DE19703187A1 - Elektrostatisches Druckverfahren und Vorrichtung mit einem Kontaktborsten enthaltenden Bebilderungskopf - Google Patents
Elektrostatisches Druckverfahren und Vorrichtung mit einem Kontaktborsten enthaltenden BebilderungskopfInfo
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Description
Die Erfindung betrifft im allgemeinen elektrothermisches Drucken und im besonderen ein
Kontaktverfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen einer elektrostatischen Ladung
auf einen Bildträger.
Bei den in den US-Patenten Nr. 5,325,120 und Nr. 5,406,314 beschriebenen
elektrothermischen Drucktechniquen, auf welche hier Bezug genommen wird, werden
elektrostatische Ladungen auf die leicht farbabstoßende Aufzeichnungsfläche eines
Bildträgers, um ein elektrostatisches Muster mit geladenen und ungeladenen Bereichen
zu formen, das einem elektronischen Bild entspricht und in eine sichtbare Form auf einem
Drucksubstrat umgesetzt wird. Durch die aufgebrachten Ladungen erzeugte
elektrostatische Felder überwinden die farbabstoßende Eigenschaft der
Aufzeichnungsfläche und ziehen Farbe auf die Aufzeichnungsfläche in Übereinstimmung
mit dem elektrostatischen Muster an. An jeder Stelle des Musters steht die
bereichspezifische Menge oder Dicke der von dem Farbreservoir auf die
Aufzeichnungsfläche übertragenen Farbe im Verhältnis zur lokalen Feldstärke. Durch den
Kontakt mit dem Drucksubstrat wird das entwickelte Bild vollständig von der
Aufzeichnungsfläche auf dieses übertragen, und die Aufzeichnungsfläche ist bereit für
erneutes Entwickeln oder Löschen des elektrostatischen Bildes.
Die gesamten Aufzeichnungsflächen der Bildträger, die in der Technologie der oben
genannten Bezugspatente verwendet wurden, bestehen aus dielektrischem Material. Die
aufgebrachten elektrostatischen Ladungen erzeugen geladene, pixelspezifische Bereiche
auf solchen Flächen. Eine andere Art Bildträger, die in den US-Anmeldungen
Nr. 08/467,200 und 08/469,323 beschrieben ist und auf welche hier Bezug genommen
wird, weist eine anisotropische Aufzeichnungsfläche auf, so daß aufgebrachte
elektrostatische Ladungen ungleichförmige, einem Pixel entsprechende Felder über der
örtlichen Aufzeichnungsfläche erzeugen. Die Verwendung von
Mikroplasma-Aufzeichnung zur Bildung des bildgerechten elektrostatischen
Ladungsmusters auf einem Bildträger ist mit jeder der beiden Arten von
Aufzeichnungsfläche verträglich. Obschon die Mikroplasma-Aufzeichnung eine effektive
und vielseitige Technique ist, bestehen bei ihrer Verwirklichung gewisse Nachteile. Hier
sind einige Beispiele genannt: Es sind hohe Spannungen erforderlich, um die
felderregenden Ionisierungselektroden zu aktivieren, die den Ionenstrom erzeugen,
welcher das elektrostatische Muster bildet; besondere Vorkehrungen müssen getroffen
werden, um Funkenerosion des Materials zu vermeiden, das für die Tunelle verwendet
wird, in denen die felderregenden Elektroden untergebracht sind; die erregenden
Elektroden benötigen Unterhaltenergie, um in Bereitschaft zu sein, auch wenn keine
Bildübertragung stattfindet. Durch diese Faktoren steigern sich die Betriebskosten eines
solchen Druckapparates.
Folglich ist es für einige Anwendungen wünschenswert, eine Bildaufzeichnungstechnique
anzubieten, die keine felderregenden Ionisierungselektroden erfordert.
Außerdem kann eine Direkt-Kontakt-Aufzeichnung mit elektrische Finger aufweisenden,
freischwebenden, metallenen Kontaktelementen, wie in den oben genannten
US-Anmeldungen ′200 und ′323 beschrieben, zu einer unvollkommenen Aufladung der
Aufzeichnungsfläche führen, die mikroskopisch gesehen ziemlich rauh sein kann. Ein
Grund hierfür ist, daß die steifen Kontaktelemente von der rauhen Fläche "abprallen"
können und nicht rechtzeitig zurückspringen, um für die gewünschte elektrische
Übertragung Kontakt herzustellen. Die darin beschriebenen metallenen Kontaktelemente
sind auch relativ spröde und können deshalb bei langzeitiger Verwendung brechen.
