Brevet FR2037124A1 — publié le 19701231

L'invention concerne un ensemble pour tirages électrophotographiques particulièrement intéressant pour le tirage de reproductions durables de documents graphiques à partir d'un signal électrique d'entrée. Divers procédés électrophotographiquesss photographiques et thermographiques permettent actuellement d'obtenir des reproductions durables de documents graphiques. Cependant, des études préliminaires indiquent que si le document graphique à reproduire est transmis par un signal électromagnétique, un tirage électrophotographique, par exemple par un procédé électrostatique ou électrolytique, est à préférer. Dans un procédé électrophotographique, une image visible est finalement produite sur un support d'enregistrement en réponse à l'application d'une tension à son épaisseur suivant un dessin correspondant à l'image. Dans un procédé électrostatique, on utilise une tension pour produire l'image chargée à la surface d'un support d'enregistrement isolant. Cette image électrostatiques est transformé en une image visible et permanente par un procédé de développement approprié; Par exemple, on applique une poudre pigmentée sur la surface chargée du support d'enregistrement, à laquelle elle adhère temporairement dans les régions chargées par attraction électrostatique. L'image développée ainsi obtenue peut Aetre rendue permanente par chauffage ou par compression pour faire fondre la poudre pigmentée et la lier à la surface du support d'enregistrement. Dans les procédés électrolytiques , on utilise la tension pour introduire des ions étrangers dans un support d'enregistrement présensibilisé. La source d'ions étrangers est par exemple le métal d'une électrode et le support d'enregistrement est présensibilisé avec des chromogènes organiques ou un réactif qui fait précipiter soit le métal lui-mbeme, soit l'un de ses dérivés minéraux colorés tels qu'un sulfure, un ferrocyanure ou un sulfocyanure(Pour des descriptions d'autres types de procédés électrolytiques voir H.G. Greig, "The Chemistry ofigh-Speed Electrolytic Facsimile Recor ding", Proc. IEEE, p. 1224, Oct. 1948). Un type d'appareil d'impression électrographique comprend une ligne d'électrodes ponctuelles ou aiguilles d'impression disposées en face d'une contre-électrode unique à la masse, pour réaliser une analyse horizontale. Le déplacement du support d'enregistrement est utilisé pour réaliser un déplacement vertical. On peut aeodder aux diverses aiguilles dtSmpression à l'aide d'un tube à rayons cathodiques spdoial décrit par[P.Rice dans "The Videographic Tube A New Component for High-Speed Printing,"8,IRE Transactions on Electron Devices 406 (Sept. 1961)],ou par des conducteurs séparés commutés électroniquement comme décrit par[H.Epstein dans "The Electrographic Recording Tec-hnique", 1955 Western Joint Computer Conferenee, 116 (1-3 Mars 1955)J. Cependant, un inconvénient du système à tube à rayons cathodiques est la complexité et la précision nécessaire de la réalisation et de montage d'un tel tube. Par exemple, le faisceau d'électrons doit être concentré en une tache d'environ 50 à 75 microns de diamètre sur l'écran afin de n'accéder qu"à une seule aiguille d'impression à la fois et les courants de faisceaux nécessaires sont de 11 ordre de 20 à 100 microampères. Cette petite dimension du spot associée à un courant de faisceau relativement intense, signifie que des tensions d'accélération de l'ordre de 20 à 50 kV sont nécessaires et que la conception et la réalisation de l'optique électronque doivent être de très haute qualité. Un grave inconvénient du procédé comportant des aiguilles d'impression commutées individuellement est le très grand nombre de circuits de commutation nécessaires. Par exemple, plus de mille électrodes pointues.d'impre-ssion sont nécessaires pour la reproduc tion d'un document de largeur normalisée de 21 c,m avec un pouvoir de résolution et une vitesse raisonnables. En utilisant des techniques antérieures, un circuit-de- commutation séparé serait néces sai-re pour chacune de ces mille aiguilles dtimpression. Un ensemble- de tirage électrographique selon la présente in vention comporte un appareil d'impression à plusieurs contre-élec t-rodes et plusieurs groupes