專利名稱：異向性的印刷裝置和方法
本申請涉及一種印刷裝置和方法，更確切地說涉及一種利用電泳和介電電泳的印刷裝置和方法。
用于產(chǎn)生印刷介質(zhì)的數(shù)字系統(tǒng)已經(jīng)在美術(shù)圖畫印刷領(lǐng)域流行使用。通常該系統(tǒng)應(yīng)用一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)庫，利用該數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生印刷圖形，并將其或者附著在一接著安裝在印刷機(jī)中的平板上或者附著在印刷機(jī)上的印刷圓筒上。在這兩種情況下，利用匯集起來代表“特征圖象”的二進(jìn)制信號可以記錄該印刷信息。按照原來圖象的主顏色成分例如藍(lán)綠、深紅、黃和黑，將這些平板或圓筒分開。利用平行的記錄頭可以依次或同時(shí)形成這些顏色成分。在現(xiàn)有技術(shù)裝置中使用的記錄頭其特征為1)多激光束在平板或圓筒上高速逐行進(jìn)行橫向掃描，2)多個激光二極管橫過記錄介質(zhì)，同時(shí)按螺旋形式錄入多行，或3)發(fā)光二極管(LED)陣列以串行方式記錄螺旋形的代表在單色頁的圖形。
在現(xiàn)有技術(shù)的每一種情況下，記錄介質(zhì)都是光敏的，這就要求所有現(xiàn)有技術(shù)裝置都要有遮光的記錄和印刷小室，以避免記錄介質(zhì)的偶然曝光。第一種解決方案采用無水法，拾取隨后轉(zhuǎn)移到印刷基底上的傳印印料。第二種解決方案采用一種包含帶電顆粒的特定液體靜電色料，該帶電顆粒是以靜電方式沉積在一印刷元件上，并由印刷元件轉(zhuǎn)移到傳印表面層，接著將色料以靜電方式轉(zhuǎn)印到紙頁或其它印刷介質(zhì)上。第三種解決方案的特征是在光敏印刷元件上靜電沉積干色料，利用標(biāo)準(zhǔn)靜電復(fù)印工藝將該色料從印刷元件直接轉(zhuǎn)印到印刷介質(zhì)上。
與這些現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)相關(guān)有幾個缺點(diǎn)。它們的設(shè)計(jì)基本上用于簡單內(nèi)容的短期運(yùn)轉(zhuǎn)印刷。在這些系統(tǒng)上再現(xiàn)彩色圖象的質(zhì)量隨著套色、分辨率和密度范圍有很大的變化。此外，現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)在操作速度方面一般受到很大限制。更確切地說，它們在相當(dāng)長的記錄、錄入和印刷速度方面都受到限制。此外，盡管它們的各種準(zhǔn)備時(shí)間要比傳統(tǒng)的美術(shù)圖象印刷系統(tǒng)的時(shí)間要短，但它們每頁的成本指數(shù)則明顯較高。
此外，帶電色料型系統(tǒng)通常需要具有相對較大的顆粒尺寸，即大于或等于5微米的色料顆粒，這樣才能利用色料顆粒攜帶均勻的電荷。如果沒有均勻電荷，色料顆粒就變得難于控制并產(chǎn)生積塵問題。
我們還了解采用印刷圓筒的各種印刷裝置，該圓筒的功能是作為一個電極又作為介電的信號存儲元件。該即刷圓筒有一被加熱的、電絕緣的、輕度疏墨性的記錄表面，在轉(zhuǎn)動中與一能夠托住印刷介質(zhì)例如紙的印紙圓筒相接觸。在絕緣表面的下方是一導(dǎo)電層，它的功能是當(dāng)要在印刷圓筒上錄入或記錄一圖象時(shí)用作一個電極。圍繞印刷圓筒配置一錄入裝置，它包含一印刷頭、一能夠散布不同顏色的熱塑性墨料的上墨裝置、以及墨料轉(zhuǎn)印裝置(它實(shí)際上是兩個圓筒之間形成的間隙)。在錄入裝置處，在印刷圓筒連續(xù)的旋轉(zhuǎn)過程中，印刷頭響應(yīng)于輸入的數(shù)據(jù)，在印刷圓筒上附著代表原有圖象的各顏色成分或特征的電子潛象，每一個這種圖象都是靜電電荷分布范圍或位置形成的圖形形式，該場強(qiáng)隨原有圖象的灰度或色度變化。在印刷圓筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，這一電荷圖形行進(jìn)到上墨裝置，在該圓筒連續(xù)旋轉(zhuǎn)的過程中，被加熱的上墨頭出現(xiàn)在底版的圓筒表面，利用印刷頭將特定的熱塑性墨料記錄在該表面上，該墨料顏色通常對應(yīng)于通過印刷頭記錄在該表面上的圖象的顏色，但不是必須這樣。通常對于減色印刷法，這些顏色包括藍(lán)綠、深紅、黃和黑。
當(dāng)印刷圓筒表面上的記錄區(qū)域掃過上墨裝置時(shí)，來自靜電荷分布范圍或其上包含潛象的圖象各象點(diǎn)的電場電力線吸附來自上墨頭的熔融墨料。在上墨頭下方電力線通過的過程中，電力線可以是也可以不是瞬時(shí)變化的，這取決于上墨頭的各元件被接地或被偏置的元件的存在。墨料吸附的數(shù)量與電荷分布范圍的電場強(qiáng)度成正比。因此，印刷圓筒表面，盡管它是疏墨性的，在這些圖象象點(diǎn)處也能夠獲取可變數(shù)量的墨料，該墨料數(shù)量與這些象點(diǎn)處的場強(qiáng)相關(guān)，故實(shí)際上己對該表面上的潛象顯影。當(dāng)被顯影的圖象行進(jìn)到墨料轉(zhuǎn)印裝置時(shí)，由于靜電力使墨料被吸持在該表面上。
在墨料轉(zhuǎn)印裝置處，在印刷圓筒上仍為熔融狀態(tài)的墨料和在印紙圓筒上的相對冷卻的紙旋轉(zhuǎn)通過兩個圓筒之間的間隙。在該接觸線處，產(chǎn)生墨料的相轉(zhuǎn)變，使墨料由液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，導(dǎo)致墨料瞬時(shí)轉(zhuǎn)印到紙上。圓筒表面的這種吸附和疏墨性克服了使墨料附著底板圓筒上的電場力的作用，使得基本上所有的墨料轉(zhuǎn)印到與墨料接觸的紙上。因此，由印紙圓筒托住的紙上印刷的圖象嚴(yán)格對應(yīng)于形成在底版圓筒上的潛象。
