JP2008122951A - 帯電装置、画像形成装置、帯電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 オゾンの発生を抑えるとともに、帯電効率を向上させることのできる帯電技術を提供する。
【解決手段】 被帯電体に接触する弾性体１０１であって、該弾性体における被帯電体と接触する部分がダイヤモンド粒子を含有する材料により形成されている弾性体１０１と、弾性体１０１を介して、被帯電体に所定のバイアス電圧を印加することにより、被帯電体を帯電させる電圧印加部１０２とを備えてなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被帯電体を帯電させる帯電技術に関し、特にその帯電効率の向上に寄与する技術に関するものである。

従来、電子写真装置などの画像形成装置に用いられる帯電方式や転写方式としては、おもに非接触帯電方式としてコロナ帯電装置が多く用いられている。これ以外には、オゾン発生の少ない接触帯電方式として、ローラ帯電，ブラシ帯電、ブレード帯電、磁気ブラシ帯電、さらにはローラ等の帯電装置を感光体等の被帯電部材に対して数μｍ〜数百μｍのギャップを介して帯電させる近接帯電などが知られている。

ローラ帯電や近接帯電を用いた場合、用いた機器から発生するオゾン量を安全レベルにまで減少させることができるが、感光体の至近距離で放電が発生するとともに、高密度のオゾンが発生し、強い電界によるイオンの衝撃を感光体に与えるため感光体の寿命を著しく短縮してしまうという問題がある。このことは省資源化の観点で問題があり、安全性とも両立しないという問題があった。このようなオゾンは、放電現象によって発生していることから、近年では放電を伴わない注入帯電が注目されており、研究開発がさかんに行われている。

注入帯電は、帯電効率が優れ、例えば通常の非接触型帯電装置では被帯電体表面を−５００ｖに帯電させるためには、帯電装置には−８００〜１２００ｖ程度のバイアスを印加する必要があるのに対して、−５００〜−７００ｖ程度しか必要がなく、パッシェンの放電の法則に準じないために放電によるオゾンの発生も著しく少ないという特徴がある。

また、帯電効率を向上させる帯電技術の一例として、近接帯電装置の表面にＣＶＤ法や蒸着法によりダイヤモンドライクカーボンの皮膜を形成する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−３５１１９５号公報

ダイヤモンド微粒子は負性電子親和力を持っているために帯電効率が向上するとされるが、本開示例では近接帯電のために一様にダイヤモンドライクカーボン表面が感光体に対向している必要があり、ＣＶＤ法等の高コストな作成技術が必須となる上、近接帯電としたことで放電の割合が多くなり、わずかではあるがオゾンも発生してしまう。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、オゾンの発生を抑えるとともに、帯電効率を向上させることのできる帯電技術を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明の一態様に係る帯電装置は、被帯電体に接触する弾性体であって、該弾性体における前記被帯電体と接触する部分がダイヤモンド粒子を含有する材料により形成されている弾性体と、前記弾性体を介して、前記被帯電体に所定のバイアス電圧を印加することにより、前記被帯電体を帯電させる電圧印加部とを備えてなることを特徴とするものである。

また、本発明の一態様に係る画像形成装置は、上述のような構成の帯電装置と、現像剤により顕像化されるべき静電潜像を担持する被帯電体としての感光体とを備えてなることを特徴とするものである。

また、本発明の一態様に係る帯電方法は、被帯電体と接触する部分がダイヤモンド粒子を含有する材料により形成されている弾性体を前記被帯電体に接触させ、前記弾性体を介して、前記被帯電体に所定のバイアス電圧を印加することにより、前記被帯電体を帯電させることを特徴とするものである。

以上に詳述したように本発明によれば、オゾンの発生を抑えるとともに、帯電効率を向上させることのできる帯電技術を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施の形態による帯電装置１およびこれを備えた画像形成装置Ｍ（MFP:Multi Function Peripheral）について説明するための概略構成図である。

本実施の形態による画像形成装置Ｍは、被帯電体としての感光体２０１を帯電させるための帯電装置１と、該帯電装置によって帯電され、現像剤により顕像化されるべき静電潜像を担持する被帯電体としての役割を有する感光体２０１と、感光体２０１の感光面を露光して静電潜像を形成するための露光部２０２と、感光体２０１に形成された静電潜像を現像剤によって顕像化するための現像部２０６と、該現像部２０６と感光体２０１との間に所定のバイアス電圧を印加する現像バイアス電圧印加部２０３と、感光体２０１の感光面に残存する現像剤等をクリーニングするためのクリーニング部２０４と、現像剤像が形成された感光面に対してシートを押圧して、該シートに現像剤像を転写させるための転写部２０５と、転写部２０５と感光体２０１との間に所定の転写バイアス電圧を印加するための転写バイアス電圧印加部２０７とを備えている。

プロセスユニットＰは、感光体と、少なくとも帯電装置、現像部、クリーニング部およびメモリ除去部材の内いずれか１つとを一体的に支持し、画像形成装置Ｍ本体に着脱自在となっている。本実施の形態では、図１に示すように、プロセスユニットＰは、弾性体１０１と、感光体２０１と、現像部２０６と、クリーニング部２０４とを備えている。

続いて、本実施の形態による帯電装置１の詳細について説明する。本実施の形態による帯電装置１は、弾性体（接触手段）１０１、電圧印加部（電圧印加手段）１０２および駆動部（駆動手段）１０３を備えてなる構成となっている。

