JP2004157182A - 帯電部材、及びそれを用いた帯電装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省電力化、オゾン等の発生量の低減を図ることにより、環境負荷の少ない帯電部材、及びそれを用いた帯電装置、画像形成装置を提供する。
【解決手段】導電性支持体１１上に導電性材料を分散させたゴム又は樹脂を主体とする弾性体１２を有する負極性帯電用の帯電ローラ１０であり、弾性体１２の上に窒化アルミニウム微粒子及び酸化アルミニウム微粒子を含有する表面層１３を設けた。これにより、低い印加電圧で高効率な帯電を行うことが可能となる。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性支持体上に導電性材料を分散させたゴム又は樹脂を主体とする弾性体を有する帯電部材、及びそれを用いる帯電装置、画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コピー機やレーザプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置においては、被帯電部材を均一に帯電するための帯電装置として、コロトロンやスコロトロン等の帯電チャージャが広く用いられている。この帯電チャージャは、被帯電部材を一定の電位に均一に帯電する手段としては有効であるが、反対に以下に示すような不都合な点があった。帯電チャージャにおいては、５〜１０ｋＶの高電圧を印加する電源を必要とし、放電に伴ってオゾンや活性酸素種（酸素ラジカル、酸素イオン）が発生する。放電電極等の装置内の部材は、発生した活性種によって不純物が付着したり、活性種の衝突によるスパッタリングや酸化により劣化したりしてしまう。また、例えば、被帯電部材としての感光体に、オゾン、活性酸素種や、放電により発生した窒素酸化物が付着した場合には、画像ボケを発生させる要因となる。
これに対し、帯電ローラを被帯電部材に接触させ、従動回転させながら電圧を印可し、被帯電部材を帯電させる接触ローラ帯電方式がある。この接触ローラ帯電方式は、コロナ放電によるものであるが、放電が１００μｍ以下の微少空隙領域で起こっている。そのため、電源の低電圧化を図ることができ、オゾン等の活性種の発生量を上記コロナ放電装置の１０分の１程度に抑えることができる。
【０００３】
なお、特許文献１に開示される帯電部材には、後述する課題を解決するための手段の請求項２の帯電部材と同様に、酸化アルミニウムが用いられている。しかし、特許文献１の帯電部材では酸化アルミニウムが弾性体中、又は弾性体の表面に存在するのに対し、請求項２の帯電部材では表面層中に存在する。特許文献１の帯電部材で酸化アルミニウムを添加するのは、弾性体とパラキシリレンの重合体を主体とする樹脂からなる表面層との密着性を向上させ、表面層を剥がれにくくすることを目的としているものである。これに対し、請求項２の帯電部材では、帯電部材の表面電位を低下させることを目的としている。したがって、特許文献１と請求項２の帯電部材で用いられる酸化アルミニウムは、存在箇所も目的も異なる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１５９３８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、コロナ放電を利用する帯電装置においては、省電力化、オゾン等の活性種発生量の低減が課題である。帯電チャージャに比べ低電圧化、オゾンの発生量が少ない接触ローラ帯電方式においても、更なる省電力化、オゾン等の活性種発生量の低減が求められている。
【０００６】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、省電力化、オゾン等の発生量の低減を図ることにより、環境負荷の少ない帯電部材、及びそれを用いた帯電装置、画像形成装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の帯電部材は、導電性支持体上に導電性材料を分散させたゴム又は樹脂を主体とする弾性体を有する負極性帯電用の帯電部材において、上記弾性体の上に窒化アルミニウム微粒子を含有する表面層を設けたことを特徴とするものである。
