JPH0696289B2 - 流体支援イオン投影式印字ヘツド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、低コスト、高効率、製作容易な改良型流体支
援イオン投影式印字ヘッドに関するものである。印字ヘ
ッドの単位の導電性本体は、容易に鋳造することがで
き、平坦な導電性板と組み合わされる。

発明が解決しようとする問題点 以下の２つの特許文献には、異なる形式の流体ジェット
支援イオン投影式印字装置が開示されている。米国特許
第4,463,363号発明の名称「流体ジェット支援イオン投
影式印字方法」および米国特許第4,524,371号発明の名
称「流体ジェット支援イオン投影式印字装置のための変
調構造」のそれぞれには、イオン発生室が開示されてお
り、その内部で発生したイオンは、そこを通過する空気
に乗せられて運ばれ、出口チャンネルを通過し、その出
口チャンネルにはイオンを像受容体の上に置くイオン変
調領域が設けられている。前記米国特許第4,463,363号
の場合は、変調領域を含む出口チャンネル全体が、イオ
ン発生室から像受容体まで延びる直線通路を形成してい
る。前記米国特許第4,524,371号の場合、前者に優る改
良点は、イオン変調制御要素を平らな基層の上に作るこ
とができるように、イオン流が通る出口チャンネルが屈
曲通路を形成していることである。上記２つの特許の場
合、イオン発生室は、全体に円筒形の空洞として作られ
ており、その中央にコロナ導線が配置されている。コロ
ナ導線から安定したコロナ放電を得るためには、円筒形
の形状が必要であると信じられてきた。軸方向に取り付
けられ、数千ボルト（直流）に維持されたコロナ導線
と、空洞の等距離導電性壁との間に生じた高電界は、空
洞の滑らかでない部分や電気力線が集中するかどに対し
アーク放電を起こすと考えられてきた。

しかし、内部に円筒形空洞を有するヘッドを製作するこ
とは、ヘッドを２個の精密な合わせ部品で構成する必要
があり、非常に高価になる。２個の部品は、正しく整合
し、ぴったりはまり合わなければならないので、寸法交
差が厳しい。さらに、コロナ電流の出力が一様であるよ
うに、空洞に通じる正しい入口開口および出口開口を、
正確に制御しなければならなかった。これらの製造上の
厳しい諸要求のため、印字ヘッドのコストが高くなるの
は避けられないように思われていた。

以上のことから、本発明の主目的は、低いコストで容易
に製造することができるように改良された流体支援イオ
ン投影式印字ヘッド構造を提供することである。

本質的により容易に、より安価に製造することができる
単体の形態は、コロナ電流の送出効率もよいことが偶然
発見された。したがって、本発明のもう１っの目的は、
従来の円筒形空洞から脱し、単体のヘッドを使用するよ
うに、印字ヘッドの構造を修正することである。

問題点を解決するための手段 本発明は、一実施例として、細長い空洞を形成している
本体を有し、その中に導線が支持されている流体支援イ
オン投影式印字ヘッドを提供することにより実施するこ
とができる。空洞は一対の側壁と端壁とによって形成さ
れ、ほぼＵ字形断面で、片側が開口した細長い形状であ
り、一対の側壁の一方が導電性である。導線が該本体に
支持され、細長い空洞の対お側壁と端壁とによって三方
が囲まれている。本体内には、搬送流体を前記空洞に導
入するため、壁の１つを貫通して入口チャンネルが形成
される。さらに、空洞の開口した側の大部分を閉ざすよ
うに平坦な導電性板が配置され、導電性の側壁との間に
搬送流体を空洞から送り出すための通路を与える出口チ
ャンネルの第１の部分を形成する。電子制御素子を支持
する平坦な部材が平坦な導電性板に当てて保持され、中
間の絶縁性部材により絶縁導電性板から電気的に隔離さ
れた状態に置かれる。この平坦な部材は、導電性板を越
えて延びて出口チャンネルの延長部分を形成する。導線
は、空洞を形成する他の壁よりも導電性の側壁および導
電性板に近接して配置される。

本発明のその他の目的および上記以外の特徴と利点は、
添付図面を参照し、以下の詳細な説明を読まれれば明ら
かになろう。

実施例 第１図は、米国特許第4,463,363号および米国特許第4,5
24,371号に記載されている従来形式の流体支援イオン投
影式印字ヘッド10を示す。ヘッド10内には、導電性円筒
形空洞12と、空洞12内に同心軸上に延び、高電位源（図
示せず）に接続されたコロナ導線14とから成るイオン発
生領域が設けられている。ヘッド10は、基準電位源（図
示せず）に接続されている。流体搬送体たとえば空気
は、管18で図示した適当な供給源から軸方向に延びる入
口チャンネル16を通して空洞12に供給される。軸方向に
延びる出口チャンネル20は、イオンを乗せた搬送流体
を、コロナ空洞12から、空気出口領域22とイオン変調領
域24とから成る屈曲通路を通して印字ヘッド10の外へ導
く。

