JP2001505146A - トナー粒子の偏向を利用した直接静電プリント法（ｄｅｐ）及びその方法を達成するためのプリントヘッド構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 プリントヘッド構造及び方法は、トナー粒子供給源からの帯電トナー粒子の流れが１枚の紙のような画像担体上に向けられる、直接静電プリント法に用いられる。プリント電極の第１の組は、トナー粒子流が通って流れるアパチャーを囲んでいる。個々のアパチャーを通るトナー粒子の流れを制御するために、プリント電極に選択的に電圧が印加される。１組の偏向電極もアパチャーと関連づけられている。各アパチャーがトナー粒子を情報担体上の横方向の複数の位置に供給できるように、情報担体上へのトナー粒子の収束性を増し、且つ、情報担体上の所定のドット位置へのトナー粒子の軌道を制御するために、少なくとも１つの偏向電圧源からの偏向電圧が偏向電極に印加される。

Description

【発明の詳細な説明】 トナー粒子の偏向を利用した直接静電プリント法（ＤＥＰ） 及びその方法を達成するためのプリントヘッド構造発明の背景 発明の分野 本発明は、画像情報を定めるコンピュータが生成した信号のストリームが、帯 電したトナー粒子を画像の構成で情報担体上に直接付着させるのを選択的に制御 するための静電界のパターンに変換される、直接静電プリント法に関する。関連技術の記述 様々な静電プリント技術のうちで、最も馴染みがあつて広く用いられているの は、ローラーのような電荷保持面に形成された静電潜像が、画像を可視化するた めにトナー材料で現像され、続いてその画像が普通紙に転写される、ゼログラフ ィである。このプロセスは、可視像がまず中間の受光体上に形成され、それから 紙の表面に転写されるので、間接プロセスと呼ばれる。 静電プリント法の別の方法は、直接静電プリント法（direct electrostatic p rinting）、即ちＤＥＰとして知られるようになった方法である。この方法は、 可視像を形成するために帯電したトナー粒子が情報担体上に直接付着される点に おいて、前述のゼログラフィ法と異なる。一般にこの方法は、プリントヘッド構 造中の選択された開口部（アパチャー）をトナー粒子に通り抜けさせるためアド レス可能な電極で制御された静電界の使用を含む。画像を受容する基体にトナー 粒子を画像の構成で引き付けるために、個別の静電界が備えられる。 直接静電プリント法の新奇な特徴は、その、コンピュータが生成した信号から 基体上に直接に可視像を生成するための、電界画像形成とトナー移送とを同時に 行う（simultaneous field imaging）という簡便さであり、例えばレーザープリ ンタのような静電写真プリンタで要求されるように、その信号を中間的に光エネ ルギーのような別のエネルギー形態に変換する必要がない。 ラーソンに授与された米国特許第5,036,341号は、画像情報を定める電子信号 のストリームで開始する直接プリント法を開示している。背面電極の高い電位と トナーキャリヤの低い電位との間に均一な電界が発生される。その均一な電界は 、プリント領域に配置された２次元ワイヤメッシュアレイ中の選択可能ワイヤの 電位によって変調される。ワイヤメッシュアレイは、情報担体の幅に渡る平行な 制御ワイヤで構成されており、個々のワイヤは個別の電圧源に接続されている。 そのような装置の短所は、ワイヤメッシュアレイの作動中、個々のワイヤが隣接 するワイヤに印加された電位に感応することがあり、その結果、隣接するワイヤ 間の相互作用又はクロストークによる望ましくないプリントを生じ得ることであ る。 同じくラーソンに授与された米国特許第5,121,144号は、複数のアドレス可能 制御電極及びそれに接続された対応する電圧源から成る薄いシート状の素子で形 成された制御電極アレイを開示している。制御電極アレイは柔軟な絶縁材料で構 成されてもよく、材料にあるアパチャーが横列及び縦列に配列されて電極で囲ま れるように、プリント回路が重ねられてもよい。電極の後側の静電界は、粒子キ ャリヤの表面からトナー粒子を引き付け、背面電極に向かう粒子の流れを作り出 す。粒子の流れは、粒子キャリヤから対応するアパチャーを通るトナー粒子の移 送を許容又は制限する静電界を発生するために、選択された制御電極に電位を印 加する電圧源によって変調される。選択されたアパチャーを通過する、帯電粒子 の変調された流れは、粒子の流れの中に置かれた情報担体に突き当たり、線走査 プリントを提供し、それによって可視像を形成する。 制御電極は、情報担体の動きに対して垂直に延びる幾つかの横方向の列として 配列されている。制御電極は全て、粒子キャリヤからの全ての粒子の移送を防ぐ ために、最初はホワイト電位Ｖ_wとなっている。情報担体上の画像位置がアパチ ャーの下方を通ると、対応する制御電極がブラック電位Ｖ_bに設定され、トナー キャリヤからトナー粒子を引き寄せる静電界を発生する。アパチャーを通過した 帯電トナー粒子は、続いて情報担体上に所望の画像パターンの構成で付着される 。次に、トナー粒子画像は、トナー粒子を情報担体の表面に融着するために、熱 及び圧力を用いて永久的なものにされる。 全ての静電プリント法に共通するのは、トナー粒子がアパチャーの中心軸と一 致する実質的に直線の軌道に沿って移送され、実質的に直角に情報担体に突き当 たり、その結果、各アパチャーのアドレス可能領域が、情報担体上に所定の不変 範囲を有する単一“ドット（点）”に限定されることである。縦方向の、即ち情 報担体の動きに平行な長さ単位当たりにプリント可能なドット数は、プリント領 域を通る情報担体の速度を落とすことによって増加可能で、それによって、長さ 単位当たりにより多くのプリントシーケンスを実行できるようになる。 前述の方法の短所は、横方向の、即ち情報担体の動きに垂直な長さ単位当たり にプリント可能なドット数が、制御アレイ内に配列できるアパチャーの数によっ て厳密に制限されることである。 従来、横方向のプリントアドレス指定能力は、一般に、制御アレイに渡るアパ チャー及び関係する制御電極の数を増やすことによって改善されてきており、そ の結果製造コストがより高くなり、制御関数がより複雑になっていた。