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導電性部材、プロセスカートリッジ及び画像形成装置
説明

導電性部材、プロセスカートリッジ及び画像形成装置

【課題】帯電部材として長期に亘って使用した場合であっても、安定した帯電性能が維持され、画像不良が発生しない導電性部材を提供する。
【解決手段】導電性支持体、該導電性支持体上に形成された電気抵抗調整層、及び、該電気抵抗調整層の表面に被覆された表面層からなる導電性部材において、前記表面層が、珪素とアルミニウムとの複合酸化物、含酸素珪素化合物、及び、含酸素アルミニウム化合物から選ばれた1種以上の含酸素無機化合物を含有している導電性部材。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリなどの電子写真方式において、像担持体に対して近接配置される導電性部材であって、帯電部材、現像材担持体、転写部材等に応用できる導電性部材、かかる導電性部材を用いるプロセスカートリッジ、かかるプロセスカートリッジを備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリなどの電子写真方式には、像担持体(感光体)に対して帯電処理を行う帯電部材や、感光体上のトナーに対して転写処理を行う転写部材として、導電性部材が用いられている。以下、帯電部材として導電性部材を用いた場合について説明する。
【0003】
図1は電子写真方式の画像形成装置の概略図である。図1中符号11は静電潜像が形成される静電潜像担持体(感光体)、12は接触あるいは近接配置されて帯電処理を行う帯電部材(帯電ローラ)、13はレーザー光あるいは原稿の反射光等の露光、14は像担持体上の静電潜像にトナー15を付着させるトナー担持体(現像ローラ)、16は感光体上のトナー像を記録媒体17に転写処理する転写部材(転写ローラ)、18は転写処理後の感光体をクリーニングするためのクリーニング部材(ブレード)である。なお、19は感光体上に残留したトナーがクリーニング部材18により除去された排トナー、201は現像装置、211はクリーニング装置を示す。
【0004】
なお、図1は、他の電子写真プロセスにおいて通常必要な機能ユニットは、説明上必要としないので省略してある。
【0005】
このような画像形成装置では次のような手段で、画像の形成を行う。
【0006】
1.帯電ローラが、感光体の表面を所望の電位に帯電する。
【0007】
2.露光装置が、感光体に画像光を投射して、所望の画像に対応する静電潜像を、感光体上に形成する。
【0008】
3.現像ローラが、静電潜像をトナーによって現像し、感光体上にトナー像(顕像)を形成する。
【0009】
4.転写ローラが、感光体上のトナー像を、記録紙に転写する。
【0010】
5.クリーニング装置が、転写されず像担持体上に残留したトナーを清掃する。
【0011】
6.転写ローラによって、トナー像を転写された記録紙は、不図示の定着装置へと搬送される。定着装置は、トナーを加熱及び加圧して記録紙上に定着する。
【0012】
上記の1から6の手順を繰り返すことによって、記録紙上に所望の画像が形成されていく。
【0013】
ここで、従来の帯電ローラを用いた帯電方式には、像担持体に帯電ローラを接触させる接触帯電方式のものがあるが、このような従来の接触帯電方式には、
(1)帯電ローラを構成している物質が帯電ローラから染み出し、これが被帯電体の表面に付着移行して帯電ローラ跡を残すこと、
(2)帯電ローラに交流電圧を印加したときに、被帯電体に接触している帯電ローラが振動するので、帯電音が発生すること、
(3)像担持体上のトナーが帯電ローラに付着する(特に、上述の染み出しによって、よりトナー付着がおこりやすくなる。)ので、帯電ローラの帯電性能が低下すること、
(4)帯電ローラを構成している物質が像担持体へ付着すること、及び、
(5)像担持体を長期停止したときに、帯電ローラが永久変形すること、
といった問題があった。
【0014】
このような問題を解決する方法として、帯電ローラを感光体に近接させる近接帯電方式が考案されている(特開平3−240076号公報(特許文献1)、特開2001−312121公報(特許文献2)、特開2005−91818公報(特許文献3)等)。帯電ローラと感光体との最近接距離(空隙)が50〜300μmになるように対向させ、帯電ローラに電圧を印加することにより、感光体の帯電を行うものである。この近接帯電方式では、帯電装置と感光体が接触していないために、接触帯電装置で問題となる「帯電ローラを構成している物質の感光体への付着」「感光体を長期停止したときに生ずる、永久変形」は問題とならない。また、「感光体上のトナー等が帯電ローラに付着することによる帯電性能の低下」に関しても、帯電ローラに付着するトナーが少なくなるため、近接帯電方式が優れている。
【0015】
ここで、非接触帯電方式の方が接触帯電方式よりも良好であるものの、これら両方式ともに帯電ローラと感光体間のパッシェンの法則に従ったコロナ放電により、感光体表面を帯電させるため、オゾンあるいはNOxといった酸化性のガスが発生(生成)し、感光体及び、帯電ローラの表面が経時的に劣化して、トナー及び、トナー構成物質が付着しやすくなり帯電ローラの帯電性能の低下及び、画像不良が発生しやすくなる。
【特許文献1】特開平3−240076号公報
【特許文献2】特開2001−312121公報
【特許文献3】特開2005−91818公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0016】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的とすることは、帯電部材として長期に亘って使用した場合であっても、安定した帯電性能が維持され、画像不良が発生しない導電性部材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0017】
本発明の導電性部材は上記課題を解決するために、請求項1に記載の通り、導電性支持体、該導電性支持体上に形成された電気抵抗調整層、及び、該電気抵抗調整層の表面に被覆された表面層からなる導電性部材において、前記表面層が、珪素とアルミニウムとの複合酸化物、含酸素珪素化合物、及び、含酸素アルミニウム化合物から選ばれた1種以上の含酸素無機化合物を含有している導電性部材である。
【0018】
