帯電装置、画像形成装置用カートリッジ、及び画像形成装置
【課題】放電時に感光体に与える負荷を低減することができる帯電装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】帯電装置５２は、対向する像保持体４４に遠い側から導電性基材７２、抵抗層７４、絶縁層７６及び、導電層７８が順に配置された構成となっている。導電層７８には開口部８０が設けられており、絶縁層７６には開口部８０の周囲を囲む領域制限部８２が設けられている。すなわち、領域制限部８２は、像保持体４４方向が開放されるように構成されている。領域制限部８２で放電により生成された荷電粒子の一部は、導電層７８（第二電極）と像保持体４４間の電位差により、導電層７８（第二電極）を通過して像保持体４４方向に移動することで、像保持体４４を帯電させる。
【解決手段】帯電装置５２は、対向する像保持体４４に遠い側から導電性基材７２、抵抗層７４、絶縁層７６及び、導電層７８が順に配置された構成となっている。導電層７８には開口部８０が設けられており、絶縁層７６には開口部８０の周囲を囲む領域制限部８２が設けられている。すなわち、領域制限部８２は、像保持体４４方向が開放されるように構成されている。領域制限部８２で放電により生成された荷電粒子の一部は、導電層７８（第二電極）と像保持体４４間の電位差により、導電層７８（第二電極）を通過して像保持体４４方向に移動することで、像保持体４４を帯電させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電装置、画像形成装置用カートリッジ、及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、帯電装置の１つとして、コロナ放電を利用したスコロトロン帯電方式が広く用いられている。この方式は、被帯電体に対して非接触で帯電を行うものである。また、画像形成装置の像保持体の帯電方式として、半導電性の帯電ロールを像担持体に接触回転させるときに両者間に生じる微小空隙で放電を発生させ帯電処理を行う帯電ロール方式が広く用いられている。さらに、特許文献１は、絶縁性基体上に、給電電極とその表面の半導電性部材とからなる電荷付与部材が形成され、この電荷付与部材と重ならない位置に絶縁性のスペーサーを介して電界制御部材が積層された帯電装置、現像装置および画像形成装置を開示する。
【０００３】
特許文献２は、内部に空隙を持つ誘電体を２つの電極で挟み、この２つの電極の間に交流電圧を印加して空隙に放電を生じさせる帯電方法及び帯電装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１８７３７１号公報
【特許文献２】特開２００１−７５３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、オゾン発生量を抑制しつつ、被帯電体を電極とする必要のない、帯電装置、画像形成装置用カートリッジ、及び画像形成装置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】
【０００６】
請求項１に係る発明は、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられた絶縁体と、を有し、前記第１の電極及び前記第２の電極のいずれか一方は、前記第１電極、前記絶縁体、および前記第２電極が並ぶ第１の方向に対して開口する開口部を有し、前記絶縁体は、前記開口部と連続し、当該開口部と連続する方向には開放され、前記第１の方向と垂直な第２の方向には制限された空間である領域制限部、を有する帯電装置である。
【０００７】
請求項２に係る発明は、前記開口部および前記領域制限部からなる空間は、前記第１の電極及び前記第２の電極と接している請求項１記載の帯電装置である。
【０００８】
請求項３に係る発明は、前記第１の電極及び前記第２の電極のうち少なくともいずれかの体積抵抗率は、１×１０６Ωｃｍ以上１×１０１０Ωｃｍ以下である請求項１又は２記載の帯電装置である。
【０００９】
請求項４に係る発明は、前記領域制限部の長さは、４μｍ以上２００μｍ以下である請求項１乃至３いずれか記載の帯電装置である。
【００１０】
請求項５に係る発明は、前記第２の方向における、前記領域制限部の長さは、４μｍ以上２００μｍ以下である請求項１乃至４いずれか記載の帯電装置である。
【００１１】
請求項６に係る発明は、前記開口部および前記領域制限部からなる空間は、円筒形状である請求項１乃至５いずれか記載の帯電装置である。
【００１２】
請求項７に係る発明は、前記開口部および前記領域制限部からなる空間は、前記絶縁体に複数設けられている請求項１乃至６いずれか記載の帯電装置である。
【００１３】
請求項８に係る発明は、像保持体と、前記像保持体に対し非接触で配置され、当該像保持体を帯電する請求項１乃至７いずれか１項に記載の帯電装置と、前記帯電装置により帯電された前記像保持体上に露光により形成された潜像を、現像剤により現像する現像装置と、を有する、画像形成装置用カートリッジである。
【００１４】
請求項９に係る発明は、像保持体と、前記像保持体に対し非接触で配置され、当該像保持体を帯電する請求項１乃至７いずれか１項に記載の帯電装置と、前記帯電装置により帯電された前記像保持体上に露光により形成された潜像を、現像剤により現像する現像装置と、前記現像装置により現像された像を記録媒体に転写する転写手段と、前記転写手段により前記記録媒体上に転写された像を当該記録媒体に定着させる定着手段と、を有する画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明によれば、本構成を有しない場合と比較して、オゾン発生量を抑制しつつ、被帯電体を電極とする必要のない帯電装置を提供することができる。
【００１６】
請求項２に係る発明によれば、請求項１に係る本発明の効果に加えて、本構成を有しない場合と比較して、直流電圧のみを印加した場合であっても一定の放電電流を持続することができる帯電装置を提供することができる。
【００１７】
請求項３に係る発明によれば、請求項２に係る本発明の効果に加えて、前記第１の電極及び前記第２の電極のうち少なくともいずれかの体積抵抗率が１×１０６Ωｃｍ以上１×１０１０Ωｃｍ以下の範囲にない場合に比較して、領域制限部においてより均一なグロー放電を得ることができる帯電装置を提供することができる
【００１８】
請求項４に係る発明によれば、請求項３に係る本発明の効果に加えて、前記領域制限部の第１の方向に対する長さが４μｍ以上２００μｍ以下でない場合と比較して、大気中においてグロー放電を持続し易い帯電装置を提供することができる。
【００１９】
請求項５に係る発明によれば、請求項４に係る本発明の効果に加えて、前記領域制限部の第２の方向に対する長さが４μｍ以上２００μｍ以下の範囲でない場合と比較して、１つの領域制限部あたりに得られる荷電粒子を確保しつつ、領域制限部内の第１の方向の電界分布を、第２の方向においてより均一に保つことができる帯電装置を提供することができる。
【００２０】
請求項６に係る発明によれば、請求項５に係る本発明の効果に加えて、本構成を有しない場合と比較して、領域制限部内の電界分布をより均一にするすることができる帯電装置を提供することができる。
【００２１】
請求項７に係る発明によれば、請求項６に係る本発明の効果に加えて、本構成を有しない場合と比較して、所定の面積を有する被帯電体をより均一に帯電することができる帯電装置を提供することができる。
【００２２】
請求項８に係る発明によれば、請求項１乃至７に係る帯電装置を使用しない場合に比較して、オゾン発生量を抑制しつつ、像保持体を電極とする必要のない画像形成用カートリッジを提供することができる。
【００２３】
請求項９に係る発明によれば、請求項１乃至７に係る帯電装置を使用しない場合に比較して、オゾン発生量を抑制しつつ、像保持体を電極とする必要のない画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態が適用される画像形成装置を示す側面図である。
【図２】本発明の一実施形態が適用される帯電装置及びその周辺構造を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態が適用される帯電装置の下面を示す図である。
【図４】実施例による抵抗層の体積低効率の測定結果を示す。
【図５】実施例による帯電電位の測定結果を示す。
【図６】実施例による放電電流の測定結果を示す。
