JP3128252B2 - 静電記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の目的】

【０００２】

【産業上の利用分野】この発明は静電記録装置に係り、
特にイオンを用いて記録媒体上に静電潜像を形成する方
式の静電記録装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】イオン・デポジション記録は、気中でコ
ロナ放電により発生させたイオン（コロナイオン）を画
像信号に応じて直接制御して静電潜像を形成し、これを
現像してハードコピーを得るノンインパクト記録の静電
記録方式の一種である。この方式の静電記録装置では、
光ビームを用いて静電潜像を形成するレーザプリンタに
おけるレーザ光学系と光導電層を利用した感光性記録媒
体に代えて、イオン流記録ヘッドと誘電性記録媒体が使
用される。

【０００４】気中でイオンを発生させて静電記録に用い
る概念は、レーザプリンタよりも古く、気中で金属電極
を高温加熱し、同時に高電圧を印加してイオンを発生さ
せ静電記録する方法として、１９３８年にＳｅｌｅｎｙ
ｉにより発表されたが、実用化には至っていない。

【０００５】また、米国デルファックス社は、絶縁層を
挟んだ２枚の電極に高周波高電圧を印加すると高密度の
イオンが発生することに注目し、１９８２年にラベルプ
リンタとして商品化に成功している。この方法は、高密
度イオンを発生させるための１ＭＨｚ、２．８ｋＶ_P-P
の高周波高電圧と、記録媒体にイオンを搬送するための
６００Ｖの電圧を画点対応の電極毎に画像信号に応じて
切り替え、２値の高速記録（５００枚／分、Ａ４相当）
を行うもので、高硬度アルミナの記録媒体を用いて１０
万枚に１回程度の保守で大量印刷ができるとされてい
る。この方法は、例えばＵＳＰ４，１５５，０９３、特
開昭５４−５３５３７号公報などに開示されている。こ
れはイオン流を誘電性記録媒体上に照射して静電潜像を
形成し、それを現像して画像を形成する記録方式であ
る。

【０００６】このイオン流を用いた静電記録方式は、高
速性とメインテナンス性の点で、レーザプリンタなどの
ような光入力を用いた電子写真記録よりも優れている。
速度の点については、イオン流を用いた方式では３３０
枚／分（Ａ４）の発表（ＳＰＳＥ，Ｔｈｅ ４ｔｈ ｉ
ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｇｒｅｓｓｏｎａｄ
ｖａｎｃｅｓ ｉｎ ｎｏｎ−ｉｍｐａｃｔ ｐｒｉｎ
ｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ：Ｍａｒｃｈ ２
０−２５，１９８８，ｐ３９４−３９７）もあり、通常
の市販レーザプリンタの記録速度である６〜８枚／分
（Ａ４）の数十倍に達する。また、イオン流を用いた記
録方式では、高い体積抵抗率（１０¹⁴〜１０¹⁶Ω・cm)
を有する誘電性記録媒体を使用でき、電子写真記録で用
いる感光性記録媒体よりも材料選択範囲が広い。例えば
誘電性記録媒体として、無機絶縁体では高硬度のＡｌ₂
Ｏ₃ 、有機絶縁体ではイオン発生時に生ずるオゾンに強
い材料を使用でき、感光性記録媒体のように長期使用時
の体積抵抗率の減少、オゾンによる表面劣化、トナー表
面粘着による材質劣化などが少なく、安定した記録が長
時間可能となる。また、イオンを画点毎に制御して誘電
性記録媒体に直接電荷を与えることで記録するため、記
録速度はイオン流記録ヘッドの性能で決り、レーザプリ
ンタのように記録媒体特性の影響を受けずに記録が可能
となる。

【０００７】このようにイオン・デポジション記録方法
は、（１）レーザプリンタにおけるようなレーザ光学系
（光源・回転ミラー走査系）と感光性記録媒体を必要と
せず高速で、装置が小型かつ安定化を達成でき、記録コ
ストが低下し、（２）記録画点のパルス幅変調ができ、
レーザプリンタの数分の一の解像度で同等の画質が得ら
れ、また（３）記録媒体に（表面電位）暗減衰がある感
光体を使用しないことから電荷の保持時間が長く、間欠
送り記録できる可能性があり、さらに（４）記録媒体上
に順次画像を重ねて形成でき、高速のワンパスカラー記
録が期待されるなどの特徴がある。

【０００８】従来のイオン流を制御して静電潜像を得る
固体イオン流記録ヘッドを用いた記録装置は、固体イオ
ン発生器の前方に記録画点に対応するイオン流吐出孔を
有する加速電極を設け、静電潜像コントラストと同程度
の高いバイアス電圧を記録信号に応じてイオン発生器に
印加し、イオン流をオン・オフ制御して誘電性記録媒体
上に静電潜像を形成する。固体イオン発生器は、誘電性
基板上にイオン発生電極と誘導電極とを近接配置して構
成されているため、高密度のイオンを発生することがで
き、レーザプリンタの記録速度以上の高速記録が可能で
ある。

【０００９】図６５は、特開昭６１−１８４５６２号公
報で示されている固体イオン流記録ヘッドの記録動作を
示す断面模式図である。誘電性基板９０１の一方の面に
誘電電極９０２が、他方の面にイオン発生用のイオン発
生電極９０３がそれぞれ設けられている。イオン発生電
極９０３には、イオンを容易に発生させる電界集中用の
スリット（または孔）９０４が設けられている。誘導電
極９０２とイオン発生電極９０３との間に交流電圧９０
５を印加すると、スリット９０４に高い交番電界が発生
し、高密度の正負のイオンが発生する。こうして発生さ
れた正負のイオンのうち、イオン発生電極９０３に印加
された静電潜像電位と同程度の４００〜５００Ｖの高い
バイアス電圧９０６によって負極性のイオンのみが選択
され、誘電性記録媒体９０７方向に移動する。この記録
媒体９０７方向に移動するイオンは、記録媒体９０７と
イオン発生電極９０３との間に設けられた加速電極９０
８に印加された４００〜５００Ｖ程度の高い加速電圧９
０９により加速されて記録媒体９０７上に到達し、画像
信号に応じた静電潜像を形成する。この様にイオン流の
制御は、バイアス電圧９０６をオン・オフして行う。固
体イオン流記録ヘッドは、図６５の様なヘッド素子を画
点数に応じて多数一次元に配列して構成される。また、
従来の電子写真用のコロナチャージャを固体イオン発生
器の代わりに使用する場合もある。

【００１０】しかし、このような従来の固体イオン流記
録ヘッドには、以下に示す欠点がある。固体イオン流記
録ヘッドでは、イオン流を制御するために記録媒体９０
７上の静電潜像電位と同程度の高いバイアス電圧（４０
０〜５００Ｖ以上）９０６を信号電圧としてイオン発生
電極９０３に加える必要がある。これは具体的にはスイ
ッチ９１０を画像信号に応じてスイッチングさせ、バイ
アス電圧９０６を印加することにより達成される。従っ
て、この様な固体イオンヘッドを用いた静電記録装置で
は、一般に高耐圧のドライバＩＣが必要となる。高耐圧
のドライバＩＣは実装面積が大きく、高密度実装が必要
な高精細ヘッドには適さない。駆動回路をＩＣ化せず全
ドットを多数に分割してマトリクス駆動すると、高速記
録を行なう場合にはパルス幅制御などによる階調記録
（多値記録）を行なうことが難しくなり、オン・オフの
２値記録しかできない。

【００１１】また、従来のイオン流記録ヘッドを用いた
静電記録装置では、イオンを記録媒体９０７の方向に移
動させる時、発生したイオンを全て使用していたが、こ
の様な記録方法ではイオン発生電極９０３の表面状態に
よるイオンの発生臨界電圧の変化でイオン発生量が変化
し、２値記録の場合でも均一な静電潜像を形成すること
が困難である。

【００１２】一方、イオン流ヘッドの駆動電圧を低下さ
せる方法として、空気流でイオンを搬送しイオン流に垂
直方向に制御電界を与える方法（特開昭６１−２５５８
７０号公報）が知られている。この方法によれば、３０
Ｖ程度の低電圧駆動が可能となり、多値記録もできるよ
うになるが、上記のような制御電界を形成するために電
極構造が複雑となってしまい、やはり高密度実装は困難
である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のイオン流記録ヘッドを用いた静電記録装置では、イオ
ン発生電極に静電潜像の表面電位と同程度の高電圧を印
加する必要があるため、駆動回路を構成するドライバＩ
Ｃに実装面積の大きい高耐圧ＩＣが必要となり、高密度
実装を必要とする高精細ヘッドの製作に適さず、多値記
録が難しくなる。また、従来のイオン流記録ヘッドに用
いる固体イオン発生器では、イオン発生電極の表面状態
の影響でイオンの臨界電圧が変動してしまうので、２値
記録でも各画点毎に一様なかつ安定した静電潜像を形成
することが困難であった。

【００１４】一方、駆動電圧が低くでき、多値記録も可
能なイオン発生器は電極構造が複雑であるため、高精細
ヘッドには適さないという問題があった。

【００１５】この発明は上述の問題点に鑑みてなされた
もので、低電圧駆動の実現と簡単な電極構造の採用によ
り、高精細化が可能で、多値記録も容易であり、また一
様な安定した静電潜像が形成できる固体イオン流記録ヘ
ッドを用いた静電記録装置を提供することを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明では上記の目的
を達成するために、導電性基体の上に誘電体層を形成し
てなる記録媒体上にイオンを照射して静電潜像を形成
し、この静電潜像を現像することにより画像記録を行う
静電記録装置において、コロナ放電によりイオンを発生
するイオン発生器と、このイオン発生器と記録媒体との
間に所定間隔で配置され、イオン発生器から発生される
イオンを通過させるためのイオン通過孔をそれぞれ有す
る第１および第２の制御電極と、イオン通過孔を通過す
るイオンの量を画像信号に応じて制御するために第１お
よび第２の制御電極に所定の電位差を与える駆動回路と
を具備し、イオン発生器は、絶縁体層と、この絶縁体層
の一方の面上に形成された誘導電極と、絶縁体層の他方
の面上に形成された二つのイオン発生電極と、絶縁体層
の他方の面上で誘導電極に対向する位置にイオン発生電
極との間にスリットを介して形成された遮蔽電極とを有
し、誘導電極とイオン発生電極及び遮蔽電極との間に交
流電圧が印加されることによりイオンを発生するように
構成され、さらに記録媒体はイオン通過孔を通過するイ
オンと逆極性のイオンにより予め帯電され、イオン通過
孔を通過したイオンが該記録媒体上のイオンにより形成
される電界によって加速されて該記録媒体上に照射され
ることを基本的な特徴とする。第１および第２の制御電
極は、例えば誘電体基板からなる制御基板の両面にそれ
ぞれ形成される。

【００１７】また、記録媒体上にイオンを照射する操作
を主走査方向およびこれと直交する副走査方向に行って
静電潜像を形成し現像して画像記録を行う静電記録装置
においては、イオン発生器と複数の第１および第２の制
御電極が主走査方向に沿って配列される。

【００１８】この発明の好ましい実施態様を列挙する
と、次の通りである。

【００１９】 （１）イオン発生器と第１および第２の制御電極が形成
された制御基板を一体化する場合、これらをできるだけ
近付けることがイオンを効率良く取り出す上で望ましい
が、イオン発生器に印加される交流または直流電圧によ
る洩れ電界の大きさが空気のイオン化電界（約３０ｋＶ
／cm）以上になると、イオン発生器と第１の制御電極の
間で火花放電を生ずる。従って、イオン発生器と第１の
制御電極との間の距離は、イオン発生手段からの漏れ電
界の強さが空気の放電開始電界以上になる距離より大き
いことが望ましい。

【００２０】 （２）第１および第２の制御電極を通過して記録媒体上
に到達するイオンのイオン量は、イオン発生器で発生す
るイオンのイオン量の１／２以下に規制されることが望
ましい。

【００２１】 （３）駆動回路は、第１および第２の制御電極の一方の
電極に記録媒体の導電性基体の電位と等しい固定電位を
与え、他方の電極には一方の電極に対してイオンの極性
に応じて一方の電極の電位より高電位または低電位の電
位を与えるか、または一方の電極に導電性基体の電位よ
り高い固定電位を常時与え、他方の電極にイオンの極性
に応じて一方の電極の電位より高電位または低電位の電
位を与える。この場合、第１および第２の制御電極の一
方の電極は共通電極とされ、他方の電極は個別に配線さ
れることによってそれぞれのイオン通過孔を通過するイ
オン量を独立に同時に制御できる構成とされる。

【００２２】予め記録媒体を負（または正）に帯電して
おいた状態で、第１の制御電極に対してイオン発生器に
直流バイアスを与え、更に第１の制御電極と第２の制御
電極の間に電位差を与えると、イオン発生器と第１の制
御電極の間の電界Ｅ１、第１の制御電極と第２の制御電
極の間の電界Ｅ２、第２の制御電極と記録媒体の間の電
界Ｅ３が全て同じ方向の場合、正（または負）のイオン
がイオン通過孔を通過して記録媒体に到達し、記録媒体
上に静電潜像を形成する。また、電界Ｅ２を０または逆
向きにすることで、イオンの通過は阻止される。

【００２３】 （４）イオン通過孔の主走査方向における幅は、副走査
方向における幅より大きいことが望ましい。副走査方向
から見た場合には、各々のイオン貫通孔が重なるか接し
ていてもよい。

【００２４】 （５）イオン通過孔は、主走査方向に対してθ＝ｔａｎ
^-1Ｎ（Ｎは主走査方向のピッチに対する副走査方向のピ
ッチの比）なる角度θの方向に所定数個Ｍずつ配列され
ていることが望ましい。

【００２５】 （６）第１および第２の制御電極のうち他方の電極（個
別に電位が与えられる方の電極）に接続される引き出し
配線は、副走査方向の両側に振り分けて引き出されるこ
とが望ましい。イオン通過孔を主走査方向に対して上記
角度θの方向に所定数個Ｍずつ配列する構成では、配列
Ｍが奇数の場合には（Ｍ＋１）／２および（Ｍ−１）／
２本ずつ、またＭが偶数の場合にはＭ／２本づつ、副走
査方向の両側に振り分けて引き出せばよい。

【００２６】 （７）イオン発生器と第１および第２の制御電極と駆動
回路がヘッド支持体上に記録ヘッドとして一体に構成さ
れる場合、イオン通過孔がヘッド支持体の端面に位置し
ていることが望ましい。

【００２７】 （８）イオン発生器と第１および第２の制御電極と駆動
回路が記録ヘッドとして一体に構成される場合、イオン
発生器は記録ヘッドに対して着脱可能に構成されている
ことが望ましい。

【００２８】 （９）イオン発生器と駆動回路が搭載された基板を貼り
合わせてイオン流記録ヘッドを作製する場合、貼り合わ
せ時の位置合わせのためのパターンを該基板に設けるこ
とが好ましい。この位置合わせ用パターンは、例えば孔
によって形成される。

【００２９】 （１０）第１および第２の制御電極に形成されたイオン
通過孔の少なくとも一方は、記録媒体上に形成される各
一つの画点に対して複数個ずつ形成されていることが望
ましい。特に、第１の制御電極に形成されたイオン通過
孔に対して、第２の制御電極に形成されたイオン通過孔
がより微細かつより多数であることが望ましい。多数の
イオン貫通孔が形成された制御電極は、金属厚膜または
金属薄膜で形成されるか、または金属メッシュによって
形成される。

【００３０】

【作用】本発明におけるイオン発生器は、絶縁体層を挟
んで近接した誘導電極と二つのイオン発生電極との間の
コロナ放電によりイオンを発生する構成であり、また二
つのイオン発生電極にスリットを介して遮蔽電極が形成
されている構成であるため、電界の洩れが非常に小さ
く、しかも二つのスリットからイオンが発生することか
ら、イオン発生量も十分である。また、イオン発生器と
制御電極との距離を上記のように最適化すれば、イオン
発生器からの洩れ電界が第１および第２の制御電極間の
電界に影響を与えることもない。さらに、予め記録媒体
をイオン通過孔を通過するイオンとは逆極性のイオンで
帯電させておけば、この記録媒体上のイオンにより形成
される電界によって、イオン通過孔を通過したイオンが
加速されて記録媒体上に照射されることになる。

【００３１】これらの理由によって、第１の制御電極と
第２の制御電極との間に与える電位差を数１０Ｖまで小
さくすることが可能となり、駆動回路の低電圧化が達成
される。これは従来よりサーマル記録装置で用いられて
いるサーマルヘッドの駆動電圧と同程度であるため、実
装面積の小さいドライバＩＣの使用が可能となり、記録
ヘッドのＩＣ化、小形化および高精細化が達成される。

【００３２】イオン通過孔の主走査方向における幅を副
走査方向における幅より大きくすることにより、副走査
方向における解像度の低下が防止される。

【００３３】イオン通過孔を主走査方向に対して所定の
複数個ずつ角度θで斜めに配列することによって、主走
査方向におけるイオン通過孔のピッチを容易に小さくす
ることができ、限られた電極形成精度の下でより高解像
度の記録が可能となる。

【００３４】制御電極からの引き出し配線を副走査方向
の両側に振り分けて引き出すことによって、従来のよう
なマトリクス駆動に代わって各制御電極を同時に駆動す
ることが可能となり、かつ各制御電極を個別に駆動でき
るようになる。これにより、高速記録を行なっている状
態でも、各画点毎の階調制御も可能となる。

【００３５】イオン通過孔を記録ヘッドの端面に配置す
ると、記録媒体である記録ドラムにおいては、記録ヘッ
ドの端面の幅だけが接する構成となっていればよいの
で、記録ドラムが小形化され、記録装置全体の小形化を
実現できる。

【００３６】イオン発生器をイオン流記録ヘッドから着
脱可能な構成にすることで、イオン発生器が劣化してイ
オンの発生量が減少したような場合にも、イオン流記録
ヘッド全体を取り替える必要はなくイオン発生器だけ取
り替えればよいので、ヘッド上に搭載されたドライバＩ
Ｃはそのまま使用することが可能である。

【００３７】第１および第２の制御電極の少なくとも一
方に形成されるイオン通過孔を１つの画点に対して複数
個ずつ設けると、これらのイオン通過孔の幾つかが現像
用トナーによって目詰まりを生じても、目詰まりを生じ
てない他のイオン通過孔をイオンが通過できるので、画
点が記録できる。これによって、イオン流記録ヘッドの
長寿命化も達成される。

【００３８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て詳細に説明する。図１は、コロナイオン発生器を含む
イオン流記録ヘッドを用いた静電記録装置の一実施例を
示す図である。この静電記録装置は、記録媒体としての
記録ドラム１の周囲に、コロナイオン発生器２、低電圧
駆動可能なイオン流記録ヘッド３、一成分接触現像器
４、機能分離型ソフトローラー転写装置６、ヒートロー
ラ９およびクリーニング装置１１を配置して構成され
る。

【００３９】記録ドラム１は、Ａｌドラム上に数１０μ
ｍ（〜２０μｍ）程度の厚みのフッソ系樹脂からなる誘
電体層を被覆したものである。この記録ドラム１を、ま
ず負極性のコロナイオン発生器２によって表面電位が例
えば−６００Ｖとなるように一様帯電する。次いで、コ
ロナイオン流記録ヘッド３により記録ドット（画点）毎
にアナログ的に制御された正極性のコロナイオン流によ
って、記録ドラム１上に反転した静電潜像を形成する。
次に、負極性トナーを有する一成分接触現像器４を用い
て−５００Ｖの現像バイアス電圧で反転現像を行ない、
トナー像５を記録ドラム１上に形成する。このトナー像
５を機能分離型ソフトローラー転写装置６を用いて普通
紙７上に転写する。機能分離型ソフトローラー転写装置
６としては、例えば特願昭６３−１４０４２３に開示さ
れた環境変動にも安定で高い転写効率を与える装置が用
いられる。普通紙７上に転写されたトナー像８はヒート
ローラ９により定着され、普通紙７上に固定される。一
方、記録ドラム１上に残った残留トナー１０はクリーニ
ング装置１１によって拭き取られ、清掃された記録ドラ
ム１は再び使用される。

【００４０】この様なコロナイオン流制御ヘッド３を用
い、かつ一成分接触現像器４とソフトローラー転写装置
６とを導入した静電記録方式によれば、静電記録方式の
ラインプリンタでは行われていなかった新しい概念のス
テップ送り、間欠駆動が可能となる。この方式を用いる
と、ファクシミリ画像信号のように信号圧縮によって伝
送された信号も、リアルタイムで記録することもでき
る。ステップ送りが可能になる理由は、コロナイオン流
記録ヘッド３がレーザプリンタの様な回転光学系を使用
していないために任意の信号に対応できること、誘電性
記録媒体は感光性記録媒体の様な表面電位の時間的な減
衰が少ないこと、一成分接触現像器４により現像される
画像濃度は、主に記録ドラム１の表面電位に依存し記録
ドラム１の周速に依存しないこと、ローラ転写効率は転
写用印加電圧が加わる転写時間に依存するが、この転写
時間はローラに加える転写電圧が８００Ｖと低く（従来
のチャージャー転写では６ｋＶ）、パルス的に制御パル
ス幅を変えることで任意に設定できるためである。

