DE1263365B - Anordnung fuer elektrostatischen Druck - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

G06k

Deutsche Kl.: 42 m6 -15/14

Nummer: 1263 365

Aktenzeichen: T21344IXc/42m6

Anmeldetag: 27. Dezember 1961

Auslegetag: 14. März 1968

Es sind verschiedene Anordnungen für elektrostatischen Druck entwickelt worden, um die von elektronischen Datenverarbeitungsmaschinen mit großer Geschwindigkeit ausgegebenen Informationen aufzuzeichnen. Allgemein wird hierbei ein alphanumerisches leitendes Schriftzeichen, d. h. entweder ein Buchstabe oder eine Zahl, in geringen Abstand von einer leitenden Elektrode gebracht, ein Registrierstreifen wird zwischen dem leitenden Schriftzeichen und der Elektrode angeordnet und ein kräftiges elektrisches Feld zwischen dem Schriftzeichen und der Elektrode angelegt, um eine Feldentladung und somit ein elektrostatisches Bild auf dem Streifen zu erzeugen. Statt als Elektrode kann das Schriftzeichen auch als Blende ausgebildet sein, durch deren Aussparungen die von der Entladung herrührenden Elektronen und Ionen hindurchgehen. Die elektrostatischen Bilder werden durch Entwicklung mit pulverförmigen oder flüssigen Stoffen sichtbar gemacht, und das sichtbare Bild wird zwecks Fixierung im allgemeinen angeschmolzen oder getrocknet.

Diese Druckeinrichtungen sind in verschiedenen Formen entwickelt worden, wobei die jeweils verwendete Ausführungsform vom Typ der aufzuzeichnenden Information und von der geforderten Übertragungsgeschwindigkeit abhängt. Zur Geschwindigkeitssteigerung wird meist eine Reihe von Schriftzeichen nebeneinander angeordnet, die z. B. auf einer umlaufenden Trommel angeordnet sind, an welcher der Registrierstreifen vorbeigeführt wird. Auf das jeweils gewünschte Schriftzeichen wird ein elektrischer Impuls gegeben, der das elektrische Feld erzeugt. Dann wird der Registrierstreifen zu einer anderen Stelle bewegt und dort entwickelt, um das erzeugte Ladungsbild sichtbar zu machen^ Bei Verwendung von leitenden Schriftzeichen als Elektroden, die einer leitenden Gegenelektrode unter Zwischenlage des Registrierstreifens gegenüberstehen, ist auch bereits der Registrierstreifen so ausgebildet worden, daß er eine von einer Isolierschicht überzogene Widerstandsschicht aufweist. Hierbei wurde bisher der Registrierstreifen so in den Spalt zwischen dem leitenden Schriftzeichen und der Gegenelektrode eingeführt, daß die Isolierschicht dem leitenden Schriftzeichen und die Widerstandsschicht der Gegenelektrode zugekehrt ist, wobei die Isolierschicht einen kleinen Abstand von dem Schriftzeichen aufweist. Das latente Ladungsbild bildet sich dann auf der Isolierschicht aus und kann anschließend mittels einer auf der gleichen Seite des Registrierstreifens wie das leitende Schriftzeichen befindlichen Bepulverungsvorrichtung entwickelt werden.

Anordnung für elektrostatischen Druck

Anmelder:

Teletype Corporation, Skokie, JIl. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt,

8000 München 22, Widenmayerstr. 46

Als Erfinder benannt:

Robert J. Dunlavey, Palatine, JIl. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 27. Dezember 1960
(78 391)

Es wurde bisher allgemein als notwendig angesehen, den Registrierstreifen in der angegebenen Art einzuführen, da so zwischen der Isolierschicht und dem Schriftzeichen sich ein weitgehend ungestörtes Feld ausbilden kann, das eigentlich zu einer scharfen Abbildung des Schriftzeichens führen müßte. Es hat sich aber gezeigt, daß die Auflösung an den Rändern des Registrierstreifens nur dann befriedigend ist, wenn sehr kleine Spaltbreiten angewandt werden. Solche engen Spalte sind aber nur schwierig mit der erforderlichen Genauigkeit herstellbar und gegen Staub äußerst empfindlich.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß die Abbildungsqualität auch an den Rändern des Registrierstreifens sich in sehr einfacher Weise verbessern läßt, ohne daß die Spaltbreite übermäßig gering gewählt werden muß.

