(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真方式によって画像形成を行う画像形成装置であって、
像担持体と、上記像担持体上のトナー像を転写対象物への転写前に帯電させるための、上記像担持体および上記トナー像に対して非接触に備えられる転写前帯電装置とを備え、
上記転写前帯電装置は、
上記像担持体に対向して配置される帯電用電極と、
上記帯電用電極に対して、イオン発生開始電圧以上、コロナ放電開始電圧未満の電圧を印加する第１電圧印加手段とを備え、
上記帯電用電極として、先端が上記像担持体における当該帯電用電極との対向面に垂直な方向を向くように配置された針状または線状の電極を複数備えており、
上記像担持体と上記帯電用電極との間隔が４ｍｍ以上２５ｍｍ以下であり、
放電を生じさせずに発生させたイオンを用いて像担持体上のトナー像を帯電させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
上記帯電用電極と上記第１電圧印加手段との間に挿入された電気抵抗器をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
上記像担持体と上記帯電用電極との間に配置された、イオンの通過量を制御するための制御用電極と、
上記制御用電極に所定の電圧を印加する第２電圧印加手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
上記第１電圧印加手段は、上記像担持体上のトナー像の帯電量が飽和量に達するのに必要な大きさ以上の電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項５】
上記像担持体を流れる電流量に基づいて、上記第１電圧印加手段の印加する電圧の大きさを制御する電圧制御手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項６】
上記電圧制御手段は、上記像担持体を流れる電流量が、上記像担持体上のトナー像の帯電量が飽和量に達する際に上記像担持体を流れる電流量以上になるように、上記第１電圧印加手段の印加する電圧の大きさをフィードバック制御することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
上記帯電用電極を取り囲むように設けられ、上記像担持体と対向した開口部を有するイオン拡散規制部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項８】
上記イオン拡散規制部材における上記帯電用電極に対向する面は、絶縁材料、または上記帯電用電極との間でコロナ放電を発生させない抵抗値を有する高抵抗材料で形成されていることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
上記像担持体として、回転駆動され、自身の表面に担持しているトナー像を第１転写部位において転写媒体に転写する感光体を備え、
上記転写前帯電装置が、上記感光体の第１転写部位よりも感光体の回転方向上流側に配置されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
上記像担持体として、回転駆動される感光体及び中間転写体とを備え、
上記感光体が、自身の表面に担持されたトナー像を第１転写部位において中間転写体に転写するものであり、
上記中間転写体が、第１転写部位において上記感光体から転写されたトナー像を第２転写部位において記録媒体に再転写するものであり、
上記転写前帯電装置が、上記第１転写部位よりも上記中間転写体の回転方向下流側で、かつ、上記第２転写部位よりも上記中間転写体の回転方向上流側に配置され、上記感光体から転写されたトナー像を第２転写部位において記録媒体に再転写することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
第１および第２の上記転写前帯電装置と、
上記像担持体として、回転駆動される感光体及び中間転写体とを備え、
上記感光体が、自身の表面に担持されたトナー像を第１転写部位において中間転写体に転写するものであり、
上記中間転写体が、第１転写部位において上記感光体から転写されたトナー像を第２転写部位において記録媒体に再転写するものであり、
上記第１の転写前帯電装置が、上記第１転写部位よりも上記感光体の回転方向上流側に配置され、
上記第２の転写前帯電装置が、上記第１転写部位よりも上記中間転写体の回転方向下流側で、かつ、上記第２転写部位よりも上記中間転写体の回転方向上流側に配置されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
画像形成装置の像担持体上のトナー像を転写対象物への転写前に帯電させるための、上記像担持体および上記トナー像に対して非接触に備えられる転写前帯電装置を用いた転写前帯電方法であって、
上記画像形成装置は、上記像担持体に対向して配置される帯電用電極と、上記帯電用電極に電圧を印加する第１電圧印加手段とを備え、
上記帯電用電極として、先端が上記像担持体における当該帯電用電極との対向面に垂直な方向を向くように配置された針状または線状の電極を複数備えており、
上記像担持体と上記帯電用電極との間隔が４ｍｍ以上２５ｍｍ以下であり、
上記像担持体に対向して配置された帯電用電極に対して、イオン発生開始電圧以上、コロナ放電開始電圧未満の電圧を印加する工程を含み、
放電を生じさせずに発生させたイオンを用いて像担持体上のトナー像を帯電させることを特徴とする転写前帯電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を用いる画像形成装置において、像担持体（例えば感光体や中間転写体）上のトナー像を転写対象物（例えば中間転写体や記録紙）への転写前に帯電させる転写前帯電装置および転写前帯電方法に関するものである。また、本発明は、上記の転写前帯電装置を備えた画像形成装置に関するものでもある。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式を用いた画像形成装置においては、感光体を一様に帯電させるための帯電装置、感光体等に形成されるトナー像を記録用紙等に静電的に転写させるための転写装置、感光体等に静電的に接触する記録用紙等を剥離させるための剥離装置などに、コロナ放電方式の帯電装置がよく用いられている。
【０００３】
このようなコロナ放電方式の帯電装置としては、一般に、感光体や記録用紙等の被帯電物に対向する開口部を有するシールドケースと、このシールドケース内部に張設される線状あるいは鋸歯状の放電電極とを備え、放電電極に高電圧を印加することでコロナ放電を発生させて被帯電物を一様に帯電させる所謂コロトロンや、放電電極と被帯電物との間にグリッド電極を設け、このグリッド電極に所望の電圧を印加することで被帯電物を一様に帯電させる所謂スコロトロンなどが用いられている(特許文献１参照)。
【０００４】
図１８は、従来のコロナ放電方式の帯電装置の帯電メカニズムを模式的に示した説明図である。上述したように、コロナ放電方式の帯電装置は、線状、鋸歯状、あるいは針状の放電電極１０１と、トナー像１０４が形成される像担持体１０２やグリッド電極１０３などの対向電極（放電対象物）とからなる。像担持体１０２としては、感光体や中間転写体が挙げられる。そして、曲率半径の小さい放電電極１０１と対向電極（放電対象物）との間に高電圧を印加することで、この２つの電極間に不平等電界を形成し、放電電極１０１近傍に生じる強電界による局所的な電離作用により電子の放出を行い（電子なだれによる放電）、被帯電物である感光体や中間転写体、トナー像等を帯電させるようになっている。また、グリッド電極１０３は、像担持体１０２等の被帯電物に向かう電子の量を制御するためのものであり、このグリッド電極１０３に対しても、電子の放電が行われることになる。
【０００５】
さらに上記のようなコロナ放電方式の帯電装置を、中間転写体や記録紙等の転写媒体に転写する前のトナー像を帯電するための転写前帯電装置に利用したものが、例えば特許文献２、３に開示されている。特許文献２，３の技術によれば、像担持体に形成されたトナー像内に帯電量のばらつきがあっても、転写前にトナー像の帯電量を均一にするので、トナー像を転写するときの転写余裕度の低下を抑え、トナー像を転写媒体に安定して転写することができる。
【特許文献１】特開平６−１１９４６号公報（公開日：１９９４年１月２１日）
【特許文献２】特開平１０−２７４８９２号公報（公開日：１９９８年１０月１３日）
【特許文献３】特開２００４−６９８６０号公報（公開日：２００４年３月４日）
【特許文献４】特開平８−１６０７１１号公報（公開日：１９９６年６月２１日）
【特許文献５】特開２００５−３１６３９５号公報（公開日：２００５年１１月１０日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の帯電装置は複数の問題を抱えている。
【０００７】
第一に、従来のコロナ放電方式の帯電装置では、オゾン（Ｏ３）や窒素酸化物（ＮＯｘ）等の放電生成物が多量に生成されてしまうという問題がある。具体的には、上記の電子の放電に伴うエネルギー（電子の衝突等）により、窒素分子（Ｎ２）が窒素原子（Ｎ）に解離し、それが酸素分子（Ｏ２）と結合することで窒素酸化物（二酸化窒素：ＮＯ２）が生成される。同様に、酸素分子（Ｏ２）が酸素原子（Ｏ）に解離し、それが酸素分子（Ｏ２）と結合することでオゾン（Ｏ３）が多量に生成される。
【０００８】
このようにしてオゾンが大量に生成されると、オゾン臭の発生、人体に対する有害な影響、強い酸化力による部品劣化等の問題を引き起こす。また、窒素酸化物が生成されると、窒素酸化物が感光体にアンモニウム塩（硝酸アンモニウム）として付着し、異常画像の原因になるといった問題が生じる。特に、通常用いられている有機感光体（ＯＰＣ）は、オゾンやＮＯｘによりシロ抜けや像流れ等の画像欠陥を生じやすい。
【０００９】
また、窒素酸化物がコロナ放電方式の帯電装置のグリッド電極に付着し、グリッド電極の表面を酸化腐食させることにより、グリッド電極に絶縁性の金属酸化物が２次的に生成され、その結果、帯電均一性を損ねて帯電ムラに起因する画像劣化を引き起こすといった問題もある。
【００１０】
そのため、転写部位が複数存在するような中間転写方式のカラー画像形成装置では、全ての転写部位（複数の一次転写部位、および二次転写部位）の上流に転写前帯電装置を設けることが好ましくても、オゾンやＮＯｘの発生量の問題から困難であった。
【００１１】
また、感光体には、潜像形成を行うための帯電装置も必要であることから、感光体への悪影響を考えると、感光体上に形成されたトナー像の転写前帯電を行うために、上記の帯電装置に加えて転写前帯電装置を追加することは困難であった。実際には、この問題を回避するためには、オゾンの発生が比較的少ないプラス帯電が可能で、耐刷性に優れ、感光体表面に付着した放電生成物を強制的に除去可能なアモルファスシリコン感光体を用いるしかなかった。
【００１２】
また、オゾンレス化の目的で、近年、感光体自体を帯電する帯電装置として、導電性ローラや導電性ブラシによる接触帯電方式が採用されてきているが、接触帯電方式によってトナー像を乱さずに帯電させることは困難である。従って、転写前帯電装置には、非接触のコロナ放電方式のものを用いることになるが、接触帯電方式を搭載した画像形成装置に従来のコロナ放電方式による転写前帯電装置を設けた場合、オゾンレスという特徴を消してしまうことになる。
【００１３】
なお、オゾン発生量を低減させるための技術として、例えば特許文献４には、ほぼ一定のピッチで所定の軸方向に並べられた多数の放電電極と、放電電極に放電開始電圧以上の電圧を印加するための高圧電源と、高圧電源の出力電極と放電電極との間に設置された抵抗体と、放電電極と近接し該放電電極と被帯電物との間の位置に設置されたグリッド電極と、グリッド電極にグリッド電圧を印加するためのグリッド電源とを備え、放電電極とグリッド電極とのギャップを４ｍｍ以下にすることで放電電流を低減してオゾン発生量を低減する帯電装置が開示されている。
【００１４】
しかしながら、上記特許文献４の技術では、放電電流を低減することによってオゾン発生量を低減することはできるものの、それでもなおオゾンの低減量が十分でなく、１．０ｐｐｍ程度のオゾンが発生してしまう。また、放電生成物やトナー、紙粉等が放電電極に付着したり、放電エネルギーによって放電電極の先端が磨耗・劣化したりすることにより、放電が不安定になるという別の問題もある。
【００１５】
さらに、放電電極と被帯電物とのギャップが狭いために、複数の放電電極のピッチに起因する長手方向（放電電極のピッチ方向）の帯電ばらつきが生じやすいという問題もある。ここで、帯電ばらつきを解消するために放電電極ピッチを小さくすることが考えられるが、その場合には放電電極数が増えて製造コストが増大してしまう。
【００１６】
一方、従来の帯電装置の第二の問題としてコロナ風（「オゾン風」ともいう）の問題が挙げられる。コロナ風は、図１８に矢印１０５で示すように、コロナ放電による電子の流れにより、放電電極から被帯電物に向けて発生するものである。これにより、従来のコロナ放電方式の帯電装置を転写前帯電装置に用いた場合、コロナ風により、像担持体１０２上のトナー像１０４が乱れてしまうといった問題がある。
【００１７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、オゾンや窒素酸化物等の放電生成物の発生を低減し、帯電均一性に優れ、安定した帯電を長期間に渡って継続して行え、かつ、トナー像の乱れを抑制できる転写前帯電装置および転写前帯電方法、ならびに上記の転写前帯電装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の課題を解決するために、本発明に係る転写前帯電装置は、画像形成装置の像担持体上のトナー像を転写対象物への転写前に帯電させるための転写前帯電装置であって、上記像担持体に対向して配置される帯電用電極と、上記帯電用電極に対して、イオン発生開始電圧の大きさ以上、コロナ放電開始電圧の大きさ未満の大きさの電圧を印加する第１電圧印加手段とを備えていることを特徴とする。
【００１９】
また、上記の課題を解決するために、本発明に係る転写前帯電方法は、画像形成装置の像担持体上のトナー像を転写対象物への転写前に帯電させるための転写前帯電方法であって、上記像担持体に対向して配置された帯電用電極に対して、イオン発生開始電圧の大きさ以上、コロナ放電開始電圧の大きさ未満の大きさの電圧を印加することを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る転写前帯電装置及び転写前帯電方法は、画像形成装置の像担持体（例えば感光体や、中間転写ベルトまたは中間転写ローラなどの中間転写体）上のトナー像を転写対象物（例えば上記の中間転写体や記録紙）への転写前に帯電させるための転写前帯電方法である。
【００２１】
上記の構成によれば、イオン発生開始電圧以上の大きさの電圧を帯電用電極に印加するのでイオンが発生し、発生したイオンによって像担持体上のトナー像を帯電させることができる。また、帯電用電極に印加する電圧の大きさがコロナ放電開始電圧未満なので、コロナ放電が生じることがない。このため、オゾンやＮＯｘをほとんど発生させることなく、トナー像を帯電させることができる。しかも、コロナ放電を伴わないため、従来のコロナ放電方式の帯電装置のように放電生成物が電極に付着したり、放電エネルギーによって電極先端が磨耗、劣化したりすることがなく、経時的に安定した帯電を行うこともできる。さらに、コロナ放電が起こらないため、コロナ風が発生することもない。従って、コロナ風によるトナー像の乱れを抑制することもできる。また、従来のコロナ放電方式の帯電装置に比べると形成される電界が弱いため、被帯電物であるトナー像の近傍におけるイオン量の分布はある程度の広がりを持つ。このため、従来のコロナ放電方式の帯電装置よりも帯電均一性を向上させることができる。
【００２２】
上記の課題を解決するために、本発明に係る転写前帯電装置は、画像形成装置の像担持体上のトナー像を転写対象物への転写前に帯電させるための転写前帯電装置であって、上記像担持体に対向して配置される帯電用電極と、上記帯電用電極に対して、イオン発生開始電圧の大きさ以上の大きさの電圧を印加する第１電圧印加手段とを備え、上記像担持体と上記帯電用電極との間隔が、コロナ放電開始距離よりも広いことを特徴とする。
【００２３】
また、上記の課題を解決するために、本発明に係る転写前帯電方法は、画像形成装置の像担持体上のトナー像を転写対象物への転写前に帯電させるための転写前帯電方法であって、イオン発生開始電圧の大きさ以上の大きさの電圧を、コロナ放電開始距離よりも広い間隔で上記像担持体に対向して配置された帯電用電極に対して印加することを特徴とする。
【００２４】
本発明に係る転写前帯電装置及び転写前帯電方法は、画像形成装置の像担持体（例えば感光体や、中間転写ベルトまたは中間転写ローラなどの中間転写体）上のトナー像を転写対象物（例えば上記の中間転写体や記録紙）への転写前に帯電させるための転写前帯電方法である。
【００２５】