【００４１】図２は、コロナイオン発生器２とコロナイ
オン流記録ヘッド３をクリーナレスの静電記録装置に適
用した実施例である。残留トナー１０の存在する記録ド
ラム１は、コロナイオン発生器２により−６００Ｖに残
留トナー１０上から帯電が行われる。機能分離型ソフト
ローラ６による転写により、８５％以上のトナーが普通
紙７上に転写しているため、残留トナー量は１５％程度
の量である。この様な場合には、記録ドラム１上の帯電
がトナーで阻止されることがなく、一様に帯電ができ
る。この様にして帯電された記録ドラム１上に、コロナ
イオン流記録ヘッド３からの正極性のコロナイオンが照
射されることにより、記録ドット対応部分の電位が消去
されて静電潜像が形成され、これが一成分接触現像器４
で現像される。このとき非画像部の残留トナー１０が存
在する記録媒体の表面電位は現像器４の負バイアスより
も大きくなり、現像器４により容易に拭き取られる。

【００４２】一方、コロナイオン流記録ヘッド３で正極
性になった画像部のトナーは、画像部の電位も零電位方
向に高くなるため、逆に現像器４に静電力で引き付けら
れることにより、拭き取られる。現像されたトナー像５
は普通紙７に転写され、定着される。転写後の記録ドラ
ム１は、残留トナー１０を残したまま使用される。

【００４３】以上、一成分現像器、ローラ転写、クリー
ナレスなどの技術を用いた静電記録装置について説明し
たが、これ以外の電子写真系のプロセスやトナー現像材
料などを使用することができる。

【００４４】図４は、本発明を適用したプリンタの実施
例を示す断面図である。記録を行うための記録紙はカセ
ット４２１にストックされており、記録開始タイミング
に応じて給紙ローラ４１８より記録紙は一枚づつ繰り出
される。給紙ローラ４１８より繰り出された記録紙はＵ
ターンローラ４１５により搬送方向をドラム（記録媒
体）１の方向に変えられアライニング検出器４１４及び
アライニングローラ４１３によって記録紙の方向が整え
られて記録ドラム１に達する。

【００４５】一方、ドラム１上では記録開始タイミング
によって回転を開始し、記録画像に応じた画像がドラム
１上に形成されることになる。記録ドラム１は後述する
が、ここではアルミドラム上に数１０μｍ〜２０μｍ程
度の厚みのフッソ系樹脂からなる絶縁性誘電体層を被覆
した構成をなす。このような記録ドラム１に対し、まず
プリチャージャ４０１により−６００Ｖに一様帯電す
る。そして、一様帯電された記録ドラム１上にイオン流
記録ヘッド３を用いて、各記録ドット毎にアナログ的に
制御された正極性のイオン流によって静電潜像を形成す
る。このヘッド３については後段で詳述する。また、イ
オン流記録ヘッド３は送風モータ４０９から成るコンプ
レッサ４０８により、送風チューブ４０７を介してエア
ーが送られる。このエアーが必要な理由についても後段
で説明することにする。

【００４６】イオン流記録ヘッド３によって静電潜像が
形成された記録ドラム１は、さらに現像器ユニット４０
５において現像が行なわれる。現像器ユニット４０５は
一般に用いられているようにマグネットローラ４０２、
トナーセンサ４０３、シャフト４０４より構成され、一
成分負極性のトナーがシャフト４０４により掻き回され
ている。トナーセンサ４０３はトナー量を検出するもの
である。マグネットローラ４０２の記録ドラム１側にお
いて、−５００Ｖのバイアス電圧で反転現像を行う。

【００４７】記録ドラム１上に形成されたトナー像は、
記録ドラム１に巻き付けた記録紙転写チャージャ４１９
上でに転写され、剥離チャージャ４２０により記録紙が
記録ドラム１より剥離されて、出口方向へ搬送される。
記録紙へのトナー転写が完了した記録ドラム１は、クリ
ーナーユニット４３７において残留トナーがクリーニン
グされる。クリーナーユニット４３７はトナーを掻き取
るためのクリーニングブレード４３６と、掻き落とされ
たトナーを受け取る回収ブレード４３５及びトナー回収
オーガー４３４よりなる。そしてクリーニングされた記
録ドラム１はプリチャージャ４０１により一様帯電が行
なわれ、以後上記のプロセスが繰り返される。

【００４８】一方、トナー像が転写された記録紙は、ベ
ルト４２２及びベルト搬送シャフト４２３より成るベル
トユニットにより定着ユニット４３０へ搬送される。定
着ユニット４３０はヒートローラブレード４２９、出口
ローラ４２８、剥離爪ユニット４２７、ヒーターランプ
４２６、ヒートローラ４２５およびサーミスタ４２４か
らなり、トナー像が転写された記録紙上に、２つのヒー
トローラ４２５の圧力と上のヒートローラ４２５に内蔵
されたヒータランプ４２６の熱とによりトナーを固定す
る。ヒーターランプ４２６の熱制御は、サーミスタ４２
４からの信号によって行われる。定着を終えた記録紙
は、剥離爪ユニット４２７により上のヒートローラ４２
５よりスムーズに剥がされる。定着工程を終えた記録紙
は、２つの出口ローラ４２８により出口方向に排紙され
る。尚、ヒートローラ４２５にはブレード４２９が設け
られ、このブレード４２９によって不要なトナーをクリ
ーニングする。

【００４９】定着された記録紙は出口方向に搬送され、
出口スイッチ４３２の検出により駆動される出口ローラ
４３３によってトレー４３８へ排紙されて一連の記録動
作が完了する。また、説明を省略したがシステムとして
カセット４２１を検出するカセット検出器４１７、結露
防止のためのヒータ４１６及び制御基板４０６が通常の
プリンタと同様に本システムにも設けられている。ま
た、上記例では自動給紙についての説明をしたが、手差
しによってもよい。この場合、手差し紙を受けるガイド
４１０と、手差し紙を検出するための検出器４１１及び
この検出器４１１の出力により駆動される手差し用ロー
ラ４１２が必要となる。

【００５０】次に、本発明の静電記録装置の主要部であ
るイオン流記録ヘッド３について図３の模式図を用いて
説明する。以下の説明では、全て記録媒体である記録ド
ラム１の表面は−イオンでプリチャージされ、その後イ
オン流記録ヘッド３で＋のイオンを照射することにより
静電潜像を形成する場合を考える。

【００５１】図３において、イオン発生器２０は絶縁性
基板２１（例えばセラミック基板）と、基板２１上に形
成された厚さ数μｍ（２〜３μｍ）の誘導電極２２およ
び厚さ数１０μｍ（〜２０μｍ）程度の絶縁体層２３
と、絶縁体層２３上に形成された厚さ数１０μｍ（〜１
８μｍ）のイオン発生電極２４、およびイオン発生電極
２４と同電位でイオン発生電極２４との間に約４０μｍ
幅のスリット２６を介して設けられた遮蔽電極２５によ
って構成される。

【００５２】一方、制御基板３０は絶縁性基板３１と、
この基板３１の両面に形成された第１および第２の制御
電極３２，３３からなり、基板３１と制御電極３２，３
３を貫通した多数のイオン通過孔２９を有する。絶縁性
基板３１は例えば１００μｍ厚のガラスポリイミドシー
トであり、その両面に制御電極３２，３３として例えば
１８μｍ厚の銅箔が貼り付けられ、更に１００μｍφ程
度のイオン通過孔２９が２００μｍピッチでドリルによ
り開けられている。制御基板３０はイオン発生電極２４
のスリット中心とイオン通過孔２９の中心とが一致する
ように、スペーサ部材２８を介してイオン発生器２０と
適当な距離（約１００μｍ〜５００μｍの範囲）だけ離
して接着され一体化される。これにより、コロナイオン
流記録ヘッド３が作成される。さらに、記録媒体である
記録ドラム１が、第２の制御電極３３から約５００μｍ
離れた位置に設けられている。

【００５３】記録ドラム１は、導電性基体であるＡｌド
ラム４１上に１０〜５０μｍの厚さにフッソ系樹脂から
なる誘電体層４２を形成して構成される。誘電体層４２
は、６００Ｖ程度の表面電位にプリチャージされる。こ
こで、Ａｌドラム４１は基準電位（アース電位）になっ
ている。また、第２の制御電極３３はＡｌドラム４１と
同電位であり、第１の制御電極３２は非記録時には第２
の制御電極３３と同電位、記録時には第２の制御電極３
３に対して正の制御電圧Ｖｃ３４が印加されるようにス
イッチング回路３５で制御される。イオン発生電極２４
と遮蔽電極２５とは、非記録時には第１の制御電極３２
に対して負のバイアス電圧Ｖｂ^- ３６、また記録時には
第１の制御電極３２に対して正のバイアス電圧Ｖｂ⁺ ３
７がそれぞれ与えられるように、電気的なスイッチング
回路３８で制御される。更に誘導電極２２とイオン発生
電極２４および遮蔽電極２５との間には、記録時には交
流電圧３９が加えられるように、スイッチング回路４０
で制御される。

【００５４】画点を記録する場合には、同図３に示すよ
うに第１の制御電極３２に制御電圧Ｖｃ３４、イオン発
生電極２４と遮蔽電極２５には第１の制御電極３２に対
して正のバイアス電圧Ｖｂ⁺ ３７、そしてイオン発生電
極２４および遮蔽電極２５と誘導電極２２との間に交流
電圧３９がそれぞれ印加される。絶縁体層２３を挟んで
イオン発生電極２４および遮蔽電極２５と誘導電極２２
との間に交流電圧３９を印加することによって、これら
の電極の周辺部４３でコロナ放電が起こり、これによっ
てイオンが発生する。

【００５５】このイオン発生メカニズムは、次の通りで
ある。絶縁体層２３で絶縁された電極２２，２４間の交
流電圧３９を大きくすると、周辺部の気体分子の電離が
盛んに起こる。すなわち、空気中には常に微量のイオン
が存在しているが、電界が大きくなるとイオンは加速さ
れて気体分子と衝突し、これを電離する。この電離作用
がある程度以上大きくなると、気体の絶縁性が失われて
放電が起こる。この放電により周辺部の誘電体表面が荷
電していくため、やがて放電は止まる。一方、逆の電界
が作用したときも同様なことが起こり、その場合は誘電
体表面が上記とは逆極性のイオンで荷電される。この繰
り返しによって、周辺部に正負のイオンが発生するので
ある。

【００５６】こうして発生するイオンの密度は、交流電
圧３９の電圧および周波数に依存するが、従来のコロナ
チャージャとは比較できないほどの高い密度（例えば１
０^-4〜１０^-3Ａ／ｃｍ程度）が得られる。本実施例で
は、交流電圧３９として電圧値を１〜３ｋＶ_P-P 、周波
数は〜５０ｋＨｚとした。

【００５７】ここで、第１の制御電極３２には制御電圧
Ｖｃ３４として約６０Ｖ、イオン発生電極２４には正の
バイアス電圧Ｖｂ⁺ ３７として約２４０Ｖが印加されて
いるので、これらの電極２４，３２の間に形成される電
界Ｅ１によって、正のイオンだけが第１の制御電極３２
の側に移動する。次に、第１の制御電極３２と第２の制
御電極３３の間に加えられている約６０Ｖの制御電圧Ｖ
ｃ３４により形成される電界Ｅ２によって、この正のイ
オンが多数のイオン通過孔２９を通過することが可能と
なる。更に予め負極性のコロナイオン発生器２によっ
て、記録ドラム１の誘電体層４２の表面が約−６００Ｖ
に一様に帯電されているので、この負のイオンにより形
成される電界Ｅ３によって、イオン通過孔２９を通過し
た正のイオンは記録ドラム１の方向に加速される。

【００５８】この様にして誘電体層４２の表面に到達し
た正のイオンにより、静電潜像が形成される。画点を記
録しないときは、正のイオンがイオン通過孔２９を通過
しないようにスイッチング回路３５の接点をｂ側に切替
えて、第１の制御電極３２と第２の制御電極３３を同電
位（アース電位）にし、電界Ｅ２を０に設定する。この
様にすることで、正のイオンの通過が遮断される。この
様にイオン通過孔２９を通過するイオン流の制御は、第
１の制御電極３２と第２の制御電極３３の間に印加され
る電圧をスイッチング回路３５で０と制御電圧Ｖｃ３４
の間で切替えることによって行なわれる。

【００５９】このように本実施例の静電記録装置では、
上述のように従来は数１００Ｖの制御電圧が必要であっ
たのに対して、数１０Ｖの電圧で制御可能となった。こ
の様な低電圧制御が可能となった理由としては、本実施
例ではイオン発生電極２４の間に遮蔽電極２４を設ける
ことによって、スリット２６の幅を約４０μｍと小さく
し、かつ二つのスリット２６によってイオン発生量を十
分に確保しつつ、イオン発生用の交流高電圧３９が制御
電極３２，３３間の電界に影響を与えないようにしたこ
とが第１に挙げられる。更に、予め誘電性記録媒体（記
録ドラム）１の表面の誘電体層４２を本実施例の場合に
は負のイオンでまず一様帯電させておき、逆極性の＋の
イオンを負イオンで形成される電界で記録媒体３３側に
加速するような構成としたためである。

【００６０】なお、イオン発生器２０と制御基板３０を
一体化する場合には、スペーサ２８によってこれらの間
の距離を最適化する必要がある。制御基板３０をイオン
発生器２０に近付けることにより、発生したイオンは効
率良く取り出される。しかしイオン発生器２０に印加さ
れる交流電圧３９の漏れによる電界は、イオン発生器２
０に近付くほど大きくなる。制御基板３０を近付け過ぎ
ると、漏れ電界の大きさは空気のイオン化電界（３０ｋ
Ｖ／ｃｍ）以上になり、イオン発生器２０と第１の制御
電極３２の間で火花放電を開始する。従って、漏れ電界
の大きさが火花放電開始電界以上になる距離より近くに
第１の制御電極３２を近付けないことが望まれる。

【００６１】更に、各電界Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の間に、Ｅ
３＞Ｅ２＞Ｅ１の条件が成立する状態で使用する場合に
は、電界のレンズ効果が生じ、より効率良く周辺のイオ
ンを記録媒体上に取り出すことや、イオンビームが絞り
込まれてより高精細な画点を形成することができるよう
になる。

【００６２】また、安定した記録画像を得るためには、
イオン発生器２０で発生したイオンに対する画像記録に
使用されるイオン、言い換えるとイオン通過孔２９を通
過するイオンの比は小さい方が望ましい。本実施例で
は、この比が０．５以下になるような条件で使用してい
る。

【００６３】上記実施例によれば、イオン発生器２０か
ら発生された高密度のイオン電流による空間電荷を、制
御電極３２，３３による電圧増幅率を用いて低い電圧
（８０Ｖ以下）で制御することで、高い静電コントラス
ト（３５０Ｖ以上）と、高速記録（記録速度Ａ４：３０
枚／分）を達成することができる。このために本実施例
では、以下に列挙する事項に留意した。

【００６４】 （ａ）高速記録を可能にする高密度イオン流を得るた
め、イオン発生器２０には誘電体層２３を挟んで誘導電
極２２とイオン発生電極２４を設け、各電極間に高圧
（３ｋＶ_P-P 以下）の交流電圧３９を印加し、イオン発
生電極２４端部の強電界領域から高密度のイオンを発生
させる。

【００６５】（ｂ）イオン発生用交流高電圧３９が制御
電極３２，３３間の電界に影響を与えない様に、イオン
発生電極２４間にスリット２６を介して遮蔽電極２５を
設け、背面の誘導電極２２からの高電界の漏洩を遮断す
る。

【００６６】 （ｃ）空気中にイオンを通過させ、高電圧（３ｋＶ_P-P
以下）で生じたイオンのエネルギーを減衰させてイオン
の低電圧制御を可能にし、かつ電極間火花放電を防止す
るために、イオン発生電極２４近傍の空気の放電開始電
界（３０ｋＶ／ｃｍ）領域から制御電極３２，３３を遠
ざける。

【００６７】 （ｄ）記録媒体１にプリチャージを施し、イオン流加速
のための電界を形成させることにより、制御電極３２，
３３から高圧のＤＣバイアス電圧を除き、駆動回路の設
計を容易にする。また、プリチャージによって反転した
静電潜像を形成し、濃度むらが少ないなど画質的に有利
な反転画像を可能にする。

【００６８】 （ｅ）このように記録媒体１に予めプリチャージを用い
て制御電極３２，３３を低電位に保持し、イオン通過孔
２９を設けた制御電極３２，３３の電圧増幅率を利用し
て、低い制御電圧で高い静電コントラストを得られるよ
うにすることによって、低耐圧の低電圧ドライバＩＣを
使用できるようにする。

【００６９】次に、以上の（ａ）〜（ｄ）点について理
論計算から検討し、さらに理論計算から設計・試作した
イオン流記録ヘッドを用い、実験によりイオン電流の低
電圧制御、高い静電コントラスト、高速性、さらに階調
記録の可能性について検討した結果について説明する。

【００７０】まず、イオン発生器２０からのイオン流抽
出について説明する。

【００７１】ここでは、交流電圧印加時のイオンの発生
現象を実験的にとらえ、次にイオン発生器２０の電位分
布を境界要素法の電位計算から求め、イオンが生ずる臨
界電圧とイオン発生電極２４近傍で空気がイオン化する
領域を予測し、この領域外にイオン電流測定電極（第１
の制御電極３２）を設けて火花放電を防止し、さらに３
ｋＶ_P-P 以下の交流電圧３９でイオンが発生するイオン
発生器２０の設計パラメータを決定する。また、イオン
電流の実験からイオンが無限に生ずる仮想面を決定し、
ポアソン方程式、電流の連続式、イオン移動度と電界に
よる空気中のイオン速度式を用いてイオン電流の計算予
測を可能にする。

【００７２】 （１）両極性イオンの発生現象について イオン発生器２０の絶縁体層（ガラス）２３を挟んだ電
極２２，２４に交流電圧３９を印加し、イオンが発生す
る現象を調べる。実験に使用したイオン発生器２０の測
定系を図５に示す。

【００７３】実験では、イオン発生器２０に２．５ｋＶ
_P-P 、周波数３ｋＨｚの交流電圧５０１を印加し、また
イオン電流測定電極５０２との距離を５００μｍにと
り、イオン発生器２０のイオン発生電極２４に−５００
〜＋５００Ｖの直流バイアス電圧５０３（３７と同じ）
を与える。また、イオン電流測定電極５０２の長さは１
ｃｍとし、単位長さ当たりの計算値と実験値とを直接比
較できるようにする。イオン発生電極２４と誘導電極２
２間に１ｋΩのコロナ放電観測用の抵抗５０４を付加
し、その間の電圧波形をオシロスコープ等で観測して生
じたコロナ放電を測定する。さらに、イオン電流測定電
極５０２とアース間には１００ｋΩのイオン電流測定用
の抵抗５０５を付加し、その電圧波形から流れるイオン
の極性と、電流を観測する。

【００７４】コロナ放電観測用の抵抗５０４間の電圧波
形は、誘導電極２２とイオン発生電極２４間の容量とそ
の抵抗により、印加電圧を微分した波形となる。イオン
発生電極２４側が−極性（誘導電極２２側が＋極性）の
とき約５００Ｖで、＋極性のとき約８００Ｖで、それぞ
れ２０〜３０μｓの間コロナ放電が発生する。電子写真
に使用するコロナチャージャーと同様に、コロナ放電の
開始電圧はイオン発生電極側が−極性のとき、より小さ
い電圧でコロナ放電が生ずる。このとき、最大０．２〜
０．３ｍＡ／ｃｍ程度の放電電流が観測された。

【００７５】交流電圧５０１の周波数を増加させると、
コロナ放電時間は周波数にほぼ比例して減少し、同時に
ほぼ比例してイオン電流が増加することが観測された。
例えば、周波数を３０ｋＨｚにすると放電時間は〜３μ
ｓとなり、瞬間の最大放電電流は２〜３ｍＡ／ｃｍとな
る。そのため、イオン電流測定電極に電流の平均値を与
えるＫＥＴＨＬＥＹのエレクトロメータ６１０Ｃを接続
して測定したイオン電流は、放電回数が増加する周波数
と共に増加する。この様子を図６に示した。

【００７６】次に、イオン発生電極２４にバイアス電圧
５０３として０Ｖおよび＋４００Ｖを印加し、イオン電
流測定電極に流れるイオン電流を観測した。イオン電流
が交流電圧の微分波形上に認められ、バイアス電圧５０
３が０Ｖで電流が略ゼロとなり、＋４００Ｖで交流電圧
の±両極性で＋電流が流れる。バイアス電圧５０３が５
００Ｖのとき、オシロスコープで観測した電流測定用の
抵抗５０５に流れる最大イオン電流は、イオン発生電極
２４で生ずる放電電流（０．２〜０．３ｍＡ／ｃｍ）の
１〜７％程度で〜２×１０^-6Ａ／ｃｍである。またバイ
アス電圧５０３が−４００Ｖでは、−電流が観測され
る。このようにして、±の交流電圧の度にバイアス電圧
の極性で決まる電流が流れる。

