DE2418632B2 - Verfahren und Vorrichtung zum elektrostatischen Drucken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrostatischen Drucken alphanumerischer oder Faksimile-Zeichen, bei dem zwischen einer Elektrodenanordnung und dem Aufzeichnungsträger steuerbare Impulse angelegt werden, wobei die Elektroden unter Anpreßdruck gegen den Aufzeichnungsträger anliegen und der Aufzeichnungsträger auf der den Elektroden abgewandten Seite mit einer Gegenelektrode verbunden ist.

Es sind elektrostatische Aufzeichnungsverfahren bekannt, die beispielsweise für schnelle und geräuscharme Drucker, für Kurvenschreiber oder für Faksimile-Geräte eingesetzt werden. Die bisher angewandten Prinzipien verwenden durchweg Elektrodenanordnungen, die in einem relativ losen Kontakt zum Aufzeichnungsträger, einem Spezialpapier mit einer dünnen, elektrisch isolierenden Deckschicht, stehen. Durch Anlegen einer ausreichend hohen Spannung von über V an die Elektrodenanordnung oder Teile derselben, kann zwischen diesen Elektroden und der Aufzeichnungsträger-Oberfläche eine elektrische Gasentladung gezündet werden, die zu einer bildmäßigen, elektrischen Aufladung der Isolierschicht des Spezialpapier führt. Ein nachfolgender Entwicklungsschritt, bei dem feinverteilte Farbteilchen an den Aufzeichnungsträger herangebracht werden, die nur an den geladenen Stellen haften bleiben, liefert ein sichtbares Bild. Ein solches Verfahren ist z.B. in der DE-OS 20 23 719 beschrieben.

Bedingt durch die Eigenschaften einer elektrischen Gasentladung läßt sich die erreichbare Auflösung eines derartigen Abbildungsverfahrens nicht beliebig steigern. Infolge des für die Gasentladung notwendigen Luftspaltes zwischen Elektrode und Aufzeichnungsträger-Oberfläche ergibt sich stets ein Ladungsbild, das gegenüber dem Elektrodenquerschnitt in gewissem Maße vergrößert ist. Die kleinsten mit einem solchen Verfahren erreichbaren Ladungsdurchmesser liegen bei einigen zehn bis hundert μιτι.

Ein weiterer Nachteil derartiger bekannter Anordnungen ist, daß die übertragene Ladungsmenge nach erfolgter Zündung der Gasentladung nicht mehr beliebig gesteuert werden kann, sondern durch die augenblicklichen, gegebenenfalls schwankenden Aufzeichnungsträger-Eigenschaften und Elektrodenkonfigurationen bestimmt ist. Da die Menge der abgelagerten Farbteilchen eine Funktion der übertragener; Ladungsmenge ist, kann eine kontrollierbare Erzeugung von verschiedenen Grautonwerten mit einem derartigen Verfahren nicht garantiert werden.

Weiterhin ist es aus dem Aufsatz von L Böhme »Eleklrographie und Magnetographic zur Klarschrifterzeugung« in der Zeitschrift »Neue Technik im Büro«, 2/1966, Seiten 46 bis 51 bekannt, daß die Erzeugung

eines Ladungsbildes auch noch möglich ist, wenn die Elektroden die isolierende Schicht des Aufzeichnungsträgers berühren. Diese Berührung kann aber nicht unter Druck erfolgen, da zur Gasentladung in jedem Falle eine Luftschicht vorhanden sein muß. Es hat sich herausgestellt, daß zur Gasentladung auch eine Luftschicht genügt, die allein durch die Rauhigkeit der Elektrodenoberfläche bestimmt wird. Auch genügt zur Gasentladung — bei den notwendig hoben Spannungen — bereits der Luftraum zwischen den Seitenwänden der Elektroaenspitzen und dem Aufzeichnungsträger (Funkenüberschlag).

