(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有する円筒状のフィルム状部材からなり、周面が周回移動する電荷受容体と接触して無端移動可能に支持される帯電電極と、この帯電電極に帯電用の電圧を印加する電源とを備え、
前記電荷受容体と前記帯電電極との接触部分の近傍における微小間隙で放電を生じさせて前記電荷受容体を帯電する帯電装置において、
前記帯電電極の外周面に当接し、帯電用の電圧を付与する電圧付与手段と、
前記帯電電極の内側の、前記電荷受容体と近接する位置に支持され、前記帯電電極の内周長よりも短い外周長を有する支持部材と、
該支持部材と近接・離隔して配置され、前記電荷受容体と前記帯電電極との接触部分より前記電荷受容体の周回方向下流側において前記支持部材と帯電電極との間に空間部を形成し、該帯電電極が前記電荷受容体と当接・圧接するように、前記帯電電極の前記空間部の外周面を押圧する押圧手段とを有し、
前記帯電電極の外周面に接触する前記電圧付与手段及び前記押圧手段と、前記帯電電極との間には、トナーより小粒径の微粒子が介在されており、
該微粒子は、メタノールウエッタビリティが５０vol.％以上の疎水化処理した微粒子であることを特徴とする帯電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の帯電装置において、
前記微粒子は、体積抵抗が１０12Ω・ｃｍ以下の半導電性微粒子であることを特徴とする帯電装置。
【請求項３】
請求項１に記載の帯電装置において、
前記押圧手段は、前記支持部材と帯電電極との間に形成された前記空間部が、凹状となるように前記帯電電極を押圧するものであることを特徴とする帯電装置。
【請求項４】
周回移動する表面に静電電位の差による潜像が形成される像担持体と、この像担持体にトナーを選択的に転移して前記潜像を可視化する現像装置を備え、
請求項１、請求項２又は請求項３に記載の帯電装置が、前記像担持体を電荷受容体とするように設けられた画像形成装置であって、
前記像担持体の表面に、トナーより小粒径の微粒子が付着されており、
前記トナーは、現像時に前記微粒子の上に転移されるものであり、前記像担持体上に残留する微粒子を、該像担持体上に維持したまま次の潜像の形成及びトナー像の形成を行うようになっており、
前記像担持体の表面に塗布される微粒子の一部は、前記帯電電極との接触により、前記帯電電極の表面に供給された後、さらに前記帯電電極の外周面に接触する前記電圧付与手段及び前記押圧手段に、前記帯電電極に供給された微粒子の一部が供給されるものであることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真、 静電記録、 イオノグラフィー、 磁気潜像等を応用した複写機、 プリンター等の画像形成装置であって、電荷受容体の表面を一様に帯電させる帯電装置及びこの帯電装置を備える画像形成装置に係り、特に電荷受容体に接触するように配設され、電荷受容体と近接する微小空隙で放電を起こさせる帯電装置及びこの帯電装置を備える画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンターなどの画像形成装置では、電荷受容体である感光体を帯電装置により帯電させ、像光の照射により表面に静電潜像を形成し、現像剤の付着によりこの静電潜像を可視化する。このような画像形成装置で用いられる帯電装置としては、従来よりコロナ放電を利用したものと、帯電ローラなどを用いた接触帯電方式によるものとが知られている。
【０００３】
コロナ放電を利用した帯電装置は、シールドケース内に電荷受容体の表面と近接・離間させてワイヤーを張架し、これに高電圧を印加してコロナ放電を起こさせ、電荷受容体に所定の電荷を付与するものである。このような帯電装置は均一な帯電には優れているものの、オゾンなどの放電生成物が大量に生成するため、この放電生成物が感光体表面に付着して感光体を劣化させ、 画質トラブルを発生するという欠点がある。また、オゾンなどの環境衛生上好ましくないガスを処理するための付加装置が必要となり、 装置の複雑化、高コスト化を招きやすい。
【０００４】
そのため、最近では、電荷受容体に帯電電極を直接接触させて帯電する接触帯電方式を利用した帯電装置が用いられている。この帯電装置は、電荷受容体に接触させて導電性の弾性ローラやブラシを配置し、この導電性の部材に帯電電圧を印加して、接触部近傍の微小間隙で放電を起こさせることにより帯電を行うものである。この他、特開昭１−９３７６０号公報、特開平３−２０３７５４号公報に開示されるように、電荷受容体に押圧されるブレード状の帯電電極を用い、電荷受容体表面の残留トナーを除去するクリーニングブレードと兼用させるようにした装置も知られている。さらに特開平４−２４９２７０号公報に開示されるように、帯電電極として可撓性を有するフィルム状部材を用い、その先端部を電荷受容体表面に接触させるように配置した帯電装置も知られている。このような帯電装置では、コロナ放電を利用しないためオゾンなどの放電生成物の発生量が極めて少なく、導電性部材を電荷受容体に接触するように配置するため装置の小型・簡素化、低コスト化に適しているという利点がある。
【０００５】
