JPH0213984A - イオノグラフィックマーキングヘッドアレイ用ヒータ - 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】 〔発明の分野〕 本発明は、電極領域において基材上に水分が溜まるのを
防止するために、アレイの変調電極領域の温度を上昇さ
せるためにその近傍にヒータを有するイオングラフィッ
クマーキングへ・ンドアレイに関する。

〔発明の背景〕

イオノグラフィツクマーキングシステムは同一人に譲渡
された米国特許第４．５８４．５２５号及び同４、７１
９．４８１　号明細書に記載されている。各特許では、
流体ジェット支援型イオン発射マーキング装置が、狭い
間隔を隔てた微小空気「ノズル」のりニアアレイにより
、紙などの移動状態の受容体表面上に像形成？荷を置く
。電荷は、単一極性（好ましくは正）のイオンを備えて
おり、高電圧コロナ放電により、「ノズル」の上流のイ
オン化室で発生させられて、「ノズル」へ送られてそこ
を通過し、そこで、変調電極の形態であって、各「ノズ
ル」にそれぞれ併設されたマーキング要素のアレイに印
加された電位により、電気的に制御される。アレイの各
変調電極に印加される電位を選択的に制御することによ
り、後に適当な現像装置で可視状襟にするために、電荷
が存在する領域と存在しない領域とを受容体表面上に設
けることができる。

約７．９〜１５．７スポツト／　ｍｍ　（２００〜４０
０スポット／インチ（ｓｐｉ））の解像度を有するペー
ジ幅、すなわち、約２１．６ｃｍ（約８．５　　インチ
）幅のマーキングヘッドでは、１７００〜３４００個の
変調電極のアレイとなる。

典型的な例では、約１１．８スポツト／　ｍｍ　（３０
［１ｓｐｉ＞の書き込みヘッドの場合、各変調電極は約
５８．４μｍ（約２．３　　ミル）の幅となり、約２５
．４μｍ（約１ミル）の電極間隔を有することになる。

ヘッドアレイは複数の変調電極のセクションに分割され
ており、各変調電極を所望の電圧（「書き込み」の場合
は０ボルト、「非書き込み」の場合は１０〜３０ボルト
）にするために、ヘッドアレイ基村上に集積されたコン
パクトな多重データローディング回路により、各セクシ
ョンが順次分離されてアドレスされるように配置されて
いる。現像された時にある範囲の光学濃度を示すような
中間電界値を受容体表面上に匠くために、変調電極に中
間変調電圧値を与えることにより、グレイスケールを実
現することもてきる。

第４．５８７．５２２　号明細書では、各選択セクショ
ンの変調電極は、全体ライン書き込み時間の内の短い部
分において、データバスに接続された時に速やかに所定
の制御電圧にされる。ロード後、各セクションはデータ
バスから遮断され、各変調電極が残りのライン書き込み
時間において、その印加電圧を保持する（「フロート」
状態になる）。典型的な例では、各セクションのローデ
ィングは、ライン書き込み時間の約２．５　％で行うこ
とができ、変調電極を、再びアドレスされるまでライン
書き込み時間の約９７５％にわたってフロート状態にで
きる。

第４．７１９．４８１　号明細書のデータローディング
回路では、各選択セクションの変調電極を、それぞれ適
当なパスラインで供給される書き込み電位源又は非書き
込み電位源のいずれかに直接的に接続させることができ
る。実際には、電極はそれぞれ基準（すなわち接地）電
位又はより高い（１５〜３０ボルトの）電位のいずれか
に保持される。変調電極に正確な電位を常に維持するこ
とから、ある種の利点が得られるが、不具合として、グ
レイスケールマーキングで必要となるような任意の所望
中間値の電位を印加することが不可能であるので、マー
キングラチチュードが制限されるということがある。

例えば、ＲＨ＞５０％である高湿度条件では、第４、５
８４．５２２号明細書の形式のへラドアレイを組み込ん
だマーキング装置の動作中に、像のにじみやスミアが発
生することが観察されている。この原因は、ピクセル間
の電流漏れにある。更に、試験中に、マーキングへラド
アレイがコロナ流出物に晒されるまでは、像のにじみが
生じないことが観察された。

