(57)【要約】【課題】像担持体に対向して配置された帯電ローラと像担持体との間での放電によって発生する放電生成物を分解して、像担持体上に形成されるトナー像に異常画像が発生することを防止し、その画質を高める。【解決手段】像担持体２に対向して配置された帯電ローラ１４の周面に、放電により生成された放電生成物を分解する光触媒層１８を設ける。帯電ローラ１４を回転させながら、その帯電ローラ１４に電圧を印加して放電を生ぜしめて像担持体２を帯電する。【選択図】　　　　図２
2004117446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電により生成された放電生成物を分解可能な光触媒層を周面に有することを特徴とする帯電ローラ。
【請求項２】
前記光触媒層の厚さは５μｍ以上である請求項１に記載の帯電ローラ。
【請求項３】
軸線方向に間隔をあけて配置された少なくとも２つの突部を有し、該突部の間のローラ部分の直径が該突部の直径よりも小さく設定されている請求項１又は２に記載の帯電ローラ。
【請求項４】
両突部の間のローラ部分の周面のほかに、前記両突部の周面にも光触媒層が設けられている請求項３に記載の帯電ローラ。
【請求項５】
ローラ表面の粗さが、最大高さで２５μｍ以下である請求項１乃至４のいずれかに記載の帯電ローラ。
【請求項６】
真直度が０．０２以下である請求項１乃至５のいずれかに記載の帯電ローラ。
【請求項７】
光触媒物質と導電材と樹脂を溶媒中に混合した液状の材料を塗布し、これを硬化させることにより前記光触媒層を形成した請求項１乃至６のいずれかに記載の帯電ローラ。
【請求項８】
粒子径が７〜２０ｎｍである酸化チタンより成る光触媒物質を含む材料を用いて前記光触媒層を形成した請求項１乃至７のいずれかに記載の帯電ローラ。
【請求項９】
トナー像が形成される像担持体と、該像担持体を帯電する帯電装置を有し、該帯電装置が請求項１乃至８のいずれかに記載の帯電ローラを有していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
前記帯電ローラは、前記像担持体に対向する部分が該像担持体表面の移動方向と同じ方向に移動する向きに回転する請求項９に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記帯電ローラには、直流電圧に交流電圧を重畳した帯電電圧が印加され、交流電圧のピーク間電圧をＶＰＰ、直流電圧をＶＤとしたとき、両者の関係はＶＰＰ≧１．５×ＶＤでかつＶＰＰは放電開始電圧の２倍以上である請求項９又は１０に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記帯電装置は、前記帯電ローラのまわりを覆うケーシングを備え、少なくとも帯電ローラを向いた側のケーシング面に、放電により生成された放電生成物を分解可能な光触媒層が積層されている請求項９乃至１１のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記像担持体と帯電ローラとが複数設けられている請求項９乃至１２のいずれかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯電ローラと、該帯電ローラを有する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
像担持体を帯電し、その帯電面を露光して静電潜像を形成し、該潜像をトナー像として可視像化し、該トナー像を転写材に転写して記録画像を得る画像形成装置は従来より周知であり、例えば複写機、ファクシミリ、プリンタ或いはこれらの少なくとも２つの機能を備えた複合機などとして構成される。
【０００３】
この種の画像形成装置において、像担持体を帯電するために帯電ローラを有する帯電装置を用いることも従来より周知であり、かかる帯電ローラは像担持体の表面に対向して配置される。この帯電ローラに帯電電圧を印加して放電を生ぜしめることにより像担持体を帯電することができる。その際、この放電によりオゾンや窒素酸化物（ＮＯｘ）などの放電生成物が発生し、これが空気中の物質と結合して像担持体表面に付着すると、像担持体表面の抵抗値が低下し、これによって一般的に画像流れと称せられている異常画像が発生する。
