JPS63172182A - コロナ放電装置 - Google Patents

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】 ［発明の分野］ 本発明は、例えば、複写機などの静電記録装置の帯電、
除電等々の用途に利用しうるコロナ放電装置に関する。

［従来の技術］ 複写機に使用されるコロナ放電器は、一般に、特公昭６
１−４８１５３号公報及び特公報６１−４８１５５号公
報に示されるように、放″電電極として動作するワイヤ
と、それを覆うように配置されるシールド板で構成され
る。

この種のコロナ放電器では、ワイヤが細いためにそれが
破損し易い、ワイヤが汚れると放電にむらが生じる。ワ
イヤとシールド板との間にかなりの距離を設ける必要が
あるため放電器を小型化できない等々、不都合がある。

この種の不都合をなくするため、新しいコロナ放電器が
提案されている。例えば特開昭５２−９２７３１号公報
においては、誘電体で被覆された放電電極とその近傍に
配置されたシールド電極を備える固体放電素子（ソリッ
ド・ステート・チャージャ：以下ＳＳＣと記載する）が
開示されている。また、特開昭６０−２０１３６８号公
報においては、平板形状の誘導電極、該電極を覆う誘電
体、及び前記誘導電極の面に対向して前記誘電体の表面
に配置された放ｆ！！電極が開示されている。

この種の従来のＳＳＣは、第５図に示すように、構成さ
れている。即ち、第１の電極Ａｂは、平板状に形成され
、誘電体Ａｃで被覆されている。第２の電極Ａａは、第
１の電極Ａｂよりも小さく形成され、誘電体Ａｃの表面
に固着されている。第２の電極Ａａと被帯電体との間隙
は２〜５　ｍ　ｍ程度に設定される。被帯電体の電極Ｂ
の表面には、電荷担持体（例えば感光体）Ｅが配置され
る。第１の電極Ａｂを平板状に形成するの３よ、製造上
の容易さのためである。

しかし、この種のＳＳＣにおいては、薄型にはなるが、
ＳＳＣの被放電体と対向する面の面積を比較的大きくせ
ざるを得ないので、それと対向する被帯電体の大きさを
あまり小さくできない、従って、ＳＳＣの面の大きさが
静電記録装置を小型化する場合の障害になる。

また、ＳＳＣにその厚み方向の反りが生じると。

ＳＳＣの各位置毎にそれと被放電体との間隙の大きさが
変化することになるが、もともとＳＳＣと被放電体との
間隙は小さく（２〜５　ｍ　ｍ　）設定されるので、僅
かな反りであっても間隙寸法の変化率は大きい。このた
め、小さな反りが生じただけでも、ＳＳＣの位置によっ
、て、放電電流に著しいむらが生じる。

［発明の目的］ 本発明は、コロナ放電装置を使用する装置を小型にする
こと、放電電流のむらをなくすること。

及び安価なコロナ放電装置を提供すること、を目的とす
る。

［発明の構成］ 上記目的を達成するため１本発明者の１人は、誘電体が
被覆された平板状電極の厚み方向が被帯電体の面と平行
になるように、即ちＳＳＧを第５図の状態に対して９０
度傾けた状態で配置し、放電電極を誘電体の長手方向（
幅方向）端面の被帯電体と対向する面に露出させて配置
することを考えた。このようにすれば、ＳＳＣの被放電
体と対向する面の面積は非常に小さくできる。

ところが、上記のように構成すると１寸法の小さい、平
板状電極の長手方向端面及び誘電体の長手方向端面を平
滑に形成する必要があり、これが非常に困難であること
、更に、ＳＳＣに接続される電源の負担が大きくなるこ
とが判明した。

これらの不都合をなくするため、本発明においては、Ｓ
ＳＣの長手方向が被帯電体の面に対し実質上垂直になる
よう配置するとともに、放電電極を、ＳＳＣの長手方向
端面の、被帯電体に対向する端面より、被ＩＦ電体から
離れる方向にずらし、該端面と放電電極との距離Ｌｂと
、該端面ともう１つの電極との距１１１Ｌａとが、Ｌａ
≧Ｌｂの関係を満たすように各電極を配置する。

上記のように構成すると、後述するように好ましい結果
が得られる。

［実施例］ 第２図に、本発明を実施するコロナ放電装置を示す。こ
の例では、ＳＳＣ（ソリッド・ステート・チャージャ）
２は、感光体ドラム１の表面に沿って、軸がそれと一致
する方向に向けて配置されている。

