(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被帯電体に対向する帯電器表面にカーボンナノチューブが保持され、電界放出を介して帯電を施す帯電器において、カーボンナノチューブ1本当たりに流れる電流量（電流の単位はＡ）はカーボンナノチューブ1本に対するカーボンナノチューブ破壊を回避するための電流値（電流の単位はＡ）以下であり、前記カーボンナノチューブの密度Ｃ１（本/ｃｍ2）及び抵抗Rbが以下の条件を満たすことを特徴とする帯電器。
Ｃ１×Ｒｂ ＞ Ｖａ／カーボンナノチューブ1本に対するCNT破壊を回避するための電流値（電流値の単位はＡ）
Ｖａ：被帯電体にかける帯電電位差（Ｖ）
Ｒｂ：帯電する単位面積当たりに対する帯電の回路にかかる総抵抗値（Ωｃｍ2）
【請求項２】
前記カーボンナノチューブ1本に対するカーボンナノチューブ破壊を回避するための電流値を１０-12Ａ以下としたことを特徴とする請求項１に記載の帯電器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の帯電器において、被帯電体に対して段階的に電圧を上昇させることを特徴とする帯電器。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の帯電器において、帯電器本体の形状がブレード型又はブラシ型であることを特徴とする帯電器。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の帯電器において、帯電器本体の表面を研磨する研磨部材を有することを特徴とする帯電器。
【請求項６】
請求項５に記載の帯電器において、帯電器本体の形状がローラー型であることを特徴とする帯電器。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の帯電器を用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１又は請求項２に記載のカーボナノチューブを備えた帯電器を用いて、被帯電体に電圧を直接印加して静電潜像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
被帯電体に対向する帯電器表面にカーボンナノチューブが保持され、電界放出を介して帯電を施し、カーボンナノチューブ1本当たりに流れる電流量（電流の単位はＡ）はカーボンナノチューブ1本に対するカーボンナノチューブ破壊を回避するための電流値（電流の単位はＡ）以下であり、カーボンナノチューブの密度Ｃ１（本/ｃｍ2）及び抵抗Rbが以下の条件を満たすもとで、駆動電圧をパルス状に印加するようにしたことを特徴とする帯電器の帯電方法。
Ｃ１×Ｒｂ ＞ Ｖa／カーボンナノチューブ1本に対するCNT破壊を回避するための電流値（電流値の単位はＡ）
Ｖa：被帯電体にかかる電位差（印加電圧）（Ｖ）
Ｒｂ：帯電する単位面積当たりに対する帯電の回路にかかる総抵抗値（Ωｃｍ2）
【請求項１０】
請求項９に記載の帯電器の帯電方法において、パルスの立ち上がりに傾斜を付けた駆動波形で帯電させることを特徴とする帯電器の帯電方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の帯電器の帯電方法において、前記駆動波形の傾斜が以下の式を満足することを特徴とする帯電器の帯電方法。
K ＜ C1×カーボンナノチューブ1本に対するカーボンナノチューブ破壊を回避するための電流値（電流値の単位はＡ）／Ca
Ca:被帯電体の単位面積当たりの容量（C／cm2）
K＝ｄVa／ｄｔ：傾斜（単位時間当たりの電圧増加率）
【請求項１２】
請求項９又は請求項１１に記載の帯電器の帯電方法において、前記カーボンナノチューブ1本に対するカーボンナノチューブ破壊を回避するための電流値を１０-12Ａ以下としたことを特徴とする帯電器の帯電方法。
【請求項１３】
請求項１０乃至請求項１２のいずれか１項に記載の帯電器の帯電方法において、前記パルスの間隔が以下の条件を満たすことを特徴とする帯電器の帯電方法。
カーボンナノチューブの電界放出可能距離＞被帯電体の帯電が必要な距離＝T1*S1
S1：被帯電体対する帯電器の相対速度(m/sec)
T1：パルスの間隔(sec)
【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、プリンターなどの画像形成装置用の帯電器及びその帯電方法及びこれを利用した画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ファクシミリ、プリンターなどの画像形成装置には帯電器が用いられている。この帯電器として、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を利用したものが、オゾンレス、低ハザードなどのメリットから利用されつつある。
【０００３】
例えば、特許第9902937号には、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を用いた帯電器が開示されている。この帯電器の帯電器本体の形状としてブラシ型のものが開示され、また、放電方式として電荷注入方式のものが開示され、そのＣＮＴの電荷注入に対する優位な点についても記述されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このCNTを用いた帯電器には、現状多くの課題が残っている。
（１）寿命
従来のCNTを用いた帯電器は、大気中で電圧を印加することにより急速にその機能が低下することが知られている。これは、大気中での電界放出により、CNTが劣化することが原因になっていると考えられている。寿命が短いと帯電器としての機能が果たせなくなる。
（２）帯電むら
直流電圧駆動では、被帯電体と帯電器とのギャップの不均一さによって、帯電むらが発生することが知られている。また、特にパルス駆動にすることにより、帯電むらは増長される。これは、パルスによって、電圧を印加していない時間帯が存在するため、直流電圧に比べると、帯電むらになる可能性が高いことが予想されるからである。帯電むらは画像品質を低下させる。
【０００５】
また、CNTの大気中電界放出を調べた報告がある（Japan Hard Copy 97予稿集P221）。ここでは、CNT1本に対して、電流値は10-12A、電圧値300V程度で破壊することが記載されている。
【０００６】
本発明の目的は、寿命を延ばして帯電むらの低減を図ることのできる帯電器及び帯電方法及びこれを利用した画像形成装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の帯電器は、被帯電体に対向する帯電器表面にカーボンナノチューブが保持され、電界放出を介して帯電を施す帯電器において、カーボンナノチューブ1本当たりに流れる電流量（電流の単位はＡ）はカーボンナノチューブ1本に対するカーボンナノチューブ破壊を回避するための電流値（電流の単位はＡ）以下であり、前記カーボンナノチューブの密度Ｃ１（本/ｃｍ2）及び抵抗Rbが以下の条件を満たすことを特徴とする。
Ｃ１×Ｒｂ ＞ Ｖａ／カーボンナノチューブ1本に対するCNT破壊を回避するための電流値（電流値の単位はＡ）
Ｖａ：被帯電体にかける帯電電位差（Ｖ）
Ｒｂ：帯電する単位面積当たりに対する帯電の回路にかかる総抵抗値（Ωｃｍ2）
請求項２に記載の帯電器は、請求項１に記載の帯電器において、前記カーボンナノチューブ1本に対するカーボンナノチューブ破壊を回避するための電流値を１０-12Ａ以下としたことを特徴とする。
請求項１、請求項２に記載の発明によれば、カーボンナノチューブの劣化を防止して、
帯電器の信頼性と安定性の向上を図ることができる。
【０００８】
請求項３に記載の帯電器は、請求項１又は請求項２に記載の帯電器において、被帯電体に対して段階的に電圧を上昇させることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明によれば、抵抗、密度だけでは完全に制限できない場合でも、カーボンナノチューブの劣化を防止して、帯電器の信頼性と安定性の向上を図ることができる。