また、本発明の導電性部材は請求項2に記載の通り、請求項1に記載の導電性部材において、前記表面層が、含酸素珪素化合物を含有し、かつ、該含酸素珪素化合物が珪酸複合金属塩であることを特徴とする。
【0019】
また、本発明の導電性部材は請求項3に記載の通り、請求項1または請求項2に記載の導電性部材において、前記表面層が、含酸素珪素化合物を含有し、かつ、該含酸素珪素化合物が、二酸化珪素であることを特徴とする。
【0020】
また、本発明の導電性部材は請求項4に記載の通り、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の導電性部材において、前記表面層が、含酸素アルミニウム化合物を含有し、かつ、該含酸素アルミニウム化合物が、酸化アルミニウム及び/または水酸化アルミニウムであることを特徴とする。
【0021】
また、本発明の導電性部材は請求項5に記載の通り、請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の導電性部材において、前記含酸素無機化合物が粒状であり、かつ、その平均粒径が10μm以下であることを特徴とする。
【0022】
また、本発明の導電性部材は請求項6に記載の通り、請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の導電性部材において、前記表面層が、非トナー付着性の樹脂からなることを特徴とする。
【0023】
また、本発明の導電性部材は請求項7に記載の通り、請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の導電性部材において、前記表面層が、水酸基を有する樹脂主成分を架橋剤により架橋させてなることを特徴とする。
【0024】
また、本発明の導電性部材は請求項8に記載の通り、請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の導電性部材において、前記表面層が、導電性を有することを特徴とする。
【0025】
また、本発明の導電性部材は請求項9に記載の通り、請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の導電性部材において、円筒形状であることを特徴とする。
【0026】
本発明のプロセスカートリッジは請求項10に記載の通り、請求項9に記載の導電性部材を帯電部材として有することを特徴とするプロセスカートリッジである。
【0027】
本発明の画像形成装置は請求項11に記載の通り、請求項10に記載のプロセスカートリッジを有することを特徴とする画像形成装置である。
【0028】
本発明の画像形成装置は請求項12に記載の通り、上記請求項9記載の導電性部材を帯電部材として像担持体に近接配置したことを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【0029】
本発明の導電性部材によれば、前記表面層が、珪素とアルミニウムとの複合酸化物、含酸素珪素化合物、及び、含酸素アルミニウム化合物から選ばれた1種以上の含酸素化合物を含有しているので、これら含酸素化合物が導電性部材へ高電圧が印加されて像担持体へ放電した際に発生するオゾン及びNOxを吸着・分解させ、その結果、表面層の劣化が低減され、長期に亘って使用されても、安定した帯電性能が維持され、画像不良の発生が防止される。
【0030】
請求項2に記載の発明によれば、上記オゾン、NOxの吸着効率がより高くなり、表面層の劣化がより低減される。
【0031】
請求項3に記載の発明によれば、オゾン、NOxをより効率よく分解させることができるので、表面層の劣化をより低減させることができる。
【0032】
請求項4に記載の発明によれば、オゾン、NOxをより効率よく分解させることができるので、表面層の劣化をより低減させることができる。
【0033】
請求項5に記載の発明によれば、含酸素化合物の表面積が大きくなるので、導電性部材へ高電圧が印加されて像担持体へ放電した際に発生するオゾン、NOxの吸着及び、分解効率がさらに高まる。また、同時に、導電性部材表面へのトナー及び、トナー構成物質の付着を少なくすることができ、長期に亘って良好な画像を得ることができる。
【0034】
請求項6に記載の発明によれば、表面へのトナー及び、トナー構成物質の付着をさらに少なくすることができる。
【0035】
請求項7に記載の発明によれば、塗膜硬度を増大させて、耐摩耗性を向上させ、かつ、滑り性と疎水性とを高めることができ、耐環境性も向上する。
【0036】
請求項8に記載の発明によれば、導電性部材に電圧を印加して、像担持体を帯電させる場合に効率良く帯電させることができ、また、静電気による表面への異物の付着を防止することができる。
【0037】
請求項9に記載の発明によれば、円筒形状とすることで、回転させながら用いることが出来るので、導電性部材の同一位置(場所)での連続使用を防止することにより、部品寿命を延ばすことが可能となる。
【0038】
請求項10に記載の発明によれば、交換作業が容易で、かつ、長期に亘って安定して像担持体を帯電させることが可能となる。
【0039】
請求項11に記載の発明によれば、高画質を得ることができると共に、長期に渡って安定した画像を得ることができる。
【0040】
請求項12に記載の発明によれば、上記の効果を得ながら、像担持体上の汚染物質(例えば、トナー、トナー構成部材、固体潤滑剤等)の帯電体への付着が防止されるので、導電性部材の長寿命化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0041】
<画像形成装置>
以下に、本発明の実施形態の一例を図面に基づいて説明する。図2は本発明の導電性部材を帯電部材として用いた場合の帯電装置、及び、プロセスカートリッジを用いる画像形成装置の構成を示す概略図である。図3は、図2の画像形成装置の画像形成部の構成を示す概略図である。この画像形成装置1は、表面に感光体層を有するドラム状であってイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の4色に対応する分の個数分の像担持体61と、各像担持体61をほぼ一様に帯電する帯電装置100と、帯電された像担持体61にレーザ光で露光して静電潜像を形成する露光装置70と、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色の現像剤を収容し、像担持体61上の静電潜像に対応するトナー像を形成する現像装置63と、像担持体61上のトナー像を転写する1次転写装置62と、像担持体61上のトナー像が転写されるベルト状の中間転写体50と、中間転写体50のトナー像を転写する2次転写装置51と、中間転写体50のトナー像が転写される記録媒体上のトナー像を定着させる定着装置80と、さらに、像担持体61上に転写後残留するトナーを除去するクリーニング装置64とを備える。記録媒体は、記録媒体を収納する給紙装置21、22のひとつから、1枚ずつ搬送経路を搬送ローラでレジストローラ23まで搬送され、ここで、像担持体61上のトナー像と同期を計って転写位置に搬送される。
