JPS63501490A - 静電画像生成用多電極システム - 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】 静電画像生成用多電極システム 発明の背景 本発明はイオン発生器に関し、より詳細には、静電画像生成に使用されるイオン 発生器に関する。

静電画像生成のために広汎な技術が一般に使用されている。従来技術としては、 空隙絶縁破壊（ａｉｒ　ｇａｐ　ｂｒｅａｋ−ｄｏｗｎ）、コロナ放電、スパー ク放電、その他が含まれる。

空隙絶縁破壊はギャップ間隔の精密な制御が必要であり、潜像帯電画像が不均一 になりがちである。コロナ放電は静電複写機に広く用いられているが、電流に制 限があり、かなりの保守労力が必要である。電気スパーク放電は均一なイオン流 が要求される機器には不向きであり耐用年数にも制限がある。他の方法にも同様 の問題がある。

上述の技術を相当改良したイオン発生方法及び装置が本願出願人に譲渡された１ ９７９年５月１５日登録のアメリカ合衆国特許第４，１５５，０９３号に開示さ れている。第１図中に一具体側として１ｏで示したこの発明によるイオン発生器 は固体絶縁体１１で絶縁された２つの導電電極１２．ｉ３を有する。高周波電界 がこれらの電極間に電源１４から供給されると、正負のイオンのプールが誘電体 １１の表面及び電極１３の縁に近接した領域に生成される。従って、第１図にお いて、空隙絶縁破壊は誘電体１１の領域１１−ｒに関して生じ、電極１３に形成 される穴１３−ｈにイオンのプールを生成する。この空隙絶縁破壊は放電領域に おいて微かに青く発光し、その開始電圧は約４００〜６００ボルトである。この ような装置は自己制限放電機能を有し、スパーク放電によるイオン発生器よりも 長期間安定して稼働する。

これらの装置によるイオン発生器は、例えば伝導体の背面層１０５を有する誘電 体１００上に静電潜像を創出するのに使用できる。スイッチ１８がＸの位置に切 り換えられ、図示の如く接地された場合、電極１３も接地電位となり、イオン発 生器１０と誘電体１００の間の領域には電界が殆んどあるいは全く存在しない、 しかしながら、スイッチ１８がＹの位置に切換えられた場合には、電源１７の電 位が電極１３に印加される。　これは、イオン溜まり１１−ｒと背後の電極１６ の間に加速静電場（ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ　 ｆｉｅｌｄ）を与える。所与の極性のイオン（第１図の発生器では負イオン）が 空隙絶縁破壊領域から排除され、誘電体１００の表面を帯電させる。誘電体１０ ０上に形成された帯電は一般に作動電位１４の励起サイクル数に比例して増大す ることが認められる。誘電体１００に静電画像を形成するためには作動電位１４ 及び注出電位１７を一致させることが必要であるから本装置は多重式とすること ができる。

上記特許に開示されているイオン発生器の一つの有用な用途は高速電気画像印刷 用の静電画像の形成である。　この目的に使用した場合、　アメリカ合衆国特許 第４．１５５，０９３号の装置は本出願人に譲渡された改良されたアメリカ合衆 国特許第４，１６０，２５７号の［発明の背景」で論じられている問題に直面す る。従来技術の断面図を示した第２図に関し、イオン発生器２０は上述の要素に 加えて制御電極１３及び固体誘電体１１から誘電スペーサー２３で分離された開 口スクリーン電極２１を含む、この付加的な電極は誘電表面１００上に既に形成 された静電潜像が偶発的に消去されてしまう問題を解決するために必要であるこ とが判明した。この問題は第１図の装置において制御電極１３に対して何等の注 出電位も適用されずに高電圧交流が制御電極と動作電極の間に印加されると起こ り得る。この場合、誘電体表面に既に形成されたいかなる帯電画像も、制御開口 １３−ｈから反対極性のイオンを引き寄せる傾向を持った静電注出領域を形成す るため、静電像が部分的に、又は完全に消滅する。アメリカ合衆国特許第４，１ ６０，２５７号に詳細に述べられている如く、スクリーン電極２１を包含すれば スクリーン電位２８をスクリーン電極２１と背後電極１０５に制御電位１７と同 じ極性で印加することにより、このような偶発的な画像消滅を防止できることが 発見された。

