Appareil d'impression électrostatique
La présente invention a pour objet un appareil d'impression électrostatique.
Dans le procédé d'impression électrostatique usuel révélé, par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 2 297 691 du 6 octobre 1952, une matière isolante photo-conductrice pourvue d'un support conducteur reçoit une charge électrique uniforme sur toute sa surface et est ensuite exposée à de la lumière ou un rayonnement à travers une image de telle sorte qu'il se forme une image électrostatique latente sur la couche isolante.
Les charges électrostatiques formant l'image sont formées par suite de la décharge de zones superficielles photo-conductrices exposées à la lumière vers la plaque de support conductrice selon l'intensité de la lumière qui frappe les zones superficielles élémentairesW Le développement de l'image est effectué en amenant des particules d'impression pourvues d'une charge opposée sur les charges électriques du dessin lui-même, de telle sorte qu'elles y soient retenues électrostatiquement à l'intérieur du contour de l'image électrostatique latente.
Ensuite, l'image développée est transférée à un support appropriée sur lequel elle peut être fixée si cela est nécessaire. Dans d'autres modes d'exécution du procédé, Limage électrostatique latente est transférée d'une surface non conductrice à une autre avant d'être utilisée à des fins d'impression.
Par suite des lignes de force électrostatiques internes établies dans l'image latente en conséquence de la distribution de charges, on a rencontré de grandes difficultés dans le développement des systèmes connus en tentant de surmonter les charges concentrées d'où il résultait que les surfaces reproduites présentaient des centres creux et des bords trop accentués.
Habituellement, une électrode de développement d'une certaine forme est nécessaire. De telles électrodes ont au moins une surface en une matière conductrice soumise à une faible tension de polarisation ou maintenue au même potentiel que la plaque ou élément de support conducteur de façon à établir des champs électrostatique à l'extérieur de l'image et loin de sa plaque de support pour réduire au minimum la distorsion.
L'appareil selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un support d'image latente électrostatique, dont la surface est subdivisée en parties photoconductriceps coplanaires espacées les unes des autres, des moyens pour établir une image latente électrostatique sur le support, des moyens pour saupoudrer l'image latente avec une matière d'impression, des moyens pour positionner une matière à imprimer, de manière à ce que la matière à imprimer soit espacée du support d'image, et des moyens pour établir un champ électrostatique entre le support et la matière à imprimer, la matière d'impression étant transférée du support vers la matière à imprimer, à travers l'espace, par l'action du champ électrostatique.
Le dessin représente, à titre d'exemple, deux modes d'exécution de l'appareil objet de l'invention.
La fig. l est une vue schématique en partie en élévation de profil, d'un premier appareil utilisant une image électrostatique dans un champ électrostatique pour projeter une matière colorante pulvérulente sur une matière de facon à y imprimer l'image,
la fig. 2 est une vue de face d'une partie de l'appareil de la fig. 1,
la fig. 3 représente une partie du support d'image sur lequel l'image électrostatique est formée, ledit support étant représenté en plan et à une échelle beaucoup plus grande que celle des fig. 1 et
la fig. 4 est une vue, en partie en coupe du support, suivant la ligne 4-4 de la fig. 3,
la fig. 5 représente une variante d'une partie de l'appareil selon la fig. 1,
la fig. 6 est une vue en plan du support d'image de la fig.
3, mais qui montre une connexion électrique nécessaire pour adapter le support avec la variante de la fig. 5,
la fig. 7 est une vue schématique en perspective d'un support d'image d'un type modifié uniformément chargé,
la fig. 8 est une vue schématique du même support d'image exposé à une image,
la fig. 9 est une autre vue schématique semblable du support d'image ainsi exposé, saupoudré de matière d'encrage,
la fig. 10 est une vue en élévation de profil montrant le cliché des fig. 7 et 9,
les fig. 10a et 10b montrent des détails du support d'image ou cliché et du champ de la fig. 10, et
la fig. il est une représentation schématique en perspective d'un deuxième appareil pouvant effectuer une opération d'impression automatique.
