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Diese Erfindung betrifft Druckvorrichtungen zum Drucken von
schwarzen Farben durch Elektrophotographie und anderen Farben
durch Tintenstrahl, während eine ausgezeichnete
Paßgenauigkeit von Bildern erzielt wird, die durch beide Technologien
gedruckt werden.
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Elektrophotographie ist zur vorherrschenden Technologie zum
Drucken von Hochqualitäts-Schwarzweißbildern für
geringvolumige, kleinformatige Anwendungen, wie z. B. Tischdrucker,
geworden. Obwohl Farbversionen dieser Drucker hergestellt
werden, haben ihre Kosten eine weitverbreitete Verwendung
verhindert.
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Umgekehrt ist Tintenstrahl die vorherrschende Technologie zum
Farbdrucken bei denselben Anwendungen. Eine annehmbare
Bildqualität kann bei Maschinenkosten und Kosten pro Seite
erzielt werden, die ähnlich zu denjenigen sind, die von der
Elektrophotographie für Schwarzweißdrucken erzielt werden.
Jedoch sind die Bildqualität und -lebensdauer, die Kosten pro
Seite und die Druckgeschwindigkeit solcher
Tintenstrahldrucker denjenigen der elektrophotographischen
Schwarzweißdrucker unterlegen. Deshalb werden die beiden Technologien
gegenwärtig von denselben Benutzern, häufig mit zwei
separaten Maschinen in demselben Büro, für einzelne Anwendungen
abwechselnd verwendet.
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Das US-Patent Nr. 5,373,350 an Taylor et al. offenbart einen
kombinierten elektrophotographischen und Tintenstrahl-
Drucker, wie im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert. Der
Tintenstrahl-Druckkopf ist nach dem Übertragungselement
angeordnet.
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Das US-Patent Nr. 5,081,596 an Vincent et al. beschreibt
einen Drucker mit kombinierten Druckfunktionen, bestehend aus
einem nur schwarz druckenden elektrophotographischen Drucker,
dessen fertiger Ausstoß unter einen
Tintenstrahl-Farbdruckkopf zugeführt wird. Da die beiden Systeme vollständig
getrennt sind und das Medium, auf das gedruckt wird, durch das
Hochtemperaturschmelzen des elektrophotographischen Druckens
dieses Patents physikalisch und unvorhersehbar verändert
wird, kann das Tintenstrahlfarbbild nur ungefähr mit dem
zuvor gedruckten schwarzen Bild ausgerichtet werden. Während
es für eine Druckqualität vom Tintenstrahldrucken im
allgemeinen vorteilhaft ist, daß man auf warmen trockenen Papieren
druckt, verwenden weiter Schmelzeinrichtungen im allgemeinen
Siliconöl als Trennmittel, und dessen Rückstand vom
Schmelzverfahren kann die Netzbarkeit der Tintenstrahltinten
beeinträchtigen. Auch neigt Wärme aus dem Papier dazu, Tinte in
den Düsen eines Tintenstrahldruckers hart werden zu lassen,
wodurch der Tintenstrahldrucker funktionsuntüchtig gemacht
wird.
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Das US-Patent Nr. 5,321,467 an Tanaka et al. beschreibt einen
kombinierten Drucker, bei dem die Tintenstrahl-Druckeinheit
vor der elektrophotographischen Druckeinheit angeordnet ist.
