JP2851675B2 - 荷電粒子搬送方法および装置 - Google Patents
荷電粒子搬送方法および装置Info
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- G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
- G03G15/22—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern involving the combination of more than one step according to groups G03G13/02 - G03G13/20
- G03G15/32—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern involving the combination of more than one step according to groups G03G13/02 - G03G13/20 in which the charge pattern is formed dotwise, e.g. by a thermal head
- G03G15/321—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern involving the combination of more than one step according to groups G03G13/02 - G03G13/20 in which the charge pattern is formed dotwise, e.g. by a thermal head by charge transfer onto the recording material in accordance with the image
- G03G15/323—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern involving the combination of more than one step according to groups G03G13/02 - G03G13/20 in which the charge pattern is formed dotwise, e.g. by a thermal head by charge transfer onto the recording material in accordance with the image by modulating charged particles through holes or a slit
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、進行静電表面波を用いて、流体中に浮遊し
たイオン、その他の荷電粒子を移動させる装置、より詳
細には荷電粒子が進行静電波の進行方向に流体を通して
ドリフトを受けるように構成した安定かつ制御可能な粒
子搬送装置に関するものである。
たイオン、その他の荷電粒子を移動させる装置、より詳
細には荷電粒子が進行静電波の進行方向に流体を通して
ドリフトを受けるように構成した安定かつ制御可能な粒
子搬送装置に関するものである。
従来の技術 流体中に浮遊した荷電粒子を動かす実用装置は数多く
ある。例えばイオノグラフィの分野においては、空気中
に浮遊したイオンを制御されたやり方で、変調電極の配
列を通過させ、電荷受容表面へ搬送して電荷受容表面に
電荷パターンを記録し、それを現像装置で可視化する必
要がある。もう１っの例においては、溶媒中に浮遊した
記録用荷電粒子を含む液体現像剤が電荷像を通過するよ
うに運ばれ、電荷像が可視化される。
ある。例えばイオノグラフィの分野においては、空気中
に浮遊したイオンを制御されたやり方で、変調電極の配
列を通過させ、電荷受容表面へ搬送して電荷受容表面に
電荷パターンを記録し、それを現像装置で可視化する必
要がある。もう１っの例においては、溶媒中に浮遊した
記録用荷電粒子を含む液体現像剤が電荷像を通過するよ
うに運ばれ、電荷像が可視化される。
現在使用されているイオノグラフィは米国特許第4,64
4,373号に記載されている。イオノグラフィにおいて
は、記録ヘッドのイオン発生室の中で空気イオンを発生
させ、次にその空気イオンをイオン発生室の外へ移動さ
せ、変調領域を通過させて、最後に外部電荷受容体の表
面上に集積させる必要がある。記録ヘッドを通過するイ
オンの移動は送風機で流体すなわち空気を移動させるこ
とによって行われる。記録ヘッドから排出されたイオン
は電荷受容体の上に所望の像パターンに集積され、次に
粉末現像剤または液体現像剤をその電荷像に接触させる
ことによって現像される。電荷像が現像剤を引き付ける
ことができるようにして、イオン電流すなわちイオン発
生量は、電荷受容表面の上に十分な量の電荷像を堆積さ
せる程度でなければならない。これは、記録ヘッドを通
過する空気流量に大きく依存する。
4,373号に記載されている。イオノグラフィにおいて
は、記録ヘッドのイオン発生室の中で空気イオンを発生
させ、次にその空気イオンをイオン発生室の外へ移動さ
せ、変調領域を通過させて、最後に外部電荷受容体の表
面上に集積させる必要がある。記録ヘッドを通過するイ
オンの移動は送風機で流体すなわち空気を移動させるこ
とによって行われる。記録ヘッドから排出されたイオン
は電荷受容体の上に所望の像パターンに集積され、次に
粉末現像剤または液体現像剤をその電荷像に接触させる
ことによって現像される。電荷像が現像剤を引き付ける
