(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作像用の被帯電体に光を照射してホールと電子との電荷対を発生させ、その一方の極性の電荷を外部電圧によりドリフトさせることにより正負の電荷を分極させて前記被帯電体を帯電させる帯電器において、
前記被帯電体に接触する磁性導電微粒子を含む磁気ブラシよりなり、前記磁性導電微粒子は帯電極性と同じ極性の電荷が帯電器側に流失することを阻止する流失防止層を備え、該流失防止層は、前記被帯電体に接触する部分に形成された絶縁膜よりなることを特徴とする帯電器。
【請求項２】
作像用の被帯電体に光を照射してホールと電子との電荷対を発生させ、その一方の極性の電荷を外部電圧によりドリフトさせることにより正負の電荷を分極させて前記被帯電体を帯電させる帯電器において、
帯電極性と同じ極性の電荷が帯電器側に流失することを阻止する流失防止層を備え、前記流失防止層は、前記被帯電体に接触する部分に形成されたＮ型半導体よりなり、帯電極性の電荷が電子であることを特徴とする帯電器。
【請求項３】
前記Ｎ型半導体は、その表面に形成される空乏層の厚さをＬｄとしたとき、１ｎｍ＜Ｌｄ＜１μｍなる範囲を満たすことを特徴とする請求項２記載の帯電器。
【請求項４】
作像用の被帯電体に光を照射してホールと電子との電荷対を発生させ、その一方の極性の電荷を外部電圧によりドリフトさせることにより正負の電荷を分極させて前記被帯電体を帯電させる帯電器において、帯電極性と同じ極性の電荷が帯電器側に流失することを阻止する流失防止層を備え、前記流失防止層は、前記被帯電体に接触する部分に形成されたＰ型半導体よりなり、帯電極性の電荷がホールであることを特徴とする帯電器。
【請求項５】
前記Ｐ型半導体は、その表面に形成される空乏層の厚さをＬａとしたとき、１ｎｍ＜Ｌａ＜１μｍなる範囲を満たすことを特徴とする請求項４記載の帯電器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタなどに適用される帯電器及びこの帯電器を用いた作像方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の帯電方式はコロナ放電を用いたものが主流である。しかし、コロナ放電は空気中に電界をかけることから、オゾンやＮＯｘなど有害物質を大量に発生することや、その帯電効率が低く、電気量を無駄に使っていることが問題となっている。また、４ｋＶ近い電圧源が必要なことも装置のコストを増大させる原因となり、かつ、危険性をもはらむ。近年の環境に対する配慮から、このようなシステムを改善することは急務である。これらを背景に、コロナ放電が少ないローラ帯電や電荷注入型のブラシ帯電、内部分極型帯電などが研究されている。以下に各々の特徴を述べる。
【０００３】
ａ．ローラ（ブレード）帯電器などの接触型帯電方式
ローラ帯電はコロトロンなどに比べ遥かにオゾン発生量を低減させることができる。しかし、原理的に感光体・ローラ間の狭ギャップに電圧を加え、コロナ放電させていることから、オゾン発生をゼロにはできない。また、オゾンが感光体近傍で発生することから、オゾンによる感光体劣化は課題として残る。ローラ表面の抵抗を下げ、放電を防止する方法も考えられているが、感光体上に存在するピンホールに電荷が集中し、感光体に電圧が印加できなくなる。これにより、白抜けなどの不具合が発生する。
【０００４】
また、ブレード形状の場合、特開平８−６２８２号公報に見られるように、感光体に接触していない領域の抵抗を高くするなど、放電を回避する方法が考えられている。これにより、放電は回避できるが、ピンホール対策はなされていないので、実施するには困難が伴う。また、ブレードの場合、ローラの転がり摩擦に比べ、遥かに摩擦係数が大きくなることから、これによる感光体の摩耗などの不具合が懸念される。
【０００５】
ｂ．ブラシ帯電器などによる電荷注入方式
電荷注入方式は放電を起こすことなく、直接電荷を感光体に注入する方法である。このため、オゾンを発生することなく、原理的には効率的に帯電を施すことのできる方式である。しかし、感光体にはピンホールが存在するため、直接メタルを接触させると、電荷集中が起き、均一に帯電を施すことはできない。また、これを防ぐために中抵抗の部材を接触させて注入を行うと、放電が発生したり、注入速度が非常に遅くなる。感光体表面を改質し、注入効率を上げる方法などが試みられてはいるが（例えば、特開平６−３９２１号公報参照）、現在のところ、課題が多い。
【０００６】
ｃ．内部分極型帯電方式
持続性内部分極方式は、感光体で光生成される電荷を外部電界によって分極し、それを持続させることで感光体上に潜像を形成する方式である。この持続性内部分極像（光エレクトレット）方式は、古くから静電像（ゼログラフィー）と同様に盛んに研究されてきた。また、この原理を利用して、帯電を施す方法も古くから考えられてきた。この帯電方式は原理的にオゾンフリーとなり、かつ、電荷注入で起きるピンホールの問題や不均一性、放電などの不具合は解消できると思われる。近年においても、オゾンなど環境問題が取り上げられ、この方式の帯電方法について報告がなされている。しかし、現状ではその帯電効率などの課題が残されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の内部分極型帯電方式では、電圧を印加する場合に電極を接触させている。負帯電の場合、負電荷（電子）は表面近傍に保持され、正電荷（ホール）のみ基体側にドリフトすることが望まれる。現状使われている有機感光体ではホールに比べ電子は移動度が非常に小さく電圧印加時にはほとんど動かないと考えられている。しかし、電極が接触することで、多少なりとも電子が帯電器側に移動してしまうと、帯電効率としては低下することになる。そのため、電子が帯電器内部に流失しないようにする工夫が必要である。
