JPH0872292A

JPH0872292A - イオン書込みヘッド

Info

Publication number: JPH0872292A
Application number: JP21623994A
Authority: JP
Inventors: Masashi Fuse; 雅志布施; Yoshiyuki Asabe; 喜幸浅部; Kazu Tomoyose; 壱友寄
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1994-09-09
Filing date: 1994-09-09
Publication date: 1996-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】小型で、イオンの利用効率の高いイオン書き
込みヘッドを提供すること。【構成】誘電体により構成される潜像担持体２８上に
荷電粒子を選択的に付着させて静電潜像を形成するイオ
ン書き込みヘッド１６であって、基板１７上に形成され
た複数の個別電極２１と、前記個別電極２１上に形成さ
れ加熱されることにより荷電粒子を生成するための電子
を放出し得る電子放出部２２と、前記電子放出部２２を
加熱するための加熱部２４と、前記個別電極２１と協働
して前記電子放出部２２から放出された電子を加速する
ためのゲート電極２６とを有することを特徴としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、誘電体により構成され
る潜像担持体上に外部から画像に対応した荷電粒子を選
択的に付着させて静電潜像を形成する静電記録装置等に
好適なイオン書込みヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、従来の電子写真方式において潜像
担持体として用いられている感光体と比較して、潜像担
持体の機械的な強度が高く、温度や繰り返しに対する安
定性も優れている誘電体により形成される潜像担持体を
用いるとともに、従来の光に代わって荷電粒子（イオ
ン）を用いて静電潜像の形成を行なうイオン書込み式の
印字装置が、高速で印字枚数が非常に多く、メンテナン
スの頻度の少ない業務用高速印字装置等に多用されてい
る。そして、イオン書込み式の印字装置は、感光体を用
いた電子写真方式の印字装置と比較して潜像電位の制御
が容易なため、トナー等の現像剤の付着量を制御するこ
とにより濃度階調を有する印字に適しており、濃度階調
の再現性が重視されるフルカラーの印字装置等に適して
いる。

【０００３】以下、このような従来のイオン書込みヘッ
ドについて説明する。

【０００４】図２２は従来のイオン書込みヘッドの一例
を示すものであり、（ａ）は全体の形状を示す斜視図で
あり、（ｂ）は要部の構成を示す縦断面図であり、
（ｃ）はライン電極とフィンガー電極との配置状態を示
す説明図である。

【０００５】図２２の（ａ）に示すように、従来のイオ
ン書込みヘッド１ａは、一方の表面にスクリーン電極２
が設けられ、その表面に複数の開口３が鋸歯状に配列し
て形成されており、全体として略平板状とされている。
そして、図２２の（ｂ）に示すように、スクリーン電極
２と、開口３を持つフィンガー電極４と、ライン電極５
とがそれぞれ所望の誘電体からなる絶縁層６を介して配
設されている。また、図２２の（ｃ）に示すように、フ
ィンガー電極４の開口３とライン電極５とは、マトリッ
クス状に配置されている。そして、図２２の（ｂ）に示
すように、イオン書込みヘッド１ａは各開口３を潜像担
持体７に対向するようにして配設されている。

【０００６】このような従来のイオン書込みヘッド１ａ
においては、フィンガー電極４とライン電極５との間
に、図示しない所望の駆動回路により、例えば、周波数
１ＭＨｚ、電圧１ｋＶ程度の高周波電圧を印加し、フィ
ンガー電極４の周辺の大気中に放電による荷電粒子とし
てのイオン８（図２２の（ｂ））を発生させるようにな
っている。また、図２２の（ｃ）に示すように、ライン
電極５は複数個設けられており、順次その中の一つに高
周波電圧が印加されるようになっている。そして、スク
リーン電極２には、−６００Ｖの直流電圧が印加され、
フィンガー電極４には待機時に−７００Ｖ、印字時に−
４００Ｖの電圧が印加されるようになっている。さら
に、印字時のパルス幅は、例えば、２０μＳ程度とさ
れ、フィンガー電極４の周辺の大気中に発生した、例え
ば、マイナスの極性のイオン８をスクリーン電極２によ
り制御し、図２２の（ｂ）に示すように、開口３を通し
て潜像担持体７に衝突させるようになっている。

【０００７】前記潜像担持体７は、図２２の（ｂ）に示
すように、金属ドラム９の表面に所望の誘電体層１０が
形成されたいわゆる誘電体ドラム１１とされ、前記金属
ドラム９は接地されている。そして、前述したように、
荷電粒子としてのマイナスの極性のイオン８を誘電体ド
ラム１１の表面に衝突させることにより、図示しない所
望の画像に対応した静電潜像を誘電体ドラム１１の表面
に形成するようになっている。

【０００８】図２３は他の例の従来のイオン書込みヘッ
ド１ｂを示すものであり、この従来のイオン書込みヘッ
ド１ｂにおいては、荷電粒子としてのイオン８の発生に
コロトロン１２を用いており、その前面に所望の複数の
開口１３を有する二枚の制御電極１４，１４が配置さ
れ、適宜な駆動回路１５により駆動されるようになって
いる。そして、二枚の制御電極１４，１４の間に加える
電圧の極性により、コロトロン１２にて発生させたイオ
ン８、例えば、プラス極性のイオン８が開口１３から潜
像担持体７へ到達させるか否かを制御するようにされて
いる。また、二枚の制御電極１４，１４の間の距離は、
例えば、１００μｍ程度とされ、開口１３の直径は２０
０μｍ程度とされている。さらに、イオン書込みヘッド
１ｂの解像度は８ドット／ｍｍ程度とされている。ま
た、前記開口１３は、前述した図２２の（ａ）に示すヘ
ッド１ａの開口３と同様に鋸歯状に配列されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来のイオン書込みヘッド１（符号は従来のイオン書
込みヘッド１ａ、１ｂを総称する）においては、潜像形
成に必要な量だけのイオン８をリアルタイムにて発生さ
せることが不可能なため、常時多量のイオン８を発生さ
せ、その一部をスクリーン電極２あるいは二枚の制御電
極１４，１４等により潜像担持体７上に導いて静電潜像
を形成するようにされている。このため、発生させたイ
オン８の利用効率が低く、イオン８と同時に発生するオ
ゾンの処理や、消費電力の増大、ヘッド１の大型化、高
電圧を制御する制御電極用の駆動回路１５の大型化や高
価格化等という種々の問題点があった。

【００１０】また、従来のイオン書込みヘッド１におい
ては、イオン８が通過する開口３，１３の大きさの下限
に制約があるという問題点があった。この制約の一つは
発生したイオン８の利用効率を大きくするためであり、
もう一つは高電圧を印加するスクリーン電極２または制
御電極１４の加工精度と絶縁耐圧を保持させなければな
らないということである。

【００１１】つまり、大きな開口３，１３を有するスク
リーン電極２または制御電極１４を用いることの問題点
は、制御電圧の絶対値が大きくなる点と、イオン書込み
ヘッド１から潜像担持体７に向かって流れるイオン８
（イオン流）を絞った場合に形成される静電潜像の１ド
ットの直径が十分に小さくならないという点である。イ
オン流を絞る場合には、電極２，１４に加わる電圧のた
めにイオン流の直径は制御電極２，１４の開口３，１３
の直径の数分の一程度に集束される。このため、形成さ
れる静電潜像の１ドットの直径はイオン流を増やした場
合に比べて小さくなる。しかし、集束率の限界のためイ
オン流を絞った場合の静電潜像の電位は中間的な値とな
り、電位により中間調を再現することになる。

【００１２】また、トナーの付着量により濃度階調を再
現する場合に、面積階調の場合の再現性は良いが、濃度
階調の場合の再現性はトナーの帯電量のばらつき等の要
因により再現性があまりよくない。一般に、従来のイオ
ン書込みヘッド１は、他の書込み方式に比べて濃度階調
の再現性が優れていると言われている。この再現性につ
いて厳密にみると、イオン８の流量が多く面積階調の領
域に入る場合の階調の再現性や安定性は優れているが、
イオン８の流量を絞った場合の階調再現性は高濃度領域
に比べると劣っている。そして、静電潜像の面積は変わ
らず電位の変化により階調の再現を行なう場合には、静
電潜像の形成が入力信号に対して正確に行なわれても現
像工程でトナーの付着量のばらつきなどの画像の品位を
劣化させる要因が多く、結果的に面積階調における階調
再現性よりも劣ったものにならざるを得ない。