上述類型的印刷裝置例如公開在5325120號美國專利上，本文參考引用了其內(nèi)容。
最近，一種全新的根據(jù)介電電泳原理的印刷技術(shù)已經(jīng)由在XMX Corporation，Billerica，MA的Dr.Manfred R.Kuehnle研制出來。根據(jù)這種技術(shù)，利用與在上述專利中介紹的相類似的印刷頭，可以將靜電圖象記錄在一印刷圓筒或其它印制元件上。然而，在這種情況下，印刷元件具有異向性的記錄表面，使得由印刷頭施加到該表面上的靜電電荷分布區(qū)域在每個象素位置產(chǎn)生不均勻的或非均衡的靜電場。在該位置處電場分布在印刷元件表面上方。當(dāng)印刷元件的這些帶電區(qū)域在顯影介質(zhì)(即絕緣的墨料或色料)的對面移動時(shí)，該電場利用介電極化作用在該介質(zhì)中產(chǎn)生電偶極矩。所形成的被極化的介質(zhì)由電場分布梯度作用拉向最高電場強(qiáng)度的區(qū)域。換句話說，在較強(qiáng)電場中的介質(zhì)的一端處的極化電荷，沿更強(qiáng)的電場方向受到更強(qiáng)的拉力、而在介質(zhì)的另一端處的相反的等量極化電荷則被推向另一較弱的方向，這是由于在那里電場較弱。因此，顯影介質(zhì)行進(jìn)并吸附到出現(xiàn)最強(qiáng)電場的印刷元件的區(qū)域。
因此，在不使用帶電的墨料或色料顆粒的條件下，介電電泳印刷技術(shù)就能實(shí)現(xiàn)靜電印刷。就是說，在顯影介質(zhì)被極化時(shí)，由于不均勻靜電電場的存在，在介質(zhì)上局部出現(xiàn)正負(fù)電荷，所以在介質(zhì)上的凈電荷為零。與常用的帶電的墨料或色料顆粒對比，這種不帶電的介質(zhì)并沒有利用圖象電荷的吸引作用或利用與絕緣印刷圓筒的極化感應(yīng)電荷的相互作用而附著到該表面。因此，與利用帶電的墨料和色料顆粒顯影的圖象比較，更容易在印刷圓筒上得到更清晰無模糊的顯影圖象。
有各種各樣的方法，在例如印刷圓筒的印刷元件的色緣表面上形成不均勻的電場。例如由前述的Dr.Kuehnle設(shè)想的，可以利用一帶有周期性變化的電壓例如AC或經(jīng)整流的AC電壓的引線在該表面上進(jìn)行錄入，該電壓的幅值隨輸入到印刷設(shè)備的數(shù)字信號改變。
另外，可以利用印刷元件本身的結(jié)構(gòu)在印刷元件上施加非均勻電場。更確切地說，印刷元件可設(shè)有一異向性的絕緣表面，即其具有從該絕緣層向在該層下方的接地層延伸的導(dǎo)電通道的圖形結(jié)構(gòu)。在絕緣層上形成這些接地區(qū)域或電場分布的終止點(diǎn)的一種方法，是通過形成這樣的一層，使得在該層有多重晶粒，各晶粒具有的所謂顆粒邊界的電導(dǎo)率明顯高于在晶粒本身內(nèi)部的電導(dǎo)率。在晶粒之間的這些界面區(qū)形成通過絕緣層到接地層的低電阻通道的周期變化的圖形，因此使絕緣層形成異向性。因此，當(dāng)例如利用在上述專利中所述的微通道型錄入頭將電荷施加到該表面時(shí)，電荷本身將分布在印刷元件的表面，由于在各接地點(diǎn)之間電場強(qiáng)度的迅速下降，圍繞每個接地點(diǎn)形成最大電場強(qiáng)度。
然而，希望提供的印刷元件例如具有的異向性特性并不取決于絕緣層的組織結(jié)構(gòu)或分子結(jié)構(gòu)。
在不同于直接印刷的其它場合，將絕緣表面置于金屬轉(zhuǎn)筒上，以便于轉(zhuǎn)印均勻數(shù)量的帶電色料。例如，5315061號美國專利介紹了一種用于將帶電的色料轉(zhuǎn)印到一光電導(dǎo)帶上的施料型或顯影轉(zhuǎn)筒，以便使在感光帶上攜帶的潛象顯影。該施料型轉(zhuǎn)簡由金屬制成，各個小的絕緣體分布在其表面上。當(dāng)在施料型轉(zhuǎn)筒的整個表面上產(chǎn)生摩擦電荷時(shí)，在各絕緣體和金屬表面之間形成靜電場。這些被稱為“微電場”的小的封閉電場產(chǎn)生在施料轉(zhuǎn)筒的表面上。這些微電場便于帶電的色料吸收到施主型轉(zhuǎn)筒表面。一個刮片可將色料調(diào)節(jié)到均勻厚度。
5315061號美國專利中的施料型轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)移平均和均勻數(shù)量的帶電色料，使得可在光電導(dǎo)帶上的潛象顯影。沒有圖象直接錄入到施料型轉(zhuǎn)筒上，而是將該圖象錄入在光電導(dǎo)帶上。
3739748號美國專利還提出一種用于將帶電的色料轉(zhuǎn)印到靜電復(fù)印鼓上的施料型轉(zhuǎn)筒。施料型轉(zhuǎn)筒具有的絕緣表面與連接到電壓源的觸針相接觸。各觸針不能在施料型轉(zhuǎn)筒上錄入圖象，只不過便于再現(xiàn)該利用曝光裝置錄入靜電復(fù)印鼓上的圖象的灰度。
這些施料型轉(zhuǎn)筒或它們的相關(guān)設(shè)備都不會產(chǎn)生在印刷元件的表面上方存在的非均勻的微電場。
因而，本發(fā)明的目的是提供一種光電式的印刷裝置，它的印刷元件具有異向性的絕緣記錄層。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種相對易于制造的裝置。