【０００８】
そこで、本発明は、内部分極型帯電方法を用いる場合に、電子が帯電器内部に流失してしまうことがなく、高効率化を図ることができる帯電器及びこの帯電器を用いた作像方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、作像用の被帯電体に光を照射してホールと電子との電荷対を発生させ、その一方の極性の電荷を外部電圧によりドリフトさせることにより正負の電荷を分極させて前記被帯電体を帯電させる帯電器において、前記被帯電体に接触する磁性導電微粒子を含む磁気ブラシよりなり、前記磁性導電微粒子は帯電極性と同じ極性の電荷が帯電器側に流失することを阻止する流失防止層を備え、該流失防止層は、前記被帯電体に接触する部分に形成された絶縁膜よりなることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、作像用の被帯電体に光を照射してホールと電子との電荷対を発生させ、その一方の極性の電荷を外部電圧によりドリフトさせることにより正負の電荷を分極させて前記被帯電体を帯電させる帯電器において、帯電極性と同じ極性の電荷が帯電器側に流失することを阻止する流失防止層を備え、前記流失防止層は、前記被帯電体に接触する部分に形成されたＮ型半導体よりなり、帯電極性の電荷が電子であることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の帯電器において、前記Ｎ型半導体は、その表面に形成される空乏層の厚さをＬｄとしたとき、１ｎｍ＜Ｌｄ＜１μｍなる範囲を満たすことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、作像用の被帯電体に光を照射してホールと電子との電荷対を発生させ、その一方の極性の電荷を外部電圧によりドリフトさせることにより正負の電荷を分極させて前記被帯電体を帯電させる帯電器において、帯電極性と同じ極性の電荷が帯電器側に流失することを阻止する流失防止層を備え、前記流失防止層は、前記被帯電体に接触する部分に形成されたＰ型半導体よりなり、帯電極性の電荷がホールであることを特徴とする帯電器。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の帯電器において、前記Ｐ型半導体は、その表面に形成される空乏層の厚さをＬａとしたとき、１ｎｍ＜Ｌａ＜１μｍなる範囲を満たすことを特徴とする。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１ないし図６に基づいて説明する。
【００３４】
本実施の形態は、デジタル複写機等の画像形成装置における作像プロセスの一部に適用されており、被帯電体としての感光体１を帯電する帯電器２は、帯電用光源３と電圧印加装置４とを一体化させて構成されている。
【００３５】
ａ．電圧印加装置４
透明基体５の表面に導電性透明膜６と流失防止層となる絶縁膜として機能する絶縁性透明薄膜７とが積層形成されている。また、導電性透明膜６からは外部電源８による電圧印加を可能とするために電極を取れるようにする。透明基体５の材質としてはガラスやプラスチック等が考えられるが、その汎用性や機械強度などからアクリル製樹脂を用い、円筒状に形成されている。これにより、本実施の形態の帯電器２は、図２等に示すように、帯電ローラ構造とされている。この円筒状の透明基体５の直径は２０ｍｍとされ、厚さは十分な強度が得られる５ｍｍとされている。円筒状の透明基体５とその支持体９との間の摩擦は小さくし、自由に回転できるように構成されている。また、支持体９に可動性を持たせ、ドラム状の感光体１と帯電器２とが常に十分な圧力で接触するように設定されている。
【００３６】
導電性透明膜６は、透明基体５上の表面には透明で導電性があり、かつ適当な弾性があるものを作り込むことにより形成されている。本実施の形態では、透明な導電性の微粒子を弾性を有する透明な母体に分散させる方法により形成されている。これは、微粒子で導電性を保持し、母材で弾性を保つと言うものである。本実施の形態ではＩＴＯ、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化アンチモン、酸化イリジウム、アンチモンやタンタルをドープした酸化スズ酸化ジリコニウムなどの透明導電性材料を粉砕し、μｍオーダの微粒子にし、これを透明なポリカーボネイト、ポリウレタン、アクリル、エポキシ、シリコン、アルキド、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体などの母材に十分に分散させてなる。導電性は１×１０4Ω・ｃｍ程度あればよい。
【００３７】
