帯電装置
【課題】 本発明は、帯電ムラの少ない、耐久性に優れた帯電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 帯電ローラの表層が、分子構造中に少なくとも１つの環式炭化水素を有する結晶性の化合物を含むことを特徴とする帯電装置。
【解決手段】 帯電ローラの表層が、分子構造中に少なくとも１つの環式炭化水素を有する結晶性の化合物を含むことを特徴とする帯電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置、画像記録装置の帯電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真装置（複写機、レーザービームプリンタなど）、静電記録装置等の画像形成装置において、感光体、誘電体等の被帯電体としての像担持体面を帯電処理する手段機器としては、コロナ放電装置（コロナチャージャー）が広く利用されている。
【０００３】
コロナ放電装置は像担持体等の被帯電体面を所定の電位に均一に帯電処理する手段として有効である。しかし、高圧電源を必要とする、帯電効率が悪い、構造が大型となって複雑でコスト高になる、コロナ放電に好ましくないオゾンが比較的多く発生する、放電ワイヤの汚れや切断が生じる、などの問題点を有している。
【０００４】
そこで、最近ではコロナ放電器を利用しない接触帯電方式を利用することが検討されている。具体的には帯電部材である磁気ブラシや導電性ブラシ、導電性ローラに電圧を印加して、被帯電体である感光体に接触させ、感光体表面を所定の電位に帯電させるものである。このような接触帯電方式を用いればコロナ放電器を用いた非接触帯電方式と比較して低電圧化がはかれ、オゾン発生量も減少する。しかしながら接触帯電方式の問題として、感光体に帯電ローラ等が直接接触して帯電することから、感光体内部にあるピンホールまたは導電性異物、さらには表面に発生した傷などが原因で起きるリークにより過剰な電流が感光体のベース電極に流れ、帯電電極に印加された電圧が降下するという問題があった。リーク電流による電圧降下は帯電電極の接触領域全域に帯電不良が生じ、プリンタなどではこの部分が黒色となり著しく画像品質を低下させる結果となる。
【０００５】
このような電流リークの問題に対処した帯電装置として、フッ素樹脂の絶縁被膜を有する導電ローラを帯電ローラとし、その面に接する導電電極に電圧を印加することにより帯電ローラ表面を帯電し、その帯電ローラが感光体と接して回転することにより、帯電ローラ表面の静電荷を感光体表面に転写し、帯電する、いわゆる静電転写方法を用いたものが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−２２２６４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の方法を用いて耐久テストを行ったところ、帯電ローラ表面が劣化し、帯電ムラによる画像上の濃度ムラが発生するという問題があった。
【０００７】
本発明は、係る問題を解決するためになされたものであり、帯電ムラのない、耐久性に優れた帯電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】
【０００８】
上記の本発明の目的は以下の手段によって達成することが出来る。
【０００９】
請求項１に係る帯電装置は、被帯電体に対向して配置される帯電ローラと、該帯電ローラに接触して配置される給電部材から構成され、前記帯電ローラと前記給電部材との間に電圧を印加して帯電ローラの表面を帯電し、表面が帯電した前記帯電ローラと前記被帯電体との間に電圧を印加して被帯電体を帯電する帯電装置において、前記帯電ローラは、その表層が分子構造中に少なくとも１つの環式炭化水素を有する結晶性の化合物を含むことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２に係る帯電装置は、請求項１に記載の帯電装置において、前記被帯電体と前記帯電ローラとが接触していることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に係る帯電装置は、請求項１又は２に記載の帯電装置において、前記化合物がポリエステル樹脂であることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に係る帯電装置は、請求項１又は２に記載の帯電装置において、前記化合物がポリアリーレン樹脂であることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５に係る帯電装置は、請求項１又は２に記載の帯電装置において、前記化合物がポリエーテル樹脂であることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６に係る帯電装置は、請求項１又は２に記載の帯電装置において、前記化合物がフタロシアニン化合物であることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項７に係る帯電装置は、請求項１又は２に記載の帯電装置において、前記化合物がペリレン化合物であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、帯電ローラの表層が、分子構造中に少なくとも１つの環式炭化水素を有する結晶性の化合物を含むことより、帯電ローラ表面を給電部材からの電荷注入による注入帯電により帯電させることが出来る。このことにより、気中放電を用いないことから帯電ローラの表面劣化を抑制することができ、長期に帯電ムラの少ない帯電装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る帯電装置及び画像形成装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。本発明において、帯電装置は、接触帯電装置を用いて説明するが、接触帯電装置に限定するものではなく、非接触帯電装置にも用いることが出来る。
（画像形成装置、図１参照）