ことができるようにして、イオン電流すなわちイオン発
生量は、電荷受容表面の上に十分な量の電荷像を堆積さ
せる程度でなければならない。これは、記録ヘッドを通
過する空気流量に大きく依存する。
イオンの空気流搬送は極めて有効であることがわかっ
たが、幾つかの欠点がある。第１に、装置を通過する際
の圧力損失が大きいので、必要な空気流を供給するた
め、かなり大型の送風機が必要である。第２に、さまざ
まな種類の空気浮遊汚染物質がコロナ環境に入るのを防
止するため、複雑なフィルタ装置が必要である。第３
に、印字速度を高めようとすれば、イオン電流出力（イ
オン発生量）をより大きくする必要であり、そのため空
気流量を増す必要があるので、最初の問題がさらに悪化
する。例えば、より大型、より大騒音、より高価な空気
ポンプは、変調トンネル内に乱流を発生することがあ
り、その乱流は記録ヘッドの動作を困難にする可能性が
ある。同様に、現像装置を通して液体現像剤を移動させ
る場合も、乱流を発生する流体速度、その他の状態を避
けるために十分な注意を払う必要がある。
たが、幾つかの欠点がある。第１に、装置を通過する際
の圧力損失が大きいので、必要な空気流を供給するた
め、かなり大型の送風機が必要である。第２に、さまざ
まな種類の空気浮遊汚染物質がコロナ環境に入るのを防
止するため、複雑なフィルタ装置が必要である。第３
に、印字速度を高めようとすれば、イオン電流出力（イ
オン発生量）をより大きくする必要であり、そのため空
気流量を増す必要があるので、最初の問題がさらに悪化
する。例えば、より大型、より大騒音、より高価な空気
ポンプは、変調トンネル内に乱流を発生することがあ
り、その乱流は記録ヘッドの動作を困難にする可能性が
ある。同様に、現像装置を通して液体現像剤を移動させ
る場合も、乱流を発生する流体速度、その他の状態を避
けるために十分な注意を払う必要がある。
以上のことから、流体を動かさずに、流体中に浮遊し
た荷電粒子を流体を通して、それらの電気移動度で移動
させることができれば非常に望ましい。ここで使用する
ように、用語「電気移動度」（以下、単に移動度と呼
ぶ）は、外部電場が存在する中での流体中の荷電粒子の
巨視的運動を記述する。荷電粒子、例えばイオンその他
の微粒子は、荷電粒子とほぼ同じ大きさの粒子から成る
被浮遊流体の中で、巨視的近ランダム運動で移動する。
流体中の荷電粒子の巨視的運動は、以下に説明するよう
に、その粒子の移動度と関係がある。
た荷電粒子を流体を通して、それらの電気移動度で移動
させることができれば非常に望ましい。ここで使用する
ように、用語「電気移動度」（以下、単に移動度と呼
ぶ）は、外部電場が存在する中での流体中の荷電粒子の
巨視的運動を記述する。荷電粒子、例えばイオンその他
の微粒子は、荷電粒子とほぼ同じ大きさの粒子から成る
被浮遊流体の中で、巨視的近ランダム運動で移動する。
流体中の荷電粒子の巨視的運動は、以下に説明するよう
に、その粒子の移動度と関係がある。
発明が解決しようとする課題 本発明の主目的は、流体を通過する粒子の運動が粒子
の電気的移動度に基づいており、進行静電波を用いて、
進行静電波の伝播方向に、流体を通して荷電粒子をドリ
フトさせる安定な粒子搬送装置を提供することである。
の電気的移動度に基づいており、進行静電波を用いて、
進行静電波の伝播方向に、流体を通して荷電粒子をドリ
フトさせる安定な粒子搬送装置を提供することである。
課題を解決するための手段 本発明は、第１の実施態様として、流体中に浮遊した
荷電粒子を流体を通して搬送方向に電気的に搬送する装
置を提供する。本装置は、流体に接した誘電体基板表面
の上に設置され、搬送方向を横切って伸びる複数の平行
な導電性搬送電極の配列を有している。各搬送電極に交
流電圧源が接続されており、、搬送方向に伝播する進行
静電波を発生させるため、隣合う電極の位相は互いにず
れている。荷電粒子が搬送方向のドリフトによって通路
内を移動するように、搬送電極から発生した電場が制御
される。荷電粒子の運動の軌跡は、電極配列の表面より
上方に保たれる。
荷電粒子を流体を通して搬送方向に電気的に搬送する装
置を提供する。本装置は、流体に接した誘電体基板表面
の上に設置され、搬送方向を横切って伸びる複数の平行
な導電性搬送電極の配列を有している。各搬送電極に交
流電圧源が接続されており、、搬送方向に伝播する進行
静電波を発生させるため、隣合う電極の位相は互いにず
れている。荷電粒子が搬送方向のドリフトによって通路
内を移動するように、搬送電極から発生した電場が制御
される。荷電粒子の運動の軌跡は、電極配列の表面より
上方に保たれる。
本発明のその他の目的は、その他の特徴および利点
は、添付図面を参照して、以下の詳しい説明を読まれれ
ば明らかになるであろう。
は、添付図面を参照して、以下の詳しい説明を読まれれ
ば明らかになるであろう。
実施例 本発明の場合、荷電粒子の搬送は、誘電体基板の表面
に沿って伝播する静電表面波すなわち電位の波によって
行われる。第１図に、内部に荷電粒子が浮遊した流体が
入っているトンネル10を示す。トンネル10に単に流体を
閉じ込める役目をするだけであり、本発明の実施に不可
欠なものではない。実際に、最も簡単な形態の場合、誘
電体基板14の上面に支持され、互いに平行に、図面に垂
直に伸びた搬送電極12の配列が必要なすべてである。各
搬送電極はバスライン18に接続されたアドレスライン16
を介して周期的に変化する電位源に接続されており、４
個の隣接する搬送電極が直角位相で駆動される。
に沿って伝播する静電表面波すなわち電位の波によって
行われる。第１図に、内部に荷電粒子が浮遊した流体が
入っているトンネル10を示す。トンネル10に単に流体を
