JP2002351195A

JP2002351195A - 帯電装置及びそれを用いたプロセスカートリッジ

Info

Publication number: JP2002351195A
Application number: JP2001157178A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sano; 潤一佐野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2002-12-04
Also published as: US20020181972A1; US6728501B2

Abstract

(57)【要約】【課題】帯電効率を高め、帯電に必要なエネルギーを
極力減らすと共に、オゾンの発生を低減し、非放電、非
接触にて帯電を行い、長寿命の帯電装置及びそれを用い
たプロセスカートリッジを提供する。【解決手段】導電性支持体（１００）上に負性電子親
和力を持つ物質によって膜（１０１）を形成し、被帯電
部材（１０３）と非接触に配置する。曲率を持つ被帯電
部材（１０３）に対しては、被帯電部材（１０３）との
間隙が一定となるような曲率を帯電装置（１０４）に持
たせる。また、負性電子親和力を持つ物質としてＤＬＣ
を用いる。さらに、本発明の帯電装置（１０４）を帯電
手段（１０５）として用い、感光体（１０７）と、現像
手段（１０６）、クリーニング手段（１０８）より選ば
れる少なくとも一つの手段を一体に支持し、画像形成装
置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジとして形
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリンタ
等の画像形成装置に用いる帯電装置又はプロセスカート
リッジに関するものであり、詳しくは、被帯電部材に近
接非接触配置され、被帯電部材を帯電する帯電装置及び
それを用いたプロセスカートリッジに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、複写機やレーザープリンタ等
の画像形成装置における画像形成技術では、感光体を帯
電するための帯電方法として、非接触帯電と接触帯電と
に大別される。

【０００３】非接触帯電の代表的なものとしてコロナ帯
電による帯電チャージャーがある。コロナ帯電には、コ
ロトロンまたはスコロトロンが使用される。これらは、
電荷を発生させるために５〜１０ＫＶの高電圧を印加さ
れ、コロナ放電を起こす。しかしながら、高電圧印加な
らびに放電によって電極に不純物が付着したり、電離時
に発生する活性種の衝突によるスパッタリングや酸化に
よって電極が劣化することにより、電離に伴いオゾンが
発生するようになる。オゾンは人体や環境への悪影響、
機体内部品の劣化などを引き起こす原因となる。また、
オゾンと、そこで発生した窒素酸化物が感光体に吸着す
ることで、画像ムラなどを発生させるという不具合があ
る。

【０００４】また、接触帯電である帯電ローラはコロナ
放電によるものであるが、放電が１００μｍ以下の微少
ギャップ領域で起こっているため、オゾン等の活性種発
生量は帯電チャージャーの１／１０程度となっている。
そのため、帯電ローラはオゾン発生の低減に有効である
が、接触して使用するため感光体上の汚れが付着しやす
く、汚れや汚れによる傷によって帯電不良が生じ、白ス
ジ等の異常画像が発生しやすい。

