JP2992183B2 - コロナ放電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コロナ放電現象を応用
して被帯電物を均一に帯電させるコロナ放電装置の改良
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、複写機，プリンタ等電子写真プロ
セスに用いられるコロナ放電装置としては、直径５０〜
１００μｍのタングステンワイヤに５〜１０ＫＶの高電
圧を印加し、これによって発生したイオンを感光体表面
に移動させて帯電を行なう方式が知られている。しかし
ながら、この方式では放電を安定化させるために、タン
グステンワイヤから一定距離を隔ててシールドケースを
配置しており、さらに、感光体上の帯電を均一化するた
めに、制御電極としてグリッドを設けているものがあ
り、これらに対する必要以上の放電のためオゾンの発生
量が多く、画質の劣化を招いたり、人体に悪影響を与え
てしまうといった問題点がある。

【０００３】また、近年、たとえば特開昭６３−１５２
７２号公報に開示されているように、タングステンワイ
ヤの代わりに、針状電極や鋸歯状態に形成した放電電極
を用いたコロナ放電装置が提案されている。この形式の
コロナ放電装置は、ワイヤ形式のものに比べ顕著な構造
的および作動的利点を有しており、比較的構造的強度が
高く、かつ、印加電圧が低い。図１０はその一例の平面
図である。絶縁性基板１１上に多数の針状の電極２１を
有する電極板２２が取付けられている。

【０００４】しかしながら、各放電電極先端の形状ばら
つき，破損，汚染等により、各放電電極間での放電が不
均一であり、均一な帯電を得るためには、必要以上に放
電電流を流さなければならず、ワイヤ方式の１／５程度
ではあるが、依然としてオゾンの発生量が多い。

【０００５】この問題の解決法の１つとして、特開平５
−２３１４号公報に開示されているように、放電電極各
々を別個の抵抗を介して電源に接続することにより、放
電電極各々に流れる電流を制御，安定化する技術が知ら
れている。

【０００６】図１１は、この種のコロナ放電装置の一例
の平面図である。絶縁性基板１１上に共通電極１４が形
成され、共通電極１４と各々の放電電極１２が等ピッチ
Ｐの間隔で配置されている。共通電極１４と各々の放電
電極１２とは、数百ＭΩの抵抗値を有し、環境変化に対
しその影響を除外するように構成され安定した抵抗値を
示す、たとえば、モールディングによる複数の抵抗体１
３で電気的に接続されており、この抵抗体１３により共
通電極１４に印加された電圧を一定電圧降下させること
により、各放電電極１２から放電される放電電流を安
定、均一化させ、オゾンの発生量を減少させる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１１
に示すような装置において、抵抗体としてチップ抵抗素
子を用いた場合、抵抗を多数使用する必要があるため、
コストアップに繋がり、さらにコロナ放電装置が大型
化、複雑化し、製造も困難になるといった問題がある。

【０００８】また、抵抗体として、たとえば、ポリカー
ボネイトの基材にカーボン等を混入した有機材料を用い
た場合、その抵抗体を作製する際には、導電性を有する
両面接着性テープが一定間隔で塗布されたシート状抵抗
体から、プレス加工により櫛歯状に打抜き、作製する方
法等があるが、プレス加工上の制約から、狭ピッチのも
のは作製が困難で、さらに取扱い性が悪いといった問題
があった。

【０００９】さらに、高抵抗チップ抵抗素子の個数を減
少させるため、およびシート状抵抗体のプレス加工によ
る打抜き性を良好にするために、放電電極間距離をより
大きくすると、帯電特性が悪くなり、また、万一放電電
極の一部に破損，汚染等が生じた場合に対しても、帯電
ばらつきが大きくなり、画質としては非常に悪いものと
なってしまう。

【００１０】この発明は、上記問題点に鑑み、できるだ
け放電電極間距離を大きくし、コロナ放電における総電
流量を減少させることにより、オゾン発生量を抑制させ
ることおよび、高抵抗チップ抵抗体の使用個数を減少さ
せることを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によるコロナ放電
装置は、絶縁性基板上に形成され高圧電源に接続される
共通電極と、この共通電極から一定間隔を隔てて絶縁性
基板上に配設された複数の放電電極を有するものにおい
て、複数の放電電極の集合体が、それぞれ抵抗体を介し
て共通電源に接続されるようにした。

