JPH03210575A

JPH03210575A - 高周波電荷キャリヤ発生手段を備えるプリンタ

Info

Publication number: JPH03210575A
Application number: JP2304183A
Authority: JP
Inventors: Jr Wendell J Caley; ウェンデル・ジェイ・カレイ・ジュニア; William R Buchan; ウィリアム・アール・ブカン; Robert A Moore; ロバート・エイ・ムーア
Original assignee: Delphax Systems Inc
Current assignee: Delphax Systems Inc
Priority date: 1989-11-13
Filing date: 1990-11-13
Publication date: 1991-09-13
Also published as: EP0428369A2; EP0428369A3; US5014076A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、電荷キャリアをパターン化することによっで
あるいは選択的に発生させることによって、可視像をプ
リントしあるいは創成することに関し、また、潜像を形
成する表面にこれらの電荷キャリアを供給することに関
し、あるいは、可視像を電気的に生成するための表示装
置に関する。

この潜像は可視像に変換される。

［従来の技術］この形式の装置の種類の一例はＣａｒｒｉｓｈの米国特
許第４．１６０．２５７号に示されている。その発明は
、電荷を表面にドツト状に局部化して付着させるのにそ
れぞれの電極が用いられる電極群の規則的配列からなる
プリントヘッド組立体（アセンブリ）について述べてい
る。配列のそれぞれの電極群は、誘電体で隔てられた電
極対を包含している。電極は、荷電粒子が周期的に生成
される誘電体の荷電ブレークダウンあるいはコロナ領域
を画定するように高い電圧の無線周波数信号でもって賦
活される。それぞれの配列において１つあるいはそれ以
上の追加の電極が、抽出あるいは焦点合わせ電極として
、コロナ領域から表面への特定の符号（正あるいは負）
の粒子をゲートし、あるいは方向を指示するように機能
する。電極群の電極対は、絶縁している誘電体の板ある
いは本体の両側に離間されている。電極群のこのコロナ
生成部は、別の誘電体の板あるいは本体のホールあるい
は穿孔の底部に位置し、ゆえにそのようなホールと電極
の全体的効果で作像表面に電荷の複数のドツトを形成す
るパターンを画定する。符号、電位そして追加の電極に
供給される信号波形を変化させることにより、抽出電荷
のエネルギーと空間的分布を変化させることができる。

前述した形式のプリントヘッドは約１０年にわたって製
造され、−船釣に非感光性（イオノグラフィツク）プリ
ンタとして種々のプリンタ機器が出現した。そのような
機器において、荷電粒子を生成するプリントヘッド構造
体は、移動する誘電体部材あるいはドラムに対向して位
置せしめられ、配列の各電極群の種々の電極は、潜在電
荷像によって部材に荷電するように要求に応じて賦活さ
れる。電極の関連する電位差、遮蔽体の孔の大きさ、電
極間の間隔、そして他のパラメータを選択することによ
って、ドラムに送出される各潜在電荷像ドツトの大きさ
と総電荷量が制御される。

１例として、特徴的な動作パラメータとして、コロナ生
成電極には、１〜３ＭＨｚの無線周波数信号バーストが
ビーク−ビーク値で２０００〜２５００ｖが印加され、
外部の電極そして（あるいは）潜像受像部材には、２０
０〜６００Ｖの範囲の種々の制御、バイアスあるいは加
速電圧が印加され、そして、プリントヘッドが、その電
極構造体を潜像受像部材の表面から０．１〜０．５ｍｍ
離間させて動作せしめられることが包含されよう。１つ
の「ホール」あるいは電極群でのコロナが生成される空
洞あるいは領域は、抽出、ゲート、焦点合わせ（集束）
電極群の最も近接する電極より下に約０．０５〜０．３
ｍｍの深さを有してよい。

前述した形式の既存のプリントヘッドは、−船釣に、周
囲ガス環境で動作し、「ホール」を構成する電極群のそ
れぞれは、周囲の空気を通してその荷電粒子をドラムに
向けて導く、かくして、荷電粒子の周囲ガスとの衝突と
散乱のため、プリントヘッド−ドラム間間隙は、数ｍｍ
以下に制限され、それによりエネルギーとドツト分解能
の損失を避ける。さらに、イオン化された空気分子慣性
が比較的大きいため、電極／ホール構造体を通しての静
電加速されたイオンの走行時間は、粒子が抽出されるコ
ロナを生成するのに使用できる無線周波数信号の周期の
下限を規定すると従来考えられてきた０例えば、もし負
イオンが無線周波数信号の符号が変化する前にホールの
外部から加速されなければ、負イオンは作像ドラムに向
けて導かれず、符号が反転したとき急速に無線周波数電
極に引きつけられ、少数のイオンが無線周波数電極構造
体を越えてホールから脱出するであろう。

この電極構造内にイオンを捕捉する効果は、般に、前述
したような、制御電極配列プリントヘッド構造体におい
てコロナを生成するのに使用できる無線周波数に約５Ｍ
Ｈｚの極限を課するものと考えられていた０例えば、米
国特許第４．６９７゜１９６号の第５欄に明示された周
波数の限界範囲に関するこの効果に対する記述を参照さ
れたし０周波数の上限は、上述の形式のプリントヘッド
の設計では重要な特性である。なぜなら、荷電粒子が生
成されるまでの基本間隔の期間は、全ページをプリント
するのに必要とされる時間に直接関係し、そして、これ
は達成できるプリント速度に影響を及ぼすからである。