Die erfindungsgemäße Anordnung für elektrostatischen Druck, bei der ein leitendes Schriftzeichen in geringem Abstand einer leitenden Gegenelektrode gegenübersteht, ein Registrierstreifen, der eine von einer Isolierschicht überzogene Widerstandsschicht aufweist, in den Spalt zwischen dem leitenden Schriftzeichen und der Gegenelektrode eingeführt und ein kräftiges elektrisches Feld zwischen den beiden leitenden Teilen angelegt wird, um ein dem Schriftzeichen entsprechendes Ladungsmuster durch eine Feldentladung auf den Registrierstreifen aufzubrin-

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gen, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Registrierstreifen so in den Spalt zwischen dem leitenden Schriftzeichen und der Gegenelektrode eingeführt wird, daß die Widerstandsschicht das Schriftzeichen berührt und die Isolierschicht der Gegenelektrode zugekehrt ist, von dieser jedoch einen kleinen Abstand hat.

Der Registrierstreifen wird also erfindungsgemäß umgekehrt wie bei dem bekannten Verfahren in den langt der Streifen 25 zur Entwiclclungsstelle 28, wo die Ladungsmuster auf der Oberfläche der Isolierschicht 71 des Streifens 25 entwickelt werden.

Die Verbesserungen, die sich durch Anwendung der geschilderten Anordnung ergeben, werden an Hand der F i g. 3 erläutert.

In F i g. 3, A ist ein Schema der neuen Anordnung dargestellt, während F i g. 3, B ein Schema einer bekannten elektrostatischen Druckvorrichtung darstellt.

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Spalt eingeführt, und zwar derart, daß seine Wider- io F i g. 3, C gibt das Ersatzschaltbild der Anordnung dhih d li Shifih h i B

Standsschicht an dem leitenden Schriftzeichen anliegt. Es hat sich gezeigt, daß hierbei die Auflösung und damit die Bildqualität nicht sosehr von der Spaltbreite abhängt, sondern vom Abstand der Isolierschicht von dem Schriftzeichen. Dieser Abstand kann aber durch Verwendung einer entsprechend dünnen Widerstandsschicht (Papierschicht) in einfacher Weise sehr klein gemacht werden. Es ist ohne weiteres möglieh, die Papierschicht dünner als die aus mechanig
nach F i g. 3, B.

Gemäß Fig. 3, A befindet sich die Schriftzeichenelektrode 53 in Berührung mit dem Streifen 25, der seinerseits einen gewissen Abstand von der Gegenelektrode 55 hat. Gemäß F i g. 3, B hat die Schriftzeichenelektrode 53 einen Abstand vom Streifen 25, der seinerseits in Berührung mit der Gegenelektrode 55 steht. In beiden Fällen besteht der Streifen aus einer Papierschicht 70 od. dgl., die mit einem isolieff 1 i i 70

schen Gründen Ideinstmögliche Spaltbreite der bisher 20 renden Kunststoff 71 überzogen ist. Das Papier 70 benutzten Anordnung zu machen. Eine übertriebene kann als Widerstandsmaterial bezeichnet werden. In mechanische Genauigkeit der Spaltbreite ist hierbei Fig. 3, A ist die Isolierschicht 71 der Elektrode55 nicht erforderlich. zugekehrt, und die Widerstandsschicht 70 berührt

Man könnte daran denken, den Registrierstreifen die Schriftzeichenelektrode 53. Bei der bisher verin bekannter Weise allein aus einer Isolierschicht be- 25 wendeten Anordnung nach Fig. 3, B ist die Isolierstehen und an dem leitenden Schriftzeichen anliegen schicht 71 der Schriftzeichenelektrode 53 zugekehrt, zu lassen. Es hat sich aber gezeigt, daß in diesem und die Widerstandsschicht 70 ist in Berührung mit Fall durch die Reibung des Isoliennaterials an der der Elektrode 55.

