JP2013535362A - プリント・ヘッド・エレメント、プリント・ヘッドおよびイオノグラフィー印刷装置 - Google Patents

プリント・ヘッド・エレメント、プリント・ヘッドおよびイオノグラフィー印刷装置 Download PDF

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Abstract

イオノグラフィー・プリント・ヘッド313のプリント・ヘッド・エレメント200部分を提供する。このエレメントは、その一端に、イオン化ガスまたはガス混合物を筒状溝201に導入する手段216をもつ。このプリント・ヘッド・エレメント200は、さらに、両方とも溝201を取り囲んでいる平面駆動電極204および平面制御205、駆動電極204と制御電極205を離隔された状態に保つ誘電体本体(202、203)、溝201中のガスまたはガス混合物のイオン化のために交流電圧を印加する手段208、誘電体213により制御電極205から隔離されている変調電極206、溝201中のイオンを阻止するためまたは溝201からのイオンの流出を許容するために変調電極206と制御電極205間に直流電圧を印加する手段211を備えている。
【選択図】図3

Description

本発明は、イオノグラフィー印刷において用いるものを含むプリント・ヘッド・エレメント、プリント・ヘッドおよび印刷装置に関する。
長年の間、印刷は、印刷インキ受容体(通常は紙)がインキ印刷版に直接接触する凸版印刷機、グラビア(インタリオ)印刷機または平板(石版)印刷機とともに進んできた[たとえば、Printing Technology by J. Michael Adams et al. − Delmar Publishers Inc.(1988)参照]。
現在その他の印刷工程、いわゆるノンインパクト印刷工程、たとえば、静電印刷およびインク・ジェット印刷などが利用されている(たとえば、Principles of Non−Impact Printing” by Jerome L. Johnson (1986) − Palatino Press − Irvine CA, 92715 U.S.A.参照)。
これらのノンインパクト印刷システムが伝統的な「インパクト」または「接触」印刷と肩を並べるためには、それが長時間の高速印刷に適合され、書籍および雑誌の印刷において一般的な習慣になっている両面に印刷する機能(両面印刷)をもち、かつ、大判印刷に適していなければならない。
現在、2つの静電印刷システムが特に重要性をもっている。
電子写真印刷と呼ばれる最初のシステムは、静電的に帯電可能な光伝導性素子の使用に基づいている。この素子は、画像様の写真露光により画像様の放電を受け、続いて残存電荷パターンが乾燥トナー粒子または絶縁液体中に拡散されたトナー粒子により現像される。
第2のシステムは、非感光性印刷と呼ばれる誘電体、すなわち、静電的に帯電可能な素子の使用に基づいている。この部材は、電子ビーム、イオノグラフィー・プリント・ヘッド、接触電極ワイヤ、電子ステンシルまたは成形マスクなどの種々の手段により画像を構成するように帯電され、それから得られた静電電荷パターンの現像は電子写真印刷工程について説明したものと同様である。
両方の前記静電印刷工程は、米国特許第5,740,510号明細書および米国特許第5,765,081号明細書においてウェブ形トナー画像受容体材料上に単一パス順次両面印刷を行う静電写真多色印刷装置の構造および使用方法とともに記述されている。光伝導画像素子は環境の光に対して遮蔽される必要があるのに対し、画像様静電帯電において使用される誘電素子は可視光の存在下において電荷を保持できるという長所をもっており、これは商業的利用および印刷機の筐体の設計においてこの素子の実用性を高める。
現在、静電イオノグラフィー印刷では、誘電体上の静電電荷パターンは、イオノグラフィー・プリント・ヘッドからのパターン様イオン・デポジションの手段により形成される。この場合、2種類のプリント・ヘッドに分類できる。
第一の種類のイオノグラフィー・プリント・ヘッドは、コロナ・ワイヤで動作して陽イオンを含むプラズマのエア・アシステッド・ストリームを生成する。この流れが変調アレイの機械加工表面により形成されたスリット経由で吹き出されるとき、変調アレイに含まれている電極フィンガにより前記イオンを偏向させ、前記エア・ストリームから局部的に除去することができる。かかる装置は、「商標名」CORJETで知られている商用イオノグラフィー・プリント・ヘッドにおいて実現されている。プラズマ形成およびイオン発生のためにコロナ放電で動作するかかる装置は、たとえば、米国特許第47473925号明細書において記述され、また、欧州特許出願公開第0578882号明細書において公開されている。
第二の種類のイオノグラフィー・プリント・ヘッドは、固体絶縁物(誘電体)により隔離されている2つの電極、すなわち駆動電極および制御電極を含むイオン発生器により動作する。高周波電界(R.F.電界)が前記電極間に印加されると、イオンおよび電子を含むプラズマのプールが、マイクロ・チャンバに噴射されているイオン化ガス中に発生する。このチャンバは、イオン・ビームの出力のための開口部をもつ遮蔽電極とも呼ばれる変調平面電極に面しているキャビティ付きの制御電極を備えている。一種類のイオンを生成するかかるプリント・ヘッドの例は、たとえば、欧州特許出願公開第0541841A1号明細書、米国特許第4,675,703号明細書および米国特許第4,697,196号明細書において記述されている。
米国特許第4,538,163号明細書では流体ジェット・アシステッド・イオン噴射印刷装置が記述されているが、この装置では、装置の本体を通過する細長い流体輸送溝内で生ずる一連のRFアーク・ブレークダウン中に、ほぼ等しい個数の陽イオンと陰イオンが同時に発生する(たとえば、図7参照)。急速に移動する流体、すなわち、エア・スチームは、実際にはスリットである前記の細長い溝を通過し、そしてイオン変調電極により本体から出て行くことを許容されるかまたは本体内で中性化されるイオンを輸送する。選択された符号のイオンは加速され、相対的に移動している電荷受容体上に画像様に堆積する。