【図７】実施例によるオゾン量の相対比較結果を示す。
【図８】実施例による表面電位の測定結果を示す。
【図９】像保持体位置に流れる電流の計測結果を示す。
【図１０】実施例による帯電ストレステストの結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態としての画像形成装置１０の全体構成を示す。画像形成装置１０は画像形成装置本体１２を有し、この画像形成装置本体１２内部に像形成手段１４が搭載され、この画像形成装置本体１２の上部に排出部１６が設けられている。
【００２６】
この画像形成装置本体１２の下部に、例えば二段の給紙装置２０、２０が配置されている。画像形成装置本体１２の下方には、さらに複数の給紙装置を追加して配置できるように構成されている。
【００２７】
それぞれの給紙装置２０は、給紙装置本体２２と、記録媒体が収納される給紙カセット２４とを有する。給紙カセット２４の奥端近傍上部にはピックアップロ−ル２６が設けられ、このピックアップロ−ル２６の後方にリタ−ドロ−ル２８が配置されていると共に、このリタ−ドロ−ル２８に対向する位置にフィ−ドロ−ル３０が配置されている。
【００２８】
搬送路３２は、フィ−ドロ−ル３０から排出口３４までの記録媒体通路であり、この搬送路３２は、画像形成装置本体１２の裏側（図１の左側面）近傍にあって、最下端の給紙装置２０から定着器３６まで略鉛直に形成されている部分を有する。この定着器３６には加熱ロ−ル３８と加圧ロ−ル４０が設けられている。搬送路３２の定着器３６の上流側に、転写ロ−ル４２と感光体としての像保持体４４が配置され、転写ロ−ル４２と像保持体４４の上流側にレジストロ−ル４６が配置されている。さらに、搬送路３２の排出口３４の近傍には排出ロ−ル４８が配置されている。
【００２９】
したがって、給紙装置２０の給紙カセット２４からピックアップロ−ル２６により送り出された記録媒体は、リタ−ドロ−ル２８及びフィ−ドロ−ル３０の協働により捌かれて最上位にある記録媒体が搬送路３２に搬送され、レジストロ−ル４６により一時停止されタイミングを合わせ、転写ロ−ル４２と像保持体４４との間を通って現像剤像が転写される。この転写された現像剤像が定着器３６により記録媒体に定着され、排出ロ−ル４８により排出口３４から排出部１６へ排出される。
【００３０】
像形成手段１４は、例えば電子写真方式のもので、像保持体４４と、この像保持体４４を一様帯電する帯電装置５２と、帯電装置５２により帯電された像保持体４４に光により潜像を書き込む光書込み装置５４と、この光書込み装置５４により形成された像保持体４４の潜像を現像剤により可視化する現像装置５６と、この現像装置５６による現像剤像を記録媒体に転写する転写ロ−ル４２と、像保持体４４に残存する現像剤をクリ−ニングする例えばブレ−ドからなるクリ−ニング装置５８と、転写ロ−ル４２により転写された記録媒体上の現像剤像を記録媒体に定着させる定着器３６とから構成されている。
【００３１】
プロセスカ−トリッジ６０は、像保持体４４、帯電装置５２、現像装置５６及びクリ−ニング装置５８を一体化したものであり、これらを一体として交換できるようになっている。このプロセスカ−トリッジ６０は、排出部１６を開くことにより、画像形成装置本体１２から取り出すことができる。
【００３２】
次に、帯電装置５２について、詳細に説明する。
図２は、帯電装置５２及びその周辺構造の断面図を示し、図３は、帯電装置５２の下面（像保持体４４側の面）を示す。帯電装置５２は、対向する像保持体４４に遠い側から導電性基材７２、抵抗層７４、絶縁層７６及び導電層７８が順に配置された構成となっている。
導電層７８には開口部８０が設けられており、絶縁層７６には開口部８０と連続する空間である領域制限部８２が設けられている。領域制限部８２は、像保持体４４方向が開放した、例えば円筒形状に構成されている。
また、抵抗層７４を高抵抗層８４及び抵抗調整層８６による２層構造として構成するようにしてもよい。
【００３３】
導電性基材７２及び導電層７８には、電源９０がそれぞれ接続されている。導電性基材７２と導電層７８との間に一定以上の直流電圧を印加すると、抵抗層７４を第一電極、導電層７８を第二電極として、抵抗層７４、絶縁層７６及び導電層７８で囲まれ、空間的に制限された領域制限部８２において放電が発生する。
【００３４】
本実施形態の帯電装置５２（詳細なパラメータ等は後述する）の領域制限部８２で発生する放電は、グロー放電と呼ばれる放電である。
グロー放電は大気圧の１００分の１程度の低気圧中で発生する持続的で均一な放電現象である。
【００３５】
領域制限部８２は、像保持体４４方向に開放されているので、放電により生成された荷電粒子の一部は、導電層７８（第二電極）と像保持体４４間の電位差により、導電層７８（第二電極）を通過して像保持体４４方向に移動、つまり荷電粒子が電界ドリフトすることで、像保持体４４を帯電させる構成となっている。
導電層７８（第二電極）はその印加電圧により、荷電粒子が像保持体４４へ移動するための電界強度を調整し、帯電電位を調整する機能を同時に担う。
【００３６】
導電性基材７２としては、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅合金やこれらの合金やクロムやニッケルなどの表面処理を施した鉄などの金属が用いられる。
【００３７】
抵抗層７４を形成する材料としては、体積抵抗率が１×１０６Ωｃｍ以上１×１０１０Ωｃｍ以下の範囲にあるものが用いられる。
抵抗層７４の体積抵抗率が１×１０１０Ωｃｍより大きいと、電極間での放電が不十分になりやすく、放電空間である領域制限部８２で散発的な放電が発生し安定したグロー放電に至らない場合がある。
抵抗層７４の体積抵抗率が１×１０６Ωｃｍより小さいと、抵抗により放電電流を制限する機能（以下、放電電流の制限効果という。）が十分に得られずに、領域制限部８２に対向する抵抗層７４面内で局所的に放電が集中し、放電電流が不安定になったり過大になったりして材料の急速な劣化や抵抗層７４の短絡を引き起こす場合がある。
【００３８】
抵抗層７４の体積抵抗率が１×１０7Ωｃｍ以上１×１０9Ωｃｍ以下の範囲にある場合は、体積抵抗率が１×１０7Ωｃｍ以上１×１０9Ωｃｍ以下の範囲外にある場合と比較して、領域制限部８２でより安定したグロー放電が持続する。
【００３９】
また、抵抗層７４は、膜厚１０μｍ以上の範囲で形成される。
抵抗層７４の抵抗により放電電流の制限効果を得るという観点のみからは、膜厚を薄くして抵抗率が高い材料を選定することで（体積低効率×抵抗層厚／単位面積）により算出される抵抗層７４の抵抗値を調整してもよいが、膜厚が１０μｍより小さいと、電圧印加に対する耐圧が低くなり、放電時に抵抗層７４が短絡する頻度が多くなる。膜厚が１００μｍ以上の範囲で形成される場合、絶縁耐圧が十分に得られ、高電圧印加に対する経時安定性が確保される。
【００４０】
さらに抵抗層７４は、前述の体積抵抗率の最適範囲１×１０7Ωｃｍ以上１×１０9Ωｃｍ以下と、膜厚の最適範囲１００μｍ以上とを満たしつつ、膜厚方向の抵抗値（体積抵抗率×抵抗層厚／面積により求められる値であり、面積は直径１００μｍの円の面積とする）が１×１０８Ω以上１×１０１1Ω以下の範囲になるように調整すると、抵抗成分による放電電流の制限効果と膜厚が確保されたことによる経時安定性が両立される。
【００４１】
さらに抵抗層７４を２層構造として、放電制限効果を調整するようにしてもよい。例えば、上層（高抵抗層８４）を体積抵抗率１×１０9Ωｃｍ、膜厚３０μｍとして十分な放電電流の制限効果を得て、下層（抵抗調整層８６）を体積抵抗率１×１０7Ωｃｍ、膜厚１００μｍとする。このようにして、上層（高抵抗層８４）で抵抗による放電制限効果を確保し、かつ導電性基材７２からの厚みを十分に持たせることで耐圧性を向上させ、放電電流の制限効果と経時安定性が両立される。
【００４２】
抵抗層７４としては、樹脂材料やゴム材料に、導電粒子あるいは半導電性粒子を分散したものが用いられる。例えば、樹脂材料としては、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、尿素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂、エチレン樹脂と、これらの合成樹脂などが使われる。ゴム材料としては、エチレン−プロピレンゴム、ポリブタジエン、天然ゴム、ポリイソブチレン、クロロプレンゴム、シリコンゴム、ウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム、フロロシリコ−ンゴム、エチレンオキシドゴム、あるいは、これらを発砲させた発泡材や、これらを混合させた混合基材が用いられる。
