(57)【要約】【課題】オゾンや窒素酸化物等の発生を低減することができ、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うことのできる帯電装置を提供する。【解決手段】針電極２１を尖端部が被帯電物に対向するように配置し、針電極２１への印加電圧を、大気中の酸素分子に電離が生じる領域を電離領域Ａ１、大気中の酸素分子に電離が生じる領域（電離領域Ａ１を除く）を解離領域Ａ２、電離領域Ａ１における平均電界強度をＥ１、解離領域Ａ２における平均電界強度をＥ２、針電極２１と被帯電物１とを最短距離で結ぶ直線を含む平面における電離領域Ａ１の面積をＳ１、前記平面における解離領域Ａ２の面積をＳ２としたときに、２≦（Ｅ２・Ｓ２）／（Ｅ１・Ｓ１）≦５を満たすように設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被帯電物に対して非接触に配置される帯電用電極と、前記帯電用電極に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記帯電用電極に電圧を印加することで生じさせたイオンによって前記被帯電物を帯電させる帯電装置であって、
前記帯電用電極は、尖端部を有し、この尖端部が被帯電物に対向するように配置されており、
前記帯電用電極への印加電圧が、
大気中の酸素分子に電離が生じる電界強度の最小値である電離発生閾値をＴＨ１、大気中の酸素分子に解離が生じる電界強度の最小値である解離発生閾値をＴＨ２、前記帯電用電極に電圧を印加したときに前記尖端部の周囲に生じる電界強度が電離発生閾値ＴＨ１以上である領域を電離領域Ａ１、前記帯電用電極に電圧を印加したときに前記尖端部の周囲に生じる電界強度が解離発生閾値ＴＨ２以上かつ電離発生閾値ＴＨ１未満である領域を解離領域Ａ２、電離領域Ａ１における平均電界強度をＥ１、解離領域Ａ２における平均電界強度をＥ２、前記帯電用電極と前記被帯電物とを最短距離で結ぶ直線を含む平面における前記電離領域Ａ１の面積をＳ１、前記平面における前記解離領域Ａ２の面積をＳ２としたときに２≦（Ｅ２・Ｓ２）／（Ｅ１・Ｓ１）≦５を満たすように設定されていることを特徴とする帯電装置。
【請求項２】
前記帯電用電極は、前記尖端部の曲率半径が５μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
【請求項３】
前記帯電用電極の材質は、ステンレスであることを特徴とする請求項１または２に記載の帯電装置。
【請求項４】
前記帯電用電極に対する印加電圧の大きさは、２．０ｋＶ以上７．０ｋＶ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の帯電装置。
【請求項５】
前記帯電用電極は複数の針状電極からなり、
前記各針状電極の尖端部が被帯電物に対向するように配置されており、
前記各針状電極の尖端部の周囲において２≦（Ｅ２・Ｓ２）／（Ｅ１・Ｓ１）≦５
の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の帯電装置。
【請求項６】
前記各針状電極同士のピッチが４ｍｍ以上２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の帯電装置。
【請求項７】
前記各針状電極における前記尖端部を含む側の端部は、前記尖端部を通る軸に対して軸対称な形状を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の帯電装置。
【請求項８】
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、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の帯電装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
像担持体と、像担持体の表面を帯電させる主帯電装置と、前記主帯電装置によって帯電させられた像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像をトナーによって現像してトナー像を形成する現像装置と、前記トナー像を被転写体に転写させる転写装置とを備え、
前記主帯電装置として請求項１〜７のいずれか１項に記載の帯電装置を備えていることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記像担持体と前記帯電装置と前記露光装置と前記現像装置と前記転写装置とを備えてなる画像形成ユニットを複数組備え、
各画像形成ユニットによって互いに異なる色の画像を被転写体上に重ね合わせて転写することで多色画像を形成することを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
像担持体と、像担持体の表面を帯電させる主帯電装置と、前記主帯電装置によって帯電させられた像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像をトナーによって現像してトナー像を形成する現像装置と、前記トナー像を被転写体としての中間転写体に転写させる転写装置とを備え、前記中間転写体が転写されたトナー像を記録材との対向部に搬送して当該記録材に転写させるようになっており、
前記中間転写体に転写されたトナー像を請求項１〜７のいずれか１項に記載の帯電装置によって帯電させることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
像担持体と、像担持体の表面を帯電させる主帯電装置と、前記主帯電装置によって帯電させられた像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像をトナーによって現像してトナー像を形成する現像装置と、前記トナー像を被転写体に転写させる転写装置と、前記像担持体上のトナー像を前記被転写体への転写前に帯電させる転写前帯電装置とを備え、
前記転写前帯電装置として請求項１〜７のいずれか１項に記載の帯電装置を備えていることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
像担持体と、像担持体の表面を帯電させる主帯電装置と、前記主帯電装置によって帯電させられた像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像をトナーによって現像してトナー像を形成する現像装置と、前記トナー像を被転写体としての中間転写体に転写させる転写装置とを備え、前記中間転写体が転写されたトナー像を記録材との対向部に搬送して当該記録材に転写させるようになっており、
前記中間転写体を請求項１〜７のいずれか１項に記載の帯電装置によって帯電させることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１４】
帯電用電極に電圧を印加することで生じさせたイオンによって被帯電物を帯電させる帯電方法であって、
前記帯電用電極として尖端部を有する電極を用いるとともに、この尖端部が被帯電物に対向をするように配置し、
前記帯電用電極に対する印加電圧を、
大気中の酸素分子に電離が生じる電界強度の最小値である電離発生閾値をＴＨ１、大気中の酸素分子に解離が生じる電界強度の最小値である解離発生閾値をＴＨ２、前記帯電用電極に電圧を印加したときに前記尖端部の周囲に生じる電界強度が電離発生閾値ＴＨ１以上である領域を電離領域Ａ１、前記帯電用電極に電圧を印加したときに前記尖端部の周囲に生じる電界強度が解離発生閾値ＴＨ２以上かつ電離発生閾値ＴＨ１未満である領域を解離領域Ａ２、電離領域Ａ１における平均電界強度をＥ１、解離領域Ａ２における平均電界強度をＥ２、前記帯電用電極と前記被帯電物とを最短距離で結ぶ直線を含む平面における前記電離領域Ａ１の面積をＳ１、前記平面における前記解離領域Ａ２の面積をＳ２としたときに２≦（Ｅ２・Ｓ２）／（Ｅ１・Ｓ１）≦５を満たすように設定することを特徴とする帯電方法。