第２図に示したコロナ放電装置の具体的な構成を第１図
に示す。第１図を参照すると、５ＳＣ２は、第１電極２
１．第２電極２２及び誘電体２３で構成されている。第
１電極２１は誘電体２３の表面に固着されており、第２
電極２２は誘電体２３の内部に配置されそれによって覆
われている。

このＳＳＣは、正面（第１図）で見ると、長手方向が縦
方向に向けて配置されている。即ち、被帯電面である感
光体ドラム１に対して、垂直に立てて配置しである。こ
の例では、ＳＳＣの長手方向一端面２ａと感光体ドラム
１の表面との距離を８ｍｍに設定しである。また、設計
上の目標値としては、前記端面２ａと第２電極２２の一
端面との距離Ｌａを０．３ｍｍに設定し、端面２ａと第
１電極２１の一端面との距離Ｌｂを０．’ｍｍに設定し
である。

後述するように、距離ＬａとＬｂとの間の関係は、Ｌ　
ａ　＝　Ｌ　ｂの状態が最も好ましい。しかし、製造上
寸法のばらつきがあるので、Ｌａ＝Ｌｂの関係で設計す
ると、コストアップにつながる精密加工技術を用いない
限り、実際に製造される装置においては、Ｌ　ａ　＜　
Ｌ　ｂ及びＬ　ａ　）　Ｌ　ｂのものもできる。

ところが、後述するようにＬ　ａ　＜　Ｌ　ｂの領域よ
りも、Ｌ　ａ　＞　Ｌ　ｂの領域の方が好ましい結果が
得られる。そこで、目標値をＬ　ａ　＞　Ｌ　ｂに設定
することにより、比較的大きな製造上の寸法のばらつき
が含まれる場合でも、Ｌａ≧Ｌｂの領域を外れないよう
にしている。

またこの例では、ＳＳＣの厚み（第１図の横寸法）は１
ｍｍ、幅（第１図の縦寸法：長手方向）は１０ｍ　ｍ　
、長さく第２図の軸方向寸法）は３００ｍｍになってい
る。

ＳＳＣの第１電極２１は電線７を介して電源ユニット５
と接続され、第２電極２２は電線６を介して電源ユニッ
ト５と接続されている。感光体ドラム１は、導体（金属
）１２とその表面を覆う有機光導電体（感光体）１１で
なっており、導体１２は接地されている。

電源ユニット５には、発振回路を含む低電圧駆動回路５
１．昇圧トランス５２．バイアス回路５３が備わってい
る。低電圧駆動回路５１の入力端子には、直流電源３が
接続されている。低電圧駆動回路５１は、入力される電
力を約１０ＫＨｚの正弦波交流電力に変換し、昇圧トラ
ンス５２の一次側端子に印加する。従って、昇圧トラン
ス５２の二次側端子に、交流の高圧電力（Ｖｐｐ＝　１
３５０Ｖｒｍｓ）が現われる。バイアス回路５３は、昇
圧トランス５２の二次側端子の交流電圧を倍電圧整流し
、一方の出力端子（ｍ線６）の対地電位（Ｖ　ｃ　）を
約３．８ＫＶに設定する。

従って、ＳＳＣの第１電極２１と第２電極２２との間に
、１３５０Ｖｒ■Ｓの交流電圧が印加される。また、第
２電極２２と感光体ドラム１との電位差は直流の３．８
ＫＶになる。

このような電圧を印加することにより、ＳＳＣの第１電
極と感光体ドラム１との間にコロナ放電が生じ、負電荷
９が第２電極上の有機光導電体１１上に蓄積される。

上記実施例の距離ＬａとＬｂとの関係を決定するために
、互いに寸法の異なる様々なＳＳＣについて、第３ａ図
に示す実験装置により、各種測定を行なった。第３ａ図
を参照する。電源ユニットは、前記実施例のものと同一
である。ＳＳＣの第２電極と電源ユニット５との間には
、電流Ｉａｃを測定するため、電流計を挿入した。また
、感光体ドラム１とアースとの間にも、電流Ｉｃを測定
するため電流計を挿入した。

第３ａ図においては、距離Ｌａが同一（０，５ｍｍ）で
距離Ｌｂが互いに異なる３種類のＳＳＣが示されている
が、実際にはもっと多くの様々なＳＳＣについて測定を
行なった。なお、感光体ドラム１の表面と第１電極（放
電電極）２１との距離は、この例では７ｍｍに固定され
ている。電圧ＶＰＰは１３５０Ｖｒ＋ｍｓ、　Ｖ　ｃは
３．８ＫＶである。

