JP5550490B2

JP5550490B2 - 放電装置

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Publication number: JP5550490B2
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Inventors: 雅美羽野
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Publication date: 2014-07-16
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Description

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリなどの電子写真方式を利用した電子写真装置に用いられる放電装置に関するものである。

電子写真方式を用いた画像形成装置では、電子写真感光体（感光体）の表面を帯電させた後に、画像情報に応じて露光することにより、感光体の表面に静電潜像を形成する。感光体の表面を帯電させる方法として、放電装置であるコロナ帯電器を用いる方法が広く用いられている。

コロナ帯電器は、一面が開放された支持筐体であるシールド（シールドケース）の両端部に配設された保持部材であるブロック間に、放電線（放電電極）が展張された構成を有する。シールドは、代表的にはステンレス鋼（以下「ＳＵＳ」ともいう。）で構成される。又、放電線は、タングステンなどの線材で構成される。コロナ帯電器を用いて感光体などの被帯電部材の被帯電面を帯電させる場合、シールドの開口部を被帯電面に近接させた状態で対向させ、放電線に放電電流を供給してコロナ放電を発生させ、被帯電面の表面に電荷を付与する。

被帯電面の帯電電位は、放電線と被帯電面との間にグリッド（グリッド電極）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被帯電面に付与する電荷量を調整することで制御される。グリッドとしては、主に、放電線と同種の材料又はＳＵＳなどにより形成されたワイヤ形状のグリッドや、エッチングなどにより多数の孔が形成された多孔性の板状のグリッドが知られている。

ところで、電子写真方式を用いた画像形成装置では、像担持体の表面を帯電させるためのコロナ帯電器の放電線、グリッド及びシールドが、トナー、外添剤又は紙粉などの飛散物で汚れる。そして、特に、コロナ放電時にシールドに付着した飛散物が帯電することにより、コロナ帯電器内において電界異常が発生することがある。そして、この状態のままグリッドにより整流効果が機能してしまうため、像担持体上に電位斑を発生させてしまうことがある。高品質の画像形成を維持するためには、これらの放電斑を改善して、画像不良を防止することが望まれる。

上記飛散物に対しては、コロナ帯電器内に清掃部材を配設して、これを清掃することが提案されている。特許文献１には、放電線に付着した飛散物を清掃部材で清掃することが開示されている。又、特許文献２には、板状のグリッドに付着した飛散物を清掃部材で清掃することが開示されている。又、特許文献３には、シールドに付着した飛散物を清掃部材で清掃することが開示されている。

特開２００４−０８５８１４号公報特開２００５−３３８７９７号公報特開２００３−２９５５８５号公報

しかしながら、上述のような清掃部材を用いる従来の対策では、飛散物をリアルタイムで清掃できないため、画像形成中に生じた飛散物の付着に対応できない。そのため、高品質の画像形成を維持するためには、常に飛散物が付着しにくい構成とすることが望まれる。

ここで、従来、撥水性の高い材料、即ち、表面自由エネルギーの低い材料を用いることにより、これに対する付着物の付着性を低下させる手法がある。例えば、部材の表面をフッ素の多いＣＦ₃で被覆した場合、高い撥水性が得られることが知られている。実際に部材の表層にＣＦ₃を設けたモデルを作って測定すると、水に対する接触角は１２０°、表面自由エネルギーは６．７ｍＪ／ｍ²である。この値は、あらゆる材料を通じて得られる化学的撥水性の限界値であり、室温において化学的に作り出した表面自由エネルギーの最低値となる。

上記物質は、通常環境下では、付着物の付着性を低下させる効果を発揮する。しかし、電子写真方式の画像形成装置内では、コロナ放電生成物の曝露による親水化や、高濃度オゾン環境下による材料の化学的構造の変化が生じることにより、その撥水性が低下して、付着性を低下させる効果を維持することができない。

そのため、電子写真方式の画像形成装置において、特に画像形成時にシールドに飛散物が付着するのを長期にわたり防止するためには、化学的構造による手法以外の手法により、シールドの撥水性を維持することが望まれる。

又、上述のような清掃部材は、使用による経時変化に伴って機能劣化が生じ、クリーニング性が低下することがある。そのため、パーツ交換などによる画像形成装置の稼働率の低下を抑制し、サービスに要する費用の低下を図るためにも、清掃部材で清掃されるべき飛散物がシールドに付着し難いことが望まれる。

従って、本発明の目的は、放電装置の筐体へのトナー、外添剤又は紙粉などの飛散物の付着性が低下した放電装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る放電装置にて達成される。要約すれば、本発明は、処理対象に対して放電を行い該処理対象を帯電又は除電処理する放電装置において、放電電極と、前記放電電極に対向する面を有する筐体を有し、前記筐体の前記面の少なくとも一部の表層は、水に対する接触角θ₁が１２０°≦θ₁＜１８０°の微細凹凸構造を有し、前記微細凹凸構造はフラクタル構造を有し、該微細凹凸構造は、前記微細凹凸構造の断面の稜線のある基準点からの長さｌにおける接線の偏角をθ（ｌ）、標本化間隔をΔｌとしたとき、前記稜線上の基準点からの長さｔにおける位置情報（ｘ、ｙ）が標本化された偏角関数によって、次式、

により表現可能であり、且つ、０≦Δｌ≦３μｍを満たすことを特徴とする放電装置である。

本発明によれば、放電装置の筐体へのトナー、外添剤又は紙粉などの飛散物の付着性が低下する。

本発明の一実施例に係る画像形成装置の要部の概略断面図である。本発明の一実施例に係る放電装置の近傍の拡大斜視図である。本発明の一実施例に係る放電装置の近傍の拡大斜視図である。フラクタル構造の一例を示す説明図である。フラクタル構造における表層の拡大模式図である。水に対する接触角の異なる材料で形成されたシールドの表層における当該材料自体が示す割合とＣａｓｓｉｅの接触角との関係を示すグラフ図である。近似的なフラクタル構造の標本化間隔Δｌに対する接触角の関係を示すグラフ図である。近似的なフラクタル構造の標本化間隔Δｌを変化させた時のシールドの表層の構造の変化を示す説明図である。付着性試験においてトナーに対する付着力を比較した結果を示すグラフ図である。付着性試験において標準粒子１に対する付着力を比較した結果を示すグラフ図である。付着性試験において標準粒子２に対する付着力を比較した結果を示すグラフ図である。耐久試験においてトナーに対する付着力を比較した結果を示すグラフ図である。帯電能試験において耐久前後の感光ドラムの長手方向の電位斑を測定した結果を示すグラフ図である。

以下、本発明に係る放電装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
１．画像形成装置
先ず、本発明に係る放電装置を備える電子写真方式の画像形成装置の一実施例の全体構成及び動作について説明する。

図１は、本実施例の画像形成装置１００の概略構成を示す。画像形成装置１００は、矢印Ｒ１方向（反時計回り）に回転駆動される、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（感光体）、即ち、感光ドラム１を有する。感光ドラム１の周囲には、次の各手段が配置されている。先ず、帯電手段としての放電装置である帯電器（コロナ帯電器）２である。次に、露光手段（情報書き込み手段）としての露光装置（レーザービームスキャナ）３である。次に、現像手段としての現像装置４である。次に、転写手段としての転写装置５である。次に、クリーニング手段としてのクリーニング装置７である。

