JP5414198B2 - コロナ帯電器及び電子写真装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ等の電子写真プロセスを利用した電子写真装置に用いられるコロナ帯電器、及び、当該コロナ帯電器を有する電子写真装置に関するものである。

電子写真方式を採用した画像形成装置では、被帯電部材となる像担持体（感光体）の表面を、帯電させた後に露光を行い、静電潜像を像担持体の表面に形成する。像担持体の表面を帯電させる方法として、コロナ帯電器を用いて帯電させることが広く用いられている。

コロナ帯電器は、一面を開放した支持筐体となるシールドケースの両端部に配設した支持ブロック間にタングステン等の線材で構成される帯電線を展張した構成を備えている。

コロナ帯電器を用いて像担持体等の被帯電部材の被帯電面を帯電させる場合、シールドケースの開放面を像担持体に近接状態で対向させ、帯電線に放電電流を供給してコロナ放電を発生させ、像担持体の表面に電荷が付与される。帯電電位の制御は、帯電線と像担持体との間にグリッドを設け、そのグリッドに印加するグリッドバイアスによって像担持体に付与する電荷量を調整することで帯電電位が制御されている。

グリッドとしては、主に帯電線と同種の材料、あるいは、ステンレス鋼（以下、ＳＵＳと称す）等により形成されたワイヤ形状のグリッドやエッチング等により多数の孔が形成された板状グリッドを用いたものが知られている。

ワイヤ形状のグリッドにはトナーなどの汚染物質が付着し易く、汚染物質の付着により、感光体表面の帯電電位を制御する機能が不充分になり、像担持体表面の帯電電位が不均一になる場合がある。

これに対し、板状グリッドは、ワイヤ形状のグリッドに比べて相対的に大きな面積を有することから、像担持体表面の帯電電位を適正な範囲に制御でき、加えて、汚染物質が多少付着しても、帯電電位の制御性の低下が少ない。また、板状グリッドを、ステンレス鋼で形成した場合、高い耐久性を有し、長期間使用しても変形などの不都合を起こさず、変形などに伴う帯電電位の制御性の変化も非常に少ない。したがって、このような多孔性板状グリッド電極は、長期間にわたって、感光体表面の帯電電位をほぼ一定に制御することができる筈である。

しかしながら、板状グリッドを用いたコロナ帯電器を高温高湿度環境下で使用すると帯電器の長手方向で帯電ムラが生じ、それにより濃度ムラ等の画像不良が発生する場合があった。

原因は、コロナ放電によって発生する放電生成物との化学反応により板状グリッドの表面に放電生成物として絶縁性の金属酸化物が発生する。この放電生成物による板状グリッドの部分的な絶縁化によって当該板状グリッドへの電荷の注入量が低下し、像担持体方向への電荷が増し、結果として帯電電位にムラが発生していることが知られている。また板状グリッドの形状にも依存するが一般にメッシュ状の開口を有しているので、この開口を放電生成物等が塞ぐことにより帯電ムラが生じる場合もある。

一般的にＳＵＳは他の金属に比べ通常大気環境において優れた耐食性を示す材質であるが特に帯電装置の一部材として使用した場合上記の課題が発生することがある。本来のＳＵＳが持つ耐食メカニズムは、表面のＣｒ酸化物を主成分とした不動態膜を形成することにより金属素地を外界から遮断することにより耐食機能を果たしている。酸化性物質（塩化物イオン等）により不動態膜が破壊された場合にもＣｒ、Ｍｏ等により自己補修する機能を持ち合わせるため一般的に腐食しにくい材質として広く使用されている。

しかし、電子写真装置の場合、帯電部は、腐食性因子となるオゾン、あるいは、ＮＯｘ等が高濃度である。この状態で、湿度が高い場合、腐食性因子が多いため自己補修が間に合わず、発銹等の腐食損傷が生じる。この腐食メカニズムは、酸化性物質（上記条件ではオゾン、ＮＯｘ等）により破壊された不働態膜中のＣｒ等の金属原子が不動態膜として自己補修する前に酸化性物質と反応し放電生成物として生成されてしまう。

これは、通常大気環境と比較してイオン化している酸化性物質が著しく多く、かつ、湿潤環境においては、空気中の水に溶けたオゾンの一部が分解してフリーラジカル（ＯＨ）が形成される。形成されたフリーラジカルが、有機物及び無機物と非常に急激に反応し、金属原子を酸化する（オゾンの間接酸化反応）。その結果、不働態膜を形成していない部分は金属素地が保護されていないため腐食電流が集中的に流れ込みやすくなり、腐食が生じやすい環境となってしまうと推定されている。