しかしな がら、アパチャーの数を増やすと、その結果アパチャーを互いにより近接して離 間しなければならず、それによって、制御電極が、関連するアパチャーに対して 作用するだけでなく、隣接する静電界の相互作用によって、全ての隣接するアパ チャーに実質的に影響することになる。この結果、プリント品質及び可読性の劣 化を生じる。 また、横方向のプリント解像度、即ち、情報担体に渡る横方向の長さ単位当た りにプリントできる識別可能ドット数を増やすためには、ドット幅の半分が重な ることなく互いに隣接して付着されるように十分に小さいドットを備えることが 重要である。例えば、１インチ当たり600ドット（600DPI）のプリント解像度を 得るには、隣接する２つのドットの重なり幅は1/600インチ、即ち約42ミクロン を越えない方がよく、画像構成上で識別可能になるような１つのドットのサイズ は60から80ミクロン台であり得る。 従来、ドットサイズは、アパチャーを通過するトナー粒子の量を減らすために 、対応するアパチャーを制御する静電界の振幅又はパルス幅を減らすことによっ て縮小されていた。しかしながら、これはドットのサイズに影響するだけでなく 、ドットの濃度及び均一性にまでかなりの影響を及ぼし得る。 従って、本出願人は、制御電極アレイのデザインに関係無く、ドットサイズを 縮小する一方で、横方向のプリントアドレス指定能力を強化することによって、 必要なアパチャー数を増やさずに、直接プリント法のプリント解像度を改善する 必要性を認識した。発明の概要 本発明は、改善された横方向のプリントアドレス指定能力、改善されたドット サイズ制御、及び、このようにしてより高いプリント解像度を有する、より高品 質な直接プリント法の要件を満たす。 本発明の第１の目的は、アパチャー並びに関連するプリント電極及びプリント 電圧源の数を増やすことなく、プリントアドレスの指定能力の増加を可能にする 、改良されたプリントヘッド構造の提供である。例えば、600DPIの横方向のプリ ントアドレス指定能力が、本発明に従って、横方向に１インチ当たり200個のア パチャーを有するプリントヘッド構造を用いて達成される。 本発明の別の目的は、より高いプリント解像度で識別可能なように十分に小さ いドットをプリントするための改良されたプリントヘッドの提供である。例えば 、60から80ミクロンの範囲のドットサイズが、本発明に従つて、120から150ミク ロン台の直径を有するアパチャーを用いて得られる。 それらの目的は、本発明に従って、粒子供給源（ソース）からプリントヘッド 構造の任意の選択されたアパチャーを通る粒子の流れが、幾つかの連続したプリ ントステップで制御信号及び偏向信号によって変調されることにおいて、達成さ れる。画像情報に従った制御に応答して、アパチャーを通る粒子の流れを選択的 に許容又は制限する静電界を発生するために、アパチャーを囲むプリント電極に 制御信号が供給される。トナー粒子の流れの収束及び移送軌道に作用するために 、偏向電極に偏向信号が供給される。偏向信号間の振幅の差が、静電界構成の対 称性を変調し、それによって、トナー粒子の流れの移送軌道を情報担体上の所定 のドット位置に向けて偏向する。偏向信号は、トナーの移送を所定のドット位置 に集束させるために、トナー粒子の流れに収束力を加えるように設定される（di mensioned）。従って、各プリントシーケンス中、アパチャーを通る静電界構成 の対称性と収束とにシーケンシャルに作用することによって、同一のアパチャー を通して幾つかのドット位置をアドレスでき、それによってプリントされる各ド ットの位置を変え、ドットサイズを縮小する。 本発明の好ましい実施の形態に従ったプリントヘッド構造は、２組の偏向電極 と、偏向電極の各組に接続された少なくとも１つの偏向電圧源とを有する。偏向 電極の第１の組上への第１偏向信号Ｄ１と、偏向電極の第２の組上への第２偏向 信号Ｄ２との間で、電位差が生じる。Ｄ１及びＤ２の振幅は、情報担体に向かう トナー粒子の流れの収束に作用するように選択され、一方、Ｄ１及びＤ２の差は 、情報担体に向かうトナー粒子の流れの移送軌道に作用するように選択される。 本発明の上記及び別の目的、特徴、及び長所は、本発明の好ましい実施の形態 が説明的な例として示されている添付の図面と共に読まれた際に、以下の記述か ら一層明白となろう。図面の簡単な説明 図１は、粒子供給源から情報担体への粒子の流れを制御するために本発明に従 ったプリントヘッド構造を用いた画像記録装置のプリント領域の模式的な横断面 図である。 図２は、プリント領域の拡大部分正面図である。 図３は、本発明の好ましい実施の形態に従ったプリントヘッド構造の頂面の部 分平面図である。 図４は、本発明の好ましい実施の形態に従ったプリントヘッド構造の底面の部 分平面図である。 図５は、４つのアパチャー並びにそれらに関連したプリント電極及び偏向電極 を重なり合った状態で示す、プリントヘッド構造の拡大図である。 図６は、図５の切断線Ｉ−Ｉで切ったプリントヘッド構造の断面図である。 図７は、隣接する３つのアパチャーを通して９つのドットで形成された横線が プリントされる、本発明に従ったプリント方法を示す図である。 図８a及び図８bは、単一のアパチャーを通して３つのドットがプリントされる 、３つの連続ステップを含むプリントシーケンス中の制御関数の例を示す図であ る。 図９aは、従来の技術に従ったプリントヘッド構造のアパチャー及び関連する 電界構成を示す断面図である。 図９bは、本発明に従ったプリントヘッド構造のアパチャー及び関連する収束 電界を示す断面図である。 図９cは、本発明に従ったプリントヘッド構造のアパチャー並びに関連する収 束及び偏向電界を示す断面図である。 図１０は、各アパチャーに４つの偏向電極が設けられた、別の実施の形態のプ リントヘッド構造の、６つのアパチャー並びにそれらに関連したプリント電極及 び偏向電極を重なり合った状態で示す拡大図である。 図１１は、交互するプリントシーケンスが逆順で実行される、図１０の実施の 形態のプリントシーケンス中の制御関数を示す図である。 