【請求項１５】
被帯電物に対して非接触に配置される帯電用電極と、前記帯電用電極に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記帯電用電極に電圧を印加することで生じさせたイオンによって前記被帯電物を帯電させる帯電装置の製造方法であって、
尖端部を有する帯電用電極を、この尖端部が被帯電物に対向をするように配置する工程と、
前記帯電用電極に対する印加電圧を、
大気中の酸素分子に電離が生じる電界強度の最小値である電離発生閾値をＴＨ１、大気中の酸素分子に解離が生じる電界強度の最小値である解離発生閾値をＴＨ２、前記帯電用電極に電圧を印加したときに前記尖端部の周囲に生じる電界強度が電離発生閾値ＴＨ１以上である領域を電離領域Ａ１、前記帯電用電極に電圧を印加したときに前記尖端部の周囲に生じる電界強度が解離発生閾値ＴＨ２以上かつ電離発生閾値ＴＨ１未満である領域を解離領域Ａ２、電離領域Ａ１における平均電界強度をＥ１、解離領域Ａ２における平均電界強度をＥ２、前記帯電用電極と前記被帯電物とを最短距離で結ぶ直線を含む平面における前記電離領域Ａ１の面積をＳ１、前記平面における前記解離領域Ａ２の面積をＳ２としたときに２≦（Ｅ２・Ｓ２）／（Ｅ１・Ｓ１）≦５を満たすように設定する工程とを含むことを特徴とする帯電装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オゾンや窒素酸化物等の放電生成物の発生が少なく、帯電均一性に優れ、経時的に安定した帯電が可能な帯電装置、帯電方法、帯電装置の製造方法、および上記帯電装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【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一般的に用いられている。
【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等とを備え、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さらに設け、このグリッド電極に所望の電圧を印加することでグリッド電極を通過する荷電粒子の量を制御して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９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。上記したように、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、感光体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。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１０２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、放電電極１０１側から感光体１０２等の被帯電物側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】
ところで、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）等の放電生成物が生成されてしまうという問題がある。つまり、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）が生成される。
【０００６】
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、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。
【０００７】
そこで、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２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。
【０００８】
また、先端部が突起形状である電極に高電圧を印加し続けると、突起先端が経時的に消耗して丸くなり、放電率が低下してオゾン発生量が増えてしまう。そこで、特許文献３では、オゾンの量が一定条件になった場合には、電極を予め用意されている他の電極に切り替えている。
【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８−１６０７１１号公報（公開日：１９９６年６月２１日）
【特許文献３】特開平６−３１５６５２号公報（公開日：１９９４年１１月１５日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献２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、オゾンの低減量は十分ではなく、１．０ｐｐｍ程度のオゾンが発生してしまう。
【００１０】
また、上記特許文献２の技術では、放電生成物やトナー、紙粉等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により、放電が不安定になるという問題がある。
【００１１】
また、上記特許文献３の技術では、オゾン発生量が一定条件以上になったときに電極を切り替えることでオゾン発生量を一定量以下に抑制することはできるものの、２組以上の電極、電極を切り替えるための機構、オゾン検出センサ等を備える必要があるので、装置の大型化およびコストアップを招来してしまう。
【００１２】
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発生を低減することができ、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うことのできる帯電装置、帯電方法、帯電装置の製造方法、および上記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】
【００１３】
本発明の帯電装置は、上記の課題を解決するために、被帯電物に対して非接触に配置される帯電用電極と、前記帯電用電極に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記帯電用電極に電圧を印加することで生じさせたイオンによって前記被帯電物を帯電させる帯電装置であって、前記帯電用電極は、尖端部を有し、この尖端部が被帯電物に対向するように配置されており、前記帯電用電極への印加電圧が、大気中の酸素分子に電離が生じる電界強度の最小値である電離発生閾値をＴＨ１、大気中の酸素分子に解離が生じる電界強度の最小値である解離発生閾値をＴＨ２、前記帯電用電極に電圧を印加したときに前記尖端部の周囲に生じる電界強度が電離発生閾値ＴＨ１以上である領域を電離領域Ａ１、前記帯電用電極に電圧を印加したときに前記尖端部の周囲に生じる電界強度が解離発生閾値ＴＨ２以上かつ電離発生閾値ＴＨ１未満である領域を解離領域Ａ２、電離領域Ａ１における平均電界強度をＥ１、解離領域Ａ２における平均電界強度をＥ２、前記帯電用電極と前記被帯電物とを最短距離で結ぶ直線を含む平面における前記電離領域Ａ１の面積をＳ１、前記平面における前記解離領域Ａ２の面積をＳ２としたときに２≦（Ｅ２・Ｓ２）／（Ｅ１・Ｓ１）≦５を満たすように設定されていることを特徴としている。
【００１４】