Einer derartigen Vorrichtung zur elektrostatischen Aufzeichnung mittels Gasentladung mit direkter Berührung der Elektrodenspitzen mit dem Aufzeichnungsträger haften somit die o. a. Nachteile ebenfalls an.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine erheblich größere Auflösung ermöglicht und damit für eine elektrostatische Mikroaufzeichnung geeignet ist, und die außerdem in einfach kontrollierbarer Weise die Höhe der Aufladung eines Aufzeichnungsträgers zu variieren gestattet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die elektrostatische Aufladung während einer Relativbewegung erfolgt, daß die zwischen Elektroden und Gegenelektrode angelegte Spannung kleiner ist als die zur Zündung einer Gasentladung notwendige Spannung, wodurch die auf dem Aufzeichnungsträger aufgebrachte Ladungsdichte von dieser Spannung linear abhängig ist und die Schreibspurbreite nur durch die Berührungsflächen der Elektroden mit dem Aufzeichnungsträger bestimmt wird.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer Vorrichtung, mit der dieses Verfahren » durchgeführt werden kann, können den Unteransprüchen entnommen werden.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung findet somit keine Gasentladung statt, da einerseits die hierzu erforderliche hohe Spannung fehlt und andererseits ·»<> durch den hohen Anpreßdruck praktisch keine Luftschicht zwischen Elektrode und Aufzeichnungsträger vorhanden ist.

Im Hinblick auf den gewünschten hohen Anpreßdruck wird auf die DE-OS 21 54 157 hingewiesen, aus « der es bekannt ist, für die elektrostatische Aufzeichnung den Aufzeichnungsträger zwischen zwei Trommeln hindurch zu bewegen, wobei die eine Trommel die Elektroden enthält und die andere als Gegenelektrode dient. Da die Trommel mit den Elektroden zum Aufzeichnen auf den Aufzeichnungsträger abrollen muß und auf diesem nicht rutschen darf, muß der Aufzeichnungsträger durch die Gegentrommel gegen die Elektrodentrommel gepreßt werden. Die Bedeutung dieses Anpreßdruckes ist somit eine andere als der für das vorliegende Verfahren erforderliche Druck, der eine kapazitive Aufladung des Aufzeichnungsträgers durch Reibung bewirkt.

Weiterhin wird unter dem Begriff Gegenelektrode jede Art verstanden, einen Stromkreis zwischen dem Aufzeichnungsträger und der mit den Elektroden verbundenen Spannungsquelle zu schließen. So kann als Gegenelektrode die leitende Schicht des Aufzeichnungsträgers dienen oder ein nachgiebiges Widerlager, beispielsweise eine Flüssigkeit, bei der mindestens die zum Aufzeichnungsträger gewandte Oberfläche elektrisch leitend ist. AuCh entsprechend ausgebildete feste Widerlager können als Gegenelektrode dienen.

Gegenüber den bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur elektrostatischen Aufzeichnung hat das vorgeschlagene Verfahren wesentliche Vorteile:

Eine periodisch linienweise über den speziellen Aufzeichnungsträger bewegte und als Nadel ausgebildete Elektrode kann durch gesteuerte elektrische Impulse ein elektrostatisches Ladungsbild hoher Auflösung erzeugen. Infolge des Fehlens einer Gasentladung, die bei den bekannten Anordnungen unumgänglich ist, wird die Mindestgröße der aufladbaren Bereiche nur durch die während eines einzelnen Impulses unmittelbar berührte Fläche zwischen Elektrodennadel und Aufzeichnungsträger bestimmt Mit einer berührenden Nadeloberfläche von beispielsweise 5 μπι Durchmesser kann eine nur 5 μπι schmale Linie aufgezeichnet werden. Durch genügend kurze Impulse kann diese Linie in Abschnitte aufgeteilt werden, deren Länge noch kleiner als dieser Durchmesser ist, da im Zeitpunkt des Abschaltens der angelegten Spannung eine elektrische Entladung der dann noch von der Elektrodennadel berührten Fläche erfolgt Die Höhe der Aufladung richtet sich nur nach der Höhe der angelegten Spannung und ist dieser sogar direkt proportional. In Verbindung mit an sich bekannten Entwicklungsverfahren zur Sichtbarmachung elektrostatischer Ladungsbilder kann dann ein Bild erzeugt werden, bei dem verschiedene Teilbereiche eine unterschiedliche Schwärzung aufweisen.

Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß keine Übertragungsverzögerungen (Zündverzug) erfolgen, die bei Aufzeichnungen durch Gasentladung dagegen grundsätzlich auftreten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung in perspektivischer Ansicht,

F i g. 2 die Anordnung nach F i g. 1 im Schnitt,

F i g. 3 die Schreibstelle der Anordnung nach F i g. 1 in vergrößertem Maßstab,

F i g. 4 und 5 zwei Beispiele der für die Anordnung nach F i g. 1 vorgesehenen Synchronisierscheibe mit Justiereinrichtungen und

Fig.6 eine Anordnung nach Fig. 1, bei der mehrere Aufzeichnungsträger gleichzeitig bedruckt werden können.

