Appareil à écran-stencil pour l'impression électrostatique La présente invention a pour objet un appareil à écran-stencil pour l'impression électrostatique dans le quel des particules colorantes sont envoyées sur un sup port à partir d'une électrode de base à travers un écran- stencil, sous l'action d'un champ électrique établi entre l'écran-stencil et ladite électrode de façon que les parti cules colorantes se déposent sur le support en formant une image correspondant à celle de l'écran-stencil.
Cet appareil est caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour débarrasser l'écran.,stencil des parti cules colorantes après une opération d'impression, ces moyens comprenant une source de courant haute ten sion établissant un second champ électrique entre l'écran-stencil et l'électrode de base, permettant aux par ticules colorantes de quitter Pécran-stencil et d'être atti rées vers l'électrode de base.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution et une variante de l'objet de l'invention. La fig. la représente schématiquement une particule de tirage.
Les fig. lb,<B>le,</B> 1d, le et<B>If</B> sont des schémas illus trant le fonctionnement des appareils décrits.
La fig. 2 est une coupe .schématique d'une .première forme d'exécution de l'appareil, et la fig. 3 est une coupe schématique partielle d'une variante.
La fig. la représente une particule de tirage 10 cons tituée par une grosse particule de support 11 et par plu sieurs particules colorantes 12, de relativement petite dimension, qui adhèrent à la particule de support 11 par action triboélectrique (force électrique due au frotte ment). La particule de support 11 peut être en une ma tière conductrice de l'électricité, telle que charbon de bois, grenaille d'acier, d'aluminium, de cuivre, etc. Elle sera, toutefois, de préférence en une matière ferro magnétique, telle que la grenaille de fer.
Les particules colorantes 12 sont de préférence en une matière non conductrice de l'électricité prise dans une série tribo- électrique, afin qu'elles aient une charge négative par rapport aux particules de support 11. Les particules colorantes peuvent toutefois aussi être chargées positive ment par rapport aux particules de support.
Dans un mode d'utilisation du présent appareil on a, par exemple, utilisé comme particules de support 11 de la grenaille de fer No 100 à 140 (ayant environ entre 100 et 150 microns de diamètre) fournie par Anken Film and Cheminal Company pour la mise en oeuvre du :procédé d'impression magnétique Electrofax. Les par ticules colorantes sont de préférence des particules pig mentées de résine, constituées de n-butyl méthacrylate (41 % et de polystyrène (59 %).
De telles particules sont livrées par Xerox Corporation pour emploi dans les machines électrostatiques à photocopier, leur diamè tre étant, en moyenne, de 17 microns.
La fig. 1 b représente une particule de tirage 10 pla cée sur une électrode de base 15 faite en une matière conductrice de l'électricité. Au-dessus de l'électrode 15 est placé un écran-stencil 16 comportant un treillis 17 recouvert d'un enduit 18, de type normal, délimitant des ouvertures 19 constituant le dessin à reproduire. L'écran utilisé est, par exemple, une toile métallique No 200 x 200 mailles, en fil d'acier inoxydable de 40 mi crons environ. Les stencils couramment utilisés dans les procédés sérigraphiques conviennent également.
L'électrode de base 15 et le stencil 16 sont reliés par des conducteurs aux bornes de signe opposé d'une source de courant 22 à haute tension ; un interrupteur 23 est monté sur l'un des conducteurs. Il est préférable que le stencil 16 soit branché, comme représenté, sur le posi tif de la source 22, alors que l'électrode 15 est bran chée sur le négatif. On peut également inverser la pola rité, mais la disposition représentée est préférable pour des raisons expliquées plus loin. Si .les particules colo- rantes sont chargées positivement par rapport aux par ticules de support, le stencil 16 est de préférence relié à la borne négative de la source de haute tension 22.
