(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レセプタと、そのレセプタに対し間隔対向配置されたコロナ電極と、を備え、
そのコロナ電極は、紡績工程によって個々のカーボンナノチューブの紐から紡ぎあげたものをカーボンナノチューブヤーンとして、作動電圧印加に応じレセプタ方向にコロナ電荷を放出するように配置乃至形成されたカーボンナノチューブヤーンの１本又は複数本であり、
その作動電圧が低くなるようにそのカーボンナノチューブヤーンの短尺方向寸法が１００μｍ以下、長尺方向寸法が３０ｃｍ以上１ｍ以下とされた帯電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の帯電装置において、
その作動電圧が５ｋＶ以下と低くなるようにそのカーボンナノチューブヤーンの短尺方向寸法が５０μｍ以下とされた帯電装置。
【請求項３】
紡績工程によって個々のカーボンナノチューブの紐から紡ぎあげたものをカーボンナノチューブヤーンとして、その短尺方向寸法が１００μｍ以下、長尺寸法が３０ｃｍ以上１ｍ以下のコロナ電荷発生用カーボンナノチューブヤーンの１本又は複数本をコロナ電極とするステップと、
そのコロナ電極に対し間隔をあけてレセプタを対向配置するステップと、
そのコロナ電極に対し５ｋＶ以下の低作動電圧を印加することにより、一種類又は複数種類の帯電種を発生させてレセプタ上に堆積させるステップと、
を有するレセプタ帯電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コロナワイヤ等のコロナ電極を有する帯電装置、より詳細にはカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）ヤーン（yarn：撚糸）を使用したコロナ電極、及びレセプタ帯電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスを実施するには帯電装置が何個か必要である。例えば、フォトレセプタ帯電装置、トナー層再帯電装置、静電トナー転写用中間転写ベルト帯電装置、媒体シート（例えば紙シート）帯電装置等である。その帯電装置としては、コロナ放電を利用するコロトロン型帯電装置がよく用いられる。コロトロン型帯電装置では、金属、金属合金等のワイヤを装置内に張り渡し、そのワイヤ（コロナワイヤ）をコロナ電荷発生用の電極即ちコロナ電極として使用する。例えば、タングステン又はその合金を用いると熱的に非常に安定でしかも強靱なコロナワイヤが得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／０１７００８９号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／００１４４３１号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００７／００３６７０９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常、コロトロン型帯電装置ではコロナワイヤ直径が重視される。これは、コロトロン型帯電装置内イオン発生量（負コロナ生成時なら負イオン発生量）がコロナワイヤ直径で大きく左右されるためである。具体的には、コロナワイヤ直径を小さくすることで、コロナ放電を開始させるのに必要な電圧（作動電圧）を下げることができる。しかしながら、既存素材ではコロナワイヤの小径化に限度がある。例えば、金属ワイヤには時間経過に伴い弛みが生じるので、その直径が約３０μｍ以下の金属ワイヤをコロトロン型帯電装置内に張り渡しその性能を維持することは非常に難しい。
【０００５】
本発明の目的は、上掲の問題を含め従来のコロナ帯電装置における諸問題を解決乃至緩和するため、より小径のコロナワイヤを形成できる素材並びにそのワイヤを用いた帯電装置及び方法を提供可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
