DE1946815A1

DE1946815A1 - Elektrostatisches Aufzeichnungsverfahren

Info

Publication number: DE1946815A1
Application number: DE19691946815
Authority: DE
Inventors: Ulf Dipl-Phys Dr Rothgordt
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1969-09-16
Filing date: 1969-09-16
Publication date: 1971-03-18
Also published as: DE1946815C3; FR2062196A5; GB1320396A; JPS4824642B1; SE352969B; CA927469A; DE1946815B2; US4054885A

Description

Philips Patentverwaltung GmbH., Hamburg 1, Mönckebergstr.7

Elektrostatisches Aufzeichnungsverfahren

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur elektro- ä statischen Aufzeichnung, bei welcher ein Bereich auf einem Aufzeichnungsträger durch elektrisch geladene Teilchen geladen wird, die einer im elektrischen Feld zwischen einer Bildelektrode und dem Aufzeichnungsträger entstehenden selbständigen Gasentladung entstammen, die sich ausbildet, wenn durch koinzidierende Ansteuerung von auf beiden Seiten des Aufzeichnungsträgers wirkenden Elektrodenanordnungen ein Schwellwert des elektrischen Feldes überschritten wird, wobei die auf der ladungsbildtragenden Seite des Aufzeichnungsträgers befindlichen Bildelektroden, die zur Formung des gewünschten Ladungsbildes dienen, zu Gruppen zusammengefaßt sind· und korrespondierende Bildelektroden der versohiedenen Gruppen gemeinsam schaltbar sind, während Gegen- f elektroden auf der Rückseite des Aufzeichnungsträgers zur Auswahl der jeweils gewünschten Bildelektrodengruppe diesen.

Verfahren mit derartigen Anordnungen dienen zur schnellen Aufzeichnung graphischer Information, wie z.B. von Buchetaben und Ziffern in sogenannten Schnelldruckern oder "bei schnellen Faksimile-Übertragungs-Verfahren. Mit ge-

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eigneten Anordnungen sind aber auch Kurvenzüge oder sonstige bildliche Darstellungen mit einem derartigen Verfahren herstellbar. Es besteht im allgemeinen aus drei Prozeßschritten, wobei im ersten Schritt auf einem speziellen Aufzeichnungsträger durch geeignete Elektrodenanordnungen ein der gewünschten Information entsprechendes Ladungsbild hergestellt wird. Dieses unsichtbare Ladungsbild wird in einem zweiten Schritt durch geeignete Vorrichtungen und Mittel entwickelt, d.h. mittels trockener Pulver oder flüssiger Suspensionen sichtbar gemacht werden. Das sichtbare Bild wird, falls notwendig, in einem dritten Schritt dauerhaft mit dem Aufzeichnungsträger verbunden, d.h. fixiert.

Der AufzeichnungsVorgang beginnt also mit einer bildmäßigen Aufladung des Aufzeichnungsträgers mit Hilfe von "Bildelektroden". Diese Bildelektroden sind der Iadungsbildtragenden Seite des Aufzeichnungsträgers zugewandt, während die Rückseite des Aufzeichnungsträgers mit sogen. Gegenelektroden in Kontakt gebracht werden muß. Zwischen Bild- und Gegenelektroden muß zur Erzeugung eines Ladungsbildes eine elektrische Spannung angelegt werden, deren Größe vom Abstand Bildelektrode Gegenelektrode und den Aufzeichnungsträgereigen^chaften abhängt. Die Spannung muß mindestens so groß sein, daß im Luftspalt zwischen Bildelektrode und Aufzeichnungsträgeroberfläche eine selbständige Gasentladung gezündet wird.

Diese Bildelektroden können sehr verschiedenartig angeordnet sein. Universell zur Aufzeichnung beliebiger graphischer Informationen verwendbar sind nur Anordnungen, deren Elektroden jeweils einen kleinen Ladungepunkt

