DE10030171A1 - Vorrichtung zum Aufzeichnen eines elektrostatischen Musters auf einen Bildträger und Verfahren zum Betreiben der Aufzeichnungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Aufzeichnen eines einem elektronischen Bild entsprechenden elektrostatischen Musters auf eine Aufzeichnungsoberfläche eines Bildträgers und ein Verfahren zum Betreiben der Aufzeichnungsvorrichtung vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst einen Schreibkopf mit einer Anzahl Kontaktelemente, die mit der Aufzeichnungsoberfläche in Kontakt bringbar sind. Die Aufzeichnungsvorrichtung (1) zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest einige der Kontaktelemente (19), vorzugsweise alle Kontaktelemente (19), aus mindestens einem verschleißbeständigen Material hergestellt sind und/oder mit einer verschleißbeständigen Schicht beschichtet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufzeichnen eines einem elektronischen Bild entsprechenden elektrostatischen Musters auf eine Aufzeichnungsoberfläche eines Bildträgers, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 9 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Aufzeichnungsvorrichtung, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 16.

Aufzeichnungsvorrichtungen der hier angesprochenen Art sind aus der EP 0 713 155 A2 bekannt. Die Aufzeichnungsvorrichtung umfasst einen Schreibkopf, der eine Anzahl flexibler, elektrisch leitender Kontaktelemente aufweist, mittels derer elektrostatische Ladungen auf eine dielektrische Aufzeichnungsfläche eines Bildträgers aufgebracht werden, um ein elektrostatisches Muster mit geladenen und ungeladenen Bereichen zu formen, das einem elektronischen Bild entspricht. Dazu werden die einzeln ansteuerbaren Kontaktelemente in Anlage mit der Aufzeichnungsoberfläche gebracht, die in einer Matrix angeordnete, elektrisch leitfähige Bildelemente aufweist und üblicherweise relativ gegenüber den Kontaktelementen verlagerbar ist. Das erzeugte Ladungsmuster wird anschließend durch eine Druckfarbe, beispielsweise Trockentoner, sichtbar gemacht, wobei die Druckfarbe sich an den aufgeladenen Bereichen der Aufzeichnungsoberfläche anlagert. Das durch die Druckfarbe sichtbar gemachte Bild wird dann vom Bildträger auf ein Drucksubstrat, wie zum Beispiel einen Papierbogen, übertragen.

Dadurch, dass die Kontaktelemente die Aufzeichnungsoberfläche ständig kontaktieren, also auch wenn keine Bildinformation auf den Bildträger übertragen wird, unterliegen sie einem erhöhten mechanischen Verschleiß, der einen häufigen Austausch der Kontaktelemente erforderlich macht. Ein Materialabtrag an den Kontaktelementen findet ferner aufgrund von elektrochemischen Reaktionen und/oder Gasüberschlägen beziehungsweise durch Funkenerosion statt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Aufzeichnungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der ein Verschleiß der Kontaktelemente vorzugsweise verhindert, zumindest aber auf ein geringes Maß reduziert wird. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben der Aufzeichnungsvorrichtung anzugeben, bei dem ein reduzierter Verschleiß der Kontaktelemente gewährleistet werden kann.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Aufzeichnungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Die Aufzeichnungsvorrichtung umfasst einen Schreibkopf mit Kontaktelementen, die in Anlage mit der Aufzeichnungsoberfläche eines Bildträgers, beispielsweise eines Bildzylinders, bringbar sind. Die Aufzeichnungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest einige der Kontaktelemente, vorzugsweise alle Kontaktelemente, aus mindestens einem verschleißbeständigen Material hergestellt und/oder mit einer verschleißbeständigen Schicht beschichtet sind. Im Zusammenhang mit der hier vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff "verschleißbeständig" verstanden, dass das Material der Kontaktelemente eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber elektrochemischer Korrosion, Funkenerosion und/oder mechanischem Abrieb aufweist. Dadurch, dass an den Kontaktelementen kein beziehungsweise ein nur sehr geringer Materialabtrag auftritt, können die Wartungsintervalle vergrößert werden, das heißt, die Anzahl der mit Hilfe der Kontaktelemente erzeugten Bilder ist gegenüber bekannten Kontaktelementen größer, wodurch die Kosten der Aufzeichnungsvorrichtung reduzierbar sind. Diese weist ferner eine hohe Funktionssicherheit auf.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Aufzeichnungsvorrichtung weist das Material der Kontaktelemente eine körnige Struktur auf. Bei einem schleifenden Kontakt der Kontaktelemente an der Aufzeichnungsoberfläche findet kein beziehungsweise ein nur geringer Materialabtrag statt. Um einzelne Materialteilchen aus den Kontaktelementen herauszubrechen, wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die Kontaktkraft für eine kurze Zeit sprunghaft verändert wird. Dadurch bilden sich neue Kanten an der Spitze der Kontaktelemente, die einen sich gegebenenfalls auf der Aufzeichnungsoberfläche bildenden, elektrisch isolierenden Schmutzfilm durchdringen, was die Kontaktsicherheit erhöht. Aufgrund des verschleißbeständigen Materials findet während des Bebilderns des Bildträgers - wenn überhaupt - ein nur geringer Materialabtrag an der Spitze der Kontaktelemente statt.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kontaktelemente aus mindestens zwei Materialien bestehen, wobei ein erstes Material als Trägermaterial für ein zweites Material dient. Das zweite Material wird also vom ersten Material gehalten, wobei vorzugsweise beide Materialien elektrisch leitend sind. In bevorzugter Ausführungsform liegt das zweite Material in Partikelform vor und ist in das vorzugsweise weichere erste Material eingebettet. Die Materialteilchen werden also vom ersten Material aufgenommen und sind vorzugsweise kantig oder scharfkantig ausgebildet, so dass ein Durchdringen des auf der Aufzeichnungsoberfläche befindlichen Schmutzfilms gewährleistet werden kann. Bei einem gewünschten Verschleiß der Kontaktelemente, der zum Beispiel durch eine Kontaktkraftänderung hervorgerufen werden kann, brechen die aus dem vorzugsweise verschleißbeständigen zweiten Material bestehenden Partikel aus dem gegenüber mechanischen Abrieb, vorzugsweise nur eine geringe Widerstandsfähigkeit aufweisende ersten Material heraus, wodurch neue, vorzugsweise scharfe Kanten gebildet werden, was die Kontaktsicherheit erhöht.

