帯電装置、画像形成装置、帯電方法
【課題】 接触帯電方式を採用する画像形成装置において安定的な帯電性能を実現することのできる技術を提供する。
【解決手段】 所定のバイアス電圧を印加され、像担持体の像担持面を帯電させるために該像担持面に当接する帯電部材と、帯電部材における像担持面に当接する部分に、導電性粒子にダイヤモンド粒子を含有させてなる帯電補助粒子を供給する粒子供給部とを備えてなる。
【解決手段】 所定のバイアス電圧を印加され、像担持体の像担持面を帯電させるために該像担持面に当接する帯電部材と、帯電部材における像担持面に当接する部分に、導電性粒子にダイヤモンド粒子を含有させてなる帯電補助粒子を供給する粒子供給部とを備えてなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置における接触帯電方式に関し、特に帯電性能の安定化
に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像形成装置における像担持体表面の帯電方式として、放電を伴わない帯電方式である注入帯電が注目されている。
【０００３】
注入帯電は、帯電効率が優れており、例えば非接触帯電では被帯電体表面を−５００ｖに帯電させるためには、帯電器には−８００〜１２００ｖ程度のバイアスを印加する必要があったのに対して、−５００〜−７００ｖ程度しか必要がなく、パッシェンの放電の法則に準じないため、放電によるオゾンの発生も著しく少ない。
【０００４】
また近年、注入帯電を安定して行う方法として、帯電補助粒子を用いる方法が提案されている。これは、弾性ローラやブラシローラと感光体との間に帯電補助粒子を介在させることにより帯電特性を安定させるもので、一般的にトナーよりも小粒径でかつ抵抗の低い粒子を用いて、注入帯電効率を向上させる。
【０００５】
例えば、特定の発泡セルを有する帯電部材と導電性の帯電補助粒子とを組み合わせることで、注入帯電の効率を向上する例が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。ここでは帯電補助粒子は現像器中のトナーに予め外添され、導電性粒子のため転写工程では転写されずに感光体上に残る。さらに開示例は感光体クリーナを有さないクリーナレスプロセスであり、帯電部で帯電補助粒子として機能した後は現像部にて回収される。
【０００６】
また、ブラシ帯電ローラに帯電補助粒子を適用した例が開示されている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００７】
この例は、ブラシに予め帯電補助粒子を含ませておく方式で、帯電補助粒子はトナー中には予め外添されていない。また感光体クリーナもついている構成であるが、帯電補助粒子の抵抗は、やはりトナーよりも低く設定されており、帯電補助粒子により注入帯電を行うものである。
【特許文献１】特開２００５−３２６６５９号公報
【特許文献２】特開２００５−９９５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、帯電補助粒子を用いた例はいくつか提案されてはいるが、未だに以下のような課題がある。
【０００９】
（１）いずれも注入帯電自体の帯電性能が不十分で、ハーフトーン画像等を印字すると帯電ムラによる筋ムラが発生する場合がある。
【００１０】
（２）導電性粒子を予めトナーに外添する方式では、帯電補助粒子によりトナー帯電特性が悪化してしまい、帯電補助粒子がない場合に比べると高画質な画像を得ることができない。
【００１１】
（３）トナーに帯電補助粒子を混ぜない方式においても、帯電器からは必ず帯電補助粒子が微量ではあるが放出されるため、現像器中に混入してトナーの帯電特性を悪化させる。これにより長期間使用すると画質が悪化してしまう。
【００１２】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、接触帯電方式を採用する画像形成装置において安定的な帯電性能を実現することのできる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するため、本発明の一態様に係る帯電装置は、所定のバイアス電圧を印加され、像担持体の像担持面を帯電させるために該像担持面に当接する帯電部材と、前記帯電部材における前記像担持面に当接する部分に、導電性粒子にダイヤモンド粒子を含有させてなる帯電補助粒子を供給する粒子供給部とを備えてなることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る画像形成装置は、上述のような構成の帯電装置と、アモルファスシリコンを含有する材料もしくは連鎖重合性官能基を有する正孔輸送性材料により形成され、トナー像を担持する像担持体とを備えてなることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の一態様に係る帯電方法は、像担持体の像担持面を帯電させるために該像担持面に当接する帯電部材における前記像担持面に当接する部分に、導電性粒子にダイヤモンド粒子を含有させてなる帯電補助粒子を供給し、前記帯電部材と前記像担持体との間に前記帯電補助粒子を介在させた状態で、前記帯電部材に所定のバイアス電圧を印加して前記像担持体表面を帯電させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
以上に詳述したように本発明によれば、接触帯電方式を採用する画像形成装置において安定的な帯電性能を実現することのできる技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態による接触帯電方式の帯電装置１を備える電子写真装置（画像形成装置）Mの構成を示す図である。
【００１９】
感光体ドラム（像担持体）３は直径３０ｍｍの円筒形状であり、図示矢印方向へ回転可能に設けられている。感光体ドラム３の周囲には回転方向に沿って以下のものが配置されている。まず帯電装置１が、感光体ドラム３の表面（像担持面）に対向して設けられている。この帯電装置１は、接触帯電方式により、感光体ドラム３を一様に負（−）帯電させる。感光面の移動方向における帯電装置１よりも下流側には、帯電した感光体ドラム３を露光装置２により露光して静電潜像を形成する露光位置が設定されている。また、感光面の移動方向における露光位置よりも下流側の所定の現像位置には現像剤を収容し、この現像剤で露光装置２により形成された静電潜像を反転現像する現像器４が設けられている。現像器４では、現像バイアス電圧印加部４０１により所定の現像バイアス電圧が現像ローラに印加されている。
【００２０】
さらに、感光面の移動方向における現像位置よりも下流側には、感光体ドラム３上に形成されたカラートナー像を中間転写ベルト７に１次転写させる所定の１次転写位置が設定されている。上記１次転写位置にて、転写バイアス電圧印加部５０１により所定の転写バイアス電圧が印加される転写ローラ５が中間転写ベルト７を感光体ドラム３へ向けて押圧している。１次転写位置にて中間転写ベルト７上にカラー画像が形成されると、中間転写ベルト７上に形成された現像剤像は、不図示の２次転写位置で、搬送されてきた用紙に一括転写される。感光面の移動方向における感光体ドラム３と中間転写ベルト７との当接位置（１次転写位置）よりも下流側には、感光体ドラム３の感光面上に残留している転写残トナーを回収するトナー回収部６が設けられている。
【００２１】
続いて、本実施の形態による帯電装置１の詳細について説明する。本実施の形態による帯電装置１は、供給ローラ１０１、帯電ローラ１０２、供給バイアス電圧印加部１０３、帯電バイアス電圧印加部１０４および層厚規制ブレード１０５を備えている。
【００２２】
帯電ローラ（帯電部材、帯電手段）１０２は、回転可能に支持されるローラであり、帯電バイアス電圧印加部１０４により所定の帯電バイアス電圧を印加され、感光体ドラム３の感光面を帯電させるために該感光面に当接する。
【００２３】
供給ローラ１０１は、回転可能に支持されるローラであり、供給バイアス電圧印加部１０３により所定の供給バイアス電圧を印加され、帯電ローラにおける感光面に当接する部分に、導電性粒子にダイヤモンド粒子（所定の負の電気陰性度を有する粒子）を含有させてなる帯電補助粒子を供給する。ここでは、供給ローラ１０１および供給バイアス電圧印加部１０３が、粒子供給部（粒子供給手段）に相当する。
【００２４】
このように、バイアスが印加された帯電ローラと感光体ドラム３の感光面との間に帯電補助粒子を介在させる構成とすることにより、感光体ドラム３の感光面の帯電効率を向上させることができる。
【００２５】
図２は、本実施の形態による帯電装置１における供給ローラ１０１と帯電ローラ１０２の位置関係の詳細を示す図である。
【００２６】
同図に示すように、本実施の形態では、供給ローラ１０１は、帯電ローラ１０２に近接する部分において、供給ローラ１０１のローラ面と帯電ローラ１０２のローラ面とが同方向（いわゆるＷｉｔｈ方向）に移動するように回転駆動されている。このように、供給ローラ１０１と帯電ローラ１０２とをＷｉｔｈ方向に回転させることにより、両ローラ間での摩擦による帯電ローラの劣化を抑制し、供給ローラ１０１および帯電ローラ１０２の耐久性を向上させることができる。
【００２７】
なお、供給ローラ１０１は帯電ローラ１０２に対して、従動で回転させてもよいし、０．５〜３倍程度の周速差を設けてもよいが、供給ローラ１０１および帯電ローラ１０２の耐久性を向上させるために、帯電ローラ１０２と供給ローラ１０１とは周速が略等しくなるように回転駆動するようにしてもよい。
【００２８】
後述のように、供給ローラ１０１のローラ面の水に対する接触角は、帯電ローラ１０２のローラ面の水に対する接触角よりも大きく設定されているため、帯電補助粒子は供給ローラ１０１から帯電ローラへと移行し易い。このように、両ローラの接触角を大きく異ならせた場合、供給ローラ１０１から帯電補助粒子が離脱し易くなるため、供給ローラ１０１から帯電ローラ１０２への帯電補助粒子の搬送は、極力重力に逆らわないようにすることが望ましい。また、供給ローラ１０１を帯電ローラ１０２に対して高すぎる位置に配置すると、装置全体としての省スペース化の妨げになる場合がある。
【００２９】
そこで、供給ローラ１０１の回転軸１０１ｒは、高さ方向において、帯電ローラ１０２の回転軸１０２ｒよりも高く、帯電ローラ１０２の外周面の最高到達位置１０２ｍよりも低い位置（図２中の範囲Ｈ内）に配置されている。
【００３０】
なお、ここでは、供給ローラ１０１の半径をＲｓとし、帯電ローラ１０２の半径をＲｔとするとき、Ｒｔ／Ｒｓが１〜１．６の範囲内となるように設定されている。
【００３１】
また、供給ローラ１０１のローラ面と帯電ローラ１０２のローラ面とが近接する位置における両ローラ面間の間隔をＧとし、帯電補助粒子の直径をＴｄとするとき、
Ｇ≦２×Ｔｄ
に設定されている。
【００３２】
供給ローラ１０１と帯電ローラ１０２とが離れすぎていると、帯電補助粒子の層を適切な層厚で形成することができないが、上述のような構成とすることにより、帯電補助粒子の薄層を帯電補助粒子の直径の２倍以下の層厚で形成することができる。帯電ローラと供給ローラとは、接触していても構わない。ただし、当接圧力が高いと、歪みや耐久性の観点で問題が生ずる。よって、帯電ローラと供給ローラは、できるだけ近接させた状態としたいが、上記式に示す範囲よりも離すことは好ましくないので、両ローラの偏心等を考慮して接触状態から上記式の条件が維持されるように調整される。
【００３３】
図３は、本実施の形態における帯電ローラ１０２の構成の詳細を示す図である。同図に示すように、本実施の形態での帯電ローラ１０２は、導電性のシャフト（回転軸）の周りに導電性ウレタン等からなる弾性層を有し、さらに弾性層の外側に表面層として、導電性を有する樹脂やエラストマーからなる層を有している。
