JPH0659554A

JPH0659554A - 帯電部材及び帯電装置

Info

Publication number: JPH0659554A
Application number: JP22916892A
Authority: JP
Inventors: Yoshitomo Masuda; 善友増田; Kinya Suzuki; 欽也鈴木; Hiroshi Kaneda; 博金田; Yoshio Takizawa; 喜夫滝沢; Hiroshi Harashima; 原島　　寛; Takahiro Kawagoe; 隆博川越
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1992-08-05
Filing date: 1992-08-05
Publication date: 1994-03-04

Abstract

(57)【要約】【目的】接触帯電方式において、被帯電体を良好かつ
安定的に帯電させる。【構成】帯電部材１を被帯電体４に当接させて電圧を
印加し、被帯電体４を帯電させる場合に、被帯電体４を
負に帯電させるときには、帯電部材１の仕事関数を被帯
電体４の仕事関数より小さくし、また被帯電体４を正に
帯電させるときには、被帯電体４の仕事関数より大きく
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリンタや複写機など
において、電子写真や静電記録プロセスに用いられる感
光体等の被帯電体を帯電させる帯電部材及び帯電装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】複写機
等の電子写真プロセスでは、まず感光体の表面を一様に
帯電させ、この感光体に光学系から画像を投射して、光
の当たった部分の帯電を消去することによって潜像を形
成し、さらにトナーの付着、紙へのトナー像の転写によ
り複写を行う方法が採られている。

【０００３】この場合、最初の感光体を帯電させる操作
は、コロナ放電方式が一般に採用されている。しかしな
がら、このコロナ放電方式は５〜１０ｋＶもの高電圧印
加が必要とされるため、例えば電源部が大きくなるな
ど、機器全体の設計自由度が制限されると共に、安全性
も懸念される。また、コロナ放電中にオゾンが発生する
ため、環境上の問題もある。

【０００４】そこで、最近では、電圧を印加した帯電部
材を感光体等の被帯電体に接触させることにより、被帯
電体を帯電させる方法が提案されている。このような接
触方式によれば、コロナ放電方式に比べて低い印加電圧
で帯電を行うことができ、またオゾンの発生もごく少な
く上記コロナ放電方式の問題点を解決し得える可能性が
ある。

【０００５】従来、上記接触帯電方式に使用される帯電
部材としては、カーボン等の導電性粒子を分散した導電
ゴムローラやこれにナイロン、ポリウレタン等を被覆し
たローラが知られており、これらの帯電部材には、被帯
電体を正又は負に継続的に帯電させるのに必要な所定の
導電性が付与されている。

【０００６】しかしながら、接触帯電方式に場合、帯電
部材が所定の導電性を有していても必ずしも良好な帯電
が行われるものではなく、例えば同様な導電性を有する
帯電部材でも黒ポチやカブリ等の帯電不良に起因する画
像がでる場合とでない場合とがあり、これはコロナ放電
方式にはない接触方式特有の問題である。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、接触帯電方式において、優れた帯電特性が得られ、
被帯電体を良好かつ安定的に帯電させることができる帯
電部材及び帯電装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は、上
記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、帯電部材
を被帯電体に当接させて電圧を印加し、被帯電体を帯電
させる場合に、被帯電体を負に帯電させるときには、帯
電部材の仕事関数を被帯電体の仕事関数より小さくし、
また被帯電体を正に帯電させるときには、被帯電体の仕
事関数より大きくすることにより、被帯電体を良好かつ
安定的に帯電させることができることを見出し、本発明
を完成したものである。

【０００９】従って、本発明は、被帯電体に当接させ、
被帯電体との間に電圧を印加することにより、被帯電体
を負に帯電させる帯電部材において、少なくとも被帯電
体との接触部の仕事関数を被帯電体表面の仕事関数より
小さくしたことを特徴とする帯電部材、被帯電体に当接
させ、被帯電体との間に電圧を印加することにより、被
帯電体を正に帯電させる帯電部材において、少なくとも
被帯電体との接触部の仕事関数を被帯電体表面の仕事関
数より大きくしたことを特徴とする帯電部材、及び被帯
電体に当接し、被帯電体に電荷を与える帯電部材と、帯
電部材と被帯電体との間に電圧を印加する電圧印加手段
とを具備してなる帯電装置において、帯電部材として上
記の帯電部材を用いたことを特徴とする帯電装置を提供
するものである。

【００１０】なお、上記仕事関数とは、導電体や半導体
の結晶表面から１個の電子を表面のすぐ外側の真空中に
取り出すのに必要な最小のエネルギーをいい、光電子放
出のエネルギー閾値や接触電位から求められるものであ
る。

