JP2003215891A

JP2003215891A - 帯電装置

Info

Publication number: JP2003215891A
Application number: JP2002017583A
Authority: JP
Inventors: Tasuke Kamimura; 太介上村; Kiyoshi Toizumi; 潔戸泉; Toshimitsu Goto; 利充後藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2003-07-30
Also published as: US20050002694A1; CN1623124A; WO2003065127A1; US7015938B2; CN100367122C

Abstract

(57)【要約】【課題】オゾン発生のない帯電装置を提供する。【解決手段】光源１から全面照射された光を、画像デ
ータに対応して画素単位に開閉制御可能な液晶シャッタ
ー３により選択透過させるとともに、選択透過した光を
非線形光学素子４により特定の波長に変換して金属膜６
に照射する。金属膜６は、自らの電子を誘起させてその
電子を放出し、誘電体フィルム８に直接静電潜像を形成
する。したがって、誘電体フィルム８を帯電させるため
にコロナ放電を用いる必要をなくすことができる。それ
ゆえ、オゾンによる環境汚染の問題を起こさずに良好に
帯電処理を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリンタ
およびファクシミリなどの電子写真方式の画像形成装置
における帯電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、複写機、プリンタおよびファク
シミリなどの電子写真方式の画像形成装置においては、
静電潜像形成方法として、感光体上にコロナ帯電器など
を配置し、感光体全面を均一帯電させたのち、レーザー
露光装置などにより画像データに対応して光照射を行
い、静電潜像を作成している。

【０００３】上述のごとき従来の画像形成装置は、感光
体近傍に個々に独立した帯電工程用の部材と露光工程用
の部材とを配置する必要があるため、装置の小型化が難
しい。そのため、帯電工程と露光工程とを一体化する試
みも従来より提案されている。例えば、「第３回ＮＩＰ
（’８６）５−４ＮＴＴ」に開示されているようなイオ
ンフロー記録方式がある。これはコロナ放電により発生
したイオン流を制御電極により画素単位に制御して、潜
像担持体上に静電潜像を直接書き込むものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、コロナ
放電は、高電界下の電界なだれ現象を利用するものであ
り、いわゆる放電流域で使用されるものであるため、放
電生成物としてオゾンが発生する。例えば、一般にはワ
イヤー電極から放電させる場合にはその放電電流（Ｉ
ｄ）は安定した持続放電が得られないのでワイヤー電極
近傍にはシールドケースを設置してケースに大きい電流
（Ｉｃ）を流し、安定化を図ることが行われている。こ
のような場合には、上記オゾンが大量に発生する。した
がって、このようなコロナ放電現象を利用する方式で
は、装置の小型化は実現できるが、オゾンによる環境汚
染の問題をクリアすることができず、実用化が困難であ
るという問題がある。

【０００５】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
であり、その目的は、オゾンによる環境汚染の問題を起
こさない帯電装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の帯電装置は、潜像担持体上に静電潜像を形
成して現像剤にて画像を現像する現像装置に用いられる
ものであって、光を照射する光照射手段と、上記光照射
手段から照射される光を受けて光電効果で電子を放出す
ることで、上記潜像担持体を帯電する電子放出部とを備
えたことを特徴としている。

【０００７】上記の構成により、電子放出部が光電効果
で上記潜像担持体を帯電する。したがって、潜像担持体
を帯電させるためにコロナ放電を用いる必要をなくすこ
とができる。それゆえ、オゾンによる環境汚染の問題を
起こさずに良好に帯電処理を行うことができる。

【０００８】また、本発明の帯電装置は、上記の構成に
加えて、画像データに応じた光を光電子放出面に照射す
ることで、上記電子放出部に光潜像を形成し、その後、
上記電子放出部から放出される電子で上記潜像担持体を
画像データに応じて帯電することを特徴としている。

