(57)【要約】  【課題】  オゾンの発生を抑えるとともに、帯電効率を向上させることのできる帯電技術を提供する。  【解決手段】  被帯電体に接触する磁気ブラシを有する接触部１０１であって、磁気ブラシを形成する磁性粒子として、少なくとも負の電気陰性度を有する粒子を含有する磁性粒子を含む接触部１０１と、接触部１０１における磁気ブラシを介して、被帯電体に所定のバイアス電圧を印加することにより、被帯電体を負帯電させる電圧印加部１０２とを備えてなる。  【選択図】  図１
2008122950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被帯電体に接触する磁気ブラシを有する接触部であって、前記磁気ブラシを形成する磁性粒子として、少なくとも負の電気陰性度を有する粒子を含有する磁性粒子を含む接触部と、
前記接触部における磁気ブラシを介して、前記被帯電体に所定のバイアス電圧を印加することにより、前記被帯電体を負帯電させる電圧印加部と
を備えてなる帯電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の帯電装置において、
前記負の電気陰性度を有する粒子は、所定値以上の硬度を有するものである帯電装置。
【請求項３】
請求項２に記載の帯電装置において、
前記負の電気陰性度を有する粒子は、ダイヤモンド粒子である帯電装置。
【請求項４】
請求項３に記載の帯電装置において、
前記ダイヤモンド粒子は、平均粒子径が３ｎｍ〜３０μｍの範囲内のものである帯電装置。
【請求項５】
請求項１に記載の帯電装置において、
前記負の電気陰性度を有する粒子は、カーボンナノチューブである帯電装置。
【請求項６】
請求項１に記載の帯電装置において、
前記被帯電体は、現像剤により顕像化されるべき静電潜像を担持する像担持体である帯電装置。
【請求項７】
請求項６に記載の帯電装置において、
前記接触部における磁気ブラシを形成する磁性粒子は、前記像担持体にて担持される静電潜像を顕像化する現像剤に含まれる磁性キャリア粒子と同じものである帯電装置。
【請求項８】
請求項１に記載の帯電装置と、
現像剤により顕像化されるべき静電潜像を担持する被帯電体としての感光体と
を備えてなる画像形成装置。
【請求項９】
請求項８に記載の画像形成装置において、
前記感光体は、感光層の厚さが２５ミクロン以下の有機感光体である画像形成装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の画像形成装置において、
前記感光体は、連鎖重合性官能基を有する正孔輸送性材料を含む画像形成装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の画像形成装置において、
前記感光体は、ａ−Ｓｉ感光体である画像形成装置。
【請求項１２】
請求項８に記載の画像形成装置において、
前記接触部および感光体は、プロセスユニットとして一体的に支持され、前記画像形成装置から着脱自在である画像形成装置。
【請求項１３】
請求項８に記載の画像形成装置において、
前記感光体上に形成される静電潜像に対して現像剤を供給するとともに、前記感光体上に残留した現像剤を回収する現像部を備える画像形成装置。
【請求項１４】
少なくとも負の電気陰性度を有する粒子を含有する磁性粒子により形成される磁気ブラシを被帯電体に接触させ、
前記磁気ブラシを介して、前記被帯電体に所定のバイアス電圧を印加することにより、前記被帯電体を負帯電させる帯電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被帯電体を帯電させる帯電技術に関し、特にその帯電効率の向上に寄与する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真装置などの画像形成装置に用いられる帯電方式や転写方式としては、おもに非接触帯電方式としてコロナ帯電装置が多く用いられている。これ以外には、オゾン発生の少ない接触帯電方式として、ローラ帯電，ブラシ帯電、ブレード帯電、磁気ブラシ帯電、さらにはローラ等の帯電装置を感光体等の被帯電部材に対して数μｍ〜数百μｍのギャップを介して帯電させる近接帯電などが知られている。
【０００３】
ローラ帯電や近接帯電を用いた場合、用いた機器から発生するオゾン量を安全レベルにまで減少させることができるが、感光体の至近距離で放電が発生するとともに、高密度のオゾンが発生し、強い電界によるイオンの衝撃を感光体に与えるため感光体の寿命を著しく短縮してしまうという問題がある。このことは省資源化の観点で問題があり、安全性とも両立しないという問題があった。
【０００４】
一方、磁気ブラシ帯電装置では、帯電ローラに磁性ローラを用い、一般の２成分磁気ブラシ現像のときのようなキャリア粒子を帯電ローラに磁力にて付着させて磁気ブラシを形成し、その磁気ブラシを感光体等の被帯電体面に接触させて帯電させる。この際、キャリア粒子の抵抗と感光体側の表面抵抗を調節することで、放電を伴わずに電荷の注入現象によって効率のよい帯電が可能になり、オゾン発生のない低バイアスでの帯電が可能になる（例えば、特許文献１および２参照。）。
【特許文献１】特開平８−３３９１１３号公報
