SE506219C2 - Tryckverk av toner-jet typ med uppriktad matrisenhet - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 506 219 '+ 50 V, och färgpulvret fördelas i ett jämnt, lagom tjockt skikt på frammatningsrullen under medverkan av ett doktorblad; - varje hål i matrisen som motsvarar en önskad färgpunkt öppnas genom att matrishålringen påläggs en positiv potential, vilken är högre än potentialen på frammatningsrullen, t ex +300 V; hål motsvarande icke färgbärande partier förblir anslutna till jord, varvid dessa hål är att betrakta som "stängda" och därvid omöjliggör en genomsläppning av färgpulver; kombinationen av öppnade matrishål skapar det tecken som skall avbildas; - på grund av potentialskillnaden, t ex + 50 V till + 300 V = + 250 V mellan frammatningsrullen och tonermatrisen sugs negativt laddade tonerpartiklar ned från frammatningsrullen till matrisen, och beroende på potentialskillnaden mellan tonermatrisen och den underliggande stödrullen, t ex + 300 V till + 1500 V = 1200 V, sugs tonerpartiklarna vidare från matrisen och avsätter sig på pappret ovanför stödrullen; - pappret med pålagd toner förs slutligen genom en värmeanordning där toners fixeras på pappret. ' Det råder ett närmast linjärt förhållande mellan strömfältets täthet och den dragkraft som fältet utövar på tonerpartiklarna, och svärtningsgraden i trycket kan därmed regleras genom reglering av potentialskillnaden mellan tonerframmatningsrullen och matrisen. Genom att minska potentialen på frammatningsrullen och därmed öka potentialskillnaden mellan frammatnings- rullen och matrisen kan man öka mängden nedsläppt toner; en ökning av potentialen på frammatningsrullen åstadkommer en motsvarande minskning av mängden nedsläppt toner. Fältet har den största tätheten omedelbart ovanför kopparringarna och avtar i täthet från ringkanten in mot centrum av hålet.

Genom jordning av en kopparring i matrisen vänds potentialriktningen mellan frammatningsrullen från att ha varit +25O V riktad nedåt till att bli + 50 V riktat uppåt, och detta medför att negativt laddade tonerpartiklar hålls kvar på frammatningsrullen, respektive sugs tillbaka mot denna.

Vid en viss utföringsform av ett tryckverk anpassades avståndet mellan frammatningsrullen och matrisen till cirka 0,1 mm, och avståndet mellan matrisen och stödrullen till cirka 0,6 mm. Detta ger vid de ovan som exempel angivna potentialerna en fältstyrka av 2,5 V/pm, vilket överstiger den isoleringsförmåga som luft har, vilken ligger på cirka 1 V/pm. För att eliminera risken för överslag mellan frammatningsrullen och matrisen kopparring och 10 15 20 25 30 35 506 219 mellan kopparringen och stödrullen är därför matrishålringen isolerad.

Vid hittills kända tryckverk av toner-jet-typen har kopparringarna "bakats in" isolerade i matrismaterialet, och därför har innerdiametern på matrishålets kopparring utformats större än diametern på själva matrishålet, och ett isoleringsmaterial täcker matrisen på alla sidor. Vid ett matrishål med en diameter av t ex 190 pm utformades kopparringens innerdiameter 250 pm. Detta innebär att matrishålet för genomsläppning av toner har en yta som är endast 57,8% av innerytan i kopparringen, och genomsläppshålet ligger ett stycke radiellt innanför innerdiametern på kopparringen, där fälttätheten är som störst skulle ha givit maximal kraft för nedsugning av toner. Nedsläppet av toner blir därför i hög grad begränsat. För att öka genomsläppskapaciteten för toner görs diametern på tonerhålet åtminstone tillnärmelsevis lika stort som innerdiametern på den elektriskt ledande kopparringen, varvid kopparringen kan utnyttjas maximalt för att förflytta toner från frammatningsrullen, genom matrisen och ned till pappret.