本発明の帯電装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、被帯電物に対して非接触に配置される帯電用電極と、前記帯電用電極に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記帯電用電極に電圧を印加することで生じさせたイオンによって前記被帯電物を帯電させる帯電装置の製造方法であって、前記帯電用電極として尖端部を有する電極を用いるとともに、この尖端部が被帯電物に対向をするように配置し、前記帯電用電極に対する印加電圧を、大気中の酸素分子に電離が生じる電界強度の最小値である電離発生閾値をＴＨ１、大気中の酸素分子に解離が生じる電界強度の最小値である解離発生閾値をＴＨ２、前記帯電用電極に電圧を印加したときに前記尖端部の周囲に生じる電界強度が電離発生閾値ＴＨ１以上である領域を電離領域Ａ１、前記帯電用電極に電圧を印加したときに前記尖端部の周囲に生じる電界強度が解離発生閾値ＴＨ２以上かつ電離発生閾値ＴＨ１未満である領域を解離領域Ａ２、電離領域Ａ１における平均電界強度をＥ１、解離領域Ａ２における平均電界強度をＥ２、前記帯電用電極と前記被帯電物とを最短距離で結ぶ直線を含む平面における前記電離領域Ａ１の面積をＳ１、前記平面における前記解離領域Ａ２の面積をＳ２としたときに２≦（Ｅ２・Ｓ２）／（Ｅ１・Ｓ１）≦５を満たすように設定することを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の帯電装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、被帯電物に対して非接触に配置される帯電用電極と、前記帯電用電極に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記帯電用電極に電圧を印加することで生じさせたイオンによって前記被帯電物を帯電させる帯電装置の製造方法であって、尖端部を有する帯電用電極を、この尖端部が被帯電物に対向をするように配置する工程と、前記帯電用電極に対する印加電圧を、大気中の酸素分子に電離が生じる電界強度の最小値である電離発生閾値をＴＨ１、大気中の酸素分子に解離が生じる電界強度の最小値である解離発生閾値をＴＨ２、前記帯電用電極に電圧を印加したときに前記尖端部の周囲に生じる電界強度が電離発生閾値ＴＨ１以上である領域を電離領域Ａ１、前記帯電用電極に電圧を印加したときに前記尖端部の周囲に生じる電界強度が解離発生閾値ＴＨ２以上かつ電離発生閾値ＴＨ１未満である領域を解離領域Ａ２、電離領域Ａ１における平均電界強度をＥ１、解離領域Ａ２における平均電界強度をＥ２、前記帯電用電極と前記被帯電物とを最短距離で結ぶ直線を含む平面における前記電離領域Ａ１の面積をＳ１、前記平面における前記解離領域Ａ２の面積をＳ２としたときに２≦（Ｅ２・Ｓ２）／（Ｅ１・Ｓ１）≦５を満たすように設定する工程とを含むことを特徴としている。
【００１６】
上記の各構成によれば、イオンによって被帯電物を帯電させるので、放電によって被帯電物を帯電させる場合に比べて、被帯電物を均一に帯電させることができる。また、尖端部を有する帯電用電極を用いることにより、（Ｅ２・Ｓ２）／（Ｅ１・Ｓ１）の値を小さくすることができ、帯電用電極に対する印加電圧を調整することで２≦（Ｅ２・Ｓ２）／（Ｅ１・Ｓ１）≦５を満たすことができる。そして、（Ｅ２・Ｓ２）／（Ｅ１・Ｓ１）の値を５以下にすることにより、（Ｅ２・Ｓ２）／（Ｅ１・Ｓ１）の値を５よりも大きい場合に比べて電離領域に対する解離領域の大きさを小さくすることができ、イオン発生量に対するオゾンや窒素酸化物等の発生量の割合を小さくできる。したがって、被帯電物を均一に帯電させるために必要な量のイオンを効率的に発生させるとともに、オゾンや窒素酸化物等の発生量を低減できる。また、（Ｅ２・Ｓ２）／（Ｅ１・Ｓ１）の値を２以上に設定することにより、帯電用電極に印加する電圧が大きくなりすぎることを防止し、帯電用電極の磨耗速度（劣化速度）が速くなることを抑制できる。したがって、安定した帯電を長期間に渡って継続して行うことができる。
【００１７】
また、前記帯電用電極は、前記尖端部の曲率半径が５μｍ以上５０μｍ以下である構成としてもよい。
【００１８】
上記の構成によれば、帯電用電極の尖端部の曲率半径を５０μｍ以下とすることで、電極先端に電界強度の強い領域を発生させることができるので、電離領域に対する解離領域の範囲を相対的に小さくしてイオン発生量に対するオゾン発生量の割合を小さくできる。また、帯電用電極の先端の曲率半径を５μｍ以上とすることで、尖端部の曲率半径が５μｍ未満の場合よりも帯電用電極の耐摩耗性の低下を抑制できる。
【００１９】
また、前記帯電用電極の材質は、ステンレスであってもよい。
【００２０】
上記の構成によれば、帯電用電極の材質をステンレスにすることにより、例えばタングステン等の他の材質を用いる場合に比べて、電極の耐磨耗性を向上させることができる。また、ステンレスは大気中の水分等による錆び等の腐食に対しても耐久性が高いので、例えばタングステン等の他の材質を用いる場合に比べて、耐用年数を増加させることができる。また、帯電用電極の材質をステンレスにすることにより、電気抵抗値が小さくして消費電力を低減できる。また、帯電用電極を安価に製造できるので、例えばタングステン等の他の材質を用いる場合に比べて、帯電装置の製造コストを低減できる。
【００２１】
また、前記帯電用電極に対する印加電圧の大きさは、２．０ｋＶ以上７．０ｋＶ以下である構成としてもよい。
【００２２】
印加電圧の大きさが２．０ｋＶ未満の場合には、イオン発生量が少なくなる傾向がある。これに対して、上記の構成によれば、印加電圧の大きさを２．０ｋＶ以上にすることで、イオン発生量を多くすることができ、被帯電物を適切に帯電させることができる。また、印加電圧の大きさが７．０ｋＶよりも大きい場合には、電極摩耗の進行速度が増大する。これに対して、上記の構成によれば、印加電圧の大きさを７．０ｋＶ以下にすることで、電極摩耗の進行速度の増大を抑制できる。
【００２３】
また、前記帯電用電極は複数の針状電極からなり、前記各針状電極の尖端部が被帯電物に対向するように配置されており、前記各針状電極の尖端部の周囲において２≦（Ｅ２・Ｓ２）／（Ｅ１・Ｓ１）≦５の関係を満たす構成としてもよい。
【００２４】
上記の構成によれば、各針状電極においてイオンを発生することができるので、イオン発生量を増加させて被帯電物をより好適に帯電させることができる。また、各針状電極の尖端部の周囲において２≦（Ｅ２・Ｓ２）／（Ｅ１・Ｓ１）≦５を満たすことにより、オゾンや窒素酸化物等の発生量を低減できる。また、帯電用電極の磨耗速度（劣化速度）が速くなることを抑制し、安定した帯電を長期間に渡って継続して行うことができる。
【００２５】
また、前記各針状電極間のピッチが４ｍｍ以上２５ｍｍ以下である構成としてもよい。
【００２６】
各針状電極間のピッチが２５ｍｍよりも大きい場合、各針状電極の尖端部周囲で発生したイオンが空気中に分散しやすくなり、被帯電物を効率よく帯電させることができなくなる。また、各針状電極間のピッチが４ｍｍよりも小さい場合、電極間で放電が生じやすくなる。これに対して、上記の構成によれば、各針状電極間のピッチが４ｍｍ以上２５ｍｍ以下なので、放電が生じることを防止するとともに、被帯電物を効率よく帯電させることができる。
【００２７】
また、前記各針状電極における前記尖端部を含む側の端部は、前記尖端部を通る軸に対して軸対称な形状を有する構成としてもよい。
【００２８】
上記の構成によれば、前記尖端部の周囲に軸対称な電界を形成でき、イオン発生量の分布を軸に垂直な平面において略均一にすることができる。これにより、被帯電物における前記尖端部との対向部を略均一に帯電させることができる。また、針状電極を複数備える場合、被帯電物を均一に帯電させるための各針状電極の配置を容易に決定することができる。