所与のプリント速度に対して。それはまたドラムに送出
できる電荷のいくつかの異なったレベルを決定する。後
者の属性、階調あるいは多色プリントのために正確な電
荷量子化が望まれる場合に重要である。

［発明の概要コ本出廊人は、既存の考えに反して、上述のようなプリン
トヘッド構造体が、正あるいは負のイオンを単に生成し
ておるのでなく、負の電荷キャリアを生成するように動
作するときは、主電荷キャリアとして加速電子流を発生
することを発見した。これらの主電荷キャリアは、既知
の範囲のプリントヘッド制御パラメータより相当に広い
範囲の周波数で確実に生成され、そして抽出され得る。

電子は、イオン電荷より桁の大きさ速い走行時間で誘電
体ドラムに到達し、静電的制御を受け、それによって、
増加した分解能でより速い作像速度を達成できる。

本発明者は、電荷ブレークダウン領域を生成するために
高い周波数の無線周波数信号を用いることによって、電
荷キャリアをより均一に生成し、そして、潜像において
電荷をより広い範囲において精確に制御して付着せしめ
ることを達成した。

さらに、本発明者は、プリントヘッドの出力部での像の
イオン電荷と電子電荷との相対的寄与度を測定し、異な
った制御メカニズム、環境、そして動作バラ−メタの範
囲を発見し、それによって、改善された潜像生成のため
に、各形式の電荷が予測できかつ制御された量で確実に
生成できるようにした。高速、高分解能、そして高い均
一性のプリントが、本発明の範囲の技術思想内において
異なった構造によって実現できる。

［実施例］第１図は、例として、イオノグラフィツク印刷装置１を
示し、典型的な従来技術でのこの形式の機器の全体構造
を示すものである。プリントヘッド１０は、回転誘電体
ドラム３０上に潜在電荷像を形成し、トナー組立部４０
は、ドラムの荷電領域に選択的に付着させられるトナー
を供給する。

紙が給紙経路Ｐに沿って通過してドラム３０と接触しド
ラムから階調のついた画像を受は取る。プリントヘッド
の電力および制御回路がプリントヘッドの電極を制御さ
れた順序で作動し、回転しているドラムの表面に電荷の
正確な２次元分布を行う、ドラムを荷電するプリントヘ
ッドの作動は書き込み操作と呼ばれる。荷電されたドラ
ムにトナーを付着させ、ドラムから印刷媒体にトナーを
転写させることは、それぞれ、階調付は操作とプリント
操作と呼ばれる。

上述の構造３５に加えて、少なくとも１つのコロナある
いは消去ロッド、あるいは他の放電構造体３５が設けら
れており、プリント操作の後、次の書き込み操作に先立
って、残留電荷を中和する。

例示されたプリンタと細部構成部品は、広い範囲にわた
って、等価なものに変えることができることが理解でき
よう６例えば、ドラムが可動ベルトに置き換えられ、紙
が通過する経路、トナー貯蔵器、およびプリントヘッド
の相対位置は変更でき、プリントヘッドに対向するベル
ト側に接地面あるいは離隔電極構造体が用いられてもよ
い、構成の他の一面は、光学的複写機あるいは同等物で
使用される類似の構造体から慣例的に改造してよい、こ
の開示の目的上、プリントヘッドの構造とその位置のみ
が詳しく考察されればよい。

プリントヘッド１０は、「ホール」配列を画定する細長
い複数電極構造であり、その電極が賦活された時に、「
ホール」のそれぞれは、たとえばイオンのような電荷キ
ャリアバーストを生成して誘電体部材３０に向けて導き
、潜像を構成する部材３０上に電荷の点による蓄積を形
成する。実際、これらのホールは、多くの隣接する傾斜
部片あるいは指状体のパネルに配列され、それぞれの部
片は多くの、例えば、１０〜２０のホールからなる。こ
の構成は、非常に多くのホールが小さな横方向のずれで
もった配向で離隔されることを可能とし、これにより高
い分解能をもたらす、得られた電荷像の交互配置（ｉｎ
ｔｅｒｌｅａｖｉｎｇ）は、さもなくば潜像に現れるで
あろう不均一性を平滑化する。

第２図は、１つの従来技術のそのようなプリントヘッド
１０の分解図であり、それぞれのホールの全体的構造な
らびに詳しい構造を示している。

プリントヘッド１０は、例えば、２０μの厚さの雲母層
誘電体板１２を有し、その一方の側に第１電極１４が設
けられ、他の一方の側に第２電極１６が設けられている
。指状電極と呼ばれる電極１６は、電極１４と交差する
よう配向される。動作において、高電圧無線周波数信号
が、交差する１対の電極１４と１６の間に加えられ、電
極１６の縁部と誘電体板１２の間に広がるコロナあるい
はブレークダウン領域を生成し、電荷キャリアがブレー
クダウン領域から抽出される０例示されたデバイスにお
いて、第２銹電体あるいは絶縁層１８と第３電極構造体
２０が配置され電荷キャリアを抽出する０層１８は、対
応する対の電極１４と１６の交差点と整列して延びる複
数の通路１９を有する。第３電極構造体２０は、それぞ
れの通路１９に１列に整列した開口２１を有する単一の
導電体板である。第３電極２０と誘電体ドラム３０（第
１図）の間に選択された電圧を印加し、そして電極１６
と２０の間により低い電位差を印加することによって、
電極１４と１６の交差点の電気的ブレークダウン領域に
形成されるある極性の荷電粒子は、開口１９と２１を通
してゲートされ、誘電体部材あるいはドラム３０向けて
導かれる。

