JPH05172593A - スタイラス静電記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来のスタイラス静電記録装置の分割構造の
背面電極の代わりに、背面電極を連続構造にすることに
よって、筋状の縞模様が印刷したイメージに生じる欠陥
を無くすことと、背面電極構造の磨耗特性を改善するこ
とである。 【構成】 本記録装置はスタイラス電極アレイと背面電
極アレイから成り、背面電極アレイは記録部材の移動方
向に延びる複数の導電性トレースとそれらを支持するベ
ース部材から成る。導電性トレースは抵抗材料によって
相互に連結されている。背面電極アレイの間隔をおいた
領域に電位を印加するため、周期的に間隔をおいた導電
性トレースに接触パッドが接続されている。周期的に間
隔をおいた導電性トレースの中間の導電性トレースは、
前記電位が印加されたとき、電気的に浮動している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、記録電極とカウンタ電
極間の荷電路をイメージ記録部材が移動する形式の静電
記録装置、より詳細には改善されたアドレッシング特性
および磨耗特性を有する連続構造の背面電極に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】イメージ記録部材に静電印刷する方法
は、最初に、空気イオンを生成し、決められた符号（通
例は、負）の空気イオンを記録部材上の選択したイメー
ジ画素位置に置くことによって静電潜像を形成する。次
に、その静電潜像を「トーニング」することにより可視
化する。ここで、「トーニング」は、通例、眼に見えな
い潜像が載っている記録部材をコロイド懸濁液内の正荷
電染料粒子を含む溶液に接触通過させることを意味す
る。これにより、染料粒子が負電荷パターンへ引きつけ
られる。着色されたイメージの濃度は記録部材上の電位
すなわち電荷の増加関数である。

【０００３】一般に使用されるイメージ記録部材は紙と
フィルムの２種類である。紙は導電性本体と、イメージ
支持面側の薄い誘電性被膜から成る。フィルムは誘電性
基層たとえば Mylar （登録商標）と、非常に薄い中間
の導電性層と、イメージ支持面側の誘電性外被層から成
る。誘電性外被層を貫通して導電性層に達している導電
性エッジストライプが導電性層への電気路になる。紙の
場合は、接触により、すなわち抵抗結合と容量結合の組
合せにより、導電性層に確立された書込み電位が得られ
る。フィルムの場合は、誘電性基層を介した容量結合に
より、導電性層に確立された書込み電位が得られる。

【０００４】慣習的に、静電イメージは、導電性基材の
上に薄い表面誘電性層が被覆された紙などの記録部材の
上に形成することができる。記録部材は、記録用スタイ
ラス（針）電極アレイを有する記録ヘッドと、相手側の
背面電極セグメントアレイから成るカウンタ電極の間に
通される。スタイラス電極と背面電極によって記録部材
の両面に加えられた一対の同時電圧パルスにより、記録
部材に電荷が印加される。スタイラス電極と記録部材の
導電性層間のエアギャップ内の電圧が空気の放電開始し
きい値を越えるほど、スタイラス電極と記録部材の導電
性層間の電位差が上昇すると、エアギャップが電離状態
になり、導電性層の電位とは反対の符号の空気イオンが
誘電性層の表面へ引きつけられる。誘電性層の表面が電
荷で満たされると、それに応じてエアギャップ間の電圧
が降下し、さらにその電圧が放電持続電圧以下まで下が
ると、放電が止み、誘電性表面が荷電状態で残る。数百
ボルトの放電電位は、第１極性の電圧（たとえば、−３
００ボルト程度）をスタイラス電極に加え、同時に反対
の極性の同一電圧（たとえば、＋３００ボルト）を背面
電極に加えることによって作ることができる。この電位
は、放電を起し、記録部材の誘電性層の表面に局部的な
負電荷を置く。