【０００４】
上記不具合を阻止するため、放電生成物を光触媒物質によって分解する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３５６８９２号公報（図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、放電生成物を効果的に分解できる帯電ローラと、該帯電ローラを有する画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、放電により生成された放電生成物を分解可能な光触媒層を周面に有することを特徴とする帯電ローラを提案する（請求項１）。
【０００８】
また、上記請求項１に記載の帯電ローラにおいて、前記光触媒層の厚さは５μｍ以上であると有利である（請求項２）。
【０００９】
さらに、上記請求項１又は２に記載の帯電ローラにおいて、軸線方向に間隔をあけて配置された少なくとも２つの突部を有し、該突部の間のローラ部分の直径が該突部の直径よりも小さく設定されていると有利である（請求項３）。
【００１０】
また、上記請求項３に記載の帯電ローラにおいて、両突部の間のローラ部分の周面のほかに、前記両突部の周面にも光触媒層が設けられていると有利である（請求項４）。
【００１１】
さらに、上記請求項１乃至４のいずれかに記載の帯電ローラにおいて、ローラ表面の粗さが、最大高さで２５μｍ以下であると有利である（請求項５）。
【００１２】
また、上記請求項１乃至５のいずれかに記載の帯電ローラにおいて、真直度が０．０２以下であると有利である（請求項６）。
【００１３】
さらに、上記請求項１乃至６のいずれかに記載の帯電ローラにおいて、光触媒物質と導電材と樹脂を溶剤中に混合した液状の材料を塗布し、これを硬化させることにより前記光触媒層を形成すると有利である（請求項７）。
【００１４】
また、上記請求項１乃至７のいずれかに記載の帯電ローラにおいて、粒子径が７〜２０ｎｍである酸化チタンより成る光触媒物質を含む材料を用いて前記光触媒層を形成すると有利である（請求項８）。
【００１５】
さらに、本発明は、上記目的を達成するため、トナー像が形成される像担持体と、該像担持体を帯電する帯電装置を有し、該帯電装置が請求項１乃至８のいずれかに記載の帯電ローラを有していることを特徴とする画像形成装置を提案する（請求項９）。
【００１６】
また、上記請求項９に記載の画像形成装置において、前記帯電ローラは、前記像担持体に対向する部分が該像担持体表面の移動方向と同じ方向に移動する向きに回転するように構成されていると有利である（請求項１０）。
【００１７】
さらに、上記請求項９又は１０に記載の画像形成装置において、前記帯電ローラには、直流電圧に交流電圧を重畳した帯電電圧が印加され、交流電圧のピーク間電圧をＶＰＰ、直流電圧をＶＤとしたとき、両者の関係はＶＰＰ≧１．５×ＶＤでかつＶＰＰは放電開始電圧の２倍以上であると有利である（請求項１１）。
【００１８】
また、上記請求項９乃至１１のいずれかに記載の画像形成装置において、前記帯電装置は、前記帯電ローラのまわりを覆うケーシングを備え、少なくとも帯電ローラを向いた側のケーシング面に、放電により生成された放電生成物を分解可能な光触媒層が積層されていると有利である（請求項１２）。
【００１９】
さらに、上記請求項９乃至１２のいずれかに記載の画像形成装置において、前記像担持体と帯電ローラとが複数設けられていると有利である（請求項１３）。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に従って詳細に説明する。
【００２１】
図１は画像形成装置の一例を示す概略断面図であり、この画像形成装置は図示していないコンピュータ等から送られた画像信号に従って記録媒体に画像を形成するものである。画像形成装置の本体筐体１内には像担持体２が配置され、ここに示した像担持体２は、アルミニウムなどから成る円筒状基体の表面にＯＰＣ等の感光材料を塗布して成るドラム状の感光体として構成されている。かかる像担持体２は、例えば２００〜３００ｍｍ／ｓｅｃの周速度で時計方向に回転駆動され、このとき像担持体２に対向して配置された帯電装置３によって例えば−６００Ｖに一様に帯電される。この帯電面に対し、露光装置４から出射した光変調されたレーザビームＬが照射されて静電潜像が形成される。すなわち、レーザビームＬが照射された像担持体部分の表面電位が例えば約−２００Ｖとなり、ここが静電潜像となる。かかる静電潜像は現像装置５によって反転現像されてトナー像として可視像化される。