弾性体１０１は、感光体２０１に接触する弾性体であって、弾性体１０１における感光体２０１と接触する部分は、ダイヤモンド粒子を含有する材料により形成されている。

電圧印加部１０２は、弾性体１０１を介して、感光体２０１に所定のバイアス電圧を印加することにより、感光体２０１の感光面を負帯電させる。

駆動部１０３は、弾性体１０１における感光体２０１に接触する部分が、感光体２０１に対して移動するように、該弾性体を駆動する。

図２は、本実施の形態による帯電装置１の詳細な構成を示す図である。

本実施の形態による帯電装置１における弾性体１０１は帯電ローラであり、導電性のシャフトに導電性ウレタン等の弾性体からなる弾性層を有し、さらに表面層として、樹脂やエラストマー中にダイヤモンド微粒子を分散させた層を有している。

例えば、弾性体（接触手段）１０１は、図２に示すように導電性支持体により回転可能に支持されるローラ形状の弾性部材であり、導電性支持体と、その外周一帯に形成された弾性層、及び更にその外周に形成された表面層から構成され、最外層にダイヤモンド微粒子を含有している（ダイヤモンド粒子の少なくとも一部が表面に露出している）。

上記は一例であって、例えば弾性体（接触手段）は弾性層と表面層の間にさらに抵抗層等を設けた三層構造であってもよいし、さらに多層構成でもよい。また、図３に示す弾性体１０１ｂのように、特に表面層を設けずに、支持体上に弾性層を設けた状態でも、そこにダイヤモンド微粒子を分散さえしてあれば使用できる。もちろん、本実施の形態における弾性体は、ローラ形状に限るものではなく、例えば図４に示す弾性体１０１ｃのようなベルト状部材でも構わないし、図５に示す弾性体１０１ｄのようなブレード状のものでもよい。

以下、本実施の形態の詳細について図２に示す弾性体１０１を例に挙げて説明する。

まず、弾性層の材料としては、例えば合成ゴム及び熱可塑性エラストマーのようなエラストマーならばどのようなものを用いてもよい。樹脂としては、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ブチラール樹脂、スチレン−エチレン・ブチレン−オレフィン共重合体（ＳＥＢＣ）、オレフィン−エチレン・ブチレン−オレフィン共重合体（ＣＥＢＣ）等が挙げられる。また、エラストマーとしては、合成ゴム及び熱可塑性エラストマーが挙げられ、例えば、合成ゴムとしては、天然ゴム（加硫処理等）、エピクロルヒドリンゴム、ＥＰＤＭ、ＳＢＲ、シリコーンゴム、ウレタンゴム、ＩＲ、ＢＲ、ＮＢＲ、ＣＲ等が挙げられる。

熱可塑性エラストマーとしては、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、フッ素ゴム系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー、エチレン酢酸ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリ塩化ビニル系熱可塑性エラストマー及び塩素化ポリエチレン系熱可塑性エラストマー等を挙げることができる。これらの材料は、単独または二種類以上を混合してもよく、共重合体であってもよい。

また、これらの弾性材料を発泡成形した発泡体を弾性材料として用いてもよい。好ましくは、帯電部材と感光体とのニップを確保するため、弾性層材料には、合成ゴム材料を用いるのが好ましい。

弾性層の導電性は、上記の弾性材料中にカーボンブラック、導電性金属酸化物、アルカリ金属塩及びアンモニウム塩等の導電剤を適宜添加することにより、１０⁸Ω・ｃｍ未満に調整されることが好ましい。弾性層の導電性が１０⁸Ω・ｃｍ以上であると、帯電部材の帯電能力が低くなり、感光体を均一に帯電する性能が低下し、画像不良が発生してしまうことが多い。また、弾性層の弾性や硬度は、軟化油、可塑剤等の添加及び上記弾性材料を発砲させることにより調整される。

続いて、表面層の材質については、ダイヤモンド微粒子を分散させることを除けば、従来の帯電ローラに用いられる表面層と基本的には同様であり、樹脂及びエラストマーならばどのようなものを用いてもよく、本実施の形態における弾性層と同様なものが使用可能である。

さらに、表面層においては、各種導電性微粒子を添加し、その体積抵抗率を所望の値に調整してもよい。導電性微粒子としては、前述したようなものが使用でき、二種類以上併用してもよい。またさらに、表面導電性の制御及び補強性の向上を目的として、酸化チタン等の微粒子を用いることができる。更に、表面層には離型性物質を含有させてもよい。表面層の抵抗は１０⁴〜１０¹⁴Ω・ｃｍ程度までのものが使用可能である。従来、表面層の抵抗は弾性層以上の抵抗値でないと感光体リークが発生しやすいと言われているが、本実施の形態では注入帯電により帯電を行い、印加電圧が従来に比べて極端に下がるため、表面層の抵抗が低くてもリークが発生しにくくなる。

上記弾性層、表面層の体積抵抗率の測定は、三菱油化（株）製の抵抗計Ｈｉｒｅｓｔａを用いて行った。弾性層は、弾性層材料自体を４ｍｍ厚の板状に成形し、２５０Ｖの電圧を１０秒間印加して測定を行い、表面層においては、作成した塗料をアルミシート上に約３０μｍ厚にてコーティングし、弾性層と同様な条件で測定を実施した。

