DE1274597B - Verfahren und Einrichtung zum elektrostatischen Drucken - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B41m

Deutsche KL: 15 k-7/05

Nummer: 1274597

Aktenzeichen: P 12 74 597.0-45 (E 26347)

Anmeldetag: 5. Februar 1964

Auslegetag: 8. August 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum elektrostatischen Drucken.

Bekannt ist ein Verfahren zum elektrostatischen Drucken, bei dem zwei Elektroden an eine Spannungsquelle angeschlossen werden und zwischen sich ein elektrisches Feld erzeugen, in das durch die Öffnungen eines Siebes an der einen Seite des elektrischen Feldes Pulverpartikelchen in Form eines gewünschten Musters eingeführt werden.

Zur Erzeugung des elektrischen Feldes, das die Partikeln durch dieses Sieb zur gegenüberstehenden Elektrode befördert, wurde bisher das Sieb leitend gemacht, damit es als eine der Elektroden bei der Erzeugung des elektrischen Feldes wirken kann. Der Grund für eine derartige Benutzung des Siebes ist darin zu sehen, daß das Sieb ein geeignetes Mittel zum Erzeugen eines Feldes darstellt, das den gewünschten Umfang aufweist, und weil wegen der geringen Entfernung von der gegenüberstehenden Elektrode zum Erzeugen eines Feldes mit der erforderlichen Übertragungsfähigkeit die Spannung nicht so hoch zu sein braucht, als wenn die das Feld erzeugende Elektrode z. B. sich über dem die Pulverpartikeln enthaltenden Behälter befinden würde. Bei gewissen elektroskopischen Pulvern und im besonderen, wenn mit der beschriebenen Einrichtung ein Druck unmittelbar auf leitende Flächen erfolgt, zeigt sich die Erscheinung, daß das Pulver nach dem Durchgang durch die Sieböffnungen zur gegenüberstehenden Elektrode wandert, an der die Aufladung anscheinend umgekehrt wird, so daß das Pulver zum Sieb zurückwandert, an dem die Pulverpartikeln ihre Aufladung nochmals umkehren können. Ein derartiger mehrfacher Durchgang der Pulverpartikeln zwischen den Elektroden kann entweder eine Verschiebung der Stelle bewirken, an der das Pulver sich auf dem Material absetzen soll, auf dem der Druck erfolgen soll, oder es kann zu einer allgemeinen Ungleichmäßigkeit des abgesetzten Bildmusters führen. Es ist daher erwünscht, den beschriebenen Effekt, nämlich die Rückkehr des Pulvers zum Sieb oder den mehrmaligen Durchlauf des Pulvers, zu beseitigen. Bei leitenden Sieben tritt auch noch die Schwierigkeit auf, daß es verhältnismäßig schwierig ist, die Siebe straff gespannt und faltenlos zu halten, während aus einfädigem Nylon oder anderen Materialien hergestellte Siebe ohne Schwierigkeiten straff gespannt gehalten werden können.

Zur Behebung der erwähnten Nachteile kennzeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch, daß eine Vielzahl von leitenden Trägerpartikeln vorgesehen sind, die größer sind, als die Weite der Sieb-Verfahren und Einrichtung zum
elektrostatischen Drucken

Anmelder:

Electrostatic Printing Corporation of America,

San Francisco, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke

und Dipl.-Ing. H. Agular, Patentanwälte,

8000 München 27, Pienzenauer Str. 27

Als Erfinder benannt:
Clyde Orville Childress,
Palo Alto, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 11. Februar 1963
(257 614)

Öffnungen beträgt, daß ferner die Trägerpartikeln mit den Pulverpartikeln vor deren Einführung in das elektrische Feld vermischt werden, und daß die eine der Elektroden aus den Trägerpartikeln dadurch gebildet wird, daß diese mit der Spannungsquelle verbunden werden.