【００１２】また、絶縁性基板上に形成され高圧電源に
接続される共通電極と、この共通電極から一定間隔を隔
てて絶縁性基板上に配設された複数の放電電極を有する
ものにおいて、放電長の長い放電電極と放電長の短い放
電電極とを散在して配置するようにした。

【００１３】これらを組合わせることもできる。

【００１４】

【作用】本発明によれば、複数の放電電極の集合体が、
それぞれ１個の抵抗体を介して高圧電源に接続されるか
ら、均一な帯電に必要な電流値を上昇させることなく、
従来放電電極各々に配設されていたチップ抵抗体の個数
を削減し、あるいは、プレス加工による打抜きによって
形成される櫛歯形状の一体型抵抗体のピッチが大きくな
ることにより、プレス加工打抜きが容易になり、取扱い
性も向上させることができる。

【００１５】また、１個の抵抗体に接続されている各放
電電極間距離を一定とし、隣接する他の放電電極の集合
体との距離を前記各放電電極間距離より大きくなるよう
に配置することにより、前記の場合よりさらに有利にな
り、万一、放電電極の一部に欠損を生じた場合でも、帯
電ばらつきを小さくすることができる。

【００１６】さらに、各放電電極の放電長を異ならしめ
ると、通常の放電に作用する放電電極が限定できること
により、均一な帯電に最低限必要な放電電極ピッチに設
定することが可能となり、またその放電電極に不良，破
損，汚染などが生じた場合でも、今までの帯電特性を維
持することができる。さらに、均一な放電長の場合より
もオゾン発生量や放電生成物を減少させることができ
る。

【００１７】これらを組合わせると総合した成果を得る
ことができる。

【００１８】

【実施例】図１は、本発明の第１の実施例の平面図であ
る。絶縁性基板１１上に共通電極１４が形成されてお
り、この共通電極１４から一定間隔Ｄを隔てて、絶縁性
基板１１上に複数の放電電極１２が、たとえば２個１組
で配設されている。一例として、放電電極１２の材質は
ステンレスで、厚さ０．１ｍｍ，電極数は１０８個で各
電極の間のピッチＰおよび各電極の組の間のピッチＰは
２ｍｍであり、各電極の先端が絶縁性基板１１のエッジ
部から感光ドラム側に２ｍｍ突出した位置になるよう、
絶縁性基板１１に接着されている。放電電極１２は２個
１組であるから、その集合体の数は５４個となる。それ
らが共通電極１４とそれぞれ５００ＭΩ程度の抵抗値を
有する５４個の抵抗体１３を介して電気的に接続されて
いる。抵抗体１３は、電気回路部品としてごく一般的に
用いられている安価なチップ抵抗素子を用いることがで
きる。その場合、５４個の抵抗素子のばらつきは５００
ＭΩ±１０％程度である。共通電極１４は、図示されて
いない高圧電源に接続されており、高圧電源から定電流
制御により高電圧が印加されることで、放電電極先端部
からコロナ放電を発生させ、感光体ドラム上に静電潜像
を形成させる。

【００１９】図２は、第２の実施例の平面図である。放
電電極３個を１組とした例であって、１個の抵抗体１３
に接続されている各放電電極間の距離を一定たとえばＰ
／２とし、隣接する放電電極の組との間の距離Ｐを前記
放電電極間の距離より大きくなるように配置したもので
ある。

