SE506484C2 - Tryckverk av toner-jet-typ med elektriskt skärmad matris - Google Patents

Description

506 484 10 15 20 25 30 35 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 + 1.500 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. Fältet har den största tätheten omedelbart ovanför kopparringarna och avtar i täthet från ringkanten in mot centrum av hålet. Genom att minska potentialen på frammatnings- rullen och därmed öka potentialskillnaden mellan frammatningsrullen och matrisen kan man öka mängden nedsläppt toner; en ökning av potentialen på frammatningsrullen åstadkommer en motsvarande minskning av mängden nedsläppt toner.

Genom jordning av en kopparring i matrisen vänds potentialriktningen mellan frammatningsrullen från att ha varit +250 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. Vid normal skrift håller tonerframmatningsrullen en spänning av + 50 V, vilket ger en potentialskillnad till matrisen, som kan hålla +300 V, av +250 V mellan frammatningsrullen och matrisen. Detta ger över det nämnda avståndet av '0,1 mm en fältstyrka av 2,5 V/pm.

Avståndet mellan tonerframmatningsrullen och stödrullen är cirka 0,7 pm, och potentialskillnaden är + 1450 V. Detta ger en fältstyrka av 2 V/um 10 15 20 25 30 35 506 484 mellan undersidan på matrisen och pappret. Detta fält råder även ovanför matrisen och mellan kopparringarna och kommer att påverka tonern på frammatningsrullen på så sätt att tonerpartiklar kan släppa från frammatningsrullen och falla ned på matrisens ovansida. Så snart som tonerpartiklarna kommer fram till en ring som ärjordad (0 V) så hoppar tonerpartiklarna tillbaka till frammatningsrullen, och när de har passerat ringen så hoppar de tillbaka ned mot matrisen igen.

Det kan också inträffa att toner som befinner sig ovanför en ledare till en kopparring när denna växlar från 0 V till +30O V kan komma att sugas ned mot ovansidan på matrisen och hållas fast där, vilket kan leda till att annan toner hindras att matas in i matrishålet i centrum av kopparringen.

Toner som hoppar upp och ned mellan frammatningsrullen och ovansidan på matrisen hindrar flödet av toner förbi skrivzonen, och den hoppande tonern kommer ofta även att avladdas eller kan t o m komma att växla laddning till icke önskvärd positiv laddning. Dessutom håller en viss andel av tonerpartiklarna normalt fel potential, vanligen 2-4 % av tonerpartiklarna, och sådana felaktigt laddade tonerpartiklar sugs ofta ned såväl på ovansidan som på undersidan av matrisen.

Denna uppfinning avser att lösa problemet toner som hoppar mellan tonerframmatningsrullen och matrisen genom att ett tunt skyddande metallskikt appliceras på matrisens ovansida. Detta skyddsskikt utformas med hål motsvarande ytterdiametern på kopparringarna, och det ges samma potential som på tonerframmatningsrullen, t ex + 50 V. Skyddsskiktet kan vara 20-30 pm tjockt och det limmas fast på matrisens ovansida.

Skyddsmetallskiktet tjänar som en elektrisk skärm mellan frammatningsrullen och matrisen och dennas elektriska ledare.

Det är viktigt att skyddsskiktets hål har en diameter som är minst samma som ytterdiametern på kopparringarna, eftersom det annars skulle riskera att skärma av fältet mellan frammatningsrullen och kopparringarna.

För att inte materialet mellan skyddsskiktets hål skall bli alltför klent utformas matrisen lämpligen med kopparringarna ovanpå matrisstommen och med innerdiameter på kopparringen samma som diametern på matrisens genomsläppningshål, varvid kopparringen skulle kunna utnyttjas maximalt för att förflytta toner från frammatningsrullen, genom matrisen och ned till pappret.. Vid en matris med ett genomsläppshål av cirka 190pm kan kopparringarna ha en ytterdiameter av t ex 250 pm, och i sådant fall kan 506 484 10 15 20 25 30 35 hålen i skyddsskíktet lämpligen ges en diameter av 250 pm.

Om man använder magnetisk frammatningsrulle och toner så måste skyddsskíktet vara av ett omagnetiskt material såsom rostfritt stål, berylliumkoppar, hård nickel, mässing, aluminium eller annat hårt omagnetiskt material.

För att eliminera risken för överslag mellan frammatningsrullen och matrisen kopparring och mellan kopparringen och stödrullen måste därför matrishålringen isoleras. Detta kan åstadkommas genom att hela matrisen beläggs, t ex genom en förångningsmetod, med ett isoleringsmedel, vilket omsluter samtliga fria ytor och kanter av matris, matrishål, och skyddsskikt.

En tillgänglig metod är den metod som går under benämningen Pary|ene®- metod (Union Carbide), 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 av 2 pm för att isolera ett elektriskt fält av +250 V spänning mellan tonermatningsrullen och matrisens kopparring.