閉じ込める役目をするだけであり、本発明の実施に不可
欠なものではない。実際に、最も簡単な形態の場合、誘
電体基板14の上面に支持され、互いに平行に、図面に垂
直に伸びた搬送電極12の配列が必要なすべてである。各
搬送電極はバスライン18に接続されたアドレスライン16
を介して周期的に変化する電位源に接続されており、４
個の隣接する搬送電極が直角位相で駆動される。
第２図からわかるように、４個の隣接する搬送電極12
（n1,n2,n3,n4）に印加される電位の瞬間値は、隣りの
搬送電極から90℃だけ位相がずれている。この位相関係
は第３図でも見ることができる。図示のように、電極n1
〜n4に対する周期的な電位の振幅は正弦波で表される。
このように、進行する正弦波は、＋Ｘ方向すなわち搬送
方向に伝播する。もちろん、搬送電極を任意の実用的位
相シフト、例えば45℃だけ位相をずらすこともできる
が、その場合には、８個の電極が静電波の１サイクルを
形成する。
（n1,n2,n3,n4）に印加される電位の瞬間値は、隣りの
搬送電極から90℃だけ位相がずれている。この位相関係
は第３図でも見ることができる。図示のように、電極n1
〜n4に対する周期的な電位の振幅は正弦波で表される。
このように、進行する正弦波は、＋Ｘ方向すなわち搬送
方向に伝播する。もちろん、搬送電極を任意の実用的位
相シフト、例えば45℃だけ位相をずらすこともできる
が、その場合には、８個の電極が静電波の１サイクルを
形成する。
基板14の表面の一定の領域において、同様に電圧が上
昇下降する隣りの領域とは位相がずれて電圧が上昇下降
するように、別のやり方で、粒子搬送用の進行正弦波を
発生させることができる。例えば、誘電体基板（例え
ば、水晶またはニオブ酸リチウム）として圧電物質を使
用し、圧電物質に音波を伝播させることによって、誘電
体表面上に進行静電波を発生させることができる。
昇下降する隣りの領域とは位相がずれて電圧が上昇下降
するように、別のやり方で、粒子搬送用の進行正弦波を
発生させることができる。例えば、誘電体基板（例え
ば、水晶またはニオブ酸リチウム）として圧電物質を使
用し、圧電物質に音波を伝播させることによって、誘電
体表面上に進行静電波を発生させることができる。
搬送電極の表面の上方で、波の伝播方向に平行なドリ
フト方向に、被浮遊流体を通して荷電粒子を移動させる
起電力は、隣接する電極間に生成された可変電場から得
られる。これは、第4a図〜第4d図からわかるであろう。
各図において、正弦波進行静電波を表し、高電位（＋
Ｖ）の領域（電極）から低電位（−Ｖ）の隣接領域（電
極）へ伸びている想像線は電気力線を表す。移動度束縛
方式では、荷電粒子は極めて小さく、荷電粒子被浮遊流
体の粒子と同程度の大きさであり、その正味の運動量は
流体粒子の極めて小さい熱運動量と同程度であって、非
常に小さい。流体粒子の荷電粒子は、熱運動のため微視
的スケールで高速度で動く。荷電粒子は、装置内の他の
粒子と規則と正しく衝突して、衝突ごとに持っている運
動量を失い、衝突後は、ランダム速度ではね返る。外部
電場が存在しない場合は、多数回の衝突にわたって荷電
粒子は正味の移動を示さない。しかし、電界が存在する
場合は、衝突から衝突までの間に、荷電粒子は電場の方
向にわずかな量の運動量を余分に取得する。この結果、
多数回の衝突によって、荷電粒子は電気力線に沿って正
味速度で動く。この正味（多数回の衝突にわたって平均
した）動きは、衝突と衝突の間の粒子の熱速度よりかな
り小さい速度に対応している。粒子間の衝突は非常に頻
繁に起きるので（空気中で、約10-10秒ごとに１回の衝
突）、ここに記載した使用においては、多数回の衝突に
わたって平均した荷電粒子の正味速度だけが重要な意味
をもつ。この正味速度は荷電粒子の巨視的瞬間速度とみ
なすことができる。各時点において、この瞬間速度は局
所電場に比例し、荷電粒子の前の速度すなわち履歴は重
要ではない。この荷電粒子の巨視的速度は次の式で表さ
れる。
フト方向に、被浮遊流体を通して荷電粒子を移動させる
起電力は、隣接する電極間に生成された可変電場から得
られる。これは、第4a図〜第4d図からわかるであろう。
各図において、正弦波進行静電波を表し、高電位（＋
Ｖ）の領域（電極）から低電位（−Ｖ）の隣接領域（電
極）へ伸びている想像線は電気力線を表す。移動度束縛
方式では、荷電粒子は極めて小さく、荷電粒子被浮遊流
体の粒子と同程度の大きさであり、その正味の運動量は
流体粒子の極めて小さい熱運動量と同程度であって、非
常に小さい。流体粒子の荷電粒子は、熱運動のため微視
的スケールで高速度で動く。荷電粒子は、装置内の他の
粒子と規則と正しく衝突して、衝突ごとに持っている運
動量を失い、衝突後は、ランダム速度ではね返る。外部
電場が存在しない場合は、多数回の衝突にわたって荷電
粒子は正味の移動を示さない。しかし、電界が存在する
場合は、衝突から衝突までの間に、荷電粒子は電場の方
向にわずかな量の運動量を余分に取得する。この結果、
多数回の衝突によって、荷電粒子は電気力線に沿って正
味速度で動く。この正味（多数回の衝突にわたって平均
した）動きは、衝突と衝突の間の粒子の熱速度よりかな
り小さい速度に対応している。粒子間の衝突は非常に頻
繁に起きるので（空気中で、約10-10秒ごとに１回の衝
突）、ここに記載した使用においては、多数回の衝突に
わたって平均した荷電粒子の正味速度だけが重要な意味
をもつ。この正味速度は荷電粒子の巨視的瞬間速度とみ
なすことができる。各時点において、この瞬間速度は局
所電場に比例し、荷電粒子の前の速度すなわち履歴は重
要ではない。この荷電粒子の巨視的速度は次の式で表さ
れる。
Vx＝μEx （１） Vy＝μEy （２） ここで、ｘは表面波が基板に沿って伝播する方向であ