Bei einer Einrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens mit einem Auftragmittel, das auf die eine Seite des Siebes Pulverpartikeln aufträgt, die durch das Sieb hindurch in dem gewünschten Muster in das elektrische Feld fallen, besteht das Kennzeichen darin, daß die eine der beiden Elektroden aus einer Vielzahl von mit den Pulverpartikeln vermischten Trägerpartikeln besteht, daß ferner Mittel vorgesehen sind, die die Trägerpartikeln mit der Spannungsquelle verbinden, und daß die Trägerpartikeln größer sind, als die Weite der Sieböffnungen beträgt.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Rückkehr des Pulvers und ein mehrfacher Durchlauf des Pulvers stark eingeschränkt, und das erforderliche elektrische Feld wird erzeugt, ohne das Sieb für diesen Zweck als Elektrode zu benutzen, wobei das benötigte elektrische Feld wirksam ist, selbst wenn das Sieb nichtleitend gemacht wird.

809 589/411

Bei den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird das Gemisch aus den Pulverpartikeln und den Trägerpartikeln in einem Behälter bereitgehalten, dessen eine Seite aus einem Sieb besteht, dessen Öffnungen nach einem gewünschten Druckmuster angeordnet sind. Das Sieb wird vorzugsweise aus einem nichtleitenden Material hergestellt. Es können Mittel vorgesehen werden, die die Trägerpartikeln so bewegen, daß sie über den durchbrochenen Bezirken des Siebes eine Schicht bilden, und derart, daß sie die Pulverpartikeln durch die Öffnungen des Siebes hindurchstoßen. Das erforderliche elektrische Feld wird in der Weise erzeugt, daß die Spannungsquelle mit zwei Elektroden verbunden wird, von denen die eine Elektrode entweder aus dem zu bedruckenden und genügend leitfähigen Material besteht oder aus einer hinter dem genannten Material befindlichen Elektrode, während die andere Elektrode aus der Schicht leitender Trägerpartikeln besteht, die mit den Pulverpartikeln vermischt sind. Die leitenden Trägerpartikeln können sich unmittelbar hinter dem Sieb befinden, so daß die zum Erzeugen des elektrischen Feldes erforderliche Spannung nicht wesentlich erhöht zu werden braucht. Es hat sich gezeigt, daß bei einem Gemisch mit einem Gehalt von volumenmäßig 50 °/o oder mehr an Trägerpartikeln das elektrische Feld, das durch Verbinden dieser Trägerpartikeln mit der Spannungsquelle erzeugt wird, genügend gleichförmig ist, um einen Druck von ausgezeichneter Güte zu ermöglichen. Wird das Sieb nichtleitend gemacht, so wird die Erscheinung des mehrfachen Durchlaufs der Pulverpartikeln im wesentlichen vollständig beseitigt. Die Partikeln kehren bei Erreichen des nichtleitenden Siebes ihre Ladung nicht um und verbleiben daher am Sieb.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In der Zeichnung ist die

F i g. 1 eine schematische Darstellung, die die Anordnung eines Gemisches aus triboelektrischen Pulverpartikeln und leitenden Pulverpartikeln in einem Behälter zeigt,

F i g. 2 eine schaubildliche Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 3 eine schaubildliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 4 eine Darstellung von Einzelheiten eines Behälters, der bei der Ausführungsform nach der F i g. 3 verwendet werden kann, und die

F i g. 5 eine Darstellung noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Die F i g. 1 zeigt einen Behälter 10 mit einer zum Teil offen dargestellten Wandung, der ein Gemisch aus Trägerpartikeln 12 und Pulverpartikeln 14 enthält, wobei das Sieb sich am Boden des Behälters befindet. Befindet sich im Behälter eine genügende Menge von Trägerpartikeln 12, vermischt mit den Pulverpartikeln 14 (vorzugsweise 5O^fl/o volumenmäßig), so kann eine Sonde oder eine Elektrode, die in das Gemisch an irgendeiner Stelle eingeführt wird, im wesentlichen alle Trägerpartikeln mit einer Spannungsquelle verbinden. Die leitenden Trägerpartikeln sollen so groß sein, daß sie durch die Sieböffnungen nicht hindurchtreten können, während die Pulverpartikeln genügend klein sein sollen, um die Sieböffnungen durchdringen zu können. In der Masse des Gemisches steht eine genügende Menge der Trägerpartikeln miteinander in Berührung und bildet eine sich durch die Masse hindurch erstreckende leitende Schicht. Die Trägerpartikeln sollen nicht so klein sein, daß sie in die Sieböffnungen hineinpassen. Als Beispiel sei angeführt, daß für den Druck ein Sieb mit einer Maschenweite von 74 Mikron benutzt wurde. Die verwendeten leitenden Partikeln konnten durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 145 Mikron, jedoch nicht durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 97 Mikron durchdringen oder hindurchtreten.