La fermeture .de l'interrupteur 23 (fig. 1c) a pour effet d'établir un champ électrique intense entre l'élec trode de base 15 et le stencil 16. La particule de tirage 10, chargée par l'électrode de base 15, est repoussée par cette électrode et est poussée par .le champ électri que vers le stencil 16. La charge de la particule de tirage 10 se produit par contact direct de la particule de support 11 et de l'électrode 15. La particule de sup port 11 acquiert la même polarité que l'électrode 15, et, de ce fait, se trouve repoussée. La fig. 1d illustre ce, qui se produit lorsque la particule de tirage 10 parvient en contact avec l'écran stencil 16, conducteur.
Au cours de son mouvement vers le haut (fig. 1c), la particule de tirage 10 acquiert une vitesse telle que, lors de la colli sion de la particule de support 11 sur l'écran stencil 16, les particules colorantes 12 se trouvant en regard des ouvertures 19 continuent leur course, en passant à tra vers le stencil 16, et montent plus haut que ce dernier. La particule de support 11 est trop grande. pour passer à travers les petites ouvertures de l'écran 16 et, par .suite de son contact avec le stencil conducteur 16, elle prend une charge de signe contraire de celle qu'elle avait pré cédemment, de sorte qu'elle est repoussée par l'écran 16 et attirée à nouveau vers l'électrode de base 15.
Un champ électrique peut également être établi entre l'écran 16 et le support 25, par le moyen d'une grille 41 (fig. 2) placée au voisinage du support 25, en regard de la face de ce dernier opposée à celle faisant face à l'écran 16. Cette grille 41 est maintenue à la même polarité que l'écran 16, mais à un potentiel plus élevé. Ce champ électrique auxiliaire contribue également à amener les particules colorantes vers le support 25.
Les fig. le et<B>If</B> montrent un .support 25 disposé au-dessus de l'écran stencil 16. Après que des particules colorantes 12 ont été libérées des particules de support 11, par suite de l'impact de ces dernières contre l'écran 16, ces particules colorantes, par suite de leur inertie, sont amenées jusque sur le support 25 auquel elles adhérent. Au cours du tirage, les particules de tirage 10 continuent d'aller et venir verticalement entre l'électrode de base 15 et le stencil 16, jusqu'à ce qu'une quantité de particules colorantes suffisante pour produire l'impres sion désirée soit parvenue sur le support 25.
Ce dernier, ainsi que les particules colorantes 12 déposées sur lui selon le dessin déterminé par les ouvertures 19, est alors chauffé ou soumis à l'action d'un solvant pour que les particules colorantes soient fixées au support 25.
La fig. 2 représente schématiquement une forme d'exécution d'appareil à imprimer. Cet appareil désigné d'une façon générale par 28, comporte un carter 29 fait en une matière non magnétique, telle que de la matière plastique, du bois ou autre. Un ruban sans fin 30, placé dans la partie supérieure du carter 29, constitue l'élec trode de base 15. Le carter 29 présente une paroi incli née 31 constituant un dévaloir pour des particules de tirage 10 et/ou des particules de support 11, descen dant vers la partie inférieure 32 du carter, où elles s'ac cumulent.
Un tambour magnétique 33, placé au voisinage de la partie 32, est monté sur un arbre 34 et :tourne dans le sens indiqué, contraire à celui des- aiguilles d'une mon tre. Ce tambour magnétique 33 est, par exemple, formé d'un cylindre en aluminium, d'un diamètre d'environ 300 mm, recouvert sur toute sa surface cylindrique d'un ruban magnétique souple de 25 mm de largeur et de 1,5 mm d'épaisseur (article No 60208 de l'American Science Center, Chicago). Le tambour ainsi garni est encore emballé dans un film mylar d'une épaisseur d'environ 1 mm, pour diminuer l'intensité du champ.
Le ruban conducteur constituant l'électrode 30 est monté sur deux rouleaux 36 et 37. Un seul de ces rou leaux, ou les deux, est entrainé par des moyens non représentés. Le rouleau 36 -est en matière magnétique et est placé au voisinage du tambour magnétique 33, dont il est séparé par le ruban conducteur 30. Le rouleau magnétique 36 est agencé de manière à avoir un ,champ magnétique propre de plus grande intensité que le champ magnétique du tambour 33.