【００７７】以上のことから、放電で±両極性のイオン
が発生し、そのイオンが絶縁体層を充電して絶縁体層上
の電位を低下させ、バイアス電圧で決まる極性のイオン
がイオン電流測定電極５０２に流れた。

【００７８】 （２）コロナ放電開始電圧について イオン発生器２０の放電開始電圧を決めるパラメータ
は、（Ａ）絶縁体層２３厚、（Ｂ）イオン発生電極２４
間のスリット２６の幅と電極２４の厚さ、（Ｃ）イオン
発生のための交流電圧３９とバイアス電圧３７がある。
ここでは境界要素法を用いた電位計算から、イオン発生
器でコロナ放電が生ずる臨界電圧を用いて３ｋＶ_P-P の
交流電圧以下でコロナ放電が発生するように、これらの
パラメータを決定した。さらに、イオン発生電極と制御
電極間に火花放電が生ずる３０ｋＶ／ｃｍ以上の領域を
求め、その電界以下になる印加バイアス電圧範囲を決め
た。また、交流電圧３９とバイアス電圧３７を独立に設
計できるように、その間の距離を求めた。

【００７９】このコロナ放電が生ずる臨界電界はイオン
発生電極２４の形状と表面状態によって変化し、実験と
一致する理論計算がない。そのため、次の仮定を行いコ
ロナチャージャーの実験式を用いた。

【００８０】 ［近似１］：放電が行われるイオン発生電極２４のスリ
ット２６近傍の電位分布は、図７に示すように電極の厚
さに等しい径のワイアで置き換えた場合とほとんど同一
となる。そこで、イオン発生器２０のコロナ放電開始電
界を（１）式に示すコロナチャージャの放電開始電界
（図８の曲線Ａ参照）を与えるＣｏｂｉｎの実験式を用
いて近似する。但し、（１）式でａはワイアの半径（ｃ
ｍ）、ｍはワイア表面で決まる値で約１、またδは気圧
Ｐ（ｃｍＨｇ）と温度Ｔ（℃）決まる（２）式の値であ
る。また、電位計算に使用する境界要素法は境界上の誤
差が大きいため、次の近似を行った。

【００８１】 ［近似２］：ワイア上の放電開始電界がＥｃのとき、ワ
イアから５μｍ離れた位置の電界Ｅ（図８の曲線Ｂ参
照）を（３）式から計算し、イオン発生器２０のイオン
発生電極２４から５μｍ離れた電界と一致したとき、Ｅ
ｃをイオン発生器２０の放電開始電界とする。例えばワ
イア径（コロナイオン発生電極の厚さに相当）が２０μ
ｍの場合、ワイヤ上のコロナ放電開始電界は〜３×１０
⁵ Ｖ／ｃｍであり、その時の５μｍ離れた位置の電界は
〜１．６×１０⁵Ｖ／ｃｍである。そのため、イオン発
生電極２４から５μｍ離れた位置の電界が、この電界と
一致するとき放電が開始するものとする。

【００８２】 （ア）絶縁体層２３厚とイオン発生電極２４厚の決定に
ついて絶縁体層２３の厚さを４０，２０，１０μｍと変
えた電位分布計算から、イオン発生電極２４のスリット
２６中でコロナ放電開始電界（〜１．６×１０⁵ Ｖ／ｃ
ｍ）を与える領域、すなわち図９（ａ），（ｂ），
（ｃ）と、空気中でイオン化が発生する３×１０⁴ Ｖ／
ｃｍの電界領域を決定した。このときのスリット２６の
幅は４０μｍ、イオン発生電極２４の厚さ２０μｍ、交
流ピーク電圧１．５ｋＶ（３ｋＶ_P-P ）、バイアス電圧
４００Ｖである。また、計算に用いた絶縁体層２３の誘
導率εｉは３．５とした。

【００８３】絶縁体層２３の厚さが４０μｍと厚くなる
と、１．５ｋＶのピーク電圧でも放電は発生しない。ま
た、絶縁体層２３の厚さが２０，１０μｍと薄くなる
と、イオン発生電極２４の厚さ方向のほぼ全域でコロナ
放電が発生する。このとき、最も電界の強いイオン発生
電極２４と絶縁体層２３との境界（計算では５μｍ離れ
た点）がこの放電開始電界となる交流電圧は、図１０に
示すように絶縁体層２３の厚さが４０μｍのとき１．８
ｋＶ、２０μｍで９００Ｖ、１０μｍで６００Ｖであ
る。このように絶縁体層２３が薄いほど、イオン発生電
極２４の近傍の電界が大きくなり、低い交流電圧で大量
のイオンを発生できる。実験では、絶縁体層２３として
使用した厚膜印刷のガラス層の耐圧から、厚さを２０μ
ｍにした。

【００８４】また、空気中でイオン化が生ずる３０ｋＶ
／ｃｍの領域は、それぞれの絶縁体層２３厚に対しイオ
ン発生器２０のスリット２６上の絶縁体層２３中央で〜
２０μｍ、４０μｍ、５０μｍまで達する。火花放電を
防止するには、この距離以上にイオン電流測定電極（ま
たは第１の制御電極３２）を離す必要がある。空気中の
分子の平均自由工程は〜０．０６μｍであり、イオン化
領域から数十μｍ離れた所では、イオンのエネルギーは
十分減衰しているものと考えられる。

【００８５】 （イ）イオン発生電極間スリット幅の決定について次
に、イオン発生電極２４間のスリット２６の幅を４０，
６０，８０μｍと変え、そのときの放電開始電界と空気
中のイオン化が生ずる領域を図１１に示すように求め、
最適なスリット幅を決定した。このときのコロナ放電開
始電圧は、図１２に示すようにスリット２６の幅が増加
すると、スリット２６からの漏洩電界が大きくなって放
電が容易となり、９００Ｖ，７００Ｖ，６３０Ｖと低下
する。ピーク電圧１．５ｋＶのイオン発生電圧を印加し
た場合、放電開始電圧を与える領域は電極の厚さ付近ま
で存在するが、スリット２６の幅による変化は小さい。
一方、イオン化の領域は、スリット幅が４０μｍで絶縁
体層上６０μｍ、スリット幅が６０μｍで７０μｍ、ス
リット幅が８０μｍでは誘導電極２２からの漏洩電界が
急激に大きくなり、１３０μｍ近くに増加する。

【００８６】このように、イオン化の領域を決定する漏
洩電界はスリット幅とともに大きくなるが、放電開始電
圧に大きな変化はない。そのため、スリット幅は小さい
ことが好ましい。以上の条件から決定したイオン発生器
の好ましい仕様を表１に示してある。

【００８７】 （ウ）イオン発生電圧とバイアス電圧について次に、イ
オン発生器２０とイオン流測定電極５０２間距離を１０
０μｍ以上離すと、独立してイオン発生器２０に与える
交流電圧５０１とバイアス電圧５０３を設定できること
を示す。計算に使用したイオン発生器の仕様は、表１に
示す通りである。

【００８８】イオン流測定電極５０２にバイアス電圧５
０３−４００Ｖ、イオン発生器２０に１．５ｋＶピーク
（３ｋＶ_P-P ）の交流電圧５０１を印加し、さらにその
交流電圧５０１を１ｋＶ、７５０Ｖと変化させたときの
イオン発生器２０の中央の電位分布を境界要素法から計
算した。このときの印加電圧と電位分布との関係を、図
１３に示した。イオン発生器２０の絶縁体層２３上〜６
０μｍ近辺で電位がほぼゼロとなり、それ以上の距離で
はバイアス電圧５０３で決まるほぼ一定の値で減少す
る。この距離は、空気中のイオン化が発生する領域の限
界でもある。

【００８９】一方、イオン発生器２０に印加する交流電
圧のピーク電圧を１．５ｋＶとし、イオン発生電極２４
に対してイオン電流測定電極５０２の電圧が、−２５
０，−４００，−８００，−１２００Ｖなるようにした
とき、その電位分布は図１４に示すようにバイアス電圧
５０３の大きさに拘らず絶縁体層２３前方〜６０μｍで
電位がほぼゼロとなり、それ以上の距離ではバイアス電
圧５０３で決まる一定の割合で減少する。この様に、６
０μｍ以上離してイオン発生器２０とイオン電流測定電
極５０２を設けると、イオン発生用の交流電圧５０１と
バイアス電圧５０３とを独立に設定できる。

【００９０】次に、実験に使用した表１の仕様のイオン
発生器２０を用い、イオン電流測定電極５０２との距離
を５００μｍにとった時のイオン電流測定電極５０２に
流れるイオン電流量をポアソン方程式、電流の連続式お
よびイオン移動度と電界で生ずるイオン速度式から理論
的に予測する。イオンの速度は電界に比例する。

【００９１】次に、計算の手順およびその概要を述べ
る。イオン発生器２０から距離ｙにおいて存在するイオ
ンの電荷密度をρ、その点での電圧をＶｙ、イオン電流
をＩｙとすると、電圧とイオン電流の関係式は（４）式
のポアソン方程式、電流の連続の式、および電界印加時
のイオン速度式で示すことができる。ここで、距離ｙは
イオン発生器２０のイオン発生電極２４上を基準点にと
り、バイアス電圧５０２はこの基準点とイオン電流測定
電極５０２間に印加されているものとする。εｏは真空
中の誘電率、εａは空気の比誘電率、μは空気中のイオ
ン移動度、υはイオンの速度である。

【００９２】この計算の結果、絶縁体層２３からイオン
電流測定電極方向の距離ｙにおけるイオン電流Ｉｙは、
（５）式で示される。ここで、ｙｏの値はバイアス電圧
Ｖｂを印加したときイオン電流測定電極５０２に流れる
イオン電流値Ｉｂの実験値から決定できる。ｙｏの物理
的な意味は、イオン初速度がゼロで、イオンが無限に存
在する仮想的なイオン発生面となる。このｙｏの値が実
験によるイオン電流の測定から決まると、任意のバイア
ス電圧に対してイオン電流を計算から予測できる。そこ
で次に、このｙｏの値をイオン電流の実験値から決定す
る。

【００９３】基準面からイオン電流測定電極間の距離を
Ｌ₁ とすると、（５）式からバイアス電圧Ｖｂを印加し
たときにイオン電流測定電極に流れるイオン電流値Ｉｂ
は、（６）式で示すことができる。この結果から、ｙｏ
はイオン電流の測定値Ｉｂを用いて（７）式で計算でき
る。

【００９４】以上のイオン電流の計算では、＋極性のイ
オンを取り扱った。−極性のイオンについては極性を逆
転し、＋極性の移動度（μ⁺ ＝１．４ｃｍ² ／Ｖｓｅ
ｃ）の代わりに、−極性イオンの移動度（μ^- ＝１．９
ｃｍ² ／Ｖｓｅｃ）を用いれば良い。

【００９５】次に、電流の平均値を与えるＫＥＩＴＨＬ
Ｙのエレクトロメータ６１０Ｃを用い、イオン電流の測
定試験を行い、計算結果と比較する。バイアス電圧Ｖｂ
を変化し、イオン電流Ｉｂを測定すると、図１５に示す
ようにイオン電流はバイアス電圧の２乗に比例し、イオ
ン電流の（６）と一致する。この実験結果に対するｙｏ
値を（７）から計算すると、（８）式となる。つまり、
イオン発生器２０の絶縁体層２３の後方２１２μｍが、
仮想的な理論上のイオン発生面になる。

【００９６】一方、周波数を高くしてイオン発生量を多
くすると、イオン電流は飽和する。このときｙｏの値は
図１６に示すように仮想面が少し基準面に近づく。次
に、このイオン電流が飽和する周波数を計算する。ｙｏ
の値がゼロになる飽和イオン電流値Ｉｍは、コロナイオ
ン発生器に交流電圧（周波数３０ｋＨｚ）を印加し、バ
イアス電圧Ｖｂ（５００Ｖ）、基準点からの距離Ｌ
₁ （５００μｍ）のイオン電流測定電極に流れるイオン
電流Ｉｂ（６．５×１０^-7Ａ／ｃｍ）を用いて、関係式
（６）から（９）式で示すことができる。

【００９７】また、周波数とイオン電流が比例する上述
した図６の結果を用い、３０ｋＨｚを３．７倍して周波
数を計算すると、〜１００ｋＨｚとなる。これ以上の周
波数では、発生したイオンの空間電荷でイオンの発生が
押さえられ、これ以上にイオン電流を増加させることが
出来ない。そのためイオン電流をさらに増すにはバイア
ス電圧を上げる必要があるが、火花放電が生じないバイ
アス電圧の上限から空間電荷が存在する場合のイオン電
流の限界が決まる。従って、この空間電荷を利用した低
電圧駆動イオン流記録ヘッドには、速度限界が存在する
ことになる。

【００９８】一方、イオン発生器２０に印加する３０ｋ
Ｈｚの交流電圧３９の値を変えると１．６ｋＶ_P-P でイ
オン電流が生じ、１．８ｋＶ_P-P 以上では大きなイオン
電流の上昇がなくなる（図１７参照）。これは、交流電
圧３９の半周期毎の〜４μｓの放電で生ずるイオン電流
が飽和に達していることを示している。この放電時間は
交流電圧の半周期の約１／４であり、そのためイオン電
流の瞬間値はこの平均電流の約４倍の２．６×１０^-6Ａ
／ｃｍとなる。これは飽和イオン電流とほぼ一致するの
で、イオン電流が飽和に達しているものと考えられる。

【００９９】次に、イオン流記録ヘッド２の低電圧制御
について述べる。

【０１００】ここでは、上記したイオン流記録ヘッド２
を用い、制御電極３２，３３間に低い制御電圧を印加し
たとき境界要素法による分布計算から、イオンを低電圧
制御でき、かつ４極真空管の電圧増幅効果をモデルにし
たイオン電流の計算から、低い制御電圧で高い数百Ｖの
静電コントラストの潜像を形成できることを示す。

【０１０１】まず、境界要素法の電位分布解析による低
電圧制御予測について示す。ここでは、イオン流記録ヘ
ッドのイオン発生器２０から記録媒体１に至る間の電位
を境界要素法を用いて計算し、制御電極３２，３３間に
低電圧を印加してイオンの移動を阻止する逆電界を発生
させることができることを示す。計算に使用した印加電
圧を表２に示す。

【０１０２】イオン発生器２０の絶縁体層２３の厚さは
２０μｍ、電極２４，２５の厚さは２０μｍ、イオン発
生電極２４とスリット２６の幅は各々４０μｍで、３本
のイオン発生電極２４と２本のスリット２６を有する。
電位計算はスリット２６と制御電極３２，３３のイオン
通過孔２９が一致する場合と、イオン発生電極２４とが
一致する場合について行い、ヘッド試作時の必要精度を
検討した。また、イオン発生器２０と第１の制御電極３
２面までの距離は４６０μｍ、第１および第２の制御電
極３２，３３間の絶縁性基板３１の厚さは１００μｍ、
第２の制御電極３３面と記録媒体１間の距離は５００μ
ｍである。第１の制御電極３２の厚さは１８μｍ、第２
の制御電極３３の厚さはヘッドの孔開けをドリルで行っ
ているため、一定のバリを含む４８μｍにした。また、
第１および第２の制御電極３２，３３のイオン通過孔２
９は１００μｍ径で、解像度１０本／mmに相当する。

【０１０３】イオン流記録ヘッド３の電圧配置は、イオ
ン発生器２０に印加される交流電圧３９のピーク値を
１．５ｋＶ（３ｋＶ_P-P ）とし、イオン発生電極２４の
バイアス電圧３７を２５０Ｖ、第１の制御電極３２に印
加するバイアス電圧３４を（−２０〜６０）Ｖの可変電
圧、第２の制御電極３３はアース電位とした。また、記
録媒体１の表面電位を−６００Ｖにした。計算は、制御
電極３２，３３で印加電圧の影響が最も小さくなるイオ
ン通過孔２９の中心で行った。

【０１０４】この様子を図１８に示す。図中のイオン発
生器２０の近傍の実線で示した電位は、イオン発生器２
０のスリット２６と制御電極３２，３３のイオン通過孔
２９の中心が一致する場合であり、点線はイオン発生電
極２４の中心が一致する場合である。イオン発生器２０
の絶縁体層２３前方１００μｍでは両者ほぼ等しい電位
となり、制御電極３２，３３間の電位差に影響を与える
ことはない。また、図中には、制御電極３３近傍の電位
分布を拡大して示した。６０Ｖの電圧が第１の制御電極
３２に印加されると、常に電位が低下する分布になり、
＋極性のイオンは記録媒体１の方向に移動し、その表面
電位を低下させる。第１の制御電極３２の電位が−２０
Ｖになると、第１および第２の制御電極３２，３３の電
位関係は逆転し、逆電界が生じて＋極性のイオンを遮断
するようなる。以上のように、本実施例のイオン流記録
ヘッド３では、低い制御電圧でイオン流の制御ができて
いることが予測される。

【０１０５】次に、真空管で詳細に検討されている電圧
増幅率をイオン電流に適用することで、（Ａ）真空管に
おける電子の運動の式を、イオンの電界で移動する速度
式に置き換え、低電圧で制御できるイオン電流を求め
る。さらに、この計算方法を用い、（Ｂ）イオン発生器
の発生イオン量が大きく変動（５０％）した場合にも、
真空管と同様に、記録媒体に達するイオン電流が安定し
ていることを示す。

【０１０６】 （Ａ）低電圧制御可能なイオン電流について 真空管と同様、第１および第２の制御電極３２，３３の
厚さの中央におけるイオン通過孔２９面上に仮想制御面
上の任意の点における電位分布を計算する。この計算
は、電極相互の静電容量から算出できる電圧増幅率を用
いる。次にポアソンの方程式、電流の連続方程式、イオ
ンの移動度と電界によるイオン速度方程式を用い、第１
および第２の制御電極３２，３３における仮想制御面上
の電位からイオン電流による空間電荷が存在する場合
の、記録媒体１に達するイオン電流を算出する。計算
は、第１の制御電極３２の電圧を変えて行い、イオン電
流は、試作したイオン発生器２０の実験値を用いた。ま
た、イオン電流が第１の制御電極３２のイオン通過孔２
９に入射する割合は電界リスト効果真空管による補正項
を近似して用いる。

【０１０７】この計算に使用するヘッドと、記録媒体１
のパラメータを図１９を参照して示す。電位がゼロとな
るイオン発生器２０の絶縁体層２３前方６０μｍの面か
ら、第１の制御電極３２の仮想制御面までの距離を
Ｌ₁ 、第１および第２の制御電極３２，３３の仮想制御
面間の距離をＬ₂ 、第２の制御電極３３の仮想制御面と
記録媒体１間の距離をＬ_P 、第１の制御電極３２の厚さ
を２・Ｇ₁ 、第２の制御電極３３の厚さを２・Ｇ₂ とす
る。また、第１および第２の制御電極３２，３３の厚さ
とイオン通過孔２９の直径との和を制御電極３２，３３
の周期Ｐ₁ ，Ｐ₂とする。計算は、厚さ２・Ｇ₁ と２・
Ｇ₂ の制御電極３２，３３が真空管のグリッドと同じ様
に、周期Ｐ₁ ，Ｐ₂ で連続しているものとして近似す
る。

【０１０８】第１の制御電極３２にはＶ_g1、第２の制御
電極３３にはＶ_g2、記録媒体１の表面電位にＶ_p をそれ
ぞれ印加すると、イオン発生器２０で生じたイオン電流
は第１および第２の制御電極３２，３３で制御され、記
録媒体１にイオン電流Ｉ_p が流れる。このイオン発生電
極２４と第１の制御電極３２間の距離Ｌ₀ に第１の制御
電極３２の制御電圧Ｖｇ₁ を印加し、第１の制御電極３
２の仮想制御面上の電位がＶＧ₁ になった時のイオン電
流ＩＧ₁ は、式（５）で示したように（１０）式で示す
値となる。

【０１０９】ここで、電位ＶＧ₁ の計算にはイオン発生
器２０と、第１および第２の制御電極３２，３３からな
る三極管を想定し、第１の制御電極３２のイオン通過孔
２９中の仮想制御面上の任意の点における電圧増幅率を
Ｋ₁ とする。この増幅率Ｋ₁ の値は電極相互間の静電容
量のみで決定される値である。同様に、第１および第２
の制御電極３２，３３と記録媒体１からなる三極真空管
の増幅率をＫ₂ 、第１および第２の制御電極３２，３３
間の相互増幅率をＫ_{1 〜2} 、イオン発生器２０と第１お
よび第２の制御電極３２，３３と記録媒体１からなる相
互増幅率をＫ_p とする。

【０１１０】これらの増幅率は仮想制御面上の場所の関
数であるが、ここではイオン通過孔２９の中心点で代表
して計算する。この時、第１の制御電極３２の仮想制御
面上任意の点における電位ＶＧ₁ は、（１１）式とな
る。また、相互増幅率Ｋ_{1 〜2} およびＫ_p は、三極真空
管の増幅率Ｋ₁ ，Ｋ₂ を用いて（１２）式のように表わ
すことができる。

