JP3282844B2 - 無開口直接静電印刷装置及び方法 - Google Patents

無開口直接静電印刷装置及び方法

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JP3282844B2 JP03627992A JP3627992A JP3282844B2 JP 3282844 B2 JP3282844 B2 JP 3282844B2 JP 03627992 A JP03627992 A JP 03627992A JP 3627992 A JP3627992 A JP 3627992A JP 3282844 B2 JP3282844 B2 JP 3282844B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は静電印刷装置に関するもので、よ
り特定するならば普通紙基体上の画像構成に現像剤を付
着させるための電子的にアドレス可能な電極を用いるノ
ンインパクト印刷装置に関するものである。
【０００２】各種静電印刷技術の中でも、最も一般的か
つ広範囲に使用されているのはゼログラフィーによるも
ので、これは電荷保持面上に形成された静電気的潜像を
適切なトナー剤で現像して画像を可視化し、つづいてそ
の画像を普通紙上に転写するものである。
【０００３】これよりは知られていない静電印刷法の一
つで、直接的静電印刷（ＤＥＰ）として知られてきた方
法がある。この印刷法は、前述のゼログラフィー法とは
異なり、トナーまたは現像剤が普通紙（すなわち特別処
理していない紙）の基体上に直接付着して画像を構成す
るものである。この形式の印刷装置は１９７２年９月５
日付発行のジェラルド・Ｌ・プレスマンら（Gerald L.P
ressman et al）の米国特許第３，６８９，９３５号に
開示されている。一般にこの形式の印刷装置は、アドレ
ス可能な電極を有する静電場を用いて、現像剤が選択さ
れた開口部を通過して印字ヘッド構造に到達しうるよう
になしている。さらに、静電場は、画像の形態で画像形
成を行う基板に現像剤を吸引するために用いられてい
る。
【０００４】プレスマンらの特許は、多層化粒子変調
器、すなわち、絶縁材層と、その絶縁層の一方の面の導
電材の連続層と、その絶縁層の他方の面の導電材の細分
化された層を含む印字ヘッドを組み込んだ静電ラインプ
リンターを開示している。多層化粒子変調器を通し、少
なくとも一列の開口が形成されている。導電材の細分化
された層の各細片が開口の部分の周辺に形成され、また
細分化された導電層の他の細片のどれとも絶縁材によっ
て絶縁されている。選択電位が細分化された導電層の細
片の各々に印加され、かつ固定電位が連続的導電層に印
加されている。全体として印加されている静電場が粒子
変調器の開口の列を通して荷電粒子を射出し、また粒子
のストリームの密度が細分化導電層の細片に印加されて
いる電位のパターンに従って変調される。変調された荷
電粒子のストリームが変調された荷電粒子内に置かれ粒
子変調器と相対して移動する印刷受容媒体に当たり、行
単位の走査印刷を行う。プレスマンらの特許の装置にお
いて、制御装置部へのトナー供給は一様に作用せず、ま
た画像受容媒体上の画像に不規則性が発生する原因とな
っている。高速記録が難しいのみならず印字ヘッドの開
口がトナーによって詰まる原因となる。
【０００５】フジら（Fuji et al）の名で１９８５年１
月１日付に発行された米国特許第４，４９１，８５５号
では、荷電粒子の通過経路を制御するためと荷電粒子の
可視画像を画像受容体上に直接記録するための複数の開
口、すなわち、スリット状の開口を有する制御装置を用
いる方法並びに装置が開示されている。特に、ここにお
いて開示されたのは、制御電極に荷電粒子を供給する改
良型装置で、高速かつ安定した記録が可能になったとし
ている。フジらの特許の改良は、荷電粒子が支持体上で
支持され、また交流電場が支持体と制御電極間に印加さ
