DE69728248T2

DE69728248T2 - Tonerprojektionssystem

Info

Publication number: DE69728248T2
Application number: DE69728248T
Authority: DE
Inventors: Thomas Boise Camis; C.S. Boise Chan; Gary Meridian Hanson
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1997-01-08
Filing date: 1997-06-19
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2017-06-20
Also published as: EP0854400B1; US6561628B1; JP4036947B2; JPH10193666A; EP0854400A1; DE69728248D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zum Projizieren von elektrisch leitfähigen oder halbleitfähigen schwarzen oder farbigen Tonern direkt auf ein Druckmedium.
Herkömmliche Drucker, die trockene Toner verwenden, benutzen typischerweise elektrophotographische Komponenten, um das erwünschte Bild auf einem Papier oder einem anderen Druckmedium zu erzeugen und zu entwickeln. Bei einer Elektrophotographie wird ein latentes Bild auf der Oberfläche eines photoleitenden Materials durch ein selektives Belichten von Bereichen der Oberfläche erzeugt. Dadurch wird ein Unterschied bei einer elektrostatischen Ladungsdichte zwischen den belichteten und unbelichteten Bereichen auf der Oberfläche des Photoleiters erzeugt. Das sichtbare Bild wird durch elektrostatische Toner entwickelt, die pigmentierte Komponenten enthalten, die gewöhnlich in einem isolierenden Bindemittel dispergiert und über ein Tonerliefersystem zu dem Photoleiter übertragen sind. Der Photoleiter und Tonerpartikel sind entgegengesetzt geladen oder weisen unterschiedliche Pegel der gleichen Ladung auf und die Tonerpartikel werden zu entweder den belichteten oder unbelichteten Bereichen auf der Oberfläche des Photoleiters elektrostatisch angezogen oder von denselben abgestoßen. Einem Blatt Papier oder einem Zwischentransfermedium wird dann eine elektrostatische Ladung gegeben, die zu derselben des Toners entgegengesetzt ist, und wird in enger Nähe zu dem Photoleiter durchgelassen, um den Toner von dem Photoleiter auf das Papier oder Zwischenmedium in dem Muster des auf dem Photoleiter entwickelten Bilds anzuziehen.
Es wäre ein erheblicher Vorteil bei der Verwendung von Trockentonerdruckern, den trockenen Toner von einem Druckkopf direkt auf das Papier zu projizieren, um die erwünschten Bilder auf demselben zu bilden. Diese direkte Projektion würde den Bedarf nach einem Photoleiter und den zugeord neten indirekten Transfermechanismen eliminieren, die bei herkömmlichen elektrophotographischen Druckern verwendet werden. Es wäre auch vorteilhaft, leitfähige oder halbleitfähige Toner zu verwenden, um die Verschlechterung einer Druckqualität reduzieren zu helfen, die durch elektrostatische Gegenfeldkräfte bewirkt wird, die handeln können, um Tonerbahnen bei herkömmlichen Druckmechanismen umzuleiten. Derartige Kräfte sind bei Trockentonerfarbdruckern besonders augenscheinlich. Die Verwendung von leitfähigen oder halbleitfähigen Tonern könnte auch Probleme reduzieren oder eliminieren, die durch Toner „mit falschen Vorzeichen" bewirkt werden, und den Druckprozeß weniger empfindlich für variierende Pegel einer Papierdicke und eines spezifischen Widerstands machen.