【0042】
図2に示すように、画像形成装置1における露光装置70は、帯電装置100により帯電された像担持体61に光を照射して、光導電性を有する像担持体61上に静電潜像を形成する。光Lは、蛍光灯、ハロゲンランプ等のランプ、LED、LD等の半導体素子によるレーザ光線等であっても良い。ここでは、図示しない画像処理部からの信号により像担持体61の回転速度に同期して照射される場合は、LDの素子を用いる。
【0043】
現像装置63は、現像剤担持体を有し、現像装置63内に貯蔵されたトナーを供給ローラで攪拌部に搬送されて、キャリアを含む現像剤と混合・攪拌され、像担持体61に対向する現像領域に搬送される。このときに、正又は負極性に帯電されたトナーは、像担持体61の静電潜像に転移して現像される。現像剤は、磁性又は非磁性の一成分現像剤又はこれらを併せて使用するものであっても良いし、湿式の現像液を用いるものであっても良い。
【0044】
1次転写装置62は、像担持体61上の現像されたトナー像を中間転写体50の裏側からトナーの極性と反対の極性の電場を形成して、中間転写体50に転写する。1次転写装置62は、コロトロン、スコロトロンのコロナ転写器、転写ローラ、転写ブラシのいずれの転写装置であっても良い。その後、給紙装置22から搬送されてくる記録媒体と同期させて、再度2次転写装置51による転写で記録媒体上にトナー像を転写する。ここで、最初の転写が中間転写体50ではなく、記録媒体に直接転写する方式であっても良い。
【0045】
定着装置80は、記録媒体上のトナー像を、加熱及び/又は加圧して記録媒体上にトナー像を固定して定着させる。ここでは、1対の加圧・定着ローラの間を通過させ、このときに熱・圧力をかけて、トナーの結着樹脂を溶融しながら定着させる。定着装置80は、ローラ状ではなく、ベルト状であっても良いし、ハロゲンランプ等で熱照射により定着させるものであっても良い。像担持体61のクリーニング装置64は、転写されずに像担持体61上に残留したトナーをクリーニングして除去し、次の画像形成を可能にする。クリーニング装置64は、ウレタン等のゴムによるブレード、ポリエステル等の繊維によるファーブラシ等のいずれの方式であっても良い。
【0046】
以下、本発明の画像形成装置1の動作について説明する。読み取り部30は、原稿搬送部36の原稿台上に原稿をセットするか、又、原稿搬送部36を開いてコンタクトガラス31上に原稿をセットし、原稿搬送部36を閉じて原稿を押さえる。
【0047】
そして、図示しないスタートスイッチを押すと、原稿搬送部36に原稿をセットしたときは原稿をコンタクトガラス31上へと搬送して後、他方コンタクトガラス31上に原稿をセットしたときは直ちに、第1読み取り走行体及び第2読み取り走行体32、33を走行する。そして、第1読み取り走行体32で光源から光を発射するとともに原稿面からの反射光をさらに反射して第2読み取り走行体33に向け、第2読み取り走行体33のミラーで反射して結像レンズ34を通して読取りセンサであるCCD35に入れ、画像情報を読み取る。読み取った画像情報をこの制御部に送る。制御部は、読み取り部30から受け取った画像情報に基づき、画像形成部60の露光装置70内に配設された図示しないLD又はLED等を制御して像担持体61に向けて、書き込みのレーザ光Lを照射させる。この照射により、像担持体61の表面には静電潜像が形成される。
【0048】
給紙部20は、多段に備える給紙カセット21から給紙ローラにより記録媒体を繰り出し、繰り出した記録媒体を分離ローラで分離して給紙路に送り出し、画像形成部60の給紙路に記録媒体を搬送ローラで搬送する。この給紙部20以外に、手差し給紙も可能となっており、手差しのための手差しトレイ、手差しトレイ上の記録媒体を手差し給紙路に向けて一枚ずつ分離する分離ローラも装置側面に備えている。レジストローラ23は、それぞれ給紙カセット21に載置されている記録媒体を1枚だけ排出させ、中間転写体50と2次転写装置51との間に位置する2次転写部に送る。画像形成部60では、読み取り部30から画像情報を受け取ると、上述のようなレーザ書き込みや、現像プロセスを実施させて像担持体61上に潜像を形成させる。
【0049】
現像装置63内の現像剤は、図示しない磁極により汲み上げて保持され、現像剤担持体上に磁気ブラシを形成する。さらに、現像剤担持体に印加する現像バイアス電圧により像担持体61に転移して、その像担持体61上の静電潜像を可視化して、トナー像を形成する。現像バイアス電圧は、交流電圧と直流電圧を重畳させている。次に、トナー像に応じたサイズの記録媒体を給紙させるべく、給紙部20の給紙ローラのうちの1つを作動させる。また、これに伴なって、駆動モータで支持ローラの1つを回転駆動して他の2つの支持ローラを従動回転し、中間転写体50を回転搬送する。同時に、個々の画像形成ユニットでその像担持体61を回転して像担持体61上にそれぞれ、ブラック・イエロー・マゼンタ・シアンの単色画像を形成する。そして、中間転写体50の搬送とともに、それらの単色画像を順次転写して中間転写体50上に合成トナー像を形成する。
【0050】
一方、給紙部20の給紙ローラの1つを選択回転し、給紙カセット21の1つから記録媒体を繰り出し、分離ローラで1枚ずつ分離して給紙路に入れ、搬送ローラで画像形成装置1の画像形成部60内の給紙路に導き、この記録媒体をレジストローラ23に突き当てて止める。そして、中間転写体50上の合成トナー像にタイミングを合わせてレジストローラ23を回転し、中間転写体50と2次転写装置51との当接部である2次転写部に記録媒体を送り込み、この2次転写部に形成されている2次転写バイアスや当接圧力などの影響によってトナー像を2次転写して記録媒体上にトナー像を記録する。ここで、2次転写バイアスは、直流であることが好ましい。画像転写後の記録媒体は、2次転写装置の搬送ベルトで定着装置80へと送り込み、定着装置80で加圧ローラによる加圧力と熱の付与によりトナー像を定着させた後、排出ローラ41で排紙トレイ40上に排出する。