れている点にある。フジらの特許の趣旨は、プレスマン
らの特許に関して上述した問題点のうち少なくとも幾つ
かを排除しようというものである。よって、フジらの特
許は荷電粒子を飛散させずに制御電極に充分供給するこ
とが彼らの装置では可能になっていると述べている。
【０００６】ホソヤら（Hosoya et al）の１９８６年２
月４日付発行の米国特許第４，５６８，９５５号では、
画像情報に基づく可視画像が現像剤によって普通紙上に
形成される記録装置を開示している。この記録装置は、
普通紙から、またこれと相対して所定の間隔をとり、ま
た現像剤を担持する現像ローラーを含む。これはさら
に、画像情報にしたがって普通紙と現像ローラーの間に
電場を生成することによって、現像ローラー上の現像剤
を普通紙へ吸引するため、複数のアドレス可能な記録電
極と、これに接続された対応する信号源を含む。複数
の、相互に絶縁された電極が現像ローラー上に配置さ
れ、ここから一方向に延出する。交流および直流の電源
が電極に接続されて、隣接する電極間で周辺交流電場を
生成することにより、隣接電極間に位置してこれらの間
にある現像剤を、電力線の方向に振動させ、これにより
現像剤を現像ローラーから分離させる。
【０００７】直接的静電印刷（ＤＥＰ）構造は、ノンイ
ンパクト電子印刷において製造コスト削減と信頼性の向
上の点で特に魅力的である。プレスマンらの特許やフジ
らの特許の場合のような開口式印字ヘッド構造を用いる
ＤＥＰ印刷システムでは、開口部の詰まりによる性能低
下という潜在的問題を有している。開口部の詰まりは、
開口式印字ヘッド構造の制御電極構造に極性の異なるト
ナーが堆積することで発生する。典型的な印字ヘッド構
造は、絶縁材の反対側に支持されるシールド電極構造と
制御電極構造よりなる。印字ヘッド構造は、適当なトナ
ー粒子供給装置および適切な電気的バイアス電圧と合わ
せて、シールド電極構造がトナー供給装置に面するよう
に配置されるのが普通である。
【０００８】制御電極構造への電荷の異なるトナー粒子
の堆積による開口部の詰まりの問題は多くの特許で言及
されている。一般的に、この問題はトナー供給装置内で
極性の異なるトナーの量を最小限に抑えることによっ
て、または制御電極構造からトナーを清掃するかまたは
除去するための構造を付与することによって解決する。
【０００９】シュミッドリンら（Schmidlin et al ）に
１９８８年５月１０日に交付され、本特許と同一譲受人
に譲渡された米国特許第４，７４３，９２６号では、現
像剤またはトナー粒子を印刷機構の統合部品を構成する
印字ヘッドに供給するための構造を含む静電印刷装置を
開示している。これを使うことで、トナー粒子を潜像を
含む電荷保持面に供給することが可能である。現像剤ま
たはトナーの供給システムは、極性および寸法の異なる
トナーの量を最小限に含むトナーを供給するのに適合し
ている。このために、現像剤供給システムは、対面位置
に保持された一対の荷電トナーコンベアーを含む。バイ
アス電圧が二つのコンベアーに直交して印加されて、一
方の極性の電荷のトナーが一方のコンベアーに吸引さ
れ、その反対の極性のトナーがもう一つのコンベアーに
吸引される。荷電トナーコンベアーの一つは所望する極
性のトナーを開口式印字ヘッドに供給し、ここにおいて
コンベアーからトナーが印字ヘッドのいろいろな開口へ
と吸引される。
【００１０】米国特許第４，７４３，９２６号のもう一
つの実施例においては、一方の極性のトナーを電極アレ
イの一方向に向かわせ、また反対極性のトナーを全体的
に反対方向に向かわせるための直流電源によってバイア
スされた三相ジェネレータの対によって、単一の荷電ト
ナーコンベアーが給電されている。
【００１１】米国特許第４，７４３，９２６号のさらな
る実施例では、トナー荷電装置を用いて、上述の荷電ト
ナーコンベアーの一方または他方による動きに充分なレ
ベルまで非荷電トナー粒子を帯電させるものである。
【００１２】フレッド・Ｗ・シュミッドリン（Fred W.