画像形成時には、回転する感光ドラム１の表面は、帯電器２によって一定の電位に帯電させられる。その後、帯電した感光ドラム１の表面は露光装置３によって画像情報に応じて露光される。これにより、感光ドラム１上に静電潜像（静電像）が形成される。感光ドラム１上に形成された静電潜像は、現像装置４によって現像剤のトナーが付着させられて、トナー像（現像剤像）として現像される。感光ドラム１上に形成されたトナー像は、転写装置５において、１次転写部材としての１次転写ローラ５ａにより、被転写体としての中間転写ベルト５ｂ上に１次転写される。

その後、中間転写ベルト５ｂ上のトナー像は、２次転写部材としての２次転写ローラ（図示せず）により、記録用紙などの転写材に２次転写される。その後、転写材は定着手段としての加熱及び加圧式の定着器（図示せず）により加熱及び加圧され、その上にトナー像が定着される。

一方、中間転写ベルト５ｂに転写されずに感光ドラム１の表面に残留したトナー（転写残トナー）は、クリーニング装置７によって感光ドラム１の表面から除去されて、回収される。クリーニング装置７は、感光ドラム１に当接して配置されたクリーニングブレード７ａ及びファーブラシ７ｂによって感光ドラム１の表面からトナーを掻き落とし、回収容器７ｃに回収する。又、感光ドラム１の周囲には、感光ドラム１の表面に残存している電位を除電するための除電手段として、第１の前露光手段である帯電前露光器８と、第２の前露光手段であるクリーニング前露光器９とが設けられている。

２．感光ドラム
画像形成装置１００は、像担持体として回転可能なドラム型の電子写真感光体（感光体）、即ち、感光ドラム１を有する。感光ドラム１は、帯電器２による処理対象としての被帯電部材である。この感光ドラム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する。感光ドラム１は、直径が８４ｍｍであり、中心支軸を中心に２８５ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）で矢印Ｒ１方向に回転駆動される。

３．帯電器
画像形成装置１００は、帯電手段として放電装置である帯電器（コロナ帯電器）２を有する。図２及び図３は、帯電器２の構成をより詳しく示す。帯電器２は、感光ドラム１の長手方向（回転軸線方向）に沿って感光ドラム１に対向配置され、放電により感光ドラム１の表面を帯電させる。帯電器２は、電気的なシールド作用（遮断作用）をなす支持筐体であるシールド（シールドケース）１２を有する。シールド１２は、電気的に接地されている。シールド１２は、感光ドラム１の長手方向に沿って互いに略平行に対向して延在する２個の側板１２ｂ、１２ｂと、両側板１２ｂ、１２ｂの上端間を連結する天板１２ｃと、を有する。これにより、シールド１２は、感光ドラム１に対向する一面が開放された、長手方向に見た断面が略コの字形状とされている。尚、図２及び図３においては、シールド１２の図中手前側（図１中左側）の側板１２ｂは省いて示している。所望により、天板１２ｃは設けられていなくてもよい。シールド１２の長手方向の両端部には、上記側板１２ｂ、１２ｂ、天板１２ｃなどを保持する保持部材であるブロック１７、１７が結合されて、シールド１２と一体化されている。尚、図２及び図３には、シールド１２の長手方向の一方の端部のブロック１７のみ示されている。シールド１２の側板１２ｂ、１２ｂ、天板１２ｃはアルミニウムやステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属で形成され、ブロック１７、１７は樹脂などの電気絶縁性の材料で形成されている。又、帯電器２は、シールド１２の内部に放電線（放電電極）である放電ワイヤ１０を有する。放電ワイヤ１０は、帯電器２の長手方向に沿って、２個のブロック１７間に張架されている。更に、帯電器２は、シールド１２の感光ドラム１と対向する開口部１２ａに位置して、制御電極である板状のグリッド（グリッド電極）１１を有する。放電ワイヤ１０には第１の帯電電源（図示せず）が接続されており、感光ドラム１の帯電処理を行う際には直流電圧が印加される。第１の帯電電源が放電ワイヤ１０に電圧を印加することにより、放電ワイヤ１０でコロナ放電が発生する。又、グリッド１１には第２の帯電電源（図示せず）が接続されており、感光ドラム１の帯電処理を行う際には直流電圧が印加される。これは、放電ワイヤ１０から感光ドラム１に向かうイオンの量を安定化させるためのものであり、その結果、感光ドラム１を所望の電位に帯電することが可能となる。

更に説明すると、放電ワイヤ１０には、外部電源である第１の帯電電源が接続されている。この第１の帯電電源から放電ワイヤ１０に所定の極性（本実施例では負極性）・値の直流電圧を印加し、コロナ放電を発生させて、感光ドラム１の表面を帯電させる。放電ワイヤ１０の材料としては、金属、例えば、ステンレススチール、ニッケル、モリブデン、タングステンなどを好適に用いることができる。本実施例では、放電ワイヤ１０の材料として、金属の中で非常に安定性の高いタングステンを使用した。放電ワイヤ１０の材料としてタングステンを使用することで、苛酷な条件下でも安定したコロナ放電を行うことができる。又、放電ワイヤ１０の材料としてタングステンを使用することで、帯電器２を長期間にわたり安定して使用することが可能となる。放電ワイヤ１０は、シールド１２と一体化されたブロック１７、１７によって一定の張力で保持される。電気絶縁性の材料で形成されたブロック１７、１７によって、放電ワイヤ１０とシールド１２との間の電気的な絶縁が保たれている。放電ワイヤ１０の直径は、４０μｍ〜１００μｍであることが好ましい。放電ワイヤ１０の直径が小さすぎると、放電によるイオンの衝突で切断されてしまうことがある。逆に、放電ワイヤ１０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必要な、放電ワイヤ１０に印加する電圧が高くなってしまう。放電ワイヤ１０に印加する電圧が高いと、オゾンが発生しやすくなり、又電源のコストが上昇しやすい。本実施例では、放電ワイヤ１０の直径は６０μｍとした。

又、板状のグリッド１１には、外部電源である第２の帯電電源として定電圧電源が接続されている。この第２の帯電電源からグリッド１１に印加するバイアスの制御により、帯電ワイヤ１０におけるコロナ放電により発生し感光ドラム１に付与される電荷量を調整して、感光ドラム１の表面の帯電電位を制御する。本実施例では、板状のグリッド１１は、感光ドラム１に面する側と、放電ワイヤ１０に面する側とを貫通する複数の孔が形成された多孔質形状を有する。即ち、本実施例では、板状のグリッド１１は、メッシュ状に当該板状のグリッド１１を貫通する複数の孔が形成されている。このような板状のグリッド１１は、例えば、ステンレス鋼の薄板にエッチング処理により多数の開口部を形成することで作製することができる。グリッド１１は、シールド１２の開口部１２ａに位置するようにしてシールド１２に取り付けられ、感光ドラム１の外周面に近接して配置される。尚、本実施例では、板状のグリッド１１を用いたが、これに限定されるものではなく、例えばワイヤ形状のグリッドを用いてもよい。

本実施例では、帯電器２は、放電ワイヤ１０、グリッド１１及びシールド１２に付着したトナー、外添剤又は紙粉などの飛散物をそれぞれ清掃する清掃部材を有する。これらの清掃部材については後述する。尚、本発明において、帯電器２にこれらの清掃部材を設けることは必須ではない。