Bei der vorliegenden Erfindung werden flexible, leitfähige "Kontaktborsten" ("whiskers")
in dem Bebilderungskopf verwendet, die den Bildträger berühren und diesen aufladen,
wobei das pixelgerechte elektrostatische Muster darauf entsteht. Der Bebilderungskopf
der vorliegenden Erfindung ist der in dem oben erwähnten US-Patent Nr. 5,325,120
beschriebenen Mikroplasma-Aufzeichnungsvorrichtung ziemlich ähnlich, jedoch mit dem
folgenden wesentlichen Unterschied. In dem genannten Patent ist ein eine Anzahl von
Ionenstrahlensendern aufweisen der Bebilderungskopf beschrieben, wobei jeder dieser
Sender einen Pixelbereich auf der Aufzeichnungsfläche über einen Spalt hinweg auf der
Basis einer Spannungsdifferenz zwischen Bildträger und Bebilderungskopf auflädt. Der
Bebilderungskopf der vorliegenden Erfindung umfaßt jedoch eine Anordnung von
Matrizen oder Polstern mit einer einzigen oder einer Vielzahl von darauf befindlichen
Kontaktborste(n), welche auf einem leitfähigen Substrat fixiert sind. Jede der Matrizen
wird mit einer bildabhängigen Spannung beaufschlagt und überträgt die Ladung auf die
Aufzeichnungsfläche durch Gleitkontakt mit dieser.
Die Bedeutung des Begriffes "Kontaktborste" ("whisker") in diesem Dokument bezieht
sich auf einen Strang sehr starkes, sehr hartes, normalerweise Einkristallmaterial. Eine
Vielzahl von Kontaktborsten können in Verbindung mit gleichen, auf einem senkrecht
verlaufenden leitfähigen Substrat parallel angeordneten Strängen gebildet werden. Eine
Matrize kann eine einzige Kontaktborste oder vorzugsweise - um innerhalb eines
Pixelbereiches einen besseren Kontakt herzustellen - ein Bündel von Kontaktborsten
besitzen. Angesichts einer typischen Kontaktborste mit einem Durchmesser von ca.
2 Mikrometer kann solch ein Bündel in einem Bereich oder auf einem Polster von 50
Mikrometer im Quadrat so viel wie 100 Kontaktborsten enthalten, was einem typischen
Pixel auf der Aufzeichnungsfläche entsprechen würde. Die Kontaktborsten können mit
einem beliebigen bekannten Verfahren auf dem Gebiet der Materialbearbeitung gebildet
werden und aus einem von mehreren geeigneten Materialien, z. B. Wolfram oder
Graphit, bestehen. Außer einer hinlänglichen elektrischen Leitfähigkeit müssen
Kontaktborsten für einen Bebilderungskopf Flexibilität aufweisen und in ihrer
chemischen Zusammensetzung stabil sein.
Die Erfindung erweist sich in der Praxis als am vorteilhaftesten, wenn sie im
Zusammenhang mit einem Bildträger verwendet wird, deren Aufzeichnungsfläche
Bereiche von unterschiedlicher Leitfähigkeit aufweist, wie in den oben erwähnten
US-Anmeldungen ′200 und 323 beschrieben. Solch ein Bildträger kann eine
Massenelektrode umfassen, die bedeckt ist von einer dünnen dielektrischen Schicht mit
mehreren isolierten, leitfähigen Bereichen oder Inseln pro Pixelbereich auf der Fläche.
Der Kontakt der Aufzeichnungsfläche durch ein aufladendes Element erfolgt aufgrund
der Ungleichförmigkeit der Aufzeichnungsfläche und der Topografie der Kontaktborsten
nur an wenigen Stellen, so daß im allgemeinen während der Kontaktzeit eine sehr geringe
Ladung auf eine dielektrische Aufzeichnungsfläche von gleicher Gattung übertragen
werden würde, und die zwischen den geladenen und den angrenzenden ungeladenen
Bereichen erzeugten elektrischen Felder wären relativ schwach. Obschon eine
Anordnung von vielen Kontaktborsten die Bereichsabdeckung verbessern würde, könnte
die Wirksamkeit der Übertragung dieser schwachen Ladungen sogar für solch eine
Konfiguration begrenzt sein. Wenn jedoch die Aufzeichnungsfläche des Bildträgers
leitfähige Inseln umfaßt, ermöglicht selbst ein schwacher Kontakt nur einer
Kontaktborste mit einer leitfähigen Insel die Aufladung der gesamten Insel entsprechend
dem Potential der Kontaktborste nach einer Nanosekunden-Zeitskala. Auf solch einer
Aufzeichnungsfläche werden starke, ungleichförmige, jede Pixelposition abdeckende
elektrische Felder durch Randeffekte im Umkreis jeder leitfähigen Insel erzeugt. Diese
Felder erstrecken sich über der Aufzeichnungsfläche, sie werden jedoch mit zunehmender
Distanz von der Insel rasch schwächer. Die Feldstärke um jede Insel ist dann abhängig
von der bildgemäßen Spannung der Kontaktborste, welche die Ladung auf diese Insel
aufgebracht hat. Die bildgemäße Spannung für jede Kontaktborste ist so gewählt, daß die
Ansammlung der Feldstärken um jede Insel eine makroskopische Feldstärke über dem
Pixel ergibt, die eine der Graufstufenskala oder dem Farbwert entsprechende
Gleichförmigkeit an der korrespondierenden Stelle in dem elektronischen Bild aufweist.