本發(fā)明的再一個目的是提供這樣一種類型的裝置，它能夠承受在印刷元件的表面上方的非均勻電場的高電場強(qiáng)度的裝置。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種裝置，其具有的印刷元件上可以記錄很高分辨率的電子圖象。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種高效的錄入頭，其與絕緣層相結(jié)合，能夠記錄高分辨率的電子圖象。
其它的目的一部分是顯而易見的，另有一部分在下文中將變得很清楚。
在下面的說明書中將示例說明本發(fā)明包含的結(jié)構(gòu)特征，各元件的結(jié)合和各部分的配置，本發(fā)明的保護(hù)范圍將在權(quán)利要求書中限定。
簡單說，印刷元件包含一承載絕緣材料薄層的的基片，該材料具有非常高的電阻率例如約為1015Ω/cm，以防止過早的電荷消散?？梢栽诨徒^緣層之間夾入一導(dǎo)電層。如在下文利用各種實(shí)施例介紹的，這一導(dǎo)電層或者可以接地或者可以擱置不接地。在絕緣層的工作表面處或其內(nèi)部可以形成微小導(dǎo)電區(qū)域或斑點(diǎn)的圖象結(jié)構(gòu)。假如存在，那么最好各斑點(diǎn)按某一周期周期性地形成圖形，該斑點(diǎn)至少等于或小于在印刷元件上被記錄的電子圖象的分辨率單元或象素的尺寸。由具有比絕緣層低的電阻率的材料并最好是金屬性材料形成的導(dǎo)電斑點(diǎn)在某些應(yīng)用場合可以電連接到位于絕緣層下面的導(dǎo)電層上。此外，在很多應(yīng)用中，附著覆蓋層覆蓋絕緣層的表面和導(dǎo)電斑點(diǎn)，使得記錄元件的記錄表面為輕度疏墨性的。斑點(diǎn)的截面可以是圓形的，不過也可以是包括矩形或環(huán)形的任何各種形狀。
對于某些應(yīng)用，可以利用在5325120號美國專利中公開的微通道印刷或錄入頭將電荷提供到印刷元件的記錄表面上。通常，這些電荷代表記錄在印刷元件上的圖象。這些電荷將產(chǎn)生非均勻的電場，圍繞各導(dǎo)電斑點(diǎn)的電場將最強(qiáng)。在電子圖象中的特定位置處的每個斑點(diǎn)周圍的平均電壓將是該點(diǎn)灰度值的單值函數(shù)。
重要的是應(yīng)注意，由在記錄元件的絕緣表面上的導(dǎo)電斑點(diǎn)產(chǎn)生的非均勻電場將分布在該表面的上方。因此，當(dāng)該表面位于絕緣的顯影介質(zhì)例如墨料或色料的表面對側(cè)時(shí)，該電場將通過介電極化作用在介質(zhì)中感應(yīng)產(chǎn)生電偶極矩，并且通過介電電泳作用使其量值與這些電荷的強(qiáng)度成正比的該介質(zhì)吸向記錄表面的帶電區(qū)域。因此，圍繞每個導(dǎo)電斑點(diǎn)將積累顯影介質(zhì)，其數(shù)量隨在該位置的電場強(qiáng)度單調(diào)增加，因此使記錄在印刷元件上的電子圖象顯影。
利用在下文中介紹的具有該帶有取決于圖象形狀的電壓的多重電接觸件可在印刷元件上形成類似的不均勻電場，其中的導(dǎo)電斑點(diǎn)沒有接地。在這種情況下，圍繞著各斑點(diǎn)形成相當(dāng)強(qiáng)的電場，該電場隨離開各斑點(diǎn)的距離迅速下降。如下文所述，這些電接觸或印刷或錄入頭還可以用于提供使絕緣表面帶電的正、負(fù)電荷。
除了利用交流電流代替直流電流之外，利用與電接觸或錄入頭相似的錄入頭，通過在有或沒有斑點(diǎn)的絕緣表面上直接錄入，也可以形成非均勻的電場。利用這種錄入頭，不接地的導(dǎo)電層可以定位于絕緣層下方，如下文將介紹的。
假如存在導(dǎo)電斑點(diǎn)，利用常規(guī)印刷電路技術(shù)，可以在印刷元件的絕緣層內(nèi)形成各斑點(diǎn)和接到該接地層上的各通道或其它連接物。因此印刷元件可以按相對低的成本大量地制造。因而，例如這種印刷元件將會在印刷機(jī)或其它印刷裝置(即能夠?qū)崿F(xiàn)介電電泳和電泳印刷的裝置)得到廣泛的應(yīng)用。
為了更完整地理解本發(fā)明的本質(zhì)和目的，須結(jié)合附圖和參照如下的詳細(xì)介紹，其中

圖1是包括體現(xiàn)本發(fā)明的印刷圓筒的印刷裝置的透視圖；圖2是沿圖1中的線2-2所取的、放大比例的局部截面圖；圖3是表示第二印刷圓筒實(shí)施例的類似視圖；圖4是結(jié)合圖3中的圓筒的圖1所示裝置中使用的印刷頭的底部視圖；圖4a表示與印刷圓筒配合使用的圖4所示的印刷頭相類似的印刷頭的側(cè)視圖；圖4b表示形成在記錄元件表面處的微電場分布；圖5是沿圖4中的線5-5所取的放大比例的截面圖；圖6是表示另一印刷圓筒實(shí)施例的與圖3相似的視圖；圖7示意表示一錄入頭，其具有在平行于絕緣平面的移動方向輸送電壓差的各組輸送針；圖8示意表示一錄入頭，其具有在垂直于絕緣表面的移動方向輸送電壓差的各組輸送針；圖9表示具有長矩形斑點(diǎn)的絕緣表面；圖10表示結(jié)合交變電流型錄入頭使用的記錄元件的另一實(shí)施例。
參閱附圖中的圖1，本發(fā)明的印刷裝置包括一旋轉(zhuǎn)紙件圓筒10，其用于托住印刷介質(zhì)例如紙頁W。印刷圓筒12的位置平行于圓筒10，使它的圓柱形表面剛好接觸紙頁W。圍繞印刷圓筒12配置有電子印刷或錄入頭14；上墨頭16，其使絕緣的不帶電的墨料出現(xiàn)在底版圓筒上，一墨料轉(zhuǎn)印裝置(或譯作轉(zhuǎn)印站)18，它由圓筒形成的間隙構(gòu)成；以及一擦除頭22，所有這些部件的功能都由控制器24控制。