【０００９】上記の構成により、画像データに応じた光
を光電子放出面に照射することで、上記電子放出部に光
潜像を形成し、その後、上記電子放出部から放出される
電子で上記潜像担持体を画像データに応じて帯電する電
子放出部が光電効果で上記潜像担持体を帯電する。

【００１０】したがって、一様な帯電用の装置と画像デ
ータに応じた光の制御用の装置との両方の機能を一つの
装置で行うことができる。それゆえ、上記の構成による
効果に加えて、オゾンによる環境汚染の問題を起こすこ
となく装置を小型化することができる。

【００１１】潜像担持体は感光体である必要がなく、帯
電する性質を持ったもの、すなわち誘電体（絶縁物）で
あればなんでもよい。例えば、ガラス、アルミナ、シリ
コン、ポリエステルなどを挙げられるがこれに限定され
ない。

【００１２】上記構成において、上記電子放出部に向け
て光照射手段から光を均一（一様）に照射するように構
成することができる。その場合、光照射手段と上記電子
放出部との間にシャッター手段を配置して、そのシャッ
ター手段にて、上記電子放出部に当たる光の照射を制御
するように構成することができる。その場合、液晶シャ
ッター手段にて、光の照射を制御するように構成するこ
とができる。

【００１３】また、光を均一に照射してシャッターで適
宜遮断するというのではなく、光照射手段から上記電子
放出部に向けて照射する光の量を、画像データに応じて
増減するように構成することができる。

【００１４】また、本発明の帯電装置は、上記の構成に
加えて、画像データに応じた光を潜像担持体に照射する
データ光照射手段を備え、上記潜像担持体は感光体であ
り、上記電子放出部が、光電効果で潜像担持体を一様に
帯電し、上記データ光照射手段が、画像データに応じた
光を潜像担持体に照射して静電潜像を形成することを特
徴としている。

【００１５】上記の構成により、まず、光照射手段から
の一様な光により光電効果で潜像担持体を一様に（均一
に）帯電する。次いで、データ光照射手段の光の照射を
制御して、静電潜像を形成する。すなわち、画像データ
に応じた光をデータ光照射手段から潜像担持体に照射
し、光が潜像担持体に当たったところだけ電子を消すこ
とで、潜像担持体上に静電潜像を形成する。それゆえ、
上記の構成による効果に加えて、光電効果を起こす素子
で潜像担持体を均一に帯電することができる。

【００１６】上記構成において、上記潜像担持体に向け
てデータ光照射手段から光を均一（一様）に照射するよ
うに構成することができる。その場合、データ光照射手
段と潜像担持体との間にシャッター手段を配置して、そ
のシャッター手段にて、潜像担持体に当たる光の照射を
制御するように構成することができる。その場合、液晶
シャッター手段にて、光の照射を制御するように構成す
ることができる。

【００１７】また、光を均一に照射してシャッターで適
宜遮断するというのではなく、データ光照射手段から上
記潜像担持体に向けて照射する光の量を、画像データに
応じて増減するように構成することができる。

【００１８】また、本発明の帯電装置は、上記の構成に
加えて、上記光照射手段からの光の波長を変換する光波
長変換手段を有することを特徴としている。

【００１９】上記の構成により、上記光照射手段からの
光の波長を変換する。したがって、光照射手段からの光
の波長によらず、所望の波長の光を得ることができる。
それゆえ、上記の構成による効果に加えて、光照射手段
として用いうる光源の自由度を広げることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】まず、本実施の形態における概念
を説明する。本構成は、帯電工程と露光工程とを一体化
した、オゾン発生のない小型構造体を提供し、さらに、
製造コストの低減化を図ることができる。その基本原理
は以下の通りである。（１）光エネルギーを電気エネルギーに変換することが
できるいわゆる光電効果を利用し、電子を放出して潜像
担持体を帯電させる。（２）画素単位で電子放出を制御するために、照射光を
画素単位で開閉制御する。（３）光電効果により放出された電子を、電界なだれ現
象により加速させる。

