JP4243631B2 - イオン発生装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、沿面放電に伴ってイオンを発生させるイオン発生装置及びこのイオン発生装置を備えた、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関するものである。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置においては、記録方式として電子写真方式を採用したものがあり、市場も急速に拡大している。

このような電子写真方式を用いた画像形成装置においては、従来、感光体等の帯電を行う帯電装置や、感光体等の除電を行う除電装置、トナー像を被転写材に転写させる転写装置として、イオン発生装置が用いられている。そして、イオン発生装置の中でも、コロトロン式或いはスコロトロン式のコロナ帯電装置や、ローラ式接触帯電装置が、現在、主流となっている。

しかしながら、今日、画像形成装置自体の小型化が進み、帯電装置自体の小型化も要求されており、上記したコロナ帯電装置やローラ式接触帯電装置のイオン発生装置では、小型化の要求に十分に応えることができていないのが実情である。

具体的に言うと、コロナ帯電装置では、コロナワイヤを１ｃｍ程度離してケースにて覆う構成である。そのため、帯電装置自体の小型化が図り難い。コロナ帯電装置程ではないが、ローラ式接触帯電装置においても、ローラを配置するスペースが必要となる。

このような要求のなか、小スペースでも帯電が行えるイオン発生装置として、固体イオン発生装置とも称される、沿面放電に伴ってイオンを発生させる沿面放電素子を用いたイオン発生装置の検討がなされている。このようなイオン発生装置は、オゾン発生量を大幅に抑えることができる。

図１６に、沿面放電に伴ってイオンを発生させるイオン発生装置の一般的な構成を示す。図１６に示すように、イオン発生装置は、誘電体１０１と、該誘電体１０１を介して対峙するよう配された放電電極１０３と誘導電極１０２とを有する沿面放電素子１０４を備えている。

上記誘電体１０１としては、例えば、マイカの鱗片を樹脂で固めて集成した集成マイカが用いられている。誘電体１０１には、その他、生マイカ（きマイカ）やセラミック、樹脂シート等を用いることもできる。但し、生マイカは広面積なものを得ることが非常に難しく、また高価である。また、セラミックは、生マイカ程ではないものの高価であり、かつ、割れや欠けが発生し易く、薄板化が難しい。

また、放電電極１０３及び誘導電極１０２は、誘電体１０１（の表面）にタングステ等の電極層を成膜し、フォトリソ技術等を用いて、ストライプ状などの形状に形成されている。

そして、放電電極１０３と誘導電極１０２との間に交番電圧を印加することによって、放電電極近傍に沿面放電に伴ってイオンを発生させる。ストライプ状よりなる放電電極１０３の場合は、長手方向に延びる２つのエッジ部分で放電が起こる。

このような沿面放電素子を備えたイオン発生装置の先行技術文献としては、例えば特許文献１がある。
特開２００２−２３７３６８号公報（２００６年８月２３日公開）

しかしながら、特許文献１に記載されているような従来のイオン発生装置においては、以下のような問題点がある。

１つは、製造コストの問題である。上記構成では、放電電極１０３及び誘導電極１０２を、誘電体１０１表面に電極膜を形成し、これをフォトリソ技術等を用いてパターニングすることで形成している。したがって、必然的に、製造コストが嵩む。

２つ目の問題は、ランニングコストの問題である。つまり、電極膜をパターニングしてなる放電電極１０３の場合、図１６に示すように、沿面放電はもっぱらエッジ部分において起こり、放電面積が小さい。そのため、放電電極１０３と誘導電極１０２との間に印加している交番電圧値の割には放電量が低く、放電量を確保するために、ある程度高い値の交番電圧を印加する必要がある。その結果、消費電力が大きいと共に、誘電体１０１の劣化が促進されてイオン発生装置或いは沿面放電素子の寿命が短くなり、ランニングコストが嵩むといった問題点がある。

本願発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、その目的は、製造が容易であると共に、放電電極と誘導電極との間に印加される交番電圧の値を従来よりも低くできるイオン発生装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することにある。

本発明のイオン発生装置は、上記課題を解決するために、沿面放電に伴ってイオンを発生させるイオン発生装置であって、誘電体と、前記誘電体の一方の面に配された誘導電極と、前記誘電体の他方の面に配された放電電極と、前記誘導電極と前記放電電極との間に交番電圧を印加する交番電圧印加部と、前記放電電極に直流バイアス電圧を印加する直流バイアス電圧印加部とを備え、前記放電電極は、長手方向の両端部が誘電体外部において支持されると共に前記誘電体の前記他方の面に接触して配された、ワイヤ状の電極部材よりなることを特徴としている。

これによれば、放電電極が、長手方向の両端部が誘電体外部において支持されると共に前記誘電体の前記他方の面に接触して配された、ワイヤ状の電極部材よりなるので、フォトリソ技術を用いて誘電体の面に放電電極を直接形成していた従来の構成よりも、沿面放電素子及びイオン発生装置の製造が容易になり、製造コストを低減できる。

さらに、ワイヤ状の放電電極とすることで、外周面全体にて沿面放電を効率よく生じさせやすくなり、従来の電極膜をパターニングしてなる放電電極を備えた構成に比して、放電電極と誘導電極との間に印加する交番電圧の値に対する放電量を大きくすることが可能となる。その結果、放電電極と誘導電極との間に印加する交番電圧を下げることができ、省電力化が図れると共に、誘電体の劣化を抑制して、イオン発生装置或いは沿面放電素子の寿命を延ばすことができる。

また、誘電体に放電電極を直接形成していないので、誘電体と放電電極との位置関係を相対的に変化させるといったことも容易に実現できるようになり、放電電極の誘電体に対する位置を切り換えるなどして、誘電体を有効利用して、イオン発生装置或いは沿面放電素子における寿命をさらに延ばすといったことも可能となる。

また、本発明のイオン発生装置においては、さらに、前記誘電体は平板状をなし、前記放電電極が接触する側の面を凸とした弓反り状に形成されていることが好ましい。

誘電体は非常に薄い板状部材であるため、変形を生じる虞があり、誘電体に、放電電極との接触面が長手方向中央部にかけて凹をなすような反りを生じると、誘電体と放電電極とを、誘電体の長手方向全域にて均一に接触することはできなくなる。

