SE510278C2 - Tonernedsläppsmatris för tryckverk av toner-jet typ samt förfarande för framställning av sådan - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 P-2341 510 278 och släpps ned genom hålet i matrisen. De kopparringar som ärjordade har lägre potential än potentialen på frammatningsrullen, och vid hålen på dessa ringar uppkommer ett elektriskt fält som är motriktat tonernedmatningsfältet, och inga tonerpartiklar leds därför mot dessa hål. Hålen till de jordade ringarna kan därför anses som "stängda".

För nedmatning av tonerpartiklar på pappret skapas ett andra elektriskt fält, i tillägg till det nämnda första fältet mellan tonerframmatningsrullen och toner- matrisen, och detta andra, företrädesvis konstant nedåtriktade elektriska fält anordnas mellan matrisen och stödrullen, ovanpå vilken pappret framförs.

Matrisen innehåller ett mycket stort antal tonerhål, vilka är mycket små och kan ha en diameter av t ex 100 - 300 pm. Runt varje enskilt sådant hål finns en elektriskt ledande ring av lämplig metall, t ex koppar, nedan kallad "kopparring".

Vid en praktisk utföringsform av ett tryckverk av den nämnda typen var tonerpartiklarna av sådan typ att de vid gnidning mot varandra erhöll en negativ laddning, och tonerframmatningsrullen höll en positiv potential av mellan +5V och +i00V, företrädesvis +50V. Tonerpartiklarna hålls därvid kvar mot frammatnings- rullen genom elektrisk och magnetisk attraktion. De av t ex koppar utformade matrishålringarna var anordnade att kunna påläggas en positiv potential, vilken är högre än potentialen på frammatningsrullen, t ex en potential av +300V (öppet hål), respektive att kunna jordas (stängt hål), varvid det elektriska fältet mellan frammatningsrullen och matrisringen vid öppet hål blir +50V =:> +300V = +25OV.

Stödrullen höll i det aktuella fallen en positiv spänning ungefär lika med +1500V, och det elektriska fältet mellan en strömsatt matrishålring och stödrullen blir därvid +300V => +1500V = +1200V.

Kopparringen i matrisen kan hålla ett avstånd till tonerframmatningsrullen av 0,1 mm (= 100 um), och avståndet mellan matrisen och stödrullen kan vara 0,6 mm (= 600 pm). Fältstyrkan mellan frammatningsrullen och matrisringen blir därvid 2,5V/um, och fältstyrkan mellan matrisringen och stödrullen blir ZV/um. Det är dessa fältstyrkor som driver tonerpartiklarna primärt från frammatningsrullen till matrisen och sekundärt från matrisen till pappret ovanför stödrullen.

Funktionen är alltså följande: - färgpulvret (tonern) erhåller en negativ potential genom att toner- partiklarna gnuggas mot varandra; - tonern tillförs till tonerframmatningsrullen, vilken är positivt laddad med viss förutbestämd potential, ofta en mellan +5 och +100 V reglerbar potential, tex +50 V, och färgpulvret fördelas i ett jämnt, lagom tjockt skikt på frammatnings- 960821 lO 15 20 25 30 35 P-234l 510 278 rullen under medverkan av ett doktorblad; tonern hålls fast mot frammatningsrullen genom elektrisk och magnetisk attraktion; - varje hål i matrisen som motsvarar en av en styrenhet, t ex en dator, önskad färgpunkt öppnas genom att matrishålringen påläggs en positiv potential, vilken är högre än potentialen på frammatningsrullen, tex +300 V; hål motsvarande icke färgbärande partier kan jordas och håller därigenom lägre spänning än frammatningsrullen, 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, tex +50 V => + 300 V = +250 V mellan frammatningsrullen och tonermatrisen sugs negativt laddade tonerpartiklar ned från frammatningsrullen mot och genom matrisen, och beroende på potential- skillnaden mellan tonermatrisen och den underliggande stödrullen, tex +300 V :> +1500 V = 1200V, sugs tonerpartiklarna vidare från matrisen och avsätter sig på pappret ovanför stödrullen; ~ pappret med pålagd toner förs slutligen genom en värmeanordning där tonern fixeras på pappret.

Grundläggande problem Ett problem vid tryckverk av toner-jettyp år att hålla tonermatrisen i korrekt läge över hela matrisens längd, som för ett normalt A4-tryckverk kan vara 210 mm Fältstyrkan mellan tonerframmatningsrullen och matrisen får inte variera särskilt mycket från matrishål till matrishål, eftersom man annars erhåller en variation i svärtningsgraden över sidan. Det lilla avståndet, t ex 0,1 mm mellan tonerfram- matningsrullen och matrisen är bestämmande för fältstyrkan mellan dessa delar.

