JPS62502993A - コロナ発生装置 - Google Patents

コロナ発生装置

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JPS62502993A
JPS62502993A JP62500096A JP50009686A JPS62502993A JP S62502993 A JPS62502993 A JP S62502993A JP 62500096 A JP62500096 A JP 62500096A JP 50009686 A JP50009686 A JP 50009686A JP S62502993 A JPS62502993 A JP S62502993A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子写真記録装置、特に光伝導部材に電荷を与えるために使用するコロ ナ発生装置に関し、前記装置は特に作動中コロナワイヤの振動を抑制する。
コロナ放電装置は色々の工業分野例えば電子写真機械、印刷機械、製紙機械等に 広く使用され、且つ電荷を充電するために、成る場合には中和するためた使用さ れている。これらの目的に使用するコロナ放電装置は最小のゆるみを持ってコネ クターまたはスタンドオフの間に展張されている細い金属ワイヤの形をした少く とも1個のコロナ放電電極を包含している。このコロナワイヤと光伝導材料の表 面との間は一般的に効率を高めるため狭くしである。しかしながら、放電ワ1′ ヤの長さが長くなると、振動順向が増大する。過去において、この振動は静電吸 引力と機械的振動によって生ずるものと信じられてきた。
とにかく、コロナワイヤの振動はスパーク放電及びワイヤの疲労及び光伝導性材 料の不均一充電の原因となっていた。このようなスパーク放電すなわち短絡はコ ロナ放電電極を破壊し、また充電材料に損傷を与えることがあった。
米国特許第3,656,021号は静電力の結果としてのコロナ放電電極の振動 を防止するための装置をコロナ放電電極と反対極の電極との中間に設けることに よってコロナワイヤの振動Q問題を処理している。これは静電力の結果としての コロナ放電電極の横方向の振動を防止するために、コロナ放電電極と反対伍性の 1甑との間に振動抑制部材を配置して行っている。
この引例は、コロナ放電ワイヤの機械的不安定性を説明する正確な理論と物理的 機構に就いて疑問を投げている。絶縁した振動抑制部材をコロナ放電電極と反対 電極との間に置いたときコロナワイヤの振動が何故抑制のか、またどのように抑 制されるのかということについては静電力に基づいて説明している。前記特許の 記載は当業者に前述の装置を作らせることについて且つコロナワイヤの振動の抑 制に顕著な進歩があることを認識させることについてより適している。しかしな がら、予め、作動理論を使用したとしても、装置を開発する過程において作動理 論に基づき推測しつつ開発を行うことは困難であろう。
特に有機質の絶縁材料はコロナ放電装置内の苛酷な環境の影響を受けて容易に変 質する傾向があり、そのため日常の検査と交換を必要とすることが判明した。
ヨーロッパ特許出願第144236号は絶縁用エンドブロック組立体の間に複数 本の平行なコロナワイヤを備えたコロナ発生装置を示している。例えばタングス テン酸化物で作ったコロナワイヤを例えば0.2インチ(5闘)以下に離して近 接させ、励起時に各ワイヤが互いに隣接ワイヤの静電界に入るようにする。隣接 ワイヤが各々の相手側の静電界内に在るので、一方が他方の高出力を抑制し、か くしてコロナ発生装置の長さに沿って一層均一な電荷が分布する傾向を有する。
前記特許は2本のワイヤの間の間隔は非常に重要であり、互に発生する静電界内 に入らねばならないと述べている。前記特許は2本の平行ワイヤが互いに交差す る静電界を発生するので、別のワイヤ上の点に対する1本のワイヤ上の点は別の ワイヤの高出力を抑制しようとする傾向を有すると説明している。更に、前記ワ イヤは各ワイヤによる別のワイヤに対する抑制効果を最適にするため互に平行に すべきである。