請求項２の帯電部材は、請求項１の帯電部材において、上記表面層に酸化アルミニウム微粒子を含有することを特徴とするものである。
請求項３の帯電装置は、請求項１又は２の帯電部材が被帯電部材に接触した状態で回転することを特徴とするものである。
請求項４の帯電装置は、請求項３の帯電装置において、上記帯電部材が被帯電部材の回転による摩擦で連れ回ることを特徴とするものである。
請求項５の帯電装置は、請求項３又は４の帯電装置において、上記帯電部材の表面をクリーニングする帯電部材用クリーニング部材を設けたことを特徴とするものである。
請求項６の画像形成装置は、像担持体と、該像担持体を帯電する帯電装置と、該像担持体に潜像を形成する潜像形成装置と、該像担持体上の潜像を現像する現像装置とを備えた画像形成装置において、上記帯電装置に請求項３，４又は５の帯電装置を用いることを特徴とするものである。
請求項７の画像形成装置は、請求項６の画像形成装置において、上記像担持体、上記帯電装置、上記潜像形成装置、上記像担持体をクリーニングする像担持体用クリーニング装置より選ばれる少なくとも２以上の装置が、画像形成装置本体に着脱自在なプロセスカートリッジとして一体に支持されることを特徴とするものである。
請求項１乃至７の帯電部材、及びそれを用いた帯電装置、及び画像形成装置においては、帯電部材と被帯電部材との間の微少空隙におけるコロナ放電により、被帯電部材を帯電させる。帯電部材の表面層に含有する窒化アルミニウムは、高いエネルギーバンドギャップを有するため、絶縁性に優れ、電子が保持されやすい特性をもつ。そのため、放電の際に発生する電子及びイオンが窒化アルミニウム粒子に衝突したときに励起された電子は、窒化アルミニウム粒子に保持される。よって、帯電部材の表面電位が低下（絶対値では増加）し、通常の帯電装置において印加電圧を大きくしたのと同様の効果が得られる。また、窒化アルミニウムは負の電子親和力を有する。そのため、微少空隙での強電界によって窒化アルミニウム粒子による電子放出が起こる。コロナ放電による電子発生に加え、窒化アルミニウムによる電子が放出されるため、帯電効率が高まる。このように、この帯電装置は、帯電部材の表面層に窒化アルミニウムを含有しない従来の帯電装置に比べ、低い印加電圧で高効率な帯電を行うことが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を画像形成装置における被帯電部材（像担持体）としての感光体１を一様帯電するための帯電装置の帯電部材に適用した実施形態について説明する。
まず、本実施形態に係る画像形成装置全体の構成及び動作について説明する。図１は、本実施形態に係る複写機の一部構成を示す概略構成図である。この複写機は、像担持体としてのドラム状感光体１の周囲に、感光体１表面を帯電する帯電装置２と、感光体１表面に潜像を形成する図示しない像露光装置と、感光体１上の潜像を現像する現像装置３とを有する。また、感光体１の周囲に、感光体１上のトナー像を転写材に転写する転写装置と、該感光体１表面の残留電位を除電光により除去する除電装置と、感光体１表面をクリーニングする感光体用クリーニング装置４とを有する。上記転写装置によりトナー像が転写される記録媒体としての転写材は、図示しない給紙部から給紙搬送路を通って該転写装置を通過し、図示しない定着装置へ搬送される。
【０００９】
上記感光体１は、所定の周速度で回転駆動されながら、帯電装置２により負の所定電位に均一に帯電される。そして、スリット露光やレーザビーム走査露光等の像露光装置により画像に応じた光が照射されて静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置３によって現像されて顕像化される。この現像装置３により感光体１上に形成されたトナー像は、給紙部から感光体１と転写装置との間に感光体１の回転と同期して搬送されてきた転写材に、転写装置により転写される。トナー像が転写された転写材は、感光体１面から分離されて定着装置に送られ、熱及び圧力の作用を受けて像定着され、複写物として装置外へプリントアウトされる。像転写後の感光体１は、感光体用クリーニング装置４によって転写残トナーが除去されて清浄面化され、除電装置により残留電位が消去された後、繰り返し画像形成に使用される。