り、ｙは基板の表面に垂直な方向である。表面上のイオ
ン瞬間速度は電場Ｅに比例することがわかる。ここで、
比例係数はイオン移動度μである。
り、ｙは基板の表面に垂直な方向である。表面上のイオ
ン瞬間速度は電場Ｅに比例することがわかる。ここで、
比例係数はイオン移動度μである。
第4a図において、進行静電波20に対して初期位置x0に
置かれた正の荷電粒子19は電気力線によって矢印Ａの方
向に動かされることがわかる。進行静電波20が第4b図に
示した位置へ動いたとき、電気力線は、荷電粒子19を矢
印Ｂの方向に駆動し、粒子を反時計方向に動かすであろ
う。同様に、第4c図および第4d図において、荷電粒子は
矢印Ｃおよび矢印Ｄで示すように電気力線に従って周期
的な円運動をする。負の荷電粒子は第5a図および第5b図
に示すような運動をするであろう。負の荷電粒子は、粒
子軌跡のどの点でも正の荷電粒子とは反対に動くが、や
はり反時計方向の円運動をすることがわかる。
置かれた正の荷電粒子19は電気力線によって矢印Ａの方
向に動かされることがわかる。進行静電波20が第4b図に
示した位置へ動いたとき、電気力線は、荷電粒子19を矢
印Ｂの方向に駆動し、粒子を反時計方向に動かすであろ
う。同様に、第4c図および第4d図において、荷電粒子は
矢印Ｃおよび矢印Ｄで示すように電気力線に従って周期
的な円運動をする。負の荷電粒子は第5a図および第5b図
に示すような運動をするであろう。負の荷電粒子は、粒
子軌跡のどの点でも正の荷電粒子とは反対に動くが、や
はり反時計方向の円運動をすることがわかる。
この周期的円運動のほかに、波の伝播方向に正味粒子
ドリフトがある。静電表面波の上方の荷電粒子の瞬間速
度は次式で表すことができる。
ドリフトがある。静電表面波の上方の荷電粒子の瞬間速
度は次式で表すことができる。
Vx＝μEx＝μｋφ0e-kysin（kx−ωｔ） （3a） Vy＝μEy＝μｋφ0e-kycos（kx−ωｔ） （3b） ここで、φ０は静電表面波に関係する誘電体基板表面に
おける電圧の大きさに相当し、ｋは搬送電極の形状（幅
と間隔）によって決まる静電表面波の空間周波数であ
り、ωは静電表面波の放射周波数である。
おける電圧の大きさに相当し、ｋは搬送電極の形状（幅
と間隔）によって決まる静電表面波の空間周波数であ
り、ωは静電表面波の放射周波数である。
荷電粒子の瞬間速度μｋφ０と表面波の位相速度ω/k
の比Ｙが1/eすなわち約1/3以下であれば、荷電粒子は静
電波の場の中での正味ドリフトによって移動するであろ
う。ドリフト速度Vxdは近似的に次式で表せる。
の比Ｙが1/eすなわち約1/3以下であれば、荷電粒子は静
電波の場の中での正味ドリフトによって移動するであろ
う。ドリフト速度Vxdは近似的に次式で表せる。
Vxd＝ω/k（Y2＋3Y4＋０（Y6）） （４） 荷電粒子のこのドリフト運動は、指数関数的減衰要因
および平面波要因として区別される２っの要因から起き
ると考えられる。指数関数的減衰要因は一般に次式で記
述される。
および平面波要因として区別される２っの要因から起き
ると考えられる。指数関数的減衰要因は一般に次式で記
述される。
Vx＝−μｋφ0e-kysinωｔ （5a） Vy＝μｋφ0e-kycosωｔ （5b） 式（5a），（5b）は、kxの階乗による式（3a），（3
b）の最高次の展開決を表す。電極より上方（ｙ方向）
の電場が、電極からの距離の指数関数で減衰することは
よく知られている。したがって、荷電粒子はその円形軌
道の頂部よりも底部でより高速で動くであろう。荷電粒
子の動きは、静電波の各サイクルにわたって、円形軌道
の底部では、＋ｘ方向であり、天井部分では−ｘ方向で
あるため（第４図および第５図参照）、荷電粒子は最終
的に＋ｘ方向に動く。
b）の最高次の展開決を表す。電極より上方（ｙ方向）
の電場が、電極からの距離の指数関数で減衰することは
よく知られている。したがって、荷電粒子はその円形軌
道の頂部よりも底部でより高速で動くであろう。荷電粒
子の動きは、静電波の各サイクルにわたって、円形軌道
の底部では、＋ｘ方向であり、天井部分では−ｘ方向で
あるため（第４図および第５図参照）、荷電粒子は最終
的に＋ｘ方向に動く。
正味粒子ドリフトにおける静電平面波要因について
は、次式と、第６図および第７図を参照すれば理解でき
るであろう。
は、次式と、第６図および第７図を参照すれば理解でき
るであろう。
Vx＝−μｋφ0sin（kx−ωｔ） （6a） Vy＝μｋφ0cos（kx−ωｔ） （6b） 式（6a），（6b）は、kyの階乗による式（3a），（3
b）の最高次数の展開式を表す。
b）の最高次数の展開式を表す。
進行静電波は、第６図では正弦波で示してあるが、第
７図では決められた位置ｘにおける電位の値と符号を表
す矢印の平面波で示してある。２っの波は、矢印Ｅで示
した＋ｘ方向に進行している。２っの図の間に伸びてい
る多数の点線は、両者の対応に示し、右向きの矢印はｘ
方向における正電場を表し、左向きの矢印は負電場を表
し、点はｘ方向におけるゼロ電場を表す。この平面波の
電場の中を動いている荷電粒子22は、おおまかにいっ
て、時間の半分を平面波伝播方向（＋ｘ）に動き、残り
の時間の半分をその反対の方向（−ｘ）に動くことがわ
かるであろう。イオンの速度は平面波の速度より遅いの
で、平面波が粒子のまわりを通り過ぎるとき、粒子は最
初は電場内の決められた「ホーム」位置のまわりに振動
するのが見られるが、多数のサイクルの後、振動と共
に、波の伝播の方向に正味のドリフトが見られる。この
現象が生じるのは、イオンが＋ｘ方向に動いているとき
は、イオンにとって、イオンが−ｘ方向に移動している
ときよりも波が動いているように見えるためである。し
