SE514584C2 - Skrivhuvud för elektrostatisk tryckning med hålmatristeknik - Google Patents

Description

20 25 30 35 514 584 med en upplösning av 600 x 600 DPI så behövs det 34 millioner positioner.

Problemet är att finna en teknik där man direkt kan lägga ut en pulverdot i form av en liten punkt på rätt plats på dokumentet med 34 millioner möjligheter.

Den teknik som har rönt de största framgångarna de sista åren är att använda ett så kallat "Digital Controlled Filter", förkortat DCF-filter, i det följande benämnt matris eller hålmatris, bestående av en rad av små hål i en tunn folie. Hålen öppnas eller stängs med en elektriskt pålagd spänning som genererar ett elektriskt fält som attraherar det elektriskt laddade pulvret att förflytta sig eller inte förflytta sig genom hålen. På foliens ena sida befinner sig dokumentet på vilket partiklarna landar och på foliens andra sida befinner sig det laddade pulvret på en transportör. l de flesta applikationer består denna transportör av en rulle med ett tunt lager av elektriskt laddat pulver.

Denna teknik var första gången beskriven i US patent nr 3,689,935 av Pressman och Casanova från 1972-09-05. Flera patent efter detta patent, beskriver diverse förbättringar av Pressman/Casanova patentet, t ex US patent nr 4,491 ,855 (Fuji/Ando - Canon från 1985), US patent nr 4,912,489 (Schmidlin - Xerox från 1990) och Sverige patent nr 8704883-1 (Ove Larsson - Array Printers från 1989). De olika förbättringsmetoder som dessa patent beskriver avser hur man applicerat det elektriska fältet runt varje hål för att erhålla en effektivare förflyttning av pulvret igenom hålen ner till dokumentet.

PROBLEM En hålmatris kan bestå av en rad av hål som täcker bredden av ett A4 ark alltså 210 mm eller en rad av 4960 hål för att skapa en 600 DPI utskrift. Fördelen med denna typ av hålmatris är att man kan skriva med kontinuerlig pappersmatning, och med kontinuerlig fixering och att man med andra ord får en kontinuerlig skrivprocess.

Problemen med en så bred hålmatris som den nämnda 210 mm breda hålmatris är många. 1. Om varje hål är förbundet med en drivkrets för att lägga ut en spänning till en rund elektrod anordnad runt hålet innebär detta att man har flera tusen ringelektroder, anslutningsledningar och drivkretsar, vilket med 10 15 20 25 30 35 514 584 ökande antal hål i hålmatrisen ökar sannolikheten för att något av dessa hål, ringar, anslutningsledningar eller drivkretsar går sönder. 2. Om styrfältet för att öppna och stänga hålen i hålmatrisen appliceras mellan ringelektrod och pulvermatarytan har man ytterligare ett problem med att avståndet mellan hålmatrisen och pulvermatarytan måste vara i storleksordningen 0,1 till 0,15 mm, eftersom tillgängliga drivkretsar maximalt tål 300 till 350 volt. Därför tillåts inte denna distans att variera mer än 0,02 - 0,04 mm beroende på att distansens variation påverkar det elektriska fältet som i sin tur påverkar utskriftssvärtan. Eftersom hålmatrisen är en tunn folie är det mycket svårt att hålla ett avstånd på 0,1 till 0,15 mm till angiven tolerans mellan hålmatrisen och pulvermatarytan på hela bredden av ett A4 ark. 3. Enligt punkt 2 behöver man drivkretsar som tål minimum 300 volt eller helst mera, och dessa drivkretsar i IC utförande är fortfarande för dyra vilket skapar ett kostnadsproblem. Lösningen på kostnadsproblemet är att man kan använda lägre spänning eller färre kretsar. 4. Ytterligare ett problem är att det förekommer en viss procentsats av pulver som ej blir laddat eller blir laddat till motsatt potential. Detta pulver kan ej kontrolleras av befintliga elektriska styrfält utan flyger omkring okontrollerat eller lägger sig på ej önskvärda ytor.

Skrivpulver av vanligt förekommande slag blir elektriskt negativt uppladdat då pulverpartiklarna gnids mot varandra. Denna gnidning skapas vanligtvis på två sätt endera med ett roterande magnetfält där pulvret är försett med magnetit och man skapar en roterande magnetborste som gnider pulverpartiklarna mot varandra. Eller i fallet då pulvret saknar magnetit så låter man en roterande borste eller skumgummivals som roterar mot en stålrulle gnida pulverpartiklarna mot varandra. I båda fallen portionerar man sedan ut rätt pulvermängd på den roterande stålrullen med hjälp av ett flexibelt gummiblad. Denna portionering kallad doktorering, har en malande effekt på pulvret och sönderdelningen av pulverpartiklar förorsakar att det skapas partiklar som både blir felladdade och oladdade.

