(57)【要約】【課題】帯電ローラ５０などの被電圧印加体に対する帯電バイアスをより小さくすることができる帯電装置を提供する。【解決手段】感光体１に当接して帯電ニップを形成しながら、帯電バイアスが印加された状態で感光体１とともに回転する帯電ローラ５０を次のように構成した。即ち、金属製の軸芯５０ｂを、導電性材料が分散せしめられた弾性材料からなる弾性層５０ｂで被覆し、更に、その上を導電性材料と窒化アルミニウム粒子とが分散せしめられた表面層５０ｃで被覆した。帯電ローラ５０の表面層５０ｃに窒化アルミニウムを含有させることにより、表面層５０ｃの電荷保持能力を向上させて、帯電バイアスをより小さくすることができた。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧が印加される被電圧印加体を有し、該被電圧印加体からこれに対向する被帯電体に向けて放電を生じせしめて該被帯電体を帯電させる帯電装置であって、該被電圧印加体が、少なくとも表面層に窒化アルミニウムを含有していることを特徴とする帯電装置。
【請求項２】
被帯電体と、これを帯電せしめる帯電装置とを備える帯電ユニットであって、上記帯電装置が請求項１の帯電装置であることを特徴とする帯電ユニット。
【請求項３】
請求項２の帯電ユニットであって、
上記被電圧印加体として曲面を有するものを備え、該曲面の一部を上記被帯電体に接触させていることを特徴とする帯電ユニット。
【請求項４】
請求項３の帯電ユニットであって、
曲面を有する上記被電圧印加体として被電圧印加ローラを備え、これを表面移動する上記被帯電体に当接させ、且つ当接部で該被帯電体と同じ方向且つ同じ線速で表面移動させるように該被電圧印加ローラを回転させることを特徴とする帯電ユニット。
【請求項５】
請求項４の帯電ユニットであって、上記被電圧印加ローラを上記被帯電体の表面移動に伴って従動回転させることを特徴とする帯電ユニット。
【請求項６】
被帯電体たる潜像担持体、及びこれを帯電せしめる帯電装置を有する帯電ユニットと、帯電せしめられた該潜像担持体に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、該静電潜像を現像する現像手段とを備える画像形成装置であって、
上記帯電ユニットとして、請求項２、３、４又は５の帯電ユニットを備え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、電圧が印加される被電圧印加体からこれに対向する被帯電体に向けて放電を生じせしめて被帯電体を帯電させる帯電装置、並びにこれを備える帯電ユニット及び画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像形成装置として、次のようなプロセスで画像を形成するものが知られている。即ち、被帯電体たる潜像担持体（例えば感光体）を帯電装置によって一様帯電せしめた後、露光等によってその潜像担持体に静電潜像を形成する。そして、帯電したトナー等の像形成物質をその静電潜像に選択的に付着させて可視像を得た後、転写体に転写せしめて画像を得る。
【０００３】
かかるプロセスを実施する画像形成装置に用いられる帯電装置として、電圧が印加される被電圧印加体からの放電によって被帯電体を帯電させるものが知られている。
【０００４】
例えば、コロトロン帯電器やスコロトロン帯電器が周知となっている。これら帯電器では、−５〜−１０［ｋＶ］の高電圧を印加した被電圧印加体たるワイヤーから、これに所定のギャップを介して対向する感光体等の潜像担持体への放電を生じせしめて潜像担持体を帯電させる。
【０００５】
また例えば、特開平９−１９７７６８号公報、特開平９−２０４０８９号公報、特開２０００−１８１１９０号公報には、被電圧印加体として帯電ローラを有する帯電装置が記載されている。この帯電装置では、−数千［Ｖ］程度の高電圧が印加される帯電ローラと、潜像担持体たる感光体とが接触している帯電ニップの前後において、両者間に微小ギャップが形成される。この微小ギャップで帯電ローラから感光体に向けて放電が生ずることにより、感光体が所定の電位に帯電せしめられるようになっている。潜像担持体とのギャップがコロトロン帯電器等よりも小さくなることから、より小さい印加電圧での帯電が可能であるが、それでも−数千［Ｖ］といった高電圧の印加が必要となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、帯電装置では、被電圧印加体に対する印加電圧が大きくなるほど、消費電力の増加によってランニングコストが高くなる。また、電源回路をその電圧値に見合った仕様にしなければならないので、装置コストも高くなる。よって、被電圧印加体に対する印加電圧については、できるだけ小さく抑えることが望ましい。