【0051】
<プロセスカートリッジ>
ここで、本発明の導電性部材が帯電部材として用いられる場合について、帯電装置100で詳細に説明する。図4は、本発明の導電部材を帯電部材として用いる帯電装置、及び、プロセスカートリッジの構成を示す概略図である。プロセスカートリッジとは、少なくとも、像担持体61と帯電装置100、クリーニング装置64を含むものであり、図4の様に、現像装置63が含まれる場合もある。プロセスカートリッジは、それ自体が一体で画像形成装置に着脱自由なものである。図4に基づいて説明すると、像担持体61の表面は画像形成領域が非接触で配置された帯電部材により一様に帯電され、画像(潜像)形成後に現像によって可視化され、トナー像が記録媒体に転写される。記録媒体に転写されずに像担持体61上に残ったトナーは、補助クリーニング部材64dによって回収される。その後、像担持体61の表面へのトナー及び、トナー構成材料の付着を防止するために、固体潤滑剤64aを塗布部材64bで像担持体上に一様に塗布し滑剤層を形成する。その後、クリーニング部材64cで補助クリーニング部材64で回収しきれなかったトナーを回収し排トナー回収部へ搬送する。補助クリーニング部材は、ローラ形状、ブラシ形状があり、固体潤滑剤としては、ステアリン酸亜鉛等の脂肪酸金属塩類、ポリテトラフルオロエチレン等、像担持体61上の摩擦係数を低減して、非粘着性を付与できるものであれば良い。クリーニング部材はシリコーン、ウレタン等のゴムによるブレード、ポリエステル等の繊維によるファーブラシ等が挙げられる。
【0052】
帯電装置100は、帯電部材101の汚染を除去するためのクリーニング部材102を備える。クリーニング部材の形状は、ローラ状、パッド形状でもよいが、本発明ではローラ形状とした。クリーニング部材102は、帯電装置100の図示しないハウジングに設けられる軸受に嵌合され、回転可能に軸支される。このクリーニング部材102は、帯電部材101に当接して、外周面をクリーニングする。帯電部材101の表面にトナー、紙粉、部材の破損物等の異物が付着すると、電界が異物部分に集中するために優先的に放電が生ずる異常放電を起こす。逆に、電気的絶縁性の異物が広い範囲に付着すると、その部分では放電が生じないために、像担持体61に帯電斑が生ずる。このために、帯電装置100には帯電部材101の表面をクリーニングするクリーニング部材102を設けることが好ましい。クリーニング部材としては、ポリエステル等の繊維によるブラシ、メラミン樹脂等の多孔質(スポンジ)のようなものを用いることができる。クリーニング部材は、帯電部材に連れ回り、線速差を持って回転、離間して間欠等の形式で回転させても良い。
【0053】
また、帯電装置100は、帯電部材101に電圧を印加する電源を備える。電圧としては、直流電圧だけでも良いが、直流電圧と交流電圧を重畳した電圧が好ましい。帯電部材101の層構成が不均一な部分がある場合には、直流電圧のみを印加すると像担持体61の表面電位が不均一になることがある。重畳した電圧では、帯電部材101表面が等電位となり、放電が安定して像担持体61を均一に帯電させることができる。重畳する電圧における交流電圧は、ピ−ク間電圧を像担持体61の帯電開始電圧の2倍以上にすることが好ましい。帯電開始電圧とは、帯電部材101に直流のみを印加した場合に像担持体61が帯電され始めるときの電圧の絶対値である。これにより、像担持体61から帯電部材101への逆放電が生じ、そのならし効果で像担持体61をより安定した状態で均一に帯電させることができる。また、交流電圧の周波数は像担持体の周速度(プロセススピード)の7倍以上であることが望ましい。7倍以上の周波数にすることにより、モアレ画像が(目視)認識できなくなる。
【0054】
本発明の実施例では、補助クリーニング部材はブラシローラ、滑剤はステアリン酸亜鉛をブロック状に形成し、塗布部材であるブラシローラに、バネ等の加圧部材で加圧することにより、塗布ローラで固体潤滑剤ブロックから削り取った固体潤滑剤を像担持体へ塗布するような構成である。クリーニング部材はウレタンブレードを用いカウンター方式とした。また、帯電部材のクリーニング部材は、メラミン樹脂のスポンジローラを用いて、帯電部材と連れ回りで回転させる方式とすることにより、帯電部材の表面の汚れを良好にクリーニングできる。
【0055】
図5は、本発明の導電性部材である帯電部材と、像担持体の感光層領域及び、画像領域、非画像領域の位置関係を示す概略図である。帯電装置100は、像担持体61に対向し、微少間隙Gを設けて配設される帯電部材101と、帯電部材101を清掃するクリーニング部材102と、帯電部材101に電圧を印加する図示しない電源と、帯電部材101を像担持体に61に加圧して接触させる不図示の加圧スプリングとを少なくとも備える。帯電部材101は、図4及び図5に示すように、像担持体61に微少間隙Gを持たせて対向して配設される。帯電部材101と像担持体61の間隙Gは、空隙保持部材103を帯電部材101の非画像形成領域に当接させて形成する。感光層領域に空隙保持部材103を当接させることにより、感光層の塗布厚がばらついても、空隙のばらつきを防止することができる。
【0056】
帯電部材は図5に示すように、導電性支持体上106に形成された、電気抵抗調整層104の両端に、空隙保持部材103を配置する。さらに、電気抵抗調整層104上にはトナー及び、トナー添加剤が付着しにくいように、表面に保護層105が形成されている。
【0057】
帯電部材101の形状は、特に限定されず、ベルト状、ブレード(板)状、半円柱状で固定されて配設されていても良い。また、帯電部材101の形状が円柱状で、両端をギア又は軸受で回転可能に支持されていても良い。このように、帯電部材101は、像担持体61への最近接部から、像担持体61移動方向の上下流に漸次離間する曲面で形成されていると、像担持体61をより均一に帯電させることができる。像担持体61に対向する帯電部材101が、先鋭な部分があると、その部分の電位が高くなるために優先的に放電が開始され、像担持体61の均一な帯電が困難になる。従って、円柱状の形状で、曲面を有することで均一な像担持体61の帯電が可能になる。また、帯電部材101の放電している表面は強いストレスを受ける。放電が常に同じ面で発生するので、その劣化が促進され、さらに、削り落ちることがある。そのために、帯電部材101の全面を放電する面として使用できるのであれば、回転させることで、早期の劣化を防止することで、長期にわたって使用することができる。