発明の開示 本発明は任意のバイアスを作用させる前にコロナ放電ワイヤのそれぞれに平行で 且つ物理的に接触させた第2ワイヤを付加して作動中のコロナ放電ワイヤの振動 を急くし、かくして特に有機性絶縁材料の必要性を無くした放電装置に関する。
前述の論文と違って、静電力は殆んどコロナワイヤの振動の原因にならないこと が分った。ワイヤ振動のための主要な2動力はワイヤと、励起時に該ワイヤを包 囲す機械的復元力との間に適当な位相関係が存在するどき撮動が生ずる。
図面の簡単な説明 第1図は本発明に基づいて作ったコロナ発生装置の斜視図である。
第2図は第1図に示したコロナ発生装置の1部分を断面にした斜視図である。
第3図は線3−3に沿った断面図である。
第4図は第1図に示した弾性荷重を加えたグリッドエンドブロックの拡大斜視図 である。
第5図は第1図の固定したグリッドエンドブロックの拡大斜視図である。
第6図はワイヤの振動周波数対ワイヤポテンシャルを示すグラフである。
第7図は1本のワイヤの形状に含まれる力を示すグラフ状図面である。
第8図は機械的復元力対距離を示すグラフでちる。
第9図は空間電荷密度対距離を示すグラフである。
第10図は空間電荷によりワイヤにがかる力対距離を示すグラフである。
第11図は1本ワイヤ形状の力線図である。
第12図は2本ワイヤシステム形状に含まれる力を示すグラフ状図面である。
第13図はワイヤ対ワイヤの力と距離とを示すグラフである。
第14図は2本ワイヤシステムの力線図である。
ここに説明する型式の@置は広く知られているので、この記載は特(・二本発明 の部品を形成するエレメントまたは本発明に直接協働するエレメントに関するも のである。
第1図はプラテン13に取付けられている光伝導上表面すなわちフォトコンダク タ−11に対し大体横方向に配置するようにしたスコロトロンすなわちコロナ発 生装置10を示している。前記コロナ発生装置10は前記光伝導性表面て比較的 高くて大体均一なポテンシャル(電位)を帯電させることができる。
前記コロナ発生装置は同軸上電極を有しており、この電極12は(第2図と第3 図に最良に示す)放電ワイヤの形状をなすと共に直径が0.01インチ(0,2 54正)より小さいタングステンワイヤで形成されており、これら電極12の長 手方向の軸線は互に平行である。タングステンは腐蝕抵抗とビーディング(be ading )傾向が少ないために還ばnた。
コロナワイヤ12はコロナ発生装置の長手方向軸線18に平行で物理的に係合し た平行な組となって延びている。コロナワイヤ12の組はコロナ発生装置10の 各端部に一つづつ設けた第1と第2のワイヤサポートエンドブロック14.16 の間に展張され、前記ワイヤサポートエンドブロック14.16は長手方向軸線 18上に中心を有し且つそれぞれがいし取付板20に取付けられている。各コロ ナワイヤ12の1端はスプリング22によって第2ワイヤサポートエンドブロツ ク16に取付けられ、該スプリング22が各ワイヤ12に1〜1.5ポンド(0 45〜0.67、け)の張力を加えている。各ワイヤサポートエンドブロック1 4.16はしばしばスタンドオフと称される直立部分26に形成された切欠部2 4を有する。前記スタンドオフは前記各組ワイヤ12を第1ワイヤサポートブロ ツク14の対向するワイヤ直立部分26の対応する切欠部24に支持して整合さ せる。前記直立状スタンドオフ26の各切欠部2.4は2本のコロナワイヤ12 を物理的係合状態に保持することに注意すべきである。ワイヤが第1ワイヤサポ ートエンドブロツク14(7)(−iぞれの切欠部24を通過してのちブスバー 28に固定される。コロナワイヤ12とブスバー28はワイヤサポートエンドブ ロック14とプラスチック製取付板20を貫通するねじ30を通って交流電源に 接続されている。ケーブル32のliはねじ3oに接続され、他端は交流電源3 3に接続されている。
ワイヤサポートエンドブロック14.16のそれぞれはワイヤ端部近くのコロナ の発生を抑制するカバー34を備え、且つこのようにしてこれに関連したコロナ 作用をカバー34の範囲内で最小限にする。各エンドブロック14.16とそれ ぞれのカバー34に接近し且つ1部分それに重なってグリッドサポート部材36 が設けられている。
