KR880001801B1

KR880001801B1 - 코로나 충전장치 및 방법

Info

Publication number: KR880001801B1
Application number: KR8201142A
Authority: KR
Inventors: 더블유. 콥 해롤드; 에이. 훠 틀란드 리차드.
Original assignee: 헨리 · 알 · 레위스; 데니슨 매뉴팩츄 어링 컴퍼니
Priority date: 1981-02-24
Filing date: 1982-03-17
Publication date: 1988-09-17
Also published as: ZA821206B; US4379969A; KR830009668A; IN157801B

Abstract

내용 없음.

Description

코로나 충전장치 및 방법

제1도는, 본 발명의 제1실시예의 바람직한 실시형태의 의한 코로나 충전장치의 단면도.

제2도는, 제1도에 나타낸 충정장치의 평면도.

제3도는, 제1실시예의 충전장치에서, 그리드 전극의 변형의 측면 단면도.

제4도는, 인접소자를 충전 또는 방전시키기 위하여 전개된, 제1도에 나타낸 충전장치의 단면도.

제5도는, 제1실시예의 충전장치의 변형예의 단면도.

제6도는, 제1실시예의 충전장치의 또다른 변형예의 단면도.

제7도는, 제1실시예의 코로나 구조가 변형된 충전 헤드의 단면도.

제8도는, 제1실시예에서 그리드 전극이 변형된 충전장치의 평면도.

제9도는, 제2실시예의 바람직한 형태의 코로나 충전장치의 사시도.

제10도는, 영상 표면 근처의 제9도에 나타낸 코로나장치의 대략 단면도.

제11도는, 작동 전극을 포함하는 제9도에 나타낸 코로나장치의 단면도.

제12a도, 제12b도, 제12c도는, 제9도에 나타낸 실시예의 장치의 여러가지 형태와 수반되는 공기 방전 영역을 나타내는 부분 단면도.

제13도는, 제2실시예의 바람직한 형태의 코로나장치의 단면도.

제14도는, 제2실시예의 다른 변형에 의한 코로나 충전장치의 단면도.

제15도는, 제2실시예의 또 다른 변형에 의한 코로나 충전장치의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 코로나장치(이온 발생기) 11 : 코로나 전극, 전극

12 : 도선 13 : 유전체, 유전체층

15 : 절연체 지지부 17 : 콘트롤 전극, 망전극, 그리드 전극, 망

18 : 이온풀 19 : 유전성 충전재

20 : 영상면, 유전체 표면 R ; 코로나 전극(11)의 반경

T : 유전체층 13의 두께 G : 측벽으로 부터의 코로나 전극의 분리부

W : 빔(94)의 폭 H : 코로나 전극의 돌출부

Z : 코로나장치와 영상면의 간격 21 : 스위치

22 : DC바이러스 전위 23 : 여자 전위

25 : 도전 백킹(카운터 전극) 26 : 여자 전위

27 : 직류 바이어싱 소오스 30 : 코로나 장치, 변화배열(제3도)

37 : 망 50 : 코로나장치

55 : 절연체 56 : 슬롯

57 : 그리드 전극 60 : 코로나장치

62 : 긴도체 63 : 유전체 스트립(유전체)

65 : 절연 지지체 67 : 그리드 전극

71 : 코로나 전극 표면 72 : 코로나 전극

73 : 유전성 인캡슐레이션 75 : 절연체 지지부

80 : 코로나장치, 변화 구조 85 : 절연체 지지부

87 ; 그리드 전극 90 : 코로나 장치

94 : 도전빔 95 : 접착 충전재

96 : 슬롯 97 : 측벽

98 : 베이스 99 : 측벽(외부표면)

100 : 방전구역 110 : 코로나 장치

111 : 유전체로 피복된 전극 113 : 유전체 피복

115 : ; 지지블록 116,117 : 도전 로드

120,130 : 충전장치 121,131 : 원통형상의 도선, 중앙 전극

122,132 : 유전체로 피복된 전극 123,133 : 금속 코어

124,134 : 유전체 피복 125,135 : 절연 베이스, 지지블록

126,136 : 유전체로 피복된 전극 127 : 137 : 금속코어

128,138 : 유전체 피복(예, 유리)

본 발명은 코로나 충전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정전 영상을 방전하는 데에 사용하는 코로나 충전장치 및 방법에 관한 것이다.

가는 도선 또는 첨점으로 구성된 코로나 충전장치는 종래로 부터 잘 알려져 있다.

실례로는, 미국 특허 번호 비버버그 2,836,725 ; 엘. 이. 월컵 2,879,395 ; 피. 리 3,358,299 ; 리 에프. 크랭크 3,611,414 ; 에이.이.제 브리블리스 3,623,123 ; 피. 제이. 맥길 3,715,762 ; 에이취. 브레스닉 3,765,027 ; 및 알.에이.포트랜드 3,961,564등이 있다.

이러한 장치들은, 대부분 방전을 위한 노출전에, 광도전체를 충전시키는, 정전 복사기에 전적으로 사용되고 있다.

표준 코로나 방전은 제한된 이온 전류가 발생된다.

그러한 장치는, 대체로 평방 센티미터당 10 마이크로 암페어(μA)정도의 최고 방전 전류 밀도를 갖는다.

또한, 코로나 도선은 작고 약하며 쉽게 부서진다.

그리고 높은 작동 전위 때문에, 먼지나 티끌을 모이게 하고, 따라서 에미션 전류(emission current)가 강하하는 것을 방지하기 위하여 자주 세정하거나 교환하여야 된다.

표준 코로나장치보다 잇점이 있는 코로나 방전기기, 사리드 등의 미합중국 특허 4,057,723호 ; 휠러 등의 4,068,284 ; 및 사리드 등의 4,110,614호에 개시되어 있다.

이 특허들은, 또 다른 도전성 소자와 접촉되어 있거나 가깝게 떨어져 있고, 두꺼운 유전성 재료로 피복된 도선으로 특징지워지는 여러가지의 코로나 충전장치를 개시하고 있다.

상기한 일반적인 사항에 적합한 여러가지 기하학이 이들 특허에 기술되어 있다.

