DE2733878A1 - Elektropulskopiervorrichtung - Google Patents

Description

OR. ING. DIPl.-ING. M. SC. DII.PHVS. OB. DIPL-PHVS.

HÖGER - STELLRECHT - GR-ESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

A 42 348 b Anmelder: EPP Corporation

u - 163 75 Federal Street

14 Juli 1977 Boston, Mass.o211o

U.S.A.

Beschreibung

Elektropulskopiervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Elektropulskopiervorrichtung mit einer Druckelektrode, mit einer an der Druckelektrode in bestimmtem Abstand vorbeibewegten Abgabeschicht, in welcher Druckpartikel angeordnet sind, mit einer im Druckbereich zwischen der Elektrode und der Abgabeschicht vorbeibewegten Aufdruckschicht, auf welche die Druckpartikel übertragen werden, und mit einer Einrichtung zur kurzzeitigen Erzeugung eines elektrischen, einzelne Druckpartikel von der Abgabeschicht auf die Aufdruckschicht übertragenden Feldes zwischen der Druckelektrode und der Abgabeschicht im Druckbereich.

Bei Elektropulsdruckverfahren werden die ein Papier einfärbenden Druckpartikel im elektrischen Feld eines Druckimpulses von einer Druckpartikelabgabeschicht auf die zu bedruckende Fläche transportiert. Dieses Elektropulsdruckverfahren unterscheidet sich von mechanischen Berührungsdruckverfahren und von elektrostatischen Druckverfahren. Beim mechanischen Berührungsdruckverfahren wird der Farbstoff durch eine mechanische Bewegung einer Vorratswalze, einer Abgaboschicht oder eines Streifens auf das zu bedruckende Blatt übertragen. Elektrostatische Druckverfahran sind üblicherweise mohrstufig ausgeführt und umfassen im wesentlichen selektive Aufladungs-

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vorgänge von Flächen und übertragung von Tönerteilchan durch elektrostatische Kräfte. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Elektropulsdruckverfahren und Vorrichtungen zu deren Durchführung, wie sie in dem US-Patent 3 550 153 (R.W.Haeberle et al) beschrieben sind. Der darin beschriebene Druckvorgang geht von einem elektrisch leitenden Farbstoff aus, der in Form von Druckpartikeln vorliegt. Um diese Druckpartikel auf ein zu bedruckendes Blatt aufzubringen, ist eine Vorrichtung vorgesehen, die ein gepulstes elektrisches Feld geeigneter Form zwischen den Druckpartikeln und dan zu badruckenden Bogen anlagt. In der Praxis werden beispielsweise Felder in der Grössenordnung von 1000 V verwendet, die an einen Spalt mit einer Breite zwischen 127 und 2 54 um angelegt werden, wobei die Spaltbraite von den Druckpartikeln bis zu einer Feldformelektrode gsmessen wird. Das zu bedruckende Blatt befindet sich in diesem Spalt. Wie bereits erwähnt, liegt die Druckerschwärze oder dar Farbstoff in Form von beweglichen Druckpartikeln vor. Während der kurzen Dauer des elektrischen Feldes warden die Druckpartikai an erhobenen Stallen zuerst durch einen Ladungsstrom von dan anderen, näher an einer unteren Schicht liegandan Partikeln aufgeladen, vom elektrischen Feld abgelöst und dann durch dis durch das elektrische Feld induzierte Kraft auf das zu bedruckende Papier transportiert. Wia in dem genannten US-Patent 3 550 153 angagaban, warden die elektrisch leitfähigen Druckpartikel zunächst auf einer Fläche aufgebracht, die im folgandan als Abgabaschicht bezeichnet ist. Die Amplitude und dia Dauor dor Elüktroimpuls^ nüssen so gawählt wjrdan, dass aine für uin3 guta Druckqualität ausreichende Anzahl von Druckpartikeln auf das Papier transportiert wird, ohne dass ein elektrischer Durchbruch oder

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eine Gasentladung zwischen den Elektroden auftritt.

Bei der in dem genannten Patent beschriebenen Vorrichtung weist die am dichtesten an dem zu bedruckenden Blatt liegende Oberfläche der Abgabeschicht elektrisch leitende Druckpartikel auf, die in einem Medium mit hohem elektrischen Widerstand dispergiert sind. Das gepulste elektrische Feld wird angeregt, um die Druckpartikel selektiv aufzuladen. Die geladenen Partikel werden daraufhin unter dem Einfluss des angeregten elektrischen Feldes auf die danebenliegende Fläche des zu bedruckenden Blattes übertragen. Es handelt sich dabei um eine wirksame Aufladungstechnik, bei welcher den Druckpartikeln in einer sehr kurzen Zeit eine Ladung zugeführt wird. Da die leitenden Druckpartikel in einem Medium mit hohem elektrischem Widerstand dispergiert sind, werden dia Feldlinien des angeregten Feldes auf diese leitenden Partikel konzentriert. Dadurch meiden die Feldlinien das Medium mit dem hohen elektrischen Widerstand, welches die leitenden Teilchen voneinander trennt. Die Feldlinienkonzentration ergibt sich als Folge der in den Druckpartikeln induzierten elektrischen Ladung. Die Konzentration der Feldlinien auf die geladenen Druckpartikel führt natürlich auch zu einer Fokussierung der Kraftlinien auf die Partikel. Die auf die Partikel ausgeübte Kraft hängt von der elektrischen Feldstärke am Ort des Partikels und der Ladung auf dem Partikel ab und ist proportional dem Produkt aus Ladung und Feldstärke. Beide Faktoren werden vergrössert, wenn Ladung auf den leitenden Partikel gesammelt wird, da die Ansammlung von Ladung eine Zunahme dar Feldliniendichte zur Folge hat. Das wiederum bedeutet einen Anstieg der

