Bildererzeugungsgerät, insbesondere elektrostatischer Schnell drucker
Die Erfindung betrifft ein Bildererzeugungsgerät, insbesondere einen elektrostatischen Schnelldrucker, der mit einer Mehrzahl von Funktionsstationen für die einzelnen Schritte des Verfahrens der Bilderzeugung und mit mindestens einer um eine Achse rotierenden Bild übentragungstrommel versehen ist.
Ein bekanntes elektrostatisches Druckverfahren ist die sogenannte Xerographie. Die einzelnen Schritte des Verfahrens der Bilderzeugung erfolgen mittels entsprechender Funktionsstationen und können in der folgenden Weise beschrieben werden.
Eine photoleitende Schicht mit hohem Dunkelwiderstand wird sensibilisiert durch eine gleichmässige elektrostatische Aufladung. Darauf wird ein latentes Ladungsbild auf der Oberfläche dieser Schicht dadurch gebildet, dass entsprechend dem zu kopierenden oder sonstwie abzubildenden optischen Muster eine Belichtung erfolgt, worauf in den vom Licht getroffenen Gebieten die elektrische Ladung abfliesst und in den dunklen Gebieten mehr oder weniger erhalten bleibt. Dieses latente Ladungsbild wird sichtbar gemacht oder entwickelt, indem elektrostatisch geladene Tonerpartikel mit der photoleitenden Schicht in Berührung gebracht werden und entsprechend dem Ladungsbild anhaften.
Das Tonerbild wird mit Hilfe einer Koronaentladungsvorrichtung auf einen Aufzeichnungsträger übertragen, auf dem es dann durch Hitzeeinwirkung angeschmolzen oder fixiert wird.
Bekannte elektrostatische Drucker enthalten eine Reihe von Funktionsstationen, die längs der Peripherie eines Kreises angeordnet sind, innerhalb dessen eine xerographische Trommel rotiert. Jede der Funktionsstationen dient für einen der Schritte des Verfahrens zur Bilderzeugung. Die Trommel trägt das zu erzeugende Bild nacheinander von Station zu Station entlang der Kreisperipherie. Eine Abart verwendet anstelle der Trommel ein endloses Band als Träger der photoleitenden Schicht. Andere bekannte Drucker benutzen einen Hohlzylinder und setzen die Funktionsstationen in dessen Inneres.
Alle diese bekannten Geräte laufen normalerweise gleichmässig um, wobei der Aufzeichnungsträger in rollendem Kontakt mit der photoleitenden Schicht bleibt.
Solche Geräte haben sich als nützlich erwiesen für kontinuierliches Drucken oder Kopieren ganzer Seiten oder Blätter.
Die bekannten Geräte sind jedoch weniger gut geeignet in Fällen, wo man beispielsweise einzelne Buchstaben oder Zeichen nacheinander abdrucken möchte wie im Falle einer Ausgabeeinheit einer datenverarbeitenden Anlage. Man könnte naheliegenderweise versuchen, die Trommel, das Band oder den Zylinder schrittweise durch ein Malteserkreuzgetriebe oder ähnliches anzutreiben oder aber das Papier zeitweise ausser Kontakt mit dem Druckzylinder zu bringen. Derartige mechanische Mittel sind aber ziemlich aufwendig und beeinträchtigen wegen der zu beschleunigenden Massen die erreichbare Druckgeschwindigkeit im ungünstigen Sinne. Auch kann bei den bekannten Geräten der Aufzeichnungsträger schlecht verschoben oder ausgerichtet werden, wenn der Druckprozess einmal begonnen hat.
Diese Nachteile ;treten nicht auf in einem Bilderzeugungsgerät der eingangs genannten Art, das erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass die Achse jeder Bildübertragungstrommel gleichzeitig Translationsbewegungen mit einer in jeder achsensenkrechten Ebene geschlossenen Bahnkurve ausführt, so dass während eines derartigen Umlaufes alle Bereiche der Trommeloberfläche Rollkurven durchlaufen, und dass mindestens einige der Funktionsstationen in der Nähe von Umkehrpunkten solcher Rollkurven angeordnet sind, welche während eines Umlaufes derselbe Bereich nacheinander durchläuft, der die erste Funktionsstation pas sierthat.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand von Zeichnungen näher erklärt. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Ansicht eines Hypozykloiden-Druckers;
Fig. 2 schematisch ein anderes Ausführungsbeispiel, in welchem einige Funktionsstationen, relativ zur Achse der bewegten Trommel feststehend, die Translationsbewegung mitmachen;
Fig. 3 in einem Schaubild schematisch eine Parallelogrammführung, um bei der Translationsbewegung die relative Position einer Funktionsstation bezüglich der Achse der Trommel aufrechtzuerhalten;
Fig. 4 schematisch den von einem bestimmten Bereich der Trommeloberfläche zurückgelegten Weg während eines Druckzyklus bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2;
Fig. 5 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel mit mehreren Bildübertragungstrommeln, wobei gleichartige Funktionsstationen z.
T. mehrfach vorhanden sind;
Fig. 6 schematisch eine Teilansicht eines elektrostatischen Schnelldruckers;
Fig. 7 eine Schnittansicht entlang der Linie 7-7 in Fig. 6 mit der Bilderzeugungseinrichtung für das in Fig.
6 gezeigte Gerät;
Fig. 8 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei die geschlossene Führungsbahn aus Geraden und Kurvenstücken zusammengesetzt ist;
Fig. 9 eine perspektivische Darstellung des in Fig.
8 gezeigten Gerätes und
Fig. 10 in den Darstellungen A bis F die aufeinanderfolgenden Entwicklungsstufen eines in einem Gerät gemäss der Darstellung in Fig. 8 hergestellten Bildes.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines elektrostatischen Druckers. Um das zu erzeugende Bild von Station zu Station zu bewegen, ist eine elektrisch leitende Trommel 10 vorgesehen, die an ihrer Aussenfläche eine photoleitende Schicht 12 trägt. Die Trommel 10 ist um eine Achse 14 drehbar gelagert, welche ihrerseits auf dem Trommellagerarm 16 befestigt ist. Der Motor 20 dreht den Trommellagerarm um den Drehpunkt 18 so, dass sich in einer achsensenkrechten Ebene der Umfang der Trommel 10 an einer kreisförmigen Führungsbahn 22 abrollt. Diese Führungsbahn 22 bewirkt in irgendeiner Form, dass die abrollende Trommel 10 um ihre Achse 14 gedreht wird.