しかし、 上記接触方式の帯電装置のうち導電性のローラを用いるものでは、均一な帯電を行うためには、帯電電極と電荷受容体との密着性を良くして安定した微小空隙を形成する必要があり、ゴム硬度を低くするなど対策が必要となる。そのため、ゴム中に多量のオイルを含有する必要があり、このオイルが電荷受容体に転移して画質に悪影響を及ぼし易いという欠点がある。一方、このような欠点を解消するためにローラの外形精度を上げる方法があるが、ゴム等の外形精度を上げることは非常に難しく、歩留まりの低下等によりコストアップにつながる。
【０００６】
また、上記帯電装置のうち導電ブラシを用いるものでは、上記弾性ローラに比べて接触を均一化することは容易であるものの、ブラシ制作に手間がかかる上、ブラシの掃き目が帯電むらとなり、画質を低下させるという欠点がある。
【０００７】
また、ブレード状の帯電電極をクリーニングブレードと兼用する方式では、良好なクリーニング性と、均一帯電に必要な微小の空隙設定との両立が非常に困難な上に、トナー等の汚れにより帯電が不均一になり、画質を低下させるという欠点がある。
【０００８】
一方、フィルム状の帯電電極を用いるものでは、他の導電性部材に比べて簡単な構成で、安定した接触が得やすく、部品の製造コストも安価であるという利点がある。しかし、フィルム状部材の先端部と電荷受容体とが接触するため、摩擦帯電によって帯電電極に振動が起こり、放電を行う空隙が変動して、帯電電位が不安定になり易い。また、電荷受容体との接触部にトナーや外添剤などの異物が詰まってしまうため、縦筋状の帯電不良が発生し、画質を低下させてしまうという欠点もある。このような欠点を改善するための手段として、フィルム状部材に交流に直流が重畳された帯電電圧を印加する方法もあるが、フィルム状部材に交流の周波数に応じた振動が起こり、帯電音が発生するという欠点がある。
【０００９】
そこで、上記欠点を回避するために、特開平４−２６８５８４号公報、特開平５−７２８６９号公報等に開示される帯電装置が提案されている。この帯電装置は、図４に示すように可撓性を有するフィルム状部材を円筒状に形成した帯電電極１０２を用い、支持ロール１０３を該帯電電極を介して電荷受容体１０１に押し付けることにより、帯電電極１０２を電荷受容体１０１に接触させ、接触部近傍に微小空隙の放電空間を形成するようにしたものである。
【００１０】
また、特開平４−２３２９７７号公報、特開平５−１８８７３３号公報、特開平８−２２０８３６号公報、特開平８−２４０９６４号公報等には、可撓性のフィルム状部材からなる円筒状の帯電電極を用い、支持ロールと電荷受容体とを間隔をおいて配置した帯電装置が提案されている。この帯電装置は、図５に示すように円筒状の帯電電極１１２を支持ロール１１３の周面に当接させるように支持し、帯電電極１１２を撓ませた状態で電荷受容体１１１に接触させるようにしたものである。このような帯電装置では、支持ロールの回転駆動により帯電電極が周回移動するようになっており、その移動方向が電荷受容体との接触部で同方向になるように設定されている。また、周回移動する帯電電極を支持ロールの周面に安定して当接させるため、帯電電極の外周面にガイド部材やガイドロール等を接触させる場合もある。
【００１１】
このほか、特開平８−２４０９６３号公報、特開平９−６０９０号公報においては、上記回転型のフィルム状の帯電装置とほぼ同様な構成であるが、支持ロールを固定し、帯電電極を電荷受容体との静電気力により回転させるようにした帯電装置が提案されている。
【００１２】
上記のような回転型のフィルム状帯電電極を用いる帯電装置では、帯電電極と電荷受容体との摩擦帯電による振動が防止され、また放電部近傍のトナーや外添剤などの異物滞留が少なくなることにより、帯電不良が減少するという利点がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような回転型のフィルム状帯電電極を用いる帯電装置では以下に示すような問題点がある。
上記帯電装置において、図４に示すように帯電電極１０２を支持ロール１０３で押し付けることにより電荷受容体１０１に接触させ、電荷受容体との従動により周面を無端移動させる方式では、電荷受容体に対して大きな圧力が生じるため、トナー等の異物が接触部に進入したりすると、電荷受容体や帯電電極に傷が付き、画質欠陥が発生してしまう。
【００１４】
また、図５に示すように帯電電極１１２を支持ロール１１３の回転駆動により無端移動させる方式では、支持ロールに偏心があると帯電電極がばたつき、放電部の微小空隙が変動するため帯電が不均一になってしまう。
【００１５】
また、帯電電極を静電吸着力で回転させる方式では、帯電電極の成型精度（真直度、両縁部の内周径の寸法差など）が良くないと帯電電極がばたつき、放電部の微小空隙が変動するため帯電が不均一になってしまう。 しかし、可撓性の円筒状フィルムの成型精度を向上させるには製造上の困難を伴う。更に、クリーニング不良トナーまたはクリーナレスプロセスなどのように転写残留トナーが電荷受容体上に多量に存在するプロセスに適用すると、帯電電極の回転スリップを生じ、画像上に縦筋状の欠陥が発生する。
【００１６】