４．露光装置
画像形成装置１００は、帯電処理された感光ドラム１の表面に静電潜像を形成する露光手段（情報書き込み手段）として露光装置（レーザービームスキャナ）３を有する。本実施例では、露光装置３としては、半導体レーザを用いたレーザビームスキャナを用いたが、これに限定されるものではなく、例えばＬＥＤによる露光方式を採用してもよい。

５．現像装置
画像形成装置１００は、現像手段として現像装置４を有する。現像装置４は、感光ドラム１上の静電潜像に現像剤のトナーを供給し、トナー像として可視化する。本実施例では、現像装置４として、２成分磁気ブラシ現像方式のものを用いた。又、本実施例では、現像装置４は、一様に帯電処理された感光ドラム１における、露光により電荷が減衰した露光部に、感光ドラム１の帯電極性（本実施例では負極性）と同極性に帯電したトナーを付着させる反転現像方式により、静電潜像を現像する。

更に説明すると、現像装置４は、現像容器４ａと、現像容器４ａに回転可能に取り付けられた現像剤担持体としての現像スリーブ４ｂとを有する。現像容器４ａ内には、現像剤として主に非磁性トナー粒子（トナー）と磁性キャリア粒子（キャリア）とが混合された２成分現像剤が収容されている。トナーには、斯界にて一般に行われているように、トナーの流動性や帯電性の調整などのために、無機微粉体などとされる外添剤が添加されていてよい。本実施例では、キャリアの体積抵抗率は約５×１０⁸Ω・ｃｍ、平均粒径は３５μｍであった。トナーは、キャリアとの摺擦により負極性に摩擦帯電される。現像スリーブ４ｂは、感光ドラム１との最近接距離（Ｓ−Ｄギャップ）を約２５０μｍに保持した状態で、感光ドラム１に対向して配置されている。感光ドラム１と現像スリーブ４ｂとの対向部が現像部となる。現像スリーブ４ｂは、現像部における感光ドラム１と現像スリーブ４ｂの表面の移動方向が互いに逆方向になるように回転駆動される。つまり、現像スリーブ４ｂは、感光ドラム１の矢印Ｒ１方向の回転に対して、順方向に回転駆動される。現像スリーブ４ｂの内側には、磁界発生手段としてのマグネットローラが設けられており、その磁力により、現像スリーブ４ｂの回転に伴って２成分現像剤が現像部に搬送される。現像部において、２成分現像剤は、現像スリーブ４ｂの表面から穂立ちした磁気ブラシの層を形成する。磁気ブラシの層は、現像剤コーティングブレード（図示せず）により所定の厚さの薄層として整えられる。又、現像スリーブ４ｂには、現像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４ｂに印加される現像バイアスは、直流電流（Ｖｄｃ）と交流電圧（Ｖａｃ）とを重畳した振動電圧であり、直流電圧は−６５０Ｖ、交流電圧はＶｐｐ１８００Ｖとした。この現像バイアスによって感光ドラム１と現像スリーブ４ｂとの間に形成される電界によって、感光ドラム１上の静電潜像に対応して、２成分現像剤中のトナーが感光ドラム１上に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。本実施例では、感光ドラム１上に形成されたトナー像のトナーの帯電量は、約−３０μＣ／ｇであった。現像部を通過した現像スリーブ４ｂ上の２成分現像剤は、現像スリーブ４ｂの回転に伴い現像容器４ａ内の現像剤溜り部に戻される。

６．転写装置
画像形成装置１００は、中間転写ユニットとされる転写手段５を有する。転写装置５は、無端ベルト状の中間転写体である中間転写ベルト５ｂを有する。１次転写部材としての１次転写ローラ５ａは、中間転写ベルト５ｂの内周面側に配置されており、中間転写ベルト５ｂを介して、感光ドラム１の表面に対し所定の押圧力で圧接されている。感光ドラム１と中間転写ベルト５ｂとのニップ部（接触領域）が、感光ドラム１から中間転写ベルト５ｂへのトナー像の転写が行われる転写部Ｔとなる。中間転写ベルト５ｂは、感光ドラム１と１次転写ローラ５ａとの間に挟持されて搬送される。１次転写ローラ５ａには、１次転写電源から、トナーの正規の帯電極性（本実施例では負極性）とは逆極性（本実施例では正極性）の直流電圧である１次転写バイアスが印加される。本実施例では、特に、＋２．０ｋＶの１次転写バイアスが印加される。これにより、感光ドラム１上のトナー像は、中間転写ベルト５ｂの表面に静電的に転写される。

尚、本明細書では詳しい説明は省略するが、当業者には周知のように、中間転写ベルト５ｂ上に転写されたトナー像は、次に２次転写部（図示せず）において、別途搬送されてきた転写材に転写される。

７．クリーニング装置
画像形成装置１００は、１次転写工程後の感光ドラム１の表面をクリーニングするクリーニング手段として、クリーニング装置７を有する。クリーニング装置７は、クリーニング部材としてのクリーニングブレード７ａ及びファーブラシ７ｂと、クリーニングブレード７ａ及びファーブラシ７ｂにより感光ドラム１から除去されたトナーを収容する回収トナー容器７ｃとを有する。本実施例では、クリーニングブレード７ａは、弾性体材料であるウレタンゴムで形成された板状部材であり、感光ドラム１の長手方向に沿って延在し、感光ドラム１の表面に所定の押圧力で圧接されている。又、本実施例では、ファーブラシ７ｂは、感光ドラム１の長手方向に沿って延びる回転軸に複数本植設されたブラシ部を有し、該ブラシ部が感光ドラム１の表面に接触するようにして回転駆動される。１次転写工程後に感光ドラム１上に残留したトナーは、先ず、ファーブラシ７ｂにより感光ドラム１の表面から除去されて回収トナー容器７ｃに回収される。そして、ファーブラシ７ｂで回収されなかったトナーが、クリーニングブレード７ａにより感光ドラム１の表面から除去されて、回収トナー容器７ｃに回収される。

８．除電手段
画像形成装置１００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とを有する。これら２つの前露光手段により、１次転写工程後の感光ドラム１の表面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、感光ドラム１の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８及びクリーニング前露光器９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）などの条件が制御される。

９．定着器
画像形成装置１００は、２次転写部（図示せず）にて転写材に転写されたトナー像を転写材に定着させる定着手段として加熱及び加圧式の定着器（図示せず）を有する。本実施例では、定着器は熱ローラ式のものであり、加熱ローラとこれに圧接する加圧ローラとで形成されるニップ部（接触領域）において転写材を加熱及び加圧しながら搬送することで、トナー像を転写材に定着させる。トナー像の定着処理を受けた転写材は、画像形成物（プリント、コピー）として画像形成装置１００から出力される。

１０．放電ワイヤ用清掃部材
図２及び図３に示すように、帯電器２は、放電ワイヤ１０に付着したトナー、外添剤又は紙粉などの飛散物を清掃するための放電ワイヤ用清掃部材１４を有する。放電ワイヤ用清掃部材１４は、支持体１３に保持されている。本実施例では、放電ワイヤ用清掃部材１４は、支持体１３に保持された状態で互いに圧接すると共にその間に放電ワイヤ１０を挟持する、２個の矩形形状のパッドで構成されている。放電ワイヤ用清掃部材１４は放電ワイヤ１０に圧接した状態で移動して放電ワイヤ１０を清掃する。但し、放電ワイヤ用清掃部材１４の形状はこれに限定されるものではない。本実施例では、放電ワイヤ用清掃部材１４の各パッドには、スポンジを基材として、放電ワイヤ１０に接触するその表層にゴム層を設けて、その表層に研磨粒子であるアルミナを塗布し、樹脂結着させたものを用いた。