また、上記弾性層、表面層の製造方法としては、特に限定されず、樹脂化合物の層形成において公知の方法を用いて作製することができる。これらの層の作製は、例えば、予め所定の厚みに形成されたシート状またはチューブ状の層を接着または被覆することによって行ってもよいし、静電スプレーやディッピング塗工等、従来知られている工法によって、またはそれに準じて行ってもよい。また、押出し成形によって大まかに層形成した後に研磨等によって形状を整える方法であってもよいし、型内で所定の形状に材料を硬化、成形する方法であってもよい。

＜製造例１＞
以下、本実施の形態における弾性体１０１の作製方法の一例について説明する。

以下の材料、
エピクロルヒドリンゴム三元共重合体（エピクロルヒドリン：エチレンオキサイド：アリルグリシジルエーテル＝４０ｍｏｌ％：５６ｍｏｌ％：４ｍｏｌ％）１００質量部
軽質炭酸カルシウム ３０質量部
脂肪族ポリエステル系可塑剤 １０質量部
ステアリン酸亜鉛 １質量部
老化防止剤 ０．５質量部
酸化亜鉛 ５質量部
四級アンモニウム塩 ２質量部
を５０℃に調節した密閉型ミキサーにて１０分間混練して、原料コンパウンドを調製した。

このコンパウンドに原料のゴムのエピクロルヒドリンゴム１００質量部に対し、加硫剤としての硫黄１質量部、加硫促進剤としてのＤＭ（ジベンゾチアジルスルフィド）１質量部およびＴＳ（テトラメチルチウラムモノスルフィド）０．５質量部を加え、２０℃に冷却した２本ロール機にて１０分間混練した。得られたコンパウンドを、直径６ｍｍステンレス製の芯金に外径１２ｍｍのローラ状になるように押し出し成型機にて成型し、加熱蒸気加硫した後、外径が８．５ｍｍになるように幅広研磨方式にて研磨加工を行い、弾性層を得た。ローラ長は３３０ｍｍとした。

上記弾性層の上に表面層を被覆形成した。表面層は以下に示す表面層用塗布液をディッピング法にてコート成形した。

弾性体１０１の表面層に分散させるダイヤモンド微粒子は、１次粒子径が公称３−１０ｎｍのクラスターダイヤモンドを用いた。ダイヤモンド微粒子は、例えば株式会社ニューメタルエンドケミカルスのものが使用できる。形状は球状のものがよい。ダイヤモンド粒子は通常、爆破によって製造されるため、不純物が多く、さらに粒径分布も比較的ブロードになる。そこでまずは以下のような精製処理を行った。

まず熱濃硫酸処理として、２５０〜３５０℃で濃硝酸と濃硫酸の混合液にて２時間洗浄し、続いて希塩酸処理として１５０℃にて１時間洗浄処理した。その後に常温状態でフッ酸により１時間洗浄して不純物をなくした。

その後、カプロラクトン変性アクリルポリオール溶液と、メチルイソブチルケトンを質量比で１０：２５の割合にて混合し、そこに、上記により精製したダイヤモンド微粒子を１０分〜５時間程度、条件を変えて超音波分散させた。さらに遠心分離機を用いて３，０００〜２０，０００Ｇにて３〜３０分処理し、上澄み液をもって、ダイヤモンド粒子の分散液とした。この状態において、ダイヤモンド粒子は、平均粒子径が３ｎｍ〜３０μｍの範囲内であることが好ましい。

さらに、上記溶液 ５００質量部に対して、
疎水性ルチル型酸化チタン（イソブチルトリメトキシシラン及びジメチルシリコーンオイル処理品、平均粒径：０．０４１μｍ、体積抵抗率：１０¹⁶Ω・ｃｍ） ２５質量部
変性ジメチルシリコーンオイル ０．０８質量部
ＰＭＭＡ粒子（平均粒径、５．１μｍ） ６０質量部
を用い、ガラス瓶を容器として混合溶液を作製した。

これに、分散メディアとして、ガラスビーズ（平均粒径：０．８ｍｍ）を充填率８０％になるように充填し、ペイントシェーカー分散機を用いて１０時間分散した。分散溶液にヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）とイソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）の各ブタノンオキシムブロック体１：１の混合物を、ＮＣＯ／ＯＨ＝１．０となるように添加し、１時間攪拌して、ディッピング用塗布液を調製した。

続いて、上記弾性層の表面上に上記表面層用塗布液をディッピング法にて２回コートした。引き上げ速度は５ｍｍ／ｓｅｃとした。まず始めに、ディッピング塗布液を塗工した後、１０〜３０分間常温で風乾し、ローラを反転させてもう一度塗布液を同様にして塗工した。その後、３０分間以上常温で風乾し、続いて、熱風循環乾燥機中で温度１６０℃にて１時間乾燥した。乾燥後の表面層の層厚は３０μｍであった。

以上のようにしてできた帯電ローラの表面を高速で回転させながら研磨してダイヤモンド粒子の一部を表面に露出させつつ、表面層の層厚を３０μｍから、２０μｍとして最終的な帯電ローラを得た。

＜比較例１＞
比較例１においては、弾性層は実施例と同様な方法にて作成し、共通のものを用いた。また表面層においては、ダイヤモンド微粒子を用いずに、導電性酸化錫（トリフルオロプロピルトリメトキシシラン処理品、平均粒径：０．０５μｍ、体積抵抗率：１０³Ω・ｃｍ） を用いて、導電性を付与した。