この対策として、特許文献１−３に、主に防錆の目的で、板状グリッドのグリッド基材の表面に金等の防錆効果のある鍍金を施す技術が開示されている。
特開平１１−４０３１６号公報 特開２００６−１１３５３１号公報 特開２００７−２５６３９７号公報

しかしながら、上述の環境では板状グリッドの表面に鍍金を施しても鍍金ピンホールからの金属腐食が発生してしまう場合があった。鍍金ピンホールは、高純度、高鍍金膜厚にすることで軽減できるが、完全に無くすことができないため、板状グリッドの腐食を防止できない場合が生じてしまう。

鍍金ピンホールがあると、酸素、窒素、硫黄、塩素、窒素酸化物、炭酸ガス、塩化ナトリウムなどの生活空間に存在している外気が鍍金ピンホールから進入することにより、局部電池が構成され腐食される。または、めっき処理金属と素材の電位差で、局部電池が構成され腐食されてしまうと推定される。更に、鍍金種によっては部品単価が大幅に上昇する等の別の問題を招いてしまう等の問題が発生する。

本発明の目的は上記課題に対して、グリッド表面の腐食を有効に防止して帯電ムラによる画像不良の発生を抑えるコロナ帯電器、及び、当該コロナ帯電器を有する電子写真装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、コロナ放電によって像担持体の帯電を行うためのコロナ帯電器であって、帯電ワイヤ、及び、前記帯電ワイヤと前記像担持体との間に位置するように設けられた板状グリッドを備え、前記板状グリッドに電圧が印加されることで前記像担持体の帯電電位が制御されるコロナ帯電器であって、
前記板状グリッドが、前記板状グリッドを貫通する複数の開孔を有し、且つ、前記開孔の開口幅が、１ｍｍ以下であり、且つ、前記板状グリッドが、ステンレス鋼からなる基材、及び、テトラヘデラルアモルファスカーボン（ｔａ−Ｃ）からなる表面層を有するコロナ帯電器である。
また、本発明は、像担持体としての電子写真感光体、および、前記電子写真感光体の帯電を行うためのコロナ帯電器を有する電子写真装置であって、前記コロナ帯電器が、前記本発明のコロナ帯電器である電子写真装置である。

基材となるステンレス鋼の表面にｔａ−Ｃからなる表面層が形成された板状グリッドを用いる事で放電生成物による腐食を防止することにより腐食を起因として生じる帯電ムラを防止し安定した画質を維持することができるコロナ帯電器、及び、電子写真装置を提供することができる。

以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

（画像形成装置の全体構成）
図１に本実施例の画像形成装置の概略構成を示す。画像形成装置は、矢印方向に回転する像担持体１の表面を帯電手段となる帯電器２によって有る一定電位に帯電させた後、情報書き込み手段である露光装置３によって画像情報に応じて露光することで像担持体１上に静電潜像を形成させる。そして静電潜像上に現像手段４から現像剤のトナーを付着させることでトナー像（現像剤像）として現像する。そして、像担持体上に形成されたトナー像を転写手段５により被転写体に転写させた後、定着手段（不図示）により被転写体上のトナー像を定着させる。転写に寄与せず像担持体の表面に残留するトナーはクリーニング装置によって除去、回収される。クリーニング装置は、像担持体に当接したクリーニングブレード６やファーブラシ７等のクリーニング手段によって像担持体上からトナーを掻き落とし、回収トナー容器に回収される。又、画像形成装置は、像担持体の表面上に残存している電位を除電するための除電手段を備えている。

本実施例に用いた各構成要素について述べる。

（像担持体）
本実施例では、像担持体１として回転ドラム型の電子写真感光体を備えている。この像担持体１は負帯電特性のＯＰＣ（有機光半導体）で形成された感光層を有している。像担持体１は直径８４ｍｍに形成されていて、中心支軸（不図示）を中心に２８５ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）をもって矢印方向に回転駆動される。

（帯電器（非接触帯電部材））
図２は帯電手段として用いたコロナ帯電器の構成断面を示す。帯電ワイヤ１０に外部電源（不図示）が接続され、帯電ワイヤ１０にはバイアスを印加させコロナ放電を発生させ、像担持体１に帯電させる。帯電ワイヤ１０には、ステンレススチール、ニッケル、モリブデン、タングステンを用いるのがよい。本実施例においては、金属の中で非常に安定性の高いタングステンを帯電ワイヤ１０に使用した。タングステンを帯電ワイヤ１０に使用することで、加熱と言う苛酷な条件下で、安定したコロナ放電を行うことができ、長期間に亘り安定使用することが可能となる。

