JPH0713769B2

JPH0713769B2 - 放電装置

Info

Publication number: JPH0713769B2
Application number: JP30634486A
Authority: JP
Inventors: 幸雄永瀬; 博里村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-12-24
Filing date: 1986-12-24
Publication date: 1995-02-15
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: JPS63159881A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は放電技術の分野において利用され、特に電子写
真複写機の感光体等を帯電・除電するための放電装置に
関する。

（従来の技術）この種の放電装置としては、誘電体を挟むように設けら
れた電極間に交流電圧を印加して一方の電極の近傍に放
電を行なわせて正・負イオンを生成し、このイオンのう
ち所定極性のイオンを、該一方の電極と被帯電部材との
間に印加したバイアス電圧で形成される電界によって被
帯電部材に向けて抽出し、該部材に付着させる帯電装置
が、例えば米国特許第4,155,093号明細書に示されるよ
うに公知である。

この方法では、放電が行なわれる電極は露出しており、
放電はこの露出した電極の近傍に強く行なわれるため、
該電極が放電に起因するプラズマエッチング作用、酸化
作用などによって容易に腐食する。このような腐食が発
生すると放電にムラが生じ、従って除・帯電作用が不均
一となるので、実用上耐久性に問題があった。

そこで、本件出願人は上述の耐久性向上を目的として、
誘電体と、該誘電体に埋設された少なくとも２個の電極
と、裸出した電極とを有し、埋設電極は、それらの間に
交流電圧を印加したときに所定の放電開始電圧で、誘電
体の表面の一部の近傍に放電が発生する位置に配置さ
れ、一方、裸出電極は、前記表面の一部またはその近傍
の位置であって、いずれの埋設電極との間の放電開始電
圧も前記所定の放電開始電圧よりも高くなる位置に設け
られた構成の放電装置を特願昭61−18954号として案出
した。

上述案により、放電による電極腐食の耐久性は著しく向
上した。

（解決すべき問題点）しかし、この放電装置で実際に除・帯電を行なうと、均
一な除・帯電を得るためには放電電極近傍の環境を無視
できない。すなわち、放電特性が周囲の環境（湿度、温
度および気圧）、とくに、湿度に依存して大きく変化
し、比較的高い湿度（例えば、相対湿度40％以上）の下
では均一で安定した放電を得ることができない。

さらに、この放電装置では、他の放電装置、たとえばコ
ロナ放電装置等に比較して、温度上昇に伴うイオン発生
量の増加が著しく、それに伴い除・帯電電流も増加する
ことが判明した。

（問題点を解決するための手段）本発明は、上述のごとくの問題を解決するためになされ
たものであり、交互電圧印加用の少なくとも２個の電極が誘電体に埋設
されると共に裸出電極を備える放電部材と、被帯電部材へイオンを付与するためのバイアス電圧を上
記裸出電極と被帯電部材との間に印加するバイアス電源
と、上記被帯電部材に流れる電流を検出する検出手段と、上記電流を予め設定された値に制御すべく、上記検出手
段により検出された電流に応じて上記バイアス電圧を予
め決められた範囲内で制御する制御手段とを有し、上記埋設電極は、それらの間に交互電圧を印加したとき
に所定の放電開始電圧で、誘電体の表面の一部の近傍に
放電が発生する位置に配置され、上記裸出電極は、上記表面の一部またはその近傍の位置
であって、いずれの埋設電極との間の放電を生じるため
の電圧も上記所定の放電開始電圧よりも高くなる位置に
設けられていてバイアス電圧が印加され、制御手段は、バイアス電圧が制御範囲を越える場合に
は、埋設電極間に印加する交互電圧、又は交互電圧の周
波数を制御することによって、前記電流を予め設定され
た値となるように制御する制御手段である、ことを特徴とするものである。

（実施例）以下、添付図面にもとづいて本発明の実施例を説明す
る。

第１図は本発明の一実施例による放電装置の断面図であ
る。

本実施例の放電装置１は、誘電体10内に埋設された少な
くとも２個の埋設電極11,12と、上記誘電体10の表面に
設けられた裸出電極13とを有している。上記２個の埋設
電極11,12は、放電を発生させるための交流電圧印加用
電極であり、裸出電極13は放電により生成されたイオン
を被帯電部材２に向け抽出するためのバイアス電圧が印
加される電極である。

上記電極11,12は交流電源14に接続されている。電極11
と電極12との間に印加する電圧波形としてはサイン波お
よび矩形波のパルス状の波形などのいずれでもよい。要
は、誘電体表面に交互電界が形成されるような電圧であ
ればよい。

