Электрогидродинамическое печатающее устройство
Изобретение относится к системам и способам печати с использованием электрогидродинамического способа доставки жидкости. Эти системы и способы могут быть использованы совместно с элементами для формирования электрофотографических изображений. Заявленная группа изобретений включает устройство формирования изображения и способ подачи краски к поверхности элемента для формирования изображения. Причем устройство формирования изображения содержит: элемент для формирования изображения, характеризующийся наличием сохраняющей заряд поверхности, зарядный блок, предназначенный для прикладывания электростатического заряда к сохраняющей заряд поверхности для обеспечения заданного электрического потенциала, осветительную установку, предназначенную для снятия электростатического заряда, находящегося на сохраняющей заряд поверхности, для формирования разряженной области, проявляющий компонент, предназначенный для нанесения краски на сохраняющую заряд поверхность для формирования проявленного изображения и компонент для переноса, предназначенный для переноса проявленного изображения с сохраняющей заряд поверхности на другой элемент или подложку для копирования и блок напряжения смещения, предназначенный для регулировки электрического поля между проявляющим компонентом и поверхностью элемента для формирования изображения, причем поверхность элемента для формирования изображения расположена на расстоянии от проявляющего компонента и проявляющий компонент содержит емкость, содержащую краску, и множество капиллярных отверстий, направленных к поверхности элемента для формирования изображения, где электрод расположен возле капиллярных отверстий для обеспечения электрического заряда и формирования электрического поля между проявляющим компонентом и элементом для формирования изображения. Технический результат заключается в обеспечении точным управлением количеством краски без ухудшения качества изображения. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к системам и способам печати с использованием электрогидродинамического способа доставки жидкости. Эти системы и способы могут быть использованы совместно с элементами для формирования электрофотографических изображений.
Уровень техники
Электрофотографическое или ксерографическое репродуцирование может быть начато посредством нанесения равномерного заряда на элемент для формирования изображения, т.е. фоторецептор, за которым следует воздействие на элемент для формирования изображения световым изображением исходного документа. Воздействие на заряженный элемент для формирования изображения световым изображением вызывает «стекание» заряда в областях, соответствующих пробельным участкам исходного документа, при этом на запечатываемых участках заряд сохраняется, создавая скрытое электростатическое изображение исходного документа на элементе для формирования изображения. Затем скрытое изображение проявляют в видимое изображение посредством нанесения заряженной краски (т.е. тонера) на фотопроводящий поверхностный слой, в результате чего проявляющий материал притягивается к заряженным запечатываемым участкам на элементе для формирования изображения. После этого проявляющий материал переносят с элемента для формирования изображения на лист для копирования или другую подложку для нанесения изображения, на которой изображение может быть прочно зафиксировано для получения копии исходного документа. На завершающей стадии процесса элемент для формирования изображения очищают для того, чтобы удалить любой остающийся проявляющий материал с его поверхности для подготовки последующих циклов формирования изображения. Тем не менее, ксерографической печати присущи некоторые ограничения ввиду ее операционной гибкости, разрешения при печати и обычно используемых материалов.
С другой стороны, хорошо известно применение струйной печати для печати изображений, кроме того, ее применяют при изготовлении печатных плат путем непосредственной печати компонентов на произвольном покрытии, при этом струйной печати присущи меньшие ограничения касательно материалов. В последнее время на основе органических материалов были разработаны функциональные краски, которые используют в более разнообразных применениях, таких как аккумулирование энергии, сбор информации, отображение информации, разработка новых лекарств, МЭМС-устройства и другие области. Два общеизвестных способа струйной печати основаны на термическом или акустическом формировании и впрыске капель жидкости через отверстие сопла. Обычные струйные принтеры характеризуются разрешением, значение которого ограничено от приблизительно 20 до приблизительно 30 мкм.
Существует потребность в разработке систем и способов нанесения краски на поверхность элемента для формирования изображения, которые обеспечивают точное регулирование количества краски без ухудшения качества изображения.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к системам и способам электрогидродинамического впрыска краски на поверхность элемента для формирования изображения. Системы и способы позволяют обеспечить точное управление количеством краски без ухудшения качества изображения.
Варианты осуществления раскрывают устройство формирования изображения, которое содержит электрофотографический элемент для формирования изображения, характеризующийся наличием сохраняющей заряд поверхности; зарядный блок, предназначенный для прикладывания электростатического заряда к сохраняющей заряд поверхности для обеспечения заданного электрического потенциала; осветительную установку, предназначенную для снятия электростатического заряда, находящегося на сохраняющей заряд поверхности, для формирования разряженной области; проявляющий компонент, предназначенный для нанесения краски на сохраняющую заряд поверхность для формирования проявленного изображения; компонент для переноса, предназначенный для переноса проявленного изображения с сохраняющей заряд поверхности на другой элемент или подложку для копирования; необязательную систему очистки, предназначенную для очистки поверхности элемента для формирования изображения; и блок напряжения смещения, предназначенный для регулировки электрического поля между проявляющим компонентом и поверхностью элемента для формирования изображения. Поверхность элемента для формирования изображения расположена на расстоянии от проявляющего компонента. Проявляющий компонент содержит емкость, содержащую краску, и одно или несколько капиллярных отверстий, через которые может быть осуществлена электрогидродинамическая подача краски к элементу для формирования изображения при генерировании электрического поля.
Одно или несколько капиллярных отверстий могут быть расположены на расстоянии, составляющем от приблизительно 10 мкм до приблизительно 200 мкм, от поверхности элемента для формирования изображения. Согласно некоторым вариантам осуществления одно или несколько капиллярных отверстий расположены на расстоянии, составляющем от приблизительно 50 мкм до приблизительно 100 мкм, от поверхности элемента для формирования изображения.