【００１３】前記開口３，１３の大きさを小さくできな
いことは、解像度を上げられないことと、開口３，１３
を一直線上に並べられないなどの設計上の制約という問
題点を有している。

【００１４】一般に、電子写真方式の印字装置において
も、白と黒の二値画像の再現性に対しては一定レベルの
印字品質を得ることができるが、中間調を含む画像の再
現性は良くない。そこで、現在の電子写真方式において
は、ディザを用いた面積階調によって疑似的に中間調を
再現する方法が主流になっており、ディザを用いた場合
の印字の解像度は、静電潜像形成手段における解像度に
比べて大幅に低下する。

【００１５】代表的なディザのマトリクスは４×４画素
や６×６画素程度で形成される。その場合の階調再現性
は１６段階および３６段階になり、形成される画像の解
像度は１／４または１／６となる。階調再現性を重視す
る場合に、実用的な解像度を得るためには非常に解像度
の高い静電潜像を形成する必要がある。

【００１６】従来のイオン書込みヘッド１を用いた印字
装置においては、中間調の再現性が優れているため、デ
ィザに頼らないでも濃度階調の再現が可能である。その
ため開口３，１３の大きさの制限等のため解像度を上げ
られないという問題点を濃度階調の再現性で補うことが
できると考えられてきた。つまり、写真のような階調再
現性が優先される用途においては、解像度は低くても階
調再現性が優れていれば再現性を補うことができるが、
文字の印字等の高い解像度が要求される用途において
は、階調再現性を利用して多少の改善は行なえるとして
も、高い解像度を持つ電子写真方式に対して大幅に劣っ
た印字品質しか得られないという問題点があった。

【００１７】また、従来のイオン書込みヘッド１におい
ては、複数の開口３，１３を印字幅方向に一直線に形成
することができず、斜めに複数の開口３，１３を並べ、
時分割にて一つのラインの静電潜像を形成する方式が用
いられており、潜像担持体７に速度のムラがあったり、
書込みのタイミングがずれたりすると、静電潜像の位置
がずれて印字品質が大幅に低下するという問題点があっ
た。また、画像の並べかえやタイミングの発生等で、図
示しない制御回路および駆動回路１５などが複雑で高価
なものになりやすく、しかも、イオン書込みヘッド１自
体が大型化し、イオン書込みヘッド１と潜像担持体７と
の間の距離を一定に保つことが難しくなるという問題点
があった。

【００１８】本発明はこれらの点に鑑みてなされたもの
であり、前述した従来のものにおける問題点を克服し、
小型で、イオンの利用効率の高いイオン書込みヘッドを
提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ため請求項１に記載の本発明のイオン書込みヘッドは、
誘電体により構成される潜像担持体上に荷電粒子を選択
的に付着させて静電潜像を形成するイオン書込みヘッド
であって、基板上に形成された複数の個別電極と、前記
個別電極上に形成され加熱されることにより荷電粒子を
生成するための電子を放出し得る電子放出部と、前記電
子放出部を加熱するための加熱部と、前記個別電極と協
働して前記電子放出部から放出された電子を加速するた
めのゲート電極とを有することを特徴としている。

【００２０】そして、請求項２に記載の本発明のイオン
書込みヘッドは、請求項１において、前記個別電極が前
記加熱部を兼用することを特徴としている。

【００２１】さらに、請求項３に記載の本発明のイオン
書込みヘッドは、請求項１又は請求項２において、前記
電子放出部が強誘電体を主体として形成されていること
を特徴としている。

【００２２】また、請求項４に記載の本発明のイオン書
込みヘッドは、請求項１乃至請求項３の何れか１項にお
いて、前記加熱部を所定のタイミングで発熱させる駆動
回路を有することを特徴としている。

【００２３】

【作用】前述した構成からなる本発明のイオン書込みヘ
ッドは、いわゆる熱電子放出の原理を用いてイオンを発
生させるものであり、基板上に形成した加熱部を加熱す
ることにより、電子放出部を加熱してここから熱電子を
放出させ、この電子をゲート電極と個別電極との間に印
加されている電界により加速してイオンを生成し、この
イオンを個別電極と潜像担持体との間に印加されている
電界により潜像担持体の表面に移動させて潜像担持体の
表面に静電潜像を形成することができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例により説明
する。

【００２５】図１から図３は本発明に係るイオン書込み
ヘッドの第１実施例を示すものであり、図１は要部の構
成を示す縦断面図であり、図２は要部の構成を示す一部
切断平面図であり、図３は駆動回路を示す回路図であ
る。

【００２６】図１および図２に示すように、本実施例の
イオン書込みヘッド１６は、基板１７上に熱絶縁層１８
が配設されており、この熱絶縁層１８の上面には、ヒー
タ層１９が配設されている。そして、ヒーター層１９の
上面には、中間絶縁層２０を介して分解能（画素数）に
対応した複数のカソード電極と称される、例えば、直径
３０μｍ程度の基部７７を有する個別電極２１が図にお
いて左右方向（印字幅方向）に一列状に整列配置されて
いる。さらに、各個別電極２１の基部７７の上面には、
荷電粒子（イオン）を生成するための電子を放出し得る
電子放出部２２が配設されている。また、ヒータ層１９
の上面には、ヒータ層１９の発熱を各電子放出部２２に
対して集中させるための導電層２３が各電子放出部２２
に対向する部位を除いて配設されている。つまり、本実
施例においては、ヒータ層１９の各電子放出部２２に対
応する導電層２３に覆われていない部位が、各電子放出
部２２を加熱するための加熱部２４とされている。さら
にまた、基板１７上には、各電子放出部２２を中心とし
た、例えば、直径２０μｍ程度の円形の開口２５を有す
るゲート電極２６が適宜な厚みの絶縁層２７を介して配
設され、全体として略平板状に形成されている。

【００２７】前記基板１７の素材としては、耐熱性が高
く、必要な機械強度と加工性を持つもので有ればよく、
アルミナセラミック、ガラス等の絶縁物や表面をＳｉＯ
₂等の絶縁物で被履したシリコン基板等の種々のものを
選択することができる。

【００２８】前記熱絶縁層１８の素材としては、熱伝導
率の小さい高融点ガラス、発泡ガラス、ジルコニアセラ
ミック、二酸化ケイ素等の種々のものを選択することが
できる。

【００２９】前記ヒータ層１９の素材としては、タング
ステン、ニクロム、窒化タンタル等の種々のものを選択
することができる。

【００３０】前記中間絶縁層２０の素材としては、大き
な電界が加わり発生したイオンに曝されるため、絶縁性
能および安定性が高い、ＳｉＯ₂、Ａ１₂Ｏ₃等の無機
物の絶縁物を用いることが望ましい。

【００３１】前記個別電極２１の素材としては、導電性
と加工性を考慮し、白金、タングステン、タンタル、モ
リブテン等の金属素材を用いることが望ましい。

【００３２】前記電子放出部２２の素材としては、加熱
により電子を放出する熱電子放出作用を有する強誘電
体、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウ
ム、ジルコン酸バリウム、ジルコン酸ストロンチウムな
どを例示することができ、これらを必要に応じて単独あ
るいは組み合わせて用いることができる。

【００３３】前記導電層２３の素材としては、ヒータ層
１９より小さな電導率を有し耐熱性に高い白金、タンタ
ル、タングステン、モリブデン等が望ましい。

【００３４】前記ゲート電極２６の素材としては、モリ
ブテン、タンタル等の種々のものを選択することができ
る。

【００３５】前記絶縁層２７の素材としては、大きな電
界が加わり発生したイオンに曝されるとともに熱が加わ
るので、熱損失が少なく絶縁性能および安定性が高い、
透明あるいは白色のＳｉＯ₂、Ａ１₂Ｏ₃等の無機物の
絶縁物を用いることが望ましい。