たがって、この相対的速度差のせいで、平面波の各１サ
イクルにわたって、イオンは波に向かって動く時間より
も、波と共に動く時間がいくらか長い。時間が経過する
と、粒子の動きを表す矢印F,Gで示すように、波の伝播
方向に正味ドリフトが生じる。矢印Ｆは矢印Ｇより少し
長い。
７図では決められた位置ｘにおける電位の値と符号を表
す矢印の平面波で示してある。２っの波は、矢印Ｅで示
した＋ｘ方向に進行している。２っの図の間に伸びてい
る多数の点線は、両者の対応に示し、右向きの矢印はｘ
方向における正電場を表し、左向きの矢印は負電場を表
し、点はｘ方向におけるゼロ電場を表す。この平面波の
電場の中を動いている荷電粒子22は、おおまかにいっ
て、時間の半分を平面波伝播方向（＋ｘ）に動き、残り
の時間の半分をその反対の方向（−ｘ）に動くことがわ
かるであろう。イオンの速度は平面波の速度より遅いの
で、平面波が粒子のまわりを通り過ぎるとき、粒子は最
初は電場内の決められた「ホーム」位置のまわりに振動
するのが見られるが、多数のサイクルの後、振動と共
に、波の伝播の方向に正味のドリフトが見られる。この
現象が生じるのは、イオンが＋ｘ方向に動いているとき
は、イオンにとって、イオンが−ｘ方向に移動している
ときよりも波が動いているように見えるためである。し
たがって、この相対的速度差のせいで、平面波の各１サ
イクルにわたって、イオンは波に向かって動く時間より
も、波と共に動く時間がいくらか長い。時間が経過する
と、粒子の動きを表す矢印F,Gで示すように、波の伝播
方向に正味ドリフトが生じる。矢印Ｆは矢印Ｇより少し
長い。
搬送方向の荷電粒子の移動は、上記２っの要因の和で
あると考えられる。各要因は正味ドリフトにほぼ同じよ
うに寄与する。荷電粒子の全ドリフトは式（４）で与え
られる。第８図に、安定な粒子のドリフトの様子を示
す。搬送電極アレーの表面（０ミクロン）に最も近い約
42ミクロンの所から出発した粒子24は、約73ミクロンの
所から出発した粒子26より大きなドリフト速度を有し、
また粒子26は、約100ミクロンの所から出発した粒子28
より大きなドリフト速度を有する。曲線Ｈ、Ｉ、Ｊで表
したこれら３っの粒子の軌道が、搬送電極アレーの表面
より完全に上方にあることに留意されたい。
あると考えられる。各要因は正味ドリフトにほぼ同じよ
うに寄与する。荷電粒子の全ドリフトは式（４）で与え
られる。第８図に、安定な粒子のドリフトの様子を示
す。搬送電極アレーの表面（０ミクロン）に最も近い約
42ミクロンの所から出発した粒子24は、約73ミクロンの
所から出発した粒子26より大きなドリフト速度を有し、
また粒子26は、約100ミクロンの所から出発した粒子28
より大きなドリフト速度を有する。曲線Ｈ、Ｉ、Ｊで表
したこれら３っの粒子の軌道が、搬送電極アレーの表面
より完全に上方にあることに留意されたい。
本発明による荷電粒子搬送装置が安定になるように、
比Ｙ（瞬間粒子速度と進行波の速度の比）は1/eすなわ
ち約1/3程度またはそれ以下にすべきである。したがっ
て、式（４）において、Y4およびY6に比例する項は極め
て小さく、ここでは無視することができる。一次近似と
して、Y2の係数により、ドリフト速度（Vxd）は静電波
の速度に比べてかなり小さいことがわかる。もし粒子の
速度が大きすぎると、粒子の搬送は力学的に不安定にな
って、粒子が搬送電極配列の表面に当たるであろう。そ
うなれば、粒子は第８図の制御された軌道内に束縛され
ないであろう。
比Ｙ（瞬間粒子速度と進行波の速度の比）は1/eすなわ
ち約1/3程度またはそれ以下にすべきである。したがっ
て、式（４）において、Y4およびY6に比例する項は極め
て小さく、ここでは無視することができる。一次近似と
して、Y2の係数により、ドリフト速度（Vxd）は静電波
の速度に比べてかなり小さいことがわかる。もし粒子の
速度が大きすぎると、粒子の搬送は力学的に不安定にな
って、粒子が搬送電極配列の表面に当たるであろう。そ
うなれば、粒子は第８図の制御された軌道内に束縛され
ないであろう。
瞬間粒子速度は、式（１）および（２）に示すよう
に、電場に比例する。電場を強くすれば、粒子は不安定
になり、制御不能な速度領域、すなわちＹが1/e以上で
ある速度領域に入ることがある。しかし、電場は搬送電
極配列の表面からの距離によって指数関数的に減衰する
ので、搬送電極配列より上方のある距離の所に、Ｙが1/
eにほぼ等しいかそれ以下である安定な速度領域が存在
するはずである。粒子を安定運動速度領域の中に保つた
めには、式（１）に従って、電場の強さＥを適切に調整
しなければならない。
に、電場に比例する。電場を強くすれば、粒子は不安定
になり、制御不能な速度領域、すなわちＹが1/e以上で
ある速度領域に入ることがある。しかし、電場は搬送電
極配列の表面からの距離によって指数関数的に減衰する
ので、搬送電極配列より上方のある距離の所に、Ｙが1/
eにほぼ等しいかそれ以下である安定な速度領域が存在
するはずである。粒子を安定運動速度領域の中に保つた
めには、式（１）に従って、電場の強さＥを適切に調整
しなければならない。
実験結果、空気中において、基板表面の近くで約100m
/secのドリフト速度と約80μA/cmのコロナ電流が得られ
た。これらの結果は、誘電体基板表面上に配置した電極
配列から得られたものであり、各電極の幅は約50ミクロ
ン、電極間の隙間は50ミクロンであった。この配列で
は、波長が約400ミクロンの基本静電波が生じる。電極
は2.0MHzの駆動周波数および＋250V〜−250Vの正弦電圧
振幅で駆動した。隣接する電極は隣の電極と90゜位相が
ずれている。実験結果は、前に述べた米国特許第4,644,
