荷電粒子発生装置、帯電装置、及び画像形成装置
【課題】放電により生成された荷電粒子の移動に対する電極による阻害を抑制することができる荷電粒子発生装置、帯電装置、及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】帯電装置５２は、抵抗層７４と、導電層７８と、これら抵抗層７４と導電層７８との間に設けられた絶縁層７６と、を有し、導電層７８は、抵抗層７４、絶縁層７６、及びこの導電層７８が並ぶ積層方向に対して開口する開口部８０を有し、絶縁層７６は、開口部８０と連続し、この開口部８０と連続する方向には開放され、積層方向と垂直な水平方向には制限された空間である領域制限部８２を有し、開口部８０の穴半径は、領域制限部８２の穴半径よりも大きい。
【解決手段】帯電装置５２は、抵抗層７４と、導電層７８と、これら抵抗層７４と導電層７８との間に設けられた絶縁層７６と、を有し、導電層７８は、抵抗層７４、絶縁層７６、及びこの導電層７８が並ぶ積層方向に対して開口する開口部８０を有し、絶縁層７６は、開口部８０と連続し、この開口部８０と連続する方向には開放され、積層方向と垂直な水平方向には制限された空間である領域制限部８２を有し、開口部８０の穴半径は、領域制限部８２の穴半径よりも大きい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子発生装置、帯電装置、及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置の像保持体の帯電方式の１つとして、コロナ放電を利用したスコロトロン帯電方式を用いるものがある。この方式は、被帯電体に対して非接触で帯電を行うものである。その他の帯電方式としては、半導電性の帯電ロールを像担持体に接触回転させるときに両者間に生じる微小空隙で放電を発生させ帯電処理を行う帯電ロール方式を用いるものがある。
【０００３】
特許文献１は、基体との対向部に放電を生じさせる放電電極と、この放電電極表面に絶縁性層を介して積層される電離域制御電極とを設け、放電電極の背面側には給電電極を備えており、放電電極の軸方向における両端部分の体積抵抗率が、中央部分の体積抵抗率よりも低くなるように設定した帯電装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−０１５２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、放電により生成された荷電粒子の移動に対する電極による阻害を抑制することができる荷電粒子発生装置、帯電装置、及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられた絶縁体と、を有し、前記第２の電極は、前記第１の電極及び当該第２の電極間の放電により生じた荷電粒子の、前記第１の電極、前記絶縁体、及び当該第２の電極が並ぶ第１の方向に対して垂直な第２の方向への移動経路を避ける形態を有する荷電粒子発生装置である。
【０００７】
請求項２に係る発明は、前記第２の電極は、第１の方向に対して開口する開口部を有し、前記絶縁体は、前記開口部と連続し当該開口部と連続する方向には開放され、第２の方向には制限された空間である領域制限部を有し、前記開口部の面積は、前記領域制限部の面積よりも大きい請求項１記載の荷電粒子発生装置である。
【０００８】
請求項３に係る発明は、前記開口部の面積は、前記絶縁体から離れるにつれて大きくなる請求項２記載の荷電粒子発生装置である。
【０００９】
請求項４に係る発明は、前記絶縁体は、前記領域制限部との境界から第２の方向に対して予め定められた範囲で前記開口部と接する請求項２又は３記載の荷電粒子発生装置である。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項１記載の荷電粒子発生装置を有し、被帯電体を帯電する帯電装置である。
【００１１】
請求項６に係る発明は、被帯電体としての像保持体と、前記像保持体に対し非接触で配置され、当該像保持体を帯電する請求項５記載の帯電装置と、前記帯電装置により帯電された前記像保持体上に露光により形成された潜像を、現像剤により現像する現像装置と、前記現像装置により現像された像を記録媒体に転写する転写手段と、前記転写手段により前記記録媒体上に転写された像を当該記録媒体に定着させる定着手段と、を有する画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、放電により生成された荷電粒子の移動に対する電極による阻害を抑制することができる。
【００１３】
請求項２に係る発明によれば、本構成を有しない場合と比較して、より荷電粒子の移動に対する電極による阻害を抑制することができる。
【００１４】
請求項３に係る発明によれば、請求項１又は２に係る本発明の効果に加えて、本構成を有しない場合と比較して、安定して荷電粒子を生成することができる。
【００１５】
請求項４に係る発明によれば、請求項１乃至３いずれかに係る本発明の効果に加えて、本構成を有しない場合と比較して、より一層、荷電粒子の移動に対する電極による阻害を抑制することができる。
【００１６】
請求項５に係る発明によれば、放電により生成された荷電粒子の移動に対する電極による阻害を抑制することができる。
【００１７】
請求項６に係る発明によれば、放電により生成された荷電粒子の移動に対する電極による阻害を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態が適用される画像形成装置を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態が適用される帯電装置の断面図及びその周辺構造を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態が適用される帯電装置の下面を示す図である。
【図４】放電領域における荷電粒子の流れを表す模式図である。
【図５】放電領域周辺の構成を説明する説明図である。
【図６】実施例による電極間電流値と像保持体の表面電位との関係の測定結果である。
【図７】第２実施形態にかかる放電領域及びその周辺構造の模式図である。
【図８】第３実施形態にかかる放電領域及びその周辺構造の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第１実施形態］
本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態としての画像形成装置１０の全体構成を示す。
画像形成装置１０は画像形成装置本体１２を有し、この画像形成装置本体１２内部に像形成手段１４が搭載され、この画像形成装置本体１２の上部に排出部１６が設けられている。
【００２０】
画像形成装置本体１２の下部には、例えば二段の給紙装置２０、２０が配置されている。画像形成装置本体１２の下方には、さらに複数の給紙装置を追加して配置できるようになっている。
【００２１】
それぞれの給紙装置２０は、給紙装置本体２２と、記録媒体が収納される給紙カセット２４とを有する。給紙カセット２４の奥端近傍上部にはピックアップロール２６が設けられ、このピックアップロール２６の後方にリタードロール２８が配置され、このリタードロール２８に対向する位置にフィードロール３０が配置されている。
【００２２】
搬送路３２は、フィードロール３０から排出口３４までの記録媒体通路であり、この搬送路３２は、画像形成装置本体１２の裏側（図１の左側面）近傍にあって、最下端の給紙装置２０から定着器３６まで略鉛直に形成されている部分を有する。
【００２３】
定着器３６には、加熱ロール３８と加圧ロール４０が設けられている。搬送路３２の定着器３６の上流側に、転写ロール４２と感光体としての像保持体４４が配置され、転写ロール４２と像保持体４４の上流側に、レジストロール４６が配置されている。搬送路３２の排出口３４の近傍に、排出ロール４８が配置されている。
【００２４】
