DE2418632A1

DE2418632A1 - Verfahren und einrichtung zum elektrostatischen drucken

Info

Publication number: DE2418632A1
Application number: DE2418632A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Jost; Ulf Dipl Phys Dr Rothgordt; Klaus Witter
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1974-04-18
Filing date: 1974-04-18
Publication date: 1975-11-06
Also published as: FR2267886A1; BR7502284A; DE2418632B2; GB1475264A; AR211240A1; IT1035322B; AU8013275A; SE407474B; US4028711A; NL7504395A; FR2267886B1; JPS50140132A; ES436633A1; DE2418632C3; SE7504285L; CA1044305A

Description

Philips Patentverwaltung GmbH, 2 Hamburg 1, Steindamm 94

"Verfahren und Einrichtung zum elektrostatischen Drucken"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine' Einrichtung zum elektrostatischen Drucken von alphanumerischen oder .Faksimile-Zeichen, bei dem während der Relativbewegung zwischen der Elektrodenanordnung und dem Aufzeichnungsträger steuerbare Impulse angelegt werden.

Es sind elektrostatische Aufzeichnungsverfahren bekannt, die beispielsweise für schnelle und geräuscharme Drucker, für Kurvenschreiber oder für Faksimile-Geräte eingesetzt werden. Die bisher angewandten Prinzipien verwenden durchweg Slektrodenanordnungen, die in einem relativ losen Kontakt zum Aufzeichnungsträger, einem Spezialpapier mit einer dünnen, elektrisch isolierenden Deckschicht, stehen. Durch Anlegen einer ausreichend hohen Spannung an die Elektrodenanordnung oder Teile derselben, kann zwischen diesen Elektroden ,und der Aufzeichnungsträger-Oberfläche eine elektrische Gaaentladung gezündet v/erden, die zu einer bildmäßigen, elektrischen Aufladung der Isolierschicht des Spezialpapier führt* Ein nachfolgender Entwicklungsschritt, bei dem feinverteilte Farbteilchen an den Aufzeichnungsträger herangebracht werden, die nur an den geladenen Stellen haften bleiben, liefert ein sichtbares Bild. Bedingt durch die Eigenschaften einer elektrischen Gasentladung läßt sich die erreichbare Auflösung eines derartigen Abbildungsverfahrens nicht beliebig

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steigern. Infolge des für die Gasentladung notwendigen Luftspaltes zwischen Elektrode und Aufzeichnungsträger-Oberfläche ergibt sich stets ein Ladungsbild, das gegenüber dem Elek-.trodenquerschnitt in gewissem Maße vergrößert ist. Die kleinsten mit einem solchen Verfahren erreichbaren Ladungspunkt durchmesser liegen bei einigen zehn bis hundert /um.

Ein weiterer Nachteil derartiger bekannter Anordnungen ist, daß die übertragene Ladungsmenge nach erfolgter Zündung der Gasentladung nicht mehr beliebig gesteuert werden kann, sondern durch die augenblicklichen, gegebenenfalls schwankenden Aufzeichnungsträger-Eigenschaften und Elektrodenkonfigurationen bestimmt ist. Da die Menge der abgelagerten Farbteilchen eine Funktion der übertragenen Ladungsmenge ist, kann eine kontrollierbare Erzeugung von verschiedenen Grautonwerten mit einem derartigen Verfahren nicht garantiert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine erheblich größere Auflösung ermöglicht und damit für eine elektrostatische Mlkroaufzeichnung geeignet ist, und die außerdem in einfach kontrollierbarer ¥eise die Höhe der Aufladung eines Aufzeichnungsträgers zu variieren gestattet.