En se référant maintenant au dessin et plus particulièrement à la fig. 1 et à la fig. 2 un transporteur sans fin 1 1 comprend un support d'image se présentant sous forme d'une trame 13 portée par des roues dentées d'entraînement 15, 16, 17 et 18, de façon à tourner sans fin. Un entraînement commun est assuré par l'intermédiaire de la courroie 20 et d'une poulie 21, d'une courroie supplémentaire 22 et d'un moteur 23.
La trame 13 est constituée par une grille de fils électriquement conducteurs plats ou ronds, représentée par les fils séparés 24 des fig. 3 et 4. Les fils 24 sont recouverts, avant d'être réunis suivant la trame, par un revêtement photo-conducteur 26 sensible à la lumière.
Les fils de trame 24 peuvent être faits en n'importe quelle matière conductrice et flexible appropriée, telle que du métal ou du Nylon conducteur. Des résultats satisfaisants ont été obtenus avec une trame de nickel recouverte d'une mince couche de matière photoconductrice, telle que de l'oxyde de zinc dans un liant de résine organique. Le revêtement peut être chargé par rapport à la trame et conserver la charge pendant au moins une courte période tant qu'il reste dans un endroit sombre ou faiblement éclairé, par exemple lorsqu'il est enfermé dans une enceinte (non représentée) entourant l'appareil de la fig. 1.
Un rouleau en fourrure ou en peluche 23' est entraîné continuellement par un moteur 28 et est légèrement en contact avec la trame 13, de façon à distribuer une charge uniforme sur cette surface. Une petite tige de métal 25 frotte légèrement sur le rouleau 23 et est reliée à la masse de façon à ce que les charges électriques ne s'accumulent pas sur la peluche.
Le transporteur sans fin 11 étant entraîné dans le sens de la flèche, la trame chargée 13 se présente devant une zone de formation d'images électrostatiques établie par l'arrangement de projection de la lumière 27.
Quand une opération d'impression continue est souhaitée, par exemple dans le cas de l'impression de dessins sur une matière, par exemple un papier peint mural ou un tissu, etc. un modèle 29, porté par une boucle sans fin, est utilisé pour projeter des images sur la trame 13. Un mécanisme d'exposition à fentes comprenant un moyen de projection, qui comprend une lentille 30, une fente de formation d'image 32 et une fente de projection 34, est prévue de telle sorte que la lentille projette une image sur la trame 13 à travers la fente 32. Le dessin du modèle 29 est transmis à travers la fente de projection 34 à la vitesse voulue imposée par le moyen d'entraînement 36 à roues dentées qui est évidemment synchronisé avec la vitesse de la trame 13. L'image électrostatique latente, indiquée par les lettres minuscules x, est produite sur la trame 13.
Cette image est composée de charges réparties le long des surfaces des revêtements photo-conducteurs 26 de la trame 13, de telle sorte que les limites des interstices délimitent en fait la charge d'image 31.
Une chambre de saupoudrage 41 est représenté à proximité de la surface intérieure du transporteur sans fin 11, son écran 41' étant du côté opposé, de telle sorte qu'un nuage de poudre est développé par la brosse intérieure en rotation et appliqué à la trame 13 et les particules qui ont une granulométrie suffisamment petite sont attirées à travers les interstices de la trame 13 et adhèrent aux zones ayant une charge opposée à celle de l'image latente électrostatique, en la développant. Les particules de poudre peuvent comprendre de la matière d'impression ou matière colorante pulvérulente d'un type thermodurcissable ou d'autres matières d'impression semblables comme mentionné ou utilisées dans le commerce.
L'image électrostatique latente 31 maintenant saupoudrée pénètre dans un champ électrostatique d'une intensité relativement grande en comparaison avec les charges de limage latente. Ce champ est formé entre d'une part, la trame composée des fils 24, tous réunis dans un connexion électrique par une bande 45 (fig. 3) et d'autre part, une électrode plate 47 (fig. 1) espacée de la trame de façon à former un intervalle d'air électrostatique.
La différence de potentiel électrique a la polarité correcte pour projeter les particules d'image à travers l'intervalle d'air vers l'électrode plate 47. Toutefois, ces particules sont interceptées sur leur trajectoire par la matière à imprimer 49 entraînée en synchronisme avec la trame 13 par le dispositif d'entraînement à rouleau 51. La matière à imprimer 49 est maintenue en contact ou en contiguïté avec la plaque conductrice 47.
