專利名稱：交流電暈放電裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及電暈放電裝置，更具體地說，涉及改進的交流電暈放電裝置。
背景技術：
自商業上的復印機出現以來，在靜電復印機中使用電暈放電裝置把電荷施加到一個表面上已經是傳統的技術了。電暈放電裝置包括小直徑的線以及當施加高電壓時產生離子的點的陣列。原來，把幾千伏(kV)的直流電壓施加到電暈放電裝置上，使鄰近的空氣分子電離，把電荷由該裝置排出，并使電荷被吸引到一個相鄰的低電位表面比如要充電的感光器的表面上，然而，當沒有電暈時，這樣的放電裝置會在相鄰的表面上沉積過量并且不均勻的電荷。
為了對把電荷施加到相鄰的表面上進行控制，使得產生均勻的電荷分布，并避免過度的充電，已經在電暈放電裝置，有時把它稱為“coronode(電暈電極)”與要充電的表面之間設置一個導電屏。這種帶屏的電暈放電裝置被稱為“scorotrons”。在Walkup的專利No.2777957和Mayo的專利No.2778946中描述了典型的scorotrons裝置。然而，早期的scorotrons使電暈放電裝置的放電效率降低到只有大約3％。這就是說，在電暈線產生的每一百個離子中只有三個到達要充電的表面。這些裝置對放電均勻性和放電數量的控制也很差，有時使得被充電的表面達到超過屏電壓100％或更高的電壓。現在使用中的改進了的scorotrons通常把表面電位控制在施加到屏上的參考電壓的大約3％以內，并且，以大約30％到50％的效率運行，但是，這些裝置變得復雜，并且相應地費錢。Mott的專利No.3076092公開了一種直流偏壓的交流電暈放電裝置，它不需要一個控制屏。
另外的電暈放電裝置包括一排或交錯的兩排針，把高電壓施加到這些針上，在這些針的頂端上產生電暈的電場。
因為這樣的電暈放電裝置或“coronodes”把空氣中的氧氣和氮氣分子電離，它們常常產生不希望水平的臭氧以及硝酸鹽化合物，這些化合物會造成化學腐蝕。通常，需要較大的放電裝置提供高的電流能力，同時要避免在電暈電極線與放電裝置的低電壓導電器或以高放電速率被充電的表面之間產生起電弧現象。
被稱為“dicorotron”的又一種電暈放電裝置包括一根被涂布的玻璃電暈線，把交流電壓施加到該線上，且還包括一個相鄰的直流電極，此電極把一種極性的電荷驅動到要被充電的感光器，同時把極性相反的電荷吸引到它自身上。然而，Dicorotrons是易碎的和昂貴的，并且，由于被涂布的線的半徑要大得多，這種裝置要求非常高的交流電壓(8-10千伏)。它們也產生高水平的臭氧和硝酸鹽，并需要電暈線離開低電壓導電部件和要充電的表面相當遠，為的是避免起電弧。
來自導電的電暈線的負電暈發射典型地包括濃度高的電子發射點和電離點，這些點沿著電暈線隨機地間隔開。由于現在還不完全理解的原因，這些電暈發射點或“熱點”之間的間隔隨著相對濕度的減小而提高，這造成對相鄰的表面的充電非常不均勻。電暈發射點之間的間隔也隨著施加到電暈線上的負電壓向電暈閾值電壓降低而提高。
高品質的圖像復印，特別是為了重新產生包含大面積灰色或大面積處于中間范圍的等價中性密度的顏色的圖像時，要求沿著電暈放電裝置的長度放電要高度均勻，施加到相鄰的表面的每單位面積上的電荷的偏差不超過正或負3％。非常希望在上面討論過的那種類型的scorotron放電裝置中在四倍時間常數的時間內把感光器的表面電位充電到最后的漸進電壓的大約2％。然而，scorotron裝置不是有效的，占用空間大，并且對灰塵的收集敏感。還有，scorotron的較低的效率會產生比一個更有效的放電系統可能產生的更多的臭氧。
發明概要因此，本發明的一個目的是提供一種電暈放電裝置，與傳統的放電裝置相比，它改進了效率，并提高了成本的有效性。
本發明的另一個目的是提供一種電暈放電裝置，它降低了在電暈電極與要充電的表面或與一個相鄰的導電表面之間產生電弧的可能性，并限制了在出現電弧的情況下的能量和所造成的破壞。
本發明的又一個目的是提供一種交流電暈放電裝置，它保證相等地產生正的電暈放電和負的電暈放電。