【００２０】図３は第３の実施例の平面図である。図１
のコロナ放電装置において、隣接する放電電極の放電長
をギャップｇ変化させたものである。放電電極１２−１
の先端は、放電電極１２の先端よりｇだけ長い。したが
って、放電電極１２−１と感光体ドラムとの間の放電長
は短くなる。この構成は、前述の図１の抵抗挿入型のコ
ロナ放電装置と同様であるが、相違点は、１つの抵抗体
１３に接続している各放電電極の放電長が互いに異なる
ことである。すなわち、１つの抵抗体１３に接続されて
いる２つの放電電極１２，１２−１の先端と感光体ドラ
ムの距離が異なると、それぞれの電極と感光体ドラムの
空隙インピーダンスに差ができるため、コロナ放電は放
電長の短い一方の電極１２−１からのみ発生することに
なる。ここで、形式上の放電電極ピッチＰは２ｍｍであ
るが、実際に放電している電極ピッチＰ′は４ｍｍとな
る。以上のことにより、コロナイオンが発生している放
電電極を限定することができるため、１つの抵抗体１３
に対し放電長の短い１つの放電電極１２−１が対応する
ことになり、結果的には図１１の独立抵抗挿入型コロナ
放電装置と同様の放電形式になる。

【００２１】次に、図１０および図１１に示す従来のコ
ロナ放電装置２種類および図１〜図３に示す本発明のコ
ロナ放電装置を用いて、実際に後述の図９に示されるよ
うな感光体ドラムに対し帯電を行ない、感光体表面上の
帯電ばらつきの測定を行なった。その結果を図６に示
す。

【００２２】図６において、図１０に示されるように抵
抗体を挿入しない従来型のコロナ放電装置では、図中＋
で示されるような十分な均一性を得る（帯電ばらつき３
０Ｖ ^P-P 以下）ためには、トータル電流値として１４０
μＡ以上必要であり、図１１に示す独立抵抗挿入型コロ
ナ放電装置では、図中●で示すように、トータル電流は
８０μＡ程度しか必要とせず、同程度の帯電特性を要す
る場合、必要電流量としては、約２／３以下で済むこと
になる。この結果として、帯電チャージャー内のオゾン
発生量は印加トータル電流値にほぼ比例することから、
オゾン発生量も約２／３に以下に抑制することができ、
機器の酸化および人体への悪影響等も低減されることに
なる。図６において、○は図１に示すコロナ放電装置の
放電特性であり、図中□は図２に示すコロナ放電装置の
特性であり、図中△は図３に示すコロナ放電装置の特性
である。図から明らかなように独立抵抗挿入型のコロナ
放電装置による測定結果と変化なく、均一な帯電特性を
得るためのトータル電流を最小限に設定することができ
る。

【００２３】さらに、破損，汚染等により放電不良電極
が存在した場合の帯電ばらつきの測定も行なった。具体
的には、放電電極数１０８個のうち隣接しない放電電極
において、無作為に、放電長の短い放電電極８個を破損
させた。その結果を図７に示す。

【００２４】図７において、図１０の○，□，△，＋，
●は、それぞれ、図６のそれぞれに対応する。ここで
も、従来の独立抵抗挿入型と同様な結果であり、また、
それぞれ放電電極の破損していない図６の場合と比べて
もほとんど変化がないことが確認できた。

【００２５】次に、図４は第４の実施例の平面図であ
る。これは図１０に示される従来例の隣接する電極の長
さをｇだけ変化させたものである。電極２１−１は２１
よりｇだけ長い。図３の場合と比べると、抵抗体１３を
除き各電極を直接共通電極に接続したものとなる。放電
電極２１−１または２１と感光体ドラムの空隙インピー
ダンスに差を持たせるように構成したもので、その結
果、放電電極２１−１から発生する実際のコロナイオン
の位置を限定させることができ、すなわち、放電距離の
短いほうの電極２１−１からコロナイオンが発生するこ
とになる。そのため、図３の場合と同様に、オゾン発生
領域が減少するため、オゾン発生量を減少させることが
可能となる。

【００２６】図８は、図４の装置に同一印加電流（トー
タル電流）を加えたときの、放電電極間ピッチによるオ
ゾン発生量を示すグラフである。○は２ｍｍピッチの場
合、□は４ｍｍピッチの場合、△は６ｍｍピッチの場合
の特性を示す。この結果より、放電電極間ピッチをでき
るだけ大きくすればオゾン発生量を抑制できることがわ
かる。

