JPS61209415A - 光学的液体シヤツタ - Google Patents

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】 （技術分野） 本発明は、液体を加熱することによって発生させた気泡
を光透過部となした主にプリンタ、カメラ等に使用され
る光学的な液体シャッタに関する。

（従来技術） レーザプリンタあるいはでルチスタイラス静電プリンタ
に代るものとして特開昭５６−９３５６８号公報等で提
案されている液晶セルによる光シャッタは、簡単かつ小
型でしかも安価に構成し得る利点を有しているが５反面
、有機材よりなるため応答性、光、温度に対する安定性
にいま一つ問題があるほか、階調性のある画像形成に難
があり、かつ偏光板等を要するため薄く形成するのに限
界があるといった問題を有している。

（目的） 本発明はかかる液晶シャッタが持つ問題点に鑑み、応答
性に優れ、かつ光、温度等に対して安定であるほか、階
調性のある画像形成が可能で、しかも薄型化の容易な光
学的液体シャッタを提供することにある。

（目的達成のための手段） すなわち、本発明の特徴とするところは、少なくとも光
路開閉部を透明となした一Ｈ下の基板間に不透明液体を
封入するとともに、−ヒ記光路開閉部に外部信号によっ
て駆動される液体加熱手段を設けた光学的液体シャッタ
にある。

（実施例） そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて
説明する。

第１図は本発明に係る光学的液体シャッタの基本形を示
したものであり、上下の透明基板１，２の間に形成され
た空間を封十材５によって区画した液室６に不透明な液
体７を封入するとともに、光学的シャッタを形成すべき
一方の基板２の内面には、電極９を介して図示しない電
源に接続した透明な発熱体８が一体的に添設されている
。

このように構成された光学的液体シャッタにパルス状の
電圧を印加すると、発熱体８の内部に生じるジュール熱
により電圧印加から微小時間経過後に液室６内に封入さ
れた不透明液体７は過熱されてそこに気泡ａを生じ（第
１図（ハ））、これが上下の各基板ｌ、２の内面に接触
してその部分を一時的に光の透過部とする（第１図（ロ
））。

したがって、例えばセルフオフレンズ（商品名）と呼ば
れる集束性光伝送体Ｂとともに光源Ｃと感光体りの間に
配設した光学的液体シャッタＡに記録情報に応じたパル
ス電圧を印加すれば、光源Ｃからの光は発生した気１！
！ａ部分を通過して帯電工程を経た感光体りに達してそ
こに記録情報に対応した静電像を形成する。

なお、液室６内に形成する気泡ａは必ずしも基板ｌ、２
の内面に接触させる必要はなく、感光体りの感度と基板
と気泡ａの間に存する液体７の層厚如何によっては非接
触状態においても感光体りとに十分な静電像を形成する
ことができる。

つぎに、上述した基本形から派生する幾つかの好ましい
実施例について詳しく説明する。

第３図（イ）に示した実施例は、外部からの気体の混入
と外部への液体７の蒸発な防ぐために２枚の透明基板１
，２を無機ガラスによって形成するとともに、その一方
、例えば図中下基板３の内面には、膜状の電気抵抗体よ
りなる発熱体８を真空蒸着もしくはスパッタリングによ
り形成し、その上に酸化ケイ素等よりなる絶縁性保護膜
１０を被覆する一方、他方の基板、例えば図中上基板４
の内面には、全面に金属皮膜３を蒸着した北、気泡ａの
中央が接触する部分、つまり発熱体８の直上部分にフォ
トエツチング等によって所要の開口面積を持つ透孔４を
設けたもので、この透孔４により液体７中で発生する気
泡ａの大小に関わりなく、気泡ａの最も安定した中央部
分に正確な透光面積を持つ光の透過部を形成することが
できる。

これに対して第３図（ロ）に示した実施例は。

金属被膜３を感光体側に位置する例えば上基板４の上面
に被覆したもので、この実施例によれば、セルフォック
レンズ等を用いることなく透孔４を直接感光体に近接さ
せることができて装置の小型化を図ることができる。

また、第５図に示したように金属被膜３を下基板２の内
面に蒸着し、その上に透孔４に合わせて透明な発熱体８
を重ねて蒸着することも可能であり、このような構成と
した一合には、電極９を透明な導電材により成形する必
要がない。

ところで、上述した各実施例はいずれも透明基板１，２
を無機ガラスによって形成したものであるが、上基板１
については実質的にその全面が金属皮膜９によって被覆
されていて外部からの気体の混入や液体５の蒸発を防ぐ
ことができるから、これを薄膜透明樹脂材により成形し
てより薄型化を図ることも可能となる。