【００１０】
請求項４に記載の帯電器は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の帯電器において、帯電器本体の形状がブレード型又はブラシ型であることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の帯電器は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の帯電器において、帯電器本体の表面を研磨する研磨部材を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の帯電器は、請求項５に記載の帯電器において、帯電器本体の形状がローラー型であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５、６に記載の発明によれば、常時帯電器の表面に劣化の少ない清浄なカーボンナノチューブを露出させることができるので、帯電器の信頼性、安定性がより一層向上する。
【００１４】
請求項７に記載の画像形成装置は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の帯電器を用いることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の画像形成装置によれば、感光体にダメージを与えない帯電方式であり、低コスト化を図ることができると共に、オゾン、NOx等の発生を極めて少ない長寿命で信頼性の高い帯電器を搭載した画像形成装置を提供できる。
【００１６】
請求項８に記載の画像形成装置は、請求項１又は請求項２に記載のカーボナノチューブを備えた帯電器を用いて、被帯電体に電圧を直接印加して静電潜像を形成することを特徴とする。
【００１７】
請求項８に記載の画像形成装置によれば、画像形成装置の寿命を決定している主要素である感光体の劣化を避けることができ、感光体を用いずに直接静電潜像を形成することにより、画像形成装置の長寿命化を図ることができる。
【００１８】
請求項９に記載の帯電器の帯電方法は、被帯電体に対向する帯電器表面にカーボンナノチューブが保持され、電界放出を介して帯電を施し、カーボンナノチューブ1本当たりに流れる電流量（電流の単位はＡ）はカーボンナノチューブ1本に対するカーボンナノチューブ破壊を回避するための電流値（電流の単位はＡ）以下であり、カーボンナノチューブの密度Ｃ１（本/ｃｍ2）及び抵抗Rbが以下の条件を満たすもとで、駆動電圧をパルス状に印加するようにしたことを特徴とする。
Ｃ１×Ｒｂ ＞ Ｖa／カーボンナノチューブ1本に対するCNT破壊を回避するための電流値（電流値の単位はＡ）
Ｖa：被帯電体にかかる電位差（印加電圧）（Ｖ）
Ｒｂ：帯電する単位面積当たりに対する帯電の回路にかかる総抵抗値（Ωｃｍ2）
請求項９に記載の発明の構成とした理由を以下に説明する。
【００１９】
抵抗と密度とだけを規定した帯電器では、同時に全面積のCNTに電圧がかかり、全てのCNTに同時に電流が流れることを仮定し、その抵抗値と密度を設定している。
【００２０】
同時に電圧がかからない場合には、その電圧がかかった数少ないCNTに大きな電流が流れ、破壊される。その理由を図１０により説明する。
【００２１】
CNTの密度Ｃ１と抵抗値Ｒｂを設定した時には、図１０(a)に示したようにＣＮＴ(1)−ＣＮＴ(10)のそれぞれのCNTに対して、均等に電流が流れることを仮定している。
【００２２】
しかし、実際は図１０（ｂ）に示すようにＣＮＴ(1)−ＣＮＴ(3)にしか電圧がかからない場合がある。これは例えば、被帯電体が帯電している場合等に起きる。
【００２３】
特にDCで電圧を印加している場合には、常に電圧がかかっており、帯電器のCNTが帯電されていない領域に移動した時にのみ、電流が流れる。
【００２４】
このような場合、図１３（ｂ）に示すＣＮＴ(1)−ＣＮＴ(3)のように、被帯電体の移動方向の先端部分がこのような状況になり、大電流が流れると共にCNTは破壊する。
【００２５】
通常の帯電器では、被帯電体が連続的に移動している。帯電していない被帯電体面も連続して、電圧印加エリアに入ってくる。同時に全てのCNTに電圧が印加されることは無い。
【００２６】
そこで、駆動方法をパルス状にすることによって、同時に電圧がかかる状態を形成できる。これは、先にCNTの各1本、1本に別々に電圧が印加されていたのに対し、その電圧印加の“同期”を合わせると言ったイメージである。
【００２７】
つまり、連続的に移動する被帯電体がある程度移動した時に、パルスによる電圧を印加し、全てのCNTに同時に電圧がかかるようにする。これによって、数本にのみ電圧がかかること無く、平均した電流が全てのＣＮTに流れることになる。これによって、上記式を設定する時に仮定した状態を作り出すことができる。
CNTの劣化を防ぐことが可能になる。
【００２８】
また、同時に、パルス駆動によって、冷却時間を作り出すことができ、発熱も抑える効果もある。
【００２９】
請求項１０に記載の帯電器の帯電方法は、請求項９に記載の帯電器の帯電方法において、パルスの立ち上がりに傾斜を付けた駆動波形で帯電させることを特徴とする。
【００３０】
請求項１０に記載の発明の構成とした理由を以下に説明する。
【００３１】
電圧印加によるCNTが劣化する原因として、通電による発熱、及び酸化がある。これを防ぐ方法として、電流値又は電圧値を低減する方法がある。
【００３２】
CNTに電圧を300V印加すると破壊することが従来技術で記載したとおり知られている。そこで、被帯電体と帯電器との電位差が常に小さくなるように工夫する。その方法として、図１１に示すように駆動波形Ｐのパルス立ち上がりに傾斜Ｐ１を設ける。この波形であれば、初期の立ち上がり点(a)で、被帯電体と帯電器との間の電位差を小さくすることができる。  徐々に電圧が上げられていくと点(b)で示すようにCNTから電界放出がなされ、被帯電体は帯電電位を上昇させる。
【００３３】
つまり、帯電器と被帯電体との電位差はある一定（二点鎖線Ｐ２参照）に保たれたまま、点（ｃ）で示すようにパルスの終期を迎えることができる。この期間では大きな電位差が形成されず、CNTが破壊されるような大きな電流値は流れない。このように駆動波形Ｐに傾斜をつけることで、帯電器と被帯電体の電位差を一定に抑えることができ、CNTの劣化を抑えることが可能になる。
【００３４】
請求項１１に記載の帯電器の帯電方法は、請求項１０に記載の帯電器の帯電方法において、前記駆動波形の傾斜が以下の式を満足することを特徴とする帯電器の帯電方法。
K ＜ C1×カーボンナノチューブ1本に対するカーボンナノチューブ破壊を回避するための電流値（電流値の単位はＡ）／Ca
Ca:被帯電体の単位面積当たりの容量（C／cm2）
K＝ｄVa／ｄｔ：傾斜（単位時間当たりの電圧増加率）
請求項１２に記載の帯電器の帯電方法は、請求項９又は請求項１１に記載の帯電器の帯電方法において、前記カーボンナノチューブ1本に対するカーボンナノチューブ破壊を回避するための電流値を１０-12Ａ以下としたことを特徴とする。
請求項１０に記載の発明ではパルスの立ち上がりに傾斜を付け、大きな電位差を作らない駆動波形とした。しかし、この傾斜が急峻であると、大電流が流れ、カーボンナノチューブが劣化する。そこで、この傾斜をCNTが破壊しないように規定する必要がある。カーボンナノチューブに流れる電流値と傾斜Ｐ１の関係を以下に調べる。
【００３５】
被帯電体が単位面積に貯える電荷量Q（Va）（C/cm2）は被帯電体の表面電位Vsの電位差に依存している。これは被帯電体を容量Ca（F/cm2）とみたてた場合、Q(Va)＝Ca×Vs
と書くことができる。
【００３６】
電圧Vsがある増加量で増加する場合、それに伴って必要な電荷も増加する。電荷の増加量をΔQa(Vs)とし、増加電位量をΔVｓと書くと、
ΔQa(Vs)＝Ca×ΔVs・…(a)
と書くことができる。
【００３７】
ここで、増加電位量を時間に対し、増加とすると、その増加量Kを、
K＝ΔVs/Δｔ＝ｄVs／dt・…(b)
と書くことができる。
【００３８】