控制器24接收作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的輸入信號，它代表需再現(xiàn)的圖象的灰度或色度。在彩印的情況下，圖1表示用于印刷原始文件的一種顏色成份或特征(例如藍(lán)綠色成份)的一個印刷單元。對于一臺彩色印刷機(jī)，將有三個以上的從圓筒12順流而下分布的印刷單元，用于印刷其它顏色成分，即深紅、黃、黑、例如在4792860號美國專利中所表示的，在本文中參考引用了其內(nèi)容。
另外，改型為包括一個多種顏色墨料上墨裝置的圖1所示裝置本身可以印刷所有4種顏色特征成分，例如在5325120號美國專利中所描述。
將代表彩色原始圖象的各種顏色成份的數(shù)據(jù)以順序的數(shù)據(jù)串形式提供到該裝置。例如該裝置可以接收依次為藍(lán)綠、深紅、黃和黑的數(shù)據(jù)。最好設(shè)有一臺與控制器24連接的大容量存儲器24a，用以存儲控制該裝置所需的相當(dāng)大量的數(shù)據(jù)。
為了在紙頁W上印刷，控制器24控制印刷頭14，以便當(dāng)印刷圓筒12旋轉(zhuǎn)時(shí)，印刷頭在圓筒表面12a上記錄與輸入數(shù)據(jù)流代表的至少一種顏色成份相對應(yīng)的電子圖象。該印刷頭可以是在5325120號美國專利中公開的微通道型印刷頭。
上墨頭16可以與在4792860號或5325120號美國專利中公開的相似。它提供由顏料顆粒組成的呈熔融狀態(tài)的熱塑性墨料，四種印色中的每一種顏料顆粒均分布在粘接劑中。最好，印刷圓筒表面12a是輕度疏墨性的，使得除了由印刷頭14使之帶電的那些位置以外，墨料并不趨于粘附到該圓筒的表面。例如，假若要將藍(lán)綠色圖象錄入印刷圓筒12上，上墨頭16將施放藍(lán)綠色墨料。因此，當(dāng)在圓筒表面12a上的電子圖象行進(jìn)通過上墨頭16時(shí)，來自上墨頭16的藍(lán)綠色墨料將被帶電的該圖象區(qū)所獲得，因此，在印刷圓筒表面12a上使一個藍(lán)綠色圖象顯影。如在上述各專利中所述，圓筒12被加熱，以便墨料在表面12a上呈熔融態(tài)并吸附到那些帶電區(qū)的表面。
如在下文更詳細(xì)介紹的，由圓筒表面12a上的帶電區(qū)域所拾取或獲得的墨料的數(shù)量單調(diào)地隨由那些帶電的區(qū)域所產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的增加而增加。在印刷圓筒表面12a上的圖象范圍內(nèi)電場強(qiáng)度的變化便可再現(xiàn)全部灰度。
當(dāng)圓筒16連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，在表面12a上的圖象顯影部分行進(jìn)到由圓筒10和12形成的間隙構(gòu)成的墨料轉(zhuǎn)印裝置18?？刂破?4控制在圓筒12上的圖象的位置，使得當(dāng)該圖象被顯影和通過該間隙行進(jìn)時(shí)，其上顯象的圖象轉(zhuǎn)印到紙頁W上的適當(dāng)位置上。因?yàn)檗D(zhuǎn)印是利用墨料的相轉(zhuǎn)變以熱動態(tài)方式實(shí)現(xiàn)的，即該墨料在與相對冷卻的紙頁W的接觸線處由熱熔的液態(tài)轉(zhuǎn)變到固態(tài)，因而使在轉(zhuǎn)印裝置18處來自圓筒表面12a的墨料全部轉(zhuǎn)印到紙頁W上。
不帶墨料的圓筒表面12a的帶電區(qū)域可行進(jìn)通過擦除裝置22。這個裝置可以包含例如利用紫外線22a的裝置，用于使圓筒表面12a呈現(xiàn)導(dǎo)電狀態(tài)，以便使其上的電荷消散。因此，當(dāng)圓筒表面12a出現(xiàn)在擦除器22時(shí)，它被完全放電，并準(zhǔn)備在下一次或順序的圓筒12的旋轉(zhuǎn)過程中利用錄入頭14重新成象。在這當(dāng)中，代表原有圖象的一種顏色成分(例如藍(lán)綠色成分)的圖象已經(jīng)印在紙頁W上。
圖1上所示裝置與在上述專利中所介紹印刷裝置的不同在于，它的印刷圓筒12具有異向性的記錄表面，以便在錄入操作過程中從印刷頭14獲得的電荷本身以不均勻的方式分布在圓筒表面12a上，故它們產(chǎn)生該分布在圓筒表面上方的非均勻電場。
因此，當(dāng)印刷圓筒12旋轉(zhuǎn)這些非均勻的帶電區(qū)域，以使它們到達(dá)相對上墨頭16的位置時(shí)，利用介電電泳的作用使該帶電區(qū)域從上墨頭吸取墨料。就是說在電場最強(qiáng)之處，由非均勻帶電的圓筒表面12a使墨料顆粒極化，其數(shù)量隨在這些帶電區(qū)域處的電場強(qiáng)度的增加而單調(diào)增加。
由圖1和2明顯看出，圓筒12包含一可用鋼或鋁制成的剛性芯體32。最好該芯體如圖所示開有槽以便減輕重量，并使空氣循環(huán)通過芯體以便將其冷卻。圍繞芯體32是一套筒34，其材料例如為作為良好熱和電絕緣體的陶瓷材料。在套筒32的表面上沉積～導(dǎo)電材料層36，例如金屬銅。這一導(dǎo)電層其功能是用作印刷圓筒12的接地層。
環(huán)繞層36的是一很薄的例如1μm的絕緣材料層38，該材料例如為具有很高電阻率的氮化硅或藍(lán)寶石。通過在層38中形成各導(dǎo)電斑點(diǎn)42的圖形且各斑點(diǎn)與導(dǎo)電層36電連接，該層呈現(xiàn)異向性。通過在該38中形成細(xì)微的通孔的圖形結(jié)構(gòu)，各通孔沿厚度方向延伸并利用導(dǎo)電材料例如金屬或多晶硅填充該孔，可以形成這些接地斑點(diǎn)。為了便于表示，這些斑點(diǎn)42在各附圖上表示得相當(dāng)大且間隔寬。然而，實(shí)際上這些斑點(diǎn)的直徑可能小于1μm，間隔僅幾μm。如圖1所示，在圓筒12中的各斑點(diǎn)42以矩形圖形(例如每個象素為10×10個斑點(diǎn))按行、列分布。然而，很明顯，其它圖形也可以采用。為了取得良好結(jié)果，每個象素的斑點(diǎn)圖形應(yīng)當(dāng)是周期性排列的。