【０００５】特開平８−２７２１０９４号公報では、帯
電不良の防止を目的とした近接非接触帯電の技術を提案
している。上記技術では、導電性支持体として、金属、
または絶縁材料に金属コーティングや導電性塗料塗布を
施したものを用い、支持体上には抵抗層として、ポリプ
ロピレン、ポリエチレン等の樹脂またはシリコンゴム等
に、酸化チタン、炭素粉、金属粉等の導電性フィラーを
分散させたものを塗工し、これを帯電部材として用いて
ＡＣバイアスを印加し、近接非接触帯電を実現してい
る。また、ドラム状感光体に対して、周囲に複数の帯電
部材を配置することにより、帯電効率を上げている。し
かし、オゾンが少なからず発生する等の問題点があっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記問題点に鑑み、本
発明では、帯電効率を高め、帯電に必要なエネルギーを
極力減らすと共に、オゾンの発生を低減し、非放電、非
接触にて帯電を行い、長寿命の帯電装置及びそれを用い
たプロセスカートリッジを提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の本発明は、被帯電部材を帯電させる
帯電部材を配置する帯電装置において、前記帯電部材
が、導電性の支持体上に負性電子親和力を持つ物質によ
って膜を形成することを特徴とする帯電装置とする。請
求項２記載の本発明は、前記帯電部材を被帯電部材と非
接触に配置することを特徴とする請求項１に記載の帯電
装置とする。請求項３記載の本発明は、曲率を持つ被帯
電部材に対して、被帯電部材との間隙が一定となるよう
な曲率を持つことを特徴とする請求項１または２に記載
の帯電装置とする。請求項４記載の本発明は、負性電子
親和力を持つ物質としてＤＬＣ（ダイヤモンドライクカ
ーボン）を用いることを特徴とする請求項１乃至３のい
ずれかに記載の帯電装置とする。請求項５記載の本発明
は、感光体と、帯電手段、現像手段、クリーニング手段
より選ばれる少なくとも一つの手段を一体に支持し、画
像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジ
において、前記帯電手段は、請求項１乃至４のいずれか
に記載の帯電装置であることを特徴とするプロセスカー
トリッジとする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下より、本発明の実施の形態に
ついて、図に基づいて説明する。図１に本発明の帯電装
置の構成図を示す。導電性支持体（１００）上に、負性
電子親和力を持つ物質によって膜（１０１）を形成し、
導電性支持体（１００）に電圧源（２００）を接続し、
対向電極（１０２）を設ける。帯電装置（１０４）は、
対向電極（１０２）上に配置された被帯電部材（１０
３）と接触させずに間隙をとって配置する。被帯電部材
（１０３）は誘電率が高く、電荷を保持しやすい物質が
適している。

【０００９】電圧源（２００）により導電性支持体（１
００）に印加された電圧は負性電子親和力を持った膜
（１０１）に印加される。ここで、膜（１０１）のエネ
ルギーギャップと界面における空気との障壁の和を越え
たエネルギー（電界）を与えることで膜（１０１）より
電子放出が起こる。膜（１０１）より飛び出た電子は高
電界により対向電極に到達することで、被帯電部材（１
０３）が帯電される。導電性支持体（１００）に使用す
る物質は基本的に膜（１０１）とオーミック接続可能な
ものであれば問題ない。また、電位降下を極力防ぐため
に電気抵抗の小さい物質が望ましい。

【００１０】負性の電子親和力とは、物質のエネルギー
状態において伝導帯準位よりも真空準位が低い状態であ
る。この性質を持つと、物質のエネルギーギャップ分の
エネルギーを与えることで電子が真空準位に到達するた
めに、正の電子親和力を持つ物質のものより電子を放出
しやすい特性がある。したがって、導電性支持体上に負
性電子親和力を持った物質の膜を形成された帯電装置
は、低電圧下で電界電子放出による帯電を行うことがで
き、放電を起こさないために、オゾンの発生の低減が達
成できる。

【００１１】負性電子親和力をもつ物質は、グロー放電
を用いたＣＶＤ法（Chemical VaporDeposition：化学蒸
着法）、スパッタリング法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、
イオンビーム蒸着法、レーザーアブレーションなどの様
々な薄膜生成法を用いて作製することができる。

【００１２】負性電子親和力を持つ物質の代表例として
ＤＬＣ（Diamond Like Carbon：ダイヤモンドの性質に
近い炭素）が挙げられる。ＤＬＣは、シリコン（Ｓｉ）
や金属に比べ、硬さ、化学的不活性、熱伝導性、電子放
出特性及び放出安定性等の点において、電子放出材料と
して優れた物質として周知である。ＤＬＣ膜形成には、
１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以下の低圧下において圧力、
炭素原料組成比などでｓｐ^２とｓｐ^３成分の割合を可変
することができる、高周波プラズマＣＶＤ膜形成法が有
効である。また、ＤＬＣ膜は製膜装置や原料が安価で、
且つ、グラファイトやダイヤモンドに近い物性まで任意
に製膜制御することができるため、電界放出ディスプレ
ーや耐摩耗コーティングなど幅広い応用が可能であり、
多分野にわたり注目されている。したがって、導電性支
持体上にＤＬＣ膜を形成された本発明の帯電装置は、安
価に作製する事が可能であり、また、低電圧下で電界電
子放出による帯電を行うことができ、放電を起こさない
ため、オゾンの発生の低減が達成できる。

