JPH0721668B2 - 除・帯電方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は感光材料あるいは誘電材料などの被除・帯電部
材を除電または帯電する方法に関する。

背景技術 従来、静電記録あるいは電子写真装置などにおいて、い
わゆるコロナ放電装置が感光体などの被除・帯電部材を
除電あるいは帯電するために広く用いられている。しか
しながら、コロナ放電装置は放電ワイヤのわずかな汚れ
によっても、有害な放電ムラが生じ易く、この放電ムラ
は被除・帯電部材を不均一な除・帯電状態にするという
欠点があり、また放電ワイヤとこれを包囲する導電性シ
ールド部材との距離をある程度以上に離す必要があり、
装置の小型化にも限界がある。

これに対して他の放電装置として誘電体を挟む電極間に
交互電圧を印加し、これにより一方に電極（放電電極）
側の誘電体表面と該一方の放電電極の、誘電体表面に直
角な端面（以下単に「側端面」と呼ぶ）に正・負イオン
を発生させ、外部電界により所望の極性のイオンを抽出
するもの（特開昭54-535375号公報）がある。この装置
は活発な放電により、放電電極が汚れにくく、しかも従
来のコロナ放電装置に比較して小型化が可能であるとい
う利点がある。

しかしながら、この放電装置は有害なオゾンを発生し易
いという欠点がある。

発明者の多数の実験、考察により、上記の放電方法にお
いては、誘電体の厚さに対して放電電極の巾を小さくす
ることによって、印加交互電圧とと放電領域の伸びとの
間には特異な関係があることが見出された。本発明はこ
の知見に基づくものである。

発明の目的 本発明は誘電体を挟む誘電電極と放電電極とを有する放
電装置を用い、オゾン発生の少ない除・帯電方法を提供
することを目的とする。

発明の概要 本発明によれば、誘電体と、該誘電体を挟む誘導電極
と、放電電極とを有する放電装置を用い誘導電極と放電
電極との間に交互電圧を印加して放電電極の近傍に放電
を発生させ、これにより被除・帯電体を除電または帯電
する方法において、前記交互電圧と前記放電の発生する
領域端部の放電電極側端面からの距離との関係に放電電
極の幅と誘電体の厚さに基づいた中間飽和特性を有せし
め、前記交互電圧の値を該中間飽和特性の中間飽和部分
に対応する電圧値とすることを特徴とする除・帯電方法
が提供されるので、後に詳述する理由により、オゾン発
生量を減少させることができる。

ここで除・帯電とは、被帯電体を帯電する場合あるいは
被除電部材を除電する場合を意味する。

実施例 第１図は本発明の実施例による放電方法を説明するため
の放電装置１の斜視図である。本発明の放電方法は被帯
電体を帯電する場合あるいは被除電体を除電する場合の
いずれにおいても適用可能であるが、説明の簡略化のた
め以下被帯電部材を帯電する場合について説明する。

この放電装置１は誘電体２、誘導電極３および放電電極
４を有する。

誘電体２は後述する誘電材料製である。

誘導電極３は誘電体２の一方の面側（図で上方）に設け
られ、後述する導電性材料製である。

放電電極４は誘電体２の他方の面側に設けられ後述する
導電性材料でできている。

被帯電部材５が放電装置１の放電電極４に対向して設け
られ、これは感光材料あるいは誘電材料などの記録材層
６と導電性材料の導電性基板７とを有する。

交互電圧電源８が誘導電極３と放電電極４とに接続さ
れ、これらの間に交互電圧を印加する。ここで交互電圧
は０電位を中心として、対称な波形のいわゆる交流電圧
に限られず、非対称な形の交互電圧でもよい。

直流バイアス電源９によって放電電極４と導電性基板７
との間に直流バイアス電圧を印加する。

つぎに、この装置を用いて行なう本発明の帯電方法につ
いて説明する。

まず、放電電極４と誘導電極３との間に交互電圧電源８
により交互電圧を印加する。これにより誘電体２の放電
電極４側の放電領域において放電が発生し正・負イオン
が生成される。