Dies wird dadurch erreicht, daß die Elektroden unter Druck direkt auf der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers gleiten, daß die auf den Aufzeichnungsträger aufgebrachte Ladungsdichte eine lineare Abhängigkeit von der den Elektroden zugeführten Spannung aufweist und daß die Elektroden als Nadeln ausgebildet sind, deren Berührungsfläche mit dem Aufzeichnungsträger die Schreibspurbreite bestimmt. Dabei liegen die Elektroden unter Druck auf dem Aufzeichnungsträger, so daß dieser leicht ausgebeult wird, ohne dabei von einem

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Gegenlager behindert zu v/erden. Wenn erforderlich, kann ein Widerlager als eine sehr nachgiebige Unterlage, beispielsweise in Form einer Flüssigkeitsoberfläche verwendet werden. Weitere Einzelheiten des erfindungsgeraäßen Verfahrens und einer Vorrichtung, mit der dieses Verfahren durchgeführt werden kann, können den Unteransprüchen entnommen werden.

Gegenüber den bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur elektrostatischen Aufzeichnung hat das vorgeschlagene Verfahren wesentliche Vorteile:

Eine periodisch linienweise über den speziellen Aufzeichnungsträger bewegte und als Nadel ausgebildete Elektrode kann durch gesteuerte elektrische Impulse ein elektrostatisches Ladungsbild hoher Auflösung erzeugen. Infolge des Fehlens einer Gasentladung, die bei den bekannten Anordnungen unumgänglich ist, wird die Mindestgröße der aufladbaren Bereiche nur durch die während eines einzelnen Impulses unmittelbar berührte Fläche zwischen Elektrodennadel und Aufzeichnungsträger bestimmt. Mit einer berührenden Nadeloberfläche von beispielsweise 5 /um Durchmesser kann eine nur 5 /um schmale Linie aufgezeichnet werden. Durch genügend kurze Impulse kann diese Linie in Abschnitte aufgeteilt werden, deren Länge noch kleiner als dieser Durchmesser ist, da im Zeitpunkt des Absehaltens der angelegten Spannung eine elektrische Entladung der dann noch von der Elektrodennadel berührten Fläche erfolgt. Die Höhe der Aufladung richtet sich nur nach der Höhe der angelegten Spannung und ist* dieser sogar direkt proportional. In Verbindung mit an sich bekannten Entwicklungsverfahren zur Sichtbarmachung elektrostatischer Ladungsbilder kann dann ein Bild erzeugt werden, bei dem verschiedene Teilbereiche eine unterschiedliche Schwärzung aufweisen.

Ein v/eiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß

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keine Übertragungsverzögerungen (Zündverzug) erfolgen, die bei Aufzeichnungen durch Gasentladung dagegen grundsätzlich auftreten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1 im Schnitt,

Fig. 3 die Schreibstelle der Anordnung nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 4 und 5 zwei Beispiele der für die Anordnung nach Fig. 1 vorgesehenen Synchronisierscheibe mit Justiereinrichtungen und

Fig. 6 eine Anordnung nach Fig. 1, bei der mehrere Aufzeichnungsträger gleichzeitig bedruckt werden können.

Wesentlicher Bestandteil der Druckanordnung ist der für die Aufzeichnung rotierende Zylinder 1 mit einem Durchmesser von 60 mm. In diesem Zylinder 1 ist die Elektrodennadel 2 isoliert untergebracht, üie für die Aufzeichnung mit einem elektrischen Signal angesteuert wird. Die Elektrodennadel 2 wird so justiert, daß ihre Spitze etwa 100 /um aus der Oberfläche des Zj'linders 1 herausragt.

Als Aufzeichnungsmaterial wird eine einseitig metallisierte Mylarfolie 4 verwandt. Diese Aufzeichnungsfolie 4 umschlingt den Zylinder 1 teilweise. Die Größe des Umschlingungswinkels

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wird, bestimmt durch die Führungs- bzw. Umlenkrollen 5 und 6. Der Umschlingungswinkel kann variiert werden im Bereich von 20 bis 80 durch Versetzen der Umlenkrollen. Während der Aufzeichnung bleibt der Aufzeichnungsträger 4 in stationärer Lage.