上記裸出電極13は直流バイアス電源19に接続されてい
る。被帯電部材２の導電性基体18と裸出電極13間に印加
するバイアス電圧は直流に限らず、特定イオンが抽出で
きるようにバイアスされた交流であってもよい。

バイアス電源19とアース間には、被除・帯電部材２を除
電または帯電するときに被帯電部材２に流れる除・帯電
電流を検出する検出手段としての検出部20が設けられて
いる。検出部20の出力は、制御手段としての制御回路21
に与えられるようになっている。

この制御回路21は、検出部20の出力に応じて除・帯電電
流を予め設定された値となるように制御するもので、本
実施例では、検出された除・帯電電流に応じて上記バイ
アス電源19のバイアス電圧を予め決められた範囲内で制
御することによってこれを行なうようにし、更にはその
制御範囲を越える場合には、埋設電極11,12間に印加す
る交流電源14の交流電圧を制御することによって行なう
ようにしている。

以下、上記の誘電体10、埋設電極11,12及び裸出電極13
について、それらの材質を含めて詳述する。

誘電体10は耐放電性の高い無機誘電材料、例えばガラ
ス，セラミック,SiO₂,MgO,Al₂O₃などの酸化物、または
窒化シリコン（Si₃N₄）、窒化アルミニウム（AlN）など
の窒化物でできており、本実施例では矩形の断面を有す
る長尺の部材である。

誘電体10に埋設されている電極11,12は、図で誘電体の
底面（被除・帯電部材２に対向する面）に平行に、かつ
それから等距離で配置されている。これは必須ではない
が、製造上好ましい。埋設電極11,12の埋設位置は、そ
れらの間に交流電圧を印加したときに所定の放電開始電
圧で誘電体10の表面の一部の近傍に放電が発生する位置
に設定されている。これらの電極の材料としては、Al,C
r,Au,Niなどを用い得る。ここで注目すべきは、本発明
ではこれらの電極は埋設され露出しておらず、その腐食
は発生しないので上記のような材料を使用しても高耐久
性を維持できることである。

埋設電極間の距離は絶縁耐圧を考慮して、１μｍ以上、
特に３〜200μｍとすることが好ましい。

誘電体10は上述の説明では一体のものとしたが、誘電体
10および／または埋設電極11の上方の面または下方の面
で接合された２層の誘電体としてもよい。この場合それ
ぞれの層の材料は同一でも異なってもよい。特に、誘電
体層を図示のように誘電体10aと誘電体10bの２層とした
場合、裏面で放電の生じる誘電体層を耐放電性の高い無
機材料等を用いて誘電体材料の寿命を保証し、反対側の
誘電体材料としては有機誘電体を使用してもよい。一体
構成、２層構成いずれの場合でも、埋設電極の下部の誘
電体の厚さは、１μｍ以上、500μｍ以下、特に３μｍ
以上200μｍ以下が好ましい。裸出電極13は本実施例で
は前記交流電圧による放電が発生する放電装置１の底面
に固定される。この電極13の材料としては、耐腐食性、
耐酸化性の高い導電性金属、例えばTi,W,Cr,Te,Mo,Fe,C
o,Ni,Au,Ptなどの高融点金属またはこれらの金属を含む
合金、もしくは酸化物などが使用される。その厚さは0.
1〜100μｍ、好ましく0.2〜20μｍで、幅は１μｍ以
上、好ましくは10〜500μｍである。裸出電極の位置は
前記放電発生領域15の端部近傍であって、いずれの埋設
電極（11及び12）との間に放電開始を生ずる交流印加電
圧が前記所定の放電開始電圧よりも高くなる位置であ
る、ここで放電領域の近傍とはその外部および内部を含
む近傍であり、外部の場合が好ましいが、内部であって
も放電領域端部近傍であれば機能的に満足できる。

以上のごとくの本実施例では、次のように放電が行なわ
れる。なお、本実施例の放電装置１は、誘電体層または
感光体層17そして導電性基体18から成る被除・帯電部材
２を除電または帯電するために使用可能であるが、除・
帯電原理は同様であるので、帯電を行う場合についての
み説明する。

埋設電極11と埋設電極12との間に交流電源14によって所
定の放電開始電圧以上の交流電圧が印加されると、これ
によって図示の放電装置１の底面（交流電圧が印加され
る電極11と同12とを結ぶ線にほぼ平行な面）の電極間近
傍に対向する部分を中心して、参照符号15で示す単一領
域において放電が行われ、正・負のイオンが交互に生成
される。しかるに、裸出電極13にはバイアス電源19によ
ってバイアス電圧が印加されているために上記イオンの
うちの所望の極性のイオンは被帯電部材２に向けて抽出
され、該被帯電部材２は帯電される。