帯電ワイヤ１０は、電気的なシールド作用を為す支持筐体１２と一体化された保持部材によって一定の張力で保持され、絶縁材料から成る保持部材によって帯電ワイヤ１０と支持筐体１２は電気的に絶縁が保たれている。帯電ワイヤ１０は、直径を４０μｍ〜１００μｍにすることが好ましい。

帯電ワイヤの直径が小さすぎると放電によるイオンの衝突で切断してしまう。逆に、帯電ワイヤの直径が大きすぎると安定したコロナ放電を得るために、帯電ワイヤ１０に印加する電圧が高くなってしまう。印加電圧が高いと、オゾンが発生しやすく、更に、電源コストが上昇してしまう等の問題が生じる。

本実施例においては、帯電ワイヤ１０の直径は６０μｍのタングステンワイヤとした。帯電ワイヤ１０によりコロナ放電を発生させた電荷に対して定電圧電源（不図示）に接続された板状グリッド１１のバイアス制御により像担持体１に付与される電荷量を調整し帯電電位を制御する。

図３は本発明のコロナ帯電器を板状グリッド１１側から俯瞰したときの模式図である。

板状グリッド１１は、像担持体と面する側と、帯電ワイヤと面する側とを貫通する複数の開孔が形成された、多孔質形状をしている。板状グリッド１１は、支持筐体１２の開放面に取り付けられ、像担持体１の外周面に近接して配置される。以下、板状グリッドといった場合、特に説明がない場合でも、上述のように、メッシュ状にグリッドを貫通する複数の開孔が形成されたものを示している。

図４は、帯電器２に板状グリッド１１を装着した時の板状グリッド１１の一部を拡大して俯瞰した図で、板状グリッド１１のメッシュの形状を説明するための図である。ここで板状グリッド１１の基材はオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）からなる厚さ約０．０３ｍｍの薄板上の板金にエッチング加工によって多数の貫通孔が形成されたものを使用した。エッチング処理により形成された板状グリッド１１は内部がメッシュ形状になっており基線に対して（３）で設定した斜め４５±１°に、（２）で示した幅０．０７１±０．０３ｍｍで（１）で示される開口幅０．３１２±０．０３ｍｍの間隔で形成され、（５）で示される６．９±０．１ｍｍ毎に板状グリッド１１の撓みを防止するために（４）で示される０．１±０．０３ｍｍの梁が長手方向に配設されている。

本実施例では、板状グリッド１１は、基材となるＳＵＳ上にコロナ放電によって発生する放電生成物に対して化学的に不活性な材料であるテトラヘデラルアモルファスカーボン（Ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｃａｒｂｏｎ：以下、ｔａ−Ｃと称す）からなる表面層が形成されている。以下、ｔａ−Ｃからなる表面層をｔａ−Ｃ層と称す。

図５は本実施例における板状グリッド１１の一部の模式断面図である。板状グリッド１１の基材であるＳＵＳ１４の表面にｔａ−Ｃ層１３が形成されているので、高温高湿環境下でも基材の吸湿による酸化、電解腐食の発生を防止する事ができ、長期に渡り帯電ムラのない安定した帯電を維持する事ができる。

尚、本実施例では上記で示した基材に限定されるわけではなく他のオーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、あるいは、フェライト系ステンレス鋼等を使用しても良い。

本実施例で使用したｔａ−Ｃについて説明する。本発明において表面層に用いるｔａ−Ｃは、一般的にＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）の一種である。ＤＬＣの構造は通常水素を若干含有したダイヤモンド結合（ｓｐ３結合）とグラファイト結合（ｓｐ２結合）とが混在した非晶質（アモルファス）構造をとる。

図６は、ｔａ−Ｃの模式的構造図で、白丸（図中○）が炭素原子、−が結合状態を示す３次元構造を表し、ミクロ的には四面体結晶構造を有し、マクロ的にみると非晶質構造を持つ化学種である。

ｔａ−Ｃでは、ダイヤモンド結合となるｓｐ３結合とグラファイト結合となるｓｐ２結合とが混在している。すなわち、組成として硬度に感度を持つダイヤンド結合としてのｓｐ３結合、及び、摺動性に感度を持つグラファイト結合としてのｓｐ２結合を持つため、両者の組成割合により摩擦、磨耗特性が異なる性質を持つ。両者の構造の違いは原子価結合法において原子価状態の軌道関数の違いを現している。