印字ヘッド10の外へ出ることが許されたイオンは、導電
性加速電極26の影響を受けて、引き付けられ、電極26の
上に被覆された誘電体層28の表面に置かれる。加速電極
26には、コロナ電位源とは反対の符号の数千ボルト（直
流）程度の高電位源（図示せず）が接続されている。

一般に、イオン発生空洞12の直径は、125ミル（0.125イ
ンチ）程度である。第１図の構造がその縮尺であること
を考慮すれば、イオン変調領域24内のイオンを制御する
ために、空洞出口領域22を比較的短くすると、区域
“a"、“b"で表示された、出口チャンネルに隣接する本
体の壁の厚さが非常に薄くなり、そのために製造条件が
厳しくなることは明らかである。空洞直径をこれ以上縮
小すれば、この問題はさらに厄介なことになろう。それ
に加えて、ヘッド10は、実際には、２個の部分に分けて
作り、組み立てざるを得ないので、対称形の空洞と、入
口チャンネルおよび出口チャンネルの適正な隙間寸法を
生み出すために、それらの間隙および整合を正確にしな
ければならず、製造コストがかなり増えることは明らか
である。

本発明の新規な方法は、特徴を有する単品に特徴を有し
ない平坦な蓋板を端に取り付けるように、流体支援イオ
ン投影式印字ヘッドを設計することによって、製造コス
トを低減するという狙いに基づいている。驚いたこと
に、この設計によって、かなり高いイオン電流出力を有
する印字ヘッドが得られ、それに付随して別の利点も得
られた。

次に、導電性材料の鋳造品から成る印字ヘッド30が図示
されている第２図〜第６図について説明する。ここで
は、ヘッドは、ステンレス鋼の鋳造品であるが、コロナ
放電の化学作用に長くさらしても影響を受けないもので
あれば、どの導電性材料でも良いことを理解すべきであ
る。印字ヘッドの上部分は、充気室32から成り、その上
に流体供給ケーシング34が固定されている。入口チャン
ネル36は、充気室32から低圧の流体（空気が好ましい）
を受け入れ、それをイオン発生空洞38へ供給する。入口
チャンネル36は、そこを通るときの圧力低下を確実に小
さくするため、その断面積を十分に大きくすべきであ
る。空洞38は、全体にＵ字形の断面を有し、第４図に示
すように、一方の導電性側壁48と、該側壁48に対向する
符号を付していない側壁と、両側壁間に渡して形成され
た端壁とを有し、これらの壁により構成される３っの面
でコロナ導電40を取り囲んでいる。ヘッド本体の両端に
は、コロナ導電40を空洞内の所定の場所に取り付ける適
当な導線取付け支持部材が設けられている。導線の両端
をヘッド本体に対し偏心している支持部材に取り付ける
ことにより、導線の位置をある範囲内で調整することが
可能である。平坦な導電性板42は、一般に、厚みが12ミ
ルであり、Ｕ字形の空洞の大部分を閉ざすことにより、
イオン発生室44を形成するとともに、導電性板42と隣接
する空洞壁48との間に空洞出口領域46を形作っている。
この構造のヘッドは、同様に、２個の部分でできている
けれども、一方のみが特徴を有し、他方には特徴はな
い。したがって、厳しい交差の組み立てが容易になり。
製造コストを大幅に減らすことができる。

平坦な基板50は、本発明における平坦な部材を構成する
ものであり、一般に、厚みが40ミルであり、その上に電
子制御素子が支持されており、細長いばねクリップ52に
よって導電性板42に隣接して保持されている。ばねクリ
ップ52は、ヘッドの大部分を横切って延びており、側板
58（片方のみを示す）内にヘッドの端から端まで延びて
いるロッド56に固定された取付け端54によって、しっか
り保持されている。このばねクリップ52の加圧端60が、
平坦な基板50と導電性板42をヘッド本体に押し付けてい
る。ヘッドの端から端まで一様なイオン電流出力が確実
に得られるように、ばねクリップ52は、基板50と導電性
板42のでこぼこを平らにするため、それらに十分な力を
及ぼさなければならない。これには、２ポンドの力を働
かせれば十分であることがわかった。基板50の一対の延
長部は、ふき取り部材62（片方のみを示す）を形成し、
部材62は、像受容体64の外側縁の上に乗り、ヘッドと像
受容体との間に適当な間隙を確保している。

