Brevet FR2561829A1 — publié le 19850927

L'invention concerne un procédé pour charger ou décharger électriquement un élément, et un dispositif de décharge mettant en oeuvre ce procédé, ce dernier et le dis- positif étant utilisables pour un enregistrement électrosta- tique, une électrophotographie, etc. Dans le domaine de l'électrophotographie et de l'enregistrement électrostatique, des dispositifs de charge et de décharge d'effluves ou effets corona sont connus et largement utilisés, dispositifs dans lesquels une haute ten- sion est appliquée à un mince fil métallique, par exemple, d'un diamètre de 0,1 mm, pour produire une décharge d'effluves. Cependant, ils présentent un inconvénient du au fait que le fil est aisément rompu en raison de sa minceur. De plus, le fil est aisément encrassé ou empoussiéré, ce qui a pour ré- sultat une production non uniforme d'effluves et, par consé- quent, une charge ou une décharge non uniforme d'un élément à charger ou à décharger. De plus, un blindage conducteur qui entoure le fil à effluves, doit en être espacé d'une certaine distance, ce qui impose une limitation à la réduction de la dimension du dispositif. Un autre type de dispositif de décharge a été pro- posé, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 155 093, dans lequel l'élément diélectrique est monté entre deux électrodes. En appliquant une tension alternative entre les électrodes, on produit des ions positifs et négatifs à la jonction entre l'élément diélectrique et l'une des élec- trodes. Parmi ces ions, ceux ayant une polarité souhaitée sont extraits par un champ électrique extérieur. Ce type de dispositif de décharge est avantageux par le fait que la di- mension peut être très réduite par la possibilité de donner une faible épaisseur à l'élément diélectrique ( cette épais- seur ne dépassant pas 500 gm, et avantageusement 20-200 Am). Cependant, un inconvénient de ces dispositifs de décharge est que la surface à charger ou décharger n'est pas chargée ou déchargée uniformément. L'invention a pour objet principal un procédé et un dispositif au moyen desquels un élément à charger ou décharger est chargé ou déchargé à peu près uniformément. L'invention a également pour objet un dispositif de faible dimension, grâce auquel un élément à charger ou décharger l'est sensiblement uniformément. L'invention a pour autre objet un dispositif effec- tuant une charge ou une décharge avec grande efficacité et au moyen d'une alimentation en énergie à tension relativement basse. L'invention a pour autre objet un procédé et un dispositif dont le fonctionnement est stable malgré des variations des condi- tions ambiantes telles que la température et l'humidité, et au moyen desquels un élément à charger ou décharger l'est avec une uniformité satisfaisante. On a découvert que l'inconvénient indiqué ci-dessus est dû au fait que, lorsqu'une décharge superficielle s'expanse ou se propage à partir d'une électrode de décharge dans la direc- tion perpendiculaire à cette électrode, cette dernière étant en contact avec l'une des surfaces de l'élément diélectrique, le degré d'expansion ou de propagation n'est pas uniforme le long de l'électrode de décharge. Ce manque d'uniformité peut être dû au manque d'uniformité de la matière de l'élément diélectrique et/ou à des rayures de la surface de l'électrode de décharge. Dans une forme de réalisation de l'invention, l'ex- pansion de la décharge superficielle est réalisée de façon uniforme. Par conséquent, un élément est chargé ou déchargé uniformément. