(57)【要約】【課題】静電荷を粒子に付与する方法を提供する。【解決手段】複数の帯電対象粒子１４５を複数のナノ構造１２０に提供する。複数のナノ構造１２０は互いに離間された複数の電極を含む第１の電極アレイ１１１を覆うように配置される。第１の電極アレイ１１１に機能的に接続された多相電源１３０により多相電圧を第１の電極アレイ１１１に印加して第１の電極アレイ１１１の各電極間に移動電界を生成する。複数のナノ構造１２０からは電子が放出され複数の荷電粒子１４６が形成される。移動電界により複数の荷電粒子１４６の各々は所定の表面へと運ばれる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電荷を粒子に付与する方法であって、
複数の帯電対象粒子を提供することと、
互いに離間された複数の電極を含む第１の電極アレイを覆うように配置された複数のナノ構造を提供することと、
前記第１の電極アレイに機能的に接続された多相電圧源を提供することと、
多相電圧を前記第１の電極アレイに印加して前記第１の電極アレイの各電極間に移動電界を生じ、前記複数のナノ構造から電子放出を生じて複数の荷電粒子を形成することと、
前記移動電界を用いて前記複数の荷電粒子の各々を表面に運ぶことと、
を含む前記方法。
【請求項２】
前記表面が、ドナーロール、ベルト、レセプタ及び半導電性基体のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記表面が回転基体を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記移動電界の周波数及び大きさを用いて前記複数の荷電粒子の各々の静電荷量を制御することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像形成装置に関し、より詳細には粒子を帯電するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子写真(xerographic)粉末マーキングは、電子写真潜像を現像するために帯電されるトナー粒子に依存している。しかし、 印刷システムが適切に作用するためにはこのトナー電荷を調節して指定範囲内に保たなくてはならない。よって、トナー電荷の制御が多くの研究の対象となっている。トナー粒子の帯電方法は多くあり、例えば二成分現像システムでは、トナー粒子はキャリヤの表面との接触によって帯電され、キャリヤ表面の化学的性質は電荷がキャリヤ表面からトナー粒子に移動するように最適化される。電荷の制御は、精密なセンサを必要とするトナーのキャリヤへの集中の制御と、添加剤とによってなされる。しかし、トナー又はキャリヤ表面が古くなったり空気中の水分含有量が変わったりした場合、 複雑な材料設計及び制御アルゴリズムを生じる新しい電荷の関係が、現像された画像の安定化に必要となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、トナーを帯電するための新しい方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
種々の実施の形態に従って、静電荷を粒子に付与する方法がある。この方法は、複数の帯電対象粒子を提供することと、互いに離間された複数の電極を含む第１の電極アレイを覆うように複数のナノ構造を提供することと、を含むことができる。また、この方法は、第１の電極アレイに機能的に接続（機能上結合）された多相電圧源を提供することと、多相電圧を第１の電極アレイに印加して第１の電極アレイの各電極間に移動電界を生じ、複数のナノ構造から電子放出を生じて複数の荷電粒子を形成することと、を含むことができる。この方法は、移動電界を用いて複数の荷電粒子の各々を表面に運ぶことを更に含むことができる。
【０００５】
種々の実施の形態によると、静電荷を粒子に付与する別の方法がある。この方法は、複数の帯電対象粒子を提供することと、回転表面に近接して配置された第１の電極を覆うように配置された複数のナノ構造を提供することと、を含むことができる。この方法は、第１の電極と回転表面との間に電界を付与し、複数のナノ構造から電子放出を生じることと、複数の荷電粒子を形成することと、を更に含むことができる。
【０００６】
更に別の実施の形態によると、静電荷を粒子に付与するシステムがある。このシステムは、第１の電極アレイを覆うように配置された複数のナノ構造を含むことができ、第１の電極アレイは、互いに離間された複数の電極と、第１の電極アレイに機能的に接続され、多相電圧を第１の電極アレイに供給して第１の電極アレイの各電極間に移動電界を生じる電源と、を含み、移動電界が複数のナノ構造から電子放出を生じ、複数の荷電粒子を形成する。また、このシステムは複数のナノ構造に近接した表面を含むことができ、移動電界を用いて複数の荷電粒子が表面に運ばれる。