【００４３】
導電粒子あるいは半導電性粒子としては、カ−ボンブラック、亜鉛、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、クロム、チタニウム等の金属、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２−Ｓｂ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２、ＺｎＯ−ＴｉＯ２、ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３、ＦｅＯ−ＴｉＯ２、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、Ｓｂ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｇＯ等の金属酸化物や、第４級アンモニウム塩等のイオン性化合物等、これらの材料を単独あるいは２種以上混合したものが用いられる。
【００４４】
その他、抵抗層７４としては、樹脂やゴムなどの有機材料に限らず、ガラス中に導電粒子を分散させた半導電性ガラスや、アルミ多孔質陽極酸化膜で構成してもよい。
【００４５】
放電空間を制限する領域制限部８２の構成は、絶縁層７６及び導電層７８（第二電極）を貫く穴径と、絶縁層７６の膜厚により決定される。
放電を像保持体４４と平行方向に二次元的に制限する領域制限部８２は、穴径４μｍ以上２００μｍ以下の範囲内で形成される。ここで穴径は、導電性基材７２、抵抗層７４、絶縁層７６及び導電層７８が並ぶ方向に対して垂直な方向の領域制限部８２の長さである。
【００４６】
穴径が２００μｍより大きいと、導電層７８（第二電極）の開口部８０の縁（へり）やその周辺部の電界強度が穴の中心部の電界強度よりも数倍以上大きくなることが、一般的な静電場解析計算により求められる。領域制限部８２内の電界分布が不均一になり穴の周辺部に放電が集中する結果、放電が不安定になりオゾン発生量が増加したり、抵抗層７４が短絡したりする場合がある。
穴径が２００μｍ以下だと、等電位面がほぼ絶縁体に平行と近似できる程度で形成され、領域制限部８２内の電界分布が均一になり、領域制限部８２全域にわたって安定してグロー放電が発生しやくすくなる。
【００４７】
穴径が４μｍより小さいと、１つの領域制限部８２あたりの放電発生量が小さくなる。このため、より効率的に像保持体４４を目標の電位に帯電するには、穴径を４μｍ以上とするのがよい。
【００４８】
領域制限部８２の穴径が５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲にある場合は、穴径が５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲外である場合と比較して、領域制限部８２全域にわたって効率よく均一な放電が発生する。
【００４９】
絶縁層７６を形成する材料としては有機材料・無機材料に限らず、体積抵抗率が１×１０１２Ωｃｍ以上の固体材料である場合、抵抗率が１×１０１２Ωｃｍより小さい場合と比較して、高電圧印加時の両電極間（抵抗層７４−導電層７８）の絶縁性に優れ、領域制限部８２の形状を経時により変形させることなく安定に保持する。
【００５０】
絶縁層７６は、膜厚４μｍ以上２００μｍ以下の範囲内で形成される。本実施形態においては、領域制限部８２が絶縁層７６を貫通するように設けられているので、絶縁層７６の膜厚は、２つの電極間（抵抗層７４−導電層７８）の距離、つまり放電距離を制限する。すなわち、絶縁層７６の膜厚は、導電性基材７２、抵抗層７４、絶縁層７６及び導電層７８が並ぶ方向の領域制限部８２の長さである。
【００５１】
絶縁層７６の膜厚を２００μｍ以下として放電距離を短くすると、放電の局所的な集中と急激な放電電流の増加が抑制され、グロー放電を持続しやすくなる。
絶縁層７６の膜厚を４μｍ以上として、空気中の電子の平均自由工程（０．１μｍ程度）よりも十分大きな放電距離にすると、領域制限部８２内での電離回数が確保され放電が持続しやすくなる。
【００５２】
また、空気中・大気圧下における平行平板間の放電開始電圧を定義するパッシェンの法則によれば、空隙が４μｍ程度のときに放電開始電圧が最小値となり、空隙がそれより狭くなると放電開始電圧が上昇する。このことから、絶縁層７６の膜厚が４μｍより小さくなると放電が発生しにくくなることが示唆される。
【００５３】
絶縁層７６の膜厚が５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲にある場合は、膜厚が５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲外にある場合と比較して、高電圧印加に対する電極間の絶縁性や均一な放電がより安定に維持される。
【００５４】
導電層７８（第二電極）を形成する材料としては、体積抵抗率が１×１０−１Ωｃｍ以下のものが用いられる。
【００５５】
また、導電層７８（第二電極）は、膜厚１μｍ以上５０μｍ以下の範囲内で形成される。
膜厚が５０μｍより大きいと、開口部８０から像保持体４４への荷電粒子の取り出し効率が十分に上がらない。
膜厚が１μｍより小さいと、電極が放電時の通電により破断しやすい。
【００５６】
導電層７８（第二電極）の材料としては、放電ガスで汚れにくい金属が用いられる。例えば、タングステン、モリブデン、カ−ボン、白金、銅、アルミニウムなどの金属材料や、これらの金属に金メッキなどの表面処理を施した材料が用いられる。
【００５７】
２つの電極（抵抗層７４（第一電極）及び導電層７８（第二電極））に印加する電圧は、基本的には直流電圧である。像保持体４４に近い側の導電層７８（第二電極）は像保持体４４の目標帯電電位と同じ程度とする。また、抵抗層７４（第一電極）への印加電圧は、導電層７８（第二電極）の電圧を基準にして、両電極で放電が発生する１．０〜１．５ｋＶ程度増加させた電圧を印加する。
【００５８】
帯電装置５２は、電界による荷電粒子の移動（ドリフト）により像保持体４４を帯電させるため、像保持体４４と近い側に配置されている導電層７８（第二電極）と像保持体４４間で放電が発生しない距離が維持される位置に配置される。
導電層７８（第二電極）と像保持体４４は、相互の距離が３００μｍ以上２ｍｍ以下の範囲となるように配置される。
【００５９】
導電層７８（第二電極）と像保持体４４間の距離が３００μｍより小さいと、導電層７８（第二電極）と像保持体４４間で放電が発生しやすくなり、像保持体４４に負荷が生じる。例えば、目標帯電電位−７００Ｖに対し、抵抗層７４（第一電極）＝−２ｋＶ、導電層７８（第二電極）＝−７５０Ｖを印加した場合、相互の距離が３００μｍより小さいと、パッシェンの法則による放電開始電圧の推計から、抵抗層７４（第一電極）から導電層７８（第二電極）を通り越して像保持体４４への放電が発生する可能性がある。
導電層７８（第二電極）と像保持体４４間の距離が２ｍｍより大きいと、帯電効率が悪くなる。
【実施例】
【００６０】
以下、実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
導電性基材７２としてステンレス（ＳＵＳ）を用い、抵抗層７４にはポリイミド樹脂にカーボンを分散させた体積抵抗率３×１０8Ωｃｍ、膜厚１５０μｍの材料を用いる。図４は、抵抗層７４に用いた材料の体積抵抗率を高抵抗率計ハイレスターＩＰ（ＭＣＰ−ＨＴ２６０）とＨＲＳプローブを用いて２５０Ｖ印加、１分間の条件で測定した結果である。最大１０％程度の誤差はあるが、概ね体積抵抗率３×１０8Ωｃｍ程度で推移している。これらの材料を導電性基材７２上に形成する。
【００６１】
絶縁層７６には、膜厚１００μｍのガラスエポキシ材を用い、この絶縁層７６上に膜厚１８μｍの銅箔を金メッキして導電層７８（第二電極）を積層する。絶縁層７６及び導電層７８には、両者を貫通する穴径１００μｍの円筒形状の領域制御部８２が形成されている。
【００６２】
絶縁層７６及び導電層７８を抵抗層７４上に密着させて固定することで、電極が構成される。放電空間である領域制限部８２は、像保持体４４の軸方向に対して平行に４００μｍ間隔で列状に、帯電に必要な幅だけ形成されている。帯電能力を向上させるため、像保持体４４回転方向に同様の列が５列、７５０μｍ間隔で配置された構成となっている（図３参照）。