まず、本発明の実施形態に係る素材はＣＮＴヤーンである。ＣＮＴヤーンには、その小径化が容易で所望の電気、機械及び熱特性を得やすいという性質があり、例えば約１００μｍ以下の直径とすることも可能である。本発明の実施形態に係るコロトロン型、スコロトロン型等の帯電装置及び方法では、そのコロナ電極例えばコロナワイヤをＣＮＴヤーンで形成することで、その作動電圧を下げている。
【０００７】
なお、本願でいうＣＮＴ「ヤーン」とは、特に指定しない限り、少なくともその短尺方向寸法のうち一つ（例えば幅や直径）が約１００μｍ以下の長尺物のことである。本発明を実施する際には、例えば、その短尺方向寸法のうち少なくとも一つが約５０μｍ以下のＣＮＴヤーンを用いる。約１０〜５０μｍの範囲内にあるＣＮＴヤーンを用いるとなおよい。また、ＣＮＴヤーンに関し「長尺」とは、帯電装置内にコロナ電極として設けうる（例えば張り渡せる）長さを有していることをいう。その長さが約３０ｃｍ〜約１ｍ程もあれば長尺といえよう。更に、本発明を実施する際には、その長手方向に沿って均一な寸法を有するＣＮＴヤーンを用いるとよい。この寸法均一性により、帯電装置バイアス時の帯電均一性がより良好になる。
【０００８】
また、本願では、その理解のしやすさに配慮し「ＣＮＴヤーン」という用語を一貫使用するが、狭義の「ＣＮＴ」及び「ヤーン」に限らず他の類似寸法長尺物も「ＣＮＴヤーン」に含まれるものとする。例えば、ナノチューブではなくナノシャフト、ナノピラー、ナノワイヤ、ナノロッド、ナノニードル等から形成されているものや、ヤーンの名称ではなくても、以下で述べるように、紡績工程によって個々のストランド（紐）から紡ぎあげたものであれば、ファイバ、フィラメント、スレッド、ファブリック、リボン、ホーン、スパイラル等の形状乃至体裁を採るものも、包含する趣旨である。
【０００９】
本発明を実施する際には、そのＣＮＴヤーンとして様々な断面形状のものを使用することができる。規則的形状か不規則的形状かを問わない。正方形、長方形、多角形、卵形、楕円形、円形等の断面形状のものも、またその断面形状にテーパが付いているものも、使用することができる。また、そのＣＮＴヤーンとして導電性素材製のものも半導体素材製のものも使用することができる。更に、そのＣＮＴヤーンを形成するのに、単層ＣＮＴ（ＳＷＣＮＴ）、二層ＣＮＴ、多層ＣＮＴ（ＭＷＣＮＴ）等、様々な種類のストランドを使用することができる。そして、上掲のものに形状、素材乃至構造的な改変を施したものや、それらの組合せに係るものも、使用することができる。その改変の仕方は、物理的なものでも化学的なものでもその組合せでもよい。
【００１０】
ＣＮＴヤーンを形成する個々のストランド（紐）例えばＣＮＴストランドは、種々の製法で形成することができる。例えば、アーク放電法、パルスレーザ蒸散法、化学気相成長法（ＣＶＤ）、高圧一酸化炭素処理法等、周辺諸分野で既知の諸製法を使用することができる。適切な製法を使用すれば、その直径が例えば約５０ｎｍ以下のＣＮＴストランドやその長さが例えば数ｃｍにも及ぶＣＮＴストランド、例えばその直径が約０．５〜２０ｎｍでその長さが約２００ｎｍ〜約１ｃｍのＣＮＴストランドを、形成することができる。そのＣＮＴストランドの電気、機械及び熱特性は、その組成、形状、長さ等のパラメタを制御することで制御することができる。例えば、そのＣＮＴストランドに導電性を持たせるかそれとも半導体質にするかは、そのキラリティを制御することで制御することができる。更に、ＣＮＴストランドの降伏応力は一般に鋼よりも大きく、熱伝導率は一般に銅よりも高い。ＣＮＴストランドの熱伝導率は、ダイアモンドと比肩しうる水準、或いはそれを上回る水準へと高めることもできる。
【００１１】