【０００５】静電記録装置は、一般に、１１〜４４イン
チの幅を有し、ときには７２インチの幅を有するものも
ある。したがって、この幅を完全に横切って伸びる書込
みヘッドのスタイラスアレイは、２０００本から１７，
０００本を越す多数のスタイラスを有することがある
（２００〜４００ｄｐｉの解像度に相当する）。このよ
うにスタイラスの数が非常に多いために、１スタイラス
につき１個のドライバを使用することは普通は経済的に
不利であるから、上に述べた静電放電方法と共に、多重
化構成が広く使用されている。書込みヘッドのスタイラ
スは、数百本のスタイラスを１グループとして、複数の
スタイラス電極グループ（各グループの長さは約 0.5
〜 1.5 インチ）に分割される。各グループまたは１つ
おきのグループ内の対応するスタイラスが単一ドライバ
に接続されて同じ情報を運ぶように、スタイラス電極は
並列に配線されている。選択されたスタイラス電極グル
ープは、相手側の電極がパルスされたときだけ書き込
む。

【０００６】米国特許第4,424,522 号 (発明の名称“ C
apacitive Electrostatic Stylis Writing With Counte
r Electrodes”）は、記録ヘッドのアーチ形冠部に順応
する背面電極形式のカウンタ電極組立体を開示してい
る。以下、図１に記載したこの形式の電極構造を詳しく
説明する。このカウンタ電極組立体は絶縁基層を抵抗材
料で被覆した複数の積層平行セグメントから成り、各セ
グメントは細長いＵ字形支持バーの上に取り付けられ、
電気的に隔離されている。積層材料は支持バーの開口部
をおおってその脚部の上に伸びている。表面の抵抗材料
を記録部材に直かに接触させるため、弾性フォーム材料
が支持バーの溝の中に配置されている。その市販製品、
本特許出願の譲受人が製造した静電プリンタ／プロッタ
においては、背面電極セグメントを書込みヘッドへ押し
付けるため、油袋とフォーム片が支持バーの溝の中に配
置されている。

【０００７】セグメント形カウンタ電極構造を使用する
と、印刷されたイメージ上に、縞模様すなわち記録部材
の移動方向に伸びる明白な筋が生じることがある。カウ
ンタ電極が縞模様を生じさせる１つの考えられる原因
は、パルスされた電極とそうでない電極間のイメージ記
録部材に誘起される大きな電圧勾配である。もう１つの
考えられる原因は、短絡防止のための取付け公差が必要
とする背面電極セグメント間のギャップである。そのほ
か、セグメントを製作する切断方法も問題を引き起こす
可能性がある。すなわち、押型、打抜ダイ、またはナイ
フエッジで切断すると、エッジが次第に磨滅する結果、
セグメント間で短絡する確率が増す。また、レーザーで
切断するとき溶融したエッジが炭化してビード状にな
る、すなわち厚くなる傾向があるので、セグメントをＵ
字形支持バーに取り付け、一直線に合わせる際に、この
炭化したビードが支持バーをこすって、短絡を起こす原
因になることがある。セグメント形背面電極構造のさら
に別の短所は、支持バーに各セグメントを一様な張力で
巻きつけることが難しいために、ときにはセグメントの
縁がカールして、隙間に切屑などが集積することを許
し、短絡路になることがある。また、張力が一様でない
と、プロットの端から端までのイメージの強さが違った
り、書込みヘッドの端から端までの磨耗が違うことがあ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、背面電極を連続構造とすることにより、セグメント
構造の背面電極の欠陥を無くすことである。第２の目的
は、背面電極構造の磨耗特性を改善することである。第
３の目的は、パルスされた電極とそうでない電極間の電
圧勾配を変えることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の上記およびその
他の目的は、一態様として、電荷を可動イメージ記録部
材の上にイメージの形状に付与する改良型の静電記録装
置を提供することによって達成することができる。記録
装置はスタイラス電極アレイと新規なカウンタ電極アレ
イを有する。２っの電極アレイはイメージ記録部材の両
側に互いに向かい合って配置され、共にメージ記録部材
の移動方向を横切って伸びている。カウンタ電極アレイ
は複数の導電性トレースとそれら支持するベース部材か
ら成り、複数の導電性トレースは記録部材の移動方向に
伸びている。導電性トレースは抵抗材料によって相互に
連結されている。カウンタ電極アレイの間隔をおいた領
域に電位を印加するため、周期的に間隔をおいた導電性
ノードトレースに接触パッドが連結されている。導電性
ノードトレースに電位が印加されたとき、導電性ノード
トレースの中間にある導電性トレースは電気的に浮動し
ている。