Разряженная область может характеризоваться поперечным разрешением менее 50 мкм.
Капиллярные отверстия могут характеризоваться площадью в диапазоне от приблизительно 0,01 мкм2 до приблизительно 0,25 мм2.
Согласно некоторым вариантам осуществления разрешение при печати лучше, чем приблизительно 50 мкм. Разрешение при печати может составлять от приблизительно 500 нм до приблизительно 500 мкм.
Зарядный блок может взаимодействовать, частично взаимодействовать или не взаимодействовать с поверхностью элемента для формирования изображения.
Согласно некоторым вариантам осуществления значение напряженности электрического поля находится в диапазоне от приблизительно 5 кВ/мм до приблизительно 10 кВ/мм.
Заданный электрический потенциал может находиться в диапазоне от приблизительно 500 B до приблизительно 1 кВ/мм.
Согласно некоторым вариантам осуществления блок напряжения смещения сконфигурирован таким образом, чтобы одновременно обеспечивать постоянное и переменное напряжения.
Поверхность элемента для формирования изображения может характеризоваться значением поверхностной энергии, которое ниже значения поверхностной энергии, присущего поверхности компонента для переноса.
Другие варианты осуществления раскрывают способ подачи краски к поверхности элемента для формирования изображения. Указанный способ включает формирование скрытого электростатического изображения на поверхности элемента для формирования изображения; и генерирование электрического поля между поверхностью элемента для формирования изображения и проявляющим компонентом. Проявляющий компонент физически не взаимодействует с поверхностью элемента для формирования изображения. Проявляющий компонент содержит емкость, содержащую краску, и одно или несколько капиллярных отверстий.
Скрытое электростатическое изображение может быть сформировано посредством равномерной зарядки поверхности элемента для формирования изображения при помощи зарядного элемента и выборочного рассеивания заряда, по меньшей мере, на части равномерно заряженной поверхности при помощи устройства для ввода изображения для того, чтобы сформировать скрытое электростатическое изображение.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлено примерное устройство формирования изображения согласно настоящему изобретению;
на фиг. 2 представлен примерный проявляющий компонент согласно настоящему изобретению;
на фиг. 3 представлен вид в поперечном разрезе примерного варианта осуществления фоторецепторного барабана, характеризующегося наличием одного слоя переноса заряда;
на фиг. 4 представлен вид в поперечном разрезе другого примерного варианта осуществления фоторецепторного барабана, характеризующегося наличием одного слоя переноса заряда;
на фиг. 5 представлено изображение экспериментальной установки, которое иллюстрирует способы и устройства согласно настоящему изобретению.
Подробное описание изобретения
Более полное понимание компонентов, способов и устройств, раскрытых в настоящем документе, может быть получено при рассмотрении прилагаемых чертежей, которые представляют собой просто схематические представления, предназначенные для более удобной и простой иллюстрации настоящего изобретения, и, следовательно, они не предназначены для отображения относительных размеров устройств или их компонентов и/или определения или ограничения объема примерных вариантов осуществления.
Несмотря на то, что в приведенном ниже описании для ясности используют специальные термины, эти термины предназначены лишь для обозначения конкретной структуры вариантов осуществления, выбранных для иллюстрации на чертежах, и не предназначены для определения или ограничения объема настоящего изобретения. При рассмотрении чертежей и приведенного ниже описания следует понимать, что подобные цифровые обозначения относятся к компонентам с подобной функцией.
Формы единственного числа включают в себя множественное число, если в контексте четко не указано иное.
Следует понимать, что числовые значения, раскрытые в описании и формуле изобретения этой заявки, включают числовые значения, которые являются такими же при сведении к такому же количеству значащих цифр, и числовые значения, которые отличаются от заявленного значения менее чем на экспериментальную ошибку, присущую обычной технологии измерения, описанной в настоящей заявке для определения указанного значения.
Все раскрытые в настоящем документе диапазоны являются включающими в себя раскрытые конечные значения и являются независимо комбинируемыми (например, диапазон «от 2 грамм до 10 грамм» является включающим в себя конечные значения (2 грамма и 10 грамм), а также все промежуточные значения). Конечные значения диапазонов и любые раскрытые в настоящем документе значения не ограничены точной величиной диапазона или значения; подразумевается, что они могут также включать значения, приблизительно равные этим диапазонам и/или значениям.
Значения, модифицированные термином или терминами, такими как «приблизительно» и «по существу», могут быть не ограничены указанным точным значением. Использование в настоящем документе приближения может соответствовать точности прибора, используемого для измерения указанного значения. Модификатор «приблизительно» должен также рассматриваться в качестве раскрывающего диапазон, ограниченный абсолютными величинами двух конечных значений. Например, выражение «от приблизительно 2 до приблизительно 4» также раскрывает диапазон «от 2 до 4».
Термин «электрогидродинамический» относится к впрыску жидкости под воздействием электрического заряда, приложенного к области отверстия сопла. Когда электростатическая сила является достаточно большой для преодоления поверхностного напряжения жидкости в сопле, то происходит впрыск жидкости из сопла.