【００３４】
具体的に、弾性層の材料としては、合成ゴム及び熱可塑性エラストマーのようなエラストマーならばどのようなものを用いてもよい。樹脂としては、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ブチラール樹脂、スチレン−エチレン・ブチレン−オレフィン共重合体（ＳＥＢＣ）およびオレフィン−エチレン・ブチレン−オレフィン共重合体（ＣＥＢＣ）等が挙げられる。また、エラストマーとしては、合成ゴム及び熱可塑性エラストマーが挙げられ、例えば、合成ゴムとしては、天然ゴム（加硫処理等）、エピクロルヒドリンゴム、ＥＰＤＭ、ＳＢＲ、シリコーンゴム、ウレタンゴム、ＩＲ、ＢＲ、ＮＢＲおよびＣＲ等が挙げられる。熱可塑性エラストマーとしては、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、フッ素ゴム系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー、エチレン酢酸ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリ塩化ビニル系熱可塑性エラストマーおよび塩素化ポリエチレン系熱可塑性エラストマー等を挙げることができる。これらの材料は、単独または二種類以上を混合してもよく、共重合体であってもよい。
【００３５】
また、これらの弾性材料を発泡成形した発泡体を弾性材料として用いてもよい。好ましくは、帯電部材と感光体とのニップを確保するため、弾性層材料には、合成ゴム材料を用いるのがよいといえる。
【００３６】
弾性層の導電性は、上記の弾性材料中にカーボンブラック、導電性金属酸化物、アルカリ金属塩及びアンモニウム塩等の導電剤を適宜添加することにより、１０ｅ８Ω・ｃｍ未満に調整されることが好ましい。弾性層の導電性が１０ｅ８Ω・ｃｍ以上であると、帯電部材の帯電性能が低くなり、被帯電体を均一に帯電する帯電均一性が低下する。この場合には、帯電ムラとなって画像不良が発生してしまうことが多い。また、弾性層の弾性や硬度は、軟化油、可塑剤等の添加及び上記弾性材料を発砲させることにより調整される。
【００３７】
続いて表面層材料であるが、基本的に樹脂及びエラストマーならばどのようなものを用いてもよく、本実施の形態における弾性層と同様なものが使用可能である。
【００３８】
さらに、表面層においては各種導電性微粒子を添加し、その体積抵抗率を所望の値に調整してもよい。導電性微粒子としては、前述したようなものが使用でき、二種類以上併用してもよい。またさらに、表面性の制御及び補強性の向上を目的として、酸化チタン等の微粒子を用いることができる。更に、表面層には離型性物質を含有させてもよい。表面層の抵抗は１０ｅ４〜１０ｅ１４Ω・ｃｍ程度までのものが使用可能である。従来では、表面層の抵抗は弾性層以上の抵抗値でないと感光体リークが発生しやすいとわれているが、本実施の形態では注入帯電により帯電を行い、印加電圧が従来に比べて極端に下がるため、表面層の抵抗が低くてもリークが発生しにくくなる。
【００３９】
なお、帯電ローラの構成は上述のような構成に限られるものではなく、弾性層と表面層の間にさらに抵抗層等を設けた三層構造であってもよいし、さらに多層構成でもよい。
【００４０】
また、帯電ローラを図４に示すようなローラ形状とし、特に表面層を設けずに、支持体上に弾性層を設けるのみの構成の帯電部材１０２ａとしてもよい。
【００４１】
もちろん、帯電部材の形状はローラ形状に限るものではなく、図５に示すようなベルト状の帯電部材１０２ｂとすることもできる。
【００４２】
この他、要求される性能や配置スペース等に応じて、図６に示すようなブレード状の帯電部材１０２ｃとしてもよいし、図７に示すようなブラシローラ形状の帯電部材１０２ｄとしてもよい。
【００４３】
帯電補助粒子を帯電ローラ１０２に供給する手段は、例えば供給ローラ１０１に層厚規制ブレード１０５を設けたタイプのもので、供給ローラ１０１上に帯電補助粒子の均一な層を設けた上で、帯電ローラ１０２と接触することにより、帯電ローラ１０２上に帯電補助粒子が供給されるようになっている。帯電ローラ１０２の表面は上述したような表面層を設けてあるが、その表面エネルギーを感光体表面よりも低くすることで、帯電補助粒子は感光体ドラム３へ移動することはなくなる。さらに帯電補助粒子を帯電ローラ１０２に供給する供給ローラ１０１表面の表面エネルギーを帯電ローラ１０２よりも高くすることで、帯電ローラ１０２上への帯電補助粒子の安定した供給ができる。
【００４４】
回転方向は特に限定はされないが、帯電ローラ１０２と感光体ドラム３との周速差は、好ましくは従動ではなく、別駆動としたうえで、Ｗｉｔｈ方向であれば、感光体の周速の１．１〜４倍の周速に設定したほうがよい。等速または遅い場合でも効果はあるが、注入帯電の安定性という観点では、帯電ローラ１０２の周速は速い方が好ましい。ただし、４倍以上に設定すると、帯電補助粒子が離脱しやすくなる傾向がある。
【００４５】
感光体ドラム３と帯電ローラ１０２とが当接する部分において、感光体ドラム３の感光面と帯電ローラ１０２のローラ面とが逆方向（いわゆるＡｇａｉｎｓｔ方向）に移動するように回転駆動する場合、帯電ローラの周速は感光体ドラムの周速の０．５〜３倍程度とすることが好ましい。０．５倍未満では注入帯電の安定性が不安定になるおそれがあり、３倍を超えるほど速いと帯電補助粒子が離脱しやすくなるためである。
【００４６】
本実施の形態では、帯電ローラ１０２には帯電バイアス電圧印加部１０４により−４００〜−１１００ｖの直流バイアス電圧が印加され、ダイヤモンド微粒子を含んだ帯電補助粒子の抵抗値としては１×１０ｅ２〜１×１０ｅ１２Ω・ｃｍのものが使用される（より望ましくは１×１０ｅ３〜１×１０ｅ８Ω・ｃｍである。）。抵抗が低い場合は、上記したような表面エネルギーの関係によって帯電ローラ１０２上に留まり、また抵抗がある程度高い領域になると、粒子自体が、ダイヤモンド微粒子の特徴である負極性の電子供与性の強さゆえに、粒子自身が正極性に帯電する確立が低いために、帯電ローラ１０２表面に留まることができる。
【００４７】
なお、粒子の電気抵抗の測定は、金属の電極上に、厚さ１ｃｍの絶縁性の板に円柱状に１ｃｍ2の穴をあけてくり抜いた冶具を貼り付け、その穴に微粒子を入れる。そこに穴とほぼ同径の重り兼電極を乗せて、１ｋｇの荷重をかけた状態で、２５０ｖを印加して抵抗を測定して行った。
【００４８】
なお、帯電ローラ１０２に代表される帯電部材に印加するバイアス電圧はＤＣ電圧のみに限定する必要はなく、ＡＣ電圧を重畳することもできる。特に放電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を印加することで、帯電補助粒子がない状態でも放電により均一帯電できることは既に知られているが、このようなバイアス電圧を印加しても、放電は若干発生するものの、安定した帯電性能が得られる。
【００４９】
続いて、本実施の形態で使用する帯電補助粒子の製造方法について説明する。帯電補助粒子は、以下のような方法により作成した。
【００５０】
（１）外添
ダイヤモンド微粒子は、１次粒子径が公称３−１０ｎｍのクラスターダイヤモンドを用いた。ダイヤモンド微粒子は、例えば株式会社ニューメタルエンドケミカルスのものが使用できる。形状は球状のものがよい。ダイヤモンド粒子は通常、爆破法によって製造されるため不純物が多く、さらに粒径分布も比較的ブロードになる。そこでまずは以下のような精製処理を行った。
【００５１】
まず熱濃硫酸処理として、２５０〜３５０℃で濃硝酸と濃硫酸の混合液にて２時間洗浄し、続いて希塩酸処理として１５０℃にて１時間洗浄処理した。その後に常温状態でフッ酸により１時間洗浄して不純物をなくした。
【００５２】
その後に、純粋とアルコールの混合溶液に分散させて、コロイド溶液とし、遠心分離機によって処理して上澄み液を抽出し、さらに乾燥させて粉末状態とした。
【００５３】
以上のようにして精製したダイヤモンド微粒子は、平均粒径が２次粒径を含めても１００ｎｍ以下であり、これを例えば導電性酸化亜鉛粒子（導電性粒子）（平均粒径１．２μｍ、比抵抗 約１×１０ｅ３Ω・ｃｍ）１００質量部に対して１〜１０質量部、外添処理した。その結果、帯電補助粒子としての比抵抗は、１×１０ｅ４〜１×１０ｅ６Ω・ｃｍとなった。
【００５４】
（２）内添
また、上記の他に、帯電補助粒子をポリエステルやスチレン−アクリル共重合体等の樹脂に、カーボンブラック、及びダイヤモンド微粒子を入れて、混錬、粉砕して作成することもできる。
【００５５】
この方法では、ダイヤモンド微粒子は樹脂ベースに、他の導電剤とともに分散されているため、帯電補助粒子から容易に離脱することがない。実験では、ポリエステル樹脂にカーボンブラック、およびダイヤモンド微粒子を分散させ、そのカーボンブラックの量と粉砕条件をかえることにより、平均粒径が１μｍ、比抵抗が１×１０ｅ４Ω・ｃｍ〜１×１０ｅ６Ω・ｃｍの帯電補助粒子を作成した。なおダイヤモンド微粒子の添加量は（１）の試料と同じ抵抗のときはダイヤモンド微粒子が同じ添加量になるようにそれぞれ調整して作成した。
【００５６】
＜比較例＞
比較例としては、ダイヤモンド微粒子を外添、または内添しない（１），（２）と同様な方法によるサンプルを作成した。
【００５７】
このとき酸化亜鉛粒子については抵抗値をそろえて比較するため、ダイヤモンド微粒子を外添しない状態でも抵抗が１×１０ｅ４Ω・ｃｍのものを用いた。
【００５８】
感光体は負帯電の有機感光体を使用した。
【００５９】
感光体は、例えば直径３０ｍｍのアルミニウム性のドラム上に、アルミニウム基層側から順に第１層は下引き層、第２層は正電荷注入防止層、第３層は電荷発生層、第４層は電荷輸送層という構成になっている。これは一般的な機能分離型の有機感光体であるが、本質的に本発明の構成を限定するものではなく、単層型の有機、ＺｎＯ、セレン、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等の感光体を使用することも可能である。
【００６０】
従来の注入帯電では、さらに第５層として電荷注入層を設けるのが一般的である。電荷注入層は、例えば光硬化性のアクリル樹脂にＳｎＯ2 超微粒子を分散したものがあげられ、具体的には、アンチモンをドーピングし、低抵抗化した平均粒径約０．０３μｍのＳｎＯ2 粒子を樹脂に対する重量比で５：２の割合で分散したもの等が開示されている。実際には導電性であるＳｎＯ2 の分散量で電荷注入層の体積抵抗値は変化し、画像流れをおこさない条件を満足するために、電荷注入層の抵抗値は１×１０ｅ８Ωｃｍ〜１０ｅ１５Ωｃｍが望ましいとされ、本実施例の比較例の感光体としては、電荷注入層の体積抵抗値が１×１０ｅ１２Ωｃｍのものを用いた。電荷注入層の抵抗値は、絶縁性のシート上に電荷注入層を塗布し、これを三菱油化製のハイレスタで印加電圧１００Ｖにて測定した。
【００６１】
このようにして調合した塗工液をディッピング塗工法にて厚さ約３μｍに塗工して電荷注入層とし、比較例の感光体として、
感光体Ａ： 電荷注入層を有さない第４層までの有機感光体
感光体Ｂ： 感光体Ａの上に上述した電荷注入層を設けた有機感光体
を使用した。
【００６２】
以上のようなサンプルを用い、帯電部材に−５００〜−１１００Ｖの直流バイアスを定電圧制御にて印加した。
【００６３】
印加電圧は、ハーフトーン等が、平均して一定の反射濃度になるように適宜調整した。
【００６４】
図８は、上述のような各条件における帯電性能の比較検討結果を示す図である。
【００６５】
実験は、図１に示すような実験装置において、連続印字試験を実施した。帯電ローラ１０２は、ギヤ駆動し、感光体当接部に対してＷｉｔｈ方向に２倍の速度差を与えて実験を実施した。
【００６６】