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liefern, wie z.B.. in einer Reihe nebeneinander oder in "Matrixfor"m angeordnete Stiftelektroden. Da bei üblicher Schreibbreite von Druckern und Registriergeräten zur Erreichung einer ausreichenden Auflösung mehrere hundert bis tausend Stifte erforderlich sind, ist es zweckmäßig, die Stifte nach einem Koinzidenzprinzip zur Wirkung zu bringen. Hierfür sind bereits verschiedene Methoden vorgeschlagen und ausgeführt worden. Es sind z.B. Bildelektrodenanordnungen bekannt, bei denen jede Stiftelektrode von einer Hilfselektrode begleitet ist, während eine einzige Gegenelektrode für alle Bildelektroden gemeinsam wirkt. Nur bei g'leichzeitigem Anlegen einer elektrischen Spannung an die Stift- und an die Hilfselektrode wird zwischen diesen beiden eine selbständige Gasentladung eingeleitet, die zu einer punktförmigen Aufladung des Aufzeichnungsträgers an der Stelle des angesteuerten Elektrodenpaares führt. Der Nachteil einer solchen Anordnung liegt in der allmählichen Abnutzung des Elektrodenpaares und des dazwischen liegenden Isoliermaterials durch die ständige Funkenbildung. Andere Anordnungen ohne unterteilte Gegenelektroden enthalten vor jeder Bildelektrode ein Widerstandspaar, das in einem vollständigen Druckkopf zu einem Matrixnetzwerk zusammengefaßt ist und eine Koinzidenzansteuerung ermöglicht. Nachteilig ist bei einer derartigen Anordnung der hohe Aufwand an Widerständen, die komplizierte Herstellung des Druckkopfes und der relativ hohe Energieverbrauch im Widerstandsnetzwerk. Es ist deshalb versucht worden, mit einfachen Bildelektrodenanordnungen und unterteilten Gegenelektroden einen Koinzidenzbetrieb zu realisieren. Hierfür sind gruppenweise Anordnungen von Bildelektroden benutzt worden, wobei jeder Gruppe gegenüber eine Gegenelektrode, deren

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Größe der Ausdehnung der Gruppe entsprach, angebracht war. Liegen die Gruppen der Bildelektroden unmittelbar nebeneinander, was in praktisch allen Anwendungsbereichen der Fall ist, ergeben sich in den Randbereichen einer Gruppe Störungen im Ladungsbild, die sich je nach Aufzeichnungsbedingungen entweder als zu schwaches Ladungsbild oder als Schattendruck bemerkbar machen. Die Ursache dieser Störung liegt in der durch das Potential an den Gegenelektroden bedingten und von den Aufzeichnungsträgereigennchaften abhängigen Potentialverteilung im Substrat des Aufzeichnungsträgers. Elektrostatische Aufzeichnungsträger haben nämlich grundsätzlich eine aus mindestens zv/ei Schichten bestehende Struktur, und zwar zunächst ein Substrat, das durch geeignete Maßnahmen eine gewisse Leitfähigkeit (10" - 10"" S/cm) erhalten hat, und auf dem- Substrat eine dünne dielektrische Schicht, auf der das Ladungsbild gebildet und gehalten wird. Die Potentialverteilung in einem Substrat, das mit auf unterschiedlichem Potential liegenden Gegenelektroden in Kontakt ist, wird einerseits durch die mehr oder weniger homogene Leitfähigkeitsverteilung im Substrat bestimmt. Andererseits wurde jedoch gefunden, daß der Übergangswiderstand zwischen Gegenelektroden und Substrat einen sehr viel größeren Einfluß auf diese Potentialverteilung hat, da er im allgemeinen sehr viel größer ist, als der aus der Substratleitfähigkeit herrührende Durchgangswiderstand. Die Potentialverteilung im Substrat weist daher an der Grenze zwischen zwei auf verschiedenem Potential liegenden Gegenelektroden nicht den an sich gewünschten sprungartigen Verlauf auf, sondern zeigt einen sich über mehrere Millimeter er-

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streckenden allmählichen Anstieg, der bereits innerhalb des einen Gegenelektrodenbereiches beginnt und erst innerhalb des anderen Gegenelektrodenbereichs endet. Die Folge dieser allmählichen und nicht sprungartigen Potentialänderung ist bei Anwendung relativ kleiner Spannungen für die Ladungsbilderzeugung eine Schwächung des Ladungsbildes am Rande, während bei höheren Spannungen zwar auch im Randbereich der Gegenelektrode eine ausreichende Ladungsmenge übertragen wird, stattdessen aber zusätzlich. Zeichen der vorigen oder folgenden Gruppe als Schattendruck auftreten.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wird erfindungsgemäß bei der eingangs genannten Anordnung vorgeschlagen, daß einerseits *die korrespondierenden Bildelektroden der ungeradzahligen Gruppen und andererseits die korrespondierenden Bildelektroden der geradzahligen Gruppen elektrisch verbunden sind und jeweils zwei nebeneinanderliegende Gegenelektroden gleichzeitig schaltbar und so angeordnet sind, daß die beiden äußeren Randbereiche jedes möglichen Gegenelektrodenpaares um mehrere Bildelektrodenbreiten über die dem mittleren Bereich dieses Gegenelektrodenpaares gegenüberliegende Bildelektrodengruppe hinausragen.