複数本のストランド例えばＣＮＴストランドからＣＮＴヤーンを作り上げるには、例えば、ＣＶＤ処理によって形成したＣＮＴストランドからＣＮＴヤーンを紡ぎ上げる紡績工程を実施すればよい。更に、この紡績工程を経たＣＮＴヤーンについて、そのＣＮＴストランドの向きを互いに平行に揃える合成後整列工程例えば延伸工程を実施してもよい。この合成後整列工程を施すことで、そのＣＮＴヤーンの機械特性、導電率又はその双方を高めることができる。なお、本件技術分野で習熟を積まれた方々（いわゆる当業者）には、これ以外のＣＮＴヤーン形成手法も知られている。本発明の実施形態に係るコロナ電極を形成するに当たっては、そうした既知手法のいずれを使用してもよい。
【００１２】
本発明の実施形態に係るＣＮＴヤーンは、上掲の紡績工程１回で形成されるＣＮＴヤーン即ち単体ヤーンには限られない。２プライ、３プライ、４プライ等の多プライヤーンにしてもよい。多プライヤーンは単体ヤーン同士をプライングすること、例えば単体ヤーン形成時紡績工程でのそれとは逆向きにそれら単体ヤーンを撚り合わせることで形成できる。個々の多プライヤーンは、例えば「Ｓ」字状に捻れた複数本のＣＮＴストランドから構成される。このプライングによってヤーンの強度及び均一性が高まる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の実施形態によれば、コロトロン型、スコロトロン型等の帯電装置でコロナ電極例えばコロナワイヤ又はその素材として使用可能なＣＮＴヤーン、とりわけそれに相応しい電気、機械及び熱特性を呈するＣＮＴヤーンを形成することができる。例えば、その機械的引っ張り強度が約８００ＭＰａ以上のＣＮＴヤーンや、更にはその機械的引っ張り強度が約１〜６ＧＰａの範囲内に達するＣＮＴヤーン等も、形成することができる。また例えば、その比抵抗が約１×１０-4Ω・ｃｍのＣＮＴヤーンや、その密度が約０．３ｇ／ｃｍ3以下のＣＮＴヤーンも、形成することができる。
【００１４】
表１に、本発明の実施形態に係るＣＮＴヤーンの諸特性を他の既知素材との対比で示す。
【表１】
0005530114.tif 000002
【００１５】
この表に示した通り、本発明の実施形態に係るＣＮＴヤーンは、アラミド、アルミニウム、ステンレス鋼、高強度鋼たるＡＦ１４１０等の諸既知素材に比べ機械的引っ張り強度が高く、ナノチューブ、アルミニウム、鋼、銅、グラファイト等の諸既知素材に比べ密度が低い。加えて、本発明の実施形態に係るＣＮＴヤーンは、その比抵抗が約４×１０-4Ω・ｃｍ以下と低く、その熱伝導率が約７０Ｗ／ｍ°Ｋと高い。この熱伝導率は、同じ質量の金属銅に対しほぼ６倍優っている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るコロトロン型帯電装置を示す図である。
【図２Ａ】そのコロナ電極を構成するＣＮＴヤーンの表面を例示する図である。
【図２Ｂ】更にそのＣＮＴヤーンを組成するＳＷＣＮＴを例示する図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るスコロトロン型帯電装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１〜図３に、本発明の実施形態に係るＣＮＴヤーン並びにそれを用いたコロトロン型及びスコロトロン型帯電装置を示す。そのうち図１に示したのは本発明の第１実施形態に係るコロトロン型帯電装置１００である。いわゆる当業者であれば直ちに理解できる通り、この図は本装置１００の概要を説明するものであるので、図示されていないヤーン、コロナ電極、要素等を付加することも、また図示されているヤーン、コロナ電極、要素等を除去乃至改変することも可能である。
【００１８】
図示の通り、この帯電装置１００はコロナ電極１１０及びそれを囲む導電シールド１２０を備えている。シールド１２０は電極１１０の全周を囲んでいるわけではなく、レセプタ１６０に面する側に開口１２５例えばスリットを有している。電極１１０は、レセプタ１６０上の光導電面１６２に対して間隔をあけて対向配置されている。
【００１９】
