JPS63197922A - 光プリンタ用書き込みヘツドおよび書き込み方法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、電子写真方式の光プリンタに関し、特に感
光体表面に元情報を入射するための書き込みヘッドおよ
び書き込み方法に関する。

（従来の技術） 電子写真方式を用いた元プリンタとしては、高速性・高
画質性・低騒音性を実現したレーザープリンタが広く知
られている。レーザープリンタは最近ではさらに小型化
・低価格化を目指した開発が進められている。しかし、
光書き込みのためにレーザー光を走査する光学系は広い
空間を必要とするため小型化が困難であシ、またレーザ
ー党走査は回転多面鏡を用いた機械的方法で行なわれる
丸め、装置価格や信頼性の点で問題があった。このよう
な問題点を解決するものとして、ＬＥＤアレイヘッドや
液晶シャッターアレイヘッド等の電子走査を行なう光書
き込みヘッドを用いた元プリンタが開発された。しかし
、ＬＥＤアレイヘッドではＬＥＤアレイ・臘ツブ製造に
おける良品率が低いことや、ＬＥＤアレイチップを精密
に配列することが容易でないこと等から低価格化が困難
であった。一方、液晶シャッターアレイヘッドは液晶の
応答速度が遅いことや温度依存性が大きいこと、さらに
は透過率が低いため輝度の大きな光源が必要である等の
問題があった。このように、従来の電子写真方式を用い
た光プリンタでは高速性・高画質性と共に小型化・低価
格化を実現することは困難であった。

（発明が解決しようとする問題点） この発明は、従来の電子走査を行なう光書き込みヘッド
が有している高い価格・遅い応答速度・大きな温度依存
性・低い光の利用効率等、真の実用化を果す上での問題
点を、新規光書き込みヘッドの実現によって解決しよう
とするものである。

（問題点を解決するための手段） この発明によれは、光学情報を感光体表面において静電
荷像に変換し、該静電荷像をトナー像に変換した後該ト
ナー像を記録媒体に転写し出力する元プリンタの光学情
報を入射するための書き込みヘッドにおいて、平面を有
する透光性部材と、該透光性部材の前記平面に平行にか
つ近接して配置された基板と、該基板の前記透光性部材
に対向する面上に直線上に配列された複数の発熱体素子
と、前記透光性部材と前記基板との間に充填された液体
と、前記複数の発熱体素子を電気的な入力信号に応じて
選択しかつ発熱させるための駆動制御手段と、前記透光
性部材平面の前記発熱体素子列に対向した部分に向けて
前記透光性部材の側より帯状の光を入射する光源手段で
あって、前記発熱体素子列に直交する方轡の入射角が前
記透光性部材と前記液体との境界に対する全反射の臨界
角より小さくかつ前記透光性部材と前記液体の蒸気との
境界に対する全反射の臨界角より大きい光を入射するた
めの光源手段と、前記透光性部材の前記平面において全
反射した前記光源手段からの光を感光体表面に導くため
の光学手段とから構成されたことを特徴とする光プリン
タ用書き込みヘッドが得られる。

さらに、この発明によれば、平面を有する透元件部材と
、該透光性部材の前記平面に平行にかつ近接して配置さ
れた基板と、該基板の前記透光性部材に対向する面上に
直線上に配列された複数の発熱体素子と、前記透光性部
材と前記基板との間に充填された液体と、前記複数の発
熱体素子を電気的な入力信号に応じて選択しかつ発熱さ
せるための駆動制御手段と、前記透光性部材平面の前記
発熱体素子列に対向した部分に向けて前記透光性部材の
側よ）帯状の光を入射する光源手段であって、前記発熱
体素子列に直交する方向の入射角が前記透光性部材と前
記液体との境界に対する全反射の臨界角より小さくかつ
前記透光性部材と前記液体の蒸気との境界に対する全反
射の臨界角より大きい光を入射するための光源手段と、
前記透光性部材の前記平面において全反射した前記光源
手段からの光を感光体表面に導くための光学手段とから
構成された書き込みヘッドを用いて党プリンタの感光体
表面に光学情報を書き込む方法において、電気的な入力
信号に応じて選択された前記発熱体素子の表面若しくは
その近傍において前記液体の蒸気から成る気泡を発生さ
せかつ該気泡を前記透光性部材の前記平面に突き当る迄
成長させしかも成長した前記気泡と前記平面との接触を
所定の時間保持するように前記発熱体素子において熱エ
ネルギーを発生させるとともに、前記気泡が前記平面に
接触する間に前記気泡と前記平面との接触部分で全反射
した前記光源手段からの光を前記光学手段を用いて感光
体表面に入射することを特徴とした光学情報の書き込み
方法が得られる。