【００１１】また、帯電部材の仕事関数を調整すること
により良好な帯電性能が得られる理由は、必ずしも明確
ではないが下記の理由によるものと思われる。即ち、帯
電部材と被帯電体とを当接させて帯電を行う接触帯電方
式においては、その帯電特性に帯電部材と被帯電体との
接触界面における電荷移動の難易が大きく影響すると推
測され、例えば被帯電体を負に帯電させる場合には、帯
電部材から被帯電体へ電子が移動し易いような接合が得
られれば、帯電特性は向上すると思われる。この場合、
仕事関数は上述のように、結晶表面から１個の電子を真
空中に取り出すのに要する最小のエネルギーであるか
ら、被帯電体を負に帯電させる場合には、帯電部材の仕
事関数を被帯電体のそれよりも小さくすることにより上
述のような接合が形成され、良好な帯電特性が得られる
と考えられる。また、被帯電体を正に帯電させる場合に
は、その逆の接合が好ましいはずであり、従って帯電部
材の仕事関数を被帯電体のそれよりも大きくすることに
より、良好な帯電特性が得られると考えられる。

【００１２】以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の帯電部材及び帯電装置は、上述したように、接
触帯電方式において、被帯電体の仕事関数に応じて帯電
部材の仕事関数を適正化したもので、具体的には、図１
に示した帯電部材及び帯電装置を例示することができ
る。

【００１３】即ち、図中１は、本発明帯電部材の一例を
示すもので、芯金（図示せず）を具備したローラ状基体
２の外周面に表皮層３を被覆したものであり、この帯電
部材１を感光ドラム等の被帯電体４に当接させ、この帯
電部材１と被帯電体４との間に電源５により電圧を印加
し、被帯電体４を帯電させるものである。この場合、帯
電部材１及び被帯電体４は、互いに反対方向に回転しな
がら帯電が行われ、被帯電体４の表面全面が帯電するよ
うになっている。なお、この帯電装置を複写機等の電子
写真装置に組み込む場合は、通常現像装置、転写装置、
クリーニング装置等が併設される。

【００１４】ここで、本発明にあっては、被帯電体４を
負に帯電させる場合は、上記帯電部材１の仕事関数が被
帯電体４の仕事関数より小さくなるように、また被帯電
体４を正に帯電させる場合は、上記帯電部材１の仕事関
数が被帯電体４の仕事関数より大きくなるように、材料
を選択して帯電部材１を形成するものである。この場
合、特に制限されるものではないが、帯電部材と被帯電
体との間で仕事関数の差が０．０５ｅＶ以上、特に０．
１ｅＶ以上となるように設定することが好ましい。

【００１５】この帯電部材１の仕事関数は、通常表皮層
３の形成により調整されるが、ローラ状基体２の仕事関
数が上記条件を満たしていれば、表皮層３を省略するこ
ともできる。しかし、帯電部材１の汚染防止、ピンホー
ルリーク防止などの利点が得られることから、特に制限
されるものではないが、ローラ状基体２が上記条件を満
たしている場合でも、表皮層３を形成することが好まし
い。

【００１６】この帯電部材１を構成するローラ状基体２
を形成する材料としては、通常の接触帯電方式の帯電部
材に用いらているものを使用することができ、具体的に
はカーボンブラック、カーボン、グラファイト、金属等
の導電性粒子を分散したポリウレタン系の合成樹脂や各
種ゴム類などが好適に用いられる。

【００１７】また、表皮層３は、通常フィラーとマトリ
ックスポリマーとから形成され、その仕事関数は、両者
の複合体の値となり、これらの表皮材料を選択すること
により、仕事関数を上述のように調整する。この場合、
帯電部材１の仕事関数は、被帯電体４との比較になるの
で、この表皮層２を形成するフィラー及びマトリックス
ポリマーは、被帯電体４の仕事関数及び該被帯電体４を
負に帯電させるのか、正に帯電させるのかによって適宜
選択されるもので、特に制限されないが、これらを例示
すると下記のフィラー及びマトリックスポリマーを挙げ
ることができる。