【００１０】
ここで、図１に示すように、感光体１、帯電装置２、現像装置３、クリーニング装置４は、プロセスカートリッジ５として一体に結合され、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されている。
【００１１】
次に、本発明の特徴部となる上記帯電装置２について説明する。図２は、帯電装置の概略構成図である。図２に示すように、この帯電装置２は、帯電部材としての帯電ローラ１０が感光体１に接触しながら感光体１との摩擦により連れ回っている。帯電ローラ１０を感光体１に確実に連れ回せるために、帯電ローラ１０にはバネ等の加圧機構（図示せず）が設けられ、帯電ローラ１０が感光体１に所定の圧力で押しつけられている。
【００１２】
この帯電装置２においては、感光体１と帯電ローラ１０とが接触している部分前後の微少空隙領域にてコロナ放電が行われている。感光体１と帯電ローラ１０とが接触していることで、確実な微少空隙領域ができるため、安定した放電が可能となる。また、この帯電装置２には、駆動手段が不要であるため、装置の部品点数を削減でき、コストを低減できる。
【００１３】
また、上記帯電装置２には、帯電ローラ１０表面をクリーニングするクリーニング部材を設けてもよい。図３は、クリーニング部材を設けた帯電装置の概略構成図である。図３に示すように、帯電ローラ１０には、ウレタン、フェルトなどの空孔を有する材質からなるクリーニング部材２０が設けられている。クリーニング部材２０は、帯電ローラ１０表面に接触して、帯電ローラ１０表面の付着した放電による生成物等を除去する。これにより、長期に亘り帯電ローラ１０による安定した帯電特性を持続することができる。
【００１４】
次に、帯電ローラ１０について、詳細に説明する。図４は、帯電ローラ１０の概略構成図である。図４に示すように、帯電ローラ１０は、芯棒状の導電性の支持体１１と、支持体１１の外周面上に形成されたの弾性体１２と、弾性体１２の外周面上に形成された表面層１３とから構成される。
上記支持体１１には、ステンレス等の金属を用いる。上記弾性層１２は、カーボンブラック等の導電性材料を分散させたゴム又は樹脂を主体とする。表面層１３は、カーボンブラックやイオン伝導材料等の導電性材料と、酸化アルミニウム微粒子と窒化アルミニウム微粒子とを混合分散させたゴム又は樹脂を主体とする。上記弾性層１２と上記表面層１３に用いるゴム又は樹脂には、エピクロムヒドリンゴム、ニトリルゴム、クロロブレンゴム、アクリルゴム、熱可塑性エストラマー等を用いることができる。なお、感光体１等の欠陥等から生じるリークによる感光体１の損傷を防ぐために、表面層１３と弾性層１２では表面層１３の方が高い抵抗値が必要条件である。
【００１５】
上記表面層に含有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）微粒子は、６ｅＶ以上の高いエネルギーバンドギャップを有することで絶縁性に優れ、電子が保持されやすい性質を持つ。また、上記表面層１３に含有する酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）微粒子は、６〜１０ｅＶの高いエネルギーバンドギャップ（価電子帯から伝導帯までのエネルギーギャップ）を有することで絶縁性に優れ、電子が保持されやすい性質を持つ。そのため、放電の際に発生する電子及びイオンが酸化アルミニウム微粒子や窒化アルミニウム微粒子に衝突したときに励起された電子は、表面層１３に露出した酸化アルミニウム微粒子や窒化アルミニウム微粒子に保持される。よって、帯電ローラ１０の表面電位が低下（絶対値では増加）し、従来の帯電装置において印加電圧を大きくしたのと同様の効果が得られる。また、窒化アルミニウムは、負の電子親和力を有する。よって、帯電ローラ１０と感光体１との間の微少空隙での強電界によって電子放出が起こる。コロナ放電による電子発生に加え、窒化アルミニウム微粒子による電子放出が起こるため、帯電ローラ１０による帯電効率が高まる。このように、この帯電装置２は、表面層に窒化アルミニウム微粒子及び酸化アルミニウム微粒子を含有しない帯電装置に比べ、低い印加電圧で高効率な帯電を行うことが可能となる。