Schmidlin ）に１９８９年３月３日に交付され、本特許
と同一譲受人に譲渡された米国特許第４，８１４，７９
６号では、現像剤またはトナー粒子を印刷機構の統合部
品を構成する印字ヘッドに供給するための構造を含む直
接静電印刷装置を開示している。この印刷装置では、印
字ヘッドに加えて、印字サイクルの間、適切なバイアス
を与えられた導電性シューを含み、印字ヘッドの開口を
通して印字ヘッドと導電性シューの中間に配置された複
写媒体上への現像剤の静電吸引を助けている。現像剤ま
たはトナーの供給用構造は極性の異なるトナーの最小量
を含むトナーを供給するのに適している。このために、
現像剤供給システムは通常の磁気ブラシを含み、これが
トナーをドナーロールへ供給し、そののちドナーロール
が印字ヘッド構造の開口部付近へトナーを供給してい
る。
【００１３】フレッド・Ｗ・シュミッドリンに１９８８
年７月５日に交付され、本特許と同一譲受人に譲渡され
た米国特許第４，７５５，８３７号では、印刷機構の統
合部品を構成する印字ヘッドから異なる極性の現像剤粒
子を除去するための構造を含む直接静電印刷装置を開示
している。この印刷機構は、印字ヘッドの他に、印字サ
イクルの間適切なバイアスを与えられた導電性シューを
含み、印字ヘッドと導電性シューの中間に配置された複
写媒体上への印字ヘッドの開口を通過する現像剤の静電
吸引を助けている。清掃サイクルの間、印刷バイアスは
シューから除去され、また印字ヘッドからトナーを除去
する上で効果的な交流静電場を生成するために適切な電
気的バイアスがシューに印加される。
【００１４】米国特許第４，９１２，４８９号では絶縁
支持部品に支持されたシールド電極構造と制御電極構造
よりなる印字ヘッド構造を含む直接静電印刷装置を開示
している。印字ヘッド構造は、制御電極がトナー供給装
置に対向するように位置している。極性の異なるトナー
は制御電極上に堆積する。
【００１５】印字ヘッドの開口内での閉塞した可能性が
あるチャネルを迂回することで、ホソヤらの特許が開示
した非開口システムは魅力があるものとなる。しかし、
ホソヤらの特許の非開口印刷構造は、記録電極構造の構
成から比較的低い解像度の画像を生成するものと見られ
ている。
【００１６】ダン・Ａ・ヘイズ（Dan A. Hays ）の名で
１９９０年５月２１日付で出願され、また本発明と同一
譲受人に譲渡された米国特許出願第０７／５２５，９２
６号では、開口式印字ヘッド構造を使用しない直接静電
印刷（ＤＥＰ）を開示しており、ここにおいてトナーが
付着したドナー部材に結合した周辺交流電場を経由して
画像形態で機械的エネルギーを供給することによって印
刷を行うものである。ヘイズの特許は、時間に依存する
周辺静電場による、荷電トナー粒子に調節されたドナー
背後の電極対から画像形態でのトナーの付着を教示して
いる。ヘイズの特許は、ギャップを横切って印加された
直流電場の存在下で局部的な周辺交流電場による粘着力
に打ち勝つという問題を投げかけている。
【００１７】簡単には、本発明は非開口直接静電印刷装
置（ＡＤＥＰＴ）の形態をとる非接触式印刷装置を提供
するものであり、ここでの画像形態でのトナー付着は、
比較的高い画像解像度で行われる。
【００１８】画像の解像度の損失または焦点のズレは、
一般に均一な吸引側直流電場に加えて周辺にはみ出す交
流電場の存在下にギャップ転送することでおこるが、こ
れは周辺にはみ出す交流電場の所定の一時的構造によっ
て防止されまた制御される。第１の順方向パルスとそれ
に続く逆方向のパルス（または継続する逆方向と順方向
パルスのシーケンス）の間に一つのインパルス比が存在
し、このインパルス比にすることによって無開口ギャッ
プ転送において解像度が基本的に維持されているという
ことを発見した。
【００１９】インパルス比は１：２である。つまり、待
機しているトナー粒子がギャップ内の軌道上に散布され
るときの初期における第１のパルスの振幅の時間積算さ
れた値は、電場の方向が逆転する（または交替する）と
き、後続のパルス（またはパルス群）の振幅の時間積算
された値の半分である。画像形態での交流周辺電場によ
るトナーの剥離を伴う前述の案は組み合わせて有効に使
用することが可能である。さらに、多くの実験から、広
範囲の散布時間（トナー剥離時間を示す）にわたって解