また、表面Vsは図１１から判るように印加電圧Vaから閾値電圧Vthを引いたものである。
Vs=Va−Vth
これを先の式に代入する。そして、両辺をΔｔで割ると、
ΔQa(Va-Vth)／Δｔ＝Ca×Δ（Va-Vth）／Δｔ・・…(c)
ｄQa(Va)／dｔ＝Ca×dVa／dｔ＝Ca×K・・…(d)
（ここで、Vthは一定だから、微分すると消去される。）
ここで一定時間の電荷の増量ｄQa(Va)／dｔは電流であるから、
Ia＝ｄQa(Va)／dｔ・…(e)
と書くことができる。
【００３９】
但しIa（A ／cm2）は単位面積に流れる電流値とした。
単位面積当たり、CNTの本数がC1であるとすると、CNTの各1本に流れる電流値はIaaは、
Iaa＝Ia/C1・・…(f)
と書くことができる。
【００４０】
ここで、CNTの劣化条件はCNT各1本に対し、１０-12A以上流れると破壊することが知られているので、それ以下に抑える必要がある。
Iaa ＜ １０-12A・…(d)
(f)の式を代入して、Iaaを消去する。
Iaa＝Ia/C1  ＜ １０-12…・(h)
(e)の式を代入して、Iaを消去する。
ｄQa(Va)／dｔ／C1  ＜ １０-12…・(ｉ)
(d)式を代入し、ｄQa(Va)／dｔを消去する。
Ca×dVa／dｔ／C1  ＝ Ca×K／C1  ＜ １０-12…・(j)
よって、
K ＜  C1×１０-12／Ca…・(k)
この式を満足することによって、CNTを劣化させる電流値は流れない。
【００４１】
請求項１３に記載の帯電器の帯電方法は、 請求項１０乃至請求項１２のいずれか１項に記載の帯電器の帯電方法において、前記パルスの間隔が以下の条件を満たすことを特徴とする。
カーボンナノチューブの電界放出可能距離＞被帯電体の帯電が必要な距離＝T1*S1
S1：被帯電体対する帯電器の相対速度(m/sec)
T1：パルスの間隔(sec)
パルスによって帯電を施すと、帯電むらが現れる。この帯電むらは、帯電した個所と帯電していない個所とが混在することに起因して発生する。帯電していない個所が現れないように、パルス間隔を小さくする必要がある。CNTが電界放出する距離は10μｍである。このことは実験的にも確かめられている。実験結果を図１２に示す。図１２は横軸に帯電器と被帯電体との距離をとっている。
【００４２】
縦軸に印加電圧Ｅ＝−５００Vでの帯電電位を示している。この図１２から、距離を10μm以上離すことによって、電界放出による帯電は起きなくなることが判る。このことから、CNTから距離10μm内が帯電できるエリアである。1度のパルス電圧で半径10μｍの円内は帯電が完了していることになる。
【００４３】
次にパルス電圧が必要になるのは、被帯電体が10μｍ移動した時である。これに合わせて、上記式のパルス電圧を印加すれば良い。
【００４４】
ここで、１０-5は１０μｍを示し、１０-5／S1は被帯電体が１０μｍ移動するのにかかる時間である。つまり、10μｍ移動する前に次のパルスが印加されれば良く、それをパルス間隔として規定できる。つまり、上記式を満足することによって、被帯電体が10μｍ移動する毎にパルスを印加できていることになる。
【００４５】
この条件を満たすことによって、パルス間隔が十分短く、帯電を施していない領域は無くなる。よって、帯電むらもなくなる。
【００４７】
帯電器にはパルス状に電圧が印加される。このパルスによって被帯電体は帯電され、その帯電電位はパルス電圧によって決まる。これは、図１３に示すように、CNTの帯電器のVa/Vs（印加電圧／表面電位）のグラフより理解できる。
【００４８】
このグラフはCNT帯電器の特性を示しており、電界放出により、負の側では低閾値で帯電が起きる。それに対し、正側では、電界放出が起きないので、放電が起きる電圧が閾値となる。その閾値は600V程度である。今回は被帯電体を負に帯電させる。
【００４９】
例えば、電圧を−500V印加すると、−300V程度帯電することになる。被帯電体が−300V帯電しており、帯電器にパルス電圧がかからない場合、被帯電体と帯電器とは300Vの電位差が存在する。この時に図１３により放電開始電圧が600Vであるから、放電は起きない。
【００５０】
逆に例えば、帯電電圧を−1000Vにしてしまうと、パルス電圧が０Vになった時に、被帯電体と帯電器の電圧差が800Vとなり、放電が起きてしまう。この放電は、所々に起き、これは帯電均一性に大きな影響を与える。
【００５１】
【発明の実施の形態】
（発明の実施の形態１）
（実施例１）
帯電器１の概要図を図１に示す。帯電器１と被帯電体３は平行に均一のギャップＧを介して向き合っている。そのギャップＧは約10ミクロンに保たれている。帯電器１の表面にはＣＮＴ４が保持されている。
【００５２】
以下にその作成方法を含めて詳細な構成を述べる。
【００５３】
帯電器１は基板２から構成され、その基板２はＳＵＳ製プレートであり、その厚みは約10mm程度である。その基板２は被帯電体３の曲率にあわせて、その表面２ａが研削加工されている。その基板２は導電性であり、その端部から配線５’がされており、電圧Ｅが基板２に印加されるようになっている。
【００５４】
基板（ＳＵＳ製プレート）２の表面２ａにはカーボンナノチューブＣＮＴ４が保持されている。ＣＮＴ４はＣＶＤ（化学的気相成長法）によって合成されている。ＣＶＤによる合成によれば、ＣＮＴ４の長さとして１０ミクロンを超えるものを作成でき、今回は5ミクロン程度とした。CVDでCNT４を合成することにより、高密度化が可能となる。今回は100本／μｍ2（1010本／ｃｍ2）とした。
【００５５】
帯電器１には外部抵抗（１０5Ωｃｍ2）Ｒｂを設けた。そのＣＮＴ４の密度Ｃ１と外部抵抗Ｒｂとの関係は以下に記載する条件を満足するものとした。
Ｃ１×Ｒｂ ＞ Ｖａ／１０-12
すなわち、１０10×１０5＞ ３００／１０-12
とした。
【００５６】
印加電圧ＥをＶａ＝300Vとして、動作試験を行ったところ、A4版、50×１０００枚の動作が可能であることが確認された。
（比較例１）
帯電器１の形状、作成方法は全て実施例１と同様とした。
ここでは、帯電器１の総抵抗として、外部抵抗Ｒｂを変えてみた。実施例１での外部抵抗Ｒｂの値は１０5Ωであったが、今回は１０3Ωとした。すると、この条件で動作試験をしたところ、帯電器１の帯電電位が連続動作1時間程度で半減した。
（実施例２）
図２は帯電器１の形状をローラー型としたものである。帯電器１の表面は被帯電体
３に接触している箇所もあるが、大部分は非接触であり、その非接触箇所で電界放出が起きている。また、クリーナーを備えても良く、選択的にCNT４以外の樹脂を研磨することによって、新鮮なCNT４を絶えず表面に突出させることができる。以下、その詳細を説明する。
【００５７】
帯電器１はローラ型であり、その表面にCNT４を備えている。すなわち、図３に示すように電圧印加装置（帯電器）はローラ状であり、電圧Ｅを被帯電体３に印加する機能を有する。この帯電器１は、導電性の円筒基体５と導電性弾性体６と表面層としてのCNT４の含有中抵抗層７との積層構造となっている。
【００５８】
円筒基体５はアルミ製、SUS製、Fe製等の金属導体、若しくはアクリル樹脂製、プラスチック製の絶縁体の表面に導体膜を形成したものが良い。体積抵抗が１０-2Ωcm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。
【００５９】
今回は製造工程の製造コスト等からアルミ製のものを採用した。アルミニウムを20mmΦ厚み２mmの円筒状に加工後、その表面の密着性が良くなるように、グラインダーで0.1mmオーダーのラフネス（粗面）をつける。この円筒基体５に図３に示すその厚みが5mmの導電性弾性体６を設ける。
【００６０】
導電性弾性体６は弾性を有する母材に導電性の粒子を分散させたものである。その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、シリコーン樹脂、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。
【００６１】
