CN100380244C - 彩色电极阵列打印机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种彩色电极阵列打印机，其包括一壳体、一成像轮、以及多个显像模块。每一显像模块都包括一电极阵列打印头、一墨粉盒、以及一显像轮。该电极阵列打印头设置于该成像轮的一侧，用来将具有一电位的电子阵列发射至该成像轮的表面以在该成像轮的表面上形成一潜像；该显像轮会吸附该墨粉盒内的碳粉，而该成像轮的表面上的潜像会于该成像轮旋转至该潜像邻接于一相对应的显像轮的位置时，吸附该显像轮上的碳粉。该彩色电极阵列打印机另包括一转印轮、一定影装置、以及一清除刮刀。

Description

彩色电极阵列打印机

技术领域

本发明涉及一种彩色打印机，特别是涉及一种内含多个电极阵列的彩色打印机，该多个电极阵列用来在该彩色打印机的成像轮上形成一潜像，该潜像会吸附该彩色打印机的墨粉盒内所存放的碳粉以形成一印制品。

背景技术

请参考图1，图1为一现有激光打印机10的示意图。激光打印机10包括一成像轮(photoreceptor)12以可旋转的方式设置于激光打印机10内、一布电轮(charged roller)14用来将正电荷布置于成像轮12上、一电射光单元(laser beam unit)16用来将激光发射至成像轮12上、一墨粉盒(tonerca．ridge)18其内存放有碳粉、一显像轮(developer roller)20设置于墨粉盒18的一侧可吸附墨粉盒1 8内的碳粉、一转印轮(transfer roller)22电连接至一负偏压(未显示)、一定影装置(fuser)24可使碳粉内的塑料成分熔化、以及一放电装置(discharge unit)26用来清除成像轮12上的电荷。

激光打印机10的打印原理及过程说明如下：布电轮14将正电或负电荷布置在成像轮12上；电射光单元16将具有不同功率的激光发射至成像轮12上的特定区域。由于成像轮12由高感旋光性(photoconductive)材质所制成，因此当成像轮12上的特定区域接收到激光单元16所发出的激光时，该特定区域上的电荷会由于该激光中的光子(photon)的照射使感光材料变可导电而放电，并在该特定区域形成一带相对较低电位的潜像(electrostaticimage)。该潜像上任一点的电位都与该点所接收到的激光的功率有关，换言之，该点所接收到的激光的功率越高，该点电位差异越多；反之，该点所接收到的激光功率越低，该点电位差异越少；之后，当成像轮12旋转至该潜像邻接于显像轮20的位置时，由于显像轮20上已吸附着墨粉盒18内所存放的带有电荷的碳粉，因此，带有适当电位的潜像就可吸附显像轮20上的碳粉，而该潜像上电位差异越大的点所能吸附的碳粉也越多；接着，当成像轮12旋转至该潜像邻接于转印轮22的位置时，由于转印轮22所电连接的负偏压比该潜像上任一点的电位都强(该负偏压的绝对值大于该潜像上任一点的电位的绝对值)，因此转印轮22会将该潜像上的碳粉转印至位于转印轮22与成像轮12之间的打印介质11上。此时，打印介质11上的碳粉仅依靠碳粉本身与打印介质的静电力暂时停留在打印介质11上，所以激光打印机10的晃动或任何其它外力都有可能会移动打印介质11上的碳粉；在打印介质11通过定影装置24时，定影装置24所产生的热会熔化打印介质11上的碳粉内的塑料成分，并进而使打印介质11上的碳粉定着在打印介质11上。在转印轮22将该潜像上的碳粉转印至打印介质11上后，且当成像轮12旋转至该潜像邻接在放电装置26的位置时，放电装置26会将该潜像上的电荷完全放电，以在成像轮12旋转至该特定区域(该潜像已消失)邻接于布电轮14的位置时，重新接收布电轮14的布电。

激光打印机10的激光模块16包括一激光单元17及一可移动镜片组(movable mirror)19。激光模块16的激光单元17依据打印数据(page data)发出激光，而可移动镜片组19以可移动的方式将激光单元17所发出的激光反射至成像轮12的特定区域上。激光模块16的品质必需非常精良，才能将激光准确地发射至该特定区域上。