本発明の主要な目的は、高湿度条件にマーキングが実質
的に影響されることがないような改良型のマーキングへ
ラドアレイを提供することにある。

〔発明の要約〕

本発明は、一形態として、ハウジングと、ハウジング内
に供給マーキングイオンを発生させるための手段と、マ
ーキンクイオンをハウジングを通してその外へ輸送する
ための手段と、ハウジングから出たイオンの輸送動作を
制御するだめの手段とを備えているイオングラフィック
マーキング装置を提供することにより実施できる。制御
用手段は、電気的に絶縁された領域により互いに離され
た導電性イオン変調電極のアレイを一方の表面に設けた
基材を備えており、改良構造が、その上での水分の凝結
を防止するために、電気的絶縁領域の温度を上昇させる
ために制御用手段に併設された加熱手段を備えている。

〔図示の具体例の詳細な説明〕

図面を参照すると、第１図にはイオノグラフィツクマー
キングヘッド１０が示されている。ヘッドの上側部分は
、ブロアにより供給される空気などの輸送流体（図示せ
ず）の源が固定されるプリナム室１２を形成している。

人口チャンネル１４は、ブリナム室から空気を、コロナ
ワイヤ１８を囲む３Ｈの側壁を有する概ねｕｉ横断面の
イオン発生室１６へ送る。イオン発生室の３個の全ての
壁は導電性でもよいが、側壁２０（ワイヤに最も近い壁
）だけを導電性にし、その他の壁を絶縁することもでき
る。従って、マーキングヘッド１０の形成において大き
いラチチュードを有することになり、それは金属や導電
性プラスチックなどの導電性材料で作ることもでき、又
、特定の重要な部分を導電性材料で被覆した絶縁材料で
作ることもできる。適当なワイヤ取り付は支持部（図示
せず）が、室１８内の所望位置にワイヤ１８の取付部を
調節するために、マーキングヘッド本体の両側に設けら
れている。

好ましくは導電性材料で作られるプレート２２が、マー
キングヘッド本体に押し付けられて、Ｕ形空洞の開口端
の大部分を閉鎖することにより、室１６が完成している
。第２図に最も明瞭に示す如く、プレートは側壁２０か
ら離れており、イオンを室から排出できるようになって
いる。

ガラスなどの絶縁材料で作られた平面状基材２４がマー
キングアレイの薄膜電子制御要素と変調電極を支持して
いる。薄膜要素は、マーキングアレイ層２６で表されて
おり、第３図に関連してより具体的に記載される。絶縁
層２８が基材２４と導電性プレート２２との間に挟持さ
れており、薄膜電子制御要素を覆って保護するとともに
、プレート２２からそれらを電気的に絶縁している。ば
ねクリップ又はその他の適当な付勢手段（図示せず）が
基材２４とプレート２２を充分な力で互いに、かつ、所
定位置に付勢しており、これらの平面状部材のそれぞれ
の歪みを平坦化し、プレート２２の端部と、基材の上端
表面と、接地などの基準電位源に接続されたマーキング
ヘッドの導電性端壁３２との間に、正確かつ均一な寸法
のドッグレッグ形出口溝３０を形成している。概ねＬ形
の出口溝３０はイオン発生室出口領域３４とイオン変調
領域３６とを含んでいる。

従って輸送空気は、第１図に矢印で示す如く、ヘッドを
通過し、ブリカム室１２を通過し、人口溝１４を経てイ
オン発生空洞１６内へ流入し、出口溝３０から出て受容
体表面３８に衝突する。薄いヒータ要素４０（後述する
）が基材２４の底面に固定されている。

第３図に示す本発明のマーキングアレイ２６には、その
最も単純な形態において、基材２４の一方の縁に沿って
位置決めされた変調電極（Ｅ）４２のアレイと、比較的
少数の人力アドレスバスライン（Ａ）４４及びデータバ
スライン（Ｄ）４６を備えた多重化データ人力又はロー
ディング回路と、薄膜スイッチ４８とを設けることがで
きる。図示の如く、各変調電極４２は薄膜トランジスタ
４８のドレイン電極５０に接続されており、アドレスバ
スライン４４は、そのゲート電極５２に接続されており
、データバスライン４６は、そのソース電極５４に接続
されている。