Uppfinningen skall nu beskrivas mer i detalj under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka figur 1 schematiskt och i perspektiv visar grundprincipen för ett tryckverk av toner-jet typ, och figur 2 visar i förstorad skala ett tvärsnitt genom ett tryckverk av toner-let typen enligt hittills känd teknik. Figur 3 visar ett tvärsnitt genom ett tryckverk enligt uppfinningen, och figur 4 visas i förstorad skala det i figur 3 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 tonermatris 3, och en under matrisen 3 monterad stödrulle 4 för ett mellan matrisen och stödrullen frammatat tryckobjekt, vilket normalt är ett papper 5.

I figur 2 visas schematiskt kan en del tonerpartiklar släppa från tonerframmatningsrullen och avsätta sig som avfallstoner 2a ovansidan av matrisen. Sådan avfallstoner hindrar en nedsläppning av toner genom matrisens tonernedsläppshål. Avfallstoner kan i vissa fall även avsätta sig på undersidan av matrisen, där tonern kan avsätta sig på tryckpappret 5 som 'störande bakgrundstoner.

Såsom visas i figur 3 är en tonerbehållare 6 anordnad ovanpå den roterbara frammatningsrullen 1, och från denna behållare 6 släpps toner ned 10 15 20 25 30 35 506 484 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 med en negativ polaritet, vilket gör att tonerpartiklarna sugs fast mot den positivt laddade frammatningsrullen.

Matrisen 3 är försedd med ett stort antal genomgående hål 8 för att vid öppnade hål släppa igenom toner. Hâlen kan ha en diameter av 100-300 pm, visst en viss utprovad matris en diameter av 190 pm. Runt varje tonerhål 8 är en elektriskt ledande ring 9 t ex av koppar för styrning av nedsläppet av tonerpartiklar anordnad. För att möjliggöra maximal nedsläppning av toner genom nedsläppshålet 8 är kopparringen monterad ovanpå matrisen med sin innerdiameter i linje med tonernedsläppshålet 8. Varje kopparring 9, eller styrring, är genom ledningar 10 elektriskt ansluten till ett i figur 2 schematiskt visat styrdon 1 1 för att alternativt pålägga kopparringen antingen 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 :tO 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 - + 50 = + 250 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 vänds potentialriktningen och det uppstår en uppåtriktad potentialskillnad av + 50 V, och tonerpartiklarna sugs tillbaka mot, respektive hålls kvar på tonerfram- matningsrullen 1. Såsom nämnts ovan kan emellertid tonerpartiklar lösgöras från tonermatningsrullen 1 och avsätta sig på matrisen, eller hoppa upp och ned mellan tonermatningsrullen 1 och matrisen.

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 'A+ 1500 V. Vid "öppnade" matrishål 8 uppkommer därigenom en nedåtriktad potentialskillnad av + 1200 V, och denna skillnad får toner-partiklar att från matrisen 3 sugas ned mot stödrullen 4. Tonerpartiklarna avsätter sig på det 5Û6 484 10 15 20 25 30 35 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.

Såsom antyds med de streckade linjerna i figur 3 kan matrisen 3 med fördel vara böjd i en båge vars axeln överensstämmer med rotationsaxeln för tonerframmatningsrullen 1. För att ytterligare stabilisera matrisen 3 och undvika sådana vibrationer att matrisen med sin undersida kommer i kontakt med pappret 5 kan den med sin undersida vara ihoplaminerad med ett (icke visat) metallskikt, vilket lämpligen också är inneslutet i ett isolerande skikt.

För att undvika överslag mellan tonermatningsrullen 1 och matrisen 3 och mellan matrisen 3 och stödrullen måste kopparringarna 9 ovanpå matrisen 8 vara isolerade. isoleringen kan åstadkommas genom att de elektriskt ledande kopparringarna 9 fixeras på lämpligt sätt ovanpå matrisstommen 11, t ex med hjälp av lim eller tejp, så att matrishålet 8 och kopparringen 9 med sin innerdiameter löper kant i kant. Därefter beläggs hela matrisen 3 med ett tunt isoleringsskikt 14 som täcker hela matrisen på ovan- och undersidorna och som även lägger sig över innerkanterna på såväl matrishålen 8 som kopparringarna 9. En sådan beläggning kan t ex ske genom en förångningsmetod med ett isoleringsmedel, vilket omsluter samtliga fria ytor av matris, matrishål och kopparringar. En tillgänglig metod är den metod som går under benämningen Parylene®-metod (Union Carbide), 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/um. Detta innebär att det skulle vara tillräckligt med en skikttjocklek på isolerskiktet 14 av endast 2 um 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 um. Redan med en så stor skikttjocklek på isolerings- 10 15 20 25 506 484 beläggningen som 10 pm där diametern på genomsläppshålet är 170 pm för en kopparring 9 med en innerdiameter av 190 um blir den specifika öppningsytan på hålet 8 för genomsläppning av toner genom matrisen så stor som 89,8%, och detta ger en stor 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.