上記の構成によれば、イオン発生開始電圧以上の大きさの電圧を帯電用電極に印加するのでイオンが発生し、発生したイオンによって像担持体上のトナー像を帯電させることができる。また、帯電用電極と像担持体との間隔がコロナ放電開始距離よりも大きいので、コロナ放電が生じることがない。このため、オゾンやＮＯｘをほとんど発生させることなく、トナー像を帯電させることができる。しかも、コロナ放電を伴わないため、従来のコロナ放電方式の帯電装置のように放電生成物が電極に付着したり、放電エネルギーによって電極先端が磨耗、劣化したりすることがなく、経時的に安定した帯電を行うこともできる。さらに、コロナ放電が起こらないため、コロナ風が発生することもない。従って、コロナ風によるトナー像の乱れを抑制することもできる。また、従来のコロナ放電方式の帯電装置に比べると形成される電界が弱いため、被帯電物であるトナー像の近傍におけるイオン量の分布はある程度の広がりを持つ。このため、従来のコロナ放電方式の帯電装置よりも帯電均一性を向上させることができる。
【００２６】
また、上記の課題を解決するために、本発明に係る転写前帯電装置は、画像形成装置の像担持体上のトナー像を転写対象物への転写前に帯電させるための転写前帯電装置であって、上記像担持体に対向して配置される帯電用電極と、上記帯電用電極に対して、イオン発生開始電圧の大きさ以上、オゾン発生量が急増し始める電圧であるオゾン急増開始電圧の大きさ未満の大きさの電圧を印加する第１電圧印加手段とを備えていることを特徴とする。
【００２７】
また、上記の課題を解決するために、本発明に係る転写前帯電装置は、画像形成装置の像担持体上のトナー像を転写対象物への転写前に帯電させるための転写前帯電装置であって、上記像担持体に対向して配置される帯電用電極を備え、上記帯電用電極にイオン発生開始電圧以上、オゾン発生量が急増し始める電圧であるオゾン急増開始電圧未満の電圧を印加することによって発生するイオンにより前記転写対象物を帯電させることを特徴とする。
【００２８】
また、上記の課題を解決するために、本発明に係る転写前帯電方法は、画像形成装置の像担持体上のトナー像を転写対象物への転写前に帯電させるための転写前帯電方法であって、上記像担持体に対向して配置された帯電用電極に対して、イオン発生開始電圧の大きさ以上、オゾン発生量が急増し始める電圧であるオゾン急増開始電圧の大きさ未満の大きさの電圧を印加することを特徴とする。
【００２９】
また、上記の課題を解決するために、画像形成装置の像担持体上のトナー像を転写対象物への転写前に帯電させるための転写前帯電方法であって、記像担持体に対向して配置された帯電用電極に対して、イオン発生開始電圧以上、オゾン発生量が急増し始める電圧であるオゾン急増開始電圧未満の電圧を印加することによって発生するイオンにより前記転写対象物を帯電させることを特徴とする
上記の構成によれば、イオン発生開始電圧以上の大きさの電圧を帯電用電極に印加するのでイオンが発生し、発生したイオンによって像担持体上のトナー像を帯電させることができる。また、帯電用電極に印加する電圧の大きさがオゾン急増開始電圧未満なので、オゾンやＮＯｘをほとんど発生させることなく、トナー像を帯電させることができる。しかも、オゾンを抑制することにより、従来のコロナ放電方式の帯電装置のように放電生成物が電極に付着したり、放電エネルギーによって電極先端が磨耗、劣化したりすることがなく、経時的に安定した帯電を行うこともできる。さらに、オゾンの発生を低減できるため、コロナ風を抑制することができる。従って、コロナ風によるトナー像の乱れを抑制することもできる。また、従来のコロナ放電方式の帯電装置に比べると形成される電界が弱いため、被帯電物であるトナー像の近傍におけるイオン量の分布はある程度の広がりを持つ。このため、従来のコロナ放電方式の帯電装置よりも帯電均一性を向上させることができる。
【００３０】
また、上記の課題を解決するために、本発明に係る転写前帯電装置は、画像形成装置の像担持体上のトナー像を転写対象物への転写前に帯電させるための転写前帯電装置であって、上記像担持体に対向して配置される帯電用電極と、上記帯電用電極に対して、イオン発生開始電圧の大きさ以上の大きさの電圧を印加する第１電圧印加手段とを備え、上記像担持体と上記帯電用電極との間隔が、オゾン発生量が急増し始める距離であるオゾン急増開始距離よりも広いことを特徴とする。
【００３１】
また、上記の課題を解決するために、本発明に係る転写前帯電方法は、画像形成装置の像担持体上のトナー像を転写対象物への転写前に帯電させるための転写前帯電方法であって、イオン発生開始電圧の大きさ以上の大きさの電圧を、オゾン発生量が急増し始める距離であるオゾン急増開始距離よりも広い間隔で上記像担持体に対向して配置された帯電用電極に対して印加することを特徴とする。
【００３２】
上記の構成によれば、イオン発生開始電圧以上の大きさの電圧を帯電用電極に印加するのでイオンが発生し、発生したイオンによって像担持体上のトナー像を帯電させることができる。また、帯電用電極と像担持体との間隔がオゾン急増開始距離よりも大きいので、オゾンやＮＯｘをほとんど発生させることなく、トナー像を帯電させることができる。しかも、オゾンを抑制することにより、従来のコロナ放電方式の帯電装置のように放電生成物が電極に付着したり、放電エネルギーによって電極先端が磨耗、劣化したりすることがなく、経時的に安定した帯電を行うこともできる。さらに、オゾンの発生を低減できるため、コロナ風を抑制することができる。従って、コロナ風によるトナー像の乱れを抑制することもできる。また、従来のコロナ放電方式の帯電装置に比べると形成される電界が弱いため、被帯電物であるトナー像の近傍におけるイオン量の分布はある程度の広がりを持つ。このため、従来のコロナ放電方式の帯電装置よりも帯電均一性を向上させることができる。
【００３３】
なお、上記オゾン急増開始距離は、上記帯電用電極に対して第１電圧印加手段が印加する電圧の大きさが、オゾン発生量が急増し始める電圧であるオゾン急増開始電圧の大きさになるような距離であることが好ましい。
【００３４】
そして、上記オゾン急増開始電圧は、上記第１電圧印加手段と上記帯電用電極との間に固定抵抗器が挿入されていない場合には、帯電用電極に印加する電圧の大きさを所定値ずつ大きくしていったときに、オゾンが発生し始める印加電圧オゾン発生開始電圧の大きさ以上、該オゾン発生開始電圧の２倍の大きさ以下の印加電圧範囲において、印加電圧の大きさに対するオゾン発生量の増加率の変化率が最大値となる印加電圧（ただし、オゾン発生開始電圧における上記変化率が、オゾン発生開始電圧の大きさよりも大きく、かつオゾン発生開始電圧の大きさの２倍以下の印加電圧範囲における上記変化率の平均値に対して２倍以上である場合には、オゾン発生開始電圧よりも上記所定値だけ大きい印加電圧とする）であり、上記第１電圧印加手段と上記帯電用電極との間に固定抵抗器が挿入されている場合には、帯電用電極に印加する電圧の大きさを所定値ずつ大きくしていったときに、オゾンが発生し始める電圧であるオゾン発生開始電圧の大きさよりも大きく、該オゾン発生開始電圧の大きさの２倍以下の印加電圧範囲において、印加電圧の大きさに対するオゾン発生量の増加率の変化率が最大の極大値となる印加電圧であることが好ましい。
【００３５】
また、上記の課題を解決するために、本発明に係る転写前帯電装置は、画像形成装置の像担持体上のトナー像を転写対象物への転写前に帯電させるための転写前帯電装置であって、上記像担持体に対向して配置される帯電用電極と、上記帯電用電極に対して、イオン発生開始電圧の大きさ以上、帯電用電極を流れる電流が急増し始める電圧である電流急増開始電圧の大きさ未満の大きさの電圧を印加する第１電圧印加手段とを備えていることを特徴とする。
【００３６】
また、上記の課題を解決するために、本発明に係る転写前帯電方法は、画像形成装置の像担持体上のトナー像を転写対象物への転写前に帯電させるための転写前帯電方法であって、上記像担持体に対向して配置された帯電用電極に対して、イオン発生開始電圧の大きさ以上、帯電用電極を流れる電流（換言すれば、第１電圧印加手段から帯電用電極に供給される電流（以下同じ））が急増し始める電圧である電流急増開始電圧の大きさ未満の大きさの電圧を印加することを特徴とする。
【００３７】
上記の構成によれば、イオン発生開始電圧以上の大きさの電圧を帯電用電極に印加するのでイオンが発生し、発生したイオンによって像担持体上のトナー像を帯電させることができる。また、帯電用電極に印加する電圧の大きさが電流急増開始電圧未満なので、大きい電流が帯電量電極を流れることがなく、オゾンやＮＯｘをほとんど発生させずにトナー像を帯電させることができる。しかも、オゾンを抑制することにより、従来のコロナ放電方式の帯電装置のように放電生成物が電極に付着したり、放電エネルギーによって電極先端が磨耗、劣化したりすることがなく、経時的に安定した帯電を行うこともできる。さらに、オゾンの発生を低減できるため、コロナ風を抑制することができる。従って、コロナ風によるトナー像の乱れを抑制することもできる。また、従来のコロナ放電方式の帯電装置に比べると形成される電界が弱いため、被帯電物であるトナー像の近傍におけるイオン量の分布はある程度の広がりを持つ。このため、従来のコロナ放電方式の帯電装置よりも帯電均一性を向上させることができる。
【００３８】
また、上記の課題を解決するために、本発明に係る転写前帯電装置は、画像形成装置の像担持体上のトナー像を転写対象物への転写前に帯電させるための転写前帯電装置であって、上記像担持体に対向して配置される帯電用電極と、上記帯電用電極に対して、イオン発生開始電圧の大きさ以上の大きさの電圧を印加する第１電圧印加手段とを備え、上記像担持体と上記帯電用電極との間隔が、上記帯電用電極を流れる電流が急増し始める距離である電流急増開始距離よりも広いことを特徴とする。
【００３９】
また、上記の課題を解決するために、本発明に係る転写前帯電方法は、画像形成装置の像担持体上のトナー像を転写対象物への転写前に帯電させるための転写前帯電方法であって、イオン発生開始電圧の大きさ以上の大きさの電圧を、帯電用電極を流れる電流が急増し始める距離である電流急増開始距離よりも広い間隔で上記像担持体に対向して配置された帯電用電極に対して印加することを特徴とする。
【００４０】
上記の構成によれば、イオン発生開始電圧以上の大きさの電圧を帯電用電極に印加するのでイオンが発生し、発生したイオンによって像担持体上のトナー像を帯電させることができる。また、帯電用電極と像担持体との間隔が電流急増開始距離よりも大きいので、大きい電流が帯電量電極を流れることがなく、オゾンやＮＯｘをほとんど発生させずにトナー像を帯電させることができる。しかも、オゾンを抑制することにより、従来のコロナ放電方式の帯電装置のように放電生成物が電極に付着したり、放電エネルギーによって電極先端が磨耗、劣化したりすることがなく、経時的に安定した帯電を行うこともできる。さらに、オゾンの発生を低減できるため、コロナ風を抑制することができる。従って、コロナ風によるトナー像の乱れを抑制することもできる。また、従来のコロナ放電方式の帯電装置に比べると形成される電界が弱いため、被帯電物であるトナー像の近傍におけるイオン量の分布はある程度の広がりを持つ。このため、従来のコロナ放電方式の帯電装置よりも帯電均一性を向上させることができる。
【００４１】
なお、上記電流急増開始距離は、上記帯電用電極に対して第１電圧印加手段が印加する電圧の大きさが、上記帯電用電極を流れる電流が急増し始める電圧である電流急増開始電圧になるような距離であることが好ましい。
【００４２】
そして、上記電流急増開始電圧は、上記第１電圧印加手段と上記帯電用電極との間に固定抵抗器が挿入されていない場合には、帯電用電極に印加する電圧の大きさを所定値ずつ大きくしていったときに、帯電用電極を電流が流れ始める電圧である電流発生開始電圧の大きさ以上、該電流発生開始電圧の２倍の大きさ以下の印加電圧範囲において、印加電圧の大きさに対する電流量の増加率の変化率が最大値となる印加電圧（ただし、電流発生開始電圧における上記変化率が、電流発生開始電圧の大きさよりも大きく、かつ電流発生開始電圧の２倍の大きさ以下の印加電圧範囲における上記変化率の平均値に対して２倍以上である場合には、電流発生開始電圧よりも上記所定値だけ大きい印加電圧とする）であり、上記第１電圧印加手段と上記帯電用電極との間に固定抵抗器が挿入されている場合には、帯電用電極に印加する電圧の大きさを所定値ずつ大きくしていったときに、帯電用電極に電流が流れ始める電圧である電流発生開始電圧の大きさよりも大きく、該電流発生開始電圧の２倍の大きさ以下の印加電圧範囲において、印加電圧の大きさに対する電流量の増加率の変化率が最大の極大値となる印加電圧であることが好ましい。
【００４３】
また、上記転写前帯電装置は、上記帯電用電極として、針状または線状の電極を複数備えていることが好ましい。
【００４４】
上記の構成によれば、各帯電用電極の形状が針状または線状であるので、従来の一般的なコロナ放電方式の帯電装置に備えられているようなワイヤ状あるいは鋸歯状の電極を用いる場合に比べて、低電圧で高電界を形成することができる。このため、コロナ放電開始電圧未満の印加電圧でイオンを多量に発生させることができ、像担持体上のトナー像を効率的に帯電させることができる。
【００４５】
あるいは、上記転写前帯電装置は、上記帯電用電極として、複数本の針状または線状の部材が束ねられたブラシ状電極を複数備えていてもよい。
【００４６】
上記の構成によれば、ブラシ状の帯電用電極を用いることにより、帯電用電極のピッチに起因する帯電ばらつきを低減することができ、帯電均一性を向上させることができる。また、電極先端にほこり等の異物が付着した場合であっても、帯電均一性に対する影響を低減することもできる。
【００４７】
なお、上記像担持体と上記帯電用電極との間隔は４ｍｍ以上２５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００４８】
帯電用電極と像担持体との間隔を４ｍｍ以上に設定することにより、コロナ放電開始電圧よりも低い印加電圧でイオンを生成（放出）することができる。一方、帯電用電極と像担持体との間隔が大きくなるほど、像担持体上のトナー像に到達するイオン量（密度）が減少する。このため、上記の間隔が大きくなりすぎるとトナー像を効率的に帯電させることができなくなるが、上記の間隔を２５ｍｍ以下に設定することにより、帯電に必要なイオンをトナー像に充分に供給することができる。
【００４９】
また、上記転写前帯電装置は、上記帯電用電極と上記電圧印加手段との間に挿入された電気抵抗器をさらに備えていることが好ましい。
【００５０】
帯電用電極と電圧印加手段との間に電気抵抗器を挿入することにより、帯電開始電圧とコロナ放電開始電圧との差が大きくなる。つまり、コロナ放電を伴うことなくイオンを発生させてトナー像を帯電させることのできる電圧範囲が広くなるので、安定した帯電を行うことができる。
【００５１】
また、上記転写前帯電装置は、上記像担持体と上記帯電用電極との間に配置された、イオンの通過量を制御するための制御用電極と、上記制御用電極に所定の電圧を印加する第２電圧印加手段とをさらに備えていてもよい。
【００５２】
帯電用電極と像担持体との間に制御用電極を設け、この制御用電極に所定の電圧を印加することにより、余剰のイオンを制御用電極によって回収し、トナー像に放出されるイオン量を均一化させて帯電均一性を向上させることができる。
【００５３】
また、上記転写前帯電装置は、上記第１電圧印加手段が、上記像担持体上のトナー像の帯電量が飽和量に達するのに必要な大きさ以上の大きさの電圧を印加してもよい。
【００５４】
放出するイオンを増加させながらトナー像を帯電させる場合、トナー像の帯電量は、イオンの発生量（トナー像に向けて放出されるイオン量）の増加に伴って最初は増加するが、あるところで飽和する。上記構成によれば、帯電用電極には、トナー像の帯電量が飽和量に達するのに充分な電圧が印加されるので、帯電用電極が発生させるイオン量の分布に少々のムラがあっても、帯電後のトナー像の帯電量を均一にすることができる。これにより、従来用いられてきたグリッド電極を省略することができる。グリッド電極を省略すれば、グリッド電極にイオンが回収されることがないので、イオンの利用効率を向上させることができ、また、製造コストを抑制することもできる。
【００５５】
また、上記転写前帯電装置は、上記像担持体を流れる電流量に基づいて、上記電圧印加手段の印加する電圧の大きさを制御する電圧制御手段をさらに備えていることが好ましい。
【００５６】
イオンの発生量は、帯電用電極の先端部への異物の付着や、環境条件等によって変動する。また、帯電用電極や像担持体近傍における風の流れの変化等によって、発生したイオンがトナー像に到達する割合も変動する。従って、トナー像に対する帯電量は、帯電用電極への印加電圧を一定に保っても、上記の変動による影響で常に同じ量にはならない。そこで、トナー像に放出されるイオン量と像担持体を流れる電流量とが等しいことから、この像担持体を流れる電流量をトナー像に放出されるイオン量の指標とし、この指標に基づいて帯電用電極への印加電圧の大きさを制御することにより、上記の変動による影響を排除することができ、常に最適なイオン量をトナー像に付与することができる。
【００５７】
より具体的な例として、上記電圧制御手段は、上記像担持体を流れる電流量が、上記像担持体上のトナー像の帯電量が飽和量に達する際に上記像担持体を流れる電流量以上になるように、上記電圧印加手段の印加する電圧の大きさをフィードバック制御してもよい。
【００５８】
上記の構成によれば、像担持体を流れる電流量が、トナー像の帯電量が飽和量に達するときの量以上になるようにフィードバック制御が行われるので、上記の変動による影響を排除し、安定してトナー像を均一に帯電させることができるようになる。
【００５９】
また、上記転写前帯電装置は、上記イオン発生電極を取り囲むように設けられ、上記像担持体と対向した開口部を有するイオン拡散規制部材をさらに備えていることが好ましい。