（作用） 液体に接する発熱体に電流パルスを流して急激に加熱し
た場合、発熱体表面の極〈近傍において液体が気化し、
発熱体表面を覆う薄い蒸気膜を形成する。この蒸気膜は
発熱体よりの熱エネルギーを受けて急速に膨張し気泡と
なるが、電流パルス終了後の冷却過程において短時間で
消滅する。このような熱パルスによる気泡の発生・消滅
は、極めて安定にくシ返すことができることが広く知ら
れている。

ところで、液体とその蒸気とでは屈折率が太きく異なる
ため、前記の液体中での気泡が発生・消滅は屈折率の大
幅な変化手段として利用できる・この発明による書き込
みヘッドおよび書き込み方法においては、透光性部材に
隣接する部分の屈折率を大幅に変化させるための手段と
して前記の気泡の発生・消滅を用いている。この隣接部
分には液体が充填されてお９、透光性部材側より入射し
た光源手段からの光は界面で液体中に屈折している。但
し、このときの光の入射角は、透光性部材と液体との界
面に対する全反射の臨界角より小さく設定されている。

この液体に熱エネルギーを作用させて気泡を発生させる
と、屈折率の大幅な変化によりて全反射の臨界角が入射
角より小さくな９、その結果入射光は透光性部材と蒸気
との界面での損失ｉｘ＋ｔとんどない状態で全反射する
。この全反射光を記録のための光信号として利用するた
め、従来の液晶シャッター等の光シヤツターアレイを用
いた元書き込みヘッドに比べ光の利用効率゛　が大幅に
改善され、光源容量が小さくて済む等の効果が得られる
。

また熱パルスによる気泡の発生・消滅は数十マイクロ秒
単位の短時間で行なえるので、極めて高速の光書き込み
が可能である。

さらに、液体を気化させるためには、まづ液体に固有の
沸点まで加熱するための熱エネルギーと、加熱した液体
を気化させるための熱エネルギーとが必要であるが、後
者は液体に固有の一定の値であバまた前者は周囲温度に
依存して変化するものの後者に比べて値が小さいため、
書き込み動作の応答性等における温度依存性は非常に小
石い。

基板上に形成される発熱体素子列は、現在広く実用に供
せられている感熱記録ヘッドと基本的には同一のデバイ
ス技術によって製造でき、さらに光学系も複雑なものを
必要としないため、量産化・低コスト化の点で非常に有
利である。

（実施例） 以下にこの発明による一″／を書き込みヘッドおよび誉
き込み方法について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。

第１図はこの発明による書き込みヘッドの−実雄側の構
成概略を示す部分断面斜視図である。ガラス板あるいは
セラミック板等の絶縁基板１０１の表面に直線上に多数
の発熱体素子１０２が形成されている。各発熱体素子１
０２は一方では共通電極１０′３に接続され、他方では
個別電極１０４を通して駆動制御手段１０５に接続され
ている。

