JP2022070508A - 捕集電極を有する捕集装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粒子の捕集率の低下を抑制するエレクトレットフィルタを提供する。【解決手段】捕集装置１００は、空気を気流方向に導くための通路１１０と、通路内に配置された放電電極１２０と、通路内に配置され、放電電極との間で放電を発生させ、空気中の粒子を帯電させ、且つ、帯電した粒子を捕集する対向電極１３０と、通路内に配置され、放電電極によって帯電した粒子を捕集する捕集電極１４０と、を備える。【選択図】図２

Description

画像形成システムには、ハウジング内の微粒子を捕集する捕集装置を備えたものがある。このような捕集装置は、粒子を帯電させるためにイオンを発生するイオン発生部と、帯電された粒子を捕集するためのエレクトレットフィルタと、を備える。

図１は、一例の画像形成装置の概略図である。 図２は、一例の捕集装置を示す断面図である。 図３は、一例の捕集装置を気流方向の下流側から見た斜視図である。 図４は、一例の捕集装置を気流方向の上流側から見た斜視図である。 図５は、他の例の捕集装置を示す断面図である。 図６は、さらに他の例の捕集装置を示す断面図である。 図７は、さらに他の例の捕集装置を示す断面図である。 図８は、気流方向から見たときの捕集電極と放電電極との位置関係の他の例を示す図である。

エレクトレットフィルタは、帯電された粒子と逆の極性に帯電し、静電気的引力によって粒子を捕集する。時間の経過等によって、エレクトレットフィルタの静電気が弱くなると、粒子の捕集率が低下する。フィルタによる粒子の捕集率が低下した場合、フィルタを交換する必要がある。別の捕集装置として、高電圧を印加するための放電電極と、放電電極に対向し、帯電した粒子を捕集する対向電極とを有する装置がある。この捕集装置は、エレクトレットフィルタを有さないため、フィルタ交換の手間がない。しかしながら、粒子の捕集性能が高くない場合がある。

例えば、一例の捕集装置は、空気を気流方向に導くための通路と、通路内に配置された放電電極と、通路内に配置され、放電電極との間で放電を発生させ、空気中の粒子を帯電させ、且つ、帯電した粒子を捕集する対向電極と、通路内に配置され、放電電極によって帯電した粒子を捕集する捕集電極と、を備える。

また、一例の捕集装置は、空気を気流方向に導くための通路と、通路内に配置された放電電極と、通路内に配置され、放電電極との間で放電を発生させ、空気中の粒子を帯電させ、且つ、帯電した粒子を捕集する対向電極と、気流方向において放電電極の下流に配置され、実質的に気流方向に延在する複数の柱状セルを形成する捕集電極と、を備える。

以下、図面を参照して、一例の捕集装置について説明する。一例の捕集装置は画像形成システムに含まれている。画像形成システムは、プリンタ等の画像形成装置であってもよく、画像形成装置等に用いられる装置であってもよい。なお、図面に基づいて説明するにあたり、同一の要素又は同一の機能を有する類似する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

まず、一例の画像形成装置の概略構成を説明する。図１は、一例の画像形成装置１の概略図である。図１に示す画像形成装置１は、マゼンタ、イエロー、シアン、ブラックの４色を用いてカラー画像を形成する装置である。画像形成装置１は、記録媒体である用紙３を搬送する搬送装置１０と、表面（周面）に静電潜像が形成される像担持体２０Ｍ，２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｋと、静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置３０Ｍ，３０Ｙ，３０Ｃ，３０Ｋと、トナー像を用紙３に転写する転写装置４０と、トナー像を用紙３に定着する定着装置５０と、用紙３を排出する排出装置６０と、制御部７０と、を備える。

搬送装置１０は、画像が形成される記録媒体としての用紙３を搬送経路１１上で搬送する。用紙３は、カセット１２に積層されて収容され、給紙ローラ１３によりピックアップされて搬送される。

像担持体２０Ｍ，２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｋのそれぞれは、静電潜像担持体、感光体ドラム等とも呼ばれる。像担持体２０Ｍは、マゼンタのトナー像を形成するための静電潜像を形成する。像担持体２０Ｙは、イエローのトナー像を形成するための静電潜像を形成する。像担持体２０Ｃは、シアンのトナー像を形成するための静電潜像を形成する。像担持体２０Ｋは、ブラックのトナー像を形成するための静電潜像を形成する。像担持体２０Ｍ，２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｋは、基本的に同じ構成をしている。このため、特に分けて説明する場合を除き、像担持体２０Ｍを代表として説明する。

像担持体２０Ｍの周上には、現像装置３０Ｍと、帯電ローラ２２Ｍと、露光ユニット２３と、クリーニングユニット２４Ｍと、が設けられている。なお、像担持体２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｋのそれぞれの周上にも、像担持体２０Ｍの周上と同様に、現像装置３０Ｙ，３０Ｃ，３０Ｋのそれぞれと、帯電ローラと、露光ユニット２３と、クリーニングユニットと、が設けられている。

帯電ローラ２２Ｍは、像担持体２０Ｍの表面を所定の電位に帯電させる帯電手段である。帯電ローラ２２Ｍは、像担持体２０Ｍの回転に追従して動く。露光ユニット２３は、帯電ローラ２２Ｍによって帯電した像担持体２０Ｍの表面を、用紙３に形成する画像に応じて露光する。これにより、像担持体２０Ｍの表面のうち露光ユニット２３により露光された部分の電位が変化し、静電潜像が形成される。クリーニングユニット２４Ｍは、像担持体２０Ｍ上に残存するトナーを回収する。

