JPH0619626B2 - コロナ放電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ、発明の目的 〔産業上の利用分野〕 本発明はコロナ放電装置、例えば電子写真装置に於て感
光体表面を一様に帯電あるいは除電する為に利用するコ
ロナ放電装置に関する。

更に詳しくは、コロナ放電電極と、これを囲むシールド
用プレートと、コロナ放電電極を支持する絶縁性ブロッ
クとを有するコロナ放電装置（所謂コロトロン装置）、
或は更に放電電流制御部材（グリッド）を具備させたコ
ロナ放電装置（所謂スコロトロン装置）の改善に関す
る。

〔従来の技術〕

便宜上、電子写真装置を例にして説明する。第２図は電
子写真装置の一例としての特公昭42-23910号公報或は同
昭43-24748号公報に開示の作像プロセスに従うものの極
く概略構成を示したものである。１は矢示ａの方向に一
定速度で回転する被帯電体としての感光ドラムで、光源
２_１により前露光を受けると同時にコロナ放電装置３に
て前除電が行われ、感光ドラム表面は均一な電位レベル
に保たれる。次いでコロナ放電装置４により上記の前除
電とは異極性の１次帯電を受け、さらにコロナ放電装置
５により１次帯電とは異極性の２次帯電又は交流コロナ
による除電を受け、これと同時又は直後に光学系のレン
ズ６を通して光模様の照射Ｌ（スリット露光、レーザビ
ーム走査露光等）を受けることにより、感光ドラム上に
露光光模様に対向した静電潜像が順次に形成される。次
いで光源２_２で全面露光を受け、上記形成された潜像の
電位コントラストが高められる。次いでその潜像が現像
器７にて現像着色粉（以下、トナーと称す）で現像され
て可視像化される。この可視像はコロナ放電装置８の帯
電作用によって転写材９の面に順次に転写される。像転
写を受けた転写材９は感光ドラム面から分離されて不図
示の定着装置へ導入され、像定着を受け、複写物として
機外へ排出される。一方転写後の感光ドラム１面はクリ
ーニング装置１０で転写残りトナーが除去されてクリー
ニングされ、以後、上記と同様のプロセスを繰返すもの
である。

第３図は上記のような電子写真装置に組込んで使用され
るコロナ放電装置の一般的なものＡ（コロトロン装置）
の構造を示したもので、 (a)図は縦断正面図、 (b)図は
平面図、 (c)図は (a)図の (c)-(c)線断面図、 (d)図は
同じく (d)-(d)線断面図である。即ち、被帯電体として
の感光ドラム１面に面する側を放電開口として開放した
横断面略コ字形の導電性シールドプレート３２（例えば
ステンレス鋼製）と、該シールドプレートの両端部に取
付けた絶縁性ブロック３３・３３と、該シールドプレー
ト内に位置させて両端部の絶縁ブロック間に張設したコ
ロナ放電電極としてのコロナ放電ワイヤ３１とからな
る。

３３ａは一方側の絶縁性ブロック３３に設けた給電子で
あり、コロナ放電ワイヤ３１はその一端側を導電性引張
りばね３８を介して該給電子３３ａに係止させ、他端側
を他方の絶縁ブロック３３に設けた係止片３３ｂに係止
させてあり、ばね３８の引張り力で常時緊張状態に保持
される。

３４はシールドプレート３２の放電開口側と反対側の天
面板の長手に沿って形成した気流（外気）流入用開口で
ある。該開口をシールドプレート３２の天面板と側面板
との境界部、或は側面板側に設けるように設計したもの
もある。該開口を特には設けないものもある。第２図中
のコロナ放電装置３や同５のように光を導入するものは
導光のためにシールドプレート３２の放電開口側と反対
側も開放した、或は導光用窓孔を形成した形態に構成さ
れる。その導光のための開放部或は窓孔部にガラス等の
透光板を張設したものもある。

コロナ放電装置Ａは被帯電体たる感光ドラムの幅寸法
（母線方向寸法）に応じた所要長さ寸法に設計される。

スコロトロン装置は上記のようなコロトロン装置に更に
放電開口部に放電電流制御部材としのグリッドワイヤ３
９（第２図のコロナ放電装置３・５）を具備させること
により構成される。