発熱体素子１０２の列の上にはガラスや石英等から成る
透光性部材１０６が、スペーサー１０７を介して発熱体
素子列と一定の間隔をもって固定されておシ、発熱体素
子列を囲む部屋を構成している。この部屋には、熱エネ
ルギーを受けて気泡を発生する液体１０９が充填されて
いる。液体１０９と透光性部材１０６との界面１１０に
定常光を入射するために、長尺の２ンプ１１１．このラ
ンプ１１１を収納しスリット状の開口１．１２を有する
ランプハウス１１３、および開口１１２からの光を前記
界面１１０に投影するレンズアレイ１１４から構成され
る光源手段１１５が設けられ、さらに前記界面で全反射
した光源手段１１５からの光を感光体表面１１６に投射
するための光学手段としてレンズアレイ１１７が設けら
れている。本実施例では、透光性部材１０６は平板状で
１１１．その上には入射光および界面１１０で全反射し
た出射光に対してそれぞれ直交する面をもったプリズム
１１８を設けて界面１１０以外での不要な反射を防止し
ている。入射光は一様な安定光として、界面１１０にお
ける発熱素子１０２０列に沿った帯状に限定された部分
に投射される。この帯状部分の幅は、発熱素子１０２の
電極間の長さとは輩同程度に設定されるのが望ましく、
このためにランプハウスの開口スリット１１２の幅が適
切な値に調整される。

第２図（ａ）および（ｂ）は、透光性部材１０６と液体
１０９および液体の蒸気１２２との界面１１０における
入射光の屈折および反射の様子を説明するためのもので
ある。第２図（ａ）に示したように、透光性部材１０６
の側より入射した入射光１１９は。

液体１０９との界面１１０において屈折して液体中に入
射する。一方、第２図（ｂ）に示し九ように、発熱素子
１０２より熱エネルギーを受けて発生した気泡によって
液体１０９が局部的に除去された部分では、入射光１１
９は界面１１０において全反射して、透光性部材１０６
内を進行する。透光性部材内での極めてわずかな吸収を
無視すれば、気泡との界面に入射した光のほぼ１００％
が反射光となって出射する。この反射光のみを記録のた
めの光情報として利用することにより、光の利用効率が
極めて高い書き込みヘッドが実現される。

２８ｉの媒質の界面における党の反射・屈折は光の入射
角と各媒質の屈折率によって状態が決定される。透光性
部材１０６・液体１０９および液体の蒸気１２２の屈折
率をそれぞれｎｌ、ｎ２ｚおよびする全反射の臨界角を
それぞれｊｃｌおよびｉｃｙとすると、 ｓｉｎ　ｉ（ｚ　＝　ｎ２ｚ　／　ｎｔおよび Ｓｉｎ　Ｉ（ｙ　＝：　ｎ２ｙ　／　１１の関係が成シ
立つことは良く知られている。しがも一般的に１よ ｎ４　＞　”！／　）　ｎ２ｖ であることから、 ’ｃ／＞’ｃｖ が成シ立つ。従って透光性部材１０６における入射角ｉ
を、 ｔ（ｚ＞ｉ）＋ｃｖ の範囲内にとることにより、透光性部材１０６とができ
る。

第２図において、屈折光１２０は絶縁基＆１ｏ１や電極
１０３および１０４あるいは発熱素子１０２の表面にお
いて反射し、透光性部材１０６内に戻る。この屈折・反
射光強度を先の液体蒸気界面での全反射光強度に比べて
十分小さくすることが、全反射光による光書き込みのた
めに必要であるが、このために、第２図に示した実施例
では、液体１０９と接する基板１０１ｉ面に反射防止膜
１２３がコーティングされている。この結果、全反射光
のみを利用したコントラストの高い高効率の光書き込み
が実現された。

コントラストを高めるヘッド構成の他の実施例を第３図
に示す。すなわち、透光性部材１０６が液体１０９に接
する面に光吸収性の遮光、ｌ［１２４を形成し、入射光
１１９を吸収することにより、遮光膜のない窓の部分１
２５においてのみ党の屈折−反射の切り換えを行なうも
のである。遮光膜１２４は金属の陽極酸化膜や黒色の塗
料膜等といった種々の光吸収性材料で容易に形成可能で
ある。