現像装置３０Ｍは、マゼンタのトナー及びキャリアが充填されているトナータンク２１Ｍから供給されたトナーによって、像担持体２０Ｍに形成された静電潜像を現像し、マゼンタのトナー像を形成する。現像装置３０Ｙは、イエローのトナー及びキャリアが充填されているトナータンク２１Ｙから供給されたトナーによって、像担持体２０Ｙに形成された静電潜像を現像し、イエローのトナー像を形成する。現像装置３０Ｃは、シアンのトナー及びキャリアが充填されているトナータンク２１Ｃから供給されたトナーによって、像担持体２０Ｃに形成された静電潜像を現像し、シアンのトナー像を形成する。現像装置３０Ｋは、ブラックのトナー及びキャリアが充填されているトナータンク２１Ｋから供給されたトナーによって、像担持体２０Ｋに形成された静電潜像を現像し、ブラックのトナー像を形成する。現像装置３０Ｍ，３０Ｙ，３０Ｃ，３０Ｋは、基本的に同じ構成をしている。このため、特に分けて説明する場合を除き、現像装置３０Ｍを代表として説明する。

現像装置３０Ｍは、トナーを像担持体２０Ｍに担持させる現像ローラ３１Ｍを備えている。現像装置３０Ｍでは、現像剤として、トナー及びキャリアを含む二成分現像剤を用いる。つまり、現像装置３０Ｍでは、トナーとキャリアを所望の混合比になるように調整し、さらに混合撹拌してトナーを分散させることで、最適な帯電量が付与された現像剤が調整される。現像装置３０Ｍでは、この現像剤が現像ローラ３１Ｍに担持させる。そして、現像ローラ３１Ｍの回転により現像剤が像担持体２０Ｍと対向する領域まで搬送されると、現像ローラ３１Ｍに担持された現像剤のうちのトナーが像担持体２０Ｍの周面上に形成された静電潜像に移動し、静電潜像が現像される。

転写装置４０は、現像装置３０Ｍ，３０Ｙ，３０Ｃ，３０Ｋのそれぞれで形成されたトナー像を搬送して用紙３に転写する。転写装置４０は、像担持体２０Ｍ，２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｋのそれぞれからトナー像が一次転写される転写ベルト４１と、転写ベルト４１を懸架する懸架ローラ４４，４５，４６，４７と、像担持体２０Ｍ，２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｋのそれぞれと共に転写ベルト４１を挟持して像担持体２０Ｍ，２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｋのそれぞれから転写ベルト４１にトナー像を一次転写する一次転写ローラ４２Ｍ，４２Ｙ，４２Ｃ，４２Ｋと、懸架ローラ４７と共に転写ベルト４１を挟持して転写ベルト４１から用紙３に各トナー像を二次転写する二次転写ローラ４３と、を備えている。

転写ベルト４１は、懸架ローラ４４，４５，４６，４７により循環移動する無端ベルトである。懸架ローラ４４，４５，４６，４７のそれぞれは、軸線周りに回転可能なローラである。懸架ローラ４７は、軸線周りに回転駆動する駆動ローラであり、懸架ローラ４４，４５，４６は、懸架ローラ４７の回転駆動により従動回転する従動ローラである。一次転写ローラ４２Ｍは、転写ベルト４１の内周側から像担持体２０Ｍを押圧するように設けられる。一次転写ローラ４２Ｙは、転写ベルト４１の内周側から像担持体２０Ｙを押圧するように設けられる。一次転写ローラ４２Ｃは、転写ベルト４１の内周側から像担持体２０Ｃを押圧するように設けられる。一次転写ローラ４２Ｋは、転写ベルト４１の内周側から像担持体２０Ｋを押圧するように設けられる。二次転写ローラ４３は、転写ベルト４１を挟んで懸架ローラ４７と平行に配置されて、転写ベルト４１の外周側から懸架ローラ４７を押圧するように設けられる。これにより、二次転写ローラ４３は、転写ベルト４１との間に、転写ベルト４１から用紙３にトナー像を転写するための転写ニップ領域１４を形成する。

定着装置５０は、加熱及び加圧する定着ニップ領域に用紙３を通過させることで、転写ベルト４１から用紙３に二次転写されたトナー像を用紙３に付着させ、定着させる。定着装置５０は、用紙３を加熱する加熱ローラ５２と、加熱ローラ５２を押圧して回転駆動する加圧ローラ５４と、を備えている。加熱ローラ５２及び加圧ローラ５４は円筒状に形成されており、加熱ローラ５２は内部にハロゲンランプ等の熱源を備えている。加熱ローラ５２と加圧ローラ５４との間には接触領域である定着ニップ領域が設けられ、定着ニップ領域に用紙３を通過させることにより、トナー像を用紙３に溶融定着させる。

排出装置６０は、定着装置５０によりトナー像が定着された用紙３を装置外部へ排出するための排出ローラ６２，６４を備えている。

制御部７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read OnlyMemory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有する電子制御ユニットである。制御部７０では、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＣＰＵで実行することで、各種の制御を実行する。制御部７０は、複数の電子制御ユニットにより構成されていてもよく、単一の電子制御ユニットにより構成されていてもよい。制御部７０は、画像形成装置１における様々な制御を行う。

