DE2842747A1

DE2842747A1 - Elektrographisches drucksystem

Info

Publication number: DE2842747A1
Application number: DE19782842747
Authority: DE
Inventors: Kishor M Lakhani
Original assignee: Honeywell Information Systems Italia SpA
Current assignee: Bull HN Information Systems Italia SpA
Priority date: 1977-10-05
Filing date: 1978-09-30
Publication date: 1979-04-19
Also published as: CA1116223A; AU4029278A; JPS5455441A; GB2005568A; US4141317A; FR2405506A1; GB2005568B; AU516109B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elcktroy Drucksystem nach dem Gattungsbegriff dos 7·; ι Spruches 1 « Ein derartiges System dient dam elektrographifK.'niru Druck pe-nnnnenter Bilder auf Papier, wobei der Druck mit vergleichbar hoher Geschwindigkeit erfolgt, wie die» bei Co^puter-hus gabeeinrichtungen erforderlich ist.

Es ist seit langem bekannt, dciß Pe/jpheriogoräte der. Computer.« und hier insbesondere die Drucker als Ausgabeeinrichtungen die Gesamtleistung eines Computersystesüs v.»esi~ntlich einschränken. Die Mehrheit der 7iusgabr:einriclitliegen bei Computersystemen besteht weiterhin aus Druckern, din mit Druckhämmern an dem Papier anschlagen. Die Bewegung solc-2;cr Druekhänuner begrenzt nicht nur die Geschwindigkeit, mit der die Information ausgegeben wird, sondern ist auch geräuschvoll und schwierig zu unterhalten. Um die Ausgabegeschwindigkeit zu erhöhen, die Wartung zu erleichtern und trotsdem hierbei eine ausreichende Druckqualität aufrechtssuerhaltt-n. v,'urde von der Firma Honeywell Information Systems Inc. ein System entwickelt, das mit einer elektrographisehen Technik berührungsfrei arbeitet. Ein solches System ist beispielsweise in dem Artikel "A Non-Impact Page Printing System" von R. F. Borelli, R. B. Bayless und E. R. Truax in dem Honeywell-Computer Journal, Band 8, Nr. 2, 1974, Seiten 67 bis 80 beschrieben.

Ein Hauptproblem beim Entwurf eines solchen elektrographischen Drucksystems entsteht bei der Tonerstation, in der das latente elektrographisehe Bild entwickelt wird, d. h. sichtbar gemacht wird, indem das Papier aufgeladenen Tonerpartikeln ausgesetzt wird, die in einer Trägerflüssigkeit gelöst sind. Das Problem besteht darin, die veränderliche Druckdichte zu verbessern, ohne daß die Papier-Vorschubgeschwindigkeit_r die etwa bei 75 cm/Sek. liegt, wesentlich verändert wird. Es gibt verschiedene Methoden, dieses Problem anzugehen. Anhand der beiliegenden Fig. 1 seien im folgenden einige Lösungen erörtert. Fig. 1 zeigt eine Tonerstation 1OO, die einen Tonerbehälter 105 mit einer

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BAD ORIGINAL

Tonerflüssigkeit 106 aufweist. Die Tonerflüssigkeit besteht aus positiv geladenen Tonerpartikeln, die in einer Trägerflüssigkeit gelöst sind, wobei als Trägerflüssigkeit typischerweise Isopar-L (Warenzeichen der Exxon Corporation) verwendet wird. Ein Papierstreifen 103, der mit einer dielektrischen Schicht 104 versehen ist, wandert in Richtung des Pfeiles 107 durch die Tonerstation. Die dielektrische Fläche 104 besitzt eine negative elektrische Aufladung in einem Muster, das zuvor aufgebracht wurde. In der Tonerstation ist eine Zuführrolle 101 teilweise in die Tonerflüssigkeit 106 eingetaucht und rotiert im Gegenuhrzeigersinn mit einer konstanten Geschwindigkeit, wobei sie Tonerflüssigkeit 106 aufnimmt und diese zu einer Kuppe 102 befördert. Die Kuppe 102 bildet sich in der Lücke zwischen der Zuführrolle 101 und dem dielektrisch codierten Papier 103, 104. Die Zuführrolle 101 besteht aus irgendeinem geeigneten leitfähigen Material, z. B. aus einem abriebfesten Stahl. Da sich negative Ladungen in einem ausgewählten Muster auf der dielektrischen Schicht 104 des Papiers 103 befinden, wandern die positiv geladenen Tonerpartikel innerhalb der Kuppe 102 zu der dielektrischen Oberfläche 104, wo sie durch die negativen Ladungen aufgefangen werden und an dieser Schicht haften bleiben. Es liegt auf der Hand, daß die Druckstärke umso größer ist, je mehr Tonerpartikel auf der dielektrischen Oberfläche 104 abgelagert werden. Ein Weg, mehr Tonerpartikel auf dieser Schicht abzulagern, liegt in der Verringerung der Lücke zwischen der Zuftihrrolle 101 und der dielektrischen Oberfläche 104. Da das elektrische Feld E von der geerdeten Zuführrolle 101 zu der dielektrischen Oberfläche 104 umgekehrt proportional zu der Lücke zwischen der Zuführrolle und dem dielektrisch codierten Papier ist, werden in einem solchen Fall mehr Partikel auf dem Papier abgelagert. Macht man jedoch die Lücke zwischen der Zuführrolle 101 und der dielektrischen Oberfläche 104 immer kleiner, so wird die Kuppe 102 ebenfalls verkleinert und speichert dementsprechend weniger Tonerpartikel. Hierdurch wird auf der anderen Seite die Druckstärke verringert.