これに対し、上記構成のように、誘電体の形状としては、放電電極との接触面が、長手方向中央部にかけて凸をなすような反りを最初から持たせておくことにより、放電電極を誘電体に対し、その全域にて確実に密接させることができる。

また、本発明のイオン発生装置においては、さらに、前記電極部材の長手方向の一端側が、弾性部材を介して支持されていることを特徴とすることもできる。

このような構成とすることで、放電電極が伸縮性を持つようになり、弛みを生じることなく、テンションを持って誘電体に当接させることができる。

また、本発明のイオン発生装置においては、さらに、前記電極部材は軸方向に直交する方向の断面形状が円形状をなすことを特徴とすることもできる。

断面円形状のワイヤ状電極部材とすることで、効果的に外周面全体にて放電を生じさせることができる。そして、断面円形状のワイヤ状電極部材の場合、曲率を小さくするほど、放電量を大きくできるので、径として細いほど印加電圧を低下させることができる。

この場合、特に、ワイヤ電極部材の径として、Φ２０μｍ〜１００μｍの範囲が好ましい。２０μｍより小さいと、放電効率は高くなるものの機械的強度が不足するため、寿命面で問題となる。また１００μｍを超えると、放電効率が低下するとともにそれ自体を固定させるための部材強度が必要となる。

また、前記電極部材の放電電流値の絶対値は５μＡより大きいことが好ましい。例えば、本発明のイオン発生装置を、後述する、中間転写ベルト上にあるトナーの帯電量を補う転写前帯電装置に使用する場合、放電電流値の絶対値は５μＡより大きくすることで、中間転写ベルト上にあるトナーを−２０μｑ以上に帯電させることができ、高い転写効率を実現できる。

また、本発明のイオン発生装置においては、さらに、前記電極部材に、金メッキが施されていることを特徴とすることもでき、これにより、放電電極としての寿命を延ばすことができると共に、強度を高めることができる。

本発明のイオン発生装置において、前記誘電体としては、マイカの鱗片を樹脂で固めて集成した集成マイカを用いることが好ましい。集成マイカは、生マイカに比べて安価であり、また、セラミックに比して加工しやすく、かつ、樹脂フィルムに比して、絶縁破壊に強いなどの利点にとも、価格、絶縁性能、及び加工のし易さの点から好適である。

本発明の画像形成装置は、担持体上に担持されたトナーに電荷を与える転写前帯電用の帯電装置として本発明のイオン発生装置を備えることを特徴としている。

転写前のトナーに対して、適正な帯電性を付与する転写前帯電装置として本発明のイオン発生装置を用いることで、製造コスト及びランニングコストを抑えながらも、画質の高い画像を得ることができる。

また、本発明の画像形成装置は、静電潜像を現像する現像装置内のトナーに電荷を与えるトナー予備帯電用の帯電装置として本発明のイオン発生装置を備えることを特徴としている。

現像装置内におけるトナーの帯電不良を補うトナー予備帯電用の帯電装置として本発明のイオン発生装置を備えることで、製造コスト及びランニングコストを抑えながらも、画質の高い画像を得ることができる。

本発明のイオン発生装置は、以上のように、沿面放電に伴ってイオンを発生させるイオン発生装置であって、誘電体と、前記誘電体の一方の面に配された誘導電極と、前記誘電体の他方の面に配された放電電極と、前記誘導電極と前記放電電極との間に交番電圧を印加する交番電圧印加部と、前記放電電極に直流バイアス電圧を印加する直流バイアス電圧印加部とを備え、前記放電電極は、長手方向の両端部が誘電体外部において支持されると共に前記誘電体の前記他方の面に接触して配された、ワイヤ状の電極部材よりなることを特徴としている。

これにより、従来よりも製造しやすく、また、放電電極と誘導電極との間に印加される交番電圧の値を従来よりも低くして、製造コスト及びランニグコストを従来よりも低減できるという効果を奏する。

〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１ないし図７に基づいて説明すると以下の通りである。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

まずは、本実施形態における、電子写真方式の画像形成装置１００の全体構成について、図２を用いて説明する。画像形成装置１００は、いわゆるタンデム式で、かつ、中間転写方式のプリンタであり、フルカラー画像を形成することができる。

図２に示すように、画像形成装置１００は、４色（Ｃ・Ｍ・Ｙ・Ｋ）分の可視像形成ユニット５０ａ〜５０ｄ、転写ユニット４０、及び定着装置１４を備えている。

転写ユニット４０は、中間転写ベルト１５（像担持体）と、この中間転写ベルト１５の周囲に配置された４つの一次転写装置１２ａ〜１２ｄ、二次転写前帯電装置３、二次転写装置１６、及び転写用クリーニング装置１７とを備えている。

中間転写ベルト１５は、可視像形成ユニット５０ａ〜５０ｄによって可視化された各色のトナー像が重ね合わせて転写されるとともに、転写されたトナー像を記録紙に再転写するためのものである。具体的には、中間転写ベルト１５は無端状のベルトであり、一対の駆動ローラ及びアイドリングローラによって張架されているとともに、画像形成の際には所定の周速度に制御されて搬送駆動される。

一次転写装置１２ａ〜１２ｄは、可視像形成ユニット５０ａ〜５０ｄごとに設けられており、それぞれの一次転写装置１２ａ〜１２ｄは、対応する可視像形成ユニット５０ａ〜５０ｄと中間転写ベルト１５を挟んで反対側に配置されている。

二次転写前帯電装置３は、中間転写ベルト１５に重ね合わせて転写されたトナー像を再帯電させるためのものである。

二次転写装置１６は、中間転写ベルト１５上に転写されたトナー像を、記録紙に対して再転写するためのものであり、中間転写ベルト１５に接して設けられている。転写用クリーニング装置１７は、トナー像の再転写が行われた後の中間転写ベルト１５の表面をクリーニングするためのものである。

なお、転写ユニット４０の中間転写ベルト１５の周囲には、中間転写ベルト１５の搬送方向上流から一次転写装置１２ａ〜１２ｄ、二次転写前帯電装置３、二次転写装置１６、転写用クリーニング装置１７の順で各装置が配置されている。