Det innebär med dagens teknik inte några större problem att hålla en potential- skillnad av t ex +50 V => + 300 V = +250 V mellan tonermatningsrullen och matrisen tämligen konstant, men däremot kan det vålla stora problem att hålla det nämnda avståndet om endast cirka 0,1 mm konstant över hela papprets längd, tex 210 mm för A4-format eller 297 mm för AIS-format. Matrisen måste av olika skäl vara mycket tunn, och den har hittills normalt varit tillverkad av ett polyimidmaterial med en maximal tjocklek av 50 um (0,05 mm), vartill kommer tjockleken på kopparringarna och kopparledningarna på ovansidan av matrisen, som kan vara 15-20 um.

Avståndet mellan tonerframmatningsrullen och stödrullen är cirka 0,7 mm, och inom detta avstånd skall det inrymmas ett papper med 0,1 mm, ett avstånd till 960821 10 15 20 25 30 35 9-2341 510 278 matrisen av 0,1 mm samt tjockleken på matrisen. Det är viktigt att den toner som hamnar på pappret inte skrapas av mot undersidan på matrisen, trots det lilla avstånd som står till förfogande, dvs ett avstånd av maximalt cirka 0,4 mm, eftersom toner på matrisens undersida i sin tur kan smeta av sig på efterföljande papper För att matrisen skall hållas fast på ett någorlunda stabilt avstånd från tonerframmatningsrullen förekommer idag två olika metoder. Enligt den ena metoden spänns matrisen in hårt i plant läge mellan två fästskenor, så att matrisen spänns som ett "trumskinn"; den andra metoden innebär att matrisen böjs runt skrivzonen i en radie som är något större än tonerframmatningsrullen. Genom böjningen får matrisen en naturlig förstyvning. Denna sistnämnda metod är den hittills bästa lösningen av problemet att ge matrisen en stabil infästning.

Dock föreligger ändå två olika problem även vid denna metod: 1. Eftersom böjmotståndet är annat i den del som innehåller tonerned- släppshålen än i de delar som saknar tonernedsläppshål så är det omöjligt att skapa en exakt jämn radie utan risk att matrisen kommer i kontakt med tonerskiktet på tonermatningsrullen. Det är därför svårt att skapa ett jämnt avstånd mellan matrisen och tonermatningsrullen inom en tolerans av :20 pm, eller bättre. 2. Ett annat problem som påverkar konstanthållningen av det nämnda avståndet mellan tonermatningsrullen och matrisen är att det uppkommer en kraft mellan dessa delar varje gång som en kopparring till ett matrishål spänningssätts, och dessa krafter skapar vibrationer i matrisen, varvid det nämnda avståndet kommer att utsättas för snabba lokala variationer.

Ett behov har därför förelegat av ett system för att skapa - en mekaniskt optimalt styv och rak tonermatris; - vilken kan hållas på en rakhetstolerans och parallellitet av bättre än 120 pm; - vilken är mindre känslig än tidigare kända matriser för de vibrationer som oundgängligen uppkommer under skrivprocessen; - och vilken kan tillverkas tunnare än vad som hittills varit möjligt.

Lösning av problemet Detta behov kan tillgodoses med hjälp av en matris som först och främst är uppbyggd på ett nytt matrismaterial, vilket kan formas i verktyg till önskat utseende och vilken som helst önskad radie genom värme och tryck i formningsverktyget.

För att man skall kunna stansa hål i matrisen, etsa fram kopparringarna, montera elektriska komponenter mm är det nödvändigt att man med förekom- 960821 10 15 20 25 30 35 P-2341 510 278 mande tillverkningsutrustning håller matrisen plan. Hittills förekommande matriser har varit uppbyggda på ett bärarmaterial av polyimid, som tillhör familjen "härdplaster", vilka inte kan omstruktureras efter det att de första gången formats.

Till skillnad häremot kan "termoplaster" omsmältas ett flertal gånger och därmed omformas till önskad ny form. Omformningen av termoplaster kan göras genom att man värmer upp plasten till dess s k glasningstemperatur och utsätter den för mekaniskt tryck vid denna temperatur, varvid plasten intar en ny stabil mekanisk form och glömmer den tidigare formen.