放電ワイヤ用清掃部材１４は、支持体１３が移動機構（図示せず）によって帯電器２の長手方向に移動させられることによって、放電ワイヤ１０を摺擦して、それに付着していた飛散物を拭き取る。放電ワイヤ用清掃部材１４の移動による放電ワイヤ１０の清掃動作は、画像形成装置１００の電源ＯＮ時又は一定枚数の画像形成を行う毎に行われる。

１１．グリッド用清掃部材
図３に示すように、帯電器２は、グリッド１１、より詳細には、その放電ワイヤ１０に対向する側の側面に付着したトナー、外添剤又は紙粉などの飛散物を清掃するためのグリッド用清掃部材１５を有する。グリッド用清掃部材１５は、支持体１３に保持されている。本実施例では、グリッド用清掃部材１５は、支持体１３とグリッド１１とで挟持されて圧縮された状態で支持体１３に保持された、矩形形状のパッドで構成されている。グリッド用清掃部材１５はグリッド１１に圧接した状態で移動してグリッド１１を清掃する。本実施例では、グリッド用清掃部材１５には、アクリル系ブラシを難燃化処理して基布に織り込んだ部材を使用した。但し、グリッド用清掃部材１５を構成する材料はこれに限定されるものではなく、ナイロン、ＰＶＣ、ＰＰＳなどを使用してもよい。又、グリッド用清掃部材１５は、植毛系の部材に限らず、フェルト、スポンジのような弾性部材や、アルミナ、炭化珪素などの研磨剤を塗布したシートなどを利用してもよい。グリッド１１への接触時の力学的な抵抗が、グリッド１１の清掃に不都合を生じなければ、任意の清掃部材を用いることができる。

グリッド用清掃部材１５は、支持体１３が移動機構（図示せず）によって帯電器２の長手方向に移動させられることによって、グリッド１１の放電ワイヤ１０に対向する面を摺擦して、それに付着していた飛散物を拭き取る。グリッド用清掃部材１５の移動によるグリッド１１の清掃動作は、画像形成装置１００の電源ＯＮ時又は一定枚数の画像形成を行う毎に行われる。

１２．シールド用清掃部材
図３に示すように、帯電器２は、シールド１２、より詳細には、その側板１２ｂ、１２ｂの放電ワイヤ１０に対向する内面に付着したトナー、外添剤又は紙粉などの飛散物を清掃するためのシールド用清掃部材１６を有する。シールド用清掃部材１６は、支持体１３に保持されている。本実施例では、シールド用清掃部材１６は、支持体１３とシールド１２とで挟持されて圧縮された状態で支持体１３に保持された、矩形形状のパッドで構成されている。シールド用清掃部材１６はシールド１２に圧接した状態で移動してシールド１２を清掃する。本実施例では、シールド用清掃部材１６には、アクリル系ブラシを基布に織り込んだ部材を使用した。但し、シールド用清掃部材１６を構成する材料はこれに限定されるものではなく、ナイロン、ＰＶＣ、ＰＰＳなどを使用してもよい。又、シールド用清掃部材１６は、植毛系の部材に限らず、フェルト、スポンジのような弾性部材や、アルミナ、炭化珪素などの研磨剤を塗布したシートなどを利用してもよい。シールド１２への接触時の力学的な抵抗が、シールド１２の清掃に不都合を生じなければ、任意の清掃部材を用いることができる。

シールド用清掃部材１６は、支持体１３が移動機構（図示せず）によって帯電器２の長手方向に移動させられることによって、シールド１２の側板１２ｂ、１２ｂの放電ワイヤ１０に対向する内面を摺擦して、それに付着していた飛散物を拭き取る。シールド用清掃部材１６の移動によるシールド１２の清掃動作は、画像形成装置１００の電源ＯＮ時又は一定枚数の画像形成を行う毎に行われる。

シールド用清掃部材１６を配設することにより、シールド１２の表層の清掃により飛散物を物理的に清掃可能となり、詳しくは後述する本発明の効果を発揮する上でロバスト性を向上することができる。

１３．シールドの表層の構造
（１）シールドの表層の構造の概要
本実施例の目的の１つは、特に画像形成時に帯電器２のシールド１２にトナー、外添剤又は紙粉などの飛散物が付着するのを長期にわたり防止することである。又、それにより、帯電器２のシールド１２に飛散物が付着することで帯電器２内において電界異常が発生するのを長期にわたり防止することも本実施例の目的の１つである。又、それにより、感光ドラム１を均一に帯電させる能力を長期にわたり維持することも本実施例の目的の１つである。

そこで、本実施例では、放電装置である帯電器２は、支持筐体であるシールド１２の少なくとも一部の表層が、水に対する接触角θ₁が１２０°≦θ₁＜１８０°である微細凹凸構造を有する構成とする。即ち、本実施例では、帯電又は除電が行われる処理対象に対して放電を行う放電装置は、被帯電体としての感光ドラム１を帯電させる帯電器２とされる。この帯電器２は、放電を行うための放電線である放電ワイヤ１０を有する。又、帯電器２は、電気的な遮断作用をなす支持筐体として、少なくとも放電ワイヤ１０を挟んだ両側に配置された側板１２ｂ、１２ｂを有し、感光ドラム１との対向位置に開口部１２ｂが形成されたシールド１２を有する。又、帯電器２は、シールド１２の開口部１２ｂに位置して、感光ドラム１上の電位を制御するための制御電極であるグリッド１１を有する。そして、この帯電器２は、シールド１２の少なくとも一部の表層の水に対する接触角θ₁が１２０°≦θ₁＜１８０°であり、その表層の構造が自己相似性を近似的又は統計的に満足するフラクタル構造を有する構成とする。特に、本実施例では、シールド１２の少なくとも一部の表層として、シールド１２の側板１２ｂ、１２ｂの放電ワイヤ１０に対向する内面（以下、便宜上、シールド１２における位置を特定せずに、単に「シールドの表層」などともいう。）の表層に上記微細凹凸構造を設ける。以下、更に詳しく説明する。

（２）フラクタル構造
シールド１２の表層の構造について説明する。本実施例の特徴の一つは、狭義には、シールド１２の表層の構造が、位相次元とハウスドルフ次元が一致しない構造、即ち、一般にフラクタル構造と呼ばれる構造となっていることである。

文言「フラクタル構造」とは、次第に微細となる構造において自己相似形の性質と非整数次元の特徴を有する幾何学的な図形の構造を指し、具体的な形状、大きさなどは特に限定されるものではない。但し、本実施例では、大きさは、飛散物の付着を防止するうえで、主な飛散物であるトナーの直径の半分以下が望ましく、ピッチ間隔、最大山高さなどは、この条件を満たすことが望ましい。形状は、鱗片状、角柱状、円柱状、角錐状、円錐状、針状などのいずれか、又はこれらの形状が複雑に組み合わさってできた構造を挙げることができる。

