JP2009042317A - イオン発生素子、イオン発生素子の製造方法、帯電装置、および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】イオン発生素子21の放電電極1は、誘電体4と接する表面以外の表面が、ガラス系材料を主成分とする保護層6aによって被覆されている。
【選択図】図1
Description
以下、本発明のイオン発生素子、帯電装置およびこれを備えた画像形成装置についての一実施形態を、図1〜4に基づいて、具体的に説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
次に、本発明のイオン発生素子を用いた実施例、参考例および比較例について説明する。ここでは、イオン発生素子21の構成あるいは作製方法とその特性との関係について説明する。まず、以下の構成条件(パラメータ)を変えて、実施例、参考例および比較例のイオン発生素子(実施例、参考例1〜7、比較例)を作製し、これらを用いて、放電均一性、画質均一性、耐久性の3点について評価を行った。なお、各イオン発生素子は、以下に記載されていない条件については、上記実施の形態で説明した製造方法、サイズにて作製した。
(1)保護層
放電電極1上の保護層(コート層)を、設けたもの、設けないものを作製した。参考例1〜4,6,7では、保護層を設けなかった。実施例、参考例5および比較例では、保護層を設けた。
放電電極1の印刷を、WIP工程前、あるいはWIP工程後に行った。ここで、上記実施の形態で説明したように、イオン発生素子21は、上部誘電体4aと下部誘電体4bとをプレスジグにより圧着(WIP)することで作製される。ここで、上部誘電体4aにはスクリーン印刷により放電電極1が形成されるが、WIP工程後に放電電極1を形成した場合、図5(a)に示すように、放電電極1は上部誘電体4aの上面から露出した状態で形成される。他方、放電電極1を形成した後、WIP工程を行った場合、図5(b)に示すようにプレスジグによる圧力が加わることによって放電電極1が上部誘電体4a内部に埋もれた状態で形成される。参考例2〜7、および実施例は、WIP工程前に放電電極1を形成した。つまり、参考例2〜7、および実施例では、放電電極1が上部誘電体4a内部に埋もれた状態で形成される。参考例1および比較例は、WIP工程後に放電電極1を形成した。
放電電極1の形状は、図6(a−2)あるいは(b−2)に示すように、長方形状のベース部1a縁辺から複数の先鋭部を有する放電部1bが突出した鋸歯形状を成している。つまり、放電部1bは、放電電極1の長手方向と垂直かつ放電電極1の積層方向に垂直な方向にベース部1aから突出している。ここで、放電電極1の長手方向と垂直かつ放電電極1の積層方向に垂直な方向における放電部1bを含んだ放電電極1全体の幅をH、放電電極1の長手方向と垂直かつ放電電極1の積層方向に垂直な方向におけるベース部1aの幅をWとし、以下の(a),(b)のようにHとWとの幅を変えて、W/Hの値の異なる2種類の形状のイオン発生素子を作製した。
(a)H=300μm、W=100μm、W/H=0.33(図6(a−2)参照)
(b)H=500μm、W=300μm、W/H=0.6(図6(b−2)参照)
参考例1,2および比較例は、W/H=0.33となるよう、参考例3〜7、実施例は、W/H=0.6となるよう作製した。
誘導電極2の形状としては、図6(a−1)および(a−2)に示すように、放電電極1と全てオーバーラップする(積層方向に投影すると、投影された放電電極1と誘導電極2とは重なっている)よう面状に形成したもの、あるいは、図6(b−1)および(b−2)に示すように、放電電極1と全くオーバーラップしない(積層方向に投影すると、投影された放電電極1と誘導電極2とは重なっている領域がない)よう、放電電極1の周囲を囲むようにU字状に形成したもの、の異なる2種類のイオン発生素子を作製した。
保護層6の材料(コート材)は、以下の3種類を用いた。
(a)LTCC(高粘度コート材)