この複数ワイヤ構造をしたコロナワイヤ12の各組は3方が導伝性シェル組立体 38でまた残りの一方がグリッド40(あとで説明する)で包囲される。シェル 組立体38はエンドブロック14.16の中間に在り、且つコロナ環境の腐蝕作 用に耐えることができる不銹鋼で作る。シェル組立体38はコロナワイヤと同軸 であって各組のワイヤ12の3方を包囲してコロナキャビティ44を形成する複 数個のチャンネル42によって作られている。各チャンネル42の二つの面は各 組のワイヤ12の両側に配置された垂直な仕切り壁46によシ構成され、各組の ワイヤ12は接近した各仕切り壁46から凡そ1crn離れている。シェル組立 体38のチャンネル42の内側に形成さルるコロナキャピテイの第3面は仕切り 壁46の中間(・ζ在る空気流ディバイダー48でラシ、該ディバイダー48は 仕切り壁46から僅かにへたたって該ディバイダー48の両側にスロット50を 形成し且つ該スロットはチャンネル42の長さに沿って延びている。
シェル組立体38の各端部は成形したエポキシ材料で作ったがいしブロック52 に取付けられ且つ支持されており、前記エポキシ材料はその高容積抵抗性と高表 面抵抗性と疎水抵抗性によって選ばれる。各が(2しブロック52はコロナ発生 装置10の各端部において各ワイヤサポートブロック14.16を支持するプラ スチック製取付板20に接近している。各がいしブロック52と近くのがいし取 付板20は中実のアルミニウム支持板54に固定さnている。つぎにコロナ発生 gR10の端部における各支持板54が、コロナ発生装置10の全体を支持して いるニッケルめっきの鋼製フレーム56に対しスプリング(図示せず)によって ゆるく取付けられている。
プラスチック材料で成形した排気煙量58が各支持板54の間においてそnに取 付けられている。排気煙突58の下端におけるダクト60がフレーム56を貫通 し且つ適当1よブロワ−(図示せず)に連結されている。前記プロワ−によシコ ロナキャビテイ44からオゾーンと窒素酸化物を除くため排気がシェル組立体3 8の中を通りスロツ)50から流出する。
前記グリッド40は薄い矩形の不銹鋼板で作り且つグリッドの各端部がそれぞれ のグリッド支持部材36に取付けられ、前記グリッド支持部材36はグリッド4 0をシェル組立体38に対して正しく整列させ僅かな張力を保持する。シェル組 立体38に重なるシートの中央部分がフォトレジストを使用してアンドエツチン グされている。このエツチング工程によってシェル組立体38の長さに沿って1 連の平行なス) IJランプ2を形成し、幅のせまいストリップ62αをチャン ネル42の上に、また僅かに幡の広いス) IJツブ62bを仕切り壁46の上 に形成し、ている。エツチング作業時に、薄い金属区画62cを隣接のストリッ プ62の間に保有して該ストリップ62に付加的な支持力を提供し、かくしてグ リッド構造体に成る程度の剛性を与え、これが曇れ下りを最小にする。
シェル組立体38とグリッド40の両者はこれらを直流電源41に接続するケー ブル66によって同一の直流電位に保1これている。この同一の直流電位がグリ ッド40をシェル組立体38に正しく接触して配置させ、該シェル組立体38の 仕切り壁46がグリッド40の幅広のストリップ62bと接触し、かくして前記 グリッドをコロナワイヤ12から正しい距離に配置し、またグリッド40を必要 な平滑さに保つ。フォトコンダクタ−11の合成電位はフォトコンダクタ−11 とグリッド40との間の距離の函数でちるから前記グリッドの平滑さが重要とな る。故に該グリッドとフォトコンダクタ−との間の間隔の均一性が該フォトコン ダクタ−の電圧の均一性て直接影響することが分る。コロナワイヤ12における 比較的低い電圧が該コロナワイヤ12の附近において空気の絶縁破項を越える電 界強度を作るほどキャビティ44のインピーダンスを低下させるのは導伝性シェ ル38の存在による。