【００１３】図２は、曲率を持つ被帯電部材（１０３）
に対する帯電装置（１０４）の形状を示す概略図であ
る。（ａ）は平板の帯電装置（１０４）であり、（ｂ）
は被帯電部材（１０３）との間隙が一定となるような曲
率を持つ本発明の帯電装置（１０４）である。（ａ）で
は帯電装置と被帯電部材との間隙が一番小さい部分に電
界が集中し、その一部分でしか電子放出が起きないため
に効率が悪い。しかし、（ｂ）に示すような構造をとる
ことで帯電装置（１０４）全体に電子放出が起き、帯電
効率が向上するため、帯電に必要なエネルギーを極力減
らすことが可能となる。

【００１４】図３は、上述した本発明の帯電装置を、プ
ロセスカートリッジの帯電手段として用い、他の画像形
成手段と一体にしたものを示す概略構成図である。この
プロセスカートリッジは複写機やプリンター等の画像形
成装置本体に対して着脱可能に構成される。プロセスカ
ートリッジは帯電装置（１０４）による帯電手段（１０
５）、現像手段（１０６）、感光体（１０７）、クリー
ニング手段（１０８）より成り立っている。

【００１５】画像形成装置は、感光体（１０７）が所定
の周速度で回転駆動され、回転過程において、帯電手段
（１０５）により感光体（１０７）表面に正または負の
所定電位の均一帯電を受けた後、スリット露光やレーザ
ービーム走査露光等の像露光手段からの画像露光光を受
け、感光体（１０７）表面に静電潜像が順次形成され
る。形成された静電潜像は、次いで現像手段（１０６）
によりトナー現像され、現像されたトナー像は、給紙部
から感光体（１０７）と転写手段との間に感光体（１０
７）の回転と同期されて給送された転写材に、転写手段
により順次転写されていく。像転写を受けた転写材は感
光体（１０７）面から分離されて像定着手段へ導入され
て像定着され、装置外へ排出される。像転写後の感光体
（１０７）の表面は、クリーニング手段によって転写残
りトナーの除去を受けて清浄面化され、更除電された
後、繰り返し画像形成に使用される。

【００１６】＜実施例１＞負性電子親和力を持つ物質の
特性を把握するために、ＤＬＣと鏡面ｎ型シリコンの電
子放出特性を調べた。膜の形成には高周波プラズマＣＶ
Ｄ膜形成法を用い、原料としてメタンと水素の混合気体
より、アルミニウムの支持体上に膜形成を行った。な
お、膜厚は約１μｍであった。図４に電子放出特性を調
べる実験装置を示す。電流計（３００）と電圧計（３０
１）を配置し、電子放出電流とＤＣ印加電圧との関係を
求めた。帯電装置（１０４）と被帯電部材（１０２）と
の隙間は約２００μｍであり、大気圧もとで帯電装置
（１０４）側に負電圧を印加して測定を行った。図５に
電子放出電流とＤＣ印加電圧の特性例を示す。ＤＬＣは
シリコンよりも低電圧で電界電子放出が発生し、負性電
子親和力を持つ物質は電界電子放出に有利であることが
わかった。