誘電体4と同じLTCCを有機溶剤によりペースト状にしたもの(粘度300Pa・s)をスクリーン印刷にて形成し、誘電体4(セラミック基板)と同時に焼成し、LTCCの保護層6b形成した。なお、保護層6bの厚みは10〜20μmであり、触針式の表面粗さ計を用いて、保護層6bの境界部分の段差を測定することで求めた。比較例では、このように保護層6として、LTCCの保護層6b形成した。
(b)二酸化珪素(低粘度コート材)
誘電体4(セラミック基板)を焼成後、ガラス系材料(二酸化珪素)を主成分とする低粘度の保護層材料をディッピングで放電電極1上に塗布し焼成し、二酸化珪素を主成分とする保護層(ガラス系材料を主成分とする保護層)6a形成した。この低粘度の保護層6a材料としては、本実施例では大阪有機化学工業社製のガラス系コーティング材料(商標名:スカイミック、品種:HRC−クリア−、粘度4.8mPa・s)を用いた。なお、スクリーン印刷された保護層材料は誘電体4と同時に焼成されるが、上記ディッピングによるコート材の焼成温度は150〜200℃と誘電体の焼成温度(約850℃)より低いため、誘電体4を焼成した後、ディッピング処理し200℃で焼成した。この二酸化珪素を主成分とする保護層6aの厚さは約4μmで、コーティング前後のイオン発生素子21の重量変化から換算して求めた。実施例では、このように保護層6として、ガラス系材料(二酸化珪素)を主成分とする保護層6a形成した。
(c)ニッケルおよび金
誘電体4(セラミック基板)を焼成後、電解メッキ法により、放電電極1上にニッケルおよび金の保護層6cを形成した。保護層6cの厚さとしては、ニッケルが3〜4μm、金が約0.2μmで、トータルとしてはほぼ4μmの厚さとなった。参考例5では、このように保護層6として、ニッケルおよび金の保護層6c形成した。
放電電極1材料は、以下の3種類を用い、いずれもスクリーン印刷により誘電体4上に形成した。
(a)銀パラジウムを主成分としたペースト材料
(b)金を主成分としたペースト材料
(c)タングステンを主成分としたペースト材料
放電電極1材料として、参考例1〜5、実施例および比較例では、銀パラジウムを主成分としたペースト材料、参考例6では、金を主成分としたペースト材料、参考例7では、タングステンを主成分としたペースト材料を用いた。なお、銀パラジウムや金の場合は、誘電体4としてLTCC基板を用い、タングステンの場合は焼成温度の関係から、誘電体4としてアルミナ基板を使用した。
(1)放電均一性
イオン発生素子21の放電均一性の評価方法について、図7及び図8を用いて説明する。図7はイオン発生素子21の放電分布を測定する測定装置300を示した図であり、図7(a)は上方から、図7(b)は正面から見た図である。測定装置300は、測定電極301、対向電極3、測定電極移動機構302、モータ303、並びに電流計304からなる。
上記で作製した各イオン発生素子を記録転写前帯電手段130に用いた場合の画質均一性について評価した。具体的には、作製した各イオン発生素子を用いて記録転写前帯電手段130を形成し、これら記録転写前帯電手段130を、画像形成装置200であるシャープ製のカラー複合機MX−4500に適用した。なお、この記録転写前帯電手段130では、放電電極と転写ベルトとのギャップgが5mmとなるように、イオン発生素子21が転写ベルト41と対向して配置され、対向電極3が転写ベルト41に密着して転写ベルト41を介して放電電極1と対向するように配置されている。このような状態で、パルス状の電圧を、対向電極3に約10μAの対向電極電流が流れるように、放電電極1に印加した。このとき、画像形成装置200ではハーフトーン画像が記録紙に印字され、記録紙のハーフトーン画像の均一性について、目視による評価(6段階)を行った。すなわち、ハーフトーン画像の画質(均一性)を損なう白すじや黒すじのレベルやその数に着目して評価を行い、ハーフトーン画像の均一性の良好な順に、「◎」、「○」、「○△」、「△」、「△×」、「×」として評価した。
