(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光ドラムに当接させて互いに逆回転方向に回転させながら、該感光ドラムとの間に電圧を印加することにより、感光ドラムを負に帯電させるローラ状の帯電部材において、感光ドラムに直接接触して上記電圧印加により電荷の移動が行われる接触部の仕事関数を感光ドラム表面の仕事関数より小さくしたことを特徴とする帯電部材。
【請求項２】
ローラ状基体の外周にフィラーとマトリックスポリマーとを含有する表皮層を形成したローラ状の部材である請求項１記載の帯電部材。
【請求項３】
上記表皮層が、アニリン、カーボンブラック、黒鉛、Ｎ,Ｎ’−ジ−β−ナフチル−ｐ−フェニレンジアミン、ＳｂドープＳｎＯ2、ドープなしＳｎＯ2、ＳｂドープＴｉＯ2、ＺｎＯから選ばれたフィラーを含有する請求項２記載の帯電部材。
【請求項４】
感光ドラムに当接させて互いに逆回転方向に回転させながら、該感光ドラムとの間に電圧を印加することにより、被帯電体を正に帯電させるローラ状の帯電部材において、感光ドラムに直接接触して上記電圧印加により電荷の移動が行われる接触部の仕事関数を感光ドラム表面の仕事関数より大きくしたことを特徴とする帯電部材。
【請求項５】
ローラ状基体の外周にフィラーとマトリックスポリマーとを含有する表皮層を形成したローラ状の部材である請求項４記載の帯電部材。
【請求項６】
上記表皮層が、ポリビニルカルバゾール、ジフェニルグアニジン、２−メルカプトベンゾイミダゾール、２−メルカプトメチルベンゾイミダゾール、ＭｇＯ、ＺｎＯから選ばれたフィラーを含有する請求項５記載の帯電部材。
【請求項７】
感光ドラムに当接して互いに逆回転方向に回転し、感光ドラムに電荷を与えるローラ状の帯電部材と、帯電部材と感光ドラムとの間に電圧を印加する電圧印加手段とを具備してなる帯電装置において、上記帯電部材として請求項１〜６のいずれか１項に記載の帯電部材を用いたことを特徴とする帯電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタや複写機などにおいて、電子写真や静電記録プロセスに用いられる感光体等の被帯電体を帯電させる帯電部材及び帯電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
複写機等の電子写真プロセスでは、まず感光体の表面を一様に帯電させ、この感光体に光学系から画像を投射して、光の当たった部分の帯電を消去することによって潜像を形成し、さらにトナーの付着、紙へのトナー像の転写により複写を行う方法が採られている。
【０００３】
この場合、最初の感光体を帯電させる操作は、コロナ放電方式が一般に採用されている。しかしながら、このコロナ放電方式は５〜１０ｋＶもの高電圧印加が必要とされるため、例えば電源部が大きくなるなど、機器全体の設計自由度が制限されると共に、安全性も懸念される。また、コロナ放電中にオゾンが発生するため、環境上の問題もある。
【０００４】
そこで、最近では、電圧を印加した帯電部材を感光体等の被帯電体に接触させることにより、被帯電体を帯電させる方法が提案されている。このような接触方式によれば、コロナ放電方式に比べて低い印加電圧で帯電を行うことができ、またオゾンの発生もごく少なく上記コロナ放電方式の問題点を解決し得る可能性がある。
【０００５】
従来、上記接触帯電方式に使用される帯電部材としては、カーボン等の導電性粒子を分散した導電ゴムローラやこれにナイロン、ポリウレタン等を被覆したローラが知られており、これらの帯電部材には、被帯電体を正又は負に継続的に帯電させるのに必要な所定の導電性が付与されている。
【０００６】