이러한 장치들은, 이온의 소오스를 발생시키기 위한 선택전위와, 직류 추출 전위를 이용한다.

그 특허들은, 괄목할 만한 추출전류를 얻기 위하여, 그리하여 보다 높은 충전률을 필요로 하는 비교적 높은 값인 2000-6000 볼트범위의 바람직한 바이어스에 대하여 개시되어 있다.

이들 전류 출력은, 본 발명이 상당히 선형 출력인 것에 비하여, 성질상 익스포넨샬하다.

또한, 이 장치들은, 코로나와 영상 소자사이의 간격에서의 변화 d에 민감하여 바람직하지 못하다.

미국특허 4,153,093호는, 넷트 전하 충전의 디포지션(deposition)뿐만 아니라 전하를 중화하는데도 사용될 수 있는 이온 발생장치를 설명하고 있다.

이 장치는, 표준 코로나장치보다 우수하나, 제작하기가 어렵고 본 발명의 높은 충전률을 제공하지 못하고 있다.

따라서, 본 발명의 주된 목적은, 종래의 코로나장치와 비교하여 우수한 성능을 갖는 코로나 방전을 사용하는, 방전, 중화장치를 제공하는데 있다.

본 발명의, 다른 목적은, 높은 전류 밀도를 얻을 수 있는 코로나 충충전장치를 제공하는데 있다.

여기에 관련되는 부수적인 목적은, 높은 충전율을 얻는데 있다.

여기에 관련되는 또하나의 부수적인 목적은, 그러한 충전율을 제공하는데 있어서 높은 바이어싱(biasing)전위를 피하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 튼튼하고 콤펙트형인 충전장치를 제공하는데 있다.

여기에 관련되는 부수적인 목적은, 통상의 코로나 이온 발생기보다 긴 작동 수명을 갖는 장치를 제공하는데 있다.

여기에 관련된 또 하나의 부수적인 목적은, 자주 수리하지 않아도 되는 코로나장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 미리 선택된 적은 볼트의 전위 내에서, 리모우트 유전체 또는 광수용체 표면을 충전하거나 또는 방전할 수 있는 코로나 충전장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 이온 발생기가 서서히 오염되어 감에 따라, 에미션 전류가 하강하는 것을 피하는 데 있다.

여기에 관련되는 부수적인 목적은 균일한 에미션 전류를 얻는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 확실한 출력 전위를 갖는 코로나 충전장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 주된 목적과 또한 그에 관련된 부수적인 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유전체 시이트(Sheath)를 갖는 긴도체와 그 근처에 있는 콘트롤 전극으로 구성되는 코로나 충전장치를 제공한다.

본 발명의 제1실시예에서는, 콘트롤 전극은, 양자 모두 절연체에 대향하여 설치되는 유전체 시이드로 피복된 긴도체와 이를 덮는 도전성 그리드로 구성된다.

본 발명의 제2실시예에서는, 콘트롤 전극은, 긴 도선이 그안에 위치하는 슬롯을 구획하는 도전성 봉입물로 구성된다.

본 발명의 장치는, 긴도체와 콘트롤 전극 사이에 인가되는 시간에 따라 변하는 전위에 의한 코로나 충전과 방전에 사용되는데, 이는 콘트롤 전극과 유전체 시이드에 인접한 공기내에서의 글로우 방전을 유발시킨다.

콘트롤 전극은, 전하 중화를 위한 기저 전위에서, 그리고 코로나 충전을 위한 바이어싱 전위를 한정하는데에서 유지된다.

이 코로나 충전장치는, 출력 이온 전류와 직류이온 추출 전위사이의 선형 관계에 의하여 특징 지워진다.

본 발명의 제1실시예의 1형태에 의하면, 그리드 전극은, 미세한 도전성 소자의 하나 또는 두 방향의 열로 구성된다.

바람직하게는, 그리드 전극은 가는 도선망 스크린으로 형성된다.

다른 형태로서는, 그리드는, 긴도체의 축을 횡단하는 가늘고 밀집된 선이 평행한 열로 구성되어 있다.

제2실시예의 바람직한 형태에 의하면, 도전성 봉입물은, 슬롯내에 매몰되어 있는 시이드로 피복된 긴 도선을 갖는 슬롯을 포함하는 균일한 구조로 구성된다.

이 균일한 구조는, 필히 장방형의 슬롯이나 채널이 있는 도전성 빔으로 구성되어 지는 것이 바람직하다.

본 실시예의 변형에서는, 슬롯이 있는 도체는 1쌍의 도전성 로드로 대체되는데, 이 도전성 로드는, 절연 지지부에 대향하여 유전체가 피복된 도체의 각면에 장착되어 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 여러가지 규격들은 코로나 충전, 방전장치의 출력 이온 특성을 수정하기 위하여 변경될 수 있다.

제1실시예에 있어서, 가장 중요한 파라미터는 그리드 전극의 측면 형상이고, 특히, 유전체 시이드로 피복된 긴 도선 위에 있는 그리드 전극 랩이다.

제2실시예에 있어서, 중요한 파라미터는 도체의 벽으로 부터 시이드로 피복된 도선의 여하한 측면 분리 ; 봉입물의 외부면에 대한 시이드 피복된 도체의 돌부나 요부의 크기 ; 시이드 피복된 도체의 직경에 비한 도전성 봉입물의 폭등이다.

제2실시예의 바람직한 형태에서는, 유전체로 시이드 피복된 도체는, 도체의 측벽과 접촉되어 있고, 측벽으로 부터 약간 돌출되어 있고, 도전성 봉입물은, 슬롯의 폭 보다 다소 넓은 것이 바람직하다.

상기의 양 실시예에 있어서, 중요한 또 다른 파라미터는, 충전 되거나 방전되는 표면으로 부터의 장치의 분리이다.

제2실시예의 다른 형태는, 파워의 손실과 유전체 강하를 방지하기 위하여 슬롯의 저부에 충전물(filler)을 사용하는 것에 관계된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 긴도체는 여러가지 단면을 가질 수 있다.

양 실시예의 바람직한 형태에서, 긴도체는 원통형 도선으로 구성된다.