【特許文献２】特開２００１−５１４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、磁気ブラシ帯電では、前述したとおり、キャリアの特性ばかりでなく、感光体表面の抵抗も低くしないと十分な注入帯電が行えず、そのために感光体に抵抗の低い表面層等を用いると、高精細な画像を形成しようとした際に画像が滲んだり、ぼやけたりする弊害があった。
【０００６】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、オゾンの発生を抑えるとともに、帯電効率を向上させることのできる帯電技術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】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明の一態様に係る帯電装置は、被帯電体に接触する磁気ブラシを有する接触部であって、前記磁気ブラシを形成する磁性粒子として、少なくとも負の電気陰性度を有する粒子を含有する磁性粒子を含む接触部と、前記接触部における磁気ブラシを介して、前記被帯電体に所定のバイアス電圧を印加することにより、前記被帯電体を負帯電させる電圧印加部とを備えてなることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の一態様に係る帯電方法は、少なくとも負の電気陰性度を有する粒子を含有する磁性粒子により形成される磁気ブラシを被帯電体に接触させ、前記磁気ブラシを介して、前記被帯電体に所定のバイアス電圧を印加することにより、前記被帯電体を負帯電させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上に詳述したように本発明によれば、オゾンの発生を抑えるとともに、帯電効率を向上させることのできる帯電技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
図１は、本実施の形態による帯電装置１およびこれを備えた画像形成装置Ｍ（MFP:Multi Function Peripheral）について説明するための概略構成図である。
【００１２】
本実施の形態による画像形成装置Ｍは、被帯電体としての感光体２０１を帯電させるための帯電装置１と、該帯電装置によって帯電され、現像剤により顕像化されるべき静電潜像を担持する被帯電体としての役割を有する感光体（像担持体）２０１と、感光体２０１の感光面を露光して静電潜像を形成するための露光部２０２と、感光体２０１に形成された静電潜像を現像剤によって顕像化するための現像部２０６と、該現像部２０６と感光体２０１との間に所定のバイアス電圧を印加する現像バイアス電圧印加部２０３と、感光体２０１の感光面に残存する現像剤等をクリーニングするためのクリーニング部２０４と、現像剤像が形成された感光面に対してシートを押圧して、該シートに現像剤像を転写させるための転写部２０５と、転写部２０５と感光体２０１との間に所定の転写バイアス電圧を印加するための転写バイアス電圧印加部２０７とを備えている。
【００１３】
プロセスユニットＰは、感光体と、少なくとも帯電装置、現像部、クリーニング部およびメモリ除去部材の内いずれか１つとを一体的に支持し、画像形成装置本体に着脱自在となっている。本実施の形態では、図１に示すように、プロセスユニットＰは、感光体２０１と、接触部１０１と、現像部２０６と、クリーニング部２０４とを備えている。
【００１４】
続いて、本実施の形態による帯電装置１の詳細について説明する。本実施の形態による帯電装置１は、接触部（接触手段）１０１、電圧印加部（電圧印加手段）１０２および駆動部（駆動手段）１０３を備えてなる構成となっている。
【００１５】
接触部１０１は、感光体に接触する磁気ブラシ１０１ａを有している。接触部１０１は、磁気ブラシ１０１ａを形成する磁性粒子として、少なくとも負の電気陰性度を有する粒子を含有する磁性粒子を含む。
【００１６】
具体的に、接触部１０１は、非磁性の導電スリーブと、これに内包されるマグネットロール、スリーブ上の磁性粒子によって構成され、マグネットロールは固定され、スリーブと感光体２０１との近接位置でスリーブ表面が感光ドラム表面と周速差をもって回転する。感光体２０１と帯電スリーブの最近接位置でのスリーブ表面の磁束密度は５００〜２０００ガウスであり、磁気ブラシ１０１ａの穂立ちはスリーブに対向した磁性ブレードで規制され、０．５〜２ｍｍ程度の高さの穂立ち状態になっている。帯電部材の長手方向において磁気ブラシ１０１ａの磁性粒子の付着幅は３３０ｍｍで、磁気ブラシ１０１ａの磁性粒子量は約１７ｇで帯電スリーブと感光ドラムとのニップでのギャップは磁気ブラシ１０１ａの穂立ち高さに比べて狭く設定し、磁気ブラシ１０１ａの穂先が感光体表面に接触する構成となっている。
【００１７】
電圧印加部１０２は、接触部における磁気ブラシ１０１ａを介して、感光体に所定のバイアス電圧を印加することにより、感光体を負帯電させる。
【００１８】
駆動部１０３は、接触部１０１における感光体２０１に接触する部分が、感光体２０１に対して移動するように、該接触部のスリーブを駆動する。
【００１９】