したがって、給紙装置２０の給紙カセット２４からピックアップロール２６により送り出された記録媒体は、リタードロール２８及びフィードロール３０の協働により捌かれる。このようにして、給紙カセット２４の最上位にある記録媒体が搬送路３２に搬送され、レジストロール４６により一時停止されタイミングを合わせ、転写ロール４２と像保持体４４との間を通って、現像剤像が記録媒体に転写される。この転写された現像剤像が定着器３６により記録媒体に定着され、排出ロール４８によって排出口３４から排出部１６へ排出される。
【００２５】
像形成手段１４は、例えば電子写真方式のもので、像保持体４４と、この像保持体４４を一様に帯電する帯電装置５２と、この帯電装置５２により帯電された像保持体４４に光により潜像を書き込む光書込み装置５４と、この光書込み装置５４により形成された像保持体４４の潜像を現像剤により可視化する現像装置５６と、この現像装置５６による現像剤像を記録媒体に転写する転写ロール４２と、像保持体４４に残存する現像剤をクリーニングする例えばブレードからなるクリーニング装置５８と、転写ロール４２により転写された記録媒体上の現像剤像を記録媒体に定着させる定着器３６とから構成されている。
【００２６】
プロセスカートリッジ６０は、像保持体４４、帯電装置５２、現像装置５６及びクリーニング装置５８を一体化したものであり、これらを一体として交換できるようになっている。このプロセスカートリッジ６０は、排出部１６を開くことにより、画像形成装置本体１２から取り出すことができる。
【００２７】
次に、帯電装置５２の詳細について、説明する。
図２は、帯電装置５２の断面図及びその周辺構造を示し、図３は、帯電装置５２の下面（像保持体４４側の面）を示す。
【００２８】
帯電装置５２は、対向する像保持体４４に遠い側から導電性基材７２、抵抗層７４、絶縁層７６、及び導電層７８が順に配置された構成となっている。
導電性基材７２及び抵抗層７４により第１電極が構成され、導電層７８により第２電極が構成される。
導電層７８は、絶縁層７６の少なくとも投影範囲内に配置されている。導電層７８は、絶縁層７６からはみ出ることなく（抵抗層７４側の面において領域制限部８２と接することなく）この絶縁層７６上に形成されている。
【００２９】
導電層７８には開口部８０が設けられており、絶縁層７６にはこの開口部８０と連続する空間である領域制限部８２が設けられている。領域制限部８２は、像保持体４４と対向する方向が開放した例えば円筒形状に構成されている。このように、領域制限部８２は、開口部８０と連続する方向が開放され、これと垂直な方向が制限された空間となっている。
開口部８０及び領域制限部８２により放電領域８４が構成される。
【００３０】
開口部８０の穴半径は、領域制限部８２の穴半径よりも長く（大きく）なっている。穴半径とは、導電性基材７２、抵抗層７４、絶縁層７６、及び導電層７８が並ぶ方向（以下、「積層方向」と称する場合がある）に対して垂直な方向（以下、「水平方向」と称する場合がある）の長さ（半径）を意味する。
このように、本実施形態において、開口部８０の面積は、領域制限部８２の面積よりも大きくなっている。
【００３１】
抵抗層７４は、高抵抗層８６及び抵抗調整層８８による２層構造として構成されている。なお、抵抗層７４は、一の材質からなる１層構造としてもよい。
【００３２】
導電性基材７２及び導電層７８には、それぞれに電圧を印加する電圧印加部９０が接続されている。
導電性基材７２及び導電層７８に一定以上の電圧を印加すると、抵抗層７４、絶縁層７６、及び導電層７８に囲まれ空間的に制限された放電領域８４において放電が発生する。
放電領域８４は、像保持体４４の軸方向と平行する方向（水平方向）に対し空間的に制限されているため、放電を二次元的に制限する。
【００３３】
放電領域８４は、像保持体４４と対向する方向に開放されているので、放電により生成された荷電粒子（イオン）の一部は、導電層７８と像保持体４４との間の電位差により、この導電層７８の開口部８０を通過して像保持体４４側に移動する。つまり、放電領域８４で発生したイオンが抵抗層７４から像保持体４４に電界ドリフト、または拡散することで、この像保持体４４を帯電させる構成となっている。ここで、ドリフトとは、電界によるイオンの移動を意味する。
導電層７８は、印加される電圧によってイオンが像保持体４４へ移動するための電界強度を調整し、像保持体４４の帯電電位を調整する機能を同時に担う。
【００３４】
次に、放電領域８４及びその周辺構造の詳細について説明する。
図４は、放電領域８４における荷電粒子の流れを表す模式図を示す。図５は、放電領域８４周辺の構成を説明する説明図を示す。
【００３５】
図４に示すように、放電により発生したイオンは、水平方向に広がりながら像保持体４４に向かって移動する。ここで、放電により発生したイオンは、抵抗層７４から像保持体４４に向かう移動経路の途中に導電層７８が存在すると、この導電層７８によって吸収される。つまり、このようなイオンは、像保持体４４を帯電させることなく消費されることとなる。
【００３６】
範囲Ｒに導電層７８が存在する場合、領域制限部８２から水平方向に広がって移動するイオンは、この範囲Ｒに存在する導電層７８によって吸収されることとなる。ここで、範囲Ｒは、領域制限部８２から像保持体４４に向かうイオンが通過する経路であって、水平方向に対して絶縁層７６よりも内側の範囲（絶縁層７６の投影範囲）を示す。
【００３７】
このため、導電層７８を放電領域８４内での放電により生じる荷電粒子の水平方向への移動経路を避ける形態とすることで、この導電層７８による荷電粒子の吸収が抑制される。ここで導電層７８の形態とは、例えば形状や大きさ（水平方向の長さ）、膜厚（積層方向の長さ）等の構成を意味するものである。
例えば、導電層７８の水平方向の長さを小さくする、すなわち開口部８０の穴半径を領域制限部８２の穴半径よりも大きくなるようにすることで、導電層７８と範囲Ｒとの重なりが回避される、あるいはこれらの重なる範囲が減少される。
【００３８】
図５に示すように、長さａは、領域制限部８２の水平方向の中心Ｐから、絶縁層７６の側面（領域制限部８２との境界となる面）までの距離（領域制限部８２の穴半径）を示す。
長さｂは、絶縁層７６の側面の積層方向に対する同一線Ｑ上から、導電層７８の側面（開口部８０との境界となる面）までの距離を示す。長さｂは、一定であってもよいし、例えば、像保持体４４側に近づくにつれて大きくするようにする等、像保持体４４との距離に応じて変化させるようにしてもよい。
長さｃは、中心Ｐから、最も像保持体４４側にある導電層７８の側面までの距離を示す。長さｃは、長さｂが像保持体４４との距離に対して一定であれば、この長さｂに長さａを足したものと同一の大きさとなる（長さｃ＝長さａ＋長さｂ）。
長さｄは、絶縁層７６の積層方向の長さ（膜厚）を示す。
長さｅは、導電層７８の積層方向の長さ（膜厚）を示す。
【００３９】
位置Ｍは、導電層７８のうち、開口部８０との境界であって、且つ最も絶縁層７６側の位置を示す。
位置Ｎは、導電層７８のうち、開口部８０との境界であって、且つ最も像保持体４４側の位置を示す。
位置Ｍと位置Ｎとを結ぶ線は、直線であってもよいし、曲線であってもよい。すなわち、導電層７８の側面は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。
【００４０】
長さａ〜長さｅは、例えば、以下の関係にある。
（１）2 μm≦ａ＜ｃ≦200 μm
（２）0 ＜ｂ≦ｃ−ａ≦198 μm
（３）4 μm≦ｄ≦500 μm
（４）0 ＜ｅ≦50 μm
【００４１】
長さａ（領域制限部８２の穴半径）は、2 μm以上200 μm未満の範囲内で形成される。
長さｂは、0 μmより大きく198 μm以下の範囲内で形成される。
長さｃは、2 μmより大きく200 μm以下（但しａ＜ｃ）の範囲内で形成される。
【００４２】
領域制限部８２の穴半径が2 μmより小さいと、１つの領域制限部８２あたりの放電発生量が小さくなる。結果、帯電器としての効率が低下する。このため、より効率的に像保持体４４を目標の電位に帯電するには、放電領域８４の穴半径を2 μm以上とするのがよい。
【００４３】
領域制限部８２の穴半径よりも大きい開口部８０の穴半径が200 μmより大きいと、この開口部８０の縁（へり）やその周辺部の電界強度が、放電領域８４内の空間の中心部の電界強度よりも数倍以上大きくなることが一般的な静電場解析計算により求められる。放電領域８４内の電界分布が不均一になり開口部８０の周辺部に放電が集中すると、その結果、放電が不安定になりオゾン発生量が増加したり、抵抗層７４が短絡したりする場合がある。