【００２２】
一方、本体筐体１の下部に配置された給紙カセット６には転写紙又は樹脂フィルムなどから成る記録媒体Ｐが収容され、その最上位の記録媒体Ｐが給紙ローラ７の回転により送り出され、その送り出された記録媒体がレジストローラ対８によって所定のタイミングで像担持体２に向けて給送される。
【００２３】
像担持体２に対向配置されたバイアスローラ１０とテンションローラ１１には転写ベルト９が巻き掛けられ、それまで像担持体２から離間していたバイアスローラ１０が上昇して転写ベルト９が像担持体２に圧接し、該転写ベルト９が矢印方向に回転駆動される。レジストローラ対８から給送された記録媒体Ｐは、像担持体２に圧接した転写ベルト部分と像担持体２の間に送り込まれ、このときバイアスローラ１０に、像担持体上のトナー像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加され、これによって像担持体２上のトナー像が記録媒体Ｐに転写される。バイアスローラ１０と、テンションローラ１１と、これらに巻き掛けられた転写ベルトは転写装置の一例を構成している。
【００２４】
像担持体２を離れた記録媒体は、定着装置１２を通過し、このとき熱と圧力の作用により記録媒体上のトナー像が定着される。定着装置１２を通った記録媒体は本体筐体外に排出される。トナー像転写後の像担持体表面に付着する転写残トナーはクリーニング装置１３によって除去される。
【００２５】
上述した画像形成装置においては、記録媒体より成る転写材に像担持体から直にトナー像が転写されるように構成されているが、記録媒体上のトナー像を中間転写体より成る転写材に転写し、次いでそのトナー像を記録媒体上に転写するように構成することもできる。
【００２６】
図１に示した画像形成装置においては、像担持体２と、帯電装置３と、現像装置５と、クリーニング装置１３が一体的に組み付けられてプロセスカートリッジ２８が構成され、このプロセスカートリッジ２８が本体筐体１に着脱可能に装着されている。
【００２７】
以上のように、本例の画像形成装置は、像担持体と、その像担持体を帯電する帯電装置と、帯電後の像担持体を露光して静電潜像を形成する露光装置と、その静電潜像をトナー像として可視像化する現像装置と、そのトナー像を転写材に転写する転写装置とを有している。
【００２８】
ここで、帯電装置３は、像担持体２に対向配置されて該像担持体とほぼ平行に延びる帯電ローラ１４を有している。この帯電ローラ１４は、図２及び図３に示すように、芯金１５と、そのまわりに設けられた導電性樹脂やゴム材より成る基材１６を具備する。かかる帯電ローラ１４は画像形成時に適宜な方向、図示した例では図２に矢印で示す方向に回転する。帯電ローラ１４は、像担持体２に対向する部分がその像担持体表面の移動方向と同じ方向に移動する向きに回転するのである。このとき、帯電ローラ１４の芯金１５には、電源１７によって、直流電圧に交流電圧を重畳した帯電電圧が印加され、このとき生じる放電によって像担持体２の表面が所定の極性、図示した例では負極性に帯電される。その際、この放電により放電生成物が生成され、これに起因して像担持体上に形成されるトナー像に異常画像が発生するおそれがある。
【００２９】
そこで、本例の帯電ローラ１４は、放電により生成された放電生成物を分解可能な光触媒層１８を周面に有している。この光触媒層１８を構成する光触媒物質としては、例えば酸化チタンや、ＷＯ３、ＺｎＯ、ＣｄＳなどを用いることができる。帯電ローラ１４の放電現象により生じる放電光の波長は可視光（４００〜８００ｎｍ）から紫外光（４００ｎｍ以上）までの広範囲に亘っていて、帯電ローラ１４の回転方向がいずれの場合も、図２に符号Ｓを付して示すように、帯電ローラ１４と像担持体間で対称性を持ったくさび状の発光現象が見られる。このとき、帯電ローラ１４の表面は、放電生成物を分解可能な光触媒物質で被覆されているので、特に照射手段を用いずとも、帯電ローラ１４と像担持体２の間の放電光で効率よく光触媒反応を起こし、帯電ローラ表面に付着したＯ３、ＮＯｘなどの放電生成物を分解することができる。このため、像担持体上に形成されるトナー像に異常画像が発生することを効果的に抑制し、ないしは阻止することができる。
