JP5344991B2 - 帯電装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に係り、より詳細には、帯電装置とその形成方法に関する。

電子写真方式において、帯電装置は、例えば、受光体、トナー層、中間ベルト、又は、紙などの媒体における様々な表面を均一に帯電するために必要とされる。従来の帯電装置は、線径の細いワイヤ又はピンに印加される交流（ＡＣ）及び直流（ＤＣ）の高電圧を使用して、空気をイオン化して、帯電された粒子（例えば、コロトロン、ディコロトロン）を生成してきた。しかしながら、環境によくない影響を与えるオゾンなどの望ましくない種も副生成物として生成されていた。環境にやさしい帯電処理を行うための今までの努力によって、バイアス帯電ロール処理又は接触方式のアクアトロン帯電処理が提供されており、最近では、電界イオン化によってカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）から気体イオンが生成されるコンパクトな帯電処理が提供されている。バイアス帯電ロールは、接触方式の帯電処理である。帯電ロールが受光体と直接に接触することによって、両方の表面が磨耗されていた。にもかかわらず、バイアス帯電ロール処理によるオゾンの発生量は、コロトロン又はディコロトロンに比べて少ない。とはいえ、ある一定のオゾンが発生している。アクアトロン帯電処理も接触方式の帯電処理である。接触方式の帯電方式は、イメージ・オン・イメージ（ＩＯＩ）方式の現像処理において要求されるような現像されたトナー層には適用可能ではない。ＣＮＴ（又はナノワイヤ）エミッタ技術は文献に開示されてはいるが、ＣＮＴ（又はナノワイヤ）を低コストで精密に作製することは、いまだに研究の初期の段階であり、手頃な費用で信頼できるナノ帯電装置を製造するには時期尚早といえる。

本発明の目的は、低コストで、コンパクトで、製造が容易で、環境にやさしい非接触方式の帯電装置を提供することである。

種々の実施の形態によれば、基板上に配置されている第１の誘電体層と、第１の誘電体層上に配置されている第１の導電層と、第１の導電層上に配置されている第２の誘電体層と、を含む帯電装置が提供されている。第２の誘電体層は、複数の空洞を含み、複数の空洞の各々は、第１の導電層の一部を露出させている。また、帯電装置は、複数のマイクロティップ（ｍｉｃｒｏ−ｔｉｐ）を含み、複数のマイクロティップの各々は、複数の空洞の各々の内部及び第１の導電層上に配置されている。更に、帯電装置は、第２の誘電体層上に配置されている第２の導電層と、第２の誘電体層内に配置され、空洞に接続され、それによって、空気取込口を介して注入された空気が複数の空洞を介して流出する、相互連結された空気流路のシステムと、を含む。また、帯電装置は、第１の導電層へ第１のバイアス電圧を印加し、第２の導電層へ第２のバイアス電圧を印加するための一つ以上の電源を含む。

種々の実施の形態によれば、帯電する部材を提供すること、及びマイクロティップアレイを提供することを含む部材帯電方法が提供されている。マイクロティップアレイは、基板上に配置されている第１の誘電体層と、第１の誘電体層上に配置されている第１の導電層と、第１の導電層上に配置されている第２の誘電体層と、を含み、第２の誘電体層は、各々が第１の導電層の一部を露出している複数の空洞を含む。また、マイクロティップアレイは、複数のマイクロティップを含み、複数のマイクロティップの各々は、複数の空洞の各々の内部及び第１の導電層上に配置されている。更に、マイクロティップアレイは、第２の誘電体層上に配置されている第２の導電層と、第２の誘電体層内に配置されており複数の空洞に接続されている、相互連結された空気流路のシステムと、を含む。部材帯電方法は、第１の導電層へ第１のバイアス電圧を印加し、第２の導電層へ第２のバイアス電圧を印加して、複数の帯電された種の生成を可能とすること、及び部材上に複数の帯電された種を付着させることによって部材を帯電すること、を含む。

