JP2002278219A

JP2002278219A - 被帯電体、画像形成装置、帯電器作製方法及び画像形成方法

Info

Publication number: JP2002278219A
Application number: JP2001073939A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Ishii; 稔浩石井; Yukie Suzuki; 幸栄鈴木; Akishige Murakami; 明繁村上
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2001-03-15
Publication date: 2002-09-27

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、帯電効率を向上させる被帯電体、
同被帯電体を用いた画像形成装置、環境への負荷を低減
しつつ、転写チリや画像ボケなどの画像劣化を低減でき
る電荷付与材を有した転写装置を用いる画像形成装置、
帯電器作製方法及び画像形成方法を提供することにあ
る。【解決手段】帯電器５表面から電荷が直接もしくは間
接的に被帯電体３表面に移動することで、帯電を行うシ
ステムにおいて、その被帯電体３がもつ単位面積当たり
のトラップ準位の数Ｎ（１／ｃｍ^２）が以下の条件を満
たすことを特徴とした被帯電体。Ｎ＞ＣＶ／ｑここで、Ｃ：被帯電体単位面積あたりの容量（１／ｃｍ
^２）Ｖ：所望の電圧ｑ：素電荷、とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式の複
写機、プリンター、ファクシミリ等の画像記録装置に用
いる被帯電体、画像形成装置、帯電器作製方法及び画像
形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真式の画像形成装置は、図
２９に示すように、画像担持体である感光体ドラム１０
００の表面に配備した被帯電体を帯電手段１１００によ
って均一帯電し、帯電された被帯電体に、露光手段１２
００から光学的な画像情報を照射することにより静電潜
像を形成し、その静電潜像を現像手段（この場合は、現
像ローラー）１３００から供給されるトナーによって現
像し、トナー像を形成する。更に、導電性ゴムを用いた
導電ローラーや導電ゴム上に誘電体層を設けた誘電ロー
ラーからなる転写ローラー１４００にバイアス印加して
なる転写装置１５００を用い、搬送ローラー１６００よ
り送られる転写材ｐ（この場合は記録紙）にトナー像を
転写する。その後、除電装置１７００により、感光体ド
ラム１０００上から転写材ｐを分離する。分離された転
写材は定着装置１８００に搬送されてトナー像を定着
し、図示しない排紙トレイ等に収納され、感光体ドラム
１０００はクリーニング装置１９００でクリーニングさ
れる。

【０００３】ところで感光体ドラム１０００上の被帯電
体に均一帯電を施す帯電手段１１００は、コロナ放電を
用いたコロトロン、スコロトロンの帯電方式を用いるの
が主流であった。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など有害物質を発生す
る。また、帯電効率が低いため消費電力が多く、また４
〜６ｋＶの高圧電源が必要なため、その高圧電源装置を
回路内に必要とし、コストが高くなり、かつこのような
高電圧をオフィスなど、身近に置くことは、人体に対し
好ましくないといった問題があった。近年の環境に対す
る配慮からこのような帯電方式を改善することは急務で
あり、ローラー帯電などへと移行されつつある。

【０００４】ローラー帯電とは、導電性ゴムローラーを
被帯電体と接触させ、被帯電体と帯電ローラーの微小空
隙で放電を起こし被帯電体表面を帯電させる方法であ
り、コロトロンと比較しオゾンが著しく低減（１／１０
０〜１／５００に低減）されている（特開平７−９２６
１７号公報、特開昭６４−７３３６５号公報、特開昭６
４−５４４７１号公報、特許第２５８４８７３公報、特
許第２７４４２６４公報）。

【０００５】しかしながら帯電ローラーも被帯電体と帯
電ローラー間の微小空隙に電圧を加えコロナ放電を起こ
すことから、原理的にオゾン発生をゼロにはできない。
被帯電体の劣化の原因は諸説あるが、その１つとして放
電による不用生成物（オゾンやＮＯｘ）などが被帯電体
表面と化学結合することによっているという説がある。
これはオゾンの強い酸化力やＮＯｘなどが作る窒化物な
どが考えられている。このようなことからも、帯電にお
いてできるだけ不要物を生成しないことが望まれる。ま
たローラーはコロナに比べ、はるかにオゾンの発生位置
が被帯電体の近傍であるため、オゾンによる被帯電体の
劣化は依然として課題として残る。また、近年、感光体
を劣化させる要因として、感光体近傍の高電界などが疑
われている。このような懸念事項を払拭する上でも、低
電圧での帯電方式が望まれている。また、原理上、放電
の場合はある閾値が存在し、それ以上に電圧を印可しな
ければ帯電を施すことができない。このため、例えば１
００Ｖに帯電したい場合などは、電荷注入では１５０Ｖ
であるのに対し、放電では数百Ｖの印加が必要となる。
今後の低電圧現像が実現したとしても、閾値以上の電圧
を印加しなければならず、メリットが薄れる。可能であ
るならば、必要な表面電位と同程度の印加電圧で満足す
る方法が望まれる。

【０００６】なお、公知技術としてフィルム状のブレー
ド型帯電器が知られている。これは、ブレードと感光体
との空隙において、やはり放電を起こすものである。こ
れの特徴はフィルムの柔軟性である。これにより、その
密着性を向上することができ、感光体のラフネスによる
帯電むらを低減できると考えられる。しかし、フィルム
の柔軟性はその耐久性とはトレードオフの関係となり、
実用上は課題が残る。

【０００７】その様な背景の元、電荷注入法による帯電
器が注目を集めている。ここで、電荷注入とは帯電器表
面から電荷が直接もしくは間接的に被帯電体表面に移動
することである。この電荷注入法によれば放電を起こさ
ないで接触型帯電器から直接電荷を感光層に注入するた
め、原理的にオゾンは発生しない。電荷注入において
は、接触型帯電器と被帯電体との接触抵抗や微小空隙の
容量が電荷を注入する際の注入速度に影響を与えるた
め、接触抵抗は低いほど良いと考えられる。

【０００８】そのため特開平６−７５４５９号公報の技
術ではテトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）等の電子
受容性化合物とテトラチアフルバレン（ＴＴＦ）等の電
子供与性化合物から構成される電荷移動錯体を高分子ネ
ットワークに置換し、全体に導電性を付与した高分子材
料からなる導電性ゴムで帯電ローラーを作っている。

【０００９】しかしながら香川、古川、新川らによる
「ＪａｐａｎＨａｒｄｃｏｐｙ‘９２、ｐｐ２８７〜
２９０」の報告では、８０％ＲＨの高湿下では有機感光
体（以後ＯＰＣと略す）は十分な帯電電圧が得られる
が、３０〜５０％ＲＨの湿度化では印加電圧の半分まで
しか帯電されず注入速度が遅いことが判っている。これ
は帯電ローラーの接触面積（ニップ幅）が小さいこと
と、導電性ゴムが十分低抵抗化していないためと予想さ
れる。

【００１０】つまり低抵抗の導電性ゴムを得るには電荷
移動錯体を多量にドーピングする必要があるが、ドーピ
ング量が多くなると高分子自体のネットワークの柔軟性
が減少し、ゴム硬度が大きくなるのではないかと思われ
る。例えば特開平６−７５４５９号公報での導電性ゴム
の抵抗は１０^６Ωｃｍとなっており、適度なゴム硬度を
維持しながら導電性ゴムを低抵抗化することは高分子材
料の選択の点から容易ではないと予想される。また全体
に導電性を付与した高分子材料からなる導電性ゴムでは
帯電電位が湿度に敏感であるため、環境を厳密に制御す
る必要があり、接触型帯電器構造が複雑になる。

【００１１】一方、特開平７−１４０７２９号公報の技
術では吸水性のスポンジローラーを用いて感光体（被帯
電体）に電荷を注入している。吸水性のスポンジローラ
ーを用いる場合、ローラーの含水率がローラー抵抗や電
荷の注入速度に大きな影響を与えるので、ローラーから
の水分蒸発によって帯電電位が変動する恐れがある。帯
電電位の変動を抑えるためにはローラーからの水分蒸発
を長期に渡って厳密に制御する必要があり、接触型帯電
器の構造は複雑になり、安価に製造することができな
い。

【００１２】また特開平９−１０１６４９号公報におい
ては、帯電ブラシの導電性繊維をエッチング繊維ないし
分割繊維にすることによって導電性繊維と感光体との接
触面積を増加させ、電荷注入の速度を向上させることが
提案されている。エッチング繊維とは導電性繊維の成分
の一部を薬液で溶解し、１本の導電性繊維を太さ方向で
複数本に分割した繊維である。また分割繊維とは加熱時
の各部の熱収縮の差を利用し、１本の導電性繊維を太さ
方向で分割した繊維である。これらの処理によって実質
的により細い径の導電性繊維を用いたことになり、感光
体（被帯電体）との接触面積を増加することができる。

【００１３】しかしながら分割された繊維の引っ張り強
度は分割前の導電性繊維と比較し分割された分だけ小さ
くなる。その結果感光体と接触した場合分割された繊維
は切断されやすくなり、長期の使用では帯電電位のバラ
ツキを起こし、接触型帯電器の寿命を低下させる原因と
なってしまう。逆に、長寿命の接触型帯電器を得ようと
すると、導電性繊維の分割数を多くできないため接触面
積の著しい増加は期待できず、電荷注入速度が顕著に向
上するとは思えない。このように電荷注入方式にもいく
つかの課題が残されており、実機への採用例は多くな
い。

【００１４】なお、本出願人による特開２０００−３４
７４７８号公報記載の技術では、カーボンナノチューブ
を用いることで、被帯電体に十分な帯電電圧を与えるこ
とができ、オゾンやＮＯｘの発生を低減できる接触型帯
電器を開示したが、ここでは被帯電体への電荷注入効率
の規定に言及していない。更に、接触型帯電器において
は、帯電ローラーと被帯電体からなる感光体が接触して
いるため、感光体にピンホールがあると帯電ローラーと
感光体の接触部（ニップ）において帯電ローラーからピ
ンホールに過電流が流れ込み、電源電圧が低下し、十分
な帯電ができなくなり、帯電の面内均一性が低下した。
最悪の場合は過電流により感光体に損傷を与えてしまう
ことが起きていた。

【００１５】これらの対策として、電子写真学会誌ｐｐ
４８−５３（１９９１）では帯電ローラーを３層構成
（図２７参照）とすることが提案されている。帯電ロー
ラー２０１０は芯材２０１１を保護層２０１４／中抵抗
層２０１３／導電性弾性層２０１２の３層で被覆した構
成であり、直流と交流が重畳された電源２００３が設け
られている。感光体のピンホールと帯電ローラー２０１
０が接触した場合、中抵抗層２０１３によってピンホー
ルでの過電流による電源２００３の電圧降下を防止す
る。

【００１６】また特許第２６３１６８号公報（図２８参
照）においては感光体２１００（基板２１０１と感光層
２１０２で構成）とアースの間にコイル２１２０を設け
ることが提案されている。電源２１０３に接続された接
触型帯電器２１１０によって感光層２１０２表面を帯電
する際、感光層２１０２のピンホールによって過電流が
生じるとコイル２１２０のインピーダンスが非常に大き
くなり、感光体２１００に過電流が流れ込むことを防止
する。

【００１７】同様に特許第２７８８８２４号公報の転写
装置においては、転写装置とアースの間にチョークコイ
ルを設けることが提案されている。しかし帯電ローラー
は感光体と帯電ローラー間の微小空隙に電圧を加えコロ
ナ放電を起こすことから、原理的に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ためオ
ゾンによる感光体の劣化は依然として課題として残る。
このような観点から、オゾンが発生しない帯電方式であ
る電荷注入方式が注目されている。

