EP0713155A2 - Anisotrope Druckvorrichtung und Verfahren - Google Patents

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EP0713155A2
EP0713155A2 EP95117918A EP95117918A EP0713155A2 EP 0713155 A2 EP0713155 A2 EP 0713155A2 EP 95117918 A EP95117918 A EP 95117918A EP 95117918 A EP95117918 A EP 95117918A EP 0713155 A2 EP0713155 A2 EP 0713155A2
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EP
European Patent Office
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recording surface
points
recording
dielectric
write head
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EP95117918A
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French (fr)
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EP0713155B1 (de
EP0713155A3 (de
Inventor
Hermann Dr. Statz
Anton Rodi
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RODI, ANTON
Original Assignee
Heidelberger Druckmaschinen AG
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Publication date
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Publication of EP0713155A2 publication Critical patent/EP0713155A2/de
Publication of EP0713155A3 publication Critical patent/EP0713155A3/de
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/22—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern involving the combination of more than one step according to groups G03G13/02 - G03G13/20
    • G03G15/32—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern involving the combination of more than one step according to groups G03G13/02 - G03G13/20 in which the charge pattern is formed dotwise, e.g. by a thermal head
    • G03G15/321—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern involving the combination of more than one step according to groups G03G13/02 - G03G13/20 in which the charge pattern is formed dotwise, e.g. by a thermal head by charge transfer onto the recording material in accordance with the image
    • G03G15/325—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern involving the combination of more than one step according to groups G03G13/02 - G03G13/20 in which the charge pattern is formed dotwise, e.g. by a thermal head by charge transfer onto the recording material in accordance with the image using a stylus or a multi-styli array
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/385—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective supply of electric current or selective application of magnetism to a printing or impression-transfer material
    • B41J2/39—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective supply of electric current or selective application of magnetism to a printing or impression-transfer material using multi-stylus heads
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/22—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern involving the combination of more than one step according to groups G03G13/02 - G03G13/20
    • G03G15/32—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern involving the combination of more than one step according to groups G03G13/02 - G03G13/20 in which the charge pattern is formed dotwise, e.g. by a thermal head
    • G03G15/321—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern involving the combination of more than one step according to groups G03G13/02 - G03G13/20 in which the charge pattern is formed dotwise, e.g. by a thermal head by charge transfer onto the recording material in accordance with the image

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and method for printing, more particularly to an apparatus and method for electrophoretic and dielectrophoretic printing.
  • Digital systems for producing print media have become widespread in the field of graphic printing.
  • the systems typically work with a digital database, based on the printing forms, and either on a plate that is then mounted in a press or deposited on the press roll of a press.
  • the print information can be recorded in the form of binary signals, which together represent the "signature image".
  • These plates or rollers are always separated according to the main color components of the original image, e.g. cyan, magenta, yellow and black.
  • the color components can be obtained sequentially or simultaneously with parallel recording heads.
  • the recording heads used in prior art devices are characterized by: 1) several laser beams which travel across the plate or cylinder line by line at high speed, 2) several laser diodes which spiral through the recording medium when writing several lines, or 3) groups (arrays) of light-emitting diodes (LEDs) for the serial recording of a spiral-shaped pattern, which represents a single-color sheet.
  • groups (arrays) of light-emitting diodes (LEDs) for the serial recording of a spiral-shaped pattern, which represents a single-color sheet.
  • the recording medium is light-sensitive in each case, and this always requires a light-tight recording and pressure chamber in order to prior art devices to prevent accidental exposure of the recording medium.
  • the first method uses a waterless method for picking up offset ink and then transferring it to the printing substrate.
  • the second method uses a special, liquid electrostatic toner made of charged particles, and these particles are electrostatically deposited on the printing component and from there on an offset cloth, which in turn transfers the toner electrostatically to a sheet of paper or other printing medium.
  • dry toner is xerographically deposited on the photosensitive printing component, from where the toner is transferred directly to the printing medium using a standard xerographic method.
  • systems that use charged toner typically require relatively large toner particles, i.e. above or at least equal to 5 microns so that the toner particles can carry a uniform charge.
  • Printing devices are also known which operate with a printing roller which acts both as an electrode and as a dielectric signal storage component works.
  • the platen has a heated, dielectric, low color phobic recording surface in rolling contact with a platen that can carry a print medium such as paper. Beneath this dielectric surface is a conductive layer that acts as an electrode when an image is written or recorded on the platen.
  • a writing station with a printhead, an inking station via which different-colored thermoplastic printing inks can be dispensed, and an ink transfer station, which is actually the gap between the two rollers.
  • a printhead responsive to incoming data is stored on the platen while successive revolutions of the same emit electronic latent images representing the color components or signatures of an original image, and each such image consists of a pattern of electrostatic charge areas or dots, the field strengths of which correspond to Gray or color values vary.
  • this charge pattern is transported to the application station, at which a heated application head presents the surface of the plate cylinder with successive revolutions of the cylinder, special thermoplastic printing inks, the actual colors of which, as a rule, but not necessarily, match the colors of the surface mentioned images recorded on the printhead. These colors usually include cyan, magenta, yellow and black in subtractive color printing.
  • the field lines from the electrostatic charge areas or pixels that make up the latent image cause "pieces" of the melted ink to be removed from the application head.
  • the field lines can change briefly as they pass under the application head or not, depending on the presence of earthed or pre-stressed components of the application head.
  • the quantities The color elements are directly proportional to the field strengths of the charge areas.
  • the colors - still in the molten state on the printing roller - and the relatively cool paper on the paper roller are rotated through the gap between the two rollers.
  • the ink changes phase so that the color changes from a liquid state to a solid state, so that the ink is immediately transferred to the paper.
  • This adhesion and the color-phobic nature of the roller surface overcome the electrical forces that hold the ink on the plate cylinder, so that essentially complete transfer of the ink takes place where the ink touches the paper.
  • the image printed on the paper of the paper roll corresponds exactly to the latent image embossed on the plate cylinder.
  • a printing device of the above type is described, for example, in U.S. Patent 5,325,120, the content of which is hereby incorporated by reference.
  • the printing component has an anisotropic recording surface, so that the electrostatic charge areas generated on this surface by the print head are uniform or result in inhomogeneous electrostatic fields at the location of each picture element (pixel), with a field beyond the surface of the printing component. If these charged areas of the printing component are moved against the development medium, ie dielectric printing ink or toner, the field induces an electrical dipole moment in the medium in question by dielectric polarization. The polarized medium obtained is drawn through the field gradient to the area of maximum field strength.
  • the polarization charge at one end of the medium in the stronger field is pulled more towards the stronger field, while the opposite and equal polarization charge at the other end of the medium is pushed back less strongly in the other direction because the field there is weaker.
  • the development medium thus migrates to the areas of the pressure component in which the fields are strongest and adheres there.
  • Dielectrophoretic printing therefore enables electrostatic printing without the need for charged ink or charged toner particles.
  • such an uncharged medium is not bound to the surface by image charge attraction or by interactions with a charge-induced polarization of the dielectric printing roller. For this reason, it is easier to obtain a clean, fog-free developed image on the printing roller than is possible with the images developed using electrically charged printing inks or toner particles.
  • a uniform electric field on the dielectric surface of a printing component can be applied to various Because of being won.
  • a printing component such as a printing roller
  • the Dr. Kuehnle provides for writing on the surface with a wire on which there is a periodically varying voltage, for example alternating voltage or rectified alternating voltage (direct voltage), the amplitude of the voltage varying in accordance with the digital input signal on the printing device.
  • the uniform field for the printing component can be brought about by the structure of the printing component itself.
  • the printing component can be provided with a dielectric surface that is anisotropic in that it contains a pattern of conductive paths that extend from the surface of the dielectric layer to a ground plane below that layer.
  • One way to obtain these grounded areas or field endpoints on the dielectric layer is to form the layer so that it contains many crystallites with so-called grain boundaries, the electrical conductivity of which is considerably greater than that within the crystallites themselves.
  • the charges on the surface of the printing component are arranged in such a way that a maximum field strength is achieved around each grounding point with a steep drop in the field strength between the grounding points .
  • a pressure component such as that described would be desirable, the anisotropy of which does not depend on the morphology or molecular structure of the dielectric layer.
  • U.S. Patent No. 5,315,061 describes a donor or development roller for transferring a charged toner onto a photoconductor belt for developing a latent image on the photoconductor belt.
  • the donor roller is made of metal and small dielectric bodies are distributed over the surface. When friction is charged on the entire surface of the donor roller, electrostatic fields are formed between the dielectric bodies and the metal surface. Small closed electric fields - so-called "microfields" - are thus formed on the surface of the donor roller. These microfields help attract the charged toner to the surface of the donor roller. A squeegee then sets the toner to a uniform thickness.
  • the donor roller of U.S. Patent 5, 315,061 provides a homogeneous and uniform amount of charged toner to allow development of an image on a photoconductor belt. No images are written directly on the donor roller, rather the images are written on the photoconductor tape.
  • U.S. Patent No. 3,739,748 shows a donor roller for transferring charged toner onto a xerographic drum.
  • the donor roller has a dielectric surface which is contacted by pins connected to a voltage source.
  • the pens cannot write images on the donor roller, but rather only facilitate the gray value reproduction of the image which is written on the xerographic drum by an exposure device.
  • the present invention accordingly aims to provide an optoelectric printing device, the printing component of which has an anisotropic dielectric recording layer. Another purpose of the invention is the indication of such a device that is relatively easy to manufacture.
  • Another purpose of the invention is to provide such a device in which strong inhomogeneous fields can be maintained over the surface of the pressure component.
  • Another purpose of the invention is to provide a device with a printing component on which electronic images can be recorded with very good resolution.
  • Another purpose of this invention is to provide effective write heads in conjunction with a dielectric surface that can record electronic images with very good resolution.
  • the printing component includes a substrate that supports a thin layer of dielectric material, the resistivity of which is very high, for example about 1015 ohms / cm, to prevent premature discharge.
  • a conductive layer can be provided in the middle between the substrate and the dielectric layer. This conductive layer can be grounded or can remain ungrounded, as will be described below in connection with the various embodiments.
  • a pattern of minute conductive areas or dots may be present on the work surface or within the dielectric layer. If present, the dots are preferably arranged periodically with a period at least equal to or smaller than the size of a resolution element or picture element (pixel) of the electronic image that is to be recorded on the printing component.
  • the conductive dots are made of a material with a smaller resistivity than that of the dielectric preferably of a metallic type, but in certain applications can also be electrically connected to the conductive level below the dielectric layer.
  • an adhesive coating covers the surfaces of the dielectric layer and the conductive dots, so that the recording surface of the printing component is slightly ink-phobic.
  • the cross sections of the points can be circular, but various other shapes are also possible, including rectangular or toroidal.
  • electrical charges can be applied to the recording surface of the print component by a microtunnel type print or write head as described in U.S. Patent No. 5,325,120.
  • these charges represent an image recorded on the print component.
  • These charges result in uniform electric fields that are strongest around the conductive dots.
  • the mean voltage around each point is also a monotonous function of the gray value at the relevant point in the electronic image.
  • the uniform fields generated by the conductive dots on the dielectric surface of the recording component extend beyond the surface.
  • a dielectric development medium such as ink or toner
  • the electric fields induce an electric dipole moment in the medium by dielectric polarization, and the medium becomes proportional to the strengths of the charged surfaces of the recording surface by dielectrophoresis Charges pulled.
  • the development medium thus accumulates around each conductive point in an amount that increases monotonically with the field strength at the location in question, thereby developing the electronic image recorded on the printing component.