Wenn eine derartig aufgeladene Aufzeichnungsfläche gegenüber einer Quelle eines
dielektrischen Entwicklungsmediums, vorzugsweise nicht geladener Farbe, plaziert ist,
erzeugen die elektrischen Felder durch dielektrische Polarisation ein elektrisches
dipolares Moment in dem Medium, und das Medium wird von den geladenen Bereichen
der Aufzeichnungsfläche dielektrophoretisch angezogen, und zwar in einer Menge, die
proportional zu den Stärken der jeweiligen Felder ist. Somit sammelt sich das
Entwicklungsmedium um jede Insel in einer Menge an, die sich gleichförmig mit der
Feldstärke an dieser Stelle erhöht, wobei das auf dem Bildträger aufgezeichnete
elektronische Bild entwickelt wird. Es können jedoch auch geladene Druckfarben
verwendet werden, so daß die geladene Farbe von der Aufzeichnungsfläche nach dem
Prinzip des Ladungsausgleichs angezogen wird. Obwohl es die Effektivität des
elektrischen Kontaktes zwischen den Kontaktborsten und den metallisierten Bereichen
auf der dielektrischen Fläche vermindern kann, können die dielektrischen wie auch die
leitfähigen Bereiche des Bildträgers mit einer farbabhäsiven Beschichtung versehen sein,
um zu gewährleisten, daß Farbe auf der Fläche in Übereinstimmung mit dem darauf
aufgebrachten bildgemäßen elektrostatischen Muster haftet, was bei der Übertragung der
Farbe auf das Drucksubstrat für eine scharfe Übersetzung des Bildes förderlich ist.
Die obigen Ausführungen zur vorliegenden Erfindung werden in der folgenden
detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten, nachstehend erklärten
Zeichnungen, weiter verdeutlicht.
Es zeigen:
Fig. 1 eine isometrische Ansicht eines Druckapparates mit einem
Bebilderungskopf gemäß vorliegender Erfindung;
Fig. 2 eine Ansicht des Bodens des Bebilderungskopfes für das
in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 eine Teilansicht entlang der Linie 5-5 in einem größeren Maßstab,
die den Bebilderungskopf der Fig. 2 in Verbindung mit einem
Bildträger zeigt;
Fig. 4 eine fragmentatische Teilansicht der bevorzugten Aufzeichnungsfläche;
Fig. 5A und 5B isometrische Ansichten eines Teils einer anisotropischen
Aufzeichnungsfläche mit leitfähigen Inseln, wobei Fig. 5B eine
vereinfachte Darstellung des Bebilderungskopfes der Fig. 2 und 3
umfaßt.
Es wird darauf hingewiesen, daß aus darstellerischen Gründen diese
Figuren nicht notwendigerweise nach Maßstab gezeichnet sind.
Fig. 1 zeigt den erfindungsgemäßen Druckapparat mit einem drehbaren Papierzylinder 10
als Träger für ein Drucksubstrat, wie z. B. eine Papierbahn W. Parallel zum Zylinder 10
ist ein Bildträger 12 derart angeordnet, daß sich die Bahn W durch den zwischen dem
Zylinder 10 und dem Bildträger 12 gebildeten Spalt bewegt. Am Umfang des
Bildträgers 12 sind folgende Komponenten angeordnet: ein elektronischer
Bebilderungskopf 14 mit Kontaktborsten enthaltenden Aufladeelementen, ein
Farbkopf 16, der eine dielektrische, elektrisch neutrale Farbe auf den Bildträger 12
aufträgt, eine von dem Zylinderspalt zwischen dem Bildträger 12 und dem Farbkopf 16
gebildete Farbübertragstation 18, und einen Löschkopf 22, wobei die Funktionen all
dieser Komponenten durch eine Steuereinheit 24 gesteuert werden.
Die Steuereinheit 24 empfängt Inputsignale in Form eines digitalen Datenstroms, welcher
die Graustufenskala oder Farbwerte eines letztendlich auf der Bahn wiederzugebenden
Bildes darstellt. Im Falle einer Mehrfarben-Druckmaschine stellt Fig. 1 ein Druckwerk
zum Drucken einer Einfarben-Komponente oder Signatur eines Originaldokuments, d. h.
der Cyan-Komponente dar. Für eine Vierfarben-Druckmaschine würden sich drei weitere
Druckwerke stromabwärts des Zylinders 12 befinden, welche die anderen
Farbkomponenten drucken, nämlich Magenta, Gelb und Schwarz, wie dies z. B. in dem
US-Patent Nr. 4,792,860 gezeigt ist, auf welches hier Bezug genommen wird. Alternativ
könnte die Druckmaschine der Fig. 1 modifiziert sein und ein Mehrfarben-Farbwerk
umfassen, das alle Vierfarben-Signaturen separat druckt, wie dies z. B. in dem oben
genannten US-Patent Nr. 5,325,120 beschrieben ist.
Die Daten, welche die verschiedenen Farbkomponenten eines farbigen Originals
darstellen, werden dem Apparat fortlaufend in Gruppen zugeführt. Das System kann
beispielsweise die Daten in der Reihenfolge von Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz
empfangen. Vorzugsweise ist der Steuereinheit 24 ein Massenspeicher 24a zugeordnet,
um die für den Betrieb des Apparates benötigten, relativ umfangreichen Daten zu
speichern.