Wesentlicher Bestandteil der Druckanordnung ist der für die Aufzeichnung rotierende Zylinder 1 mit einem Durchmesser von 60 mm. In diesem Zylinder 1 ist die Elektrodennadel 2 isoliert untergebracht, die für die Aufzeichnung mit einem elektrischen Signal angesteuert wird. Die Elektrodennadel 2 wird so justiert, daß ihre Spitze etwa 100 μπι aus der Oberfläche des Zylinders 1 herausragt.

Als Aufzeichnungsmaterial wird eine einseitig metallisierte Mylarfolie 4 verwandt. Diese Aufzeichnungsfolie 4 umschlingt den Zylinder 1 teilweise. Oie Größe des Umschlingungswinkels wird bestimmt durch die Führungs- bzw. Umlenkrollen 5 und 6. Der Umschlingungswinkel kann variiert werden im Bereich von 20° bis 80° durch Versetzen der Umlenkrollen. Während der Aufzeichnung bleibt der Aufzeichnungsträger 4 in stationärer Lage.

Von der Elektrodennadel 2 wird durch die Rotation (P') des Zylinders 1 eine zeilenweise Aufzeichnung auf dem Aufzeichnungsträger 4 erstellt. Der dabei notwendige Zeilenabstand wird durch eine gleichzeitige

Translationsbewegung (P) des Zylinders 1 erreicht. Für einen vorgegebenen Zeilenabstand stehen Rotationsund Translationsbewegung in einem festen Verhältnis zueinander. Der Antrieb für beide Bewegungen kann durch den Antriebsmotor 3 erfolgen. Für eine Variation des Zeilenabstandes sind entweder zwei getrennte Antriebe für beide Bewegungen oder aber eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses für Rotationsund Translationsbewegung erforderlich. Während einer Umdrehung des Zylinders 1 wird eine Punktreihe (bei alphanumerischer Aufzeichnung) bzw. eine Linie (bei Faksimile-Aufzeichnung) hergestellt. Wird die alphanumerische Aufzeichnung aus einer Matrixschrift mit einem 5x7 oder 7x9 Raster erstellt, so sind für die Erstellung einer vollständigen Zeile also 7 bzw. 9 Umdrehungen des Zylinders ί erforderlich.

Der Synchronisierimpuls für den Aufzeichnungsbeginn jeder Punktzeile bzw. Linie wird durch eine Schlitzscheibe 7 von einer photoelektrischen Abtastung 8 bzw. 8' gewonnen (Fig. 2). Diese Schlitzscheibe 7 ist in Fig. 1 nicht dargestellt und ist auf der Zylinderachse angeordnet.

Als Aufzeichnungsträger 4 wird eine dünne isolierende Folie mit sehr glatter Oberfläche verwendet. Die Rückseite dieser Folie trägt entweder einen elektrisch leitenden Überzug oder steht zumindest teilweise mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit in Kontakt. Innerhalb des in F i g. 2 dargestellten Aufzeichnungsbereiches gleitet die Elektrodennadel 2 auf der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 4 unter einem Druck von mehr als lOkp/cm². Während dieser Relativbewegung auf der Folie werden an die Elektrodennadel gesteuerte elektrische Impulse angelegt, deren Spannungsamplitude kleiner als die zur Zündung einer Gasentladung bei bekannten Anordnungen notwendige Spannung ist. In Luft unter Normalbedingungen darf diese Spannung nicht größer als etwa 350 V, zuzüglich des entstehenden Spannungsabfalles an dem Aufzeichnungsträger sein. Die auf den Aufzeichnungsträger hierdurch aufgebrachte Ladungsdichte ist direkt proportional zur angelegten Spannung, so daß eine kontrollierbare Grauwertdarstellung erreichbar ist. Zur Kompensation der tribo-elektrischen Aufladung zwischen der Elektrodennadel und dem Aufzeichnungsträger kann eine entsprechende Gleichspannung angelegt werden. Der Aufzeichnungsträger ist im Aufzeichnungsbereich frei eingespannt, d. h. er kann durch die mit relativ hohem Andruck geführte Elektrodennadel zur Rückseite hin ausweichen, ohne dabei von einer Unterlage behindert zu werden. Ist aus irgendwelchen Gründen ein solches Gegenlager erforderlich, so muß die Unterlage sehr nachgiebig sein, beispielsweise in Form einer Flüssigkeitsoberfläche.