二次転写装置１６の記録紙搬送方向下流側には、定着装置１４が設けられている。定着装置１４は、二次転写装置１６によって記録紙上に転写されたトナー像を記録紙に定着させるためのものである。

また、中間転写ベルト１５には、４つの可視像形成ユニット５０ａ〜５０ｄがベルトの搬送方向に沿って接して設けられている。４つの可視像形成ユニット５０ａ〜５０ｄは、用いるトナーの色が異なっている点以外は同一であり、それぞれ、イエロー（Ｙ）・マゼンタ（Ｍ）・シアン（Ｃ）・ブラック（Ｋ）のトナーが用いられている。以下では、可視像形成ユニット５０ａのみについて説明し、その他の可視像形成ユニット５０ｂ〜５０ｄについては説明を省略する。

可視像形成ユニット５０ａは、感光体ドラム（像担持体）７と、この感光体ドラム７の周りに配置された潜像用帯電装置４、レーザ書き込みユニット（図示せず）、現像装置１１、一次転写前帯電装置２、クリーニング装置１３などを備えている。

潜像用帯電装置４は、感光体ドラム７の表面を所定の電位に帯電させるためのものである。

レーザ書き込みユニットは、外部装置から受信した画像データに基づいて、感光体ドラム７にレーザ光を照射（露光）し、均一に帯電された感光体ドラム７上に光像を走査して静電潜像を書き込むものである。

現像装置１１は、感光体ドラム７の表面に形成された静電潜像にトナーを供給し、静電潜像を顕像化してトナー像を形成するものである。

一次転写前帯電装置２は、感光体ドラム７の表面に形成されたトナー像を転写前に再帯電させるためのものである。

クリーニング装置１３は、中間転写ベルトにトナー像を転写した後の感光体ドラム７上に残留したトナーを除去・回収して感光体ドラム７上に新たな静電潜像およびトナー像を記録することを可能にするものである。

なお、可視像形成ユニット５０ａの感光体ドラム７の周囲には、感光体ドラム７の回転方向上流から、潜像用帯電装置４、レーザ書き込みユニット、現像装置１１、一次転写前帯電装置２、一次転写装置１２ａ、クリーニング装置１３の順で各装置が配置されている。

本実施形態の画像形成装置１００では、一次転写前帯電装置２、二次転写前帯電装置３、及び潜像用帯電装置４に、後述するイオン発生装置１を用いている。

次に、画像形成装置１００の画像形成動作について説明する。

まず、画像形成装置１００は、外部装置から画像データを取得する。また、画像形成装置１００の図示しない駆動ユニットが、感光体ドラム７を図２に示した矢印の方向に所定の速度で回転させるとともに、潜像用帯電装置４が感光体ドラム７の表面を所定の電位に帯電させる。

次いで、取得した画像データに応じてレーザ書き込みユニットが感光体ドラム７の表面を露光し、感光体ドラム７の表面に上記画像データに応じた静電潜像の書き込みを行う。続いて、感光体ドラム７の表面に形成された静電潜像に対して、現像装置１１がトナーを供給する。これにより、静電潜像にトナーを付着させてトナー像が形成される。

このようにして感光体ドラム７の表面に形成されたトナー像を、一次転写前帯電装置２が再帯電させ、再帯電されたトナー像を、一次転写装置１２ａが、感光体ドラム７の表面に形成されたトナー像とは逆極性のバイアス電圧を印加して、中間転写ベルト１５へ転写する（一次転写）。

可視像形成ユニット５０ａ〜５０ｄがこの動作を順に行うことにより、中間転写ベルト１５には、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの４色のトナー像が順に重ねあわされていく。

重ねあわされたトナー像は、中間転写ベルト１５によって二次転写前帯電装置３まで搬送され、搬送されたトナー像に対して、二次転写前帯電装置３が再帯電を行う。そして、再帯電が行われたトナー像を担持する中間転写ベルト１５を、二次転写装置１６が図示しない給紙ユニットから給紙された記録紙に対して圧接することにより、記録紙にトナー像が転写される（二次転写）。

その後、定着装置１４がトナー像を記録紙に定着させ、画像の記録された記録紙が排紙ユニット（図示せず）に排出される。なお、上記の転写後に感光体ドラム７上の残存したトナーはクリーニング装置１３によって、また、中間転写ベルト１５上の残存したトナーは転写用クリーニング装置１７によって除去・回収される。以上の動作により、記録紙に適切な印刷を行うことができる。

次に、上記３つの帯電装置２，３，４に使用されているイオン発生装置１の構成について詳細に説明する。

図３に、二次転写前帯電装置３として中間転写ベルト１５近傍に配置されているイオン発生装置１の構成を示す。

図３に示すように、二次転写前帯電装置３は、沿面放電素子２０、交番電圧印加部２３、直流バイアス電圧印加部２２、及び対向電極２４を備えている。

沿面放電素子２０は、誘電体２６と、誘電体２６の一方の面に配された誘導電極２５と、誘電体２６の他方の面に配された放電電極２７とを備えている。

誘導電極２５は、誘電体２６の一方の面に形成された、例えばストライプ状の電極層よりなる。このような電極層の加工には、フォトリソ技術等が用いられる。そして、誘導電極２５は、放電電極２７の側でのみ放電が生じるように、誘電体２６の外周部を除く全域に形成されている。誘導電極２５の材料としては、タングステンワイヤや、モリブデン、ステンレス等を挙げることができる。

放電電極２７は、誘電体２６の他方の面に接触するように配されたワイヤ状の電極部材よりなる。そして、詳細については後述するが、上記放電電極２７は、誘電体２６をその長手方向に横切るように、両端部側で固定されているだけであり、誘電体２６に対して移動自在に構成されている。このような放電電極２７の材料としては、タングステンや、モリブデン、ステンレス等を用いることができる。

また、その径として、Φ２０μｍ〜１００μｍの範囲が好ましい。２０μｍより小さいと、放電効率は高くなるものの機械的強度が不足するため、寿命的に短くなる。また１００μｍを超えると、放電効率が低下するとともにそれ自体を固定させるための部材強度が必要となるため、装置が大掛かりになってしまう。