【００２９】
本発明の画像形成装置は、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、上記したいずれかの帯電装置を備えている。
【００３０】
上記の構成によれば、オゾンや窒素酸化物等の発生を低減するとともに、安定した帯電を長期間に渡って継続して行うことができる。
【００３１】
例えば、本発明の画像形成装置は、像担持体と、像担持体の表面を帯電させる主帯電装置と、前記主帯電装置によって帯電させられた像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像をトナーによって現像してトナー像を形成する現像装置と、前記トナー像を被転写体に転写させる転写装置とを備え、前記主帯電装置として上記したいずれかの記載の帯電装置を備えている構成としてもよい。
【００３２】
上記の構成によれば、被帯電物としての像担持体を、長期間に渡って安定して帯電させることができる。また、帯電時のオゾン、窒素酸化物等の発生量を低減できる。
【００３３】
また、前記像担持体と前記帯電装置と前記露光装置と前記現像装置と前記転写装置とを備えてなる画像形成ユニットを複数組備え、各画像形成ユニットによって互いに異なる色の画像を被転写体上に重ね合わせて転写することで多色画像を形成する構成としてもよい。
【００３４】
上記の構成によれば、各画像形成ユニットにおいて被帯電物としての像担持体を、長期間に渡って安定して帯電させることができる。また、各画像形成ユニットにおける帯電時のオゾン、窒素酸化物等の発生量を低減できるので、画像形成装置全体としてのオゾン、窒素酸化物等の発生量を大幅に低減できる。また、画像形成装置に備えられる帯電装置の数が多くなるので、量産効果によって帯電装置の製造コストを低減できる。
【００３５】
また、像担持体と、像担持体の表面を帯電させる主帯電装置と、前記主帯電装置によって帯電させられた像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像をトナーによって現像してトナー像を形成する現像装置と、前記トナー像を被転写体としての中間転写体に転写させる転写装置とを備え、前記中間転写体が転写されたトナー像を記録材との対向部に搬送して当該記録材に転写させるようになっており、前記中間転写体に転写されたトナー像を上記したいずれかの記載の帯電装置によって帯電させる構成としてもよい。
【００３６】
上記の構成によれば、中間転写体上に転写されたトナーの帯電量が低下してトナーの落下や飛散が生じることを防止できる。また、被帯電物としての中間転写体上のトナーを、長期間に渡って安定して帯電させることができる。また、帯電時のオゾン、窒素酸化物等の発生量を低減できる。
【００３７】
また、像担持体と、像担持体の表面を帯電させる主帯電装置と、前記主帯電装置によって帯電させられた像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像をトナーによって現像してトナー像を形成する現像装置と、前記トナー像を被転写体に転写させる転写装置と、前記像担持体上のトナー像を前記被転写体への転写前に帯電させる転写前帯電装置とを備え、前記転写前帯電装置として上記したいずれかの帯電装置を備えている構成としてもよい。
【００３８】
上記の構成によれば、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ことができ、トナー像を被転写体に安定して転写することができる。また、被帯電物としての像担持体上のトナーを、長期間に渡って安定して帯電させることができる。また、帯電時のオゾン、窒素酸化物等の発生量を低減できる。
【００３９】
また、像担持体と、像担持体の表面を帯電させる主帯電装置と、前記主帯電装置によって帯電させられた像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像をトナーによって現像してトナー像を形成する現像装置と、前記トナー像を被転写体としての中間転写体に転写させる転写装置とを備え、前記中間転写体が転写されたトナー像を記録材との対向部に搬送して当該記録材に転写させるようになっており、前記中間転写体を上記したいずれかの帯電装置によって帯電させる構成としてもよい。なお、上記中間転写体の帯電電位は、像担持体上のトナー像を中間転写体上に適切に転写することができ、かつ像担持体から転写されたトナー像を記録材との対向部まで適切に搬送することができるように、従来の中間転写ベルトを用いた帯電装置と同様に設定すればよい。
【００４０】
上記の構成によれば、被帯電物としての中間転写体の表面を、長期間に渡って安定して帯電させることができる。また、中間転写ベルトの帯電時におけるオゾン、窒素酸化物等の発生量を低減できる。
【発明の効果】
【００４１】
以上のように、本発明の帯電装置および帯電装置の製造方法は、前記帯電用電極は、尖端部を有し、この尖端部が被帯電物に対向するように配置されており、２≦（Ｅ２・Ｓ２）／（Ｅ１・Ｓ１）≦５を満たしている。
【００４２】
それゆえ、イオン発生量に対するオゾンや窒素酸化物等の発生量の割合を小さくできる。また、安定した帯電を長期間に渡って継続して行うことができる。また、被帯電物を均一に帯電させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
本発明の一実施形態について説明する。図２は、本実施形態にかかる帯電装置１０を備えた複写機（画像形成装置）１００の概略構成を示す断面図である。この複写機１００は、感光体ドラムに形成した静電潜像に付着させたトナーを中間転写ベルトに一次転写し、４色重ね合わせた状態で記録紙に一括して転写（二次転写）して印刷を行う、いわゆる電子写真方式の画像形成装置である。
【００４４】
図２に示すように、複写機１００は、感光体ドラム（像担持体）１、感光体ドラム１の回りに配置された帯電装置１０、レーザ書き込みユニット（ＬＳＵ）２、現像装置１１、転写装置１２、クリーニング装置１３、除電装置（図示せず）、定着装置１４、ベルトクリーニング装置１５、画像読取ユニット３、記録紙を供給する給紙ユニット４、記録紙を搬送する搬送手段５、排紙トレイ６などを備えている。なお、感光体ドラム１、帯電装置１０、レーザ書き込みユニット２、現像装置１１、クリーニング装置１３、および除電装置については、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｂ）の各色についてそれぞれ設けられている。
【００４５】
帯電装置１０は、感光体ドラム１の表面を所定の電位に帯電するためのものである。帯電装置１０の詳細については後述するが、本実施形態では、帯電装置１０から放出するイオンによって感光体ドラム１を帯電させるようになっている。
【００４６】
レーザ書き込みユニット２は、画像読取ユニット３によって読み取られた画像データや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。
【００４７】
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。
【００４８】
転写装置１２は、複数のローラに張架された中間転写ベルト９と、各色の感光体ドラム１に中間転写ベルト９を介してそれぞれ対向するように配置された一次転写ローラ７と、中間転写ベルト９を張架しているローラの１つに対して中間転写ベルト９を介して対向するように配置された二次転写ローラ８とを備えている。なお、本実施形態では、中間転写ベルト９に対して、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順にトナー像を重ね合わせるようになっているが、トナー像の転写を行う色の順序はこれに限るものではない。
