that the applicator
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having no inherent magnetic properties, and nothing should be added to the ink at any time. In addition, the applicator does not involve the use of a magnetic or electrostatic support.
Yet another object of the invention is to provide a simple and inexpensive model applicator which operates efficiently and reliably and which requires little maintenance even after prolonged operation.
Briefly stated these objects are achieved in an applicator in which a supply of ink powder is contained in a hopper defined by a first plate provided with a flexible blade extending therefrom to engage the surface. of the roller at a point thereof, thereby forming an inclined wall of the hopper, and a second plate provided with an elastic blade of dielectric material extending therefrom and disposed at an angle relative to on the surface of the roller at another point thereof to form the other inclined wall, the junction of the edge of the blade and the surface of the roller constituting a tight constriction.
As the roller rotates ink particles from the bottom of the hopper advance towards the blade and make their way through the constriction, the blade bending to pass a thin layer of particles, which adhere to the surface. of the roll.
In the path of such a passage, the particles passing through the sealed constriction are rubbed by friction by the edge of the blade and thereby are caused to coat an electrostatic charge, the polarity of which depends on the triboelectric nature of the blade. 'ink.
The paper or other medium having an electrostatically charged latent image on it is transported so as to engage the ink layer carried by the roller in a circuit, in which the electrostatically charged ink particles are attracted to and transferred to the ink. support and dropped onto the loaded latent image to develop the image. The applicator roller is preferably rotated at a speed producing a surface speed relative to the advancing speed of the support such as to create shear forces between the surface and the support acting to control the deposition of the ink particles. loaded.
For a better understanding of the invention as well as other objects and additional features thereof, reference is now made to the following detailed description, which should be read in conjunction with the accompanying drawing, in which: Figure 1 schematically shows in perspective an applicator according to the invention; <EMI ID = 6.1> Figure 3 shows a detail of the applicator, and Figure 4 shows the end of an applicator roll with a measuring roll.
Referring now to the drawing, there is seen an applicator according to the invention adapted to operate in the development phase of a treated paper xerographic printer, in which copies of documents are made directly on a strip 10 of treated paper. The photoelectrostatic technique for making copies of a graphic original on treated or coated paper is more specifically described in an article entitled "Electrofax Direct Electrophotographic Printing on Paper" by C.J. Young & Al, in the journal RCA, vol. 15, N [deg.] 4, pages 469-484, December 1954.
In the basic "Electrofax" process described in this article, a coating electrostatic charge is superimposed on the coated side of a strip 10 in a darkroom. The charged surface is thereafter exposed to a pattern comprising light parts and dark parts of the original to be reproduced in order to form a latent electrostatic image thereof on the photoconductive surface of this paper.
In the applicator, the latent image is formed on the upper face 10A of a strip of paper 10, the strip penetrating into the applicator along an entry guide 11
and being driven therein by a pair of cooperating rollers 12 and 13. The advancing web is then fed transversely to a double curvature PS pressure shoe, which is adapted to press the part of the web disposed between the curvatures against the underside of a rotating applicator roller 14.
From the shoe, the web 10 moves transversely to a paper exit guide 15, from which it passes into the fixing phase of the xerographic printer. The nature of the fixing phase is not part of the present invention. However, it should be noted that the applicator makes use of ink particles, which lend themselves to
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1; ion of a simple, compact and efficient xerographic printer at low cost, which does not require any warm-up period as in the case of printers which make use of a thermal fixing phase.
The roller 14 is supported on a shaft 16 effectively coupled by gears or belts suitable for a variable speed motor 17, whereby the rotational speed of the roller relative to the moving speed of the web can be adjusted to cause optimal transfer conditions.
Associated with the roller 14 is an inclined plate 18 extending the entire length of the roller and provided with a flexible closure blade 19 extending downwardly from the lower edge of the plate. The blade 19 engages the upper surface of the roller 14 in a position to the right of the vertical plane Y passing through the X axis of the roller. This roller is also associated with a plate 20 inclined in the reverse manner, which extends over the entire length of the roller, this plate 20 being provided with a blade 21 extending downwards from the lower side of said plate.
The blade 21 acts to distribute an electrostatic charge to the ink particles and must therefore be manufactured.
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dielectric properties. Suitable for this purpose are Mylar, polyethylene, polycarbonate and other dielectric plastic materials with acceptable mechanical and dielectric properties.
As shown in Figure 2, the arrangement of the plate is such that the blade 21 is disposed at an angle, such that its edge presses against the upper surface of the roll to form a tight constriction at the junction of the edge and the surface. of the roller at a point displaced to the left of the vertical plane Y. The roller 14- rotates counterclockwise and, because it is at an angle, the blade 21 is somewhat curved with its pressed edge tangentially against the moving surface of the roller.
Angled plates in combination with the roller and with end plates (not shown) define a hopper to maintain a substantial supply therein
22 of ink particles. These particles are formed from inexpensive thermoplastic pigmented powder such as a resin.
polyamide or polystyrene. The particle sizes can be on the order of 15 to 35 microns, but preferably they remain within a narrow range of about 20 to 30 microns.