Es wird nunmehr auf die F i g. 2 verwiesen, die in ίο schaubildlicher Darstellung eine Ausführungsform der Erfindung zeigt. Ein Behälter 20 wird von einer geeigneten Schüttelvorrichtung 21 hin- und hergeschüttelt. Die Vorrichtung kann aus einem entsprechend betriebenen Elektromagneten oder aus einer Kurbelvorrichtung bestehen, die von einem Motor angetrieben wird. Der Behälter 22 weist eine Arbeitsfläche 22 auf, die aus einem nichtleitenden Material hergestellt ist. Diese Arbeitsfläche weist die Sieböffnungen 22 A auf, die das gewünschte Druckmuster bilden. In die Arbeitsfläche 22 sind die Kontakte 24 eingelassen, die den Anschluß einer Spannungsquelle an den Inhalt des Behälters 20 ermöglichen. Dieser Inhalt besteht aus den Pulverpartikeln, die durch die Sieböffnungen auf das Material 26 übertragen werden, das bedruckt werden soll. Mit den Pulverpartikeln sind die leitenden Trägerpartikeln, z. B. 14 nach der Fig. 1, vermischt. Die Pulverpartikeln sind genügend klein, um durch die Sieböffnungen hindurchtreten zu können, während die Trägerpartikeln zurückbleiben.

Der eine Anschluß einer Spannungsquelle 28 ist mit den beiden Kontakten 30, 32 und der andere Anschluß mit dem Material 26 verbunden, das bedruckt werden soll. Die dem Behälter 20 zugewandten Seiten der Kontakte 30, 32 werden vorzugsweise aus einem leitenden Material hergestellt. Der Behälter wird bewegt, bis er die Kontakte 30, 32 berührt. In diesem Zeitpunkt wird über die Kontakte 24 eine Verbindung zwischen den im Behälter befindlichen Trägerpartikeln und den Kanten 30, 32 hergestellt. Infolgedessen wird zwischen den leitenden Trägerpartikeln und dem leitenden Material 26 ein elektrisches Feld erzeugt, wobei die Pulverpartikeln, die durch die Sieböffnungen hindurch in das elektrische Feld gedrängt werden, auf das Material 26 übertragen werden. Die Schüttelvorrichtung 21 bewegt den Behälter 20 rasch, bis dieser gegen die Kontakte 30, 32 stößt, und zieht dann den Behälter rasch zurück. Die von dem leitenden Material 26 dargestellte leitende Fläche kann dann durch eine neue leitende Fläche ersetzt werden.

Eine Arbeitsweise mit arretiertem Aufschlag, wie in der F i g. 2 dargestellt, braucht nicht angewendet zu werden. Es kann eine Anordnung nach der F i g. 3 benutzt werden, wobei der Behälter 34 eine nichtleitende Arbeitsfläche 36 aufweist, deren Sieböffnungen 36^4 zu einem Muster angeordnet sind, das gedruckt werden soll. Die F i g. 4 zeigt die Innenseite des Behälters 34. Es ist eine Anzahl von Stäben oder Drähten 38 vorgesehen, die den Behälter in beliebiger Anordnung durchziehen. Diese Stäbe verbinden die Außenseite des Behälters mit mindestens einem Anschlußmittel 40. Zwischen diesem Anschlußmittel und der in der F i g. 3 dargestellten Spannungsquelle 42 wird eine Verbindung hergestellt. Der Behälter 34 enthält ein Gemisch aus triboelektrischen Pulverpartikeln und leitenden Trägerpartikeln. Diese leitenden Trägerpartikeln werden unter der Einwirkung