Под термином «отверстие для впрыска» подразумевают область сопла, из которой может быть осуществлен впрыск жидкости под воздействием электрического заряда. Под термином «площадь впрыска» отверстия для впрыска подразумевают эффективную площадь сопла, которая обращена к поверхности подложки. Согласно одному варианту осуществления площадь впрыска соответствует площади окружности, следовательно, диаметр (D) отверстия для впрыска вычисляют на основании площади впрыска (A):D=√(4A/π). Под термином «по существу круглое» отверстие подразумевают отверстие, характеризующееся наличием в целом сглаженного периметра (например, без отчетливых, острых углов), при этом минимальная длина от края до края отверстия составляет по меньшей мере 80% соответствующей максимальной длины от края до края отверстия (как, например, в случае эллипса, значения большого и малого диаметров которого отличаются в пределах 20%). «Средний диаметр» вычисляют как среднее между минимальным и максимальным размерами. Аналогично, другие формы могут быть охарактеризованы выражением «по существу», такие как квадратная форма, прямоугольная форма, треугольная форма, при этом углы могут быть скругленными и линии могут быть по существу прямыми. Согласно одному аспекту под по существу прямой подразумевают линию, характеризующуюся максимальным положением отклонения, значение которого меньше 10% длины линии.
Под термином «электрический заряд» подразумевают разность электрических потенциалов между жидкостью для печати в сопле (например, жидкостью поблизости отверстия для впрыска) и поверхностью подложки. Этот электрический заряд может быть сгенерирован посредством обеспечения напряжения смещения или электрического потенциала на одном электроде относительно противоэлектрода.
Множество усилий было приложено для разработки устройств для электрогидродинамической печати (т.е. использования электрического поля для создания потоков жидкостей для подачи краски к подложке). Несмотря на то, что некоторые из них демонстрировали разрешение при электрогидродинамической печати вплоть до субмикронного, гибкость интегрирования матрицы сопел и применение высоких скоростей не были должным образом реализованы. Без зарядов, формирующих изображение на подложке, существует намного более высокая вероятность перекрестного наложения капель краски (т.е. капли приземляются в месте, отличном от предполагаемого места). В результате, частота впрыскивания, боковое разделение матрицы сопел, а также расстояние между концами сопел и подложкой оказывают совместное влияние. Одновременный впрыск множества капель краски для этой установки не может быть максимизирован.
Настоящее изобретение относится к устройствам формирования изображения, которые содержат проявляющий компонент для электрогидродинамического нанесения краски на сохраняющую заряд поверхность элемента для формирования изображения. Проявляющий компонент не находится в физическом взаимодействии с поверхностью элемента для формирования изображения (т.е. существует зазор между проявляющим компонентом и поверхностью элемента для формирования изображения).
Рассмотрим фиг. 1, на которой представлена структура элемента для формирования изображения с использованием элемента для доставки. Согласно представленному варианту осуществления поверхность 110 элемента для формирования изображения вращается в направлении часовой стрелки. Сохраняющая заряд поверхность элемента 110 для формирования изображения заряжена при помощи зарядного блока/элемента (например, зарядного ролика типа BCR) 112, к которому подводят напряжение от источника питания 111. Зарядный блок 112 может взаимодействовать, частично взаимодействовать или не взаимодействовать с поверхностью 110 элемента для формирования изображения. Зарядный блок сконфигурирован таким образом, чтобы прикладывать электростатический заряд к сохраняющей заряд поверхности для обеспечения заданного электрического потенциала (например, от приблизительно 500 B до приблизительно 1 кВ). Затем элемент для формирования изображения подвергают оптическому экспонированию по изображению, причем свет поступает из оптической системы или устройства 113 для ввода изображения, такого как осветительная установка (например, лазер или светоизлучающий диод), для формирования на нем скрытого электростатического изображения. В результате воздействия света происходит выборочное рассеивание заряда на поверхности элемента для формирования изображения.
Скрытое электростатическое изображение проявляют посредством взаимодействия с проявляющей смесью, поступающей из проявляющего компонента 130. Проявляющий компонент 130 заряжен источником питания/блоком 131 напряжения смещения, который согласно некоторым вариантам осуществления является тем же источником питания 111, который питает зарядный элемент 112. Проявляющий компонент 130 содержит краску, которая может быть электрогидродинамическим способом нанесена на поверхность 110 элемента для формирования изображения при генерировании электрического поля между проявляющим компонентом 130 и поверхностью 110 элемента для формирования изображения. Проявляющий компонент выборочно применяют для формирования проявленного изображения на поверхности 110 элемента для формирования изображения. Проявленное изображение может быть сформировано на тех областях поверхности 110 элемента для формирования изображения, которые сохранили заряд.
Приложение электрического заряда создает электрическое поле, которое обеспечивает регулируемое нанесение краски на поверхность элемента для формирования изображения. Приложение электрического заряда может происходить прерывисто с заданной частотой. Пульсирующее напряжение или электрический заряд может представлять собой прямоугольное колебание, колебание пилообразной формы, синусоидальное колебание или их сочетания.
После нанесения краски на фотопроводящую поверхность, проявленное изображение переносят на подложку 116 для копирования при помощи компонента 115 для переноса, который может осуществлять перенос давлением или электростатический перенос. Альтернативно, проявленное изображение может быть перенесено на промежуточный элемент для переноса или элемент для переноса со смещением, а затем перенесено на подложку для копирования. Примеры подложек для копирования включает в себя бумагу, прозрачный материал, такой как полиэфир, поликарбонат или т.п., ткань, дерево или любой другой подходящий материал, на котором должно быть расположено готовое изображение. После завершения переноса проявленного изображения, осуществляют перемещение подложки 116 для копирования к элементу 119 для термического закрепления, изображенному в качестве ленты 120 для термического закрепления и прижимного ролика 121, при этом проявленное изображение термически закрепляют на подложке 116 для копирования посредством пропускания подложки для копирования между лентой для термического закрепления и прижимным роликом, формируя тем самым стабильное изображение. Альтернативно, перенос и термическое закрепление может быть осуществлено посредством совместной стадии переноса и закрепления. После этого элемент 110 для формирования изображения перемещают к станции 117 очистки, которая осуществляет очитку элемента от любых остатков тонера с использованием ножа, щетки или другого очищающего устройства.