Enligt uppfinningen utgår man därför från ett termoplastmaterial som bärare i matrisen. Ett användbart material är Staystick® som tillverkas av Alphametals lnc. i New Jersey, USA. För normalt A4-format är det fullt tillräckligt att använda ett bärarmaterial med en tjocklek av 0,05 mm. På den övre sidan av matrisbäraren lamineras en t ex 0,017 mm tjock kopparfolie. ur vilken man senare etsar fram de kopparringar med elektriska anslutningar som används för att "öppna", respektive "stänga" tonernedsläppshålen; på undersidan av matrisbäraren lamineras en ungefär 0,08 mm tjock kopparfolie. I detta matrismaterial borrar man upp ett stort antal tonernedsläppshål, för en A4-matris med 8 hål/mm, tex 1664 hål; iden övre kopparfolien etsar man fram kopparringar och ledningsmönster, och i den undre kopparplåten etsar man upp hål motsvarande tonernedsläppshålen. Därefter monteras alla elektriska kretsar genom känd teknik. Allt detta arbete sker med matrisen i plant tillstånd, och man kan då arbeta med konventionella tillverknings- maskiner.

Efter denna framställningsprocess placeras matrisen i en pressform, där den böjs till den önskade formen för aktuell skrivenhet. Pressformen är värmd till termoplastens glasningstemperatur, och termoplastbäraren kommer nu att inta en ny böjd form. Minnet av den gamla plana formen försvinner samtidigt. Formningen genom värme och pressning tar endast några få minuter.

Som sista moment i framställningsprocessen kan ett elektriskt isolerande skikt ångas över hela matrisen. Eventuellt kan dessutom ett halvledande skikt sprutas på matrisen för att medge en bortledning av icke önskvärd statisk elektricitet.

Denna nu styva och formstabila, böjda matris kan, efter sedvanlig funktionstest, monteras i aktuell skrivenhet, varvid den företrädesvis monteras med krökningsaxeln tvärs mot papprets rörelseriktning.

Beskrivning av föredragen utföringsform 960821 lO 15 20 25 30 35 P-2341 510 278 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 enligt uppfinningen. Figur 3 visar ett schematiskt snitt genom ett tryckverk, och figur 4 visar i förstorad skala det med punktstreckade linjer inringade partiet i figur 3.

I figur 1 visas alltså schematiskt ett tryckverk av toner-jettyp bestående av en tonerframmatningsrulle 1 med ett utanpå rullen 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. Enligt uppfinningen är tonermatrisen bockad och solidifierad i bågform och är inspänd med bågformsaxeln löpande tvärs mot papprets frammatningsriktning, för en normal A4-skrivenhet över en bredd av cirka 210 mm. I Såsom visas i figur2 är en tonerbehållare 6 anordnad ovanpå den roterbara tonerframmatningsrullen 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 med en negativ polaritet, vilket gör att tonerpartiklarna sugs fast genom elektrisk och magnetisk attraktion mot den positivt laddade frammatningsrullen 1.

Matrisen 3 är försedd med ett stort antal genomgående hål 8, vilka i elektriskt spänningssatt tillstånd är "öppnade" för igenomsläppning av toner och i icke-spänningssatt (jordat) tillstånd är stängda och omöjliggör en nedsläppning av toner. Hålen kan ha en diameter av 100-300 pm. Runt varje tonerhål 8 finns en elektriskt ledande ring 9, tex av koppar, för styrning av nedsläppet av toner- partiklar. Varje kopparring 9, eller styrrlng, är genom en ledning 10 elektriskt ansluten till ett i figur 2 schematiskt visat styrdon 11 för att alternativt, och styrt av tex en dator, pålägga kopparringen en spänning som är högre än spänningen på frammatningsrullen 1, t ex en spänning av +300V, varvid matrishålet "öppnas", eller att ansluta kopparringen till en spänning som är lägre än spänningen på tonerframmatningsrullen 1, 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 till +50 V = +250 V 960821 lO 15 20 25 30 35 P-2341 510 278 uppstår mellan tonerframmatningsrullen 1 och matrisen 3. Denna potentialskillnad är så stor att de negativt laddade tonerpartiklarna 2 släpper från tonerfram- matningsrullen 1 och sugs ned mot matrisen 3 och genom de aktuella öppnade matrishålen 8. När kopparringen jordas vänds fältriktningen och det uppstår en uppåtriktad potentialskillnad av +50 V, och tonerpartiklarna sugs tillbaka mot, respektive hålls kvar på tonerframmatningsrullen 1.

