DE2541367C2 - Vorrichtung zum elektrostatischen Drucken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrostatischen Drucken alphanumerischer oder Faksimile Zeichen, bei der die elektrostatische Aufladung während einer Relativbewegung erfolgt und bei der die zwischen den Elektroden und der 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, und bei der die Elektroden in einem rotierenden Zylinder angeordnet sind und geringfügig aus dessen Mantelfläche hervorragen und der Aufzeichnungsträger den Zylinder teilweise umschlingt nach Patent 24 18 632.

Die Aufzeichnungsqualität des im Hauptpatent beschriebenen Verfahrens hängt wesentlich von der Ausgestaltung und dem Material der aufzeichnenden Elekrodennadeln ab. Insbesondere, da einerseits die Elektrodennadeln unter Druck auf dem Aufzeichnungsträger gleiten und andererseits beim Einsatz der Mikroaufzeichnungsvorrichtung in der mittleren Datentechnik eine hohe Aufzeichnungsleistung bis zu ca. 30 Bilder zu 10* Bildpunkten pro Minute einwandfrei erreicht werden muß.

Aus diesen Gründen muß die Spitze der Elektrodennadel innerhalb einer tolerierbaren Verschleißspanne eine große Verschleißfestigkeit aufweise» und aus einem Material mit fehlerarmen molekularen Gefüge bestehen. Außerdem muß ihr elektrischer Widerstand

ίο ausreichend klein sein und die Berührungsfläche mit dem Aufzeichnungsträger darf nicht durch Verschleißerscheinungen aufgerauht werden.

Die den Anforderungen genügenden Eigenschaften, vie große Verschleißfestigkeit und feine Gefügestruk tür, werden bekannterweise von Materialien wie Saphir und Diamant in an sich befriedigendem Maße erbracht Sie sind allerdings wegen ihres sehr großen spezifischen elektrischen Widerstandes nicht geeignet Andere technische Hartstoffe wie Hartmetall und nitrierte bzw. boricrte Stähle weisen geeignete elektrische Eigenschaften auf, haben aber aufgrund eines polykristallinen oder Mischkristall-Gefüges nicht die wünschenswert große Verschleißfestigkeit Die Verschleißfläche zeigt aus diesem Grunde auch eine nicht tragbare Rauhigkeit Alle genannten Materialien zeigen zwar jeweils in einem oder einigen Teilaspekten eine hinreichende Eignung, in den restlichen hingegen graduell unterschiedlich geminderte Eignung. Sie erfüllen damit in der Gesamtheit der geforderten Eigenschaften nicht die

Bedingungen zur Lösung des Problems.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Vorrichtung nach dem Hauptpatent zu verbessern und eine Anordnung einer Elektrodennadel und ein Material für ihre Realisierung anzugeben, die eine ausreichende Betriebs dauer gewähren, wobei der Verschleiß eine zulässige Spanne nicht überschreiten darf und innerhalb der die Aufrechterhaltung der elektrischen sowie mechanischen Eigenschaften und der Aufzeichnunfe.:.geometrie für das Drucken von verletzungsfreien, gut geformten und gleichmäßig aufgeladenen Ladungsbildern in tolerierbarem Maße gewährleistet sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Elektrodennadel ein aus einem elektrisch leitfähigen Kristall hergestellter Whisker dient, der in einem metallischen Halter elektrisch leitend eingesetzt ist. Ein solcher an sich bekannter Whisker weist von seinem kristallinen Aufbau her als annähernd idealer Einkristall maximale Verschleißfestigkeit und beste Gefügeeigenschaften auf. Besonders geeignet sind zylinderförmige oder prismatische Whisker mit der erforderlichen Leitfähigkeit, z. B. aus Siliziumkarbid, das sich durch große Verschleißfestigkeit auszeichnet. Diese Whisker haben auf ihrer ganzen Länge einen konstant runden oder quadratischen Querschnitt der geeigneten klein sten Abmessungen. Das Material weist einen ausrei chend niedrigen spezifischen Widerstand auf, der sich durch Dotierung mit geeigneten Elemnten (z. B. Stickstoff) auf für den Anwendungsfall günstige Werte einstellen läßt.