領域制限部８２の穴半径よりも大きい開口部８０の穴半径が200 μm以下であると、等電位面がほぼ絶縁体に平行と近似できる程度で形成され、領域制限部８２内の電界分布が均一になり、放電領域８４全域にわたって安定して放電が発生しやすくなる。
【００４４】
領域制限部８２の穴半径が30 μm以上80 μm以下の範囲にある場合は、領域制限部８２の穴半径が30 μm以上80 μm以下の範囲外である場合と比較して、放電領域８４全域にわたって効率よく均一な放電が発生する。
【００４５】
開口部８０の穴半径が40 μm以上100 μm以下の範囲にある場合は、開口部８０の穴半径が40 μm以上100 μm以下の範囲外である場合と比較して、放電領域８４で成されたイオンの導電層７６による吸収がより抑制される。
【００４６】
長さｄ（絶縁層７６の膜厚）は、4 μm以上500 μm以下の範囲内で形成される。
本実施形態において、放電領域８４の領域制限部８２は、絶縁層７６に設けられている。このため、長さｄ（絶縁層７６の膜厚）は、両電極（抵抗層７４及び導電層７８）間の距離、つまり放電距離を制限する。
長さｄ（絶縁層７６の膜厚）は、領域制限部８２の積層方向に対する長さとなる。
【００４７】
絶縁層７６の膜厚を500 μm以上とすると、放電開始電圧が上昇する。
絶縁層７６の膜厚を500 μm以下として放電距離を短くすると、放電の局所的な集中と急激な放電電流の増加が抑制され、放電を持続しやすくなる。
【００４８】
絶縁層７６の膜厚を4 μm以上として、空気中の電子の平均自由工程（0.1μm程度）よりも十分大きな放電距離にすると、領域制限部８２内での電離回数が確保され放電が持続しやすくなる。
【００４９】
空気中・大気圧下における平行平板間の放電開始電圧を定義するパッシェンの法則によれば、空隙が4 μm程度のときに放電開始電圧が最小値となり、空隙がそれより狭くなると放電開始電圧が上昇する。このことから、絶縁層７６の膜厚が4 μmより小さくなると放電が発生しにくくなることが示唆される。
【００５０】
絶縁層７６の膜厚が50 μm以上150 μm以下の範囲にある場合は、膜厚が50 μm以上150 μm以下の範囲外にある場合と比較して、高電圧印加に対する電極間の絶縁性や均一な放電がより安定に維持される。
【００５１】
長さｅ（導電層７８の膜厚）は、0 μmより大きく50 μm以下の範囲内で形成される。
【００５２】
導電層７８の膜厚が50 μmより大きいと、開口部８０から像保持体４４への荷電粒子の取り出し効率が十分に上がらない。
【００５３】
導電層７８の膜厚が1 μm以下の範囲にある場合は、膜厚が1 μmより大きい範囲にある場合と比較して、この導電層７８によるイオンの吸収がより抑制される。
【００５４】
このように、導電層７８は、放電領域８４内での放電により生じる荷電粒子の水平方向への移動経路を避ける形態となっている。
【００５５】
次に、各構成部分の詳細について説明する。
【００５６】
導電性基材７２を形成する材料としては、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅合金もしくはこれらの合金、あるいはクロム、ニッケル等の表面処理を施した鉄等の金属が用いられる。
【００５７】
抵抗層７４を形成する材料としては、体積抵抗率が1 × 106 Ωcm以上1 × 1010 Ωcm以下の範囲にあるものが用いられる。
抵抗層７４の体積抵抗率が1 × 1010 Ωcmより大きいと、電極間での放電が不十分になりやすく、放電空間である領域制限部８２で散発的な放電が発生し安定した放電に至らない場合がある。
抵抗層７４の体積抵抗率が1 × 106 Ωcmより小さいと、抵抗により放電電流を制限する効果（以下、「放電電流の制限効果」と称する場合がある）が十分に得られずに、領域制限部８２に対向する抵抗層７４面内で局所的に放電が集中し、放電電流が不安定になったり過大になったりして材料の急速な劣化や抵抗層７４の短絡を引き起こす場合がある。
【００５８】
抵抗層７４の体積抵抗率が1 × 107 Ωcm以上1 × 109 Ωcm以下の範囲にある場合は、体積抵抗率が1 × 107 Ωcm以上1 × 109 Ωcm以下の範囲外にある場合と比較して、領域制限部８２でより安定した放電が持続する。
【００５９】
抵抗層７４は、膜厚10 μm以上の範囲で形成される。
抵抗層７４の抵抗により放電電流の制限効果を得るという観点からは、抵抗層７４の膜厚を薄くして抵抗率が高い材料を選定することで「体積抵抗率×抵抗層厚／単位面積」により算出される抵抗層７４の抵抗値を調整してもよいが、この膜厚が10 μmより小さいと、印加電圧に対する耐圧性（絶縁耐圧）が低くなり、放電時に抵抗層７４が短絡する頻度が多くなる。
抵抗層７４の膜厚が100 μm以上の範囲で形成される場合、膜厚が100 μm未満である場合と比較して、絶縁耐圧が十分に得られ、高電圧印加に対する経時安定性が確保される。
【００６０】
抵抗層７４は、上述の体積抵抗率の最適範囲1 × 107 Ωcm以上1 × 109 Ωcm以下と、膜厚の最適範囲100 μm以上とを満たしつつ、膜厚方向の抵抗値（体積抵抗率×抵抗層厚／面積により求められる値であり、面積は直径100 μmの円の面積とする）が1 × 108 Ω以上1 × 1011 Ω以下の範囲になるように調整すると、抵抗成分による放電電流の制限効果と膜厚が確保されたことによる経時安定性が両立される。
【００６１】
抵抗層７４を２層構造として放電電流の制限効果を調整する場合、例えば、上層（高抵抗層８６）を体積抵抗率1 × 109 Ωcm、膜厚30 μmとして十分な放電電流の制限効果を得て、下層（抵抗調整層８８）を体積抵抗率1 × 107 Ωcm、膜厚100 μmとして厚みをもたせるようにしてもよい。
このように、上層（高抵抗層８６）で抵抗による放電電流の制限効果を確保し、且つ、下層（抵抗調整層８８）で導電性基材７２からの厚みを十分に持たせ耐圧性を向上させることで、放電電流の制限効果と経時安定性が両立される。
【００６２】
抵抗層７４としては、樹脂材料やゴム材料に、導電性粒子あるいは半導電性粒子を分散したものが用いられる。
例えば、樹脂材料としては、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、尿素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂、エチレン樹脂、あるいはこれらの合成樹脂などが使われる。
ゴム材料としては、エチレン−プロピレンゴム、ポリブタジエン、天然ゴム、ポリイソブチレン、クロロプレンゴム、シリコンゴム、ウレタンゴム、エピクロールヒドリンゴム、フロロシリコーンゴム、エチレンオキシドゴム、あるいはこれらを発砲させた発泡材や、これらを混合させた混合基材が用いられる。
【００６３】
導電性粒子あるいは半導電性粒子としては、カーボンブラック、亜鉛、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、クロム、チタニウム等の金属、ZnO-Al2O3、SnO2-Sb2O3、In2O3-SnO2、ZnO-TiO2、MgO-Al2O3、FeO-TiO2、TiO2、SnO2、Sb2O3、In2O3、ZnO、MgO等の金属酸化物や、第４級アンモニウム塩等のイオン性化合物等、あるいはこれらの材料を単独又は２種以上混合したものが用いられる。
【００６４】
その他、抵抗層７４としては、樹脂やゴムなどの有機材料に限らず、ガラス中に導電性粒子を分散させた半導電性ガラスや、アルミ多孔質陽極酸化膜等で構成してもよい。
【００６５】
領域制限部８２の構造は、穴半径と絶縁層７６の膜厚とにより決定される。
【００６６】
絶縁層７６を形成する材料としては有機材料・無機材料に限らず、体積抵抗率が1 × 1012 Ωcm以上の固体材料である場合、体積抵抗率が1 × 1012 Ωcmより小さい場合と比較して、高電圧印加時の両電極（抵抗層７４及び導電層７８）間の絶縁性に優れ、領域制限部８２の形状を経時により変形させることなく安定して保持する。