【０１１１】第１の制御電極３２の仮想電極面に流れる
イオン電流ＩＧ₁ のうち、この制御電極３２のイオン通
過孔２９を通過し、第２の制御電極３３に達するイオン
電流Ｉ_{1 〜2} は、第１の制御電極３２の幾何学的な遮蔽
率Ｓ₁ と電界による電界集中効果を考慮する補正項Ｎ₁
からなる真空管の遮蔽率の補正項Ｓｇ₁ を導入して近似
し、次式で表わすことができる。

【０１１２】 Ｉ_{1 〜2} ＝Ｓｇ₁ ・ＩＧ₁ イオン流記録ヘッド３におけるＳ₁ は、１８μｍ径の第
１の制御電極３２と、１００μｍのイオン通過孔２９か
らなる１１８μｍの周期で決定されるとしたため、その
値は０．８５である。この第１の制御電極３２のイオン
通過孔２９を通過したイオン電流は、第２の制御電極３
３で制御される。第１および第２の制御電極３２，３３
と記録媒体１からなる三極真空管の増幅率Ｋ₂ を用い、
第２の制御電極３３の仮想面上の電位ＶＧ₂ を示すと。
（１３）式の様になる。

【０１１３】この第２の制御電極３３の仮想電極面に流
れるイオン電流ＩＧ₂ は、第１および第２の制御電極３
２，３３の仮想制御面上の電位ＶＧ₁ ・ＶＧ₂ を用いる
ことにより、（１４）式で与えられる。ここで、ｙ₁ は
第１の制御電極３２のイオン通過孔２９を通過したイオ
ン電流Ｉ_{1 〜2} をイオン発生源と仮定した仮想面であ
る。ｙ₁ は、基準点からの距離をとると、（１５）式で
示すことができる。

【０１１４】この第２の制御電極３３に達するイオン電
流のうち、第２の制御電極３３のイオン通過孔２９を通
過し、記録媒体面に達するイオン電流Ｉ_p は、同様に第
２の制御電極の遮蔽率Ｓ₂ と電界による電界集中効果の
補正項Ｎ₂ を考慮した遮蔽率の補正項Ｓｇ₂ を導入し、
（１６）式で示すことができる。

【０１１５】ヘッドにおける補正項Ｓ₂ は、４８μｍ径
の第２の制御電極３３と１００μｍのイオン通過孔２９
からなる１４８μｍの間隔で存在すると仮定しており、
その値は０．６８である。その結果、直径Ｒ_d のイオン
通過孔２９を有するヘッドの単位長さ当たりの記録媒体
１に達するイオン電流は、（１７）式となる。

【０１１６】次に、この第１の制御電極３２に印加する
制御電圧を変え、記録媒体１に達する単位長さ当たりの
イオン電流を計算する（図２０参照）。計算するパラメ
ータは図２１で示すイオン電流の実験と電位配分が同一
になるよう表２を設定する。実際の低電圧駆動の実験で
は、第２の制御電極３３はアース電位とし、イオン発生
器２０のイオン発生電極２４には２５０Ｖのバイアス電
圧３１４を、また記録媒体１には表面電位−６００Ｖを
プリチャージにより印加しておく。図中の制御電圧Ｖｇ
₁ は、第２の制御電極３３をアース電位にしたときの電
圧に換算してある。

【０１１７】第１の制御電極３２の電圧が−１０Ｖのと
き、カットオフ状態となり、イオン電流は停止する。こ
の値は、境界要素法で制御電極間に逆電界を生ずるとき
の電圧とほぼ一致する（図１８参照）。制御電圧が上昇
するにつれてイオン電流は増加し、６０Ｖの電圧ではイ
オン電流が最大値に近い１．４×１０^-8Ａ／ｃｍに達す
る。さらに、制御電圧を増加させると第１の制御電極３
２とイオン発生器２０間のバイアス電圧が減少し、イオ
ン電流も減少する。制御電圧がバイアス電圧とほぼ同程
度になる３３Ｖでイオン電流もゼロになる。

【０１１８】次に、計算に使用したイオン流記録ヘッド
を用い、プリチャージ方式と等価なイオン電流測定系
（図２１参照）で、制御電圧に対するイオン電流値の変
化を測定する。この測定系は、ＫＥＴＨＫＥＹの微小電
流計をイオン電流測定用電極に接続し、その前方５００
μｍにヘッドを設けてある。微小電流の測定ができるよ
うに、第２の制御電極３３をプリチャージによる記録媒
体１の表面電位に等しい６００Ｖにする。低電圧制御用
のパルス電圧を与える第１の制御電極３２には、パルス
幅が１０ｍｓｅｃ（記録速度４０枚／分相当）、デュー
ティが１／２の電圧を−１００から＋４００Ｖまで可変
とした連続パルスを６００Ｖに重畳して印加する。イオ
ン発生器２０には、３０ｋＶ_P-P の交流電圧を印加し、
イオン発生電極２４には、第２の制御電極３３に対し２
９Ｖ，６０Ｖのパルス電圧が加わった第１の制御電極３
２に対し、２５０Ｖのバイアス電圧となる９１０Ｖを印
加する。パルス電圧のデューティが１／２のため、微小
電流計の測定値の２倍をとって計算値と比較する。この
様にして、イオン流記録ヘッドの動特性を測定したとこ
ろ、イオン電流の計算値（図２０参照）は実測値とほぼ
一致した。

【０１１９】 （Ｂ）イオン発生量の変動による制御イオン電流の変化
について 次に、イオン発生量が変動した時、低電圧駆動で制御さ
れるイオン電流の変動量を求め、低電圧駆動方式の安定
性を理論計算から確認する。このようなイオン発生量の
変動は、実際のヘッドのイオン発生電極の不均一性また
はイオン発生器２０の劣化により生ずる。イオン電流を
与える式（５）で、距離ｙ＝ｏにおけるイオン電流Ｉｏ
は、発生するイオン量ρに比例することを示しているこ
とが、式（４）から判る。

【０１２０】次に、印加電圧Ｖｙを一定にし、イオン量
がΔＩｏ変動したときの仮想面ｙｏの変化Δｙｏを（１
８）式より求める。この仮想面Δｙｏの変動量は、イオ
ン電流変動量ΔＩｏを用いて、（１９）式で与えられ
る。例えば上述したイオン発生器２０を用い、３０ｋＨ
ｚ、バイアス電圧５００Ｖのときは、ｙｏ＝２．７２×
１０^-2ｃｍである。この値を用い、イオン発生量を５０
％増加させると、Δｙｏは約１４％変動することにな
る。この値は、ｙｏがイオン発生器２０の絶縁体層２３
に０．３４×１０^-2ｃｍ近接した値となる。このイオン
量の変動がある時、距離Ｌ₁ の電極に流れ込むイオン電
流Ｉｂの変動量ΔＩｂは、（２０）式で与えられる。

【０１２１】以上の式から、イオン電流Ｉｂの変動量Δ
Ｉｂは、（２１）式のような値になる。例えば図６に示
したように、周波数３０ｋＨｚ、印加電圧２．０ｋＶ
_P-P でイオン電流が６．５×１０^-7Ａ／ｃｍのとき、イ
オン発生量を５０％増加させると、５００μｍ離れたイ
オン電流測定電極５０２に流れるイオン電流Ｉｂの変動
ΔＩｂは１４％増加し、７．４×１０^-7Ａ／ｃｍとな
る。このように空間電荷が存在するときのイオン電流
は、５０％のイオン量の変動に対し、１４％程度の変動
に減少する。

【０１２２】さらに、イオン発生量が５０％変動したと
き、低電圧制御の記録ヘッドを用いたイオン電流を図２
０のように試算した。制御電圧が６０Ｖのとき、記録媒
体１に達する電流は１．３２×１０^-8Ａ／ｃｍから１．
４３×１０^-8Ａ／ｃｍに増加する。しかし、その変動量
は約８％で、さらに減少している。また、制御電圧が６
０Ｖ以下ではさらに変動量は少なくなる。

【０１２３】画点毎に交流高周波の高電圧を切り替えて
コロナ放電のオン、オフを制御し、発生したイオン全て
を使用する従来のものでは、イオン発生量の変動がその
まま画質に現れる。しかし、低電圧駆動のイオン流記録
ヘッドを用い、イオンの空間電荷を制御する本方式で
は、真空管のカソードからの電子放出変動に対し、安定
した電子流が得られるのと同様に、５０％の大きなイオ
ン発生量の変動を、８％以下に減少させて使用すること
ができる。この様に、この低電圧駆動のイオン流記録ヘ
ッドを用いると、安定した記録ができることが計算から
予測される。

【０１２４】次に、このイオン流記録ヘッドとイオン電
流測定系を用い、イオン電流を測定する。また、プリチ
ャージされた６００Ｖの表面電位の記録媒体１にイオン
電流を照射し、そのときの表面電位の減衰を計算し、静
電コントラストを求める。さらに、背面を導電処理した
５０μｍ厚さのマイラフィルム（ルミラ）を記録媒体１
の誘電体層に用いて、イオン電流測定電極５０２に貼り
付けた静電潜像を作成し、二成分現像剤を用いて現像を
おこない画点を形成する。このようにして記録ヘッドを
用い、低電圧でイオン電流を制御できることを確認す
る。

【０１２５】まず、初めに図２１に示すイオン電流測定
系を用い、ヘッドをイオン電流測定電極５０２の前方２
５０μｍに近接して設け、イオン電流を測定する。また
第１の制御電極には１０ｍｓｅｃのデューティ１／２の
連続パルスを印加し、イオン電流を測定する。

【０１２６】以上の測定系で、パルス電圧を変えたとき
のイオン電流の計算値と測定値を図２２（ａ）に示す。
計算値（実線）と測定値（破線）は一致し、第１の制御
電極３２の印加電圧が６０Ｖで最大値に近い〜１．９×
１０^-8Ａ／ｃｍのイオン電流が得られる。この電流値
は、ヘッド１とイオン電流測定用電極５０２とが５００
μｍのときのほぼ２倍に当たる。さらに、このパルス電
圧を上昇させると、第１の制御電極３２とイオン発生電
極２４間のバイアス電圧が低下し、イオン電流が減少す
る。制御電圧がバイアス電圧と等しくなると、イオン電
流はほぼゼロになる。以上の記録ヘッドを用いた実験か
ら、第１の制御電極３２に６０Ｖ程度の低いパルス電圧
を印加し、イオン流を制御できることが確認できた。

【０１２７】次に、記録媒体１に５０μｍ厚のルミラを
設け、６００Ｖのプリチャージを行い、イオン流を照射
したときの静電潜像の静電コントラストを計算する。単
位面積当たりのイオン電流Ｉ_poが比誘電率εｉ、厚さｄ
ｉの記録媒体１に達すると、プリチャージによる６００
Ｖの記録媒体１上の表面電位は低下し、静電潜像が形成
される。この表面電位の低下ΔＶ_p による記録媒体１上
の電荷量の減少は、イオン電流Ｉ_poがΔｔの時間流れた
ときの電荷量に等しい。この記録媒体１上の表面電位の
変動量ΔＶ_p は、記録媒体１の単位面積当たりの静電容
量Ｃｏ（＝εｏ・εｉ／ｄｉ）を用いて、（２２）式で
示すことができる。

【０１２８】イオン流記録ヘッドで制御されたイオン電
流Ｉ_poを用いて（２２）式の積分を行ない、時間の関数
として表面電位Ｖｐを示すと、（２３）式のようにな
る。ここで、Ｖｓはプリチャージによる記録媒体の表面
電位、また係数ＡＡ，ＫＫ１，ＫＫ２，ＫＫ３は、増幅
率とヘッドのディメンジョンで決まる値である。ヘッド
に印加するパルス幅Ｔをパラメータにとり、Ｔ＝４ｍｓ
ｅｃ（記録速度５枚／分：Ａ４相当）、Ｔ＝２ｍｓｅｃ
（記録速度１０枚／分）、Ｔ＝１ｍｓｅｃ（記録速度２
０枚／分）、Ｔ＝０．５ｍｓｅｃ（記録速度４０枚／
分）のときのパルス電圧に対する表面電位の減衰を計算
した。この様子を図２２（ｂ）に示す。計算はマイラの
記録媒体１の比誘電率２．３を用いて行なった。パルス
電圧が６０Ｖの時（図中矢印）、４ｍｓｅｃのパルス幅
で４８０Ｖの高い静電コントラストが得られる。また、
Ｔ＝２ｍｓｅｃでは２９Ｖ、Ｔ＝１ｍｓｅｃでは２７０
Ｖ、そしてＴ＝０．５ｍｓｅｃでは９０Ｖの静電コント
ラストがそれぞれ得られることが計算から予測できる。

【０１２９】次に、この測定系のイオン電流測定電極５
０２にルミラの記録媒体１を貼り付け、イオン電流を照
射して静電潜像を二成分現像剤を用いて、画点形成を行
なった。この様にヘッドを記録媒体１に近接させ、記録
媒体１と第２の制御電極３３間、第１および第２の制御
電極３２，３３間、第１の制御電極３２とイオン発生器
２０間のそれぞれの電界の比を、４：２：１とすると、
制御電極３２，３３間を通過するイオンの軌跡は、図２
３に示すように広がらず絞り込めることが予測できる。
ここで、電位計算は境界要素法を用いて行ない、イオン
等電位面に垂直な電界方向に移動するものとして軌跡を
描いた。その結果、記録媒体１上に高い静電コントラス
トの静電潜像が得られ、良好な画点形成ができた。

【０１３０】印字サンプルでは、パルス幅が４ｍｓｅｃ
で１７０μｍφの画点となり制御電極のイオン通過孔２
９（１００μｍφ）より大きくなるが、２ｍｓｅｃでは
９７μｍφの画点でイオン通過孔２９とほぼ同じにな
る。１ｍｓｅｃでは５８μｍφ以下になり、０．５ｍｓ
ｅｃではさらに画点の大きさは４０μｍφと減少する。
また、パルス幅の減少と共に画点濃度も低下する。これ
はイオン通過孔２９の中心でイオン電流が最大となり、
静電コントラストが最も大きくなるためである。そのた
め、パルス幅が小さくなり、静電コントラストが減少る
と画点も小さくなる。この様にして、パルス幅を変化さ
せ、画点の径と濃度を変えることが可能になり、パルス
幅制御により階調記録ができる。以上の実験結果から、
ヘッド１を用いて第１の制御電極３２に６０Ｖのパルス
電圧を印加してイオン電流を制御し、またパルス幅を変
えることで階調記録ができることが明らかになった。

【０１３１】次に、イオン電流による速度限界予測につ
いて説明する。ヘッドの記録速度を決める要因には、イ
オンの走行時間と記録媒体１に達するイオン量がある。
ここでは、（１）イオンの走行時間と（２）記録媒体１
に達するイオン量をそれぞれ計算し、低電圧制御による
記録速度の限界を予測する。

【０１３２】 （１）イオンの走行時間 イオン発生器２０の絶縁体層２３前方〜６０μｍの範囲
で発生したイオンは、イオン発生電極２４のスリット２
６からの交流電圧による漏洩電界で高速に移動し、電位
がゼロとなる基準点に達する。この前方〜６０μｍの範
囲をイオンが通過する時間を次に計算する。１．５ｋＶ
の電圧がイオン発生器２０に加わると、絶縁体層２３前
方〜６０μｍで最も電界（図１８参照）が弱くなり、こ
の電界は（２４）式に示される値になる。

【０１３３】今、空気中における＋極性のイオン移動度
μ⁺ ＝１．４ｃｍ² ／Ｖ・ｓｅｃを用い、この範囲で最
も小さいこの電界で〜６０μｍを走行したときの時間を
求めると、（２５）式の様になる。なお、−極性のイオ
ンに対しては、μ^- ＝１．９ｃｍ² ／Ｖ・ｓｅｃを使用
して計算が可能である。この時間は、１４ＭＨｚの周波
数に相当し、発生したイオンは直ちにこの範囲を通過す
ることが判る。また、イオン発生量を最大にする１１０
ｋＨｚの高い周波数の交流電圧印加時にも、交流電圧の
極性が変わる前に、イオンはこの領域を通過する。

【０１３４】次に、イオン発生器２０と第１の制御電極
３２との間のイオン走行時間を計算する。この間の直流
バイアス電圧２５０Ｖで生ずる電界は、第１の制御電極
３２に６０Ｖの信号電圧が印加されたとき最も小さくな
り、その電界は次式の値になる。 Ｅｂ＝１９０Ｖ／０．０４ｃｍ＝４７５０（Ｖ／ｃｍ） この電界でイオン発生器３２の絶縁体層２３前方〜６０
μｍから４５０μｍの第１の制御電極３２に達するまで
のイオン走行時間ｔｇ₁ は、（２６）式のようになる。
この走行時間は記録時間０．５ｍｓｅｃ（記録速度約４
０枚／分相当）のときの〜１／８０に相当し、速度限界
を与えることはない。

【０１３５】また、イオンが第２の制御電極３３を通過
する前に、信号電圧がオフとなり、第１および第２の制
御電極３２，３３間の電界が逆転すると、イオンは第２
の制御電極３３を通過することができなくなる。そこ
で、第１および第２の制御電極３２，３３間のイオン走
行時間を次に計算する。第１の制御電極３２に６０Ｖを
印加したとき第１および第２の制御電極３２，３３間の
電界は、（２７）式となる。このとき、制御電極間をイ
オンが通過する時間は、（２８）式となる。この間のイ
オン走行時間は、記録時間０．５ｍｓｅｃの〜１／３６
０で、速度限界を与えることはない。

【０１３６】また、第２の制御電極３３を通過したイオ
ンは、プリチャージされた記録媒体１の表面電位６００
Ｖによる一定電界によって、記録媒体１に達する。第２
の制御電極３３と記録媒体１間のイオンの走行時間を次
に示す。この６００Ｖの記録媒体１上の表面電位で生ず
る第２の制御電極３３と記録媒体１との間の電界は、
（２９）式となる。そのために、第２の制御電極３３と
記録媒体１間のイオンの走行時間は、（３０）式の値と
なる。この走行時間は、記録時間０．５ｍｓｅｃ（４０
枚／分相当）の〜１／１７０である。以上の計算から、
全イオン走行時間Ｔは（３１）式となり、記録速度０．
５ｍｓｅｃの〜１／５０に相当する。そのため、イオン
の全走行時間は、記録速度が１７００枚／分に相当する
とき、初めてイオン走行時間と記録時間が同じ程度にな
る。以上のことから、イオンポジション記録の記録速度
は、イオン走行時間で制限されることはない。

【０１３７】 （２）記録媒体に達するイオン量からの速度限界につい
て 以上の様にイオン走行時間が、記録速度に影響を与える
ことはない。記録速度の限界は、記録媒体１に達するイ
オン量で決まり、このイオン量はイオン発生器２０で生
ずるイオン量と、第１の制御電極３２に達する量で決ま
る。このイオン発生量を増加させるには、イオン発生器
２０によるイオン量の増加か、また第１の制御電極３２
に達するイオン量を増加させるために、イオン発生器２
０と第１の制御電極３２間のバイアス電圧の上昇７、イ
オン発生器２０と第１の制御電極３２との距離の接近が
ある。

【０１３８】まず初めに、イオン発生器２０の印加交流
電圧の周波数をイオン量が最大の飽和値になる１１０ｋ
Ｈｚ以上にする。次に、火花放電が生じない範囲でイオ
ン発生器２０と第１の制御電極３２とを接近させ、かつ
バイアス電圧をできるだけ増加させて、記録速度の上限
を予測する。その時の現像に必要な記録媒体１上の静電
コントラスト（〜３５０Ｖ以上）を与えるイオン電流の
式（１６）と、電位減衰を与える式（２３）から照射時
間を求める。

【０１３９】また、イオン照射時間をパラメータにと
り、厚さ５０μｍ、誘電率２．３で、表面電位６００Ｖ
にプリチャージされた記録媒体１（マイラシート）にイ
オン電流を照射すると、記録媒体１の表面電位は、パル
ス幅が４〜２ｍｓｅｃ（記録速度５〜１０枚／分）の制
御電圧６０Ｖで静電コントラストは最大電位６００Ｖ、
また１ｍｓｅｃ（記録速度２０枚／分）で４６０Ｖ、さ
らに０．５ｍｓｅｃ（記録速度４０枚／分）で２８０Ｖ
となる。

【０１４０】次に、この様な飽和周波数１１０ｋＨｚ、
２．５ｋＶ_P-P の交流電圧をイオン発生器２０に印加
し、かつイオン発生器２０の前方火花放電が生じない３
０ｋＶ／ｃｍ以下の電界となっている１００μｍの距離
まで第１の制御電極３２の距離を近接させ、火花放電が
発生しない２５０Ｖのバイアス電圧（図１４矢印参照）
まで上昇させた状態で、記録媒体１に達するイオン電流
を制御電圧に対して求めた。これが図２５（ａ）であ
る。また、制御電圧のパルス幅をパラメータにし、表面
電位の減衰を計算した。これが図２５（ｂ）である。