Der Aufzeichnungsträger 4 wird im Einlaufbereich der Anordnung durch eine Löschstation 9 gezogen, in der vorhandene unterschiedliche Aufladungen der isolierenden Aufzeichnungsfläche gegenüber der leitenden Rückseite beseitigt werden. Nach erstellter elektrostatischer Aufzeichnung wird der Aufzeichnungsträger 4 schrittweise um den Betrag der Bogenlänge zwischen den Führungsrollen 5 und 6 weitertransportiert Im Auslaufbereich durchläuft der Aufzeichnungsträger 4 eine Entwicklungsstation 10, in der das latente Ladungsbild nach bekannten Verfahren entwickelt und damit sichtbar gemacht wird. Wird bei der Translationsbewegung (P) des Zylinders 1 ein Zeilenabstand gewählt, der der Breite der erzeugten Schreibspur entspricht, kann die Löschstation 9 entfallen. Durch geeignete Wahl einer kompensierenden Gleichspannung an den aufzeichnenden Elektrodennadeln 2 kann nämlich eine völlige elektrische Entladung des Aufzeichnungsträgers 4 erreicht werden. Durch die Rotationsbewegung (P') des Zylinders 1 ■; baut sich zwischen Zylinder 1 und Aufzeichnungsträger 4 ein Überdruck 4P auf (Fig. 3). Durch diesen Druck wird der Aufzeichnungsträger 4 im Aufzeichnungsbereich um einen konstanten Betrag a von der Zylinderoberfläche abgehoben. Dies ist notwendig, da

ίο dadurch die Aufzeichnungsfläche des Trägers nur von der Elektrodennadel 2 berührt wird. Die Anpreßkraft Pa der Elektrodennadel 2 auf den Aufzeichnungsträger 4 zur Erreichung eines definierten Gleitens der Elektrodennadel 2 über die Aufzeichnungsträgeroberfläche kann über die konstante Zugspannung T festgelegt werden. Durch diese freie Einspannung wird ein Verletzen des Aufzeichnungsträgers 4 durch die Elektrodennadel 2 vermieden.

Für die alphanumerische Aufzeichnung können mit der beschriebenen Anordnung Aufzeichnungen mit Punktfolgefrequenzen bis 2 MHz erstellt werden. Die Grenzen der Anwendung sind hier gegeben durch den mechanischen Aufbau und die Maximalfrequenz des elektrischen Verstärkers für die Ansteuerung des Stiftes.

Eine physikalische Grenze der Aufzeichnung wird dabei nicht erreicht. Die Punktfolgefrequenz ist abhängig von der Umfangsgeschwindigkeit des Zylinders und dem Punktdurchmesser bzw. dem Reduktionsfaktor für die Mikroaufzeichnung.

Eine höhere Aufzeichnungsgeschwindigkeit bei gleicher Drehzahl und Punktfolgefrequenz kann erreicht werden, indem auf dem Zylinder 1 mehrere Elektrodennadeln 2 in Rotationsrichtung (P') hintereinander untergebracht werden. Dadurch werden bei einer Umdrehung des Zylinders entsprechend der Anzahl der Elektrodennadeln mehrere Linien aufgezeichnet.

Für jede einzelne Elektrodennadel 2 wird für den Aufzeichnungsbeginn ein Synchronisiersignal erzeugt. Werden bei einer Umdrehung der Schlitzscheibe 7 mehrere Impulse gefordert, so ergeben sich bei Herstellung einer Scheibe 7 mit mehreren Schlitzen 11 Fertigungsabweichungen, und es erscheint sinnvoll, für hochgenaue Synchronisierungen mehrere Abtasteinrichtungen 8 bzw. 8' bei nur einem Schlitz 11 in der Scheibe 7 am Umfang anzuordnen, die dann unabhängig voneinander eingestellt werden können.

In Fig.4 ist eine Anordnung dargestellt, bei der der Abtastort mit einfachen mechanischen Mitteln verstellt werden kann, und zwar dergestalt, daß sich bei relativ groben Verschiebungen der Abtasteinrichtungen 8 bzw. 8' nur eine geringe Änderung des Abtastortes ergibt.

