JPH09191664A - 高電圧電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 密で安価な転写、荷電システムを提供する。 【解決手段】 変形に対応して表面に電圧を生成する圧
電外部層を含むウェブ１１０と、前記ウェブ１１０を変
形する部材と、前記圧電外部層の表面で生成された電圧
を装置１０に転送する手段と、装置１０への電圧を調節
する電圧制御装置２０とからなる、電圧を装置に送る高
電圧電源。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般に主に電子写真
ないし乾式複写の複製システムで使用する電源に関し、
特に低電流レベルの高電圧を荷電装置に供給する電源に
関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
転写及び荷電システムでは複製面に潜像を形成する前に
複製面を荷電電位に荷電し、その後、複製している潜像
のコピー用紙への転写を誘起するため荷電する同一パタ
ーンと静電場の強度を維持する低電流レベルの高電圧を
必要としていた。この要件は通常、コロナや前荷電、荷
電、現像、転写などの過程を行うバイアスロールに給電
する高電圧源を組み込むことで満たしていた。しかしそ
れらの高電圧源により電子写真プリンタの全体的なコス
トや重量が増大した。

【０００３】そのような印刷システムでの従来の高電圧
源のコストや重量をなくする単純で比較的安価で、精密
な方法が、電子写真プリンタの設計、製造、使用の目標
となっていた。精密で安価な転写、荷電システムを提供
する必要性は、高品質の比較的安価な電子写真プリンタ
に対する需要が増大するにつれ、先鋭化している。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の態様では、変形
に対応して表面に電圧を生成する圧電外部層を有するウ
ェブと、圧電外部層の表面に生成された電圧を装置に転
送する手段と、電圧を装置に対して調節する手段を含
む、電圧を装置に送る電源を提供する。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１に示す例示的な静電写真複製
装置では、電気的に接地した導電基板１４に蓄積した光
導電面１２を含むドラム１０を使用する。モータ（図示
せず）をドラム１０と係合させてドラム１０を回転して
光導電面１２の連続した部分を後述するようにその運動
経路について配置した様々な処理ステーションを通して
矢印１６の方向に進める。

【０００６】最初に、ドラム１０部分は荷電ステーショ
ンＡを通過する。全般に参照数字２０で示した荷電ステ
ーションＡでは、ドラム１０上の光導電面１２を比較的
高く実質的に均一な電位に荷電する。この荷電装置は以
下に詳細に説明する。

【０００７】荷電すると、光導電面１２を画像化ステー
ションＢに進め、そこでオリジナル文書（図示せず）を
光源にさらして光導電面１２の荷電部分に集束するオリ
ジナル文書の光像を形成してその上の電荷を選別的に散
逸し、それによりオリジナル文書に対応した静電潜像を
ドラム１０上に記録する。当業者は、適度に変調した走
査エネルギービーム（例えばレーザビーム）を用いて光
導電面１２の荷電部分を放射してその上に潜像を記録で
きることが明らかであろう。

【０００８】静電潜像を光導電面１２上に記録すると、
ドラム１０を現像ステーションＣに進め、そこでは全般
に参照数字３０で示した磁気ブラシ現像システムで現像
材を静電潜像に蓄積する。磁気ブラシ現像システム３０
には現像材ハウジング３４内に配置した単一の現像材ロ
ーラ３２が含まれている。トナー粒子を現像材ハウジン
グ３４内でキャリアビーズと混合すると、トナー粒子が
キャリアビーズとくっついて現像材を形成する静電荷が
その間にできる。現像材ローラ３２は回転してそれに磁
気的に付着したキャリアビーズとトナー粒子を有する磁
気ブラシを形成する。磁気ブラシが回転すると、現像材
は光導電面１２と接触して、その上の潜像が現像材のト
ナー粒子を引きつけ、光導電面１２上に現像トナー像が
形成される。当業者には様々な種類の現像システムでこ
こに示す磁気ブラシ現像システムを置き換えることがで
きることが理解されよう。