Von der Elektrodennadel 2 wird durch die Rotation (P¹) des Zylinders 1 eine zeilenweise Aufzeichnung auf dem Aufzeichnungsträger 4 erstellt. Der dabei notwendige Zeilenabstand wird durch eine gleichzeitige Translationsbev/egung (P) des Zylinders 1 erreicht. Für einen vorgegebenen Zeilenabstand stehen Rotations- und Translationsbewegung in einem festen Verhältnis zueinander. Der Antrieb für beide Bewegungen kann durch den Antriebsmotor 3 erfolgen. Für eine Variation des Zeilenabstandes sind entweder zwei getrennte Antriebe für beide Bewegungen oder aber eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses für Roations- und Translationsbevregung erforderlich. Während einer Umdrehung des Zylinders 1 wird eine Punktreihe (bei alphanumerischer Aufzeichnung) bzw. eine Linie (bei Faksimile-Aufzeichnung) hergestellt. Wird die alphanumerische Aufzeichnung aus einer Matrixschrift mit einem 5x7 oder 7x9 Raster erstellt, so sind für die Erstellung einer vollständigen Zeile also 7 bzw. 9 Umdrehungen des Zylinders 1 erforderlich.

Der Synchronisierimpuls für den Aufzeichnungsbeginn jeder Punktzeile bzw. Linie wird durch eine Schlitzscheibe 7 von einer photoelektrischen Abtastung 8 bzw. 8' gewonnen (Fig. 2) Diese Schlitzscheibe 7 ist in Fig. 1 nicht dargestellt und ist auf der Zylinderachse angeordnet.

'Als Aufzeichnungsträger 4 wird eine dünne isolierende Folie mit sehr glatter Oberfläche verwendet. Die Rückseite dieser Folie trägt entweder einen elektrisch leitenden Überzug

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oder steht zumindest teilweise mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit in Kontakt. Innerhalb des in Fig. 2 dargestellten Aufzeichnungsbereiches gleitet die Elektrodennadel 2 auf der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 4 unter einem Druck von mehr als 10 kp/cm . Während dieser Relativbewegung auf der Folie werden an die Elektrodennadel gesteuerte elektrische Impulse angelegt, deren Spannungsamplitude kleiner als die zur Zündung einer Gasentladung bei bekannten Anordnungen notwendige Spannung ist. In Luft unter Normalbedingungen darf diese Spannung nicht größer als etwa 350 V, zuzüglich des entstehenden Spannungsabfalles an dem Aufzeichnungsträger sein. Die auf den Aufzeichnungsträger hierdurch aufgebrachte Ladungsdichte ist direkt proportional zur angelegten Spannung, so daß eine kontrollierbare Grauwertdarstellung erreichbar ist. Zur Kompensation der tribo-elektrischen Aufladung zwischen der Elektrodennadel und dem Aufzeichnungsträger kann eine entsprechende Gleichspannung angelegt werden. Der Aufzeichnungsträger ist im Aufzeichnungsbereich frei eingespannt, d. h. er kann durch die mit relativ hohem Andruck geführte Elektrodennadel zur Rückseite hin ausweichen, ohne dabei von einer Unterlage behindert zu werden. Ist aus irgendwelchen Gründen "ein solches Gegenlager erforderlich, so muß die Unterlage sehr nachgiebig sein, beispielsweise in Form einer Flüssigkeitsoberfläche.

Der Aufzeichnungsträger 4 wird im Einlaufbereich der Anordnung durch eine Löschstation 9 gezogen, in der vorhandene unterschiedliche Aufladungen der isolierenden Aufzeichnung^— fläche gegenüber der leitenden Rückseite beseitigt werden. Nach erstellter elektrostatischer Aufzeichnung wird der Aufzeichnungsträger 4 schrittweise um den Betrag der Bogenlänge zwischen den Führungsrollen 5 und 6 weitertransportiert. Im Auslaufbereich durchläuft der Aufzeichnungsträger eine Entwicklungsstation 10, in der das latente Ladungsbild

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nach bekannten Verfahren entwickelt und damit sichtbar gemacht" wird. Y/ird bei der Translationsbewegung (P) des Zylinders 1 ein Zeilenabstand gewählt, der der Breite der erzeugten Schreibspur entspricht, kann die Löschstation 9 entfallen. Durch geeignete Wahl einer kompensierenden Gleichspannung an den aufzeichnenden Elektrödennadeln 2 kann nämlich eine völlige elektrische Entladung des Aufzeichnungsträgers 4 erreicht werden.