【００３０】
光触媒層１８は適宜な形態で帯電ローラの周面に設けることができる。図２及び図３に示した帯電ローラ１４においては、基材１６の外周面に中塗り層２６が設けられ、その上に上塗り層として光触媒層１８が積層されている。中塗り層２６は、基材１６に対する光触媒層１８の密着性を高めるバインダーとしての用をなす。各層１６，１８の厚さは、帯電ローラ１４の寿命、光触媒層１８の基材１６に対する密着強度、及び光触媒層自体の強度などによって決められる。具体的には、光触媒層１８の厚さを５μｍ以上、好ましくは６μｍ以上にすることにより、放電現象におけるイオンアタックに耐えられる強度が得られ、長期に亘って放電生成物の分解機能を維持でき、帯電ローラ１４の寿命を延ばすことができる。
【００３１】
ところで、帯電ローラ１４は、光触媒層１８が積層された基材１６の全長が像担持体２に接触していてもよいが、図２及び図４に示すように、実際に放電に寄与する帯電ローラ部分が像担持体２の表面から微小なギャップＧをあけて位置していると、放電時の光量が増え、放電生成物の分解性能を高めることができる。図５に示すように、実際に放電しているときの状態をＣＣＤカメラで観察してその画像中の光っているところを「１」、光っていないところを「０」として２値化し、一定面積Ｓ１領域における放電面積Ｓ２の占める面積比率を光量と定義したとき、その光量（面積比率％）と、上記ギャップＧの関係は図６に例示する如くなる。この図からも判るように、ギャップＧが大きくなると、放電時の放電光の光量が増大する。実際には、このギャップＧは３０乃至８０μｍが適当である。
【００３２】
放電に寄与する帯電ローラ部分と像担持体表面との間に微小なギャップＧを確保するには、図４に示したように、帯電ローラ１４の軸線方向に間隔をあけて配置された少なくとも２つの環状の突部２３を帯電ローラ１４に設け、これらの突部２３の間のローラ部分２５の直径を突部２３の直径よりも小さく設定し、芯金１５の長手方向各端部を軸受２４を介して加圧ばね２２によって加圧し、突部２３を像担持体２の表面に圧接させればよい。これにより、両突部２３の間のローラ部分２５と像担持体表面との間にほぼ常に一定のギャップＧを確保することができる。帯電ローラ１４の製造時に、突部２３を他の帯電ローラの部分と一体に成形して当該突部を形成してもよいし、帯電ローラの放電に寄与しない端部にチューブを被覆し、或いはテープを巻き付けて突部２３を形成することもできる。
【００３３】
ところで、光触媒層１８は帯電ローラ１４の放電に寄与する部分の周面にだけ設ければ、放電生成物を分解でき、その本来の目的を達成できる。図４に示した突部２３は放電に寄与しない部分であるから、その周面に光触媒層を設けなくともよい。
【００３４】
一方、放電によって発生するＮＯｘ、Ｏ３は気流に拡散され、大気中の水分やアンモニアガスと反応して画像流れを発生させる物質が生成される。この物質が帯電ローラ１４の突部２３の周面に付着して堆積していくと、両突部２３の間の帯電ローラ部分２５と像担持体表面との間のギャップＧに変動が生じる。これによって均一な放電ができなくなると共に、場所によって発光量が異なってくる。このような不具合を防止するため、帯電に供さない突部２３の周面にも光触媒物質を成膜し、ギャップＧの変動をなくすように構成することが好ましい。
【００３５】
上述のように光触媒層は、少なくとも放電に寄与する帯電ローラの周面に設ければよいが、突部２３を設けた場合には、その両突部２３の間のローラ部分２５の周面のほかに、両突部２３の周面にも光触媒層１８を設けることが望ましい。
【００３６】