Kopparringarna är lämpligen monterade direkt ovanpå' matrisstommen, i vilken matrishålen är upptagna, och matrishålen ges alltså samma diameter som innerdiametern på kopparringarna. För att förhindra överslag är tonerstyrringarna isolerade, och detta kan ske genom att hela matrisen hela matrisen belåggs, t ex genom en förångningsmetod, med ett isoleringsmedel, vilket omsluter samtliga fria ytor och kanter av matris, matrishål och kopparringar. En tillgänglig metod är den metod som går under benämningen ParyIene®-metod (Union Carbidel. vilken innebär att ett polymert isoleringsmaterial benämnt poly-para-xylen i en vakuumanläggning påläggs matrisen i mycket väl kontrollerade tjockleksförhållanden. Materialet har ett elektriskt nedbrytningsmotstând av cirka 200 V/pm. Detta innebär att det skulle vara tillräckligt med en skikttjocklek av 2 pm för att isolera ett elektriskt fält av + 250 V spänning mellan tonermatningsrullen och matrisens kopparring.

Vid normal skrift håller tonerframmatningsrullen en potential av + 50 V och tonerstyrringarna i matrisen en potential av +30O V, vilket ger en potentialskillnad mellan frammatningsrullen och matrisen av + 250 V.

Avståndet mellan frammatningsrullen och matrisen, i det följande benämnt avståndet Lk, bör vara cirka 0,1 mm, vilket i det angivna fallet ger en fältstyrka av 2,5 V/pm.

Det är denna fältstyrka som driver de laddade tonerpartiklarna från 10 15 20 25 30 35 (3 O\ PO ...s \O frammatningsrullen ned mot matrisens tonerstyrring när denna är spänningssatt. Fältstyrkan får inte variera särskilt mycket mellan de olika styrringarna, eftersom en variation i fältstyrkan leder till en variation i svärtningsgraden över trycksidan. Det är därför viktigt att det nämnda avståndet Lk hålls så nära konstant = 0,1 mm som möjligt.

Det medför normalt inga större problem att hålla potentialskillnaden mellan frammatningsrullen och matrisen konstant, men däremot kan det vålla problem att upprätthålla den nämnda avståndet Lk konstant på 0,1 mm över hela trycksidan, vilken vid A-4 format är 210 mm, speciellt som matris- stommen är utförd av ett tunt polyamidmaterial med en tjocklek av endast cirka 0,07 - 0,12 mm. Avståndet mellan matrisen och stödrullen är vid den aktuella utföringsformen av uppfinningen cirka 0,5 - 0,6 mm, och inom detta avstånd skall ett papper med en tjocklek av minst 0,1 mm få plats utan att toner från pappret skaras av mot undersidan på matrisen. Det kan ju också inträffa att matrisen kan komma att röra sig något uppåt och nedåt under tryckningen. ' För att minimera risken att toner skapas av mot undersidan på matrisstommen är matrisen enligt uppfinningen böjd i en båge med en radie som följer radien på tonerframmatningsrullen. Det är viktigt att avståndet Lk mellan frammatningsrullen och matrisen hålls konstant med en tolerans av högst 10,02 mm, och även om en bågformad matris är betydligt stabilare än en rak matris så har detta ända stött på stora svårigheter med den mycket tunna matrisen.

För att förbättra stabiliteten i matrisen föreslås därför enligt uppfinningen att matrisstommen på sin undersida, vilken är vänd mot tryckpappret, lamineras ihop med ett metallskikt, vilket kan ha en tjocklek av 0,05 - 0,15 mm. Förbandet mellan matrisen och laminatorskiktet kan åstadkommas med hjälp av ett limskikt med en tjocklek av 0,01 - 0,02 mm.

Metallfilmen måste vara av omagnetiskt material, t ex rostfritt stål, koppar, berylliumkoppar, aluminium, hård-nickel, mässing eller annat hårt omagnetiskt material.