Burch die Rotationsbewegung (P¹) des Zylinders 1 baut sich zwischen Zylinder 1 und Aufzeichnungsträger 4 ein Überdruck ΔΡ auf (Fig. 3). Durch diesen Druck wird der Aufzeichnungsträger 4 im Aufzeichnungsbereich um einen konstanten Betrag ' a von der Zylinderoberfläche abgehoben. Dies ist notwendig, da dadurch die Aufzeichnungsfläche des Trägers nur von der Elektrodennadel 2 berührt wird. Die Anpreßkraft Pa der Elektrodennadel 2 auf den Aufzeichnungsträger 4 zur Erreichung eines definierten Gleitens der Elektrodennadel 2 über die Aufzeichnungsträgeroberfläche kann über die konstante Zugspannung T festgelegt werden. Durch diese freie Einspannung wird ein Verletzen des Aufzeichnungsträgers 4 durch die Elektrodennadel 2 vermieden.

Für die alphanumerische Aufzeichnung können mit der beschriebenen Anordnung Aufzeichnungen mit Punktfolgefrequenzen bis 2 MHz erstellt werden. Die Grenzen der Anwendung sind hier gegeben durch den mechanischen Aufbau und die Maximalfrequenz des elektrischen Verstärkers für die Ansteuerung des Stiftes. Eine physikalische Grenze der Aufzeichnung wird dabei nicht erreicht. Die Punktfolgefrequenz ist abhängig von der Umfangsgeschwindigkeit des Zylinders und dem Punktdurchmesser bzw. dem Reduktionsfaktor für die Mikroaufzeichnung.

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Eine höhere Aufζeichnungsgeschwindigkeit bei gleicher Drehzahl und Punktfolgefrequenz kann erreicht werden, indem auf dem Zylinder 1 mehrere Elektrodennadeln 2 in Rotationsrichtung (P¹) hintereinander untergebracht werden. Dadurch werden bei einer Umdrehung des Zylinders entsprechend der Anzahl der Elektrodennadeln mehrere Linien aufgezeichnet.

Für jede einzelne■Elektrodennadel 2 wird für den Aufzeich— nungsbeginn -ein Synchronisiersignal erzeugt. Werden bei einer Umdrehung der Schlitzscheibe 7 mehrere Impulse gefordert, so ergeben sich bei Herstellung einer Scheibe 7 mit mehreren Schlitzen 11 Fertigungsabweichungen, und es erscheint sinnvoll, für hochgenaue Synchronisierungen mehrere Abtast einrichtungen 8 bzw. 8' bei nur" einem Schlitz 11 in der Scheibe 7 am Umfang anzuordnen, die dann unabhängig voneinander eingestellt werden können.

In Fig. 4 ist eine Anordnung dargestellt, bei der der Abtastort mit einfachen mechanischen Mitteln verstellt werden kann, und zwar dergestalt, daß sich bei relativ groben Verschiebungen der Abtasteinrichtungen 8 bzw. 8' nur eine geringe Änderung des Abtastortes ergibt.

Für hochgenaue Synchronisierungen, bei denen der Synchronisierimpuls auf einige Winkelsekunden bzw. /um genau erfolgen muß, wird die Abtasteinrichtung 8 radial bzw. senkrecht zur Bewegungsrichtung des- Schlitzes 11 verschiebbar angeordnet. Der Schlitz 11 der Scheibe 7 (bzw. Platte 12 in Fig. 5 für die translatorischen Bewegungen) oder aber die Abtastung 8 selbst wird schräg (/" ) zum Drehmittelpunkt angeordnet, so daß ein Verschieben der Abtasteinrichtung 8 nur eine kleine Änderung des Synchronisierpunktes hervorruft. So ergibt z. B. bei einer Schlitzschräge von #"= 1° und ein Verschieben (P")

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der Abtasteinrichtung 8 um 0,2 mm eine Bildpunktverschiebung

0,2 mm · tan 1° = 3,5 /um.