Schließlich wird ein Ausführungsbeispiel der Aufzeichnungsvorrichtung bevorzugt, bei dem die Aufzeichnungsoberfläche des Bildträgers aus einem verschleißfesten Material hergestellt ist. Die Aufzeichnungsoberfläche ist vorzugsweise sehr hart, jedoch zumindest härter als die Kontaktelemente, so dass ein mechanischer Verschleiß infolge von Abrieb vermieden wird. Die Kontaktelemente können daher mit hohem Anpressdruck beaufschlagt werden, so dass sich eine hohe Kontaktkraft zwischen Kontaktelementen und Aufzeichnungsoberfläche einstellt. Die Aufzeichnungsoberfläche ist vorzugsweise auch gegen chemische beziehungsweise elektrochemische Einflüsse resistent, so dass neben mechanischen Einwirkungen zur Reinigung der Aufzeichnungsoberfläche auch Lösungsmittel, gegebenenfalls auch aggressive Lösungsmittel und dergleichen zum Entfernen einer sich auf der Aufzeichnungsoberfläche möglicherweise bildenden Schmutzschicht eingesetzt werden können.

Zur Lösung der Aufgabe wird auch eine Aufzeichnungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgeschlagen. Diese weist einen Schreibkopf mit einer Anzahl Kontaktelemente zum Kontaktieren einer Aufzeichnungsoberfläche auf, die mit mindestens einer Spannungsquelle verbindbar sind. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass im Strompfad zwischen der Spannungsquelle und einer zwischen mindestens einem Kontaktelement und der Aufzeichnungsoberfläche gebildeten Kontaktfläche mindestens ein den elektrischen Strom auf einen maximalen Wert begrenzender Widerstand vorgesehen ist. Dieser begrenzt den vom Kontaktelement zur Aufzeichnungsoberfläche fließenden Strom und ist so gewählt, dass elektrochemische Reaktion und/oder Gasüberschläge vom Kontaktelement auf die Aufzeichnungsoberfläche vorzugsweise vermieden, zumindest aber auf ein unschädliches Maß reduziert werden. Aufgrund der Begrenzung des maximalen Stroms kann also ein Verschleiß des Kontaktelements beziehungsweise der Kontaktelemente reduziert werden, was die Funktionssicherheit der Aufzeichnungsvorrichtung erhöht.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Aufzeichnungsvorrichtung ist der Widerstand vom Innenwiderstand der Spannungsquelle gebildet. Der Maximalwert des Stroms kann dadurch für alle Kontaktelemente in einfacher Weise durch einen Austausch der Spannungsquelle oder durch Steuerung/Veränderung ihres Innenwiderstands verändert werden. Die Spannungsquelle kann beispielsweise von einer elektronischen Einrichtung gebildet sein. Allen Ausführungsvarianten der Spannungsquelle ist gemeinsam, dass deren Ausgangsstromstärke nur so groß ist, dass ein erhöhter Verschleiß der Kontaktelemente infolge von elektrochemischen Reaktionen und/oder Gasüberschlägen vermieden beziehungsweise reduziert wird.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Aufzeichnungsvorrichtung ist der Widerstand in das Kontaktelement integriert. Vorzugsweise weist jedes der Kontaktelemente einen Einzelwiderstand auf, der vorzugsweise nahe an der Kontaktfläche zwischen dem Kontaktelement und der Aufzeichnungsoberfläche, also nahe an der Kontaktelementenspitze angeordnet ist. Dadurch, dass jedes Kontaktelement mindestens einen Widerstand aufweist, um den zur Aufzeichnungsoberfläche fließenden Maximalstrom zu begrenzen, ist es möglich, die gleiche Spannungsquelle für verschiedene Ausführungsvarianten der Aufzeichnungsvorrichtung beziehungsweise des die Kontaktelemente aufweisenden Schreibkopfes zu verwenden, bei dem durch die Kontaktelemente jeweils ein unterschiedlich hoher elektrischer Strom fließt. Aufgrund der in die Kontaktelemente integrierten Einzelwiderstände kann die Variantenvielfalt der Spannungsquelle verringert und deren Aufbau vereinfacht werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Material des einzelnen Kontaktelements so gewählt ist, dass das Kontaktelement selbst den elektrischen Strom auf einen gewünschten Maximalwert begrenzenden Widerstand bildet. Die Herstellung und somit die Kosten des Kontaktelements sind hier nur verhältnismäßig gering.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Aufzeichnungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Material der Aufzeichnungsoberfläche beziehungsweise das Material eines aufzuladenden Bildelements, von dem die Aufzeichnungsoberfläche eine bestimmte, in einer Matrix angeordnete Anzahl aufweist, so gewählt ist, dass die Aufzeichnungsoberfläche/das Bildelement den elektrischen Widerstand bildet. Auch durch diese Maßnahme kann der maximale Wert des vom Kontaktelement über die Kontaktfläche zur Aufzeichnungsoberfläche beziehungsweise zum Bildelement fließenden elektrischen Stroms begrenzt beziehungsweise eingestellt werden, so dass ein erhöhter Verschleiß der Kontaktelemente vermieden werden kann.