米国特許第4,538,163号明細書によると(図7参照)、前記の細長い溝(スリット)は、所望のイオンを発生するためにトップ・フィールド電極と協同動作するRF電極としての電極ワイヤを含む誘電体中に形成される。導電性ストライプの形態の変調電極は、前記の細長い溝の壁に沿っている。1つの改善において、この変調電極は、溝中で発生するRFアーク放電から保護される。したがって、フォイル・インターフェース(プラチナ製が好ましい)を誘電体と誘電体インターフェース板間に配置する。
イオンを生成・運搬するために1列の筒状溝の代わりに細長い溝で動作するイオノグラフィー・プリント・ヘッドを使用する際の欠点は、隣接画像ドットの複製によるクロストークである。さらに、図3〜7に示されている単一の筒状ガス導入導管を使用する場合、細長い溝中のイオン化ガスの一様な流入を確保することは困難である。
細長い溝中におけるRF電極としてのワイヤおよび直立電極ストリップの使用は、かかるプリント・ヘッドをプレーナー・マイクロエレクトロニクス製造技術により製造することを非常に難しくする。
さらに、イオン化ガスとしてヘリウムおよびアルゴンなどの希ガスを使用する場合には、等量の反対符号のイオンは、米国特許第4,538,163号明細書によるイオン化プリント・ヘッドでは生成できないことを指摘する必要がある。希ガスを使用する場合、電子を受け入れることにおけるその化学的不活性により陽イオンおよび電子を含むプラズマのみ形成される。
3個の電極、すなわち、制御電極、駆動電極、変調電極を備えるプリント・ヘッド・エレメントで動作するイオノグラフィーにおける前記希ガスの使用は、公開された欧州特許出願公開第0541841A1号明細書において記述されている。それにおいて記述されているように、放電領域、すなわち、イオノグラフィー・プリント・ヘッドのマイクロ・チャンバ中の空気の相当な部分が窒素、元素希ガス、希ガスの混合物、または窒素と1つまたは複数の希ガスとの混合物により置き換えられた場合、均一性および/またはプリント・ヘッドの寿命が著しく改善されることが判明した。最後に言及した欧州特許出願の図3に示されているように、窒素または同様なガスは加圧されて空洞付き制御電極と開口変調電極を隔離する絶縁スペーサーを経て放電領域に導入される。イオン化ガスの取り入れは、変調電極の出力開口部に対して反対方向の圧力の下に行われ、それにより噴射されたイオン流中に擾乱がもたらされ、その結果、鮮明度が低下し解像度の低下したトナー現像が行われることとなる。
先行技術のように駆動電極、制御電極、変調電極の使用に依存しないイオン・プリント・ヘッド画像形成装置が米国特許第5,406,314号明細書において記述されている(図1および2参照)。
前記イオン・プリント・ヘッド中の各放電セルは、放電トンネル(筒状溝)内部の針電極により動作する。この電極は、前記トンネルの反対側の内壁の方向を指す前記トンネルの壁に垂直の方向を向いている。自身の上に潜在静電画像を形成する陽イオン受容層として働く誘電体層に隣接するトンネルの出力部分に、ラップアラウンド電極が配置される。
前記イオン・プリント・ヘッドの不利益は、前記トンネルの軸に垂直な小さなイオン化トンネル中の針電極の複雑な構成およびプレーナー・マイクロエレクトロニクス製造技術によるかかる放電セルの製造を不可能にする前記トンネル内のラップアラウンド電極の存在にある。
周知のようにプレーナー・マイクロエレクトロニクス製造技術は、プレーナー層化集積回路を製造するために、誘電体樹脂層のコーティング、耐エッチング部分形成のための樹脂層の光硬化、金属の蒸着、誘電体材料の切片上における金属のスパッタリングおよびエッチングを利用する。
プレーナー・マイクロエレクトロニクス製造技術による同時大量生産を可能にする複雑でない構造をもつプリント・ヘッド・エレメントを含むイオノグラフィー・プリント・ヘッドを提供することが本発明の目的である。
プレーナー・マイクロエレクトロニクス製造技術は、高い画像解像度をもたらす前記プリント・ヘッド・エレメント中の非常に小さなイオン発生溝を得ることを可能にする。プレーナー・マイクロエレクトロニクス製造技術により、最終プリント・ヘッドに容易に搭載・交換できるモジュール中に前記プリント・ヘッドエレメントを集めること、およびこれらのヘッドのイオン発生および変調機能を処理するマイクロ回路を前記モジュールに含めることができる。
本発明によるイオノグラフィー印刷ヘッド313のためのプリント・ヘッド・エレメント200は、
1. イオン化ガスまたはガス混合物を溝201に導入する手段216,
2. 駆動電極204,
3. 制御電極205,
4. 前記駆動電極204と制御電極205を隔離された状態に保つ誘電体(202、203),
5. イオン発生領域の前記溝201における前記ガスまたはガス混合物のイオン化のためにかけられる交流電圧を前記駆動電極204と制御電極205間に印加するための手段208,
6. 絶縁体213により前記制御電極205から隔離される変調電極206,
7. 前記溝201中のイオンを阻止するかまたは前記溝からの前記イオンの流出を許容するために前記変調電極206と前記制御電極205間に直流電圧を印加する手段211
を備え、
(i) 前記溝は筒状溝201であり、それは、その一端、すなわち、駆動電極204の側に前記イオン化ガスまたはガス混合物を受け入れる入口開口部をもっており、
(ii) 前記駆動電極204は、前記筒状溝201を取り囲む平面電極であり、
(iii) 前記駆動電極204は前記誘電体本体202および203の誘電体中に埋め込まれているのに対し、前記制御電極205は前記イオン化ガスまたはガス混合物と接触するために、前記筒状溝201の部分を画定する境界領域をもっており、
(iv) 前記筒状溝201の他端の前記変調電極206は、前記筒状溝201からのイオンの前記流出を可能にする開口部207をもっていることを特徴とする。
さらに、本発明によるイオノグラフィー印刷装置292は、
A) その一方の側で潜在静電電荷画像を受け入れる電気的絶縁層214をもつ静電電荷受容部320に対向するプリント・ヘッド313を備えるイオノグラフィー画像機構222であって、前記電気的絶縁層214は、前記の側の上にイオンを引き付けるための電界中に置かれており、また、前記プリント・ヘッド313は、
1. イオン化ガスまたはガス混合物を各プリント・ヘッド・エレメント200の溝201中に導入するための手段216,
2. 駆動電極204,
3. 制御電極205,
4. 前記駆動電極204と制御電極205を隔離された状態に保つ誘電体本体(202、203),
5. 前記駆動電極204と前記制御電極205間に交流電圧を印加するための手段208(この電圧は、前記溝201の前記ガスまたはガス混合物のイオン発生領域におけるイオン化のために前記駆動電極204と前記制御電極205間に加えられる),
