JPH0636858A

JPH0636858A - 帯電装置

Info

Publication number: JPH0636858A
Application number: JP4207021A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kawamoto; 広行川本
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1992-07-13
Filing date: 1992-07-13
Publication date: 1994-02-10
Anticipated expiration: 2013-09-10
Also published as: JP2795080B2; US5377070A

Abstract

(57)【要約】【目的】放電生成物の生成がなく、長期間安定で、し
かもオゾンの発生のない全く新規な帯電装置を提供する
ことを目的とする。【構成】空気中に存在する気体のイオンの電気伝導性
を有する固体電解質の少なくとも一部に電極を設け、こ
の電極に通電することによって上記固体電解質に接触す
る空気中に存在する気体をイオン化させ、この気体のイ
オンを固体電解質の表面から取り出して被帯電部材に付
着させることによって、被帯電部材の帯電を行なうよう
に構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子複写機やプリン
タ等の画像形成装置などに使用される帯電装置に係わ
り、特に放電生成物が堆積することなく、長期間安定な
帯電性能が得られ、かつオゾンの発生しない帯電装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記電子複写機やプリンタ等の画
像形成装置に使用される帯電装置としては、例えば、次
に示すようなものがある。この帯電装置１００は、図４
及び図５に示すように、金属製のシールド部材１０１の
両端部に絶縁性の固定部材であるエンドブロック１０
２、１０２をそれぞれ取付け、これらのエンドブロック
１０２、１０２間に金属製の放電ワイア１０３を一定の
張力で張架して構成されている。上記放電ワイア１０３
は、その一端が一方のエンドブロック１０２にねじ１０
４止めされているとともに、その他端が他方のエンドブ
ロック１０２にスプリング１０５を介してねじ１０４止
めされている。上記シールド部材１０１は、図５に示す
ように、電子複写機等の感光体ドラム１０６に対向する
部分を除いて放電ワイア１０３を囲むように設けられて
いる。上記シールド部材１０１と放電ワイア１０３の間
隙は、概ね８〜１５ｍｍに、感光体ドラム１０６と放電
ワイア１０３の間隙は、概ね８〜１５ｍｍにそれぞれ設
定される。また、上記放電ワイア１０３としては、直径
が３０〜１００μｍのタングステンからなる単線が用い
られる。一方、上記シールド部材１０１の材質として
は、アルミニウム、ステンレス、あるいはメッキ処理を
施した鋼板が用いられ、又エンドブロック１０２、１０
２の材質としては、合成樹脂が用いられる。

【０００３】このように構成される帯電装置１００の動
作は以下の通りである。すなわち、上記放電ワイア１０
３には、図５に示すように、主に放電ワイア１０３の直
径で決まるコロナ放電開始電圧（通常数ｋＶ）以上の電
圧が、電源１０７によって印加される。すると、放電ワ
イア１０３の表面には、図６に示すように、大きな電場
が形成されて、この部分Ｒで局部的な絶縁破壊（コロナ
放電）が生じる。しかしながら、この局部的絶縁破壊Ｒ
は、電気的には放電ワイア１０３の直径が大きくなった
ことに相当するため、これによって電場が弱められ、全
面的な絶縁破壊には至らず、安定なコロナ放電を持続す
る。すなわち、放電ワイア１０３に電解集中を起こさ
せ、これにコロナ放電を生じせしめることによって、自
己補償的な安定なコロナ放電を生起させることができ
る。そして、上記帯電装置１００は、コロナ放電によっ
て生成される荷電粒子を、放電ワイア１０３と感光体ド
ラム１０６との間に形成される電解によって感光体ドラ
ム１０６の表面へと移動させ、当該感光体ドラム１０６
の表面に付着させることにより、感光体ドラム１０６表
面の一様な帯電を行うものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
の場合には、次のような問題点を有している。すなわち
上記従来の帯電装置１００は、電子複写機等の感光体ド
ラム１０６を帯電するために、コロナ放電を利用して荷
電粒子を生成するように構成されているため、当該帯電
装置１００は、種々の問題点を有することが下記の文献
等により指摘されている。