上記放電領域15の電界強度は、中心部程強く、外部に向
って徐々に弱くなっている。先掲の従来のものでは、放
電領域の電界強度の非常に強い中心部に相当する部分が
従来の放電電極側端面と誘電体表面との接合部に相当し
ており、強い放電のアタックにより電極の劣化（特に酸
化）、消耗が著しいのに対し、第１図の放電装置１で
は、交流放電は誘電体表面間で生じるため、誘電体の劣
化の影響はほとんどなく長時間にわたって安定した交流
放電が接続することになると共に、裸出電極13を上記放
電領域15の近傍の配置し、更に直流バイアス電源19によ
り導電性基体18との間に直流バイアス電圧を印加するこ
とで、裸出電極端面の劣化、消耗もほとんどなく、長期
にわたって安定した帯電を行なうことが可能となる（な
お、除電の場合は交流バイアスを印加すればよい）。

更に、次のような制御を行なっているので、温度の変化
など環境の変動に影響されず、均一で安定した除・帯電
を行なうことが可能である。

すなわち、前述のように、イオンの抽出によって被帯電
部材２の帯電が行なわれるが、この場合、該部材２に流
れる電流が検出部20によって検出されている。

第１図ではバイアス電圧として直流電圧を裸出電極13に
印加し、正イオンを選択的に抽出している例であるが、
この時帯電電流を電流検出部20により検出し検出された
帯電電流に応じて制御回路21によりバイアス電源19のバ
イアス電圧を制御し、外部電界の変化により上記電流値
を予め設定した値となるようにする。

更に、この場合、本例では、バイアス電圧の上限を設定
し、制御回路21によりバイアス電圧をこの上限まで上昇
させても設定電流に達しない時は、次に、交流電源14の
交流電圧を制御し、交流電圧の変化により電極11と電極
12との間に印加されるAC電界を変化させて、それ以上外
部電界を変化させる（即ちバイアス電圧を変化させる）
ことなく、上記電流値を予め設定した値となるようにす
る。

第２図は、第１図に示す装置の用いられる交流電源14、
バイアス電源19、検出部20および制御回路21の一具体例
のブロック図を示す。

検出部20は、電流検出回路22から成ると共に、制御回路
21は定電流制御回路23で構成されている。また、バイア
ス電源19は、上記定電流制御回路23の出力が供給させる
Ｐ・Ｗ・Ｍ回路（パルス幅制御回路）24と、インバター
回路25と、整流回路26を備え、そして、交流電源14は、
AC発振回路27と、上記定電流制御回路23により制御され
るAC増幅回路28と、ACトランス29を有している。

かかる構成において、電流検出部13により検出された帯
電電流に応じ、制御回路14によりバイアス電源19内部の
Ｐ・Ｗ・Ｍ回路（パルス幅制御回路）24によりパルス幅
を制御しバイアス電源19の出力電圧を上記電流値が所定
の値となるように制御する。

そして、この時、バイアス電圧がある特定の上限値に達
しても、所定の電流値が得られない状況が発生した場合
には、さらに制御回路14により交流電源14内部のAC増幅
回路28の増幅率を制御し交流電源14の出力電圧を上記電
流値が所定の値となるように制御する。

このようにして、帯電電流が予め設定した値となるよう
にする。

その結果、環境の湿度変化及び裸出電極近傍の温度変化
による放電状態、すなわち裸出電極13によるイオン発生
量の変化が起こってもバイアス電圧を変化させる事によ
る外部電界の制御、交流電圧を変化させる事による前述
のAC放電領域15のAC電界の制御をすることで、帯電電流
の変動を除去することが可能となった。

第３図は、電極11,12、誘電体10、電極13から成る放電
部材１′のたとえば温度変化に対し、第１図の放電装置
１の帯電電流の制御方法例を示している。

第３図を見るとわかるように、ある一定のバイアス電圧
は印加している時、たとえば、放電部材１′の温度が変
化すると、帯電電流が変動する。その変動を検出し、設
定電流になるように、バイアス電圧を制御する。そし
て、本実施例では、更に、このバイアス電圧が、図に示
す上限値に達しても、まだ帯電電流が該定値に対し不足
するような状況が発生すると、次に、交流電圧を制御
し、放電領域15の放電状態を変化させ、裸出電極近傍で
発生するイオン量を増加させ、帯電電流の不足を補充す
る。

