(57)【要約】【課題】電子写真方式の感光体への帯電において、感光体に電位を低電圧で付与でき、画像欠陥の発生を防止でき、人体に有害なオゾンや画像ながれを発生させないことを目的とする。【解決手段】帯電部材の帯電電位付与部がＡｌ又はＡｌ合金の表面に体積固有抵抗１０10Ω・ｃｍ以上で厚さ３００〜５０００ｎｍの多孔質陽極酸化皮膜が形成され、該多孔質陽極酸化皮膜の表面に形成したポアー内部のバリヤー層が２０〜３００ｎｍの範囲でポアーフィリングして所定の厚みに調整され、帯電電位付与部の帯電領域のポアー内部のバリヤー層から太さ１０〜１００ｎｍの金属ナノ細線を二次電解で形成し、前記金属ナノ細線に離間し前記金属ナノ細線の略法線方向に対して略直交する方向に荷電制御グリッドを設けたことを特徴とする帯電装置を主たる構成にする。【選択図】図６
2008032822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置の感光体の帯電面にギャップを設けて電圧を印加し、前記感光体表面を帯電する帯電部材を有する帯電装置において、
前記帯電部材の帯電電位付与部がアルミニウム又はアルミニウム合金の表面に体積固有抵抗１０10Ω・ｃｍ以上で厚さ３００〜５０００ｎｍの多孔質陽極酸化皮膜が形成され、
該多孔質陽極酸化皮膜の表面に形成したポア内部のバリヤー層が２０〜３００ｎｍの範囲でポアフィリングして所定の厚みに調整され、
前記帯電電位付与部の帯電領域のポア内部のバリヤー層から太さ１０〜１００ｎｍの金属ナノ細線を二次電解で形成し、
前記金属ナノ細線に離間し前記金属ナノ細線の略法線方向に対して略直交する方向に荷電制御グリッドを設けたことを特徴とする帯電装置。
【請求項２】
前記金属ナノ細線は、銅、銅合金、ニッケルおよびコバルトの中から選択される１種以上の金属の細線であることを特徴とする請求項１記載の帯電装置。
【請求項３】
前記金属ナノ細線は、前記多孔質陽極酸化皮膜の膜厚の１／３〜２／３の範囲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】
前記金属ナノ細線は、該金属ナノ細線の先端部が金又は金合金を１μｍ以下に電解鍍金されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の帯電装置。
【請求項５】
前記帯電部材表面と前記グリッドとの間隔は５０〜１００μｍの範囲であり、前記帯電部材の前記感光体に対向する帯電ギャップは２０〜８０μｍであり、該帯電ギャップは前記帯電部材表面と前記グリッドとの間隔より狭いことを特徴とする請求項１記載の帯電装置。
【請求項６】
前記帯電ギャップは、前記帯電部材の両端が前記感光体の非画像形成部と接触することを特徴とする請求項１記載の帯電装置。
【請求項７】
前記非画像形成部と接触する部は、封孔処理したことを特徴とする請求項６記載の帯電装置。
【請求項８】
前記非画像形成部と接触する部をフッ素樹脂、塩化ビニル、ポリオレフィン、エチレンプロピレンから選ばれた少なくとも１種の熱収縮チューブにより被覆形成され、当該チューブは無端状部材で、厚みが５０〜１００μｍの範囲の膜厚偏差が５μｍ以下であることを特徴とする請求項６又は７に記載の帯電装置。
【請求項９】
前記帯電電位付与領域と前記非帯電電位付与領域とが、ポリアミド、ポリエステルから選ばれる少なくとも１種の膜厚０．３〜３μｍの範囲の絶縁性樹脂で被覆形成されたことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の帯電装置。
【請求項１０】
前記グリッドは、ステンレス鋼、銅、銅合金又はニッケル鍍金された鉄から選択される１種以上であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の帯電装置。
【請求項１１】
画像形成装置の帯電装置の製造方法において、
棒状のアルミニウム又はアルミニウム合金の両端に帯電ギャップを形成するための接触部を形成する帯電電位付与領域形成工程と、
前記接触部以外の前記アルミニウム又はアルミニウム合金の表面に体積固有抵抗１０10Ω・ｃｍ以上で厚さ３００〜５０００ｎｍの多孔質陽極酸化皮膜を形成する工程と、
該多孔質陽極酸化皮膜の表面に形成されたポアの内部バリヤー層を２０〜３００ｎｍの範囲でポアフィリング法により非帯電電位付与領域を絶縁被覆して形成する工程と、
前記帯電電位付与領域のポア内部のバリヤー層から、太さ１０〜５０ｎｍの金属ナノ細線を二次電解形成する工程と、
を有することを特徴とする帯電装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の帯電装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電装置、その製造方法および帯電装置を有する画像形成装置に関し、詳細には、複写機やレーザプリンタ等の画像形成装置に使用される感光体を帯電させるために、感光体の帯電面上に帯電ギャップを形成して電圧を印加して感光体表面に帯電電位を付与する非接触近接帯電部材の技術を適用した帯電装置、その製造方法および帯電装置を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やレーザプリンタなどの画像形成装置に使用される有機感光体への帯電に、接触式帯電装置と非接触式帯電装置が使用されている。接触式帯電装置には弾性ローラを用いたローラ帯電装置、ファーブラシ、磁気ブラシ、ブレード等を用いたものが実用化されており、他方、非接触式帯電装置では５０μｍ程度のワイヤーを用いたコロナ帯電装置、鋸刃状ブレードを用いたコロナ帯電装置、また有機感光体に近接して配置される非接触ブレード帯電装置、非接触ローラ帯電装置等を用いたものが実用化されている。