【００１８】電荷注入方式を採る技術である上述の特開
平６−７５４５９号公報では帯電ローラーの導電性ゴム
を導電性が付与された高分子材料で構成しており、特開
平７−１４０７２９号公報では吸水性のスポンジローラ
ーを用いて感光体（被帯電体）に電荷を注入している。
しかしながら上述のような低抵抗な接触型帯電器がピン
ホールと接触すると電荷の集中が起き、均一な帯電がで
きなくなる。特に電荷注入では感光体と接触型帯電器の
接触部（ニップ）で直接電荷の授受を行うため、コロナ
放電を利用する帯電ローラーと違い致命的な影響を与
え、画像としては白抜けとなってしまう。また過電流に
よる感光体の損傷も考えられる。

【００１９】これを防ぐため特開平８−２９７３９４公
報では中抵抗の部材（抵抗値１０^４〜１０^７Ω）を感光
体に接触させて電荷注入を行っている。中抵抗の部材で
電荷注入を行うと注入速度が非常に遅くなるが、特開平
８−２９７３９４号公報では更に感光層表面に導電性微
粒子を分散させ、フローティングの容量を作り込むこと
によって注入速度の低下を抑制している。しかしながら
感光層表面に導電性微粒子を分散させるため、導電性微
粒子での光の吸収や散乱が避けられず、画像記録装置の
解像度や階調を低下させる一因となっていた。また従来
の有機感光層を用いる有機感光体（ＯＰＣ）をそのまま
流用することができず、画像記録装置自体としてはコス
トアップの要因になっていた。

【００２０】他に上述の帯電ローラーで用いられた技術
を電荷注入に転用することが考えられるが、感光体や接
触型帯電器にコイルを外付けする場合、接触型帯電器の
接触部（ニップ）に感光層のピンホールが来ると過電流
が発生し、コイルの自己インダクタンスＬ、帯電器の抵
抗Ｒによる時定数によって徐々に感光体に電圧が印加さ
れると思われるが、実際はピンホールの大きさが非常に
小さい（一般的にピンホールはμｍオーダーである）た
めピンホール上を接触型帯電器が摺動する間は感光体に
ほとんど電圧が印加されず、電荷注入が起こらない。そ
のためやはり画像にライン状の白抜けが発生してしま
う。

【００２１】また中抵抗層を内部に持つ接触型帯電器を
用いる場合は、接触型帯電器自体の抵抗が中抵抗層で決
まり低抵抗にならないので、電荷注入速度が非常に遅く
なる。これを避けるため特開平８−２９７３９４号公報
のように感光層表面に導電性微粒子を分散させる必要が
生じ、高解像、高階調の画像が得られないといった問題
があった。

【００２２】次に、電子写真式の画像形成装置は画像担
持体の被帯電体上に形成されたトナー像を転写材上に転
写するに当たり、帯電器と同様に空気中に電界をかける
静電転写方式の転写装置を用いている。この転写装置
は、図３０に示すようなホルダ２３３０内に設けられた
コロナワイヤ２３３１の転写器２３３２を用いている。
しかし、コロナ放電を用いた転写器２３３２は高電圧を
印加することより比較的大きな電流を必要とし、消費電
力が大きくなるばかりでなく、大量のオゾン(O₃)やノッ
クス(NOx)などが発生し、環境に大きな付加をかけるこ
とがわかっている。オゾンを除去するためにはフィルタ
ーなどを付加するなど、これら環境に影響する物質を除
去するため、装置は大きくなり、コストの増大を招く。
このため、近年では、コロナ放電を用いない転写器が実
用化されている。

【００２３】その一例として、特開平１１−１５３９１
６号公報に公知技術として知られているローラー転写器
（図２９参照）１５００がある。ローラー転写器１５０
０は導電性ゴムを用いた導電ローラーもしくは、導電ゴ
ム上に誘電体層を設けた誘電ローラーからなる転写ロー
ラー１４００にバイアス印加して、搬送ローラー１６０
０より送られる転写材ｐ（この場合は記録紙）にトナー
像を転写する。

【００２４】また、特開平９−１７９４１３号公報に公
知技術と知られている転写ブラシも先と同様のプロセス
で、感光体ドラムの被帯電体上にトナー像が形成され
る。一方、固有の体積抵抗を持った厚さ数１００μｍ程
度のフィルム状部材から構成されている搬送ベルトは、
ループ状に配置され、感光体ドラムに摺接し、順次移動
する。この搬送ベルトに記録材を静電吸着し、感光体ド
ラムとの接触部（以下ニップ部）に搬送する。感光体ド
ラムに対して反対側の搬送ベルトの背面には、転写ブラ
シが圧接している。この転写ブラシはトナーと反対極性
にバイアス印加しており、これにより感光体ドラム上の
トナーが転写体である記録紙に転写される。

【００２５】これら転写ローラーや転写ブラシは、対向
する感光体ドラムや搬送ベルトに微小空間が存在する。
この転写ローラーやブラシに転写するのに十分な高圧を
印加するため、パッシェン則に従った微小エリアでの放
電がさけられず、従来のコロナ放電よりは少ないものの
オゾンやＮＯｘが発生する。このオゾンやＮＯｘは、感
光体や転写ベルト、中間転写ベルトに付着し、その表面
抵抗を変化させる物質に変化することが懸念されてい
る。例えば、特開平１１−２３１６６１号公報において
は、未使用時の転写ベルトと１００ｈｒ使用後の転写ベ
ルトの表面抵抗を計測し、未使用時においては、１．５
×１０^１５Ωｃｍであった表面抵抗が、電圧を印加しつ
づけた１００ｈｒ後には、１．０×１０^１１Ωｃｍと、
経時的に表面抵抗が下がることが報告されている。これ
は電荷印加時に放電によって発生するＮＯｘなどのイオ
ン化物質の付着と確認されている。このベルト裏面の抵
抗低下によって、本来転写ベルトの特定領域に保持され
ていた電荷が拡散し、ニップ部の電位低下が発生し、ニ
ップ部外では逆に電位の上昇がおこり、プレ転写などい
わるゆ“転写チリ”が増大する。また、フルカラーなど
ＹＭＣＫ（イエロー、マゼンダ、シアン、ブラック）の
トナーを一度中間転写体に転写するタイプにおいては、
その中間転写体の抵抗が変化するため、トナーの保持が
低下したり転写チリが増大することは容易に想像でき
る。

【００２６】この様な“転写チリ”を防止するために、
特開平１１−１５３９１６号公報においては、転写材の
進入側を覆うよう設置された電界シールドをもうけるこ
とや特開平１１−２３１６６１号公報においてはニップ
部の電荷を規制する電荷規制部材を設けることが提案さ
れている。しかし、これら各転写装置の電荷付与材とし
ては、コロナ放電を用いるコロナワイヤや転写ローラ
ー、転写ブラシを用いており、オゾンやＮＯｘが発生
し、それによって生じる画質の低下を防止することが不
十分である。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】このような画像形成装
置の帯電器が、表面から電荷が直接もしくは間接的に被
帯電体表面に移動することで帯電を施す注入帯電システ
ムを採る場合、その効率が十分ではなかった。ここで、
効率というのは印加電圧に対し、表面電位がどの程度上
がるかを調べた指標である。例えば、非常に効率が良い
場合はその傾きｎが１となる。この効率を決めている要
因は様々あると考えられている。今回、その様々な要因
の中で、トラップ準位がその大きな役割を果たしている
ことを突き止めた。注入型の帯電は、従来から行われて
いるワイヤーのコロナ帯電器やローラー帯電器のような
放電を用いる帯電とはその物理現象が異なる。放電を用
いるタイプでは空気中の気体を電離しイオン化する。こ
のイオンを被帯電体に降り注ぐ。被帯電体に到達したイ
オンは、その地点で吸着する。被帯電体は絶縁物である
から、電気伝導を起こすことがない。つまり、イオンは
中性化されることなくそこに電荷を貯え、帯電を呈する
ことができる。ここでは、被帯電体は絶縁物であれば、
特に必要な物性値は存在しない。

【００２８】それに対して、注入型での帯電は移動する
ものが電子である。電子が移動するにはその居場所、つ
まり、準位が必要となる。これはトンネル現象が起きる
場合、必要であることも分かる。本発明における帯電に
おいても、接触帯電において良く知られているように、
その電子の移動はトンネル現象を利用している（参照：
静電気ハンドブック）。帯電器側のフェルミレベルから
被帯電体のトラップ準位へのトンネルである。この場
合、被帯電体にトラップ準位がなければ、トンネル電流
は流れ得ない。これはよく知られている現象であり、こ
れはＳＴＭ（ＳｃａｎｎｉｎｇＴｕｎｎｎｅｌｉｎｇ
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）などでも利用されている。こ
のような議論は近年盛んに行われており、特に静電気学
会などでは多くの研究者がこのようなモデルを支持して
いる。（村田（東京理科大）、竹内（茨城大））。この
ようなことを省みて、本発明では帯電効率を高める上
で、トラップ準位の状態がどのようにかかわるかを考慮
するものである。

【００２９】トラップ準位は１つに対し電荷を１つ留め
る。つまり、トラップ準位の数に素電荷ｑをかけた値
が、その被帯電体が貯えることができる電荷量Ｑとな
る。ただし、このトラップ準位にはその深さという性質
がある。この深さ、及びその環境の温度によって、その
トラップ時間が規定される。このため、本発明でのトラ
ップ準位は十分深いものを示すことにする。このため、
１つのトラップ準位は１つの電荷を留め、意図的に与え
た刺激がない限り、その状態を保持すると考える。通常
の電子写真プロセスでは、その時間は数秒であり、室温
で用いることより、それに対応した深さ以上のものをト
ラップ準位と示す。トラップ準位の数で決められた被帯
電体の蓄積電荷量は、その被帯電体を用いる上で必要な
ものでなければならない。必要なトラップ準位がなけれ
ばいくら電圧を印加しても効率の良い帯電は起こり得な
い。

【００３０】以上より、トラップ準位を被帯電体の帯電
効率の向上に寄与させることを第１の課題とする。な
お、従来の報告でトラップ準位を扱っている技術は特開
平５−１７３３９１号公報、特開平６−１８６７６６号
公報、特開平６−２６６１３６号公報、特開平６−２７
３９５８号公報などに挙げられるが、これらは準位がも
たらす光メモリー効果を低減することを目的としたもの
である。つまり、トラップ準位が帯電効率を司ってお
り、それに必要な準位の数（密度）を扱ったのはない。

【００３１】次に、被帯電体は帯電した電荷を適当な時
間保持していなくてはならない。このためには、適当な
絶縁性が必要となってくる。しかし、先のトラップ準位
が多く存在していると、そのトラップ間を電子（ホー
ル）が移動し始め、絶縁性が低下する。この伝導機構は
一般的にホッピング伝導と考えられている。プールフレ
ンケル伝導も考えられるが、この場合は非常に小さく、
無視できる範囲である。ホッピング伝導は、半導体など
でも良く調べられており、その現象を多くの場面で利用
している。このような知見のもと、ホッピング伝導が起
こらないように、トラップ準位の数を制御することを第
２の課題とする。