图1所示的激光打印机10为单色(黑白)激光打印机。请参考图2，图2为一现有旋转式(Carousel)彩色激光打印机30的示意图。打印机30包括一成像轮32、一布电轮34、一电射光模块36、一转印轮42、一定影装置44、以及一放电装置46。转印轮42与成像轮32之间夹钳着一打印介质31。与现有单色激光打印机10不同的是，旋转式彩色激光打印机30包括四组墨粉盒38Y、38C、38M、38K以及四组相对应的显像轮40Y、40C、40M、40K，墨粉盒38Y、38C、38M、38K内分别存放有黄色(yellow)、氰蓝色(cyan)、***(magenta)以及黑色(black)的碳粉。

旋转式彩色激光打印机30的打印原理及过程与单色激光打印机10的打印原理及过程大致相当，唯一的不同点仅在于，彩色激光打印机30需执行四次布电、发射激光以产生一潜像、该潜像吸附墨粉盒内的碳粉、转印、及放电等过程，才会将打印介质31通过定影装置44以将打印介质31上的各种不同颜色的碳粉定着在打印介质31上。因此，旋转式彩色激光打印机30的打印速度非常缓慢。

请参考图3，图3为一现有直列式(Tandem)彩色激光打印机50的示意图。打印机50包括一定影装置64、四组墨粉盒58Y、58C、58M、58K以及四组相对应的显像轮60Y、60C、60M、60K，墨粉盒58Y、58C、58M、58K内分别存放有黄色、氰蓝色、***以及黑色的碳粉。与旋转式彩色激光打印机30不同的是，直列式彩色激光打印机50包括四组成像轮52Y、52C、52M及52K、四组布电轮54Y、54C、54M及54K、四组电射光模块56Y、56C、56M及56K、四组转印轮62Y、62C、62M及62K、以及四组放电装置66Y、66C、66M及66K。转印轮62Y、62C、62M、62K与相对应的成像轮52Y、52C、52M、52K之间分别夹钳着打印介质51Y、51C、51M、51K。

直列式彩色激光打印机50的打印原理及过程与单色激光打印机10的打印原理及过程大致相当，唯一的不同点仅在于，彩色激光打印机50同时执行四次布电、发射激光以产生一潜像、该潜像吸附墨粉盒内的碳粉、转印、及放电等过程，以将四组墨粉盒58Y、58C、58M、58K内所存放的碳粉分别同时吸附至打印介质51Y、51C、51M、51K上。由于直列式彩色激光打印机50可同时打印四组打印介质51Y、51C、51M及51K，等效上将四种颜色的碳粉同时打印至一组打印介质上，因此，直列式彩色激光打印机50的打印速度比旋转式彩色激光打印机30的打印速度为快。然而，也正由于直列式彩色激光打印机50具有四组墨粉盒、四组显像轮、四组成像轮、四组布电轮、四组电射光模块、四组转印轮、以及四组放电装置才能同时打印四组打印介质，因此现有直列式彩色激光打印机50不仅成本高，并且体积庞大。此外，不仅直列式彩色激光打印机50中的激光模块56Y、56C、56M及56K的品质必需非常精良，并且转印轮62Y、62C、62M及62K之间也需相当完美地配合，才能将四种颜色的碳粉准确地吸附至打印介质51Y、51C、51M及51K上。