そのコロナ電極１１０は、１本の電荷発生用ワイヤ（コロナワイヤ）として、或いはコロナワイヤ複数本からなるアレイとして構成されている。本装置１００では、電極１１０に対しレセプタ１６０を移動させつつ、電極１１０で発生させた静電荷をレセプタ表面１６２上に堆積させる。また、この電極１１０を構成するコロナワイヤは、本発明の実施形態に係るＣＮＴヤーンによって形成されている。そのＣＮＴヤーンとしては、例えばその直径が約１００μｍ以下でその長さが約３０ｃｍ〜約１ｍの円形断面ヤーンを用いる。但し、その直径は約３０μｍ以下、例えば約１０μｍとすることもできる。その断面形状は、例えば卵形、涙形、多葉形（例えば三つ葉形）等、あらゆる形状にすることができる。
【００２０】
図２Ａ及び図２Ｂに、本発明の実施形態にてコロナ電極（例えば１１０）の形成に使用されるＣＮＴヤーンの例を示す。特に、図２Ａに示したのはコロナ電極を構成するＣＮＴヤーンの表面の一例、図２Ｂに示したのはＣＮＴストランドとしてＳＷＣＮＴを用いＣＮＴヤーンを組成した例である。図２Ｂから読み取れるように、この例におけるＳＷＣＮＴの直径は約３ｎｍである。それを用い図２Ａの如く形成されたＣＮＴヤーンは、第１実施形態に係る装置１００にて、コロナ電極１１０又はその素材として使用することができる。
【００２１】
翻って、図１に示す装置１００では、１本又は複数本のコロナ電極１１０及びそれをくるむ導電シールド１２０によって、コロナ発生ユニットが形成されている。このユニットはレセプタ表面１６２の上方に配置されており、またそのシールド１２０の底面、即ち移動する光導電面１６２に向かい合う側の面には、開口１２５が形成されている。従って、電極１１０にて発生させた電荷、具体的には一種類又は複数種類の帯電種を、開口１２５をその流動経路として用い、矢印方向１０５に向かい移動中のレセプタ表面１６２上に供給、堆積させることができる。
【００２２】
そのレセプタ１６０は、本実施形態ではその直径が例えば約１３０ｍｍ以下のドラム状であるが、いわゆる当業者にはご理解頂けるように、トナー層、その上にトナーを堆積させうるシート状媒体、転写ベルト等も、レセプタとして使用することができる。また、本実施形態におけるレセプタ１６０はフォトレセプタである。図示の通り、このレセプタ１６０は導電基体１６４を備えており光導電面１６２はその上に配されているので、そのドラム部分を回転させると基体１６０及び面１６２も所定方向１０５に沿って動く。
【００２３】
この帯電装置１００を動作させる際には、まずそのコロナ発生用ヤーン乃至ワイヤ、即ちコロナ電極１１０を、導電コネクタ１１４等の適当な手段で高圧電源１１８（第１電源）に接続する。例えば、導電シールド１２０を接地する一方、電源１１８に発する直流の作動電圧を電極１１０に印加する。この直流電圧印加によって発生する帯電種、例えば電子や気相イオンが光導電面１６２上に堆積すると、その部位が帯電し又はその部位の電荷が散逸する。具体的には、電極１１０を形成するＣＮＴヤーンに発する強電界によってコロナプラズマ、即ち正イオン、自由電子、負イオン等が発生し、そのコロナプラズマによって発生した帯電種が光導電面１６２に向かう。その帯電種が他の気相分子乃至原子と衝突してそれらの分子乃至原子をイオン化させ、その結果生じた更なる帯電種が面１６２方向に向かうこともある。本実施形態では、こうした電荷放出を引き起こすための電圧しきい値、即ち高圧電源１１８から出力させるべき作動電圧の下限値が、約４〜５ｋＶという低い電圧になる。これは、電極１１０又はその素材として使用しているＣＮＴヤーンの直径が小さく、またそのＣＮＴヤーンに優れた特性があるためである。また、シールド１２０に第２電源から別の電圧を印加することで、面１６２に向かう荷電粒子流を制御、安定化することもできる。
【００２４】
図３に、本発明の第２実施形態に係るスコロトロン型帯電装置３００を示す。いわゆる当業者であれば直ちに理解できる通り、この図は本装置３００の概要を説明するものであるので、図示されていないヤーン、コロナ電極、要素等を付加することも、また図示されているヤーン、コロナ電極、要素等を除去乃至改変することも可能である。