Il en résulte que des particules de tirage 10, ou de support 11, recueillies en 32 par le tambour magnétique 33, sont transportées par ce tambour jusque sur le ruban conducteur constituant l'électrode 30, sur lequel ces particules sont transférées par suite de la plus grande intensité du champ magné tique du rouleau 36. Par suite de sa progression, l'élec trode 30 emporte les particules recueillies, en passant sous une lame égalisatrice 38 contrôlant leur débit.
Un conduit de retour, non représenté, ramène les particules en excès dans la partie 32 du carter. Une liai son électrique est généralement établie entre le ruban 30 et la lame 38 par les particules de tirage 10.
Après égalisation, les particules 10 sont amenées dans la zone d'impression où elles se mettent à aller et venir entre l'électrode 30 et le stencil 16, comme décrit précédemment à propos des fig. la et<B>If.</B> Les particules colorantes 12 passant par les ouvertures 19 du stencil sont amenées sur le support à imprimer 25, par suite du champ électrique existant entre le stencil 16 et le support 25. Au début de l'impression, il est préférable qu'une décharge de Corona se produise derrière le sup port 25.
A cette fin, des fils 40 sont placés derrière le support 25 :et un champ électrique est établi entre le stencil 16 et une grille de commande 41, pour amener sur le support 25 certains des ions formés par la décharge de Corona. De la sorte, un champ électrique de haute intensité est établi entre le support 25 et le stencil 16. En outre, la charge déposée sur le support 25 tend à neutraliser le champ associé à l'image constituée par des particules colorantes chargées, résultant de l'accumula tion de particules 12 sur le support 25. Ainsi, l'accumu lation des particules colorantes 12 sur le support 25 a peu d'influence sur l'arrivée des particules colorantes suivantes.
Lorsque le support est un matériau haute ment conducteur de l'électricité, une liaison électrique établie directement avec le support peut également rem plir ces deux fonctions. Pour un support modérément conducteur, tel que du papier, une électrode auxiliaire placée derrière le support remplit avantageusement les deux fonctions. Dans ces deux éventualités, il n'est pas alors nécessaire de prévoir de décharge de Corona ou de grille de commande. Lors de l'impression sur un support en une matière isolante, telle que l'acétate de cellulose, l'emploi de décharges de Corona est souhai table.
La disposition décrite constitue une disposition de base. Lors de l'emploi d'un support en matière isolante, les ions déposés ;sur l'un des côtés du support et les particules colorantes, portant des charges de polarité contraire, déposées sur l'autre côté du support tendent à former une couche doublement chargée créant un seul champ électrique résultant, relativement faible à l'exté rieur. Avec un support en matière conductrice, la con- duction a pour effet de neutraliser les ions, mais en traîne également un excès ou un défaut d'électrons sur la surface sur laquelle les particules colorantes sont déposées, avec la même conséquence.
Après avoir participé à l'impression, les particules de support 11 retombent le long du plan incliné 31, qui les ramène en 32. Au cours de ce trajet sur le plan 31, des particules colorantes 12 sont introduites pour rem placer celles déposées au cours de l'impression. A cet effet, un réservoir 45 pour particules colorantes, com portant un couvercle pivo#.ant 'e, es' p'_acé sous 'e plan incliné 31. Dans le réservoir 45 est logée une brosse cylindrique 47, telle qu'un rouleau de peintre, entraînée en rotation par des moyens non représentés. La brosse 47 prend des particules colorantes dans le réservoir 45 et les chasse sur le plan incliné 31, par des ouvertures <B>4</B>8 de ce dernier.
Dans une forme d'exécution préférée, 1 < < partie du plan incliné 31 adjacente à la brosse 47 est constituée par un treillis en fils d'acier inoxydables, de 200 mailles. Les interstices de ce treillis sont assez grands pour laisser passer les particules colorantes 12, tout en retenant les particules de support 11 descendant le long du plan incliné 31. On peut recourir à d'autres moyens pour amener les particules colorantes dans le circuit, tels, par exemple, qu'un distributeur pneumati que.