【００６３】
像保持体４４と導電層７８（第二電極）の距離は、４００μｍに設定されている。領域制限部８２間の像保持体４４軸方向の距離は、領域制限部８２から像保持体４４上へ電界により移動した荷電粒子で電位に筋状のむらが発生せず均一になるように、少なくとも像保持体４４と導電層７８（第二電極）間の距離と同程度か、それ以下とする。回転方向の列数は、プロセス速度に応じて必要とされる帯電能力が確保できる列数に調整する。
【００６４】
上記のような構成の実施例において、目標電圧を−７２０Ｖとして、導電性基材７２に−２．２ｋＶ、導電層７８（第二電極）に−８００Ｖの直流電圧を印加して、Φ３０ｍｍの像保持体４４をプロセス速度１２０ｍｍ／ｓｅｃで回転させた場合の像保持体４４の帯電電位（図５）と、導電性基材７２と導電層７８（第二電極）間に流れる放電電流(図６)をグラフに示す。
【００６５】
像保持体４４の回転周期７８０ｍｓの期間で、帯電電位のむらはΔ１０Ｖ以下程度で安定しており、像保持体４４は目標値（−７２０Ｖ）に帯電されている。放電電流は、像保持体４４軸方向の帯電幅５ｃｍあたり６０μＡ程度になっている。幅５ｃｍの穴（領域制限部８２）の数は６３０個であるので、領域制限部８２の１つあたりの放電電流は０．１μＡ程度と微小になる。このとき、導電性基材７２と導電層７８（第二電極）間に印加する電圧差を小さくし、帯電能力を維持できる範囲で放電電流を可能なかぎり小さくするように設定する。放電電流の増加に伴ってオゾン発生量は増加するため、放電電流を小さくすると、オゾン発生量が低減される。
【００６６】
図７は、上記帯電条件において、本実施例構成及びスコロトロンの各方式を用いた場合に発生するオゾン量を相対比較した結果を示す。これらはともに、非接触型の帯電方式である。
連続帯電１０分後のオゾン検出量がほぼ飽和した時点で比較すると、本実施例のオゾン発生量は、スコロトロンの少なくとも１／１０以下程度となった。なお、スコロトロンを用いた帯電方式では、通常、オゾンフィルターなどの手段を用いてオゾン量を制御している。
参考までに、同図には、像保持体４４と接触する接触型の帯電手段である帯電ロールを用いた場合のオゾン量も示している。
【００６７】
図８は、上記構成で抵抗層７４（第一電極）と導電層７８（第二電極）の電位を変化させた場合の、像保持体４４の１周平均の表面電位（帯電電位）の変動を示す。
抵抗層７４（第一電極）と導電層７８（第二電極）の印加電圧の差を１．４ｋＶに保持した条件（例１：第一電極＝−２．２ｋＶ・第二電極＝−０．８ｋＶ、例２：第一電極＝−１．９ｋＶ・第二電極＝−０．５ｋＶ）、つまり両電極間で放電が十分に発生している場合には、導電層７８（第二電極）への印加電圧と像保持体４４の帯電電位は対応している。このため、電極間で生成された荷電粒子が、導電層７８（第二電極）と像保持体４４間の電界により移動して、像保持体４４が帯電していることが示される。
【００６８】
これに対して、抵抗層７４（第一電極）と導電層７８（第二電極）の印加電圧の差を０．９ｋＶに保持した条件（例１：第一電極＝−１．７ｋＶ・第二電極＝−０．８ｋＶ、例２：第一電極＝−１．４ｋＶ・第二電極＝−０．５ｋＶ）、つまり両電極間で放電がほとんど発生していない場合には、像保持体４４を帯電するのに必要な荷電粒子が生成されず、像保持体４４が帯電されていない。
【００６９】
このように、抵抗層７４（第一電極）と導電層７８（第二電極）の両電極間の放電で像保持体４４を帯電するのに十分な荷電粒子が生成される場合には、導電層７８（第二電極）への印加電圧の制御によって、像保持体４４の電位が制御される。
【００７０】
図９は、像保持体４４の位置にΦ１ｍｍの計測電極を配置して、帯電装置５２と計測電極に電位差を与えた場合に、計測電極に流れる電流を計測した結果を示す。
図９に示すように、帯電装置５２と計測電極との距離（電極間距離）と電位差に比例した電流が検出されている。このように、帯電装置５２で発生した荷電粒子が、電位差によりドリフトして、計測電極で観測されている。
したがって、像保持体４４と帯電装置５２との間では、放電が発生していない、すなわち像保持体４４が電極となって放電が発生しているのではないといえる。
【００７１】
参考までに、 本実施例構成と帯電ロール方式を用いてそれぞれ像担持体の帯電と除電のみを繰り返す帯電ストレステストを行い、帯電ストレステストをした各像担持体を使用して画像形成装置で温度２８℃、湿度８０％の条件下でプリントしたサンプルの像流れ発生度を示す。本実施例構成で帯電テストを行った像担持体の像流れ発生度は、図１０に示すように、帯電ロール方式と比較して大幅に低減されるという結果が得られた。尚、帯電ストレステストの条件は以下のとおりである。
・ 帯電電位−７００Ｖ、
・ プロセス速度１２０ｍｍ／ｓｅｃ、
・ 電圧印加期間５００回転
また、帯電ロールには以下に示す交流成分に直流成分を重畳した電圧を印加した。
・ 周波数９５０Ｈｚ、
・ 直流電圧＝−７２０Ｖ、
・ 交流電圧（ピーク間電圧）＝１８５０Ｖ：帯電電位が飽和する交流電圧値の１．２５倍
【００７２】
帯電ストレステストで使用した像担持体は、接地された円筒のアルミニウム上に下引き層、感光層、電荷輸送層の順に積層された有機感光体である。下引き層は厚さ１５μｍで帯電特性維持機能を、感光層は厚さ１μｍ以下で８００ｎｍ程度波長の光に対し電荷発生機能を、電荷輸送層は厚さ２９μｍで感光層において発生した電荷（ホール）を感光体表面方向に輸送する機能を、それぞれ担っている。
【００７３】
また、今回の帯電ストレステストの実験装置は、像担持体を回転する機能、帯電機能（本実施例または帯電ロール）、及び、除電機能（除電ランプ）のみで構成され、クリーニングブレードを備えていない構成になっている。帯電ストレステストを実施した像担持体を使用し、画像形成装置で像流れ度を確認することで帯電器が像担持体に与える帯電ストレスの影響を加速して確認している。
【００７４】
以上、画像形成装置に本発明の帯電装置を適用した例を説明したが、本発明の帯電装置の適用はこれにかぎられるものではなく、以下に例示する用途にも適用可能である。
・ 電子デバイスの製造工程等で、デバイスの帯電による静電気破壊が起きないように帯電した電荷と逆極性電荷を与えて中和するための、除電処理
・ 固体材料の表面改質処理（例えば親水化処理や疎水化処理など）
・ 食品加工や医療分野での殺菌・滅菌処理
【符号の説明】
【００７５】
１０ 画像形成装置
１２ 画像形成装置本体
１４ 像形成手段
２０ 給紙装置
３２ 搬送路
３６ 定着器
４４ 像保持体
５２ 帯電装置
５６ 現像装置
７２ 導電性基材
７４ 抵抗層
７６ 絶縁層
７８ 導電層
８０ 開口部
８２ 領域制御部
８４ 高抵抗層
８６ 抵抗調整層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電装置、画像形成装置用カートリッジ、及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、帯電装置の１つとして、コロナ放電を利用したスコロトロン帯電方式が広く用いられている。この方式は、被帯電体に対して非接触で帯電を行うものである。また、画像形成装置の像保持体の帯電方式として、半導電性の帯電ロールを像担持体に接触回転させるときに両者間に生じる微小空隙で放電を発生させ帯電処理を行う帯電ロール方式が広く用いられている。さらに、特許文献１は、絶縁性基体上に、給電電極とその表面の半導電性部材とからなる電荷付与部材が形成され、この電荷付与部材と重ならない位置に絶縁性のスペーサーを介して電界制御部材が積層された帯電装置、現像装置および画像形成装置を開示する。
【０００３】
特許文献２は、内部に空隙を持つ誘電体を２つの電極で挟み、この２つの電極の間に交流電圧を印加して空隙に放電を生じさせる帯電方法及び帯電装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１８７３７１号公報
【特許文献２】特開２００１−７５３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、オゾン発生量を抑制しつつ、被帯電体を電極とする必要のない、帯電装置、画像形成装置用カートリッジ、及び画像形成装置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】
【０００６】