Поверхность компонента 115 для переноса может характеризоваться значением поверхностной энергии, которое превышает значение поверхностной энергии поверхности элемента для формирования изображения.
Обеспечивающие напряжение источник питания или источники питания могут обеспечить стандартное значение (значения) сетевого напряжения или другие уровни напряжения или частоты сигнала, которые могут быть необходимы в соответствии с другими ограничивающими факторами в зависимости от индивидуальной конструкции машины. Источник питания или источники питания могут обеспечить постоянное напряжение, переменные напряжения или их сочетания. Согласно некоторым вариантам осуществления источник питания или источники питания сконфигурированы таким образом, чтобы одновременно обеспечивать переменное и постоянное напряжения.
Источник питания или источники питания могут быть высоковольтным источником питания или источниками питания. Значение напряженности электрического поля может находиться в диапазоне от приблизительно 5 кВ/мм до приблизительно 10 кВ/мм. Согласно некоторым вариантам осуществления значение напряженности электрического поля может быть больше или равно 100 кВ/м. Значение электрического поля может быть вычислено в результате деления значения приложенного напряжения на расстояние между проявляющим компонентом 130 и поверхностью 110 элемента для формирования изображения. Указанное расстояние может составлять от приблизительно 10 мкм до приблизительно 200 мкм. Например, при расстоянии приблизительно 3 см, приложенное напряжение, значение которого составляет приблизительно 9 кВ, будет генерировать электрическое поле, значение напряженности которого составляет приблизительно 300 кВ/м.
На фиг. 2 представлен вид в поперечном разрезе, демонстрирующий различные части проявляющего компонента 230, подходящего для электрогидродинамического (ЭГД) нанесения краски. Проявляющий компонент включает в себя емкость 232 и один или несколько капиллярных каналов 234, которые проходят от указанной емкости и на конце которых расположены один или несколько капиллярных отверстий 236. Емкость 232 содержит краску. При приложении электрического поля между проявляющим компонентом 230 и поверхностью элемента для формирования изображения, происходит извлечение краски из емкости 232 через один или несколько капиллярных каналов 234 и ее впрыскивание на поверхность элемента для формирования изображения через несколько капиллярных отверстий 236. Электрод 238 может быть расположен возле капиллярного отверстия для обеспечения электрического заряда и формирования электрического поля между проявляющим компонентом и элементом для формирования изображения. Альтернативно, сам по себе капиллярный канал может быть изготовлен из проводящего материала или покрыт проводящим материалом, что служит в качестве электрода. Емкость и капиллярные каналы могут представлять собой один цельный компонент или могут быть соединены друг с другом жидкостным соединением.
Капиллярные отверстия могут характеризоваться площадью в диапазоне от приблизительно 0,01 мкм2 до приблизительно 0,25 мм2. В связи с этим желательно, чтобы краска из элемента для доставки выходила в форме мелких капель жидкости, а не в форме потока.
Раскрытые в настоящем документе устройства и способы указывают на то, что благодаря наличию более мелкого размера сопел, электрическое поле может быть лучше ограничено для обеспечения точности размещения печатного изображения и возможности получения более мелких размеров капель. Соответственно, согласно некоторым аспектам настоящего раскрытия отверстия для впрыска, из которых осуществляют впрыск жидкость для печати, характеризуются меньшими размерами, чем размеры отверстий в обычной струйной печати. Согласно одному аспекту отверстие может быть по существу круглым и может характеризоваться диаметром, значение которого менее 30 микрометров (мкм), менее 20 мкм, менее 10 мкм, менее 5 мкм или менее 1 мкм. Любые из этих диапазонов необязательно ограничены функционально достижимым нижним пределом, таким как минимальное значение, которое не вызовет избыточного засорения, например, нижним пределом, который превышает 100 нм, 300 нм, или 500 нм. Как раскрыто в настоящем документе, могут быть использованы и другие формы поперечного сечения отверстия, причем характерные размеры эквивалентны описанным диапазонам размеров диаметра. Указанные небольшие размеры диаметра сопла обеспечивают не только способность получать более мелкие размеры диаметра капель, нагнетаемых из сопел и наносимых в процессе печати на поверхность, но также и ограничение электрического поля, которое обеспечивает улучшенную точность размещения по сравнению с обычной струйной печатью. Сочетание небольшого размера отверстий и связанного с указанным размером электрического поля, характеризующегося значительным ограничением, обеспечивает печать с высокой разрешающей способностью.
Поскольку важным признаком этой системы является небольшой размер отверстия для впрыска, отверстие дополнительно может быть описано при помощи площади впрыска, соответствующей площади поперечного сечения выходного отверстия сопла. Согласно одному варианту осуществления площадь впрыска выбирают из диапазона значений, которые меньше 700 мкм2 или которые составляют от 0,07 мкм2 - 0,12 мкм2 до 700 мкм2. Соответственно, если отверстие для впрыска является круглым, то это соответствует диапазону значений диаметра, который составляет от приблизительно 0,4 мкм до 30 мкм. Если отверстие по существу является квадратным, то длина каждой стороны квадрата составляет от приблизительно 0,35 мкм до 26,5 мкм. Согласно этому аспекту система предоставляет возможность печати таких элементов, как одиночные ионные и/или квантовые точки (например, с размером, составляющим приблизительно 5 нм).
