JP3801173B2 - 接触帯電器及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機やプリンター等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる接触帯電器及びこれを用いた画像形成装置に関する。

＜コロナ帯電器＞
従来、電子写真装置等の画像形成装置においては、電子写真用の感光体等の被帯電体を帯電する手段として、コロナ放電を利用したコロナ帯電器が主に用いられてきた。
コロナ帯電器は、被帯電体と非接触に配置され、例えばワイヤ電極や針電極等に高電圧を印加してコロナ放電を起こして、その放電電流の一部を被帯電体に流すことで被帯電体を所定の電位に帯電させるものである。

しかしながら、コロナ帯電器はコロナ放電を利用するため、多量のオゾンが発生し、オゾン臭気等の問題がある。また、コロナ放電により発生する放電生成物が被帯電体表面に付着するので、画像品質の低下を引き起こしたり、被帯電体の表面を削ってリフレッシュしなければならないので被帯電体の寿命を短くする、などの問題もあった。さらに、高電圧電源が必要であり、電源コストが高くついた。

＜接触帯電器（放電帯電）＞
そこで近年、コロナ帯電器に代わる接触帯電器が多数提案されている。例えばローラ帯電器、ファーブラシ帯電器、ブレード帯電器等が提案されている。これらは、被帯電体と帯電部材との微小な間隙で起こる放電現象を利用して被帯電体を帯電させる。帯電部材を被帯電体に接触配置し、帯電部材に電圧を印加して被帯電体を所定の電位に帯電する。

ローラ帯電器は、例えば導電性弾性層を有する弾性ローラを含んでおり、これを被帯電体に接触させてニップを形成し、弾性ローラに電圧を印加して被帯電体を帯電するものである。弾性ローラは被帯電体に従動回転させるものが多い。

ファーブラシ帯電器は、例えば導電性植毛繊維を有するファーブラシローラで構成され、これを被帯電体に接触させてニップを形成し、ファーブラシに電圧を印加して被帯電体を帯電するものである。極めて細い繊維を用いるため、ファーブラシに電圧を印加したときに被帯電体との間の電界に局所的に強い部分が発生し、その部分でパッシェン則から逸した過剰放電が起きて帯電ムラが発生してしまうという難点がある。また、被帯電体とブラシ繊維の接触は線接触や点接触の集合であるため、被帯電体とファーブラシとの接触面積を充分に確保することが困難であり、接触不足による帯電不足をなくすことができなかった。

これらの接触帯電器は、コロナ帯電器に比べて低電圧電源で帯電できるものの、パッシェン則に従うため所望の帯電電位に閾値電圧を加えた電圧を帯電部材に印加する必要がある。また、コロナ帯電器に比べてオゾン発生量は減少するものの、放電現象を利用した帯電方式によるものであるため放電生成物による弊害は避けられない。

＜接触帯電器（注入帯電）＞
このような問題を解決するために、放電現象を利用せずに被帯電体に直接電荷を注入する接触帯電器が提案されている。例えば、磁気ブラシ帯電器、ローラ帯電器、ファーブラシ帯電器等がある。
これらは、帯電部材に印加した電圧とほぼ等しい電位に被帯電体を帯電させるもので、前記の放電現象を利用した接触帯電器よりもさらに低い電圧で利用できる。また、放電が起きない或いは十分抑制されるため放電生成物は生じ難く、放電生成物による弊害はない。

磁気ブラシ帯電器は、例えば、磁気ローラを覆った非磁性スリーブと、そのスリーブ上に拘束された、導電性微粒子を保持している磁性キャリアから構成され、該導電性微粒子を保持しているキャリアからなる穂（磁気ブラシ）を被帯電体に接触させてニップを形成し、該磁気ブラシに電圧を印加して被帯電体を注入帯電するものである。この方式の帯電器は、構成が複雑であるためコストが高いという難点がある。また、磁性キャリアの脱落や、感光体等の被帯電体への付着による画像ノイズも問題であった。

ローラ帯電器は、例えば導電性弾性ローラを被帯電体に接触させてニップを形成し、弾性ローラに電圧を印加して被帯電体を注入帯電するものである。被帯電体を注入帯電するにはローラ表面と被帯電体相互の充分な接触面積が要求されるが、弾性ローラを被帯電体に従動回転させるだけでは充分な接触面積は得られない。そこで充分な接触面積を得るために、弾性ローラの周速と被帯電体の周速とに差をつけたうえで、弾性ローラによって被帯電体を摺擦する。しかしそのようにすると、弾性ローラは被帯電体と面接触しているため大きな摩擦力が働く。そのため帯電部材や被帯電体表面が徒に削れて画像ノイズが発生し易い、また、それらの寿命が短くなるという問題がある。

かかる摩擦力を低減するために、特開平１０−３０７４５８号公報は導電性微粒子を接触ニップに介在させるローラ帯電器を提案している。それでもやはりファーブラシや磁気ブラシのような線接触や点接触を利用する帯電器と比べると摩擦力は大きく、帯電部材と被帯電体が削れるために画像ノイズが発生することとそれらが短寿命である問題は解決されない。

ファーブラシ帯電器については、例えば特開平１０−３０７４５７号公報に、ファーブラシを被帯電体に接触させてニップを形成し、そのニップ部に導電性微粒子を１０² 個／ｍｍ² 以上介在させ、ファーブラシに電圧を印加して被帯電体を注入帯電するものが開示されている。ファーブラシは被帯電体と線接触や点接触するので摩擦力は小さく、帯電部材と被帯電体の摩耗量はかなり少ない。また、放電現象を利用しないため、過剰放電による帯電ムラをなくすことができる。さらに、被帯電体とファーブラシとの間に導電性微粒子が介在するため、既述の放電現象を利用したファーブラシ帯電と比べて、ファーブラシの被帯電体との接触不足を改善することができる。