【００１０】本発明のその他の目的および利点は、添付
図面を参照して、以下の詳細な説明を読まれれば明らか
になるであろう。

【００１１】

【実施例】図１に、従来のスタイラス静電記録装置１０
の関係のある静電イメージ形成要素を示す。記録装置１
０は、ウェブ状のイメージ記録部材１６の誘電性表面皮
膜に静電潜像を形成するため、書込みヘッド１２と、従
順な背面電極１４を備えている。供給スプール１８の記
録部材は、矢印Ａの方向に進んで書込みヘッド１２と背
面電極１４の間を通過する。記録部材１６が確実に制御
された速度で進むように、テンションローラー２０が適
当な張力を記録部材１６に加える。案内ローラー２２，
２４は記録部材１６を適当な巻き付き角で書込みヘッド
１２の冠部を巻くようにする。書込みヘッド１２は、中
央の細長いペン先ライン３０（以下の図面では、中央の
想像線で示す）に沿って絶縁性支持部材２８に埋め込ま
れた導電性スタイラス（ペン先）の線形アレイ２６から
成る。スタイラスドライバは、印刷する情報に従って調
時して適切な電圧でスタイラスをパルスする。また、完
全濃度印刷を得るため、２つの線形スタイラスアレイ
を、一方のアレイの各スタイラスが他方のアレイの各ス
タイラスから、スタイラス間隔の１／２だけ横方向にオ
フセットした状態で、ウェブ進行方向に互いにずらして
配置してもよいことを理解されたい。

【００１２】従来の背面電極１４は、一般に、絶縁性Ｕ
字形支持バー３２の上に抵抗電極セグメント３４が取り
付けられている。セグメント３４は、丈夫で、つるつる
した耐磨耗表面を有し、１０〜２０ｋΩ／ｉｎ² の抵抗
率を有する厚さ約５〜１０ミルの一体構造シートにする
ため両面に炭素添加高分子混合物の層が圧入されたダク
ロン（dacron) 、その他の同種の材料で作られたガーゼ
シートから切断して作られる。取付けの際は、細心の注
意を払って、セグメント３４を互いに最小限距離（縞模
様を減らすため）だけ間隔をおいて、かつ電気的に接触
するのを防止する程度の間隔をおいて正確に配置しなけ
ればならない。背面電極ドライバ３６は、支持バー３２
の上にあるプリント回路基板（図示せず）上に作られた
接触パッド３８によって電極セグメント３４に接続され
る。各電極セグメント３４の端部４０は接触パッド３８
と同時接触している。各電極セグメント３４の中央部分
は支持バー３２の開口部をおおっている。書込みヘッド
のアーチ状冠部が支持バー３２の開口部の平面より中に
入り込むと、背面電極は書込みヘッド１２に整合して接
触することができる。さらに、荷重を付加し、荷重を均
一化するため、フォーム片４４と油袋４６が電極セグメ
ント３４の背後の支持バーの溝の中に配置されている。

