JP2003295583A

JP2003295583A - 帯電部材・帯電部材の表面形成方法・帯電装置・画像形成装置

Info

Publication number: JP2003295583A
Application number: JP2002103885A
Authority: JP
Inventors: Shoji Ishiwatari; 正二石渡
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2003-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】非接触式帯電において、製造コストの上昇、
取扱の困難性を来たすことなくオゾン量の低減と印加電
圧の低下を実現できるようにする。【解決手段】ローラ状に形成された帯電部材３の両端
部には段部１２、１３が設けられ、感光体２との間に帯
電ギャップｇが形成されている。帯電部材３の表面（帯
電面）はアルミニウム材で形成され、そのアルミニウム
材の表面には多孔質の陽極酸化皮膜が300〜5000ｎｍの
厚さで形成されている。陽極酸化皮膜の表面に50〜200
ｎｍの間隔で形成された無数の細孔の内部のバリヤー層
から二次電解して、太さ10〜50ｎｍの放電電極としての
金属ナノ細線が細孔の表面から凸状に又は凹状に形成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、像担持体等の被帯
電体を帯電するための非接触式の帯電部材、該帯電部材
の表面形成方法、該帯電部材を有する帯電装置、該帯電
装置を有する複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像
形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の画像形成装置では、被帯電体と
しての有機感光体（像担持体）の表面を帯電装置により
一様に帯電させ、帯電した表面に画像情報に基づいて静
電潜像を形成し、該静電潜像を現像装置によりトナー像
として可視像化し、該トナー像を転写材としての用紙に
転写した後定着装置に通して定着することが行なわれて
いる。帯電装置には、帯電部材が有機感光体の表面に対
して非接触状態となる非接触方式と、帯電部材が有機感
光体の表面に接触する接触方式がある。図７は非接触方
式の帯電装置としてのコロナ帯電器１００を示してい
る。コロナ帯電器１００は放電ワイヤー１０１と、ケー
シング１０２と、グリッド１０５を有している。例えば
放電ワイヤー１０１に５〜７ＫＶの電圧を印加し、コロ
ナを発生させて放電させ、グリッド１０５の電圧を制御
して感光体２の表面に所望の帯電電位を付与するもので
ある。しかしながら、帯電過程で発生するオゾン量が多
く、放電ワイヤー１０１への印加電圧が高いことから、
これらを低減するために、図８に示すように、コロナ放
電面を鋭くした鋸刃状の帯電部材１０４を有するコロナ
帯電器１０３も使用されるようになった。

【０００３】しかしながら、コロナ放電面と感光体２と
の距離が５〜１０ｍｍと離れているため、オゾン量や印
加電圧を大幅に低下できる現状になかった。図９に示す
ように、導電性を付与したゴム製の接触式のローラ帯電
器１０６も開発され、オゾン量の低減と印加電圧の低下
が可能となった。しかしながら、接触式であるため、導
電性を付与したゴムローラの表面が、感光対２の表面に
付着した残留トナーや用紙への転写時に付着する紙粉に
よる付着堆積により汚れ、帯電電位が部分的に乱れて画
像にムラが発生するなどの問題があった。ブレードを用
いた接触式もあるが、感光体２に傷がが付いたりトナー
のフィルミングが起き易く、耐久性の面で問題があっ
た。