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Dem könnte etwas entgegengesteuert werden, indem man die Geschwindigkeit der Zuführrolle 101 erhöht, wobei jedoch eine maximale Rotationsgeschwindigkeit nicht überschritten werden darf. Bei zu hoher Rotationsgeschwindigkeit wird durch die Zentrifugalkraft an dem Außenrand der Zuführrolle

101 die Tonerflüssigkeit auf die dielektrische Oberfläche aufgesprüht. Dieser Effekt ist unerwünscht. Ein anderer Weg, die Druckstärke zu erhöhen, besteht darin, die Kuppe

102 aus Tonerflüssigkeit zu verlängern. Dadurch weist diese mehr Tonerpartikel auf und das dielektrisch codierte Papier

103 bleibt über einen längeren Zeitraum innerhalb der Kuppe. Ein Mittel, die Kuppe 102 zu verlängern, liegt in der Verwendung einer größeren Zuführrolle 101. Diese Maßnahme erfordert jedoch einen tieferen Behälter und eine Herabminderung der Drehzahl der Rolle, damit die kritische Umfangsgeschwindigkeit nicht überschritten wird. Eine Getriebeübersetzung wird somit erforderlich. Darüber hinaus gibt es eine Grenze hinsichtlich der Vergrößerung der Kuppe mit dieser Technik.

Ein anderes wesentliches Problem bei der Entwicklung des latenten elektrographisehen Bildes liegt in dem Druckkontrast. Dieses Problem ist zu dem zuvor erörterten Problem genau konträr. Die Hintergrund-Deckkraft, d. h. die Dichte der Tonerpartikel auf dem Teil des Papieres, der nicht selektiv aufgeladen ist, sollte so gering wie möglich sein. Noch ein weiteres Problem, das mit dem eben erwähnten Problem verwandt ist, betrifft die Hintergrundfärbung des Papieres, wenn dieses die Transportvorrichtung durchläuft. Auf Grund der Reibung an den Rollen kann eine statische Aufladung des Papierbandes erfolgen, durch die die Hintergrundfärbung erzeugt wird.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes elektrographisches Drucksystem anzugeben, mit dem elektrographische Bilder erzeugt werden können, die eine hohe Druckdichte bei großer Klarheit, eine geringe Hintergrund-Deckkraft der Tonerpartikel und eine minimale Hintergrundfärbung

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aufweisen. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar. '

Zur Lösung der gestellten Aufgabe verwendet die vorliegende Erfindung mehrere Toner-Zuführrollen, mehrere Trockner-Rollenstationen sowie positiv vorgespannte Gegendruckrollen. Ein vorbehandeltes Schreibpapier weist eine elektrisch leitende Grundschicht mit einer plastischen dielektrischen Beschichtung auf einer Seite auf. Die dielektrische Schicht wird durch eine Vielzahl von Schreibköpfen elektrisch aufgeladen und anschließend wird das beschichtete Papier entwickelt, indem es geladenen Tonerpartikeln ausgesetzt wird, die in einer Tonerflüssigkeit gelöst sind. Die Tonerflüssigkeit wird dem vorbeibewegten dielektrischen Papier durch mehrere Rollen zugeführt, die in die Tonerflüssigkeit eingetaucht sind. Um die Anzahl der Tonerpartikel, die auf nicht elektrisch aufgeladenen Bereichen des dielektrischen Papieres zurückgehalten werden, auf ein Minimum zu reduzieren, wird der gegenüberliegenden Seite des Papierstreifens über die Gegendruckrollen eine positive Spannung zugeführt. Das verbleibende elektrostatische Feld der dielektrischen Papieroberfläche zieht die in der Tonerflüssigkeit gelösten Tonerpartikel an und hält diese fest, wodurch das Bild sichtbar wird. Eine nachfolgende Verdampfung der Trägerflüssigkeit läßt die Partikel zurück, die trocknen und eine permanente Verbindung mit der beschichteten Oberfläche bilden.