d'aiguill-es d'impression interconnectées électriquement ou (électrodes). Les aiguilles interconnectées dans chaque groupe sont choisies de manière-que chaque aiguille d'impress-ion d'un groupe soit en face d'une contre-électrode dif férente. Des impulsions séparées synchronisées de tension et forme appropriées sont appliquées à la contre-électrode et au groupe d'aiguilles '.nterconnectées de manière qu'un tension de modulation ne permette d'atteindre la tension d seuil d'impression que pour une seule aiguille à la fois. D'autres objets'et avantages de l'invention seront mieux com prls à. l'aide de la description détaillée qui va suivre et des eini-s aw lesqLuels: La figure 1 est une vue en plan d'un exemple simplifié d'un appareil d'impression électrophotographique selon l'invention. Les figures 2A et 2B sont des représentations graphiques d'im pulsions de tension type utilisées pour explorer et moduler les aiguilles d'impression de l'appareil de la figure 1. La figure 1 représente un exemple simplifié d'appareil d'im pression électrophotographique dans lequel les aiguilles d'impression sont de préférence placées sur une plaquette 10 de circuits et les contre-électrodes sur une plaquette il de circuits. Les deux plaquettes de circuits sont orientées et espacées de manière que les aiguilles d'impression P1 à P16 soient en face des contre-élec trodes de part et d'autre d'un intervalle approprié dtimpression G. La plaquette de circuits 10 comprend un support isolant et des aiguilles d'inscription P1 à P16,obtenues par dépôt, lesdites aiguilles comportant des bandes conductrices aboutissant au bord de la plaquette.Une seconde couche isolante est placée sur la plaquette après dépit des aiguilles d'impressio, puis des barres conductrices omnibus B1 à B4 sont déposées perpendiculairement aux bandes des aiguilles. Des contacts sont établis entre les barres omnibus et les bandes d'aiguilles appropriées comme expliqué ciaprès. La plaquette de circuits il comporte un support isolant avec quatre contre-électrodes S1 à 84 déposées au bord de l'intervalle d'impression. Les aiguilles d'impression sont subdivisées en plusieurs groupes interconnectés par les barres omnibus de manière qu'une seule aiguille d'inscription de chaque groupe se trouve en face d'une con tre-électrode donnée. Par exemple, la barre omnibus B raccorde les aiguilles Pi, P5 > P9 et P1). La barre omnibus B2 raccorde les ai- guilles P2, P6, P10 et P14 etc. Les barres omnibus sont isolées de toutes les autres aiguilles par des séparations appropriées. En activité , on fait passer le support d'enregistrement, non représenté, par l'intervalle d'impression entre les deux plaquettes de circuits dans une direction normale au plan de la figure, la surface isolante étant en face du groupe d'aiguilles. Des tensions de forme appropriée sont appliquées aux barres omnibus et aux con tre-électrodes. Comme on l'a déjà indiqué, on n'obtient une tache développable que si la tension entre une aiguille d'impression et sa contre-électrode atteint une certaine valeur de seuil VTJ typi quement de tordre de quelques centaines de volts pour les procédés électrostatiques.Alors , quand une tension positive + VB infériewn au seuil est appliquée à l'une des contre-électrodes et si une négative, tension /-Vp (telle que la quantité | Vp | + | VB | soit suffisamment inférieure à VT pour que des niveaux de bruit type ne produisent pas une tache) est appliquée å l'une des barres omnibus, une tache développable est produite seulement à un emplacement d'aiguille par une tension de modulation additionnelle.Par exemple, si lton applique VB sélectivement à la contre-électrode S et -Vp sélec- tivement à la barre omnibus B2, on peut obtenir une tache développable seulement en P6 par une impulsion de modulation additionnelle appliquée à En variante, les polarités des tensions peuvent être inversées et l'impression réalisée en utilisant des porteurs chargés positivement ou si la surface isolante du support d'enregistrement est en face des contre-électrodes. Plus généralement, on peut souhaiter produire une image comportant des demi-teintes au lieu d'une teinte blanche ou foncée. Pour un procédé donné, par exemple un procédé électrostatique, une tension particulière