【０００９】トナー粒子を静電潜像の現像のためにその
上に蓄積した後、ドラム１０は現像した像を転写ステー
ションＤに進め、そこでは支持材４２の用紙を移動して
給紙装置（図示せず）を介して現像したトナー像と接触
させる。支持材４２の用紙は、その上の現像した像が転
写ステーションＤで進んできた支持材４２の用紙と接触
するように計時したシーケンスでドラム１０の光導電面
１２と接触するようにする。荷電装置４０を設けて用紙
支持基板４２の裏側で静電荷を形成して、光導電面１２
上の現像した像からのトナーの用紙などの支持基板４２
への転写の誘起を支援する。ここでは通常のコロノード
装置を電荷生成装置４０として示しているが、上述のよ
うな様々な荷電装置でトナーの支持基板４２への転写を
誘起する静電荷を提供するコロナ生成装置４０を置き換
えられることが理解されよう。支持基板４２は続いて矢
印４４の方向に移送して、用紙を溶着ステーション（図
示せず）に進めるコンベヤー（図示せず）に乗せる。溶
着ステーションは転写された像を支持基板４２に永続的
に付着し、後にオぺレータが最終コピーを除去するコピ
ーないしプリントを作成する。

【００１０】支持基板４２をドラム１０の光導電面１２
から分離した後、一部の現像材が必然的に光導電面１２
に付着して残る。従って最終処理ステーション、すなわ
ち清掃ステーションＥを設けて支持基板４２をドラム１
０から分離した後、光導電面１２から残留トナー粒子を
除去する。清掃ステーションＥには光導電面１２と物理
的に当接してそれからトナーを除去する図示するような
単純なブレード５０あるいは回転可能に取り付けた繊維
状ブラシ（図示せず）などの様々なメカニズムを含める
ことができる。清掃ステーションＥには更に、後続の画
像化サイクルの準備のため、光導電面１２に残っている
残留静電荷をすべて散逸するため光導電面１２に光を当
てる放電ランプ（図示せず）を含めることができる。後
述するように、本発明は更に、光導電面１２上の残留静
電荷に対するそのような放電ランプの代替物として利用
できる。

【００１１】本発明の出願のためには、本発明の機能を
取り入れた電子写真複製装置の一般的な動作を例示する
のに上記の説明で十分であるはずである。上述したよう
に、電子写真複製装置はいくつかの周知の装置ないしシ
ステムの任意の形態を取ることができる。ここに説明す
る特定の電子写真処理サブシステムないし処理の変形は
本発明の動作に影響を与えずに予期できる。

【００１２】ここで特に図２、３及び本発明の特定の主
題に関して、荷電装置２０は好適には、米国特許出願番
号０８／２５０，０９０号の感光体のフェロ流体媒体荷
電で開示されているイオン形態荷電装置である。流体媒
体荷電構造２０の主要な構成部分は流体媒体２４をドラ
ム１０の光導電面１２と接触させる流体リザーバ２２
と、流体リザーバ２２と接続してＤＣ電圧バイアスを流
体媒体２４に印加する本発明の電圧電源２６である。

【００１３】図２の実施例で、流体リザーバ２２はイオ
ン的に導電的な流体媒体２４を含む単純なビーカーその
他の容器からなる。銅線のような導電体２８を本発明の
電圧電源２６に接続し、流体媒体２４と接触して、イオ
ン生成バイアス電圧を流体媒体２４に印加する。流体媒
体２４と導電体２８間の接触は、流体リザーバ２２に延
長し、導電体２８と接続できる導電ニップル２３により
容易にできる。代わりに流体リザーバ２２には、真鍮、
ステンレススチールその他の導電材料あるいはカーボン
混合ポリマーないしプラスチックなどの導電複合材料で
作成した容器を含めることができる。そこでは単に導電
体を（図２に示すように）流体リザーバ２２に接触して
配置して電圧バイアスを流体媒体に印加するだけであ
る。この導電流体リザーバの導電性は約２ナノモー／ｃ
ｍと低くすることができる。従ってイオン的伝導性流体
に対する電気的接触は、流体リザーバ２２が（図１に示
すように）電気絶縁材料でできているならばワイヤその
他の電気的接触要素を流体に浸して、あるいは流体リザ
ーバ２２が（図２に示すように）導電材料でできている
ならば流体容器に直接、バイアス電圧を印加することで
行うことができる。