반대로, 제1의 주된 실시예에서, 전극은 에치된 금속 박판으로 구성될 수도 있다.

본 발명에 관련되는 형태에 의하면, 바람직하게는 유기물인 여러가지의 절연체가 긴도체의 유전체 시이드에 이용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 유전체 시이드로 피복된 긴도체와 콘트롤 전극은 같은 넓이를 가지는 구조이며, 선형 조직을 형성하는 것이 바람직하다.

제1실시예에서, 그리드는, 그안에서 그리드가 그 외부면이나 그 가까이에서 유전체 시이드로 부터 근접하고 있거나 또는 접촉하여 있는 여러가지의 횡단면을 가질 수 있다.

제2실시예에서는, 도전성 봉입물은, 여러가지 단면을 가질 수 있으나, 유전체로 피복된 긴도체를 덮어 싸야 한다는 제한이 있다.

제1실시예의 변형에서는, 코로나 충전장치는, 도전성 그리드를 긴도체로 부터 분리하는 얇은 유전체를 포함할 수 있으나, 긴도체를 완전히 커버하지는 못한다.

제1실시예의 또다른 변형에서는, 절연체는 유전체 시이드로 피복된 도체를 덮어 싸는 슬롯을 포함한 수 있다.

이 변형에서, 유전체 시이드로 피복된 도체는 그 길이 방향으로 슬롯에 매몰되어 있고, 도전성 그리드는, 슬롯으로 부터 돌출되어 있는 곳에서 이 소자 위에 장착되어 진다.

이 제2실시예의 변형에서, 한쌍의 유전체 시이드로 피복된 도체는, 중앙 도전성 로드를 지지하고 있고, 절연판에 대향하여 모두 장착되어 있다.

바람직하게는, 이 변형에서는, 유전체 시이드로 피복된 도체는, 내부 도전층을 따라 배열된 유리 모세관으로 구성된다.

이 변형과 제2실시예의 모든 형태에서, 본 발명은, 슬롯의 상부 부위나 또는 거기에 가까운 곳에서의 방전구역에 의하여, 바람직하게 특징지워진다.

본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 시간에 따라 변하는 전위는 60Hz에서 10MHz의 주파수 범위로, 최고 600에서 1500볼트의 범위내로 전위로 변화하는 연속 파장인 것이 바람직하다.

반대로, 변하는 전위는 펄스 볼테지로 구성될 수 있다.

코로나 충전의 형태에서, 추출전위는 수십 또는 수백 볼트 정도인 것이 바람직하다.

충전과 중화 모두에서, 본 장치는, 추출 전위의 대략 선형함수인 이온출력 전류를 제공한다.

본 발명의 바람직한 실용화에서, 본 장치는, 가장 근사한 유전체 소자에서 정전기 영상을 소거하는데 사용된다.

반대로, 본 장치는 이와 같은 유전체 소자를 소정의이 볼 테지로 충전하는데에도 사용된다.

이 경우에 있어서는, 본 발명의 장치는, 충전 레벨을 자동 조절할 수 있게 된다.

양자의 실용화에서, 코로나장치는, 충전되거나 또는 방전된 소자로 부터 5-20mils의 범위내의 거리를 떨어져 배열되는 것이 바람직하다.

본 발명의 코로나 충전장치를 제1도 내지 제15도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 주된 2실시예가 제1도와 제9도에 각각 도시되어 있다.

이들 2실시예는 유전체 시이드를 갖는 긴도체와 거기에 근접한 콘트롤 전극으로 특징 지워진다.

제1도 내지 제8도에 일반적으로 나타낸 본 발명의 제1실시예에서는, 콘트롤 전극은 유전체 시이드로 피복된 도체를 덮는 도전성 그리드의 형태로 되고, 모두 절연 지지부에 대향하여 장착되어 있다.

제9도 내지 제15도에 여러가지 형태로 나타낸 본 발명의 제2실시예에서는, 콘트롤 전극은 그 안에 유전체 시이드로 피복된 도체가 위치하는 슬롯을 정의하는 도전성 봉입물로 구성되어 진다.

코로나장치(10)(제2도)와 코로나장치(90)(제9도) 양자의 특징은 코로나 전극(11)과 콘트롤 전극[각각(17), (99)]이 선형구조를 형성한다는 것이다.

본 발명의 제1,2실시예를 다음과 같이 계속하여 설명한다.

이들 양 실시예에서 코로나 전극(11)은 두꺼운 유전체(13)내에 수납되어 있는 도선(12)(여하한 적당한 도체로 구성될 수 있다)으로 구성되어 있다.

비록, 바람직한 실시예에는 유전체로 피복된 원통형상의 도선이 나타내어져 있지만, 전극(11)은 유전체 시이드를 갖는 미확정 단면"a"의 긴도체라고 통상 설명되어질 수 있다.

제7도는 제1실시예의 변형인 코로나 전극을 나타내고 있다.

코로나 전극(72)은 유전성 인캡슐레이션(73)을 갖는 얇은 에칭된 전극으로 구성된다.

긴도체는, 표면(71)에서 유전체 시이드에 의하여 망상 전극으로 부터 분리되어 있고, 절연 지지부와 직접 접촉되도록 마련할 수 있다.

양 기본적인 실시예에서, 유전체(13)는, 유전성 브레이트 다운이 없이 높은 여자 전위를 견디어 내기에 충분한 유전성 스트렝스를 가져야만 한다.

유전체가 충전을 시작할때의 여자 전위와 같은 초기 전압을 최소화하는 것이 바람직하다.

이 전합은, 유전체층(13)이 두꺼워질수록 상승하고, 그 층의 유전성 상수가 낮을수록 하강한다.

유기물 유전체는, 일반적으로 본 출원에는 부적합하다.

왜냐하면 그러한 재료들은 대개 대기의 전기적 방전에 따라 형성되는 산화물에 의하여 시간이 경과함에 따라 퇴화라하는 경항이 있기 때문이다.

바람직한 실시예에서는, 유전체(13)는 빈 공간을 최소화하기 위하여 마련되어 있는, 1-3 mils의 범위내의 두께를 갖는 용해된 유리층을 갖는다.