【０００４】上記接触式の問題を解消すべく、図１０に
示すように、非接触式のローラ帯電器１０７が提案され
ている。感光体２と対向するローラ表面１０７ａと感光
体２の表面との間隔は５０〜１００μｍに設定されてお
り、接触式よりも印加電圧は高くなるものの、コロナ放
電領域１０８は１〜２ｍｍの幅の範囲と狭く、図７や図
８に示した帯電器よりオゾンの発生量は１／５程度と少
ない。図１１に示すように、磁気ブラシ１１０によって
感光体２の表面に電荷を注入するブラシ帯電器１０９も
提案されている。特開２００１−２５０４６７号公報に
は、カーボンナノチューブを用いた電子放出素子を有す
る帯電器が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１０で示した非接触
式のローラ帯電器１０７では、図９で示した接触式に比
べて汚れの付着堆積の問題が無いなどの利点を有してい
るが、ローラ表面が異常放電を防止するための誘電層で
形成されているため、感光体２の表面の帯電電位を確保
し難いという問題がある。非接触式のローラ帯電器１０
７は、画像形成装置での連続使用において、オゾンが0.
01〜0.05ｐｐｍ程度発生し、オゾン吸着剤を搭載しても
スペース上処理容量を大きくとることができず、機外に
僅かにオゾンが拡散して不快臭を発生する。電荷注入式
でオゾンが発生しにくいと言われるブラシ帯電器１０９
では、感光体２と接触する磁気ブラシ１１０中に接触式
の帯電器と同じく紙紛が混入付着し、スジ状の画像欠陥
が発生するなどやはり耐久性に問題を生じるに至ってい
る。特開２００１−２５０４６７号公報に記載のカーボ
ンナノチューブは、単層タイプで直径が僅か1〜2ｎｍで
あって、多層タイプで5〜50ｎｍ、長さが10μｍ程度で
あり、真空中での電子放射素子としては良好であるが、
現在の技術では取扱上や製造コスト上で画像形成装置の
帯電器として量産性が非常に低い。

【０００６】そこで、本発明は、製造コストの上昇、取
扱の困難性を来たすことなくオゾン量の低減と印加電圧
の低下を実現できる帯電部材、帯電部材の表面形成方
法、該帯電部材を有する帯電装置、該帯電装置を有する
画像形成装置の提供を、その主な目的とする。

【０００７】アルミニウム板を酸性電解質中で陽極酸化
すると、多孔質の陽極酸化皮膜が形成される。この陽極
酸化皮膜は直径が数ｎｍ〜数百ｎｍの円柱状の細孔（ポ
アー）が数ｎｍ〜数百ｎｍの間隔で平行に配列した形状
を呈する。本発明は、このナノ構造体生成現象を利用し
て放電電極を形成しようというものである。具体的に
は、請求項１記載の発明では、被帯電体表面との間に帯
電ギャップを有する状態で電圧を印加され上記被帯電体
表面に帯電電位を付与するための非接触式の帯電部材に
おいて、表面に多孔質の酸化皮膜を形成し、無数に形成
された細孔内部のバリヤー層から金属ナノ細線を形成し
て該金属ナノ細線を放電電極とする、という構成を採っ
ている。

【０００８】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
帯電部材において、上記金属ナノ細線が、上記酸化皮膜
の表面から凸状に形成されている、という構成を採って
いる。

【０００９】請求項３記載の発明では、請求項１記載の
帯電部材において、上記金属ナノ細線が、上記酸化皮膜
の表面から凹状に形成されている、という構成を採って
いる。

【００１０】請求項４記載の発明では、請求項１乃至３
の何れか１つに記載の帯電部材において、上記金属ナノ
細線が、コバルトを含むニッケル合金で形成されてい
る、という構成を採っている。

【００１１】請求項５記載の発明では、請求項１乃至４
の何れか１つに記載の帯電部材において、上記金属ナノ
細線の放電面が金で被覆されている、という構成を採っ
ている。

【００１２】請求項６記載の発明では、請求項１乃至５
の何れか１つに記載の帯電部材において、ローラ状に形
成され、両端部には上記像担持体表面に接触して上記帯
電ギャップを保持するための段部を有している、という
構成を採っている。

【００１３】請求項７記載の発明では、請求項６記載の
帯電部材において、上記段部が、ローラ本体の端部に環
状体を嵌め込み該環状体をローラ本体に対して所定の同
軸度を有するように加工して形成されている、という構
成を採っている。

【００１４】請求項８記載の発明では、請求項６又は７
記載の帯電部材において、上記段部が絶縁材で形成され
ている、という構成を採っている。

【００１５】請求項９記載の発明では、被帯電体表面と
の間に帯電ギャップを有する状態で電圧を印加され上記
被帯電体表面に帯電電位を付与する非接触式の帯電部材
において、表面に多孔質の酸化皮膜を形成し、無数に形
成された細孔内部のバリヤー層から放電電極としての金
属ナノ細線を形成することとした。