  • Similar non-uniform fields can be obtained on a print component whose conductive dots are not grounded, using a print or write head, as will be described later, which has multiple electrical contacts that carry image-dependent voltages. In this case, the relatively strong fields around the points decrease steeply with increasing distance from the points.
  • Such an electrical contact print or write head can also be used to generate positive and negative charges that charge the dielectric surface, as will be described later.
  • Uneven fields can also be obtained by writing directly to a dielectric surface with or without dots using a write head similar to the electrical contact write head, but using alternating current instead of direct current.
  • a write head similar to the electrical contact write head, but using alternating current instead of direct current.
  • an ungrounded conductive layer can be provided below the dielectric layer, as will be described later.
  • the dots and any paths or other connections to the ground plane in the dielectric position of the pressure component can be formed using methods of conventional circuit board technology.
  • the printing components can thus be manufactured relatively inexpensively in large numbers.
  • printing components such as the described are likely to find widespread use in feeding and other printing devices for dielectrophoretic and electrophoretic printing.
  • the printing device includes a rotary roller 10 for holding a printing medium such as the paper web W.
  • a printing roller 12 is arranged parallel to the roller 10 in such a way that its cylindrical surface just touches the web W.
  • an electronic print or write head 14 Around the pressure roller 12 are provided: an electronic print or write head 14, an ink application head 16, which offers the plate roller a dielectric, electrically uncharged ink, an ink transfer station 18 formed by the nip, and an erase head 22, all of which functions are controlled by a control device 24 .
  • the control device 24 receives input signals in the form of a digital data stream for the gray or color values of an image to be reproduced.
  • FIG. 1 a single printing unit for printing a single color component or signature of an original document, e.g. Cyan component.
  • three further printing units are arranged behind the roller 12 for printing the other color components, namely magenta, yellow and black, as shown, for example, in U.S. Patent 4,792,860, the content of which is hereby incorporated by reference.
  • the device according to FIG. 1 print all four color signatures as modified for a multi-color application station, as described, for example, in U.S. Patent 5,325,120.
  • the data representing the different color components of a color original are fed to the device in the form of successive streams (chains).
  • the system can receive the data in the order of cyan, magenta, yellow, and black.
  • a mass storage device 24a is preferably used in connection with the control device 24 for storing the relatively large amounts of data that are required to operate the device.
  • the control device 24 controls the print head 14 such that when the print roller 12 rotates, the print head records electrostatic images on the roller surface 12a in accordance with at least one of the color components, as shown in the incoming data stream.
  • the printhead can be a microtunnel head as specified in U.S. Patent 5,325,120.
  • the application head 16 can be constructed like that described in the patent specification 4,792,860 or 5,325,120. It provides a melted thermoplastic ink made from pigment particles in one of the four inks dispersed in a binder.
  • the platen surface 12a is preferably weakly color phobic so that the ink does not tend to adhere to the surface of the platen except at the locations charged by the printhead 14. If, for example, a cyan image is written on the printing roller 12, the application head 16 supplies cyan ink.
  • the amounts of ink picked up or detected by the charged areas on the roller surface 12a increase monotonically with the field strengths emanating from these charged areas. This variation of field strengths across the image on the printing roller surface 12a facilitates the reproduction of the complete gray scale area.
  • the roller 26 rotates further, the developed area of the image is transported on the surface 12a to the application station 18, which consists of the gap between the rollers or cylinders 10 and 12.
  • the control device 24 controls the position of the image on the roller 12 so that after this image has been developed and transported through the nip, the image developed thereon is transferred to the correct position on the web W.
  • the charged areas of the roller surface 12a can be transported past the erasing station 22.
  • This station can be funds, e.g. an ultraviolet lamp 22a is included to render the roller surface 12a conductive so that the charges thereon are dissipated.
  • the device according to FIG. 1 differs from the devices described in the above patents in that its platen roller 12 has an anisotropic recording surface so that the electrical charges caused by the printhead 16 during a write operation are unevenly distributed on the platen surface 12a to thereby produce uneven electric fields that extend beyond the surface of the roller.
  • the charged areas pick up ink from the applicator head by dielectrophoresis.
  • the ink particles are polarized by the unevenly charged roller surface 12a where the fields are strongest in amounts that increase monotonically with the field strengths in these charged areas.
  • roller 12 includes a rigid core 32, which may be made of steel or aluminum, and this core is preferably slotted as shown to reduce its weight and thereby allow air to cool through the core can circulate.
  • a sleeve 34 is arranged around the core 32, for example made of a material such as ceramic material, which is thermally and electrically well insulated.
  • Anisotropy of layer 38 is achieved by providing a pattern of conductive points 42 in layer 38 that are electrically connected to conductive layer 36.
  • the grounded dots can be formed, for example, by forming a pattern of minute through holes in the layer 38 in the thickness direction and filling the holes with conductive material such as metal or polysilicon.
  • these points 42 in the figures of the drawings are shown relatively large and at a large distance. In reality, however, the points can never have a diameter of less than 1 ⁇ m and are only a few ⁇ m apart.
  • the dots 42 in the roller 12 are arranged in columns and rows at right angles, e.g. 10 x 10 dots per picture element (pixel).
  • the dot pattern for each picture element (pixel) should be periodic for best results.
  • the roller 12 is preferably also provided with a very thin outer coating 44 made of an adhesive material such as polytetrafluoroethylene (Teflon) or others that are color phobic.
  • This surface adhesion coating prevents ink from adhering to uncharged areas of roller surface 12a and also minimizes ink smear on that surface.
  • the ions tend to migrate through the openings of the microtunnels and are attracted there by the electrically grounded layer 36 of the pressure roller 12.
  • the incoming positive charges accumulate on the recording surface 12a of the roller 12 so that areas of charge are applied, each of which has a specific Coulomb charge density corresponding to the bias of the control electrode, if any, in connection with the corresponding micro tunnel.
  • the plasma in the microtunnels can be caused to "exit" at the end of the microtunnels by appropriately increasing the tunnel currents.
  • the plasma can be thought of as a gaseous "wire” that charges the dielectric surface to the plasma potential.
  • these bias levels can be digitally adjusted so that the individual microtunnels are separately activated and controlled by the controller so that electrostatic images are generated from imagewise patterns of the charge on the roller surface 12a.
  • a feature of this invention is that when roller 12 is written to by printhead 14, the surface of sheet 38 is passed unevenly through each micro-tunnel of the printhead.
  • the presence of the grounded points 42 causes the surface tension of the roller to periodically decrease to zero volts.
  • each picture element (pixel) of the electronic image on the platen 12 consists of a microscopic pattern of unevenly distributed charge areas, the uneven electric fields cause - so-called micro-fields - which extend outward from the roller surface 12a; but these charges are averaged across the picture element (pixel), so that macroscopically the charge is proportional to the gray or color value for the picture element (pixel) in question.
  • the non-uniform electric field at each spot polarizes the development medium and causes ink particles to be drawn to roller surface 12a by dielectrophoresis in an amount that is monotonous with the charge of each Point increases. Printing ink does not adhere to uncharged areas of the roller surface 12a, in particular not because the adhesive layer 44 is present.
  • Writing heads other than the micro tunnel writing head described above can also be used to apply charges to the dielectric surface, but the micro tunnel writing head is preferred when the dots are grounded, as shown in FIG. 2 shown.
  • the grounded points of FIG. 2 do not have to be directly grounded, rather it is sufficient to connect to the ground plane through materials with a lower resistance than the dielectric.
  • the dots could also be embedded in the dielectric, as long as defined areas are formed on the recording surface, the potential of which is closer to the ground potential.
  • a grounded layer can be provided beneath the dielectric material so that the dielectric material can be charged between the charged point and the grounded layer and how a capacitor works. The dot retains much of its charge when the printhead moves away from it. The dielectric material on the surface around the point remains approximately uncharged or only very weakly charged. Microfields are thus formed between the charged point and the uncharged dielectric on the surface.
  • roller 52 has a core 32, a ceramic sleeve 34 and a conductive layer or ground plane 36.
  • a dielectric layer 54 is formed with a pattern of conductive areas or points 56 on her. These points are not connected to the conductive layer 36.
  • the dots may be embedded on the dielectric material 54 or, less preferably, entirely provided therein, but the recording surface should have areas with a higher conductivity than that of the normal dielectric layer 54, which can still retain a charge when the Printhead moves away.
  • the roller 52 can also have an outer adhesive coating 60, the surface of which represents the recording surface 52a of the roller 52. In this embodiment, however, it is preferred that the points or defined areas with higher conductivity can be connected directly to contacts of the write head.
  • FIGS. 4 and 5 show a print head 72 with a linear group of wire-like contacts or voltage feed points 74, which can run over the entire width of the printing roller.
  • the contacts or voltage feed points 74 are "scratched" and the printhead 72 may be arranged so that the contacts resiliently abut the recording surface 52a of the platen 52 at locations of the conductive dots 56 thereon. Image-dependent voltages are then applied to the various contacts 74 when they face the conductive dots 56 so that the dots are charged.
  • Each contact 74 can be quite small, for example several contacts within the width of a picture element (pixel), because only the corresponding point 56 has to be contacted very briefly (order of magnitude nanoseconds) in order for the conductive point to be fully charged to the full potential of the corresponding contact becomes.
  • the contact can also be as wide as a picture element (pixel), and a single contact can also make contact with more than a single point.
  • Conductive point 56 thus serves as one plate of a capacitor, ground plane 36 as the other.
  • the dielectric between the point and the ground plane can thus be charged by the write head.
  • the dielectric material under the point and the connection point retain a charge, and thus field lines extend across the charged points and the substantially uncharged surrounding dielectric. In this way, microfields are formed that attract ink around the dots.
  • the effectiveness of the printing roller is considerably increased by the presence of the points, because stronger fields can be generated than with wire-like contacts on a flat dielectric surface. In general, it can be roughly assumed that practically no charge remains on the non-metallized dielectric when using narrow contacts.
  • the potential around each point is closer to the ground potential (desirable for creating strong cross fields) the thinner the dielectric layer 54 is.
  • the roller 52 thus operates more or less the same as the roller 12 with regard to the detection of a pattern of electrical charge areas with microscopic periodic variation, but macroscopic image dependency.
  • the charge areas thus produce non-uniform image-dependent electric fields that can and may extend from the roller surface 52a polarize a development medium and pull it onto this surface.
  • the write head 72 with its "scratched" contacts 74 can be produced using the methods of conventional printed circuit board technology.
  • the in FIG. 5 includes a substrate 76 made of an insulating material such as ceramic or glass, which extends over the full width of the printing roller 52.
  • a selectively etchable insulating layer 78 made of silicon dioxide or the like is deposited on the substrate.
  • a conductive metal layer 82 is deposited above this layer. The deposited metal can be patterned (i.e., etched after photoresist is applied) so that a contact 74 is present approximately every 50 ⁇ m with suitable width / spacing dimensions. The distance can be, for example, one half of the metal width or can be chosen as desired.
  • terminal pads 74a can be used to connect the contacts to the pressure source, i.e. a wire charging component can be provided. These paths can be shifted from one another, as shown, to provide enough space for wire bonding or to provide contact areas for a removable contact assembly (not shown).
  • the layer 78 of insulating material at the bottom of the substrate 76 next to the contact working ends can be etched away so that the contact ends are free of the substrate and "float” as schematically shown in FIG. 4 shown.
  • the conductive layer 82 can be formed as a bimetal layer, so that when detached the metal bends like a bimetal spring, so that the contacts 74 are in good elastic sliding contact with the roller surface 52 a.
  • the ends of the contacts 74 can be made thicker for better wear resistance. You can also use these ends split to form a brush for better elasticity and better contact with the conductive dots on the platen.