【００６０】
帯電用電極に電圧を印加することによって発生したイオンは、電気力線に沿って像担持体側に移動するものの、従来のコロナ放電方式の帯電装置に比べると形成される電界が弱いため、全てが像担持体側に放出されるわけではなく、像担持体とは異なる方向に拡散するイオンもある。そこで、帯電用電極の周囲に、像担持体側に開口部を有するイオン拡散規制部材を設けることで、イオンの拡散を抑制し、イオンの利用効率を向上させることができる。また、拡散したイオンによって帯電装置周辺の部材が不必要に帯電してしまうことを抑制できる。
【００６１】
なお、上記イオン拡散規制部材における上記帯電用電極に対向する面は、絶縁材料、または上記帯電用電極との間でコロナ放電を発生させない抵抗値を有する高抵抗材料で形成されていることが好ましい。
【００６２】
上記の構成によれば、イオン拡散規制部材における前記帯電用電極に対向する面を絶縁材料または高抵抗材料にすることにより、帯電用電極とイオン拡散規制部材との間隔が短くても、イオン拡散規制部材に対してコロナ放電が発生してしまうのを防止することができる。
【００６３】
また、本発明に係る画像形成装置は、電子写真方式によって画像形成を行う画像形成装置であって、上述した何れかの転写前帯電装置と、上記像担持体とを備えていることを特徴とする。
【００６４】
従来の画像形成装置では、上述した問題から、像担持体に形成されたトナー像に対して転写前帯電を行う帯電装置を追加で設置することが難しかった。しかしながら、本発明の画像形成装置では、上述した転写前帯電装置を用いることにより、オゾンや窒素酸化物等の放電生成物の発生を抑制しつつ、転写効率を向上させることができる。
【００６５】
また、上記画像形成装置は、上記像担持体として、回転駆動され、自身の表面に担持されたトナー像を第１転写部位において転写媒体に転写する感光体を備え、上記転写前帯電装置が、上記感光体の第１転写部位よりも感光体の回転方向上流側に配置されているものであってもよい。
【００６６】
上記の構成によれば、感光体から転写媒体に転写される前にトナー像に対して帯電を行うことができるので、感光体から転写媒体へのトナー像の転写効率が向上する。
【００６７】
また、上記画像形成装置は、上記像担持体として、回転駆動される感光体及び中間転写体とを備え、上記感光体が、自身の表面に担持されたトナー像を第１転写部位において中間転写体に転写するものであり、上記中間転写体が、第１転写部位において上記感光体から転写されたトナー像を第２転写部位において記録媒体に再転写するものであり、上記転写前帯電装置が、上記第１転写部位よりも上記中間転写体の回転方向下流側で、かつ、上記第２転写部位よりも上記中間転写体の回転方向上流側に配置され、上記感光体から転写されたトナー像を第２転写部位において記録媒体に再転写するものであってもよい。
【００６８】
上記の構成によれば、中間転写体から記録媒体に転写される前にトナー像に対して帯電を行うことができるので、中間転写体から記録媒体へのトナー像の転写効率が向上する。
【００６９】
また、上記画像形成装置は、第１および第２の上記転写前帯電装置と、上記像担持体として、回転駆動される感光体及び中間転写体とを備え、上記感光体が、自身の表面に担持されたトナー像を第１転写部位において中間転写体に転写するものであり、上記中間転写体が、第１転写部位において上記感光体から転写されたトナー像を第２転写部位において記録媒体に再転写するものであり、上記第１の転写前帯電装置が、上記第１転写部位よりも上記感光体の回転方向上流側に配置され、上記第２の転写前帯電装置が、上記第１転写部位よりも上記中間転写体の回転方向下流側で、かつ、上記第２転写部位よりも上記中間転写体の回転方向上流側に配置されているものであってもよい。
【００７０】
上記の構成によれば、一次転写前および二次転写前の双方におけるトナー像に対して帯電を行うことができるので、転写効率をさらに向上させることができる。ここで、各転写前帯電装置には、上述した転写前帯電装置を用いるので、オゾンや窒素酸化物等の放電生成物の発生が問題になることはない。
【００７１】
また、上記画像形成装置は、トナー像が形成される前の上記感光体の表面に対向して配置される帯電用電極と、この帯電用電極に対して、イオン発生開始電圧の大きさ以上、コロナ放電開始電圧の大きさ未満の大きさの電圧を印加する電圧印加手段とを有する帯電装置をさらに備えていることが好ましい。
【００７２】
上記の構成によれば、静電潜像を形成する前に、予め感光体を帯電させるための帯電装置として、上述した転写前帯電装置と同様のものを用いるので、オゾンや窒素酸化物等の放電生成物の発生を一層抑制することができる。また、感光体用帯電装置や除電装置等含めた複数の帯電装置に対して、上述した転写前帯電装置と同様のものを用いることにより、高圧電源の共通化が図れ、画像形成装置の簡略化、低価格化が実現できる。
【発明の効果】
【００７３】
以上のように、本発明に係る転写前帯電装置及び帯電方法は、帯電用電極に対して、イオン発生開始電圧の大きさ以上、コロナ放電開始電圧の大きさ未満の大きさの電圧を印加する構成、あるいは、像担持体との間隔がコロナ放電開始距離よりも広い帯電用電極に対して、イオン発生開始電圧の大きさ以上の大きさの電圧を印加する構成となっている。
【００７４】
従って、上述したように、オゾンや窒素酸化物等の放電生成物の発生を低減し、帯電均一性に優れ、安定した帯電を長期間に渡って継続して行え、かつ、トナー像の乱れを抑制することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７５】
〔実施形態１〕
本発明の一実施形態について説明する。図２は、本実施形態の転写前帯電装置２・３を備えた画像形成装置１００の概略構成を示す断面図である。この画像形成装置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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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（本実施形態では１２４ｍｍ／ｓ）に制御されて搬送駆動される。
【００７９】
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り、詳細については後述するが、本実施形態では、イオンを放出することによってトナー像を帯電させるようになっている。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
可視像形成ユニット５０ａは、感光体ドラム（像担持体）１と、この感光体ドラム１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。
【００８５】
潜像用帯電装置４は、感光体ドラム１の表面を所定の電位に帯電させるためのものである。潜像用帯電装置４の詳細については後述するが、本実施形態では、潜像用帯電装置４によって発生するイオンを用いて感光体ドラム１を帯電させるようになっている。
【００８６】
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１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１上に光像を走査して静電潜像を書き込むものである。
【００８７】
現像装置１１は、感光体ドラム１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１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り、詳細については後述するが、本実施形態では、イオンを放出することによってトナー像を帯電させるようになっている。
【００８８】
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１上に残留したトナーを除去・回収して感光体ドラム１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。
【００８９】
なお、可視像形成ユニット５０ａの感光体ドラム１の周囲には、感光体ドラム１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。
【００９０】
次に、画像形成装置１００の画像形成動作について説明する。
【００９１】
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１を図２に示した矢印の方向に所定の速度（ここでは１２４ｍｍ／ｓ）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１の表面を所定の電位に帯電させる。
【００９２】
次に、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１の表面を露光し、感光体ドラム１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１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。
【００９３】
そして、一次転写装置１２ａが、感光体ドラム１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が印加されることにより、トナー像を中間転写ベルト１５へ転写する。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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１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。
【００９７】
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。
【００９８】
次に、帯電装置の構成について詳細に説明する。上述した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は、設置する位置が異なっている点以外は同一であり、同じ装置となっている。以下では、一次転写前帯電装置２の詳細を説明し、二次転写前帯電装置３、潜像用帯電装置４については詳細な説明を省略する。
【００９９】
図３は一次転写前帯電装置２の側面図であり、図４は一次転写前帯電装置２の正面図（長手方向から見た図）である。
【０１００】
図３に示すように、一次転写前帯電装置２は、マイナスイオン発生素子２０、シールドケース（イオン拡散規制部材）２３、固定抵抗（電気抵抗器）２４、高圧電源（電圧印加手段）２５、電圧制御部（電圧制御手段）３１を備えている。
【０１０１】
マイナスイオン発生素子２０は、複数（ここでは３２本）の針状のイオン発生針（帯電用電極）２１を金属製（ここではステンレス製）のベースフレーム２２に所定のピッチｐで配置した構成となっている。各イオン発生針２１は、直径１ｍｍ、先端曲率半径１５μｍのタングステン（純度９９．９９９％）であり、各イオン発生針２１の先端は感光体ドラム１の方向を向いており、各イオン発生針２１間のピッチｐは１０ｍｍである。
【０１０２】
そして、マイナスイオン発生素子２０は、各イオン発生針２１が直径３０ｍｍの感光体ドラム１に近接するように配置されており、各イオン発生針２１と感光体ドラム１とのギャップｇは１０ｍｍである。
【０１０３】
高圧電源２５のマイナス端子は、抵抗値２００ＭΩの固定抵抗２４を介してベースフレーム２２に接続されている。これにより、ベースフレーム２２に取り付けられたイオン発生針２１に所定の直流電圧が印加される。このように、高圧電源２５によってマイナスイオン発生素子２０に所定の直流電圧を印加することで、マイナスイオンを発生させ、感光体ドラム１上のトナー像を所定の帯電量（ここでは約−２０μＣ/ｇ）に帯電させるようになっている。なお、本実施形態では、画像形成時の高圧電源２５によるベースフレーム２２への初期印加電圧Ｖａ０が−６．５ｋＶである。
【０１０４】
また、高圧電源２５には電圧制御部３１が接続されている。電圧制御部３１は、高圧電源２５の印加電圧Ｖａの大きさを制御するものである。具体的には、電圧制御部３１は、高圧電源２５の印加電圧Ｖａを段階的に変化させながら感光体ドラム１の表面を流れる電流の値を計測し、この電流の値が目標値になるような高圧電源２５の印加電圧Ｖａを求めるとともに、印加電圧Ｖａが求めた値となるようにフィードバック制御する。
【０１０５】
感光体ドラム１の表面を流れる電流の大きさはトナー像の帯電量と相関する。従って、感光体ドラム１の表面の電流を一定の目標値に保つことによって、トナー像の帯電量も一定の値となるのである。
【０１０６】
このように、高圧電源２５の印加電圧Ｖａの大きさを、感光体ドラム１を流れる電流の大きさに基づいてフィードバック制御することにより、イオン発生針２１の先端部への異物の付着や、環境条件の変化、また画像形成装置１００内における風の流れの変化等によって、マイナスイオンの発生量や、発生したイオンがトナー像に到達する割合が変動しても、常に最適な量のマイナスイオンをトナー像に供給できるようになっている。
【０１０７】
また、マイナスイオン発生素子２０の周囲には、感光体ドラム１側に開口部（本実施形態では開口部の幅ｗ＝２６ｍｍ）を有し、開口部とは反対面に空気取入口２８を有する断面がコの字形のシールドケース２３が設置されている。このシールドケース２３は、樹脂等からなる絶縁性材料あるいは高抵抗材料（帯電用電極２１においてコロナ放電を生じさせない抵抗値を有する材料）からなる。換言すれば、このシールドケース２３は、樹脂等からなる絶縁性材料あるいは高抵抗材料（帯電用電極２１により生じる電荷の移動によってオゾン発生量が急増することのない抵抗値を有する材料）からなる。なお、後述する実験に示すように、このシールドケース２３の材料としては、例えば絶縁性ＡＢＳ樹脂を用いることができる。
【０１０８】
このシールドケース２３を設けることにより、マイナスイオン発生素子２０によって生成されたマイナスイオンの拡散を抑制し、マイナスイオンを感光体ドラム１の方向に導くことで、イオンの利用効率を向上することができる。その結果、例えば、ギャップｇを２５ｍｍ以上に設定した場合でも、ギャップｇ＝５ｍｍの場合の５０％以上のマイナスイオン量（密度）を確保することができる。また、一次転写前帯電装置２周辺の部材が不必要に帯電してしまうことを抑制することができる。
【０１０９】
また、上述のように、シールドケース２３は電気的に絶縁、もしくは高抵抗であるため、マイナスイオン発生素子２０とシールドケース２３との間隔が短くても、シールドケース２３に対してコロナ放電が発生してしまうことを防止できる。換言すれば、シールドケース２３に対する電荷の移動により、オゾン発生量が急増することを防止することができる。このシールドケース２３は電気的にフローティングであるが、シールドケース２３に電荷が蓄積され、イオン発生効率が低下する場合には、蓄積した電荷を逃がすようにアースに接続してもよい。
【０１１０】
なお、一次転写前帯電装置２は、イオン発生針２１と感光体ドラム１との間に、さらにグリッド電極（制御用電極）が設けられていてもよい。グリッド電極を設け、これに高圧電源（第２電圧印加手段）で電圧を印加することにより、余剰のイオンをグリッド電極で回収し、被帯電物に放出されるイオン量を均一化できるため、イオン発生針２１のピッチに起因する長手方向の帯電ばらつきを低減し、被帯電物の表面電位をより適切に制御できる。
【０１１１】
次に、転写前帯電装置２・３や潜像用帯電装置４による、マイナスイオンを用いた帯電のメカニズムについて説明する。図１は、転写前帯電装置２・３や潜像用帯電装置４による帯電のメカニズムを示す図である。
【０１１２】
イオン発生針２１の先端部は先端曲率半径が非常に小さいため、高電圧が印加されると、イオン発生針２１の先端部周辺に非常に強い電界が形成される。ただし、従来のコロナ放電方式の帯電装置と比べると、被帯電物（帯電対象物）である感光体ドラム１や中間転写ベルト１５などの像担持体とのギャップｇが大きいために、イオン発生針２１と像担持体との間の電界強度は小さく、像担持体に対して電子が放出されるまでには至らない。しかしながら、イオン発生針２１の先端部周辺に形成される強電界の作用により、空気中の分子（酸素分子や窒素分子、二酸化炭素分子など）はプラスイオンと電子に電離する。そして、電離した電子は空気中の分子と結合（電子付着）することでマイナスイオンとなる。なお、プラスイオンの一部はイオン発生針２１で電荷を供給して分子に戻り、一部は大地に帰還する。
【０１１３】
発生したマイナスイオンは、イオン発生針２１の先端部と像担持体との間に形成される電気力線に沿って、像担持体側に放出される。ただし、従来のコロナ放電方式の帯電装置に比べると形成される電界が弱いため、発生したイオン全てが感光体ドラム１方向に放出される訳ではなく、感光体ドラム１の方向とは異なる方向に拡散されるイオンも一部には存在する。そして、感光体ドラム１の表面に到達したマイナスイオンにより、感光体ドラム１が所定の電位に帯電される。
【０１１４】
なお、グリッド電極が設置されている場合、イオン発生針２１の先端部とグリッド電極との間にも電気力線が形成されるので、発生したマイナスイオンはグリッド電極に向けても放出される。そして、マイナスイオンにより像担持体の表面電位が上昇（帯電）した部分では、余剰なマイナスイオンがグリッド電極に補足され電荷（電子）を供給するため、像担持体表面の電位はほぼ一定に制御されることになる。