＜製造例２＞
表面層を設けない例として、製造例１において用いる弾性層材料に対して、ダイヤモンド微粒子を分散させて、それを帯電部材として扱う。すなわち、製造例１の弾性層材料である下記材料、

エピクロルヒドリンゴム三元共重合体（エピクロルヒドリン：エチレンオキサイド：アリルグリシジルエーテル＝４０ｍｏｌ％：５６ｍｏｌ％：４ｍｏｌ％）１００質量部
軽質炭酸カルシウム ３０質量部
脂肪族ポリエステル系可塑剤 １０質量部
ステアリン酸亜鉛 １質量部
老化防止剤 ０．５質量部
酸化亜鉛 ５質量部
四級アンモニウム塩 ２質量部
に対して、製造例１のときと同じようにして精製したダイヤモンド微粒子を添加した。

ダイヤモンド微粒子は精製した後に、純水とアルコールの混合溶液に分散させて、コロイド溶液とし、遠心分離機によって処理して上澄み液を抽出し、さらに乾燥させて粉末状態として、上記の材料に１０〜１００重量部添加して全体の抵抗を調整した。以上の材料を５０℃に調節した密閉型ミキサーにて１０分間混練して、原料コンパウンドを調製した。

このコンパウンドに原料のゴムのエピクロルヒドリンゴム１００質量部に対し、加硫剤としての硫黄１質量部、加硫促進剤としてのＤＭ（ジベンゾチアジルスルフィド）１質量部およびＴＳ（テトラメチルチウラムモノスルフィド）０．５質量部を加え、２０℃に冷却した２本ロール機にて１０分間混練した。得られたコンパウンドを、直径６ｍｍステンレス製の芯金に外径１２ｍｍのローラ状になるように押し出し成型機にて成型し、加熱蒸気加硫した後、外径が８．５ｍｍになるように幅広研磨方式にて研磨加工を行い、弾性層を得た。ローラ長は３３０ｍｍとした。

＜比較例２＞
比較例２では、表面層を設けない例として、製造例１における弾性層をそのまま帯電部材として使用した。

感光体は負帯電の有機感光体を使用した。

感光体は、例えば直径３０ｍｍのアルミニウム性のドラム上に、アルミニウム基層側から順に第１層は下引き層、第２層は正電荷注入防止層、第３層は電荷発生層、第４層は電荷輸送層という構成になっている。これは一般的な機能分離型の有機感光体であるが、本質的に本実施の形態の構成を限定するものではなく、単層型の有機、ＺｎＯ、セレン、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）等の感光体を使用することも可能である。なお、ここでの感光体は、感光層の厚さが２５ミクロン以下の有機感光体である。

従来の注入帯電では、さらに第５層として電荷注入層を設けるのが一般的である。電荷注入層は、例えば光硬化性のアクリル樹脂にＳｎＯ₂超微粒子を分散したものがあげられ、具体的には、アンチモンをドーピングし、低抵抗化した平均粒径約０．０３μｍのＳｎＯ₂粒子を樹脂に対する重量比で５：２の割合で分散したもの等が知られている。実際には導電性であるＳｎＯ₂の分散量で電荷注入層の体積抵抗値は変化し、画像流れをおこさない条件を満足するために、電荷注入層の抵抗値は１×１０⁸Ωｃｍ〜１０¹⁵Ωｃｍが望ましいとされ、本実施例の比較例の感光体としては、電荷注入層の体積抵抗値が１×１０¹²Ωｃｍのものを用いた。電荷注入層の抵抗値は、絶縁性のシート上に電荷注入層を塗布し、これを三菱油化製のハイレスタで印加電圧１００Ｖにて測定した。

このようにして調合した塗工液をディッピング塗工法の適当な塗工法にて厚さ約３μｍに塗工して電荷注入層とし、比較例の感光体として、
・感光体Ａ： 電荷注入層を有さない第４層までの有機感光体
・感光体Ｂ： 感光体Ａの上に上述した電荷注入層を設けた有機感光体
を使用した。

以上のようなサンプルを用い、今回試作した帯電ローラに−５００Ｖの直流バイアスを定電圧制御にて印加した。また、一般的に帯電ローラにおいては、帯電特性を安定させるためにＡＣバイアスを重畳することが多いため、上記のＤＣバイアスに１０００Ｈｚ、９００Ｖｐｐ（ピーク・ツウ・ピーク電圧）の矩形波ＡＣ電圧を重畳して印加した場合についても比較を行った。

具体的に、バイアス電圧は、以下に示す、
・バイアスＣ： ＤＣ−５００ｖを定電圧制御にて印加
・バイアスＤ： ＤＣ−５００ｖに、１０００Ｈｚ、９００Ｖｐｐの矩形波ＡＣ電圧を重畳して印加
・バイアスＥ： ＤＣ−１１００ｖを低電圧制御にて印加
の設定条件とした。

図６および図７は、上述のようにして製造した比較用のサンプルを用いて行った比較実験の結果を示すデータテーブルである。図６がデータテーブルの前半であり、図７がデータテーブルの後半となっている。

比較実験では、図１に示した構成の画像形成装置において、連続印字試験を実施した。帯電ローラは、感光体に対して、両端部からバネを用いて、荷重を２００ｇずつ加えて、感光体に対して従動させた。また、帯電ローラにギヤを設けて駆動し、感光体に対して速度差を与えた実験も行って比較した。