このような制御を行なうことにより、何らかの原因（例
えば、誘電体表面に低抵抗物質が付着することによって
放電領域15が極端に減少した場合等）により、帯電電流
が激減し、バイアス電圧が異常に高くなり裸出電極と被
帯電部材間で異常放電が発生する事を防止することが可
能となるばかりか、そのような状況下においても、放電
状態を交流電圧の制御により変化させ、帯電の安定化が
可能となる。

第３図では、一例として、放電部材１′の温度変化に対
しての制御方法を示したが、温度に限らず、環境の湿度
の影響、放電部材１′の汚れ、あるいはまた、被帯電部
材の特性変化に伴う帯電電流の変動など、全ての要因に
対して、本発明の放電装置は、帯電を安定化させる効果
を有する。

またバイアス電圧の制御は、交流電圧の制御に較べ、被
除・帯電部材２へのイオン付与量を大巾に可変させる事
が可能であると同時に、交流電圧の大巾な上昇は誘電体
表面の放電領域15の電界強度を著しく上昇させる事にな
り誘電体10の耐久性を早める結果を生じる為、バイアス
電圧を固定し、交流電圧のみの制御によって被除・帯電
部材２に流れる除・帯電電流を制御する事は望ましいも
のではない。第１図の放電装置１は、バイアス電圧制御
を行なっているから、そのように誘電体10の耐久性を早
めるという不都合も防止できるし、イオン付着量を大巾
に可変させることも可能となっている。

更に、もちろん帯電電流の定電流化は、上述の具体例に
限られているものではなく、基本的に次の機構、すなわ
ち帯電電流を検出し、その値によって外部電界を変化さ
せ、所定の帯電電流に設定し、さらにある一定の外部電
界に達した時は、次に放電領域15の放電状態を変化さ
せ、所定の電流値に設定する機構を持つ構成のものであ
ればよい。

例えば、交流電圧の値を制御するかわりに、交流電圧の
周波数を変化させる事によって、前述の効果を得る事が
出来る。ここで交流電圧の周波数の制御は、前述の放電
領域15の放電回数を変化させる事によって、放電状態を
変化させるものであり、このようにして放電状態を変化
させることによって帯電の安定化を図ってもよい。な
お、このような定電流制御方法は、この構成の放電装置
に特有のもので、従来のコロナ放電装置におけるコロナ
放電電圧の制御による一定電流制御方法とは根本的に異
なるものである。

（発明の効果）以上説明したごとく、本発明装置によれば、被帯電部材
に流れる電流を予め設定された値に制御すべく検出手段
により検出された電流に応じて裸出電極と被帯電部材と
の間のバイアス電圧を予め決められた範囲内で制御し、
バイアス電圧が制御範囲を越える場合には、埋設電極間
に印加される交互電圧もしくはその周波数を制御するこ
ととしたので、いかなる環境下においても安定でかつ均
一な除・帯電を行なうことが可能となる、という効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置を示す概要構成断面図第
２図は第１図のバイアス電源、交流電源、検出部及び制
御回路の一具体例を示すブロック図、第３図は本発明に
従う制御例の説明に供する特性図である。１……放電装置１′……放電部材 10……誘電体 11,12……埋設電極 13……裸出電極 19……バイアス電源 20……検出手段（検出部） 21……制御手段（制御回路）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交互電圧印加用の少なくとも２個の電極が
誘電体に埋設されると共に裸出電極を備える放電部材
と、被帯電部材へイオンを付与するためのバイアス電圧を上
記裸出電極と被帯電部材との間に印加するバイアス電源
と、上記被帯電部材に流れる電流を検出する検出手段と、上記電流を予め設定された値に制御すべく、上記検出手
段により検出された電流に応じて上記バイアス電圧を予
め決められた範囲内で制御する制御手段とを有し、上記埋設電極は、それらの間に交互電圧を印加したとき
に所定の放電開始電圧で、誘電体の表面の一部の近傍に
放電が発生する位置に配置され、上記裸出電極は、上記表面の一部またはその近傍の位置
であって、いずれの埋設電極との間の放電を生じるため
の電圧も上記所定の放電開始電圧よりも高くなる位置に
設けられていてバイアス電圧が印加され、制御手段は、バイアス電圧が制御範囲を越える場合に
は、埋設電極間に印加する交互電圧、又は交互電圧の周
波数を制御することによって、前記電流を予め設定され
た値となるように制御する制御手段である、ことを特徴とする放電装置。