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Diese
Erfindung bezieht sich auf einen Elektrodenarray-Farbdrucker, insbesondere auf einen Drucker
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, der eine Mehrzahl von Elektrodenarrays
umfasst, um ein elektrostatisches Bild auf einer Bildwalze des Farbdruckers
zu erzeugen (das elektrostatische Bild kann in einer Tonerpatrone
des Farbdruckers enthaltenen Toner anziehen und ein gedrucktes Bild
erzeugen).
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Die
Entwicklung des Desktop-Publishing hat die Möglichkeit des Druckens von
Farbmedien, die zuvor nur mittels des Offsetdrucks oder ähnlicher Verfahren
bestand, in die Büro-
und Heimumgebungen gebracht. Eine Vielfalt von unterschiedlichen Technologien
ermöglicht
es, dass Desktop-Drucker hochqualitative Farbgrafik- und Textdokumente
erzeugen können;
diese Technologien umfassen Tintenstrahl-, Blasenstrahl-, Laser-
und piezoelektrische Drucktechniken. Die Entwicklung auf diesem
Gebiet wird zum großen
Teil durch ein weitergehendes Verbraucherbedürfnis zur Verbesserung der
folgenden Punkte angetrieben: Geschwindigkeit, Druckqualität, Betriebskosten,
Anschaffungskosten, Leichtigkeit der Wartung, etc.
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Laserdrucker
belegen das obere Ende des Druckermarkts, da ihre Komplexität im Allgemeinen zu
höheren
Anschaffungskosten führt.
Dafür bieten sie
schnellere Zykluszeiten, niedrigere Druckkosten und vorteilhafte
Merkmale, wie z.B. die Möglichkeit, hochqualitative
Farbgrafiken und Fotos erzeugen zu können, ohne dass spezielles
Papier benötigt
wird. Die obigen Betrachtungen zeigen, dass Laserdrucker besser
für Büros und
Betriebe geeignet sind, in denen ein hochvolumiges, kosteneffektives
Drucken erforderlich ist; Heimanwender wählen allgemein die günstigeren
Technologien, wie zum Beispiel Tintenstrahl drucker.
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Tintenstrahldrucker
verwenden oft teure Tinten in einem erstaunlichen Grad, wohingegen
Laserdrucker Toner in einer Art verwenden, die im Allgemeinen sehr ähnlich zu
der Art ist, in der Fotokopierer arbeiten, wodurch sie sogar Farbkopien
zu einem Bruchteil der Kosten erzeugen können, die entstehen, wenn die
Tintenstrahl-Technologie verwendet wird. Um eine Farbkopie zu erzeugen,
muss ein Laserdrucker unter Verwendung der vier Grundfarben Schwarz,
Cyan, Magenta und Gelb drucken können. In
kompakteren Laserdruckern, von denen ein „Karrussell"-System ein Beispiel
ist, trägt
eine einzige mittels eines elektrostatischen Feldes geladene fotoleitende
Trommel ein elektrostatisches Bild, das durch die Belichtung mittels
Laserlicht erzeugt wurde, wobei das Bild Toner anzieht, welcher
anschließend
auf das Druckmedium übertragen
wird. Da nur eine Trommel verwendet wird, muss das obige Verfahren für jede Kopie
viermal wiederholt werden (einmal für jede Farbe), wodurch beträchtliche
Nachteile hinsichtlich der Zykluszeiten entstehen. Einige andere Systeme
verwenden eine getrennte elektrostatische Trommel für jede der
vier Farben und können
demzufolge alle Farben simultan drucken, wodurch die Zykluszeiten
signifikant verkürzt
werden, wobei aber gesteigerte Komplexität, Größe und Anschaffungskosten entstehen.
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Dies
berücksichtigend
zielt diese Erfindung darauf ab, einen Elektrodenarray-Farbdrucker
anzugeben, der eine hochqualitative gedruckte Kopie schneller zur
Verfügung
stellt, als die mehrere Durchläufe
benötigenden
Druckeranordnungen nach dem Stand der Technik, ohne dass getrennte
elektrostatische Trommeln und ihre damit im Zusammenhang stehende
Größe, Komplexität und Kosten
nötig sind.