【０００７】
これまで、被帯電体たる感光体に被電圧印加体たる帯電ローラを当接させる帯電装置において生ずる問題について説明したが、所定の間隙を介して被電圧印加体を被帯電体に対向させる帯電装置でも同様の問題が生じ得る。
【０００８】
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、被電圧印加体に対する印加電圧をより小さくすることができる帯電装置、並びにこれを備える帯電ユニット及び画像形成装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、窒化アルミニウムが６［ｅＶ］以上のエネルギーバンドギャップという優れた電荷保持性を発揮することに着目した。窒化アルミニウムを分散せしめた材料を被電圧印加体の表面層に用いることで、その表面層により多くの電荷を保持させることが可能になり、ひいてはより小さい印加電圧での放電が可能になるかもしれないと考えたのである。そして、金属製の芯金を、弾性層と、窒化アルミニウムを分散せしめた表面層とで被覆した帯電ローラを試作し、これによって感光体を帯電させてみた。すると、驚いたことに、従来のような窒化アルミニウムを含んでいない表面層を用いる場合よりも印加電圧を大幅に小さくした条件で、感光体を良好に帯電させることができた。
【００１０】
そこで、上記目的を達成するために、請求項１の発明は、電圧が印加される被電圧印加体を有し、該被電圧印加体からこれに対向する被帯電体に向けて放電を生じせしめて該被帯電体を帯電させる帯電装置であって、該被電圧印加体が、少なくとも表面層に窒化アルミニウムを含有していることを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、被帯電体と、これを帯電せしめる帯電装置とを備える帯電ユニットであって、上記帯電装置が請求項１の帯電装置であることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項２の帯電ユニットであって、上記被電圧印加体として曲面を有するものを備え、該曲面の一部を上記被帯電体に接触させていることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項３の帯電ユニットであって、曲面を有する上記被電圧印加体として被電圧印加ローラを備え、これを表面移動する上記被帯電体に当接させ、且つ当接部で該被帯電体と同じ方向且つ同じ線速で表面移動させるように該被電圧印加ローラを回転させることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項４の帯電ユニットであって、上記被電圧印加ローラを上記被帯電体の表面移動に伴って従動回転させることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、被帯電体たる潜像担持体、及びこれを帯電せしめる帯電装置を有する帯電ユニットと、帯電せしめられた該潜像担持体に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、該静電潜像を現像する現像手段とを備える画像形成装置であって、上記帯電ユニットとして、請求項２、３、４又は５の帯電ユニットを備えることを特徴とするものである。
【００１１】
これらの発明においては、被電圧印加体の表面層に窒化アルミニウムを含有させることで、より多くの電荷を該表面層に保持させてその放電性や電子放出性を増加させる。このことにより、被電圧印加体による帯電効率を向上させるので、従来よりも該被電圧印加体に対する印加電圧小さくした条件で、同様の帯電量を得ることができる。よって、被電圧印加体に対する印加電圧をより小さくすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を電子写真式の画像形成装置であるレーザープリンタ（以下、「プリンタ」という）に適用した実施形態について説明する。