【００２１】帯電装置は、光源と液晶シャッター、非線
形光学素子、光電素子の積層構造体の帯電装置で構成さ
れている。潜像担持体上に静電潜像を形成する過程を説
明する。（１）光源より波長λ（ｎｍ）の光が出射され、その光
が、帯電装置の液晶シャッター側から一様に照射され
る。（２）照射された波長λの光は、記録材に転写すべき、
入力された画像データに応じて、画素単位に分割された
液晶シャッターの開閉によって、選択的に透過される。（３）液晶シャッターを透過した波長λの光は、非線形
光学素子によりその波長がλ／ｎに変換される。（４）上記変換された、波長λ／ｎ（ｎｍ）の光を、仕
事関数Ｗの光電素子に照射すると、光電効果により、光
電素子から電子が放出される。（５）光電素子から放出された電子の放出量を増加させ
るために、放出した電子を電界なだれ現象（電界なだれ
効果）を利用して増幅し、所望の表面電荷密度を持った
静電潜像を得る。電界なだれ現象は、電気的バイアス印
加等によって加速された電子が空気中の各種分子に衝突
することで、その分子がイオン化する現象である。この
結果、その分子由来のイオンや電子が、光電素子より放
出された電子と同じように、潜像担持体を帯電する役割
を果たすようになる。

【００２２】特に、高速印字するための構成としては、
以下の構成が挙げられる。シャッター部は、液晶シャッ
ターを使用すると、応答速度が数μ秒まで高速化が可能
であり、書き込み速度の高速化が図れ、高速印字でき
る。液晶シャッターとしては、公知の構成を採用するこ
とができる。

【００２３】また、均一な電界を形成して電子を増加さ
せるために、波長変換部と電子放出部との間に、λ／ｎ
の波長の光を透過する透明導電膜を形成し、この透明導
電膜を、電界印加するときの電極として使用する。

【００２４】特に、波長変動のない安定した波長変換を
行うための構成としては、以下の構成が挙げられる。波
長変換部は、非線形光学素子を使用することで、波長変
動のない高調波が得られるため、安定化が図れる。

【００２５】特に、帯電手段の積層構造化において、電
子放出部の好適な材料としては、以下の構成が挙げられ
る。電子放出部である薄膜金属は、その仕事関数をＷ
（ｅＶ）、照射手段の波長をλ（ｎｍ）、波長変換部の
変換倍率を１／ｎとしたときＷ＜ｎ×１２５４／λ を満足する材料である。

【００２６】次に、より具体的な構成例について述べ
る。本帯電装置１０の構成を図１に示す。同図に示すよ
うに、静電潜像を書き込む潜像担持体の表面には、誘電
体フィルム８が形成されている。誘電体フィルム８は、
潜像担持体の表面にアルミ基材８２を積層し、その上
に、光源１の側から見える層として、ポリエチレンテレ
フタレート膜８１を圧延製膜して形成されている。この
誘電体フィルム８は、移動速度Ｖ＝５０ｍｍ／ｓで、電
子放出部としての金属膜６に対して平行移動している。

【００２７】この誘電体フィルム８の上方であってその
近傍に、この誘電体フィルム８上に静電潜像を書き込む
ための帯電装置１０が近接配置されている。

【００２８】帯電装置１０は、光照射手段としての光源
１と、光源１の光線を集光するためのリフレクター２
と、帯電手段とを備えている。ここでは、光源１の波長
λは５０８ｎｍとし、照射強度は１０ｍＷ／ｃｍ²とし
ている。帯電手段は、光源１に近い側から、シャッター
部としての液晶シャッター３、光波長変換手段（波長変
換部）としての非線形光学素子４、電子放出部としての
金属膜６の順に積層化されたものである。