Selbstverständlich ist es möglich, dass sich der Widerstand durch den gegebenenfalls in das jeweilige Kontaktelement integrierten Einzelwiderstand und/oder den Eigenwiderstand des Kontaktelements und/oder den Eigenwiderstand der Aufzeichnungsoberfläche/des Bildelements und/oder den Innenwiderstand der Spannungsquelle zusammensetzt, so dass durch eine geeignete Auswahl der im Strompfad angeordneten Komponenten beziehungsweise Materialien die Höhe des Widerstands einstellbar ist.

Bevorzugt wird auch ein Ausführungsbeispiel der Aufzeichnungsvorrichtung, bei dem der Widerstand in einem Bereich von 1 kΩ bis 1 kΩ liegt. Zum Aufladen der Aufzeichnungsoberfläche beziehungsweise der Bildelemente hat sich ein Widerstand von circa 1 MΩ als besonders vorteilhaft herausgestellt.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Zur Lösung der Aufgabe wird ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Aufzeichnungsvorrichtung vorgeschlagen, das die Merkmale des Anspruchs 16 aufweist. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass auf zumindest einen Teil der auf der Aufzeichnungsoberfläche in einer Matrix angeordneten, ein bestimmtes Eingangspotential aufweisenden Bildelemente ein elektrisches Grundpotential aufgebracht wird, bevor sie mit dem jeweiligen, dem elektrostatischen Muster entsprechenden elektrischen Sollpotential aufgeladen werden. Vorteilhaft hierbei ist, dass dadurch die maximal mögliche Spannungsdifferenz zwischen dem jeweiligen Kontaktelement und dem auf das Sollpotential aufzuladenden Bildelement im Moment der Kontaktierung verringert, insbesondere minimiert werden kann, wodurch der Verschleiß der Kontaktelemente infolge elektrochemischer Reaktionen, Funkenerosion und/oder elektrischer Überschläge reduziert wird.

Im Zusammenhang mit der hier vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff "Eingangspotential" das Potential verstanden, das ein Bildelement aufweist, bevor es mit Hilfe einer geeigneten Einrichtung (zum Beispiel Koronendraht) oder dem mindestens einen zugeordneten Kontaktelement auf das gewünschte Grundpotential aufgeladen wird. Das Eingangspotential kann beispielsweise im Wesentlichen gleich groß oder nur geringfügig kleiner sein, als das Sollpotential, mit dem ein Bildelement einen Aufzeichnungsvorgangs zuvor aufgeladen worden ist. Dies gilt selbstverständlich nur dann, wenn keine Maßnahmen getroffen werden, das Bildelement zwischen zwei Aufzeichnungsvorgängen zu entladen. In dem Fall, dass bei zwei aufeinanderfolgenden Aufzeichnungsvorgängen dasselbe Bild übertragen wird, kann das Eingangspotential des jeweiligen Bildelements im Wesentlichen gleich groß wie das Sollpotential sein, mit dem es aufgeladen werden soll.