ところが、このファーブラシと被帯電体との接触ニップ部に導電性微粒子を介在させるファーブラシ注入帯電器では、導電性微粒子がファーブラシから離脱することにより帯電安定性に欠ける、という問題がある。

この点、特開平１１−１９０９３０号公報は現像剤に導電性微粒子を混入して供給することを開示しており、特開平１１−１９４５８４号公報は弾性発泡ローラやファーブラシ等の導電性微粒子供給部材を用いて導電性微粒子を供給することを開示している。

特開平１０−３０７４５８号公報 特開平１０−３０７４５７号公報 特開平１１−１９０９３０号公報 特開平１１−１９４５８４号公報

しかしながら、特開平１１−１９０９３０号公報に開示されているように、現像剤に導電性微粒子を混入する場合、導電性微粒子の現像剤への混入量や該粒子の粒径によってはトナーの帯電性を低下させてしまうなど使いこなしが難しく、特開平１１−１９４５８４号公報に開示されているように、供給部材を用いて導電性微粒子を供給するには該供給部材という構成部材が必要となるため、それだけコストアップを招く。

そこで本発明は、簡易に、均一で且つ長期にわたり安定した帯電を行うことができる接触帯電器を提供することを課題とする。
また本発明は、低電圧でオゾンレスで被帯電体を帯電させることができる低コストな接触帯電器を提供することを課題とする。
また本発明は、感光体の帯電を接触帯電器により行うタイプの電子写真方式の画像形成装置であって、感光体を均一に長期にわたり安定して帯電させることができ、それだけ長期にわたり画像ノイズの抑制された良好な画像を形成できる画像形成装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため本発明は、少なくとも帯電用のブラシと帯電補助粒子とを有する接触帯電器であって、前記帯電補助粒子の形状が針状である接触帯電器を提供する。
該帯電用のブラシは被帯電体に接触させるものであり、該帯電補助粒子は被帯電体の帯電にあたり、該ブラシと被帯電体との間に介在させるものである。

また本発明は前記課題を解決するため、かかる接触帯電器と、該接触帯電器により帯電される被帯電体である感光体と、該感光体に画像露光して静電潜像を形成する露光装置と、該感光体上の静電潜像を現像する現像装置とを備え、電子写真方式で記録媒体に画像形成する画像形成装置を提供する。

かかる接触帯電器におけるブラシの代表例としてファーブラシを挙げることができる。 いずれにしても、帯電器のブラシは被帯電体と線接触や点接触するのでブラシ・被帯電体間の摩擦力は小さく、帯電に伴うブラシと被帯電体の摩耗の量を充分小さく抑制でき、それだけ帯電器及び被帯電体の寿命を長くすることができる。
また、かかる帯電器は放電現象を利用しないため、過剰放電による帯電ムラをなくすことができる。

前記ブラシは被帯電体と線接触や点接触するのであるが、被帯電体とブラシとの間に帯電補助粒子が介在するため、ブラシの被帯電体との接触面積を充分に確保することができ（より正確にはブラシと被帯電体相互の接触面積を充分に確保することと同等の効果が得られ）、それにより所望の注入帯電が可能である。

また、帯電補助粒子は針状のもの、換言すれば、帯電補助粒子の長手方向に垂直又は略垂直な断面における差渡し径に比べて粒子長手方向の長さ（粒子長軸の長さ）が大きい形状のものであるため、ブラシ繊維に点接触するだけの球形の帯電補助粒子と比べると、ブラシ繊維とのより広い接触面積が得られ（少なくともブラシ繊維と線接触する確率が増してより広い接触面積が得られ）、それだけ帯電補助粒子とブラシ繊維との間に強いファンデルワールス力（Van der Waals force)と液架橋力が働き、それにより帯電補助粒子のブラシ繊維への強い付着力が得られ、それだけ長期にわたり安定して所望の注入帯電が可能である。

これらにより本発明に係る接触帯電器は被帯電体を簡易な構成のもとに均一に且つ長期にわたり安定して帯電させることができる。
さらに、低電圧でオゾンレスで低コストで帯電を行うことができる。
また、かかる帯電器を用いた本発明に係る画像形成装置によると、感光体表面を均一に且つ長期にわたり安定して帯電させることができ、それだけ長期にわたり画像ノイズの抑制された良好な画像を形成できる。

以上説明したように本発明によると、簡易に、均一で且つ長期にわたり安定した帯電を行うことができる接触帯電器を提供することができる。
また本発明によると、低電圧でオゾンレスで被帯電体を帯電させることができる低コストな接触帯電器を提供することができる。
また本発明によると、感光体の帯電を接触帯電器により行うタイプの電子写真方式の画像形成装置であって、感光体を均一に長期にわたり安定して帯電させることができ、それだけ長期にわたり画像ノイズの抑制された良好な画像を形成できる画像形成装置を提供することができる。

以下本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係る接触帯電器２を備えた電子写真方式の画像形成装置例の概略構成を示している。
＜画像形成装置＞
図１に示す画像形成装置は、ドラムタイプの感光体１を備えており、該感光体の周囲に帯電器２、画像露光装置４、現像装置５、中間転写装置６及びクリーニング装置７がこの順序で配置されている。中間転写装置６には２次転写ローラ８が臨んでいる。定着ローラ対９も設けられている。現像装置５は現像ローラ５１等を備えており、中間転写装置６は感光体１に臨む無端転写ベルト６１と該ベルト６１を間にして感光体１に臨む転写ローラ６２とを含んでいる。クリーニング装置７は感光体１に当接するクリニングブレード７１等を備えている。