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Feldstärke, für deren Grosse die Anzahl von Feldlinien pro Flächeneinheit ein Maß ist. Bei Druckern der in dem genannten Patent beschriebenen Art, bei welchen die leitenden Druckpartikel inhomogen in einem elektrisch schlecht leitenden Medium verteilt sind, insbesondere in Richtung der Tiefe der Schicht, wodurch sich Gruppen von in Form von Hügeln oder Türmchen angeordneten Partikeln ergeben, lädt ein Druckimpuls bevorzugt Partikel an herausragenden Stellen auf, also beispielsweise an den Spitzen der Hügel und Türmchen. Auf diese Partikel werden dann grosse Kräfte ausgeübt, die diese von ihren Nachbarn losreissen und von der Abgabeschicht auf das zu bedruckende Blatt übertragen. Bei der praktischen Durchführung des in dem genannten US-Patent beschriebenen Druckverfahrens muss das Medium mit dem hohen elektrischen Widerstand nicht unbedingt ein Festkörper sein, in manchen Fällen kann es Luft sein. Wenn also die Abgabeschicht geeignet geformt und geeignet mit Druckpartikeln beschichtet ist, so dass die leitenden Druckpartikel in Form von Hügeln und Türmchen angeordnet sind, dann kann die diese Hügel und Türmchen umgebende und trennende Luft die Rolle des Mediums mit dem hohen elektrischen Widerstand übernehmen, in dem die leitenden Partikel dispergiert sind.

Eine Abgabsschicht für berührungslosos Drucken, bei welcher das schlecht leitende Medium ein dielektrisches Festkörpermaterial ist, ist in dem US-Patent 3 833 409 (John Peshin) beschrieben. Diese Abgabeschicht hat einen hohen Oberflächenwidarstand, um dan Druckvorgang auf die unmittelbare Umgabung der aktiven Fläche der Druckelektrode zu begrenzen.

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Eine weitere Verbesserung der im US-Patent 3 550 153 beschriebenen Druckvorrichtung ist in dem US-Patent 3 898 674 (P.L.Koch) beschrieben. Es handelt sich dabei um eine abgeschirmte Elektrode, die eine schmalere Druckfeldverteilung erzeugt, als dies mit einer nicht abgeschirmten Druckelektrode möglich ist. Mit einer derart begrenzten Druckfeldverteilung kann man ein Druckbild mit ausreichender Auflösung auch dann noch erzielen, wenn die Druckpartikel auf einer leitenden Unterlage ruhen, wenn die Struktur dieser Unterlage und die Anordnung der Druckpartikel darauf derart sind, dass sich eine zumindest teilweise Isolierung der leitenden Druckpartikel in kleine hügel - oder turmförmige Gruppen ergibt, die durch ein schlecht leitendes Medium voneinander getrennt sind, beispielsweise durch Luft oder ein geeignetes Festkörpermaterial. Wenn das Trägermaterial der Druckpartikel elektrisch leitend ist, dann wird die Gefahr eines elektrischen Durchbruchs während des Druckimpulses vergrössert. Diese Gefahr kann verringert werden, wenn die Feldformelektrode in ein dielektrisches Material eingebettet ist, beispielsweise in Glas oder in ein Plastikmaterial, wie beispielsweise Kapton, ein von der Firma E.I.duPont de Nemours verkauftes Polyimid. Dieses Material widersteht in beiden Fällen ohne Durchbruch extrem hohen Feldstärken. Wie in der Patentanmeldung P

(US-SN 710 892 - eingereicht am2.August 1976J desselben Anmelders beschrieben, kann die Feldformelektrode im Innern des von einer Abschirmelektrode gebildeten Volumens zurückgesetzt sein, wobei das restliche Volumen mit einam dielektrischen Material ausgefüllt ist, welches ohne Durchbruch die hohen von der Feldformelektrode erzeugten Feldstärken übertragen kann.

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Die parallele Patentanmeldung P (US-SN

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1976) desselben Anmelders beschriebenen Verfahren hergestellt worden sind. Die letzte Anmeldung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von leitenden Druckpartikaln durch Einbau von Eisenoxid oder anderem magnetisierbarem Material in jedes Partikel. In der magnetischen Färbstation ist eine Magnetanordnung vorgesehen, die einen Vorrat der magnetisierbaren, leitenden Druckpartikel in Form eines kompakten Streifens oder Wulstes zusammenhält, der auf der bewegten Schicht aufliegt, die durch ein Endlosband oder eine Drehtrommel gebildet wird. Dia Oberfläche der die Druckpartikel aufnehmenden Schicht ist in jedem Fall mikrostrukturiert, d.h. sie weist Erhebungen und Vertiefungen auf oder sie ist aufgerauht. Aufgrund dieser MikroStruktur oder dieser Rauhheit ergibt sich eine Reibung zwischen der Oberfläche der Schicht und der Aussenseite der wulstförmigen Druckpartikelansaitunlung. Der Wulst dreht sich infolge dieser Reibungskräfte. Diese Drehbewegung wird noch durch ein magnetisches Feld unterstützt, das im Bereich des Wulstes derart ausgebildet ist, dass es den Wulst lokalisiert und ihm in einem begrenzten Bereich eine freie Drehung ermöglicht.