Stödrullen 4 är konstant pålagd en spänning som är högre än den högsta spänningen på matrisen 3, dvs högre än +300 V, i det visade fallet en spänning av +1000 till 150OV. Vid "öppnade" matrishål 8 uppkommer därigenom en nedåtriktad potentialskillnad av +700 till +120O V, och denna skillnad får tonerpartiklar att från matrisen 3 sugas ned mot stödrullen 4. Tonerpartiklarna avsätter sig därvid på det ovanför stödrullen 4 frammatade pappret 5 som en tonerpunkt. En serie sådana punkter från ett antal matrishål 8 bildar successivt det eller de tecken som skall formas på pappret.

Pappret 5 med de därpå nedsläppta tonerpartiklarna passerar därefter genom en värmeanläggning, tex mellan två stycken värmevalsar 12, där tonerpulvret fixeras på pappret.

De i figur 2 avbildade avstånden mellan de olika delarna är, liksom delarna själva, för överskådlighetens skull starkt överdriva. Avståndet mellan tonerfram- matningsrullen 1 och matrisens 3 kopparringar 9 kan vara t ex 0,1 mm och avståndet mellan matrisens 3 undersida och stödrullen 4 kan vara t ex 0,3 - 0,5 mm.

Enligt uppfinningen är matrisen framställd med en matrisstomme 13 av ett termoplastmaterial, t ex ett material av den typ som marknadsförs under varubeteckningen Staystik® av Alphametals Inc., New Jersey, USA.

Matrisstommen kan för normalt A4-format ha en tjocklek av 50 um. Termoplast- stommen 13 är på sin ovansida ihoplaminerad med en kopparfolie med en tjocklek av t ex 17 um, vilken vid framställningen av matrisen etsas till att bilda de strömförande kopparringarna 9 och tillhörande anslutningsledningar 10. På sin undersida är termoplastskiktet 13 ihoplaminerat med ett tunt metalliskt stödskikt 14, tex en kopparfolie med en tjocklek av t ex 80 pm. Kopparskiktet 14 är etsat så att det bildar genomgående hål 15 motsvarande varje tonernedsläppshål 8 i matrisen. Hålen 15 i stödskiktet 14 kan vara något större än tonernedsläppshålen 8, och kanterna på hålen 15 kan vara något avfasade.

Framställningen av matrisen sker i två grundläggande steg, det första steget med alla delarna släta och plana, och det andra steget genom bockning av 960821 lO 15 20 25 30 P-2341 510 278 matrisen och solidifieringen av densamma i denna bockade form.

Steg 1: - man utgår från ett slätt och plant termoplastmaterial som bärare 13 i matrisen; ett användbart material är Staystick® som tillverkas av Aiphametals lnc. i New Jersey, USA. För normalt A4-format är det fullt tillräckligt att använda sig av ett bärarmaterial med en tjocklek av 0,05 mm; - på den övre sidan av matrisbäraren lamineras en t ex 0,017 mm tjock kopparfolie, ur vilken man avser att senare etsa fram de kopparringar med elektriska anslutningar som används för att "öppna", respektive "stänga" tonernedsläppshålen; - på undersidan av matrisbäraren lamineras en ungefär 0,08 mm tjock kopparfolie 14; - i detta matrismaterial 9+13+14 borrar man upp ett stort antal tonernedsläppshål 8, för en A4-matris med 8 hål/mm t ex 1664 hål; - i den övre kopparfolien etsar man fram kopparringar 9 och ledningsmönster 10; - i den undre stöd-kopparplåten 14 etsar man upp hål motsvarande tonernedsläppshålen 8; - därefter monteras alla elektriska kretsar genom känd teknik.

Steg 2: - efter dessa steg, vilka sker med matrisen i plant tillstånd, varvid man kan arbeta med konventionella tillverkningsmaskiner, placeras matrisen 3 i en pressform, där matrisen böjs till den önskade formen för aktuell skrivenhet; pressformen är värmd till termoplastens 13 glasningstemperatur, och termoplastbäraren kommer nu att inta en ny böjd form; minnet av den gamla plana formen försvinner samtidigt därmed; formningen genom värme och pressning tar endast några få minuter; - som anslutande moment i framställningsprocessen kan ett elektriskt isolerande skikt ångas över hela matrisen; eventuellt kan även ett halvledande skikt sprutas på matrisen för att kunna leda bort icke önskvärd statisk elektricitet.