【００６７】
導電層７８を形成する材料としては、体積抵抗率が0.1 Ωcm以下のものが用いられる。また、導電層７８の材料としては、放電ガスによって汚染されにくい金属が用いられる。例えば、タングステン、モリブデン、カーボン、白金、銅、アルミニウムなどの金属材料や、これらの金属に金メッキなどの表面処理を施した材料が用いられる。
【００６８】
帯電装置５２は、電界による荷電粒子の移動（ドリフト）により像保持体４４を帯電させる、このため、帯電装置５２は、像保持体４４に近い側に配置されている導電層７８と像保持体４４との間で、放電が発生しない距離が維持される位置に配置される。
具体的には、帯電装置５２は、導電層７８が像保持体４４と最も近接する距離（最近接距離）で300 μm以上2 mm以下となるように配置されている。
【００６９】
導電層７８と像保持体４４間の最近接距離が2 mmより大きいと、帯電効率が悪くなる。
導電層７８と像保持体４４間の最近接距離が300 μmより小さいと、導電層７８と像保持体４４間で放電が発生しやすくなり、像保持体４４に負荷が生じる。例えば、目標とする像保持体４４の帯電電位「-700 V」に対して、抵抗層７４に「-2 kV」、導電層７８に「-750 V」を印加した場合、最近接距離が300 μmより小さいと、パッシェンの法則による放電開始電圧の推計によれば、抵抗層７４から導電層７８を通り越して像保持体４４への放電が発生する可能性がある。
【００７０】
隣り合う放電領域８４（開口部８０）間の像保持体４４軸方向の距離Ａ（図３参照）は、放電領域８４から像保持体４４上へ電界により移動したイオンで電位に筋状のむらが発生せず均一となるように、少なくとも導電層７８と像保持体４４間の距離と同程度か、それ以下とする。
放電領域８４の像保持体４４回転方向の列数は、プロセス速度に応じて必要とされる帯電能力が確保できる数に調整する。
【００７１】
例えば、放電領域８４は、像保持体４４の回転軸方向に対して平行に300 μｍ間隔で列状に、帯電に必要な幅だけ形成する。帯電能力を向上させるため、像保持体４４の周方向に同様の列が5列、750 μｍ間隔で配置する。
【００７２】
本実施形態の構成の製法としては、例えば、機械的な穴あけを用いる方法や、スクリーン等の印刷技術を用いる方法、インクジェットプリント技術を用いる方法、マスキングして蒸着あるいはエッチングする方法等が挙げられる。
【００７３】
機械的な穴あけを用いる方法としては、例えば、絶縁層７６上に金属（導電層７８）を蒸着あるいは塗布した後、ドリル加工やパンチ加工等により穴部を形成し、続いて、絶縁層７６を抵抗層７４に密着させて固定するようにする。なお、穴部を形成した後、リーマー加工等により導電層７８に傾斜（テーパー）を形成するようにしてもよい。
【００７４】
スクリーン等の印刷技術を用いる方法としては、例えば、抵抗層７４上に、絶縁層７６を形成する絶縁性インキ、及び導電層７８を形成する導電性インキを所望のパターンで印刷するようにする。絶縁性インキとしては、紫外線硬化型のレジストインキ等を用いることができる。また、導電性インキとしては、銀系やグラファイト系のインキ等を用いることができる。
【実施例１】
【００７５】
以下、実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７６】
図６は、放電領域１つ当たりの電極間電流値(μA)と像保持体４４の表面電位(V)との関係の測定結果を示す。
図６において、実施例は、長さａを75 μm、長さｂを積層方向に対して同一の35 μm、長さｃを110 μmとしたものであり、比較例は、長さａを75 μm、長さｂを積層方向に対して同一の0 μm、長さｃを75 μmとしたものである。
実施例及び比較例とも、長さｄを100 μm、長さｅを20 μmとした。
【００７７】
図６に示すように、例えば、像保持体４４の表面電位を-700 Vとするのに、比較例では電流値が1 μA以上であるのに対し、実施例では電流値が0.4 μA程度となった。同様に、表面電位を-500 Vとするのに、比較例では0.3 μA程度であるのに対し、実施例では0.1 μA程度となった。
このように、本実施例においては、比較例に対し２分の１以下の電流値で、比較例と同等の電位に像保持体４４を帯電させる結果となった。
【００７８】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。
図７は、第２実施形態にかかる放電領域８４及びその周辺構造の模式図を示す。
【００７９】
第２実施形態においては、長さｂが像保持体４４側に近づく程大きくなるように構成されている。長さｅ（導電層７８の膜厚）は、開口部８０側に向かうにつれて小さくなっている。
このような構成とすることで、導電層７８は、範囲Ｒに重ならないようにして、開口部８０近傍まで形成されることとなる。
【００８０】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。
図８は、第３実施形態にかかる放電領域８４及びその周辺構造の模式図を示す。
【００８１】
第３実施形態においては、導電層７８が範囲Ｒに重ならないように、長さｅ（導電層７８の膜厚）が微小な範囲に構成されている。
このような構成とすることで、導電層７８は、範囲Ｒに重ならないようにして、開口部８０近傍まで形成されることとなる。
【００８２】
第３実施形態において、長さａ〜長さｅは、例えば、以下の関係にある。
（１）2 μm≦ａ≦ｃ≦200 μm
（２）0 ≦ｂ≦ｃ−ａ≦198 μm
（３）4 μm≦ｄ≦500 μm
（４）0 ＜ｅ≦1 μm
このように、導電層７８の膜厚が微小（例えば、0 ＜ｅ≦1 μm）な範囲であれば、長さａと長さｃを同一の長さ（ａ＝ｃ）とするようにしてもよい。
本実施形態において導電層７８は、例えばスパッタリング法等による蒸着により、膜厚200 nmに形成される。
【００８３】
上記実施形態においては、本発明を画像形成装置の帯電装置に適用した例について説明したが、これに限られるものではなく、荷電粒子発生装置として以下に例示する用途にも適用可能である。
・ 電子デバイスの製造工程等で、デバイスの帯電による静電気破壊が起きないように帯電した電荷と逆極性電荷を与えて中和するための、除電処理
・ 固体材料の表面改質処理（例えば親水化処理や疎水化処理等）
・ 食品加工や医療分野での殺菌・滅菌処理
・ 空気清浄
【符号の説明】
【００８４】
１０ 画像形成装置
１２ 画像形成装置本体
１４ 像形成手段
１６ 排出部
２０ 給紙装置
３６ 定着器
４２ 転写ロール
４４ 像保持体
５２ 帯電装置
５６ 現像装置
７２ 導電性基材
７４ 抵抗層
７６ 絶縁層
７８ 導電層
８０ 開口部
８２ 領域制限部
８４ 放電領域
８６ 高抵抗層
８８ 抵抗調整層
９０ 電圧印加部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子発生装置、帯電装置、及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置の像保持体の帯電方式の１つとして、コロナ放電を利用したスコロトロン帯電方式を用いるものがある。この方式は、被帯電体に対して非接触で帯電を行うものである。その他の帯電方式としては、半導電性の帯電ロールを像担持体に接触回転させるときに両者間に生じる微小空隙で放電を発生させ帯電処理を行う帯電ロール方式を用いるものがある。
【０００３】
特許文献１は、基体との対向部に放電を生じさせる放電電極と、この放電電極表面に絶縁性層を介して積層される電離域制御電極とを設け、放電電極の背面側には給電電極を備えており、放電電極の軸方向における両端部分の体積抵抗率が、中央部分の体積抵抗率よりも低くなるように設定した帯電装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−０１５２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、放電により生成された荷電粒子の移動に対する電極による阻害を抑制することができる荷電粒子発生装置、帯電装置、及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられた絶縁体と、を有し、前記第２の電極は、前記第１の電極及び当該第２の電極間の放電により生じた荷電粒子の、前記第１の電極、前記絶縁体、及び当該第２の電極が並ぶ第１の方向に対して垂直な第２の方向への移動経路を避ける形態を有する荷電粒子発生装置である。
