DE2429114A1 - Elektrostatische druckeinrichtung - Google Patents

Description

PHILIPS PATENTVERWALTUIJG GMBH, 2 Hamburg 1, Steindamm 94

Elektrostatische Druckeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Druckeinrichtung mit Stiftelektroden zur Bildung einer punktförmigen latenten Aufzeichnung.

Zur punktweisen Aufzeichnung eines elektrostatischen Bildes,

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z.B. beim Schwarz-Weiß-Faksimiledruck von alphanumerischen Zeichen, Linienzügen und Vollfeldern, wird der Aufzeichnungsträger zwischen einer Vielzahl Stiftelektroden und einer gemeinsamen Gegenelektrode hindurchgeführt. Die Stiftelektroden

oder können dazu in Reihe nebeneinander (DT-AS 2 150 715) versetzt nebeneinander (US-PS 2 997 361) angeordnet sein. Die latente Aufzeichnung erfolgt dabei durch schrittweise Fortschaltung des Aufzeichnungsträgers punktweise. Es ist auch bekannt, das gesamte latente Bild insgesamt aufzuzeichnen. Hierzu wird ein Elektrodenkopf verwendet, in welchem die einzelnen Stiftelektroden matrixförmig angeordnet sind (CA-PS 641 386). Die Anschaltung der einzelnen Stiftelektroden an die erforderliche Hochspannung wird bei allen diesen bekannten Anordnungen von einer Steuerelektronik durchgeführt. Die Aufzeichnung der latenten Bildpunkte erfolgt dabei durch eine gezündete Townsend-Gasentladung (ionisation) in dem Quasi-Lufträum zwischen den Stirnflächen der Stiftelektroden und der ladungssensitiven Schicht des Aufzeichnungsträgers. Die anordnungsbedingte Ladungsbildpunktgröße und dessen Ladungsdichte werden außerdem von der Höhe des angelegten Hochspannungsimpulses bei gegebenem Luftspalt (Paschen-Gesetz), den Aufzeichnungsträger- und Milieuparametern bestimmt. Die Sichtbarmachung, auch Entwicklung genannt, der latenten, elektrostatischen Ladungsbildpunkte erfolgt in einer nachgeordneten Entwicklungskammer mit elektroskop!schem Pulver (Toner) oder einer Flüssigkeit, in der Farbpulverpartikel suspendiert sind. Anschließend folgt

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in einer weiteren Station die dauerhafte Fixierung des sichtbaren Bildes, beispielsweise durch Erhitzen des Toners.

Die Stiftelektroden der bekannten Anordnungen sind massiv ausgebildet und in Isoliermaterial eingebettet. Sie besitzen runden oder rechteckigen Querschnitt.

Zur Erzeugung des latenten Bildpunktes wird eine Hochspannung an die Stiftelektrode angelegt. Erreicht daraufhin die Luftspaltkapazität die Spannung, die zur Zündung ausreicht, so entlädt sie sich. Diese Entladung erfolgt nicht über die gesamte Stirnfläche der Stiftelektrode gleichmäßig, sondern, bedingt durch die Flächenunebenheiten, unkontrollierbar. Außer dieser Luftspaltkapazität entlädt sich auch, wenn auch nur teilweise, die Streukapazität. Beide Vorgänge bestimmen die Ladungsträgermenge. Der Aufzeichnungsträger wird somit nicht gleichmäßig beaufschlagt, so daß der mit einem Toner entwickelte Bildpunkt im Randbereich stark und im Inneren schwach geschwärzt ist. Er zeigt außerdem in sich Schwärzungsinhomogenität, zumal die Hochspannung nur äußerst kurz angelegt werden kann. Im Extremfall kann die Luftspaltkapazität die nötige Zündspannung nicht erreichen, so daß ein Totalausfall wegen ausbleibender Gasentladung vorkommt. Lokalisation und Menge der erzeugten Ladungsträger sind an und für sich statistischen Schwankungen unterworfen, die im wesentlichen von Bildpunkt zu Bildpunkt Veränderungen des bei der Aufzeichnungs transportierten Aufzeichnungsträgers im Stiftelektroden-

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"bereich, unterworfen sind. Diese Erscheinung wird durch die damit verbundenen Veränderungen des Quasi-Luftspaltes sowie durch Verunreinigungen der Stirnflächen der Stiftelektrode verstärkt. Hinzu kommen Langzeitschwankungen, deren Ursache Änderungen der Milieuparameter (z.B. Luftfeuchtigkeit), Veränderung der Anordnung und der Geometrie (z.B. Verschleiß) und Herstellungsmängel am Aufzeichnungsträger sind.