続いて、画像形成装置１による印刷工程について説明する。画像形成装置１に被記録画像の画像信号が入力されると、制御部７０は、給紙ローラ１３を回転させて、カセット１２に積層された用紙３をピックアップして搬送する。そして、帯電ローラ２２Ｍにより像担持体２０Ｍ，２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｋのそれぞれの表面を所定の電位に帯電する（帯電工程）。その後、制御部７０は、受信した画像信号に基づいて、露光ユニット２３により像担持体２０Ｍ，２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｋのそれぞれの表面にレーザ光を照射して静電潜像を形成する（露光工程）。

現像装置３０Ｍ，３０Ｙ，３０Ｃ，３０Ｋのそれぞれでは、像担持体２０Ｍ，２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｋのそれぞれに形成された静電潜像が現像されてトナー像が形成される（現像工程）。こうして形成された各トナー像は、像担持体２０Ｍ，２０Ｙ,２０Ｃ，２０Ｋのそれぞれと転写ベルト４１とが対向する領域において、転写ベルト４１に一次転写される（転写工程）。転写ベルト４１には、像担持体２０Ｍ，２０Ｙ,２０Ｃ，２０Ｋのそれぞれに形成された各トナー像が順次積層されて、１つの積層トナー像が形成される。そして、積層トナー像は、懸架ローラ４７と二次転写ローラ４３とが対向する転写ニップ領域１４において、搬送装置１０により搬送された用紙３に二次転写される。

積層トナー像が二次転写された用紙３は、定着装置５０へ搬送される。そして、定着装置５０は、用紙３が定着ニップ領域を通過する際に、用紙３を加熱ローラ５２と加圧ローラ５４との間で加熱及び加圧することにより、積層トナー像を用紙３へ溶融定着させる（定着工程）。その後、用紙３は、排出ローラ６２，６４によって画像形成装置１の外部へ排出される。

図１に示すように、一例の画像形成装置１は、ハウジング２によって規定されるハウジング空間４内に、捕集装置１００を有している。捕集装置１００は、ハウジング空間４に浮遊している粒子を捕集する。捕集装置１００が捕集する粒子は、例えば、５ｎｍ～３００ｎｍ程度のサイズを有するＵＦＰ（Ultrafine Particle：超微粒子）であってもよい。粒子は、例えば、定着装置５０によって加温されるトナー、用紙、定着装置５０の構成部品、又はその他の周辺部品から発生する。粒子の発生量が比較的多い定着装置５０の隣接位置に捕集装置１００を配置することにより、粒子を一層効果的に捕集することができる。

図２は、一例の捕集装置を示す断面図である。図２は、捕集装置１００の気流方向１０３に沿った断面を模式的に示す。図２において、気流方向１０３は白抜きの矢印で示されている。なお、他の図面でも白抜きの矢印によって気流方向が示される。一例の捕集装置１００は、通路１１０と、放電電極１２０と、対向電極１３０と、捕集電極１４０と、を備える。通路１１０は、ハウジング空間４内の空気を気流方向１０３に導くための空間である。空気中に含まれる粒子１０５Ａは、気流方向１０３に沿って移動し得る。通路１１０は、気流方向１０３の上流側端部１１０ａ及び下流側端部１１０ｂが開口した筒状の枠体１１３によって形成され得る。通路１１０は、例えば絶縁性を有する樹脂によって形成された枠体１１３によって規定され得る。なお、通路１１０を規定する枠体１１３は、空気が流通する空間を構成できれば、どのような形状であってもよい。例えば、枠体１１３は、放電電極１２０、対向電極１３０及び捕集電極１４０を所定の位置に保持できる形状であればよい。図示例の枠体１１３は、気流方向１０３から見たときに、一対の長辺及び一対の短辺を有する矩形枠状を呈している。なお、以下の放電装置の説明では、枠体１１３の短辺の延在する方向を短辺方向とし、長辺の延在する方向を長辺方向として説明する場合がある。

図３は、一例の捕集装置を気流方向の下流側から見た斜視図である。図４は、一例の捕集装置を気流方向の上流側から見た斜視図である。図３及び図４では、通路１１０を形成する枠体１１３が省略されている。放電電極１２０及び対向電極１３０は、通路１１０内に配置され、通路１１０内の空気中に含まれる粒子１０５Ａを帯電させ、帯電粒子１０５Ｂを生成する（図２参照）。放電電極１２０は、放電電極１２０に高電圧を印加するための電源に接続されている。図示例では、電源によって放電電極１２０にプラスの高電圧が印加されるようになっている。

一例の放電電極１２０は、気流方向１０３に交差（ここでは直交）する方向に延在した基端部１２１と、基端部１２１から突出した複数の針電極１２２を含む。図示例の基端部１２１は、気流方向１０３から見たときに、枠体１１３の短辺方向の中央において、枠体１１３の長辺に沿って一端から他端にわたって形成されている。複数の針電極１２２は、例えば、基端部１２１の延在方向に沿って等間隔に並んで配置されている。針電極１２２は、例えば、針状又は鋸刃状に突出して形成されている。複数の針電極１２２は、気流方向１０３の上流側に先端を向けて配置されている。