種々の実施の形態によれば、静電電荷を受け取る受容体と、受容体を均一に帯電するための少なくとも一つの帯電サブシステムと、を含む画像形成装置が提供されている。帯電サブシステムは、基板上に配置されている第１の誘電体層と、第１の誘電体層上に配置されている第１の導電層と、第１の導電層上に配置されている第２の誘電体層と、を含み、第２の誘電体層は、各々が第１の導電層の一部を露出している複数の空洞を含む。また、帯電システムは、複数のマイクロティップを含み、複数のマイクロティップの各々は、複数の空洞の各々の内部及び第１の導電層上に配置されている。更に、帯電システムは、第２の誘電体層上に配置されている第２の導電層と、第２の誘電体層内に配置され、複数の空洞に接続され、それによって、空気取込口を介して注入された空気が複数の空洞を介して流出する、相互連結された空気流路のシステムと、を含む。また、画像形成装置は、受容体上に潜像を形成するための少なくとも一つの画像形成サブシステムと、受容体上で潜像を可視画像に変換するための少なくとも一つの現像サブシステムと、を含む。画像形成装置は、可視画像を媒体へ転写するための転写サブシステムと、可視画像を媒体へ溶融定着するための溶融定着サブシステムと、を更に含む。

本発明の種々の実施の形態による帯電装置を例示している図である。 本発明の種々の実施の形態による帯電装置を例示している断面図である。 本発明の種々の実施の形態による帯電装置を例示している平面図である。 本発明の種々の実施の形態によるマイクロティップを有する空洞を例示している断面図である。 本発明の種々の実施の形態によるマイクロティップを有する空洞を例示している断面図である。 本発明の種々の実施の形態によるマイクロティップを有する空洞を例示している断面図である。 本発明の種々の実施の形態によるマイクロティップを有する空洞を例示している断面図である。 本発明の種々の実施の形態によるマイクロティップを有する空洞を例示している断面図である。 本発明の種々の実施の形態によるマイクロティップを有する空洞を例示している断面図である。 本発明の種々の実施の形態によるマイクロティップを有する空洞を例示している断面図である。 本発明の種々の実施の形態による画像形成装置を例示している図である。 本発明の種々の実施の形態による他の画像形装置を例示している図である。

本明細書中に使用されているように、「環境にやさしい帯電装置」という言葉は、コロトロンやバイアス方式の帯電ロール装置などの従来の帯電装置に比べて亜鉛化窒素やオゾンの排出量が少ない帯電装置を指している。

図１〜図３は、本発明の種々の実施の形態による帯電装置１０１を例示した図である。帯電装置１０１は、基板１０５上に配置されている第１の誘電体層１０７、第１の誘電体層１０７上に配置されている第１の導電層１１０、及び第１の導電層１１０上に配置されている第２の誘電体層１２０を含んでいる。種々の実施の形態において、誘電体層１０７は、基板１０５から導電層１１０を電気的に絶縁させる。例えば、基板１０５に用いられる材料としては、これらに限定されないが、シリコン・ウェハ及びガラスが挙げられる。例えば、第１の誘電体層１０７に用いられる材料としては、これに限定されないが、酸化シリコンが挙げられる。例えば、第１の導電層１１０に用いられる材料としては、これらに限定されないが、金属、不純物をドーピングした単結晶シリコン又はポリシリコンが挙げられる。第２の誘電体層１２０には、例えば、酸化珪素、窒化珪素、及び酸化珪素と窒化珪素の組合せなどの任意の好適な材料を用いることができる。例としては、基板１０５、第１の誘電体層１０７、及び第１の導電層１１０は、絶縁体の上にシリコンを形成した（ＳＯＩ）ウェハによって作成されたサンドウィッチ構造であってもよい。第２の誘電体層１２０が複数の空洞１２２を含んでおり、これらの複数の空洞１２２の各々が、図１及び図２に示されているように、第１の導電層１１０の一部を露出している。いくつかの実施の形態によれば、複数の空洞１２２の各々は、図１、図２、図３、及び図４Ａ，４Ｂ，４Ｃ、４Ｄに示されているように、円筒形であってよいし、他の実施の形態によれば、図４Ｅ及び４Ｆに示されているように、楔形であってもよいし、更に他の実施の形態によれば、図４Ｇに示されているように、湾曲形状であってもよい。しかしながら、当業者は、複数の空洞１２２の各々が、円筒形、楔形、及び湾曲線形状以外の他の好適な形状を有してよいことが想定できるであろう。複数の空洞１２２の各々の直径は、約１μｍ〜約２００μｍ、いくつかの場合は、約１μｍ〜約１６０μｍ、更なる場合は、約１μｍ〜約１００μｍである。複数の空洞１２２間の間隔は、約３μｍ〜約１０００μｍ、いくつかの場合は、約３μｍ〜約５００μｍ、更なる場合は、約３μｍ〜約２００μｍである。