そして、機械的強度を考慮した下限のより好ましい範囲はΦ３０μｍ以上である。また、放電効率等及び固定させるための部材強度等を考慮した上限のより好ましい範囲は７０μｍ以下である。

これら誘導電極２５及び放電電極２７は、銅、金、ニッケル等にてメッキされていることが望ましい。メッキすることで、電極としてのライフが延びると共に強度を高めることができる。中でも金メッキが最も好ましい。

これら誘導電極２５と放電電極２７との間に介在する上記誘電体２６は、長尺状の板状の部材であり、マイカ材や、セラミック、樹脂フィルム等を用いることができる。中でも、マイカの鱗片を樹脂で固めて集成した集成マイカは、価格、絶縁性能、及び加工のし易さの点から好適である。

集成マイカとしては、例えば、株式会社岡部マイカ工業所製のミカタイトＭＣＴ−ＢＳを用いることができる。ミカタイトＭＣＴ−ＢＳにおけるマイカ燐片のサイズは、通常、厚み１〜１０μｍ、平均径１００〜２００μｍである。

集成マイカよりなる誘電体２６の厚みは、放電電極２７と誘導電極２５との間の絶縁破壊電圧を考えると、最低１ｍｍは必要である。

対向電極２４は、放電電極２７と対向して配され、アース接続されている。このような対向電極２４は、放電電極２７からの放電を生じ易くするために配されるものでり、必ず必要なものではなく、省略することもできる。

直流バイアス電圧印加部２２は、放電電極２７に直流バイアス電圧を印加するものである。交番電圧印加部２３は、誘導電極２５と放電電極２７との間に交番電圧（交流電圧）を印加するものである。

このような構成のイオン発生装置１において、放電電極２７と誘導電極２５との間に周波数が数百Ｈｚ〜数百ｋＨｚ、波高値１ｋ〜５ｋボルトの交番電圧が印加されると、放電電極２７から放電が起こる。

放電電極２７から放電が起こると、放電領域において電極間の空気がイオン化されてこの付近に正と負のコロナイオンが発生する。発生したコロナイオンは放電電極２７に直流バイアス電圧が印加されることにより取り出される。

ここで、直流バイアス電圧に負の電圧が印加されている場合には、イオン発生装置１からは負イオンのみが取り出される。一方、直流バイアス電圧に正の電圧が印加されている場合は、イオン発生装置１からは正のイオンのみが取り出される。

次いで、誘電体２６に対して放電電極２７が移動自在に構成されている点について詳細に説明する。

図１に、上記イオン発生装置１における沿面放電素子２０を、放電電極２７が配されている側より見た平面図を示す。また、図４に、沿面放電素子２０における誘電体２６の長手方向一端部側の斜視図を示す。

図１に示すように、放電電極２７は、一端部は直接、他端部は弾性部材３２を介してそれぞれ止め部材（支持部材）３３・３３にて固定されている。弾性部材３２が介されることで、放電電極２７は軸方向に伸縮性を有するようになる。

そして、放電電極２７の端部は、止め部材３３・３３にて、誘電体２６の接触面よりも低い位置にて固定されている。伸縮性を有する放電電極２７は、このように端部が誘電体２６の接触面よりも低い位置に固定されることで、誘電体２６に当該誘電体２６の長手方向全域において密接する。

ところで、上述したように、誘電体２６は非常に薄い板状部材であるため、変形を生じる虞がある。誘電体２６に、放電電極２７との接触面が長手方向中央部にかけて凹をなすような反りを生じると、誘電体２６の長手方向全域にて、誘電体２６と放電電極２７とを接触することができなくなる。

そこで、誘電体２６の形状としては、平板状に形成するよりも、放電電極２７との接触面が、長手方向中央部にかけて凸をなすような反り（弓反り）を最初から持たせておくことが好ましい。このような反りを予め与えておくことで、放電電極２７を誘電体２６に確実に密接させることができる。

誘電体２６における長手方向端部と、止め部材３３・３３との間には、位置決め部材３０・３０が配置されている。位置決め部材３０は、放電電極２７の誘電体２６に対する位置を決定するためのものである。置決め部材３０には、放電電極２７を引っ掛けて保持する溝状のフック部（保持部）３１が複数個（図では４個）併設されている。複数のフック部３１…は、誘電体２６における放電電極２７との接触面において、その長手方向が直交する方向である矢印Ｘにて示す方向に沿って併設されている。

このような構成では、放電電極２７を引っ掛けるフック部３１を切り換えることで、誘電体２６に対する放電電極２７の位置を矢印Ｘにて示す方向に変化させて、放電電極２７が接触する誘電体２６の部位を切り換えることができる。係合させるフック部３１の切り換えは、弾性部材３２による伸縮性を利用して、容易に行うことができる。

図４においては、誘電体２６における、放電電極２７がフック部３１ａ・３１ａに保持されている状態で接触する部位と、フック部３１ｂ・３１ｂに保持されている状態で接触する部位とが、既に劣化している状態にある。このような状態となると、放電電極２７が、誘電体２６の非劣化部と接触するように、放電電極２７を、隣のフック部３１ｃ・３１ｃに掛け変えればよい。

図５に、放電電極２７を保持させるフック部３１を、フック部３１ｂ・３１ｂから隣のフック部３１ｃ・３１ｃへと切り換える状態を示す。なお、図５は、図４におけるＡ−Ａ線断面図である。

単純計算ではあるが、図４の構成では４個のフック部３１が設けられているので、従来構成のイオン発生装置に比して、寿命が４倍長い構成となっている。

次に、放電電極２７の位置を切り換えるタイミングを決定するために、誘電体２６の劣化特性、及び劣化と画像品質との関係を調べた結果について説明する。

誘電体２６には、株式会社岡部マイカ工業所製のミカタイトＭＣＴ−ＢＳを使用し、放電電極２７には、Φ６０μｍのタングステンワイヤを使用した。放電電極２７に印加する直流バイアス電圧は、−１．５ｋボルトとし、誘導電極２５と放電電極２７との間に印加する交番電圧は、波高値３．０ｋボルト、周波数５００Ｈｚとした。

