DE69512643T2

DE69512643T2 - Tonerprojektionsdrucker mit Mitteln um die Tonerverstreuung zu reduzieren

Info

Publication number: DE69512643T2
Application number: DE69512643T
Authority: DE
Inventors: James G. Bearss; Phillip R. Luque
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1995-07-06
Filing date: 1995-11-06
Publication date: 2000-03-09
Anticipated expiration: 2015-11-07
Also published as: US5867191A; EP0752317A1; JPH0924639A; EP0752317B1; DE69512643D1

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf elektrostatische Vorrichtungen und insbesondere auf einen Tonerprojektionsdrucker, der die elektrostatische Toneraufbringungseinrichtung zum Reduzieren der Tonerverteilung verwendet.

Hintergrund der Erfindung

Die am weitesten verbreitete verwendete elektrophotographische Druckvorrichtung verwendet einen bewegbaren Photoleiter, der selektiv durch eine Quelle von optischer Energie belichtet wird. Obwohl derartige elektrophotographische Drucker weit akzeptiert sind und eine ausgezeichnete Druckqualität mit vernünftigen Kosten erzeugen, sind weitergehende Anstrengungen darauf gerichtet, um die Leistung derselben zu erhöhen und die Kosten derselben weiter zu reduzieren. Photoleiter-basierte Drucker werden jedoch weiterhin bestimmte Probleme zeigen, die inhärent durch die Verwendung eines Photoleiters auftreten. Unter diesen sind die Kosten des Photoleiters, der Photoleiterverschleiß, und die Photoleiterempfindlichkeit gegenüber Licht, was eine ununterbrochene Abschirmung erfordert. Ferner muß, wenn ein Bild vollständig auf dem Photoleiter entwickelt wird, eine Übertragungshandlung auftreten, um eine Entfernung des Toners auf ein Medienblatt zu ermöglichen.
In jüngster Zeit wurde eine neue Klasse von elektrostatischen Druckern entwickelt, die keinen Photoleiter erfordert und viele Probleme vermeidet, die der Verwendung des Photoleiters inhärent sind. Diese Klasse von Druckern weist "Tonerprojektionsdrucker" auf, die ein System von Elektroden zum Steuern der direkten Aufbringung von geladenen Tonerpartikeln auf ein Medienblatt ohne einen dazwischenliegenden Photorezeptor oder eine photoleitfähige Vorrichtung umfaßt. Typischerweise umfaßt jede Elektrode einen leitfähigen Elektrodenring, der ein Loch in einem isolierenden Substrat umgibt. Auf einer Seite des Substrats befindet sich ein Entwicklermodul, das eine Entwicklerrolle und einen Vorrat von geladenen trockenen Tonerpartikeln umfaßt.
Für ein System, das negativ geladene Tonerpartikel verwendet, werden, wenn ein Elektrodenring positiv bezüglich der Entwicklerrolle getrieben wird, die Tonerpartikel zu dem Elektrodenring angezogen, und einige derselben laufen durch das Loch. Auf der entgegengesetzten Seite des isolierenden Substrats befindet sich ein Medienblatt, das auf einer leitfähigen Auflageplatte liegt. Die Auflageplatte ist auf eine Spannung vorgespannt, die positiver ist als der Elektrodenring, so daß die Tonerpartikel zu der Papier/Auflageplatten-Kombination angezogen werden. Die Tonerpartikel, die durch das Loch laufen, zeigen alle eine ähnliche Ladung. Folglich treten diese Partikel während ihres Laufs zu dem Medienblatt abstoßend in Wechselwirkung, und das Resultat besteht darin, daß sich etwas Toner an dem Aufbringungspunkt "verbreitet". Ferner zeigt ein vorher aufgebrachter Toner eine ähnliche Ladung, die ebenfalls zu der Tonerverteilung beiträgt. Als ein Resultat wird die Kantendefinition der aufgebrachten Tonerpunkte weniger scharf.
Toner, der zu dem Elektrodenring angezogen wird, jedoch nicht durch die Öffnung läuft, sammelt sich um die Öffnung an und muß periodisch entfernt werden. Dies wird durch Umkehren des Potentials zwischen dem Elektrodenring und der Entwicklerrolle durchgeführt, um derartige Tonerablagerungen weg von dem isolierenden Substrat und dem Elektrodenring und zurück zu der Entwicklerrolle zu ziehen.
Das U. S. Patent 5,036,341 an Larson u. a. beschreibt einen Tonerprojektionsdrucker, bei dem die Drucksteuermatrix zwei Schichten von parallelen Drähten in jeder der zwei Schichten aufweist. Die zwei Schichten sind orthogonal und sind pa rallel zu der Ebene eines Medienblatts angeordnet, auf dem der Toner entwickelt werden soll. Die Drähte in jeder Schicht sind in der Form einer Stabstruktur angeordnet, und jeder einzelne Draht ist mit einer Treibschaltung verbunden. Ein Tonerpunkt wird gedruckt, wenn zwei benachbarte Drähte in jeder Schicht positiv getrieben werden (unter der Annahme eines negativ geladenen Toners). Toner wird dann zu einem Loch an dem Schnittpunkt der zwei Paare von positiv getriebenen Drähten gezogen, läuft zwischen denselben hindurch und wird auf einem Medienblatt aufgebracht.
Das Larson-System zeigt eine Anzahl von Nachteilen. Das Drahtarray kann lediglich durch eine Rahmenstruktur um die Kante des Druckarrays getragen werden. Es kann lediglich ein geringes Durchhängen der Drähte aufgrund der engen Abstandssteuerung toleriert werden, die zwischen dem Druckdrahtarray und dem Papier beibehalten werden muß. Das Array von Drähten ist zerbrechlich, und jede Schicht muß perfekt voneinander isoliert sein, was hinsichtlich der Anzahl von Überkreuzungspunkten schwierig ist. Es kann ferner ein Lecken von Toner durch benachbarte Löcher zwischen Drahtpaaren auftreten. Schließlich sind die Löcher, die durch die schneidenden Drähte gebildet werden, quadratisch, und dieselben sehen möglicherweise nicht die optimal geformten Punkte für die beste Druckauflösung vor.
Das U. S.-Patent 5,121,144 an Larson beschreibt ein Multiplexsystem für einen Tonerprojektionsdrucker. Anstelle des Verwendens einer durchgehenden leitfähigen Auflageplatte hinter dem Medienblatt, auf dem Toner aufgebracht werden soll, verwendet das '144-Patent von Larson eine isolierende Auflageplatte, die viele leitfähige Drähte umfaßt, die quer zu der Richtung der Bewegung des Medienblatts eingelegt sind. Elektroden, die die Toneraufbringung steuern, sind auf einem isolierenden Substrat oberhalb des Medienblatts positioniert und sind zusammen mit einer Anzahl von Sätzen derart verbunden, daß sich lediglich eine Elektrode in jedem Satz direkt über einem gegebenen Draht in der leitfähigen Auflageplatte befindet. Lediglich ein Auflageplattendraht wird jeweils auf eine hohe positive Spannung (für einen negativ geladenen Toner) getrieben. Wenn ein Elektrodensatz ebenfalls positiv getrieben wird, wird die einzelne Elektrode, die über dem aktiven Draht in der Auflageplatte liegt, eine Aufbringung von Toner auf das Medienblatt bewirken.