スリーブと感光体２０１の周速比は、感光体に対して順方向（いわゆる、ｗｉｔｈ方向）および逆方向（いわゆる、Ａｇａｉｎｓｔ方向）の内いずれの方向に回転するかで異なってくるものの、順方向では感光体表面に対して１．３倍以上の速度が好ましく、逆方向では０．２倍以上で３倍以下の速度が好ましい。あまり遅いと帯電ムラが発生しやすくなり、早すぎると感光体２０１に磁性粒子が付着しやすくなる。
【００２０】
本実施の形態では、スリーブを逆方向に回転させ、その周速は、感光体２０１の１．５倍とした。また前述した磁束密度は約１０００ガウスとし磁気ブラシ１０１ａの穂立ちを１．２ｍｍ、帯電スリーブと感光体２０１とのニップでのギャップは０．７ｍｍに設定した。
【００２１】
続いて、本実施の形態で用いる磁性粒子について詳細に説明する。
【００２２】
接触部１０１にて磁気ブラシ１０１ａを形成する磁性粒子は、平均粒径が１０〜１００μｍであり、飽和磁化が２０〜２５０ｅｍｕ／ｃｍ3であり、抵抗（体積抵抗率）が１０2〜１０10Ωｃｍであるものが利用可能である。ピンホールのような感光ドラムの絶縁欠陥の存在を考慮すると、１０6〜１０7Ωｃｍ程度が最適であると考えられる（従来方式では抵抗は１０6Ωｃｍ以上が好ましいとされ、帯電性能を良好にするには、できるだけ抵抗の小さいものを用いる方がよい）。本実施の形態では、平均粒径３０μｍ、飽和磁化２００ｅｍｕ／ｃｍ3の磁性粒子を使用し、磁性粒子の抵抗を変えて実験を行った。磁性粒子の粒径は、レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置（ＨＯＲＩＢＡ社製ＬＡ−９５０）を用いて、０．１〜２００μｍの範囲を３２分割して測定し、体積分布の５０％の平均粒径をもって平均粒径とした。
【００２３】
粒子の抵抗値は、面積約１００ｍｍ2  の筒状の容器に磁性粒子を１ｇ充填して５ｋｇ／ｃｍ2にて加圧し、上下から１００Ｖの電圧を印加して、これに流れる電流から算出した。
【００２４】
磁性粒子の磁気特性測定には、理研電子（株）の直流磁化Ｂ−Ｈ特性自動記録装置ＢＨＨ−５０を用いることができる。その際、内径６．５ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱状容器に磁性粒子を荷重約２ｇｆ程度で充填し、容器内で粒子が動かないようにして、そのＢ−Ｈカーブから飽和磁化を測定する。
【００２５】
磁性粒子としては、樹脂中に磁性材料としてマグネタイトを分散し、導電化および抵抗調整のためにカーボンブラックを分散して形成した樹脂磁性粒子、あるいはフェライト等のマグネタイト単体表面を酸化、還元処理して抵抗調整したもの、あるいはフェライト等のマグネタイト単体表面を樹脂でコーティングして抵抗調整したもの等が用いられる。本実施の形態では、後者の樹脂コーティングにて抵抗を調整したものを用い、この樹脂部分にダイヤモンド微粒子（負の電気陰性度を有する粒子に相当）を分散させた。
【００２６】
磁性粒子への樹脂コートは、以下のようにして行った。
【００２７】
＜実験条件１（ダイヤモンド微粒子なし）＞
シリコーン樹脂１００部を希釈して固形分５重量％の分散液とし、流動床型コーティング装置を用いて１００℃の雰囲気下で、上記磁性材粒子表面上に該分散液を、約４０ｇ／ｍｉｎの割合で塗布し、更に２４０℃で２時間加熱して、膜厚０．５５μｍの樹脂コート膜を形成した。
【００２８】
また、必要に応じて抵抗調整のためにシリコーン樹脂にカーボンブラック０．５〜２０部を加えて分散液とした。
【００２９】
磁性粒子平均径                    抵抗値
サンプル１      ３０．５μｍ                    ５×１０4Ωｃｍ
サンプル２      ３０．５μｍ                    ５×１０5Ωｃｍ
サンプル３      ３０．６μｍ                    ５×１０6Ωｃｍ
サンプル４      ３０．５μｍ                    ５×１０7Ωｃｍ
【００３０】
＜実験条件２（ダイヤモンド微粒子あり）＞
シリコーン樹脂とダイヤモンド微粒子の混合物を希釈して分散液としたが、ダイヤモンド微粒子は、１次粒子径が公称３−１０ｎｍのクラスターダイヤモンドを用いた。ダイヤモンド微粒子は、例えば株式会社ニューメタルエンドケミカルスのものが使用できる。形状は球状のものがよい。ダイヤモンド粒子は通常、爆破によって製造されるため、不純物が多く、さらに粒径分布も比較的ブロードになる。そこで以下のような精製処理を行った。
【００３１】
まず熱濃硫酸処理として、２５０〜３５０℃で濃硝酸と濃硫酸の混合液にて２時間洗浄し、続いて希塩酸処理として１５０℃にて１時間洗浄処理した。その後に常温状態でフッ酸により１時間洗浄して不純物をなくした。次に、上記により精製されたダイヤモンド粒子を１００〜１，０００倍の純水に分散させた状態でアルコールを加えてコロイド溶液とし、その後、超音波分散の条件を変えて１０分〜５時間分散させた。さらに遠心分離機を用いて３，０００〜２０，０００Ｇにて３〜３０分、分散させて上澄み液をもって、ダイヤモンド粒子の分散液とした。
【００３２】
ダイヤモンド粒子のクラスター径は、動的光散乱式粒径分布測定装置（ＨＯＲＩＢＡ社製ＬＢ−５５０）を用いて測定した。平均粒径は、体積分布の５０％の平均粒径をもって平均粒径とした。また、平均粒径が比較的大きいサンプルについては、磁性粒子の粒径を測定したときと同じ、レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置（ＨＯＲＩＢＡ社製ＬＡ−９５０）を用いて、０．１〜２００μｍの範囲を３２分割して測定し、体積分布の５０％の平均粒径をもって平均粒径とした。
