EP0822901B1

EP0822901B1 - Elektrodenanordnung und kontragraphiegerät

Info

Publication number: EP0822901B1
Application number: EP96908989A
Authority: EP
Inventors: Günter Jakob PETER
Original assignee: Pelikan Hardcopy Production AG
Current assignee: Pelikan Hardcopy Production AG
Priority date: 1995-04-19
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 2001-06-27
Anticipated expiration: 2016-04-18
Also published as: CA2218496A1; WO1996033072A1; EP0822901A1; US6145964A; AU5267296A; DE59607174D1

Description

Aus der DE-OS 34 11 948 ist ein Kontragraphieverfahren bekannt. Beim Kontragraphieverfahren wird zwischen der Entwickleroberfläche, die eine dünne Schicht elektrisch geladener Tonerteilchen transportiert, und geeigneten Druckelektroden durch das Papier hindurch ein elektrisches Feld aufgebaut. Die jeweilige Druckelektrode baut das nötige Ziehfeld auf. Ist die elektrische Feldstärke am Ort der Entwickleroberfläche gross genug, um die Haftkraft des Toners zu überwinden, so wird der Toner dort abgerissen und zum Papier hin beschleunigt. Die Form der Abbildung des Toners auf das Papier wird wesentlich durch die räumliche Form und Stärke des elektrischen Feldes zwischen Druckelektrode und Entwickleroberfläche bestimmt. In der DE―OS 34 11 948 wird die Verwendung einer oder mehrerer zur Entwickleroberfläche senkrecht stehender Nadeln aus elektrisch leitendem Material (Metall) beschrieben. Um beim Kontragraphieverfahren einen entsprechenden Durchsatz zu gewährleisten, müssen mehrere Druckelektroden gleichzeitig betrieben werden. So sind z.B. zum Bedrucken von DIN A 4 Blättern mit einer Auflösung von 200 dpi in einem Seitendrucker 1654 solcher Druckelektroden nötig. Bei einer solchen Matrix aus Druckelektroden ist es jedoch schwierig, eine präzise Anordnung der Elektroden zueinander zu gewährleisten. Eine Massenproduktion eines solchen Elektroden-Arrays zuammen mit der nicht einfach zu automatisierenden Kontaktierung der einzelnen Elektroden dürfte der Grund sein, warum sich die Kontragraphie in dieser Form bisher noch nicht auf dem Markt etablieren konnte.

In Figuren 8 bis 12 der DE-OS 34 11 948 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, bei der es sich nicht um ein Kontragraphiegerät handelt. Auf der der Entwicklerwalze gegenüberliegenden Seite des zu bedruckenden Papiers ist eine Gegenelektrode angeordnet, welche an eine konstante Gleichspannungsquelle angeschlossen ist. Zwischen dem Papier und der Entwicklerwalze ist eine Serie von flächigen Schaltelektroden angeordnet. Diese bestehen aus beidseits auf eine dielektrische Zwischenschicht aufgebrachten Elektrodenpaaren. Je eine Toner-Durchlassöffnung durchsetzt jedes Elektrodenpaar und die dazwischen befindliche Isolierschicht. Je nach der an den Schaltelektroden angelegten Spannung wird Toner durch die Öffnung durchgelassen oder das elektrische Feld zwischen Entwicklerwalze und Gegenelektrode abgeschirmt. Die Öffnung und Schaltelektroden dieses Gerätes neigen allerdings zur Verschmutzung durch Toner-Partikel.

Eine flächige Steuerelektrodenanordnung ist ausserdem aus der DE-OS 43 38 992, Figur 4, bekannt. Diese ist ebenfalls zwischen der Entwicklerwalze und dem zu bedruckenden Papier angeordnet und hat Durchtrittsöffnungen für den Toner. Sie ist ebenfalls verschmutzungsanfällig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstig zu produzierende Elektrodenanordnung zum Einsatz bei der Kontragraphie zu offenbaren. Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination der Ansprüche gelöst.