【０００３】
非接触式帯電装置中の非接触式のコロナ帯電装置では、有機感光体と放電部材であるワイヤーや鋸刃状ブレード先端との間隔が５〜１５ｍｍと広く設けられているため、４〜７ＫＶの高電圧でコロナ帯電させる。このため、コロナ放電で生じたオゾンが帯電装置内で１〜２ｐｐｍと非常に多くなり、画像形成装置外に飛散して不快臭を発生したり、窒素酸化物が同時に生成し、有機感光体表面に付着して画像のながれ現象等の不具合を生じたりする原因となっている。
【０００４】
一方、接触式帯電装置では、有機感光体と弾性体のローラ表面が直接接触するため、記録紙の紙紛が弾性ローラ表面に付着し、感光体への帯電電位が不均一となって画像ムラの原因となり耐久性を低下させている。また、ファーブラシ、磁気ブラシを用いた帯電装置では、トナーや紙紛がブラシに固着し、同じく帯電電位が不均一となり、スジ状の画像ムラの原因となって耐久性を低下させてしまう。
【０００５】
更に、接触式のブレードを用いた帯電装置では、感光体に傷やトナーのフィルミングが起き易く耐久性の面で問題となるため、その問題を解消する目的から非接触で近接式の帯電装置への要求があり、感光体への所望の電位を帯電ムラの発生が少ない構造で、かつ、低電圧で効率良く帯電させて、オゾンや窒素酸化物の生成を少なくして所望の帯電電位を付与する表面構造と、感光体表面への異常放電を抑制する構造とを持ったローラ式非接触近接帯電部材が望まれている。
【０００６】
このような要求に応える技術が、従来から提案されている。帯電部材の両端部の放電量を抑制して両端部に対応する感光体の非画像領域の局所的な削れを防止し、芯金に弾性層と、抵抗調整層とを設け、さらに両端部（感光体の非画像領域に対応する非画像領域相当部）に絶縁層を設けて、帯電部材を構成した技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この構成により、帯電部材の中央部（画像領域相当部）よりも両端部の電気抵抗値が高くして、多くなる傾向にある両端部の放電量を抑制している。
【０００７】
また、大気圧中でも素子の劣化がなく、低電圧で、安定した電子放出が可能な電子放出素子を用いた非接触型帯電装置の技術が知られており、また、先端部分に金属合金、あるいは金属を含む窒化物、炭化物、ケイ素化物またはホウ化物の少なくとも１種で被覆されたカーボンナノチューブを構成要素として有する電子放出素子、帯電装置及び画像記録装置の技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
更に、感光体ドラム面に対向して、回転する帯電ローラ又はベルトを、非接触で近接配置し、最近接部の距離は０．１ｍｍ以上で放電停止距離以下とし、帯電ローラに電圧を印加して、感光体表面との間に放電を発生させて感光体表面を帯電し、最近接部よりも上流側で、帯電ローラの帯電面に非接触に対向する位置に予備放電部材を備え、必要に応じて予備放電部材に表面被覆を施し、また、予備放電部材で帯電ローラをクリ−ニングする近接帯電装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００９】
また、放電時に発生するオゾンガス、ＮＯｘガスを同時に減少させ、放電基板の第２の電極は低仕事関数を有し、低スパッタ率を有する素材（ＬａＢ6、Ｗ、Ｔｉ等）で形成すると共に、第２電極開口部の主走査方向の長さ寸法を７０μm以下とすることにより、放電電圧を下げて発生ＮＯｘガスを減らし、放出面積を減少させて放出量を減少し、狭い放電域での電界容量を大きくし、開口部近辺での温度上昇によりオゾンの熱分解反応を促進し、オゾンガス、ＮＯｘガスを共に機外排出基準を満足させた平面型固体放電装置が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【００１０】
更に、感光ドラムの駆動トルクを低減するとともに、感光ドラム表面と帯電面との間の微小間隙を長期にわたって精度よく保持して帯電不良をなくし、近接帯電板を、帯電面が感光ドラム表面に対向するように配置し、左右両端部をそれぞれ保持部材によって保持し、各保持部材は、感光ドラムの回転方向の上流側と下流側とにスペースローラを回転自在に支持し、保持部材を圧縮ばねによって感光ドラムに向けて付勢し、合計４個のスペースローラを感光ドラム表面に当接させた帯電装置が提案されている（例えば、特許文献５参照）。
この帯電装置により、感光ドラム表面と帯電面とを間の微小間隙を精度よく確保し、帯電時に感光ドラムを回転駆動すると、スペースローラが従動回転するので両者の間に原則的には摺接は無くなる。
【００１１】
