JPH0677165B2

JPH0677165B2 - コロナ帯電装置

Info

Publication number: JPH0677165B2
Application number: JP60238546A
Authority: JP
Inventors: ウイリアムグンドラツハロバート; フランクバーゲンリチヤード
Original assignee: ゼロツクスコーポレーシヨン
Priority date: 1984-11-01
Filing date: 1985-10-24
Publication date: 1994-09-28
Anticipated expiration: 2009-09-28
Also published as: EP0181725B1; JPS61110176A; US5028779A; EP0181725A1; BR8505412A; MX159137A; DE3571709D1; CA1247694A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、帯電又は除電の目的のため一様な出力を発
生可能な安価、コンパクト且つ強力なコロナ発生器に関
する。

特にこの発明は、高効率の放電を行なえ、大きい安定性
を持ち、更にワイヤのたるみ、下がり及びアーク発生の
影響を受けにくい電気コロナ発生器に関するものであ
る。

（従来技術）感光性部材の上に一様な静電荷を生じるため、多くの方
法及び装置が従来技術として開示されている。かかる１
つの帯電装置は米国特許第2,836,725号に開示されてお
り、この装置では電気的にアースされた導電シールドに
よって部分的に取り囲まれているワイヤ状の電極がアー
スされた受取面に隣接して配置され、高圧電源がワイヤ
に接続されることによって、コロナ放電が発生される。
感光性部材に直近したコロナ放電は、コロナ発生器の周
囲に形成された帯電イオンをアースされた感光性部材の
表面へと移動させるため、帯電イオンがそこに付着して
表面電位を比較的高いレベルに上昇させる。

歴史的に見ると、コロナ発生器は1/4″（6.35mm）以上
のワイヤ−面間隔について評価されてきた。この点は、
O.A.Ullrich及びL.E.Walkup著「ゼログラフィーの帯電
概論」、バッテル・メモリアル研究所1963年12月（Ｋ−
6631）に見られるように、文献全体を通じて示されてい
る。

もっと最近の文献も、1/4″〜1/2″（6.35mm〜1.77cm）
のワイヤ−面間隔を用いた理論と実験を論じている。ま
た、1/4″（6.35mm）のワイヤ−面間隔は、B.E.Springe
ttにより1976年電子写真会議で発表された論文「コロナ
放電における閾電圧とイオン易動度」に記載されてい
る。本発明のミニコロトロンは、約1.0〜2.5mmからの面
−ワイヤ−面距離を用いる。

ゼログラフィの分野では、一様で一定の電荷電位が光導
電面に印加されるときにのみ、一貫した複写品質を得ら
れることが認められている。この種の多くの自動複写機
では通常「コロトロン」と呼ばれる単一ワイヤ発生器が
使われている。一般にコロトロンの効率は、ワイヤと感
光性部材の表面間のギャップ距離、発生ワイヤ物質の性
質、ワイヤの直径とその他の物理的特性、及びコロナ発
生器に供給されるエネルギー量を含む多くの因子に依存
する。従来、これらのコロナ装置高電流・電圧の条件を
満たすのに大型の電源を必要とし、コストが高く、大面
積の装置スペースを要した。かかるコロナ装置は、アー
スされた感光性部材又はシールドから約６〜10mm離れて
位置した単線又は複数の細ワイヤ（90μｍ）を用いるよ
うに設計されている。一般に約４″（10.16cm）/secの
帯電速度の場合、コロナワイヤの帯電用電圧は40cmの長
いワイヤ（1.7μA/cm）について裸プレートの着流が66
μＡなら約7kVである。このような装置の断面積は約6cm
²である。ネブレット（Neblette）著の「写真と複写ハ
ンドブック」は、1977年発行第７版の348頁で、「実際
のコロトロン装置では、ワイヤは6000V以上の電位に維
持され、通常光導電面を数百ボルトに帯電する」と述べ
ている。こうした装置はこれまで適切であったが、オゾ
ン放出が少く、より少いエネルギーを消費し、低コスト
で、スペースを取らないコピー装置への要求が最近高ま
るにつれ、コロナ発生装置の改良が要求されてきてい
る。従来のコロナ発生器に関する考え方と経験は、コロ
トロンを部分的に取囲むキャビティを減少させコロトロ
ンを受取面に接近させると、アークを生じ、ワイヤコロ
トロンを焼き切り、光受容体に損傷を与えると教示して
いたため、上記の要求は不可能と考えられていた。ま
た、長く細いワイヤ（0.0015″（0.038mm））と小半径
キャビティの使用は、ワイヤに鳴音（singing）とたる
みを発生させるとも考えられていた。こうした従来の反
対の教示にもかかわらず、米国特許第4,558,221号はエ
ネルギー効率がよく、限定されたスペース内で使え、広
がった面積でなく狭い領域を帯電できる小型のミニコロ
ナ発生装置の発見を開示している。