帯電装置１０１は、複数のマイクロティップ１３０を含んでいる。これらの複数のマイクロティップ１３０の各々は、複数の空洞１２２の各空洞内、及び、第１の導電層１１０の上に配置され得る。いくつかの実施の形態において、複数のマイクロティップ１３０の各々は、これらに限定されないが、モリブデンやタングステン等の、仕事関数の小さい任意の金属を含み得る。他の実施の形態において、複数のマイクロティップ１３０の各々は、任意の好適な、不純物をドーピングした半導体、例えば、不純物をドーピングしたシリコンやポリシリコンを含み得る。いくつかの実施の形態において、図１、及び図４Ａ、４Ｅに示されるように、マイクロティップ１３０は、円錐形であってよい。他の実施の形態において、図４Ｂ、４Ｆに示されるように、マイクロティップ１３０は、先端が平らな円錐形であってもよい。他のいくつかの実施の形態において、図２、及び図４Ｃ、４Ｄに示されるように、マイクロティップ１３０は、円筒形であってもよい。更に、いくつかの他の実施の形態において、図４Ｄに示されるように、マイクロティップは先端が平らな円筒形であってもよい。更に、ある実施の形態においては、図４Ｇに示されるように、マイクロティップは、略湾曲形状であってもよい。

再び、図１〜図３を参照すると、帯電装置１０１は、第２の誘電体層１２０上に配置された第２の導電層１４０と、第２の誘電体層１２０内に配置されており空洞１２２に接続されている、相互連結された空気流路１２４のシステムと、を含み、これによって、図２及び図３において矢印によって示されるように、空気取込口１２５を介して注入された空気が、複数の空洞１２２を介して流出される。第２の導電層１４０の材料としては、これらに限定されないが、例えば、金属、不純物をドーピングした単結晶シリコン、及び不純物をドーピングしたポリシリコンが挙げられる。種々の実施の形態において、帯電装置１０１は、汚染を防止するために、第２の導電層上に保護被膜を形成することができる。いつくかの実施の形態において、保護被膜は、例えば、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシ）、カーボンナノチューブをドーピングしたＰＦＡ、及び非粘着性のナノ被膜材料などの低表面エネルギ又は疎水性材料の任意の好適な材料であってよい。

帯電装置１０１は、第１のバイアス電圧を第１の導電層１１０に印加し、第２のバイアス電圧を第２の導電層１４０に印加するための、一つ以上の電源（図示しない）を含むこともできる。種々の実施の形態において、一つ以上の電源は、ＤＣ電力及びパルスＤＣ電力の少なくとも一つを提供することができる。他の実施の形態において、上記一つ以上の電源は、ＡＣ電力及びバイアスＡＣ電力の少なくとも一つを提供することができる。第１のバイアス電圧及び第２のバイアス電圧が印加されている状態では、マイクロティップ１３０、第２の導電層１４０、及び空洞１２２の形状寸法（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）によって、マイクロティップ１３０のティップ及びその周辺において高い電界が生成され、それによって、電界放射を介して、電子が放射される。放射された電子が、空気の分子に衝突し、空気のイオン化及びコロナ放電を発生させることができる。電子写真印刷又は媒体帯電の用途において、放射された電子、生成されたイオン又は両方を用いて帯電させて、表面電位を立ち上げる（ｂｕｉｌｄ ｕｐ）ことができる。いくつかの実施の形態において、例えば、受光体又は中間ベルトなどの部材の表面電位を上げるために使用され得る帯電装置１０１を備える装置が提供されている。他の実施の形態においては、例えば、紙、トナー層、又はインク層処理などの媒体処理に使用され得る帯電装置１０１を備える装置が提供されている。