【００１６】
上記表面層１３に含有させる窒化アルミニウム微粒子の含有量、又は窒化アルミニウムと酸化アルミニウム微粒子との合計の含有量は、体積密度で５〜４０％が好ましい。酸化アルミニウム微粒子と窒化アルミニウム微粒子の含有量が上記範囲より少ないと本発明の効果が得られにくい。また、上記範囲より多いと、放電領域が減るために帯電ムラを起こしやすくなる。
また、酸化アルミニウム微粒子と窒化アルミニウム微粒子の混合比は、酸化アルミニウム微粒子と窒化アルミニウム微粒子の合計重量の１０〜９０％が窒化アルミニウムであることが好ましく、同混合比がより好ましい。
また、酸化アルミニウム微粒子と窒化アルミニウム微粒子の粒径は１μｍ以下が好ましい。粒子の粒径が大きいと、帯電ローラ１０表面に露出するそれら粒子面積が大きくなり、帯電ムラが生じる。
【００１７】
以下、帯電ローラ１０の表面層１３に酸化アルミニウム微粒子と窒化アルミニウム微粒子を含有した帯電装置（実施例とする）と、含有していない帯電装置（比較例とする）とにおいて、被帯電部材である感光体１の表面電位を測定した。なお、帯電ローラ１０の支持体１１にはステンレス（ＳＵＳ材）、弾性層１２にはカーボンブラックを分散させたエピクロルヒドリンゴムを用いた。また、実施例の表層層１３は、カーボンブラックを分散させたエピクロルヒドリンゴムに、アルミナ微粒子ならび窒化アルミニウム微粒子（重量比１：１）を合計の体積密度で２０％分散混合したものを用いた。比較例の表面層１３には、カーボンブラックを分散させたエピクロルヒドリンゴムを用いた。そして、帯電ローラ１０に−１６５０Ｖの電圧を印可し、感光体１の表面電位を測定した。その結果を図５に示す。
【００１８】
図５に示すように、実施例の帯電装置の方では、比較例に比べ２５０Ｖほど帯電電位が低下した（絶対値では増加）。放電は放電開始電圧（これはパッシェンの法則に従う）以上の電圧が印可されれば発生するが、放電を持続させるためには放電持続電圧以上の印加が必要である。これは空気（酸素、窒素、水蒸気等の分子）のイオン化ポテンシャル及び衝突断面積に依存する。実施例の放電持続電圧は、約５００Ｖ［（−１１５０Ｖ）―（−１６５０Ｖ）］となった。これに対し、比較例の放電持続電圧は約７５０Ｖ［（−９００Ｖ）―（−１６５０Ｖ）］である。図５の結果は実施例の放電持続電圧が比較例に比べ２５０Ｖ（７５０Ｖ→５００Ｖ）小さくて済むことを示している。つまり、２５０Ｖ低い印加電圧で比較例の帯電装置と同様の帯電能力が得られる事を示している。
【００１９】
また、コロナ放電において放電開始電圧よりも高い電圧が印加される場合、放電電流は印加電圧のほぼ２乗に比例する。放電電流は電離密度に比例する。オゾン発生量は電離密度に比例する。これら３関係よりオゾン発生量を見積もると、印加電圧−１６５０Ｖ時において、酸化アルミニウムと窒化アルミニウムを混合した表面層を有する実施例のオゾン発生量は、比較例に比べ約２分の１である。
【００２０】
上述したように、本実施形態に係る帯電部材としての帯電ローラ１０においては、表面層１３に含有する窒化アルミニウム微粒子が電子保持特性及び電化放出特性を有する。よって、表面層に窒化アルミニウム微粒子を含有しない帯電部材に比べ、低い印加電圧で高効率な帯電を行うことが可能となり、省電力化、オゾン等の発生量の低減を図ることが可能となる。
また、本実施形態に係る帯電ローラ１０においては、窒化アルミニウム微粒子に加えて、酸化アルミニウム微粒子が表面層１３に含有されている。この酸化アルミニウム微粒子は窒化アルミニウム微粒子と同様に電子保持特性を有する。そのため、放電の際の帯電ローラ１０の表面電位が酸化アルミニウム微粒子を含有しない表面層に比べ低くなり、印加電圧を大きくしたのと同様の効果が得られる。その結果、表面層に酸化アルミニウム微粒子を含有しない帯電部材に比べ低い印加電圧で高効率な帯電を行うことが可能となり、省電力化、オゾン等の発生量の低減を図ることが可能となる。
また、本実施形態に係る帯電装置においては、帯電ローラ１０が被帯電部材としての感光体１に接触した状態で回転し、接触位置前後の微少空隙領域で放電が行われる。両者が接触することによって、一定の距離をもつ微少空隙領域ができるため、安定した放電が可能となる。