Ovanstående fyra huvudproblem är anledningen till att de ovan nämnda produkterna och denna teknik ännu inte nått någon stor kommersiell framgång trots att de erbjuder en direkt överföring av digital information från dator till ett dokument. 10 15 20 25 30 35 514 584.

UPPFINNINGEN Vårt förslag är att använda en hålmatris bestående av en isolerande folie med en heltäckande elektriskt ledande yta på den ena sidan av folien (kallad bassida). På den andra sidan av folien finns ett större antal elektriskt ledande ringar (kallad ringsida) var och en formad runt ett genomgående hål genom hålmatrisen. Varje ring är elektriskt ansluten till en spänningskälla via en separat ledning till en styrtransistor. Bassidan på folien har en gemensam potential eftersom den har en heltäckande elektrisk ledande yta.

Enligt uppfinningen föreslås att det elektriskt laddade pulvret nu appliceras ovanför bassidan på hâlmatrisen som ett moln av laddade partiklar som befinner sig i ständig rörelse. Detta moln skapas genom att toner som ligger i en tonerbehållare matas fram med en matarborste som roterar medurs (vid det i figur 2 visade fallet) med ett lågt varvtal för att motsvara förbrukningen av toner i tryckprocessen. Tangentiellt mot matarborsten ligger en sprättborste som roterar moturs med ett högre varvtal än matarborsten. l tangeringspunkten mellan dessa borstar uppstår en omröring av tonerpartiklarna på grund av varvtalsskillnaden mellan borstarna, och tonerpartiklarna laddas därvid negativt. Sprättborsten har en positiv laddning, och tonerpartiklarna kommer att fastna på borstens strån.

Sprättborsten roterar vidare med stråna fyllda av tonerpartiklar fram till en metallskena som böjer stråna bakåt, och när stråna passerar skenans kant sprätter strået till och rätar ut sig varvid tonerpartiklarna skakas loss och ett tonermoln bildas. I detta tonermoln rör sig partiklarna ned mot hålmatrisen.

De partiklar som inte används i skrivprocessen kan endera mekaniskt studsa tillbaka till sprättborsten eller kommer via elektroniska krafter att röra sig tillbaka till sprättborsten, som är positivt laddad, och även upp mot sprättborstens huskant, som är positivt laddad. Dessa tonerpartiklar följer nu med sprättborsten tillbaka till tangeringspunkten mellan borstarna, där partiklarna blandas upp med nya partiklar och laddas om.

På hålmatrisens ringsida befinner sig dokumentet, och under dokumentet finns en dragelektrod som är ansluten till en potential av plus 1000-2000 volt. Mellan denna dragelektrod och bassidan på hålmatrisen, som ligger på noll volt, kommer ett elektriskt fält, kallat huvudfält, att bildas genom hålet i hålmatrisen, och runt hålkanten på hålmatrisens bassida kommer det att bildas ett kantfält. Detta kantfält är riktat så att toner- 10 15 20 25 30 35 '514 584 partiklar rör sig ned genom hålet till dokumentet när ringen runt hålet på hålsídan ligger på noll volt. Om ringen runt hålet ligger på plus 100-200 volt så får kantfältet motsatt riktning, och ett spårrskikt bildas därigenom.

Tonerpartiklarna kommer nu att röra sig upp genom hålet tillbaka till tonermolnet, och hålet blir spärrat för toner i molnet.

Om ringen ligger på noll volt så kommer alltså huvudfältet att driva toner från molnet ned genom hålet till dokumentet, men om ringen har positiv potential av 100-200 volt så spärrar spärrfältet tonertransporten, och ingen toner kommer igenom hålet.

DETALJERAD BESKRIVNING I ANSLUTNING TILL RrrNINGARNA Uppfinningen illustreras på bifogade ritningar, på vilka figur 1 visar ett första exempel på principen för skrivhuvudet enligt föreliggande uppfinning, och figur 2 visar ett system för uppladdning av tonerpulver- partiklarna i skrivhuvudet med hjälp av roterande borstar.