種々の実施の形態において、複数のマイクロティップ１３０の各々は、個別にアドレス可能である。ある実施の形態において、マイクロティップ１３０の群は、選択的にアドレス可能である。本明細書に使用されている「個別にアドレス可能」という言葉は、上記複数のマイクロティップ１３０の各々が、その周辺のマイクロティップとは独立に識別され、操作されることを意味している。例えば、マイクロティップ１３０が個別にオンにされて電子を放出し、又オフにされる。しかしながら、いくつかの実施の形態において、マイクロティップ１３０に個別にアドレスする代わりに、二つ以上のマイクロティップ１３０を含むマイクロティップ１３０の群に同時にアドレスすることもできる。即ち、この場合、エミッタの群が同時にオンにされて電子を放出し、又はオフにされる。個別にアドレス可能とするために、複数のマイクロティップ１３０の各々の第１の導電層１１０および第２の導電層１４０のいずれか、又は、その両方が、他のマイクロティップ１３０から電気的に絶縁される必要があることは、当業者にとって明確であろう。

種々の実施の形態によれば、部材１６０を帯電する方法が提供されている。種々の実施の形態において、部材１６０は、受光体、中間ベルト、トナー層、インク層、及び、用紙や透明紙などの媒体を含み得る。図２に示されるように、この方法は、帯電する部材１６０を提供すること、及び、マイクロティップアレイ１０１を提供することを含み得る。マイクロティップアレイ１０１は、基板１０５上に配置された第１の誘電体層１０７と、第１の誘電体層１０７上に配置された第１の導電層１１０と、第１の導電層１１０上に配置された第２の誘電体層１２０と、を含む。更に、第２の誘電体層１２０は、各々が第１の導電層１１０の一部を露出している、複数の空洞１２２を含む。マイクロティップアレイ１０１は、各々が、複数の空洞１２２の各々の内部及び第１の導電層１１０上に配置され得る、複数のマイクロティップ１３０を含み得る。図２に示されるように、マイクロティップアレイ１０１は、第２の誘電体層１２０上に配置されている第２の導電層１４０と、第２の誘電体層１２０内に配置されており複数の空洞１２２に接続されている相互連結された空気流路１２４のシステムと、を更に含む。種々の実施の形態において、マイクロティップアレイ１０１を提供することは、ＭＥＭＳ（メムス：ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ）作製処理及び半導体作製処理を用いて、マイクロティップアレイを作製することを含む。