而して給電子３３ａを介してコロナ放電ワイヤ３１に不
図示の電圧電源により直流高電圧（正又は負のＤＣコロ
ナ放電を得る場合）、又は交流高電圧（ＡＣコロナ放電
を得る場合、）、又は直流・交流両者の重畳高電圧を印
加し、シールドプレート３２は接地し、或はバイアス電
源から適当電位のバイアス電圧を印加することにより、
コロナ放電ワイヤ３１の周囲の気体（空気）が電離イオ
ン化状態となる。そしてそのイオン化した荷電粒子が放
電開口に向って移動し、そのときの気体分子に運動エネ
ルギを与えて放電開口部に吹き出し系のイオン風ｂを生
じ、このイオン風ｂにより感光ドラム１面や転写材９の
背面等の被帯電体面の帯電或は除電がなされる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

イオン風ｂの吹き出しはシールドプレート３２の放電開
口の長手各部に於て生じるが、そのイオン風の放電開口
長手に沿う風圧分布は放電開口長手中央部に比べて両端
部側が弱い。これはシールドプレート３２の両端側に夫
々コロナ放電ワイヤ３１を支持する絶縁性ブロック３３
・３３が存在するために該絶縁性ブロック寄り部分での
放電が弱いものとなるからである。

一方、上記のイオン風ｂの吹き出しに伴ないシールドプ
レート３２の内空は負圧化する。そしてそれを補償する
ようにイオン風ｂの吹き出しに並行して逆にシールドプ
レート３２の気流流入用開口３４及びコロナ放電開口の
長手各部からシールドプレート内空へ外気ｃが流入す
る。この流入外気ｃのコロナ放電開口長手に沿う風圧分
布は、上記吹き出しイオン風ｂの風圧分布が中央部−
強、両端部側−弱であることから、これとは逆に中央部
−弱、両端部側−強の分布となる。

又ドラム１の回転に伴ないドラム周囲にはドラム風と呼
ばれる層流状の気流ｄ（第３図 (c)・(d)）が発生する。
そしてそのドラム風ｄは放電装置配設位置に於てシール
ドプレート３２と干渉してその一部ｄ_１が乱流となって
コロナ放電開口からシールドプレート内空へ流入する。
このドラム風ｄ_１のコロナ放電開口長手に沿う流入量分
布は、前述したようにコロナ放電開口長手に沿うイオン
風ｂの吹き出し分布が中央部−強、両端部側−弱である
ことから、これとは逆に中央部−弱（第３図(c)））、
両端部側−強（同図(d)）の分布となる。

以上のようなことからコロナ放電及びドラム１の回転に
伴ないコロナ放電開口側からシールドプレート内空内へ
の外気ｃ＋ドラム風ｄ_１の流入はコロナ放電開口の長手
に関し、実質的にコロナ放電開口の両端部側での局部的
な流入状態となり、しかもその流速はかなり強い。

そのため、その両端部側での局部的な強い外気ｃ＋ドラ
ム風ｄ_１の流入現象により外部異物が積極的にシールド
プレート３２内にはこび込まれやすくなる。

第２図例のような電子写真装置についていえば、装置内
の空気中には現像器７やクリーニング装置１０からの飛
散トナー、転写材９から生じる紙粉、その他の塵埃が浮
遊している。特に、現像器７やクリーニング装置１０の
感光ドラム両端側の端部からのトナー漏出・飛散を完全
に防止することは技術的に困難であるために感光ドラム
１の両端部周囲の空気は特に飛散・浮遊トナーを多く含
んだ雰囲気になり易い。又感光ドラム１の両端部周囲面
にはその部分に付着したトナーや転写材紙粉、その他の
塵埃がグリーニング装置で除去し切れずに残りやすく、
そのために感光ドラムのドラム風ｄの特にドラム両端部
周囲のドラム風中には上記除去残りトナー等の離脱物が
含まれ易い。