Matrisen är därmed färdig att i sitt solidifierade, rundbockade tillstånd monteras in i tryckverket på det sätt som visas schematiskt på ritningarna. 960821 P-2341 HÄNv|sN|NGss|FFRoR tonerframmatningsrulle tønerskikt tonermatris stödrulle papper tonerbehållare doktorblad tonernedsläppshål GJNOIUI-IÄQJIUA 10 11 12 13 14 15 510 278 kopparring ledning styrdon värmevalsar matrisstomme Iaminatorplåt hål 960821

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 P. ans. 9603032-5 510 278 P-2241 10 PATENTKRAV

1. Tonernedsläppsmatris för tryckverk av den typ som benämns "toner-jet" tryckverk, och där ett torrt färgpulver, vanligen kallat "toner" (2) genom ett direktförfarande förflyttas från en roterande tonerframmatningsrulle (1), vilken håller en viss förutbestämd, relativt låg positiv potential (företrädesvis +50 V), genom på elektrisk väg öppnings- och stängningsbara tonernedsläppshål (8) i en fast monterad tonernedsläppsmatris (3) i form av en flexibel tryckningskrets (9) och ned till tryckningsobjektet (5), vanligen ett papper, vilket matas fram över en stödrulle (4), som håller en viss bestämd, relativt hög potential (företrädesvis mellan +1000 och +1500V), och där det på pappret (5) avsatta färgpulvret slutligen fixeras på pappret med hjälp av ett värmeorgan (12), kännetecknat av att tonernedsläppsmatrisen (3) består av en stomme (13) av ett terrnoplastmaterial, som på sin ovansida är ihoplaminerat med en tunn kopparfolie, vilken genom etsning bildat strömledande ringar (9) runt tonernedsläppshålen (8), och som på sin undersida är ihoplaminerad med en tunn, stabiliserande kopparfolie (14), och av att den sammansatta matrisen (3) är bockad till bågform avpassad efter tonerframmatningsrullen (1) i det aktuella tryckverket och i bockad form är behandlad genom pressning och värrne-behandling, varvid termoplaststommen (13) blivit formbeständig i den bockade formen.

2. Tonernedsläppsmatris enligt krav 1, kännetecknad av att terrnoplast- stommen (13) i matrisen, för en matris med en längd av cirka 210 mm, har en tjocklek av cirka 50 um, och av att den på undersidan av terrnoplaststommen laminerade kopparfolien (14) har en tjocklek av cirka 80 um.

3. Tonernedsläppsmatris enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att matrisen sammansatt av en termoplaststomme (13), på ovansidan därav anordnade strömförande ringar (9) med elektriska ledningar (10) och på undersidan därav laminerad kopparfolie (14) har ett över matrisen anordnat elektriskt isolerande skikt som ångats över hela matrisen.

4. Tonernedsläppsmatris enligt krav 3, kännetecknad av att hela matrisen har ett halvledande ytskikt som sprutas på matrisen för att kunna leda bort icke önskvärd statisk elektricitet.

5. Förfarande för framställningav en tonemedsläppsmatris enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av matrisen framställs i två steg, nämligen ett första steg i plant tillstånd, varvid matrisen lamineras ihop av ett skikt av en stomme av ett terrnoplastmaterial (13), ett på ovansidan därav anordnat skikt (9) 960821 10 15 20 P-234i 510 278 P. ans. 9603032-5 11 av annat material och ett på undersidan därav anordnat ytterligare skikt (14) av annat material, och ett andra steg, vid vilket den sammansatta matrisen (3) bockas, pressas och värms, varvid termostommen blir formbeständigt i bockad form.

6. Förfarande enligt krav 5, kännetecknat av att tennoplaststommen (13), för en matris med en längd av cirka 210 mm, ges en tjocklek av cirka 50 pm, och att denna termoplaststomme (13) i det nämnda första steget lamineras ihop med ett på ovansidan anordnat metallskikt, speciellt ett kopparskikt, och av att kopparskiktet etsas till bildande av runt tonernedsläppshålen (8) i matrisen gående kopparringar (9) med strömanslutningar (10), och där kopparskiktet har en tjocklek av cirka 17 um.

7. Förfarande enligt krav 6, kännetecknat av att termoplaststommen (13) på sin undersida lamineras ihop med ett stabiliserande kopparskikt (14) med en tjocklek av cirka 80 pm, i vilket hål (15) etsas motsvarande hålen i de övre kopparríngarna (9).

8. Förfarande enligt krav 5, kännetecknad av att matrisen bestående av stommen av termoplastmaterial (13), överfolien (9) och underfolien (14) genom- borras med ett stort antal genomgående hål (8) för nedsläppning av toner.

9. Förfarande enligt något av kraven 5 - 8, kännetecknat av att den av stomme (13) och lamineringsskikt (9, 14) bestående matrisen ångbeläggs med ett tunt isolerande skikt.

10. Förfarande enligt krav 9, kännetecknat av att matrisen i sin helhet sprutbeläggs med ett halvledande skikt för att leda bort icke önskvärd statisk elektricitet. 960821