Nach einer ersten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Bildelemente mittels mindestens einer geeigneten Einrichtung auf ein einstellbares elektrisches Grundpotential voraufgeladen werden, beispielsweise mit Hilfe einer Korona, und zwar bevor sie von den Kontaktelementen kontaktiert werden. In diesem Fall werden dann die Kontaktelemente mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt, die vorzugsweise gleich groß oder im Wesentlichen gleich groß ist, wie das Grundpotential des Bildelements, so dass die Spannungsdifferenz in dem Moment, in dem das jeweilige Kontaktelement das Bildelement kontaktiert, sehr klein ist. Nachdem das Kontaktelement das Bildelement kontaktiert hat, wird dann die an das Kontaktelement angelegte elektrische Spannung so eingestellt/verändert, dass das Bildelement mit dem gewünschten Sollpotential aufgeladen wird.

Nach einer anderen Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das Voraufladen der Bildelemente auf ein bestimmtes elektrisches Grundpotential ohne Zuhilfenahme separater Einrichtungen, wie zum Beispiel einer Korona, erfolgt, sondern ausschließlich mit Hilfe der Kontaktelemente. An die Kontaktelemente wird vor dem Kontaktieren der Bildelemente eine dem auf die Bildelemente aufzubringenden Grundpotential entsprechende elektrische Spannung angelegt. Praktisch kein Verschleiß infolge elektrochemischer Reaktionen, Funkenerosion und/oder elektrischer Überschläge würde auftreten, wenn das aufzubringende Grundpotential und das Eingangspotential der Bildelemente gleich groß wäre, so das die Spannungsdifferenz im Moment der Kontaktierung null ist beziehungsweise gegen null geht. Somit ist die Auswahl eines geeigneten Grundpotential zur Verschleißreduzierung der Kontaktelemente entscheidend.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens wird das elektrische Grundpotential in Abhängigkeit der Schwärzung des gespeicherten elektronischen Bilds ermittelt. Vorzugsweise ist das Grundpotential das mittlere elektrische Potential des elektrostatischen Musters, das heißt, die Differenz zwischen dem größten elektrischen Potential und dem kleinsten elektrischen Potential sowie dem mittleren elektrischen Potential ist minimal. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die maximale Spannungsdifferenz zwischen den Kontaktelementen und dem jeweiligen Bildelement nicht größer ist als die Hälfte der größten elektrischen Spannungsdifferenz des elektrostatischen Musters. Der Verschleiß der Kontaktelemente infolge eines Spannungsüberschlags oder elektrochemischer Einflüsse ist daher nur gering. Der Grund dafür ist, dass der Verschleiß der Kontaktelemente - anlog zur Energie im elektrischen Feld eines Plattenkondensators - proportional zum Quadrat der Spannungsdifferenz (Verschleiß ~ U²) ist.

Bei einer anderen Ausführungsvariante wird zur Auswahl eines geeigneten Grundpotentials eine elektronische Einrichtung eingesetzt, die die Spannung eines jeden einzelnen Bildelements für eine Umdrehung des Bildzylinders speichert und die Kontaktelemente für die Kontaktierung des jeweiligen Bildelements auf diese Spannung setzt. Für den Fall, dass nacheinander identische elektrostatische Muster/Bilder auf die Aufzeichnungsoberfläche aufgebracht werden, sind das Eingangs-, Grund- und Sollpotential im Wesentlichen gleich groß.

Allen Ausführungsvarianten ist gemeinsam, dass die jeweilige, an die Kontaktelemente vor dem Kontaktieren der Bildelemente angelegte elektrische Spannung vorzugsweise gleich groß ist, wie das Grundpotential, mit dem das jeweilige Bildelement mit Hilfe des Kontaktelements aufgeladen werden soll beziehungsweise mit dem das jeweilige Bildelement mit Hilfe beispielsweise einer Korona zuvor bereits aufgeladen worden ist.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts eines Ausführungsbeispiels eines elektrographischen Schreibkopfes und

Fig. 2 bis 5 jeweils einen Draufsicht auf mehrere Bildelemente einer Aufzeichnungsoberfläche mit einer Ausführungsform einer Kontaktfläche eines die Aufzeichnungsoberfläche kontaktierenden Kontaktelements.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Vorrichtung 1 zum Erzeugen eines elektrostatischen Musters, das einem aufzuzeichnenden elektronischen Bild entspricht, auf eine Aufzeichnungsoberfläche 3 eines Bildträgers 5, der hier rein beispielhaft von einem um seine Längsmittelachse rotierbaren Bildzylinder 7 gebildet ist. Die Aufzeichnungsoberfläche 3 ist hier vom Mantel des Bildzylinders 7 gebildet, dessen Bewegungsrichtung 9 bei Rotation des Bildzylinders 7 mit einem Pfeil dargestellt ist.