Anhand von in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen sei die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Grundprinzip der Aufbringung einer Tonerlösung auf ein dielektrisch beschichtetes Papier.

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Verwendung von zwei Zuführungsrollen.

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Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren • Ausführungsform der Erfindung mit zwei Zuführungsrollen und mehreren Trocknerrollcn.

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit mehreren Zuführungsrollen und mehreren Trocknerrollen.

In einem elektrographischen Drucker wird ein vorbehandelter Papierstreifen, bestehend aus einer elektrisch leitenden Grundschicht und einer darauf befindlichen plastischen dielektrischen Beschichtung zwischen wenigstens zwei Elektrodenanordnuncjen hindurchgeführt, wobei jede Anordnung aus einer Matrix von Stiften besteht, denen eine veränderliche Information von einem Datenprozessor zugeführt wird. Durch selektive Aufladung der Stifte wird ein latentes Bild alphanumerischer Zeichen oder ein anderer Ausdruck durch elektrostatische Entladung auf dem Papier erzeugt. Das latente Bild wird sodann entwickelt, indem das Papier geladenen Tonerpartikeln ausgesetzt wird, die in einer Trägerflüssigkeit gelöst sind.

Bei der Entwicklung dieser latenter Bilder gibt es prinzipiell zwei bekannte Verfahren, mit denen die in der Trägerflüssigkeit gelösten Tonerpartikel auf das Papier aufgebracht werden können. Ein Verfahren sieht das Eintauchen des Papiers in die Tonerfltissigkeit vor. Ein anderes Verfahren bringt die Tonerflüssigkeit auf das Papier und entfernt nachfolgend die überzählige Tonerflüssigkeit. Diese bekannten Verfahren sind unbefriedigend hinsichtlich der Druckdichte, des Kontrastes und hinsichtlich der Druckgeschwindigkeit. Die vorliegende Erfindung bietet in der folgenden Weise einige Lösungen hinsichtlich dieser Probleme an:

1. Die Tonerflüssigkeit wird nur der dielektrischen Schichtseite des Papiers zugeführt, wodurch der Betrag der von dem Papier absorbierten Tonerflüssigkeit auf ein Minimum reduziert wird.

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2. Es werden mehrere Toner-Zuführrollen benutzt, um die Tonerlösung zuzuführen, wodurch der Betrag der der dielektrischen Schicht zugeführten Tonerflüssigkeit und ebenfalls die Verweilzeit der dielektrischen Schicht in dem Tonermedium erhöht wird. Die Verwendung mehrerer Toner-Zuführrollen dient weiterhin dazu, eine Erschöpfung der geladenen Tonerpartikel innerhalb der Trägerflüssigkeit zu vermeiden, indem die Trägerflüssigkeit bei jeder Umdrehung wieder aufgefüllt wird.

Abstreifer entfernen die überschüssige Tonerflüssigkeit von der Oberfläche der dielektrischen Schicht, die ansonsten den Fluß der geladenen Tonerpartikel zu der dielektrischen Schicht verhindern würde, wenn diese von jeder Toner-Zuführrolle neu zugeführt werden. Gegendruckrollen sind an ein elektrisches Potential zwischen plus 40 und plus 100 V angeschlossen und erzeugen ein schwaches Vorspannungsfeld, das der Anziehung der Tonerpartikel auf Grund irgendeiner schwachen reibungselektrischen Aufladung auf dem Papier entgegenwirkt, wobei eine solche elektrische Aufladung beim Durchgang der Papierbahn über die Transportrollen erzeugt werden kann. Eine Hintergrundfärbung des Papiers beim Durchgang durch die Transporteinrichtung wird auf diese Weise weitgehendst vermieden.