多重化装置は、ｐ個のセクション又はグループを備え、
各セクションはｑ個の電極／スイッチ対を有している。

発明者の現在の具体例では、２５６０個のビクセル要素
が４０個のセクンヨン（ｐ＝４０）と６４個の電極／ス
イッチ対（ｑ＝６４）に分けられている。ｐ個のアドレ
スバスラインのそれぞれは、選択されたセクションをア
ドレスするために順々にアドレスされ、ｑ個のデータバ
スラインのそれぞれは、同時に、選択されたセクション
の変調電極を所定の電圧にする。外部ＩＣアドレスバス
ドライバ５６から起ｖＪ信号がＡｍ番目のアドレスバス
ラインに印加されると、ｍ番目のセクションのｑ個の薄
膜スイッチの全てがオンに切り替わり、その間、その他
の全てのセクンヨンの薄膜スイッチはオフのままとなる
。ｍ番目のセクションのｑ個の変調電極４２は、外部Ｉ
Ｃデータバスドライバ５８によりｑ個のデータラインに
供給された電位に概ね等しい電位まで充電又は放電され
る。そうすると、ｍ番目のセクションの薄膜スイッチが
同時にオフに切り替わり、（ｍ＋１）番目のセクション
の薄膜スイッチがアドレスバスラインＡ（１１＋−１１
にパルスを与えることにより、オンに切り替えられるよ
うになる。同時に、新たなデータがｑ個のデータバスラ
インに供給されてそこに表れ、そのために、（ｍ＋１）
番目のセクションの変調電極が、データバスラインの新
たなデータに対応する電位まで充電又は放電される。

上述の如く、情報のローディングは時間多重化され、す
なわち、各セクションの変調電極はライン時間の約２．
５　％でロードされ、次にライン時間の残りの約９７．
５％の間に出口溝３０を通過するイオンを制御するよう
に作用する。選択されたセクションの変調電極が所定の
データ入力電圧まで充電された後は、各セクションの薄
膜スイッチはオフに切り替えられるので、各変調電極は
、それに併設されたスイッチがライン情報の次の増分の
ローディングのために再びオンに切り換えられるまで、
その印加電圧又はその近傍で「フロート状態」となる。

第４図及び第５図には、それぞれ、「書き込み−及び「
非書き込み」状態が示されている。変調領域３６を通過
する輸送流体に乗せられたイオンは、変調電極４２と端
壁３２との間に形成された電界の影響を受けるようにな
る。選択されたスポット（第４図）の「書き込み」は、
変調電極４２を基準電位源６０にスイッチ４８を介して
接続することにより行われ、そのために、接地変調電極
と接地端壁との間を通過するイオンは、それらの間の電
界に遭遇することなく、受容体表面３８まで通過し、そ
こで、後に可視状態にされる。これとは逆に、スイッチ
４８を閉じて変調電極に所望の電位を源６２から印加す
ることにより、これらの要素の間に変調電界が存在する
時、形成された電界が接地端壁ヘイオンを押しやること
になる。端壁３２に接触するように駆動されたイオンは
、非帯電又は中性空気分子と再結合することになるので
、変調領域３６から出た、　　輸送流体は、受容体表面
へイオンを全く運ばないことになる。電位源６２は任意
の所望値となるように選択できるので、イオン変調領域
を通過するイ１　　オン全体の一部の偏向を少なくシ、
一部のイオンだけが受容体表面上に置かれて多数の所望
レベルのグレイの「書き込み」を行えるようにもできる
。

二値「書き込みｊの間に、変調電極が所要の電圧に保持
されない場合、グレイスケール「書き込み」の別の所望
の特徴に支障が生じる。このことは、第６図に示されて
いる特性曲線から最も明瞭に分かる。該曲線は、変調電
圧に対するイオン電流及び受容体表面上の可視マークの
光学濃度を表している。像の光学濃度（黒色の度合）は
、現像及び転写システムにより影響され、マーキングヘ
ッドを通過して受容体表面上に乗せられたイオンの数に
より表されるイオン電流に比例する。二値「書き込み」
の場合、曲線の端部で、（すなわち、「書き込み」につ
いては０ボルトの近傍、「非書き込み」については約８
ボルト又はそれ以上で）動作させることが望ましい。黒
色ピクセルは０〜２ボルト又はその近傍の変調電圧で生
じ、一方、白色ピクセルは約７ボルトのスレッショルド
電圧又はそれ以上の変調電圧で生じる。これらの値の間
の曲線の傾斜が最大である領域では、種々のレベルのグ
レイが印刷されることになる。