Der Bildträger 5 beziehungsweise der Bildzylinder 7 sind vorzugsweise so ausgebildet, wie in der EP 0 713 155 A2 beschrieben, deren Inhalt zum Gegenstand dieser Beschreibung gemacht wird. Im Folgenden wird daher nur kurz auf den Aufbau des Bildzylinders 7 näher eingegangen.

Der antreibbare Bildzylinder 7, von dem in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab ein Teil seines Mantels im Querschnitt dargestellt ist, weist üblicherweise einen aus Stahl oder Aluminium bestehenden Kern auf, um den herum eine als Masseebene dienende, elektrisch leitende Lage 11 vorgesehen ist. Um die Lage 11 herum ist eine Hülse 13 angeordnet, die aus einem thermisch und elektrisch gut isolierenden Material, wie zum Beispiel Keramik, besteht. Auf der Lage 13 sind eine Vielzahl von leitfähigen Bereichen, die im Folgenden als Bildelemente 15 (Pixel) bezeichnet werden, in einer hier rechtwinkligen Matrix angeordnet. Die elektrisch leitfähigen Bildelemente 15 sind mit der elektrisch leitfähigen Lage 11 nicht verbunden und bilden mit der Lage 11 jeweils einen Kondensator, wobei die Bildelemente mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen aufladbar sind. Die Bildelemente 15 sind bei diesem Ausführungsbeispiel in das Dielektrikum eingebettet, so dass die Aufzeichnungsoberfläche 3 insgesamt sehr glatt ist. Bei einem anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Bildzylinder 7 eine äußere, farbabstoßende Beschichtung auf, die zumindest die dielektrische Hülse 13 bedeckt. Allen Ausführungsbeispielen des Bildzylinders 7 ist gemeinsam, dass dessen Aufzeichnungsoberfläche 3 mit einem elektrostatischen Muster mit geladenen und ungeladenen Bereichen versehen werden kann.

Die Vorrichtung 1 umfasst ferner einen am Umfang des Bildzylinders 7 angeordneten Schreibkopf 17, der sich über die gesamte Länge des Bildzylinders 7 erstreckt und eine Anzahl Kontaktelemente 19 aufweist, die - senkrecht zur Bewegungsrichtung 9 der Aufzeichnungsoberfläche 3 gesehen - in einer Reihe und in einem Abstand voneinander angeordnet sind. Die Kontaktelemente 19 sind hier von flexibel, elektrisch leitenden Kontaktzungen 21 gebildet, die die Aufzeichnungsoberfläche 3 des Bildzylinders 7 federnd kontaktieren. Jedes der Kontaktelemente 19 ist - in Bewegungsrichtung 9 des Bildzylinders 7 gesehen - jeweils einer Spalte der Bildelementenmatrix zugeordnet. Mit Hilfe einer nicht dargestellten Steuereinrichtung können die Kontaktelemente 19 einzeln angesteuert, das heißt mit einer nicht dargestellten Spannungsquelle, vorzugsweise einer Gleichspannungsquelle, verbunden werden, so dass mit jedem der Kontaktelemente 19 ein gewünschtes elektrisches Potential auf die Aufzeichnungsoberfläche 3 beziehungsweise auf das vom jeweiligen Kontaktelement 19 kontaktierte Bildelement 15 übertragen werden kann. Das auf der Aufzeichnungsoberfläche 3 aufgebrachte elektrostatische Muster entspricht einer gewünschten Bildinformation, die in bekannter Weise auf ein Drucksubstrat, beispielsweise einen Papierbogen, oder einen Zwischenträger übertragen werden kann.

Auf die unterschiedlich aufgeladenen Bereiche der Aufzeichnungsoberfläche 3 wird mit Hilfe einer - in Bewegungsrichtung 9 der Aufzeichnungsoberfläche 3 gesehen - dem Schreibkopf 17 nachgeordneten Auftragseinrichtung (nicht dargestellt) eine Druckfarbe, beispielsweise Flüssigtoner oder Trockentoner, in bekannter Weise zugeführt. Der Trockentoner besteht beispielsweise aus einem elektrisch geladenen Pulver, das vorzugsweise eine mittlere Partikelgröße von 10 µm aufweist. Das Pulvermaterial ist im Wesentlichen ein Pigment-Polymergemisch. Die Tonerpartikel lagern sich an den unterschiedlich aufgeladenen Bildelementen 15 ab, wobei die an den Bildelementen 15 abgeschiedenen Mengen des Toners monoton mit den Feldstärken in diesen geladenen Bereichen zunimmt. Anschließend wird das mit dem Flüssig- oder Trockentoner sichtbar gemachte Muster auf dem Bildträger in bekannter Weise auf ein Drucksubstrat oder einen Zwischenträger übertragen. Bezüglich der Zusammensetzung, der Eigenschaften und der Übertragsvarianten und -formen der für die Aufzeichnungsvorrichtung einsetzbaren, vorzugsweise von einem Flüssigtoner oder Trockentoner gebildeten Druckfarbe wird unter anderem auf die Literaturstelle "Electrophotography and Development Physics" von L. B. Schein, Springer Verlag 1992, ISBN 3-540-55858-6 verwiesen, deren Inhalt zum Gegenstand dieser Beschreibung gemacht wird.