【０００５】(1) 轡田、”電子写真におけるコロナ放
電”、静電気学会誌、１２、６（１９８８）４０９−４
１２．

【０００６】(2) 山崎、”電子写真のコロナ放電装置の
課題”、静電気学会誌、１２、６（１９８８）４１８−
４２５．

【０００７】第１には、コロナ放電を利用した帯電装置
１００を長期間運転すると、放電ワイア１０３に放電生
成物が付着する。この放電生成物は、ＳｉＯ₂を主成分
とする絶縁性の固体であり、放電ワイア１０３に放電生
成物が付着すると、その表面は、コロナ放電を生成し難
くなるためコロナ放電電流が低下し、コピー濃度の低下
やむらが生じる。

【０００８】第２には、帯電装置１００のコロナ放電に
ともなって、オゾンが発生する。このオゾンは、感光体
を変質させるだけでなく、多量になると人体にも有害で
ある。このため、電子複写機では、オゾンの機外への流
出を防止するため、オゾンフィルタを設ける必要があ
り、特別の配慮を必要とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、上
記従来技術の問題点を解決するためになされたものであ
り、その目的とするところは、放電生成物の生成がな
く、長期間安定で、しかもオゾンの発生のない全く新規
な帯電装置を提供することにある。

【００１０】すなわち、この発明の請求項第１項記載の
帯電装置は、被帯電部材を非接触の状態で帯電するため
の帯電装置において、空気中に存在する気体のイオンの
電気伝導性を有する固体電解質の少なくとも一部に電極
を設け、この電極に通電することによって上記固体電解
質に接触する空気中に存在する気体をイオン化させ、こ
の気体のイオンを固体電解質の表面から取り出して被帯
電部材に付着させることによって、被帯電部材の帯電を
行なうように構成されている。

【００１１】上記固体電解質としては、例えば、イット
リア安定化ジルコニアが用いられるが、これに限定され
るものでなく、カルシア安定化ジルコニア等他の材料を
用いても良い。また、上記固体電解質としては、他の分
子で安定化、もしくは部分安定化したジルコニアを用い
ても良い。

【００１２】また、上記電極としては、例えば、白金か
らなるものが用いられるが、白金以外の金属からなるも
のを用いても勿論よい。

【００１３】さらに、上記電極として白金からなるもの
を用いる場合には、白金ペーストを固体電解質に塗布し
た後、乾燥焼成することによって白金電極を形成するよ
うにしても良い。また、この場合には、白金ペーストを
多孔質体の表面に塗布し、さらにその上に固体電解質を
塗布した後、乾燥焼成焼結することによって白金電極と
固体電解質を形成するようにしても良い。

【００１４】また、上記固体電解質の電極側には、例え
ば、加熱手段が設けられる。

【００１５】さらにまた、上記固体電解質の周囲には、
必要に応じて金属製のシールド部材が設けられる。

【００１６】

【作用】この発明において、イットリア安定化ジルコニ
ア等の固体電解質は、酸素イオンの良伝導体である。す
なわち、例えば、平板状の固体電解質の両面にポーラス
な金属電極を密着させて設け、酸素の存在する空間、例
えば大気中でこれらの電極間に電圧を印加すれば、カソ
ード側すなわちプラス側で大気中の酸素ガスが電極から
の電子を得てイオン化し、酸素イオンとなって固体電解
質の中をアノード側すなわちプラス側に泳動する。アノ
ードに達した酸素イオンは、電極との界面で電子を放出
して再び酸素ガスになる。放出された電子は、アノード
から電源を通ってカソードへ流れ、再び前記の酸素ガス
のイオン化に寄与する。

【００１７】ところで、この発明では、固体電解質の少
なくとも一部にカソード及びアノードの片側に相当する
電極を設け、他方の電極を空気層を隔てた被帯電部材側
に設置することによって、固体電解質を泳動する酸素イ
オンを空気中に取り出し、これによる電荷を被帯電部材
に注入することによって、非接触帯電を実現するもので
ある。