【００２９】液晶シャッター３は、基板３１と液晶素子
３２とで構成されており、ここでは、４００ｄｐｉの画
素解像度を有している。

【００３０】液晶シャッター３の上に配置された非線形
光学素子４は、第２高調波を発生するものを使用してい
る。そのため、液晶シャッター３を通過した波長λの光
の波長は、１／２、すなわちλ／２に変換される。例え
ば上記のようにλ＝５０８ｎｍであれば、５０８／２＝
２５４ｎｍに変換される。なお、光源１の波長として、
所望の短波長のものが利用できる場合には、非線形光学
素子４は使わなくてもよい。

【００３１】非線形光学素子４の上に配置された金属膜
６（ここでは金を使用）は、仕事関数Ｗ＝４．６ｅＶで
あり、また、透過率が６０％になるように成膜されてい
る。ここで、Ｗ＜ｎ×１２５４／λ の関係が成立するとき光電効果が起こり、電子が放出さ
れる。ｎは１以上の整数である。本例では、Ｗ＜２×１
２５４／５０８となり、成立している。

【００３２】また、電子放出部より放出された電子を加
速、および電界なだれ現象により増殖するための電気的
バイアス手段として、電子放出部としての金属膜６と誘
電体フィルム８との間隙ｇをここでは１００μｍとし
て、金属膜６と誘電体フィルム８のアルミ基材８２との
間に直流電源Ｅの電圧として−６００Ｖを印加してい
る。図中、ｅは放出された電子である。このとき、後述
の図３に示すように、誘電体フィルム８は帯電電位とし
て−５００Ｖが発生している。

【００３３】上記図１の構成を変形し、図２に示すよう
な構成とすることもできる。すなわち、上記の構成にお
いて、非線形光学素子４と金属膜６との間に、透明導電
膜５を積層させている。ここでは、透明導電膜５として
は、例えばＧａ₂Ｏ₃を使用できる。図１の構成では、電
子放出部としての金属膜６は透過率６０％で電子放出量
の最大値を示すが、これ以上の透過率になると、電子放
出量が極端に低下する。この様子を実験により調べた結
果を図３に示す。図３は、帯電特性、すなわち、金属膜
６の光透過率に対する、誘電体フィルム８の帯電電位を
示す。図中、黒丸であるＡが図１の構成によるものであ
り、白丸であるＢが図２の構成によるものである。

【００３４】このように所定値（ここでは６０％）以上
の透過率になると電子放出量が極端に低下するのは以下
の理由が考えられる。すなわち、電子放出部より放出さ
れた電子を増殖するための電気的バイアス手段として、
図１の例では、金属膜６と誘電体フィルム８との間隙ｇ
＝１００μｍとし、金属膜６と誘電体フィルム８のアル
ミ基材８２との間に直流電圧Ｅ＝−６００Ｖを印加して
いる。しかし、金属膜６の透過率がある値（ここでは６
０％）を超えると、それはすなわち金属膜６が限度を超
える薄さになるということであり、その結果、金属膜６
の導通が不均一になる。したがって、均一な電界が形成
されなくなり、そのため誘電体フィルム８の帯電電位が
所望の値まで上がらなくなる。なお、ここでは、図３の
グラフ中で下方向へ進むことを「電位が上がる」と表現
する。

【００３５】これに対し、図２の構成例では、電気的バ
イアス手段の電極として、金属膜６だけを使用するので
はなく、そこへ透明導電膜５を積層させて、これをも電
極として使用する。これにより、透過率の非常に高い金
属膜６、例えば透過率９０％の金属膜６を使用しても、
好適に誘電体フィルム８の帯電電位を上げることができ
る。その結果、さらに大きな電子放出量を得ることがで
き、いっそう高速印字が行えるようになる。

【００３６】このように、本構成では、光照射手段から
全面照射された光を画像データに対応して画素単位に開
閉制御可能なシャッター部により選択透過させるととも
に、選択透過した光を、波長変換部により特定の波長に
変換して電子放出部に照射し、自らの電子を誘起させて
その電子を放出し、潜像担持体に直接静電潜像を形成す
る。これにより、帯電工程と露光工程とを一体化した、
オゾン発生のない小型構造体からなる静電潜像生成装
置、ひいては現像装置を提供し、さらに、製造コストの
低減を図ることができる。