【００１８】即ち、被帯電体４を負に帯電させる場合
は、フィラーとしては、ポリアニリン等の導電性高分子
物質、ＳＡＦ，ＦＥＦ，ＳＲＦ，ＦＴ，インク用カーボ
ン，アセチレンブラック，ケッチェンブラック等のカー
ボンブラック、黒鉛、Ｎ，Ｎ’−ジ−β−ナフチル−ｐ
−フェニレンジアミン（ＤＮＰＤ）等の老化防止剤、Ｓ
ｂドープＳｎＯ₂，ドープなしＳｎＯ₂，ＳｂドープＴｉ
Ｏ₂，ＺｎＯ等の金属酸化物などが挙げられ、マトリッ
クスポリマーとしては、ナイロン，ポリカーボネート，
ポリスチレン，ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリビ
ニルアルコール，ポリ塩化ビニル，塩素化ポリエチレ
ン，フェノール，アクリル，スチレン−ブタジエン共重
合体，エチレン−酢酸ビニル共重合体等の樹脂類、ウレ
タン，エピクロルヒドリン，ブタジエン，シリコーン，
クロロプレン，天然ゴム等のゴム類を挙げることができ
る。

【００１９】また被帯電体を正に帯電させる場合は、フ
ィラーとしては、ポリビニルカルバゾール、ジフェニル
グアニジン（ＤＰＧ）、２−メルカプトベンゾイミダゾ
ール（ＭＢ）、２−メルカプトメチルベンゾイミダゾー
ル（ＭＭＢ）、ＭｇＯ，ＺｎＯ等の金属酸化物などが例
示され、マトリックスポリマーとしては、上記と同様の
樹脂類及びゴム類が例示される。

【００２０】この表皮層３は、例えばマトリックスポリ
マーを適宜な溶媒に溶解し、これにフィラーを分散した
分散液中に上記ローラ状基体２をディップし、乾燥する
ことにより形成することができる。この場合、表皮層３
の厚さは、所定の仕事関数が得られればよく、特に制限
されないが、通常は３００μｍ以下とすることが好まし
く、またフィラーの添加量も被帯電体４の仕事関数に応
じて所望の仕事係数が得られるように適宜調整されるも
ので、制限はない。

【００２１】なお、仕事関数は、上述したように、接触
電位や光電子放出の閾値から求めることができる。具体
的には、紫外線の励起エネルギーを低から高へとスキャ
ンさせて、帯電部材及び被帯電体の表面に照射し、光電
効果によりそれら部材表面から放出される光電子を検出
し、このときの光電子放出が始まるエネルギーを仕事関
数として測定することができる。

【００２２】本発明の帯電部材及び帯電装置は、上記の
ように帯電部材の仕事関数を制御することによって、接
触帯電方式により被帯電体を良好かつ安定的に帯電させ
るようにしたものであるが、特に気中放電を介すること
なく直接電荷を被帯電体に注入する方式により帯電を行
うことで、より高性能かつ安定的に帯電を行うことがで
き、接触帯電による直接電荷注入帯電方式で帯電を行う
ことが好ましい。

【００２３】即ち、通常接触帯電方式を用いて帯電を行
う場合、帯電部材と被帯電体とを接触させて帯電を行っ
ても、帯電部材と被帯電体との間の微細な空隙を通して
気中放電が生じ、これにより帯電が行われるが、本発明
の帯電部材及び帯電装置を用いて帯電を行う場合、この
ような気中放電を生じさせることなく被帯電体に直接電
荷を注入する場合に、本発明の効果が特に顕著である。

【００２４】この場合、気中放電を生じさせることな
く、直接電荷注入方式により帯電を行う方策としては、
本発明者らが先に提案した特願平３−３０６４９１号の
方法がある。即ち、帯電部材を被帯電体に当接させ、電
圧を印加して帯電を行う場合に、帯電部材の静電容量
と、被帯電体の静電容量と、印加電圧とが下記式（１）
に示す関係を満足する条件で帯電を行う方法があり、本
発明の帯電部材及び帯電装置を用いてこの方法によって
帯電を行うことにより、更に良好な帯電特性及び安定性
を得ることができるものである。

【００２５】

【数１】

【００２６】このような直接電荷注入方式により本発明
の効果がより顕著になる理由は、必ずしも明確ではない
が、直接電荷注入帯電では、気中放電帯電と異なり、帯
電部材と被帯電体とが接触した際に電荷の移動が初めて
開始されるので、その帯電部材と被帯電体との接合状態
が重要であると推察され、従って帯電部材と被帯電体と
の接合状態を良好ならしめることによって生じる本発明
の帯電部材及び帯電装置の効果がより顕著になると思わ
れる。

【００２７】なお、本発明帯電部材の形状は、図１に示
したようなロール状に限定されるものではなく、被導電
体に確実に当接させることができる形状であればよい。
ロール状以外の形状として具体的にはプレート状、四角
ブロック状、球状、ブラシ状などの種々の形状とするこ
とができるが、通常はロール状とすることが好ましい。
また、帯電装置の構成もその用途等に応じて適宜変更す
ることは差し支えない。