【００３３】
磁性粒子径    ダイヤモンドクラスター平均径      抵抗値
サンプル５    ３０．５μｍ            ３ｎｍ            ５×１０6Ωｃｍ
サンプル６    ３０．５μｍ            １００ｎｍ        ６×１０6Ωｃｍ
サンプル７    ３０．６μｍ            ２５０ｎｍ        ６×１０6Ωｃｍ
サンプル８    ３０．５μｍ            ２μｍ            ４×１０6Ωｃｍ
サンプル９    ３０．４μｍ            ３０μｍ          ５×１０6Ωｃｍ
サンプル１０  ３０．５μｍ            ５０μｍ          ６×１０6Ωｃｍ
サンプル１１  ３０．４μｍ            ２６ｎｍ          ５×１０5Ωｃｍ
サンプル１２  ３０．５μｍ            ２４ｎｍ          ５×１０4Ωｃｍ
【００３４】
＜実験条件３（カーボンナノチューブ分散）＞
上述の実験条件では、負の電気陰性度が大きいダイヤモンド微粒子を適用する例を示したが、例えば、ダイヤモンド微粒子ではなく、カーボンナノチューブを用いても一定の効果が得られる。カーボンナノチューブは、非常に細い針状であるため、先端部に電界が集中し電界放出性が高い。すなわち、チューブの先端ではダイヤモンド微粒子と同様な効果が期待できる。
【００３５】
そこで、本実験条件では、シリコーン樹脂とカーボンナノチューブ（負の電気陰性度を有する粒子に相当）の混合物を希釈して分散液とした以外は実験条件２と同様にしてコート層を設け、磁性粒子を得ることとした。
【００３６】
カーボンナノチューブは、希ガス中で２本のグラファイト棒の間にアーク放電を起させて合成するアーク放電法で作製した、直径が１０〜１００μｍφで長さが５０〜５００μｍのものを用い、シリコーン樹脂１００部中に、ボールミルを用いてカーボンナノチューブ１部を分散させ、この分散液を希釈して固形分５重量％の分散液にして塗布した。
【００３７】
磁性粒子径                        抵抗値
サンプル１３      ３０．５μｍ                    ５×１０6Ωｃｍ  
サンプル１４      ３０．５μｍ                    ５×１０5Ωｃｍ  
サンプル１５      ３０．６μｍ                    ５×１０4Ωｃｍ
【００３８】
感光体は負帯電の有機感光体を使用した。
【００３９】
本実施の形態では、感光体に従来の磁気ブラシ帯電用とされる電荷注入層を設けたタイプと、設けないタイプにおいて比較試験を実施した。
【００４０】
感光体は、例えば直径３０ｍｍのアルミニウム性のドラム上に、アルミニウム基層側から順に第１層は下引き層、第２層は正電荷注入防止層、第３層は電荷発生層、第４層は電荷輸送層という構成になっている。これは一般的な機能分離型の有機感光体であるが、本質的に本発明の構成を限定するものではなく、単層型の有機、ＺｎＯ、セレン、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）等の感光体を使用することも可能である。
【００４１】
従来の注入帯電では、さらに第５層として電荷注入層を設けるのが一般的である。電荷注入層は、例えば光硬化性のアクリル樹脂にＳｎＯ2  超微粒子を分散したものがあげられ、具体的には、アンチモンをドーピングし、低抵抗化した平均粒径約０．０３μｍのＳｎＯ2  粒子を樹脂に対する重量比で５：２の割合で分散したもの等が開示されている。実際には導電性であるＳｎＯ2の分散量で電荷注入層の体積抵抗値は変化し、画像流れをおこさない条件を満足するために、電荷注入層の抵抗値は１×１０8Ωｃｍ〜１０15Ωｃｍが望ましいとされ、本実施の形態における比較例の感光体としては、電荷注入層の体積抵抗値が１×１０12Ωｃｍのものを用いた。電荷注入層の抵抗値は、絶縁性のシート上に電荷注入層を塗布し、これを三菱油化製のハイレスタで印加電圧１００Ｖにて測定した。
【００４２】
このようにして調合した塗工液をディッピング塗工法の適当な塗工法にて厚さ約３μｍに塗工して電荷注入層とし、比較例の感光体として、
・感光体Ａ：  電荷注入層を有さない第４層までの有機感光体
・感光体Ｂ：  感光体Ａの上に上述した電荷注入層を設けた有機感光体
を使用した。
【００４３】
以上のようなサンプルを用い、磁気ブラシ帯電装置のスリーブに対して、−５００Ｖの直流バイアスを定電圧制御にて印加した。また、一般的に磁気ブラシ帯電では、帯電特性を安定させるためにＡＣバイアスを重畳することが多いため、上記のＤＣバイアスに１０００Ｈｚ、７００Ｖｐｐ（ピーク・ツウ・ピーク電圧）の矩形波ＡＣ電圧を重畳して印加した場合についても、以下に示す、
・バイアスＣ：  ＤＣ−５００ｖを定電圧制御にて印加
・バイアスＤ：  ＤＣ−５００ｖに１０００Ｈｚ、７００Ｖｐｐの矩形波ＡＣ電圧を重畳して印加
といった条件で比較を行った。
【００４４】