まず、本実施形態に係るプリンタの基本的な構成について説明する。図１は、このプリンタを示す概略構成図である。図において、潜像担持体たるドラム状の感光体１は、図中矢印Ａ方向に回転駆動される。この感光体１は、図示しない電源から帯電バイアスの供給を受ける帯電ローラ５０に接触して一様に帯電せしめられる。一様帯電した感光体１表面には、潜像形成手段たる光書込ユニット５１によって画像情報に基づいた走査露光がなされる。この走査露光により、感光体１に静電潜像が形成される。
【００１３】
感光体１上に形成された静電潜像は、現像手段たる現像器２によってトナー像に現像された後、感光体１と転写ローラ５３との当接によって形成される転写ニップに送られる。転写ローラ５３には、図示しない電源によって転写バイアスが印加されている。この転写バイアスの影響によって転写ニップには転写電界が形成される。一方、プリンタ筐体の下部には、転写体たる転写紙５２を複数重ねた転写紙束の状態で収容する給紙カセット５４が配設されている。給紙カセット５４に収容されている転写紙束の一番上の転写紙は、これに圧接された給紙ローラ５５の回転駆動によってプリンタ内の紙搬送経路に送られる。そして、レジストローラ対５６のローラ間に挟まれる。レジストローラ対５６は、転写紙５２を感光体１上に形成された上記トナー像に重ね合わせ得るタイミングで上記転写ニップに向けて送り出す。転写ニップで転写紙５２と重ね合わされたトナー像は、上記転写電界やニップ圧などの影響を受けて感光体１表面から転写紙５２上に転写される。転写ニップを出た転写紙５２は定着装置５７内に送られて加熱ローラと加圧ローラとの間に挟まれる。そして、加熱されてトナー像が定着せしめられた後、機外へと排出される。なお、潜像形成手段として、レーザー光の照射によって静電潜像を書き込む光書込ユニット５１の代わりに、他の方式によって静電潜像を書き込むものを設けてもよい。
【００１４】
上記転写ニップよりも回転方向下流側の感光体１表面には、ドラムクリーニング装置５８が当接している。クリーニング手段たるドラムクリーニング装置５８は、上記転写ニップを通過した後の感光体１表面に残留している転写残トナーを除去する。転写残トナーがクリーニングされた感光体１表面は、除電ランプ５９からの除電光の照射を受けて残留電荷が除電された後、上記帯電ローラ５０によって一様帯電せしめられて次の画像形成に備えられる。
【００１５】
図２は上記現像器２を上記感光体とともに示す拡大構成図である。現像器２のケーシング６は、現像剤収容室５と、トナー３ａを収容するトナーホッパ８とを形成している。現像剤収容室５内には、トナー３ａと、磁性キャリア３ｂとを含有する二成分現像剤（以下「現像剤」という。）３が収容されている。また、現像剤を表面に担持する現像剤担持体たる現像ロール４が配設されている。この現像ロール４は、非磁性材料から構成される筒状のスリーブ４ａと、これの内部に配設された磁界発生手段たるマグネットローラ４ｂとを有している。また、現像剤収容室５に設けられた開口からスリーブ４ａの周面の一部を露出させるように配設されている。スリーブ４ａは、図示しない駆動手段によって図中反時計回りに回転せしめられる。マグネットローラ４ｂは、このように回転するスリーブ４ａに連れ回らないようにスリーブ内に固定されており、その周方向に配設された複数の磁極（Ｐ１、Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）を有している。なお、以下、スリーブ４ａ表面を現像ロール４表面ともいう。
【００１６】
上記現像剤収容室５とトナーホッパ８とは、仕切壁６ａによって仕切られている。この仕切壁６ａにはトナーホッパ８内のトナー３ａを現像剤収容室５内に補給するための補給口が設けられている。また、トナーホッパ８内には、図中矢印Ｃで示す時計方向に回転しながらトナー３ａを上記補給口に向けて撹拌搬送するアジテータ９が配設されている。このアジテータ９は、例えば厚さ０．０５［ｍｍ］程度のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）によって構成されている。
【００１７】