適当な位置決めラグ（図示せず）によってヘッド上に正
しく配置されると、導電性板42と基板50は、それぞれ一
端が固定された取り付けになり、両者は、ヘッド本体と
ともに、空洞出口領域46（長さ約10ミル）とイオン変調
領域68（長さ約20ミル）を含む出口チャンネル66を形成
する。ヘッドを通過する空気流は、第２図に矢印で示す
ように、流体供給ケーシング34と充気室32を通って流入
し、入口チャンネル36を通ってイオン発生室44に入り、
出口チャンネル66を通ってイオン発生室から出ていく。

イオン発生室44の特徴は、第４図にわかりやすく図示し
てある。この拡大図から、平坦な基板50と導電性板42と
の間に２っの層が挿置されていることがわかる。基板50
は、その上に薄膜変調電極と導電性トレースとトランジ
スタが集積して作られたガラス板から成る大面積マーキ
ング・チップであることが好ましい。この大面積チップ
は、係属中の米国特許出願第639,983号発明の名称「流
体ジェット支援イオン投影式像形成装置」に詳細に記載
されている。すべての薄膜素子は、層70で代表させてあ
る。絶縁層72は、薄膜層を被覆し、薄膜層と導電性板と
を電気的に隔離している。

第５図および第６図は、コロナ発生区域をより明瞭に示
すため、イオン発生室44の一部分をさらに拡大したもの
である。コロナ導線40の位置は、空洞壁48および導電性
板42の双方からほぼ同じ距離にあり、残りの空洞壁より
これらの室壁に近い位置に配置する。このような配置に
より、同程度の大きさの円筒形イオン発生室でこれまで
可能であったよりも高いコロナ出力電流が生じることが
わかった。空洞38の端から端までの幅“w"は、同様に約
125ミルであるが、コロナ導線40は、導電性壁48,42のそ
れぞれから約25ミル（すなわち、導線と従来の円筒形室
の壁との間の距離の半分より小さい）だけ離れている。
また、第５図には、コロナ導線と隣接する導電性壁との
間の等電位線と電気力線を示してある。コロナ導線から
遠い空洞壁は、有る程度のイオンを引き付けるが、大部
分のイオンは、隣接する壁に向かって流れることがわか
る。しかし、イオン発生室44の外へ追い出されるのは、
電気力線に沿って空洞出口領域46に入りイオンと、すぐ
近くのイオンのみである。したがって、空洞壁48が、導
電性材料が作られ、適当な基準電位（たとえば、接地）
に接続されてさえいれば、印字ヘッドを絶縁性材料で作
ることが可能であることを理解されたい。もしヘッドを
絶縁性材料で作れば、遠くの空洞壁に向かうイオン流
は、その壁に蓄積するであろう。しかし、コロナ導線を
絶縁性壁よりも導電性壁により一層付近けて配置すれ
ば、絶縁性壁に向かって流れるイオンは、比較的わずか
になるから、電荷の蓄積がなくなり、それらの壁に対す
るアーク放電が防止される。

第６図に、印字ヘッドに対する修正案を点線で示す。区
域“c"で表示した調整区域内のイオン電流出力を最適化
するため、コロナ導線40を調整可能に取り付けることが
できる。また、出口チャンネル66を変更して流体の流れ
特性を改善することができる。この目的で、点線で示す
ように、空洞壁48および導電性板42のそれぞれのかど7
4,76を切除することができる。鋭いかどは、流体の流れ
路に鋭いわん曲を生じさせるので、かなりの流体力学的
損失が生じる。かどの切除によって、流体力学的損失が
減少するので、より小形のより安価な送風機を使用する
ことができる。

発明の効果 この新規なヘッド形態は、コロナ導線が出口チャンネル
に隣接する壁の近くに配置されているために、従来の円
筒形の形態よりも効率が良い。効率の向上により、同じ
動作パラメータを用いてもイオン電流出力の増加が生じ
ることは明らかである。代わりに、そのより高い効率に
よって、印刷プロセスに都合がよいように他の印字ヘッ
ド・パラメータを修正することができるようになった。
現在、印刷プロセスの実施において、より高いイオン出
力電流は必要でないので、出力電流を従来の円筒形形態
で得られた程度に下げることが可能になつた。新規な印
字ヘッドにより、出力電流を下げ、空気圧要求を低くす
ることができるので、より小形の、より安価な、より静
粛な送風機を使用することができる。より小形の送風機
は、流量がより少なく、イオンがイオン変調領域内によ
り長くとどまるので、変調電極に印加する制御電圧をよ
り低くすることができる。基板上の薄膜非晶質シリコン
電界効果トランジスタは、より低い電圧で動作させる
と、寿命が長くなることが実証されている。したがっ
て、効率の向上により、大面積制御チップの寿命も長く
なる。

