JP2002328506A

JP2002328506A - 帯電装置

Info

Publication number: JP2002328506A
Application number: JP2001265320A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Sato; 達哉佐藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2002-11-15

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な構成でオゾン及びＮＯｘ等の問題物質
の発生を防止すると共に、帯電均一性も向上することが
できる帯電装置を提供する。【解決手段】気体のイオンに伝導性を有する固体電解
質の少なくとも一部に電極を設け、該電極にコロナ放電
開始電圧以下の電圧を通電することによって前記固体電
解質に接触する気体の少なくとも一部を直接イオン化さ
せるイオン源と、前記イオン源を取り囲むシールドによ
り形成されるイオン生成空間部と、前記イオン源でイオ
ン化された前記気体を前記イオン源の外部に生成イオン
として引き出す引出手段と、前記生成イオンを被帯電体
に向け放出する放出手段とを備え、前記生成イオンによ
り前記被帯電体を帯電させる帯電装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は帯電装置に係り、特
に固体電解質を用いて生成させたイオンによって、例え
ば電子写真方式の画像形成装置における感光体等の被帯
電体を帯電させる帯電装置に関するものである。近年の
環境意識の向上から、ＵＬ規格、ＴＵＶ規格、ＢＡＭ規
格など、複数の国、地域で複数の団体により電子写真方
式の画像形成装置に対して、発生するオゾン量を規制す
るための規格が設定されるようになっている。

【０００２】

【従来の技術】帯電装置の放電により発生するＮＯｘに
起因する物質は、被帯電体に付着し吸湿するので、その
表面電位を低下させ不良画像が発生するという不具合を
生じさせる。さらに、帯電装置の放電により発生するオ
ゾンは環境保全の面から低減させることが必要である。

【０００３】従来のコロナ帯電器、ローラ帯電器、ブラ
シ帯電器、さらには固体帯電器についても上記点に考慮
した多くの提案がなされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】コロナ帯電器は、最も
多く利用されている帯電方式である。この帯電方式は非
常に多くのオゾンおよびＮＯｘを発生させる。そこで、
例えば特開平９−１１４１９２号公報に開示されるよう
にオゾンの発生量を低減する手段が提案されている。こ
こでは、非常に細い４０〜５０ミクロンのワイヤを用い
て放電を行うことによりオゾン等を５０％以下に低減し
ている。また、特開平６−３２４５５６号公報にはワイ
ヤの３方を囲むように配置された金属筐体と解放部近傍
に金属メッシュ電極を配置し、ワイヤから発生したオゾ
ンを閉じこめ、オゾン分子の衝突確率を高めることによ
り放出されるオゾン量の低減を図っている。

【０００５】しかし、前記技術ではせいぜい５０％程度
のオゾン量の低減しかできず、オゾン吸着剤等との併用
が必要であった。

【０００６】また、ローラ帯電器は、例えば特開昭５６
−９１２５３号公報で提案され、近年、盛んに検討され
ている帯電方式である。この方式はオゾンの発生を非常
に少なくでき、有望視されている。しかし、帯電が不均
一になりやすい。ローラ表面のトナー汚染、印加するバ
イアス交流による振動、画像にモワレなどが生じやす
い、回転体であり、ローラ表面クリーニングが必要にな
るために部材が多い等、の問題がある。さらに、被帯電
体となる感光体の感光層が絶縁破壊されてピンホールが
発生し易く、振動音、帯電ローラ跡（可塑剤）、ローラ
の永久変形等が生じ易いといった問題もある。

【０００７】また、ブラシ帯電器については、例えば特
公昭５５−２９８３７号公報の提案がある。このブラシ
帯電器の場合には、筋状帯電むら、環境変動、低温スト
リーマ放電。白斑点、感光体磨耗、磨耗感光体の蓄積、
ブラシの抜け、感光体傷に対する異常放電に起因するブ
ラシの溶融等、の問題が指摘されている。

【０００８】また、固体帯電器については、例えば特開
昭５４−５３５３７号公報に提案がある。そして、特開
平５−９４０７７号公報には絶縁部材上に放電電極を、
微小間隔を介して多数併設する装置が提案され、特開平
６−７５４５７号公報には帯電器と非記録体との間隔を
５００〜３０００μｍに設定することにより、イオンの
飛距離を短くしてオゾンの拡散を抑制すると共にトナー
などの付着を防止について提案されている。また、特開
平９−２４４３５０号公報には板状基板上の放電電極と
その外周に配設する沿面グロー放電手段と帯電器全体を
覆うカバーを備えた放電装置、特開平９−１１５６４６
号公報には平面型固体放電装置の電極材料に特定の仕事
関数の材料を用いる事によるＮＯｘの低減を提案してい
る。

【０００９】しかし、上記固体帯電器は装置を小型化で
きるなどの利点はあるものの、放電面積が広く、オゾン
やＮＯｘなどの問題物質の低減は十分になされていな
い。

【００１０】さらに、上記オゾンを除くためのオゾン吸
着剤についての提案もある。このオゾン吸着剤は発生し
たオゾンを活性炭などの触媒機能により酸化したり、表
面に吸着させる。しかし、経時劣化が生じるためにオゾ
ンフィルタの交換、メンテナンスが必要となる。

【００１１】さらには、特許２７９５０８０号には固体
電解質を利用し、気体の直接イオン化によるイオンを帯
電に利用する帯電装置が提案されている。しかしなが
ら、固体電解質が被帯電体に対向する位置にあり、かつ
固体電解質と被帯電体の間の電界のみによりイオンを搬
送するため、被帯電体の電位に固体電解質の電位が影響
されることとなり、固体電解質に印加できる電圧には、
被帯電体の電位設定による制約があった。