本發明的再一個目的是提供一種電暈放電裝置，在該裝置中，表示由電暈電極到一塊裸露平板的電流與施加到鄰近電暈電極的一個屏蔽件上的電壓之間的關系的曲線的形狀為靠近原點通過，并且是向下中凹的，以提供一條更快形成的放電漸近線。
本發明的再一個目的是提供一種電暈放電裝置，它降低了電暈風把灰塵和其它懸浮的小顆粒運送進電暈放電單元中和穿過該放電單元的可能性。
本發明的再一個目的是提供一種電暈放電裝置，它明顯地對于浮在空氣中的上色劑和其它絕緣顆粒的碎屑不敏感。
本發明的這些和其它目的是通過提供一種電暈電極實現的，通過一個電容器把該電暈電極連接到一個產生電暈的高電位高頻交流電源上，該電容器有高的電壓額定值，并有鄰近電暈電極的一個控制屏蔽件，把該屏蔽件連接到一個直流偏壓電位上。通過一個電容器把電暈電極連接到交流電源上，使得由線到相鄰的表面不會產生高電流電弧，同時仍然使得放電電流足夠地高，以便對于高速印刷機可以提供適當的放電速率。
在一個優選實施例中，電暈電極是一根線，該線的直徑大約為50微米，施加到該線上的峰到峰值的交流電位大約是5.5千伏到7.0千伏，在交流電源與電暈線之間連接的電容器的電容量為由大約每厘米線長度0.6毫微法到大約7毫微法，最好為大約2毫微法，供應給部分地包圍著該線的相鄰的導電金屬屏蔽件的直流電位在由大約-500到大約-1000伏的范圍內，最好為大約-700伏。
在本發明的另一實施例中，電暈電極由一排或多排針構成，這些針有產生電暈的點，這些針的陣列通過相應的電容器連接到一個交流電源上，一個導電屏蔽件鄰近該排針，并把該屏蔽件連接到一個直流偏壓上。用這樣的裝置，平板電流對應屏蔽電壓的曲線是向下中凹的，確保感光器電位將比指數更快地上升到漸進值，并且，以比簡單的指數上升的直線更大的斜率由靠近原點處開始。
附圖的簡要描述通過與附圖結合起來閱讀下面的描述將會進一步清楚本發明的目的和優點，在附圖中
圖1為一個示意性端視圖，示出了按照本發明的一個代表性的交流電暈放電裝置，它采用了小直徑的電暈線作為電暈電極；圖2為圖線表示，示出了用圖1中所示的那種類型的交流放電裝置在有電容器及沒有電容器的條件下在平板電流與屏蔽電壓之間的關系，其中，畫出了由電暈線到一個相鄰的裸露平板的電流對于施加到屏蔽件上的電壓的關系；以及圖3為一個示意性側視圖，示出了按照本發明的另一個代表性的實施例，它采用了包括產生電壓的針的電暈電極。
實現本發明的最佳方式在圖1中所示的本發明的典型實施例中，產生電暈的裝置10包括一個電暈電極，此電極是通過電容器14連接到交流電源16上的一根小直徑電暈線12。一個導電的通道屏蔽件18在三個側面圍繞著該電暈線12，并通過一個提供偏壓的直流電壓源20連接該屏蔽件。該電暈線12的直徑范圍為由大約40微米到大約75微米，最好為大約50微米，電容器14有足夠高的電壓額定值，以便經受交流電源16提供的電壓，該額定值的范圍最好由大約6000伏到大約7000伏峰到峰的電壓值，并希望為大約6500伏峰到峰的電壓值。按照本發明，電容器14的電容量足夠低，把提供給電暈線12的電流限制為大約每厘米3微安，此值足夠地低，可以避免明顯的起電弧，但是又足夠地高，可以對相鄰的感光器22的表面充電，在箭頭24的方向上以大約每秒10厘米的速度驅動該感光器。最好，電容器14的電容量在由大約每厘米長度的電暈電極0.6毫微法到大約7毫微法，最好2毫微法的范圍內。用這樣的設置，來自2千赫茲的交流電源16的最大電流將大約為每周每厘米3微庫侖的1/2000，或者大約為每周每厘米1.5毫微庫侖，這一數值有效地抑制了電暈線12與屏蔽件18或與感光器22之間的起弧。還有，即使出現起電弧，電容器14所造成的電流限制避免了50微米的電暈線的毀壞。
在圖2中示出了圖1中所示的裝置在用通過一個安培計連接到地的一塊裸露平板替代感光器22之后平板電流對應屏蔽電壓的典型的曲線28。在1999年10月18日提供的申請序列號No.09/420395中描述了裸露平板電流測量的意義，在這里把該文件的內容接合進來作為參考。曲線28表示在5.0kV的交流電壓下平板電流與屏蔽電壓之間的關系，該曲線是向下中凹的。這與由省去電容器并在交流電壓供應裝置與電暈線之間實現直接連接的裝置所得到向上中凹的曲線30相反。曲線28的向下中凹的的原因在于電暈電極在負偏壓的屏蔽件與被充了負電的感光器之間的負空間電位中工作。圍繞該電暈電極的負空間電位明顯增加了正的電暈放電，同時抑制了負的電暈發射。事實上，隨著在感光器上的電荷的增加，在感光器表面上的電位趨向在屏蔽件上的負參考電位，圍繞電暈電極的電位逐漸變得甚至更負。