また、環境による抵抗値の変動が少なく、各環境で良好な画像が得られる接触帯電装置であり、帯電部材が芯金、芯金上の導電性弾性層及び弾性層上の表面層からなり、この表面層がＯＨ当量の異なるポリオール化合物（Ｉ）、ポリオール化合物（II）と、ポリイソシアネート化合物とを必須の原料成分とする反応生成物を含有し、ポリオール化合物（Ｉ）がＯＨ当量５００以上で、その１分子当たりのＯＨ基数が２〜６０個のポリオール化合物であり、ポリオール化合物（II）がＯＨ当量３００以下のポリオール化合物である接触帯電装置が提案されている（例えば、特許文献６参照）。
【００１２】
更に、接触帯電において、帯電部材として簡易な部材を用い、低印加電圧でオゾンレスの直接注入帯電を帯電均一性に優れ且つ長期に渡り安定した直接注入帯電する簡易な構成により、オゾン生成物による障害、帯電不良による障害等のない、簡易な構成、低コストの画像形成装置やプロセスカートリッジが提案されている（例えば、特許文献７参照）。ここで、電圧を印加した被帯電体とニップ部を形成する可撓性の帯電部材による接触帯電において、帯電部材は、連続気泡の弾性発泡体で構成され、かつ被帯電体に対して速度差を持って移動するので、少なくとも帯電部材と被帯電体とのニップ部に帯電促進粒子が存在していることになる。
【００１３】
また、発光デバイス、光デバイス、磁性デバイス、マイクロデバイスなどの機能材料として、広い範囲で利用可能な細孔を有するナノ構造体としてアルミニウムを陽極酸化することで作成される細孔体を具備するナノ構造体において、細孔径の異なる少なくとも２種類以上の細孔を有するナノ構造体が提案されている（例えば、特許文献８参照）。
【００１４】
更に、基体上に特定の方向を有し、細線径が均一なチタンナノ細線を等間隔に配したチタンナノ細線およびその製造方法の発明が記載されている（例えば特許文献９参照）。この発明は、チタン層有する基体表面に対して細孔を有する層を備えた構造体を用意する第１の工程と、この構造体を熱処理して細孔内にチタンを含む細線を形成する第２の工程を有する製造方法によりチタンナノ細線を形成するものである。
【００１５】
また本発明者は、特許文献１０〜１２の出願も行っている。
【特許文献１】特開平７−１９９５９９号公報
【特許文献２】特開２００１−２５０４６７号号公報
【特許文献３】特開平１０−２８８８８１号公報
【特許文献４】特開平９−３０５００２号公報
【特許文献５】特開平７−２８１５０６号公報
【特許文献６】特許第３１３９６５３号公報
【特許文献７】特許第３３７６２８９号公報
【特許文献８】特開２００１−９８００号公報
【特許文献９】特開平１１−２４６３００号公報
【特許文献１０】特開２００３−３３０２４９号公報
【特許文献１１】特開２００３−３３７４６４号公報
【特許文献１２】特開２００４−１０９４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記特許文献１〜９のいずれも、画像形成装置の感光体の表面に帯電を行わせるための帯電部材を非接触近接式とし、感光体への所望の電位を帯電ムラが少ない構造で、効率良く帯電でき、オゾンや窒素酸化物の生成の少ない帯電電位が付与された表面構造に改質されていない。
【００１７】
本発明はこれらの問題点を一挙に解決するためになされたものであり、感光体表面に所望の帯電電位を低電圧で付与でき、バリヤー層が抵抗となって異常放電を抑制するため、画像欠陥の発生を防止でき、人体に有害なオゾンや画像ながれを発生させない画像形成装置の非接触近接帯電部材を有する帯電装置、その製造方法および帯電装置を有する画像形成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】
【００１８】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、画像形成装置の感光体の帯電面にギャップを設けて電圧を印加し、感光体表面を帯電する帯電部材を有する帯電装置において、帯電部材の帯電電位付与部がアルミニウム又はアルミニウム合金の表面に体積固有抵抗１０10Ω・ｃｍ以上で厚さ３００〜５０００ｎｍの多孔質陽極酸化皮膜が形成され、多孔質陽極酸化皮膜の表面に形成したポア内部のバリヤー層が２０〜３００ｎｍの範囲でポアフィリングして所定の厚みに調整され、帯電電位付与部の帯電領域のポア内部のバリヤー層から太さ１０〜１００ｎｍの金属ナノ細線を二次電解で形成し、金属ナノ細線に離間し金属ナノ細線の略法線方向に対して略直交する方向に荷電制御グリッドを設けたことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、金属ナノ細線は、銅、銅合金、ニッケルおよびコバルトの中から選択される１種以上の金属の細線であることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、金属ナノ細線は、多孔質陽極酸化皮膜の膜厚の１／３〜２／３の範囲であることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、金属ナノ細線は、金属ナノ細線の先端部が金又は金合金を１μｍ以下に電解鍍金されたことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、帯電部材表面とグリッドとの間隔は５０〜１００μｍの範囲であり、帯電部材の感光体に対向する帯電ギャップは２０〜８０μｍである（ただし帯電ギャップは帯電部材表面とグリッドとの間隔より狭い）ことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、帯電ギャップは、帯電部材の両端が感光体の非画像形成部と接触することを特徴とする。