例えばＲＨ＞５０％の高湿度条件におけるイオノグラフ
ィツクマーキング装置の動作中に、異なった変調電圧に
おいて「フロート状態」にある電極の間の所望のイオン
出力に歪が生じることが観察されている。この現象は、
大気条件とコロナ流出物との組合せにより生じる電極間
電流漏れに起因している。二値モードの動作では、文字
の縁において、鋭利さではなく、ぼけが生じる結果とな
る。

グレイスケールモードの動作では、適当な光学濃度を実
現するために、正確な電圧レベルを印加することが重要
であるので、湿度の影響がより大きくなる。所望の変調
電圧値から何等かのずれが生じると、グレイレベルに狂
いが生じる。

典型的なイオングラフィックマーキング装置の動作中、
０ボルト及び１５ボルト程度のデータ電圧が印加される
。高電圧電極では、変調電極が非常に短いアドレス時間
内に約１３ボルトを実現するだけであると期待できる。

ところが、異なる電位に充電される２個の隣接した電極
の間に導電路が存在する場合、１３ボルト電極は、残り
のライン時間において、その電荷のかなりの部分をその
近傍へ失うことになる。例えば、約半分の電荷が高電圧
電極から漏れて低電圧電極に集まる場合、両電極は約６
ボルトで平衡状態に達する。そうすると、第６図から明
らかなように、両電極は、グレイを「書き込む」ことに
なり、０ボルト電極が黒色を「書き込んで」１５ボルト
電極が白色を「書き込む」ようなことはない。その結果
、所望のマークが広がってぼける。これと同じ問題が、
黒色及び白色の領域の境目で生じ、そこでは鋭利な境界
がグレイにぼける。

一方、データ電圧が２０〜３０ボルト程度であり、同じ
電極間電圧漏れ状態が隣接する０ボルト電極に存在する
場合、画電極は約１０〜１５ボルトで平衡状態に達する
と期待できる。第６図から明らかなように、０ボルト電
極が黒色を「書き込んで」高電圧電極が白色を「書き込
む」ようなことはなく、画電極は白色を「書き込む」。

いずれの場合でも、電極の出力間の所望のコントラスト
は失われ、像のスミアが生じる。

これらの印刷誤差は、ガラス状電極間基材表面を覆う水
で導電路が形成されることによるピクセル間電流漏れに
起因している。通常、ヘッドアレイは、その表面上に炭
化水素汚染物を含んでおり、それが電極間表面上に吸収
された水の滴を作る。

従って、変調電極間には、連続的な導電路は設けられな
い。現在理解されているところでは、コロナ流出物は、
堆積した炭化水素をアレイ表面から除去するような浄化
作用を果たすと信じられている。イオン発生室１６内に
は、コロナ放電により形成されたイオンの他に、オゾン
及びいくつがの窒素酸化物（Ｎ２０、Ｎｏ２、ＮＯ）、
ならびに、その非活性状態よりも酸化性が非常に高い活
性状態のこれらのガスがあることが既に見つかっている
。

高湿度条件では水が利用できるが、窒素の酸も存在する
。アレイ表面が反応度の高いコロナ流出物により浄化さ
れた後、電極間基材表面の濡れ特性は改善され、その上
の凝結水の接触角度は０度に近付く。そうすると、薄い
連続的な水の層が「フロート状態」の電極の間に導電路
を形成する。

これらの導電路を排除する方法の一つとして、マーキン
グアレイ表面を充分に加熱して、そこでの凝結や吸収を
防止することが既に見いだされている。アレイを３７．
８℃〜５４．４℃（１００’Ｆ〜１３０　　°Ｆ）の範
囲に加熱すると、８０％〜８５％の相対湿度環境におい
て、絶対湿度を補償するように温度が充分に上昇させら
れる。