この結果、常温では空気、水等に対して不活性、耐腐食性、低摩耗性、自己潤滑性、高硬度、表面平滑性に優れている利点を持ち合わせており、広く切削工具や摺動部品用の対磨耗保護皮膜として利用されている。

炭素は４本の共有結合をとることができ、結合の状態によって数種類の同素体を形成する。ｓｐ３混成軌道を形成して３次元的な結晶構造をとると図７に示すダイヤモンド構造となり、ｓｐ２混成軌道を形成し、正六角形の平面構造をとると図９に示すグラファイトになる。

ｓｐ３混成軌道は１つのｓ軌道と３つのｐ軌道の重ね合わせにより成り、下記の１−１式から１−４式に示される４つの混成軌道が波動関数Ψｎにより定式化されている。

図７は一般的な炭素のダイヤモンドの結晶構造を示す図であり、１つの炭素（白丸）が四面体の中心にあるとすると、最近接の炭素原子はその四面体の頂点上に存在し、原子間は共有結合にて結合し結合長は０．１５４ｎｍ（１．５４Å）である。図８は、炭素のｓｐ３混成軌道における４つの軌道を示した図であり灰色で塗色された軌道がｐ軌道でありその他の軌道がｓ軌道となる。

ｓｐ２混成軌道は１つのｓ軌道と２つのｐ軌道の重ね合わせによりなり、下記の２−１式から２−３式に示される３つの混成軌道が定式化されている。図９は一般的なグラファイトの結晶構造を示す図で、層状の六方晶構造で層内は共有結合であり、層間においてはファンデルワールス力により結合されている。

図１０は、炭素のｓｐ２混成軌道における３つの軌道を示した図であり灰色で塗色された軌道がｐ軌道で、その他の軌道がｓ軌道となる。

ｔａ−Ｃは化学的吸着及び酸化反応等が起きにくい特性を有し、磨耗や傷の発生による部分的機能劣化に対しても有効な部材である。

ｔａ−Ｃ層は、黒鉛をバキュームアーク放電により炭素プラズマを発生させ、そこからイオン化した炭素を抽出、堆積させる、ＦＣＶＡ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｃａｔｈｏｄｉｃ Ｖａｃｕｕｍ Ａｒｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）法を用いて形成した。

ＦＣＶＡ法以外の、例えばＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、あるいは、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等による手法により成膜しても問題は無い。

板状グリッド１１の表面に形成されたｔａ−Ｃ層は、帯電性能を阻害せずに高い腐食効果を得る機能が最大限に発揮できるよう体積抵抗率、膜厚、および、表面の平滑性を最適化する必要がある。

体積抵抗率は中抵抗と帯電部材に適した体積抵抗率を持ち合わせている。尚、体積抵抗率は１０⁷〜１０⁹Ω・ｃｍである事が好ましく、１０⁸〜１０⁹Ω・ｃｍであることがより好ましい。本実施例では１０⁸Ω・ｃｍ以上、１０⁹Ω・ｃｍ以下になるようにした。

また、ｔａ−Ｃ層の膜厚は、板状グリッドのメッシュのエッジ部分で成膜不良が発生しない膜厚とすることが必要である。エッジ部分において成膜不良が発生すると、画像形成時においてエッジ部分に腐食電流が集中しオゾン生成物がエッジに付着しやすい状況となる。そのため、メッシュの開口率を減少させてしまうことによる画像斑を発生させてしまうので、膜厚は、０．１μｍ以上にする事が好ましい。膜厚が、０．１μｍ以上であれば、均一な成膜を行うことができ、エッジ部分において成膜不良が発生しない。

これに対し、膜厚の上限は特に規定を設けないが、膜厚と成膜時間は比例関係にあるので、膜厚を１０μｍ以上にすると、成膜時が長くなる。成膜時間が長くなると、成膜工程のタクトタイムが長くなるという問題が発生するので数μｍ程度であることが好ましい。

また、ｔａ−Ｃ層の表面の粗さが粗くなると、板状グリッド１１の表面に形成されたｔａ−Ｃ層の表面積を増やす方向になる。ｔａ−Ｃ層の表面積が大きくなると、ｔａ−Ｃ層の表面に放電生成物、あるいは、エアロゾル等が付着する可能性が高くなる。板状グリッド１１を構成するＳＵＳの腐食には直接繋がらないが、ｔａ−Ｃ層の表面に吸着された放電生成物、あるいは、エアロゾル等の腐食に伴う画像不良を招く恐れがあるので、ｔａ−Ｃ層の表面を平滑化することが好ましい。