【００４９】
クリーニング装置１３は、上記の転写後に感光体ドラム１上に残留したトナーを除去・回収して感光体ドラム１上に新たなトナー像を形成することを可能にするものである。なお、クリーニング装置１３によってトナーを除去された後、除電装置によって感光体ドラム１表面の電荷が除去される。
【００５０】
ベルトクリーニング装置１５は、上記の転写後に中間転写ベルト９上に残留したトナーを除去・回収して中間転写ベルト９上に新たなトナー像を記録することを可能にするものである。なお、ベルトクリーニング装置１５によってトナーを除去された後、除電装置（図示せず）によって中間転写ベルト９表面の電荷が除去される。
【００５１】
定着装置１４は、記録紙に転写されたトナー像を、熱と圧力とにより記録紙に定着させるものである。
【００５２】
上記構成において、複写機１００は、以下のように印刷動作を行う。
【００５３】
まず、画像読取ユニット３により、原稿（図示せず）の画像を読み取る。また、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、帯電装置１０によって表面を所定の電位に帯電させる。
【００５４】
次に、画像読取ユニット３によって読み取った原稿の画像データに応じてレーザ書き込みユニット２に感光体ドラム１の表面を露光させ、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を書き込む。
【００５５】
その後、感光体ドラム１に形成された静電潜像に対して、現像装置１１によってトナーを供給する。これにより、静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する。そして、感光体ドラム１と転写装置１２の一次転写ローラ７に電圧印加することで、感光体ドラム１上のトナー像を中間転写ベルト９上に転写させる。なお、感光体ドラム１上へのトナー像の形成、および感光体ドラム１から中間転写ベルト９へのトナー像の転写は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色について行う。これにより、中間転写ベルト９上に４色のトナー像が重ね合わされる。
【００５６】
その後、中間転写ベルト９と二次転写ローラ８との間に記録紙を挟み込むことで、中間転写ベルト９上に重ね合わせて転写されたトナー像を記録紙に転写（静電転写）する。なお、この記録紙は、給紙ユニット４から搬送手段５を介して供給される。
【００５７】
その後、定着装置１４によってトナーを記録紙に定着させ、記録紙を排紙トレイ６に排出する。
【００５８】
なお、上記の転写後に感光体ドラム１上に残存したトナーはクリーニング装置１３によって除去・回収される。また、残存したトナーを除去し後、感光体ドラム１の表面は除電装置によって除電される。同様に、上記の転写後に中間転写ベルト１５上に残存したトナーはベルトクリーニング装置１５によって除去・回収される。また、残存したトナーを除去し後、中間転写ベルト９の表面は除電装置によって除電される。
【００５９】
次に、帯電装置１０の構成について詳細に説明する。図３は帯電装置１０の側面図であり、図４は帯電装置１０の正面図である。
【００６０】
図３に示すように、帯電装置１０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、グリッド電極（制御用電極）２６、高圧電源（制御用電圧印加手段）２７を備えている。
【００６１】
マイナスイオン発生素子２０は、複数（ここでは３２本）の針状の帯電用電極である針電極２１を、各針電極２１の先端が感光体ドラム１の方向（シールドケース２３の開口部の方向）を向くように、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（ここでは１０ｍｍ）で配置した構成となっている。本実施形態では、各針電極２１として、直径１ｍｍ、先端曲率半径１５μｍのステンレス製（例えば、ＳＵＳ３０４等）の針を用いた。ただし、針電極２１の構成はこれに限るものではなく、後述する条件を満たすものであればよい。
【００６２】
なお、マイナスイオン発生素子２０は、各針電極２１の先端と感光体ドラム１とのギャップｇがｇ＝１０ｍｍとなるように、感光体ドラム１に近接配置されている。
【００６３】
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に取り付けられた針電極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、発生させたマイナスイオンによって感光体ドラム１を所定の電位（ここでは、−６００Ｖ）に帯電させるようになっている。
【００６４】
上記の高圧電源２５は、画像形成時にはアース電位に対して電位差Ｖａ（Ｖａ＜０）の電圧を印加する（本実施形態ではＶａ＝−６．５ｋＶ）。なお、本明細書において、電圧とは電位差の絶対値を表すものとする。したがって、本実施形態における高圧電源２５の印加電圧は｜Ｖａ｜＝６．５ｋＶである。
【００６５】
グリッド電極２６は、厚さ０．１ｍｍのステンレスからなり、感光体ドラム１から１．５ｍｍの位置に配置されている。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ており、この高圧電源２７によってグリッド電極２６に所定の直流電圧（アース電位に対して電位差Ｖｇ（Ｖｇ＜０）の電圧）が印加されるようになっている（本実施形態ではＶｇ＝−９００Ｖ）。
【００６６】
マイナスイオン発生素子２０の周囲には、グリッド電極２６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。
【００６７】
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、マイナスイオンをグリッド電極２６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。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の場合に比べて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、帯電装置１０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。
【００６８】
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。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。
【００６９】
次に、帯電装置１０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５は、帯電装置１０による帯電のメカニズムを示す説明図である。
【００７０】
針電極２１の先端部は先端曲率半径が非常に小さいため、高電圧を印加されると、針電極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とのギャップｇが大きいために、針電極２１と感光体ドラム１との間の電界強度は小さく、感光体ドラム１に対して電子が放出されるまでには至らない（したがって、コロナ放電は生じない）。しかしながら、針電極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針電極２１で電荷を供給して分子に戻り、一部は大地に帰還する。
【００７１】
発生したマイナスイオンは、針電極２１の先端部とグリッド電極２６や感光体ドラム１との間に形成される電気力線に沿って、感光体ドラム１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。