像度が充分に保持され得ることが示された。よって、こ
の新しい処理過程はＡＤＥＰＴとして参照している強力
な直接印字技術の根拠となるに充分な重要な処理変形の
許容度を示すものである。
【００２０】より一般的には、局部的電場の所定の一時
的構造の原理はあらゆるトナーのギャップ転送において
使用可能で、トナー軌道のあらゆる特定の初期状態また
は中間状態に最適化できる。
【００２１】単純な円盤型電極を接地した平面に埋設し
たものを用いて、ドナーのトナー側に充分強力な周辺電
場を生成することが可能であると理論的分析によって示
されている。電極および接地面を誘電材の層で被覆する
ことにより、また電極直径を所定の方法で層の厚みとマ
ッチさせることにより所望の電場条件を誘電材表面に作
り出せる。誘電材の表面はトナー供給部のトナー側に当
たる。この性質の電極はそれ自体が駆動電子回路との効
果的な統合化に適したものである。よって、ここに詳述
した電極で構成される多電極書き込みバーと駆動電子回
路、さらには入力装置との統合が提案されるものであ
る。
【００２２】バイアスのかかったギャップの一面をなす
導電面を被覆する誘電材層の上におかれた荷電トナー粒
子に作用する電気力が分析された。クーロン斥力と二つ
の保持力、影像引力および分極力からもたらされる全剥
離力は、１０μＣ／ｇ程度の摩擦電荷のトナーについて
バイアスをかけて最大にすることができると示されてお
り、これは現在の材料および電子技術でなら充分到達可
能である。
【００２３】図１は、本発明の印刷装置の模式的概略図
である。
【００２４】図２は、書き込み電極に始まり画像受容体
に終わり、５０μｍの区間での横座標方向にシヌソイド
様（sinusoidally）に変化する時間依存の場のトナーの
軌道を表す高さ対距離のプロットである。
【００２５】図３は、バックグラウンド電場Ｅｂおよび
剥離電場Ｅｄを有する書き込み電極における電場の波形
で、局部的電場は定常的かつ均一な電場内に浸透してい
る。
【００２６】図４は、バックグラウンド電場Ｅｂおよび
剥離電場Ｅｄを有する書き込み電極における電場の別の
波形である。
【００２７】図５は、正に荷電したトナーの図４の波形
にバイアスをかけた模式図である。
【００２８】図６は、ダイポール電極の場における二組
のトナーの軌道起始部で、同一の原点からの軌道が異な
る剥離時間に対応している。
【００２９】図７は、ダイポール電極の場における最も
外縁の軌道を開示したもので、ｘ方向およびｙ方向の縮
尺を変えてある。
【００３０】図８は、剥離時間の許容度を示したもの
で、時間は最初の剥離の先端の開始部から測定してい
る。
【００３１】図９は、１０μＣ／ｇの電荷のトナー半径
の範囲を示す。
【００３２】図１０は、５μＣ／ｇの電荷の最終的トナ
ー半径の範囲を示す。
【００３３】図１１は、２０μＣ／ｇの電荷の最終的ト
ナー半径の範囲を示す。
【００３４】図１２は、誘電体（ｋ＝３）表面の円盤型
電極の縦方向の電場を図示したもので、被覆ｈの厚みに
ついて３種類の電極半径の比（１．３５，２．５，３．
３５）をとってある。
【００３５】図１に開示してあるのは本発明の直接静電
印刷（ＤＥＰ）装置１０の実施例の模式図である。
【００３６】印刷装置１０は一般に参照番号１２で示さ
れるトナー供給または運搬システムと、後部電極構造１
４を含む。
【００３７】ここで開示したように、トナー供給システ
ム１２は、トナー粒子１８を運搬するためのドナーベル
ト１６構造を含む。書き込み電極円盤２０のアレイ（図
１参照）は、接地電極２２と協働して、ドナーベルト１
６によって普通紙であり得る画像受容部材２４へ担送さ
れるトナー粒子１８を移動する交流静電場を形成する。
【００３８】電力供給装置２８を使用して電極励起手順
を用いることで、特定の一時的励起構造を選択すること
により、トナーの画像形態でのギャップ転送における解
像度の保持が可能になる。本手順の結果は、ｘ方向にシ
ヌソイド状に変化する場の例で、２つのトナー軌道２８
と３０の開始を示す図２を参照すると最もよく図示でき
る。この例では、空間的に非均一な場が時間的にもシヌ
ソイド状に変化した。３２と３４で示されるように、非
均一で周期的な場によって当初強く弯曲している軌道
が、３６および３８として示されるように基本的にはま