帯電器２にホール（又は電子）が流失しないような機能を持たせるために、感光体１に接触する部分に絶縁物を介在させる必要がある。また、この絶縁物も透明性とある程度の弾性がある必要がある。そこで、本実施の形態では、製造方法の簡便性から上記の導電性透明膜６を形成する時の母材として絶縁性を有するポリカーボネイトを利用することにより、絶縁性透明薄膜７が導電性透明膜６の表面に形成されている。ポリカーボネイトの膜厚は数μｍ程度でよく、スプレ方式による塗布で形成される。材料としては上記の如く透明弾性体であればよい。
【００３８】
ｂ．光源３
光源としては、ランプ光源やレーザ光源なども考えられるが、本実施の形態では、図３ないし図５に示すように、ＬＥＤ１０を複数ならべたＬＥＤアレイ１１が用いられている。ＬＥＤアレイは近年複写機のなどの高密度書き込み系として応用されており、技術的な蓄積も多い。本実施の形態での光源３としては、感光体１に十分な光を均一に当て得ればよく、個々のＬＥＤ１０のスポット径を小さくする必要はない。そのため、従来使われているように微細なＬＥＤを横一列に並べる必要もない。よって、本実施の形態では、図４及び図５に示すように６行３０列程度のアレイ構造とされている。この時、干渉縞などが出ないようにする工夫も必要である。そこで、ＬＥＤ１０と感光体１との間にＬＥＤ１０の光が効率よく感光体１を照明するようにレンズ機能を持たせた光学系１２，１３が組み込まれている。１４はＬＥＤアレイ基板、１５は光源３の基体である。これを図２及び図３に示すように、透明基体５の内部に基体１５を介して支持体９に固定し、常に感光体１の表面を照明するようにする。ＬＥＤ１０の波長は６５０ｎｍとした。
【００３９】
ｃ．感光体１
本実施の形態では、帯電極性を正帯電とする。正帯電は帯電器でのオゾンの発生が少ないことなどから注目されている。しかし、有機系感光体（ＯＰＣ）では、満足な特性を得ることが難しく、開発が遅れている。有機系感光体ではフタロシアニン系、ピリリウム塩などの単層型感光体がある。また、積層型感光体の場合には、電荷発生層と電荷（ホール又は電子）移動層に分類できる。電荷発生層には、Ｓｅ系、ペリレン系、アゾ系、フタロシアニンなどの光導電材料が考えられる。ホール移動層にはポリビニルカルバゾール系のポリマ移動剤やヒドラゾン化合物、ピラゾリン化合物、フェニルアミン化合物などの分子性ホール移動剤、ポリシラン系の移動剤がある。分子性ホール移動剤の場合にはエステル樹脂、カーボネイトポリマなどをバインダにする。電子移動剤にはポリビニルカルバゾール系、４−ブトキシルカルボニル−９−フルオニリデンマロンイトリルなどが候補となる。
【００４０】
また、正帯電の感光体にはａ−Ｓｉ：Ｈに見られる無機感光体があり、本実施の形態では、ａ−Ｓｉ：Ｈ系の感光体１が用いられている。このａ−Ｓｉ：Ｈは無機物であるため、機械強度が高く、耐摩耗性が高い。また、無機半導体、特にＳｉはドープが容易にでき、正帯電用にはＰ型の層を１層追加することで、暗減衰の少ない良質な感光体が作れる。
【００４１】
ｄ．動作方法
本実施の形態では、光源３による光照射と共に、帯電ローラ構造の帯電器２を感光体１の表面に接触させ、帯電を施す。光照射はＬＥＤ１０に電流を流し発光させる。照射時間は感光体１の回転速度とＬＥＤアレイ１１の幅から一意に決まる。光量は１００ｌｘ程度になるように調節した。帯電器２の導電性透明膜６に電極を設け、外部電源８により６００Ｖに規定した電圧を印加する。この時、感光体１の基体１６はアースに落とす。電圧印加時間はニップ幅が２ｍｍ程度であるので、約０．０２ｓになる。これにより、５００Ｖの帯電を得ることができたものである。
【００４２】
このような動作において、本実施の形態では、帯電器２の表面に絶縁性透明薄膜７による絶縁膜を形成することで、図６（ａ）に模式的に示すようなバンド構造となる。電圧を印加した場合でも、図６（ｂ）に模式的に示すように、絶縁性透明薄膜７による絶縁膜は感光体１のバンドギャップより大きいので、電子の流失を防止し得る機能を持てる。これにより、帯電時の光照射により生成された電子を感光体１の表面に、効率よく保持させることができる。
【００４３】
本発明の第二の実施の形態を図７及び図８に基づいて説明する。第一の実施の形態で示した部分と同一又は相当する部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する（以降の各実施の形態においても、順次同様とする）。
【００４４】
本実施の形態は、被帯電体としての感光体の積層構造に特徴があり、それ以外は第一の実施の形態に準ずるので、本実施の形態として積層型感光体２１の構造及び作像方法の原理のみを説明し、他の説明は省略する。ただし、積層型感光体２１の帯電極性は負となるので、動作方法での印加電圧の極性を逆にする必要がある。
【００４５】
本実施の形態の積層型感光体２１は、金属製の基体２２上に下引き層２３、第２の電荷発生層２４、電荷輸送層２５及び第１の電荷発生層２６を順次積層させてなる。即ち、帯電に寄与する電荷が生成される領域と、露光に寄与する電荷が生成される領域とを第１の電荷発生層２６と第２の電荷発生層２４として分離して設けてなり、従来の積層型感光体との対比では内部に存在する電荷発生層を第２の電荷発生層とし、表層側に第１の電荷発生層を付加した形となっている。各層構成の詳細は後述する。
【００４６】
