JPH08240968A

JPH08240968A - 放電装置

Info

Publication number: JPH08240968A
Application number: JP6665595A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Asano; 和夫浅野; Shigeo Ono; 茂雄大野; Koji Masuda; 晃二増田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1995-03-02
Filing date: 1995-03-02
Publication date: 1996-09-17

Abstract

(57)【要約】【目的】電子写真記録装置等の帯電・転写・除電等
に利用される放電装置において、放電生成ガスであるオ
ゾン、ＮＯ_X の発生量を低減するとともに、放電の均一
化、消費電力の低減を図る。【構成】基板１上に誘導電極２が帯状に形成され、
その上にガラス、セラミック等の誘電体層３が形成され
る。さらに、その上に放電電極４が形成される。放電電
極４は、平面形状が櫛状となっており、誘電電極２が形
成された帯状の領域に、櫛状の先端部が両側から突き出
すように設けられ、両側から突き出した先端部が対向し
ている。また、この先端部のみが誘電体層３を介して誘
電電極２と重なるようになっている。上記先端部の対向
している部分が放電領域となり、放電領域が分割される
とともに個々の放電領域が限定され、放電生成ガスの減
少・放電の均一化が図られる。また、放電電極４と誘電
電極２とが重なり合う領域が減少し、静電容量が低減さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電記録、電子写真記
録等における帯電、転写、除電等に利用される放電装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、静電記録あるいは電子写真方式の
複写機やプリンターの帯電、除電、転写等に用いられて
いる放電装置としては、コロトロンやスコロトロン等の
コロナ放電装置が広く知られている。しかし、これらの
コロナ放電装置は放電ワイヤにトナーや紙粉、放電生成
物等の異物が付着しやすいために放電むらが生じやす
く、清掃や交換等の定期的なメンテナンスが必要であ
り、ワイヤ径が細く断線し易いため信頼性に乏しかっ
た。また、得られる最大放電電流密度は１０μＡ／ｃｍ
² 程度であり、印字速度が大きく制限されていた。ま
た、放電により生成されるオゾンは、被帯電体の帯電特
性や表面特性を劣化させたり、多量のオゾンガスは環境
衛生上有害なため、オゾンフィルタ等により除去されて
いる。このため、フィルタの定期的交換やオゾンガスを
フィルタへ送るためのファンが必要となり、省資源、低
騒音の達成が困難であった。

【０００３】そこで、デバイスの堅牢さと高電流密度が
得られる点から、特開昭５４−５３５３７号公報に記載
の固体放電装置が提案されている。この放電装置は、図
１０に示すように固体誘電部材３の一方の側に誘導電極
２と他方の側に放電電極４を設け、両電極間に６０Ｈｚ
ないし４ＭＨｚの交互電圧５を印加することにより、放
電領域８に沿面放電を生じさせ、沿面放電により生成さ
れた荷電粒子を、放電電極４に印加される制御電圧６に
より引き出す構成となっている。また同公報において、
図１０の原理を静電記録装置へ応用したマトリクス・イ
オン発生器として、図１１に示すような装置が提案され
ている。これは、孔を設けた放電電極４１を、その孔が
誘電体３を挟んで誘導電極２と対向するように誘導電極
２と交差させ、孔端部において沿面放電を起こさせるこ
とにより放電点が分割され、各放電点をスキューさせた
ドット・マトリクス配列としたことで静電文字パターン
を形成できる装置である。

【０００４】一方、特開昭６０−７９６８９号公報で
は、図１２に示すように、放電電極４近傍を間接的に加
熱する手段９、１０により加熱し、放電を安定化させ、
かつオゾンを効率よく分解するようにした放電装置が提
案されている。また他の方式として、特開昭６３−５３
８８３号公報では、図１３に示すように、直線的に延在
した放電電極４とほぼ一定間隔で放電電極と交差した誘
導電極要素を有し、放電電極４と誘導電極２に交互電圧
を印加し、交差する不連続位置の放電電極近傍にイオン
を発生させることにより、位置的に連続であった従来の
固体放電装置に比べ低消費電力となり、オゾン発生量も
低下できるイオン発生装置が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
特開昭６０−７９６８９号公報に記載の放電領域近傍を
加熱する放電装置では、オゾンの著しい低減効果を得る
ためには１００°Ｃ以上の加熱が必要であり、またオゾ
ンを完全に分解するためには通常３００°Ｃ以上必要で
あることが知られており、この加熱温度は、放電装置に
近接しておかれる被帯電体、例えば電子写真方式の印字
装置であれば感光体の耐熱温度をはるかに越えるもの
で、被帯電体の熱的劣化が避けられなかった。また、放
電器を高温に維持しておくための電力が必要となり、低
消費電力化が困難であった。また、加熱によりオゾン発
生量は減少傾向を示すものの、他の放電生成ガスである
ＮＯｘの発生量が増加するという新たな問題点があっ
た。ＮＯｘは被帯電体として感光体を用いる場合の像流
れ現象（デリーション）の原因物質のひとつでもあり、
また、環境衛生上も好ましくない。