しかしながら、接触帯電方式の場合、帯電部材が所定の導電性を有していても必ずしも良好な帯電が行われるものではなく、例えば同様な導電性を有する帯電部材でも黒ポチやカブリ等の帯電不良に起因する画像がでる場合とでない場合とがあり、これはコロナ放電方式にはない接触方式特有の問題である。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、接触帯電方式において、優れた帯電特性が得られ、被帯電体を良好かつ安定的に帯電させることができる帯電部材及び帯電装置を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、ローラ状の帯電部材を感光ドラムに当接させて互いに逆回転方向に回転させながら電圧を印加し、感光ドラムを帯電させる場合に、帯電部材の接触部の仕事関数を、感光ドラムを負に帯電させるときは感光ドラムの仕事関数より小さくし、また感光ドラムを正に帯電させるときには感光ドラムの仕事関数よりも大きくすることにより、被帯電体を良好かつ安定的に帯電させることができることを見出し、本発明を完成したものである。
【０００９】
従って、本発明は、感光ドラムに当接させて互いに逆回転方向に回転させながら、該感光ドラムとの間に電圧を印加することにより、感光ドラムを負に帯電させるローラ状の帯電部材において、感光ドラムに直接接触して上記電圧印加により電荷の移動が行われる接触部の仕事関数を感光ドラム表面の仕事関数より小さくしたことを特徴とする帯電部材、
感光ドラムに当接させて互いに逆回転方向に回転させながら、該感光ドラムとの間に電圧を印加することにより、被帯電体を正に帯電させるローラ状の帯電部材において、感光ドラムに直接接触して上記電圧印加により電荷の移動が行われる接触部の仕事関数を感光ドラム表面の仕事関数より大きくしたことを特徴とする帯電部材、及び、
感光ドラムに当接して互いに逆回転方向に回転し、感光ドラムに電荷を与えるローラ状の帯電部材と、帯電部材と感光ドラムとの間に電圧を印加する電圧印加手段とを具備してなる帯電装置において、上記帯電部材として、上記の帯電部材を用いたことを特徴とする帯電装置を提供するものである。
【００１０】
なお、上記仕事関数とは、導電体や半導体の結晶表面から１個の電子を表面のすぐ外側の真空中に取り出すのに必要な最小のエネルギーをいい、光電子放出のエネルギー閾値や接触電位から求められるものである。また、本発明において、上記感光ドラムとローラ状帯電部材とが互いに逆回転方向に回転するとは、図１に矢印で示されているように、一方が時計方向であれば他方が反時計方向に回転することである。更に、以下の説明において、「被帯電体」とは「感光ドラム」を意味するものとする。
【００１１】
また、帯電部材の仕事関数を調整することにより良好な帯電性能が得られる理由は、必ずしも明確ではないが下記の理由によるものと思われる。即ち、帯電部材と被帯電体とを当接させて帯電を行う接触帯電方式においては、その帯電特性に帯電部材と被帯電体との接触界面における電荷移動の難易が大きく影響すると推測され、例えば被帯電体を負に帯電させる場合には、帯電部材から被帯電体へ電子が移動し易いような接合が得られれば、帯電特性は向上すると思われる。この場合、仕事関数は上述のように、結晶表面から１個の電子を真空中に取り出すのに要する最小のエネルギーであるから、彼帯電体を負に帯電させる場合には、帯電部材の仕事関数を被帯電体のそれよりも小さくすることにより上述のような接合が形成され、良好な帯電特性が得られると考えられる。また、被帯電体を正に帯電させる場合には、その逆の接合が好ましいはずであり、従って帯電部材の仕事関数を被帯電体のそれよりも大きくすることにより、良好な帯電特性が得られると考えられる。
【００１２】
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の帯電部材及び帯電装置は、上述したように、接触帯電方式において、被帯電体の仕事関数に応じて帯電部材の仕事関数を適正化したもので、具体的には、図１に示した帯電部材及び帯電装置を例示することができる。
【００１３】