Diese Anordnung zeigt ähnliche Bild-Paßgenauigkeitsprobleme,
insofern als das Wasser in der Tintenstrahltinte das Papier
um einen unvorhersagbaren Betrag anschwellen läßt. Dieses
Patent offenbart ohne nähere Ausführung das Konzept, die
Tintenstrahl-Druckeinheit zwischen der
elektrophotographischen Übertragungs- und der Schmelzstation anzubringen. Diese
Konfiguration wird als unpraktisch bezeichnet, weil: 1) die
verschiedenen Verfahrensgeschwindigkeiten ein Handhaben und
Speichern von Papier mit ungeschmolzenem Toner erfordern
würden, 2) die Tintenstrahltinte, die auf ungeschmolzenen
Toner auftrifft, das Tonerbild beeinträchtigen würde und
wegen 3) des Risikos, daß Toner die Tintenstrahldüsen
verstopft, welches sich aus der nahen Nachbarschaft des
Tintenstrahlkopfes zum ungeschmolzenen Toner auf dem Papier ergibt,
der den Tintenstrahlkopf berühren könnte, insbesondere
während außergewöhnlicher Ereignisse, wie z. B. Papierstaus.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein kombinierter
elektrophotographischer und Tintenstrahl-Drucker bereitgestellt,
umfassend ein Photoleiterelement und ein Übertragungselement,
die eine elektrophotographische Übertragungsstation zum
Übertragen von Toner von dem Photoleiterelement auf Papier
oder ein anderes Medium bilden, einen Tintenstrahl-Druckkopf,
der eine Druckstation für das Papier oder das andere Medium
bildet, und eine anschließend an die Übertragungsstation
angeordnete Fixierstation zum Fixieren von Tonerbildern auf
dem Papier oder dem anderen Medium, dadurch gekennzeichnet,
daß der Tintenstrahl-Druckkopf von dem Übertragungselement
getragen wird.
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Folglich weist gemäß dieser Erfindung die
Tintenstrahl-Druckstation das Papier oder andere Medium, das bedruckt werden
soll, auf und zwar getragen durch das Übertragungselement der
elektrophotographischen Übertragungsstation. Bei der
Übertragungsstation sind die Mediengröße und -lage miteinander
vereinbar, und die Paßgenauigkeit der Tintenstrahlbilder mit
dem Tonerbild kann sehr genau sein. Außerdem erfolgt ein
Vorschieben durch eine Übertragungsstation im allgemeinen
durch positive Vorschubwalzen und unter höchstens mäßigem
Biegen, so daß Papierstaus selten sind. Zusätzlich kann der
Druckkopf mit einem elektrischen Potential verbunden sein,
das Toner zurückstößt, da sich der Toner vom
elektrophotographischen Abbildungsvorgang noch auf einem signifikanten
Aufladungsniveau befindet.
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Folglich finden die Auftragung sowohl von Toner als auch von
Tinte auf einem Medium statt, dessen Position bekannt bleibt
und dessen Größe sich nicht eher ändert, bis sämtlicher Toner
und sämtliche Tinte aufgetragen sind. Keine weitere
Paßgenauigkeit ist erforderlich.
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Einige Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand von
Beispielen und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben.
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Fig. 1 veranschaulicht eine Ausführungsform mit einer
mäßig vergrößerten Übertragungswalze;
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Fig. 2 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform mit
einem Übertragungsband; und
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Fig. 3 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform mit
einer stark vergrößerten Übertragungswalze.
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In sämtlichen Figuren zeigen die Pfeile die Bewegungsrichtung
bei Normalbetrieb.
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In der Ausführungsform von Fig. 1 weist ein Drucker 1 eine
Übertragungswalze 3 in einem elektrophotographischen
Walzenübertragungs-Drucker auf, der standardmäßig ist, außer daß
die Walze 3 etwas vergrößert ist. Wie es beim
elektrophotographischen Drucken üblich ist, befindet sich die
Übertragungswalze 3 im Walzenspalt-Eingriff mit einer photoleitenden
Walze oder Trommel 5, wobei der Photoleiter 5 elektrisch
aufgeladenen Toner in Form eines ungeschmolzenen Bildes auf
seiner Oberfläche trägt und sich gegen den Uhrzeigersinn
dreht, wenn sich die Übertragungswalze mit im wesentlichen
derselben Oberflächengeschwindigkeit wie der Photoleiter im
Uhrzeigersinn dreht. Die Übertragungswalze 3 weist eine
elektrische Vorspannung auf, die ausreichend groß ist, um
Toner vom Photoleiter 5 anzuziehen.