此外，圓筒12最好設(shè)有一由例如為聚四氟乙烯(Teflon)或其它疏墨性附著材料構(gòu)成的很薄的外覆蓋層44。這一附著表層覆蓋層防止墨料粘附到圓筒表面12a的非帶電區(qū)域，另外還能降低墨料對該表面的沾污。
當(dāng)圖1所示裝置起動和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在錄入的過程中，錄入頭14包含的微通道陣列產(chǎn)生細(xì)微的正離子束(beamlets)，如在上述5325120號美國專利中介紹的。離子趨于朝著微通道的端口遷移，在該處它們被印刷圓筒12的電接地層36所吸引。到達(dá)的正電荷在圓筒12的記錄表面12a積累，導(dǎo)致形成電荷區(qū)域，每一個電荷區(qū)域具有各自的庫侖電荷密度，通過對與相應(yīng)微通道相關(guān)的門電極(假如存在門電極)上的偏置可以對電荷密度進(jìn)行控制。通過適當(dāng)?shù)卦黾油ǖ离娏骺梢允沟迷谖⑼ǖ乐械牡入x子從微通道的端部吸出。該等離子可以被認(rèn)為是一種氣態(tài)導(dǎo)線，它使絕緣表面充電到等離子的電位。如在該3525120號專利中所述的，這些偏置電平可以按數(shù)字方式設(shè)定，以便利用控制器可以分別使各個微通道被激勵和控制，從而在圓筒表面12a上產(chǎn)生由電荷的圖象狀圖形構(gòu)成的靜電圖象。
然而本發(fā)明的特征在于，當(dāng)利用印刷頭14在圓筒上錄入時(shí)，通過印刷頭的每一個微通道將使層38的表面非均勻帶電。更確切地說，接地的斑點(diǎn)42的存在將使圓筒的表面電位周期性地下降到零伏。
因此，因?yàn)閳A筒上的表面電位必得在很短的距離內(nèi)提高到由于印刷頭充電作用施加到絕緣材料產(chǎn)生的平均電壓，圍繞每個斑點(diǎn)42將出現(xiàn)很強(qiáng)的電場。因此，在所述裝置中，施加到印刷圓筒12的電子圖象的每個象素將由各非均勻分布的電荷區(qū)的微觀圖形所組成，這些電荷區(qū)產(chǎn)生從圓筒表面12a向外分布的非均勻的電場(所謂的微電場)。然而，這些電荷在象素的范圍內(nèi)被平均，使得微觀上該電荷與該象素的灰度或色度成比例。
因此，當(dāng)圓筒12的帶電區(qū)域旋轉(zhuǎn)到與印刷頭14相對時(shí)，在每一斑點(diǎn)位置處的非均勻電場將使顯影介質(zhì)極化并通過介電電泳作用將墨料顆粒吸到圓筒表面12a上，其數(shù)量隨在每個斑點(diǎn)處的電荷的增加而單調(diào)增加。尤其是由于附著覆蓋層44的存在，使墨料將不會附著在圓筒表面12a的未帶電的區(qū)域上。
雖然不同于上述微通道錄入頭的其它錄入頭也可以在絕緣表面上沉積電荷，但當(dāng)各斑點(diǎn)被接地如圖2所示時(shí)，該微通道錄入頭則是優(yōu)選的。
應(yīng)當(dāng)指出，圖2中所示的各接地斑點(diǎn)并不需要完全接地，而是可以僅利用比該絕緣材料電阻率要低的各種材料連接到接地層。各斑點(diǎn)也可以埋置在絕緣材料內(nèi)部，只要在記錄表面上形成具有接近地電位的限定區(qū)域就成。
與其中離子或電荷分布在絕緣表面上然后朝著接地的各斑點(diǎn)遷移的上述實(shí)施例相反，也可以最好利用直接的線接觸使非接地的斑點(diǎn)直接帶電。在一個實(shí)施例中，可以在絕緣材料層下方設(shè)一接地層，使得在帶電的斑點(diǎn)和該接地層之間的絕緣材料可以帶電，其作用好象一個電容器。隨著錄入頭遠(yuǎn)離，該斑點(diǎn)保留它的大部分電荷。在環(huán)繞該斑點(diǎn)的表面上的絕緣材料維持接近于零或很少的電荷。因此在帶電的斑點(diǎn)和表面上不帶電絕緣材料之間形成微電場。
圖3表示了這樣一個印刷圓筒52。象圓筒12一樣，圓筒52具有一個芯體32、陶瓷套筒34和一導(dǎo)電層或接地層36。形成在層36上的是其上具有導(dǎo)電區(qū)或斑點(diǎn)56的圖形的絕緣層54。這些斑點(diǎn)沒有連接到導(dǎo)電層36。另外，各斑點(diǎn)實(shí)際上也可以置于絕緣材料54上或不是那么優(yōu)選地完全埋置在絕緣材料54的內(nèi)部，不過記錄表面應(yīng)當(dāng)具有比一般絕緣層54更高的電導(dǎo)率的區(qū)域，這些區(qū)域可以在錄入頭遠(yuǎn)離之后仍能維持電荷。圓筒52也具有一外附著覆蓋層60，它的表面構(gòu)成圓筒52的記錄表面52a。然而，在這個實(shí)施例中，最好使具有較高電導(dǎo)率的斑點(diǎn)或限定區(qū)域直接可以與錄入頭的觸點(diǎn)相接觸。
利用滑動接觸可以將電子圖象直接錄入在印刷圓筒52的記錄表面52a上。圖4和圖5表示了一印刷頭72，它包含線狀接觸件或電壓輸送件74的直線排列陣列，它可以延伸經(jīng)過印刷圓筒的整個寬度。各觸點(diǎn)或電壓輸送件74為懸臂狀，可以這樣配置印刷頭72，使得各觸點(diǎn)在圓筒上的導(dǎo)電斑點(diǎn)56的位置處可彈性接合圓筒52的記錄表面52a。取決于圖象形狀的電壓在各觸點(diǎn)與各導(dǎo)電斑點(diǎn)56相對配置時(shí)，施加在各個不同的觸點(diǎn)74上使得各斑點(diǎn)帶電。每個觸點(diǎn)74可以十分小，例如在一個象素寬度內(nèi)有幾個觸點(diǎn)，因?yàn)闉榱藢?dǎo)電的斑點(diǎn)要完全充電到相應(yīng)觸點(diǎn)的全電壓，只需在很短的時(shí)間(在毫微秒的數(shù)量級)與在一點(diǎn)處的相應(yīng)斑點(diǎn)相接觸。該觸點(diǎn)也可以與象素一樣寬，一個觸點(diǎn)也可能接觸多于1個的斑點(diǎn)。