まず、図１を参照して画像形成装置の一例についてその構成及び画像形成動作の概略を説明する。この画像形成装置は、レーザプリンタとして構成したもので、感光体ドラム１の周囲に、接触帯電装置２、レーザ露光光学装置３、現像装置４、転写チャージャ５、残留トナーのクリーニング装置６、定着装置７などを配置したものである。
【００１８】
感光体ドラム１は、矢印Ａ方向に一定の速度で回転駆動され、以下に詳述する接触帯電装置２にて所定の表面電位に均一に帯電され、レーザ露光光学装置３からのレーザビームの走査露光によって静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置４にて現像され、転写チャージャ５からの電界付与によって矢印Ｂ方向に搬送されるシート上に転写される。感光体ドラム１は転写後も回転を続け、クリーニング装置６によって残留トナーが払拭され、次回の画像形成に備える。
【００１９】
この種の画像形成装置において、トナーは感光体ドラム１の帯電極性と同極性に帯電されており、現像装置４では反転現像が行われる。例えば、感光体ドラム１の帯電極性がマイナスの場合、トナーもマイナスに帯電され、該トナーは露光によって電位が低下した画像部に付着する。転写チャージャ５の放電極性はプラスである。
【００２０】
なお、現像方式としては、トナーのみの１成分系現像剤を用いる方法、トナーとキャリアによる２成分系現像剤を用いる方法、現像ローラ４１を感光体ドラム１の表面に接触させる方法、接触させない方法など、種々の方法が知られており、何れの現像方法を用いてもよい。
【００２１】
また、感光体ドラム１はアルミニウム等の導電性材料を素材としたドラム状の基体を回転軸１１により回転自在に軸支し、基体の周面に、ＯＰＣ等からなる光導電層を形成したものである。基体は回転軸１１を介して接地されており、感光体ドラム１は矢印Ａ方向に回転する構成となっている。
（接触帯電装置、図２参照）
接触帯電装置２は、図２に示すように、感光ドラム１に接触している帯電ローラ２１とその帯電ローラ２１に接触している給電部材２２からなっている。
【００２２】
帯電ローラ２１は、金属製芯材２１１の周面に導電ゴム層（導電性部材）２１２を形成し、更に導電ゴム層２１２の周面に、分子構造中に少なくとも１つの環式炭化水素を有する結晶性の化合物を含む絶縁層としての表層２１３を形成したものからなっている。また、給電部材は、金属製芯材２２１の周面に導電ゴム層（導電性部材）２２２を形成したものを用いている。
【００２３】
給電部材２２は、金属製心材２２１がスプリング等を用いた付勢機構によって感光体ドラム１側に圧接されており、同時に給電部材２２からの圧接力により帯電ローラ２１も感光ドラム１側に圧接されている。帯電ローラ２１及び給電部材２２は、感光体ドラム１の回転（図中矢印Ａ方向）に従動して回転する（矢印Ｃ、Ｄ方向）ように軸支されている。さらに、帯電ローラ２１の金属製芯材２１１には電圧印加手段（電源）８１に接続され電圧が印加される。また給電部材２２にも電圧印加手段（電源）８２が接続され電圧が印加される。前記導電ゴム層（導電性部材）２１２、２２２には、金属製芯材２１１、２２１を介して電圧が印加される。
【００２４】
感光ドラム１の回転と共に帯電ローラ２１と給電部材２２が従動回転し、帯電ローラ２１と給電部材２２に印加された電位差に応じて、帯電ローラ２１の表面が帯電される。この時の帯電ローラ２１及び給電部材２２に印加する電圧の電位差は、帯電ローラ２１及び給電部材２２間で気中放電の発生しない値になるように設定されている。この時の主な帯電メカニズムは、給電部材２２から帯電ローラ２１の表層２１３に電荷が注入することにより帯電する、いわゆる注入帯電により帯電する。この注入帯電は、気中放電を伴わないためオゾンの発生がない。
【００２５】
次に所定の電位に帯電した表層２１３を有する帯電ローラ２１は、感光ドラム１との接触位置に近づき、表層２１３の電荷が感光ドラム１の表面に転移し、感光ドラム１を帯電する。
【００２６】
このように帯電ローラ２１を注入帯電により帯電するため、帯電ローラ２１の表層２１３のオゾン劣化が少なく、長期に使用できると共に、感光ドラム１にピンホール等の欠陥があっても、リークにより過剰な電流が感光ドラム１のベース電極に流れ、帯電電極に印加された電圧が降下するという問題は発生しない。よって、リーク電流による帯電不良が起きず、安定した画像品質を長期に維持することが出来る。
【００２７】
この帯電ローラ２１の表層２１３が給電部材２２から電荷注入をされやすい材料としては分子構造中に少なくとも１つの環式炭化水素を有する結晶性の化合物を含むものがよいことが分かった。具体的には、ポリエステル樹脂、ポリアリーレン樹脂、ポリエーテル樹脂、フタロシアニン化合物、ペリレン化合物等である。このような材料を表層２１３に用いることにより、給電部材２２と帯電ローラ２１との電位差が気中放電の生じない程度の低い電位差であっても、注入帯電により、所定の表面電位に表層２１３を帯電することが出来る。
【００２８】
表層２１３に含まれる環式炭化水素を有する結晶性の化合物の量は、３０〜１００質量％含むものであれば良い。
【００２９】
本発明において結晶性とは、示差熱分析計を用いて２０℃／分の昇温速度で測定した結晶の融解熱が１ｃａｌ／ｇ以上の値を示すことを意味する。
【００３０】
帯電ローラ２１の表層２１３の厚さとしては、絶縁破壊しなければ薄い方が好ましいが、０．５μｍから２０μｍが好ましく、０．５μｍから５ミクロンがより好ましい。０．５μｍ未満では、均一に膜を形成することが困難であり、２０μｍ以上では、給電部材２２や感光ドラム１との均一な接触が得られにくく、帯電不良を生じる。
【００３１】
この時、給電部材２２としては、導電性であればよく、金属ローラでもよいが、注入帯電の時間を長くするために、帯電ローラ２１と接触幅（ニップ幅）を広くとれるように、金属製芯材２２１の周面に導電ゴム層（導電性部材）２２２を形成したものがより好ましい。具体的には、体積抵抗が１０5Ωｃｍ以下、好ましくは１０3Ωｃｍ以下、ゴム硬度（ＪＩＳ．Ａ）２０〜４０度、好ましくは２５〜３５度のものが使用できる。一般的には、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、ノルボーネンゴム、ウレタンゴム等の合成ゴム中に導電性粉末（銅、銅合金、銀、ニッケル、低融点合金（ハンダなど）の金属微粒子、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウムなどの金属酸化物微粒子、各種のカーボンブラック、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマー粒子、金属を被覆したポリマー微粒子、貴金属を被覆した銅や銀の微粒子、金属繊維、炭素繊維など）などを混入した組成物によって形成されている。更にイオン導電性ゴムなどを用いることも出来る。