Согласно одному варианту осуществления любую из указанных систем дополнительно описывают на примере разрешения при печати. Разрешение при печати представляет собой высокое разрешение, например, разрешение, которое не может быть достигнуто при помощи обычной струйной печати, известной из области техники, без осуществления существенных стадий предварительной обработки. Согласно одному варианту осуществления разрешение лучше чем 50 мкм или 20 мкм, лучше чем 10 мкм, лучше чем 5 мкм, лучше чем 1 мкм, составляет от приблизительно 5 нм до 10 мкм, от 100 нм до 10 мкм, от 300 нм до 5 мкм или от приблизительно 500 нм до приблизительно 10 мкм. Согласно одному варианту осуществления площадь отверстия и/или зазор выбирают для обеспечения разрешения, исчисляемого в нанометрах, включая разрешение, составляющее приблизительно 5 нм, для печати одиночных ионных и/или квантовых точек, характеризующихся размером при печати приблизительно 5 нм, например, размер отверстия менее 0,15 мкм2.
Разряженная область может характеризоваться поперечным разрешением, значение которого составляет менее 50 мкм.
Сопло изготовлено из любого материала, совместимого с раскрытыми в настоящем документе системами и способами. Например, сопло предпочтительно изготовлено из по существу непроводящего материала, чтобы электрическое поле было ограничено в области отверстия. Кроме того, выбор материала должен включать возможность формирования из указанного материала структуры в виде сопла, характеризующейся малым отверстием для впрыска. Согласно одному варианту осуществления сопло сужается в направлении отверстия для впрыска. Одним примером подходящего для изготовления сопла материала является микрокапиллярное стекло. Другой пример представляет собой проход в форме сопла, выполненный в твердой подложке, поверхность которого покрыта мембраной, например, на основе нитрида кремния или диоксида кремния.
Независимо от материала сопла необходимо средство для подачи электрического заряда к находящейся внутри сопла жидкости для печати, такой как жидкость в отверстии сопла или выходящая из него капля. Согласно одному варианту осуществления источник напряжения имеет электрический контакт с токопроводящим материалом, который, по меньшей мере, частично покрывает сопло. Токопроводящий материал может представлять собой токопроводящий металл, например, золото, который был нанесен методом напыления вокруг отверстия для впрыска. Альтернативно, проводник может представлять собой непроводящий материал, допированный проводником, такой как электропроводящий полимер (например, допированный металлом полимер) или проводящая пластмасса. Согласно другому аспекту подачу электрического заряда к жидкости для печати осуществляют при помощи электрода, характеризующегося наличием конца, который электрически связан с находящейся в сопле жидкостью для печати.
Как правило, может быть использована любая ионизируемая краска. Например, краска может быть изготовлена из содержащих металл наночастиц, растворенных в растворителе. Альтернативно, краска может содержать обычные частицы ЕА-тонера (тонера, созданного методом эмульсионной агрегации).
Элемент для формирования изображения может содержать подложку 32, необязательный блокирующий дырки слой 34, необязательный клеевой слой 36, генерирующий заряд слой 38, слой 40 переноса заряда и необязательный слой 42 защитного покрытия. Два примерных варианта осуществления элемента для формирования изображения представлены на фиг. 3 и фиг. 4.
Первым примерным вариантом осуществления элемента для формирования изображения, который может быть использован совместно с настоящим изобретением, является фоторецепторный барабан, представленный на фиг. 3. Подложка 32 поддерживает другие слои и представляет собой центральную часть барабана. Необязательный блокирующий дырки слой 34 может также быть нанесен на подложку совместно с необязательным клеевым слоем 36. Затем наносят генерирующий заряд слой 38 таким образом, чтобы он располагался между подложкой 32 и слоем 40 переноса заряда. В случае необходимости слой 42 защитного покрытия может быть нанесен на слой 40 переноса заряда. Таким образом, либо слой переноса заряда, либо слой защитного покрытия будет самым дальним от центра слоем элемента для формирования изображения и будет обеспечивать поверхность, на которую наносят проявитель и функциональный материал.
Другой примерный вариант осуществления фоторецепторного барабана согласно настоящему изобретению представлен на фиг. 4. Этот вариант осуществления подобен варианту осуществления, представленному на фиг. 3, за исключением обращенного расположения генерирующего заряд слоя 38 и слоя 40 переноса заряда. Как правило, генерирующий заряд слой, слой переноса заряда и другие слои могут быть нанесены в любом подходящем порядке с целью получения позитивно или негативно заряжаемых фоторецепторных барабанов.
Опора в виде подложки 32 обеспечивает опору для всех слоев элемента для формирования изображения. Она характеризуется формой жесткого барабана и диаметром, необходимым для применения, связанного с формированием изображений. Как правило, она выполнена из токопроводящего материала, такого как алюминий, медь, латунь, никель, цинк, хром, нержавеющая сталь, алюминий, полупрозрачный алюминий, сталь, кадмий, серебро, золото, цирконий, ниобий, тантал, ванадий, гафний, титан, никель, хром, вольфрам, молибден, индий, олово и оксиды металлов.
Необязательный блокирующий дырки слой 34 может быть нанесен на подложку 32 или покрытия. Может быть использован любой подходящий и обычный блокирующий слой, который может сформировать электронный барьер для дырок между смежными фотопроводящим слоем 38 и нижней токопроводящей поверхностью подложки 32.