上記次元について、本実施例に従うシールド１２の表層の構造の一例を表すコッホ曲線（図４（ａ）、（ｂ））を用いて説明する。コッホ曲線における位相次元は、一見複雑な凹凸構造を示しているが、曲線で構成されており、１次元として表現できる。今、Ｎ次元で図形をＰ倍に拡大したら、長さか面積か体積はＱ倍になると考えれば、下記（１）式が成立する。

これをＮについて解くと、下記（２）式のようになる。

上記（２）式にて定義された次元を、ハウスドルフ次元と呼ぶ。図４（ｂ）に示す構造Ａを基本構造とした場合、構造Ａを３倍に拡大するとＰ＝３となる。すると全体は図４（ｂ）に示す構造Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄと一致する。このとき曲線の長さは４倍となる。従って、Ｑ＝４となり、上記（２）式よりハウスドルフ次元Ｎを求めると、下記（３）式のようになり、非整数の次元数を有し、位相次元と一致しない関係性を持つ。

シールド１２の表層にこの関係性を有する微細な凹凸構造を形成することにより、水に対する接触角がほぼ１８０°、接触角ヒステリシスが５°以下という、超撥水又は超撥油効果を有するシールド１２の表層となる。

又、本実施例に従うシールド１２の表層の構造は、偏角関数によっても表現可能である。ある段階ｎにおける、本実施例に従うシールド１２の表層の構造を表す曲線の偏角関数は、数列ｔ_n ^kによって、下記式（４）のように表現可能である。

これは図４に示す構造を定義したものであり、初期条件ｔ_k ¹＝｛ｎ１，ｎ２・・・ｎｋ｝を再定義することにより、広義のフラクタル構造を表現可能となる。

しかしながら、シールド１２の表層を完全なフラクタル構造として成形することは難しい。従って、シールド１２の表層の構造を、自己相似性を近似的又は統計的に満足するフラクタル構造にすることで、本発明による所期の効果を発揮することが望ましい。そのために、上記偏角関数を標本化することにより、近似的表現が可能となり、本実施例に従うシールド１２の構造を、更に広義にした説明が可能となる。

近似的なフラクタル構造において、ある構造の断面の稜線（曲線）の基準点からの長さｌでの接線の偏角（ｒａｄ）をθ（ｌ）とした場合、元の曲線は下記式（５）で表現できる。ここで、曲線の長さをＬとすると、Ｌ＝Ｌ₁＋Ｌ₂となる。又、閉曲線の場合は、Ｌ₁＋Ｌ₂＝∞となる。

上記（５）式は、代数的な処理を施すと原始関数で表現できない部分があるため、標本化する。文言「標本化」とは、数学的には連続関数の値からある点の値だけを標本として取り出して離散関数に変換する手法のことである。本実施例では、ある構造の断面の稜線上における、基準点からある長さにおける位置情報（ｘ，ｙ）を標本化するとき、基準点からの長さをｔとし、標本化間隔をΔｌとすると、次式（６）のようになる。

上記関数は、元の曲線の構造を完全に復元するものではなく、標本化間隔Δｌの線分の集合で近似したものに等しくなる。標本化間隔Δｌを大きくとることにより、復元できる曲線は粗くなり、本実施例に従うシールド１２の表層の構造が崩れていき、超撥水効果が小さくなり、それに伴い飛散物との接触率が増えて、飛散物は当該シールド１２の表層に付着しやすくなる。

（３）好ましい表層の構造
ここで、標本化間隔Δｌ、及び表面自由エネルギーの評価における水の接触角によって、本実施例に従うシールド１２の表層として好ましい構造の条件を表すと次のようになる。即ち、当該表層の水に対する接触角θ₁が１２０°≦θ₁＜１８０°であり、又その表層の上記（６）式における標本化間隔Δｌが０≦Δｌ≦３μｍである、という条件を満たすことが好ましい。

シールド１２の表層がフラクタル構造を呈している場合、当該表層における水に対する接触角は、そのシールド１２の表層の材料自体が持つ水に対する接触角と、当該表層のフラクタル構造による水に対する接触角とにより決定される。

先ず、前者（材料自体が持つ水に対する接触角）について説明する。撥水性の高い材料、即ち、表面自由エネルギーの低い材料は、当該接触角が大きい。例えば、フッ素系含有物質は、撥水性が高い傾向がある。例えば、エチレン（ＣＨ₂）系のポリエチレンの表面自由エネルギーは３６ｍＪ／ｍ²、メチル（ＣＨ₃）系のポリプロピレンの表面自由エネルギーは２４ｍＪ／ｍ²である。これに対して、ＣＦ₂で覆われたＰＴＦＥ（ポリテロラフルオロエチレン）（テフロン（デュポン社の登録商標）として知られる）の表面自由エネルギーは１８ｍＪ／ｍ²である。このように、ＰＴＦＥの表面自由エネルギーは小さく、撥水性も高くなる。部材の表面をフッ素の多いＣＦ₃で被覆した場合、ＰＴＦＥよりも高い撥水性が得られる。実際に部材の表層にＣＦ₃を設けたモデルを作って測定すると、水に対する接触角は１２０°、表面自由エネルギーは６．７ｍＪ／ｍ²である。この値は、あらゆる材料を通じて得られる化学的撥水性の限界値であり、室温において化学的に作り出した表面自由エネルギーの最低値となる。このＣＦ₃は、シールド１２の表層に最小限必要な水に対する接触角の条件を満たす材料として適用可能と考えられる。

又、ポリメチルメタクリレート、所謂、アクリル樹脂は、そのモノマー８５％に、フッ素成分１５〜１６％を混ぜて、共重合体を作ることができる。これにより、シールド１２の表層に最小限必要な水に対する接触角の条件を満たす材料として適用可能な材料を生成できると考えられる。その水に対する接触角はほぼ１２０°、表面自由エネルギーは７．８ｍＪ／ｍ²である。即ち、その値は、化学的撥水性の限界近くまで到達する。但し、この数値を達成するには、表面にフッ素分子がきれいに並ぶようにフッ素成分を規則的に配向する必要がある。アクリル成分は、いろいろな溶媒に可溶だが、フッ素成分に対しては溶けにくい。そのため、溶媒と混合させたときに、フッ素成分を内側にして、アクリル成分を外側にした、ミセル（コロイド粒子）構造になってしまう。その結果、フッ素成分が外に出ないために、表面自由エネルギーが下がらないことがある。又、フィルムの作り方、熱処理方法の違いで、水に対する接触角、表面自由エネルギーの数値は変わるが、化学的撥水性の限界値である接触角１２０°を越えることはできない。

通常環境、例えば非画像形成時においては、上記物質をシールド１２の表層の材料として適用することにより、撥水性を発揮して、飛散物に対するシールド１２の付着力を低減できると考えられる。しかし、上記物質を、電子写真方式の画像形成装置内、特に、帯電器２内に配設した場合、上記物質は、画像形成中におけるコロナ放電生成物の曝露で高分子鎖が破壊されることによる表層改質や放電生成物の堆積により、親水化してしまう。そのため、上記物質は、電子写真方式の画像形成装置内、特に、帯電器２のシールド１２の表層の材料として適用した場合には、その効果を長期にわたって十分に得ることができない。