【００１６】請求項１０記載の発明では、被帯電体表面
に帯電電位を付与するための非接触式の帯電部材を有す
る帯電装置において、上記帯電部材が、請求項１乃至８
の何れか１つに記載の帯電部材である、という構成を採
っている。

【００１７】請求項１１記載の発明では、像担持体の表
面を帯電する帯電装置を有する画像形成装置において、
上記帯電装置が、請求項１０記載の帯電装置である、と
いう構成を採っている。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１乃
至図４に基づいて説明する。まず、図１に基づいて本実
施形態における画像形成装置としてのプリンタ１の構成
及び動作の概要を説明する。なお、従来技術と同一部分
は同一符号で示す。感光体２の表面は帯電部材３を有す
る非接触式の帯電装置４によって、例えば６００〜８０
０Ｖに帯電される。帯電された感光体２の表面に、画像
情報に基づいて露光装置５によりレーザービームＬｂが
照射され、静電潜像が形成される。感光体２の回転によ
って現像装置６の位置に到達した静電潜像は、現像ロー
ラ７上に担持されドクターブレード８によって厚みを規
制された現像剤としてのトナーを供給されて可視像化さ
れる。トナー像は転写バイアスを印加された転写ローラ
９により用紙Ｐ上に転写される。トナー像を転写された
用紙Ｐは図示しない定着装置へ送られ、ここで熱と圧力
によりトナー像を定着される。転写後感光体２上に残留
したトナーは、クリーニング装置１０のクリーニングブ
レード１１により除去される。感光体２はその後図示し
ない除電手段により表面電位を初期化され、次の画像形
成工程に備えられる。

【００１９】図２に示すように、帯電部材３はアルミニ
ウム材でローラ状（円筒形状）に形成されており、その
両端部には小径部３ｂ、３ｃが形成されている。小径部
３ｂ、３ｃの軸方向外側には軸受部３ｄ、３ｅが形成さ
れている。小径部３ｂ、３ｃには感光体２の表面に接触
して帯電ギャップｇを保持するための段部１２、１３が
設けられている。帯電部材３はローラ状に形成されてい
るので感光体２に接触させて従動回転させることができ
る。段部１２、１３は、感光体２の表面の有効画像範囲
外である外周面２ａ、２ｂに対応する位置に設けられて
いる。段部１２、１３は、外周面２ａ、２ｂに接触し、
帯電面としての帯電部材３のローラ表面３ａと感光体２
の表面との間に帯電ギャップｇを20〜80μｍの範囲で形
成するように構成されている。段部１２、１３は、ロー
ラ表面３ａとの同軸度が10μｍ以下になるように高精度
に形成され、帯電ギャップｇの変動を極力抑えるため、
環状体としての段部１２、１３を小径部３ｂ、３ｃに嵌
め入れた後同軸加工を施して精度を向上させている。段
部１２、１３は、体積固有抵抗１０^１５Ω・ｃｍ以上の
絶縁材によって環状体に形成されており、ナイロン、ポ
リカーボネート等の樹脂で形成するか、フッ素樹脂、塩
化ビニル、ポリオレフィン、エチレンプロピレン等の樹
脂による熱収縮チューブとして形成する。小径部３ｂ、
３ｃの外方端には環状の段部１２、１３を嵌め込んだ後
の抜け落ちを防止するフランジ部が形成されている。

【００２０】軸受部３ｄ、３ｅには凹部３ｄ−１、３ｅ
―１が形成されており、凹部３ｄ−１、３ｅ―１にはブ
ッシュ１４、１５が設けられている。ブッシュ１４、１
５により軸受部３ｄ、３ｅはフレーム１８と絶縁されて
いる。軸受部３ｄ、３ｅはフレーム１８に保持された加
圧バネ１６、１７による付勢力で加圧されており、これ
によって段部１２、１３が感光体２の外周面に確実に接
触して帯電部材３が従動回転する。図中左側の軸受部３
ｄの外側には、感光体２の表面に所望の電位を帯電させ
るための電圧を印加するスリップ電極１９が当接してい
る。スリップ電極１９には、直流又は２〜５ＫＨＺの交
流分を重畳した電圧１〜２ＫＶが供給される。

