成像元件的制作方法

专利名称：成像元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种成像元件，该元件包括一个可绕轴旋转并具有外壁表面的空心鼓体，多个沿圆周伸展、承载在安排于该鼓体外壁表面电绝缘层上的电极，一个包括给该电极提供电能的驱动电路的电子学控制单元，一个用于承载该驱动电路的承载结构，以及将各电极单个地与该电子学驱动单元电连接的接触装置。
背景技术：
从EP 0803 783 A1已经知道所宣称的该类型的一种成像元件。在所知的这种成像元件中，电子学控制单元包括一个印刷电路板，板上设置有驱动电路，并具有一种通向终端阵列的电导体图案。电子学控制单元的形状象一个拉长的物体，被设置在空心鼓体里面，使得在拉长体纵向边缘形成的终端阵列贴近鼓体的内壁表面。借助穿过空心鼓体壁的接触装置，各个通向终端阵列的导体被电连接到对应的一个电极上。
这种所知鼓体的问题在于其制造复杂。必须穿过鼓体壁来形成通孔，而且还必须用导电材料予以充填，才能使电子学控制单元与位于鼓体外表面的电极相接触。

发明内容
本发明寻求提供一种用于打印设备的成像元件，使这样的问题得到减轻。
按照本发明，电子学控制单元在上面提到的成像元件中被安排在鼓体的外壁表面上来达到这个目的。
和已知的成像元件相比，本成像元件的制造简单，且生产成本降低。特别是，把电极连接到驱动电路的方式实现起来要简单得多而且更加直接。
按照本发明的实施方案，用于容纳驱动电路的凹进部分形成在鼓体的外壁表面，驱动电路就固定在这种凹进部分里。在这个实施方案中，能够特别好地保护驱动电路免受外部的不利影响，比如温度变化以及打印过程中高的机械压力。
按照本发明另一个实施方案，接触装置包括多个从驱动电路向上伸展能够导电的凸起，这些凸起在基本平行鼓体轴的方向上具有的大小至少是电极间距的两倍。这个实施方案的优点在于不需要非常高的精确度来处理电极相对电子学控制单元的定位问题。
现在将参考下面本发明的几个实施方案示例来对本发明进行解释，并参考附图对本发明予以说明。这些实施方案用于说明本发明，而不应视作对它的限制。


图1是一种采用直接感应打印技术的打印设备示意图。
图2是按照本发明一个实施方案的成像元件示意图。
图3A是按照本发明第一实施方案的成像元件示意图(沿YY线横截面)。
图3B是按照本发明第二实施方案的成像元件示意图(沿YY线横截面)。
图4是按照本发明一个实施方案的成像元件示意图(沿XX线横截面)。
图5是按照本发明一个实施方案的成像元件示意图(顶视图)。
图6是按照本发明另一个实施方案的成像元件示意图。
图7A(顶视)，7B(横截面)，7C(顶视)，7D(横截面)是按照本发明一个实施方案的成像元件示意图。
具体实施例方式
图1是一个采用直接感应打印技术的打印设备示意图。
它包括一个与打印服务器4连接的打印引擎2，该打印服务器4被匹配通过连接电缆7向打印引擎2发送打印作业。所述打印服务器4还与网络N连接，该连接以电缆3的形式图解表示。N可以是一个能使许多登录客户机的用户向打印引擎2发送打印作业的局域网，或者代表因特网。打印服务器4接收来自客户机的打印作业，将它们转换为打印引擎2能够处理的一种格式，并确保与位于打印引擎2内的图像处理单元6协同，使得以打印作业发送的数字图像在图像配套设备上打印出来。
打印设备装备有自动文件馈送器8，用于向扫描单元10自动馈送放在该馈送器里的一张原件或一叠原件。扫描单元10被匹配对馈送给它的原件进行光学扫描，并借助比如CCD之类的光电传感器将光信息转换为图像的电信号。
打印设备还包括一个装备有显示屏和键盘的用户界面面板18。该用户界面面板与图像处理单元6和打印服务器4连接，并被匹配用来选择用户，设置排队参数，更改作业属性等等。
打印引擎包括许多成像元件16。各成像元件都包括一个转鼓，该鼓能够由合适的驱动装置(未示)驱动，以箭头方向A旋转。为了打印彩色图像，要采用多个成像元件，并给各所述元件提供一种如青、洋红、黄、红、蓝、绿或黑的特定颜色的上色剂，以便形成分色图像。每个成像元件16都装备有许多位于绝缘层下面提供电能的成像电极。这些电极相互处在给定的距离上，这个距离就决定了该打印系统的轴向分辨率，比如600dpi。还装备有磁滚14和显像单元15。并能向磁滚14提供能够导电并具有吸磁能力的色粉。通过向磁滚14施加预定的偏压，可为成像元件16的外表面均匀地敷涂上一层色粉。显像单元15的里面有一个软-铁刃位于两个磁铁之间，用以在间隙中产生磁场。为了使上色剂图像在成像元件16上显像，利用具有驱动电路给电极单个供电的电子学控制单元，使处在鼓外面圆周上的电极依据图像方式激活。在由间隙磁场界定的成像区域中，根据环形电极上的激活图案从成像元件16表面选出色粉。