【００２４】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、非画像形成部と接触する部は、封孔処理したことを特徴とする。
【００２５】
また、請求項８に記載の発明は、請求項６又は７に記載の発明において、非画像形成部と接触する部をフッ素樹脂、塩化ビニル、ポリオレフィン、エチレンプロピレンから選ばれた少なくとも１種の熱収縮チューブにより被覆形成され、当チューブは無端状部材で、厚みが５０〜１００μｍの範囲の膜厚偏差が５μｍ以下であることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項９に記載の発明は、請求項６から８のいずれか１項に記載の発明において、帯電電位付与領域と非帯電電位付与領域とが、ポリアミド、ポリエステルから選ばれる少なくとも１種の膜厚０．３〜３μｍの範囲の絶縁性樹脂で被覆形成されたことを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１から９のいずれか１項に記載の発明において、グリッドは、ステンレス鋼、銅、銅合金又はニッケル鍍金された鉄から選択される１種以上であることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１１に記載の発明は、画像形成装置の帯電装置の製造方法において、棒状のアルミニウム又はアルミニウム合金の両端に帯電ギャップを形成するための接触部を形成する帯電電位付与領域形成工程と、接触部以外のアルミニウム又はアルミニウム合金の表面に体積固有抵抗１０10Ω・ｃｍ以上で厚さ３００〜５０００ｎｍの多孔質陽極酸化皮膜を形成する工程と、多孔質陽極酸化皮膜の表面に形成されたポアの内部バリヤー層を２０〜３００ｎｍの範囲でポアフィリング法により非帯電電位付与領域を絶縁被覆して形成する工程と、帯電電位付与領域のポア内部のバリヤー層から、太さ１０〜５０ｎｍの金属ナノ細線を二次電解形成する工程と、有することを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１から１０のいずれか１項に記載の帯電装置を有する画像形成装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、感光体表面に所望の帯電電位を低電圧で付与でき、また、バリヤー層が抵抗となって異常放電を抑制するため、画像欠陥の発生を防止でき、さらに、人体に有害なオゾンや画像ながれの発生を抑止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照して、本発明の帯電装置を実施形態により詳細に説明する。
本発明の画像形成装置の帯電装置が有する帯電部材は、帯電電位付与機能を構成する材質がアルミニウム又はアルミニウム合金である。そして、そのケース両端にグリッドギャップを形成するための接触部を形成し、アルミニウム又はアルミニウム合金の表面に体積固有抵抗１０10Ωｃｍ以上の厚さが３００〜５０００ｎｍの範囲の多孔質陽極酸化皮膜を形成する。更に、この多孔質陽極酸化皮膜の表面の無数に形成されたポア内部のバリヤー層を２０〜３００ｎｍの範囲でポアフィリング法を用いて所定の厚みに調整し、非帯電電位付与領域を絶縁被覆し、帯電電位付与領域のポア内部のバリヤー層から、太さ１０〜５０ｎｍの金属ナノ細線を二次電解形成し、これをグリッドに対向させ帯電装置を形成した。
【実施例】
【００３２】
図１は本発明に係る帯電装置の製造方法における非接触近接帯電部材の形成の各工程の概略を示す図である。同図に示す本実施例の非接触近接帯電部材の形成工程は、有機感光体表面に所望の帯電電位を付与し易くするため、低電圧でコロナ放電を生じさせ、コロナ放電により発生する有害なオゾン量を低減するため、表面改質をした帯電装置の帯電部材の形成方法である。
【００３３】
図１（ａ）において、本実施例の帯電装置は、グリッド表面（グリッド面）に接触し、放電ギャップを形成するための放電ギャップ形成端（放電ギャップ形成端部）１、２と、有機感光体表面に帯電電位を与えるための帯電電位付与面３及びグリッドをそれぞれアルミニウム材及びステンレス鋼で形成し有機感光体の軸線中心に絶縁ブッシュを介して合芯する軸受け部４，５で形成された帯電装置である。
【００３４】
そして、帯電ギャップ形成端１，２と、帯電電位付与面３及びグリッドとで形成される帯電ギャップを２０〜８０μｍとし、その帯電ギャップ形成端１，２と帯電電位付与面３との相対距離を５μｍ以下の高精度とするため、加工した後、図１（ｂ）に示すように、軸受け部４，５のそれぞれを樹脂７と樹脂８（共にビニル樹脂）で被覆し、アルミニウム材で形成された形状の範囲を、陽極酸化処理を施して電気抵抗率１０10Ω・ｃｍ以上で厚み３００〜５０００ｎｍの多孔質陽極酸化皮膜９を形成する。
【００３５】