6. 前記制御電極205から誘電体213により隔離されている変調電極206,
7. 前記溝201中の前記イオンを阻止するため、または前記溝からの前記イオンの流出を許容するために前記変調電極206と前記制御電極205間に直流電圧を印加する手段211を有するプリント・ヘッド・エレメント200を備えているイオノグラフィー画像機構222;
B) 可視トナー画像を得るためにトナー粒子により前記電荷画像を現像するための現像機構314;
C) 前記トナー画像が中間トナー画像受容部317へ、または直接最終基板231へ転送される転送領域328;
D) 残存トナー粒子を除去するための清掃機構310;
E) 残存電荷を除去するための機構312;
F) 転送された前記トナー画像を前記最終基板231に固定するための固定機構293
を備え、
(i) 前記溝201は筒状溝201であり、それは、その一端、すなわち駆動電極204の側に前記イオン化ガスまたはガス混合物を受け入れる入口開口部をもっており、
(ii) 前記駆動電極204は、前記筒状溝201を取り囲む平面電極であって、
(iii) 前記駆動電極204は前記誘電体本体202および/または203の誘電体中に埋め込まれているのに対し、前記制御電極205は前記イオン化ガスまたはガス混合物と接触するために、前記筒状溝201の一部を画定する境界領域をもっており、
(iv) 前記筒状溝201の他端の前記変調電極206は、前記筒状溝201からのイオンの前記流出を可能にする開口部207をもっていることを特徴とする。
さらに、本発明は、イオノグラフィー・プリント・ヘッド313に生成されるイオンの手段により誘電体基板214の上に画像様パターンとして静電荷を置く方法に関する。この方法は、
A) 前記イオノグラフィー・プリント・ヘッド313のプリント・ヘッド・エレメント200部分の各溝201中にイオン化ガスまたはガス混合物を導入するステップ、
B) 誘電体本体(202, 203)により両方とも隔離されている駆動電極204と隣接制御電極205間に印加される交流電圧により、前記溝201中に前記イオンを生成するステップ、
C) 前記溝201の出力側の変調電極206を使用して前記溝201からの前記イオンの離脱を阻止または許容することにより前記イオンの流れを変調するステップ、
D) 前記チャネル201からの離脱を許されたイオンを前記誘電基板214の方向に静電的に引き付けるステップ
を含み、
(i) 前記イオン化ガスまたはガス混合物は、駆動電極204側において、前記プリント・ヘッド・エレメント200のそれぞれの筒状溝201の中に導入され、
(ii) 前記イオン化ガスまたはガス混合物のイオン化のための交流電圧は前記駆動電極204と前記制御電極205間に印加されるが、このとき、駆動電極204は筒状溝201を取り囲み、かつ、前記誘電体本体202および203中に埋め込まれており、また、制御電極205は前記イオン化ガスまたはガス混合物との接触のために筒状溝201の一部を画定する境界領域をもっており、
(iii) 前記イオンは、前記筒状溝201からその変調電極206の開口部207経由で、前記変調電極206、前記制御電極205、前記駆動電極204、前記誘電体基板214を裏打ちする電極210間の直流電圧の手段により加速されることを特徴とする。
特定の実施形態および/または好ましい実施形態の固有の特徴は、従属請求項に記載する。
本発明によるプリント・ヘッド・エレメントの使用の長所は、前記エレメントにおける入力から筒状溝の出力へのイオン化ガスの直線的な流れ(それはイオン化ガスの擾乱を予防する)に由来する。これにより前記セルから受容器表面に向かうイオンの噴流の拡散が非常に低く保たれ、高解像度の滲みなし画像を得るために必要なシャープなイオン・ドットが得られる。
本発明の実施から生ずるさらなる長所は、プリント・ヘッド中に互い違いの位置にあるサブモジュールに集められた非常に小さいプリント・ヘッド・エレメントがプリント・ヘッド中に余分に存在することである。したがって、可視的な空白行が最終トナー現像プリント上に生ずることは事実上なくなる。それぞれのトナー粒子は、それぞれ非常に小さなイオン生成溝に一致する多数の小さいイオン電荷ドットにより保持され得る。
図1は、公開された欧州特許出願公開第0541841A1号明細書(図3)の先行技術プリント・ヘッド・エレメントの概略断面図である。 図2は、米国特許第4,538,163号明細書(図7)の先行技術イオノグラフィー・プリント・ヘッドの概略断面図である。 図3は、本発明によるイオノグラフィー・プリント・ヘッド・エレメント200の概略断面図である。 図4aは、本発明による1列のプリント・ヘッド・エレメント200の底面図、すなわち、イオン出口側を表している。図示のように、前記プリント・ヘッド・エレメント200は、互い違いの位置に配置されている。この底面図は、電子的アドレス指定のための導電性ストライプ252をもつ変調電極206により取り囲まれている溝開口部207を示している。 図4bは、直線状に配置されてサブモジュール253と呼ばれるグループを形成する複数個のプリント・ヘッド・エレメント200を示す。 図4cは、支持物上に互い違いの位置に配置されてモジュール254を形成する複数個のサブモジュール253を示す。このモジュールは、イオン出口側に曲面257をもつプリント・ヘッド313へのその容易な実装および交換を可能にする。 図5は、イオノグラフィー画像機構222の部分概略側面図である。この機構は、本発明に従って中間トナー画像受容ドラム317およびプリント・ヘッド313とともに動作する回転印刷ドラム320を含んでいる。 図6は、回転印刷ドラム318により導かれるウェブ形支持物231上で直接単色(たとえば黒)印刷を行う本発明による印刷装置292の部分概略側面図である。 図7aは、オフセット・ベルト319経由で可撓基板231、たとえばペーパー・ウェブまたは布地上に、および剛体基板232、たとえば木材または金属の板上にトナー画像を印刷する本発明によるイオノグラフィー印刷装置292の概略側面図を表す。 図7bは、オフセット・ベルト319経由で可撓基板231、たとえばペーパー・ウェブまたは布地上に、および剛体基板232、たとえば木材または金属の板上にトナー画像を印刷する本発明によるイオノグラフィー印刷装置292の概略側面図を表す。