【００３２】次に、被帯電体に負帯電を施すには、表面
近傍に電子をトラップさせる必要がある。また、逆に被
帯電体を正帯電させるには、表面にホールのトラップ準
位が必要である。このことを無視して、トラップ準位の
数（密度）を所定の範囲に規定しても、それだけでは十
分な帯電が施せるとは限らない。つまり、十分な帯電を
施す上で、印加電圧の極性にあわせて必要なトラップの
種類と数（密度）とを設定することを第３の課題とす
る。

【００３３】次に、注入帯電を起こす帯電器としてはＧ
ａや、含水ローラーなどの報告例がある。しかし、この
ような帯電器ではその帯電器の構成物質が被帯電体に付
着するなど問題があった。Ｇａや水銀は導電性がありか
つ液体であることから帯電器として利用されている。こ
の液体である特性を維持しないがら、付着するような不
具合を発生させない物質が求められる。そこで、このよ
うな条件を満足するような構造として、微少突起を高密
度に生成した表面形状体がある。表面に微少突起物があ
り、これが自由に折れ曲がることによって、液体のよう
に接触し、かつ、付着しない。このような構造体を備え
た帯電器表面は被帯電体との接触など、機械的衝撃を受
ける。また、被帯電体表面を滑るような構造も考えられ
ることから、摺動性も必要となる。さまざまな状態を考
えると、帯電器で用いる突起物に対する要求として、細さ（高アスペクト比）導電性耐摩擦性（機械的強度）可撓性化学的安定性コスト摺動性が挙げられる。このような要求を満たす突起物を見つ
け、同突起物からなる帯電器を用いた画像形成装置を提
供することを第４の課題とする。

【００３４】次に、従来のローラー型の帯電器では帯電
器側表面の任意の点は被帯電体のある決まった１点との
み接することになる。その点が接触領域であれば、接触
点の領域となるし、ギャップのある領域であれば、ギャ
ップ領域となる。ギャップ領域でも、そのギャップの大
きさによっては表面電位が異なる。つまり滑ることなく
帯電器と被帯電体が接触する場合は、ギャップの大きさ
で、電位むらが発生する。電位むらはそのまま画像むら
となることより、このような画像むらを排除できる帯電
器を用いた画像形成装置を提供することを第５の課題と
する。

【００３５】次に、ブレード型ではクリーナー装置がな
いため、トナーやその他微少なごみなどが帯電体と被帯
電体との間に入る可能性がある。このような状態では均
一のギャップ形成に支障をきたし、画像形成上大きな問
題となる。できるだけ、そのようような汚れに強いプロ
セス設計が必要である。また、ブレード表面にＣＮＴを
設置したとしても、その摩耗は避けられない。ブレード
の場合も被帯電体との接触によって、ＣＮＴを固定して
ある樹脂が削れ、ＣＮＴを絶えず露出することは可能で
ある。しかし、その制御は被帯電体と固定樹脂によって
のみ決定されることより、このような帯電体と被帯電体
との間の磨耗による経時変化を抑えて制御しやすい構成
の帯電器を用いた画像形成装置を提供することを第６の
課題とする。

【００３６】従来ではブレード型、もしくはローラー型
の帯電器が考えられている。このような形状の帯電器で
は、トナーなどの微少異物などがその帯電器と被帯電体
との間に入った時は、帯電器と被帯電体の間にギャップ
ができ帯電が困難になる。このため、ローラー型であれ
ば、常にクリーニングできるような装置を備えたり、被
帯電体にもクリーナーを設置するなどの対策が考えられ
る。しかし、ブレード型の帯電器ではそのような対策も
原理上困難である。また、研磨ローラーのようなクリー
ナーだけでは完全なトナーなどの異物除去は不可能であ
る。従来のクリーナーは大量の残トナーなどを低減する
というスタンスの機能でしかない。それに比べ、ここで
必要とされる異物除去のレベルははるかに高い。ブレー
ド型に関して言えば、トナーが１つでも残っている場
合、ブレード型帯電器と被帯電体との間に、トナーがあ
る分、ギャップが生成してしまう。必要なギャップ制御
は数ミクロンオーダーであるのに対し、トナーの粒径は
十ミクロン程度と、非常に大きい。そのため、このよう
な残トナーが存在する部分は十分な帯電ができなくな
る。また、ローラー型の帯電器に関してもほぼ同様なこ
とが言える。ブレード型に対して、被帯電体と同一周期
で回さないローラーであれは、若干の改善は期待できる
が、根本的な改善とはならない。トナーなどの異物が存
在していても十分な帯電が行える構成の帯電器を用いた
画像形成装置を提供することを第７の課題とする。

【００３７】次に、従来の電荷注入によって感光体を帯
電させる接触型の帯電器において、被帯電体である感光
体にピンホールが存在した場合においても、ピンホール
以外の領域では感光体に均一な帯電電圧を与えることが
可能な帯電器の構造を提供することを第８の課題とす
る。また上述の機能を有する接触型の帯電器の作製方法
を提供することを第９の課題とする。加えて、ピンホー
ルが存在する感光体を用いた場合も、良好な画像を出力
できる画像形成装置を提供することを第１０の課題とす
る。

【００３８】更に、画像形成装置の転写装置が画像担持
体上に形成されたトナー像を電荷付与材を用いることで
転写体に転写するシステムを用いている場合、オゾンや
NOxの発生、磨耗の発生が問題となっていた。そこで、
ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）を表面に突出させた電
荷付与材を用いることによって、オゾンやNOxの発生を
抑制し、環境への負荷を低減しつつ、転写チリや画像ボ
ケなどの画像劣化を低減することができる画像形成装置
を提供することを第１１の課題とする。また、カーボン
ナノチューブは、化学的機械的に安定で環境による変動
が少なく、摺動性が高いため、これを用いた電荷付与材
は転写材の磨耗が少なく、特に転写ベルトや中間転写ベ
ルトの磨耗を抑制することを第１２の課題とする。

【００３９】本発明は、以上のような各課題に基づき、
第１に、注入型帯電器において、帯電効率を向上させる
被帯電体を提供することを目的とする。第２に、帯電効
率を向上させる被帯電体を用いた画像形成装置を提供す
ることを目的とする。第３に、感光体にピンホールが存
在した場合においても、ピンホール以外の領域では感光
体に均一な帯電電圧を与えることが可能な帯電器を有し
た画像形成装置を提供することを目的とする。

【００４０】第４に、ピンホール以外の領域では感光体
に均一な帯電電圧を与えることが可能な帯電器を作成で
きる帯電器作製方法を提供することを目的とする。第５
に、電荷付与材を有した転写装置を用いる場合に、環境
への負荷を低減しつつ、転写チリや画像ボケなどの画像
劣化を低減できる画像形成装置を提供することを目的と
する。第６に、電荷付与材を有した転写装置を用いる場
合に、環境への負荷を低減しつつ、転写チリや画像ボケ
などの画像劣化を低減できる画像形成方法を提供するこ
とを目的とする。

【００４１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、帯電
器表面から電荷が直接もしくは間接的に被帯電体表面に
移動することで、帯電を行うシステムにおいて、その被
帯電体がもつ単位面積当たりのトラップ準位の数Ｎ（１
／ｃｍ^２）が以下の条件を満たすことを特徴としてい
る。Ｎ＞ＣＶ／ｑただし、Ｃ：被帯電体単位面積あたりの容量（１／ｃｍ
^２）、Ｖ：所望の電圧、ｑ：素電荷とする。ここで、Ｎ
は表面からトンネル電流が流れ込める範囲とすることが
好ましい。

【００４２】このように、従来の放電による帯電と比
べ、注入型の帯電においては、その電子（ホール）が保
持される準位が必要であることより、請求項１の発明で
は必要な帯電電位に対し、必要なトラップ準位の数を規
定し、それ以上あるような材質を作製した。トラップ準
位が必要な数以上あることによって、帯電の効率が向上
する。

【００４３】請求項２の発明は、請求項１記載の被帯電
体において、単位体積当たりのトラップ準位の数ｎ（ア
クセプター：ｎａ、ドナー：ｎｄ）が以下の条件を満た
すことを特徴としている。ｎ＜｛４πεｋＴ／ｑ^２＊ｌｏｇ（σ’／σ）｝
^３ただし、σ：所望の被帯電体暗中導電率（１／Ωｃ
ｍ）、σ’：トラップ準位がないときの導電率、ｋ：ボ
ルツマン定数、Ｔ：温度（Ｋ）、ε：誘電率、ｎ：ｎ
ａ、ｎｄの小さい方（個／ｃｍ^３）とする。ここでは、
プールフレンケル伝導による暗減衰が、所望の範囲に成
るように、これを支配するトラップ準位の数が規定され
ている。

【００４４】ここでのトラップ準位が多く存在しすぎる
と、トラップ準位間のホッピング伝導現象が起きる。こ
の伝導により抵抗値は下がり、帯電状態を維持できなく
なる。そこで、トラップ準位はホッピング伝導が問題に
ならない程度の量に規定することが必要となる。ホッピ
ング伝導は以下の式によって与えられる。

【００４５】σ＝σ’ｅｘｐ（−Ｅ１／ｋＴ）、Ｅ１＝
ｑ^２／（４πεＲ）、Ｒ＝１／ｎ^１ ^／３ただし、σ：ホッピング伝導によって支配される伝導率
（１／Ωｃｍ）、σ’：トラップ準位がないときの導電
率、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：温度（Ｋ）、ε：誘電
率、Ｒ：トラップ間の平均距離（ｃｍ）、ｎ：ｎａ、ｎ
ｄの小さい方（個／ｃｍ^３）このσが所望の被帯電体暗
中導電率であれば良い。この式を書きかえることで、ｎ＜｛４πεｋＴ／ｑ^２＊ｌｏｇ（σ’／σ）｝
^３という式になる。この式を満たすトラップ準位数であれ
ば、ホッピングによる抵抗低下は避けられる。

【００４６】請求項３の発明は、請求項１のトラップ準
位として、電子をトラップする準位をＮｄ、ホールをト
ラップする準位をＮａとしたとき、以下の条件を満たす
ことを特徴としている。Ｖ＞０のときＮａ＞ＣＶ／ｑＶ＜０のときＮｄ＞ＣＶ／ｑこれにより、正帯電及び、負帯電ともに十分な帯電を施
すことができる。

【００４７】請求項４の発明は、請求項１乃至３の被帯
電体を用いた画像形成装置において、帯電器としてＣＮ
Ｔ（カーボンナノチューブ）を用いることを特徴として
いる。カーボンナノチューブはその形状から非常に細い
ことが知られている。また、その構造から機械強度が高
いと同時にそのアスペクトの大きさから十分に撓ること
が知られている。また、鋭利に曲がっても、簡単には破
断しないことが知られている（Ｍ．Ｒ．Ｆａｌｏｖｏ
ＮＡＴＵＲＥ３８９（１９９７）ｐ５８２）。作成方
法を近年、非常に簡便に作ることができ、他の細線に比
べ、容易に入手できるようになった。また、カーボンナ
ノチューブはカーボン単体でできていることから、貴金
属でできているようなウイスカーのような細線に比べ、
環境にやさしい。構造上グラファイトを筒状にしている
ことから、表面にダングリングボンドが存在しない。こ
れによって化学的に安定であり、酸化物などを表面に形
成しない。このような特徴を持っていることから、電界
放出素子部材として多くの実施例が報告されており、安
定性にも長けている。また、固体潤滑材として用いられ
るグラファイトの性質を持ちあわせており、潤滑性にも
長けているので、帯電器として有効利用できる。