这样就在各成像元件16的表面上形成了色粉图像，这是一种分色图像。然后通过与图像接收媒体，比如具有橡胶面的传送鼓12，的压力接触相继传送出各分色图像。如此就在所述橡胶表面上形成了色彩完全的图像，它可被传递，并可通过压力和温度的恰当组合被熔合在打印媒体(比如纸张)上。纸张可通过导轨26从任何一个纸托盘20向传送鼓传榆，然后被压在受热的传送鼓12和压滚28之间。该纸张然后再通过导轨24被传输到后熔合单元30，经过双重循环在其反面打印，或者直接在接收盘22中送出。
图2显示的是按照本发明一个实施方案的成像元件16。该成像元件16包括一个可绕轴AX旋转并具有外壁表面33的空心鼓体32。成像元件16装备有多个沿圆周伸展的电极34(比如34a，34b，34c，34d，34e)，它们承载在安排于该鼓体外壁表面33的电绝缘层上。电极位处紧靠绝缘层35的下面。还装备有一个电子学控制单元43，该单元具有一个用于给电极单个供电的驱动电路。电子学控制单元43安排在鼓体32外壁表面33的头部，并被承载电极的电绝缘层所覆盖。
图5示意性地表示按照本发明成像元件16的一个实施方案的顶视图。图4表示沿XX线成像元件的横截面。图3A表示成像元件第一实施方案沿YY线的横截面。图3B表示成像元件第二实施方案沿YY线的横截面。利用比如由环氧树脂做成的电绝缘层38将电极34与鼓体予以电绝缘。电子学控制单元43包括用来给电极单个供电的驱动电路44，各电极间相互是电绝缘的。驱动电路44承载在承载结构46的第一面上。该承载结构是一种比如由聚酰亚胺薄膜制成的软板，薄膜上沉积有一种电导体图案，用来提供给携带电信号的驱动电路。采用软板的优点是可紧随在它所垫靠的外壁表面33的那个部分。在图3A，3B，4和5所示的成像元件实施方案中，表示的是单个的承载结构，其长度伸展到基本相当于空心鼓体宽度L的范围。但是，也有可能利用多个软板，其中每一个承载驱动电路的一个部分。这种情况下，驱动电路各个部分之间的连接可利用集成电路引线接合来完成，不过电子组装工业中其它熟知的接触装置也能适用。
焊球42以及填充穿过绝缘层38的洞孔的导电材料36都可作为接触装置使各电极单个地电连接到电子学控制单元上。代替焊球，也可采用导电的环氧树脂小球，小铜球或者具有合适形状的导电凸起。
驱动电路44的各驱动器的各个输出被连接到一个置于该驱动电路上的焊球上。为了在驱动电路上获得所希望的焊球模式，可采用大家所熟知的结构技术，诸如丝网印刷，与电镀或溅射相结合的光刻技术或者类似方法。对于600dpi鼓，其中成像电极的间距为42.3μm，焊球的直径优选为120μm。一般来说，选择焊球(或导电小球或者类似的)直径d至少是电极在AX轴方向间距p的两倍(见图5)会大有好处。利用这样尺寸的焊球或导电小球，很容易实现所述焊球或小球之间的相互连接，即使有些电极没有准确位于其各自驱动器输出的上方。对此，特别对于电极34e，图4和图5有所说明。从而没有必要用高精确度来为电极相对电子学控制单元进行定位。
各电极经由一个通孔与相关驱动器的输出电连接，通孔穿过绝缘层38，孔内填有导电材料36，诸如金属材料，导电环氧树脂，焊料糊，导电聚合物或类似材料。通孔利用激光钻孔钻透绝缘层38来制作。然后用导电材料予以充填以形成接触装置36a，36b，36c和36d，以便分别将电极34a，34b，34c和34d与各相关驱动器连接，各驱动器配备一个焊球42以确保电接触。
图3A说明按照本发明成像元件的第一实施方案。该电子学控制单元固定在外壁表面33上，其整体被电绝缘层38所覆盖。
图3B说明按照本发明成像元件的第二实施方案。用于容纳驱动电路44的凹进部分44形成在鼓体的外壁表面33里。凹进部分的底面45在基本平行鼓体轴的方向上伸展，伸展的范围基本上和鼓32的宽度L对应。凹进部分40还有第一侧壁47和第二侧壁49，它们从鼓体轴基本沿径向伸展，第一和第二侧壁从鼓体轴在径向伸展所度量的高度基本相同。第一和第二侧壁的高度可在500μm-1000μm范围内。槽的形状很适合容纳一个电子学控制单元，该单元包括用于承载驱动电路的矩形单个承载结构。在没有凹进部分的外壁表面处测得绝缘层38的厚度可以比图3A所示实施方案的小。