前記グリッド40はカソードからアノードにいたるエレクトロンの流れを制御す る真空管内の”グリッドとして働く。この場合に、前記グリッドがコロナ発生器 とフォトコンダクタ−11の間のイオンの流れを制御する。
前記グリッドと前記シェルの両方はフィルムポテンシャルにバイアスをかけられ ているので、この両者は望lしくない反対極性のイオンを吸引し且つ好適なイオ ンをフォトコンダクタ−の方へ加速しようとする。前記グリッド40はフォトコ ンダクタ−の表面に平行な同一ポテンシャル平面を形成する。電荷が零でちる未 帯電のフォトコンダクタ−はその表面ポテンシャルがグリッドのポテンシャルに 等しくなるまでイオンを吸引する。ひとたびこの平衡状態に達すると帯電作用が 終了する。
最近の研究によると、コロナワイヤ振動に含まれる主要な力は、Furuchi 等の米国特許第3,656,021号を含む過去の多くの人が信じていたように 、静電的な性質でないことを示している。現在、ワイヤ振動の主要原因はワイヤ を包囲する空間電荷具と展張されたコロナワイヤのスプリング22の復帰力との 間の反撥力の結果であると考えられている。
コロナワイヤ振動に付随する幾何学的形状と静電界は非常に複雑であるが、ロー チスター市のXgroz社のT、G、Dαvis氏による論文”コロナワイヤ振 動の機構”年、24E、第587〜589頁は現象の理解を助ける。
コロナワイヤの振動はコロナ電流に強く関係し7ているPAS−103巻、/1 69.1984年9月、とり、Pんαn。
況4.1981年4月を参照されたい。したがって、コロナ電流が無ければワイ ヤ振動は生じない。DcLvis氏はワイヤ共振に関する解析において、ワイヤ 振動の駆動はワイヤと周囲の空間這荷雲との間の反撥力であると結論づけている 。前記システムの主要な力はワイヤと空間電荷の間の力であり、例えば、ワイヤ を越してシールドに達している。空間電荷具と前記ワイヤとの間に正のフィード バック関係が存在する。コロナワイヤは瞬間的に移動させられるのでワイヤに作 用する静電力が該ワイヤを更にその方向に押そうとする。このことはワイヤが擬 似平衡位置に達し、機械的力と静電力が丁度バランスするまで続く。しかしなが ら、空間電荷は急速にそれ自体を前記移動ワイヤの周囲に対称的に再生させる。
空間電荷がワイヤの周りに対称になるとワイヤに作用する静電力が零に下る。今 や不平衡になった機械的力がワイヤを中心に引張る。慣性力がワイヤを過度疋移 動させ、かくしてサイクルを繰シ返えす。
ワイヤの振動はFuruich 等によれば成る地区のイオン化を還択的に減少 させることによって抑制されるように思われる。がいしを戦略的に配置すること てよってイオン化とそれに対する空間電荷を静め該空間電荷の分布を修正する。
しかしながら、イオン化と空間電荷が違った状態に分布される事実は、成る型式 の振動がなお可能であることを暗示する。キャビティの中にがいしを入れること はおそらくワイヤの振動の問題を成る程度減少するが、すべての型式の振動を排 除しない。がいしを使用することに関連する別の問題は、キャビティ内の数量と 位置を容易に予報できないので経験的に決めなければならない。
本発明において空間電荷の位置は修正されるが、数量はイ6正されな〜・。等し くバイアスをかけられて分離した2本のワイヤの作用はワイヤ間の地区すなわち ゼロフィールド地区から空間電荷を排除することである。これは空間電荷分布の ピークをワイヤの中心にした不安定な平衡状態を除いて、ワイヤを空間電荷の無 い地区に置いた安定状態に置く。特殊型式のワイヤの振動を静めるのみであるコ ロナキャビティ内のがいしの使用とは異って、本発明は振動の実際の源である空 間電荷を移動する。
ワイヤの振動の発生状況をしらべるために1本のワイヤの無修正チャージャーを 解析する。1本のワイヤに含まれる形状寸法を示す第7図を参照すれば、二つの 力すなわちコロナワイヤと空間電荷具の間の静電力とワイヤ張力に関連した機械 的復元力Fy、を考慮しなければならない。第8図に示すようにワイヤ張力に関 連した機械的復元力FMは次のように示される。
Tはワイヤ張力を示し、Lはワイヤの長さを示す。ワイヤの移動はrによってえ られる。