上記仕切壁６ａの先端付近は、現像ロール４に向けて突出してこれと所定の間隙を保持するプレドクタ６ｂとなっている。現像剤収容室５内において、このプレドクタ６ｂよりも現像ロール４表面の回転方向下流側に存在する現像剤３は、上記マグネットローラ４ｂの第１搬送磁極Ｐ３（Ｓ極）の発する磁力の影響を受けてスリーブ４ａに担持される。そして、スリーブ４ａの回転に伴って搬送されながら、スリーブ４ａとプレドクタ６ｂとの間隙を通過する。
【００１８】
上記ケーシング６の上記開口付近は、ドクタブレード６ｃが設けられている。このドクタブレード６ｃは、プレドクタ６ｂよりもスリーブ４ａの回転方向下流側に配設されている。スリーブ４ａとプレドクタ６ｂとの間隙を通過した現像剤３は、上記マグネットローラ４ｂの第２搬送磁極Ｐ４（Ｎ極）の発する磁力の影響を受けながらスリーブ４ａとの連れ回りを続ける。そして、スリーブ４ａとドクタブレード６ｃとの間隙を通過する際に層厚が更に規制された後、上記マグネットローラ４ｂの現像磁極Ｐ１の影響によってスリーブ４ａ表面上で穂立ちして、感光体１に対向する現像領域Ｄで磁気ブラシとなる。この磁気ブラシの先端は感光体１と接触しながらスリーブ４ａの回転に伴って移動する。一方、現像剤収容室５内において、ドクタブレード６ｃによる規制を受けた現像剤３は、ドクタブレード６ｃとプレドクタ６ｂとの間の循環領域内を循環する。なお、現像領域Ｄとは、スリーブ４ａ表面の上記磁気ブラシと、感光体１とが接触する領域である。
【００１９】
上記スリーブ４ａには、現像バイアス電源１０によって現像バイアスが印加されている。現像領域Ｄでは、この現像バイアスの影響により、スリーブ４ａと、感光体１に形成された静電潜像との間に、磁気ブラシ中のトナー３ａをスリーブ４ａ側から静電潜像側に静電的に移動させる現像ポテンシャルが作用する。また、スリーブ４ａと、感光体１の非画像部（非潜像部分）との間には、上記磁気ブラシ中のトナー３ａを非画像部側からスリーブ４ａ側に静電的に移動させる非現像ポテンシャルが作用する。上記現像領域Ｄ内にある上記磁気ブラシは、現像ポテンシャルの影響によってトナー３ａを磁性キャリア３ｂ表面から離脱させて感光体１上の静電潜像に付着させる。これにより、静電潜像がトナー像に現像される。
【００２０】
現像領域Ｄを通過したスリーブ４ａ表面上の磁気ブラシ（現像剤）は、スリーブ回転に伴って更に搬送されて現像剤収容室５内に戻り、上記補給口と対向する位置に到達する。この補給口の付近では、上記アジテータ９によってトナーホッパ８内から送り出されてくるトナー３ａがスリーブ４ａに連れ回る現像剤３に取り込まれる。こうして新たなトナー３ａを取り込んだ現像剤３は、更に搬送されてプレドクタ６ｂによって層厚が規制された後、上記循環領域内に再び進入する。
【００２１】
本プリンタの現像器２は、自己トナー濃度制御を実施するように構成されている。この自己トナー濃度制御について詳述してみる。
まず、現像剤収容室５内に初期剤として所定のトナー濃度に調整された現像剤３がセットされてスリーブ４ａが回転を開始すると、現像剤３には、搬送現像剤と循環現像剤とが発生する。搬送現像剤とは、スリーブ４ａの表面上に拘束されてこれと連れ回る現像剤である。また、循環現像剤とは、上記循環領域内で搬送現像剤との摺擦によって循環移動する現像剤である。
【００２２】
上記補給口の付近で新たなトナー３ａを取り込んだ搬送現像剤は、プレドクタ７６ｂによる規制位置を通過した後、上記循環領域内に進入する。そして、その一部は循環現像剤と混合される。この混合により、搬送現像剤と循環現像剤との部分的な入れ替えが行われる。上記補給口の付近においてトナーの取り込みが継続して行われると、搬送現像剤のトナー濃度が次第に上昇していく。そして、その嵩が増大していくことにより、上記補給口に対向する位置からドクタブレード６ｃによる規制位置に至るまでの区間でスリーブ４ａ上の搬送現像剤の層厚が厚くなっていく。
【００２３】
層厚が厚くなった搬送現像剤の上層部は、プレドクタ６ｂで掻き取られる。この掻き取りにより、プレドクタ６ｂよりもスリーブ回転方向上流側において、そこに滞留する滞留現像剤が徐々に増えてくる。この滞留現像剤の増加により、上記補給口の付近でトナー３ａと搬送現像剤との接触面積が徐々に小さくなっていく。そして、搬送現像剤のトナー取り込み量が徐々に減少していき、やがて、トナー３ａが殆ど取り込まれないようになる。
【００２４】