【００１３】図２に、本発明に係る背面電極４８を示
す。背面電極４８は絶縁性Ｕ字形支持バー３２の上に取
り付けられる。背面電極４８は、厚さ約３〜５ミルの連
続した絶縁性基層５０たとえば Mylar (登録商標) また
は kapton ( 登録商標) と、印刷または接着によって前
記絶縁性基層５０に貼り付けられた高分子抵抗材料の連
続層５２たとえば厚さ約１〜３ミル、１０〜２０ｋΩ／
ｉｎ² の抵抗率を有する炭素添加テフロン(Teflon)( 登
録商標) とから成る。層５０と５２の間に（図４参
照）、背面電極の長手方向に垂直に、銅または他の良導
体で作られた平行な金属トレース５４のアレイ５４が配
置されている。抵抗材料層５２に対する電気的接続は、
外側に間隔をおいて配置された一体構造の接触パッド５
８をもつノードトレース５６によってなされる。この接
触パッド５８に、プリント回路基板の接触パッド３８を
押し当てることができる。ノードトレース５６の中間の
電気的に浮動しているトレース６０は電位源に接続され
ていない。トレース５４，５６は厚さを約１〜２ミル、
幅を約１〜２ミル、間隔を約２ミルにすることができ
る。トレースを採用することにより、正にパルスされた
トレース間の断面には一定の電位が存在し、かつパルス
しないことが望ましい断面には零電位まで直線勾配が存
在するので、電位勾配に関してすぐれた制御を行うこと
ができる。

【００１４】図５に、図１の従来の背面電極で得られた
急峻な電圧勾配を示す。比較すると、図６および図７に
示した本発明の背面電極の電圧勾配がより緩やかである
ことがわかる。さらに、図７の電圧勾配プロットに、本
発明の明白な利点が見られる。すなわち、背面電極を順
次パルスすることによって生じる縞模様は、背面電極の
部分を異なる電位でパルスすることによって修正するこ
とが可能である。

【００１５】図１のタイプの記録装置に関連して順次ア
ドレッシングすることの問題点が、係属中の米国特許出
願第07/532,467号（1990年５月30日出願、発明の名称
“Electrographic Marking With Modified Addressing
To Eliminate Striations ”）に記載されている。基準
電位に維持された残りの背面電極に対する一対の背面電
極をパルスすることによって、記録部材の導電性層の電
位を変化させるといつも、その電位差によって電流が導
電性層を通って流れるであろう。パルスが消滅すると、
電流は逆に流れる。その結果、記録部材の電位分布に乱
れが生じ、これらの電流に関係するＲＣ時定数によって
乱れは次第に消滅する。乱れが完全に消滅していない記
録部材の領域に対する次の書込みは、乱れによる影響を
受け、印刷された情報に明白な不均一（縞模様）が生じ
るであろう。背面電極の領域は、領域の両端のノードト
レースをパルスすれば、正の電位まで上昇するので、端
のトレースを異なる正の電位でパルスすることにより、
パルスした領域の一端から他端まで電位を直線的に変化
させることができる。本発明の記録装置は、電位勾配を
特別に仕立てることにより記録部材の電位の乱れを解決
することができるので、背面電極を順次パルスすること
ができる（この結果、アドレッシングが簡単化され
る）。

【００１６】図８および図９に示すように、抵抗材料の
パターンを特別に仕立てることにより、ペン先ライン３
０における記録部材の電位分布の整形することができ
る。図８において、抵抗材料５２′は非対称パターンで
配置されているので、図示のように、単位距離当たりの
電圧降下は領域Ｃにおけるより領域Ｂにおいて少ない。
同様に、図９の抵抗材料５２″の蝶ネクタイ形対称パタ
ーンにより、図示のような電位分布が生じる、すなわち
印加された電位の横の範囲を広げることができる。

【００１７】金属トレース５４は２つの理由で設けられ
る。第１は背面電極の長手方向に沿って抵抗材料５２を
通る電位勾配を保証すること、第２は記録部材１４の紙
面による擦過を受ける背面電極の磨耗寿命を延ばすこと
である。金属トレースは抵抗材料より耐耗性がかなり大
きいので、金属トレースを被う抵抗材料が全部磨滅して
も、金属トレースの間に抵抗材料が存在するので、背面
電極は依然として正常に作用する。しかし、記録部材に
ピンポールが存在する場合には、裸の金属トレースがス
タイラスに隣接し、異なる電位でバルスされると、短絡
して対応するスタイラスドライバをだめにしてしまうこ
とがある。短絡の発生をできるだけ少なくする１つの方
法は、ペン先ライン３０の上に狭いくびれ部をもつトレ
ースを作り、短絡する可能性をより少なくすることであ
る。図１０に示すように、ペン先ライン３０の上にある
すべてのトレース５４に中央ギャップ６２を設ければ、
短絡の原因を完全に除去することができる。もしギャッ
プ６２が３／１６〜５／１６インチ程度の狭さであれ
ば、トレースは依然として実質上その意図する作用をす
るであろう。図６と図１０を比較すると、中央ギャップ
６２が存在する場合は、電界が浸透するので、背面電極
のペン先ライン３０に沿った電位差分布が、急峻な遷移
でなく、角がなくなっていることがわかる。背面電極の
パルスされた領域の端において記録部材の電位分布の角
がなくなると、一様電位領域の横の範囲が多少狭くな
る。