帯電補助粒子は、供給ローラ１０１を帯電ローラ１０２に接触させて帯電ローラ１０２のローラ面に塗布した。供給ローラ１０１は、当接部において帯電ローラ１０２とＷｉｔｈ方向に等速で駆動され、層厚規制ブレード１０５として厚さ０．２ｍｍの金属（ＳＵＳ）製のブレードを当接させた。供給ローラ１０１の水との接触角は９０°で、帯電ローラ１０２表面は７５°、感光体表面は９０°であった。水との接触角の測定は、それぞれの試料表面に純水を注射器にて滴下し、常温環境（２１℃５０％）にて１０秒後の接触角を顕微鏡にて測定した。
【００６７】
画像の評価方法は、Ａ３サイズ用紙の全面に６００ｄｐｉの多値スクリーンによるスクリーン線数が２１２線のハーフトーン画像３種類（画像濃度：約０．３，０．５，０．８）、全面白地画像、および全面黒字（ベタ）画像を印字して、目視により帯電ムラによる画像筋や、感光体のピンホールに起因する画像欠陥を確認した。
【００６８】
手順としては、帯電器が初期の状態で画像確認した後に、紙を通紙しない状態で、４％の印字率の文字チャートを感光体上に現像し、感光体クリーナにて回収する動作をＡ４サイズの紙で１０，０００枚相当実施し、その後に紙を通して、上記したような画像確認を行う。画像上に不具合が発生しない組み合わせに関しては、その試験を繰り返して、積算で７０，０００枚相当の試験を行った。
【００６９】
図８では、帯電ムラによる筋が発生した場合は、「ａ」と記載し、感光体にリークが発生してピンホールに起因する画像欠陥の場合は「ｃ」と記載した。特に「ａ」については、発生した状態で目視にてレベルを１〜３段階に分けて評価した。ここでレベル１、およびレベル２は、事実上ほとんど目立たないレベルであり試験を続行し、「レベル３」ではいわゆる画像欠陥で、寿命等によりユーザがＮＧとするレベルであり、その段階で試験を打ち切った。それぞれのレベルは、感光体のピンホールや露光障害等の局所的な欠陥を除いた画像上の反射濃度の最大値と最小値の差（ΔＩＤ）が０．３以上あるか、もしくは目視で明らかに筋が目立つような場合をレベル３とした。ΔＩＤが、０．１５＜ΔＩＤ＜０．３の場合でかつ、目視で許容できる場合はレベル２とした。また、よく見ると筋はあるがΔＩＤ＜０．１５の場合はレベル１とし、目視にて帯電ムラによる筋が判別できない場合は○である。それぞれ表中では、「ａ１」「ａ２」「ａ３」というように記載した。また、ピンホールの「ｃ」については、わずかでも目視にて確認できるレベルで発生していればＮＧとしてそこで試験を打ち切った。
【００７０】
試験Ｎｏ．１〜６は、ダイヤモンド微粒子を外添した場合の結果である。
【００７１】
試験Ｎｏ．１〜３は、感光体Ａ（電荷注入層あり）での結果であり、７０，０００枚に渡って良好な画像が得られた。また試験Ｎｏ．４〜６は、感光体Ｂ（電荷注入層なし）を使用したもので、すべて初期から帯電ムラ（筋状）が発生したものの許容できないレベルではなく、その後も７０，０００枚に渡ってその状態を維持することができ、結果的には７０，０００枚の試験をクリアした。
【００７２】
一方、試験Ｎｏ７，８のダイヤモンド微粒子を含まない例では、感光体Ａ（電荷注入層あり）との組み合わせ（Ｎｏ．７）においても、初期から若干の筋が発生しており、さらに感光体Ｂ（電荷注入層なし）との組み合わせで（Ｎｏ．８）は、初期から均一な帯電ができない状態であった。試験Ｎｏ．７においても、試験を継続すると画質が徐々に悪化し、５０，０００枚後にＮＧとなってしまった。そしてこのとき、現像器を新しいものに交換したところ、画質は初期とほぼ同等のレベルにまで回復した。
【００７３】
すなわち、ダイヤモンド微粒子を含まない帯電補助粒子を使用すると、現像器内の現像剤の性能が劣化してしまい、それが画質の劣化を招いており、これに対してダイヤモンド微粒子を含む帯電補助粒子では、このような劣化が発生していないことがわかる。
【００７４】
上記のような結果は、ダイヤモンド微粒子を内添した場合にも同様であり、試験Ｎｏ．９〜１４に示すように、感光体Ａ（電荷注入層あり）での結果（Ｎｏ，９〜１２）では７０，０００枚に渡って良好な画像が得られた。また試験Ｎｏ．１３〜１４は、感光体Ｂ（電荷注入層なし）を使用したもので、すべて初期から帯電ムラ（筋状）が発生したものの許容できないレベルではなく、その後も７０，０００枚に渡ってその状態を維持することができ、結果的には７０，０００枚の試験をクリアした。
【００７５】
一方、試験Ｎｏ１５，１６のダイヤモンド微粒子を含まない例では、感光体Ａ（電荷注入層あり）との組み合わせ（Ｎｏ．１５）においても、初期から若干の筋が発生しており、さらに感光体Ｂ（電荷注入層なし）との組み合わせで（Ｎｏ．１６）は、初期から均一な帯電ができない状態であった。そして、やはり試験Ｎｏ．１５においても、試験を継続すると画質が徐々に悪化し、５０，０００枚後に許容できないレベルになってしまった。そしてこのとき、現像器内の現像剤を新しいものに交換したところ、画質は初期とほぼ同等のレベル（ａ１）にまで回復した。
【００７６】
図９における試験Ｎｏ．１７〜２５は、帯電補助粒子を外添した実施例において、帯電ローラ１０２の回転速度を変えて検討した結果である。帯電補助粒子は試験Ｎｏ．５と同じものを用い、感光体は電荷注入層のないＢタイプを用いた。
【００７７】
これによると、帯電ローラ１０２の回転方向が感光体とＷｉｔｈ方向の場合は、感光体に対して１．１〜３倍まで相対的に速く設定した場合は、すべて同様な性能が得られている。また試験Ｎｏ．２１のように相対的に遅くした場合でも同様な性能が得られている。しかし１．０倍または従動方式では、従来の帯電補助粒子を用いた場合と比較すれば、もちろん改善はされているものの、周速差を与えた場合に比べると、帯電ムラのレベルが悪くなっていることがわかる。また感光体に対してＡｇａｉｎｓｔ方向については、０．５〜３倍程度までＷｉｔｈ方向のときと同様に良好な性能が得られていることがわかる。これらのことから、帯電ローラは、帯電ローラのローラ面が感光体の感光面に対して所定の速度差をもつように回転駆動されることが好ましいと言える。
【００７８】
また、試験Ｎｏ．２５では、帯電ローラではなくブラシローラを使用した（図７を参照）。
【００７９】
ブラシローラは、ナイロン（ＵＵＮ）製のものを用い、繊維の太さは０．５〜１０デシテックスのものが使用できるが、ここでは２デシテックスのものを用い、感光体当接部においてＷｉｔｈ方向に２倍の速度で回転させ、ブラシローラの場合も弾性ローラの場合と同様に、試験Ｎｏ．５と同様な帯電補助粒子を供給ローラ１０１を用いて供給した。これによれば、帯電ローラのときと同様な結果であり７０，０００枚の試験をクリアしており、帯電部材にブラシローラを用いても同様の効果が得られることがわかる。
【００８０】
次に図１０は、帯電補助粒子の供給ローラ表面と、帯電ローラ表面、および感光体表面の表面エネルギーをかえて検討した結果である。表面エネルギーは水との接触角を測定することで相対的な比較が可能であり、それぞれの測定結果とライフ試験結果を示した結果である。帯電補助粒子は試験Ｎｏ．５と同様なものを使用し、感光体との周速差は当接部においてＷｉｔｈ方向で２．０倍、感光体は電荷注入層のないＢタイプとした。
【００８１】
試験Ｎｏ．５に対して、帯電ローラ表面の表面エネルギーが若干低い試験Ｎｏ．２６では、順列自体に変化はないために試験Ｎｏ．５と同様な性能が得られた。しかし供給ローラの接触角が帯電ローラよりも小さい（表面エネルギーが低い）場合は供給ローラから帯電ローラ側へ良好な帯電補助粒子の供給ができないために、性能が悪化している。また、感光体表面の接触角が帯電ローラ表面よりも小さい試験Ｎｏ．２９，３０（表面エネルギーが低い）では、帯電ローラから感光体へ帯電補助粒子が移動してしまうため、帯電性能の悪化が激しいことがわかる。
【００８２】
このように、
感光体表面の水との接触角＞帯電ローラ表面の水との接触角
であって、
帯電ローラ表面の水との接触角＜帯電補助粒子供給ローラ表面の水との接触角
という条件を満たしていることが好ましく、特に前者の影響が大きいことがわかる。
【００８３】
以上のように、本発明の帯電補助粒子を用いた帯電装置により、従来と比較して帯電効率が格段に向上することが見出された。また、現像器中に混入しても現像剤の特性を悪化させないため、長期にわたって安定した画質を保証することができるようになることが証明された。
【００８４】
この効果は、帯電補助粒子を予めトナーに混ぜて使用した場合においても同様である。すなわち、現像剤中に予め所定量の補助粒子を入れておいても、従来の補助粒子と比較して現像剤自体の帯電特性等に影響を与えないため、初期から高画質な画像が達成できることは明らかであると言える。
【００８５】
さらに上記したような帯電補助粒子の特性は、ダイヤモンド微粒子の特性故に得られたものであり、ダイヤモンド粒子単独で帯電補助粒子として使用しても同様な効果が得られることはいうまでない。ただしダイヤモンド微粒子単体では比抵抗の調整に限界があるため、本実施例では、外添や内添処方を施した。最近ではダイヤモンド微粒子にも不純物の混入具合により、さまざまな比抵抗の粒子が入手可能になっており、比抵抗が１×１０ｅ１２Ω・ｃｍ以下のものであれば、単体でも使用可能である。
【００８６】
また、それ以外の効果として、特にクリーナレスプロセスに用いた場合に、感光体を安定して研磨することで、感光体表面へのトナーや外添剤の固着現象を防止する効果が期待できる。次に、これについての検証実験について説明する。
【００８７】
実験には図１１のようなプロセス構成の画像形成装置Ｍ’を用いた。感光体クリーナをなくし、その位置に、撹乱バイアス電圧印加部６０１’によりＤＣ＋６００ｖの撹乱バイアス電圧を印加される固定型のブラシ６’を配置した。このブラシ６’は転写されずに感光体上に残存した残転写トナーのパターンを撹乱したうえで、トナーの帯電極性を安定して＋方向に揃えるためのもので、繊維長さは４ｍｍ、太さは４デシテックス、ナイロン製のものを用いている。抵抗は１×１０ｅ４〜１０ｅ７Ωｃｍで、これはブラシを金属板に５００ｇの荷重で押し当て状態で３００ｖを印加して、そのときの電流値から測定した値である。
【００８８】
このような装置構成では、残転写トナーは、ブラシによりプラス帯電となり、帯電ローラに付着する。ここで、本実施の形態の帯電ローラ１０２は、帯電補助粒子を介して感光体に接触しており、これにより注入帯電特性に優れることで、トナーを短時間で速やかに正規の帯電極性であるマイナス極性に帯電させ、感光体上に吐き出す。
【００８９】
そして吐き出されたトナーは現像器４にて、非画像部では現像器４内に回収され、画像部はそのまま現像画像として感光体ドラム３上に残る。ここで、通常の帯電補助粒子では、残転写トナーをすみやかにマイナス帯電にすることができないために、帯電ローラ１０２が汚れて、帯電性能が低下するが、本実施の形態における帯電補助粒子ではそのようなことがない。
【００９０】
また、クリーナレスプロセスでは、クリーナブレードがなく、感光体を削る部材がないため、トナーや離脱した外添剤が感光体に固着する、いわゆる「感光体フィルミング」が発生しやすくなるが、本実施の形態による帯電補助粒子を用いることで、ダイヤモンド微粒子が感光体表面を安定して研磨するため、フィルミングが発生しにくくなる。
【００９１】
評価は、先の試験と同様な方法で実施したが、クリーナつきの場合は、紙を使わずに試験したのに対して、今回はクリーナがないので、紙を使用して実際に通紙試験を実施して行った。
【００９２】
評価項目については、これまでの「ａ」「ｃ」に加えて、フィルミングによる画像欠陥の「ｂ」を追加した。これは先の試験と同様なハーフトーンや白地、ベタ画像を印字して、筋や白点が発生した際に、感光体表面を目視確認し、画像に対応する位置に、付着物が認められた場合はフィルミング「ｂ」とした。この場合も、筋や白点が認められるものの許容できるレベルのものを「ｂ１」「ｂ２」とし、許容できないレベルを「ｂ３」とし記載した。
【００９３】