Die GB 2 108 432 A beschreibt eine Druckvorrichtung, die eine Steuerung aufweist, die auf einer ersten Elektrode, einer Isolierschicht und einer dritten Elektrode gebildet ist. Eine Öffnung in der ersten Elektrode, eine Öffnung in der Isolierschicht und eine Öffnung in der zweiten Elektrode sind miteinander ausgerichtet. Durch ein Anlegen einer Spannung zwischen benachbarte Elektroden bewegen sich die geladenen Partikel zwischen den zwei Elektroden. Durch ein weiteres Anlegen einer Spannung zwischen die zwei Elektroden der Steuerung ist ein Durchgang der Partikel durch die Öffnungen der Steuerungen möglich.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Tonerprojektionsvorrichtung und ein Verfahren zum Projizieren von trockenem Toner direkt auf Papier oder ein anderes Druckmedium zu schaffen, wodurch der Bedarf nach einem Photoleiter und zugeordneten indirekten Übertragungsmechanismen eliminiert ist, die bei herkömmlichen elektrophotographischen Druckern verwendet werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Tonerprojektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 4 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 7 gelöst.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Bilderzeugungsvorrichtung gebildet, die die erfindungsgemäße Tonerprojektionsvorrichtung aufweist.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Verwendung von leitfähigen oder halbleitfähigen Tonern in einer Direktprojektionsdruckvorrichtung, um die Verschlechterung einer Druckqualität zu reduzieren, die durch elektrostatische Gegenfeldkräfte bewirkt wird, die Tonerbahnen bei herkömmlichen Druckmechanismen umleiten, durch Toner „mit falschem Vorzeichen" bewirkte Probleme eliminieren und den Druckprozeß weniger empfindlich für variierende Pegel eines spezifischen Papierdicke-Widerstands machen zu helfen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein neues Tonerprojektionssystem bereit, das eine Tonerwolke innerhalb einer Druckkopfstruktur erzeugt und selektiv Tonerpartikel auf Papier oder ein anderes Druckmedium projiziert.
Die vorliegende Erfindung ist ein neuartiges System zum Projizieren von leitfähigem oder halbleitfähigem Toner direkt auf Papier oder ein anderes Bildempfangsbauglied. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt eine elektrostatische Direktprojektionsdruckvorrichtung eine Referenzelektrode, eine Öffnungsplatte und eine Projektionssteuerelektrode, die zwischen der Referenzelektrode und der Öffnungsplatte eingefügt ist. Ein alternierendes elektrisches Feld wird zwischen der Referenzelektrode und der Öffnungsplatte erzeugt, um eine Wolke von Tonerpartikeln zwischen der Referenzelektrode und der Öffnungsplatte zu bilden. Ein elektrisches Feld wird ferner intermittierend zwischen der Projektionssteuerelektrode und der Öffnungsplatte erzeugt, um Tonerpartikel durch die Öffnungsplatte auf ein Blatt Papier oder ein anderes Bildempfangsbauglied zu projizieren. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das erste elektrische Feld ein alternierendes elektrisches Feld, das durch ein Anlegen einer Wechselsignalspannung an die Referenzelektrode und die Öffnungsplatte er zeugt wird. Das zweite elektrische Feld wird durch ein intermittierendes Anlegen einer Gleichsignalspannung an die Projektionssteuerelektrode bei ausgewählten Intervallen erzeugt, um selektiv Tonerpartikel durch die Öffnungsplatte zu projizieren. Das System kann als ein Druckarray mit voller Breite konfiguriert sein, das eine Reihe von Projektionssteuerelektroden und ein Array von Öffnungen in der Öffnungsplatte umfaßt. Jede Projektionssteuerelektrode ist mit einer oder mehreren der Öffnungen in der Öffnungsplatte ausgerichtet. Ein Steuermechanismus wird verwendet, um eine Gleichsignalspannung selektiv und intermittierend an die Projektionssteuerelektroden anzulegen, um Toner durch die Öffnungsplatte in einem vorbestimmten Muster zu projizieren. Der Steuermechanismus kann z. B. eine Reihe von Schaltern umfassen, die zwischen die Projektionssteuerelektroden und eine Quelle einer Gleichsignalprojektionsspannung geschaltet sind. Alternativ könnte ein Pulsgenerator oder eine Reihe von Pulsgeneratoren verwendet werden, um die Gleichsignalspannung zu steuern, die an die Projektionssteuerelektroden angelegt ist.