図２および図３は、上述のようにして製造した比較用のサンプルを用いて行った比較実験の結果を示すデータテーブルである。図２がデータテーブルの前半であり、図３がデータテーブルの後半となっている。
【００４５】
実験は、図１に示すような構成の画像形成装置において、連続印字試験を実施した。方法は、Ａ３サイズ用紙の全面に６００ｄｐｉの多値スクリーンによるスクリーン線数が２１２線のハーフトーン画像３種類（画像濃度：約０．３，０．５，０．８）、全面白地画像、および全面黒字（ベタ）画像を印字して、目視により帯電ムラによる画像筋や、感光体のピンホールに起因する画像欠陥、および磁気ブラシ帯電装置から感光体への磁性粒子の付着等が発生していないかを確認した。
【００４６】
手順としては、帯電装置が初期の状態で画像を確認した後に、紙を通紙しない状態で、４％の印字率の文字チャートを感光体上に現像し、感光体クリーナにて回収する動作をＡ４サイズの紙で１０，０００枚相当実施し、その後に紙を通して、上記したような画像確認を行う。画像上に不具合が発生しない組み合わせに関しては、その試験を繰り返して、積算で７０，０００枚相当の試験を行った。
試験結果を図２および図３に示す。
【００４７】
同図中、帯電ムラによる筋が発生した場合は、「ａ」と記載し、感光体でリークにより生ずるピンホールに起因する画像欠陥の場合は「ｂ」と記載している。また、紙上に帯電部の磁性粒子が感光体に付着したことによる画像上の弊害（露光部で障害となるため画像に跡が見えたり、紙上に磁性粒子がついていたりする）の場合は「付着」と記載した。特に「ａ」については、発生した状態で目視にてレベルを１〜３段階に分けて評価した。ここで、「レベル１」は事実上ほとんど目立たないレベルであり試験を続行したが、「レベル２」はいわゆる画像欠陥で、寿命等によりユーザがＮＧとするレベルであり、その段階で試験を打ち切った。また「レベル３」は、ハーフトーン画像自体がまともに形成できないような場合であり、ピンホールや露光障害等の局所的な欠陥を除いた画像上の反射濃度の最大値と最小値の差（ΔＩＤ）が０．４以上あるような場合、レベル３とした
。それぞれ表中では、「ａ１」、「ａ２」、「ａ３」というように記載した。また、「ｂ」と「付着」については、わずかでも目視にて十分に確認できるレベルで発生していれば、すべてＮＧとして、そこで試験を打ち切った。
【００４８】
図２の実験条件１のサンプル１〜４は、従来の磁性粒子でかつ、磁性粒子の抵抗を変えたものである。
【００４９】
まず、抵抗が５×１０6Ωｃｍのサンプル３において、感光体がＢタイプ（電荷注入層なし）では、初期から帯電ムラが発生して、まともな画像を得ることができなかった（「ａ３」）。また感光体をＡタイプとしても、バイアスＣ（ＤＣのみ）ではやはり初期から帯電ムラが発生してしまい、この場合は「ａ２」レベルであった。
【００５０】
そこで、感光体をＡタイプ（電荷注入層あり）、バイアスＤ（ＡＣ重畳あり）としたところ、５０，０００枚目以降で「ａ１」になったものの、７０，０００枚後もその状態を維持した。サンプル３よりも１桁抵抗値を高くしたサンプル４では、サンプル３に比べて若干筋の発生が早まり、７０，０００枚はもたなかった。また抵抗の低いサンプル１、２では、どちらも途中で感光体ピンホールが発生しＮＧとなった。
【００５１】
従来の帯電装置における磁性粒子では、感光体に電荷注入層を有すること及び帯電バイアスにＡＣを重畳することは必須であり、さらに磁性粒子の抵抗を最適化しないとリーク等によりさらに寿命が短くなってしまう。
【００５２】
これに対して、本実施の形態であるサンプル５は、ダイヤモンド粒子を分散したうえで、従来例の磁性粒子において最適な抵抗値に調整したものであり、まず感光体がＢタイプ（電荷注入層なし）で、さらにバイアスＣ（ＤＣ）設定においても、初期状態において「ａ１」レベルであり、従来例に比べて格段に性能が向上している。またサンプル６〜１０は、サンプル５と同様に、ダイヤモンド微粒子を分散させたものであるが、分散条件を変えたもので、結果的に分散されたクラスター径を変えたものである。
【００５３】
これらを見ると、傾向としては、若干ではあるがダイヤモンド粒子径のクラスター径が小さい方が、耐久性が優れる傾向があり、感光体がＢタイプ（電荷注入層なし）で、さらにバイアスＣ（ＤＣ）設定においても、粒径が小さいサンプル５では、７０，０００枚相当後も、「ａ１」レベルを維持できているが、クラスター径が大きいサンプル１０は、初期から「ａ２」レベルとなってしまった。
【００５４】
これを見る限り、少なくともダイヤモンド微粒子のクラスター径は、小さいほうがよく、電荷注入層をもたない感光体に、しかもＤＣバイアスのみで帯電させようとすると、クラスター径は３０μｍ以下である必要があり、望ましくは２μｍ以下がよいということがわかる。この結果から、本実施の形態で用いるダイヤモンド粒子は、平均粒子径が３ｎｍ〜３０μｍの範囲内のものであることが好ましいことがわかる。
【００５５】