Gemäß den Figuren 2 und 3 wandert das dielektrisch beschichtete Papier 200, 300 in Richtung der Pfeile A, A¹ mit einer typischen Geschwindigkeit von ungefähr 75 cm/Sek., wobei die Papierbahn über Führungsrollen 201, 301 in die Entwicklungsstation eintritt. In der Entwicklungsstation werden latente elektrographische Bilder auf der Oberfläche des dielektrischen Papieres entwickelt. Die dielektrisch beschichtete Papierbahn 200, 300, wird sodann unter der ersten Gegendruckrolle 202, 302 hindurchgeführt, wobei durch diese Gegendruckrolle ein positives Potential zwischen plus 40 und plus 100 V angelegt wird. Dieses Potential erzeugt ein schwaches Vorspannungsfeld, das der Anziehung der Tonerpartikel auf Grund einer schwachen statischen Ladung auf dem Papier entgegenwirkt, wobei diese schwache statische Ladung beim Durchgang

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der Papierbahn über die Transportrollen erzeugt werden kann. Dieses Vorsparmungsfeld ist jedoch nicht stark genug, um der Anziehung der Tonerpartikel durch die selektiv aufgeladenen Bereiche des Papiers entgegenzuwirken. Eine Hintergrundfärbung des Papiers beim Durchgang durch die Transporteinrichtung wird somit vermindert, und der Kontrast zwischen dem gewünschten elektrographischen Bild und dem Hintergrund wird verbessert.

Die Papierbahn 200, 300 läuft sodann über Zuführungsrollen 203, 204 und 303, 304. Der Abstand zwischen der Papierbahn 200, 300 und den Zuführungsrollen beträgt typischerweise 0,0127 cm. Die Zuführungsrollen rotieren im Gegenuhrzeigersinn mit einer typischen Geschwindigkeit vom 400 U/Min., so daß ihr Umfang sich mit der gleichen Richtung und Geschwindigkeit wie das Papier bewegt. Eine Tonerflüssigkeit 207, 307, die durch den Einlaß 208, 308 gepumpt wird, wird von den teilweise eingetauchten Rollen aufgenommen und zu der dielektrischen Seite des Papieres übertragen. Die Tonerflüssigkeit bildet hierbei eine Kuppe 205, 206 und 305, 306 zwischen der Rolle und der dielektrischen Schicht des Papiers. Wie zuvor anhand von Fig. beschrieben, werden positiv geladene Tonerpartikel 102 unter dem Einfluß des elektrischen Feldes E auf den negativ geladenen Teilen der dielektrischen Oberfläche 104 des Papieres 103 abgelagert. Das elektrische Feld E bildet sich hierbei zwischen den selektiven negativen Ladungen auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht 104 und der geerdeten Zuführungsrolle 101. Wenn die Papierbahn 200, 300 von der Zuführungsrolle 203, 303 zu der Zuführungsrolle 206, 306 weiterwandert, so streift ein Abstreifer 210, 310 die überschüssige Tonerflüssigkeit von der dielektrischen Oberfläche des Papiers ab. Dies gestattet die Zuführung von neuer Tonerflüssigkeit über die zweite Toner-Zuführungsrolle 206, 306 ohne Verdünnung durch die erschöpfte Flüssigkeit/ deren positiv geladene Teilchen durch die negativen Ladungen auf der dielektrischen Oberfläche bei der ersten Toner-Zuführungsrolle 203, 303 entfernt worden sind. Hierdurch wird

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eine größere Konzentration der Tonerpartikel innerhalb der zweiten Gruppe 2.06, 306 sichergestellt, was zu einer größeren Druckstärke führt. ...-.- .

Wenn die Papierbahn 200 aus der Tonerstation 200A austritt, so gelangt sie in die Trockenstation 200B gemäß Fig. 2, in der sie Trocknerrollen 211, 213 und 214 zugeführt wird. Die Trocknerrollen weisen ungefähr die gleiche Größe wie die Toner-Zuführungsrollen auf, wobei der Durchmesser dieser Rollen ungefähr 4,4 cm beträgt. In der Trockenstation 200B wird von der Papierbahn 200 überschüssige Tonerflüssigkeit durch den Abstreifer 210 abgestreift, und die Papierbahn wird durch die Trocknerrollen 211, 213 und 214 gepreßt. Die Trocknerrollen sind hierbei beispielsweise in einem Gußteil 215 gelagert. Die durch die Papierbahn in die Trocknerstation gemäß Fig. 2 eingeführte überschüssige Tonerflüssigkeit kann wiedergewonnen werden und an einem Auslaß 209 herausgeführt werden. Gemäß Fig. 3 ist eine größere Anzahl von Zuführungsrollen und Trocknerrollen vorgesehen, wobei ausgewählten Trocknerrollen Abstreifer 317, 318 und 319 zugeordnet sind. Die Entwicklungsstation gemäß Fig. 3 ist dadurch leistungsfähiger als diejenige gemäß Fig. 2 und erzeugt eine größere Druckstärke mit größerem Kontrast.