【００１４】流体媒体２４としての役割を果たすイオン
的伝導性流体の例として、単なる水道水あるいは蒸留脱
イオン水（その導電性は水中の二酸化炭素の周知の溶解
によってもたらされると思われる）を含む、イオンの伝
導が可能などのような液体ベース材料もが含まれる。水
に加えてそれをよりイオン伝導性にすることのできる成
分には、大気の二酸化炭素（ＣＯ₂）、炭酸リチウム、
炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸ナトリウムなど
がある。濃度範囲は、極微量レベルから飽和レベルまで
変えることができる。イオン伝導性媒体のその他の例と
して、９６重量％の水を含むＮａＯＨで中和した４重量
％アクリル酸で構成されたゲルがある。使用が望ましい
数々の他の流体成分及び材料は共通に譲渡された米国特
許出願０８／２５０，７４９号に記述されている。

【００１５】イオン伝導性流体はいくつかの方法で画像
化部材に接触させることができる。流体それ自身は、単
に流体リザーバ２２の上部周辺のちょうど上にメニスカ
スが形成されるように流体リザーバ２２をその最大容量
まで満たして、流体媒体２４が容器リザーバの開口部を
通して感光体の表面に当たるようにすることで、感光体
表面に直接的に接触させることができる。本実施例で
は、流体媒体と感光体表面間の選別的な接触を、リザー
バを感光体に近接してあるいは離して選別的に配置する
ことで達成できる。

【００１６】流体媒体を感光体に接触させる数々の代替
手段を考えることができるが、そのような代替手段の１
つを図２に関して詳細に説明する。ここで流体媒体２４
は、イオン伝導性流体媒体の位置を磁場を介して制御で
きるように磁場の影響下で共通の方向に自動的に編成で
きる内部磁気モーメントを呈するタイプのフェロ流体を
含む。この別の実施例では、流体媒体２４は小さい開口
部２３を有するリザーバ内にあるフェロ流体材料からな
り、開口部２３は画像化部材１０に対向して配置する。
好適には開口部２３は流体媒体と感光体間の接触領域を
制限する役割を果たし、更にリザーバからの流体の蒸発
を最小限にする小さいスリットの形で設ける。磁石２９
をリザーバ近くに設けてフェロ流体の位置を制御する。
例示した実施例では、スイッチ２５を介してバイアス源
２７に接続した電磁石を流体リザーバ２２の外に配置し
て、開口部２３に対向して配置し、画像化部材１０によ
り流体リザーバ２２から分離する。スイッチ２５が閉じ
ると電磁石２９が起動し、フェロ流体は流体リザーバ２
２の上部に引きつけられ、流体は流体リザーバ２２内の
開口部２３から出る。上記の説明から理解されるよう
に、フェロ流体へ電圧を印加することでイオンは画像化
面に送られる。

【００１７】上述したように、電圧バイアスを本発明の
電圧電源２６を介して流体リザーバ２２内の流体媒体に
印加する。流体媒体に印加する一般的な電圧は、約−４
０００Ｖから＋４０００Ｖにわたり、好適には約±４０
０Ｖから約±７００Ｖであり、より好適には約−６００
Ｖから−６７５Ｖである。画像化部材に印加する電圧
は、イオン伝導性媒体に印加した例えば７５０ボルトが
画像化部材上で約７５０ボルトないしわずかにそれ以下
の電圧を生じるように、実質的に流体媒体に印加する電
圧に等しい。電圧電源２６により流体媒体２４に印加す
る電圧は正ないし負の極性のものとすることができ、蓄
積する電荷の極性はもっぱら印加する電圧の極性により
制御する。正のバイアスをイオン伝導性の流体媒体２４
に印加することで正のイオンが画像化部材に転送され、
負のバイアスをイオン伝導性流体媒体２４に印加するこ
とで負のイオンが画像化部材に転送される。

【００１８】図１、２で、本発明の電源はテンションロ
ーラ１１４と駆動ローラ１１２に巻き付けたベルト１１
０を有している。駆動ローラ１１２はドライブシャフト
などの適切な手段でモータ（図示せず）に接続する。ベ
ルト１１０は所望のバネ力により弾力的にテンションロ
ーラ１１４をベルト１１０に対して付勢する一対のバネ
（図示せず）により引っ張り状態に維持している。テン
ションローラ１１４は回転可能に取り付け、ベルト１１
０が矢印１７の方向に移動すると共に自由に回転する。
ベルト１１０はポリふっ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）フィ
ルム、好適にはペンワルトＫＴＭが製造するＫｙｎａｒ
（登録商標）フィルムなどの圧電ポリマーフィルムの周
辺表面層１４からなり、ベルトは好適には内側をアルミ
化する。