以上の開示は、例として述べたものであること、および
特許請求の範囲に記載したように、発明の真の精神と範
囲の中で、細部構造や、部品の組み合わせ配列について
数多くの変更が可能であることを理解されたい。特に実
施例にに関連する説明において、各部分の寸法の具体値
は単なる例示であり、本発明はこのような数値に限定さ
れるものではない。たとえば、導電性板42の厚さや、イ
オン変調領域68の寸法は、例示した値から離れて種々の
変更が可能である。本発明において、導電性板42の厚さ
を種々変えることによって、空洞出口領域46の幅や長さ
を任意かつ容易に選定して、望むイオン流を得ることが
可能であり、基板50の寸法の選定によりイオン変調領域
68の寸法を任意かつ容易に選定することが可能になる。
しかも、そのような寸法の選定が、平坦な導電性板42お
よび平坦な部材を構成する基板50の寸法の選定により行
われるので、加工上の制約もなくなる、という従来得ら
れなかった利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の流体支援イオン投影式印字ヘッドを示
す部分断面図、 第２図は、本発明の改良型イオン投影式印字ヘッドを示
す斜視図、 第３図は、本発明の改良型ヘッドを示す縦断面図、 第４図は、イオン発生空洞の拡大縦断面図、 第５図は、印字ヘッドのコロナ発生領域内の電気力線を
示すさらに拡大した縦断面図、 第６図は、印字ヘッドのコロナ発生領域における修正を
示す第５図に類似する拡大縦断面図である。 符号の説明 10…流体支援イオン投影式印字ヘッド、 12…導電性円筒形空洞、14…コロナ導線、 16…入口チャンネル、18…管、 20…出口チャンネル、22…空洞出口領域、 24…イオン変調領域、26…加速電極、 28…誘電体層、30…印字ヘッド、 32…充気室、34…流体供給ケーシング、 36…入口チャンネル、38…イオン発生空洞、 40…コロナ導線、42…導電性板、 44…イオン発生室、46…空洞出口領域、 48…空洞壁、50…基板、 52…ばねクリップ、54…取り付け端、 56…ロッド、58…側板、 60…加圧端、62…ふき取り部材、 64…像受容体、66…出口チャンネル、 68…イオン変調領域、70…層（薄膜素子）、 72…絶縁層、74,76…かど。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）一対の側壁と端壁とによって形成さ
   れ、ほぼＵ字形断面で、片側が開口した細長い空洞を内
   部に形成しており、前記一対の側壁の一方が導電性であ
   る本体と、 （ｂ）前記本体に支持され、前記細長い空洞の前記側壁
   と前記端壁とによって三方が囲まれている導線と、 （ｃ）前記本体内に形成され、搬送流体を前記空洞に導
   入するため前記壁の１つを貫通している入口チャンネル
   と、 （ｄ）前記空洞の開口した側の大部分を閉ざすように配
   置され、導電性の前記側壁との間に搬送流体を前記空洞
   から送り出すための通路を与える出口チャンネルの第１
   の部分を形成する平坦な導電性板と、 （ｅ）電子制御素子を支持し、前記平坦な導電性板に当
   てて保持され、中間の絶縁性部材により前記導電性板か
   ら電気的に隔離された平坦な部材と、 （ｆ）前記平坦な部材は、前記導電性板を越えて延びて
   前記出口チャンネルの延長部分を形成しており、 （ｇ）前記導線は、前記空洞の他の壁よりも導電性の前
   記側壁および前記導電性板に近接して配置されている、 ことを特徴とする流体支援イオン投影式印字ヘッド。
2. 【請求項２】前記本体は、一体に作られていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の流体支援イオン投
   影式印字ヘッド。
3. 【請求項３】前記本体は、導電性材料から作られている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に
   記載の流体支援イオン投影式印字ヘッド。
4. 【請求項４】前記平坦な部材および前記導電性板を前記
   本体に押し付けてぴったり張り付いた状態にするため、
   前記平坦な部材に力を与える弾性付与出願を備えている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項の
   いずれか１項に記載の流体支援イオン投影式印字ヘッ
   ド。
5. 【請求項５】導電性の前記側壁および前記平坦な導電性
   板に対し前記導線を再位置決めすることができるよう
   に、前記導線の両端を調整可能に取り付ける手段を備え
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
   ４項のいずれか１項に記載の流体支援イオン投影式印字
   ヘッド。
6. 【請求項６】印字ヘッドと像受容体表面との間に距離を
   設けるため、前記本体の上にスペーサ手段を有している
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項の
   いずれか１項に記載の流体支援イオン投影式印字ヘッ
   ド。