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、シリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム等が好ましい。今回はシリコーン樹脂を採用した。
【００６２】
分散導電性粒子としては、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。今回は導電性カーボンブラックを採用した。
【００６３】
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ーン樹脂の中に分散され、これを型にはめ、冷却することによって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。今回は10Ωcm程度の抵抗に調節した。
【００６４】
このように形成された導電性の表面にCNTを含有した中抵抗層７を1層成膜し、表面に突起状の形状を形成する。導電性弾性体６上に設けられる中抵抗層７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、フッ素系の樹脂またはゴム、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。
【００６５】
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、被帯電体３として感光体やローラ型の帯電器１の寿命の点で大きなメリットがある。今回はPVDFを採用した。PVDFの機械強度は被帯電体３に比べて、小さくなるように調整する。なお、中抵抗層７の抵抗値は、１０ 〜１０11Ωcm、特に１０7〜１０8Ωcmのものである。この樹脂の中にCNT４を含有する。このCNT４もフィラーとして作用することから、このCNT４とカーボンブラックによって抵抗を制御した。CNT４の濃度は10wt%、カーボンブラックは5wt%程度で所望の抵抗値１０8Ωcmを得た。
【００６６】
CNT４はアーク放電方法、CVD方法、レーザーアブレーション方法などで作成される。今回はアーク放電方法で作成されたCNT４を用いた（多層カーボンナノチューブ（ BU201（Bucky USA製））。入手したCNT４はカーボンブラックとほぼ同様の粉末状であるから、これを同様に樹脂に混入し、攪拌する。このあと、先ほどの低抵抗シリコーンローラーの表面にディッピング法によって、表面に厚さ1mmの膜を形成した。
【００６７】
次に、このように樹脂に分散されたCNT４を表面から露出突出させる。その方法としてアッシング方法や研磨などによる方法などが考案されている。今回は研磨による方法を選択した。研磨にはシリカの研磨粒子を用いた。樹脂の表面荒さはミクロンオーダーになるように研磨を施す。これによって、CNT４は1ミクロン程度の長さで露出し突出する。そのCNT４の突出密度は、先に樹脂に分散した量により、1本／μｍ2程度となることを確認した。また、樹脂の表面荒さをミクロンオーダーにすることにより、被帯電体３とのギャップ領域が安定に形成される。このギャップＧにおいて、非接触の帯電が施される。
【００６８】
クリーナー８はローラー型の帯電器１に接触して設置され、このクリーナー８は帯電器１の研磨を行うのに用いられる。このクリーナー８は帯電器１の表面を常時研磨し、表面２ａを適当なラフネス（粗面）に維持し、かつ表面２ａから未劣化なCNT４を突出させることにある。
【００６９】
このため、既述の研磨行程をこのクリーナー８で施せるようにする。クリーナー８は機械強度高く、常に適当な突起状態を維持できる部材を用いる。その材料にはAl、SUS、Fe、等の金属又は合金、若しくはアクリルやエポキシなど機械強度な高い樹脂、シリカやガラスその他の酸化物等の無機物が適している。
【００７０】
今回はSUSを用いた。このクリーナー８もローラー形状であり、SUS表面に帯電器１の樹脂が付着したときに除去できるようにされいる。SUSの表面はミクロンオーダーのラフネス（粗面）が設けられ、このSUS製のローラー形状のクリーナー８がローラ型の帯電器１とは異なる回転スピードで接触回転されることにより、帯電器１の表面２ａが研磨される。帯電器１へのクリーナー２への押し圧を調節することにより、その帯電器１の表面２ａの削れ量を制御でき、中抵抗層７の厚さが1mm程度であるから、500×１０００枚程度の寿命を持たせるために、削れ量が1nm／回転程度になるように調節した。
【００７１】
被帯電体３には感光体を用いた。その被帯電体３は図４に示すように表面から表面保護層９、電荷輸送層１０、電荷発生層１１、下引き層１２、円筒基体１３からなっている  表面保護層９には透明で機械強度の高いものを利用する。材料として、市販のポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、アクリル、エポキシ、シリコーン、アルキド、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体等の樹脂を用いることができる。
【００７２】
更に、強度及び分散性を向上させるための検討を行なった結果、アクリロイル基を１分子中に３個以上もった光硬化型アクリル系モノマー中に導電性粒子を分散させ、これを感光体の感光層上に塗布、光硬化させることによって形成した表面保護層９を用いることによって、膜強度が飛躍的に向上した。
【００７３】
電荷輸送層１０には、従来から用いられているホール輸送用の材料を用いた。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。バインダー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。電荷輸送層１０の膜厚は２０ミクロン程度でディッピングコーティング法によって形成した。
【００７４】
電荷発生層１１には従来のデジタル用に用いられてきた長波長（７８０ｎｍ）のものを用いた。CGM（電荷キャリア発生材料：charge carrier generation material）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、チアピリリウム塩や多環キノン系、ペリレン系又はアゾ顔料系及びアゾ顔料等である。これらをポリビニルプチラール樹脂などのバインダー材料に入れた。膜厚は1ミクロンから１０ミクロン程度で、スプレー塗工によって電荷発生層１１を形成した。
【００７５】
下引き層１２は感光体の帯電性を改善し、また、円筒基体１３に対する感光層（電荷発生層１１）の接着性や塗布性を向上することを目的としている。
【００７６】
この下引き層１２に用いられる材料としては、例えば、単層構成ではポリエチレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリエステル、メラニン樹脂、シリコン樹脂、ポリビニルブチラール、ポリイミドなど樹脂、又はそれらの共重合体などが挙げられる。
【００７７】
また、カゼイン、ゼラチン、ポリビニルアルコールおよびエチルセルロース等も用いられる。また、Ag,Cu,Ni、Au,Biなどの金属やカーボンで実現される導電性粒子を接着剤に分散させた膜も有効である。酸化スズ又はアルミナによって表面処理された酸化チタンを含有する層も有効である。また、アルミナで被覆された酸化チタン微粒子やチタンネート系カップカップリング剤によって表面処理された酸化チタン、シラン化合物、フッ素含有シラン化合物によって表面処理された金属酸化物粒子を接着剤に分散した層などが用いられる。
【００７８】
円筒基体１３には導電性があり、機械強度高く、低製造コスト、膜の密着性が良い等の特性を有するものが良い。そこで、一般的な金属が用いられ、例えば、Al,SUS、Fe、Ni、Cu,Mg,Ag,などが挙げられるが、今回はAlを用いた。また、アクリル等の絶縁性材料の上に金属膜を形成することによって代替品として用いることもできる。
【００７９】
このローラー型の帯電器１を用いた画像形成装置の駆動方法を以下に説明する。
【００８０】
駆動方法は通常のローラー型の帯電器に準ずる。電圧ＥはDCとし、その印加電圧ＥはＶａ＝−300Vとした。通常の放電は起きることなく、オゾンの発生も防止できている。このことはオゾン検知機等で調べることができる。被帯電体（感光体）３の回転速度は60cpmに対応できるように設計した。