【００１２】したがって、本発明は前述した従来の問題
を鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成
でオゾン及びＮＯｘ等の問題物質の発生を防止すると共
に帯電均一性も向上することができる帯電装置を提供す
ることである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は請求項１に記
載の如く、気体のイオンに伝導性を有する固体電解質の
少なくとも一部に電極を設け、該電極にコロナ放電開始
電圧以下の電圧を通電することによって前記固体電解質
に接触する気体の少なくとも一部を直接イオン化させる
イオン源と、前記イオン源を取り囲むシールドにより形
成されるイオン生成空間部と、前記イオン源でイオン化
された前記気体を前記イオン源の外部に生成イオンとし
て引き出す引出手段と、前記生成イオンを被帯電体に向
け放出する放出手段とを備え、前記生成イオンにより前
記被帯電体を帯電させる帯電装置、によって達成され
る。

【００１４】また、請求項２に記載の如く、請求項１に
記載の帯電装置において、前記固体電解質は、希土類金
属の酸化物を添加した安定化ジルコニア、希土類金属の
酸化物を添加した部分安定化ジルコニア、アルカリ土類
金属の酸化物を添加した安定化ジルコニア、アルカリ土
類金属の酸化物を添加した部分安定化ジルコニア、希土
類金属の酸化物及びアルカリ土類金属の酸化物の混合物
を添加した安定化ジルコニア及び希土類金属の酸化物及
びアルカリ土類金属の酸化物の混合物を添加した部分安
定化ジルコニアから成る群から選択されたいずれか１つ
である、構成を採用することができる。

【００１５】また、請求項３に記載の如く、請求項１又
は２に記載の帯電装置において、前記イオン生成空間部
へ導入される気体の経路に粒子除去用フィルターを配備
する、ことが好ましい。

【００１６】また、請求項４に記載の如く、請求項１か
ら３のいずれかに記載の帯電装置において、前記イオン
生成空間部へ導入される気体の経路に、イオン中和防止
のためのイオンフィルター用電極を配備する、ことが好
ましい。

【００１７】また、請求項５に記載の如く、請求項１か
ら４のいずれかに記載の帯電装置において、前記イオン
源と前記被帯電体との間に、該被帯電体面に平行で前記
生成イオンが通過しうる形状の補助電極を配設し、該補
助電極に電圧を印加して生成イオンを前記被帯電体に向
かって引き出す、ように構成していもよい。

【００１８】さらに、請求項６に記載の如く、請求項１
から５のいずれかに記載の帯電装置において、前記イオ
ン生成空間部に気体を導入する圧縮気体供給手段を設け
ると共に、該圧縮気体供給手段により供給された圧縮気
体を、前記生成イオンを生成し得る成分に関して高濃度
成分側と低濃度成分側とに分離する気体分離手段を備
え、前記気体分離手段により分離された気体成分の内、
前記高濃度成分側を前記イオン生成空間部へ導入する、
構成としてもよい。

【００１９】また、請求項７に記載の如く、請求項１か
ら６のいずれかに記載の帯電装置において、前記電極が
白金族の金属又は白金族の合金からなっていることが好
ましい。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施例を説明する。なお、以下の実施例では通所の環境で
ある空気（気体）中に帯電装置を設置した場合を想定し
て説明するが、これに限定するものではなく他の気体中
で本実施例の帯電装置を駆動してもよい。本実施例では
被帯電体を帯電させるために酸素イオンを生成させる場
合を例に取り説明する。（第１実施例）図１は第１実施例の帯電装置１００の概
要を示す斜視図、図２は帯電装置１００の内部構成とこ
れにより帯電される被帯電体１１６について示した図で
ある。

【００２１】帯電装置１００は、シールド１０２に形成
されたイオン生成空間部１０７内に、空気中に存在する
気体のイオンについて伝導性を有するイオン源１０１を
設置し、このイオン源１０１には電源１０９からの所定
の電圧が印加されるようになっている。このイオン源１
０１の構成については、後のおいて詳細に説明するが、
固体電解質の少なくとも一部に電極が設けられ、この電
極にコロナ放電開始電圧以下の電圧が電源１０９から供
給されるようになっている。この固体電解質に接触する
気体の少なくとも一部を直接イオン化するものである。

【００２２】イオン生成空間部１０７に対して気体（空
気）の導入路１０５、送風ファン１０６や圧縮気体供給
手段などの気体送り込み手段が配設されており、イオン
生成空間部１０７内に気体を送り込むことができるよう
になっている。

【００２３】また、上記イオン生成空間部１０７には、
導入された気体およびここで生成されたイオンを放出す
るための放出口１０８が形成されている。

【００２４】以上のような構成からなる帯電装置１００
を用いて被帯電体１１６の帯電を行う場合には、図２に
示すように帯電装置１００の放出口１０８を被帯電体１
１６に対して所定間隔をもって対向配置させる。

【００２５】この帯電装置１００は、次のように動作す
る。前述したようにここで導入される気体は空気であ
る。空気は、気体送り込み手段（例えば送風ファン）１
０６により発生する気流に従い、導入路１０５からイオ
ン生成空間部１０７内へ導入される。このとき図３に示
すように、空気中の酸素は前記イオン源１０１の固体電
解質Ａ上の電極Ｂからの電子ｅ⁻を得てイオン化され、
酸素イオン（Ｏ^２−）となる。この酸素イオンは固体電
解質Ａの中をアノード側すなわちプラス側に泳動され、
固体電解質Ａの電極Ｂと反対側の表面に達する。そし
て、固体電解質Ａの電極Ｂと反対側の表面に到達した酸
素イオンは、電極Ｂとイオンを引き出す引出手段として
の電極１０３の間に形成される電界Ｅによって、空気中
に取り出される。本発明ではこのようにイオン生成空間
部１０７内に取り出したイオンを生成イオンという。