【０００６】一方、前述の特開昭６３−５３８８３号公
報では、不連続位置での放電を用いることによる低消費
電力、低オゾン発生を実現する放電装置が提案されてい
る。この放電装置は、放電を不連続位置とすることで誘
導電極と放電電極とが重なる部分の面積を減らせるとし
ているが、放電に不要な電極の重なる部分が構成上残る
ため静電容量の低下に限界があり、放電電圧を印加した
際の容量性の電力損失の問題を完全に解決することがで
きず、電源の小型化、低消費電力化に問題があった。

【０００７】さらに、この装置の放電形態を説明するた
め、その放電領域近傍の電気力線を図１４に示す。この
放電装置は、放電電極縁部４ａにおいて電界が集中する
ことでコロナ放電が起こり、交互電圧が印加される場合
は、誘電体３の表面の放電電極４とは反対側、すなわ
ち、図１４中の矢印Ａで示す方向にコロナが進展し、持
続性の沿面コロナ放電が起こる。その時、放電電極や誘
電体の表面状態、例えば水分や放電生成物等の異物付
着、表面温度等により電界は変化し、図１５に示す沿面
コロナ放電が生じる部分９が放電電極から近くなったり
（図１５中にａで示す部分）、遠くなったり（図１５中
にｂで示す部分）して、大きさが変化する。そして、こ
の沿面コロナ放電が生じる部分９の大きさの変化はイオ
ン発生量の変動となり、帯電が不均一になるという問題
点があった。

【０００８】一方前述の特開昭５４−５３５３７号公報
（図１０）の放電装置は、図３に示すように、沿面放電
を生起させるための電界が、対をなす放電電極４により
放電領域８の略中央部分で束縛されるので、安定したコ
ロナ放電域を形成でき、荷電粒子の生成が安定化するこ
とを見いだしたが、装置の長手方向において放電電極縁
部が全域に渡り放電するため、長手方向の放電均一性を
得るのが困難であった。また長手方向の全長が放電領域
であるため、誘導電極と放電電極間の静電容量が大き
く、放電時の無効電力が多いため低消費電力化、電源の
小型化が困難であった。一方、図１１に示されるドット
・マトリクス型イオン発生装置は、放電点が分散されて
はいるものの、電極構造上、誘導電極と放電電極の重な
り部分が存在し、この部分は放電電圧印加時の静電容量
による電力損（誘電損）となるため、低消費電力化や電
源の小型化が困難であった。

【０００９】本発明は、上記のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、信頼性が高く、被帯電体劣化の原因物
質であり環境衛生上有害な放電生成ガスであるオゾンと
ＮＯｘの発生量を同時に低減し、放電均一性に優れ、低
消費電力な放電装置を提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、誘
電体層と、該誘電体層の一方の面に積層された誘電電極
と、前記誘電体層の他方の面に積層された放電電極と、
前記放電電極の近傍に荷電粒子を生成させる交互電圧
を、前記誘電電極と放電電極との間に印加する交流電源
と、前記荷電粒子を制御する電圧を放電電極に印加する
直流電源とを有する放電装置において、前記誘導電極
が帯状に形成され、前記放電電極の平面形状は、櫛状
に分割された先端部が、前記誘導電極の設けられた帯状
の領域に両側から突き出し、この両側から突き出した先
端部が互いに対向するものであり、該先端部のみが前記
誘電電極と前記誘電体を介して重なり合うものとする。
また、上記構成に加えて、分割された放電電極に近接し
被帯電体に対向する位置に、放電領域で生成された荷電
粒子を加速し被帯電体の帯電電位を制御するグリット電
極を有するものとすることができる。