La rotation de la brosse 47 fait passer des particules colorantes à travers les ouvertures 48 du treillis. Comme des particules de support I I roulent sur ce treillis, ces particules colorantes se mélangent aux particules de sup port sur lesquelles elles adhèrent. Des passages succes sifs des particules sur le plan incliné 31 améliorent le mélange et le contact entre les particules de support l l et les particules colorantes 12 produit les forces tribo- électriques nécessaires pour obtenir l'adhérence des par ticules colorantes 12 sur les particules de support 11. Des chicanes peuvent être prévues sur le plan incliné 31, pour améliorer le mélange.
Les particules de support 11 retournent ainsi dans la partie inférieure 32 du carter munies sensiblement de la même quantité de particules colorantes que lorsqu'elles l'avaient quittée. La brosse 47 est entraînée à une vitesse telle qu'elle fournit des particules colorantes en quantité approximativement égale à celle des particules colorantes utilisées pour l'impression.
Les particules de support 11 circulent d'une manière continue pendant l'impression, chaque particule ne participant toutefois à l'impression que toute les quatre ou cinq impressions. En effet, alors que certaines par ticules participent à l'impression, d'autres sont rejetées par le dispositif égalisateur et d'autres encore sont re garnies de particules colorantes.
L'appareil 28 peut être équipé de différentes sources d'énergie. Dans une forme d'exécution, cette source peut notamment être constituée par un groupe à courant continu haute tension Sorensen 230-3;12 P R et D, avec une tension de sortie pouvant varier de 0 à 30 kV. Pen dant l'impression, une différence de potentiel d'environ 12 kV est maintenue entre le stencil 16 et l'électrode 30, l'écran étant positif par rapport à l'électrode 30. II est préférable que l'écran stencil 16 soit nettoyé entre cha que impression, et en vue de ce nettoyage, :une tension de 12 kV, ou légèrement moins, est maintenue alors que l'écran est négatif par rapport à l'électrode de base 30.
Comme cela est visible à la fig. 2, l'installation com porte quatre sources haute tension 50, 51, 52 et 53. La source 52 maintient une différence de potentiel d'envi- ron 12 kV entre l'électrode de base 30 et l'écran stencil 16. La source 50 peut être réglée entre 500 et 1000V pour maintenir la grille de commande 41 à un tel poten tiel par rapport à l'écran 16, alors que les électrodes Corona 40, constituées par des fils de platine de 50 à 76 microns environ, sont amenées par la source 51 à une tension plus élevée d'environ 10 kV que celle de la grille 41.
L'écran 16 est placé à environ 12 mm au-des sus du ruban conducteur 30, la grille 41 étant placée à environ 12 mm au-dessus de l'écran 16 et les électrodes Corona 40 étant placées à environ 12 mm de la grille 41.
La grille 41 est constituée de préférence par une toile de fil de bronze M, 16 x 16, avec fils de 585 microns environ. Le but de cette grille 41 est de commander l'écoulement des ions formés par la décharge Corona produite aux électrodes 40, de manière que certains des ions ainsi produits soient amenés sur le support 25.
Des interrupteurs à commande coin une 55, 56 et 57 sont prévus pour permettre de brancher ou de dé brancher :simultanément les trois sources haute tension 50, 51 et 52. Ces interrupteurs sont, par exemple, reliés par une mécanisme d'asservissement représenté schéma tiquement en 58.
En vue du nettoyage de l'écran-stencil 16, entre cha que impression, l'installation comporte la source haute tension 53. Cette source 53 permet d'établir une diffé rence de potentiel d'environ 12 kV, ou un peu moins, entre l'électrode de base 30 et l'écran-stencil 16. Elle est comparable à la source haute tension 52, mais son cir cuit compend un contact 59 normalement ouvert per mettant de la mettre en service de manière que les pola rités de l'électrode 30 et de l'écran 16 soient inversées.
Pendant le nettoyage, l'écran 16 est maintenu à la même polarité que les particules colorantes chargées tribo-électriquement. Dans l'exemple décrit, cette pola rité est négative. L'intensité du champ établi entre l'écran 16 et le ruban 30 est suffisamment élevée pour que les particules de tirage oscillent rapidement entre l'écran et l'électrode, effectuant le même mouvement de va-et-vient que pendant l'impression. Toutefois, le champ électri que est inversé, c'est-à-dire contraire à celui utilisé pour l'impression.