VM supérieure à VT est nécessaire pour obtenir une marque fonce. Des tensions moindres dépassant VT produisent des demi-teintes. Il est clair que ni [ | Vp | + | VM |) Vp |+ |XZM| ) ni ( VMi )]ne peuvent excéder VT sans dépasser simultanément le seuil en plusieurs points. Par conséquent, une tension de polarisation continue VD est en général nécessaire pour permettre l'emploi d'une tension VM suffisante. Par essence, la tension de polarisation est employée pour augmenter la tension de seuil effective.En fait, l'utilisation d'une tension de polarisation continue permet d'employer cette technique même avec des procédés tels que les procédés électrolytiques, dans lesquels VT est presque nul. En utilisant des trains d'impulsions synchronisés, on peut facilement réaliser une analyse par lignes contiguës. Par exemple, si T est le temps nécessaire pour déposer une charge développable (par exemple de l'ordre d'une microseconde pour des procédés électrostatiques types) alors une analyse par lignes contiguës peut etre effectuée en appliquant une série d'impulsions de durée T avec une période de récurrence de 4T et une tension -Vp à la barre omnibus B1. Des trains semblables sont appliqués à toutes les autres barres omnibus, mais l'instant des impulsions est retardé de T pour chacun.La figure 2A représente les formes d'onde des tensions appliquées à B1-B4 avec T = 1 De même, un train d'impulsions d'amplitude + V3 avec une durée d'impulsion de 4T et une période de récurrence de 16T est appliqué à chacune des contre-électrodes, chaque impulsion étant retardée de 4 T par rapport à l'impulsion appliquée à ltélectrode antérieure. Les impulsions proviennent de préférence d'un seul bloc d'alimentation qui est commuté d'une électrode à l'autre. La tension de modulation est de préférence appliquée en série avec celle de ce bloc d'alimentatinn. En variante, une tension de modulation de polarité inverse peut être appliquée de même aux barres omnibus.La figure 2B représente des formes d'onde de tension modulée appli quées à î 54 avec T = 1 As. Les électrodes S1 et S sont modulées par une impulsion additionnelle d'amplitude VM en même temps que les impulsions négatives sont appliquées, respectivement, à 32 et 33. Avec ce choix des séries d'impulsions, une tension suffisamment grande pour obtenir une tache développable apparat à travers l'intervalle d'impression, seulement en des points correspondant à P2 et P15. Après 16 microsecondes, l'impulsion d'impression revient à P1 et l'analyse recommence. Bien que le pouvoir résolvant de l'imprimante décrite ci-dessus soit limité à cause du petit nombre d'aiguilles d'impression, les circuits peuvent être développés afin d'y incorporer un nombre suffisamment important d'aiguilles pour obtenir le pouvoir résolvant désiré. Plus généralement, si n est le nombre total de taches individuelles imprimées correspondant à une ligne d'information écrite, ctest-à-dire si le nombre total d'aiguilles d'impression est n, alors on peut accéder à une aiguille isolée de l'ensemble par une analyse par lignes contiguës avec en tout de (q+p) signaux électriques d'entrée et n = q.p, q et p étant des entiers. Ceci est obtenu en utilisant q contre-électrodes distinctes dénommées Si, S2...Sq, comportant chacune une connexion d'entrée électrique séparée.La plaquette d'aiguilles en face des contre-électrodes comprend n aiguilles formant q blocs de p aiguilles chacun, mais l'espacement des aiguilles d'axe en axe est uniforme sur toute 'a plaquette.Les aiguilles P1, P2.. Pn sont individuellement interconnectées élec triquement de façon que [P1, Pp+1,P2p+11 ' ..,P (q-1)p+1] rac- cordées à une barre omnibus commune B1; les aiguilles[P2,Pp+2] P(q1)p+2]SOflt raccordées à une barre omnibus B2; . .. les aixuillesrPp, P2 p > PDp,...,Pqp]sont raccordées à une barre omnibus commune Bp. LesS barres omnibus B1...Bp constituent les connexions électriques d'entrée à la plaquette à aiguilles. Il y a par consé quent p groupes d'aiguilles comportant chacun g aiguilles. Pour réaliser l'analyse par lignes contiguës, on applique une série d'impulsions d'amplitude -V p aux barres omnibus B1... B de p la plaquette des circuits d'aiguilles, si bien qu'unie impulsion de durée E est appliquée à