【０１１５】
本実施形態の転写前帯電装置２・３や潜像用帯電装置４によれば、イオン発生の際のエネルギーは従来のコロナ放電よりも遥かに小さい。したがって、窒素分子や酸素分子の解離も従来のコロナ放電の場合よりも遥かに少なく、ＮＯｘやオゾンの発生を大幅に低減することができる。また、コロナ風もほとんど生じないので、トナー像が乱されることもない。
【０１１６】
次に、コロナ放電による電子に代わりにマイナスイオンを感光体ドラム１に対して放出することで、感光体ドラム１をマイナスに帯電させることができることを確認するために行った実験の結果について説明する。
【０１１７】
［実験１］
まず、図５に示すマイナスイオン発生素子２０ａを準備した。
【０１１８】
マイナスイオン発生素子２０ａは、複数（ここでは３本）の針状のイオン発生針２１を金属製（ここではステンレス製）のベースフレーム２２に固定した構成となっている。イオン発生針２１は、直径１ｍｍ、先端曲率半径１５μｍのタングステン（純度９９．９９９％）からなり、各イオン発生針２１間のピッチは１０ｍｍに設定している。
【０１１９】
このマイナスイオン発生素子２０ａを、周囲１ｍ四方に後述する空気吸入口以外は何も無い空間に設置し、高圧電源２５のマイナス端子側にマイナスイオン発生素子２０ａを接続した場合、および高圧電源２５のマイナス端子側に抵抗値２００ＭΩの固定抵抗２４を介してマイナスイオン発生素子２０ａを接続した場合について、電圧を印加したときのマイナスイオンの発生量、オゾン発生量、並びにその時の電流量を測定した。つまり、マイナスイオン発生素子２０ａと高圧電源２５との間に抵抗値２００ＭΩの固定抵抗２４を挿入した場合と、挿入しなかった場合の２通りについて実験を行った。なお、高圧電源２５としてＴｒｅｋ社製ＭＯＤＥＬ６１０Ｃ、マイナスイオン測定器として佐藤商事社製ＡＩＣ−２０００、オゾン測定器として荏原実業社製オゾンモニターＥＧ２００２Ｆを使用し、マイナスイオンはイオン発生針２１から１５０ｍｍ離れた位置、オゾン量はイオン発生針２１から１０ｍｍ離れた位置に空気吸入口を設置して測定を行った。
【０１２０】
図６（ａ）は固定抵抗２４を挿入しなかった場合の実験結果、図６（ｂ）は固定抵抗２４を挿入した場合の実験結果を示すグラフである。
【０１２１】
図６（ａ）に示すように、固定抵抗２４を挿入しなかった場合、印加電圧−２．５ｋＶからマイナスイオンが発生し始めた。また、図６（ｂ）に示すように、固定抵抗２４を挿入した場合、印加電圧−２ｋＶからマイナスイオンが発生し始めた。また、固定抵抗２４を挿入しなかった場合も挿入した場合も、印加電圧の上昇（印加電圧の絶対値の上昇）とともにマイナスイオン量（イオン発生量）は急増し、ほぼ１×１０７個/ｃｃで飽和した。また、固定抵抗２４を挿入しなかった場合も挿入した場合も、オゾンはほとんど発生しなかった。
【０１２２】
この結果から、図５のような針状のマイナスイオン発生素子２０ａに、周囲に放電対象物の無い状態で高電圧を印加すれば、オゾンの発生をほとんど伴うことなく、マイナスイオンを大量に生成できることがわかる。
【０１２３】
なお、固定抵抗２４を挿入しなかった場合よりも挿入した場合の方が、マイナスイオン発生開始電圧の大きさが若干低くなる理由は、イオンの発生は大気を仮想のプラス電極として、大気とイオン発生針２１との間の電位差により生じていると考えられるが、この大気のインピーダンスが非常に不安定なため、固定抵抗２４が無い場合、低い印加電圧でイオンの発生が開始される領域ではイオンの発生が不安定になるのに対し、固定抵抗２４を挿入すれば、大気のインピーダンスを含んだトータルでのインピーダンスが安定するので、イオンの発生自体も安定するためと考えられる。
【０１２４】
次に、固定抵抗２４を挿入し、印加電圧を−３ｋＶとし、イオン発生針２１からの距離Ｌとマイナスイオン量（密度）との関係を測定した。図７はその結果を示すグラフであり、Ｌ＝５ｍｍの時のマイナスイオン量を１００％として、Ｌ＞５ｍｍにおけるマイナスイオン量を相対的に示したものである。
【０１２５】
この図に示すように、マイナスイオンの密度は、Ｌが大きくなるほど小さくなった。なお、図７に示すように、Ｌ≦２５ｍｍの位置であれば、Ｌ＝５ｍｍの位置におけるマイナスイオン量（密度）に対して５０％以上のマイナスイオン量（密度）を確保できることがわかる。
【０１２６】
［実験２］
次に、上記したマイナスイオン発生素子２０ａによる感光体ドラム１の帯電特性を実験により測定した。まず、実験装置について図８を用いて説明する。
【０１２７】
任意の周速で回転可能に支持された直径３０ｍｍ、膜厚３０μｍの有機感光体（ＯＰＣ）からなる感光体ドラム１に対し、所定のギャップｇだけ離れた位置にマイナスイオン発生素子２０ａを配置した。なお、マイナスイオン発生素子２０ａを感光体方向に変位可能なステージ（図示せず）上に配置することで、ギャップｇを０〜３０ｍｍの範囲で任意に設定できるようにした。また、マイナスイオン発生素子２０ａを流れる電流（トータル電流）を電流計Ａ１により測定した。
【０１２８】
また、マイナスイオン発生素子２０ａのイオン発生針２１と感光体ドラム１の間には、厚さ０．１ｍｍのステンレス製からなるグリッド電極２６を配置した。なお、グリッド電極２６と感光体ドラム１との間の間隔は、１．５ｍｍで固定した。グリッド電極２６は高圧電源２７のマイナス端子に接続され、任意の電圧を印加できるように構成した。また、グリッド電極２６を流れる電流（グリッド電流）を電流計Ａ２にて測定した。
【０１２９】
さらに、感光体ドラム１におけるマイナスイオン発生素子２０ａとの対向位置からこの感光体ドラム１の回転方向に対して下流側９０°の位置に、表面電位計プローブ３０を配置し、感光体ドラム１の表面電位を測定できるよう構成した。なお、表面電位計プローブ３０は、感光体ドラム１の長手方向にスキャン可能なステージ（図示せず）上に設置することで、感光体ドラム１の周方向だけでなく、長手方向の表面電位プロファイルも測定可能なように構成した。また、表面電位計としてはＴｅｒｅＫ社製ＭＯＤＥＬ３４４を使用し、感光体ドラム１の周速は１２４ｍｍ／ｓとした。また、イオン発生量やオゾン発生量について実験１と同様に測定を行い、感光体ドラム１を流れる電流を電流計Ａ３によって測定した。
【０１３０】
なお、実験条件としては、ギャップｇ＝２０ｍｍ、マイナスイオン発生素子２０ａへの印加電圧−７．７ｋＶ、グリッド電極２６への印加電圧−９００Ｖとし、グリッド電極２６を挿入した場合と挿入しなかった場合についてそれぞれ実験した。
【０１３１】
図９は、この実験結果を示すグラフであり、グリッド電極２６が有る場合および無い場合における、感光体ドラム１の長手方向についての表面電位プロファイルを比較した結果を示している。表１は、マイナスイオン発生量およびオゾン発生量を測定した結果を示している。なお、図９の横軸は感光体ドラム１の長手方向に対する距離を示しており、縦軸は感光体ドラム１の表面電位を示している。横軸の感光体ドラム１の長手方向に対する距離については、上記した３本のイオン発生針２１を感光体ドラム１の長手方向に沿って配置し、感光体ドラム１における中央のイオン発生針２１に対向する位置を０として示している。
【０１３２】
【表１】
0004668168.tif 000002
【０１３３】
図９に示したように、グリッド電極２６の有り無しに関わらず、感光体ドラム１の表面は帯電された。また、表１に示したように、マイナスイオンは十分な量（１８,０００,０００個／ｃｃ）が発生しているものの、オゾンはほとんど発生していなかった（０．００２ｐｐｍ〜０．００３ｐｐｍ）。コロナ放電が発生した場合にはオゾンが大量に発生するはずであるが、この実験ではオゾンがほとんど発生しなかったことから、この実験において感光体ドラム１の帯電に寄与しているのは、コロナ放電ではなくマイナスイオンであることがわかる。つまり、マイナスイオンによって感光体ドラム１を十分に帯電させることができることがわかる。
【０１３４】
また、図９に示したように、グリッド電極２６を設置しなかった場合には、３本のイオン発生針２１の位置に応じて表面電位にばらつき（３つのピーク）が存在するものの、グリッド電極２６を設置した場合には、このばらつきが減少することから、グリッド電極２６を設けることによって表面電位のばらつきを抑制して表面電位の制御性を向上できることを検証できた。
［実験３］
次に、上記したマイナスイオン発生素子２０ａによるトナー像の帯電特性を実験により測定した。まず、実験装置について図１０を用いて説明する。
【０１３５】
図１０に示すように、実験装置としては、実験２の装置と全く同じものを使用した。ただし、本実験３では表面電位計プローブ３０及び電流計Ａ３は使用しなかった。
【０１３６】
実験方法について説明すると、まずはじめに、図示しないデジタルカラー複合機（シャープ製ＡＲ−Ｃ２８０）を用いて、ＯＨＰシート上に未定着トナー像を形成した。像形成に用いるトナーとしては、粒径８．５μｍのポリエステル製トナーを使用し、未定着トナー像として、付着量０．６ｍｇ/ｃｍ２のベタ画像を形成した。そして、形成された未定着トナー像の帯電量を吸引式小型帯電量測定装置（Ｔｒｅｋ社製Ｍｏｄｅｌ  ２１０ＨＳ−２Ａ）により測定した。
【０１３７】
次に、上記と同じ未定着トナー像が形成されたＯＨＰシートを感光体ドラム１の表面に貼り付け、マイナスイオン発生素子２０ａおよびグリッド電極２６に所定の電圧を印加した状態で感光体ドラム１を所定の周速で回転させ、未定着トナー像をイオン発生針２１の対向する領域を通過させることで、トナー像の帯電を行った。そして、帯電後に、再びトナー像の帯電量を測定し、帯電前後でのトナー像の帯電量の比較を行った。また、実験１と同様に、イオン発生量やオゾン発生量についても測定を行った。
【０１３８】
なお、実験条件としては、ギャップｇ＝２０ｍｍ、マイナスイオン発生素子２０ａへの印加電圧−７．７ｋＶ、グリッド電極２６への印加電圧−９００Ｖとし、グリッド電極２６を挿入した場合と挿入しなかった場合についてそれぞれ実験した。
【０１３９】
表２は、この実験結果を示すグラフであり、グリッド電極２６が有る場合および無い場合における、トナー像の帯電量、マイナスイオン発生量、およびオゾン発生量を測定した結果を示している。
【０１４０】
【表２】
0004668168.tif 000003
【０１４１】
表２に示したように、グリッド電極２６の有り無しに関わらず、トナー像の帯電量は増加した。また、マイナスイオンは十分な量（１８,０００,０００個／ｃｃ）が発生しているものの、オゾンはほとんど発生していなかった（０．００２ｐｐｍ〜０．００３ｐｐｍ）。コロナ放電が発生した場合にはオゾンが大量に発生するはずであるが、この実験ではオゾンがほとんど発生しなかったことから、この実験においてトナー像の帯電に寄与しているのは、コロナ放電ではなくマイナスイオンであることがわかる。つまり、マイナスイオンによってトナー像を十分に帯電させることができることが検証できた。
【０１４２】
また、グリッド電極がある場合よりもグリッド電極が無い場合の方がトナーの帯電量の増加量が大きいこともわかる。
【０１４３】
［実験４］
以下では、マイナスイオンをより安定して発生させるための条件について、実験により検討を行った。上述した実験２及び実験３の結果から、マイナスイオンによる感光体ドラム１に対する帯電とトナー像に対する帯電とは、全く同じような傾向にあることが示されたため、本実験４においては、感光体ドラム１を被帯電物とした。
【０１４４】
本実験では、図８に示す上記の実験装置を用いて、マイナスイオン発生素子２０ａへの印加電圧Ｖａと感光体ドラム１の表面電位Ｖ０、トータル電流Ｉｔ、オゾン発生量の関係について調べた。実験条件としては、ギャップｇ＝１０ｍｍ、グリッド電極２６への印加電圧−７００Ｖとし、固定抵抗２４を挿入した場合と挿入しない場合の２種類について測定を行った。
【０１４５】
図１１（ａ）は固定抵抗２４を挿入しなかった場合の測定結果を示すグラフであり、図１１（ｂ）は固定抵抗２４を挿入した場合の測定結果を示すグラフである。
【０１４６】
図１１（ａ）に示すように、マイナスイオン発生素子２０ａへの印加電圧Ｖａの大きさ（絶対値）を徐々に上げていくと、まず−３．７５ｋＶ付近から感光体ドラム１の表面が帯電し始め（帯電開始電圧）、大きさをさらに上昇させていくと表面電位Ｖ０の絶対値も印加電圧Ｖａに応じて大きくなっていった。また、オゾンの発生量については、印加電圧Ｖａの絶対値が５ｋＶまではほとんど発生しなかったが、５ｋＶを超えると印加電圧Ｖａの上昇とともに急激に発生量が増加した。
【０１４７】
この結果より、印加電圧Ｖａの大きさ（絶対値）が３．７５ｋＶ以上５ｋＶ未満の場合には、固定抵抗２４が無い場合のイオン発生開始電圧の大きさ（２．５ｋＶ）以上であることから、マイナスイオンによって帯電が行われ、５ｋＶ以上になると、オゾンが発生していることから、イオンの発生に加えてコロナ放電も発生することがわかる。
【０１４８】
また、図１１（ｂ）に示すように、固定抵抗２４を挿入した場合、帯電開始電圧は−４．５ｋＶ、コロナ放電開始電圧は−７．５ｋＶとなり、いずれも固定抵抗２４を挿入しない場合に比べて大きさが高電圧側にシフトした。これは、固定抵抗２４により電圧降下が生じるため、この電圧降下の分、帯電開始電圧およびコロナ放電開始電圧の大きさが大きくなるためである。なお、実験２では電流はほとんど流れなかったが、本実験ではグリッド電極２６や感光体ドラム１に対してわずかに電流が流れるため、固定抵抗２４による電圧降下の影響が現れている。
【０１４９】
また、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、帯電開始電圧のシフト量（固定抵抗２４を挿入した場合と挿入しなかった場合の差）に比べて、コロナ放電開始電圧のシフト量の方が大きくなった。その結果、イオンのみによる帯電が可能な印加電圧の範囲は、固定抵抗２４が挿入されていない場合の１．０ｋＶ（３．７５ｋＶ≦|Ｖａ|＜４．７５ｋＶ）に比べて、固定抵抗２４を挿入した場合には３．２５ｋＶ（４．５ｋＶ≦|Ｖａ|＜７．７５ｋＶ）と広くなることがわかる。
【０１５０】
これは、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、イオンのみの場合にはトータル電流Ｉｔの大きさが小さい（数μＡ）ので、その分、固定抵抗２４による電圧降下は小さい（数百Ｖ）ものの、コロナ放電が伴うとトータル電流Ｉｔの大きさが急増し（数十μＡ）、固定抵抗２４による電圧降下が大きくなる（数ｋＶ）ためと考えられる。
【０１５１】
［実験５］
次に、図８に示した上記の実験装置を用いて、マイナスイオン発生素子２０ａへの印加電圧Ｖａ、イオン発生針２１と感光体ドラム１とのギャップｇをパラメータとし、イオンのみが発生する条件およびコロナ放電が伴う条件について調べた。実験条件としては、グリッド電極２６への印加電圧を−７００Ｖとし、固定抵抗２４を挿入した場合と挿入しない場合の２種類について測定を行った。
【０１５２】
図１２（ａ）は固定抵抗２４を挿入しなかった場合、図１２（ｂ）は固定抵抗を挿入した場合の測定結果を示すグラフである。
【０１５３】
図１２（ａ）、（ｂ）において、「コロナ放電開始」曲線は、コロナ放電が開始するときの印加電圧Ｖａとギャップｇとの関係を示している。つまり、「コロナ放電開始」曲線は、ギャップｇごとのコロナ放電開始電圧を示したものであるが、観点を変えれば、印加電圧Ｖａごとのコロナ放電開始距離を示したものでもある。
【０１５４】
同様に、図１２（ａ）、（ｂ）において、「帯電開始」曲線は、感光体ドラム１の帯電が開始するときの印加電圧Ｖａとギャップｇとの関係を示している。つまり、「帯電開始」曲線は、ギャップｇごとの帯電開始電圧を示したものでもあり、印加電圧Ｖａごとの帯電開始距離を示したものでもある。
【０１５５】
この「コロナ放電開始」曲線と「帯電開始」曲線とによって挟まれる領域は、コロナ放電を伴わずイオン発生のみが起こり、なおかつ、イオンにより感光体ドラム１を実際に帯電させることのできる印加電圧Ｖａとギャップｇとの条件を表しており、以下ではこの領域のことを適正領域という。
【０１５６】
また、図１２（ａ）、（ｂ）において、「イオン発生開始」直線は、イオンの発生が開始するときの印加電圧Ｖａとギャップｇとの関係を示したものであり、この図からイオン発生開始電圧は、ギャップｇに依存せず一定であることがわかる。
【０１５７】
図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、ギャップｇが４ｍｍ未満の場合、イオンのみで帯電できる印加電圧領域は存在せず（帯電開始電圧とコロナ放電開始電圧との差がほとんど無く）、印加電圧の大きさを大きくするとすぐにコロナ放電に移行してしまった。そして、ギャップｇを４ｍｍ以上にすることでイオンのみで帯電できる印加電圧領域を存在させることができ、ギャップｇを大きくするほど、イオンのみで帯電できる印加電圧領域（適正領域）を広くすることができた。また、固定抵抗２４を挿入しない場合よりも挿入した場合の方が適正領域が広かった。
【０１５８】
この実験結果から、コロナ放電を発生させずにイオンによる帯電を行うには、少なくともギャップｇを４ｍｍ以上確保する必要があることがわかる。なお、上記した実験１の結果より（図７参照）、感光体ドラム１に到達するマイナスイオン量（密度）はギャップｇが大きくなるにつれて減少し、ギャップｇが２５ｍｍを超えるとギャップｇ＝５ｍｍの時の半分以下となってしまう。このため、感光体ドラム１などの被帯電物を適切に帯電させるためには、ギャップｇを４ｍｍ以上２５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【０１５９】