【００１８】図１１の実施例は一様電位領域の横の範囲
を広げることを提案する。各接触パッド５８を平行トレ
ースのグループ６４に接続することによって、ＯＮパル
スグループからＯＦＦパルスグループへの遷移は、ある
グループの縁から他のグループの縁まで延びるであろ
う。電圧プロットからわかるように、電位勾配は浮動ト
レースに対応する狭い領域の端から端まで存在し、一様
電位領域はトレースグループのより長い距離の端から端
まで広がるであろう。受動浮動電極を除去してギャップ
６２を完全に横切るようにトレースを伸ばすことによっ
て、この実施例を修正することもできる。

【００１９】図１２に示すように、耐耗性パッド６６を
抵抗材料の端から端まで中央ギャップ領域６２に配置す
ることにより、隣接するスタイラスと短絡する可能性を
無くすことができる。もし耐耗性パッド６６が、トレー
スと同時に配置した直径約１〜２ミル、高さ約１〜２ミ
ルの点在した金属製の島であれば、オフセットした複数
行のスタイラスまたは単一行の隣接するスタイラスのど
ちらも短絡することはない。上記の代わりに、パッド６
６は耐耗性のある導電性または絶縁性スペーサまたは注
入粒子であってもよい。これらの粒子は、抵抗材料に埋
め込んだビード、繊維あるいは小片の形で、背面電極の
抵抗材料と同じ導電性を有する材料たとえば炭化珪素か
ら作ることができる。サイズが小さく同じ抵抗率を有す
るので、短絡の問題は生じない。抵抗材料に埋め込んだ
ビード、繊維あるいは小片の形の炭化珪素の短絡は、耐
耗性パッド６６によって避けられる。

【００２０】図１３〜図１５の代替実施例においては、
トレース間の中央ギャップ６２′から、抵抗材料が完全
に除去されている。ギャップサイズを約１／８またはそ
れより多少狭くすることによって、抵抗材料の代わりに
紙自体の導電性を使用して、ペン先ライン３０に沿った
電位を一様にしている。しかし、ギャップがこのように
狭いと、背面電極をかなり厳しい公差で整列させなけれ
ばならず、グループ内の２本またはそれ以上のトレース
が紙のピンポールを通して、ＯＮスタイラスとＯＦＦス
タイラスの間で短絡を起こして、スタイラスドライバを
だめにする可能性がある。スタイラスドライバは、短絡
したスタイラスを流れる電流を制限することによって保
護することができる。これは、Ｔ字形バス７０から狭い
ギャップ７２だけトレース６８を離して配置し、トレー
スとバスの間を薄い抵抗材料層７４で電気的に接続する
ことによって達成することができる。

【００２１】図１３の実施例にフィルムを使用する場合
は、スタイラスに面してトレースも抵抗材料も存在しな
いので、フィルムとの容量結合をペン先ライン３０の端
から端まで正確に制御することができない。図１４およ
び図１５に示したの構造は、紙にもフィルムにも使用で
きるので、この問題に対する一般的な解決策として提案
する。ペン先ライン３０の真上、背面電極の絶縁性基層
５０の裏面に、１グープのトレースと同延の多数の良導
体金属パッド７６が配置されている。パッド７６は基層
５０を貫通する孔７８を介してそれぞれのトレースへ接
続してもよいし、あるいは両者間の重複が充分に広けれ
ば、トレースに容量結合してもよい。