【００２６】ここで電極１０３とイオン源１０１の間の
電界は、気体に電離を生じさせない強さ、すなわちコロ
ナ放電を開始しない大きさに制御されている。

【００２７】上記のように発生した生成イオンは気流と
共に放出口１０８に向かって移動することにより、イオ
ン流が発生する。

【００２８】また、このとき放出口１０８と被帯電体１
１６との間に、イオン生成空間部１０７において発生し
た生成イオンおよび電子が被帯電体１１６側に向けて加
速流動するような電界が形成されるよう、上記被帯電体
１１６側には放出手段となるバイアス電源１２０が印加
されている。

【００２９】放出口１０８から外部に向かう気流、およ
び放出口１０８と被帯電体１１６との間の電位差により
形成される電界により、放出口１０８に向けて移動した
イオン流が被帯電体１１６上に接触することによって、
被帯電体１１６が帯電される。

【００３０】なお、空気の代わりに純粋な酸素ガスが導
入された場合にも、もちろんイオンを発生させることが
可能である。

【００３１】以上のように本実施例の帯電装置において
は、固体電解質による直接イオン化のみを利用してイオ
ンを発生させるため、通常のコロナ放電方式のように反
応活性なラジカルが発生する箇所がない。よって、放電
生成物として問題となるオゾンやＮＯｘの生成がほとん
ど起こらない。

【００３２】さらに、固体電解質に印加できる電圧に
は、被帯電体の電位設定による制約がないため、固体電
解質が被帯電体に対向する場合に比べイオン発生量を多
くできる電圧設定が可能となる。

【００３３】また、前記放出口８の形状や位置によりイ
オン量の分布を調整できるため、シールド内のイオン源
の位置に依存せず均一な帯電を行うことができる。

【００３４】前記イオン源１０１に用いる固体電解質Ａ
としては、例えば安定剤を添加したジルコニアを用いる
ことができる。一般に、ジルコニアは、室温では単斜晶
系、高温では正方晶系の歪んだ螢石型構造をとる。この
ジルコニアにＣａ，Ｍｇ等のアルカリ土類金属やＹ等の
希土類金属の酸化物を添加すると、広い温度範囲で安定
な正方晶または立方晶が部分的もしくは全体的に生じ、
安定化ジルコニアまたは部分安定化ジルコニアとなる。

【００３５】安定化ジルコニアとは、最高高温相である
螢石型立方晶として低温でも安定して存在するものであ
り、部分安定化ジルコニアとは、正方晶と立方晶の混合
物、立方晶と単斜晶の混合物、正方晶と単斜晶の混合物
または正方晶単相として存在するものである。両者の相
違は前記酸化物の添加量の差によりもたらされる。

【００３６】また、ジルコニア中にＣａ^２+、Ｍｇ^２+等
のアルカリ土類金属イオンやＹ^３+等の希土類金属イオ
ンなどのＺｒ^４+と価数の異なる金属イオンの酸化物が
固溶すると、結晶格子中に酸素イオン空孔が生じ、この
空孔を介して酸素イオン導電性が示される。よって、本
実施例で用いる固体電解質は気体のイオン（空気の場合
は酸素イオン）に好ましい伝導体となる。

【００３７】すなわち、先に図を用いて説明したよう
に、電極Ｂが表面に形成された固体電解質Ａの表面で
は、カソード側すなわちマイナス側で大気中の酸素ガス
Ｏ^２が電極Ｂからの電子ｅ⁻を得てイオン化して酸素イ
オン（Ｏ^２−）となる。この酸素イオンは固体電解質Ａ
の中をアノード側すなわちプラス側に泳動され、固体電
解質Ａの電極Ｂと反対側の表面に達することになる。

【００３８】前記電極Ｂとしては、例えばニッケルやペ
ロブスカイト型酸化物（ＬａＣｏＯ３）等が用いること
ができるが、特に白金、ルテニウム、ロジウム、イリジ
ウム、パラジウム、オスミウム等の白金族に属する金属
により形成すると、大気中、高温で使用しても化学的に
安定であり、かつ触媒としての作用により生成イオン発
生量を向上させることができる。例えば、前述のイオン
源１０１は次のように製造することができる。

【００３９】図４はイオン源１０１の製造工程を簡単に
示した図である。まず、図４において、気体透過可能な
多孔質体Ｃとして使用される既に焼成済みの多孔質アル
ミナ板上に、白金ペーストＤを所定の厚さに塗布した
後、白金ペーストＤに含まれている有機バインダを常温
から２００℃程度の温度で乾燥させ、さらにその後、約
１０００℃の温度で焼成することによって、白金電極Ｂ
を形成する。このような厚膜印刷法を用いた場合には、
焼成された白金電極膜Ｂは、ポーラスなものとなり、固
体電解質Ａ表面における酸素のイオン化を妨げことがな
いので好適である。

【００４０】次に、上記の如く多孔質体Ｃ上に形成され
た白金電極Ｂの上に、バインダを含有するジルコニア粉
を塗布し、１０００℃以上の高温で焼結してジルコニア
固体電解質Ａを形成する。