なお、上記特許文献４に開示されている針状電極を用いた従来のコロナ放電方式の帯電装置は、ギャップｇを４ｍｍ以下にすることで放電電流を減らす方式のため、イオンだけが発生する印加電圧領域が存在せず、コロナ放電が必ず生じてしまう。このため、特許文献４の技術によるオゾン発生量の低減効果は、本発明に比べれば非常に小さい。
【０１６０】
［実験６］
次に、図３および図４に示した一次転写前帯電装置２（潜像用帯電装置４）を用いて、ギャップｇを３ｍｍから３０ｍｍまで変化させた場合の感光体ドラム１の表面電位とオゾン量を測定する実験を行った。なお、シールドケース２３を設置した場合と、設置しなかった場合について実験を行った。表３にその測定結果を示す。表面電位およびオゾン量の測定器具，測定方法は、上記した各実験と同様である。
【０１６１】
【表３】
0004668168.tif 000004
【０１６２】
表３に示すように、ギャップｇ＝３ｍｍの場合（比較例１−１）、オゾンの発生量が０．０９ｐｐｍと非常に多かった。これに対して、ギャップｇを４ｍｍ以上にすることで（実施例１−１〜１−４）、オゾンの発生量を０．００２ｐｐｍ以下と、非常に少なくできた。これは、ギャップｇが３ｍｍ以下の場合にはイオンのみで感光体を帯電できる条件が存在せず、コロナ放電による帯電となってしまうのに対して、ギャップｇを４ｍｍ以上にした場合、イオンのみで感光体ドラム１を帯電できる条件が存在するためである。
【０１６３】
また、シールドケースなしの場合、４ｍｍ≦ｇ≦２５ｍｍの範囲において（実施例１−１〜１−３）、感光体ドラム１の表面電位を目標値である−６００Ｖに帯電させることができた。このときの印加電圧Ｖａは４ｋＶ≦|Ｖａ|≦１２ｋＶである。ただし、ギャップｇ＝３０ｍｍの条件では（比較例１−２）、印加電圧の大きさを１５ｋＶまで上げても、感光体ドラム１の表面電位が−４２５Ｖまでしか到達せず、目標の−６００Ｖを下回ってしまった。これは、ギャップｇが大きくなることにより、マイナスイオンが拡散して感光体ドラム１に到達する密度が低下してしまうためである。
【０１６４】
一方、シールドケース２３を設けた場合（実施例１−４）、ギャップｇ＝３０ｍｍでも、印加電圧１５ｋＶでほぼ目標通りに感光体ドラム１を帯電できた。これは、シールドケース２３によりマイナスイオンの拡散が抑制され、感光体ドラム１近傍におけるマイナスイオン密度が上昇し、マイナスイオンの利用効率が向上するためである。
【０１６５】
［実験７］
次に、二次転写前帯電装置３によるトナー帯電性能について調べた。
【０１６６】
実験方法としては、二次転写前帯電装置３のイオン発生針２１に印加する電圧の大きさをコロナ放電に移行しない範囲内で段階的に上げていきながら、中間転写ベルト１５上のトナー像に対して帯電を行い、そのときの中間転写ベルト１５に流れる電流Ｉｂと、帯電後のトナーの帯電量とを測定した。なお、トナー像には、トナー付着量０．５５ｍｇ/ｃｍ２のベタ画像を用いた。その実験結果を図１３に示す。
【０１６７】
図１３に示すように、二次転写前帯電装置３に電圧を印加しない初期状態では、Ｉｂ＝０で、かつ、トナー像の帯電量が−１２．８μＣ/ｇであった。その後、印加電圧Ｖａの絶対値を大きくするにつれて、マイナスイオンの発生量が増加するために、Ｉｂやトナー像の帯電量の絶対値も増加した。ところが、トナー像の帯電量は、Ｉｂの絶対値が３０μＡ以上になると、ほぼ−１９μＣ/ｇで飽和した。
【０１６８】
この結果から、電圧制御部３１が、高圧電源２５のイオン発生針２１に印加する電圧Ｖａを｜Ｉｂ｜≧３０となるように制御することで、トナー像の帯電量は−１９μＣ/ｇで安定し、グリッド電極２６等を特に設けなくてもトナー像の帯電量を均一化できることがわかる。
【０１６９】
従って、電圧制御部３１がＩｂをモニターして、それが−３０μＡとなるように、高圧電源２５の印加電圧Ｖａをフィードバック制御することにより、イオン発生針２１の先端部への異物の付着や、環境条件の変化、また画像形成装置１００内における風の流れの変化等によって、マイナスイオンの発生量や、発生したイオンがトナー像に到達する割合が変動したとしても、常に最適な量のイオンをトナー像に付与できるようになる。
【０１７０】
［実験８］
次に、画像パターンや環境条件等が各々異なる６種類の条件のトナー像について、電圧制御部３１のフィードバック制御によりＩｂが−３０μＡになるように印加電圧Ｖａを制御した二次転写前帯電装置３を用いて二次転写前帯電を行い、帯電の前後における各トナー像の帯電量を測定した。その結果を図１４に示す。
【０１７１】
図１４に示すように、二次転写前帯電を行う前は、−１２〜−１５μＣ/ｇと、約３μＣ/ｇの範囲でばらついていたトナー像の帯電量が、帯電後では、−１８〜−１９μＣ/ｇと、約１μＣ/ｇの範囲内に収束した。
【０１７２】
従って、上記のフィードバック制御を行う電圧制御部３１を備えた二次転写前帯電装置３の有効性が結論付けられた。
【０１７３】
［実験９］
続いて、二次転写前帯電装置３を用いて二次転写前帯電を行った場合と、行わなかった場合での二次転写効率について比較を行った。その結果を図１５に示す。
【０１７４】
図１５に示すように、二次転写前帯電を行うことで、転写効率が５〜１０％アップし、また二次転写電流に対するラチチュード（転写余裕度）も広がった。このことから、二次転写前帯電装置３による二次転写前帯電の有効性が示された。
【０１７５】
以上のように、本実施形態の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は、コロナ放電を伴うことなくマイナスイオンの発生を行うので、コロナ放電に起因する諸問題の発生を防止しつつ、感光体ドラム１の帯電、あるいは、感光体ドラム１や中間転写ベルト１５の表面に形成されたトナー像の転写前帯電を行うことができる。
【０１７６】
ところで、本実施形態で示した具体的な数値はあくまでも一例であって、本発明はこれらの値に限定されるものではない。
【０１７７】
例えば、イオン発生針（帯電用電極）２１に対する高圧電源（第１電圧印加手段）２５の印加電圧の大きさは、イオン発生開始電圧の大きさ以上で、かつ、コロナ放電開始電圧の大きさ以下であればよい。このようにすれば、イオン発生針２１によってイオンが発生するので、被帯電物を帯電させることが可能になる。また、コロナ放電が生じることがないので、コロナ放電に起因する様々な問題を解決することができる。
【０１７８】
なお、「イオン発生開始電圧」とは、イオン発生針（帯電用電極）２１の先端から１５０ｍｍの位置で佐藤商事社製イオン測定器ＡＩＣ−２０００を用いて測定したときにイオンが検知されはじめる（イオン数が変動しはじめる）ときの印加電圧（図３のグラフに示すように、印加電圧を上げていった場合に、イオン測定器によるイオン測定量が立ち上がるところの電圧）のことをいう。また、本明細書において、「コロナ放電開始電圧」とは、あるギャップｇ（イオン発生針２１の先端と被帯電物との間隔）の条件下で、イオン発生針２１の先端から被帯電物へ向けてコロナ放電を起こしうる印加電圧のうち、最も小さい電圧のことをいう。
【０１７９】
また、上記の印加電圧の大きさは、図１２（ａ）、（ｂ）に示されているような帯電開始電圧の大きさ以上であることが好ましい。これにより、被帯電物である感光体ドラム１やトナー像を実際に帯電させることが可能になる。
【０１８０】
なお、「帯電開始電圧」とは、あるギャップｇの条件下で、イオン発生針２１によって発生するイオンによって感光体ドラム１やトナー像などの被帯電物の帯電量を実際に変化させうる印加電圧のうち、最も小さい電圧のことをいう。
【０１８１】
さらに、上記の印加電圧の大きさは、実験７において示したように、被帯電物であるトナー像の帯電量が飽和するような大きさであることが好ましい。これにより、イオンの発生にムラがあっても帯電後のトナー像の帯電量が均一になり、転写を好適に行うことが可能になる。さらに、グリッド電極を省略できるため、グリッド電極にイオンが回収されることがなく、イオンの利用効率を向上させることができるとともに、製造コストを抑制することもできる。
【０１８２】
一方、ギャップｇに着目すると、ギャップｇは、コロナ放電開始距離よりも大きければよい。このようにすれば、コロナ放電が生じることがないので、コロナ放電に起因する様々な問題を解決することができる。
【０１８３】
なお、「コロナ放電開始距離」とは、ある印加電圧（イオン発生針２１の先端へ印加される電圧）条件下で、コロナ放電を起こしうるイオン発生針２１の先端と被帯電物との間の距離（ギャップ）のうち、最も大きい距離のことをいう。
【０１８４】
さらに、ギャップｇは、図１２（ａ）、（ｂ）に示されているような帯電開始距離以下であることが好ましい。これにより、被帯電物である感光体ドラム１や中間転写ベルト１５を実際に帯電させることが可能になる。
【０１８５】
なお、「帯電開始距離」とは、ある印加電圧条件下で、イオン発生針２１によって発生するイオンによって感光体ドラム１やトナー像などの被帯電物の帯電量を実際に変化させうる、イオン発生針２１の先端と被帯電物との間の距離（ギャップ）のうち、最も大きい距離のことをいう。
【０１８６】
なお、ギャップｇは、具体的には、４ｍｍ以上２５ｍｍ以下であることが好ましい。ギャップｇを４ｍｍ以上にすれば、実験５において示したように、コロナ放電を伴わずにイオンの発生を行うことのできる印加電圧領域が存在することになる。また、ギャップｇを２５ｍｍ以下にすれば、実験１において示したように、イオン発生針２１によって発生したマイナスイオンの半数以上を被帯電物まで到達させることができるので、帯電を効率的に行うことが可能になる。
【０１８７】
また、本実施形態では、帯電用電極とこの帯電用電極に電圧を印加するための高圧電源（電圧印加手段）２５との間に固定抵抗（電気抵抗器）２４を挿入している。固定抵抗２４を挿入することで、実験５において示したように、放電を伴うことなくイオンのみで被帯電物を帯電させることのできる印加電圧及びギャップの範囲（適正領域）を広げ、イオンを安定して放出させることができる。ただし、この固定抵抗２４については、必ずしも挿入する必要はなく、省略してもかまわない。また、固定抵抗２４の抵抗値は特に限定されるものではなく、放電を伴うことなくイオンのみで被帯電物を帯電させることのできる印加電圧及びギャップの範囲を広げ、イオンを安定して放出させることができるように、適宜設定すればよい。
【０１８８】
また、本実施形態では、イオン発生針（帯電用電極）２１の周囲にイオンの拡散を防止するためのシールドケース（イオン拡散規制部材）２３を設置している。イオン発生針２１に電圧を印加することにより発生したイオンは、電気力線に沿って被帯電物側に移動するものの、従来のコロナ放電方式の帯電装置に比べると形成される電界が弱いため、全てが被帯電物側に放出される訳ではなく、被帯電物とは異なる方向に拡散するイオンもある。そこで、イオン発生針２１の周囲にシールドケース２３を設置することで、イオンの拡散を防止し、イオンの利用効率を向上させると同時に、帯電装置周辺の部材が不必要に帯電してしまうの抑制することができる。
【０１８９】
また、本実施形態では、帯電用電極として針状の電極（イオン発生針２１）を用いている。このため、従来の一般的なコロナ放電帯電装置のように放電電極としてワイヤ状あるいは鋸歯状電極を用いる場合よりも、低電圧で高電界を形成することができる。これにより、コロナ放電開始電圧よりも大きさの小さい印加電圧でイオンを多量に発生させることができる。
【０１９０】
なお、本実施形態では、帯電用電極として図３および図４に示したように先端部が尖った針状のイオン発生針２１を用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１９１】
例えば、円錐形状（コーン形状）、角錐形状、円錐台形状、角錐台形状等の先端が尖った尖端形状の電極を用いてもよい。これらの尖端形状を有する電極は、大きな曲げモーメントが作用する付け根部分は先端よりも直径（あるいは断面積）が大きいので電極の機械的強度を向上できる。また、先端が尖っている（先端の曲率半径が小さい）ので先端近傍の電界強度を低電圧で大きくすることができ、イオンを効率よく発生させることができる。また、電極支持部材（あるいは電極の付け根部分）から先端までの距離を大きくできるので、電極支持部材（あるいは電極の付け根部分）からの電気的干渉による帯電特性の低下を防止できる。
【０１９２】
また、鋸歯形状（尖端形状）を有する電極（鋸歯電極）を用いてもよい。この場合にも、鋸歯の先端部分が尖っているので、針状、円錐形状、角錐形状、円錐台形状、角錐台形状等の電極を用いる場合と同様、低電圧で高電界を形成することができる。ただし、針状、円錐形状、角錐形状、円錐台形状、角錐台形状等の方が鋸歯電極よりも先端の曲率半径を小さくしやすく、低電圧で高電界を形成しやすい。また、鋸歯電極を用いる場合、フォトエッチング加工や電鋳加工によって電極形状を加工できるので、加工性を向上することができる。また、鋸歯電極を用いることにより、機械的強度に優れた電極を実現できる。
【０１９３】
また、例えば、図１６に示すように、線状（極細線状）の帯電用電極（線状電極２１ｂ）を用いてもよい。なお、図１６に示した構成は、帯電用電極以外は、図３および図４に示した構成と略同様の構成なので、それらの説明については省略する。
【０１９４】
図１６の構成では、複数（ここでは３２本）の線状電極２１ｂを金属製（ここではステンレス製）のベースフレーム２２に所定のピッチｐで配置した構成となっている。線状電極２１ｂは、直径７０μｍのタングステン線あるいはステンレス線からなり、各線状電極２１ｂの先端は感光体ドラム１の方向を向いており、各線状電極２１ｂ間のピッチｐは１０ｍｍである。また、高圧電源２５による印加電圧Ｖａは−６．５ｋＶである。
【０１９５】
このように、線状電極２１ｂを用いた場合であっても、図３および図４に示したイオン発生針２１と比較してイオン発生効率としてはやや劣るものの、マイナスイオンを生成することができる。また、線状の帯電用電極を用いる場合、針状、円錐形状、角錐形状、円錐台形状、角錐台形状等の帯電用電極と同様、電極支持部材（あるいは付け根部分）から電極の先端までの距離を長くできるので、電極支持部材（あるいは付け根部分）からの電気的干渉による帯電特性の低下を防止できる。なお、線状電極よりも針状、円錐形状、角錐形状、円錐台形状、角錐台形状等の電極の方が先端が尖っている（先端の曲率半径が小さい）ので、低電圧で高電界を形成することができ、イオンを効率よく発生することができる。また、線状電極２１ｂのような線状の帯電用電極には、針状、円錐形状、角錐形状、円錐台形状、角錐台形状等の帯電用電極よりも加工が容易であり、安価に作製できるというメリットがある。
【０１９６】
ただし、線状電極の場合、円錐形状、角錐形状、円錐台形状、角錐台形状、コーン形状等の帯電用電極に比べて、機械的強度が確保しにくい。また、線状電極において、機械的強度を確保するために直径あるいは断面積を大きくすると、先端の直径あるいは断面積が増加して電界強度が小さくなってしまうので、針形状、円錐形状、角錐形状、円錐台形状、角錐台形状、コーン形状等の帯電用電極に比べると、イオンを発生させるための印加電圧が大きくなりやすい。
【０１９７】
なお、円筒状、棒状、段付き円筒状（付け根側から先端側にかけて断面積の異なる円筒形状部分が積み重ねられた形状）等の電極を用いてもよく、これらの電極を用いた場合にも線状電極を用いる場合と略同様の効果が得られる。
【０１９８】
また、ブラシ状の帯電用電極、すなわち繊維状（例えば針状や線状）の部材を複数本束ねてなる帯電用電極を用いてもよい。図１７は、ブラシ状の帯電用電極（ブラシ状電極２１ｃ）を用いた帯電装置２・３・４の側面図である。なお、帯電用電極以外は、図３および図４に示した構成と略同様の構成なので、それらの説明については省略する。
【０１９９】
図１７の構成では、ブラシ状電極２１ｃを金属製（ここではアルミ製）のベースフレーム２２に配置した構成となっている。ブラシ状電極２１ｃは、直径１２μｍのステンレス繊維を約１５本に束にしたものであり、図１７の構成では、上記の束からなる複数のブラシ状電極２１ｃを所定のピッチｐで配置している。なお、図１７の構成では、各ブラシ状電極２１ｃ間のピッチｐを１．６ｍｍとしている。また、各ブラシ状電極２１ｂ（各ブラシ状電極２１ｂを構成する繊維状の部材）の先端は感光体ドラム１の方向を向いている。
また、高圧電源２５による印加電圧Ｖａは−９ｋＶである。
【０２００】
このように、ブラシ状電極２１ｃを用いた場合であっても、図３および図４に示したイオン発生針２１と比較してイオン発生効率としてはやや劣るものの、マイナスイオンを生成することができる。なお、ブラシ状電極２１ｃのような線状の帯電用電極には、針状の帯電用電極よりも安価に作製できるというメリットがある。
【０２０１】
また、上記の針状の帯電用電極（イオン発生針２１）や線状の帯電用電極（線状電極２１ｂ）を用いる場合に比べて、各ブラシ状電極２１ｃを構成する繊維（イオン発生針あるいは極細線）の数が非常に多いため、帯電用電極のピッチに起因する帯電ばらつきを低減することができる。また、ブラシ状電極２１ｃの先端にほこり等の異物が付着した場合でも、帯電均一性に対する影響を低減することができる。
【０２０２】
また、本実施形態では、タングステンからなるイオン発生針２１を帯電用電極として用いているが、帯電用電極の材質はこれに限るものではない。例えば、ステンレスなどの他の金属材料を用いてもよい。
【０２０３】