っすぐな縦線に変化しているのが見てとれる。この発見
は、剥離電場が順方向（剥離方向に）最大またはそれに
近いとき軌道が開始するなら、このような所望の軌道が
生成されるという事実による。他の全ての場合では、ト
ナーが剥離されないかまたは焦点のずれた軌道が発生す
る。
【００３９】本発明において、トナーがドナー１６から
用紙２４へ移動を始める場合の初期における第１のパル
スの振幅の時間積算された値は、絶対値において、次の
負のインパルスまたは連続する交互のインパルスの振幅
の時間積算された値の半分とほぼ等しい。
【００４０】画像の場の時間依存の一例を図３に示して
ある。電極２０はあらゆる時点で、トナー剥離限界以下
の振幅Ｅｂの周期的に変化する（方形波）背景電場によ
ってバイアスがかかっている。用紙に向かうトナーの動
作は、トナー剥離に充分であるとして選択した値Ｅｄに
電場が増加する点Ａに対応する時刻に開始する。画像呈
示条件は、四角形ＡＢＣＤの領域が領域ＤＥＦＧのほぼ
半分であるとする。
【００４１】電場の時間的周期は多くの例で１ピクセル
を描画する時間より有意に小さい。よって、前出の図３
に示すように、別の剥離パルスを数周期後に発し、さら
にこうした剥離パルスによって一群のピクセルを描画す
ることが、可能でありまた有益であろう。このような方
法おいては、追加のトナー粒子は、それが最初の剥離パ
ルスで剥離されなかったり、または動作中のドナーベル
ト１６に引き戻されたものであっても、後続の剥離パル
スによってドナーベルト１６から剥離される。ここに詳
述した原理を用いて多くの他の構成を案出することが可
能である。
【００４２】商業的応用の可能な全ての技術について妥
当な論点は、その処理の許容度についてである。各種処
理や入力の変化に対する感度を広範囲に試験し、その結
果は図４に示す波形と手順の一例を示す図５に示した構
造で表される。
【００４３】有効直径６０μｍのダイポール２０の一つ
を例示する。正に荷電したトナー１８は１０μｍの直径
で１０μＣ／ｇの摩擦電荷を有する。空隙４０は２５４
μｍ（１０ミル）である。ギャップの定常電場は２ＭＶ
／ｍで全てのギャップについて安全な値である。２０Ｍ
Ｖ／ｍの最大剥離電場は実現可能で、かつトナー剥離に
最適な電場に近い。図３に示した波形とは幾分異なる波
形をここでは選択してあり、これを図４に示した。この
例では、トナーが全く転送されない（書き込まない）場
合、電極電場は逆転保持の方向にある。この電極電場は
一定値Ｅｈであり、絶対値においてピーク値Ｅｄの半分
と等しい。書き込みパルス４２は、８μｓの長さの方形
波パルスのパケットと最大順方向剥離電場よりなる。正
のパルス同士は２０μｓの期間の逆転電場４４で分離さ
れる。この波形で可能な、正に荷電したトナー用のバイ
アス構成の一つを図５に示す。
【００４４】接地電極と共に絶縁材４６に埋設した電極
２０における逆転保持電場は、電極が埋めこまれている
絶縁面の残り部分の電源４８を経由した正のバイアス
（＋１５０Ｖ）によって成立しているが、電極自体は接
地電位に保たれる。書き込みパルスのパケットは、電極
電位を８μｓの間、正の高電圧（ここでは＋４５０Ｖ）
に切り替えることで生成される。電極の中心から一つは
２０μｍ、もう一つは１０μｍで開始する二組のトナー
軌道５０および５２の動作の極めて初期の段階を図６に
示した。各組の外側の軌道は、パルスの極早期に剥離が
おこった場合である。最も内側の軌道は、最も剥離が遅
い場合の限界軌道である。これ以上遅く剥離したトナー
は、全てドナーに戻ることになる。これら最も外側の軌
道となる剥離時期（極早期）と最も内側の軌道となる剥
離時期（最も遅い時期）との間の何れかの時期に剥離し
たトナー粒子の軌道は、荷電トナービームの斜線領域に
入る。こうした軌道のうちパルス開始後３μｓに相当す
る軌道を示した。この時点で剥離したトナーは、軌道開
始の５μｓの間、高電位の順方向電場に曝され、開始時
の半径と同一の半径で受容体に到着する。実際に、詳述
したインパルス条件はここで実現されている。
【００４５】８μｓパルスの極早期に始まった最も外側
の軌道は、ピクセルの中心から最も遠い位置で紙面と交
差する。図７は、ギャップ全体を横断するこのような軌
道を、トナー剥離が開始する半径位置（以下「開始半
径」という。）を異ならせて示したものである。最大の