Bei der erfindungsgemässen Elektrodenanordnung gelangen die Methoden der industriellen Dünnschichttechnologie zur Anwendung, die es gestatten, Kombinationen von elektrisch leitenden und elektrisch isolierenden Feinstrukturen mit einer Auflösung bis hin in den µ-Bereich problemlos zu beherrschen. Als Träger für die Elektrodenstruktur sind dünne Polymerfolien, die im sogenannten In-Line-Verfahren strukturiert beschichtet werden können, besonders geeignet. Auch normale Leiterplatinen, die z.B. im Schwallötverfahren strukturiert beschichtet werden, können zur Anwendung gelangen. Die Darstellung von Leiterbahnen mit Einzeldurchmessern bis in den µ-Bereich ist Stand der Technik. Damit bevorzugt kreisförmige Elektroden produktionstechnisch günstig elektrisch kontaktiert werden können, muss die Kontaktierung in der gleichen Fläche erfolgen. Als Verfahren bietet sich beispielsweise das wire-bonding, dye-bonding oder hot-Weld Verfahren an.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigt:

Figur 1: einen Querschnitt durch eine Elektrodenanordnung,
Figur 2: einen Schnitt längs der Linie II-II in Figur 1,
Figur 3: eine Draufsicht,
Figur 4: einen schematischen Querschnitt durch das Kontragraphiegerät,
Figur 5: einen schematischen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform des Gerätes,
Figur 6: eine weitere Anwendung der Elektrodenanordnung, und
Figur 7: ein Kontragraphiegerät mit der Anordnung nach Figur 6.

Die Elektrodenanordnung 1 nach Figuren 1-3 ist auf einer dielektrischen Trägerfolie 2 aufgebaut. Die Folie 2 kann z.B. aus einem Polymer, z.B. aus Polyäthylen bestehen. Auf die Folie 2 wird zunächst eine dünne Metallschicht 3 aufgebracht, die vorzugsweise dünner als 10 µm ist. Aus der Metallschicht wird nun eine Vielzahl von kreisförmigen Elektroden 4 mit damit verbundenen Leitern 5 durch Wegätzen der in Figur 2 schraffiert gezeichneten Bereiche gebildet. Der verbleibende Rest der Metallschicht 3 bildet eine durchgehende Abschirmelektrode, welche die eng nebeneinander angeordneten Elektroden 4 wirksam gegeneinander abschirmt. Das Belassen der Abschirmelektrode 3 hat den zusätzlichen Vorteil, dass beim Ätzen nur die in Figur 2 schraffierten Bereiche weggeätzt werden müssen, also wenig Ätzbad verbraucht wird. Ueber die Elektroden 4, Leiter 5 und Abschirmelektrode 3 ist eine dielektrische Schicht 6 aufgebracht, welche auch die Zwischenräume zwischen den Elektroden 4 und Leitern 5 und der Abschirmelektrode 3 ausfüllt. Die Schicht 6 besteht vorzugsweise aus Polyäthylen wegen dessen hoher elektrischer Durchschlagsfeldstärke von 7,5 E 7 V/m (75 Millionen Volt pro Meter). Ueber dieser Schicht 6 ist eine durchgehende, metallene Schirmelektrode 7 aufgebracht, die über jeder Elektrode 4 eine kreisrunde Oeffnung 8 aufweist, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der betreffenden Elektroden 4. Dadurch sind die Anforderungen an die Präzision der Position und Form der Elektroden 4 gering. Massgeblich für die Präzision ist lediglich die Position und der Durchmesser der Oeffnungen 8 in der Schirmelektrode 7. Die Dicke der Schirmelektrode 7 kann sehr gering sein, z.B. weniger als 10 µm. Die Schirmelektrode 7 stellt sicher, dass elektrische Felder zwischen der Elektrodenanordnung 1 und einer Entwicklereinrichtung zur Uebertragung von Toner auf einen Informationsträger, z.B. Papier, ausschliesslich durch die Oeffnungen 8 aufgebaut werden können. Die elektrische Ladung der Leiter 5 hat also keinen Einfluss auf den Abbildungsvorgang. Das elektrische Feld der Leiter 5 ist gegenüber der Entwickleroberfläche abgeschirmt. Die Dicke der Schicht 6 oberhalb der Elektroden 4, Leitern 5 und der Abschirmelektrode 3 ist möglichst gering, vorzugsweise weniger als 50 Am, aber jedenfalls so gross, dass keine wechselseitigen Ueberschläge zwischen den Elektroden 4 und der Schirmelektrode 7 stattfinden können. Ueber der Schirmelektrode 7 kann noch ein dielektrischer, dünner Schutzfilm 9 aufgebracht sein, um die Schirmelektrode 7 vor mechanischer Beschädigung zu schützen.

Das Elektroden-Array 4, 5 und die Schirmelektrode 7 können auch zunächst auf zwei verschiedenen Trägern hergestellt und anschliessend durch eine dünne Polymerfolie voneinander isoliert zusammengeklebt werden. Die dielektrische Schicht 6 kann unterhalb der Oeffnungen 8 auch entfernt oder beim Herstellungsvorgang ausgespart werden.