Gleichzeitig lösen die Reibungskräfte und die magnetischen Kräfte gemeinsam Druckpartikcl aus dem rotierenden Wulst heraus

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und legen diese auf der Abgabeschicht ab, die dadurch mit einer schichtförmigen Laga aus magnetisierbaren, leitenden Druckpartikeln bedeckt wird. In dieser schichtförmigen Lage sind die Druckpartikel weitgehend in Form von Hügeln und Türmchen angeordnet; diese Anordnung ergibt sich aufgrund der Orientierung der Magnetfeldlinien in dem Bereich, in dem der Ablösungsprozess aus dem Wulst stattfindet. Diese Feldlinien sind relativ zur Oberfläche der Abgabeschicht steil orientiert, so dass die magnetisierbaren Teilchen Ketten bilden, die durch die Vorschubbewegung der Abgabeschicht gestreckt werden und schliesslich brechen. Beim Strecken der Ketten werden diese ausserdem dünner und trennen sich in seitlicher Richtung voneinander. Die auf der Oberfläche der Abgabeschicht verbleibenden Kettenfragmente sind infolgedessen relativ weit voneinander entfernt und bilden individuelle Hügel und Türmchen.

Dabei passiert es jedoch häufig, dass einige der aus magnetisierbaren, leitenden Druckpartikeln bestehenden Türmchen so lang und dünn werden, dass der Druckimpuls in der Druckstation diese dünnen Ketten als ganze Klumpen von der Abgabeschicht ablöst, obwohl es eigentlich erwünscht wäre, dass jeweils nur einzelne Partikel auf den zu bedruckenden Bogen übertragen werden. Als Folge der übertragung ganzer Aggregate von Druckpartikeln ergeben sich auf der zu bedruckenden Fläche Flecken. Dies ist insbesondere dann unerwünscht, wenn Faksimiledrucke ausgeführt werden sollen, bei denen verschiedene Abschattierungen von Grau erzeugt werden sollen, wie es beispielsweise in dem US-Patent 3 964 388 (J.C.Maxwell) beschrieben ist.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen fleckigen Druck infolge von Ablösen ganzer Druckpartikeleinheiten von der Abgabeschicht zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird bei einer Elektropulskopiervorrichtung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass die Druckpartikel magnetisierbares Material enthalten und in der Abgabeschicht lose verteilt in Form von im Abstand zueinander angeordneten Gruppen unregelmässigar Höhe vorliegen und dass eine Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Bereich der Druckelektrode vorgesehen ist, welches Magnetfeld die in den Druckbereich vorgeschobenen Druckpartikelgruppen durchsetzt, senkrecht zum elektrischen Feld orientierte Komponenten aufweist und so stark ist, dass eine Umorientierung einer Anzahl der Gruppen erreichbar ist.

Durch die Verwendung magnetisierbarer Druckpartikel und das Vorsehen eines Magnetfeldes im Bereich der Druckelektrode werden die längsten und dünnsten der turmförmigen Partikelgruppen, die am ehesten ein fleckiges Druckbild erzeugen würden, an ihren Schwachstellen abgebogen, so dass sich ihre oberen Teile im wesentlichen parallel zu dem starken Magnetfeld und damit parallel zur Oberfläche der Abgabeschicht einstellen. Dieses Abbiegen erfolgt unmittelbar vor Erreichen der Druckstation. Auf diese Weise kann der Druckimpuls nicht auf die leicht ablösbaren Druckpartikelsegmente in sehr dünnen Ketten wirken, sondarn auf relativ breitere Türmchen und Hügel, von deren Spitze durch den Druckimpuls dann nur einzelne Druckpartikel abgelöst werden. Der Druckimpuls kann daher weniger

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solche Ketten ablösen, die Flecken auf dem Papier erzeugen würden, so dass das erzeugte Druckbild wesentlich gleichmässiger wird. Ausserdsm ist es mit dieser Vorrichtung möglich, Druckbilder mit gleichmässiger Schwärzung, hoher Kantenschärfe, hoher Auflösung, hohem Kontrast und grosser Druckintensität zu erzeugen.

Die Einwirkung des Magnetfeldes auf die Druckpartikel und die sich dadurch ergebende Umorientierung dünner Druckpartikelketten führen zu einer gewissen Abschwächung der Druckintensität. Zum Ausgleich dieser Abschwächung kann gemäss einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass sowohl die Stärke des Magnetfeldes als auch die Stärke des elektrischen Feldes relativ zueinander einstellbar sind, so dass eine selektive Umorientierung der Oberteile mancher Druckpartikelgruppen und gleichzeitig eine Intensitätskompensation möglich sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.

Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise schematische Darstellung eines Elektropulskopierers mit einer Farbstoffabgabaschicht in Form sines Endlosbandos mit ainer unteren Schicht aus einem Material mit hohem elektrischen Widerstand;

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Fig. 1A eine Teilansicht der Darstellung der Fig. 1 mit einer Abgabeschicht, die als endloses Metallband ausgebildet ist;

Fig. 2 eine teilweise schematische Ansicht eines Elektropulskopierers mit einer Farbstoffabgabeschicht, die die Form einer dünnwandigen Drehtrommel aus Material mit hohem elektrischen Widerstand hat;

Fig. 2A eine Teilansicht der Darstellung dar Fig. 2 mit einer abgewandelten, metallischen Drehtrommel;

Fig. 3 eine Ansicht der Unterseite der bei allen Ausführungsbaispielen verwendeten Druckelektrode;

Fig. 4 eine vergrösserte Teilansicht der Druckstation mit den im Bareich der Druckelektrode die Abgabeschicht durchsetzenden magnetischen Kraftlinien;

Fig. 5 eine vergrösserte, schematische Teilansicht eines Querschnittes durch die Abgabeschicht zwischen Färbestation und Druckstation und

Fig. 6 eine Ansicht ähnlich Fig. 5 mit der Abgabeschicht in einer Anordnung unmittelbar gegenüber des Druckkopfes.

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In Fig. 1 ist diagrairanatisch ein elektrischer Impulskopierer oder Elektropulskopierer gemäss der Erfindung dargestellt. Der Drucker umfasst eine Einfärbstation 12, eine Druckstation 14, eine Einbrennstation 16 sowie andere im folgenden beschriebene Teile. Ein Endlosband 18 aus einem Material mit hohem elektrischen Widerstand wird mittels eines Antriebsmotors 20 kontinuierlich angetrieben. Es hat eine Oberfläche mit einer Vertiefungen aufweisenden Mikrostruktur. Dieses Endlosband und andere Ausgestaltungen der Farbstoffabgabeschicht sind vorzugsweise so ausgebildet, wie es in der parallelen Patentanmeldung P (US-SN 710 283 eingereicht am 30.JuIi 1976 - ) desselben Anmelders beschrieben ist. Zur Herstellung dieser die Druckpartikel aufnehmenden Schicht können jedoch entsprechend anderen Anwendungen auch andere Verfahren verwendet werden. Insbesondere können die Grundschichten einen hohen Oberflächenwiderstand aufweisen, wie es beispielsweise in dem US-Patent 3 833 409 beschrieben ist. Es können auch Unterlagen anderer geometrischer Formen mit Schichtstrukturen Verwendung finden, die einen hohen Widerstand aufweisen oder isolierend sind, wie es im US-Patent 3 550 153 beschrieben ist. Auf jeden Fall muss die Oberfläche der Abgabeschicht eine Mikrostruktur aufweisen, sie muss also aufgerauht sein und Vertiefungen aufweisen, wie es im folgenden noch im einzelnen beschrieben wird. Ein Behälter 22 legt spezielle Druckpartikel 24 auf der Oberfläche des Endlosbandes ab, welche in dem beschriebenen Ausführungsbaispiel an einem unteren Magneten 26 vorbeilaufen, der als Permanentmagnet oder als Elektromagnat ausgebildet sein kann, wobei der letzte durch eine variable Quelle 28 erregt wird. Bei manchen Ausführungs-

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beispielen kann ferner ein oberer Magnet 30 vorgesehen sein. Die Druckpartikel enthalten vorzugsweise magnetisierbares Material und bestehen vorzugsweise aus einem Grundkörper eines schmelzbaren Harzes mit einem darin dispergierten Farbstoff und einer elektrisch leitenden Beschichtung, wie sie in der parallelen Patentanmeldung P (US-SN

710 282 - eingereicht am 30.JuIi 1976 ) desselben Anmelders beschrieben sind. Bei Anwesenheit eines Magnetfeldes bilden die auf dem Endlosband 18 abgelegten, magnetisierbaren Druckpartikel einen rotierenden Wulst 32, von dem ein Teil der Partikel abgeschält und in Richtung auf die Druckstation weitertransportiert wird.

Einzelheiten des Betriebes der Einfärbstation 12 werden in der parallelen Patentanmeldung P (US-SN 710 280 -

eingreicht am 30.JuIi 1976) desselben Anmelders beschrieben. Beim Verlassen der Einfärbstation 12 sind die magnetisierbaren, leitenden Druckpartikel auf dem Endlosband 18 üblicherweise in Form von Hügeln oder Türmchen verteilt (Fig. 5). Einige dieser Türmchen sind dabei lang und dünn und weisen eine oder mehr Stellen auf, an denen sie aussergewöhnlich schwach und schlank sind. Diese Stellen werden unter dem Einfluss des elektrischen Druckimpulses relativ leicht durchgebrochen, so dass bei bisher bekannten Impulsdruckverfahren die Druckpartikelketten oberhalb dieser Schwachstellen abgelöst und durch den Druckimpuls vollständig auf das zu bedruckende Papier transportiert wurden. Erwünscht ist jedoch lediglich dia übertragung einzelner Druckpartikel auf die zu bedruckende Fläche.