The ink particles, which are in the supply and which are at the bottom of the hopper and press against the surface of the rotating roller, are brought to the blade 21
and are pushed into the tight throttle. Due to the pressure exerted by the edge of the blade against the surface of the roll, only a thin layer of particles can pass through the throat.
When the particles are pushed through this sealed constriction, they rub by friction against the dielectric edge of the blade and thus acquire a triboelectric charge, the polarity of which depends on the nature of the particles. The polarity of the charge to be transmitted to the ink depends on the requirements of the xerographic printer and whether it is desired to develop a negative or a positive image.
The choice of dielectric materials for the charge inducing blade and for the ink, which rubs against the edge of the blade, is governed by the principles of friction electricity or tribo � electricity, which relate to the phenomenon itself. exhibiting when two different substances are rubbed against each other. In general, we can say that the potential difference between two dielectrics in contact is proportional to the difference between their dielectric constants, the one having the largest constant being made positive. Materials are often listed in a triboelectric series, in which any material on the list, when rubbed against another material at a lower position on the list, becomes positive.
The reason why it is important that the ink particles fall within a narrow dimensional range is to provide frictional engagement between virtually all particles in the layer and the edge.
of the blade. If the particles were to lie in a wide range, then only the larger sized particles would rub against the edge and get charged, while the finer particles would be overlooked and be devoid of inherent attractive properties. By predicting all particles within only a narrow interval, all particles will be substantially electrically charged tribo.
For the purpose of providing an electric field between the roller 14 and the electrostatic latent image formed on the upper face 10A of the strip 10, the roller 14 is preferably formed of an electrically conductive elastomer suitable as a carrier for the ink such as rubber or neoprene, with graphite or other conductive material dispersed therein.
Roll 14 is mounted on electrically insulated bearings so that a bias potential can be applied between the roll and the paper exit guide.
15. The applied bias voltage is on the order of about 10 to 250 volts DC, with an appropriate sign for the type of ink used and the type of character desired. Alternatively, a suitable Zener diode can be connected between the roller and the guide plate to limit the induced bias to an appropriate degree.
The polarization function in the present system is the same as in the two-component magnetic brush development, i.e. reducing or eliminating ink deposition in the non-image areas of the surface. photoconductive. In positive printing, where ink is deposited on charged areas of a photoconductive surface, the bias used would have the same sign as the photoconductive charge and act to hold the ink on the roller. Thus, if the charge on the image areas of the photoconductive surface were - 300 Volts and the charge on the non-imaging areas 50 Volts, then a bias of - 100 Volts on the roll would act to prevent deposition of. ink in
non-image areas.
In reverse reproduction, where the ink is deposited on the discharged areas of the photoconductive surface, the bias prevents background toning by maintaining a voltage across the ink, which acts to reduce or eliminate deposition in the areas. of similar sign of the photoconductive surface,
Thus, a thin, uniform layer of charged ink particles is coated on the surface of roller 14 as it leaves the edge of blade 21. This layer of ink carried by the roller engages the latent electrostatic image. on the upper surface of the web 10 and is selectively transferred there, the particles being attracted only to the charged areas of the web. The particles remaining in the layer are not wasted but return
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cycling.
In practice, it has been found desirable to rotate the roller 14 at a high speed with relative movement between the surface of the roller and the web of paper engaged therewith. The shear forces or
The resulting slip therebetween act to control and increase the deposition of charged ink particles on the latent image and enhance the developed image.
Blades, which work efficiently, are made from any of the following dielectric materials: Teflon, Mylar, H-Film (Polyimide Dupont), Polycarbonate and Cellulose Acetate in a thickness of about 0.025mm to 1.6mm . The edge of the blade should be straight and smooth to allow even ink contact along the length of the constriction. Even tiny nicks or scratches in the edge of the blade like 0.05mm can cause defects in reproduction. In practice, the edge can be bevelled in either direction and, it is possible, rounded.
The contact angle formed by the blade with respect to the roll at the constriction is not critical. Any of the various possible configurations shown by blades 21A, 21B, 21C, 21D, 21E, and 21F in Figure 3 will work acceptably. However, the critical aspect of the system lies in the throttling pressure. Insufficient pressure will allow ink to pass through the constriction without clean frictional contact with the blade. With inadequate frictional contact, the ink layer on roller 14 will not be uniformly charged and this will bring a risk of weak background reproductions and /
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excessive will reduce the thickness of the ink layer resulting in poor reproductions at low density. In practice, therefore, the system is provided with blade adjustment means (not shown) making it possible to give the pressure at the throttle an optimum value.
While a preferred embodiment of an ink applicator for an electrostatic copier according to the invention has been shown and described, it is understood that many changes and modifications can be made to it without, however, departing from the scope of the invention.
Instead of using a first closure means consisting of a plate provided with a curved blade extending therefrom and formed of a dielectric material, said closure means may consist of a measuring roller 23, FIG. 4, which is substantially parallel to the rotating applicator roll and the surface of which comes into contact with the surface of said rotating roll in such a manner