この多孔質陽極酸化皮膜９の一部を図１の（ｂ−１）に示すように、皮膜表面１０には、ナノ構造を有する１０〜５０ｎｍの孔径のポア（孔）１１が、その間隔５０〜２００ｎｍで無数に形成され、そのポア１１の底部１２には、バリヤー層１３が２０〜５０ｎｍの厚みで形成されている。
【００３６】
次に、この多孔質陽極酸化皮膜９を形成後に、皮膜表面の複数のポア１１が封孔処理されないように、電解液を常温で水洗する。
一度形成した多孔質陽極酸化皮膜９を、再びバリヤー型皮膜形成用の中性塩電解液でポアフィリング法を用いて二次電解し、図１の（ｃ−１）に示すように、帯電電位付与面１７に形成されたポアの底部（ポア底）１４を埋め、バリヤー層１５を２０〜５００ｎｍの範囲で所定の厚みに操作し、形成する。このポアフィリング法は、工業的には多孔質陽極酸化皮膜の多孔質構造をバリヤー層で埋めて皮膜を強化するために行われる。
【００３７】
ポアフィリング法による二次電解が終了後、残存するポア１１が封孔処理されないように常温で水洗する。
水洗洗浄した後乾燥し、帯電電位付与面１７以外の両端を樹脂１８，１９で被覆し、銅単体、ニッケル単体、コバルト単体等の金属単体で、あるいは銅合金、ニッケルコバルト合金など合金で二次電解して、図１（ｄ）に示すように、帯電電位付与放電面２０を形成する。この帯電電位付与放電面２０の一部を図１（ｄ−１）に示す。この図に示すように、二次電解によりナノ構造を有する１０〜５０ｎｍのポア底２１から、太さ１０〜５０ｎｍの銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、ニッケルコバルト合金の中から選択される１つ以上の材料からなる金属ナノ細線２２が形成された表面となる。
【００３８】
この金属ナノ細線２２は、多孔質絶縁皮膜の表面２３から凹部２４に４μｍ以下で形成し、酸化防止のための金または金合金を電解鍍金する。このようにして形成されると放電時の陰極損耗に抑制効果があり、安定した電極面が得られる。帯電電位付与放電面２０を形成後、図１の（ｅ−１）に示すように、両端の樹脂の被覆を除去し、帯電ギャップ形成端２５，２６と、開孔しているポア２７の入口部分２８とを、８０℃以上の熱水で５〜１５分洗浄し、乾燥させる。
【００３９】
次に、図１の（ｆ−２）に示すように、金属ナノ細線２２が無数に形成された帯電電位付与放電面２９の表面３０と、図１の（ｆ−１）に示すように、放電ギャップ形成端２５，２６の表面３１に、ポリアミド（商標ナイロン）やポリエステル等の絶縁性樹脂を溶剤で溶解して塗布し、０．３〜３μｍの絶縁性樹脂薄層３２を形成して、図１の（ｇ）に示す帯電装置３３を形成する。また、図１の（ｇ）に示すように、帯電装置３３の帯電ギャップ形成端３４，３５に、フッ素樹脂、塩化ビニル、ポリオレフィン（たとえばエチレンプロピレン）等の熱収縮チューブ等の無端状部材３６，３７で被覆して形成すれば、接触部に熱収縮して固定されて取れることなく、有機感光体への帯電付与領域で安定した放電による帯電が行える帯電装置となる。
【００４０】
このような工程を経て形成された帯電装置３３は、感光体表面に帯電電位を付与する放電面は、多孔質陽極酸化皮膜表面の無数に形成されたポアのバリヤー層から太さ１０〜５０ｎｍの金属ナノ細線が形成される。このため、金属ナノ細線の先端に電圧の印加により電界が集中し、コロナ放電開始電圧を低下させてコロナ放電が低電圧で容易に発生し、発生した電界は適当なバイアス電圧を印加したグリッドを介して有機感光体表面への帯電の付与が容易となる。また、低電圧でコロナ放電が生じるため、画像形成装置の配置される場所での発生濃度が０．１ｐｐｍを越える虞が無くなり、人体に有害で悪臭の原因のオゾン量を極度に抑制し低減することができる帯電装置となる。
【００４１】
図２は画像形成装置に使用される画像形成部の概略構成を示す断面図である。図３〜４は従来の帯電装置の概略構成を示す図である。
図２において、有機感光体３８は最表面（最外層）が電荷発生層であり、この層３８の下に電荷輸送層とその下層の下引き層が下引き層から順にアルミ基体上に形成され、最外層の有機感光体３８の表面に電荷を付与するために、帯電部材３９が配置されている。有機感光体３８を帯電するにあたり、接触帯電、非接触近接帯電、コロナ帯電方法等の帯電方法のいずれかを用いて６００〜８００Ｖの帯電電位を有機感光体３８に一様に付与し、次いで一様に付与された帯電面にレーザビーム４０が有機感光体３８の軸方向に走査することにより画像の光書き込み（潜像形成）を行う。書き込まれた潜像は、現像ローラ４１によりトナー４２が搬送供給されて前記潜像上に静電付着させて現像され、転写ローラ４３にバイアス電位が付与されて有機感光体３８の表面から記録紙４４に有機感光体３８の表面に静電付着していたトナー４２が転写されて記録紙４４上に画像が形成させる。トナー像の余剰残留した有機感光体３８上のトナー４２は、クリーニングブレード４５により除去回収され、再度、帯電部材３８により有機感光体３８表面に帯電が行われる。このような工程が繰り返されて画像形成される。
【００４２】