図１２は、図１０の実施の形態によって、図１１に示した制御関数によって制 御される際に、２つの連続したプリントシーケンス中にアドレスされるドット位 置を示す図である。好ましい実施の形態の詳細説明 図１及び図２に模式的に示されるように、画像記録装置内のプリント領域は、 粒子供給源１０と背面電極１３との間で帯電トナー粒子１７を移送するために粒 子供給源１０と背面電極１３との間に発生された電界と、帯電トナー粒子１７の 移送を変調するために電界の中に配置されたプリントヘッド構造１と、移送され た粒子１７が画像の構成で付着される情報担体１１とで構成されている。 一般に、画像記録装置は、それぞれがトナー粒子１７の特定の色に対応した幾 つかのプリント領域を含む。そして、情報担体１１は、カラーの画像構成を形成 するために情報担体１１上に異なる色のドットが重ねられる異なるプリント領域 を、単一パスで連続して通過するように給紙される。 本発明の好ましい実施の形態に従うと、プリントヘッド構造１は、好ましくは 、回転する円筒形スリーブ又はトナーの供給に適した他の任意の装置のような粒 子供給源１０と、所定の一定の給紙速度Ｖ_p（矢印１２）でプリント領域を通っ て移動される、１枚の未処理の普通紙又は直接プリント法に適した他の任意の媒 体のような情報担体１１との間に配置される。 図３及び図４から一層明らかなように、プリントヘッド構造１は、好ましくは ポリイミド等のような非硬質な柔軟材料で形成された、誘電特性及び十分な柔軟 性を有する絶縁性基体層２を含む。基体層２は、粒子供給源１０に面した頂面 （図３）と、情報担体１１に面した底面（図４）と、粒子供給源１０から情報担 体１１に向かうトナーの移送を可能にするために基体層２の全長に渡って配列さ れた複数のアパチャー３とを有する。図２及び図７では、図中でアパチャー３が 並ぶように、基体層２の頂面を、基体層２を通して粒子供給源１０に向かって見 ていることに注意されたい。基体層２を頂面に対而して見ると、アパチャー３の 位置は水平中心線について鏡像となることを理解されたい。第１のプリント回路 は基体層２の頂面に配列され、個々のプリント電極が基体層２の対応するアパチ ャー３に関連して配置されている複数のプリント電極４を有する。可変電圧源６ ば、画像情報に従って制御信号V_printを供給するために、導電部５を介してプリ ント電極４に接続されている。第２のプリント回路は基体層２の底面に配列され 、少なくとも１組の偏向電極７を有する。少なくとも１つの偏向電圧源９a及び ９bは、所定のシーケンスで偏向信号Ｄ１及びＤ２を供給するために、偏向電極 ７の各組に接続されている。 プリントヘッド構造は、本発明の範囲を逸脱することなく様々なデザインをと り得るものであるが、以下に、図３、４、５、及び６を参照して好ましい実施の 形態を述べる。 アパチャー３は、好ましくは、平行な横列８及び縦列に並べられ、平行な横列 ８は、プリント領域の幅に渡って横方向に、好ましくは情報担体１１の給紙動作 １２に対して直角に延在し、縦列は情報担体１１の給紙動作１２に対して適切な 角度で並べられ、情報担体１１の給紙動作１２を横切る方向の線に渡る全てのポ イントにアドレス可能な領域を備えることにより、情報担体を完全に覆うことを 確実にしている。 図５及び図６から一層明らかなように、アパチャー３は、好ましくは、基体層 ２に対して垂直に延びる中心軸３１を持つ円形部を有する。各プリント電極４は 、好ましくは、アパチャー３の中心軸３１と一致する対称軸と、アパチャーの直 径と等しいか又はそれより若干大きい内径とを有する、対応するアパチャー３の 周辺部を囲む環状部を有する。 各アパチャー３は、アパチャー３の周辺部の第１及び第２のセグメントを個別 に囲んで離間された第１及び第２の偏向電極７１及び７２に関係づけられている 。 偏向電極７１及び７２は、好ましくは半円形又は三日月形であり、偏向電極７１ 及び７２が個別に対応するアパチャー３の円周の第１の半分及び第２の半分の実 質的な境界をなすように、情報担体の給紙動作１２に対して所定の偏向角度θで 、円形アパチャー３を横切って直径方向に延びる偏向軸３２の各側に対称に配置 される。 第１及び第２の偏向電極７１及び７２は全て、第１の偏向電圧源９a及び第２ の偏向電圧源９bに個別に接続されている。偏向電圧源９a及び９bは、各アパチ ャーがＤ１及びＤ２の重ね合せ（superposition）にさらされるように、第１の 組及び第２の組の偏向電極７１及び７２に個別に偏向信号Ｄ１及びＤ２を供給す る。 偏向電極７１及び７２の各対は、Ｄ１及びＤ２が同じ振幅を有する時に電界構 成がアパチャー３の中心軸３１に対して実質的に対称なままであるように、対応 するアパチャー３の中心軸３１に対して対称に配置されている。 図５及び図６に示されるように、プリントヘッド構造１は、好ましくは基体層 ２の頂面に第１のプリント回路の一部として配置された、少なくとも１つのガー ド層１５を更に含む。ガード層１５はプリント電極４の間に延びており、プリン ト電極４を互いから電気的にシールドすることにより隣接する制御電界間の相互 作用を防止する保護電位（guard potential）に設定される。図６から明らかな ように、プリントヘッド構造は、好ましくは、パリレン等のような絶縁材料の薄 い保護層内に埋め込まれ、基体層の両面及び各アパチャーの内壁を少なくとも部 分的に覆うように、両方のプリント回路上に配置されている。保護層は、対応す るプリント電極及び偏向電極によってアパチャー内に発生した電界間の相互作用 を著しく削減する。 第２の回路は、アパチャー付近の望ましくないトナーの塊状集積による偶発的 な電荷の蓄積を除去するために、スパッタリングや他の任意の適切な方法で保護 層上に配置された、酸化ケイ素、二酸化ケイ素等のような半導体材料の層（図示 せず）を更に含む。 本発明は、前述のプリントヘッド構造によって実行されるプリント方法にも関 する。 粒子供給源１０に位置する帯電トナー粒子に吸引電気力を与えるために、背面 電極１３のバックグラウンド電位V_BEと粒子供給源１０の電位（好ましくは０V） との間に実質的に均一な電界を発生する。 