JPH04363263A - 静電記録ヘッド - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電記録ヘッド、詳し
くは像担持体の誘電体表面上に対してコロナイオンを飛
翔させて静電潜像を形成するためのイオンフロー式の静
電記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種の静電記録方式にあって
は、像担持体の誘電体表面上に静電潜像を形成し、その
潜像をトナー現像して画像を得るものである。この場合
の潜像形成方法には種々な方式が提案されているが、そ
の一つとして、コロナ放電を利用してイオンを発生させ
、このイオン流を抽出制御して前記誘電体表面上に潜像
を形成する方法があり、これは例えば特表昭５７−５０
１３４８号公報において示されている。

【０００３】この方式は、誘電部材により分離された２
つの電極間に高周波電圧を印加して放電を生じさせると
ともに、その放電により発生したイオンを、プリント信
号に従って抽出し、制御電極により制御し、像担持体上
に潜像を形成させるものである。

【０００４】この方式によれば、像担持体上に非接触で
静電潜像を形成することができ、また、高速度での記録
が可能である。このため、最近の記録装置に求められて
いる高速・高信頼性のニーズに応えることができる。

【０００５】ところが、イオン流によって形成される静
電潜像は、潜像電位が高くなるに従って電界が歪曲し、
静電記録ヘッド１から流れ込むイオン流を拡散するよう
な電界が形成されてしまう。この静電潜像を保持してい
る像担持体２の近傍における電気力線Ｌと等電位面Ｅの
状況が図６で示すようになる。

【０００６】このような状況の電界により、後から流れ
込むイオン流が拡散し、記録ドットを拡大させてしまう
。このため、画像が膨張してしまったり、画像にぼけが
生じてしまうことが起きる。また、イオン流の拡散は開
孔以外の方向にも生じるため、その開孔を通過するイオ
ン流の密度が小さくなり、記録密度を上げることができ
ず、したがって、記録スピードを上げることもできない
といった不具合があった。

【０００７】このような問題点を解決するために改良さ
れた方式のものが、特開昭６２−３９６５号公報で示す
ものである。すなわち、前述したイオンフロー式の記録
ヘッドの構造に加えて開孔を有する絶縁性スペーサおよ
び開孔を有する第２の制御電極とを配設し、前記第１お
よび第２の制御電極間に可変バイアス電圧を印加し、イ
オン流を収束させる方式のものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この第
２の制御電極を付加する方式はその静電記録ヘッドの構
造や製造工程がかなり複雑になるという欠点がある。構
造や製造工程が複雑になれば、それに伴って形状的な欠
陥や位置ずれが生じる可能性が高くなり、これらが生じ
た場合には放電のばらつきが生じてしまう。また、この
方式では、イオン流の収束は行えるが前記バイアス電圧
を印加した場合、第１の制御電極にイオン流が吸い込ま
れ、イオン電流量が減少する傾向があるという欠点もあ
る。

【０００９】本発明は前記課題に着目してなされたもの
であり、その従来技術の欠点を解消し、イオン流出用開
孔を通過するイオン流を効率よく収束させ、イオン流ド
ットの広がりやぼけを防ぐとともに、イオン流出用開孔
を通過するイオン電流量を低下させることが少なく、イ
オン電流密度の高い精度のよいプリントができる静電記
録ヘッドを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決する手段および作用】前記課題を解決する
ために本発明は、静電記録ヘッドの制御電極はイオン流
の収束手段を有する。その手段の第１の例として、前記
制御電極の開孔形状をイオン発生源側よりイオン放出側
に向かいその径を増大させるものとし、いわゆる樽型の
電界を発生させ、イオン流を収束させる。また、第２の
例として、半導体層を挾んで第２の制御電極を設け、第
１の制御電極と第２の制御電極間にバイアス電圧を印加
し、いわゆる樽型の電界を発生させるとともに、半導体
層内部のイオン発生部側からイオン放出側に電流を流す
通電手段により、筒型の磁界を発生させ、電界と磁界に
より効率よくイオン流を収束させる。そして、前記イオ
ン収束手段により、イオン流の拡散を少なくし、画像の
膨張やぼけを防ぎ、イオン流密度の低下を少なくするの
である。

