DE2109008A1

DE2109008A1 - Schreibstift fur die elektrographische Aufzeichnung

Info

Publication number: DE2109008A1
Application number: DE19712109008
Authority: DE
Inventors: Howard Daniel Rochester NY Ring (V St A )
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1970-02-25
Filing date: 1971-02-25
Publication date: 1971-09-09
Also published as: NL7102221A; JPS5028284B1; DE2109008C3; GB1336762A; CA953347A; DE2109008B2; FR2079092A5

Description

Schreibstift für die elektrographische Aufzeichnung

Bei der elektrographischen Aufzeichnung wird eine elektrostatische Ladung direkt auf einen isolierenden Aufzeichnungsträger in einer Verteilung aufgebracht, die den einem Schreibstift zugeführten Ladungen entspricht. Im allgemeinen stehen mehrere Schreibstifte mit dem Aufzeichnungsträger in Berührung, und die Ladungen werden auf dem Aufzeichnungsträger erzeugt, indem zwischen den Schreibstiften und einer auf der anderen Seite des Aufzeichnungsträgers angeordneten geerdeten Platte ein elektrisches Feld erzeugt wird. Das Aufbringen einer Ladung auf den Aufzeichnungsträger erzeugt auf diesem Markierungen oder Punkte, die zu den zu schreibenden Daten zusammengesetzt sind. Der Aufzeichnungsträger kann ein mit Kunststoff beschichtetes Papier, vorgetrocknetes Papier oder ein anderes dielektrisches Blatt sein, das einen hohen Widerstand hat und' eine elektrostatische Ladung für längere Zeit hält« Zur Sichtbarmachung muß das elektrostatische Bild mit einem elektroskopischen Entwicklerpulver oder Toner entwickelt werden. Der Toner ist derart ausgewählt, daß er mit einer Polarität entgegengesetzt derjenigen des latenten elektrostatischen Bildes aufgeladen ist. ^] Wird ein solcher Toner auf die geladene Fläche aufgebracht, so übt das latente Bild eine Anziehungskraft auf ihn aus und hält ihn in den geladenen Bereichen fest. Der Toner kann dann auf dem Aufzeichnungsträger eingeschmolzen werden, wodurch eine

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dauerhafte Aufzeichnung entsteht.

Die meisten Schreibvorrichtungen enthalten Schreibstifte mit begrenzter Lebensdauer, da ihre Stiftelektroden bei der Bewegung über den Aufzeichnungsträger abgenutzt werden. Daher müssen die Schreibstifte in regelmäßigen Abständen ausgewechselt werden, was die Betriebskosten einer Schreibvorrichtung erhöht. Um dieses häufige Auswechseln zu vermeiden, wurden bereits viele Versuche zur Entwicklung von Schreibstiften mit längerer Lebensdauer durchgeführt. Diese schlugen jedoch entweder völlig fehl oder waren mit einer Erhöhung der Herstellungskosten verbunden.

Eine Möglichkeit zur Verlängerung der Lebensdauer von Schreibstiften besteht darin, die Stiftelektroden so hart wie r.iöglich zu machen. Dadurch entstehen jedoch Herstellungsprobleine, da harte Stoffe wie Wolfram, Wolframcarbid, ITickel-liolfram, hartes Chrom, Edelstahl oder Beryllium-Kupfer .schwierig auf geätzte Kupferleiter aufzubringen sind.' Entsprechende Versuche führen zu einem Zerspringen des Belages an den Schroibspitzen oder zur Verkürzung der Stiftelektrodenjda diese einen nur geringen Abstand zueinander haben.

Bei gewissen elektrographischen Aufzeichnungsarten ist eine möglichst schnelle Entwicklung des erzeugten Ladungsmusters erwünscht, um eine sofortige Auswertung der aufgezeichneten Informationen zu ermöglichen. ~Άη entsprechender Anwendungsfall ist die elektrographische Schreibmaschine. Gewisse Aufzeichnungsträger erfordern gleichfalls eine sofortige Entwicklung, da sie die aufgezeichneten Ladungen für längere Zeit nicht halten können.