【００３２】
帯電ローラ２１も給電部材２２と同様に弾性ローラであるのが好ましい。特に感光ドラム１と均一な接触状態を維持するために一定の厚さを有する導電ゴム層２１２を有する構成が好ましい。導電ゴム層２１２としては、体積抵抗が１０5Ωｃｍ以下、好ましくは１０3Ωｃｍ以下、ゴム硬度（ＪＩＳ．Ａ）２０〜４０度、好ましくは２５〜３５度のものが使用できる。一般的には、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、ノルボーネンゴム、ウレタンゴム等の合成ゴム中に導電性粉末（銅、銅合金、銀、ニッケル、低融点合金（ハンダなど）の金属微粒子、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウムなどの金属酸化物微粒子、各種のカーボンブラック、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマー粒子、金属を被覆したポリマー微粒子、貴金属を被覆した銅や銀の微粒子、金属繊維、炭素繊維など）などを混入した組成物によって形成されている。
【００３３】
感光体ドラム１としては、一般に電子写真方式に用いられる感光体であれば用いることが出来る。例えば円筒型アルミ支持体上にτ型金属フタロシアニン系の有機光導電性材料を用いて、電荷発生層、電荷輸送層を順次塗布して作成したもので、長波長光に対して感度を有する負帯電用の機能分離型感光体を用いることができる。
【００３４】
感光体ドラム１が負帯電用の機能分離型感光体の場合、給電部材２２に印可する電圧は、−１０００〜−２０００ｖで、帯電ローラ２１に印可する電圧は、−７００〜−１７００ｖを印可することが好ましい。この場合の給電部材２２と帯電ローラ２１との電位差は、気中放電の生じない電位差である必要がある。具体的には、電位差は、３００〜５００ｖが好ましい。
【００３５】
このような設定条件で、感光体ドラム１を回転させ、帯電ローラ２１、給電部材２２を従動回転させることにより、給電部材２２から帯電ローラ２１の表層２１３に電荷注入が生じて、表層２１３が帯電する。この表層２１３上の帯電電荷は、感光体ドラム１との間で放電により、電荷移動が生じて、感光体ドラム１表面を所定の電位に帯電する。このように、従来、給電部材２２と帯電ローラ２１とで、気中放電により帯電していたものを、注入による帯電に代えることが出来る。このことにより、帯電ローラ２１の表層２１３の放電現象による、いわゆるオゾン劣化を抑制することが出来、長期わたって均一に帯電出来る帯電装置を提供することが出来る。なお、本発明に係る帯電装置は、感光体ドラム１の表面に限らず、他の部材を帯電するものに使用してもよい。例えば、転写用紙の背面を帯電する転写装置に使用することも出来る。
【実施例】
【００３６】
以下に本発明に係る帯電装置を採用して画像形成した実施例及び比較例を説明する。以下の実施例、比較例における印字は市販のプリンタ（コニカミノルタビジネステクノロジーズ（株）製ｍａｇｉｃｏｌｏｒ２２００ＤｅｓｋＬａｓｅｒ）において帯電装置を次に説明する帯電装置に置き換えて、Ｂ／Ｗ５％のチャートの印字にて行った。帯電ローラ２１への印加電圧は、−８００ｖとし、給電部材２２への印加電圧は、帯電ローラ２１の表面電位が−１２００ｖになるように調整した電圧を印加した。このように設定することで感光ドラム１の表面電位は、−５００ｖであった。その後、Ａ４紙で５０００枚コピーした後、帯電ムラを評価した。帯電ムラの評価は、帯電装置を通過後の感光体ドラム１の表面電位を表面電位計（トレックジャパン（株）製、モデル３７０）を用いて測定した。感光体ドラム１の軸方向にスキャンし、そのときの表面電位のムラ（ΔＶ）を測定し、ΔＶ≦５０ｖの時は○、ΔＶ＞５０ｖの時は×として、帯電ムラを評価した。
（実施例１）
帯電ローラ２１としては、
金属製芯材：φ６ｍｍのＳＵＳ製芯金ローラ
導電ゴム層：ＮＢＲ＋カーボンブラック、体積抵抗１０4Ωｃｍ、厚さ３ｍｍ
表層：ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ樹脂、ポリサイエンス社製）、厚さ３μｍ
給電部材２２としては、
金属製芯材：φ６ｍｍのＳＵＳ製芯金ローラ
導電ゴム層：エピクロルヒドリンゴム、厚さ３ｍｍ
を用いて、コニカミノルタビジネステクノロジーズ（株）製ｍａｇｉｃｏｌｏｒ２２００ＤｅｓｋＬａｓｅｒの帯電装置部に取り付け、Ｂ／Ｗ５％のチャートを５０００枚コピーした。
（実施例２）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ樹脂、東レ（株）製）を用いた他は、同一条件で実施例２を評価した。
（実施例３）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリエチレンナフタレート樹脂（ＰＥＮ樹脂、帝人化成（株）製）を用いた他は、同一条件で実施例３を評価した。
（実施例４）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ樹脂、日本ポリペンコ（株）製）を用いた他は、同一条件で実施例４を評価した。
（実施例５）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリエーテルケトン樹脂（ＰＥＫ樹脂、ビクトレックス・エムシー（株）製）を用いた他は、同一条件で実施例５を評価した。
（実施例６）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ樹脂、出光興産（株）製）を用いた他は、同一条件で実施例６を評価した。
（実施例７）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリフェニレンオキシド樹脂（ＰＰＯ樹脂、日本ＧＥプラスチックス（株）製）を用いた他は、同一条件で実施例７を評価した。