【００４８】請求項５の発明は、請求項４記載の画像形
成装置において、帯電器をブレード状にしたことを特徴
とする。ブレード型にすることで、帯電器表面が被帯電
体表面を滑ることになる。これによって、被帯電体表面
の任意の点は帯電器表面の複数領域と接触することにな
る。つまり、従来のローラーでは帯電器側の任意の接触
点は、その点と同等の大きさの領域としか接触しない。
それに対し、ブレード型の各接触点を滑らせることで、
任意の点が接触する領域は大きく広がる。これによっ
て、その表面ラフネスで接触領域、非接触領域を形成し
ても、表面を滑ることで、それぞれの領域が交互に入れ
替わる。つまり、均一帯電が可能となる。

【００４９】請求項６の発明は、請求項４記載の画像形
成装置において、帯電器をローラー状にしたことを特徴
とする。帯電器をローラ型にすることで被帯電体と接触
している部分とそれ以外の部分とが形成され、その両部
分が回転することで相互に入れ替わることになる。これ
により、被帯電体と接していない部分ではクリーニング
を行うことが可能である。このクリーンニング工程は簡
便なブレード型のクリーナーで良く、十分にその効果を
発揮することができる。またこれと同時にクリーナーに
よって帯電器表面を研磨することもできる。ローラー帯
電器の表面はＣＮＴが表面に突出しているが、この製造
工程は先に述べたように研磨工程によって行っている。
この工程を帯電プロセス内に組み込むことで、常に帯電
器表面を研磨し、新鮮な表面を作ることができ、絶えず
ＣＮＴを突出することができる。これによって、動作に
よるＣＮＴの劣化などを防ぐことができる。また、ロー
ラの厚みに余裕を持たせた設計をすることで、長寿命に
耐え得る。また、従来のローラ型のように被帯電体と同
一スピードで回転させるのでなく、回転スピードを違
え、相互の表面を滑らせることで、ブレード型と同様の
効果を得ることができる。これによって、通常のローラ
ー帯電器での不具合である、接触面積の不足を補うこと
ができる。帯電むらなどの不具合も問題なくなる。

【００５０】請求項７の発明は、請求項４記載の画像形
成装置において、帯電器をブラシ状にしたことを特徴と
する。帯電器の表面をブラシにすることで、トナーが混
入してギャップが大きく変動することを排除できる。し
かも、ブラシの製造方法などを転用できる。これは、単
なる凹凸を作成する方法に比べ、製造の歴史が長く、技
術的に熟達している。このような方法を転用すること
で、製造コストを低減できる。また、ブラシは帯電器な
どでの応用例もあり、その材質、形状などさまざまな条
件を実績の上で、選択することができる。

【００５１】請求項８の発明は、請求項４の帯電器を有
した画像形成装置において、前記被帯電体と対抗する面
に抵抗層を有し、かつ抵抗層上にＣＮＴ（カーボンナノ
チューブ）が保持されていることを特徴とする。感光体
と対抗する面に抵抗層を有し、かつ抵抗層上にカーボン
ナノチューブが保持される構造となっている。そのため
感光体にピンホールがあった場合、接触型帯電器はカー
ボンナノチューブでピンホールと接触する。その結果カ
ーボンナノチューブに過電流が流れ、カーボンナノチュ
ーブの先端が発熱し、空気中の酸素によって酸化されて
消耗し、感光体のピンホールからカーボンナノチューブ
が瞬時に離れてしまう。また過電流の大きさも、抵抗層
が保護抵抗となって抑制される。その結果直流電源の電
圧が低下しない。よってピンホールがあった場合も、感
光体を均一に帯電できる。

【００５２】請求項９の発明は、請求項４の帯電器を有
した画像形成装置において、前記抵抗層の抵抗値が１０
^４〜１０^８Ωであることを特徴とする。この場合も請求
項８の発明と同様の作用効果が得られる。

【００５３】請求項１０の発明は、請求項８または９に
記載の帯電器を有した画像形成装置において、前記抵抗
層が導電性粒子を分散させた高分子樹脂からなることを
特徴とする。高分子樹脂からなる抵抗層に導電性粒子を
分散させているので、導電性粒子の分散量と抵抗層の膜
厚によって抵抗値の制御が容易に行える。

【００５４】請求項１１の方法発明は、請求項８、９ま
たは１０に記載の帯電器の作製方法において、前記抵抗
層上にカーボンナノチューブを含有した高分子樹脂から
なる保持層を形成する工程と、前記保持層を研磨してカ
ーボンナノチューブの先端を保持層から突出させる工程
を含むことを特徴とする。接触型帯電器の作製方法が保
持層を形成する工程とカーボンナノチューブの先端を保
持層から突出させる工程からなるで、静電吸着や電気泳
動法等のカーボンナノチューブを配向させるプロセスが
不要になり、接触型帯電器の製造コストを抑えることが
できる。またカーボンナノチューブが保護層の高分子樹
脂に埋め込まれた構造になっているため、カーボンナノ
チューブが保持層に強く保持される。その結果接触型帯
電器が被帯電体を摺動している間に抵抗層からカーボン
ナノチューブが剥離しにくく、帯電器の長期安定性が向
上する。

【００５５】請求項１２の発明は、請求項８または９に
記載の帯電器作製方法において、前記抵抗層上に少なく
てもＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉの１つを含む金属、合金、または
化合物からなる触媒層を形成する工程と、前記の触媒層
上に少なくてもアセチレン、エチレン、メタン等の炭化
水素ガスの１つを用いた化学的気相成長法によってカー
ボンナノチューブを形成する工程を含むことを特徴とす
る。抵抗層上に少なくてもＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉの１つを含
む金属、合金、または化合物からなる触媒層を形成する
工程と、前記触媒層上に少なくてもアセチレン、エチレ
ン、メタン等の炭化水素ガスの１つを用いた化学的気相
成長法によってカーボンナノチューブを形成する工程か
らなる。そのため抵抗層から直接カーボンナノチューブ
を成長させることができ、カーボンナノチューブの分離
精製プロセスが不要になる。その結果接触型帯電器の製
造コストを抑えることができる。また比較的長いカーボ
ンチューブが得られるので、導電性の接点が増加し、電
荷の注入速度が向上する。

【００５６】請求項１３の発明は、請求項４の帯電器を
有した画像形成装置において、前記被帯電体と対抗する
面に抵抗層を有し、かつ抵抗層中に保持されたカーボン
ナノチューブの先端が抵抗層から突出していることを特
徴とする。被帯電体にピンホールがあった場合、接触型
帯電器はカーボンナノチューブでピンホールと接触す
る。その結果カーボンナノチューブに過電流が流れ、カ
ーボンナノチューブの先端が発熱し、空気中の酸素によ
って酸化されて消耗し、被帯電体のピンホールからカー
ボンナノチューブが瞬時に離れてしまう。また過電流の
大きさも、抵抗層が保護抵抗となって抑制される。その
結果直流電源の電圧が低下しない。よってピンホールが
あった場合も、被帯電体を均一に帯電できる。更にカー
ボンナノチューブが抵抗層に埋め込まれた構造になって
いるため、カーボンナノチューブが抵抗層に強く保持さ
れる。その結果接触型帯電器が被帯電体を摺動している
間に抵抗層からカーボンナノチューブが剥離しにくく、
帯電器の長期安定性が向上する。

【００５７】請求項１４の発明は、請求項１３に記載の
帯電器を有した画像形成装置において、前記抵抗層の抵
抗値が１０^４〜１０^８Ωであることを特徴とする。この
場合も請求項１３の発明と同様の作用効果が得られる。

【００５８】請求項１５の発明は、請求項１３または１
４に記載の帯電器を有した画像形成装置において、前記
抵抗層が導電性粒子を分散させた高分子樹脂からなるこ
とを特徴とする。高分子樹脂からなる抵抗層に導電性粒
子を分散させているので、抵抗層の表面から突出するカ
ーボンナノチューブの数と抵抗層の抵抗値を独立に制御
でき、抵抗層の抵抗値を最適化しやすい。

【００５９】請求項１６の発明は、請求項１３、１４ま
たは１５に記載の帯電器作製方法において、前記カーボ
ンナノチューブを含有した抵抗層を被帯電体と対抗する
面に形成する工程と、前記抵抗層を研磨してカーボンナ
ノチューブの先端を抵抗層から突出させる工程を含むこ
とを特徴とする帯電器作製方法。カーボンナノチューブ
を含有した抵抗層を感光体と対抗する面に形成する工程
と、前記抵抗層を研磨してカーボンナノチューブの先端
を抵抗層から突出させる工程からなる。そのためカーボ
ンナノチューブの配向プロセスや固定化プロセスが不要
になり、接触型帯電器の低コスト化が期待される。

【００６０】請求項１７の発明は、請求項１１、１２ま
たは１６の前記帯電器を搭載した画像形成装置。請求項
１１、１２または１６の帯電器を搭載しているため、被
帯電体にピンホールがある場合においても被帯電体に帯
電ムラは発生せず、良好な画像が得られる。また電荷注
入によって被帯電体を帯電させる場合は、オゾンやＮＯ
ｘが発生しない。更にコロナ放電で被帯電体を帯電させ
る場合も、従来の接触型の帯電器より低電圧で帯電が可
能であり、オゾンやＮＯｘも減らすことができる。

【００６１】請求項１８の発明は、被帯電体からなる画
像担持体上に形成されたトナー像を、所定の転写ニップ
領域にて近接または接触するように配置された記録材に
転写して画像を形成する画像形成装置において、ＣＮＴ
（カーボンナノチューブ）が表面に突出した電荷付与材
を転写装置に用いることを特徴とする。ＣＮＴ（カーボ
ンナノチューブ）が表面に突出した電荷付与材を用いる
ことによって、より低電圧で転写が可能で、オゾンやＮ
Ｏｘが低減し、“転写チリ”などによる画像の劣化も低
減できる。また、ＣＮＴの摩擦係数が小さいことから、
対向する像担持体や転写部材の磨耗を抑制できる。

【００６２】請求項１９の方法発明は、被帯電体からな
る画像担持体上に形成されたトナー像を、所定の転写ニ
ップ領域にて近接または接触するように配置された記録
材に転写して画像を形成する画像形成方法において、Ｃ
ＮＴ（カーボンナノチューブ）が表面に突出した電荷付
与材を転写装置に用いることを特徴としている。ＣＮＴ
（カーボンナノチューブ）が表面に突出した電荷付与材
を用いる画像形成方法によれば、より低電圧で転写が可
能で、オゾンやＮＯｘが低減し、転写チリなどによる画
像の劣化も低減できる。また、ＣＮＴの摩擦係数が小さ
いことから、対向する像担持体や転写部材の磨耗を抑制
できる。

【００６３】請求項２０の発明は、請求項１９の被帯電
体が請求項１、２又は３の被帯電体であることを特徴と
する。このように、帯電の効率を向上させる被帯電体を
用い、しかも、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）が表面
に突出した電荷付与材を用いることによって、より低電
圧で転写が可能で、オゾンやＮＯｘが低減し、転写チリ
などによる画像の劣化も低減できる。また、ＣＮＴの摩
擦係数が小さいことから、対向する被帯電体を成す像担
持体や転写部材の磨耗を抑制できる。