Sie kann z. B. die Form eines Zahnkranzes annehmen, in den ein Zahnrad eingreift, welches an der Trommel
10 befestigt ist, oder es kann bereits die Reibung für die Rollbewegung ausreichen. Es kann aber auch durch einen zusätzlichen Antrieb die Trommel 10 mit der notwendigen Geschwindigkeit gedreht werden.
Nachfolgend werden die verschiedenen Funktionsstationen kurz beschrieben, die für das elektrostatische Druckverfahren benötigt werden. Eine Ladestation 24 besteht aus einer Hochspannungsquelle mit beispielsweise einerKoronaentladungseinrichtung, die eine gleichmässige Ladung für die Sensibilisierung auf die photoleitende Schicht 12 der Trommel 10 aufbringen kann.
Eine mit 26 bezeichnete Belichtungsstation belichtet die Schicht bildmässig. In den hellen und deshalb vom Licht getroffenen Bereichen fliesst die Ladung ab, womit ein latentes Ladungsbild übrig bleibt, das den dunklen Bereichen der zu druckenden Information entspricht. Eine Entwicklungsstation 28 entwickelt nach irgendeinem der beim elektrostatischen Druck bekannten Verfahren die latenten Ladungsbilder mit Tonerpartikeln. Eine mit 30 bezeichnete Druck- oder Bildübertragungsstation enthält eine Koronaentladungseinrichtung 34 für die tJbertra- gung des Tonerbildes auf den Aufzeichnungsträger 32.
An der Reinigungsstation 36 werden etwaige noch anhaftende Entwicklerpartikel von der photoleitenden Schicht 12 durch z. B. eine rotierende Bürste entfernt.
Alle diese verschiedenen Funktionen sind bei elektrostatischen Druckverfahren hinreichend bekannt und die spezielle Anordnung sowie der Aufbau der einzelnen Stationen ist dem Konstrukteur überlassen. Fig. 1 zeigt der Einfachheit halber nur schematisch die Anordnung der Funktionsstationen auf einem gemeinsamen Träger 38.
Der Bereich der Schicht für ein bestimmtes zu erzeugendes Zeichen wird schrittweise von einer Station zur anderen bewegt. Im Gegensatz zu bisher gebräuchlichen Geräten wird durch diese Bewegung ein bestimmter Bereich der photoleitenden Schicht 12 auf der Oberfläche der Trommel 10, der in einer achsensenkrechten Ebene einem Punkt entspricht, in einer Rollkurve geführt. In Fig. 1 ist sie durch die gestrichelte Linie 40 dargestellt und ist in dem speziellen Fall eine Hypozykloide.
Aus Fig. 1 ist zu ersehen, dass jeder Punkt auf der Oberfläche der Trommel 10, der mit dem Anfang 42 der gestrichelten Linie 40 zusammenfällt, auch mit den Umkehrpunkten 44, 46, 48 und 50 zusammenfällt, an denen die anderen Funktionsstationen angeordnet sind.
Bei Annäherung eines Bereiches auf der Oberfläche der Trommel, der der gestrichelten Linie 40 folgt, an die einzelnen Funktionsstationen der Reihe nach erreicht vorübergehend die Geschwindigkeit dieses Bereiches an jedem Umkehrpunkt den Wert Null. Deshalb sind an diesen Umkehrpunkten der Kurve die einzelnen Funktionsstationen angeordnet. Es bewegt sich daher ein Bereich auf der Oberfläche der Trommel im Gegensatz zu bisherigen Geräten nicht mit konstanter Geschwindigkeit, sondern bezüglich der Funktionsstation schrittweise. Durch Ausnutzung der Verzögerung an den singulären Punkten einer Rollkurve als Kurvenbahn kann die gleichbleibende Winkelgeschwindigkeit der rotierenden Trommel 10 selbst und dadurch insgesamt die Arbeitsgeschwindigkeit des Druckers wesentlich erhöht werd den.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung muss das Verhältnis von Trommeldurchmesser zum Durchmesser der kreisförmigen Führungsbahn in der die Trommel abrollt, so gewählt werden, dass die Umkehrpunkte an die richtigen Stellen auf diesem Kreis fallen. Dieses Verhältnis bestimmt die Lage jeder Funktionsstation, von denen mindestens einige direkt neben den Umkehrpunkten liegen sollten. Ausserdem sollte die Trommel sich nicht mit einer ganzen Zahl von Umdrehungen während eines Umlaufes um ihre eigene Achse drehen, damit die ganze photoleitende Oberfläche ausgenutzt werden kann.
Aus Fig. 1 geht hervor, dass die Trommel 10 mit dem Aufzeichnungsträger 32 nur während des Druckvorganges selbst in Berührung kommt und somit das Aufzeichnungsmedium sich zwischen den eigentlichen Druckoperationen frei in jeder Richtung bewegen kann.
In Fig. 2 ist schematisch ein anderes Ausführungsbeispiel gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel ist mit einer leitenden Trommel 54 ausgestattet, die eine Oberfläche aus photoleitendem Material 56 aufweist. Wie in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind Vorrichtungen zur Translationsbewegung der Achse 58 der Trommel 54 mit einer gestrichelt dargestellten kreisförmigen Bahnkurve vorgesehen. In ähnlicher Weise ist eine Zwangsführung vorhanden, damit sich die Trommel an der Innenseite des Kreises 60 abrollen kann.
Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel der Fig.