このような積層型感光体２１を用いた帯電プロセスでは、図８（ａ）に示すように、基体２２と表面側に対向接触させた帯電器２との間に外部電源８によって電圧を印加して積層型感光体２１の積層方向に電界を作用させた状態で、帯電用の光源３により波長λ１＝６６０ｎｍの光３０を同時に照射することより、表層側の第１の電荷発生層２６で正電荷（ホール）３１ａと負電荷（電子）３１ｂとを対で発生させ、電界の作用により分極させ、正電荷３１ａを内層側に移動させる。露光時には、図８（ｂ）に示すように、露光用の光源により波長λ２＝７８０ｎｍの露光光３２を選択的に照射することにより、第２の電荷発生層２４で発生した正電荷３１ａで分極を中和する。このように、帯電、露光の何れのプロセスとも、電荷輸送層２５を移動するのは正電荷３１ａとなり、積層型感光体２１の表面が負極性に帯電される。これにより、一般的なデジタル複写機等における場合と同様な電子写真プロセスを利用した画像形成装置を構成することができる。
【００４７】
次に、積層型感光体２１の詳細について説明する。
ａ．第1の電荷発生層２６
この層には従来アナログ用に用いられてきた可視光領域（５００〜７００ｎｍ）に吸収ピークがある感光材料が用いられている。電荷発生剤としてはチアピリリウム塩や多環キノン系、ペリレン系、インジゴ誘導体又はビスアゾ顔料系などが用いられる。これらをポリビニルブチラール樹脂などのバインダ材料に入れる。膜厚は１μｍ〜１０μｍ程度でスプレー塗工法によって形成される。
【００４８】
ｂ．電荷輸送層２５
この電荷輸送層２５には従来から一般的なホール輸送用の材料が用いられている。電荷輸送剤としてはオキサジアゾール誘導体、ピラゾリン誘導体、ヒドラゾン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、オキサゾール誘導体、トリアリールアミン誘導体、ジフェニルメタン誘導体、スチルベン誘導体、ブタジエン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリシラン誘導体などである。バインダとしてはポリカーボネイト樹脂、ポリエステル樹脂を利用した。移動剤の濃度は５０％程度とした。膜厚は２０μｍ程度でディッピングコーティング法により形成されている。
【００４９】
ｃ．第２の電荷発生層２４
この第２の電荷発生層２４には従来のデジタル用に用いられてきた長波長（７８０ｎｍ）のものが用いられている。電荷発生剤として、スクエアリリウム色素、無金属フタロシアニン系、金属フタロシアニン系、アズレニウム塩色素、スクワリン酸誘導体及びトリスアゾ顔料等である。これらをポリビニルブチラール樹脂などのバインダ材料に入れた。膜厚は０．５μｍ程度でディッピングコーティング法により形成されている。
【００５０】
ｄ．下引き層２３及び基体２２
下引き層２３としてはＡｌ製の基体２２をアルマイト処理したものが用いられている。通常の下引き層はホール３１ａの基体２２からの注入を阻止できればよいが、本実施の形態では、帯電時に生成したホール３１ａが基体２２に抜けるように調整しなければならない。そのため下引き層２３は若干薄めの１５μｍに形成されている。
【００５１】
ちなみに、現状の内部分極型帯電方式では、例えば特開平８−７６５５９号公報や特開平９−２６６８１号公報に示される光生成帯電方式のように、感光体としては、既存のものを用いている。このような状態では図１７に示すように、正帯電になり、現在主流である負帯電の電子写真プロセスを利用することができない不具合がある。図１７において、積層型感光体１０１は、基体１０２上に電荷発生層１０３と電荷輸送層１０４とを積層してなる。１０５は帯電時に照射する光を示し、１０６は帯電時に電源１０７に基づく電圧を基体１０２との間に印加することにより電界を生じさせるための対向電極である。また、帯電時には、光１０５を照射する動作と対向電極１０６による電界を作用させる動作とは同時に行われるが、図１７では便宜上、（ａ）（ｂ）に分けて図示するものとする。図１７（ａ）では光１０５の照射により電荷発生層１０３に正電荷（ホール）１０８ａと負電荷（電子）１０８ｂとが対で発生している様子を示し、図１７（ｂ）では電界の作用により正電荷１０８ａが電荷輸送層１０４を経て表層側に移動している様子を示している。
【００５２】
逆に、負帯電させるためには図２０に示すように、単層型の感光体を用いる方法も考えられている。図１８において、単層型感光体１１１は、基体１１２上に感光層１１３を設けてなる。１１４は帯電時に照射する光を示し、１１５は帯電時に電源１１６に基づく電圧を基体１１２との間に印加することにより電界を生じさせるための対向電極である。また、帯電時には、光１１４を照射する動作と対向電極１１５による電界を作用させる動作とは同時に行われるが、図１８では便宜上、（ａ）（ｂ）に分けて図示するものとする。図１８（ａ）では光１１４の照射により感光体１１３に正電荷１１７ａと負電荷１１７ｂとが対で発生している様子を示し、図１８（ｂ）では電界の作用により正電荷１１７ａを基体１１２側に移動させている様子を示している。しかし、単層型感光体１１１は帯電能力などが劣るので、本実施の形態の場合のように積層型感光体を利用することが望まれる。
【００５３】
これらの図１７及び図１８に示すような場合の不具合が本実施の形態により改善される。
【００５４】
本発明の第三の実施の形態を図９及び図１０に基づいて説明する。
【００５５】