Le mécanisme d'entraînement de la manière à imprimer 49 et le transporteur sans fin 1 1 sont synchronisés de telle sorte que la matière à imprimer se déplace à travers le champ électrostatique à la même vitesse que l'image électrostatique portée par la trame 13. L'espacement dans l'intervalle d'air (qui est par nécessité représenté avec beaucoup d'exagération) est petit, de telle sorte qu'une tension relativement petite puisse établir un champ de lignes de force électrostatique suffisamment intense pour une impression de détails fins. Un intervalle d'air de quelques dixièmes de millimètre entre le transporteur 13 et le papier 49 exige une tension de plusieurs centaines de volts (continue de préférence) entre la plaque de support 47 et la trame interne du transporteur constituée par les fils métalliques 24 pour produire une impression convenable.
La tension nécessaire pour obtenir une impression optimum dépend de la largeur de l'intervalle d'air, du degré d'humidité, du type d'impression, du type de manière colorante et du type de matière à imprimer.
La largeur de l'intervalle d'air peut atteindre jusqu'à 2,54 millimtres pour des tensions de 1500 volts.
On pense que l'ionisation de cet intervalle d'air n'est pas nécessaire mais que les particules de matière d'impression pulvérulente chargée sont simplement projetées à travers l'intervalle d'air de façon à frapper la surface de la matière à imprimer qui est naturellement tendue pour rester parallèle au transporteur 13.
Le parallélisme n'est pas essentiel à pour obtenir une impression satisfaisante, mais l'espacement doit être uniforme pour empêcher l'amorçage d'arcs dans les zones étroites.
L'image ainsi transférée est ensuite fixée, si cela est nécessaire, par exemple par les enroulements chauffants 55 (quand la matière d'impression est thermodurcissable) situés le long du trajet de parcours de la surface à imprimer. En ce qui concerne la trame constituée par les fils 24, un nombre de mailles par centimètre compris entre 79 et 127 est satisfaisant pour une impression détaillée.
En outre, une trame plate en nickel, formée électriquement, comportant de 79 à 98 mailles par centimètre, peut être recouverte d'un revêtement photosensible de façon à former un support d'images approprié.
Dans le mode d'exécution des fig. 5 et 6, la trame formée par les fils 24' du transporteur 13' est mise à la masse, ainsi qu'il est indiqué par le courseur 61 qui est en contact par frottement avec la bande commune 45', et le champ électrostatique est formé entre la plaque conductrice plate 47' et une seconde plaque conductrice 63. De même, la chambre de saupoudrage de poudre 41' est représenté à la surface extérieure du transporteur 13' de telle sorte qu'une infiltration de particules ne se produise pas. Toutefois, une impression plus épaisse résulte de la plus grande accumulation de matière pulvérulente sur l'image latente électrostatique, qui est formée de la manière expliquée précédemment sur la trame sans fin 13.
Quand l'image pénètre dans le champ, la matière pulvérulente est attirée sur la plaque 47' et la matière à imprimer (ondulée d'après le dessin) 49' l'intercepte à des fins d'impression.
Dans tous les modes d'exécution décrits, les poudres d'impression de couleur fines usuelles, telles qu'un colorant sec ou du noir de fumée sont appropriées.
On comprendra que n'importe lequel des modes d'exécution décrits peut être adapté à un fonctionnement continu ou intermittent, étant donné qu'il suffit de synchroniser ou rendre solidaire le mécanisme d'entraînement mécanique d'après des principes bien connus.
Il est évident que le film sans fin à dessins ou modèle 29 peut comporter facilement une bande pelliculaire portant des images à reproduire. En outre l'appareil peut fonctionner, par exemple, en machine de reproduction de bureau simplement par l'utilisation d'un support pour le document à reproduire à l'emplacement correct, de façon à projeter une image du document tout entier sur le transporteur 13. Toutefois, dans cet arrangement, le dispositif fonctionne de préférence par intermittence. L'image électrostatique latente est produite pendant un intervalle de temps de repos, et il en est de même pour la copie imprimée.