イオン発生素子の耐久性の評価方法について、図9を用いて説明する。図9はイオン発生素子21の耐久性を評価する評価装置400を示した図である。評価装置400は、対向電極3及び電流計401からなる。対向電極3はステンレス製の電極であり、電流計401を介して接地されることで、対向電極3に流れ込む放電電流を測定できるよう構成されている。また、対向電極3に対し、所定の間隔(g=5mm)離れた位置に、保持部材(図示せず)によってイオン発生素子21が固定される。
以上の様に作製した各イオン発生素子の条件と、これら各イオン発生素子の評価実験の結果を表1に示す。なお、比較例は従来のイオン発生素子の構成に基づくものであり、実施例は本発明に係るイオン発生素子の構成に基づくもの、参考例1〜7は、本発明の参考形態に係るイオン発生素子の構成に基づくものである。
比較例及び参考例1との比較結果から、LTCCの保護層6bを設けるよりも、保護層が無い方が、放電均一性、画質均一性共に大幅に向上することがわかる。この理由について、図1(b)および(c)を用いて説明する。放電の均一性は、保護層6の均一性に影響され、保護層6が薄かったり、保護層6にピンホールやクラック、ボイド等があると、放電過多(黒筋状の画像欠陥)となり、また、保護層6が厚いと放電過少(白筋状の画像欠陥)となる。
参考例1及び参考例2との比較結果から、WIP工程後に放電電極1を印刷する(参考例1)よりも、WIP工程前に放電電極を印刷する(参考例2)方が耐久性が向上することがわかる。ここで、WIP工程前に放電電極1を印刷した方が、耐久性が向上する理由を説明する。図5に示したように、WIP工程後に放電電極を印刷した場合、放電電極1の放電部1b先端は誘電体(セラミック基板)上面より露出した状態で形成されるのに対して、WIP工程前に放電電極1を印刷した場合は、WIP工程によって放電電極1が誘電体4(セラミック基板)内に埋め込まれるため、放電電極1の放電部1b先端は誘電体4内部に埋もれた状態で形成されることになる。放電電極1が誘電体4内部に埋もれている場合、従来のように露出している場合に比べて、放電エネルギーが集中する(電気力線が集中する)放電部1b先端が、誘電体4によって保護されることになるため耐久性が向上し、より長寿命化を図ることができる。
参考例2及び参考例3との比較結果から、放電電極1形状としては、放電電極1全体の幅Hに対するベース部1aの幅Wの割合、すなわちW/Hを大きくした方が、耐久性が向上することがわかる。W/Hを大きくした方が、耐久性が向上する理由について図10を用いて説明する。放電電極1に保護層6がなく、放電電極1材料として銀パラジウムなどの酸化しやすい材料を用いた場合、図11に示すように、放電エネルギーによって経時的に放電電極1が酸化(黒色化)していく。この酸化現象は、放電エネルギーの強さやライフ設定など、使用条件によっては放電部1bのみならずベース部1aまで進行することもある。よって、参考例2のようにW/H=0.33とベース部1aの幅が狭いと、ベース部1aまで酸化の影響が及んでしまう。酸化した部分は電気抵抗値が上昇するため、図10(a)に示すようにベース部1aまで酸化が進行してしまうと、放電部1bに均一に電流が供給できなくなり、放電ムラが発生したり、ひどい場合は断線に至ってしまう。
参考例3及び参考例4との比較結果から、誘導電極2形状としては、面状(放電電極とのオーバーラップ有り)よりもU字状(放電電極とのオーバーラップ無し)とした方が、耐久性が向上することがわかる。
(1)二酸化珪素(低粘度コート材)
比較例と実施例との比較結果から、保護層6としては、セラミック系材料(LTCC)をスクリーン印刷したものよりも、ガラス系材料(二酸化珪素をディップ処理したものの方が、放電均一性や画質均一性に優れることがわかる。
参考例4と参考例5の結果から、放電電極1にメッキ処理によりニッケルおよび金の保護層6cを設けた場合、保護層6を設けない場合に比べて放電均一性や画質均一性が更に向上することがわかる。この理由について、図11を用いて説明する。図11はイオン発生素子21の断面を長尺方向に見た図である。前述のように、放電電極1も保護層6と同様にスクリーン印刷で形成されるため、図11に示すように、放電電極1の内部にもボイドが存在する。