【００１８】

【実施例】以下にこの発明を図示の実施例に基づいて説
明する。

【００１９】図１はこの発明に係る帯電装置の一実施例
を示すものである。

【００２０】図において、１は帯電装置を示すものであ
り、この帯電装置１は、薄い平板状に形成された固体電
解質２と、この固体電解質２の電極３側に固着された平
板状の多孔質体４とで、その主要部が構成されている。
そして、上記帯電装置１は、その固体電解質２の表面が
被帯電部材としての感光体ドラム５と、ギャップＧを介
して対向するように配置されている。この感光体ドラム
５は、導電体７の表面に感光体層６を積層して形成され
ているものである。

【００２１】ところで、上記固体電解質２の材質として
は、例えば、空気中に存在する気体のうち酸素イオンの
伝導性を有するイットリア安定化ジルコニア、もしくは
カルシア安定化ジルコニアが用いられる。しかし、上記
固体電解質２の材質としては、これに限定されるもので
はなく、他の分子で安定化、もしくは部分安定化したジ
ルコニアを用いても良い。

【００２２】上記固体電解質２は、イオンの伝導抵抗を
小さくして固体電解質２内の過電圧をできるだけ小さく
するため、固体電解質２の厚さは、できるだけ薄くする
ことが望ましく、その適正な厚さは、０．１ｍｍ以下で
ある。一方、上記固体電解質２の幅と長さには、特に制
約はないが、固体電解質２の幅は、従来のコロトロンの
それと同等の１６〜３０ｍｍ、長さは複写用紙の幅に相
当する長さ、すなわち、仮にＡ４サイズの複写用紙の長
手方向を複写用紙の幅とすれば、約３００ｍｍに設定さ
れる。また、上記固体電解質２と感光体ドラム５の間の
ギャップＧは、小さいほど低電圧で必要とする帯電電流
が得られるため、ギャップＧは、小さいほど好ましい
が、機械的精度等の制約から、０．１〜５ｍｍ程度が好
適である。

【００２３】また、上記電極３としては、例えば、触媒
としての作用を考慮して白金からなるものが用いられ
る。しかし、上記電極３を他の金属によって形成しても
勿論よい。

【００２４】さらに、上記多孔質体４は、酸素の拡散を
妨げないように多孔質であり、かつ絶縁性の材料、たと
えば多孔質アルミナ板によって形成される。また、この
多孔質体４の厚さは、後述するように、ヒータからの熱
を固体電解質２に伝え易くするために、基板としての強
度を有する範囲でできるだけ薄く形成するのが良く、好
ましくは、約０．１ｍｍ〜１０ｍｍである。

【００２５】ところで、上記固体電解質２は、一般に常
温では高抵抗体であるが、その温度を上昇させることに
よって良好なイオン伝導性を示すため、比較的低い電圧
で必要とする放電電流を得るためには、固体電解質２を
加熱する必要がある。そのため、この実施例では、多孔
質体４の固体電解質２と反対側に、固体電解質２を加熱
するためのヒータ８が設けられている。このヒータ８
は、温度制御装置９によって通電が制御されており、固
体電解質２を所定の温度に加熱維持するようになってい
る。温度制御の方法としては、周知のものを用いること
ができ、例えば、サーモカップル１０によって測定した
温度に応じて、温度制御用電源１１からヒータ８への電
力の供給を温度制御装置９によって制御することにより
行われる。

【００２６】図１中、１２は上記固体電解質２や多孔質
体４等の周囲を囲むように設けられたシールド板であ
り、シールド板１２は、前述したコロトロンのそれと同
様、出力電流を安定化し、かつ固体電解質２からの電荷
が対向する感光体ドラム５以外の部分に散逸するのを防
ぐためのものである。このため、シールド板１２の感光
体ドラム５と対向する側の面は開放されている。また、
上記シールド板１２の材質は、コロトロンのそれと同様
の金属、すなわち、アルミニウム、ステンレス、あるい
はメッキ処理を施した鋼板が好適であり、このシールド
板１２は、アースされている。なお、ギャップＧと固体
電解質２の幅が小さく、電荷の散逸が問題とならない場
合には、シールド板１２は設けなくとも良い。