In der Druckstation legt eine Spannungsquolle 34 kurze elektrische Impulse selektiv an eine oder mehrere Elektroden 36 sowie

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eine Basiselektrode 38. Dar Einfachheit halber ist in der Zeichnung nur eine Druckelektrode 36 dargestellt, während ein Drucker oder Kopierer in der Praxis eine Vielzahl derartiger Druckelektroden und zugeordneter Spannungsversorgungsquellen aufweist, wie dies beispielsweise in den US-Patenten 3 898 674 und 3 733 613 (Paul L.Koch et al) beschrieben ist. Die dargestellte Druckelektrode hat eine Form, die zur Herstellung eines runden Punktes geeignet ist, wie er bei Faksimile· druckern und alphanumerischen Punktmatrixdruckern erzeugt wird. Andere Elektrodenformen können Verwendung finden. Wie aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich und wie im Patent 3 898 674 beschrieben, weisen die Elektroden 36 eine metallische Feldformelektrode 40, elektrisch isolierendes Material 42, eine metallische Abschirmelektrode 44 und einen Trägerkörper 46 auf. Die Abschirmelektrode und die Basiselektrode sind über Verbindungen 48 und 50 auf dem gleichen Potential gehalten.

Durch das Anlegen kurzer elektrischer Impulse zwischen der Feldformelektrode 40 und der Basiselektrode 38 werden Druckpartikel vom Endlosband 18 auf ein fortlaufendes oder bogenförmiges, üblicherweise nicht speziell vorbehandeltes Papier 52 transportiert. Das Papier läuft dabei von einer Vorratsrolle 54 zu einer Aufnahmerolle 56. Nach der Ablagerung der Druckpartikel auf dem Aufnahmepapier 52 wird dieses zu der Einbrennstation 16 transportiert, in welcher es derart erwärmt wird, dass die Druckpartikel schmelzen. Dabei breiten sie sich aus und verbinden sich fester mit dem Papier. Einzelheitan des Einbrennvorganges sind in der parallelen Patentanmeldung desselben Anmelders P (US-SN 710 282 - einge-

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reicht am 30.JuIi 1976) beschrieben.

Der rotierende Wulst 32 ist eine lose Ansammlung von magnetisierbaren, leitenden Druckpartikeln, die vorzugsweise in der in der gerade zitierten parallelen Anmeldung beschriebenen Weise hergestellt werden. Die Form des Wulstes ist über einen Teil desselben etwa zylindrisch, wobei der Querschnitt einen auf der Seite des bewegten Endlosbandes 18 abgeflachten Kreis darstellt. Die Reibung des bewegten Endlosbandes verschiebt die untere Seite des Wulstes in Richtung auf die Druckstation 14, aber die magnetische Feldverteilung in der Einfärbestation 12 wirkt dieser Vorwärtsbewegung der magnetisierbaren Teilchen innerhalb des Wulstes entgegen, sobald diese Partikel ein kurzes Stück an einer Ecke 58 des Magneten 26 vorbaigelaufen sind und ein Gebiet mit schwächerem Magnetfeld erreicht haben. In manchen Ausführungsformen wird der untere Magnet 26 allein verv/endet, in anderen Aus führungs formen wird dia Wirkung dieses Magneten mit der des oberen Magneten 30 kombiniert. Dies ist in der parallelen Patentanmeldung P (US-SN 710 280 -eingereicht am 30.JuIi 1976) desselben Anmelders ausführlich beschrieben. Die meisten Partikel auf der Unterseite des Wulstes 32 werden jedoch nicht aus dem Bereich hoher magnetischer Feldstärke herausbewegt, sondern sie bewegen sich nach oben und entfernen sich dabei von der Oberfläche des Endlosbandes. Sie nehmen also mit anderen Worten an einer Drehbewegung des Wulstes tail. An dar Stelle, an welcher die meisten Partikel nach oban von der Oberfläche des Endlosbandes wegbawegt warden, sind dia Magnatfoldlinien darart angeordnet, dass die magnetisierbaren Partikel in kurzen Ketten oder Fäden

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angeordnet werden, die sich zwischen der Oberfläche des Endlosbandes und der Oberfläche des sich selbst von dem Endlosband ablösenden Wulstes ausbilden. Einige dieser Ketten oder Fäden verlängern sich bei dieser Trennung und brechen schliesslich entzwei, wobei jeweils ein Teil der gebrochenen Kette auf der Oberfläche des Endlosbandes verbleibt. Dieser verbleibende Kettenteil steht nach oben von der Oberfläche des Endlosbandes ab.

In Fig. 1A ist eine abgewandelte Ausführungsform der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung gezeigt, bei welcher statt des Endlosbandes 18 ein Endlosband 60 aus Metall oder einem anderen leitenden Material vorgesehen ist, dessen Oberfläche aufgerauht ist oder eine MikroStruktur aufweist. In diesem Falle ist mit der Spannungsgucile 34 eine Bürste 62 oder ein äquivalentes Mittel verbunden, so dass das Endlosband selbst die Funktion der Basiselektrode übernimmt. Die Elektrode 38 (Fig. 1) kann dabei entfallen.