本実施の形態では、帯電器４１を構成する帯電ローラ形状の電圧印加装置４２と帯電用光源４３とが時系列的に（即ち、積層型感光体２１の回転方向に）離れた個所に分離させて配設されている。ここに、帯電用光源４３は電圧印加装置４２よりも回転方向上流側に位置する。これにより、帯電プロセスにおける光照射プロセスと電圧印加プロセスとが時系列的に分離されている。なお、図９において、積層型感光体２１の周囲には、電子写真プロセスに従い、帯電器４１の他に、露光器４４、現像器４５、転写紙４６に対する転写器４７、定着器４８等が順に配設されている。
【００５６】
次に、帯電器４１の構成と動作方法について説明する。
ａ．電圧印加装置４２
本実施の形態の電圧印加装置４２は帯電ローラ構造からなり、電圧を印加する機能を有するが、光源を独立させたため透明である必要はない。図１０に示すように、導電性の円筒状基体４９と導電性弾性体５０と表面の絶縁膜５１との積層構造よりなる。円筒状基体４９はＡｌ，ＳＵＳ，Ｆｅなどの金属導体若しくはアクリル樹脂、プラスチック等の絶縁体の表面に導体膜を形成したものがよい。体積抵抗が１×１０2Ωｃｍ以下であれば、各種の導電剤を配合した樹脂やゴムも使用することができる。本実施の形態では、製造コスト等の点からＡｌ製とされている。即ち、Ａｌを直径２０ｍｍ、厚み２ｍｍの円筒状に加工した後、表面を密着性がよくなるように、グラインダで０．１ｍｍオーダのラフネスをつける。
【００５７】
その表層に、図１０に示すような厚みが５ｍｍの導電性弾性体５０を形成する。この導電性弾性体５０は弾性を有する母材に導電性の微粒子を分散したものである。母材にはポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、軟質塩化ビニル樹脂、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体エラストマー、アクリル系エラストマー等の各種熱可塑性エラストマーが好適であるが、他にナイロン６、ナイロン６，６、ナイロン６−ナイロン６，６共重合体、ナイロン６，６−ナイロン６，１０共重合体や、メトキシメチル化ナイロン等のアルコキシメチル化ナイロンの如きポリアミド、コポリアミド或いはそれらの変性体、シリコン樹脂、ポリビニルブチラール等のアセタール樹脂、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アイオノマー等も使用できる。ゴムとしては、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンゴム、ブタジエン−スチレンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレン共重合体ゴム、エチレン−プロピレン−非共役ジエン共重合体ゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、シリコンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム等が好ましい。本実施の形態では、シリコン樹脂が用いられている。
【００５８】
分散した導電性微粒子としては、導電性カーボンブラックや、銀、金、銅、黄銅、ニッケル、アルミニウム、ステンレススチール等の金属粉や、酸化スズ系導電剤等の粉末導電剤を用いることができ、他に、非イオン系、陰イオン系、陽イオン系、両性系等の有機導電剤や、有機スズ系導電剤を用いることもできる。また、導電剤の均一分散を有効に行うためには、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸等のエチレン系不飽和カルボン酸等を共重合させた酸変性樹脂やゴムを一部使用することも有効である。本実施の形態では、導電性カーボンブラックが用いられている。導電性粒子カーボンブラックは熱で溶融された母材のシリコン樹脂の中に分散され、これを型に嵌め、冷却することで所望の形状の固体を得ることができる。このようにして得られたものは、その材料比によって、導電性を適当に調節することができる。本実施の形態では、１０Ωｃｍ程度の抵抗値に調節されている。
【００５９】
このように形成された導電性弾性体５０の表面に絶縁膜５１を流失防止層として1層成膜し、積層型感光体２１からの電子流失を防止する。この絶縁膜５１としては、導電剤の配合と層厚により適当な抵抗値を有するように調整された樹脂やゴムが使用される。この樹脂、ゴムの種類は、前述したものと同様のものであってよいが、これら以外にも、フッ素系の樹脂又はゴム、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＴＦＥ・ＨＦＰ）、パーフルオロアルコキシ系フッ素樹脂等が好適に使用される。特にこれらフッ素系の樹脂やゴムを使用すると、不活性でしかも摩擦係数が小さいため、積層型感光体２１や帯電ローラ（電圧印加装置４２）の寿命の点で大きなメリットがある。
【００６０】
なお、絶縁膜５１の抵抗値は、一般的には１×１０9〜１×１０15Ωｃｍ、特に1×１０10〜１×１０11Ωｃｍのものである。膜厚は１μｍ程度あれば十分であり、それ以上厚いと、そこでの電圧降下が問題になる。また、帯電斑ができないようにこの膜の厚さは均一にしなければならない。成膜方法としてはディッピング方法が用いられる。これにより、密着性のよい膜が得られる。
【００６１】
ｂ．帯電用光源４３
帯電用光源４３としては、第一の実施の形態で説明した場合と同様なＬＥＤアレイ１１が利用される。このＬＥＤアレイ１１は感光体１に接することなく、数ｍｍ程度の空間をあけて固定されている。このため、感光体１上のトナーなどで汚れることはない。