Schriftzeichenelektrode eine statische Aufladung des Sowohl bei der bekannten Anordnung als auch bei

Streifens erzeugt wird, die beim Entwickeln zur un- 30 der neuen Anordnung sind auch Filme aus Isolieriih d

kontrollierten Ablagerung von Pulverteilchen und zu Bildern schlechter Qualität führt. Da erfindungsgemäß die Widerstandsschicht in Berührung mit der Schriftzeichenelektrode steht, können die von der Reibungselektrizität herrührenden Aufladungen sich vor dem Entwickeln ausgleichen und damit das Ladungsbild nicht mehr beeinträchtigen.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung erläutert. Hierin ist

F i g. 1 eine Darstellung eines Schriftzeichens,

F i g. 2 ein vereinfachter Schnitt durch eine Druckanordnung zur Erläuterung der Erfindung und

Fig. 3 schematische Darstellungen und Ersatz-Schaltbilder der erfindungsgemäßen und der bisher üblichen Anordnung.

Eine einzelne Schriftzeichentype 53 ist in F i g. 1
gezeigt. Sie ist hier erhaben ausgebildet. In gewissen
Fällen können die Typen aber auch aus leitenden
Flächen bestehen, die in isolierende Flächen, welche
den Trommelumfang darstellen, eingebettet sind.
Auch kann es sich um Stellen mit geringer Austrittsarbeit handeln, die sich auf einer Metalltrommel mit
hoher Austrittsarbeit befinden, so daß die Entladung
nur von den Bildstellen ausgeht. Die Schriftzeichen
können beliebige Größe haben. Wenn die Schrifthöhe 55 schirmung sehr gering ist, kann eine verbesserte Lesbarkeit
durch xerographische oder photographische Vergrößerung erzielt werden, oder die Bilder können
zwecks Auswertung optisch projiziert werden.

Die Druckanordnung wird nun an Hand der F i g. 2 näher erläutert. Wie man sieht, besteht der Streifen 25 aus einer Widerstandsschicht 70 und einer darüber befindlichen Isolierschicht 71. Die Widerstandsschicht 70 steht in Berührung mit der Schriftzeichenl

material ohne Widerstandsschicht verwendet worden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß zur Erzeugung qualitätsmäßig befriedigender Bilder die Verwendung einer Widerstandsschicht erforderlich ist. Wenn der Widerstandsteil des Streifens der bilderzeugenden Elektrode zugekehrt ist, muß gemäß Fig. 2 die Ent-Wicklungsvorrichtung auf der anderen Seite des Streifens 25 angebracht sein. Ein Nachteil dieser Anordnung liegt darin, daß bei Verwendung eines reinen Isoliermaterials durch die Reibung desselben an der Elektrode 53, die aus anderem Material besteht, eine statische Aufladung des Streifens erzeugt wird, die beim Entwickeln zur unkontrollierten Ablagerung von Teilchen und zu Bildern schlechter Qualität führt. Dieses Problem wird durch die Verwendung einer etwas leitenden Schicht 70 in Berührung mit der Elektrode 53 überwunden, da durch die Reibung des Streifens 25 an der Elektrode 53 auftretende Ladüngen vor dem Entwickeln sich durch die leitende Schicht ausgleichen und damit nicht mehr auf dem entwickelten Bild erseheinen.