【００２５】
図示の通り、この帯電装置３００は１本又は複数本のコロナ電極３１０及びそれを囲む導電シールド３２０を備えている。シールド３２０は電極３１０の全周を囲んでいるわけではなく、レセプタ３６０の光導電面３６２に面する側に開口３２５を有しており、電極３１０はその面３６２に対し間隔をあけて対向配置されている。また、第１実施形態におけるコロナ電極１１０と同様、この電極３１０も本願記載のＣＮＴヤーンから構成されている。本実施形態では、装置３００の作動電圧を下げるため、その直径を約５０μｍ以下にしている。約３０μｍ以下ならなおよい。
【００２６】
本装置３００は更にスクリーン３７０を備えている。このスクリーン３７０はコロナ電極３１０と光導電面３６２の間に配置されており、それを用いることによって帯電及び放電動作を制御することができる。また、図中のスクリーン３７０はグリッド状であるが、いわゆる当業者にとり既知のどのような形状乃至形態にすることもできる。
【００２７】
この帯電装置３００を動作させる際には、まずその導電シールド３２０を接地する一方、コロナ電極３１０に対し図示しない第１電源等から直流の作動電圧を印加する。この直流電圧印加によって発生する帯電種、例えば電子や気相イオンが光導電面３６２上に堆積すると、その部位が帯電し又はその部位の電荷が逃げる。他方、スクリーン３７０に対しては、図示しない第２電源を用いてバイアスを印加し、その電位を面３６２に所要の電位に近い値に保つ。これによって、面３６２の電位がスクリーン３７０の電位以上に上がることを、防ぐことができる。いずれにしろ、ＣＮＴヤーンからなるワイヤ型の電極３１０に電圧を印加すると前述の通り電界が発生する。その電界がしきい値を上回ると帯電種が発生し、発生した帯電種例えば電子や気相イオンが面３６２に向かうこととなる。本実施形態では、そうした電荷放出を引き起こすための電圧しきい値が、約４〜５ｋＶという低い電圧になる。これは、電極３１０又はその素材として使用するＣＮＴヤーンの直径が小さいためである。電界のしきい値は例えば約２．０Ｖ／μｍ以下になる。
【００２８】
また、ピン型コロナ電極のアレイを１個又は複数個、図１に示したコロナ電極１１０や図３に示したコロナ電極３１０と併用することもできる。
【００２９】
本発明の実施形態に係る帯電装置及び方法、例えば図１〜図３に示したものを好適に使用できる分野としては、電子写真式印刷機等の静電写真印刷機がある。本発明の実施形態に係る装置及び方法をその分野に適用すると、例えば図１又は図３に示した帯電装置１００又は３００でレセプタ１６０又は３６０を帯電させ、そのレセプタ１６０又は３６０上に静電潜像を形成する形態で、成像プロセスが実行されることとなろう。帯電現像素材例えば帯電トナー粒子を帯電したレセプタ１６０又は３６０に接触させてその潜像を現像すると、そのレセプタ１６０又は３６０上に相応する像が発現する。
【００３０】
なお、本願では静電写真式又は電子写真式成像システムを念頭において本発明に係る装置及び方法を例示説明したが、本発明に係る装置及び方法の用途はそのような用途に限定されるものではない。原理的には、帯電動作が行われる装置であればどういった種類の装置に対しても、本発明に係る装置及び方法を適用することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１００  コロトロン型帯電装置、１０５  光導電面移動方向、１１０，３１０  コロナ電極、１１４  導電コネクタ、１１８  高圧電源、１２０，３２０  導電シールド、１２５，３２５  導電シールド開口、１６０，３６０  レセプタ、１６２，３６２  光導電面、１６４  導電基体、３００  スコロトロン型帯電装置、３７０  スクリーン（グリッド）。
【図１】
0005530114.tif 000003
【図３】
0005530114.tif 000004
【図２Ａ】
0005530114.tif 000005
【図２Ｂ】
0005530114.tif 000006