帯電ローラ１４が回転することなく停止し、常に該帯電ローラの同じ個所が像担持体２の表面に対峙して放電をしていると、局所的に電子によって侵され、帯電ローラ１４の耐久性が低下する。これに対し、本例の帯電ローラ１４は、前述のように回転するので、その全周面が像担持体２に対向することになり、その劣化が全周に亘って均一に進む。これにより、帯電ローラ１４の寿命を延ばすことができる。
【００３７】
帯電ローラ１４を回転駆動するには、例えば図４に示すように帯電ローラ１４の芯金１５に固定したギア１９を、像担持体２の軸に固定したギア２０に噛み合わせ、該ギア２０をモータ２１によって駆動することにより、像担持体２と帯電ローラ１４を前述の連れ回り方向に連動して回転駆動することができる。或いは加圧ばね２２によって帯電ローラ１４を像担持体２に軽く押し付けて、両者の間の摩擦力によって、帯電ローラ１４を像担持体２に連れ回り回転させるように構成することもできる。
【００３８】
また、前述のように帯電ローラ１４には直流電圧に交流電圧を重畳した帯電電圧が印加されるが、このときの直流電圧の印加は、像担持体を帯電させるために必要なものである。しかし直流電圧を印加しただけであると、像担持体２の回転方向に対して帯電むらが発生しやすくなる。その原因としては、像担持体２と帯電ローラ１４のギャップが一律に保たれないことや、像担持体の回転むらが考えられる。そこで、帯電ローラ１４に交流電圧を重畳して印加する。このように高周波の交流電圧を帯電ローラ１４に印加することで、像担持体表面の帯電不均一性を均すことができる。その際、帯電ローラ１４に印加する交流電圧のピーク間電圧ＶＰＰが放電開始電圧Ｖｔｈの２倍以上であると、均し効果を特に高めることができる。例えば帯電ローラ１４が表面線速２００ｍｍ／ｓｅｃで回転していた場合、その帯電ローラに２ＫＨｚの交流電圧を印加することにより、１０サイクル／ｍｍの割合で像担持体２の表面電位を均して帯電むらを目立たなくすることができる。実験的には、図７に示すように、帯電ローラ１４に印加する交流電圧のピーク間電圧ＶＰＰと直流電圧ＶＤの関係がＶＰＰ≧１．５×ＶＤを満たしていると、可視像化した画像の視覚的なむらが目立たなくなる。実際の像担持体の能力から考えると、ＶＤ≧４００Ｖであることが必要である。このように構成することにより、放電時の発光量を増大させ、触媒効果を向上させることも可能となる。
【００３９】
また、帯電ローラ１４の表面粗さは放電特性に大きな影響を与え、その表面が粗いと局所放電が行われ、ＮＯｘ、Ｏ３の発生が顕著となる。これにより、定常的な放電現象を維持できなくなり、触媒性能が低下する。そこで、帯電ローラ１４の少なくとも放電に寄与する部分のローラ表面の粗さが、最大高さＲｙで２５μｍ以下となるように帯電ローラ１４を構成することが好ましい。これにより、異常放電の発生を防止し、安定した触媒機能を得ることができる。
【００４０】
さらに、帯電ローラ１４の真直度はギャップＧに大きな影響を与える特性であり、真直度が悪いとギャップＧが周期的に変化して放電現象が変化する。これによって発光量が周期的に変化するため触媒機能も変化し、像担持体表面に部分的な帯電不良が発生する。かかる不具合を防止するため、帯電ローラ１４の少なくとも放電に寄与する部分、特に突部２３を設けた場合には、両突部２３の間のローラ部分２５の真直度が０．０２以下となるように帯電ローラ１４を構成することが好ましい。
【００４１】
ところで、光触媒層１８を形成するには各種方法を採用できる。例えば、光触媒物質と導電材と樹脂を溶媒中に混合した液状の材料を、基材１６の周面に直に、又は中塗り層２６を介してスプレー塗布やディッピング塗布によって塗布し、これを硬化させることにより光触媒層１８を形成すると、その製造が容易となる。上述のように液状の材料を塗布した帯電ローラは、加熱炉にバッチ処理で入れて乾燥してもよいが、インラインで焼成炉を通してもよい。このように液状材料を焼成して硬化させ固体状の光触媒層１８を形成すると、量産性に優れ、光触媒層１８の成膜厚さが均一で、その品質の安定した帯電ローラを製造することが可能となる。
【００４２】
また、光触媒物質として、例えば酸化チタンを主成分とした粒子径が７〜２０ｎｍの微粉末粒子を用いることができる。その際、粒径が小さいほうが、触媒性能は上がるが、溶媒に対する分散性を良くするには粒径が大きいほうがよい。このように、粒子径が７〜２０ｎｍである酸化チタンより成る光触媒物質を含む材料を用いて光触媒層１８を形成することにより、該物質の分散性がよく、触媒能力の高い光触媒層１８を得ることができる。