【０００７】
請求項２に係る発明は、前記第２の電極は、第１の方向に対して開口する開口部を有し、前記絶縁体は、前記開口部と連続し当該開口部と連続する方向には開放され、第２の方向には制限された空間である領域制限部を有し、前記開口部の面積は、前記領域制限部の面積よりも大きい請求項１記載の荷電粒子発生装置である。
【０００８】
請求項３に係る発明は、前記開口部の面積は、前記絶縁体から離れるにつれて大きくなる請求項２記載の荷電粒子発生装置である。
【０００９】
請求項４に係る発明は、前記絶縁体は、前記領域制限部との境界から第２の方向に対して予め定められた範囲で前記開口部と接する請求項２又は３記載の荷電粒子発生装置である。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項１記載の荷電粒子発生装置を有し、被帯電体を帯電する帯電装置である。
【００１１】
請求項６に係る発明は、被帯電体としての像保持体と、前記像保持体に対し非接触で配置され、当該像保持体を帯電する請求項５記載の帯電装置と、前記帯電装置により帯電された前記像保持体上に露光により形成された潜像を、現像剤により現像する現像装置と、前記現像装置により現像された像を記録媒体に転写する転写手段と、前記転写手段により前記記録媒体上に転写された像を当該記録媒体に定着させる定着手段と、を有する画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、放電により生成された荷電粒子の移動に対する電極による阻害を抑制することができる。
【００１３】
請求項２に係る発明によれば、本構成を有しない場合と比較して、より荷電粒子の移動に対する電極による阻害を抑制することができる。
【００１４】
請求項３に係る発明によれば、請求項１又は２に係る本発明の効果に加えて、本構成を有しない場合と比較して、安定して荷電粒子を生成することができる。
【００１５】
請求項４に係る発明によれば、請求項１乃至３いずれかに係る本発明の効果に加えて、本構成を有しない場合と比較して、より一層、荷電粒子の移動に対する電極による阻害を抑制することができる。
【００１６】
請求項５に係る発明によれば、放電により生成された荷電粒子の移動に対する電極による阻害を抑制することができる。
【００１７】
請求項６に係る発明によれば、放電により生成された荷電粒子の移動に対する電極による阻害を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態が適用される画像形成装置を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態が適用される帯電装置の断面図及びその周辺構造を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態が適用される帯電装置の下面を示す図である。
【図４】放電領域における荷電粒子の流れを表す模式図である。
【図５】放電領域周辺の構成を説明する説明図である。
【図６】実施例による電極間電流値と像保持体の表面電位との関係の測定結果である。
【図７】第２実施形態にかかる放電領域及びその周辺構造の模式図である。
【図８】第３実施形態にかかる放電領域及びその周辺構造の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第１実施形態］
本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態としての画像形成装置１０の全体構成を示す。
画像形成装置１０は画像形成装置本体１２を有し、この画像形成装置本体１２内部に像形成手段１４が搭載され、この画像形成装置本体１２の上部に排出部１６が設けられている。
【００２０】
画像形成装置本体１２の下部には、例えば二段の給紙装置２０、２０が配置されている。画像形成装置本体１２の下方には、さらに複数の給紙装置を追加して配置できるようになっている。
【００２１】
それぞれの給紙装置２０は、給紙装置本体２２と、記録媒体が収納される給紙カセット２４とを有する。給紙カセット２４の奥端近傍上部にはピックアップロール２６が設けられ、このピックアップロール２６の後方にリタードロール２８が配置され、このリタードロール２８に対向する位置にフィードロール３０が配置されている。
【００２２】
搬送路３２は、フィードロール３０から排出口３４までの記録媒体通路であり、この搬送路３２は、画像形成装置本体１２の裏側（図１の左側面）近傍にあって、最下端の給紙装置２０から定着器３６まで略鉛直に形成されている部分を有する。
【００２３】
定着器３６には、加熱ロール３８と加圧ロール４０が設けられている。搬送路３２の定着器３６の上流側に、転写ロール４２と感光体としての像保持体４４が配置され、転写ロール４２と像保持体４４の上流側に、レジストロール４６が配置されている。搬送路３２の排出口３４の近傍に、排出ロール４８が配置されている。
【００２４】
したがって、給紙装置２０の給紙カセット２４からピックアップロール２６により送り出された記録媒体は、リタードロール２８及びフィードロール３０の協働により捌かれる。このようにして、給紙カセット２４の最上位にある記録媒体が搬送路３２に搬送され、レジストロール４６により一時停止されタイミングを合わせ、転写ロール４２と像保持体４４との間を通って、現像剤像が記録媒体に転写される。この転写された現像剤像が定着器３６により記録媒体に定着され、排出ロール４８によって排出口３４から排出部１６へ排出される。
【００２５】
像形成手段１４は、例えば電子写真方式のもので、像保持体４４と、この像保持体４４を一様に帯電する帯電装置５２と、この帯電装置５２により帯電された像保持体４４に光により潜像を書き込む光書込み装置５４と、この光書込み装置５４により形成された像保持体４４の潜像を現像剤により可視化する現像装置５６と、この現像装置５６による現像剤像を記録媒体に転写する転写ロール４２と、像保持体４４に残存する現像剤をクリーニングする例えばブレードからなるクリーニング装置５８と、転写ロール４２により転写された記録媒体上の現像剤像を記録媒体に定着させる定着器３６とから構成されている。
【００２６】
プロセスカートリッジ６０は、像保持体４４、帯電装置５２、現像装置５６及びクリーニング装置５８を一体化したものであり、これらを一体として交換できるようになっている。このプロセスカートリッジ６０は、排出部１６を開くことにより、画像形成装置本体１２から取り出すことができる。
【００２７】
次に、帯電装置５２の詳細について、説明する。
図２は、帯電装置５２の断面図及びその周辺構造を示し、図３は、帯電装置５２の下面（像保持体４４側の面）を示す。
【００２８】
帯電装置５２は、対向する像保持体４４に遠い側から導電性基材７２、抵抗層７４、絶縁層７６、及び導電層７８が順に配置された構成となっている。
導電性基材７２及び抵抗層７４により第１電極が構成され、導電層７８により第２電極が構成される。
導電層７８は、絶縁層７６の少なくとも投影範囲内に配置されている。導電層７８は、絶縁層７６からはみ出ることなく（抵抗層７４側の面において領域制限部８２と接することなく）この絶縁層７６上に形成されている。
【００２９】
導電層７８には開口部８０が設けられており、絶縁層７６にはこの開口部８０と連続する空間である領域制限部８２が設けられている。領域制限部８２は、像保持体４４と対向する方向が開放した例えば円筒形状に構成されている。このように、領域制限部８２は、開口部８０と連続する方向が開放され、これと垂直な方向が制限された空間となっている。
開口部８０及び領域制限部８２により放電領域８４が構成される。
【００３０】
開口部８０の穴半径は、領域制限部８２の穴半径よりも長く（大きく）なっている。穴半径とは、導電性基材７２、抵抗層７４、絶縁層７６、及び導電層７８が並ぶ方向（以下、「積層方向」と称する場合がある）に対して垂直な方向（以下、「水平方向」と称する場合がある）の長さ（半径）を意味する。