【００３６】また、図１に想像線にて示すように、前記
イオン書込みヘッド１６のゲート電極２６に対向するよ
うにして静電潜像が形成される潜像担持体２８が配設さ
れるようになっており、この潜像担持体２８は、所望の
金属基体２９の表面に適宜な誘電体層３０が形成される
とともに、前記ゲート電極２６から１００μｍ程度の一
定の距離Ｇ（ギャップ）を隔てて配設され、前記各電子
放出部２２が配置されている主走査方向に対して直交す
る副走査方向に一定速度をもって移動自在にされてい
る。

【００３７】図３に示すように、本実施例のイオン書込
みヘッド１６の駆動回路３１は、潜像担持体２８のイオ
ン書込みヘッド１６に対して反対側に設けられた金属基
体２９を背面電極３２として接地することにより基準電
位が形成されている。この駆動回路３１は、ゲート電極
２６に対してマイナスの極性の電圧を供給する潜像書込
み用電源ＶＬが電気的に接続されるとともに、ゲート電
極２６は、各個別電極２１に対する共通電極とされてい
る。そして、各個別電極２１は、それぞれ適宜な駆動ト
ランジスタ３３に接続されるとともに、各駆動トランジ
スタ３３はゲート電極２６を基準電位とし、ゲート電極
２６に対してマイナスの極性の電圧を印加する電子加速
用電源ＶＥに電流設定抵抗３４を介して接続されてい
る。また、ヒータ層１９には、加熱部２４の発熱温度を
常に一定の温度に制御するための図示しない温度制御部
を介して加熱用電源ＶＨが電気的に接続されている。な
お、ヒータ層１９に対する加熱用電源ＶＨの通電は、制
御指令に基づいて、各画素の静電潜像の形成に同期した
パルス電圧により制御することが好ましい。

【００３８】前記駆動回路３１について更に説明する
と、本実施例の駆動回路３１は、定電流回路により構成
されており、この定電流回路の電流は、各駆動トランジ
スタ３３のエミッタに接続された電流設定抵抗３４と、
各駆動トランジスタ３３のベースに加えられる電圧によ
って決定される。そして、各駆動トランジスタ３３のベ
ース電圧は、抵抗を梯子型に組み合わせたＤ／Ａ変換回
路３５を介して重み付けされたディジタル信号を入力す
ることにより印加される。さらに、イオン書込みヘッド
１６に対する入力信号は、各々が別の重みを持つシリア
ル信号３６とされ、各々のシリアル信号３６に対応する
シフトレジスタ３７によりパラレル信号に変換される。
また、このパラレル信号は、一旦ラッチ３８に保持され
た後、ラッチ信号３９により、ゲート回路４０に出力さ
れ、ゲート回路４０によりストローブ信号４１とのアン
ドを取りＤ／Ａ変換回路３５に入力される。このストロ
ーブ信号４１は、個別電極２１のゲート電極２６に対す
る動作時間を決定する信号である。

【００３９】すなわち、本実施例における各個別電極２
１は、個々に絶縁されて定電流特性を有する駆動回路に
電気的に接続されており、ヒータ層１９は、各加熱部２
４を直列に接続している。

【００４０】なお、ヒータ層１９を分割して複数のグル
ープにする構成とすることにより電力を削減することが
できる。

【００４１】つぎに、本実施例のイオン書込みヘッド１
の製造工程について、図４の（ａ）から（ｊ）により説
明する。

【００４２】まず、ガラス等の絶縁物からなる略平板状
の適宜な基板１７の上面に、二酸化ケイ素からなる熱絶
縁層１８と、窒化タンタルからなるヒータ層１９と、タ
ンタルからなる導電層２３とを公知の薄膜形成方法を用
いて順次成膜する。そして、ヒータ層１９および導電層
２３の所定の位置をエッチング等により同一形状に除去
して、図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、ヒータ
層１９および導電層２３を所定の形状に形成する。つい
で、導電層２３の所定の位置をエッチング等により除去
して、図４の（ｃ）および（ｄ）に示すように、ヒータ
層１９の所定の部位を露出させ、画素数に対応した所定
の数の加熱部２４を形成する。つぎに、ＳｉＯ₂からな
る中間絶縁層２０を公知の薄膜形成方法を用いて同様に
して成膜した後に、図４の（ｅ）および（ｆ）に示すよ
うに、タンタル等の金属からなる個別電極２１を公知の
薄膜形成方法およびエッチングを用いて画素数に対応し
た所定の数だけ形成する。つぎに、ＳｉＯ₂からなる絶
縁層２７と、タンタル等の金属からなるゲート電極２６
とを順次同様にして成膜た後、図４の（ｇ）および
（ｈ）に示すように、ゲート電極２６の所定の位置をエ
ッチング等により除去して、所望の大きさの開口２５を
形成する。ついで、絶縁層２７の所定の位置をエッチン
グ等により除去して、図４の（ｉ）に示すように、開口
２５の下方に位置する個別電極２１を露出させる。つぎ
に、個別電極２１上に強誘電体を含有する電着液を泳動
電着させて電着膜を成膜することにより電子放出部２２
を形成し、イオン書込みヘッドの製造が完成する。な
お、電子放出部２２を形成する場合には、電子放出部２
２を形成する前工程にてゲート電極２６上にフォトレジ
スト等により適宜な離型層（図示せず）を形成してお
き、電子放出部２６を形成した後に離型層を除去すると
よい。

【００４３】つぎに、本実施例のイオン書込みヘッド１
６の電子放出部２２の形成について更に詳しく説明す
る。

【００４４】本実施例の電子放出部２２を形成するに
は、まず、強誘電体を主成分とする電着液を形成する。
この電着液は、チタン酸バリウム等のペロブスカイト型
の強誘電体粉末を湿式粉砕によって粒径１μｍ以下程度
に粉砕し、純水にて洗浄して水酸化バリウム等の不純物
を除去する。つぎに、メタノールに電解質としての純水
１％（ｗｔ％）、塩化カルシウム０．００１２％（ｗｔ
％）を加えて電解液を形成する。つぎに、前記電解液に
強誘電体化合物の粉末を０．１５％加えることにより電
着液を形成する。この電着液のＰＨは７弱、導電率は３
０μＳ／ｃｍ程度である。このとき、強誘電体化合物自
体は、化学的に安定で水への溶解度が小さいが、未反応
のバリウムおよびチタン等の酸化物は水と反応して水酸
化物となって水に溶解し、電着液の抵抗率を低下させる
ため予め取り除く必要がある。また、電解液中の塩化カ
ルシウムは、電着液中でカルシウムイオンと塩素イオン
とに電離し、形成される電着膜中に水酸化カルシウムと
して取り込まれる。ついで、電着液を攪拌した後、数時
間静置することにより、粒径の大きい強誘電体化合物を
沈降させて除去し、電着液の製造が完了する。

【００４５】つぎに、イオン書込みヘッド１６の個別電
極２１を陰極とし、陽極にイオン化しにくい白金を用い
て５０Ｖ程度の電圧を加えて泳動電着を行うことによ
り、各個別電極２１上に電着膜が成膜される。この泳動
電着時の電流密度は７０ｍＡ／ｃｍ²程度、電着速度は
１μｍ／ｍｉｎ程度とするとよい。

【００４６】つぎに、大気中において２００〜３００℃
程度で数時間加熱する熱処理を施してメタノールを除去
しその後６００℃程度の温度で大気中あるいは真空中に
て数時間加熱することにより、各個別電極２１上に電子
放出部２２が形成される。なお、電着膜中に取り込まれ
た水酸化カルシウムは、熱処理によって一部が大気中の
二酸化炭素と反応して炭酸カルシウムとなり、残りは酸
化カルシウムとなり、これらのカルシウム化合物は、強
誘電体（強誘電体化合物）の粉体の間を固めるセメント
の役目をし、各個別電極２１上に形成された電子放出部
２２となる電着膜を強固なものとする。

【００４７】つぎに、本実施例のイオン書込みヘッド１
６を真空槽に入れ、電子放出部２２を加熱して電子放出
量（エミッション）を評価した。加熱温度を徐々に高く
し、エミッションが微小電流領域から増加する過程を記
録した。各々の温度に対するエミッションは、一般的な
バリウムやカルシウムの酸化物被覆型の熱電子放出素材
と同様のレベルであり、仕事関数がほぼ等しいことが確
認できた。また、その温度で数時間動作させた場合に、
特性が安定していることが確認できた。