適当な極性の荷電粒子は、それらの電荷の符号に依存し
て、開口１９の外に通過することを抑制され、それによ
り、プリントヘッドは、その電極の動作電位に依存して
、正あるいは負の電荷キャリアいずれかを放出する。

第３図は、第２図で示される同一の要素を示すのに同一
の参照番号を使用して、プリントヘッドのあるホールを
構成する電極構造を示す概略断面図である０図示される
ように、電極１６と１４の間の高電圧無線周波数バース
トを印加することは、誘電体１２と電極１６の間に、電
荷ブレークダウン領域２４が形成されることとなり、そ
こから、電荷キャリアが空洞２５を通して加速され、ド
ラムあるいは他の荷電像受像部材３０に向けて導かれる
。部材３０は、誘電体層３１、電導体層３２および中間
層３３とから構成されるように示されている。潜像部材
の構成の分野に精通した者は、層３３は光導電性あるい
は半導体材料で構成してよく、あるいは、ある機械的特
性を有するように選択された材料から構成してもよく、
そして、さらに、層３１．３２そして３３の少なくとも
１つはベルト構造体に含まれてもよく、また、層３２そ
して３３の少なくとも１つは分離した電極あるいは支持
構造に包含さでもよいことを理解するであろう。さらに
、プリントヘッドの電極構造体は追加の複数の電極、あ
るいは、第３電極構造２０である図示された板の代わり
に分離して制御される複数の電極２０を包含してもよい
。

そのような従来技術のイオングラフィックプリントヘッ
ドにおける電荷の生成とその移送のメカニズムを明確に
するため、本発明者は、動作条件を変化させての単一の
ホールによって発生される電流の一遣の測定を企画した
。第４図は、従来技術のプリントヘッドに供給される励
起無線周波数と、潜像部材へ加速される電荷電流とを示
している。下側の波形（ａ）は電極１４と１６に供給さ
れるＩＭＨｚ無線周波数信号の５〜７個の振動バースト
を示している。上側の波形（ｂ）は電極スクリーン２０
から０．２５ｍｍの距離で同期して検知された電荷電流
を示しており、それはドラム表面の公称位置に対応して
いる。測定は、正の電荷キャリアだけが電極配列から放
出されるように電極１６と２０をバイアスして行われた
。送出される電荷をプロットするための波形（ｂ）のコ
ンピュータによる積分と、プリントヘッドとドラムの間
隔０．２５ｍｍ〜０．７５ｍｍのプローブ間隙でなされ
た比較試験で、０．２５ｍｍあたり約１．４μｓの走行
時間が示された。かくして、波形（ｂ）は、高電圧無線
周波数ブレークダウン信号に同期して生成されドラム３
ｏへ加速される正イオンの流れに対して予期される波形
に極めて近く対応している。

本発明者の発見の主たる側面によると、ドラムの電極構
造に関してスクリーン電極２０が負の電位のとき、空洞
２５を通して領域２４から部材３０へ加速される負の電
荷キャリアは、以前信じられていたような負イオンでは
なく、むしろ主に電子からなる。これらの電荷キャリア
は、誘電体励起高周波を使用して確実に生成され、正確
に決定された決定時間とドラムへの短い走行時間を有す
る。

この発見に基づいて、本発明者は、プリントヘッドの環
境と動作パラメータを変えることによって、イオン、あ
るいは電子によって選択的にプリントするシステムを発
明するに至った。電荷キャリアの形式、電荷の総量そし
て電荷付着の均一性が高精度で制御される。電荷キャリ
アとして電子を発生するように動作せしめられるプリン
トシステムは、実質的により速い速度で動作し得る。

第５ｒＩ！Ｊは、第４図の電荷による電流をプロットし
たものに対応し、負の電荷キャリアを付着するようにに
バイアスを加えるスクリーン電極２０を備えた同様のプ
リントヘッドの電荷による電流をプロットしたものであ
る。励起無線周波数バースト（ａ）は第４図のそれと同
じである。しかしながら、電荷電流波形（ｂ）の信号は
、タイムスケール上で１０ｎｓの分解能で現れるのだが
、主として、無線周波数バーストの個々の振動と相互関
係のあるある数の不連続のスパイクからなる。

第５Ａ図は、約２５倍の増幅率で増幅された負の電流波
形である。このスケールでは、個々のスパイクはスクリ
ーンからはみだしているが、より緩やかな小さい振幅の
負電流信号のハンプもまた判別ができるようになる。増
幅されていない無線周波数の波形（ａ）もまた図に示さ
れ、バーストの包絡線を示している。電荷電流曲線の数
値的解析を企画することによって、本発明者は、第５Ａ
図の曲線（ｂ）を２つの曲線に分解することができ、そ
れは第５Ｂ図の曲線（ｃ）と（ｄ）としてプロットされ
ている。それらは、負のスパイク（Ｃ）と緩やかなハン
プ（ｄ）に対応し、それぞれ矢印ＥとＮによって指示さ
れる。

電流移送メカニズムをよりよく理解するために、総退出
電荷量と同様に電荷電流の到達時間の詳しい分析が、正
イオンの場合に行ったように、プリントヘッドとプロー
ブの異なった間隔で実行された。これらの測定は、異な
ったメカニズムを伴うと思われた電荷電流ＥとＮが、強
さが３桁の大きさだけ異なる移動度を持つキャリアを包
含することを示し、また、Ｅ型とＮ型の送出電荷の相対
的比率は、次に述べるように電荷生成、付着、そして次
に述べるように環境要素を制御することによって変化さ
せることができることを示している。