上記補給口の付近で搬送現像剤にトナー３ａが殆ど（あるいは全く）取り込まれないようになっても、上記現像領域Ｄ内では現像に伴ってトナーが消費される。このため、今度は逆に搬送現像剤のトナー濃度が次第に低下するとともに、その嵩も徐々に減少していく。更に、この嵩の減少に伴ってプレドクタ６ｂによる規制量も徐々に減少していくため、滞留現像剤の量が次第に減少し始める。そして、上記補給口付近において、搬送現像剤へのトナー取り込み量が次第に増加し始める。
【００２５】
以上のように、自己トナー濃度制御では、スリーブ４ａの回転に伴って搬送される搬送現像剤のトナー濃度（嵩）の変化に応じて、上記補給口の付近における搬送現像剤のトナー取り込み量が変化する。このことで、搬送現像剤のトナー濃度が所定の濃度範囲になるように自己制御される。よって、現像器内の現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサ、これによる検知結果に基づいて現像剤にトナーを定量的に補給する定量補給手段などが不要になり、装置構成の簡略化が図られる。
【００２６】
本プリンタのように、磁気ブラシによる現像を行うものにおいては、現像領域Ｄでスリーブ４ａ表面を感光体１表面と同じ方向で且つこれよりも速く移動させることで、品質の高い現像を安定して行い得ることが知られている。とりわけ、自己トナー濃度制御を実施する現像器２を用いる場合には顕著である。そこで、本プリンタにおいても、スリーブ４ａの回転速度を感光体１の回転速度よりも速く設定している。具体的には、スリーブ４ａと感光体１との線速比を１．５〜３．０程度にしている。
【００２７】
現像剤３に含有させる磁性キャリア３ｂとしては、従来より公知のものでよい。例えば、鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性金属でよい。また、マグネタイト、ヘマタイト、フェライトなどの合金や化合物でもよい。また、前記強磁性体微粒子と樹脂との複合体等などでもよい。
【００２８】
上述のように、本プリンタでは、感光体１とスリーブ４ａとに線速差を設けている。この線速差に起因して、トナー飛散が生じ易くなることは既に述べた通りであるが、これに加えて別の不具合が発生し易くなる。黒ベタ画像やハーフトーンのベタ画像の後端部が白く抜ける、いわゆる「後端白抜け」と呼ばれる画質劣化が発生し易くなるという不具合である。この「後端白抜け」は、次のようにして生ずるものと考えられている。即ち、スリーブ４ａとドクタブレード６ｃとの間隙を通過して外部に出た搬送現像剤は、マグネットローラ４ｂの現像磁極の発する磁力によって穂立ちして磁気ブラシを形成する。そして、現像領域Ｄにて、この磁気ブラシの先端部分のみを感光体１に接触させる。このとき、スリーブ４ａの線速が感光体１の線速よりも速く設定されているため、現像領域Ｄにおいて、磁気ブラシの先端部分は感光体１のベタ静電潜像の後端部分に接触する前に、感光体１の非画像部に摺擦する。このように非画像部に摺擦している間に、磁性キャリア３ｂ表面に付着していたトナー３ｂが上記非現像ポテンシャルの影響によってスリーブ４ａ側に移動する現象（以下、この現象を「トナードリフト」という。）が生じる。この結果、磁気ブラシの先端部分は、感光体１上におけるベタ静電潜像の後端部分との接触位置まで到達したときには、トナー３ａを含んでおらず、磁性キャリア３ｂを剥き出した状態になる。磁気ブラシの先端部分がベタ静電潜像の後端部分を現像するためのトナー３ａを含んでいないために、「後端白抜け」が発生するのである。なお、本プリンタでは、トナーとしてトナー３ａを用いる二成分現像方式を採用しているが、非トナーを用いる二成分現像方式でも、同様の理由によって「後端白抜け」が発生し易くなる。また、本プリンタでは、トナー飛散を抑えるためにトナーとしてトナー３ａを用いているため、非トナーを用いる場合に比べて、トナーがスリーブ４ａ上から感光体１上に転移し難くなる。このことが、「後端白抜け」の発生を更に助長する結果となっている。
【００２９】
磁気ブラシの先端部分がベタ静電潜像の後端部分との摺擦位置を通り過ぎ、更にパイプ４ａの回転方向に進む過程で、磁気ブラシ中のトナー３ａは上記現像ポテンシャルの影響を受けて徐々にブラシ先端側に移動してくる。このため、ベタ静電潜像の中央付近から先端にかけては、白抜けすることなく現像される。
【００３０】