情報担体１１上の画像位置がアパチャー３の横列８の下方を通過すると、画像 情報に従ってトナー粒子１７の流れを変調するために吸引電気力に作用するプリ ントシーケンスが実行される。 各プリントシーケンスは幾つかのステップを含み、各ステップ中、選択された 任意のアパチャーを通る粒子の流れが、対応するプリント電極及び偏向電極によ って制御される。 各ステップ中、対応するアパチャーの周囲に静電界を発生するために、各プリ ント電極４に制御信号V_print、が供給される。 制御信号V_print、は、粒子供給源から実際のアパチャーを通るトナー粒子の移 送を個別に許容または制限するように、所定の閾値より高く又は低くなるように 選択された振幅を有する。振幅は、全トナーの移送を防ぐホワイト電位V_wと最高 濃度のドットに対応するブラック電位V_bとの間の任意のレベルを有してよい。制 御信号V_print、は、アパチャーの通過を意図されたトナー粒子量の関数として選 択されたパルス幅を有する。パルス幅は０とt_bとの間の任意の値を有してよい。 制御信号パルスV_printには全て期間t_wが続き、その間、粒子供給源に新たなト ナー粒子が補給される。 各ステップ中、偏向信号Ｄ１が第１組の偏向電極７１に供給され、且つ、偏向 信号Ｄ２が第２組の偏向電極７２に供給され、偏向電極の両方の組の間に電位差 を生じる。その電位差は、−Ｄが反対方向の最大偏向に対応する、−ＤからＤの 範囲内の任意の値を有してよい。電位差のレベルは全てトナー粒子の特定の移送 軌道に対応している。 偏向信号Ｄ１及びＤ２はトナー粒子に反発力を加え、粒子の流れを所定の移送 軌道に向かって収束させる。偏向電極７１及び７２を、対応するアパチャー３の 中心軸３１に対して対称に配置することによって、Ｄ１＝Ｄ２である限り電界構 成は実質的に対称であり続ける。 各ステップ中、偏向信号Ｄ１及びＤ２は、粒子の流れに収束力を加える偏向電 界を発生する。それらの収束力は、流れを所定のドット位置に集束させる。ドッ ト位置は、Ｄ１＝Ｄ２である時だけアパチャー３の中心軸３１と一致する。不均 衡Ｄ１≠Ｄ２を生じることによって偏向されたドットが得られ、それによって電 界構成の対称性が変調される。 例えば、図７に示されるように、アパチャーＡ、Ｂ、Ｃを用いて、９つのドッ トが、連続した横方向の線としてプリントされる。プリントシーケンスは３つの 連続したステップt1、t2、t3を有する。第１ステップt1の間は、電界の対称性は 粒子の流れを初期軌道から第１の方向に向けて偏向するように変調され、一方、 静電界の収束はそのr1の方向に増加され、粒子の流れを第１のドット位置に集束 させる。第２ステップt2の間は、電界の対称性は変更されず、一方、収束性はア パチャー３の中心軸３１に向けて増加され、粒子の流れを第２の中心ドット位置 に集束させる。第３ステップt3の間は、電界の対称性は粒子の流れを初期軌道か らr1とは反対のr2の方向に偏向するように変調され、一方、静電界の収束性はr2 のあたりで増加され、粒子の流れを第３のドット位置に集束させる。 従って、各プリントシーケンスの間、各単一アパチャーを通して３個の集束し たドットをプリントできる。例えば、連続ステップ中に電界構成の適切な収束及 び対称性の変化を得るために偏向信号を変調することによって、１インチ当たり 200個のアパチャーを用いて600DPIのプリント解像度の要求を満足するように、 ドットのサイズ及びドットの偏向を調整できる。 図７に示されるように、ドット位置がアパチャーの第１の横列８aの下方を通 過すると、第１のプリントシーケンスが実行され、アパチャーＡ及びＣを通して ドットがプリントされる。そして、ドット位置がアパチャーの第２の横列８bに 到達すると、同様に、第２のプリントシーケンスが実行され、アパチャーＢを通 してドットがプリントされる。 図８aは、制御信号V_print並びに偏向信号Ｄ１及びＤ２を、３つの横方向のド ットがプリントされるプリントシーケンスＴの間の時間の関数として示す線図で ある。 図８bは、制御関数の別の例で、制御信号V_print、並びに偏向信号Ｄ１及びＤ ２を、３つの横方向のドットがプリントされるプリントシーケンスＴの間の時間 の 関数として示す線図である。 第１ステップt1の間、偏向信号Ｄ１及びＤ２は、情報担体１１の給紙動作１２ に対して傾いた第１の所定の方向r1にドットを偏向するように設定される。 第２ステップt2の間、偏向信号Ｄ１及びＤ２は同じレベルを有し、それによっ てドットは偏向されない。 第３ステップt3の間、r1とは反対のr2の方向の偏向を得るために、Ｄ１とＤ２ との関係は逆転される。 各ステップは、両方の偏向信号Ｄ１及びＤ２の間の所定の関係によって特徴づ けられる。図８に示されている例では、偏向電圧源は、t1の間はＤ１＞Ｄ２、t2 の間はＤ１＝Ｄ２、t3の間はＤ１＜Ｄ２となるように作動される。 図９aは、トナー粒子の流れがプリント電極４によってのみ制御されている、 従来技術に従ったプリントヘッド構造を示している。等電位線は電界構成を示す 。電界構成はアパチャー３の中心軸３１に対して実質的に対称であり、トナー粒 子の流れはいかなる収束力も受けず、その結果、散らばって集束していないドッ トを生じる。 それと比較して、図９bは、トナー粒子の流れがプリント電極４、並びに、同 じ電位（Ｄ１＝Ｄ２）に設定された偏向電極７１及び７２によって制御されてい る、本発明に従ったプリントヘッド構造を示している。電界構成は対称性を保存 し、トナー粒子の流れをアパチャー３の中心軸３１に向けて集束させるために偏 向電極７１及び７２によって収束電界が発生され、その結果、偏向されていない 集束したドットを生じる。 図９cは、トナー粒子の流れがプリント電極４、並びに、異なる電位（Ｄ１≠ Ｄ２）に設定された偏向電極７１及び７２によって制御されている、本発明に従 ったプリントヘッド構造を示している。その場合、トナー粒子の流れは収束電界 及び偏向電界の両方にさらされる。偏向電界はトナー粒子の流れの移送軌道３５ を決定し、収束電界は流れを決定された移送軌道３５に向かって集束させる。 前述の方法に従い、200DPIのプリントヘッド構造で３ステップのシーケンスを 実行することによって、600DPIのプリント解像度が容易に得られる。