【００１９】ＰＶＤＦ材料はフィルムを一方向に延伸
し、大きな電場をかけてフィルムに垂直な方向にそれを
電気的に分極することで形成する。図４では、延伸方向
を「１」で示し、分極方向を「３」で示している。ＰＶ
ＤＦシートを引っ張ると、変形に比例した内部電場を生
じる。

【００２０】本発明は「ゼロモルフ(Xeromorph)」と称
するバイモルフないしユニモルフ構造を利用する。バイ
モルフゼロモルフは、図５に示すように共に積層し、そ
れぞれのシートの分極方向は互いに反対で、下部電極だ
けを有する２枚のＰＶＤＦシート１０２、１０４からな
る。ユニモルフゼロモルフは、図６に示すように厚い基
板１０６に積層した単一のＰＶＤＦシート１０２からな
る。基板材料は、曲げが可能で圧電性を持たない材料で
構成できる。

【００２１】ベルト１１０は十分弾力性があってローラ
１１４の回りで変形する。ベルト１１０がテンションロ
ーラ１１４の半径まわりで変形すると、導電部材２とベ
ルト１１０間で形成されたニップ領域でベルト１１０の
表面に電気ポテンシャルが生成される。ＰＶＤＦを小さ
いローラ上を通過させると、フィルムは外面が引っ張ら
れ、内面で圧縮される。フィルムが小さいローラのきつ
い半径まわりで曲げられるとこのように高電圧（８００
〜１５００Ｖ）が生成される。この電圧は導電部材２で
蓄積され、ワイヤ２８により荷電装置２０に供給され
る。

【００２２】開回路電圧はわずかにベルト速度依存性で
あり、面積に依存しないことが分かった。電流の生成
は、ベルト速度と電荷面積の両方に依存する。所望のよ
り高い電流をベルト速度及び面積を増大することで達成
できれば、中和化及び整流ブラシでカバーする。

【００２３】本発明ではいくつかの種類の中和化、整流
ブラシを使用して、生成した電荷の整流を最大化でき
る。ブラシは導電性フォーム、様々な厚さの導電性ゴ
ム、及び「マウス(mouse)」ファイバで構成する。

【００２４】本発明の電源は更に、液体イオン電荷シス
テムと共に使用した。本発明は２ｍｉｌ（０．０５ｍ
ｍ）マイラーを平均−１２５０Ｖまで荷電できることが
分かった（ゼロモルフベルト速度、８．５ｉｐｓ（２
１．６ｃｍ／ｓｅｃ）；マイラーベルト速度、２ｉｐｓ
（５．０８ｃｍ／ｓｅｃ））。並びに５４０ｐＦキャパ
シタを１３７０Ｖツェナーダイオードに平行に配置する
ことで、与える電圧の継ぎ目領域の作用をかなり削減し
た。しかしここで、角度をつけた継ぎ目ないしシームレ
ス構成により、ベルトサイクル全体を通して一定の電荷
量が除去されるので現在見られる「電圧スパイク」が除
去されることが想定される。

【００２５】ゼロモルフ電源電流の生成は、整流ブラシ
長さに正比例していることが分かった。ブラシが長いと
ゼロモルフベルトの引っ張り部分に沿って蓄積した電荷
をより多く整流できるものと思われる。従って長いブラ
シを有するゼロモルフ電源は、それらの実験で使用した
１．３インチ（３．３ｃｍ）の長さのブラシで生成した
６マイクロアンペア以上供給できる。１つのゼロモルフ
ベルト表面に複数のブラシを適切に配置することで、異
なる極性の電荷の整流を利用できる。図１１及び圧電フ
ィルムの特定の分極方向に関して、曲がったベルト部分
上で中和化することで正の極性の電荷を次の平坦部分で
除去できる。そこで中和化ブラシを正の整流ブラシ後に
平坦部分に配置すると、続く曲線部分は整流できる負の
電荷を生じる。しかし同様の設定で、元々接地しようと
している２つのブラシを共に接続して、元々負の整流ブ
ラシを接地することができる。この設定により、図１２
に示すように、１回のゼロモルフだけを使用して達成す
るものよりも残り整流ブラシからの正の電圧の大きさが
倍増される。このようにベルトに沿った引っ張りのｎの
等しい変化を有する設定により、図９、１０に示すよう
に元々の２ブラシシステム電圧のｎ倍をもたらす。例え
ば−Ｖ２を接地することで＋１Ｖ端子で＋４Ｖをもたら
し、＋Ｖを接地することで−Ｖ２端子で−４Ｖをもたら
す。