der Betätigungsvorrichtung 21 in den Behälter zurückbewegt, wenn die Betätigungsvorrichtung den Behälter zurückzieht und dann die Bewegungsrichtung plötzlich umkehrt. Bewegt die Betätigungsvorrichtung den Behälter in Richtung zum leitenden Material 26, das bedruckt werden soll, und wird dann die Bewegung des Behälters nochmals plötzlich umgekehrt, so werden die Trägerpartikeln gegen die öffnungen des nichtleitenden Siebes gedrückt und stoßen die Pulverpartikeln durch diese Öffnungen aus, die dann unter der Einwirkung des elektrischen Feldes zum Material 26 wandern.

Wenn gewünscht, können die Behälterwandungen aus einem leitenden Material hergestellt werden und bewirken bei kleinen Druckflächen einen ausreichenden Kontakt, so daß die leitenden Partikeln als Feldelektrode wirken können.

Da beim Druck nur eine Zeitspanne in der Größenordnung von einer Millisekunde benötigt wird, um die Pulverpartikeln vom Sieb auf das leitende Material 26 zu übertragen, so kann die Betätigungsvorrichtung den Behälter mit einer sehr großen Geschwindigkeit bewegen, ohne den Druckvorgang wesentlich zu behindern. Soll ein Druck auf Materialien erfolgen, die nicht an die Spannungsquelle 42 angeschlossen sind, so können diese nach der Erfindung selbstverständlich zwischen dem leitenden Material 26 und dem Sieb 36 angeordnet und bedruckt werden.

Die F i g. 5 zeigt eine Anordnung, bei der leitende magnetische Trägerpartikeln verwendet werden, die eine Elektrode für die Durchführung des elektrostatischen Druckes bilden. Der Behälter 50 enthält ein Gemisch aus leitenden und magnetisierbaren Partikeln und Pigmentpulverpartikeln, die in die Zone des elektrischen Feldes befördert werden sollen. Diese Zone befindet sich zwischen einer leitenden Elektrode 52 und der von den leitenden Trägerpartikeln gebildeten Elektrode. Die Seite 54 des Behälters 50 ist die Arbeitsfläche, an der die Sieböffnungen nach dem gewünschten Muster angeordnet sind. Das Sieb besteht aus einem nichtleitenden Material. Zwischen die Elektrode 52 und die Arbeitsfläche 54 kann ein zu bedruckendes Dokument oder ein Objekt eingelegt werden. Eine Spannungsquelle 56 ist an die Elektrode 52 und an die Kontakte 58, 60 angeschlossen, die sich in den Behälter 50 hinein erstrecken und einen Kontakt mit den Trägerpartikeln herstellen.

Eine Spannungsquelle 62 ist über einen Schalter 64 mit einem Elektromagneten 66 verbunden, der aus einem Joch 68 und einer mit Anzapfungen versehenen Wicklung 70 besteht. Ein Wählschalter 72 verbindet die Anzapfungen der Wicklung 70 der Reihe nach mit der Spannungsquelle 62.