In den in den Fig. 1 und 1A dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Druckstation 14 ein Magnet 64 zugeordnet, der die Hügel und Türmchen der Druckpartikel umorientieren kann. Das von diesem Magnet erzeugte Feld ist an schwachen Stellen der von den Hügeln oder Türmchen gebildeten Partikelkette wirksam und beugt die oberen Segmente von einigen dieser Türmchen zur Seite, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Das Magnetfeld ist also derart ausgebildet, dass es die oberen Segmente der schwächeren Türmchen zur Seite biegt, bis sie im wesentlichen parallel zu der Grundschicht und damit im wesentlichen senkrecht in Richtung des durch den Druckimpuls erzeugten elektri-

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sehen Feldes angeordnet sind, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Die abgebogenen Segmente bilden dadurch keine starken Fokussierpunkte mehr, an denen die elektrischen Kraftlinien zusammenlaufen können; dies führt zu einer geringeren Aufladung dieser Segmente. Folglich werden weniger Segmente von der Abgabeschicht abgelöst und auf das zu bedruckende Papier übertragen, so dass die bedruckten Bereiche entsprechend weniger gefleckt erscheinen.

Der Magnet 64 erzeugt ein starkes Magnetfeld, dessen Kraftlinien im Bereich der Elektrode 36 im wesentlichen parallel zur Oberfläche der Abgabeschicht oder des Endlosbandes 18 verlaufen. Der Magnet 64 kann ein einfacher Hufeisenmagnet sein, der auf der der Elektrode 36 gegenüberliegenden Seite des Endlosbandes 18 angeordnet sein kann.

Der Magnet 64 ist dicht neben der Basiselektrode 38 angeordnet. In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, die Basiselektrode mit dem Magneten zu kombinieren. Dabei erhält man ein Bauteil, welches eine magnetische Masseebene bildet, d.h. eine elektrisch geerdete Fläche mit zugeordneten Magnetlinien, die im zentralen, direkt gegenüber der Druckelektrode 36 liegenden Bereich im wesentlichen parallel zu der Fläche verlaufen.

In dom in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind viele Bauteile gleich wie in der Vorrichtung der Fig. 1. Gleiche Teils tragen daher gleiche Bezugszeichen. Die Abgabeschicht hat jedoch in diesem Ausführungsbeispiel die Form einer dünnwandigen Drehtrommel 66 aus einem Material mit hohem elektrischen Widerstand,, welche die Druckpartikel transportiert. Die

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Drehtrommel tritt an die Stella des Endlosbandes 18. Die äußere Oberfläche der Drehtrommel 66 weist eine Mikrostruktur auf,· die eine ausreichend grosse Reibungskraft liefert, um die Drehbewegung des Wulstes 32 aufrecht zu erhalten. Die Einfärbstation 12 umfasst ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 einen unteren Magneten 26 und einen oberen Magneten 30, die einen magnetischen Potentialtopf aufbauen, der die Vorwärtsbewegung des Wulstes 32 verhindert. Die Einfärbstation 12 umfasst weiterhin einen Behälter 22 zur Aufnahme und Abgabe von Druck- oder Farbstoffpartikeln 25 zur Ersetzung dsr aus dem Wulst 32 auf die Drehtrommel 66 abgegebenen Partikel. Schliesslich ist bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 auch ein Magnet 64 vorgesehen, dessen Funktion dieselbe ist v/ie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1.

Das in Fig. 2A dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 2 gezeigten nur dadurch, dass die Drehtrommel 66 durch eine Drehtrommel 68 aus Metall oder einem anderen elektrisch leitenden Material ersetzt ist, die mit Hilfe einer Bürste 70 mit der Spannungsqualle 34 verbunden ist. Die Trommel 68 übernimmt damit die Funktion der Basiselektrode 38.

In den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 und 2A übernimmt der drehende Wulst 32 die Aufgabe, die magnetlsierbaren, leitenden Druckpartikel zu dosieren und über die äussere Oberfläche der Drehtrommal 66 bzw. 63 zu vartailan. Dia Drehtrommel tragt auf ihrar beschichteten Oberfläche dia Druckpartikel zur Druckstation 14, in welcher der im wesentlichen von der Druckelektrode 36 gebildete Druckkopf angeordnet ist. Das zu be-

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druckende Band oder das Aufnahmeblatt 52 läuft zwischen dem Druckkopf und der mit Druckpartikeln beschichteten Oberfläche der DrehtrormeIn hindurch. In ähnlicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 v/ird das Band von einer Vorratsrolle auf eine Aufnahmerolle transportiert, wobei es durch eine Einbrennstation läuft.

In Fig. 4 ist in vergrössertem Maßstabe die Basiselektrode 38 und der untere Magnet 64 dargestellt. Ausserden zeigt diese Figur einige der vom Magneten 64 erzeugten magnetischen Kraftlinien 72. Man erkennt ferner die angenäherte Lage der Druckelektrode 36 und des zu bedruckenden Papiers 52. Die vom Endlosband 18 gebildete Abgabeschicht für die Druckpartikel bewegt sich in Richtung des Pfeiles von links nach rechts durch Bereiche, in denen die magnetischen Feldlinien ihren Verlauf von steil aufwärts über flach aufwärts, horizontal, flach abwärts in steil abwärts ändern. Der Druckvorgang selbst findet in einem Bereich statt, in dem die magnetischen Feldlinien im wesentlichen horizontal, parallel zur Oberfläche der Abgabeschicht oder des Endlosbandes 18 verlaufen und damit senkrecht auf der Richtung des elektrischen Feldvektors zwischen der Druckelektrode 36 und der Basiselektrode 38 stehen.