この画像形成装置によると、図示省略の駆動手段にて図中ＣＷ方向に回転駆動される感光体１の表面が帯電器２にて一様に帯電され、その帯電域に露光装置４から原稿画像或いは画像データに応じて画像露光が施され、感光体１上に静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置５の、現像バイアスを印加された現像ローラ５１にて現像され、可視トナー像とされる。また、中間転写装置６においては、中間転写ベルト６１は図示省略の駆動手段にて図中ＣＣＷ方向に回転駆動されるとともに転写ローラ６２に転写電圧が印加される。

転写ベルト６１に到来した感光体１上のトナー像は転写電圧を印加された転写ローラ６２にて転写ベルト６１上に転写される。一方、図示省略の記録媒体供給部から供給された記録媒体Ｓが転写ベルト６１上のトナー像と同期をとって転写ベルト６１と２次転写ローラ８との間に供給され、転写電圧を印加された該２次転写ローラ８にて転写ベルト６１上のトナー像が記録媒体Ｓに転写される。トナー像が転写された記録媒体Ｓは引き続き定着ローラ対９に送られ、そこでトナー像が加熱加圧下に定着され、その後図示省略のトレイに排出される。

＜帯電器＞
帯電器２は接触式のものであり、基本的には、ここでの被帯電体である感光体１に接触させる接触帯電部材としてのファーブラシ２１を有し、該ファーブラシと感光体１との間に帯電補助粒子３を介在させて感光体１を帯電するものである。本例ではファーブラシ２１と感光体１とを相対移動させて感光体１を帯電するものである。

図２は帯電器２のブラシ２１の概略斜視図であり、図３は該帯電器ブラシ２１の一部を概略的に拡大して示す図である。
この帯電器２は、ブラシ繊維２ｂを植設した基布２ａを円柱形状の芯金ローラ２０の表面に両面接着テープで貼着して形成したローラ状のファーブラシ２１を備えている。なお、基布の裏面は導電塗料を塗布することによって導電性となっており、上記両面テープの一部を欠いて置くことで、基布の裏面と芯金ローラ２０とを直接接触させ、ファーブラシ２１と芯金ローラとが電気的に導通するようになっている。このファーブラシ２１は芯金ローラ２０を介して電源ＰＷから所定の帯電用電圧を印加し、図示省略の駆動手段にて回転駆動して使用する。

ブラシ繊維２ｂとしては、一般に知られている繊維に導電性材料を分散したものを利用することができる。かかる繊維材料としては、ポリアミド（ナイロン）、ポリビニルアルコール（ビニロン）、アクリル樹脂、ポリエステル、レーヨンなどを例示できる。
導電性材料としては、アルミニウム、鉄、銅、ニッケルなどの金属や、酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタンなどの導電性酸化物、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブなどの炭素微粒子などを例示できる。
ブラシ繊維２ｂとしては、ユニチカ（株）製のＵＵＮ、ＧＢＮ、ＳＵＮといった導電性ポリアミド（導電性ナイロン）や、ユニチカ（株）製のＵＳＶ（導電性ビニロン）、ＲＥＣ（導電性レーヨン）などを例示できる。

なお、帯電器２としては、ブラシ繊維２ｂを植設した基布を板金等に接着剤等で貼着して形成した固定タイプのファーブラシを有するものでもよい。
また、ファーブラシはブラシ繊維を傾かせる工程の有無により、直毛ブラシと斜毛ブラシの二つのタイプがあるが、どちらも利用できる。

斜毛タイプのブラシは、被帯電体に対してブラシ繊維が寝ていて被帯電体との接触領域を確保し易いため、電荷を注入する領域が増え、それだけ均一な帯電が可能となる。このため、斜毛タイプのブラシの方が有利である。ブラシローラの回転方向については、被帯電体を逆撫でする方向ではブラシ繊維が乱れてブラシ繊維の抜けが発生し、帯電不良が起きてしまうので、被帯電体を順撫でする方向が有利である。
そして、ファーブラシローラ２１はその繊維が該ファーブラシローラの回転方向の上流側に傾くように斜毛処理されていることが望ましい。

被帯電体である感光体１にピンホールなどの欠陥がある場合に、ブラシから該欠陥部分へ過電流が流れてブラシ軸方向の帯電不良が起きることと、過電流が流れたブラシ繊維によりブラシ回転方向の帯電不良が起きることと、過電流が流れることによりブラシ繊維と感光体１の欠陥部分が劣化することとを防止するために、いずれのタイプのブラシを採用するにしても、ブラシ繊維の体積抵抗率は１×１０¹ Ω・ｃｍ以上とすることが望ましい。また、充分な帯電を行うのに必要な帯電電流を流すために、ブラシ繊維の体積抵抗率は１×１０⁸ Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。ブラシ繊維の体積抵抗率は１×１０² Ω・ｃｍ〜１．２×１０⁵ Ω・ｃｍであることがより好ましい。

ブラシを構成するブラシ繊維２ｂの太さについては、１デニール〜１０デニールが好ましい。
ブラシ繊維２ｂの植毛密度については、１２０本／ｍｍ² 〜１００００本／ｍｍ² であることが好ましい。植毛密度が小さすぎると、ブラシの感光体１への充分な接触面積を得ることができず、帯電不良が発生してしまう。また、１００００本／ｍｍ² を超えてくる植毛密度のブラシを製造することは困難又は不可能である。ブラシ繊維２ｂの植毛密度は１５５本／ｍｍ² 〜１００００本／ｍｍ² であることがより好ましい。