【００２８】

【実施例】以下、実施例，比較例を示して本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるもの
ではない。［実施例１］メタノールに溶解させた可溶性ナイロン１
００重量部にポリアニリン粉体２０重量部を添加し、レ
ッドデビルで混合して分散液を得た。この分散液中に導
電性ポリウレタンフォームローラをディップし、乾燥す
ることにより、５０μｍの表皮層を形成してローラ状の
帯電部材を得た。

【００２９】この帯電部材について仕事関数，静電容量
の測定及び帯電性能の評価を行った。結果を表１に示
す。なお、仕事関数は、紫外線の励起エネルギーを低か
ら高へとスキャンさせて、帯電部材及び被帯電体の表面
に照射し、光電効果によりそれら部材表面から放出され
る光電子を検出し、光電子放出が始まるエネルギーを仕
事関数として測定した。また、帯電性能は、ＯＰＣ感光
体（仕事関数５．１７ｅＶ，静電容量１×１０^-18Ｆμ
ｍ^-2）を被帯電体として図１に示した帯電装置を構成
し、帯電部材１と感光体（被帯電体）４とを互いに逆方
向に回転させながら両者間に−０．７５ｋＶの直流電圧
に１．５ｋＶの交流電圧を重畳した電圧を印加して、感
光体を負に帯電させ、その帯電電位を測定することによ
り行った。

【００３０】［実施例２］ポリアニリン粉体の代わりに
ドープなしＳｎＯ₂粉体を３０重量部添加した以外は実
施例１と同様にして帯電部材を製造した。得られた帯電
部材について実施例１と同様に仕事関数，静電容量の測
定及び帯電性能の評価を行った。結果を表１に示す。

【００３１】［実施例３］ポリアニリン粉体の代わりに
Ｎ，Ｎ’−ジ−β−ナフチル−ｐ−フェニレンジアミン
（ＤＮＰＤ）粉体を３０重量部添加した以外は実施例１
と同様にして帯電部材を製造した。得られた帯電部材に
ついて実施例１と同様に仕事関数，静電容量の測定及び
帯電性能の評価を行った。結果を表１に示す。

【００３２】［比較例１］ポリアニリン粉体の代わりに
ＭｇＯ粉体を３０重量部添加した以外は実施例１と同様
にして帯電部材を製造した。得られた帯電部材について
実施例１と同様に仕事関数，静電容量の測定及び帯電性
能の評価を行った。結果を表１に示す。

【００３３】［比較例２］ポリアニリン粉体の代わりに
ＺｒＯ粉体を３０重量部添加した以外は実施例１と同様
にして帯電部材を製造した。得られた帯電部材について
実施例１と同様に仕事関数，静電容量の測定及び帯電性
能の評価を行った。結果を表１に示す。

【００３４】

【表１】 ※感光体（被帯電体）の仕事関数：５．１７ｅＶ，感光体（被帯電体）の静電容量：１×１０^-18Ｆμｍ^-2

【００３５】［実施例４］メタノールに溶解させた可溶
性ナイロン１００重量部にＭｇＯ粉体３０重量部を添加
し、レッドデビルで混合して分散液を得た。この分散液
中に導電性ポリウレタンフォームローラをディップし、
乾燥することにより、５０μｍの表皮層を形成してロー
ラ状の帯電部材を得た。

【００３６】この帯電部材について仕事関数，静電容量
の測定及び帯電性能の評価を行った。結果を表２に示
す。なお、仕事関数は、実施例１と同様にして測定し
た。また、帯電性能は、ＯＰＣ感光体（仕事関数５．２
４ｅＶ，静電容量１．９×１０^-18Ｆμｍ^-2）を被帯電
体として図１に示した帯電装置を構成し、帯電部材１と
感光体（被帯電体）４とを互いに逆方向に回転させなが
ら両者間に＋０．７５ｋＶの直流電圧に１．５ｋＶの交
流電圧を重畳した電圧を印加して、感光体を正に帯電さ
せ、その帯電電位を測定することにより行った。

【００３７】［実施例５］ＭｇＯ粉体の代わりにＮ，
Ｎ’−ジ−β−ナフチル−ｐ−フェニレンジアミン（Ｄ
ＮＰＤ）粉体を３０重量部添加した以外は実施例４と同
様にして帯電部材を製造した。得られた帯電部材につい
て実施例４と同様に仕事関数，静電容量の測定及び帯電
性能の評価を行った。結果を表２に示す。