このように、本実施形態において、開口部８０の面積は、領域制限部８２の面積よりも大きくなっている。
【００３１】
抵抗層７４は、高抵抗層８６及び抵抗調整層８８による２層構造として構成されている。なお、抵抗層７４は、一の材質からなる１層構造としてもよい。
【００３２】
導電性基材７２及び導電層７８には、それぞれに電圧を印加する電圧印加部９０が接続されている。
導電性基材７２及び導電層７８に一定以上の電圧を印加すると、抵抗層７４、絶縁層７６、及び導電層７８に囲まれ空間的に制限された放電領域８４において放電が発生する。
放電領域８４は、像保持体４４の軸方向と平行する方向（水平方向）に対し空間的に制限されているため、放電を二次元的に制限する。
【００３３】
放電領域８４は、像保持体４４と対向する方向に開放されているので、放電により生成された荷電粒子（イオン）の一部は、導電層７８と像保持体４４との間の電位差により、この導電層７８の開口部８０を通過して像保持体４４側に移動する。つまり、放電領域８４で発生したイオンが抵抗層７４から像保持体４４に電界ドリフト、または拡散することで、この像保持体４４を帯電させる構成となっている。ここで、ドリフトとは、電界によるイオンの移動を意味する。
導電層７８は、印加される電圧によってイオンが像保持体４４へ移動するための電界強度を調整し、像保持体４４の帯電電位を調整する機能を同時に担う。
【００３４】
次に、放電領域８４及びその周辺構造の詳細について説明する。
図４は、放電領域８４における荷電粒子の流れを表す模式図を示す。図５は、放電領域８４周辺の構成を説明する説明図を示す。
【００３５】
図４に示すように、放電により発生したイオンは、水平方向に広がりながら像保持体４４に向かって移動する。ここで、放電により発生したイオンは、抵抗層７４から像保持体４４に向かう移動経路の途中に導電層７８が存在すると、この導電層７８によって吸収される。つまり、このようなイオンは、像保持体４４を帯電させることなく消費されることとなる。
【００３６】
範囲Ｒに導電層７８が存在する場合、領域制限部８２から水平方向に広がって移動するイオンは、この範囲Ｒに存在する導電層７８によって吸収されることとなる。ここで、範囲Ｒは、領域制限部８２から像保持体４４に向かうイオンが通過する経路であって、水平方向に対して絶縁層７６よりも内側の範囲（絶縁層７６の投影範囲）を示す。
【００３７】
このため、導電層７８を放電領域８４内での放電により生じる荷電粒子の水平方向への移動経路を避ける形態とすることで、この導電層７８による荷電粒子の吸収が抑制される。ここで導電層７８の形態とは、例えば形状や大きさ（水平方向の長さ）、膜厚（積層方向の長さ）等の構成を意味するものである。
例えば、導電層７８の水平方向の長さを小さくする、すなわち開口部８０の穴半径を領域制限部８２の穴半径よりも大きくなるようにすることで、導電層７８と範囲Ｒとの重なりが回避される、あるいはこれらの重なる範囲が減少される。
【００３８】
図５に示すように、長さａは、領域制限部８２の水平方向の中心Ｐから、絶縁層７６の側面（領域制限部８２との境界となる面）までの距離（領域制限部８２の穴半径）を示す。
長さｂは、絶縁層７６の側面の積層方向に対する同一線Ｑ上から、導電層７８の側面（開口部８０との境界となる面）までの距離を示す。長さｂは、一定であってもよいし、例えば、像保持体４４側に近づくにつれて大きくするようにする等、像保持体４４との距離に応じて変化させるようにしてもよい。
長さｃは、中心Ｐから、最も像保持体４４側にある導電層７８の側面までの距離を示す。長さｃは、長さｂが像保持体４４との距離に対して一定であれば、この長さｂに長さａを足したものと同一の大きさとなる（長さｃ＝長さａ＋長さｂ）。
長さｄは、絶縁層７６の積層方向の長さ（膜厚）を示す。
長さｅは、導電層７８の積層方向の長さ（膜厚）を示す。
【００３９】
位置Ｍは、導電層７８のうち、開口部８０との境界であって、且つ最も絶縁層７６側の位置を示す。
位置Ｎは、導電層７８のうち、開口部８０との境界であって、且つ最も像保持体４４側の位置を示す。
位置Ｍと位置Ｎとを結ぶ線は、直線であってもよいし、曲線であってもよい。すなわち、導電層７８の側面は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。
【００４０】
長さａ〜長さｅは、例えば、以下の関係にある。
（１）2 μm≦ａ＜ｃ≦200 μm
（２）0 ＜ｂ≦ｃ−ａ≦198 μm
（３）4 μm≦ｄ≦500 μm
（４）0 ＜ｅ≦50 μm
【００４１】
長さａ（領域制限部８２の穴半径）は、2 μm以上200 μm未満の範囲内で形成される。
長さｂは、0 μmより大きく198 μm以下の範囲内で形成される。
長さｃは、2 μmより大きく200 μm以下（但しａ＜ｃ）の範囲内で形成される。
【００４２】
領域制限部８２の穴半径が2 μmより小さいと、１つの領域制限部８２あたりの放電発生量が小さくなる。結果、帯電器としての効率が低下する。このため、より効率的に像保持体４４を目標の電位に帯電するには、放電領域８４の穴半径を2 μm以上とするのがよい。
【００４３】
領域制限部８２の穴半径よりも大きい開口部８０の穴半径が200 μmより大きいと、この開口部８０の縁（へり）やその周辺部の電界強度が、放電領域８４内の空間の中心部の電界強度よりも数倍以上大きくなることが一般的な静電場解析計算により求められる。放電領域８４内の電界分布が不均一になり開口部８０の周辺部に放電が集中すると、その結果、放電が不安定になりオゾン発生量が増加したり、抵抗層７４が短絡したりする場合がある。
領域制限部８２の穴半径よりも大きい開口部８０の穴半径が200 μm以下であると、等電位面がほぼ絶縁体に平行と近似できる程度で形成され、領域制限部８２内の電界分布が均一になり、放電領域８４全域にわたって安定して放電が発生しやすくなる。
【００４４】
領域制限部８２の穴半径が30 μm以上80 μm以下の範囲にある場合は、領域制限部８２の穴半径が30 μm以上80 μm以下の範囲外である場合と比較して、放電領域８４全域にわたって効率よく均一な放電が発生する。
【００４５】
開口部８０の穴半径が40 μm以上100 μm以下の範囲にある場合は、開口部８０の穴半径が40 μm以上100 μm以下の範囲外である場合と比較して、放電領域８４で成されたイオンの導電層７６による吸収がより抑制される。
【００４６】
長さｄ（絶縁層７６の膜厚）は、4 μm以上500 μm以下の範囲内で形成される。
本実施形態において、放電領域８４の領域制限部８２は、絶縁層７６に設けられている。このため、長さｄ（絶縁層７６の膜厚）は、両電極（抵抗層７４及び導電層７８）間の距離、つまり放電距離を制限する。
長さｄ（絶縁層７６の膜厚）は、領域制限部８２の積層方向に対する長さとなる。
【００４７】
絶縁層７６の膜厚を500 μm以上とすると、放電開始電圧が上昇する。
絶縁層７６の膜厚を500 μm以下として放電距離を短くすると、放電の局所的な集中と急激な放電電流の増加が抑制され、放電を持続しやすくなる。
【００４８】
絶縁層７６の膜厚を4 μm以上として、空気中の電子の平均自由工程（0.1μm程度）よりも十分大きな放電距離にすると、領域制限部８２内での電離回数が確保され放電が持続しやすくなる。
【００４９】
空気中・大気圧下における平行平板間の放電開始電圧を定義するパッシェンの法則によれば、空隙が4 μm程度のときに放電開始電圧が最小値となり、空隙がそれより狭くなると放電開始電圧が上昇する。このことから、絶縁層７６の膜厚が4 μmより小さくなると放電が発生しにくくなることが示唆される。
【００５０】
絶縁層７６の膜厚が50 μm以上150 μm以下の範囲にある場合は、膜厚が50 μm以上150 μm以下の範囲外にある場合と比較して、高電圧印加に対する電極間の絶縁性や均一な放電がより安定に維持される。
【００５１】
長さｅ（導電層７８の膜厚）は、0 μmより大きく50 μm以下の範囲内で形成される。
【００５２】
導電層７８の膜厚が50 μmより大きいと、開口部８０から像保持体４４への荷電粒子の取り出し効率が十分に上がらない。