その結果、コロナ放電装置は高圧電界による集塵現象で
もともと汚れ易いものであるが、上記のようなトナー・
紙粉等の装置内浮遊塵埃、ドラム風ｄ中の含有塵埃、感
光ドラム両端部周囲面のクリーニング残りトナー等が上
述の放電装置両端部側での局部的な強い外気ｃ＋ドラム
風ｄ_１の流入現象により積極的にシールドプレート３２
内にはこび込まれることによりコロナ放電ワイヤ３１や
シールドプレート３２の内面が早期に過度に汚れる。コ
ロナ放電ワイヤ３１やシールドプレート３２の内面の異
物汚れは放電にムラを生じさせる大きな原因の１つであ
り、電子写真装置の場合は画質に大きく悪影響するの
で、頻繁に清掃作業をしてやらなければならなかった。

ここで気流流入用開口３４を有しないタイプのコロナ放
電装置は、コロナ放電に伴なうシールドプレート３２の
内空への外気ｃの流れ込みがコロナ放電開口側のみとな
り、装置両端部側での外気ｃの流れ込み風圧が開口３４
を有するタイプのものの場合よりも更に強くなるため、
コロナ放電ワイヤ３１やシールドプレート３２の内面の
汚れ度合・汚れ進行が更に著しくなる。

又気流流入開口３４の幅は大きくすることによりコロナ
放電開口側からの外気ｃの流入量はある程度低減される
が、ある幅を有すればそれ以上に広げても効果はない。

そこで例えば実開昭57-93942号公報に開示されているよ
うに、放電装置の放電開口両端部に空気流入防止手段を
設けることが知られているが、放電装置内部への外気の
流入は本質的であり、外気流入を抑制するには効果の小
さいものであった。

又、特開昭57−188062号公報に開示されているように、
放電装置両端部の絶縁性ブロック頂面に導電性部材を配
設し、放電装置の端部の放電量を増し、該端部のイオン
風を強くすることにより放電開口両端部からシールド部
材内空への外気ｃの流入を押えるものもある。これは効
果が大きく、更にシールド部材の一部に外気流入用開口
を設けると、一層大きな効果が得られる。しかしながら
いたずらに放電量を増すことは、オゾンの発生増加や高
容量の高圧電源が必要である等、実用上の弊害も生ずる
場合があった。

更に、特公昭40-17229号公報に開示されているように、
脱塵・脱湿した気流を放電装置のシールド部材内空へ積
極的に送風して放電開口の全域に吹き出し系のエアカー
テンを生じせしめ、そのエアカーテンにより該放電開口
側からシールド部材内空への外気ｃ及びドラム風ｄ_１の
流入を抑止して放電装置内の異物汚れを防止するように
したものもある。第４図はそのような放電装置の極く概
略構成を示す横断面図であり、３７は送風器で、該送風
器からの送風が脱塵・脱湿されて送風ダクト３５を介し
て気流流入用開口３４からシールドプレート３２の内空
内へ積極的に導入され、その送風がコロナ放電開口から
吹き出し系のエアカーテンｅ_１として吹き出す。そのエ
アカーテンｅ_１により該放電開口側からシールド部材内
空への、塵埃を含む外気ｃ＋ドラム風ｄ_１の流入が防止
されるものである。３６はコロナ放電ワイヤ３１の長手
各部に略均一な強い送風気流を与えるために送風ダクト
３５内に適宜に配設した整風板である。

ただこの場合送風器３６が比較的小容量で送風能力の低
いものでは形成されるエアカーテンｅ_１の風圧は弱く、
コロナ放電開口の長手に於て、イオン風ｂの吹き出しが
強く、外気ｃ＋ドラム風ｄ_１の流入力が小さい中央部で
の該外気ｃ＋ドラム風ｄ_１の流入は抑制し得ても、外気
ｃ＋ドラム風ｄ_１の流入力の強い両端部ではエアカーテ
ンｅ_１の風圧がその強い外気ｃ＋ドラム風ｄ_１の流入力
に打ち勝てず、そのため塵埃を含んだ外気ｃ＋ドラム風
ｄ_１がシールドプレート３２の内空内へ流入して放電装
置内が汚れていく。従って両端部も含めて放電開口の長
手全域にわたって外気ｃ＋ドラム風ｄ_１の放電装置内流
入を十分に抑止するに足るエアカーテンｅ_１を生じさせ
る為には比較的大容量の送風器３７を必要とし、装置の
大型化、消費電力の増加、騒音の増大といった弊害の
他、実用上はコストアップとなる。