  • Each voltage feed point 74 can also be formed in the form of a plurality of smallest electrical fingers, as shown in FIG. 4a.
  • the points 56 are embedded in the dielectric layer 54.
  • the electrical fingers of a single feed point 74 are all charged to an equal (similar) voltage, but have a very high resistivity in a direction parallel to a line immediately across the width of the recording surface.
  • the control device for the write head can be set to the voltage of each feed point individually, as described above. Due to manufacturing tolerances, contact 74 may often touch not only the point but also part of the dielectric, as shown in FIG. 4a. But due to the larger difference and the lack of a conductive point that facilitates the feeding of the electrical charge, the charge on the dielectric on the surface is minimal. Thus, when voltage contact 74 moves away from the point, micro-fields arise between point 56, which remains charged, and the dielectric surface, which remains largely uncharged.
  • FIG. 4 points shown contact the ground plane via resistors or ohmic connectors with a smaller specific resistance than that of the dielectric.
  • the point remains charged for a certain time, even if its discharge rate is higher than if there were no resistors.
  • the optimal specific resistance between the point and the ground plane depends on various factors, including the speed of the printing roller, tension limits, desired ink strength and others.
  • the specific resistance can also be via the Composition, depth and size of the points can be influenced.
  • the dots When contacting with metal wires, the dots are preferably made from a hard metal connection, e.g. TiN, ZrN or zirconium oxide.
  • FIG. 4b shows, by way of illustration, microfields MF located on the surface 52a between the points and the substantially uncharged dielectric material as the points 56 move away from the contacts 74.
  • the microfields MF then attract ink from the application station as described above.
  • FIG. 6 illustrates another embodiment of a pressure roller, generally designated 92, but having a slightly different anisotropic dielectric layer 94 on the conductive layer 38.
  • the layer 94 also bears a pattern of conductive points 96.
  • the points 96 are alternately connected to the ground plane 36 by conductive paths 98.
  • the conductive paths 98 can be formed by "pinholes" filled with conductive material, by plated paths, or even by minute wires.
  • conductive paths 98 may be made of a semiconductor material, e.g. Polysilicon, so that there is a relatively high resistance. In this way, somewhat higher transverse electric fields are achieved over the recording surface 92 of the roller 92 when the roller is written with the write head 72.
  • FIG. 3 Another embodiment shown eliminates the need for a ground plane in the pressure roller because unearthed adjacent points of the dot pattern are charged in opposite directions.
  • points 56 can be made via the roller odd numbers are positively charged, even numbered dots 56 having a corresponding negative potential using the contact write head 72 as shown in FIGURES 5 and 6. This causes field lines across the space between the two sets of dots so that ink is drawn between the dots.
  • FIG. 7 shows a write head 172 which has a multiplicity of sets S1, S2, S3 etc. of two feed points with a parallel arrangement to the direction of movement of a dielectric recording surface.
  • the recording surface may be a simple dielectric surface, preferably one with dots or areas of higher conductivity on the surface as described above.
  • the write head can be independently set to a voltage difference for each set S1, S2, etc. based on electronic data representing the image to be recorded on a dielectric recording surface.
  • successive lines of the image are written with the write head across the entire width of the recording surface as it traverses the recording surface.
  • the voltage difference preferably varies between zero and a maximum of 30 to 200 volts, so that the ink is attracted variably in accordance with the voltage difference.
  • the grouping can be done as for the write head of FIG. 4 and 5.
  • the voltages V1, V3, V1 can be such that the voltages of the feed points in the sets next to one another are equal. This helps to avoid microfields between two adjacent sets if desired.
  • the recording surface for this embodiment can be a simple dielectric surface, and dots as described above can also be present.
  • dots 156 may be rectangles with the full size of a picture element (pixel), e.g. 50 microns.
  • the varying voltages can be supplied by a DC voltage source.
  • alternating voltage sources can also be used, the voltage amplitude being variable.
  • the layer 136 is an ungrounded conductive layer which receives an approximately constant voltage equal to the mean value of the varying AC voltage when the pressure roller rotates. The varying voltage of the contact points on surface 52a can then be used to charge the dielectric since the voltage on layer 136 remains approximately constant.
  • a printing component with a charged anisotropic surface can interact with a dielectric development medium or any other dielectric material with a dielectric constant greater than one.
  • a dielectric development medium or any other dielectric material with a dielectric constant greater than one We have described the invention here for use in printing equipment with a dispensing station that dispenses thermoplastic inks, but the printing components described can also be used to hold solid, uncharged dielectric dyes and uncharged toners.
  • the term "printing ink” is therefore intended to generally refer to a dielectric development medium in which the dielectric constant is greater than one, and is not restricted to liquid printing inks.
  • charged ones can also be used in connection with the embodiments described above, but the resulting desired attraction of the color and the thicknesses must then be modified taking into account the stronger attraction.
  • the write head can also comprise a plasma charging component and charge via individual plasma introduction points, similar to the microtunnel plasma device described above.
  • the print head can also have a gas charging device and charge the points via the gas delivery points.
  • the contact wires of the embodiment shown in FIG. 4 can, for example, be designed such that there is no real contact with the recording surface, but rather the charges are conveyed via the air.

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Abstract

Ein Aufzeichnungsgerät mit einer Aufzeichnungskomponente, deren Aufzeichnungsoberfläche variable Leitfähigkeit besitzt, wird beschrieben. Die Aufzeichnungskomponente kann außerdem eine leitfähige Lage unterhalb einer dielektrischen Lage besitzen. Druckköpfe zum Aufzeichnen elektronischer Bilder auf dielektrischen Oberflächen werden ebenfalls beschrieben. <IMAGE>

Description

  • Querverweis auf verwandte Anmeldungen Die vorliegende Anmeldung ist eine teilweise Weiterführung der U.S.-Anmeldung, Laufende Nr. 08/342,135, eingereicht am 18. November 1994.
    • Erfindungsgebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Gerät und Verfahren zum Drucken, spezieller ein Gerät und Verfahren zum elektrophoretischen und dielektrophoretischen Drucken.
    • Hintergrund der Erfindung (Stand der Technik)
  • Digitalsysteme zum Erzeugen von Druckmedien haben auf dem Gebiet des Graphikdrucks Verbreitung gefunden. Die Systeme arbeiten typischerweise mit einer Digital-Datenbank, ausgehend von der Druckformen erzeugt und entweder auf eine Platte, die anschließend in einer Presse montiert wird oder auf der Druckwalze einer Presse abgelagert werden. In beiden Fällen kann die Druckinformation in Form von Binärsignalen, die zusammen das "Signaturbild" darstellen, aufgezeichnet werden. Bei diesen Platten oder Walzen erfolgt stets Trennung nach den Haupt-Farbkomponenten des Originalbildes, z.B. zyan, magenta, gelb und schwarz. Die Farbkomponenten können nacheinander oder gleichzeitig mit paralellen Aufzeichnungsköpfen gewonnen werden. Die in Geräten nach dem Stande der Technik benutzten Aufzeichnungsköpfe sind gekennzeichnet durch: 1) mehrere Laserstrahlen, die über die Platte oder den Zylinder Zeile um Zeile mit hoher Geschwindigkeit quer verfahren, 2) mehrere Laserdioden, die das Aufzeichnungsmedium beim Schreiben mehrerer Zeilen spiralförmig durchlaufen, oder 3) Gruppen (Arrays) von Leuchtdioden (LEDs) zum seriellen Aufzeichnen eines spiralförmigen Musters, das ein Einfarbenblatt darstellt.
  • Entsprechend dem Stande der Technik ist das Aufzeichnungsmedium jeweils lichtempfindlich, und dieses erfordert bei Geräten nach dem Stande der Technik stets eine lichtdichte Aufzeichnungs- und Druckkammer, um versehentliche Belichtung des Aufzeichnungsmediums auszuschließen. Bei dem ersten Verfahren wird eine wasserlose Methode zum Aufnehmen von Offsetfarbe mit anschließender Übertragung auf das Drucksubstrat benützt.
  • Bei dem zweiten Verfahren wird ein spezieller, flüssiger elektrostatischer Toner aus geladenen Partikeln benutzt, und diese Partikel werden elektrostatisch auf der Druckkomponente abgelagert und von dort auf einem Offsettuch, das wiederum den Toner elektrostatisch auf ein Blatt Papier oder ein anderes Druckmedium überträgt.
  • Bei dem dritten Verfahren erfolgt xerographische Ablagerung von trockenem Toner auf der lichtempfindlichen Druckkomponente, von wo aus der Toner unmittelbar mit einer xerographischen Standardmethode auf das Druckmedium übertragen wird.
  • Die genannten Systeme nach dem Stande der Technik weisen verschiedene Mängel auf. Sie sind in erster Linie für einfache Drucksachen in kleiner Auflage konzipiert. Die Qualität der Farbbild-Reproduktionen variiert bei diesen Systemen stark hinsichtlich Farbart, Auflösung und Schwärzungsumfang. Auch bestehen bei Vorrichtungen nach dem Stande der Technik typischerweise erhebliche Beschränkungen hinsichtlich der Arbeitsgeschwindigkeit.
  • Insbesondere stören bei diesen Vorrichtungen die relativ niedrigen Aufzeichnungs-, Schreib- und Druckgeschwindigkeiten. Hinzukommt, daß bei diesen Systemen zwar die Einrichtzeiten erheblich kürzer sind als bei klassischen Graphiksystemen, aber die Blatt-Kosten-Faktoren wesentlich höher liegen.
  • Schließlich erfordern Systeme, die mit aufgeladenem Toner arbeiten, typischerweise relativ große Tonerpartikel, d.h. über oder zumindest gleich 5 Mikrometer, damit die Tonerpartikel eine einheitliche Ladung tragen können.
  • Ohne einheitliche Ladung wäre es schwierig, die Tonerpartikel zu beherrschen und würden sich Staubprobleme ergeben.
  • Es sind auch Druckgeräte bekannt, die mit einer Druckwalze arbeiten, die sowohl als eine Elektrode wie auch als eine dielektische Signalspeicherkomponente wirkt. Die Druckwalze hat eine beheizte, dielektrische, schwach farbphobische Aufzeichnungsoberfläche in Rollkontakt mit einer Papierwalze, die ein Druckmedium wie Papier tragen kann. Unterhalb dieser dielektrischen Oberfläche befindet sich eine leitfähige Lage, die dann als eine Elektrode wirkt, wenn ein Bild auf die Druckwalze geschrieben oder aufgezeichnet wird. Um die Druckwalze herum ist eine Schreibstation angeordnet mit einem Druckkopf, einer Farbauftragstation, über die verschiedenfarbige thermoplastische Druckfarben abgegeben werden können, und einer Farbübertragungsstation, bei der es sich genau genommen um den Spalt der beiden Walzen handelt. Bei der Schreibstation lagert ein auf eingehende Daten ansprechender Druckkopf auf der Druckwalze, während aufeinanderfolgender Umdrehungen derselben elektronische latente Bilder, die die Farbkomponenten oder Signaturen eines Originalbildes darstellen, abgeben, und jedes darartige Bild besteht in einem Muster elektrostatischer Ladungsbereiche oder Punkte, deren Feldstärken entsprechend den Grau- oder Farbwerten variieren. Beim Rotieren der Druckwalze wird dieses Ladungsmuster zu der Auftragsstation transportiert, an der ein beheizter Auftragkopf der Oberfläche des Plattenzylinders bei aufeinanderfolgenden Umdrehungen des Zylinders spezielle thermoplastische Druckfarben präsentiert, deren eigentliche Farben in der Regel, aber nicht unbedingt, den Farben der auf der erwähnten Oberfläche durch den Druckkopf aufgezeichneten Bildern entsprechen. Diese Farben schließen in der Regel beim subtraktiven Farbdruck zyan, magenta, gelb und schwarz ein.