Figur 1 visar schematiskt och i brutet tvärsnitt ett skrivhuvud som saknar roterande borstar eller någon motsvarighet därtill. Figuren visar hur man skapar ett moln 1 av (vanligen negativt) laddade pulverpartiklar 2 som rör sig ovanför och i kontakt med en hålmatris 3. Huvudfältet 9 för pulvermatningen ligger nu mellan bassidan 4 (ovansidan) på hålmatrisen 3 och en dragelektod 8 på undersidan av ett dokument 7, som skall tryckas, medan ett spärrfâlt 10 ligger på samma sätt som vid känd teknik, mellan ledande ringar 5 och bassidan 4 på hålmatrisen 3. Det elektriska kantfält som bildas runt kanterna till hålen 6 i hålmatrisen 3 vid dennas bassida 4 kommer att attrahera de laddade tonerpartiklarna 2 i pulvermolnet 1. Alla ringar 5 på hålmatrisens ringsida, samt alla hål 6 bör, för att förhindra överslag mellan ringar 5 och genom hål 6 till bassidan 4, vara elektriska isolerade, vilket kan ske med Parylene® eller liknande isolering. isoleringen kan ha en tjocklek av cirka 5-15 um. Hålen 6 i hålmatrisen 3 på bassidan 4 kan lämpligen vara utformade med en övre inmatningstrattdel 12 för att förbättra infångandet av partiklar 2 från pulvermolnet 1 ovanför hålmatrisen 3 till matrishålet 6. Fördelen med detta är att man får en bättre utnyttjande- grad av pulvermolnet 1 och därigenom blir det inte lika viktigt att ha en hög partikeldensitet i molnet.

De (vanligen) negativt laddade pulverpartiklarna 2 i pulvermolnet 1 rör 10 15 20 25 30 35 514 584 sig ovanför hålmatrisen 3. Bassidan 4 på hålmatrisen är ansluten till noll volt, eller maximalt -50 V för att inte pulverpartiklarna 2 skall attraheras av hålmatrisens bassida 4. Under dokumentet 7 ligger en dragelektrod 8, vilken håller en potential av 1000-2000 V. Därvid skapas ett fält mellan drag- elektroden 8 och kanten på bassidan 4 runt matrishålet 6. Detta fält kallas huvudfält 9. Huvudfältet går genom hålet 6 upp till bassidan 4, och ett kantfält bildas runt matrishålet 6. Detta kantfält kommer att attrahera pulverpartiklarna 2 och få dessa att röra sig nedåt genom matrishålet 6 och vidare ned till dokumentet 7.

När den strömledande ringen 5 får en negativ potential bildas ett fält genom matrishålet 6, kallat spärrfält 10, vilket åstadkommer att hålet 6 spärras gentemot nedsläpp av tonerpartiklar. Detta beror på att spärrfältet 10 i matrishålet 6 har motsatt fältriktning mot huvudfältet, och nu kan inga pulverpartiklar röra sig ned genom matrishålet 6. När pulverpartiklarna 2 passerar över ett hål 6 i hålmatrisen 3, och den strömledande ringen 5 runt hålet 6 ligger på samma potential som bassidan 4 finns inget fält mellan ringen 5 och bassidan 4. Mellan bassidan 4 och dragelektroden 8 bildas då ett fält genom hålet 6, kallat huvudfält 9. Detta fält 9 är tillräckligt starkt för att flytta de negativt laddade pulverpartiklarna från pulvermolnet 1 ned till dokumentet 7.

Figur 2 visar en utföringsform av en mekanisk pulvermatare, laddare och molnskapare. Anordningen består av en matarborste 14 som är monterad intill öppningen på pulverbehållare 15 och som roterar i medurs riktning under det att den sakta matar fram nytt tonerpulver 2, i samma takt som skrivprocessen förbrukar tonerpulvret. En sprättborste 16 är monterad så att den står i kontakt med matarborsten 14 men roterar med mycket högre periferihastighet än matarborsten 14 och i moturs riktning. Vid kontakten mellan matarborsten 14 och sprättborsten 16 kommer pulverpartiklarna 2 att gnidas mot varandra, varvid de laddas elektriskt negativt. Därvid kommer de negativt uppladdade partiklarna 2 att fastna på sprättborstens 16 strån. Borstanordningen innefattar även en sprättskena 17. När sprättborsten 16 kommer fram till sprättskenan 17 så böjs stråna bakåt och när stråtippen passerar sprättskenan 17 sprätter strået till och slungar de negativt laddade pulverpartiklarna 2 ned mot hålmatrisytan.