Soll gedruckt werden, so wird der Schalter 64 geschlossen, wobei das linke Ende des Elektromagneten 66 ein Magnetfeld erzeugt, das die leitenden magnetisierbaren Partikeln zur Siebfläche 54 hin anzieht. Diese Partikeln gelangen in Berührung mit dem Kontakt 60, wenn sie vom Boden des Behälters 50 aus nach oben zur Fläche 54 gezogen werden. Die leitenden magnetisierbaren Trägerpartikeln bewegen die Pulverpartikeln durch die Sieböffnungen in das elektrische Feld hinein, das dadurch erzeugt wird, daß diese leitenden Trägerpartikeln mit dem Kontakt 60 in Berührung stehen. Der Schalter 72 wird bewegt und gelangt mit den Anzapfungen der Wicklung des Elektromagneten der Reihe nach in Berührung, wobei die leitenden Trägerpartikeln nach und nach gegen die Arbeitsfläche 54 des Behälters 50 gezogen werden und dabei die Pulverpartikeln in die Zone zwischen dem Sieb und der leitenden Platte 52 bewegen und ferner ein elektrisches Feld erzeugen. Nach beendetem Druck kann der Schalter 64 geöffnet werden, wobei die leitenden Trägerpartikeln in die Pulvermasse zurückfallen und dabei die Pulverladung erneuern, die für den nächsten Druck benutzt wird.

Dadurch, daß die leitenden Trägerpartikeln als Elektroden für den elektrostatischen Druck an Stelle des Siebes benutzt werden, können die Siebe aus weniger teuren Materialien hergestellt werden als bisher. Da bisher leitende Siebe benötigt wurden, so mußten diese entweder aus einem teuren Metallsieb bestehen oder aus einem Material, das mit einem leitenden Überzug versehen werden konnte. Nach der Erfindung kann dieses Sieb nunmehr aus einem viel billigeren Material hergestellt werden. Mit den beschriebenen Verfahren nach der Erfindung wird ein besserer elektrostatischer Druck ermöglicht, während andererseits die Kosten der diesem Zweck dienenden Einrichtung gesenkt werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum elektrostatischen Drucken, wobei zwei Elektroden an eine Spannungsquelle angeschlossen werden und zwischen sich ein elektrisches Feld erzeugen, in das durch die Öffnungen eines Siebes an der einen Seite des elektrischen Feldes Pulverpartikeln in Form eines gewünschten Musters eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von leitenden Trägerpartikeln (12) vorgesehen wird, die größer sind, als die Weite der Sieböffnungen (22A, 36A) beträgt, daß die genannten Trägerpartikeln mit den genannten Pulverpartikeln (14) vor deren Einführen in das genannte elektrische Feld vermischt werden, und daß die eine der genannten Elektroden aus den genannten Trägerpartikeln dadurch gebildet wird, daß diese mit der genannten Spannungsquelle (28, 42, 56) verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverpartikeln (14) durch die Öffnungen (22,4, 36.4) des Siebes (22, 36, 54) hindurch zur anderen Seite des Siebes in der Weise bewegt werden, daß die genannten Trägerpartikeln (14) gegen das Sieb gedrückt werden.

3. Einrichtung zum Durchführen des elektrostatischen Druckverfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit zwei an eine Spannungsquelle angeschlossenen Elektroden, mit einem an der einen Seite des elektrischen Feldes angeordneten Sieb mit Öffnungen, deren Anordnung einem zu druckenden gewünschten Muster entspricht, und mit einem Auftragmittel, das auf die eine Seite des genannten Siebes Pulverpartikeln aufträgt, die durch das Sieb in dem gewünschten Muster in das elektrische Feld fallen, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der genannten beiden Elektroden aus einer Vielzahl von mit den genannten Pulverpartikeln (14) vermischten Trägerpartikeln (12) besteht, daß Mittel (24, 30, 32; 38, 40; 58, 60) vorgesehen sind, die die Trägerpartikeln mit der genannten Spannungsquelle (28,

42, 56) verbinden, und daß die Trägerpartikeln größer sind, als die Weite der Sieböffnungen (22^4, 36^4) beträgt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Auftragmittel aus einer sich hin- und herbewegenden Schüttelvorrichtung (21) besteht.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Trägerpartikeln (12) magnetisch sind und daß das genannte

IO Auftragmittel aus einer elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung (66) besteht.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Trägerpartikeln (12) mindestens 50 % des Gemisches aus Träger- und Pulverpartikeln bilden.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Sieb (22,36,54) aus einem verhältnismäßig nichtleitenden Material besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 589/411 7.68 © Bundesdruckerei Berlin