【００６２】
ｃ．動作方法
本実施の形態では、帯電用光源４３による光照射後に、帯電ローラ構造の電圧印加装置４２を積層型感光体２１に接触させるとともに外部電源８を通じて電圧を印加し、帯電を施す。光照射はＬＥＤに電流を流し発光させる。照射時間は、積層型感光体２１の回転速度とＬＥＤアレイ１１の幅から一意に決まる。光量は１００ｌｘ程度になるように調節した。光生成電荷の寿命は１ｓ程度であるので、光照射と電圧印加とを同時に行うことはないが、できるだけ早く電圧を印加するようにする。電圧印加装置４２における導電性の円筒状基体４９に電極を設け、外部電源８により６００Ｖに規定した電圧を印加する。この時、積層型感光体２１の基体２２はアースに落とす。電圧印加時間はニップ幅が２ｍｍ程度であるので、約０．０２ｓになる。これにより、５００Ｖ程度の帯電を得ることができたものである。
【００６３】
本発明の第四の実施の形態を図１１に基づいて説明する。本実施の形態は、帯電器４１における帯電ローラ構造の電圧印加装置５２の表面部材に特徴があり、それ以外は前述の第三の実施の形態に準ずるので、帯電ローラ構造の電圧印加装置５２のみの説明とし、他の説明は省略する。
【００６４】
本実施の形態の帯電ローラ構造の電圧印加装置５２は、第三の実施の形態に示した帯電ローラ構造の電圧印加装置４２と形態はほぼ同じであるが、図１１に示すように、その積層構成が異なる。以下に構成を述べる。まず、電圧印加装置４２の構成に準じ、導電性基体５３及び導電性弾性体５４はＡｌ及びカーボンブラック粒子を含有したシリコン母材とする。ただし、材料は第三の実施の形態で挙げたものでも代用できる。カーボンブラック粒子は溶融された母材のシリコンゴムの中に分散され、その時の濡れ性もよい。これによりカーボンブラック粒子の表面にはシリコンゴムの膜が形成される。これを型に嵌め、冷却することで所望の形状の固体を得ることができる。このようにして得られたものは、その材料比によって、導電性を適当に調節することができる。導電性を持つカーボンブラック粒子は直接積層型感光体２１に接触することなく、その間にはシリコンゴムが常に挟まれる。シリコンゴムは絶縁性なので電子を流すことがない。これにより、積層型感光体２１から帯電器４１への電子流失を防止することができる。つまり、第三の実施の形態における絶縁膜５１を特に形成する必要がない。
【００６５】
本発明の第五の実施の形態を図１２に基づいて説明する。
【００６６】
本実施の形態は、図１２に示すように、帯電器４１における電圧印加装置６１に特徴があり、帯電ブレード６２により構成されている。この他の点は、第四の実施の形態の場合に準ずるので、他の説明は省略する。
【００６７】
帯電ブレード６２は基体に導電性の金属を用い、これに導電性の弾性体を設置し、エッジ部は高精度の角度に仕上げてなる。また、帯電ブレード６２の先端部と積層型感光体２１との間のニップ幅が約２ｍｍ程度になるように設計し、イコライズ機能や圧解除機構が設けられている。これにより、高速機でも約０．０２ｓ程度、安定して積層型感光体２１と帯電ブレード６２とが接着し、電圧を印加することができる。
【００６８】
帯電ブレード６２における導電性の弾性体は弾性を有する母材に導電性の微粒子を分散したものである。母材には第三の実施の形態で述べた材料を用いることができる。本実施の形態では、十分な弾性が得られ、かつ、耐摩耗性に優れたポリウレタンゴムが用いられている。分散した導電性の微粒子は第三の実施の形態で示した材料を用い得るが、本実施の形態では、環境などへの配慮から導電性カーボンブラック粒子が用いられている。微粒子の大きさはμｍオーダでよい。導電性カーボンブラック粒子は熱で溶融された母材のポリウレタンゴムの中に分散され、その時に濡れ性もよい。これにより導電性カーボンブラック粒子の表面にはポリウレタンゴムの膜が絶縁膜６３として形成される。これを型に嵌め、冷却することで所望の形状の固体を得ることができる。このようにして得られたものは、その材料比によって、導電性を適当に調節することができる。また、導電性カーボンブラック粒子が直接積層型感光体２１に接触することなく、その間には絶縁膜６３におけるポリウレタンゴムが常に挟まれる。ポリウレタンゴムは絶縁性なので電子を流すことがない。これにより、積層型感光体２１から帯電器４１への電子流失を防止することができる。
【００６９】
電子写真プロセス内には、除電工程及びクリーニング工程があり、各々除電ランプやクリーニングブレードを利用している。本実施の形態では、各々の装置を帯電器４１（帯電用光源４３…除電作用、帯電ブレード６２…クリーニング作用）として代替することができる。
【００７０】
本発明の第六の実施の形態を図１３に基づいて説明する。本実施の形態は、請求項１記載の発明に相当する。
【００７１】
本実施の形態は、図１３に示すように、帯電器４１における電圧印加装置６５に特徴があり、磁気ブラシ６６により構成されている。この他の点は、第四，第五の実施の形態の場合に準ずるので、他の説明は省略する。
【００７２】