部材１６０を帯電する方法を再び参照すると、この方法は、第１の導電層１１０へ第１のバイアス電圧を印加し、第２の導電層１４０へ第２のバイアス電圧を印加し、これによって、複数の帯電された種の生成を可能とすること、及び部材１６０上に複数の帯電された種を付着させることによって部材１６０を帯電すること、を含み得る。種々の実施の形態において、部材１６０を帯電することは、受光体、中間ベルト、トナー層、インク層、及び、例えば、用紙又は透明紙などの媒体の少なくとも一つを帯電することを含み得る。種々の実施の形態において、第１の導電層１１０へ第１のバイアス電圧を印加し、第２の導電層１４０へ第２のバイアス電圧を印加することは、第１の電圧及び第２の電圧を印加すること（ここで、第１の電圧と第２の電圧の間の電圧差は約４００Ｖ以下、場合によっては、約１００Ｖ以下であってもよい）、及び複数のマイクロティップ１３０の各々の端部において、複数の電荷（即ち、電子及びイオン）を生成することを含み得る。いくつかの実施の形態において、第１のバイアス電圧は、ＤＣバイアスとパルスＤＣバイアスのいずれか一つであってよいし、第２のバイアス電圧は、ＤＣバイアスであってもよい。他の実施の形態において、第１のバイアス電圧は、ＡＣとバイアスＡＣのいずれか一つであってよいし、第２のバイアス電圧は、ＤＣバイアスであってもよい。ある実施の形態において、部材１６０を帯電する方法は、第１のバイアス電圧及び第２のバイアス電圧を印加することの前に、部材１６０の一部を接地させることも含み得る。種々の実施の形態において、部材１６０は、マイクロティップアレイに対向している表面部材と、表面部材の反対側の裏面部材１６１と、を含む複合部材であってもよい。このとき、表面部材は、誘電体層／絶縁層を含み、裏面部材１６１は導電層を含む。いくつかの実施の形態において、部材１６０の一部を接地することは、部材１６０の裏面部材１６１を接地することを含み、次に、電荷は、表面部材の誘電体層の表面に付着され、これによって、部材１６０の表面電位が上昇する。種々の実施の形態において、部材１６０は、導電性の支持板（図示しない）上に配置されている誘電体層であってもよい。導電性の支持板が接地され、電荷が誘電体層の表面に付着され得る。種々の実施の形態において、部材１６０を帯電する方法は、図３に示すように、空気取込口１２５を介して空気を注入し、図２及び図３に示すように、複数の空洞１２２を介して空気を流出させることによってマイクロティップ１３０を洗浄することを更に含む。

種々の実施の形態において、部材１６０を帯電する方法は、部材１６０を間接的に帯電することを含む。種々の実施の形態において、部材１６０を間接的に帯電することは、マイクロティップアレイ１０１とカウンタ電極（図示しない）の間に気体材料を供給し、これによって、第１の導電層１１０へ第１のバイアス電圧を印加し、第２の導電層１４０へ第２のバイアス電圧を印加し、カウンタ電極（図示しない）へ第３のバイアス電圧を印加することによって、気体材料の少なくとも一部をイオン化し、イオン化された気体性材料を部材１６０へ方向付けることを含む。いくつかの実施の形態において、マイクロティップアレイ１０１及びカウンタ電極が流路内へ格納され、気体材料が流路を介して供給され得る。

種々の実施の形態によれば、図５及び図６に示されるように、画像形成装置５００及び６００が提供されている。画像形成装置５００，６００は、静電電荷を受け取るために、受容体５５１、６５１を含み得る。いくつかの実施の形態において、図５に示されるように、受容体５５１、６５１は、ドラム受容体５５１であってもよい。他の実施の形態において、図６に示されるように、受容体５５１、６５１は、ベルト受容体６５１であってもよい。画像形成装置５００、６００は、受容体５５１，６５１を均一に帯電するための少なくとも一つの帯電サブシステム５０１、６０１を含むこともできる。図１、図２、及び図３に示すように、帯電サブシステム５０１、６０１、及び１０１は、基板１０５上に配置された第１の誘電体層１０７、第１の誘電体層１０７上に配置された第１の導電層１１０と、第１の導電層１１０上に配置された第２の誘電体層１２０と、を含み、この第２の誘電体層１２０は、各々が第１の導電層１１０の一部を露出する、複数の空洞１２２を含む。種々の実施の形態において、複数の空洞１２２の各々は、これらに限定されないが、円筒形及び楔形などの任意の好適な形状を含み得る。また、帯電サブシステム５０１、６０１、及び１０１は、各々が複数の空洞１２２の各々の内部及び第１の導電層１１０上に配置され得る、複数のマイクロティップ１３０を含み得る。種々の実施の形態において、複数のマイクロティップ１３０の各々は、個別にアドレス可能である。ある実施の形態において、マイクロティップ１３０の群は選択的にアドレスされ得る。ある実施の形態において、複数のマイクロティップ１３０の各々は、円錐形、先端が平らな円錐形、先端が丸い円筒形、先端が平らな円筒形を含む、任煮の好適な形状を有し得る。帯電サブシステム５０１、６０１、及び１０１は、第２の誘電体層１２０の上に配置された第２の導電層１４０と、第２の誘電体層１２０内に配置されており空洞１２２に接続されている相互連結された空気流路１２４のシステムと、を更に含み、これによって、空気取込口１２５を介して注入された空気が複数の空洞１２２を介して流出される。