【００１１】

【実施例】図１および図２は本発明の第１の実施例を示
すものである。図１は本発明のイオン流による電荷ドッ
トを形成する記録ヘッド装置１１における一つの電荷ド
ット打込み素子部分を拡大して示しており、図２はその
記録ヘッド装置１１を使用したドラム型転写方式の画像
記録装置１２の一例の構成を概略的に示している。

【００１２】図１において示すように、記録ヘッド装置
１１の記録ヘッド２０は、第１の誘電体層２１とこれを
挾む第１の放電電極としてのライン電極２２と第２の放
電電極としてのフィンガー電極２３とを有してなるイオ
ン発生源を構成してなり、フィンガー電極２３には前記
ライン電極２２に対向する部分にそれぞれ位置して開孔
２３ａが設けられている。

【００１３】さらに、記録ヘッド２０は前記フィンガー
電極２３との間に第２の誘電体層２４を介在させた制御
電極２５を設け、これによりイオン制御部を構成してい
る。この制御電極２５には前記フィンガー電極２３の開
孔２３ａにそれぞれ対応して位置する開孔２５ａが形成
されている。また、第２の誘電体層２４には、同じく前
記フィンガー電極２３の開孔２３ａにそれぞれ対応位置
して開口し、前記各開孔２３ａ，２５ａのいずれよりも
大きい径の開孔２４ａを形成している。

【００１４】そして、この記録ヘッド２０は全体として
各電極２２，２３，２５および各誘電体層２１，２４が
重ね合わされて一体的な積層体を構成しており、フィン
ガー電極２３、第２の誘電体層２４、制御電極２５の開
孔２３ａ，２４ａ，２５ａは同軸的に一致して貫通する
とともに記録ドットに対応したイオン流通路２６を構成
している。

【００１５】また、前記ライン電極２２とフィンガー電
極２３には交流電圧源２７が接続され、その電極２２，
２３間には一定の周期で交流電圧が印加されるようにな
っている。フィンガー電極２３には前記交流電圧のタイ
ミングに合わせて動作するスイッチング回路２８を通じ
て信号電圧源２９より画像情報に応じた信号電圧が印加
されるようになっている。また、制御電極２５には制御
電圧源３０からイオン流と逆極性で定電圧のバイアス電
圧が印加されている。

【００１６】さらに、図１で示すように、静電記録ヘッ
ド２０における制御電極２５には、前記イオン発生源側
からイオン放出側へ向かうに従って次第に径が大きくな
る開孔２５ａが形成されている。つまり、この開孔２５
ａは、イオン発生源側からイオン放出側へ向って広がる
いわゆるラッパ状の内周面を形成してなり、これにより
後述するようにその開孔２５ａを通るイオン流を収束す
る手段を構成している。

【００１７】また、この制御電極３３ａはイオン流を収
束する効果をより上げるため、これまでの制御電極に比
べてイオン流の流れ方向の厚さを大きくしてある。例え
ばライン電極２２やフィンガー電極２３と同様にその厚
さが、９〜３０ミクロンの範囲であるが、それ以上で、
例えば４０〜１００ミクロンで形成されている。

【００１８】さらに、制御電極２５の像担持体面側には
開孔３６ｂを有する誘電層３６を重ねて設ける。開孔３
６ｂはこれに対応する制御電極２５の開孔２５ａに同軸
的に設けられるとともに、その制御電極２５の開孔２５
ａの最大径に一致またはそれ以上の径で形成されている
。

【００１９】図２において、３１は矢示方向に所定の周
波数で回転駆動される像担持体としての固体誘電体ドラ
ム（以下、単にドラムと記す）であり、これは導電体基
体３１ａ上に誘電体層３１ｂを形成してなるものである
。ドラム３１の周囲には、そのドラム３１の回転方向に
沿って前記記録ヘッド２０の後に続けて、現像器３２、
転写帯電器３３、クリーナ３４、除電器３５が、順次配
置されている。

【００２０】次に、この実施例における静電記録の動作
について順次説明する。まず、除電器３５により除電さ
れたドラム３１の像担持面に対する記録ヘッド２０の静
電潜像形成動作は次のようにして行われる。ライン電極
２２とフィンガー電極２３との間には、交流電圧源２７
によって一定の周期での交流電圧、例えば周波数１ＭＨ
Ｚ　、ピーク・ピーク間電圧２．５ＫＶＰ−Ｐ　の交流
電圧を印加すると開孔２３ａの近傍には、正・負のイオ
ンが発生する。このとき、制御電極２５には−６００Ｖ
の電圧が印加されている。