【００２７】そして、上記白金電極３と感光体ドラム５
の導電体６との間には、直流電源１３によって直流の高
電圧が印加されるようになっている。

【００２８】ところで、上記の如く構成される帯電装置
は、例えば、次のようにして製造される。

【００２９】まず、多孔質体４として使用される既に焼
成済みの多孔質アルミナ板上に、図２に示すように、白
金ペースト３を所定の厚さに塗布した後、白金ペースト
３に含まれている有機バインダを常温から２００℃程度
の温度で乾燥させ、さらにその後、約１０００℃の温度
で焼成することによって、白金電極３を形成する。この
ような厚膜印刷法を用いた場合には、焼成された白金電
極膜３は、ポーラスなものとなり、固体電解質２表面に
おける酸素のイオン化を妨げないため、好適である。

【００３０】次に、上記の如く多孔質体４上に形成され
た白金電極３の上に、バインダを含有するジルコニア粉
を塗布し、１０００℃以上の高温で焼結してジルコニア
固体電解質２を形成する。

【００３１】このようにして一体的に形成された固体電
解質２、白金電極３及び多孔質体４を、ヒータ８等とと
もにシールド板１２に組み付けることによって、帯電装
置１が製造される。

【００３２】なお、上記白金電極３とジルコニア固体電
解質２は、多孔質体４上に順次積層し、同時に焼結する
ことも可能である。

【００３３】以上の構成において、この実施例に係る帯
電装置では、次のようにして感光体ドラムの帯電が行わ
れる。すなわち、この帯電装置１では、図１に示すよう
に、白金電極３と感光体ドラム５の導電体６との間に、
直流電源１３によって直流の高電圧が印加される。

【００３４】すると、上記白金電極３が表面に形成され
たイットリア安定化ジルコニア等の固体電解質２は、空
気中に存在する酸素のイオンである酸素イオンの良伝導
体である固体電解質として知られている。そのため、白
金電極３が表面に形成された固体電解質２の表面では、
図３に示すように、カソード側すなわちマイナス側で大
気中の酸素ガスＯ₂が白金電極３からの電子ｅ^-を得て
イオン化し、酸素イオン（Ｏ₂ ^2-）となって、固体電解
質２の中をアノード側すなわちプラス側に泳動し、固体
電解質２の白金電極３と反対側の表面に達する。そし
て、この固体電解質２の白金電極３と反対側の表面に到
達した酸素イオン（Ｏ₂ ^2-）は、白金電極３と感光体ド
ラム５との間に形成される電界Ｅによって、感光体ドラ
ム５の表面に電荷を注入し、感光体ドラム５の表面に位
置する感光体層７を非接触の状態で帯電させる。

【００３５】ところで、この実施例に係る帯電装置１に
作用する電解Ｅは、帯電装置１の白金電極３と感光体ド
ラム５の導電体６との間に作用する平行電極の電界であ
り、この電界Ｅの大きさは、直流電源１３の印加電圧Ｖ
を１ｋＶ、固体電解質２と感光体ドラム５とのギャップ
Ｇを１ｍｍとした場合、Ｅ＝Ｖ／Ｇ≒１０ｋＶ／ｃｍの
オーダである。これに対して、従来のコロトロンの放電
ワイア１０３の表面に生じる電界Ｅ’は、文献（Ｒ．
Ｍ．Ｓｃｈａｆｆｅｒｔ，”Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏ
ｇｒａｐｈｙ”，２ｎｄＥｄｉｔｉｏｎ，Ｆｏｃａｌ
Ｐｒｅｓｓ，Ｌｏｎｄｏｎ，１９７５．）より、放電
ワイアの半径ｒを１．５×１０^-3ｃｍとした場合、Ｅ＝
３１ｍδ｛１＋０．３０８／（ｒ・δ）^-1/2｝≒２８０
ｋＶ／ｃｍのオーダである。ここで、ｍは不整定数、δ
は気体の種類による定数である。