＜帯電補助粒子＞
帯電補助粒子３としては形状が針状のものを採用する。
帯電補助粒子３の材料としては、例えば、酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタン、酸化鉄、酸化アルミニゥム、酸化マグネシゥムなどの金属酸化物や、カーボンブラック、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブなどの炭素微粒子などを利用することができる。

金属酸化物を用いる場合、主金属元素と異なる金属元素を含有した金属酸化物を用いることも可能である。例えば、酸化亜鉛にアルミニゥムを含有させたもの、酸化錫にアンチモンを含有させたもの、或いは芯材として酸化チタン、ホウ酸アルミニゥム、硫酸バリゥム等を用い、その表面をアンチモンを含有する酸化錫で覆ったものなどである。

導電性酸化錫で覆われた針状の酸化チタンを例にとると、それは、例えば特開平９−１７５８２１号公報で提案されている以下の製法で得られる。すなわち、含水酸化チタンをアルカリで処理して得られた反応生成物と塩酸とを瞬時の混合下で反応させ、次いで８０℃以下の温度で加熱熟成し、その後さらに塩酸との混合下で反応させた後８５℃以上で加熱熟成して針状酸化チタンを得る。この酸化チタンに水溶性錫化合物及び水溶性アンチモン化合物を添加処理して、該酸化チタン表面に錫の含水酸化物とアンチモンの含水酸化物を被着した後、焼成し、かくしてアンチモン含有酸化錫からなる導電層が被着された針状帯電補助粒子を得る。

市販されているものとしては、導電性酸化錫は石原テクノ株式会社製のＦＳ−１０Ｐ、導電性酸化錫で覆われた酸化チタンは石原テクノ株式会社製のＦＴ−１０００、ＦＴ−２０００、導電性酸化錫で覆われた硫酸バリゥムは三井金属鉱業株式会社製のパストラン５１１０Ｓ、パストラン５１１０Ｙを例示できる。

いずれにしても、針状の帯電補助粒子３は球形の粒子に比べてブラシ繊維とのより広い接触面積を得ることができるので、ブラシ繊維との間に強いファンデルワールスカ、液架橋力が働き、帯電補助粒子３のブラシ繊維への強い付着力を得ることができる。

特に、粒子のアスぺクト比を２以上とすることで、球形の粒子に比べてブラシ繊維とのより広い接触面積を得ることができ、それにより、該粒子とブラシ繊維との間に強いファンデルワールス力と液架橋力が働き、帯電補助粒子３のブラシ繊維への強い付着力を得ることができる。
なお、粒子のアスペクト比は、粒子長軸の長さＬ〔μｍ〕と粒子短軸の長さＤ〔μｍ〕との比Ｌ／Ｄとして得られる。ここで帯電補助粒子のＬとＤはレーザー回折・光散乱、電子顕微鏡観察等の従来の粒径測定法により求めることができ、特にレーザー回折法が適している。
具体的には、次のようにして求めた。すなわち、帯電補助粒子１０ｍｇに純水５ｃｃと少量の界面活性剤を加え、超音波振動器に５分間かけて導電性粒子を分散させ、これを粒度分布計（マスタサイザ２０００ マルバーン社製）で測定した。短軸に相当するピークと長軸に相当するピークからなる２成分の粒度分布が得られ、短軸側ピークの体積平均粒径をＤ、長軸側ピークの体積平均粒径をＬとした。

アスペクト比の上限については１００００程度である。アスペクト比が１００００を超える帯電補助粒子を製造することは困難である。

帯電補助粒子のアスペクト比は３以上１００００以下であることがより好ましく、５以上１００００以下であることがさらに好ましく、１０以上２００以下が一層好ましい。

また、針状の帯電補助粒子３は、その長軸の長さがＬ〔μｍ〕、ブラシ繊維１本の太さがＴデニールであるとき、Ｌ² ／Ｔ≦２００の条件を満たすことが好ましい。
Ｌ² ／Ｔが大きすぎると、以下の弊害が生じてしまう。

つまり、ブラシ繊維の表面は平坦面ではなく曲率を有しており、Ｌ² ／Ｔは概ねブラシ繊維表面の曲率に対する帯電補助粒子３の長軸の長さＬの割合に相当するものである。従って、Ｌ² ／Ｔの値が大きすぎることは、ブラシ繊維表面の曲率に対し粒子長軸の長さＬが大きすぎることを意味する。長さＬが大きすぎると、ブラシ繊維の長軸と帯電補助粒子３の長軸が平行でないときに、帯電補助粒子３におけるブラシ繊維と接触しない部分の割合が大きくなり、帯電補助粒子３の全表面積に対する該粒子のブラシ繊維との接触面積の割合がそれだけ小さくなり、粒子３のブラシ繊維への十分な付着力を得ることができなくなる。そのため安定した帯電を行うことができなくなる。

よって、Ｌ² ／Ｔ≦２００の条件が満たされることが好ましく、この条件が満たされる場合は、帯電補助粒子３の長軸とブラシ繊維の長軸が平行でないときでも、帯電補助粒子３の全表面積に対する該粒子のブラシ繊維との接触面積の割合が大きくなり、ファンデルワールス力と液架橋力により帯電補助粒子３のブラシ繊維への強い付着力を得ることができる。