しかし、サンプル１０においても、バイアスＤ（ＡＣ重畳あり）に変更したところ、初期状態で「ａ１」レベルに改善されると同時に、その他のサンプル５〜９も、すべて筋レベルが改善される傾向になる。これは、バイアスはＤＣのみでも使用することは可能ではあるものの、従来の磁気ブラシ帯電装置に使用されるようなＡＣを重畳することで、さらに帯電性能が安定させることを示しており、すなわち、本実施の形態を適用することで、従来注入帯電では必須であった感光体の電荷注入層をなくすことも可能になる。また従来のような感光体Ａ（電荷注入層あり）を選択しても、もちろん７０，０００枚後において筋等の不具合は発生しておらず、従来の帯電装置と比較して、すべての組み合わせにおいて性能が改善されていることがわかる。
【００５６】
続いてサンプル１１、１２は、本実施の形態における磁性粒子において、抵抗を変えたものである。
【００５７】
これを実験条件１と同様に、感光体Ａ（電荷注入層あり）、バイアスＤ（ＡＣ重畳）の条件にて試験したところ、従来の磁性粒子では抵抗が５×１０5Ωｃｍのサンプルで感光体ピンホールが発生してしまったのに対して、本実施の形態におけるサンプル１１では発生しなかった。
【００５８】
また、バイアス条件をＤＣのみとしたところ、サンプル１２においても感光体ピンホールが発生せずに７０，０００枚まで到達した。これは、ＡＣを重畳することで帯電安定性は向上するものの、感光体に対する電界的なストレスが増加してしまうからである。ＤＣ印加のみでも注入帯電が可能な本実施の形態では、その点においても有利なことは明白である。また、同じＡＣバイアスを重畳しても本実施の形態の方が従来例と比較して、感光体を破壊しにくくピンホールが発生しないのは、ダイヤモンド微粒子は通常のカーボンブラックに比べて径が小さく分散性がよいため、局所的な電界集中による破壊が発生しにくいためだと思われる。
【００５９】
＜実験条件４（カーボンナノチューブ分散）＞
サンプル１３〜１５は、ダイヤモンド微粒子ではなく、カーボンナノチューブを分散させた磁性粒子で、磁性粒子の抵抗を変えたものである。
【００６０】
抵抗が５×１０6Ωｃｍで、従来例でも最適な領域にて試験を実施したところ、感光体Ｂ（電荷注入層なし）、バイアスＤ（ＡＣ重畳）の組み合わせ（実験Ｎｏ．４０）において、初期では「ａ１」レベルであり、ダイヤモンド微粒子（実験Ｎｏ．２４）と比較して効果は劣るものの、従来例（実験Ｎｏ．７）に比べれば改善されていることがわかる。
【００６１】
また、サンプル１４は磁性粒子の抵抗を下げたものであるが、実験条件１と同様に、感光体Ａ（電荷注入層あり）、バイアスＤ（ＡＣ重畳）の条件にて試験したところ、従来の磁性粒子では抵抗が５×１０5Ωｃｍのサンプルでは感光体ピンホールが発生してしまった（実験Ｎｏ．３）のに対して、本実施の形態によるサンプル１４（実験Ｎｏ．４２）では発生しなかった。これは、カーボンナノチューブは針状で電界が集中しやすいとは言え、非常に先端が微小サイズなために、ダイヤモンド微粒子と同様に感光体を破壊しにくいからであると思われる。
【００６２】
以上のように、本実施の形態による磁性粒子を用いた磁気ブラシ帯電装置は、従来と比較して帯電効率が格段に向上することが見出されたが、それ以外の効果として、特にクリーナレスプロセスに用いた場合に、感光体を安定して研磨することで、感光体表面へのトナーや外添剤の固着現象を防止する効果が期待できる。次に、これについての検証実験について説明する。
【００６３】
実験には、図４に示すようなプロセス構成を有する画像形成装置を用いた。専用の感光体クリーナをなくし、その位置に、ブラシバイアス電圧印加部２０４ａ’によりＤＣ＋３００ｖが印加される固定型のブラシ２０４ｂ’を配置した。このブラシ２０４ｂ’は、転写部において転写されずに感光体上に残存した残転写トナーの帯電極性をプラス方向に揃えるためのものである（メモリ除去部材）。図４に示すように、プロセスユニットＰ’は、感光体２０１と、接触部１０１と、現像部２０６と、ブラシ２０４ｂ’とからなる。
【００６４】
ブラシの繊維長さは４ｍｍ、太さは４デシテックスであり、ナイロン製のものを用いている。抵抗は１×１０4〜１０7Ωｃｍで、これはブラシ２０４ｂ’を金属板に５００ｇの荷重で押し当て状態で３００ｖを印加して、そのときの電流値から測定した値である。
【００６５】
このような装置構成では、残転写トナーは、ブラシによりプラス帯電となり、帯電装置１にて回収される。磁気ブラシ帯電部に取り込まれたトナーは、磁性粒子からマイナス方向の電荷の注入を受けて、マイナス帯電となり、徐々に感光体上に吐き出される。その際に残転写トナーのパターンは完全に消失し、次工程の画像形成の際にメモリ画像等となって悪影響を及ぼすことがなくなる。そして吐き出されたトナーは現像部２０６にて、非画像部では現像器内にて回収され、画像部はそのまま現像画像として感光体上に残ることになる。
【００６６】
このようなクリーナレスプロセスでは、磁気ブラシ帯電装置内に多量のトナーが入り込むと、帯電性能が低下してしまうため、取り込んだトナーは速やかにマイナス帯電させて感光体に均一に戻すことが重要である。また、クリーナブレードがなく、感光体を削る部材がないため、前述したようにトナーや離脱した外添剤が感光体に固着する、いわゆる感光体フィルミングが発生しやすくなるという問題もある。
【００６７】
評価は、先の試験と同様な方法で実施したが、専用のクリーナを備えた構成の場合は、紙を使わずに試験したのに対して、本実験条件では専用のクリーナを設けないので、紙を使用して実際に通紙試験を実施して行った。
【００６８】