因此，導(dǎo)電斑點(diǎn)56的作用相當(dāng)于一個電容器的極板，接地層36的作用相當(dāng)于電容器的另一個極板。因此可以利用錄入頭使在斑點(diǎn)和接地層之間的絕緣材料帶電。當(dāng)錄入頭遠(yuǎn)離該斑點(diǎn)時(shí)，在斑點(diǎn)之下的絕緣材料以及相連的斑點(diǎn)維持電荷，因而從帶電的斑點(diǎn)橫向發(fā)出電場電力線，并且使周圍的絕緣材料基本上不帶電。因此形成圍繞斑點(diǎn)的吸引墨料的微電場。因此，與利用在平的絕緣表面上的線狀觸點(diǎn)產(chǎn)生電場相比較，因?yàn)槟軌虍a(chǎn)生更強(qiáng)的電場，斑點(diǎn)的存在極大地增強(qiáng)了印刷圓筒的效率。它通?？梢越咏谜挠|點(diǎn)實(shí)際上在非金屬化的絕緣材料上沒有遺留電荷的情況。絕緣層54越薄，圍繞每個斑點(diǎn)的電位越接近地電位(為產(chǎn)生高強(qiáng)度的橫向電場這是所希望的)。
因此，圓筒52將以大約象圓筒12一樣的方式工作，以得到電荷分布區(qū)域的圖形，從微觀上看該圖形是周期性地變化的，但是從宏觀上看它取決于圖象形狀。因此，電荷分布區(qū)域?qū)a(chǎn)生非均勻的取決于圖象形狀的電場，該電場由圓筒表面52a開始分布，并能夠使顯影介質(zhì)極化并吸到的該表面上。
利用標(biāo)準(zhǔn)的印刷電路技術(shù)可以制造該具有懸臂觸點(diǎn)74的錄入頭72。圖5中所示的錄入頭包括一例如由陶瓷或玻璃制成的絕緣基片76，它伸展在印刷圓筒52的整個寬度上。在該基片上沉積的是一可選擇蝕刻的二氧化硅或類似物的絕緣層78。在該層上沉積一金屬導(dǎo)電層82。所沉積的金屬可以形成圖形(即在附著光敏抗蝕劑之后進(jìn)行蝕刻)，形成每隔50μm或按適當(dāng)?shù)膶挾扰c間隔尺寸的觸點(diǎn)74。例如間隔可以為金屬寬度的一半或者按另外的要求。在觸點(diǎn)的一端，可以設(shè)有焊點(diǎn)74a，用于將該觸點(diǎn)連接到印刷用的電壓源(即充電元件的連線)上。這些通道可以彼此相對錯位，如圖所示，以便為連接接線提供足夠的空間，或者為可分離的接觸組件(末表示)提供接觸面積。
為了伸出觸點(diǎn)74的工作端，將在基片76的下方與觸頭工作端鄰近的絕緣材料層78蝕刻掉，以便使觸點(diǎn)端部能從基片脫開并浮動出來，如在圖4中示意表示的。假如希望，導(dǎo)電層82可以以雙金屬層的形式形成，使得當(dāng)其與基片脫開時(shí)，該金屬以雙金屬彈簧方式彎離基片，從而使觸點(diǎn)74與圓筒表面52a能良好的滑動彈性接合。
以這種型式形成錄入頭保證了在錄入頭的各觸點(diǎn)74之間的精確的間隔。假如希望，可以進(jìn)行各種精加工。例如為了改進(jìn)耐磨性，觸點(diǎn)74的端部可以加厚。此外，這些觸點(diǎn)可以形成縫隙以形成刷狀，從而可得到更好的彈性和改進(jìn)與印刷圓筒上的導(dǎo)電斑點(diǎn)的接觸。
每一個電壓輸送件74還可以以多個細(xì)小的電的觸針的形式構(gòu)成，如圖4a所示。在圖4a中，所示斑點(diǎn)56埋在絕緣層54上。單個輸送件74的各電觸針全都帶電到相同的電壓，不過沿與一直接越過記錄表面寬度走向的直線平行的方向則具有很高的電阻率。如上所述，用于錄入頭的控制器能夠單個設(shè)定每個輸送件的電壓。由于制造的誤差，各觸針74不僅與斑點(diǎn)相接觸，而且還接觸絕緣材料的一部分，如圖4a所示。然而，因?yàn)閷?dǎo)電斑點(diǎn)有很大差別和缺少便于導(dǎo)電的斑點(diǎn)，在絕緣表面上的電荷是極少的。因而，當(dāng)電壓觸針74運(yùn)動離開該斑點(diǎn)時(shí)，在該維持帶電的斑點(diǎn)56和在很大程度上維持不變的絕緣表面之間形成了微電場。
如圖4a所示的各斑點(diǎn)還可能經(jīng)過一電阻或具有比絕緣材料電阻率低的電阻性連接物接到接地層，當(dāng)輸送件運(yùn)動遠(yuǎn)離各斑點(diǎn)時(shí)，該斑點(diǎn)將維持電荷持續(xù)一定時(shí)間，即使它的消散速度比假如不存在連接電阻的情況要快也是這樣。在斑點(diǎn)和接地層之間的最佳電阻率將取決于很多因素，其中包括印刷圓筒的轉(zhuǎn)速、使用的電壓限值、所希望的墨料厚度等等。還可以通過改變斑點(diǎn)的成分、深度和大小改變電阻率。
當(dāng)利用引線接觸時(shí)，這些斑點(diǎn)最好由硬的金屬化合物例如TiN、ZrN或氧化鋯構(gòu)成。
圖4b說明性地表示微電場MF，它是當(dāng)斑點(diǎn)56遠(yuǎn)離觸點(diǎn)74時(shí)，形成在各斑點(diǎn)和基本上不帶電的絕緣材料之間的表面52a處的。如上所述，該微電場MF會由上墨裝置吸引墨料。
圖6表示另一個印刷圓筒的實(shí)施例，其總體用92表示，在導(dǎo)電層38上的異向性絕緣層94多少有些不同。層94也帶有由導(dǎo)電斑點(diǎn)96構(gòu)成的圖形。然而，交替的各斑點(diǎn)96由導(dǎo)電通道98連接到接地層36。導(dǎo)電通道98可以通過用導(dǎo)電材料填充的針孔形成，或者由平面形通道或者甚至由細(xì)微導(dǎo)線形成。假如希望，導(dǎo)電通道98可以由半導(dǎo)體材料例如多晶硅構(gòu)成，以便使它們具有相對高的電阻。當(dāng)利用錄入頭72在該圓筒92上進(jìn)行錄入操作時(shí)，這將會在圓筒92的記錄表面92a上方產(chǎn)生適度強(qiáng)的橫向電場。實(shí)際上，可以利用多晶硅連接物本身作為導(dǎo)電斑點(diǎn)96；它不需要用另外一種較好導(dǎo)電的材料來覆蓋，因?yàn)閷τ诎唿c(diǎn)96為了產(chǎn)生靜電的目的僅需要十分低的電導(dǎo)率。對于在圓筒12中的斑點(diǎn)42情況也一樣(圖2)。