参考例4と参考例6、7との比較結果から、放電電極1に銀パラジウムを主成分とした材料を用いた場合(参考例4)に比べ、金(参考例6)やタングステン(参考例7)を主成分とした材料を用いた方が耐久性が向上することがわかる。これは、金やタングステンは、銀や銀パラジウムを主成分とする材料に比べて酸化しにくく、放電による劣化が小さいためである。
2 誘導電極
3 対向電極
4 誘電体
4a 上部誘電体(誘電体)
4b 下部誘電体
6 コート層
6a ガラス系材料を主成分とするコート層
6b LTCCのコート層
6c ニッケルおよび金のコート層
7 放電電圧印加手段(電圧印加手段)
11 被帯電体
12 トナー
20 イオン発生手段
21 イオン発生素子
31 感光体(静電潜像担持体)
41 転写ベルト
100 帯電装置
110 潜像形成前帯電手段(帯電装置)
120 中間転写前帯電手段(帯電装置)
130 記録転写前帯電手段(帯電装置)
200 画像形成装置
Claims (9)
- 誘電体上に形成された放電電極と、前記誘電体の前記放電電極が形成された面と対向する面に形成された誘導電極とを備え、前記放電電極と前記誘導電極との間に電圧が印加されることにより、沿面放電に伴ってイオンを発生させるイオン発生素子であって、
前記放電電極は、前記誘電体と接する表面以外の表面が保護層によって被覆されており、
上記保護層は、ガラス系材料を主成分とする材料から成ることを特徴とするイオン発生素子。 - 前記放電電極は、金を主成分とする材料、またはタングステンを主成分とする材料から成ることを特徴とする請求項1記載のイオン発生素子。
- 前記放電電極の前記保護層によって被覆された面以外の面は、前記誘電体の内部に埋もれていることを特徴とする請求項1または2に記載のイオン発生素子。
- 前記放電電極と前記放電電極とをそれらの積層方向に投影すると、投影された前記放電電極と前記誘導電極とは重なる領域がないことを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載のイオン発生素子。
- 前記放電電極は、ベース部と、前記放電電極の長手方向と垂直かつ前記放電電極の積層方向に垂直な方向に前記ベース部から突出した放電部とからなり、
前記放電電極の長手方向と垂直かつ前記放電電極の積層方向に垂直な方向における前記ベース部の幅をW、前記放電電極の長手方向と垂直かつ前記放電電極の積層方向に垂直な方向における前記放電電極全体の幅をHとすると、
W/H≧0.6であることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載のイオン発生素子。 - 誘電体上に形成された放電電極と、前記誘電体の前記放電電極が形成された面と対向する面に形成された誘導電極と、前記放電電極と前記誘導電極との間に電圧が印加されることにより、沿面放電に伴ってイオンを発生させるイオン発生素子の製造方法であって、
前記放電電極の前記誘電体と接する表面以外の表面を被覆する保護層を、ディッピング或いはスプレー塗布により形成するコーティング処理工程を含むことを特徴とするイオン発生素子の製造方法。 - 請求項1から5の何れか1項に記載のイオン発生素子と、前記放電電極と前記誘導電極との間に電位差を与えるよう電圧を印加する電圧印加手段とを備えることを特徴とする帯電装置。
- 請求項7に記載の帯電装置を、静電潜像担持体を帯電させる帯電装置として備えることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項7に記載の帯電装置を、担持体上に担持されたトナーに電荷を与える転写前帯電用の帯電装置として備えることを特徴とする画像形成装置。
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