1 liegen bei diesem Ausführungsbeispiel nur die Ladestation 62, die Entwicklungsstation 64 und die Druckstation 66 am Rande der kreisförmigen Führungsbahn, auf welcher die Trommel 54 abrollt. Die Belichtungsstation 68 zur Erzeugung eines latenten Bildes und die Reinigungsstation 70 sind auf einem Bügel 72 befestigt, der die Translationsbewegung um den Punkt A mitmacht, während die Achse 58 der Trommel um denselben Punkt herumgeführt wird. Der Bügel 72 verdreht sich dabei nicht, sondern er wird bezüglich des Maschinenrahmens in einer Stellung gehalten, dass er nur Translationsbewegungen ausführen kann. Der Bügel 72 kann z. B. durch Koppelglieder so gehalten werden, wie es schematisch in Fig. 3 gezeigt ist. Die Punkte 74 und 76 sind in Fig. 2 zur Erläuterung eingetragen und bezeichnen die Bereiche, wo während des Betriebes die Belichtung und die Reinigung der Trommeloberfläche erfolgen.
Die Belichtungsstation 68 zur Bildung des latenten Bildes kann z. B. ein Bündel von lichtleitenden Fasern enthalten, die mit einer nicht dargestellten und entfernt liegenden Station zur Erzeugung des Bildes verbunden sind. Die Reinigungsstation 70 kann beliebig konstruiert sein und muss lediglich in der Lage sein, auf der Trommeloberfläche 56 nach dem Druckvorgang eventuell noch verbliebene Entwicklerpartikel zu entfernen.
Fig. 4 zeigt schematisch die Arbeitsweise des in Fig.
2 gezeigten Gerätes. Ein bestimmter Punkt auf der Oberfläche der Trommel folgt der mit 78 bezeichneten Hypozykloide, wenn er die Bewegung mit dem Passieren der ersten Funktionsstation, hier der Ladestation 62, beim Punkt 80 beginnt. Die eingezeichneten Punkte 74 und 76 entsprechen denEinwirkungsbereichen der Funktionsstationen, die auch in Fig. 2 in gleicher Weise bezeichnet sind. Die gestrichelt dargestellten Kreise zeigen die Ortskurven dieser Punkte während der Translationsbewegung von Trommelachse und Bügel um den Drehpunkt A an. Nach Laden eines bestimmten Bereiches auf der Oberfläche der Trommel an der Stelle 80 bewegt sich in der achsensenkrechten Ebene der entsprechende Punkt über den ersten Abschnitt der Hypozykloide 78 zum Umkehrpunkt 82.
Es passiert dabei die Belichtungsstation an der Stelle 74' und erreicht schliesslich den Umkehrpunkt 82 an der Entwicklungsstation 64. Der Bereich auf der Oberfläche der Trommel bewegt sich dann entlang der Kurve zur Druckstation 66, verharrt dort am Umkehrpunkt 84 einen Moment, und es erfolgt der Abdruck. Der Oberflächenbereich bewegt sich dann weiter entlang der Rollkurve zum Punkt 86, wo er vor der Reinigungsstation 70 steht.
Ein Vergleich der Fig. 2 und 4 zeigt, dass trotz der Translationsbewegung der Achse der Trommel 54 entgegen dem Uhrzeigersinn sich ein Punkt, bzw. Bereich, auf der Oberfläche der Trommel tatsächlich der Reihe nach von einer Funktionsstation zur anderen im Uhrzeigersinn bewegt.
In Fig. 3 ist schematisch eine einfache Vorrichtung dafür gezeigt, um den Bügel 72 in der richtigen Stellung zu halten. Eine Parallelogrammführung ist zwischen dem Bügel 72 und einem festen Lager 73 angebracht.
Diese Koppelglieder sind so gebaut, dass sich das Parallelogramm frei in den Drehpunkten bewegen kann.
Der Einfachheit halber ist die Parallelogrammführung so dargestellt, als ob sie am Bügel 72 an den Punkten 76 und 58 befestigt wäre. Die kleinen gestrichelten Kreise stellen die Bahnen dar, die von den Befestigungspunkten durchlaufen werden. Die Punkte 58" und 76" entsprechen ihren Positionen ähnlich wie in der Darstellung in Fig. 2 gezeigt, während die Punkte 58' und 76' eine spätere Position im Zyklus darstellen.
Das in Fig. 5 gezeigte Ausführungsbeispiel enthält eine Vielzahl von Bildübertragungstrommeln 88, die einzeln drehbar auf einem Träger 90 gelagert sind, der seinerseits wiederum von einem Antrieb um seine Achse gedreht wird. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt auch die Anordnung einer Mehrzahl von gleichartigen Funktionsstationen. Während hier beispielsweise nur die Ladestationen 92 und 93 doppelt vorhanden sind, können ebenso auch andere Stationen in mehrfacher Ausführung angeordnet werden. Der Träger 90 bewegt die Trommeln so, dass sie mit der Führungsbahn 94 in rollender Berührung stehen, wobei diese Führung ein Reibgetriebe, ein Zahntrieb oder eine andere Einrichtung sein kann.
Die Auswahl eines entsprechenden Verhältnisses von Trommeldurchmesser zum Durchmesser der Führungsbahn erlaubt es, so viele Umkehrpunkte vorzusehen, dass leicht eine Verdoppelung der Funktionsstationen möglich ist. Diese mehrheitliche Anordnung gleicher Funktionsstationen gestattet eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit des Gerätes im Vergleich zu dem in Fig.
1 gezeigten Gerät wegen des grösseren Zeitraumes, in welchem nun ein bestimmter Bereich der Trommeloberfläche einer Funktionsstation ausgesetzt ist.
Nachfolgend wird ein Druckzyklus beschrieben. Ein bestimmter Bereich auf der Oberfläche einer Trommel 88 passiert als erste Funktionsstation eine Ladestation 92. Wenn sich nun der Träger 90 bewegt und die Trommel 88 in eine Position gegenüber der zweiten Ladestation 93 dreht, wird dieser Bereich auch vor diese Ladestation gedreht und erhält eine zweite verstärkende Ladung. Wenn sich nun die Trommel in eine Lage gegenüber der Belichtungsstation 96 dreht, wird auf der geladenen Oberfläche der Trommel an dem bestimmten hier betrachteten Bereich ein latentes Ladungsbild erzeugt, während die Trommel kurz vor der Station 96 verweilt. Wenn sich der Träger 90 dann weiterbewegt, dreht sich die Trommel 88 vor die Entwicklungsstation 98, und das latente Bild wird durch Niederschlag feinster Entwicklerteilchen entwickelt.