ＳＵＳ上に被膜されたｔａ−Ｃ層の平滑性は、下地となるＳＵＳの表面の粗さが反映される。ｔａ−Ｃ層表面をＪＩＳ−Ｂ０６０１：２００１に定義される算術平均高さＲａが１．０μｍ以下にすることが好ましく、０．５μｍ以下であることがより好ましく、０．３μｍ以下が特に好ましい。

上述の平滑性をｔａ−Ｃ層が持つためには、ＳＵＳ表面をＪＩＳ−Ｂ０６０１：２００１に定義される算術平均高さＲａが１．０μｍ以下にすることが好ましく、０．５μｍ以下であることがより好ましく、０．３μｍ以下が特に好ましい。

本実施例では、形成条件を最適化するために、成膜温度は、０℃以上、８０℃以下が好ましく、４０℃以上、８０℃以下がより好ましい。成膜スピードは、１．５ｎｍ／ｓｅｃに設定し、膜厚１．０μｍ、表面上の粗さがＪＩＳ−Ｂ０６０１：２００１に定義される算術平均高さＲａが１．０μｍ以下のｔａ−Ｃ層を成膜した。

（露光装置）
帯電処理された像担持体１表面に静電潜像を形成する情報書き込み手段として露光装置３を備えている。露光装置３は、本実施例では、半導体レーザを用いたレーザビームスキャナを用いた。

（現像手段）
現像手段４となる現像装置（現像器）は、像担持体１上の静電潜像に現像剤を供給し静電潜像をトナー像として可視化する。本実施例では、現像装置として、二成分磁気ブラシ現像方式の反転現像装置を用いた。

現像装置は、現像容器、現像スリーブを有している。現像容器内には、トナーと磁性キャリヤとの混合物である二成分現像剤が収容されている。本実施例では、磁性キャリヤの抵抗は約５×１０⁸Ω・ｃｍ、平均粒径は３５μｍとした。

トナーは磁性キャリヤとの摺擦により負極性に摩擦帯電される。現像スリーブは、像担持体１との最近接距離（Ｓ−Ｄギャップ）を２５０μｍに保持した状態で、像担持体１に近接するように対向配設されている。この像担持体１と現像スリーブとの対向部が現像部となる。

現像スリーブはその表面が、現像部の像担持体１表面の移動方向とは逆方向に回転駆動される。つまり、像担持体１の矢印方向の回転に対して、順方向に回転駆動されている。現像スリーブは、内側にマグネットローラを備え、その磁力により、二成分現像剤が現像スリーブの回転に伴って現像部に回転搬送される。

磁気ブラシ層は、現像剤コーティングブレード（不図示）により所定の薄層に整層され、現像スリーブには現像バイアス印加電源から所定の現像バイアスが印加される。本実施例では、現像スリーブに印加される現像バイアスは、直流電流（Ｖｄｃ）と交流電圧（Ｖａｃ）を重畳した振動電圧で、直流電圧を−６５０ｖ、交流電圧をＶｐｐ１８００ｖとした。

この現像バイアスによる電界によって像担持体１上の静電潜像に対応して二成分現像剤中のトナーが選択的に付着される。これにより、静電潜像がトナー像として現像される。このとき、像担持体１上に現像されたトナーの帯電量は約−３０μＣ／ｇであった。現像部を通過した現像スリーブ上の現像剤は現像スリーブの回転に伴い現像容器内の現像剤溜り部に戻される。

（転写手段）
本実例では、転写手段５として転写ローラを使用した。転写ローラは像担持体１表面に所定の押圧力をもって圧接されており、その圧接ニップ部が転写部Ｔとなる。中間転写ベルトは像担持体１と転写ローラとの間に挟持されて搬送され、転写ローラに対して、転写バイアス印加電源からトナーの正規帯電極性である負極性とは逆極性である正極性の転写バイアス（本実施例では、＋２．０ｋｖ）が印加されることで、中間転写ベルト表面に像担持体１上のトナー像が順次に静電転写されていく。中間転写ベルト上のトナー像は次に二次転写部にて搬送さてきた転写材に転写される。

（清掃手段）
本実施例では、清掃手段としてクリーニングブレード６とファーブラシ７を使用した。清掃手段はクリーニングブレード６とファーブラシ７により除去されたトナーを収容する回収トナー容器を有する。転写工程後に像担持体１上に残留したトナーをファーブラシ７により回収トナーに回収する。また、本実施例では、ウレタンゴムの弾性体からなるクリーニングブレード６は像担持体１表面に所定の押圧力をもって圧接されており、ファーブラシ７で回収できなかった転写残トナーを除去し回収トナー容器に回収する。