Die Struktur, die in dem '144-Larson-Patent gezeigt ist, zeigt ebenfalls eine Anzahl von Nachteilen. Die Auflageplattenstruktur ist komplex und umfaßt viele präzisionseingelegte Leiter. Die Isolation zwischen diesen Leitern muß einer hohen Spannung (z. B. etwa 1000 Volt) standhalten und muß die isolierenden Eigenschaften beibehalten, selbst wenn dieselbe gegenüber einem Verschleiß ausgesetzt ist, sowie Medienblätter über dieselbe laufen. Die Treibschaltungen für die Auflageplattendrähte müssen ferner eine hohe Spannung treiben können, die eine wesentlich höhere Spannung ist, als dieselbe, die erforderlich ist, um die Druckelektroden direkt zu treiben (etwa 1000 Volt). Die Treibschaltungen mit höherer Spannung sind dementsprechend teurer. Schließlich muß die Auflageplatte mit den eingelegten Drähten derselben mit dem Druckelektrodenarray genau ausgerichtet sein, um eine akzeptierbare Druckqualität zu erreichen.
Die PCT-veröffentlichte Anmeldung WO 90/14960 an Larson beschreibt eine Verbesserung der Elektrodenstruktur, die in dem '341-Patent von Larson gezeigt ist, auf das oben Bezug genommen wird. In der PCT-veröffentlichten Anmeldung verwendet Larson Trennelektroden, um das Kreuzkoppeln oder das Nebensprechen zwischen benachbarten Maschenelektroden zu reduzieren. In der veröffentlichten PCT-Anmeldung WO 90/14959 an Larson ist eine Prozedur zum Entfernen von aufgebrachtem Toner von einer Elektrodenmatrix beschrieben, die ein Gegenspannungsanlegen während Zeitdauern zwischen Adreßzeiten verwendet. Wenn Tonerpartikel jedoch an den Elektrodenringen haften, tendieren dieselben dazu, ihre Ladung durch Leitung durch die Elektrodenringe zu verlieren. Folglich ist ein Anlegen einer Gegenspannung, um derartige Partikel zu ent fernen, aufgrund des Verlustes der Ladung derselben ineffektiv.
Die US-A-5, 214,451 offenbart eine elektrostatische Druckvorrichtung zum Liefern von Tonerpartikeln zu einem Aufzeichnungsmedium. Die Vorrichtung weist eine Donatorrolle, eine Spannungsquelle zum Anlegen einer Spannung an die Donatorrolle, einen Druckkopf in der Form einer Auflageplatteneinrichtung, der gegenüber der Donatorrolle zwischen der Donatorrolle und dem Aufzeichnungsmedium positioniert ist, und eine Einrichtung zum Anlegen einer Vorspannung an den Druckkopf auf, um Tonerpartikel von der Donatorrolle anzuziehen. Der Druckkopf ist durch ein elektrisch isoliertes Basisbauglied, eine Mehrzahl von Öffnungen, die in dem Basisbauglied vorgesehen sind, gebildet. Elektroden in der Form von Reihenleitern und Spaltenleitern sind elektrisch isoliert voneinander auf beiden Seiten des Basisbauglieds vorgesehen, um eine Adressiereinrichtung zum Adressieren von jeweiligen Öffnungen zu bilden. Eine Treibeinrichtung ist zum selektiven Treiben der Reihenleiter und der Spaltenleiter derart vorgesehen, daß mindestens eine der Öffnungen in der Druckkopfstruktur konditioniert ist, um den Durchgang der Tonerpartikel durch dieselben abhängig von einen Betrag der Spannung, die an die Reihenleiter und die Spaltenleiter angelegt ist, zu blockieren oder nicht.
Wie es aus dem Vorhergehenden sichtbar ist, sind, obwohl Tonerproektionsdrucker die Notwendigkeit eines Photoleiterriemens oder einer Photoleiteroberfläche eliminieren, Kosten- und Leistungs-Verbesserüngen erforderlich, bevor die Vorteile, die durch die Eliminierung der Photoleiterkomponenten erhalten werden sollen, realisiert werden.
Es ist dementsprechend ein Ziel dieser Erfindung, einen verbesserten Tonerprojektionsdrucker zu schaffen, der eine geringere Tonerverteilung als vorher zeigt.
Dieses Ziel wird durch eine elektrostatische Vorrichtung ge mäß Anspruch 1 erreicht.
Ein Tonerprojektionsdrucker ist mit einer Entwickleroberfläche versehen, die eine Entwicklervorspannung zeigt und die eine Wolke von mitgeschleppten Tonerpartikeln umfaßt. Eine Auflageplattenstruktur ist gegenüber der Entwickleroberfläche positioniert und zeigt eine Auflageplattenspannung, die die Tonerpartikel anzieht. Eine Adreßplatte ist zwischen der Entwickleroberfläche und der Auflageplattenstruktur positioniert. Die Adreßplatte umfaßt einen Isolator mit einer vorbestimmten Dicke mit Pixeldurchgangsöffnungen. Jede Pixelöffnung weist mindestens Reihen- und Spalten-Leiter, die elektrisch voneinander durch den Isolator getrennt sind, und eine Schirmelektrode zum Verzerren des elektrischen Felds zwischen der Adreßplatte und der Auflageplattenstruktur auf eine Art und Weise auf, um die Tonerverteilung zu reduzieren. Eine erste Treibschaltung ist mit dem Reihenleiter zum steuerbaren Anlegen einer Reihentreibspannung gekoppelt, die entweder ein Bezugspotential ist, das eine Abstoßkraft auf die Tonerpartikel ausübt, oder eine hohe Spannung ist, die die Tonerpartikel anzieht. Eine zweite Treibschaltung ist mit dem Spaltenleiter zum steuerbaren Anlegen eines Spaltenspannungstreibsignals gekoppelt, das entweder eine Bezugsspannung (gegenüber den Tonerpartikeln abstoßend) oder eine hohe Spannung (die die Tonerpartikel anzieht) ist. Sowohl die Spalten- als auch die Reihen-Treibspannung sind auf Pegel eingestellt, so daß, wenn sich beide in einem hohen Zustand befinden, dann lediglich Tonerpartikel durch die Pixelöffnung laufen, hin zu der Auflageplattenstruktur gezogen werden, und in den Einfluß der Auflageplattenspannung kommen. Die Steuerschaltungsanordnung betreibt die erste und die zweite Treibschaltung, um eine Aufbringung der Reihen- und Spalten-Punkte von Toner auf ein Medienblatt, das auf der Auflageplattenstruktur positioniert ist, unter dem Einfluß des Auflagepotentials zu ermöglichen. Es ist ebenfalls eine verbesserte Auflageplattenstruktur gezeigt, die weiter die Tonerverteilung reduziert.

Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht eines Abschnitts des Tonerprojektionsdruckers, der die Entwickleroberfläche mit einer mitgerissenen Tonerwolke, eine Adreßplatte und eine leitfähige Auflageplatte mit einem darauf positionierten Medienblatt umfaßt.
Fig. 1a ist eine Draufsicht der Adreßplatte, die entlang der Linie 1a-1a in Fig. 1 vorgenommen ist.
Fig. 1b ist eine Draufsicht der Adreßplatte, die entlang der Linie 1b-1b in Fig. 1 vorgenommen ist.
Fig. 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Schaltungsanordnung zum Anlegen von Reihen- und Spalten-Treibpotentialen an die Reihen- und Spalten-Spuren an der Adreßplatte darstellt.
Fig. 3 zeigt ein Felddiagramm für die Tonerprojektionsdruckerstruktur von Fig. 1.
Fig. 4 zeigt eine Vergrößerung des Felddiagramms von Fig. 3.
Fig. 5a zeigt eine Schnittansicht einer verbesserten Auflageplattenstruktur, die die Tonerverteilung reduziert.
Fig. 5b zeigt eine Draufsicht der unteren Oberfläche der Auflageplattenstruktur von Fig. 5a.
Fig. 6a zeigt eine Schnittansicht einer verbesserten Adreßplattenstruktur, die die Tonerverteilung reduziert.
Fig. 6b zeigt eine Draufsicht der unteren Oberfläche der verbesserten Adreßplattenstruktur von Fig. 6a.
Fig. 7 ist eine zusammengefügte Schnittansicht der Auflageplattenstruktur von Fig. 5a und der Adreßplattenstruktur von Fig. 6b.
Fig. 8 zeigt ein Felddiagramm für die Tonerprojektionsdruckerstruktur von Fig. 7.
Fig. 9 zeigt ein Taktdiagramm, das beim Verstehen der Erfindung hilfreich ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist der Druckabschnitt des Tonerprojektionsdruckers im Schnitt gezeigt. Eine Entwicklerrollenoberfläche 20 weist vorzugsweise ein leitfähiges Elastomer auf, und an derselben ist eine Entwicklervorspannung Vd angelegt. Der Toner 22 haftet an der Entwicklerrollenoberfläche 20 mittels einer Ladungsanziehung zwischen den Tonerpartikeln und der Entwicklervorspannung Vd. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Tonerpartikel 22 dielektrische Einzelkomponentenpartikel, die negativ aufgeladen sind.
Gegenüber der Entwicklerrollenoberfläche 20 befindet sich eine leitfähige Auflageplatte 24, an die eine Vorspannung Vp angelegt ist. Die Spannung Vp ist stark positiv (z. B. 1000 Volt) und erzeugt ein hohes elektrostatisches Feld, das die Tonerpartikel 22 anzieht. Ein Medienblatt 26 ist auf der leitfähigen Auflageplatte 24 positioniert, und dasselbe ist positioniert, um die Tonerpunkte aufzunehmen, die in ein Bildformat konfiguriert sind.
Zwischen der Entwicklerrollenoberfläche 20 und der leitfähigen Auflageplatte 24 ist eine Adreßplatte 28 positioniert, die es gemäß der ordnungsgemäßen Reihen- und Spalten-Treib potentiale ermöglicht, daß Tonerpartikel 22 selektiv durch Öffnungen 30 laufen, um in den Einfluß des elektrischen Felds zu kommen, das durch die Spannung Vp erzeugt wird, die an die leitfähige Auflageplatte 24 angelegt ist.
Eine Teildraufsicht der Adreßplatte 28 ist in Fig. 1a gezeigt, und lediglich eine einzige Öffnung und die zugeordneten Elektroden sind in Fig. 1 gezeigt. Die Öffnungsplatte 28 weist ein isolierendes Blatt 32 mit einer Oberfläche 34 auf, auf der eine Mehrzahl von Spaltenspuren 36, 38, 40 etc. positioniert ist. Innerhalb des isolierenden Blatts 32 ist eine Mehrzahl von Reihenspuren 42, 44, 46, 48 und 50 derart positioniert, um die jeweiligen Spaltenspuren zu schneiden. Um jede Öffnung 30 herum umfaßt jede Spaltenspur einen leitfähigen Elektrodenring 52, und auf eine ähnliche Art und Weise umfaßt jede Reihenspur eine leitfähige Elektrode 54, die innerhalb des isolierenden Blatts 32 positioniert ist.
Eine Schirmelektrode 56 ist auf der Oberfläche 58 der Adreßplatte 28 positioniert, und umfaßt eine Öffnung an jeder Pixelöffnung 30. Eine Draufsicht der Schirmelektrode 56, die entlang der Linie 1b-1b in Fig. 1a vorgenommen ist, ist in Fig. 1b gezeigt. Eine Schirmspannung Vs ist an die Schirmelektrode 56 über eine Leiter 57 angelegt, und dieselbe ist weniger positiv als eine volle Auswahlspannung, die an die schneidenden Reihen- und Spalten-Elektroden angelegt ist.
Isolierende Schichten 60 und 62 bedecken die jeweiligen Oberflächen der Elektrodenringe 52 und der Schirmelektrode 56. Wie es aus der folgenden Beschreibung offensichtlich ist, verhindern die isolierenden Schichten 60 und 62, daß Tonerpartikel in einen Kontakt mit den leitfähigen Oberflächen der Spaltenelektrodenspuren, der Spaltenelektrodenringe und der Schirmelektrode 58 kommen. Als ein Resultat wird eine leitende Entladung der Tonerpartikelladungen verhindert.