  • Wenn ein aufgezeichneter Bereich auf der Druckwalzen-Oberfläche die Auftragstation passiert, bewirken die Feldlinien von den elektrostatischen Ladungsbereichen oder Bildpunkten, aus denen das latente Bild darauf besteht, daß "Stücke" der geschmolzenen Druckfarbe vom Auftragkopf abgenommen werden. Die Feldlinien können sich beim Durchgang unter dem Auftragkopf kurzzeitig ändern oder auch nicht, je nach dem Vorliegen von geerdeten oder vorgespannten Komponenten des Auftragkopfes. Die Mengen der Farbelemente sind direkt proportional zu den Feldstärken der Ladungsbereiche. Wenn somit die Oberfläche der Druckwalze trotz ihrer farbphobischen Natur variable Mengen Farbe bei diesen Bildpunkten aufnimmt, die in einer Beziehung zu den Feldstärken bei diesen Punkten stehen, wird dadurch effektiv das latente Bild auf dieser Oberfläche gewonnen. Die Farbe wird durch elektrostatische Kräfte an dieser Oberfläche gehalten, wenn die entwickelten Bilder zu der Farbübertragungsstation weitertransportiert werden.
  • Bei der Farbübertragungsstation werden die Farben - immer noch im geschmolzenen Zustand auf der Druckwalze - und das relativ kühle Papier auf der Papierwalze durch den Spalt der beiden Walzen gedreht. Bei der Berührungslinie erfolgt eine Phasenumwandlung der Druckfarbe, so daß die Farbe von eimem flüssigen Zustand in einen festen Zustand übergeht, so daß sofortige Übertragung der Farbe auf das Papier erfolgt. Durch dieses Anhaften und die farbphobische Natur der Walzenoberfläche werden die elektrischen Kräfte überwunden, die die Farbe am Plattenzylinder halten, so daß im wesentlichen vollständige Übertragung der Farbe dort, wo die Farbe das Papier berührt, erfolgt. Infolgedessen entspricht das auf das Papier der Papierwalze gedruckt Bild genau dem am Plattenzylinder eingeprägten latenten Bild.
  • Ein Druckgerät obiger Art ist beispielsweise in der U.S.-Patentschrift 5,325,120, deren Inhalt hiermit durch Verweis aufgenommen wird, beschrieben.
  • In allerjüngster Zeit hat Dr. Manfred R. Kuehnle bei der IMX Corporation, Billerica, MA, eine völlig neue Drucktechnik entwickelt, die auf der Dielektrophorese beruht. Entsprechend dieser Technik können elektrostatische Bilder auf einer Druckwalze oder einer anderen Druckkomponente mit einem Druckkopf, ähnlich dem wie im obigen Patent beschrieben, aufgezeichnet werden.
  • In diesem Falle besitzt aber die Druckkomponente eine anisotrope Aufzeichnungsoberfläche, so daß die auf dieser Oberfläche durch den Druckkopf erzeugten elektrostatischen Ladungsbereiche gleichmäßige oder inhomogene elektrostatische Felder an der Stelle jedes Bildelementes (Pixel), mit einem Feld über die Oberfläche der Druckkomponente hinaus, ergeben. Werden diese geladenen Bereiche der Druckkomponente entgegen dem Entwicklungsmedium, d.h. dielektrische Druckfarbe oder Toner, bewegt, so induziert das Feld ein elektrisches Dipolmoment in dem betreffenden Medium durch dielektrische Polarisation. Das erzielte polarisierte Medium wird durch den Feldgradienten zum Bereich höchster Feldstärke hin gezogen. Anders ausgedrückt wird die Polarisationsladung an einem Ende des Mediums im stärkeren Feld stärker in Richtung des stärkeren Feldes gezogen, während die entgegengesetzte und gleiche Polarisationsladung am anderen Ende des Mediums in der anderen Richtung schwächer zurückgestoßen wird, weil dort das Feld schwächer ist. Das Entwicklungsmedium wandert somit zu den Bereichen der Druckkomponente, in denen die Felder am stärksten sind und haftet dort an.
  • Durch dielektrophoretisches Drucken ist also elektrostatisches Drucken möglich, ohne daß geladene Druckfarbe oder geladene Tonerpartikel erforderlich ist bzw. sind. Dieses heißt, daß, während das Entwicklungsmedium polarisiert ist, weil die positiven und negativen Ladungen auf dem Medium infolge des Vorliegens eines gleichmäßigen elektrostatischen Feldes lokalisiert werden, die Nettoladung auf dem Medium gleich Null ist. Ein derartiges ungeladenes Medium wird im Gegensatz zu den üblichen geladenen Druckfarben oder Tonerpartikeln nicht durch Bildladungsanziehung oder durch Interaktionen mit einer ladungsinduzierten Polarisation der dielektrischen Druckwalze an die Oberfläche gebunden. Aus diesem Grund fällt es leichter, ein sauberes, schleierfreies entwickeltes Bild auf der Druckwalze zu gewinnen, als dies bei den Bildern möglich ist, die mittels elektrisch geladener Druckfarben oder Tonerpartikel entwickelt werden.
  • Ein gleichmäßiges elektrisches Feld auf der dielektrischen Oberfläche einer Druckkomponente, wie beispielsweise einer Druckwalze, kann auf verschiedenen Wegen gewonnen werden. Man kann beispielsweise, wie es der obenerwähnte Dr. Kuehnle vorsieht, auf die Oberfläche mit einem Draht schreiben, an dem eine periodisch variierende Spannung, z.B. Wechselspannung oder gleichgerichtete Wechselspannung (Gleichspannung) liegt, wobei die Amplitude der Spannung entsprechend dem digitalen Eingangssignal am Druckgerät variiert.
  • Alternativ kann das gleichmäßige Feld für die Druckkomponente durch die Struktur der Druckkomponente selbst bewirkt werden. Genauer gesagt kann die Druckkomponente mit einer dielektrischen Oberfläche versehen werden, die insofern ein Anisotrop ist, als sie ein Muster von leitfähigen Wegen enthält, das von der Oberfläche der dielektrischen Lage zu einer Masseebene unterhalb dieser Lage reicht. Ein Weg zum Gewinnen dieser geerdeten Bereiche oder Feldendpunkte auf der dielektrischen Lage besteht darin, daß die Lage so ausgebildet wird, daß sie viele Kristallite enthält mit sogenannten Korngrenzen, deren elektrische Leitfähigkeit erheblich größer ist als die innerhalb der Kristallite selbst. Diese Grenzflächenzonen zwischen den Kristalliten ergeben ein periodisches Muster von Niederwiderstandspfaden durch die dielektrische Lage zur Masseebene, wodurch Anisotropie der dielektrischen Lage erzielt wird. Wenn dann elektrische Ladungen auf die Oberfläche gebracht werden, beispielweise durch den im obigen Patent beschriebenen Mikrotunnel-Schreibkopf, so ordnen sich die Ladungen auf der Oberfläche der Druckkomponente so, daß eine maximale Feldstärke um jeden Erdungspunkt erzielt wird mit steilen Abfall der Feldstärke zwischen den Erdungspunkten.
  • Wünschenswert wäre aber eine Druckkomponente wie die beschriebene, deren Anisotropie nicht von der Morphologie oder Molekularstruktur der dielektrischen Lage abhängt.
  • Auf anderen Gebieten als dem Direktdruck sind dielektrische Oberflächen auf eine Metallwalze aufgebracht worden, um die Übertragung gleichmäßiger Mengen eines geladenen Toners zu unterstützen. Beispielsweise wird in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,315,061 eine Donor- oder Entwicklungswalze zum Übertragen eines geladenen Toners auf ein Fotoleitungsband zum Entwickeln eines latenten Bildes auf dem Fotoleitungsband beschrieben. Die Donor-Walze besteht aus Metall, und über die Oberfläche sind kleine dielektrische Körper verteilt. Bei Reibungsaufladung an der gesamten Oberfläche der Donor-Walze bilden sich elektrostatische Felder zwischen den dielektrischen Körpern und der Metalloberfläche. Auf der Oberfläche der Donor-Walze werden somit kleine geschlossene elektrische Felder - sogenannte "Mikrofelder" - gebildet. Diese Mikrofelder unterstützen das Anziehen des geladenen Toners an die Oberfläche der Donor-Walze. Eine Rakel stellt dann den Toner auf einheitliche Dicke ein.
  • Die Donor-Walze nach der U.S.-Patentschrift 5, 315,061 ergibt eine homogene und gleichmäßige Menge von geladenem Toner, so daß die Entwicklung eines Bildes auf einem Fotoleitungsband ermöglicht wird. Auf die Donor-Walze werden direkt keine Bilder geschrieben, Schreiben der Bilder erfolgt vielmehr auf das Fotoleitungsband.
  • Auch zeigt die U.S.-Patentschrift Nr. 3,739,748 eine Donor-Walze zum Übertragen von geladenem Toner auf eine xerographische Trommel. Die Donor-Walze besitzt eine dielektrische Oberfläche, die durch an eine Spannungsquelle angeschlossene Stifte kontaktiert wird.
  • Die Stifte können Bilder auf die Donor-Walze nicht schreiben, erleichtern vielmehr lediglich die Grauwertwiedergabe des Bildes, das durch ein Belichtungsgerät auf die xerographische Trommel geschrieben wird.
  • Keine dieser beiden Donor-Walzen und keine dazu in Beziehung stehenden Geräte bewirken inhomogene Mikrofelder über der Oberfläche einer Druckkomponente.
  • Zusammenfassende Darstellung der Erfindung Die vorliegende Erfindung zielt demgemäß auf das Angeben eines optoelektrischen Druckgerätes ab, dessen Druckkomponente eine anisotrope dielektrische Aufzeichnungslage besitzt. Ein weiterer Erfindungszweck ist die Angabe eines derartigen Gerätes, das sich relativ einfach herstellen läßt.
  • Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Angabe eines derartigen Gerätes, bei dem starke inhomogene Felder über der Oberfläche der Druckkomponente aufrechterhalten werden können.
  • Noch ein Erfindungszweck ist die Angabe eines Gerätes mit einer Druckkomponente, auf der elektronische Bilder mit sehr guter Auflösung aufgezeichnet werden können.
  • Noch ein Zweck dieser Erfindung ist die Angabe von effektiven Schreibköpfen in Verbindung mit einer dielektrischen Oberfläche, die elektronische Bilder mit sehr guter Auflösung aufzeichnen kann.
  • Sonstige Zwecke dürften teilweise offenkundig sein und werden teilweise aus dem Nachstehenden hervorgehen.
  • Die Erfindung umfaßte demgemäß als Merkmale eine Konstruktion, Kombination von Elementen und Anordung von Teilen, wie aus der folgenden ausführlichen Beschreibung beispielhaft hervorgehen wird, und der Rahmen der Erfindung wird in den Ansprüchen bezeichnet.