Laminatorskiktet måste vara utformat med genomgående hål med centrum överensstämmande med centrum för tonergenomsläppningshålen i matrisen och i styrringarna. För att undvika att laminatorskiktet skärmar av det elektriska fältet mellan matrisens styrringar och stödrullen bör hålen i laminatorskiktet vara minst lika stora som ytterdiametern på styrringarna. Vid 10 15 20 25 30 35 506 219 'en styrring av den nämnda typen med en innerdiameter av 190um och en ytterdiameter av 250 um bör laminatorhålen även ha en diameter av cirka 250 - 280 pm. För att förhindra överslag till stödrullen bör även laminatorskiktet vara isolerat, vilket lämpligen sker i samma steg som nämnts ovan med vakuumpåläggningen av det polymera isoleringsmaterialet.

Uppfinningen skall nu beskrivas ytterligare i anslutning till bifogade ritningar, på vilka figur 1 schematiskt och i perspektiv visar grundprincipen för ett tryckverk av toner-jet typ, och figur 2 schematiskt visar ett tvärsnitt genom ett tryckverk av toner-jet typen. Figur 3 visar i förstorad skala det i figur 2 inringade partiet.

I figur 1 visas alltså schematiskt ett tryckverk av toner-jet typ bestående av en tonerframmatningsrulle 1 med ett utanpå liggande skikt 2 av tonerpulver av känd typ, en under frammatningsrullen 1 monterad, bågformad tonermatris 3, och en under matrisen 3 monterad stödrulle 4 för ett mellan matrisen och stödrullen frammatat tryckobjekt, vilket normalt är ett papper 5.

Såsom visas i figur 2 är en tonerbehållare 6 anordnad ovanpå den roterbara frammatningsrullen 1, och från denna behållare 6 släpps toner ned på frammatningsrullen 1. Ett doktorblad 7 sprider och fördelar tonern till ett jämnt tonerskikt 2 på frammatningsrullen 1. Frammatningsrullen är pålagd en viss positiv spänning av t ex mellan +5 och + 100 V, i det visade fallet en spänning av cirka + 50 V. Genom att tonerpartiklarna gnider mot varandra laddas de upp till en negativ polaritet, vilket gör att tonerpartiklarna sugs fast mot den positivt laddade frammatningsrullen 1.

Matrisen 3 är försedd med ett stort antal genomgående hål 8 för att vid öppnade hål släppa igenom toner. Hålen kan ha en diameter av 100-300 u m. Runt varje tonerhål 8 är en elektriskt ledande ring 9, t ex av koppar, för styrning av nedsläppet av tonerpartiklar anordnad. Varje kopparring 9, eller styrring, är genom ledningar 10 elektriskt ansluten till ett i figur 2 schematiskt visat styrdon 10 för att alternativt pålägga kopparringen en spänning som är högre än spänningen på frammatningsrullen 1, t ex en spänning av +300 V, varvid matrishålet "öppnas", eller att ansluta kopparringen till en spänning som är lägre än spänningen på frammatningsrullen, speciellt en spänning av :O V genom att ringen 9 ansluts till jord, varvid matrishålet "stängs". Öppnandet av ett tonermatrishål 8 sker alltså genom att kopparringen 9 ges en potential av t ex +300 V, varvid en potentialskillnad av + 300 - 10 15 20 25 30 35 506 219 "+ 50 = +25O V uppstår mellan tonermatningsrullen 1 och matrisen 3.

Denna potentialskillnad är så stor att de negativt laddade tonerpartiklarna släpper från tonermatningsrullen 1 och sugs ned mot matrisen 3 och genom de aktuella öppnade matrishålen 8. När kopparringen jordas liO V) vänds potentialriktningen och det uppstår en uppåtriktad potentialskillnad av + 50 V, och tonerpartiklarna sugs tillbaka mot, respektive hålls kvar på tonerfram- matningsrullen 1.

Stödrullen 4 är konstant pålagd en spänning som är högre än den högsta spänningen, +300 V, på matrisen 3, i det visade fallet en spänning av +1500 V. Vid "öppnade" matrishål 8 uppkommer därigenom en nedåtriktad potentialskillnad av + 1200 V, och denna skillnad får tonerpartiklar att från matrisen 3 sugas ned mot stödrullen 4. Tonerpartiklarna avsätter sig på det ovanpå stödrullen frammatade pappret 5 som en tonerpunkt. En serie sådana punkter från ett antal matrishål bildar successivt det eller de tecken som skall bildas på pappret.