【００８１】
本実施例では、このスピードでも満足できる帯電能力を得た。既述したように、CNT４の密度Ｃ１は1本／μｍ2になように規定した。また、樹脂に十分に分散させることによって、均一性も高い。この状態で抵抗値は１０8Ωｃｍとなっている。厚み（1mm）を考慮することによって、単位面積（１ｃｍ2）当たりの抵抗値Ｒｂは、
Rｂ＝１０8／１０（厚み）＝１０7Ωｃｍ2
となっている。
【００８２】
すなわち、１０-12 ＞  I／ｃ１=V /（ｃ１×Rｂ）＝３００／（１０8×１０6）＝３×１０-13
（C1＝１０8本／ｃｍ2、Vａ=３００）
という条件を満たしている。
この条件では帯電器１の寿命はA4版を５0×１０００枚であり、十分に駆動することを確認できた。
【００８３】
なお、その図２において、１４は記録紙、１５は転写装置、１６は現像装置、１７は定着装置、１８は除電装置である。
（比較例２）
帯電器１、被帯電体３、クリーナー８の形状、作成方法は全て実施例２と同様である。作成上異なる点はCNT４の濃度を変えた点にある。CNT４の濃度をエポキシに対して２wt%とし、抵抗値ＲｂはＣＢ（カーボンブラック）よって実施例２と同様になるようにコントロールした。これによって、研磨した後の表面を観察したところ、ＣＮＴ密度が0.０１本／μｍ2となった。
この条件では、
１０-12 ＞  I／ｃ１=V /（ｃ１×Rｂ）＝３００／（１０6×１０6）＝３×１０-11
となっている。
これを用いて帯電評価を行ったところ、時間とともに帯電電位が低下することが分かった。
これは、後述の実施例３と比較しても明らかであった。
（実施例３）
ここでは、帯電器１にはブレード形式を採用した。ブレード形式の帯電器１の場合、その端部が被帯電体３と接触する。マクロ的には接触していると考えられるが、ミクロ的には被接触領域が多数存在しており、その領域では電界放出がおきる。つまり、実施例１に挙げたように微細なギャップＧは不要であり、製造コストを低減できる。ニップは2mmになるように設計し、抵抗値、厚み、表面のラフネス等も実施例２に準ずるものとした。ローラー型の帯電器１と同様にブレードの表面にCNT４が突出するように加工した。CNT４の密度Ｃ１、帯電器１の抵抗値Ｒｂは実施例２と同様であり、動作試験においても同様な結果を得た。
（実施例４）
ここでは、帯電器１を感光体の帯電だけではなく、転写プロセスにも採用した。転写プロセスでは感光体上に現像された画像を記録紙１３上に移動させる。この時、記録紙１３の裏面に、トナーが帯電している電極の逆極性電荷を帯電させる。従来のコロナ型の帯電器に比べ、その帯電エリアを微少にすることができる。今回はニップ２ｍｍとして、それ以外の領域では電圧がかからないようにブレード形状にした。そのため、トナーが散乱することなく、ボケの少ない画像形成ができた。
（実施例５）
図５はブラシ型の帯電器１を示している。帯電器１は基体２と支持細線２Ｂと細線（ＣＮＴ４）からなっている。この基本要素の構成、製造方法は先に詳細を述べた。
【００８４】
基体２は通常の複写機などの筐体で行われているように鋳型に流し込み成形する。樹脂の材料にはABS（アクリロニトリル−ブラジエンスチレン共号重合体）を用い、リサイクルを可能にした。その基体２の形状は固定層２Ａの成形面を３００×１０mmとし、裏面には機械強度を強化するために柱になるような形状を付け加えた。これにより厚みは10mm程度に抑えることができる。
【００８５】
樹脂で形成された基体２に固定層２Ａを形成する。固定層２Ａの膜厚は５００μｍ程度で、コーターによって塗布する。固定層２Ａは先に述べたナイロン性の樹脂を用いた。今回用いたナイロン樹脂は低融点のもので、約100℃程度で融解する。ナイロンにはＴＣＮＱとＴＴＦをそれぞれドープしており、バルク抵抗で１０２Ωcm程度に調節した。塗布した面のラフネスは50μｍレベルになるように、基体２の樹脂及び塗布する条件を選んだ。このように塗布されたナイロンは雰囲気が100℃であれば、十分溶融状態を保っている。ここで、基体２の裏にホットプレートを設置し、基体２の樹脂から1３0℃で加熱する。雰囲気は80℃程度に保ち、固定層２Ａの表面は粘性を高めるが、硬化はしないぎりぎりの状態になる。このような半溶融状態であるナイロン膜に、個別に作られたナイロン繊維を植毛する。植毛するナイロン繊維は直径10μm、長さ2mmに揃えられている。
【００８６】
このナイロン繊維一本の抵抗値は３×１０３Ωに規定している。これにより、支持細線２Ｂが120本／ｍｍ２の密度を持っているとすると、帯電器１として１×１０９Ωの抵抗を持つことが予想される。これは先程と同じようにTCNQとTTFのドープ量で調節できる。また、固定層２Ａと支持細線２Ｂであるナイロン繊維はオーミックコンタクトがとれ、ほぼ接触抵抗が無いことを確かめた。これは同種類の材料を用いることで行うメリットである。植毛は静電気による方法を採用した。植毛後に、ホットプレートから外し、室温冷却することによってナイロンは硬化し、固形物となる。この時、支持細線２Ｂは融解することなく、初期の形状を保ったまま、固定層２Ａに固定される。固定層２Ａと支持細線２Ｂの界面では多少融解していることが考えられるが、電気抵抗などは問題なく、強固に固定できる。
【００８７】
この時に植毛される密度は、120本/mm２に規定する。植毛された支持細線２Ｂの先端を均一になるようにそろえる。揃え方は1２0℃程度に加熱している金属面に、ゆっくりと接触させ、他より長い支持細線２Ｂだけ溶融させ、変形させることによって、長さが均一になる。これによって植毛された支持細線２Ｂは、0.1mm程度のバラツキで、均一の長さになる。
【００８８】
このようにできた支持細線２Ｂが形成された状態で電気伝導度及び接触抵抗を測定する。測定方法はこの状態で金属電極に接触させてIVカーブもしくはCV測定を行う。これによって、支持細線２Ｂが持つ電気抵抗を測定することができる。今回の抵抗は３００×１０ｍｍ角で１×１０９Ωとなった。支持細線２Ｂのドープ量などを変えて、この値を変えることによって、この条件をコントロールできる。
【００８９】
これを被帯電体（感光体）３に接触させて、被帯電体（感光体）３と帯電器１との間に電圧Ｅを印加し、表面電位と印加電圧及びその時定数を評価する。これによって、支持細線２Ｂと被帯電体（感光体）３との接触抵抗を評価できる。今回得られた接触抵抗は１×１０１０Ωである。
【００９０】
このように形成されている支持細線２Ｂにカーボンナノチューブ（細線）４を植毛する。植毛方法として、今回は電気泳動法及びエポキシ樹脂による固定化を採用した。この方法はカーボンナノチューブ４をクーロン力によって配列することができる利点がある。エポキシ樹脂には導電性があり、90℃程度で硬化し、弾性のあるタイプのものを利用した。
【００９１】
カーボンナノチューブ４にはアーク放電、CVD法による多層タイプのもので、長さが100〜150μm、直径は10〜25nmに揃えたものを利用した。カーボンナノチューブ４は遠心分離によって分級され、ほぼ同様な形状のものを選んだ。
【００９２】
先ほどの固定層２Ａに固定された支持細線２Ｂにエポキシ樹脂を塗布する。エポキシはこの様態では粘性が低いので支持細線２Ｂを濡らす。また、このエポキシは導電性を持たせているので電極として、支持細線２Ｂを利用できる。
【００９３】
カーボンナノチューブ４を5wt%程度IPA（イロプロピルアルコール）に分散させて、300×15mm、深さが2.1mmの容器に入れる。容器の底は導電性の金属によって作られており、裏面から電極を取ってある。この容器の上に先に作成したエポキシを塗布した支持細線２Ｂを入れる。支持細線２Ｂの長さは2mmに均一であるから、下の電極とは接しない。
【００９４】
この状態で電圧Ｅを印加し、カーボンナノチューブ４を電気泳動で支持細線２Ｂに接触させる。十分時間をかけ、実際に移動し、接触している状態でIPAを加熱蒸発させ、ベークによってエポキシを硬化させる。カーボンナノチューブ４の密度Ｃ１はIPAの分散液おける濃度や印加時間と印加電圧によって制御できる。これによって、CNT４の密度Ｃ１は１本／μｍ2程度となった。この条件下では抵抗値Ｒｂが先の１０9Ωである。その支持細線２Ｂとカーボンナノチューブ４によって帯電ブラシが形成される。