【００４１】このようにして一体的に形成された固体電
解質Ａ、白金電極Ｂ及び多孔質体Ｃを、前記イオン生成
空間部１０７内に組み付けることによって、帯電装置１
００が製造される。先に示した図３のイオン源１０１に
も多孔質体Ｃが形成された状態で示されている。

【００４２】なお、上記白金電極Ｂとジルコニア固体電
解質Ａは、多孔質体Ｃ上に順次積層し、同時に焼結する
ことも可能である。

【００４３】本第１実施例の帯電装置をイットリア安定
化ジルコニアによる固体電解質と白金電極で形成したイ
オン源を有する構成とし、被帯電体（感光体ユニット
タイプ800：リコー社製）表面全体を−７００Ｖに帯電
させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度および
ＮＯｘ濃度の測定を行った。その結果、オゾン、ＮＯｘ
ともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかっ
た。

【００４４】また、前記イットリア安定化ジルコニアに
代えて、他にイットリア部分安定化ジルコニア、カルシ
ア安定化ジルコニア、カルシア部分安定化ジルコニア、
イットリア−カルシア混合物による安定化ジルコニア、
イットリア−カルシア混合物による部分安定化ジルコニ
アを固体電解質として用いた場合も同様に、オゾン、Ｎ
Ｏｘともバックグラウンドレベル以上の値は検出されな
かった。

【００４５】なお、添加する酸化物は上記に挙げた以外
に限定されず、他の希土類金属の酸化物及びアルカリ土
類金属の酸化物について、そのいずれか一方或いは両方
を添加しても勿論よい。

【００４６】また、メッキ法でニッケル電極を形成した
イオン源を使用した帯電装置で帯電に要する時間と比較
したところ、白金電極を形成したイオン源を使用した方
の時間が短縮されていた。

【００４７】ところで、イオン源の形状や使用温度によ
っては電極Ｂの材料が白金族に属する金属単体では軟ら
か過ぎる、或いは脆い等の理由で破損し易い場合もあ
る。これに対処する手法としては白金−ルテニウム、白
金−イリジウム、白金−パラジウム合金等の白金族合金
を電極として使用することによって電極Ｂに要求される
硬度を確保して同様の効果を得ることができる。

【００４８】以下さらに本発明の帯電装置について複数
の実施例を説明するが、上記第１実施例の帯電装置と同
様の部位には同一付して重複した説明を省略し、特徴部
分を中心に説明する。（第２実施例）図５は粒子フィルターを備えた第２実施
例の帯電装置を示している。本実施例の帯電装置は、気
体送り込み手段１０６の前段に粒子フィルター１３０を
配備している。

【００４９】この帯電装置においては、気体は、気体送
り込み手段（例えば送風ファン）１０６により発生する
気流に従い、導入路１０５からイオン生成空間部１０７
内へ導入されるが、その際送風ファン１０６の前段に配
備された粒子フィルター１３０により気体に混入してい
る粒子（トナー、埃、たばこの煙など）は取り除かれて
いるため、イオン生成空間部１０７側には清浄な気体が
送り込まれる。このためイオン源１０１へ粒子が付着す
ることによりイオン発生量が不安定になることを防止で
きる。

【００５０】前記粒子フィルター１３０としては、不織
布フィルターが使用できるが、より小さな粒子の侵入も
防止することも必要であればＨＥＰＡフィルターを用い
てもよい。

【００５１】なお、本第２実施例では気体送り込み手段
１０６の前段に粒子フィルター１３０を配備した例を示
したが、もちろん気体の導入路１０５内に配備しても同
様の効果を得ることができる。

【００５２】本実施例に示す帯電装置において、イット
リア安定化ジルコニアの固体電解質、白金電極からなる
イオン源を使用し、被帯電体（感光体ユニットタイプ
800：リコー社製）表面全体を−７００Ｖに帯電させ、
この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度およびＮＯｘ
濃度の測定を行った。その結果、オゾン、ＮＯｘともバ
ックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。

【００５３】また、粒子フィルターを配備する前後での
帯電に要する時間を比較したところ、粒子フィルターを
配備した以後の時間は短縮された。（第３実施例）図６はイオンフィルター用電極を備えた
第３実施例の帯電装置を示している。本実施例の帯電装
置は、気体送り込み手段１０６の前段にイオンフィルタ
ー用の電極１３１を配備している。

【００５４】例えば、静電気学会誌，２３（１），ｐ．
３７−４３（１９９９）によると、通常の大気中ではＨ
_３Ｏ^＋（Ｈ_２Ｏ）ｎやＮＨ_４ ^＋（Ｈ_２Ｏ）_ｎ、ピリジン
同族体の正イオン、アミン同族体イオン等の正イオンの
存在が確認されている。これらの正イオンがそのまま帯
電装置のイオン生成空間部１０７内に導入されると、そ
れにより電荷の中和が起こり帯電効率を低下させる原因
ともなる。

【００５５】しかし、本第３実施例の帯電装置によれ
ば、気体は、気体送り込み手段（例えば送風ファン）１
０６により発生する気流に従い、導入路１０５からイオ
ン生成空間部１０７内へ導入されるが、その際送風ファ
ン１０６の前段に配備されたイオンフィルター用電極１
３１（例えば金属メッシュ）により、気体に混入してい
る正イオンは取り除かれている。よって、イオン生成空
間部１０７には正電荷がほぼ除かれた好適な電荷状態の
気体を送り込むことができる。

【００５６】本実施例によれば、電荷の中和を防止する
ことができので帯電効率を向上させることができる。特
に正帯電性のトナーを使用している環境では浮遊トナー
の導入も防止でき、より一層の効果がある。