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Dies
wird durch einen Elektrodenarray-Farbdrucker nach Patent anspruch
1 erreicht. Die abhängigen
Patentansprüche
beziehen sich auf korrespondierende weitere Entwicklungen und Verbesserungen.
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Wie
anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung klarer erkannt
werden kann, umfasst der beanspruchte Elektrodenarray-Farbdrucker einen
Elektrodenarray-Druckkopf, der die Stelle der geladenen Walze und
der Laserstrahleinheit des Farbdruckers nach dem Stand der Technik
einnimmt, wodurch eine weniger komplexe und weniger kostenintensive
Lösung
mit geringerer Größe erreichbar
ist.
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Im
Folgenden wird die Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 ein schematisches Diagramm
eines Laserdruckers nach dem Stand der Technik,
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2 ein schematisches Diagramm
eines Karrussell-Farblaserdruckers
nach dem Stand der Technik,
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3 ein schematisches Diagramm
eines Tandem-Farblaserdruckers
nach dem Stand der Technik,
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4 ein schematisches Diagramm
eines Elektrodenarray-Farbdruckers
nach dieser Erfindung,
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5 ein schematisches Diagramm
eines der Elektrodenarray-Druckköpfe
des in 4 gezeigten Elektrodenarray-Farbdruckers
nach dieser Erfindung,
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6 eine Oberansicht einer
Elektrodeneinheit, die die Mehrzahl von in 4 gezeigten Karbon-Nanoröhren nach
dieser Erfindung umfasst,
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7 ein Querschnittsdiagramm
entlang einer Linie 1-1 der in 6 gezeigten
Elektrodeneinheit nach dieser Erfindung,
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8 eine Aufsicht einer Elektrodeneinheit, die
die Mehrzahl von in 4 gezeigten
kegelförmigen
Elektroden nach dieser Erfindung umfasst,
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9 ein Querschnittsdiagramm
entlang einer Linie 2-2 der in 8 gezeigten
Elektrodeneinheit nach dieser Erfindung,
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10 ein schematisches Diagramm
von Toner nach dieser Erfindung,
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11 ein anderes schematisches
Diagramm von Toner nach dieser Erfindung.
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4 zeigt ein schematisches
Diagramm eines Elektrodenarray-Farbdruckers 70 nach dieser Erfindung.
Der Drucker umfasst ein Gehäuse 74,
einen (in 5 gezeigten)
Steuerchip 73 zur Steuerung von Abläufen des Druckers 70,
eine im Uhrzeigersinn drehbare (durch den Pfeil 77 gezeigt)
Druckwalze 72, die in dem Gehäuse 74 angeordnet
ist, vier Entwicklungsmodule 76Y, 76C, 76M und 76K,
die aufeinander folgend die Bildwalze 72 umgebend angeordnet
sind, und eine Übertragungswalze 82,
die neben einer Seitenoberfläche
der Bildwalze 72 entgegen dem Uhrzeigersinn drehbar angeordnet
ist.