対向電極１３０は、放電電極１２０との間で放電を発生させ、空気中の粒子１０５Ａを帯電させ、且つ、帯電粒子０１５Ｂを捕集する。一例の対向電極１３０は、通路１１０のうち少なくとも放電電極１２０と気流方向１０３において重複する領域に配置されている。図示例の捕集装置１００は一対の対向電極１３０を有している。一対の対向電極１３０は、放電電極１２０を内側に配置して、短辺方向において互いに離間した状態で、互いに平行に配置されている。一例において、対向電極１３０は、気流方向１０３に沿って延在する板状を有している。また、図示例の対向電極１３０は、気流方向１０３から見て、枠体１１３の長辺方向に沿って一端から他端にかけて延在している。一対の対向電極１３０は、接地されている。一例において、放電電極１２０及び対向電極１３０はステンレス鋼製であってよい。

捕集電極１４０は、通路１１０内に配置されており、放電電極１２０によって帯電した帯電粒子１０５Ｂを捕集する。捕集電極１４０は、気流方向１０３において放電電極１２０よりも下流に配置されている。図示例では、気流方向１０３に沿った断面視において、一対の対向電極１３０間の距離よりも小さい距離で互いに離間する複数の捕集電極１４０が形成されている。そのため、捕集電極１４０は、通路１１０内の気流方向１０３において、対向電極１３０の単位長さ当たりの面積よりも大きい単位長さ当たりの面積を有し得る。捕集電極１４０及び対向電極１３０の面積とは、捕集電極１４０及び対向電極１３０の表面のうち、通路１１０に面している部分の面積であってよい。

図３及び図４に示すように、一例の捕集電極１４０は、実質的に気流方向１０３に延在する複数の柱状セル１４３を含む。複数の柱状セル１４３同士は、互いに電気的に接続されている。実質的に気流方向１０３に延在とは、柱状セル１４３の軸方向が概ね気流方向１０３に沿っていることをいう。例えば、気流方向１０３の上流側から柱状セル１４３を見た場合において、柱状セル１４３の内部空間を介して柱状セル１４３よりも下流が見えるときには、柱状セル１４３の軸方向が気流方向１０３に沿っているといえる。

気流方向１０３から見たとき、複数の柱状セル１４３は、一対の対向電極１３０の間に配置されている。対向電極１３０と捕集電極１４０とは一体的に形成されていてよい。対向電極１３０と捕集電極１４０とが一体的に形成されている場合、対向電極１３０が接地された状態では捕集電極１４０も接地されている。図示例の捕集電極１４０は、一対の対向電極１３０が気流方向１０３の下流側に延在して形成された一対の板状部１４１と、一対の板状部１４１間に位置して一対の板状部１４１に物理的及び電気的に接続された複数の柱状セル１４３とを含む。

複数の柱状セル１４３は、気流方向１０３から見て六角形状を呈しており、枠体１１３の短辺方向及び長辺方向に整列されている。すなわち、複数の柱状セル１４３は、いわゆるハニカム構造を形成している。例えば、気流方向１０３から見たとき、対向電極１３０を含む壁面によって囲まれた通路１１０内の領域を第１領域１３０Ｒとする。また、気流方向１０３から見たとき、捕集電極１４０を含む壁面によって囲まれた領域を第２領域１４０Ｒとする。この場合、第２領域１４０Ｒは、それぞれの柱状セル１４３によって囲まれた領域である。そのため、第２領域１４０Ｒにおける気流方向１０３に直交する断面積は、第１領域１３０Ｒにおける気流方向１０３に直交する断面積よりも小さい。また、それぞれの柱状セル１４３内には、互いに対向する電極が含まれる。気流方向１０３から見たとき、柱状セル１４３内の互いに対向する電極同士の間の最短距離１４０Ｄは、放電電極１２０と対向電極１３０との間の最短距離１３０Ｄよりも小さい。

一例の捕集装置１００では、気流方向１０３において放電電極１２０と捕集電極１４０との間に絶縁体１２９が配置されている。絶縁体１２９は、電気的絶縁性を有するポリカーボネート／アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＰＣ／ＡＢＳ）等の樹脂材料によって形成されている。例えば、絶縁体１２９は、放電電極１２０と同様に気流方向１０３に交差する長辺方向に沿って延在する略板形状を有する。絶縁体１２９は、気流方向１０３に沿った断面視において、放電電極１２０の基端部１２１と柱状セル１４３の軸方向の上流側端部との間に配置されている。一例の絶縁体１２９は、放電電極１２０及び柱状セル１４３にそれぞれ隣接している。

図示の絶縁体１２９は、溝１２９ａを有する。溝１２９ａは、放電電極１２０の基端部１２１の延在方向に沿って延在している。また、溝１２９ａは、気流方向１０３の上流に向かって開口している。溝１２９ａには、放電電極１２０の基端部１２１が配置されている。例えば、溝１２９ａによって基端部１２１が挟持されていてもよい。すなわち、基端部１２１は、溝１２９ａ内に配置されていてもよい。絶縁体１２９は、例えば、枠体１１３と一体的に形成されていてもよい。絶縁体１２９は、捕集電極１４０（柱状セル１４３）と基端部１２１との間を電気的に絶縁する。気流方向１０３における絶縁体１２９の厚さ１２９ｄの下限は、放電電極１２０に印加される電圧に応じて決められるが、一例として、３ｍｍ以上であってよい。なお、図示例において、厚さ１２９ｄは、溝１２９ａを除く厚さであり、放電電極１２０の基端部１２１と柱状セル１４３の上流側端部との間の距離に等しい。