まず第１に、本発明者は、典型的な従来技術のプリント
カートリッジとドラムの間隔に対応する、プリントヘッ
ドとプローブの間隔が公称０゜２５ｍｍにおいて、Ｅ型
キャリアが約Ｉｏｎｓのオーダの見掛けの走行時間を有
し、これに対して、Ｎ型キャリアは約１μｓの走行時間
を有することを観測している。これらの「速い」および
「遅い」電荷キャリアは、より大きな間隔においては、
類似するそれぞれの移動度を示し、そしてＮ型キャリヤ
の移動度および電荷ドロップオフ特性は、負イオンの既
知の特性に密接に対応している。Ｅ型とＮ型の送出総電
荷量の比率は４〜５：１であり、そして電極構造体から
の間隔が増加するとともにＥ型電荷の相対量は減少して
いる。Ｅ型とＮ型の送出総電荷量の比率は４〜５：１で
ある。

Ｅ型電荷の走行時間は、負電荷を供給するように動作す
るイオノグラフィツク・プリントヘッドの単一の出力を
構成すると信じられていた負イオンより桁の大きさで速
く、しかも電磁気の作用に対する伝搬時間より十分大き
いので、負の電流の主要な成分に関与するキャリアは電
子とみなされる０本発明者は、さらに、これらのＥ型キ
ャリアが、従来技術のプリンタの限界である数ＭＨｚよ
り十分に高い周波数を含む無線周波数で持続するすると
判断するものである。

それゆえに、１つの実験において、プリントヘッド電極
構造体が、２．０３ＭＨｚ、　４．４５Ｍ）ｌｚ、９．
９０１）ｌｚ、１４、６Ｍ）ｌｚそしてそれ以上の無線
周波数誘導装置の電極信号を用いた特別のドライバで動
作せしめられる。それぞれの場合、Ｅ型電荷キャリアは
、実質的に強度が減少することなく、確実に生成され、
それゆえに、各スパイクは、無線周波数に依存すること
なく、はぼ同じ正味量の電荷を送出する。そのような１
つの実験において、単一のスパイクからの電荷は、乾燥
窒素気体中で動作する電極で測定され、そして、それは
総量が５ピコクーロンであることが分かった。この電荷
は６ミル（１ミル＝１／１０００インチ）のドツトの潜
像形成には十分である。

第７図は、第５図〜第５Ｂ図に類似した、複合のグラフ
を示し、ＩＭＨｚの無線周波数バースト（ａ）、負の電
流（ｂ）、そして、積分された送出電荷量（ｅ）とがす
べて同一のタイムスケールでプロットされている。送出
電荷（ｅ）は、本質的にステップ関数であり、各電子ス
パイク（ｆ）によって１量子の電荷が供給される。関数
の各ステップは相当に平坦であり、最初のマイクロ秒の
後に現れ始める少量のイオン電荷のみによって僅かに立
ち上がり、他方ステップ間での急増は、各電子スパイク
の総電荷量に対応しており、約１ピコクーロンである。

電荷は、６個の電子スパイクに対する約６．７ピコクー
ロンで平らになる。上述したように、他の実験において
は、約５ピコクーロンの電荷が単一の電子スパイクによ
って達成される。

これらの試験の間に、本発明者は、さらに、電極１４と
１６に印加されるバーストの与えられた無線周波数サイ
クルがどんな電荷キャリアをも生成しないときに結果と
して生じる、プリントヘッドにおける異常あるいはミス
ファイヤは、「電荷種まき（ｃｈａｒｇｅ　ｓｅｅｄｉ
ｎｇＮに強く依存することを発見した。それは、無線周
波数信号の最初の１つあるいは２つのサイクルの間に、
実質的なミスファイヤの可能性がるが、電荷生成の１つ
あるいは２つの無線周波数のフルサイクルの後、各続い
て起こる無線周波数のサイクルが、プリントヘッドから
効果的に放出される電荷キャリアを生成する確実性が相
当ある、ということである、さらに、連続するサイクル
間の間隔が減少すると、電荷キャリアを生成することに
成功する見込みは増加する。

３ＭＨｚ以下の無線周波数信号バーストで動作する従来
のプリントヘッドでは、ページ全体をプリントするのに
間に合う総時間と、ページに必要とされるドツトの数と
、無線周波数ドライブ回路と指状電極の賦活と多重使用
とに適合するように、プリントヘッドの各ホールを賦活
するために５〜１５サイクルの無線周波数バーストを使
用することしか可能でなかった。しかしながら、５ＭＨ
ｚ以上での無線周波数で動作させることによって、本発
明者は、プリントドラムへ終始変わらぬレベルの電荷を
送出することを可能とし、同時になお、３００ＤＰＩ　
（ドツトパーインチ）あるいはそれ以上の分解能と、毎
分６０ページから１００ページをはるかに越えたプリン
ト速度とを達成した。実際、比較的遅いイオン移動度は
、毎分数百ページの速度で像が不鮮明になるとはいえ、
本発明者は、イオン電荷キャリアを抑制し電子でのみ動
作させることが可能であることを発見した。

その場合、はるかに速いプリント速度が得られる。事実
、もしプリントヘッドが単一の電子スパイクによって確
実に電荷キャリアを生成するように設計されれば、１０
ｎｓの電子走行時間で、毎分的６０．０００ページの最
大プリント速度に対応するであろう。