【０１４１】イオン電流が流れ始めるカットオフ電圧−
６０Ｖを基準にして、第１の制御電極３２に６０Ｖを印
加すると、制御電圧のパルス幅が０．５ｍｓｅｃ（記録
速度４０枚／分）で記録媒体１の表面電位はほぼゼロと
なり、静電コントラストは最大電位の６００Ｖとなる。
また、０．２ｍｓｅｃ（記録速度１００枚／分）では静
電コントラストは３３０Ｖとれる。このとき制御電圧を
８０Ｖにすると、静電コントラストを４８０Ｖにまで上
昇できる。このように、８０Ｖで制御できる空間電荷を
利用した本方式の記録速度は、計算上１００枚／分であ
る。

【０１４２】以上のように、前述のイオン流記録ヘッド
を用い、イオン発生器２０に２．５ｋＶ_P-P 、３０ｋＨ
ｚの交流電圧を印加し、かつイオン発生器２０には２５
０Ｖのバイアス電圧を印加し、記録媒体１の表面電位を
プリチャージにより６００Ｖにすると、６０Ｖの低い制
御電圧でイオンの制御が可能となり、高い静電コントラ
スト（５５０Ｖ）が得られる。前記の真空管と同様の電
圧増幅率を考慮したイオン電流の計算値は実験値とほぼ
一致し、低電圧制御のイオン流記録ヘッドが実現可能と
なった。また、制御電極に与える制御電圧のパルス幅を
変え、マイラシート上に実際の静電潜像画点を形成し、
現像を行って記録画点を作成すると、階調記録ができ
た。このように高い静電コントラストが得られるため、
従来のイオン電流を制御する方式とは異なり低い静電コ
ントラスト用磁性−成分現像剤を使用すること無く、電
子写真で一般に使用されている現像剤を用いることが可
能になった。

【０１４３】一方、イオン電流を増加させたときの静電
コントラストの計算から、低電圧制御で１００枚／分ま
で高速記録の可能性があり、また、イオン発生量を５０
％変動させた場合には、イオン電流の変動を８％以下に
おさえることが計算から予測できる。このようにして発
生したイオンを全て使用する従来のものと異なり、イオ
ン発生量の時間的劣化変動、画点毎のイオン発生量の不
均一性に対し、安定した記録が可能となった。

【０１４４】次に、以上のような記録原理に基づいたイ
オン流記録ヘッド３のより具体的な構成を詳しく説明す
る。図２６はイオン流記録ヘッド３の断面図、図２７は
側面図である。

【０１４５】図２６に示すように、このイオン流記録ヘ
ッド３はヘッド支持体１００と、この支持体１００に支
持されたイオン発生器２０、制御基板３０および駆動回
路基板１０３の各要素から構成され、イオン発生器２
０、制御基板３０および駆動回路基板１０３は、ヘッド
支持体１００とともに取り外し可能となっている。イオ
ン発生器２０および制御基板３０は、原理的には図３に
示したような構成となっている。

【０１４６】ヘッド支持体１００には送風用孔１０４が
形成されており、ここに加圧された空気流が供給される
構造になっている。送風用孔１０４を通過してきた空気
流は空気吹き出し口１０５から吹き出し、制御基板３０
に吹き掛けられる。この空気流は、イオン発生器２０に
対してはイオンの発生を安定させる役割を果たしてお
り、制御基板３０に対してはトナーによるイオン通過孔
２９の目詰まりを解消する役割も果たしている。

【０１４７】また、図２７に示すようにヘッド支持体１
００には空気を入れるための空気流流入口１０７が形成
されており、コンプレッサからの圧縮された空気流をチ
ューブ１０８で導き、送風用孔１０４に流す構成となっ
ている。

【０１４８】ヘッド支持体１００には５０μｍ〜５００
μｍの段差１０９が掘られており、この段差１０９によ
ってイオン発生器２０と制御基板３０の間の距離が決定
されている。

【０１４９】図２８は図２６，図２７に示したイオン流
記録ヘッド３の要部の構成を示す斜視図である。図２８
に示すように、イオン発生器２０と制御基板３０、２つ
のスペーサ部材２８さらに、制御基板３０の各ドットを
制御するための制御信号を図示しない制御回路から供給
するための２本のフレキシブル・プリント・ケーブル５
０が備えられ、これらは全てヘッドホルダ１００上に搭
載されている。同図は記録ドラム１側から見た図である
ので、制御基板３０は第２の制御電極３３側が見えてい
る。

【０１５０】第１の制御電極３２は制御基板３０の絶縁
性基板３１の一方の面に一様に形成された金属層からな
り、この上にイオン通過孔２９が図の様に斜めに４個ず
つ配設されている。本実施例の静電記録装置では全部で
１０００個の画点を記録できるようになっているので、
４個ずつ２５０組のイオン通過孔２９が形成されてい
る。なお、記録解像度が主走査・副走査とも１０ｄｐｍ
（ドット／ｍｍ）の場合と２０ｄｐｍの場合のイオン流
記録ヘッド３を作製したが、これらの解像度を維持する
ためにイオン通過孔２９がこの様な配置になっている。
これについては後で詳細に説明する。

【０１５１】また、各イオン通過孔２９が延長線上で制
御基板３０の端部には位置合わせ用のパターン５１が形
成され、更に制御基板３０の所々に接着剤浸透用の孔５
２が設けられており、制御基板３０とイオン発生器２０
は接着剤で接着されることにより一体化されている。イ
オン発生器２０上には、誘導電極２２に接続されている
第１メタル層の端子５３と、イオン発生電極２４および
遮蔽電極２５に接続されている第２メタル層の端子５４
が見られる。

【０１５２】次に、イオン流記録ヘッド３を構成する各
要素について詳細に説明する。まず図２９を用いてイオ
ン発生器２０について説明する。図２９はイオン発生器
２０の全体図である。セラミック基板からなる絶縁性基
板２１の上には、図３の誘導電極２２に接続されている
第１メタル層５５が数μｍの厚さに形成され、その上に
ＳｉＣなどを含んだガラスなどの絶縁体層２３が形成さ
れ、更にその上にイオン発生電極２４および遮蔽電極２
５に接続されている第２メタル層５６が形成される。ま
た、第１メタル層５５にはバイアス電圧（Ｖｂ⁺ ３７、
Ｖｂ^- ３６）を印加するための電極端子５３が形成さ
れ、第２メタル層５６には交流電圧３９を印加するため
の電極端子５４が形成される。この様なイオン発生器２
０は、全て厚膜印刷技術で作ることが可能である。

【０１５３】なお、絶縁性基板２１にはレーザ加工など
によって、送風用の孔５７が多数形成されている。本実
施例では直径１ｍｍ、ピッチ２ｍｍで送風用孔５７が２
列、イオン発生部の両側に形成されている。絶縁体層２
３にも送風用の孔５７′が形成されているのは、勿論で
ある。送風用孔５７には、イオン発生器２０の背面側
（絶縁性基板２１側）から温風が供給されるようになっ
ており、これによってイオン発生器２０の動作を安定化
させている。

【０１５４】イオン発生器２０について、図３０〜図３
３を参照して更に詳しく説明する。図３０（ａ）はイオ
ン発生器２０の平面図、（ｂ）は裏面図であり、また図
３１（ａ）（ｂ）は図２９のＡ−Ａ′線に沿う断面図で
ある。図３１（ａ）に示されるように、絶縁性基板２１
の上に誘導電極２２が形成され、更に絶縁体層２３、最
後にイオン発生電極２４と遮蔽電極２５が形成される。
そして、図３０（ａ）に示すように、数μｍの絶縁体層
１１５を選択的に形成することで、イオン発生器２０が
構成される。この絶縁体層１１５は電極の不要部分から
のイオン発生を防止するためのものである。

【０１５５】図３０（ａ）にも示されるように、イオン
発生電極２４（遮蔽電極）に直流バイアス電圧を与える
ための端子１１６と、誘導電極２２とイオン発生電極２
４および遮蔽電極２５との間に、〜３ｋＶ_P-P 程度の交
流電圧を与えるための端子１１７とが形成されており、
高圧のコネクタ１１８でこれらの電圧が供給される。こ
れらの電極間の電界が空気の放電開始電界よりも大きく
なって、放電が生じないように端子電極間の距離は十分
にとる必要がある。

【０１５６】なお、イオン発生器２０は図３０（ｂ）に
も示されているように、絶縁性基板２１の裏側（イオン
発生電極などを形成してない側）には、発熱抵抗体１１
９が形成されている。そして、この発熱抵抗体１１９の
両側に形成されている２つの端子１２０、１２０′の間
に直流電圧を印加することにより、発熱抵抗体１１９に
電流を流して発熱させ、イオン発生器２０を加熱してい
る。イオン発生器２０を加熱することによって、放電に
よって発生した窒素酸化物などが熱分解され、更に送風
の効果も加わってイオン発生器を長寿命化することが可
能となる。

【０１５７】図３１（ａ）（ｂ）が図３と異なっている
点は、イオンを発生する場所がＡ−Ａ′方向で４個所あ
ることである。これは図２８に示したように、本実施例
のイオン流記録ヘッド３では副走査方向に４ドットずつ
制御電極にイオン通過孔２９が形成されているためであ
り、図２８に示されたイオン発生器の基本パターンが４
つ繰り返されているのである。

【０１５８】図３１（ａ）のイオン発生部の副走査方向
のピッチは、制御電極３２，３３のイオン通過孔２９の
副走査方向のピッチと等しくなっている。イオン通過孔
２９はθ＝ｔａｎ^-1４の角度で斜めに並んでいるので、
イオン発生部のピッチは本実施例の解像度が１０ｄｐｍ
の場合には４００μｍ、２０ｄｐｍの場合には２００μ
ｍとなっている。また本実施例の場合には、遮蔽電極２
５の幅は約４０μｍ、遮蔽電極２５とイオン発生電極２
４の間のスペースも約４０μｍとした。なお、絶縁性基
板２１と絶縁体層２３には送風用孔５７、５７′が形成
されており、基板２１側から温風が流される構造となっ
ている。

【０１５９】図３１（ｂ）は、イオン発生器２０の他の
例を示すＡ−Ａ′断面図であり、図３０（ａ）では４つ
に分割されていた誘導電極２２を１つにしている。この
様にすることで、誘導電極２２の製作精度がラフで良
く、また第１メタル層５５である誘導電極２２と、第２
メタル層５６であるイオン発生電極２４および遮蔽電極
２５との位置合わせ精度もラフにすることができる利点
を持つ。但し、その代わりこれらの電極間の静電容量も
大きくなるので、交流電圧としては電流容量の大きいも
のが必要となる。以上説明した構成のイオン発生器２０
が図２６および図２７に示すように、ヘッド支持体１０
０に形成された５００μｍの溝１２１内に挿入されてい
る。

【０１６０】図３２、図３３はそれぞれ図２９に示した
イオン発生器２０のＢ部、Ｃ部の拡大図である。これら
の図３２，３３では、二点鎖線で絶縁性基板２１、破線
で第１メタル層５５である誘導電極２２、１点鎖線で絶
縁体層２３、実線で第２メタル層５６であるイオン発生
電極２４と遮蔽電極２５のパターンをそれぞれ表わして
いる。送風用孔５７が形成された絶縁性基板２１上に、
まず第１メタル層５５である誘導電極２２が形成され
る。これらの図では説明を簡単にするために、誘導電極
２２が図３１（ｂ）に示される４つに分割されてないタ
イプの例を示してある。次に、この上に送風用孔５７′
のある絶縁体層２３を形成する。絶縁体層２３の送風用
孔５７′は、絶縁性基板２１の送風用の孔５７よりもや
や大きくなっているので、パターンの位置精度が少し変
化しても確実に温風が通過できるようになっている。温
風（室温以上〜１００℃程度）を送風することによっ
て、イオンの発生量を安定化することができる。更に、
この絶縁体層２３の上に第２メタル層５６が厚膜印刷技
術によって形成される。最後にエッチングによってイオ
ン発生電極２４と遮蔽電極２５のパターンが形成されて
イオン発生器２０が完成する。

【０１６１】なお、図３２の第２メタル層５６には４本
の切り欠き５８が、また図３３の第２メタル層５６には
４本のバーパターン５９がそれぞれ形成されている。こ
れらの切り欠き５８およびバーパターン５９は、この上
に乗せられる制御電極３２，３３との位置合わせ用パタ
ーンである。位置合わせ用切り欠きパターン５８は本実
施例では約４０μｍの幅で、ピッチは４００μｍ（２０
ｄｐｍの場合は２００μｍ）であり、また位置合わせ用
バーパターン５９はバーの幅が約４０μｍで、ピッチは
４００μｍ（２０ｄｐｍの場合は２００μｍ）である。

【０１６２】すなわち、これら位置合わせパターン５
８，５９と制御基板３０上のイオン通過孔２９が一致す
るように位置合わせを行うことで、どのイオン通過孔２
９からも一定量のイオンを安定して取り出すことが可能
となる。本実施例の場合、これらの位置合わせパターン
５８，５９は、遮蔽電極２５の延長線上に形成されてい
る。従って位置合わせされた状態では、図３に示したよ
うに遮蔽電極２５の真上にイオン通過孔２９が位置する
ことになる。

【０１６３】一方、制御基板３０はヘッド支持体１００
に沿って貼り付けられている。制御基板３０には、イオ
ン発生器２０に近い方から第１の制御電極３２と第２の
制御電極３３が形成されている。この第１および第２の
制御電極３２，３３の少なくとも一方は、各イオン通過
孔２９に対して独立に制御電圧を与えられる様な構成と
なっている。この実施例の場合には第１の制御電極３２
が個別の制御電極となっており、第２の制御電極３３は
ベタの電極で一様な電圧が与えられる様な構成となって
いる。

【０１６４】なお、本実施例の場合には第１の制御電極
３２が個別電極となっている。換言すれば、イオン発生
器２０に近い制御基板３０の内側の制御電極３２が個別
電極となっている。このために、制御基板３０の端部で
スルーホールを形成して第１の制御電極３２を表側に取
り出している。制御基板３０は位置合せを行った状態で
ヘッド支持体１００に接着され、ヘッド支持体１００と
一体化される。理想的には４個の個別のイオン発生部の
位置と、制御電極３２のイオン通過孔２９の位置が一致
するように位置合わせするのが望ましいが、あまり精度
は必要ない。

【０１６５】図２６、図２７に示されるように、駆動回
路基板１０３上にはＩＣ化された駆動回路（以下、ドラ
イバＩＣという）１２４が多数搭載されている。これら
のドライバＩＣ１２４は、従来サーマルヘッドで使用さ
れていたＩＣでも十分に使用可能である。従来のサーマ
ルヘッド・ドライバでは、１つの発熱抵抗体当たり数１
０ｍＡの電流を流す構造になっているが、本実施例のプ
リンタでは１つの制御電極当たり数μＡ程度の電流しか
流す必要がない。従って、新たにドライバＩＣ１２４を
作製する場合には、ほぼ従来と同様の耐圧で電流容量と
しては遥かに小さく、そのためチップ面積も小さくなる
ので、１２８ビットを駆動するような集積度の高いドラ
イバＩＣを作製することも可能となる。

【０１６６】図３４に、本実施例のプリンタに使用され
るドライバＩＣ１２４の内部ブロック図を示す。画像デ
ータはＳin端子１２５から入力され、シフトレジスタ１
２６内をクロック信号（ＣＬＯＣＫ）１２７によって転
送される。このシフトレジスタ１２６は例えば６４ビッ
ト構成であり、これにより、ドライバＩＣ１２４として
は６４個の画点のＯＮ／ＯＦＦを可能としている。シフ
トレジスタ１２６に転送されたデータは、ラッチ信号
（ＬＡＴＣＨ）１２８によって６４ビットのラッチ１２
９にコピーされ、保持される。イネーブル信号（ＥＮ）
１３０が与えられると、ラッチ１２９にマークデータが
保持されている場合だけゲート１３１が開き、ドライバ
トランジスタ１３２がＯＮとなり、この画点だけが記録
されるような構成となっている。また、各ドライバＩＣ
１２４は６４ビットシフトレジスタ１２６の出力をＳou
t 端子１３３に出力している。Ｓout 端子１３３は、次
段のドライバＩＣ１２４のＳin端子１２５に接続されて
いるために、多数の画点に対応することが可能となる。
各信号は駆動回路基板１０３上に形成された配線を通
り、コネクタ１３９を介して外部の図示しない制御回路
より供給されてくる。

【０１６７】記録解像度が２０ｄｐｍのＡ４幅（２１０
ｍｍ）用ラインヘッドの場合を例にとると、１ラインに
４，２００ドットのイオン通過孔２９が存在する。これ
らのイオン通過孔２９を独立にドライブする第１の制御
電極３２は、図２８に示されるように交互の反対方向に
引き出されている。したがって、片側の駆動回路基板１
０３上には、３３個のドライバＩＣ１２４が搭載される
ことになる。

【０１６８】また、図２６、図２７に示されるように、
ドライバＩＣ１２４が搭載された２枚の駆動回路基板１
０３はヘッド支持体１００上に接着剤などで固定され
る。駆動回路基板１０３がヘッド支持体１００上に固定
された後、第１の制御電極３２と駆動回路基板１０３上
の制御信号線とをワイヤボンディング１３６で接続し、
更に樹脂１３８でモールドすることで、絶縁を行ってい
る。また、その上から金属カバー１３８をかけ、ネジ１
３５で固定している。これはイオン発生器２０のような
高圧の交流電圧がドライバＩＣの直ぐ近くにあるため
で、高周波ノイズによって５Ｖの論理回路が誤動作する
のを防いでいる。従って、金属カバー１３８はアース電
位に接続されているのが望ましい。なお、図２７は金属
カバー１３８を取り除いた状態を示してある。

【０１６９】この様にして組み立てられたイオン流記録
ヘッド３は、図２６、図２７に示されるようにプリンタ
本体に取り付けられているヘッド取り付け用レール１４
０とヘッドに形成された溝１４１で噛み合い、レールの
方向にスライドさせ、本来の記録位置にセットされる。
なお、イオン流記録ヘッド３を取り外す場合には、各コ
ネクタを外してヘッド取り付け用のレール１４０上をス
ライドさせることで、イオン流記録ヘッド３の部分だけ
を取り外すことが可能である。

【０１７０】また、本発明のイオン流記録ヘッド３で
は、イオン発生器２０だけを取り替えることも可能な構
造となっている。すなわち、図２７に示したようにヘッ
ド支持体１００の側板１４２には、イオン発生器２０の
位置を固定するための位置決め孔１４３が形成されてい
る。従って、図２７の場合にはイオン発生器２０を図の
右側から左側へ押し込むことで、イオン流記録ヘッド３
にセットすることが可能となっている。また、逆にイオ
ン発生器２０を図の左側から右側へ引き抜くことで、イ
オン流記録ヘッド３から取り外すことが可能となってい
る。この様になっているために、イオン発生器２０が劣
化した場合にもイオン流記録ヘッド３全体（制御基板３
０、駆動回路基板１０３など全部）を取り替える必要が
なく、イオン発生器２０だけを取り替えれば済むので、
装置の保守に必要なコストを低減することも可能とな
る。

【０１７１】次に、制御基板３０について図３５〜図３
８を用いて説明する。図３５（ａ）（ｂ）は、制御基板
３０を表側、すなわち図３における記録ドラム１側から
見た平面図であり、第２の制御電極３３が見えている。

【０１７２】図３５（ａ）の例では第２の制御電極３３
は基板全面に形成された、いわゆるベタ電極になってお
り、図３に示したようにアース電位に接続されている。
制御基板３０には位置合わせ用の孔５１と、制御基板３
０とイオン発生器２０を接着するための接着剤流し込み
用の孔５２が形成されている。

【０１７３】図３５（ｂ）の例では、イオン通過孔２９
の周辺のみに第２の制御電極３３が形成されている。ベ
タ電極をエッチングによりパターニングすることで、こ
の様なパターンの第２の制御電極３３を形成することが
できる。この様に第２の制御電極３３の面積を小さくす
ることで、第１の制御電極３２と第２の制御電極３３の
間に形成される静電容量が小さくなるため、駆動回路や
駆動電源の電流容量を小さくできる。なお、第２の制御
電極３３は両側（副走査方向）に端子を取り出せるよう
に両端を制御基板３０の端部まで延在させている。第２
の制御電極３３を形成する際のパターニングにより制御
電極３３から分離された３３ａ，３３ｂの部分は、動作
上は本来不要であるが、本実施例では強度を持たせるた
めにそのまま電気的に浮かした状態で残して使用してい
る。第２の制御電極３３と、これらの分離された部分３
３ａ，３３ｂとを電気的に１点を接続することで、図３
６（ａ）とほぼ同様の機能を持つこともできる。

【０１７４】図３６は、制御基板３０を裏側（第１の制
御電極３２側）から見た平面図であり、第２の制御電極
３３側から見た場合と同様に、イオン通過孔２９、位置
合わせ用の孔５１、接着剤流し込み用の孔５２が見えて
いる。第２の制御電極３３は各イオン通過孔２９に対し
て共通の電位が与えられる様になっていたのに対し、第
１の制御電極３２は図のように細かくパターニングさ
れ、各イオン通過孔２９に対して異なった電位を時間的
にも独立に印加できるよう、画点毎にそれぞれ独立して
形成されている点が異なっている。