【００４３】
光触媒物質は、分解性を発揮する前に、先ず対象物を光触媒物質に接触させて吸着させるものである。この吸着性を上げるためには、ＮＯｘが酸性なので光触媒層１８の表面を若干アルカリ性にするほうがよい。また、酸化チタンの結晶形は、低温で安定なアナタース型とブルッカイト型、高温まで安定なルチル型がある。微粒子が作りやすいアナタース型を使用することが好ましい。
【００４４】
帯電ローラ１４と像担持体２の間で放電することによってＮＯｘやＯ３などの生成物が発生するが、このイオンは像担持体２や帯電ローラ１４の回転によって生じる気流で拡散され、帯電ローラ１４の周辺はイオンが浮遊している状態となる。そこで、図２に示したように帯電ローラ１４の周囲をケーシング２７で覆うことにより、イオンが周囲に拡散することを防止できる。このように、帯電装置３が帯電ローラ１４のまわりを覆うケーシング２７を備えている場合、少なくとも帯電ローラ１４を向いた側のケーシング面に、放電により生成された放電生成物を分解可能な光触媒層１８Ａを積層すると、ケーシング２７内で浮遊する放電生成物を分解することができ、異常画像の発生をより効果的に防止することができる。
【００４５】
図１には、トナー像が形成される１つの像担持体２と、その像担持体２を帯電する１つの帯電装置３を有し、その帯電装置３が以上説明した各形態の帯電ローラ１４を有している画像形成装置を示した。これに対し、図８に示した画像形成装置のように、複数の像担持体２と複数の帯電ローラ１４が設けられていると、より多量の放電生成物が発生する。従って、図８に示した帯電ローラ１４を有する帯電装置３を、前述のように構成することによって、多量に発生する放電生成物を低減でき、環境への影響を低減することができる。
【００４６】
なお、図８に示した画像形成装置においては、図１に示したところと同じく、各像担持体２とそのまわりに設けられたプロセス機器によってプロセスカートリッジ２８が構成されている。図８においては、各プロセスカートリッジ２８の像担持体２にそれぞれ符号２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２ＢＫを付してあるが、これらの各像担持体上にイエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成され、給紙カセット６から給送された記録媒体Ｐに上記各色のトナー像が重ねて転写され、これによってカラー画像が得られるように構成されている。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、放電生成物を効果的に分解することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置の概略断面図である。
【図２】帯電装置の横断面図である。
【図３】帯電ローラの一部の縦断面図である。
【図４】帯電ローラと像担持体を示す図である。
【図５】実際に放電しているときの状態をＣＣＤカメラで観察した様子を示す図である。
【図６】ギャップと光量の関係の一例を示す図である。
【図７】帯電ローラに印加する直流電圧と、交流電圧のピーク間電圧の関係の一例を示す図である。
【図８】画像形成装置の他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
２　像担持体
２Ｙ　像担持体
２Ｍ　像担持体
２Ｃ　像担持体
２ＢＫ　像担持体
３　帯電装置
１４　帯電ローラ
１８　光触媒層
１８Ａ　光触媒層
２３　突部
２５　ローラ部分
２７　ケーシング
【図１】
2004117446.tif 000003
【図２】
2004117446.tif 000004
【図３】
2004117446.tif 000005
【図４】
2004117446.tif 000006
【図５】
2004117446.tif 000007
【図６】
2004117446.tif 000008
【図７】
2004117446.tif 000009
【図８】
2004117446.tif 000010