請求項１に係る発明は、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられた絶縁体と、を有し、前記第１の電極及び前記第２の電極のいずれか一方は、前記第１電極、前記絶縁体、および前記第２電極が並ぶ第１の方向に対して開口する開口部を有し、前記絶縁体は、前記開口部と連続し、当該開口部と連続する方向には開放され、前記第１の方向と垂直な第２の方向には制限された空間である領域制限部、を有する帯電装置である。
【０００７】
請求項２に係る発明は、前記開口部および前記領域制限部からなる空間は、前記第１の電極及び前記第２の電極と接している請求項１記載の帯電装置である。
【０００８】
請求項３に係る発明は、前記第１の電極及び前記第２の電極のうち少なくともいずれかの体積抵抗率は、１×１０６Ωｃｍ以上１×１０１０Ωｃｍ以下である請求項１又は２記載の帯電装置である。
【０００９】
請求項４に係る発明は、前記領域制限部の長さは、４μｍ以上２００μｍ以下である請求項１乃至３いずれか記載の帯電装置である。
【００１０】
請求項５に係る発明は、前記第２の方向における、前記領域制限部の長さは、４μｍ以上２００μｍ以下である請求項１乃至４いずれか記載の帯電装置である。
【００１１】
請求項６に係る発明は、前記開口部および前記領域制限部からなる空間は、円筒形状である請求項１乃至５いずれか記載の帯電装置である。
【００１２】
請求項７に係る発明は、前記開口部および前記領域制限部からなる空間は、前記絶縁体に複数設けられている請求項１乃至６いずれか記載の帯電装置である。
【００１３】
請求項８に係る発明は、像保持体と、前記像保持体に対し非接触で配置され、当該像保持体を帯電する請求項１乃至７いずれか１項に記載の帯電装置と、前記帯電装置により帯電された前記像保持体上に露光により形成された潜像を、現像剤により現像する現像装置と、を有する、画像形成装置用カートリッジである。
【００１４】
請求項９に係る発明は、像保持体と、前記像保持体に対し非接触で配置され、当該像保持体を帯電する請求項１乃至７いずれか１項に記載の帯電装置と、前記帯電装置により帯電された前記像保持体上に露光により形成された潜像を、現像剤により現像する現像装置と、前記現像装置により現像された像を記録媒体に転写する転写手段と、前記転写手段により前記記録媒体上に転写された像を当該記録媒体に定着させる定着手段と、を有する画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明によれば、本構成を有しない場合と比較して、オゾン発生量を抑制しつつ、被帯電体を電極とする必要のない帯電装置を提供することができる。
【００１６】
請求項２に係る発明によれば、請求項１に係る本発明の効果に加えて、本構成を有しない場合と比較して、直流電圧のみを印加した場合であっても一定の放電電流を持続することができる帯電装置を提供することができる。
【００１７】
請求項３に係る発明によれば、請求項２に係る本発明の効果に加えて、前記第１の電極及び前記第２の電極のうち少なくともいずれかの体積抵抗率が１×１０６Ωｃｍ以上１×１０１０Ωｃｍ以下の範囲にない場合に比較して、領域制限部においてより均一なグロー放電を得ることができる帯電装置を提供することができる
【００１８】
請求項４に係る発明によれば、請求項３に係る本発明の効果に加えて、前記領域制限部の第１の方向に対する長さが４μｍ以上２００μｍ以下でない場合と比較して、大気中においてグロー放電を持続し易い帯電装置を提供することができる。
【００１９】
請求項５に係る発明によれば、請求項４に係る本発明の効果に加えて、前記領域制限部の第２の方向に対する長さが４μｍ以上２００μｍ以下の範囲でない場合と比較して、１つの領域制限部あたりに得られる荷電粒子を確保しつつ、領域制限部内の第１の方向の電界分布を、第２の方向においてより均一に保つことができる帯電装置を提供することができる。
【００２０】
請求項６に係る発明によれば、請求項５に係る本発明の効果に加えて、本構成を有しない場合と比較して、領域制限部内の電界分布をより均一にするすることができる帯電装置を提供することができる。
【００２１】
請求項７に係る発明によれば、請求項６に係る本発明の効果に加えて、本構成を有しない場合と比較して、所定の面積を有する被帯電体をより均一に帯電することができる帯電装置を提供することができる。
【００２２】
請求項８に係る発明によれば、請求項１乃至７に係る帯電装置を使用しない場合に比較して、オゾン発生量を抑制しつつ、像保持体を電極とする必要のない画像形成用カートリッジを提供することができる。
【００２３】
請求項９に係る発明によれば、請求項１乃至７に係る帯電装置を使用しない場合に比較して、オゾン発生量を抑制しつつ、像保持体を電極とする必要のない画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態が適用される画像形成装置を示す側面図である。
【図２】本発明の一実施形態が適用される帯電装置及びその周辺構造を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態が適用される帯電装置の下面を示す図である。
【図４】実施例による抵抗層の体積低効率の測定結果を示す。
【図５】実施例による帯電電位の測定結果を示す。
【図６】実施例による放電電流の測定結果を示す。
【図７】実施例によるオゾン量の相対比較結果を示す。
【図８】実施例による表面電位の測定結果を示す。
【図９】像保持体位置に流れる電流の計測結果を示す。
【図１０】実施例による帯電ストレステストの結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態としての画像形成装置１０の全体構成を示す。画像形成装置１０は画像形成装置本体１２を有し、この画像形成装置本体１２内部に像形成手段１４が搭載され、この画像形成装置本体１２の上部に排出部１６が設けられている。
【００２６】
この画像形成装置本体１２の下部に、例えば二段の給紙装置２０、２０が配置されている。画像形成装置本体１２の下方には、さらに複数の給紙装置を追加して配置できるように構成されている。
【００２７】
それぞれの給紙装置２０は、給紙装置本体２２と、記録媒体が収納される給紙カセット２４とを有する。給紙カセット２４の奥端近傍上部にはピックアップロ−ル２６が設けられ、このピックアップロ−ル２６の後方にリタ−ドロ−ル２８が配置されていると共に、このリタ−ドロ−ル２８に対向する位置にフィ−ドロ−ル３０が配置されている。
【００２８】
搬送路３２は、フィ−ドロ−ル３０から排出口３４までの記録媒体通路であり、この搬送路３２は、画像形成装置本体１２の裏側（図１の左側面）近傍にあって、最下端の給紙装置２０から定着器３６まで略鉛直に形成されている部分を有する。この定着器３６には加熱ロ−ル３８と加圧ロ−ル４０が設けられている。搬送路３２の定着器３６の上流側に、転写ロ−ル４２と感光体としての像保持体４４が配置され、転写ロ−ル４２と像保持体４４の上流側にレジストロ−ル４６が配置されている。さらに、搬送路３２の排出口３４の近傍には排出ロ−ル４８が配置されている。
【００２９】
したがって、給紙装置２０の給紙カセット２４からピックアップロ−ル２６により送り出された記録媒体は、リタ−ドロ−ル２８及びフィ−ドロ−ル３０の協働により捌かれて最上位にある記録媒体が搬送路３２に搬送され、レジストロ−ル４６により一時停止されタイミングを合わせ、転写ロ−ル４２と像保持体４４との間を通って現像剤像が転写される。この転写された現像剤像が定着器３６により記録媒体に定着され、排出ロ−ル４８により排出口３４から排出部１６へ排出される。
【００３０】
像形成手段１４は、例えば電子写真方式のもので、像保持体４４と、この像保持体４４を一様帯電する帯電装置５２と、帯電装置５２により帯電された像保持体４４に光により潜像を書き込む光書込み装置５４と、この光書込み装置５４により形成された像保持体４４の潜像を現像剤により可視化する現像装置５６と、この現像装置５６による現像剤像を記録媒体に転写する転写ロ−ル４２と、像保持体４４に残存する現像剤をクリ−ニングする例えばブレ−ドからなるクリ−ニング装置５８と、転写ロ−ル４２により転写された記録媒体上の現像剤像を記録媒体に定着させる定着器３６とから構成されている。
【００３１】
プロセスカ−トリッジ６０は、像保持体４４、帯電装置５２、現像装置５６及びクリ−ニング装置５８を一体化したものであり、これらを一体として交換できるようになっている。このプロセスカ−トリッジ６０は、排出部１６を開くことにより、画像形成装置本体１２から取り出すことができる。