Die Trommel wird dann vor eine Druckstation 100 geführt, wo die durch die Elektrode 102 verursachte Koronaentladung für die Übertragung dazu führt, dass die auf dem Druckträger 104 niederzuschlagenden Entwicklerteilchen übertragen werden, wenn die Trommel in rollende Berührung mit dem Druckträger 104 kommt. Die Trommel wird dann an einer Reinigungsstation 106 vorbeigeführt, wo der betrachtete Bereich mit einer Reinigungseinrichtung in Berührung kommt, welche alle auf der Oberfläche der Trommel 88 etwa noch verbliebenen Teilchen entfernt.
In den Fig. 6 und 7 ist als weiteres Ausführungsbeispiel ein Schnelldrucker gezeigt. Fig. 6 zeigt eine teilweise Draufsicht des Gerätes, während Fig. 7 einen Teilausschnitt entlang der Linie 7-7 in Fig. 6 zeigt.
Es ist ein Mehrfachdruckkopf 108 dargestellt, der aus drei separaten Köpfen besteht, auf denen je acht Trommeln 110 mit einer photoleitenden Schicht an ihrer Oberfläche angeordnet sind. Es wird hier nur ein derartiger Kopf beschrieben, da die beiden anderen identisch mit ihm sind. Die Beschreibung bezieht sich zunächst auf Fig. 7 und dann auf Fig. 6.
Der Druckkopf 108 ist mittels des Lagers 114 in einem bestimmten Abstand zur Grundplatte 112 gelagert. Am Druckkopf starr befestigt ist ein Zahnkranz 116, der durch den mit 118 bezeichneten schrittweise schaltbaren Motor nach Befehlen einer Servosteuerung angetrieben wird, die den Indexmotor 118 so steuert, dass der Druckkopf 108 jeweils um eine Zeichenbreite in gewünschten Intervallen zwischen den Zeichen bewegbar ist. Ein weiterer auf einer Halterung 120 befestigter Motor 122 treibt und trägt den Trommelträger 124, auf welchem die Trommeln 110 angeordnet sind.
Auf einer Säule ist starr zur Grundplatte 112 ein Spiegel 126 befestigt. Dieser reflektiert ein durch das Bilderzeugungsgerät 128 erzeugtes Bild auf die Oberfläche einer der Trommeln 110, wenn die Trommeln zur Aufnahme des Bildes bereitstehen.
Aus Fig. 6 geht hervor, dass die Trommeln 110 mit der Führungsbahn 132 in rollender Verbindung stehen.
Damit die Trommeln 110 auch in rollenden Kontakt mit dem den Druck aufnehmenden Aufzeichnungsträger kommen können, muss ein Teil der Wandung der Führungsbahn 132 in der Nähe der Druckstation ausgespart werden. Um die Drehbewegung der Trommeln 110 beim Passieren der Druckstation aufrechtzuerhalten, sind zwischen den Trommeln mitlaufende Zahnrollen 130 so angeordnet, dass sie die Drehung auch der Trommeln aufrechterhalten, die gerade in Berührung mit dem Aufzeichnungsträger kommen.
Jeder Druckkopf des Mehrdachdruckkopfes 108 trägt mit sich eine Ladestation 134, eine Entwicklungsstation 136 und eine Reinigungsstation 138 für die Trommeln.
Die einzelnen Stationen können in bekannter Weise hergestellt werden. Dazu gehören auch die nicht dargestellten Einrichtungen zur Betätigung dieser einzelnen Funktionsstationen sowie der in Fig. 7 gezeigte Motor 122.
Die Stromversorgung der einzelnen Stationen kann z. B.
durch Schleifringe erfolgen.
Papier oder ein anderer geeigneter Aufzeichnungsträger 133 wird zwischen eine Papierführung 140 und den Kopf 108 eingelegt. Ein ausgewählter Teil der photoleitenden Oberfläche einer Trommel 110 wird an der Ladestation 134 geladen. Die vorgeladene Trommel wird dann im Uhrzeigersinn durch den Trommelträger 124 geführt und gleichzeitig durch die Führungsbahn 132 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, bis sie gegen über dem Spiegel 125 steht. Zu diesem Zeitpunkt lie fert ein Mustergenerator elektrisch Informationen für das Bilderzeugungsgerät 128, woraufhin ein Lichtbild auf die geladene Oberfläche der Trommel 110 projiziert wird. Die Trommel wird danach zur Entwicklungsstation 136 geführt, wo das latente Ladungsbild entwikkelt wird.
Die Trommel 110 trägt jetzt ein entwickeltes Bild und kommt als nächstes in rollende Berührung mit dem den Druck aufnehmenden Aufzeichnungsträger 133, wo die Koronaentladungsvorrichtung 142 zur Bildübertragung den Niederschlag des entwickelten Pulverbildes auf dem Druckträger bewirkt. Die Trommel 110 läuft dann weiter zur Reinigungsstation 138, wo die restlichen Entwicklerteilchen entfernt werden und somit ein Druckzyklus beendet ist.
Ein betrachteter Bereich auf der Oberfläche der Trommel 110 kommt jeweils an einem Umkehrpunkt der zugehörigen Rollkurve vor jeder Funktionsstation (mit Ausnahme der Reinigungsstation) zum Stehen, welch letztere zwecks besserer Wirksamkeit an einem Punkt der Rollkurve liegt, wo die Geschwindigkeit des Oberflächenbereiches der Trommel maximal ist.
Unmittelbar nach dem Niederschlag des entwickelten Bildes auf dem Aufzeichnungsträger 133 erregt eine Servosteuerung den Indexmotor 118, der seinerseits den Druckkopfträger um eine Druckposition in der gezeigten Richtung weiterschaltet. Der Drucker ist dann zum Drucken des nächsten Zeichens bereit.