Das oben zusammengefaßte Tonerprojektionssystem kann mit herkömmlichen Druckersteuerkomponenten kombiniert sein, um einen Direktprojektionsdrucker zu bilden. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt der Drucker einen Formatierer, der Daten, die ein erwünschtes Druckbild darstellen, zu der Druckmaschine liefert. Die Druckmaschine, die wirksam mit dem Formatierer gekoppelt ist, projiziert ein Bild direkt auf das Papier. Ein Papierliefermechanismus liefert Papier zu der Druckmaschine und ein Papierausgabemechanismus gibt die gedruckten Seiten von der Druckmaschine aus. Die Druckmaschine umfaßt den oben beschriebenen Projektor – eine Referenzelektrode, eine Öffnungsplatte und eine Projektionssteuerelektrode, die zwischen der Referenzelektrode und der Öffnungsplatte eingefügt ist. Wiederum wird ein alternierendes elektrisches Feld zwischen der Referenzelektrode und der Öffnungsplatte erzeugt, um eine Wolke von Tonerpartikeln innerhalb des Projektors zu bilden. Ein elektrisches Feld wird intermittierend zwischen der Projektionssteuerelektrode und der Öffnungsplatte erzeugt, um Tonerpartikel durch die Öffnungsplatte auf ein Blatt Papier zu projizieren, um das erwünschte Bild gemäß den durch den Formatierer gelieferten Daten zu drucken.
1 ist eine Querschnittsdarstellung der Grundkomponenten eines Tonerprojektionssystems, das einen Schalter verwendet, um die Anlegung der Projektionsspannung an die Projektionssteuerelektrode zu steuern.
2 ist eine Querschnittsdarstellung der Grundkomponenten eines Tonerprojektionssystems, das einen Pulsgenerator verwendet, um die Anlegung der Projektionsspannung an die Projektionssteuerelektrode zu steuern.
3 ist eine Top-Down-Draufsicht einer exemplarischen Konfiguration eines Arrays von Öffnungen und Projektionssteuerelektroden.
4 ist eine Top-Down-Draufsicht einer zweiten exemplarischen Konfiguration eines Arrays von Öffnungen und Projektionssteuerelektroden.
5 ist eine schematische Darstellung eines elektrostatischen Direktprojektionsdruckers.
Die grundlegenden Komponenten des Tonerprojektionssystems oder „Projektors" sind in 1 dargestellt. Der Projektor 10 umfaßt eine erste Elektrode 12, eine zweite Elektrode 16 und eine dritte Elektrode 20. Die erste, die zweite und die dritte Elektrode 12, 16 und 20 werden auch als die Referenzelektrode 12, die Projektionssteuerelektrode 16 und die Öffnungsplatte oder der „Druckkopf" 20 bezeichnet. Die Projektionssteuerelektrode 16 ist zwischen der Referenz elektrode 12 und der Öffnungsplatte 20 positioniert. Öffnungen 18 in der Projektionssteuerelektrode 16 stellen entweder die Beabstandung zwischen diskreten Elektroden 16, wie es am besten in 2 und 3 zu sehen ist, oder Öffnungen durch eine Elektrodenplatte dar. In jedem Fall sollten die Öffnungen 18 nicht direkt über einer Öffnung 22 in der Öffnungsplatte 20 positioniert sein. Optional sind Öffnungen 14 in der Referenzelektrode 12 gebildet, so daß Toner in den Projektor 10 entweder über oder unter der Referenzelektrode 12 eingebracht werden kann. Die Projektionssteuerelektrode 16 ist von der Referenzelektrode 12 einen Abstand D₁ beabstandet. Die Öffnungsplatte 20 ist von der Projektionssteuerelektrode 16 einen Abstand D₂ beabstandet. Papier 24 oder ein anderes Druckmedium ist auf einem Trägersubstrat 26 allgemein parallel zu und einen Abstand D₃ von der Öffnungsplatte 20 beabstandet positioniert. Bei einer typischen Projektionsdruckkonfiguration wird erwartet, daß D₃ etwa 1 mm sein wird. D₂ wird dann in etwa 0,2 mm bis 0,3 mm sein. D₁ ist vorzugsweise etwas größer als D₂.