【００２１】図３（図２におけるＡ部の断面図）に示す
ように、帯電部材３の表面（帯電面）３ａはアルミニウ
ム材３ａ―３で形成され、そのアルミニウム材３ａ―３
の表面には多孔質の陽極酸化皮膜３ａ―１が300〜5000
ｎｍの厚さで形成されている。陽極酸化皮膜３ａ―１の
表面に50〜200ｎｍの間隔で形成された無数の細孔３ａ
―４の内部のバリヤー層３ａ―２から二次電解して、太
さ10〜50ｎｍの金属ナノ細線３ａ―５が細孔３ａ―４の
表面から凸状に形成されている。金属ナノ細線３ａ―５
の細孔３ａ―４の表面からの突出量ｈ１は5000ｎｍの範
囲である。図４に示すように、金属ナノ細線３ａ―５を
細孔３ａ―４の表面から凹状に形成してもよい。この場
合、金属ナノ細線３ａ―５の細孔３ａ―４の表面からの
引き込み量ｈ２は−100ｎｍの範囲である。電解析出さ
れた金属ナノ細線３ａ―５は、化学的に安定なニッケル
又はコバルトを20〜50重量％を含むニッケル合金で形成
され、感光体２への帯電時の放電面となる部位には酸化
に対して安定金属である金（Ａｕ）が電着鍍金により被
覆されている。段部１２、１３の段差が、金属ナノ細線
３ａ―５の先端から20〜80μｍの範囲になるように形成
してもよい。このようにすれば放電開始電位を低下させ
ることができ、オゾンや窒素酸化物の発生を抑制するこ
とができる。

【００２２】無数の細孔３ａ―４内のバリヤー層３ａ―
２は、無孔性の誘電率7〜11の絶縁性薄層で20〜50ｎｍ
の厚みに形成されているため抵抗となり、電解析出され
た金属ナノ細線３ａ―５の先端からのコロナ放電で感光
体２表面への異常放電が抑制されるため点状の画像欠陥
発生が抑止される。また、放電面となる電解析出された
金属ナノ細線３ａ―５の先端は太さ10〜50ｎｍでその間
隔は10〜200ｎｍである。このように放電面が微細な針
状となった金属で無数に形成されるため電荷が集中して
放電し易くなり、コロナ放電開始電圧を低下させること
ができる。放電が容易になるため、所望する帯電電圧を
感光体２表面に与える場合にも有害となるオゾンの発生
量を低減することができる。

【００２３】図６は、表面に多孔質の陽極酸化皮膜３ａ
―１を形成し、その表面の細孔３ａ―４のバリヤー層３
ａ―２から太さ10〜50ｎｍの金属ナノ細線３ａ―５を形
成して表面改質した本実施形態に係る帯電部材３と、体
積固有抵抗10⁶〜10⁸Ω・ｃｍを持つ従来型の接触式の導
電性ゴムローラ帯電器と、体積固有抵抗10⁶〜10⁸Ω・ｃ
ｍを持つ従来型の非接触式の導電性ゴムローラ帯電器の
帯電電位比較グラフである。図５に示すように、感光体
２の表面と帯電部材３との間の帯電ギャップｇを50μｍ
として、線速200ｍｍ/秒で感光体２を回転移動させたと
きの感光体２表面の帯電電位グラフで、帯電曲線Ｌ１は
従来型の接触式の導電性ゴムローラ帯電器の電位、帯電
曲線Ｌ３は従来型の非接触式の導電性ゴムローラ帯電器
の電位、帯電曲線Ｌ２は帯電部材３での帯電電位を示し
ている。無数に形成された金属ナノ細線３ａ―５の個々
の先端から微細なグローコロナ20が低電圧で発せられる
ため、非接触式の導電性ゴムローラ帯電器の帯電曲線Ｌ
３と比較して、印加電圧1KVで帯電電位が数十ボルトの
範囲ｄで上昇している。また、印加電圧2〜3KVでも飽和
電位は上昇傾向を示し、帯電性が向上する方向にあり、
従来型の非接触式の導電性ゴムローラ帯電器と同帯電電
位とした場合には印加電圧を低下させることができ、感
光体２表面への帯電時にオゾンや窒素酸化物の発生量が
低減されることがわかる。