放電電極４と導電性基板７との間に印加される直流バイ
アス電圧によって、上記のごとく形成された正・負イオ
ンのうち直流バイアス電源９の極性によって決まるイオ
ンのみが記録材層６に向う。すなわち、直流バイアス電
源９の電圧により放電電極４と被帯電部材５との間には
電界が形成され、この電界の方向は直流バイアス電源９
の電圧の方向によって決定する。図示の場合は放電電極
４から導電性基板７に向う電界が形成されるので正・負
イオンのうち正イオンのみが記録材層６に向い、そこに
付着して被帯電部材５を正に帯電する。

つぎに本発明の重要な特徴である誘導電極３と放電電極
４との間に印加する交互電圧について説明する。発明者
の多数の実験、考察により、上記の放電方法において
は、誘電体２の厚さに対して放電電極の巾を非常に小さ
くすることによって、上記電圧と放電領域の伸びとの間
には特異な関係が発生することが見出された。ここで放
電領域の伸びとは、第２図に示すように、放電電極４の
側端部から、放電電極４の近傍に発生した放電領域の側
端部までの距離Ｌをいう。

第３図はこの特異な現象を従来の場合と比較して説明す
るものである。横軸は放電電極４と誘導電極３との間に
印加される交互電圧であり、縦軸は上記定義の放電領域
の伸びである。従来の場合は図示のごとく放電開始電圧
から電圧の上昇とともに放電領域の伸びは単調に増加す
る。これに対し本発明の場合は放電開始電圧から単調に
増加した後、一旦飽和し、さらに交互電圧を上昇させる
と再度単調に増加する。この中間の飽和部分では交互電
圧を上昇させても、放電領域の伸びはほぼ一定である。
この特性を本願では中間飽和特性と称し、この部分に対
応する電圧を中間飽和電圧と称する。

本発明は誘導電極３と放電電極４との間にこの中間飽和
電圧を印加することと特徴とするものである。

第４図および第５図はこの現象の理由を説明するための
放電手段の断面図である。この現象は、種々の考察の結
果つぎのように説明できる。

一般に、電界には平等電界と不平等電界とがある。平等
電界とはコンデンサーの内部電界のように平板電極間に
形成された均一な電界である。不平等電界とは電極近傍
の電界が均一でなく強弱があるものである。

本発明においては誘電体２の厚さに対して放電電極４の
巾が非常に小さいため、放電電極４を１本の円柱状の線
と仮定でき、みかけ上の電極曲率が著しく大きくなる。

従って、第４図に示すように放電電極４近傍に電界が著
しく集中し、強い不平等電界が形成される。このため、
放電が放電電極４の極めて近傍のみに集中し、放電電極
から離れるにしたがって電界が急激に弱まり、放電電極
４側端面を離れるに従って、急激に放電が発生しなくな
る。これが上記中間飽和電圧領域において生じている現
象と考えられる。一方、従来のものにおいては、放電電
極４のみかけ上の曲率が小さく、強い不平等電界が放電
電極近傍のみで発生することはなく、やや強い電界が放
電電極４側端面近傍で発生しこれは側端面を離れるにし
たがって急激にでなく徐々に減少する。従って第５図に
示すように、放電の局部的集中は発生しないので、放電
開始電圧から電圧の上昇とともに放電領域の伸びが単調
に増加するものと考えられる。