【0058】
<空隙及び、空隙形成方法>
帯電部材101と像担持体61との間隙Gは、空隙保持部材103により100μm以下、特に、5〜70μm程度の範囲にする。これにより、帯電装置100の作動時における異常画像の形成を抑えることができる。間隙Gが、100μm以上では、像担持体61に到達するまでの距離も長くなることで、パッシェンの法則の放電開始電圧が大きくなり、さらに、像担持体61までの放電空間が大きくなることで、像担持体61を所定の帯電をさせるためには放電による放電生成物が多量に必要となり、これが画像形成後も放電空間に多量に残留し、像担持体61に付着して、像担持体61の経時劣化を促進する原因になる。また、この間隙Gが小さいと、像担持体61までの到達距離も短く、放電エネルギーも小さくても像担持体61を帯電させることができる。しかし、帯電部材101と像担持体61により形成される空間が狭くなり、空気の流が悪くなってしまう。そのために、放電空間で形成された放電生成物はこの空間内に滞留するために、間隙Gが大きい場合と同様に、画像形成後も放電空間に多量に残留し、像担持体61に付着して、像担持体61の経時劣化を促進する原因になる。従って、放電エネルギーを小さくして放電生成物の生成を少なくし、かつ、空気が滞留しない程度の空間を形成することが好ましい。そのために、間隙Gは、100μm以下であって、5〜70μmの範囲にすることが好ましい。これにより、ストリーマ放電の発生を防止し、放電生成物の生成を少なくして像担持体61に堆積する量を少なくして、斑点状の画像斑・像流れを防止することができる。
【0059】
ここで、像担持体61上に現像後に残留するトナーは、像担持体61に対向して設けられるクリーニング装置64によりクリーニングされるが、完全に除去するのは困難であり、極わずかのトナーがクリーニング装置64を通過し、帯電装置100へと搬送されてくる。このときに、トナーの粒径が間隙Gより大きいと、トナーは回転する像担持体61や帯電部材101により摺擦されて熱を帯び、帯電部材101に融着することがある。このトナーが融着した部分は、像担持体61に近くなるために優先的に放電が生ずる異常放電を起こす。従って、間隙Gは、画像形成装置1に用いられるトナーの最大粒径よりも大きいことが好ましい。
【0060】
また、帯電部材101は、図4、図5に示すように、帯電装置100の図示しないハウジングの側板に設けられる軸受に嵌合され、軸受には従動しない摩擦係数の低い樹脂による軸受107に設ける圧縮バネ108により像担持体61表面方向に押圧されている。これにより、機械的振動、芯金の偏位があっても一定の間隙Gを形成することができる。押圧する荷重は、4〜25Nにする。好ましくは、6〜15Nにする。帯電部材101は、軸受107で固定されていても、回転するときの振動、帯電部材101の偏心、その表面の凹凸により間隙Gの大きさが変動し、間隙Gが適正な範囲からはずれる場合があり、このために、経時的には像担持体61の劣化を促進することになる。ここで、荷重とは、空隙保持部材103を通して像担持体61に加わるすべての荷重を意味する。これは、帯電部材101の両端に設けられる圧縮バネ108の力、帯電部材101とクリーニング部材102の自重等により調整できる。荷重が小さいと、帯電部材101の回転時による変動、駆動するギア等の衝撃力による跳ね上がりを抑えることができない。荷重が大きいと、帯電部材101と嵌合する軸受107との摩擦が大きくなり、経時的な摩耗量を大きくして変動を促進することになる。従って、荷重を4〜25N、好ましくは、6〜15Nの範囲にすることにより、間隙Gを適正な範囲にして、放電生成物の生成を少なくして像担持体61に堆積する量を少なくして像担持体61の寿命を延ばし、かつ、斑点状の異常画像・画像流を防止することができる。
【0061】
空隙保持部材103は空隙保持部材の一部が電気抵抗調整層と高低差を有している。空隙の形成する方法としては、電気抵抗調整層と空隙保持部材を切削、研削等の除去加工により同時加工することにより形成することができる。空隙保持部材103と電気抵抗調整層を同時加工することにより、空隙を高精度に形成することが可能となる。
【0062】
空隙保持部材の電気抵抗調整層と隣接する部分の高さを、電気抵抗調整層の高さと同一、もしくは低く形成することで、空隙保持部材と感光体との接触幅が低減され、導電性部材と感光体との空隙を高精度にすることができる。このようにすることで、空隙保持部材の電気抵抗調整層側端部の外表面が像担持体に当接することを防止することができ、この端部を介して隣接する電気抵抗調整層が像担持体に接触してリーク電流が発生してしまうことを防止することが可能となる。また、空隙保持部の電気抵抗調整層側の端部を低く加工することによって、この部分を、除去加工を行う際の切削刃等の逃げ代(逃げ加工)とすることができる。なお、逃げ代(逃げ加工)の形状は、空隙保持部の端部の外表面が像担持体に当接しないような形状であるならばどのような形状であっても良い。
【0063】
さらに、表面層をコーティングする際のマスキングを電気抵抗調整層と空隙保持部材の境界で行うことは、ばらつきを考慮すると制御が難しく、段差を形成する際に、電気抵抗調整層と同一もしくは、低く形成された空隙保持部まで表面層を形成することで、電気抵抗調整層上に確実に表面層を形成することができる。
【0064】
<空隙保持部材について>
空隙保持部材103の必要な特性としては、感光体との空隙を環境及び、長期(経時)に渡って安定して形成することであり、そのためには、吸湿性、耐摩耗性が小さい材料が望ましい。また、トナー及び、トナー添加剤が付着しにくいことや、感光体と当接し、摺動するために、感光体を摩耗させないということも重要であり、種々の条件に応じて、適宜選択されるものである。具体的には、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリアセタール(POM)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリスチレン(PS)およびその共重合体(AS、ABS)等の汎用樹脂、ポリカーボネート(PC)、ウレタン樹脂、フッ素樹脂(PTFE)等があげられる。特に空隙保持部材を確実に固定するためには、接着剤を塗布して接着することができる。また、空隙保持部材は絶縁性材料が好ましく、体積固有抵抗で10^13Ωcm以上であることが好ましい。絶縁性が必要である理由は、感光体とのリーク電流の発生を無くすためである。空隙保持部材は、成型加工により成形されたものである。