Ainsi l'appareil, y compris le transporteur, effectue un cycle au cours duquel il charge la zone réceptrice d'image du transporteur, il arrête le mouvement du transporteur pour la formation ou projection de l'image, par un éclair lumineux, sur sa surface chargée, il déclenche à nouveau le mouvement du transporteur de facon à saupoudrer l'image et à la transférer à la zone de production de champ, il produit le champ pendant cet intervalle de temps de repos de façon à imprimer et déplacer la copie ainsi imprimée à travers le poste de fixation et hors de la machine. On connaît bien des dispositifs d'entraînement appropriés du type intermittent pour exécuter l'opération décrite précédemment et par conséquent ces dispositifs d'entraînement ne sont pas illustrés dans le présent brevet.
Un mode d'exécution de l'appareil avec un support à pointes d'aiguilles est illustré par la fig. 7 à 11 et on va le décrire maintenant en se référant d'abord aux fig. 7 à 9. Un cliché xérographique 211 est formé par un élément de support 213 dans lequel sont encastrées ou maintenues autrement un grand nombre de saillies conductrices en forme d'aiguilles ou de tiges 215 qui se terminent toutes au même niveau de façon à former une surface réceptrice d'images.
Les aiguilles 215 sont le mieux illustrées par la fig. 10a, sur laquelle on pourra se rendre compte qu'elles sont très faiblement espacées l'une de l'autre du fait qu'il y en a 40/cm2 environ sur la surface de l'élément de support 213.
Chaque pointe est recouverte d'un revêtement jusqu'à une profondeur de 1,6 mm ou, ainsi qu'il est représenté en 217, par une mince couche de matière photo-conductrice, telle que de l'oxyde de zinc, dispersé dans un liant de résine organique.
Sur la fig. 7, on a représenté un rouleau 223 en fourrure ou en peluche, qui frotte légèrement et uniformément sur la surface, formée par les pointes photoconductrices 217. Ceci peut être effectué à la main ou par un mouvement oscillatoire engendré à la fente 225 par l'intermédiaire de connexions mécaniques appropriées aboutissant au manche ou prolongement 227' du rouleau.
Ce revêtement ainsi chargé 217 du cliché 211 est maintenant exposé à une source lumineuse, indiquée schématiquement en 231, à travers une image 233 à reproduire. Ceci peut être effectué à la main ou automatiquement mais en tout cas dans l'obscurité ou dans une zone faiblement éclairée pour que le dessin ou image électrostatique latente formé sur les pointes photo-conductrices 217 ne soit pas influencé.
Ensuite, on développe l'image électrostatique latente, ainsi qu'il est représenté sur la fig. 9, en la saupoudrant d'un colorant approprié tel qu'une fine encre pulvérulente de noir de carbone, un colorant sec ou une autre matière d'impression disponible dans le commerce sous forme de poudre fine. Les particules de poudre peuvent recevoir une charge opposée à celle des zones de l'image latente électrostatique à imprimer, de telle sorte qu'elles adhèrent seulement aux zones d'impression pour délimiter l'image.
L'image ainsi développée est amenée dans une champ électrostatique à des fins d'impression, ainsi qu'il est illustré sur la fig. 10. Une tension est appliquée entre une plaque conductrice 243 et le conducteur 213 à travers un intervalle d'air, généralement indiqué entre les plaques 243 et 213, dans lequel une surface à imprimer, par exemple un papier ondulé 245 est disposé. L'intensité du champ est très élevée par rapport à la grandeur des charges électrostatiques, de sorte que la poudre de marquage est projetée à travers l'intervalle d'air sur le papier ondulé 245 de façon à reproduire sur ledit papier l'image électrostatique développée.
La fig. 10b représente une distribution de champ approximative pour révéler la précision avec laquelle des impressions néanmoins épaisses sont disponibles même sur des surfaces rugueuses ou ondulées. Les lignes de force électrostatiques 251 tendent à établir des trajets parallèles allant des aiguilles de la plaque du cliché 213 au conducteur 241 opposé quand le champ est produit. Les particules d'encre pulvérulente chargées tendent à suivre les lignes de force 251 du champ électrostatique, à frapper le support papier 243 et à y adhérer dans de fines zones. d'impression, conformément aux charges électrostatiques.