【００２１】今、前記交流電圧のタイミングに合わせて
スイッチング回路２８を通じて信号電圧源２９より画像
情報に応じた信号電圧、例えば−６２０Ｖの電圧をフィ
ンガー電極２３に印加すると、その開孔２３ａの部分に
ある負のイオンが、フィンガー電極２３と制御電極２５
との間の電位差により、制御電極２５の開孔２５ａを通
過して像担持体としてのドラム３１の像担持表面上に向
けてイオン流が放出され、その負イオンが画素として像
担持体面上に潜像として記録される。これがフィンガー
電圧オンの状態である。

【００２２】一方、記録を行なわないときは、フィンガ
ー電極２３に対して接地（０Ｖ）するか、もしくは少な
くとも制御電極２５に印加される電圧よりも高い電圧（
例えば−４２０Ｖ）を印加する。これにより、イオンの
放出はなされない。これがフィンガー電圧オフの状態で
ある。

【００２３】したがって、画像情報に応じてフィンガー
電極２５に印加する信号電圧を選択することで、ドラム
３１の像担持体面に画像情報に応じた電荷パターン（潜
像）を形成することができる。

【００２４】しかして、記録ヘッド２０の長手方向に沿
って配列された個々の電荷ドット打込み素子部のフィン
ガー電極２５に対する電圧印加を、形成すべき目的画像
の時系列画素信号に対応させて図示しない制御回路で選
択的に主走査制御し、その主走査方向と直角の方向に記
録ヘッド２０とドラム３１とを相対的に副走査移動させ
ることにより、ドラム３１の像担持体面に目的画像の静
電潜像が電荷ドットを画素とする電荷パターンとして順
次に形成される。

【００２５】イオン流の収束を高めるためには制御電極
２５と像担持体としての固体誘電体ドラム３１の像担持
面との空隙距離は小さい方がよいが、一方、その空隙距
離が小さくなるに従い、開孔２５ａの周辺部に異物が付
着した場合や開孔２５ａに形状的な欠陥がある場合には
制御電極２５と像担持体面の間での放電が生じ易くなる
。例えば制御電極２５の電圧を−６００Ｖとすれば、前
記空隙距離が１５０μｍ以下では制御電極２５と像担持
体面の間での放電が生じることがある。

【００２６】そこで、この実施例ではその空隙での放電
を防ぐために制御電極２５の像担持体面側に開孔３６ｂ
を有する誘電層３６を重ねて設けたのである。これによ
り開孔２５ａの周辺部に異物が付着した場合や開孔２５
ａに形状的な欠陥がある場合の放電を防止できる。

【００２７】図１で示すように、フィンガー電圧がオン
の状態において、イオン発生源の発生端からの電気力線
のうち、その中心部の電気力線はフィンガー電極２３と
制御電極２５の開孔中心に沿っている。周辺部に位置す
る電気力線はフィンガー電極２３と制御電極２５との間
の空隙で一旦広がるが、その電気力線が制御電極２５の
開孔２５ａの開口周面に対して垂直に交わろうとするこ
とから、制御電極２５の開孔２５ａ内でいわゆる樽型に
絞り込まれたのち、ドラム３１の像担持体面側へ向かう
。イオンはその電気力線に沿って流れる。なお、Ｅは等
電位線を示す。

【００２８】ところで、大気中のイオンは熱運動による
衝突を繰り返しているが、ここに電界が印加された場合
、巨視的に電界方向へドリフトする。そして、像担持体
面でのドットの広がりを生じるイオン流の拡散の大きさ
は電界方向へのドリフト速度と熱速度の比によって決ま
る。この実施例においてはイオンのドリフト速度と熱速
度が大きく異ならず、荷電粒子の運動は電界の拘束を強
く受けている。そのため、図１で示すように、前記樽型
に絞り込まれた電気力線を生じさせれば、イオン流をそ
の樽型の電気力線に応じて収束させることができ、像担
持面上の静電潜像による電界の歪曲が生じた場合にも、
イオン流の拡散を少なくすることができるのである。