さらに本発明者等は、前記米国特許に開示されているよ
うな帯電装置を電荷受容体の近くに配置して研究を進め
ていたとき、ワイヤがアース面から1.5mmの位置に支持
されていれば、2.5kV以下で直径1.5mil（36μｍ）のワ
イヤからコロナが発生することを見い出した。これより
細いワイヤは帯電装置の製造時に取扱うのがもっと難し
く、使用時における脆さも増すが、直径ほヾ0.7ミル（1
8μｍ）、長さ5cmのワイヤについて実用的な帯電が実証
された。但し、ワイヤからの電流を約10μA/cmに制限し
ないと、時たま生じるアーク発生がワイヤを焼き切った
り、光受容体に穴をあけたりする。安定状態の電流は電
源とコロノードの間に抵抗を挿入することで制限できる
が、ワイヤが長すぎると、抵抗を通った電圧の降下が大
きくなりすぎてしまう。またワイヤが太すぎ、長すぎ及
びアース面に接近しすぎていると、容量上の問題が生じ
得る。例えば、半径ｂ、流さｌの円筒内に半径ａのワイ
ヤを置いたときの容量は次式で与えられる：距離ｂ離れた位置におけるワイヤ−面間のＣが、半径ｂ
における全円筒体の場合の約1/4であるとする。この場
合、1m当りの容量は次式で与えられる：Ｃ＝（２πε）（4lnb/a）光受容体からの距離が1.5mmの1.5mil（90μｍ）の場
合、上式は次のようになる：Ｃ＝（πε）（2ln83）＝3.2×10^-12F/m ＝3.2×10^-2pF/cm これは3kVで、長さ1cm当り1.4エルグを貯える。もっと
太いワイヤ又はもっと条件の悪いブレードは、容量的に
貯えられるエネルギーを増大させ、アーク発生時に光受
容体を損傷させる恐れがある。

さらに長いワイヤは、たるみ及び／又は振れあるいは
“鳴音”の問題も持ち、これは明らかに約６〜10mmの通
常の間隔の場合より1.5mmの間隔の場合の方が重要であ
る。

（発明の目的と構成）従って本発明では、上記３つの問題（抵抗による電圧降
下、容量による電荷の蓄積、及び放電、コロトロンワイ
ヤの“鳴音”とたるみ）全てに対する解消が、短い長さ
の細いコロナワイヤをそれらの走査路が重複するように
支持し、各セグメントを別々のインピーダンスを介して
電源に接続することによって与えられる。

本発明によれば、接地した光導電性表面部材に一様なコ
ロナ放電を発生する、コンパクトでエネルギー効率の高
いコロナ帯電装置であって、光導電性表面部材に隣接し
て配置され、長手方向に伸びる溝が形成された絶縁性シ
ールト手段と、光導電性表面部材に対向して配置された
一連の別々になったコロナ発生手段とからなり、コロナ
発生手段は、各々の容量を減少するため、シールト手段
の溝を横切り且つ光導電性表面部材から約1.0〜2.5mm離
れて配置されており、各コロナ発生手段は、該コロナ発
生手段から発したイオンを相互に重ねて一様に帯電させ
るように、前記光導電性表面部材の移動方向に対して傾
斜していることを特徴とするコロナ帯電装置が提供され
る。