【００５７】本実施例の帯電装置としてイットリア安定
化ジルコニアの固体電解質、白金電極からなるイオン源
を使用し、被帯電体（感光体ユニットタイプ800：リ
コー社製）表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の
帯電装置周辺におけるオゾン濃度およびＮＯｘ濃度の測
定を行った。その結果、オゾン、ＮＯｘともバックグラ
ウンドレベル以上の値は検出されなかった。

【００５８】また、イオンフィルター用電極１３１を配
備する前後での帯電に要する時間を比較したところ、イ
オンフィルター用電極を配備した以後の時間が短縮され
た。

【００５９】なお、本実施例ではイオンフィルター用電
極１３１として金属メッシュ電極を使用しているが、格
子状等その他の形状も適用可能である。（第４実施例）図７は、前記生成イオンを被帯電体側へ
円滑に送り込むための補助電極を備えた第４実施例の帯
電装置を示している。本実施例の帯電装置は、放出口１
０８と被帯電体１１６との間に補助電極１４０を配備し
ている。

【００６０】図７に示す帯電装置は、放出口１０８と被
帯電体１１６との間に、被帯電体面に平行でイオンを通
過し得る形状の補助電極１４０（例えば金属メッシュ）
を配備している。ここで補助電極１４０の形状は、その
ほか格子状など、イオンが被帯電体１１６に到達するこ
とを妨げず、生成イオンが被帯電体１１６側へ円滑に流
動するのを補助するものであれば特に制限されない。

【００６１】前記補助電極１４０には電源１４１により
放出口１０８に対し正電位となるように電圧を印加して
ある。さらに、補助電極１４０を通過したイオンおよび
電子が被帯電体１１６側に向けて流動するような電界が
形成されるよう、その被帯電体１１６側にバイアス電源
１２０により電圧が印加されているのは前述したとおり
である。

【００６２】補助電極１４０の形状が被帯電体１１６に
平行であるため、この補助電極１４０と被帯電体１１６
との間の電界は気体放出部の形状に依存することがな
い。よて、均一な電界内を生成イオンが飛行することに
なるので被帯電体１１６を均一に帯電することができ
る。本実施例に示す帯電装置においても、イットリア安
定化ジルコニアの固体電解質、白金電極からなるイオン
源を使用し、被帯電体（感光体ユニットタイプ800：
リコー社製）表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時
の帯電装置周辺におけるオゾン濃度およびＮＯｘ濃度の
測定を行った。その結果、オゾン、ＮＯｘともバックグ
ラウンドレベル以上の値は検出されなかった。

【００６３】また、帯電電位の分布を補助電極１４０を
配備する前後で比較したところ、電極１４０を配備した
方が分布が小さくなっていた。（第５実施例）図８は生成イオンを被帯電体側へ円滑に
送り込むために前記補助電極１４０に加えて、さらに電
極が複数に区分された補助電極群を備えた第５実施例の
帯電装置を示している。本実施例の帯電装置は、放出口
１０８と被帯電体１１６との間に複数の区画に区分され
た補助電極群１４２を配備している。

【００６４】図８に示す帯電装置は、放出口１０８と被
帯電体１１６との間に、前記補助電極１４０とは別に、
被帯電体１１６面に平行で生成イオンを通過し得る形状
の電極が複数の区画に区分された電極群１４２が配設さ
れている。この電極群１４２の各区画には互いに独立に
電圧を印加することができるようになっている。図８で
は電源群１４２により放出口１０８に対し正電位となる
ように電圧を印加している。

【００６５】図８に示す電極群１４２の各区画の形状は
格子状であるが、そのほか網状など、生成イオンが被帯
電体１１６に到達することを妨げないものであれば特に
制限されない。

【００６６】これにより、生成イオンが放出された時点
で分布が不均一であったとしても、電極群１４２の電位
分布を調整することでイオンの分布を均一化することが
できる。

【００６７】なお、本実施例でも前記補助電極１４０に
は電源１４１により電極群１４２に対し正電位となるよ
うに電圧を印加してある。さらに、電極１４０を通過し
た生成イオンおよび電子が被帯電体１１６側に向けて流
動するような電界が形成されるよう、その被帯電体１１
６側にバイアス電源１２０により電圧が印加されている
のは前述した通りである。

【００６８】本実施例では電極群１４２及び電極１４０
の形状が被帯電体１１６に平行であるため、電極１４０
と被帯電体１１６との間の電界は電極群１４２の電位分
布に依存しない。よって、均一な電界内を生成イオンが
飛行するため被帯電体１１６をより均一に帯電すること
ができるようになる。

【００６９】本実施例に示す帯電装置においても、イッ
トリア安定化ジルコニアの固体電解質、白金電極からな
るイオン源を使用し、被帯電体（感光体ユニットタイ
プ800：リコー社製）表面全体を−７００Ｖに帯電さ
せ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度およびＮ
Ｏｘ濃度の測定を行った。その結果、オゾン、ＮＯｘと
もバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかっ
た。

【００７０】また、帯電電位の分布を前述した第４実施
例と比較したところ、本第５実施例の方がさらに分布が
小さくなり改善されていた。（第６実施例）図９はイオン生成空間部内にイオン源の
電子放出面を加熱する加熱手段１５０を備えた第６実施
例の帯電装置を示している。

【００７１】前述したイオン源１０１の固体電解質は、
一般に常温では高抵抗体であるが、その温度を上昇させ
ることによってさらに良好なイオン伝導性を示す。比較
的低い電圧で必要とする放電電流を得るためには、固体
電解質を加熱しておくことが好ましい。