【００７２】
グリッド電極２６が設置されている場合、マイナスイオンにより感光体ドラム１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２６に補足され電荷（電子）を供給するため、感光体ドラム１表面の電位はほぼ一定に制御されることになる。
【００７３】
次に、針電極２１の条件について説明する。
【００７４】
大気中の酸素分子に電離が生じる電界強度の閾値（電離発生閾値）ＴＨ１は３ＭＶ／ｍである。つまり、大気中の酸素分子に３ＭＶ／ｍ以上の電界を印加すると電離が生じてイオンが発生する（Ｏ２＋ｅ→Ｏ２＋＋２ｅ）。ここで、電離とは、分子、原子、イオン等から電子が離れることを意味する。本実施形態では、大気中の酸素分子に電離を生じさせて得られる電子やイオンを被帯電物に到達させることにより、被帯電物を帯電させる。
【００７５】
また、大気中の酸素分子に解離が生じる電界強度の閾値（解離発生閾値）ＴＨ２は１．２５ＭＶ／ｍである。つまり、大気中の酸素分子に１．２５ＭＶ／ｍ以上の電界を印加すると解離が生じる（Ｏ２＋ｅ→２Ｏ＋ｅ）。ここで、解離とは、分子やイオン等がそれより小さい分子、原子、イオン等に分かれることを意味する。なお、電界強度が３ＭＶ／ｍ以上の場合には、酸素分子の電離だけでなく解離も生じ得るが、解離が生じる頻度よりも電離の頻度の方が圧倒的に高くなるため、以下の説明では、便宜上、３ＭＶ／ｍ以上の電界強度では解離は発生せず電離のみが生じるものとして説明する。
【００７６】
ところで、大気中の酸素分子Ｏ２が解離して酸素原子Ｏが生じると、この酸素原子が酸素分子と結びついてオゾンＯ３が生成される（Ｏ２＋Ｏ＋Ｍ→Ｏ３＋Ｍ（Ｍは第三体物質））。つまり、通常、酸素原子は大気中では酸素分子として存在しており、オゾンとしてはほとんど存在しないが、解離によって酸素原子が生じるとオゾンが生成される。なお、酸素原子が生じるとすぐにオゾンになるという訳ではないが、酸素原子の量が多くなると確率的にオゾンが生成される量も増える。このため、本実施形態では、解離を生じにくくすることにより（解離を抑制することにより）、酸素原子をできるだけ生成させないようにしてオゾン生成量を低減する。
【００７７】
図１は、針電極１と被帯電物１との間に電圧を印加したときに針電極２１の先端部付近に生じる電離領域Ａ１および解離領域Ａ２を模式的に示した説明図である。
【００７８】
図１に示すように、針電極２１は先端が円錐状（尖端形状）をしており、この針電極２１に電圧を印加すると先端部に高電界が集中する。そして、電界強度の分布状態は、針電極２１の先端部に近い領域ほど電界強度が強くなり、先端部から離れるにつれて電界強度が弱くなる。したがって、針電極２１に上記所定の直流電圧を印加した場合、図１に示すように、針電極２１の先端部付近に電解強度が電離発生閾値ＴＨ１以上の領域である電離領域Ａ１が生じ、この電離領域Ａ１を取り囲むように電解強度が解離発生閾値ＴＨ２以上ＴＨ１未満の領域である解離領域Ｓ２が生じる。
【００７９】
図６は、針電極２１からの距離（針電極２１と被帯電物１とを最短距離で結ぶ直線上におけるイオン放出電極２１の先端から被帯電物１側への距離）と、電界強度との関係を示すグラフである。
【００８０】
なお、図６では、針電極２１として、根元部が直径１ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状であり、先端部が長さ２ｍｍ、先端曲率半径５μｍの円錐形状であるステンレス製の針電極を用いた。また、図６には、針状電極に代えて、鋸歯電極を用いた場合のデータも示している。この鋸歯電極としては、鋸歯を構成する刃の１つが、根元部が幅６０μｍ、長さ２ｍｍ、厚さ２００μｍであり、曲率半径１０μｍの先端に向かって尖っていく形状のステンレス製の電極を用いた。また、針状電極を用いた場合および鋸歯電極を用いた場合のいずれの場合についても、電極と被帯電物との間に印加する電位差を−３ｋＶとし、電極と被帯電物との間隔を１０ｍｍとした。
【００８１】
この図に示すように、いずれの電極を用いた場合にも、電極から離れるほど電界強度が低下していく。ただし、電極形状によって、電極近傍の電界強度、および電極からの距離が増加したときの電界強度の低下の度合いが異なる。具体的には、針状電極の場合、鋸歯電極よりも、電極近傍において電界強度が非常に強くなり、電極からの距離が増加すると電界強度が急激に低下する。逆に、鋸歯電極の場合、針状電極よりも、電極近傍における電界強度が小さく、電極からの距離が増加すると電界強度が緩やかに低下していく。
【００８２】
このため、図６に示したように、針電極の場合と鋸歯電極の場合とで電離領域の範囲（電界強度が３ＭＶ／ｍ以上である範囲（電極からの距離））が同じ場合であっても、解離領域の範囲（電界強度が１．２５ＭＶ／ｍ以上３ＭＶ／ｍ未満である範囲）については針電極の方が狭くなる。このことは、電離領域の範囲が同じなのでイオンの発生量が略同様であるものの、オゾンの発生量が異なる（鋸歯電極の方が針電極よりもオゾン発生量が多い）ことを意味する。したがって、電極からの距離の増加に伴って電解強度が急激に低下する形状の電極を用いることにより、十分な量のイオンを発生させて被帯電物を帯電させるともに、オゾン発生量を低減することができることがわかる。
【００８３】
本実施形態では、電極からの距離の増加に伴う電界強度の低下の度合いを評価するために、解離領域Ａ２における平均電解強度Ｅ２と解離領域Ａ２の面積（電極先端と被帯電物とを最短距離で結ぶ直線を含む平面の面積）Ｓ２との積Ｅ２・Ｓ２と、電離領域Ａ１における平均電解強度Ｅ１と電離領域Ａ１の面積（電極先端と被帯電物とを最短距離で結ぶ直線を含む平面の面積）Ｓ１との積Ｅ１・Ｓ１との比Ｅ２・Ｓ２／Ｅ１・Ｓ１を用いて評価する。上記の比（Ｅ２・Ｓ２／Ｅ１・Ｓ１）の値が小さい程、酸素分子が電離する量に対して酸素分子が解離する量が少なくなることを意味する。すなわち、上記比の値が小さいほど、イオン発生量に対してオゾン発生量が少ないことを意味する。したがって、上記比の値が小さいほど、同じイオン発生量を得る条件ではオゾン発生量が少なくなり、また同じオゾン発生量でより多くのイオンを発生させることができ、帯電性能を高くできることを意味する。
【００８４】
次に、電極の形状と、上記の比との関係を調べるために行ったシミュレーションの結果について説明する。
【００８５】
このシミュレーションでは、以下に示す３種類の電極を用いた。また、電極先端から被帯電物までの距離は１０ｍｍとした。
（実施例１）根元部が直径１ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状であり、先端部が長さ２ｍｍ、先端の曲率半径が５μｍの円錐形状であるステンレス製の針電極。
（実施例２）根元部が直径１ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒状であり、先端部が長さ２ｍｍ、先端の曲率半径が５０μｍの円錐形状であるステンレス製の針電極。
（比較例３）鋸歯を構成する刃の１つが、根元部が幅６０μｍ、長さ２ｍｍ、厚さ２００μｍであり、先端部が曲率半径１０μｍの先端に向かって尖っていく形状のステンレス製の鋸歯電極。
【００８６】
シミュレーションツールとしては、プリポストソフト（解析モデル作成,メッシュ作成,境界条件設定などの前処理、および解析結果の整理,分析等の後処理を行うソフトウェア）としてエヌ・エス・ティ社のＦｅｍａｐを用い、電場解析ソフトとしてフォトン社のＶＯＬＴを用いた。
【００８７】
なお、電離領域Ａ１内および解離領域Ａ２内では、場所によって電界強度が異なっている（針電極２１に近いほど電界強度が強く、針電極２１から離れるほど電界強度が弱くなるように電界強度が分布している）が、本実施形態では電離領域Ａ１における平均電界強度Ｅ１および解離領域Ａ２における平均電界強度Ｅ２を用いて針電極２１の条件を規定する。