Ｌ² ／Ｔの値は１２０以下がより好ましく、５０以下がさらに好ましい。
Ｔの値は１から１０が好ましく、Ｌの値については、その値が０．１より小さい粒子を製造することは困難であるから、Ｌ² ／Ｔの値は０．００１以上が好ましい。

帯電補助粒子３の体積平均粒径は、０．０５μｍ〜１０μｍであることが好ましい。帯電補助粒子の体積平均粒径が小さすぎると、帯電補助粒子の製造コストが高くなり帯電器が高コストになってしまう。大きすぎると、ローラ型ブラシの場合、回転により帯電補助粒子３に働く遠心力が大きくなり、ブラシからの離脱量が増え、長期にわたり安定した帯電を行うことが困難となる。
帯電補助粒子３の体積平均粒径は、０．１μｍ〜５μｍであることがより好ましい。

帯電補助粒子３の体積抵抗率は、１×１０¹⁰Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。１×１０¹⁰Ω・ｃｍを超えると、ブラシから被帯電体（本例では感光体１）へ充分な電荷を供給することができなくなり、帯電ムラが発生してしまう。
帯電補助粒子３の体積抵抗率は、１×１０⁸ Ω・ｃｍ以下であることがより好ましい。 帯電補助粒子３の体積抵抗率は、小さすぎると感光体表面に付着したときに像流れを引き起こすので、１×１０^-4Ω・ｃｍ以上であることが好ましく、１×１０¹ Ω・ｃｍ以上がより好ましい。

＜帯電補助粒子の付着＞
ブラシ２１への帯電補助粒子３の付着については、例えば、平板上に帯電補助粒子３を適量散布し、その上にブラシ２１を接触配置し回転させて帯電補助粒子３を塗布することで行える。平板上に散布する帯電補助粒子３の量を変えることで、ブラシへの付着量を制御することができる。

帯電用ブラシのブラシ繊維が植毛されている空間における帯電補助粒子３の平均付着量は０．３ｍｇ／ｃｍ³ 〜３０ｍｇ／ｃｍ³ が好ましい。帯電補助粒子３の付着量が少なすぎると、帯電補助粒子３を介したブラシ２１と感光体１との接触量が不足し帯電不良が発生する。また、帯電補助粒子３はブラシから離脱していくので長期安定性に欠ける。逆に多すぎると、ブラシ２１から感光体１へ帯電補助粒子３の凝集物が移行し、画像ノイズが発生してしまう。また、ブラシ２１から帯電補助粒子３が飛散して周囲を汚してしまうという弊害も生じる。
帯電用ブラシのブラシ繊維が植毛されている空間における帯電補助粒子の平均付着量は０．６ｍｇ／ｃｍ³ 〜２０ｍｇ／ｃｍ³ がより好ましい。

帯電補助粒子をブラシ繊維に付着させるにあたっては、ブラシ繊維の被帯電体（本例では感光体１）と接触する部分に限らず、ブラシ繊維の根元側にも帯電補助粒子３を付着させることで、根元側に付着した帯電補助粒子３を帯電ニップ部に供給して離脱した帯電補助粒子３を補うことができる。つまりブラシローラ２１を回転させると根元側に付着した帯電補助粒子３には弱い遠心力が働き、徐々にブラシ先端側に移動して帯電ニップ部に供給されるのである。

このようにブラシ２１が、被帯電体を帯電する機能と帯電補助粒子３を自ら供給する機能とを兼ね備えることで、簡易な構成で、且つ、長期にわたり安定した帯電が可能となる。

なお、既述のとおりファーブラシには直毛ブラシと斜毛ブラシの二つのタイプがあるが、帯電補助粒子３の保持と供給の観点からしても、斜毛タイプブラシの方が有利である。
斜毛ブラシでは、ファーブラシローラのブラシ繊維の根元側の帯電補助粒子３は、斜毛しているファーブラシローラの外側の繊維によって覆われているので、過剰に帯電ニップ部に移動したり遠心力等によって飛散したりすることがない。また、斜毛ブラシは直毛ブラシに比べてニップ部を通過した直後のブラシ繊維の形状変化が小さいため、この時の帯電補助粒子３の飛び散りを抑制することができる。これらにより、斜毛ブラシは、帯電補助粒子３を帯電ニップ部へより安定して供給することができる。

他の帯電補助粒子供給手段を設けてもよい。例えば、帯電補助粒子３を現像剤に混入しそれを感光体１に付着させ帯電ニップ部に移動させるものや、ローラやファーブラシやブレード等の供給部材を用いて帯電補助粒子３を供給してもよい。このように他の供給手段を追加することで、さらに長期にわたり安定した帯電が可能となる。

＜帯電＞
帯電補助粒子３を付着させたファーブラシ２１を所定の押込み量で感光体１に当接し、ファーブラシ２１を回転させながらこれに電源ＰＷからＤＣバイアスを印加して感光体１を帯電させる。すると印加電圧とほぼ同じ帯電電位で、且つ、均一な帯電が得られる。さらに、例えば１千枚印字後でも帯電性は良好である。

前記ＤＣバイアスに交番電圧（ＡＣ）を重畳してもよい。例えば、ＤＣバイアス−６００Ｖにピーク間電圧５００Ｖ、周波数１ｋＨｚの矩形波を重畳する例を挙げることができる。