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Papier oder ein anderes Medium 7 wird in den Spalt von
Photoleiter 5 und Übertragungswalze 3 bewegt, und das Tonerbild
wird auf das Papier 7 übertragen, wie es üblich ist. Gemäß
dieser Ausführungsform bleibt das Papier 7 nach einer solchen
Übertragung für eine ausreichende Winkeldrehung in Berührung
mit der Übertragungswalze 3, um zu ermöglichen, daß das
Papier 7 unter einem Tintenstrahl-Druckkopf 9 hindurchgeht.
Der Druckkopf 9 ist in dieser Ausführungsform ein
seitenbreiter Druckkopf, und die Verfahrensgeschwindigkeit, bei der das
Papier 7 um die Walze 3 bewegt wird, wird gewählt, so daß sie
mit der Druckgeschwindigkeit des Tintenstrahlkopfes
übereinstimmt, so daß kein Pufferspeicher des Papiers 7 erforderlich
ist.
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Das Drucken durch den Druckkopf 9 erfolgt im Farbspektrum,
oft, um Teile des schwarzen Bildes des
elektrophotographischen Toners hervorzuheben. Im Fall, daß eine Seite nur
schwarzweiß bedruckt wird, würde man den Tintenstrahlkopf 9
nicht verwenden, und das elektrophotographische
Druckverfahren kann mit einer höheren Geschwindigkeit vor sich gehen,
wenn verfügbar.
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Das Papier oder andere Medium 7 wird dann zwischen
Schmelzwalzen 11a und 11b vorgeschoben, wo hohe Temperaturen erzeugt
werden, die ausreichen, um die Harze im Toner zu schmelzen,
wie es üblich ist. Jedoch beschädigen solche Temperaturen den
Tintenstrahldruck nicht und können in der Tat vorteilhaft das
Trocknen beschleunigen. Eine Paßgenauigkeit wird gesichert,
dadurch daß das Tintenstrahldrucken vor Verlassen der
Übertragungswalze durchgeführt wird, wonach der Ort des
gedruckten Bildes durch die Schmelz- und anderen Betriebsumstände
unsicher gemacht wird.
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In der Ausführungsform von Fig. 2 ist die Übertragungswalze 3
von Fig. 1 durch ein Übertragungsband 20 ersetzt, um zu
ermöglichen, daß das Druckmedium 7 auf einem geradlinigen
nicht abgelenkten Weg seinen Weg fortsetzt, nachdem das
Tonerbild übertragen ist. Dies kann auch ein Erwärmen des
Übertragungsbandes 20 oder des Druckmediums 7 bei oder vor
dem Tintenstrahl-Druckkopf 24 erlauben, wie z. B. durch eine
Lampe 22. Solche Wärme kann nützlich sein, indem entweder
durch teilweises Schmelzen des Toners eine
Tonerbeeinträchtigung verhindert wird oder indem die
Tinte-Papier-Wechselwirkung für ein Trocknen und Setzen des Tintenstrahldrucks
verbessert wird. Schwerere Stapel von Papier 7 können in der
Ausführungsform von Fig. 2 aufgenommen werden, und ein
Erhöhen der Druckfläche in Bezug zur Fläche des Mediums 7 ist
möglich.
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In der Ausführungsform von Fig. 2 können
Tintenstrahl-Druckköpfe mit einer kleineren als der vollen Breite des Mediums 7
verwendet werden. Jedoch wird das Medium 7 mit einer
konstanten Geschwindigkeit bewegt, wie durch das
elektrophotographische Verfahren erforderlich. (Die meisten Tintenstrahldrucker
verwenden inkrementelle Bewegung, wodurch das Medium nach
jedem Weg des Druckkopfes intermittierend um einen Betrag
bewegt wird, der gleich der Druckhöhe des Druckkopfs ist.)