Pappret 5 med de därpå nedsläppta tonerpartiklarna passerar därefter genom en värmeanläggning, t ex mellan två stycken värma valsar 12, där tonerpulvret fixeras på pappret.

De i figurerna avbildade avstånden mellan de olika delarna är för överskådlighetens skull starkt överdriva. Avståndet mellan tonerfram- matningsrullen 1 och matrisen 3 kan vara t ex 0,1 mm och avståndet mellan matrisen och stödrullen 4 kan vara t ex 0,6 mm.

För att skapa en hög genomsläppskapacitet är de elektriskt ledande styrringarna 9 limmade eller på annat sätt monterade på ovansidan av matrisstommen 13. lnnediametern på varje styrring 9 är väsentligen samma som diametern på tonernedsläppshålet 8 i matrisen 3, t ex ø 190 pm.

Ytterdiametern på styrringen 9 kan vara t ex 250 pm.

För att stabilisera matrisen 3 i sin bockade form, så att avståndet Lk mellan frammatningsrullen 1 och matrisen 3 kan bibehållas konstant vid omkring 0,1 mm utmed hela matrisens längd och även vid eventuellt förekommande vibrationer är matrisstommen på sin mot pappret 5 vända undersida ihoplaminerad med ett skikt av tunn metallplåt, benämnt laminator 14 som fixerats med hjälp av ett tunt limskikt 15. Laminatorn skall vara av ett omagnetiskt material, t ex rostfritt stål, koppar, berylliumkoppar, aluminium, hård-nickel, mässing eller annat hårt omagnetiskt material.

Laminatorplåten kan ha en tjockled av 0,05 - 0,15 mm. Limskiktet 15 kan ha 10 15 20 25 30 35 219 “en tjocklek av 0,01 - 0,02 mm. För att undvika att laminatorn 14 skärmar av fältet mellan styrringarna 9 och stödrullen 4 bör hålet 16 i laminatorskiktet vara minst lika stort som ytterdiametern på styrringen 9.

Det kan inträffa att tonerpartiklar avsätter sig på undersidan av matrisen, vare sig detta beror på att en liten andel partiklar kan komma att byta polaritet och studsa uppåt från pappret, eller all tonerpartiklarna normalt innefattar 2-4% partiklar med positiv polaritet. Sådana partiklar som avsätter sig på undersidan av matrisen kan komma att hänga ned som droppar på undersidan av matrisen och att smeta av sig på det under matrisen frammatade pappret. För att såvitt möjligt försöka samla upp sådana partiklar på ställen i matrisen som inte kan komma i kontakt med pappret kan varje hål 16 i laminatorn vara koniskt vidgat nedåt, t ex i en vinkel av 10-45°, så att varje sådant hål bildar ett slags upp-och-nedvänd skål där "avfal|stoner" kan ansamlas utan risk att smeta ned pappret. Storleken på den punkt som bildas på pappret styrs i första hand av genomsläpps- öppningen på matrisen, men även öppningsvinkeln på Iaminatorplåtens kanter 16 kan viss betydelse för punktstorleken och punktformningen. Ett stort genomsläppningshål medför risk för läckage av toner vid jordad styrring 9, men storlek på punkten kan i stället ökas med rätt kantvinkel på laminatorplåten.

Så som nämnts ovan, och så som illustreras i figur 3 måste styrringarna 9 för öppning av tonernedsläppshålen 8 i matrisen vara isolerade för att undvika överslag till frammatningsrullen 1 respektive till stödrullen 4.