本発明の上記及びその他の特徴は、以下の詳細な説明、
特許請求の範囲及び添付の図面からより明らかとなろ
う。

（実施例）以下本発明を好ましい実施例について説明するが、本発
明はその実施例に限定されるものでないことが理解され
よう。逆に言えば、特許請求の範囲で限定される発明の
精神及び範囲内に含まれる全ての代替物、変更及び同等
物は、本発明に包含されるものである。

本発明の特徴を組入れられる電子写真複写機の全般的な
理解のため、その各種構成部品を概略的に示した第１図
を参照する。以後全図を通じ、同一の要素を表わすのに
同じ参照番号を用いる。本発明の装置は光感知性部材を
帯電するか、又は誘電体を除電するための手段として開
示されるが、本発明は転写装置としても電子写真環境に
おいて使用可能なことが理解されるべきである。

電子写真印刷の実際は当該分野において周知なので、原
稿のコピーを生成するための各種処理ステーションを第
１図に概略的に示す。各ステーションを、以下簡単に説
明する。

図示例のような全ての電子写真印刷機におけるのと同様
に、導電基材から成る外周面上に被覆固定された光導電
面12を有するドラム10が、各種処理ステーションを通り
矢印14の方向に回転される。一例として、光導電面12は
米国特許第2,970,906号に開示されたようなセレンから
形成できる。適切な導電基材はアルミニウムから形成さ
れる。

まず、ドラム10が光導電面12の一部を帯電ステーション
Ａを通して回転させる。帯電ステーションＡは、全体を
参照番号16で示した本発明によるコロナ発生装置を用
い、光導電面12を比較的高く実質上一様な電位に帯電す
る。

その後、ドラム10は光導電面12の帯電部分を露光ステー
ションＢへ回転する。露光ステーションＢは全体を参照
番号18で示した露光機構を備え、該露光機構はガラス板
等の静止透明プラテンを有し、その上に原稿を支持す
る。ランプが原稿を照射する。原稿の走査は、鏡をドラ
ム10の移動と同期して振動させたり、あるいはランプと
レンズを原稿を横切って並進移動させることによって達
成され、開孔スリットを介し光導電面12の帯電部分上に
投影される増分光像を形成する。光導電面12の帯電部へ
の光像照射が、原稿内に含まれた情報領域に対応する静
電消像を記録する。

次いでドラム10が、光導電面12上に記録された静電潜像
を現像ステーションＣに回転する。現像ステーションＣ
は全体を参照番号20で示した現像装置を備え、該現像装
置は内部に混合現像剤の供給体を含んだハウジングを有
する。混合現像剤は、キャリヤ粒子と、これに摩擦電気
的に付着したトナー粒子とから成る。好ましくは、キャ
リヤ粒子が磁気材料から形成され、トナー粒子は熱溶融
性プラスチックから形成される。現像装置20は、磁気ブ
ラシ現像系であるのが好ましい。この種の系では、混合
現像剤が方向性磁場を通って移動され、磁気ブラシを形
成する。光導電面12上に記録された静電潜像は、混合現
像剤のブラシをそれに接触させることによって現像され
る。このように、トナー粒子はキャリヤ粒子から静電的
に潜像に吸引され、トナー粉末像を光導電面12上に形成
する。

引続き第１図を参照すると、コピーシートがシート給送
装置35によって転写ステーションＤへ前進される。つま
り、シート給送装置35はコピーシートを送り整合ローラ
23、27へ逐次前進させる。送り整合ローラ23が通常の方
法でモータ（図示せず）によって矢印38の方向にされる
ことによって、同ローラ23と接触するアイドラローラ27
も矢印39の方向に回転する。動作時、給送装置35は、最
上の基材又はシートをスタック30から整合ローラ23、27
間へ及び整合フィンガ24へ向かって前進させるように動
作する。フィンガ24は通常の手段によりドラム12上の像
と同期して付勢され、フィンガに当接しているシートが
ドラム上の像と同期してドラムの方へ送られる。通常の
整合フィンガ制御系は米国特許第3,902,715号に示され
ており、同特許は本発明を実施するのに必要な範囲で参
考資料としてこゝに含まれる。フィンガ24から解放され
たシートは、ガイド28、40で形成されたシュートを通じ
転写ステーションＤへ前進される。