そこで、本実施例では、もう１つのパラメータとして、上述の後者（フラクタル構造による水に対する接触角）によって、コロナ放電環境下においても化学的撥水性の限界値以上の接触角、即ち、超撥水又は撥油（以下、単に「撥水」という。）性を発揮するようにする。ここでは、サブミクロンオーダーによる微細凹凸加工による超撥水性効果をより良好に発揮するために、上記偏角関数における標本化間隔Δｌの条件を規定する。そして、好ましくはこの条件を満たすことにより、シールド１２の表層の材料及び変質に依存せずに、所望の水に対する接触角をより良好に維持できるようにする。

次に、後者（フラクタル構造による水に対する接触角）について説明する。シールド１２の表層を上記微細凹凸構造とすると、飛散物が複合面にてシールド１２に接触する形となる。即ち、図５のモデル図に示すように、シールド１２の表層を拡大すると、当該表層は、空気で形成された面とシールド１２の材料自体で形成された面との２つの面（複合面）により構成されている。

図６は、水に対する接触角が異なる材料でシールド１２の表層を形成した場合の、シールド１２の材料自体が占める割合とＣａｓｓｉｅの接触角との関係の違いを示す。ここで、Ｃａｓｓｉｅの接触角は、空隙を多く含む固体表面のぬれを対象として、ぬれ性の異なる領域が混在する複合表面の水に対する接触角を与えるＣａｓｓｉｅ理論による理論値である。

図６から、シールド１２の表層の材料に関わらず、空気面が５０％以上を占めていることにより、撥水性が保たれることが分かる。空気面が５０％以上を占めていることにより、例えシールド１２の材料自体における水に対する接触角θ₁が０°である状況下でも、シールド１２の表層（空気と材料の複合面）において、理論上、水に対する接触角θ₁が９０°以上を保つことになるからである。尚、シールド１２の材料自体における水に対する接触角θ₁が０°の状況とは、材料表面が完全にぬれてしまっている状況である。

又、図６から、上述の材料自体が持つ水に対する接触角による撥水性における課題を解決するためには、空気面が７５％以上を占めていることが好ましいことが分かる。空気面が７５％以上を占めていることで、例えシールド１２の材料自体における水に対する接触角θ₁が０°である状況下でも、シールド１２の表層（空気と材料の複合面）において、理論上、水に対する接触角θ₁が１２０°≦θ₁＜１８０°を満たすからである。シールド１２の表層（空気と材料の複合面）の水に対する接触角θ₁について１２０°≦θ₁＜１８０°が成立することにより、超撥水性を維持できる。

更に、飛散物の大きさを考慮すると、本実施例において主な飛散物はトナーであり、該飛散物の大きさは約６μｍと微小である。そのため、シールド１２の表層における微細凹凸構造は、飛散物により埋没せず且つ飛散物が付着し難い水に対する接触角を有することが好ましい。

このような構造とするためには、上記近似的なフラクタル構造の上記（６）式における標本化間隔Δｌが、０≦Δｌ≦３μｍ、望ましくは、０≦Δｌ≦０．５μｍを満たすようにする。詳しくは後述するように、０≦Δｌ≦３μｍを満たすことにより、新品時においてシールド１２の表層の水に対する接触角θ₁は、超撥水性を有する条件である１２０°≦θ₁＜１８０°を満たす。又、０≦Δｌ≦３μｍを満たすことにより、コロナ放電に曝露した後にも、シールド１２の表層の水に対する接触角θ₁は、撥水性を有する条件である９０°以上を保持することが可能である。そして、望ましくは、０≦Δｌ≦０．５μｍを満たすことにより、コロナ放電に曝露した後にも、シールド１２の表層の水に対する接触角θ₁は、新品時と同等の超撥水性を保持することが可能となる。

図７は、Δｌに対するＣａｓｓｉｅの接触角の変化を示す。詳しくは後述するように、本実施例では、シールド１２の材料としてＳＵＳ３０４を使用した。そして、多段凹凸構造のフラクタル構造からエポキシ樹脂などで金型を形成し、その金型から各Δｌのフラクタル構造をそのシールド１２の表層に形成したものを作製した。本実施例では、金型におけるフラクタル構造には、図４に示す構造を適用した。

図７に示すように、新品においては、Δｌが０≦Δｌ≦３μｍの範囲内にあるとき、超撥水性を有し、飛散物が付着することはない。尚、新品とは、コロナ放電に晒されていないものを言うものとする。そして、放電ワイヤ１０に供給する放電電流を−１０００μＡとして、６０分間コロナ放電に曝露した後は、０≦Δｌ≦３μｍの範囲において許容できる撥水性を示し、更に０≦Δｌ≦０．５μｍにおいては新品と同等の撥水性を維持している。又、０≦Δｌ≦０．５μｍを満たすことにより、シールド１２の表層は、新品時もコロナ放電に曝露した後も、典型的には、水に対する接触角θ₁が１５０°≦θ₁＜１８０°という優れた超撥水性を保持する。このように、Δｌが上記規定範囲にあることが、十分に本発明の効果を発揮する上で好ましい条件であることが分かる。

上述のようにΔｌによって撥水性が異なるのは、次のような理由によるものと考えられる。シールド１２の表層の構造が理想的なフラクタル構造（Δｌ＝０）から標本化間隔Δｌにより近似化されることにより、フラクタル構造が持つ自己相似性を満足できない領域が存在する。この領域においては、シールド１２の表層の材料に対する水の接触角が支配的となる。そのため、この領域においてコロナ放電生成物の曝露などにより表面自由エネルギーが上昇した部分では、水に対する接触角が小さくなる。その結果、シールド１２の表層を全体的に見ても、撥水性が低下したものと考えられる。これに対して、Δｌの上記規定範囲内においては、シールド１２の表層の構造が飛散物の大きさに対して十分小さいフラクタル構造を呈しており、シールド１２の表層の材料の水に対する接触角が非支配的となる。このため、シールド１２は、その撥水性を維持できるものと考えられる。

図８は、Δｌによるシールド１２の表層の表面形状の変化を示す。即ち、シールド１２の表層のフラクタル構造の一例として、ある一部のフラクタル構造をモデルに、稜線の長さＬにおける表層の構造を上記偏角関数により表現する。そのように表現できた場合において、Δｌ＝ｌｉｍｉｔ０→Ｌにて代数処理を実行したときの表層構造の変化を示したものが図８である。

図８に示すように、Δｌを増やすことにより表面形状が粗くなっている。表面形状が粗くなるに従い、シールド１２の表層は、シールド１２の材料自体が占める割合が増加し、最終的には平面形状になる。これは、上述の材料自体が持つ水に対する接触角による撥水性のみを発揮するシールド１２の表層の状態と同じであり、長期にわたる良好な撥水性を発揮できなくなる。

以上の考察より、シールド１２の少なくとも一部の表層は、当該表層の水に対する接触角θ₁が１２０°≦θ₁＜１８０°であり、更に当該表層の上記（６）式における標本化間隔が０≦Δｌ≦３μｍであるという条件を満たす微細凹凸構造を有することが好ましい。

（４）製造方法
シールド１２の表層の微細凹凸構造の形成方法（又は材料）は、特に限定されるものではなく、従来公知のものを用いることができる。斯かる方法は、特開２００６−１８１４８６号公報、特開２００３−１４４８６８号公報、A. W. Adamson著、「Physical Chemistry of Surfaces（John Wiley & Sons, New York）」、Tsujii, et al., J. Phys. Chem., 100, 19512 (1996)、Tujiii, et al., Angew. Chem. int. Ed., 36, 1011（１９９７）に記載されている。