【００２２】特許請求の範囲に記載した本発明の真の精
神および範囲内で、構造細部のさまざまな変更や、構成
要素または材料のさまざまな組合せ、配列が考えられる
ことを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】イメージ記録部材の両側に配置された書込みス
タイラスと背面電極を有する従来の静電記録装置の荷電
部の斜視図である。

【図２】本発明の背面電極構造の一実施例の斜視図であ
る。

【図３】図２の装置に使用されている、取付け前の背面
電極支持体の平面図である。

【図４】図３の線４−４に沿った断面図である。

【図５】図１の従来の背面電極と、ペン先ラインに沿っ
てイメージ記録部材に生じた電圧分布の略図である。

【図６】図２の本発明の背面電極と、ペン先ラインに沿
ってイメージ記録部材に生じた電圧分布の略図である。

【図７】異なる電圧でパルスされた図２の本発明の背面
電極と、ペン先ラインに沿ってイメージ記録部材に生じ
た電圧分布の略図である。

【図８】ペン先ラインに沿った電圧勾配応答を特別に仕
立てるため、抵抗材料が反復パターンで作られている、
図２の背面電極の代替実施例の略図である。

【図９】異なるパターンの抵抗材料を有する、図２の背
面電極の別の代替実施例の略図である。

【図１０】背面電極のさらに別の代替実施例と、ペン先
ラインに沿ってイメージ記録部材に生じた電圧分布の略
図である。

【図１１】背面電極のさらに別の代替実施例と、ペン先
ラインに沿ってイメージ記録部材に生じた電圧分布の略
図である。

【図１２】改善された磨耗特性を有する背面電極のさら
に別の実施例の略図である。

【図１３】改善された磨耗特性を有する背面電極のさら
に別の実施例の略図である。

【図１４】図１３の背面電極構造の修正態様である。

【図１５】図１４の背面電極構造の断面図である。

【符号の説明】

１０ スタイラス静電記録装置 １２ 書込みヘッド １４ 従来の背面電極 １６ ウェブ状イメージ記録部材 １８ 供給スプール ２０ テンションローラー ２２，２４ 案内ローラー ２６ 導電性スタイラスの線形アレイ ２８ 絶縁性支持部材 ３０ ペン先ライン ３２ 絶縁性Ｕ字形支持バー ３４ 抵抗電極セグメント ３６ 背面電極ドライバ ３８ 接触パッド ４０ 電極セグメントの端部 ４２ 電極セグメントの中央部分 ４４ フォームストリップ ４６ 油袋 ４８ 本発明の背面電極 ５０ 絶縁基層 ５２ 高分子抵抗材料の連続ストリップ ５２′抵抗材料の非対称パターン ５２″抵抗材料の蝶ネクタイ形対称パターン ５４ 金属トレース ５６ ノードトレース ５８ 接触パッド ６０ 電気的に浮動しているトレース ６２，６２′ 中央ギャップ ６４ 平行トレースのグループ ６６ 耐耗性パッド ６８ まとめたトレース ７０ Ｔ字形バス ７２ 狭いギャップ ７４ 薄い抵抗材料層 ７６ 良導体金属パッド ７８ 孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティーヴン ディー ホワイト アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95050 サンタ クララ フィルモア ス トリート 1917

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに可動イメージ記録部材の両側に向
   かい合って配置され、共に可動イメージ記録部材の移動
   方向を横切って伸びているスタイラス電極アレイとカウ
   ンタ電極アレイを備え、可動イメージ記録部材の上に電
   荷をイメージの形状に付与する静電記録装置であって、
   前記カウンタ電極アレイは、 絶縁性フィルムから成るベース部材、 前記ベース部材上に支持され、前記移動方向に伸びてい
   る複数の導電性トレース、 前記導電性トレースを相互に接続する抵抗材料、および
   周期的に間隔をおいた導電性トレースに電位を印加する
   手段、から成ることを特徴とする静電記録装置。