アメリカ合衆国特許第４，１６０，２５７号の装置は形成される静電画像の大き さと形状の制限をかなり許容しているが、一定の欠点も有している。このことは 画像の位置に関しては特に真実である。ドツトマトリックス画像生成に依存する 種々の印刷技術では良く知られていることであるが、画像要素の配置の正確さ、 即ち解像度を向上させることは非常有利である。アメリカ合衆国特許第４，１６ ０，２５７号の通常の動作時には、イメージラスター（ｉｍａｇｅ　ｒａｓｔｅ ｒ）はイオン発生器の長さと動作及び制御ラインの数で規定される。これらのパ ラメーターの典型的数値は動作ライン数２０、制御ライン数１２８、イオン発生 器の長さ８．５３インチであり、　これは約１インチ当り３００ドツトの解像度 に相当する。この画像密度は十分満足できるものと考えられていたが、複写速度 によって課せられる制限を超えてドツト密度を向上させることが望ましい。イメ ージラスターの密度を向上させることによって、これに比例して静電画像システ ムの画像品質レンジの改善を図ることができる。

従って、本発明の主要な目的は静電画像を形成するための改良されたイオン発生 装置を提供することにある。

これに関連する目的は効率を向上させながら画像能力を改善することにある。

他の目的はこのようなシステムの駆動電子機構を簡略化することである。これは 、これ等のシステムのコスト低減に重要な役割を果たす。

更に他の目的はこのような静電画像システムの画像能力を拡張することである。

即ち、種々の文字を広範な調子で提供できることが望ましい。

呈里立互豊 前記目的及び付加的な目的は本発明による静電画像装置によって達成され、該装 置は固体誘電体の対向面上の二つの電極（ここでは、［制御Ｊ　（ｃｏｎｔｒｏ ｌ）及び［作動Ｊ（ｄｒｉｖｅｒ）電極と呼ぶ）を含み、更に、開口したスクリ ーン電極及び該スクリーン電極の下流の偏向電極を含む。イオンは制御電極と固 体誘電体付近の空気領域で、制御電極及び動作電極間の高振幅時間変動電位（ｈ ｉｇｈａｍｐｌｉｔｕｄｅ　ｔｉｍｅ−ｖａｒｙｉｎｇ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌｓ ）を用いて発生され、特定の極性のイオンは画像生成表面の方に制御電極の直流 電位によって引き寄せられる。この結果生じるイオンの流れはスクリーン電極及 び偏向電極によって調整される。スクリーン電極はアメリカ合衆国特許第４．１ ６０，２５７号に開示されているようにゲーティング（ｇａｔｉｎｇ）及び静電 レンズ機能（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ　ｌｅｎｓｉｎｇ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ ）を偏向電極が主として選択的にイオン流の所有の横方向への方向転換を引き起 こすために働らく間に提供する。偏向電極はまた、例えば、結果的に生ずる静電 画像の大きさ及び形状を変更する。

本発明の基本的な具体例においては、イオンの通過路の一方に配置された一個の 偏向電極が偏向電位に応じてイオン流を引きつけ５反発するか、あるいは非帯電 にするように働らく、典型的には、スクリーン電位と偏向電位は制御電位と同じ 極性の直流電圧から成る。対向電極に形成される基準レベルに比例して、偏向電 位、スクリーン電位、制御電位は「印刷」状態を達成するために各々絶対値が増 大する。偏向電極によって及ぼされる吸引力又は反発力の強さは偏向及びスクリ ーン電位の相対的強さに依存し、イオン流れ上に特に何等の影響も与えない偏向 電圧の臨界値が少なくとも一つ存在する。

本発明の他の観点は静電画像の大きさに対する偏向電位の効果に関する。偏向電 極が一個の基本実施例においては、画像の直径は正味注出領域（ｎｅｔ　ｅｘｔ ｒａｃｔｉｏｎｆｉｅｌｄ）の減少によって、反発力の強い時に減少する傾向が ある。これは、制御電位の補償調整で克服することができる。

本発明の他の実施例では、個別の電位を有した一対の偏向電極が「ブツシュ−プ ル」効果を達成するためにイオン流をまたいでいる。一方の偏向電極に向かうイ オン流の偏向は、その電極の吸引電位と反対側の電極の反発電位の組み合せによ って達成される。このような配置はイオン加速領域の減少に伴う静電画像の大き さの望ましくない変動を減少し、又は消滅せしめる０本実施例は２個以上の偏向 電極にも拡張可能であり、各々は独立の電位供給源を有していることから、付加 的な偏向次元を与え得る。