Die Referenzelektrode 12 und die Öffnungsplatte 20 sind mit einer Quelle 28 einer Spannung V₁ verbunden. Die Spannung V₁ kann eine Wechselsignalspannung oder eine Gleichsignalvorgespannte Wechselsignalspannung sein. In Betrieb ist die Spannungsquelle 28 eingeschaltet, um die Spannung V₁ an die Referenzelektrode 12 und die Öffnungsplatte 20 anzulegen. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Spannung V₁ eine Wechselsignalspannung. Wenn leitfähige Tonerpartikel in Kontakt mit der Referenzelektrode 12 und der Öffnungsplatte 20 gelangen, sind dieselben zu der Polarität der an diese Elektroden angelegten Spannung geladen. Die geladenen Tonerpartikel oszillieren zwischen den Elektroden und dem Einfluß des alternierenden elektrischen Felds, das zwischen der ersten und der dritten Elektrode 12 und 20 durch eine Anlegung der Wechselsignalspannung V₁ erzeugt ist. Somit bewegen sich leitfähige Tonerpartikel 34, die in die Nähe der Referenzelektrode 12 und der Öffnungsplatte 20 eingebracht sind, abwechselnd zwischen diesen Elektroden und durch die Öffnungen 18 in der Projektionssteuerelektrode 16, um eine Wolke 36 von Tonerpartikeln innerhalb des Projektors 10 zu bilden. Eine Gleichsignalprojektionsspannung V_PROJECTION wird bei ausgewählten Intervallen intermittierend an die Projektionssteuerelektrode 16 angelegt. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird V_PROJECTION durch ein Öffnen und ein Schließen eines Schalters 30 intermittierend an die Projektionssteuerelektrode 16 angelegt. Wenn der Schalter 30 geschlossen ist, ist die Projektionssteuerelektrode 16 mit der Quelle 38 der Projektionsspannung V_PROJECTION verbunden. Wenn der Schalter 30 offen ist, ist die Projektionssteuerelektrode 16 nicht mit der Quelle 38 der Projektionsspannung V_PROJECTION verbunden. Vorzugsweise ist die Projektionssteuerelektrode 16 zwischen der Spannung V₁ und der Projektionsspannung V_PROJECTION geschaltet. Wenn die Projektionssteuerelektrode 16 mit V₁ verbunden ist, handelt dieselbe, um eine Tonerwolke 36 auf die oben mit Bezug auf die Referenzelektrode 12 und die Öffnungsplatte 20 beschriebene Weise zu entwickeln und beizubehalten. Wenn V_PROJECTION an die Projektionssteuerelektrode 16 angelegt ist, werden Tonerpartikel 34 durch die Öffnungen 22 auf das Papier 24 projiziert. Bei einem alternativen in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Puls- oder Signalgenerator 39 verwendet, um die Gleichsignalspannung intermittierend an die Projektionssteuerelektrode 16 anzulegen. Der Schalter 30 und die Quelle 38 in 1 und der Pulsgenerator 39 in 2 dienen als ein Mechanismus zum intermittierenden Anlegen einer Gleichsignalspannung an die Projektionssteuerelektrode 16. Jeder dieser Mechanismen kann elektronisch gesteuert oder programmiert sein, um bei ausgewählten Intervallen eine Gleichsignalspannung an die Projektionselektrode anzulegen, um das erwünschte Druckmuster zu erreichen. Es könnten auch andere geeignete Steuermechanismen verwendet werden.