この明細書の図1、実際には先行技術の公開された欧州特許出願公開第0541841A1号明細書の図3から、図示のプリント・ヘッド・エレメントにおいては常圧を超えるイオン化ガス、窒素または同様なガスが絶縁スペーサー130経由で制御電極フィンガ125(第2電極)と開口部132をもつ遮蔽電極131(第3電極)間の放電領域に導入されることが分かる。前記絶縁スペーサー130中の開口部またはノズル136は制御フィンガ125におおむね平行なベクトルをもっており、また、前記ノズルはプレナム135(マニホールドの主要導管)に接続されている。後者は、それ自身、導管137経由で加圧窒素または同様なガスの供給源138に接続されている。イオン化ガス中でプラズマを発生させるために、高周波交流電圧を駆動電極124(第1電極)と制御電極フィンガ125の間に印加する。
駆動電極124は、アルミニウム・バックボーン141に接続されている従来の裏打ち絶縁物140上に示されている。
放電領域におけるイオン化のためのガスは、遮蔽電極131中の開口部132経由でイオンとともに外部に流れる。放電領域には陽圧が維持されるので、導電性トナー粒子がこの領域に入り、イオン・カートリッジと呼ばれるプリント・ヘッドの開口部に吸い込まれることは、きわめてありそうもないことである。
この明細書の図2、実際には先行技術の米国特許第4,538,163号明細書の図7から、図示されているプリント・ヘッド・エレメントが、実際には細長い溝またはスリットである直線溝46を含んでいることが分かる。前記溝の長手方向沿いの前記溝46の入口に隣接して配置されている電界電極52がRF電極50と協同動作する。後者は、誘電体本体材料44中に埋め込まれているワイヤの形態をもっている。前記の両電極間にRFアーク放電が発生する。接地交流電圧源48に接続されているRFアーク電極52が溝46中に何らかの適切な手段(ここでは、チューブ54により表現されている)により導入される移動輸送流体A内にイオンを直接に生成する。
溝46の壁中の直立フィンガの形態の変調電極92は誘電体本体材料94の上に配置されており、反対側の変調板88に対向している。変調電極92と反対側の変調板88の両方とも中間誘電体層82により覆われている。変調電極92をアドレス指定するためにスイッチ96を閉ざす。陽イオンと陰イオンの混合物(先行技術の図6参照)が輸送流体流A中をイオン発生部分から変調電極92とイオン変調板88間の空間に変調電極92とその反対側の変調板88間の横断電界の影響の下に移動する。このとき、変調板88は地電位のポール90に接続されているのに対し、電極フィンガ92はスイッチ96を経て直流電圧源98に接続されている。図示されているように、陰イオンは正方向のバイアスがかけられている変調電極92により引き付けられる一方、陽イオンは反対にバイアスされている変調板88により引き付けられる。この場合、陽イオンは接地ポール90からの電子と再結合し、また、陰イオンは記録材料の電気的絶縁基板86の方向に引き付けられ(先行技術の図6参照)かつそれは正方向にバイアスされている電極84(直流電圧源100に接続されている)により支援される。中間電極フォイル104は、先行技術の図7の改良構造102に示されているように、変調素子に対するRFアーク放電による悪影響を防止する。電界を集中する約100ボルトの直流電圧にバイアスされている基準電圧106は、フォイル・インターフェース電極104に接続されており、変調素子88および92の腐食を完全に阻止する。
図3は、本発明によるイオノグラフィー・プリント・ヘッド313のイオノグラフィー・プリント・ヘッド・エレメント200の概略断面図である。
前記プリント・ヘッド313の各プリント・ヘッド・エレメント200は、誘電体、すなわち電気的絶縁体202、203、213の中に筒状かつ直線状の溝201を備えている。一端、すなわち前記筒状溝201の入口開口部において、プリント・ヘッド・アレイに続く適切なガス供給手段216たとえば複数の出口開口部を持つマニホールドからイオン化ガスまたはガス混合物が前記筒状溝201に供給される。前記の筒状溝201は平面駆動電極204および(平面であることが好ましい)制御電極205により取り囲まれており、これらの電極は両方とも前記筒状溝201の長手方向軸に対してほぼ対称な位置に配置されている。駆動電極204は、前記誘電体本体202および/または203の誘電体中に埋め込まれており、かつ、誘電体により前記制御電極205から隔離されている。制御電極205は、前記筒状溝201の一部を形成している。すなわち、それとの境界領域をもち、したがって前記イオン化ガスまたはガス混合物と接触することができる。
好ましくは平面状の変調電極206は誘電体本体213上に配置され、前記筒状溝201の出口開口部を取り囲み、ここで円形開口部207を形成する。
前記駆動電極204と前記制御電極205の間に、駆動電極204と制御電極205の間における前記溝201中のイオン化のために必要な電圧パルスが高周波電圧源208(RF電圧源)から供給され、そこでイオンおよび電子を含むプラズマが形成される。
閉じられている状態において(図に示されているように)、スイッチ209は、すべての電極(204、205、206)をDC電源212の陽極に接続することによりそれらに同一直流(DC)電圧を加える。前記電源212の陰極は接地され、かつ、地気を通じて静電画像受容層214の裏打ち電極210に接続される。
前記接続の結果として、筒状溝201のプラズマ中の陽イオンは前記裏打ち電極210の方向に引き付けられ、かつ、加速されて電気的絶縁層214上に堆積する。
開いた状態において、スイッチ209は、DC電圧源211の手段により変調電極206の電圧を電極204および205の電圧より高いレベルに上げる。その結果として、プラズマの陽イオンは、電気的絶縁層214への到着を阻止される。直流(DC)電源211の陽極に接続されている制御電極205および変調電極206は、両方ともプラズマの電子の排出の役割を果たす。
特定の実施形態では、駆動電極204に印加されるRF電圧は、波高値で200〜500ボルトである。電源208の周期的電圧変化の周波数は、100キロヘルツ(kHz)〜10メガヘルツ(MHz)である。小さい筒状溝201で動作するときの電源211のDC電圧は、かなり低く、すなわち、3〜10ボルトに保つことができるが、一方、電源212のDC電圧は、このとき、200〜500ボルトの範囲である。