（実施例８）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてτ型フタロシアニンを４０質量％分散したポリカーボネート樹脂（ＰＣ樹脂、出光興産（株）製）を用いた他は、同一条件で実施例８を評価した。
（実施例９）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてベンゾイミダゾールペリレンを５０質量％分散した分散したポリカーボネート樹脂（ＰＣ樹脂、出光興産（株）製）を用いた他は、同一条件で実施例９を評価した。
（比較例１）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリカーボネート樹脂（ＰＣ樹脂、出光興産（株）製）を用いた他は、同一条件で比較例１を評価した。
（比較例２）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリスチレン樹脂（ＰＳ樹脂、ＰＳジャパン（株）製）を用いた他は、同一条件で比較例２を評価した。
（比較例３）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてスチレンアクリル樹脂（Ｓｔ−Ａｃ樹脂、三井化学（株）製）を用いた他は、同一条件で比較例３を評価した。
（比較例４）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリプロピレン樹脂（ＰＰ樹脂、ポリサイエンス（株）製）を用いた他は、同一条件で比較例４を評価した。
（比較例５）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリエチレン樹脂（ＰＥ樹脂、三菱化学（株）製）を用いた他は、同一条件で比較例５を評価した。
（比較例６）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ樹脂、旭硝子（株）製）を用いた他は、同一条件で比較例６を評価した。
（比較例７）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてエポキシ樹脂（ＥＰ樹脂、大日本インキ化学工業（株）製）を用いた他は、同一条件で比較例７を評価した。
（比較例８）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリイミド樹脂（ＰＩ樹脂、宇部興産（株）製）を用いた他は、同一条件で比較例８を評価した。
（比較例９）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えて共重合ＰＥＴ樹脂（帝人デュポンフィルム（株）製）を用いた他は、同一条件で比較例９を評価した。
【００３７】
実施例１〜９及び比較例１〜９の評価結果を表１に示す。なお、表１には使用した表層材料の結晶性を示差熱分析計を用いて、２０℃／分の昇温速度で測定した結晶の融解熱が１ｃａｌ／ｇ以上の値を示すものを結晶性とし、それ以下を非晶性として表した。
【００３８】
【表１】
【００３９】
実施例１〜９において、帯電ローラ２１の表面が−１２００Ｖとなるように給電部材２２に印加した電圧は、比較例１〜９に比べて低い電圧となった。これは、実施例１〜９では、帯電ローラ２１の表層に分子構造中に少なくとも１つの環式炭化水素を有する結晶性の化合物を含む様にしたため、帯電ローラ２１は給電部材２２からの電荷注入により帯電しているのに比べ、比較例１〜９では、気中放電により帯電していることを示している。そのため、実施例１〜９では、給電ローラ２２と帯電ローラ２１との間で放電がほとんど起きず、帯電ローラの劣化が抑制され、５０００枚の耐久後でも均一な帯電性を維持したと考えられる。また、比較例９で用いた共重合ＰＥＴは、実施例１で用いたＰＥＴ樹脂に比べて結晶性が低いために注入帯電が起きにくく、給電ローラへの高い印加電圧が必要となり、放電が生じて帯電ローラの劣化が進行したと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略図である。
【図２】本発明に係る接触帯電装置の概略図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 感光体ドラム
２ 接触帯電装置
３ レーザ露光光学系
４ 現像装置
５ 転写チャージャ
６ クリーニング装置
７ 定着装置
１１ 回転軸
２１ 帯電ローラ
２２ 給電部材
２１１、２２１ 金属製芯材
２１２、２２２ 導電ゴム層
２１３ 表層
８１、８２ 電圧印加手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置、画像記録装置の帯電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真装置（複写機、レーザービームプリンタなど）、静電記録装置等の画像形成装置において、感光体、誘電体等の被帯電体としての像担持体面を帯電処理する手段機器としては、コロナ放電装置（コロナチャージャー）が広く利用されている。
【０００３】
コロナ放電装置は像担持体等の被帯電体面を所定の電位に均一に帯電処理する手段として有効である。しかし、高圧電源を必要とする、帯電効率が悪い、構造が大型となって複雑でコスト高になる、コロナ放電に好ましくないオゾンが比較的多く発生する、放電ワイヤの汚れや切断が生じる、などの問題点を有している。
【０００４】
そこで、最近ではコロナ放電器を利用しない接触帯電方式を利用することが検討されている。具体的には帯電部材である磁気ブラシや導電性ブラシ、導電性ローラに電圧を印加して、被帯電体である感光体に接触させ、感光体表面を所定の電位に帯電させるものである。このような接触帯電方式を用いればコロナ放電器を用いた非接触帯電方式と比較して低電圧化がはかれ、オゾン発生量も減少する。しかしながら接触帯電方式の問題として、感光体に帯電ローラ等が直接接触して帯電することから、感光体内部にあるピンホールまたは導電性異物、さらには表面に発生した傷などが原因で起きるリークにより過剰な電流が感光体のベース電極に流れ、帯電電極に印加された電圧が降下するという問題があった。リーク電流による電圧降下は帯電電極の接触領域全域に帯電不良が生じ、プリンタなどではこの部分が黒色となり著しく画像品質を低下させる結果となる。