Nach erfolgter Ionisierung im Quasi-Luftspalt erfolgt der Ladungsträgertransport durch elektrische Feldkräfte. Ihre Stärke und Richtung ist abhängig von der jeweiligen Feldausbildung vom Zeitpunkt der Ionisation bis zur Beendigung des Ladungsträgertransportes. Die Ladungsträgerwolke sowie die auf dem Aufzeichnungsträger angekommenen Ladungsträger haben Rückwirkungen auf das äußere Feld. Die Ladungsträger werden damit auch auf andere Aufzeichnungsbereiche transportiert, so daß sich ein verschmierter Bild-

punkt ergibt.

Bei dem nach der Bildpunkterzeugung stattfindenden Entwicklungsvorgang in einem von außen angelegten elektrischen Feld, bei dem die dadurch ausgekoppelten Feldlinien des Ladungsbildpunktes am Rand eine größere Dichte durch die hinzu kommenden Randfeldlinien aufweisen, wird die Innenfläche des Bildpunktes wesentlich schwächer entwickelt als die Randbereiche (sogenannte Randentwicklung). Die vorher genannten

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Nachteile werden durch diese Entwicklung verstärkt.

Um eine bessere Schwärzung sowie eine profiliertere Schrift zu erreichen, hat man bei runden Stiftelektroden eine Zurückätzung des Bildpunktes vorgenommen, die bei einem Aufzeichnungsträger mit aufkaschierter Folie unbedingt vorgenommen werden muß. Hierbei verschmutzt der freigeätzte Raum, so daß Teil- oder Totalausfälle der Bildpunkte eintreten können. Abhilfe hierfür brachten rotierende Anordnungen und Reinigung mit Bürsten, die aber hohe Kosten und eine Verringerung der Arbeitsgeschwindigkeit bedingen. Ein weiterer Vorschlag war der, die. einzelnen Bildpunkte versetzt übereinander zu drucken.

Alle diese bekannten Anordnungen vermögen nicht die Bildpunktintensität zu verbessern, da in allen Fällen keine Konformität des Bildpunktes mit der Stiftelektrode gegeben ist. .

Für den elektrostatischen Faksimile-Grautondruck für Photographien u.a. wäre es grundsätzlich möglich, durch Steuerung der Höhe des Hochspannungsimpulses Ladungsbildgröße sowie Ladungsdichte zu variieren, so daß Grautonwerte erreicht werden können. Dabei ist der Grad der Schwärzung des Bildpunktes nichtlinear abhängig von der Größe der angelegten Hochspannung. Wie aus den vorherigen Ausführungen zu entnehmen ist, wird es bei niedrigen Spannungen zu vermehrten Ausfällen des

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Bildpunktes und bei hohen Spannungen zu Exzessen in Konformität und Homogenität kommen. Ein weicher Übergang von Schwarzzur Veißtönung ist hierdurch nicht möglich. Es ist daher versucht worden, die Ladungsträgererzeugung durch Gasentladung mittels Korona-Entladung oder mittels Funkenentladung zu steuern. Diese Methoden sind aber nur mit hohem Aufwand und Kosten zu verwirklichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim elektrostatischen Faksimile-Grauton-Druck die Realisation der Grautonstufen von Weiß bis zum optimalen Schwarz inklusive eines guten Linien- und Schriftbildes durch Erzeugung der Bildpunkte aus vielen sehr kleinen Bildpunktelementen mit in sich gleicher Schwärzung zu erreichen. Die Grauwerte sollen durch Variation der Anzahl der Bildpunktelemente pro Bildpunkt entstehen. In seiner größten Ausdehnung, die das Rastermaß bestimmt, soll der Bildpunkt eine quadratische Form haben. Diese Aufgabe wird in der in den Ansprüchen angegebenen Weise durch eine Stiftelektrode aus vielen Einzelelektroden gelöst, die mit Hochspannungsimpulsen konstanter optimaler Größe angesteuert werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger, in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den technologischen Aufbau einer Stiftelektrode gemäß der Erfindung mit Blockschaltbild der Ansteuerung ,

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Fig. 2 schematisch ein weiteres Ausführungs"beispiel einer erfindungsgemäßen Stiftelektrode,

Fig. 3 mit schwarzem Toner entwickelte Ladungsbilder, die aufgrund der Variationsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Stiftelektrode nach Fig. 1 oder 2 gebildet sind,

Fig. 4 den Vergleich der mit schwarzem Toner entwickelten Ladungsbilder mit dazugehörigen Schwärzungskurven einer massiven bekannten Stiftelektrode und einer Stiftelektrode nach den Fig. 1 oder 2.