（除電手段）
本実施例では、画像形成装置には、除電手段として、第１の前露光手段である帯電前露光器（前露光ランプ）８と、第２の前露光手段であるクリーニング前露光器（クリーニング前露光ランプ）９とが配設されている。これら２つの前露光手段により、トナー像の１次転写工程後の像担持体１表面上の電位をリセットすることにより、ゴーストの発生を防止する。本実施例では、帯電前露光器８及びクリーニング前露光器９として、中心波長６６０ｎｍのスタンレー社製のＬＥＤチップ（発光部）をアレイ状に加工したものを使用した。

帯電前露光器８及びクリーニング前露光器９は、像担持体１表面電位の少なくとも一部を除電（リセット）する除電手段（表面電位リセット手段）を構成する。帯電前露光器及びクリーニング前露光器は、それぞれの駆動制御部としての帯電前露光器駆動回路、クリーニング前露光器駆動回路に接続されている。帯電前露光器駆動回路及びクリーニング前露光器駆動回路はそれぞれ、制御手段としての情報集積回路によって、光照射のＯＮ／ＯＦＦタイミング、出力値（光量）等の条件が制御される。

（定着手段）
本実施例では、二次転写部（不図示）にてトナー像を転写された転写材が搬送され定着手段（不図示）、例えば熱ローラ定着装置へ搬送されてトナー画像の定着処理を受けて画像形成物（プリント、コピー）として出力される。

（成膜条件設定１）
形成されたｔａ−Ｃ層のｓｐ３構造及びｓｐ２構造の割合を振り、ｔａ−Ｃ層のｓｐ３構造及びｓｐ２構造の組成割合に関しての最適化を行う。

尚本実施例における組成割合に関しては、上述のＦＣＶＡ法に加え、特開２００５−１５３２５号公報に記載されているレーザーアブレーション法、また表面科学Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．７，ｐｐ．４１１−４１６に記載されている高周波マグネトロンスパッタリング法により基板温度、パルス電圧、アシストガス流量、雰囲気内ガス種及びアニール処理温度を設定することにより表１に示す組成割合を有するサンプルを作成した。

画像の評価は、キヤノン社製のカラー複写機ｉｍｇｅＰＲＥＳＳＣ１のコロナ帯電器２にｔａ−Ｃ層が形成された板状グリッドを装着した。ここで装着された板状グリッド１１は、帯電ワイヤと対向する面と該面と直交する側面とに膜厚１μｍのＴａ−Ｃ層が形成されている。

コロナ帯電器２は、帯電ワイヤに総電流１０００μＡ、グリッド電圧を−８００ｖ印加し、高温高湿環境（３０℃、８０％）で累計１５０時間コロナ放電を行った後、ハーフトーン画像等を出力した後、画像と板状グリッドとの評価を行った。画像の評価は、初期画像と比較し斑の発生による濃度のムラについて行い、板状グリッドは、腐食の程度を、以下の評価基準で行った。尚、画像評価基準におけるＤはハーフトーン画像における濃度を示し、像担待体長手における濃度斑の最大最小の差をΔＤとして表す。画像と板状グリッドの評価結果を表１に示す。

［画像評価基準］
○濃度ムラ等無し、ΔＤ≦０．０５
△軽微にムラ有り、０．０５≦ΔＤ≦０．２
×ムラ有り、０．２≦ΔＤ
［腐食評価基準］
◎：ほとんど付着物無し、軽微の付着
○：局所的な異物付着
△：全面に軽微な異物付着
×：全面に付着
ｓｐ３構造及びｓｐ２構造の組成割合は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いてｔａ−Ｃ層から複数マッピングし、電子エネルギー損失分光法によりπ^*、σ^*マップのピーク部分を抽出し、成膜したｔａ−Ｃ結合状態を判別し組成割合を算出した。

図１１は電子エネルギー損失分光法によりｔａ−Ｃ層の化学結合状態を示した図で、斜線部がｓｐ２構造を示すπ^*ピークであり、塗色部がｓｐ３構造を示すσ^*ピークを示す。

図１１に示すように、ｔａ−Ｃ層がｓｐ３構造及びｓｐ２構造を持つことが確認できた。組成割合は先ず、ｔａ−Ｃ層に対してπ^*ピークを与え複数箇所マッピングし、次にσ^*ピークを与え複数マッピングすることで、それぞれの構造においてマッピングされた画像が出力される。それぞれの画像を２値化し一定コントラスト以上の白部の割合を算出し各々の組成比とした。ｓｐ３構造及びｓｐ２構造の組成比を表１に示す。