【００９５】
このブラシ型の帯電器１をＶａ＝−３００Ｖの直流電源Ｅに接続し、電荷輸送層１０、電荷発生層１１、下引き層（ホール注入阻止層）１２、Ａｌ製の基体１３からなる被帯電体（感光体ＯＰＣ）３に接触させて帯電を行った。なお、感光体の周速は３００ｍｍ／ｓなので，ブラシ型帯電器１と被帯電体（感光体）３の接触時間は０．１ｓとなる。
【００９６】
その感光体はブラシ型の帯電器１と接触する間に、−２８０Ｖまで帯電され，導電性繊維にカーボンナノチューブ４を接続した帯電ブラシが十分な帯電能力を持つことが確認された。また感光体の長手方向での帯電電圧のバラツキは５％以内であり，十分な均一性が得られた。また、寿命も50×１０００枚をクリアしており満足行くものであった。
（実施例６）
図６は、印加電圧Ｅを段階的に別けて被帯電体３に印加する構成の帯電器１の構成を示している。帯電器１は3つのブロック１Ｅ、１Ｆ、１Ｇに別けられ、各ブロック間には絶縁物１９、１９が挿入され、電気的に接触しないようにされている。
【００９７】
絶縁物１９、１９は柔軟性のあるPETフィルムで作り込み、厚さ0.5mmのものを利用した。長さは支持細線２Ｂとほぼ同様になるようにし、かつ被帯電体（感光体）３には振れないように設計した。固定層２Ａを塗布する時にパターニングし、各部分の間に0.5mm程度の隙間を形成しておく。絶縁物（PETフィルム）１０は固定層２Ａに支持細線２Ｂを植毛した後に、その隙間に設置する。各固定層２Ａの部分から電極２Ｃ、２Ｃ、２Ｃをとり、これによって各ブロック１Ｅ、１Ｆ、１Ｇに独立に電圧Ｅを印加することが可能となる。
【００９８】
各電極２Ｃ、２Ｃ、２Ｃは被帯電体（感光体）３の裏面電極をアースとして、抵抗Ｒｂ、Ｒｂ’、Ｒｂ”を用いて、−200、−400、−500Vに設定した。放電の有無はオゾン量で観測した。オゾンに関しては全く検出されず、効果があることが確認できた。また、寿命も50×１０００枚をクリアしており満足行くものであった。
（実施例７）
図７は被誘電体３に帯電器１を用いて静電潜像を形成する画像形成装置を示している。
この画像形成装置は、帯電、現像、転写、除電のプロセスからなっている。通常の画像形成装置は、露光プロセス（露光工程）があり、この露光工程で静電潜像を形成するが、この画像形成装置では、帯電プロセスで潜像が形成される。これは、選択的に任意の領域にのみ帯電することによって実現する。また、帯電及び除電以外は通常の電子写真プロセスと同様なのでここでは割愛する。
【００９９】
この帯電器１の概要を図８に示す。この帯電器１は電気伝導体で形成された帯電ドット２０、この帯電ドット２０に接続された配線２１、絶縁膜（ＳｉＯ2）２２、コネクター部２３、基体２４からなる。帯電ドット２０は導体であれば良く、例えば、金属や導電性の有機物、無機の半導体、絶縁物に導電性フィラーを添付したものなどを用いることができる。今回はその製造工程の簡便性から金属特にCuを用いた。
【０１００】
この帯電ドット２０の電極部２５にはCNT４が配列されている。CNT４はCu上に形成されてFe微粒子を触媒にして熱CVDによって作られる。CNT４は触媒の無いところからは生成されないので、電極部２５の部分にしか生成されていない。CNT４の長さは数十μｍで均一に形成される。また接触している場合はその押し圧によって、若干撓む。これによって、多少そのギャップがずれても、その撓みによって接触は常に行われている。これによって、多少のギャップのずれは問題でなくなる。なお、製造方法はこれに限るものではなく、アーク放電で製造されたCNT４を樹脂分散し、電極部２５に塗布し、表面を研磨することによってCNT４を突出形成する方法もある。
【０１０１】
各帯電ドット２０を３０μｍ程度、配線２１は５μｍとした。ドット間隔は15μｍとして、縦には6行ならべた（ただし、図８では、模式的に帯電ドット２０を大きく描いているので、その縮尺は正しくないので留意されたい）。これによって、実質、3000dpiレベルの画素数を得ることができる。また、LEDアレーのような高価な光学系が必要でなくなり、安価に行数を増やすことができ、より高い画素数を簡便に得ることができる。
【０１０２】
絶縁基体２４にはSi基板を使用し、配線２１にはCu金属を用いた。作製方法はスパッタで成膜し、配線（Cu）２１、絶縁膜（SiO2）２２はそれぞれ500nm、1μmとした。
【０１０３】
通常の接触型の帯電器１の場合、感光体の寿命等の点から、接触摩擦により感光体が削れることが問題となっている。この実施例では感光体の代わりに、一般的な誘電体を被帯電体３として用いており、削れなどの不具合には耐性がある。そのため、帯電器１の硬度には規制が少なく、Cu、SiO2などの硬いものでも問題ない。
【０１０４】
作製方法はデュアルダマシン法を採用した。絶縁膜（SiO２）２２にスルーホールを開けると共に、帯電ドット２０になる領域にも溝をウェットエッチングによって形成する。その領域にCuをスパッタリングして配線２１を形成し、段差はCMPで除去してフラットな面を形成した。これによって図８に示す形状の帯電器１が得られる。
【０１０５】
配線２１は、絶縁膜２２の下を縦方向に通っており、その配線２１はコネクタ部（ヒートシールコネクタ）２３によって、データをメモリした集積回路（IC）２６に繋がっている。この集積回路（IC）２６からは数百Vという電圧Ｅが帯電ドット２０に印加できるようになっている。
【０１０６】
その電圧Ｅを画像形成に必要なドットに印加する。これによって、必要なところのみに帯電をすることになる。配線２１間に大きな電圧がかかるため、これによる不具合がでないように、配線２１間をできるだけ取れるようにデザインした。
【０１０７】
これ加えて、保護ダイオードをそれぞれの配線２１に設けた。保護ダイオードはCu配線を施す時と同時に形成することができる。Si基体２４を選択したため、通常の半導体工程をそのまま利用できる。本実施例では、実際には行わなかったが、Si基体２４上にICを設けることも可能である。
【０１０８】
被帯電体３には通常感光体を用いるが、本実施例では静電気を保持することが可能な部材であればかまわない。また、膜厚も通常の感光体のようにシビアな均一性も必要なく、2値書き込みのデジタルの場合は特にこのことが言える。
【０１０９】
被帯電体３の構成は表面３Ａに誘電体の薄膜100μｍ程度のものとそれを保持する基体３Ｂで導電性のあるものを用いる。この基体３Ｂをアースに落とすことによって、帯電時に電圧を印加できる。
【０１１０】
基体３Ｂは通常の感光体と同様で、一般的な金属を用いることができ、今回はAlを用いた。Alを円筒に成形し、表面のラフネスを抑える。その上に、誘電体膜を形成する。作製の簡便性からディッピング法を採用し、誘電体はホットメルト式のものを利用する。材料としては誘電体であればよく、その選択は製造方法の簡便性から選択される。例えば、PET（ポリエチレンテレフタレート）、PVA（ポリビニルアルコール）等の有機化合物がこれに当たる。また、SiO2やa-Si、SiNなども半導体で用いられた実績から、製造し易いやすい。本実施例ではPETを用いた。PETは多くの利用例があり、コスト的に魅力があり、製造上の物性値も良く知れている。
【０１１１】
除電装置１８には、通常、感光体を用いているので露光を行うことで除電を行っている。しかし、本実施例では導伝材料を接触させることによって、表面の電荷を逃がす方法を採用した。しかし、これに限られるものではない。また、導体は固体に限らず、例えば水のような液体も採用できる。
【０１１２】
今回、通常のクリーニング工程に除電機能を付加することによって実施した。これにより、従来、除電とクリーニングの２工程が1工程になり、簡便になった。クリーニングは従来、PC（ポリカーボネイト）やシリコーンゴムのような硬度の低く弾性の高い素材を感光体に押し付けることによって、感光体表面にあるトナーを削り取っている。また感光体（OPC）で問題になっている表面の劣化もこの工程で表面を削るによって、新しい表面を絶えず出すような工夫されていた。
【０１１３】