本発明によるプリント・ヘッド・エレメント200の誘電体本体202、203、213は、単一材料構造とすることも、または同一または相異なる種類の材料からなるいくつかの異なる層から構成することもできる。ただし、後者の場合は、それらがすべて誘電体、たとえば二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化ケイ素でなければならない。前記において定義された誘電体の種々の無機層を接合する場合には、(光)硬化シリコンが使用できる。電極の厚さは、すべての電極について同じである必要はない。制御電極がもっとも厚くなる。
電極(205、206)を形成する適切な典型的材料は、腐食に耐える金属、たとえばモリブデン、タンタル、タングステンである。誘電体本体材料によりプラズマから遮蔽される駆動電極204は、銀、胴、アルミニウムから製造することができる。
本発明によるプリント・ヘッド313によるイオノグラフィー印刷のための1つの好ましい実施形態による場合、変調電極206の開口部207は円形であり、0.4〜40マイクロメートル、より好ましくは0.4〜10マイクロメートルの範囲の直径をもつ。
筒状溝の長さに対する開口部直径の比は、好ましくは2/1〜1/5の範囲である。
筒状溝201の直径は、その全長にわたって必ずしも一定である必要はない。ただし、前記において定義された開口部直径であることを条件とする。前記溝の形成における応用ホール・エッチング・プロセスにより、その中に漏斗様の構造を形成することができるが、しかし最大筒状溝直径は、好ましくは60マイクロメートル以下である。
1つの好ましい実施形態によると、このプリント・ヘッド・エレメント200は、少なくとも5マイクロメートル、より好ましくは5〜10マイクロメートルの範囲の平均重量トナー・サイズをもつ乾燥トナー粒子とともに使用される。筒状溝201の出口開口部207の直径寸法に対する平均重量トナー粒子寸法の比は、好ましくは10/1〜30/1の範囲である。
1つの特定の実施形態によると、イオノグラフィー印刷により得られた静電電荷画像の現像において導電性乾燥トナー粒子がこのイオノグラフィー・プリント・エレメントとともに使用されるが、これは、変調電極などの帯電導電体と偶発的に接触するこれらの粒子が静電誘導法則によりはじかれる利益を期する。前記の法則は、導電粒子が帯電導電体、たとえば電極の電荷を帯びた後、その粒子がその電荷符号を取得し、それにより反発されることを必要とする。したがって、開口部をもつ電圧変調電極が、導電トナー粒子により覆われたり塞がれたりすることはない。
1つの特定の実施形態によると、バルク中に導電物質を含む導電トナー粒子が使用されるが、そのバルク伝導率はセンチメートルあたり少なくとも1011ジーメンスである。この例は、米国特許第06467871号明細書に見られる。
1つの特定の実施形態によると、シェルコア構造をもつ導電性乾燥トナー粒子が使用される。この場合、シェル構成の働きにより、そこに引き付けられることになる静電的電離電荷パターンすなわちここではイオン電荷パターンの近傍における誘導電荷分離が与えられる。
公開された欧州特許出願公開第0441426A1号明細書において記述されている導電性シェルを持つコアシェル・トナー粒子は、イオノグラフィー電荷画像の現像の目的のために有用である。前記トナー粒子は、その表面上および/またはその表面に近い境界領域中にフッ素をドープした酸化チタンからなる導電材料の細かい粒子をもっている。フッ素をドープした酸化チタン粒子は、0.2マイクロメートル未満の一次粒子サイズおよび最大限でも50オーム・メートルの比電気抵抗をもっている。前記粒子のコアは、たとえば熱可塑ポリエステルから製造され、磁気吸引性顔料を含むことができる。
安定しかつ高いイオン化結果を達成するために、本プリント・ヘッド・エレメントは、空気ではなく、希ガスまたはそれと窒素の混合物で動作することが好ましい。特に好ましいのは、純粋ヘリウムまたはヘリウムとアルゴンの混合ガスの使用であり、それにより陽イオンおよび電子を含むプラズマが十分な強さの交流電界中で生成される。
イオン化ガスの大部分がヘリウムである場合、強く帯電されたイオン・ビームが形成できるが、これは非常に小さいイオン化溝を使用する場合に特に有利である。このことは、水素イオンは別としてヘリウム・イオンが最大の静電荷対質量比をもっているという事実に関係する。アルゴンは、ある程度存在することが好ましい。アルゴンは、15.8 eVという極めて低いイオン化エネルギーをもち、したがってイオン化スターターとして働くのに対し、ヘリウムは窒素(14.5 eV)より高い24.6 eVを必要とするからである。アルゴンの存在の制限は、イオン化状態のアルゴンがそれと接触する材料、たとえば、薄い電極に影響を及ぼすスパッタリング特性を持っていると言う事実によるものである。
物理的スパッタリングが周囲材料中のイオンと原子間の運動量交換により駆動されるということは、よく知られている。比較的に大量のイオンをすでに形成しているアルゴンは、したがってイオノグラフィー・プリント・ヘッドの薄膜堆積活性部分の構造にとって有害である。
本発明に従って適用されるヘリウム−アルゴンガス混合体は、ヘリウムに対し20体積パーセント以下のアルゴンを含むことが好ましい。より好ましくは、アルゴンは、ヘリウムとの混合物中において体積で0.5〜10%の量とする。前記ガス混合物は、非常に薄い筒状イオン化溝をもつマイクロ溝プリント・ヘッド・エレメントを応用する高画解像力イオノグラフィー印刷における使用に特に適しており、これにより比較的低い電圧勾配の下で非常に細いイオン・ビーム・スポットが形成される。
たとえば迷走トナー粒子による電極開口部の閉塞を完全に防止する1つの好ましい実施形態によると、ヘリウムとアルゴンの混合物を大気圧を超える圧力で供給する。図4aは、互い違いに配置されている前記プリント・ヘッド・エレメントを含む本発明による1列のプリント・ヘッド・エレメント200の底面の拡大底面図251すなわちイオン出口側を示す。この底面図は、電子的アドレス指定のために導電ストライプ252をもつ変調電極206により取り囲まれている溝開口部207を備える誘電体本体213を示す。
図4bは、サブモジュール253と呼ばれるグループ中に直線状に配置された複数のプリント・ヘッド・エレメント200を表し、丸で囲まれた部分は、図4aの251の拡大部に一致する。細目256は、プリント・ヘッド・エレメント200をアドレス指定するための電子接続点を表す。