【０００５】
このような電流リークの問題に対処した帯電装置として、フッ素樹脂の絶縁被膜を有する導電ローラを帯電ローラとし、その面に接する導電電極に電圧を印加することにより帯電ローラ表面を帯電し、その帯電ローラが感光体と接して回転することにより、帯電ローラ表面の静電荷を感光体表面に転写し、帯電する、いわゆる静電転写方法を用いたものが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−２２２６４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の方法を用いて耐久テストを行ったところ、帯電ローラ表面が劣化し、帯電ムラによる画像上の濃度ムラが発生するという問題があった。
【０００７】
本発明は、係る問題を解決するためになされたものであり、帯電ムラのない、耐久性に優れた帯電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】
【０００８】
上記の本発明の目的は以下の手段によって達成することが出来る。
【０００９】
請求項１に係る帯電装置は、被帯電体に対向して配置される帯電ローラと、該帯電ローラに接触して配置される給電部材から構成され、前記帯電ローラと前記給電部材との間に電圧を印加して帯電ローラの表面を帯電し、表面が帯電した前記帯電ローラと前記被帯電体との間に電圧を印加して被帯電体を帯電する帯電装置において、前記帯電ローラは、その表層が分子構造中に少なくとも１つの環式炭化水素を有する結晶性の化合物を含むことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２に係る帯電装置は、請求項１に記載の帯電装置において、前記被帯電体と前記帯電ローラとが接触していることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に係る帯電装置は、請求項１又は２に記載の帯電装置において、前記化合物がポリエステル樹脂であることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に係る帯電装置は、請求項１又は２に記載の帯電装置において、前記化合物がポリアリーレン樹脂であることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５に係る帯電装置は、請求項１又は２に記載の帯電装置において、前記化合物がポリエーテル樹脂であることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６に係る帯電装置は、請求項１又は２に記載の帯電装置において、前記化合物がフタロシアニン化合物であることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項７に係る帯電装置は、請求項１又は２に記載の帯電装置において、前記化合物がペリレン化合物であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、帯電ローラの表層が、分子構造中に少なくとも１つの環式炭化水素を有する結晶性の化合物を含むことより、帯電ローラ表面を給電部材からの電荷注入による注入帯電により帯電させることが出来る。このことにより、気中放電を用いないことから帯電ローラの表面劣化を抑制することができ、長期に帯電ムラの少ない帯電装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る帯電装置及び画像形成装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。本発明において、帯電装置は、接触帯電装置を用いて説明するが、接触帯電装置に限定するものではなく、非接触帯電装置にも用いることが出来る。
（画像形成装置、図１参照）
まず、図１を参照して画像形成装置の一例についてその構成及び画像形成動作の概略を説明する。この画像形成装置は、レーザプリンタとして構成したもので、感光体ドラム１の周囲に、接触帯電装置２、レーザ露光光学装置３、現像装置４、転写チャージャ５、残留トナーのクリーニング装置６、定着装置７などを配置したものである。
【００１８】
感光体ドラム１は、矢印Ａ方向に一定の速度で回転駆動され、以下に詳述する接触帯電装置２にて所定の表面電位に均一に帯電され、レーザ露光光学装置３からのレーザビームの走査露光によって静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置４にて現像され、転写チャージャ５からの電界付与によって矢印Ｂ方向に搬送されるシート上に転写される。感光体ドラム１は転写後も回転を続け、クリーニング装置６によって残留トナーが払拭され、次回の画像形成に備える。
【００１９】
この種の画像形成装置において、トナーは感光体ドラム１の帯電極性と同極性に帯電されており、現像装置４では反転現像が行われる。例えば、感光体ドラム１の帯電極性がマイナスの場合、トナーもマイナスに帯電され、該トナーは露光によって電位が低下した画像部に付着する。転写チャージャ５の放電極性はプラスである。
【００２０】
なお、現像方式としては、トナーのみの１成分系現像剤を用いる方法、トナーとキャリアによる２成分系現像剤を用いる方法、現像ローラ４１を感光体ドラム１の表面に接触させる方法、接触させない方法など、種々の方法が知られており、何れの現像方法を用いてもよい。
【００２１】
また、感光体ドラム１はアルミニウム等の導電性材料を素材としたドラム状の基体を回転軸１１により回転自在に軸支し、基体の周面に、ＯＰＣ等からなる光導電層を形成したものである。基体は回転軸１１を介して接地されており、感光体ドラム１は矢印Ａ方向に回転する構成となっている。
（接触帯電装置、図２参照）
接触帯電装置２は、図２に示すように、感光ドラム１に接触している帯電ローラ２１とその帯電ローラ２１に接触している給電部材２２からなっている。
【００２２】
帯電ローラ２１は、金属製芯材２１１の周面に導電ゴム層（導電性部材）２１２を形成し、更に導電ゴム層２１２の周面に、分子構造中に少なくとも１つの環式炭化水素を有する結晶性の化合物を含む絶縁層としての表層２１３を形成したものからなっている。また、給電部材は、金属製芯材２２１の周面に導電ゴム層（導電性部材）２２２を形成したものを用いている。