【００２９】この実施例においては、特に、放電のばら
つきを発生させる構成部品を追加せずにイオン流の収束
が可能であり、また、イオン電流量の減少も少ない。ま
た、開孔の形状的な欠陥や開孔周辺部に異物の付着を充
分に取り除くことができる。さらに、前記放電が防げる
場合には、前記誘電層２４がなくてもイオン流の収束は
可能である。

【００３０】除電されたドラム３１の像担持面に対し、
前述の記録ヘッド２０によって画像信号に応じた静電潜
像が、例えば負極性の電荷ドットによる電荷パターンと
して順次に形成されていく。ドラム３１上に記録された
電荷パターンは現像器３２の正極性を有するトナーによ
り現像される。

【００３１】次いで、ドラム３１上のトナー像は転写帯
電器３３により、図示しない給紙部からその像転写帯電
器３３とドラム３１との間に給送された転写材３７上に
順次に転写される。

【００３２】この転写後、ドラム３１はクリーナ３４に
よる転写残りトナーの除去を受けてクリーニングされた
後、除電器３５で除電され、繰り返して上述したような
像形成に使用される。一方、トナー像の転写材３７は定
着器３８により像定着されて機外へ排出される。

【００３３】図３は本発明の第２の実施例を示すもので
ある。なお、図１において示した第１の実施例と同一の
構成部分については同一の符号を付す。この図３におい
て、開孔２５ａを有する第１の制御電極２５の像担持体
面側には、開孔４１ａを有する半導体層４１を重ねて設
けてある。この半導体層４１の像担持体面側には開孔４
２ａを有する第２の制御電極４２を重ねて設けている。 フィンガー電極２３、第２の誘電体層２４、第１の制御
電極２５、半導体層４１および第２の制御電極４２の各
開孔２３ａ，２４ａ，２５ａ，４１ａ，４２ａは、同軸
的に連通する状態で設けられている。

【００３４】さらに、第２の制御電極４２には、イオン
流と逆極性の定電圧を印加する制御電圧源３０が接続さ
れている。また、第１の制御電極２５と第２の制御電極
４２には、第２のスイッチング回路４３を介してバイア
ス電圧源４４が接続され、第１の制御電極２５に対して
第２の制御電極４２に負のバイアス電圧が選択的に印加
されるようになっている。この第２のスイッチング回路
４３は、図で示すように、第１の制御電極２５に対して
第２の制御電極４２に負のバイアス電圧を印加する状態
と、第１の制御電極２５と第２の制御電極４２を導通す
る状態とのいずれかに選択することができる。

【００３５】したがって、第２の制御電極４２には制御
電圧源３０によりイオン流と逆極性の定電圧が印加され
、第２のスイッチング回路４３が第１の制御電極２５に
対して第２の制御電極４２に負のバイアス電圧を印加す
る状態に切り換えた状態においては、バイアス電圧源４
４により第１の制御電極２５の電位に対して負のバイア
ス電圧が第２の制御電極４２に印加される。また、第２
のスイッチング回路４３が第１の制御電極２５と第２の
制御電極４２とを導通する状態においては、バイアス電
圧源４４により第１の制御電極２５と第２の制御電極４
２にイオン流と逆極性の定電圧が同電位で印加される。

【００３６】しかして、電圧源３０により第１の制御電
極２５と第２の制御電極４２の間にバイアス電圧を印加
し、フィンガー電極２３に電圧を印加したオンの状態に
すると、図３で示すような樽型の電気力線が形成される
。また、半導体層４１の内部には第１の制御電極２５か
ら第２の制御電極４２へ向かうの向きに電流ｉが流れ、
この通電手段による電流ｉにより制御磁界Ｂが発生する
。図４は像担持体側が見た開孔４１ａおよびその周囲の
制御磁界Ｂの状態を模式的に表している。すなわち、半
導体層４１の内部を流れる電流により、開孔４１ａには
像担持体側から見て右回りの円筒形の磁界Ｂが形成され
る。開孔４１ａを通過する負のイオンはその磁界Ｂによ
り、開孔４１ａの中心方向へ向かう向きのローレンツ力
を受ける。このローレンツ力によりイオン流の収束が得
られる。