即ち、図中１は、本発明帯電部材の一例を示すもので、芯金（図示せず）を具備したローラ状基体２の外周面に表皮層３を被覆したものであり、このローラ状の帯電部材１を感光ドラム等の被帯電体４に当接させ、この帯電部材１と被帯電体４との間に電源５により電圧を印加し、被帯電体４を帯電させるものである。この場合、帯電部材１及び被帯電体４は、互いに反対方向に回転しながら帯電が行われ、被帯電体４の表面全面が帯電するようになっている。なお、この帯電装置を複写機等の電子写真装置に組み込む場合は、通常現像装置、転写装置、クリーニング装置等が併設される。
【００１４】
ここで、本発明にあっては、被帯電体４を負に帯電させる場合は、上記帯電部材１の仕事関数が被帯電体４の仕事関数より小さくなるように、また被帯電体４を正に帯電させる場合は、上記帯電部材１の仕事関数が被帯電体４の仕事関数より大きくなるように、材料を選択して帯電部材１を形成するものである。この場合、特に制限されるものではないが、帯電部材と被帯電体との間で仕事関数の差が０．０５ｅＶ以上、特に０．１ｅＶ以上となるように設定することが好ましい。
【００１５】
この帯電部材１の仕事関数は、通常表皮層３の形成により調整されるが、ローラ状基体２の仕事関数が上記条件を満たしていれば、表皮層３を省略することもできる。しかし、帯電部材１の汚染防止、ピンホールリーク防止などの利点が得られることから、特に制限されるものではないが、ローラ状基体２が上記条件を満たしている場合でも、表皮層３を形成することが好ましい。
【００１６】
この帯電部材１を構成するローラ状基体２を形成する材料としては、通常の接触帯電方式の帯電部材に用いられているものを使用することができ、具体的にはカーボンブラック、カーボン、グラファイト、アニリンブラック、金属等の導電性粒子を分散したポリウレタン系の合成樹脂や各種ゴム類などが好適に用いられる。
【００１７】
また、表皮層３は、通常フィラーとマトリックスポリマーとから形成され、その仕事関数は、両者の複合体の値となり、これらの表皮材料を選択することにより、仕事関数を上述のように調整する。この場合、帯電部材１の仕事関数は、被帯電体４との比較となるので、この表皮層３を形成するフィラー及びマトリックスポリマーは、被帯電体４の仕事関数及び該被帯電体４を負に帯電させるのか、正に帯電させるのかによって適宜選択されるもので、特に制限されないが、これらを例示すると下記のフィラー及びマトリックスポリマーを挙げることができる。
【００１８】
即ち、被帯電体４を負に帯電させる場合は、フィラーとしては、ポリアニリン等の導電性高分子物質、ＳＡＦ，ＦＥＦ，ＳＲＦ，ＦＴ，インク用カーボン，アセチレンブラック，ケッチェンブラック等のカーボンブラック、黒鉛、Ｎ，Ｎ’−ジ−β−ナフチル−ｐ−フェニレンジアミン（ＤＮＰＤ）等の老化防止剤、ＳｂドープＳｎＯ２，ドープなしＳｎＯ２，ＳｂドープＴｉＯ２，ＺｎＯ等の金属酸化物、アニリンブラック等の染料などが挙げられ、マトリックスポリマーとしては、ナイロン，ポリカーボネート、ポリスチレン，ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリビニルアルコール，ポリ塩化ビニル，塩素化ポリエチレン，フェノール，アクリル，スチレン−ブタジエン共重合体，エチレン−酢酸ビニル共重合体等の樹脂類、ウレタン，エピクロルヒドリン，ブタジエン，シリコーン，クロロプレン，天然ゴム等のゴム類を挙げることができる。
【００１９】
また被帯電体を正に帯電させる場合は、フィラーとしては、ポリビニルカルバゾール、ジフェニルグアニジン（ＤＰＧ）、２−メルカプトベンゾイミダゾール（ＭＢ）、２−メルカプトメチルベンゾイミダゾール（ＭＭＢ）、ＭｇＯ，ＺｎＯ等の金属酸化物などが例示され、マトリックスポリマーとしては、上記と同様の樹脂類及びゴム類が例示される。
【００２０】
この表皮層３は、例えばマトリックスポリマーを適宜な溶媒に溶解し、これにフィラーを分散した分散液中に上記ローラ状基体２をディップし、乾燥することにより形成することができる。この場合、表皮層３の厚さは、所定の仕事関数が得られればよく、特に制限されないが、通常は３００μｍ以下とすることが好ましく、またフィラーの添加量も被帯電体４の仕事関数に応じて所望の仕事係数が得られるように適宜調整されるもので、制限はない。