Необязательный клеевой слой 36 может быть нанесен на блокирующий дырки слой 34. При этом может быть использован любой подходящий клеевой слой, хорошо известный из области техники. Типичные материалы клеевого слоя включают в себя, например, полиэфиры, полиуретаны и т.п. Удовлетворительные результаты могут быть достигнуты при использовании клеевого слоя, толщина которого составляет от приблизительно 0,05 микрометров (500 ангстрем) до приблизительно 0,3 микрометров (3000 ангстрем). Обычные технологии для нанесения смеси на основе клеевого слоя на блокирующий дырки слой включают в себя распыление, нанесение покрытия погружением, нанесение покрытий валиком, нанесение покрытия при помощи обмотанного проволокой стержня, нанесение покрытия с помощью гравированного цилиндра, нанесение покрытие аппликатором Bird и т.п. Сушка нанесенных покрытий может быть осуществлена при помощи любой подходящей стандартной технологии, такой как сушка в печи, сушка инфракрасным излучением, сушка воздухом и т.п.
Может быть использован любой подходящий генерирующий заряд слой 38, причем на указанный слой впоследствии может быть нанесен смежный слой переноса заряда. Как правило, генерирующий заряд слой содержит генерирующий заряд материал и пленкообразующий полимерный вяжущий материал. Генерирующие заряд материалы, такие как фталоцианин ванадила, не содержащий металла фталоцианин, перилен-бензимидазол, аморфный селен, тригональный селен, сплавы селена, такие как сплав теллур-селен, сплав селен-теллур-мышьяк, арсенид селена и т.п., а также их смеси, могут быть пригодными ввиду их чувствительности к белому свету. Фталоцианин ванадила, не содержащий металла фталоцианин и сплавы теллура также являются пригодными в виду того, что этим материалам присуще дополнительное преимущество, заключающееся в чувствительности к инфракрасному свету. Другие генерирующие заряд материалы включают хинакридоны, пигменты на основе дибромантантрона, перилен-бензимидазол, замещенные 2,4-диамино-триазины, многоядерные ароматические хиноны и т.п. Составы перилен-бензимидазола являются хорошо известными и раскрыты, например, в патенте США № 4,587,189, описание которого полностью ссылкой включается в настоящий документ. При необходимости могут быть использованы другие подходящие генерирующие заряд материалы, известные из области техники. Выбранные генерирующие заряд материалы должны быть чувствительны к активирующему излучению, характеризующемуся длиной волны, составляющей от приблизительно 600 до приблизительно 800 нм, на стадии оптического экспонирования по изображению в ходе получения изображения электрофотографическим способом для формирования скрытого электростатического изображения. Согласно особым вариантам осуществления генерирующий заряд материал представляет собой гидроксофталоцианин галлия (OHGaPC), хлорид-фталоцианин галлия (ClGаРс) или оксофталоцианин титана (TiOPC).
В качестве вяжущего в генерирующем заряд слое 38 может быть использован любой подходящий неактивный пленкообразующий полимерный материал, включая материалы, раскрытые, например, в патенте США №. 3,121,006, описание которого полностью ссылкой включается в настоящий документ. Типичные органические полимерные вяжущие включают термопластичные и термоотверждающиеся смолы, такие как поликарбонаты, полиэфиры, полиамиды, полиуретаны, полистиролы, полиарилэфиры, полиарилсульфоны, полибутадиены, полисульфоны, полиэфирсульфоны, полиэтилены, полипропилены, полиимиды, полиметилпентены, полифениленсульфиды, поливинилбутираль, поливинилацетат, полисилоксаны, полиакрилаты, поливинилацетали, полиамиды, полиимиды, аминовые смолы, смолы на основе фениленоксида, смолы на основе терефталевой кислоты, эпоксидные смолы, фенольные смолы, сополимеры полистирола и акрилонитрила, поливинилхлорида, сополимеры винилхлорида и винилацетата, сополимеры акрилата, алкидные смолы, пленкообразователи на основе целлюлозы, полиамидимид, сополимеры бутадиена и стирола, сополимеры винилхлорида и винилиденхлорида, сополимеры винилацетата и винилиденхлорида, стирол-алкидные смолы и т.п.
Генерирующий заряд материал может присутствовать в составе полимерного вяжущего в различных количествах. Как правило, от приблизительно 5 до приблизительно 90 масс.% генерирующего заряд материала диспергировано в от приблизительно 10 до приблизительно 95 масс.% полимерного вяжущего, и более конкретно от приблизительно 20 до приблизительно 70 масс.% генерирующего заряд материала диспергировано в от приблизительно 30 до приблизительно 80 масс.% полимерного вяжущего.
Толщина генерирующего заряд слоя, как правило, составляет от приблизительно 0,1 микрометра до приблизительно 5 микрометров, и более конкретно от приблизительно 0,3 микрометра до приблизительно 3 микрометров. Толщина генерирующего заряд слоя связана с содержанием вяжущего. При использовании составов с более высоким содержанием полимерного вяжущего, как правило, необходимо нанесение более толстых слоев для генерирования заряда. Значение толщины за пределами этих диапазонов может быть выбрано для того, чтобы обеспечить удовлетворительное генерирование заряда.
Согласно некоторым вариантам осуществления слой 40 переноса заряда может содержать от приблизительно 25 масс.% до приблизительно 60 масс.% вещества переноса заряда и от приблизительно 40 масс.% до приблизительно 75 масс.% электрически инертного полимера, причем оба диапазона приведены относительно общей массы слоя переноса заряда. В особых вариантах осуществления слой переноса заряда содержит от приблизительно 40 масс.% до приблизительно 50 масс.% вещества переноса заряда и от приблизительно 50 масс.% до приблизительно 60 масс.% электрически инертного полимера.