Aus der geometrischen Anordnung des Gerätes, d. h.
der Anordnung von drei separaten Druckköpfen ist zu ersehen, dass bei Erreichen der rechten Kante des Aufzeichnungsträgers durch einen Druckkopf ein anderer Druckkopf bereits zum Drucken einer neuen Zeile zur Verfügung steht, wobei der Druck am linken Rand des Aufzeichnungsträgers beginnt. Für die Zuführung des Aufzeichnungsträgers zum Drucker glbt es verschiedene Möglichkeiten, von denen eine darin besteht, dass man den Aufzeichnungsträger 133 langsam kontinuierlich am Druckkopf in der in Fig. 7 durch den Pfeil gezeigten Richtung vorbeibewegt, wobei eine gedruckte Zeile dem Druckkopf in einem leichten Winkel so präsentiert würde, dass bei Erreichen der äussersten rechten Kante des Aufzeichnungsträgers durch einen ersten Druckkopf ein zweiter Druckkopf die linke Kante des Aufzeichnungstägers direkt neben einer neuen zu druckenden Zeile erreicht.
Die Fig. 8 und 9 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bilderzeugungsgerätes. Dieses Ausführungsbeispiel eignet sich zum Kopieren von Vorlagen.
Fig. 8 zeigt schematisch eine Ansicht des Gerätes, während die perspektivische Darstellung der Fig. 9 einen Teil eines Antriebes zeigt, der zum Betrieb des Gerätes verwendet werden kann.
Aus Fig. 8 ist zu ersehen, dass die Funktionsstationen auf einem beweglichen Träger 144 angeordnet sind.
Eine Bildübertragungstrommel 146 mit einer photolei tenden Schicht auf ihrer Oberfläche ist auf dem Träger 144 vermittels der Achse 148 gelagert, um welche sich die Trommel frei dreht. Um die Trommel 146 herum sind auf dem Träger 144 der Reihe nach befestigt eine Ladestation 150, eine Reinigungsstation 152, eine Druckstation 154 und eine Entwicklungsstation 156. Die Funktionsstationen und die Trommel sind so angeordnet, dass diese Teile bei der Translationsbewegung des Trägers 144 sich mit der Plattform bewegen, und so eine bestimmte Lage bezüglich der Führungsbahn 162 aufrechterhalten. Über dem Gerät ist eine Belichtungsstation 158 angeordnet.
Der Träger 144 wird in einer geschlossenen Bahn so bewegt, dass die Trommel 146 an der Innenseite der Führungsbahn 162 entlangläuft. Die Führungsbahn 162 kann zur Erzeugung der Rollkurvenbewegung von Bereichen der Trommeloberfläche wie oben erläutert verschieden konstruiert sein.
Fig. 9 ist eine perspektivische Darstellung eines Teiles des in Fig. 8 gezeigten Gerätes und zeigt einen Antrieb, durch welchen der Träger 144 in einer geschlossenen Bahn bewegt wird. Der Antriebsmotor 166 dreht die Rolle 168, auf welcher der Riemen 164 läuft. Die Achse 148 der Trommel ist so mit dem Riemen in Verbindung gebracht, dass sich die Trommel dreht, während die Achse in einer geschlossenen Bahn umläuft. Nicht dargestellte Führungen halten den Träger 144 in einer transversal verschiebbaren, aber nicht drehenden Lage.
Die Ansichten A bis F der Fig. 10 zeigen die verschiedenen Stufen bei der Herstellung eines Bildes mit dem in Fig. 8 gezeigten Gerät. In der Ansicht A ist ein Bereich 170 auf der Oberfläche der Trommel 146 gezeigt, der vor der ersten Funktionsstation, nämlich der Ladestation 150 steht. Die Drehrichtung der Trommel ist durch einen Pfeil angegeben.
Ansicht B zeigt, dass bei der Translationsbewegung der Achse 148 der Trommel entlang der dicken gestrichelten Linie der Bereich 170 sich bewegt, bis er vor der hier nicht dargestellten Belichtungsstation steht (vgl.
Fig. 8). An diesem Punkt kommt der Bereich 170 an der Station für die Bildung eines latenten Bildes zur Ruhe.
Diese Bewegung wird dadurch ermöglicht, dass die Trommel entlang der Führungsbahn 162 läuft.
Ansicht C zeigt den dritten Schritt, in welchem der Bereich 170 nach der Belichtung an der Bildstation zur Entwicklungsstation 156 entlang der dünnen gestrichelten Linie transportiert wird. Entwicklerteilchen werden auf die Trommel gegeben, während sich diese auf dem Mittelteil des rechten Kurvenstückes der Führungsbahn 162 bewegt.
Ansicht D zeigt den weiteren Lauf des Bereiches von der Entwicklungsstation 156 zur Druckstation 154. Während die Trommel entlang der Führungsbahn gelaufen ist, hat sich der Bereich 170 fast direkt quer zu der Bahn bewegt. Vor der Druckstation kommt der Bereich 170 momentan zur Ruhe und der Druck erfolgt.
Ansicht E zeigt die nächste Stufe, in welcher der Bereich 170 bis zur Reinigungsstation 152 weitergelau fenist.
Während die Trommel 146 weiter entlang der Führungsbahn 162 läuft, wird der Bereich 170 von neuem vor die Ladestation 150 geführt, wie es in Ansicht F gezeigt ist, und ein weiterer Arbeitszyklus beginnt.
Wie aus der Fig. 8 zu ersehen ist, ist die Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht unbedingt auf Rollkurven mit einem Kreis als erzeugende Zwangsführung, d. h. reine Planetenbewegung beschränkt. Fig. 10 zeigt, dass die schrittweise Bewegung eines Bereiches der Oberfläche der Bildübertragungstrommel auch erreicht werden kann, wenn die Trommel entlang einer anders gearteten geschlossenen Führungsbahn läuft. Kleine Anderungen des tatsächlichen Durchmessers der verwendeten Trommel (nicht des Rollkreises) gestatten mit dem beschriebenen Gerät auch den Druck auf Medien, die sich relativ zum Gerät bewegen. Die Umkehrpunkte der Rollkurven entarten dabei in kleine Schlingen bei grösserem Durchmesser, oder die Spitzen werden kürzer und abgerundet bei kleinerem Durchmesser.
Die betrachteten Bereiche der Trommeloberfläche kommen dabei nicht mehr momentan zur Ruhe, sondern behalten eine Geschwindigkeit im einen oder anderen Richtungssinn, der dann die Relativgeschwindigkeit des Aufzeichaungs trägers anzupassen ist. Ausserdem kann das beschriebene Gerät nicht nur als Drucker, sondern auch als Bild erzeugungsgerät, z. B. in Zusammenhang mit einem Kathodenstrahloszilloskop Verwendung finden.