なお、低電圧でイオンを多量に発生できる材料としてカーボンナノチューブ等のカーボンナノ材料が知られているが、以下に示す理由から、カーボンナノ材料よりもタングステンやステンレス等の金属材料を用いることが好ましい。
【０２０４】
第１の問題として、カーボンナノ材料は、耐久性が非常に低く、実用には向かないという問題がある。つまり、カーボンナノ材料を電極材料として用いた場合、大気中でイオンを発生させるための電圧を印加するとタングステンやステンレス等の金属材料に比べて消耗速度が非常に速く、頻繁に電極を交換する必要が生じるため実用的ではない。
【０２０５】
第２の問題として、カーボンナノ材料は、繊維径が１ｎｍ〜数十ｎｍという微細な形状なので、塵埃、油膜、水膜などが微小量でも付着すると、これらの付着物に埋もれてしまって安定した帯電動作が維持できなくなるという問題がある。特に、電子写真装置内の被帯電物を帯電させる場合、電子写真装置内には定着部からのシリコンオイル、トナーに外添されている疎水化シリカの疎水化表面処理剤、ワックス成分、飛散トナーなどの塵埃が存在することから、これらの塵埃が帯電用電極に静電吸着されるなどして付着しやすい。また、定着時に記録紙から出る水蒸気などが露結してカーボンナノ材料の表面に水膜が付着したり、各種動作部品から出る油膜等がカーボンナノ材料の表面に付着する場合もある。これに対して、ステンレスやタングステンなの電極材料を用いる場合、塵埃、油膜、水膜などの付着によって多少の帯電特性の低下が起こったとしても、これら付着物に対する許容量はカーボンナノ材料に比べるとはるかに多い。
【０２０６】
第３の問題として、カーボンナノ材料は、タングステンやステンレス等の金属材料に比べて、加工の難易度が非常に高いという問題がある。したがって、タングステンやステンレス等の金属材料を用いる場合のように、上記した針形状、円錐形状、角錐形状、円錐台形状、角錐台形状、鋸歯形状、線形状、円筒形状、棒形状、段付き円筒形状、ブラシ状等の形状に加工することが困難であり、上記した各効果を得ることができない。また、カーボンナノ材料を用いる場合、支持部材に対するカーボンナノ材料の接着強度を適切に保つことが困難であり、帯電領域の全域に渡って均一に帯電させることが困難である。
【０２０７】
したがって、帯電用電極の材料としては、カーボンナノ材料よりもタングステンやステンレス等の金属材料を用いることが好ましい。
【０２０８】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、実施形態１と同じ機能を有する部材については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０２０９】
本実施形態は、本発明を実施形態１とは異なる観点から捉えたものであり、本実施形態にかかる帯電装置１０の構成は、実施形態１における帯電装置１０と同様の構成である。また、帯電装置１０に備えられる各部位（例えばイオン発生針２１など）の形状、材質等についても実施形態１と同様の変形が可能である。
【０２１０】
実施形態１と異なる点は、イオン発生針２１に印加する電圧範囲の規定である。つまり、実施形態１では、イオン発生針２１に、イオン発生開始電圧以上、コロナ放電開始電圧未満の電圧を印加するものとしていた。これに対して、本実施形態では、イオン発生針２１に、イオン発生開始電圧の大きさ以上、オゾン急増開始電圧（オゾン発生量が急増し始める電圧）の大きさ未満の大きさの電圧、あるいは、イオン発生開始電圧の大きさ以上、トータル電流急増開始電圧（トータル電流（イオン発生針２１に流れる電流）が急増し始める電圧）の大きさ未満の大きさの電圧を印加する。
【０２１１】
ここで、固定抵抗器２４が挿入されていない場合（イオン発生針２１と高圧電源２５との間に挿入される固定抵抗２４の抵抗値がオゾン急増開始電圧に対する影響を無視できる程度に小さい場合（例えば、Ｎ本のイオン発生針２１に対して１つの抵抗器２４が挿入される場合であって、抵抗値Ｒが５０／Ｎ（ＭΩ）未満である場合））、オゾン急増開始電圧とは、イオン発生針２１に対する印加電圧の大きさを所定値（例えば５００Ｖ）ずつ大きくしていったときに、初めにオゾンが検出される印加電圧（オゾン検出開始電圧）の大きさ以上、オゾン検出開始電圧の大きさの２倍以下の印加電圧範囲において、前の測定ポイントからの印加電圧の大きさの増加量に対するオゾン発生量（検出量）の増加量の割合の変化率が最大となる印加電圧である。ただし、オゾン検出開始電圧における上記変化率が、オゾン検出開始電圧よりも大きく、かつ、オゾン検出開始電圧の２倍以下の印加電圧範囲における変化率の平均値に対して２倍以上である場合には、このオゾン検出開始電圧をオゾン急増開始電圧とはせず、オゾン発生開始電圧よりも上記所定値だけ大きい印加電圧をオゾン急増開始電圧とする。なお、オゾン発生開始電圧における前記変化率が、オゾン発生開始電圧よりも大きくかつオゾン発生開始電圧の２倍以下の電圧範囲における前記変化率の前記平均値に対して２倍未満である場合、オゾン急増開始電圧はオゾン発生開始電圧に等しくなる。
【０２１２】
また、固定抵抗器２４が挿入されていない場合（イオン発生針２１と高圧電源２５との間に挿入される固定抵抗２４の抵抗値がオゾン急増開始電圧に対する影響を無視できる程度に小さい場合（例えば、Ｎ本のイオン発生針２１に対して１つの抵抗器２４が挿入される場合であって、抵抗値Ｒが５０／Ｎ（ＭΩ）未満である場合））、トータル電流急増開始電圧とは、イオン発生針２１に対する印加電圧の大きさを所定値（例えば５００Ｖ）ずつ大きくしていったときに、初めにトータル電流が検出される印加電圧（電流検出開始電圧）の大きさ以上、電流検出開始電圧の大きさの２倍以下の印加電圧範囲において、前の測定ポイントからの印加電圧の大きさの増加量に対するトータル電流の増加量の割合の変化率が最大となる印加電圧である。ただし、電流検出開始電圧における上記変化率が、電流検出開始電圧の大きさよりも大きく、かつ、電流検出開始電圧の大きさの２倍以下の印加電圧範囲における変化率の平均値に対して２倍以上である場合には、この電流検出開始電圧をトータル電流急増開始電圧とはせず、電流検出開始電圧よりも上記所定値だけ大きい印加電圧をトータル電流急増開始電圧とする。なお、電流発生開始電圧における前記変化率が、電流発生開始電圧よりも大きくかつ電流発生開始電圧の２倍以下の電圧範囲における前記変化率の前記平均値に対して２倍未満である場合、トータル電流急増開始電圧は電流発生開始電圧に等しくなる。
【０２１３】
一方、固定抵抗器２４が挿入されている場合（イオン発生針２１と高圧電源２５との間に挿入される固定抵抗２４の抵抗値がオゾン急増開始電圧に対する影響を無視できない程度の抵抗値である場合（例えば、Ｎ本のイオン針２１に対して１つの抵抗器２４が挿入される場合であって、この抵抗器２４の抵抗値Ｒが５０／Ｎ（ＭΩ）≦Ｒ≦２０００／Ｎ（ＭΩ）である場合））、オゾン急増開始電圧とは、イオン発生針２１に対する印加電圧の大きさを所定値（例えば５００Ｖ）ずつ大きくしていったときに、初めにオゾンが検出される印加電圧（オゾン検出開始電圧）の大きさよりも大きく、オゾン検出開始電圧の大きさの２倍以下の印加電圧範囲において、前の測定ポイントからの印加電圧の大きさの増加量に対するオゾン発生量（検出量）の増加量の割合の変化率が最大の極大値となる印加電圧である。
【０２１４】
また、固定抵抗器２４が挿入されている場合（イオン発生針２１と高圧電源２５との間に挿入される固定抵抗２４の抵抗値がトータル電流急増開始電圧に対する影響を無視できない程度の抵抗値である場合（例えば、Ｎ本のイオン針２１に対して１つの抵抗器２４が挿入される場合であって、この抵抗器２４の抵抗値Ｒが５０／Ｎ（ＭΩ）≦Ｒ≦２０００／Ｎ（ＭΩ）である場合））、トータル電流急増開始電圧とは、イオン発生針２１に対する印加電圧の大きさを所定値（例えば５００Ｖ）ずつ大きくしていったときに、初めにトータル電流が検出される印加電圧（電流検出開始電圧）の大きさよりも大きく、電流検出開始電圧の大きさの２倍以下の印加電圧範囲において、前の測定ポイントからの印加電圧の大きさの増加量に対するトータル電流（検出量）の増加量の割合の変化率が最大の極大値となる印加電圧である。
【０２１５】
なお、印加電圧ごとのオゾン発生量およびトータル電流の値がばらつく場合には、複数回の測定（望ましくは１６回以上）を行い、その平均をとるものとする。
【０２１６】
次に、イオン発生針２１に対する印加電圧を上記のように規定することによる効果について、実験結果を参照しながら説明する。なお、以下に示す実験１〜９の実験結果は、実施形態１に示した実験１〜９と同一の実験結果であり、異なる観点から捉えたものである。
【０２１７】
［実験１］
まず、図５に示すマイナスイオン発生素子２０ａを準備した。
【０２１８】
マイナスイオン発生素子２０ａは、複数（ここでは３本）の針状のイオン発生針２１を金属製（ここではステンレス製）のベースフレーム２２に固定した構成となっている。イオン発生針２１は、直径１ｍｍ、円錐部のテーパー角度３４度、円錐部先端の曲率半径１５μｍのタングステン（純度９９．９９９％）からなり、各イオン発生針２１間のピッチは１０ｍｍに設定している。
【０２１９】
このマイナスイオン発生素子２０ａを、周囲１ｍ四方に後述する空気吸入口以外は何も無い空間に設置し（開放状態）、高圧電源２５のマイナス端子側にマイナスイオン発生素子２０ａを接続した場合、および高圧電源２５のマイナス端子側に抵抗値２００ＭΩの固定抵抗２４を介してマイナスイオン発生素子２０ａを接続した場合について、電圧を印加したときのマイナスイオンの発生量、オゾン発生量、並びにその時の電流量を測定した。つまり、マイナスイオン発生素子２０ａと高圧電源２５との間に抵抗値２００ＭΩの固定抵抗２４を挿入した場合と、挿入しなかった場合の２通りについて実験を行った。なお、高圧電源２５としてＴｒｅｋ社製ＭＯＤＥＬ６１０Ｃ、マイナスイオン測定器として佐藤商事社製ＡＩＣ−２０００、オゾン測定器として荏原実業社製オゾンモニターＥＧ２００２Ｆを使用した。そして、マイナスイオンについては、イオン発生針２１から１５０ｍｍ離れた位置でイオン発生針２１への電圧印加５秒後のイオン発生量を測定した。また、オゾン量については、イオン発生針２１から１０ｍｍ離れた位置に空気吸入口を設置し、イオン発生針２１への電圧印加開始後、１測定サイクルを１５秒として１２サイクル（１５秒×１２＝１８０秒（＝３分））の平均値を求めることにより測定を行った。
【０２２０】
図６（ａ）は固定抵抗２４を挿入しなかった場合の実験結果、図６（ｂ）は固定抵抗２４を挿入した場合の実験結果を示すグラフである。
【０２２１】
図６（ａ）に示すように、固定抵抗２４を挿入しなかった場合、印加電圧−２．５ｋＶからマイナスイオンが発生し始めた。また、図６（ｂ）に示すように、固定抵抗２４を挿入した場合、印加電圧−２ｋＶからマイナスイオンが発生し始めた。また、固定抵抗２４を挿入しなかった場合も挿入した場合も、印加電圧の上昇（印加電圧の絶対値の上昇）とともにマイナスイオン量（イオン発生量）は急増し、ほぼ１×１０７個/ｃｃで飽和した。また、固定抵抗２４を挿入しなかった場合も挿入した場合も、オゾンはほとんど発生せず、オゾン発生量が大幅に低減されることが示された。
【０２２２】
この結果から、図５のような針状のマイナスイオン発生素子２０ａに、周囲に放電対象物の無い状態で高電圧を印加すれば、オゾンの発生をほとんど伴うことなく（すなわちオゾン発生量を大幅に低減させつつ）、マイナスイオンを大量に生成できることがわかる。
【０２２３】
なお、固定抵抗２４を挿入しなかった場合よりも挿入した場合の方が、マイナスイオン発生開始電圧の大きさが若干低くなる理由は、イオンの発生は大気を仮想のプラス電極として、大気とイオン発生針２１との間の電位差により生じていると考えられるが、この大気のインピーダンスが非常に不安定なため、固定抵抗２４が無い場合、低い印加電圧でイオンの発生が開始される領域ではイオンの発生が不安定になるのに対し、固定抵抗２４を挿入すれば、大気のインピーダンスを含んだトータルでのインピーダンスが安定するので、イオンの発生自体も安定するためと考えられる。
【０２２４】
次に、固定抵抗２４を挿入し、印加電圧を−３ｋＶとし、イオン発生針２１からの距離Ｌとマイナスイオン量（密度）との関係を測定した。図７はその結果を示すグラフであり、Ｌ＝５ｍｍの時のマイナスイオン量を１００％として、Ｌ＞５ｍｍにおけるマイナスイオン量を相対的に示したものである。
【０２２５】
この図に示すように、マイナスイオンの密度は、Ｌが大きくなるほど小さくなった。なお、図７に示すように、Ｌ≦２５ｍｍの位置であれば、Ｌ＝５ｍｍの位置におけるマイナスイオン量（密度）に対して５０％以上のマイナスイオン量（密度）を確保できることがわかる。
【０２２６】
［実験２］
次に、上記したマイナスイオン発生素子２０ａによる感光体ドラム１の帯電特性を実験により測定した。まず、実験装置について図８を用いて説明する。
【０２２７】
任意の周速で回転可能に支持された直径３０ｍｍ、膜厚３０μｍの有機感光体（ＯＰＣ）からなる感光体ドラム１（シャープ製カラー複写機（製品名ＭＸ−２３００）に用いられている感光体ドラム）に対し、所定のギャップｇだけ離れた位置にマイナスイオン発生素子２０ａを配置した。なお、感光体ドラム１およびマイナスイオン発生素子２０ａは、マイナスイオン発生素子２０ａが中央に位置するように、長さ８０ｃｍ×幅４０ｃｍ×高さ２５ｃｍのアクリル製密閉ケース内に配置した。また、マイナスイオン発生素子２０ａを感光体方向に変位可能なステージ（図示せず）上に配置することで、ギャップｇを０〜３０ｍｍの範囲で任意に設定できるようにした。また、マイナスイオン発生素子２０ａを流れる電流（トータル電流）を電流計Ａ１により測定した。
【０２２８】
また、マイナスイオン発生素子２０ａのイオン発生針２１と感光体ドラム１の間には、厚さ０．１ｍｍのステンレス製からなるグリッド電極２６（シャープ製ＡＲ−６２５Ｓに用いられているグリッド電極であり、開口部の幅ｗ＝２６ｍｍ）を配置した。なお、グリッド電極２６と感光体ドラム１との間の間隔は、１．５ｍｍで固定した。グリッド電極２６は高圧電源２７のマイナス端子に接続され、任意の電圧を印加できるように構成した。また、グリッド電極２６を流れる電流（グリッド電流）を電流計Ａ２にて測定した。
【０２２９】
さらに、感光体ドラム１におけるマイナスイオン発生素子２０ａとの対向位置からこの感光体ドラム１の回転方向に対して下流側９０°の位置に、表面電位計プローブ３０を配置し、感光体ドラム１の表面電位を測定できるよう構成した。なお、表面電位計プローブ３０は、感光体ドラム１の長手方向にスキャン可能なステージ（図示せず）上に設置することで、感光体ドラム１の周方向だけでなく、長手方向の表面電位プロファイルも測定可能なように構成した。また、表面電位計としてはＴｅｒｅＫ社製ＭＯＤＥＬ３４４を使用し、感光体ドラム１の周速は１２４ｍｍ／ｓとした。また、イオン発生量やオゾン発生量について実験１と同様に測定を行い、感光体ドラム１を流れる電流を電流計Ａ３によって測定した。
【０２３０】
なお、実験条件としては、ギャップｇ＝２０ｍｍ、マイナスイオン発生素子２０ａへの印加電圧−７．７ｋＶ、グリッド電極２６への印加電圧−９００Ｖとし、グリッド電極２６を挿入した場合と挿入しなかった場合についてそれぞれ実験した。
【０２３１】
図９は、この実験結果を示すグラフであり、グリッド電極２６が有る場合および無い場合における、感光体ドラム１の長手方向についての表面電位プロファイルを比較した結果を示している。表１は、マイナスイオン発生量およびオゾン発生量を測定した結果を示している。なお、図９の横軸は感光体ドラム１の長手方向に対する距離を示しており、縦軸は感光体ドラム１の表面電位を示している。横軸の感光体ドラム１の長手方向に対する距離については、上記した３本のイオン発生針２１を感光体ドラム１の長手方向に沿って配置し、感光体ドラム１における中央のイオン発生針２１に対向する位置を０として示している。
【０２３２】
【表４】
0004668168.tif 000005
【０２３３】
図９に示したように、グリッド電極２６の有り無しに関わらず、感光体ドラム１の表面は帯電された。また、表１に示したように、マイナスイオンは十分な量（１８,０００,０００個／ｃｃ）が発生しているものの、オゾンはほとんど発生していなかった（すなわち、オゾンの発生量は僅かであり、０．００２ｐｐｍ〜０．００３ｐｐｍであった）。コロナ放電が発生した場合にはオゾンが大量に発生するはずであるが、この実験ではオゾンがほとんど発生しなかった（オゾンの発生量が僅かであった）ことから、この実験において感光体ドラム１の帯電に寄与しているのは、コロナ放電ではなくマイナスイオンであることがわかる。つまり、マイナスイオンによって感光体ドラム１を十分に帯電させることができることがわかる。
【０２３４】
また、図９に示したように、グリッド電極２６を設置しなかった場合には、３本のイオン発生針２１の位置に応じて表面電位にばらつき（３つのピーク）が存在するものの、グリッド電極２６を設置した場合には、このばらつきが減少することから、グリッド電極２６を設けることによって表面電位のばらつきを抑制して表面電位の制御性を向上できることを検証できた。
［実験３］
次に、上記したマイナスイオン発生素子２０ａによるトナー像の帯電特性を実験により測定した。まず、実験装置について図１０を用いて説明する。
【０２３５】
図１０に示すように、実験装置としては、実験２の装置と全く同じものを使用した。ただし、本実験３では表面電位計プローブ３０及び電流計Ａ３は使用しなかった。
【０２３６】