【００８８】
具体的には、まず、針電極２１および被帯電物１に当接する空間を含む領域（針電極２１と被帯電物１とを最短距離で結ぶ直線を含む平面における領域（二次元領域））を多数の微小領域（メッシュ）に分割した。そして、針電極２１と被帯電物１との間に電圧を印加したときの各微小領域の電界強度を算出し、電離領域Ａ１および解離領域Ａ２を特定した。そして、電離領域Ａ１に含まれる各微小領域の電界強度と当該各微小領域の面積とを乗算し、電離領域Ａ１に含まれる各微小領域についての乗算結果を加算し、電離領域Ａ１の面積Ｓ１で除算することで平均電界強度Ｅ１を算出した。つまり、電離領域Ａ１に含まれる微小領域の数をｎ、電離領域Ａ１に含まれる微小領域をΔＡ１ｉ（ｉは１以上ｎ以下の整数）、各微小領域の電界強度をΔＥ１ｉ、各微小領域の面積をΔＳ１ｉとすると、電離領域Ａ１の平均電界強度Ｅ１は、下記式で表される。
【００８９】
【数１】
2009003129.tif 000003
【００９０】
同様に、解離領域Ａ２に含まれる各微小領域の電界強度と当該各微小領域の面積とを乗算し、解離領域Ａ２に含まれる各微小領域についての乗算結果を加算し、解離領域Ａ２の面積Ｓ２で除算することで平均電界強度Ｅ２を算出した。解離領域Ａ２に含まれる微小領域の数をｍ、解離領域Ａ２に含まれる微小領域をΔＡ２ｉ（ｉは１以上ｍ以下の整数）、各微小領域の電界強度をΔＥ２ｉ、各微小領域の面積をΔＳ２ｉとすると、解離領域Ａ２の平均電界強度Ｅ２は、下記式で表される。
【００９１】
【数２】
2009003129.tif 000004
【００９２】
なお、電離領域Ａ１における電界強度を電界強度の大きさに応じた複数の区間（例えば０．５ＭＶ／ｍおきに）区切り、各区間における電界強度の平均値である区間平均値を算出するとともに、各区間に該当する微小領域の面積を加算することで各区間の面積を求め、電界強度の各区間平均値と各区間の面積とを乗算し、全ての乗算結果を加算したものを電離領域の面積Ｓ１で除算することで平均電界強度Ｅ１を算出してもよい。同様に、解離領域Ａ２における電界強度を電界強度の大きさに応じた複数の区間（例えば０．５ＭＶ／ｍおきに）区切り、各区間における電界強度の平均値である区間平均値を算出するとともに、各区間に該当する微小領域の面積を加算することで各区間の面積を求め、電界強度の各区間平均値と各区間の面積とを乗算し、全ての乗算結果を加算したものを解離領域の面積Ｓ２で除算することで平均電界強度Ｅ２を算出してもよい。
【００９３】
図７は上記のシミュレーション結果を示すグラフである。この図に示すように、実施例１または実施例２の電極を用いた場合、電極と被帯電物との間の電位差が−１．０ｋＶ〜−７．０ｋＶ（電極と被帯電物との間の印加電圧の大きさが１．０ｋＶ以上７．０ｋＶ以下）の広い範囲で上記の比を２以上５以下の低い値にすることができた。また、実施例２よりも先端の曲率半径が小さい実施例１の針電極を用いた場合の方が、上記の比の値を小さくできた。一方、比較例１の鋸歯電極を用いた場合、上記の比の値は電極と被帯電物との間の電位差を−７．０ｋＶ（印加電圧の大きさを７．０ｋＶ）にした場合であっても１１以上の大きな値となった。したがって、実施例１および実施例２の電極を用いることにより、比較例１の電極を用いる場合よりも、オゾン発生量を低減できることがわかる。
【００９４】
ところで、電極と被帯電物との間に印加する電圧（電極と被帯電物との間の電位差の絶対値）を大きくするほど、上記の比の値は小さくなる。そして、上記の比の値は、小さい値であるほどイオン発生量に対するオゾン発生量の割合を小さくできる。しかしながら、電圧を大きくしすぎると、オゾン発生量の割合を小さくできる一方で、電極の磨耗の進行が促進されて電極の磨耗が促進されて電極の耐用年数が短くなり、経時的に安定したイオン発生を行えなくなる（帯電を行えなくなる）という問題が生じる。図８は、上記の比の値とオゾン発生量との関係、および上記の比の値と電極磨耗速度との関係を示したグラフである。
【００９５】
このため、上記の比の値が、感光体を所定の電位に帯電させることができる量のイオンを発生でき、かつオゾン発生量を所定値以下に低減することができ、かつ電極の磨耗速度を所定値以下に抑えることができる範囲になるように、電極形状および印加電圧を設定することが好ましい。
【００９６】
具体的には、電極形状としては、鋸歯電極よりも上記の比の値を小さくしてオゾン発生量を低減できるので、針電極を用いることが好ましい。また、先端の曲率半径が小さいほど上記の比の値を小さくしてオゾン発生量を低減できるので、先端の曲率半径が小さい針電極を用いることが好ましい。ただし、先端の曲率半径が小さすぎると耐磨耗性が低下してしまうので、適度な耐摩耗性を有する範囲の曲率半径を有することが好ましい。例えば、ステンレスの針電極を用いる場合、電極先端の曲率半径は５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
【００９７】
また、図７に示したように、上記の比の値が５以上（印加電圧の大きさが２．０ｋＶ未満）だと、上記の比の値が非常に大きくなる。また、印加電圧の大きさが２．０ｋＶ未満の場合には、感光体を所定の電位（本実施形態では−６００Ｖ）に帯電させるための十分なイオンを発生させることができず、印加電圧の大きさを２．０ｋＶ以上にすることで感光体を所定の電位に帯電させることができる。したがって、上記の比の値が５以下になるように印加電圧を設定することが好ましい。
【００９８】
また、図７に示したように、印加電圧の大きさを増加させることで上記の比の値を小さくできるものの、上記の比の値が２を超えると、それ以上印加電圧の大きさを増加させても上記の比の値はほとんど低下しない。つまり、印加電圧の大きさが７．０ｋＶを超えると、電圧の増加量に対する上記比の値の低下量は小さくなり、印加電圧の大きさを増加させても上記の比の値はほとんど低下しなくなる。また、印加電圧の大きさが７．０ｋＶを超えると電極の磨耗が激しくなる（電極の摩耗速度が非常に大きくなる）。このため、上記の比の値が２以上になるように印加電圧を設定することが好ましい。
【００９９】
以上のように、本実施形態では、電極先端の形状（曲率半径）および電極に対する印加電圧を、２≦（Ｅ２・Ｓ２）／（Ｅ１・Ｓ１）≦５を満たすように設定する。
【０１００】
これにより、（Ｅ２・Ｓ２）／（Ｅ１・Ｓ１）の値が５よりも大きい場合に比べて電離領域に対する解離領域の大きさを小さくすることができ、イオン発生量に対するオゾンや窒素酸化物等の発生量の割合を小さくできる。したがって、被帯電物を均一に帯電させるために必要な量のイオンを効率的に発生させるとともに、オゾンや窒素酸化物等の発生量を低減できる。また、（Ｅ２・Ｓ２）／（Ｅ１・Ｓ１）の値が２未満の場合に比べて、帯電用電極の磨耗速度（劣化速度）を低減できる。したがって、安定した帯電を長期間に渡って継続して行うことができる。
【０１０１】
また、本実施形態では、針電極２１と被帯電物１との間に電圧を印加することで針電極２１の周囲にイオンを発生させ、このイオンによって被帯電物を帯電させている。これにより、針電極２１と被帯電物１との間に放電を生じさせて被帯電物１を帯電させる場合に比べて、オゾンや窒素酸化物等の発生量を大幅に低減できる。なお、針電極２１と被帯電物１との間に放電を生じさせないためには、針電極２１と被帯電物１との間に印加する電圧をＶ（ｋＶ）、針電極２１と被帯電物１との間の距離（ギャップ）をｇ（ｍｍ）とすると、Ｖ／ｇ＜３．０の関係を満たすようにすればよい。これにより、針電極２１と被帯電物１との間に放電が生じることを防止できる。また、針電極２１と被帯電物１との間の距離（ギャップ）をｇ（ｍｍ）としたときに、Ｖ＜３１２＋６２００ｇを満たすように印加電圧Ｖおよびギャップｇを設定してもよい。これにより、印加電圧Ｖを、Ｐａｓｃｈｅｎ（パッシェン）の法則における放電開始条件に相当する電圧よりも小さくすることができ、針電極２１と被帯電物１との間に放電が生じることを防止できる。