このように本発明によれば放電領域の伸びを押えること
ができ、これにともなってイオン発生量を減少させるこ
とができる。

第６図は放電電極４近傍におけるオゾン濃度を従来方法
との比較において示したものである。なお、オゾン濃度
は放電電極近傍の空気を一定量連続的にサンプリングし
ながら計測したもので、本図の横軸は誘導電極３と放電
電極４との間に印加する交互電圧の電圧値（ピーク・ピ
ーク）を示し、縦軸は任意スケールでオゾン発生量を示
す。このグラフから、本実施例方法によれば発生するオ
ゾンの濃度が従来方法による場合の約1/3〜1/10迄減少
することが理解できる なお、放電領域が減少しても、誘電体表面と放電電極間
での放電の大部分は放電電流として消費され、除帯電の
為のイオン電流は放電電極近傍の放電が放電電極への直
流バイアス電源９によって引き出されるため、除・帯電
効果は低下しない。

つぎに、中間飽和特性が発生する条件について説明す
る。この特性発生の条件としては、誘電体２の厚さ、誘
電率、放電電極３の巾、厚さ、温度、湿度などがある
が、特に重要なのは誘電体２の厚さと放電電極４の巾で
ある。

第７図は誘電体２の厚さを一定とし、放電電極４の巾を
変化させた場合の、交互電圧と放電領域の伸びとの関係
の１例を示す。誘電体２の厚さが一定の場合、中間飽和
特性は放電電極４の巾を減少するとともに低い交互電圧
で発現し、中間飽和電圧の巾は放電電極４の巾が小さい
ほど大きくなる。

第８図は放電電極４の巾を一定とし、誘電体２の厚さを
変化させた場合の交互電圧と放電領域の伸びとの関係を
示す。誘導電極３の巾が一定の場合、中間飽和特性は誘
電体２の厚さを増加することによって発現し、中間飽和
特性の開始電圧は厚さが小さいほど低く、中間飽和電圧
の巾は誘電体２の厚さが大きいほど大きくなる。

これらから、中間飽和特性は誘電体２の厚さに対して、
放電電極４の巾を小さくすることによって得られること
が判明した。

なお、第７図および第８図のデータは、誘電体２として
比誘電率８〜10のAl₂O₃を、誘電電極３としてCrを、放
電電極４としてTi厚み0.5μｍ使用した場合のもので、
温度、湿度はそれぞれ雰囲気温度及び湿度が15°〜30
℃、40％〜60％であり、誘電体表面は外部加熱手段によ
って約40℃〜80℃に加熱したものである。

これらのデータを詳細に分析したが、中間飽和特性が発
現する条件は誘電体２の厚さと放電電極４の巾との簡単
な関係では（その他の条件を一定とした場合でも）一義
的には定まらないものの、該特性は誘電体２の厚さに対
して、放電電極４の巾を小さくすることによって得られ
ることが見出された。

本発明はこの中間飽和特性が発生する条件で、中間飽和
電圧を印加するものであるが、装置の安定的作動のため
に、中間飽和電圧の巾は少なくとも100V好ましくは200V
以上であるように放電電極４の巾誘電体２の厚さを決定
するとよい。

その他の条件については、概略つぎのような関係があ
る。

誘電体２の誘電率の上昇とともに中間飽和開始電圧は低
下し、中間飽和電圧の巾は増大する。

使用温度の上昇とともに中間飽和開始電圧は低下し、中
間飽和電圧の巾は減少する傾向を示す。

使用湿度の上昇とともに中間飽和開始電圧は増大し、中
間飽和電圧の巾は減少する傾向にある。但し、誘電体表
面、特に放電電極近傍を加熱する事により湿度及び雰囲
気温度の影響はほとんど無視する事が可能である。

以上から理解されるように、中間飽和電圧が発生する条
件は一義的には決定できないが、上記の説明に基づいて
当業者が使用条件に応じてじて容易に実施することがで
きる。

本発明によれば、オゾン発生量の減少に加えて、放電領
域が減少することによる別の効果、すなわち誘電体表面
と放電電極間に流れる放電電流が減少し、その結果、消
費エネルギーが約1/2〜1/4に減少する効果がある。