373号に記載されている流体流支援式記録ヘッドから得
られた典型的なコロナ電流とかなり似ている。次に、第
９図を参照して、この従来の流体流支援式記録ヘッドに
ついてより詳しく説明する。
/secのドリフト速度と約80μA/cmのコロナ電流が得られ
た。これらの結果は、誘電体基板表面上に配置した電極
配列から得られたものであり、各電極の幅は約50ミクロ
ン、電極間の隙間は50ミクロンであった。この配列で
は、波長が約400ミクロンの基本静電波が生じる。電極
は2.0MHzの駆動周波数および＋250V〜−250Vの正弦電圧
振幅で駆動した。隣接する電極は隣の電極と90゜位相が
ずれている。実験結果は、前に述べた米国特許第4,644,
373号に記載されている流体流支援式記録ヘッドから得
られた典型的なコロナ電流とかなり似ている。次に、第
９図を参照して、この従来の流体流支援式記録ヘッドに
ついてより詳しく説明する。
第９図に、充気室32を構成する上部に流体供給ケーシ
ング34が取り付けられている従来の流体支援式イオン投
射記録ヘッド30を示す。入口チャンネル36は充気室32か
ら低圧流体（空気が好ましい）を受け入れ、内部にコロ
ナ発生用ワイヤ40が配置されたイオン発生室38へ送る。
入口チャンネル36は、圧力損失を確実に小さくするた
め、十分な大きさの断面積を有する。イオン発生室38を
通過する空気流は、イオンを載せて、第10図に拡大して
示した出口チャンネル42を通過する。出口チャンネル42
を通過し電荷受容体48へ向かうイオン流を制御するた
め、誘電体基板46の上に、流体の流れの方向に伸びた変
調電極44の配列が設置されている。電荷受容体の導電性
支持体50に印加されたバイアス電圧は、記録ヘッド30を
通過して外へ出てきたイオンを引き付ける作用をする。
ング34が取り付けられている従来の流体支援式イオン投
射記録ヘッド30を示す。入口チャンネル36は充気室32か
ら低圧流体（空気が好ましい）を受け入れ、内部にコロ
ナ発生用ワイヤ40が配置されたイオン発生室38へ送る。
入口チャンネル36は、圧力損失を確実に小さくするた
め、十分な大きさの断面積を有する。イオン発生室38を
通過する空気流は、イオンを載せて、第10図に拡大して
示した出口チャンネル42を通過する。出口チャンネル42
を通過し電荷受容体48へ向かうイオン流を制御するた
め、誘電体基板46の上に、流体の流れの方向に伸びた変
調電極44の配列が設置されている。電荷受容体の導電性
支持体50に印加されたバイアス電圧は、記録ヘッド30を
通過して外へ出てきたイオンを引き付ける作用をする。
第11図に、第９図の記録ヘッドを修正して本発明の粒
子搬送装置を組み入れた記録ヘッドを示す。この記録ヘ
ッド52を通して空気を吸い出すための設備は設置されて
いない。誘電体基板58の上には、変調電極56の配列のほ
かに、既に詳しく説明した搬送電極54の配列が設置され
ている。イオンはコロナ発生ワイヤ62から電気力線60に
沿って記録ヘッドの導電性壁68へ動く。出口チャンネル
70に進入したイオンは搬送電極54の作用を受ける。搬送
電極54は空気中に浮遊したイオンを動かし、出口チャン
ネル70を通過させ、安定かつ制御されたやり方で誘電体
基板58の上に通過させる役目をする。これは移動度束縛
方式であるので、イオンは進行する電場の作用のもとに
ある間だけ搬送方向にドリフトする。したがって、導電
性支持体72からの加速用電場がイオンを電荷受容体74へ
引き寄せるため出口チャンネル内に伸びている所まで、
搬送電極54の配列は出口のチャンネル70の中に伸びてい
るべきである。搬送電極に加える正弦波状電圧に加え
て、各電極に対して接地する通路を設けることが重要で
ある。この通路は、イオンが搬送電極の表面に衝突する
ために搬送表面に電荷を堆積すると起きる可能性のある
問題を有効に除去するであろう。
子搬送装置を組み入れた記録ヘッドを示す。この記録ヘ
ッド52を通して空気を吸い出すための設備は設置されて
いない。誘電体基板58の上には、変調電極56の配列のほ
かに、既に詳しく説明した搬送電極54の配列が設置され
ている。イオンはコロナ発生ワイヤ62から電気力線60に
沿って記録ヘッドの導電性壁68へ動く。出口チャンネル
70に進入したイオンは搬送電極54の作用を受ける。搬送
電極54は空気中に浮遊したイオンを動かし、出口チャン
ネル70を通過させ、安定かつ制御されたやり方で誘電体
基板58の上に通過させる役目をする。これは移動度束縛
方式であるので、イオンは進行する電場の作用のもとに
ある間だけ搬送方向にドリフトする。したがって、導電
性支持体72からの加速用電場がイオンを電荷受容体74へ
引き寄せるため出口チャンネル内に伸びている所まで、
搬送電極54の配列は出口のチャンネル70の中に伸びてい
るべきである。搬送電極に加える正弦波状電圧に加え
て、各電極に対して接地する通路を設けることが重要で
ある。この通路は、イオンが搬送電極の表面に衝突する
ために搬送表面に電荷を堆積すると起きる可能性のある
問題を有効に除去するであろう。
導電性搬送電極54は、第12図に示すように、変調電極
56と同じやり方で、変調電極56に直角な方向に誘電体基
板58の上に形成することができる。搬送電極54は、導電
性変調電極56の上に重なっているので、適当な絶縁層
（図示せず）で分離する必要がある。しかしながら、各
交差点では、絶縁層の中に電気力線が全く含まれていな
く、必然的に搬送に必要な電気力線が搬送電極配列の上
方に存在しない。この有害な効果を最小限度にする１っ
の方法は、搬送電極の下にある領域では、変調電極のリ
ード線76の幅を狭くすることである。
56と同じやり方で、変調電極56に直角な方向に誘電体基