一方、上下両基板１．２間に封１ヒする液体７について
は、光学的液体シャッタの用途によっても異なるが、小
型の記録装置として構成すべく、両基板ｌ、２を３０〜
５０Ｂｍ程度の間隔をおいて近接配置するものにおいて
は、水のような粘性の小さな液体を使用するのが好まし
く、構造と気化を確実に阻止することができる場合には
、アルコールあるいは沸点の低いエーテル類を使用する
ことができる。また、油類は不透明材としての染料、顔
料等を混入するのに適しているほか、電極等に与える影
響が少ないため、発熱体８等を絶縁性保護層１０によっ
て被覆することなく使用することができる。

これらの液体は、液中に含有する気体によって例えばキ
ャビテーション等が生じないよう十分脱気した上で封入
することが必要で、かつ、非加熱時に沸騰しないよう加
圧した状態で液体７を封入することが望ましいが、逆に
、封入圧を調整することにより、使用液体の種類あるい
は沸点を任意に設定することができる。

さらに、金属被Ｍ　３上に形成すべき透孔４は、その開
口径、数、配置が光学的液体シャッタの使用目的によっ
ても異なる。すなわち、カメラ等に使用する場合には、
透孔４が１つで、開口径はフィルム感度等によって決ま
る大きなものが必要となるが、記録装置用として構成す
る場合には。

第４図に示したように多数の透孔４・・・・を列状もし
くは千鳥状に成形することが必要となる。

他方、下基板２に設ける透明な発熱体８は、窒化タンタ
ル、金、銀、酸化物半導体、酸化錫、酸化インジウム、
カドミウム錫酸化物等、薄膜にすることによって透光性
と所要の電気抵抗を持つような各種の材料によって成形
することができ、さらに記録装置用として構成する場合
には、第５図に示したように下基板２上に発熱体７を列
設した丘、その一端を共通電極１１に、他端を信号′ｗ
ｌ極１２に接続させるよう構成される。

この発熱体８の形状も光学的液体シャッタの用途、配列
、応答速度等によって決めなければならず、カメラ用と
して均一かつ可及的に大きな気泡を発生させなければな
らない発熱体８としては円形にする必要があり、記録装
置用として形成する場合にはより高密度に配設するため
に、列状に配設する場合には、これを列方向と直交する
向きの長方形となしく第５図）、千鳥状に配設する場合
には菱形にすることが望ましい（第６図）、ざらに透孔
４との関係において気泡の有効部をより短時間に生長さ
せる見地からとらえた場合には、第７図（イ）に示しよ
うに発熱体８の中央部を狭くし、その部分の抵抗をより
大きくして気泡を中心部から発生させるようにすること
もでき、またこの主旨に沿った別の例としては１発熱体
１８の面に多数の孔１９・・・・を設け、この孔１９・
・・・を中心部にゆくほど密にして抵抗をより高くする
こともできる（同図（ロ））。

第８図（イ）に示した実施例は、発熱体８を高密度に配
設した場合における光のクロストークを防ｉヒするよう
にしたもので、各発熱体８を区画するように下基板２面
に多数の突起１３・・・・を設けたものであるが、同図
（ロ）に示したようにこれらの突起１３を利用してその
側面に発熱体８を設けるようにすれば、これを窒化タン
タルのような不透明材により形成することができるばか
りでなく、液体の流動等、他の外的要因に影響されるこ
となく区画１４内で気泡を安定的に生長させることがで
きる。

光学的液体シャッタの駆動手段としては、共通電極１１
と信号電極１２を用いるスタティックな駆動方式以外に
、ダイナミック駆動方式を採ることができる。

第９図（イ）（ロ）で示した実施例は、光学的論理積を
もってダイナミック駆動させるようにしたもので、３枚
の透明基板２１．２２．２３によって２層の液室２６２
６を構成するとともに、中段及び下段の各基板２２．２
３に、共通電極Ｃ，Ｃ２・・・・によって横方向に接続
された複数行の発熱体８・・・・と、信号電極ＤＩＤ２
・・・・によって縦方向に接続させた複数列の発熱体８
゛・・・・をそれぞれ上下対応させて配設するとともに
、これを位相及びピッチを変えたパルス信号（同図（ニ
））をもって駆動することにより、上下共通して発生し
た気泡ａ、ａ’部分を光の透過部となしたものであるが
、同図（ハ）に示したように、中段の基板２２の上面に
共通電極ＣｌＣ２・・・・と発熱体８・・・・を、下面
に信号電極ＤＩＤ２・・・・と発熱体８°・・・・を配
設するようにすれば、両売熱体８．８゛の位置精度を向
上することができるほか、工程を削減することができる
。