さらに本発明によれば、つぎのような効果があることが
確認された。従来のものにおいては例えば第９図に示さ
れるように、誘電体２の厚さにむらがあった場合、その
むらにしたがって放電電極４が影響を受け、厚さの小さ
い部分に放電が集中し、その結果第10図に示すように放
電領域（図中ハッチングで示す領域）が不均一となり、
放電むらが発生する。これは被除・帯電部材５を不均一
に除電もしくは帯電するので大きな問題となる。ところ
が本発明によって中間飽和電圧で作動させると、第11図
のように誘電体２の厚さにある程度のむらが存在した場
合でも第12図に示すように放電領域がほとんど変化しな
いため、不均一な除・帯電に至ることはない。

第13図は本発明の除・帯電方法を実施する装置の製造方
法の１例を示す。

まず、基板12として厚さ0.1〜20mm、好ましくは0.2〜10
mmのガラス、セラミック、樹脂などの絶縁性板を準備す
る。つぎに第13図に示すように、基板12上（図で下側）
に厚さ0.1〜10μｍ、好ましくは0.2〜５μｍのCr,Ti,T
a,Ni,Au,Pt,Pl,Cuあるいはこれれらの合金をスパッタリ
ングなどにより蒸着する。この蒸着金属を通常のフォト
リソグラフィおよびエッチングにより誘導電極３として
形成する。

誘導電極３を形成した基板12の上に誘電体２を形成す
る。誘電体２としては厚さ1.0μｍ〜1mm、好ましくは、
50〜500μｍの無機誘電体例えば、セラミック（Al₂O₃、
SiN、SiC等）、ガラス（ホウけいさんガラス）、マイカ
あるいは有機誘電体例えばポリイミド、ポリエステル、
ポリテトラフロロエチレン、エポキシ樹脂など、もしく
はそれらの複合材料、例えばガラスクロス入りエポキシ
ポリイミドフィルムなどを用い、これを誘導電極３を形
成した基板12の上に接着するか、これら誘電体上に前記
誘導電極３をあらかじめ前述の方法で形成した後、基板
12に接着する。これが本発明方法を実施する放電装置の
誘電体２となる。

つぎに、誘電体２上に高融点金属、例えば、Ti,W,Cr,T
a,Mo,Fe,Co,Ni,Nb,Au,Ptまたはこれらの金属を含む合金
もしくは酸化物などを厚さ0.1〜10μｍ、好ましくは0.2
〜５μｍに誘導電極３の場合と同様に蒸着し、通常のフ
ォトリソグラフィおよびエッチングにより、放電電極４
を形成する。このようにして本発明方法を実施できる放
電装置が製造される。放電電極４の幅は、１〜500μ
ｍ、好ましくは10〜200μｍとするのが良い。

さらに、この方法によれば、放電電極４も蒸着およびエ
ッチングにより形成されるので誘電体２の形成時にサイ
ドエッジがなく、したがって電極のエッジ部を平担にす
ることができる。この点は以下の理由で好ましい。誘電
体２を印刷により形成あるいは金属板を放電電極４に接
着したのちエッチングを行なう方法の場合には、必然的
にエッジ部に凹凸が発生し、本件発明者の多数の実験に
よって、この凹凸が除・帯電むら発生の大きな原因であ
ることが判明した。従来はこの問題を解決するために誘
導電極３と放電電極４との間に印加する交互電圧を放電
開始電圧に対して十分高くとる（例えば、200μｍのAl₂
O₃を用いた場合で2.3KVppの開始電圧に対して、2.7〜3K
Vpp）ことにり凹凸の影響を相対的に減少させる方法が
とられた。この方法は必要以上に電圧を高くすることに
なるため、オゾン発生量の増加および損失エネルギィの
増加を招来するものである。上述の製造方法によれば、
放電電極層は蒸着などによって薄く形成され、これをエ
ッチングなどによって放電電極４の形状に形成するた
め、平滑な側端面を形成できる。この点においても、上
記方法は低電圧を使用可能な本発明方法を実施した場合
に発生する可能性のある問題点（放電電極４側端面の凹
凸による問題）を解消するので、本発明方法に特い好ま
しいものである。