Der Schreibstift soll die Aufzeichnungsfläche während des Aufzeichnungsvorganges vorzugsweise berühren. Ss hat sich gezeigt, daß sich eine unbeständige Aufzeichnung ergibt, wenn bei der Entwicklung Faserelemente auf den Aufzeichnungsträger einwirken. Da eine schnelle ISntwicklung erforderlich ist,

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wurden die Fasern der Beschickungsvoxrrichtung für den Entwicklerstoff so angeordnet, daß sie den Schreibstift einhüllen, wenn er sich von einem Rand des Aufzeichnungsträgers zum-anderen bewegt hat. Hierunter ist zu verstehen, daß zu verschiedenen Zeitpunkten während eines Schreibzyklus der Schreibstift durch die Fasern der Leschickungsvorrichtung bewegt wird* während die Entwicklung stattfindet. Auf diese Veisc bewirken die Fasern an der Hinterkante des Schreibstiftes eine Entwicklung der aufgezeichneten Ladungen, während die Fasern an der Vorderkante des Schreibstiftes bei dessen Weiterbewegung einer scharfen Krafteinwirkung ausgesetzt sind.

Die Zeitlupenfotografie hat gezeigt, daß bei der Bewegung der Vorderkante dos Schreibstiftes durch die Fasern der Beschickungsvorrichtung einige Fasern derart abgebogen werden, daß ihre freien Enden zwischen dem Schreibstift und dem Aufzeichnungsträger an den Kontaktstellen festgeklemmt werden. Obwohl die Fa-sern keinen großen Durchmesser haben, bewirken die wenigen festgehaltenen Fasern eine Veränderung der sorgfältig eingestellten Aufzeichnungsparameter, wodurch sich eine sohlechte und unbeständige Aufzeichnung ergibt. In einigen Fällen können die Fasern abgebrochen oder von ihrer Halterung abgerissen werden.

Bin Schreibstift, der diese Nachteile vermeidet, ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch ein mit elektrischen Signalen beschaltbares Grundelement, an dem ein Halteelement mit abstehendem freien Ende befestigt ist, welches als Schreibspitze ausgebildet ist, deren Härte größer ist als die Härte mehrerer gegeneinander isolierter Leiter, die am Halteelement befestigt sind, über seine Länge verlaufen und an der Schreibspitze Stiftelektroden bilden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Hs zeigen:

Fig. 1 eine vorοinfachte Darstellung eines eloktrographischen Sclii'oibcrs,

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Fig. 2 eine linke Seitenansicht eines nach der Erfindung ausgebildeten Schreibstiftes,

Fig. 3 eine rechte Seitenansicht des Schreibstiftes,

Fig. 4 den Schnitt 4-4- aus Fig. 2,
. Fig. 5 den Schnitt 5-5 aus Fig. 4,

Fig. 6 die Tellansicht eines elektrographischen Schreibers, bei dem der Schreibstift durch ein faseriges Beschickungselement während des Sehreibvorganges umgeben ist, und

Fig. 7 eine andere Ausführungsform für die Halterung eines erfindungsgemäßen Schreibstiftes,

In den Figuren ist ein Schreibstift 11 dargestellt, der an || einem gegossenen Grundelement 9 befestigt ist. Das Grundelement ist an einem Schlitten 33 in einem (nicht dargestellten) Sockel befestigt, über den den Leiterelementen des Schreibstiftes elektrische Signale zugeführt werden können. Der Schlitten 33 bewegt sich mit dem Schreibstift 11 in seitlicher Richtung in einem Schlitz 34 einer Führungsschiene 32, in dem ein Seil 31 gezogen wird, an dem er befestigt ist. Das Seil 31 läuft auf einer angetriebenen Rolle 35 und einer Leerlauf rolle 37. Die Antriebsrolle 35 wird mit einem Motor 38 über eine Welle 36 gedreht, so daß der Schlitten 33 relativ zu einem Auf zeich— nungsträger 15 von links nach rechts bewegt werden kann. Diese Bewegung erfolgt synchron mit der Zuführung von Daten an den Schreibstift 11 entsprechend der Steuerung durch den Motor 38. ™ Der Sehreibstift 11 schreibt die Daten auf den Aufzeichnungsträger 15, dieser Vorgang wird hinsichtlich seines zeitlichen Ablaufs imd der Schreibzwisohönräume durch Steuerschaltungen (nicht dargestellt) gesteuert, die in bekannter Welse ausgebildet sind* Derartige Schaltungen sind beispielsweise ein Schriftzeichengenerator und ein Taktgenerator· Der Aufzeichnungsträger 15 kann, wie bereits ausgeführt, ein mit Kunststoff ' beschichtetes Papier, vorgetrocknetes Papier oder ein anderes geeignetes dielektrisches Blatt sein. Die Oberfläche einer Platte 21 dient als Gegenelektrode, so daß ein elektrisches Feld zwischen den Stift elektroden des Schreibstiftes und der | Platte erzeugt wird* indem die Ladungen auf den Aufzeichnung*- ■*