第３ａ図の装置で測定した結果を第３ｂ図及び第３ｃ図
に示す。第３ｂ図は、距ｆｉＬｂと感光体ドラム１の帯
電電流Ｉｃとの関係を、３種類のＬａについて測定した
結果を示している。第３ｂ図を参照すると、Ｌ　ａ　＝
Ｑ、３．　Ｌ　ａ　＝０．５．　Ｌ　ａ　＝０．８のい
ずれについても、ｒｅはＬａ＝Ｌｂの条件で最大になる
ことが分かる。また、Ｌａ＞Ｌｂの領域とＬ　ａ＜Ｌ　
ｂの領域について比較すると、グラフの傾き、即ちＩｃ
の変化率は、前者の方が小さいことが分かる。

つまり、ＳＳＣの距離Ｌｂにばらつきがある場合、その
ばらつきによって電流Ｉｅにむらが生じるが、そのばら
つきを含めた各ＳＳＣのパラメータが、Ｌａ＞Ｌｂであ
れば、それがＬ　ａ　＜　Ｌ　ｂの場合よりも、電流Ｉ
ｃのむらは小さくなる。Ｌａ＝Ｌｂであってもよい。

第３ｃ図は、距離Ｌｂとオゾン発生量Ｍとの関係を、３
種類のＬａについて測定した結果を示している。第３ｃ
図を参照すると、オゾン発生量Ｍは、Ｌａがいずれの場
合であっても、ｒＬａ＝Ｌｂの場合に最も小さくなるこ
とが分かる。また、オゾン発生量ＭをＬ　ａ　＞　Ｌ　
ｂの領域とＬａ＜Ｌｂの領域とで対比すると、グラフの
傾き、即ちＭの増加率は、前者の方が後者よりも小さい
。

つまり、ＳＳＣの距離Ｌｂにばらつきがある場合、個々
のＳＳＣでオゾン発生量Ｍが異なるが、Ｌｂのばらつき
を含めた、各ＳＳＣのパラメータが、Ｌ　ａ　＞　Ｌ　
ｂであれば、それがＬ　ａ　＜　Ｌ　ｂの場合よりも、
オゾン発生量Ｍが小さくなる＠　Ｌ　ａ　”　Ｌ　ｂで
あってもよい。

従って、第３ｂ図及び第３ｃ図の測定結果より、帯電電
流Ｉｃ及びオゾン発生ｊ１Ｍのいずれについても、Ｌａ
≧Ｌｂの条件を外れないようにＳＳＣのパラメータを設
定すれば比較的好ましい結果が得られる。例えば、Ｌａ
及びＬｂの寸法に、基準値に対して各々±ｄのばらつき
が生じる場合には、設計上の基準値をＬ　ａ　ｘ　Ｌ　
ｂ　＋２・ｄに設定することにより、実際の装置におい
てＬａ≧Ｌｂの条件を満たすことができる。

なお９図には示さないが、距離Ｌａ、誘電体（２３）の
厚み及び第１電極（２１）の幅を調整することにより、
距＄１Ｌｂが２ｍｍ以下であれば、オゾン発生量Ｍを許
容値以下にでき、また感光体ドラムを帯電させるのに充
分な帯電電流Ｉｃが得られることが確認された。更に、
距Ｉｌｉ　Ｌ　ａについては、それが０．２〜１．２ｍ
ｍの範囲内であれば、それが小さければ小さいほど、好
ましい結果が得られることが確認された。

また、この種のＳＳＣでは、放電電極（２１）からの放
電は、従来より、ｖＩ電体内部の電極（２２）の直上（
面上）でのみ生じると考えられていたが、この実験では
、それ以外の領域でも生じていることが観察された。こ
の現象は、電子写真技術分野におけるフリンジング効果
（ｆｒｉｎｇｉｎｇ　ｆｉｅｌｄ　ｅｆｆｅｃｔ）とし
て説明できるものと考えられる。フリンジング効果によ
れば、互いに対向させた電極対の間の電界は、電極の中
央部よりも周辺部の方が遼かに大きくなる。従って、感
光体の電極）：　Ｓ　Ｓ　Ｃの電極を対向させる場合、
第５図に示すようにＳＳＣを配置してＳＳＣと感光体と
の電極の対向面積を大きくするよりも、第１図に示すよ
うにＳＳＣを縦方向に向けて、ＳＳＣと感光体との電極
の対向面積を小さくする方が、対向面の電界は大きくな
る。これは、一般の耐電圧試験において、絶縁破壊が導
体の端部で生じる、という事実からも裏付けられる。