次に、回転型の円筒状フィルムを用いる帯電装置に限らず、前述した接触式の帯電装置の共通の問題点として、帯電装置の汚れによる画質欠陥がある。 これらの欠点を解決するために、特開平４−１５７４３８号公報、特開平４−３０３８６１号公報、特開平４−３１１９７２号公報、特開平６−２６６２０６号公報、特開平７−４９６０５号公報、特公平７−９９４４２号公報等では、 帯電装置の表面層を非粘着材料で形成または被覆したり、層状固体潤滑剤で形成するなどして、帯電装置表面にトナー等の異物が付着するのを防止している。更には、 帯電装置表面の摩擦係数低減のため帯電装置表面に粉末を塗布するものがある。
【００１７】
しかしながら、上記のような帯電装置は、クリーナレスプロセスに適用した場合に、長期間の使用及び突発的な汚れ（ジャム時の転写未了トナー等）に対して極めて不十分であり、 汚れが回避できず、 画質欠陥を発生してしまう。 更に、汚れが十分に防止できないことから、可撓性の円筒状フィルムを回転させる帯電装置に適用しても、前述のような摩擦力低下による帯電電極の回転スリップが発生してしまう。
【００１８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、長期間に渡り、可撓性フィルムからなる円筒状の帯電電極の回転を安定させ、放電部である微小空隙の空隙距離の変動を防止し、高信頼性および帯電均一性に優れるオゾンレスの帯電装置を提供するものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、  可撓性を有する円筒状のフィルム状部材からなり、周面が周回移動する電荷受容体と接触して無端移動可能に支持される帯電電極と、この帯電電極に帯電用の電圧を印加する電源とを備え、  前記電荷受容体と前記帯電電極との接触部分の近傍における微小間隙で放電を生じさせて前記電荷受容体を帯電する帯電装置において、    前記帯電電極の外周面に当接し、帯電用の電圧を付与する電圧付与手段と、   前記帯電電極の内側の、前記電荷受容体と近接する位置に支持され、前記帯電電極の内周長よりも短い外周長を有する支持部材と、  該支持部材と近接・離隔して配置され、前記電荷受容体と前記帯電電極との接触部分より前記電荷受容体の周回方向下流側において前記支持部材と帯電電極との間に空間部を形成し、該帯電電極が前記電荷受容体と当接・圧接するように、前記帯電電極の外周面を押圧する押圧手段とを有し、  前記帯電電極の前記空間部の外周面に接触する前記電圧付与手段及び前記押圧手段と、前記帯電電極との間には、トナーより小粒径の微粒子が介在されており、  該微粒子は、メタノールウエッタビリティが５０vol.％以上の疎水化処理した微粒子であるものとする。
【００２０】
上記帯電装置では、可撓性の円筒状フイルムからなる帯電電極の内側に、 帯電電極の内周長よりも径の小さい支持部材を挿入してあり、帯電電極が電荷受容体との静電吸着力により電荷受容体の回転方向に引かれるため、帯電電極は電荷受容体とのプレニップ部が支持部材の外周に沿うように回転する。その際、 プレニップ部の前記帯電電極と電荷受容体との間に形成される微小空隙放電部の空隙距離を一定に保つように、 支持部材及び押圧手段の位置を適切に設定することが望ましい。例えば、支持部材を非回転することで支持部材の偏心による帯電電極のばたつきがなくなり、 常に放電が安定化して均一な帯電が行える。更に、支持部材の偏心精度を考えなくてすむので、支持部材を電荷受容体に極力近接することが可能となる。
【００２１】
支持部材と電荷受容体の距離は非常に重要であり、 支持部材を近接することにより帯電電極のばたつきは飛躍的に減少し、均一帯電が可能となる。また、電荷受容体に大きな圧力がかからないように、支持部材と電荷受容体との距離は２００μｍ〜1 ｍｍ、好ましくは５００μｍ以下に設定することが望ましい。このとき、 帯電電極は、厚みが３０〜２００μｍ、特に５０μｍ程度のものを用いることが好ましい。
【００２２】
なお、上記帯電装置を構成する帯電電極の材料としては、 半導電性の材料で、例えば、ポリエステル、ポリアミド、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ＰＥＮ、ＰＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、ＰＦＡ、ＰＶｄＦ、 ＥＴＦＥ、ＣＴＦＥ等の樹脂、 もしくはシリコーンゴム、 エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、ニトルゴム等の合成ゴムにカーボンブラックや金属粉末等の導電性の微粉末を混入したものを用いることができる。好ましい体積抵抗率としては、１０2 Ω・ｃｍ以下では火花放電を起こしやすく、 １０11Ω・ｃｍ以上ではドット状の放電不良を起こしやすいため、１０3 〜１０10Ω・ｃｍの範囲になるように導電性の微粉末の混入量で体積抵抗率を調整することが好ましい。
【００２３】
次に、帯電電極への押圧手段は、帯電電極に大きな圧力がかかり、傷などの損傷を防止するため支持部材に対して当接せずに、支持部材上部と帯電部材の間の空間及び電荷受容体の回転方向下流側の支持部材と帯電電極の間の空間が形成されるように、帯電電極を押圧手段と電荷受容体とが挟み込むように設置してある。このような構成であれば、 電荷受容体に帯電電極を十分にニップさせることができ、帯電電極の回転スリップを軽減できる。 また、 電荷受容体の回転方向下流側の空間で帯電電極が挟み込まれるため、帯電電極のプレニップ部の放電領域では、 帯電電極が支持部材に沿うように、可撓性の帯電電極の弾性により適当なテンションがかかり、 成型精度の悪い帯電電極を用いても帯電電極のばたつきが減少し、帯電均一性が向上する。