【００３８】［比較例３］ＭｇＯ粉体の代わりにＺｒＯ
粉体を３０重量部添加した以外は実施例４と同様にして
帯電部材を製造した。得られた帯電部材について実施例
４と同様に仕事関数，静電容量の測定及び帯電性能の評
価を行った。結果を表２に示す。

【００３９】

【表２】 ※感光体（被帯電体）の仕事関数：５．１７ｅＶ感光体（被帯電体）の静電容量：１．９×１０^-18Ｆμ
ｍ^-2

【００４０】上記表１及び表２の結果から明らかなよう
に、本発明の帯電部材及び帯電装置によれば、より高い
帯電電位を得ることができ、高度な帯電が達成されるこ
とが確認された。また、実施例１〜５は、上記式（１）
に示した関係を満足するものであり、直接電荷注入方式
により帯電が行われているものであるが、この直接電荷
注入方式と本発明の仕事関数の制御とを組合せることに
より極めて高い帯電電位が得られることが認められる。

【００４１】更に、上記実施例１〜５の帯電装置を複写
機に組込み複写を繰り返したところ、黒ポチやカブリの
発生もなく、鮮明な画像が得られた。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の帯電部材
及び帯電装置によれば、接触帯電方式において、優れた
帯電特性が得られ、また被帯電体を良好かつ安定的に帯
電させることができ、接触帯電方式の実用化を可能なら
しめるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の帯電部材及び帯電装置の一例を示す概
略図である。

【符号の説明】

１帯電部材２基体３表皮層４（感光ドラム）被帯電体５電源（電圧印加手段）

【手続補正書】

【提出日】平成４年１０月１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】そこで、最近では、電圧を印加した帯電部
材を感光体等の被帯電体に接触させることにより、被帯
電体を帯電させる方法が提案されている。このような接
触方式によれば、コロナ放電方式に比べて低い印加電圧
で帯電を行うことができ、またオゾンの発生もごく少な
く上記コロナ放電方式の問題点を解決し得る可能性があ
る。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】この帯電部材１を構成するローラ状基体２
を形成する材料としては、通常の接触帯電方式の帯電部
材に用いられているものを使用することができ、具体的
にはカーボンブラック、カーボン、グラファイト、アニ
リンブラック、金属等の導電性粒子を分散したポリウレ
タン系の合成樹脂や各種ゴム類などが好適に用いられ
る。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】即ち、被帯電体４を負に帯電させる場合
は、フィラーとしては、ポリアニリン等の導電性高分子
物質、ＳＡＦ，ＦＥＦ，ＳＲＦ，ＦＴ，インク用カーボ
ン，アセチレンブラック，ケッチェンブラック等のカー
ボンブラック、黒鉛、Ｎ，Ｎ’−ジ−β−ナフチル−ｐ
−フェニレンジアミン（ＤＮＰＤ）等の老化防止剤、
ＳｂドープＳｎＯ_２，ドープなしＳｎＯ_２，Ｓｂドープ
ＴｉＯ_２，ＺｎＯ等の金属酸化物、アニリンブラック等
の染料などが挙げられ、マトリックスポリマーとして
は、ナイロン，ポリカーボネート，ポリスチレン，ポリ
エチレン，ポリプロピレン，ポリビニルアルコール，ポ
リ塩化ビニル，塩素化ポリエチレン，フェノール，アク
リル，スチレン−ブタジエン共重合体，エチレン−酢酸
ビニル共重合体等の樹脂類、ウレタン，エピクロルヒド
リン，ブタジエン，シリコーン，クロロプレン，天然ゴ
ム等のゴム類を挙げることができる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３９】

【表２】

フロントページの続き (72)発明者原島寛東京都小平市小川東町３−５−５ (72)発明者川越隆博埼玉県所沢市青葉台1302−57

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被帯電体に当接させ、被帯電体との間に
電圧を印加することにより、被帯電体を負に帯電させる
帯電部材において、少なくとも被帯電体との接触部の仕
事関数を被帯電体表面の仕事関数より小さくしたことを
特徴とする帯電部材。
【請求項２】被帯電体に当接させ、被帯電体との間に
電圧を印加することにより、被帯電体を正に帯電させる
帯電部材において、少なくとも被帯電体との接触部の仕
事関数を被帯電体表面の仕事関数より大きくしたことを
特徴とする帯電部材。
【請求項３】被帯電体に当接し、被帯電体に電荷を与
える帯電部材と、帯電部材と被帯電体との間に電圧を印
加する電圧印加手段とを具備してなる帯電装置におい
て、上記帯電部材として請求項１又は２記載の帯電部材
を用いたことを特徴とする帯電装置。