【００３７】次に、上記図１または図２の構成の変形例
として、帯電装置１０または１１の隣であって誘電体フ
ィルム８の移動経路中下流側に、画像データに応じた光
を照射する、図示しない光源（データ光照射手段）をさ
らに設けることもできる。この場合、液晶シャッター３
は画像データに無関係に常に全開とし、帯電装置１０ま
たは１１における光照射手段としての光源１からの光が
金属膜６に一様（均一）に当たり、したがって対応する
誘電体フィルム８も均一に帯電する。その後、誘電体フ
ィルム８が移動し、上記データ光照射手段によって、画
像データに応じて露光され、画像データに応じた静電潜
像を形成させることができる。これにより、オゾン発生
のない帯電装置を提供することができる。この場合、液
晶シャッター３は省いてもよい。なお、この場合には、
誘電体フィルム８は感光性を有する必要がある。上記デ
ータ光照射手段を用いて、画像データに応じて露光する
には、例えば、データ光照射用の図示しない光源から均
一（一様）に光を照射するようにし、その光源と誘電体
フィルム８の露光部位との間に図１や図２の例で用いて
いるのと同様の機能を有する液晶シャッターを配置す
る。そして、その液晶シャッターにて、画像データに応
じて光の透過を制御すればよい。

【００３８】なお、本発明は、電子写真装置に用いら
れ、潜像担持体上に静電潜像と直接書き込む帯電装置で
あって、光照射手段と、光照射手段から全面照射された
光の透過を開閉制御するためのシャッター部と、上記シ
ャッター部を透過した光の波長を変換するための波長変
換部と、上記波長変換部により波長変換された光の照射
を受けることにより自らの電子を誘起させてその電子を
放出する電子放出部とを有し、シャッター部、波長変換
部、電子放出部の順に積層化された帯電手段と、上記電
子放出部より放出された電子を増殖するための電気的バ
イアス手段とを備えているように構成してもよい。

【００３９】また、本発明は、上記構成の帯電装置にお
いて、上記シャッター部が、画素単位に構成された液晶
シャッター素子であるように構成してもよい。

【００４０】また、本発明は、上記構成の帯電装置にお
いて、上記波長変換部が、非線形光学素子であるように
構成してもよい。

【００４１】また、本発明は、上記構成の帯電装置にお
いて、電子放出部は金属膜であり、その仕事関数をＷ
（ｅＶ）、照射手段の波長をλ（ｎｍ）、波長変換部の
変換倍率を１／ｎとしたときＷ＜ｎ×１２５４／λ を満足する材料であるように構成してもよい。

【００４２】また、本発明は、上記構成の帯電装置にお
いて、上記波長変換部と電子放出部との間に、λ／ｎの
波長の光を透過する透明導電膜が形成されているように
構成してもよい。

【００４３】また、本発明は、上記構成の帯電装置にお
いて、電子写真装置に用いられ、潜像担持体上に静電潜
像と直接書き込む帯電方法であって、光照射手段から全
面照射された光を画像データに対応して画素単位に開閉
制御可能なシャッター部により選択透過させるととも
に、選択透過した光を波長変換部により特定の波長に変
換して電子放出部に照射し、自らの電子を放出して、潜
像担持体に直接静電潜像を形成するように構成してもよ
い。

【００４４】このような構成によれば、光照射手段から
全面照射された光を画像データに対応して画素単位に開
閉制御可能なシャッター部により選択透過させるととも
に、選択透過した光を、波長変換部により特定の波長に
変換して電子放出部に照射し、自らの電子を誘起させて
その電子を放出し、潜像担持体に直接静電潜像を形成さ
せることができる。それゆえ、帯電工程と露光工程とを
一体化した、オゾン発生のない小型構造体を提供するこ
とができるとともに、さらに、製造コストの低減を図る
ことができる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、本発明の帯電装置は、光
を照射する光照射手段と、上記光照射手段から照射され
る光を受けて光電効果で電子を放出することで、上記潜
像担持体を帯電する電子放出部とを備えた構成である。