開始半径は３０μｍで、これは（剥離電場が中心で発生
する最大値の５０％に減少した地点で）効果的な半径で
ある。
【００４６】この数値的な検討を進めることによって剥
離時間における処理許容度が証明された。結果は図８お
よび図９にまとめてある。図８において、（順方向パル
ス開始後の）剥離時間は開始半径の関数として示してい
る。図９において受容体側での最終半径（「最終半径」
とはトナーが受容体に到達したときの半径位置のことを
いう。以下同じ。）の有効範囲を示す。図９の「負の」
最終半径は、開始半径の反対側でトナーの軌道が電極軸
と交差しまたトナーが到着したという状況を示している
だけである。これが拡散したとしても、条件は３００ｓ
ｐｉ（spots per inch）の印字に必要とされるものに近
いことは明らかである。
【００４７】さらなる段階として、トナー電荷における
許容度を検討した。最終半径の範囲は摩擦電荷５μＣ／
ｇのトナーの場合を図１０に、また摩擦電荷２０μＣ／
ｇのトナーを図１１に示す。許容される剥離時間の範囲
は摩擦電荷１０μＣ／ｇの場合と極めて近い。トナーの
電荷と共にスポットの広がりが増大することに注目され
たい。しかし２０μＣ／ｇであっても３００ｓｐｉで使
用可能なのが明らかである。
【００４８】図４に示す書き込みパルスの時間的構造に
戻って、１ピクセルの書き込みに利用可能な時間の間に
複数の正と負のパルスを使用できることを指摘すべきだ
ろう。紙送り速度１０ｉｐｓ、解像度３００ｓｐｉであ
ってもピクセル書き込み周期は３３３μｓである。この
時間の半分が書き込み処理それ自体に利用可能であると
仮定すると、これらの周期のうち６つが使用できる。新
しいトナーを電極に供給するドナーベルトが紙より早く
移動し得るとしても、つまり転写用にさらにトナーを利
用し得るとしても、あるいは第１のパルスの時間的ウィ
ンドウのなかで剥離されなかったいくらかのトナーが、
次の正のパルスの間に剥離することも考えられる。これ
らのトナー粒子の転写条件は、ピクセルの最初のパルス
の間に剥離した粒子と実質的に同一となる。軌道は、発
展段階の初期の凡そ２８μｓの間にほとんど全て決定さ
れる。
【００４９】処理の全てのほかの許容度は上述したもの
より強制力が弱いことが多い。ここでは２０ＭＶ／ｍに
等しくして用いている電極の剥離電場は、おそらく空気
の絶縁破壊の限界と駆動電子回路の限界に近いものであ
る。トナー剥離が局部的電場のより低い値で強力に実行
できるとすれば、スポットの拡散はより小さくなるはず
である。２ＭＶ／ｍの均一なギャップ電場は、どのギャ
ップについても無条件で安全な値である。１０ないし２
０ミルの小さなギャップでももっと高い電場を保持でき
ることは明らかと思われる。さらに、スポットの拡散は
ギャップ内の均一な電場を増大させることで減少する。
空気抵抗は極めて小さな影響しか有していないことか
ら、トナー質量は、摩擦電荷として電荷との関連でのみ
運動方程式に加わる。よって、摩擦電荷における許容度
は、トナーの寸法の影響をよく表現している。
【００５０】本発明の無開口直接電子印刷がうまく実現
できる方法を上述の実施例で使い切っていない点を強調
したい。これらの実施例の目的は、書き込みパルスの所
定の時間的構造による画像形態でのトナー転送における
スポットの拡散を制御するという基本的で広範囲な案を
示すことだからである。
【００５１】無開口直接電子印刷に適した最も単純な電
極は円盤型で、その表面の接地面に対して電気的バイア
スのかかっている導体である。この円盤と接地面は厚み
ｈの誘電体層によって被覆される。絶縁破壊を防止する
ため、円盤と接地面との間のギャップは約３μｍあるべ
きで、これも誘電性材料で充填されるべきである。有用
な電場は誘電体層の上にあり、１０μｍの厚みとすれ
ば、この電場の有限のギャップの効果は小さく、円盤型
電極はギャップなしで接地面に埋設されたようにみるこ
とができる。
【００５２】円盤型電極の静電気的問題が解決し、電極
上の中心における電場が計算できた。電場の様相または
全ての点の電場の値を決定するための数値的手順が開発
できた。結果を図１２に示す。層の誘電係数は３に等し
くとってある。誘電係数は、生成する電場に弱い影響し
か及ぼさないことはすでにみたとおりである。厚みｈの