ワイヤの静電力は次のようになる。
Fsc=λW F s c λWはワイヤのチャージデンシティでi、Fsc ハ2間電荷分布に関連したフ ィールドである。
T、G、DcLvis氏は上記論文の第587頁に次のように述べている。“一 様の振動を示す直流コロナワイヤを観察すると、コロナ不在のとき振動周波数と ワイヤの共振周波数の間に大きな相違がちる。観察したシステムの不安定は必要 な力とフェースシフトがイオン空間電荷分布に貯えられたエネルギーの調節と空 間電荷緩和時間に起因するとの考え方に一致することを示している。”Davi s氏の論文から得られた第6図はワイヤポテンシャルに対する共振周波数の関係 を示゛している。コロナ発生前に、静電力に起因してカーブに僅かな負の傾斜を 示している。グラフに示すように作用が非常に小さい。しかしながら、コロナ発 生点においてワイヤ周波数が犬きく減少している。成る電流値において、前記シ ステムは不安定となり且つ振動は自己継続する。ワイヤポテンシャルが更に増大 するとシステムの共振周波数を変えない。
システム不安定に関する考え方は(1)コロナウィンドの調整、(2)ワイヤの 振動時のイオン空間電荷に貯えられたエネルギーの調整である。最初のコロナウ ィンドの場合に、速度が遅すぎるのでこれはできるだけ除がねばならない。不安 定はコロナワイヤの瞬間的移動から生ずる。
コロナワイヤの段階的移動が空間電荷の自己再生時に緩和する力の成分を発生す る。前記方法はおそらく非線型であるが時間によって犬きく変化するであろう。
空間電荷密度はそれと距離との間のグラフである第9Rはコロナワイヤの半径、 rはワイヤの中心からの実際の距離である。
ワイヤの周囲地区にガラスの法則を適用すると、ε0はフリースペースの誘電率 である。
ワイヤと空間電荷の間の静電力は 第10図は空間電荷によるワイヤ上の力を示す。
ワイヤと空間電荷の間の力とワイヤ上の機械的復元力との合計は 第11図は1本のワイヤシステムの力線図を示す。全ての力は空間電荷の力Fs  cと機械的復元力FMの合計である。再びこれは不安定な状態となり、且つ空 間電荷雲の緩和時間に比例して変更する。F totがr軸に交差する点はワイ ヤの振動の最高振幅を示す。
第12図の2本ワイヤの形状はワイヤがそれら相互のフィールドによって反撥さ れ且つワイヤを囲む空間電荷によって反撥されないことを示す。ワイヤ間のゼロ フィールド地区には空間電荷がないので、各ワイヤは同一で対称的な外側空間電 荷分布を示している。かくして、ワイヤに対する空間電荷力はゼロである。
ワイヤ対ワイヤの力は1本ワイヤのチャージャーに発生しない。コロナワイヤに バイアスを作用させると、ワイヤは分離されて、機械的な復元力とワイヤ対ワイ ヤの静電力FW−Wとの間のバランスから生ずる安定平衡に達する。これはワイ ヤ対ワイヤの静電力FW−Wがワイヤに対する空間電荷力F W −s cと違 って時間とスペースにつ(・て安定している1本ワイヤの場合と非常に異ってい る。
よって、この場合のポジチブのフィードバック機構は除かれる。同様に、1本ワ イヤケースの場合におけるように2本ワイヤに対する機械力FMは ワイヤ対ワイヤの静電力FW−Wは、FW−W−λW X E Wから計算され る。この場合E7Jは他のワイヤからのフィールドと解釈される。ワイヤの周り の地区にガウスの法則を適用すること((より この場合50はフリースペースの誘電率を示し、且つよって、第14図に示され る全体の力FtotはF W −W のグラフを第13図に示す。
空間電荷は2本のワイヤの間の平面上に存在できない。
この結果、静電力はバイアスを掛けることによって2本のワイヤの間に間隔を形 成するので、2本ワイヤシステムの安定性は最初のワイヤとワイヤの間の間隔に 比較的鈍感である。しかしながら、ワイヤとワイヤの間の間隔が段々大きくなる につれて、終局的に空間電荷がこの地′区に侵入し、つぎに再びワイヤの不安定 を生ずる。故に、コロナワイヤの振動抑制に最大の効果を出すため、ワイヤはで きるだけ互に接近して配置すべきであり、且つ最大効果を出すためにそれらにバ イアス電圧を加える前にそれらの長さに沿って物理的に接触させるべきである。