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'une forme de réalisation du dispositif de décharge selon l'invention; la figure 2 est une vue en perspective d'un élément de décharge utilisé avec le dispositif de décharge représenté sur la figure 1; 256 1829 la figure 3A montre un état de décharge superficielle lorsque la présente invention n'est pas utilisée; la figure 3B montre un état de décharge superfi- cielle présent dans le procédé de charge ou de décharge et dans le dispositif de décharge correspondant à une forme de réalisation de l'invention; la figure 4 est un graphique montrant la relation entre la valeur crête à crête d'une tension alternative appli- quée au dispositif de décharge et la largeur de la zone de décharge superficielle; la figure 5 est une vue schématique d'une autre forme de réalisation du dispositif de décharge selon l'inven- tion; la figure 6A est une vue en perspective d'un élément de décharge utilisé avec le dispositif montré sur la figure 5; les figures 6B, 6C et 6D sont des vues montrant des exemples de connexion électrique de plusieurs rangées d'élec- trodes de décharge; la figure 7A montre un état de décharge superficielle présent dans le dispositif de décharge représenté sur les fi- gures 5 et 6A; et la figure 7B montre un état de décharge superficielle lorsque cette décharge superficielle n'est pas suffisante. La figure 1 représente un dispositif de décharge selon l'invention qui comprend un élément 1 de décharge opposé à un élément 2 devant être chargé ou déchargé (appelé plus simplement ci-après élément à charger). L'élément 1 de décharge comprend un élément diélectrique 3, une électrode inductrice 4 et une électrode 5 de décharge. La figure 2 est une vue en perspective de l'élément 1 de décharge. L'électrode 5 de dé- charge est un élément allongé linéaire simple disposé de façon à s'étendre le long du milieu de l'electrode inductrice 4. Une tension alternative est appliquée par une source 6 de tension alternative entre l'électrode inductrice 4 et l'électrode 5 de décharge. Par ailleurs, l'élément 2 à charger, qui est déplacé dans le sens indiqué par la flèche A par rap- port au dispositif 1 de décharge, comprend une base conductrice 2a et un élément isolant ou photoconducteur 2b. Une tension de polarisation est appliquée par un dispositif 7 de polari- sation entre la couche conductrice 2a et l'électrode 5 de décharge. En fonctionnement, lorsque la tension alternative est appliquée entre l'électrode inductrice 4 et l'électrode 5 de décharge, une décharge électrique se produit à proximité immédiate de l'électrode 5 de décharge de façon à produire suffisamment d'ions positifs et négatifs. En raison de la tension de polarisation appliquée entre l'électrode 5 de dé- charge et la base conductrice 2a de l'élément 2, les ions positifs ou les ions négatifs sont sélectivement extraits et dirigés vers la surface de la couche isolante ou photoconduc- trice 2b de l'élément 2 afin de la charger à un niveau sou- haité, dans la polarité choisie. En ce qui concerne la matière de l'élément diélec- trique, une matière de dureté relativement élevée, par exem- ple une céramique, du mica, du verre ou autres, ou un haut polymère organique flexible, par exemple une résine polyamide, du tétrafluorure d'éthylène, un polyester, une matière acry- lique, du chlorure de vinyle, du polyéthylène, ou autres, peut être utilisé. Les figures 3A et 3B montrent des états de décharge superficielle à électrode 5 de décharge, tels qu'ils apparais- sent depuis le côté de l'électrode 5 de décharge, lorsque la tension alternative est appliquée entre l'électrode inductrice 4 et l'électrode 5 de décharge du dispositif 1 de décharge montré sur les figures 1 et 2. Sur ces figures, l'électrode inductrice 4 en contact avec la face arrière de l'élément diélectrique 3 est représentée en traits mixtes. Sa largeur est désignée par la lettre L. La zone hachurée est celle dans laquelle la décharge superficielle se produit le long de la surface de l'élément diélectrique 3, sur les deux côtés de l'électrode 5 de décharge. - La figure 3A montre l'état de la décharge superfi- cielle en l'absence de la présente invention. La zone 10 de décharge superficielle part des deux faces latérales de l'é- lectrode 5 de décharge, et la largeur 1 n'est pas égale sur la longueur de l'électrode 5 de décharge. Par conséquent, lorsque l'élément 2 à charger est opposé à l'électrode 5 de décharge et déplacé par rapport à elle, commemontré sur la figure 1, afin de charger la couche