ユニットについて電極半径１．３５、２．５、３．３５
の三種類の例を計算してある。誘電体の表面での電場Ｅ
ｚの縦の要素は、図１２で実寸法ではなく比Ｅｚｈ／Ｖ
として示してある。ここでＶは電極間の電位差である。
同様に、横座標も実寸法ではなく比ｒ／ｈとなってい
る。
【００５３】計算した電場の状態の定性的な特徴の幾つ
かを指摘すべきであろう。まず、電極の主電場と反対方
向の電場を有する周辺領域の電場の絶対値が低いことは
好都合な展開である。電極の主電場と反対方向の電場を
有している周辺領域内の電場の絶対値の小ささは、提案
された構成において時間的に変化する電場が極性を変更
する電極中心から遠く離れた所望しない軌道に、トナー
粒子が飛散しないことを裏付けている。次に、電極直径
が誘電体の厚みの二倍を超過しても電場の形状は上部が
平坦であり、場合によっては中央部に僅かなくぼみがで
きる。これはまた呈示した印刷技術において用いられる
べき望ましい特徴の一つである。平坦な上部を有し比較
的急峻に下降する分布は、適正に規定された半径を有す
る円形領域からの軌道が描かれることを裏付けるもの
で、解像度を保持するためには重要である。
【００５４】電場の大きさに移ると、計算によって、充
分な高さの電場が切り替え可能な電位によって生成で
き、さらにこの切り替えが経済的に実行できることも保
証されている。図５の基本的構成が、最高の電場に到達
するのに電極および駆動回路の製造簡易化に最適ではな
いこともある。この構成ですら、誘電係数が３の誘電体
１０μｍで被覆した５０μｍの直径の電極に用いた場
合、電場の分布のうち平坦な上部において１５ＭＶ／ｍ
の電場が生成されることになる。
【００５５】短距離の粘着力とは異なり、荷電したトナ
ー粒子に作用する電気力は信頼性の高い計算が可能であ
る。全電気力は個別に考えることのできる３つの力より
なっている。これら３つの力とは、クーロン力、影像引
力、および分極力である。トナー粒子をドナー表面から
剥離する例では、全電気力は、適切な振幅と方向の場
合、短距離粘着力に打ち勝つことと、トナー粒子を軌道
に打ち出すことを目的に使用される。粘着力は、これも
電気的に生成し得る予備調整によって弱めることができ
る。
【００５６】発明者の開発した初期の例は、荷電トナー
粒子への電気力を計算するために用いられた。計算した
例は、直径１０μｍの球形トナーと、誘電係数が４で均
一な表面電荷密度に帯電し、１０μｍ厚で誘電係数が３
の絶縁層と接しておかれた部材からなり、この部材は別
の導電面および接地面を有している。このトナーが表面
に対して直角な方向にある均一な外部電場に曝される。
全電気力Ｆは、変数がトナー電荷と外部電場を表す二次
方程式で表現される。等価電位を使った場合、ここで
は、トナー電荷Ｑと外部電場Ｅを直接使用した。剥離力
Ｆは、 Ｆ＝ＡＱ2 ＋ＢＱＥ−ＣＥ２ で表される。ここで寸法を示す係数Ａ、Ｂ、およびＣは
全て正である。第一項は影像引力、第二項はクーロン
力、そして第三項は分極力である。
【００５７】所定のトナー電荷Ｑにおける剥離力Ｆは、 Ｅ＝ＢＱ／２Ｃ の電場において最大で、 Ｆ＝（Ｂ／４Ｃ−Ａ）Ｑ2 と等価である。
【００５８】１０μＣ／ｇの摩擦電荷のトナーを用いる
場合、最大電気力は剥離電場１４．６ＭＶ／ｍのとき４
４．１ミリダインとなる。
【００５９】影像引力および分極力はクーロン力より短
距離の力である。二つの保持力は主として剥離過程に作
用し、軌道へは弱い作用しかない。影像引力の作用は縦
方向への力を減弱することである。よって、これは剥離
時間の上限を僅かに減弱し、その結果、スポットの拡散
も僅かに減少する。分極力はより強い電場領域に向か
い、このことと短距離作用である本質から、実際にはこ
れが拡散するスポットを減少させることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の印刷装置の模式的概略図である。
【図２】 書き込み電極に始まり画像受容体に終わり、
５０μｍの区間での横座標方向にシヌソイド様（sinuso
idally）に変化する時間依存の場のトナーの軌道を表す
高さ対距離のプロットである。
【図３】 バックグラウンド電場Ｅｂおよび剥離電場Ｅ
ｄを有する書き込み電極における電場の波形で、局部的
電場は定常的かつ均一な電場内に浸透している。