このフリンジング効果が生じるようにＳＳＣを構成する
ことにより、低い交流電圧でも放電が生じるようになる
。また、そのようなＳＳＣは、電源の負荷としてみた場
合、静電容量が小さい。従って、このＳＳＣに接続され
る電源ユニットには、あまり高い交流電圧が要求されな
いし、大きな出力電力容量は必要ない。このため、電源
ユニットを小型化し、低コスト化することができる。ま
た、印加される電圧が低いので、ＳＳＣの寿命が長くな
る。

再び第１図を参照する。電源ユニット５においては、昇
圧トランス５２の二次側に接続されたバイアス回路５３
が、それに印加される交流高電圧を倍電圧整流すること
によって、高圧のａ流電圧を得て、それによって自己バ
イアス動作を行なっている。

従来より、コロナ放電装置においては、別々に設けた高
圧交流電源と高圧直流電源によって、放電素子（Ｓ　Ｓ
　Ｃ）に交流電圧及び直流電圧を印加している。この種
の装置では、交流高圧電源と直流高圧電源との間の絶縁
・耐電圧を十分に考慮しなければならず、コストダウン
が難しい。

第１図の実施例のように、交流電源ユニットに、その出
力電圧を整流して直流高電圧を生成するバイアス回路５
３を備えることにより、独立した直流電源ユニットが不
要になる。従って、電源ユニット５の構成は単純である
。しかも、直流電源と交流電源とが一つのユニットとし
て構成されているので、それらの間の絶縁・耐電圧を考
慮する必要がない。

また、従来より複写機のコロナ放電装置においては、Ｓ
ＳＣと感光体ドラム表面との距離を３　ｍ　ｍ程度に設
定し、直流バイアス電圧を２ＫＶ、交流電圧を５〜６Ｋ
Ｖ程度に設定している。この場合、ＳＳＣと感光体ドラ
ム表面との距離が短いので、放電電流にむらが生じると
、感光体ドラムに帯電むらが生じる。また、オゾンの発
生量を小さくできなかった。

第１図の実施例では、電源ユニット５が、高電圧（３，
８ＫＶ）の直流バイアス電圧をＳＳＣに印加するので、
コロナ放電に寄与するイオンを効率良く取り出すことが
できる。実施例では、ＳＳＣと感光体ドラムとの距離は
、５〜１５ｍｍ程度の範囲内に設定できる。距離が１５
ｍｍでも、確実に帯電を生じる。ＳＳＣと感光体ドラム
との距離を大きくすれば、感光体ドラム上では、放電電
流のむらが平均化されるので、感光体ドラムに帯電むら
が生じない。

この実施例では、ＳＳＣは、その長手方向が、被帯電面
である感光体ドラム１に対して垂直に向けて配置されて
おり、それによって次のような効果が得られる。

（ａ）ＳＳＣの感光体ドラム１と対向する面（２ａ）の
面積は非常に小さく、感光体ドラム１の周面でＳＳＣが
占有する領域の大きさが小さい。つまり、狭い領域にＳ
ＳＣを配置できるので、感光体ドラム１の径を小さくで
きる。

（ｂ）ｓｓｃの放電面が感光体ドラム１の面に対して垂
直で、ＳＳＣとの間隙も大きくしているため、コロナ放
電に伴なって生じるグロー発光に含まれる紫外線が感光
体ドラム１の面に届きにくい。

従って、紫外線によって特性が劣化する感光体ドラムを
用いる場合、特性劣化が生じにくい。

（ｃ）ＳＳＣの放電面が感光体ドラム１の面に対して垂
直であるため、コロナ放電に伴なって生じるオゾンが、
感光体ドラムの表面とＳＳＣとの間に滞留しにくく、そ
の排出も簡単である。