isolante ou photoconduc- trice 2a, la surface de cette dernière n'est pas chargée uniformément, c'est-à-dire que la distribution du potentiel de surface n'est pas uniforme dans la direction longitudinale en raison du manque d'uniformité décrit précédemment. Il est apparu que la largeur 1 de la zone 10 de décharge superficielle change avec la valeur crête-à-crête de la tension alternative appliquée entre l'électrode induc- trice 4 et l'électrode 5 de décharge. La figure 4 montre la valeur crête-à-crête en fonc- tion de la largeur de la zone 10 de décharge superficielle. La décharge superficielle commence au point B. Avec l'accrois- sement de la valeur crête-à-crête, la largeur de la zone de décharge superficielle augmente et arrive finalement à satu- ration. La largeur de la zone de décharge superficielle, une fois saturée, est sensiblement égale à la largeur L de l'élec- trode inductrice 4, c'est-à-dire que la zone de décharge super- ficielle s'étend sensiblement aussi loin que les extrémités latérales de l' électrode inductrice 4.Elle ne s' étend pas au- delà des extrémités latérales, même si la valeur crête-à- crête est davantage augmentée. L'élément diélectrique 3 utilisé était en céramique d'alumine ayant une épaisseur de 200 gm, et l'électrode 5 de décharge et l'électrode inductrice 4 avaient une largeur de 500 gm et de 6,5 mm, respectivement. L'invention utilise ceci pour rendre uniforme la lar- geur de la zone de décharge superficielle sur toute la lon- gueur du dispositif 1 de décharge, indépendamment du manque d'uniformité de la matière de l'élément diélectrique 3 et/ou de rayures présentes sur les électrodes et autres. La figure 3B montre la décharge superficielle pro- duite par le dispositif de décharge selon l'invention. La valeur crête-àcrête de la tension alternative est choisie de façon à étendre la zone de décharge superficielle sensi- blement jusqu'aux extrémités latérales de l'électrode induc- trice 4, sur toute la longueur du dispositif 1 de décharge. Ainsi, comme montré sur la figure 3B, la largeur de la zone de décharge superficielle est sensiblement égale à la largeur de l'électrode inductrice 4 et donc uniforme. Etant donné que la tension appliquée est une tension alternative, la largeur, au sens strict, change à une fréquence élevée, mais la largeur maximale est sensiblement égale à la largeur de l'électrode inductrice 4 et est donc uniforme. Lorsque l'élément 2 à charger est soumis à l'opéra- tion de charge effectuée de la manière montrée sur la figure 1, à l'aide du dispositif de décharge décrit ci-.dessus, cet élément 2 à charger l'est uniformément. Comme décrit précé- demment, la zone 10 de décharge superficielle ne s'étend pas au-delà de la largeur L de l'électrode inductrice 4, même si la tension est augmentée. La seule variation consiste en un accroissement de la densité de charge de la zone 10 de dé- charge superficielle. La densité de charge dans la zone 10 est uniforme dans la direction longitudinale. En utilisant ce phénomène au maximum, on peut effec- tuer une charge de façon relativement stable malgré des va- riations des conditions ambiantes, ce qui permet d'effectuer une charge satisfaisante. L'élément diélectrique 3 en céramique d'alumine, ayant une épaisseur de 200 gm, a été monté entre l'électrode 5 de décharge d'une largeur-de 500 gm et l'électrode induc- trice 4 d'une largeur de 4,5 mm. Une tension alternative d'une valeur crête-à-crête de 2 kv a été appliquée entre l'élec- trode 5 de décharge et l'électrode inductrice 4. La zone de décharge superficielle ne s'est pas étendue jusqu'aux bords latéraux ou extrémités latérales de l'électrode inductrice 4. Lorsque l'élément 2 à charger a été soumis à l'action de l'é- lément 1 de décharge avec, en sortie de la source 7 de pola- risation, une tension de polarisation crête-à-crête de 2 kV, on a mesuré un manque d'uniformité de plus ou moins 8 % sur la surface de l'élément 2. Ensuite, on a élevé la tension alternative à 4kV, crête-à-crête, afin d'étendre la zone 10 de