各処理ステーションについて更に参照すれば、転写ステ
ーションＤは、コロナ装置16と同じでコピーシートの裏
側にイオンスプレーを与えるコロナ発生装置42を備えて
いる。これがトナー粉末像を、光導電面12からコピーシ
ートへと吸引する。

トナー粉末像のコピーシートへの転写後、シートは無端
ベルトコンベヤ44により矢印43の方向に沿って定着ステ
ーションＥへ前進される。

定着ステーションＥは、全体を参照番号46で示した定着
器組体を備えている。定着器46は定着ロール48と、これ
との間にニップを画成するバックアップロール49を具備
し、コピーシートはこのニップを通過する。定着工程の
完了後、コピーシートは通常のローラ52によってキャッ
チトレイ54へ前進される。

コピーシートが光導電面12から分離された後、必ず一部
の残留トナー粒子がそこに付着したまゝとなっている。
これらのトナー粒子は、浄化ステーションＦで光導電面
12から除去される。浄化ステーションＦは、光導電面12
上の残留静電荷及び残留トナー粒子の静電荷を中和化す
るコロナ発生装置（図示せず）を備えている。次いで中
和化されたトナー粒子は、回転可能に取付けられ光導電
面12と接触するフィイバブラシ（図示せず）によって光
導電面から取り除かれる。浄化後、除電ラシプ（図示せ
ず）が光導電面12をフラッド照射し、次の連続的な像形
成サイクルのため帯電を行なう前に、光導電面上に残っ
ている全ての残留静電荷を消失させる。

本願の目的上電子写真印刷機の全般的動作を示すのに、
上記の説明で充分であると考えられる。次に本発明の主
題を参照すると、第２図はコロナ発生装置16を詳細に示
している。コロナ発生装置16、42は同様に構成されてい
る。また、所望なら本発明のコロナ装置は輸送ベルト44
上方に配置し、除電手段として用いてもよい。さらに所
望なら、光受容体をほヾDCバイアスに帯電させるDCバイ
アスを含んだAC電圧を使うこともできる。

以下特に第２図を参照して、本発明の一態様の詳しい構
造及び動作を説明する。全体を16で示したコロナ発生装
置は、光導電面12の上方に位置し、光導電面12が時計方
向に回転するにつれその上に電荷を付着するように配置
されている。コロナ装置は、矩形状の絶縁シールド部材
82とそれに取付けられたコロナ発生ワイヤ又はコロノー
ド81とを有するブロック部材を備えている。移動する光
感知性部材と対向した絶縁シールド部材82の底部にスリ
ット又はチャネル開口が形成され、発生器から放電され
たイオン流がそこを通って光導電面12へ向かい付着され
る通路を与える。通常のコロナ装置の構造に関するこれ
以上の詳細については、米国特許第2,836,725号の開示
を参照されたい。

複数のコロナ発生ワイヤ81は、それぞれの高電圧インピ
ーダンス手段を介し、バスバー又は導電ライン86を経て
高電位源又は電力源90へ個々に且つ別々に接続されてい
る。正又は負どちらでもよい電源は、従来のコロナ発生
器電源よりはるかに低い電圧を供給し、この結果アーク
の発生を減少せしめる。さらに個々のワイヤ81は、別々
にそれに接続されたインピーダンスつまり抵抗と低い容
量を持ち、光導電体を損傷させる恐れのあるアークが発
生しないことを保証している。このように、ワイヤと光
受容体間の容量は、閾コロナ放射を与え又コロナ場を維
持するのにシールドを必要としないように制御されてい
る。電圧勾配は光導電体の存在によって与えられ；従っ
てシールドは必要なく、この結果シールドへの電流損は
全く生じない。つまり全電流が放電のために使え、100
％の帯電効率を与える。抵抗は各々のワイヤについて直
列である。