发明内容

因此本发明的主要目的在于提供一种兼具低成本及快速打印的彩色电极阵列打印机以解决现有彩色激光打印机的缺点。

本发明的目的是这样实现的，即提供一种彩色电极阵列打印机。该彩色电极阵列打印机包括一壳体、一成像轮以可旋转的方式设置于该壳体内、以及多个显像模块设置于该成像轮的周围。每一显像模块都包括一电极阵列打印头、一墨粉盒、以及一显像轮。该电极阵列打印头设置于该成像轮的一侧，用来将具有一电位的电子阵列发射至该成像轮的表面以在该成像轮的表面上形成一潜像，该电极阵列打印头包括多个阵列排列的电极单元，每一该电极单元都包括多个奈米碳管发射电极或包括多个锥形尖端电极，每一该电极单元内的多个锥形尖端电极或奈米碳管发射电极都受控于一控制芯片；该墨粉盒设置在该壳体内，该墨粉盒内存放有碳粉；该显像轮以可旋转的方式设置于该墨粉盒的一侧，该显像轮会吸附该墨粉盒内的碳粉，而形成在该成像轮的表面上的潜像会于该成像轮旋转至该潜像邻接在一相对应的显像轮的位置时，吸附该显像轮上的碳粉。该彩色电极阵列打印机另包括一转印轮。该转印轮以可旋转的方式设置于该成像轮的一侧，该转印轮电连接至一第一偏压，该第一偏压会将吸附于该成像轮的表面上的碳粉吸附至夹钳于该成像轮及该转印轮之间的打印介质。

该成像轮包括一偏压导电层及一介电层，该偏压导电层电连接至一第二偏压，而该介电层形成在该偏压导电层上，该第二偏压可使该成像轮的表面上的潜像更易吸附该显像轮上的碳粉。

由于本发明的彩色电极阵列打印机以电极阵列打印头取代现有彩色激光打印机中的布电轮及激光模块，因此本发明的彩色电极阵列打印机的体积及成本都比现有激光打印机的体积及成本为低。此外，与现有彩色激光打印机的布电及以激光放电的过程相比，本发明的彩色电极阵列打印机以电极阵列打印头放电的过程更能提高打印的品质。

附图说明

图1为现有激光打印机的示意图；

图2为现有旋转式彩色激光打印机的示意图；

图3为现有直列式彩色激光打印机的示意图；

图4为本发明的彩色电极阵列打印机的示意图；

图5为本发明的彩色电极阵列打印机中一电极阵列打印头的示意图；

图6为本发明的彩色电极阵列打印机中的电极阵列打印头中一包括多个奈米碳管场发射电极的电极单元的上视图；

图7为图6中所示的电极单元沿一切线1-1的剖视图；

图8为本发明的彩色电极阵列打印机中的电极阵列打印头中一包括多个锥形尖端电极的电极单元的上视图；

图9为图8中所示的电极单元沿一切线2-2的剖视图；

图10为本发明的彩色电极阵列打印机中的成像轮上的第二负偏压为一负直流电时，被吸附至该成像轮上的碳粉的分布图；

图11为本发明的彩色电极阵列打印机中的成像轮上的第二负偏压为一负直流电及一交流电的组合时，被吸附至该成像轮上的碳粉的分布图。

具体实施方式

请参考图4，图4为本发明的彩色电极阵列打印机70的示意图。打印机70包括一壳体74、一控制芯片73(显示于图5)用来控制彩色电极阵列打印机70的运作、一成像轮72以可顺时针旋转的方式(箭头77所示的方向)设置在壳体74内、四组显像模块76Y、76C、76M及76K依序设置于成像轮72的周围、以及一转印轮82以可逆时针旋转的方式设置于成像轮72的一侧。

彩色电极阵列打印机70的显像模块76Y、76C、76M及76K分别包括一电极阵列打印头(electrode array printhead)79Y、79C、79M及79K、一墨粉盒78Y、78C、78M及78K、以及一显像轮80Y、80C、80M及80K。电极阵列打印头79Y、79C、79M及79K依序设置于成像轮72的周围，用来依据控制芯片73的控制将电子阵列(electron array)发射至成像轮72的表面，以在成像轮72的表面上形成一带负电荷的潜像；墨粉盒78Y、78C、78M及78K分别设置于相对应的显像模块76Y、76C、76M及76K内，墨粉盒78Y、78C、78M及78K内分别存放有带正电荷的黄色、氰蓝色、***及黑色碳粉；显像轮80Y、80C、80M及80K都以可逆时针旋转的方式分别设置于电极阵列打印头79Y、79C、79M及79K的一侧且邻接于成像轮72周围的位置处，显像轮80Y、80C、80M及80K会分别吸附墨粉盒78Y、78C、78M及78K内的碳粉(显像轮80Y、80C、80M及80K分别吸附墨粉盒78Y、78C、78M及78K内的碳粉的原理及方式稍后会加以说明)，而成像轮72的表面上由电极阵列打印头79Y、79C、79M及79K所发射的电子阵列所形成的潜像会于成像轮72旋转至该潜像依序分别邻接于显像轮80Y、80C、80M及80K时依序分别吸附显像轮80Y、80C、80M及80K上的碳粉。成像轮72上的潜像所吸附的碳粉的数量与该潜像所带的负电荷的数量有关，换言之，若该潜像所带的负电荷的数量越大(也就是该潜像的电位越低)，该潜像所能吸附的碳粉的数量也就越多；反之，若该潜像所带的负电荷的数量越小(也就是该潜像的电位越高)，该潜像所能吸附的碳粉的数量也就越少。