【００２１】
なお、仕事関数は、上述したように、接触電位や光電子放出の閾値から求めることができる。具体的には、紫外線の励起エネルギーを低から高へとスキャンさせて、帯電部材及び被帯電体の表面に照射し、光電効果によりそれら部材表面から放出される光電子を検出し、このときの光電子放出が始まるエネルギーを仕事関数として測定することができる。
【００２２】
本発明の帯電部材及び帯電装置は、上記のように帯電部材の仕事関数を制御することによって、接触帯電方式により被帯電体を良好かつ安定的に帯電させるようにしたものであるが、特に気中放電を介することなく直接電荷を被帯電体に注入する方式により帯電を行うことで、より高性能かつ安定的に帯電を行うことができ、接触帯電による直接電荷注入帯電方式で帯電を行うことが好ましい。
【００２３】
即ち、通常接触帯電方式を用いて帯電を行う場合、帯電部材と被帯電体とを接触させて帯電を行っても、帯電部材と被帯電体との間の微細な空隙を通して気中放電が生じ、これにより帯電が行われるが、本発明の帯電部材及び帯電装置を用いて帯電を行う場合、このような気中放電を生じさせることなく被帯電体に直接電荷を注入する場合に、本発明の効果が特に顕著である。
【００２４】
この場合、気中放電を生じさせることなく、直接電荷注入方式により帯電を行う方策としては、本発明者らが先に提案した特願平３−３０６４９１号の方法がある。即ち、帯電部材を被帯電体に当接させ、電圧を印加して帯電を行う場合に、帯電部材の静電容量と、被帯電体の静電容量と、印加電圧とが下記式（１）に示す関係を満足する条件で帯電を行う方法があり、本発明の帯電部材及び帯電装置を用いてこの方法によって帯電を行うことにより、更に良好な帯電特性及び安定性を得ることができるものである。
【００２５】
【数１】
0003558130.tif 000002
【００２６】
このような直接電荷注入方式により本発明の効果がより顕著になる理由は、必ずしも明確ではないが、直接電荷注入帯電では、気中放電帯電と異なり、帯電部材と被帯電体とが接触した際に電荷の移動が初めて開始されるので、その帯電部材と被帯電体との接合状態が重要であると推察され、従って帯電部材と被帯電体との接合状態を良好ならしめることによって生じる本発明の帯電部材及び帯電装置の効果がより顕著になると思われる。
【００２７】
なお、本発明帯電部材の形状は、図１に示したようなロール状とされるものであるが、帯電装置の構成はその用途等に応じて適宜変更することは差し支えない。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例，比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。
［実施例１］
メタノールに溶解させた可溶性ナイロン１００重量部にポリアニリン粉体２０重量部を添加し、レッドデビルで混合して分散液を得た。この分散液中に導電性ポリウレタンフォームローラをディップし、乾燥することにより、５０μｍの表皮層を形成してローラ状の帯電部材を得た。
【００２９】
この帯電部材について仕事関数、静電容量の測定及び帯電性能の評価を行った。結果を表１に示す。なお、仕事関数は、紫外線の励起エネルギーを低から高へとスキャンさせて、帯電部材及び被帯電体の表面に照射し、光電効果によりそれら部材表面から放出される光電子を検出し、光電子放出が始まるエネルギーを仕事関数として測定した。また、帯電性能は、ＯＰＣ感光体（仕事関数５．１７ｅＶ、静電容量１×１０−１８Ｆμｍ−２）を被帯電体として図１に示した帯電装置を構成し、帯電部材１と感光体（被帯電体）４とを互いに逆方向に回転させながら両者間に−０．７５ｋＶの直流電圧に１．５ｋＶの交流電圧を重畳した電圧を印加して、感光体を負に帯電させ、その帯電電位を測定することにより行った。
【００３０】
［実施例２］