【００２４】
また、 押圧手段の形状は、ハウジング状、板状、棒状、ブラシ状等何を用いてもよく、押圧可能なものであれば、適宜変更して差し支えない。また、 これらの材質は、 樹脂、金属、繊維等何を用いてもよいが、不要な帯電により帯電電極との静電吸着を生じ、帯電電極の回転を妨げることがないように、導電性または半導電性にして、帯電用の電圧と同電位または電気的にフロート状態にしておくことが好ましい。なお、これらの材質は、不要な帯電が生じないものであれば適宜変更して差し支えない。
【００２５】
一方、支持部材の形状は、円形、楕円形、半円形等のロール、パイプ等何を用いてもよく、帯電電極の回転を妨げないものであれば、適宜変更して差し支えない。支持部材の材質に関しては、支持部材と電荷受容体とが微小空隙距離で保持されるため、電荷受容体に対してピンホールリークし難いように、 絶縁体、半導電性体、金属、又は金属に絶縁体や半導電性体を被覆したものを用い、電気的にフロートにしておくことが好ましい。特に、半導電性のジュラコン等のように帯電電極との摺動摩擦が少なく、抵抗性の材質を用いることが望ましい。但し、これらの材質に何ら制限されるものではなく、 上記の機能を有していれば、適宜変更して差し支えない。
【００２６】
次に、 帯電電圧の給電方法は、帯電電極の外周面より行うこととしている。 これにより、前記支持部材と合わせて電荷受容体へのピンホールリークが格段に減少する。実際の給電方法としては、 導電性の押圧手段を用いて帯電電圧を印加する方法、別途、ハウジング状、板状、棒状、ブラシ状等の電圧付与手段を用いて帯電電圧を印加する方法、又は上記両者を合わせて帯電電圧を印加する方法等のいずれで行ってもよい。この方法も上記の機能を有していれば、何ら制限されるものではなく、 適宜変更して差し支えない。
【００２７】
以上のような構成において、帯電電極の外周面に当接する押圧手段や電圧付与手段は、帯電電極の回転負荷にならないように、従動するロールまたは回転駆動するロールなどにしてもよく、より機構の簡素化、小型化、低コスト化等を図るため、固定型の部材で構成してもよい。
【００２８】
また、上記帯電装置では、帯電電極の外周面に当接する押圧手段や電圧付与手段等の当接部材に予め微粒子を付着させている。これにより、微粒子が接触物とのコロ的な役目をするため、帯電電極と当接部材との摩擦力は極めて少なくなり、帯電電極の回転安定性は極めて高くなる。このため、帯電均一性が向上し、帯電電極のスリップによる像担持体への傷等の機械的ストレスを防止することができる。更に、微粒子により、帯電電極及びこれに当接する押圧手段等の当接部材の低付着性が維持されるため、長期間に渡って使用してもトナー等の異物付着を防止することができる。
【００２９】
微粒子の材料としては、酸化チタン、シリカ、アルミナ、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化クロム、ベンガラ等の無機粉末や、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等の有機粉末が用いられるが、何らこれに限定するものではない。また粒径は、帯電電極の放電に影響を与えないように５μｍ以下のものを用いることが好ましい。
【００３０】
また、上記微粒子としては、メタノールウェッタビリティが５０ｖｏｌ．％以上になるように疎水化処理された微粒子が用いられる。ここで、メタノールウェッタビリティとは、水に微粒子を浮かべた後、その中にメタノールをたらし、微粒子が１００％沈殿した時の水の量に対するメタノールの量の比率をとったものをいう。
【００３１】
このような微粒子を使用することにより、高湿度環境下でも微粒子が吸湿しないため、微粒子のコロ的作用及び低付着性が維持される。このため、帯電電極とこれに当接する押圧手段や圧力付与手段等との摩擦力の増加はなく、トナー等の異物の付着も回避される。
【００３２】
疎水化処理は、前述の微粉末に、例えば、ヘキサメチルジシラザン、ジアルキルジハロゲン化シラン、アルキルトリハロゲン化シラン等のシランカップリング剤やジメチルシリコンオイル等の疎水化処理剤を高温下で反応させて作成する。これは一例であり、何らこれに限定するものではない。
【００３３】
請求項２に記載の発明は、上記帯電電極の表面上、及び帯電電極に当接する押圧手段や電圧付与手段などの表面上に、トナーより小粒径で、体積抵抗率が１０12Ω・ｃｍ以下の半導電性微粒子をほぼ一様に付着させている。これより大きな体積抵抗率のものを使用すると、帯電電極表面の微粒子が帯電し、異常放電を起こしやすくなったり、帯電電極に当接する部材に付着した微粒子が帯電し、帯電電極の回転を妨げる。そして帯電電極の回転が時々停止して、帯電電位のばらつきが大きくなったり、また像担持体の傷を発生させる等の問題があるからである。
【００３４】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の帯電装置において、前記押圧手段は、前記支持部材と帯電電極との間に形成された前記空間部が、凹状となるように前記帯電電極を押圧するものとする。これにより帯電電極が電荷受容体に適度に押圧され、帯電電極の周回移動をより安定化させることできる。