Jede Spaltenspur 36, 38, 40 etc. ist mit einer Spaltentrei berschaltung (die im folgenden beschrieben ist) verbunden, die eine Spaltentreibspannung Vc(t) an jede der verbundenen Spaltenspuren und an die verbundenen Spaltenelektrodenringe anlegt. Auf eine ähnliche Art und Weise ist jede der Reihenspuren 42, 44, 46, 48, 50 etc. mit einem Reihentreiber (der im folgenden beschrieben ist) verbunden, der selektiv eine Reihentreibspannung Vr(t) an dieselbe anlegt. Ein Pfeil 49 stellt die Richtung der Bewegung eines Medienblatts unterhalb der Adreßplatte 28 dar.
In Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung zum Adressieren des Arrays von Pixelöffnungen in der Adreßplatte 28 gezeigt. Ein Prozessor 61 und ein verbundener Speicher 63 sind kombiniert, um Raster-ausgerichtete Binärpixeldaten zu einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) 64 zu liefern. Innerhalb der ASIC 64 sind die Rasterdaten derart eingeteilt, daß halbe Auswahlsignale für die Spaltenspuren in den Datenleitungen 66 zu einer Mehrzahl von Spaltenlatches 68 ausgegeben werden. Eine Taktleitung 70 ermöglicht einen Betrieb der Latches 68 gemäß einem Freigabesignal, das durch die ASIC 64 in der Leitung 72 eingeprägt ist. Auf eine ähnliche Art und Weise legt die ASIC 64 Daten-, Takt- und Freigabe-Signale über die Leitungen 74, 76 bzw. 78 an die Spaltenlatches 80 an, die es ermöglichen, daß Spaltentreibsignale an aufeinanderfolgende Spaltenspuren angelegt werden können. Die Ausgangssignale von den Reihenlatches 80 und Spaltenlatches 68 werden an die Reihen- bzw. Spaltentreiber 82, 84 angelegt. Sowohl der Reihentreiber 82 als auch der Spaltentreiber 84 legen eine Treibspannung Vr(t), Vc(t) an eine verbundene Reihen- oder Spalten-Spur an. Die Treibspannung variiert zwischen einem hohen Pegel und einem niedrigen oder Bezugspotentialpegel.
Wie es aus der folgenden Beschreibung offensichtlich wird, sind die Potentiale, die an die Reihentreiber 82 und die Spaltentreiber 68 angelegt sind, derart, um in einem "halben Auswahl-" Modus zu wirken, bei dem Toner so lange nicht durch eine Öffnung 30 laufen kann, bis sowohl die Reihen- als auch die Spalten-Potentiale an dem Schnittpunkt der Öffnung 30 sich auf dem hohen Pegel befinden.
Beim Betrieb lädt die ASIC 64 zuerst die Spaltenlatches 68 mit geeigneten Datensignalen und liefert dann Freigabesignale zu sowohl einem ausgewählten Reihenlatch in den Reihenlatches 80 als auch zu Spaltenlatches 68, um ein gleichzeitiges Auslesen der Treibspannungen auf verbundenen Reihen- bzw. Spalten-Spuren zu bewirken.
Wie in Fig. 1a gezeigt, sind die Spaltenspuren 36, 38, 40 etc. auf einer Schräge positioniert, um eine verbesserte Auflösung zu ermöglichen, die durch engeres Packen der Pixelöffnungen 30 erhalten werden soll. Um eine vollständige Zeile zu drucken, muß eine Mehrzahl von Reihen von Daten gedruckt werden, um die vollständige Pixelreihe zu erhalten. Die ASIC 64 synchronisiert die Druckhandlung mit der Bewegung des Medienblatts 26 über die Auflageplatte 24. Die Einrichtung zum Bewegen des Medienblatts 26 ist nicht gezeigt, dieselbe ist jedoch Fachleuten gut bekannt.
Fachleuten wird es offensichtlich sein, daß sich negativ geladene Tonerpartikel 22 lediglich hin zu dem Auflageplattenpotential Vp bewegen werden, wenn alle dazwischenliegenden Potentiale mindestens so hoch sind wie Vd und vorzugsweise positiver bezüglich des Potentials sind. Wie es im folgenden offensichtlich wird, treten vier Zustände, d. h. A, B, C und D als ein Resultat des Anlegens der Vorspannungs- und der Treib-Spannungen an die Druckerkomponenten auf. Vd ist die Vorspannung, die an die Entwicklerrollenoberfläche 20 angelegt ist, und Vp ist die Vorspannung, die an die leitfähige Auflageplatte 24 angelegt ist.
Wenn sowohl ein Reihenelektrodenring 54 als auch ein schneidender Spaltenelektrodenring 52 auf einem Bezugspotentialpegel (z. B. Masse) gehalten werden, verhindert der negative Potentialgradient zwischen der Entwicklerrollenoberfläche 20 und dem Spaltenelektrodenring 52 eine Wanderung von negativ geladenen Tonerpartikeln 22 (d. h. Zustand A). Als ein Resultat laufen keine Tonerpartikel durch die Öffnung 30 und in den Bereich, der durch die Spannung der leitfähigen Auflageplatte Vp beeinflußt wird. Unter derartigen Umständen wird das Drucken gehemmt, und der Toner wird von der isolierenden Oberfläche 60 der Adreßplatte 28 geräumt.
Der Zustand B tritt auf, wenn eine Reihe nicht ausgewählt ist. Unter derartigen Bedingungen wird der Reihenelektrodenring 54 auf dem Bezugspotential gehalten. Es ist jedoch wahrscheinlich, daß eine andere Reihe ausgewählt wurde und der Spaltenelektrodenring 52 weist eine hohe Datenspannung Vc auf, die an denselben als ein halbes Auswahlpotential für die andere Reihe angelegt ist. In diesem Zustand wird Toner zu dem Spaltenelektrodenring 52 angezogen, der negative Potentialgradient von dem Spaltenelektrodenring 52 zu dem Reihenelektrodenring 54 stößt jedoch Tonerpartikel 22 ab. Das Drucken wird gehemmt, und Toner wird von der isolierenden Oberfläche 60 der Adreßplatte 28 geräumt.