Image-forming apparatus, in particular electrostatic high-speed printers
The invention relates to an image generation device, in particular an electrostatic high-speed printer, which is provided with a plurality of function stations for the individual steps of the method of image generation and with at least one image transfer drum rotating about an axis.
A well-known electrostatic printing process is so-called xerography. The individual steps of the method of image generation are carried out by means of corresponding function stations and can be described in the following way.
A photoconductive layer with high dark resistance is sensitized by a uniform electrostatic charge. A latent charge image is then formed on the surface of this layer in that an exposure takes place in accordance with the optical pattern to be copied or otherwise imaged, whereupon the electrical charge flows off in the areas hit by the light and is more or less retained in the dark areas. This latent charge image is made visible or developed in that electrostatically charged toner particles are brought into contact with the photoconductive layer and adhere in accordance with the charge image.
The toner image is transferred to a recording medium with the aid of a corona discharge device, on which it is then melted or fixed by the action of heat.
Known electrostatic printers include a number of function stations arranged around the periphery of a circle within which a xerographic drum rotates. Each of the functional stations is used for one of the steps of the image generation process. The drum carries the image to be generated one after the other from station to station along the circumference of the circle. A variant uses an endless belt as a support for the photoconductive layer instead of the drum. Other known printers use a hollow cylinder and place the functional stations inside it.
All these known devices normally rotate uniformly, the recording medium remaining in rolling contact with the photoconductive layer.
Such devices have proven useful for continuous printing or copying of entire pages or sheets of paper.
However, the known devices are less well suited in cases where, for example, you want to print individual letters or characters one after the other, as in the case of an output unit of a data processing system. Obviously one could try to drive the drum, the belt or the cylinder step by step by means of a Maltese cross gear or the like, or else to temporarily bring the paper out of contact with the printing cylinder. Such mechanical means are, however, quite expensive and, because of the masses to be accelerated, have an adverse effect on the achievable printing speed. In the known devices, the recording medium can also be poorly displaced or aligned once the printing process has started.
These disadvantages do not occur in an image generation device of the type mentioned at the beginning, which is characterized according to the invention in that the axis of each image transfer drum simultaneously executes translational movements with a path curve closed in each axis perpendicular plane, so that during such a revolution all areas of the drum surface run through rolling curves, and that at least some of the functional stations are arranged in the vicinity of reversal points of such rolling curves which the same region passes through one after the other during one revolution which the first functional station has passed.
In the following, exemplary embodiments are explained in more detail with reference to drawings. Show it:
Fig. 1 is a schematic view of a hypocycloid printer;
2 schematically shows another embodiment in which some functional stations, stationary relative to the axis of the moving drum, take part in the translational movement;
3 shows a schematic diagram of a parallelogram guide in order to maintain the relative position of a functional station with respect to the axis of the drum during the translational movement;
FIG. 4 schematically shows the path covered by a specific area of the drum surface during a printing cycle in the embodiment according to FIG. 2;
Fig. 5 schematically shows a further embodiment with several image transmission drums, wherein similar functional stations, for.
T. are present several times;
Fig. 6 is a schematic partial view of a high speed electrostatic printer;
FIG. 7 is a sectional view along the line 7-7 in FIG. 6 with the image generating device for the in FIG.
6 device shown;
8 schematically shows a further exemplary embodiment, the closed guide track being composed of straight lines and curved pieces;
Fig. 9 is a perspective view of the in Fig.
8 shown device and
FIG. 10 shows the successive stages of development of an image produced in an apparatus according to the illustration in FIG. 8 in representations A to F.
Figure 1 is a schematic illustration of one embodiment of an electrostatic printer. In order to move the image to be generated from station to station, an electrically conductive drum 10 is provided, which carries a photoconductive layer 12 on its outer surface. The drum 10 is rotatably mounted about an axis 14, which in turn is attached to the drum support arm 16. The motor 20 rotates the drum bearing arm about the pivot point 18 so that the circumference of the drum 10 rolls on a circular guide track 22 in a plane perpendicular to the axis. This guide track 22 has the effect of some form that the unwinding drum 10 is rotated about its axis 14.
You can z. B. take the form of a ring gear in which a gear engages, which on the drum
10 is attached, or the friction may already be sufficient for the rolling movement. However, the drum 10 can also be rotated at the required speed by an additional drive.
The following briefly describes the various functional stations that are required for the electrostatic printing process. A charging station 24 consists of a high voltage source with, for example, a corona discharge device, which can apply a uniform charge to the photoconductive layer 12 of the drum 10 for the sensitization.
An exposure station designated by 26 exposes the layer imagewise. The charge flows off in the light areas that are struck by light, leaving a latent charge image that corresponds to the dark areas of the information to be printed. A development station 28 develops the latent charge images with toner particles using any of the methods known in electrostatic printing. A printing or image transfer station designated by 30 contains a corona discharge device 34 for transferring the toner image to the recording medium 32.
At the cleaning station 36, any developer particles still adhering are removed from the photoconductive layer 12 by z. B. removed a rotating brush.
All of these different functions are well known in electrostatic printing processes and the special arrangement and structure of the individual stations is left to the designer. For the sake of simplicity, FIG. 1 only shows schematically the arrangement of the functional stations on a common carrier 38.
The area of the layer for a particular character to be generated is gradually moved from one station to another. In contrast to previously used devices, this movement guides a certain area of the photoconductive layer 12 on the surface of the drum 10, which corresponds to a point in a plane perpendicular to the axis, in a rolling curve. In Fig. 1 it is represented by the dashed line 40 and in the special case is a hypocycloid.
From Fig. 1 it can be seen that each point on the surface of the drum 10 which coincides with the beginning 42 of the dashed line 40 also coincides with the reversal points 44, 46, 48 and 50 at which the other functional stations are located.