【００６４】請求項２１の発明は、請求項１８の画像形
成装置において、上記転写装置は記録体を搬送すること
を兼ねるベルトであることを特徴とする。ＣＮＴ（カー
ボンナノチューブ）が表面に突出した電荷付与材を用い
ることによって、オゾンやＮＯｘが低減し、転写ベルト
の表面抵抗が経時変化によって低減せず、転写チリなど
による画像の劣化も低減できる。また、ＣＮＴの摩擦係
数が小さいことから、ベルトの磨耗を抑制でき、ベルト
の長寿命化がおこなえ、製品のメンテナンスフリー、コ
スト低減につながる。

【００６５】請求項２２の発明は、請求項１８の画像形
成装置において、上記転写材もしくは像担持体は、中間
転写体であることを特徴とする。カーボンナノチューブ
（以下ＣＮＴ）が表面に突出した電荷付与材を用いるこ
とによって、オゾンやＮＯｘが低減し、中間転写ベルト
の表面抵抗が経時変化によって低減せず、画像ボケや転
写チリなどによる画像の劣化も低減できる。また、ＣＮ
Ｔの摩擦係数が小さいことから、ベルトの磨耗を抑制で
き、ベルトの長寿命化がおこなえ、製品のメンテナンス
フリー、コスト低減につながる。

【００６６】請求項２３の発明は、請求項１８の画像形
成装置において、上記電荷付与材はブレード形状である
ことを特徴とする。カーボンナノチューブ（以下CNT）
が表面に突出したブレード状の電荷付与材を用いること
によって、低電圧で転写が可能で、オゾンやNOxが低減
し、転写チリなどによる画像の劣化も低減できる。更に
特定領域にのみ電荷を供給でき、ニップ入口に電荷を与
えることがないため、プレ転写を抑制でき、転写チリに
よる画像の劣化を低減できる。

【００６７】請求項２４の発明は、請求項１８の画像形
成装置において、上記電荷付与材はローラー形状である
ことを特徴とする。カーボンナノチューブ（以下ＣＮ
Ｔ）が表面に突出したローラー状の電荷付与材を用いる
ことによって、低電圧で転写が可能で、オゾンやＮＯｘ
が低減し、搬送ベルトなどの付加的な搬送手段を必要と
せず、転写チリによる画像の劣化を低減できる。

【００６８】請求項２５の発明は、請求項１８の画像形
成装置において、上記電荷付与材はブラシ形状であるこ
とを特徴とする。カーボンナノチューブ（以下ＣＮＴ）
が表面に突出したローラー状の電荷付与材を用いること
によって、低電圧で転写が可能で、オゾンやＮＯｘが低
減し、転写チリによる画像の劣化を低減できる。また、
対向するものの磨耗を低減できる。

【００６９】

【発明の実施の形態】図１に本発明の適用された電子写
真プロセスを用いた画像形成装置の画像形成部の概略図
を示す。画像形成装置１は複写機であり、その画像形成
部２はドラム状基体の外周面を被帯電体（感光体）３で
覆ってなる像担持体としての感光体ドラム４と、被帯電
体３を帯電させ初期化するための帯電器５と、静電潜像
を形成するための露光装置６と、静電潜像を顕像化させ
る現像装置７と、その静電潜像を記録材ｐに転写する転
写装置８と、記録材ｐの除電を行い感光体ドラム４より
記録材の分離を促す除電装置９と、被帯電体３上に残っ
たトナーをＬＥＤアレイを用いての光照射により除去す
るクリーニング装置１１と、分離された記録材ｐが搬送
されてくると記録材ｐにトナー像を定着する定着装置１
２、等から構成される。なお、転写装置８は記録材ｐを
搬送する転写ベルト１３と、転写ベルトに転写電荷を供
給する電荷付与材１４及び電源１５から構成されてい
る。

【００７０】感光体ドラム４は、金属ローラ１６と、そ
の表面を一様に覆った例えばＯＰＣのような有機光導
体、あるいは、Ｓｅやａ−Ｓｉのような無機光導電体で
なる被帯電体（感光体）３とを備え、金属ローラ部１６
は接地されている。帯電器５は、高圧電源によりマイナ
スの高電圧を感光体ドラム４に印加するものでよく、帯
電ローラーあるいは帯電ブラシ等が採用される。帯電器
５による印加により感光体ドラム４の周表面の被帯電体
（感光体）３はマイナス高電位に一様に帯電する。露光
装置である書込みヘッド６はレーザーヘッド又はＬＥＤ
ヘッドから成り、感光体ドラム４のマイナス高電位に帯
電した周表面を画像情報に応じて選択的に露光する。こ
の露光によりマイナス高電位部の内の露光部が低電位部
に減衰して静電潜像が形成される。

【００７１】現像装置７は内部に非磁性のトナーを収容
した現像器７０１を備え、その現像器は下部開口に現像
ローラ７０２を支持する。現像ローラ７０２は電源７０
３からのマイナスの現像バイアスを印加され、トナーは
摩擦による弱いマイナス電位に帯電し、一定の層厚で現
像ローラ７０２の表面に付着する。このトナーを現像ロ
ーラ７０２が回転しながら感光体ドラム４との対向部に
搬送する。現像ローラ７０２と感光体ドラム４上の被帯
電体（感光体）３との対向部では、静電潜像の低電位部
と現像ローラ７０２との間に電位差が形成され、静電潜
像の低電位部は現像ローラ７０２に対して相対的にプラ
ス極性の電位を形成する。この電位差による電界によ
り、マイナス極性に帯電している非磁性トナーが被帯電
体（感光体）３のプラス極性の静電潜像低電位部に転移
してトナー像を形成する。この現像されたトナー像は感
光体ドラム４の回転によって感光体ドラム４と転写装置
８との対向部に搬送される。

【００７２】感光体ドラム４と転写装置８との対向部に
は、転写ベルト１３が張設されている。転写ベルト１３
は水平方向に偏平なループ状に配置され、駆動ローラ１
７と従動ローラ１８に保持されて、図１の矢印ｒで示す
反時計回り方向に循環移動する。搬送ベルト１７は従動
ローラ１９とこれに転写ベルト１３を介して圧接する補
助ローラ２１とで、図外の給紙部から給送されてくる記
録材ｐを挟持して、その記録材を感光体ドラム４に接触
させるべく搬送する。転写装置８の電荷付与材１４は転
写ベルト１３の上循環部内側に当接し、感光体ドラム４
と対向する位置に、転写ベルト１３を挟み込むように配
置されている。電荷付与材１４は、転写ベルト１３に正
極性の電荷を印加し、この電荷は転写ベルト１３の誘電
効果によって記録材に印加される。この電荷による電界
により、感光体ドラムに接触中の記録材ｐに感光体ドラ
ム上の負極性のトナー像が転写される。

【００７３】トナー像を転写された記録材ｐは、転写ベ
ルト１３により図の左方に搬送されて定着装置１２にお
いてトナー像を熱定着され、図示しないトレイに排出さ
れる。以下、図１の画像形成装置１の主要部材である感
光体ドラム４上の被帯電体３と、感光体ドラム４と対設
される帯電器５及び転写装置８の各実施例を、以下、
［１］、［２］、［３］の順に説明する。

【００７４】［１］被帯電体3について説明する。被帯
電体３のトラップ準位の数はその被帯電体材料によっ
て、または、その形成方法によっても大きく異なる。こ
の良い例に、半導体材料のＳｉ、ＧａＡｓなどがある。
ＧａＡｓでは例えば液体成長の引き上げ法で作られる場
合は、バンドギャップ中央にＥＬ２と呼ばれている深い
準位が大量に入っていることが知られている。これは気
相成長ではあまり入らないことが知られている。このＥ
Ｌ２は半絶縁体のＧａＡｓを形成する時に有効に利用さ
れている。図1に示した第1実施例では被帯電体３を無機
感光体として構成し、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコ
ン）を採用した。

【００７５】ａ−Ｓｉは半導体であり、光導電性を示す
ことから、電子写真での感光体としても盛んに研究さ
れ、実機に搭載された実績もある。また、本発明のよう
にトラップ準位を取り扱う場合において、その制御が比
較的に簡便になされ、かつその評価方法など、多くの知
見があり、取り扱いやすい。通常、ａ−Ｓｉはスパッタ
法で成膜される。この時のターゲットはＳｉを用い、ガ
スにはＡｒが用いられる。Ａｒのみでのスパッタで形成
されるａ−Ｓｉはトラップ準位（ダングリンングボン
ド）を多く含んでいる。スパッタを行うときに、Ａｒに
Ｈ_２を混ぜることによって、ａ−Ｓｉ内部にＨが混入す
る。このＨはａ−Ｓｉ内部でパッシベーションを起こ
し、トラップ準位の数を低減する役割を果たす。つま
り、成膜スパッタ時にＨ_２の混入量によって、トラップ
準位の数を制御できる。通常、Ｈを含まない場合は非常
に多くのトラップ準位を持ち、そのの数は１０^２０／ｃ
ｍ^３程度である、それに対し、Ｈによるパッシベーショ
ンを行うことで、その準位は１＊１０^１５／ｃｍ^３まで
低減できることが知られている。また、表面準位に関し
ても、Ｓｉ半導体技術により、表面準位をパッシベーシ
ョンする方法が開発されている。その方法を用いること
で表面準位も低減できる。

【００７６】ａ−Ｓｉ：Ｈではそのバンドギャップが狭
すぎで、高抵抗化及び波長感度が合わないという問題も
ある。そこで、先ほどのＨ_２のように、ＣＯ_２、Ｏ_２、
Ｎ_２、ＮＯ_２などを混ぜる方法がある。これによってａ
−Ｓｉ内部にＯやＣが入り、ａ−Ｓｉ：Ｏ：Ｈやａ−Ｓ
ｉ：Ｃ：Ｈになる。この時にＣ，Ｏが入ることによっ
て、バンドギャップが大きくなる。この制御もその混入
量によって行うことができる。バンドギャップが広がる
ことで、トラップ準位のエネルギー深さが増大し、プー
ルフレンケル伝導などが低減できる。プールフレンケル
伝導は電子写真プロセスなどの高い電圧を扱う際には重
要な役割を果たしており、これによる低抵抗化は避けな
ければ成らない。このため、Ｃ，Ｏを入れるなどして、
高抵抗化を図る。

【００７７】バンドギャップは光学測定で行うことがで
き、トラップ準位は以下の方法で定量化した。

【００７８】ここで、「トラップ準位の数評価法」につ
いて説明する。上述したトラップ準位は、表面準位を多
く含んでいる。このため従来のＤＬＴＳ（ＤｅｅｐＬ
ｅｖｅｌＴｒａｎｓｉｅｎｔＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏ
ｐｙ）などの金属を蒸着して測定する方法は採用できな
い。そこで、本実施形態では、創意工夫し、表面準位を
含んだ形のトラップ準位を定量できる方法を試みた。表
面準位を定量する方法として、ＳＴＭ（走査トンネル顕
微鏡）などに用いられているトンネル電流を利用した。
トンネル電流は評価材料の表面に準位がないと流れな
い。また、流れた先で電荷が溜まっていき、帯電してし
まうとそれを越えて電流を流すことはできなくなる。つ
まり、準位が埋まってしまうと電流が流れない。このこ
とから表面にある準位を定量化することができる。この
評価はＳＴＭを用いたため、大きな面積を定量化するこ
とはできないが、ある小さな領域から平均化した。印加
電圧は実施例及び比較例での印加電圧に準じ、その電圧
でのトラップ準位とした。