Um auf die Bahn W zu drucken, steuert die Steuereinheit 24 den Bebilderungskopf 14 in
einer Weise, daß während der Umdrehung des Bildträgers 12 der Bebilderungskopf 14
elektrostatische Bilder entsprechend mindestens einer der in dem Inputdatenstrom
dargestellten Farbkomponenten auf die Aufzeichnungsfläche 12a des Bildträgers 12
aufzeichnet.
Der Farbkopf 16 kann dem in den oben genannten US-Patenten Nr. 4,792,860 und
Nr. 5,325,120 beschriebenen ähnlich sein und trägt thermoplastische Farbe, die aus in
einem Bindemittel dispergierten Pigmentpartikeln einer der vier Druckfarben besteht, in
einem geschmolzenen Zustand auf. Die Aufzeichnungsfläche 12a des Bildträgers kann
mit einem leicht farbabstoßenden Material dünn beschichtet sein, so daß die Farbe nicht
die Neigung hat, auf der Oberfläche des Bildträgers zu haften, außer auf den Stellen, die
durch den Bebilderungskopf 14 aufgeladen sind. Wenn z. B. ein Cyan-Bild auf den
Bildträger 12 aufgezeichnet wird, wird der Farbkopf 16 Cyan-Farbe auftragen. Wenn
sich also das elektrostatische Bild auf der Aufzeichnungsfläche 12a an dem Farbkopf 16
vorbeibewegt hat, dann wird die von dem Farbkopf 16 gespendete Cyan-Farbe 16 von
den geladenen Bereichen dieses Bildes aufgenommen, so daß sich ein Cyan-Bild auf der
Aufzeichnungsfläche 12a des Bildträgers 12 entwickelt. Wie in den oben genannten
US-Patenten ′860 und ′120 beschrieben, wird der Bildträger 12 beheizt, um die Farbe in
einem geschmolzenen Zustand auf der Aufzeichnungsfläche 12a zu erhalten, wo sie auf
den geladenen Bereichen der Fläche haftet.
Wie im folgenden noch ausführlich beschrieben sein wird, sind die Mengen der durch die
geladenen Bereiche auf der Aufzeichnungsfläche 12a aufzunehmenden Farbe
proportional zu der Intensität der elektrischen Felder, die von diesen geladenen
Bereichen ausgeht. Diese Variation der Feldintensität über dem Bild auf der
Aufzeichnungsfläche 12a begünstigt die Wiedergabe einer vollen Graustufenskala.
Bei weiterer Umdrehung des Bildträgers 12 bewegt sich der entwickelte Teil des Bildes
auf der Aufzeichnungsfläche 12a zur Farbübertragstation 18 fort, die von dem Spalt
zwischen den Zylindern 10 und 12 gebildet wird. Die Steuereinheit 24 steuert die
Position des Bildes auf dem Bildträger 12, so daß, wenn dieses Bild entwickelt ist und
sich durch den Spalt fortbewegt hat, es auf die entsprechende Stelle auf der Bahn W
übertragen wird. Die Übertragung der Farbe von der Aufzeichnungsfläche 12a zur
Bahn W an der Übertragstation 18 ist total, weil die Übertragung thermodynamisch
durch Phasenumwandlung erfolgt, d. h. die Farbe verändert sich von einem flüssigen
Heißschmelzzustand in einen festen Zustand an der Kontaktlinie der
Aufzeichnungsfläche 12a mit der relativ kühlen Bahn W.
Die geladenen Bereiche der Aufzeichnungsfläche 12a, welche jetzt ohne Farbe sind,
werden an der Löschstation 22 vorbeibewegt. Diese Station enthält eine Einrichtung, wie
z. B. ein ultraviolettes Licht, um die Aufzeichnungsfläche 12a leitfähig zu machen, so
daß sich die darauf aufgebrachten Ladungen zerstreuen. Somit ist die
Aufzeichnungsfläche 12a vollständig entladen, wenn sie die Station 22 verläßt und auf
erneute Bebilderung durch den Bebilderungskopf 14 bei der nächsten oder folgenden
Umdrehung des Bildträgers 12 vorbereitet. Mittlerweile wird ein eine Farbkomponente
darstellendes Bild, z. B. die Cyan-Komponente des Originalbildes, auf die Bahn W
gedruckt sein.
Der in Fig. 1 gezeigte Apparat unterscheidet sich von den in den oben angeführten
Patenten beschriebenen Druckapparaten hauptsächlich durch zwei seiner Bestandteile,
nämlich den Bebilderungskopf 14 und den Bildträger 12. Bei der vorliegenden Erfindung
umfaßt der Bebilderungskopf 14 eine Reihe von Kontaktborsten-Matrizen
(Aufladeelementen) mit jeweils mindestens einer Kontaktborste, die so angeordnet sind,
daß sie die Aufzeichnungsfläche 12a des Bildträgers 12 federnd kontaktieren. Die
Steuereinheit 24 veranlaßt das Aufbringen von bildabhängigen Spannungen auf die
verschiedenen Kontaktelemente in dem Moment, wenn sie sich gegenüber jeweiligen
Pixelbereichen der Aufzeichnungsfläche befinden.