捕集装置１００では、放電電極１２０に印加される電圧が所定値よりも小さい場合、放電電極１２０と一対の対向電極１３０との間に電流は流れない。しかしながら、放電電極１２０に印加される電圧が所定値以上である場合、放電電極１２０と一対の対向電極１３０との間に形成される電界１０６によって放電現象が生じ、放電電極１２０と一対の対向電極１３０との間に電流が流れる。当該電流により、複数の針電極１２２からイオンが放出される。放電電極１２０に印加される電圧が大きくなるほど、放電電極１２０と一対の対向電極１３０との間に流れる電流量（通電量）が大きくなって、複数の針電極１２２から放出されるイオンの放出量も多くなる。なお、図２では、二点鎖線によって電界１０６が模式的に描画されているが、実際には、放電電極１２０と捕集電極１４０との間にも電界１０６が形成されている。

柱状セル１４３は、放電電極１２０の先端１２３から対向電極１３０までの最短距離１３０Ｄを半径とした電界１０６の領域（図２において二点鎖線で示す領域）内に入り込まないように配置されている。すなわち、放電電極１２０の先端１２３から柱状セル１４３までの最短距離１４２Ｄは、放電電極１２０の先端１２３から対向電極１３０までの最短距離１３０Ｄよりも大きい。この場合、放電電極１２０の先端１２３と対向電極１３０との間で放電が生じ易くなり、放電電極１２０の先端１２３と柱状セル１４３との間で放電が生じ難くなる。そのため、針電極１２２から気流方向１０３の上流側に向けてイオンが放出されやすい。

複数の針電極１２２からイオンが放出されると、空気中の粒子１０５Ａが帯電することにより帯電粒子１０５Ｂが形成される。図示例では、針電極１２２から上流側に向かって放出されるイオンによってプラスに帯電した帯電粒子１０５Ｂが形成される。帯電粒子１０５Ｂは、気流方向１０３の上流から下流に向かって移動する。下流に移動する帯電粒子１０５Ｂは、電界の作用によって、捕集電極１４０に引き寄せられ、捕集電極１４０に捕集される。捕集された帯電粒子１０５Ｂは、静電気的引力によって捕集電極１４０に吸着される。

なお、帯電粒子１０５Ｂの一部は、放電電極１２０と対向電極１３０との間に生じる電界１０６の作用により対向電極１３０にも捕集され得る。そのため、捕集電極１４０と対向電極１３０との境界は、帯電粒子１０５Ｂを捕集するか否かによる定義以外によって規定されてもよい。一例においては、放電電極１２０との間で電界を形成する電極のうち、先端１２３との間の空間距離が最短である電極を対向電極１３０として定義し、対向電極以外の電極であって帯電粒子１０５Ｂを捕集する電極を捕集電極１４０として定義してよい。この場合、先端１２３と対向電極１３０との最短距離１３０Ｄを半径とする領域よりも下流に位置する電極を捕集電極１４０として定義してもよい。また、気流方向１０３において、放電電極１２０の少なくとも一部と重複する位置の電極であって、先端１２３との間の距離が最短である電極を対向電極１３０として定義し、対向電極１３０よりも下流に位置する電極を捕集電極１４０として定義してもよい。その場合、例えば、気流方向において、放電電極１２０の先端１２３の位置に重複する電極を対向電極として定義してもよい。また、気流方向において、放電電極１２０の先端１２３の位置から上流側に位置する電極を対向電極として定義してもよい。また、気流方向において、放電電極１２０の基端部１２１の位置から上流側に位置する電極を対向電極として定義してもよい。なお、気流方向１０３において放電電極１２０と重複する位置に電極を有していない場合には、先端１２３との間の空間距離が最短である電極が対向電極となる。なお、対向電極と捕集電極とが一体的に形成されている場合には、先端１２３との間の空間距離が最短である、電極の一部が、対向電極となってもよい。

以上説明したように、図２から図４に示す一例の捕集装置１００は、空気を気流方向１０３に導くための通路１１０と、通路１１０内に配置された放電電極１２０と、通路１１０内に配置され、放電電極１２０との間で放電を発生させ、空気中の粒子１０５Ａを帯電させ、且つ、帯電粒子１０５Ｂを捕集する対向電極１３０と、通路１１０内に配置され、放電電極１２０によって帯電した帯電粒子１０５Ｂを捕集する捕集電極１４０と、を備える。

このような捕集装置１００では、放電電極１０２及び対向電極１３０によって空気中の粒子１０５Ａを帯電させ、帯電粒子１０５Ｂを対向電極１３０及び捕集電極１４０によって捕集する。そのため、放電電極及び対向電極のみで構成される捕集装置に比べて帯電粒子１０５Ｂの捕集性能が向上する。

また、捕集装置１００は、空気を気流方向１０３に導くための通路１１０と、通路１１０内に配置された放電電極１２０と、通路１１０内に配置され、放電電極１２０との間で放電を発生させ、空気中の粒子１０５Ａを帯電させ、且つ、帯電粒子１０５Ｂを捕集する対向電極１３０と、気流方向１０３において放電電極１２０の下流に配置され、実質的に気流方向１０３に延在する複数の柱状セル１４３を形成する捕集電極１４０と、を備える。

この構成では、捕集電極１４０は、通路内の気流方向において、対向電極１３０の単位長さ当たりの面積よりも大きい単位長さ当たりの面積を有する。すなわち、帯電粒子１０５Ｂを捕集するための捕集電極１４０の面積を大きくすることができる。そのため、例えば、気流方向１０３における単位長さ当たりの面積が対向電極１３０と同じである捕集電極１４０を備える場合に比べて、帯電粒子１０５Ｂの捕集性能が向上する。