【０１０２】
なお、本実施形態では、帯電用電極として針電極を用いる場合について説明したが、帯電用電極の形状は針電極に限るものではなく、（Ｅ２・Ｓ２）／（Ｅ１・Ｓ１）の値を上記範囲内にすることができる形状であればよい。換言すれば、本実施形態では、（Ｅ２・Ｓ２）／（Ｅ１・Ｓ１）の値の範囲によって電極形状および印加電圧の条件を規定している。これにより、形状が異なる電極を用いる場合であっても、十分な量のイオンを発生させるとともにオゾン発生量を抑制することができ、かつ長期間にわたって安定した帯電を行うための条件を適切に規定できる。
【０１０３】
また、本実施形態では、針電極２１を複数備えた構成について説明したが、これに限らず、針電極２１を１本のみ備えた構成としてもよい。
【０１０４】
また、本実施形態では各針電極２１のピッチｐを１０ｍｍとしているが、これに限るものではない。ただし、各針電極２１間のピッチｐが２５ｍｍよりも大きい場合、各針電極２１の尖端部周囲で発生したイオンが空気中に分散しやすくなり、感光体を効率よく帯電させることができなくなる。また、各針電極２１間のピッチが４ｍｍよりも小さい場合、電極間で放電が生じやすくなる。このため、上記ピッチｐの値は、４ｍｍ以上２５ｍｍ以下であることが好ましい。
【０１０５】
また、本実施形態では、針電極２１として、尖端部を含む側の端部が尖端部を通る軸に対して軸対称な形状の電極を用いている。これにより、尖端部の周囲に軸対称な電界を形成でき、イオン発生量の分布を軸に垂直な平面において略均一にすることができるので、感光体における尖端部との対向部を略均一に帯電させることができる。また、被帯電物を均一に帯電させるための各針電極２１の配置（ピッチ）を容易に決定することができる。
【０１０６】
また、本実施形態では、２次元モデルを用いて電極周囲の電界強度を評価し、電離領域Ａ１の面積Ｓ１および解離領域Ａ２の面積Ｓ２を用いて電極形状と印加電圧との条件を規定している。このように、２次元モデルを用いることにより、電極形状および印加電圧の最適な条件を容易かつ適切に評価できる。ただし、これに限らず、三次元モデルを用いて評価しでもよい。この場合には、三次元の解離領域Ａ２’の体積Ｖ２と電離領域Ａ２'における平均電界強度Ｅ２’との積と、三次元の電離領域Ａ１’の体積Ｖ１と電離領域Ａ１'における平均電界強度Ｅ１’との積との比、すなわち「（Ｅ２’×Ｖ２）／（Ｅ１’×Ｖ１）」の値の範囲を、被帯電物を適切に帯電させることのできる量のイオンを発生させることができ、かつオンの発生量を低減することができ、かつ帯電用電極の磨耗速度を抑制することができる範囲に設定すればよい。
【０１０７】
なお、本実施形態では、感光体ドラム１が帯電装置１０とは別に備えられているものとして説明したが、感光体ドラム１と帯電装置１０とを含めた構成を本発明の一実施形態にかかる帯電装置とみなすこともできる。
【０１０８】
また、本実施形態では、電子写真方式の画像形成装置に備えられる感光体ドラム１を帯電させるための帯電装置について説明したが、被帯電物は感光体ドラム１に限るものではない。例えば、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（帯電装置）、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（帯電装置）、感光体上のトナー像あるいは中間転写体上に転写されたトナー像を帯電させるための帯電装置（転写前帯電装置）などに適用してもよい。
【０１０９】
図１０は、図２に示した複写機（画像形成装置）１００の構成に加えて、感光体上のトナー像を中間転写ベルトへの転写前に帯電させるための帯電装置１０ａ、および中間転写ベルト上のトナー像を転写させるための帯電装置１０ｂを設けた場合の構成例を示す断面図である。帯電装置１０ａおよび１０ｂとしては、上記した帯電装置１０と同様のものを用いることができる。帯電装置１０ａによって感光体上のトナー像を転写前に帯電させることにより、感光体上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ことができ、トナー像を中間転写ベルトに安定して転写することができる。また、帯電装置１０ｂによって中間転写ベルト上のトナー像を記録材への転写前に帯電させることにより、中間転写ベルト上に転写されたトナーの帯電量が低下してトナーの落下や飛散が生じることを防止できる。
【０１１０】
また、被帯電物は、画像形成装置内の部材やトナー像等に限るものではなく、被帯電物を被接触で帯電させる構成であれば適用できる。
【０１１１】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明は、被帯電物を非接触で帯電（あるいは除電）させる帯電装置であれば適用できる。例えば、感光体等の被帯電物を帯電させる帯電装置、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（帯電装置）、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（帯電装置）などに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の一実施形態にかかる帯電装置において、電極先端に発生する電離領域および解離領域を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる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帯電装置の正面図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる帯電装置による帯電のメカニズムを模式的に示した説明図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる帯電装置における電極先端からの距離と電界強度との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態にかかる帯電装置における、印加電圧と、解離領域の平均電界強度と解離領域の面積との積と電離領域の平均電界強度と電離領域の面積との積との比との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態にかかる帯電装置における、解離領域の平均電界強度と解離領域の面積との積と電離領域の平均電界強度と電離領域の面積との積との比とオゾン発生量との関係、および上記の比と電極磨耗速度との関係を示したグラフである。
【図９】従来のコロナ放電を用いた帯電装置による帯電のメカニズムを模式的に示した説明図である。
【図１０】本発明の一実施形態にかかる画像形成装置の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１  感光体ドラム（被帯電物）
１０  帯電装置（主帯電装置）
１０ａ  帯電装置（転写前帯電装置）
１０ｂ  帯電装置（転写前帯電装置）
２０  マイナスイオン発生素子
２１  針電極（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（電圧印加手段）
２６  グリッド電極（制御用電極）
２７  高圧電源（制御用電圧印加手段）
【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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