【００７２】また、イオン生成空間部１０７に導入する
気体が空気である場合には、生活温度範囲での低温で凝
縮する水蒸気等の気体が混在している。したがってイオ
ン源１０１表面において例えば水蒸気が凝縮すると、そ
の後のイオン発生動作を阻害することにもなる。

【００７３】そこで、第６実施例の帯電装置では、イオ
ン生成空間部１０７内にイオン源１０１の電子放出面、
すなわち生成イオンを放出する面を加熱する加熱手段１
５０（例えば電熱線）を配備している。

【００７４】本実施例では、加熱手段１５０からの輻射
熱および加熱された気体からの熱移動により固体電解質
の温度が高温となる。これでより良好なイオン伝導性が
得られ、かつ水蒸気などが凝縮してイオン発生効率を低
下させることを防止できる。よって、帯電効率の向上を
図ることができる。また、図９に示すように加熱手段１
５０はイオン生成空間部１０７内に配設され、輻射熱が
被帯電体１１６に直接的に入射することがない構成であ
るため、被帯電体の耐熱性による制約がない。

【００７５】本実施例に示す帯電装置においても、イッ
トリア安定化ジルコニアの固体電解質、白金電極からな
るイオン源を使用し、被帯電体（感光体ユニットタイ
プ800：リコー社製）表面全体を−７００Ｖに帯電さ
せ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度およびＮ
Ｏｘ濃度の測定を行った。その結果、オゾン、ＮＯｘと
もバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかっ
た。

【００７６】また、本実施例の帯電装置で加熱手段１５
０を加熱した場合と使用しない場合での帯電に要する時
間を比較したところ、加熱手段１５０を加熱していた方
は時間が短縮された。

【００７７】なお、本実施例においては加熱手段として
電熱線を使用したが、ランプの使用や、イオン源の電極
部の加熱、あるいはシールドそのものの加熱という方法
をとることもできる。（第７実施例）図１０は前述したシールド１０２に代え
内壁に改良を加えたシールド１６１を備えた第７実施例
の帯電装置を示している。

【００７８】イオン源１０１の形状、位置やイオン生成
空間部の形状などの影響で導入された気体の流れが一定
せず、生成イオンや電子との衝突頻度が一定しない場合
には、生成イオンの発生量が不安定になる場合がある。

【００７９】そこで、本実施例の帯電装置では、シール
ド１６０として、パンチ穴付きの内壁を有する中空容器
の中空部にスチールウール１６１を中空部に充填したも
のを使用している。この構造ではイオン生成空間部１０
７内において気体の散乱される箇所が飛躍的に増大する
ため、放出口１０８から放出される気体量が特定の部位
に偏らず、より均一化される。これにより前述の問題を
解消することが可能となる。

【００８０】ここでシールド１６０の中空部内に充填す
る材料としてスチールウールに替えてステンレス鋼，パ
ーマロイ，アルミニウム合金，銅などで形成された多孔
質金属を使用してもよいし、その場合パンチ穴付きの代
わりに多孔質金属の孔をそのまま噴出口として使用して
も良い。

【００８１】本実施例に示す帯電装置においても、イッ
トリア安定化ジルコニアの固体電解質、白金電極からな
るイオン源を使用し、被帯電体（感光体ユニットタイ
プ800：リコー社製）表面全体を−７００Ｖに帯電さ
せ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度およびＮ
Ｏｘ濃度の測定を行った。その結果、オゾン、ＮＯｘと
もバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかっ
た。

【００８２】また、本実施例のシールド１６０を使用し
た場合とそうでない場合での帯電に要する時間のばらつ
きを比較したところ、本実施例のシールドを使用した場
合の方が時間のばらつきが縮小された。（第８実施例）図１１は、気体を送り込むためにコンプ
レッサ等の圧縮気体供給手段を用いると共に、気体導入
路１０５の途中に酸素富化膜による酸素（気体）分離手
段１８０を配備した第８実施例の帯電装置を示してい
る。

【００８３】本実施では圧縮空気を用い、この圧縮空気
を酸素が高濃度である成分側と低濃度である成分側に分
る酸素分離手段１８０を配設している。この酸素分離手
段１８０としては、酸素の透過率が高い、シリコーンを
ベースにした酸素富化膜（永柳工業社製）やポリイミド
製の酸素富化膜を使用できる。酸素富化膜は図１２に示
すごとく圧縮空気に作用して酸素の濃度を高くした空気
を生成させる。

【００８４】本実施例では前記気体送り込み手段１０６
としてコンプレッサ等の圧縮空気供給装置を用い、これ
により加圧された圧縮空気は酸素分離手段１８０へ送り
込まれる。酸素分離手段１８０を通過した圧縮空気は、
図１２で示したように高酸素濃度の空気となり、これが
イオン生成空間部１０７内へ導入される。

【００８５】本実施例によれば生成イオンの状態となり
得る酸素分子がより多く供給されるので、イオン生成効
率を向上させることができる。

【００８６】本実施例に示す帯電装置においても、イッ
トリア安定化ジルコニアの固体電解質、白金電極からな
るイオン源を使用し、被帯電体（感光体ユニットタイ
プ800：リコー社製）表面全体を−７００Ｖに帯電さ
せ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度およびＮ
Ｏｘ濃度の測定を行った。その結果、オゾン、ＮＯｘと
もバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかっ
た。