本発明の更に別の観点は多電極のドツトマトリックス電気画像印刷ヘッドにおけ る種々の電極の形状に関する。

制御電極及び作動電極はイオンの発生する列が電極の交叉位置であるような横方 向に配置された直線状の電極形状であることが望ましい、印刷ヘッドと画像生成 表面の相対運動を補償するために、動作用電子装置のラスタースキャンのタイミ ングを考慮して、これらの直線状電極は典型的には互いに相対的に一定の鋭角状 に配置される。

本実施例においては、偏向電極は直角の偏向特性を持たせるために階段状の形状 が付与されている。

本発明の他の観点は偏向電極の動作モードに関する。

この電極はアナログモードで、即ち画像位置の比例制御による偏向電位の連続範 囲に渡って動作する。あるいは、本装置は複数のあらかじめ定められた画像状態 に対応する偏向電位の基準レベルを２又はそれ以上確立することによってスイッ チングモード中でも使用することができる。後のモードで稼働する場合には本発 明の装置は所要の画像ラスターを達成するために必要な動作電子機器を本発明の 更に他の実施例は同じイオン発生機構（即ち、制御及び動作電極と固体誘電体） を組み入れたものであるが、偏向状態を複合化するために分割したスクリーン電 極を利用するものである。この実施例においては、ア　・メリカ合衆国特許第４ ，１６０，２５７号のスクリーン電極はイオンの通過を許容するためのスロット によって分離された２つの独立した電極で置き換えられている１分離したスクリ ーン電極間の電位差はスクリーン開口から現われるイオン流の偏向を惹起する。

この装置は分離した電極への第１及び第２のスクリーン電位の切り換えによって スイッチングモードで動作する。・図面の簡単な説明 上述の及び付加的な本発明の観点を図面に基いて以下に詳細に説明する。ここに おいて、第１図は公知技術として知られた静電画像形成に使用されるイオン放射 印刷ヘッドの概略断面図である。

第２図は公知技術の中で第１図の印刷装置改良型である三電極イオン放射印刷ヘ ッドの概略断面図である。

第３図は静電画像の生成に利用したイオン放射印刷ヘッドの本発明の好適実施例 の概略断面図である。

第４図は本発明の他の実施例における静電画像印刷ヘッドの部分断面図である。

第５図は第３図に示した型式のドツトマトリックス印刷ヘッドの平面図である。

第６図は第４図に示した型式のドツトマトリックス印刷ヘッドの平面図である。

第７図は本発明の更に他の静電印刷ヘッドの概略の部分断面図である。

第８図は第７図の印刷ヘッドの平面図である。

第９図は本発明の更に他のドツトマトリックス印刷ヘッドの部分平面図である。

韮亙皇皿里 第３図、第４図に示した本発明に基くイオンビーム放射偏向電気画像装置の基本 仕様について説明する。第３図は印刷ヘッド３０の一個のイオン放出部の概略の 形式を示す図であり、該ヘッドは誘電表面層１１０上に静電潜像画像を形成する 画像形成部１００に隣接して配置されている。印刷ヘッド３０は固体誘電体１１ の反対側に置かれた制御電極１３及び動作電極１２と；誘電スペーサー層２３に よって制御電極から分離されたスクリーン電極２１と；誘電スペーサー層３３に よってスクリーン電極２１から電気的に絶縁された偏向電極３１とを含む。

制御電極１３と作動電極１２の間に印加された高電圧時間変位電位１４によって 、イオンが制御電極１３と誘電体１１によって画成される空気領域１３−ｈ中に 形成される。上述の公知の装置について述べた如く、あらかじめ定められた極性 のイオンは空気領域１３ｈがら画像生成表面１１０に向って制御電極１３と対向 電極１０５の間の直流の［制御電位」１７によって引き寄せられる。

従って、アメリカ合衆国特許第４，１６０，２５７号の装置の場合の如く、イオ ンの流れはスクリーン電極２１（スクリーン電位２８を受ける）の影響で調整さ れ；第３図の装置においては、更にイオン通過路の一方側に配置された偏向電極 ３１の静電的影響を受ける。

偏向電極３１は本装置３０の電気画像特性について多くの重要な影響を与える直 流電流「偏向電位」３７を受ける。符号ｖ。ｔ　ｖ８．　ｖＤ　は各々制御（ｃ ｏｎｔｒｏｌ）、スクリーン（ｓｃｒｅｅｎ）　、偏向（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ）電位を示すものであり、一般にこれらの電位は同一極性で各々電位が低下して いること（対向電極１０５が接地されていることを考慮して）がイオン流を誘電 受容表面１１０に移行させるために有利である。このような条件に関し、偏向電 位３７はスクリーン間口２２から現われるイオン流に対して反発するか、引き寄 せるか、中立に働らくかするように調整される。このことは使用者に表面１１０ 上の静電画像の位置を偏向軸に沿って制御できるという、ドツトマトリックス印 刷の分野で広く知られた重要な利点を提供できる。第３図の装置はイオンが引き 寄せられる場合よりも反発される場合の方がイオンの偏向に対するより正確な制 御ができることが一般に観察されている。

