JP2743625B2 - 帯電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は電子写真プロセスを応
用した複写機やプリンタ等の電子写真装置に適用するこ
とのできる帯電装置に関し、特に帯電装置およびこの帯
電装置電極の構造に関するものである。

【従来の技術】複写機のような電子写真装置には、一般
にコロトロン帯電装置が使用されている。この様なコロ
トロン帯電装置は、一側に開口を有したシールドケース
の両端部に絶縁ブロックが設けられ、この絶縁ブロック
の間でかつ上記シールドケースのほぼ中央に放電ワイヤ
ーが張設される構造を有し、この放電ワイヤーには４０
００〜８０００ｖ程度の高電圧が印加され、それにより
感光体などの電荷受容体との間にコロナ放電によるイオ
ンを発生させ、この発生したイオンにより電荷受容体を
帯電するようになっている。上記放電ワイヤーを囲むシ
ールドケースは、放電ワイヤーとの間に一定の空間的距
離を維持することにより、放電ワイヤーの表面に形成さ
れた電界を強く、かつ安定化させるものである。しかし
ながら、上記コロトロン帯電装置は、次のような欠点を
有している。まず、機械的強度の低い細い放電ワイヤー
を張設するため、放電による振動などによりワイヤーが
切れやすく、また、放電ワイヤーとシールドケースとの
間で火花放電の問題があるため、放電ワイヤーとシール
ドケースとを近づけてコロトロンの形を小さくすること
が難しい。これは、両者を近づけることにより、空間イ
ンピーダンスが低くなり、電流が制御できなくなるから
である。さらに、放電時に電荷受容体以外のシールドケ
ースにも電流が流れてしまうためコロトロン帯電装置に
必要な電流が増大する結果、大型の高圧電源を要して高
価になると共に、放電電流の増大によりオゾン発生量も
多くなって、必要以上に周囲環境を汚染するという不都
合もある。上述の不都合を解決するため、図１１に示さ
れるように、本出願人は特開昭６２−２９６１７４号公
報において、帯電電極として半導電性板状電極１を採用
し、この半導電性板状電極１を電荷受容体３に近接させ
る形式の帯電装置を提案している。この帯電装置によれ
ば、シールドケース等の構成が不要なため装置を小型に
することができ、また半導電性板状電極の抵抗が電極１
と電荷受容体の空隙での放電電流を制御するため、火花
放電やアーク放電に至ることなく、半導電性板状電極を
電荷受容体に近接させて安定したコロナ放電を実現する
ことができる。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】上記の半導電性板状電
極を採用した帯電装置では、電圧印加部を取付けるため
放電電極としては比較的厚い予形成された半導電性樹
脂、セラミックス等の板状材料が使用されている。しか
しながら、半導電性板状電極に導電性フィラーを分散さ
せた半導電性樹脂を用いた場合、分散特性により電極の
抵抗が不均一になりやすい。また、半導電性板状電極に
イオン伝導による半導電性樹脂を用いた場合、使用時間
とともに電気抵抗が平均的にも部分的にも高くなる問題
がある。半導電性板状電極に板状セラミックスを用いた
場合は、高温で焼成して作る板状セラミックスの平面性
が悪く電極の抵抗が不均一になりやすい。上記帯電装置
では、比較的厚い放電電極を使用し背面から電圧を印加
しているため、上述した電極抵抗の不均一が固体電極に
よる部分的電圧降下を一層大なものとし、結果的に放電
電極の放電特性を不均一なものとすることがあった。さ
らに、電極抵抗が不均一の放電電極は、高電圧時、絶縁
破壊が生じやすいという不具合もあった。この発明の目
的は、上記の従来の帯電装置が有する不具合を改善する
ものであり、放電特性が均一でかつ絶縁破壊に強い帯電
装置を提供することにある。