【００２４】

【発明の効果】請求項１、１０又は１１記載の発明によ
れば、被帯電体表面との間に帯電ギャップを有する状態
で電圧を印加され上記被帯電体表面に帯電電位を付与す
るための非接触式の帯電部材において、表面に多孔質の
酸化皮膜を形成し、無数に形成された細孔内部のバリヤ
ー層から金属ナノ細線を形成して該金属ナノ細線を放電
電極とする構成としたので、ナノ構造に改質された帯電
部材の表面から容易に放電が可能となり、被帯電体表面
に所望の帯電電位を低電圧で付与することができる。ま
た、バリヤー層が誘電体となって異常放電を抑制するた
め画像欠陥の発生を防止でき、人体に有害なオゾンや画
像ながれを発生させる窒素酸化物の発生をワイヤー等に
よるコロナ帯電方式に比べて1/5以下程度に低減でき
る。

【００２５】請求項２、１０又は１１記載の発明によれ
ば、請求項１記載の帯電部材において、上記金属ナノ細
線が、上記酸化皮膜の表面から凸状に形成されている構
成としたので、放電開始電圧を一層低下させることがで
き、オゾンや窒素酸化物の発生量を一層抑制することが
できる。

【００２６】請求項３、１０又は１１記載の発明によれ
ば、請求項１記載の帯電部材において、上記金属ナノ細
線が、上記酸化皮膜の表面から凹状に形成されている構
成としたので、凹部にオゾンを封じ込めることができ、
オゾンの発生量を一層抑制することができる。

【００２７】請求項４、１０又は１１記載の発明によれ
ば、請求項１乃至３の何れか１つに記載の帯電部材にお
いて、上記金属ナノ細線が、コバルトを含むニッケル合
金で形成されている構成としたので、放電時の電気的な
劣化に対する強度を向上させることができ、耐久性を向
上させることができる。

【００２８】請求項５、１０又は１１記載の発明によれ
ば、請求項１乃至４の何れか１つに記載の帯電部材にお
いて、上記金属ナノ細線の放電面が金で被覆されている
構成としたので、放電面における窒素酸化物による酸化
に対して最も安定な状態を得ることができ、耐久性を向
上させることができる。

【００２９】請求項６、１０又は１１記載の発明によれ
ば、請求項１乃至５の何れか１つに記載の帯電部材にお
いて、ローラ状に形成され、両端部には上記像担持体表
面に接触して上記帯電ギャップを保持するための段部を
有している構成としたので、感光体の外径周面を従動す
る際に非接触部のギャップ変動が小さくなり、感光体の
膜厚変動に左右されることなく帯電電位のムラが抑えら
れるため画像ムラを非常に少なくすることができる。

【００３０】請求項７、１０又は１１記載の発明によれ
ば、請求項６記載の帯電部材において、上記段部が、ロ
ーラ本体の端部に環状体を嵌め込み該環状体をローラ本
体に対して所定の同軸度を有するように加工して形成す
る構成としたので、放電ギャップを高精度に均一に維持
でき、感光体に安定した帯電電位を与えることが出来
る。

【００３１】請求項８、１０又は１１記載の発明によれ
ば、請求項６又は７記載の帯電部材において、上記段部
が絶縁材で形成されている構成としたので、改質された
帯電部材表面と感光体表面との間で安定な放電がなさ
れ、所望の帯電電位を確保することができる。