다른 적합 재료로서는 해감 세라믹과 운모 등이 있다.

제1도 내지 제4도의 실시예에서, 코로나 전극(11)은 절연체(15)에 대향하여 위치되어 있다.

바람직하게는, 전극(11)은 망전극(17)에 의하여 눌려지지만, 절연체와 결합되어 있지는 않다.

이러한 배열은, 열 팽창이나 수축시에, 이러한 구조의 상대적인 운동을 허용하게 한다.

절연체(15)는 피복된 도선 전극(11)과 망전극(17)을 지지하기에 충분한 응력을 갖는 절연 물질로 구성되어 있다.

그리드 전극(17)은, 유전체로 피복된 전극(11)의 직경과 비교하여 아주 작은 두께의 긴도체의 열로 구성되어 있다.

이 제1실시예의 바람직한 변형에서는, 이 전극은 가는 도선의 망 스크린으로 구성되며, 0.3-1.2 mils의 범위내의 두께의 도선으로 이루어진 30-150 apertures/inch의 범위의 망으로 된 스크린으로 구성되는 것이 유리하다.

바람직하게는, 선망 스크린은 공간부 점유율일 높은 것이 특징이다.

스크린은 강철, 스테인레스 강철, 니켈-크로뮴 합금, 동합금, 알루미늄 합금 등과 같은 여하한 공지의 금속이나 금속 합금으로 이루어 진다.

가는 망을 사용함으로써, 이온 발생 위치가 상당히 고밀도로 되고, 교차점에서의 과열을 방지하게 된다.

다른 변형에서는, 그리드 전극은, 금속 박판위에 스크린 패턴을 광 에칭하여 제조된다.

제8도에 나타낸 또 다른 변형에서는, 그리드 전극(87)은, 코로나 전극(11)에 수직으로 배열된 가늘고 밀착되어진 도선의 평행한 열로 구성된다.

이 그리드 전극은 전극(11)에 둘러싸여지고, 이 전극(11)의 각 측면에서 절연체(15)에 걸려 있다.

그리드 전극(17)은 한쪽끝단에서 볼때, 다양한 형상중의 어느 하나로도 기술될 수 있다.

제1도에 나타낸 바람직한 실시예에서는, 그리드 전극(17)은 전극(11)의 정점위에 타이트하게 둘러싸여지고, 대강 V형의 측면형상이 되도록 지지부(15)에 결합된다.

제3도에 나타낸 또 다른 배열에서는, 망(37)이 코로나 전극(11)위에 아취를 형성한다.

전자의 프로필은, 유전체(13)어ㅏ 외부면에 대한 망(17)의 밀집도는 비교적 낮은 컷외프 전압을 제공하는 것이 바람직하다.

이러한 이유로, 망(17)은, 전극(11)과 강하게 접촉하도록 망을 긴장시키는 방법으로 지지부(15)에 결합되거나 또는 부착된다.

제1실시예에 따른 코로나장치(10)의 또 다른 구조(50)가 제5도에 나타내어져 있다. 절연체(55)는, 코로나 전극(11)이 그안에 끼워 맞추어지는 슬롯(56)을 포함한다. 그리드 전극(57)은, 도시한 바와 같이 절연체(55)와 전극(11)위에 둘러 싸여 있다. 이 배열은, 코로나 전극(11)을 위치시키고 지지하기 쉽게 한다.

제6도에 나타낸 바와 같이, 코로나 전극의 도전 코어는, 효과적인 작동을 위해서 유전체 시이드 내에 넣어질 필요는 없다.

또 다른 구조(60)에서는, 유전체 시이드는, 얇고 유연한 유전체 스트립(63)으로 대체된다.

긴도체(62)는 절연 지지체(65)에 대향하여 직접 노여지고, 유전체 스트립(63)에 의하여 그리드 전극(67)으로 부터 분리되어 있다.

유전체(63)는, 예를 들어 운모 또는 얇은 유리 스트립으로 구성된다.

제2실시예의 바람직한 형태는, 제9도의 (90)으로 나타내어져 있는 바와 같이, 코로나 전극(11)은 도전빔(94) 내의 슬롯(96)내에 끼워 넣어진다.

여러가지 구조의 칫수는, 다음에 기술하는 바와 같이 장치(90)의 소망하는 작동 특성을 제공하도록 선택된다.

이 설명에 있어서, 장치의 중요한 특징은, 슬롯(96)의 베이스(98)과 측벽(99)와, 또한 이 슬롯의 근처의 외부 표면(99)을 포함한다는 것이다.

제10도는, 영상면(29)에 가까운 곳의 단면에서 제9도의 코로나장치를 나타낸다.

칫수 번호는, 이 장치를 구조적인 면에서 설명하는 데에 중요하다.

이것들에는, 코로나 전극(11)의 전체 반경(R), 유전체층(13)의 두께(T)를 포함한다.

또한, 측벽(97)으로 부터의 코로나 전극의 분리부(G) : 슬롯(96)의 각 측면에서의 빔(94)의 그 부분의 폭(W) ; 슬롯(96)으로 부터의 코로나 전극의 돌출부(H)[코로나 전극(11)은, (H)가 네가티브한 경우에 외부면으로 부터 삽입될 수 있다) ; 코로나장치(90)와 영상면(20)사이의 간격(Z)을 포함한다.

파라미터들에 따라 장치(90)를 제조함에 있어, 통상, G=0이고 는 구조적인 완전성에 일치하는 최소한도의 값으로 주어지며, H는 R의 크기엘 비해 약간 포지티브한 값을 갖는 것이 바람직하다.

이러한 바람직한 수치들은 다음에 상세하게 설명하는 바와 같은 우수한 특성을 제공한다.

도면에서 사용되는 부호의 용어표는 발명의 상세한 설명 후단에 기재되어 있다.

제12a도-제12c도의 부분 단면도를 참조하면, 제10도에 나타낸 H와 방전구역(100)의 외형간의 관게는, 장치(90)의 여러가지 측면 형상으로 나타내어 진다.

이들 모든 측면형상에서 G=0이고, W는 상수이다.