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Die
Entwicklungsmodule 76Y, 76C, 76M und 76K umfassen
jeweils vier Elektrodenarray-Druckköpfe 79Y, 79C, 79M und 79K,
die aufeinander folgend die Bildwalze 72 umgebend angeordnet
sind, um ein Elektronenarray auf die Seitenoberfläche der Bildwalze 72 abzustrahlen,
indem von dem Steuerchip 73 erzeugte Steuersignale bestimmt
werden, und um ein elektrostatisches Bild einer negativen Spannung
zu erzeugen; vier Tonerpatronen 78Y, 78C, 78M und 78K,
um jeweils gelben, cyanfarbigen, magentafarbigen und schwarzen Toner
zu enthalten; und vier Entwicklungswalzen 80Y, 80C, 80M und 80K,
die entgegen dem Uhrzeigersinn drehbar neben den korrespondierenden
Tonerpatronen 78Y, 78C, 78M und 78K und
der Bildwalze 72 angeordnet sind, um in den jeweiligen
Tonerpatronen 78Y, 78C, 78M und 78K enthaltenen
Toner anzuziehen. Wie die Entwicklungswalzen 80Y, 80C, 80M und 80K in
den Tonerpatronen 78Y, 78C, 78M und 78K enthaltenen
Toner anziehen, wird später
beschrieben. Das elektrostatische Bild, welches von dem Elektronenarray
erzeugt wird, das von den Elektrodenarray-Druckköpfen 79Y, 79C, 79M und 79K abgestrahlt
wurde, zieht aufeinanderfolgend Toner von den Entwicklungswalzen 80Y, 80C, 80M und 80K an,
wenn sich die Bildwalze 72 in Positionen dreht, in denen
sich das elektrostatische Bild jeweils neben den Entwicklungswalzen 80Y, 80C, 80M und 80K befindet.
Der Toner, den das elektrostatische Bild anzieht, weist eine zu
der Ladungsanzahl, die das elektrostatische Bild enthält, korrespondierende
Quantität
auf. Das heißt,
je größer die
Ladungsanzahl ist (korrespondierend zu einem elektrostatischen Bild
einer stärker
negativen Spannung), desto mehr Toner kann das elektrostatische
Bild anziehen. Andererseits zieht ein elektrostatisches Bild einer
kleineren Ladungsanzahl (korrespondierend zu einer geringer negativen
Spannung) weniger Toner an.
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Wie
die Entwicklungswalzen 80Y, 80C, 80M und 80K in
den Tonerpatronen 78Y, 78C, 78M und 78K enthaltenen
Toner anziehen, wird wie folgt beschrieben. Hier wird beispielhaft
die Entwicklungswalze 80Y beschrieben. Die Entwicklungswalze 80Y umfasst
eine Mehrzahl von negativ geladenen magnetischen Bereichen. Die
Bereiche können
den gelben Toner einer positiven Spannung anziehen, wenn sich die
Entwicklungswalze 80Y durch die Tonerpatrone 78Y dreht.
Es ist festzustellen, dass die negativ geladenen magnetischen Bereiche
einen höheren Ladungspegel
aufweisen müssen,
als der des elektrostatischen Bildes, oder das elektrostatische
Bild kann Toner nicht von der Entwicklungswalze 80Y anziehen.
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5 zeigt ein schematisches
Diagramm des Elektrodenarray-Druckkopfes 79Y (die
verbleibenden Elektrodenarray-Druckköpfe 79C, 79M und 79W haben
denselben Aufbau) des Elektrodenarray-Farbdruckers 70 nach dieser
Erfindung. Der Elektrodenarray-Druckkopf 79Y umfasst
eine Mehrzahl von in einem Array angeordneten Elektrodeneinheiten 98,
wobei jede Elektrodeneinheit 98 eine Mehrzahl von Karbon-Nanoröhren 96 (in 6 gezeigt) oder kegelförmigen Elektroden 94 (in 8 gezeigt) umfasst, wobei
jede kegelförmige
Elektrode 94 (Karbon-Nanoröhre 96) von dem Steuerchip 73 gesteuert
wird.
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Im
Folgenden werden die 6 und 7 beschrieben. 6 zeigt eine Aufsicht der
Elektrodeneinheit 98, die die Mehrzahl von Karbon-Nanoröhren 96 nach
dieser Erfindung umfasst. 7 zeigt
ein Querschnittsdiagramm entlang einer Linie 1-1 der in 6 gezeigten Elektrodeneinheit 98 nach
dieser Erfindung. Der Steuerchip 73 steuert die Elektrodeneinheit 98,
Elektronen durch korrespondierende Elektronen-Abstrahlaperturen 96H (durch
den Pfeil 97 gezeigt) der Karbon-Nanoröhren 96 auf die Bildwalze 72 abzustrahlen.