一例の捕集装置では、対向電極１３０と捕集電極１４０とは一体的に形成されている。そのため、対向電極１３０と捕集電極１４０とのいずれか一方を接地させることによって、対向電極１３０と捕集電極１４０との両方を接地させることができる。また、部品点数が減少することにより、組立コストを低減することができる。

一例の捕集装置では、気流方向１０３から見たとき、通路１１０内には、対向電極１３０を含む壁面によって囲まれた第１領域１３０Ｒと、捕集電極１４０を含む壁面によって囲まれた第２領域１４０Ｒとが形成されており、第２領域１４０Ｒにおける気流方向１０３に直交する断面積は、第１領域１３０Ｒにおける気流方向１０３に直交する断面積よりも小さい。この構成によれば、捕集電極１４０が配置された第２領域の断面積が小さくなることにより、捕集電極１４０間を通過する帯電粒子１０５Ｂと捕集電極１４０との距離が小さくなる。したがって、帯電粒子１０５Ｂが捕集電極１４０に捕集されやすくなる。

一例の捕集装置は、気流方向１０３に沿った断面の端面視において、互いに対向する捕集電極１４０を含み、互いに対向する捕集電極１４０同士の間の最短距離１４０Ｄは、放電電極１２０と対向電極１３０との間の最短距離１３０Ｄよりも小さい。この構成によれば、捕集電極１４０間を通過する帯電粒子１０５Ｂと捕集電極１４０との距離が小さくなる。したがって、帯電粒子１０５Ｂが捕集電極１４０に捕集されやすくなる。

一例の放電電極１２０は複数の針電極１２２を含み、複数の針電極１２２は、気流方向１０３の上流側を向いて配置されている。この構成では、イオンが気流方向１０３の上流に向かって針電極１２２から放出されるため、気流方向１０３の上流の粒子１０５Ａを帯電させることができる。この場合、帯電粒子１０５Ｂが気流方向１０３に沿って移動する距離を長くすることができる。電界が帯電粒子１０５Ｂに作用する時間が長くなるため、帯電粒子１０５Ｂが捕集電極１４０に捕集されやすくなる。

一例の捕集装置は、気流方向１０３に沿った断面視において、気流方向１０３に沿って延在し互いに離間する一対の対向電極１３０と、一対の対向電極１３０間の距離よりも小さい距離で互いに離間する複数の捕集電極１４０と、を含む。この構成によれば、捕集電極１４０間を通過する帯電粒子１０５Ｂと捕集電極１４０との距離が小さくなる。したがって、帯電粒子１０５Ｂが捕集電極１４０に捕集されやすくなる。

一例の捕集電極１４０は接地されている。例えば、放電電極１２０に印加される電圧とは反対の極性の電圧を捕集電極１４０に印加することにより、捕集電極１４０は帯電粒子１０５Ｂを引く寄せ易くなり得る。しかしながら、この場合、捕集電極１４０に電圧を印加するための電源が別途必要である。また、放電電極１２０と捕集電極１４０との間で通電しないように、放電電極１２０と捕集電極１４０との間の距離を大きくする必要がある。一方、捕集電極１４０が接地されている場合、捕集電極１４０と放電電極１２０との間の距離を小さく設定することができるため、放電電極１２０と捕集電極１４０との間に強い電界が形成されることで、帯電粒子１０５Ｂが捕集電極１４０に捕集されやすくなる。

さらに、一例の捕集装置では、気流方向１０３において放電電極１２０と捕集電極１４０との間に絶縁体１２９が配置されている。捕集装置が絶縁体１２９を有していない場合、放電電極１２０と捕集電極１４０との間を電気的に絶縁させるために、放電電極１２０の基端部１２１から捕集電極１４０までの距離を大きくする必要がある。一例の捕集装置では、絶縁体１２９が配置されることによって、放電電極１２０と捕集電極１４０との間の距離を小さくすることができる。

一例においては、複数の柱状セル１４３のそれぞれは、気流方向１０３から見て六角形状を呈している。この構成では、捕集電極１４０を、例えば、いわゆるハニカム構造によって形成することができる。この場合、空気の流通性を阻害することなく、捕集電極１４０における気流方向１０３の単位長さ当たりの面積を容易に大きくすることができる。また、捕集電極１４０の強度を向上させることができる。さらに、捕集電極１４０を安価に形成することができる。

一例の捕集装置では、一対の対向電極１３０を有し、気流方向１０３から見たとき、一対の対向電極１３０の間に複数の柱状セル１４３が配置されている。この構成によれば、捕集電極１４０間を通過する帯電粒子１０５Ｂと捕集電極１４０との距離が小さくなる。したがって、帯電粒子１０５Ｂが捕集電極１４０に捕集されやすくなる。複数の柱状セル１４３の数を増加させることにより、捕集電極１４０間を通過する帯電粒子１０５Ｂと捕集電極１４０との距離がより小さくなる。