また第１０図に示した実施例は、電流重畳法によってダ
イナミック駆動させるようにしたもので、縦横に整列さ
せた各発熱体８・・・・を縦横の電極２７．２７に接続
し、一方の電極２７に流れる電流１１もしくは工２によ
っては前基板１，２の一方の内面と接触することができ
ない程度の不完全な気泡ａ’Ｌか発生しないが、縦横そ
れぞれの電流Ｉ＋　、Ｉ２が重畳したときは、前基板３
．４の内面に接触する完全な気泡ａが形成されるように
したものである（同図（ロ））。

ところで、本発明に掛る光学的液体シャッタは、基板間
隔δを３０乃至５０４ｍとした場合に、発熱体８に１０
ルＳ程度のパルス電圧を印加することによって瞬間的に
気泡ａを発生させることができるが、記録の態様によっ
て気泡ａｔ−ａ時間保持させる必要がある場合には、第
１１図（イ）に示したように所定のパルス電圧を印加し
た後、気泡ａを持続させるに必要なこれより低い電圧を
所要時間ｔを印加し続けるか、あるいは短いパルスＰＩ
・・・・を断続的に印加すればよく（同図（ロ））、こ
れによって消費電力の軽減と発熱体８の長寿命化を図る
ことができる。

また、画像に階調性を持たせる必要がある場合には、第
１２図に示したように例えば１００〜２００ｇ５を一単
位とする駆動パルスＰを１ＯＩＬＳ程度の短いパルスＰ
２の一部として印加すれば、断続する多数の小さな気泡
ａによって／Ｘ−フトーンを形成することができ、また
、基板１．２の一方に接触しない程度の気泡ａを発生さ
せることにより、基板ｌと気泡ａとの間に存する液体７
の層厚に応じて画像に階調性を持たせることもできる。

ところで、以上の各実施例はいずれも気泡発生手段とし
て発熱体８を用いたものであるが、不透明液体７の電気
伝導度如何によっては液体８自体にジュール熱を発生さ
せて気泡ａを形成するようにするできる。

第１３図はこの実施例を示したもので、上下の各基板１
．２の相対向する面に透明型＃！ｉ３１．３ｉｔ設ける
とともに、これらにパルス状の電圧を印加して両電極３
１．３１が相対向する部分の液体７に通電し発熱させて
気泡ａを発生させるようにしたもので、この実施例によ
れば発熱体８を不要にすることができると同時に、第１
４図に示したように前基板ｌ、２に共通電極ＣｌＣ２・
・・・と信号電極ＤＩＤ２・・・・を横方向及び縦方向
に設けることにより、パルス電圧が印加された両電極Ｃ
ｔＤｔの交点部分に気泡ａｔ　を発生させるようなマト
リックス駆動を行なわせることもできる。

第１５図は高密度記録動作をさせた場合に必要となるで
あろう液体７の温度上昇防１Ｆ手段に関するものであり
、液室６の両端に液体循環路４１を接続するとともに、
この循環路４１の一部にペルチェ効果による液体冷却器
４２を配設したものであるが、この液体冷却器４２とし
ては他にヒートシンク等を用いてもよく、また必要に応
じては循環路４１中にポンプを併設して液体７を強制的
に循環させるよう←してもよい。

また第１６図に示したものは、気泡ａの発生に伴なう相
互干渉の防止手段に関するもので、透孔４を避けた基板
ｌの一部に圧電素子４３を設けるとともに、これを発熱
体８に印加するパルス信号と同期させたパルス電圧によ
り駆動し、気泡ａの発生、消滅に伴なう内部圧力を均一
に維持させるようにしたものであるが、これ以外に液室
６内に可撓性のエアカプセルを封入して、内部圧力の変
動をエアカプセルの変形により吸収するように構成する
か、もしくは、基板ｌ、２の一方もしくは両方の全面も
しくは一部を薄く形成し、その部分の変形によって内部
圧力を吸収させるように構成することもできる。