また、感光体の膜削れ量も測定した。膜削れ量はケット電子製の渦電流式の膜厚計により測定した。任意な位置をかえて３０回測定してセンターから２０回分の平均値を膜厚とし、初期状態の感光体からどれだけ削れたかを測定した。
これらの結果を図１２に示す。
【００９４】
従来例の酸化亜鉛のみの帯電補助粒子では、感光体のＡ（電荷注入層あり）と組み合わせにおいても、初期からａ１レベルであるが、さらにおよそ１０，０００枚後にフィルミングが発生して「ｂ１」レベルとなった。さらに２０，０００枚後には、筋、フォルミングとも進行し、レベル２となり、３０，０００枚後には許容できないレベルになった。
【００９５】
これに対して、本発明の帯電補助粒子を用いた帯電ローラの場合は、試験Ｎｏ．３３，３４に示すように、どちらの感光体のタイプにおいても５０，０００枚後でも許容できないレベルにまでは至らなかった。
【００９６】
感光体の膜削れ量についても、試験Ｎｏ．３４では、ブレードクリーナー使用時（試験Ｎｏ．５、表中最下段）に比べて、約半分の値でおさまっている。このように本実施の形態によれば、クリーナレスプロセスを用いた場合においても、帯電器が汚れにくく、さらにクリーナレスプロセス本来の目的である感光体を大きく削ることなく、感光体フィルミングをも防止することができる。
【００９７】
このような効果は、特に感光体表面が削れにくい材料を用いた場合に顕著になる。耐久性の高い感光体としてはａ−Ｓｉを主成分とする無機感光体や、連鎖重合性官能基を有する正孔輸送性材料を有するものを使用すると、感光体の表面硬度が高くキズがつきにくくなり、感光体の長寿命化が達成される。このような感光体を用いた際、本発明の帯電補助粒子を用いると、感光体自体はほとんど削れずに、固着するトナー成分を安定して感光体から除去して感光体フィルミングを防止することができる。
【００９８】
図１２の試験Ｎｏ．３５，３６にそれぞれの感光体を用いた場合の試験結果を示す。今回の試験はすべて電荷注入層を設けていないために、初期からａ１レベルではあるが、安定した注入帯電が可能であり、さらに感光体がほとんど削れない状態で５０，０００枚の試験をクリアしていることがわかる。
【００９９】
なお、本実施の形態による画像形成装置では、感光体ドラム３と、帯電装置１および現像器４のうち少なくともいずれかとがプロセスユニットＵとして一体的に支持されており、画像形成装置１本体に対して着脱自在となっている。
【０１００】
図１に示すように、本実施の形態では、一例として、プロセスユニットＵは、感光体ドラム３と、帯電装置１と、現像器４とを備えている。もちろん、プロセスユニットＵの構成は、画像形成装置におけるスペースの制約や部品の配置等に応じて、上記以外の他の部分を含ませる構成とすることもできる。
【０１０１】
また、上述の実施の形態では、感光体に形成されたトナー像を一時的に中間転写ベルトに転写する中間転写方式である画像形成装置を例に挙げたが、これに限られるものではなく、感光体に形成されたトナー像を一時的に中間転写ローラに転写する他の中間転写方式や、感光体上に形成されたトナー像をシートに対して直接転写する直接転写方式であってもよい。
【０１０２】
また、トナー像の現像方式についても、１回転する中間転写体に対して複数色分のトナー像を一度に形成するいわゆる４連タンデム方式や、４回転する中間転写体に対して各色のトナー像を順次形成してゆく４回転中間転写方式などが採用可能である。
【０１０３】
また、上述の実施の形態では、帯電部材に対して供給ローラによって帯電補助粒子を供給する構成（供給ローラによって帯電ローラ表面に帯電補助粒子を供給し、帯電ローラ自体によって帯電補助粒子を帯電位置まで搬送する構成）を例に挙げたが、これに限られるものではなく、特に図６に示したような構成においては、オーガやローラ等の搬送手段を用いて、帯電部材と感光体ドラムとが当接する位置に帯電補助粒子を直接供給するようにしてもよい。
【０１０４】
例えば、帯電ローラに帯電補助粒子を供給する機構をそのまま感光体表面に当接させ、それを帯電手段（例えば、ブレード）の直前で行うことで、帯電部には帯電補助粒子が付着した感光体表面が進入することになり、帯電部において一部はとどまり、とどまらないものは通過し、いずれにせよ、帯電部において十分な帯電補助粒子が供給される。この際、帯電補助粒子の供給ローラは、特に感光体がドラム形状の場合は、接触することを考慮して、弾性ローラであることが好ましい。
【０１０５】
また、本実施の形態によれば、像担持体の像担持面を帯電させるために該像担持面に当接する帯電部材における像担持面に当接する部分に、導電性粒子にダイヤモンド粒子を含有させてなる帯電補助粒子を供給し、帯電部材と像担持体との間に帯電補助粒子を介在させた状態で、帯電部材に所定のバイアス電圧を印加して像担持体表面を帯電させる帯電方法を提供することができる。
【０１０６】
従来の帯電補助粒子は、酸化亜鉛等の金属酸化物単体、またはそれらの化合物、及びカーボンブラック等を混ぜたり、コート処理したりした樹脂等の粒子であった。これに対してダイヤモンド微粒子は、接触した対象物を負極性に帯電させる特性が強いために、良好な注入帯電特性を示すとともに、また現像器内に混入した場合でも、トナーの帯電特性が負極性であれば、大きな影響を与えない。
【０１０７】
また、硬度が高いために安定した研磨作用があり、特にクリーナレスプロセスにおいて採用した場合には、感光体表面へのトナー成分、離脱したトナーの外添剤等による固着（フィルミング）の発生を抑制することができ、感光体の交換寿命を延ばすことができる。
【０１０８】
本発明による帯電補助粒子を用いた接触帯電器により、低い印加電圧で安定した感光体の帯電が可能になる。さらに現像器内に帯電補助粒子が混入しても、現像剤の特性にほとんど影響を与えないために長期間に渡って安定した高画質が維持できる。
【０１０９】
また、感光体表面に対する研磨作用により、トナー中のワックス成分や離脱した外添剤等が感光体表面に固着するフィルミング現象を防止でき、特にクリーナレスプロセスに用いると効果的である。
【０１１０】
このように、本実施の形態によれば、注入帯電をより安定して行うことができ、さらに帯電補助粒子が現像器に混入しても微量であればトナーの帯電特性等にほとんど影響のない帯電補助粒子を使用した帯電技術を提供することができる。
【０１１１】
本発明を特定の態様により詳細に説明したが、本発明の精神および範囲を逸脱しないかぎり、様々な変更および改質がなされ得ることは、当業者には自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の実施の形態による接触帯電方式の帯電装置１を備える電子写真装置（画像形成装置）Mの構成を示す図である。
【図２】本実施の形態による帯電装置１における供給ローラ１０１と帯電ローラ１０２の位置関係の詳細を示す図である。
【図３】本実施の形態における帯電ローラ１０２の構成の詳細を示す図である。
【図４】本実施の形態における帯電ローラの他の構成の詳細を示す図である。
【図５】本実施の形態における帯電ローラの他の構成の詳細を示す図である。
【図６】本実施の形態における帯電ローラの他の構成の詳細を示す図である。
【図７】本実施の形態における帯電ローラの他の構成の詳細を示す図である。
【図８】帯電性能の比較検討結果を示す図である。
【図９】帯電性能の比較検討結果を示す図である。
【図１０】帯電性能の比較検討結果を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態による接触帯電方式の帯電装置１を備える他の電子写真装置M’の構成を示す図である。
【図１２】帯電性能の比較検討結果を示す図である。
【符号の説明】
【０１１３】
M 電子写真装置、１ 帯電装置、１０１ 供給ローラ、１０２ 帯電ローラ、１０２ａ，１０２ｂ 帯電部材、１０３ 供給バイアス電圧印加部、１０４ 帯電バイアス電圧印加部、１０５ 層厚規制ブレード、２ 露光装置、３ 感光体ドラム、４ 現像器、４０１ 現像バイアス電圧印加部、５ 転写ローラ、６ トナー回収部、７ 中間転写ベルト。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置における接触帯電方式に関し、特に帯電性能の安定化
に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像形成装置における像担持体表面の帯電方式として、放電を伴わない帯電方式である注入帯電が注目されている。
【０００３】
注入帯電は、帯電効率が優れており、例えば非接触帯電では被帯電体表面を−５００ｖに帯電させるためには、帯電器には−８００〜１２００ｖ程度のバイアスを印加する必要があったのに対して、−５００〜−７００ｖ程度しか必要がなく、パッシェンの放電の法則に準じないため、放電によるオゾンの発生も著しく少ない。
【０００４】
また近年、注入帯電を安定して行う方法として、帯電補助粒子を用いる方法が提案されている。これは、弾性ローラやブラシローラと感光体との間に帯電補助粒子を介在させることにより帯電特性を安定させるもので、一般的にトナーよりも小粒径でかつ抵抗の低い粒子を用いて、注入帯電効率を向上させる。
【０００５】
例えば、特定の発泡セルを有する帯電部材と導電性の帯電補助粒子とを組み合わせることで、注入帯電の効率を向上する例が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。ここでは帯電補助粒子は現像器中のトナーに予め外添され、導電性粒子のため転写工程では転写されずに感光体上に残る。さらに開示例は感光体クリーナを有さないクリーナレスプロセスであり、帯電部で帯電補助粒子として機能した後は現像部にて回収される。
【０００６】
また、ブラシ帯電ローラに帯電補助粒子を適用した例が開示されている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００７】
この例は、ブラシに予め帯電補助粒子を含ませておく方式で、帯電補助粒子はトナー中には予め外添されていない。また感光体クリーナもついている構成であるが、帯電補助粒子の抵抗は、やはりトナーよりも低く設定されており、帯電補助粒子により注入帯電を行うものである。
【特許文献１】特開２００５−３２６６５９号公報
【特許文献２】特開２００５−９９５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、帯電補助粒子を用いた例はいくつか提案されてはいるが、未だに以下のような課題がある。
【０００９】
（１）いずれも注入帯電自体の帯電性能が不十分で、ハーフトーン画像等を印字すると帯電ムラによる筋ムラが発生する場合がある。
【００１０】
（２）導電性粒子を予めトナーに外添する方式では、帯電補助粒子によりトナー帯電特性が悪化してしまい、帯電補助粒子がない場合に比べると高画質な画像を得ることができない。
【００１１】
（３）トナーに帯電補助粒子を混ぜない方式においても、帯電器からは必ず帯電補助粒子が微量ではあるが放出されるため、現像器中に混入してトナーの帯電特性を悪化させる。これにより長期間使用すると画質が悪化してしまう。