在所示的另一個實(shí)施例中，通過使斑點(diǎn)圖形中的各非接地的相鄰斑點(diǎn)相反地帶電，可以在印刷圓筒中不再需要接地層。例如在圖3所示的圓筒中，利用在圖5和圖6所示的接觸型錄入頭72使奇數(shù)的斑點(diǎn)56帶電為正電位，偶數(shù)的斑點(diǎn)56帶電為負(fù)電位。這將導(dǎo)致電場電力線橫穿在兩群斑點(diǎn)之間的空間，使得墨料將吸附在各斑點(diǎn)之間。
通過參閱圖7和圖8示意表示的錄入頭，可以很好地理解，無需接地層而使表面帶電的各種方法。在圖7中，所示錄入頭172具有多組S1、S2、S3等且每組為兩個的輸送針，其分布與絕緣的記錄表面的運(yùn)動方向相平行。該記錄表面可以是平的絕緣表面，或者最好是如上所述在該表面上具有高電導(dǎo)率的斑點(diǎn)或區(qū)域。在本實(shí)施例中，根據(jù)表示記錄在絕緣記錄表面上的圖象的電子數(shù)據(jù)，錄入頭可以對每組S1、S2等獨(dú)立地設(shè)定電壓差。因此，當(dāng)記錄表面通過時(shí)，利用錄入頭將圖象的相繼的各行沿著記錄表面的整個寬度進(jìn)行錄入。
最好使電壓差在零和30到200伏的最大值之間變化，借此根據(jù)該電壓差可以改變墨料的吸附。
如圖8中示意表示的，還能夠沿與記錄表面的運(yùn)動方向垂直的方向配置錄入頭172的各組電壓輸送針。這些輸送針可以按與對于圖4和圖5中的錄入頭所示的相同方式來構(gòu)成。
利用圖7和圖8的示意表示的實(shí)施例，還可以在每一組中有多于兩個的輸送針，例如一組具有電壓為V1、V2、V1的三個電壓輸送針。例如在圖8所示實(shí)施例中，下一組則可以具有電壓V1、V3、V1，使得在各組中的輸送針的電壓在彼此鄰近的輸送針上是相同。這有助于防止相鄰兩組之間形成微電場，假如不希望這樣的情況的話。
這一實(shí)施例的記錄表面可以是平的絕緣表面，不過如上所述也可以具有斑點(diǎn)。如圖9所示，斑點(diǎn)156可以按照矩形構(gòu)成，長度為L即象素的全尺寸，例如為50微米。
在圖7和圖8中的實(shí)施例中，應(yīng)當(dāng)注意要確保正、負(fù)極觸針不要同時(shí)接觸同一個斑點(diǎn)。在這種情況下，即使利用限流電源或高電阻觸點(diǎn)，這兩個觸針將很可能使本身的作用被消除或作用很小，或者使在印刷圓筒上將不會沉積電荷。
對于上述所有的實(shí)施例，可利用直流電源提供可變電壓。然而，也可以采用電壓幅值可變的交變電流源。
利用交變電流源，還可以不再需要如圖3所示的用于接地的底層，如圖10所示。層36是不接地的導(dǎo)電層，隨著印刷圓筒的旋轉(zhuǎn)，該導(dǎo)電層得到接近恒定的等于可變交變電壓的平均電壓的電壓。在表面52a處的觸點(diǎn)的可變電壓然后可以用來使絕緣材料層帶電，因?yàn)閷?36的電壓維持基本恒定。
應(yīng)當(dāng)指出，對于所有接地底層的所有實(shí)施例，能夠通過一個具有恒定電壓的底層代替接地的底層。
在上述任何一個實(shí)施例中介紹的具有帶電的異向性表面的印刷元件，可以與絕緣顯影介質(zhì)或其介電常數(shù)大于1的其它絕緣材料配合使用。因此，雖然我們已經(jīng)介紹的本發(fā)明是用于包含施放熱塑性墨料的上墨裝置的印刷裝置，但所述印刷元件還可以用來接收固態(tài)不帶電的絕緣墨料和不帶電的色料。因此在本申請中所使用的術(shù)語“墨料”通常是指介電常數(shù)大于1的絕緣顯影介質(zhì)，并不限于液體墨料。
帶電的而不是不帶電的色料或墨料也可以結(jié)合上述實(shí)施例加以采用，當(dāng)然必須修改希望的墨料附著和墨料厚度以計(jì)及增強(qiáng)的附著。
還應(yīng)指出，為了使斑點(diǎn)或更多的導(dǎo)電區(qū)域帶電，也可以采用其它類型的接觸件代替如圖4所示的線接觸件。錄入頭也可以包含等離子充電元件，并通過各個等離子輸送件輸送電荷，與上述微通道街道等離子型裝置相似。錄入頭還可以具有氣體充電裝置，并通過氣體輸送件向各斑點(diǎn)充電。例如，可以對圖4中所示的實(shí)施例中的接觸線進(jìn)行改進(jìn)，以使它實(shí)際上不接觸記錄表面但能通過空氣輸送電荷。
因此由上述介紹看到，已經(jīng)明顯提出的上述目的實(shí)際上都達(dá)到了。此外，在不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍的情況下，上述結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行一定程度的改變。
還可以理解，如下提出的權(quán)利要求試圖覆蓋在說明書中所述的本發(fā)明的總體的和特定的特征。
權(quán)利要求