【００３２】
次に、帯電装置５２について、詳細に説明する。
図２は、帯電装置５２及びその周辺構造の断面図を示し、図３は、帯電装置５２の下面（像保持体４４側の面）を示す。帯電装置５２は、対向する像保持体４４に遠い側から導電性基材７２、抵抗層７４、絶縁層７６及び導電層７８が順に配置された構成となっている。
導電層７８には開口部８０が設けられており、絶縁層７６には開口部８０と連続する空間である領域制限部８２が設けられている。領域制限部８２は、像保持体４４方向が開放した、例えば円筒形状に構成されている。
また、抵抗層７４を高抵抗層８４及び抵抗調整層８６による２層構造として構成するようにしてもよい。
【００３３】
導電性基材７２及び導電層７８には、電源９０がそれぞれ接続されている。導電性基材７２と導電層７８との間に一定以上の直流電圧を印加すると、抵抗層７４を第一電極、導電層７８を第二電極として、抵抗層７４、絶縁層７６及び導電層７８で囲まれ、空間的に制限された領域制限部８２において放電が発生する。
【００３４】
本実施形態の帯電装置５２（詳細なパラメータ等は後述する）の領域制限部８２で発生する放電は、グロー放電と呼ばれる放電である。
グロー放電は大気圧の１００分の１程度の低気圧中で発生する持続的で均一な放電現象である。
【００３５】
領域制限部８２は、像保持体４４方向に開放されているので、放電により生成された荷電粒子の一部は、導電層７８（第二電極）と像保持体４４間の電位差により、導電層７８（第二電極）を通過して像保持体４４方向に移動、つまり荷電粒子が電界ドリフトすることで、像保持体４４を帯電させる構成となっている。
導電層７８（第二電極）はその印加電圧により、荷電粒子が像保持体４４へ移動するための電界強度を調整し、帯電電位を調整する機能を同時に担う。
【００３６】
導電性基材７２としては、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅合金やこれらの合金やクロムやニッケルなどの表面処理を施した鉄などの金属が用いられる。
【００３７】
抵抗層７４を形成する材料としては、体積抵抗率が１×１０６Ωｃｍ以上１×１０１０Ωｃｍ以下の範囲にあるものが用いられる。
抵抗層７４の体積抵抗率が１×１０１０Ωｃｍより大きいと、電極間での放電が不十分になりやすく、放電空間である領域制限部８２で散発的な放電が発生し安定したグロー放電に至らない場合がある。
抵抗層７４の体積抵抗率が１×１０６Ωｃｍより小さいと、抵抗により放電電流を制限する機能（以下、放電電流の制限効果という。）が十分に得られずに、領域制限部８２に対向する抵抗層７４面内で局所的に放電が集中し、放電電流が不安定になったり過大になったりして材料の急速な劣化や抵抗層７４の短絡を引き起こす場合がある。
【００３８】
抵抗層７４の体積抵抗率が１×１０7Ωｃｍ以上１×１０9Ωｃｍ以下の範囲にある場合は、体積抵抗率が１×１０7Ωｃｍ以上１×１０9Ωｃｍ以下の範囲外にある場合と比較して、領域制限部８２でより安定したグロー放電が持続する。
【００３９】
また、抵抗層７４は、膜厚１０μｍ以上の範囲で形成される。
抵抗層７４の抵抗により放電電流の制限効果を得るという観点のみからは、膜厚を薄くして抵抗率が高い材料を選定することで（体積低効率×抵抗層厚／単位面積）により算出される抵抗層７４の抵抗値を調整してもよいが、膜厚が１０μｍより小さいと、電圧印加に対する耐圧が低くなり、放電時に抵抗層７４が短絡する頻度が多くなる。膜厚が１００μｍ以上の範囲で形成される場合、絶縁耐圧が十分に得られ、高電圧印加に対する経時安定性が確保される。
【００４０】
さらに抵抗層７４は、前述の体積抵抗率の最適範囲１×１０7Ωｃｍ以上１×１０9Ωｃｍ以下と、膜厚の最適範囲１００μｍ以上とを満たしつつ、膜厚方向の抵抗値（体積抵抗率×抵抗層厚／面積により求められる値であり、面積は直径１００μｍの円の面積とする）が１×１０８Ω以上１×１０１1Ω以下の範囲になるように調整すると、抵抗成分による放電電流の制限効果と膜厚が確保されたことによる経時安定性が両立される。
【００４１】
さらに抵抗層７４を２層構造として、放電制限効果を調整するようにしてもよい。例えば、上層（高抵抗層８４）を体積抵抗率１×１０9Ωｃｍ、膜厚３０μｍとして十分な放電電流の制限効果を得て、下層（抵抗調整層８６）を体積抵抗率１×１０7Ωｃｍ、膜厚１００μｍとする。このようにして、上層（高抵抗層８４）で抵抗による放電制限効果を確保し、かつ導電性基材７２からの厚みを十分に持たせることで耐圧性を向上させ、放電電流の制限効果と経時安定性が両立される。
【００４２】
抵抗層７４としては、樹脂材料やゴム材料に、導電粒子あるいは半導電性粒子を分散したものが用いられる。例えば、樹脂材料としては、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、尿素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂、エチレン樹脂と、これらの合成樹脂などが使われる。ゴム材料としては、エチレン−プロピレンゴム、ポリブタジエン、天然ゴム、ポリイソブチレン、クロロプレンゴム、シリコンゴム、ウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム、フロロシリコ−ンゴム、エチレンオキシドゴム、あるいは、これらを発砲させた発泡材や、これらを混合させた混合基材が用いられる。
【００４３】
導電粒子あるいは半導電性粒子としては、カ−ボンブラック、亜鉛、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、クロム、チタニウム等の金属、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２−Ｓｂ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２、ＺｎＯ−ＴｉＯ２、ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３、ＦｅＯ−ＴｉＯ２、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、Ｓｂ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｇＯ等の金属酸化物や、第４級アンモニウム塩等のイオン性化合物等、これらの材料を単独あるいは２種以上混合したものが用いられる。
【００４４】
その他、抵抗層７４としては、樹脂やゴムなどの有機材料に限らず、ガラス中に導電粒子を分散させた半導電性ガラスや、アルミ多孔質陽極酸化膜で構成してもよい。
【００４５】
放電空間を制限する領域制限部８２の構成は、絶縁層７６及び導電層７８（第二電極）を貫く穴径と、絶縁層７６の膜厚により決定される。
放電を像保持体４４と平行方向に二次元的に制限する領域制限部８２は、穴径４μｍ以上２００μｍ以下の範囲内で形成される。ここで穴径は、導電性基材７２、抵抗層７４、絶縁層７６及び導電層７８が並ぶ方向に対して垂直な方向の領域制限部８２の長さである。
【００４６】
穴径が２００μｍより大きいと、導電層７８（第二電極）の開口部８０の縁（へり）やその周辺部の電界強度が穴の中心部の電界強度よりも数倍以上大きくなることが、一般的な静電場解析計算により求められる。領域制限部８２内の電界分布が不均一になり穴の周辺部に放電が集中する結果、放電が不安定になりオゾン発生量が増加したり、抵抗層７４が短絡したりする場合がある。
穴径が２００μｍ以下だと、等電位面がほぼ絶縁体に平行と近似できる程度で形成され、領域制限部８２内の電界分布が均一になり、領域制限部８２全域にわたって安定してグロー放電が発生しやくすくなる。
【００４７】
穴径が４μｍより小さいと、１つの領域制限部８２あたりの放電発生量が小さくなる。このため、より効率的に像保持体４４を目標の電位に帯電するには、穴径を４μｍ以上とするのがよい。
【００４８】
領域制限部８２の穴径が５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲にある場合は、穴径が５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲外である場合と比較して、領域制限部８２全域にわたって効率よく均一な放電が発生する。
【００４９】