Im Folgenden wird anhand der Fig. 2 bis 5 eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der Aufzeichnungsvorrichtung 1 näher erläutert.

Fig. 2 bis 5 zeigen jeweils eine Draufsicht auf in einer Matrix angeordnete Bildelemente 15/1, 15/2 und 15/3, die in Bewegungsrichtung 9 der Aufzeichnungsoberfläche 3 in einem Abstand hintereinander angeordnet sind. Die Länge L₁ der Bildelemente 15/1, 15/2 und 15/3 beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel 40 µm, der Abstand x zwischen zwei benachbart angeordneten Bildelementen 10 µm und die Länge L₂ der Kontaktfläche 20 µm. Des weiteren ist die hier rein beispielhaft rechteckförmige Kontaktfläche 22 eines die Aufzeichnungsoberfläche 3 beziehungsweise die Bildelemente 15 kontaktierenden, nicht dargestellten Kontaktelements erkennbar.

Rein beispielhaft wird im folgenden davon ausgegangen, dass jedes der Bildelemente 15/1, 15/2 und 15/3 mit Hilfe des Kontaktelements zunächst mit einem elektrischen Grundpotential +50 V (Volt) aufgeladen wird. Es wird ferner davon ausgegangen, dass das kleinstmögliche elektrische Potential der Bildelemente 0 V und deren größtmögliches elektrische Potential 100 V betragen kann. Zum Voraufladen der Bildelemente auf das Grundpotential, das in bezug auf das größte und das kleinste Potential des elektrostatischen Musters ein mittleres Potential ist, wird an das Kontaktelement eine Spannung von +50 V angelegt und zwar jeweils bevor die Bildelemente von dem Kontaktelement kontaktiert werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die größtmögliche Spannungsdifferenz zwischen dem Bildelement und dem Kontaktelement im Moment der Kontaktierung nicht größer 50 V ist. Eine weitere Randbedingung ist, dass das erste Bildelement 15/1 mit einem Sollpotential von 0 V und das zweite Bildelement 15/2 mit einem Sollpotential von +100 V aufgeladen werden soll.

In der in Fig. 2 dargestellten Stellung kontaktiert das nicht näher dargestellte Kontaktelement das Bildelement 15/1, wobei die Vorderkante 23 der zwischen der Kontaktierungsspitze des Kontaktelements und der Aufzeichnungsoberfläche beziehungsweise dem Bildelement gebildeten, hier rechteckförmigen Kontakt- (Anlage-) fläche 22 sich in einem Abstand von circa 5 µm zum in Bewegungsrichtung 9 nachfolgenden zweiten Bildelement 15/2 befindet. An dem Kontaktelement liegt eine Spannung von +50 V an, die dem gewünschten Grundpotential entspricht. Die an das Kontaktelement angelegte Spannung von +50 V wird aufrechterhalten, bis das Kontaktelement sich circa 5 µm in Überdeckung mit dem zweiten Bildelement 15/2 befindet, wie in Fig. 3 dargestellt. Während das Kontaktelement nun sowohl das erste Bildelement 15/1 als auch das zweite Bildelement 15/2 kontaktiert, wird das erste Bildelement 15/1 mit seinem Sollpotential aufgeladen, dass hier 0 V beträgt. Dies wird dadurch realisiert, dass die an das Kontaktelement angelegte Spannung auf 0 V reduziert und so lange aufrechterhalten wird, bis das Kontaktelement das erste Bildelement 15/1 verlassen hat.

In Fig. 4 ist die Aufzeichnungsoberfläche gegenüber der in Fig. 3 dargestellten Stellung soweit in Richtung des Pfeils 9 verlagert, dass das Kontaktelement das erste Bildelement 15/1 bereits verlassen hat und nur noch das zweite Bildelement 15/2 kontaktiert.

Rechtzeitig bevor das Kontaktelement das dritte Bildelemente 15/3 kontaktiert, also wenn die Vorderkante 23 der Kontaktfläche 22 beispielsweise noch 5 µm vom dritten Bildelement 15/3 beabstandet ist, wie in Fig. 5 dargestellt, wird wieder die Grundspannung von 50 V an das Kontaktelement angelegt, so dass beim Kontaktieren des dritten Bildelements 15/3 die Spannungsdifferenz zwischen Kontaktelement und Bildelement maximal 50 V beträgt. Nachdem das Kontaktelement das dritte Bildelement 15/3 kontaktiert und bevor es das zweite Bildelement 15/2 verlassen hat, wird das Kontaktelement mit einer Spannung von +100 V beaufschlagt, um das zweite Bildelement 15/2 mit seinem Sollpotential aufzuladen.