板58の上に形成することができる。搬送電極54は、導電
性変調電極56の上に重なっているので、適当な絶縁層
（図示せず）で分離する必要がある。しかしながら、各
交差点では、絶縁層の中に電気力線が全く含まれていな
く、必然的に搬送に必要な電気力線が搬送電極配列の上
方に存在しない。この有害な効果を最小限度にする１っ
の方法は、搬送電極の下にある領域では、変調電極のリ
ード線76の幅を狭くすることである。
第13図に示したもう１っの実施例においては、コロナ
発生ワイヤ78から発生し電気力線80に沿って進むイオン
はイオン伴出搬送電極82,84の作用を受ける。このやり
方では、より多くのイオンを出口チャンネル86へ導くこ
とができ、ここからは搬送電極88によって搬送される。
さらに、変調電極56の反対側の壁に、イオンに搬送して
出口チャンネル86を通過させる電極90を設けることがで
きる。
発生ワイヤ78から発生し電気力線80に沿って進むイオン
はイオン伴出搬送電極82,84の作用を受ける。このやり
方では、より多くのイオンを出口チャンネル86へ導くこ
とができ、ここからは搬送電極88によって搬送される。
さらに、変調電極56の反対側の壁に、イオンに搬送して
出口チャンネル86を通過させる電極90を設けることがで
きる。
荷電粒子搬送装置は、記載したイオノグラフィク装置
などの記録装置における使用のほか、その用途は数多く
ある。本発明の開示は単に実例として行ったものであ
り、発明の真の精神と範囲の中で、構造の細部や部品の
組み合わせや配列に関して別の変更を為しうることを理
解されたい。
などの記録装置における使用のほか、その用途は数多く
ある。本発明の開示は単に実例として行ったものであ
り、発明の真の精神と範囲の中で、構造の細部や部品の
組み合わせや配列に関して別の変更を為しうることを理
解されたい。
第１図は、流体を通して荷電粒子を搬送するためのチャ
ンネルを示す側面図、 第２図は、ある時点で直角位相で駆動される４っの搬送
電極のそれぞれに加えられる電位の図示、 第３図は、直角位相で駆動される各搬送電極に加えられ
る周期的電位の別の図示、 第4a図〜第4d図は、可変電場内の荷電粒子の瞬間的な動
きを示す図、 第5a図〜第5d図は、同じ可変電場内の、第4a図〜第4d図
のそれとは反対の符号の荷電粒子の瞬間的な動きを示す
図、 第６図は、進行静電波を示す図、 第７図は、進行静電波を平面波で表した図、 第８図は、搬送電極の表面より上方に異なる高さに置か
れた３っの荷電粒子の軌道の図示、 第９図は、従来の流体流支援式イオノグラフィック記録
装置の斜視図、 第10図は、第９図に示した従来のイオノグラフィック記
録装置のイオン発生領域、イオン変調領域およびイオン
集積領域を示す拡大断面図、 第11図は、本発明のイオン搬送装置を組み入れて改造し
たイオノグラフィック記録装置の、第10図に類似する拡
大断面図、 第12図は、第11図のイオン搬送電極配列とイオン変調電
極配列の斜視図、および 第13図は、イオン同伴電極配列を追加した、第11図に類
似する拡大断面図である。 符号の説明 10……トンネル、12……搬送電極、14……誘電体基板、
16……アドレスライン、18……バスライン、19……荷電
粒子、20……進行静電波、22……荷電粒子、24,26,28…
…荷電粒子、30……従来の流体流支援式イオン投射記録
ヘッド、32……充気室、34……流体供給ケーシング、36
……入口チャンネル、38……イオン発生室、40……コロ
ナ発生ワイヤ、42……出口チャンネル、44……変調電
極、46……誘電体基板、48……電荷受容体、50……導電
性支持体、52……本発明の特徴を組み入れた記録ヘッ
ド、54……搬送電極、56……変調電極、58……誘電体基
板、60……電気力線、62……コロナ発生ワイヤ、68……
導電性壁、70……出口チャンネル、72……導電性支持
体、74……電荷受容体、76……リード線、78……コロナ
発生ワイヤ、80……電気力線、82,84……イオン伴出搬
送電極、86……出口チャンネル、88……搬送電極、90…
…電極。
ンネルを示す側面図、 第２図は、ある時点で直角位相で駆動される４っの搬送
電極のそれぞれに加えられる電位の図示、 第３図は、直角位相で駆動される各搬送電極に加えられ
る周期的電位の別の図示、 第4a図〜第4d図は、可変電場内の荷電粒子の瞬間的な動
きを示す図、 第5a図〜第5d図は、同じ可変電場内の、第4a図〜第4d図
のそれとは反対の符号の荷電粒子の瞬間的な動きを示す
図、 第６図は、進行静電波を示す図、 第７図は、進行静電波を平面波で表した図、 第８図は、搬送電極の表面より上方に異なる高さに置か
れた３っの荷電粒子の軌道の図示、 第９図は、従来の流体流支援式イオノグラフィック記録
装置の斜視図、 第10図は、第９図に示した従来のイオノグラフィック記
録装置のイオン発生領域、イオン変調領域およびイオン
集積領域を示す拡大断面図、 第11図は、本発明のイオン搬送装置を組み入れて改造し
たイオノグラフィック記録装置の、第10図に類似する拡
大断面図、 第12図は、第11図のイオン搬送電極配列とイオン変調電
極配列の斜視図、および 第13図は、イオン同伴電極配列を追加した、第11図に類
似する拡大断面図である。 符号の説明 10……トンネル、12……搬送電極、14……誘電体基板、
16……アドレスライン、18……バスライン、19……荷電
粒子、20……進行静電波、22……荷電粒子、24,26,28…
…荷電粒子、30……従来の流体流支援式イオン投射記録
ヘッド、32……充気室、34……流体供給ケーシング、36
……入口チャンネル、38……イオン発生室、40……コロ
ナ発生ワイヤ、42……出口チャンネル、44……変調電