本実施の形態では、図１３に示すように電圧印加装置６５が磁気ブラシ６６により構成されている。磁気ブラシ６６の軸６７内部に磁石６８を設置して、その磁力によってキャリア（数μｍ粒径の微粒子）を引き付けるようにしている。キャリアはＦｅ，Ｃｕ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｔｉなどの金属粒子でよく、また、これらの合金でもよい。本実施の形態では、その汎用性や、環境によいことなどからＦｅが用いられている。Ｆｅを数μｍの粒径に加工した後、表面を熱酸化させる。これにより所望の絶縁膜６９を簡便に得ることができる。絶縁膜６９は1μｍから1ｎｍの範囲がよく、本実施の形態では、２０ｎｍ程度になるように条件出しを行った。熱酸化の条件は酸素雰囲気中で３００℃で２０分間加熱することで所望の絶縁膜６９が得られたものである。磁気ブラシ６６はいくつかのキャリア粒子を連ねて、その支持体と積層型感光体２１との間を繋ぐ。つまり、キャリア表面に形成される絶縁膜６９をキャリア毎に通過することになる。そのため、通過する絶縁膜６９の合計で電圧降下が大きくならないようにする必要がある。このため、本実施の形態では、絶縁膜６９は２０ｎｍと薄めに設計されている。このように絶縁膜６９を有したキャリアによる磁気ブラシ６６の帯電では、積層型感光体２１からの電子の流失がなく、効率よく帯電できる。
【００７３】
本発明の第七の実施の形態を図１４に基づいて説明する。本実施の形態は、請求項２記載の発明に相当する。
【００７４】
本実施の形態は、帯電極性の電荷が電子（負帯電）である場合、電圧印加装置４，６１，６５等の被帯電体（負帯電のため、積層型感光体２１）に接触する部分に設けられる流失防止層をＮ型半導体７１により形成した点を特徴とする。表面にＮ型半導体７１があればよく、その電圧印加装置の形態としては、帯電ローラ、帯電ブレード、磁気ブラシの何れであってもほぼ同様に作り込むことができる。Ｎ型半導体７１は一般に見られるＳｉなどの材料でよく、本実施の形態では、これらの材料を粉砕し、微粒子の形状にしたものをバインダで固形化する方法が用いられている。もっとも、磁気ブラシ６６に適用する場合には、その半導体微粒子をキャリアとしてそのまま利用する。
【００７５】
半導体微粒子には、Ｓｉ，αＳｎ，Ｓｎ，Ｃ，ＳｉＣ，ＧａＡｓ，ＺｎＯ，ＣｄＴｅ，ＩｎＰ，Ｇｅ，ＩｎＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，ＧａＰ，ＧａＳｂ，ＡｌＳｂ，Ｔｅ，ＺｎＳｂなどにドーピングしたものが利用される。本実施の形態では、特に現在までに多くの技術蓄積のあるＳｉが用いられている。ドーピングはインゴットの状態でＰを入れ、１×１０17／ｃｍ3程度の濃度とする。濃度は１×１０16／ｃｍ3〜１×１０18／ｃｍ3程度がよく、これによりＮ型半導体７１の表面に形成される空乏層は数ｎｍから数百ｎｍとなる。このような材料であれば、例えば、半導体工場で現状では廃棄物となっているウエハの切れ端などを利用することもできる。このようなＳｉを十分に粉砕し、粒径がμｍオーダ、好ましくは１μｍ程度に揃える。この微粒子をポリカーボネイト樹脂、ポリエステル樹脂などのバインダによって固形化する。このような固形化方法で、帯電ローラ、帯電ブレードなどを作る。これらを導電性の支持体に接合することで、電圧印加装置４，６１，６５となる。
【００７６】
本実施の形態による場合、図１４に模式的に示すバンド構造図のように、帯電器の表面をＮ型半導体７１とすることで、表層にはショットキーバリア７２が形成される。このショットキーバリア７２は積層型感光体２１と接触した場合でも形成されていると考えられる。これにより、ここに電圧がかかった場合、図１４に示すように積層型感光体２１から帯電器に流れる電子を選択的に防ぐことができる。これにより、帯電時の効率がよくなる。また、半導体を利用することで表面にのみ適当な厚さの空乏層７３を形成することができる。半導体の厚さがミリオーダーで変動しても、表面層に形成される空乏層７３はドーピング量によって規定されている。ドーピング量を調節するのは製造工程上、比較的簡単である。これにより前述した絶縁膜のように精度よく形成する必要がなく、製造コストを低減できる。
【００７７】
本発明の第八の実施の形態を図１５に基づいて説明する。本実施の形態は、請求項４及び５記載の発明に相当する。
【００７８】
本実施の形態は、帯電極性の電荷がホール（正帯電）である場合、電圧印加装置４，６１，６５等の被帯電体（正帯電のため、感光体１）に接触する部分に設けられる流失防止層をＰ型半導体７６により形成した点を特徴とする。
【００７９】
Ｐ型半導体７６にはＳｉなどの前述の無機半導体材料にドーピングしたものも利用できるが、本実施の形態では、弾性を持ち製造の容易さから有機物半導体が用いられている。有機物半導体は感光体などに用いられているものでよく、これらは概ねＰ型を示す。例えば、オキサジアゾール誘導体、ピラリゾン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、オキサゾール誘導体、トリアリールアミン誘導体、ブタジエン誘導体などである。これらの材料をバインダの中に分散させる。バインダとしてはポリカーボネイト樹脂、ポリエステル樹脂などが利用できる。膜厚は２０μｍ程度でディッピングコーティング法によって形成した。これにより、支持体に自由な形状のＰ型半導体が成型でき、帯電ローラ、帯電ブレードなど設計できる。
【００８０】
従って、帯電極性の電荷がホールである場合にＮ型半導体７１をＰ型半導体７６に置き換えたものであり、第七の実施の形態の場合と基本的に同じである。
【００８１】
本発明の第九の実施の形態を図１６に基づいて説明する。