전극(11)이 제12도에서와 같이 슬롯(96)으로 부터 돌출한다면, 방전구역(100)은 빔(94)의 외부면(99)을 크게 둘러싼다.

방전구역(100)은, 통상 긴도체와 도전 빔(94) 사이에서의 파쉔(Paschen) 리미트에 의하여 결정된다.

제12a도에서와 같은 특성을 갖는 방전구역(100)으로, 장치(90)를 작동함에 있어, 외부(99)의 로의 이온의 손실로 인하여, 방전구역이 기평면으로 작용하여 상당히 효율성이 나빠진다.

이로 인해 이온 출력 전류의 감소가 유발된다.

제12(b)의 형상에서, 코로나 전극(11)은 슬롯(96)으로 부터 약간만 돌출되어 있다.

이 경우에, 방전구역(100)은, 측벽(97)과 유전체(13)에 의하여 구획된 대략 V-형상으로 된 외부에서 구역을 형성한다.

이 지역은, 이온풀(Pool)을 위한 최적의 위치이고, 여기에서 이온의 전환에 의하여 이온 전류 손실을 줄이고 미리 이온을 추출할 수 있는 소오스를 제공한다.

반면에, 만일, 코로나 전극이 상부면(99)보다 상당히 아래쪽에 매몰되어 있다면, 제12C도에서와 같이 방전구역(100)은 슬롯(96)의 표면으로 부터 삽입된다.

이로 인하여 이온이 쉽게 추출되지 않게 되고, 측벽(97)의 외부에로의 전환에 기인한 필연적인 이온 전류의 손실을 일으키는 불리함이 생긴다.

제2실시예의 코로나장치의 바람직한 구조에서는, 충전물이 슬롯(96)의 내부 구역에 포함한다.

제12a도-제12c도에서, 접착 충전재(95)는 유전성 중전재(19)와 베이스(98) 사이에 포함된다.

충전재를 사용함으로써, 이 구역에서의 공기의 브레이크 다운에 의한 파워 손실을 방지하고, 이들 낮은 구역에서의 열에 의한 유전체 브레이크 다운의 위험을 감소시킨다.

이러한 공기 브레이크 다운은, 제12a도-제12c도에 나타낸 형태와 유사하지만, 그러나 이온의 유용한 소스를 제공하지는 않는다.

이온 전류 손실을 방지하기 위하여 W의 최소치가 바람직하고 방전구역(100)을 위하여 바람직한 위치를 제공하기 위하여 H가 약간 포지티브한 수치를 갖는 것이 바람직하다는 것이 제12a도-제12c도를 참조하여 알수 있다.

비록, 도전빔(94)의 슬롯(96)이 일반적으로 장방형의 단면으로 나타내어져 있지만, 이 슬롯(96)은, 도선(12)의 유전체 코팅(13)을 올려 놓은 U-형상의 채널이 형태로 될 수 있음을 인식하여야 할 것이다.

이로 인해, 도선(12)은 포장할 필요 없이 빔의 베이스상에 올려 놓여지게 된다.

장치의 작동시의 오동작을 방지하기 위하여, 코로나 전극을 측벽(97)(예를 들면 W=0)과 접하도록 위치시키는 것이 유리하다.

이 특성은, 제9도∼제12도의 실시예에서, 유전체로 피복된 전극이 장치의 길이를 관통하여 측벽에 접하여 있기 어렵게 한다.

제13도는, 또 다른 실시예에 의한 코로나장치(11)의 단면을 나타내는데, 여기에서는, 상이한 어려움이 극복되어 있다.

이 충전장치(코로나장치)(110)에서, 제12a도-제12c도의 슬롯이 있는 도체빔(94)은, 장방형 단면으로 표시되어 있는 한쌍의 도전성 로드(116)과 (117)로 대체된다.

이 도전성 로드와 유전체로 피복된 전극은 절연 지지블록(115)상에 장착된다.

로드(116)와(117)는 그 길이 전체를 통하여 유전체로 피복된 전극(111)에 따르는 유연서의이 금속 구조이며, 이로 인해 G는 장치의 전체 길이와의 관계에서 볼때 무시될 수 있다.

제13도의 장착 배열은, 여러가지 전극의 공간 점유 배열을 변경함으로서 더욱더 변형되어 질 수 있다.

제14도의 단면에서는 1쌍의 유전체로 피복된 긴도체는 중앙 도전로드에 걸쳐져 있다.

실례로, 도전 로드는, 두꺼운 원통형상의이 도선(121)으로 구성되고, 각각의 유전체로 피복된 전극(122)와 (126)은, 금속 코어재료로 채워진 장방형 단면을 갖는 유리 모세관으로 구성된다.

바람직하게는, 금속 코어 재료는 낮은 융점으로 특징되어지고, 모세관 재료의 경우와 같은 신장 상수를 갖는다.

제13도의 장치(11)의 경우에서와 같이, 충전장치(12)는 절연 베이스(125)상에 전극(121),(122),(126)을 장착함으로서 제조되고, 그리하여 이러한 전극은, 장치의 길이 방향으로 서로 밀착되어 있다.

코로나장치(120)는, 각각의 금속 코어(123)과 (127) 및 중앙 전극(121) 사이의 시간 변이 전위를 적용함으로서 작동된다.

제15도는, 제14도의 장치(120)의 변형(130)을 나타낸다.

코로나장치(130)에서는, 유리 모세관은 금속 코어 재료로 완전히 채워지지 않고, 에너지화 하는 전류를 조절하기 위하여 충분한 두께의 내부 금속층으로 배열되어 있다.

제14도, 제15도의 코어 구조에 적합한 재료로서는, 예를 들어 낮은 융점의 비스머스 합금과 인디움 합금 등이다.

상술한 양 기본 실시예의 코로나장치는, 전하 중화와 소정의 전위에 유전체의 가까운 표면의 충전 양자를 위하여 이온을 발생시키기 위해 채용된다.

이것은, 제4도와 제11도에, 각각의 실시예에 대하여 나타내어져 있다.

제4도는, 도식적인 목적으로 설명되나, 양장치는 기능면에서는 실질적으로 동일하고, 이하의 설명은 제11도의 장치(90)에도 역시 적용된다.