Eftersom vidare laminatorplåten 14 är anordnad på papperssidan av matrisen 3 och stödrullen håller en potential av + 1500 V så kommer laminatorplåten att intaga en potential av +500 till +600 V och skapa en potentialskillnad till stödrullen av + 800 till + 900 V. Denna potentialskillnad över ett avstånd av cirka 0,4 mm till stödrullen ger en fältpotential av 2 V/pm, vilket ligger inom riskområdet för överslag. Det är därför viktigt att även laminatorplåten isoleras. Detta kan ske genom att hela matrisen 3, inklusive styrringarna 9 och laminatorplåten 14 och hålkanterna på nedsläppningshålet 8 i matrisstommen, hålkanterna på styrringarna 9 och hålkanterna 16 på laminatorplåten 14 beläggs med ett tunt isoleringsskikt 17.

En sådan beläggning kan t ex ske genom en förångningsmetod med ett isoleringsmedel, t ex genom den kända metod som går under benämningen 506 219 10 15 20 25 30 Parylene®-metod (Union Carbide), och vilken innebär att 'ett polymert isoleringsmaterial benämnt poly-para-xylen i en vakuumanläggning påläggs matrisen i mycket väl kontrollerade tjockleksförhållanden. Materialet har ett elektriskt nedbrytningsmotstånd av cirka 200 V/pm. Detta innebär att det skulle vara tillräckligt med en skikttjocklek på isolerskiktet 17 av endast 2 pm för att isolera ett elektriskt fält av 250 V mellan tonermatningsrullen och matrisens kopparring. För att vara på den säkra sidan kan materialet påläggas vanligen isolerskiktet i en skikttjocklek av 5 - 10 pm. Redan med en så stor skikttjocklek på isoleringsbeläggningen som 10 pm där diametern på genomsläppshålet är 170 pm för en kopparring 9 med en innerdiameter av 190 pm blir den specifika öppningsytan på hålet 8 för genomsläppning av toner genom matrisen 89,8% jämfört med kopparringens 9 inneryta, vilket skall jämföras med det fall där kopparringen, enligt tidigare kända system har en innerdiameter av 250 pm, vilket ger en specifik öppningsyta av endast 57,8%. Den specifika öppningsytan för nedsläppning av toner genom matrisen blir alltså 32% större än vid tidigare kända tryckverk, och detta ger en större marginal vid tryckning med tryckverket genom att en jämnare skrivkvalitet kan hållas. Samtidigt blir problem med varierande fukt och temperatur i omgivningen reducerade. Det är också möjligt att tack vare ökningen av svärtningsgraden vid tryckning minska drivspänningen på styrringarna 9 och att öka toleranserna på vissa i anordningen ingående detaljer.

Beroende på att laminatorplåten är av hård metall kan plåten spännas upp hårt från den ena änden på tonerframmatningsrullen till den andra utan att deformeras, och därigenom erhålls hög planhet i matrisen och nära nog obefintlig risk att det förinställda avståndet Lk mellan frammatningsrullen och matrisen kan komma att variera under tryckningens gång. Icke heller finns någon risk för svängningar i matrisen på grund av de mekaniska vibrationer som kan uppkomma vid den successiva strömsättningen och jordningen av styrringarna 9.

Avfallstoner uppsamlas i den upp-och-nedvända skålen 16 på matrisens undersida, och detta minskar i hög grad risken att bakgrundstoner uppkommer på pappret beroende på att pappret kommer i kontakt med avfallstoner på undersidan av matrisen. w 10 15 A HÄNWSNWGSSIFFROR 1 tonerframmatningsrulle 2 tonerskikt 3 tonermatris 4 stödrulle 5 papper 6 tonerbehâllare 7 doktorblad 8 tonernedsläppshål 9 styrring (koppar) 10 ledning (för 9) 11 styrdon 1 2 värmevalsar 1 3 matrisstomme 14 Iaminatorplåt 15 limskikt 16 hål 1 7 isoleringsskikt 506 219

Claims (10)