【0065】
<電気抵抗調整層について>
電気抵抗調整層は高分子型イオン導電材料が分散された熱可塑性樹脂組成物により形成されている。電気抵抗調整層の体積固有抵抗は10〜10Ωcmであることが望ましい。10Ωcmを越えると、帯電能力や転写能力が不足してしまい、10Ωcmよりも体積固有抵抗が低いと、感光体全体への電圧集中によるリークが生じてしまう。
【0066】
電気抵抗調整層に用いられる熱可塑性樹脂は特に限定されるものではないが、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリスチレン(PS)およびその共重合体(AS、ABS)、ポリアミド、ポリカーボーネート(PC)等の汎用樹脂であれば、成形加工が容易であり好ましい。
【0067】
その熱可塑性樹脂に分散させる高分子型イオン導電材料としては、ポリエーテルエステルアミド成分を含有する高分子化合物が好ましい。ポリエーテルエステルアミドはイオン導電性の高分子材料であり、マトリックスポリマー中に分子レベルで均一に分散、固定化される。したがって、金属酸化物、カーボンブラック等の電子伝導系導電剤を分散した組成物に見られるような分散不良に伴う抵抗値のばらつきが生じない。また、導電性部材として、高い印加電圧を掛ける際には、電子伝導系導電剤の場合、局所的に電気の流れやすい経路が形成さるため、像担持体へのリーク電流が発生し、帯電部材の場合、異常画像である白・黒ポチ画像が発生する。ポリエーテルエステルアミドは、高分子材料であるため、ブリードアウトが生じ難い。配合量については、抵抗値を所望の値にする必要があることから、熱可塑性樹脂が20〜70重量%、高分子型イオン導電剤が80〜20重量%とする必要がある。
【0068】
さらに、抵抗値を調整するために、電解質(塩)を添加することも可能である。このような塩としては、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸リチウム等のアルカリ金属塩、エチルトリフェニルホスホニウム・テトラフルオロボレート、テトラフェニルホスホニウム・ブロマイド等の四級ホスホニウム塩が挙げられる。導電剤は物性を損なわない範囲で、単独若しくは、複数をブレンドして用いても構わない。
【0069】
導電材料をマトリックスポリマー中に分子レベルで均一に分散させるために、相溶化剤を適宜使用しても構わない。相溶化剤を添加することにより、導電材料のミクロ分散が可能になる。相溶化剤としては、反応基であるグリシジルメタクリレート基を有するものが挙げられる。その他、物性を損なわない範囲において、酸化防止剤等の添加剤を使用しても構わない。
【0070】
樹脂組成物の製造方法に関しては特に制限はなく、各材料を混合し二軸混練機、ニーダー等で溶融混練することによって、容易に製造できる。
【0071】
電気抵抗調整層としての導電性支持体上への形成は、押出成形や射出成形等の手段で導電性支持体に前記、導電性樹脂組成物を被覆することによって、容易に行うことができる。
【0072】
導電性支持体上に電気抵抗調整層のみを形成して導電性部材を構成すると、電気抵抗調整層にトナー及び、トナーの添加剤等が固着して性能低下する場合がある。このような不具合は、電気抵抗調整層に表面層を形成することで、防止することができる。
【0073】
<表面層について>
表面層を形成する材料としては、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂等が非粘着性に優れ、トナー固着防止の面で好ましい。また表面層の電気抵抗調整層上への形成は、上記表面層構成材料を有機溶媒に溶解して塗料を作製し、スプレー塗装、ディッピング、ロールコート等の種々のコーティング方法で行う。膜厚については、10〜30μm程度が望ましい。
【0074】
表面層を構成する材料は、1液性、2液性どちらも使用可能であるが、硬化剤を併用する2液性塗料とすることより、耐環境性、非粘着性、離型性を高めることができる。2液性塗料の場合、塗膜を加熱することにより、樹脂を架橋・硬化させる方法が一般的である。しかしながら、電気抵抗調整層は熱可塑性樹脂のため、高い温度で加熱することができない。2液性塗料としては、分子中に水酸基を有する主剤、及び、水酸基と架橋反応を起こす、イソシアネート系樹脂を用いることが有効である。イソシアネート系樹脂としては、ポリイソシアネート樹脂が挙げられ、具体的には、2,4−トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタン−4,4´−ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、リジンメチルエステルジイソシアネート、メチルシクロヘキシルジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、n−ペンタン−1,4−ジイソシアネート、これらの三量体、これらのアダクト体やビュウレット体、これらの重合体で2個以上のイソシアネート基を有するもの、さらにブロック化されたイソシアネート類などがあげられるが、これらに限定されるものではない。イソシアネート系樹脂を用いることにより、100℃以下の比較的低温で架橋・硬化反応が起こる。硬化剤の配合量は、官能基(−OH基)1当量に対して0.1〜5当量、好ましくは0.5〜1.5当量である。その他、メラミン、グアナミン樹脂などのアミノ樹脂の硬化剤も基材の耐熱性に応じて適宜使用することができる。トナーの非粘着性から、表面層の樹脂は、シリコーン系樹脂あるいは、フッ素系等の樹脂が良好である。
【0075】
導電性部材は電気特性(抵抗値)が重要であるため、表面層は導電性を有することが好ましい。導電性は、樹脂材料中に導電材を分散させることにより付与させることができる。このような導電材としては、特に制約を受けるものではなく、ケッチェンブラックEC、アセチレンブラック等の導電性カーボン、SAF、ISAF、HAF、FEF、GPF、SRF、FT、MT等のゴム用カーボン、酸化処理等を施したカラー用カーボン、熱分解カーボン、インジウムドープ酸化スズ(ITO)、酸化スズ、酸化亜鉛、銅、銀、ゲルマニウム等の金属、及び、金属酸化物、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン等の導電性ポリマー等が挙げられる。また、導電性付与材として、イオン導電性物質もあり、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸リチウム、過塩素酸カルシウム、塩化リチウム等の無機イオン性導電物質、さらに、エチルトリフェニルホスホニウム・テトラフルオロボレート、テトラフェニルホスホニウム・ブロマイド等の四級ホスホニウム塩、変性脂肪酸ジメチルアンモニウムエトサルファート、ステアリン酸アンモニウムアセテート、ラウリルアンモニウムアセテート等の有機イオン性導電性物質がある。