200DPIのプ リントヘッド構造は、好ましくは、１インチ当たり100個のアパチャーを有 する２つの平行な横列を有し、そのことは、横列の２つの隣接するアパチャーの 中心軸間の距離が0.01インチであることを意味する。概ね120から150ミクロン台 の直径を有するアパチャーを用いて、60から80ミクロンの範囲のドットが得られ る。その場合、偏向長さ、即ち、対応するアパチャーの中心軸に対する偏向され たドットの変位は、好ましくは1/600インチ、即ち約42ミクロンである。 偏向角度θは、横に並んだドットを与えるためにステップ中の情報担体の動き を補償するように選択される。このように、偏向角度はプリントシーケンス中に 実行されるステップ数に左右される。偏向角度は、Nがプリントシーケンス中に 実行されるステップ数とすると、tanθ=1/Nの関係によって定められる。上述の ３ステップのシーケンスの場合には、偏向角度はこのように好ましく選択されて 約18.4°であり、一方、２ステップしか実行されない場合は、偏向角度は約45° である。しかしながら、本発明は、特定のステップ数及び偏向電極の特定のデザ インに限定されるものではなく、前述の実施の形態は単に説明的な例として述べ られている。 本発明は、偏向電極の２つの異なる組に限定されるものでもない。ある適用例 では、アパチャーの周囲に２つより多くの偏向電極を用いるのが便利かもしれな い。例えば、１回おきのプリントシーケンスを逆転して、偏向方向r1及びr2の両 者を交替することによって、偏向電界をより均一にできることが観察されている 。上述のように同一の連続した列に横に３つ並んだドット（r1、中心、r2）を与 える代わりに、r1、中心、r2−r2、中心、r1を得るために連続した列を逆転でき る。これによって、偏向電界を２つの反対の方向間でシフトしなくてよく、その 結果、一定した均一なステップ遷移を得る。図１０にはそのような実施の形態が 示されている。プリントヘッド構造は、各偏向電極がアパチャー３の周辺部のセ グメントの境界をなすように各アパチャー３の周囲に離間された、４つの偏向電 極７３、７４、７５、及び７６を備えている。同じ様に配置された全ての偏向電 極が、対応する偏向信号（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）に接続されている。対称に 配置された偏向電極の２つの対の間に偏向電界が発生される。図１１は、Ｄ１、 Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を連続したプリントシーケンス中の時間の関数とした、制御関 数を示している。例えば、１回おきのプリントシーケンスは以下の順の３ス テップで実行され、 t1の間はD1=D2>D3=D4 t2の間はD1=D2=D3=D4、及び t3の間はD1=D2<D3=D4 そして残りのプリントシーケンスは逆順で実行される。 t1の間はD1=D4>D2=D3 t2の間はD1=D2=D3=D4、及び t3の間はD1=D4<D2=D3 従って、２つの連続したプリントシーケンス中にアドレスされるドット位置は 、図１２に示されるように、[r1、中心、r2、r3、中心、r4]の連続した列で変え られる。ここでr2=-r1、r4=-r3であり、r1とr3は情報担体１１の移動方向１２に 対して逆位置である、 上述から、添付の請求の範囲に定義された本発明の範囲を逸脱することなく、 多数の変更及び修正を実施し得ることが認識されよう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年１１月２０日（１９９８．１１．２０） 【補正内容】 ドット幅の半分が重なることなく互いに隣接して付着されるように十分に小さい ドットを備えることが重要である。例えば、１インチ当たり600ドット（600DPI ）のプリント解像度を得るには、隣接する２つのドットの重なり幅は1/600イン チ、即ち約42ミクロンを越えない方がよく、画像構成上で識別可能になるような １つのドットのサイズは60から80ミクロン台であり得る。 従来、ドットサイズは、アパチャーを通過するトナー粒子の量を減らすために 、対応するアパチャーを制御する静電界の振幅又はパルス幅を減らすことによっ て縮小されていた。しかしながら、これはドットのサイズに影響するだけでなく 、ドットの濃度及び均一性にまでかなりの影響を及ぼし得る。EP-A-0463743号は 、各トナー通過ホール内に電界を形成するようにトナー通過ホールのボードに渡 って配置された１対の電極を有する画像形成装置を提供している。 従って、本出願人は、制御電極アレイのデザインに関係無く、ドットサイズを 縮小する一方で、横方向のプリントアドレス指定能力を強化することによって、 必要なアパチャー数を増やさずに、直接プリント法のプリント解像度を改善する 必要性を認識した。発明の概要 本発明は、改善された横方向のプリントアドレス指定能力、改善されたドット サイズ制御、及び、このようにしてより高いプリント解像度を有する、より高品 質な直接プリント法の要件を満たす。 本発明の第１の目的は、アパチャー並びに関連するプリント電極及びプリント 電圧源の数を増やすことなく、プリントアドレスの指定能力の増加を可能にする 、改良されたプリントヘッド構造の提供である。例えば、600DPIの横方向のプリ ントアドレス指定能力が、本発明に従って、横方向に25.4mm（１インチ）当たり 200個のアパチャーを有するプリントヘッド構造を用いて達成される。 本発明の別の目的は、より高いプリント解像度で識別可能なように十分に小さ いドットをプリントするための改良されたプリントヘッドの提供である。例えば 、60から80ミクロンの範囲のドットサイズが、本発明に従って、120から150ミク ロン台の直径を有するアパチャーを用いて得られる。 それらの目的は、本発明に従って、粒子供給源（ソース）からプリントヘッド 構造の任意の選択されたアパチャーを通る粒子の流れが、幾つかの連続したプリ ントステップで制御信号及び偏向信号によって変調されることにおいて、達成さ れる。 粒子の流れを第２の中心ドット位置に集束させる。