【００４８】ついで、真空槽の圧力を真空状態から大気
圧状態に向かって徐々に高くし、最終的に大気圧中での
特性を評価したところ、個別電極２１とゲート電極２６
との間の電界を大きくすることにより、電子放出部２２
から電子を効率的に放出できることが判明した。そし
て、電子放出部２２から取り出せる電流は、個別電極２
１とゲート電極２６との間の電界に比例し、その間の距
離に反比例する関係にあるとともに、大気中において取
り出せる電流は、真空中における場合に比較して１／１
００から１／１０００程度であることが判明した。

【００４９】つぎに、前述したイオン書込みヘッド１６
の作用について説明する。

【００５０】本実施例のイオン書込みヘッド１６を駆動
させ、ヒータ層１９に加熱用電源ＶＨの電流を通電する
と、ヒータ層１９に形成された加熱部２４が発熱し、こ
の加熱部２４の発熱は、個別電極２１および電子放出部
２２を所定温度に加熱する。そして、加熱された電子放
出部２２は、熱電子放出の原理によって電子（熱電子）
を電子放出部２２の外側の空間に放出する。

【００５１】前記電子放出部２２の外側の空間へ放出さ
れた電子は、個別電極２１とゲート電極２６との間に印
加された電子加速用電源ＶＥの電圧により形成される電
界によって加速された後、ゲート電極２６と潜像担持体
２８との間の空間で酸素分子に捕捉され、酸素イオンと
なり荷電粒子としてのマイナスの極性のイオン（図示せ
ず）が生成される。このイオンは、ゲート電極２６と潜
像担持体２８の背面電極３２との間に印加されたる潜像
書込み用電源ＶＬの電圧により形成される電界によって
潜像担持体２８の表面に向かって移動する。

【００５２】また、本実施例のイオン書込みヘッド１６
は、従来からある薄膜形成方法およびエッチング等を用
いて各個別電極２１を一列状に形成し、その上方に電子
放出部２２を電着させることにより形成されており、複
雑で微細な構造の各個別電極２１および電子放出部２２
を容易に形成することができるとともに、ライン状に形
成することができ、イオン書込みヘッド１６の解像度を
容易に向上させることができる。

【００５３】つぎに、イオンの生成およびイオンの移動
について説明する。

【００５４】本実施例においては、ゲート電極２６と潜
像担持体２８との間のギャップＧが１００μｍとされ、
ゲート電極２６の電位は潜像担持体２８の背面電極３２
に対して−５００〜−６００Ｖとされており、ゲート電
極２６と潜像担持体２８との間の電界は５〜６ＫＶ／ｍ
ｍにされている。この電界の値は、ゲート電極２６と潜
像担持体２８との間のギャップＧにおける大気中の火花
放電電圧の半分程度の値である。

【００５５】また、電子放出部２２を加熱することによ
り電子を大気中に放出させた場合に、大気圧の空気中で
の電子の平均自由行程は約４００ｎｍ、大気中の酸素分
子の平均自由行程は６４ｎｍであり、放出された電子は
１００μｍのギャップＧの間をドリフトする間に、１０
³〜１０⁴回大気中の気体分子と衝突し、酸素分子や水
蒸気の分子に確率的に捕捉されて荷電粒子としてのマイ
ナスの極性のイオン（Ｏ₂ ⁻イオン）が生成される。こ
のとき、酸素分子に低エネルギーの電子が捕捉される確
率は、２×１０^-4程度で、潜像担持体２８の表面には、
イオンと電子とが混ざりあった状態でイオン流となって
到達して潜像担持体２８の表面にマイナスの極性の電荷
を与え、潜像担持体２８の表面にマイナスの極性の微細
な静電潜像が形成される。つまり、初期状態（静電潜像
が書き込まれる前）の潜像担持体２８の表面電位は除電
によって０Ｖとされており、潜像担持体２８の表面に到
達したマイナスの極性のイオンから電子を受け取り、そ
の表面にマイナスの極性のイオンの到達量に比例した電
位の静電潜像が形成される。このとき、潜像担持体２８
の表面に到達するイオンおよび電子は、電気力線に平行
に移動するので、静電潜像電位が飽和するまではその広
がりを無視することができる。この静電潜像の電位の最
大値は、潜像書込み用電源ＶＬの電圧に近い値で飽和す
る。

【００５６】したがって、静電潜像の電位が飽和した後
に潜像担持体２８の表面に到達したマイナスの極性のイ
オンは、潜像担持体２８の表面に沿って潜像電位の小さ
い方に移動し、その部分の表面に電荷を与える。すなわ
ち、潜像担持体２８上の静電潜像は同心円状に広がるこ
ととなる。この静電潜像の広がりは、ゲート電極２６と
潜像担持体２８との間のギャップＧが短いほど少なくな
る。

【００５７】前記イオンの質量は、電子の５．９×１０
⁴倍程度であり、前記ゲート電極２６と潜像担持体２８
の背面電極３２との間の電界によるイオンの移動速度は
１００ｍ／Ｓ程度とされ、１００μｍの前記ギャップＧ
間のイオンの移動時間は１μＳ程度となる。

【００５８】ここで、画像形成の解像度を３００ＤＰ
Ｉ、潜像担持体２８の移動速度（プロセス速度）を１０
０ｍｍ／Ｓとすると、一つの画素（ドット）の大きさは
約８４．６７μｍ角で、１ラインの書込みに要する時間
は８４７μＳとなり、イオンの移動速度は、１ラインの
書込み時間より十分に短いので、静電潜像の書込みの障
害にはならない。

【００５９】また、電子放出部２２からのエミッション
が少ない場合には、ゲート電極２６の電圧は電子放出部
２２の電位に対してマイナスとなり、電子放出部２２の
周囲の空間の開口２５に近い部分の電位がマイナスとな
って、イオンおよび電子からなるイオン流は、ゲート電
極２６の開口２５の中心部に収束する。このゲート電極
２６の開口２５に対するイオン流の収束率は、最大で３
倍程度になる。

【００６０】つまり、潜像担持体２８上に形成される静
電潜像の大きさは、潜像担持体２８の表面に到達するマ
イナスの極性のイオンの量が少ない場合には、電気力線
が到達する小さい直径に集中し、到達するイオンの量が
増えるにともない静電潜像のマイナスの極性の電位が上
昇し、潜像担持体２８の表面に到達する電気力線が広が
る。それに連れて到達するマイナスの極性のイオンが潜
像担持体２８の表面上に同心円状に広がり静電潜像の面
積が拡大することとなる。

【００６１】したがって、発生するイオンの量に対する
静電潜像の面積の直線性を極めて高くすることができ
る。

【００６２】すなわち、静電潜像をトナーにより現像し
てトナー像とする場合において、トナーの付着量の直線
性は、静電潜像の電位が中間調を持つ場合と一定電位の
静電潜像の面積が変化する場合とでは、面積階調の方が
低い印字濃度領域においても微細な面積の静電潜像を形
成することができ、広範囲の面積階調による印字が可能
になるので、本実施例のイオン書込みヘッド１６は、従
来のイオン書込みヘッド１、１ａに比べて階調の再現性
が極めて優れた高品位の印字品質を得ることができる。
この印字品質は、文字の印字等の高い解像度が要求され
る用途に用いられている高い解像度を有する電子写真方
式の印字品質に対しても優れている。

【００６３】前記静電潜像の面積の拡大は無制限に起き
るわけでなく、ゲート電極２６と潜像担持体２８の背面
電極３２との間に印加された電界によって到達するイオ
ンの量に応じた一定の範囲に制限される。また、形成さ
れる静電潜像の電位も、ゲート電極２６と潜像担持体２
８の背面電極３２との間に印加される電圧に近いほぼ一
定の値に制限される。