実験方法について説明すると、まずはじめに、図示しないデジタルカラー複合機（シャープ製ＡＲ−Ｃ２８０）を用いて、ＯＨＰシート（シャープ製Ｓ４ＢＧ７４６）上に未定着トナー像を形成した。像形成に用いるトナーとしては、粒径８．５μｍのポリエステル製トナー（ＡＲ−Ｃ２８０純正トナー）を使用し、未定着トナー像として、付着量０．６ｍｇ/ｃｍ２のベタ画像を形成した。そして、形成された未定着トナー像の帯電量を吸引式小型帯電量測定装置（Ｔｒｅｋ社製Ｍｏｄｅｌ  ２１０ＨＳ−２Ａ）により測定した。
【０２３７】
次に、上記と同じ未定着トナー像が形成されたＯＨＰシートを感光体ドラム１の表面に貼り付け、マイナスイオン発生素子２０ａおよびグリッド電極２６に所定の電圧を印加した状態で感光体ドラム１を所定の周速で回転させ、未定着トナー像をイオン発生針２１の対向する領域を通過させることで、トナー像の帯電を行った。そして、帯電後に、再びトナー像の帯電量を測定し、帯電前後でのトナー像の帯電量の比較を行った。また、実験１と同様に、イオン発生量やオゾン発生量についても測定を行った。
【０２３８】
なお、実験条件としては、ギャップｇ＝２０ｍｍ、マイナスイオン発生素子２０ａへの印加電圧−７．７ｋＶ、グリッド電極２６への印加電圧−９００Ｖとし、グリッド電極２６を挿入した場合と挿入しなかった場合についてそれぞれ実験した。
【０２３９】
表２は、この実験結果を示すグラフであり、グリッド電極２６が有る場合および無い場合における、トナー像の帯電量、マイナスイオン発生量、およびオゾン発生量を測定した結果を示している。
【０２４０】
【表５】
0004668168.tif 000006
【０２４１】
表２に示したように、グリッド電極２６の有り無しに関わらず、トナー像の帯電量は増加した。また、マイナスイオンは十分な量（１８,０００,０００個／ｃｃ）が発生しているものの、オゾンはほとんど発生していなかった（すなわち、オゾン発生量は僅かであり、０．００２ｐｐｍ〜０．００３ｐｐｍであった）。コロナ放電が発生した場合にはオゾンが大量に発生するはずであるが、この実験ではオゾンがほとんど発生しなかった（オゾンの発生量が僅かであった）ことから、この実験においてトナー像の帯電に主として寄与しているのは、従来のコロナ放電ではなくマイナスイオンであることがわかる。つまり、マイナスイオンによってトナー像を十分に帯電させることができることが検証できた。
【０２４２】
また、グリッド電極がある場合よりもグリッド電極が無い場合の方がトナーの帯電量の増加量が大きいこともわかる。
【０２４３】
［実験４］
以下では、マイナスイオンをより安定して発生させるための条件について、実験により検討を行った。上述した実験２及び実験３の結果から、マイナスイオンによる感光体ドラム１に対する帯電とトナー像に対する帯電とは、全く同じような傾向にあることが示されたため、本実験４においては、感光体ドラム１を被帯電物とした。
【０２４４】
本実験では、図８に示す上記の実験装置を用いて、マイナスイオン発生素子２０ａへの印加電圧Ｖａと感光体ドラム１の表面電位Ｖ０、トータル電流Ｉｔ、オゾン発生量の関係について調べた。実験条件としては、ギャップｇ＝１０ｍｍ、グリッド電極２６と感光体ドラム１との間隔は１．５ｍｍに固定し、グリッド電極２６への印加電圧−７００Ｖとし、固定抵抗２４を挿入した場合と挿入しない場合の２種類について測定を行った。この実験では、印加電圧の大きさを０Ｖから５００Ｖずつ増加させ、各印加電圧における感光体ドラム１の表面電位Ｖ０、トータル電流Ｉｔ、オゾン発生量の関係を調べた。
【０２４５】
図１１（ａ）は固定抵抗２４を挿入しなかった場合の測定結果を示すグラフであり、図１１（ｂ）は固定抵抗２４を挿入した場合の測定結果を示すグラフである。
【０２４６】
図１１（ａ）に示すように、マイナスイオン発生素子２０ａへの印加電圧Ｖａの大きさ（絶対値）を徐々に上げていくと、まず−３．７５ｋＶ付近から感光体ドラム１の表面が帯電し始め（帯電開始電圧）、大きさをさらに上昇させていくと表面電位Ｖ０の絶対値も印加電圧Ｖａに応じて大きくなっていった。
【０２４７】
図１９（ａ）は、図１１（ａ）に示した印加電圧とオゾン発生量との関係、および、印加電圧の増加量に対するオゾン発生量の増加率αの変化率βを示すグラフである。
【０２４８】
ここで、測定ポイントｎにおける印加電圧Ｖの大きさに対するオゾン発生量Ｏの増加率αｎは、αｎ＝（Ｏｎ−Ｏｎ−１）／（｜Ｖｎ｜−｜Ｖｎ−１｜）で表される。また、測定ポイントｎにおける増加率αの変化率βは、βｎ＝αｎ＋１／αｎで表される。変化率βを算出する際に零で除する時は変化率β＝０とする。なお、測定ポイントの値ｎは、印加電圧が０Ｖのときに０であり、印加電圧の大きさが５００Ｖ増加する毎に１ずつ増加する。また、印加電圧の大きさを大きくしていったときにはじめにオゾンが検出される測定ポイントの印加電圧（オゾン検出開始電圧；図１９（ａ）では−４．５ｋＶ）から、オゾン検出開始電圧の２倍の印加電圧（図１９（ａ）では−９．０ｋＶ）までの印加電圧範囲を考慮するものとする。
【０２４９】
本明細書では、固定抵抗２４が挿入されていない場合には、上記印加電圧範囲で上記変化率βが最大となる測定ポイントの印加電圧を、「オゾン急増開始電圧」とする。ただし、オゾン検出開始電圧における変化率βが、オゾン検出開始電圧の大きさよりも大きく、かつ、オゾン検出開始電圧の大きさの２倍以下の印加電圧範囲における変化率βの最大値に対して２倍以上である場合には、オゾン検出開始電圧よりも上記所定値だけ大きい印加電圧をオゾン急増開始電圧とする。したがって、この実験結果におけるオゾン急増開始電圧は、図１９（ａ）に示すように、−４．５ｋＶであり、オゾン発生開始電圧に等しい。
【０２５０】
ここで、マイナスイオン発生素子２０ａへの印加電圧Ｖａの大きさを、帯電開始電圧の大きさ（ここでは３．７５ｋＶ）以上、オゾン急増開始電圧の大きさ（ここでは４．５ｋＶ）未満にすれば、図１９（ａ）に示すように、オゾン発生量を抑制しつつ、被帯電物をイオンにより帯電させられることが分かる。
【０２５１】
図１９（ｂ）は、図１１（ａ）に示した印加電圧とトータル電流との関係、および、印加電圧に対するトータル電流の増加率θの変化率γを示すグラフである。
【０２５２】
ここで、測定ポイントｎにおける印加電圧Ｖの大きさに対するトータル電流Ｉｔの増加率θｍは、θｍ＝（Ｉｔｍ−Ｉｔｍ−１）／（｜Ｖｍ｜−｜Ｖｍ−１｜）で表される。また、印加電圧Ｖの大きさに対するトータル電流Ｉｔの増加率θの変化率γは、γｍ＝θｍ＋１／θｍで表される。変化率γを算出する際に零で除する時は変化率γ＝０とする。なお、測定ポイントの値ｍは、印加電圧が０Ｖのときに０であり、印加電圧の大きさが５００Ｖ増加する毎に１ずつ増加する。そして、印加電圧の大きさを大きくしていったときにはじめにトータル電流が検出される測定ポイントの印加電圧（電流検出開始電圧；図１９（ｂ）では−４．０Ｖ）から電流検出開始電圧の２倍の印加電圧（図１９（ｂ）では−８．０Ｖ）までの印加電圧範囲を考慮するものとする。
【０２５３】
本明細書では、固定抵抗２４が挿入されていない場合には、上記印加電圧範囲で上記変化率γが最大となる測定ポイントの印加電圧を、「トータル電流急増開始電圧」とする。ただし、電流検出開始電圧における変化率γが、電流検出開始電圧の大きさよりも大きく、かつ、電流検出開始電圧の大きさの２倍以下の印加電圧範囲における変化率γの平均値に対して２倍以上である場合には、電流検出開始電圧よりも上記所定値だけ大きい印加電圧をトータル電流急増開始電圧とする。したがって、この実験結果における「トータル電流急増開始電圧」は、図１９（ｂ）に示すように、−４．５ｋＶであり、電流発生開始電圧に等しい。
【０２５４】
ここで、マイナスイオン発生素子２０ａへの印加電圧Ｖａの大きさを、帯電開始電圧の大きさ（ここでは３．７５ｋＶ）以上、トータル電流急増開始電圧の大きさ（ここでは４．５ｋＶ）未満にしても、図１９（ａ）に示すように、オゾン発生量を抑制しつつ、被帯電物をイオンにより帯電させられることが分かる。
【０２５５】
一方、図１１（ｂ）に示すように、固定抵抗２４を挿入した場合、帯電開始電圧は−４．５ｋＶであり、印加電圧の大きさをさらに上昇させていくと表面電位Ｖ０の絶対値も印加電圧に応じて大きくなっていった。
【０２５６】
図２０（ａ）は、図１１（ｂ）に示した印加電圧とオゾン発生量との関係、および、印加電圧の大きさに対するオゾン発生量の増加率αの変化率βを示すグラフである。
【０２５７】
本明細書では、固定抵抗２４が挿入されている場合には、オゾン検出開始電圧の大きさよりも大きく、かつ、オゾン検出開始電圧の大きさの２倍以下の印加電圧範囲において、上記変化率βが最大の極大値となる測定ポイントの印加電圧を、「オゾン急増開始電圧」とする。従って、図２０（ａ）に示すように、この実験結果におけるオゾン急増開始電圧は、−９．０ｋＶである。
【０２５８】
抵抗を挿入した場合でも、マイナスイオン発生素子２０ａへの印加電圧Ｖａの大きさを、帯電開始電圧の大きさ（ここでは４．５ｋＶ）以上、オゾン急増開始電圧の大きさ（ここでは９．０ｋＶ）未満にすれば、図２０（ａ）に示すように、オゾン発生量を抑制しつつ、被帯電物をイオンにより帯電させられることが分かる。
【０２５９】
図２０（ｂ）は、図１１（ｂ）に示した印加電圧とトータル電流との関係、および、印加電圧の大きさに対するトータル電流の増加率θの変化率γを示すグラフである。
【０２６０】
本明細書では、固定抵抗２４が挿入されている場合には、電流検出開始電圧の大きさよりも大きく、かつ、電流検出開始電圧の大きさの２倍以下の印加電圧範囲において、上記変化率γが最大の極大値となる測定ポイントの印加電圧を、「トータル電流急増開始電圧」とする。従って、図２０（ｂ）に示すように、この実験結果におけるトータル電流急増開始電圧は、−８．５ｋＶである。
【０２６１】
マイナスイオン発生素子２０ａへの印加電圧Ｖａの大きさを、帯電開始電圧の大きさ（ここでは４．５ｋＶ）以上、トータル電流急増開始電圧の大きさ（ここでは８．５ｋＶ）未満にしても、図２０（ａ）に示すように、オゾン発生量を抑制しつつ、被帯電物をイオンにより帯電させられることが分かる。
【０２６２】
また、固定抵抗２４を挿入することにより、固定抵抗２４を挿入しない場合に比べて、オゾン急増開始電圧およびトータル電流急増開始電圧はいずれも高電圧側にシフトした。これは、固定抵抗２４により電圧降下が生じるため、この電圧降下の分、帯電開始電圧ならびにオゾン急増開始電圧およびトータル電流急増開始電圧が高くなるためである。なお、実験２では電流はほとんど流れなかったが、本実験ではグリッド電極２６や感光体ドラム１に対して電流が流れるため、固定抵抗２４による電圧降下の影響が現れている。
【０２６３】
また、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示したように、帯電開始電圧のシフト量（固定抵抗２４を挿入した場合と挿入しなかった場合の差）に比べて、オゾン急増電圧およびトータル電流急増電圧のシフト量の方が大きくなった。その結果、オゾン発生量を急増させることなく帯電を行える印加電圧の範囲は、固定抵抗２４が挿入されていない場合の０．７５ｋＶ（３．７５ｋＶ≦｜Ｖａ｜＜４．５ｋＶ）に比べて、固定抵抗２４を挿入した場合には４．５ｋＶ（４．５≦｜Ｖａ｜＜９．０ｋＶ）と広くなった。同様に、トータル電流を急増させることなく帯電を行える印加電圧の範囲は、固定抵抗２４が挿入されていない場合の０．７５ｋＶ（３．７５ｋＶ≦｜Ｖａ｜＜４．５ｋＶ）に比べて、固定抵抗２４を挿入した場合には４．０ｋＶ（４．５≦｜Ｖａ｜＜８．５ｋＶ）と広くなった。
【０２６４】
これは、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示したように、印加電圧が小さい場合にはトータル電流Ｉｔが小さい（数μＡ）ので、その分、固定抵抗２４による電圧降下は小さい（数百Ｖ）ものの、印加電圧が大きくなるとトータル電流Ｉｔが急増し（数十μＡ）、固定抵抗２４による電圧降下が大きくなる（数ｋＶ）ためと考えられる。
【０２６５】
また、固定抵抗２４を挿入した場合と挿入しなかった場合とで、オゾン急増開始電圧およびトータル電流急増開始電圧が異なる理由は、以下のように推察される。
【０２６６】
すなわち、トータル電流およびオゾン発生量はイオン発生針２１と感光体ドラム１との間の電界強度の影響を大きく受ける。そして、電界強度は、イオン発生針２１と感光体ドラム１との間に作用する電圧に比例し、イオン発生針２１と感光体ドラム１との間隔（距離）に反比例する。
【０２６７】
ここで、固定抵抗２４を挿入した場合、印加電圧５．５ｋＶでトータル電流が流れ始め、イオン発生針２１と感光体ドラム１との間の空間インピーダンス等の制限と挿入した工程抵抗２４の制限とによって印加電圧に比例してトータル電流およびオゾン発生量が増加していく（第１の比例増加）。そして、印加電圧が、オゾン発生量が急増する変曲点を超えると、オゾンの影響によって空間インピーダンスが変化し、上記第１の比例増加とは異なる比例係数で印加電圧に比例してトータル電流およびオゾン発生量が増加していく（第２の比例増加）。したがって、上記変曲点における変化率β，γが極大値になると考えられる。
【０２６８】
一方、固定抵抗２４を挿入しない場合、印加電圧４．０ｋＶでトータル電流が流れ始めると、固定抵抗２４による電圧降下がないので、印加電圧４．０ｋＶの近傍でトータル電流およびオゾン発生量が急増する変曲点が生じる。このため、第１の比例増加は実験結果では観測されず、第２の比例増加のみが観測されたものと考えられる。
【０２６９】
このため、本実施形態では、オゾン発生開始電圧における変化率βが、オゾン発生発生開始電圧よりも大きくかつオゾン発生開始電圧の２倍以下の電圧範囲における前記変化率βの平均値に対して２倍以上である場合には、オゾン発生開始電圧よりも前記所定値（イオン発生針２１に印加する電圧を一定値ずつ段階的に増加させていくときの前記一定値）だけ大きい印加電圧をオゾン急増開始電圧としている。また、電流発生開始電圧における変化率γが、電流発生発生開始電圧よりも大きくかつ電流発生開始電圧の２倍以下の電圧範囲における前記変化率γの平均値に対して２倍以上である場合には、電流発生開始電圧よりも前記所定値（イオン発生針２１に印加する電圧を一定値ずつ段階的に増加させていくときの前記一定値）だけ大きい印加電圧を電流急増開始電圧としている。
【０２７０】
なお、固定抵抗２４を挿入しない場合でも、第１の比例増加と第２の比例増加とを適切に識別でき、変曲点を適切に把握できる場合には、オゾン急増開始電圧および電流急増開始電圧を、固定抵抗２４を挿入する場合と同様に規定してもよい。例えば、各測定ポイント間の印加電圧の差を適切（例えば２５０Ｖ〜１０００Ｖ）に設定することにより、第１の比例増加と第２の比例増加とを適切に識別できると考えられる。
【０２７１】
［実験５］
次に、図８に示した上記の実験装置を用いて、マイナスイオン発生素子２０ａへの印加電圧Ｖａ、イオン発生針２１と感光体ドラム１とのギャップｇをパラメータとし、オゾン発生量およびトータル電流が急増することなく帯電できる条件について調べた。実験条件としては、グリッド電極２６への印加電圧を−７００Ｖとし、固定抵抗２４を挿入した場合と挿入しない場合の２種類について測定を行った。
【０２７２】
図２１（ａ）は固定抵抗２４を挿入しなかった場合、図２１（ｂ）は固定抵抗を挿入した場合の測定結果を示すグラフである。
【０２７３】
図２１（ａ）、（ｂ）において、「オゾン急増開始」（または「トータル電流急増開始」）曲線は、オゾン発生量（あるいはトータル電流）が急増し始めるときの印加電圧Ｖａとギャップｇとの関係を示している。つまり、「オゾン急増開始」（または「トータル電流急増開始」）曲線は、ギャップｇごとのオゾン急増開始電圧（あるいはトータル電流急増開始電圧）を示したものであるが、観点を変えれば、印加電圧Ｖａごとのオゾン急増開始距離（あるいはトータル電流急増開始距離）を示したものでもある。
【０２７４】
同様に、図２１（ａ）、（ｂ）において、「帯電開始」曲線は、感光体ドラム１の帯電が開始するときの印加電圧Ｖａとギャップｇとの関係を示している。つまり、「帯電開始」曲線は、ギャップｇごとの帯電開始電圧を示したものでもあり、印加電圧Ｖａごとの帯電開始距離を示したものでもある。
【０２７５】
この「オゾン急増開始」（または「トータル電流急増開始」）曲線と「帯電開始」曲線とによって挟まれる領域は、オゾン発生量（またはトータル電流）を急増させることなくイオンを発生させ、なおかつ、イオンにより感光体ドラム１を実際に帯電させることのできる印加電圧Ｖａとギャップｇとの条件を表しており、以下ではこの領域のことを適正領域という。
【０２７６】
また、図２１（ａ）、（ｂ）において、「イオン発生開始」直線は、イオンの発生が開始するときの印加電圧Ｖａとギャップｇとの関係を示したものであり、この図からイオン発生開始電圧は、ギャップｇに依存せず一定であることがわかる。
【０２７７】
図２１（ａ）および図２１（ｂ）に示すように、ギャップｇが４ｍｍ未満の場合、オゾン発生量およびトータル電流が急増することなく帯電できる印加電圧領域は存在せず（帯電開始電圧とオゾン急増開始電圧との差がほとんど無く）、印加電圧の大きさを大きくするとすぐにコロナ放電に移行してしまった。そして、ギャップｇを４ｍｍ以上にすることで、オゾン発生量およびトータル電流が急増することなくイオンで帯電できる印加電圧領域を存在させることができ、ギャップｇを大きくするほど、オゾン発生量およびトータル電流が急増することなくイオンで帯電できる印加電圧領域（適正領域）を広くすることができた。また、固定抵抗２４を挿入しない場合よりも挿入した場合の方が適正領域が広かった。
【０２７８】