  • Die Druckkomponente beinhaltet ein Substrat, das eine dünne Lage eines dielektrischen Materials trägt, dessen spezifischer Widerstand sehr hoch ist, z.B. ungefähr 1015 Ohm/cm, um frühzeitiges Entladen zu verhindern. In der Mitte zwischen dem Substrat und der dielektrischen Lage kann eine leitfähige Lage vorgesehen sein. Diese leitfähige Lage kann geerdet sein oder ungeerdet bleiben, wie nachfolgend im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsarten beschrieben werden wird. An der Arbeitsoberfläche oder innerhalb der dielektrischen Lage kann ein Muster von kleinsten leitfähigen Bereichen oder Punkten vorliegen. Falls vorhanden, sind die Punkte vorzugsweise periodisch mit einer Periode zumindest gleich wie oder kleiner als die Größe eines Auflösungselementes oder Bildelementes (Pixels) des elektronischen Bildes, das auf der Druckkomponente aufgezeichnet werden soll, angeordnet. Die leitfähigen Punkte aus einem Material mit einem kleineren spezifischen Widerstand als der des Dielektrikums sind vorzugsweise metallischer Art, können aber in bestimmten Anwendungen auch elektrisch an die leitfähige Ebene unterhalb der dielektrischen Lage elektrisch angeschlossen sein. Außerdem überdeckt in vielen Anwendungen eine Adhäsionsbeschichtung die Oberflächen der dielektrischen Lage und die leitfähigen Punkte, so daS die Aufzeichnungsoberfläche der Druckkomponente schwach druckfarbenphobisch ist. Die Querschnitte der Punkte können kreisförmig sein, es sind aber auch verschiedene andere Formgebungenn möglich, darunter rechteckige Form oder Torusform.
  • Bei einigen Anwendungen können elektrische Ladungen auf die Aufzeichnungsfläche der Druckkomponente durch einen Druck- oder Schreibkopf in Mikrotunnel-Bauart, wie in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,325,120 beschrieben, aufgebracht werden. In der Regel stellen diese Ladungen ein auf der Druckkomponente aufgezeichnetes Bild dar. Diese Ladungen ergeben gleichmäßige elektrische Felder, die um die leitfähigen Punkte herum am stärksten sind. Auch ist die mittlere Spannung um jeden Punkt eine monotone Funktion des Grauwertes an der betreffenden Stelle im elektronischen Bild.
  • Ein wichtiger Aspekt ist, daß die glechmäßigen Felder, die durch die leitfähigen Punkte auf der dielektrischen Oberfläche der Aufzeichnungskomponente erzeugt werden, sich über die Oberfläche hinaus erstrecken. Wenn somit diese Oberfläche gegenüber einer Quelle eines dielektrischen Entwicklungsmediums wie Druckfarbe oder Toner angeordnet wird, so induzieren die elektrischen Felder ein elektrisches Dipolmoment im Medium durch dielektrische Polarisation, und das Medium wird zu den geladenen Flächen der Aufzeichnungsoberfläche durch Dielektrophorese in Mengen proportional zu den Stärken dieser Ladungen gezogen. Das Entwicklungsmedium sammelt sich also um jeden leitfähigen Punkt in einer Menge an, die monoton mit der Feldstärke an der betreffenden Stelle zunimmt, wodurch das auf der Druckkomponente aufgezeichnete elektronische Bild entwickelt wird.
  • Ähnliche ungleichmäßige Felder können auf einer Druckkomponente gewonnen werden, deren leitfähige Punkte nicht geerdet sind, und zwar unter Verwendung eines Druck- oder Schreibkopfes, wie später noch beschrieben, der mehrere elektrische Kontakte besitzt, die bildabhängige Spannungen führen. In diesem Falle gehen die relativ starken Felder um die Punkte herum mit zunehmender Entfernung von den Punkten steil zurück. Ein solcher Druck- oder Schreibkopf mit elektrischem Kontakt kann auch zum Erzeugen von positiven und negativen Ladungen benutzt werden, die die dielektrische Oberfläche aufladen, wie später noch beschrieben werden wird.
  • Ungleichmäßige Felder können auch durch direktes Schreiben auf eine dielektrische Oberfläche mit oder ohne Punkte gewonnen werden, unter Verwendung eines Schreibkopfes ähnlich dem Schreibkopf mit elektrischem Kontakt, aber unter Verwendung von Wechselstrom anstelle von Gleichstrom. Bei diesem Schreibkopf kann eine ungeerdete leitfähige Lage unterhalb der dielektrischen Lage vorgesehen sein, wie später noch beschrieben werden wird.
  • Sind leitfähige Punkte vorhanden, so können die Punkte und etwaige Wege oder sonstige Verbindungen zu der Masseebene in der dielektrischen Lage der Druckkomponente mit Methoden der herkömmlichen Leiterplattentechnik ausgebildet werden. Die Druckkomponenten können somit in großer Stückzahl relativ preisgünstig gefertigt werden.
  • Infolgedessen dürften Druckkomponenten wie die beschriebenen breite Anwendung bei Fressen und anderen Druckgeräten für das dielektrophoretische und elektrophoretische Drucken finden.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Zum besseren Verständnis von Art und Zwecken der Erfindung soll die folgende ausführliche Beschreibung dienen, bei der auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen werden wird. Es zeigen:
    • FIG. 1 eine isometrische (dreidimensionale) Ansicht des Druckgeräts, einschließlich einer Druckwalze, entsprechend der Erfindung;
    • FIG. 2 eine teilweise Schnittansicht in weit größerem Maßstab entlang der Linie 2-2 von FIG. 1;
    • FIG. 3 eine entsprechende Ansicht für eine zweite Druckwalzen-Ausführung;
    • FIG. 4 eine Unteransicht eines Druckkopfes für das Gerät nach FIG. 1, einschließlich der Druckwalze nach FIG. 3;
    • FIG. 4a eine Seitenansicht eines Druckkopfes ähnlich dem Druckkopf von FIG. 4, in Interaktion mit einer Druckwalze;
    • FIG. 4b die Mikrofelder, die sich an der Oberfläche der Aufzeichnungskomponente bilden;
    • FIG. 5 eine Schnittansicht in viel größerem Maßstab entlang der Linie 5-5 von FIG. 4 und
    • FIG. 6 eine Ansicht ähnlich FIG. 3 für eine weitere Ausführung der Druckwalze;
    • FIG. 7 eine schematische Darstellung eines Schreibkopfes mit Sätzen von Anlegungspunkten für das Anlegen einer Spannung parallel zu einer Bewegungsrichtung einer dielektrischen Oberfläche;
    • FIG. 8 eine schematische Darstellung eines Schreibkopfes mit Sätzen von Anlegungspunkten zum Anlegen einer Spannung senkrecht zu einer Bewegungsrichtung einer dielektrischen Oberfläche;
    • FIG. 9 eine dielektrische Oberfläche mit langen rechteckigen Punkten;
    • FIG. 10 eine weitere Ausführungsart der Aufzeichnungskomponente zum Gebrauch mit einem Wechselstrom-Schreibkopf.
    Beschreibung der bevorzugten Ausführungsarten
  • Wie die FIG. 1 der Zeichnungsblätter zeigt, beinhaltet das erfindungsgemäße Druckgerät eine Rotationswalze 10 zum Aufnehmen eines Druckmediums wie die Papierbahn W. Parallel zur Walze 10 ist eine Druckwalze 12 angeordnet, und zwar so, daß ihre zylinderische Oberfläche die Bahn W knapp berührt. Um die Druckwalze 12 herum sind vorgesehen: Ein elektronischer Druck- oder Schreibkopf 14, ein Farbauftragkopf 16, der der Plattenwalze eine dielektrische, elektrisch nicht geladene Druckfarbe anbietet, eine Farbübertragungsstation 18, gebildet durch den Walzenspalt, und ein Löschkopf 22, wobei all diese Funktionen durch ein Steuerungsgerät 24 gesteuert werden.
  • Das Steuerungsgerät 24 erhält Eingangssignale in Form eines Digitaldatenstroms für die Grau- oder Farbwerte eines zu reproduzierenden Bildes. Im Falle einer Farbpresse stellt die FIG. 1 eine einzige Druckeinheit zum Drucken einer einzigen Farbkomponente oder Signatur eines Originaldokumentes, z.B. Cyan-Komponente, dar. Bei einer Farbpresse werden drei weitere Druckeinheiten hinter der Walze 12 zum Drucken der anderen Farbkomponenten, nämlich magenta, gelb und schwarz angeordnet, wie beispielsweise in der U.S.-Patentschrift 4,792,860 gezeigt, deren Inhalt hiermit durch Verweis aufgenommen wird.
  • Alternativ kann das Gerät nach FIG. 1 mit Modifikation für eine Mehrfarben-Auftragstation alle vier Farbsignaturen selbst drucken, wie beispielsweise in der U.S.-Patentschrift 5,325,120 beschrieben ist.
  • Die die verschiedenen Farbkomponenten eines Farboriginals darstellenden Daten werden dem Gerät in Form sukzessiver Ströme (Ketten) eingespeist. Das System kann beispielsweise die Daten in der Reihenfolge zyan, magenta, gelb und schwarz empfangen. Vorzugsweise wird ein Massenspeicher 24a in Verbindung mit dem Steuerungsgerät 24 zum Speichern der relativ großen Datenmengen, die zum Betreiben des Gerätes benötigt werden, benutzt.
  • Zum Bedrucken der Bahn W steuert das Steuerungsgerät 24 den Druckkopf 14 so, daß bei rotierender Druckwalze 12 der Druckkopf auf der Walzenoberfläche 12a elektrostatische Bilder entsprechend zumindest einer der Farbkomponenten, wie im eingehenden Datenstrom dargestellt ist, aufzeichnet. Bei dem Druckkopf kann es sich um ein Mikrotunnel-Kopf nach Angabe in der U.S.-Patentschrift 5,325,120 handeln.
  • Der Auftragkopf 16 kann gebaut sein, wie der in der Patentschrift 4,792,860 oder 5,325,120 beschriebene. Er stellt eine geschmolzene thermoplastische Druckfarbe aus Pigmentpartikeln in einer der vier Druckfarben, dispergiert in einem Bindemittel, bereit. Die Druckwalzen-Oberfläche 12a ist vorzugsweise schwach farbphobisch, so daß die Farbe nicht zum Haften an der Oberfläche der Walze neigt, außer an den Stellen, die durch den Druckkopf 14 aufgeladen worden sind. Wird beispielsweise ein Cyanbild auf die Druckwalze 12 geschrieben, so liefert der Auftragkopf 16 Cyanfarbe.
  • Wenn dann das elektrostatische Bild auf der Walzenoberfläche 12a den Auftragkopf 16 passiert hat, wird Cyanfarbe vom Kopf 16 an den aufgeladenen Bereichen dieses Bildes aufgenommen, und dadurch wird auf der Druckwalzen-Oberfläche 12a ein Cyanbild entwickelt. Wie in den vorstehend erwähnten Patenten beschrieben, wird die Walze 12 so erwärmt, daß die Druckfarbe an der Oberfläche 12a geschmolzen bleibt und an der Oberfläche der erwähnten geladenen Bereichen haftet.
  • Wie später noch ausführlicher beschrieben werden wird, nehmen die von den geladenen Bereichen auf der Walzenoberfläche 12a aufgenommenen oder erfaßten Farbmengen monoton mit den Feldstärken zu, die von diesen geladenen Bereichen ausgehen. Durch diese Variation von Feldstärken über das Bild auf der Druckwalzenoberfläche 12a hinweg wird die Reproduktion des vollständigen Grauwertbereiches erleichtert.
  • Dreht sich die Walze 26 weiter, so erfolgt Transport des entwickelten Bereiches des Bildes auf der Oberfläche 12a zur Auftragstation 18, die aus dem Spalt zwischen den Walzen bzw. Zylindern 10 und 12 besteht. Das Steuerungsgerät 24 steuert die Position des Bildes auf der Walze 12 so, daß nach Entwicklung dieses Bildes und Transport durch den Spalt das darauf entwickelte Bild auf die richtige Stelle der Bahn W übertragen wird. Es erfolgt vollständige Übertragung der Druckfarbe von der Walzenoberfläche 12a auf die Bahn W bei der Übertragungsstation 18, weil die Übertragung thermodynamisch erfolgt durch Phasenumwandlung der Druckfarbe, die bei der Kontaktlinie mit der relativ kühlen Bahn W von einem heißen, geschmolzenen flüssigen Zustand in einen festen Zustand übergeht.