Zur Anpassung an das sich konstant bewegende Medium 7 wird
der Druckkopf entlang eines diagonalen Weges bewegt, so daß
sein Weg in Bezug zum sich bewegenden Medium geradlinig ist.
Alternativ könnte der Druckdurchgang senkrecht zum oder bei
irgendeinem willkürlichen Winkel in Bezug zum Medium 7
erfolgen, mit der notwendigen Datenverarbeitung, um eine korrekte
Bildausrichtung zu erzeugen, die als Teil des Verarbeitens
des Rasterbildes bestimmt wird. (Erzeugung eines Rasterbildes
für sowohl Elektrophotographie als auch Tintenstrahl erfolgt
durch einen Mikroprozessor (nicht gezeigt), wie es üblich
ist.)
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In der Ausführungsform von Fig. 3 ist das Druckmedium 7 durch
Greifer 32 und/oder elektrostatische Kräfte auf eine Weise an
einer Übertragungstrommel 30 angebracht, die ähnlich zu
derjenigen ist, die in einigen rein elektrophotographischen
Farbdruckern verwendet wird, um eine Paßgenauigkeit von
gesondert aufgetragenen Bildern zu verbessern. Die
Übertragungstrommel 30 ist groß genug, um den Übertragungsort bei
der Trommel 5 vom Tintenstrahl-Druckkopf 34 durch das längste
Papier zu trennen, das von der Maschine bedruckt werden kann.
Üblicherweise bedeutet dies, daß die Stelle der Trommel 5
gegenüber der Übertragungstrommel 30 mindestens 216 mm (8 1/2
Inch) um den Umfang der Trommel 30 herum vor der Stelle des
Druckkopfes 34 gegenüber der Übertragungstrommel 30 liegt.
Das elektrophotographische Übertragen und Tintenstrahldrucken
kann (muß aber nicht) während getrennter Zeitpunkte
stattfinden, so daß die Geschwindigkeit der
Übertragungswalzen-Trommel 30 für jeden Vorgang während einer einzigen Umdrehung der
Trommel 30 geändert werden kann. Beim Übertragungsvorgang
wird die Trommel 30 mit der vollen Nenngeschwindigkeit des
elektrophotographischen Verfahrens bewegt. Wenn das Papier 7
den Tintenstrahl-Druckkopf 34 erreicht, ist die
Geschwindigkeit verringert und, wenn gewünscht, nicht gleichförmig
sondern inkrementell, wenn das Tintenstrahldrucken mit
inkrementeller Bewegung arbeitet.
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Um zu verhindern, daß loser Toner Tintenstrahl-Druckerdüsen
verstopft, wird der Druckkopf, wie durch eine
Vorspannungsquelle eines elektrischen Potentials 40 gezeigt, elektrisch
auf ein Potential aufgeladen, das den Toner abstößt und ihn
dadurch von den Tintenstrahl-Druckerdüsen zurückstößt.
Eignungsprüfungen haben ausgezeichnete Druckergebnisse gezeigt,
einschließlich ausgezeichneter Ergebnisse, bei denen schwarze
Grenzen bis zu ihrem Rand mit Tinte gefüllt sind, mit
präziser Paßgenauigkeit und ohne ersichtliche Probleme beim
Drucken bei erhöhter Anforderung.
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Das vorstehende ist kompatibel mit beidseitigem Bedrucken des
Papiers (Duplexbetrieb) und Drucken auf Transparenzfolien,
die zum Tintenstrahldrucken geeignet sind (da solche
Transparenzfolien auch Tonerbilder akzeptieren). Da der
Tintenstrahldruck durch die Schmelzstufe hindurchgeht, können
Tinten formuliert werden, so daß sie unter Wärme härten,
wodurch eine neue Anpassungsfähigkeit für das Farbdrucken
geliefert wird.
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Insbesondere mit Bezug auf die Ausführungsform von Fig. 3
ist es deutlich, daß Bänder und Trommeln als
Übertragungselement im allgemeinen Alternativen bezüglich dieser Erfindung
sind.