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Im
Folgenden werden die 8 und 9 beschrieben. 8 zeigt eine Aufsicht der
Elektrodeneinheit 98, die die Mehrzahl kegelförmiger Elektroden 94 nach
dieser Erfindung umfasst. 9 zeigt
ein Querschnittsdiagramm entlang einer Linie 2-2 der in 8 gezeigten Elektrodeneinheit 98 nach
dieser Erfindung. Jede der kegelförmigen Elektroden 94 umfasst
eine ge gatete Anodenschicht 94A, eine Isolationsschicht 94I und
eine kegelförmige
Kathodenelektrode 94C. Die gegatete Anodenschicht 94A arbeitet
mit der korrespondierenden kegelförmigen Kathodenelektrode 94C zusammen,
um ein elektrisches Feld F zu erzeugen. Der Steuerchip 73 steuert
die Mehrzahl von kegelförmigen
Kathodenelektroden 94C der Elektrodeneinheit 98,
um Elektronen in eine durch das elektrische Feld F bestimmte Richtung durch
die korrespondierenden Elektronenemissionsaperturen 96H und
auf die Bildwalze 72 abzustrahlen.
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Bei
dem zuvor beschriebenen Elektronenarray-Farbdrucker 70 drehen
sich die Übertragungswalze 82 und
die Entwicklungswalzen 80Y, 80C, 80M und 80K entlang
einer zu der Drehung der Bildwalze 72 korrespondierenden
Richtung. Das heißt,
ist die Bildwalze 72 angeordnet, sich im Uhrzeigersinn
zu drehen, so sind die Übertragungswalze 82 und
die Entwicklungswalzen 80Y, 80C, 80M und 80K gegen den
Uhrzeigersinn drehbar innerhalb des Gehäuses 74 angeordnet.
Ist im Gegensatz die Bildwalze 72 sich gegen den Uhrzeigersinn
drehend angeordnet, so sind die Übertragungswalze 82 und
die Entwicklungswalzen 80Y, 80C, 80M und 80K aufeinander
folgend so anzuordnen, dass sie sich im Uhrzeigersinn drehen.
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Die Übertragungswalze 82 des
Elektrodenarray-Farbdruckers 70 ist an eine erste Vorspannung
angeschlossen, deren Pegel unterhalb dem des elektrostatischen Bilds
liegt (der Absolutwert der ersten Vorspannung ist größer, als
der Absolutwert der negativen Spannung des elektrostatischen Bildes),
so dass die von der ersten Vorspannung vorgespannte Übertragungswalze 82 bei
einer Drehung der Bildwalze 72 in eine Position, in der
das elektrostatische Bild neben der Übertragungswalze 82 liegt, den
Toner auf dem elektrostatischen Bild auf das Druckmedium 71 anziehen
kann, welches zwischen der Bildwalze 72 und der Übertragungswalze 82 angeordnet
ist.
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Im
Folgenden wird wieder 4 beschrieben.
Die Bildwalze 72 des Elektrodenarray-Farbdruckers 70 umfasst
eine leitende Vorspannungspotentialschicht 90, die an eine
zweite Vorspannung angeschlossen ist, und eine dielektrische Schicht 92,
die auf der leitenden Vorspannungspotentialschicht 90 gebildet
ist, wobei es die zweite Vorspannung ermöglicht, dass das auf der Bildwalze 72 gebildete
elektrostatische Bild Toner leichter von den Entwicklungswalzen 80Y, 80C, 80M und 80K anziehen
kann. Die zweite Vorspannung ist eine Gleichspannung oder eine Kombination
einer Gleichspannung und einer Wechselspannung. Im Folgenden werden
die 10 und 11 beschrieben. 10 zeigt ein schematisches Diagramm
von Toner (durch gestrichelte Linien gezeigt), der auf das elektrostatische
Bild angezogen ist, wenn die zweite Vorspannung eine Gleichspannung
nach dieser Erfindung ist. 11 zeigt
ein schematisches Diagramm von Toner (durch gestrichelte Linien
gezeigt), der auf das elektrostatische Bild angezogen ist, wenn
die zweite Vorspannung eine Kombination einer Gleichspannung und
einer Wechselspannung nach dieser Erfindung ist. Aus den 10 und 11 kann erkannt werden, dass der Toner
auf dem elektrostatischen Bild flacher angeordnet ist, wenn die
zweite Vorspannung die Kombination einer Gleichspannung und einer
Wechselspannung ist, als wenn die zweite Vorspannung nur eine Gleichspannung
ist. Die leitende Vorspannungspotentialschicht 90 ist aus
Aluminium hergestellt, während
die dielektrische Schicht 92 aus einem Material hergestellt
ist, das aus einer Gruppe ausgewählt
wurde, die aus Harzpolymeren, Glas und Keramik besteht.