對于圖1的裝置在圖2中所示的向下中凹的曲線28的優點在于感光器充電曲線(表面電位Vs對應時間t的曲線)的漸近線更快速地形成，這是因為圖2的I對應V的斜率在零電流值處最大。此外，對于一個給定的初始電流，平板電流在整個放電過程中比在I對應V的曲線為直線的情況下更高，提供了更高的放電效率，這減少了臭氧的產生。較快的放電速率也保證在所要求的放電時間內所達到的感光器表面電位有更高的均勻性。典型地說，在感光器上的電荷在比四倍時間常數少的時間內將達到它的漸進值的98％。這與用于在交流電源16與電暈線12之間沒有任何電容器的系統的平板電流對應屏蔽電壓的典型曲線30相反，由于靠近零電流值處它有較小的斜率，曲線30需要較長的放電時間才能使感光器達到處在給定的交流電暈電極電壓值的漸進電壓值。
此外，用在圖1中所示的那種類型的交流放電裝置，電暈風為最小，從而減少了把上色劑灰塵和其他懸浮的小顆粒引進放電單元中，并減少了不希望的碎屑在放電單元包括線12和屏蔽件18的表面上的沉積。不僅因為驅動離子的作用力每個循環顛倒兩次(對于2千赫茲的交流頻率，每秒鐘4000次)使電暈風為最小，而且，可能沉積在屏蔽表面上的上色劑和其它浮在空氣中的碎屑有極小的不利影響。
這是因為在把一個給定的漸進電位施加到屏蔽件18上并只有相等數量的正和負離子由電容連接的電暈電極12產生的條件下，一旦感光器達到屏蔽件的漸進電位，在屏蔽件上的上色劑或灰塵就沒有任何理由再接受任何凈電荷。開始時，在屏蔽件與感光器之間的直流電場將把負離子驅動到感光器，并把正離子驅動到屏蔽件。當感光器達到它的漸進值時，在屏蔽件與感光器之間的電場將消失，將不再出現對感光器的充電和對屏蔽件上的絕緣的上色劑或灰塵充電。
相反，對于直流電暈放電，將把電暈電極極性的離子驅動到涂布了粉末的屏蔽件或驅動到一個電暈電極的柵極，朝著電暈電極的電位顯著地升高粉末的電位。結果使得電暈電極的柵極的等效電壓上升到剛好在施加到導電的柵極自身上的電壓值以上的一個數值。
對于類似的上色劑的小顆粒或在電暈電極線上收集的其它碎屑，由于施加到該線上的高頻交流電壓，在電暈閾值以上的電場將以所施加的交流頻率交替地產生電子和離子的等離子體。在負循環中，在等離子體區域(離開線的表面大約8到20微米或更多)以外的上色劑顆粒將接受負電荷，并將被強烈地排斥離開該線。在等離子體區域內的任何顆粒將被相反地充電到線的電位。一旦交流電場的極性顛倒(對于2千赫茲的交流電場，為1/4000秒之后)，那些帶電的顆粒將被爆炸性地驅動，離開電暈電極的表面。當把交流電暈電壓施加到手工地涂布了上色劑的一個電暈電極上時，觀察到這種突然的爆炸性的粉末流。結果，用電容性地連接到一個交流電源上的電暈電極進行放電明顯地減少了在傳統的放電裝置中的放電單元中由上色劑或浮在空氣中的碎屑所引起的問題。
在圖3所示的本發明的另一實施例中，一個電暈產生裝置36包括一個電暈電極38，它有按陣列設置的電暈產生針40，該陣列橫截著要充電的感光器42的表面的寬度伸展。在此另外的實施例中，兩排針40朝向一個T形屏蔽件46的豎直的壁44的相對的側面，該屏蔽件包括在兩排針40的上方伸展的一個上部水平壁48。最好，針40的頂部離開屏蔽件的豎直的壁44和水平的壁48有大約相等的距離，并且，離開表面42有大約相等的間隔。通過電容器50把這些針40連接到一個交流電源52上，此電源與圖1中的電源16有相同的特點，把屏蔽件46連接到一個直流偏壓源54上。此裝置的電暈產生件與電源之間的電容性連接50提供了與圖1的交流電源16與電暈線12之間的電容性連接相同的優點。