図３の（ａ）に示すように、帯電部材には、ワイヤー式コロナ帯電装置４６が広く利用されており、このような帯電部材は放電ワイヤー４７に５〜７ｋＶを印加してコロナ放電４８を生じさせるが、この際にグリッド４９ではその電圧を制御して有機感光体５０の表面に所望の帯電電位を付与する。しかし、このような従来の帯電装置では、帯電過程で発生するオゾン量が多く、また感光体表面への所望の帯電電位を得るための放電ワイヤー４７の印加電圧が高いことなどから、オゾン発生量や印加電圧を下げるため、図３の（ｂ）に示すように、放電ワイヤー４７からコロナ放電面を鋸刃状放電面５１のように鋭くした放電面を有する鋸刃式帯電装置５２などが使用されるようになった。しかしそれでも、コロナ放電面と感光体との距離が５〜１０ｍｍと離れており感光体への帯電量を確保するためには、印加電圧を高くする必要があり、有害となるオゾンの発生量を減じさせる状況にはなかった。
【００４３】
図４の（ａ）に示すように、オゾン量の低減と印加電圧の低下のために、感光体表面に導電性を付与したゴム製の接触式ローラ帯電装置５３が開発され、オゾン量の低減と印加電圧を低下させることがある程度は可能となった。しかし、有機感光体表面５４とローラの帯電電位付与面とが接触する接触式であるため、導電性を付与したゴムローラ表面５５が、感光体表面５４に付着した残留トナーや記録紙の転写時に付着する紙紛により、汚れが付着して堆積する。その結果、帯電電位が部分的に乱れ、画像にムラが発生するなどの不具合および耐久性においても問題が発生することとなった。
【００４４】
そこで、図４の（ｂ）に示すような非接触近接帯電装置５６が考案された。この非接触近接帯電装置５６は、有機感光体５７と対向するローラ表面５８との間隔が５０〜１００μｍと非接触式としたため、図４の（ａ）の接触式帯電装置５３に比べ、有機感光体表面５７への帯電電位付与のための電圧は高くなるものの、コロナ放電領域５９は、ローラ表面５８の円周方向に１〜２ｍｍの幅の範囲と狭く、図３のコロナ帯電装置４６や鋸刃状帯電装置５２より約１／５程度オゾンの発生量は少なく、また図４の（ａ）の接触式帯電装置５３よりトナー転写時に付着する残留トナーや紙紛による汚れ等の付着による堆積が無いなどの利点を有する。
【００４５】
しかし、ローラ表面５８が異常放電を防止するために抵抗体や誘電体で形成されているため、有機感光体表面５７への帯電電位を確保し難いという新たな問題が発生する。また、図４の（ｂ）の非接触近接帯電装置５６は、画像形成装置での連続使用において、有害なオゾンが０．０１〜０．０５ｐｐｍ程度発生し、オゾン吸着剤を搭載してこれを防止するにもスペース上、処理容量を大きくとることができず、画像形成装置を連続使用すると、機外に僅かにオゾンが拡散して不快臭を発生してしまう。
そこで、図４の（ｃ）に示すような、電荷注入式でオゾンが発生しにくいと言われるブラシ帯電装置６０が検討されたが、感光体と接触する磁気ブラシ６１の中に接触帯電装置と同じく紙紛が混入付着することにより、スジ状の画像欠陥が発生し、また耐久性にも問題を生じるに至っている。
【００４６】
そこで、帯電装置５６のコロナ放電面を、異常放電を防止するために抵抗体を使用し、しかも低電圧でコロナ放電を生じさせ、グリッドを介して有機感光体表面に所望の帯電電位を付与し易くし、発生するオゾン量を低減するための改質を行った図１に示す帯電装置３３を、画像形成装置に組み込み、有機感光体への帯電電位の付与とオゾンの発生量を調べた。
【００４７】
図５のＡ部分は、このような本発明の帯電装置を用いた画像形成装置における画像形成部を示す部分拡大図である。図５において、帯電装置６２に用いた帯電部材として図１に示す帯電部材３３を使用し、帯電電位付与放電面６３の帯電ギャップ形成端６４、６５が、有機感光体表面６６の有効画像範囲外である外周面６７、６８に接触し、帯電電位付与放電面６３と感光体表面６６との間に帯電ギャップ６９を２０〜８０μｍの範囲で形成するよう構成した。そして、帯電ギャップ形成端６７、６８は、帯電電位付与放電面６３と感光体表面６６との離間距離の誤差が５μｍ以下の高精度とし、帯電ギャップ６９の距離の変動を極力抑えるようにするために、帯電装置３３の製造時に帯電ギャップ形成端６４、６５と外周面６７、６８との接触部を、精度を向上させて加工を施している。帯電装置３３の各支持部７０、７１は、ブッシュによりフレームと電気的に絶縁され、フレームに保持される加圧バネで感光体外周面と確実に接触して作動する。支持部７１には、有機感光体表面６６に所望の電位を帯電させるためのスリップ電極７７が取付けられ、１〜３ｋＨｚの交流成分を重畳した負電圧１〜２ｋＶが印加電圧供給部７８から供給されて、有機感光体表面６６に画像形成プロセスに必要な負帯電電位６００〜８００Ｖが帯電付与される。
【００４８】
図６は、図５のＢ部分の部分拡大図である。本実施例では、帯電装置を用いた非接触帯電装置と従来型の接触帯電装置及び非接触帯電装置における印加電圧−帯電電位との関係を以下のようにして調べた。
この帯電電位付与面６３の円柱状のアルミニウム表面に多孔質陽極酸化皮膜を形成し、その表面の無数に形成されたナノ構造のポアのバリヤー層に太さ１０〜５０ｎｍの金属ナノ細線を形成して表面改質したローラ式非接触近接帯電部材とした。
従来型の導電性ゴムローラの接触帯電装置は、体積固有抵抗１０6〜１０8Ω・ｃｍを持ち、従来型の導電性ローラの非接触式帯電装置も体積固有抵抗１０6〜１０8Ω・ｃｍを持つ非接触近接式帯電装置を用いている。
【００４９】