【００８７】また、酸素分離手段１８０を配備する前後
での帯電に要する時間を比較したところ、酸素分離手段
１８０を配備した以後の方が時間は短縮された。（第９実施例）図１３は、気体導入路の途中に前記酸素
富化膜からなる中空糸膜を多数束ねたものを酸素分離手
段１８１として配備した第９実施例の帯電装置を示して
いる。

【００８８】本実施例では、酸素分離手段１８１として
ポリイミド製の中空糸膜、例えば宇部興産社製のポリイ
ミド製窒素富化膜を多数束ねたものから構成したものを
用いる。この酸素分離手段１８１は、図１４に示すよう
に、中空糸膜の側面が空気中の窒素より酸素を透過し易
い性質をもっており、圧縮空気を導入させるとこの中空
糸膜を通過する間に、中空糸膜内部は窒素濃度が高く、
すなわち酸素が低濃度の空気となる。また、側面側から
は酸素の高い空気が透過されてくる。

【００８９】よって、図１３に示した帯電装置に酸素分
離手段１８１とした中空糸膜おいては側面側から放出さ
れる高酸素濃度の空気がイオン生成空間部１０７内へ導
入されるようになっている。このとき、中空糸膜が圧力
により破裂しないように中空糸膜内部のガスは別経路で
外部に放出する構造としておくことが好ましい。

【００９０】上記のように酸素分離手段１８１を中空糸
膜を多数束ねた形状とすることにより、同じ流路径であ
っても図１２で示した単純に平面上の膜を通過させるよ
うな場合と比較して酸素が通過しうる断面積を大幅に増
加させることができる。よって、より多くの高酸素濃度
化した空気を供給することができる。

【００９１】したがって、本実施例によれば生成イオン
の元となる酸素分子がより多く供給されるのでイオン生
成効率がさらに向上することになる。

【００９２】なお、気体分離膜は圧縮空気圧と分離ガス
流量との関係が比例する関係を有するが、圧縮空気が粘
性を有すると共に中空糸膜は極めて長細い管（内径２０
μ程度）であるため、圧縮空気の空気圧がある程度変化
しても、急激に反応して分離ガス量が変動するようなこ
とはない。すなわち、中空糸状のガス分離膜を用いれ
ば、イオン生成空間部へ供給される圧縮空気の酸素濃度
を高くできるのに加え、圧縮空気供給源の空気供給に多
少の変動があったとしても、気体分離膜が緩衝材となっ
て変動を吸収することになる。また、この変動がある程
度の大きさを持っていた場合にも、分離ガス流量は徐々
に変化するため、生成イオン流に与える影響も緩和さ
れ、帯電に与える影響も最小限に防止できる。この時
の、気体分離膜の長さを７０ｃｍ以上とすることで、上
記緩衝作用は十分に機能させることが可能となり、圧縮
空気供給源の変動に対しても均一な帯電ができる。

【００９３】本実施例に示す帯電装置においても、イッ
トリア安定化ジルコニアの固体電解質、白金電極からな
るイオン源を使用し、被帯電体（感光体ユニットタイ
プ800：リコー社製）表面全体を−７００Ｖに帯電さ
せ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度およびＮ
Ｏｘ濃度の測定を行った。その結果、オゾン、ＮＯｘと
もバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかっ
た。

【００９４】また、帯電に要する時間を前述の第８実施
例の場合と比較したところ、本実施例の方がさらに時間
が短縮されていた。（第１０実施例）図１５は、第１０実施例の帯電装置を
示している。本実施例は、前記第９実施例の変形例であ
る。本実施例では、放出口１０８から放出された生成イ
オンを含む気体が被帯電体１１６に接触した後に通過す
る経路近傍に、前記酸素分離手段１８１により分離した
低酸素濃度の空気を導くような流路１８２を配備してい
る。具体的には酸素分離手段１８１において分離された
低酸素濃度の空気を、パイプ１８２により被帯電体１１
６に接触た後に通過する経路近傍に導くものである。

【００９５】放出口１０８からの流出空気流は生成イオ
ンを含む高酸素濃度の状態である。その一方でパイプ１
８２内の空気は酸欠状態である。排出される気体は通常
の空気に近い状態とすることが好ましい。そこで、本実
施例では前記両者のガスを機外排出以前に合流させる構
成を付加している。

【００９６】本実施例に示す帯電装置においても、イッ
トリア安定化ジルコニアの固体電解質、白金電極からな
るイオン源を使用し、被帯電体（感光体ユニットタイ
プ800：リコー社製）表面全体を−７００Ｖに帯電さ
せ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度およびＮ
Ｏｘ濃度の測定を行った。その結果、オゾン、ＮＯｘと
もバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかっ
た。（比較例）図１６は、前記第１〜第１０実施例の比較例
として従来のコロナワイヤー帯電装置５００を用いた場
合を示している。このコロナワイヤー帯電装置５００を
用い、第１〜第１０実施例と同一環境条件で被帯電体１
１６の表面を−７００Ｖに帯電させた。

【００９７】この時の帯電装置５００周辺におけるオゾ
ン濃度およびＮＯｘ濃度の測定を行ったところ、オゾン
４ｐｐｍ及びＮＯｘ０．６ｐｐｍの高い濃度が検出され
た。

【００９８】以上本発明の好ましい実施例について詳述
したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるもの
ではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の
範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【００９９】

【発明の効果】以上詳述したところから明らかなよう
に、請求項１及び２に記載の発明によれば、イオン源か
らイオンのみを発生させるため、通常のコロナ放電方式
のように反応活性なラジカルが発生する箇所がない。よ
って、オゾンやＮＯｘのような問題物質の生成を確実に
抑制することができる。また、放出口の形状や位置によ
りイオン量の分布を調整できるため、シールド内のイオ
ン源の位置に依存せず均一な帯電を行うことができる。