本実施例ではこのクリーニングブレードを導電性にし、アースに落とすことによって、除電装置１８に兼用させることを可能にしている。ブレードを導伝性にする方法は通常用いられている樹脂に導電性のフィラーを入れることによって実現する。
【０１１４】
フィラーは樹脂の弾性を損なうこと無く、大きな導電性を得たいことからカーボン粒子であるケッチェンブラックを利用した。濃度は５ｗｔ％程度で十分な体積抵抗を得ることができる。本実施例では、通常のクリーニングブレードを導電性にするだけで、他のイコライザー機能などはそのまま転用した。この状態で接触幅（ニップ幅）を2mm程度にすることによって、60cpmレベルの除電が可能であることは実機で確かめた。
（実施例８）
本実施例では、実施例７と同様に帯電器１による帯電プロセスで静電潜像を形成することとしたもので、作像プロセスは図７と同様である。
【０１１５】
本実施例では、潜像形成の領域選択に光を用いていることに特徴がある。
【０１１６】
この帯電器１は、図９に示すように、LEDアレー２５、光学系２６、透明導電体２７、光半導体２８、カーボナノチューブ４から構成されている。
【０１１７】
ＬＥＤアレー２５によって光を任意の領域に当てる。光半導体２８は光が当たった領域についてのみ抵抗値を下げる特性がある。従って、選択的に光を照射することによって、領域を選択し、静電潜像を形成できる。帯電器１はローラー部およびLED光源部からなっている。
【０１１８】
光源部には、ランプ光や、レーザー光を用いることも考えられるが、本実施例ではLEDを複数ならべたLEDアレー２５を採用した。LEDアレー２５は近年複写機等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。
【０１１９】
そのLEDは直径30μｍ程度でLEDとLEDの間には20μｍの間隔を置いた。また、LEDは縦方向に6列、やはり20μｍ間隔で設置する。LEDの波長は650nmとした。LEDと被帯電体３の間にLEDの光が効率よく被帯電体３を照査するようにレンズ機能を持った光学系２６を組み込んだ。光学系２６には通常使われているマクロレンズアレーをならべた。この時、干渉縞等が出ないように工夫することが必要である。これを先の透明基体２４のローラー内部に固定し、常に被帯電体３を照射するようにする。
【０１２０】
電圧印加ローラー部は以下のようにして構成した。
【０１２１】
透明基体２４の表面に導電性の透明膜を形成し、及びその上に光半導体薄膜２８を形成する。また、下の層にある導電性膜から電極を取れるようにする。透明基体２４に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性の樹脂を採用し、円筒に成形した。この円筒の基体２４の直径は20mmΦに設計し、厚さは十分な強度を得られる２mmとした。円筒とその支持体との間の摩擦は小さくし、自由に回転できるようにする。また、円筒支持体に可動性をもたせ、被帯電体３と帯電器１が常に十分な圧力で接触するようにする。
【０１２２】
基体１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透明導電体２７を作り込む。この透明伝導体２７は、今回は透明導電性微粒子を弾性透明母体に分散する方法を取った。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。本実施例では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、ミクロンオーダーの微粒子にし、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、シリコーン、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した。導電性は1ｘ１０4Ωcm程度あれば良い。また、透明性もそれほど要求されていないので、膜厚を10μｍとした。
【０１２３】
その上の層、被帯電体３に接触する層には光半導体２８を形成する。光半導体２８は光を当てた領域にのみ抵抗が低下する機能を有している。これは光によって電気導電性を担うキャリアを発生することによっている。
【０１２４】
このような性質を持つ物質には無機物ではSi,ZnO、a-Si、GaAs、Ge、TiO2など多くの物が知られる。また、有機物では通常感光体に用いられているような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、トリスアゾ顔料、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。また、これらをポリビニルプチラール樹脂などのバインダー材料に入れることで層を構成することができる。本実施例では有機半導体である金属フタロシアニン系を用いた。これをバインダー樹脂に混ぜて、この層を形成する。膜厚は20μｍ程度にした。最表面層はCNT４によって形成される。ＣＮＴ４の特徴、形成方法などは実施例２で説明したのでここでは割愛する。
（発明の実施の形態２）
（実施例９）
帯電器、被帯電体等には、実施例２のものを用いた。すなわち、今回は実施例２のローラー型を採用した。ただし、ブレード型等の他の形状であっても、CNT４の劣化する傾向は変わらず、今回の結果は形状に依存しない。ここでは、駆動方法のみ記述する。
【０１２５】
本実施例では駆動波形をパルス状にする。その波形を図１４に示す。パルスＰは矩形波とし、その周波数は10kHzとした。電圧のピーク時は−500V、ディップ時は０Vとなるようにした。CNT４の寿命の評価はその特性劣化から判断する。通常のCNT４の帯電器１であれば、−500V印加でその8割、約−400Vの帯電が見込める。しかし、CNT４が劣化すると、その電位が落ちる。今回の判断ではその値が半減−200Vになった段階で寿命がきたと判断した。連続運転してその寿命を測定した。その結果、約10時間であることが分かった。これによって、比較例１の直流駆動に比べ、帯電器の寿命が、遥かに長くなったことがわかる。
（比較例１）
帯電器１、及び被帯電体３の構成は実施例９に準ずる。この比較例１では印加電圧を直流電圧−５００Vとする。結果、寿命は2分程度と、非常に短期間で帯電器は劣化する。
（実施例１０）
本実施例での駆動波形は図１５に示すようにした。印加電圧をピーク時で−500V、傾斜の変化率は５×１０6（V/sec）とした。
【０１２６】
ここでは、駆動波形の変化率K（傾斜）を以下のようにした。
K  ＜  C1×１０-12／Ca
Ca:被帯電体の単位面積当たりの容量（C／cm2）
C1：CNT密度：単位面積当たりのCNTの本数（本／cm2）
K＝ｄVa／ｄｔ：傾斜（単位時間当たりの電圧増加率）
被帯電体３には感光体を用いており、膜厚25μm、比誘電率3.4、これより、一定面積（cm2）当たりの容量Caは約100pF（１０-10F）程度になる。 CNT４の密度はその作成方法によるが、例えば、樹脂に混合する方法であれば、その濃度によって制御することができる。またCVDによって、後から形成する場合は、そのパターニングなどによって濃度を制御する。CNTの密度は、SEM（電子顕微鏡）観察することによって評価する。今回は、10本/μm2（１０9本／cm2）となるように制御した。これにより上式右辺は
右辺＝C1×１０-12／Ca＝１０9×１０-12／１０-10
＝１０7
となる。
【０１２７】
つまり、左辺の傾斜Kは１０7以下であれば良い。
【０１２８】
今回の場合は、左辺はK＝ｄVa／ｄｔであり、今、印加する電圧は５００V（符号は負であるがここではその大きさについて議論する）であるから、傾斜を決める時間Tcは以下の条件を満足すれば良い。
５００／Tc  ＜ １０7
Tc ＞  ５００×１０-7
Tc  ＞  ５×１０-5＝５０μsec
このように作成された駆動波形Ｐで帯電評価を行った。その結果、帯電器１の寿命は千時間近くと更に向上した。
（比較例２）
実施例１０とすべて同じ条件で作成、その傾斜を５×１０7（V/sec）とした。
【０１２９】
その結果、寿命は10時間と低減し、実用レベルではないことが分かった。
（比較例３）
実施例１０とすべて同じ条件で作成、その傾斜を５×１０8（V/sec）とした。