Für hochgenaue Synchronisierungen, bei denen der Synchronisierimpuls auf einige Winkelsekunden bzw. μίτι genau erfolgen muß, wird die Abtasteinrichtung 8 radial bzw. senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schlitzes 11 verschiebbar angeordnet. Der Schlitz 11 der Scheibe 7 (bzw. Platte 12 in Fig.5 für die translatorischen Bewegungen) oder aber die Abtastung 8 selbst wird schräg (γ) zum Drehmittelpunkt angeordnet, so

bo daß ein Verschieben der Abtasteinrichtung 8 nur eine kleine Änderung des Synchronisierpunktes hervorruft So ergibt z. B. bei einer Schlitzschräge von γ = 1° und ein Verschieben (P")der Abtasteinrichtung 8 um 0,2 mm eine Bildpunktverschiebung von

0,2 mm · tan 1° = 3,5 μπτ.

Ein Verschieben der Abtasteinrichtung 8 in Bewegungsrichtung des Schlitzes 11 um diesen Betrag wäre

nur schwer zu erreichen.

Bei der Erstellung einer Mikroaufzeichnung nach dem beschriebenen Verfahren ist es außerdem möglich, unabhängig von der Anzahl der Elektrodcnnadeln 2 gleichzeitig mehrere Duplikate herzustellen, und zwar sowohl für alphanumerische wie für Faksimile-Aufzeichnung. Dabei umschlingen mehrere Aufzeichnungsträger 4 segmentweise den Zylinder 1 (in F" i g. 6 z.B. 4 Aufzeichnungsträger). Dabei werden die Elektrodennadeln 2 gleichzeitig mit demselben Informationssignal

angesteuert.

Durch eine Ansteuerung der einzelnen Elektrodennadeln 2 mit Schleifkontakten 13 für die einzelnen Aufzeichnungssegmente 14 können weiterhin mit den

•■ι zugeordneten Informationsquellen Ii ... I₄ mehrere verschiedenartige Mikroaufzeichnungen in den Aufzeichnungsbereichen I ... IV gleichzeitig erstellt werden. Die Elektrodennadeln 2 stehen dabei in elektrischem Kontakt mit den ihnen zugeordneten

in Aufzeichnungselementen 14.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum elektrostatischen Drucken alphanumerischer oder Faksimile-Zeichen, bei dem zwischen einer Elektrodenanordnung und dem Aufzeichnungsträger steuerbare Impulse angelegt werden, wobei die Elektroden unter Anpreßdruck gegen den Aufzeichnungsträger anliegen und der Aufzeichnungsträger auf der den Elektroden abgewandten Seite mit einer Gegenelektrode verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatische Aufladung während einer Relativbewegung erfolgt, daß die zwischen Elektroden und Gegenelektroden angelegte Spannung kleiner ist als die zur Zündung einer Gasentladung notwendige. Spannung, wodurch die auf dem Aufzeichnungsträger aufgebrachte Ladungsiiichte von dieser Spannung linear abhängig ist und die Schreibspurbreite nur durch die Berührungsflächen der Elektroden mit dem Aufzeichnungsträger bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufzeichnungsträger (4) eine Folie mit sehr glatter Oberfläche verwendet wird, deren Rückseite elektrisch leitend ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger durch die mit relativ hohem Andruck anliegenden Elektroden (2) leicht ausgebeult wird, ohne dabei von einem Gegenlager behindert zu werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine tribo-elektrische Aufladung zwischen Elektrode und Aufzeichnungsträger durch Anlegen einer entsprechenden Gleichspannung an die Elektrode (2) kompensiert wird. J5

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2) in einem rotierenden Zylinder (1) angeordnet sind und geringfügig auf dessen Mantelfläche hervorragen und daß der Aufzeichnungsträger (4) den Zylinder (1) feilweise umschlingt

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Elektrode (2) vorgesehen ist und daß der Zylinder eine Rotations- und Translationsbewegung ausführt.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Elektroden (2) auf dem Zylinder (1) angeordnet sind, die in Richtung der Rotationsbewegung hintereinander seitlich versetzt sind.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger (4) den Zylinder (1) bis zu einem Winkelbereich von etwa 80° umschlingt.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (1) von mehreren Aufzeichnungsträgern (4) umschlungen wird, die in Richtung der Rotationsbewegung hintereinander liegen, und daß die so gebildeten Aufzeichnungsbereiche (I bis IV) getrennt ansteuerbar sind.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Synchronisierung zwischen der impulsweisen Anschaltung der Elektroden (2) und der Rotationsbewegung des Zylinders (I) eine optisch abtastbare Schlitzscheibe (7) vorgesehen ist, deren zugeordneten Abtasteinrichtungen (8) radial verschiebbar sind.