【００３６】すなわち、この実施例に係る帯電装置１の
電界Ｅは、従来技術になる帯電装置に比べて一桁以上小
さく、電界Ｅの強度に比例して増加する放電生成物の付
着が従来のコロトロンに比べて大幅に減少する。また、
放電面である固体電解質２の表面積が大きい、すなわち
この実施例に係る帯電装置１の固体電解質２の幅を２ｃ
ｍとすれば、その放電面の面積は、従来のコロトロンの
放電面の面積（放電ワイアの半径ｒを１．５×１０^-3ｃ
ｍとした場合には、これと同じオーダ）に比べて２／
（１．５×１０^-3）≒１３００倍大きいので、万一固体
電解質２の表面に微小な異物が付着しても、帯電の均一
性を妨げることがない。

【００３７】また、前出の文献（山崎、”電子写真のコ
ロナ放電装置の課題”、静電気学会誌、１２、６（１９
８８）４１８−４２５．）に報告されている通り、コロ
ナ放電を用いた帯電装置に生じるオゾンは、放電ワイア
表面の電界集中部で発生する。これに対して、この実施
例に係る帯電装置１の場合には、上述したように、電界
集中が小さいので、発生するオゾン量も大幅に低く抑え
られる。そのため、電子複写機では、オゾンの機外への
流出を防止するために、オゾンフィルタを設ける必要が
なく、装置の構成を簡略化することができる。

【００３８】さらに、この実施例に係る帯電装置の場合
には、コロナ放電を利用しないので、従来のコロトロン
に比べて、コロナ放電開始電圧（数ｋＶ）程度の高い電
圧を印加する必要がなく、その分、電源の電圧を低くす
ることができる。そのため、帯電装置の電源や絶縁対策
の合理化を図ることができる。

【００３９】尚、シールド板１２の開口部にグリッド電
極を設けるようにしても良い。

【００４０】

【発明の効果】この発明は、以上の構成及び作用よりな
るもので、放電生成物の生成がなく、長期間安定で、し
かもオゾンの発生のない全く新規な帯電装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明に係る帯電装置の一実施例を
示す構成図である。

【図２】図２（ａ）（ｂ）はこの発明に係る帯電装置
の製造工程をそれぞれ示す説明図である。

【図３】図３はこの発明に係る帯電装置の一実施例の
作用を示す説明図である。

【図４】図４は従来の帯電装置を示す斜視図である。

【図５】図５は従来の帯電装置を示す断面図である。

【図６】図６は従来の帯電装置の作用を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１帯電装置、２固体電解質、３白金電極、４多
孔質体、５感光体ドラム５、Ｇギャップ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被帯電部材を非接触の状態で帯電するた
めの帯電装置において、空気中に存在する気体のイオン
の電気伝導性を有する固体電解質の少なくとも一部に電
極を設け、この電極に通電することによって上記固体電
解質に接触する空気中に存在する気体をイオン化させ、
この気体のイオンを固体電解質の表面から取り出して被
帯電部材に付着させることによって、被帯電部材の帯電
を行なうことを特徴とする帯電装置。
【請求項２】上記固体電解質がイットリア安定化ジル
コニアであることを特徴とする請求項第１項記載の帯電
装置。
【請求項３】上記固体電解質がカルシア安定化ジルコ
ニアであることを特徴とする請求項第１項記載の帯電装
置。
【請求項４】上記電極が白金であることを特徴とする
請求項第１項乃至第３項のいずれかに記載の帯電装置。
【請求項５】白金ペーストを固体電解質に塗布した
後、乾燥焼成することによって白金電極を形成したこと
を特徴とする請求項第４項記載の帯電装置。
【請求項６】白金ペーストを多孔質体の表面に塗布
し、さらにその上に固体電解質を塗布した後、乾燥焼成
焼結することによって白金電極と固体電解質を形成した
ことを特徴とする請求項第４項記載の帯電装置。
【請求項７】固体電解質の電極側に加熱手段を設けた
ことを特徴とする請求項第１項乃至第６項のいずれかに
記載の帯電装置。
【請求項８】固体電解質の周囲に金属製のシールド部
材を設けたことを特徴とする請求項第１項乃至第７項の
いずれかに記載の帯電装置。