第３ステップt3の間は、電界 の対称性は粒子の流れを初期軌道からr1とは反対のr2の方向に偏向するように変 調され、一方、静電界の収束性はr2のあたりで増加され、粒子の流れを第３のド ット位置に集束させる。 従って、各プリントシーケンスの間、各単一アパチャーを通して３個の集束し たドットをプリントできる。例えば、連続ステップ中に電界構成の適切な収束及 び対称性の変化を得るために偏向信号を変調することによって、25.4mm（１イン チ）当たり200個のアパチャーを用いて600DPIのプリント解像度の要求を満足す るように、ドットのサイズ及びドットの偏向を調整できる。 図７に示されるように、ドット位置がアパチャーの第１の横列８aの下方を通 過すると、第１のプリントシーケンスが実行され、アパチャーＡ及びＣを通して ドットがプリントされる。そして、ドット位置がアパチャーの第２の横列８ｂに 到達すると、同様に、第２のプリントシーケンスが実行され、アパチャーＢを通 してドットがプリントされる。 図８aは、制御信号V_print並びに偏向信号Ｄ１及びＤ２を、３つの横方向のド ットがプリントされるプリントシーケンスＴの間の時間の関数として示す線図で ある。 図８bは、制御関数の別の例で、制御信号V_print並びに偏向信号Ｄ１及びＤ２ を、３つの横方向のドットがプリントされるプリントシーケンスＴの間の時間の 関数として示す線図である。 第１ステップt1の間、偏向信号Ｄ１及びＤ２は、情報担体１１の給紙動作１２ に対して傾いた第１の所定の方向r1にドットを偏向するように設定される。 第２ステップt2の間、偏向信号Ｄ１及びＤ２は同じレベルを有し、それによっ てドットは偏向されない。 第３ステップt3の間、r1とは反対のr2の方向の偏向を得るために、Ｄ１とＤ２ との関係は逆転される。 各ステップは、両方の偏向信号Ｄ１及びＤ２の間の所定の関係によって特徴づ けられる。図８に示されている例では、偏向電圧源は、t1の間はＤ１＞Ｄ２、t2 の間はＤ１＝Ｄ２、t3の間はＤ１＜Ｄ２となるように作動される。 図９aは、トナー粒子の流れがプリント電極４によってのみ制御されている、 従来技術に従つたプリントヘッド構造を示している。等電位線ば電界構成を示す 。電界構成はアパチャー３の中心軸３１に対して実質的に対称であり、トナー粒 子の流れはいかなる収束力も受けず、その結果、散らばって集束していないドッ トを生じる。 それと比較して、図９bは、トナー粒子の流れがプリント電極４、並びに、同 じ電位（Ｄ１＝Ｄ２）に設定された偏向電極７１及び７２によって制御されてい る、本発明に従ったプリントヘッド構造を示している。電界構成は対称性を保存 し、トナー粒子の流れをアパチャー３の中心軸３１に向けて集束させるために偏 向電極７１及び７２によって収束電界が発生され、その結果、偏向されていない 集束したドットを生じる。 図９cは、トナー粒子の流れがプリント電極４、並びに、異なる電位（Ｄ１≠ Ｄ２）に設定された偏向電極７１及び７２によって制御されている、本発明に従 ったプリントヘッド構造を示している。その場合、トナー粒子の流れは収束電界 及び偏向電界の両方にさらされる。偏向電界はトナー粒子の流れの移送軌道３５ を決定し、収束電界は流れを決定された移送軌道３５に向かって集束させる。 前述の方法に従い、200DPIのプリントヘッド構造で３ステップのシーケンスを 実行することによって、600DPIのプリント解像度が容易に得られる。200DPIのプ リントヘッド構造ば、好ましくは、25.4mm（１インチ）当たり100個のアパチャ ーを有する２つの平行な横列を有し、そのことは、横列の２つの隣接するアパチ ャーの中心軸間の距離が0.254mm（0.01インチ）であることを意昧する。概ね120 から150ミクロン台の直径を有するアパチャーを用いて、60から80ミクロンの範 囲のドットが得られる。その場合、偏向長さ、即ち、対応するアパチャーの中心 軸に対する偏向されたドットの変位は、好ましくは1/600インチ、即ち約42ミク ロンである。 偏向角度θは、横に並んだドットを与えるためにステップ中の情報担体の動き を補償するように選択される。このように、偏向角度はプリントシーケンス中に 実行されるステップ数に左右される。偏向角度は、Nがプリントシーケンス中に 実行されるステップ数とすると、tanθ=1/Nの関係によって定められる。上述の ３ステップのシーケンスの場合には、偏向角度はこのように好ましく選択されて 約18.4°であり、一方、２ステップしか実行されない場合は、偏向角度は約26.5 °である。しかしながら、本発明は、特定のステップ数及び偏向電極の特定のデ ザインに限定されるものではなく、前述の実施の形態は単に説明的な例として述 べられている。 本発明は、偏向電極の２つの異なる組に限定されるものでもない。ある適用例 では、アパチャーの周囲に２つより多くの偏向電極を用いるのが便利かもしれな い。例えば、１回おきのプリントシーケンスを逆転して、偏向方向r1及びr2の両 者を交替することによって、偏向電界をより均一にできることが観察されている 。上述のように同一の連続した列に横に３つ並んだドット（r1、中心、r2）を与 える代わりに、r1、中心、r2−r2、中心、r1を得るために連続した列を逆転でき る。これによって、偏向電界を２つの反対の方向間でシフトしなくてよく、その 結果、一定した均一なステップ遷移を得る。図１０にはそのような実施の形態が 示されている。プリントヘッド構造は、各偏向電極がアパチャー３の周辺部のセ グメントの境界をなすように各アパチャー３の周囲に離間された、４つの偏向電 極７３、７４、７５、及び７６を備えている。同じ様に配置された全ての偏向電 極が、対応する偏向信号（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）に接続されている。対称に 配置された偏向電極の２つの対の間に偏向電界が発生される。図１１は、Ｄ１、 Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を連続したプリントシーケンス中の時間の関数とした、制御関 数を示している。