本発明は上述第４図装置のように、シールドプレート３
２の内空内へ積極的に気流ｅを送風して放電開口に吹き
出し系のエアカーテンｅ_１を生じせしめる方式のもので
あるが、小容量の送風器３７でも放電開口の全域につい
て十分に外気ｃ＋ドラム風ｄ_１の流入を抑制することが
できるようにしたものを提供することを目的とする。

ロ、発明の構成 〔問題点を解決するための手段〕 即ち本発明はコロナ放電電極と、これを囲み前記コロナ
放電電極の長手方向にわたって設けられた送風用開口を
備えるシールドと、前記コロナ放電電極を支持する絶縁
性ブロックと、前記送風用開口から前記シールド内に清
浄な空気流を送風する送風手段と、を有するコロナ放電
装置において、 前記送風手段によって前記送風用開口へ送風される空気
流の風速を前記絶縁性ブロック近傍では他所より大にな
るようにしたことを特徴とするコロナ放電装置を要旨と
する。

〔作用〕 シールドプレート内に送風する送風器が比較的小容量の
送風能力の低いものであっても、その送風のシールドプ
レート内に於ける風速を絶縁性ブロックの近傍では他所
より大になるように送風分配することにより、コロナ放
電開口の長手両端部にはそれだけ強い吹き出し系のエア
カーテン、即ちコロナ放電開口の長手両端部から放電装
置内へ流入しようとする強い外気＋ドラム風を十分に抑
止するに足る強いエアカーテンを形成することができ
る。コロナ放電開口の長手中央部では両端部側へ多く分
配した分だけ送風量が少なくなり、形成されるエアカー
テンは多少は弱いものとはなるが、もともとその部分か
ら放電装置内へ流入しようとする外気＋ドラム風の風圧
は弱いから十分にその流入を抑制し得る。従ってコロナ
放電開口の長手全域にわたって外気＋ドラム風の放電装
置内への流入が良好に抑止される。つまり、送風器とし
て小容量のもの、従って小型、低消費電力、低騒音等の
利点のあるものを用いて十分にコロナ放電装置内への異
物の進入を防止でき、安定は放電特性が長期間維持され
る耐久性に優れたコロナ放電装置を得ることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明に従うコロナ放電装置Ａ（コロトロン装
置）の一実施例を示すもので、 (a)図は縦断正面図、
(b)図及び (c)図は夫々 (a)図の (b)-(b)線及び (c)-
(c)線断面図である。第３・４図例のコロナ放電装置と
共通する部材には同一の符号を付して再度の説明を省略
する。

４０・４０は、送風ダクト３５から気流流入用開口３４
を通してシールドプレート３２の内空内へ導入される送
風ｅにつき、シールドプレート３２の内空内に於ける風
速が両端側の絶縁ブロック３３・３３の近傍では他所よ
り大になるような位置・角度姿勢で送風ダクト３５内に
配設した配風板である。

これによりコロナ放電開口の長手両端部には送風ｅが多
く分配されてそれだけ強い吹き出し系のエアカーテンｅ
_２、即ちコロナ放電開口の長手両端部から放電装置内へ
流入しようとする強い外気ｃ＋ドラム風ｄ_１を十分に抑
止するに足る強いエアカーテンｅ_２が形成される。コロ
ナ放電開口の長手中央部では両端部側へ送風ｅを多く分
配した分だけ送風量が少なくなり、形成されるエアカー
テンｅ_１は多少弱いものとなるが、もともとその部分か
ら放電装置内へ流入しようとする外気ｃ＋ドラム風ｄ_１
の風圧は弱いから実際上その流入を十分に抑止し得る。
従って送風器３７として小容量のものを用いてもコロナ
放電開口の長手全域にわたって外気ｃ＋ドラム風ｄ_１の
放電装置内流入、つまり異物流入を良好に防止すること
ができる。