【００７９】ここで、「請求項１のトラップ準位規制式
（１）の計算」について説明する。帯電に必要な単位面
積当たりの電荷数（Ｎ＝Ｑ／ｑ）（トラップ準位の数）
を、４．３＊１０^１１／ｃｍ^２程度と設定する。ただ
し、Ｃ，Ｖを以下の条件である、とした時、Ｑ＝ＣＶ＝７／１０^８Ｃ・・・（１）Ｃ＝１４０ｐＦ／ｃｍ^２、Ｖ＝５００Ｖ、ｑ＝１．
６／１０^１９Ｃ被帯電体厚み：５０μ、誘電率：８＊８．８／１０^１２
（F／ｍ）とする。これによって、請求項１の条件内、即ち、帯電
効率を良好に保持できるか否かを判断できる。

【００８０】次に、「請求項２のトラップ準位規制式
（２）の計算」について説明する。トラップ準位の数Ｎ
が多く存在しすぎると、トラップ準位間のホッピング伝
導現象が起きる。この伝導により抵抗値は下がり、帯電
状態を維持できなくなる。

【００８１】そこで、トラップ準位はホッピング伝導が
問題にならない程度の量に規定することが必要となる。
ホッピング伝導は以下の式によって与えられる。 σ＝σ’ｅｘｐ（−Ｅ１／ｋＴ）Ｅ１＝ｑ^２／（４πεＲ）、Ｒ＝１／ｎ^１／３ただし、σ：ホッピング伝導によって支配される伝導率
（１／Ωｃｍ）、σ’：トラップ準位がないときの導電
率、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：温度（Ｋ）、ε：誘電
率、Ｒ：トラップ間の平均距離（ｃｍ）、ｎ：ｎａ、ｎ
ｄの小さい方（個／ｃｍ^３）このσが所望の被帯電体暗
中導電率であれば良い。この式を書きかえることで、ｎ＜｛４πεｋＴ／ｑ^２＊ｌｏｇ（σ’／σ）｝^３・・・（２）という式になる。ここで単位体積当たりのトラップ準位
の数ｎ（アクセプター：ｎａ、ドナー：ｎｄ）（密度）
がこの条件を満たすものであれば、ホッピングによる抵
抗値の低下は避けられる。ここでは、プールフレンケル
伝導による暗減衰が、所望の範囲に成るように、これを
支配する単位体積当たりのトラップ準位の数ｎが規定さ
れている。

【００８２】次に、「被帯電体の実施例１」として帯電
効率を良好に保持できる特性を持つａ−Ｓｉの被帯電体
を作製した。基板はＡｌ素缶を用いた。ここでのトラッ
プ準位の数Ｎは１０^１３（１／ｃｍ^２）、体積抵抗は１
０^１３Ωｃｍで抵抗値低下が抑えられた。

【００８３】帯電器5にはＧａをボートに入れて用い
た。Ｇａは導電性が高い金属であり、また、常温で液体
であることから、被帯電体3との密着性が高い。このよ
うな理由から帯電電極として頻繁に使われている。ボー
トは樹脂で形作り、その内部にＡｌ膜を形成し導電性を
持たせてある。ＡｌとＧａはオーミックがとれており、
Ｇａには電圧がかかっている。この帯電器5と被帯電体3
とを図１に示すように配置し、電圧を印加する。これに
よって被帯電体表面の帯電電位を表面電位計で評価す
る。＜評価方法＞温湿度：２０℃ ５０％回転速度：２００ｍｍ／ｓｅｃ印加電圧：−５００Ｖとして、表面電位を測り、その平均値を記録する。＜結果＞−５００Ｖ（Ｖ＜０）印加に対し、−４８０Ｖ
の表面電位が示され（表1参照）、十分必要な電位を得
ることができた。次に、このような「被帯電体の実施例
１」に対しての比較例を記載する。

【００８４】比較例１「被帯電体の実施例１」と同様の方法でａ−Ｓｉの被帯
電体を形成した。この場合、帯電器及び評価方法等はす
べて実施例１と同じにした。ここでは、トラップ準位の数１０^１３／ｃｍ^２膜厚１０ミクロン抵抗値１０^１３Ωｃｍであった。

【００８５】比較例２「被帯電体の実施例１」と同様の方法でａ−Ｓｉの被帯
電体を形成した。この場合、帯電器及び評価方法等はす
べて実施例１と同じにした。ここでは、トラップ準位の数１０^１３／ｃｍ^２膜厚２０ミクロン抵抗値１０^１３Ωｃｍであった。

【００８６】比較例３「被帯電体の実施例１」と同様の方法でａ−Ｓｉの被帯
電体を形成した。この場合、帯電器及び評価方法等はす
べて実施例１と同じにした。ここでは、トラップ準位の数１０^１３／ｃｍ^２膜厚３０ミクロン抵抗値１０^１３Ωｃｍであった。

【００８７】比較例４「被帯電体の実施例１」と同様の方法でａ−Ｓｉの被帯
電体を形成した。この場合、帯電器及び評価方法等はす
べて実施例１と同じにした。ここでは、トラップ準位の数１０^１３／ｃｍ^２膜厚０．１ミクロン抵抗値１０^１３Ωｃｍであり、この場合、膜厚が０．１ミクロンとなること
で、帯電に必要なトラップ順位の数Ｎは８．３＊１０
^１３／ｃｍ^２となっており、請求項１を満たさなかっ
た。

【００８８】比較例５「被帯電体の実施例１」と同様の方法でａ−Ｓｉの被帯
電体を形成した。この場合、帯電器及び評価方法等はす
べて実施例１と同じにした。ここでは、トラップ準位の数１０^１３／ｃｍ^２膜厚０．０１ミクロン抵抗値１０^１３Ωｃｍであり、この場合、膜厚が０．０１ミクロンとなること
で、帯電に必要なトラップ順位の数Ｎは８．３＊１０
^１３／ｃｍ^２となっており、請求項１を満たさなかっ
た。

【００８９】比較例６「被帯電体の実施例１」と同様の方法でａ−Ｓｉの被帯
電体を形成した。この場合、帯電器及び評価方法等はす
べて実施例１と同じにした。ここでは、トラップ準位の数１０^１０／ｃｍ^２膜厚５０ミクロン抵抗値１０^１５Ωｃｍであり、帯電に必要なトラップ順位の数Ｎは４．３＊１
０^１３／ｃｍ^２となっており、請求項１を満たさなかっ
た。

【００９０】比較例７「被帯電体の実施例１」と同様の方法でａ−Ｓｉの被帯
電体を形成した。この場合、帯電器及び評価方法等はす
べて実施例１と同じにした。ここでは、トラップ準位の数１０^１１／ｃｍ^２膜厚５０ミクロン抵抗値１０^１４Ωｃｍであり、帯電に必要なトラップ順位の数Ｎは４．３＊１
０^１３／ｃｍ^２となっており、請求項１を満たさなかっ
た。

【００９１】比較例８「被帯電体の実施例１」と同様の方法でａ−Ｓｉの被帯
電体を形成した。この場合、帯電器及び評価方法等はす
べて実施例１と同じにした。ここでは、トラップ準位の数１０^１４／ｃｍ^２膜厚５０ミクロン抵抗値１０^１１Ωｃｍであった。

【００９２】比較例９「被帯電体の実施例１」と同様の方法でａ−Ｓｉの被帯
電体を形成した。この場合、帯電器及び評価方法等はす
べて実施例１と同じにした。ここでは、トラップ準位の数１０^１５／ｃｍ^２膜厚５０ミクロン抵抗値１０^１０Ωｃｍであり、トラップ準位の数が多くなりホッピング伝導が
増大し、抵抗値が比較的下がる。しかし、これは、請求
項２の規定を逸脱していない。

【００９３】比較例１０「被帯電体の実施例１」と同様の方法でａ−Ｓｉの被帯
電体を形成した。この場合、帯電器及び評価方法等はす
べて実施例１と同じにした。ここでは、トラップ準位の数１０^１７／ｃｍ^２膜厚５０ミクロン抵抗値１０^９Ωｃｍであり、ここでは単位体積当たりのトラップ準位の数が
多くなり（表1には体積面積当たりの値を示すが単位体
積当たりの値も同様に増加）、ホッピング伝導が増大
し、抵抗値が下がっている。これは、請求項２の規定
（請求項２のトラップ準位規制式）を逸脱している。

【００９４】比較例１１「被帯電体の実施例１」と同様の方法でａ−Ｓｉの被帯
電体を形成した。この場合、帯電器及び評価方法等はす
べて実施例１と同じにした。ここでは、トラップ準位の数１０^１８／ｃｍ^３膜厚５０ミクロン抵抗値１０^８Ωｃｍであり、ここでは単位体積当たりのトラップ準位の数が
多くなり（表1には体積面積当たりの値を示すが単位体
積当たりの値も同様に増加）、ホッピング伝導が増大
し、抵抗値下がっている。これは、請求項２の規定（請
求項２のトラップ準位規制式）を逸脱している。

【００９５】比較例１２「被帯電体の実施例１」と同様の方法でａ−Ｓｉの被帯
電体を形成した。この場合、帯電器及び評価方法等はす
べて実施例１と同じにした。ここでは、トラップ準位の数１０^１３／ｃｍ^２膜厚５０ミクロン抵抗値１０^１３Ωｃｍである。ただし、本比較例では印加電圧を＋５００Ｖ
（Ｖ＞０）として行った。トラップ準位測定でも＋５０
０Ｖとした。

【００９６】比較例１３「被帯電体の実施例１」と同様の方法でａ−Ｓｉの被帯
電体を形成した。この場合、帯電器及び評価方法等はす
べて実施例１と同じにした。ここでは、トラップ準位の数１０^１１／ｃｍ^２膜厚５０ミクロン抵抗値１０^１３Ωｃｍである。ただし、本比較例では印加電圧を＋５００Ｖ
（Ｖ＞０）として行った。トラップ準位測定でも＋５０
０Ｖとした。請求項１を満たさなかった。

【００９７】比較例１４「被帯電体の実施例１」と同様の方法でａ−Ｓｉの被帯
電体を形成した。この場合、帯電器及び評価方法等はす
べて実施例１と同じにした。ここでは、トラップ準位の数１０^１０／ｃｍ^２膜厚５０ミクロン抵抗値１０^１３Ωｃｍである。ただし、本比較例では印加電圧を＋５００Ｖ
（Ｖ＞０）として行った。トラップ準位測定でも＋５０
０Ｖとした。請求項１を満たさなかった。

【００９８】

【表１】

【００９９】被帯電体3の実施例１ではトラップ準位の
数の制御という観点から無機材料を選択し比較例等の実
験を行った。「被帯電体の実施例２」では有機感光体へ
の展開を考えて、高分子材料への適用を考えた。高分子
材料と無機材料とは、帯電現象に対して大きな現象論的
な相違はない。ただし、高分子材料の方がトラップ準
位、特に表面準位が多い可能性がある。そこで、表面準
位を考慮して以下のような比較実験を行い。請求項１の
結果が高分子にも当てはまることを証明した。実験の方
法としては被帯電体3の厚さを制御することで、被帯電
体3の容量成分をコントロールする。これによって、請
求項１の規定が必要であることを示す。

【０１００】「被帯電体の実施例２」ではPC（ポリカー
ボネイト）を利用した。PCフィルムは金属表面に溶媒に
溶かしたPCを塗布し、乾燥硬化させることで成膜した。
膜厚は成膜方法で制御した。トラップ準位の数ｎは同じ
材料であれば、ほぼ同じであるとして実験を行った。本
実施例を行う際にPCのトラップ準位の数を測定した。ち
なみに先の評価方法で求めたPCにおけるトラップ準位の
数は約１．７＊１０^１４個／ｃｍ^２程度である。