Ein Verschieben der Abtasteinrichtung 8 in Bewegungsrichtung des Schlitzes 11 um diesen Betrag wäre nur schwer zu erreichen.

Bei der Erstellung einer Mikroaufzeichnung nach dem beschriebenen Verfahren ist es außerdem möglich, unabhängig von der Anzahl der Elektrodennadeln 2 gleichzeitig mehrere Duplikate herzustellen, und zwar sowohl für alphanumerische wie für Faksimile-Aufzeichnung. Dabei umschlingen mehrere Aufzeichnungsträger 4 segmentweise den Zylinder 1 (in Fig. z. B. 4 Aufzeichnungsträger). Dabei werden die Elektrodennadeln 2 gleichzeitig mit demselben Informationssignal angesteuert.

Durch eine Ansteuerung der einzelnen Elektrodennadeln 2 mit Schleifkontakten 13 für die einzelnen Aufzeichnungssegmente können weiterhin mit den zugeordneten ..-Informations quellen Iv...Ιλ mehrere verschiedenartige Mikroaufzeichnungen in den Aufzeichnungsbereichen I .... IV gleichzeitig erstellt v/erden.

Die Elektrodennadeln 2 stehen dabei in elektrischem Kontakt mit den ihnen Zugeordneten Aufzeichnungssegmenten 14.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum elektrostatischen Drucken alphanumerischer oder Faksimile-Zeichen, bei dem während der Relativbewegung zwischen einer Elektrodenanordnung und dem Aufzeichnungsträger steuerbare Impulse angelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2) unter Druck direkt auf der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers (4) gleiten, daß die auf dem Aufzeichnungsträger (4) aufgebrachte Ladungsdichte eine lineare Abhängigkeit von der den Elektroden (2) zugeführten Spannung aufweist und daß die Elektroden (2) als !Tadeln ausgebildet sind, deren Berührungsfläche mit dem Aufzeichnungsträger (4) die Schreibspurbreite bestimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger durch die mit relativ hohem Andruck anliegenden Elektroden (2) leicht ausgebeult wird, ohne dabei von einem Gegenlager behindert zu werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen. 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufzeichnungsträger (4) eine Folie mit sehr glatter Oberfläche verwendet wird, deren Rückseite elektrisch leitend ist.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine tribo-elektrische Aufladung des Aufzeichnungsträgers durch Anlegen einer Gleichspannung an die Elektrode (2) kompensiert wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2) in einem rotierenden Zylinder (1) angeordnet sind und geringfügig auf dessen Mantelfläche hervorragen und daß der Aufzeichnungsträger (4) den Zylinder (1) teilweise umschlingt.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Elektrode (2) vorgesehen ist und daß der Zylinder eine Rotations- und Translationsbewegung ausführt.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Elektroden (2) auf dem Z3^1inder (1) angeordnet sind, die in Richtung der Rotationsbewegung hintereinander seitlich versetzt sind.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger (4) den Zylinder (1) bis zu einem Winkelbereich von etwa 80 umschlingt.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Zylinder (1) von mehreren Aufzeichnungsträgern (4) umschlungen wird, die in Richtung der Rotationsbewegung hintereinander liegen, und daß die so gebildeten Aufzeichnungsbereichs (I bis IV) getrennt ansteuerbar sind.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Synchronisierung zwischen der impulsweisen Anschaltung der Elektroden (2) und der Rotationsbewegung des Zylinders (1) eine optisch abtastbare Schlitzscheibe (7) vorgesehen ist, deren zugeordneten Abtasteinrichtungen (8) radial verschiebbar sind.

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