さらに第１７図に示した変形例は、基板２上に設けた突
起５１によって区画した１シャッタ区画室５２内に、透
明なピース５３を移動可能に配設するとともに、透孔４
の領域外に設けた発熱体８により発生させた気泡ａによ
って透明ピース５３を図中右方向移動させ、この透明ピ
ース５３を介して透孔４領域から不透明液体７を排除す
るようにしたものである。

なお、上述した各実施例はいずれも光透過型として構成
したものであるが、第１８図に示した実施例は、感光体
りの対側に位置する基板６１の内面にアルミ板を添設す
るかもしくはアルミ蒸着膜６２を形成するとともに、そ
の面に発熱体８を設けて反射型の光学的液体シャッタと
なし、内部に気＠ａを形成してその像を感光体ｎｈに結
像するようにしたものであるが、シャッタを透明型に形
成し、このＪｌに被覆する複写機のカバーに反射板の役
割を持たせるようにすることもできる。

（効果） 以り述べたように本発明によれば、少なくとも気泡発生
部を透明となした２つの基板間に不透明液体を封入する
とともに、気泡発生部に設けた液体加熱手段を外部信号
によって駆動することにより、不透明液体中に生じる気
泡によって部分的な光の透過部を形成するようにしたの
で、基板間隔及び駆動電流の如何によりシャッタ開口径
、換言すれば単位時間当りの露光量を任意に設定するこ
とが可能になるばかりでなく、液晶シャッタにおいては
期待することのできない１０ｇ、ｓオーダーでの光路の
開閉動作を行なわせることができる。

また、気泡による光路の開閉により、開時における光透
過率を基板の光透過率に近い値まで高め、かつ閉時にお
ける光の透過を完全に遮断することができるため、地肌
汚れ等が生じない解明な画像形成が可能となるほか、同
時に、光源の許容。

度、選択巾を大きくして電子写真装置等のレイアウトを
きわめて容易にすることができる。

しかも内部に封入する液体としては、化学的に安定な任
意のものが選べるため、温度、湿度あるいは紫外光等に
影響されることのない耐用性に富んだシャッタを安価に
構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）（ロ）乃至（ハ）は、原理的な機構をもっ
て示した本発明装置の作動状態と、パルス電圧印加時に
おける気泡の発生状態を示した図、第２図は本発明装置
を静電記録装置に適用した場合の一例を示す図、第３図
（イ）乃至（ハ）はいずれも本発明の好ましい実施例を
示した断面図、゛　第４図（イ）（ロ）は同一＃−，装
置の平面図、第５．６図は発熱体の配置を示す図、第７
図（イ）１口）は発熱体の形状についての一例を示す図
、第８図（イ）（ロ）はいずれも本発明の他の実施例を
示す装置の断面図、第９図（イ）乃至（ニ）は別の実施
例についての平面図、側面図１部分図及び信号電圧印加
タイミングを示す図、第１０回加すべきパルス電圧につ
いて示した図、第１３図（イ）（ロ）、第１４図乃至第
１８図はいずれも本発明についてのさらに別の実施例を
示した図である。 １．２・・・・基板　　３・・・・金属被膜４・・・・
透孔　　　　５・・・・封１ト材６・・・・液室　　　
　７・・・・不透明液体８・・・・発熱体　　　９・・
・・電極１０・・・・絶縁被膜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも光路開閉部を透明となした上下の基板間
   に不透明液体を封入するとともに、上記光路開閉部に外
   部信号によって駆動される液体加熱手段を設けた光学的
   液体シャッタ。 ２、上記基板に不透明皮膜を施すとともに、該皮膜の光
   路開閉部に光の透過孔を設けたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の光学的液体シャッタ。 ３、上記基板の少なくとも一部を内部圧力の変動により
   変形可能となしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の光学的液体シャッタ。 ４、上記基板の光路開閉部外に圧電素子を設けたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学的液体シャ
   ッタ。 ５、上記液体加熱手段が透明な電気抵抗体であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学的液体シャ
   ッタ。 ６、上記液体加熱手段が、基板上の光路開閉部近傍に設
   けた突起の側面に添設された不透明電気抵抗体である特
   許請求の範囲第１項記載の光学的液体シャッタ。 ７、上記電気抵抗体は、その中央部が両端部より小さな
   表面積を持つような平面形状として形成されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項、第５項または第６
   項記載の光学的液体シャッタ。 ８、上記液体加熱手段が上下の基板上に設けられた電極
   自体である特許請求の範囲第１項記載の光学的液体シャ
   ッタ。 ９、液体冷却手段を上記基板間の不透明液体封入部に連
   通させて配設したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の光学的液体シャッタ。