显像轮80Y、80C、80M及80K分别吸附墨粉盒78Y、78C、78M及78K内的碳粉的原理及方式说明如下：以显像轮80Y为例，其上包括多个带有负电荷的小型球状物(negatively charged magnetic beads)，因此当显像轮80Y旋转通过墨粉盒78Y时，显像轮80Y上的小型球状物会吸附带有正电荷的黄色碳粉。当然，小型球状物的负电位不可低于该潜像的负电位，以免该潜像无法将显像轮80Y上的碳粉吸附过来。

请参考图5，图5为本发明和彩色电极阵列打印机70中电极阵列打印头79Y(电极阵列打印头79C、79M或79K也一样)的示意图。电极阵列打印头79Y包括多个阵列排列的电极单元98，每一电极单元98都包括多个奈米碳管发射电极96(显示于图6)、或包括多个锥形尖端电极94(显示于图8)，每一电极单元98内的多个锥形尖端电极94(或奈米碳管发射电极96)都受控于控制芯片73。

请参考图6及图7，图6为电极阵列打印头79Y中一包括多个奈米碳管场发射电极96的电极单元98的上视图，图7为图6所示的电极单元98沿一切线1-1的剖视图。控制芯片73控制电极单元98由多个奈米碳管场发射电极96的尖端发射电极96S(如图7中箭头97所示之处)经过相对应的电子射出孔(electron emission aperture)96H将电子发射至成像轮72上。

请参考图8及图9，图8为电极阵列打印头79Y中一包括多个锥形尖端电极94的电极单元98的上视图，图9为图8中所示的电极单元98中沿一切线2-2的剖视图。每一锥形尖端电极94都包括一栅形阳极层(gatedanode layer)94A、一绝缘层94I、以及一阴极锥形尖端电极94C。栅形阳极层94A与对应的阴极锥形尖端电极94C之间都会形成一电场F，控制芯片73可控制电极单元98中的多个阴极锥形尖端电极94C顺着电场F的方向将电子经过相对应的电子射出孔94H发射至成像轮72上。

上述的彩色电极阵列打印机70中的转印轮82以及显像轮80Y、80C、80M及80K的旋转方向对应于成像轮72的旋转方向。也就是说，当成像轮72朝顺时针的方向旋转时，转印轮82以及显像轮80Y、80C、80M及80K就应朝逆时针的方向旋转；反之，当成像轮72朝逆时针的方向旋转时，转印轮82以及显像轮80Y、80C、80M及80K就应朝顺时针的方向旋转。当然，当成像轮72朝逆时针的方向旋转时，显像模块76Y、76C、76M及76K也应依顺时针的方向依序设置在壳体74内。

彩色电极阵列打印机70的转印轮82电连接至一第一负偏压，该第一负偏压的绝对值大于该潜像电位的绝对值(该第一负偏压值的电位比该潜像的电位低)，因此当成像轮72旋转至该潜像邻接在转印轮82的位置时，转印轮82的第一负偏压就可将吸附于该潜像上的碳粉吸附至夹钳于成像轮72及转印轮82之间的打印介质71上。