décharge super- ficielle sensiblement jusqu'aux bords latéraux de l'électrode inductrice 4, et on a procédé à l'opération de charge dans les mêmes conditions. Le manque d'uniformité mesuré était de plus ou moins 3 %. Ainsi, en faisant varier la tension crête-à-crête seule, on a supprimé plus de 60 % du manque d'uniformité. Même si la tension crête-à-crête est de 4 kV, la zone 10 de décharge superficielle ne s'étend pas jusqu'aux extrémités latérales de l'électrode inductrice 4, lorsque la largeur de cette dernière est portée à 30 mm. De plus, un manque d'uniformité de plus ou moins 7 % de la surface char- gée a été mesuré. Les figures 5 et 6A représentent une autre forme de réalisation du dispositif de décharge selon l'invention. La figure 6A est une vue en perspective de l'élément 1 de décharge. Etant donné que cette forme de réalisation est analogue à celle décrite en regard des figures 1 et 2, hormis l'électrode de décharge qui est constituée de plusieurs rangées d'élé- ments d'électrodes de décharge disposés à intervalles sensi- blement réguliers et que la largeur de l'électrode inductrice 4 est augmentée de façon correspondante, la description dé- taillée des pièces identiques est supprimée pour plus de briè- veté, les mêmes références numériques étant attribuées aux éléments assumant des fonctions correspondantes. La figure 7A montre la zone 10 de décharge super- ficielle du dispositif de décharge représenté sur les figures et 6A. Les éléments d'électrodes 5a et 5b sont disposés à intervalles réguliers. La distance L1 comprise entre le bord latéral de l'électrode inductrice 4 et l'axe central de l'élé- ment d'électrode 5a situé le plus à l'extérieur, et l'inter- valle L2 compris entre des éléments d'électrodes adjacents, sont en relation telle qu'ils satisfont la condition selon laquelle L1 est égal ou supérieur à (1/2) X L2. Les éléments d'électrodes intérieurs simples (c'est-à-dire trois éléments d'électrodes au total) sont représentés sur la figure mais le nombre d'éléments d'électrodes internes 5b n'est pas limité et peut prendre toute valeur, y compris zéro. La valeur crête- à-crête de la tension est déterminée de façon que la zone 10 de décharge superficielle, partant vers l'extérieur de l'élé- ment d'électrode extérieur 5a, atteigne sensiblement le bord latéral correspondant de l'électrode inductrice 4 pour chacun des éléments d'électrodes extérieurs 5a. Ainsi, en raison des relations dimensionnelles indiquées précédemment, les zones de décharge superficielles, qui s'étendent les unes vers les autres entre des éléments d'électrodes adjacents, se touchent ou se superposent mutuellement. Par conséquent, les zones internes 10b de décharge superficielle sont également uniformes sur la longueur du dispositif 1 de décharge. La largeur totale des zones 10a et b de-décharge superficielle, en tous points de la longueur, est sensiblement égale à la largeur de l'électrode inductrice 4, de sorte qu'elle est uniforme dans la direction de la lon- gueur du dispositif de décharge. Lorsque les conditions indiquées ci-dessus ne sont pas satisfaites, c'està-dire lorsque la distance L1 du bord latéral de l'électrode inductrice 4 à l'axe central de l'élé- ment d'électrode 5a,situé le plus à l'extérieur, et l'inter- valle L2 entre des éléments d'électrodes adjacents sont tels que L1 est inférieur à (1/2) X L2, une zone uniforme 10 de décharge superficielle, ayant une largeur sensiblement égale à la largeur de l'électrode inductrice 4, peut être formée par l'application d'une tension telle qu'il se forme une zone 10b de décharge superficielle pleine et donc uniforme. Dans les mêmes conditions, c'est-à-dire lorsque L1 est inférieur à (1/2) X L2, si la zone extérieure 10a de décharge superfi- cielle est prolongée pour atteindre à peine le bord latéral de l'électrode inductrice 4, les zones intérieures adjacentes 10b de décharge superficielle ne se superposent ni ne se tou- chent, mais une charge relativement uniforme peut être obtenue. Lorsque l'élément 2 à charger est soumis