【０１３０】
その結果、寿命は５時間と低減し、実用レベルではないことが分かった。
（比較例４）
実施例１０とすべて同じ条件で作成、その傾斜を１×１０6（V/sec）とした。
【０１３１】
寿命は2千時間と上昇し、実用レベルであることが分かった。
（実施例１１）
帯電器１の構成等は実施例９に示したものと同じであり、ここではその駆動方法のみ記述する。パルスに傾斜を付けるのは実施例１１に示したものと、同等にしK＝５×１０6（V/sec）とした。また、図１６に示すようにパルスとパルスとの間隔を１００μsecとした。
【０１３２】
すなわち、下記の条件を満足させるものとした。
T1 ＜ 10-5／S1
S1：被帯電体対する帯電器の相対速度(m/sec)
T1：パルスの間隔 (sec)
今回は10cpm（A4版を１分間に10枚）程度の複写機を考え、被帯電体の速度を80mm/sec（８×10-2m/sec）とした。ここで、上式の左辺は
左辺＝10-5／S1＝10-5／８×10-2＝1.25×10-4(sec)
となり、
右辺＝T1  ＜  10-4(sec) ＝ １２５（μsec）
つまり、この条件では、パルス間隔を１２５μsec以下にすることによって、むらを低減することができる。本実施例ではパルス間隔を１００μsecにした。
【０１３３】
この条件で帯電むらの評価を行う。これは通常の複写機のハーフトーン画像において、観察することができる。結果、帯電むらが無いことが確認された。
（比較例５）
実施例１１と同じ条件で、パルス間隔を２００μsecとした。その結果、若干の帯電むらが観測された。
（比較例６）
実施例１１と同じ条件で、パルス間隔を１２５μsecとした。結果、かなり程度はいいが帯電むらが観測された。
（比較例７）
実施例１１と同じ条件で、パルス間隔を４００μsecとした。結果、帯電むらが観測された。
（比較例８）
実施例１１に準じ、印加電圧を−８００Vとした。図１３からこの電圧では放電が起きる可能性があり、予想通り、若干の帯電むらを観測した。
（比較例９）
実施例１１に準じ、印加電圧を−１０００Vとした。図１３からこの電圧では放電が起きる可能性があり、予想通り、帯電むらを観測した。
【０１３４】
下記の表はその実験結果の一覧表である。
【０１３５】
【表１】
0005044072.tif 000002
【０１３６】
−：未評価
寿命：特性値が半減した時間をさす
むら：ハーフトーン画像での目視評価
【０１３７】
【発明の効果】
請求項１、請求項２に記載の発明によれば、カーボンナノチューブＣＮＴ1本に流れる電流量を制限すると共に、ＣＮＴの密度と帯電器の総抵抗を制限したので、ＣＮＴに多く電流が流れ、劣化することなく、帯電器の寿命が伸びる。
【０１３８】
請求項３に記載の発明によれば、段階的に帯電を施すことで、それぞれの段階での電位差は低減できる。電位差を制限できることで、電流値も制限が自動的にできることになる。抵抗で制限する方法と、電圧で制限する方法とを併用することにより、確実にＣＮＴの劣化を防ぐことができる。
【０１３９】
請求項４に記載の発明によれば、ブレード型にすることで、接触する部分と非接触部分が自然に形成される。この非接触部分では被帯電体と帯電器との距離が数ミクロン以下となり、適当なギャップを非常に簡便に形成できる。
【０１４０】
また、帯電器表面をブラシ状にすることで、帯電器表面の面積が格段に向上することになる。これにより、被帯電体の単位面積あたり対するＣＮＴの本数を増加することができる。ＣＮＴの本数が増加することで、1本に流れる電流量を低減でき、劣化を防ぐことができる。
【０１４１】
請求項５、６に記載の発明によれば、ローラー形状とすることで、被帯電体とは接触していない部分ができ、その部分で、表面研磨およびクリーニングをすることで、常に未劣化のＣＮＴを選択的突出することができる。これにより、帯電器の寿命を延ばすことができる。
【０１４２】
請求項７に記載の発明によれば、感光体にダメージを与えない帯電方式であり、低コスト化を図ることができると共に、オゾン、NOx等の発生を極めて少ない長寿命で信頼性の高い帯電器を搭載した画像形成装置を提供できる。
【０１４３】
請求項８に記載の発明によれば、画像形成装置の寿命を決定している主要素である感光体の劣化を避けることができ、感光体を用いずに直接静電潜像を形成することにより、画像形成装置の長寿命化、低コスト化を図ることができる。
【０１４４】
請求項１０に記載の発明によれば、パルス駆動させることにしたので、同時に全てのCNTに電流が流れるように同期を合わせることができることになり、かつ、外部抵抗によりCNTの各1本に流れる電流値を規定することにしたので、更にCNTの劣化を防止でき、これにより、長期にわたり安定した帯電を施すことができる。
【０１４５】
請求項１１に記載の発明によれば、パルスの駆動波形の傾斜を規定することによって、大電流が流れるのを防止でき、CNTの劣化が抑えられる。
【０１４６】
請求項１２に記載の発明によれば、CNTの各1本に流れる電流値を規定したので、更にCNTの劣化を防止できる。
【０１４７】
請求項１３に記載の発明によれば、パルス間隔を十分に小さくすることによって、帯電していない領域をなくすことが可能になり、帯電むらの防止を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  発明の実施の形態１の実施例１の帯電器の概要を示す図である。
【図２】  発明の実施の形態１の実施例２の画像形成装置の概要を示す図である。
【図３】  発明の実施の形態１の実施例２の帯電器の概要を示す図である。
【図４】  発明の実施の形態１の実施例２の被帯電体の要部部分拡大断面図である。
【図５】  発明の実施の形態１の実施例５の帯電器の要部拡大断面図である。
【図６】  発明の実施の形態１の実施例６の帯電器の概要を示す図である。
【図７】  発明の実施の形態１の実施例７の画像形成装置の概要を示す図である。
【図８】  発明の実施の形態１の実施例７の帯電器の概要を示す図である。
【図９】  発明の実施の形態１の実施例８の帯電器の概要を示す図である。
【図１０】  ＣＮＴに加わる印加電圧とＣＮＴの劣化との関係を説明するための等価回路図であって、（ａ）はＣＮＴに均等に電圧が印加されている場合の説明図を示し、（ｂ）はＣＮＴの一部にのみ電圧が印加されている場合の説明図を示す。
【図１１】  ＣＮＴに加わる印加電圧の駆動波形の説明図であって、三角波（鋸歯）状の駆動波形を示す図である。
【図１２】  被帯電体と帯電器との距離に対する被帯電体の表面電位の変化をプロットした図である。
【図１３】  印加電圧に対する被帯電体の表面電位の関係を示す説明図であって、ＣＮＴの帯電特性を示す図である。
【図１４】  発明の実施の形態２の実施例９のパルス状の駆動波形を示す図である。
【図１５】  発明の実施の形態２の実施例１０の鋸刃状の駆動波形を示す図である。
【図１６】  発明の実施の形態２の実施例１１の鋸刃状の駆動波形を示す図であって、鋸刃状駆動波形の発生間隔を密にした状態を示す図である。
【符号の説明】
１…帯電器
３…被帯電体
４…ＣＮＴ
Ｒｂ…外部電圧
Ｅ（Ｖａ）…印加電圧
【図１】
0005044072.tif 000003
【図２】
0005044072.tif 000004
【図３】
0005044072.tif 000005
【図４】
0005044072.tif 000006
【図５】
0005044072.tif 000007
【図６】
0005044072.tif 000008
【図７】
0005044072.tif 000009
【図８】
0005044072.tif 000010
【図９】
0005044072.tif 000011
【図１０】
0005044072.tif 000012
【図１１】
0005044072.tif 000013
【図１２】
0005044072.tif 000014
【図１３】
0005044072.tif 000015
【図１４】
0005044072.tif 000016
【図１５】
0005044072.tif 000017
【図１６】
0005044072.tif 000018