そして、放電電極２７と対向電極２４との間に配した中間転写ベルト１５に流れる電流量を、対向電極２４とアースとの間に直流電圧計を挿入して放電を開始してから５時間経過するごとに測定した。同様に、５時間経過するごとに、中間転写ベルト１５上のトナーを転写前帯電して画像を形成し、画質を目視にて検査した。

図６に、放電時間と放電電流及び画像品質との関係を調べた結果を示す。図６に示すように、放電電流は放電時間が長くなるほど放物線を描いて徐々に低下していく。これより、放電時間がながくなるにつれて、誘電体２６が劣化していくことがわかる。

放電電流（μＡ）が低下しても、−５μＡを超えている場合は、画質には問題がなかったが、放電時間が４５時間となり、−５μＡ以下となると、画質に影響が出た（画像影響領域）。具体的には、ベタ画像濃度が薄く、ガサツクようになった。これは、放電電極２７からの放電量の低下により、中間転写ベルト１５上のトナーが十分に帯電されず、転写効率が低下したためである。

中間転写ベルト１５上にあるトナーを高い転写効率にて用紙等に転写するには、トナーを必要な電荷量に帯電させておく必要がある。転写前帯電は、この帯電量を補うためのものである。中間転写ベルト１５上にあるトナーを高い転写効率にて用紙等に転写するには−２０μｑ以上のトナー帯電量が必要である。

したがって、二次転写前帯電装置３として配されるイオン発生装置１においては、−５μＡを超える放電電流が必要であり、−５μＡ以下となった時点で、誘電体２６における放電電極２７の接触部位は、劣化したと判断することができる。但し、実際には、マージンをみて、放電時間４０Ｈ程度で、放電電極２７を移動させるようにすればよい。

そして、これからわかるように、誘電体２６における接触部位の劣化の判断は、イオン発生装置１に求められる放電量によって変化するものである。また、イオン発生装置１に求められる放電量は、イオン発生装置１の使われ方によって決まるものである。したがって、イオン発生装置１の使われ方に応じて、接触部位の劣化の判断基準を変えることで、誘電体２６をより一層長く使用することができる。

次に、放電電極２７の移動量を決定するために、誘電体２６における放電電極２７と接触する周囲どの程度の部分が劣化するかを調べた結果について説明する。

ここでも、誘電体２６には、株式会社岡部マイカ工業所製のミカタイトＭＣＴ−ＢＳを使用し、放電電極２７には、Φ６０μｍのタングステンワイヤを使用した。また、放電電極２７に印加する直流バイアス電圧は、−１．５ｋボルトとし、誘導電極２５と放電電極２７との間に印加する交番電圧は、波高値３．０ｋボルトとした。

そして、目視にて誘電体の色が変色した領域を、劣化領域と判断した。

図７に、誘電体２６に放電電極２７を密接させ、放電電極２７と接触する周囲どの程度の部分が劣化するかを調べた結果を示す。図７に示すように、放電電極２７の軸方向両側の約３００μｍに及ぶ領域が劣化していた。Φ３０μｍのタングステンワイヤよりなる放電電極２７についても、同様の結果を得た。

また、直流バイアス電圧値及び交番電圧を変化させて、劣化具合をみたところ、劣化領域となるまでの時間に違いはあるものの、放電電極２７の軸方向両側に生じる劣化領域の大きさ自体は変化ないことも確認した。

さらに、ワイヤ状の放電電極２７に限らず、ミカタイトＭＣＴ−ＢＳよりなる誘電体の一方の面に、ストライプ状の放電電極が形成されている従来の沿面放電素子についても、劣化領域の発生具合を調べたところ、これにおいてもほぼ同様の結果であることを確認した。

そこで、本実施の形態では、放電電極２７の太さも考慮したマージン３００μｍをとり、１ｍｍ移動させ得るように、フック部３１を形成している。

次に、ワイヤ状の放電電極２７を使用した沿面放電素子２０を搭載したイオン発生装置１における放電特性を調べた結果について説明する。

先の試験と同様に、ここでも、誘電体２６には、株式会社岡部マイカ工業所製のミカタイトＭＣＴ−ＢＳを使用した。また、放電電極２７には、Φ６０μｍのタングステンワイヤ（実施例１）と、Φ３０μｍのタングステンワイヤ（実施例２）とを使用した。放電電極２７に印加する直流バイアス電圧は、−１．５ｋボルトとし、誘導電極２５と放電電極２７との間に印加する交番電圧は、波高値３．０ｋボルトとした。

そして、誘導電極２５と放電電極２７との間に印加する交番電圧の周波数を変化させ、放電電極２７と対向電極２４との間に配された被帯電物に流れる電流量を、対向電極２４とアースとの間に直流電圧計を挿入して測定した。

また、比較として、同じミカタイトＭＣＴ−ＢＳよりなる誘電体２６の面に、放電電極として、タングステンよりなる幅０．３ｍｍのストライプ状の電極を形成して、同じ条件で放電性能を調べた。

図８に、放電特性を調べた結果を示す。図８に示すように、放電電極２７がΦ６０μｍのタングステンワイヤよりなる実施例１の沿面放電素子２０においても、放電電極２７がΦ３０μｍのタングステンワイヤよりなる実施例２の沿面放電素子２０においても、さらには、放電電極が幅０．３ｍｍのストライプ状のタングステンよりなる比較例の沿面放電素子においても、誘導電極２５と放電電極２７（比較例の場合はストライプ状の放電電極）との間に印加する交番電圧の周波数が高くなるほど、電流量が高くなる。

そして、実施例１、実施例２、比較例より、放電電極の形状を、ストライプ状とするよりもワイヤ状としたほうが、交番電圧の周波数が同じ場合における被帯電物に流れる電流量を高くできることがわかる。

これは、ストライプ状の放電電極の場合、沿面放電は主にエッジ部分にて行われるのに対し、Φ６０μｍ、Φ３０μｍといった極細のワイヤ状の放電電極２７の場合は、外周面全体に沿面放電が生じているためである。