【０００３】

【課題を解決するための手段】本発明の帯電装置は、
０．１μｍ以下の薄膜半導電性層を放電電極として蒸着
させて半導電性電極を形成し、前記半導電性電極の蒸着
面の放電領域を前記電荷受容体に対向させ、かつ、前記
半導電性電極の前記放電領域から離れた領域には電圧を
印加するための電気的接続部を形成し、前記半導電性電
極は前記半導電性電極が前記電荷受容体とのすき間に応
じた均一放電特性から定まる抵抗値を有していることを
特徴とする。多くの場合、薄膜半導電性層は、電荷受容
体の帯電領域の面と半導電性電極の面とが平行となるよ
うに絶縁性基板で支持されるのがよい。さらに、半導電
性電極を例えば長手方向に見た場合、この長手方向のい
ずれの場所においても、電荷受容体にたいする半導電性
電極の制御抵抗が等しくなるように、半導電性電極の電
気的接続部は、半導電性電極の長手方向に沿って伸びて
いくことが望ましい。半導電性電極と電荷受容体との間
の放電は、両者の間の電圧と距離とによることが知られ
ている。電極に本発明の半導電性電極を採用する際、半
導電性電極が絶縁性基板と干渉しないことは当然である
が、半導電性電極と電荷受容体との間に異常放電の起き
ないことも重要である。このため、半導電性電極の電気
的接続部は半導電性電極の放電領域から離れた領域に形
成されている。この半導電性電極の抵抗値は、好ましく
はでの厚さが１μｍ以下の体積抵抗で１０ ⁶ 〜１０ ¹³ Ω
・ｃｍがよい。

【作用】蒸着により形成した薄膜半導電性層から放電電
極を構成し、この電極の蒸着面から放電するように構成
したために均一な放電を得ることができる。また、半導
電性電極の前記放電領域から離れた非放電領域から電圧
を印加する構成としたので、半導電性電極に電圧を印加
するための電気的接続部に異常放電がおこることもな
い。このため、本発明の放電装置によれば、、非常に均
一な放電特性を安定的に実現できる。

【０００４】

【実施例】以下、図面により本発明を、詳細に説明す
る。図１は、この発明による帯電装置の構成を示す基本
原理図である。厚さが１μｍ以下で体積固有抵抗が１０
⁶ 〜１０ ¹³ Ωｃｍである高電気抵抗体の薄膜放電電極１
が、ガラス等の絶縁性基板５に蒸着形成されている。薄
膜放電電極１の抵抗値は、電荷受容体との間の空隙によ
り定まる均一放電領域内の値であることが必要である。
図２は、電荷受容体との間の空隙が所定の場合における
均一放電領域を示す線図であり、下側が均一放電領域で
ある。矢印Ａ方向に移動する電荷受容体３との最近接部
分から離れた薄膜放電電極１の端には、薄膜放電電極１
に電圧を印加するための接続電極２が設けられ、接続電
極２は絶縁皮膜６で被覆されている。接続電極２は、高
圧電源４に接続され、上記薄膜電極１に電圧を印加す
る。電荷受容体３は上記薄膜電極２の表面と１ｍｍ以下
の空隙を介して対向し、例えば導体基板上光導電層を形
成し、該基板に接地されており、薄膜電極１との間で次
のようにコロナ放電がなされる。すなわち薄膜電極１に
金属電極２を介して電圧が印加されると、薄膜電極１と
電荷受容体３との間の空隙で空気のイオン化が起こり、
電極２に電源４の負極性側が接続されていれば、−のイ
オンまたは電子が電荷受容体３側へ流れこれを帯電し、
＋のイオンは薄膜電極１側へ到達して中和される。薄膜
電極１は抵抗が大きいため放電は安定し、火花放電に至
ることはない。また、薄膜電極１の電気抵抗体値を均一
放電領域内の値に調節したことにより、矢印Ａ方向に移
動する電荷受容体３と薄膜電極１との間の空隙の放電領
域全域において過大な電流が流れるのを防止することが
でき、電荷受容体３に対し、均一な帯電が可能である。