Les particules porteuses chassent mécani quement les particules colorantes hors de l'écran lors qu'elles butent contre ce dernier au cours de leur mou vement, et le champ électrique écarte les particules colo rantes détachées de l'écran. Certaines particules coloran tes ne peuvent être délogées que par l'emploi d'un champ électrique de haute intensité et de sens appro prié. Cette opération n'est toutefois pas indispensable entre des impressions successives, cas dans lequel le net toyage par le moyen des particules de support en mou vement est suffisant.
Il est à remarquer, au sujet de l'intensité du champ pendant le nettotage et de la durée de cette opération, que cette intensité et cette durée ne doivent pas être trop importantes : en effet, le mouvement des particules de support pendant le nettoyage est tout à fait compara ble à celui qu'elles ont pendant l'impression, de sorte que ces particules déposent des particules colorantes sur l'écran-stencil, comme elles le font pendant l'impression. Les particules colorantes appliquées sur l'écran, et qui ont une énergie suffisante et une direction de mouve ment appropriée, passent alors à travers l'écran et produisent une impression. On peut toutefois déterminer une intensité de champ qui soit suffisante pour produire le nettoyage, mais insuffisante pour produire une impres- Sion appréciable.
En général, il faut procéder au net toyage avec une intensité de champ plus faible que celle qui est utilisée pour l'impression. Il est<B>à</B> remarquer, toutefois, que tant que le champ est suffisamment intense pour produire l'oscillation des particules de support, une certaine impression se produit inévitablement. Même pour un mouvement minime des particules de support, une impression très dense peut être obtenue si le pro cessus se poursuit suffisamment longtemps, pendant plu sieurs minutes par exemple. Le temps d'une opération normale de nettoyage est donc beaucoup plus court, de l'ordre de 0,1 à 0,4 seconde.
Ainsi, en maintenant l'intensité du champ suffisamment faible, et en procé dant à l'opération de nettoyage pendant un temps suf fisamment court, l'écran peut être parfaitement bien net toyé sans qu'une quantité appréciable de colorant soit déposée sur le support placé en position d'impression. Le support peut donc aussi bien être maintenu en posi tion qu'être retiré, pendant l'opération de nettoyage.
Si le support imprimé peut être maintenu en posi tion d'impression pendant le nettoyage, le temps de net toyage et l'intensité du champ ont moins d'importance. En réglant convenablement ces variables, on peut toute fois obtenir un nettoyage pratiquement exempt de toute impression simultanée.
La fig. 3 représente une variante de l'installation dans laquelle les particules de support 11 peuvent être utili sées pour nettoyer l'appareil en fin d'impression. Une électrode 60, comportant une surface conductrice con tinue 61, et qui est substituée à l'écran-stencil 16, est utilisée pour enlever les particules colorantes des parti cules de support 11. Ce résultat est obtenu en mainte nant l'électrode de nettoyage 60, au moyen ;d'une source haute tension 62, pratiquement au même potentiel que le stencil 16 pendant l'opération d'impression. Le champ électrique entre l'électrode de nettoyage 60 et le ruban conducteur 30 fait aller et venir les particules de sup port entre ces éléments.
Lorsque les particules coloran tes sont libérées, par suite du choc des particules de s p- port, elles sont attirées par l'électrode de nettoyage 60. De la sorte, des particules colorantes peuvent être dé tachées des particules de support en quantité apprécia ble. Les particules colorantes récoltées par l'électrode de nettoyage 60 peuvent être enlevées en continu de celle- ci, par un racleur 63, et déposées dans une trémie 64.
Les particules de support 11 nettoyées circulent à nouveau dans la machine 28 et recueillent, le cas échéant, toute particule colorante rencontrée. Par la poursuite de cette opération de nettoyage et de circulation des parti cules de support pendant quelques minutes, un net toyage suffisant pour permettre un changement de cou- leur peut être obtenu automatiquement et rapidement. Pendant cette opération de nettoyage, la brosse 47 est, bien entendu, maintenue arrêtée.