【００６４】前記ゲート電極２６と潜像担持体２８との
間のギャップＧは、トナーの侵入によるショートの危険
性や、潜像担持体２８を走行させた場合のゲート電極２
６と潜像担持体２８との間のギャップＧの精度により制
限されるが、ゲート電極２６と潜像担持体２８との間の
ギャップＧは、略一定の距離Ｇを常に保持するように構
成することが好ましい。

【００６５】なお、大気中に存在するプラスの極性のイ
オンは、ゲート電極２６と潜像担持体２８との間の電界
により、イオン書込みヘッド１６の表面に形成され面積
が大きく電位が最もマイナスとなるゲート電極２６の表
面に衝突するので、電子放出部２２をスパッタし消耗さ
せる確率は極めて小さく、電子放出部２２は、長期間に
亘り安定した機能を保持することができる。

【００６６】また、イオンが移動する速度は電界の大き
さに比例するため、絶縁破壊しない範囲内で高い電界と
することが好ましい。

【００６７】つぎに、静電潜像形成に必要な電流につい
て説明する。

【００６８】前記潜像担持体２８の表面に形成される静
電潜像の電位は、潜像担持体２８に到達するイオンまた
は電子の電荷と潜像担持体２８の誘電体層３０の静電容
量の比率で決まる。ここで、潜像担持体２８の誘電体層
３０の膜厚を２０μｍ、その誘電率を２．５とすると、
１ｃｍ²当たりの静電容量は１１０．７ｐＦとなる。こ
の潜像担持体２８の誘電体層３０をＯＶから−５００Ｖ
まで帯電させるのに要する電荷は５５．３５ｎＣであ
る。潜像担持体２８の画像記録の幅を２１０ｍｍ、プロ
セス速度を１００ｍｍ／ｓとすると、イオン書込みヘッ
ド１６全体で必要な電流は１１．６２μＡである。印字
部の長さを２１０ｍｍとした場合の画素数は、３００Ｄ
ＰＩで２４８０個、４００ＤＰＩで３３０７個となり、
各個別電極２１当たりの平均電流は３００ＤＰＩで４．
６９ｎＡ、４００ＤＰＩで３．５１ｎＡとなる。

【００６９】前記個別電極２１の大きさを直径３０μｍ
とすると、その面積は７．０７×１０^-6ｃｍ²で、電流
密度は、３００ＤＰＩで６６３μＡ／ｃｍ²、４００Ｄ
ＰＩで４９７μＡ／ｃｍ²となる。そして、電流密度の
点では、個別電極２１を真空中で動作させる場合の１０
０ｍＡ／ｃｍ²よりもかなり小さいが、イオンまたは電
子が大気中で散乱されて移動度が低下することを考慮に
いれると同等のレベルである。この個別電極２１の大き
さは、電流密度と、加工技術による寸法精度によって制
限される。

【００７０】つぎに、液体現象を用いた場合の階調再現
性について説明する。

【００７１】液体現象を用いた場合の階調再現性は、イ
オン書込みヘッド１６の解像度が決定要因となる。本実
施例におけるイオン書込みヘッド１６は、個別電極２１
の直径が３０μｍ、ゲート電極２６の直径が２０μｍと
されており、静電潜像の大きさの下限は７μｍとなり、
静電潜像の大きさの上限は、３００ＤＰＩで８４．６７
μｍ角、４００ＤＰＩで６３．５μｍ角となる。そし
て、静電潜像の直径が７μｍの場合のドット面積は３
８．５μｍ²となり、各々の解像度の１画素の面積は、
３００ＤＰＩで７０６９μｍ²、４００ＤＰＩで４０３
２μｍ²となり、面積比は、３００ＤＰＩで１８３．６
倍、４００ＤＰＩで１０４．７倍となり、ディザ無しで
概略１２８階調（７ビット）程度とすることができる。
さらに、２〜４画素単位のディザにより各色２５６階調
（８ビット）１６７万色の表示が可能である。

【００７２】つぎに、乾式現像を用いたの場合の階調再
現性について説明する。

【００７３】乾式現象を用いた場合の階調再現性は、ト
ナーの粒径が決定要因となる。現在の粉砕法による高画
像度トナーの代表的な粒径は、７μｍ程度であり、静電
潜像の大きさの下限は１４μｍ程度とされている。この
場合のドット面積は１５３．９μｍ²で、静電潜像の面
積比は、３００ＤＰＩで４５．９倍、４００ＤＰＩで２
６．２倍となり、静電潜像の大きさの直線性が高いた
め、各画素の印字濃度が上記の面積比で決定される最低
値より大きい場合には、ディザの処理は不要となる。ま
た、印字濃度が上記の面積比の最低値より小さい場合に
は、各色８ビットの階調再現を得るためには、３×３の
９ドットや、４×４の１６ドット単位のマトリクスのデ
ィザを用いるとよい。

【００７４】つぎに、イオン書込みにおける解像度につ
いて説明する。

【００７５】本実施例のイオン書込みヘッド１６を用い
た印字装置によれば、三原色に各々８ビット（２５６階
調）合計１６７万色が殆どディザを用いないで再現で
き、画像の解像度は写真や昇華型に近いレベルとするこ
とができる。

【００７６】カラーのビットマップの画像の場合、情報
量の制限のために大部分のデータの画素はイオン書込み
ヘッド１６によって構成される画像の画素数よりも少な
く、ソフトウェアにより拡大して印字することになる。
代表的な画素数として横６４０ドット、縦４８０ドッ
ト、２４ビット（１６７万色）の情報量はデータを圧縮
しない場合９００ｋバイトとなる。その画像を横８ｃ
ｍ、縦６ｃｍの大きさで印字する場合の解像度は８ドッ
ト／ｍｍ（約２００ＤＰＩ）となる。解像度が通常のペ
ージプリンタと同じ３００〜４００ＤＰＩあれば、特別
に解像度が高い画像の印字を行なう場合以外は忠実な再
現性を得ることが可能である。

【００７７】また、本実施例のイオン書込みヘッド１６
を用いた印字装置によれば、濃度階調の再現性において
電子写真方式等に対し圧倒的に優れているが、階調のな
い文字の印字においては印字ヘッドの解像度が画質を決
定する要因となる。印字ヘッドとしてのラインヘッドの
画素が並ぶ方向（主走査方向）の解像度は、印字ヘッド
の解像度により決まるが、本実施例のイオン書込みヘッ
ド１６における画素の数となる個別電極２１の数は、潜
像担持体２８または印字媒体が移動する方向（副走査方
向）に対して細分化（増加）させることが容易であり、
文字の印字の場合、イオン書込みヘッド１６における個
別電極２１の数を増加させ解像度を高くすることによ
り、印字した文字の縁のぎざぎざを円滑にすることがで
きる。

【００７８】したがって、高電圧を用いたコロナ放電や
高周波放電による従来のイオン書込みヘッド１、１ａと
異なり、本実施例のイオン書込みヘッド１６は、静電潜
像形成に必要な量だけのイオンをリアルタイムに発生さ
せることができるとともに、駆動回路３１の集積化が容
易になり、確実に小型化、低価格化することができると
ともに、解像度を確実に向上させることができる。

【００７９】図５から図８は本発明に係るイオン書込み
ヘッドの第２実施例を示すものであり、図５は要部の構
成を示す縦断面図であり、図６はゲート電極と絶縁層を
省いた平面図であり、図７は図６の側断面図であり、図
８は駆動回路を示す回路図である。

【００８０】本実施例のイオン書込みヘッド１６ａは、
前記第１実施例の個別電極２１がヒータ層１９の機能を
兼ねるとともに、個別電極２１をグループ化した構成と
したものである。