【０１７５】第１の制御電極３２の各先端は、制御基板
３０の端部でフレキシブル・ケーブル接続用端子６０に
接続されており、ここでフレキシブル・ケーブルから制
御電圧が与えられる。なお、図３６は記録解像度が１０
ｄｐｍの場合の例を示しており、この場合には制御電極
３２の２つ毎に上下に引き出し配線が引き出されている
ので、配線間のピッチは２００μｍ（５本／ｍｍ）とな
る。また、接着剤流し込み用の孔５２は、直径１００μ
ｍ、ピッチ４００μｍで副走査方向に５個ずつ形成され
ており、配線１０本にこれらの接着剤流し込み用の孔５
２の群が配設されている。従って、制御電極３２の配線
は、イオン通過孔２９付近とフレキシブル・ケーブル接
続用端子６０付近では幅１００μｍ、ピッチ２００μｍ
であるのに対し、接着剤流し込み用の孔５２の付近では
幅９２μｍ、ピッチ１８４μｍとなっている。なお、イ
オン通過孔２９の極近傍では第２の制御電極３２の配線
幅は６６μｍであるが、これについては図３７で説明す
る。フレキシブル・ケーブル接続用端子６０は１本毎に
長さを変化させてあるが、これはフレキシブル・ケーブ
ルと接続する場合の位置合わせを簡単にするためであ
る。

【０１７６】このように引き出し配線を副走査方向の両
側に引き出した構成にすると、解像度１０ｄｐｍの場
合、引き出し配線の解像度（配線密度）は、イオン通過
孔２９付近で５本／ｍｍ、フレキシブル・ケーブル接続
用端子６０付近でも５本／ｍｍである。これに対し、解
像度２０ｄｐｍの場合には、やはり引き出し配線を２本
づつ副走査方向の両側に引き出すとすると、イオン通過
孔２９付近で配線密度は１０本／ｍｍである。ところ
が、フレキシブル・ケーブルは配線密度の高いものでも
８本／ｍｍ程度であることや、配線密度が高くなるとフ
レキシブル・ケーブル接続端子６０とフレキシブル・ケ
ーブルとの接続が難しくなることなどから、フレキシブ
ル・ケーブル接続用端子６０付近では、引き出し配線の
配線密度を８本／ｍｍとしている。従って、引き出し配
線は図３６に示したような単純な平行配線とはならず、
その配線密度がイオン通過孔２９付近の１０本／ｍｍか
ら、フレキシブル・ケーブル接続用端子６０付近での８
本／ｍｍにまで広がるような配線となっている。

【０１７７】図３７は、制御基板３０のイオン通過孔２
９付近の拡大図である。イオン通過孔２９は４個の孔が
斜めに配列されており、この繰り返しで全てのドットが
形成されている。本実施例では主走査方向と孔の並んで
いる方向とのなす角度θは、θ＝ｔａｎ^-1（±４）を満
たすように設定されている。すなわち、同図に示される
ように、主走査方向のイオン通過孔２９のピッチＰと副
走査方向のイオン通過孔２９のピッチｌとの間には、ｌ
／Ｐ＝４なる関係が成立している。

【０１７８】イオン通過孔２９をこの様な配置にした理
由は次の通りである。イオン通過孔２９の直径が５０μ
ｍであり、記録解像度が２０ｄｐｍの場合を考える。こ
のような場合、イオン通過孔２９を主走査方向に一列に
並べると、隣接するイオン通過孔２９が連続してしま
い、第１の制御電極３２を形成できなくなる。従って、
イオン通過孔２９を斜めに並べる必要性が生ずる。但
し、イオン通過孔２９を斜めに並べる場合にも、副走査
方向の解像度の整数倍の位置にそれぞれの通過孔を配置
しなければならない。本実施例の場合、記録解像度は主
走査・副走査ともに２０ｄｐｍで等しいため、θ＝ｔａ
ｎ^-1Ｎ（Ｎは整数）となる角度θに、イオン通過孔２９
を並べる必要がある。

【０１７９】まず、Ｎ＝１つまりθ＝ｔａｎ^-1１＝４５
°の場合を考える。この場合、隣り合うイオン通過孔２
９の中心間距離は７１μｍ、従って最も近い部分は２１
μｍとなってしまう。このようなイオン通過孔２９の周
辺に第１の制御電極３２を形成する必要がある。現在エ
ッチングなどで安定にパターニングができる線幅・スペ
ースは、いずれも３０μｍ程度が限界である。従って、
隣り合うイオン通過孔２９の間には、最低９０μｍの間
隔が必要となり、Ｎ＝１は不適当となる。同様な理由か
ら、Ｎ＝２も不適当である。Ｎ＝３以上であれば、この
条件はクリアできる。しかし、電気回路で信号を遅延さ
せる関係から、Ｎは偶数の方が回路が簡単になる。従っ
て、Ｎ＝４以上の偶数が好ましいということになる。

【０１８０】そこで、Ｎ＝４の場合にイオン通過孔２９
を副走査方向に何列並べたら良いかを次に考える。ま
ず、２列の場合には各列で最もイオン通過孔２９の近付
いている距離は５０μｍであり、上述した理由から不適
当である。ここで、第１の制御電極３２からの配線の引
き出し方について考えてみる。今、全ての引き出し配線
を副走査方向の一方に引き出すとすると、エッチングが
線幅・スペースとも３０μｍで限界とすれば、Ｍ列ある
場合には（６０×Ｍ＋３０）μｍの幅が各列の隣り合う
イオン通過孔２９の間に必要である。これに対し、各列
の隣り合うイオン通過孔２９の間の距離は（５０×Ｍ−
５０）μｍである。すなわち、Ｍ≧１では常に（６０×
Ｍ＋３０）＞（５０×Ｍ−５０）が成立しており、その
ため配線を１方向に引き出すことは不可能である。従っ
て、引き出し配線は副走査方向の両側に振り分けなけれ
ばならない。このことを考慮すると、３列では引き出し
配線の引き出しおよび信号の並べ替えが複雑になるの
で、４列を採用することが望ましい。以上の理由から、
図３７に示すようなイオン通過孔２９の配列、第１の制
御電極３２の引き出し配線の引き出し法が決定された。

【０１８１】また、図３７に示されるようにイオン通過
孔２９の各列の延長線上には、位置合わせ用のパターン
５１が形成されている。本実施例の場合には、この位置
合わせ用パターン５１として孔を開けてある。同図３８
のように制御基板３０の端面となる位置付近に各列３つ
の位置合わせ用の孔５１を開けておく。そして、真中の
孔を狙って切断し、制御基板３０の端面６１を形成す
る。この切断して形成された制御基板３０の端面６１
は、必ずしも位置合わせパターン５１の真中の孔の更に
中心を通る線で切断する必要はない。例えば制御基板３
０上に位置合わせパターン５１が１つしかなく、しかも
その孔も一部分しかないように端面６１′が形成されて
も、また制御基板３０上に位置合わせ用パターン５１が
３つあるように端面６１″が形成されても、位置合わせ
の機能は失われることはない。この様に、制御基板３０
の端面６１の位置が少しずれてもその機能を失わないた
めに、位置合わせ用パターンとして３つの孔を開け、真
中の孔の中心を狙って切断することで、制御基板３０の
端面６１を形成している。

【０１８２】次に、図３８（ａ）〜（ｅ）を参照して制
御基板３０の製造方法について説明する。まず、図３８
（ａ）に示すように、約１８μｍ厚の銅箔７０と約２５
μｍ厚のポリイミド樹脂層７１から構成される片面銅貼
り基板７２を２枚用意し、両者を銅箔７０の面が外側に
なるよう接着剤７３（厚さ約１５μｍ）で接着する。次
に、図３８（ｂ）に示すように片面の銅箔７０だけをエ
ッチングして、第１の制御電極３２を形成する。次に、
図３８（ｃ）に示すように、ポリイミド樹脂層７１、接
着剤層７３、ポリイミド樹脂層７１と順次エッチングし
て、イオン通過孔２９を開けて行く。次に、第２層目の
銅箔７０をエッチングすることでイオン通過孔２９が完
成するが、この際に第１層目の第１の制御電極３２も同
時にエッチングされるのを防ぐため、まず図３８（ｄ）
に示すように既に形成されている第１の制御電極３２に
金メッキ層７４を施しておく。この様にして銅箔７０の
エッチングを行うことで、図３８（ｅ）に示されるよう
なイオン通過孔２９を有する制御基板３０が完成する。

【０１８３】図３８では片面銅貼り基板を２枚使用し、
接着によって両面銅貼り基板を作成し、これをエッチン
グしてイオン通過孔２９を開けて制御基板３０を作製す
る例を示した。しかし、樹脂層の両面に銅箔を貼った両
面銅貼り基板を用いても全く同様の方法で制御基板３０
を作製することが可能である。また、両面銅貼り基板の
場合には、まず両面の銅箔７０をエッチングし、その後
樹脂の部分を両面からエッチングしても良い。

【０１８４】以上述べてきた様な方法で、イオン発生器
２０と制御基板３０が作製される。最後に、これらイオ
ン発生器２０、制御基板３０と、スペーサ部材２８およ
びフレキシブル・ケーブル５０とを一体化することで、
図２８に示したようなイオン流記録ヘッド３が完成され
る。

【０１８５】図３９および図４０は、イオン発生器２０
の上にスペーサ部材２８を載せ、更にその上に制御基板
３０を載せて、イオン発生器２０と制御基板３０の位置
合わせを行った状態を示す平面図である。制御基板３０
上の位置合わせ用孔５１と、イオン発生器２０に形成さ
れた位置合わせ用切り欠きパターン５８およびバーパタ
ーン５９が図のように一致している。この状態でイオン
発生器２０と制御基板３０を制御基板３０に開けた接着
剤注入用の孔から接着剤を注入して接着することで、一
体化を行うことができる。なお、制御基板３０とフレキ
シブル・ケーブル５０の接続は圧接で行った。

【０１８６】図４１に、図２８のＤ−Ｄ′線に沿う断面
図を示す。制御基板３０とフレキシブル・ケーブル５０
のそれぞれの電極は、位置合わせされた状態でゴム７５
と押さえ板７６で押さえられ、互いの電極を圧接するた
めにネジ７７によってヘッドホルダ７８に留められる。
この様にして、制御基板３０とフレキシブル・ケーブル
５０の接続を実現している。

【０１８７】次に、本発明の他の実施例を説明する。図
４２は、本発明の第２の実施例に係るイオン流記録ヘッ
ド３の断面図である。第１の実施例では第２の制御電極
３３をアース電位としたが、第２の実施例では第１の制
御電極３２をアース電位としている。

【０１８８】図４２は実際に記録が行なわれている状態
を示しており、第２の制御電極３３に第１の制御電極３
２に対して負の制御電圧Ｖｃ３４が与えられるように、
電気的なスイッチング回路３５が制御されている。この
よう様にすることで、第１の制御電極３２と第２の制御
電極３３の間に図３に示したのと同様の電界Ｅ２が形成
されるので、イオン発生部であるスリット２６より発生
した正のイオンは、イオン通過孔２９を通過することが
できる。従って、負のイオンで一様帯電された記録ドラ
ム１の絶縁体層４２上に静電潜像を形成することができ
るのである。

【０１８９】本実施例は図３に示したのと同様の電界Ｅ
２を形成するために、制御電圧Ｖｃ３４が負電圧である
ことが、第１の実施例と大きく異なる。画点を形成しな
い場合には、スイッチング回路３５の接点がｂ側に接続
され、第１の制御電極３２と第２の制御電極３３は同電
位（アース電位）になり、これらの電極３２，３３間に
生じる電界Ｅ２は０となる。従ってイオンはイオン通過
孔２９を通過できず、画点も形成されない。

【０１９０】図４３および図４４は、図４２に示した考
えに基づいて実際に構成されたイオン流記録ヘッド３の
斜視図およびＥ−Ｅ′線に沿う断面図である。図４３に
示すように、この実施例では第２の制御電極３３が個別
電極となるので、第２の制御電極３３が多数形成されて
いる点が図２８と大きく異なっている。他の点について
は、図２８とほぼ同様である。なお、この実施例の場
合、第２の制御電極３３とフレキシブル・ケーブル５０
との接続は、図４１に示したような圧接で行っても勿論
構わないが、ここでは図４４に示すようにワイヤボンデ
ィングで接続している。

【０１９１】すなわち、第１の実施例と同様の方法でま
ずイオン発生器２０と制御基板３０とをスペーサ部材２
８を挟んで接着して一体化し、これらをヘッドホルダ７
８上に接着あるいはネジ止めで固定する。次に、フレキ
シブル・ケーブル５０上の電極位置と第２の制御電極３
３の位置を合わせた状態で、フレキシブル・ケーブル５
０を同じくヘッドホルダ７８上に接着する。最後に、ワ
イヤボンダを用いてフレキシブル・ケーブル５０上の電
極と第２の制御電極３３とを金ワイヤ７９で接続（ワイ
ヤボンディング）して、イオン流記録ヘッド３を完成す
る。なお、実際には金ワイヤ７９は裸のままでは絶縁性
・強度の点で問題であるので、図４４に示されるように
樹脂モールド部８０（図４３では省略している）によっ
て覆われている。

【０１９２】図４５および図４６は、第３の実施例に係
るイオン流記録ヘッド３の斜視図およびＦ−Ｆ′線に沿
う断面図である。この実施例は第２の実施例と同様に、
第１の制御電極３２は共通のアース電位とし、第２の制
御電極３３で個別の画点を制御する構成になっている。
そして更に、この実施例ではイオン流記録ヘッド３上に
第２の制御電極３３を制御するドライバＩＣ８１が搭載
されている。この様にドライバＩＣ８１をイオン流記録
ヘッド３に搭載したため、装置の小形化を図ることがで
きる。また、信号線を長い距離フレキシブル・ケーブル
で引き回すこともなくなるので、信号線間の静電容量に
よるクロストークを減少させることもできるし、駆動回
路の電流容量も小さくできる。

【０１９３】このイオン流記録ヘッド３は、次のように
して作製される。すなわち、図４６に示すように、まず
第１の実施例と同様の方法でイオン発生器２０の絶縁性
基板２１と制御基板３０とをスペーサ部材２８を挟んで
接着して一体化し、これらをヘッドホルダ７８上に接着
あるいはネジ止めで固定する。次に、ドライバＩＣ８１
が搭載されたドライバ基板８２上の電極位置と第２の制
御電極３３の位置を合わせた状態で、ドライバ基板８２
を同じくヘッドホルダ７８上に固定する。最後に、ワイ
ヤボンダを用いてドライバ基板８２上の電極と第２の制
御電極３３とを金ワイヤ７９でワイヤボンディングし
て、イオン流記録ヘッド３を完成する。そして、ワイヤ
ボンダを用いてフレキシブル・ケーブル５０上の電極と
第２の制御電極３３とを金ワイヤ７９で接続（ワイヤボ
ンディング）する。なお、この場合も金ワイヤ７９は樹
脂モールド部８０（図４３では省略している）で覆われ
ている。最後に、金属カバー８３がドライバＩＣ８１お
よび樹脂モールド部８０を覆うように掛けられ、更にネ
ジ８４などでヘッドホルダ７８に固定される。

【０１９４】このように、金属カバー８３でドライバＩ
Ｃ８１を覆う理由は、ドライバＩＣ８１およびドライバ
基板８２が塵埃や浮遊トナーで汚れるのを防ぐのは勿論
であるが、ドライバＩＣ８１の５Ｖ動作のロジック回路
部がイオン発生器２０に印加されている高圧交流電源に
よって誤動作するのを防ぐためでもある。従って、金属
カバー８３はアース電位に接続されている方がより望ま
しい。なお、金属カバー８３を掛けるためには、図４５
の様に一点鎖線で示される部分に絶縁層を塗布する必要
がある。

【０１９５】ドライバＩＣ８１は本実施例の様に数１０
Ｖの低電圧駆動できる場合には、従来から市販されてい
るサーマルヘッドのドライバＩＣで充分に対応可能であ
る。また５０枚／分以上の高速記録を行う場合でも、せ
いぜい従来から市販されている駆動電圧が１００〜２０
０ＶのＥＬドライバＩＣなどで対応可能である。これら
のドライバＩＣでは、６４ビット駆動が一般的になって
おり、今回の実施例の様に全部で１０００ドットのイオ
ン通過孔２９がある場合には、片方のドライバ基板８２
上に８個ずつドライバＩＣ８１が搭載されていれば充分
である。ドライバ基板８２上には、ドライバＩＣ８１を
駆動するための電源およびＧＮＤ、ロジック用の５Ｖ電
源およびＧＮＤ、データ、データ転送クロック、ラッチ
信号、記録信号などが供給される端子８５が形成されて
いる。

【０１９６】図４７〜図４９に、イオン通過孔２９およ
びその周辺の制御電極３２の他の形状を示す。図３７で
は、イオン通過孔２９の形状を円形としたが、図４７で
は副走査方向の寸法が短い楕円型としている。この理由
は、次の通りである。本発明のようなイオン流記録ヘッ
ドを用いた静電記録方式では、原理的にＡ４で５０枚／
分以上の高速記録ができる。記録中、記録ドラム１は一
定速度で高速に常に動いている。各画点の濃度制御は駆
動電圧を制御しても、また駆動パルスのパルス幅を制御
しても可能である。但し、一般的にパルス幅を制御する
方が簡単であり、特に従来市販のサーマルヘッド用のド
ライバＩＣでは、個別の画点はパルス幅でしか制御でき
ない構成となっているのが普通である。

【０１９７】ところが、パルス幅を制御すると、記録ド
ラム１が一定速度で動いているために、イオン通過孔２
９と記録ドラム１の間に相対的な移動が生じることにな
る。すなわち、図３７のようにイオン通過孔２９が円形
の場合には、円形のイオン流が副走査方向に記録ドラム
１上を移動することになる。従って、記録される画点は
副走査方向に伸びた形状となり、しかも副走査方向の解
像度が規定の値よりも劣化してしまう。そこで、例えば
図４７に示されるような副走査方向が短くなった楕円型
のイオン通過孔２９にすることで、上述した問題点を解
決することが可能となる。

【０１９８】図４８は、楕円型のイオン通過孔２９の他
の例であり、互いに隣り合ったイオン通過孔２９を主走
査方向で一部重ならせている点が図３７や図４７の例と
異なっている。この様にイオン通過孔２９が隣同士で一
部重なりあっていても、電界のレンズ効果によってイオ
ンビームは絞られるので、主走査方向の解像度を劣化さ
せることはない。電界のレンズ効果は図３に示した電界
がＥ３＞Ｅ２＞Ｅ１の時、最も良く発揮される。イオン
通過孔２９は図３８でも説明したように、エッチングに
よって形成される。従って、基本的にはどの様なパター
ンのイオン通過孔も形成が可能であるが、解像度が高い
場合には大きなパターンのものほど形成し易い。図４８
のイオン通過孔２９は、図４７のイオン通過孔２９より
も大きく形成できるため、より形成が容易である。

【０１９９】図４９は、長方形でしかも主走査方向にお
いて一部重なっているイオン通過孔２９の例である。パ
ルス幅制御で濃度を制御しようとする場合の理想は、主
走査方向の解像度は規定通りの値で、副走査方向ではほ
とんど幅のない線状のイオンビームを、副走査方向に記
録ドラム上を走査しながらパルス幅を制御することによ
り、副走査方向の記録画点の長さを制御して行う形態で
ある。このためには、図４９に示すような長方形のイオ
ン通過孔２９を使用して、電界のレンズ効果によってイ
オンビームを絞り込んで記録すればよい。なお、イオン
通過孔２９の長方形の角が図４９に示すように丸くなっ
ているのは、実際にエッチングを行なう場合、イオン通
過孔２９を十分に深く形成するために、エッチング時間
を長くする必要があるからである。

【０２００】ここで、図３７においてθ＝ｔａｎ^-1８と
した場合を考える。この場合、主走査方向で隣り合うイ
オン通過孔２９は互いに半分づつ重なり合うことにな
る。しかし、やはり電界のレンズ効果によってイオンビ
ームを絞り込んで記録することによって、主走査方向の
解像度を更に倍の４０ｄｐｍまで高解像度化することも
可能である。

【０２０１】また、電界の大きさを例えばＥ３＜Ｅ２＜
Ｅ１などとすることで、逆の電界のレンズ効果を利用す
ることもできる。すなわち、図４７のような主走査方向
で隣り合った画点が接しているような場合には、画点の
間に隙間が発生してしまう場合がある。この様な場合に
は、この逆の電界のレンズ効果によって、イオン通過孔
２９より大きな画点を記録することで、画点間に隙間の
ない良好な記録を実現することも可能となる。