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träger in Form von Markierungen oder Punkten aufgebracht werden. Die Platte hat normalerweise Erdpotential, kann jedoch auch eine Vorspannung führen. Die Stiftelektroden führen eine Spannung im Bereich zwischen 600 und 1000 Volt«

Der Aufzeichnungsträger kann.über eine Führungsrolle 14 mit Antriebsrollen 12 und 13 schrittweise weiterbewegt werden, so daß bei der äußersten rechten Stellung des Schlittens sowie dessen Rückbewegung nach links eine Weiterschaltung um einen derartigen Betrag möglich ist, daß eine neue Informationszeile aufgezeichnet v/erden kann. Grenzschalter an den äußeren Stellungen des Schlittens signalisieren das Ende der jeweiligen Querbewegung des Schlittens bzw. das Erreichen der Grenz-stellungen,

Im folgenden wird vorausgesetzt! daß der Schreibstift 11 ein elektrostatisches Bild auf dem Aufzeichnungsträger erzeugt. In diesem Fall wird die Entwicklung des Bildes durch Aufbringen eines Toners mit einer Faserbürste 39 durchgeführt, die gestrichelt dargestellt ist. Dies erfolgt unmittelbar nach Erzeugung des elektrostatischen Bildes bzw. bald danach. Durch den aufgebrachten Toner wird das Bild sichtbar»

Die vorstehend vorausgesetzte Verwendung des Schreibstiftes in einem elektrographischen Schreiber beschränkt die Anwendungsmöglichkeit der Erfindung nicht nur auf derartige Schreibvor- . richtungen. Ein nach der Erfindung ausgebildeter Schreibstift kann überall dort eingesetzt werden, wo ein Schreibstift langer Lebensdauer erforderlich ist. Solche Anwendungsfälle sind durch elektrographische Schreiber nicht erschöpft.

In den Fig* 2 bis 5 ist der erfindungsgemäße Schreibstift in seiner Ausführung dargestellt. Das Gußstück 9 des Schreibstiftes 11 besteht aus einem Isoliermaterial, an dem das hintere Ende des Schreibstiftes dauerhaft befestigt ist. Die Schreibspitze des Schreibstiftes ist' L-förmlg ausgebildet und mit Stiftelektroden 1 versehen, die an der Schreibspitze 8 gleichzeitig auf den Aufzeichnungsträger einwirken. Im Bereich der Schreibspitze

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ist an dem Halteelement 3 eine keramische Scheibe 2 befestigt, die eine abnutzungsfeste bzv/. harte Fläche bildet und auf die Stiftelektroden 1 ausgerichtet ist.

In Fig; 3 sind mehrere Leiter 6 dargestellt, die am Halteelement eingeätzt oder aufgedruckt sein können und über dessen Länge verlaufen. Sie bilden die Schreibspitze 8 am linde des Halteelementes. Es sind sieben Leiter und Stiftelektroden darge— stellt, dies ist lediglich ein Beispiel. Durch Zusammenfassung mehrerer Halteelemente kann jede beliebige Anzahl Stiftelektroden gebildet werden. Eine derartige Zusammenfassung von Stiftelektroden in Form einer Matrix ist gleichfalls auf einen erfindungsgemäßen Schreibstift anwendbar.

Fig. 4 zeigt den Schnitt 4-4 aus Fig. 2 und die Ausführung der Schreibspitze 8, Der Grad der Abnutzung der Schreibspitze ist allein durch die Abnutzungsfestigkeit oder die Härte des Materials bestimmt, nicht jedoch durch die Stiftelektroden, die durch das abnutzungsfeste Material geschützt sind. Die Schreibspitze S ist in Fig. 4 unmittelbar nach der Herstellung dargestellt. Bei ihrem Gebrauch wird sie schnell abgenutzt, bis das harte Material 2 den Aufzeichnungsträger berührt.

Fig. 5 zeigt den Schnitt 5-5 aus Fig. 4 und die Ausführung der Schreibspitze im einzelnen. Es ist eine Schicht 4^f eines Isoliermaterials, beispielsweise eines Acrylharzes vorgesehen, beispielsweise des Acrylharzes Huiaiseal der Columbia Technical €orp., Woodside, llew York, diese dient zur elektrischen Isolierung der Stiftelektroden 1 gegeneinander und verhindert eine Funkenbildung. Die Halterung 3 kann aus Kunststoff bestehen, beispielsweise aus dem Epo:cyglas G-10 der General Electric Co., Syracuse, New York. Dieses Material wird üblicherweise für gedruckte Schaltungen verwendet. Auf der den Stiftelektroden 1 abgewandten Seite des Halteolsmentes 3 ist eine Scheibe 2 aus abnutzungsfestem oder hartem Material vorgesehen, die beispielsweise aus einem Aluminiumoxid oder einem anderen geeigneten Material bestehen kann. Kino Aliujiniumoxidschoibe

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hat eine Stärke von 0,13 mm + 0,025 mm und eine Länge von 3,2 mm + 0,25 mm.