表１より、ｓｐ３構造がｓｐ２構造よりも多く含まれ、且つ、少なくともｓｐ３構造及びｓｐ２構造の組成比が６：４以上の組成割合であるｔａ−Ｃ層の方が画像・腐食評価とも良好な結果が得られた。

これはｓｐ２構造が多いとグラファイト平面層間にミクロ孔充填が発生しやすく他化学種（本実施例ではオゾン、放電生成物、遊離基）を吸着、充填しやすい状態になる。腐食自身は両者の組成において遜色がないが他因子（もらい錆等）による腐食の影響が組成比に影響したと推察している。

これに対し、ｓｐ３構造の組成を多くすることによりナノ細密構造となり構造欠陥を防止していることが上記の他因子による弊害を防止したと推察される。

（成膜条件設定２）
次に、ｓｐ３構造及びｓｐ２構造の組成割合を７：３として作成したｔａ−Ｃ層が表面に形成された板状グリッド１１を用いて成膜面に関して最適な条件を選出した。

成膜面を、帯電ワイヤと対向する側と像担持体と対向する側の両面、帯電ワイヤと対向する側の片面、および、像担持体と対向する側の片面にｔａ−Ｃ層が設けられた３種類の板状グリッドを用いた。尚、帯電ワイヤ、あるいは、像担持体と対向する面と直交する側面にもｔａ−Ｃ層が設けられている。

コロナ帯電器２は、帯電ワイヤに総電流１０００μＡ、グリッド電圧を−８００ｖ印加し、高温高湿環境（３０℃、８０％）で累計１５０時間コロナ放電を行った後、ハーフトーン画像等を出力した後、画像と板状グリッドとの評価を行った。画像の評価は、初期画像と比較し斑の発生による濃度のムラについて行い、板状グリッドは、腐食の程度を、以下の評価基準で行った。画像と板状グリッドの評価結果を表２に示す。

尚、片面に成膜した場合、成膜された面と対向する側の面にはｔａ−Ｃ層は形成されておらず、表面は基材であるステンレス鋼（本実施例ではＳＵＳ３０４）が露出している。比較のため同基材に対してＫＮ鍍金とよばれる一般的な無電解ニッケル鍍金を３〜６μｍの膜厚にて成膜したものと非成膜のものを同様の条件にて評価した。

表２の結果から、板状グリッドの帯電ワイヤと対向する側の片面にｔａ−Ｃ層が形成されている場合、腐食が最も激しい帯電ワイヤと対向する側の面にはｔａ−Ｃ層が形成されているので防食効果を発揮する。一方、像担持体側は、帯電ワイヤと対向する側に比べてオゾン等の影響は少ないもののｔａ−Ｃ層が形成されていないので放電生成物、エアロゾル等による腐食損傷が発生してしまい画像不良の発生に繋がっていると考える。

これに対し、像担持体と対向する側の片面にｔａ−Ｃ層が形成されている場合、板状グリッドの像担持体と対向する側は、ｔａ−Ｃ層が形成されているので、放電生成物、エアロゾル等による腐食損傷は発生していない。しかしながら、腐食が最も激しい帯電ワイヤと対向する側にｔａ−Ｃ層が形成されていないので、板状グリッドの帯電ワイヤ側に腐食損傷が発生し画像不良が発生していると考えられる。

板状グリッドの表面にｔａ−Ｃ層を形成する場合、帯電ワイヤと対向する側と、像担持体と対向する側と、の両面にｔａ−Ｃ層を形成することが最も好ましいが、片面に限定するならば帯電ワイヤと対向する側にｔａ−Ｃ層を形成することが好ましい。

次に、板状グリッドの両面にｓｐ３構造及びｓｐ２構造の組成割合を７：３として作成したｔａ−Ｃ層が形成された板状グリッドを用いて、板状グリッド１１に形成された開孔の開口幅（図４の（１）に相当）を変え、開口幅と画像との関係を調査した。

コロナ帯電器２は、帯電ワイヤに総電流１０００μＡ、グリッド電圧を−８００ｖ印加し、高温高湿環境（３０℃、８０％）で累計８０時間コロナ放電を行った後、ハーフトーン画像等を出力した後、上述の画像評価基準に基づいて画像の評価を行った。

図１２は、ｔａ−Ｃ層が形成されていない従来のＳＵＳを基材とした板状グリッドの例である。図中、横軸の耐久時間（ｈ）は、コロナ放電を行った時間を現し、縦軸は、初期値を１００％とした開口率（％）を現している。尚、開口幅は、０．３ｍｍから２ｍｍまでの６種類の板状グリッドを用いている。