In Figur 3 ist eine Draufsicht auf die Elektrodenanordnung 1 gezeigt. Jeder Leiter 5 ist an eine separate elektrische Leitung 10 angeschlossen, z.B. mittels der wire-bonding, dye-bonding oder des hot-weld Verfahrens. Eine zusätzliche Leitung 11 ist an die Schirmelektrode 7 angeschlossen.

Figur 4 zeigt eine Möglichkeit der Anwendung der Elektrodenanordnung 1 in einem Kontragraphiegerät 20. Die Elektrodenanordnung 1 ist auf einem teilzylindrischen Grundkörper 21 aufgebracht, der auf Schienen 22 verschiebbar geführt ist. Oberhalb der Elektrodenanordnung 1 ist eine Entwicklereinrichtung 23 auf weiteren Schienen 24 verschiebbar. Die Schienen 24 sind parallel zu den Schienen 22. Die Entwicklereinrichtung 23 und der Grundkörper 21 sind durch einen gemeinsamen Antrieb 25 angetrieben. Der Antrieb 25 ist schematisch dargestellt als zwei endlose Zahnriemen 26, die über Zahnriemenscheiben 27 geführt sind. Zwei der Scheiben 27 sind durch eine Getriebeverbindung 28 miteinander und mit einem Servomotor 29 verbunden, sodass die gegenseitige Stellung zwischen der Entwicklereinrichtung 23 und dem Grundkörper 21 konstant ist. Die Entwicklereinrichtung 23 hat eine mit Toner gefüllte Vorratskammer 30 und eine Entwicklerwalze 31, die eine untere Oeffnung 32 der Kammer 30 verschliesst. Die Oeffnung 32 definiert einen Druckort 33 oberhalb der Elektroden 4 der Elektrodenanordnung 1. Zwischen der Oeffnung 32 und der Elektrodenanordnung 1 ist ein Informationsträger 34, z.B. ein Blatt Papier, eingespannt, was symbolisch durch zwei Klemmeinheiten 35 dargestellt ist. Die Klemmeinheiten 35 können z.B. schrittweise senkrecht zur Ebene der Darstellung nach Figur 4 bewegt werden, wobei das Gerät 20 zwischen zwei Vorschubschritten durch Ueberfahren der Papierbreite jeweils eine Zeile druckt. Dadurch sind die benötigte Länge der Elektrodenanordnung 1 und die Anzahl der einzeln anzusteuernden Elektroden 4 gering. Der Aufwand für die Elektronik zur Ansteuerung der Elektroden 4 kann damit reduziert werden. Andererseits ist es auch möglich, die Länge der Elektrodenanordnung 1 und der Entwicklereinrichtung 23 gleich der Papierlänge vorzusehen. Dies erfordert natürlich einen höheren Aufwand an Schaltelektronik, erhöht jedoch die Druckgeschwindigkeit erheblich.

In Figur 5 ist eine andere Variante des Kontragraphiegerätes 20' dargestellt, wobei analoge Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, sodass sich eine detaillierte Beschreibung dieser Teile erübrigt. Bei dieser Ausführungsform sind die Entwicklereinrichtung 23 und der Grundkörper 21 mit der Elektrodenanordnung 1 stationär und das Papier 34 wird durch angetriebene Walzenpaare 40 am Druckort 33 vorbeigeführt. Die Oberseite des Grundkörpers 21 und damit der Elektrodenanordnung 1 ist zylindrisch konvex und das Papier 34 schleift über die Elektrodenanordnung 1. Dadurch ist die Geometrie zwischen der Entwicklerwalze 31, der Elektrodenanordnung 1 und dem Papier 34 sehr genau definiert. Die einzelnen Leitungen 10 zu den Elektroden 4 sind über elektronische Schalter 41 wahlweise zwischen zwei Spannungen schaltbar, z.B. zwischen der Spannung, welche an die Entwicklerwalze 31 angelegt ist und einer durch eine Spannungsquelle 42 erzeugte entgegengesetzte Spannung. Die Schirmelektrode 7 und die Abschirmelektrode 3 sind an die Spannung der Entwicklerwalze 31 angelegt. Im Betrieb dreht die Entwicklerwalze 31 in Pfeilrichtung und nimmt durch elektrostatische und/oder magnetische Kräfte dosiert durch ein Messer 43 eine dünne Schicht Toner mit. Wird eine der Elektroden 4 durch Umschalten des betreffenden Schalters 41 aus der dargestellten Grundstellung umgeschaltet, entsteht ein elektrisches Feld zwischen dieser Elektrode 4 und der Walze 31 durch die betreffende Oeffnung 8 der Schirmelektrode 7 hindurch. Dieses Feld reisst elektrisch geladene Tonerteilchen von der Walze 31 weg und beschleunigt sie auf das Papier 34 zu, auf welchem sie haften bleiben. Das nachgeschaltete Walzenpaar 40 ist beheizt, sodass das auf dem Papier 34 gedruckte Muster fixiert wird.