＜ファーブラシの回転＞
ファーブラシ２１の表面の移動方向と感光体１表面の移動方向が逆（カウンタ）のとき、ファーブラシ２１の感光体１に対する相対速度比（相対周速比）θは、１≦θ＜５であることが好ましい。θが小さすぎると、ファーブラシ２１の感光体１への十分な接触量を得ることができず、帯電不良が発生してしまう。逆にθが大きすぎると、ファーブラシ２１が感光体１を摺擦する機会が増えるため、感光体１の表面を傷つけて帯電ムラが発生し易くなり、また感光体１とファーブラシ２１の削れ量が増してそれらの寿命が短くなってしまう。さらに、ファーブラシ２１に付着している帯電補助粒子３に働く遠心力が大きくなり、該粒子のファーブラシ２１からの離脱量が増して、長期にわたり安定した帯電が得られない、という問題も発生する。
上記のカウンタ回転のときのファーブラシ２１の感光体１に対する相対速度比θは、１．５≦θ＜４であることがより好ましい。

ファーブラシ２１の表面を感光体１の表面の移動方向と同じ方向（ウイズ）に移動することも可能である。このとき、ファーブラシ２１の感光体１に対する相対速度比θは、１．５≦θ＜５であることが好ましい。カウンタ動作の場合と同じ相対速度比を得るためには、回転数を増やす必要がある。回転数を増やすと、ファーブラシ２１が感光体１を摺擦する機会が増えるため、感光体１の表面を傷つけて帯電ムラが発生し易くなり、また感光体１とファーブラシ２１の削れ量が増してそれらの寿命が短くなってしまう。さらに、ファーブラシ２１に付着している帯電補助粒子３に働く遠心力が大きいため該粒子のファーブラシ２１からの離脱量が増して、長期にわたり安定した帯電が得られない、という問題も発生する。以上の点から、ファーブラシ２１の回転方向は、感光体１の表面の移動方向と逆（カウンタ）の方が有利である。

なお、上記のウイズ回転のときのファーブラシ２１の感光体１に対する相対速度比θは、２≦θ＜４であることがより好ましい。

＜ファーブラシの押込み量＞
ファーブラシ２１の感光体１への押込み量は０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。押込み量が少なすぎると、ファーブラシ２１と感光体１との十分で安定した接触量（接触ニップ）が得られず、また押圧力が小さくなり、ブラシ繊維及び帯電補助粒子３と感光体１との接触抵抗（電気抵抗）を充分に下げることができなくなり、帯電不足による帯電ムラが発生してしまう。逆に押込み量が多すぎると、ファーブラシ２１から感光体１へ過剰な押圧力が働くため、摩擦力が大きくなり、感光体１の表面を傷つけ帯電ムラを引き起こし易くなり、また感光体１とファーブラシ２１の摩耗量が増してそれらの寿命が短くなってしまうという弊害が生じる。さらに、ブラシ繊維の形状の変位量が多くなるので、ブラシ繊維が帯電ニップ部を通過し感光体１から離れて元の形状に復元する時の、ブラシ繊維に付着している帯電補助粒子３に働く繊維から離れる方向の力が大きくなり、ブラシ繊維からの帯電補助粒子３の離脱量が多くなり、長期にわたり安定した帯電が得られなくなる。

ファーブラシ２１の感光体１への押込み量は０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下がより好ましく、０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下がさらに好ましい。

＜実施例＞
以下に本発明に係る帯電器を採用して画像形成した実施例及び比較例を説明する。以下の実施例、比較例における印字は市販のプリンタ（ミノルタ・キューエムエス（株）製 magicolor 2200 DeskLaser) において帯電器を次に説明する帯電器に置き換えて、Ｂ／Ｗ５％チャートの印字にて行った。

帯電器として図２及び図３に示す構成を持つファーブラシ２１を有するものを用いて評価を行った。
ブラシ繊維２ｂとして、ナイロン６にカーボンブラックを分散したユニチカ株式会社製のＵＵＮ（導電性ナイロン）を用いた。該ブラシ繊維１本の太さは２デニール、ブラシにおけるブラシ繊維植毛密度は５２４本／ｍｍ² 、ブラシ繊維の体積抵抗率は３．６×１０⁴ Ω・ｃｍであった。
ブラシ繊維の体積抵抗率は、長さ１．５ｃｍの繊維の一束から得られた抵抗値（原糸抵抗）から体積抵抗率を換算してもとめた。

かかるブラシ繊維２ｂを植設した基布を直径６ｍｍ（６ｍｍφ）の芯金２０に巻き付けて両面接着テープで固定し（基布＋両面接着テープの厚み：約０．５ｍｍ）、ローラ状にした。その後、ブラシ毛を傾斜させる斜毛工程を経て斜毛ブラシローラとした。斜毛方向は、ファーブラシ２１の表面の移動方向と感光体の表面の移動方向が逆（カウンタ）のときに、ファーブラシ２１の繊維がファーブラシ２１の回転方向の上流側に傾く方向（順なで方向）とした。

斜毛前のブラシの外径は１３．８ｍｍ、斜毛後のブラシ外径は１２．２ｍｍであった。斜毛処理の前後のブラシ回転軸の放射方向における繊維長の変化率（斜毛度）は０．２１であった。

前記プリンタにおける感光体の外径は３０ｍｍで、これを１００ｒｐｍ（システムスピード１６０ｍｍ／ｓｅｃ）で回転駆動して用いた。帯電補助粒子３を付着させたファーブラシ２１を感光体に、押し込み量０．４ｍｍで当接し、ファーブラシ２１を感光体の表面の移動方向と逆方向に移動するように（カウンタ）、４８０ｒｐｍで回転させた。このときのファーブラシ２１の感光体に対する相対速度比は２であった。ファーブラシ２１に−６００ＶのＤＣバイアスを印加して感光体を帯電させた。