För att eliminera problemet med att tonerpartiklar släpper från tonerframmatningsrullen 1 och avsätter sig på ovansidan, och i vissa fall även på undersidan av matrisen 3, eller att toner hoppar ned och upp mellan frammatningsrullen 1 och matrisen 3 anordnas ett skyddsskikt 15 av metall ovanpå matrisen. Skyddsskiktet måste vara av omagnetisk metall och kan utgöras av rostfritt stål, berylliumkoppar, hård nickel, mässing, aluminium eller annat hårt omagnetiskt material. Skyddsskiktet 15 är utformat med genomgående hål 16 motsvarande hålen 8 i matrisen och kopparringen 9. För att undvika att skyddsskiktet 15 bildar en elektrisk skärm gentemot kopparringarna 9 bör hålen 16 i skyddsskiktet 15 lämpligen vara minst lika stora som ytterdiametern på kopparringarna 9. Skyddsskiktet 15 ansluts via en ledning 17 till samma spänning som på tonerframmatningsrullen, i det beskrivna exemplet till en spänning av + 50 V. Genom att tonerfram- matningsrullen 1 och skyddsskiktet 15 har samma spänning och polaritet uppkommer inte något elektriskt fält mellan dessa delar, och det finns därigenom ingen kraft som strävar att rycka loss tonerpartiklar från frammatningsrullen. Det av samma skäl inte heller nödvändigt att skyddsskiktet är isolerat. 506 484 10 15 HÄNVISNINGSSIFFROR 1 tonerframmatningsrulle 2 tonerskikt 3 tonermatris 4 stödrulle 5 papper 6 tonerbehållare 7 doktorblad 8 tonernedsläppshål 9 kopparríng 10 ledning (för 9) 1 1 Styrdon 1 2 värmevalsar 1 3 matrisstomme 14 isoleringsskikt 1 5 skyddsskikt 16 hål 1 7 ledning

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 506 484 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 +1500V), 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 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, kännetecknad av - att matrisen (3) på sin ovansida uppbär en elektrisk skärm i form av ett skyddsskikt (15) utformat med genomgående hål (16), - vilka hål (16) har en diameter som är åtminstone samma som ytterdiametern på (8) styrringarna (9), - av att av skyddsskiktet (15) utgörs av omagnetisk metall, - och av att hela tonermatrisen (3) innefattande de elektriskt ledande styrringarna (9) är belagda på såväl ovansidor som hålkanter med ett elektriskt isolerande skikt (14).

2. Tryckverk enligt krav 1, kännetecknat av att det metalliska skyddsskiktet (15) är av hård metall och kan utgöras av t ex rostfritt stål, berylliumkoppar, hård nickel, mässing, aluminium.

3. Tryckverk enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att skyddsskiktet (15) håller en spänning som är väsentligen samma som spänningen på tonerframmatningsrullen (1 ).

4. Tryckverk enligt något av föregående krav, kännetecknat av att innerdiametern på varje tonerstyrring (9) i matrisen (3) har åtminstone tillnärmelsevis samma diameter som nedsläppshålet (8) i tonermatris- stommen (13). 506 484 10 15 10

5. Tryckverk enligt krav 4, kännetecknat av att varje elektriskt ledande tonerstyrring (9) är fixerad direkt-ovanpå tonermatrisstommen (13) med innerdiametern på tonerstyrringen (9) kant i kant med tonerhålet (8) i matrisen (3).

6. Tryckverk enligt krav 1, kännetecknat av att det elektriskt isolerande skiktet utgör ett skikt (14) av ett polymermaterial, t ex poly-para- xylen, som pålagts i en mycket väl kontrollerad skikttjocklek.

7. Tryckverk enligt krav 5 eller 6, kännetecknat av att matrisens (3) isolermaterial (14) år pålagt genom en förångningsmetod, t ex den metod som går under benämningen Parylene®-metod (Union Carbide).

8. Tryckverk enligt krav 5, 6 eller 7, kännetecknat av att det elektriskt isolerande skiktet (14) har ett elektriskt nedbrytningsmotstånd v cirka 200 V/ pm och är pålagt i en skikttjocklek av mer än 2 pm, företrädesvis 5 - 10 pm för att isolera ett elektriskt fält av + 250 V mellan tonermatnings-rullen ( 1) och matrisens (3) styrring (9).

9. Tryckverk enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att matrisen (3) är böjd i en båge vars axel överensstämmer med rotationsaxeln för tonerframmatningsrullen, och att matrisen på sin mot pappret (5) vända sida har ett stabiliserande metallskikt.