Durch die hohe Verschleißfestigkeit bleibt die ursprüngliche Aufzeichnungsgeometrie im Verlauf der Betriebsdauer im wesentlichen unverändert. Insbesondere bleibt auch bei dem Abtrag, allerdings nur allerkleinster Materialteilchen, die sehr glatte Beriih rungsfläche der Elektrodennadelspitze mit dem Auf zeichnungsträger während der Betriebsdauer erhalten, so daß einerseits die Aufzeichnungsqualität erhalten bleibt und andererseits der Aufzeichnungsträger nicht

beschädigt wird. Aufgrund des geringen elektrischen Widerstandes ist die Zuführung der für die bildmäßig optimale Aufladung notwendigen Ladungsmengen innerhalb der für die maximale Aufzeichniingsleistung kurzen Impulszeiten möglich. ">

Die Erfindung wird im folgenden anhand der α, Δγτ. Hguren beschriebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 vereinfacht eine Einrichtung für die Durchführung eines elektrostatischen Mikroaufzeichnungsverfahrer^ mit du Anordnung der Elektrodennadel nach der Erfindung in perspektivischer Ansicht

F i g. 2 vereinfacht die Anordnung der Elektrodennadel sowie die Aufzeichnungsgeometrie nach Fig. 1, vergrößert, im Schnitt, is

F i g. 3 vereinfacht die D»-uckwalze einer Einrichtung für die Durchführung eines elektrostatischen Mikroaufzeichnungsverfahrens mit mehreren Elektrodennadeln nach der Erfindung,

F i g. 4 vereinfacht eine der Anordnungen der Elcktrodennade! sowie die Aufzeichnungsgeometrie nach F i g. 3, vergrößert, in perspektivischer A isicht

F i g. 1 zeigt die Position der Elektrodennadel 2 in der Druckwalze 1 der Mikroaufzeichnungseinrichtung. Für die Aufzeichnung rotiert die Druckwalze 1, vom Motor 7 angetrieben mit der Umfangsgeschwindigkeit Vu. Über die Druckwalze 1 wird der Aufzeichnungsträger 8, eine rückseitig transparent metallisierte Polyesterfolie, durch die Rollen 5 und 6 in einem begrenzten Sektor, dem Aufzeichnungsbereich, geführt Er ist durch die jo Kraft Fa über den aerodynamisch erzeugten Überdruck-Luftfilm zwischen dem rotierenden Druckwalzenmantel und seiner Aufzeichnungsfläche im ganzen Aufzeichnungsbereich vom Druckwalzenmantel definiert abgehoben.

Für die Aufzeichnung eines Bildes wird die rotierende, drehwinkel-synchronisierte Druckwalze 1 mit ihrem Antriebsmotor 7 in axialer Richtung mit der Geschwindigkeit Va bewegt. Die Bildfläche wird linienweise bei stillstehender Folie 8 von der unter definiertem Anpreßdruck berührenden, bildmäßig durch elektrische Impulse (Fig.2) gesteuerten Elektrodennadelspitze überstrichen. Die Folie 8 wird nach jedem gedruckten Bild um eine Bildlänge mit der Geschwindigkeit Vt weitertransportiert.

F i g. 2 zjeigt die Aufzeichnungs&eometrie und die Anordnung der Elektrodennadel, bestehend aus den metallischen Halter 2, der in der Druckwalze 1 befestigt ist und dem elektrisch leitend in ihm befestigten Whisker 3, der aufzeichnenden Spitze der Elektrodennadel. Vorzugsweise ist er aus gut leitfähig dotiertem Siliziumkarbid mit konstantem rundem Querschnitt von z. B. 25 μπι Durchmesser. Er wird in einem allgemein bekannten pyrolytischen Verfahren hergestellt. Er ragt ca. 20 μιη aus dem Halter 2 heraus und ist z. B. galvanisch mit einer dünnen zähieste? ?·· jciaüs-chichf 4 jmmanteh. Diese Ummantelung 4 erleichtert Dei dtr ;-ierE!ti"üng das Schleifen der den Aufzeichnungsträger 8 berührenden Stirnfläche, die dabei eine Kantenverrundüng von ca. 3 μηι erhält. Die Ummantelung I schützt den Whisker 3 außerdem im Betrieb gegen Verletzungen.