【００２７】ここで、独立抵抗挿入型コロナ放電装置の
放電電極間ピッチの違いによる帯電ばらつきについて検
討する。

【００２８】図１２において、各放電電極間ピッチ２ｍ
ｍ（●）と４ｍｍ（○）とでは、その結果に違いが見ら
れないが、放電電極が破損，汚染などの原因により不良
が生じた場合、たとえば、ピッチ８ｍｍ（△）の場合、
放電電極間ピッチＰが大きくなることによって、帯電ば
らつきが極端に大きくなり帯電器としては役目を果たさ
なくなる。□は６ｍｍピッチの場合の特性である。その
ため、放電電極間ピッチＰとしては、２ｍｍを採用して
いた。そこで、図３に示すコロナ放電装置を用いて帯電
ばらつきの測定を行なった。このコロナ放電装置は、放
電に関係する電極は、前述のとおり見かけ上４ｍｍピッ
チとなっている。その結果は、前述のように図６の△で
示される特性であり、放電電極間距離２ｍｍピッチＰの
独立抵抗挿入のものの特性（●）と比較すると、そのば
らつきには差が見られなかった。また、前述した図７に
示される放電電極を破損させた実験においても、独立抵
抗挿入のものと比較して帯電ばらつきは良好であった。
このように、できる限り放電電極間ピッチＰを大きくす
ることにより、前述のようにオゾン発生量を抑制させる
ことができ、さらに抵抗体の個数を削減することも可能
となり、安価にコロナ放電装置を作製することができ
る。

【００２９】次に、放電電極の放電長の差ｇと放電電流
の関係について検討する。図３に示すコロン放電装置を
放電電極数２４ピン、抵抗体５００ＭΩで構成し、トー
タル電流２４μＡ、放電長７ｍｍとして、１ピン当たり
の放電電流値を測定した。次の表１にその結果を示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】放電している電極は、前述のとおり、放電
電極とドラム間の距離、すなわち放電長の短いもの、こ
の場合は放電電極１２−１であり、その放電電流値とし
ては、放電長ギャップｇに関係なく、１ピン当たりほぼ
２．０μＡであった。前述したように、ここでも放電電
極を破損させた実験を行なった結果について、表１に示
す。このように、均一帯電に必要な放電長ギャップｇを
０．３ｍｍ以下に設定することにより、破損した電極が
存在しても、電極全体としての電流値は減少することな
く、したがってばらつきが少ない帯電ができる。

【００３２】以上の帯電ばらつきの測定において、図１
〜図３の装置の抵抗体としては、すべてチップ抵抗体に
よるものであるが、チップ抵抗体に代えてシート状の抵
抗体を使用することもできる。

【００３３】図５はシート状の抵抗体を使用した第５の
実施例の平面図である。シート状抵抗体１５の材料とし
ては、ポリエチレン，ポリエステル，ポリウレタン，ナ
イロン，ポリアミド，ポリイミド，ポリカーボン等の有
機材料からなる基材に、カーボンブラックや金属粉から
なり廉価な抵抗体を形成する無機材料、もしくは酸化
塩，酸化ルテニウム等、温湿度変化に安定した性能を示
す高抵抗体を形成する金属酸化物、もしくはハロゲン酸
素酸塩，過ハロゲン酸素酸塩，過塩素酸リチウム等局部
的な抵抗値変化の少ない均一な抵抗体を形成するイオン
伝導を示すアルカリ金属塩等の添加物が混入され、共通
電極１４と各放電電極１２，１２−１との間の抵抗値が
約５００ＭΩとなるような電気抵抗を得ている。このよ
うなシート状抵抗体１０を用い、各電極での放電電流ば
らつきを調べたところ、それは設定値の１μＡに対し、
±５％とチップ抵抗を使用した針状または鋸歯状放電装
置と同等の放電安定性であった。