【０２０２】図５０に、制御基板３０の製造方法の他の
例を示す。この例では、まず図５０（ａ）に示すよう
な、約１００μｍのガラス・ポリイミド基板９１の両面
に、厚さ約１８μｍの銅箔９０が接合された、両面銅張
り基板を使用する。この基板を図５０（ｂ）に示すよう
に、まず銅箔９０をエッチングして個別の制御電極とな
る部分９０′を形成する。次に、直径が１００μｍのド
リルを使用して、図５０（ｃ）に示すように個別電極の
反対側から機械加工によりイオン通過孔２９を形成す
る。尚、この時ドリルの出口側にはガラス・ポリイミド
基板９１から約２５〜３０μｍ程度のバリ９２が形成さ
れる。最後に、両面の銅を金９３で無電解メッキするこ
とによって、図５０（ｄ）に示すように制御基板３０が
完成する。

【０２０３】この場合、バリ９２のある側を第２の制御
電極３３、反対側を第１の制御電極３２とするのが望ま
しい。この様にした方がイオン流の制御をより低電圧で
実現できるからである。従って、図５０（ｄ）に示した
制御基板３０は、図４２に示した第２の実施例の静電記
録装置に使用される、第１の制御電極３２をアース電位
にしたイオン流記録ヘッド３に使用できる。なお、図３
の実施例に使用する場合には、図５０（ｃ）のドリルに
よってイオン通過孔２９を形成する工程で、エッチング
したパターンの側からドリリングをし、バリを共通パタ
ーンの側に形成することで対応できる。

【０２０４】両面銅張りガラス・ポリイミド基板にドリ
リングによってイオン通過孔２９を形成する場合には、
１００μｍ程度の孔を形成するのが限界であり、１０ｄ
ｐｍ以上の高解像度化が困難であることや、多数の孔を
ドリルで１個づつ開けて行くことから作業に時間がかか
ること、さらにドリルの消耗が激しいなどの問題があ
る。更に、イオン通過孔２９の形状を任意に選択できな
いのも欠点となる。しかし、解像度の問題に対しては図
４７〜４９に示した様に、主走査方向での画点の重なり
を許し、電界のレンズ効果でイオンビームを絞り込むこ
とで、解決が可能である。また、多数のイオン通過孔２
９を１つのドリルで形成しなければならないという問題
に対しては、本実施例の様な１０００ドットもあるライ
ンプリンタに使用するのではなく、せいぜい１００ドッ
ト程度のシリアルプリンタに利用することで解決され
る。

【０２０５】図５０の方法を図３８で説明した片面銅張
りポリイミド樹脂を２枚張り合わせた方法と比較する
と、次のような利点がある。一つは、基板に接着剤を使
用してないので、厚みなどのバラツキの問題が無いこと
である。片面銅張りポリイミド樹脂を使用する場合に
は、２枚を接着剤を使用して張り合わせるので、接着剤
の厚さのコントロールが難しい。また、ガラス・ポリイ
ミド基板は堅いので、取扱いが簡単である特長もある。
特に、細かいパターンをエッチングで形成する過程で、
銅張りポリイミド樹脂を使用した場合には基板自身が歪
みを生じ易いが、ガラス・ポリイミド基板を使用した場
合には、この様な問題は無い。

【０２０６】なお、図３８の例では制御基板３０の片面
だけ金メッキしてあるが、図５０の例では両面を金メッ
キしてある。理想的には両面を金メッキしてある方が、
酸化またはイオン照射によって腐食されることがなく、
安定性などの点で問題が生じないが、少なくともイオン
発生器２０側に位置する第１の制御電極３２だけは金メ
ッキする必要がある。これは金の安定性を利用して、イ
オン発生時に生ずる様々なイオン、あるいはこれらのイ
オンと水分などが反応して生成される物質から電極が侵
蝕、電蝕されるのを防ぐためである。

【０２０７】図５１に、個別電極からなる制御電極３２
の配線の引き出し方法の他の例を示す。図３７でも説明
してきたが、個別制御電極の配線は、一方のみに引き出
すことは２０ｄｐｍというような高解像度の場合には実
質的に不可能である。従って、図５１では図３７と同様
に両側に制御電極３２の引き出し配線を引き出すように
した。但し、図３７の場合には２本毎に両側に振り分け
たのに対し、図５１では個別の制御電極３２の１本毎に
交互に振り分けている。この図５１の例では、引き出し
配線の引き回しが少し複雑になるが、電気回路的には画
像データの配列制御が簡単で済むという利点を有する。
なお、図４７〜４９に示した、イオン通過孔２９が楕円
や長方形の例の場合にも、図５１のように交互に制御電
極３２の配線を振り分けることが可能である。

【０２０８】図５２および図５３は、そけぞれ図３に示
した第１の実施例を変形した実施例である。図３の実施
例においては、第２の制御電極３３は画点を記録する場
合にはアース電位であり、第１の制御電極３２はスイッ
チング回路３５で接点ａと接続され、制御電圧Ｖｃ３４
が印加される。また、画点を記録しない場合には第２の
制御電極３３はアース電位であるが、第１の制御電極３
２にもスイッチング回路３５で接点ｂに接続されるの
で、アース電位が印加されるようになっている。従っ
て、第１の制御電極３２と第２の制御電極３３の間に形
成される電界Ｅ２は０となるので、発生したイオンはイ
オン通過孔２９を通過できなくなる。

【０２０９】しかし、実際には第１の制御電極３２から
第２の制御電極３３へ向かう僅かな電界が形成されてい
ることや、電界Ｅ１でイオンが加速されること、あるい
は発生するイオンの中には大きな初期速度を持つものが
あることなどから、少ない量ではあるがイオンがイオン
通過孔２９を通過している。この結果、例えば記録速度
が２０枚／分程度の低速になると、この漏れイオンによ
って地かぶりが発生してしまう。

【０２１０】そこで、画点を記録しない場合には、図５
２に示すような第２の制御電極３３から第１の制御電極
３２へ向かう電界Ｅ２′を形成することで、この様なイ
オンの漏れをほとんどなくすことができる。このために
図５２では、第１の制御電極３２とアース電位の間に逆
バイアスＶｃ^- ９５がかかるような構成となっている。
この逆バイアスＶｃ^- ９５は、約１０〜２０Ｖ程度であ
ればよい。図５３の実施例も、図５２の実施例と考え方
は全く同じである。すなわち、常に第２の制御電極３３
には正のバイアス電圧Ｖｃ⁺ ９６が与えられているの
で、画点を記録しない場合にスイッチング回路３５で接
点ｂに接続され、第１の制御電極３２にアース電位が印
加されると、第２の制御電極３３から第１の制御電極３
２に向かう電界Ｅ２が形成され、漏れイオンをストップ
することができる。図５２の例では＋、−のスイッチン
グを行なう必要があるが、図５３の例では＋だけのスイ
ッチングで良く、回路を簡単にできる利点がある。但
し、制御電圧Ｖｃ３４は通常は６０Ｖで十分であった場
合にも、図５３の場合には第２の制御電極３３に約１０
〜２０Ｖ程度の正のバイアス電圧Ｖｃ⁺ ９６がかかって
いるので、制御電圧Ｖｃ３４としては７０〜８０Ｖが必
要になる。

【０２１１】なお、この様に第１および第２の制御電極
３２，３３間に逆電界Ｅ２を与えても、通常の記録時に
使用しているイオンの１／１００〜１／１０００程度の
イオンは漏れてしまう。これに対しては、記録時に交流
電圧３９が加わらないようにスイッチング回路４０をＯ
ＦＦにし、スイッチング回路３５および３８はそれぞれ
接点ｂに接続されるようにすればよい。

【０２１２】図５４に更に別の実施例を示す。先の実施
例ではイオン発生器２０と制御基板３０の一体化は、制
御基板に開けられた接着剤注入用の孔から接着剤を注入
して接着を行なっていた。この方法ではどうしても人手
が必要であり、イオン流記録ヘッド３を効率良く生産す
ることは難しい。

【０２１３】そこで、図５４に示したような方法が考え
られる。これはイオン発生器２０を製造する際に、図の
一点鎖線で示される領域の内部に、圧力を加えることに
よって粘着性が生ずる接着剤５７を塗布しておく方法で
あり、イオン発生器２０を製造する厚膜印刷技術で十分
に対応できることである。この様にすることで、イオン
発生器２０と制御基板３０の位置合わせが終わった時点
で、圧力を加えるだけで両者の一体化が終了する。

【０２１４】なお、以上の実施例では全て、まず−のイ
オンで一様帯電させておき、その後＋イオンで静電潜像
を形成し、更に反転現像して画像を形成する方法に限っ
て説明してきたが、これに限定されることはない。逆に
＋のイオンで一様帯電させておき、その後−イオンで静
電潜像を形成する場合なども含まれる。但し、その場合
には、例えば図３に示される直流電源は全て正負の極性
を反対にする必要がある。更に以上の説明では、イオン
発生器２０としては交流の高密度固体イオン発生器につ
いて述べてきたが、これに限られるものではなく、例え
ば直流の高密度固体イオン発生器を使用してもよい。

【０２１５】次に、端面型のイオン流記録ヘッド３の別
の実施例を図５５〜５８に示す。図５５の実施例が図２
６の実施例と異なる点は、空気流通孔１０４が凹型にな
っていることである。図２６の実施例の場合には、この
孔１０４が円形をしているために、幅の広いヘッドを作
るのは困難であったが、図５５〜５８の実施例ではヘッ
ド支持体１００を外部から削ることによって、凹型の空
気流通孔１０４を形成しており、それにより幅の広いヘ
ッドも容易に作ることが可能となる。

【０２１６】このイオン流記録ヘッド３は、この様な凹
型の空気流通孔１０４を形成したヘッド支持体１００
に、制御基板３０が貼り付けられている。制御基板３０
には補強のために、さらに基板１０３が張り付けられて
いる。そのため制御基板３０上にドライバＩＣ１２４を
搭載し、配線をボンディングすることが可能となる。こ
こで、イオン発生器２０はセラミック基板の上に形成さ
れているが、補強と取扱易さのためにイオン発生器支持
体１４６と一体化されている。イオン発生器支持体１４
６には、予め空気吹き出し孔１０５が形成されており、
空気流通孔１０４から供給された空気流がこの空気吹き
出し孔１０５から制御電極側に向かって吹き出すことに
なる。

【０２１７】ヘッド支持体１００には溝１４１が形成さ
れており、この溝１４１にはヘッド取り付け用レール１
４０が噛み合っている。レール１４０を滑らせること
で、イオン流記録ヘッド３を静電記録装置本体から取り
外すことが可能となっている。なお、レール１４０を滑
らせてもドラム１とヘッド３との間の距離や、ドラム１
に対するヘッド３の角度などが変化するおそれがある。
そこで、ヘッド取り付け用レール１４０に板バネ１４５
を取り付け、ヘッド支持体１００を板バネ１４５によっ
て押さえ付けることで、これらの条件が変化しないよう
にしている。

【０２１８】なお、図５６の実施例は、イオン発生器支
持体１４６に空気吹き出し孔１０５が形成されてない例
である。この例ではイオン発生器支持体１４６が空気流
通孔１０４よりも幅をかなり小さく構成しており、その
ためにヘッド支持体１００とイオン発生器支持体１４６
との間に隙間１０５が生ずるが、この隙間１０５を空気
吹き出し孔１０５として使用しているのである。

【０２１９】図５５および図５６は、それぞれイオン流
記録ヘッド３の断面図を示したものであるが、側面図を
示すと図２７と同様に側板１４２があり、この側板１４
２には空気取り入れ口１０７が形成され、チューブ１０
８で導かれて来た空気流が供給されるような構成になっ
ている。また、側板１４２には位置決め孔１４３が形成
されており、イオン発生器支持体１４６がこの位置決め
孔１４３と咬合することでイオン発生器２０の位置を決
定できる構成となっている。従って、イオン発生器支持
体１４６ごとイオン発生器１２０を取り替えることも可
能である。

【０２２０】すなわち、他のイオン発生器と一体化され
たイオン発生器支持体１４６を持ってきても、側板１４
２に形成された位置決め孔１４３に合わせて取り替える
だけで、正しい位置にイオン発生器２０を設置すること
ができる。イオン流記録ヘッド３の構成要素の中で最も
寿命が短いのはイオン発生器２０であり、これと比較す
ると、制御電極３２，３３やドライバＩＣ１２４などの
寿命は非常に長い。しかしながら、イオン流記録ヘッド
３の製作コストの多くを占めるのは、ドライバＩＣ１２
４などであって、ヘッド３にイオン発生器２０を一体に
設けた場合にはイオン発生器２０の寿命でヘッド３の寿
命が決定されてしまうことになる。イオン発生器２０の
部分は比較的製作コストも安く、劣化した場合にはイオ
ン発生器２０だけを取り替えることで対応しても構わな
い。

【０２２１】図５７および図５８のイオン流記録ヘッド
３は、イオン発生器支持体１４６と共にイオン発生器２
０を取り替えられる構造の他の例であり、ヘッド３の先
端部分を示してある。図５５および図５６の例では、側
板１４２に形成された位置決め孔１４３によってイオン
発生器２０の位置合わせを行ったが、図５７および図５
８の例ではヘッド支持体１００とイオン発生器支持体１
４６も噛み合う様な構成となっている。そのため、位置
決めがより正確に行える特徴を持っている。なお、図５
７と図５８ではイオン発生器支持体１４６の断面形状が
異なっており、図５７は台形、図５８は長方形の例であ
る。ヘッド支持体１００には、これらの断面がちょうど
納まるような切り欠きが形成されている。

【０２２２】以上のように、イオン流記録ヘッド３の本
体とイオン発生器２０を分離することで、イオン発生器
２０だけを取り替えられるようになったため、メインテ
ナンスにかかるコストを少なくすることができ、経済的
である。

【０２２３】以上の実施例では、一つの画点に対してイ
オン通過孔２９が一つずつ設けられているが、第１およ
び第２の制御電極３２，３３の少なくとも一方に形成さ
れたイオン通過孔を多数の孔で構成してもよい。以下、
図５９〜図６４にその実施例を示す。図５９〜図６１
は、制御基板３０の一つのイオン通過孔２９付近を拡大
して示す図であり、各図とも（ａ）は平面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ′線に沿う断面図を示している。

【０２２４】図５９の実施例では、第１の制御電極３２
のイオン通過孔２９は一つの孔で構成されているのに対
して、第２の制御電極３３のイオン通過孔２９′は小さ
な多数の孔から構成されている。この場合、第２の制御
電極３３は一面全てに渡って細かい孔２９′が形成され
た構成になっていれば良い。

【０２２５】この様にイオン通過孔２９を多数の細かい
孔２９′で構成することによって、例え幾つかの孔２
９′にトナーなどの現像剤が入ることによって目詰まり
を生じても、目詰まりを生じてない孔も残るので、イオ
ンは目詰まりを生じていないイオン通過孔を通過するこ
とができ、画像を記録することができる。これに対し、
イオン通過孔２９が大きい一つの孔から構成されている
とすると、一旦目詰まりを生じた場合、それに対応する
画点は記録がなされなくなってしまう。このようにイオ
ン通過孔２９を細い多数の孔から構成することによっ
て、目詰まりによる画質劣化を制御することができる。

【０２２６】図６０の実施例では、第１の制御電極３２
が個別電極となっており、これに形成されたイオン通過
孔が細かい多数の孔２９′となっている例で、図５９の
実施例とは逆の関係となっている。絶縁性基板３１を挟
んで第１の制御電極３２の反対側に、全面ベタの第２の
制御電極３３が形成されている。第２の制御電極３３に
は、画点毎に１個の大きなイオン通過孔２９が形成され
ている。

【０２２７】なお、この様に第１の制御電極３２と第２
の制御電極３３を逆にしても、トナーなどによるイオン
通過孔の目詰まりの問題に対する効果については基本的
には変わりない。しかし、トナーは記録媒体１側、つま
り第２の制御電極３３側から到来することを考えると、
第２の制御電極３３に設けるイオン通過孔を多数の微細
な孔２９′で構成する図５９の実施例の方が制御基板３
０内にトナーが侵入しにくく、より効果が大きいと考え
られる。

【０２２８】図５９および図６０に示した構成の制御基
板３０の製造工程は、図３８または図５０を用いて説明
した方法と同様でよい。すなわち、例えば厚さ約１００
μｍ程度のポリイミドシートなどから構成される絶縁性
基板３１の両側に約１８μｍ程度の銅箔が張られた両面
銅張り基板を用意し、第２の制御電極３３の銅箔をエッ
チングすることによりイオン通過孔２９を形成する。次
に、絶縁性基板３１を更にエッチングすることで、絶縁
性基板３１にもイオン通過孔２９を形成する。ここで、
第２の制御電極３３がエッチングされないように金メッ
キする。最後にエッチングで第１の制御電極３２のパタ
ーンと小さな多数のイオン通過孔２９′を形成する。な
お、イオンによってダメージが与えられないように、第
１の制御電極３２も金メッキを行うことが望ましい。

【０２２９】図６１の実施例では、第１および第２の制
御電極３２，３３の両方に細かい多数のイオン通過孔２
９′が形成されている。このように、第１の制御電極３
２が個別電極であり、多数の細かいイオン通過孔２９′
が形成され、絶縁性基板３１を挟んで反対側が共通電極
からなる第２の制御電極３３になっており、この第２の
制御電極３３にも多数の細かいイオン通過孔２９′が形
成されている。この図の例では、１つの画点に対して３
７個の小さなイオン通過孔２９′が対応しており、これ
らの小さなイオン通過孔２９′を通してイオンが通過
し、記録媒体１上に静電潜像を形成することになる。こ
の実施例によっても、図５９および図６０の実施例と同
様に、イオン通過孔２９′の幾つかがトナーなどによっ
て目詰まりを生じても、詰まってない孔も多数残ること
により、目詰まりによる画質劣化を最小限に抑えること
が可能となる。

【０２３０】なお、一例として１画点の大きさは約１０
０μｍであるのに対し、小さなイオン通過孔２９′の直
径は約１０μｍである。ここで、絶縁性基板３１の厚さ
が前述の例のように約１００μｍ程度であるとすると、
図５９〜図６１に示したような微細なイオン通過孔２
９′をエッチングで形成することは難しくなる。ところ
が、イオンの制御性を考えると、絶縁性基板３１の厚さ
はイオン通過孔２９′と同等程度の場合が最も効率良く
行える。従って、この場合には絶縁性基板３１の厚さも
イオン通過孔２９′の直径程度の１０μｍ前後にするの
が望ましく、エッチングによってこの様な制御基板３０
を形成することは可能となる。

【０２３１】図５９〜図６１では、小さな多数のイオン
通過孔２９′として、全て丸い形状のものを示したが、
その形状は円形に限られない。円形がパターンとしては
最も単純であるので、作り易い利点がある。しかし、エ
ッチングで多数のイオン通過孔２９′を形成する場合、
隣同士の孔が繋がってしまわないように残す部分の線幅
が一定とならないために、必ずしもイオンを効率良く通
過させることができなくなる。そこで、図６２にはイオ
ン通過孔２９′の他の例として、（ａ）に６角形の例、
また（ｂ）には４角形の例を示した。この様に多角形の
イオン通過孔を使用することによって、隣り合うイオン
通過孔の間の距離を一定にすることができる。従って、
エッチングなどによって隣どうしの孔が繋がらないだけ
の充分な距離さえ離してあれば、この条件の下でのイオ
ン通過孔２９′の面積を円形の場合よりも大きくするこ
とが可能である。すなわち、イオン通過孔の形状は、円
形の場合と比較すると、多角形の場合の方がイオンの通
過する部分の面積を大きくできるため、より効率の良い
記録を実現することができるのである。

【０２３２】図５９、図６０に示したように、一方の制
御電極３２または３３が全面共通のベタ電極になってお
り、しかもそのベタ電極に多数の小さなイオン通過孔２
９′が形成されている場合には、制御基板３０の製造方
法としては前述した方法とは別の方法がある。例えば図
５９の場合を例に説明する。この場合には先ず絶縁性基
板３１上の片面に銅箔が貼られた、片面銅貼基板を使用
する。この基板をエッチングして、先ず第１の制御電極
３２を形成し、更にエッチングによって絶縁性基板３１
にイオン通過孔２９を形成する。この様に形成された制
御基板３０に、全面にエッチングなどで多数の小さなイ
オン通過孔２９′が形成された銅箔を張り付けることに
よって、図５９に示した様な制御基板３０が製造でき
る。この場合、銅箔の全面に形成されるイオン通過孔の
形状は、円形でも良いし、また多角形であっても良い。

【０２３３】更に、この他に多数の孔の開いた銅箔の代
わりに、図６３（ａ）（ｂ）に示したような導電性の繊
維から形成されているメッシュを使用する方法もある。
つまり片面銅張り基板として第１の制御電極３２とイオ
ン通過孔２９を形成した基板を使用し、絶縁性基板３１
を挟んで第１の制御電極３２と反対側の面に、このメッ
シュを第２の制御電極３３として張り付けることによっ
て制御基板３０が製造される。図６３（ａ）は導電性の
細い糸を縦横に編んで形成したメッシュの例であり、そ
の拡大図を図６３（ｂ）に示す。図６３（ｃ）は更に別
のメッシュの例である。

【０２３４】この様なメッシュの使用により、制御基板
３０を簡単な工程で安価に実現することが可能となる。
実際の例としては、太さ１０μｍ程度のステンレスの糸
を使用して図３０（ａ）（ｂ）の様なメッシュを編む
と、一辺約１０μｍ程度の正方形のイオン通過孔を形成
することが可能である。この例では金属メッシュが第２
の制御電極３３の例であったが、第１の制御電極３２で
も差し支えない。