【０００７】
別の実施の形態によると、複数の帯電対象粒子を含む粒子に静電荷を付与するシステムがある。また、このシステムは、回転表面に近接して配置された第１の電極を覆うように配置された複数のナノ構造と、電圧を供給して第１の電極と回転表面との間に電界を生じる電源と、を含むことができ、電界は複数のナノ構造から電子放出を生じて複数の荷電粒子を形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明内容の種々の実施の形態に従って静電荷を粒子に付与する例示的なシステムを示す図である。
【図２】本発明内容の種々の実施の形態に従って静電荷を粒子に付与する別の例示的なシステムを示す図である。
【図３】本発明内容の種々の実施の形態に従って静電荷を粒子に付与する更に別の例示的なシステムを示す図である。
【図４】本発明内容に従って静電荷を粒子に付与する別の例示的なシステムを示す図である。
【図５】本発明内容の種々の実施の形態に従って静電荷を粒子に付与する図４の例示的なシステムの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、静電荷を粒子１４５に付与する例示的なシステム１００を示している。このシステム１００は、第１の電極アレイ１１１を覆うように配置された複数のナノ構造１２０を含むことができ、第１の電極アレイ１１１は図１に示すように互いに離間された複数の電極を含むことができる。種々の実施の形態では、第１の電極アレイ１１１を含む第１の基板（基体）１１０の上に複数のナノ構造１２０を配置することができる。いくつかの実施の形態では、第１の電極アレイ１１１を電気絶縁基板１１０の上に配置し、保護及び電荷消散コーティング（図示せず）で被覆して静電荷の蓄積を取り除くことができる。基板１１０の例示的な材料としては、ポリイミド、ポリエステル、ポリスチレン又は優れた電気絶縁体を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。第１の電極アレイ１１１の例示的な材料としては、銅、金又は優れた導電体を挙げることができる。例示的なナノ構造１２０としては、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、二層カーボンナノチューブ（ＤＷＮＴ）及びこれらの組み合わせを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。いくつかの実施の形態では、ナノ構造１２０をＩＶ族、Ｖ族、ＶＩ族、ＶＩＩ族、ＶＩＩＩ族、ＩＢ族、ＩＩＢ族、ＩＶＡ族及びＶＡ族の１つ以上の元素で形成することができる。真空金属化及び真空蒸着を含むがこれらに限定されない好適な方法によってナノ構造１２０を製造することができる。種々の実施の形態において、ナノ構造１２０は直径を約１０ｎｍから約４５０ｎｍとし、長さを約１μｍから約２００μｍとすることができる。
【００１０】
また、システム１００は、第１の電極アレイ１１１に機能的に接続（機能上結合）され、多相電圧を第１の電極アレイ１１１に供給して第１の電極アレイ１１１の各電極間に移動電界を生じる電源１３０を含むことができ、移動電界は複数のナノ構造１２０から電子放出を生じて複数の荷電粒子１４６を形成することができる。種々の実施の形態では、複数の荷電粒子１４６の各々の静電荷量を移動電界の大きさ及び周波数によって制御することができる。更に、システム１００は複数のナノ構造１２０に近接した表面１５０を含むことができ、移動電界を用いて複数の荷電粒子１４６を表面１５０上に運ぶことができる。種々の実施の形態では、表面１５０は、ドナーロール、ベルト、レセプタ（受容体、例えば、感光体）及び半導電性基体（半導体）のうちの少なくとも１つを含むことができる。いくつかの実施の形態では、表面１５０は回転基体を含むことができる。いくつかの実施の形態では、電源１３０は第１の電極アレイ１１１及び表面１５０に機能的に接続されることが可能である。
【００１１】