Die Leitfähigkeit der Widerstandsschicht 70 muß bestimmte Bedingungen erfüllen. Insbesondere kann sie nicht ein guter Leiter sein, da sie sonst als Abwirkt, welche die Erzeugung der gewünschten elektrischen Felder und die elektrostatische Bilderzeugung durch die Feldentladung verhindert. Während der Bilderzeugung durch den Hochspannungsimpuls muß die Schicht 70 praktisch als Isolator wirken. Sie soll eine entsprechend große Zeitkonstante haben. Anschließend soll die Schicht aber genügend leitend sein, um das Verschwinden der durch die Reibung zwischen Streifen und Elektrode erzeugten Aufladungen zu gestatten. Es hat i di äh Bdi

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trommel 42, während die Isolierschicht 71 einen ge- 65 sich gezeigt, daß Papier die erwähnten Bedingungen

ringen Abstand von der Gegenelektrode 55 hat. Nach gut erfüllt. Im allgemeinen wird das Papier so vorbe-

der Erzeugung des Ladungsbildes im Druckspalt handelt, daß es einen Wassergehalt von 3 %> bei der

zwischen der Elektrode 55 und der Trommel 42 ge- Herstellung aufweist, .und wird dann wasserdicht ein-

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geschlagen, so daß es zur Zeit der Verwendung noch und benötigt keine höhere mechanische Genauigkeit

diesen Wassergehalt aufweist. Dieser Wassergehalt der Anordnung.

entspricht einem Gleichgewicht des Papiers mit Luft Ferner dürfte der Unterschied zwischen Wider-

von mehr als 40 % relativer Feuchtigkeit. Natürlich stands- und Kapazitätsverhältnissen eine gewisse

hängt die notwendige Leitfähigkeit des Papiers von 5 Rolle bei der Verbesserung der Bildauflösung spie-

der Zeitkonstante bzw. von der Breite des an die len.

Elektroden angelegten Spannungsimpulses ab. Bei Bei der Anordnung nach F i g. 2 unter Verwen-Verwendung eines Impulses von 1500 Volt Spitzen- dung von Schriftzeichentypen nach Fig. 1 dreht sich spannung wurde z. B. gefunden, daß das soeben er- die Schriftzeichentrommel mit weit höherer Umfangswähnte Papier verwendbar ist, wenn die Impulsbreite io geschwindigkeit, als der Streifen fortschreitet. Auf zwischen etwa 2 Mikrosekunden und 1 Sekunde liegt. den ersten Blick würde man denken, daß durch die Die Ergebnisse in diesem Bereich sind jedoch nicht rasch umlaufende Trommel das Streifenmaterial volllinear, da bis zu etwa 400 Mikrosekunden keine An- ständig abgerieben wird. Es wurde jedoch überderung beobachtet werden kann. Dann sind zwischen raschenderweise gefunden, daß kein ungünstiger etwa 15 Millisekunden und etwa 100 Millisekunden 15 Einfluß auf die Druckqualität oder auf das Streifendie Ergebnisse schlecht. Zwischen etwa 215 MiHi- material durch die rasche Umdrehung der in Berühsekunden und etwa 1 Sekunde werden sie wieder rung mit dem Streifen stehenden Trommel ausgeübt besser. Das gleiche Papier wurde auch bei verschie- wird. Der Streifen wurde bis zu einem Bogen von denen Spannungen verwendet. Sein spezifischer etwa 70° um die Trommel gewickelt und die Trorn-Widerstand wurde zu 4 · 10¹⁰ Ohm · cm in einem Raum ao mel mit 12 000 Umdrehungen in der Minute betriebestimmt, der eine relative Feuchtigkeit von 17°/o ben, wobei, der Streifen sich sehr langsam bewegte aufweist. oder sogar stillstand. Hierbei wurde nur ein ganz

Die Ersatzschaltbilder in F i g. 3, C und D gelten leichtes Ansengen in den einzelnen Schriftzeichenfür zwei Stellen, nämlich für eine Bildstelle/ und spalten beobachtet. Ein Abreiben des Papiers trat eine Randstelle F. Dieser Unterschied wurde ge- 25 jedoch nicht ein. Ferner wurden Experimente ausgemacht, da eine verbesserte Auflösung bei den her- führt unter Verwendung von Schriftzeichentrommeln, gestellten Bildern im Vergleich zu in bekannter bei denen die Zwischenräume der Schriftzeichen mit Weise hergestellten Bildern beobachtet wurde und Kunststoff ausgefüllt waren, um eine glatte Oberaus den Ersatzschaltbildern eine Erklärung für diese fläche zu erzielen. Man erhielt praktisch die gleichen Tatsache gefunden werden kann. 3° Ergebnisse wie bei erhabenen Schriftzeichentypen.