【００１２】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、接触帯電方式を採用する画像形成装置において安定的な帯電性能を実現することのできる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するため、本発明の一態様に係る帯電装置は、所定のバイアス電圧を印加され、像担持体の像担持面を帯電させるために該像担持面に当接する帯電部材と、前記帯電部材における前記像担持面に当接する部分に、導電性粒子にダイヤモンド粒子を含有させてなる帯電補助粒子を供給する粒子供給部とを備えてなることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る画像形成装置は、上述のような構成の帯電装置と、アモルファスシリコンを含有する材料もしくは連鎖重合性官能基を有する正孔輸送性材料により形成され、トナー像を担持する像担持体とを備えてなることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の一態様に係る帯電方法は、像担持体の像担持面を帯電させるために該像担持面に当接する帯電部材における前記像担持面に当接する部分に、導電性粒子にダイヤモンド粒子を含有させてなる帯電補助粒子を供給し、前記帯電部材と前記像担持体との間に前記帯電補助粒子を介在させた状態で、前記帯電部材に所定のバイアス電圧を印加して前記像担持体表面を帯電させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
以上に詳述したように本発明によれば、接触帯電方式を採用する画像形成装置において安定的な帯電性能を実現することのできる技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態による接触帯電方式の帯電装置１を備える電子写真装置（画像形成装置）Mの構成を示す図である。
【００１９】
感光体ドラム（像担持体）３は直径３０ｍｍの円筒形状であり、図示矢印方向へ回転可能に設けられている。感光体ドラム３の周囲には回転方向に沿って以下のものが配置されている。まず帯電装置１が、感光体ドラム３の表面（像担持面）に対向して設けられている。この帯電装置１は、接触帯電方式により、感光体ドラム３を一様に負（−）帯電させる。感光面の移動方向における帯電装置１よりも下流側には、帯電した感光体ドラム３を露光装置２により露光して静電潜像を形成する露光位置が設定されている。また、感光面の移動方向における露光位置よりも下流側の所定の現像位置には現像剤を収容し、この現像剤で露光装置２により形成された静電潜像を反転現像する現像器４が設けられている。現像器４では、現像バイアス電圧印加部４０１により所定の現像バイアス電圧が現像ローラに印加されている。
【００２０】
さらに、感光面の移動方向における現像位置よりも下流側には、感光体ドラム３上に形成されたカラートナー像を中間転写ベルト７に１次転写させる所定の１次転写位置が設定されている。上記１次転写位置にて、転写バイアス電圧印加部５０１により所定の転写バイアス電圧が印加される転写ローラ５が中間転写ベルト７を感光体ドラム３へ向けて押圧している。１次転写位置にて中間転写ベルト７上にカラー画像が形成されると、中間転写ベルト７上に形成された現像剤像は、不図示の２次転写位置で、搬送されてきた用紙に一括転写される。感光面の移動方向における感光体ドラム３と中間転写ベルト７との当接位置（１次転写位置）よりも下流側には、感光体ドラム３の感光面上に残留している転写残トナーを回収するトナー回収部６が設けられている。
【００２１】
続いて、本実施の形態による帯電装置１の詳細について説明する。本実施の形態による帯電装置１は、供給ローラ１０１、帯電ローラ１０２、供給バイアス電圧印加部１０３、帯電バイアス電圧印加部１０４および層厚規制ブレード１０５を備えている。
【００２２】
帯電ローラ（帯電部材、帯電手段）１０２は、回転可能に支持されるローラであり、帯電バイアス電圧印加部１０４により所定の帯電バイアス電圧を印加され、感光体ドラム３の感光面を帯電させるために該感光面に当接する。
【００２３】
供給ローラ１０１は、回転可能に支持されるローラであり、供給バイアス電圧印加部１０３により所定の供給バイアス電圧を印加され、帯電ローラにおける感光面に当接する部分に、導電性粒子にダイヤモンド粒子（所定の負の電気陰性度を有する粒子）を含有させてなる帯電補助粒子を供給する。ここでは、供給ローラ１０１および供給バイアス電圧印加部１０３が、粒子供給部（粒子供給手段）に相当する。
【００２４】
このように、バイアスが印加された帯電ローラと感光体ドラム３の感光面との間に帯電補助粒子を介在させる構成とすることにより、感光体ドラム３の感光面の帯電効率を向上させることができる。
【００２５】
図２は、本実施の形態による帯電装置１における供給ローラ１０１と帯電ローラ１０２の位置関係の詳細を示す図である。
【００２６】
同図に示すように、本実施の形態では、供給ローラ１０１は、帯電ローラ１０２に近接する部分において、供給ローラ１０１のローラ面と帯電ローラ１０２のローラ面とが同方向（いわゆるＷｉｔｈ方向）に移動するように回転駆動されている。このように、供給ローラ１０１と帯電ローラ１０２とをＷｉｔｈ方向に回転させることにより、両ローラ間での摩擦による帯電ローラの劣化を抑制し、供給ローラ１０１および帯電ローラ１０２の耐久性を向上させることができる。
【００２７】
なお、供給ローラ１０１は帯電ローラ１０２に対して、従動で回転させてもよいし、０．５〜３倍程度の周速差を設けてもよいが、供給ローラ１０１および帯電ローラ１０２の耐久性を向上させるために、帯電ローラ１０２と供給ローラ１０１とは周速が略等しくなるように回転駆動するようにしてもよい。
【００２８】
後述のように、供給ローラ１０１のローラ面の水に対する接触角は、帯電ローラ１０２のローラ面の水に対する接触角よりも大きく設定されているため、帯電補助粒子は供給ローラ１０１から帯電ローラへと移行し易い。このように、両ローラの接触角を大きく異ならせた場合、供給ローラ１０１から帯電補助粒子が離脱し易くなるため、供給ローラ１０１から帯電ローラ１０２への帯電補助粒子の搬送は、極力重力に逆らわないようにすることが望ましい。また、供給ローラ１０１を帯電ローラ１０２に対して高すぎる位置に配置すると、装置全体としての省スペース化の妨げになる場合がある。
【００２９】
そこで、供給ローラ１０１の回転軸１０１ｒは、高さ方向において、帯電ローラ１０２の回転軸１０２ｒよりも高く、帯電ローラ１０２の外周面の最高到達位置１０２ｍよりも低い位置（図２中の範囲Ｈ内）に配置されている。
【００３０】
なお、ここでは、供給ローラ１０１の半径をＲｓとし、帯電ローラ１０２の半径をＲｔとするとき、Ｒｔ／Ｒｓが１〜１．６の範囲内となるように設定されている。
【００３１】
また、供給ローラ１０１のローラ面と帯電ローラ１０２のローラ面とが近接する位置における両ローラ面間の間隔をＧとし、帯電補助粒子の直径をＴｄとするとき、
Ｇ≦２×Ｔｄ
に設定されている。
【００３２】
供給ローラ１０１と帯電ローラ１０２とが離れすぎていると、帯電補助粒子の層を適切な層厚で形成することができないが、上述のような構成とすることにより、帯電補助粒子の薄層を帯電補助粒子の直径の２倍以下の層厚で形成することができる。帯電ローラと供給ローラとは、接触していても構わない。ただし、当接圧力が高いと、歪みや耐久性の観点で問題が生ずる。よって、帯電ローラと供給ローラは、できるだけ近接させた状態としたいが、上記式に示す範囲よりも離すことは好ましくないので、両ローラの偏心等を考慮して接触状態から上記式の条件が維持されるように調整される。
【００３３】
図３は、本実施の形態における帯電ローラ１０２の構成の詳細を示す図である。同図に示すように、本実施の形態での帯電ローラ１０２は、導電性のシャフト（回転軸）の周りに導電性ウレタン等からなる弾性層を有し、さらに弾性層の外側に表面層として、導電性を有する樹脂やエラストマーからなる層を有している。
【００３４】
具体的に、弾性層の材料としては、合成ゴム及び熱可塑性エラストマーのようなエラストマーならばどのようなものを用いてもよい。樹脂としては、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ブチラール樹脂、スチレン−エチレン・ブチレン−オレフィン共重合体（ＳＥＢＣ）およびオレフィン−エチレン・ブチレン−オレフィン共重合体（ＣＥＢＣ）等が挙げられる。また、エラストマーとしては、合成ゴム及び熱可塑性エラストマーが挙げられ、例えば、合成ゴムとしては、天然ゴム（加硫処理等）、エピクロルヒドリンゴム、ＥＰＤＭ、ＳＢＲ、シリコーンゴム、ウレタンゴム、ＩＲ、ＢＲ、ＮＢＲおよびＣＲ等が挙げられる。熱可塑性エラストマーとしては、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、フッ素ゴム系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー、エチレン酢酸ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリ塩化ビニル系熱可塑性エラストマーおよび塩素化ポリエチレン系熱可塑性エラストマー等を挙げることができる。これらの材料は、単独または二種類以上を混合してもよく、共重合体であってもよい。
【００３５】
また、これらの弾性材料を発泡成形した発泡体を弾性材料として用いてもよい。好ましくは、帯電部材と感光体とのニップを確保するため、弾性層材料には、合成ゴム材料を用いるのがよいといえる。
【００３６】
弾性層の導電性は、上記の弾性材料中にカーボンブラック、導電性金属酸化物、アルカリ金属塩及びアンモニウム塩等の導電剤を適宜添加することにより、１０ｅ８Ω・ｃｍ未満に調整されることが好ましい。弾性層の導電性が１０ｅ８Ω・ｃｍ以上であると、帯電部材の帯電性能が低くなり、被帯電体を均一に帯電する帯電均一性が低下する。この場合には、帯電ムラとなって画像不良が発生してしまうことが多い。また、弾性層の弾性や硬度は、軟化油、可塑剤等の添加及び上記弾性材料を発砲させることにより調整される。
【００３７】
続いて表面層材料であるが、基本的に樹脂及びエラストマーならばどのようなものを用いてもよく、本実施の形態における弾性層と同様なものが使用可能である。
【００３８】
さらに、表面層においては各種導電性微粒子を添加し、その体積抵抗率を所望の値に調整してもよい。導電性微粒子としては、前述したようなものが使用でき、二種類以上併用してもよい。またさらに、表面性の制御及び補強性の向上を目的として、酸化チタン等の微粒子を用いることができる。更に、表面層には離型性物質を含有させてもよい。表面層の抵抗は１０ｅ４〜１０ｅ１４Ω・ｃｍ程度までのものが使用可能である。従来では、表面層の抵抗は弾性層以上の抵抗値でないと感光体リークが発生しやすいとわれているが、本実施の形態では注入帯電により帯電を行い、印加電圧が従来に比べて極端に下がるため、表面層の抵抗が低くてもリークが発生しにくくなる。
【００３９】
なお、帯電ローラの構成は上述のような構成に限られるものではなく、弾性層と表面層の間にさらに抵抗層等を設けた三層構造であってもよいし、さらに多層構成でもよい。
【００４０】
また、帯電ローラを図４に示すようなローラ形状とし、特に表面層を設けずに、支持体上に弾性層を設けるのみの構成の帯電部材１０２ａとしてもよい。
【００４１】
もちろん、帯電部材の形状はローラ形状に限るものではなく、図５に示すようなベルト状の帯電部材１０２ｂとすることもできる。
【００４２】
この他、要求される性能や配置スペース等に応じて、図６に示すようなブレード状の帯電部材１０２ｃとしてもよいし、図７に示すようなブラシローラ形状の帯電部材１０２ｄとしてもよい。
【００４３】
帯電補助粒子を帯電ローラ１０２に供給する手段は、例えば供給ローラ１０１に層厚規制ブレード１０５を設けたタイプのもので、供給ローラ１０１上に帯電補助粒子の均一な層を設けた上で、帯電ローラ１０２と接触することにより、帯電ローラ１０２上に帯電補助粒子が供給されるようになっている。帯電ローラ１０２の表面は上述したような表面層を設けてあるが、その表面エネルギーを感光体表面よりも低くすることで、帯電補助粒子は感光体ドラム３へ移動することはなくなる。さらに帯電補助粒子を帯電ローラ１０２に供給する供給ローラ１０１表面の表面エネルギーを帯電ローラ１０２よりも高くすることで、帯電ローラ１０２上への帯電補助粒子の安定した供給ができる。