図4cは、互い違いの位置におかれたサブモジュール253からなるモジュール254における配置の透視図を表す。各モジュール254は、イオン出口側に曲面257をもつプリント・ヘッド313の容易に実装・交換できる部分を形成する。
図5は、単色たとえば黒色で印刷する本発明による印刷装置の部分概略側面図である。図示されている回転ドラム320の形態の静電画像機構222の上にトナー画像が形成され、それが、円筒形支持部318上に被覆された弾性電気絶縁トナー受容層319をもつ中間トナー受容ドラム317に転送される。
本発明によるプリント・ヘッド313は前記静電画像機構222の一部を構成し、ドラム320の導電円筒形支持物210上に貼付されている電気絶縁層214と対向している。イオン画像を前記電気絶縁層214上に噴射するプリント・ヘッド313に続いて、トナー現像機構314、余分なトナー粒子を除去するため、すなわち、非画像様に堆積されているトナー粒子をたとえば吸引により回収するための清掃機構315、トナー画像転送領域328がこの順に配置されている。前記領域328において、トナー画像が回転中間トナー画像受容ドラム317の裏張りされている弾性層319上に転送される。
トナー画像転送領域328の後位に、清掃ブレード322および吸引器323と組み合わされたブラシの形態の清掃機構310がトナー画像転送後に残されたトナー粒子を除去するために配置されている。それに続いて、少なくとも87°の水との接触角をもつポリテトラフルオロエチレン(Polymeric Encyclopedia volume 5, ed. in chief Joseph C. Salamone, CRC Press, 1996, ISBN 084932470X, p. 3192参照)または少なくとも70°の水との接触角をもつポリエチレン(Surface characteristics of fibers and textiles, ed. Christoper M. Pastore and Paul Kiekens, CRC Press, 2000, ISBN 0824700023, p41参照)のような粉末材料を付着させる機構326が配置されている。
前記の機構326はチューブ状の容器325を含んでおり、その中で回転螺旋が細かく分割されたポリテトラフルオロエチレン粉末(0.2ミクロンの平均粒子サイズをもつ)を柔らかいブラシ311に押しつけ、そこからそれをドラム320の電気的絶縁層214上にまき散らす。回転する柔らかいブラシ329は、付着された粉末層を滑らかにして陽極酸化されたアルミニウムから形成される電気的絶縁層214中の微小孔を必要に応じて充填する。
1つの好ましい実施形態によると、現像機構314は、たとえば米国特許第3,380,437号明細書において記述されている種類の流動床現像装置である。
図6は、あるイオノグラフィー印刷装置292の部分概略側面図であるが、この場合、トナー画像の転送は、最終基板としてのペーパー・ウェブ231に直接行われる。回転案内ローラー318が図5において記述した形式の種々の静電トナー画像形成機構222に沿ってペーパー・ウェブ231を運ぶが、各機構はイオノグラフィーにより形成された異なるトナー画像、すなわち、多色原画のカラー分離画像に一致する画像を転送する。
ペーパー・ウェブ231は、前記案内ローラー318およびトナー画像形成機構222の回転ドラム320により形成される隙間を通過する。
機構236は、中間固定機構を表す。ペーパー・ウェブ231上のトナー画像の最終固定は、機構293で行われる。機構294は、案内ローラーを表す。切断機構223を通過した後、印刷されたペーパー・シート224は最終的に受取トレイ225に達する。
図7aおよび7bは、それぞれ、トナー画像を可撓基板231たとえばペーパー・ウェブに、および剛体基板232たとえば木材または金属の板にそれぞれ印刷できる本発明によるイオノグラフィー印刷装置の概略側面図を表す。
種々のトナー画像の受容部として働くオフセット・ベルト319は、ローラー334と協同動作するドラムである回転案内部318により回転駆動され、かつ、多色印刷のための種々の色のトナーを含む回転駆動画像機構222と接触する。
ウェブ形態の印刷ペーパー231は、ペーパー供給ローラー227から供給され、前記オフセット・ベルト319および裏打ちローラー229により形成される隙間を通過する。前記裏打ちローラー229は高温定着ローラーであり、前記トナー受容オフセット・ベルト319の方向に圧力をかけられている。ベルト319は、機構226において予熱され、トナー画像転送後に清掃機構230の後位に配置される機構237において冷却される。前記裏打ちローラー229およびオフセット・ウェブ319の隙間に適用される圧力により、ペーパーは、速度制御可能電動機(図示されていない)に結合されている案内ドラム318の周辺運動と同期して移動する。
機構235は、印刷される基板231または232の温度を上げる予熱機構であり、定着を改善する。
トナー画像の転送に続いて、オフセット・ベルト319は清掃機構230を通過する。
固定されたトナー画像の印刷されたペーパー・ウェブ231が切断機構223で切断され、続いて印刷済みのシート224がトレイ225に受け取られる。
図7bは、剛体の板232、たとえば、木製の板に多色印刷を行う方法を示している。パネル232は、ローラー・ベッド233上で既述オフセット・ベルト319と圧力ローラー229の間に形成される隙間に搬入される。この図に示されている他のすべての機構図は図7aの場合と同じである。

Claims (21)

  1. イオノグラフィー印刷装置(292)のためのプリント・ヘッド・エレメント(200)であって、前記プリント・ヘッド・エレメント(200)が
    1) イオン化ガスまたはガス混合物を前記プリント・ヘッド・エレメント(200)の溝(201)に導入する手段(216),
    2) 駆動電極(204),
    3) 制御電極(205),
    4) 前記駆動電極(204)と前記制御電極(205)を隔離した状態に保つ誘電体本体(202、203),
    5) 前記溝201中のガスまたはガス混合物の前記駆動電極204と前記制御電極(205)間のイオン生成領域におけるイオン化に効果的な、前記駆動電極(204)と前記制御電極(205)の間に交流電圧を印加する手段(208),
    6) 誘電体(213)により前記制御電極(205)から隔離される変調電極(206),