【０００５】図３は、図１の薄膜電極１と電荷受容体３
との位置関係をしめす線図である。薄膜電極１の電極中
心が感光体ドラムとの空隙長が最小になる位置にある。
放電開始電圧は空隙長にほぼ比例することが実験により
わかっており、空隙長の分布を放電開始電圧の分布に置
き換えて図示すると図４の４０で表すことができ、電極
電圧がこの曲線４０の上方にある場合に放電が起きるこ
とになる。放電が起きると同時に感光体ドラムの表面電
位が放電開始電圧の分布に沿って上昇し、平板電極中心
（位置０）で最大値になるので、平板電極中心（位置
０）以降は放電は起こらない。したがって、平板電極と
電荷受容体ドラムの間で放電が起きる領域は、電極電
圧、及び放電電極と電荷受容体間の最小空隙長によって
決まり、印加電圧−２ＫＶ、放電電極と電荷受容体ドラ
ム間の最小空隙長２００μｍ、電荷受容体ドラムの直径
が８４ｍｍという条件では約４ｍｍであった。電圧印加
電極を、この放電領域にかからない所に形成することに
よって、薄膜半導体電極が絶縁破壊することを防止でき
る。これは、電圧印加電極が引き起こす異常放電を抑制
するためである。薄膜半導体電極自身、抵抗が均一で絶
縁破壊に強いのことと併せて本発明の帯電装置の耐絶縁
破壊性を高めている。電圧印加電極が放電領域にかから
ないような位置としては、図５のように薄膜半導体電極
の下や図６のように放電電極の側面であっても同じよう
に絶縁破壊することを防止できる。

【０００６】図７は、本発明における帯電装置の放電電
極の作製方法をしめす製造プロセスの工程図である。こ
れを順に説明すると、２０は厚さ１．１ｍｍのガラス基
板である。次に（２）のように、このガラス基板の表面
に厚さ０．１μｍの薄膜電極層２１を全面に蒸着形成し
た。この薄膜電極は、プラズマ化学蒸着（ＣＶＤ）やス
パッタリングにより形成したもので、例えば、金属酸化
物、金属窒化物、不純物をドープしたアモルファスシリ
コン等の体積固有抵抗が１０6〜１０13Ωｃｍの安定し
た高抵抗体からなる。本実施例では、燐をドープし抵抗
を調整したアモルファスシリコン層をプラズマ化学蒸着
（ＣＶＤ）によって形成した。次に（３）のように、電
圧印加電極のパターンが表面に露出するようにマスキン
グを施し、（４）のように、真空蒸着により厚さ１μｍ
のＡｌ電圧印加電極２２をアモルファスシリコン層２１
の上に所定の本数を等間隔で形成した。さらに（５）の
ように、電圧印加電極が端部になるようにガラス切りに
よって所定の本数に切断し放電電極を作製した。図８に
示すような構成の電子写真装置において図７に示す製造
プロセスで用意した本発明の電極の放電テストを施し
た。図７の工程によって作製した放電電極１０を電荷受
容体（感光体）３ａと約２００μｍの空隙を介して対向
するように絶縁された支持体に固定し、除電ランプ１３
で表面電位を整えたのち表面電位センサー１１および、
表面電位計１２で感光体の帯電特性をテストした。本発
明の帯電装置１０に直流電源４より−２ＫＶの電場を印
加したところ、電荷受容体（感光体）３ａの表面電位は
一様に約−７００Ｖとなった。一方、図１１に示した例
を同じように電荷受容体（感光体）３ａと約２００μｍ
の空隙を介して対向させ、直流電源４より電場を印加し
たところ、−７００Ｖの表面電位を得るためには約−４
ＫＶの電場が必要であった。したがって、本発明により
放電電極による電圧降下が約−２ＫＶ低減され、低電圧
で帯電できることが実証できた。