ポリアニリン粉体の代わりにドープなしＳｎＯ２粉体を３０重量部添加した以外は実施例１と同様にして帯電部材を製造した。得られた帯電部材について実施例１と同様に仕事関数、静電容量の測定及び帯電性能の評価を行った。結果を表１に示す。
【００３１】
［実施例３］
ポリアニリン粉体の代わりにＮ，Ｎ’−ジ−β−ナフチル−ｐ−フェニレンジアミン（ＤＮＰＤ）粉体を３０重量部添加した以外は実施例１と同様にして帯電部材を製造した。得られた帯電部材について実施例１と同様に仕事関数、静電容量の測定及び帯電性能の評価を行った。結果を表１に示す。
【００３２】
［比較例１］
ポリアニリン粉体の代わりにＭｇＯ粉体を３０重量部添加した以外は実施例１と同様にして帯電部材を製造した。得られた帯電部材について実施例１と同様に仕事関数，静電容量の測定及び帯電性能の評価を行った。結果を表１に示す。
【００３３】
［比較例２］
ポリアニリン粉体の代わりにＺｎＯ粉体を３０重量部添加した以外は実施例１と同様にして帯電部材を製造した。得られた帯電部材について実施例１と同様に仕事関数、静電容量の測定及び帯電性能の評価を行った。結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
0003558130.tif 000003
＊感光体（被帯電体）の仕事関数：５．１７ｅＶ
感光体（被帯電体）の静電容量：１×１０−１８Ｆμｍ−２
【００３５】
［実施例４，５及び比較例３］
メタノールに溶解させた可溶性ナイロン１００重量部に、ＭｇＯ粉体、ＺｎＯ粉体又はＮ，Ｎ’−ジ−β−ナフチル−ｐ−フェニレンジアミン（ＤＮＰＤ）粉体を３０重量部を添加し、レッドデビルで混合して３種類の分散液を得た。これら分散液中にそれぞれ導電性ポリウレタンフォームローラをディップし、乾燥することにより、５０μｍの表皮層を形成して、表２に示した表皮層を有するローラ状の帯電部材を得た。
【００３６】
これら帯電部材について仕事関数、静電容量の測定及び帯電性能の評価を行った。結果を表２に示す。なお、仕事関数は、上記実施例１と同様にして測定した。また、帯電性能は、ＯＰＣ感光体（仕事関数５．２４ｅＶ，静電容量１．９×１０−１８Ｆμｍ−２）を被帯電体として図１に示した帯電装置を構成し、帯電部材１と感光体（被帯電体）４とを互いに逆方向に回転させながら両者間に＋０．７５ｋＶの直流電圧に１．５ｋＶの交流電圧を重畳した電圧を印加して、感光体を正に帯電させ、その帯電電位を測定することにより行った。
【００３７】
【表２】
0003558130.tif 000004
＊感光体（被帯電体）の仕事関数：５．２４ｅＶ
感光体（被帯電体）の静電容量：１×１０−１８Ｆμｍ−２
【００３８】
上記表１及び表２の結果から明らかなように、本発明の帯電部材及び帯電装置によれば、より高い帯電電位を得ることができ、高度な帯電が達成されることが確認された。また、実施例１〜５は、上記式（１）に示した関係を満足するものであり、直接電荷注入方式により帯電が行われているものであるが、この直接電荷注入方式と本発明の仕事関数の制御とを組合せることにより極めて高い帯電電位が程られることが認められる。
【００３９】
更に、上記実施例１〜５の帯電装置を複写機に組込み複写を繰り返したところ、黒ポチやカブリの発生もなく、鮮明な画像が得られた。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の帯電部材及び帯電装置によれば、接触帯電方式において、優れた帯電特性が得られ、また被帯電体を良好かつ安定的に帯電させることができ、接触帯電方式の実用化を可能ならしめるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の帯電部材及び帯電装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１  帯電部材
２  基体
３  表皮層
４  被帯電体（感光ドラム）
５  電源（電圧印加手段）
【図１】
0003558130.tif 000005