数種の制御方法が、電荷キャリア生成の均一性を向上さ
せるのに有効であることが分かつている。ある方法では
、ドライバが無線周波数のｎ個の完全サイクルを供給し
て各ドツトを賦活し、そして、バック・バイアス（すな
わち、指状電極がオフのとき、指状電極のスクリーンに
比較しての電圧）を制御して各無線周波数バーストの最
初の数サイクルの間で電荷移送を事実上抑制し、それか
らバイアスを変化させて負のキャリアを通過させる。こ
のことは、電荷キャリア生成に失敗することなしに、無
線周波数のｎ個のサイクルの実質的に（ｎ−２）個のサ
イクルのすべてが「活動中」サイクルであることを保証
する。最後に、もう１つの方法が、電極配列の逐次的賦
活間で、電極１４と１６に短い無線周波数バーストを印
加することによって実施される。このように、ある「ホ
ール」の電極配列の逐次的賦活の間の典型的な２４０μ
ｓの間隔を与えるのでなく、本発明者は、少なくとも、
１００ｕｓ間隔あるいはそれ以上の周期で無線周波数電
極構成部を頻繁に賦活することによって、誘電体１２が
弛緩することを防止し、電極構成部を「あらかじめ調整
」して、ミスファイヤを恐らく少なくすることができる
ことを発見した。

さらに、本発明者は、無線周波数サイクルごとに送出さ
れる電荷の実際の総量は、試験する周波数の範囲にわた
り比較的に一定であることを見出した。したがって、Ｉ
ＭＨｚで１２無線周波数サイクルのバーストは、１０Ｍ
Ｈｚで１２無線周波数サイクルのバーストとほぼ同じ総
電荷量を送出する。電荷は、「遅いＪＮ型のキャリアに
ついて相当の減少を受けるが、「速い」あるいはＥ型の
大部分のキャリアでは少しの変化しか受けない。

Ｎ型キャリアは、電荷キャリアの少ない割合しか構成し
ないので、プリントヘッドは、５ＭＨｚより十分高い周
波数で信頼性のある動作をなす。

前述したように、従来技術のプリントヘッドでは、なお
現在のキャリヤを除き、自由電子と同一とみなされる速
いあるいはＥ型のキャリアは検出されなかったが、従来
の「負イオン」プリントでのそれらの役割を理解するこ
とによって、本発明者は、プリントヘッドの動作パラメ
ータと環境を変化させる本発明による方法を使用して、
プリントの速度、分解能、そしてプリントの均一性に数
種の改善本出願人をもたらしたのである。

詳述すると、本発明者は、第６図に示すように、電極空
洞内のそして間隙４０内のガスの制御を可能にする特別
に構成されたプリントヘッドを使用することによって、
電荷キャリアの型が制御できることを発見した。

第６図は、特別のガス流式プリントヘッドの１つの電極
配列を示すものであるが、この図において第３図のプリ
ントヘッドに対応する要素は、理解を容易にするため、
同じように配置され同一番号が付されている。追加され
た密封層あるいは絶縁層１１ａ、ｌｌｂが、ハンダ遮蔽
層１５と同様に、プリントヘッド製作において用いられ
る特有の多層構造技術によってこの図に現われているが
、これらは本発明を理解するために無視される。ガス・
マニホールド８がそれぞれの孔に接続され、矢印で示さ
れるように、制御されたガスの流れを供給し、矢印で示
されるように、電極空洞内そして電荷ブレークダウン領
域２４内に存在するガスの形式を制御する。ガス流量が
大きい場合、ガスは参照番号５で示される周囲空気を空
洞の外側に排出し、そしてまた、プリントヘッドとドラ
ムの間隙４０におけるガスの組成を制御する。誘電体作
像部材３０の表面は、矢印３で示されるその移動方向と
ともに曲線状のドラムとして図示されている。ドラムの
曲率は、移動方向に沿って配列された１０個あるいはそ
の程度の一連のホールの場合に、それぞれのホールｈに
対する間隙ｇｈが、ドラムの回転方向に沿ったプリント
ヘッドの縁部に位置するホールにおいて５０パーセント
あるいはそれ以上変化することを強調するために、誇張
されている。

すでに述べた、ガス・マニホールド・プリントヘッドを
使用して、電荷キャリアの発生とドラムへの電荷の送出
の論述に話を戻すと、本発明者は多数の発見をなしてい
る。

詳述すると、乾燥窒素のような非電子付着性ガスの流れ
を組立中に供給することによって、第５Ｂ図の波形（ｄ
）の原因となる負イオン電荷キャリアは、本質的に抑制
され、そして、Ｅ型あるいは電子のキャリアによる第５
Ｂ図の波形（Ｃ）の振幅は増加する。したがって、窒素
の流れを供給され、かつ負キヤリアモードで動作するよ
うにバイアスされたプリントヘッドは、その出力として
マイクロ・ドツト電子ビームの配列を生成する０本発明
の１つの側面によると、この方法で動作するプリントヘ
ッドは、ドラムに十分近接して離隔せしめられ、そして
、窒素の十分な流れを提供されていて、間隙４０で発生
する空気のイオン化が無視できるようになされており、
プリントヘッドは高速そして高分解能プリンタとして動
作せしめられる。とりわけ、電子キャリアは本質的に瞬
時の走行時間を有するので、約１μｓの間隔以下での無
線周波数バーストで動作させることによって、毎秒数ペ
ージ以上の大変速いプリント速度でもドツト画像が不鮮
明になることを防止できる。さらに、像不鮮明かの１形
態であるドラムとプリントヘッドの間隙での周、囲の空
気の流れに起因する像の不鮮明化は、電子に影響しない
はずであるので、この原因の画像の品質の劣化をも除去
することどなる、そのような動作は以降Ｅ型動作と呼ば
れる。