Figuren 6 und 7 zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung. Bei diesem Beispiel ist auf dem Träger 2 eine einzige, durchgehende, flächige Elektrode 4 aufgebracht. Die dielektrische Schicht 6 bedeckt fast die gesamte Elektrode 4, ist jedoch in Figur 6 wegen der Darstellung kleiner gezeichnet. Die Schirmelektrode 7 bedeckt wiederum fast die gesamte dielektrische Schicht 6 (entgegen der Darstellung). Die Oeffnungen 8 können punktförmig oder linienförmig sein und ergeben zusammen ein zu druckendes Muster, z.B. ein Logo, im dargestellten Beispiel das Wort "Label". Die Elektrodenanordnung 1 ist gemäss Figur 7 auf eine zylindrische Trommel 50 aufgespannt. Die Trommel 50 rotiert synchron mit der Bewegung des Papiers 34. Wird dabei an die Leitung 10 zur Elektrode 4 die passende Spannung angelegt, wird während des Vorschubs des Papiers 34 das Logo abgedruckt. Das Kontragraphiegerät 20" nach Figur 7 mit der Elektrodenanordnung nach Figur 6 ist besonders einfach aufgebaut und bedarf eines Minimums an Schaltungsaufwand.

Claims

Elektrodenanordnung für die Kontragraphie mittels elektrisch geladener Pigmentteilchen, umfassend mindestens eine Elektrode (4), die mit einem Leiter (5, 10) verbunden ist, wobei die Elektrode (4) flächig als Metallschicht auf einem dielektrischen Träger (2) angeordnet und von einer dielektrischen Zwischenschicht (6) bedeckt ist, und wobei über der Zwischenschicht (6) eine als dünne Metallschicht ausgebildete Schirmelektrode (7) angeordnet ist, welche oberhalb der Elektrode (4) mindestens eine Oeffnung (8) hat.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei auf dem Träger (2) in derselben Fläche eine Vielzahl von Elektroden (4) mit je. einem Leiter (5) angeordnet ist und die Schirmelektrode (7) über jeder Elektrode (4) eine Oeffnung (8) hat.
Anordnung nach Anspruch 2, wobei die Elektroden (4) und die Leiter (5) durch eine in derselben Fläche angeordnete Abschirmelektrode (3) gegeneinander abgeschirmt sind.
Anordnung nach Anspruch 3, wobei die Abschirmelektrode (3) eine einzige, grossflächige Metallschicht ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1-4, wobei der Träger (2) eine flexible Folie aus einem dielektrischen Material ist, die auf einem zylindrischen Grundkörper (21) aufgebracht ist, und wobei die Anschlüsse an die Leiter (5) ausserhalb der Druckzone (33) liegen.
Kontragraphiegerät enthaltend eine Elektrodenanordnung (1) gemäss einem der Ansprüche 1-5 und zusätzlich eine Entwicklereinrichtung (23), um elektrostatisch geladene Pigmentteilchen benachbart zu den Elektroden (4) zuzuführen, sowie eine Zufuhreinrichtung (35, 40) um einen Informationsträger (34), insbesondere Papier, zwischen die Entwicklereinrichtung (23) und die Elektrodenanordnung (1) zuzuführen.
Gerät nach Anspruch 6, wobei die Entwicklereinrichtung (23) und die Elektrodenanordnung (1) stationär sind und der Informationsträger (34) durch die Zufuhreinrichtung (40) während des Druckvorgangs bewegt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Informationsträger (34) schleifend über die Elektrodenanordnung (1) geführt ist.
Gerät nach Anspruch 6, wobei der Informationsträger (34) während des Druckvorgangs stationär gehalten ist und die Elektrodenanordnung (1) und die Entwicklereinrichtung (23) gemeinsam bewegt werden.