Fig. 5 zeigt in stark vergrössertem Maßstab die Abgabeschicht oder das Endlosband 18 zwischen der magnetischen Einfärbstation 12 und der Druckstation 15. Die magnetisierbaren, leitenden Druckpartikel sind in Form von Hügeln 74 und Türmchen 76 angeordnet. Ausserdem ist ein besonders schlanker Turm dargestellt, der einen etwas breiteren Teil 78, eine Schwachstelle 8o und

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ein Oberteil 82 aufweist. Das Oberteil wird normalerweise durch den Druckimpuls leicht abgelöst, durch diesen beschleunigt und als Druckpartikelklumpen auf das zu bedruckende Papier transportiert, wo es einen Fleck erzeugt. Eine solche Ablösung des Oberteils 82 tritt auf, wenn die Partikel in der in Fig. dargestellten Form unverändert in den gegenüber der Druckelektrode 36 liegenden Bereich eintreten und dort dem vom Druckimpuls erzeugten elektrischen Feld ausgesetzt werden.

Durch den unteren Magnet 64 (Fig. 1 und 2) kann die in Fig. dargestellte Druckpartikelkonfiguration verändert werden, sobald die Druckpartikel in die Nähe der Druckelektrode gelangen. Auf dem Weg der entsprechend Fig. 5 angeordneten Druckpartikel in das Magnetfeld treffen die Druckpartikel an der linken Seite der Feldlinien 72 (Fig. 4) zunächst auf bezüglich der Vorschubrichtung des Endlosbandes nach vorne geneigte Feldlinien. Das Oberteil 82 des dünnen Türmchens mit dem breiten Unterteil 78 wird dabei versuchen, sich möglichst parallel zu den magnetischen Feldlinien auszurichten. Wegen der geringen Festigkeit der Schwachstelle 80 kann sich das Oberteil 82 entsprechend abbiegen.

In Fig. 6 ist derselbe Bereich der Abgabeschicht oder des Endlosbandes gezeigt wie in Fig. 5, jedoch ist dieser Teil in eine Position unmittelbar gegenüber der Druckelektrode 36 vorgeschoben. Die magnetischen Feldlinien verlaufen in diesem Bereich im wesentlichen parallel zur Basiselektrode und zu der Oberfläche der Abgabeschicht. Das Oberteil 82 wird sich in diesem Bereich im wesentlichen parallel zu den Magnetlinien ausrichten, d.h. etwa parallel zur Oberfläche der Abgabeschicht

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und damit etwa senkrecht zu dem von dem Druckimpuls erzeugten elektrischen Feld. Durch das Ausrichten erhebt sich der obere Teil des dünnen Türmchens ausserdem nicht mehr so hoch über die Oberfläche der Abgabeschicht, wie sich aus einem Vergleich der Darstellung in den Fig. 5 und 6 ergibt.

Aufgrund der magnetischen Umorientierung der Druckpartikelchen in dem dünnen Turm konzentrieren sich die durch den Druckimpuls erzeugten elektrischen Feldlinien mehr auf die Hügel 74 und Türmchen 76 und laden das abgebeugte Oberteil 82 nur wenig auf. Infolgedessen ist die Wahrscheinlichkeit, dass dieses Oberteil abgelöst und auf die zu bedruckende Fläche übertragen wird, wesentlich geringer.

Die magnetische Feldstärke in der Nähe der Druckelektrode wird so gross gewählt, dass durch dieses magnetische Feld die Türmchen aus magnetisierbarer», leitenden Druckpartikeln ausgerichtet werden, die so lang und so dünn sind, dass ganze Teile mit einer Vielzahl von Druckpartikeln durch einen Druckimpuls als Gesamtheit abgelöst und in Klumpenform auf das Aufnahmepapier übertragen werden. Wie erwähnt, ergibt die übertragung solcher Klumpen von Druckpartikeln Flecken auf dem zu bedruckenden Papier, die unannehmbar gross sind. Gleichzeitig wird jedoch das magnetische Feld in der Nähe der Druckelektrode nur so gross gewählt, dass es grössere Türmchen nicht wesentlich umorientieren kann. Diese Türmchen werden nämlich zur effektiven Durchführung des Druckvorganges in weitgehend unveränderter Form benötigt. In der Praxis liegt die Feldstärke in der Nähe der Druckelektrode in der Grössenordnung zwischen 1000 und 2000 Oe.

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In Fällen, In denen die Eigenschaften der Druckpartikel sich von Zeit zu Zeit ändern, wird die Stärke des vom Magneten 64 erzeugten Magnetfeldes vorzugsweise empirisch eingestellt. Zu diesem Zweck ist eine einstellbare Versorgung 84 mit dem Magnet verbunden (Fig. 1). Die Magnetfeldstärke wird gesteigert, um die Zahl der vom Druckimpuls abgelösten Druckpartikelklümpchen erheblich zu verringern, durch welche Flecken von unannehmbarer Grosse auf dem Druckpapier entstehen. Bei dieser Herabsetzung der Fleckenzahl tritt gleichzeitig eine Abschwächung der Druckintensität auf, jedoch kann diese Intensitätsabschwächung üblicherweise durch eine Erhöhung der Druckimpulsspannung und/oder der Druckimpulslänge wieder ausgeglichen werden.