【００３７】このように負のイオンは、電界、磁界によ
り収束方向の力を受け、イオン流の収束が効率よく行わ
れる。これにより電荷ドットのぼけや、広がりを防ぐこ
とができ、イオン流の電流密度が高められる。また、こ
の第２の実施例においては、電界に加え、磁界Ｂによっ
てもイオン流の制御を行なっているため、電界のみでイ
オン流を制御する手段に比べ、第１および第２の制御電
極２５，４２の間のバイアス電圧を小さく設定できる。 このため、イオン流の収束を行なっても、イオン電流量
の減少を小さくすることができる。

【００３８】前記第１および第２の実施例において、イ
オン発生源を誘電体層２１を挾んでマトリックス状に配
置されたライン電極２２（第１の放電電極）および制御
電極２５，４２側に位置するフィンガー電極２３（第２
の放電電極）により構成されるものとしたが、イオン発
生源は制御電極２５，４２の全開孔に共通した一つのコ
ロトロンであっても、前記第１および第２の実施例と同
様なイオン流制御部を設けることによって、イオン流の
収束が可能である。

【００３９】図５はイオン発生源をコロトロンとし、第
１の実施例と同様なイオン制御部を設けた例である。直
流電源５１によって直流電圧が印加されたコロナワイヤ
５２から発生したイオンは全方向に拡散し、一部はケー
シング５３に吸収され、制御電極２５の開孔２５ａに向
かうイオン流は、第１の実施例と同様にして収束される
。本発明は前記実施例のものに限定されるものではなく
、その他の種々の変形例が考えられるものである。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の静電記録ヘ
ッドによれば、イオン流出用開孔を通過するイオン流を
効率よく収束させ、イオン流ドットの広がりやぼけを防
ぐとともに、イオン流出用開孔を通過するイオン電流量
を低下させることが少なく、イオン電流密度を高めるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す記録ヘッド装置の
断面図。

【図２】前記記録ヘッド装置を使用したドラム型転写方
式の画像記録装置の一例の構成を概略的に示す説明図。

【図３】本発明の第２の実施例を示す記録ヘッド装置の
断面図。

【図４】同じく本発明の第２の実施例を示す記録ヘッド
の開孔を下から見て制御磁界の状態を模式的に表した説
明図。

【図５】本発明の記録ヘッド装置の変形例を示す断面図
。

【図６】従来のものにおける記録ヘッドから像担持体の
近傍における電気力線と等電位面の状況を示す説明図。

【符号の説明】

１１…記録ヘッド装置、１２…画像記録装置、２０…記
録ヘッド、２１…第１の誘電体層、２２…ライン電極、
２３…フィンガー電極、２５…制御電極、２６…イオン
流通路、２７…交流電圧源、２８…スイッチング回路、
２９…信号電圧源、３６…誘電層。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　イオン発生源とイオン制御部とを有し
   た静電記録ヘッドにおいて、イオン発生源のイオン放出
   側に記録ドットに対応した開孔を有する制御電極を設け
   るとともに、前記制御電極が放出するイオンを収束する
   手段を有することを特徴とする静電記録ヘッド。
2. 【請求項２】　　前記イオン収束手段が、イオン発生源
   側よりイオン放出側に向かいその径を増大させる制御電
   極の開孔形状であることを特徴とする請求項１に記載の
   静電記録ヘッド。
3. 【請求項３】　　前記イオン収束手段が、イオン制御部
   においてイオン発生部側からイオン放出側に電流を流す
   ことにより生じる電磁界でイオン収束作用を起す通電手
   段であることを特徴とする請求項１に記載の静電記録ヘ
   ッド。
4. 【請求項４】　　イオン発生源が誘電体を挾んでマトリ
   ックス状に配置された第１および前記制御電極側に位置
   する第２の放電電極により構成されるとともに前記第２
   の電極のマトリックス交点部にイオン発生のための開孔
   を有することを特徴とする請求項２または請求項３に記
   載の静電記録ヘッド。
5. 【請求項５】　　イオン発生源が制御電極の全開孔に共
   通した一つのコロトロンであることを特徴とする請求項
   ２または請求項３に記載の静電記録ヘッド。