再び、図５及び図６を参照すると、画像形成装置５００、６００は、受容体５５１、６５１上に潜像を形成するために少なくとも一つの画像形成サブシステム５５２、６５２と、形成された潜像を受容体５５１、６５１上で可視画像へ変換するための少なくとも一つの現像サブシステム５５４、６５４と、を含み得る。画像形成装置５００、６００は、可視画像を媒体５５５、６５５へ転写するための転写サブシステム５５６、６５６と、可視画像を媒体５５５、６５５へ溶融定着するための溶融定着サブシステム５５８、６５８を更に含む。種々の実施の形態において、画像形成装置５００、６００は、洗浄サブシステム５５９、６５９と、消去サブシステム５５７と、を含み得る。

本明細書中に開示されているように、帯電装置１０１、５０１、及び６０１は、従来の帯電装置に比べて、占有面積が小さいこと、長期耐性が確保されていること、洗浄が容易であること、改良された帯電均一性を有すること、環境にやさしいこと、高速の用途に対してモジュール性とスケーラビリティ（拡張能力）を有することなど、数多くの利点を有している。当業者は、占有面積が小さいことが小型ボックスエンジン及び高速の用途に重要な利点となることを理解するであろう。開示されている帯電装置１０１、５０１及び６０１は、汚れやすいとされるスコロトロンやバイアス帯電ロールなどの従来の帯電装置に代わって、使用することが可能である。更に、開示されている帯電装置１０１、５０１、及び６０１において、個々のマイクロティップ１３０又はマイクロティップ１３０の群は、選択的にアドレスすることができ、これによって、部材１６０への帯電パターンの直接的な画像形成が可能となる。

１０１： マイクロティップアレイ
１０５： 基板
１０７： 第１の誘電体層
１１０： 第１の導電層
１２０： 第２の誘電体層
１２２： 空洞
１２４： 空気流路
１２５： 空気取込口
１３０： マイクロティップ
１４０： 第２の導電層

Claims (4)

1. 基板上に配置されている第１の誘電体層と、
   前記第１の誘電体層上に配置されている第１の導電層と、
   前記第１の導電層上に配置されている第２の誘電体層であって、各々が前記第１の導電層の一部を露出している複数の空洞を含む、前記第２の誘電体層と、
   各々が前記複数の空洞の各々の内部及び前記第１の導電層上に配置されている、複数のマイクロティップと、
   前記第２の誘電体層上に配置され、各々が前記複数の空洞の各々と連通している複数の孔を備えた第２の導電層と、
   相互連結された空気流路系であって、前記第２の誘電体層内かつ、前記複数の空洞の各々の間に配置され、前記複数の空洞に接続され、それによって、空気取込口を介して注入された空気が、前記空気流路の少なくとも１つを介して前記複数の空洞の各々に流入し、前記複数の空洞及び前記複数の孔を介して流出する、前記相互連結された空気流路系と、
   前記第１の導電層へ第１のバイアス電圧を印加し前記第２の導電層へ第２のバイアス電圧を印加するための一つ以上の電源と、
   を含む帯電装置。
2. 前記マイクロティップが、円錐形、先端が平らな円錐形、先端が丸い円筒形、先端が平らな円筒形、及び湾曲形状からなる群から選択された形状を有する、請求項１に記載の帯電装置。
3. 前記空洞が、円筒形、楔形状、及び湾曲形状のうちの少なくとも一つの形状を有する、請求項１に記載の帯電装置。
4. 前記複数のマイクロティップの各々が、個別にアドレス可能である、請求項１に記載の帯電装置。

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