【００４４】
回転方向は特に限定はされないが、帯電ローラ１０２と感光体ドラム３との周速差は、好ましくは従動ではなく、別駆動としたうえで、Ｗｉｔｈ方向であれば、感光体の周速の１．１〜４倍の周速に設定したほうがよい。等速または遅い場合でも効果はあるが、注入帯電の安定性という観点では、帯電ローラ１０２の周速は速い方が好ましい。ただし、４倍以上に設定すると、帯電補助粒子が離脱しやすくなる傾向がある。
【００４５】
感光体ドラム３と帯電ローラ１０２とが当接する部分において、感光体ドラム３の感光面と帯電ローラ１０２のローラ面とが逆方向（いわゆるＡｇａｉｎｓｔ方向）に移動するように回転駆動する場合、帯電ローラの周速は感光体ドラムの周速の０．５〜３倍程度とすることが好ましい。０．５倍未満では注入帯電の安定性が不安定になるおそれがあり、３倍を超えるほど速いと帯電補助粒子が離脱しやすくなるためである。
【００４６】
本実施の形態では、帯電ローラ１０２には帯電バイアス電圧印加部１０４により−４００〜−１１００ｖの直流バイアス電圧が印加され、ダイヤモンド微粒子を含んだ帯電補助粒子の抵抗値としては１×１０ｅ２〜１×１０ｅ１２Ω・ｃｍのものが使用される（より望ましくは１×１０ｅ３〜１×１０ｅ８Ω・ｃｍである。）。抵抗が低い場合は、上記したような表面エネルギーの関係によって帯電ローラ１０２上に留まり、また抵抗がある程度高い領域になると、粒子自体が、ダイヤモンド微粒子の特徴である負極性の電子供与性の強さゆえに、粒子自身が正極性に帯電する確立が低いために、帯電ローラ１０２表面に留まることができる。
【００４７】
なお、粒子の電気抵抗の測定は、金属の電極上に、厚さ１ｃｍの絶縁性の板に円柱状に１ｃｍ2の穴をあけてくり抜いた冶具を貼り付け、その穴に微粒子を入れる。そこに穴とほぼ同径の重り兼電極を乗せて、１ｋｇの荷重をかけた状態で、２５０ｖを印加して抵抗を測定して行った。
【００４８】
なお、帯電ローラ１０２に代表される帯電部材に印加するバイアス電圧はＤＣ電圧のみに限定する必要はなく、ＡＣ電圧を重畳することもできる。特に放電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を印加することで、帯電補助粒子がない状態でも放電により均一帯電できることは既に知られているが、このようなバイアス電圧を印加しても、放電は若干発生するものの、安定した帯電性能が得られる。
【００４９】
続いて、本実施の形態で使用する帯電補助粒子の製造方法について説明する。帯電補助粒子は、以下のような方法により作成した。
【００５０】
（１）外添
ダイヤモンド微粒子は、１次粒子径が公称３−１０ｎｍのクラスターダイヤモンドを用いた。ダイヤモンド微粒子は、例えば株式会社ニューメタルエンドケミカルスのものが使用できる。形状は球状のものがよい。ダイヤモンド粒子は通常、爆破法によって製造されるため不純物が多く、さらに粒径分布も比較的ブロードになる。そこでまずは以下のような精製処理を行った。
【００５１】
まず熱濃硫酸処理として、２５０〜３５０℃で濃硝酸と濃硫酸の混合液にて２時間洗浄し、続いて希塩酸処理として１５０℃にて１時間洗浄処理した。その後に常温状態でフッ酸により１時間洗浄して不純物をなくした。
【００５２】
その後に、純粋とアルコールの混合溶液に分散させて、コロイド溶液とし、遠心分離機によって処理して上澄み液を抽出し、さらに乾燥させて粉末状態とした。
【００５３】
以上のようにして精製したダイヤモンド微粒子は、平均粒径が２次粒径を含めても１００ｎｍ以下であり、これを例えば導電性酸化亜鉛粒子（導電性粒子）（平均粒径１．２μｍ、比抵抗 約１×１０ｅ３Ω・ｃｍ）１００質量部に対して１〜１０質量部、外添処理した。その結果、帯電補助粒子としての比抵抗は、１×１０ｅ４〜１×１０ｅ６Ω・ｃｍとなった。
【００５４】
（２）内添
また、上記の他に、帯電補助粒子をポリエステルやスチレン−アクリル共重合体等の樹脂に、カーボンブラック、及びダイヤモンド微粒子を入れて、混錬、粉砕して作成することもできる。
【００５５】
この方法では、ダイヤモンド微粒子は樹脂ベースに、他の導電剤とともに分散されているため、帯電補助粒子から容易に離脱することがない。実験では、ポリエステル樹脂にカーボンブラック、およびダイヤモンド微粒子を分散させ、そのカーボンブラックの量と粉砕条件をかえることにより、平均粒径が１μｍ、比抵抗が１×１０ｅ４Ω・ｃｍ〜１×１０ｅ６Ω・ｃｍの帯電補助粒子を作成した。なおダイヤモンド微粒子の添加量は（１）の試料と同じ抵抗のときはダイヤモンド微粒子が同じ添加量になるようにそれぞれ調整して作成した。
【００５６】
＜比較例＞
比較例としては、ダイヤモンド微粒子を外添、または内添しない（１），（２）と同様な方法によるサンプルを作成した。
【００５７】
このとき酸化亜鉛粒子については抵抗値をそろえて比較するため、ダイヤモンド微粒子を外添しない状態でも抵抗が１×１０ｅ４Ω・ｃｍのものを用いた。
【００５８】
感光体は負帯電の有機感光体を使用した。
【００５９】
感光体は、例えば直径３０ｍｍのアルミニウム性のドラム上に、アルミニウム基層側から順に第１層は下引き層、第２層は正電荷注入防止層、第３層は電荷発生層、第４層は電荷輸送層という構成になっている。これは一般的な機能分離型の有機感光体であるが、本質的に本発明の構成を限定するものではなく、単層型の有機、ＺｎＯ、セレン、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等の感光体を使用することも可能である。
【００６０】
従来の注入帯電では、さらに第５層として電荷注入層を設けるのが一般的である。電荷注入層は、例えば光硬化性のアクリル樹脂にＳｎＯ2 超微粒子を分散したものがあげられ、具体的には、アンチモンをドーピングし、低抵抗化した平均粒径約０．０３μｍのＳｎＯ2 粒子を樹脂に対する重量比で５：２の割合で分散したもの等が開示されている。実際には導電性であるＳｎＯ2 の分散量で電荷注入層の体積抵抗値は変化し、画像流れをおこさない条件を満足するために、電荷注入層の抵抗値は１×１０ｅ８Ωｃｍ〜１０ｅ１５Ωｃｍが望ましいとされ、本実施例の比較例の感光体としては、電荷注入層の体積抵抗値が１×１０ｅ１２Ωｃｍのものを用いた。電荷注入層の抵抗値は、絶縁性のシート上に電荷注入層を塗布し、これを三菱油化製のハイレスタで印加電圧１００Ｖにて測定した。
【００６１】
このようにして調合した塗工液をディッピング塗工法にて厚さ約３μｍに塗工して電荷注入層とし、比較例の感光体として、
感光体Ａ： 電荷注入層を有さない第４層までの有機感光体
感光体Ｂ： 感光体Ａの上に上述した電荷注入層を設けた有機感光体
を使用した。
【００６２】
以上のようなサンプルを用い、帯電部材に−５００〜−１１００Ｖの直流バイアスを定電圧制御にて印加した。
【００６３】
印加電圧は、ハーフトーン等が、平均して一定の反射濃度になるように適宜調整した。
【００６４】
図８は、上述のような各条件における帯電性能の比較検討結果を示す図である。
【００６５】
実験は、図１に示すような実験装置において、連続印字試験を実施した。帯電ローラ１０２は、ギヤ駆動し、感光体当接部に対してＷｉｔｈ方向に２倍の速度差を与えて実験を実施した。
【００６６】
帯電補助粒子は、供給ローラ１０１を帯電ローラ１０２に接触させて帯電ローラ１０２のローラ面に塗布した。供給ローラ１０１は、当接部において帯電ローラ１０２とＷｉｔｈ方向に等速で駆動され、層厚規制ブレード１０５として厚さ０．２ｍｍの金属（ＳＵＳ）製のブレードを当接させた。供給ローラ１０１の水との接触角は９０°で、帯電ローラ１０２表面は７５°、感光体表面は９０°であった。水との接触角の測定は、それぞれの試料表面に純水を注射器にて滴下し、常温環境（２１℃５０％）にて１０秒後の接触角を顕微鏡にて測定した。
【００６７】
画像の評価方法は、Ａ３サイズ用紙の全面に６００ｄｐｉの多値スクリーンによるスクリーン線数が２１２線のハーフトーン画像３種類（画像濃度：約０．３，０．５，０．８）、全面白地画像、および全面黒字（ベタ）画像を印字して、目視により帯電ムラによる画像筋や、感光体のピンホールに起因する画像欠陥を確認した。
【００６８】
手順としては、帯電器が初期の状態で画像確認した後に、紙を通紙しない状態で、４％の印字率の文字チャートを感光体上に現像し、感光体クリーナにて回収する動作をＡ４サイズの紙で１０，０００枚相当実施し、その後に紙を通して、上記したような画像確認を行う。画像上に不具合が発生しない組み合わせに関しては、その試験を繰り返して、積算で７０，０００枚相当の試験を行った。
【００６９】
図８では、帯電ムラによる筋が発生した場合は、「ａ」と記載し、感光体にリークが発生してピンホールに起因する画像欠陥の場合は「ｃ」と記載した。特に「ａ」については、発生した状態で目視にてレベルを１〜３段階に分けて評価した。ここでレベル１、およびレベル２は、事実上ほとんど目立たないレベルであり試験を続行し、「レベル３」ではいわゆる画像欠陥で、寿命等によりユーザがＮＧとするレベルであり、その段階で試験を打ち切った。それぞれのレベルは、感光体のピンホールや露光障害等の局所的な欠陥を除いた画像上の反射濃度の最大値と最小値の差（ΔＩＤ）が０．３以上あるか、もしくは目視で明らかに筋が目立つような場合をレベル３とした。ΔＩＤが、０．１５＜ΔＩＤ＜０．３の場合でかつ、目視で許容できる場合はレベル２とした。また、よく見ると筋はあるがΔＩＤ＜０．１５の場合はレベル１とし、目視にて帯電ムラによる筋が判別できない場合は○である。それぞれ表中では、「ａ１」「ａ２」「ａ３」というように記載した。また、ピンホールの「ｃ」については、わずかでも目視にて確認できるレベルで発生していればＮＧとしてそこで試験を打ち切った。
【００７０】
試験Ｎｏ．１〜６は、ダイヤモンド微粒子を外添した場合の結果である。
【００７１】
試験Ｎｏ．１〜３は、感光体Ａ（電荷注入層あり）での結果であり、７０，０００枚に渡って良好な画像が得られた。また試験Ｎｏ．４〜６は、感光体Ｂ（電荷注入層なし）を使用したもので、すべて初期から帯電ムラ（筋状）が発生したものの許容できないレベルではなく、その後も７０，０００枚に渡ってその状態を維持することができ、結果的には７０，０００枚の試験をクリアした。
【００７２】
一方、試験Ｎｏ７，８のダイヤモンド微粒子を含まない例では、感光体Ａ（電荷注入層あり）との組み合わせ（Ｎｏ．７）においても、初期から若干の筋が発生しており、さらに感光体Ｂ（電荷注入層なし）との組み合わせで（Ｎｏ．８）は、初期から均一な帯電ができない状態であった。試験Ｎｏ．７においても、試験を継続すると画質が徐々に悪化し、５０，０００枚後にＮＧとなってしまった。そしてこのとき、現像器を新しいものに交換したところ、画質は初期とほぼ同等のレベルにまで回復した。
【００７３】
すなわち、ダイヤモンド微粒子を含まない帯電補助粒子を使用すると、現像器内の現像剤の性能が劣化してしまい、それが画質の劣化を招いており、これに対してダイヤモンド微粒子を含む帯電補助粒子では、このような劣化が発生していないことがわかる。
【００７４】
上記のような結果は、ダイヤモンド微粒子を内添した場合にも同様であり、試験Ｎｏ．９〜１４に示すように、感光体Ａ（電荷注入層あり）での結果（Ｎｏ，９〜１２）では７０，０００枚に渡って良好な画像が得られた。また試験Ｎｏ．１３〜１４は、感光体Ｂ（電荷注入層なし）を使用したもので、すべて初期から帯電ムラ（筋状）が発生したものの許容できないレベルではなく、その後も７０，０００枚に渡ってその状態を維持することができ、結果的には７０，０００枚の試験をクリアした。
【００７５】