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Im
Folgenden wird wiederum die 4 beschrieben.
Der Elektrodenarray-Farbdrucker 70 umfasst weiter eine
Schmelzeinheit 84, die in dem Gehäuse 74 neben der Seitenoberfläche der
Bildwalze 72 angeordnet ist, um auf dem Druckmedium 71 angeordneten
Toner auf dem Druckmedium 71 anhaften zu lassen, und einen Tonerabstreifer 88,
der neben der Seitenoberfläche
der Bildwalze 72 angeordnet ist, um Toner abzustreifen,
der auf der Bildwalze 72 verblieben ist, nachdem das Druckmedium 71 auf der
Bildwalze 72 angeordneten Toner angezogen hat. Die Schmelzeinheit 84 umfasst
eine Unterstützungswalze 84A und
eine Heizwalze 84B, wobei die Unterstützungswalze 84A mit
der Heizwalze 84B zusammenarbeitet, um Plastikmaterialien
des auf dem Druckmedium 71 angeordneten Toners zu schmelzen
und den geschmolzenen Toner auf dem Druckmedium 71 anhaften
zu lassen.
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Die
prinzipielle Funktionsweise und der Betrieb des Elektrodenarray-Farbdruckers 70 werden wie
folgt beschrieben: Der Steuerchip 73 steuert den Elektrodenarray-Druckkopf 79Y,
ein erstes Elektronenarray auf einen ersten Bereich der Seitenoberflächen der
Bildwalze 72 abzustrahlen und bildet ein erstes elektrostatisches
Bild auf dem ersten Bereich. Das erste Elektronenarray umfasst eine
Mehrzahl von Elektronen einer Vielzahl von Spannungspegeln, wobei
jeder Punkt in dem ersten Bereich demzufolge einen unterschiedlichen
Spannungspegel aufweist. Dreht sich die Bildwalze 72 in
eine Position, in der sich der erste Bereich neben der Entwicklungswalze 80Y des
Entwicklungsmoduls 76Y befindet, so zieht das erste elektrostatische
Bild auf dem ersten Bereich gelben Toner von der Entwicklungswalze 80Y an.
Da jeder der Punkte in dem ersten Bereich einen unterschiedlichen
Spannungspegel aufweist, zieht das elektrostatische Bild dementsprechend
gelben Toner an. Das erste elektrostatische Bild (einer negativen
Spannung) hört
nicht auf, gelben Toner (einer positiven Spannung) anzuziehen, bis
jeder der Punkte innerhalb des ersten Bereichs eine Nullpegel-Spannung
aufweist (da die dielektrische Schicht 92 der Bildwalze 72 keine
Elektronen überträgt, weist jeder
der Punkte innerhalb des ersten Bereichs tatsächlich eine äquivalente
Nullpegel-Spannung auf).
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Die
Bildwalze 72 dreht sich weiter. Dreht sich die Bildwalze 72 in
diesem Szenario in eine Position, in der sich der erste Bereich
neben dem Elektrodenarray-Druckkopf 79C des Entwicklungsmoduls 76C befindet,
so steuert der Steuerchip 73 den Elektrodenarray-Druckkopf 79C ein
zweites Elektronenarray auf den ersten Bereich der Bildwalze 72 abzustrahlen,
um auf dem ersten Bereich ein zweites elektrostatisches Bild zu
erzeugen. Dreht sich die Bildwalze 72 in eine Position,
in der sich der erste Bereich neben der Entwicklungswalze 80C des
Entwicklungsmoduls 76C befindet, so zieht das zweite elektrostatische
Bild auf dem ersten Bereich so lange cyanfarbigen Toner an, der
von der Entwicklungswalze 80C angezogen wurde, bis jeder
der Punkte in dem ersten Bereich eine äquivalente Nullpegel-Spannung aufweist.