In Fig. 1 ist eine Stiftelektrode in Seitenansicht und Draufsicht gezeigt, deren Aufbau als "Drahttyp" bezeichnet werden kann. Für den einfachen Aufbau der Stiftelektrode sind dreiundzwanzig Drähte vorgesehen, die alle als einzelne Stiftelektroden durch entsprechende Anschaltung an die Hochspannung wirken. Sie bestehen aus einer Metallseele 2 und einem Mantel 3 aus hochwertigem Isolierstoff. Alle dreiundzwanzig Drähte sind in einem isolierenden Material 4 in einer quadratischen Form vergossen. Die Anordnung der dreiundzwanzig Drähte ist so getroffen, daß sie ringförmig um die Mittelelektrode 7 angeordnet sind. Im vorliegenden Beispiel sind zwei Ringe 8 und 9 vorgesehen. Um die quadratische Form der Gesamtelektrode zu erreichen, sind dem äußeren Ring 9 vier weitere Eckdrähte zugeordnet. Der mittlere Einzeldraht 7 und die beiden Ringe und 9 bilden jeweils eine einzelne Gruppe I, II, III, die

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elektrisch Jeweils mit einem zugeordneten Hochspannungsschalter HS I bis HS III verbunden sind. Über diese Hochspannungsschalter wird durch die Steuerelektronik SE die Information IF bedarfsweise einer, zwei oder allen Gruppen zugeführt.

Die aus den Einzelekeltroden 7, 8", 9 bestehende Gesamtelektrode ist in an sich bekannter ¥eise in einem Halte- und Vorschubteil 10 befestigt. Der Gesamtelektrode 1 liegt die mit Basispotential verbundene Gegenelektrode 5 gegenüber. Zwischen beiden wird der Aufzeichnungsträger 6 kontinuierlich in Aufzeichnungsrichtung bewegt. Orthogonal zu dieser Transportbewegung erfolgt die Bewegung der Gesamtstiftelektrode 1.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, das als "Hülsentyp" bezeichnet werden kann. Die Einzelelektroden der Gesamtelektrode 1 sind hier als Hülsen 13 und ausgebildet, die die Mittelelektrode 12 zentrisch umgeben. Sofern ein quadratisch aufgebauter Bildpunkt erzielt werden soll, kann die äußere Hülse 14 an vier Ecken vergrößert werden, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist. Die entsprechende elektrische Anschaltung an die Steuerelektronik SE erfolgt entsprechend der Anordnung nach Fig. 1 über die zugeordneten Leitungen 18, 19 und 20.

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Die Ausbildung einer gesamten Stiftelektrode aus Drähten oder Hülsen und die dadurch bedingte getrennte Ansteuerung der einzelnen Elektrodengruppen ermöglichen bei der Wahl

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von nur drei Gruppen 3 =8 Ansteuerungskombinationen durch die Hochspannungsschalter HS I bis HS III. Mit diesen acht Möglichkeiten können die in Fig. 3 dargestellten acht Schwärzungsgrade a bis h erreicht werden. In dieser Fig. 3 sind der Einfachheit halber sechs entwickelte Ladungsbildpunkte aus einem Raster dargestellt, wie sie von einem geeigneten mit der erfindungsgemäßen elektrostatischen Druckeinrichtung versehenen elektrostatischen Druckgerät auf den Aufzeichnungsträger aufgebracht sind. Hierbei sind der Einfachheit halber die einzelnen Bildpunktelemente nicht dargestellt. Beim Rasterausschnitt a ist keine der Elektrodengruppen angeschaltet. In diesem Falle bedeutet dies, daß keine Aufzeichnung erfolgt. Beim Rasterausschnitt b ist nur die Elektrodengruppe I, d.h. die Mittelelektrode 7, angeschaltet. Das hier zu entwickelnde latente Bild stellt den schwächsten Grautonwert dar. Werden die einzelnen Elektrodengruppen I, II und III nacheinander in einer Kombination geschaltet, die in der rechten Spalte in Fig. 3 angegeben ist, so kann ein Faksimile-Druck mit sechs Grautonwerten ausschließlich schwarz und weiß durchgeführt werden. Hierbei bedeuten die Gruppe II die Einzelelektroden 8 und 13 und die Gruppe III die äußeren Einzelelektroden 9 und 14. Durch Wahl der Anzahl der Elektrodengruppen, ihren Anordnungen und Abmessungen sowie der Organisation der

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Ansteuerung lassen sich Ladungsbildgröße, Rastermaß und die Anzahl und Abstufung der Grautonwerte beeinflussen.