1.一種記錄裝置，其特征在于，包含一記錄元件，具有絕緣材料的外部部分和若干斑點(diǎn)；配置該外部部分和斑點(diǎn)，以便形成具有不同電導(dǎo)率的區(qū)域的外記錄表面；以及一錄入頭，它鄰近該記錄表面，用于在記錄表面上產(chǎn)生可變的電荷，該可變電荷與需記錄的圖象的一部分相對應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該斑點(diǎn)位于在該外部部分上。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該斑點(diǎn)埋置在該外部部分中。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中的記錄元件還包含一在外部部分下方的底層，該斑點(diǎn)與該底層相連通，以便比外部部分更具導(dǎo)電性。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，還包含在每個斑點(diǎn)和底層之間的連接物，該連接物具有的電阻率小于絕緣材料。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，錄入頭包含多個電壓輸送件，該錄入頭能夠獨(dú)立設(shè)定每個輸送件的電壓。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中，每個輸送針包含多個電觸針。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，錄入頭向該記錄表面施加可變電壓，該電壓具有從30到200伏的上限。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，斑點(diǎn)是由金屬構(gòu)成的。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，錄入頭包含線型充電元件，該線型充電元件經(jīng)過線型接觸件向記錄表面輸送電荷。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中的錄入頭包含氣體充電元件，該氣體充電元件經(jīng)過氣體介質(zhì)向記錄表面輸送電荷。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，錄入頭包含等離子充電元件，該等離子充電元件經(jīng)過等離子介質(zhì)向記錄表面輸送電荷。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，錄入頭具有多組、每組至少兩個輸送針，每組的各輸送針輸送電壓差，以便使在兩個相鄰的斑點(diǎn)之間的絕緣材料帶電，該錄入頭結(jié)構(gòu)能夠設(shè)定每組的各輸送針之間的電壓差，該電壓差獨(dú)立于其它各組的電壓差。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中的記錄表面具有一運(yùn)動方向，并且每組的輸送針平行于該運(yùn)動方向。
15.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中的記錄表面具有一運(yùn)動方向，并且每組的輸送針垂直于該運(yùn)動方向。
16.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括上墨裝置，它鄰近記錄表面，用于向記錄表面提供墨料。
17.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括配置在記錄表面上的疏墨性的薄層。
18.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中的一錄入頭包含一直流電壓源。
19.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中的錄入頭包含一交流電壓源。
20.一種記錄裝置，其特征在于，包含一記錄元件，它包含的絕緣記錄表面具有多個相對導(dǎo)電的限定區(qū)域；以及一錄入頭，它鄰近該記錄表面，用于輸送與需記錄在記錄表面的圖象的一部分相對應(yīng)的電荷，該錄入頭具有多個電壓輸送針，它們按記錄表面的寬度排列，用于圍繞該限定區(qū)域產(chǎn)生微電場。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中的記錄元件還包含在記錄表面下方的底層，該限定區(qū)域與該底層相互配合，以及相對導(dǎo)通。
22.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中的輸送針排列成每組至少兩個輸送針，每組輸送針用于在相鄰的限定區(qū)域之間提供電壓差。
23.一種在記錄元件上記錄圖象的方法，其特征在于，該記錄元件具有的外記錄表面包含不同電導(dǎo)率的區(qū)域，該方法包含的步驟是產(chǎn)生與需記錄的圖象相對應(yīng)的電子數(shù)據(jù)；以及形成微電場，它分布在記錄表面的上方并延伸在具有不同電導(dǎo)率的區(qū)域之間，根據(jù)電子數(shù)據(jù)向外記錄表面輸送電荷。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，還包含的步驟是向記錄表面施加不帶電的墨料。
全文摘要
公開了一種記錄裝置，它包含的記錄元件具有一含有可變導(dǎo)電表面的記錄表面。該記錄元件還具有在絕緣層下方的導(dǎo)電層。還公開了一種印刷頭，用于在絕緣天同上記錄電子圖象。
文檔編號G03G15/32GK1131096SQ95117539
公開日1996年9月18日 申請日期1995年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月18日
發(fā)明者赫爾曼·施塔茨, 安東·羅迪 申請人:海德堡印刷機(jī)械股份公司