【０００７】図９は、この発明による帯電装置用いた電
子写真プロセスを説明する一例の構成を示す図である。
１０は電荷受容体（感光体）３ａを帯電させるための本
発明による帯電装置であり、これにより電荷受容体（感
光体）３ａを所定電位に帯電された後、原稿台３１上に
置かれた原稿３０が照明ランプ３２により露光され、レ
ンズ３３を通して電荷受容体３ａに画像が投影されるこ
とにより、静電潜像が形成される。この静電潜像に現像
器３４により現像剤を付着させて可視像を形成させる。
用紙カセット３５から送られた用紙３６を電荷受容体
（感光体）に重ね、転写用帯電装置３７でイオンを与え
ることにより現像剤が用紙に転写される。続いて剥離用
帯電装置３８で用紙の電荷を除電して用紙を電荷受容体
から剥離する。現像剤は定着装置３９で用紙に定着さ
れ、複写画像となる。この発明による帯電装置の放電特
性が極めて均一である結果、良好な複写画像が得られる
ことが確認できた。

【０００８】

【実験例】図８に示すような構成の装置を用いて、本発
明の長時間の信頼性実験を行った。この時、電荷受容体
へ流れ込む電流は電源４側で一定になるように制御し
た。その結果、図１０に示されるように図１１の従来例
による電極では感光体の劣化等によって、１００時間の
経過時点で必要印加電圧がー４ＫＶからー６ＫＶまで上
昇し、放電電極の絶縁破壊が起きてしまったのに対し
て、本発明による構成の電圧では、必要印加電圧がー２
ＫＶのままほとんど上昇せず絶縁破壊も起きなかった。
このために、本発明による構成の電極では、放電特性の
均一性に優れると同時に耐久性にも優れることが判明し
た。

【発明の効果】この発明によれば、蒸着により形成した
薄膜半導電性層から放電電極を構成し、この電極の蒸着
面から放電するように構成したために均一な放電を得る
ことができ被帯電対象を均一帯電させることができると
いう効果を有する。また、半導電性電極の非放電領域か
ら電圧を印加する構成としたので、半導電性電極の電気
的接続部に異常放電を起こすことがない。さらに、場所
的に抵抗値が均一な半導電性放電電極を持つ帯電装置
は、絶縁破壊に強く長寿命であるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の帯電装置の原理を説明する構成図であ
る。

【図２】本発明の帯電装置についてとりうる電極抵抗値
の範囲を示すための線図である。

【図３】本発明の放電電極と感光体間との空隙を説明す
るための線図である。

【図４】本発明の放電電極と感光体間の放電開始電圧を
示すためのグラフである。

【図５】本発明の他の実施例の説明図である。

【図６】本発明のさらに他の実施例の説明図である。

【図７】本発明の帯電装置の製造工程を説明する図であ
る。

【図８】本発明の放電電極の帯電試験装置を示すための
線図である。

【図９】本発明の放電電極を用いた電子写真プロセスを
説明するための線図である。

【図１０】本発明と従来型の印加電圧の変化を比較した
グラフである。

【図１１】従来の帯電装置の概略を示すための構成図で
ある。 １．．．帯電電極、２．．．接続電極、３．．．電荷受
容体。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電荷受容体に対向して配置され放電によっ
   て前記電荷受容体の帯電を行う帯電装置において、 絶縁性基板表面に０．１μｍ以下の薄膜半導電性層を放
   電電極として蒸着させて半導電性電極を形成し、前記半
   導電性電極の蒸着面の放電領域を前記電荷受容体に対向
   させ、かつ、前記半導電性電極の前記放電領域から離れ
   た領域には電圧を印加するための電気的接続部を形成
   し、前記半導電性電極は前記半導電性電極が前記電荷受
   容体とのすき間に応じた均一放電特性から定まる抵抗値
   を有していることを特徴とする帯電装置。