極、46……誘電体基板、48……電荷受容体、50……導電
性支持体、52……本発明の特徴を組み入れた記録ヘッ
ド、54……搬送電極、56……変調電極、58……誘電体基
板、60……電気力線、62……コロナ発生ワイヤ、68……
導電性壁、70……出口チャンネル、72……導電性支持
体、74……電荷受容体、76……リード線、78……コロナ
発生ワイヤ、80……電気力線、82,84……イオン伴出搬
送電極、86……出口チャンネル、88……搬送電極、90…
…電極。
Claims (2)
- 【請求項１】流体中に浮遊した荷電粒子を、前記流体を
通して、搬送方向に電気的に搬送する方法であって、 前記流体に接した誘電体基板の上に、前記搬送方向を横
切って伸びる複数の平行な導電性搬送電極の配列を設置
すること、 隣合う電極の位相が互いにずれているように前記各電極
に正弦波状に変化する電位を加えて、前記搬送方向に伝
播する進行静電波を発生させること、および 前記進行静電波の作用のもとで前記搬送電極または前記
誘導体基板表面と接触せずに前記流体を通して前記荷電
粒子を移動させるように前記電位を制御すること、 の諸ステップから成ることを特徴とする方法。 - 【請求項２】流体中に浮遊した荷電粒子を前記流体を通
して搬送方向に電気的に搬送する装置であって、 前記流体に接した誘電体基板の上に配置された、前記搬
送方向を横切って伸びる複数の平行な導電性搬送電極の
配列、 隣合う電極の位相が互いにずれているように前記各搬送
電極に交流電圧を加えて、前記搬送方向に伝播する進行
静電波を発生させる交流電圧源、および 前記導電性搬送電極および誘電体基板の上の通路内を前
記流体を通して前記荷電粒子を移動させるように前記搬
送電極から生じた電場を制御する手段、 を備えていることを特徴とする装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US326135 | 1989-03-20 | ||
| US07/326,135 US4896174A (en) | 1989-03-20 | 1989-03-20 | Transport of suspended charged particles using traveling electrostatic surface waves |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02275485A JPH02275485A (ja) | 1990-11-09 |
| JP2851675B2 true JP2851675B2 (ja) | 1999-01-27 |
Family
ID=23270953
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2062468A Expired - Fee Related JP2851675B2 (ja) | 1989-03-20 | 1990-03-13 | 荷電粒子搬送方法および装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4896174A (ja) |
| EP (1) | EP0392678B1 (ja) |
| JP (1) | JP2851675B2 (ja) |
| DE (1) | DE69012393T2 (ja) |
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| US5541716A (en) * | 1995-06-26 | 1996-07-30 | Schmidlin; Fred W. | Electrostatic toner conditioning and transport system |
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| US6291088B1 (en) | 1998-09-30 | 2001-09-18 | Xerox Corporation | Inorganic overcoat for particulate transport electrode grid |
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| US6416157B1 (en) | 1998-09-30 | 2002-07-09 | Xerox Corporation | Method of marking a substrate employing a ballistic aerosol marking apparatus |
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- 1989-03-20 US US07/326,135 patent/US4896174A/en not_active Expired - Lifetime
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1990
- 1990-03-13 JP JP2062468A patent/JP2851675B2/ja not_active Expired - Fee Related
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- 1990-03-20 EP EP90302980A patent/EP0392678B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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