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Die Erfindung betrifft eine lineare Druckkopfanordnung, die eine
genaue optische Ausrichtung der Anordnung zu einem Drehteil eines
Geräts, beispielsweise eines berührungslosen Druckers,
ermöglicht.
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US-A-4, 728 981 zeigt eine lineare Druckkopfanordnung, die die
Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs der vorliegenden
Anmeldung aufweist.
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Die Linsenstruktur der genannten Entgegenhaltung ist auf zwei
Versteifungselementen angebracht, die dann direkt an dem
Druckkopf befestigt werden. Auf diese Weise werden der Druckkopf
und die fokussiervorrichtung durch eine präzise Verbindung
untereinander optisch zueinander fixiert. Die sich dadurch
ergebende Anordnung wird durch direkte Verbindung des einen oder
anderen der genannten Bauteile mit einem Druckerrahmen an der
richtigen Stelle für die richtige Fokussierung der LEDs auf die
entsprechende fläche in dem Gerät montiert. Da diese Strukturen
konstruktionsbedingt starr in den Rahmen des Druckers passen,
sind sie aufgrund der Schwerkraft oder anderer Kräfte des
Mechanismus gegen eine Verschiebung relativ gut gesichert.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, eine lineare Druckkopfanordnung zu
schaffen, die in einem Drucker oder dergleichen problemlos
optisch ausgerichtet werden kann und Wärmeausdehnungen ausgleicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine lineare Druckkopfanordnung der im
Anspruch definierten Art gelöst.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen
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Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines für die
Verwirklichung der Erfindung nützlichen elektrofotografischen
Geräts.
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Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Belichtungsstation, die
Bestandteil des in Fig. 1 gezeigten Geräts ist.
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Fig. 3 eine Seitenansicht der in fig. 2 gezeigten
Belichtungsstation im Querschnitt.
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Fig. 4 eine perspektivische Ansicht, teilweise in
auseinandergezogener Darstellung einer erfindungsgemäß ausgeführten
Druckerbaugruppe.
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Fig. 5 eine Draufsicht auf die in Fig. 4 gezeigte
Druckerbaugruppe, in der einige Teile fehlen und ein Teilabschnitt im
Schnitt und ein weiterer Teilabschnitt (im Kreis) getrennt
in einem vegrößerten Maßstab dargestellt sind.
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Obwohl die Erfindung auch in anderen Geräten verwirklicht werden
kann, wurde zu ihrer Darstellung hier die wohl wahrscheinlichste
Anwendung, nämlich ein berührungsloser elektrofotografischer
Drucker mit einem LED-Druckkopf, gewählt.
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Der als Ganzes mit 9 bezeichnete austauschbare Filmkernteil des
in Fig. 1 gezeigten elektrofotografischen Druckers besteht aus
einem um mehrere Rollen 2, 3, 4 und 5 geführten endlosen
elektrofotografischen Band oder Film 1 und Filmkufen 6. Die Rollen und
Kufen sind an Seitenblechen befestigt, die den Filmkernteil
bilden und zum Auswechseln des Bands 1 aus dem Gerät entfernt werden
können. Für den eigentlichen elektrofotografischen Prozeß ist das
Band 1 mit einer oder mehreren fotoleitfähigen Schichten
versehen. In einer Aufladestation 7 wird das Band mit einer
gleichmässigen Aufladung versehen, anschließend in einer
Belichtungsstation 8 belichtet und dann in einer der Tonerstationen 10, 11, 12
oder 13 getont. Das auf diese Weise erzeugte Tonerbild wird in
einer Übertragungsstation 18 auf ein Empfangsblatt übertragen,
das dann von dem Band 1 getrennt und mittels eines
Transportmechanismus 21 einer (nicht dargestellten) Fixiervorrichtung
zugeführt wird. Anschließend wird das Band in einer
Reinigungsstation 22 in an sich bekannter Weise zur Wiederverwendung
gereinigt. In den gezeigten vier Tonerstationen 10, 11, 12, 13 kann
eine Vielzahl von Bildern auf dem Band mit vier unterschiedlich
gefärbten Tonern getont werden. Zur Erzeugung eines
Mehrfarbenbildes können diese Bilder in an sich bekannter Weise in der
Übertragungsstation 18 deckungsgleich übertragen werden.