제4도의 단면에서는, 장치(10)는 긴 도체(12)와 그리드 전극(17)사이에 시간 변화 전위를 적용시킴으로서 이온을 발생하도록 채용된다.

이로 인하여, 양과 음이온의 풀은 유전체(13)에 접하거나 근사한 그리드(17)의부위의 주변의 공기 공간내에 형성되게 된다.

이 형상은 이하 "글로우 방전"이라 한다.

유전체 시이드 두께가 2-3 mils의 범위내라면, 주기적으로 변하는 전위(23)로, 추출 전위가 약 1400 볼트 피크 전압을 초과하는 경우에, 약 반 싸이클 동안 공기 갭 브레이크 다운이 일어난다.

유전체(13)는 넷트 전하를 받음으로서 방전을 하게 되고, 그리드 전극(17)과 긴도체(12) 사이의 상내 전류의 직접 흐름을 방지한다.

스위치가 X 위치일때, 이온 발생기(10)는, 근접 소자상으로 옮겨온 정전기 영상에 대하여 전하 중화하장치로서 작동한다.

제4도에서와 같이, 장치(10)는 도전 백킹(backing)(25)을 갖는 유전체 표면에(20) 근처에 배치되어 있고 망전극(17)은 카운터 전극(25)에 접지되어 있다.

이 장치의 전기적 동작은 표면(20)과 전극(17)사이의 전압 V의 함수인 출력 전류의 플롯(i)으로서 측정된다.

특히, 본 발명의 장치는, 대략 선형인 i-V곡선으로 특징되어 진다.

낮은 오프셋트 전압 V₀, 즉 i=0일때의 전압을 갖는 것이 바람직하다.

유전체 표면(20)이 여하한 넷트 양 또는 음의 넷트 전하를 운반하면, 이 전하는 그리드 전극(17)에 전기장을 형성하고, 이온풀(18)로 부터의 반대 극성의 이온을 추출하게 된다.

만일, 이온 발생기(10)가 이렇게 하여 충분한 시간 만큼 놓여져 있으면, 표면(20)은 완전히 중화된다.

표면(20)은 이러한 상황하에서는 거의 전하가 남아 있지 않게 된다.

또 다른 바람직한 특징은, 이 장치의 특히 높은 충전/방전률이다.

코로나장치(10)는, 그리드 전극(17)의 외부면으로 부터 측정하여, 표면(20)으로 부터 5∼20 mils(가장 바람직하게는 약 15mils)의 범위내의 거리를 띄어 배치되는 것이 유리하다.

본 발명의 또 다른 이로운 특징은 본 장치의 오프 셋트 전압이 비교적 이 범위내에서의 간격에서의 변화에 둔감하다는 것이다.

제4도를 다시 참조하여 보면, 장치(10)는 스위치(21)가 y가 위치에 있을때에, 표면(20)에 양 또는 음의 넷트 전하를 축적시키는데 사용될 수 있다.

이것은, 그리드 전극(17)에 DC바이어스 전위(22)를 생기게 한다.

예를 들어, 전극(17)에 양성의 바이어스를 가함으로서 같은 크기의 양 전하가 표면(20)에 축적된다.

이러한 모드로 작동될때, 코로나장치(10)는 충전 전위의 자동 제한을 제공한다.

코로나장치(10)를 바람직하게 실용화함에 있어서는, 상호 동작이 장치(10)와 표면(20)과의 사이에 제공되며, 그리하여 이 장치는 시간이 감에 따라, 여러가지의 표면 영역에 근접하여 간다.

층(20)은, 예를 들어, 유전체 또는 광전도 표면을 갖는 회전 가능한 드럼의 표면을 포함한다.

통상, 그러한 상호 동작중의 코로나장치(10)와 표면(20)과의 사이의 간격 Z의 변화를 최소화 시키는 것이 바람직하다.

이러한 동작 중에 코로나 충전 모드에 있어 작동을 시킬때, 이 장치는 통상, 바이어스 전하의 일 부분인 표면 전위를 제공하고 ; 이 부분은 더 낮은 표면 속도로 상승한다.

바람직한 실시예에서는, 시간에 따라 변화하는 전위(19)는 고주파 고전압 사이누소이드(Sinusoid)로 구성된다.

바람직하게는, 여자 전위(23)는, 1700-2500볼트 피크-투-피크 전압의 범위내의 크기를 갖으며 가장 바람직하기로를 약 2000볼트 피크-투-피크 전압이 좋다.

여자 전위(23)는 연속 파장 선택 전위로 구성되며, 바람직하게는 10KHz에서 1MHz의 범위내의 주파수로 구성된다.

더 높은 주파수에서의 유도전압은 코로나장치의 과열을 초래한다는 것이 관찰되었고, 그 반면에 저주파 파장은 부적당한 출력 전류를 생기게 할 수 있다.

100KHz의 연속 파장 주파수는, 장치(10)를 과열시키는 위험 부담이 없이, 고에미션 전류를 제공한다.

반면에, 여자 전위(23)는 피크-투-피크 전압, 반복 주기, 펄스폭, 베이스 주파의 파라미터에 의해 특징지워질 수 있는 펄스된 전압으로 구성된다.

이 장치(10)는, 10퍼센트에 가까운 듀티 싸이클(duty cycle)을 갖는 짧은 버어스트(burst)내에서 적용된 1MHz만큼 높은 주파수에 작동된다.

본 발명의 2대 기본 실시예를 다수의 시험예에 따라 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

[시험예 1]

제1도에 나타낸 코로나 충전장치는 다음과 같이 구성되었다. 절연 지지부는 유리 에폭시 G-10라미네이트로 제조된다.

코로나 전극은 2mil 두께의 유리코팅을 한 7mil 직경의 스테인레스 강철 도선으로 구성된다.

지지블록에 코팅된 선을 놓고, 가는 망 스크린을 유리 코팅된 선위에 잡아당겨 펼쳐놓고, 지지부의 측면에서 열 접착으로 결합시킨다.

스크린은, 1mil의 스테인레스 강철선을 평직으로 직조하여서 되는데, 약90%의 공간부와 100mesh 카운트를 갖는다.