Aus dem oben Gesagten wird deutlich, dass die Steuerung der an das Kontaktelement angelegten Spannung abhängig ist von der Länge L₁ der Bildelemente, dem Abstand x zwischen den Bildelementen sowie der Länge L₂ der Kontaktfläche 22. Bei dem anhand der Fig. 2 bis 5 beschriebenen Verfahren ist das zum Aufladen der Bildelemente auf ihr jeweiliges Sollpotential nutzbare Zeitfenster so groß, wie die Bildelemente benötigen, um eine Wegstrecke von 5 µm relativ gegenüber dem Kontaktelement zurückzulegen.

Vorzugsweise wird die Länge L₂ der Kontaktfläche 22 in Abhängigkeit der Länge L₁ der Bildelemente und dem Abstand x zwischen den Bildelementen gewählt, insbesondere nach folgender Gleichung:

L₂ = L₁ + n.(L₁ + x),

wobei n = 0, 1, 2, 3, . . ., 8, 9, 10 . . . etc. Dadurch ergibt sich bei dem anhand der Fig. 2 bis 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel eine bevorzugte Länge L₂ für Kontaktfläche 22 von 40 µm, 90 µm, 140 µm etc. Durch diese Wahl wird die zum Aufladen der Bildelemente zur Verfügung stehende Zeit maximiert, bei gleichzeitiger Minimierung der Gefahr einer falschen Aufladung vorhergehender oder nachfolgender Bildelemente.

Sofern die Voraufladung der Bildelemente auf das Grundpotential nicht mit einer separaten Einrichtung, beispielsweise einer Korona, sondern mittels des Kontaktelements erfolgt, ist für die Länge L₂ der Kontaktfläche folgende Bedingung einzuhalten:

L₂ ≠ x + n.(L₁ + x)

wobei n = 0, 1, 2, 3, 4, . . ., 8, 9, 10, . . . etc. Dadurch kann in vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass ausreichend Zeit bleibt, mit Hilfe des Kontaktelements ein vorhergehendes Bildelement auf sein Sollpotential aufzuladen und dann rechtzeitig, also bevor das Kontaktelement das nachfolgende Bildelemente kontaktiert, die an das Kontaktelement angelegte Spannung auf das Grundpotential des nachfolgenden Bildelements einzustellen. Ferner wird ein ungewollter, durch das Kontaktelement verursachter Kurzschluss zwischen zwei benachbarten Bildelementen sicher verhindert werden.

Bei einem anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel, das sich von den anhand der Fig. 2 bis 5 beschriebenen Ausführungsbeispielen dadurch unterscheidet, dass die Länge L₂ der Kontaktfläche 22 kleiner ist als der Abstand x zwischen zwei benachbarten Kontaktelementen, ist ein Kurzschluss zwischen zwei benachbarten Bildelementen in jedem Fall ausgeschlossen.

Um nicht die an das Kontaktelement angelegte Spannung ständig auf die Grundspannung von +50 V umzuschalten, ist bei einem anderen Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass eine elektronische Einrichtung die Spannung eines jeden einzelnen Bildelements für eine Umdrehung des Bildzylinders speichert und die Kontaktelemente für die Kontaktierung des jeweiligen Bildelements auf diese elektrische Spannung setzt. Während des Aufzeichnens des neuen elektrostatischen Musters wird nun die an das Kontaktelement angelegte Spannung individuell an das jeweilige Bildelement aufzubringende Potential angepasst. Wenn also ein Bildelement mit einer Spannung von 20 V aufgeladen war, wird es bevor das nächste elektrostatische Muster beziehungsweise Sollpotential auf die Aufzeichnungsoberfläche des Bildträgers aufgebracht wird, zunächst einmal mit dieser Spannung, also mit einer Spannung von 20 V mit Hilfe des Kontaktelements beaufschlagt.

Sollte das auf dieses Bildelement aufzubringende Sollpotential von dem Sollpotential des vorhergehenden Bildes abweichen, so wird die an das Kontaktelement angelegte Spannung entsprechend erhöht oder verringert, also nachdem das Kontaktelement das Bildelement mit minimaler Spannungsdifferenz kontaktiert hat.

Aus allem wird deutlich, dass verschiedene Varianten der Steuerung der an die Kontaktelemente angelegten Spannung möglich sind, wobei bei allen Varianten eine Voraufladung der Aufzeichnungsoberfläche auf ein Grundpotential stattfindet und die maximale Spannungsdifferenz zwischen dem Kontaktelement und dem jeweiligen Bildelement vorzugsweise minimiert ist, so dass - wenn überhaupt - ein nur geringer Verschleiß der Kontaktelemente infolge von Spannungsüberschlägen und Funkenerosion auftritt. Dabei gilt, dass je kleiner die Potentialdifferenz zwischen dem Bildelement und dem Kontaktelement unmittelbar vor und im Moment der Kontaktierung ist, desto geringer ist der Verschleiß.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder in den Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruchs durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfindungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.