このことより、ワイヤ状の放電電極とすることで、ストライプ状の放電電極よりも、放電量を大きくして、放電電極２７と誘導電極２５との間に印加する交番電圧値を下げることができることがわかる。

さらに、実施例１、実施例２より、放電電極をワイヤ状とした場合にも、その径が小さいほど、交番電圧の周波数が同じ場合における被帯電物に流れる電流量を高くできることがわかる。

これより、ワイヤの径を小さくするほど、つまり、曲率を小さくするほど、放電量を大きくでき、放電電極２７と誘導電極２５との間に印加する交番電圧値を下げることができることがわかる。

以上のように、本実施形態の画像形成装置１００においては、一次転写前帯電装置２、二次転写前帯電装置３、潜像用帯電装置４として搭載されているイオン発生装置１は、放電電極２７がワイヤ状の電極部材であり、誘電体２６表面に直接形成されているのではなく、誘電体２６に圧接するように取り付けられている構成である。

したがって、フォトリソ技術を用いて誘電体２６の面に放電電極を直接形成していた従来の沿面放電素子及びイオン発生装置よりも、構成が容易になる。

さらに、ワイヤ状の放電電極とすることで、ストライプ状の放電電極よりも、放電量を大きくして、放電電極２７と誘導電極２５との間に印加する交番電圧を下げることができ、省電力化が図れ、誘電体２６の劣化を抑制することができる。

また、誘電体２６に放電電極２７を直接形成していないので、上述したように、誘電体２６との位置関係を相対的に変化させることが可能となり、誘電体２６における接触部位を順次切り換えるなどして、誘電体２６を有効利用して、イオン発生装置１或いは沿面放電素子２０における寿命を延ばすことができる。

また、本実施形態の画像形成装置１００においては、一次転写前帯電装置２、二次転写前帯電装置３、潜像用帯電装置４として搭載されているイオン発生装置１は、放電電極２７が誘電体２６に対して可動であり、放電電極２７と誘電体２６との相対位置を変化できる構成である。

これにより、たとえ、放電時間の累積時間が長くなり、放電電極２７と接触する誘電体２６の部位に、劣化が生じて放電不良が発生しても、放電電極２７の誘電体２６に対する位置を変化させて、放電電極２７が接触する誘電体の部位を、劣化の生じていない新しい領域へと切り換えることで、沿面放電素子２０やイオン発生装置１を交換することなく、継続して使うことができる。

したがって、従来、未劣化領域が残っている状態で無駄に廃棄されていた誘電体を有効に利用することが可能となり、同じ大きさの誘電体を使用しながら、沿面放電素子或いはイオン発生装置の寿命を延ばすことができ、ひいては、沿面放電素子２０やイオン発生装置１の交換等に伴うメンテナンス費用を含め、トータルコストを下げることができる。

なお、上記実施の形態においては、誘電体２６との間に相対移動可能に設けられた放電電極２７として、ワイヤ状の電極部材よりなる構成を例示した。しかしながら、放電電極２７を誘電体２６に固定することなく、誘電体２６と放電電極２７とが相対的に移動可能であればよく、放電電極の形状としては、従来あるようなストライプ状等にパターニングされた幅のある放電電極であってもよい。

但し、誘電体２６に対して相対的に移動する放電電極を、このようなワイヤ状とした場合、放電電極２７の下方から両側に及ぶ誘電体２６の劣化領域を、従来あるような放電電極自体が幅広のものに比べて小さくできる。したがって、同じ面積の誘電体を使用した場合、放電電極の位置の切換回数を多くすることができ、沿面放電素子或いはイオン発生装置の寿命をより長くできるといった効果がある。

また、ここでは、誘電体２６を固定しておき、誘電体２６に対して放電電極２７を移動させる構成としたが、放電電極２７を固定し、誘電体２６を放電電極２７に対して移動させる構成としてもよい。

さらに、上記イオン発生装置１においては、誘電体２６の長手方向両側に位置決め部材３０をそれぞれ配置したが、少なくとも一方側に配置することで、誘電体２６に対する放電電極２７の位置を換えることができる。

但し、位置決め部材３０が一方側にのみ配置されている構成では、放電電極２７は平行移動ではなく、位置決め部材３０が設けられていない側の止め部材３３を中心に回転するように移動する。そのため、位置決め部材３０を何れか一方に配置する構成においては、弾性部材３２が設けられた分、誘電体２６から止め部材３３までの距離が長くなっている側とは逆側に、位置決め部材３０を配置することが好ましい。

また、本実施形態の画像形成装置１００においては、一次転写前帯電装置２、二次転写前帯電装置３、潜像用帯電装置４として、本発明のイオン発生装置１を搭載した構成としたが、例えば、潜像用帯電装置４をスコロトロン型のコロナ帯電装置としたり、ローラ型接触帯電装置としたりすることももちろん可能である。帯電装置２〜４のうちの少なくとも１つに、イオン発生装置１が搭載されていればよい。

さらには、上記したイオン発生装置１を、画像形成装置の除電装置や転写装置に用いることも可能である。

また、イオン発生装置１の配置であるが、誘電体２６に対して放電電極２７は、鉛直方向下向きになっていることが好ましい。これにより、誘電体２６における放電電極２７との接触面の、トナーやダストによる汚染を少なくすることができる。

上述したように、イオン発生装置１では、放電電極２７と誘電体２６との相対位置を切り換えて、誘電体２６の全領域を有効に利用するものである。このような構成において、誘電体２６の表面がトナーやダストで汚染されることは好ましくなく、このような配置とすることで、誘電体２６の面をクリンに保つことができる。

特に、イオンやオゾンは空気よりも重いため、下向きに流れやすい。そのため、このような構成とすることで、発生したイオンを効率よく、被帯電物などに到達させることができる。

〔実施の形態２〕
本発明のその他の実施の形態について、図９、図１０に基づいて説明すると以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１で用いた部材と同じ機能を有する部材には同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態における画像形成装置と実施の形態１の画像形成装置１００との違いは、一次転写前帯電装置２、二次転写前帯電装置３、潜像用帯電装置４として使用されるイオン発生装置の違いにある。本実施形態の画像形成装置に搭載されるイオン発生装置２８は、放電電極２７の誘電体２６に対する位置を、自動的に切り換えることが可能である。