【００２３】
給電部材２２は、金属製心材２２１がスプリング等を用いた付勢機構によって感光体ドラム１側に圧接されており、同時に給電部材２２からの圧接力により帯電ローラ２１も感光ドラム１側に圧接されている。帯電ローラ２１及び給電部材２２は、感光体ドラム１の回転（図中矢印Ａ方向）に従動して回転する（矢印Ｃ、Ｄ方向）ように軸支されている。さらに、帯電ローラ２１の金属製芯材２１１には電圧印加手段（電源）８１に接続され電圧が印加される。また給電部材２２にも電圧印加手段（電源）８２が接続され電圧が印加される。前記導電ゴム層（導電性部材）２１２、２２２には、金属製芯材２１１、２２１を介して電圧が印加される。
【００２４】
感光ドラム１の回転と共に帯電ローラ２１と給電部材２２が従動回転し、帯電ローラ２１と給電部材２２に印加された電位差に応じて、帯電ローラ２１の表面が帯電される。この時の帯電ローラ２１及び給電部材２２に印加する電圧の電位差は、帯電ローラ２１及び給電部材２２間で気中放電の発生しない値になるように設定されている。この時の主な帯電メカニズムは、給電部材２２から帯電ローラ２１の表層２１３に電荷が注入することにより帯電する、いわゆる注入帯電により帯電する。この注入帯電は、気中放電を伴わないためオゾンの発生がない。
【００２５】
次に所定の電位に帯電した表層２１３を有する帯電ローラ２１は、感光ドラム１との接触位置に近づき、表層２１３の電荷が感光ドラム１の表面に転移し、感光ドラム１を帯電する。
【００２６】
このように帯電ローラ２１を注入帯電により帯電するため、帯電ローラ２１の表層２１３のオゾン劣化が少なく、長期に使用できると共に、感光ドラム１にピンホール等の欠陥があっても、リークにより過剰な電流が感光ドラム１のベース電極に流れ、帯電電極に印加された電圧が降下するという問題は発生しない。よって、リーク電流による帯電不良が起きず、安定した画像品質を長期に維持することが出来る。
【００２７】
この帯電ローラ２１の表層２１３が給電部材２２から電荷注入をされやすい材料としては分子構造中に少なくとも１つの環式炭化水素を有する結晶性の化合物を含むものがよいことが分かった。具体的には、ポリエステル樹脂、ポリアリーレン樹脂、ポリエーテル樹脂、フタロシアニン化合物、ペリレン化合物等である。このような材料を表層２１３に用いることにより、給電部材２２と帯電ローラ２１との電位差が気中放電の生じない程度の低い電位差であっても、注入帯電により、所定の表面電位に表層２１３を帯電することが出来る。
【００２８】
表層２１３に含まれる環式炭化水素を有する結晶性の化合物の量は、３０〜１００質量％含むものであれば良い。
【００２９】
本発明において結晶性とは、示差熱分析計を用いて２０℃／分の昇温速度で測定した結晶の融解熱が１ｃａｌ／ｇ以上の値を示すことを意味する。
【００３０】
帯電ローラ２１の表層２１３の厚さとしては、絶縁破壊しなければ薄い方が好ましいが、０．５μｍから２０μｍが好ましく、０．５μｍから５ミクロンがより好ましい。０．５μｍ未満では、均一に膜を形成することが困難であり、２０μｍ以上では、給電部材２２や感光ドラム１との均一な接触が得られにくく、帯電不良を生じる。
【００３１】
この時、給電部材２２としては、導電性であればよく、金属ローラでもよいが、注入帯電の時間を長くするために、帯電ローラ２１と接触幅（ニップ幅）を広くとれるように、金属製芯材２２１の周面に導電ゴム層（導電性部材）２２２を形成したものがより好ましい。具体的には、体積抵抗が１０5Ωｃｍ以下、好ましくは１０3Ωｃｍ以下、ゴム硬度（ＪＩＳ．Ａ）２０〜４０度、好ましくは２５〜３５度のものが使用できる。一般的には、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、ノルボーネンゴム、ウレタンゴム等の合成ゴム中に導電性粉末（銅、銅合金、銀、ニッケル、低融点合金（ハンダなど）の金属微粒子、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウムなどの金属酸化物微粒子、各種のカーボンブラック、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマー粒子、金属を被覆したポリマー微粒子、貴金属を被覆した銅や銀の微粒子、金属繊維、炭素繊維など）などを混入した組成物によって形成されている。更にイオン導電性ゴムなどを用いることも出来る。
【００３２】
帯電ローラ２１も給電部材２２と同様に弾性ローラであるのが好ましい。特に感光ドラム１と均一な接触状態を維持するために一定の厚さを有する導電ゴム層２１２を有する構成が好ましい。導電ゴム層２１２としては、体積抵抗が１０5Ωｃｍ以下、好ましくは１０3Ωｃｍ以下、ゴム硬度（ＪＩＳ．Ａ）２０〜４０度、好ましくは２５〜３５度のものが使用できる。一般的には、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、ノルボーネンゴム、ウレタンゴム等の合成ゴム中に導電性粉末（銅、銅合金、銀、ニッケル、低融点合金（ハンダなど）の金属微粒子、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウムなどの金属酸化物微粒子、各種のカーボンブラック、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマー粒子、金属を被覆したポリマー微粒子、貴金属を被覆した銅や銀の微粒子、金属繊維、炭素繊維など）などを混入した組成物によって形成されている。
【００３３】
感光体ドラム１としては、一般に電子写真方式に用いられる感光体であれば用いることが出来る。例えば円筒型アルミ支持体上にτ型金属フタロシアニン系の有機光導電性材料を用いて、電荷発生層、電荷輸送層を順次塗布して作成したもので、長波長光に対して感度を有する負帯電用の機能分離型感光体を用いることができる。
【００３４】
感光体ドラム１が負帯電用の機能分離型感光体の場合、給電部材２２に印可する電圧は、−１０００〜−２０００ｖで、帯電ローラ２１に印可する電圧は、−７００〜−１７００ｖを印可することが好ましい。この場合の給電部材２２と帯電ローラ２１との電位差は、気中放電の生じない電位差である必要がある。具体的には、電位差は、３００〜５００ｖが好ましい。