【００５３】
導電層７８の膜厚が1 μm以下の範囲にある場合は、膜厚が1 μmより大きい範囲にある場合と比較して、この導電層７８によるイオンの吸収がより抑制される。
【００５４】
このように、導電層７８は、放電領域８４内での放電により生じる荷電粒子の水平方向への移動経路を避ける形態となっている。
【００５５】
次に、各構成部分の詳細について説明する。
【００５６】
導電性基材７２を形成する材料としては、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅合金もしくはこれらの合金、あるいはクロム、ニッケル等の表面処理を施した鉄等の金属が用いられる。
【００５７】
抵抗層７４を形成する材料としては、体積抵抗率が1 × 106 Ωcm以上1 × 1010 Ωcm以下の範囲にあるものが用いられる。
抵抗層７４の体積抵抗率が1 × 1010 Ωcmより大きいと、電極間での放電が不十分になりやすく、放電空間である領域制限部８２で散発的な放電が発生し安定した放電に至らない場合がある。
抵抗層７４の体積抵抗率が1 × 106 Ωcmより小さいと、抵抗により放電電流を制限する効果（以下、「放電電流の制限効果」と称する場合がある）が十分に得られずに、領域制限部８２に対向する抵抗層７４面内で局所的に放電が集中し、放電電流が不安定になったり過大になったりして材料の急速な劣化や抵抗層７４の短絡を引き起こす場合がある。
【００５８】
抵抗層７４の体積抵抗率が1 × 107 Ωcm以上1 × 109 Ωcm以下の範囲にある場合は、体積抵抗率が1 × 107 Ωcm以上1 × 109 Ωcm以下の範囲外にある場合と比較して、領域制限部８２でより安定した放電が持続する。
【００５９】
抵抗層７４は、膜厚10 μm以上の範囲で形成される。
抵抗層７４の抵抗により放電電流の制限効果を得るという観点からは、抵抗層７４の膜厚を薄くして抵抗率が高い材料を選定することで「体積抵抗率×抵抗層厚／単位面積」により算出される抵抗層７４の抵抗値を調整してもよいが、この膜厚が10 μmより小さいと、印加電圧に対する耐圧性（絶縁耐圧）が低くなり、放電時に抵抗層７４が短絡する頻度が多くなる。
抵抗層７４の膜厚が100 μm以上の範囲で形成される場合、膜厚が100 μm未満である場合と比較して、絶縁耐圧が十分に得られ、高電圧印加に対する経時安定性が確保される。
【００６０】
抵抗層７４は、上述の体積抵抗率の最適範囲1 × 107 Ωcm以上1 × 109 Ωcm以下と、膜厚の最適範囲100 μm以上とを満たしつつ、膜厚方向の抵抗値（体積抵抗率×抵抗層厚／面積により求められる値であり、面積は直径100 μmの円の面積とする）が1 × 108 Ω以上1 × 1011 Ω以下の範囲になるように調整すると、抵抗成分による放電電流の制限効果と膜厚が確保されたことによる経時安定性が両立される。
【００６１】
抵抗層７４を２層構造として放電電流の制限効果を調整する場合、例えば、上層（高抵抗層８６）を体積抵抗率1 × 109 Ωcm、膜厚30 μmとして十分な放電電流の制限効果を得て、下層（抵抗調整層８８）を体積抵抗率1 × 107 Ωcm、膜厚100 μmとして厚みをもたせるようにしてもよい。
このように、上層（高抵抗層８６）で抵抗による放電電流の制限効果を確保し、且つ、下層（抵抗調整層８８）で導電性基材７２からの厚みを十分に持たせ耐圧性を向上させることで、放電電流の制限効果と経時安定性が両立される。
【００６２】
抵抗層７４としては、樹脂材料やゴム材料に、導電性粒子あるいは半導電性粒子を分散したものが用いられる。
例えば、樹脂材料としては、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、尿素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂、エチレン樹脂、あるいはこれらの合成樹脂などが使われる。
ゴム材料としては、エチレン−プロピレンゴム、ポリブタジエン、天然ゴム、ポリイソブチレン、クロロプレンゴム、シリコンゴム、ウレタンゴム、エピクロールヒドリンゴム、フロロシリコーンゴム、エチレンオキシドゴム、あるいはこれらを発砲させた発泡材や、これらを混合させた混合基材が用いられる。
【００６３】
導電性粒子あるいは半導電性粒子としては、カーボンブラック、亜鉛、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、クロム、チタニウム等の金属、ZnO-Al2O3、SnO2-Sb2O3、In2O3-SnO2、ZnO-TiO2、MgO-Al2O3、FeO-TiO2、TiO2、SnO2、Sb2O3、In2O3、ZnO、MgO等の金属酸化物や、第４級アンモニウム塩等のイオン性化合物等、あるいはこれらの材料を単独又は２種以上混合したものが用いられる。
【００６４】
その他、抵抗層７４としては、樹脂やゴムなどの有機材料に限らず、ガラス中に導電性粒子を分散させた半導電性ガラスや、アルミ多孔質陽極酸化膜等で構成してもよい。
【００６５】
領域制限部８２の構造は、穴半径と絶縁層７６の膜厚とにより決定される。
【００６６】
絶縁層７６を形成する材料としては有機材料・無機材料に限らず、体積抵抗率が1 × 1012 Ωcm以上の固体材料である場合、体積抵抗率が1 × 1012 Ωcmより小さい場合と比較して、高電圧印加時の両電極（抵抗層７４及び導電層７８）間の絶縁性に優れ、領域制限部８２の形状を経時により変形させることなく安定して保持する。
【００６７】
導電層７８を形成する材料としては、体積抵抗率が0.1 Ωcm以下のものが用いられる。また、導電層７８の材料としては、放電ガスによって汚染されにくい金属が用いられる。例えば、タングステン、モリブデン、カーボン、白金、銅、アルミニウムなどの金属材料や、これらの金属に金メッキなどの表面処理を施した材料が用いられる。
【００６８】
帯電装置５２は、電界による荷電粒子の移動（ドリフト）により像保持体４４を帯電させる、このため、帯電装置５２は、像保持体４４に近い側に配置されている導電層７８と像保持体４４との間で、放電が発生しない距離が維持される位置に配置される。
具体的には、帯電装置５２は、導電層７８が像保持体４４と最も近接する距離（最近接距離）で300 μm以上2 mm以下となるように配置されている。
【００６９】
導電層７８と像保持体４４間の最近接距離が2 mmより大きいと、帯電効率が悪くなる。
導電層７８と像保持体４４間の最近接距離が300 μmより小さいと、導電層７８と像保持体４４間で放電が発生しやすくなり、像保持体４４に負荷が生じる。例えば、目標とする像保持体４４の帯電電位「-700 V」に対して、抵抗層７４に「-2 kV」、導電層７８に「-750 V」を印加した場合、最近接距離が300 μmより小さいと、パッシェンの法則による放電開始電圧の推計によれば、抵抗層７４から導電層７８を通り越して像保持体４４への放電が発生する可能性がある。
【００７０】
隣り合う放電領域８４（開口部８０）間の像保持体４４軸方向の距離Ａ（図３参照）は、放電領域８４から像保持体４４上へ電界により移動したイオンで電位に筋状のむらが発生せず均一となるように、少なくとも導電層７８と像保持体４４間の距離と同程度か、それ以下とする。
放電領域８４の像保持体４４回転方向の列数は、プロセス速度に応じて必要とされる帯電能力が確保できる数に調整する。
【００７１】
例えば、放電領域８４は、像保持体４４の回転軸方向に対して平行に300 μｍ間隔で列状に、帯電に必要な幅だけ形成する。帯電能力を向上させるため、像保持体４４の周方向に同様の列が5列、750 μｍ間隔で配置する。
【００７２】
本実施形態の構成の製法としては、例えば、機械的な穴あけを用いる方法や、スクリーン等の印刷技術を用いる方法、インクジェットプリント技術を用いる方法、マスキングして蒸着あるいはエッチングする方法等が挙げられる。
【００７３】
機械的な穴あけを用いる方法としては、例えば、絶縁層７６上に金属（導電層７８）を蒸着あるいは塗布した後、ドリル加工やパンチ加工等により穴部を形成し、続いて、絶縁層７６を抵抗層７４に密着させて固定するようにする。なお、穴部を形成した後、リーマー加工等により導電層７８に傾斜（テーパー）を形成するようにしてもよい。