【００８２】
本実施の形態の作像プロセスは、基本的には、図１０に示した第三の実施の形態の場合に準ずるが、帯電器４１における光源８１が帯電用光源と露光用光源とを兼用する構成とされている。即ち、光源８１により積層型感光体２１に光照射して帯電するプロセスで、この光源８１を画像信号に応じて選択的な光照射とさせることで露光光として潜像を形成させるものである。このため、露光器４４が不要となる。
【００８３】
本実施の形態の光源８１は、その形状及び機能は概ね第三の実施の形態における帯電用光源４３に準ずるが、帯電する時点で最初から特定領域のみに光照射するために、必要なデータがこの光源８１に送信されるとともに、ＬＥＤのドット径が作像のドット径に対応するので、ドット径が３０μｍに微細化されている。
【００８４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、帯電極性と同じ極性の電荷が帯電器側に流失することを阻止する流失防止層を備えるので、例えば電子が帯電器内部に流失してしまうことがなく、内部分極型帯電方法を用いる場合の高効率化を図ることができ、流失防止層を絶縁膜により形成したので、帯電極性と同じ極性の電荷が帯電器側に流失することを確実に阻止できる。また、前記絶縁膜が、導電性の微粒子とこれらの微粒子を保持する絶縁性母材とからなる導電性部材よりなり、帯電器表面は絶縁膜によりコーティングされているため、電荷の流失を防ぐことができ、かつ、表面の導電性の微粒子のコーティングが剥がれていても、その導電性の微粒子に電荷が蓄積される以上の電荷は流れないため、コーティング層を十分薄くすることで、ここでの電圧降下は大きくならないようにすることができる。
請求項２記載の発明によれば、流失防止層をＮ型半導体によるものとしたので、電子に対し、障壁ができ、電子の流出を防ぐことができる。
請求項４記載の発明によれば、流失防止層をＰ型半導体によるものとしたのでホールに対し、障壁ができ、ホールの流出を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の帯電器付近を示す原理的な断面構造図である。
【図２】その帯電器の概略斜視図である。
【図３】その概略正面図である。
【図４】その光源構造を示す概略的な縦断側面図である。
【図５】その光源構造を示す底面図である。
【図６】電圧印加前後の模式的なエネルギーバンド構造図である。
【図７】本発明の第二の実施の形態の積層型感光体を示す原理的な断面構造図である。
【図８】帯電及び露光プロセスの原理を説明するための断面構造図である。
【図９】本発明の第三の実施の形態の画像形成装置の原理的な構成図である。
【図１０】その帯電ローラ構造を示す断面構造図である。
【図１１】本発明の第四の実施の形態の帯電ローラ構造を示す断面構造図である。
【図１２】本発明の第五の実施の形態の画像形成装置の原理的な構成図である。
【図１３】本発明の第六の実施の形態の画像形成装置の原理的な構成図である。
【図１４】本発明の第七の実施の形態を示す模式的なエネルギーバンド構造図である。
【図１５】本発明の第八の実施の形態を示す模式的なエネルギーバンド構造図である。
【図１６】本発明の第九の実施の形態の画像形成装置の原理的な構成図である。
【図１７】積層型感光体を用いた従来の帯電及び露光プロセスの原理を説明するための断面構造図である。
【図１８】単層型感光体を用いた従来の帯電及び露光プロセスの原理を説明するための断面構造図である。
【符号の説明】
１      感光体＝被帯電体
２      帯電器
３      帯電用光源
４      電圧印加装置
７      絶縁膜＝流失防止層
２１      積層型感光体＝被帯電体
２４      露光用の電荷生成領域
２５      電荷輸送層
２６      帯電用の電荷生成領域
４１      帯電器
４２      電圧印加装置
４３      帯電用光源
５１      絶縁膜＝流失防止層
５２      電圧印加装置
６１      電圧印加装置
６２      帯電ブレード
６３      絶縁膜＝流失防止層
６５      電圧印加装置
６６      磁気ブラシ
７１      Ｎ型半導体＝流失防止層
７６      Ｐ型半導体＝流失防止層
【図１】
0004139032.tif 000002
【図２】
0004139032.tif 000003
【図３】
0004139032.tif 000004
【図４】
0004139032.tif 000005
【図５】
0004139032.tif 000006
【図６】
0004139032.tif 000007
【図７】
0004139032.tif 000008
【図８】
0004139032.tif 000009
【図９】
0004139032.tif 000010
【図１０】
0004139032.tif 000011
【図１１】
0004139032.tif 000012
【図１２】
0004139032.tif 000013
【図１３】
0004139032.tif 000014
【図１４】
0004139032.tif 000015
【図１５】
0004139032.tif 000016
【図１６】
0004139032.tif 000017
【図１７】
0004139032.tif 000018
【図１８】
0004139032.tif 000019