In dem Zustand C befindet sich der Elektrodenring 54 auf einer hohen Spannung (die Reihe wurde ausgewählt), es ist jedoch eine niedrige Spannung an den Spaltenelektrodenring 52 angelegt. In diesem Zustand wird Toner durch den Elektrodenring 52 abgestoßen, und ein Drucken wird verhindert.
In dem Zustand D weisen sowohl der Elektrodenring 54 als auch der Spaltenelektrodenring 52 eine hohe angelegte Spannung auf, was anzeigt, daß die jeweilige Reihe ausgewählt ist, und daß ein hoher Datenpegel an den Spaltenelektrodenring 52 angelegt ist. In diesem Zustand läuft ein Teil des Toners, der den Spaltenelektrodenring 52 erreicht, durch die Öffnung 30 und wird zu einem Blatt 26, das auf der leitfähigen Auflageplatte 24 liegt, angezogen und auf demselben aufgebracht. Folglich tritt das Drucken auf.
Wenn die Schirmelektrode 58 auf eine Spannung Vs vorgespannt ist, wobei
Vd < Vs < Vr, oder Vd < Vs < Vc (abhängig davon, welche Spannung näher an der Auflageplatte ist, Vc oder Vr),
treten zwei Effekte auf:
1) Der negativ geladene Toner, der durch eine Pixelöffnung 30 läuft, wird zu der Mitte der Öffnung durch den negativen Potentialgradienten gezogen, der durch die Schirmvorspannung Vs erzeugt wird. Der Durchmesser des Stroms des Toners, der durch die Pixelöffnung 30 läuft, wird kleiner sein, wobei ein kleinerer Tonerfleck auf dem Medienblatt 26 resultiert.
2) Die elektrische Feldstärke in dem Zwischenraum zwischen der Adreßplatte 28 und dem Medienblatt 26 wird höher sein, da Vs < Vc + Vr, und der Abstand von der Oberfläche der Schirmelektrode 56 zu der Auflageplatte 24 ist kleiner als der Abstand von den Steuerelektroden zu der Auflageplatte 24. Daher werden sich die Tonerpartikel 22, die durch die Pixelöffnung 30 laufen, schneller zu der Oberfläche des Medienblatts 26 bewegen.
Fig. 3 ist ein Felddiagramm einer zweidimensionalen Simulation, die ein einzelnes Element eines Druckarrays mit einer Schirmelektrode 56 darstellt. Die etwa horizontalen Linien sind Äquipotentiallinien und die kurzen, etwa vertikalen Linien, die in einem Punkt enden, zeigen die Richtung und den Betrag des elektrischen Feldes an diesem Punkt an. In dieser Simulation werden die folgenden Abmessungen und Potentiale verwendet:
- Abstand von dem Entwickler 20 zu der Oberfläche der Spaltenelektrode 52 = 500 um;
- Dicke von allen Elektroden = 25 um;
- Abstand von dem Medienblatt 26 zu der Oberfläche der Schirmelektrode 56 = 275 um;
- Dicke des isolierenden Blatts 32 = 75 um;
- Durchmesser der Pixelöffnung 30 = 130 um;
- relative Dielektrizitätskonstante des isolierenden Blatts 32 = 2,2;
- relative Dielektrizitätskonstante des Medienblatts = 2;
- Medienblattdicke = 100 um;
- Vorspannung des Entwicklers 20, Vd = OV;
- Spalten-Aktiv- und Reihen-Aktiv-Elektrodenspannungen (Vc und Vr) = 200 Volt;
- Vorspannung der Auflageplatte 24, Vp = 800 V;
- Vorspannung der Schirmelektrode 56, Vs = 160 Volt.
Fig. 4 ist eine ausgedehnte Ansicht der zweidimensionalen Felddiagrammsimulation von Fig. 3. Es sei bemerkt, daß die Schirmelektrode 56 die Feldstruktur an dem Ausgang der Pixelöffnung 30 auf eine Art und Weise wesentlich beeinflußt, um Tonerpartikel nach innen hin zu der Öffnungsmittellinie abzulenken. Eine derartige Handlung dient dazu, um teilweise die Abstoßeffekte von gleichen Ladungen zwischen den Tonerpartikeln zu überwinden, und hemmt das Tonerverteilen. Als ein Resultat zeigen die Tonerpunkte, die auf einem Medienblatt 26 aufgebracht sind, eine schärfere Kantendefinition.
Weitere Verbesserungen der Pixelkantendefinition können bei dem Tonerprojektionsdruckprozeß durch Vorsehen einer Einrichtung zum Modifizieren der Form des elektrischen Felds zwischen der Arrayauflageplatte 28 und dem Medienblatt 26 durchgeführt werden. Die Verbesserungen, die im folgenden beschrieben sind, können einzeln oder zusammen verwendet werden.
Eine erste Verbesserung (siehe Fig. 5a und 5b) betrifft eine Modifikation der Auflageplatte, derart, daß dieselbe einen isolierenden Block 100 mit einer Anzahl von leitfähigen Pfosten mit kleinem Durchmesser 102 aufweist, die durch denselben laufen, und nicht eine einzige leitfähige Oberfläche ist. Ein leitfähiger Pfosten 102 ist unterhalb jeder Öffnung 30 in einer Arrayplatte 28 positioniert. Der isolierende Block 100 weist vorzugsweise ein Material mit einer hohen Spannungsfestigkeit, wie z. B. Mylar, eine eingetragene Marke der DuPont Corporation, auf. Auf der Rückseite des isolierenden Blocks 100 sind alle leitfähigen Pfosten 102 mit einer Hochspannungsquelle (Vp) verbunden. Auf der Rückseite des isolierenden Blocks 100 befindet sich ein leitfähiges Blatt 104, das Löcher umfaßt, derart, daß die leitfähigen Posten 102 durch dieselben laufen können. Das leitfähige Blatt 104 ist auf Masse gelegt. Der Effekt des leitfähigen Blatts 104 besteht darin, das elektrostatische Feld um die leitfähigen Posten 102 derart zu formen, daß sich dort eine erhöhte horizontale Feldkomponente an einer Luftgrenzfläche 106 mit dem Medienblatt 26 befindet.