【図４】 バックグラウンド電場Ｅｂおよび剥離電場Ｅ
ｄを有する書き込み電極における電場の別の波形であ
る。
【図５】 正に荷電したトナーの図４の波形にバイアス
をかけた模式図である。
【図６】 ダイポール電極の場における二組のトナーの
軌道起始部で、同一の原点からの軌道が異なる剥離時間
に対応している。
【図７】 ダイポール電極の場における最も外縁の軌道
を開示したもので、ｘ方向およびｙ方向の縮尺を変えて
ある。
【図８】 剥離時間の許容度を示したもので、時間は最
初の剥離の先端の開始部から測定している。
【図９】 １０μＣ／ｇの電荷のトナー半径の範囲を示
す。
【図１０】 ５μＣ／ｇの電荷の最終的トナー半径の範
囲を示す。
【図１１】 ２０μＣ／ｇの電荷の最終的トナー半径の
範囲を示す。
【図１２】 誘電体（ｋ＝３）表面の円盤型電極の縦方
向の電場を図示したもので、被覆ｈの厚みについて３種
類の電極半径の比（１．３５，２．５，３．３５）をと
ってある。
【図１３】
【符号の説明】
１０ 直接静電印刷装置、１２ トナー供給システム、
１４ 後部電極構造、１６ ドナーベルト、１８ トナ
ー粒子、２０ 電極，、２２ 接地電極、２４画像受容
部材、２８ 電力供給装置、３０，３２，３４，３６，
３８ 軌道、４０空隙、４２ 書き込みパルス、４４
逆転電場、４６ 絶縁材、４８ 電源、５０，５２ ト
ナー軌道
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−196670（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−6862（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−74959（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−190355（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−179361（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B41J 2/385

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 トナー供給装置と、このトナー供給装置との間にギャップを設けて配置され
    た 画像受容基体と、前記ギャップを横切って、画像の形
    態でトナーを転送する手段とを有し、 前記画像の形態でトナーを転送する手段が、 電極アレイ手段と、第１の順方向のパルスとそれに続く
    それと逆方向の次のパルスの間でインパルス比がほぼ１
    対２で維持されるように電場が時間と共に変化するよう
    に、この電極アレイの周辺に局部的で交互に変化する静
    電場を選択的に発生させるための手段を含む 無開口直接
    静電印刷装置。
  2. 【請求項２】 電極アレイの周辺に局部的で交互に変化
    する静電場を選択的に発生させるための手段が、第１の
    順方向のパルスの振幅の時間積算された値が、その絶対
    値において、次の逆方向のパルスの振幅の時間積算され
    た値のほぼ半分であるような交流電源を含む請求項１に
    記載の無開口直接静電印刷装置。
  3. 【請求項３】 交流電源が周期的に変化する方形波を形
    成する請求項２に記載の無開口直接静電印刷装置。
  4. 【請求項４】 トナー供給装置を準備し、 画像受容基体をトナー供給装置との間にギャップを設け
    るようにして隣接して配置し、 前記ギャップを横切って、画像の形態でトナーを転送す
    る電極アレイ手段と、第１の順方向のパルスとそれに続
    くそれと逆方向の次のパルスの間でインパルス比がほぼ
    １対２で維持されるように電場が時間と共に変化するよ
    うに、この電極アレイの周辺に局部的で交互に変化する
    静電場を選択的に発生させるための手段を使用する工程
    を含む画像受容基体上に画像の形態でトナー画像を付着
    させる無開口直接静電印刷方法。
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