Der Betrag der Projektionsspannung V_PROJECTION ist größer als der Betrag der Spannung V₁. Es wird erwartet, daß bei einer typischen Druckanwendung die Spannungsdifferenz zwischen V_PROJECTION und V₁ in etwa 200 Volt sein wird. Die Projektionsspannung V_PROJECTION wird für eine Zeitperiode länger als 1/Frequenz der Wechselsignalspannung V₁ angelegt. Die Projektionsspannung V_PROJECTION kann jede Polarität sein, wenn V₁ eine Wechselsignalspannung ist. Wenn z. B. V_PROJECTION positiv ist, wie es in 1 gezeigt ist, werden Tonerpartikel in Kontakt mit der Projektionssteuerelektrode 16 positiv geladen. Wenn dieselben so eine positive Ladung gewonnen haben, werden die Tonerpartikel in Kontakt mit der Projektionssteuerelektrode 16 von dieser Elektrode abgestoßen und aufgrund des elektrischen Felds, das während der Zeitperiode existiert, wenn die Öffnungsplatte 20 negativ oder entgegengesetzt zu der Polarität der Projektionsspannung V_PROJECTION ist, zu der Öffnungsplatte 20 angezogen. Auf diese Weise werden Tonerpartikel über und benachbart zu der Öffnung 22 durch die Öffnung 22 auf das Papier 24 projiziert.
Die Ladung an den Tonerpartikeln wird aufgrund der Leitfähigkeit der Partikel dissipieren, wenn die Partikel in Kontakt mit dem Papier 24 gelangen, und dadurch elektrostatische Gegenfeldkräfte reduzieren oder eliminieren, die erheblich wären, wenn isolierende Toner verwendet werden. Falls erwünscht kann eine Spannung V₂, die eine Polarität aufweist, die entgegengesetzt zu der Polarität der Spannung V_PROJECTION ist, an das Trägersubstrat 26 angelegt werden, um bei der Tonerprojektionsbahn auf das Druckmedium zu unterstützen. Danach kann der Toner unter Verwendung herkömmlicher Verfahren und Vorrichtungen, die Fachleuten auf dem Gebiet gut bekannt sind, auf das Papier aufgeschmolzen werden. Eine Anlegung einer Wechselsignalspannung (Spannung V₁) hilft auch, die Fläche des Druckkopfs, die Öffnungsplatte 20, aufgrund der durch die Wechselsignalspannung erzeugte Schwingung zu reinigen.
Die Geschwindigkeit der leitfähigen Tonerpartikel, die sich von der Projektionssteuerelektrode 16 zu der Öffnungsplatte 20 hin bewegen, von denen einige durch die Öffnung 22 auf eine Anlegung der Projektionsspannung V_PROJECTION projiziert werden, ist gemäß Gleichung Nr. 1 bestimmt. Leitfähige Tonerpartikel, wie dieser Ausdruck in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet wird, umfaßt leitfähige und halbleitfähige, vorzugsweise trockene Tonerpartikel. Der Grad einer Leitfähigkeit der Tonerpartikel kann variiert werden, wie es notwendig ist, um die erwünschten Betriebsparameter für den Projektor 10 zu erreichen, wie es unten detaillierter beschrieben wird. Gleichung Nr. 1
wobei:
v_t = Geschwindigkeit eines Tonerpartikels (Meter/Sekunde)
ΔV = V_PROJECTION – V₁ (Volt)
Q = Tonerladung (Coulombs) = 4πε₀r²E_CRITICAL
m = Tonermasse (Gramm) = (4/3)πr³ρ_t
T_m = Mechanischer-Kontakt-Zeitkonstante (Sekunden)
T_t = Tonerladungsübertragungszeitkonstante (Sekunden) = k_tε₀ρ_t
ρ_t = spezifischer Tonerwiderstand (Ohm cm)
k_t = Dielektrizitätskonstante
ε₀ = Permitivität eines freien Raums = 8,85 × 10^–14 Farad/cm
r = Tonerradius (cm)