In den Ersatzschaltbildern bedeuten C_c die Kapa- Zwischen der Gegenelektrode und dem Streifenmatezität des isolierenden Papierüberzugs 71 und C_L die rial wurden verschiedene Spaltbreiten angewandt. Kapazität von der Oberfläche des Streifens zur direkt Bei Luft im Zwischenspalt haben sich eine Spaltgegenüberstehenden Elektrode. C_L ist erheblich grö- breite von etwa 0,10 bis 0,13 mm und eine PuIsßer als C_s, die Kapazität von einem äußeren Punkt 35 amplitude von etwa 900 Volt für Bilder bester Qualider Streifenoberfläche zur Schriftzeichenelektrode. tat ergeben. Ferner wurde gefunden, daß eine Ver- R_s ist der Widerstand unmittelbar durch die Papier- breiterung oder Verschmälerung des Luftspaltes eine dicke, während R_L der wesentlich größere Wider- entsprechende Erhöhung oder Verringerung der stand von einem äußeren Punkt zur Schriftzeichen- Spannung um etwa 64 Volt je 0,01 mm Spaltbreitenelektrode ist. In beiden Anordnungen nach F i g. 3 C 40 änderung erfordert. Im allgemeinen soll die Luft- und D ist jeweils ein Element an den beiden mitein- spaltbreite mehr als etwa 0,075 mm betragen. Bei geander verglichenen Stellen verschieden. Bei der ringeren Spaltbreiten ergeben sich Halos, und häufig neuen Anordnung ist dies der Widerstand R und bei werden nur Teile der Schriftzeichen abgebildet, der bekannten Anordnung die Luftkapazität C_s bzw. Wenn die Spaltbreite mehr als etwa 0,25 mm beträgt, C_L. Die verbesserte Kantenabbildung bei der neuen 45 so sinkt die Qualität der Bildauflösung und des Bild-Anordnung und damit die bessere elektrostatische kontrastes rasch ab. Die Spaltbreite soll also vorBildauflösung rühren nun wahrscheinlich von den zugsweise zwischen etwa 0,075 und 0,25 mm betrahierdurch bedingten Feldstärkeunterschieden her. Bei gen.

der bekannten Anordnung hängt die Auflösung von Bei der ausgeführten Anlage läuft die Trommel der Größe des Verhältnisses C_L : C_s ab. Dieses Ver- 5o mit 12 000 Umdrehungen je Minute um, und auf die hältnis ist groß bei kleinen Spaltbreiten, wie sie zur Gegenelektrode wird eine Vorspannung gegenüber elektrostatischen Bilderzeugung verwendet werden. der umlaufenden Trommel gegeben. Diese Vorspan-Die Erfahrung hat gezeigt, daß die besten Bilder mit nung dient zur Aufbringung eines Teils des für den so geringen Spaltbreiten entstehen, wie aus mechani- Durchbruch notwendigen Potentials, ist aber kleiner sehen und elektrischen Gründen möglich ist. Allzu 55 als die Durchbruchsspannung. Hierdurch wird die schmale Spalte behindern jedoch die elektrische Ent- Impulserzeugung erleichtert. Wenn z. B. der Schwelladung und führen zu ernsten praktischen mecha- lenwert für den Durchbruch 600VoIt beträgt und nischen Problemen. Je schmaler der Spalt gemacht eine Vorspannung von 550 Volt angelegt wird, so wird, desto schwieriger wird es, die Spaltbreite braucht man nur noch einen Impuls von 50 Volt gleichmäßig zu machen. ^6o Amplitude, um den Luftspalt zu durchbrechen. In