Die Erfindung ist auch nicht auf das/die Ausführungsbeispiel(e) der Beschreibung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen, in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und den Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen beziehungsweise Elementen oder Verfahrensschritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten beziehungsweise Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims (20)

1. Vorrichtung zum Aufzeichnen eines einem elektronischen Bild entsprechenden elektrostatischen Musters auf eine Aufzeichnungsoberfläche eines Bildträgers, mit einem eine Anzahl Kontaktelemente aufweisenden Schreibkopf, wobei die Kontaktelemente mit der Aufzeichnungsoberfläche in Kontakt bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Kontaktelemente (19), vorzugsweise alle Kontaktelemente (19), aus mindestens einem verschleißbeständigen Material hergestellt und/oder mit einer verschleißbeständigen Schicht beschichtet sind.

2. Aufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Kontaktelemente (19) eine körnige Struktur aufweist.

3. Aufzeichnungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (19) aus mindestens zwei Materialien bestehen, wobei ein erstes Material als Trägermaterial für ein zweites Material dient.

4. Aufzeichnungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material sehr hart ist, vorzugsweise härter als das erste Material.

5. Aufzeichnungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material in Partikelform vorliegt und in das - vorzugsweise weiche beziehungsweise weichere - erste Material eingebettet ist.

6. Aufzeichnungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel scharfkantig ausgebildet sind.

7. Aufzeichnungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, aus dem die Kontaktelemente (19) bestehen, und/oder deren Beschichtung mindestens ein elektrisch leitendes Oxid und/oder Nitrid, mindestens eine elektrisch leitende Oxid- oder Nitridlegierung, mindestens eine edle intermetallische oder metallische Legierung, insbesondere Iridium, Rhenium, Platin, Palladium, und/oder Silber ist.

8. Aufzeichnungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufzeichnungsoberfläche (3) aus einem verschleißfesten Material, insbesondere aus einem in Anspruch 7 angegebenen Material, hergestellt ist.

9. Vorrichtung zum Aufzeichnen eines einem elektronischen Bild entsprechenden elektrostatischen Musters auf eine Aufzeichnungsoberfläche eines Bildträgers, mit einem Schreibkopf, der eine Anzahl mit mindestens einer Spannungsquelle verbindbaren Kontaktelemente zum Kontaktieren der Aufzeichnungsoberfläche aufweist, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Strompfad zwischen der Spannungsquelle und einer zwischen mindestens einem Kontaktelement (19) und der Aufzeichnungsoberfläche (3) gebildeten Kontaktfläche (22) mindestens ein den elektrischen Strom auf einen maximalen Wert begrenzender Widerstand vorgesehen ist.

10. Aufzeichnungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand der Innenwiderstand der Spannungsquelle ist.

11. Aufzeichnungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand in das Kontaktelement (19) integriert ist.

12. Aufzeichnungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand nahe an der Kontaktfläche (22) zwischen dem Kontaktelement (19) und der Aufzeichnungsoberfläche (3) angeordnet ist.

13. Aufzeichnungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Kontaktelements (19) so gewählt ist, dass das Kontaktelement (19) den Widerstand bildet.

14. Aufzeichnungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Aufzeichnungsoberfläche (3) beziehungsweise das Material eines aufzuladenden Bildelements so gewählt ist, dass die Aufzeichnungsoberfläche (3)/das Bildelement (15; 15/1, 15/2, 15/3) den Widerstand bildet.

15. Aufzeichnungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand in einem Bereich von 1 kΩ (Kilo-Ohm) bis 1 GΩ (Giga-Ohm) liegt und vorzugsweise in etwa 1 MΩ beträgt.

16. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Aufzeichnen eines einem elektronischen Bild entsprechenden elektrostatischen Musters auf eine in einer Matrix angeordnete Bildelemente aufweisende Aufzeichnungsoberfläche eines Bildträgers mittels eines Schreibkopfs, der eine Anzahl Kontaktelemente zum Kontaktieren der Aufzeichnungsoberfläche aufweist, insbesondere einer Aufzeichnungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass auf zumindest einen Teil der Bildelemente, vorzugsweise auf alle Bildelemente, ein elektrisches Grundpotential aufgebracht wird, bevor die Bildelemente mit dem jeweiligen, dem elektrostatischen Muster entsprechenden elektrischen Sollpotential aufgeladen werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundpotential auf die Bildelemente aufgebracht wird, bevor das jeweilige aufzuladende Bildelement von dem mindestens einen Kontaktelement kontaktiert wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundpotential mittels der Kontaktelemente auf die Bildelemente aufgebracht wird.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundpotential in Abhängigkeit der Schwärzung des gespeicherten elektronischen Bilds ermittelt wird.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundpotential das mittlere elektrische Potential des elektrostatischen Musters ist.