また、図６に示すように、有機感光体表面と帯電装置の帯電ギャップ形成端と帯電電位付与放電面との帯電ギャップを５０μｍとして、１〜３ｋＨｚの交流成分を重畳した負電圧１〜４ｋＶが印加電圧供給部から供給し、線速２００ｍｍ／秒で有機感光体を回転移動させたときの有機感光体表面の帯電電位特性を測定した。
帯電ギャップ６９が無い体積固有抵抗１０6〜１０8Ω・ｃｍを持つ従来型の導電性ゴムローラ接触帯電装置の電位と、従来型の体積固有抵抗１０6〜１０8Ω・ｃｍを持つ導電性ローラ非接触近接帯電装置と、金属ナノ細線の表面を持つ本発明の帯電装置３３との感光体表面帯電電位を比較した。
【００５０】
その結果、ローラ式非接触近接帯電部材３３では、図６に示すように、帯電電位付与放電面８１に無数に形成された金属ナノ細線の個々の先端８７に印加電圧の電界が集中し、微細なグローコロナ８８が低電圧で発せられるため、導電性ローラ非接触近接帯電装置の帯電曲線と比較して、印加電圧１ｋＶで有機感光体表面の帯電電位を数十ボルトの範囲で上昇させている。
また、印加電圧２〜３ｋＶの範囲でも帯電電位は上昇傾向を示し、有機感光体表面の帯電量が向上する方向にあり、従来型の体積固有抵抗１０6〜１０8Ω・ｃｍを持つ導電性ローラ式非接触近接帯電装置の帯電曲線と同帯電電位とした場合には印加電圧を低下させることができ、有機感光体表面への帯電電位付与時にオゾンや窒素酸化物の発生量が低減される。
【００５１】
また、一度形成した多孔質陽極酸化皮膜を再び、バリヤー型皮膜形成用の中性塩電解液で、ポアフィリング法を用いて二次電解し、多孔質陽極酸化皮膜の孔の底を埋めて、バリヤー層を２０〜３００ｎｍの範囲で所定の厚みに操作し形成すれば、バリヤー層がコンデンサとなり、これは抵抗ｒ１とキャパシタC１が並列に接続された等価回路とすると、この等価回路のコンデンサの電流をｉ２とすると、ｉ２は、印加される交流成分Ｖ２＝Ｖ２ｅj2πft２（Ｖ２は交流成分の実効値）と直流成分Ｖ１にキャパシタＣ１の容量Ｃを乗じた関数の時間微分により求められ（ｉ２＝（Ｃ（Ｖ１＋Ｖ２））’（プライム「’」は時間微分を表す）、２πｆＣＶ２の範囲で、直流電圧Ｖ１に重畳される交流成分の周波数ｆと電圧Ｖ２と容量Ｃにより電流量ｉ２の制御ができ、直流電圧Ｖ１の電流（直流成分の電流）ｉ１は等価回路の抵抗ｒ２を僅かに流れる程度であり、金属ナノ細線からの異常放電が起こりにくい条件設定が可能となり、感光体の微小部分が損傷する画像欠陥の発生が抑制される。
【００５２】
バリヤー層の厚みを変えた際の印加電圧−帯電電位の関係について言及すると、２０〜５０ｎｍでの帯電電位の特性は、５０〜１００ｎｍでの帯電電位の帯電曲線と比較し、バリヤー層の厚みを変えればコロナ放電を抑制でき、感光体の微小部分が損傷する画像欠陥の発生が抑制される。また、画像形成装置を連続使用する際に発生するオゾン量を低減することもでき、搭載するオゾン吸着剤の使用時間を延ばせ、機外に拡散するオゾン臭も低いものとなり、またオゾンの発生により派生する窒素酸化物が低下することから、画像の流れ等の欠陥の発生も抑制でき、同時に画像形成装置の耐久性を向上することができるようになる。
【００５３】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の効果を得る範囲である限り、多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【００５４】
以上説明したように、本発明によれば、画像形成装置の感光体の帯電面にギャップを形成して電圧を印加し、感光体表面に帯電する帯電部材を有する帯電装置において、帯電部材の帯電電位付与機能を構成する材質がアルミニウム又はアルミニウム合金の表面に厚さ３００〜５０００ｎｍの多孔質の陽極酸化皮膜を形成し、該多孔質陽極酸化皮膜の表面に形成されたポア部のバリヤー層を、２０〜３００ｎｍの範囲でポアフィリング法を用いて所定の厚みに調整し、帯電電位付与領域のポア内部のバリヤー層から太さ１０〜１００ｎｍのサイズのナノ細線を二次電解形成し、このナノ細線に対向して荷電制御用のグリッドを設けた帯電部材であることを特徴とする帯電装置により、帯電部材の帯電付与面の金属ナノ細線のその電極先端から容易にコロナ放電が可能となり、バリヤー層が抵抗となって異常放電を抑制するため、画像欠陥の発生を防止でき、人体に有害なオゾンや画像ながれを発生させる窒素酸化物の発生がワイヤー等によるコロナ帯電の１／５以下に、従来の非接触近接帯電装置０．０１〜０．０５ｐｐｍ以下に低減することが可能になる。
【００５５】
また、金属ナノ細線は銅又は銅合金であることにより、金属ナノ細線が磁化することもなく、微細な鉄紛を含んだトナーを使用しても電極表面の汚れの発生が少なくなり、あるいは金属ナノ細線はニッケル又はコバルト及びニッケルコバルト合金であることにより、コロナ放電時の電極表面の劣化が抑制でき、コバルト１０〜５０％を含むニッケルコバルト合金とすればニッケル電析金属の熱的脆さを解消でき、コロナ放電時の熱的、電気的な劣化に対し、より強度を有することになる。
【００５６】
更に、金属ナノ細線は、多孔質陽極酸化皮膜の表面から凹形状に膜厚の１〜2／3以下の範囲に形成されることにより、感光体表面に帯電電位付与時の放電開始電圧を低下させ、オゾンや窒素酸化物の発生量が抑制される。
【００５７】