例えば、切削加工又は研削加工により形成することができる。他の方法としては、集積回路製作に用いられている真空蒸着、リソグラフィー、イオンビーム加工、プラズマ加工などにより形成することが可能である。又、温度や温度勾配、化学物質の濃度や濃度勾配、電磁場などの外部因子を制御することにより自然発生させるものとして、例えば、次のようなものがある。

電気分解、化学反応、微生物反応などにより固体表面を溶解又は腐食させる方法である。又、電気分解や拡散律速凝集などにより固体表面に物質を析出させる方法である。又、微粒子凝集体を固体表面に付着させる方法である。又、互いに非相溶な２種類の物質を混合し相分離を進行させて２つの相が互いに入り組んだ相分離パターンができたときに、どちらか片方の物質のみを溶出させる方法である。又、アルキルケテンダイマーやジアルキルケトンなどのように融液又は溶液からの固化時に自己組織化によるフラクタル構造化するものを利用する方法である。

更に、前述の各方法で形成した多段凹凸構造のフラクタル構造を形成してもよい。或いは、蓮の葉の表面などの自然界に既に存在している多段凹凸構造のフラクタル構造から金属やエポキシ樹脂などで金型を形成し、金型そのもの、あるいはその金型から形成した凹凸構造表面のレプリカを用いても、フラクタル構造を形成することができる。

本実施例では、シールド１２の材料としてＳＵＳ３０４を使用した。そして、多段凹凸構造のフラクタル構造からエポキシ樹脂などで金型を形成し、その金型を用いてＳＵＳ３０４によりシールド１２を鋳造、形成した。

図７に示す結果における、各標本化間隔Δｌに対する表層構造は、金型であるエポキシ樹脂をフォトリソグラフィにて形成することで得た。Δｌの変更に伴う形状変更は、エポキシ樹脂に対して感光性の物質を塗布した物質の表面を、図８に基づいて本実施例の形状に電子線を露光することで、露光された部分と露光されていない部分からなるパターンを生成することで行った。Δｌを制御することにより生成させたフラクタル構造の確認は、電子顕微鏡にて同倍率をスキャニングし、形状を比較することで行った。

フラクタル構造は、特には、帯電器２のシールド１２の側板１２ｂ、１２ｂの内面に設けることによって、本発明の効果を発揮できる。

しかし、更に帯電器２への飛散物の付着を防止するなどのために、フラクタル構造をシールド１２の側板１２ｂ、１２の外面にも設けてもよい。即ち、フラクタル構造は、側板１２ｂ、１２ｂの両面に設けてもよい。更に、帯電器２に天板１２ｃが設けられている場合には、フラクタル構造は、天板１２ｃの放電ワイヤ１０に対向する内面に設けることが好ましく、上記同様、外面にも設けることができる。又、放電機能を阻害しない限り、放電装置内において飛散物の堆積又は付着が発生しやすい、制御電極や放電電極などの表層にもフラクタル構造を設けてもよい。尚、フラクタル構造の作製方法は、本実施例のものに限定されるものではなく、例えば、ナノエッチング加工など上述した作製方法で作製してもよい。

本実施例におけるシールド１２の表層のフラクタル構造には、図４に示す構造を適用した。又、本実施例では、基層面（図４中一点鎖線）からの最大山高さ（ＪＩＳＢ０６０１）は３μｍであった。又、最終的に本実施例のシールド１２の側板１２ｂ、１２ｂの内面の表層の新品時における水に対する接触角は１６０°であり、水に対する接触角ヒステリシスはΔθ₁＝７±２°であった。

（５）測定方法等
シールド１２の表層の水に対する接触角の測定方法について説明する。本明細書において、シールド１２の表層の水に対する接触角は、協和界面化学株式会社製、ＦＡＭＡＳ（商標）を使用して測定したものである。測定方法は、次の通りである。２３℃５０％の環境下において、水平に保持したシールド１２の表層に、細針管により約１０μｌの液滴を作成して着滴させ、一定時間後の接触角を測定した。着滴した液滴の接触角は、接線法により算出した。接線法では、液滴端点近辺を球の一部とみなし、円弧上の点から円の中心を求めることにより、ある点における円の接線を求めることができる。算出した円の接線と直線でなす角度が、液滴左側の接触角となる。同様に円弧上の点から、液滴右側の接触角を求める。そして、各々左右の平均値を算出したものが求める接触角となる。

次に、シールド１２の表層の水に対する接触角ヒステリシスの測定方法について説明する。本明細書において、接触角ヒステリシスは、上述の接触角の測定と同様の測定器を用いて、前進接触角と後退接触角を算出しその接触角の差を算出したものである。前進接触角は、上述の接触角の測定の場合と同じようにしてシールド１２の表層に液滴を着滴させ、一度針を液滴から離間し、５秒間安定させた後、再度液滴を５μｌ注入した時の接触角を指す。又、後退接触角は、再度液滴を５μｌ吸い取った時の接触角を指す。両者の差を測定することにより、微細構造上の液体が固体表面上をぬらしながら広がる際の挙動を掴むことができる。

次に、シールド１２の表層の表面自由エネルギーについて説明する。表面自由エネルギーは、水のぬれの進行のしやすさを示し、上述のようにして測定された接触角θ₁により算出可能である。

即ち、表面自由エネルギーをWと仮定すると、次式、
Ｗ＝γ_w（１＋ｃｏｓθ₁）
となる。ここで、γ_wは水の表面自由エネルギーであり、７２．７５ｍＪ／ｍ²である。

尚、シールド１２の表層のＣａｓｓｉｅの接触角は上記水に対する接触角の測定と同様にして測定することができる。

（６）付着性試験
本発明に従って構成された本実施例のシールド１２の飛散物に対する付着力を比較例と比較した。以下に、比較試験における諸条件を記載する。
・付着対象
本実施例：本実施例のフラクタル構造を施したシールド
比較例１：本実施例の加工を施さないシールド
比較例２：同基材に対して表層に防食加工（ＫＮ鍍金）を施したシールド
・付着物
トナー：キヤノン社製平均粒径５．５±０．３μｍの粉砕系トナー
標準粒子１：Duke Scientific Corporation社製
Dry Soda Lime Glass Microspheres 9050 ５２．６±３．２μｍ
標準粒子２：Duke Scientific Corporation社製
Polystyrene DVB Microspheres DC-50 ５０．３±２．０μｍ

上記標準粒子１、２に関しては、粒径が小さすぎると粒同士の凝集力、静電気力、ファンデルワールス力により付着力が正確に測定できないことから、計測結果のばらつきが大きくなるため、より再現性のある条件として採用した。

付着力の測定には、株式会社ナノシーズ社製衝撃式付着力測定装置ＮＳ−Ｆ１００型を使用した。これは、粒子に衝撃を与えることにより、その衝撃加速度から対象の平面から粒子が分離する時の付着力を測定するものである。評価条件は、次の通りとした。即ち、約０．５ｇのトナーなどの付着物を、付着対象のシールド１２の表層に対して、振幅ａ＝６×１０^-6ｍ、周波数ｆ＝３．９５×１０⁴Ｈｚにて超音波により転写することで付着させた。