    7) 前記溝(201)中のイオンを阻止するためまたは前記イオンの前記溝(201)からの流出を可能にするために前記変調電極(206)と制御電極(205)の間に直流電圧を印加する手段(211)
    を備え、
    (i) 前記溝(201)は、一端、すなわち、前記駆動電極(204)の側に前記イオン化ガスまたはガス混合物を受け入れる入口開口部をもつ筒状溝であって、
    (ii) 前記駆動電極(204)は、前記筒状溝(201)を取り囲む平面電極であって、
    (iii) 前記駆動電極(204)は前記誘電体本体(202および203)の誘電体に埋め込まれている一方、前記制御電極(205)は前記イオン化ガスまたはガス混合物と接触するために前記筒状溝(201)の一部を画定する境界領域をもっており、
    (iv) 前記筒状溝(201)の他端の前記変調電極(206)は、前記筒状溝(201)からのイオンの前記流出を可能にする開口部(207)をもっていることを特徴とするイオノグラフィー印刷装置(292)のためのプリント・ヘッド・エレメント(200)。
  2. 請求項1に記載のプリント・ヘッド・エレメント(200)において、前記制御電極(205)が前記筒状溝(201)を取り囲む平面電極であることを特徴とするプリント・ヘッド・エレメント。
  3. 請求項1に記載のプリント・ヘッド・エレメント(200)において、前記変調電極(206)がほぼ円形の開口部(207)をもつことを特徴とするプリント・ヘッド・エレメント。
  4. 請求項1乃至3の何れか1項に記載のプリント・ヘッド・エレメント(200)において、イオン化ガスまたはガス混合物を導入するための前記手段(216)が、それが前記ガスまたはガス混合物をほぼ一定の組成および少なくとも大気圧に一致する圧力でイオノグラフィー・プリント・ヘッド(313)の前記プリント・ヘッド・エレメント(200)に同時に供給できる方法により構成されることを特徴とするプリント・ヘッド・エレメント。
  5. 請求項1乃至4の何れか1項に記載のプリント・ヘッド・エレメント(200)において、前記プリント・ヘッド・エレメント(200)の前記誘電体本体(202、203、213)が二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化ケイ素からなるグループから選択された少なくとも1つの要素から製造されることを特徴とするプリント・ヘッド・エレメント。
  6. 請求項1乃至5の何れか1項に記載のプリント・ヘッド・エレメント(200)において、前記制御電極(205)および前記変調電極(206)がモリブデン、タンタル、タングステンまたはそれらの合金からなるグループから選択された金属から製造されることを特徴とするプリント・ヘッド・エレメント。
  7. 請求項1乃至6の何れか1項に記載のプリント・ヘッド・エレメント(200)において、前記ガスまたはガス混合物を導入するための前記手段216が空気の非存在下で体積の大部分を占めるヘリウムを含む供給手段に接続されることを特徴とするプリント・ヘッド・エレメント。
  8. 請求項7に記載のプリント・ヘッド・エレメント(200)において、前記ガス混合物がヘリウムに対して20体積パーセント以下を占めるアルゴンを含むことを特徴とするプリント・ヘッド・エレメント。
  9. 請求項8に記載のプリント・ヘッド・エレメント(200)において、前記ガス混合物のアルゴンがヘリウムに対して体積で0.5と10%の間の量を占めることを特徴とするプリント・ヘッド・エレメント。
  10. 請求項1乃至9の何れか1項に記載のプリント・ヘッド・エレメント(200)を複数個備えるプリント・ヘッド(313)において、前記プリント・ヘッド・エレメント(200)がサブモジュール(253)に構成され、複数の前記サブモジュール(253)が互い違いの位置に配置されてモジュール(254)を形成し、かつ、複数の前記モジュール(254)が前記プリント・ヘッド(313)を形成することを特徴とするプリント・ヘッド。
  11. 請求項10に記載のプリント・ヘッド(313)において、前記プリント・ヘッドが前記プリント・ヘッド・エレメント(200)の前記筒状溝(201)への前記ガスまたはガス混合物の供給路となるマニホールドを備えることを特徴とするプリント・ヘッド。
  12. イオノグラフィー印刷装置(292)において、前記イオノグラフィー印刷装置(292)が
    A) 一方の側で潜在静電電荷画像を受け取る電気絶縁層(214)を含む前記静電電荷受容部(320)に対向するプリント・ヘッド313を備えるイオノグラフィー画像機構(222)であって、前記前記絶縁層(214)は前記の側にイオンを引き付けるための電界中に配置され、かつ、前記プリント・ヘッド(313)が、
    1) イオン化ガスまたはガス混合物を各プリント・ヘッド・エレメント(200)の溝(201)に導入するための手段(216),
    2) 駆動電極(204),
    3) 制御電極(205),
    4) 前記駆動電極(204)と前記制御電極(205)を隔離された状態に保つ誘電体本体(202、203),
    5) 前記溝(201)中の前記ガスまたはガス混合物の前記駆動電極(204)と前記制御電極(205)間のイオン生成領域におけるイオン化に効果的な交流電圧を、前記駆動電極(204)と前記制御電極(205)の間に印加するための手段(208),
    6) 誘電体(213)により前記制御電極(205)から隔離される変調電極(206),
    7) 前記溝(201)中の前記イオンを阻止するためまたは前記イオンの前記溝からの流出を可能にするために前記変調電極(206)と制御電極(205)の間に直流電圧を印加する手段(211)
    を有する、プリント・ヘッド・エレメント(200)を備えるイオノグラフィー画像機構(222);
    B) 可視トナー画像を得るためにトナー粒子の手段により前記電荷画像を現像するための現像機構(314);
    C) 前記トナー画像が中間トナー画像受容部(319)へ、または直接に最終基板(231)へ転送される転送領域(328);
    D) 残存トナー粒子を除去するための清掃機構(310);
    E) 残存静電荷を除去するための機構(312);
    F) 転送された前記トナー画像を前記最終基板(231)に固定するための固定機構(293)
    を備え、
    (i) 前記溝(201)は、一端、すなわち、前記駆動電極(204)の側に前記イオン化ガスまたはガス混合物を受け入れる入口開口部をもつ筒状溝であって、