評価項目については、これまでの「ａ」、「ｂ」および「付着」に加えて、フィルミングによる画像欠陥の「ｃ」を追加した。これは先の試験と同様なハーフトーンや白地、ベタ画像を印字して、筋や白点が発生した際に、感光体表面を目視確認し、画像に対応する位置に、付着物が認められた場合はフィルミング「ｃ」とした。この場合も、筋や白点が認められるものの許容できるレベルのものを「ｃ１」とし、ＮＧレベルを「ｃ２」とし記載した。
【００６９】
また、感光体の膜削れ量も測定した。膜削れ量はケット電子製の渦電流式の膜厚計により測定した。任意な位置を変えて３０回測定してセンターから２０回分の平均値を膜厚とし、初期状態の感光体からどれだけ削れたかを測定した。
【００７０】
これらの結果を図５に示す。従来例のサンプル３の磁性粒子を用いた磁気ブラシ帯電装置では、感光体Ａ（電荷注入層あり）、バイアスＤ（ＡＣ重畳）の組み合わせにおいても、およそ１０，０００枚後に、磁気ブラシ帯電装置の汚れにより「ａ１」レベルとなり、同時にフィルミングも発生して「ｃ１」レベルとなり、さらに２０，０００枚後には、どちらのレベルも２となりＮＧとなった。
【００７１】
これに対して、サンプル５の磁性粒子を用いた場合は、感光体Ａ（電荷注入層あり）、バイアスＤ（ＡＣ重畳）の組み合わせにおいて、５０，０００枚印字後、帯電装置の汚れによる筋は発生しなかったものの「ｃ１」レベルのフィルミングによるハーフトーンムラが若干発生した。汚れによる筋が発生しなかったのは、本実施の形態による磁性粒子が注入帯電特性に優れるために、帯電装置に取り込んだ残転写トナーを効率よく均一に感光体側に放出できたためと考えられる。また、フィルミングレベルが従来例と比較して改善されたのは、本実施の形態における磁性粒子に特有な、安定した研磨作用の効果であると思われる。
【００７２】
また、ここで感光体Ａ（電荷注入層あり）、バイアスＣ（ＤＣ）の組み合わせでは、５０，０００枚印字後、帯電装置の汚れに起因すると思われる筋は「ａ１」レベルとなったが、フィルミングは発生しなかった。帯電装置にＡＣを重畳すると、確かに帯電性能のマージンは向上するが、フィルミングにとっては不利になると思われる。
【００７３】
感光体の削れ量についても、ブレードクリーナー使用時（実験Ｎｏ．１７、表中最下段）に比べて、約半分の値でおさまっている。このように本実施の形態を適用することで、クリーナレスプロセスを用いた場合においても、帯電装置が汚れにくく、さらに感光体フィルミングをも防止することができる。
【００７４】
このような効果は、特に感光体表面が削れにくい材料を用いた場合に顕著になる。耐久性の高い感光体としてはａ−Ｓｉを主成分とする無機感光体や、有機感光体においても、連鎖重合性官能基を有する正孔輸送性材料を含むものを使用すると、感光体の表面硬度が高くキズがつきにくくなり、感光体の長寿命化が達成される。このような感光体を用いた際、上記した磁気ブラシ帯電装置を用いると、感光体自体はほとんど削れずに、固着するトナー成分を安定して感光体から除去して感光体フィルミングを防止することができる。図５の実験Ｎｏ．６５，６６にそれぞれの感光体を用いた場合の試験結果を示す。電荷注入層を設けていないために、初期状態から若干の筋が発生してしまってはいるものの、感光体がほとんど削れない状態で５０，０００枚の試験をクリアした。
【００７５】
また、従来の磁気ブラシ帯電装置では、特に従来の磁気ブラシ帯電装置ではａ−Ｓｉ感光体は膜厚が薄く傷などの欠陥もあるため、絶縁破壊が生じやすく、事実上使用することができなかった。しかし、本実施の形態による磁気ブラシ帯電装置では感光体のピンホールが発生しにくくなることが確認でき、このような薄い感光体に対して有利であることはいうまでもない。薄い感光体は、機能分離型の有機感光体においても、高解像度に有利であることから、その使いこなしが、近年非常に重要な課題となっている。
【００７６】
図６に、感光体の膜厚を変えた場合の感光体ピンホールの発生状況を比較した結果を示す。感光体Ａ（電荷注入層あり）で、電荷輸送層の厚みを変えて全体膜厚を調整し、バイアスＤ（ＡＣ重畳）設定とした。１０，０００枚印字後の感光体上のリークによるピンホールの数を数えたところ、従来例の磁性粒子のサンプル３では膜厚が概ね２５μｍ以下でピンホールが発生してしまったが、本実施の形態によるサンプル６では、膜厚が１７μｍでも発生しなかった。
【００７７】
このように本実施の形態は、層厚の薄い感光体（例えば、２５ミクロン以下の有機感光体など）を使いこなすうえでも非常に有効なものである。
【００７８】
また、磁気ブラシ帯電装置において使用する磁性粒子（接触部における磁気ブラシを形成する磁性粒子）と、現像部２０６において使用する磁性粒子（感光体２０１にて担持される静電潜像を顕像化する現像剤に含まれる磁性キャリア粒子）２０６ａを同一構成としてもよい。このような構成とすることにより、磁気ブラシ帯電装置から万が一磁性粒子が感光体側に付着しても、現像部２０６にて回収され、現像部２０６においてキャリアとして使用することができる。
【００７９】
また、上述のように、ダイヤモンド粒子のような負の電気陰性度が高い粒子を含有する磁性粒子を、磁気ブラシを形成する磁性粒子に混入させることにより、従来の磁性粒子（ダイヤモンド粒子またはカーボンナノチューブを含まない）と比較して格段に帯電効率が改善され、電圧印加部により印加されるバイアス電圧による被帯電体への電荷注入が起こり易くなり、被帯電体を効率的に負帯電させることができるという効果を奏する。