以下、イオン発生装置１と異なる部分についてのみ説明する。図９に示すように、イオン発生装置２８では、位置決め部材３５に、１つのフック部３１を有する。そして、位置決め部材３５の下面には、ラックギア３９が形成され、位置決め部材３５の下方には、このラックギア３９と噛合するピニオンギア３６が配されている。

このような構成では、ピニオンギア３６の回転にて、位置決め部材３５が矢印Ｘにて示す方向にスライド移動し、フック部３１に保持された放電電極２７の誘電体２６に対する位置が同方向に変化する。この矢印Ｘにて示す移動方向が、誘電体２６における放電電極２７との接触面においてその長手方向が直交する方向である。

さらに、本実施形態では、ピニオンギア３６には、制御部３８にてその駆動が制御されるモータ３７の駆動力が伝達されるようになっており、誘電体２６の劣化を考慮して適切なタイミングで、放電電極２７の位置が切り換えられるようになっている。

図１０に、制御部３８による放電電極２７の位置を自動に切り換える位置切り換え処理の手順を示す。

制御部３８は、イオン発生装置２８における放電時間を累積していく（Ｓ１）。次に、累積時間が限界時間に到達したかどうかを判断する（Ｓ２）。この限界時間とは、図６で示した、画像影響領域を考慮して設定された、誘電体２６の使用限界を示す時間である。Ｓ２において、累積時間が限界時間に到達していない場合は、Ｓ１にもどり、放電時間の累積処理を繰り返す。

一方、Ｓ２において、累積時間が限界時間に到達していた場合は、続いて、位置の切り換え回数が限界回数に到達したかどうかを判断する（Ｓ３）。この限界回数は、誘電体２６の大きさに応じて決まり、放電電極２７が誘電体２６に対して取り得る位置の数に相当する。誘電体２６の大きさが、フック部３１が４つ設けられていたイオン発生装置１と同じであれば、切り換え回数は４となる。

Ｓ３において、切り換え回数が限界回数に到達していない場合は、モータ３７を所定時間駆動する（Ｓ４）。これにより、所定距離、位置決め部材３５が移動して、放電電極２７の位置が切り換わる（Ｓ４）。その後、切り換え回数をカウントしているカウンタを１ＵＰすると共に（Ｓ５）、累積時間をカウントしているカウンタをクリアした後（Ｓ６）、Ｓ１に戻る。

一方、Ｓ３において、切り換え回数が既に限界回数に到達している場合は、処理を終了する。このとき、イオン発生装置２８の交換、或いはその沿面放電素子の交換を促すようなメッセージ等を、画像形成装置の図示しない表示部に表示させるようにしてもよい。

以上のように、本実施形態の画像形成装置に搭載されたイオン発生装置２８では、誘電体２６に対する放電電極２７の位置を自動的に切り換えることができる。これにより、誘電体２６に対する放電電極２７の位置の切り換えを、人の手によらず自動化することが可能となるので、メンテナンス性の優れた装置とできる。

〔実施の形態３〕
本発明のその他の実施の形態について、図１１〜図１３に基づいて説明すると以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１、２で用いた部材と同じ機能を有する部材には同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態における画像形成装置と実施の形態１の画像形成装置１００との違いは、一次転写前帯電装置２、二次転写前帯電装置３、潜像用帯電装置４として使用されるイオン発生装置の違いにある。本実施形態の画像形成装置に搭載されるイオン発生装置４２は、実施の形態２で説明したイオン発生装置２８と同様に、放電電極２７の誘電体２６に対する位置を、自動的に切り換えることが可能である。

以下、イオン発生装置２８と異なる部分についてのみ説明する。図１１に示すように、イオン発生装置４２では、誘電体４１は円筒形状をなし、その外周面に密接するように放電電極２７が配設されている。円筒形状をなす誘電体４１の内周面には、誘導電極４３が備えられており、これら誘電体４１及び誘導電極４３は、回転軸４４にて回転自在に構成されている。

このような構成では、回転軸４４の回転にて、誘電体４１が回転し、放電電極２７に対する誘電体４１の位置が切り換わる。本実施形態でも、回転軸４４には、制御部３８にてその駆動が制御されるモータ３７の駆動力が伝達されるようになっており、誘電体４１の劣化を考慮して適切なタイミングで、放電電極２７に対する位置が切り換えられるようになっている。

このような構成では、誘電体４１を少し回転させるだけで、放電電極２７に対し、劣化のない新しい領域を対面させることができ、切換回数を多く確保できる。したがって、安価ではあるもののマイカ材やセラミックに比べて絶縁破壊が起こり易かった樹脂フィルムを誘電体４１に利用しても、イオン発生装置４２或いは面放電素子の寿命を長くすることができる。

また、このように、円筒形状をなす誘電体４１の外周面に放電電極２７を配する構成では、図１２に示すように、放電電極２７を誘電体４１の中心線に対して少し斜めになるように、スキューさせて配することが好ましい。このように、スキューさせて配することで、放電電極２７を円筒形状をなす誘電体４１の外周面に、軸方向全域にて密接させることができる。

このような円筒形状をなす誘電体４１とその内周面に形成された誘導電極４３とは、例えば、図１３（ａ）に示すように、アルミニュウム、ステンレス等からなる金属製の円筒４５に絶縁性の樹脂チューブ４６を被せることで構成することができる。

また、図１３（ｂ）に示すように、アルミニュウム、ステンレス等からなる金属製の円筒４５にセラミック４７によるコーティングを施して構成したり、図１３（ｃ）に示すように、ガラス管４８の内周面に銀、金等の金属４９を用いてコーティングを施して構成したりすることができる。

〔実施の形態４〕
本発明のその他の実施の形態について、図１４、図１５に基づいて説明すると以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１〜３で用いた部材と同じ機能を有する部材には同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態における画像形成装置１０１は、図１４に示すように、可視像形成ユニット５０を１つ備えた、モノクロの画像形成装置である。そして、中間転写ベルト１５を備えず、感光体ドラム７上に形成されたトナー像を、給紙カセット装置５３より搬送される用紙に対して直接転写する構成である。なお、図中、参照符号５１は、自動原稿搬送装置である。