【００１１】

【作用】本発明は、誘電体層と、該誘電体層の一方の面
に積層された誘電電極と、前記誘電体層の他方の面に積
層された放電電極とを有し、前記誘電電極と放電電極と
の間に交互電圧が印加されるとともに、放電電極に直流
電圧が印加されるので、放電電極の近傍に荷電粒子が生
成され、放電電極に印加される直流電圧によってこの荷
電粒子が制御される。このとき、前記誘導電極は帯状に
形成され、前記放電電極の平面形状は、櫛状に分割され
た先端部が、誘導電極の設けられた帯状の領域に両側か
ら突き出し、該先端部のみが前記誘電電極と前記誘電体
を介して重なり合うものとなっているので、放電は放電
電極の先端部と誘電電極との間で生じ、放電密度が低下
されて気中放電により生成されるオゾン、ＮＯｘ等の放
電生成ガスの発生が抑制される。そして、前記両側から
突き出した先端部が互いに対向しているので、この対向
する部分が一つの放電領域となり、安定したコロナ放電
域を形成できて荷電粒子の生成を安定化することができ
る。また、櫛状に分割された先端部のみが前記誘導電極
と前記誘電体を介して重なり合っているので、両電極間
の静電容量を著しく減少することができ、消費電力の低
減やひいては駆動電源の小型化が達成される。

【００１２】一方、放電電極に近接し被帯電体に対向す
る位置に、放電領域で生成された荷電粒子を加速し被帯
電体の帯電電位を制御するグリッド電極を設けることに
より、被帯電体の帯電均一性を更に向上させることがで
きるものである。

【００１３】

【実施例】

（第１の実施例）以下図面を参照して本発明の一実施例
について説明する。図１は本発明の放電装置の平面図で
ある。図１に示される様に、セラミックなどの絶縁性の
基板１の上に誘導電極２を形成し、その上にガラス、セ
ラミックなどの誘電体層３を形成した後、更に誘電体層
３の上に放電電極４を形成した構成となっている。また
図２は図１の放電電極の拡大図であり、図２により本実
施例を更に詳細に説明する。

【００１４】放電電極４は、誘導電極２に近接する側が
分割された櫛歯状になっており、櫛歯先端部が誘導電極
２と一部重なる様に配置されている。上記構成の放電装
置は、セラミック基板１上に、誘導電極２、誘電体層
３、放電電極４をそれぞれ厚膜印刷技術を用いて簡単に
作成することができる。電極材料としては、金、タング
ステン、ニッケル等の印刷用金属ペーストを用い、誘電
体層材料としては、アルミナ、ガラス等の印刷用絶縁ペ
ーストを用いる。構成要素の大きさの一例としては、誘
導電極２の厚さは１〜４０μｍ程度とする。薄すぎると
配線抵抗が大きく電力損が発生し、厚すぎると誘導電極
を印刷後の次層以降の印刷段差となり層厚均一性が得ら
れないことから、好ましくは５〜１０μｍに設定され
る。幅ｄは６０〜５００μｍ程度であり、製造性、放電
効率から好ましくは１００〜２００μｍに設定される。
誘電体層３の厚さは１０〜５０μｍ程度であり、薄すぎ
ると製造時にピンホールが発生し易くなり絶縁耐圧の低
下等を引き起こすこと、また厚すぎると放電開始に必要
な電圧が高くなることから、好ましくは２０〜３０μｍ
に設定される。櫛歯状の放電電極４の放電領域８を形成
する分割部分の幅ｗは、６０〜５００μｍ程度であり、
印刷工程における製造均一性から好ましくは１００〜２
００μｍに設定される。放電電極４の櫛歯状電極ピッチ
Ｌは、０．１〜５ｍｍ程度であり、帯電均一性の点から
好ましくは０．３〜１ｍｍに設定される。また、放電電
極４と誘導電極２との絶縁層を挟んだ重なり部分の幅
は、１０〜１００μｍに設定される。