请再参考图4，彩色电极阵列打印机70的成像轮72包括一偏压导电层(conductive bias potential layer)90电连接至一第二负偏压、以及一介电层(dielectric layer)92形成在偏压导电层90上，该第二负偏压可使形成于成像轮72的表面上的潜像更易吸附显像轮80Y、80C、80M及80K上的碳粉。该第二负偏压为一负直流电或为一负直流电及一交流电的组合。请参考图10及图10，图10为若该第二负偏压为一负直流电，被吸附至该潜像上的碳粉(虚线所示)的分布图；图11为若该第二负偏压为一负直流电及一交流电的组合，被吸附至该潜像上的碳粉(虚线所示)的分布图。由图10及图11中可看出，若该第二负偏压为一负直流电及一交流电的组合，被吸附至该潜像上的碳粉的分布会较若该第二负偏压为一负直流电被吸附至该潜像上的碳粉的分布均匀。偏压导电层90的材质为铝，而介电层92的材质可为树酯聚合物、玻璃或陶瓷等介电物质。

请再参考图4，彩色电极阵列打印机70另包括一定影装置84设置于壳体74内设置于成像轮72的一侧、以及一清除刮刀(doctor blade)88设置于成像轮72的一侧。清除刮刀88用来在成像轮72上的碳粉被吸附至打印介质71上后清除成像轮72上所残留的碳粉。定影装置84用来将打印介质71上的碳粉定着在打印介质71上。定影装置84包括一备用轮(backup roller)84A及一热熔轮(hot roller)84B，共同用来于打印介质71通过时以热熔的方式将打印介质71上的碳粉(内含颜料及塑料)定着在打印介质71上。

彩色电极阵列打印机70的打印原理及过程说明如下：控制芯片73控制显像模块76Y内的电极阵列打印头79Y将一第一电子阵列发射至成像轮72上的第一区域，以在该第一区域处形成一第一潜像。该第一电子阵列中的多个电子的电位不尽相同。当成像轮72上的第一区域移动至邻接于显像模块76Y内的显像轮80Y的位置时，该第一区域处的第一潜像会吸附显像轮80Y上的黄色碳粉。由于该第一区域上的每个位置的电位都不尽相同，所以该第一潜像上的每个位置所吸附的碳粉量也不尽相同。该第一潜像会持续地吸附显像轮80Y上的黄色碳粉，直到该第一区域上的每个位置的电位等于零为止(由于成像轮72上的介电层92不会传导电子，所以该第一区域上的每个位置的电位只是等效上等于零)。

之后，成像轮72会继续旋转。当成像轮72的第一区域移动至邻接于显像模块76C内的电极阵列打印头79C的位置时，同样地，控制芯片73此时控制显像模块76C内的电极阵列打印头79c将一第二电子阵列发射至成像轮72上的第一区域，以在该第一区域处形成一第二潜像。当成像轮72上的第一区域移动至邻接于显像模块76C内的显像轮80C的位置时，该第一区域处的第二潜像会持续地吸附显像轮80C上的氰蓝色碳粉，直到该第一区域上的每个位置的电位都等于零为止。

之后，成像轮72上的第一区域会继续经过显像模块76M及76K，由于显像模块76M及76K的运作过程与显像模块76Y及76C的运作过程完全相同，所以于此不再赘述显像模块76M及76K的运作过程。

在成像轮72上的第一区域陆续经过显像模块76Y、76C、76M及76K后，该第一区域上的每个位置都已吸附了数种不同量的碳粉(也可能未吸附任何碳粉)。接着，当成像轮72上的第一区域移动至邻接于转印轮82的位置时，由于转印轮82所电连接的第一负偏压较该第一区域处的潜像(第一、第二、第三及第四潜像的总和)上任一点的电位都强(该第一负偏压的绝对值大于该第一区域处的潜像的电位的绝对值)，因此转印轮82会将该第一区域上的所有碳粉转印至打印介质71上。随后，打印介质71会通过定影装置84，定影装置84中的热熔轮84B所产生的热会熔化打印介质71上的碳粉内的塑料成分，并进而使打印介质71上的碳粉定着在打印介质71上。