Die zweite Verbesserung (siehe Fig. 6a und 6b) betrifft eine Modifikation der Seite der Arrayplatte 28, die hin zu der Auflageplatte gerichtet ist. Ein leitfähiger Ring 108 ist um jede Drucköffnung 30 plaziert. Dieser Ring dient als ein Schirmelement zum Modifizieren des elektrischen Felds innerhalb der Öffnung 30. Eine Spannung Vs (die positiv ist, um Tonerpartikel anzuziehen) ist an jeden leitfähigen Ring 108 angelegt. Der Rest der Seite der Arrayplatte 28, die hin zu der Auflageplatte gerichtet ist, ist mit einer leitfähigen Masseebene 110 bedeckt, die mit Öffnungen an jeder Drucköffnung 30 versehen ist, die leitfähige Ringe 108 freimachen.
Fig. 7 zeigt eine Array-Platten/Auflageplatten-Konfiguration, die die Verbesserungen kombiniert, die oben beschrieben sind und in den Fig. 5a, 5b, 6a und 6b gezeigt sind.
Fig. 8 ist eine zweidimensionale Simulation des elektrostatischen Felds der Konfiguration von Fig. 7, wobei Vp = 2000 Volt, Vs = 160 Volt, Vc = 160 Volt und Vr = 250 Volt. Die Form des elektrischen Felds ist durch die Äquipotentiallinien dargestellt. Die kurzen Linien, die in einem Punkt enden, zeigen die Richtung und den Betrag des elektrischen Felds an diesem Punkt. Es sei bemerkt, daß die horizontale Komponente des elektrostatischen Felds an der Oberfläche des Medienblatts 26 im wesentlichen horizontal ist und nach innen hin zu den leitfähigen Pfosten 102 gerichtet ist. Folglich wird die Kraft, die einen Tonerpunkt auf der Oberfläche des Medienblatts 26 begrenzt, entsprechend hoch sein. Es sei ferner bemerkt, daß sich in dem Zwischenraum zwischen dem Medienblatt 26 und der Arrayplatte 28 eine wesentliche horizontale Komponente des elektrischen Feldes befindet, die hin zu der Achse der Öffnung 30 zeigt. Diese Feldkomponente tendiert dazu, die Tonerpartikel hin zu der Achse zu schieben. Der Gesamteffekt besteht darin, den Tonerstrom zu fokussieren und der elektrostatischen Abstoßung zwischen den Tonerpartikeln entgegenzuwirken. Diese Feldkomponente reduziert ferner die Streuung von Partikeln, die zurückprallen, nachdem dieselben auf dem Medienblatt 26 auftreffen.
In Fig. 9 sind Signalformen aufgezeichnet, die während des Betriebs der Erfindung verwendet werden. Die Reihentreibspannungen werden an folgenden Reihenspuren (z. B. 42, 44, 46, 48, 50 etc.) während aufeinanderfolgender Taktperioden angelegt. Gleichzeitig zu dem Anlegen einer Reihentreibspannung an eine Reihenspur werden Datensignale für die spezielle Reihe an Spaltenspuren (z. B. 36, 38, 40 etc.) angelegt. Wenn sowohl die Daten- als auch die Spalten-Spurtreibspannungen sich auf einem hohen Pegel befinden, tritt das Drucken eines Punkts bei einer Öffnung 30 auf, die an dem Schnittpunkt zwischen denselben positioniert ist. Folglich bewirken, wie in Fig. 9 gezeigt, die gleichzeitigen Treibspannungen, die zu dem Zeitpunkt t1 an die Reihenspur 42 und die Spaltenspur 36 angelegt sind, daß ein Punkt an dem Schnittpunkt zwischen denselben (d. h. die Öffnung 30 bei der Pixelposition 5 in Fig. 2) gedruckt wird. Ähnlich werden Punkte zu den Zeitpunkten t2 und t3 an den Reihen/Spalten-Spurschnittpunkten bei den Pixelpositionen 9 bzw. 13 gedruckt. Nimmt man an, daß lediglich 5 Reihenspuren auf der Adreßplatte 28 vorhanden sind, wiederholt sich das Sequentialisieren der Reihenspannungen zu den Reihenspuren zu dem Zeitpunkt t6.
Es sollte offensichtlich sein, daß die vorhergehende Beschreibung lediglich die Erfindung darstellt. Verschiedene Alternativen und Modifikationen können durch Fachleute ausgedacht werden, ohne von der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise hat die obige Beschreibung die Anwesenheit eines Medienblatts angenommen, das unterhalb der Adreßplatte 28 durchläuft. Im Gegensatz dazu kann die Auflageplatte 24 bewegbar gemacht werden, um direkt die Tonerablagerungen aufzunehmen, und um dann dieselben zu einem Übertragungspunkt zu bewegen, bei dem dieselben zu einem Medienblatt entfernt werden. Dementsprechend soll die vorliegende Erfindung alle derartigen Alternativen, Modifikationen und Variationen umfassen, die innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