【０２３５】図６４に、更に別の実施例を示す。先の実
施例では、図３７に示したようにイオン通過孔２９を直
線上に並べることができず、斜めに４個ずつ並べてい
る。また、イオン通過孔２９が形成された制御電極に繋
がっている引き出し配線は、２本ずつ上下（副走査方向
の両側）に振り分けられている。このため、イオン流記
録ヘッド３は、図２６、図２７や図５５〜図５８に示し
たような立体的な構造にならざるを得ない。

【０２３６】すなわち、平板状のイオン流記録ヘッドを
作ろうとした場合には、イオン通過孔２９が基板の真ん
中に形成されることになるため、記録ドラム１のヘッド
周辺の両側に、他の装置を置くことのできないスペース
が大きく広がることになり、装置の小型化に不利とな
る。そこで、立体的な構造のイオン流記録ヘッド３が必
要となる。しかし、製造面から考えると、平板状のヘッ
ドの方が遥かに簡単である。さらに、イオン通過孔２９
を図２６のように並べた場合には、電気的には副走査方
向に何ラインもディレイをかけた信号を使用して各個別
の制御電極を複雑に制御しなければならない。また、信
号の振り分け・並べ換え・ディレイなどの処理に使用さ
れるメモリその他の回路の規模も増大する。

【０２３７】以上の様な事情から考えると、イオン通過
孔２９が一列に並び、制御電極の引き出し配線は一方だ
けに引き出されているのが、理想的なイオン流記録ヘッ
ドということができる。こうすることで、イオン通過孔
２９をヘッドの端面に設けることができるので、装置の
小型も実現できる。

【０２３８】図２６のようにイオン通過孔２９を一列に
並べない理由は、前述したように記録解像度と制御電極
およびイオン通過孔２９の作製精度に基づいている。す
なわち、エッチングで作製可能な限界を例えば２５μｍ
のパターン、２５μｍのスペースとすると、１００μｍ
のイオン通過孔を１００μｍピッチで一列に作製するこ
とは不可能である。そこで図２６の様に斜めにイオン通
過孔２９が並んだ構成となった。これに対し、図６０あ
るいは図６１の様な構成の制御基板３０を使用した場合
には、例えば図６４（ａ）（ｂ）に示したような構造の
イオン流記録ヘッドを構成することができる。すなわ
ち、例えば僅かに１００μｍには満たないが、ほぼ１０
０μｍのピッチで制御電極３２または３３を一列に並べ
ることが可能となるのである。

【０２３９】図６４（ａ）は第１の制御電極３２が４角
形の例であり、図６４（ｂ）は第１の制御電極３２が円
形の例である。いずれの場合にも、小さな多数の円形イ
オン通過孔２９′が形成されている。この様に小さい多
数のイオン通過孔２９′を使用することによって、イオ
ン通過孔を主走査方向に一列に並べることが可能とな
る。また、イオン流記録ヘッド３の端面近くまで第１の
制御電極３２を形成することができるので、記録ドラム
１をはじめとして、装置の小型化に大きく寄与すること
も可能となる。

【０２４０】

【発明の効果】この発明によれば、以下に列挙する効果
が得られる。

【０２４１】 （１）〜６０Ｖ程度の低電圧で画像信号に応じたイオン
流の制御が実現でき、それによって駆動回路の低電圧化
が達成されるので、サーマルヘッドの駆動電圧と同様の
実装面積の小さいドライバＩＣの使用が可能となり、記
録ヘッドのＩＣ化、小形化および高精細化を達成するこ
とができる。

【０２４２】 （２）イオン通過孔の主走査方向における幅を副走査方
向における幅より大きくすることにより、副走査方向に
おける解像度の低下を防止できる。

【０２４３】 （３）イオン通過孔を主走査方向に対して所定の複数個
ずつ角度θで斜めに配列することによって、主走査方向
におけるイオン通過孔のピッチを容易に小さくすること
ができ、限られた電極形成精度の下で高解像度の記録が
可能となる。

【０２４４】 （４）制御電極からの引き出し配線を副走査方向の両側
に引き出すことで、従来のようなマトリクス駆動に代わ
って各制御電極を同時に駆動することが可能となり、か
つ各制御電極を個別に駆動できるようになる。これによ
り、高速記録を行なっている状態でも、各画点毎の階調
制御も可能となる。

【０２４５】 （５）イオン通過孔を記録ヘッドの端面に配置すると、
記録媒体である記録ドラムにおいては、記録ヘッドの端
面の幅だけが接する構成となっていればよいので、記録
ドラムが小形化され、記録装置全体の小形化を実現でき
る。

【０２４６】 （６）イオン発生器をイオン流記録ヘッドから着脱可能
な構成にすることで、イオン発生器が劣化してイオンの
発生量が減少したような場合にも、イオン流記録ヘッド
全体を取り替える必要はなくイオン発生器だけ取り替え
ればよいので、ヘッド上に搭載された駆動用ＩＣはその
まま使用することが可能である。

【０２４７】 （７）第１および第２の制御電極の少なくとも一方に形
成されるイオン通過孔を１つの画点に対して複数個ずつ
設けると、イオン通過孔の幾つかが現像用トナーなどに
よって目詰まりを生じても、目詰まりを生じてない他の
イオン通過孔をイオンが通過できるので、画点が記録で
きる。これによって、イオン流記録ヘッドの長寿命化を
図ることができる。

【０２４８】

【表１】

【０２４９】

【表２】

【０２５０】

【数１】

【０２５１】

【数２】

【０２５２】

【数３】

【０２５３】

【数４】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用した静電記録装置の概略構成を
示す断面図

【図２】 本発明を適用した他の静電記録装置の概略構
成を示す断面図

【図３】 本発明で用いるイオン流記録ヘッドの一実施
例の構成を模式的に示す図

【図４】 本発明を適用したプリンタの構成を示す断面
図

【図５】 イオン測定系を示す図

【図６】 同イオン流記録ヘッドの交流電圧周波数とイ
オン電流との関係を示す図

【図７】 同イオン流記録ヘッドのイオン発生電極とそ
れをワイアに置き換えた場合の電位分布の関係を示す図

【図８】 図７におけるワイア径とイオン発生臨界電界
との関係を示す図

【図９】 同イオン流記録ヘッドにおける絶縁層の厚さ
とイオン化領域との関係を示す図

【図１０】 同イオン流記録ヘッドにおける絶縁層厚と
イオン発生臨界電圧との関係を示す図

【図１１】 同イオン流記録ヘッドにおけるスリット幅
とイオン化領域との関係を示す図

【図１２】 同イオン流記録ヘッドにおけるスリット幅
とイオン発生臨界電圧との関係を示す図

【図１３】 同イオン流記録ヘッドにおける印加交流電
圧と電位分布との関係を示す図

【図１４】 同イオン流記録ヘッドにおけるバイアス電
圧と電位分布との関係を示す図

【図１５】 同イオン流記録ヘッドにおけるバイアス電
圧とイオン電流との関係を示す図

【図１６】 同イオン流記録ヘッドにおける交流電圧周
波数とイオン発生仮想面との関係を示す図

【図１７】 同イオン流記録ヘッドにおける交流電圧と
イオン電流との関係を示す図

【図１８】 同イオン流記録ヘッドにおける各部の電位
分布を示す図

【図１９】 同イオン流記録ヘッドに係るパラメータを
説明するための図

【図２０】 同イオン流記録ヘッドにおける制御電圧と
イオン電流との関係を示す図

【図２１】 同イオン流記録ヘッドのイオン電流の測定
系を示す図

【図２２】 同イオン流記録ヘッドと記録媒体近傍のイ
オン電流／表面電位の関係を示す図

【図２３】 同イオン流記録ヘッドにおける制御電極近
傍のイオン軌道を説明するための図

【図２４】 同イオン流記録ヘッドにおけるイオン電流
／表面電位を示す図

【図２５】 同イオン流記録ヘッドにおける限界速度で
のイオン電流／表面電位を示す図

【図２６】 本発明で用いるイオン流記録ヘッドの一実
施例の断面図

【図２７】 同イオン流記録ヘッドの側面図

【図２８】 同イオン流記録ヘッドの要部の構成を示す
斜視図

【図２９】 同イオン流記録ヘッドにおけるイオン発生
器の概略構成を示す平面図

【図３０】 同イオン発生器の上面図および裏面図

【図３１】 図２９のＡ−Ａ′線に沿う断面図

【図３２】 図２９におけるＢ部の拡大図

【図３３】 図２９におけるＣ部の拡大図

【図３４】 本発明で使用されるドライバＩＣの構成を
示すブロック図

【図３５】 本発明で使用するイオン流記録ヘッドにお
ける制御基板の表側から見た平面図

【図３６】 同制御基板の裏側から見た平面図

【図３７】 同制御基板のイオン通過孔付近の拡大図

【図３８】 同制御基板の製造方法を説明するための工
程断面図

【図３９】 同制御基板とイオン発生器とを一体化する
際の位置合わせ方法を説明するための平面図

【図４０】 同制御基板とイオン発生器とを一体化する
際の位置合わせ方法を説明するための他の平面図

【図４１】 図２８のＤ−Ｄ′線に沿う断面図

【図４２】 本発明で用いるイオン流記録ヘッドの他の
実施例の構成を模式的に示す図

【図４３】 図４２の基本構成を有するイオン流記録ヘ
ッドの斜視図

【図４４】 図４３のＥ−Ｅ′線に沿う断面図

【図４５】 図４２の基本構成を有するイオン流記録ヘ
ッドの他の例を示す斜視図

【図４６】 図４５のＦ−Ｆ′線に沿う断面図

【図４７】 本発明で用いるイオン流記録ヘッドにおけ
るイオン通過孔およびその周辺の制御電極の形状を示す
平面図

【図４８】 本発明で用いるイオン流記録ヘッドにおけ
るイオン通過孔およびその周辺の制御電極の形状の他の
例を示す平面図

【図４９】 本発明で用いるイオン流記録ヘッドにおけ
るイオン通過孔およびその周辺の制御電極の形状の更に
別の例を示す平面図

【図５０】 本発明で用いるイオン流記録ヘッドにおけ
る制御基板の他の製造方法を説明するための工程断面図

【図５１】 本発明で用いるイオン流記録ヘッドにおけ
る制御電極の引き出し配線の引き出し方法を説明するた
めの平面図

【図５２】 本発明で用いるイオン流記録ヘッドの別の
実施例の構成を模式的に示す図

【図５３】 本発明で用いるイオン流記録ヘッドの更に
別の実施例の構成を模式的に示す図

【図５４】 本発明で用いるイオン流記録ヘッドにおけ
る制御基板とイオン発生器とを一体化する際の他の位置
合わせ方法を説明するため平面図

【図５５】 本発明で用いる端面型のイオン流記録ヘッ
ドの他の構成例を示す図

【図５６】 本発明で用いる端面型のイオン流記録ヘッ
ドの更に他の構成例を示す図

【図５７】 本発明で用いる端面型のイオン流記録ヘッ
ドの別の構成例を示す図

【図５８】 本発明で用いる端面型のイオン流記録ヘッ
ドの更に別の構成例を示す図

【図５９】 本発明で用いるイオン流記録ヘッドにおけ
る１画点当り多数のイオン通過孔を有する制御基板の平
面図および断面図

【図６０】 本発明で用いるイオン流記録ヘッドにおけ
る１画点当り多数のイオン通過孔を有する制御基板の他
の例の平面図および断面図

【図６１】 本発明で用いるイオン流記録ヘッドにおけ
る１画点当り多数のイオン通過孔を有する制御基板のさ
らに他の例の平面図および断面図

【図６２】 イオン通過孔の他の形状例を示す平面図

【図６３】 金属メッシュによって形成されたイオン通
過孔の例を示す図

【図６４】 制御電極を一列に並べた実施例を説明する
ための平面図

【図６５】 従来のイオン流記録ヘッドの構成を模式的
に示す断面図。

【符号の説明】

１…記録ドラム（記録媒体） ３…イオン流
記録ヘッド ２０……イオン発生器 ２１…絶縁性
基板 ２２…誘導電極 ２３…絶縁体
層 ２４…イオン発生電極 ２５…遮蔽電
極 ２６…スリット ２８…スペー
サ部材 ２９，２９′…イオン通過孔 ３０…制御基
板 ３１…絶縁性基板 ３２…第１の
制御電極 ３３…第２の制御電極 ３４…制御電
圧 ３７…バイアス電圧 ３９…交流電
圧 ４１…Ａｌドラム（導電性基体） ４２…誘電体
層 ５０…フレキシブル・ケーブル ５１…位置合
わせ用パターン ５２…接着剤注入用孔 ５３，５４…
端子 ５５，５６…メタル層 ５７…送風用
孔 ５８…位置合わせ用切り欠きパターン ５９…位置合
わせ用バーパターン ６０…フレキシブル・ケーブル接続端子 ７８…ヘッド
・ホルダ ７９…ボンディング・ワイヤ １００…ヘッ
ド支持体 １０３…駆動回路基板 １０４…送風
用孔 １２４…ドライバＩＣ １４６…イオ
ン発生器支持体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 保坂 靖夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 中尾 英之 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 小池 祐三 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 平原 修三 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 追留 輝喜 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式 会社東芝 堀川町工場内 (56)参考文献 特開 平１−105754（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−32872（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−30771（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−265438（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−21260（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−135761（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−56560（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−84354（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−106358（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−20357（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−134145（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/415

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性基体の上に誘電体層を形成してな
   る記録媒体上にイオンを照射して静電潜像を形成し、こ
   の静電潜像を現像することにより画像記録を行う静電記
   録装置において、 コロナ放電によりイオンを発生するイオン発生器と、 前記イオン発生器と前記記録媒体との間に所定間隔で配
   置され、前記イオン発生器から発生されるイオンを通過
   させるためのイオン通過孔をそれぞれ有する第１および
   第２の制御電極と、 前記イオン通過孔を通過するイオンの量を画像信号に応
   じて制御するために前記第１および第２の制御電極に所
   定の電位差を与える駆動手段とを具備し、 前記イオン発生器は、絶縁体層と、この絶縁体層の一方
   の面上に形成された誘導電極と、前記絶縁体層の他方の
   面上に形成された二つのイオン発生電極と、前記絶縁体
   層の他方の面上で前記誘導電極に対向する位置に前記イ
   オン発生電極との間にスリットを介して形成された遮蔽
   電極とを有し、前記誘導電極と前記イオン発生電極及び
   前記遮蔽電極との間に交流電圧が印加されることにより
   前記イオンを発生するように構成され、さらに前記記録
   媒体は前記イオン通過孔を通過するイオンと逆極性のイ
   オンにより予め帯電され、前記イオン通過孔を通過した
   イオンが該記録媒体上のイオンにより形成される電界に
   よって加速されて該記録媒体上に照射されることを特徴
   とする静電記録装置。
2. 【請求項２】 導電性基体の上に誘電体層を形成してな
   る記録媒体上にイオンを照射する操作を主走査方向およ
   びこれと直交する副走査方向に行って静電潜像を形成
   し、この静電潜像を現像することにより画像記録を行う
   静電記録装置において、 前記主走査方向に沿って設けられたコロナ放電によりイ
   オンを発生するイオン発生器と、 前記イオン発生器と前記記録媒体との間に所定間隔で配
   置されると共に主走査方向に沿って配列され、前記イオ
   ン発生器から発生されるイオンを通過させるためのイオ
   ン通過孔をそれぞれ有する複数の第１および第２の制御
   電極と、 前記イオン通過孔を通過するイオンの量を画像信号に応
   じて制御するために前記第１および第２の制御電極に所
   定の電位差を選択的に与える駆動手段とを具備し、 前記イオン発生器は、絶縁体層と、この絶縁体層の一方
   の面上に形成された誘導電極と、前記絶縁体層の他方の
   面上に形成された二つのイオン発生電極と、前記絶縁体
   層の他方の面上で前記誘導電極に対向する位置に前記イ
   オン発生電極との間にスリットを介して形成された遮蔽
   電極とを有し、前記誘導電極と前記イオン発生電極及び
   前記遮蔽電極との間に交流電圧が印加されることにより
   前記イオンを発生するように構成され、さらに前記記録
   媒体は前記イオン通過孔を通過するイオンと逆極性のイ
   オンにより予め帯電され、前記イオン通過孔を通過した
   イオンが該記録媒体上のイオンにより形成される電界に
   よって加速されて該記録媒体上に照射されることを特徴
   とする静電記録装置。
3. 【請求項３】 前記イオン発生器と前記第１の制御電極
   との間の距離は、イオン発生器からの漏れ電界の強さが
   空気の放電開始電界以上になる距離より大きいことを特
   徴とする請求項１または２記載の静電記録装置。
4. 【請求項４】前記第１および第２の制御電極を通過して
   前記記録媒体上に到達するイオンのイオン量を前記イオ
   ン発生器で発生するイオンのイオン量の１／２以下に規
   制する手段をさらに具備することを特徴とする請求項１
   〜３のいずれかに記載の静電記録装置。
5. 【請求項５】 前記駆動手段は、前記第１および第２の
   制御電極の一方の電極に前記導電性基体の電位と等しい
   固定電位を常時与え、他方の電極に一方の電極に対して
   イオンの極性に応じて一方の電極の電位より高電位また
   は低電位の電位を与えることを特徴とする請求項１〜４
   のいずれかに記載の静電記録装置。
6. 【請求項６】 前記駆動手段は、前記第１および第２の
   制御電極の一方の電極に前記導電性基体の電位より高い
   固定電位を常時与え、第１および第２の制御電極の他方
   の電極にイオンの極性に応じて一方の電極の電位より高
   電位または低電位の電位を与えることを特徴とする請求
   項１〜５のいずれかに記載の静電記録装置。
7. 【請求項７】 前記イオン通過孔の主走査方向における
   幅は、副走査方向における幅より大きいことを特徴とす
   る請求項２〜６のいずれかに記載の静電記録装置。
8. 【請求項８】 前記イオン通過孔は、前記主走査方向に
   対してθ＝ｔａｎ-1Ｎ（Ｎは前記主走査方向のピッチに
   対する前記副走査方向のピッチの比）なる角度θの方向
   に配列されていることを特徴とする請求項２〜７のいず
   れかに記載の静電記録装置。
9. 【請求項９】 導電性基体の上に誘電体層を形成してな
   る記録媒体上にイオンを照射する操作を主走査方向およ
   びこれと直交する副走査方向に行って静電潜像を形成
   し、この静電潜像を現像することにより画像記録を行う
   静電記録装置において、 前記主走査方向に沿って設けられたコロナ放電によりイ
   オンを発生するイオン発生器と、 前記イオン発生器と前記記録媒体との間に所定間隔で配
   置されると共に主走査方向に沿って配列され、前記イオ
   ン発生器から発生されるイオンを通過させるためのイオ
   ン通過孔をそれぞれ有する複数の第１および第２の制御
   電極と、 前記イオン通過孔を通過するイオンの量を画像信号に応
   じて個別に制御するために前記第１および第２の制御電
   極の一方の電極を固定電位とし他方の電極に一方の電極
   に対して所定の電位差を持つ電位を選択的に与える駆動
   手段と、 前記第１および第２の制御電極のうち前記他方の電極に
   接続され、前記副走査方向の両側に振り分けて引き出さ
   れた引き出し配線とを具備し、 前記イオン発生器は、絶縁体層と、この絶縁体層の一方
   の面上に形成された誘導電極と、前記絶縁体層の他方の
   面上に形成された二つのイオン発生電極と、前記絶縁体
   層の他方の面上で前記誘導電極に対向する位置に前記イ
   オン発生電極との間にスリットを介して形成された遮蔽
   電極とを有し、前記誘導電極と前記イオン発生電極及び
   前記遮蔽電極との間に交流電圧が印加されることにより
   前記イオンを発生するように構成され、さらに前記記録
   媒体は前記イオン通過孔を通過するイオンと逆極性のイ
   オンにより予め帯電され、前記イオン通過孔を通過した
   イオンが該記録媒体上のイオンにより形成される電界に
   よって加速されて該記録媒体上に照射されることを特徴
   とする静電記録装置。
10. 【請求項１０】 前記イオン発生器と前記第１および第
    ２の制御電極と前記駆動手段がヘッド支持体上に記録ヘ
    ッドとして一体に構成され、前記イオン通過孔が該ヘッ
    ド支持体の端面に位置していることを特徴とする請求項
    １〜９のいずれかに記載の静電記録装置。
11. 【請求項１１】 前記イオン発生器と前記第１および第
    ２の制御電極と前記駆動手段が記録ヘッドとして一体に
    構成され、かつ前記イオン発生器は該記録ヘッドに対し
    て着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１
    〜１０のいずれかに記載の静電記録装置。
12. 【請求項１２】 前記第１および第２の制御電極に形成
    されたイオン通過孔の少なくとも一方は、前記記録媒体
    上に形成される各一つの画点に対して複数個ずつ形成さ
    れていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに
    記載の静電記録装置。