B1, commençant à l'instant t = 0, avec une période de récurrence de pT. Un train d'impulsions semblable est appliqué à chaque barre omnibus, en étant retardé successivement d'une durée d'impulsions T derrière le train d'impulsions correspondant appliqué à la barre omnibus de rang immédiatement inférieur.Par conséquent, pendant l'intervalle de temps t = 0 à t = T, une tension Vp apparatt sur les aiguilles[Pl,Pp+ p(q-1)p+1],et entre t = T et t - 2T, la tension -Vp apparat sur les aiguilles [P2, Pp2, P2p+2,...,PMq 1)p+2],etc. En même temps,des impulsions de tension d'amplitude +VB et de durée pT sont appliquées aux contre-électrodes A1 ..Sq. Tous ces trains d'impulsions sont tels que le front avant de l'impulsion est retardé successivement d'un intervalle pT par rapport au front avant de l'impulsion de la contre-électrode de rang immédiatement inférieur.Ainsi, pendant l'intervalle de temps t=0 à t = pT, une tension +V3 appa ralt en S1 et entre t = pT et t = 2pT, cette tension apparat en S2 etc. Par suite, une tension légèrement inférieure au seuil Vp + Vg apparat successivement à travers l'épaisseur du papier en des points Se long de la ligne d'aiguilles correspondant à chaque emplacement d'aiguille P1,...Pn. A aucun instant une tension supérieure au seuil d-'impression n' apparaît quelque part, sauf quand une tension de modulation est ajoutée à l'instant où une aiguille est "marquée". La durée d'écriture d'une ligne est simplement nT, après quoi l'opération peut recommencer sans retard ou etre recommencée par l'application d'une impulsion de synchronisation appropriée pour remettre en action les circuits de comptage engendrant les impulsions. Le nombre total d'entrées électriques nécessaires est par conséquent p+q, c est-à-dire p entrées associées aux barres omnibus à à Bp de la plaquette d'aiguilles et q entrées associées aux contre-électrodes i.. 5q Pour un nombre n donné d'aiguilles, le nombre total d'entrées nécessaires est réduit en posant p = q = n, c 'est-à-dire avec 2 n entrées on peut marquer successivement n points. Pour simplifier la production des impulsions, il est commode de choisir pour p et q des puissances entières de 2, si bien qu'on peut utiliser la multiplication binaire-pour déterminer les rapports exacts des fréquences. On décrit plus en détail dans les exemples ci-après un ensemble de tirages électrostatiques selon l'invention. Exemple 1 128 bandes conductrices à aiguilles, constituées par des bandes de cuivre de 178 microns sur des corps de 356 microns sont déposées sur un substrat en "Kapton" de 25 microns et sont groupées en quatre blocs de 32 conducteurs chacun. Une couche de Mylar de 25 microns est placée sur le substrat plaqué. Un seul faisceau de 32 barres omnibus croise les bandes à 900, chacune de ces barres étant reliée à un conducteur dans chacun des quatre blocs par une liaison par compression à chaud. Pour laisser de la place pour la région de liaison échelonnée, les blocs séparés de bandes d'aiguilles d'impression sont espacés d'environ 0,76 mm; cependant, les divers conducteurs de chaque faisceau ont 178 microns de large sur des corps de 356 microns, ainsi, bien que l'espacement des aiguilles soit uniforme dans chaque bloc, il y a des intervalles nets entre ces blocs.Quand cet ensemble est utilisé comme tête d'impression, il laisse une bande blanche imprimée entre chaque bloc d'aiguilles d'impression (on peut réaliser un espacement uniforme d'axe en axe des aiguilles en étalant les conducteurs de chaque bloc après la région d'échelonnement). La tête d'impression des appareils étudiés est réalisée en liant un des groupes souples de circuits imprimés croisés à une plaquette rigide en fibre de verre et en enrobant un bord de cette plaquette dans un produit de remplissage plastique, de manière qu'une bande de 6,4x6,4mm de matière plastique entourant les conducteurs d'impression soit formée le long d'un bord de la plaquette. La surface de la bande plastique est travaillée de manière à découvrir les extrémités des conducteurs et ensuite finit en une surface lisse, les extrémités des conducteurs étant meulées à l'affleurement. L'intervalle d'impression entre les aiguilles d'impression et les contre-électrodes est à peu près égal à l'épaisseur du papier