第２図に示す如く、薄いヒータ要素４０は、接着剤等で
平面状基材２４の下側に固定されているので、良好な熱
的結合が得られる。ヒータは、適当な電源に接続される
抵抗性金属トレース６６を包むサンドイッチ構造のポリ
イミド（例えばカプトン（Ｋａｐｔｏｎ　）　　：登録
商標）の層６４を備えている。実際には、（約２．６　
ワットの）定常電源が、基材を適当な温度に維持するの
に適していることが分かっている。この構造では、機械
の電源が入っている限り、ヒータは常にオン状態にあり
、そのために、機械は常に「書き込む」準備ができてお
り、「書き込む」ように信号が与えられた時に湿度排除
ヒータを動作させる必要が全くなく、書き込みサイクル
に遅れを生じさせる可能性はない。一定電力と常にオン
状態にすることとを組み合わせることにより、−切の温
度制御回路を設ける必要がなくなり、コストを最小にで
きる。

導電性ヒータ要素は、ニクロムなどの金属をワイヤ又は
箔の形態として備えることかで゛きる。ヒータ要素材料
としては、酸化錫や酸化インジウム又はそれらの混合物
、あるいは、その他の金属酸化物や導電性セラミックも
適している。ヒータ４゜は、図示の状態では基オに接着
状態で固定されているが、加熱材斜の薄膜を基材に直接
蒸着したり塗布したりしてもよい。ヒータ材料は薄膜形
態で、高い抵抗性を有することが好ましく、それにより
、約１２〜１５ボルトの妥当な電圧を、大きい電力を発
生させることなく、それに対して印加することができる
。ごく最近、低ワツト密度の自己制御型ヒータ材料が開
発されており、その導電性は加熱されるにしたがって減
少し、従って、それ自体が所望かつ所定の温度に制限さ
れる。輻射や対流などのその他のヒータを選ぶこともで
きる。

以上は単なる一例として記載したものであり、要素の配
置や組合せ及び構造の詳細について、様々な変更を、特
許請求の範囲に記載した本発明の範囲及び概念から逸脱
することなく行うこともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はイオノグラフィツクマーキングヘッドを示す斜
視図、第２図は第１図のマーキングヘッドの一部を示す
側部断面正面図、第３図は制御回路を含むマーキングア
レイの略図、第４図は「書き込み」を示す変調構造の略
図、第５図は「書き込み」が禁止されていることを示す
変調構造の略図、第６図は変調電極電圧に対するイオン
電流及び光学濃度のプロットである。 １０；イオノグラフィツクマーキングへラド１２：プリ
ナム室　　　１４：入口チャンネル１６：イオン発生室
　　１８：コロナワイヤ２０：側壁　　　　　　２２：
導電性プレート２４；平板状基材 ２６：マーキングアレイ層 ２８：絶縁層　　　　　３０：出口溝 ３２：導電性端壁　　　３４：出口領域３６：イオン変
調領域　３８：受容体表面４０：ヒータ要素　　　４２
：変調電極４４ニアドレスパスライン ４６；データバスライン ４８：薄膜スイッチ　　５０ニドレイン電極５２：ゲー
ト電極　　　５４：ソース電極５６：外ｌＩＣアドレス
バスドライバ ５８：外部ＩＣデータバスドライバ ６０：基準電位源　　　６２．電位源 ６４：ポリイミド層 ６６：抵抗性金属トレース 特許出願人　　　　ゼロックスコーポレーション化　　
理　　人　　　　　　小　　堀　　　益ＦＩＧ、　２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ハウジングと、該ハウジング内に供給マーキングイ
   オンを発生させるための手段と、前記マーキングイオン
   を前記ハウジングを通してその外へ輸送するための手段
   と、前記ハウジングから出た前記イオンの輸送動作を制
   御するための手段とを備え、該制御用手段が、電気的に
   絶縁された領域により互いに離された導電性イオン変調
   電極のアレイを一方の表面に設けた基材を備えており、
   改良構造が、その上での水分の付着を防止するために、
   前記電気的絶縁領域の温度を上昇させるために前記制御
   用手段に併設された加熱手段を備えているイオノグラフ
   ィックマーキング装置。