【００３５】
請求項４に記載の発明は、  周回移動する表面に静電電位の差による潜像が形成される像担持体と、この像担持体にトナーを選択的に転移して前記潜像を可視化する現像装置を備え、  請求項１又は請求項２に記載の帯電装置が、前記像担持体を電荷受容体とするように設けられた画像形成装置であって、  前記像担持体の表面に、トナーより小粒径の微粒子が付着されており、  前記トナーは、現像時に前記微粒子の上に転移されるものであり、前記像担持体上に残留する微粒子を、該像担持体上に維持したまま次の潜像の形成及びトナー像の形成を行うようになっており、  前記像担持体の表面に塗布される微粒子の一部は、前記帯電電極との接触により、前記帯電電極の表面に供給された後、さらに前記帯電電極の外周面に接触する前記電圧付与手段及び前記押圧手段に、前記帯電電極に供給された微粒子の一部が供給されるものとする。
【００３６】
このような画像形成装置は、上記請求項１又は請求項２に記載の帯電装置を、像担持体（電荷受容体）の表面に予めトナーより小粒径の微粒子を付着させることによって、ほぼ１００％近い転写効率を達成するクリーナレスの画像形成装置の帯電装置として使用するものである。帯電電極、及び電圧付与手段、押圧手段等の当接部材は、トナー等の異物の汚れを防止するため微粒子が予め付着されているが、長期間に渡って使用すると、若干づつであるが、微粒子が減少して汚れ防止効果が低下してしまう。また、微粒子が帯電電極やその当接部材に強固に付着して、 帯電電極の回転の妨げになることもある。そこで、像担持体に付着した微粒子の一部を、帯電電極が像担持体に接触したときに、帯電電極上に供給するようにし、更に帯電電極に供給した微粒子を前記帯電電極の当接部材に供給するようにしている。例えば、像担持体への微粒子付与手段を設けることによって、像担持体表面に微粒子を安定的に供給すれば、帯電電極や当接部材の表面に微粒子が不足することがなくなる。これにより、画像形成装置を長期間に渡って使用しても、上述の汚れの発生や帯電電極の回転安定性などの問題は回避される。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本願に係る発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本願発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図である。
この帯電装置は、図１に示す矢印方向に移動可能なＯＰＣ感光体１と対向した位置に支持されており、半導電性のフィルム状部材を無端移動可能な周面を有するように、円筒状に形成した帯電電極２と、この帯電電極２の内側に挿入され、帯電電極２をＯＰＣ感光体１と接触させるように支持する円筒状の支持部材３とを有している。この帯電電極２の内周長は、支持部材３の外周長よりも長くなるように形成されており、該支持部材３と離隔して対向する位置には、帯電電極２の外周面を押圧する押圧部材４を備えている。また、帯電電極２の上方部には、導電性ブラシからなる電圧付与部材６が帯電電極２の外周面と当接するように支持されており、該電圧付与部材６及び押圧部材４には直流電源５が接続されている。
【００３８】
上記支持部材３は、ＯＰＣ感光体１と近接する位置に非回転に支持されており、電気的にフロートとなっている。支持部材３の体積抵抗率は１０10Ω・ｃｍ、好ましくは１０6 Ω・ｃｍ以下のものが用いられている。本実施形態では、支持部材３とＯＰＣ感光体１との対向面の距離は２５０μｍに設定されており、支持部材３の材料として、ＳＵＳ３０４に体積抵抗率が１０4 Ω・ｃｍの半導電性ジュラコン（ポリアセタール）を被覆した円筒状のシャフトが用いられている。
【００３９】
上記押圧部材４は、導電性部材からなり、帯電電極２の上部を囲むようにハウジング状に形成されており、帯電電極２の外周面に押圧力を付与するものである。この押圧部材４は、帯電電極２の外周面を押圧することによって、図１に示すように、支持部材３の上部と帯電電極２との間の空間部７ａが凸状になり、ＯＰＣ感光体１の回転方向下流側の支持部材３と帯電電極２との間の空間部７ｂが凹状になるように配置されており、帯電電極２は空間部７ｂの下側でＯＰＣ感光体１と接触するようになっている。つまり、押圧部材４は帯電電極２の外周面に押圧力を付与しながら、空間部７ａ，７ｂを挟み込むように配置されている。
【００４０】
上記ＯＰＣ感光体１は、導体基体1 ａ上に電荷発生層１ｂが積層され、さらにその上に、電荷輸送層１ｃを有する積層型の感光体であり、導体基体1 ａは電気的に接地されている。そして、帯電電極２とＯＰＣ感光体１とが接触するプレニップ近傍の微小空隙８で放電が生じることによって、ＯＰＣ感光体１の表面が帯電されるようになっている。
【００４１】
上記帯電電極２を構成するフィルム部材としては、ポリフッ化ビニリデンにカーボンブラックを分散させ、体積抵抗率を１０6 Ω・ｃｍとした、厚さ５０μｍのものを用いている。帯電電極２への給電は、直流電源５が接続されたブラシ状の帯電電圧付与手段６及び導電性の押圧部材４により行われるようになっている。