絶縁層７６を形成する材料としては有機材料・無機材料に限らず、体積抵抗率が１×１０１２Ωｃｍ以上の固体材料である場合、抵抗率が１×１０１２Ωｃｍより小さい場合と比較して、高電圧印加時の両電極間（抵抗層７４−導電層７８）の絶縁性に優れ、領域制限部８２の形状を経時により変形させることなく安定に保持する。
【００５０】
絶縁層７６は、膜厚４μｍ以上２００μｍ以下の範囲内で形成される。本実施形態においては、領域制限部８２が絶縁層７６を貫通するように設けられているので、絶縁層７６の膜厚は、２つの電極間（抵抗層７４−導電層７８）の距離、つまり放電距離を制限する。すなわち、絶縁層７６の膜厚は、導電性基材７２、抵抗層７４、絶縁層７６及び導電層７８が並ぶ方向の領域制限部８２の長さである。
【００５１】
絶縁層７６の膜厚を２００μｍ以下として放電距離を短くすると、放電の局所的な集中と急激な放電電流の増加が抑制され、グロー放電を持続しやすくなる。
絶縁層７６の膜厚を４μｍ以上として、空気中の電子の平均自由工程（０．１μｍ程度）よりも十分大きな放電距離にすると、領域制限部８２内での電離回数が確保され放電が持続しやすくなる。
【００５２】
また、空気中・大気圧下における平行平板間の放電開始電圧を定義するパッシェンの法則によれば、空隙が４μｍ程度のときに放電開始電圧が最小値となり、空隙がそれより狭くなると放電開始電圧が上昇する。このことから、絶縁層７６の膜厚が４μｍより小さくなると放電が発生しにくくなることが示唆される。
【００５３】
絶縁層７６の膜厚が５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲にある場合は、膜厚が５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲外にある場合と比較して、高電圧印加に対する電極間の絶縁性や均一な放電がより安定に維持される。
【００５４】
導電層７８（第二電極）を形成する材料としては、体積抵抗率が１×１０−１Ωｃｍ以下のものが用いられる。
【００５５】
また、導電層７８（第二電極）は、膜厚１μｍ以上５０μｍ以下の範囲内で形成される。
膜厚が５０μｍより大きいと、開口部８０から像保持体４４への荷電粒子の取り出し効率が十分に上がらない。
膜厚が１μｍより小さいと、電極が放電時の通電により破断しやすい。
【００５６】
導電層７８（第二電極）の材料としては、放電ガスで汚れにくい金属が用いられる。例えば、タングステン、モリブデン、カ−ボン、白金、銅、アルミニウムなどの金属材料や、これらの金属に金メッキなどの表面処理を施した材料が用いられる。
【００５７】
２つの電極（抵抗層７４（第一電極）及び導電層７８（第二電極））に印加する電圧は、基本的には直流電圧である。像保持体４４に近い側の導電層７８（第二電極）は像保持体４４の目標帯電電位と同じ程度とする。また、抵抗層７４（第一電極）への印加電圧は、導電層７８（第二電極）の電圧を基準にして、両電極で放電が発生する１．０〜１．５ｋＶ程度増加させた電圧を印加する。
【００５８】
帯電装置５２は、電界による荷電粒子の移動（ドリフト）により像保持体４４を帯電させるため、像保持体４４と近い側に配置されている導電層７８（第二電極）と像保持体４４間で放電が発生しない距離が維持される位置に配置される。
導電層７８（第二電極）と像保持体４４は、相互の距離が３００μｍ以上２ｍｍ以下の範囲となるように配置される。
【００５９】
導電層７８（第二電極）と像保持体４４間の距離が３００μｍより小さいと、導電層７８（第二電極）と像保持体４４間で放電が発生しやすくなり、像保持体４４に負荷が生じる。例えば、目標帯電電位−７００Ｖに対し、抵抗層７４（第一電極）＝−２ｋＶ、導電層７８（第二電極）＝−７５０Ｖを印加した場合、相互の距離が３００μｍより小さいと、パッシェンの法則による放電開始電圧の推計から、抵抗層７４（第一電極）から導電層７８（第二電極）を通り越して像保持体４４への放電が発生する可能性がある。
導電層７８（第二電極）と像保持体４４間の距離が２ｍｍより大きいと、帯電効率が悪くなる。
【実施例】
【００６０】
以下、実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
導電性基材７２としてステンレス（ＳＵＳ）を用い、抵抗層７４にはポリイミド樹脂にカーボンを分散させた体積抵抗率３×１０8Ωｃｍ、膜厚１５０μｍの材料を用いる。図４は、抵抗層７４に用いた材料の体積抵抗率を高抵抗率計ハイレスターＩＰ（ＭＣＰ−ＨＴ２６０）とＨＲＳプローブを用いて２５０Ｖ印加、１分間の条件で測定した結果である。最大１０％程度の誤差はあるが、概ね体積抵抗率３×１０8Ωｃｍ程度で推移している。これらの材料を導電性基材７２上に形成する。
【００６１】
絶縁層７６には、膜厚１００μｍのガラスエポキシ材を用い、この絶縁層７６上に膜厚１８μｍの銅箔を金メッキして導電層７８（第二電極）を積層する。絶縁層７６及び導電層７８には、両者を貫通する穴径１００μｍの円筒形状の領域制御部８２が形成されている。
【００６２】
絶縁層７６及び導電層７８を抵抗層７４上に密着させて固定することで、電極が構成される。放電空間である領域制限部８２は、像保持体４４の軸方向に対して平行に４００μｍ間隔で列状に、帯電に必要な幅だけ形成されている。帯電能力を向上させるため、像保持体４４回転方向に同様の列が５列、７５０μｍ間隔で配置された構成となっている（図３参照）。
【００６３】
像保持体４４と導電層７８（第二電極）の距離は、４００μｍに設定されている。領域制限部８２間の像保持体４４軸方向の距離は、領域制限部８２から像保持体４４上へ電界により移動した荷電粒子で電位に筋状のむらが発生せず均一になるように、少なくとも像保持体４４と導電層７８（第二電極）間の距離と同程度か、それ以下とする。回転方向の列数は、プロセス速度に応じて必要とされる帯電能力が確保できる列数に調整する。
【００６４】
上記のような構成の実施例において、目標電圧を−７２０Ｖとして、導電性基材７２に−２．２ｋＶ、導電層７８（第二電極）に−８００Ｖの直流電圧を印加して、Φ３０ｍｍの像保持体４４をプロセス速度１２０ｍｍ／ｓｅｃで回転させた場合の像保持体４４の帯電電位（図５）と、導電性基材７２と導電層７８（第二電極）間に流れる放電電流(図６)をグラフに示す。
【００６５】
像保持体４４の回転周期７８０ｍｓの期間で、帯電電位のむらはΔ１０Ｖ以下程度で安定しており、像保持体４４は目標値（−７２０Ｖ）に帯電されている。放電電流は、像保持体４４軸方向の帯電幅５ｃｍあたり６０μＡ程度になっている。幅５ｃｍの穴（領域制限部８２）の数は６３０個であるので、領域制限部８２の１つあたりの放電電流は０．１μＡ程度と微小になる。このとき、導電性基材７２と導電層７８（第二電極）間に印加する電圧差を小さくし、帯電能力を維持できる範囲で放電電流を可能なかぎり小さくするように設定する。放電電流の増加に伴ってオゾン発生量は増加するため、放電電流を小さくすると、オゾン発生量が低減される。
【００６６】
図７は、上記帯電条件において、本実施例構成及びスコロトロンの各方式を用いた場合に発生するオゾン量を相対比較した結果を示す。これらはともに、非接触型の帯電方式である。
連続帯電１０分後のオゾン検出量がほぼ飽和した時点で比較すると、本実施例のオゾン発生量は、スコロトロンの少なくとも１／１０以下程度となった。なお、スコロトロンを用いた帯電方式では、通常、オゾンフィルターなどの手段を用いてオゾン量を制御している。
参考までに、同図には、像保持体４４と接触する接触型の帯電手段である帯電ロールを用いた場合のオゾン量も示している。
【００６７】
図８は、上記構成で抵抗層７４（第一電極）と導電層７８（第二電極）の電位を変化させた場合の、像保持体４４の１周平均の表面電位（帯電電位）の変動を示す。
抵抗層７４（第一電極）と導電層７８（第二電極）の印加電圧の差を１．４ｋＶに保持した条件（例１：第一電極＝−２．２ｋＶ・第二電極＝−０．８ｋＶ、例２：第一電極＝−１．９ｋＶ・第二電極＝−０．５ｋＶ）、つまり両電極間で放電が十分に発生している場合には、導電層７８（第二電極）への印加電圧と像保持体４４の帯電電位は対応している。このため、電極間で生成された荷電粒子が、導電層７８（第二電極）と像保持体４４間の電界により移動して、像保持体４４が帯電していることが示される。
【００６８】
これに対して、抵抗層７４（第一電極）と導電層７８（第二電極）の印加電圧の差を０．９ｋＶに保持した条件（例１：第一電極＝−１．７ｋＶ・第二電極＝−０．８ｋＶ、例２：第一電極＝−１．４ｋＶ・第二電極＝−０．５ｋＶ）、つまり両電極間で放電がほとんど発生していない場合には、像保持体４４を帯電するのに必要な荷電粒子が生成されず、像保持体４４が帯電されていない。