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Die Belichtungsstation 8 ist mit einem LED-Druckkopf ausgerüstet,
der im folgenden noch näher beschrieben wird. Er wird von einer
geeigneten Elektronik 34 betätigt, die von einem die Drehbewegung
der Druckkopfwalze 2 überwachenden Winkelschrittgeber 33 in an
sich bekannter Weise angesteuert wird. Die Elektronik 34 kann
Informationen von einer Abtastvorrichtung, einem Computer, einem
Speicher oder einer ähnlichen anderen Quelle 35 empfangen.
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Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, ist die Belichtungsstation 8 mit
einer Druckkopfanordnung und einer Halterung 24 für die
Druckkopfanordnung ausgerüstet. Die Druckkopfanordnung besteht aus
einem linearen Druckkopf 14 mit einer oder mehreren linear
angeordneten Strahlungsquellen, beispielsweise LEDs 140, und einer
linearen Fokussiervorrichtung, beispielsweise einer herkömmlichen
Linsenanordnung 15 mit Gradientbrechungsindex. Der LED-Druckkopf
14 und die Linsenanordnung 15 werden von einem starren,
kastenartigen Stützgehäuse 16 optisch zueinander fixiert und bestimmen
eine oder mehrere optische Achsen 70. Das starre Stützgehäuse 16
ist mit Einspannvorrichtungen 27 und 28 versehen, die
rechtwinklig zueinander angeordnete, relativ lineare, parallel zur X-Achse
verlaufende Einspannflächen 29 und 30 und parallel zur Y-Achse
verlaufende Einspannflächen 31 und 32 aufweisen. Eine plane
Einspannfläche 63 befindet sich an der Einspannvorrichtung 28.
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Die Druckkopfanordnung 14 und 15 und das Stützgehäuse 16 mit den
Einspannvorrichtungen 27 und 28 bilden eine mit hoher Präzision
ausgeführte Einheit, die im folgenden als
"Druckkopf-Druckerbaugruppe" 26 bezeichnet wird. Die Genauigkeit des Systems bei
Druckarbeiten mit hoher Auflösung hängt von der Genauigkeit der
Einspannung des Druckkopfs 14 und der Linse 15 zu den
Einspannflächen 29 - 32 und zueinander ab. Der Rest der
Belichtungsstation 8 dient der Fixierung der Druckerbaugruppe relativ zu der
Druckkopfwalze 2 und wird im folgenden ausführlicher beschrieben.
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Die Einspannflächen 29 - 32 sind zur Aufnahme der in Fig. 2
gestrichelt gezeichneten Lagerflächen 36 und 37 bestimmt, die
Bestandteil der Druckkopfwalze 2 sind. Die Lagerflächen 36 und 37
können auch als Bestandteil der Halterung für die Walze 2
ausgeführt werden, sofern eine genaue Anordnung relativ zur Walze 2
gewährleistet ist. Die Lagerflächen 36 und 37 sind
Einspannflächen, die im Zusammenwirken mit den Einspannflächen 29 - 32 die
Druckkopfanordnung so positionieren, daß ein Bild der LEDs 140
von der Linse 15 in scharfer Einstellung auf das Band 1 auf der
Druckwalzenrolle 2 projiziert wird.
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Einzelheiten der Druckkopf-Druckerbaugruppe 26 sind am besten aus
Fig. 3 - 5 ersichtlich. Das starre, kastenartige Stützgehäuse 16
besteht aus einem vorderen Gehäuseteil 101 und einem hinteren
Gehäuseteil 102. Das vordere Gehäuseteil 101 weist eine Vorderwand
103 auf, an der die (in Fig. 5 nicht gezeigten)
Einspannvorrichtungen 27 und 28 befestigt sind, sowie eine längliche Öffnung
106. Das hintere Gehäuseteil 102 weist eine Rückwand 104 mit
einer hinteren Öffnung 107 auf.
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Die vorderen und hinteren Gehäuseteile 101 und 102 sind jeweils
mit Stirnwänden 109, 110, 111 und 112 versehen. Mit
rechtwinkligen Flanschen 114 an den oberen und unteren Wänden der
Gehäuseteile können diese zur Bildung des kompletten Stützgehäuses 16
miteinander verschraubt oder vernietet werden.