E_CRITICAL = elektrostatisches Feld = 30 × 10³ Volt/cm
ρ_t = Tonerdichte (Gramm/cm³)
Eine Optimierung des Projektors 10 kann gemäß Gleichung Nr. 1 durch ein Variieren der Charakteristika des Toners, des Betrags und der Polarität der an die Elektroden angelegten Spannungen und der Abstände D₁, D₂ zwischen den Elektroden 12, 16 und 20 und des Abstands D₃ zwischen der Öffnungsplatte 20 und dem Papier 24 erreicht werden. Zum Beispiel kann ein geeigneter leitfähiger trockener Einkomponententonerpartikel einen Radius r von näherungsweise 5 × 10^–4 cm und eine Dichte ρ_t von näherungsweise 1 g/cm³ aufweisen. Vorzugsweise wird ein derartiger Toner hergestellt sein, um einen spezifischen Widerstand von in etwa 10⁴ Ohm-cm aufzuweisen. Eine Spannungsdifferenz von 200 Volt, die zwischen die zweite und die dritte Elektrode 16, 20 angelegt ist, wird derartige Tonerpartikel durch die Öffnung 22 mit einer Geschwindigkeit von näherungsweise 2,52 m/sec projizieren. Diese Geschwindigkeit ist ausreichend, um die Tonerpartikel auf das Papier 24 bis zu einem Abstand D₃ von näherungsweise 1 mm zu projizieren. Der bevorzugte Leitfähigkeitsbereich der Tonerpartikel, wie derselbe durch den spezifischen Widerstand derselben gemessen wird, ist 10⁴ Ohm-cm bis 10¹⁰ Ohm-cm.
3 und 4 zeigen zwei exemplarische Konfigurationen für ein Array von Projektionssteuerelektroden 16 und Öffnungsplatten 20, wie dieselben beispielsweise bei einem elektrostatischen Direktprojektionsdrucker verwendet werden könnten. In 3 umfaßt der Projektor 10 eine Reihe von diskreten Projektionssteuerelektroden 16a–16h, die über Öffnungen 22a–22h in der Öffnungsplatte 20 positioniert sind. Jede Projektionssteuerelektrode ist durch Schalter 30a–30h abwechselnd mit V₁ oder V_PROJECTION verbunden. Das erwünschte Bild wird durch ein Projizieren von Tonerpartikeln durch einzelne Öffnungen in einem vorbestimmten Muster oder einer Sequenz durch ein Steuern der Anlegung von V_PROJECTION an die Projektionssteuerelektroden 16a–16h durch die Schalter 30a–30h oder durch einen anderen geeigneten Steuermechanismus erhalten, wie es oben beschrieben ist. Bei dem in 4 gezeigten Array besteht die Öffnungsplatte 20 aus drei parallelen Platten 20a–20c. Die Öffnungsplatten 20a–20c sind mit V₁ durch Schalter 31a–31c verbunden. Jede Projektionssteuerelektrode 16a–16j bedeckt eine Reihe von Öffnungen 20a, b und c über die drei Öffnungsplatten. Toner wird durch eine einzelne Öffnung durch ein simultanes Anlegen der Spannung V₁ an die ordnungsgemäße Öffnungsplatte und V_PROJECTION an die darüberliegende Projektionssteuerelektrode projiziert. Zum Beispiel wird Toner durch Öffnungen 22aa und 22ad in der Öffnungsplatte 20a durch ein Anlegen von V₁ an die Öffnungsplatte 20a und ein simultanes Anlegen von V_PROJECTION an die Projektionssteuerelektroden 16a und 16d projiziert, wie es durch die Schaltkonfiguration in 4 gezeigt ist. Somit wird bei dieser Konfiguration das erwünschte Bild durch ein simultanes Steuern der Anlegung von V₁ an die Öffnungsplatten 20a–20c durch die Schalter 31a–31c und V_PROJECTION an die Projektionssteuerelektroden 16a–16j durch die Schalter 30a–30j auf das Papier projiziert.