以上、一例の捕集装置の形態について詳細に説明したが、捕集装置は上記形態に限定されない。

図５は、他の例に係る捕集装置を示す断面図である。図５は、捕集装置２００の気流方向１０３に沿った断面を模式的に示す。捕集装置２００は、捕集装置１００と同様に、放電電極１２０、対向電極１３０及び捕集電極１４０を有する。放電電極１２０、対向電極１３０及び捕集電極１４０の構成については、説明を省略する。捕集装置２００の通路２１０は、気流方向１０３の上流側端部２１０ａ及び下流側端部２１０ｂが開口した筒状の枠体２１３によって形成され得る。通路２１０は、例えば絶縁性を有する樹脂によって形成された枠体２１３によって規定され得る。気流方向において、上流側端部２１０ａの位置は、例えば、対向電極１３０の端部と揃っていてもよい。気流方向において、下流側端部２１０ｂの位置は、捕集電極１４０の位置よりも下流側になっている。通路２１０の下流側端部２１０ｂには、気流発生装置２２０が配置されている。気流発生装置２２０は、いわゆるファンであってよく、下流側端部２１０ｂから通路２１０の外側に向けて気流を発生させることにより、通路２１０内において気流方向１０３に気流を発生させる。このように、捕集装置２００の下流側に気流発生装置２２０が配置されることにより、捕集装置２００の上流側における気流を乱すことなく、気流方向１０３に沿って気流を発生させることができる。

図６は、さらに他の例に係る捕集装置を示す断面図である。図６は、捕集装置３００の気流方向１０３に沿った断面を模式的に示す。捕集装置３００は、通路２１０、放電電極１２０、対向電極１３０、捕集電極１４０及び気流発生装置２２０を有する。捕集装置３００では、複数の放電電極１２０が設けられており、複数の放電電極１２０に対応するように複数の対向電極１３０が配置されている。図示例では、気流方向１０３に沿った断面視において、一対の対向電極１３０が対向する方向に、一対の対向電極１３０と一つの放電電極１２０とのセットが２組重ねられている。なお、図６において、一対の対向電極１３０が対向する方向は、上下方向として示される。一対の対向電極１３０と一つの放電電極１２０とのセットを帯電装置とした場合、一例においては、一方の帯電装置３０１Ａと他方の帯電装置３０１Ｂとで、互いの中間に位置する対向電極１３０Ａが共用されている。複数の帯電装置３０１Ａ，３０１Ｂが重ねられた場合、通路２１０の断面積が大きくなるため、粒子の捕集能を向上させることができる。

図７は、さらに他の例に係る捕集装置を示す断面図である。図７は、捕集装置４００の気流方向１０３に沿った断面を模式的に示す。捕集装置４００は、通路２１０、放電電極１２０、対向電極１３０、捕集電極１４０及び気流発生装置２２０を有する。捕集装置４００は、捕集装置３００の帯電装置３０１Ａ，３０１Ｂと同様に複数の帯電装置４０１Ａ，４０１Ｂを含んでいる。帯電装置４０１Ａ，４０１Ｂのそれぞれは、複数の調整板４１０を有している。調整板４１０は、気流方向１０３に沿って移動する粒子１０５Ａ，１０５Ｂの向きを調整する。気流方向１０３において、調整板４１０は、第１調整板４１０Ａ，４１０Ｂと第２調整板４１１Ａ，４１１Ｂとを含む。

第１調整板４１０Ａ，４１０Ｂは、放電電極１２０の先端１２３よりも上流に位置する。図示例では、第１調整板４１０Ａ，４１０Ｂとによって、放電電極１２０の先端１２３よりも上流の気流が調整されている。一対の対向電極１３０の対向方向において、第１調整板４１０Ａは、放電電極１２０の一方側に配置されており、第１調整板４１０Ｂは、放電電極１２０の他方側に配置されている。第１調整板４１０Ａ，４１０Ｂは、例えば湾曲した板状を有している。第１調整板４１０Ａ及び第１調整板４１０Ｂは、互いの凸状に湾曲した面同士が対面するように配置されている。また、第１調整板４１０Ａ，４１０Ｂは、気流方向１０３において、放電電極１２０の先端に向けて傾斜するように湾曲している。

第２調整板４１１Ａ，４１１Ｂは、放電電極１２０の先端１２３よりも下流に位置する。図示例では、第２調整板４１１Ａ，４１１Ｂとによって、放電電極１２０の先端１２３よりも下流の気流が調整されている。一対の対向電極１３０の対向方向において、第２調整板４１１Ａは、放電電極１２０の一方側に配置されており、第２調整板４１１Ｂは、放電電極１２０の他方側に配置されている。第２調整板４１１Ａ，４１１Ｂは、例えば湾曲した板状を有している。第２調整板４１１Ａ及び第２調整板４１１Ｂは、互いの凸状に湾曲した面同士が対面するように配置されている。また、第２調整板４１１Ａ，４１１Ｂは、放電電極１２０の位置から下流に向かって放電電極１２０から離れる方向に傾斜するように湾曲している。

調整板４１０は、気流方向から見たときに、放電電極１２０の先端１２３から対向電極１３０までの最短距離１３０Ｄを半径とした電界１０６の領域を避けて配置されている。一例において、第１調整板４１０Ａ、４１０Ｂを下流側に延長した仮想線は、第２調整板４１１Ａ，４１１Ｂを上流側に延長した仮想線に一致してもよい。なお、図示例では、調整板が湾曲した例を示しているが、調整板の形状は、気流の向きを調整できれば、特に限定されない。例えば、平板状の調整板が気流方向に対して傾斜して配置されてもよい。