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Der lineare Druckkopf 14 ist am hinteren Gehäuseteil 102, die
Linsenanordnung 15 am vorderen Gehäuseteil 101 befestigt. Die
Linsenanordnung 15 ist an einem Linsenversteifungselement 120
befestigt. Wie am besten aus Fig. 5 ersichtlich, werden
nadelartige Befestigungselemente, beispielsweise die Schrauben 125
durch Dichtungsringe 126 und große Öffnungen 127 in den
Stirnwänden 109 und 111 im vorderen Gehäuseteil 101 hindurch in das
Linsenversteifungselement 120 eingeführt. Entsprechend wird der
Druckkopf 14 mit den LEDs 140 in ähnlichen Öffnungen 127 in den
Stirnwänden 110 und 112 des hinteren Gehäuseteils 102 gehalten.
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Beim Zusammenbau werden der Druckkopf 14 und die Linsenanordnung
15 getrennt im vorderen Gehäuseteil 101 und im hinteren
Gehäuseteil 102 montiert. Die Schrauben 125 stecken dabei lose in den
Öffnungen 127. Die beiden Gehäuseteile werden dann an den
Flanschen 114 miteinander verbunden. Anschließend wird die komplette
Druckerbaugruppe 26 auf einem geeigneten optischen Instrument
montiert, das mit Vorrichtungen zum Simulieren der Lagerflächen
36 und 37 sowie des Bands 1, für das die Druckerbaugruppe 26
vorgesehen ist, versehen ist. Im einzelnen werden dabei die
Einspannvorrichtungen 27 und 28 mit den Einspannflächen 29 - 32 auf
Lagerflächen gelegt, die die Lagerflächen 36 und 37 simulieren.
An den die Lagerflächen 36 und 37 simulierenden Flächen ist eine
Fläche befestigt, die das Band 1, d.h. den Belichtungsort des
Geräts, simuliert. Dafür kann eine geeignete reflektierende Fläche
verwendet werden, auf der ein Bild der LEDs 140 visuell geprüft
werden kann, oder auch ein Sensor oder ein Spiegel, der das Bild
zu einem Sensor reflektiert. Nach Einschalten der LEDs 140 wird
das Bild am simulierten Belichtungsort visuell oder elektronisch
geprüft. In dem Maße, wie dies die Öffnungen 127 zulassen, werden
die Schrauben 125 verstellt, bis die LEDs 140 und die
Linsenanordnung 15 so positioniert sind, daß sie auf den gewünschten Ort
ein fokussiertes Bild der LEDs 140 projizieren. Wenn dies der
Fall ist, werden die Dichtungsringe 126, deren Öffnungen die
Schrauben 125 in enger Passung aufnehmen, mit Kleber an den
Stirnwänden 109, 110, 111 und 112 befestigt, um den Druckkopf 14
und die Linsenanordnung 15 in optisch ausgerichteten Positionen
zu fixieren. Jetzt kann die Druckerbaugruppe 26 für den Einbau in
das Gerät mit der Druckkopfwalze 2, dem Band 1 und den
Lagerflächen 36 und 37 am Rest der Belichtungsstation 8 befestigt werden.
Weitere Einstellungen innerhalb der Druckerbaugruppe 26 sind
nicht erforderlich, sofern die Anordnung der Lagerflächen 36 und
37 relativ zum Band 1 für den Drucker dieselbe ist wie für die zu
Simulationszwecken verwendeten entsprechenden Teile.
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Das starre, kastenartige Stützgehäuse 16 wird aus relativ groben,
verformungsbeständigen Blechen hergestellt (beispielsweise aus
Stahlblech mit einer Dicke von 0.062 Zoll). Die Linsenanordnung
15 und der Druckkopf 14 sind nicht direkt miteinander verbunden,
sondern an getrennten Gehäuseteilen 101, 102 des starren Gehäuses
16 befestigt. Bei diesem Aufbau bleibt die optische Ausrichtung
der LEDs 140 und der Linsenanordnung 15 zu den
Einspannvorrichtungen 27 und 28 auch bei häufiger Handhabung erhalten. Es hat
sich gezeigt, daß bei diesem Aufbau eine Nachjustierung im Feld
nicht notwendig und bei einer Ausführung, wie sie hier
beschrieben wurde, auch nicht möglich ist. Da die beiden optischen
Komponenten unabhängig voneinander montiert sind, wird eine ungenaue
Ausrichtung einer Komponente nicht auf die andere übertragen.