【００８１】図５に示すように、本実施例のイオン書込
みヘッド１６ａは、基板１７上に熱絶縁層１８が配設さ
れており、この熱絶縁層１８の上面には、前述した第１
実施例のヒータ層１９および個別電極２１を兼用するた
めの所定の形状の加熱個別電極層４２が配設されてい
る。そして、加熱個別電極層４２の上面には、導電層２
３が配設されている。さらに、加熱個別電極層４２およ
び導電層２３は、同一の所定の形状にエッチングされて
いる。また、加熱個別電極層４２上の導電層２３の所定
の位置はエッチング等により除去されており、これによ
り、加熱個別電極層４２の発熱を電子放出部２２に対し
て集中させる加熱部２４と、分解能（画素数）に対応し
たカソード電極と称される個別電極２１ａとが形成され
ている。この個別電極２１ａは、例えば、直径３０μｍ
程度の大きさとされ、図５および図６に示すように左右
方向（印字幅方向）に一列状に整列配置されている。そ
して、各個別電極２１ａの上面には、荷電粒子（イオ
ン）を生成するための電子を放出し得る電子放出部２２
が配設されている。また、熱絶縁層１８上には、各電子
放出部２２を中心とした、例えば、直径２０μｍ程度の
円形の開口２５を有するゲート電極２６が適宜な厚みの
絶縁層２７を介して配設され、全体として略平板状に形
成されている。

【００８２】前記加熱個別電極層４２の素材としては、
白金、タンタル、モリブデン、タングステン等が適して
いる。

【００８３】すなわち、本実施例のイオン書込みヘッド
１６ａにおいては、加熱個別電極層４２の導電層２３に
覆われていない部位が、個別電極２１ａとされるととも
に各電子放出部２２を加熱するための加熱部２４ａとさ
れ、個別電極２１ａ上に電子放出部２２が直接形成され
る構成になっている。また、図６に示すように、本実施
例における加熱個別電極層４２は、４個の個別電極２１
ａが１組となるようにグループ化されている。この１グ
ループ中の個別電極２１ａの数は、イオン書込みヘッド
１６ａの分解能や設計コンセプト等により決定すればよ
く、特に、本実施例の個別電極２１ａの数に限定される
ものではない。

【００８４】図８に示すように、本実施例のイオン書込
みヘッド１６ａの駆動回路３１ａは、各個別電極２１ａ
を時分割して加熱するように構成されており、加熱用電
源ＶＨが絶縁型のＤＣ／ＤＣ変換回路４３および各個別
電極２１ａ毎の継断用のスイッチとしてのヒータ切換回
路４４を介して各個別電極２１ａに接続されている。そ
して、ヒータ切換回路４４には、各個別電極２１ａに対
応するフォトカプラ４５を介してヒータ切換回路４４を
継断するヒータ切換信号４６が入力されるようになって
いる。その他の構成は、前述した第１実施例の駆動回路
３１と同様である。

【００８５】このような構成とすることにより本実施例
は、前述した第１実施例と同様の効果を奏するととも
に、加熱部２４を兼ねた個別電極２１ａ上に電子放熱部
２２を直接形成する構成とすることにより、製造工程が
簡略化され製造工程の数を削減し、経済的負担を確実に
低減することができるとともに、小型化を図り、熱容量
を（蓄熱量）を小さくすることができるので、温度変化
に対する応答性を向上させ、電子放出部２２が電子を放
出するための加熱時間を短くすることができる。また、
第１実施例における中間絶縁層２０を省くことができる
ので、温度勾配がなく、熱の利用効率を確実に向上させ
ることができる。

【００８６】図９から図１３は本発明に係るイオン書込
みヘッドの第３実施例を示すものであり、図９は要部の
構成を示す縦断面図であり、図１０は図９の平面図であ
り、図１１はゲート電極と絶縁層を省いた要部の構成を
示す平面図であり、図１２は図１１の側断面図であり、
図１３は駆動回路を示す回路図である。

【００８７】本実施例のイオン書込みヘッド１６ｂは、
前記第２実施例の各個別電極２１ａに対応するようにゲ
ート電極２６を分割した構成としたものである。

【００８８】図９から図１２に示すように、本実施例の
イオン書込みヘッド１６ｂは、加熱個別電極層４２に形
成された各個別電極２１ａに対応するように、絶縁層２
７により分割されたゲート電極２６ａが配設されてお
り、加熱個別電極層４２の形状もゲート電極２６ａに対
応するように形成されている。その他の構成は、前述し
た第２実施例のイオン書込みヘッド１６ａと同様であ
る。

【００８９】図１３に示すように、本実施例のイオン書
込みヘッド１６ｂの駆動回路３１ｂは、各ゲート電極２
６ａを時分割して加熱するとともに、各個別電極２１ａ
をグループ毎に加熱するように構成されており、潜像書
込み用電源ＶＬは、各ゲート電極２６ａ毎の継断用のス
イッチとしてのゲート切換回路４７を介して各デート電
極２６ａに接続されている。このゲート切換回路４７
は、ゲート切換信号４８により動作するようにされてい
る。また、加熱用電源ＶＨは、絶縁型のＤＣ／ＤＣ変換
回路４３を介して４個単位でグループ化された個別電極
２１ａに接続されている。その他の構成は、前述した第
２実施例の駆動回路３１ａと同様である。

【００９０】このような構成とすることにより本実施例
は、前述した第２実施例と同様の効果を奏することがで
きる。

【００９１】つぎに、本実施例の各イオン書込みヘッド
１６Ａ（符号はイオン書込みヘッド１６、１６ａ、１６
ｂを総称する）のゲート電極２６Ａ（符号はゲート電極
２６、２６ａを総称する）と潜像担持体２８との距離Ｇ
を一定に保持する構造について図１４から図１８により
説明する。

【００９２】図１４はイオン書込みヘッドのゲート電極
と潜像担持体の距離を一定に保持する構造の第１実施例
を示すものである。

【００９３】本実施例は潜像担持体２８として表面に誘
電体層３０を有する誘電体ドラム４９を用いたものであ
る。

【００９４】本実施例においては、イオン書込みヘッド
１６Ａの印字幅方向である長手方向の両端部に適宜な接
触ローラ５０，５０が配設されており、この接触ローラ
５０，５０を介して誘電体ドラム４９が配置されてい
る。そして、各接触ローラ５０，５０は、誘電体ドラム
４９の表面の印字領域を避けるようにして回転自在に配
設されるとともに、誘電体ドラム４９の表面と当接され
ている。さらに、イオン書込みヘッド１６Ａは、誘電体
ドラム４９の表面の法線の方向に移動自在に支持されて
おり、イオン書込みヘッド１６Ａの背面に配設された図
示しない支持フレームと当接されている適宜な与圧スプ
リング５１の押圧力をもって誘電体ドラム４９の表面に
対して所定の距離（間隔）を保持できるようにされてい
る。なお、各接触ローラ５０の接触圧を小さくして、誘
電体ドラム４９の印字領域に接触させてもよい。

【００９５】図１５はイオン書込みヘッドのゲート電極
と潜像担持体の距離を一定に保持する構造の第２実施例
を示すものである。

【００９６】本実施例においては、図１４に示す第１実
施例のようにイオン書込みヘッド１６Ａに接触ローラ５
０は配設されておらず、代わりに、イオン書込みヘッド
１６Ａの下部に誘電体ドラム４９を清浄にするクリーニ
ング手段としての所望のブレード５２を配設したもので
ある。そして、ブレード５２の下方には、適宜な廃トナ
ー受け５３が配置されている。また、誘電体ドラム４９
は図１５において下方に示す転写・定着部５４にて用紙
などの記録媒体５５と接するようにされている。

【００９７】このような構成によっても、図１４に示す
前述した第１実施例と同様に、イオン書込みヘッド１６
Ａのゲート電極２７Ａと潜像担持体２８との距離を一定
に保持することができる。

【００９８】図１６はイオン書込みヘッドのゲート電極
と潜像担持体の距離を一定に保持する構造の第３実施例
を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は縦断面図
である。

【００９９】本実施例は、潜像担持体２８として可撓性
を有する無端ベルト状の誘電体ベルト５６を用いたもの
である。

【０１００】本実施例においては、イオン書込みヘッド
１６Ａに適宜なベルト保持部材５７が配設されており、
誘電体ベルト５６をイオン書込みヘッド１６Ａに対して
位置決めし、イオン書込みヘッド１６Ａの図示しないゲ
ート電極２６Ａと誘電体ベルト５６の表面との距離を一
定に保させるようになっている。この場合には、誘電体
ベルト５６の厚さを一定とすることが肝要である。

【０１０１】このような構成によれば、図１４および図
１５に示す誘電体ドラム４９を用いる構成と比較して、
イオン書込みヘッド１６Ａの位置を簡単に固定できるの
で、イオン書込みヘッド１６Ａのゲート電極２７Ａと潜
像担持体２８との距離を一定に保持するうえで有利であ
る。