このような状態において、ワイヤの最大の分離はワイヤ間の静電発撥力の結果と なる。
発明の効果 本発明のコロナ発生装置は特に静電印刷機械に使用するのに適しているが、本発 明は広範囲の@械例えば集塵器にも同じように使用するのに適し且つ必ずしもこ こに図示した特殊実施例に使用を限定しないことは明らかとなる。
この2本ワイヤシステムの効果は空間電荷雲の発生を局部的に抑制するかわりに 、該空間電荷雲を移動させることによってその安定性を得ることである。
別の効果は第2ワイヤを元のワイヤに平行に連続的に接曽させて置き既存の装置 を容易に改造して本発明の効果を得ることである。また第1コロナワイヤに使用 しているものと同一の耐蝕性の化学的に安定した金属を第2コロナワイヤにも使 用できることである。化学的に安定した耐蝕性材料を使用して(・るので、安定 性の低い材料例えば苛酷なコロナ環境下で容易に劣化することが分っている有機 性ポリマーを使用して信頼性と保守費用を減少させる多くの心配を除くことがで きる。
)宣ポiンンッん(KVI 国際調査報告 ANNNN三ツOTH三 INT三、l:l声TICNAL S三ARCHR三 FORT ON

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.エンドブロツク(14)(16)の間に張られた第1放電ワイヤ部分(12 )を含む光導伝性部材に電荷を与えるために使用するコロナ発生装置であって、 バイアスが存在しないとき前記第1放電ワイヤ部分(12)と物理的に接触し且 つ前記エンドブロック(14)(16)の間に張られた第2放電ワイヤ部分(1 2)を包含することを特徴とするコロナ発生装置。
  2. 2.前記放電ワイヤ部分がバイアスの後で前記エンドブロツク(14)(16) の間において1.5mm以下の距離を置いて離隔配置されることを特徴とする請 求の範囲第1項記載のコロナ発生装置。
  3. 3.前記放電ワイヤ部分が前記エンドブロック(14)(16)の箇所において 継続して接触していることを特徴とする請求の範囲第2項記載のコロナ発生装置 。
  4. 4.前記エンドブロックの間で前記放電ワイヤ部分(12)を三方から実質的に 包囲する細長いチヤンネル(42)を包含することを特徴とする請求の範囲第1 項と第2項の中のいづれか1項に記載のコロナ発生装置。
  5. 5.前記放電ワイヤ部分(12)と前記光導電性部材(11)の間に設けられた グリッド(40)を包含することを特徴とする請求の範囲第4項記載のコロナ発 生装置。
  6. 6.前記放電ワイヤ部分(12)がバイアス作用後に前記エンドブロック(14 )(16)の中間で1.5mm以下の間隔を置いて離隔配置されることを特徴と する請求の範囲第4項と第5項の中のいづれか1項に記載のコロナ発生装置。
  7. 7.前記放電ワイヤ部分と前記細長シールドが前記導伝性部材の表面に平行に取 付けるよう配置されている請求の範囲第6項記載のコロナ発生装置。
  8. 8.前記放電ワイヤ部分が大体均一の円形断面を有し且つ0.010インチ(0 .1254mm)以下の直径を有することを特徴とする請求の範囲第2項と第7 項の中のいづれか1項に記載のコロナ発生装置。
  9. 9.前記放電ワイヤがタングステンで作られている請求の範囲第8項記載のコロ ナ発生装置。
  10. 10.各エンドブロック(14)(16)にワイヤ支持部材(26)を包含し、 前記ワイヤ支持部材(26)が前記両方の放電ワイヤ部分(12)を通すワイヤ 整列用切欠部(24)を備え、各ワイヤ部分が前記切欠部(24)の中で他のワ イヤー部分に接触するように押圧されていることを特徴とする請求の範囲第9項 記載のコロナ発生装置。
JP62500096A 1985-12-23 1986-12-08 コロナ発生装置 Granted JPS62502993A (ja)

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