（実施例１）
帯電補助粒子３として、酸化チタンをアンチモンを含有する導電性酸化錫で覆った微粒子を使用した。形状は針状、アスペクト比は１３、体積抵抗率は１×１０¹ Ω・ｃｍであった。この微粒子の長軸の長さをＬ〔μｍ〕、ファーブラシの繊維１本の太さをＴデニールとするとき、Ｌ² ／Ｔ＝１．４であった。ファーブラシ２１のブラシ繊維が植毛されている空間における帯電補助粒子３の平均付着量は６ｍｇ／ｃｍ³ であった。
なお、帯電補助粒子の体積抵抗率は、直径１０ｍｍの樹脂性の筒に粒子を約１ｇ入れ、この粒子に油圧ジャッキで１００ｋｇ／ｃｍ² の圧力をかけ、それにより得られた試料の厚さとこれに１Ｖ印加したときの電流値を測定して求めた。この点は他の実施例、比較例においても同様である。

（実施例２）
帯電補助粒子３として、アンチモンを含有する導電性酸化錫の微粒子を使用した。形状は針状、アスペクト比は１０７、体積抵抗率は１×１０² Ω・ｃｍであった。この微粒子の長軸の長さをＬ〔μｍ〕、ファーブラシの繊維１本の太さをＴデニールとするとき、Ｌ² ／Ｔ＝１．３であった。ファーブラシ２１のブラシ繊維が植毛されている空間における帯電補助粒子３の平均付着量は４ｍｇ／ｃｍ³ であった。

（実施例３）
帯電補助粒子３として、酸化チタンをアンチモンを含有する導電性酸化錫で覆った微粒子を使用した。形状は針状、アスペクト比は１４、体積抵抗率は１×１０¹ Ω・ｃｍであった。この微粒子の長軸の長さをＬ〔μｍ〕、ファーブラシの繊維１本の太さをＴデニールとするとき、Ｌ² ／Ｔ＝４．１であった。ファーブラシ２１のブラシ繊維が植毛されている空間における帯電補助粒子３の平均付着量は７ｍｇ／ｃｍ³ であった。

（実施例４）
帯電補助粒子３として、硫酸バリゥムをアンチモンを含有する導電性酸化錫で覆った微粒子を使用した。形状は針状、アスペクト比は１５、体積抵抗率は１×１０¹ Ω・ｃｍであった。この微粒子の長軸の長さをＬ〔μｍ〕、ファーブラシの繊維１本の太さをＴデニールとするとき、Ｌ² ／Ｔ＝１１３であった。ファーブラシ２１のブラシ繊維が植毛されている空間における帯電補助粒子３の平均付着量は６ｍｇ／ｃｍ³ であった。

（実施例５）
帯電補助粒子３として、カーボンナノチューブを使用した。形状は針状、アスペクト比は４６１５であった。この微粒子の長軸の長さをＬ〔μｍ〕、ファーブラシの繊維１本の太さをＴデニールとするとき、Ｌ² ／Ｔ＝１８であった。ファーブラシ２１のブラシ繊維が植毛されている空間における帯電補助粒子３の平均付着量は４ｍｇ／ｃｍ³ であった。

（実施例６）
帯電補助粒子３として、硫酸バリゥムをアンチモンを含有する導電性酸化錫で覆った微粒子を使用した。形状は針状、アスペクト比は２０、体積抵抗率は１×１０¹ Ω・ｃｍであった。この微粒子の長軸の長さをＬ〔μｍ〕、ファーブラシの繊維１本の太さをＴデニールとするとき、Ｌ² ／Ｔ＝２００であった。ファーブラシ２１のブラシ繊維が植毛されている空間における帯電補助粒子３の平均付着量は７ｍｇ／ｃｍ³ であった。

（比較例１）
帯電補助粒子３として、硫酸バリゥムをアンチモンを含有する導電性酸化錫で覆った微粒子を使用した。形状は球状、アスペクト比は１、体積抵抗率は１×１０² Ω・ｃｍであった。この微粒子の長軸の長さをＬ〔μｍ〕、ファーブラシの繊維１本の太さをＴデニールとするとき、Ｌ² ／Ｔ＝０．００５であった。ファーブラシ２１のブラシ繊維が植毛されている空間における帯電補助粒子３の平均付着量は３ｍｇ／ｃｍ³ であった。

以上の実施例、比較例において、帯電性評価を次のように行った。すなわち、新品のブラシローラ帯電器の使用開始時における感光体ドラム表面の帯電電位ムラと、既述のＢ／Ｗ比５パーセントチャートの印字を１千枚行った後における感光対ドラム表面の帯電電位ムラを測定することにより行った。
表面電位測定は、トレック・ジャパン（株）製の表面電位計MODEL344、プローブ6000B-16を用いて行った。測定の際には、現像装置を取り外して、上記プローブを配置し、ファーブラシローラにＤＣバイアス−６００Ｖを印加して感光対ドラム表面を帯電させたうえで、露光を行わずにそのままの感光体ドラムの表面電位を所定時間測定した。その間測定された表面電位の最大値と最小値との差を帯電電位ムラ｜Ｖ｜とした。

次表における帯電性の評価基準は次のとおりである。
（帯電性の評価基準）
○（良好） ：｜ΔＶ｜＜２０Ｖ
△（許容可能範囲）：２０Ｖ≦｜ΔＶ｜＜５０Ｖ
×（不良） ：５０Ｖ≦｜ΔＶ｜