1. Eine elektrostatische Vorrichtung zum Anbringen von Toner (22) an einem Blatt (26), wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:

eine Entwickleroberfläche (20), die eine Vorspannung Vd zeigt;

Tonerpartikel (22), die um die Entwickleroberfläche (20) durch eine Ladungsanziehung mitgeschleppt werden;

eine Auflageplatteneinrichtung (24) in einer gegenüberliegenden Position zu der Entwickleroberfläche (20), die eine Vorspannung Vp zeigt, die eine Anziehungskraft auf die Tonerpartikel (22) ausübt;

eine Adreßplatteneinrichtung (28), die zwischen der Entwickleroberfläche (20) und der Auflageplatteneinrichtung (24) angeordnet ist, und die ein Isolatorblatt (32) mit mehreren Öffnungen (30) durch dasselbe aufweist, wobei jede der mehreren Öffnungen (30) zu zumindestens einem Reihenleiter (54) und einem Spaltenleiter (52) angrenzend positioniert ist, wobei der Reihenleiter (54) und der Spaltenleiter (52) voneinander elektrisch isoliert sind, und wobei die Adreßplatteneinrichtung (28) ferner eine Schirmelektrodeneinrichtung (56) aufweist, die auf einer Oberfläche derselben positioniert ist, die am nächsten zu der Auflageplatteneinrichtung (24) ist;

eine Reihentreibeinrichtung (80, 82), die mit dem Reihenleiter (54) gekoppelt ist, zum steuerbaren Anlegen einer Reihentreibspannung, die sich entweder auf einem Bezugspegel oder einem Treibpegel befindet;