本プリンタの現像器２においては、「後端白抜け」を抑えるべく、上記マグネットローラ４ｂとして特殊なものを用いている。具体的には、現像磁極として、主磁極Ｐ１と、上流側補助磁極Ｐ１ａと、下流側補助磁極Ｐ１ｂとを有するマグネットローラ４ｂである。主磁極Ｐ１（Ｎ極）と補助磁極（Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ）との角度は３０°〜４５°とした。かかるマグネットローラ４ｂを有する現像器２では、主磁極Ｐ１に隣り合う２つの補助磁極（Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ）の影響により、磁気ブラシの先端の太さが狭くなる。このため、磁気ブラシの先端と、ベタ静電潜像の後端に続く非画像部との接触時間が大幅に短縮されて、トナードリフトひいては「後端白抜け」が抑えられる。
【００３１】
次に、本プリンタの特徴的な構成について説明する。
図４は、感光体１と帯電ローラ５０とを示す横断面図である。帯電ローラ５０は、金属製の軸芯５０ａと、これに被覆された弾性層５０ｂと、更にこれに被覆された表面層５０ｃとを有している。金属製の軸芯５０ａには、図示しない電源によってマイナス極性の帯電バイアスが印加される。弾性層５０ｂは、カーボンブラック等の導電性材料が分散せしめられたエピクロムヒドリンゴム、ニトリルゴム、クロロブレンゴム、アクリルゴム、熱可塑性エストラマー等の弾性材料から構成されている。導電性材料が分散せしめられることで弾性層５０ｂ全体が導電性を発揮して、軸芯５０ａと表面層５０ｃとを導通させる。表面層５０ｃには、基材としてエピクロムヒドリンゴム、ニトリルゴム、クロロブレンゴム、アクリルゴム、熱可塑性エストラマー等の弾性材料が用いられている。この弾性材料には、所定の導電性を発揮させるためのカーボンブラックやイオン伝導材料などが分散されている。更に、窒化アルミニウム粒子も分散されている。表面層５０ｃの電気抵抗値は、感光体１への電流リークを極力抑えるという観点から、弾性層５０ｂよりも高く調整されている。
【００３２】
本プリンタは、かかる構成の帯電ローラ５０や、これを回動自在に支持する図示しない軸受け、帯電ローラ５０を感光体１に向けて付勢するバネなどにより、帯電装置が構成されている。帯電ローラ５０は、このバネによって感光体１に対して所定の圧力で当接せしめられることで、帯電ニップを形成している。帯電ローラ５０に弾性層５０ｂを設けることにより、それを当接圧によって柔軟に変形せしめて、周方向に長い帯電ニップを形成することができる。
【００３３】
先に示した図１において、感光体１、帯電ローラ５０を有する帯電装置、ドラムクリーニング装置５８、及び除電ランプ５９は、共通の筺体に内包されたプロセスユニット６０の状態でプリンタ本体に対して着脱される。そして、寿命到達時に一体に交換させるようになっている。プロセスユニット６０は、帯電装置と、被帯電体たる感光体１とを有する帯電ユニットとして機能しているのである。なお、プロセスユニット６０を、現像器２も含めたユニットとすることも可能である。
【００３４】
図５は上記帯電ニップを示す拡大断面図である。帯電ローラ５０は言うまでもなく曲面を有しており、この曲面の一部を図示のように被帯電体たる感光体１に当接させて帯電ニップを形成している。帯電ニップの前後では、帯電ローラ５０表面と感光体１表面との間にギャップが形成される。このギャップは、帯電ローラ５０が曲面を有していることから、帯電ニップから離れるにつれて大きくなり、帯電ニップの近傍では１００［μｍ］以下といった極小サイズの微小ギャップＧｍとなる。このように曲面を利用してニップ前後にギャップを形成することで、対向配設では組付誤差によってギャップ増大や全面当接を招くために形成することができなかった１００［μｍ］以下の微小ギャップＧｍを容易に形成することができる。
【００３５】
このような微小ギャップＧｍを形成すると、そこで帯電ローラ５０表面から感光体１表面への放電を容易に生じせしめることが可能になる。このことにより、コロトロン帯電器やスコロトロン帯電器のように被電圧印加体たるワイヤーを所定の間隙で被帯電体に対向配設するものに比べ、帯電バイアスを小さくすることができる。更に、被電圧印加体の劣化、被帯電体の劣化、画像劣化、及びオゾンによる環境汚染を抑えることもできる。これは、次に説明する理由による。即ち、放電が生ずると被電圧印加体や被帯電体には不純物が付着する。付着量は帯電バイアスやギャップが大きくなるほど多くなる。付着した不純物は電離して活性酸素（酸素ラジカル、酸素イオン）やオゾンを発生させる。活性酸素が被電圧印加体や被帯電体に衝突すると、これらをスパッタリングしたり、酸化させたりして劣化させてしまう。また、オゾンや活性酸素と、窒素酸化物とが被帯電体たる感光体１に吸着すると、吸着部の電気特性に異常をきたして画像ボケなどといった画像劣化を引き起こしてしまう。更に、発生したオゾンが大気中に放出されることで環境を汚染してしまう。帯電ローラ（５０）を感光体（１）に当接させる方式では、上述のようにして微小ギャップを形成し、且つ帯電バイアスを小さくすることで、オゾンや活性酸素の発生量を大幅に低減する。このことにより、各種劣化やオゾンによる環境汚染を抑えることができるのである。