506 219 10 15 20 25 30 35 10 PATENTKRAV

1. Tryckverk av den typ som benämns "toner-jet" tryckverk, och där ett torrt färgpulver, vanligen kallat "toner", genom ett direktförfarande förflyttas från en roterande tonerframmatningsrulle (1), vilken håller en viss förutbestämd, relativt låg positiv potential (t ex + 50 V), genom tonerned- släppshål (8) i en fast tonermatris (3) i form av en flexibel tryckningskrets och ned till tryckningsobjektet (5), t ex pappret, vilket matas fram över en stödrulle (4), som håller en viss bestämd, relativt hög potential (t ex + 1500 V), och där det på pappret (5) avsatta färgpulvret slutligen fixeras på pappret . med hjälp av ett värmeorgan (12), och där varje tonernedsläppshål (8) i matrisen (3) omsluts av en elektriskt ledande styrring (9) som alternativt kan ges antingen en viss positiv mellanhög potential (t ex + 300 V) som är högre än potentialen på tonerframmatningsrullen (1 ), varvid motsvarande hål (8) i matrisen (3) "öppnas" för nedsläppning av toner, men lägre än potentialen på stödrullen (4) eller en potential som är lägre (t ex jordad ring 9) än potentialen på tonerframmatningsrullen (1), varvid motsvarande hål (8) i matrisen (3) "stängs" gentemot nedsläppning av toner, kännetecknat av - att matrisen utgörs av en matrisstomme (13) och en elektriskt ledande styrring (9) för varje enskilt matrishål (8), - av att matrisstommen (13) på sin undersida uppbär en metallplåt, benämnd laminatorplåt (14), vilken är limmad eller på annat sätt ihop- laminerad med matrisstommen (13), - och av att matrisen (3) är böjd i en båge vars krökningsradie är parallell med tonerframmatningsrullen (1).

2. Tryckverk enligt krav 1, kännetecknat av att laminatorplåten (14) är av ett hårt, omagnetiskt material såsom rostfritt stål, koppar, beryllium- koppar, aluminium, hård-níckel, mässing.

3. Tryckverk enligt krav 2, kännetecknat av att laminatorplåten (14) för en matris med cirka 210 mm längd har en tjocklek av 0,05 - 0,15 mm.

4. Tryckverk enligt krav 1, 2 eller 3, kännetecknat av att centrum för krökningsradien till den bågformade matrisen (3) överensstämmer med axelcentrum för tonerframmatningsrullen (1 ).

5. Tryckverk enligt något av föregående krav, kännetecknat av att varje elektriskt ledande tonerstyrring (9) är fixerad direkt ovanpå tonermatris- stommen (13). il 10 15 20 506 219 11

6. Tryckverk enligt krav 5, kännetecknat av att innerdiametern på varje tonerstyrring (9) i matrisen (3) har åtminstone tillnärmelsevis samma diameter som nedsläppshålet (8) i tonermatrisen (1 ).

7. Tryckverk enligt något av föregående krav, kännetecknat av att hela tonermatrisen (3) innefattande de elektriskt ledande styrringarna (9) är belagda på såväl ovansidor som hålkanter (8) med ett elektriskt isolerande skikt (1 7).

8. Tryckverk enligt krav 7, kännetecknat av att matrisens (3) isolermaterial (17) är pålagt genom en förångningsmetod, t ex den metod som går under benämningen Parylene®-metod (Union Carbide) med ett skikt av ett polymermaterial, t ex poly-para-xylen, som pålagts i en skikttjocklek av mer än 2 pm, företrädesvis 5 - 10 pm för att isolera ett elektriskt fält av +25O V mellan tonerframmatningsrullen (1) och matrisens (3) styrring (9).

9. Tryckverk enligt något av föregående krav, kännetecknat av att laminatorskiktet (14) är utformat med genomgående hål med centrum överensstämmande med centrum för tonergenomsläppningshålen (8) i matrisen (3) och i styrringarna (9) och med en minsta diameter som är minst lika stora som ytterdiametern på styrringarna (9).

10. Tryckverk enligt krav 9, kännetecknat aviatt hålkanterna på de genomgående hålen i laminatorskiktet (14) är koniskt vidgade nedåt i riktning mot pappret (5), företrädesvis i en vinkel av 10-45°.