【0076】
これら導電剤は、物性を損なわない範囲で、単独若しくは、複数をブレンドして用いても構わない。塗料樹脂中への導電剤の分散方法は、ボールミル、ペイントシェーカー、ビーズミル等にガラズビーズ、ジルコニアビーズ等の分散メディアを用いて、公知の方法を用いて行うことができる。
【0077】
<含酸素無機化合物について>
本発明で用いる含酸素無機化合物は、珪素とアルミニウムとの複合酸化物、含酸素珪素化合物、及び、含酸素アルミニウム化合物から選ぶ。このとき1種類以上選択し、用いることができる。
【0078】
含酸素珪素化合物としては珪酸化合物、例えば二酸化珪素(SiO)が挙げられる。含酸素アルミニウム化合物としては酸化アルミニウム(Al)や、水酸化アルミニウム(Al(OH))が挙げられる。
【0079】
また、珪素とアルミニウムとの複合酸化物としては、下記化学式(1)に示されるようなアルミノ珪酸塩が挙げられる。
【0080】
【化1】

(M:原子価nの金属陽イオン、x+y:単位格子当りの四面体数、z:水分子のモル数)
【0081】
このようなアルミノ珪酸塩は一般的にはゼオライト、あるいは、モレキュラーシーブと呼ばれていて、多孔性結晶物質であり、式(1)のx、yによって孔の大きさが異なる結晶構造をとることができる。その孔の大きさで吸着される分子が異なる。
【0082】
また、珪酸複合金属塩としては、珪酸ジルコニウム(ZrSiO)、タルク(含水珪酸マグネシウム)、マイカ等が挙げられる。
【0083】
オゾンのような酸化性物質(酸化性ガス)は、含酸素無機化合物と接触すると、下記式(a)および(b)のように触媒のように作用して、オゾンを酸素に分解する。ここで、含酸素無機化合物中、アルミノ珪酸塩は、多孔質であり、その孔へオゾン等の酸化性ガスが吸着されるので、上記触媒機能がより効果的に機能するので好ましい。
【0084】
【化2】

【0085】
このような、珪素とアルミニウムとの複合酸化物、含酸素珪素化合物、及び、含酸素アルミニウム化合物から選ばれた1種類以上の含酸素無機化合物を表面層へ添加することにより、高電圧印加時に像担持体へ放電する際に発生するオゾン、NOx等の酸化性ガスを分解、あるいは、吸着させることができるため、導電性部材の表面のこれら酸化性ガスによる経時劣化(性能低下)を軽減することが可能となる。
【0086】
これら含酸素無機化合物は、微粒子などの粒状のものをもちいることで表面層内に分散させて保持させることができる。これら表面層の表面、及び表面付近に保持された含酸素無機化合物は、表面層外部に存在するオゾンやNOxなどの酸化性ガスと接触する。
【0087】
ここで含酸素無機化合物の平均粒径は15μm以下であることが望ましく、さらには10μm以下であることがとくに好ましい。10μm以下の小さい微粒子とすることにより、粒子の表面積が充分に大きくなり、導電性部材へ高電圧が印加されて像担持体へ放電した際に発生するオゾンやNOxなどの酸化性ガスの吸着、及び、分解効率を著しく高めることができる。また、平均粒径が10μm超の場合、導電性部材の表面粗さが大きくなり、表面の凹凸に入り込んだ、トナー、あるいは、トナー構成材料等の付着物の清掃・除去が困難となり、画像不良(濃度斑)が発生しやすくなる。
【0088】
図6に表面層に二酸化珪素を15wt%となるように添加したときの、粒径と画像濃度斑との関係を示す。図6より、含酸素化合物の平均粒径が15μm以上で実用性許容レベルであるランク4以上を満足し、10μm以下では全く問題ないランクであるランク5を達成する。
【0089】
ここで、画像濃度斑のランクは目視で判定するものであり、その基準、及び各ランクと画像形成装置に用いる実用性の有無との関係を表1に示す。
【0090】
【表1】

【0091】
含酸素無機化合物の添加量としては、導電性部材の特性を損なわず、かつ、表面層が形成できる範囲において、任意の添加量で添加することができる。
【0092】
含酸素化合物の表面層形成材料への添加方法は、導電剤の分散方法と同様、ボールミル、ペイントシェーカー、ビーズミル等にガラズビーズ、ジルコニアビーズ等の分散メディアを用いて、公知の方法を用いて行うことができる。その際、適宜分散剤等の助剤を用いることも可能である。
【0093】
これら含酸素無機化合物を添加した表面層形成材料を用いて一般の表面層同様にして表面層を形成して、本発明に係る導電性部材(帯電体)を得ることができる。
【実施例】
【0094】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
【0095】
<実施例及び、比較例>
電気抵抗調整層としては、(A)ABS樹脂(GR3000、電気化学工業製)40重量%、(B)ポリエーテルエステルアミド(IRGASTAT P18、チバスペシャリティケミカルズ社製)60重量%、さらにポリカーボネート−グリシジルメタクリレート−スチレン−アクリロニトリル共重合体(モディパーC L440−G、日本油脂製)を(A)+(B)の100重量部に対して4重量部添加し、溶融混練した樹脂組成物を、SUM(ステンレス)上にNi(ニッケル)メッキを施してなる支持体(外径10mm)上に射出成形により電気抵抗調整層を形成した。
【0096】
その後、ゲートカット及び、長さ調整を行った後、電気抵抗調整層の両端部にリング状の空隙保持部材(高密度ポリエチレン樹脂(ノバテックPP HY540、日本ポリケム社製)を圧入した。次に、切削加工によって、空隙保持部材の外径を12.5mm、抵抗調整部の外径を12.4mmになるように同時加工により仕上げた。
【0097】
このようにして得た電気抵抗調整層上に、表2に示すような原料を用い、表3に示すような配合比になるように配合、混練して得た表面層塗料にさらにカーボンブラック(全固形分に対して25重量%)からなる混合物をスプレーコーティングすることにより膜厚約10μmの表面層を形成し、その後、熱風炉で80℃、30分間、加熱硬化させ導電性部材を得た。