【０１０１】ここで、請求項１のトラップ準位の数式
（１）について説明する。帯電に必要な単位面積当たり
の電荷数（Ｎ＝Ｑ／ｑ）を８＊１０^１１／ｃｍ ^２程
度と設定する。ただし、Ｃ，Ｖを以下の条件とした時、Ｑ＝ＣＶ＝１．３／１０^７Ｃ：Ｃ＝２６０ｐＦ／ｃｍ
^２、Ｖ＝５００Ｖ、ｑ＝１．６／１０^１９Ｃ被帯電体厚み：１０μｍ、誘電率ε：３＊８．８／１０
^１２（F／ｍ）、面積Ｓ：１／１０^４ｍ^２とする。これ
によって、請求項１の条件内にあるか否かを判断でき
る。

【０１０２】評価システムは「被帯電体（無機）の実施
例１」で示した通りなので、ここでは割愛する。比較例２−１「被帯電体（有機）の実施例２」の膜厚を代える。これ
によって C=εS／ｄよりCが変化する。ｄを１ミクロンとした。本比較例で
は印加電圧を＋５００Ｖ（Ｖ＞０）として行った。必要
なトラップ準位の数は８＊１０^１２／ｃｍ^２であった。比較例２−２「被帯電体の実施例２」における被帯電体（有機）の膜
厚を0.1ミクロンとする。本比較例では印加電圧を＋５
００Ｖ（Ｖ＞０）として行った。必要なトラップ準位の
数は８＊１０^１３／ｃｍ^２であった。比較例２−３「被帯電体の実施例２」における被帯電体（有機）の膜
厚を10nmとした。本比較例では印加電圧を＋５００Ｖ
（Ｖ＞０）として行った。必要なトラップ準位の数は８
＊１０^１４／ｃｍ^２であり、トラップ準位の数が多くな
りホッピング伝導が増大し、抵抗値が下がる。これは請
求項２を満足していない。

【０１０３】

【表２】

【０１０４】次に、「被帯電体（有機）の実施例２」に
おける被帯電体3の断面構成について説明する。この有
機感光体は図５に示すように表面から表面保護層Ａ１、
電荷発生層Ａ２、電荷輸送層Ａ３、下引き層Ａ４及び基
体Ａ５からなる。以下に順に説明する。

【０１０５】表面保護層Ａ１表面保護層Ａ１は透明で機械強度の高いものを利用す
る。材料としては、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。本実施例では電荷発生層や電
荷輸送層で、バインダーとして用いられているポリカー
ボネイトを利用した。ポリカーボネイトは実施例２で示
したPETと類似した骨格を持っており、帯電特性的に類
似している。これは先の説明で言うトラップ準位の分布
状態が類似していることによっている。更に後述のトラ
ップ準位の評価により、請求項１及び２，３を満足する
結果を得ている。また、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、これを感光体の感光層上に塗
布形成した表面層を用いることで、膜強度が飛躍的に向
上した。

【０１０６】電荷発生層Ａ２電荷発生層Ａ２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。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形成
した。

【０１０７】電荷輸送層Ａ３本実施例の電荷輸送層Ａ３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。膜厚は２
０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。

【０１０８】下引き層Ａ４下引き層Ａ４は感光体の帯電性を改善し、また、基体に
対する感光層の接着性や塗布性を向上することを目的と
している。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。また、カゼイン、ゼラチ
ン、ポリビニルアルコール及びエチルセルロースなども
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。

【０１０９】基体Ａ５基体Ａ５は導電性があり、機械強度高く、低製造コス
ト、膜の密着性が良いなど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、ＳＵ
Ｓ、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。

【０１１０】［２］帯電器５、について［２−Ａ］乃至
［２−Ｈ］の各実施例を順に説明する。［２−Ａ］帯電器の実施例１「帯電器の実施例１」としてのローラ帯電器５ａは、図
２、図３に示すように、ローラ型であり、画像形成装置
としての複写機１ａの被帯電体に電圧を印加する機能を
有し、導電性の円筒基体２０とその外周を覆う弾性体か
らなる導電性弾性体２１と表面のＣＮＴ（カーボンナノ
チューブ）含有の中抵抗層２２からなる積層構成を採
る。ローラ帯電器５ａの基体を説明する。

【０１１１】円筒基体２０である導電性基体はＡｌ、Ｓ
ＵＳ、Ｆｅなどの金属導体や、もしくはアクリル樹脂、
プラスチック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１／１０^２Ωｃｍ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。今回は製造工程の製造コスト等からアルミを採用し
た。アルミを２０ｍｍΦで厚み２ｍｍの円筒状に加工し
た後、表面を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をつける。この上に図３
に見られるように厚みが５ｍｍの導電性弾性体２１をつ
ける。

【０１１２】基体樹脂を説明する。導電性弾性体２１
は弾性を有する母材に導電性の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。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。分散
した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。図３の導電性弾性体２１は導電性粒子としてカー
ボンブラックを採用した。

【０１１３】この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、
冷却することで所望の形状の固体を得ることができる。
この様に得られたものは、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。このように形成された導電性弾性体２１の表面を覆う
表面樹脂を説明する。

【０１１４】表面樹脂は、ＣＮＴ（カーボンナノチュー
ブ）を含有した中抵抗の層２２を１層成膜し、表面に突
起状の形状を形成する。上記導電性弾性体上に設けられ
る中抵抗の膜としては、導電剤の配合と層厚により適当
な抵抗値を有する様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（Ｐ
ＴＦＥ・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、被帯電体（感光体）３や帯電ローラ５ａ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に比べ、小さくなるよう
に調整する。なお、、中抵抗層２２の抵抗値は、1ｘ１
０〜1ｘ１０^1０Ωｃｍ、特に1ｘ１０^６〜1ｘ１０^７Ω
ｃｍのものである。この樹脂の中にCNTを含有する。こ
のCNTもフィラーとして作用することから、このCNTとカ
ーボンブラックによって抵抗を制御した。CNTの濃度は
１０ｗｔ％、カーボンブラックは５ｗｔ％程度で所望の
抵抗値を得た。

【０１１５】この抵抗制御には以下のようにピンホール
対策としての計算をもとにした。＜計算＞ピンホール面積と帯電面積の比＝１：１０
^５（但し、ピンホール面積１００μｍ^２、帯電面積２＊
３００ｍｍ）（つまり図４の等価回路で「Ｒｂ’＝Ｒｂ
＊１０^５」とする。）ショートによる影響を１割減で抑えたいのならば、１０
＊（Ｒｂ＋Ｒｃ＋Ｒｏｐｃ）＝Ｒｂ’とすれば良い。「Ｒｂ’＝Ｒｂ＊１０^５」を代入してＲｂ＋Ｒｃ＋Ｒｏ
ｐｃ＝Ｒｂ＊１０^４Ｒｏｐｃ＝Ｒｂ＊１０^４ＯＰＣ体積抵抗率１０^１２Ωｃｍ（暗抵抗）、厚さ５０
ミクロンとしてＲｂ＝５＊１０^６Ωｃｍ（厚さ１ｍｍ程度）なお、このピンホール対策を施した帯電器の他の実施例
を帯電器の実施例４〜６として後述する。

【０１１６】表面部材（導電性弾性体の表面を覆う表
面樹脂）に必要な特性を説明する。本実施例での表面部
剤には微少突起物を用いた。微少突起とは基体樹脂の表
面もしくはその内部によって強固に固定されている極細
い線を指している。この微少突起によって接触確率を向
上させることをねらっている。この微少突起は帯電を施
す時に、直接被帯電体（感光体）３に触れ、もしくは空
中を介して、電荷の授受を行う。主な電荷の授受は接触
して、電荷を注入すると考えている。そのため、できる
だけ頻度が高く接触することが望まれる。また非接触に
おける電界放出も同時に起きていると考えている。この
場合、できる限り短い距離で、微少突起と被帯電体とが
対面することが望まれる。これによって効率よく電荷を
被帯電体に送り出すことができる。

【０１１７】微少突起は被帯電体３に直接触れることが
あることから、できるだけ摩擦の少ない材質が望まれ
る。通常接触帯電器の場合、被帯電体３より柔らかい材
質で表面を加工し、できるだけ被帯電体を傷つけないよ
うに工夫している。実機に良く使われるている有機系の
被帯電体は特に表面が柔らかく、このような配慮は重要
である。特に近年、高精細化を実現する感光体層の薄膜
化が進んでいる。現在は数十ミクロン程度の膜厚である
が、今後数ミクロンになるのは必至である。また、現在
のクリーニングブレードにより削れる厚さがやはり数ミ
クロンといわれ、今後このような機能をも変える必要が
ある。また、市場からは感光体の高寿命化が要求されて
おり、この帯電器による感光体へのダメージを低減する
機能への要求は高くなっている。

【０１１８】このように感光体（被帯電体）３（図5参
照）にダメージを与えないように、帯電器５ａ側に潤滑
性を持たせる必要がある。通常の潤滑剤はオイルなどの
液体状のものが多く、感光体３においてもシリコーンオ
イルなどを利用した定着プロセスなどは有名である。本
プロセスでも、帯電器と感光体間にオイルなどの液体状
のものを利用することは不可能ではない。しかし、オイ
ルが感光体側に残ることによって起きる画像流れ、帯電
不良、露光不良、転写不良などが考えられる。そこで、
本発明では帯電器側に固体潤滑性を持たせることとし
た。この固体潤滑剤としてはグラファイトやＭｏＳ２、
テフロン（登録商標）などで見られる層状の効果でも構
わない。層状の潤滑性のメカニズムは全てが明らかにな
ったとは言い難いが、このような層状の効果によるもの
でも感光体に対する悪影響はない。微少突起も被帯電体
３に直接触れることから、その材質として潤滑性を有し
たものが望まれる。

【０１１９】ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）はグラフ
ァイト同様に潤滑性を有することが期待される。先の報
告では、理論計算ではあるが、ナノオーダーで起きる現
象により、転がり摩擦より、滑り摩擦のほうが小さいと
いう報告もある。当帯電器に用いる固体潤滑剤の場合、
転がり現象を用いる訳にはいかない。つまり、滑り摩擦
が起きることは避けることができないが、このように、
微少突起をより細くすることで、このような潤滑性を増
強できる可能性を示している。つまり、微少突起を細く
することは接触面積を稼ぐだけではなく、摩擦係数を下
げることが可能であることをも示している。

【０１２０】微少突起には帯電する時に電荷を流すため
の導電性が必要である。帯電器トータルの抵抗値は先に
示した式にも現れているがより小さい方が帯電能力の向
上からは好ましい。また、ピンホールに対する対抗策と
して、帯電器側の抵抗値を上げる必要がある。これは先
に述べたように、被帯電体に近い側、微少突起でのコン
トロールがより望ましい。しかし、今回、このコントロ
ールは固定樹脂によって行い、微少突起はできるだけ抵
抗を小さくするように設計した。電界放出においては、
微少突起物として、先端ができるだけ鋭利に尖ってお
り、表面の仕事関数は小さいほうが望まれる。また、本
発明は大気中で用いることから、酸化膜などによる仕事
関数の増大は大きな問題となる。例えば、抵抗値の低く
安価なＡｌなどの金属では、通常最表面には金属酸化物
ができることが知られており、本発明には採用しがた
い。