また、金属ナノ細線に、金又は金合金を電解鍍金したことにより、非接触式近接帯電部材表面の放電面ではオゾンの発生と同時に窒素酸化物も発生するため表面の酸化や腐食に対して最も安定な金又は金合金を被覆すれば非常に耐久性を良くすることができる。
【００５８】
更に、帯電ギャップは２０〜８０μｍであって、帯電電位付与面と拡径部の相対距離の誤差が５μｍ以下であることにより、有機感光体回転時の帯電ギャップの変動が非常に少なくなり、有機感光体表面への帯電電位の変動も非常に少ないものとなって画像ムラが形成され難くなる。
【００５９】
また、帯電ギャップを形成するための接触部と帯電電位付与面とが形成されることにより、接触部と帯電付与面との相対距離の誤差は５μｍ以下の高精度となり、有機感光体回転時の帯電ギャップの変動が非常に少なくなり、有機感光体表面への帯電電位の変動も非常に少ないものとなって画像ムラが形成され難くなる。
【００６０】
更に、非帯電電位付与領域を封孔処理したことにより、陽極酸化皮膜のポア入口が体積膨張して閉塞されるため、陽極酸化に使用した電解液の僅かな染みだしが無くなり絶縁性が増し、拡径部での異常な放電をせず、帯電電位付与面のコロナ放電を安定化させることができる。
【００６１】
また、非帯電電位付与領域をフッ素樹脂、塩化ビニル、ポリオレフィン、エチレン、プロピレン等の熱収縮チューブ等の無端状部材で、厚みを２０〜３０μｍの範囲で、膜厚偏差５μｍ以下に被覆形成したことにより、陽極酸化に使用した電解液の僅かな染みだしが無く、絶縁性が増して拡径部で異常放電をせず、帯電電位付与面のコロナ放電を安定化させる事ができ、ローラ式非接触近接帯電部材回転時の帯電ギャップの変動が非常に少なくなり、有機感光体表面への帯電電位の変動も非常に少ないため、画像ムラが形成され難くなる。
【００６２】
更に、帯電電位付与領域及び非帯電電位付与領域をポリアミド樹脂やポリエステル等の絶縁性樹脂で、膜厚を０．３〜３μｍの範囲で被覆形成したことにより、アルミニウム又はアルミニウム合金材の添加金属や材料欠陥等での陽極酸化皮膜破損部分からの異常放電が防止でき、点状の画像欠陥の発生が抑えられる。
【００６３】
また、帯電電位付与面の陽極酸化処理工程で陽極酸化され易いアルミニウムは、酸化アルミとなって絶縁性となり、回転軸端部からの電圧印加しても接触不良を招き易い。帯電電位付与機能を構成する材質のグリッドとなる部分の材質は、ステンレス鋼又は銅又は銅合金又は鉄にニッケル鍍金されて構成された材料を使用することによって機械強度及び電気的接続を確保する上で好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る帯電部材の形成方法の各工程を示す概略図である。
【図２】従来の画像形成装置の画像形成部の構成を示す概略断面図である。
【図３】従来のコロナ帯電装置の構成を示す概略図である。
【図４】従来の接触又は非接触帯電装置の構成を示す概略図である。
【図５】本発明の非接触近接帯電部材を用いた画像形成部の構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の非接触近接帯電部材の帯電部部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１，２    放電ギャップ形成端
３、１７    帯電電位付与面
４，５    軸受け部
６    帯電ギャップ
７，８，１８，１９    ビニル樹脂
９    多孔質陽極酸化皮膜
１０    多孔質陽極酸化皮膜の表面
１１，１６，２７    ポア
１２，１４，２１    底
１３，１５    バリヤー層
２０，２９    帯電電位付与放電面
２２    金属ナノ細線
２３    多孔質絶縁皮膜の表面
２４    凹部
２５，２６，３４，３５    帯電ギャップ形成端
２８    入口部分
３０    帯電電位付与放電面２９の表面
３１    帯電ギャップ形成端２５，２６の表面
３２    絶縁性樹脂薄層
３３    帯電部材（帯電装置の帯電部材）
３６，３７    無端状部材
３８    有機感光体
３９    帯電部材
４０    レーザビーム
４１    現像ローラ
４２    トナー
４３    転写ローラ
４４    記録紙
４５    クリーニングブレード
４６    ワイヤー式コロナ帯電装置
４７    放電ワイヤー
４８    コロナを発生
４９    グリッド
５０    有機感光体
５１    鋸刃状放電面
５２    鋸刃式帯電装置
５３    接触式ローラ帯電装置
５４    有機感光体表面
５５    ゴムローラ表面
６３    帯電電位付与放電面
６４、６５    帯電ギャップ形成端
６６    感光体（感光体表面の有効画像範囲）
６９    帯電ギャップ
７０、７１    支持部（帯電装置の支持部）
７７    スリップ電極
７８    印加電圧供給部
８１    グリッド
８７    金属ナノ細線
８８    放電
【図１】
2008032822.tif 000003
【図２】
2008032822.tif 000004
【図３】
2008032822.tif 000005
【図４】
2008032822.tif 000006
【図５】
2008032822.tif 000007
【図６】
2008032822.tif 000008