画像形成装置１０１における現像装置５６の内部には、トナー予備帯電用帯電装置が備えられており、このトナー予備帯電用帯電装置として、前述したイオン発生装置１、２８、４０が用いられている。

図１５に、現像装置５６の詳細構成を示す。なお、図１５では、トナー予備帯電用帯電装置として、イオン発生装置１を用いた構成を例示している。現像装置５６は、トナーとキャリアからなる２成分現像剤に対応したもので、現像剤を収容する現像槽５７を有している。現像槽５７内部には、現像剤を担持して感光体ドラム７へと供給する、現像ローラ５８を初めとして、搬送ローラ５９、ミキシングローラ６０、汲み上げローラ６１が配設されている。

また、現像槽５７内部は、流し板６２にて上下に仕切られており、現像ローラ表面に担持され、層厚規制部材６４にて規制された現像剤は、流し板６２を伝って、再び、搬送ローラ５９とミキシングローラ６０との間に戻されるようになっている。

このような構成の現像装置５６において、トナー予備帯電用帯電装置５は、層厚規制部材６４の近傍に配設されている。トナー予備帯電用帯電装置５は、層厚規制部材６４にて規制され、流し板６２を伝って、搬送ローラ５９とミキシングローラ６０との間に戻される現像剤を帯電させる。これにより、搬送ローラ５９、ミキシングローラ６０、汲み上げローラ６１等の搬送・攪拌作用に伴う摩擦帯電に不足があっても、その不足を補って、トナーの帯電量を上げることができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

また、本明細書で示した数値範囲以外であっても、本発明の趣旨に反しない合理的な範囲であれば、本発明に含まれることはいうまでもない。

本発明は、電子写真方式を用いる画像形成装置において、感光体や中間転写体などの像担持体上に形成されるトナー像を転写前に帯電させるための転写前帯電や、感光体を帯電させる潜像用帯電、或いは現像装置内のトナーの帯電を補助するトナーの予備帯電等を行う帯電装置として用いることができる。

本発明の実施の形態１を示すものであり、イオン発生装置における沿面放電素子を、放電電極側より見た説明図である。 上記イオン発生装置が、潜像用帯電装置、一次転写前帯電装置、二次転写前帯電装置として用いられた画像形成装置の要部構成を示す説明図である。 上記画像形成装置の二次転写前帯電装置として用いられている上記イオン発生装置の構成を示す説明図である。 上記イオン発生装置における沿面放電素子の、長手方向一端部側の構成を示す斜視図である。 上記イオン発生装置において、放電電極を引っ掛けるフック部を切り換えて放電電極の誘電体に対する位置を変化させる様子を示す説明図である。 上記イオン発生装置を用いて、放電時間と放電電流及び画像品質との関係を調べた結果を示すグラフである。 上記イオン発生装置を用いて、放電電極に対する誘電体の劣化具合を調べた結果を示す説明図である。 本発明の一実施例と比較例を示すもので、放電特性を調べた結果を示すグラフである。 本発明の実施の形態２を示すものであり、イオン発生装置の構成を示す説明図である。 上記イオン発生装置における、放電電極の位置を自動に切り換える位置切り換え処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３を示すものであり、イオン発生装置の構成を示す説明図である。 上記イオン発生装置における、より好ましい放電電極の配置例を示す説明図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、誘電体の内周に誘導電極が形成された回転ローラの具体的構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態４を示すものであり、イオン発生装置が、現像装置に配される、トナー予備帯電用の帯電装置として用いられた画像形成装置の要部構成を示す説明図である。 上記イオン発生装置が、トナー予備電用帯電装置として用いられた現像装置の要部構成を示す説明図である。 従来のイオン発生装置の構成を示す説明図である。

符号の説明

１ イオン発生装置
２ 一次転写前帯電装置
４ 潜像用帯電装置
３ 二次転写前帯電装置
５ トナー予備帯電用帯電装置
７ 感光体
２０ 沿面放電素子
２５ 誘導電極
２６ 誘電体
２７ 放電電極
３０ 位置決め部材
３１ フック部
３３ 固定部材
３２ 弾性部材
５６ 現像装置
２８ イオン発生装置
３５ 位置決め部材
３９ ラックギア
３６ ピニオンギア
３７ モータ
３８ 制御部
４２ イオン発生装置
４１ 誘電体
４３ 誘導電極
４４ 回転軸

Claims (10)

1. 沿面放電に伴ってイオンを発生させるイオン発生装置であって、
   誘電体と、
   前記誘電体の一方の面に配された誘導電極と、
   前記誘電体の他方の面に配された放電電極と、
   前記誘導電極と前記放電電極との間に交番電圧を印加する交番電圧印加部と、
   前記放電電極に直流バイアス電圧を印加する直流バイアス電圧印加部とを備え、
   前記放電電極は、長手方向の両端部が誘電体外部において支持されると共に前記誘電体の前記他方の面に接触して配された、ワイヤ状の電極部材よりなることを特徴とするイオン発生装置。
2. 前記誘電体は平板状をなし、前記放電電極が接触する側の面を凸とした弓反り状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン発生装置。
3. 前記電極部材の長手方向の一端側が、弾性部材を介して支持されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン発生装置。
4. 前記電極部材は軸方向に直交する方向の断面形状が円形状をなすことを特徴とする請求項１に記載のイオン発生装置。
5. 前記電極部材が、Φ２０μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項４に記載のイオン発生装置。
6. 前記電極部材に、金メッキが施されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン発生装置。
7. 前記誘電体が、マイカの鱗片を樹脂で固めて集成した集成マイカよりなることを特徴とする請求項１に記載のイオン発生装置。
8. 前記電極部材の放電電流値の絶対値が５μＡより大きいことを特徴とする請求項５に記載のイオン発生装置。
9. 担持体上に担持されたトナーに電荷を与える転写前帯電用の帯電装置として請求項１に記載のイオン発生装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
10. 静電潜像を現像する現像装置内のトナーに電荷を与える予備帯電用の帯電装置として請求項１に記載のイオン発生装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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