à l'opéra- tion de charge de la manière présentée sur la figure 5, à l'aide du dispositif de décharge décrit ci-dessus, l'élément 2 à charger l'est uniformément. Comme décrit précédemment, la zone 10 de décharge superficielle ne s'étend pas au-delà de la largeur L de l'électrode inductrice 4, même si la tension est augmentée. La seule variation est l'accroissement de la densité de charge de la zone 10 de décharge superficielle. La densité de charge de la zone 10 est uniforme dans la di- rection longitudinale. En utilisant ce phénomène au maximum, on peut réa- liser une charge de façon relativement stable malgré des va- riations des conditions ambiantes, ce qui permet d'effectuer une charge satisfaisante, de même que dans la forme de réali- sation décrite précédemment. Les diverses rangées d'éléments d'électrodes peuvent être connectées électriquement à la façon d'un peigne, comme montré sur la figure 6B, connectées à leurs extrémités opposées, comme montré sur la figure 6C ou connectées en zig-zag, comme montré sur la figure 6D. Lorsque l'électrode de décharge est constituée d'un seul élément d'électrode, la largeur de la zone de décharge superficielle est déterminée par la valeur crête-à-crête de la tension alternative. Par conséquent, pour accroître la largeur de la zone de décharge superficielle, il est néces- saire d'élever la tension de façon relativement importante. Cependant, lorsque plusieurs éléments d'électrodes sont uti- lisés, la largeur peut être augmentée sans qu'il soit néces- saire d'élever dans une telle mesure la tension. La largeur peut être augmentée comme souhaité par accroissement du nombre d'éléments d'électrodes, ce qui améliore notablement l'effi- cacité de la charge ou de la décharge. La figure 7B représente une zone de décharge super- ficielle différente des précédentes. Les zones respectives de décharge superficielle partant des éléments d'électrodes 5a, 5b et 5c présentent des largeurs 11, 12 et 13 qui ne sont pas uniformes dans la direction longitudinale. Lorsque l'élé- ment 2 à charger l'est de la manière montrée sur la figure 5, au moyen d'un tel dispositif de décharge, la charge appliquée à la surface de la couche isolante ou photoconductrice n'est pas uniforme dans la direction longitudinale, ce qui n'est évidemment pas souhaitable. L'élément diélectrique 3 en céramique d'alumine, ayant l'épaisseur de 200 Nm, a été monté entre l'électrode inductrice 4 d'une largeur de 14 mm et trois éléments d'élec- trodes de décharge 5a, 5b et 5c, espacés de 5 mm (L2) et ayant chacun une largeur de 500 Hm. Une tension alternative, d'une valeur crête-à-crête de 2 kV,a été appliquée entre les éléments d'électrodes de décharge 5a, 5b et 5c et l'électrode induc- trice 4. La zone de décharge superficielle ne s'est pas éten- due jusqu'aux bords latéraux de l'électrode inductrice 4 comme sur la figure 7B. Lorsque l'élément 2 à charger a été soumis à l'élément 1 de décharge sous l'application, par la source 7, d'une tension de polarisation de 2 kV, un manque d'uniformité de plus ou moins 7,5 % a été mesuré sur la sur- face de l'élément 2. Ensuite, on a élevé la tension alternative à 4 kV, crête-à-crête, pour prolonger la zone 10 de décharge superfi- cielle sensiblement, jusqu'aux bords latéraux de l'électrode inductrice 4, et la charge a été effectuée dans les mêmes conditions. Le manque d'uniformité mesurée a été de plus ou moins 2,5 %. Ainsi, en faisant varier seulement la valeur crête-à-crête, on a supprimé plus de 85 % du manque d'unifor- mité. Même si la tension est de 4 kV, crête-à-crête, la zone 10 de décharge superficielle ne s'étend pas jusqu'aux bords latéraux de l'électrode inductrice 4, lorsque la lar- geur de cette dernière est portée à 60 mm. De plus, on mesure un manque d'uniformité de plus ou moins 7 % sur la surface chargée. Dans chacune des formes de réalisation décrites ci- dessus, la largeur 1 de la zone de décharge superficielle dépend de la matière, de la constante diélectrique et de la résistivité superficielle de l'élément