第１図に示した実施例においては、斜めに入射および出
射する光が不必要に反射するのを防止するために、入射
光および出射光にそれぞれ直交する面をもったプリズム
１１８が用いられているが、ヘッド構成としては必らす
しもこの実施例に限定されるものではない。すなわち、
第４図に示す他の実施例は平面で構成され九プリズムの
代シに円筒面をもったロッドレンズ１２５が用いられて
いる。円筒面の曲率中心１２６が透光性部材１０６と液
体１０９との界面１１０に在るようにロッドレンズが形
成されている。この構成により、元の入射角は液体袢秤
１０９に対して最適な値に自由に設定することが可能と
なった。なお、プリズム１１８およびロッドレンズ１２
５はいずれも透光性部材１０６と四−材料で構成し屈折
率の差がないようにすることが望ましい。また、本実施
例で用いたロッドレンズの代シに球面レンズを一次元的
に並べた形状をもったいわゆるレンティキエ２−板を使
用することも可能でｌ、その結果光の利用効率を一層高
めることが可能である。

気泡の発生は、第１図に示した実施例における駆動制御
手段１０５によって、個別電＆１０４全通して成る選択
された発熱体素子１０２に電流を流し発熱させることに
より実行される。発生した気泡は成長若しくは膨張させ
て透光性部材１０６に突き当てることが必要である。ま
た、突き当っ九後は気泡と透光性部材１０６との接触面
積が広がυ過ぎないように気泡の拡大を抑制することが
望ましく、さらに、所定の時間気泡のサイズを一定に保
持することが望ましい。このような状態は駆動制御手段
１０５を用いて発熱体素子１０２に流す電流を時間的に
制御することにより実現される。第５図にその代表的な
実施例を示す。使用した発熱体素子は一辺が１００μｍ
の正方形で、比抵抗が３００Ω・儂の薄膜型である。最
初にパルス幅５μ秒・ピーク値８０ｆＦ！Ａの電流パル
スを流すと、発熱体素子表面に接するインクが気化し、
素子表面を覆う薄い気泡が生じる。電流パルスが図中点
線１２７で示すように終了する場合では、発生した膜状
の気泡は圧力膨帳によって成長した後放熱効果を受けて
収縮し、約２０μ秒後には消滅する。

従って気泡が透光性部材１０６に接する時間は短かく、
必要な露光量を得るために入射光１１９０強度を強くす
る必要がめった。一方、図中実線１２８で示したように
パルス終了後でもピーク電流値の１／１０ないし１１５
の保持電流を流すことにより、放熱効果による気泡の収
縮を抑制し得ることが見い出された。ただし、保持電流
の持続時間は１００μ秒程度迄であシ、これ以上に電流
を流し続けると発生した気泡が消滅しなくなった。