【００１７】＜実施例２＞帯電装置（１０４）と被帯電
部材（１０２）とを図１に示すように配置し、帯電が起
きているか調べた。被帯電部材には絶縁体であるポリエ
チレンフィルムを用いた。条件は帯電装置と被帯電部材
の隙間を１００μｍとし、ＤＣ印加電圧を−２ＫＶとし
た。帯電後に被帯電部材表面を表面電位計で計測したと
ころ、約−０．５ＫＶで電荷が保持されていることを確
認した。

【００１８】＜実施例３＞曲率を持つ被帯電部材（１０
３）に対する、帯電装置（１０４）の形状による帯電特
性の違いを比較した。帯電装置（１０４）は図２に示す
ように、（ａ）平板の帯電装置（１０４）と、（ｂ）被
帯電部材（１０３）との間隙が一定となるような曲率を
持つ帯電装置（１０４）、を使用した。また、両者の表
面積は等しいものとし、被帯電部材（１０３）として直
径３０ｍｍの有機感光体を使用した。その結果、被帯電
部材（１０３）との間隙が一定の帯電装置（１０４）
は、均一に電界電子放出が起きるため、平板の帯電装置
（１０４）を用いたものよりも電界電子放出された電子
の量が多く、帯電開始時において電流が約５０％増加し
た。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の本
発明によれば、導電性支持体上に負性電子親和力を持つ
物質によって膜を形成することで、電界電子放出が低電
圧で起こり、正電子親和力を持つ物質よりも効率良く帯
電が可能であり、また放電を起こさないため、オゾンの
発生を低減した帯電装置を提供することができる。ま
た、請求項２記載の本発明によれば、帯電装置を被帯電
部材と非接触に配置することで、非接触で帯電すること
ができ、摩耗を起こさず、高耐久な帯電装置を提供する
ことができる。さらに、請求項３記載の本発明によれ
ば、曲率を持つ被帯電部材に対して間隙が一定となるよ
うな曲率を帯電装置に持たせることで、電界電子放出を
帯電装置全面で起こすことができ、効率の良い帯電が可
能な帯電装置を提供することができる。さらに、請求項
４記載の本発明によれば、負性電子親和力を持つ物質と
してＤＬＣを用いることで、安価な構成で良質な帯電装
置を提供することができる。さらに、請求項５記載の本
発明によれば、プロセスカートリッジにおいて請求項１
〜４の帯電装置を帯電手段とすることで、高耐久かつ環
境負荷が起きない優れたプロセスカートリッジを提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の帯電装置を示す構成図である。

【図２】曲率を持つ被帯電部材に対する帯電装置の形状
を示す概略図である。

【図３】本発明の帯電装置を、プロセスカートリッジの
帯電手段として用い、他の画像形成手段と一体にしたも
のを示す概略構成図である。

【図４】電子放出特性を調べる実験装置の回路図であ
る。

【図５】電子放出電流とＤＣ印加電圧の特性図である。

【符号の説明】

１００導電性支持体１０１（負性電子親和力を持つ）膜１０２対向電圧１０３被帯電部材１０４帯電装置１０５帯電手段１０６現像手段１０７感光体１０８クリーニング手段２００電圧源３００電流計３０１電圧計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被帯電部材を帯電させる帯電部材を配置
する帯電装置において、前記帯電部材が、導電性の支持体上に負性電子親和力を
持つ物質によって膜を形成することを特徴とする帯電装
置。
【請求項２】前記帯電部材を被帯電部材と非接触に配
置す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】曲率を持つ被帯電部材に対して、被帯電
部材との間隙が一定となるような曲率を持つことを特徴
とする請求項１または２に記載の帯電装置。
【請求項４】負性電子親和力を持つ物質としてＤＬＣ
（ダイヤモンドライクカーボン）を用いることを特徴と
する請求項１乃至３のいずれかに記載の帯電装置。
【請求項５】感光体と、帯電手段、現像手段、クリー
ニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段を一体に
支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカ
ートリッジにおいて、前記帯電手段は、請求項１乃至４のいずれかに記載の帯
電装置であることを特徴とするプロセスカートリッジ。