Der Druckimpuls kann ein einfacher Impuls mit nur einer Polarität sein, der beispielsweise eine rechteckige oder runds Wellenform aufweist. Gute Bilder können aber auch mit Druckimpulsen in Wellenform, also Druckimpulsen mit gegengesetzter Polarität, erzeugt werden. Eine Folge solcher Impulse mit zwei Polaritäten kann zur Erzeugung eines einzigen Druckbildes verwendet werden. Die beschriebene Intensitätskompensation kann infolgedessen auch durch Erhöhung der Anzahl einzelner Impulse in einer solchen bipolaren Pulsfolge alternierender Polarität erhalten werden.

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Claims (1)

1. OR.-ING. OIPC.-INQ. M. SC. Dlt.-P< Ϊ5. DB. DIPL-PHYS.

   HÖGER - STELLRECHT - I=RESi= BACH - HAECKER

   PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

   A 42 348 b Anmelder: EPP Corporation

   u - 163 75 Federal Street'

   14. Juli 1977 Boston, Massachusetts

   o211o, U.S.A.

   Patentansprüche :

   Elektropulskopiervorrichtung rait einer Druckelektrode, mit einer an der Druckelektrode in bestimmtem Abstand vorbeibewegten Abgabeschicht, in welcher Druckpartikel angeordnet sind, mit einer im Druckbereich zwischen der Elektrode und der Abgabeschicht vorbeibewegten Aufdruckschicht, auf welche die Druckpartikel übertragen werden, und mit einer Einrichtung zur kurzzeitigen Erzeugung eines elektrischen, einzelne Druckpartikel von der Abgabeschicht auf die Aufdruckschicht übertragenen Feldes zwischen der Druckelektrode und der Abgabeschicht im Druckbereich, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckpartikel (24) magnetisierbares Material enthalten und in der Abgabeschicht lose verteilt in Form von im Abstand zueinander angeordneten Gruppen (74;76;78,80,82) unregelmässiger Höhe vorliegen, und dass eine Einrichtung (64) zur Erzeugung eines Magnetfeldes (72) im Bereich der Druckelektrode (36) vorgesehen ist, welches Magnetfeld die in den Druckbareich vorgeschobenen Druckpartikelgruppen durchsetzt, senkrecht zum elektrischen Feld orientierte Komponenten aufweist und so stark ist, dass eine Umorientierung einer Anzahl der Gruppen erreichbar ist.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gakennzaichnet, dass die Abgabeschicht die Form eines langen Bandes hat.

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   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Band elektrisch leitend ist und dass die Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes einerseits mit der Druckelektrode (36) und andererseits mit dem Band in Verbindung steht.

   4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung des Feldes eine weiters Elektrode (3 8) umfasst und dass die Abgabeschicht zwischen dieser Elektrode und der Druckelektrode (36) hindurchgaführt ist.

   5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme der Druckpartikel (24) ein flexibles Endlosband (18) vorgesehen ist, auf welches in einer Einfärbstation (12) dia Druckpartikel auflegbar sind.

   6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme der Druckpartikel (24) eine Drehtrommel (66,68) vorgesehen ist.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehtrommel (68) elektrisch leitend ist und neben der Druckelektrode (36) mit der Einrichtung (34) zur Erzeugung des elektrischen Feldes verbunden ist.

   8. Vorrichtung nach Ansoruch f>, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehtrommel (66) hohl ist und in ihr eine zweite Elektrode (38) angeordnet ist, die einen Teil der Ein-

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   richtung zur Erzeugung des elektrischen Feldes bildet.

   9. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes einen auf der der Druckelektrode (36) gegenüberliegenden Seite der Abgabeschicht angeordneten Magnet (64) umfasst.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (64) ein Hufeisenmagnet ist, dessen Pole derart angeordnet sind, dass im Druckbereich ein Magnetfeld (72) erzeugt wird.

   11. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld (72) im Druckbereich eine Grosse zwischen 1000 und 2000 Oe aufweist.

   12. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Feld die Form eines monopolaren Impulses hat.

   13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Feld die Form von mindestens zwei aufeinanderfolgenden Impulsen entgegengesetzter Polarität hat.

   14. Vorrichtung nach einem der voranstellenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Stärke des Magnetfeldes (72) als auch die Stärke des elektrischen Feldes

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   relativ zueinander einstellbar sind, so dass eine selektive Umorientierung der Oberteile (82) mancher Druckpartikelgruppen und gleichzeitig eine Intensitätskompensation möglich sind.

   15. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckelektrode (36) als abgeschirmte Elektrode ausgebildet ist und eine Abschirmelektrode (44) umfasst, die von der Formelektrode

   (40) isoliert ist und diese umgibt und die auf einem anderen elektrischen Potential gehalten ist wie die Feldformelektrode.

   16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die die Druckpartikel (24) aufnehmende Fördereinrichtung (60,68) elektrisch leitend ist.

   17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Feldstärke des Magnetfeldes (72) einstellbar ist.

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