電極３１から発生する偏向領域は本装置の稼働に際して考慮されるべき付加的な 効果をもたらす、この領域は誘電表面１１０の方へイオンを引き寄せる加速領域 の正味の増加又は減少を起こさせ、従って生成される静電画像の拡大又は減少を 起こさせる。第３図の実施例において、イオンが偏向電極３１によって反発され る場合には静電画像の大きさを減少させる傾向がある。このような効果を補なう ため、画像が望ましい大きさとなるように制御電圧Ｖ。が増大される。上述した 如く、一定の電気的状態においては偏向電極はイオンの流れを完全に遮断しても 良い。

本発明の装置は画像位置の連続範囲を提供するためにアナログ・モードで作動し 、あるいは２つ又は限定された数の選択された画像位置を提供するためにスイッ チングモードで作動する。後で述べた方式で作動させた場合には、これらの電気 画像印刷ヘッドは制御電子機器の簡素化、経済化の要請に基いて、偏向電極によ って獲得される付加的な多重化をすることで、あらかじめ定められたデジタルラ スターを生成する。

第４図は本発明の他の実施例に基くイオン放射印刷ヘッド４０の部分断面図であ る。第３図の装置と比較すると、第４図はイオンの通路の反対側上に付加的な偏 向電極を付加したものであり；電極４１及び４３は各々電源４６．４８から供給 される独立の偏向電位を受ける。偏向電位ＶＤ、及びｖＤ２は介在するイオン流 に対してブツシュ−プル静電効果を創出し、従ってどのようなイオン偏向も双方 の電極の影響に帰すことができる６本実施例は静電画像の拡大、縮小傾向を画像 配置機能として減少し又は消滅させることができる。

第５図は第３図の電極配置を利用したドットマトリッ、クス印刷ヘッド３０’の 有利な設計を部分平面図で示したものである。印刷ヘッド３０’はここではイオ ンの放射する方向から見ており、一体の偏向電極３１で画成される延長された溝 ３９の中に見えるスクリーン電極２１の列中のスクリーン開口２２の縦列を含む 。

第６図は第４図において、断面で示した形式のドツトマトリックス印刷ヘッド４ ０′の部分平面図である。印刷ヘッド４０’はスクリーン開口２２の縦列をまた いで置かれた挟持偏向電極４１及び４３を包含する。

第７図及び第８図は本発明による他のイオン偏向機構を示す。第７図で断面図を 示した如く、イオン放射装置５０は同様の制御電極１３、作動電極１２、及び固 体誘電体１１を上述の装置に組みこんだものである。イオン発生器５０は第２図 乃至第６図の一個のスクリーン電極２２を分離電極５１．５３に取り替えたもの である。一対の分離したスクリーン電極５１ｃ、５３ｃを与えられた電極Ａは互 いに電気的に絶縁され、電源５６と５８によって各々別個のスクリーン電位ｖ８ ．及びｖｓ□を付与される。空気領域５６で発生したイオンは制御電位Ｖ　によ って形成される加速領域によって対向するスクリーン電極５３ｂ及び５１ｃの影 響を受けて引き寄せられる。

対向するスクリーン電位を異なったものにすると正味偏向領域を形成するのでイ オン進行方向に横方向の偏向成分Ｂ又はＣを誘導する。

第８図は第７図の電極形状に利用したマトリックス印刷ヘッド５０′の平面図で ある。印刷ヘッド５０’は誘電スペーサーブロック５９ａ、５９ｂ等で互いに挟 みあうスクリーンフィンガー５１．５３の列を組み込んでいる。イオンは制御ラ イン１３と作動ライン（不図示）の選択された交叉部分に発生し、上述したよう に、一対の対向するスクリーン電極５１．５３の調和作用の影響で引き寄せられ る。