画像の評価方法は、Ａ３サイズ用紙の全面に６００ｄｐｉの多値スクリーンによるスクリーン線数が２１２線のハーフトーン画像３種類（画像濃度：約０．３，０．５，０．８）、全面白地画像、および全面黒字（ベタ）画像を印字して、目視により帯電ムラによる画像筋や、感光体のピンホールに起因する画像欠陥、および磁気ブラシ帯電装置から感光体への磁性粒子の付着等が発生していないかを確認した。

手順としては、帯電装置が初期の状態で画像を確認した後に、紙を通紙しない状態で、４％の印字率の文字チャートを感光体上に現像し、感光体クリーナにて回収する動作をＡ４サイズの紙で１０，０００枚相当実施し、その後に紙を通して、上記したような画像確認を行う。画像上に不具合が発生しない組み合わせに関しては、その試験を繰り返して、積算で７０，０００枚相当の試験を行った。

図６では、帯電ムラによる筋が発生した場合は、「ａ」と記載し、感光体にリークが発生してピンホールに起因する画像欠陥の場合は「ｂ」と記載。特に「ａ」については、発生した状態で目視にてレベルを１〜３段階に分けて評価した。ここで「レベル１」は事実上ほとんど目立たないレベルであり試験を続行したが、「レベル２」ではいわゆる画像欠陥であり、寿命等によりユーザがＮＧとするレベルであり、その段階で試験を打ち切った。またレベル３は、ハーフトーン画像自体がまともに形成できないような場合であり、ピンホールや露光障害等の局所的な欠陥を除いた画像上の反射濃度の最大値と最小値の差（△ＩＤ）が０．４
以上あるような場合、レベル３とした。それぞれ表中では、「ａ１」「ａ２」「ａ３」というように記載した。また、「ｂ」については、わずかでも目視にて十分に確認できるレベルで発生していれば、すべてＮＧとし、そこで試験を打ち切った。

実験Ｎｏ．１〜１１は、製造例１に基づいて作成された本実施の形態による帯電ローラを用いた試験結果である。

試験Ｎｏ．１，２では、感光体Ａ（電荷注入層あり）で、バイアスＣ，（ＤＣ：−５００ｖのみ）、およびバイアスＤ（ＡＣを重畳したバイアス）により試験した結果であり、７０，０００枚に亘って良好な画像が得られた。また試験Ｎｏ．３，４は、感光体Ｂ（電荷注入層なし）を使用したもので、試験Ｎｏ．１１（ＡＣ重畳）では、７０，０００ｋに渡り良好な結果が得られたが、試験Ｎｏ．３（ＤＣ：−５００ｖのみ）では、初期から若干の帯電ムラ（筋状）が発生した。しかしＮＧというレベルではなく、７０，０００枚に亘ってその状態を維持することができ、結果的には７０，０００枚の試験をクリアした。この結果に関して、製造例２の表面層を有さない本実施の形態による帯電ローラでも、ほぼ同様な結果が得られた（実験Ｎｏ．１２，１３は電荷注入層ありの感光体、実験Ｎｏ。１４，１６が注入層なしの感光体でＤＣ：−５００ｖバイアスのみのＮｏ．１４は初期から若干のムラは発生したものの７０，０００枚まで許容できるレベルでクリアした）。

これに対して、比較例１および比較例２の帯電ローラの結果を、実験Ｎｏ．１７〜３０に示す。実験Ｎｏ．１７〜１９は、比較例１の帯電ローラを感光体Ａ（電荷注入層あり）に対して適用したもので、バイアスＤ（ＡＣ重畳）を行えば、初期から画像は安定するものの、バイアスＣ（ＤＣ：−５００ｖ）では初期からまともな帯電でできずにＮＧであった。そこで、同じＤＣのみでも−１１００ｖを印加したところ、実験Ｎｏ．１９のように、初期からａ１レベルで、１０，０００枚後には帯電ムラが増加し、ＮＧとなった。

この傾向は感光体Ｂ（電荷注入層なし）の場合も同様で、ＡＣバイアスを印加すれば、いわば従来の帯電ローラの性能が出るので、安定した帯電が可能である（実験Ｎｏ．２２）が、ＤＣ−５００ｖだけでは、良好な帯電ができずに初期からＮＧとなった（実験Ｎｏ．２０）。またＤＣ：−１１００ｖにおいても、感光体Ａのときと同じ結果（Ｎｏ．２３）となった。また帯電ローラに表面層をつけない比較例２も、およそほぼ表面層つきの比較例と同様な傾向を示した。

すなわち、比較例１および比較例２においては、どちらもＡＣバイアスを重畳しないと安定した帯電ができない。さらにＡＣバイアスを用いても６０，０００枚以降では若干の帯電ムラが発生した。これは、オゾンボケと思われ、ＡＣを重畳して、従来の近接領域による放電によって帯電させたために発生したと思われる。また、ＤＣバイアスのみでも、−１１００ｖを印加して、パッシェン則の放電により帯電を行えば、初期ではある程度の均一帯電はできるものの、１０，０００枚後では帯電ムラが顕著になり、いずれもＮＧとなってしまった。