Die Fig. 2 und 3 zeigen dem Kontaktborsten-Bebilderungskopf 14 im Detail. Eine
Unterlage 40 aus Isoliermaterial erstreckt sich entlang der vollen Breite des
Bildträgers 12. Auf der Unterlage 40 sind eine Reihe distinkter, leitfähiger, dünner
Zuleitungsfilme 42 aufgebracht, wobei jeder als Spannungsleitung zur Steuereinheit 24
für eine Matrize oder ein Polster 44 leitfähiger Kontaktborsten 46 dient; somit ist eine
Einrichtung zur Aufladung der Matrize 44 in Übereinstimmung mit dem elektronischen
Bild geschaffen. Diese Filme können z. B. durch Ätzen einer auf die Isolierunterlage 40
aufgebrachten kontinuierlichen Metallschicht gebildet werden. Jede
Kontaktborsten-Matrize 44 umfaßt ein leitfähiges Substrat 44a, das mit seinem
jeweiligen Zuleitungsfilm 42 und einer Anordnung von daran gebildeten
Kontaktborsten 46 in elektrischer Verbindung steht. Der Fußabdruck einer jeden
Kontaktborstenanordnung entspricht der Fläche eines Pixelbereiches und wird von
diesem in dem Bild bestimmt. Der Teil eines Zuleitungsfilms 42, welcher nicht von einem
Substrat bedeckt ist, wird durch eine Isolierschicht 48 geschützt. Die durch die
Umdrehung des Bildträgers 12 auf dem Bebilderungskopf 14 entstandene Gleitkraft wird
durch einen Gleitschuh 50, der während eines Bebilderungsvorgangs auf der
Aufzeichnungsfläche 12a des Bildträgers 12 entlanggleitet, absorbiert.
Die Flexibilität der Kontaktborsten 46 gewährleistet einen sanften mechanischen Kontakt
mit der Aufzeichnungsfläche, wenn der Bildträger sich an dem Bebilderungskopf 14
vorbeibewegt. Experimente mit Kontaktborsten aus Graphit haben gezeigt, daß eine
starke elektrostatische Anziehung zwischen einer Kontaktborste und der
Aufzeichnungsfläche 12a eines Bildträgers, der eine im folgenden beschriebene
Grundlage aufweist, herrscht. Vorausgesetzt, daß die Aufzeichnungsfläche 12a frei von
Staub oder chemischen Rückständen oder dicken Isolierfilmen ist, werden die
Kontaktborsten nicht abprallen und auch nicht verfehlen, einen engen Kontakt mit der
Aufzeichnungsfläche herzustellen. Die durch die auf die Aufzeichnungsfläche 12a
aufgebrachten Aufladungen auf eine flexible Kontaktborste ausgeübte elektrostatische
Anziehungskraft biegt die Kontaktborste in Richtung der Aufzeichnungsfläche ab,
wodurch der elektrische Kontakt gefördert wird.
Die Kontaktborsten, bestehend aus einem starken, sehr harten, normalerweise
Einkristall-Material, erstrecken sich gewöhnlich senkrecht von dem leitfähigen
Substrat 44a herab, wie in Fig. 3 gezeigt. Die Kontaktborsten können mit beliebigen
bekannten Verfahren auf dem Gebiet der Materialbearbeitung gebildet sein, einschließlich
der Verfahren, die z. B. in D. Stewart und P. Wilson, "Recent developments in broad
area field emission cold cathodes", Vacuum, Vol. 30 No. 11/12, und H. E. Cline,
"Multineedle Field Emission from the Ni-W Eutectic", Journal of Applied Physics,
Vol. 41, No. 1 (Jan. 1970), beschrieben sind, worauf hier Bezug genommen wird. Die
Kontaktborsten können aus einem beliebigen geeigneten Material, wie z. B. Wolfram
oder Graphit bestehen. Außer einer hinreichenden elektrischen Leitfähigkeit müssen
Kontaktborsten zur Verwendung in einem Bebilderungskopf Flexibilität aufweisen und in
ihrer chemischen Zusammensetzung stabil sein.
Im Gegensatz zu den in den oben genannten US-Patenten Nr. 5,325,120 und
Nr. 5,406,314 beschriebenen Bildträgern, weist der Bildträger 12 eine anisotropische
Aufzeichnungsfläche 12a auf, so daß sich die von dem Bebilderungskopf 14 während
eines Bebilderungsvorgangs empfangenen elektrischen Ladungen auf der
Aufzeichnungsfläche 12a ungleichförmig verteilen und dabei die elektrischen Felder
bilden, welche sich über der Aufzeichnungsfläche des Bildträgers erstrecken. Wenn also
der Bildträger 12 gedreht wird, um die ungleichförmig geladenen Bereiche gegenüber
dem Farbkopf 16 zu positionieren, nehmen diese durch den Prozeß der Dielektrophorese
Farbe von dem Farbkopf 16 auf. Das heißt, daß die Farbpartikel durch die
ungleichförmigen Felder auf der Aufzeichnungsfläche 12a polarisiert und von den
Bereichen auf der Zylinderfläche 12a angezogen werden, in denen die Felder am
stärksten sind, und zwar in sich gleichförmig mit den Feldstärken in diesen geladenen
Bereichen erhöhenden Mengen.