La réalisation des surfaces photo-conductrices relativement grandes dues à l'épaisseur du revêtement sur les pointes des aiguilles, permet l'accumulation de charges extrêmement fortes de matières d'impression sur les pointes 217 de façon à réaliser l'impression épaisse mentionnée.
On mentionnera que le cliché 213 peut être tout entier en une matière conductrice, ou qu'il peut comporter par exemple un isolant susceptible d'être moulé qui est recouvert d'une pellicule conductrice en contact électrique avec les aiguilles 215.
La fig. 1 1 représente schématiquement un appareil approprié pour exécuter une impression continue. Un transporteur sans fin 261 est représenté comme comprenant une pellicule ou bande conductrice flexible 263 qui correspond au cliché ou plaque de support 213 décrit précédemment. La pellicule 263 a une rigidité suffisante pour porter les aiguilles 265 à pointes recouvertes d'une pellicule, correspondant aux aiguilles 215 de la fig. 10a. Le transporteur sans fin 261 est porté par des roues dentées 271 et 273 de façon à tourner sans fin. Un dispositif d'entraînement commun est représenté sous forme du moteur 275, destiné à être commandé de n'importe quelle manière classique appropriée.
Dans la partie intermédiaire de droite de la fig. 11, on a représenté un rouleau 277, en fourrure ou en peluche, du type que l'on a décrit en considérant le rouleau 223 relatif à la fig. 7. Le rouleau 277 est appliqué légèrement contre les aiguilles de transporteur 265 de façon à établir une charge uniforme sur la surface photo-conductrice des pointes. Le transporteur présente une surface photosensible uniformément chargée par une image lumineuse produite par un sysc tème de projection, indiqué généralement en 281.
Une bande pelliculaire 283 porte un dessin servant de modèle disposé sur un boucle sians fin. Toutefois, on comprendra que le modèle 283 pourrait consister tout aussi bien en une bande pelliculaire ordinaire ou en des documents contenant des images à reproduire.
Un mécanisme d'exposition à fentes comprenant un moyen de projection comportant une lentille 295, une fente à image 297 et une fente de projection 289, est prévu de telle sorte que la lentille projette à travers la fente à image une image concentrée de la fente de projection d'une manière classique.
Le dessin à modèle ou document original ou film 283 passe devant la fente de projection 289 à la vitesse voulue déterminée par le dispositif d'entraînement à roues dentées 291 qui est évidemment synchronisé sur la vitesse de déplacement du transporteur 263.
Des images électrostatiques latentes sont produites sur les surfaces photo-conductrices des aiguilles de transporteur 265. Ces images comprennent des charges réparties le long des surfaces des revêtements photoconducteurs des pointes des aiguilles, de telle sorte qu'une charge d'image relativement épaisse puisse être formée. L'appareil de la fig. 11 est disposé dans un récipient ou enceinte pratiquement opaque à la lumière (non représenté) de telle manière que le dessin de charges ne soit pas influencé au cours de l'opération d'impression.
Une chambre de saupoudrage 295, pourvue d'une brosse 297 en rotation continuelle pour agiter la poudre, est représentée en contiguité avec la partie supérieure du transporteur 263. Les particules d'encre convenablement chargées sont attirées par les zones exposées à la lumière des aiguilles de transporteur 265 de façon à y adhérer et à développer ainsi l'image électrostatique. Ces particules peuvent constituer une encre pulvérulente d'une variété thermodurcissable ou une autre matière d'impression analogue mentionnée ou utilisée dans le commerce.
L'image latente maintenant recouverte de poudre pénètre dans un champ électrostatique. Ce champ est formé entre la bande d'appui 263 (ou sa pellicule conductrice) et les aiguilles 265 du transporteur 261 et une électrode plate 301, analogue à la plaque 243 de la fig. 10. Une tension (continue de préférence) est appliquée par la source de tension E, par l'intermédiaire du conducteur 305 et du conducteur 304, respectivement à la plaque 301 et au rouleau 306 qui est en contact avec une partie plate en forme de bande du support conducteur 263 du transporteur 261. La tension électrique a une polarité correcte de façon à projeter des particules d'image à travers l'intervalle d'air (fig. 10j vers le conducteur plat 301.