When an area on the surface of the drum, which follows the dashed line 40, approaches the individual function stations one after the other, the speed of this area temporarily reaches the value zero at each reversal point. Therefore, the individual function stations are arranged at these turning points of the curve. Therefore, in contrast to previous devices, an area on the surface of the drum does not move at a constant speed, but in steps with respect to the function station. By utilizing the delay at the singular points of a rolling curve as a curved path, the constant angular speed of the rotating drum 10 itself and thereby the overall operating speed of the printer can be increased significantly.
In the arrangement shown in FIG. 1, the ratio of the drum diameter to the diameter of the circular guide track in which the drum rolls must be selected so that the reversal points fall at the correct points on this circle. This ratio determines the location of each function station, at least some of which should be directly next to the turning points. In addition, the drum should not turn around its own axis with an integer number of revolutions during one revolution, so that the entire photoconductive surface can be used.
It can be seen from FIG. 1 that the drum 10 comes into contact with the recording medium 32 only during the printing process itself and thus the recording medium can move freely in any direction between the actual printing operations.
Another exemplary embodiment is shown schematically in FIG. This embodiment is equipped with a conductive drum 54 having a surface of photoconductive material 56. As in the exemplary embodiment in FIG. 1, devices are provided for translational movement of the axis 58 of the drum 54 with a circular trajectory shown in dashed lines. Similarly, there is a positive guide so that the drum can roll on the inside of the circle 60.
In contrast to the embodiment of Fig.
1, in this exemplary embodiment, only the loading station 62, the developing station 64 and the printing station 66 are located at the edge of the circular guide path on which the drum 54 rolls. The exposure station 68 for generating a latent image and the cleaning station 70 are mounted on a bracket 72 which takes part in the translatory movement about point A while the axis 58 of the drum is guided around the same point. The bracket 72 does not twist, but is held in a position with respect to the machine frame that it can only perform translational movements. The bracket 72 can, for. B. be held by coupling links as shown schematically in FIG. Points 74 and 76 are entered in FIG. 2 for explanation and designate the areas where the exposure and cleaning of the drum surface take place during operation.
The exposure station 68 for forming the latent image may e.g. B. contain a bundle of optical fibers, which are connected to a not shown and remote station for generating the image. The cleaning station 70 can be constructed in any way and only needs to be able to remove any developer particles that may still remain on the drum surface 56 after the printing process.
Fig. 4 shows schematically the operation of the in Fig.
2 device shown. A certain point on the surface of the drum follows the hypocycloid designated by 78 when it begins the movement with the passage of the first functional station, here the loading station 62, at point 80. The points 74 and 76 shown correspond to the areas of action of the functional stations, which are also designated in the same way in FIG. The circles shown in broken lines show the locus curves of these points during the translational movement of the drum axis and bracket around the pivot point A. After loading a certain area on the surface of the drum at the point 80, the corresponding point moves over the first section of the hypocycloid 78 to the reversal point 82 in the plane perpendicular to the axis.
It passes the exposure station at the point 74 'and finally reaches the reversal point 82 at the development station 64. The area on the surface of the drum then moves along the curve to the printing station 66, pauses there for a moment at the reversal point 84, and this takes place Imprint. The surface area then continues to move along the rolling curve to point 86 where it stands in front of the cleaning station 70.
A comparison of FIGS. 2 and 4 shows that despite the counterclockwise translational movement of the axis of the drum 54, a point or area on the surface of the drum actually moves clockwise from one function station to the other in sequence.
In Fig. 3 a simple device is shown schematically for holding the bracket 72 in the correct position. A parallelogram guide is attached between the bracket 72 and a fixed bearing 73.
These coupling links are designed so that the parallelogram can move freely in the pivot points.
For the sake of simplicity, the parallelogram guide is shown as if it were attached to bracket 72 at points 76 and 58. The small dashed circles represent the paths that are traversed by the attachment points. Points 58 "and 76" correspond to their positions similar to that shown in FIG. 2, while points 58 'and 76' represent a later position in the cycle.
The embodiment shown in FIG. 5 contains a plurality of image transfer drums 88 which are individually rotatably mounted on a carrier 90 which in turn is rotated about its axis by a drive. This exemplary embodiment also shows the arrangement of a plurality of functional stations of the same type. While here, for example, only the charging stations 92 and 93 are duplicated, other stations can also be arranged in multiple designs. The carrier 90 moves the drums in such a way that they are in rolling contact with the guide track 94, this guide being a friction gear, a pinion gear or some other device.
The selection of an appropriate ratio of the drum diameter to the diameter of the guideway makes it possible to provide so many reversal points that it is easy to double the function stations. This majority arrangement of the same function stations allows a higher operating speed of the device compared to the one in Fig.
1 because of the longer period of time in which a certain area of the drum surface is exposed to a function station.
A print cycle is described below. A certain area on the surface of a drum 88 passes a charging station 92 as the first functional station. If the carrier 90 now moves and the drum 88 rotates into a position opposite the second charging station 93, this area is also rotated in front of this charging station and receives a second reinforcing charge. If the drum now rotates into a position opposite the exposure station 96, a latent charge image is generated on the charged surface of the drum in the specific area considered here, while the drum lingers shortly in front of the station 96. As the carrier 90 then advances, the drum 88 rotates in front of the development station 98 and the latent image is developed by the deposition of very fine developer particles.
The drum is then guided in front of a printing station 100, where the corona discharge for the transfer caused by the electrode 102 results in the developer particles deposited on the printing carrier 104 being transferred when the drum comes into rolling contact with the printing carrier 104. The drum is then moved past a cleaning station 106, where the area under consideration comes into contact with a cleaning device which removes any particles that may still remain on the surface of the drum 88.
In FIGS. 6 and 7, a high-speed printer is shown as a further embodiment. FIG. 6 shows a partial plan view of the device, while FIG. 7 shows a partial section along the line 7-7 in FIG.
A multiple print head 108 is shown which consists of three separate heads, on each of which eight drums 110 are arranged with a photoconductive layer on their surface. Only one such head is described here, since the other two are identical to it. The description first refers to FIG. 7 and then to FIG. 6.
The print head 108 is mounted at a certain distance from the base plate 112 by means of the bearing 114. Rigidly attached to the print head is a toothed ring 116, which is driven by the step-wise switchable motor designated by 118 after commands from a servo control that controls the index motor 118 so that the print head 108 can be moved by one character width at desired intervals between the characters. Another motor 122 fastened to a bracket 120 drives and carries the drum carrier 124 on which the drums 110 are arranged.