これに対して、本実施の形態のように、帯電ローラの感光体に接触する部分にダイヤモンド微粒子を分散させた場合、ＡＣバイアスを印加すれば、どのタイプの感光体を用いても良好な帯電特性が７０，０００枚まで維持できる。またＤＣ−５００ｖのみで、さらに特殊な感光体を用いない状態においても、若干の帯電ムラは発生するものの、ほぼ良好な均一帯電が可能となり、すなわちパッシェン則に従わない注入帯電が良好にできるようになる。

さらに、この帯電ムラについては、帯電ローラと感光体とに速度差を設けることで、改善することができる。

実験Ｎｏ．４〜１０は、感光体Ｂ（電荷注入層なし）とバイアスＣ（ＤＣ−５００ｖのみ）との組み合わせで、駆動部１０３により帯電ローラの回転速度を変えて実験した結果である。実験Ｎｏ．３は、帯電ローラを感光体に従動させた場合であり、これに対して、帯電ローラを駆動した場合、帯電ローラと感光体の接触部においてＷｉｔｈ方向（同じ方向）で周速比が１倍の時（実験Ｎｏ．５）は、従動時とかわりないものの、その他の速度のときは、いずれも、初期の帯電ムラがなくなった。さらに帯電ローラを、帯電ローラと感光体の接触部において、感光体に対してｗｉｔｈ方向（同じ方向）に１．１〜２．０倍の速度で回転させたところ、初期から７０，０００枚に渡り、帯電ムラが発生することがなく、良好な画質を維持できた。一方、比較例等では、帯電ローラと感光体に速度差を設けても、特に帯電ムラは改善されずに、効果がなかった。これは、本実施の形態のような接触式の注入帯電では、いかにダイヤモンド粒子が均一に分散されているとはいえ、感光体表面に対して接触する確立が高いほうが安定した帯電ができるからであると考えられる。

このように、駆動部１０３は、弾性体における被帯電体に接触する部分が、被帯電体の被帯電面の移動速度よりも速い速度で移動するように、該弾性体を駆動している。

また、上述の例とは異なり、駆動部１０３によって、弾性体と被帯電体とが当接する位置において、弾性体における被帯電体に接触する部分が、所定方向とは反対方向に移動するように、該弾性体を駆動するようにすることで、弾性体表面と被帯電体表面との速度差を容易に大きくすることができ、ダイヤモンド粒子が感光体表面に接触する確立をさらに高めることができる。

以上のように、本実施の形態の帯電装置により、従来と比較して帯電効率が格段に向上することが見出されたが、それ以外の効果として、特にクリーナレスプロセスに用いた場合に、感光体を安定的に研磨することで、感光体表面へのトナーや外添剤の固着現象を防止する効果が期待できる。次に、これについての検証実験について説明する。

実験には、図８に示すようなプロセス構成を有する画像形成装置を用いた。専用の感光体クリーナをなくし、その位置に、ブラシバイアス電圧印加部２０４ａ’によりＤＣ＋６００ｖが印加される固定型のブラシ２０４ｂ’を配置した。このブラシ２０４ｂ’は、転写されずに感光体上に残存した残転写トナーのパターンを乱したうえで（メモリ除去）、トナーの帯電極性を安定してプラス方向に揃えるためのものである（メモリ除去部材）。図８に示すプロセスユニットＰ’は、弾性体１０１と、感光体２０１と、現像部２０６と、ブラシ２０４ｂ’とを備えている。

このブラシ２０４ｂ’では、ブラシの繊維長さは４ｍｍ、太さは４デシテックス、ナイロン製のものを用いている。抵抗は１×１０⁴〜１０⁷Ωｃｍで、これはブラシ２０４ｂ’を金属板に５００ｇの荷重で押し当て状態で３００ｖを印加して、そのときの電流値から測定した値である。

このような装置構成では、残転写トナーは、ブラシ２０４ｂ’によりプラス帯電となり、帯電ローラに付着する。ここで、本実施の形態の帯電ローラは、注入帯電特性に優れることで、短時間で速やかにトナーをマイナス帯電とし、感光体上に吐き出す。そして吐き出されたトナーは現像部にて、非画像部では現像器内に回収され、画像部はそのまま現像画像として感光体上に残る。ここで、従来の帯電ローラでは、残転写トナーをすみやかにマイナス帯電にすることができないために、帯電ローラが汚れて、帯電性能が低下するが、本実施の形態の帯電ローラではそのようなことがない。

また、クリーナレスプロセスでは、専用のクリーナブレードがなく、感光体を削る部材がないため、前述したようにトナーや離脱した外添剤が感光体に固着する、いわゆる感光体フィルミングが発生しやすくなるが、本実施の形態の帯電ローラでは、ダイヤモンド微粒子が感光体表面を安定して研磨するため、フィルミングが発生しにくくなる。

比較実験における評価は、先の試験と同様な方法で実施したが、専用のクリーナつきの場合は、紙を使わずに試験したのに対して、今回は専用のクリーナがないので、紙を使用して実際に通紙試験を実施して行った。

評価項目については、これまでの「ａ」および「ｂ」に加えて、フィルミングによる画像欠陥の「ｄ」を追加した。これは先の試験と同様なハーフトーンや白地、ベタ画像を印字して、筋や白点が発生した際に、感光体表面を目視確認し、画像に対応する位置に、付着物が認められた場合はフィルミング「ｄ」とした。この場合も、筋や白点が認められるものの許容できるレベルのものを「ｄ１」とし、ＮＧレベルを「ｄ２」とし記載した。