코팅된 도선 전극은 지지블록에 결합되지 않고, 덮어 씌워진 스크린에 의해서만 눌려진다.

100KHz, 2000 볼트의 연속 파장 선택 전위가 코팅된 도선 망 전극 사이에 위치하게 된다.

망 전극의 외부면은, 100 pico farads(pF)/cm²의 용량의 얇은 광전도 표면층을 갖는 영상 드럼의 표면으로 부터 15mils 떨어져서 위치한다.

광전도 표면은 10³cm²/sec의 충전률로, 망전극과 드럼의 도전 코어 사이에 500 볼트의 직류 전위를 가함으로서, 500 볼트로 충전된다.

이로써, 코로나의 길이당 평균 10 microamperss/cm(μA/cm)의 코로나 출력 전류를 나타내었다.

[시험예 2]

시험예1의 장치가 망전극을 광수용체 드럼의 도전 코어에 접지시킴으로서 코로나 방전장치로서 사용되었다.

이러한 모드에서, 장치는, 시험예1의 충전률에 필적할 정도의 비율로 정전기 영상을 중화하고, 사실상 정전기 영상을 남기지 않았다.

[시험예 3]

시허예1의 장치가, 제7도에 나타낸 타입의 코로나 충전장치를 제공하기 위하여, 다음과 같이 변형되었다.

코로나 전극은, 압력 검지 접착을 사용하여 지지블록에 1 mil의 스테인레스 강철 박판을 라미네이팅하고, 전극을 8mils의 선폭으로 광에칭하여 제조되었다.

이 전극은, 에칭된 전극위에 유리 원료를 실크-스크린하고, 연속된 유리 코팅을 형성하기 위하여 고온에서 이 유리를 신터링(Sintering)함으로써 1.5mil의 두께운 유리층으로 둘러싸여졌다.

이 장치는, 충전과 주오하모드 양면에서, 시험예1의 구조와 동등한 성능을 나타내었다.

[시험예 4]

제9도에 나타낸 코로나 충전 장치(90)는 다음과 같이 구성되어 있다.

코로나 전극은 2 mil 두께로 유리 코팅된 직경이 7 mil인 스테인레스 강철 도선으로 구성된다.

코팅된 도선은, 슬롯의 저부에 접착성 충전물을 삽입한 후에 전체 크기가 폭 50 mil, 깊이 50 mil인 스테인레스 강철 빔 내의 폭 11 mil, 깊이 10 mil인 장방형 슬롯 내에 매몰되었다.

이로 인하여, 슬롯의 각면이 14.5mil의 폭을 갖는 빔으로 되었다.

A 100 KHz, 2000볼트 피크-투-피크의 연속 파장 선택 전위가 코팅된 도선과 강철빔 사이에 가하여 졌다.

이 코로나 전극의 외부면은, 100pF/cm²의 용량을 갖는 얇은 광전도 표면층을 갖는 영상 드럼의 표면으로부터 15 mil 떨어져서 위치한다.

영상 드럼은 코로나장치에 대해 25cm/sec의 표면 속도로 회전하며, 강철 빔과 드럼의 도전 코어 사이에 1000볼트 직류 전위를 부여함으로서 충전되었다.

이로써, 코로나 길이당 평균 1.25μA/cm의 코로나 출력 전류를 나타내었다.

[시험예 5]

시험예4 의 장치가, 망 전극을 광 수용체 드럼의 도전 코어에 접지시킴으로서 코로나 방전장치로서 사용되었다.

이러한 모드에서, 장치는, 시험예4의 충전률에 필적할 정도이 비율로 정전기 영상을 중화시키고, 사실상 정전기 영상을 남기지 않았다.

[시험예 6]

시험예4의 장치가, 제13도에 나타낸 타입의 코로나 충전장치를 제공하기 위하여 다음과 같이 변형되었다.

시험예4에서와 같은 유리로 코팅된 텅스텐 선이 유리 에폭시 G-10 라미네이트로 구성되는 절연 지지부에 결합되었다.

10 mil×10mil 평방 단면을 갖는 2개의 탄탈륨선이 그 길이 방향으로 유전체 사이드와 접촉하면서, 유리로 코팅된 선의 양옆에 있는 베이스상에 결합되었다.

이 장치는, 충전과 중화모드 양면에서 시험예4의 구조와 동등한 성능을 나타내었다.

비록, 본 발명의 여러가지 실시예와 변형이 도면과 명세서에 의하여 설명되었지만, 상기한 본 발명의 상세한 설명은, 본 발명의 일부예만을 설명한 것으로써, 본 발명의 특허청구이 범위를 이탈하지 않고, 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위를 이탈하지 않고, 본 발명의 구성의 일부분이 동등 수단에 의한 치환 또는 부분적인 변형 등은, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 용이하게 이해되어질 수 있을 것이다.