本発明のもう１つの側面として、プリントヘッドの出力
は、電子を吸収するために酸素のような電子付着性ガス
の取り入れによって主として負イオンを生成するように
制御される。この方法での、Ｅ型電荷キャリアのＮ型電
荷キャリアへの変換は、より均一な電荷の付着をもたら
す、この動作は以降Ｎ型動作と呼ばれる。

第８Ａ〜８０図は、具なる周囲ガスによる動作環境での
、スクリーンから０．２５ｍｍ離れた位置で検出される
負の電流波形を示している。すべては、イオンによるハ
ンプ（ｈｕｍｐ）が見れるような高い利得で測定されて
いる。すべての図は、第７図（ａ）の曲線で示される無
線周波数信号のタイミングを基準としている。第８Ａ図
では、室内の空気での普通の動作が示される。イオン成
分は、１〜２μｓの後に、２００〜３００μＡの間の電
流レベルに立ち上がり、そして下降する０周囲ガスが酸
素のような電子付着性ガスに置き換えられたとき、第８
Ｂ図に示されるように、イオン成分の振幅はより急激に
立ち上がり、３００〜４００μＡの間のより高い電流値
に達する。同時に、ピークの電子電流は低下せしめられ
る。イオン電流の立ち上がり縁のタイミングと形状は、
イオンが、ドラムとプリントヘッドの間の走行経路にお
いて、電子が付着することによって形成されることを示
している。したがって、初期のイオンは電極空洞で形成
されたどんなイオンよりも先に到着し、したがって、よ
り高い電荷を有し、より均一なイオン電荷が生成される
。最後に、第８Ｃ図において、窒素気体のイオン電荷に
及ぼす効果がグラフで示されている。

窒素は負のイオンを形成しないので、従来は、誰も、負
イオンのプリンタとして動作するプリントヘッドにおい
て窒素を使用することを考えなかったであろう、しかし
ながら、第８Ｃ図に示されるように、周囲窒素を供給す
ることは、電荷電流のイオン成分が本質的に抑制されて
平均して１ｏＯμＡ以下となり、他方電子スパイクが上
昇して現れる効果を有する。

したがって、本発明は、負の電荷キャリアでプリント動
作するプリントヘッドにおいて、イオンあるいは電子の
いずれかの発生を選択的に向上あるいは抑制する方法を
提供するものである。

本発明のもう１つの側面に依れば、プリントヘッドある
いは周囲の構造に、２種類の負電荷キャリヤの１つに選
択的に影響を及ぼすように異なった変更がなされる。異
なった実施例において、電子電荷キャリアは、追加の電
極により静電偏向あるいはブロッキング電位を供給する
ことにより除去される。あるいは、負イオンは、プリン
トヘッド出力において横方向へのガス気流を供給するこ
とにより除去される。このガス流は、イオンは偏向し、
それによって電子キャリアのみがプリント部材に到達す
る。

これらの変更の第１番目のものにおいて、電子はイオン
より大きい移動度を有するので、静電偏向あるいはブロ
ッキング電位は、Ｎ型イオンキャＪア成分に影響を及ぼ
すことなく、電子がスクリーン電極を通過するタイミン
グに対応する位相遅延で短い間隔の間印加される。それ
ぞれの無線周波数サイクルの負向き部分での短いなだれ
降伏期間の間プリントヘッドの無線周波数ブレークダウ
ン領域で電子が生成され、そしてこのなだれは無線周波
数電極を覆う誘電体表面の急速な荷電によって数ｎｓで
終結することを、本発明者は発見した。したがって、無
線周波数波形のある部分に同期した短い間隔の間電極に
対し静電ブロッキング信号を適用することによって、よ
り遅く移動しているイオンが影響を受けないでいる間に
、電子はブロックされ得る。他の実施例においては、磁
界が適用されて電子を偏向し、同様の効果をもたらす。

これらの変更のいずれをなし遂げるに際しても、６ミル
のドツトに対し１ドツトあたり約５ピコクーロンあるい
は３ミルのドツトに対し１ドツトあたり約１．２５ピコ
クーロンである潜像部材３０へ正味の電荷送出を達成す
ることが望ましい。イオンキャリアを抑制して、大多数
が電子であるキャリアでプリントするＥ型モードで動作
するときは、適当な制御プロセスは、正確な電荷の送出
どなるｎ個の無線周波数ブレークダウンサイクルを使用
し、そして、使用されるプリントヘッド構造体に対して
、１インチあたりのドツト数での分解能を高め、かつ１
秒あたりのページ数での速度を増すことにより指示され
る速度要件組合せを満たすように周波数が選択される。

イオン電荷によるＮ型モードで動作するときは、電荷密
度の均一性は、荷電付着性ガスを用いて電子電荷をイオ
ン電荷に変換することによって最適化される。

さらに、そのようなガスが第６図に示される空洞中でな
く電極空洞の外側に適用されると、イオンキャリアへの
変換は主にプリントヘッドの外側で起こる。その場合に
、創成されたイオンは、無線周波数信号の反転による影
響は比較的に受けず、従来技術のプリントヘッドが特徴
とする、より高い周波数でのイオン電荷生成効率の低下
が防止される。したがって、本発明はさらに、プリント
ヘッドの外側での電荷キャリアの型を変換して、所望の
動作速度で所望の電荷送出レベルを達成することを包含
する制御方法を含むものである。