【００３５】
このような設定条件で、感光体ドラム１を回転させ、帯電ローラ２１、給電部材２２を従動回転させることにより、給電部材２２から帯電ローラ２１の表層２１３に電荷注入が生じて、表層２１３が帯電する。この表層２１３上の帯電電荷は、感光体ドラム１との間で放電により、電荷移動が生じて、感光体ドラム１表面を所定の電位に帯電する。このように、従来、給電部材２２と帯電ローラ２１とで、気中放電により帯電していたものを、注入による帯電に代えることが出来る。このことにより、帯電ローラ２１の表層２１３の放電現象による、いわゆるオゾン劣化を抑制することが出来、長期わたって均一に帯電出来る帯電装置を提供することが出来る。なお、本発明に係る帯電装置は、感光体ドラム１の表面に限らず、他の部材を帯電するものに使用してもよい。例えば、転写用紙の背面を帯電する転写装置に使用することも出来る。
【実施例】
【００３６】
以下に本発明に係る帯電装置を採用して画像形成した実施例及び比較例を説明する。以下の実施例、比較例における印字は市販のプリンタ（コニカミノルタビジネステクノロジーズ（株）製ｍａｇｉｃｏｌｏｒ２２００ＤｅｓｋＬａｓｅｒ）において帯電装置を次に説明する帯電装置に置き換えて、Ｂ／Ｗ５％のチャートの印字にて行った。帯電ローラ２１への印加電圧は、−８００ｖとし、給電部材２２への印加電圧は、帯電ローラ２１の表面電位が−１２００ｖになるように調整した電圧を印加した。このように設定することで感光ドラム１の表面電位は、−５００ｖであった。その後、Ａ４紙で５０００枚コピーした後、帯電ムラを評価した。帯電ムラの評価は、帯電装置を通過後の感光体ドラム１の表面電位を表面電位計（トレックジャパン（株）製、モデル３７０）を用いて測定した。感光体ドラム１の軸方向にスキャンし、そのときの表面電位のムラ（ΔＶ）を測定し、ΔＶ≦５０ｖの時は○、ΔＶ＞５０ｖの時は×として、帯電ムラを評価した。
（実施例１）
帯電ローラ２１としては、
金属製芯材：φ６ｍｍのＳＵＳ製芯金ローラ
導電ゴム層：ＮＢＲ＋カーボンブラック、体積抵抗１０4Ωｃｍ、厚さ３ｍｍ
表層：ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ樹脂、ポリサイエンス社製）、厚さ３μｍ
給電部材２２としては、
金属製芯材：φ６ｍｍのＳＵＳ製芯金ローラ
導電ゴム層：エピクロルヒドリンゴム、厚さ３ｍｍ
を用いて、コニカミノルタビジネステクノロジーズ（株）製ｍａｇｉｃｏｌｏｒ２２００ＤｅｓｋＬａｓｅｒの帯電装置部に取り付け、Ｂ／Ｗ５％のチャートを５０００枚コピーした。
（実施例２）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ樹脂、東レ（株）製）を用いた他は、同一条件で実施例２を評価した。
（実施例３）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリエチレンナフタレート樹脂（ＰＥＮ樹脂、帝人化成（株）製）を用いた他は、同一条件で実施例３を評価した。
（実施例４）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ樹脂、日本ポリペンコ（株）製）を用いた他は、同一条件で実施例４を評価した。
（実施例５）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリエーテルケトン樹脂（ＰＥＫ樹脂、ビクトレックス・エムシー（株）製）を用いた他は、同一条件で実施例５を評価した。
（実施例６）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ樹脂、出光興産（株）製）を用いた他は、同一条件で実施例６を評価した。
（実施例７）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリフェニレンオキシド樹脂（ＰＰＯ樹脂、日本ＧＥプラスチックス（株）製）を用いた他は、同一条件で実施例７を評価した。
（実施例８）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてτ型フタロシアニンを４０質量％分散したポリカーボネート樹脂（ＰＣ樹脂、出光興産（株）製）を用いた他は、同一条件で実施例８を評価した。
（実施例９）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてベンゾイミダゾールペリレンを５０質量％分散した分散したポリカーボネート樹脂（ＰＣ樹脂、出光興産（株）製）を用いた他は、同一条件で実施例９を評価した。
（比較例１）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリカーボネート樹脂（ＰＣ樹脂、出光興産（株）製）を用いた他は、同一条件で比較例１を評価した。
（比較例２）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリスチレン樹脂（ＰＳ樹脂、ＰＳジャパン（株）製）を用いた他は、同一条件で比較例２を評価した。
（比較例３）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてスチレンアクリル樹脂（Ｓｔ−Ａｃ樹脂、三井化学（株）製）を用いた他は、同一条件で比較例３を評価した。
（比較例４）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリプロピレン樹脂（ＰＰ樹脂、ポリサイエンス（株）製）を用いた他は、同一条件で比較例４を評価した。
（比較例５）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリエチレン樹脂（ＰＥ樹脂、三菱化学（株）製）を用いた他は、同一条件で比較例５を評価した。
（比較例６）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ樹脂、旭硝子（株）製）を用いた他は、同一条件で比較例６を評価した。
（比較例７）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてエポキシ樹脂（ＥＰ樹脂、大日本インキ化学工業（株）製）を用いた他は、同一条件で比較例７を評価した。