一方、試験Ｎｏ１５，１６のダイヤモンド微粒子を含まない例では、感光体Ａ（電荷注入層あり）との組み合わせ（Ｎｏ．１５）においても、初期から若干の筋が発生しており、さらに感光体Ｂ（電荷注入層なし）との組み合わせで（Ｎｏ．１６）は、初期から均一な帯電ができない状態であった。そして、やはり試験Ｎｏ．１５においても、試験を継続すると画質が徐々に悪化し、５０，０００枚後に許容できないレベルになってしまった。そしてこのとき、現像器内の現像剤を新しいものに交換したところ、画質は初期とほぼ同等のレベル（ａ１）にまで回復した。
【００７６】
図９における試験Ｎｏ．１７〜２５は、帯電補助粒子を外添した実施例において、帯電ローラ１０２の回転速度を変えて検討した結果である。帯電補助粒子は試験Ｎｏ．５と同じものを用い、感光体は電荷注入層のないＢタイプを用いた。
【００７７】
これによると、帯電ローラ１０２の回転方向が感光体とＷｉｔｈ方向の場合は、感光体に対して１．１〜３倍まで相対的に速く設定した場合は、すべて同様な性能が得られている。また試験Ｎｏ．２１のように相対的に遅くした場合でも同様な性能が得られている。しかし１．０倍または従動方式では、従来の帯電補助粒子を用いた場合と比較すれば、もちろん改善はされているものの、周速差を与えた場合に比べると、帯電ムラのレベルが悪くなっていることがわかる。また感光体に対してＡｇａｉｎｓｔ方向については、０．５〜３倍程度までＷｉｔｈ方向のときと同様に良好な性能が得られていることがわかる。これらのことから、帯電ローラは、帯電ローラのローラ面が感光体の感光面に対して所定の速度差をもつように回転駆動されることが好ましいと言える。
【００７８】
また、試験Ｎｏ．２５では、帯電ローラではなくブラシローラを使用した（図７を参照）。
【００７９】
ブラシローラは、ナイロン（ＵＵＮ）製のものを用い、繊維の太さは０．５〜１０デシテックスのものが使用できるが、ここでは２デシテックスのものを用い、感光体当接部においてＷｉｔｈ方向に２倍の速度で回転させ、ブラシローラの場合も弾性ローラの場合と同様に、試験Ｎｏ．５と同様な帯電補助粒子を供給ローラ１０１を用いて供給した。これによれば、帯電ローラのときと同様な結果であり７０，０００枚の試験をクリアしており、帯電部材にブラシローラを用いても同様の効果が得られることがわかる。
【００８０】
次に図１０は、帯電補助粒子の供給ローラ表面と、帯電ローラ表面、および感光体表面の表面エネルギーをかえて検討した結果である。表面エネルギーは水との接触角を測定することで相対的な比較が可能であり、それぞれの測定結果とライフ試験結果を示した結果である。帯電補助粒子は試験Ｎｏ．５と同様なものを使用し、感光体との周速差は当接部においてＷｉｔｈ方向で２．０倍、感光体は電荷注入層のないＢタイプとした。
【００８１】
試験Ｎｏ．５に対して、帯電ローラ表面の表面エネルギーが若干低い試験Ｎｏ．２６では、順列自体に変化はないために試験Ｎｏ．５と同様な性能が得られた。しかし供給ローラの接触角が帯電ローラよりも小さい（表面エネルギーが低い）場合は供給ローラから帯電ローラ側へ良好な帯電補助粒子の供給ができないために、性能が悪化している。また、感光体表面の接触角が帯電ローラ表面よりも小さい試験Ｎｏ．２９，３０（表面エネルギーが低い）では、帯電ローラから感光体へ帯電補助粒子が移動してしまうため、帯電性能の悪化が激しいことがわかる。
【００８２】
このように、
感光体表面の水との接触角＞帯電ローラ表面の水との接触角
であって、
帯電ローラ表面の水との接触角＜帯電補助粒子供給ローラ表面の水との接触角
という条件を満たしていることが好ましく、特に前者の影響が大きいことがわかる。
【００８３】
以上のように、本発明の帯電補助粒子を用いた帯電装置により、従来と比較して帯電効率が格段に向上することが見出された。また、現像器中に混入しても現像剤の特性を悪化させないため、長期にわたって安定した画質を保証することができるようになることが証明された。
【００８４】
この効果は、帯電補助粒子を予めトナーに混ぜて使用した場合においても同様である。すなわち、現像剤中に予め所定量の補助粒子を入れておいても、従来の補助粒子と比較して現像剤自体の帯電特性等に影響を与えないため、初期から高画質な画像が達成できることは明らかであると言える。
【００８５】
さらに上記したような帯電補助粒子の特性は、ダイヤモンド微粒子の特性故に得られたものであり、ダイヤモンド粒子単独で帯電補助粒子として使用しても同様な効果が得られることはいうまでない。ただしダイヤモンド微粒子単体では比抵抗の調整に限界があるため、本実施例では、外添や内添処方を施した。最近ではダイヤモンド微粒子にも不純物の混入具合により、さまざまな比抵抗の粒子が入手可能になっており、比抵抗が１×１０ｅ１２Ω・ｃｍ以下のものであれば、単体でも使用可能である。
【００８６】
また、それ以外の効果として、特にクリーナレスプロセスに用いた場合に、感光体を安定して研磨することで、感光体表面へのトナーや外添剤の固着現象を防止する効果が期待できる。次に、これについての検証実験について説明する。
【００８７】
実験には図１１のようなプロセス構成の画像形成装置Ｍ’を用いた。感光体クリーナをなくし、その位置に、撹乱バイアス電圧印加部６０１’によりＤＣ＋６００ｖの撹乱バイアス電圧を印加される固定型のブラシ６’を配置した。このブラシ６’は転写されずに感光体上に残存した残転写トナーのパターンを撹乱したうえで、トナーの帯電極性を安定して＋方向に揃えるためのもので、繊維長さは４ｍｍ、太さは４デシテックス、ナイロン製のものを用いている。抵抗は１×１０ｅ４〜１０ｅ７Ωｃｍで、これはブラシを金属板に５００ｇの荷重で押し当て状態で３００ｖを印加して、そのときの電流値から測定した値である。
【００８８】
このような装置構成では、残転写トナーは、ブラシによりプラス帯電となり、帯電ローラに付着する。ここで、本実施の形態の帯電ローラ１０２は、帯電補助粒子を介して感光体に接触しており、これにより注入帯電特性に優れることで、トナーを短時間で速やかに正規の帯電極性であるマイナス極性に帯電させ、感光体上に吐き出す。
【００８９】
そして吐き出されたトナーは現像器４にて、非画像部では現像器４内に回収され、画像部はそのまま現像画像として感光体ドラム３上に残る。ここで、通常の帯電補助粒子では、残転写トナーをすみやかにマイナス帯電にすることができないために、帯電ローラ１０２が汚れて、帯電性能が低下するが、本実施の形態における帯電補助粒子ではそのようなことがない。
【００９０】
また、クリーナレスプロセスでは、クリーナブレードがなく、感光体を削る部材がないため、トナーや離脱した外添剤が感光体に固着する、いわゆる「感光体フィルミング」が発生しやすくなるが、本実施の形態による帯電補助粒子を用いることで、ダイヤモンド微粒子が感光体表面を安定して研磨するため、フィルミングが発生しにくくなる。
【００９１】
評価は、先の試験と同様な方法で実施したが、クリーナつきの場合は、紙を使わずに試験したのに対して、今回はクリーナがないので、紙を使用して実際に通紙試験を実施して行った。
【００９２】
評価項目については、これまでの「ａ」「ｃ」に加えて、フィルミングによる画像欠陥の「ｂ」を追加した。これは先の試験と同様なハーフトーンや白地、ベタ画像を印字して、筋や白点が発生した際に、感光体表面を目視確認し、画像に対応する位置に、付着物が認められた場合はフィルミング「ｂ」とした。この場合も、筋や白点が認められるものの許容できるレベルのものを「ｂ１」「ｂ２」とし、許容できないレベルを「ｂ３」とし記載した。
【００９３】
また、感光体の膜削れ量も測定した。膜削れ量はケット電子製の渦電流式の膜厚計により測定した。任意な位置をかえて３０回測定してセンターから２０回分の平均値を膜厚とし、初期状態の感光体からどれだけ削れたかを測定した。
これらの結果を図１２に示す。
【００９４】
従来例の酸化亜鉛のみの帯電補助粒子では、感光体のＡ（電荷注入層あり）と組み合わせにおいても、初期からａ１レベルであるが、さらにおよそ１０，０００枚後にフィルミングが発生して「ｂ１」レベルとなった。さらに２０，０００枚後には、筋、フォルミングとも進行し、レベル２となり、３０，０００枚後には許容できないレベルになった。
【００９５】
これに対して、本発明の帯電補助粒子を用いた帯電ローラの場合は、試験Ｎｏ．３３，３４に示すように、どちらの感光体のタイプにおいても５０，０００枚後でも許容できないレベルにまでは至らなかった。
【００９６】
感光体の膜削れ量についても、試験Ｎｏ．３４では、ブレードクリーナー使用時（試験Ｎｏ．５、表中最下段）に比べて、約半分の値でおさまっている。このように本実施の形態によれば、クリーナレスプロセスを用いた場合においても、帯電器が汚れにくく、さらにクリーナレスプロセス本来の目的である感光体を大きく削ることなく、感光体フィルミングをも防止することができる。
【００９７】
このような効果は、特に感光体表面が削れにくい材料を用いた場合に顕著になる。耐久性の高い感光体としてはａ−Ｓｉを主成分とする無機感光体や、連鎖重合性官能基を有する正孔輸送性材料を有するものを使用すると、感光体の表面硬度が高くキズがつきにくくなり、感光体の長寿命化が達成される。このような感光体を用いた際、本発明の帯電補助粒子を用いると、感光体自体はほとんど削れずに、固着するトナー成分を安定して感光体から除去して感光体フィルミングを防止することができる。
【００９８】
図１２の試験Ｎｏ．３５，３６にそれぞれの感光体を用いた場合の試験結果を示す。今回の試験はすべて電荷注入層を設けていないために、初期からａ１レベルではあるが、安定した注入帯電が可能であり、さらに感光体がほとんど削れない状態で５０，０００枚の試験をクリアしていることがわかる。
【００９９】
なお、本実施の形態による画像形成装置では、感光体ドラム３と、帯電装置１および現像器４のうち少なくともいずれかとがプロセスユニットＵとして一体的に支持されており、画像形成装置１本体に対して着脱自在となっている。
【０１００】
図１に示すように、本実施の形態では、一例として、プロセスユニットＵは、感光体ドラム３と、帯電装置１と、現像器４とを備えている。もちろん、プロセスユニットＵの構成は、画像形成装置におけるスペースの制約や部品の配置等に応じて、上記以外の他の部分を含ませる構成とすることもできる。
【０１０１】
また、上述の実施の形態では、感光体に形成されたトナー像を一時的に中間転写ベルトに転写する中間転写方式である画像形成装置を例に挙げたが、これに限られるものではなく、感光体に形成されたトナー像を一時的に中間転写ローラに転写する他の中間転写方式や、感光体上に形成されたトナー像をシートに対して直接転写する直接転写方式であってもよい。
【０１０２】
また、トナー像の現像方式についても、１回転する中間転写体に対して複数色分のトナー像を一度に形成するいわゆる４連タンデム方式や、４回転する中間転写体に対して各色のトナー像を順次形成してゆく４回転中間転写方式などが採用可能である。
【０１０３】
また、上述の実施の形態では、帯電部材に対して供給ローラによって帯電補助粒子を供給する構成（供給ローラによって帯電ローラ表面に帯電補助粒子を供給し、帯電ローラ自体によって帯電補助粒子を帯電位置まで搬送する構成）を例に挙げたが、これに限られるものではなく、特に図６に示したような構成においては、オーガやローラ等の搬送手段を用いて、帯電部材と感光体ドラムとが当接する位置に帯電補助粒子を直接供給するようにしてもよい。
【０１０４】
例えば、帯電ローラに帯電補助粒子を供給する機構をそのまま感光体表面に当接させ、それを帯電手段（例えば、ブレード）の直前で行うことで、帯電部には帯電補助粒子が付着した感光体表面が進入することになり、帯電部において一部はとどまり、とどまらないものは通過し、いずれにせよ、帯電部において十分な帯電補助粒子が供給される。この際、帯電補助粒子の供給ローラは、特に感光体がドラム形状の場合は、接触することを考慮して、弾性ローラであることが好ましい。
【０１０５】