【００３４】次に、シート状櫛歯抵抗体のプレス加工に
ついて説明する。２ｍｍピッチの櫛歯を用いた場合、従
来の独立抵抗体、すなわち放電電極となる櫛歯１ピンに
対し、抵抗体が１個対応し、当然櫛歯ピッチとしては２
ｍｍとなる。図５に示す抵抗体は、櫛歯ピッチが４ｍｍ
となり、シート状のプレス加工において、シートを押さ
える面積が十分に取れ、打抜きが良好であった。さら
に、金型を櫛歯１個ずつプレス加工を施し、順送りさせ
る場合においては、順送りする回数が半分に減少するこ
とになり加工時間の短縮にもなった。

【００３５】図９は、本発明によるコロナ放電装置を電
子写真装置としての複写機において適応した場合の構成
を示す説明図である。光走査による原稿（図示せず）か
らの反射光Ｌが、感光体ドラム１に入射する。この感光
体ドラム１は、アルミニウム等の導電性材料を素材とし
たドラム状の基体を回転自在に軸支し基体の表面にＯＰ
Ｃ（有機光導電体）等からなる光導電層を形成したもの
であり、装置内で図示した矢印Ａ方向に回転駆動する構
成となっている。そして、上記感光体ドラム１は、均一
帯電された外周面に前述の反射光Ｌが露光されること
で、この外周面に原稿の画像パターンに応じた静電潜像
を形成するようになっている。

【００３６】感光体ドラム１の外周面を所定電位に帯電
させる帯電チャージャー２と、感光体ドラム１に形成さ
れた静電潜像をトナーＴによってトナー像として現像化
する現像ユニット３と、感光体ドラム１に残留する電荷
を除去する除電ランプ６とがそれぞれ配設されている。
また、上記のように感光体ドラム１と転写チャージャー
４との間で搬送される転写紙ＰＡの搬送方向（Ｂ方向）
の下流側には、転写されたトナー像を転写紙に定着させ
る定着ユニット７が設けられている。なお、上記の帯電
チャージャー２および転写チャージャー４は、各々、本
発明のコロナ放電装置によって構成されているものであ
る。

【００３７】帯電チャージャー２は、断面がコの字型の
シールドケース２ａに、たとえば、図５に示すシート状
抵抗体を使用し、放電ギャップｇを０．１ｍｍとした本
発明による鋸歯状コロナ放電装置２ｃがこのケースに支
持され配設された構成となっている。鋸歯状コロナ放電
装置２ｃの共通電極１４は高圧電源に接続されており、
この高圧電源により定電流制御（トータル電流１００μ
Ａ）で高電圧を印加することにより、各放電電極先端部
よりコロナ放電を安定的に発生させ、感光体ドラム１の
表面を帯電させる。コロナ放電装置２ｃと感光体ドラム
１の間には、高圧電源により−６２０Ｖの電圧が印加さ
れたグリッド電極２ｂが配設されており、感光体ドラム
１の外周部の帯電電位が所定電位（−６００Ｖ）になる
よう設定制御している。

【００３８】一方、転写チャージャー４は、グリッド電
極２ｂを除き、帯電チャージャー２と同様に構成され、
断面がコの字のシールドケース４ａ内に、図５に示すコ
ロナ放電装置４ｃが支持されており、このコロナ放電装
置４ｃに高圧電源が接続された構成となっている。

【００３９】そして、上記転写チャージャー４は、高圧
電源からコロナ放電装置４ｃに高電圧が印加されること
で、各放電電極先端部からコロナ放電を発生させて転写
紙の裏面を帯電させ、感光体ドラム１の外周面に形成さ
れたトナー像を転写紙の上に転写する。