ここで、超音波により転写する方法は、通常は電界にて飛ばされて付着するところを、電界の代わりに超音波振動を利用して加速度を与えることで付着させる方法である。この方法によれば、静電気力を極力抑制した形で、付着物を付着対象に薄層状に付着させることができる。

尚、上記トナーに関しては、上記測定装置では計数不可能なため、次のようにして付着力を測定した。衝撃前後の画像を高速度カメラにより撮影し、この画像を画像処理にてグレースケール化し、トナー部におけるヒストグラム領域の比率を算出し、前後の比率の差から落下率Ｄ（％）を算出した。上記測定装置で計数可能な上記標準粒子１、２に関しては、初期粒子数Ｍを同じにしてある衝撃力に対する落下数ｍから落下率Ｄ（％）を算出した。算出式は、下記（７）により定義した。

図９は、トナーに対する付着力を比較した結果を示す。図１０は、標準粒子１に対する付着力を比較した結果を示す。図１１は、標準粒子２に対する付着力を比較した結果を示す。

図９〜図１１の結果に示すように、本実施例では、少ない衝撃加速度にて落下しやすい傾向となった。これは、本実施例におけるシールド１２の表層の構造がフラクタル構造を有していることから、トナーと付着対象との接触面が少なく、付着物との表面自由エネルギーが比較例に比べ小さくなり、付着物が付着し難くいためと考えられる。又、このことは、付着対象に対する接触角からも説明できる。即ち、新品時のシールド１２の表層の水に対する接触角は、本実施例に従う付着対象では、約１６０°であるのに対して、比較例１では約８０°、比較例２では約６０°であり、本実施例ではシールド１２の表面のぬれ性は、比較例に比べて顕著に高い。このことから、付着物と付着対象との付着エネルギーの点から見ても、本実施例は有効であると言える。

（６）耐久試験
次に、付着対象をコロナ放電に晒した後の付着性を比較する耐久試験を行った。上記付着性試験と同じ付着対象を、放電ワイヤ１０に供給する放電電流を−１０００μＡとして、６０分間コロナ放電に曝露した後に、上記付着性試験と同じ方法により落下率Ｄを求めた。

図１２は、代表例として、付着対象をコロナ放電に晒した後におけるトナーに対する付着力を比較した結果を示す。

図１２に示すように、付着対象を上記条件のコロナ放電に曝露した後においては、更に顕著に、少ない衝撃加速度にて落下しやすいという本実施例の効果が現れた。又、上記条件のコロナ放電に曝露した後のシールド１２の表層の水に対する接触角は、本実施例に従う付着対象では約１３０°、比較例１では約３０°、比較例２では約１０°となった。これは、コロナ放電により発生した放電生成物により、シールド１２の表層の表面性が変化し、水に対する接触角に影響を及ぼしたためと考えられる。しかし、本実施例では、トナーと付着対象との接触面積が少なく、表面性の変化に対する影響が小さいため、長期の耐久後においても、新品同様の効果を得ることができたものと考えられる。

（７）帯電能試験
上記付着性試験、耐久試験における本実施例と比較例１、２と同じシールド１２を備えた帯電器２を用いて、耐久後の感光ドラム１に対する帯電能比較を行った。本実施例及び比較例１、２のシールド１２を備えた帯電器２は、本実施例の画像形成装置１００と基本的な構成が同じであるimagePRESSC7000VP（キヤノン社製）に組み込んだ。そして、一定環境（温度２３℃、湿度５％）下で、Ａ３用紙に２色（ＭＣ）のベタ画像を連続して１０，０００枚形成した。その後、帯電器２のシールド１２はそのままにして、放電ワイヤ１０、板状グリッド１１を新品に交換した。このようにして、放電ワイヤ１０、板状グリッド１１による電位への影響を除いた上で、表面電位計（TREK社製Model344）にて感光ドラム１上の暗電位（帯電電位）を測定することで、耐久前後の感光ドラム１の長手方向における表面の電位斑を計測した。

図１３は、感光ドラム１の長手方向における位置と感光ドラム１の表面電位との計測した結果、即ち、帯電器２の耐久前後の感光ドラム１の長手方向における電位斑を示す。尚、図１３は、感光ドラム１の長手におけるある特定の部位を抽出したものである。

図１３の結果より、本実施例では、耐久後においても感光ドラム１の表面電位に突出した斑が発生しておらず、画像不良も発生しておらず、シールド１２の表面においてもトナーなどの飛散物の付着が見られなかった。これに対して、比較例１、２においては、グラフ上で下方に凸の感光ドラム１の表面電位の突出部分が生じた。シールド１２を観察すると、シールド１２にトナーなどの飛散物が付着している箇所と、上記グラフ中に現れた突出部分とが一致し、飛散物による感光ドラム１の電位制御の不具合が生じていることが分かった。

以上説明したように、本実施例によれば、特に画像形成時に帯電器２の筐体であるシールド１２にトナー、外添剤又は紙粉などの飛散物が付着するのを長期にわたり防止する防汚効果を発揮することができる。又、これにより、帯電器２のシールド１２に飛散物が付着することで帯電器２内において電界異常が発生するのを長期にわたり防止することができる。又、これにより、感光ドラム１を均一に帯電させる能力を長期にわたり維持することができる。

以上、本発明を具体的な実施例に則して説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではない。

例えば、上記実施例では、本発明を、放電装置である感光体を帯電処理する帯電器に適用した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。電子写真方式の画像形成装置では、感光体を帯電処理するための帯電器以外にも、処理対象を帯電又は除電処理する放電装置が用いられている。例えば、感光体上の帯電したトナー像（トナー）の電荷極性を強めるための、転写前帯電手段としてのコロナ放電器がある。又、感光体上のトナー像を転写材に転写させるための転写手段としてのコロナ放電器がある。又、トナー像が転写された転写材を除電して感光体の表面から分離させるための分離手段としてのコロナ放電器がある。又、転写工程後の感光体の表面を除電するための除電手段としてのコロナ放電器がある。これらの他の放電装置においても、本発明を同様に適用することにより、その放電装置のシールドへの飛散物の付着を長期にわたり防止して、長期にわたり安定した帯電又は除電処理を行うことができる。

２帯電器
１０放電ワイヤ
１１グリッド
１２シールド（支持筐体）

Claims

処理対象に対して放電を行い該処理対象を帯電又は除電処理する放電装置において、
放電電極と、前記放電電極に対向する面を有する筐体を有し、前記筐体の前記面の少なくとも一部の表層は、水に対する接触角θ₁が１２０°≦θ₁＜１８０°の微細凹凸構造を有し、前記微細凹凸構造はフラクタル構造を有し、該微細凹凸構造は、前記微細凹凸構造の断面の稜線のある基準点からの長さｌにおける接線の偏角をθ（ｌ）、標本化間隔をΔｌとしたとき、前記稜線上の基準点からの長さｔにおける位置情報（ｘ、ｙ）が標本化された偏角関数によって、次式、

により表現可能であり、且つ、０≦Δｌ≦３μｍを満たすことを特徴とする放電装置。
移動しながら前記筐体の前記面に圧接して該面を清掃する清掃部材を有することを特徴とする請求項１に記載の放電装置。
前記筐体はステンレス鋼で作製されることを特徴とする請求項１又は２に記載の放電装置。