Toutefois, ces particules sont interceptées au vol par le papier 307, qui est déplacé en synchronisme avec le transporteur 261 au moyen du dispositif d'entraînement à rouleau d'alimentation 309 qui peut être aussi mû à partir de l'organe d'entraînement commun 275. Le papier 307 est maintenu en contact ou en contiguité avec la plaque conductrice plate et sous tension ou tendu par les rouleaux 311.
Les mécanismes d'entraînement du papier 307 et du transporteur sans fin 265 sont synchronisés de telle sorte que la surface d'impression se déplace à travers le champ électrostatique à la même vitesse que l'image électrostatique. L'espacement dans l'intervalle d'air (qui est nécessairement indiqué à une échelle fortement exagéré) est tout à fait faible pour qu'une tension relativement petite puisse établir des lignes de force élecP trostatique suffisantes pour une impression détaillée.
Un intervalle d'air électrisé de quelques dixièmes de millimètre entre les aiguilles de transporteur 265 et la plaque d'impression 301 exige une tension de plusieurs centaines de volts (continue de préférence) pour assurer une impression correcte. Des facteurs influen çant la tension d'impression optimum sont: la largeur de l'intervalle d'air, l'humidité dans cet espace d'air, le type de matière colorante et le type de papier. La largeur effective de l'intervalle d'air peut être aussi grande que 2,54 millimètres pour des tensions de 1500 volts pour l'impression.
On pense que l'ionisation de cet intervalle d'air n'est pas nécessaire mais que les particules d'encre pulvérulente chargées sont simplement projetées à travers l'intervalle d'air de facon à frapper la surface de la matière à imprimer qui est naturellement tendue de façon à être maintenue sensiblement parallèle au plan formé par les bouts des aiguilles de transporteur. Ce parallèlisme n'est pas essentiel pour l'impression, mais l'espacement doit être uniforme pour empêcher l'amor çage d'arcs dans une zone ponctuelle étroite et l'appareil illustré assure une telle uniformité. L'uniformité n'est pas critique dans les limites d'un papier ordinaire ondulé, à condition que la tension soit réglée en conséquence.
L'image ainsi transférée est ensuite fixée, si cela est nécessaire, par les enroulements de chauffage 303 (quand de l'encre thermodurcissable est utilisée) disposés le long du trajet de parcours de la matière à imprimer qui sort ensuite à travers une ouverture opaque à la lumière ménagée dans l'enceinte ou enveloppe (non représentée).
On se rendra compte que dans le mode d'exécution de la fig. 1 1 on peut employer soit un mode de fonctionnement continu, soit un mode de fonctionnement intermittent, du fait qu'il suffit de synchroniser les mécanismes d'entraînement mécaniques d'après des principes bien connus. L'appareil peut également fonctionner en machine de reproduction de bureau, simplement par utilisation d'un support pour le document à reproduire à l'emplacement correct pour projeter une image du document tout entier sur le transporteur 261.
Dans un tel arrangement, l'appareil peut être actionné de préférence par intermittence, un bouton ou un élément analogue étant prévu pour chaque opération de reproduction, y compris l'exposition et l'impression.
L'image électrostatique latente est produite pendant un intervalle de temps de repos, et il en est de même pour la copie imprimée.
Ainsi, le fonctionnement du transporteur se déroule suivant un cycle consistant à charger la zone réceptrice d'images du transporteur à arrêter le mouvement du transporteur pour l'éclairement de sa surface chargée par un éclair de lumière provenant de l'image, à mettre en mouvement le transporteur de façon à saupoudrer l'image et à l'amener dans la zone de production de champ, à établir le champ au cours; de cet intervalle de temps de repos de façon à produire une impression, et à déplacer la copie ainsi imprimée à travers le poste de fixation et hors de la machine. On connaît bien des dispositifs d'entraînement appropriés du type intermittent pour exécuter l'opération décrite précédemment et par conséquent ces dispositifs ne sont pas illustrés dans le présent brevet.