d'enregistrement, lorsque la tête d'impression est-appliquée contre la surface du papier avec une faible pression de sorte que, bien qu'on n'obtienne pas un vrai contact optique, l'intervalle d'air résiduel entre le -papier et les aiguilles d'impression dépasse rarement 10 microns environ. Bien que ce contact virtuel soit considéré comme avantageux, on peut utiliser des intervalles d'impression plus grands, avec de légères modifications connues du praticien. La tête d'impression ainsi réalisée peut adresser 128 aiguilles sur une ligne de 48 mm de long, ces 128 aiguilles étant groupées en quatre blocs séparés. La contre-électrode est en fait en quatre parties, chacune correspondant à un bloc de 32 aiguilles et réalisée à partir d'une plaquette de Tufnol avec des évidements fraisés pour recevoir les tronçons conducteurs. D'autres composants mécaniques de l'appareil étudié sont une bobine réceptrice mue par un moteur (10 t/mn) de 51 mm de diamètre qui tire le papier électrophotographtge à travers l'intervalle d'enregistrement à une vitesse linéaire d'environ 25 mm/s, à partir d'une bobine débitrice folle. Les impulsions appliquées aux 32 barres omnibus d'impression sont obtenues à partir d'une matrice de diodes commandée par cinq basculeurs à transistor. Le signal de sortie sur chaque conducteur partant de la matrice de diodes est constitué par des impulsions de i microseconde avec une période de récurrence de 32 microsecondes, émise avec un retard de i microseconde entre les conducteurs voisins. Un transistor haute tension peut être incorporé dans chaque conducteur pour amplifier la tension de sortie jusqu'à une valeur comprise entre 300 et 450 V, réglable de manière continue à partir de l'alimentation haute tension.L'impédance présentée à ces transistors haute tension à chaque entrée des barres omnibus est déterminée principalement par les capacités réparties de couplage aux circuits contigus barre omnibus-aiguille et l'expérience a montré que cette impédance équivaut en gros à celle d'un condensateur de 50 picofarads. On a effectué deux groupes d'essais sur cet appareil et on les a interprétés. Premièrement, on fixe une seule contre-électrode continue de l'appareil d'essai directement au-dessus de la tête d'impression. L'électrode est constituée par un bloc plat d'aluminium, isolé électriquement du châssis afin de permettre l'application-d'une tension de polarisation continue.Les conditions d'essai approprié sont Papier d'enregistrement - Statigraph n 566 EG (Plastic Coating Corp) vitesse linéaire du papier - 25 mm/s durée des impulsions - une microseconde période de recurrence des impulsions : 32 microsecondes amplitude des impulsions -350 V (sans tension de polarisation d'aiguille) polarisation continue appliquée à la contre-électroce : +200V développement - brosse magnétique appliquée à la main en utilisant:les produits suivants AB Dick Toner (révélateur- n" 13-1000, A.B. Dick Carrier (véhicule) n0 14-1000; proportion de révélateur 3 en poids. Les 32 aiguilles de chacun des quatre blocs impriment uniformément et de manière continue sans interruptions ni défauts graves. Les lignes imprimées ont environ 250 microns de largeur ( avec 350 microns d'axe en axe et sont nettement séparées les unes des autres. Dans une seconde expérience, on utilise 4 contre-électrodes. Puisque les circuits de commande destinés à appliquer des impulsions positives aux électrodes n'étaient pas disponibles lors de cette expérience, cette expérience a été exécutée avec une commutation manuelle d'une tension de polarisation continue appliquée successivement à chacune des quatre électrodes. Un commutateur à galette à cinq positions était branché de manière que dans chacune des quatre premières positions chacune des électrodes était reliée, (par une résistance de 2 mégohms),à la tension positive continue, les autres étant à la masse et, dans la cinquième position du commutateur, tous les segments étaient à la masse. Les conditions appropriées de l'expérience étaient papier d'enregistrement - Statigraph nO 566 vitesse linéaire du papier - 25 mm/s intervalle d'impression - aiguilles virtuellement en contact avec le support d'enregistrement) durée des impulsions - une microseconde période de récurrence