【００１５】そして、図４に示す様に、この放電装置の
誘導電極２と放電電極４の間に交流電圧５を印加し、さ
らに放電電極４にバイアス電圧６を印加する。交流電圧
は、数ｋＨｚ〜数ＭＨｚ、荷電粒子の生成効率から好ま
しくは１００Ｈｚ〜２ＭＨｚの周波数で、１〜３ｋＶp-
p の高周波高電圧であり、誘電体層３を挟んでこれらの
電極に交流電圧５が印加されると、誘導電極２の両側に
櫛歯状に分割された放電電極４の対をなす放電領域８に
おいて沿面放電が起こり、この付近に正負の荷電粒子が
生成される。そして、バイアス電圧６として、負の電圧
を印加すれば、負の荷電粒子のみを取り出すことができ
る。

【００１６】図５は、本放電装置を電子写真方式の帯電
器として応用した一例を示している。帯電を上記放電装
置１１で行い、帯電後に画像露光１２を行い、現像器１
３で静電荷像は現像され、やはり本発明の放電装置を応
用した転写装置１４により、記録紙１８上に現像像が転
写される。次に、転写後の記録紙は定着装置を通過して
最終的な複写画像ができ上がる。感光体は、クリーニン
グ、除電の後、複写の１サイクルを終了する。この放電
装置において放電電極４と感光体表面との距離は０．３
〜５ｍｍ、汚れ防止と帯電制御性の点から好ましくは
０．５〜１ｍｍに設定され、被帯電体である感光体１０
の表面電位がバイアス電圧６と略等しくなると荷電粒子
は引き出されなくなり、帯電は終了する。負帯電用ＰＣ
感光体を用い、記録速度３００ｍｍ／ｓの時、バイアス
電圧６が−９００Ｖにおいて感光体表面を−８３０Ｖま
で帯電させることができ、比較的むらの無い良好な画像
サンプルを得ることができた。また、バイアス電圧６の
極性を切り換えることで、所望の極性の荷電粒子を取り
出すことができる。

【００１７】（第２の実施例）次に本発明の第２の実施
例について、図６を用いて説明する。図６は、第２の実
施例の放電装置の平面図である。図１の第１の実施例と
異なる点は、誘導電極２が２本並列に設置されているこ
とと、各々の誘導電極２上の放電領域８が分散するよう
に分割された櫛歯状の放電電極４が、その放電領域８が
千鳥配置となるように配置されているものである。ここ
で、誘導電極２の厚さ、幅、誘電体層３の厚さ、放電電
極４の厚さ、櫛歯状放電電極４の放電領域８を形成する
分割部分の幅については第１の実施例と同様でもよい
が、放電電極４の櫛歯状電極ピッチＬ’は第１の実施例
の１〜２倍に設定することができる。そして、並列に設
置された各々の誘導電極２に対応する放電電極４の対を
なした櫛歯状電極は、その放電領域８が互いにｌ＝Ｌ’
／２ずれるように設置してある。

【００１８】本放電装置を、帯電器として応用する例を
図７に示す。この場合、２本の誘導電極２１、２２に交
流電圧を同時、もしくは交互に印加することで、第１の
実施例と同様に放電領域８で沿面放電が起こる。その
後、生成された荷電粒子により帯電を行う過程は、第１
の実施例と同じである。ここで、第１の実施例において
は櫛歯状の放電電極４のピッチに対応した帯電電位むら
が若干ではあるが生じ、印字速度が速い場合に濃度むら
となるのに対して、本実施例ではこの帯電むらを補間す
る様に半ピッチずれた部分を重ねて帯電する効果によ
り、高速印刷時においても帯電むらの少ない良好な画像
サンプルを得ることができた。

【００１９】（第３の実施例）次に本発明の第３の実施
例について、図８を用いて説明する。図８は、第３の実
施例の放電装置の平面図である。図１の第１の実施例と
異なる点は、放電電極４が鋸歯状になっていて、その鋭
端部が誘導電極２と部分的に重なり、対をなして放電領
域８を形成する様に配置されているものである。本実施
例では、放電電極４に鋭端部を設けることで平面的に電
界が集中する形状とした効果により、放電開始電圧が低
下して沿面電圧が起きやすくなり、誘導電極２と放電電
極４との間に印加される放電電圧を下げることが可能と
なり、消費電力を更に低下することができた。