【００３２】請求項９記載の発明によれば、被帯電体表
面との間に帯電ギャップを有する状態で電圧を印加され
上記被帯電体表面に帯電電位を付与する非接触式の帯電
部材において、表面に多孔質の酸化皮膜を形成し、無数
に形成された細孔内部のバリヤー層から放電電極として
の金属ナノ細線を形成することとしたので、ナノ構造に
改質された帯電部材の表面から容易に放電が可能とな
り、被帯電体表面に所望の帯電電位を低電圧で付与する
ことができる。また、バリヤー層が誘電体となって異常
放電を抑制するため画像欠陥の発生を防止でき、人体に
有害なオゾンや画像ながれを発生させる窒素酸化物の発
生をワイヤー等によるコロナ帯電方式に比べて1/5以下
程度に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における画像形成装置とし
てのプリンタの概要正面図である。

【図２】帯電装置の一部断面表示の側面図である。

【図３】帯電部材の表面の要部断面図である。

【図４】帯電部材の表面の要部断面図である。

【図５】従来技術との比較実験における条件構成を示す
図である。

【図６】帯電電位比較グラフである。

【図７】従来におけるワイヤーを用いたコロナ帯電器に
よる帯電状態を示す図でる。

【図８】従来における鋸刃状の帯電部材コロナ帯電器に
よる帯電状態を示す図である。

【図９】従来における接触式のローラ帯電器による帯電
状態を示す図である。

【図１０】従来における非接触式のローラ帯電器による
帯電状態を示す図である。

【図１１】従来における磁気ブラシ方式の帯電器による
帯電状態を示す図である。

【符号の説明】

２被帯電体としての感光体ｇ帯電ギャップ３ａ―１陽極酸化皮膜３ａ―２バリヤー層３ａ―４細孔３ａ―５金属ナノ細線１２、１３段部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被帯電体表面との間に帯電ギャップを有す
る状態で電圧を印加され上記被帯電体表面に帯電電位を
付与するための非接触式の帯電部材において、表面に多孔質の酸化皮膜を形成し、無数に形成された細
孔内部のバリヤー層から金属ナノ細線を形成して該金属
ナノ細線を放電電極としたことを特徴とする帯電部材。
【請求項２】請求項１記載の帯電部材において、上記金属ナノ細線が、上記酸化皮膜の表面から凸状に形
成されていることを特徴とする帯電部材。
【請求項３】請求項１記載の帯電部材において、上記金属ナノ細線が、上記酸化皮膜の表面から凹状に形
成されていることを特徴とする帯電部材。
【請求項４】請求項１乃至３の何れか１つに記載の帯電
部材において、上記金属ナノ細線が、コバルトを含むニッケル合金で形
成されていることを特徴とする帯電部材。
【請求項５】請求項１乃至４の何れか１つに記載の帯電
部材において、上記金属ナノ細線の放電面が金で被覆されていることを
特徴とする帯電部材。
【請求項６】請求項１乃至５の何れか１つに記載の帯電
部材において、ローラ状に形成され、両端部には上記像担持体表面に接
触して上記帯電ギャップを保持するための段部を有して
いることを特徴とする帯電部材。
【請求項７】請求項６記載の帯電部材において、上記段部が、ローラ本体の端部に環状体を嵌め込み該環
状体をローラ本体に対して所定の同軸度を有するように
加工して形成されたことを特徴とする帯電部材。
【請求項８】請求項６又は７記載の帯電部材において、上記段部が絶縁材で形成されていることを特徴とする帯
電部材。
【請求項９】被帯電体表面との間に帯電ギャップを有す
る状態で電圧を印加され上記被帯電体表面に帯電電位を
付与する非接触式の帯電部材において、表面に多孔質の酸化皮膜を形成し、無数に形成された細
孔内部のバリヤー層から放電電極としての金属ナノ細線
を形成することを特徴とする帯電部材の表面形成方法。
【請求項１０】被帯電体表面に帯電電位を付与するため
の非接触式の帯電部材を有する帯電装置において、上記帯電部材が、請求項１乃至８の何れか１つに記載の
帯電部材であることを特徴とする帯電装置。
【請求項１１】像担持体の表面を帯電する帯電装置を有
する画像形成装置において、上記帯電装置が、請求項１０記載の帯電装置であること
を特徴とする画像形成装置。