また、本実施の形態によれば、像担持体の像担持面を帯電させるために該像担持面に当接する帯電部材における像担持面に当接する部分に、導電性粒子にダイヤモンド粒子を含有させてなる帯電補助粒子を供給し、帯電部材と像担持体との間に帯電補助粒子を介在させた状態で、帯電部材に所定のバイアス電圧を印加して像担持体表面を帯電させる帯電方法を提供することができる。
【０１０６】
従来の帯電補助粒子は、酸化亜鉛等の金属酸化物単体、またはそれらの化合物、及びカーボンブラック等を混ぜたり、コート処理したりした樹脂等の粒子であった。これに対してダイヤモンド微粒子は、接触した対象物を負極性に帯電させる特性が強いために、良好な注入帯電特性を示すとともに、また現像器内に混入した場合でも、トナーの帯電特性が負極性であれば、大きな影響を与えない。
【０１０７】
また、硬度が高いために安定した研磨作用があり、特にクリーナレスプロセスにおいて採用した場合には、感光体表面へのトナー成分、離脱したトナーの外添剤等による固着（フィルミング）の発生を抑制することができ、感光体の交換寿命を延ばすことができる。
【０１０８】
本発明による帯電補助粒子を用いた接触帯電器により、低い印加電圧で安定した感光体の帯電が可能になる。さらに現像器内に帯電補助粒子が混入しても、現像剤の特性にほとんど影響を与えないために長期間に渡って安定した高画質が維持できる。
【０１０９】
また、感光体表面に対する研磨作用により、トナー中のワックス成分や離脱した外添剤等が感光体表面に固着するフィルミング現象を防止でき、特にクリーナレスプロセスに用いると効果的である。
【０１１０】
このように、本実施の形態によれば、注入帯電をより安定して行うことができ、さらに帯電補助粒子が現像器に混入しても微量であればトナーの帯電特性等にほとんど影響のない帯電補助粒子を使用した帯電技術を提供することができる。
【０１１１】
本発明を特定の態様により詳細に説明したが、本発明の精神および範囲を逸脱しないかぎり、様々な変更および改質がなされ得ることは、当業者には自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の実施の形態による接触帯電方式の帯電装置１を備える電子写真装置（画像形成装置）Mの構成を示す図である。
【図２】本実施の形態による帯電装置１における供給ローラ１０１と帯電ローラ１０２の位置関係の詳細を示す図である。
【図３】本実施の形態における帯電ローラ１０２の構成の詳細を示す図である。
【図４】本実施の形態における帯電ローラの他の構成の詳細を示す図である。
【図５】本実施の形態における帯電ローラの他の構成の詳細を示す図である。
【図６】本実施の形態における帯電ローラの他の構成の詳細を示す図である。
【図７】本実施の形態における帯電ローラの他の構成の詳細を示す図である。
【図８】帯電性能の比較検討結果を示す図である。
【図９】帯電性能の比較検討結果を示す図である。
【図１０】帯電性能の比較検討結果を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態による接触帯電方式の帯電装置１を備える他の電子写真装置M’の構成を示す図である。
【図１２】帯電性能の比較検討結果を示す図である。
【符号の説明】
【０１１３】
M 電子写真装置、１ 帯電装置、１０１ 供給ローラ、１０２ 帯電ローラ、１０２ａ，１０２ｂ 帯電部材、１０３ 供給バイアス電圧印加部、１０４ 帯電バイアス電圧印加部、１０５ 層厚規制ブレード、２ 露光装置、３ 感光体ドラム、４ 現像器、４０１ 現像バイアス電圧印加部、５ 転写ローラ、６ トナー回収部、７ 中間転写ベルト。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のバイアス電圧を印加され、像担持体の像担持面を帯電させるために該像担持面に当接する帯電部材と、
前記帯電部材における前記像担持面に当接する部分に、導電性粒子にダイヤモンド粒子を含有させてなる帯電補助粒子を供給する粒子供給部と
を備えてなる帯電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の帯電装置において、
前記帯電部材は、回転可能に支持される帯電ローラであり、
前記粒子供給部は、回転可能に支持される供給ローラにより前記帯電部材に前記導電性粒子を供給する帯電装置。
【請求項３】
請求項１に記載の帯電装置において、
前記供給ローラは、前記帯電ローラに近接または接触する部分において、該供給ローラのローラ面と前記帯電ローラのローラ面とが同方向に移動するように回転駆動される帯電装置。
【請求項４】
請求項１に記載の帯電装置において、
前記供給ローラの回転軸は、高さ方向において、前記帯電ローラの回転軸よりも高く、前記帯電ローラの外周面の最高到達位置よりも低い位置に配置されている帯電装置。
【請求項５】
請求項１に記載の帯電装置において、
前記供給ローラの半径をＲｓとし、前記帯電ローラの半径をＲｔとするとき、Ｒｔ／Ｒｓが１〜１．６の範囲内に設定されている帯電装置。
【請求項６】
請求項１に記載の帯電装置において、
前記供給ローラのローラ面と前記帯電ローラのローラ面とが近接する位置における両ローラ面間の間隔をＧとし、帯電補助粒子の直径をＴｄとするとき、
Ｇ≦２×Ｔｄ
に設定されている帯電装置。
【請求項７】
請求項１に記載の帯電装置において、
前記像担持体に像を形成する現像剤としてのトナーの正規の帯電極性はマイナス極性である帯電装置。
【請求項８】
請求項１に記載の帯電装置において、
前記帯電部材表面の水に対する接触角が、前記像担持体の像担持面の水に対する接触角よりも小さい帯電装置。
【請求項９】
請求項１に記載の帯電装置において、
前記帯電補助粒子は、導電性粒子にダイヤモンド粒子を外添処理してなる帯電装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の帯電装置において、
前記帯電補助粒子は、導電性粒子内にダイヤモンド粒子を分散処理してなる帯電装置。
【請求項１１】
請求項２に記載の帯電装置において、
前記供給ローラのローラ面の水に対する接触角が、帯電ローラのローラ面の水に対する接触角よりも大きい帯電装置。
【請求項１２】
請求項２に記載の帯電装置において、
前記帯電ローラは、該帯電ローラのローラ面が像担持体の像担持面に対して所定の速度差をもつように回転駆動される帯電装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の帯電装置と、
アモルファスシリコンを含有する材料もしくは連鎖重合性官能基を有する正孔輸送性材料により形成され、トナー像を担持する像担持体と
を備えてなる画像形成装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の帯電装置と、前記像担持体とが、プロセスユニットとして一体的に支持され、前記画像形成装置から着脱自在である画像形成装置。
【請求項１５】
像担持体の像担持面を帯電させるために該像担持面に当接する帯電部材における前記像担持面に当接する部分に、導電性粒子にダイヤモンド粒子を含有させてなる帯電補助粒子を供給し、
前記帯電部材と前記像担持体との間に前記帯電補助粒子を介在させた状態で、前記帯電部材に所定のバイアス電圧を印加して前記像担持体表面を帯電させる帯電方法。
【請求項１】
所定のバイアス電圧を印加され、像担持体の像担持面を帯電させるために該像担持面に当接する帯電部材と、
前記帯電部材における前記像担持面に当接する部分に、導電性粒子にダイヤモンド粒子を含有させてなる帯電補助粒子を供給する粒子供給部と
を備えてなる帯電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の帯電装置において、
前記帯電部材は、回転可能に支持される帯電ローラであり、
前記粒子供給部は、回転可能に支持される供給ローラにより前記帯電部材に前記導電性粒子を供給する帯電装置。
【請求項３】
請求項１に記載の帯電装置において、
前記供給ローラは、前記帯電ローラに近接または接触する部分において、該供給ローラのローラ面と前記帯電ローラのローラ面とが同方向に移動するように回転駆動される帯電装置。
【請求項４】
請求項１に記載の帯電装置において、
前記供給ローラの回転軸は、高さ方向において、前記帯電ローラの回転軸よりも高く、前記帯電ローラの外周面の最高到達位置よりも低い位置に配置されている帯電装置。
【請求項５】
請求項１に記載の帯電装置において、
前記供給ローラの半径をＲｓとし、前記帯電ローラの半径をＲｔとするとき、Ｒｔ／Ｒｓが１〜１．６の範囲内に設定されている帯電装置。
【請求項６】
請求項１に記載の帯電装置において、
前記供給ローラのローラ面と前記帯電ローラのローラ面とが近接する位置における両ローラ面間の間隔をＧとし、帯電補助粒子の直径をＴｄとするとき、
Ｇ≦２×Ｔｄ
に設定されている帯電装置。
【請求項７】
請求項１に記載の帯電装置において、
前記像担持体に像を形成する現像剤としてのトナーの正規の帯電極性はマイナス極性である帯電装置。
【請求項８】
請求項１に記載の帯電装置において、
前記帯電部材表面の水に対する接触角が、前記像担持体の像担持面の水に対する接触角よりも小さい帯電装置。
【請求項９】
請求項１に記載の帯電装置において、
前記帯電補助粒子は、導電性粒子にダイヤモンド粒子を外添処理してなる帯電装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の帯電装置において、
前記帯電補助粒子は、導電性粒子内にダイヤモンド粒子を分散処理してなる帯電装置。
【請求項１１】
請求項２に記載の帯電装置において、
前記供給ローラのローラ面の水に対する接触角が、帯電ローラのローラ面の水に対する接触角よりも大きい帯電装置。
【請求項１２】
請求項２に記載の帯電装置において、
前記帯電ローラは、該帯電ローラのローラ面が像担持体の像担持面に対して所定の速度差をもつように回転駆動される帯電装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の帯電装置と、
アモルファスシリコンを含有する材料もしくは連鎖重合性官能基を有する正孔輸送性材料により形成され、トナー像を担持する像担持体と
を備えてなる画像形成装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の帯電装置と、前記像担持体とが、プロセスユニットとして一体的に支持され、前記画像形成装置から着脱自在である画像形成装置。
【請求項１５】
像担持体の像担持面を帯電させるために該像担持面に当接する帯電部材における前記像担持面に当接する部分に、導電性粒子にダイヤモンド粒子を含有させてなる帯電補助粒子を供給し、
前記帯電部材と前記像担持体との間に前記帯電補助粒子を介在させた状態で、前記帯電部材に所定のバイアス電圧を印加して前記像担持体表面を帯電させる帯電方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−１７０９５４（Ｐ２００８−１７０９５４Ａ）
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８５７６６（Ｐ２００７−２８５７６６）
【出願日】平成１９年１１月２日（２００７．１１．２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００００３５６２）東芝テック株式会社 (5,631)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２日（２００７．１１．２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００００３５６２）東芝テック株式会社 (5,631)
【Ｆターム（参考）】
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