例えば、１回おきのプリントシーケンスは以下の順の３ステッ プで実行され、 t1の間はD1=D2>D3=D4 t2の間はD1=D2=D3=D4、及び t3の間はD1=D2<D3=D4 請求の範囲 1. 粒子供給源（１０）から情報担体（１１）への帯電トナー粒子の流れ（１７ ）を制御するプリントヘッド構造（１）であって、 粒子供給源（１０）に対向する頂面と情報担体（１１）に対向する底面とを有 する絶縁材料の基体層（２）と、 基体層（２）を貫いて配置された複数のアパチャー（３）と、 複数のプリント電極（４）を含み、個々のプリント電極（４）が対応するアパ チャー（３）を少なくとも部分的に囲む、基体層（２）の頂面に配置された第１ のプリント回路と、 対応するアパチャー（３）を通る帯電トナー粒子の流れ（１７）を選択的に許 可又は制限する目的で、個々のプリント電圧源が対応するプリント電極（４）に 信号パルスを供給する、複数のプリント電圧源（６）と、 を含み、 少なくとも２組の偏向電極（７１、７２）を含む、基体層（２）の底面に配置 された第２のプリント回路と、 トナー粒子の流れを収束し、トナー粒子の流れが情報担体（１１）上の所定の ドット位置のシーケンスへと向けられるプリントシーケンスを定めるためにトナ ー粒子の流れ（１７）の移送軌道を制御するために、偏向電極（７１、７２）の 組に偏向電圧のシーケンスを供給する、偏向電極（７１、７２）の各組に接続さ れた少なくとも１つの偏向電圧源（９a、９b）と、 を特徴とする プリントヘッド構造（１）。 2. 帯電トナー粒子（１７）が粒子供給源（１０）から請求項１及び３−１２に 記載のプリントヘッド構造（１）を通って移送され、情報担体（１１）上に画像 の構成に付着される直接静電プリント法であって、 粒子供給源（１０）と背面電極（１３）との間にバックグラウンド電界を発生 するために、バックグラウンド電圧源(V_BE)を背面電極（１３）に接続し、 プリントヘッド構造（１）を通るトナー粒子の流れ（１７）を選択的に許可又 は制限する目的で、画像情報に従った制御に応答してバックグラウンド電界に影 響を及ぼす静電界の一つのパターンを発生するために、プリントヘッド構造（１ ）に配置された複数のプリント電極（４）にプリント電圧源（６）を接続し、 第１及び第２の偏向電圧（Ｄ１、Ｄ２）の振幅が情報担体（１１）に向かうト ナー粒子の流れ（１７）の収束性に影響を及ぼし、第１及び第２の偏向電圧（Ｄ １、Ｄ２）の電位差が情報担体（１１）に向かうトナー粒子の流れ（１７）の軌 道に影響を及ぼし、それによってプリントされるドットのサイズ及び位置を同時 に制御する目的で、偏向電界の一つのパターンを発生するために、第１の偏向電 圧（Ｄ１）を第１組の偏向電極（７１）に供給し、第２の偏向電圧（Ｄ２）を第 ２組の偏向電極（７２）に供給する ことを特徴とする 直接静電プリント法。 3. 基体層（２）が非硬質の柔軟な材料でできている、 請求項１に記載のプリントヘッド構造（１）。 4. アパチャー（３）が少なくとも２つの平行な横列で並べられている、 請求項１に記載のプリントヘッド構造（１）。 5. 第１のプリント回路が、アパチャー（３）の周辺部を囲むプリント電極（４ ）と、各プリント電極（４）を対応するプリント電圧源（６）に接続する導電部 とを有する、 請求項１に記載のプリントヘッド構造（１）。 6. 第２のプリント回路が、各アパチャー（３）周辺部の第１のセグメントに近 接して配置された部分を含む第１の偏向電極（７１）と、各アパチャー（３）周 辺部の第２のセグメントに近接して配置された部分を含む第２の偏向電極（７２ ）とを有する、 請求項１に記載のプリントヘッド構造（１）。 7. アパチャー（３）が、基体層（２）を貫通して延びる中心軸を有する実質的 に円形の部分を有し、各アパチャー（３）の周辺部が、アパチャー（３）の中心 軸について対称に配置された１対の実質的に半円の偏向電極（７１、７２）によ って少なくとも部分的に囲まれる、 請求項１に記載のプリントヘッド構造（１）。 8. アパチャー（３）が、基体層（２）を貫通して延びる中心軸を有する実質的 に円形の部分を有し、各アパチャー（３）の周辺部が、アパチャー（３）の中心 軸について対称に配置された実質的に環状のプリント電極（４）によって少なく とも部分的に囲まれる、 請求項１に記載のプリントヘッド構造（１）。 9. 第１のプリント回路が、プリント電極（４）を互いから電気的にシールドす るためにプリント電極（４）の間に延びる部分を有する少なくとも１つの導電性 材料のガード層を有する、 請求項１に記載のプリントヘッド構造（１）。 10．両方のプリント回路が、絶縁材料の保護層によって少なくとも部分的に被覆 されている、 請求項１に記載のプリントヘッド構造（１）。 11．アパチャー（３）が、絶縁材料の保護層によって少なくとも部分的に被覆さ れた内壁を有する、 請求項１に記載のプリントヘッド構造（１）。 12．アパチャー（３）付近から過剰な電荷を除去するために、第２のプリント回 路が、半導体材料の層と重ねられた絶縁材料の保護層によって少なくとも部分的 に被覆されている、 請求項１に記載のプリントヘッド構造（１）。 13．各プリントシーケンスが、各ステップ中に第１の偏向電圧（Ｄ１）と第２の 偏向電圧（Ｄ２）との所定の関係がトナー粒子の流れの搬送軌道に影響を及ぼす ことによって各ステップが情報担体（１１）上のアドレス可能なドット位置に対 応する、少なくとも２つの連続したステップから成る、 請求項２に記載の方法。 １４．各プリントシーケンスが、一方のステップ中には第１の偏向電圧（Ｄ１） が第２の偏向電圧（Ｄ２）と等しく、他方のステップ中には第１の偏向電圧（Ｄ １）が第２の偏向電圧（Ｄ２）と等しくない、少なくとも２つの連続したステッ プから成る、 請求項２に記載の方法。 15．各プリントシーケンスが、一方のステップ中には第１の偏向電圧（Ｄ１）が 第２の偏向電圧（Ｄ２）より低い、少なくとも２つの連続したステップから成る 、 請求項２に記載の方法。 16．