（発明の効果） 以上の説明で明らかにしたように、この発明による光書
き込みヘッドは、従来感熱ヘッドで培われた発熱素子ア
レイデバイス技術を適用できるため、デバイス構造が単
純で低価格を容易に実現できる。また、気泡の発生消滅
は高速で実行でき、温度依存性も小さいことから、従来
ヘッドに比べて高速で対温度特性の安定な元書き込みヘ
ッドが実現できる。すなわち、本発明は、従来ヘッドに
比べて多くの点で極めて実用性の高い光書き込みヘッド
を実現するという重大な効果をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光書き込みヘッドの構成概略を示
す斜視図、第２図（ａ）および（ｂｌは固体−液体界面
における光の屈折−反射の切シ換え動作を説明するため
の概略断面図、第３図はコントラストを高めるためのヘ
ッド構造の実施例を示す概略断面図、第４図は光書き込
みヘッドの他の実施例を示す概略断面図、第５図は気泡
を保持するための電流制御の実施例を示すものである。 １０１・・・絶縁基板、１０２・・・発熱体素子、１０
３・・・共通電極、１０４・・・個別電極、１０５・・
・駆動制御手段、１０６・・・透光性部材、１０７・・
・スペーサー、斗→妾−−−畔　１０９・・・液体、１
１０・・・界面、１１１・・・ランプ、１１２・・・ス
リット開口、１１３・・・ランプハウス、１１４・・・
レンズアレイ、１１５・・・光源手段、１１６・・・感
光体表面、１１７・・・レンズアレイ、１１８・・・プ
リズム、１１９・・・入射光、１２０・・・屈折光、１
２１・・・出射光、１２２・・・液体の蒸気、１２３・
・・反射防止膜、１２４・・・遮光膜、１２５・・・窓
部分、１２６・・・曲率中心、１２７・・・点線、１２
８・・・実線。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋 ／ｌデ入清↑先 （シ２ 呵Ｚ回 看４回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　光学情報を感光体表面において静電荷像に変換し、
   該静電荷像をトナー像に変換した後該トナー像を記録媒
   体に転写し出力する光プリンタの光学情報を入射するた
   めの書き込みヘッドにおいて、平面を有する透光性部材
   と、該透光性部材の前記平面に平行にかつ近接して配置
   された基板と、該基板の前記透光性部材に対向する面上
   に直線状に配列された複数の発熱体素子と、前記透光性
   部材と前記基板との間に充填された液体と、前記複数の
   発熱体素子を電気的な入力信号に応じて選択しかつ発熱
   させるための駆動制御手段と、前記透光性部材平面の前
   記発熱体素子列に対向した部分に向けて前記透光性部材
   の側より帯状の光を入射する光源手段であって、前記発
   熱体素子列に直交する方向の入射角が前記透光性部材と
   前記液体との境界に対する全反射の臨界角より小さくか
   つ前記透光性部材と前記液体の蒸気との境界に対する全
   反射の臨界角より大きい光を入射するための光源手段と
   、前記透光性部材の前記平面において全反射した前記光
   源手段からの光を感光体表面に導くための光学手段とか
   ら構成されたことを特徴とする光プリンタ用書き込みヘ
   ッド。 ２　平面を有する透光性部材と、該透光性部材の前記平
   面に平行にかつ近接して配置された基板と、該基板の前
   記透光性部材に対向する面上に直線上に配列された複数
   の発熱体素子と、前記透光性部材と前記基板との間に充
   填された液体と、前記複数の発熱体素子を電気的な入力
   信号に応じて選択しかつ発熱させるための駆動制御手段
   と、前記透光性部材平面の前記発熱体素子列に対向した
   部分に向けて前記透光性部材の側より帯状の光を入射す
   る光源手段であって、前記発熱体素子列に直交する方向
   の入射角が前記透光性部材と前記液体との境界に対する
   全反射の臨界角より小さくかつ前記透光性部材と前記液
   体の蒸気との境界に対する全反射の臨界角より大きい光
   を入射するための光源手段と、前記透光性部材の前記平
   面において全反射した前記光源手段からの光を感光体表
   面に導くための光学手段とから構成された書き込みヘッ
   ドを用いて光プリンタの感光体表面に光学情報を書き込
   む方法において、電気的な入力信号に応じて選択された
   前記発熱体素子の表面若しくはその近傍において前記液
   体の蒸気から成る気泡を発生させかつ該気泡を前記透光
   性部材の前記平面に突き当る迄成長させしかも成長した
   前記気泡と前記平面との接触を所定の時間保持するよう
   に前記発熱体素子において熱エネルギーを発生させると
   ともに、前記気泡が前記平面に接触する間に前記気泡と
   前記平面との接触部分で全反射した前記光源手段からの
   光が前記光学手段を用いて感光体表面に入射することを
   特徴とした光学情報の書き込み方法。