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Im Einsatz erzeugen die LEDs nicht nur Licht, sondern auch Wärme.
Infolgedessen heizt sich der Druckkopf auf und dehnt sich dann
relativ zum Gehäuse 16 aus. Diese Ausdehnung wird dadurch
ausgeglichen, daß sich die Köpfe der den Druckkopf 14 tragenden
Schrauben 125 von den Dichtungsringen 126 entfernen, da sich die
Schrauben in den Bohrungen der Dichtungsringe bei Ausdehnung des
Druckkopfs 14 bewegen.
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Ein Schaumstoffeinsatz 130 unter dem vorderen Teil der
Linsenanordnung 15 verhindert das Eindringen von Falschlicht und Staub.
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Von den für die Druckerbaugruppe 26 verwendeten Teilen erfordert
keines bearbeitete oder genaue Toleranzen. Die Kosten für eine
Massenfertigung sind extrem niedrig.
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Trotz der zweiteiligen Ausführung des Gehäuses bilden die
Flansche 114 in der Mitte des Gehäuses eine Verstärkungsrippe, die
Verbiegungen und Verwindungen in Brennpunktsrichtung verhindert.
Dadurch ergibt sich eine im hohen Maße starre Konstruktion, ohne
daß der Druckkopf und die Linsenversteifung selbst besonders dick
ausgeführt werden müssen.
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Aufgrund ihrer genauen Positionierung relativ zum Band 1 und sehr
starren Konstruktion kann die Druckerbaugruppe auch zum Fixieren
anderer Bauteile des Geräts dienen. So zeigt Fig. 4
beispielsweise eine an der Vorderwand des vorderen Gehäuseteils 101
befestigte Halterung 160 für ein Elektrometer. Bei der beschriebenen
Gehäuseausführung kann ein in der Halterung 160 angebrachtes
Elektrometer eine sehr präzise Ausrichtung zum Band 1 aufweisen, ohne
daß dafür eine zusätzliche Halterung erforderlich ist.
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Lage und Orientierung der Druckkopfwalze 2 sind Schwankungen
unterworfen. Dies ist durch Herstellungstoleranzen im allgemeinen
und die Anordnung in einem auswechselbaren Filmkernteil 9 im
besonderen bedingt. Die Ausrichtung der Walze 2 zum Rahmen des
Geräts erfolgt durch den Filmkernteil und dessen (nicht gezeigte)
Halterung. Die Brennweite der Linsenanordnung 15 ist extrem kurz.
Der dadurch bedingte geringe Brennpunktsabstand erfordert eine
genaue Positionierung der Druckkopfanordnung relativ zu der
Walze 2. Die Halterung 24 gewährleistet diese genaue Positionierung
trotz der vorher erwähnten Abweichungen der Position und
Orientierung der Walze 2.
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Die in Fig. 2 gezeigten drei rechtwinklig zueinander verlaufenden
Achsen X, Y und Z sollen zum besseren Verständnis der
Arbeitsweise der Halterung 24 beitragen. Die X-Achse verläuft parallel zu
den optischen Achsen 70 (Fig. 3). Die Z-Achse (Fig. 2) verläuft
parallel zur Primärachse 40 der Walze 2. Die Y-Achse verläuft
senkrecht (wie gezeigt) und im rechten Winkel zur X-Achse und Z-
Achse. Da die Walze 2 sich um die Primärachse 40 dreht, versucht
die Druckerbaugruppe 26, sich ebenfalls um die Primärachse zu
drehen. Diese Drehung wird durch die Halterung 24 verhindert.
Dagegen ermöglichen flexible Stützelemente der Druckerbaugruppe 26
praktisch jede andere, durch eine Änderung der Lage und
Orientierung der Walze 2 bedingte Bewegung relativ zum Rahmen des Geräts.