尚送風器３７から装置内へ導入する送風ｅはフィルタ手
段等で除塵し、又必要に応じて適当に除湿処理したもの
であることが好ましい。

試験例 第１図に示した構成の電子写真装置において、感光ドラ
ム１としてＣｄＳを光導電体層とする直径 108mmの感光
体を用い、プロセススピードを 271mm/secとし、１次コ
ロナ放電装置４に+350μＡ、２次コロナ放電装置５に-6
30μＡの定電流を与え、全面露光後の現像器７での感光
体表面電位が明部-150Ｖ、暗部+450となるように設定し
た。

２次コロナ放電装置５は画像露光用開口部を有する公知
のスコロトロン型装置である。

１次コロナ放電装置４は感光ドラム１に対向する側とは
反対側のステンレス鋼製のシールドをマイラーフィルム
で全面絶縁し、かつ外気流入用開口３４を放電領域全体
に設けている。

接地したステンレス鋼製サイドシールドの間隔、すなわ
ち放電用開口の幅は26mmであり、その中央に放電電極と
して、タングステン芯に金メッキを施した直径60μｍの
放電用細線を緊張させたコロトロン型装置である。この
装置の外気流入用開口３４の幅は10mmであり、放電装置
長手方向の長さは 310mmに亘っているので、その面積は
3.1×10^-3ｍ^２である。又、外気流入用開口３４は送風
チャンバ（送風ダクト３５）に接続しており、その内部
には気流分布を調整する為に整流板３６・配風板４０が
設けられている。又チャンバには送風器３７が接続され
空気中の塵埃を除去する為の公知のフィルタを介してチ
ャンバに気流を供給できるようになっている。

送風器３７は入力電圧によって風量風圧特性を変えるこ
とができる、直流ブラシレスファンを用いて、送風能力
の差異による乱流抑制効果の大小が比較できる構成とし
た。

以上の様に構成した電子写真装置において、Ａ４サイズ
１コピー当りの現像剤消費量を0.06ｇとして１分間にＡ
サイズ40枚の複写速度で連続コピーを行った。而して上
記に於て、 １次コロナ放電装置４につき、該装置内（シールドプ
レート内）へ送風する送風器３７への入力電圧を11Ｖ
（消費電力 1.3W）にして装置４内への全体の送風量を
少ない状態にし（最大風量0.2m³ /min、最大静圧 7.0mm
Ｈ_２Ｏ）、且本発明に従って配風板４０・４０の調節に
より装置４内の長手に沿う送風風速を両端部側（絶縁ブ
ロック３３の内側から略２cmの範囲部）は2.4m/sec、中
央部は0.75m/sec にして、複写を実行した場合（本発明
実施例）。

上記に於て、送風器３７への入力電圧を同じく11Ｖ
にし、配風板４０・４０を除去して装置４内の長手に沿
う送風風速を略均等(0.9m/sec)にして、複写を実行した
場合（比較例１）。

上記に於て送風器３７への入力電圧を27Ｖ（消費電
力 5.3Ｗ）にして装置４内への全体の送風量を前記・
の場合の約２倍（最大風量0.4m³ /min、最大静圧17.5
mmＨ_２Ｏ）となし、装置４内の長手に沿う送風風速を略
均等で2.2m/secと強いものにして、複写を実行した場合
（比較例２）。

送風手段を作動させず、即ち装置４内への積極的な送
風を行わずに、複写を実行した場合（比較例３）。

の以上の各場合について、装置４の放電電極の経時的な
汚れ具合を比較する為に、帯電ムラが判別し易いハーフ
トーン部の画像で画像ムラ（白スジ）が現われるまでの
枚数を計数した。その結果を下表に示す。

即ち、送風なしの比較例３の場合は8000枚でムラが生じ
たのに対して、本発明の実施例の場合は比較例３よりも
効果が大であり、比較例２と同等の効果が得られ、３万
枚を経過しても良好な画像が得られた。

かくして本発明はイオン風の分布を考慮して外部より流
入させる気流の分布をコロナ放電装置の端部では大き
く、中央部では比較的小さく配風したので、最小限の外
部気流で放電電極の汚れ防止に優れた効果を得ることが
でき、長期に亘ってムラのない安定した放電特性を維持
するコロナ放電装置を得ることができた。

本実施例では正帯電のコロトロン装置に本発明を適用し
た例を示したが、本発明は負帯電のコロナ放電装置にも
有効であり、例えば２次コロナ放電装置であるスコロト
ロン帯電器５に適用しても同様の効果が得られた。