已經發現對于所有的針設置單一的電容器可以提供與對于每一根針設置一個分開的電容器基本上相同的結果。該電容器的主要功能似乎是保證產生相等的負和正的電暈電離，這防止了在圖2中示出的電流對應電壓的曲線28在低壓端的變平，并且對電離的限制有限，此電離造成電流-電壓曲線在高壓端變平，在高壓端不以同樣增加的速率產生離子，使得離子的清除速率接近離子的產生速率。如果希望使用較小的電容，可以對于每一排針設置一個電容器，或者可以對于每十根針或者每十五根針設置一個電容器。盡管不需要對每根針設置一個分開的電容器，但是，那樣可能會有限制來自每個頂端的最大電流的好處。為了對每根針設置一個電容器，可以使一排針中的每根針的基底的位置在一個非常薄的絕緣粘接層上，該絕緣層覆蓋著連接到交流電源上的一個導電窄條。
雖然在這里已經參考著具體的實施例描述了本發明，但是，對于熟悉本技術的人士來說，將很容易出現許多變化和變型。因此，在本發明所希望的范圍內包括所有這樣的變型和變化。
權利要求
1.一種交流電暈放電裝置，其包括電暈產生裝置；一個交流電壓源；把交流電壓源連接到電暈產生裝置上的電容裝置；部分地圍繞著電暈產生裝置的一個導電的屏蔽件；以及連接到該屏蔽件上的一個直流偏電壓源。
2.按照權利要求1所述的交流電暈放電裝置，其特征在于，電暈產生裝置包括一根電暈線。
3.按照權利要求2所述的交流電暈放電裝置，其特征在于，電暈線的直徑在由大約40微米到大約75微米之間的范圍內。
4.按照權利要求3所述的交流電暈放電裝置，其特征在于，電暈線的直徑大約為50微米。
5.按照權利要求1所述的交流電暈放電裝置，其特征在于，電暈產生裝置在與要充電的表面平行的方向上是細長的，電容裝置的電容量在由大約在細長方向上電暈產生裝置的每厘米長度的0.7毫微法到大約7毫微法的范圍內。
6.按照權利要求5所述的交流電暈放電裝置，其特征在于，電容裝置的電容量為大約每厘米2毫微法。
7.按照權利要求1所述的交流電暈放電裝置，其特征在于，直流偏壓裝置把范圍在由大約-500到大約-1000伏的直流偏壓提供給屏蔽件。
8.按照權利要求7所述的交流電暈放電裝置，其特征在于，直流電壓源把大約750伏的負直流電壓提供給屏蔽件。
9.按照權利要求1所述的交流電暈放電裝置，其特征在于，交流電壓源把由大約4000到7000伏峰到峰值的交流電壓提供給電暈產生裝置。
10.按照權利要求1所述的交流電暈放電裝置，其特征在于，電暈產生裝置與一個相鄰的裸露板之間產生的電流與施加到屏蔽件上的電壓之間的關系曲線為向下中凹的。
11.按照權利要求1所述的交流電暈放電裝置，其特征在于，電暈產生裝置與一個相鄰的裸露板之間產生的電流與施加到屏蔽件上的電壓之間的關系為一條靠近原點通過的曲線。
12.按照權利要求1所述的交流電暈放電裝置，其特征在于，電暈產生裝置包括多根針，并且，電容裝置包括多個電容器，每個電容器把至少一根針連接到交流電壓源上。
13.按照權利要求12所述的交流電暈放電裝置，其特征在于，多個電容器包括用于由大約10到大約15根針組成的每一組針的一個電容器。
14.按照權利要求1所述的交流電暈放電裝置，其特征在于，電暈產生裝置包括多根針，并且，電容裝置包括把所有的針連接到交流電壓源上的單一的電容器。
15.按照權利要求1所述的交流電暈放電裝置，其特征在于，導電屏蔽件包括一個T形的導電件，電暈產生裝置包括兩組多根針，它們設在T形屏蔽件的豎直部分的相對的側面上。
16.按照權利要求15所述的交流電暈放電裝置，其特征在于，針的頂端與T形屏蔽件的豎直壁和水平壁間隔開大約相等的距離。
全文摘要
一種交流電暈放電裝置,其包括一個電暈產生裝置,通過一種電容性連接把該電暈產生裝置連接到一個交流電源上,并且,該電暈產生裝置部分地由連接到一個直流電源上的導電屏蔽件圍繞著。在一個實施例中,該電暈產生裝置為直徑大約為50微米的一根線,在另一實施例中,產生電暈的裝置為一排針,通過相應的電容器把它們連接到交流電源上。交流電源與電暈產生裝置之間電容的存在使表示放電裝置與一個相鄰的導電板之間的電流與屏蔽電壓之間的關系曲線是向下中凹的,造成高的放電速率,并使對感光器表面的充電更均勻。
文檔編號G03G15/02GK1344382SQ00802279
公開日2002年4月10日 申請日期2000年10月5日 優先權日1999年10月18日
發明者R·W·貢德拉克, W·梅, A·C·福爾納利克 申請人:埃塔斯技術有限公司