在转印轮82将该第一区域上的碳粉全部转印至打印介质71后，而当成像轮72上的第一区域移动至邻接于清除刮刀88的位置时，清除刮刀88会将该第一区域上所残留的碳粉完全刮除。最后，当成像轮72上的第一区域重新移回至邻接于显像模块76Y内的电极阵列打印头79Y的位置时，彩色电极阵列打印机70就可以重复上述的打印过程。

由于现有激光打印机10、30及50中的布电轮14、34及54及激光模块16、36及56已被本发明的彩色电极阵列打印机70中的电极阵列打印头79Y、79C、79M及79K所取代，导致本发明的彩色电极阵列打印机70的打印过程中并没有布电及放电等程序，因此，本发明的彩色电极阵列打印机70的体积及成本都低于现有彩色激光打印机30及50的体积及成本。此外，很明显的，本发明的彩色电极阵列打印机70的打印速度快于现有旋转式彩色激光打印机30的打印速度。因此，本发明的彩色电极阵列打印机70的体积及成本都更低于现有直列式彩色激光打印机50的体积及成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (17)

1.一种电极阵列打印机，其包括：

一壳体；

一成像轮，以可旋转的方式设置于该壳体内；

多个显像模块，设置于该成像轮的周围，每一显像模块都包括：

一电极阵列打印头，设置于该成像轮的一侧，用来将具有一电位的电子阵列发射至该成像轮的表面以在该成像轮的表面上形成一潜像，该电极阵列打印头包括多个阵列排列的电极单元，每一该电极单元都包括多个奈米碳管发射电极或包括多个锥形尖端电极，每一该电极单元内的多个锥形尖端电极或奈米碳管发射电极都受控于一控制芯片；

一墨粉盒，设置在该壳体内，该墨粉盒内存放有碳粉；以及

一显像轮，以可旋转的方式设置于该墨粉盒的一侧，该显像轮会吸附该墨粉盒内的碳粉，而该成像轮的表面上的潜像会于该成像轮旋转至该潜像邻接于一相对应的显像轮的位置时，吸附该显像轮上的碳粉；以及

一转印轮，以可旋转的方式设置于该成像轮的一侧，该转印轮电连接至一第一偏压，该第一偏压会将吸附于该成像轮的表面上的碳粉吸附至夹钳于该成像轮及该转印轮之间的打印介质。

2.如权利要求1所述的打印机，其中该成像轮包括：

一偏压导电层，电连接至一第二偏压；以及

一介电层，形成在该偏压导电层上，

其中该第二偏压可使该成像轮的表面上的潜像吸附该显像轮上的碳粉。

3.如权利要求2所述的打印机，其中该偏压导电层的材质为铝。

4.如权利要求2所述的打印机，其中该介电层的材质为树酯聚合物。

5.如权利要求2所述的打印机，其中该介电层的材质为玻璃。

6.如权利要求2所述的打印机，其中该介电层的材质为陶瓷。

7.如权利要求2所述的打印机，其中该第二偏压为一直流电。

8.如权利要求2所述的打印机，其中该第二偏压为一直流电及一交流电的组合。

9.如权利要求2所述的打印机，其中该潜像吸附该显像轮上的碳粉量相关于该第二偏压。

10.如权利要求1所述的打印机，其中该显像模块的个数为四个。

11.如权利要求10所述的打印机，其中该多个显像模块的墨粉盒分别存放黄色、氰蓝色、***以及黑色的碳粉。

12.如权利要求1所述的打印机，其中该电极阵列打印头包括多个奈米碳管发射电极。

13.如权利要求1所述的打印机，其中该电极阵列打印头包括多个锥形尖端电极。

14.如权利要求13所述的打印机，其中该多个锥形尖端电极为栅式电极。

15.如权利要求1所述的打印机，其另包括一清除刮刀，设置于该壳体内，用来在该成像轮上的碳粉被吸附至该打印介质后清除该成像轮上所残留的碳粉。

16.如权利要求1所述的打印机，其另包括一定影装置，设置于该壳体内，用来将该打印介质上的碳粉定着在该打印介质上。

17.如权利要求16所述的打印机，其中该定影装置包括一热熔轮，用来在该打印介质通过时以热熔的方式将该打印介质上的碳粉定着在该打印介质上。

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