本発明方法を実施する放電装置については放電電極４の
露出面を前記の誘電体２に使用した金属酸化物、窒化
物、窒化シリコン、二酸化シリコン、酸化マグネシウ
ム、ガラスなどの無機誘電体によって均一に被膜しても
よい。この被膜の厚さは0.01〜５μｍが好ましい。この
被膜は蒸着法（通常の蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタ
蒸着、プラズマ重合法、グロー放電重合法、CVD蒸着法
等）、めっき、コーティング、酸化処理によって形成可
能である。

このように被膜を設けことによっても上記の本発明の効
果に影響がないことが確認された。

さらに、この被膜を設けることはつぎの点から本発明で
は好ましい。前述のごとく、本発明においては放電電極
４は巾が小さいことが好ましい。このため放電電極４の
電気抵抗は増大し、放電電極４の長手方向にわたって電
圧効果が発生し得る。これによって、除・帯電作用が長
手方向にわたって不均一となり得る。これを防止するた
めには比抵抗の極めて小さいAl,Cu,Agなどの材料を放電
電極４として用いることが好ましいが、放電電極４はオ
ゾン、酸素原子、電子あるいは各種イオンに直接露され
るため、これらの金属は容易に酸化などの劣化を受け
る。ところが、上述の被膜を設けた場合には、この劣化
を受けないので、長期にわたって安定した作動を確保で
きる。したがって、この被膜は本発明に必須ではない
が、本発明方法との関係において特に好ましいものであ
る。

本発明は、同日付同一出願人に係わる「除・帯電方法」
と題する出願に記載の方法、すなわち放電電極の側端面
のみならず、底面においても放電が発生する方法におい
ても、誘電体の厚さに対して、放電電極の巾を中間飽和
特性が発生するように小さくすることによって適用でき
る。

発明の効果 以上のごとく本発明によれば、イオン発明量を低減さ
せ、かつ電圧変動あるいは誘電体の厚さのむら等によっ
ても放電が影響を受けず、したがって安定かつ均一な放
電を持続させることができる放電装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の放電方法を実施する放電装置の斜視図
である。 第２図は従来の放電領域の伸びを説明する放電装置の断
面図である。 第３図は本発明方法における交互電圧と放電領域の伸び
との関係を従来技術の場合と比較して示すグラフであ
る。 第４図本発明の実施例における電界の様子を示す断面図
である。 第５図は従来方法における電界の様子を示す断面図であ
る。 第６図は本発明方法における交互電圧とオゾン発生量と
の関係を従来技術と比較して示すグラフである。 第７図は誘電体の厚さを一定としたときの交互電圧と放
電領域の伸びの関係を示すグラフである。 第８図は放電電極巾を一定としたときの交互電圧と放電
領域の伸びの関係を示すグラフである。 第９図は公知の放電装置の誘電体の厚さが不均一であっ
た場合の断面図である。 第10図は第７図によって放電を発生させた場合の放電領
域を示す。 第11図は本発明の放電方法において誘電体の厚さが不均
一であった場合の断面図である。 第12図は第９図によって放電を発生させた場合の放電領
域を示す。 第13図は本発明方法を実施するのに適した放電装置の製
造方法を説明する断面図である。 代表図面 第３図 符号の説明 2:誘電体 3:誘導電極 4:放電電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘電体と、該誘電体を挟む誘電電極と、放
   電電極とを有する放電装置を用い誘導電極と放電電極と
   の間に交互電圧を印加して放電電極の近傍に放電を発生
   させ、これにより被除・帯電体を除電または帯電する方
   法において、 前記交互電圧と前記放電の発生する領域端部の放電電極
   側端面からの距離との関係に放電電極の幅と誘電体の厚
   さに基づいた中間飽和特性を有せしめ、前記交互電圧の
   値を該中間飽和特性の中間飽和部分に対応する電圧値と
   することを特徴とする除・帯電方法。