数個の特徴が、本出願人の測定から導かれ、プリンタの
設計に密接な関係を有する。第１に、主電荷の走行時間
（４ｎｓ対１μｓ）そして電子の走行時間の分布（＜２
０ｎｓ対２〜３μｓ）がイオンに対して非常に速いので
、電子プリントのための誘電体部材は、約５ｎｓ以下の
潜像時間定数で選択される。第２に、遅いイオン電荷・
鯰抑制され得るので、プリントヘッドとドラムの間隙で
の残存空間電荷の存在は減少せしめられ、結果としてよ
りよい電荷制御となり、そして、ドツトの分散が減少せ
しめられる。第３に、上述したように、純粋な窒素は、
負イオンを抑制するのに、そして電子の電荷電流の強度
を向上させるのに都合の良いガスとして認識されている
。酸素と置き換えることによって、この窒素はまた、プ
リントヘッドの酸化あるいは腐食を減少させることが期
待され、プリントヘッドの摩耗の主要因を減少させる。

最後に、高度に量子化された階段状電荷を生成する動作
、そして高度に制御できる電子種がその電荷に寄与する
ことの発見は、無線周波数バーストに同期した簡単なゲ
ート電圧によって、誘電体作像部材上に精密な電荷量を
限定することを可能とする。量子化された電荷のドツト
を形成する能力、そして、正あるいは負の電荷を付着さ
せる能力は、グレースケールあるいは多色の階調付けお
よびプリントにふされしい潜像の形成を可能にする。