Wie am besten in den Fig. 1 und 4 dargestellt, besitzt der Bildträger 12 einen starren
Kern 60, der aus Stahl oder Aluminium sein kann. Vorzugsweise ist der Kern geschlitzt,
wie gezeigt, um sein Gewicht zu vermindern und zur Kühlung des Kerns Luft durch
diesen zirkulieren zu lassen. Der Kern 60 ist von einer Hülse 62 umgeben, die aus einem
Material besteht, das ein guter Wärme- und elektrischer Isolator ist, wie z. B. Keramik.
Auf die Oberfläche der Hülse 62 ist eine Schicht 64 von leitfähigem Material, wie z. B.
Kupfer, aufgebracht. Diese leitfähige Schicht dient als Grundlage für den Bildträger 12.
Über der Schicht 64 befindet sich eine dünne Schicht 66, z. B. mit einer Dicke von 1 µ,
aus einem dielektrischen Material mit einer sehr hohen elektrischen Widerstandsfähigkeit,
wie z. B. Stickstoffsilicid oder Aluminiumoxid. Die dielektrische Schicht 66 wird
anisotropisch gemacht, indem ein Muster leitfähiger Inseln 68 darauf geformt wird. Diese
Inseln sind von der leitfähigen Schicht 64 und voneinander elektrisch isoliert. Die
Inseln 68 können als auf die Flächen der dielektrischen Schicht 66 aufgebrachte winzige
leitfähige Punkte, Drähte oder Pfade ausgebildet sein. Es sind auch andere Verfahren
möglich, um die Schicht 66 anisotropisch zu machen, z. B. durch Einbetten von Metall in
die dielektrische Schicht, solange die Oberfläche Bereiche von unterschiedlicher
Leitfähigkeit aufweist. Obschon der Kontaktborsten-Bebilderungskopf vorzugsweise für
eine anisotropische Oberfläche verwendet wird, kann dieser auch Vorteile erbringen,
z. B. eine erhöhte Lebensdauer gegenüber einem Metallkontakt-Bebilderungskopf haben,
wenn er nur für eine einfache homogene dielektrische Oberfläche verwendet wird. In
Fig. 4 ist auch gezeigt, daß der Bildträger 12 mit einer sehr dünnen
Außenbeschichtung 72 eines abhäsiven Materials, wie z. B. Polytetrafluorethylen
(Teflon) - das farbabweisend ist - versehen sein kann. Diese abhäsive
Oberflächenbeschichtung 72 verhindert, daß Farbe auf nicht geladenen Bereichen der
Zylinderoberfläche 12a haftet und minimiert auch Farbabschmierung auf dieser
Oberfläche, sie kann jedoch die gewünschte Ladungsübertragung von den
Kontaktborsten zur Bildträger-Oberfläche verringern.
Fig. 5A zeigt die folgende mögliche Anordnung der Inseln 68 in einem Pixelbereich 70,
d. h. eine Anordnung in Spalten und Reihen als ein geradliniges Muster, z. B. 2 × 2 Inseln
pro Pixelbereich 70. Zum Zweck der besseren Darstellung sind diese Inseln 68 in den
Figuren relativ groß und weit voneinander beabstandet gezeigt. In Wirklichkeit können
die Inseln kleiner als 1 µ im Durchmesser und nur einige Mikrometer voneinander
beabstandet sein. Selbstverständlich können auch andere Muster verwendet werden. Die
Inselmuster für jeden Pixelbereich können regelmäßig wiederkehrend oder gänzlich
willkürlich angelegt sein. Jedoch sollten die Inseln 68 im Vergleich zu den
Bebilderungskopf-Kontaktborsten 46 von hinreichender Größe sein, um bei der
Bewegung des Bebilderungskopfes über jeden Pixelbereich 70 den erforderlichen
Kontakt zwischen den Kontaktborsten und der Aufzeichnungsfläche zu gewährleisten.
Fig. 5A zeigt die Zylinderoberfläche 12a ohne eine abhäsive Beschichtung.
Somit wird durch den Kontakt der gleitenden Kontaktborsten des Bebilderungskopfes 14
ein elektronisches Bild direkt auf eine anisotropische Aufzeichnungsfläche 12a des
Bildträgers 12 in der im folgenden beschriebenen Weise aufgezeichnet. Durch die an die
Kontaktborsten 46 angebrachten bildabhängigen werden die leitfähigen Inseln 68 der
Pixelbereiche 70 in Übereinstimmung mit den elektronischen Bildern aufgeladen. Fig. 5B
stellt das pixelgemäße Funktionieren des in den Fig. 2 und 3 gezeigten
Kontaktborsten-Bebilderungskopfes dar. Eine jeweilige Kontaktborste 46 kann ziemlich
klein sein, weil sie nur die korrespondierende Insel 68 für eine sehr kurze Zeit (im
Bereich von Nanosekunden) an einem Punkt zu kontaktieren braucht, um die leitfähige
Insel entsprechend der Spannung der korrespondierenden Kontaktborste 46 vollständig
aufzuladen. Von den Punkten aus bilden sich Feldlinien F in Querrichtung und ziehen
Farbe um die Punkte herum an. Das Bestehen der Inseln begünstigt somit die Effektivität
des Bildträgers 12 sehr, weil damit stärkere Felder erzeugt werden können als jene, die
durch schmale Linienkontakte 30 auf einer dielektrischen Oberfläche erzeugt werden.