借助，比如，把承载结构46的第二面粘合到凹进部分40的底面45上，可以把驱动电路44固定在凹进部分40里。优选地，承载结构46和底面45之间的黏连要使得在具有驱动电路44的电子学控制单元和鼓体32之间有良好的热接触。应用中，传送鼓12被加热，接着热量被转移到成像元件16的各个部分。电子学控制单元的温度升高。由于电子学控制单元和鼓体之间的热接触良好，热量被鼓体疏散开来，而鼓体被其空心洞中的循环气流所冷却。鼓体优选用金属材料，诸如铝，来制作，在其空心洞里还配备多个散热器。由于鼓体的空心洞内没有任何电子学部件，所以散热器的形状可随意选择。因而能够尽可能地优化它们的形状以便取得非常有效的冷却。和散热器设计必须考虑电子学控制单元存在的已知成像元件相比，由于本发明的冷却效率高，故而本发明的成像元件更为可靠，并能进行快速打印处理。从EP0803 783 A1的图9可知，其空心鼓体装备了许多拉长的开口，和它的成像元件相比，本发明的成像元件要结实耐用得多。由于本空心鼓体里没有开口，因而它能承载更高的外部机械压力，而被损坏的风险更低。此外，本发明成像元件在保护电子学控制单元方面要比已知的安排优越。由于电子学控制单元处在覆盖一层绝缘材料的鼓体外壁表面上，从而降低了由意外撞击造成损坏的风险。再有，已知成像元件的制造很是麻烦，因为必须用绝缘的粘合层把载有驱动电路的承载结构掩护在鼓体拉长的开口里。而采用本发明成像元件时，能够很容易地把承载结构固定在鼓体外壁上，在制造过程中鼓体保持是一个整体。
未被电子学控制单元占据的凹进部分容积空间可用一种电绝缘材料如环氧树脂予以充填。这种材料的优点是，可以选择它有一个合适的硬度，以便能耐受在应用中施加在成像元件外表面上的各种力。
如图5所示，接触装置36和焊球42可以在沿成像元件16轴AX方向上伸展的4行之内交错。在一行里焊球之间的间距近似等于电极之间的间距p的4倍。比如，在达到600dpi打印分辨率的成像元件中(即，电极间距等于42.33μm)，焊球间的间距近似等于196.33μm。这样交错安排的好处在于，焊球直径可以大于电极间距，比如是电极间距的2或3倍。从而有可能选择直径在120μm量级的焊球或导电小球，比起较小直径的焊球或导电小球，这增加了制作成像元件的容易程度。对此将在下文和图7A，7B，7C，7D中进行更详细地解释和说明。
图6是按照本发明另一个实施方案的成像元件示意图。其电子学控制单元包括多个用于承载驱动电路的承载结构。第一软板146承载该驱动电路的第一部分144，第二软板246承载该驱动电路的第二部分244。虽然图6只画出两个软板，但是所提供的是交错排列的板的总体，其安排要使得板的整体在轴向AX上伸展到与空心鼓32的宽度L大致相当的范围。驱动电路各个部分之间的连接可通过集成电路引线接合(未示)完成，使得所获得的电子学控制单元能够向各单个驱动器提供信号来驱动其相应的电极。
在制造过程中，应用光刻结构技术能够使焊球或导电小球142以高精确度定位于ASIC(专用集成电路)144，244上。然后将承载ASIC的板146，246固定在外壁表面33上。对于一个给定的ASIC，焊球之间的间距基本上是固定的，一旦带有ASIC的板被固定在鼓体的外壁表面33上，并且电极被处置后，焊球阵列和电极阵列之间的位移会是非常小的。因此，只要选择焊球(或导电小球)直径d至少两倍于电极间距p，就总会有一个电极正好位于一个焊球(或导电小球)的上方。在处置绝缘层38后，将该层加以结构以形成小槽，然后在槽中放置导电材料以制作电极134。在绝缘层38上产生结构之后，再穿过层38制作通孔，以便在各电极和各焊球或导电小球142之间形成相互连接136。图7A(顶视)和图7B(横截面)说明的是最有利的情况。电极134的槽几乎正好位于焊球142中部的上方。它与焊球142的互连在其最高点实现。图7C和图7D中说明的是有点不太有利的情况。在焊球142中部的正上方几乎没有电极槽。然而，仍然能够容易实现电极与这个焊球的互连。这种情况下，互连没有在该焊球的最高点实现。但无论如何，还是能以令人满意的方式获得电接触。不必采取特殊措施来对空心鼓在轴向AX外壁表面上承载ASIC的各个板进行定位。由于不要求高精确度，因而有利降低成本，使制造容易。由于焊球或导电小球的直径至少是电极间距的两倍，所以总有可能实现到电极的连接。在图7A，7B，7C和7D所表示的例子中，焊球的直径d被选择近似为电极间距p的3倍。