Der Projektor 10 kann mit herkömmlichen Druckersteuerkomponenten kombiniert sein, um eine Bilderzeugungsvorrichtung zu einem Drucken auf einer Seite Papier oder einem anderen Druckmedium zu bilden. Eine derartige Bilderzeugungsvorrichtung ist schematisch in 5 als ein In-Line-Farbdrucker 44 dargestellt. Unter Bezugnahme auf 5 sind eine Mehrzahl von Farbtonerprojektoren 10 longitudinal benachbart zueinander über einem Papierträgersubstrat 26 positioniert. Alternativ könnte ein einziger Projektor 10 in einen Einfarbendrucker eingegliedert werden. Ein Formatierermechanismus 48 ist wirksam mit den Projektoren 10 gekoppelt. Der Formatierer 48 liefert den Projektoren 10 Daten, die das erwünschte Bild darstellen, das auf den Seiten von Papier 24 gedruckt werden soll. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfassen die Projektoren 10 ein Array von unabhängig gesteuerten Projektionssteuerelektroden, die sich über das Papier 24 erstrecken, wie dasselbe, das in 3 dargestellt ist. Projektionsspannungen werden selektiv an die Projektionssteuerelektroden gemäß den Daten angelegt, die durch den Formatierer 48 geliefert werden, so daß die Tonerpartikel an erwünschten Positionen auf dem Papier 24 projiziert werden.
Die Seiten von Papier 24 werden entlang und unter den Projektoren 10 auf einem Transportriemen oder einem anderen geeigneten Papierträgersubstrat 26 transportiert. Das Teilfarbbild in jeder der schwarzen (K), der magentafarbenen (M), der gelben (Y) und der cyanfarbenen (C) Farbebene werden aufeinanderfolgend und sequentiell auf die Oberfläche des Papiers 26 durch die Projektoren 10 projiziert. Danach läuft das Papier 24 zwischen einem Satz von Fixierrollen 56 durch, um das Tonerbild permanent an dem Papier zu befestigen. Der Formatierer 48, das Trägersubstrat 26 und die Fixierrollen 56 sollen allgemein die verschiedenen herkömmlichen Druckerkomponenten darstellen, die zu einem elektronischen Formatieren des erwünschten Bilds, einem Liefern von Papier zu der Druckmaschine (Projektoren 10) bzw. einem Befestigen des Tonerbilds auf dem Papier geeignet sind.
Es wurde ein neuartiges System zum Projizieren von leitfähigem oder halbleitfähigem Toner direkt auf ein Druckmedium gezeigt und beschrieben. Es wird erwartet, daß die direkte Projektion von leitfähigem oder halbleitfähigem Toner unter Verwendung des erfundenen Projektionssystems die Verschlechterung einer Druckqualität reduzieren hilft, die durch elektrostatische Gegenfeldkräfte bewirkt wird, die Tonerbahnen bei herkömmlichen Druckmechanismen umleiten – Kräfte, die bei Trockentonerfarbdruckern besonders augenscheinlich sind. Das erfundene System ermöglicht die Eliminierung der Tonerentwicklung und der Photoleitende-Trommel-Komponenten, die bei herkömmlichen Druckern verwendet werden, und sollte daher die Kosten des Druckers reduzieren. Die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung sollten ferner Probleme eliminieren, die durch Toner „mit falschem Vorzeichen" bewirkt werden, und den Druckprozeß weniger empfindlich für variierende Pegel eines spezifischen Papierwiderstands machen.

Claims

Eine Tonerprojektionsvorrichtung (10), die folgende Merkmale aufweist: a. eine erste Elektrode (12); b. eine zweite Elektrode (16); c. eine dritte Elektrode (20), d. eine Öffnung (22) in der dritten Elektrode (20); e. wobei die zweite Elektrode (16) zwischen der ersten und der dritten Elektrode (12, 20) eingefügt ist und eine Mehrzahl von Öffnungen (18) aufweist, wobei die Öffnungen (18) nicht über der Öffnung (22) in der dritten Elektrode (20) positioniert sind; f. eine Quelle (28) einer Wechselsignalspannung, die wirksam mit der ersten und der dritten Elektrode (12, 20) verbunden ist; und g. eine Steuereinrichtung zum intermittierenden Anlegen einer Gleichsignalspannung an die zweite Elektrode (16).