Fig. .4 zeigt in schematischer Darstellung eine Tonerstation mit mehreren Rollen und eine Trocknerstation mit ebenfalls mehreren Rollen und einem Heißlufttrockner. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird von dem gleichen erfindungsgemäßen Konzept Gebrauch gemacht. Auf Grund der Verwendung von mehreren Toner-Zuführrollen besitzt jedoch die Papierbahn eine größere Verweilzeit innerhalb der Tonerlösung, wodurch eine größere Anzahl geladener Partikel aufgenommen wird, was zu einer erhöhten Bildstärke führt. Die erhöhte Anzahl von Trocknerrollen und die Heißluft-Trockenstation verbessern ferner die Rückgewinnung der Tonerflüssigkeit und führen zu einem besseren Kontrast. Gemäß Fig. 4 wird die Papierbahn 400 über eine Führungsrolle 401 geführt und gelangt anschließend zu den

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Toner-Zuführungsrollen 403-409. Diese Zuführungsrollen weisen einen Durchmesser von ungefähr 0,19 cm auf, während die Zuführungsrollen gemäß den Fig. 1 und 2 einen typischen Durchmesser von 4,4 cm aufwiesen. Die Papierbahn 400 läuft ferner über eine größere Anzahl von Abstreifern 411, 412 und 413, wodurch die Druckqualität verbessert wird. Die positiv vorgespannten Gegendruckrollen 402 und 414 dienen der gleichen zuvor beschriebenen Funktion.

Die. erste Trockenstation 425 besteht aus Trockner- und Führungsrollen 418-422 und Abstreifern 417, 426 und 427. Zusätzlich ist eine weitere Trocknerstation 426 vorgesehen, die Durchführungen 424 aufweist, durch welche heiße Luft über die Papierbahn 400 bewegt wird. Mit dieser Anzahl von Trocknerrollen, Abstreifern und mit dieser Heißluftstation wird jegliche Flüssigkeit von dem Papier entfernt. Nach der Verdampfung der Tonerflüssigkeit bleibt somit keinerlei Trägerflüssigkeit auf dem Papier zurück, die ansonsten Hintergrundprobleme und einen geringen Kontrast auf Grund einer Verschmierung der entwickelten Bilder verursachen könnte.

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Claims

HONEYWELL IHl-ORMATIOISi SYSTEMS INC. ? (a S"8p. t978

Smith Street 530502Ö Go

Walthsin, Mar;s«, USA

Elektrographisches Drue];system

Patentansprüche:

/ 1.jElektrographisches Drucksystem, in welchem ein Aufzeichnungs-V medium entlang einer vorgegebenen Bewegungsbahn bewegt wird, mit einer Druckstation zum Anlegen einer latenten elektrostatischen Ladung an das Aufzeichnungsmedium und mit einer Tonerstation, in der dem Aufzeichnungsmedium eine Tonerflüssigkeit, bestehend aus einer Lösung von Farbpartikeln in einer flüchtigen Trägerflüssigkeit, zugeführt wird, gekennzeichnet durch einen Behälter zur Aufnahme der Tonerflüssigkeit; mindestens zwei hintereinander in dem Behälter angeordnete und teilweise in die Tonerflüssigkeit eintauchende Rollen in Nachbarschaft zu der Bewegungsbahn des Aufzeichnungsmediums, um Tonerflüssigkeit der einen Seite des Aufzeichnungsmediums zuzuführen; und

wenigstens eine Gegendruckrolle auf der gegenüberliegenden Seite des Aufzeichnungsirediums, welche entlang der Bewegungsbahn dos Aufzeichnungsmediums in Bezug auf die Toner-Zuführrollen voreetzt angeordnet ist.

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2. Elelitrographisches Drucksintern nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Abstreifer zwischen den Toner-Zuführrollen, um die überzählige Flüssigkeit von dem Aufzeichnung«medium zu entfernen.
3. Elektrographisches Drucksystem nach /Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß an die Gegendruckrolle eine Spannung zwischen +40 und +100 V gelegt ist.
4. Elektrographisches Drucksystem nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch mehrere hinter den Toner-Zuführrollen angeordnete Trockner-Rollen zum Abpressen der überzähligen Tonerflüssigkeit von dem Aufzeichnungsmedium.
5. Elektrographisches Drucksystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch wenigstens einen Abstreifer nach jeder Trockner-Rolle, um überzählige Flüssigkeit, von dem Aufzeichnungsmedium abzustreifen.
6. Elektrographisches Drucksystem nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Verdampfungseinrichtung hinter den Trockner-Rollen auf jeder Seite des Aufzeichnungsmediums, um die an dem Aufzeichnungsmedium anhaftende flüchtige Trägerflüssigkeit zu verdampfen .
7. Elektrographisches Drucksystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Mittel zum Zurückführen der flüchtigen Trägerflüssigkeit in den Behälter.

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