（比較例８）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えてポリイミド樹脂（ＰＩ樹脂、宇部興産（株）製）を用いた他は、同一条件で比較例８を評価した。
（比較例９）
実施例１において、帯電ローラ２１の表層の材料にＰＥＴ樹脂に代えて共重合ＰＥＴ樹脂（帝人デュポンフィルム（株）製）を用いた他は、同一条件で比較例９を評価した。
【００３７】
実施例１〜９及び比較例１〜９の評価結果を表１に示す。なお、表１には使用した表層材料の結晶性を示差熱分析計を用いて、２０℃／分の昇温速度で測定した結晶の融解熱が１ｃａｌ／ｇ以上の値を示すものを結晶性とし、それ以下を非晶性として表した。
【００３８】
【表１】
【００３９】
実施例１〜９において、帯電ローラ２１の表面が−１２００Ｖとなるように給電部材２２に印加した電圧は、比較例１〜９に比べて低い電圧となった。これは、実施例１〜９では、帯電ローラ２１の表層に分子構造中に少なくとも１つの環式炭化水素を有する結晶性の化合物を含む様にしたため、帯電ローラ２１は給電部材２２からの電荷注入により帯電しているのに比べ、比較例１〜９では、気中放電により帯電していることを示している。そのため、実施例１〜９では、給電ローラ２２と帯電ローラ２１との間で放電がほとんど起きず、帯電ローラの劣化が抑制され、５０００枚の耐久後でも均一な帯電性を維持したと考えられる。また、比較例９で用いた共重合ＰＥＴは、実施例１で用いたＰＥＴ樹脂に比べて結晶性が低いために注入帯電が起きにくく、給電ローラへの高い印加電圧が必要となり、放電が生じて帯電ローラの劣化が進行したと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略図である。
【図２】本発明に係る接触帯電装置の概略図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 感光体ドラム
２ 接触帯電装置
３ レーザ露光光学系
４ 現像装置
５ 転写チャージャ
６ クリーニング装置
７ 定着装置
１１ 回転軸
２１ 帯電ローラ
２２ 給電部材
２１１、２２１ 金属製芯材
２１２、２２２ 導電ゴム層
２１３ 表層
８１、８２ 電圧印加手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被帯電体に対向して配置される帯電ローラと、該帯電ローラに接触して配置される給電部材から構成され、
前記帯電ローラと前記給電部材との間に電圧を印加して帯電ローラの表面を帯電し、表面が帯電した前記帯電ローラと前記被帯電体との間に電圧を印加して被帯電体を帯電する帯電装置において、
前記帯電ローラは、その表層が分子構造中に少なくとも１つの環式炭化水素を有する結晶性の化合物を含むことを特徴とする帯電装置。
【請求項２】
前記被帯電体と前記帯電ローラとが接触していることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
【請求項３】
前記化合物がポリエステル樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電装置。
【請求項４】
前記化合物がポリアリーレン樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電装置。
【請求項５】
前記化合物がポリエーテル樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電装置。
【請求項６】
前記化合物がフタロシアニン化合物であることを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電装置。
【請求項７】
前記化合物がペリレン化合物であることを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電装置。
【請求項１】
被帯電体に対向して配置される帯電ローラと、該帯電ローラに接触して配置される給電部材から構成され、
前記帯電ローラと前記給電部材との間に電圧を印加して帯電ローラの表面を帯電し、表面が帯電した前記帯電ローラと前記被帯電体との間に電圧を印加して被帯電体を帯電する帯電装置において、
前記帯電ローラは、その表層が分子構造中に少なくとも１つの環式炭化水素を有する結晶性の化合物を含むことを特徴とする帯電装置。
【請求項２】
前記被帯電体と前記帯電ローラとが接触していることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
【請求項３】
前記化合物がポリエステル樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電装置。
【請求項４】
前記化合物がポリアリーレン樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電装置。
【請求項５】
前記化合物がポリエーテル樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電装置。
【請求項６】
前記化合物がフタロシアニン化合物であることを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電装置。
【請求項７】
前記化合物がペリレン化合物であることを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−４７３８４（Ｐ２００７−４７３８４Ａ）
【公開日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２３０７１５（Ｐ２００５−２３０７１５）
【出願日】平成１７年８月９日（２００５．８．９）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月９日（２００５．８．９）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
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