また、感光体の膜削れ量も測定した。膜削れ量はケット電子製の渦電流式の膜厚計により測定した。任意な位置を変えて３０回測定してセンターから２０回分の平均値を膜厚とし、初期状態の感光体からどれだけ削れたかを測定した。

図９は、図８に示すようなプロセス構成を有する画像形成装置を用いた実験結果を示すデータテーブルである。

従来例の比較例１の帯電ローラにおいては、感光体のＡ（電荷注入層あり）、バイアスＤ（ＡＣ重畳）の組み合わせにおいても、およそ１０，０００枚後に、帯電ローラの汚れにより「ａ１」レベルとなり、同時にフィルミングも発生して「ｄ１」レベルとなり、さらに２０，０００枚後には、どちらのレベルも「２」となりＮＧとなった。

これに対して、製造例１の本実施の形態の帯電ローラを用いた場合は、感光体のタイプに関わらず、バイアスＤ（ＡＣ重畳）の組み合わせにおいては、３０，０００枚印字後、帯電ムラ筋、フィルミングともレベル１にまで悪化し、４０，０００枚後、ＮＧとなった。さらに、製造例１の帯電ローラにおいては、バイアスＣ（ＤＣ−５００ｖのみ）で、感光体Ｂ（電荷注入層なし）の組み合わせにおいても、初期から若干の帯電ムラは発生したものの、５０，０００枚にわたってフィルミングが発生しなかった。

さらに、実験Ｎｏ．３７のように、帯電ローラを駆動して感光体と速度を設けたところ、帯電ムラもなくなり、良好な画質が５０，０００枚に亘って維持できた。

感光体の膜削れ量についても、実験Ｎｏ．３７では、ブレードクリーナー使用時（実験Ｎｏ．７、テーブル中最下段）に比べて、約半分の値でおさまっている。このように本実施の形態を適用することで、クリーナレスプロセスを用いた場合においても、帯電装置が汚れにくく、さらにクリーナレスプロセス本来の目的である感光体を大きく削ることなしに、感光体フィルミングをも防止することができる。

このような効果は、特に感光体表面が削れにくい材料を用いた場合に顕著になる。耐久性の高い感光体としてはａ−Ｓｉを主成分とする無機感光体や、有機感光体においても、連鎖重合性官能基を有する正孔輸送性材料を含むものを使用すると、感光体の表面硬度が高くキズがつきにくくなり、感光体の長寿命化が達成される。このような感光体を用いた際、上記した帯電ローラを用いると、感光体自体はほとんど削れずに、固着するトナー成分を安定して感光体から除去して感光体フィルミングを防止することができる。

図９における実験Ｎｏ．３８，３９に、それぞれの感光体を用いた場合の試験結果を示す。この試験条件では電荷注入層を設けていないが、帯電ローラと感光体とに速度を設けているため、安定した注入帯電が可能で、さらに感光体がほとんど削れない状態で５０，０００枚の試験をクリアした。

以上のように、本実施の形態によれば、注入帯電が可能な帯電装置を低コストで、しかもオゾンの発生をほぼ無くすことができる接触帯電方式で達成するものである。本実施の形態では、帯電ローラやブレード等の弾性接触帯電部材の最外層にダイヤモンド微粒子を分散させるものであり、これにより上記のような帯電部材を得ることが可能になる。

また、通常の接触帯電装置は、被帯電体表面に接触しているため、帯電部材に印加しているバイアスと逆極性に帯電してしまったトナー等を帯電装置側に取り込んでしまい、汚れとなって帯電装置の性能が低下してしまうという課題があった。これに対しても本実施の形態の帯電装置では帯電効率が格段に向上しているため、取り込んだトナー等をすみやかに注入帯電により正規の極性に戻すことができ、それによって接触帯電部材の汚れが防止でき、帯電装置自体を長寿命化できる。

また、特に近年では、装置の小型化や排トナーを減らす要求から、感光体に専用のブレードクリーニングを設けないで現像器にて転写残トナーを回収して再利用するクリーナレスプロセスの装置が増えている。このようなクリーナレスプロセスの場合は、帯電装置へ取り込まれる残転写トナー量は圧倒的に多くなるため、上記効果はいっそう重要なものとなる。さらに本実施の形態では、感光体にダイヤモンド微粒子が接触するために、感光体表面の研磨効果も得られる。特に上記したクリーナレスプロセスの場合は、ブレードクリーナーで感光体が削れることはなくなるものの、今度は感光体表面に現像剤中のワックスや離脱した外添剤等が付着して固着する、いわゆるフィルミング現象が発生してしまい、画像上に筋等の不具合が発生し、多くの場合、かえってクリーナブレードがない方が、感光体寿命が短くなってしまう。このような場合に、本実施の形態の帯電装置ではダイヤモンド微粒子が感光体表面を研磨し、序々に固着するフィルミングをそぎ落とすので、感光体のフィルミングをも防止することができる。