気流方向１０３に移動する粒子は、調整板４１０の作用により、放電電極１２０の先端１２３に向かって移動した後に、放電電極１２０の先端１２３から離れるように拡散し得る。放電電極１２０の先端１２３に向かって粒子が移動するので、効率よく粒子が帯電される。また、放電電極１２０の下流に向かって帯電粒子が満遍なく拡散することで、捕集電極１４０によって偏りなく帯電粒子を捕集できる。

図８は、気流方向から見たときの捕集電極１４０と針電極１２２との位置関係の他の例を示す図である。図８に示すように、捕集電極１４０を構成する複数の柱状セル１４３のそれぞれに対応するように複数の針電極１２２が設けられてもよい。この場合、図８に示すように、気流方向から見て、柱状セル１４３の中心に針電極１２２が重なるように配置されてもよいし、柱状セル１４３の中心からずれた位置に針電極１２２が配置されてもよい。

また、捕集電極を構成する柱状セル１４３が気流方向から見て六角形状である例を示したが、これに限定されない。柱状セルは、気流方向から見て三角形状、四角形状等の５以下の頂点を有する多角形状であってもよいし、７以上の頂点を有する多角形状であってもよい。また、柱状セルは、気流方向から見て円形であってもよい。さらに、例示の捕集電極は、複数の柱状セル１４３を含むことにより、気流方向の単位長さ当たりの面積を大きくしているが、捕集電極は必ずしも柱状セルを含まなくてもよい。例えば、板状をなす複数の電極が互いに離間して平行に配置されてもよい。

また、対向電極１３０と捕集電極１４０の板状部１４１とが一体的に形成されている例を示したが、対向電極１３０と捕集電極１４０の板状部１４１とは、互いに別々の部材であってもよい。対向電極１３０と板状部１４１とが別々の部材で形成されている場合、対向電極１３０と捕集電極１４０の板状部１４１とは、それぞれ接地されていてよい。また、対向電極１３０と板状部１４１とが別々の部材で形成されている場合、対向電極１３０のみ接地されていてもよい。この場合、板状部１４１、すなわち捕集電極１４０には放電電極１２０に印加される電圧とは反対の極性の電圧が印加されてもよい。

本明細書に記載の全ての側面、利点及び特徴が、必ずしも、いずれかひとつの特定の例及び実施形態により達成される又は含まれるわけではないことは理解されたい。実際、本明細書において様々な例を記載し示したが、他の例もその配置及び詳細について修正することができることは明らかであるべきだ。ここに請求される保護主題の精神及び範囲に包含される全ての修正及び変形を請求する。

例えば、捕集装置４００に設けられた調整板４１０は、捕集装置１００，２００，３００に適用されてもよい。

Claims (15)

1. 空気を気流方向に導くための通路と、
   前記通路内に配置された放電電極と、
   前記通路内に配置され、前記放電電極との間で放電を発生させ、空気中の粒子を帯電させ、且つ、帯電した前記粒子を捕集する対向電極と、
   前記通路内に配置され、前記放電電極によって帯電した前記粒子を捕集する捕集電極と、を備える、捕集装置。
2. 前記捕集電極は、前記通路内の気流方向において、前記対向電極の単位長さ当たりの面積よりも大きい単位長さ当たりの面積を有する、請求項１に記載の捕集装置。
3. 気流方向から見たとき、前記通路内には、前記対向電極を含む壁面によって囲まれた第１領域と、前記捕集電極を含む壁面によって囲まれた第２領域とが形成されており、
   前記第２領域における前記気流方向に直交する断面積は、前記第１領域における前記気流方向に直交する断面積よりも小さい、請求項１に記載の捕集装置。
4. 前記対向電極と前記捕集電極とは一体的に形成されている、請求項１に記載の捕集装置。
5. 前記放電電極は複数の針電極を含み、
   前記複数の針電極は、気流方向の上流側を向いて配置されている、請求項１に記載の捕集装置。
6. 前記気流方向において前記放電電極の上流には、前記放電電極に向けて傾斜した調整板が配置されている、請求項１に記載の捕集装置。
7. 前記気流方向において前記放電電極の下流には、下流に向かって前記放電電極から離れるように傾斜した調整板が配置されている、請求項１に記載の捕集装置。
8. 前記気流方向において前記放電電極と前記捕集電極との間には絶縁体が配置されている、請求項１に記載の捕集装置。
9. 前記捕集電極は接地されている、請求項１に記載の捕集装置。
10. 空気を気流方向に導くための通路と、
    前記通路内に配置された放電電極と、
    前記通路内に配置され、前記放電電極との間で放電を発生させ、空気中の粒子を帯電させ、且つ、帯電した前記粒子を捕集する対向電極と、
    前記気流方向において前記放電電極の下流に配置され、実質的に前記気流方向に延在する複数の柱状セルを形成する捕集電極と、を備える、捕集装置。
11. 前記複数の柱状セルのそれぞれは、前記気流方向から見て六角形状を呈している、請求項１０に記載の捕集装置。
12. 前記対向電極は一対形成されており、
    前記気流方向から見たとき、一対の前記対向電極の間に前記複数の柱状セルが配置されている、請求項１０に記載の捕集装置。
13. 前記対向電極と前記捕集電極とは一体的に形成されている、請求項１０に記載の捕集装置。
14. 前記捕集電極は接地されている、請求項１０に記載の捕集装置。
15. 前記気流方向において前記放電電極と前記捕集電極との間には絶縁体が配置されている、請求項１４に記載の捕集装置。

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