【００４２】
また、上記帯電電極２、上記押圧部材４、及び上記電圧付与部材６の表面には、トナーより小粒径の微粒子が予めほぼ一様に付着されている。この微粒子としては、粒径が０．１μｍ以下、 体積抵抗率が１０12Ω・ｃｍ、メタノールウエッタビリティ疎水化度が７０vol.％の酸化チタンが用いられている。この微粒子は、基材のシリカと疎水処理剤のヘキサメチルジシラザンを高温下で反応させて作成したものである。なお、微粒子の付着方法は、上記微粒子を綿性のポーチ内に入れ、帯電電極２などの被付着物を軽く押し付けた後、凝集した微粒子を除くために写真用のハンディタイプのブロワで飛ばしたものである。
【００４３】
上記のような構成の帯電装置では、帯電電極２は、電源５から印加された帯電電圧とＯＰＣ感光体１の電位差によって生ずる静電吸着力により、ＯＰＣ感光体１の移動方向に引っ張られ、ＯＰＣ感光体１と等速に回転を始める。そして、帯電電極２と支持部材３の上部との間に空間部７ａが形成され、感光体１の回転方向下流側の支持部材３との間に空間部７ｂが形成された状態で、帯電電極２は支持部材３のプレニップ側の外周面に沿うように周回移動する。
【００４４】
このような帯電装置では、支持部材３が非回転で感光体１と近接して配置されているので、支持部材３の偏心による帯電電極２のばたつきがなくなり、帯電電位の変動を防止することができる。また、押圧部材４により帯電電極２が適度に押圧されるため、帯電電極２の周回移動をより安定化させることができる。
また、帯電電極２と、これに当接する押圧部材４、電圧付与部材６との間に微粒子が介在されているので、両者の摩擦力は極めて少なくなり、帯電電極の回転安定性が極めて高くなる。このため、帯電均一性が向上し、帯電電極のスリップによる像担持体の損傷などが防止される。また、帯電電極２、押圧部材４、及び電圧付与部材６とトナーとの付着力が減少し、汚れの付着を防止できる。
【００４５】
次に、上記帯電装置の効果を確認するため、微粒子の体積抵抗率を変えたときの帯電安定性を調査する実験を行った結果について説明する。表１は、微粒子の体積抵抗率が１０8 、１０12、１０13、１０15Ω・ｃｍのときの帯電電位のばらつき、帯電電極の回転安定性、像担持体の傷の発生状況を示したものである。
【００４６】
【表１】
0003705322.tif 000002
【００４７】
表１の結果より、体積抵抗率が１０12Ω・ｃｍ以下のときに、帯電電位がほぼ均一となり、像担持体の傷が発生しないことがわかる。これより大きな体積抵抗率のものを使用すると、帯電電位のばらつきが増加し、像担持体の傷が発生する。これは、体積抵抗率が大きくなると帯電電極表面の微粒子が帯電し、異常放電を起こしやすくなったり、帯電電極に接触する押圧部材等に付着した微粒子が帯電し、帯電電極の回転を妨げ、帯電電極の回転が停止したりするためと考えられる。
【００４８】
次に、温度・湿度が異なる環境下で、微粒子のメタノールウエッタビリティを変えたときの帯電安定性を調査する実験を行った結果について説明する。表２は、環境状態を３段階に変化させ、メタノールウエッタビリティを４０vol.％以下、５０vol.％、８０vol.％としたときの帯電電極の回転安定性、トナー汚れの発生状況を示したものである。回転安定性は、目視観察にて評価し、トナー汚れは、転写率９０％のストレス条件において、クリーナレスプロセスで１ｋｐｖランした後の、帯電装置のトナー汚れをテープ転写し、反射濃度を測定したものである。
【００４９】
【表２】
0003705322.tif 000003
【００５０】
表２の結果より、メタノールウェッタビリティが５０vol.％以上の微粒子を用いることにより、環境が変動しても帯電電極の回転が安定であり、トナー汚れがほとんど発生しないことがわかる。これは、高湿度環境下で使用しても、微粒子が吸湿しないため、微粒子のコロ的作用及び低付着性が維持され、帯電電極とこれに当接する押圧部材、電圧付与部材との摩擦力の増加はなく、トナー等の異物付着が回避されるためと考えられる。
【００５１】
図２は、請求項４に記載される発明の一実施形態である画像形成装置を示す概略構成図である。
この画像形成装置は、 ＯＰＣ感光体１１の表面にトナーより小粒径の微粒子を予め付着させ、帯電電極２にＯＰＣ感光体１１上に予め付着した微粒子の一部を電界または圧力により一様に供給するクリーナレス方式の画像形成装置である。以下、画像形成装置の構成を図に基づいて具体的に説明する。
【００５２】
この画像形成装置は、一様帯電後に像光を照射することにより表面に静電潜像が形成されるＯＰＣ感光体１１と、この感光体１１の周囲に、感光体１１の表面を一様に帯電する帯電装置１２と、一様帯電した後の感光体１１に微粒子をほぼ一様に付着させる微粒子付着装置１３と、画像データに基づき感光体１１に像光を照射して潜像を形成する像書き込み装置１４と、前記潜像にトナーを選択的に転移して可視化する現像装置１５と、ペーパーガイド１９より供給される記録用紙に感光体表面のトナー像を転写する転写帯電器１６と、転写された用紙を感光体１１から剥離する剥離用帯電器１７と、剥離された用紙を搬送する搬送ベルト２０と、感光体１１を除電する除電露光装置１８とを有している。なお、この画像形成装置はクリーナレス方式であり、クリーニング装置は設けられていない。