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Steuereinrichtung folgende Merkmale aufweist: a. eine Quelle (38) einer Gleichsignalspannung; b. einen Schalter (30), der wirksam zwischen die zweite Elektrode (16) und die Quelle (38) einer Gleichsignalspannung geschaltet ist, wobei der Schalter (30) zwischen einer ersten Stellung, bei der die zweite Elektrode (16) elektrisch mit der Quelle (38) einer Gleichsignalspannung verbunden ist, und einer zweiten Stellung wirksam ist, bei der die zweite Elektrode (16) nicht elektrisch mit der Quelle (38) einer Gleichsignalspannung verbunden ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Steuereinrichtung einen Pulsgenerator (39) aufweist, der wirksam mit der zweiten Elektrode (16) verbunden ist.
Eine Tonerprojektionsvorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: a. eine erste Elektrode (12); b. eine zweite Elektrode (16), die aus einer Mehrzahl von diskreten Elektroden gebildet ist; c. eine dritte Elektrode (20); d. eine Mehrzahl von Öffnungen (22) in der dritten Elektrode (20); e. wobei die zweiten Elektroden (16) zwischen die erste und die dritte Elektrode (12, 20) eingefügt sind, derart, daß jede diskrete Elektrode eine Öffnung in der dritten Elektrode völlig überspannt; f. eine Quelle (28) einer Wechselsignalspannung, die wirksam mit der ersten und der dritten Elektrode (12, 20) verbunden ist; und g. eine Steuereinrichtung zum intermittierenden Anlegen einer Gleichsignalspannung an die zweiten Elektroden (16).
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der die Steuereinrichtung folgende Merkmale aufweist: a. eine Quelle (38) einer Gleichsignalspannung; und b. eine Mehrzahl von Schaltern (30) die wirksam zwischen entsprechende der diskreten Elektrode (16) und der Quelle (38) einer Gleichsignalspannung geschaltet ist, wobei jeder Schalter (30) zwischen einer ersten Stellung, bei der die entsprechende diskrete Elektrode (16) elektrisch mit der Quelle (38) einer Gleichsignalspannung verbunden ist, und einer zweiten Stellung wirksam ist, bei der die entsprechende zweite Elektrode (16) nicht elektrisch mit der Quelle (38) einer Gleichsignalspannung verbunden ist.
Eine Bilderzeugungsvorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: a. einen Formatierer (48) zum Liefern von Daten, die ein erwünschtes Druckbild darstellen; b. eine Druckmaschine (10), die wirksam mit dem Formatierer (48) gekoppelt ist, zu einem Projizieren eines Bilds direkt auf ein Druckmedienblatt; c. einen Druckmedienliefermechanismus (26), der wirksam mit der Druckmaschine gekoppelt ist, zu einem Liefern von Druckmedienseiten zu der Druckmaschine; und d. wobei die Druckmaschine folgendes Merkmal aufweist: eine Tonerprojektionsvorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5.
Ein Verfahren zum Projizieren von Toner in einem Projektor, der eine erste, eine zweite und eine dritte Elektrode (12, 16, 20) aufweist, die allgemein parallel zueinander in einer beabstandeten Beziehung angeordnet sind, wobei die zweite Elektrode (16) eine Mehrzahl von Öffnungen (18) aufweist und zwischen die erste und die dritte Elektrode (12, 20) eingefügt ist und die dritte Elektrode (20) zumindest eine Öffnung (22) in derselben aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: a. Erzeugen eines ersten elektrischen Felds zwischen der ersten und der dritten Elektrode (12, 20) durch ein Anlegen einer Wechselsignalspannung an die erste und die dritte Elektrode (12, 20), um eine Wolke (36) von Tonerpartikeln zwischen denselben zu bilden; und b. intermittierendes Erzeugen eines zweiten elektrischen Felds zwischen der zweiten und der dritten Elektrode (16, 20) durch ein Anlegen einer Gleichsignalspannung an die zweite Elektrode (16), um Tonerpartikel durch die Öffnung (22) in der dritten Elektrode (20) zu projizieren.