【００７４】
スクリーン等の印刷技術を用いる方法としては、例えば、抵抗層７４上に、絶縁層７６を形成する絶縁性インキ、及び導電層７８を形成する導電性インキを所望のパターンで印刷するようにする。絶縁性インキとしては、紫外線硬化型のレジストインキ等を用いることができる。また、導電性インキとしては、銀系やグラファイト系のインキ等を用いることができる。
【実施例１】
【００７５】
以下、実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７６】
図６は、放電領域１つ当たりの電極間電流値(μA)と像保持体４４の表面電位(V)との関係の測定結果を示す。
図６において、実施例は、長さａを75 μm、長さｂを積層方向に対して同一の35 μm、長さｃを110 μmとしたものであり、比較例は、長さａを75 μm、長さｂを積層方向に対して同一の0 μm、長さｃを75 μmとしたものである。
実施例及び比較例とも、長さｄを100 μm、長さｅを20 μmとした。
【００７７】
図６に示すように、例えば、像保持体４４の表面電位を-700 Vとするのに、比較例では電流値が1 μA以上であるのに対し、実施例では電流値が0.4 μA程度となった。同様に、表面電位を-500 Vとするのに、比較例では0.3 μA程度であるのに対し、実施例では0.1 μA程度となった。
このように、本実施例においては、比較例に対し２分の１以下の電流値で、比較例と同等の電位に像保持体４４を帯電させる結果となった。
【００７８】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。
図７は、第２実施形態にかかる放電領域８４及びその周辺構造の模式図を示す。
【００７９】
第２実施形態においては、長さｂが像保持体４４側に近づく程大きくなるように構成されている。長さｅ（導電層７８の膜厚）は、開口部８０側に向かうにつれて小さくなっている。
このような構成とすることで、導電層７８は、範囲Ｒに重ならないようにして、開口部８０近傍まで形成されることとなる。
【００８０】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。
図８は、第３実施形態にかかる放電領域８４及びその周辺構造の模式図を示す。
【００８１】
第３実施形態においては、導電層７８が範囲Ｒに重ならないように、長さｅ（導電層７８の膜厚）が微小な範囲に構成されている。
このような構成とすることで、導電層７８は、範囲Ｒに重ならないようにして、開口部８０近傍まで形成されることとなる。
【００８２】
第３実施形態において、長さａ〜長さｅは、例えば、以下の関係にある。
（１）2 μm≦ａ≦ｃ≦200 μm
（２）0 ≦ｂ≦ｃ−ａ≦198 μm
（３）4 μm≦ｄ≦500 μm
（４）0 ＜ｅ≦1 μm
このように、導電層７８の膜厚が微小（例えば、0 ＜ｅ≦1 μm）な範囲であれば、長さａと長さｃを同一の長さ（ａ＝ｃ）とするようにしてもよい。
本実施形態において導電層７８は、例えばスパッタリング法等による蒸着により、膜厚200 nmに形成される。
【００８３】
上記実施形態においては、本発明を画像形成装置の帯電装置に適用した例について説明したが、これに限られるものではなく、荷電粒子発生装置として以下に例示する用途にも適用可能である。
・ 電子デバイスの製造工程等で、デバイスの帯電による静電気破壊が起きないように帯電した電荷と逆極性電荷を与えて中和するための、除電処理
・ 固体材料の表面改質処理（例えば親水化処理や疎水化処理等）
・ 食品加工や医療分野での殺菌・滅菌処理
・ 空気清浄
【符号の説明】
【００８４】
１０ 画像形成装置
１２ 画像形成装置本体
１４ 像形成手段
１６ 排出部
２０ 給紙装置
３６ 定着器
４２ 転写ロール
４４ 像保持体
５２ 帯電装置
５６ 現像装置
７２ 導電性基材
７４ 抵抗層
７６ 絶縁層
７８ 導電層
８０ 開口部
８２ 領域制限部
８４ 放電領域
８６ 高抵抗層
８８ 抵抗調整層
９０ 電圧印加部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられた絶縁体と、
を有し、
前記第２の電極は、前記第１の電極及び当該第２の電極間の放電により生じた荷電粒子の、前記第１の電極、前記絶縁体、及び当該第２の電極が並ぶ第１の方向に対して垂直な第２の方向への移動経路を避ける形態を有する荷電粒子発生装置。
【請求項２】
前記第２の電極は、第１の方向に対して開口する開口部を有し、
前記絶縁体は、前記開口部と連続し当該開口部と連続する方向には開放され、第２の方向には制限された空間である領域制限部を有し、
前記開口部の面積は、前記領域制限部の面積よりも大きい請求項１記載の荷電粒子発生装置。
【請求項３】
前記開口部の面積は、前記絶縁体から離れるにつれて大きくなる請求項２記載の荷電粒子発生装置。
【請求項４】
前記絶縁体は、前記領域制限部との境界から第２の方向に対して予め定められた範囲で前記開口部と接する請求項２又は３記載の荷電粒子発生装置。
【請求項５】
請求項１記載の荷電粒子発生装置を有し、被帯電体を帯電する帯電装置。
【請求項６】
被帯電体としての像保持体と、
前記像保持体に対し非接触で配置され、当該像保持体を帯電する請求項５記載の帯電装置と、
前記帯電装置により帯電された前記像保持体上に露光により形成された潜像を、現像剤により現像する現像装置と、
前記現像装置により現像された像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記転写手段により前記記録媒体上に転写された像を当該記録媒体に定着させる定着手段と、
を有する画像形成装置。
【請求項１】
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられた絶縁体と、
を有し、
前記第２の電極は、前記第１の電極及び当該第２の電極間の放電により生じた荷電粒子の、前記第１の電極、前記絶縁体、及び当該第２の電極が並ぶ第１の方向に対して垂直な第２の方向への移動経路を避ける形態を有する荷電粒子発生装置。
【請求項２】
前記第２の電極は、第１の方向に対して開口する開口部を有し、
前記絶縁体は、前記開口部と連続し当該開口部と連続する方向には開放され、第２の方向には制限された空間である領域制限部を有し、
前記開口部の面積は、前記領域制限部の面積よりも大きい請求項１記載の荷電粒子発生装置。
【請求項３】
前記開口部の面積は、前記絶縁体から離れるにつれて大きくなる請求項２記載の荷電粒子発生装置。
【請求項４】
前記絶縁体は、前記領域制限部との境界から第２の方向に対して予め定められた範囲で前記開口部と接する請求項２又は３記載の荷電粒子発生装置。
【請求項５】
請求項１記載の荷電粒子発生装置を有し、被帯電体を帯電する帯電装置。
【請求項６】
被帯電体としての像保持体と、
前記像保持体に対し非接触で配置され、当該像保持体を帯電する請求項５記載の帯電装置と、
前記帯電装置により帯電された前記像保持体上に露光により形成された潜像を、現像剤により現像する現像装置と、
前記現像装置により現像された像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記転写手段により前記記録媒体上に転写された像を当該記録媒体に定着させる定着手段と、
を有する画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−５３２４９（Ｐ２０１２−５３２４９Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９５３２０（Ｐ２０１０−１９５３２０）
【出願日】平成２２年９月１日（２０１０．９．１）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１日（２０１０．９．１）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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