【００８０】
また、負の電気陰性度を有する粒子として、ダイヤモンド粒子やカーボンナノチューブのような所定値以上の硬度を有するものを採用することにより、負の電気陰性度を有する粒子を、例えば像担持体表面でのフィルミングにより形成される固着物の硬度よりも高い硬度（所定値以上の硬度）のものにすることにより、当該帯電装置における磁気ブラシを像担持体表面に接触させて帯電させる際に、フィルミングによる固着物を効果的に除去することができる。また、ある程度硬度が高い粒子を用いることにより、当該粒子の磨耗による帯電性能の劣化を抑制することができる。
【００８１】
本実施の形態による磁気ブラシ帯電装置を用いれば、低い印加電圧で安定した感光体の帯電が可能になる。特に感光体側に注入帯電用の抵抗の低い表面層を設けずとも安定した帯電処理が可能になり、装置として高画質化に貢献できる。加えて、帯電装置内に混入した逆帯電トナー等もすみやかに排出でき、帯電装置としての耐久性も向上する。また、感光体表面に対する研磨作用により、トナー中のワックス成分や離脱した外添剤等が感光体表面に固着するフィルミング現象を防止でき、特にクリーナレスプロセスに用いると効果的である。
【００８２】
また、従来技術として、帯電効率を高めるために、ダイヤモンドライクカーボンを用いる技術も知られるが（例えば、特開２００２−３５１１９５号を参照）、同技術では近接帯電のために一様にダイヤモンドライクカーボンが感光体に対向している必要があるために高コストなＣＶＤ法等の作成方法が必要となってしまう。
【００８３】
これに対して、本実施の形態による帯電装置では、ダイヤモンド微粒子は粒子全面に均一に露出している必要はない。なぜなら、磁気ブラシ帯電では、比較的広い帯電ニップ幅を確保できるため、ニップ内で一度でもダイヤモンド微粒子に接触すれば帯電できるからであり、上記従来技術のような高コストな作成方法等を必要とせず、製造コストの削減に寄与することができる。
【００８４】
また、本実施の形態では、これらゴミに対しての電荷注入能力も格段に向上するため、頻繁に帯電バイアスを切り替えなくても、電荷注入によりトナーや紙粉、外添剤等の極性が反転して感光体上に放出しやすくなり、帯電性能の低下を防止できる。特に、近年では、装置の小型化や排トナーを減らす要求から、感光体に専用のクリーニングブレードを設けないで、現像器にて転写残トナーを回収して再利用するクリーナレスプロセスの装置が増えている。このようなクリーナレスプロセスの場合は、帯電装置へ混入する残転写トナー量は圧倒的に多くなるため、上記効果はいっそう重要なものである。
【００８５】
また、本実施の形態によれば、感光体にダイヤモンド微粒子が接触するために、感光体表面の研磨効果も得られる。特にクリーナレスプロセスの場合は、ブレードクリーナーで感光体が削れることはなくなるものの、今度は感光体表面に現像剤中のワックスや離脱した外添剤等が付着して固着する、いわゆるフィルミング現象が発生してしまい、画像上に筋等の不具合が発生し、多くの場合、かえってクリーナブレードがない方が、感光体寿命が短くなってしまう。このような場合に、本実施の形態による帯電装置ではダイヤモンド微粒子が感光体表面を研磨し、序々に固着するフィルミングをそぎ落とすので、感光体のフィルミングをも防止することができる。
【００８６】
本発明を特定の態様により詳細に説明したが、本発明の精神および範囲を逸脱しないかぎり、様々な変更および改質がなされ得ることは、当業者には自明であろう。
【００８７】
以上に詳述したように本発明によれば、オゾンの発生を抑えるとともに、帯電効率を向上させることのできる帯電技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本実施の形態による帯電装置１およびこれを備えた画像形成装置Ｍについて説明するための概略構成図である。
【図２】比較用のサンプルを用いて行った比較実験の結果を示すデータテーブルである。
【図３】比較用のサンプルを用いて行った比較実験の結果を示すデータテーブルである。
【図４】図１に示した構成とは異なる構成を有する画像形成装置について説明するための図である。
【図５】比較用のサンプルを用いて行った比較実験の結果を示すデータテーブルである。
【図６】感光体の膜厚を変えた場合の感光体ピンホールの発生状況を比較した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
Ｍ  画像形成装置、１  帯電装置、１０１  接触部、１０２  電圧印加部、１０３  駆動部、２０１  感光体、２０２  露光部、２０６  現像部、２０３  現像バイアス電圧印加部、２０４  クリーニング部、２０５  転写部、２０７  転写バイアス電圧印加部、Ｐ  プロセスユニット。
【図１】
2008122950.tif 000003
【図２】
2008122950.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008122950.tif 000006
【図５】
2008122950.tif 000007
【図６】
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