Bei der neuen Anordnung hängt jedoch die Auf- der Praxis verwendet man zur Bilderzeugung Spanlösung von der Größe des Verhältnisse R_L : R_s ab. nungen, welche die Durchbruchsspannung um 600 Dieses Verhältnis kann einfach dadurch sehr groß bis 900 Volt übersteigen. Im obigen Beispiel würde gemacht werden, daß man eine dünne Papierschicht man also einen Impuls von etwa 650 Volt Ampliverwendet. Es ist ohne weiteres möglich, diese ⁵5 tude für den Druckvorgang anlegen. Die Streifenvor-Widerstandsschicht dünner als die Spaltbreite der Schubgeschwindigkeit beträgt vorzugsweise etwa bekannten Anordnung zu machen. Eine dünne Pa- 150 cm je Minute, kann aber z. B. innerhalb des Bepierschicht behindert die elektrische Entladung nicht reiches von 75 bis 225 cm veränderbar sein. Wegen

Claims (2)

der hohen Umlaufgeschwindigkeiten der Trommel muß die Ionisierung des Luftspalts und die Bilderzeugung in sehr kurzer Zeit erfolgen, um ein Verschmieren des gebildeten Ladungsmusters zu verhindern. Bei den oben angegebenen Werten einer Luftspaltbreite von etwa 0,10 bis 0,13 mm zwischen dem Streifen und der Gegenelektrode, während die Trommel mit etwa 12 000 Umdrehungen je Minute rotierte, und bei Verwendung eines Registrierstreifens aus mit Cellulose-Acetat-Butyrat beschichtetem Papier mit einer Gesamtdicke von etwa 0,075 mm ergaben, ausgehend von einer Vorspannung zwischen etwa 600 und 1100 Volt, Druckimpulse mit einer Amplitude von etwa 600 bis 900 Volt während etwa 3 Mikrasekunden Dauer und einer Pulsbreite der Vorspannung von 2 bis 50 Mikrosekunden, vorzugsweise aber zwischen 2 und 10 Mikrosekunden, Bilder von außerordentlich hoher Qualität. Die verwendete Schriftzeichentrommel bestand aus Aluminium mit Schriftzeichenringen aus Stahl. Unter Feldentladung ist vorstehend eine feldinduzierte stille elektrische Entladung zwischen den Elektroden verstanden, die zu einer Ladungsanhäufung auf der Isolierschicht des zwischen den Elektroden befindlichen Streifens führt. Diese stille Entladung ist keine Funkenentladung, erzeugt aber einen leitenden Luftspalt, durch den die sich auf der Isolierfläche niederschlagenden Ladungen strömen. Es handelt sich allgemein um eine kalte Entladung, wobei andere Emissionserscheinungen, wie Glühemission, nicht auftreten. Auch chemische oder physikalische Veränderungen des Registrierstreifens treten nicht ein. Die jeweilige Art der Entladung hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie den Potentialen, der Feldstärke, dem Elektrodenmaterial, dem im Spalt befindlichen Medium (Luft, ein anderes Gas oder Flüssigkeit), dem Druck u. dgl. Pateritansprüche:

1. Anordnung für elektrostatischen Druck, bei der ein leitendes Schriftzeichen in geringem Abstand einer leitenden Gegenelektrode gegenübersteht, ein Registrierstreifen, der eine von einer Isolierschicht überzogene Widerstandsschicht aufweist, in den Spalt zwischen dem leitenden Schriftzeichen und der Gegenelektrode eingeführt und ein kräftiges elektrisches Feld zwischen den beiden leitenden Teilen angelegt wird, um ein dem Schriftzeichen entsprechendes Ladungsmuster durch eine Feldentladung auf den Registrierstreifen aufzubringen, dadurch gekennzeichnet, daß der Registrierstreifen (25) so in den Spalt zwischen dem leitenden Schriftzeichen (53) und der Gegenelektrode (55) eingeführt wird, daß die Widerstandsschicht (70) das Schriftzeichen (53) berührt und die Isolierschicht (71) der Gegenelektrode (55) zugekehrt ist, von dieser jedoch einen kleinen Abstand hat.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Isolierschicht (71) und der Gegenelektrode (55) etwa 0,075 bis 0,25 mm beträgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1046 478,
870, 1055 047, 1 090 007;
französische Patentschrift Nr. 1 213 909;
USA.-Fatentschrift Nr. 2726 940.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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