    (ii) 前記駆動電極(204)は、前記筒状溝(201)を取り囲む平面電極であって、
    (iii) 前記駆動電極(204)は前記誘電体本体(202および203)の誘電体に埋め込まれている一方、前記制御電極(205)は前記イオン化ガスまたはガス混合物と接触するために前記筒状溝(201)の一部を画定する境界領域をもっており、
    (iv) 前記筒状溝(201)の他端の前記変調電極(206)は、前記筒状溝(201)からのイオンの前記流出を可能にする開口部(207)をもっていることを特徴とするイオノグラフィー印刷装置(292)。
  13. 請求項12に記載のイオノグラフィー印刷装置(292)において、前記制御電極(205)が前記筒状溝(201)を取り囲む平面電極であることを特徴とするイオノグラフィー印刷装置。
  14. 請求項12または13に記載のイオノグラフィー印刷装置において、イオン化ガスまたガス混合物を前記プリント・ヘッド・エレメント(200)の前記筒状溝(201)に導入する手段(216)がマニホールドを備えることを特徴とするイオノグラフィー印刷装置。
  15. 請求項12乃至14の何れか1項に記載のイオノグラフィー印刷装置(292)において、前記現像機構(314)が、前記開口部の直径寸法に対する平均重量トナー粒子寸法の比が10/1〜30/1の範囲にあるトナー粒子を含むことを特徴とするイオノグラフィー印刷装置。
  16. 請求項12乃至15の何れか1項に記載のイオノグラフィー印刷装置(292)において、前記現像機構(314)が、導電トナー粒子を含むことを特徴とするイオノグラフィー印刷装置。
  17. 請求項12乃至16の何れか1項に記載のイオノグラフィー印刷装置(292)において、前記現像機構(314)が、流動床現像機トレイ中に前記トナー粒子を含むことを特徴とするイオノグラフィー印刷装置。
  18. 請求項12乃至17の何れか1項に記載のイオノグラフィー印刷装置(292)において、前記装置が前記静電画像受容部に少なくとも70°の水との接触角をもつ材料の粉末を振りかける機構(326)を備え、前記機構が前記転送領域(328)の後位に配置され、かつ、トナー画像転送後に残存トナー粒子を除去する機構(310)に先行されることを特徴とするイオノグラフィー印刷装置。
  19. 請求項12乃至18の何れか1項に記載のイオノグラフィー印刷装置(292)において、前記装置が、非画像様に堆積されている余分なトナー粒子を回収するための機構(315)を前記現像機構(314)の後位に備えることを特徴とするイオノグラフィー印刷装置。
  20. 請求項12乃至19の何れか1項に記載のイオノグラフィー印刷装置(292)において、前記装置が
    1) トナー画像の受容部として働くエンドレス・ベルト(319)の回転案内部(318)を有し、および前記案内部(318)を回転し、かつ、前記エンドレス・ベルト(319)を回す手段を有し、さらに前記装置(292)は複数のイオノグラフィー印刷機構(222)を備えており、それら印刷機構はそれぞれ前記イオノグラフィー印刷機構(222)に属する回転静電電荷画像受容ドラム群(320)に接する側において電気的に絶縁されている前記エンドレス・ベルト(319)の異なる部分に対向しており、前記ドラム群(320)はそれぞれ、潜在静電イオン−電荷画像を受け取るための電気的絶縁層(214)を備えており、また、前記電気的絶縁層(214)はイオン吸引電極として働く電導性支持物(210)上に配置されており、
    2) 前記中間ドラム(318)を回転駆動する手段を有し、それによって同期周辺回転が前記ベルト(319)および前記回転静電電荷画像受容ドラム群(320)のそれぞれに与えられ、これらのドラム群はそれぞれ、前記静電電荷画像受容ドラム群(320)のそれぞれの上に多色原画のカラー分離画像に一致する種々のイオン電荷画像を形成するためにイオン流を変調する静電信号を受け取るイオノグラフィー・プリント・ヘッド(313)に対向しており、
    3) 前記静電電荷画像受容ドラム群(320)のそれぞれの上に種々の色のトナー画像を現像する手段(314)を有し、
    4) 前記の種々の色のトナー画像の前記ベルト(319)から最終基板(231)上への見当合わせ重畳を転送・制御する手段を有し、
    5) 転送されたトナー画像を前記最終基板(231)上に圧力および/または熱の手段により固定するための手段を有することを特徴とするイオノグラフィー印刷装置。
  21. イオンのパターン様噴射から形成される静電電荷パターンを誘電体基板214に付着させるための方法であって、
    A) イオノグラフィー・プリント・ヘッド(313)のプリント・ヘッド・エレメント(200)部分の溝(201)中にイオン化ガスまたはガス混合物を導入するステップ,
    B) 誘電体本体(202、203)により相互に隔離されている駆動電極(204)と隣接制御電極(205)の間に印加される交流電圧により前記溝(201)において前記イオンを発生させるステップ,
    C) 前記溝(201)の出力側において変調電極(206)を使用して前記イオンが前記溝(201)から去ることを阻止または許容することによりイオンの流れを変調するステップ,
    D) 前記溝(201)を去ることを許容されたイオンを前記誘電体基板(214)の方向に静電的に引き付けるステップ
    を含み、
    (i) 前記イオン化ガスまたはガス混合物は、前記プリント・ヘッド・エレメント(200)のそれぞれの筒状溝(201)に導入され、
    (ii) 前記ガスまたはガス混合物のイオン化に効果的な交流電圧は、駆動電極(204)が筒状溝(201)を取り囲み、かつ、それが前記誘電体本体(202、203)中に埋め込まれ、また、制御電極(205)が前記イオン化ガスまたはガス混合物と接触するために筒状溝(201)の一部を画定する境界領域をもっている状態において、前記駆動電極(204)と前記制御電極(205)の間に印加され、
    (iii) 前記イオンは、前記筒状溝(201)からその変調電極(206)の開口部(207)経由で前記変調電極(206)と前記誘電体基板(214)を裏打ちしている電極210間の直流電圧の手段により加速されることを特徴とする方法。
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