以上本発明を図示の実施例について説明したが、当接術
に精通した者であれば、種々の変更、変形をなすことが
できよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術でのイオノグラフィツクプリント装
置を示す。第２図および第３図は、それぞれ、第１図の装置で使用
される従来技術のプリントヘッドの一部切除の側面図、
および断面図である。第４図は、正の電荷キャリアを生成するためにプリント
ヘッドに供給される代表的な信号と、ドラムへ送出され
る正の電流を示す。第５図は、第５Ａ図、および第５Ｂ図は、本発明による
プリントヘッドでの負の電荷キャリアによって運ばれる
負の電流のグラフを示す。第６図は、本発明の異なった実施のためのプリントヘッ
ドの構成を示す。第７図は、第５〜５Ｂ図に描かれたプリントヘッドの動
作での送出される電荷を示す。第８Ａ図、第８Ｂ図および第８Ｃ図は、異なったガス環
境での種々の電荷キャリアの型を示す。ｌ　　　・　・１０　・　・１１ａ　　・１１ｂ　　・１２　・　・１４　・　・１５　・　・イオノグラフィツク印刷装置プリントヘッド・密封層・絶縁層雲母層誘電体板第１電極ハンダ遮蔽層１６　・　・　・１８　・　・　・１９　・　・　・２０　・　・　・２１　・　・　・２４　・　・　・２５　・　・　・３０　・　・　・３１　・　・　・３２　・　・　・３３　・　・　・３５　・　・　・４０　・　・　・第２電極絶縁層通路第３電極構造体開口電荷ブレークダウン領域空洞回転誘電体ドラム誘電体層電導体層中間層放電構造体トナー組立部図面の浄書（内容に変更なし）ＦＩＧ、１ＦＩＧ、５時間（μｓｅｃ　）ＦＩＧ、７時間（μｓｅｃ　）手続補正書防幻平成３年３月１３日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）分離した部材の点領域に制御電荷を供給して可視
像を形成するための電荷潜像を形成する方法において、Ａ）各々電荷ブレークダウン（破壊）領域を発生するた
めの手段および該電荷破壊領域から方向づけされた荷電
粒子パケット（群）を抽出するための手段を備え、かつ
前記分離した部材上の点電荷領域を作動する時点を定め
るように寸法設定および位置づけられている、荷電粒子
を発生するための制御可能電極アセンブリ配列を提供し
、Ｂ）前記パケット内に、実質的に均一な質量ｍ＿ｏを有
する抽出された負荷電粒子を優先的に提供するように前
記配列を制御する段階を含む制御電荷供給方法。
（２）前記制御段階が、前記質量が電子の質量ｍ＿ｏで
あるように電極アセンブリを制御することを含む特許請
求の範囲第１項記載の制御電荷供給方法。
（３）前記制御段階が、負イオンの形成を抑止するため
、前記配列のある領域に非電子付着性ガスを提供する段
階を含む特許請求の範囲第２項記載の制御電荷供給方法
。
（４）前記制御段階が、前記電荷破壊領域を形成するた
め無線周波数（ＲＦ）励起信号を供給し、前記電荷破壊
領域から荷電粒子を加速するため静電励起電位を印加す
る段階を含み、前記ＲＦ信号の周期が、前記領域からの
負イオンの抽出を防ぐに有効な、特徴的負イオン移動度
に関して選択された時間間隔である特許請求の範囲第２
項記載の制御電荷供給方法。
（５）前記時間間隔が、おおむね数百ｎｍ秒以下である
特許請求の範囲第４項記載の制御電荷供給方法。
（６）前記制御段階が、電子を吸収するため、前記配列
のある領域に電子付着性ガスを供給する段階を含み、前
記分離した部材に達する電荷が実質的に不イオンにより
担持されるようになされた特許請求の範囲第１項記載の
制御電荷供給方法。
（７）前記配列を制御する段階が、ａ）２つの形式、すなわち第１の質量ｍ＿ｏに実質的に
等しい質量を有する第１の形式と、ｍ＿ｌに実質的に等
しい質量を有する第２の形式の負荷電粒子を供給するよ
うに前記配列を制御し、ｂ）質量ｍ＿ｏの前記粒子のみが前記部材に向けて送ら
れるように質量ｍ＿ｌの粒子の移動に作用する段階を含
む特許請求の範囲第１項記載の制御電荷供給方法。
（８）前記の移動に作用する段階が、静電電位を印加す
ることにより行われる特許請求の範囲第７項記載の制御
電荷供給方法。
（９）前記電荷破壊領域が、ＲＦ励起信号により形成さ
れ、前記静電電位が、前記２形式の粒子の一方の移動度
に対応する位相遅延で印加される特許請求の範囲第８項
記載の制御電荷供給方法。
（１０）前記の移動に作用する段階が、磁界を印加する
ことによって行われる特許請求の範囲第７項記載の制御
電荷制御方法。
（１１）前記の移動に作用する段階が、前記配列を横切
ってガス流を送ることによって行われる特許請求の範囲
第７項記載の制御電荷供給方法。
（１２）前記静電電位が、前記分離した部材上に量子化
電荷を発生するように印加される特許請求の範囲第９項
記載の制御電子供給方法。
（１３）前記荷電量子が電子であり、前記配列の各アセ
ンブリが、５より多くない電子パケットを供給するよう
に制御される特許請求の範囲第１項記載の制御電荷供給
方法。
（１４）前記荷電粒子が電子であり、前記配列の各アセ
ンブリが、約１ないし約５ピコクーロンの間の電荷を付
着するように制御される特許請求の範囲第１項記載の制
御電荷供給方法。
（１５）可視像を発生するための電荷潜像を形成するた
め、分離した部材の点領域に制御電荷を供給する方法に
おいて、Ａ）電荷ブレークダウン（破壊）領域を形成するための
手段および該電荷破壊領域から方向づけされた荷電粒子
パケットを抽出するための手段を備え、かつ前記分離し
た部材上の点電荷領域を作動する時点を定めるように寸
法設定および位置づけされた、荷電粒子を発生するため
の制御可能電極アセンブリ配列を提供し、Ｂ）実質的に均一の方向づけされたパケットがミスファ
イヤなしに抽出されるように電荷種まきを行うように、
前記破壊領域に無線周波数（ＲＦ）信号バーストを一緒
に十分接近して供給する段階を含むことを特徴とする制
御電荷供給方法。
（１６）前記抽出手段が偏倚電極を備え、偏倚電極に供
給する信号を、前記ＲＦ信号バーストの一部に位相関係
で制御することを含む特許請求の範囲第１５項記載の制
御電荷供給方法。
（１７）可視潜像を発生するための電荷潜像を形成する
ため、分離した部材の点領域に制御電荷を供給する方法
において、Ａ）電荷ブレークダウン（破壊）領域を形成するための
手段および該電荷破壊領域から方向づけされた負荷電粒
子パケットを抽出するための手段を備え、かつ前記別個
の部材上の点電荷領域を作動する時点を定めるように寸
法設定および位置づけされた、荷電粒子を発生するため
の制御可能電極アセンブリ配列を提供し、Ｂ）前記電荷破壊領域に発生されるイオンがそこから移
動するのを実質的に抑止して、そこから抽出される荷電
粒子が電荷であるように、十分に高周波数の無線周波数
（ＲＦ）信号を、前記電荷破壊領域に供給する段階を含
むことを特徴とする制御電荷供給方法。
（１８）可視像を発生するための電荷潜像を形成するた
め、分離した部材の点領域に制御電荷を供給する方法に
おいて、Ａ）電荷ブレークダウン（破壊）領域を発生するための
手段および該電荷破壊領域から方向づけされた負荷電粒
子パケットを抽出するための手段を備え、かつ前記別個
の部材上の点電荷領域を作動する時点を定めるように寸
法設定および位置づけされた、荷電粒子を発生するため
の制御可能電極アセンブリ配列を提供し、Ｂ）負イオンの形成を抑止して、前記電荷破壊領域から
抽出される荷電粒子が電子であるように、前記電荷破壊
領域の回りに非電荷付着用ガス流を供給する段階を含む
ことを特徴とする制御電荷供給方法。
（１９）誘電体部材に相対して電極構造体配列が設けら
れる形式のイオノグラフプリンタを用いて印刷する方法
において、前記配列の各電極構造体が、電荷破壊領域を
発生するための第１組の電極と、前記電荷破壊領域から
電荷キャリヤを抽出して、誘電体部材上に電荷を付着す
るための第２組の電極を備え、該第２組の電極が、前記
誘電体部材に関して負電位に維持され、前記配列が、イ
オンを抑止して電子が前記誘電体部材上に前記電荷を付
着するように作動されることを特徴とする印刷方法。
（２０）前記配列が、窒素流を前記電荷破壊領域に供給
することにより、イオンを抑止するように動作せしめら
れる特許請求の範囲第１９項記載の印刷方法。
（２１）前記誘電体部材が、単位分当り１００頁を越え
る移送速度で動作せしめられる特許請求の範囲第１９項
記載の印刷方法。
（２２）前記第１組の電極が、０．２マイクロ秒以下の
周期のＲＦ信号で作動される特許請求の範囲第１９項記
載の印刷方法。
（２３）前記配列の電極アセンブリが、約５ピコクーロ
ンの電荷を移送する電荷を発生するように乾燥窒素内で
動作するように制御される特許請求の範囲第１７項記載
の印刷方法。