Durch diese Anordnung wird in jedem J?all gewährleistet, daß im Bereich der gewünschten Gruppe der angesteuerten Bildelektroden das Potential im Substrat den vollen Wert angenommen hat und im Bereich der übrigen Gruppen der angesteuerten Bildelektroden das Potential im Substrat auf dem Minimalwert bleibt. Schattendruck oder zu schwache Bilder in den Randbereichen der Gegenelektroden können hierbei nicht auftreten.

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Eine nähere Beschreibung eines Ausführungsbeispiels wird anhand der Zeichnung durchgeführt. Es zeigen

Pig. 1 die Potentialverteilung im Substrat an der Grenze zweier Gegenelektroden mit unterschiedlichem Potential,

Fig. 2 Anordnung und Schaltung von Bild- und Gegenelektroden.

Wird ein elektrostatischer Aufzeichnungsträger, insbesondere ein solcher, dessen Substrat eine papierartige Substanz ist, mit einer Gegen- oder Grundelektrode in Kontakt gebracht, so kann man in der Kontaktzone einen von verschiedenen Parametern abhängigen Übergangswiderstand feststellen. Bei nicht zu großem Kontaktdruck ist dieser auf die Flächeneinheit bezogenen Widerstand sehr viel größer als der ebenfalls auf die Flächeneinheit bezogene Durchgangswiderstand des Substrats. Die Ursache hierfür liegt z.T. sicherlich darin, daß die papierartige, d.h. relativ rauhe Substanz nur an wenigen Punkten mit der Gegenelektrode in elektrischem Kontakt steht/ Die Folge dieses Übergangswiderstandes ist eine schematisch in Fig. 1 dargestellte Potentialverteilung'¹ φ im Substrat, wenn der Aufzeichnungsträger auf zwei Gegenelektroden 1a und 1b mit unterschiedlichem Potential (z.B. +U bzw. -U) liegt. Der Aufzeichnungsträger 2 besteht aus dem relativ leitfähigen Substrat 4 und der. ladungsbildtragenden Schicht 5. Zwischen Substrat 4 und den Gegenelektroden 1 entsteht der Übergangswiderstand 3. Die Kurve 6 stellt die ortsabhängige Potentialverteilung an der Grenze zwischen Substrat 4 und elektrischer Schicht 5 darο

Der in Fig. 1 dargestellte typische Potentialverlauf verliert seine störende Wirksamkeit, wenn eine Elektrodenanordnung gemäß Fig. 2 verwendet wird. Der Aufzeichnungsträger 2 kann-senkrecht zur Zeichenebene durch die Druckkopf-Elektrodenanordnung, bestehend aus den Bildelektroden 12 und den Gegenelektroden 11, hindurchbewegt werden, so daß ein reihen- oder zeilenweiser Aufbau des ladungsbildes möglich ist. Die Bildelektroden sind zu Gruppen Gr₁ bis Gr_n zusammengefaßt und werden durch Schalter Z ^ _u (J) = 1 oder 2 geschaltet.

Die korrespondierenden Bildelektroden in den ungeradzahligen Gruppen sind elektrisch verbunden und zu einer Serie von Zeichenschaltern Z₁ ( Z₁ .j..... .Z.. ) geführt,

während entsprechend die Bildelektroden in den geradzahligen Gruppen zu den Zeichenschaltern Zp (Zp.,....Zp )

geführt sind. Die Gegenelektroden 11 liegen einzeln an entsprechenden Schaltern G₁ bis G_n+1♦ die in praxi natürlich durch geeignete elektronische Schaltungen realisiert werden können. Die räumliche Anordnung der Gegenelektroden ist derart gewählt worden, daß eine Bildelektrodengruppe Gr^ dem den Schaltern G^ und G^₁ zugeord- I neten Gegenelektrodenpaar 11 gegenüberliegt und die dieser Gruppe Gr* nicht gegenüberliegenden Randbereiche des