利用图6所示的安排，成像元件的制造成本显著比采用单个承载结构的情况低。由于实际制造方面的原因，要以高产额来生产长度近似等于成像元件宽度L的单个ASIC是非常困难的。而制造小尺寸的ASIC要容易得多，因为大量的小ASIC能够在一个晶片上制造。从而其产额可大大高于生产相对长的单个ASIC的产额。但是采用许多小的ASIC，在外壁表面上的布置要比单个结构的复杂。经验已经显示，一个ASIC相对另外一个的排列就成了一个关键问题。
为解决这个问题，载有ASIC 144的承载结构146以及载有ASIC244的承载结构246在空心鼓的轴向AX上被交搭放置。用这样交搭方式放置ASICs，会在电极和驱动器之间的互连中造成冗余。其结果是，冗余区里的许多电极被连接到两个各属不同ASIC的不同驱动器上。利用ASICs里的一些专用电路可对此进行测量，并通过切断两个驱动器输出中的一个来予以修正。各个电极134b，134c，134d，134e，和134f在实体上与两个焊球142连接，每个球分别属于被置有不同ASIC，ASIC144和ASIC244，的不同驱动器。只交搭一个电极就足够了。利用图6所示的安排，可大大减少相互连接的加工制造时间。通过相互连接，制造时间和相关成本甚至与打印分辨率独立无关。
权利要求
1.成像元件(16)，其包括一个可绕轴(AX)旋转并具有外壁表面(33)的空心鼓体(32)，多个沿圆周伸展、承载在安排于该鼓体外壁表面电绝缘层(38)上的电极(34)，一个包括用于为电极(34)供电的驱动电路(44)的电子学控制单元(43)，一个用于承载该驱动电路(44)的承载结构(46)，以及用于将各电极(34)单个地与电子学控制单元(43)电连接的接触装置(42，36)，该成像元件的特征在于，该电子学控制单元(43)被安排在鼓体(32)的外壁表面(33)上。
2.按照权利要求1的成像元件，用于容纳该驱动电路(44)的凹进部分(40)形成于所述空心鼓体(32)的外壁表面(33)，驱动电路(44)被固定于该凹进部分(40)里。
3.按照权利要求2的成像元件，该凹进部分(40)具有在基本平行鼓体轴(AX)方向上伸展的底面(45)，以及从鼓体轴(AX)基本沿径向伸展的第一侧壁(47)和第二侧壁(49)。
4.按照权利要求2或3的成像元件，未被该电子学控制单元(43)占据的凹进部分(40)的容积空间被一种电绝缘材料充填。
5.按照权利要求4的成像元件，该电绝缘材料是一种环氧树脂。
6.按照权利要求3、4或5的成像元件，该承载结构(46)的一个面被固定在凹进部分(40)的底面(45)上。
7.按照上述权利要求之一的成像元件，该接触装置包括多个从驱动电路(44)向上伸展可导电的凸起(42)，这些凸起在基本平行鼓体轴(AX)方向上具有的大小(d)至少是电极间距(p)的两倍。
8.按照权利要求7的成像元件，该接触装置进一步包括充填穿过绝缘层(38)的洞孔的导电材料(36)，以使电极(34)与导电凸起(42)接触。
9.按照上述权利要求之一的成像元件，该承载结构(46)是柔软的。
10.按照权利要求9的成像元件，该柔软的承载结构(46)是由聚酰亚胺制作的。
全文摘要
本发明涉及一种成像元件，该元件包括一个可绕轴旋转并具有外壁表面的空心鼓体，多个沿圆周伸展、承载在安排于该鼓体外壁表面电绝缘层上的电极，一个包括用于为该电极供电的驱动电路的电子学控制单元，一个用于承载该驱动电路的承载结构，以及用于将各电极单个地与电子学控制单元电连接的接触装置。该电子学控制单元被安排在该鼓体的外壁表面上。用于容纳该驱动电路的凹进部分可以在空心鼓体的外壁表面上形成，驱动电路就固定在该凹进部分里。
文档编号G03G15/00GK1892502SQ20061010004
公开日2007年1月10日 申请日期2006年6月27日 优先权日2005年6月27日
发明者C·范厄奎杰, N·H·W·拉默斯 申请人:奥西-技术有限公司