【００２６】更にスイッチを用いて中和化ブラシを整流
ブラシにしたりその逆を行うことができる。従って１つ
のゼロモルフの２ブラシシステムは正と負の両方の電荷
を供給できる。また同一タイプの表面（両曲線ないし両
平坦部分）で中和化及び整流することでゼロモルフを
「オフ」にすることができる。電荷（電流）の大きさも
複数の中和化、整流ブラシシステムを追加することで増
大できる。図７で、１つがそれぞれの平坦ないしそれぞ
れの曲線部分にある、２中和化ブラシにより、中和化ブ
ラシなしに２つの部分上の同一極性電荷の整流が可能に
なる。並びに図８に示す３角ベルト設定により、さらに
多くの位置での中和化が可能になり、それぞれ同様の表
面が同一タイプ（整流ないし中和化）ブラシを含む場合
は、同一極性の除去される電荷（電流）は３倍になる。
従ってベルトに沿った引っ張りのｎの等しい変化を有す
るどのようなジオメトリも元の電流のｎ倍の電流を生じ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一般的な電子写真印刷機内の本発明の電源を
示す。

【図２】 本発明の電源の拡大図を示す。

【図３】 本発明の第２の実施例を示す。

【図４】 圧電シートのジオメトリを示す。

【図５】 本発明で利用するゼロモルフ（バイモルフ）
シートを示す。

【図６】 本発明で利用するゼロモルフ（ユニモルフ）
シートを示す。

【図７】 倍増電流生成を示す。

【図８】 ３倍増電流生成を示す。

【図９】 二重電圧倍増装置を示す。

【図１０】 電圧４倍増装置を示す。

【図１１】 二重極性モードを示す。

【図１２】 倍増電圧設定を示す。

【符号の説明】

２ 導電部材、１０ ドラム、１２ 光導電面、１４
導電基板、２０ 荷電装置、２２ 流体リザーバ、２３
導電ニップル（開口部）、２４ 流体媒体、２６ 電
圧電源、２７ バイアス源、２８ 導電体、２９ 電磁
石、３０ 磁気ブラシ現像システム、３２ 現像材ロー
ラ、３４ 現像材ハウジング、４０ 電荷生成装置、４
２ 支持材、５０ ブレード、１０２，１０４ ＰＶＤ
Ｆシート、１０６ 基板、１１０ ベルト、１１２ 駆
動ローラ、１１４ テンションローラ

フロントページの続き (72)発明者 ジョン・エス・ファッチ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14580 ウエブスター カパーケトルロード 893 (72)発明者 マイケル・ジェイ・レビー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14580 ウエブスター ジョイレーンドライブ 913 (72)発明者 デイル・アール・マシュテア アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14502 メイスドン マーフィーレーン 2394 (72)発明者 マイケル・エス・スミス アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14526 ペンフィールド ホイーロックロード 152

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変形に対応して表面に電圧を生成する圧
   電外部層を含むウェブと、 前記ウェブを変形する部材と、 前記圧電外部層の表面で生成された電圧を装置に転送す
   る手段と、 装置への電圧を調節する電圧制御装置とからなる、電圧
   を装置に送る高電圧電源。
2. 【請求項２】 前記調節手段は単一出力電圧を設定係数
   だけ増大する手段からなる請求項１記載の高電圧電源。
3. 【請求項３】 前記電圧制御装置は、装置への電圧の極
   性を変換する極性変換手段からなる請求項１記載の高電
   圧電源。