  • Die geladenen Bereiche der Walzenoberfläche 12a, die nun keine Druckfarbe mehr aufweisen, können an der Löschstation 22 vorbei transportiert werden. Diese Station kann Mittel, z.B. eine Ultraviolettlampe 22a, enthalten, um die Walzenoberfläche 12a leitfähig zu machen, so daß die Ladungen auf dieser abgeleitet werden.
  • Wenn also die Walzenoberfläche 12a die Station 22 verläßt, so ist sie vollständig entladen und für eine weitere "Bebilderung" durch den Schreibkopf 14 während der nächsten oder einer späteren Umdrehung der Walze 12 bereit. Mittlerweile ist dann ein Bild einer bestimmten Farbkomponente, z.B. der Cyan-Komponente des Originalbildes auf die Bahn W gedruckt worden.
  • Das Gerät nach FIG. 1 weicht von den in den obigen Patenten beschriebenen Geräten insofern ab, als seine Druckwalze 12 eine anisotrope Aufzeichnungsoberfläche besitzt, so daß die durch den Druckkopf 16 während einer Schreiboperation bewirkten elektrischen Ladungen sich auf der Walzenoberfläche 12a ungleichmäßig verteilen, so daß dadurch ungleichmäßige elektrische Felder erzielt werden, die sich über die Oberfläche der Walze hinaus erstrecken.
  • Wenn also die Druckwalze 12 gedreht wird, so daß diese ungleichmäßig geladenen Bereiche dem Auftragkopf 16 gegenüberliegen, so nehmen die geladenen Bereiche Druckfarbe von dem Auftragkopf durch Dielektrophorese auf. Dieses heißt, daß die Farbpartikel durch die ungleichmäßig geladene Walzenoberfläche 12a dort, wo die Felder am stärksten sind, in Mengen polarisiert werden, die monoton mit den Feldstärken in diesen geladenen Bereichen zunehmen.
  • Wie man am besten den FIGUREN 1 und 2 entnimmt, umfaßt die Walze 12 einen starren Kern 32, der aus Stahl oder Aluminium bestehen kann, und dieser Kern ist vorzugsweise, wie gezeigt, geschlitzt, um sein Gewicht zu verringern und damit Luft zur Kühlung durch den Kern zirkulieren kann. Um den Kern 32 herum ist eine Hülse 34 angeordnet, beispielsweise aus einem Material wie Keramikwerkstoff, das thermisch und elektrisch gut isoliert. Auf der Oberfläche der Hülse 34 befindet sich eine Lage 36 aus einem leitfähigen Material wie metallisches Kupfer. Diese leitfähige Lage dient als eine Masseebene für die Druckwalze 12.
  • Um die Lage 36 herum ist eine dünne Lage 38 - z.B. 1 µm stark - vorgesehen, die aus einem Dielektrikum besteht, beispielsweise Siliziumnitrid oder Saphir mit sehr hohem spezifischen Widerstand. Anisotropie der Lage 38 wird dadurch erzielt, daS ein Muster von leitfähigen Punkten 42 in der Lage 38 vorgesehen wird, die elektrisch mit der leitfähigen Lage 36 verbunden sind. Die geerdeten Punkte können beispielsweise dadurch ausgebildet werden, daß ein Muster von kleinsten Durchgangslöchern in der Lage 38 in der Dickenrichtung ausgebildet wird und Ausfüllen der Löcher mit leitfähigem Material, wie Metall oder Polysilizium erfolgt. Zur besseren veranschaulichung sind diese Punkte 42 in den Figuren der Zeichnungen relativ groß und mit großem Abstand dargestellt. In Wirklichkeit hingegen können die Punkte einen Durchmesser niemals unter 1 µm aufweisen und nur wenige µm voneinander entfernt liegen. Wie die FIG. 1 zeigt, sind die Punkte 42 in der Walze 12 in Spalten und Reihen rechtwinklig angeordnet, z.B. 10 x 10 Punkte je Bildelement (Pixel).
  • Es ist aber offenkundig, daß auch andere Muster benutzt werden können. Das Punktemuster für jedes Bildelement (Pixel) sollte für beste Ergebnisse periodisch sein.
  • Die Walze 12 wird vorzugsweise auch mit einer sehr dünnen Außenbeschichtung 44 aus einem Adhäsionsmateil wie Polytetrafluorehtylen (Teflon) oder anderen, die farbphobisch sind, versehen. Diese Adhäsionsbeschichtung an der Oberfläche verhindert, daß Farbe an nicht geladenen Bereichen der Walzenobefläche 12a haftet, und minimiert außerdem das Verschmieren von Druckfarbe auf dieser Oberfläche.
  • Während einer Schreiberaktion, nachdem das Gerät entsprechend FIG. 1 eingerichtet ist und läuft, erzeugt die Gruppe von Mikrotunneln des Schreibkopfes 14 schwächste Strahlen positiv geladener Ionen, wie in der vorerwähnten U.S.-Patentschrift 5,325,120 beschrieben.
  • Die Ionen neigen zum Wandern durch die Öffnungen der Mikrotunnel und werden dort durch die elektrisch geerdete Lage 36 der Druckwalze 12 angezogen. Die ankommenden positiven Ladungen sammeln sich an der Aufzeichnungsoberfläche 12a der Walze 12 an, so daß Ladungsbereiche aufgebracht werden, von denen jeder eine spezielle Coulomb-Ladungsdichte entsprechend der Vorspannung der Steuerelektrode, falls vorhanden, in Verbindung mit dem entsprechenden Mikrotunnel besitzt.
  • Das Plasma in den Mikrotunneln kann "zum Austreten" am Ende des Mikrotunnels durch geeignetes Steigern der Tunnelströme veranlaßt werden. Man kann sich das Plasma als einen gasförmigen "Draht" vorstellen, der die dielektrische Oberfläche auf das Plasmapotential auflädt.
  • Wie in der Patentschrift '120 beschrieben, können diese Vorspannungspegel digital so eingestellt werden, daß die einzelnen Mikrotunnel separat aktiviert und durch das Steuerungsgerät gesteuert werden, so daß elektrostatische Bilder aus bildweisen Mustern der Ladung auf der Walzenoberfläche 12a erzeugt werden.
  • Ein Merkmal dieser Erfindung ist aber, daß dann, wenn die Walze 12 durch den Druckkopf 14 beschrieben wird, die Oberfläche der Lage 38 ungleichmäßig durch jeden Mikrotunnel des Druckkopfes geleitet wird. Insbesondere bewirkt das Vorliegen der geerdeten Punkte 42, daß die Oberflächenspannung der Walze periodisch auf Null Volt gesenkt wird.
  • Es besteht somit ein starkes Feld um jeden Punkt 42, da das Oberflächenpotential an der Walze auf einem äußerst kurzen Weg auf die mittlere Spannung ansteigen muß, die an das Dielektrikum durch das Aufladen per Druckkopf angelegt worden ist. Somit besteht bei dem veranschaulichten Gerät jedes Bildelement (Pixel) des elektronischen Bildes auf der Druckwalze 12 aus einem mikroskopischen Muster von ungleichmäßig verteilten Ladungsbereichen, die ungleichmäßige elektrische Felder bewirken - sogenannte Mikrofelder - die sich von der Walzenoberfläche 12a nach außen erstrecken; aber diese Ladungen mitteln sich über das Bildelement (Pixel) hinweg, so daß makroskopisch gesehen die Ladung proportional zu dem Grau- oder Farbwert für das betreffene Bildelement (Pixel) ist.
  • Wenn somit die geladenen Bereiche der Walze 12 gegenüber dem Auftragkopf 16 gedreht werden, so polarisiert das ungleichmäßige elektrische Feld am Ort jedes Punktes das Entwicklungsmedium und bewirkt, daß Druckfarbenpartikel an die Walzenoberfläche 12a durch Dielektrophorese in einer Menge gezogen werden, die monoton mit der Ladung jedes Punktes zunimmt. Druckfarbe haftet nicht an ungeladenen Bereichen der Walzenoberfläche 12a, insbesondere deshalb nicht, weil die Adhäsionsschicht 44 vorhanden ist.
  • Andere Schreibköpfe als der vorstehend beschriebene Mikrotunnel-Schreibkopf können auch benutzt werden, um Ladungen an der dielektrischen Oberfläche aufzubringen, aber der Mikrotunnel-Schreibkopf wird dann bevorzugt, wenn die Punkte geerdet sind, wie in FIG. 2 gezeigt.
  • Zu beachten ist, daß die geerdeten Punkte von FIG. 2 nicht direkt geerdet sein müssen, es genügt vielmehr Verbindung mit der Masseebene durch Materialien mit einem geringeren Widerstand als das Dielektrikum. Die Punkte könnten auch in das Dielektrikum eingebettet sein, solange definierte Bereiche auf der Aufzeichnungsoberfläche gebildet werden, deren Potential näher beim Massepotential liegt.
  • Abweichend von der vorstehend beschriebenen Ausführungsart, bei der Ionen oder Ladungen auf der dielektrischen Oberfläche aufgebracht werden und dann zu geerdeten Punkten hin wandern, besteht auch die Möglichkeit, ungeerdete Punkte unmittelbar aufzuladen, vorzugsweise mit Hilfe von direkten Drahtkontakten. Bei einer bestimmten Ausführungsart kann eine geerdete Lage unterhalb des dielektrischen Materials vorgesehen werden, so daß das dielektrische Material zwischen dem geladenen Punkt und der geerdeten Lage geladen werden kann und wie ein Kondensator wirkt. Der Punkt behält dann, wenn der Schreibkopf sich von ihm wegbewegt, einen großen Teil seiner Ladung. Das dielektrische Material an der Oberfläche um den Punkt herum bleibt ungefähr ungeladen oder nur sehr schwach geladen. Somit bilden sich Mikrofelder zwischen dem geladenen Punkt und dem ungeladenen Dielektrikum an der Oberfläche.
  • Die FIG. 3 zeigt eine derartige Druckwalze 52. Genauso wie die Walze 12 besitzt die Walze 52 einen Kern 32, eine Keramikhülse 34 und eine leitfähige Lage oder Masseebene 36. Auf dieser Lage 36 ist eine dielektrische Lage 54 ausgebildet mit einem Muster von leitfähigen Bereichen oder Punkten 56 auf ihr. Diese Punkte sind mit der leitfähigen Lage 36 nicht verbunden. Alternativ können die Punkte aber auch am dielektrischen Material 54 eingebettet oder - weniger vorzugsweise - vollständig darin vorgesehen sein, aber die Aufzeichnungsoberfläche soll Bereiche mit einer höheren Leitfähigkeit als die der normalen dielektrischen Lage 54 besitzen, die eine Ladung auch dann noch behalten können, wenn der Schreibkopf wegfährt. Auch die Walze 52 kann eine äußere Adhäsionsbeschichtung 60 besitzen, deren Oberfläche die Aufzeichnungsoberfläche 52a der Walze 52 darstellt. Bei dieser Ausführungsart wird aber bevorzugt, daß die Punkte oder definierten Bereiche mit höherer Leitfähigkeit direkt mit Kontakten des Schreibkopfes in Verbindung gebracht werden können.