Unter einem abnutzungsfesten oder harten Material ist ein solches Material zu verstehen, welches die beschriebene Härte gegenüber Schneiden, Kratzen oder Abrieb hat. Die Hoh-Härteskala ist, ein System, in das alle Feststoffe in Richtung ansteigender Härte eingeordnet sind, wobei die Härte einer jeden Substanz durch eine Zahl angegeben ist. Beispielsweise hat Talkum die Härte 1 und Diamant, das härteste Material, die Härte 15« Wolframcarbid hat die Härte 12 und gesintertes Aluminiumoxid die Härte 13. Das abnutzungsfeste Material wird bei der !Erfindung so ausgewählt, daß seine Härte größer als die Härte des Materials der Leiter ist»

Der abnutzungsfeste Schreibstift nach der Erfindung kann billig und leicht hergestellt werden. Mehrere Schreibstifte Werden gleichzeitig hergestellt, indem Kupfermuster mit einem Anschlußende und einem Stiftelektrodenende auf G-IQ Epoxyglas aufgedruckt oder eingeätzt werden. Der nächste Schritt besteht darin, die Unterlage mit einem dielektrischen Material zu beschichten, beispielsweise mit einem Kunstharz. Die Schicht soll dann aushärten und kann in einem Ofen ca. 1/2 Stunde lang gebrannt v/erden. Die Aushärtungszeit und die Temperatur hängen von dem jeweils verwendeten Material ab. Die Umrisse und die Schreibspitze der Schreibstifte werden dann abgetrennt und bearbeitet* Der Kunststoffgrundkörper wird dann am Anschlußende des Schreibstiftes angegossen. Dann wird die Schreibspitze des Schreibstiftes mit Wärme behandelt und von dem Grundkörper abgebogen, wonach ein Stück abnutzungsfestes Keraraikmaterial wie Aluminiumoxid mit einem Klebstoff auf die Rückseite der Schreibspitze aufgebracht wird. Schließlich v/erden die Leiter des Schreibstiftes auf elektrischen Schluß und Hochspannungsüberschlag geprüft« Werden Stiftelektroden in Matrixform hergestellt, so können.mehrere Körper der vorstehend beschr-iebenen Art übereinander angeordnet werden.

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Ändere Herstellungsverfahren können beispielsweise derart durchgeführt werden, daß die Leiter auf eine Keramikunterlage aufgebracht werden oder daß entsprechende Muster in eine dünne Epoxyglasunterlage eingeätzt werden,die als Schicht auf einen härteren Grundkörper aus einem Keramikmaterial oder einem Karbidmateriai aufgebracht ist. Dabei ist der Grundkörper selbst dann das abnutzungsfeste Material.

Pig. 6 zeigt einen Schreibstift 11, der zwischen den Fasern einer Faserbürste 39 angeordnet ist. Diese Beschickungsvorrichtung hat eine Drehachse 41, auf die eine Drehkraft während des Entwicklungsvorganges einwirkt. Auf der Achse 41 ist ein Kern 42 befestigt, der als Halterung für die Enden der Fasern dient·

Aus Fig. 6 geht hervor, daß die rechte Kante des Haltelementes die Vorderkante ist, während die Kante im Bereich der Berührung am Aufzeichnungsträger und der Leiter (Schreibspitze 8) die Hinterkante ist.

Wird der Schreibstift von links nach rechts über den Aufzeichnungsträger 15 hinwegbewegt, so werden Teile der Fasern nahe zur Hinterkante des Halteelementes 3 hin» abgebogen und gelangen in Kontakt mit dem Aufzeichnungsträger, wenn die Schreibspitze 8 gerade eine elektrostatische Ladung aufbringt. Dies ermöglicht eine sofortige Entwicklung dieser Ladungen, wenn der Schreibstift seine Bewegung zum rechten Rand des Aufzeichnungsträgers 15 hin fortsetzt. An der Vorderkante des Halteelementes erfolgt eine Ablenkung der Fasern in der in Fig» 6 gezeigten Weise, da die Vorderkante auf die Fasern eine entsprechende Kraftwirkung ausübt. Zwischen der Vorderkante und der Hinterkante des Haltelementes werden die Fasern einfach in eine vertikale Lage abgelenkt, wenn die Achse 41 das Beschickungselement 39 um seine Achse dreht.