Die aufzeichnende Spitze, der Whisker 3, ragt mit der berührenden Stirnfläche um 10 bis 50 μιη über den Überdruck-Luftfilm der Abmessung a =5 50 μπι in die mit der Kraft Pa = 30 ρ darüber gespannte und somit ausbeulende Polyesterfolie 8 hinein.

Die elektrostatische Mikroaufzeichnungseinrichtung nach den F i g. 3 und 4 unterscheidet sich von der nach F i g. 1 und 2 nur durch eine anders ausgebildete Halterung 11 und 12 für den Whisker 3 als aufzeichnende Spitze. Die Halterung 1! und 12 ist besonders geeignet für den Einsatz von mehr als einer Elektrodennadel zwecks Erhöhung der Aufzeichnungsleistung oder auch zwecks verschlciilmindernder Senkung der Umfangsgeschwindigkeit Vu der Druckwalze. Die Whisker 3 aus Siliziumkarbid, z. B. 4 Stück, ummantelt mit einem zähfesten Material 4, werden um jeweils 90° über den Walzenumfang versetzt, zwischen den beiden Haltescheiben 11 und 12 leitend verbunden eingeklemmt und/oder geklebt.

Diese extern zusammengebaute Einheit 3, 4, 11 und 12 wird zwischen der zweiteiligen Druckwalze 9 und 10 eingefügt Die extern exakt positionierten Whisker und die genaue aerodynamische Abstandsführung der Aufzeichnungsfolie 8 garantieren für jede Elektrodennadel die gleiche Aufzeichnungsgeometrie, wie bei der Mikroaufzeichnungseinrichtung nach F i g. 1 und 2. Die elektrische Steuerung ist ebenfalls identisch.

Die Druckwalze 9 und 10 und die Haltescheiben 11 und 12 sind aufgrund ihrer einfachen Gestalt und Anordnung sehr präzise herstellbar und daher die in Gestalt und Abmessungen sehr gleichmäßigen Whisker sehr genau montierbar. Sie sind somit exakt unter 90° zur Drehachse der Druckwalze 9 und 10 liegenden Drehebene positioniert.

Dadurch ist gewährleistet, daß bei der Aufzeichnung mit selbstverständlich konstanter Umfangs (Vu) und axialer Aufzeichnungsgeschwindigkeit (Va) die Mitten der bildmäßig aufgeladenen Linien den genauen und gleichmäßigen Abstand voneinander haben. Bei der Punktgröße von ca. 15 · 15 μι^ für die Ausgabe von Texten in Matrixschrift sollten die Punktmitten für ein gutes Druckbild nicht mehr als ±2 μπι vom Sollwert abweichen. Die Einhaltung dieser Forderung ist durch die Positionierbarkeit mehrerer Elektrodennadeln nach der Erfindung mit dieser Mikroaufzeichnungseinrichtung nach Fig.3 und 4 wesentlich leichter realisierbar.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum elektrostatischen Drucken alphanumerischer oder Faksimile-Zeichen, bei der die elektrostatische Aufladung während einer Relativbewegung erfolgt und bei der die zwischen den Elekroden und der 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, und bei der die Elektroden in einem rotierenden Zylinder angeordnet sind und geringfügig m;s dessen Mantelfläche hervorragen und der Aufzeichnungsträger den Zylinder teilweise umschlingt nach Patent 24 18 632, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrodennadel ein aus einem elektrisch leitenden Kristall hergestellter Whisker (3) dient, der in einem metallischen Halter (2) elektrisch leitend eingesetzt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Whisker (3) auf seiner ganzen Länge einen konstanten Querschnitt aufweist

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Aufzeichnungsträger (8) in Berührung kommende Stirnfläche des Whisker (3) plan ist und eine geringe KantenverrurirUing besitzt

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Whisker (3) aus Siliziumkarbid besteht

5. Vorrichtung nach Anspruch -t, dadurch gekennzeichnet, daß der Whisker (3) aus dotiertem Siliziumkarbid besteht

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Whisker (3) aus mit Stickstoff dotiertem Siliziumkarbid besteht

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Whisker (3) außer an seiner Stirnfläche mit einer dünnen zähfesten Metallschicht (4) ummantelt ist