Als vergleichendes Beispiel ist in Fig. 4 eine aus sechs, zusammen angesteuerten Einzelelektroden bestehende Stiftelektrode nach der Erfindung (Bildhälfte A) einer bekannten massiven runden Stiftelektrode 21 mit Isoliermaterial (Bildhälfte B) gegenübergestellt. Dabei bedeuten:

a) die Seitenansichten der Anordnungen mit dem Aufzeichnungsträger 6 und der Gegenelektrode 5 sowie darüber in der Draufsicht die Stirnflächen der beiden Stiftelektroden,

t>) das jeweilige Ladungsbild der gedruckten Bildpunkte im Schnitt,

c) die mit schwarzem Toner entwickelten Bildpunkte im Schnitt,

d) die mit schwarzem Toner entwickelten Bildpunkte in der Draufsicht,

e) die Schwärzungsdiagramme über die gezeichneten Verläufe A-A bzw. B-B der Fig. 4c,

f) die Mittelwerte der Schwärzung über diese Verläufe und

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g) die Mittelwerte der Schwärzung, "bewertet mit den gestrichelt gezeichneten umschreibenden Quadratflächen der Fig. 4d.

Wie die Fig. 4 zeigt, weist der gedruckte und entwickelte Bildpunkt der Stiftelektrode nach der Erfindung im wesentlichen folgende Eigenschaften auf:

1. Jedes gedruckte Bildpunktelement hat in sich eine eigene Schwärzung, .

2. in seiner größten Ausdehnung hat der Bildpunkt eine quadratische Form, wobei andere Formen möglich sind,

3. die Möglichkeit des Grautondruckes ist gegeben durch die Variation der Anzahl der Bildpunktelemente pro Bildpunkt, wobei eine digitale Gruppenansteuerung sinnvoll ist,und

4. sie bringt beim bekannten elektrostatischen Matrixdruck als Ersatz für die bisher verwendete massive, runde Stiftelektrode einen Gewinn an relativer Größe und Schwärzung und somit ein schwärzeres und profilierteres Schriftbild. Durch eine entsprechende Anordnung der Einzelelektroden und eine differenzierte Ansteuerung durch zwei Hochspannungsschalter kann das Drucken schräger Schriftzüge berücksichtigt werden.

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Alle für die bekannte massive, runde Stiftelektrode weiter oben genannten Ursachen für die mäßigen Eigenschaften eines normalen Matrixdruckes sowie für ihre Nichteignung für den Faksimile-Grauton-Druck sind an sich in entsprechender Weise für das einzelne Elektrodenelement vorhanden, fallen aber wegen der äußerst kleinen, den Ladungsbildpunkt erzeugenden Stirnflächen der Einzelelektroden in ihren negativen Auswirkungen kaum ins Gewicht und sind somit minimal für jeden Bildpunkt sowie kurz- und langzeitig statistisch invariant.

Bei der Entwicklung eines derartigen Ladungspunktes aus einer variablen Anzahl von Ladungsbildpunktelementen entsteht noch ein zusätzlicher Gewinn an Schwärzung durch die Vielzahl der Randfelder der Ladungsbildelemente.

Patentansprüche: - 13 -

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Claims (5)

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   Patentansprüche:

   1 Λ Elektrostatische Druckeinrichtung mit Stiftelektroden zur Bildung einer punktforinigen latenten Aufzeichnung, bei der die Stiftelektrode mit einer durch eine Steuerelektronik anschaltbaren Hochspannung beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stiftelektrode (1) aus mehreren gegeneinander- elektrisch isolierten Einzel— elektroden (7, 8, 9) besteht, die in einzelne Gruppen (I, II, III)·aufgeteilt sind, und daß jede Gruppe einzeln elektrisch schaltbar ist.
2. 2. Elektrostatische Druckeinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen (II, III) der Stiftelektrode (1) kreisförmig um eine zentrale Mittelelektrode (7) angeordnet sind.
3. 3. Elektrostatische Druckeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß-der äußeren Gruppe (III) weitere Einzelelektroden derart zugeordnet sind, daß die gesamte Stiftelektrode (1) annähernd eine Quadratform besitzt.
4. 4. Elektrostatische Druckeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelektroden ringförmig ausgebildet und zentrisch um eine einzelne Mittelelektrode (12) angeordnet sind.

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5. 5. Elektrostatische Druckeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe über einen ihr zugeordneten Hochspannungsschalter an die gemeinsame Steuerelektronik anschaltbar ist.

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