【００２０】（第４の実施例）次に本発明の第４の実施
例について、図９を用いて説明する。図９は第４の実施
例の放電装置の断面図である。本実施例は、これまで説
明してきた放電装置にさらに電荷制御用のグリッド電極
１９を取り付けたものである。グリッド電極１９は、厚
さが０．０３〜０．１ｍｍ、製造性と、電荷制御性から
好ましくは厚さが０．０３〜０．０５ｍｍのステンレス
鋼薄板をパンチング、エッチング法などにより孔加工し
たものや、直径が数１０〜数１００μｍの金属細線をメ
ッシュ状に編んだものなどを用いる。開口パターンは、
円形、六角形、方形などを等間隔で配置したものや、横
や縦や斜めのスリット状にしたものなどである。また、
放電電極の放電領域に対応する位置にグリッド電極の孔
位置を合わせるように孔形成しても良い。そして、この
グリッド電極１９を放電電極４から０．１〜３ｍｍ、電
荷制御性から好ましくは０．２〜１ｍｍの間に絶縁部材
（図示しない）を用いて固定し、グリッド電極１９と被
帯電体７との距離が０．２〜２ｍｍ、汚れ防止、帯電制
御性の点から好ましくは０．３〜１ｍｍとなるように、
放電装置を設置してある。このグリット１９を設けるこ
とにより、帯電プロセス方向と直交する方向の帯電むら
をさらに減少することができた。また、これに伴い、分
割されていた放電電極４の電極ピッチＬを大きくするこ
とができ、電極ピッチＬを実施例１に示す装置の２倍に
したところ、誘導電極２と放電電極４間に印加される放
電電流は約半分まで低減された。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
誘導電極と放電電極とが重なる部分の面積を従来に比べ
激減させることにより両電極間の静電容量を著しく低下
させることができ、また、放電電極を分割して放電を分
散させ、放電密度を低下させたことにより、オゾン、Ｎ
Ｏｘなどの放電生成ガスの発生を抑制することができ、
低消費電力で環境に優しい放電装置を提供することがで
きる。そして、本発明の放電装置を用いた記録装置にお
いては、駆動電源の小型化やオゾンフィルタ、フィルタ
用ファンを取り除くことができる。これにより、低コス
ト、低消費電力、低騒音な記録装置を提供することがで
きる。

【００２２】また、放電電極の誘導電極近傍が櫛状に分
割され、その先端部が、誘導電極の設けられた帯状の領
域に両側から突き出し、互いに対をなして対向している
ので、この対向している部分が放電領域となって、分散
された放電領域個々の放電が安定し、プロセス方向と直
交する方向の放電の均一性を向上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の実施例である放電装置の平面図
である。

【図２】図１に示す放電装置の電極の形状を示す拡大図
である。

【図３】図１に示す実施例の放電装置における電気力線
の状態を説明する断面図であって、図１中のＡ−Ａ断面
を示す図である。

【図４】図１に示す放電装置の断面図である。

【図５】図１に示す放電装置を利用した電子写真式の画
像形成装置を示す概略構成図である。

【図６】本発明の第２の実施例である放電装置の平面図
である。

【図７】図６に示す放電装置の断面図である。

【図８】本発明の第３の実施例である放電装置の平面図
である。

【図９】本発明の第４の実施例である放電装置の断面図
である。

【図１０】従来のイオン発生装置を示す断面図である。

【図１１】従来のドット・マトリックス型イオン発生装
置の平面図である。

【図１２】従来の加熱式放電装置の断面図である。

【図１３】従来のイオン発生装置の他の例を示す平面図
である。

【図１４】図１３に示すイオン発生装置の電気力線を示
す断面図であって、図１３中のＢ−Ｂ断面を示す図であ
る。

【図１５】図１３に示すイオン発生装置の放電領域を示
す平面図である。

【符号の説明】

１基板２誘電電極３誘電体層４放電電極５交流電源６バイアス電源（直流電源）７被帯電体８放電領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体層と、該誘電体層の一方の面に
積層された誘電電極と、前記誘電体層の他方の面に積層
された放電電極と、前記放電電極の近傍に荷電粒子を生
成させる交互電圧を、前記誘電電極と放電電極との間に
印加する交流電源と、前記荷電粒子を制御する電圧を放
電電極に印加する直流電源とを有する放電装置におい
て、前記誘導電極が帯状に形成され、前記放電電極の平面形状は、櫛状に分割された先端部
が、前記誘導電極の設けられた帯状の領域に両側から突
き出し、この両側から突き出した先端部が互いに対向す
るものであり、該先端部のみが前記誘電電極と前記誘電
体を介して重なり合うものであることを特徴とする放電
装置。