米国特許第4,558,221号明細書に開示されているワイヤ
−シールド間及びワイヤ−光導電体間の小さい寸法は、
コロトロンワイヤの半円形キャビティとの正確な位置合
せを必要とする。光導電体の巾と同じ程度にワイヤが長
いため、鳴音とたるみを生ずる可能性が若干あり、これ
は密な離間の場合いっそう有害である、この改良として
第２、３図に詳しく示すように、本発明の小型コロトロ
ン16は非常に短いワイヤ81から成り、鳴音及びたるみを
最小限のレベルへ減じると共に、ワイヤの張架をより容
易に行なえるようにしている。また、負帯電用コロナは
スポット状になりやすい。つまり、放射点が約1cmの間
隔となる。この問題を解消するため、各ワイヤは移動方
向に対し角度を成して配置され、“ホットスポット（放
射点）”間の有効距離をd cosθに減じている。こゝ
で、ｄは間隔の実距離、θは装置の長軸方向に対するワ
イヤの角度である。

第２、３図の各コロナワイヤ81を張架するため、ワイヤ
はまずＵ字形チャネルを有する絶縁部材82の周囲にラセ
ン状に巻き付けられ、次いで各々抵抗性ストリップ83を
介して導電ライン86に接続された導電性パッド87を締着
した後切断される。パッド87は、コロナワイヤ81をパッ
ド87に圧接させて確実に接続するのを容易としつゝ、で
きるだけ小さくすべきである。抵抗性ストリップ83は、
カーボンブラック粒子を充填することによって部分的に
導電性とされたスクリーン印刷のバインダフィルムで形
成できる。

あるいは、絶縁部材82はガラス、陶材、アルミナ等で形
成してもよく、この場合抵抗性ストリップ83は絶縁部材
82上に炉焼付けされたガラスバインダ中のルテニウム酸
化物の表面膜とすることもできる。各ワイヤセグメント
は、装置の長軸と直角方向に走査する光受容体又は光導
電体12を連続的にカバーするのに充分なように次のセグ
メントと重複している。この原理を用いるなら、互い違
い状のワイヤセグメント等、その他の構成も可能なこと
が認識されよう。

本発明を実施したところ、セレンプレート又は1milのマ
イラーを裏張りしたアルミプレートを使用した場合、電
位計は1.5milのワイヤに3.3kVを加えた条件で、毎秒約
１インチ（2.54cm）と10インチ（25.4cm）の一様な帯電
速度の各部分に沿って驚くべき一様な電位を示した。正
のストリップは上記２速度においてそれぞれ、1100ボル
トと800ボルトに帯電された。負部分はそれぞれ1200ボ
ルトと800ボルトに帯電された。コロノードワイヤと光
受容体の間隔は1.5mmとした。

第３図に示すように、別々のワイヤ81は絶縁性である部
材82のＵ字状チャネルに張り渡され、外側の絶縁部材80
に対しネジ85を締着することによって、導電性パッド87
と接触する関係で配置される。外側絶縁部材80はその内
面上に薄いゴム被覆84を有し、ワイヤが確実に静止状態
にとどまるようにしている。高電圧手段90が抵抗83を介
し各接触パッド87と接続する導電ライン86に電圧を供給
し、ワイヤへのインピーダンスを各ワイヤについて直列
とする。かかる個々のインピーダンスが、コロトロンと
光導電面の間隔を従来可能と考えられていたよりいっそ
う接近可能としている。すなわち、米国特許第4,558,22
1号では、コロトロンとして使われている１本の長いワ
イヤが内蔵容量を有し、従ってアークを発生するため、
コロトロンはその程度しか光導電体に接近して配置でき
ず、それ以上近付けるとアークが発生してしまう。一方
本方式では、個々のインピーダンスと短いワイヤが、光
受容体とコロナワイヤの間隔をアークを発生させずによ
り接近させることができる。