第９図は印刷ヘッドの部分平面図中の偏向電極の別の形状であって、本出願人に 譲渡されたアメリカ合衆国特許第４４６，８２１号のデジタル・ラスタースキャ ン方式に特に有用である。印刷ヘッド６０’は階段状の偏向電極６１の列を組み 込んでいる。偏向電極６１の個々の段は印刷ヘッド６０の対向面上の対応する動 作ライン１２（想像線で示す）に垂直に設けられている。所与の動作ライン１２ のイオン発生部は同時に励起され誘導表面１００（第２図）上にイオンを溜らせ る。印刷ヘッド６０は第４４６．８２１号に述べられている如く、　イオン溜り の場所に補償補正を与えるために画像生成表面１００に関連して動く範囲内で、 制御電極１３（不図示）は作動ライン１２に対して鋭角に配置されている。この ため、個々の階段６９が作動ラインで画成されるラスターの軸に対して垂直とな るように階段形状の偏向電極６１を設けることが望ましい。

図面と明細書によって本発明の種々の観点を明らかにしたが、前述の詳細な説明 は例示に過ぎず、以下の請求の範囲中の発明の概念及び範囲を超えない限りにお いて、図示あるいは記述したものと実質的に同等な成分に置換できることを理解 すべきである。

浄書（内容に変更なし） ｌ先各１才欠術ノ 浄書（内容に変更なし） 浄書（内容に変更なし） 手　続　ネ市　正　書（方式） 昭和６３年　３月３０日 ＰＣＴ／ＵＳ８５１０１９９０ ２、発明の名称 静電画像生成用多電極システム ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．固体誘電体の両端側に制御及び作動電極を設け該電極間の時間により変動す る電位が固体誘電体と作動電極に隣接した空気領域にイオンを発生し；制御電極 に印加された加速電位がある極性のイオンを該空気領域からスクリーン電位に保 たれた画像生成表面に対して引き寄せ、静電潜像画像を形成するためのスクリー ン電極がイオンの流れを調整することを含む形式の改良された静電画像生成装置 において、 スクリーン電極と画像生成表面間のイオンの流路に隣接して偏向電極を設け、該 偏向電極をある偏向電位に保ち、イオンを選択的に偏向させることを改良点とし て含む静電画像生成装置。
2. ２．偏向電位、スクリーン電位、及び制御電位は背後電極に印加される基準電位 に比例して各々増加する絶体値を有する請求の範囲第１項に記載の装置。
3. ３．イオンの流路をまたぐ複数の偏向電極は集合的な静電場を提供するために個 別の偏向電位を受けることを包含する請求の範囲第１項に記載の装置。
4. ４．平板状の誘電体の対向表面上に制御及び及び作動の直線電極の横方向に配列 された平行列を含み、対応する偏向直線電極の列を含む形式の請求の範囲第１項 記載のマトリックス静電画像生成装置。
5. ５．制御電極は該作動電極列の軸に沿って動く相対移動画像生成表面上に画像を 生成するために作動電極列に対して鋭角に配置され、偏向電極は階段形状を有し 、該作動電極列の軸に対して垂直な一連の段を有する請求の範囲第４項記載の装 置。
6. ６．偏向電極は相互の偏向電極に各々適用された第１と第２の偏向電位に保持さ れた一連の挟まれた指状の電極を含む請求の範囲第４項に記載の装置。
7. ７．固体誘電体の両端側に制御及び作動電極を設け、該電極間に時間により変動 する電位を固体誘電体と作動電極に隣接した空気領域中にイオンを生成するため に印加し；該空気領域から画像生成表面にある極性のイオンを引き寄せるために 制御電極に印加される加速電位はスクリーン電位に維持され、静電潜像面像を形 成するためのスクリーン電極を含む形式の改良された静電画像生成装置において 、第１と第２のスクリーン電極は空気領域と画像生成表面間のイオンの流路をま たぎ、該スクリーン電極には該スクリーン電極の一方に選択された横方向に偏向 したイオン流れを許容するために各々第１と第２のスクリーン電位が供給される という改良点を包含する静電画像生成装置。
8. ８．各々のスクリーン電位は同一の極性であるが、対抗電極に印加される基準電 位と比例する前記制御電位よりも低い請求の範囲第７項に記載の装置。
9. ９．平板上誘電体の対向する表面上の横方向に配列された作動ラインと制御ライ ンの列を含み、電極の交叉点にイオン生成部が存在し、前記スクリーン電極は制 御ラインから誘電スペーサー体によって絶縁された指状電極の狭持列を含む指状 マトリックス画像生成のための請求の範囲第７項に記載の装置。
10. １０．スクリーン電極は該スクリーン電極を制御電極から絶縁する誘電スペーサ ー体に一組に設置される請求の範囲第７項に記載の装置。