また、本実施形態に係る帯電装置２においては、帯電ローラ１０が感光体１の回転による摩擦で連れ回る。よって、帯電ローラ１０を回転駆動させる駆動手段が不要となり、部品点数の低減、コストの低減が可能となる。
また、本実施形態に係る帯電装置２においては、クリーニング部材２０が帯電ローラ１０表面をクリーニングするため、長期に亘り安定した帯電特性を持続することができ、高寿命化を図ることが可能となる。
また、本実施形態に係る画像形成装置においては、上述したように、低い印加電圧で高効率な帯電を行うことができる帯電装置２を備えている。よって、帯電に必要な電力、オゾンの発生量を低減することができ、環境負荷の少ない画像形成装置を提供することが可能となる。
【００２１】
なお、本実施形態においては、帯電部材としてローラ形状の帯電ローラ１０が被帯電部材としての感光体に連れ回るように構成した帯電装置２に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではない。帯電部材は、必ずしも被帯電部材に接触していなくてもよい。また、帯電部材は、例えば平板状の導電性支持体を弾性体で被覆し、弾性体を表面層で被覆した直方体状のものでもよい。または、一対の支持ローラからなる導電性支持体に無端ベルト状の弾性体を張架し、弾性体を表面層で被覆したベルト状であってもよい。
さらに、本実施形態においては、被帯電部材としての感光体１を帯電する帯電装置２に適用した場合について説明したが、転写電界形成用の帯電装置又は除電用の帯電装置に適用してもよいことはいうまでもない。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、省電力化、及びオゾン等の発生量の低減を図り、環境負荷の少ない帯電部材、及びそれを用いた帯電装置、画像形成装置を提供することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される画像形成装置の概略構成図。
【図２】同画像形成装置の帯電装置の概略構成図。
【図３】別の帯電装置の概略構成図。
【図４】同帯電装置の帯電ローラの概略構成図。
【図５】実施例と比較例とにおける感光体の表面電位を示す特性図。
【符号の説明】
１ 感光体
２ 帯電装置
３ 現像装置
４ 感光体用クリーニング装置
５ プロセスカートリッジ
１０ 帯電ローラ
１１ 支持体
１２ 弾性体
１３ 表面層
２０ クリーニング部材

Claims (7)

1. 導電性支持体上に導電性材料を分散させたゴム又は樹脂を主体とする弾性体を有する負極性帯電用の帯電部材において、
   上記弾性体の上に窒化アルミニウム微粒子を含有する表面層を設けたことを特徴とする帯電部材。
2. 請求項１の帯電部材において、
   上記表面層に酸化アルミニウム微粒子を含有することを特徴とする帯電部材。
3. 請求項１又は２の帯電部材が被帯電部材に接触した状態で回転することを特徴とする帯電装置。
4. 請求項３の帯電装置において、
   上記帯電部材が被帯電部材の回転による摩擦で連れ回ることを特徴とする帯電装置。
5. 請求項３又は４の帯電装置において、
   上記帯電部材の表面をクリーニングする帯電部材用クリーニング部材を設けたことを特徴とする帯電装置。
6. 像担持体と、該像担持体を帯電する帯電装置と、該像担持体に潜像を形成する潜像形成装置と、該像担持体上の潜像を現像する現像装置とを備えた画像形成装置において、
   上記帯電装置に請求項３，４又は５の帯電装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項６の画像形成装置において、
   上記像担持体、上記帯電装置、上記潜像形成装置、上記像担持体をクリーニングする像担持体用クリーニング装置より選ばれる少なくとも２以上の装置が、画像形成装置本体に着脱自在なプロセスカートリッジとして一体に支持されることを特徴とする画像形成装置。

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