本実施の形態による接触帯電装置を用いれば、低い印加電圧で安定した感光体の帯電が可能になる。特に感光体側に注入帯電用の抵抗の低い表面層を設けなくても安定した帯電が可能になり、装置として高画質化に貢献できる。加えて、帯電装置内に混入した逆帯電トナー等もすみやかに排出でき、帯電装置としての耐久性も向上する。また、感光体表面に対する研磨作用により、トナー中のワックス成分や離脱した外添剤等が感光体表面に固着するフィルミング現象を防止でき、特にクリーナレスプロセスに用いると効果的である。また、一般に像担持体の感光層の厚みを薄くすると、帯電性能は低下するが、解像度が向上することが知られている。本実施の形態による帯電装置によれば、このような帯電性能の低い薄い感光層であっても、効率的に帯電させることができ、画像形成装置における高解像度化に寄与することができる。

本実施の形態のように、ダイヤモンド粒子のような負の電気陰性度が高い粒子を弾性体における被帯電体との接触部分の材料に含有させることにより、電圧印加部により印加されるバイアス電圧による被帯電体への電荷注入が起こり易くなり、被帯電体を効率的に負帯電させることができるという効果を奏する。

また、例えば像担持体表面でのフィルミングにより形成される固着物の硬度よりも高い硬度（所定値以上の硬度）を有するダイヤモンド粒子を採用することにより、当該帯電装置における弾性体を像担持体表面に接触させて帯電させる際に、フィルミングによる固着物を効果的に除去することができる。また、ある程度硬度が高い粒子を用いることにより、当該粒子の磨耗による帯電性能の劣化を抑制することができる。

本発明を特定の態様により詳細に説明したが、本発明の精神および範囲を逸脱しないかぎり、様々な変更および改質がなされ得ることは、当業者には自明であろう。

本実施の形態による帯電装置１およびこれを備えた画像形成装置Ｍについて説明するための概略構成図である。 本実施の形態による帯電装置１の詳細な構成を示す図である。 本実施の形態による帯電装置１の他の構成例を示す図である。 本実施の形態による帯電装置１の他の構成例を示す図である。 本実施の形態による帯電装置１の他の構成例を示す図である。 比較用のサンプルを用いて行った比較実験の結果を示すデータテーブルである。 比較用のサンプルを用いて行った比較実験の結果を示すデータテーブルである。 図１とは異なるプロセス構成を有する画像形成装置を示す図である。 図８に示すようなプロセス構成を有する画像形成装置を用いた実験結果を示すデータテーブルである。

符号の説明

Ｍ 画像形成装置、１ 帯電装置、１０１ 弾性体、１０２ 電圧印加部、１０３ 駆動部、２０１ 感光体、２０２ 露光部、２０６ 現像部、２０３ 現像バイアス電圧印加部、２０４ クリーニング部、２０５ 転写部、２０７ 転写バイアス電圧印加部、Ｐ プロセスユニット。

Claims (13)

1. 被帯電体に接触する弾性体であって、該弾性体における前記被帯電体と接触する部分がダイヤモンド粒子を含有する材料により形成されている弾性体と、
   前記弾性体を介して、前記被帯電体に所定のバイアス電圧を印加することにより、前記被帯電体を帯電させる電圧印加部と
   を備えてなる帯電装置。
2. 請求項１に記載の帯電装置において、
   前記ダイヤモンド粒子は、平均粒子径が３ｎｍ〜３０μｍの範囲内のものである帯電装置。
3. 請求項１に記載の帯電装置において、
   前記弾性体は、回転可能に支持されるローラ形状の弾性部材である帯電装置。
4. 請求項１に記載の帯電装置において、
   前記弾性体における前記被帯電体に接触する部分が、前記被帯電体に対して移動するように、該弾性体を駆動する駆動部を備える帯電装置。
5. 請求項４に記載の帯電装置において、
   前記被帯電体は、該被帯電体における前記弾性体と当接する部分が所定方向に移動するように駆動されるものであり、
   前記駆動部は、前記弾性体と被帯電体とが当接する位置において、前記弾性体における前記被帯電体に接触する部分が、前記所定方向と同方向に移動するように、該弾性体を駆動する帯電装置。
6. 請求項５に記載の帯電装置において、
   前記駆動部は、前記弾性体における前記被帯電体に接触する部分が、前記被帯電体の被帯電面の移動速度よりも速い速度で移動するように、該弾性体を駆動する帯電装置。
7. 請求項１に記載の帯電装置と、
   現像剤により顕像化されるべき静電潜像を担持する被帯電体としての感光体と
   を備えてなる画像形成装置。
8. 請求項７に記載の画像形成装置において、
   前記感光体は、感光層の厚さが２５ミクロン以下の有機感光体である画像形成装置。
9. 請求項８に記載の画像形成装置において、
   前記感光体は、連鎖重合性官能基を有する正孔輸送性材料を含む画像形成装置。
10. 請求項８に記載の画像形成装置において、
    前記感光体は、ａ−Ｓｉ感光体である画像形成装置。
11. 請求項７に記載の画像形成装置において、
    前記弾性体および感光体は、プロセスユニットとして一体的に支持され、前記画像形成装置から着脱自在である画像形成装置。
12. 請求項７に記載の画像形成装置において、
    前記感光体上に形成される静電潜像に対して現像剤を供給するとともに、前記感光体上に残留した現像剤を回収する現像部を備える画像形成装置。
13. 被帯電体と接触する部分がダイヤモンド粒子を含有する材料により形成されている弾性体を前記被帯電体に接触させ、
    前記弾性体を介して、前記被帯電体に所定のバイアス電圧を印加することにより、前記被帯電体を帯電させる帯電方法。

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