Gegenelektrodenpaares etwa gleiche Größe haben, wobei A eine ganze Zahl aus der Zahlenreihe 1 ... η bedeutet. Wird nun eine Aufzeichnung im Bereich der Bildelektrodengruppe Gri gewünscht, so müssen für ungerades^ die notwendigen Zeichenschalter Z₁ und für gerades ^ die entsprechenden Schalter Z_{2 u} betätigt sowie die Schalter G^

und G^ ,. eingeschaltet werden,

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Für die Anwendung dieses Verfahrens in schnellen Zeilendruckern ergibt sich für die G^ ein sehr einfacher Impulsplan, da man zweckmäßigerweise die Aufzeichnung gruppenseriell vornehmen sollte. Im ersten Takt einer Reihe sind daher Gegenelektrodenschalter G₁ und G₂ einzuschalten; von den Bildelektroden 12 aus Gruppe Gr^ käsren jetzt durch Auswählen bestimmter, die Information wiedergebender Schalter von Z- die gewünschten Ladungsbildpunkte aufgezeichnet werden. Im zweiten Takt folgen Gegenelektrodenschalter G₂ + G,, sowie für Gruppe Gr₂ die gewünschten Schalter Z₂ . Im dritten Takt folgen Gegenelektrodenschalter GU und G, für die Gruppe Gr,, für diese Gruppe jedoch wieder bestimmte Schalter Z. .

Die Schaltergruppen Z.. und Z₂ wechseln sich also jeweils ab, während die Schalter G^ seriell ein- und ausgeschaltet werden und dabei zwei Takte lang eingeschaltet bleiben.

Doch auch für beliebige Reihenfolge der Bildelektrodengruppen, z.B. für schnelle Recorder und Plotter ist die Anordnung vorteilhaft anwendbar. Es muß lediglich dafür ο or ge getragen werden, daß bei einer in Gruppe Gr/ gewünschten Aufzeichnung die beiden Gegenelektrodenschalter Gr^ und G^ .. eingeschaltet werden.

Aufgrund der Beschreibung ist bei Anwendung der Anord- ' nung in Schnelldruckern ein weiterer Vorteil des Erfindungsgedankens erkennbar. Da nämlich die Zeichenschalter Z^ und Z₂ abwechselnd gebraucht werden, entfällt die Wartezeit zwischen zwei Takten, die bei Verwendung von elektronischen Bauelementen in den Schaltern als Erhol-

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zeit für die eingeschalteten Zeichenschalter notwendig ist. Diese Erholzeit kann durch die Arbeitszeit der anderen Gruppe von Zeichenschaltern ausgefüllt werden, wenn das Ausschwingen der Zeichenschalter in Form eines tTberschwingens in entgegengesetzter Richtung vor sich geht, wie z.B. in transformatorgekoppelten Schaltern.

Gegenüber einer Druckkopfanordnung mit Widerstandsnetzwerk hat die vorgeschlagene Anordnung den Vorteil, daß die zweckmäßig durch Halbleiterbauelemente zu realisierenden Gruppen- und Zeichenschalter (G^ und Zn ) nur

für etwa die halbe Spannung ausgelegt werden müssen.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur elektrostatischen Aufzeichnung, bei welcher ein Bereich auf einem Aufzeichnungsträger durch elektrisch geladene Teilchen geladen wird, die' einer im elektrischen Feld zwischen einer Bildelektrode und dem Aufzeichnungsträger entstehenden selbständigen Gasentladung entstammen, die sich ausbildet, wenn durch koinzidierende Ansteuerung von auf beiden Seiten des Aufzeichnungsträgers wirkenden Elektrodenanordnungen ein Schwellwert des elektrischen Feldes überschritten wird, wobei die auf der ladungsbildtragenden Seite des Aufzeichnungsträgers befindlichen Bildelektroden, die zur Formung des gewünschten Ladungsbildes dienen, zu Gruppen -zusammengefaßt sind und korrespondierende Bildelektroden der verschiedenen Gruppen gemeinsam schaltbar sind, während Gegenelektroden auf der Rückseite des Aufzeichnungsträgers zur Auswahl der jeweils gewünschten Bildelektrodengruppe dienen, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits die korrespondierenden Bildelektroden der ungeradzahligen Gruppen (Gr., Gr.,...) und andererseits die korrespondierenden Bildelektroden der geradzahligen Gruppen (Gr_?, Gr.....) elektrisch verbunden sind und jeweils zwei nebeneinanderliegende Gegenelektroden (11) gleichzeitig schaltbar und so angeordnet sind, daß die beiden äußeren Randbereiche jedes möglichen Gegenelektrodenpaares um mehrere Bildelektrodenbreiten über die dem mittleren Bereich dieses Gegenelektrodenpaares gegenüberliegende Bildelektrodengruppe hinausragen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen- und Zeichenschalter (G \ und Z^ ) Halbleiter sind bzw. aus Halbleiter-Bauelelementen bestehen.

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