diélectrique 3, mais l'homme de l'art est apte à déterminer la valeur crête-à- crête en fonction de ces facteurs, sans difficulté. De plus, la largeur varie en fonction des conditions ambiantes telles que la pression atmosphérique, la température, l'humidité et le degré d'encrassement de la surface de l'élé- ment diélectrique 3. La valeur crête-à-crête peut être déter- minée, sur la base des conditions réelles dans lesquelles le 1 1 dispositif est utilisé, de manière que la zone 10 de décharge superficielle s'étende sensiblement jusqu'aux bords latéraux de l'électrode inductrice 4, et une telle détermination est souhaitable. La tension alternative n'est pas limitée à la forme sinusoïdale habituelle de la tension alternative, et elle peut être constituée d'une tension rectangulaire ou d'une tension alternative pulsée. La description précédente a porté sur la charge d'un élément. Lorsque le dispositif de décharge est plus rap- proché de l'élément, ce dernier peut être déchargé, c'est-à- dire qu'une charge électrique peut en être retirée. Dans ce cas, la source 7 de tension n'est pas nécessaire. L'invention telle que décrite peut être utilisée, avec ses avantages, également dans ce cas. La source 7 de tension, lorsqu'elle est utilisée, peut fournir une tension continue ou une tension pulsée si les ions produits à proximité de l'électrode 5 de décharge peuvent être dirigés vers l'élément à charger ou décharger. La tension de la source 7 a été décrite comme étant appliquée entre l'électrode 5 de décharge et l'élément 2 à charger ou à décharger, mais elle peut être appliquée entre l'électrode inductrice 4 et l'élément à charger ou décharger. L'invention telle que décrite précédemment consiste donc en un dispositif de décharge de faible dimension, au moyen duquel un élément à charger ou décharger l'est unifor- mément. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et au dispositif décrits et repré- sentés sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Un procédé pour charger ou décharger un élément, caractérisé en ce qu'il consiste à opposer un élément(2)à traiter, un élément(1)de décharge comportant un élément diélectrique(3), une électrode inductrice (4)et une électrode(5)de décharge, les électrodes étant montées sur les faces opposées de l'élé- ment diélectrique afin que l'électrode de décharge soit tournée vers l'élément à traiter, à appliquer une tension alternative entre l'électrode inductrice et l'électrode de décharge afin de produire une décharge superficielle sur une surface de l'élément diélectrique, sur-le côté de l'électrode de décharge, la largeur d'une zone (10) dans laquelle la décharge superficielle est produite étant sensiblement égale à la largeur de l'élec- trode inductrice, et à charger ou décharger l'élément à traiter à l'aide de la décharge superficielle ainsi produite. 2. Dispositif pour charger ou décharger un élément, caractérisé en ce qu'il comporte un élément diélectrique(3) une électrode inductrice (4) et une électrode (5)de décharge, montés sur des faces opposées de l'élément diélectrique, et une source ()d'énergie destinée à appliquer une tension alter- native entre l'électrode inductrice et 1' électrode de dé- charge afin de produire une décharge superficielle sur une surface de l'élément diélectrique située sur le côté de l'é- - lectrode de décharge, la largeur d'une zone (10)dans laquelle la décharge superficielle est produite étant sensiblement égale à la largeur de l'électrode inductrice. 3. Dispositif-selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'électrode de décharge comprend plusieurs rangées d'éléments Na, 5b) d'électrodes de décharge disposés à inter- valles réguliers. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les distances comprises entre les éléments d'élec- trodes de décharge situés le plus à l'extérieur et les bords latéraux correspondants de l'électrode inductrice ne sont pas inférieures à la moitié de l'intervalle entre des éléments d'électrodes de décharge adjacents les uns aux autres.