  • Ein elektronisches Bild kann direkt auf die Aufzeichnungsoberfläche 52a der Druckwalze 52 mit Gleitkontakten geschrieben werden. Die FIGUREN 4 und 5 zeigen einen Druckkopf 72 mit einer linearen Gruppe von drahtartigen Kontakten oder Spannungseinspeisepunkten 74, die über die gesamte Breite der Druckwalze verlaufen können. Die Kontakte oder Spannungseinspeisepunkte 74 sind "gekrakt", und der Druckkopf 72 kann so angeordnet sein, daß die Kontakte elastisch an der Aufzeichnungsoberfläche 52a der Walze 52 an Stellen der leitfähigen Punkte 56 auf diesen anliegen. Bildabhängige Spannungen werden an die verschiedenen Kontakte 74 dann angelegt, wenn sie gegenüber den leitfähigen Punkten 56 liegen, so daß die Punkte aufgeladen werden. Jeder Kontakt 74 kann recht klein sein, z.B. mehrere Kontakte innerhalb der Breite eines Bildelementes (Pixels), weil nur der entsprechende Punkt 56 jeweils ganz kurzzeitig (Größenordnung Nanosekunden) kontaktiert werden muß, damit der leitfähige Punkt vollständig auf das volle Potential des entsprechenden Kontaktes aufgeladen wird.
  • Der Kontakt kann auch so breit sein wie ein Bildelement (Pixel), und ein einzelner Kontakt kann auch mit mehr als einem einzigen Punkt Kontakt herstellen.
  • Der leitfähige Punkt 56 dient somit als die eine Platte eines Kondensators, die Masseebene 36 als die andere. Das Dielektrikum zwischen dem Punkt und der Masseebene kann somit durch den Schreibkopf aufgeladen werden. Wenn sich der Schreibkopf von dem Punkt wegbewegt, so behalten das dielektrische Material unter dem Punkt und der Verbindungspunkt eine Ladung, und somit gehen Feldlinien quer von den geladenen Punkten und dem im wesentlichen ungeladenen umgebenden Dielektrikum aus. Auf diese Weise werden Mikrofelder gebildet, die Druckfarbe um die Punkte herum anziehen. Durch das Vorliegen der Punkte wird somit die Effektivität der Druckwalze erheblich gesteigert, weil stärkere Felder erzeugt werden können als mit drahtartigen Kontakten auf einer ebenen dielektrischen Oberfläche. Allgemein kann annähernd angenommen werden, daS bei Verwendung schmaler Kontakt praktisch keine Ladung auf dem nichtmetallisierten Dielektrikum verbleibt. Das Potential um jeden Punkt herum liegt näher am Massepotential (für das Erzeugen starker Querfelder wünschenswert), je dünner die dielektrische Lage 54 ist.
  • Die Walze 52 arbeitet also mehr oder weniger gleich wie die Walze 12 hinsichtlich Erfassen eines Musters von elektrischen Ladungsbereichen mit mikroskopisch periodischer Variation, jedoch makroskopischer Bildabhängigkeit. Die Ladungsbereiche erzeugen somit ungleichmäßige bildabhängige elektrische Felder, die sich von der Walzenoberfläche 52a aus erstrecken und können ein Entwicklungsmedium polarisieren und an diese Oberfläche ziehen.
  • Der Schreibkopf 72 mit seinen "gekrakten" Kontakten 74 kann mit den Methoden der herkömmlichen Leiterplattentechnik hergestellt werden. Der in FIG. 5 gezeigte Schreibkopf umfaßt ein Substrat 76 aus einem Isolierstoff wie Keramikwerkstoff oder Glas, der sich über die volle Breite der Druckwalze 52 erstreckt. Auf dem Substrat ist eine selektiv ätzbare Isolierlage 78 aus Siliziumdioxid oder Ähnlichem abgelagert. Oberhalb dieser Lage ist eine leitfähig Metallage 82 abgelagert. Das abgelagerte Metall kann gemustert sein (d.h. geätzt nach Aufbrindung von Fotolack), so daß ein Kontakt 74 ungefähr alle 50 µm mit geeigneten Breiten-/Abstands-Maßen vorliegt. Der Abstand kann beispielsweise eine Hälfte der Metallbreite betragen oder so, wie gewünscht, gewählt werden. An einem Ende der Kontakte können "Anschlußinseln" 74a zum Verbinden der Kontakte mit der Druckspannungsquelle, d.h. einer Draht-Aufladekomponente, vorgesehen werden. Diese Pfade können gegeneinander, wie gezeigt, verlagert sein, um genügend Platz zum Bonden von Drähten zu schaffen oder um Kontaktbereiche für eine abnehmbare Kontaktbaugruppe (nicht gezeigt) vorzusehen.
  • Zum "Auskraken" der Arbeitsenden der Kontakte 74 kann die Lage 78 des Isoliermaterials unten am Substrat 76 neben den Kontakt-Arbeitsenden weggeätzt werden, so daß die Kontaktenden von dem Substrat frei sind und "schwimmen", wie schematisch in FIG. 4 gezeigt. Falls gewünscht, kann die leitfähige Lage 82 als Bimetallage ausgebildet werden, so daß beim Lösen das Metall vom Substrat wie eine Bimetallfeder abbiegt, so daß die Kontakte 74 in gutem elastischem Gleitkontakt mit der Walzenoberfläche 52 a stehen.
  • Durch Ausbilden eines Schreibkopfes, wie beschrieben, weren genaue Abstände zwischen den Kontakten 74 des Schreibkopfes erzielt. Falls gewünscht sind verschiedene Modifikationen möglich. Es können beispielsweise die Enden der Kontakte 74 für bessere Verschleißfestigkeit dicker ausgeführt werden. Außerdem können diese Enden geteilt werden zum Ausbilden einer Bürste für bessere Elastizität und besseren Kontakt mit den leitfähigen Punkten auf der Druckwalze.
  • Jeder Spannungseinspeisepunkt 74 kann außerdem in Form von mehreren kleinsten elektrischen Fingern ausgebildet werden, wie in der FIG. 4a gezeigt. In der FIG. 4a sind die Punkte 56 in der dielektrischen Lage 54 eingebettet.
  • Die elektrischen Finger eines einzelnen Einspeisepunktes 74 werden alle auf eine gleiche (ähnliche) Spannung aufgeladen, haben aber einen sehr hohen spezifischen Widerstand in einer Richtung parallel zu einer Linie unmittelbar quer zur Breite der Aufzeichnungsoberfläche.
  • Das Steuerungsgerät für den Schreibkopf kann auf die Spannung jedes Einspeisungspunktes einzeln, wie vorstehend beschrieben, eingestellt werden. Infolge von Fertigungstoleranzen kann es des öfteren sein, daß der Kontakt 74 nicht nur den Punkt berührt, sondern auch einen Teil des Dielektrikums, wie in der FIG. 4a dargestellt. Aber infolge der größeren Differenz und des Fehlens eines leitfähigen Punktes, der das Einspeisen der elektrischen Ladung erleichtert, fällt die Ladung auf dem Dielektrikum auf der Oberfläche minimal aus. Wenn sich also der Spannungskontakt 74 von dem Punkt wegbewegt, entstehen Mikrofelder zwischen dem Punkt 56, der geladen bleibt, und der dielektrischen Oberfläche, die weitgehend unaufgeladen bleibt.
  • Es ist auch möglich, daß die in FIG. 4 gezeigten Punkte die Masseebene über Widerstände oder ohmsche Steckverbinder mit einem kleineren spezifischen Widerstand als dem des Dielektrikums kontaktieren.
  • Entfernen sich die Einspeisungspunkte von den Punkten, so bleibt der Punkt eine bestimmte Zeitlang geladen, selbst dann, wenn seine Entladungsgeschwindigkeit höher ist, als wenn keine Widerstände vorhanden wären. Der optimale spezifische Widerstand zwischen dem Punkt und der Masseebene richtet sich nach verschiedenen Faktoren, darunter die Geschwindigkeit der Druckwalze, Spannungsbegrenzungen, gewünschte Druckfarbenstärke und sonstiges. Der spezifische Widerstand kann auch über die Zusammensetzung, Tiefe und Größe der Punkte beeinflußt werden.
  • Bei Kontaktierung mit Metalldrähten werden die Punkte vorzugsweise aus einer Hartmetallverbindung hergestellt, z.B. TiN, ZrN oder Zirkoniumoxid.
  • Die FIG. 4b zeigt zur Veranschaulichung Mikrofelder MF, die an der Oberfläche 52a zwischen den Punkten und dem im wesentlichen ungeladenen dielektrischen Material, während die Punkte 56 sich von den Kontakten 74 entfernen. Die Mikrofelder MF ziehen dann Druckfarbe von der Auftragstation, wie vorstehend beschrieben, an.
  • Die FIG. 6 veranschaulicht eine weitere Ausführungsart einer Druckwalze, die allgemein mit 92 bezeichnet ist, aber eine etwas abweichende anisotrope dielektrische Lage 94 auf der leitfähigen Lage 38 besitzt. Die Lage 94 trägt außerdem ein Muster von leitfähigen Punkten 96. Wechselnd sind die Punkte 96 sind aber durch leitfähige Wege 98 mit der Masseebene 36 verbunden. Die leitfähigen Wege 98 können durch "Nadellöcher", ausgefüllt mit leitfähigem Material, durch plattierte Wege oder sogar durch kleinste Drähte gebildet werden. Falls gewünscht, können die leitfähigen Wege 98 aus einem Halbleitermaterial bestehen, z.B. Polysilizium, so daß ein relativ hoher Widerstand gegeben ist. Auf diese Weise werden etwas höhere elektrische Transversalfelder über der Aufzeichnungsoberfläche 92 der Walze 92 dann erzielt, wenn die Walze mit dem Schreibkopf 72 beschrieben wird.
  • Genauer genommen kann sogar die Polysilizium-Verbindung direkt als der leitfähige Punkt 96 benutzt werden; Abdeckung durch ein anderes, besser leitendes Metall ist nicht erforderlich, weil von der Elektrostatik her gesehen nur sehr niedrige Konduktanzen für die Punkte 96 erforderlich sind. Das gleiche gilt für die Punkte 42 an der Walze 12 (FIG. 2).
  • Bei einer anderen gezeigten Ausführungsart entfällt die Notwendigkeit einer Masseebene in der Druckwalze, weil ungeerdete benachbarte Punkte des Punktemusters entgegengesetzt geladen werden. In der FIG. 3 beispielsweise können über die Walze Punkte 56 mit ungeraden Nummern positiv aufgeladen werden, Punkte 56 mit geraden Nummern mit einem entsprechenden negativen Potential unter Verwendung des Kontakt-Schreibkopfes 72, wie in den FIGUREN 5 und 6 dargestellt. Dieses bewirkt Feldlinien quer über den Raum hinweg zwischen den zwei Sätzen von Punkten, so daß Druckfarbe zwischen den Punkten angezogen wird.
  • Die verschiedenen Methoden zum Aufladen einer derartigen Oberfläche ohne eine Masseebene werden unter Bezugnahme auf die schematisch gezeichneten Schreibköpfe der FIGUREN 7 und 8 besser verständlich. In der FIG. 7 ist ein Schreibkopf 172 dargestellt, der eine Vielzahl von Sätzen S1, S2, S3 etc. von zwei Einspeisungspunkten mit paraleller Anordnung zur Bewegungsrichtung einer dielektrischen Aufzeichnungsoberfläche besitzt. Die Aufzeichnungsoberfläche kann eine einfache Dielektrikfläche sein, vorzugsweise eine mit Punkten oder Bereichen höherer Leitfähigkeit auf der Oberfläche, wie vorstehend beschrieben. Bei dieser Ausführungsart kann der Schreibkopf auf eine Spannungsdifferenz für jeden Satz S1, S2 etc. unabhängig eingestellt werden, ausgehend von elektronischen Daten, die das auf einer dielektrischen Aufzeichnungsoberfläche aufzuzeichnende Bild darstellen. Somit werden aufeinanderfolgende Zeilen des Bildes mit dem Schreibkopf quer über die gesamte Breite der Aufzeichnungsoberfläche, so wie die Aufzeichnungsoberfläche durchläuft, geschrieben.