【００３６】
但し、帯電バイアスを小さくすることができるといっても、その値はまだ数百〜千数百［Ｖ］にもなる。そこで、本プリンタでは、上記表面層５０ｃに用いる弾性材料に、窒化アルミニウム粒子を分散せしめている。この窒化アルミニウム粒子は、上記微小ギャップでの放電に伴って発生する電子や、イオンと衝突したときに励起された電子を良好に保持することができる。このように窒化アルミニウムが電子を保持すると、上記微小ギャップにおいて帯電ローラ５０表面の実質的な電圧が大きくなる（マイナス極性側に高くなる）。また、窒化アルミニウム粒子は負性の電子親和力を発揮して、帯電バイアスの印加によって形成される強電界のもとで上記微小ギャップ中に電子を放出する。放電による電荷発生に加えて、このような電子の放出が起こることで、帯電ローラ５０の帯電性能が高まる。これらの結果、更に帯電バイアスを小さくした条件で放電を生じせしめることが可能になる。また、帯電バイアスをより小さくすることで、消費電力（消費エネルギー）をより小さくするという効果を得ることもできる。
【００３７】
なお、上記表面層５０ｃには、電気抵抗値を調整するための導電性材料や、電荷保持性強化のための窒化アルミニウムの他に、層の硬度を高めて長寿命化を図るためのシリカ粒子や酸化アルミニウムなどの無機物質を分散せしめてもよい。また、帯電装置（帯電ローラ５０）を感光体（１）に対して非接触で対向配設してもよい。但し、この場合、帯電ローラ（５０）と感光体（１）とのギャップを大きくしてしまうので、接触方式に比べて帯電バイアスを大きくしなければならない。
【００３８】
本発明者は、帯電ローラ５０として、次の表１に示す２本のローラ（窒化アルミ含有ローラ、窒化アルミ非含有ローラ）を試作した。
【表１】
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【００３９】
表面層５０ｃ中における窒化アルミニウム粒子の有無の他は、両ローラの構成が同じになっている。これら２本のローラについて、次のようにして帯電性試験を実施した。即ち、ローラを感光体１に対して所定の圧力で当接せしめて帯電ニップを形成した。そして、ローラの軸芯５０ａにマイナス極性の帯電バイアスを印加しながら、ローラと感光体１とを互いに順方向（当接部で互いに同じ方向に表面移動する方向）に回転させて、感光体１を帯電させた。帯電バイアスをパッシェンの法則に従った放電開始電圧以上に設定すれば放電を生じせしめることができるが、その放電を持続させるためには放電持続電圧以上の値が必要である。この値は、空気（酸素、窒素、水蒸気等の分子）のイオン化ポテンシャルや衝突断面積に依存する。本帯電性試験では、帯電バイアスを空気の状態にかかわらず放電持続電圧よりも十分に大きくすることができる−１６５０［Ｖ］に設定した。それぞれのローラで帯電せしめた感光体１の表面電位の測定結果を図６に示す。窒化アルミ含有ローラの方が、感光体１の表面電位を約２５０［Ｖ］大きく（マイナス極性側に高く）することがわかる。このことは、窒化アルミ含有ローラを用いると、放電持続電圧を２５０［Ｖ］小さくして、従来よりも２５０［Ｖ］小さい帯電バイアスの印加で同様の帯電能力が得られることを示している。
【００４０】
放電開始電圧よりも高い帯電バイアスを印加してコロナ放電を生じせしめる場合、生ずる放電電流を帯電バイアスのほぼ２乗に比例させるとともに、電離密度に比例させることがわかっている。また、放電によって生ずるオゾン発生量を電離密度に比例させることもわかっている。これらの関係に基づいて両ローラを用いた場合のオゾン発生量をそれぞれ見積もってみた。すると、−１６５０［Ｖ］の帯電バイアスの条件下において、窒化アルミ含有ローラを用いた場合のオゾン発生量を、窒化アルミ非含有ローラを用いた場合の約１／２に低減することがわかった。