Claims

긴도체와 : 상기 긴도체용의 유전체 시이드를 피복한 코로나 충전장치에 있어서, 상기 유전체 시이드에 근접한 콘트롤 전극과 : 상기 콘트롤 전극과 유전체 시이드에 인접한 공기 구역내에서 글로우 방전을 유발시키기 위하여 상기 긴도체와 상기 콘트롤 전극 사이에 인가되는 시간에 따라 변화하는 전위와 : 상기 추출 전위에 대략 비례적인 출력 이온 전류를 발생시키는 상기 글로우 방전으로 부터 이온을 추출하는 추출전위로 구성되는 이온 발생 코로나 충전장치.
제1항에 있어서, 상기 콘트롤 전극이 상기 유전체 시이드에 접촉하는 도전성 그리드를 포함하며, 또한 긴도체와 유전체 시이드에의 절연 지지부를 더욱 포함하는 이온 발생 코로나 충전장치.
제2항에 있어서, 도전성 그리드가 도전성 망 전극으로 구성되고 ; 도전성 그리드가 30-150 API 메쉬 범위내의 망으로 되는 선망 스크린으로 구성되는 도전성 망전극과, 투공 영역율이 높은 선망전극과 0.3-1.2 mils 범위내의 두께를 갖는 도선의 격자로 구성되는 선망 스크린과, 망패턴에 에칭된 금속 박판으로 구성되며 ; 도전성 그리드는, 본질상 평행한 도체의 배열로 구성되고, 도전성 그리드가, 긴도체와 함께 연장되는 라인을 따라 유전체 시이드와 접촉하고, 상기 유전체 시이드가, 1-3 mils 범위내의 두께를 가지며, 긴도체와 유전체 시이드는, 유전체층을 덮으면서 절연체 지지부와 접촉하는 도전성 스트립으로 구성되고, 도전성 그리드가, 유전체 시이드와 긴도체의 각면상에서 절연체 지지부에 대향하여 걸리어 고정되고 ; 도전성 그리드가, 거의 전도된 V형상의 측단면을 가지며, 도전성 그리드는, 아치형의 측단면을 갖거나, 긴도체와 유전체 시이드는 상기 슬롯위의 유전체 시이드와 접촉하는 상기 도전성 그리드와 함께 상기 절연 지지부내의 슬롯내에 수납되는 것을 특징으로 하는 이온 발생 코로나 충전장치.
제1항에 있어서, 상기 콘트롤 전극은, 시이드 피복된 도체를 둘러싸는 내부벽을 갖는 도전성 봉입물을 포함하며, 또한 상기 시이드 피복된 긴도체를 노출시키기 위한 개구를 더욱 포함하는 이온 발생 코로나 충전장치
제4항에 있어서, 상기 도전성 봉입물은, 슬롯이 있는 도전 빔으로 구성되고, 유전체 피복된 긴 도체는 상기 슬롯내에 삽입되며, 또한 시이드 피복된 긴도체가 이 절연 베이스에 대하여 장착되고, 이 절연 베이스에 대향하여 설치되는 한쌍의 도전성 측면 소자로 구성되는 도전성 봉입물을 포함하는 절연 베이스를 더욱 포함하고 ; 도전성 봉입물은 절연 베이스에 대항하여 장착되고 시이드 피복된 긴도체에 그 길이 방향을 따라 맞추어진 도전성 로드로 구성되고 ; 도전성 봉입물의 내벽은, 시이드 피복된 긴도체의 반대측에 접촉되고 ; 도전성 봉입물의 내벽은, 상기 긴도체와 같이 연장되는 라인을 따라 상기 유전체 시이드를 지지하며 ; 도전성 봉입물은, 그 내벽과 함께 코너를 형성하는 외부면을 갖는데, 시이드 피복된 긴도체가, 그 두께의 작은 부분이 외부 표면 밖으로 돌출하거나, 또는 외부면이 시이드 피복된 긴도체의 두께에 비하여 좁은 이온 발생 코로나 충전장치.
제1항에 있어서, 콘트롤 전극이 도전성 로드로 구성되로, 유전체 시이드로 피복된 긴도체는 상기 각각의 긴 측면 소자와 상기 도전성 로드 사이에 인가된 시간에 따라 변하는 선택 전위를 갖는 상기 도전성 로드를 지지하는 한쌍의 긴 측면 소자로 구성되고 ; 또한 도전성 로드를 위한 절연 베이스를 더욱 포함하며, 긴 측면소자는 상기 절연 베이스에 대향하여 장착되고, 상기 도전성 로드의 양측에 맞고 ; 각 긴측면 소자는, 도전성 내부 라이닝을 갖는 유리 모세관으로 구성되고 ; 각 긴측면 소자는, 고체 도전성 코어를 갖는 유리 모세관으로 구성되거나, 각 긴측면 소자는 저융점의 비스머스 합금과 인디움 합금 종류로 부터 선택된 재료로 구성된 코어를 갖는 유리 모세관으로 되는 이온 발생 코로나 충전장치.
제1항에 있어서, 본 장치는, 방전되는 영상면에 가깝고, 이 영상면은 백킹 전극을 가지며, 상기 콘트롤 전극은 상기 백킹 전극에 접지되며 ; 본 장치는, 충전되는 영상면에 가깝고, 상기 영상면은 백킹 전극을 가지며, 상기 추출 전위는 콘트롤 전극과 백킹 전극 사이의 바이어스 전위로 구성되거나 ; 콘트롤 전극이 방전 또는 충전되는 소자로 부터 5-20 mils의 범위내의 거리를 두고 배치되는 이온 발생 코로나 충전장치.
제1항에 있어서, 추출 전위는 콘트롤 전극과 카운터 전극 사이의 직류 전위로 구성되고 ; 추출 전위는 수십 내지 수백 볼트의 크기의 직류 전위로 구성되고 ; 시간에 따라 변화하는 전위는 전위를 변화시키는 고전압으로 구성되고 ; 시간에 따라 변화하는 전위는 60Hz에서 4MHZ의 범위내의 주파수의 전위를 변화시키는 고전압으로 구성되거나 ; 시간에 따라 변화하는 전위는, 펄스 전압으로 구성되는 이온 발생 코로나 충전장치.
긴도체와, 상기 긴도체용의 유전체 시이드와 그리고 상기 유전체 시이드에 근접한 콘트롤 전극으로 구성되는 코로나장치를, 방전되는 소자 가까이에 배치하는 단계와 ; 유전체 시이드와 콘트롤 전극에 인접한 공기 구역내에 글로우 방전을 유발시키기 위하여 상기 긴도체와 상기 콘트롤 전극 사이에 시간에 따라 변화하는 전위를 인가하는 단계와, 상기 유전체 시이드와 접촉하는 도전성 그리드를 포함하고, 또한 유전체 시이드 피복된 긴도체를 위한 절연 지지부를 더욱 포함하거나 또는, 유전체 시이드 피복된 긴도체를 둘러싸는 내벽을 가지며 유전체 시이드를 노출시키기 위한 개구를 더욱 포함하는 도전성 봉입물로 구성되거나 하는 상기 콘트롤 전극과 상기 콘트롤 전극을 방전되는 소자를 위한 카운터 전극에 접지시키는 단계와, 또는 충전되는 소자를 위한 카운터 전극 사이에 바이어스 전위를 인가시키는 단계로 구성되는 정전기 충,방정 코로나 충전방법.