Альтернативно, слой переноса заряда может быть сформирован из переносящего заряд полимера. Может быть использован любой подходящий переносящий заряд полимерный материал, например, поли(N-винилкарбазол); поли(винилпирен); поли(винилтетрафен); поли(винилтетрацен) и/или поли(винилперилен).
Необязательно, слой переноса заряда может содержать материалы с целью улучшения сопротивления боковой миграции заряда (БМЗ), такие как антиоксиданты на основе пространственно затрудненных фенолов, например, такие как тетракис метилен(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксигидроциннамат)метан (IRGANOX® 1010, серийно выпускаемый компанией Ciba Specialty Chemical, г. Тарритаун, штат Нью-Йорк), бутилированный гидрокситолуол (ВНТ) и другие антиоксиданты на основе пространственно затрудненных фенолов, включая SUMILIZERTM BHT-R, MOP-S, ВВМ-S, WX-R, NW, ВР-76, ВР-101, GA-80, GM и GS (серийно выпускаемые компанией Sumitomo Chemical America, Inc., г. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк), IRGANOX® 1035, 1076, 1098, 1135, 1141, 1222, 1330, 1425WL, 1520L, 245, 259, 3114, 3790, 5057 и 565 (серийно выпускаемые компанией Ciba Specialties Chemicals, г. Тарритаун, штат Нью-Йорк), и ADEKA STABTM АО-20, АО-30, АО-40, АО-50, АО-60, АО-70, АO-80 и АО-330 (серийно выпускаемые компанией Oenka Co., Ltd.); антиоксиданты на основе пространственно затрудненных аминов, такие как SANOLTM LS-2626, LS-765, LS-770 и LS-744 (серийно выпускаемые компанией SANKYO CO., Ltd.), TINUVIN® 144 и 622LD (серийно выпускаемые компанией Ciba Specialties Chemicals, г. Тарритаун, штат Нью-Йорк), MARKTM LA57, LA67, LA62, LA68 и LA63 (серийно выпускаемые компанией Amfine Chemical Corporation, Аппер Садл Ривер, штат Нью-Йорк), и SUMIL1ZER® TPS (серийно выпускаемые компанией Sumitomo Chemical America, Inc., г. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк); антиоксиданты на основе тиоэфира, такие как SUMIL1ZER® TP-D (серийно выпускаемые компанией Sumitomo Chemical America, Inc., г. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк); антиоксиданты на основе солей ортофосфористой кислоты, такие как MARKTM 2112, РЕР-В, PEP-24G, РЕР-36, 329К и НР-10 (серийно выпускаемые компанией Amfine Chemical Corporation, Аппер Садл Ривер, штат Нью-Йорк); другие вещества, такие как бис(4-диэтиламино-2-метилфенил)фенилметан (BDETPM), бис-[2-метил-4-(N-2-гидроксиэтил-N-этил-аминофенил)]-фенилметан (DHTPM) и т.п. Слой переноса заряда может содержать антиоксидант в количестве от приблизительно 0 до приблизительно 20 масс.%, от приблизительно 1 до приблизительно 10 масс.% или от приблизительно 3 до приблизительно 8 масс.%, исходя из общей массы слоя переноса заряда.
Слой переноса заряда может рассматриваться в качестве диэлектрика в том смысле, что электростатический заряд, помещенный на слой переноса заряда, не проводится, чтобы формирование и удержание на нем скрытого электростатического изображения могло быть предотвращено. С другой стороны, слой переноса заряда может рассматриваться в качестве электрически «активного» в том смысле, что он допускает инжекцию дырок из слоя инжекции дырок через слой переноса заряда для обеспечения выборочного разряжения негативного поверхностного заряда на поверхности элемента для формирования изображения.
Как правило, толщина слоя переноса заряда составляет от приблизительно 10 до приблизительно 100 микрометров, включая от приблизительно 20 микрометров до приблизительно 60 микрометров. Как правило, отношение толщины слоя переноса заряда к толщине генерирующего заряд слоя составляет, согласно некоторым вариантам осуществления, от приблизительно 2:1 до 200:1 и согласно некоторым вариантам от приблизительно 2:1 до приблизительно 400:1. Согласно особым вариантам осуществления толщина слоя переноса заряда составляет от приблизительно 10 микрометров до приблизительно 40 микрометров.
Слой 42 защитного покрытия, в случае необходимости, может быть использован для обеспечения защиты поверхности элемента для формирования изображения, а также улучшенной устойчивости к истиранию. Слои защитного покрытия хорошо известны в области техники. Как правило, они выполняют функцию защиты слоя переноса заряда от механического износа и воздействия химических загрязнителей.
Далее настоящее изобретение будет дополнительно проиллюстрировано посредством приведенного ниже не ограничивающего рабочего примера, при этом следует понимать, что пример предназначен только для иллюстрации, а не ограничения настоящего раскрытия перечисленными в нем материалами, условиями, параметрами процесса и т.п.
Пример
Стабилизированную додециламином краску на основе наночастиц серебра приготовили посредством растворения наночастиц серебра в декалине (40 масс.%) и фильтрования при помощи насадки на шприц с размером отверстия 1 мкм.