Die Spannung um jeden Punkt herum liegt näher bei der Grundspannung (was für die
Erzeugung von Feldern mit hoher querlaufender Spannung wünschenswert ist), je dünner
die dielektrische Schicht 66 ist.
Wenn also die geladenen Bereiche des Bildträgers 12 an dem Farbkopf 16 vorbeibewegt
werden, so polarisieren die ungleichförmigen elektrischen Felder das
Entwicklungsmedium an jeder Punktposition und ziehen durch Dielektrophorese
Farbpartikel auf die Zylinderoberfläche 12a an, und zwar in einer sich mit der Ladung an
jedem Punkt gleichförmig erhöhenden Menge.
Es ist auch möglich, eine sich ungleichförmig verteilende Ladung auf die
Aufzeichnungsfläche 12a aufzubringen, und zwar indem innerhalb der Verweilzeit des
Aufzeichnungskopfes 14 in einem individuellen Pixelbereich die Aufzeichnungsspannung
zwischen Null und dem gewünschten Spannungsniveau durch mehrere Impulsgaben
angebracht wird. Eine bei 300 Hz angebrachte Wechselstromspannung bei einer
Bewegung der Bildträgeroberfläche mit einer Geschwindigkeit von 1 m/Sekunde wäre
geeignet, diese Impulse zu erzeugen.
Ein Druckorgan mit einer geladenen anisotropischen Oberfläche, wie oben beschrieben,
kann mit einem dielektrischen Medium oder einem beliebigen dielektrischen Material, das
eine dielektrische Konstante von < 1 aufweist, zusammenwirken. Obschon die
vorliegende Erfindung als in einem Druckapparat mit einer Druckstation, die
thermoplastische Farben zuführt, zu verwendende Erfindung beschrieben ist, können die
beschriebenen Druckkomponenten auch zur Aufnahme von nicht geladenen
dielektrischen Farben in festem Zustand und geladenen und nicht geladenen Tonern, die
als lose Ladung oder als Aerosol zugeführt werden, verwendet werden.
Somit kann erkannt werden, daß die obigen Ausführungen einen sehr vorteilhafter Schritt
für die Entwicklung und Herstellung von Farben für elektrothermisches Drucken
darstellen. Wie oben erwähnt, ist es denkbar, daß der Kontaktborsten-Bebilderungskopf
auch in Verbindung mit einem Bildträger, der eine einfache, gleichförmige dielektrische
Oberfläche aufweist, verwendet wird.
Bezugszeichenliste
10 Zylinder
12 Bildträger
12a Aufzeichnungsfläche
14 Bebilderungskopf
16 Farbkopf
18 Farbübertragstation
22 Löschkopf
24 Steuereinheit
24a Massenspeicher
30 schmale Linienkontakte
40 Isolierunterlage
42 Zuleitungsfilme / Aufladeelemente
44 Matrize, Polster
44a leitfähiges Substrat
46 Kontaktborsten
48 Isolierschicht
50 Gleitschuh
60 Kern des Bildträgers 12
62 Hülse
64 leitfähige Schicht
66 dünne Schicht aus dielektrischem Material
68 leitfähige Inseln
70 Pixelbereich
72 abhäsive Oberflächenbeschichtung
F Feldlinien
W Bahn
12 Bildträger
12a Aufzeichnungsfläche
14 Bebilderungskopf
16 Farbkopf
18 Farbübertragstation
22 Löschkopf
24 Steuereinheit
24a Massenspeicher
30 schmale Linienkontakte
40 Isolierunterlage
42 Zuleitungsfilme / Aufladeelemente
44 Matrize, Polster
44a leitfähiges Substrat
46 Kontaktborsten
48 Isolierschicht
50 Gleitschuh
60 Kern des Bildträgers 12
62 Hülse
64 leitfähige Schicht
66 dünne Schicht aus dielektrischem Material
68 leitfähige Inseln
70 Pixelbereich
72 abhäsive Oberflächenbeschichtung
F Feldlinien
W Bahn
Claims (20)
1. Vorrichtung zum Aufzeichnen eines mit einem elektronischen Bild
korrespondierenden elektrostatischen Musters, welche die folgenden Merkmale
umfaßt:
einen eine Aufzeichnungsfläche (12a) aufweisenden Bildträger (12), und einen Bebilderungskopf (14) zum Übertragen elektrostatischer Ladungen auf die Aufzeichnungsfläche (12a), wobei der Bebilderungskopf (14) eine Vielzahl von Kontaktborsten (46) für den Kontakt mit der Aufzeichnungsfläche (12) aufweist.