各プリントシーケンスが、一つのステップ中には第１の偏向電圧（Ｄ１）が 第２の偏向電圧（Ｄ２）より低く、次のステップ中には第１の偏向電圧（Ｄ１） が第２の偏向電圧（Ｄ２）と等しく、第３のステップ中には第１の偏向電圧（Ｄ １）が第２の偏向電圧（Ｄ２）より高い、少なくとも３つの連続したステップ（ t1、t2、t3）から成る、 請求項２に記載の方法。 17．第１の偏向電圧（Ｄ１）及び第２の偏向電圧（Ｄ２）が帯電トナー粒子（１ ７）を反発させるように作用する電気力を発生する電位である、 請求項２に記載の方法。 18．偏向軸が、情報担体（１１）の給紙動作に対して所定の偏向角度θで、対応 するアパチャー（３）を直径方向に横切って延び、偏向角度θが情報担体（１１ ）の給紙動作を補償し、それによって横方向に並んだドットを提供する、 請求項に１に記載のプリントヘッド構造（１）。 19．偏向電極（７１、７２）の各組が偏向軸の各側に対称に配置される、 請求項に１８に記載のプリントヘッド構造（１）。 20．Nがプリントシーケンス中に実行されるステップ数として、偏向角度θが方 程式tanθ=1/Nによって定められる、 請求項に１８に記載のプリントヘッド構造（１）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 粒子供給源から情報担体への帯電トナー粒子の流れを制御するプリントヘッ ド構造であって、 粒子供給源に対向する頂面と情報担体に対向する底面とを有する絶縁材料の基 体層と、 基体層を貫いて配置された複数のアパチャーと、 複数のプリント電極を含み、個々のプリント電極が対応するアパチャーを少な くとも部分的に囲む、基体層の頂面に配置された第１のプリント回路と、 少なくとも２組の偏向電極を含む、基体層の底面に配置された第２のプリント 回路と、 対応するアパチャーを通る帯電トナー粒子の流れを選択的に許可又は制限する ために、個々の電圧源が対応するプリント電極に信号パルスを供給する、複数の プリント電圧源と、 情報担体上の所定のドット位置へと向かうトナー粒子の流れの収束性を増し、 移送軌道を制御するために、偏向電極の各組に接続された少なくとも１つの偏向 電圧源と、 を含む プリントヘッド構造。 2. 帯電トナー粒子が粒子供給源からプリントヘッド構造を通って移送され、情 報担体上に画像の構成に付着される直接静電プリント法であって、 粒子供給源と背面電極との間にバックグラウンド電界を発生するために、バッ クグラウンド電圧源を背面電極に接続し、 プリントヘッド構造を通るトナー粒子の流れを選択的に許可又は制限する目的 で、画像情報に従った制御に応答してバックグラウンド電界に影響を及ぼす静電 界の一つのパターンを発生するために、プリントヘッド構造に配置された複数の プリント電極に可変電圧源を接続し、 第１及び第２の偏向電圧Ｄ１及びＤ２の振幅が情報担体に向かうトナー粒子の 流れの収束性に影響を及ぼし、第１及び第２の偏向電圧Ｄ１及びＤ２の電位差が 情報担体に向かうトナー粒子の流れの軌道に影響を及ぼし、それによってプリン トされるドットのサイズ及び位置を同時に制御する目的で、偏向電界の一つのパ ターンを発生するために、第１の偏向電圧Ｄ１を第１組の偏向電極に供給し、第 ２の偏向電圧Ｄ２を第２組の偏向電極に供給する、 直接静電プリント法。 3. 基体層が非硬質の柔軟な材料でできている、 請求項１に記載のプリントヘッド構造。 4. アパチャーが少なくとも２つの平行な横列で並べられている、 請求項１に記載のプリントヘッド構造。 5. 第１のプリント回路が、アパチャーの周辺部を囲むプリント電極と、各プリ ント電極を対応するプリント電圧源に接続する導電部とを有する、 請求項１に記載のプリントヘッド構造。 6. 第２のプリント回路が、各アパチャー周辺部の第１のセグメントに近接して 配置された部分を含む第１の偏向電極と、各アパチャー周辺部の第２のセグメン トに近接して配置された部分を含む第２の偏向電極とを有する、 請求項１に記載のプリントヘッド構造。 7. アパチャーが、基体層を貫通して延びる中心軸を有する実質的に円形の部分 を有し、各アパチャーの周辺部が、アパチャーの中心軸について対称に配置され た１対の実質的に半円の偏向電極によって少なくとも部分的に囲まれる、 請求項１に記載のプリントヘッド構造。 8. アパチャーが、基体層を貫通して延びる中心軸を有する実質的に円形の部分 を有し、各アパチャーの周辺部が、アパチャーの中心軸について対称に配置され た実質的に環状のプリント電極によって少なくとも部分的に囲まれる、 請求項１に記載のプリントヘッド構造。 9. 第１のプリント回路が、プリント電極を互いから電気的にシールドするため にプリント電極の間に延びる部分を有する少なくとも１つの導電性材料のガード 層を有する、 請求項１に記載のプリントヘッド構造。 10．両方のプリント回路が、絶縁材料の保護層によって少なくとも部分的に被 覆されている、 請求項１に記載のプリントヘッド構造。 11．アパチャーが、絶縁材料の保護層によって少なくとも部分的に被覆された内 壁を有する、 請求項１に記載のプリントヘッド構造。 12．アパチャー付近から過剰な電荷を除去するために、第２のプリント回路が、 半導体材料の層と重ねられた絶縁材料の保護層によって少なくとも部分的に被覆 されている、 請求項１に記載のプリントヘッド構造。 13．各プリントシーケンスが、各ステップ中にＤ１とＤ２との所定の関係がトナ ー粒子流の搬送軌道に影響を及ぼすことによって各ステップが情報担体上のアド レス可能なドット位置に対応する、少なくとも２つの連続したステップから成る 、 請求項２に記載の方法。 14．各プリントシーケンスが、一方のステップ中にはＤ１＝Ｄ２であり、他方の ステップ中にはＤ１≠Ｄ２である、少なくとも２つの連続したステップから成る 、 請求項２に記載の方法。 15．各プリントシーケンスが、一方のステップ中にはＤ１＜Ｄ２である、少なく とも２つの連続したステップから成る、 請求項２に記載の方法。 16．各プリントシーケンスが、一つのステップ中にはＤ１＜Ｄ２であり、次のス テップ中にはＤ１＝Ｄ２であり、第３のステップ中にはＤ１＞Ｄ２である、少な くとも３つの連続したステップから成る、 請求項２に記載の方法。 17．Ｄ１及びＤ３が帯電トナー粒子を反発させるように作用する電気力を発生す る電位である、 請求項２に記載の方法。