【００４０】この電子写真装置を用いて感光体ドラム１
上の帯電電位を測定した結果、従来の独立抵抗挿入型コ
ロナ放電装置（図１１）を用いた電子写真装置と同等の
帯電特性を得られていることが確認できた。また、ハー
フトーンの原稿を用いたコピーテストでも、従来方式と
同等のコピーサンプルが得られることを確認した。ま
た、本実施例では、特に電子写真装置の帯電装置および
転写装置について説明したが、本発明はこれに限定され
るものではなく、たとえば、電子写真装置の転写装置や
除電装置、剥離装置等のコロナ放電装置にも適用される
ことはいうまでもない。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、本発明によるコロナ放電
装置は、均一な帯電に必要な電流値を上昇させることな
く、従来各放電電極に配設されていたチップ抵抗体の個
数を削減し、あるいはプレス加工による打抜きによって
形成される櫛歯形状の一体型抵抗体のピッチが大きくな
ることにより、プレス加工打抜きが容易になり取扱い性
も向上させることができる。また、１個の抵抗体に接続
されている１組の放電電極間の距離を一定とし、隣接す
る他の放電電極の集合体との距離を、前記各放電電極間
の距離より大きくするように配置することにより、より
多くの抵抗体の数を削減することができ、また、抵抗体
にシート状抵抗体を使用した場合でも、プレス加工打抜
き性が容易となり、取扱い性も向上する。さらに、万一
放電電極の一部に欠損を生じた場合でも、帯電ばらつき
を小さくすることができる。

【００４２】さらに、各放電電極の放電長を異ならしめ
ると、通常の放電に作用する放電電極が限定できること
により、均一な帯電に最低限必要な放電電極ピッチに設
定することが可能となり、またその放電電極に不良，破
損，汚染などが生じた場合でも、今までの帯電特性を維
持することができる。さらに、オゾン発生量や放電生成
物を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の平面図である。

【図２】本発明の第２の実施例の平面図である。

【図３】本発明の第３の実施例の平面図である。

【図４】本発明の第４の実施例の平面図である。

【図５】本発明の第５の実施例の平面図である。

【図６】本発明の装置と従来の装置との帯電ばらつきを
示すグラフである。

【図７】破損針が存在する場合の従来の装置と本発明の
装置との帯電ばらつきを示すグラフである。

【図８】各放電電極間ピッチによるオゾン発生量を示す
グラフである。

【図９】コロナ放電装置を適用した複写機の説明図であ
る。

【図１０】従来のコロナ放電装置の一例の平面図であ
る。

【図１１】従来のコロナ放電装置の他の例の平面図であ
る。

【図１２】図１１の例における電極間ピッチによる帯電
ばらつきを示すグラフである。

【符号の説明】 １１ 絶縁性基板 １２ 放電電極 １３ 抵抗体 １４ 共通電極 １５ シート状抵抗体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 香川 敏章 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 横田 昌吾 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−15272（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−110176（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−167383（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−2314（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−45999（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03G 15/02 G03G 15/14 G03G 15/16 G03G 21/06 H01T 19/04

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基板上に形成され高圧電源に接続
   される共通電極と、この共通電極から一定間隔を隔てて
   絶縁性基板上に配設された複数の放電電極とを有するコ
   ロナ放電装置において、複数の放電電極の集合体がそれ
   ぞれ１個の抵抗体を介して、共通電極に接続されている
   ことを特徴とするコロナ放電装置。
2. 【請求項２】 放電電極間距離を一定間隔に配置したこ
   とを特徴とする請求項１記載のコロナ放電装置。
3. 【請求項３】 １個の抵抗体に接続されている複数の放
   電電極間の距離を一定間隔とし、隣接する放電電極の集
   合体との距離を前記の放電電極間の距離より大きくなる
   ように配置したことを特徴とする請求項１記載のコロナ
   放電装置。
4. 【請求項４】 絶縁基板上に形成され高圧電源に接続さ
   れる共通電極と、この共通電極から一定間隔を隔てて絶
   縁性基板上に配設された複数の放電電極を有するコロナ
   放電装置において、放電長が長い放電電極と放電長が短
   い放電電極とを散在して配置することを特徴とするコロ
   ナ放電装置。
5. 【請求項５】 １個の抵抗体を介して共通電極に接続さ
   れる放電電極の放電長が互いに異なるように配置してい
   ることを特徴とする請求項１記載のコロナ放電装置。
6. 【請求項６】 放電電極の放電長の差が０．３ｍｍ以下
   であることを特徴とする請求項４または５記載のコロナ
   放電装置。