Подготовили стеклянную микрокапиллярную трубку с внутренним диаметром сопла приблизительно 400 мкм и внешним диаметром приблизительно 600 мкм. После изготовления сопла токопроводящее покрытие нанесли как на внешнюю, так и на внутреннюю поверхности сопла для обеспечения смещения поверхностного потенциала сопла для того, чтобы обеспечить создание электрического поля, необходимого для электрогидродинамического впрыска.
На фиг. 5 представлено изображение экспериментальной установки. На фигуре отмечены емкость с краской, соединение для прикладывания тока смещения, сопло, поверхность фоторецептора и заряжающее устройство.
Краску на основе наночастиц серебра подают в микрокапиллярную трубку и аккуратно нагнетают из емкости к концу сопла. Микрокапиллярную трубку помещают на микро-стеллаж с небольшим наклоном, при этом конец сопла находится на расстоянии менее 1 мм от элемента для формирования изображения. Соединение для прикладывания тока смещения используют для смещения поверхностного потенциала в сопле.
При отсутствии нанесения зарядов на поверхность элемента для формирования изображения, краска не будет наноситься на указанную поверхность. Тем не менее, после прикладывания напряжения приблизительно 700 B к поверхности элемента для формирования изображения с использованием скоротрона, отмечают появление точек краски на поверхности элемента для формирования изображения. Точки краски характеризуются размером приблизительно 250 мкм, что значительно меньше диаметра сопла.
1. Устройство формирования изображения, содержащее:
элемент для формирования изображения, характеризующийся наличием сохраняющей заряд поверхности;
зарядный блок, предназначенный для прикладывания электростатического заряда к сохраняющей заряд поверхности для обеспечения заданного электрического потенциала;
осветительную установку, предназначенную для снятия электростатического заряда, находящегося на сохраняющей заряд поверхности, для формирования разряженной области;
проявляющий компонент, предназначенный для нанесения краски на сохраняющую заряд поверхность для формирования проявленного изображения; и
компонент для переноса, предназначенный для переноса проявленного изображения с сохраняющей заряд поверхности на другой элемент или подложку для копирования; и
блок напряжения смещения, предназначенный для регулировки электрического поля между проявляющим компонентом и поверхностью элемента для формирования изображения;
причем поверхность элемента для формирования изображения расположена на расстоянии от проявляющего компонента; и
проявляющий компонент содержит емкость, содержащую краску, и множество капиллярных отверстий, направленных к поверхности элемента для формирования изображения;
где электрод расположен возле капиллярных отверстий для обеспечения электрического заряда и формирования электрического поля между проявляющим компонентом и элементом для формирования изображения.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что множество капиллярных отверстий расположены на расстоянии, составляющем от приблизительно 10 мкм до приблизительно 200 мкм, от поверхности элемента для формирования изображения.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что разряженная область характеризуется поперечным разрешением менее 50 мкм.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что капиллярные отверстия характеризуется площадью в диапазоне от приблизительно 0,01 мкм2 до приблизительно 0,25 мм2.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что разрешение при печати лучше чем 50 мкм.
6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что разрешение при печати составляет от приблизительно 500 нм до приблизительно 500 мкм.
7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что зарядный блок взаимодействует с поверхностью элемента для формирования изображения.
8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что зарядный блок частично взаимодействует с поверхностью элемента для формирования изображения.
9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что зарядный блок не взаимодействует с поверхностью элемента для формирования изображения.
10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что значение напряженности электрического поля находится в диапазоне от приблизительно 5 кВ/мм до приблизительно 10 кВ/мм.
11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что заданный электрический потенциал находится в диапазоне от приблизительно 500 В до приблизительно 1 кВ.
12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок напряжения смещения одновременно обеспечивает постоянное и переменное напряжения.
13. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что поверхность элемента для формирования изображения характеризуется значением поверхностной энергии, которое ниже значения поверхностной энергии, присущего поверхности компонента для переноса.
14. Способ подачи краски к поверхности элемента для формирования изображения, включающий:
формирование скрытого электростатического изображения на поверхности элемента для формирования изображения; и
генерирование электрического поля между поверхностью элемента для формирования изображения и проявляющим компонентом;
при этом проявляющий компонент физически не взаимодействует с поверхностью элемента для формирования изображения; и
проявляющий компонент содержит емкость, содержащую краску, и множество капиллярных отверстий, причем при генерировании электрического поля происходит электрогидродинамическая подача краски к поверхности элемента для формирования изображения, и электрод расположен возле капиллярных отверстий для обеспечения электрического заряда и формирования электрического поля между проявляющим компонентом и поверхностью элемента для формирования изображения.
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что множество капиллярных отверстий расположены на расстоянии, составляющем от приблизительно 10 мкм до приблизительно 200 мкм, от поверхности элемента для формирования изображения.
16. Способ по п. 14, отличающийся тем, что капиллярные отверстия характеризуются площадью в диапазоне от приблизительно 0,01 мкм2 до приблизительно 0,25 мм2.
17. Способ по п. 14, отличающийся тем, что разрешение при печати лучше чем 50 мкм.
18. Способ по п. 14, отличающийся тем, что значение напряженности электрического поля находится в диапазоне от приблизительно 5 кВ/мм до приблизительно 10 кВ/мм.
19. Способ по п. 14, отличающийся тем, что скрытое электростатическое изображение формируют посредством равномерной зарядки поверхности элемента для формирования изображения при помощи зарядного элемента и выборочного рассеивания заряда, по меньшей мере, на части равномерно заряженной поверхности при помощи устройства для ввода изображения для того, чтобы сформировать скрытое электростатическое изображение.
20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что указанная часть характеризуется поперечным разрешением менее 50 мкм.