第５図は感光ドラム１_１としてアモルファスシリコン感
光体を用い、カールソンプロセスに従って画像形成する
装置の極く概略構成を示したもので、感光体１_１の周囲
に感光体帯電用コロナ放電装置４、光像露光光学系６、
現像器７、転写用コロナ放電装置８、クリーニング装置
１０等が配設されている。

アモルファスシリコン感光体１_１は、第２図例装置での
ＣｄＳ感光体１の誘電率が３程度であるに対してその誘
電率が１３程度と大きく、その膜厚にも依るが単位面積
あたりの静電容量は非常に大きくなり、従って帯電を行
う場合には、感光体へ向う電流をプロセススピードが同
程度であるとその分だけ大きくなる。

そして、アモルファスシリコン等の様に静電容量が比較
的大きな感光体を用いた場合にはコロナ放電装置の放電
電極から感光体へ向う電流が大きく、感光体に向うイオ
ン風の風圧が高くなる。そこでその分だけコロナ放電装
置において気圧の平衡が保たれるためには感光体に対向
するのとは反対側へ大量の気流が流入されなければなら
ない。その為、気流流入用開口から気流が流入するのと
同時に、端部からの気流流入が著しく増大する。

すなわち、静電容量の大きな感光体を用いた場合にはコ
ロナ放電装置の中央部においては、ドラム風、イオン
風、シールドプレートの干渉で生ずる乱流の発生が著し
く抑制されるが、端部においては乱流の発生が増大す
る。

そこで、このような場合にはコロナ放電装置内へ積極的
に送風する外気気流の風速を前記実施例の場合よりも端
部をより大にし、中央部ではより小さく配分することに
より、コロナ放電装置全長に亘って乱流の発生が押えら
れる。又実際の装置コピーにおいても何ら問題がなかっ
た。すなわち、本発明はコロナ放電によるイオン風と、
外部から流入させる気流との分布を巧みに組み合わせる
ことによって、コロナ放電装置内に生ずる不如意の乱流
を抑制することができるので、外部気流を均一に送風し
た場合に比べて感光体の静電容量が大きい場合に特に効
果があると言える。

又、本発明は、一様な帯電・除電を必要とされるコロナ
放電装置全てに有効であることは明らかである。

ハ、効果 以上説明したように、放電電極端部には比較的多く、中
央部へは端部よりも少なく送風することにより、最小限
の送風でコロナ放電に伴なうイオン風の効果と送風の効
果を巧みに組み合わせることにより、放電装置内シール
ド付近で生ずる乱れ流を略完全に押えることが可能とな
り、放電電極に付着する異物の進入を防止し、長期に亘
ってムラやリークのない安定な放電特性を維持する耐久
性に優れたコロナ放電装置を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図 (a)乃至同図 (c)は本発明に従うコロナ放電装置
の一実施例を示すもので、 (a)図は縦断正面図、 (b)図
及び (c)図は夫々 (a)図の (b)-(b)線及び (c)-(c)線断
面図、第２図は電子写真装置の一例の構成略図、第３図
(a)乃至同図 (d)は従来のコロナ放電装置の一例を示す
もので、 (a)図は縦断正面図、 (b)は平面図、 (c)図及
び (d)図は夫々 (a)図の (c)-(c)線及び (d)-(d)線断面
図、第４図は他の例の断面図、第５図は電子写真装置の
他の例の構成略図である。 １・１_１は感光ドラム、３・４・５・８・Ａはコロナ放
電装置、３７は送風器、３５は送風ダクト又は送風チャ
ンバ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コロナ放電電極と、これを囲み前記コロナ
   放電電極の長手方向にわたって設けられた送風用開口を
   備えるシールドと、前記コロナ放電電極を支持する絶縁
   性ブロックと、前記送風用開口から前記シールド内に清
   浄な空気流を送風する送風手段と、を有するコロナ放電
   装置において、 前記送風手段によって前記送風用開口へ送風される空気
   流の風速を前記絶縁性ブロック近傍では他所より大にな
   るようにしたことを特徴とするコロナ放電装置。