des impulsions - 32 microsecondes amplitude des impulsions - -450V potentiel de la contre-électrode - +200V continu, commuté ma nuellement entre les contre-électrodes Développement - comme pour la première expérience. Le dépôt d'une charge développable ne se produit quetorsqu'- une aiguille et sa contre-électrode correspondante sont raccordées simultanément. Ni la tension appliquée à l'aiguille ni celle appliquée à la contre-électrode ne sont suffisantes pour produire l'impression quand chacune est appliquée en l'absence de l'autre. Exemple 9 On recommande pour une imprimante susceptible de fournir des reproductions contrastées de qualité comparable à celle d'un journal les paramètres ci-après pour l'ensemble largeur du papier d'enregistrement - 216 mm largeur de l'impression (longueur de la file d'aiguilles) 208 mm nombre total d'aiguilles d'impression - i 024 nombre de blocs d'aiguilles - 32 nombre d'aiguilles par bloc - 32 espacement d'axe en axe des aiguilles - 203 microns largeur des aiguilles - 76-microns longueur d'une contre-électrode - 6,4 mm espacement entre les contre-électrodés contiguës - 76 microns longueur du document imprimé - 279 mm durée d'impression d'une unité d longueur de document - en viron 2 secondes vitesse linéaire du papier - environ 14 cm/s temps nécessaire par ligne - i 024 microsecondes lignes par longueur du document - environ i 500 temps de retour d'une ligne (c'est-à-dire temps mort entre lignes) - environ 30 microsecondes circuit d'excitation d'une plaquette d'aiguilles ( 32 sorties) durée des impulsions - une microseconde période de récurrence des impulsions - 32 microsecondes amplitude des impulsions - -350 V environ, modulée de + 100 V par un amplificateur video circuit d'excitation de la contre-électrode (32 sorties) durée d'impulsions - 32 microsecondes période de récurrence des impulsions - i 024 s plus le temps de retour de la ligne amplitude des impulsions - + 200 à +350 V environ. Il est entendu dans tous les cas que les réalisations ci-dessus décrivent simplement diverses applications possibles de l'invention. Par exemple, un organe de transfert intermédiaire tel qu un tambour rigide ou une courroie sans fin peut être introduit dans l'intervalle d impression et la charge image peut être déposée et développée avant transfert sur un papier normal. REVENDICATIONS i - Système de tirage électrographique comprenant un ensemble. d'écriture constitué par une matrice d'aiguilles dtimpressionf caractérisé en ce que ledit ensemble de tirage comprend plusieurs contre-électrodes et plusieurs groupes d'aiguilles d'impression interconnectées électriquement. 2-- Syste'm de tirage selon la-revendication 1,-caractérisé 'aiîles en-ee--que-le nombre ss -impression.interconnectées constituant un groupe est égal -au nombre de con-tre-éi-ec-t-rodes ,-- 3 - Système d'impression selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque aiguille d'impression d'un groupe d'aiguilles interconnectées est située en face d'une contre-électrode différente. 4 - Système d'impression selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un dispositif applique sélectivement des impulsions séparées auxdites contre-électrodes et auxdits groupes d'aiguilles d'impression interconnectées. 5 - Système de tirage selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites impulsions distinctes ont chacune une tension inférieure au seuil nécessaire pour produire une tache développa- ble dans un milieu d'enregistrement, l'application simultanée desdites impulsions à une contre-électrode et à un groupe d'aiguilles d'impression étant suffisante pour atteindre ladite tension de seuil entre la contre-électrode et l'aiguille d'impression du groupe situé en face de cette dernière. 6 - Système de tirage selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un dispositif applique un. signal de modulation à l'épais- seur du milieu d'enregistrement. 7 - Système de tirage selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une tension de polarisation continue est appliquée à l'é- paisseur du support d'enregistrement pour permettre d'employer une modulation d'amplitude suffisamment grande pour obtenir une gamme de teintes intermédiaires entre le blanc et une teinte foncée.