この実験結果から、オゾン発生量およびトータル電流が急増することなくイオンによる帯電を行うには、少なくともギャップｇを４ｍｍ以上確保する必要があることがわかる。なお、上記した実験１の結果より（図７参照）、感光体ドラム１に到達するマイナスイオン量（密度）はギャップｇが大きくなるにつれて減少し、ギャップｇが２５ｍｍを超えるとギャップｇ＝５ｍｍの時の半分以下となってしまう。このため、感光体ドラム１などの被帯電物を適切に帯電させるためには、ギャップｇを４ｍｍ以上２５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【０２７９】
なお、上記特許文献４に開示されている針状電極を用いた従来のコロナ放電方式の帯電装置は、ギャップｇを４ｍｍ以下にすることで放電電流を減らす方式のため、主としてイオンだけが発生する印加電圧領域が存在せず、帯電させるとオゾン発生量が急増してしまう。このため、特許文献４の技術によるオゾン発生量の低減効果は、本発明に比べれば非常に小さい。
【０２８０】
［実験６］
次に、図３および図４に示した一次転写前帯電装置２（潜像用帯電装置４）を用いて、ギャップｇを３ｍｍから３０ｍｍまで変化させた場合の感光体ドラム１の表面電位とオゾン量を測定する実験を行った。なお、シールドケース２３を設置した場合と、設置しなかった場合について実験を行った。シールドケースの材質は絶縁性のＡＢＳ樹脂でフローティングとした。表３にその測定結果を示す。表面電位およびオゾン量の測定器具、測定方法は、上記した各実験と同様である。
【０２８１】
【表６】
0004668168.tif 000007
【０２８２】
表３に示すように、ギャップｇ＝３ｍｍの場合（比較例１−１）、オゾンの発生量が０．０９ｐｐｍと非常に多かった。これに対して、ギャップｇを４ｍｍ以上にすることで（実施例１−１〜１−４）、オゾンの発生量を０．００２ｐｐｍ以下と、非常に少なくできた。これは、ギャップｇが３ｍｍ以下の場合には、オゾン発生量が急増することなくイオンで感光体を帯電できる条件が存在せず、コロナ放電による帯電となってしまうのに対して、ギャップｇを４ｍｍ以上にした場合、オゾン発生量が急増することなくイオンで感光体ドラム１を帯電できる条件が存在するためである。
【０２８３】
また、シールドケースなしの場合、４ｍｍ≦ｇ≦２５ｍｍの範囲において（実施例１−１〜１−３）、感光体ドラム１の表面電位を目標値である−６００Ｖに帯電させることができた。このときの印加電圧Ｖａは４ｋＶ≦|Ｖａ|≦１２ｋＶである。ただし、ギャップｇ＝３０ｍｍの条件では（比較例１−２）、印加電圧の大きさを１５ｋＶまで上げても、感光体ドラム１の表面電位が−４２５Ｖまでしか到達せず、目標の−６００Ｖを下回ってしまった。これは、ギャップｇが大きくなることにより、マイナスイオンが拡散して感光体ドラム１に到達する密度が低下してしまうためである。
【０２８４】
一方、シールドケース２３を設けた場合（実施例１−４）、ギャップｇ＝３０ｍｍでも、印加電圧１５ｋＶでほぼ目標通りに感光体ドラム１を帯電できた。これは、シールドケース２３によりマイナスイオンの拡散が抑制され、感光体ドラム１近傍におけるマイナスイオン密度が上昇し、マイナスイオンの利用効率が向上するためである。
【０２８５】
［実験７］
次に、二次転写前帯電装置３によるトナー帯電性能について調べた。
【０２８６】
実験方法としては、二次転写前帯電装置３のイオン発生針２１に印加する電圧の大きさをコロナ放電に移行しない範囲内で段階的に上げていきながら、シャープ製カラー複写機ＡＲＣ−２８０の転写ベルトを流用した中間転写ベルト１５上のトナー像に対して帯電を行い、そのときの中間転写ベルト１５に流れる電流Ｉｂと、帯電後のトナーの帯電量とを測定した。なお、トナー像には、トナー付着量０．５５ｍｇ/ｃｍ２のベタ画像を用いた。その実験結果を図１３に示す。
【０２８７】
図１３に示すように、二次転写前帯電装置３に電圧を印加しない初期状態では、Ｉｂ＝０で、かつ、トナー像の帯電量が−１２．８μＣ/ｇであった。その後、印加電圧Ｖａの絶対値を大きくするにつれて、マイナスイオンの発生量が増加するために、Ｉｂやトナー像の帯電量の絶対値も増加した。ところが、トナー像の帯電量は、Ｉｂの絶対値が３０μＡ以上になると、ほぼ−１９μＣ/ｇで飽和した。
【０２８８】
この結果から、電圧制御部３１が、高圧電源２５のイオン発生針２１に印加する電圧Ｖａを｜Ｉｂ｜≧３０となるように制御することで、トナー像の帯電量は−１９μＣ/ｇで安定し、グリッド電極２６等を特に設けなくてもトナー像の帯電量を均一化できることがわかる。
【０２８９】
従って、電圧制御部３１が、高圧電源２５の印加電圧Ｖａを段階的に上げながらＩｂをモニターして、それが−３０μＡとなる高圧電源２５の印加電圧Ｖａを求めて、−３０μＡとなる高圧電源２５の印加電圧Ｖａをフィードバック制御することにより、イオン発生針２１の先端部への異物の付着や、環境条件の変化、また画像形成装置１００内における風の流れの変化等によって、マイナスイオンの発生量や、発生したイオンがトナー像に到達する割合が変動したとしても、常に最適な量のイオンをトナー像に付与できるようになる。
【０２９０】
なお、印加電圧の制御方法としては、一般に広く用いられている定電流制御の高圧電源２５から−３０μＡを供給してもよいし、低電圧制御の高圧電源２５から−３０μＡを供給してもよい。
【０２９１】
［実験８］
次に、画像パターンや環境条件等が各々異なる６種類の条件のトナー像について、電圧制御部３１のフィードバック制御によりＩｂが−３０μＡになるように印加電圧Ｖａを制御した二次転写前帯電装置３を用いて二次転写前帯電を行い、帯電の前後における各トナー像の帯電量を測定した。その結果を図１４に示す。
【０２９２】
図１４に示すように、二次転写前帯電を行う前は、−１２〜−１５μＣ/ｇと、約３μＣ/ｇの範囲でばらついていたトナー像の帯電量が、帯電後では、−１８〜−１９μＣ/ｇと、約１μＣ/ｇの範囲内に収束した。
【０２９３】
従って、上記のフィードバック制御を行う電圧制御部３１を備えた二次転写前帯電装置３の有効性が結論付けられた。
【０２９４】
［実験９］
続いて、二次転写前帯電装置３を用いて二次転写前帯電を行った場合と、行わなかった場合での二次転写効率について比較を行った。その結果を図１５に示す。
【０２９５】
図１５に示すように、二次転写前帯電を行うことで、転写効率が５〜１０％アップし、また二次転写電流に対するラチチュード（転写余裕度）も広がった。このことから、二次転写前帯電装置３による二次転写前帯電の有効性が示された。
【０２９６】
以上のように、本実施形態の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は、オゾン発生量を急増させることなくマイナスイオンの放出を行うので、オゾン発生量の急増に起因する諸問題の発生を防止しつつ、感光体ドラム１の帯電、あるいは、感光体ドラム１や中間転写ベルト１５の表面に形成されたトナー像の転写前帯電を行うことができる。
【０２９７】
ところで、本実施形態で示した具体的な数値はあくまでも一例であって、本発明はこれらの値に限定されるものではない。
【０２９８】
例えば、イオン発生針（帯電用電極）２１に対する高圧電源（第１電圧印加手段）２５の印加電圧の大きさは、イオン発生開始電圧の大きさ以上で、かつ、オゾン急増開始電圧またはトータル電流急増開始電圧の大きさ以下であればよい。このようにすれば、イオン発生針２１によってイオンが放出されるので、被帯電物を帯電させることが可能になる。また、オゾン発生量が急増することがないので、オゾン発生量の急増に起因する様々な問題を解決することができる。
【０２９９】
なお、「イオン発生開始電圧」とは、イオン発生針（帯電用電極）２１の先端から１５０ｍｍの位置で佐藤商事社製イオン測定器ＡＩＣ−２０００を用いて測定したときにイオンが検知されはじめる（イオン数が変動しはじめる）ときの印加電圧（図３のグラフに示すように、印加電圧を上げていった場合に、イオン測定器によるイオン測定量が立ち上がるところの電圧）のことをいう。
【０３００】
また、上記の印加電圧の大きさは、図１２（ａ）、（ｂ）に示されているような帯電開始電圧の大きさ以上であることが好ましい。これにより、被帯電物である感光体ドラム１やトナー像を実際に帯電させることが可能になる。
【０３０１】
なお、「帯電開始電圧」とは、あるギャップｇの条件下で、イオン発生針２１が発生させるイオンによって感光体ドラム１やトナー像などの被帯電物の帯電量を実際に変化させうる印加電圧のうち、最も小さい電圧のことをいう。
【０３０２】
さらに、上記の印加電圧の大きさは、実験７において示したように、被帯電物であるトナー像の帯電量が飽和するような大きさであることが好ましい。これにより、イオンの放出にムラがあっても帯電後のトナー像の帯電量が均一になり、転写を好適に行うことが可能になる。さらに、グリッド電極を省略できるため、グリッド電極にイオンが回収されることがなく、イオンの利用効率を向上させることができるとともに、製造コストを抑制することもできる。
【０３０３】
一方、ギャップｇに着目すると、ギャップｇは、オゾン急増開始距離またはトータル電流急増開始距離よりも大きければよい。このようにすれば、オゾン発生量が急増することがないので、オゾン発生量の急増に起因する様々な問題を解決することができる。
【０３０４】
さらに、ギャップｇは、図１２（ａ）、（ｂ）に示されているような帯電開始距離以下であることが好ましい。これにより、被帯電物である感光体ドラム１や中間転写ベルト１５を実際に帯電させることが可能になる。
【０３０５】
なお、「帯電開始距離」とは、ある印加電圧条件下で、イオン発生針２１が発生させるイオンによって感光体ドラム１やトナー像などの被帯電物の帯電量を実際に変化させうる、イオン発生針２１の先端と被帯電物との間の距離（ギャップ）のうち、最も大きい距離のことをいう。
【０３０６】
なお、ギャップｇは、具体的には、４ｍｍ以上２５ｍｍ以下であることが好ましい。ギャップｇを４ｍｍ以上にすれば、実験５において示したように、オゾン発生量を急増させることなくイオンを発生させられる印加電圧領域が存在することになる。また、ギャップｇを２５ｍｍ以下にすれば、実験１において示したように、イオン発生針２１が発生させたマイナスイオンの半数以上を被帯電物まで到達させることができるので、帯電を効率的に行うことが可能になる。
【０３０７】
また、本実施形態では、帯電用電極とこの帯電用電極に電圧を印加するための高圧電源（電圧印加手段）２５との間に固定抵抗（電気抵抗器）２４を挿入している。固定抵抗２４を挿入することで、実験５において示したように、放電を伴うことなくイオンのみで被帯電物を帯電させることのできる印加電圧及びギャップの範囲（適正領域）を広げ、イオンを安定して放出させることができる。ただし、この固定抵抗２４については、必ずしも挿入する必要はなく、省略してもかまわない。また、固定抵抗２４の抵抗値は特に限定されるものではなく、オゾン発生量を急増させることなくイオンで被帯電物を帯電させることのできる印加電圧及びギャップの範囲を広げ、イオンを安定して発生させることができるように、適宜設定すればよい。
【０３０８】
また、本実施形態では、イオン発生針（帯電用電極）２１の周囲にイオンの拡散を防止するためのシールドケース（イオン拡散規制部材）２３を設置している。イオン発生針２１に電圧を印加することにより発生したイオンは、電気力線に沿って被帯電物側に移動するものの、従来のコロナ放電方式の帯電装置に比べると形成される電界が弱いため、全てが被帯電物側に放出される訳ではなく、被帯電物とは異なる方向に拡散するイオンもある。そこで、イオン発生針２１の周囲にシールドケース２３を設置することで、イオンの拡散を防止し、イオンの利用効率を向上させると同時に、帯電装置周辺の部材が不必要に帯電してしまうの抑制することができる。
【０３０９】
また、本実施形態では、帯電用電極として針状の電極（イオン発生針２１）を用いている。このため、従来の一般的なコロナ放電帯電装置のように放電電極としてワイヤ状あるいは鋸歯状電極を用いる場合よりも、低電圧で高電界を形成することができる。これにより、オゾン急増開始電圧またはトータル電流急増開始電圧よりも大きさの小さい印加電圧でイオンを多量に発生させることができる。
【０３１０】
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。
【０３１１】
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。
【産業上の利用可能性】
【０３１２】
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装置に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０３１３】
【図１】本発明の一実施形態にかかる転写前帯電装置による帯電のメカニズムを示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる転写前帯電装置を備えてなる画像形成装置の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる転写前帯電装置の側面図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる転写前帯電装置の正面図である。
【図５】実験１に用いたマイナスイオン発生素子の構成を示す説明図である。
【図６】（ａ）は固定抵抗を挿入しなかった場合の実験１の結果を示すグラフであり、（ｂ）は固定抵抗を挿入した場合の実験１の結果を示すグラフである。
【図７】図５に示したマイナスイオン発生素子における、帯電用電極からの距離とマイナスイオン量（密度）との関係を測定した結果を示すグラフである。
【図８】実験２に用いた実験装置の構成を示す説明図である。
【図９】グリッド電極を備える場合および備えない場合の、感光体長手方向についての表面電位プロファイルを比較した結果を示すグラフである。
【図１０】実験３に用いた実験装置の構成を示す説明図である。
【図１１】印加電圧と感光体表面電位、トータル電流、オゾン発生量の関係を調べた結果を示すグラフであり、（ａ）は固定抵抗を挿入しなかった場合、（ｂ）は固定抵抗を挿入した場合の結果を示している。
【図１２】印加電圧、および、被帯電物と帯電用電極とのギャップをパラメータとし、イオンのみが発生する条件およびコロナ放電が発生する条件を調べた結果を示すグラフであり、（ａ）は固定抵抗を挿入しなかった場合、（ｂ）は固定抵抗を挿入した場合の結果を示している。
【図１３】中間転写ベルトを流れる電流量とトナーの帯電量との関係を調べた結果を示すグラブである。
【図１４】中間転写ベルトを流れる電流量に基づいて印加電圧をフィードバック制御しながらトナー像の帯電を行った場合の、帯電前後でのトナー像の帯電量を調べた結果を示すグラフである。
【図１５】転写前帯電を行った場合と行わなかった場合とにおける二次転写効率の違いを調べた結果を示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態にかかる転写前帯電装置に備えられる帯電用電極の変形例を示す側面図である。
【図１７】本発明の一実施形態にかかる転写前帯電装置に備えられる帯電用電極の変形例を示す側面図である。
【図１８】従来のコロナ放電方式の帯電装置の帯電メカニズムを模式的に示した説明図である。
【図１９】（ａ）は、図１１（ａ）に示した印加電圧とオゾン発生量との関係、および、印加電圧の増加量に対するオゾン発生量の増加量αの変化率βを示すグラフである。（ｂ）は、図１１（ａ）に示した印加電圧とトータル電流との関係、および、印加電圧の増加量に対するトータル電流の増加量θの変化率γを示すグラフである。
【図２０】（ａ）は、図１１（ｂ）に示した印加電圧とオゾン発生量との関係、および、印加電圧の増加量に対するオゾン発生量の増加量αの変化率βを示すグラフである。（ｂ）は、図１１（ｂ）に示した印加電圧とトータル電流との関係、および、印加電圧の増加量に対するトータル電流の増加量θの変化率γを示すグラフである。
【図２１】本発明の他の実施形態にかかる帯電装置において、オゾン発生量およびトータル電流を急増させることなく被帯電物を帯電するための、印加電圧、および、被帯電物と帯電用電極とのギャップの条件を示すグラフであり、（ａ）は固定抵抗を挿入しなかった場合、（ｂ）は固定抵抗を挿入した場合の結果を示している。
【符号の説明】
【０３１４】
１  感光体ドラム（像担持体、感光体）
２  一次転写前帯電装置（転写前帯電装置、第１の転写前帯電装置）
３  二次転写前帯電装置（転写前帯電装置、第２の転写前帯電装置）
４  潜像用帯電装置（帯電装置）
１１  現像装置
１２ａ〜１２ｄ  一次転写装置
１３  クリーニング装置
１４  定着装置
１５  中間転写ベルト（中間転写体）
１６  二次転写装置
１７  転写用クリーニング装置
２０，２０ａ  マイナスイオン発生素子
２１  イオン発生針（帯電用電極）
２１ｂ  線状電極（帯電用電極）
２１ｃ  ブラシ状電極（帯電用電極）
２２  ベースフレーム
２３  シールドケース（イオン拡散規制部材）
２４  固定抵抗（電気抵抗器）
２５  高圧電源（第１電圧印加手段）
２６  グリッド電極（制御用電極）
２７  高圧電源（第２電圧印加手段）
３１  電圧制御部（電圧制御手段）
１００  画像形成装置
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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