【０１０２】図１７はイオン書込みヘッドのゲート電極
と潜像担持体の距離を一定に保持する構造の第４実施例
を示すものである。

【０１０３】本実施例は図１６に示す第３実施例と同様
に、潜像担持体２８として誘電体ベルト５６を用いたも
のである。

【０１０４】本実施例においては、誘電体ベルト５６の
表面をイオン書込みヘッド１６Ａの表面を覆うように配
設したベルト保持部材５７ａ側に押しつけて距離を一定
に保持させたものである。そして、本実施例のベルト保
持部材５７ａには、イオン書込みヘッド１６Ａの下流側
表面５８を誘電体ベルト５６の表面に形成された静電潜
像を乱さないように適宜な絶縁体からなる絶縁層５９で
形成したものである。なお、イオン書込みヘッド１６Ａ
の下流側表面５８を誘電体ベルト５６の表面と接触しな
いようにするとともに、イオン書込みヘッド１６Ａの上
流側表面６０に導電性の材料からなる導電層６１を形成
し、誘電体ベルト５６の除電を行なうようにしてもよ
い。

【０１０５】図１８はイオン書込みヘッドのゲート電極
と潜像担持体の距離を一定に保持する構造の第５実施例
を示すものである。

【０１０６】本実施例は図１７に示す第４実施例の構造
に、イオン書込みヘッド１６Ａの表面から流体（空気）
を誘電体ベルト５６に向かって噴射させ、誘電体ベルト
５６をイオン書込みヘッド１６Ａの表面から一定の高さ
に浮上させるようにしたものである。

【０１０７】本実施例においては、ヘッド保持部材５５
ａの表面に複数の噴射孔６２を設けるとともに、各噴射
孔６２を流れる空気の流量のバランスを保つための適宜
なオリフィス６３を各噴射孔６２に連接する各流路６４
に設け、加圧空気を各流路６４に対して供給自在とした
ものである。なお、誘電体ベルト５６のイオン書込みヘ
ッド１６Ａに対する浮上量は５０μｍ程度とするとよ
い。

【０１０８】このような構成によれば、誘電体ベルト５
６はイオン書込みヘッド１６Ａと接触しないため、イオ
ン書込みヘッド１６Ａの表面の導電性の有無の影響を受
けることがない。また、空気の圧力により誘電体ベルト
５６の表面に付着する図示しないトナーを外部に排除す
ることができるので、電子放出部にトナーが付着すると
いう不都合を確実に防止することもできる。

【０１０９】つぎに、本実施例のイオン書込みヘッド１
６Ａを用いた印字装置について図１９から図２１により
説明する。

【０１１０】図１９は本発明に係る印字装置の第１実施
例を示すものである。

【０１１１】本実施例の印字装置６５は、潜像担持体２
８として誘電体ドラム４９を用いたものである。

【０１１２】図１９に示すように、本実施例の印字装置
６５は、誘電体ドラム４９が図１９において矢印にて示
す時計方向に回転自在に配設されており、この誘電体ド
ラム４９の周囲に、図１９において上部から時計方向
に、誘電体ドラム４９上に図示しない所望の画像に対応
した静電潜像を形成する潜像形成手段としてのイオン書
込みヘッド１６Ａと、静電潜像を図示しないトナーによ
り顕像化する現像手段としての適宜な現像器６６と、ト
ナーにより顕像化された静電潜像を用紙などの記録媒体
５５上に転写するとともに定着する転写定着手段として
の加圧ローラ６７と、誘電体ドラム４９を清浄にするク
リーニング手段としての適宜な金属製のブレード６８を
有するクリーナ６９と、誘電体ドラム４９の荷電状態を
除去する除電手段としての適宜なＡＣ除電器７０とが順
に配置されて形成されている。

【０１１３】前記現像器６６には、マイナス帯電の感光
体を用いた正規現像と同じプラス帯電のトナー（図示せ
ず）が用いられており、現像器６６のスリーブ７１に
は、特にバイアス電圧を加えずに接地電位にて用いられ
る。

【０１１４】また、転写および定着は、誘電体ドラム４
９に加圧ローラ６７を所望の当接力をもって当接させて
記録媒体５５を誘電体ドラム４９に押し付け、前記圧接
力の圧力により同時に行うようになっている。これによ
り、熱定着器を用いずに定着が可能となり、消費電力を
減少させるとともに、ウォームアップ時間を不要とする
ことができる。

【０１１５】また、従来の電子写真に用いられるクリー
ナのブレード（図示せず）は、感光体（図示せず）が傷
つき易いためにゴム製とされているが、本実施例の印字
装置６５のクリーナ６９のブレード６８は、誘電体ドラ
ム４９の強度が高いため金属製のものを用いることがで
き、ブレード６８の精度、耐久性を確実に向上させるこ
とができる。そして、誘電体ドラム４９の除電には、Ａ
Ｃ除電器７０によりプラスとマイナスの両極性のイオン
を用いて誘電体ドラム４９の表面の電荷を効率よく中和
することができる。

【０１１６】このような構成からなる本実施例の印字装
置６５によれば、前述したイオン書込みヘッド１６Ａの
効果と相まって、階調の再現性が極めて高い高品位の印
字品質を得ることができるとともに、多種多様の用途に
用いることができる。

【０１１７】図２０は本発明に係るヘッドを用いた印字
装置の第２実施例を示すものである。

【０１１８】本実施例の印字装置６５ａは、潜像担持体
２８として誘電体ベルト５６を用いたものである。

【０１１９】図２０に示すように、本実施例の印字装置
６５ａにおいては、回転自在に支持されるとともに上下
に離間状態とされた２本のローラ７２，７３が配置され
ており、ローラ７２，７３の何れか一方は駆動ロール、
他方は従動ロールとされている。そして、それぞれのロ
ーラ７２，７３の外周面に接触するようにして誘電体ベ
ルト５６が巻回されている。さらに、誘電体ベルト５６
は、前記各ローラ７２，７３により図２０において矢印
にて示す方向に走行自在とされている。

【０１２０】前記誘電体ベルト５６の下部左方には、図
示しない所望の画像に対応した静電潜像を形成する潜像
形成手段としてのイオン書込みヘッド１６Ａが配置され
ている。そして、誘電体ベルト５６の下部右方には、静
電潜像を図示しないトナーにより顕像化する現像手段と
しての適宜な現像器６６が配置されている。さらに、誘
電体ベルト５６の上部左方には、誘電体ベルト５６を清
浄するクリーニング手段としての適宜なクリーナ６９が
配置されている。また、イオン書込みヘッド１６Ａとク
リーナ６９との間には、誘電体ベルト５６と対向するよ
うにして誘電体ベルト５６の表面の荷電状態を除去する
除電手段としての適宜なＡＣ除電器７０が配置されてい
る。

【０１２１】前記誘電体ベルト５６の上部には、図２０
において矢印にて示す水平方向左方に走行自在とされた
記録媒体５５を介して、トナーにより顕像化された静電
潜像を記録媒体上に転写する静電転写としてのイオン発
生器７４が配置されている。このイオン発生器７４は、
イオン書込みヘッド１６Ａと同様な電子放出部２２を有
する構造とされている。

【０１２２】また、記録媒体５５の走行方向下流側に
は、記録媒体５５にトナーを熱の作用により定着させる
定着手段としての定着ローラ７５と、弾性を有する加圧
ローラ７６とが、記録媒体５５を挟持自在にして配置さ
れている。