【００６９】
このように、抵抗層７４（第一電極）と導電層７８（第二電極）の両電極間の放電で像保持体４４を帯電するのに十分な荷電粒子が生成される場合には、導電層７８（第二電極）への印加電圧の制御によって、像保持体４４の電位が制御される。
【００７０】
図９は、像保持体４４の位置にΦ１ｍｍの計測電極を配置して、帯電装置５２と計測電極に電位差を与えた場合に、計測電極に流れる電流を計測した結果を示す。
図９に示すように、帯電装置５２と計測電極との距離（電極間距離）と電位差に比例した電流が検出されている。このように、帯電装置５２で発生した荷電粒子が、電位差によりドリフトして、計測電極で観測されている。
したがって、像保持体４４と帯電装置５２との間では、放電が発生していない、すなわち像保持体４４が電極となって放電が発生しているのではないといえる。
【００７１】
参考までに、 本実施例構成と帯電ロール方式を用いてそれぞれ像担持体の帯電と除電のみを繰り返す帯電ストレステストを行い、帯電ストレステストをした各像担持体を使用して画像形成装置で温度２８℃、湿度８０％の条件下でプリントしたサンプルの像流れ発生度を示す。本実施例構成で帯電テストを行った像担持体の像流れ発生度は、図１０に示すように、帯電ロール方式と比較して大幅に低減されるという結果が得られた。尚、帯電ストレステストの条件は以下のとおりである。
・ 帯電電位−７００Ｖ、
・ プロセス速度１２０ｍｍ／ｓｅｃ、
・ 電圧印加期間５００回転
また、帯電ロールには以下に示す交流成分に直流成分を重畳した電圧を印加した。
・ 周波数９５０Ｈｚ、
・ 直流電圧＝−７２０Ｖ、
・ 交流電圧（ピーク間電圧）＝１８５０Ｖ：帯電電位が飽和する交流電圧値の１．２５倍
【００７２】
帯電ストレステストで使用した像担持体は、接地された円筒のアルミニウム上に下引き層、感光層、電荷輸送層の順に積層された有機感光体である。下引き層は厚さ１５μｍで帯電特性維持機能を、感光層は厚さ１μｍ以下で８００ｎｍ程度波長の光に対し電荷発生機能を、電荷輸送層は厚さ２９μｍで感光層において発生した電荷（ホール）を感光体表面方向に輸送する機能を、それぞれ担っている。
【００７３】
また、今回の帯電ストレステストの実験装置は、像担持体を回転する機能、帯電機能（本実施例または帯電ロール）、及び、除電機能（除電ランプ）のみで構成され、クリーニングブレードを備えていない構成になっている。帯電ストレステストを実施した像担持体を使用し、画像形成装置で像流れ度を確認することで帯電器が像担持体に与える帯電ストレスの影響を加速して確認している。
【００７４】
以上、画像形成装置に本発明の帯電装置を適用した例を説明したが、本発明の帯電装置の適用はこれにかぎられるものではなく、以下に例示する用途にも適用可能である。
・ 電子デバイスの製造工程等で、デバイスの帯電による静電気破壊が起きないように帯電した電荷と逆極性電荷を与えて中和するための、除電処理
・ 固体材料の表面改質処理（例えば親水化処理や疎水化処理など）
・ 食品加工や医療分野での殺菌・滅菌処理
【符号の説明】
【００７５】
１０ 画像形成装置
１２ 画像形成装置本体
１４ 像形成手段
２０ 給紙装置
３２ 搬送路
３６ 定着器
４４ 像保持体
５２ 帯電装置
５６ 現像装置
７２ 導電性基材
７４ 抵抗層
７６ 絶縁層
７８ 導電層
８０ 開口部
８２ 領域制御部
８４ 高抵抗層
８６ 抵抗調整層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられた絶縁体と、
を有し、
前記第１の電極及び前記第２の電極のいずれか一方は、前記第１電極、前記絶縁体、および前記第２電極が並ぶ第１の方向に対して開口する開口部を有し、
前記絶縁体は、前記開口部と連続し、当該開口部と連続する方向には開放され、前記第１の方向と垂直な第２の方向には制限された空間である領域制限部、を有する
帯電装置。
【請求項２】
前記開口部および前記領域制限部からなる空間は、前記第１の電極及び前記第２の電極と接している請求項１記載の帯電装置。
【請求項３】
前記第１の電極及び前記第２の電極のうち少なくともいずれかの体積抵抗率は、１×１０６Ωｃｍ以上１×１０１０Ωｃｍ以下である請求項１又は２記載の帯電装置。
【請求項４】
前記領域制限部の長さは、４μｍ以上２００μｍ以下である請求項１乃至３いずれか記載の帯電装置。
【請求項５】
前記第２の方向における、前記領域制限部の長さは、４μｍ以上２００μｍ以下である請求項１乃至４いずれか記載の帯電装置。
【請求項６】
前記開口部および前記領域制限部からなる空間は、円筒形状である請求項１乃至５いずれか記載の帯電装置。
【請求項７】
前記開口部および前記領域制限部からなる空間は、前記絶縁体に複数設けられている請求項１乃至６いずれか記載の帯電装置。
【請求項８】
像保持体と、
前記像保持体に対し非接触で配置され、当該像保持体を帯電する請求項１乃至７いずれか１項に記載の帯電装置と、
前記帯電装置により帯電された前記像保持体上に露光により形成された潜像を、現像剤により現像する現像装置と、
を有する画像形成装置用カートリッジ。
【請求項９】
像保持体と、
前記像保持体に対し非接触で配置され、当該像保持体を帯電する請求項１乃至７いずれか１項に記載の帯電装置と、
前記帯電装置により帯電された前記像保持体上に露光により形成された潜像を、現像剤により現像する現像装置と、
前記現像装置により現像された像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記転写手段により前記記録媒体上に転写された像を当該記録媒体に定着させる定着手段と、
を有する画像形成装置。
【請求項１】
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられた絶縁体と、
を有し、
前記第１の電極及び前記第２の電極のいずれか一方は、前記第１電極、前記絶縁体、および前記第２電極が並ぶ第１の方向に対して開口する開口部を有し、
前記絶縁体は、前記開口部と連続し、当該開口部と連続する方向には開放され、前記第１の方向と垂直な第２の方向には制限された空間である領域制限部、を有する
帯電装置。
【請求項２】
前記開口部および前記領域制限部からなる空間は、前記第１の電極及び前記第２の電極と接している請求項１記載の帯電装置。
【請求項３】
前記第１の電極及び前記第２の電極のうち少なくともいずれかの体積抵抗率は、１×１０６Ωｃｍ以上１×１０１０Ωｃｍ以下である請求項１又は２記載の帯電装置。
【請求項４】
前記領域制限部の長さは、４μｍ以上２００μｍ以下である請求項１乃至３いずれか記載の帯電装置。
【請求項５】
前記第２の方向における、前記領域制限部の長さは、４μｍ以上２００μｍ以下である請求項１乃至４いずれか記載の帯電装置。
【請求項６】
前記開口部および前記領域制限部からなる空間は、円筒形状である請求項１乃至５いずれか記載の帯電装置。
【請求項７】
前記開口部および前記領域制限部からなる空間は、前記絶縁体に複数設けられている請求項１乃至６いずれか記載の帯電装置。
【請求項８】
像保持体と、
前記像保持体に対し非接触で配置され、当該像保持体を帯電する請求項１乃至７いずれか１項に記載の帯電装置と、
前記帯電装置により帯電された前記像保持体上に露光により形成された潜像を、現像剤により現像する現像装置と、
を有する画像形成装置用カートリッジ。
【請求項９】
像保持体と、
前記像保持体に対し非接触で配置され、当該像保持体を帯電する請求項１乃至７いずれか１項に記載の帯電装置と、
前記帯電装置により帯電された前記像保持体上に露光により形成された潜像を、現像剤により現像する現像装置と、
前記現像装置により現像された像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記転写手段により前記記録媒体上に転写された像を当該記録媒体に定着させる定着手段と、
を有する画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−６９８７９（Ｐ２０１１−６９８７９Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１８８６３（Ｐ２００９−２１８８６３）
【出願日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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