【００４６】これにより、潜像担持体を帯電させるため
にコロナ放電を用いる必要をなくすことができる。それ
ゆえ、オゾンによる環境汚染の問題を起こさずに良好に
帯電処理を行うことができるという効果を奏する。

【００４７】また、本発明の帯電装置は、上記の構成に
加えて、画像データに応じた光を光電子放出面に照射す
ることで、上記電子放出部に光潜像を形成し、その後、
上記電子放出部から放出される電子で上記潜像担持体を
画像データに応じて帯電する構成である。

【００４８】これにより、一様な帯電用の装置と画像デ
ータに応じた光の制御用の装置との両方の機能を一つの
装置で行うことができる。それゆえ、上記の構成による
効果に加えて、オゾンによる環境汚染の問題を起こすこ
となく装置を小型化することができるという効果を奏す
る。

【００４９】また、本発明の帯電装置は、上記の構成に
加えて、画像データに応じた光を潜像担持体に照射する
データ光照射手段を備え、上記潜像担持体は感光体であ
り、上記電子放出部が、光電効果で潜像担持体を一様に
帯電し、上記データ光照射手段が、画像データに応じた
光を潜像担持体に照射して静電潜像を形成する構成であ
る。

【００５０】これにより、画像データに応じた光を潜像
担持体に照射し、光が潜像担持体に当たったところだけ
電子を消すことで、潜像担持体上に静電潜像を形成する
ことができる。それゆえ、上記の構成による効果に加え
て、光電効果を起こす素子で潜像担持体を均一に帯電す
ることができるという効果を奏する。

【００５１】また、本発明の帯電装置は、上記の構成に
加えて、上記光照射手段からの光の波長を変換する光波
長変換手段を有する構成である。

【００５２】これにより、光照射手段からの光の波長に
よらず、所望の波長の光を得ることができる。それゆ
え、上記の構成による効果に加えて、光照射手段として
用いうる光源の自由度を広げることができるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る帯電装置の一構成例を示す断面図
である。

【図２】本発明に係る帯電装置の他の構成例を示す断面
図である。

【図３】金属膜の光透過率に対する誘電体フィルムの帯
電特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１光源（光照射手段）２リフレクター３液晶シャッター４非線形光学素子（光波長変換手段）５透明導電膜６金属膜（電子放出部）８誘電体フィルム１０帯電装置１１帯電装置３１基板３２液晶素子８１ポリエチレンテレフタレート膜８２アルミ基材ｅ電子Ｅ直流電源ｇ間隙Ｖ移動速度

フロントページの続き (72)発明者後藤利充大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 2H200 FA07 GB38 HA13 HA19 HA28 HB14 HB47 MC20 PA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】潜像担持体上に静電潜像を形成して現像剤
にて画像を現像する現像装置に用いられるものであっ
て、光を照射する光照射手段と、上記光照射手段から照射される光を受けて光電効果で電
子を放出することで、上記潜像担持体を帯電する電子放
出部とを備えたことを特徴とする帯電装置。
【請求項２】画像データに応じた光を光電子放出面に照
射することで、上記電子放出部に光潜像を形成し、その後、上記電子放出部から放出される電子で上記潜像
担持体を画像データに応じて帯電することを特徴とする
請求項１に記載の帯電装置。
【請求項３】画像データに応じた光を潜像担持体に照射
するデータ光照射手段を備え、上記潜像担持体は感光体であり、上記電子放出部が、光電効果で潜像担持体を一様に帯電
し、上記データ光照射手段が、画像データに応じた光を潜像
担持体に照射して静電潜像を形成することを特徴とする
請求項１に記載の帯電装置。
【請求項４】上記光照射手段からの光の波長を変換する
光波長変換手段を有することを特徴とする請求項１ない
し３のいずれかに記載の帯電装置。