本発明によるコロナ放電装置の利点の１つとして、コロ
ノード又はワイヤ81への印加電圧が低いことがある。つ
まり、光導電体が帯電するにつれ、コロノードと光導電
体間の電圧差が減じていく；そして電圧のこの変化が制
御された方法でコロナを遮断可能とする；例えば、ワイ
ヤに3.2kVが印加されている場合、光導電体が1kVに帯電
しコロナを遮断するためには約2.2kVの閾電圧が必要で
ある。

要約すれば、複数のコロノードワイヤが通常のワイヤ方
向に対して角度を成す短いセグメントの形で支持された
小型のコロトロン装置が開示されている。各セグメント
は、それらの出力電流が重複し、装置の長さに沿って一
様な電流を送るように位置される。セグメントは短い距
離に張架されるので、鳴音とたるみが減じられる。個々
のセグメントは導電ラインと抵抗体を介して高電圧源に
接続されており、これがアームの発生を防ぎ、その結果
生ずる光導電面の損傷を防ぐ役割を果している。

（発明の効果）本発明によれば、シールドが絶縁体で成り、一連のコロ
ナ発生手段が、絶縁性シールドの溝を横切り且つ光導電
性表面部材に極めて近接して配置されており、各コロナ
発生手段が光導電性表面部材の移動方向に対して傾斜し
ているので、コロナ発生電圧が低くでき、コロナ電荷を
蓄積する容量も小さくなり、このため、帯電効率が極め
て高くなり、電圧降下も小さく、また、アークの発生が
最小限にされるので、アークによる光導電性表面の損傷
も抑えられる。

以上本発明をこゝに開示した構造を参照して説明した
が、本発明は上記した詳細に限定されず、特許請求の範
囲内に入るいかなる変更及び変形を含むものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の特徴を組入れた電子写真印刷機の概略
正面図；第２図は本発明から成るコロナ放電装置の部分拡大平面
図で、傾斜したコロトロンワイヤを示す；第３図は組立完了後における本発明の装置の部分傾斜
図；及び第４図は第３図の部分底面図である。 12……光導電性部材、16……コロナ発生装置、81……コ
ロナ発生手段（ワイヤ）、（コロノード）、82……絶縁
シールド手段、83……高インピーダンス手段（抵抗性フ
ィルム）、86……導電ライン、87……導電性パッド、90
……電源。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】接地した光導電性表面部材に一様なコロナ
放電を発生する、コンパクトでエネルギー効率の高いコ
ロナ帯電装置であって、前記光導電性表面部材に隣接して配置され、長手方向に
延びる溝が形成された絶縁性シールド手段と、前記光導
電性表面部材に対向して配置された一連の別々になった
コロナ発生手段とから成り、前記コロナ発生手段は、各
々の容量を減少するため、前記シールド手段の溝を横切
り且つ前記光導電性表面部材から約1.0〜2.5mm離れて配
置されており、各コロナ発生手段は、該コロナ発生手段
から発したイオンを相互に重ねて一様に帯電させるよう
に、前記光導電性表面部材の移動方向に対して傾斜して
いることを特徴とするコロナ帯電装置。
【請求項２】各コロナ発生手段と高電圧電源との間に個
々に接続されてアークの発生を防ぐ高インピーダンス手
段を有する特許請求の範囲第１項記載の装置。
【請求項３】高インピーダンス手段がルテニウム酸化物
の抵抗性フィルムから成る特許請求の範囲第２項記載の
装置。
【請求項４】抵抗性フィルムが、導電性の電力ラインと
導電性のパッドとを橋絡するように配置されてコロナ発
生手段に接触させている特許請求の範囲第３項記載の装
置
【請求項５】抵抗性フィルムにエネルギーが付与される
ように高電圧電源が導電手段を介して抵抗性フィルムに
導通している特許請求の範囲第３項記載の装置。
【請求項６】高電圧電源が交流電圧を含む特許請求の範
囲第５項記載の装置。
【請求項７】高電圧電源が直流電圧を含む特許請求の範
囲第５項記載の装置。
【請求項８】各コロナ発生手段はワイヤである特許請求
の範囲第１項記載の装置。