図２は、静電荷を粒子２４５に付与する別の例示的なシステム２００を示している。システム２００は、互いに離間された複数の電極を含む第１の電極アレイ２１１を覆うように配置された第１の複数のナノ構造２２０と、互いに離間された複数の電極を含む第２の電極アレイ２１１’を覆うように配置された第２の複数のナノ構造２２０’と、を含むことができ、第２の電極アレイ２１１’を第１の電極アレイ２１１とほぼ平行に対向させて配置することができる。いくつかの実施の形態では、第１の電極アレイ２１１を含む第１の基板２１０の上に第１の複数のナノ構造２２０を配置することができ、第２の電極アレイ２１１’を含む第２の基板２１０’を覆うように第２の複数のナノ構造２２０’を配置することができる。いくつかの実施の形態では、第１の電極アレイ２１１を電気絶縁基板２１０の上に配置し、保護及び電荷消散コーティングで被覆することができる。他の実施の形態では、第２の電極アレイ２１１’を電気絶縁基板２１０’の上に配置し、保護及び電荷消散コーティングで被覆することができる。システム２００は、第１の電極アレイ２１１及び第２の電極アレイ２１１’に機能的に接続され、多相電圧を第１の電極アレイ２１１及び第２の電極アレイ２１１’に印加して第１の電極アレイ２１１及び第２の電極アレイ２１１’の各電極間に移動電界を生じる電源２３０も含むことができる。また、システム２００は、複数のナノ構造２２０、２２０’に近接した表面２５０を含むことができ、移動電界を用いて複数の荷電粒子２４６を表面２５０上に運ぶことができる。
【００１２】
いくつかの実施の形態では、基板１１０、２１０及び２１０’は、銅などの金属電極を有する約２０μｍから約１５０μｍの厚さのポリイミドフィルムを含む可撓性の回路基板とすることができる。種々の実施の形態では、第１の電極アレイ１１１、２１１及び第２の電極アレイ２１１’の複数の電極の各々は、約１０μｍから約１００μｍの幅及び約４μｍから約１０μｍの厚さを有することができる。いくつかの実施の形態では、第１の電極アレイ１１１、２１１及び第２の電極アレイ２１１’は、複数の電極の各々の間に複数の電極の各々の幅と等しい間隔を有することができる。
【００１３】
種々の実施の形態によると、静電荷を粒子１４５、２４５に付与する方法がある。この方法は、複数の帯電対象粒子（帯電すべき粒子）１４５、２４５を提供することと、互いに離間された複数の電極を含む第１の電極アレイ１１１、２１１を覆うように配置された複数のナノ構造１２０、２２０を提供することと、第１の電極アレイ１１１、２１１に機能的に接続された多相電源１３０、２３０を提供することと、を含むことができる。いくつかの実施の形態では、多相電源１３０、２３０を提供するステップは、図１に示すように第１の電極アレイ１１１及び表面１５０に機能的に接続された多相電源１３０を提供することを含むことができる。他の実施の形態では、第１の電極アレイ１１１、２１１の上に配置された複数のナノ構造１２０、２２０を提供するステップが、第１の電極アレイ１１１、２１１を含む基板１１０、２１０の上に配置された複数のナノ構造１２０、２２０を提供することを含むことができる。また、この方法は、多相電圧を第１の電極アレイ１１１、２１１に印加して第１の電極アレイ１１１、２１１の各電極間に移動電界を生じ、これによって複数のナノ構造１２０、２２０から電子放出を生じて複数の荷電粒子１４６、２４６を形成し、移動電界を用いて複数の荷電粒子１４６、２４６の各々を表面１５０、２５０に運ぶことを含むことができる。種々の実施の形態では、この方法は、移動電界の周波数及び大きさを用いて複数の荷電粒子１４６、２４６の各々の静電荷量を制御することを更に含むことができる。
【００１４】
いくつかの実施の形態では、この方法は、互いに離間された複数の電極を含む第２の電極アレイ２１１’を覆うように配置された第２の複数のナノ構造２２０’を提供することを更に含むことができ、第２の電極アレイ２１１’を図２に示すように第１の電極アレイ２１１とほぼ平行に対向させて配置することができる。いくつかの実施の形態では、多相電圧を第１の電極アレイ２１１に印加して第１の電極アレイ２１１の各電極間に移動電界を生じるステップは、多相電圧を第１の電極アレイ２１１及び第２の電極アレイ２１１’に印加して第１及び第２の電極アレイの各電極間に移動電界を生じることを含むことができる。 特定の理論による制限を意図していないが、移動電界における電界は、基板２１０を離れてアクティブ領域に垂直の方向に移動するにつれて低下すると考えられる。よって、粒子の帯電は、電界が最も強く、更に輸送電界（移動電界）(transport field)が最も強い領域で生じることができ、このような領域では荷電粒子を基板２１０に沿って移動させる傾向にある。移動電界グリッドを平行に配置することにより、第１の電極アレイ１１１、２１１又は第２の電極アレイ２１１’の輸送電界から流れ出る粒子１４５、２４５を第１の電極アレイ１１１、２１１又は第２の電極アレイ２１１’のうちのもう一方によって捕らえることができる。種々の実施の形態では、移動電界を矩形波交流電界、正弦波交流電界、及び複数の正弦波電界の和のうちの少なくとも１つとすることができ、正弦波電界の和は下記式のような連続波を含む。