A mirror 126 is rigidly attached to the base plate 112 on a column. This reflects an image generated by the image generation device 128 onto the surface of one of the drums 110 when the drums are ready to take the image.
It can be seen from FIG. 6 that the drums 110 are in a rolling connection with the guide track 132.
So that the drums 110 can also come into rolling contact with the recording medium receiving the print, part of the wall of the guide track 132 must be cut out in the vicinity of the printing station. In order to maintain the rotation of the drums 110 as they pass through the printing station, toothed rollers 130 running between the drums are arranged in such a way that they also maintain the rotation of the drums which are just coming into contact with the recording medium.
Each printhead of the multi-roof printhead 108 carries with it a loading station 134, a development station 136 and a cleaning station 138 for the drums.
The individual stations can be produced in a known manner. This also includes the devices (not shown) for actuating these individual function stations and the motor 122 shown in FIG. 7.
The power supply of the individual stations can, for. B.
done by slip rings.
Paper or another suitable recording medium 133 is inserted between a paper guide 140 and the head 108. A selected portion of the photoconductive surface of a drum 110 is charged at the charging station 134. The pre-loaded drum is then guided clockwise through the drum carrier 124 and at the same time rotated counterclockwise by the guide track 132 until it is opposite the mirror 125. At this point, a pattern generator electrically supplies information to the image forming device 128, whereupon a light image is projected onto the charged surface of the drum 110. The drum is then fed to development station 136 where the latent charge image is developed.
The drum 110 now carries a developed image and next comes into rolling contact with the recording medium 133 that receives the pressure, where the corona discharge device 142 for image transfer causes the developed powder image to be deposited on the printing medium. The drum 110 then proceeds to the cleaning station 138, where the remaining developer particles are removed and a printing cycle is thus completed.
A considered area on the surface of the drum 110 comes to a standstill at a reversal point of the associated rolling curve in front of each functional station (with the exception of the cleaning station), which for the purpose of better effectiveness is located at a point on the rolling curve where the speed of the surface area of the drum is maximum .
Immediately after the developed image has been deposited on the recording medium 133, a servo control energizes the index motor 118, which in turn advances the print head carrier by one printing position in the direction shown. The printer is then ready to print the next character.
From the geometric arrangement of the device, i.e. H.
The arrangement of three separate print heads shows that when a print head reaches the right edge of the recording medium, another print head is already available for printing a new line, with printing starting at the left edge of the recording medium. There are various possibilities for feeding the recording medium to the printer, one of which consists in moving the recording medium 133 slowly and continuously past the print head in the direction shown by the arrow in FIG. 7, with a printed line at a slight angle to the print head would be presented in such a way that when a first print head reaches the extreme right edge of the recording medium, a second printing head reaches the left edge of the recording medium directly next to a new line to be printed.
Figs. 8 and 9 show another embodiment of an image forming apparatus. This exemplary embodiment is suitable for copying originals.
FIG. 8 shows a schematic view of the device, while the perspective view of FIG. 9 shows part of a drive which can be used to operate the device.
It can be seen from FIG. 8 that the function stations are arranged on a movable carrier 144.
An image transfer drum 146 having a photolei border layer on its surface is mounted on the support 144 by means of the axis 148 about which the drum rotates freely. A loading station 150, a cleaning station 152, a printing station 154 and a development station 156 are fastened in sequence around the drum 146 on the carrier 144. The functional stations and the drum are arranged in such a way that these parts move with the translational movement of the carrier 144 move the platform, and so maintain a certain position with respect to the guide track 162. An exposure station 158 is arranged above the device.
The carrier 144 is moved in a closed path such that the drum 146 runs along the inside of the guide path 162. The guide track 162 can be constructed differently for generating the rolling curve movement of regions of the drum surface, as explained above.
Fig. 9 is a perspective view of part of the device shown in Fig. 8 and shows a drive by which the carrier 144 is moved in a closed path. The drive motor 166 rotates the roller 168 on which the belt 164 runs. The axis 148 of the drum is connected to the belt in such a way that the drum rotates while the axis revolves in a closed path. Guides, not shown, hold the carrier 144 in a transversely displaceable but not rotating position.
Views A to F of FIG. 10 show the various stages in the production of an image with the apparatus shown in FIG. In view A, an area 170 is shown on the surface of the drum 146, which is in front of the first functional station, namely the charging station 150. The direction of rotation of the drum is indicated by an arrow.
View B shows that during the translational movement of the axis 148 of the drum along the thick dashed line, the area 170 moves until it is in front of the exposure station, not shown here (cf.
Fig. 8). At this point area 170 at the latent image formation station comes to rest.
This movement is made possible by the fact that the drum runs along the guide track 162.
View C shows the third step in which area 170 after exposure at the imaging station is transported to development station 156 along the thin dashed line. Developer particles are placed on the drum while it is moving on the central portion of the right hand curve of the guide track 162.
View D shows the further progress of the area from development station 156 to printing station 154. As the drum has moved along the guide track, area 170 has moved almost directly across the web. In front of the printing station, area 170 comes to rest momentarily and printing takes place.
View E shows the next stage in which area 170 continues to cleaning station 152.
While the drum 146 continues to run along the guideway 162, the area 170 is again guided in front of the loading station 150, as is shown in view F, and another working cycle begins.
As can be seen from Fig. 8, the application of the present invention is not necessarily to rolling curves with a circle as a generating restraint, i.e. H. pure planetary motion limited. Fig. 10 shows that the step-by-step movement of an area of the surface of the image transfer drum can also be achieved when the drum is running along a different type of closed guide path. Small changes in the actual diameter of the drum used (not the pitch circle) also allow the device described to print on media that move relative to the device. The turning points of the rolling curves degenerate into small loops with a larger diameter, or the tips become shorter and rounded with a smaller diameter.
The observed areas of the drum surface no longer come to rest momentarily, but keep a speed in one sense or the other, which then has to be adjusted to the relative speed of the recording medium. In addition, the device described can not only be used as a printer, but also as an image generating device such. B. in connection with a cathode ray oscilloscope use.