【０１２３】このような構成からなる本実施例の印字装
置６５ａによれば、前述した第１実施例の印字装置６５
と同様な効果を奏する。そして、本実施例の静電転写に
用いるイオン発生器７４の構造は、画像形成の必要がな
く電流の均一性の要求も少ないため、電子放出部２２の
数を減らしたり、イオン発生器７４と誘電体ベルト５６
との間の距離を大きくしたりすることができる。さら
に、記録媒体５５に対するトナーの定着を、定着ローラ
７５と加圧ローラ７６とにより行うので、前述した第１
実施例の印字装置６５の加圧ローラ６７を用いた場合
の、記録媒体５５およびトナーを高い圧力で押しつぶす
ことによる記録媒体５５およびトナーの光沢の発生を確
実に防止して、より高品位の印字品質を得ることができ
る。また、イオン発生器７４はイオン書込みヘッド１６
Ａと同様に小型化するとともに低電圧、低消費電力にて
動作させることができるとともに、イオン発生器７４
は、図示しないコロトロン等の他のイオンの発生手段と
比べて、発生するイオンの密度が高いため転写領域が限
定され、転写による画像の劣化を確実に防止することが
できる。さらに、イオン発生器７４はイオン書込みヘッ
ド１６Ａと同じ極性で、かつ、少ない電流にて動作させ
ることができるので、イオン書込みヘッド１６Ａの図示
しない駆動回路の電源を共用することができる。このこ
とは、印字装置６５ａの全体の駆動回路および装置（図
示せず）等の小型化を確実に図ることができるととも
に、経済的負担を確実に減少させることができる。

【０１２４】図２１は潜像担持体として誘電体ベルトを
用いた印字装置の他の例を示すものである。

【０１２５】本実施例の印字装置６５ｂにおいては、前
述した第２実施例の印字装置６５ａのようにトナーによ
り顕像化された静電潜像を記録媒体５５上に転写する静
電転写としてのイオン発生器７４は配置されておらず、
代わりに記録媒体５５にトナーを転写するとともに定着
させる転写定着手段として定着ローラ７５と加圧ローラ
７６とがポリイミド等の耐熱性の素材により形成された
誘電体ベルト５６ａを挟持するようにして配置されてお
り、この定着ローラ７５の下方に、２本のローラ７２，
７３が左右に平行に配置され、前記誘電体ベルト５６ａ
が前記定着ローラ７５と２本のローラ７２，７３とのそ
れぞれの外周面に接触するようにして巻回されている。

【０１２６】前記誘電体ベルト５６ａの下部には、図示
しない所望の画像に対応した静電潜像を形成する潜像形
成手段としてのイオン書込みヘッド１６Ａが配置されて
おり、誘電体ベルト５６ａの下部右方には、前記静電潜
像を図示しないトナーにより顕像化する現像手段として
の適宜な現像器６６が配置されている。さらに、誘電体
ベルト５６ａの下部左方には、誘電体ベルト５６ａを清
浄にするクリーニング手段としての適宜なクリーナ６９
が配置されており、その上方に誘電体ベルト５６ａと対
向するようにして誘電体ベルト５６ａの荷電状態を除去
する除電手段としての適宜なＡＣ除電器７０が配置され
ている。

【０１２７】このような構成からなる本実施例の印字装
置６５ｂによれば、前述した第２実施例の印字装置６５
ａと同様な効果を奏するとともに、転写時の画像の劣力
をより確実に防ぎ、より高品位の印字品質を得ることが
でき、かつ、小型化を容易に図ることができる。なお、
定着ローラ７５の代わりにサーマルヘッドのような一次
元の発熱素子あるいは二次元の発熱体等を用いることも
できる。

【０１２８】また、本発明は、前記各実施例に限定され
るものではなく、前記各イオン書込みヘッド１６、１６
ａ、１６ｂと、前記個別電極２１、２１ａと、前記各駆
動回路３１、３１ａ、３１ｂとの組み合わせは、設計コ
ンセプトにより決定すればよく、各種の組み合わせのも
のから選択することができる。

【０１２９】さらにまた、本発明は、前記各実施例に限
定されるものではなく、必要に応じて変更することがで
きる。

【０１３０】

【発明の効果】このように本発明のイオン書込みヘッド
によれば、熱電子放出の原理によりイオンを発生させる
ので、低エネルギでイオンを発生させることができる。
また、イオンの発生にコロナ放電を用いないためオゾン
の発生がない。また、ゲート電極と個別電極、個別電極
と潜像担持体の間にかける電界を制御するだけで書込み
に寄与するイオン流の大きさを制御することができるの
で、形成されるトナー像の大きさを多階段に変化させて
多階調の印画をたやすく行なうことができる等の極めて
優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るイオン書込みヘッドの第１実施例
の要部の構成を示す縦断面図

【図２】図１の一部切断平面図

【図３】本発明に係るイオン書込みヘッドの第１実施例
の駆動回路を示す回路図

【図４】（ａ）から（ｊ）は本発明に係るイオン書込み
ヘッドの第１実施例の製造工程を説明する説明図

【図５】本発明に係るイオン書込みヘッドの第２実施例
の要部の構成を示す縦断面図

【図６】本発明に係るイオン書込みヘッドの第２実施例
のゲート電極と絶縁層を省いた平面図

【図７】図６の側断面図

【図８】本発明に係るイオン書込みヘッドの第２実施例
の駆動回路を示す回路図

【図９】本発明に係るイオン書込みヘッドの第３実施例
の要部の構成を示す縦断面図

【図１０】本発明に係るイオン書込みヘッドの第３実施
例の要部の構成を示す平面図

【図１１】本発明に係るイオン書込みヘッドの第３実施
例のゲート電極と絶縁層を省いた要部の構成を示す平面
図

【図１２】図１２は図１１の側断面図

【図１３】本発明に係るイオン書込みヘッドの第３実施
例の駆動回路を示す回路図

【図１４】本発明に係るイオン書込みヘッドのゲート電
極と潜像担持体の距離を一定に保持する構造の第１実施
例を示す要部の斜視図

【図１５】本発明に係るイオン書込みヘッドのゲート電
極と潜像担持体の距離を一定に保持する構造の第２実施
例を示す要部の側面図

【図１６】本発明に係るイオン書込みヘッドのゲート電
極と潜像担持体の距離を一定に保持する構造の第３実施
例を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は縦断面
図

【図１７】本発明に係るイオン書込みヘッドのゲート電
極と潜像担持体の距離を一定に保持する構造の第４実施
例を示す要部の縦断面図

【図１８】本発明に係るイオン書込みヘッドのゲート電
極と潜像担持体の距離を一定に保持する構造の第５実施
例を示す要部の縦断面図

【図１９】本発明に係るイオン書込みヘッドを用いた印
字装置の第１実施例の要部の構成を示す構造図

【図２０】本発明に係るイオン書込みヘッドを用いた印
字装置の第２実施例の要部の構成を示す構造図

【図２１】本発明に係るイオン書込みヘッドを用いた印
字装置の第３実施例の要部の構成を示す構造図

【図２２】従来のイオン書込みヘッドの一例を示すもの
であり、（ａ）は全体の形状を示す斜視図、（ｂ）は要
部の構成を示す縦断面図、（ｃ）はライン電極とフィン
ガー電極との配置状態を示す説明図

【図２３】従来のイオン書込みヘッドの他の例を示す模
式図

【符号の説明】

１６、１６ａ、１６ｂ、１６Ａイオン書込みヘッド１７基板１８熱絶縁層１９ヒータ層２１、２１ａ、個別電極２２電子放出部２３導電層２４、２４ａ加熱部２５開口２６、２６ａ、２６Ａゲート電極２７絶縁層３１、３１ａ、３１ｂ駆動回路４２、加熱個別電極層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体により構成される潜像担持体上に
荷電粒子を選択的に付着させて静電潜像を形成するイオ
ン書込みヘッドであって、基板上に形成された複数の個
別電極と、前記個別電極上に形成され加熱されることに
より荷電粒子を生成するための電子を放出し得る電子放
出部と、前記電子放出部を加熱するための加熱部と、前
記個別電極と協働して前記電子放出部から放出された電
子を加速するためのゲート電極とを有することを特徴と
するイオン書込みヘッド。
【請求項２】前記個別電極が前記加熱部を兼用するこ
とを特徴とする請求項１に記載のイオン書込みヘッド。
【請求項３】前記電子放出部が強誘電体を主体として
形成されていることを特徴とする請求項１または請求項
２に記載のイオン書込みヘッド。
【請求項４】前記加熱部を所定のタイミングで発熱さ
せる駆動回路を有することを特徴とする請求項１乃至請
求項３の何れか１項に記載のイオン書込みヘッド。