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Das
Bild dreht sich weiter aufeinanderfolgend in Positionen neben den
Entwicklungsmodulen 76M und 76K. Die Betriebsabläufe der
Entwicklungsmodule 76M und 76K sind gleich zu
denen der Entwicklungsmodule 76Y und 76C. Weitere
Beschreibungen werden weggelassen.
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Nachdem
aufeinanderfolgenden Entlanglaufen an allen Entwicklungsmodulen 76Y, 76C, 76M und 76K hat
der erste Bereich des ersten elektrostatischen Bildes Toner einer
Vielzahl von Farben und Mengen angezogen (oder nicht, abhängig von
einem Spannungspegel an jedem der Punkte innerhalb des ersten Bereichs).
Dreht sich die Bildwalze 72 in einer Position, in der sich
der erste Bereich neben der Übertragungswalze 82 befindet,
so kann die Übertragungswalze 82 den
gesamten auf dem ersten Bereich der Bildwalze 72 angeordneten
Toner auf das Druckmedium 71 übertragen, da die Übertragungswalze 82 an
die erste Vorspannung angeschlossen ist, welche unterhalb der Spannungen
(eine Summe von Spannungen des ersten, zweiten, dritten und vierten
elektrostatischen Bildes) an jedem der Punkte in dem ersten Bereich
(der absolute Wert der ersten Vorspannung ist größer, als der der Summe) liegt. Das
Druckmedium 71 läuft
dann durch die Schmelzeinheit 84, wobei die Schmelzeinheit 84 auf
dem Druckmedium 71 angeordneten Toner mit der durch die
Heizwalze 84 erzeugten Wärme schmelzt und anhaften lässt.
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Dreht
sich die Bildwalze 72 schließlich in eine Position, in
der sich der erste Bereich neben dem Tonerabstreifer 88 befindet,
so wischt der Tonerabstreifer 88 auf der Bildwalze 72 anhaftenden
Toner ab. Dreht sich die Bildwalze 72 in eine Position, in
der sich der erste Bereich wieder neben dem Elektrodenarray-Druckkopf 79Y des
Entwicklungsmoduls 76Y befindet, so kann der Elektrodenarray-Farbdrucker 70 durch
Wiederholung der zuvor angegebenen Verfahrensschritte auf ein anderes
Druckmedium drucken.
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Im
Gegensatz zu dem Stand der Technik ersetzen die Elektrodenarray-Druckköpfe 79Y, 79C, 79M und 79K des
Elektrodenarray-Farbdruckers 70 die
Ladungswalzen 14, 34 und 54 und die Laserstrahleinheiten 16, 36 und 56 der
Laserdrucker 10, 30 und 50. Diese Erfindung
gibt einen Elektrodenarray-Farbdrucker an, der die Betriebsschritte
der Ladungsdisposition und Entladung nicht benötigt. Der Elektrodenarray-Farbdrucker 70 ist
billiger und kompakter, als die Laserdrucker 10, 30 oder 50.
Zusätzlich
weist der Elektrodenarray-Farbdrucker 70 eine höhere Effizienz
auf, als der Karrussell-Farblaserdrucker 30.
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Nach
der obigen detaillierten Beschreibung dieser Erfindung erkennen
die Fachleute auf diesem Gebiet, dass viele Modifikationen und Änderungen der
Vorrichtung ausgeführt
werden können,
ohne von den Lehren der Erfindung abzuweichen. Demzufolge soll die
obige Offenbarung als nur von dem Umfang und den Grenzen der beigefügten Ansprüche begrenzt
angesehen werden.