【００５３】
上記帯電装置１２は、図１に示す帯電装置と同じものであり、帯電電極２の表面には予め微粒子が一様に付着されている。この微粒子も図１に示す帯電装置と同じく、体積抵抗率が１０12Ω・ｃｍの酸化チタンが用いられている。
【００５４】
上記現像装置１５は、図３に示すように、現像剤を収容するハウジング２６内に、感光体１と近接して対向するように配置された現像ロール２１と、該現像ロール２１上に現像剤を供給するパドル２４と、現像ロール２１上の現像剤量を規制する現像剤規制部材２５とを備えている。さらに、パドル２４の後方には、第１の撹拌室２８ａおよび第２の撹拌室２９ａが配置され、各撹拌室内には、それぞれ現像剤を撹拌しながら現像ロールの軸線方向に搬送する第１のオーガー２８および第２のオーガー２９が備えられている。
【００５５】
上記現像ロール２１は、周方向に７極の磁極を有するマグネットロール２２と、この周囲で回転可能に支持された非磁性の中空円筒状のスリーブ２３とからなるものであり、スリーブ２３の周面に現像剤を磁気的に吸着して搬送することができるようになっている。
この現像装置１５で用いられる現像剤は磁性キャリアとトナーとを混合したものである。また、外添剤を加えたものであってもよい。
【００５６】
このような現像装置１５では、ハウジング２６内の現像剤は、パドル２４によりミキシングされて帯電されるとともに、スリーブ２３の周面に供給される。スリーブ２３上では、マグネットロール２２の磁力によって現像剤が穂状に連なった磁気ブラシが形成され、現像剤規制部材２５により均されて所定の厚みの現像剤層が形成される。この現像剤層は感光体１１との対向領域に搬送され、現像に供されるようになっている。
【００５７】
上記微粒子付着装置１３は、上記現像装置１５と同じ構成を有するものである。ただし、この装置は上記現像剤に代えて、磁性キャリアとトナーより小粒径の微粒子とを混合した微粒子供給剤が収容されており、感光体１１と対向して回転する微粒子供給剤担持ロール２７により、感光体１１の表面に微粒子を供給するようになっている。
【００５８】
感光体１１に付着させる微粒子としては、帯電電極２に予め付着させる微粒子と同じ酸化チタン微粒子が用いられている。このとき、酸化チタン微粒子の被覆率は、１００％になるように調製している。
【００５９】
なお、被覆率ｆ（％）は、キャリア平均粒径をＤ（ｍ）、酸化チタン微粒子の平均粒径（長軸方向寸法と短軸方向寸法の平均）をｄ（ｍ）、キャリア比重をρｃ（＝２．２）、 酸化チタン微粒子の比重をρｔ（＝４．５）、キャリア重量をＷｃ（ｋｇ）、酸化チタン微粒子の重量をＷｔ（ｋｇ）とすると、次式で求められる。
【数１】
0003705322.tif 000004
【００６０】
このような画像形成装置の主要部材のデータおよび設定は次の通りである。
感光ドラム：      ＯＰＣ（φ８４）
ＲＯＳ：          半導体レーザ（４００ｄｐｉ）
プロセス速度：    １６０ｍｍ／ｓ
潜像電位：        背景部＝−６５０Ｖ、画像部＝−１５０Ｖ
帯電装置：        接触式回転フィルム
給電電圧＝ＤＣ−１．３ｋＶ（定電圧）
感光体流入電流＝−１．２μＡ／ｃｍ
フィルム外径＝φ１２．５
感光体と支持部材の対向面の距離= ２５０μｍ
現像ロール及び微粒子供給剤担持ロール：
マグネット固定、スリーブ回転式
マグネット磁束密度＝５００Ｇ（スリーブ上）
スリーブ外径＝φ２５
感光体とスリーブの対向面の距離= ５００μｍ
現像バイアスおよび微粒子供給剤担持ロールに印加するバイアス：
ＤＣ−５００Ｖ、ＡＣ１．５ｋＶｐ−ｐ（８ｋＨｚ）
転写条件：          コロトロン転写（ワイヤ径＝８５μｍ）
【００６１】
次に、上記のような構成の画像形成装置の動作について説明する。
ＯＰＣ感光体１１は回転駆動され、帯電装置１２によって一様に帯電された感光体１１の表面が微粒子付着装置１３との対向位置に移動する。微粒子付着装置１３が有する微粒子供給剤担持ロール２７の表面にはマグネットロールの磁力によってキャリアの磁気ブラシが形成されており、このキャリアに酸化チタン微粒子が付着している。そして、磁気ブラシが感光体１１に接触することにより、微粒子が擦り付けられ、感光体１の表面にほぼ一様に微粒子が付着される。その際、微粒子と感光体１１とが接触したときにその接触面で鏡像力やファンデルワールス力等の付着力が作用し、この力によって微粒子が付着する。
【００６２】
像書き込み装置１４との対向位置では、像担持体上の微粒子の上から像光が照射されるが、使用している微粒子は光を透過するものであり、感光体１１の電荷輸送層の電荷は露光によって低減され、静電電位の差による潜像が形成される。
【００６３】
この潜像は現像装置１５と対向する位置に移動し、現像ロール２１から転移されるトナーが微粒子の上に重ねて付着され、潜像が可視化される。このようにして形成されたトナー像は、転写帯電器１６によって記録用紙に転写される。このとき、トナーは微粒子を介して感光体１１上に付着しており、ファンデルワールス力等の非電気的な付着力が小さくなっているので、転写帯電器１６による電界で容易に脱離し、記録用紙に転写される。
【００６４】