Därigenom skapas nu ett moln 1 av pulver ovanför hålmatrisen 3 som ...n C) _; U'l '514 584 svävar ovanför hålzonen 6 på hålmatrisen 3. För att kontrollera sprättborstens 16 laddning är borstens centrumaxel ansluten till elektriskt positiv nivå 18. lcke förbrukat pulver matas tillbaka in i sprättborsten 16 p g a att icke förbrukade pulverpartiklar studsat tillbaka upp mot borsten, att borsten 1_6 är positivt laddad, och även p g a att borstens hus 1 1 har en positiv potential.

HÄNv|sN|NGss|FFRoR pulvermoln pulverpartiklar hålmatris bassida strömledande ring matrishål dokument dragelektrod huvudfält spärrfålt ïl ÖCDCDQOJUI-ßwkä-fl 11 12 14 15 16 17 18 borsthus trattformad del matarborste pulverbehållare sprättborste sprättskena plusanslutning

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 514 584 s PATENTKRAV

1. Skrivhuvud för elektrostatisk tryckning av dokument enligt den s k hålmatris-tekniken (DCF = Digital Control Filter) innefattade organ (14, 16, 17) för uppladdning av tonerpartiklar (2) med viss polaritet, en tonernedsläppsmatris (3) utformad med ett antal tonernedsläppshål (6) genom vilka tonerpartiklar (2) har möjlighet att passera, organ (5, 8) för att styra nedsläppningen av tonerpartiklartill vissa bestämda nedsläppspositioner, samt organ för framföring av ett dokument (7) som skall tryckas under tonernedsläppsmatrisen (3), kännetecknat av att medlen för uppladdning av tonerpartiklarna (2) med viss polaritet till ett moln (1) av tonerpartiklar (2) består av en pulverrnatningsborste (14) som matar fram pulverpartiklar (2) från en pulverbehållare (15), och en därmed samverkande sprättborste (16) som övertar matningen av pulverpartiklar (2) ned mot hålmatrisen (3) och åstadkommer en uppladdning av tonerpartiklarna genom gnidning av tonerpartiklarna mot varandra, samt en sprättskena (17) anordnad intill sprättborsten (16), och mot vilken skena (17) borsten (16) sprätter loss de nedmatade tonerpartiklarna (2) varvid de uppladdade tonerpartiklarna (2) bildar ett moln (1) av uppladdade tonerpartiklar (2) som genom elektrisk attraktion styrs av ett individuellt spärrfält (4, 5,10) för varje hål (6) i hålmatrisen (3), vilket spärrfält är anordnat att på elektrisk väg individuellt öppna respektive stänga tonernedsläppshålen (6).

2. Skrivhuvud enligt patentkravet 1, kännetecknat av att sprättborsten (16) roterar i en riktning som är motsatt rotationsriktningen på pulvermatar- borsten (14).

3. Skrivhuvud enligt patentkravet 1 eller 2, kännetecknat av att sprättborsten (16) roterar med högre hastighet än pulvermatarborsten (14).

4. Skrivhuvud enligt patentkravet 1, 2 eller 3, kännetecknat av att molnet ( 1) av pulver svävar ovanför hålzonen (6) på hålmatrisen (3).

5. Skrivhuvud enligt något av patentkraven 1-4, kännetecknat av att det individuella spärrfältet (10) åstadkoms mellan ett elektriskt ledande basskikt (4) på tonernedsläppsmatrisens (3) ovansida och en elektriskt ledande ring (5) på tonernedsläppsmatrisens (3) undersida.

6. Skrivhuvud enligt patentkravet 5, kännetecknat av att varje ledande ring (5) på tonernedsläppsmatrisens (3) undersida är ansluten till spärrorgan 514 584 9 anordnade att vid neutral spänning individuellt öppna tonernedsläppshålet (6), och vid negativ av spänningssättning stänga hålet (6) och skapa ett spärrfält (10) för hålet (6) mellan ringen (5) på matrisens (3) undersida och basskiktet (4) på matrisens (3) ovansida vilket förhindrar nedsläpp av tonerpartiklar (2) genom tonemedsläppshålet (6).

7. Skrivhuvud enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att det under det dokument (7) som skall tryckas finns en dragelektod (8) som skapar ett huvudfält (4-8) som åstadkommer en neddragning av laddade tonerpartiklar (2) mot ovansidan på dokumentet (7).