開口幅が０．３ｍｍから１ｍｍの場合、時間の経過に伴い開口率が減少していくが、開口幅が１．２ｍｍ以上の場合、ある開口率からは開口率が一定の値を維持することがわかった。これは放電生成物の成長がエアフローなどにより成長が阻害される、あるいは、放電生成物による結晶化が発生しても自重で支持できず崩壊していると推測できる。

また、開口率がある値になるまでは、斑の発生による濃度むらが発生することはなく、良好な画像が得られることがわかった。

これに対し、ｔａ−Ｃ層が設けられた板状グリッドを用いた場合、図１３に示されるように、開口幅が０．３ｍｍから２ｍｍの範囲で時間の経過による開口率の減少はほとんど見られなかった。この結果、開口幅は、１ｍｍ以下であることが好ましいことがわかった。

ここで、図１３における帯電斑閾値は、図１２において同様の構成を用いた時に帯電斑が発生した開口率を適用した。

尚、ｓｐ３構造及びｓｐ２構造の組成割合を７：３としたｔａ−Ｃ層を板状グリッドの両面に設けた板状グリッドを用いている。

両面にｔａ−Ｃ層が形成された板状グリッドを用いた場合、開口間隔を狭める因子を大幅に削減することができ、かつ、それに伴う画像不良である帯電ムラを防止することに繋がる結果となり本発明における効果を発揮することが確認された。

本実施例では図４に示した形状の板状グリッドを使用したがこの形状に限定するわけではなく他の形状においても同様に効果を発揮し、例えば特開２００５−３３８７９７号公報に示されるハニカム構造等においても適用可能である。

本発明に係る画像形成装置の概略構成図である。 本発明に係る画像形成装置のコロナ帯電器近傍の拡大概略構成図である。 本発明に係る板状グリッドの俯瞰図である。 本発明に係る板状グリッドの拡大概略図である。 本発明に係る板状グリッド断面構造を示す概略図である。 本発明に係るｔａ−Ｃの分子構造概略図である。 ダイヤモンドの分子構造概略図である。 本発明に係るｓｐ３混成軌道図である。 本発明に係るｓｐ２分子構造概略図である。 本発明に係るｓｐ２混成軌道図である。 本発明に係るｔａ−Ｃの電子エネルギー損失分光法により分析した結合状態を示す図である。 本発明に係るＳＵＳのみを用いた時の評価結果を示す図である。 本発明に係るＳＵＳの表層にｔａ−Ｃを用いた時の評価結果を示す図である。

符号の説明

１ 像担持体
２ 帯電器
３ 露光装置
４ 現像手段
５ 転写手段
６ クリーニングブレード
７ クリーニングファーブラシ
８ 帯電前露光器
９ クリーニング前露光器
１０ 帯電ワイヤ
１１ 板状グリッド
１２ 支持筐体
１３ ｔａ−Ｃ層
１４ ＳＵＳ

Claims (6)

1. コロナ放電によって像担持体の帯電を行うためのコロナ帯電器であって、帯電ワイヤ、及び、前記帯電ワイヤと前記像担持体との間に位置するように設けられた板状グリッドを備え、前記板状グリッドに電圧が印加されることで前記像担持体の帯電電位が制御されるコロナ帯電器であって、
   前記板状グリッドが、前記板状グリッドを貫通する複数の開孔を有し、且つ、前記開孔の開口幅が、１ｍｍ以下であり、且つ、前記板状グリッドが、ステンレス鋼からなる基材、及び、テトラヘデラルアモルファスカーボン（ｔａ−Ｃ）からなる表面層を有するコロナ帯電器。
2. 前記表面層における炭素のｓｐ３構造の割合がｓｐ２構造の割合よりも多い請求項１に記載のコロナ帯電器。
3. 前記表面層における炭素のｓｐ３構造（ｓｐ３）とｓｐ２構造（ｓｐ２）との組成比（ｓｐ３／ｓｐ２）が６／４以上である請求項２に記載のコロナ帯電器。
4. 前記表面層における炭素のｓｐ３構造（ｓｐ３）とｓｐ２構造（ｓｐ２）との組成比（ｓｐ３／ｓｐ２）が７／３以上である請求項３に記載のコロナ帯電器。
5. 前記表面層が前記板状グリッドの前記帯電ワイヤ側に設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載のコロナ帯電器。
6. 像担持体としての電子写真感光体、および、前記電子写真感光体の帯電を行うためのコロナ帯電器を有する電子写真装置であって、前記コロナ帯電器が、請求項１〜５のいずれか１項に記載のコロナ帯電器である電子写真装置。

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