【０１００】また、請求項３記載の発明によれば、イオ
ン生成の生成に清浄な気体を用いることができる。よっ
て、気体中に含まれた粒子の付着による問題を防止し
て、生成イオンより、より被帯電体をより均一に帯電す
ることができる。

【０１０１】また、請求項４記載の発明によれば、生成
イオンが中和されることを防止できるので帯電効率の向
上を図ることができ、より均一な被帯電体の帯電を行う
ことができる。また、請求項５記載の発明によれば、補
助電極が設けられいるので、生成イオンが被帯電体に向
け円滑に流動する状態を形成できので、被帯電体をより
均一に帯電させることができる。

【０１０２】また、請求項６に記載の発明によれば、気
体分離手段により必要な成分を高濃度化した気体をイオ
ン生成空間部内へ導入することができる。よって、生成
イオンをより多く発生させることができるので、帯電効
率をさらに向上させることができる。

【０１０３】また、請求項７に記載の発明によれば、大
気中、高温で使用しても化学的に安定であり、かつ触媒
としての作用により生成イオン発生量を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の帯電装置の概要を示す斜視図であ
る。

【図２】第１実施例の帯電装置の内部構成とこれにより
帯電される被帯電体について示した図である。

【図３】イオン源でのイオン化の様子を説明する図であ
る。

【図４】イオン源の製造工程例を示した図である。

【図５】粒子フィルターを備えた第２実施例の帯電装置
を示す図である。

【図６】イオンフィルター用電極を備えた第３実施例の
帯電装置を示す図である。

【図７】補助電極を備えた第４実施例の帯電装置を示す
図である。

【図８】電極が複数に区分された電極群を備えた第５実
施例の帯電装置を示す図である。

【図９】加熱手段を備えた第６実施例の帯電装置を示す
図である。

【図１０】内壁に改良を加えたシールドを備えた第７実
施例の帯電装置を示す図である。

【図１１】圧縮気体供給手段と気体分離手段を配備した
第８実施例の帯電装置を示す図である。

【図１２】酸素富化膜の作用について説明している図で
ある。

【図１３】中空糸膜を多数束ねたものを酸素分離手段と
して配備した第９実施例の帯電装置を示す図である。

【図１４】中空糸膜の作用について説明している図であ
る。

【図１５】第１０実施例の帯電装置について示す図であ
る。

【図１６】従来のコロナワイヤー帯電装置を用いた場合
について示す図である。

【符号の説明】

１００帯電装置１０１イオン源１０２シールド１０３電極（引出手段）１０５導入路１０７イオン生成空間部１０８放出口１１６被帯電体１２０バイアス電源（放出手段）Ａ固体電解質Ｂ固体電解質に設けた電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気体のイオンに伝導性を有する固体電解
質の少なくとも一部に電極を設け、該電極にコロナ放電
開始電圧以下の電圧を通電することによって前記固体電
解質に接触する気体の少なくとも一部を直接イオン化さ
せるイオン源と、前記イオン源を取り囲むシールドにより形成されるイオ
ン生成空間部と、前記イオン源でイオン化された前記気体を前記イオン源
の外部に生成イオンとして引き出す引出手段と、前記生成イオンを被帯電体に向け放出する放出手段とを
備え、前記生成イオンにより前記被帯電体を帯電させ
る、ことを特徴とする帯電装置。
【請求項２】請求項１に記載の帯電装置において、前記固体電解質は、希土類金属の酸化物を添加した安定
化ジルコニア、希土類金属の酸化物を添加した部分安定
化ジルコニア、アルカリ土類金属の酸化物を添加した安
定化ジルコニア、アルカリ土類金属の酸化物を添加した
部分安定化ジルコニア、希土類金属の酸化物及びアルカ
リ土類金属の酸化物の混合物を添加した安定化ジルコニ
ア及び希土類金属の酸化物及びアルカリ土類金属の酸化
物の混合物を添加した部分安定化ジルコニアから成る群
から選択されたいずれか１つであることを特徴とする帯
電装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の帯電装置におい
て、前記イオン生成空間部へ導入される気体の経路に粒子除
去用フィルターを配備したことを特徴とする帯電装置。
【請求項４】請求項１から３のいずれかに記載の帯電
装置において、前記イオン生成空間部へ導入される気体の経路に、イオ
ン中和防止のためのイオンフィルター用電極を配備した
ことを特徴とする帯電装置。
【請求項５】請求項１から４のいずれかに記載の帯電
装置において、前記イオン源と前記被帯電体との間に、該被帯電体面に
平行で前記生成イオンが通過しうる形状の補助電極を配
設し、該補助電極に電圧を印加して生成イオンを前記被
帯電体に向かって引き出すようにした、ことを特徴とす
る帯電装置。
【請求項６】請求項１から５のいずれかに記載の帯電
装置において、前記イオン生成空間部に気体を導入する圧縮気体供給手
段を設けると共に、該圧縮気体供給手段により供給され
た圧縮気体を、前記生成イオンを生成し得る成分に関し
て高濃度成分側と低濃度成分側とに分離する気体分離手
段を備え、前記気体分離手段により分離された気体成分の内、前記
高濃度成分側を前記イオン生成空間部へ導入することを
特徴とする帯電装置。
【請求項７】請求項１から６のいずれかに記載の帯電
装置において、前記電極が白金族の金属又は白金族の合金からなること
を特徴とする帯電装置。