【００４１】
表面層５０ｃ中における窒化アルミニウム粒子の体積密度については、５〜４０［％］に調整することが望ましい。５［％］を下回ると窒化アルミニウムによる電荷保持性の強化という作用が十分に得られなくなる一方で、ローラ表面の窒化アルミニウム粒子存在領域からは放電が生じ難くなることに起因して帯電ムラを引き起こし易くなるからである。また、窒化アルミニウム粒子が大き過ぎると、その存在故に放電が生じ難くなる領域と、周囲の領域との帯電ムラによる画質の差が目立つようになるので、窒化アルミニウムについては１［μｍ］以下の粒径のものを用いることが望ましい。
【００４２】
先に示した図１において、帯電ローラ５０は、感光体１に当接しながら従動回転するようになっている。このように従動回転する帯電ローラ５０は、感光体１との摺擦を回避して、摺擦による自らの劣化や感光体１の劣化を回避することができる。また、上記微小ギャップの場所に位置する表面部分を回転に伴って刻々と変化させながら、その表面部分から放電するので、回転しないでいつも同じ表面部分から放電することによる局所的な摩耗を回避することもできる。また、感光体１に対して従動回転するので、回転のための駆動源を省略して低コスト化を図ることもできる。
【００４３】
これまで、画像形成装置の潜像担持体たる感光体１を帯電せしめる帯電装置について説明したが、他の被帯電体を帯電せしめる帯電装置についても本発明の適用が可能である。また、潜像担持体としてドラム状の感光体を用いた例について説明したが、ベルト状の感光体など、他の方式のものを用いてもよい。また、粉体トナーではなく、トナーと液体キャリアとを含有する液体現像剤を用いる画像形成装置にも本発明の適用が可能である。また、単色画像を形成するプリンタについて説明したが、フルカラー画像を形成する画像形成装置であってもよい。
【００４４】
以上、本プリンタにおいては、帯電装置の被電圧印加体として曲面を有する帯電ローラ（５０）を備え、その曲面の一部を被帯電体たる感光体１に当接さている。このことにより、帯電ニップを形成してニップ前後に微小ギャップを形成することで、コロトロン帯電器やスコロトロン帯電器を用いる場合よりも帯電バイアスを小さくして、帯電ローラ５０、感光体１及び画像の劣化を抑えることができる。更に、オゾンによる環境汚染を抑えることもできる。
また、帯電ローラ５０を表面移動する感光体１に当接させ、且つ当接部たる帯電ニップで感光体１と同じ方向且つ同じ線速で表面移動させるように回転させている。このことにより、帯電ローラ５０と感光体１との摺擦を回避して、摺擦による両者の劣化を回避したり、いつも同じ表面部分から放電することによる帯電ローラ５０表面の局所的な摩耗を回避したりすることができる。
また、被電圧印加ローラたる帯電ローラ５０を感光体１の表面移動に伴って従動回転させるので、帯電ローラ５０の回転のための駆動源を省略して低コスト化を図ることができる。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１、２、３、４、５又は６の発明によれば、被電圧印加体に対する印加電圧をより小さくすることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るプリンタを示す概略構成図。
【図２】同プリンタの現像器を感光体とともに示す構成図。
【図３】同現像器を示す概略構成図。
【図４】同プリンタの感光体と帯電ローラとを示す横断面図
【図５】同感光体と同帯電ローラとの当接によって形成される帯電ニップを示す拡大構成図。
【図６】同帯電ローラとして、窒化アルミ含有ローラを用いた場合の感光体表面電位と、窒化アルミ非含有ローラを用いた場合の感光体表面電位とを示すグラフ。
【符号の説明】
１　　　　　　　感光体（被帯電体、潜像担持体）
２　　　　　　　現像器（現像手段）
５０　　　　　　帯電ローラ（被電圧印加体）
５０ａ　　　　　軸芯
５０ｂ　　　　　弾性層
５０ｃ　　　　　表面層
５１　　　　　　光書込ユニット（潜像形成手段）
６０　　　　　　プロセスユニット（帯電ユニット）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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