【００１５】
【数１】
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【００１６】
当業者は、２つ以上の相及び１つ以上の異なる波形を用いて移動電界を発生できることを理解しているであろう。また、粒子１４５、２４５の移動の条件は粒子１４５、２４５の電荷の関数であるため、静電荷を粒子１４５、２４５に付与する方法は、粒子１４５、２４５の帯電と同時に電荷に対するフィルタリングを含むことができる。よって、粒子１４５、２４５が移動電界の周波数及び大きさによって決定される最適の電荷に達して荷電粒子１４６、２４６になると、粒子１４５、２４５は電極領域から出て表面に移動する。また、移動電界の周波数及び／又は大きさを制御して最適な電荷レベルの粒子１４６、２４６を生じることができる。
【００１７】
種々の実施の形態によると、図３及び図４に示すように、静電荷を粒子３４５、４４５に付与する他の例示的なシステム３００、４００がある。システム３００、４００は、複数の帯電対象粒子３４５、４４５と、第１の電極３１５、４１５を覆うように配置された複数のナノ構造３２０、４２０をそれぞれ含むことができ、第１の電極３１５、４１５を回転表面３５０、４５０に近接して配置することができる。更に、システム３００、４００は、電圧を供給して第１の電極３１５、４１５と回転表面３５０、４５０との間に電界を生じる電源３３０、４３０を含むことができ、電界は複数のナノ構造３２０、４２０から電子放出を生じて複数の荷電粒子３４６、４４６を形成することができる。いくつかの実施の形態では、図３に示すように、複数の帯電対象粒子３４５を複数のナノ構造３２０の上に配置することができる。他の実施の形態では、図４及び図５に示すように、複数の帯電対象粒子４４５を回転表面４５０の上に配置することができる。いくつかの実施の形態では、図４及び図５に示すように、第１の電極４１５はブレードの形を有することができる。いくつかの実施の形態では、回転表面３５０、４５０は、ドナーロール、ベルト、レセプタ（受容体、例えば、感光体）及び半導電性基体のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００１８】
種々の実施の形態によると、静電荷を粒子３４５、４４５に付与する方法がある。この方法は、複数の帯電対象粒子３４５、４４５を提供することと、第１の電極３１５、４１５を覆うように配置された複数のナノ構造３２０、４２０を提供することと、を含むことができ、図３、図４及び図５に示すように、第１の電極３１５、４１５を回転表面３５０、４５０に近接して配置することができる。ある実施の形態では、複数の帯電対象粒子３４５、４４５を提供するステップは、図３に示すように、複数のナノ構造３２０の上に配置された複数の帯電対象粒子３４５を提供することを含むことができる。他の実施の形態では、複数の帯電対象粒子３４５、４４５を提供するステップは、図４及び図５に示すように回転表面４５０の上に配置された複数の帯電対象粒子４４５の提供を含むことができる。種々の実施の形態では、第１の電極４１５を覆うように配置された複数のナノ構造４２０を提供するステップは、図４及び図５に示すようにブレードの形を有する第１の電極４１５を提供することを含むことができる。また、この方法は、第１の電極３１５、４１５と回転表面３５０、４５０との間に電界を付与し、これによって複数のナノ構造３２０、４２０から電子放出を生じ、複数の荷電粒子３４６、４４６を形成することを含むことができる。第１の電極３１５、４１５と回転表面３５０、４５０との間に電界を付与することで、ナノ構造３２０、４２０の先端において電荷の流れ又はコロナ発生を引き起こして粒子３４５、４４５を帯電することができ、粒子３４６、４４６の帯電レベルをバイアスレベルによって制御できることを、当業者は理解しているであろう。
【符号の説明】
【００１９】
１００、２００、３００、４００    システム
１１０、２１０                    第１の基板
１１１、２１１                    第１の電極アレイ
１２０、２２０、３２０、４２０    ナノ構造
１３０、２３０、３３０、４３０    電源
１４５、２４５、３４５、４４５    粒子
１４６、２４６、３４６、４４６    荷電粒子
１５０、２５０、３５０、４５０    回転表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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