eine Spaltentreibeinrichtung (68, 84), die mit dem Spaltenleiter (52) gekoppelt ist, zum steuerbaren Anlegen einer Spaltentreibspannung an denselben, die sich entweder auf einem Bezugspegel oder einem Treibpegel befindet, wobei die Spaltentreibspannung und die Reihentreibspannung Treibpegel zeigen, derart, daß lediglich, wenn sich beide auf den jeweiligen Treibpegeln derselben befinden, die Tonerpartikel (22) durch die Öffnung (30) laufen und unter dem Einfluß von Vp hin zu der Auflageplatteneinrichtung (24) gezogen werden;

eine Schirmvorspanneinrichtung (57) zum Anlegen einer Schirmvorspannung Vs an die Schirmelektrodeneinrichtung (56), wobei sich Vs von der Treibspannung unterscheidet, die an den Reihenleiter (54) oder den Spaltenleiter (52) angelegt ist, der am nächsten zu der Schirmelektrodeneinrichtung (56) positioniert ist, um zu bewirken, daß die Schirmelektrodeneinrichtung (56) einen abstoßenden Effekt auf die Tonerpartikel (22) ausübt, die durch den am nächsten positionierten Leiter beschleunigt werden; und

eine Steuereinrichtung (63, 61, 64) zum Betreiben der Reihen- und Spalten-Treibeinrichtung (80, 82, 68, 84), um die Treibpegelspannungen gleichzeitig auszugeben, wenn Tonerpartikel (22) durch die Öffnung (30) laufen sollen, und um ferner die Reihentreibeinrichtung (80, 82) und/oder die Spaltentreibeinrichtung (68, 84) zu betreiben, um eine Bezugsspannung zu zeigen, wenn Tonerpartikel (22) an einem Durchgang durch die Öffnung (30) gehindert werden sollen.

2. Die elektrostatische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der ein Medienblatt (26) zwischen der Auflageplatteneinrichtung (24) und der Adreßplatteneinrichtung (28) positioniert ist und die Tonerpartikel (22) aufnimmt, wenn die Tonerpartikel (22) durch die Öffnung (30) laufen.

3. Die elektrostatische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei eine Einrichtung vorgesehen ist, um die Auflageplatteneinrichtung (24) zu bewegen, um es zu ermöglichen, daß Toner (22), der auf derselben aufgebracht ist, zu einer Übertragungsstation bewegt wird, die zu einem Medienblatt übertragen wird.

4. Die elektrostatische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Reihenleiter (54) und der Spaltenleiter (52) jeweils einen leitfähigen Ring aufweisen, der eine zugeordnete Öffnung (30) umgibt.

5. Die elektrostatische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Tonerpartikel (22) eine negative Ladung zeigen, und bei der die Schirmelektrodeneinrichtung (56) ein leitfähiges Blatt aufweist, das auf einer Oberfläche der Adreßplatteneinrichtung (28) positioniert ist, die am nächsten zu der Auflageplatteneinrichtung (24) angeordnet ist, wobei das leitfähige Blatt mit Löchern versehen ist, die mit jeder der mehreren Öffnungen (30) ausgerichtet sind, und wobei die Schirmvorspannung Vs eine negativere Spannung als ein Treibspannungspegel ist.

6. Die elektrostatische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Auflageplatteneinrichtung (24) ein leitfähiges planares Blatt aufweist.

7. Die elektrostatische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Auflageplatteneinrichtung (24) ein isolierendes planares Blatt (100) mit mehreren leitfähigen Pfosten (102) aufweist, die in demselben positioniert sind, wobei jeder der mehreren leitfähigen Pfosten (102) mit einer Öffnung (30) in der Adreßplatteneinrichtung (28) ausgerichtet ist, und wobei jeder der mehreren leitfähigen Pfosten (102) die Auflageplattenvorspannung Vp zeigt.

8. Die elektrostatische Vorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der die Auflageplatteneinrichtung (24) ferner eine Rückseitenoberfläche aufweist, die weg von der Adreßplatteneinrichtung (28) positioniert ist, wobei die Rückseitenoberfläche eine leitfähige Ebene (104) aufweist, die mit einem Bezugspotential verbunden ist.

9. Die elektrostatische Vorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der die Tonerpartikel (22) eine negative Ladung zeigen und die Schirmelektrodeneinrichtung (110) einen leitfähigen Ring (108) aufweist, der um jede der mehreren Öffnungen (30) herum an einer Oberfläche der Adreßplatteneinrichtung (28) positioniert ist, die am nächsten zu der Auflageplatteneinrichtung (24) angeordnet ist, und wobei die Schirmvorspannung Vs negativer als ein Treibspannungspegel ist und an jeden leitfähigen Ring (108) angelegt ist, wobei die Oberfläche der Adreßplatteneinrichtung (28), die am nächsten zu der Auflageplatteneinrichtung (24) angeordnet ist, ferner eine leitfähige Schicht (104) zeigt, die mit einer Bezugspotentialquelle verbunden ist, wobei die leitfähige Schicht (104) mit einem Freibereich um jeden der leitfähigen Pfosten (102) herum versehen ist.

10. Die elektrostatische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Tonerpartikel (22) eine negative Ladung zeigen und die Schirmelektrodeneinrichtung (56) einen leitfähigen Ring (108) aufweist, der um jede der mehreren Öffnungen (30) an einer Oberfläche der Adreßplatteneinrichtung (28) positioniert ist, die am nächsten zu der Auflageplatteneinrichtung (24) positioniert ist, und wobei die Schirmvorspannung Vs negativer als ein Treibspannungspegel ist und an jeden leitfähigen Ring (108) angelegt ist.