einen eine Aufzeichnungsfläche (12a) aufweisenden Bildträger (12), und einen Bebilderungskopf (14) zum Übertragen elektrostatischer Ladungen auf die Aufzeichnungsfläche (12a), wobei der Bebilderungskopf (14) eine Vielzahl von Kontaktborsten (46) für den Kontakt mit der Aufzeichnungsfläche (12) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung eine Farbübertragstation (18) zur Übertragung von Farbe auf
den Bildträger (12) umfaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Farbe eine ungeladene Farbe ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bildträger (12) eine leitfähige Schicht (64), eine über der leitfähigen Schicht
angebrachte dielektrische Schicht (66), und auf der dielektrischen Schicht (66)
angebrachte leitfähige Inseln (68) umfaßt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufzeichnungsfläche (12a) eine anisotropische dielektrische Oberfläche ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufzeichnungsfläche (12a) eine einfache dielektrische Oberfläche ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bebilderungskopf (14) eine Reihe von leitfähigen Polstern (44) mit jeweils
mindestens einer daran geformten Kontaktborste (46) umfaßt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß jedes Polster (44) eine Vielzahl von Kontaktborsten (46) aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß jedes Polster (44) einem auf die Aufzeichnungsfläche (12a) aufzuzeichnendes
Pixel entspricht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktborsten (46) aus Graphit oder aus Wolfram bestehen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bebilderungskopf (14) einen Gleitschuh (50) zum Kontaktieren der
Aufzeichnungsfläche (12a) umfaßt.
12. Vorrichtung zum Aufzeichnen eines mit einem elektronischen Bild
korrespondierenden elektrostatischen Musters, welche die folgenden Merkmale
umfaßt:
einen Bildträger (12) mit einer Aufzeichnungsfläche (12a), und einen Bebilderungskopf (14) zum Übertragen elektrostatischer Ladungen auf die Aufzeichnungsfläche (12a), wobei der Bebilderungskopf (14) für das Aufzeichnen auf die Aufzeichnungsfläche (12a) eine Reihe von Aufladeelementen (42) umfaßt, welche jeweils mindestens eine daran geformte Kontaktborste (46) aufweisen.
einen Bildträger (12) mit einer Aufzeichnungsfläche (12a), und einen Bebilderungskopf (14) zum Übertragen elektrostatischer Ladungen auf die Aufzeichnungsfläche (12a), wobei der Bebilderungskopf (14) für das Aufzeichnen auf die Aufzeichnungsfläche (12a) eine Reihe von Aufladeelementen (42) umfaßt, welche jeweils mindestens eine daran geformte Kontaktborste (46) aufweisen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung eine Farbübertragstation (18) zum Übertragen von Farbe auf
den Bildträger (12) umfaßt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Farbe eine ungeladene Farbe ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bildträger (12) eine leitfähige Schicht (64), eine über der leitfähigen
Schicht (64) angebrachte dielektrische Schicht (66), und auf der dielektrischen
Schicht (66) angebrachte leitfähige Inseln (68) umfaßt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufzeichnungsfläche (12a) eine anisotropische dielektrische Oberfläche ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufzeichnungsfläche (12a) eine einfache dielektrische Fläche ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß jedes Aufladeelement (42) eine Vielzahl von Kontaktborsten (46) aufweist.
19. Verfahren des Aufzeichnens eines Bildes auf eine Aufzeichnungsfläche, welches die
folgenden Schritte umfaßt:
- a) das Erstellen von digitalen Daten, die einem Bild entsprechen, welches letztendlich auf einem Drucksubstrat visuell darzugestellen ist;
- b) das Aufladen eines Bebilderungskopfes (14), welcher eine Vielzahl von Aufladeelementen (42) mit mindestens einer Konaktborste (46) aufweist, wobei der Bebilderungskopf auf der Basis der digitalen Daten aufgeladen wird; und
- c) das Anbringen der sich auf den Aufladeelementen (42) befindlichen Ladungen auf die Aufzeichnungsfläche (12a) durch Kontaktieren der Aufzeichnungsfläche (12a) mittels der Kontaktborsten.
20. Verfahren nach Anspruch 18, welches ferner die Schritte des Farbauftrags auf die
Aufzeichnungsfläche (12a) nach Anbringung der Ladungen umfaßt.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/593,598 US5812170A (en) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | Electrostatic printing method and apparatus employing a whisker write head |
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DE19703187A Withdrawn DE19703187A1 (de) | 1996-01-29 | 1997-01-29 | Elektrostatisches Druckverfahren und Vorrichtung mit einem Kontaktborsten enthaltenden Bebilderungskopf |
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KR (1) | KR970058928A (de) |
AU (1) | AU1236497A (de) |
DE (1) | DE19703187A1 (de) |
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- 1997-01-28 KR KR1019970002338A patent/KR970058928A/ko not_active Application Discontinuation
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AU1236497A (en) | 1997-08-07 |
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