上記のようにして記録用紙にトナー像が転写された後、感光体１１上には微粒子が残る。この画像形成装置ではクリーニング装置は設けられておらず、微粒子が感光体１１上に維持されたまま次の画像形成工程に入り、感光体１１の表面及びその上の微粒子が帯電装置１２との対向位置を通過する。このとき、感光体１１上の微粒子と帯電電極２とが接触するとともに、感光体１１と帯電電極２との間に電界が作用しており、これにより感光体１１上の微粒子の一部が帯電電極２上に転移される。この現象は本願発明者らの実験により見出されており、帯電電極２の放電時の電界強度において、微粒子は極性にかかわらず飛翔又は転移することが確認されている。さらに、帯電電極２は感光体１１に密着して周回移動するため、微粒子は帯電電極２に極めて均一に付着するとともに、感光体１１上の微粒子も十分に均され、微粒子がしっかりと付着する。これにより、帯電電極２との対向位置に新たな微粒子付着装置を設ける必要がなくなる。
【００６５】
また、上記のように帯電電極２に付着した微粒子は、押圧部材４および電圧付与部材６に接触し、その接触時の圧力により微粒子の一部が押圧部材４および電圧付与部材６の表面に供給される。これにより、帯電電極２、押圧部材４および電圧付与部材６の表面に、長期間に渡り安定して微粒子を供給することができる。なお、本実施形態では、上記のような供給方法を採用したが、安定して供給できるものであれば、適宜変更して差し支えない。
【００６６】
上記のような画像形成装置では、微粒子として、体積抵抗率が１０12Ω・ｃｍ以下の半導電性微粒子が用いられており、微粒子の帯電により異常放電を発生したり、帯電電極の回転を妨げたりすることがなくなる。このため、帯電電位がほぼ均一となり、感光体の損傷も防止される。また微粒子は、メタノールウェッタビリティが５０ｖｏｌ．％以上になるように疎水化処理されており、高湿度環境下で使用しても、微粒子が吸湿しないため、微粒子の効果による低付着性が維持される。このため、トナー等の異物付着が回避されるとともに、クリーナレス方式の画像形成プロセスにおいても、画質劣化等のトラブルを防止することができる。
【００６７】
次に、上記画像形成装置の効果を確認するため、６万枚( Ａ３縦) の連続ランテストを実施した結果について説明する。環境条件は、２２゜Ｃ／５５％ＲＨ，２８゜Ｃ／８５％ＲＨ，１０゜Ｃ／３３％ＲＨとし、各環境にて２万枚づつランを行った。その結果、下記のように長期間、使用される環境条件によらずに良好な結果を得た。
（１）帯電電位均一性      ：≦10V
（２）帯電電極の回転安定性：良好（回転停止なし、ドラム傷・ 摩耗なし）
（３）帯電電極・ 押圧部材・ 帯電電圧付与部材の汚れ
：なし（テープ転写したときの反射濃度≦0.1 ）
【００６８】
なお、本実施形態は、コロトロン転写を用いた電子写真方法を例にとり、説明してきたが、中間転写体を用いても同様な効果が得られる。また、電子写真に限らず、イオノグラフィ、磁気記録等を応用した複写機、プリンター等に適用できるものであり、何ら制限するものではない。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明によれば、 長期間に渡り、可撓性の円筒状フィルムからなる帯電電極の回転を安定させることが可能であり、放電部である微小空隙距離の変動を防止することができる。さらに、帯電電極の表面の汚れを防止することができ、帯電電位がほぼ均一で信頼性に優れるオゾンレスの帯電装置を実現できる。また、該帯電装置をクリーナレス方式の画像形成装置に適用しても、長期間に渡り高転写効率を維持することが可能であり、トナー汚れによる画質欠陥の発生を防止して、良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図である。
【図２】  上記帯電装置が用いられる画像形成装置であって、本願発明の一実施形態であるクリーナレス方式の画像形成装置を示す概略構成図である。
【図３】  上記画像形成装置で用いられる現像装置を示す概略構成図である。
【図４】  従来の帯電装置の第１の例を示す概略構成図である。
【図５】  従来の帯電装置の第２の例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１    ＯＰＣ感光体
１ａ    導体基体
１ｂ    電荷発生層
１ｃ    電荷輸送層
２    帯電電極
３    支持部材
４    押圧部材
５    直流電源
６    電圧付与部材
７ａ、７ｂ    空間部
８    微小空隙（放電領域）
１１    ＯＰＣ感光体
１２    帯電装置
１３    微粒子付着装置
１４    像書き込み装置
１５    現像装置
１６    転写帯電器
１７    剥離用帯電器
１８    除電ランプ
１９    用紙搬送路
２０    用紙搬送ベルト
２１    現像ロール
２２    マグネットロール
２３    現像スリーブ
２４    パドル
２５    現像剤規制部材
２６    ハウジング
２７    微粒子供給剤担持ロール
２８    第１のオーガー
２９    第２のオーガー
【図１】
0003705322.tif 000005
【図２】
0003705322.tif 000006
【図３】
0003705322.tif 000007
【図４】
0003705322.tif 000008
【図５】
0003705322.tif 000009