  • Die Spannungsdifferenz variiert vorzugsweise zwischen Null und maximal 30 bis 200 Volt, so daß variable Anziehung der Druckfarbe entsprechend der Spannungsdifferenz erfolgt.
  • Wie schematisch in der FIG. 8 gezeigt, besteht auch die Möglichkeit, die Sätze der Spannungseinspeisungspunkte des Schreibkopfes 172 in einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung der Aufzeichnungsoberfläche anzuordnen.
  • Die Gruppierung kann dabei so erfolgen, wie für den Schreibkopf der FIG. 4 und 5 beschrieben.
  • Bei den schematisch gezeigten Ausführungsarten der beiden FIGUREN 7 und 8 sind auch mehr als zwei Einspeisungspunkte pro Satz möglich, z.B. drei Einspeisungspunkte für einen Satz mit den Spannungen V1, V2, V1. Bei der Ausführungsart nach FIG. 8 beispielsweise können beim nächsten Satz die Spannungen V1, V3, V1 betragen, so daß die Spannungen der Einspeisungspunkte in den Sätzen nebeneinander gleich groß sind. Dieses trägt zur Vermeidung von Mikrofeldern zwischen zwei benachbarten Sätzen bei, falls dieses gewünscht wird.
  • Die Aufzeichnungsoberfläche für diese Ausführungsart kann eine einfache dielektrische Oberfläche sein, es können auch Punkte, wie vorstehend beschrieben, vorliegen. Wie die FIG. 9 zeigt, können die Punkte 156 als Rechtecke mit der vollen Größe eines Bildelementes (Pixels), z.B. 50 Mikrometer, ausgebildet sein.
  • Bei den Ausführungsarten nach den FIGUREN 7 und 8 sollte sichergestellt werden, daß die Plus- und Minus-Kontakte den gleichen Punkt nicht gleichzeitig berühren. Sollte es dazu kommen, werden sich die beiden Kontakte höchstwahrscheinlich gegenseitig annullieren, selbst bei einer Spannungsversorgung mit Strombegrenzung oder bei Kontakten mit hohem Widerstand, und auf der Druckwalze wird nur wenig Ladung oder überhaupt keine erzeugt.
  • Im Falle all der oben beschriebenen Ausführungsarten können die variierenden Spannungen durch eine Gleichspannungsquelle geliefert werden.
  • Wechselspannungsquellen können aber ebenfalls benutzt werden, wobei die Spannungsamplitude variabel ist.
  • Beim Einsatz einer Wechselspannungsquelle besteht auch die Möglichkeit, auf Erdung der darunterliegenden Lage von FIG. 3 zu verzichten, wie in FIG. 10 gezeigt. Die Lage 136 ist eine ungeerdete leitfähige Lage, die bei Drehung der Druckwalze eine ungefähr konstante Spannung gleich dem Mittelwert Spannung der variierenden Wechselspannung erhält. Die variierende Spannung der Kontaktpunkte an der Oberfläche 52a kann dann zum Laden des Dielektrikums benutzt werden, da die Spannung an der Lage 136 ungefähr konstant bleibt.
  • Zu beachten ist ferner, daß bei allen Ausführungsarten mit einer darunterliegenden geerdeten Lage die Möglichkeit besteht, statt dessen eine Lage mit konstanter Spannung statt einer geerdeten Lage vorzusehen.
  • Eine Druckkomponente mit einer geladenen anisotropen Oberfläche, wie in den obigen Ausführungsarten beschrieben, kann mit einem dielektrischen Entwicklungsmedium oder irgendeinem anderen dielektrischen Material mit einer Dielektrizitätskonstante über Eins interagieren. Wir haben hier die Erfindung für den Gebrauch in Druckgeräten mit einer Auftragstation, die thermoplastische Farben abgibt, beschrieben, aber die beschriebenen Druckkomponenten können auch zur Aufnahme fester, ungeladener dielektrischer Farbstoffe und ungeladener Toner benutzt werden. Der Begriff "Druckfarbe" soll also bei Gebrauch in der Anmeldung allgemein ein dielektrisches Entwicklungsmedium bezeichnen, bei dem die Dielektrizitätskonstante größer als Eins ist, und ist nicht auf flüssige Druckfarben beschränkt.
  • Anstelle von ungeladenen Tonern oder Druckfarben können auch geladene im Zusammenhang mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsarten eingesetzt werden, aber die resultierende gewünschte Anziehung der Farbe und die Dicken müssen dann unter Berücksichtigung der stärkeren Anziehung modifiziert werden.
  • Es sollte auch beachtet werden, daß beim Aufladen der Punkte oder von leitfähigeren Bereichen andere Arten von Kontaktpunkten benutzt werden können, anstelle der Draht-Kontaktpunkten nach Angabe in FIG. 4. Auch kann der Schreibkopf eine Plasma-Aufladekomponente umfassen und über einzelne Plasma-Einbringungspunkte aufladen, ähnlich wie bei der vorstehend beschriebenen Mikrotunnel-Plasmavorrichtung. Auch kann der Schreibkopf über eine Gas-Ladevorrichtung verfügen und die Punkte über die Gasabgabestellen aufladen. Die Kontaktdrähte der in FIG.4 gezeigten Ausführungsart können beispielsweise so ausgebildet sein, daß kein echter Kontakt mit der Aufzeichnungfläche erfolgt, vielmehr die Ladungen über die Luft vermittelt werden.
  • Es ist also ersichtlich, daß die vorstehend beschriebenen Zwecke zusammen mit denjenigen, die aus der obigen Beschreibung hervorgehen, effektiv erreicht werden. Es können natürlich auch bestimmte Änderungen bei den obigen Bauweisen vorgenommen werden, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird.
  • Ferner ist davon auszugehen, daß die nachfolgenden Ansprüche alle allgemeinen und speziellen Merkmale der hier beschriebenen Erfindung abdecken sollen.

Claims (24)

  1. Aufzeichnungsgerät, umfassend:
    eien Aufzeichnungskomponente mit einem Außenbereich aus einem dielektrischen Material und einer Vielzahl von Punkten;
    wobei der Außenbereich und die Punkte so angeordnet sind,
    daß sich eine äußere Aufzeichnungsoberfläche mit Bereichen unterschiedlicher Leitffähigkeit ergibt, und
    einen Schreibkopf nahe bei der Aufzeichnungsoberfläche zum Erzeugen variabler elektrischer Ladungen auf der Aufzeichnungsoberfläche, wobei die variablen Ladungen einem Teil eines aufzuzeichnenden Bildes entsprechen.
  2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte im Außenbereich liegen.
  3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte im Außenbereich eingebettet sind.
  4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungskomponente zusätzlich eine darunterliegende Lage unterhalb des Außenbereiches besitzt, wobei die Punkte mit der darunterliegenden Lage so kommunizieren, daß eine bessere Leitfähigkeit besteht als im Außenbereich.
  5. Gerät nach Anspruch 4 mit zusätzlichen Verbindern zwischen jedem Punkt und der darunterliegenden Lage, wobei die Verbinder einen Widerstand haben, der kleiner ist als der des Dielektrikums.
  6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibkopf mehrere Spannungseinspeisungspunkte umfaßt, wobei der Schreibkopf die Spannung jedes Einspeisungspunktes unabhängig festlegen kann.
  7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisungspunkte aus einer Vielzahl von elektrischen "Fingern" bestehen.
  8. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibkopf eine variable Spannung an die Aufzeichnungsoberfläche anlegt, wobei die Obergrenze der Spannung zwischen 30 und 200 Volt liegt.
  9. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte aus Metallbestehen.
  10. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibkopf eine Drahtaufladungskomponente umfaßt, wobei die Drahtaufladungskomponente Ladungen an die Aufzeichnungsoberfläche über Drahtkontakte abgibt.
  11. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibkopf eine Gasladekomponente umfaßt, wobei die Gasladekomponente Ladungen an die Aufzeichnungsoberfläche über ein gasförmiges Medium abgibt.
  12. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibkopf eine Plasma-Ladekomponente umfaßt, wobei die Plasma-Ladekomponente Ladungen an die Aufzeichnungsoberfläche über ein Plasma-Medium abgibt.
  13. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibkopf eine Vielzahl von Sätzen aus zumindest zwei Einspeisungspunkten besitzt, wobei die Einspeisungspunkte jedes Satzes eine Spannung liefern, so daß das dielektrische Material zwischen zwei benachbarten Punkten geladen wird und wobei der Schreibkopf die Spannung zwischen den Einspeisungspunkten jedes Satzes unabhängig von der Spannung anderer Sätze festlegen kann.
  14. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsoberfläche eine Bewegungsrichtung besitzt und die Einspeisungspunkte jedes Satzes parallel zur Bewegungsrichtung angeordnet sind.
  15. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsoberfläche eine Bewegungsrichtung besitzt und die Einspeisungspunkte jedes Satzes senkrecht zur Bewegungsrichtung angeordnet sind.
  16. Gerät nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Auftragstation nahe bei der Aufzeichnungsoberfläche zum Aufbringen von Druckfarbe auf die Aufzeichnungsoberfläche.
  17. Gerät nach Anspruch 1, weiter umfassend eine dünne farbphobische Lage auf der Aufzeichnungsoberfläche.
  18. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibkopf mit einer Gleichspannungsquelle arbeitet.
  19. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibkopf eine Wechselspannungsquelle beinhaltet.
  20. Aufzeichnungsgerät, umfassend:
    eine Aufzeichnungskomponente mit einer dielektrischen Aufzeichnungsoberfläche, die eine Vielzahl von relativ leitfähigen definierten Bereichen umfaßt, und einen Schreibkopf in der Nähe der Aufzeichnungsoberfläche zum Abgeben von Ladungen entsprechend einem Teil eines Bildes, das auf der Aufzeichnungsoberfläche aufgezeichnet werden soll, wobei der Schreibkopf über eine Vielzahl von Spannungseinspeisungspunkten verfügt, die über die Breite der Aufzeichnungsoberfläche angeordnet sind, um Mikrofelder um die definierten Bereiche herum zu erzeugen.
  21. Gerät nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungskomponente zusätzlich eine darunterliegende Lage unter der Aufzeichnungsoberfläche umfaßt, wobei die definierten Bereiche mit der darunterliegenden Lage so interagieren, daß relative Leitfähigkeit erzielt wird.
  22. Gerät nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisungspunkte in Form von Sätzen von zumindest zwei Einspeisungspunkten angeordnet sind, wobei jeder Satz von Einspeisungspunkten eine Spannung zwischen benachbarten definierten Bereichen liefert.
  23. Verfahren zum Aufzeichnen eines Bildes auf einer Aufzeichnungskomponente mit einer äußeren Aufzeichnungsoberfläche mit Bereichen unterschiedlicher Leitfähigkeit, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
    Erzeugen elektronischer Daten entsprechend dem aufzuzeichnenden Bild und
    Bilden von Mikrofeldern, die sich über die Aufzeichnungsoberfläche hinaus erstrecken und zwischen den Bereichen unterschiedlicher Leitfähigkeit liegen, indem Ladungen an die äußere Aufzeichnungsoberfläche` ausgehend von den elektronischen Daten, geliefert werden.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, weiter umfassend das Aufbringen einer nicht aufgeladenen Druckfarbe auf die Aufzeichnungsoberfläche.
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