Aus Fig. 6 ist zu erkennen, daß der Abstand zwischen dor Vorderkante und der Hinterkante des Ilaltelemontes 3 derart bemessen ist, daß die durch die Vorderkante (welche einen

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Abstand zum Aufzeichnungsträger hat) getroffenen Pasern 40 nicht zwischen der Schreibspitze 8 und dem Aufzeichnungsträger 15 eingeklemmt werden können. Wird das Halteelement 3 durch die Fasern des Beschickungselementes 39 hindurchbewegt, so können die Fasern nicht zwischen der Hinterkante und dem Aufzeichnungsträger eingek-lemmt werden, auch wenn die bewegte Vorderkante sie in den Bereich zwischen dem Haltelement und dem Aufzeichnungsträger abbiegt,

Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform der Halterung für den Schreibstift. Der Unterschied besteht darin, daß ein Vorsprung 43 vorgesehen ist, der die Vorderkante des Haltelementes 3 bildet. Derjenige Teil des Haltelementes, der durch die Fasern des Beschickungselementes umgeben ist, kann abhängig von der mittleren Länge der Fasern in Form des in Fig, 7 gezeigten Vorsprunges verlängert sein. .

Eine derartige Ausführung des Halteelementes ist sehr günstig, wenn der Abstand zwischen dem Kern 42 des Beschickungselementes 39 und dem Aufzeichnungsträger innerhalb der Aufzeiohnungszone geringer als die mittlere Länge der Fasern 40 ist. In bestimmten Fällen kann dies die Entwicklungseigenschaften verbessern, dabei muß der Abstand zwischen der Vorderkante und der Hinterkante des Haltelementes 3 jedoch derart sein, daß eine Isolation zwischen den Fasern an der Vorderkante und den Fasern an der Hinterkante besteht, die mit dem Aufzeichnungsträger 15 in Berührung stehen. Da die Entwicklung der mit dem Schreibstift aufgebrachten latenten elektrostatischen Ladungen nur möglich ist, nachdem die Hinterkante über den Aufzeichnungsträger- gelaufen ist _f kann der Vorsprung 43 bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsforra in Richtung der Aufzeichnung so weit verlängert sein, wie es jeweils erforderlich ist. Dabei müssen jedoch das Trägheitsmoment des gesamten Sohreibstiftes bei den infrage kommenden Sohreib'gesohwindigkeiten sowie die Länge der Fasern des Besohiokiängseleraentes berücksichtigt werden.

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Der Vorsprung 43 ist abgerundet, um die Bewegung des Schreibstiftes durch die Fasern hindurch mit möglichst geringen Störungen zu verwirklichen.

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Claims

Pat entansprüche

Schreibstift für die elektrographische Aufzeichnung, gekennzeichnet durch ein mit elektrischen Signalen beschaltbares Grundelement (9)_? an dem ein Halteelement (3) mit abstehendem freien Ende (8) befestigt ist, welches als Schreibspitze (8) ausgebildet ist, deren Härte größer ist als die Härte mehrerer gegeneinander isolierter Leiter (6), die am Haltelement (3) befestigt sind, über seine Länge vorlaufen und an der Schreibspitze (8) Stiftelektroden (1) bilden.
2. Schreibstift nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Leitern (6) im Bereich der Schreibspitze (8) ein abiiutzungsfestes oder hartes Material (2) befestigt ist,
3. Schreibstift nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das harte Material (2) Aluminiumoxid ist.
4. Schreibstift nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das harte Material (2) Wolframcarbid ist.
5. Elektrograpliischer Schreiber mit einem nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten Schreibstift und einem faserigen Beschickungselement, das Entwicklerstoff auf einen mit elektrostatischen Ladungsmustern versehenen Aufzdohnungsträger aufbringt, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (3) des Schreibstiftes ausgehend von der Schreibspitze (G) in Bewegungsrichtung des Schreibstiftes (11) mit einer derartigen Länge verläuft, daß seine Vorderkante vom Aufzeichnungsträger und von der Schreibspitze (8) einen derartigen Abstand hat, daß die Fasern des Beschickungselementcs. (39) im Bereich der Vorderkante die Schreibspitze (8) nicht erreichen.

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