【0098】
【表2】

【0099】
【表3】

【0100】
このようにして、表面層がそれぞれ異なる、空隙保持部と表面層との間に約40μmの段差が形成されたローラ状の導電性部材10種類を得た。
【0101】
<試験>
上記ローラ状の導電性部材を、帯電部材として、図4に示すプロセスカートリッジに搭載し、図2、3に示した画像形成装置を使用して、画像評価を行った。帯電部材(ローラ)に印加する電圧はDC=−700V、AC=2200Vpp(周波数=2kHz)とした。評価環境を23℃、60%RHとした。次いで連続複写を行い、50000枚通紙後のハーフトーン画像評価(画像濃度斑ランク評価)を行い、帯電部材表面観察を行った。このときの評価環境は23℃、60%RHである。以上の評価による結果を表4に示す。
【0102】
【表4】

【0103】
表4に示すように、実施例1〜7の導電性部材では画像濃度斑ランクが4.5以上と、斑の少ない画像が得られ、かつ、部材表面にも汚れの付着が少ないことが判る。一方、比較例1〜3の導電性部材ではいずれも表面が汚れており、ハーフトーン画像に濃度斑が見られた。
【産業上の利用可能性】
【0104】
本発明の導電性部材を帯電部材として長期に亘って使用した場合であっても、安定した帯電性能が維持され、画像不良が発生しない導電性部材となるので、画像形成装置などの帯電部材として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【0105】
【図1】電子写真方式の画像形成装置の概略図である。
【図2】本発明の導電性部材を帯電部材として用いた場合の帯電装置の構成を示す概略図である。
【図3】本発明のプロセスカートリッジを用いる画像形成装置の構成を示す概略図である。
【図4】本発明の導電部材を帯電部材として用いる帯電装置、及び、プロセスカートリッジの構成を示す概略図である。
【図5】本発明の導電性部材である帯電部材と、像担持体の感光層領域及び、画像領域、非画像領域の位置関係を示す概略図である。
【図6】表面層に二酸化珪素を15wt%となるように添加したときの、粒径と画像濃度斑レベルとの関係を示す。
【符号の説明】
【0106】
1 画像形成装置
11 静電潜像担持体(感光体)
12 帯電部材(帯電ローラ)
13 露光
14 トナー担持体
15 トナー
16 転写部材(転写ローラ)
17 記録媒体
18 クリーニング部材(ブレード)
19 排トナー
201 現像装置
211 クリーニング装置
20 給紙部
21 給紙装置(給紙カセット)
23 レジストローラ
30 読み取り部
31 コンタクトガラス
32 第1読み取り走行体
33 第2読み取り走行体
35 CCD
40 排紙トレイ
41 排出ローラ
50 中間転写体
51 2次転写装置
60 画像形成部
61 像担持体
62 1次転写装置
63 現像装置
64 クリーニング装置
64a 固体潤滑剤
64b 塗布部材
64c クリーニング部材
64d 補助クリーニング部材
80 定着装置
100 帯電装置
101 帯電部材
102 クリーニング部材
103 空隙保持部材
104 電気抵抗調整層
105 保護層
106 導電性支持体
107 軸受
108 圧縮バネ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
導電性支持体、該導電性支持体上に形成された電気抵抗調整層、及び、該電気抵抗調整層の表面に被覆された表面層からなる導電性部材において、
前記表面層が、珪素とアルミニウムとの複合酸化物、含酸素珪素化合物、及び、含酸素アルミニウム化合物から選ばれた1種以上の含酸素無機化合物を含有していることを特徴とする導電性部材。
【請求項2】
前記表面層が、含酸素珪素化合物を含有し、かつ、該含酸素珪素化合物が珪酸複合金属塩であることを特徴とする請求項1に記載の導電性部材。
【請求項3】
前記表面層が、含酸素珪素化合物を含有し、かつ、該含酸素珪素化合物が、二酸化珪素であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の導電性部材。
【請求項4】
前記表面層が、含酸素アルミニウム化合物を含有し、かつ、該含酸素アルミニウム化合物が、酸化アルミニウム及び/または水酸化アルミニウムであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の導電性部材。
【請求項5】
前記含酸素無機化合物が粒状であり、かつ、その平均粒径が10μm以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の導電性部材。
【請求項6】
前記表面層が、非トナー付着性の樹脂からなることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の導電性部材。
【請求項7】
前記表面層が、水酸基を有する樹脂主成分を架橋剤により架橋させてなることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の導電性部材。
【請求項8】
前記表面層が、導電性を有することを特徴とする請求項1ないし請求項7に記載の導電性部材。
【請求項9】
円筒形状であることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の導電性部材。
【請求項10】
請求項9に記載の導電性部材を帯電部材として有することを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項11】
請求項10に記載のプロセスカートリッジを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項12】
上記請求項9記載の導電性部材を帯電部材として像担持体に近接配置したことを特徴とする画像形成装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2008−46300(P2008−46300A)
【公開日】平成20年2月28日(2008.2.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−221035(P2006−221035)
【出願日】平成18年8月14日(2006.8.14)
【出願人】(000006747)株式会社リコー (37,907)
【Fターム(参考)】