表
帯電補助粒子形状 アスヘ゜クト 比 L²/T 初期の｜ΔＶ｜ １千枚後の｜ΔＶ｜実施例１ 針状 13 1.4 ○ ○
実施例２ 針状 107 1.3 ○ ○
実施例３ 針状 14 4.1 ○ ○
実施例４ 針状 15 113 ○ △
実施例５ 針状 4615 18 ○ ○
実施例６ 針状 20 200 ○ △
比較例１ 球状 1 0.005 △ ×

以上説明したように、帯電用ブラシと被帯電体との間に帯電補助粒子を介在させて被帯電体を帯電する接触帯電器においては、帯電補助粒子の形状を針状とすることで、帯電補助粒子は球形のものに比べてブラシ繊維とのより広い接触面積を得ることができ、帯電補助粒子とブラシ繊維との間に強いファンデルワールスカと液架橋力が働き、帯電補助粒子のブラシ繊維への強い付着力を得ることができる。これにより、簡易に、均一で且つ長期にわたり安定した帯電が可能となる。

また、帯電補助粒子の形状を針状とし、所定のアスペクト比とすることで、帯電補助粒子はブラシ繊維との広い接触面積を得ることができるので、この点でも帯電補助粒子とブラシ繊維との間に強いファンデルワールスカと液架橋力が働き、帯電補助粒子のブラシ繊維への強い付着力を得ることができる。これにより、簡易に、均一で且つ長期にわたり安定した帯電が可能となる。

また、帯電補助粒子の形状を針状とし、その長軸の長さをＬ〔μｍ〕、ブラシ繊維の太さをＴデニールとしたとき、ＬとＴが前記の所定の関係を満たすことで、ブラシ繊維の長軸と帯電補助粒子の長軸が平行でないときでも帯電補助粒子のブラシ繊維への十分な付着力を得ることができ、この点でも均一で且つ長期にわたり安定した帯電が可能となる。
またこれらにより、低電圧でオゾンレスで低コストな帯電器及びこれを用いた新規かつ有用な画像形成装置を提供できる。

また、かかる帯電器はクリーニングブレードを使用しない、いわゆるクリーナレスシステムでの利用も可能である。該システムは、感光体ドラム等の像担持体上の転写残トナーの荷電を制御することで、クリーニングブレードを使用せずに該残トナーを再利用するシステムである。

本発明は画像形成において長期にわたり良好な画像を提供することに利用できる。

本発明に係る画像形成装置の１例の概略構成を示す図である。 図１に示す帯電器のブラシの概略斜視図である。 図２に示す帯電器ブラシの一部を概略的に拡大して示す図である。

符号の説明

１ 感光体 ４ 画像露光装置 ８ ２次転写ローラ
２ 接触帯電器 ５ 現像装置 ９ 定着ローラ対
２０ 芯金ローラ ５１ 現像ローラ
２１ ファーブラシ ６ 中間転写装置
２ａ 基布 ６１ 無端中間転写ベルト
２ｂ ブラシ繊維 ６２ 転写ローラ
ＰＷ 電源 ７ クリーニング装置
３ 帯電補助粒子 ７１ クリーニングブレード

Claims (13)

1. 少なくとも帯電用のブラシと帯電補助粒子とを有する接触帯電器であって、前記帯電補助粒子の形状が針状であることを特徴とする接触帯電器。
2. 前記帯電補助粒子のアスペクト比が２以上１００００以下である請求項１記載の接触帯電器。
3. 前記帯電補助粒子のアスペクト比が３以上１００００以下である請求項１記載の接触帯電器。
4. 前記帯電補助粒子のアスペクト比が５以上１００００以下である請求項１記載の接触帯電器。
5. 前記帯電補助粒子のアスペクト比が１０以上２００以下である請求項１記載の接触帯電器。
6. 前記帯電補助粒子の長軸の長さがＬ〔μｍ〕、前記ブラシにおけるブラシ繊維の太さがＴデニールであるとき、Ｌ² ／Ｔ≦２００の条件を満足する請求項１から５のいずれかに記載の接触帯電器。
7. 前記帯電補助粒子の長軸の長さがＬ〔μｍ〕、前記ブラシにおけるブラシ繊維の太さがＴデニールであるとき、Ｌ² ／Ｔ≦１２０の条件を満足する請求項１から５のいずれかに記載の接触帯電器。
8. 前記帯電補助粒子の長軸の長さがＬ〔μｍ〕、前記ブラシにおけるブラシ繊維の太さがＴデニールであるとき、Ｌ² ／Ｔ≦５０の条件を満足する請求項１から５のいずれかに記載の接触帯電器。
9. 前記ブラシにおけるブラシ繊維の太さが１デニール以上１０デニール以下である請求項１から８のいずれかに記載の接触帯電器。
10. 前記ブラシにおけるブラシ繊維の植毛密度が１２０本／ｍｍ² 〜１００００本／ｍｍ² である請求項１から９のいずれかに記載の接触帯電器。
11. 前記ブラシにおけるブラシ繊維の体積抵抗率が１×１０¹ Ω・ｃｍ以上１×１０⁸ Ω・ｃｍ以下である請求項１から１０のいずれかに記載の接触帯電器。
12. 前記ブラシはローラ状であり、該ブラシローラのブラシ繊維が該ブラシローラの回転方向の上流側に傾くように斜毛処理されている請求項１から１１のいずれかに記載の接触帯電器。
13. 請求項１から１２のいずれかに記載の接触帯電器と、該接触帯電器により帯電される感光体と、該感光体に画像露光して静電潜像を形成する露光装置と、該感光体上の静電潜像を現像する現像装置とを備え、電子写真方式で記録媒体に画像形成する画像形成装置。