（ｄ）ＳＳＣは、薄板状に形成されるので、その厚み方
向に反りを生じ易い、第５図に示すように、５ＳＣ（Ａ
）の厚み方向の面を感光体ドラム（Ｅ）に対向させる場
合、両者の距離がＳＳＣの反りによって変化し、帯電電
位が位置によって変わるので１反りを防止しなければな
らない。しかし、第１図のようにＳＳＣを感光体面に対
し垂直に配置すると、ＳＳＣの厚み方向の反りは、感光
体面の帯電電位には大きな影響を及ぼさない。具体的に
は、感光体軸方向の長さが３００ｍｍのＳＳＣでは、軸
方向の平面度が２　ｍ　ｍ、幅方向の真直度が０．２ｍ
ｍ程度の精度で十分であり、反り及び加工精度に関し、
特別な配慮は不要である。

第４図の１つの変形実施例を示す。第４図を参照すると
、この実施例においては、第１電極２１Ｂは、ＳＳＣ２
Ｂの誘電体２３Ｂの表面から少し離れた位置に、ＳＳＣ
の表面に沿って架設されている。この実施例においても
、前記実施例と同様な効果が得られることが確認された
。

［効果］ 以上のとおり本発明によれば、薄板状に形成されるコロ
ナ放電器をその長手方向が被放電体の面に垂直になるよ
う配置し、２つの電極の位置に関し、Ｌａ≧Ｌｂの条件
を満たすように設定するので、従来のＳＳＣにおいて生
じた各種不都合が解消される。即ち、次のような効果が
得られる。

（１）オゾンの発生量が少なくなる。

（２）電源に必要とされる電力容量が小さくなる。

（３）放電によって被放電体を帯電させる場合、帯電む
らがなくなる。

（４）放電素子の寿命が長くなる。

（５）放電素子の被放電体との対向面の面積が小さくな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施するコロナ放電装置の正面図で
ある。 第２図は、第１図の放電素子２と感光体ドラム１の外観
を示す斜視図である。 第３ａ図は、ＳＳＣの特性を測定するための装置の構成
を示すブロック図である。 第３ｂ図は距離Ｌｂと電流Ｉｃとの関係を示すグラフ、
第３ｃ図は距［Ｌｂとオゾン発生量Ｍとの関係を示すグ
ラフである。 第４図は、ＳＳＣの１つの変形例を示す縦断面図である
。 第５図は、従来のＳＳＣを用いたコロナ放電装置のブロ
ック図である。 １：感光体ドラム（被放電手段） ２：ソリッド・ステート・チャージャ（放電手段）５：
電源ユニット　　　　６，７：電線９：負電荷　　　　
　　　１１：有機光導電体１２：導体　　　　　　　２
１：第１電極２２：第２電極　　　　　２３；誘電体５
１：低電圧駆動回路 ５２：昇圧トランス（交流電圧印加手段）５３：バイア
ス回路（直流電圧印加手段）第３ａ図 □驚艇Ｌｂ（ｍｍ） 東３Ｃ囚

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）誘電体、及び該誘電体を介して互いに近接配置さ
   れ少なくとも一方が平板状もしくは帯状に形成された第
   １の電極及び第２の電極を備える放電手段；該放電手段
   に対向して配置された第３の電極を含む被放電手段；前
   記第１の電極と第２の電極との間に交流電圧を印加する
   交流電圧印加手段；及び前記第１の電極と第２の電極の
   一方と前記第３の電極との間に直流電圧を印加する直流
   電圧印加手段を備えるコロナ放電装置において：前記放
   電手段が、その長手方向を前記被放 電手段の面に対し実質上垂直な方向に向けて配置され；
   前記第１の電極が放電電極として前記第２の電極より小
   さく形成され、前記誘電体の長手方向端面の前記被放電
   手段と対向する端面から前記第２の電極までの距離Ｌａ
   と、該端面から前記第１の電極までの距離Ｌｂとが、Ｌ
   ａ≧Ｌｂの関係を満たす状態に形成されたことを特徴と
   するコロナ放電装置。
2. （２）前記第１の電極は、前記誘電体の表面に密着して
   配置された、前記特許請求の範囲第（１）項記載のコロ
   ナ放電装置。
3. （３）前記第１の電極は、前記誘電体の表面から所定の
   間隙をあけてそれと近接する位置に配置された、前記特
   許請求の範囲第（１）項記載のコロナ放電装置。
4. （４）前記第２の電極は、前記誘電体によってその周囲
   を覆われた、前記特許請求の範囲第（１）項記載のコロ
   ナ放電装置。
5. （５）前記距離Ｌａが２ｍｍ以下に設定された、前記特
   許請求の範囲第（１）項、第（２）項、第（３）項又は
   第（４）項記載のコロナ放電装置。