【０１２１】細いほうが良いことを先に述べたが、この
細さへの要求と強度に対する要求とはトレードオフの関
係になるかもしれない。この関係においても十分な細さ
と強度を兼ね備えた材料を探し出すことが非常に重要で
ある。微少突起を構成する材料として、必要な要素とし
て製造コストがある。極細い材料としてはいくつか研究
レベルで考えられているが、実際に本発明で用いるよう
な生産レベルに達している材料は少ない。しかし、本発
明では通常のコロナ帯電器などの代用を考えると、同レ
ベルのコストパフォーマンスが望まれる。

【０１２２】以上に示してきたように、微少突起に対す
る要求として、（ａ）細さ（ナノオーダー）、（ｂ）導
電性、（ｃ）耐摩擦性（機械的強度）、（ｄ）可撓性、
（ｅ）化学的安定性、（ｆ）コスト、（ｇ）潤滑性、を
兼ね備える材料が必要である。このような条件をいくつ
か満たす材料には金属製のウィスカーやＷＳ２のナノチ
ューブやＣＢのナノチューブなどさまざまなものが考え
られる。しかし、全ての面でバランス良く、このような
特性を持っているものはＣＮＴだと思われる。

【０１２３】ここで帯電器５ａに用いるＣＮＴ（カー
ボンナノチューブ）について説明する。帯電器５ａの表
面部材はその加工の優位性から樹脂、ゴムなどを用いる
のが一般的である。本発明でもそのような優位性を必要
とすることから、そのような部材が望まれる。また、微
少突起は被帯電体３に接触するなど、機械的摩擦に耐性
があることが望まれる。そのような要請からＣＮＴ（カ
ーボンナノチューブ）を利用することが最適である。

【０１２４】ＣＮＴはその名の通り、ナノオーダーの径
をもち、かつミクロンオーダーの長さを持つことで知ら
れ、近年１９９１年ＮＥＣ基礎研究所の飯島澄男氏によ
って発見された。材質はカーボンのグラファイト層をシ
ームレスに筒状にしたもので、その層も単層から数百層
の多層まで様々な種類がある。また、先端はカーボンの
５員環などを含んで閉管しているものや、そのまま開管
しているものと様々である。その生成方法は、当初、ア
ーク放電法によるものであったが、より高効率の金属触
媒を用いたＣＶＤ法やレーザーアブレーション法などに
よって、大量に作られれるようになり、身近な材料にな
りつつある。

【０１２５】基礎物性に対する研究もその特異な形状か
ら発見当初より精力的になされ、特にその電気的特性が
金属的であったり、半導体的であったりすることは、第
一原理計算から予想された。その他にもその機械強度が
非常に高いことや鋭利に屈曲しても破断せずに元に戻る
ことなど、サイズが小さく評価が困難であるにも関わら
ず、様々なことが判ってきた。また、表面がグラファイ
ト層で形成されていることから、非常に化学的に安定で
あることが知られる。その反面、エポキシ樹脂に等には
適当に分散し、その界面での密着性はかなり高く、硬く
固定できようになってきている。このため、ナノサイズ
ではあるが樹脂に埋め込むなどして、ハンドリングなど
も容易にできるようになってきている。また、その材料
がグラファイトに近いことから固体潤滑剤としてのポテ
ンシャルをも持ち合わせている。その上、先の報告では
ナノオーダーでの摩擦係数は転がり摩擦より滑り摩擦の
方が小さいというものもある。まだ、カーボンナノチュ
ーブの潤滑性については多くの報告はなされていない
が、潤滑剤としてのポテンシャルは高いことが期待され
ている。

【０１２６】応用面ではそのアスペクトの大きさと導電
性から、高い不平等電界を生成することができ、フィー
ルドエミッション型ディスプレーの電界放出源として注
目されている。また、その表面性の高さから、従来活性
炭などが用いられていた電池の電極や、ガス吸着物質と
しても注目を集めている。機械強度を利用した例として
は、樹脂強化のために樹脂に分散させたり（Ｏ．Ｌｏｕ
ｒｉｅＡ．Ｐ．Ｌ．７３（１９９８）３５２７）、ミ
クロ世界でのアクチュエータへの応用の報告（Ｒａｙ
Ｈ．ＢａｕｇｈｍａｎＳＣＩＥＮＣＥ２８４
（１９９９）１３４０）がされている。

【０１２７】以上、述べてきたようにカーボンナノチュ
ーブは先の微少突起に対する要件を概ね満たしており、
本発明ではこの材料が最適であると考えている。しか
し、本発明では上の要件をすべてクリアしなければなら
ないわけではないので、カーボンナノチューブに限ら
ず、その他の炭素繊維、ＷＳナノチューブ、ＣＢナノチ
ューブ、ＳｉＣナノチューブ、金属ウィスカー、などの
極細い繊維であれば、適用することができる。

【０１２８】ＣＮＴ製造方法について説明する。ＣＮ
Ｔを用いた帯電器の製造方法としては以下のような方法
が考えられる。（ａ）樹脂分散型（ｂ）電気泳動式植毛型（ｃ）ＣＶＤによる表面成長型なおＣＮＴの生成法、接合法については特開２０００−
３４７４７８号公報の実施例に詳細が記述されている。

【０１２９】ＣＮＴはアーク放電法及びＣＶＤ法などで
合成できることは先に述べた。今回はアーク放電法によ
って形成したものを用いた（Ｂｕｋｋｙ−ＵＳＡ製）。
これを乳鉢などで適当に粉砕し、先のブラシ素材である
ナイロン溶液に混ぜ込ませる。この時にナイロンはドー
ピングによって抵抗値を制御しておく。ＣＮＴの濃度は
１０ｗｔ％程度になるように混ぜた。これは突出密度と
ナイロンブラシ強度とのトレードオフによって調節して
いる。このように混ぜ合わせたナイロン樹脂を噴出法に
よって繊維化する。この時にナイロン繊維の直径は１５
ミクロン程度に制御した。この後、パイルによってブラ
シ化する。一本一本のブラシは固定布によって、固定化
される。この時の密度は１２０本／ｍｍ^２とした。長さ
は２ｍｍ程度とする。この状態で、ブラシを酸素プラズ
マに暴露する。酸素プラズマはナイロン樹脂を酸化させ
る。ＣＮＴも若干酸化するが、その速度が大きく異なる
ことで、選択的にエッチングできる。このプラズマ暴露
を３０分ほど施し、ブラシ径を１５ミクロンから１０ミ
クロン程度まで細線化する。この時、ＣＮＴがブラシ表
面から微少突起として露出することになる。この密度は
１本／μｍ^２程度となる。突出長さは１μｍ（ミクロ
ン）程度である。この後に、このブラシ布を基体に固定
することで完成する。

【０１３０】ローラ帯電器５ａの研磨工程を行うクリ
ーナーを説明する。図２に2点鎖線で示すように、ロー
ラ帯電器５ａに設置されるクリーナー１９の役割はロー
ラ帯電器５ａの表面を常に研磨し、表面を適当なラフネ
スに維持し、かつ表面から新鮮なCNTを突出することで
ある。このため、先に述べた研磨工程をこのクリーナー
１９で施せるようにする。クリーナー１９は機械強度が
高く、常に適当な突起状態を維持できる部材を用いる。
その用途にはＡｌ、ＳＵＳ、Ｆｅ、などの金属または合
金か、もしくはアクリルやエポキシなど機械強度が高い
樹脂、シリカやガラスその他の酸化物など無機物が適し
ている。今回はＳＵＳを用いた。このクリーナー１９も
ローラー状になっており、ＳＵＳ表面に帯電器の樹脂が
付着した時に取り外せるようにしてある。ＳＵＳの表面
はミクロンオーダーのラフネスを設けており、このＳＵ
Ｓがローラー帯電器５ａとは異なる回転スピードで接触
することで帯電器のローラー表面を研磨する。押し圧を
調節することで、その削れ量を制御でき、ローラーの厚
さが１ｍｍ程度であるから、５００＊１０^３枚程度の寿
命を持たせるために、１ｎｍ／回転程度になるように調
節した。

【０１３１】上述のローラ帯電器５ａの駆動方法を説
明する。動作方法は通常のローラー帯電器５ａに準ず
る。電圧はＤＣとして、その印加電圧は３００Ｖとし
た。この値により、請求項２は満足している。このた
め、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などで調べること
ができる。感光体の回転速度は６０ｃｐｍに対応できる
ように設計した。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。［２−Ｂ］帯電器の実施例２図２の複写機1ａの帯電器５ａ（実施例１）はローラ帯
電器５ａであったが、これに代えて「帯電器の実施例
２」としてブレード形式を採用しても良い。図６のブレ
ード形状のブレード帯電器５ｂは、図２の複写機1ａの
帯電器５ａに代えて採用される。図１２（ａ）、（ｂ）
に示すように、ローラ帯電器５ａの接触面積ｓ１に比べ
表面で滑ることで、接触面積ｓ２を増大させることがで
きる。このブレード形状部位外は図２のローラ帯電器５
ａで述べたとほぼ同じ構成を採り、各部材も同様で良
い。ニップｎｐは２ｍｍになるように設計し、抵抗値、
厚み、表面ラフネスなども図２のローラ帯電器５ａに準
ずる。ローラ帯電器５ａと同様にブレード表面にはＣＮ
Ｔが突出しているように加工した。

【０１３２】［２−Ｃ］帯電器の実施例３図２の帯電器はローラー帯電器５ａであったが、これに
代えて「帯電器の実施例３」としてブラシ型を採用して
も良い。ブラシ型帯電器５ｃの基本構成を図７、８、９
に示す。ブラシ型帯電器５ｃはブラシを固定する基体２
２とブラシ２３及びそのブラシに固定化されているＣＮ
Ｔ２４（図８参照）からなる。それぞれの部分は他の帯
電器でも必要な共通の要素であるから、はじめにそれら
の要素について説明する。

【０１３３】ブラシ型帯電器５ｃの基体２２を説明す
る。基体２２の機能は、導電性で電流を流し、かつブラ
シを均一に強硬に固定することである。また、基体と被
帯電体３の間にはある一定の圧力がかけられ、これによ
って、ブラシ２３は被帯電体３に接触している部分でそ
の弾性を持って曲がり、規定の押し圧になるようにてい
る。この圧力も被帯電体の長手方向に均一になるように
する必要がある。基体は長手方向の末端２点で支持され
ていることから、その支持されている点とそこから離れ
た位置での押し圧が大きく変わらないように、基体２２
自体の機械強度がある程度必要となる。

【０１３４】図８に示すように、基体２２には、導電性
及び強度が必要なことから、樹脂層２２１に機械強度と
固定層２２２による導電性と機能分離した形の構成をと
った。樹脂を選んだ理由は適当な強度を得られ、かつ軽
量で安価であり、複写機１の筐体にも用いられ、リサイ
クルの観点などから考えても、メリットがあると判断し
たからである。樹脂の材料はそのような観点から見て
も、ＰＣ、ＡＢＳなどリサイクルしやすいように、複写
機の筐体などと同様の材料が好まれる。また、その必要
な強度及び軽量化から、その形状は工夫した。ただし、
このような樹脂に限ることなく、機械強度や、コストの
面からＳＵＳ、鉄、その他金属、合金、樹脂などとの複
合材料なども、基体材料としては様々なものが利用でき
る。

【０１３５】この基体２２の下側（被帯電体３側）には
導電性があり、かつブラシを固定することができる固定
層２２２を形成する。樹脂基体２２１との密着性が必要
であるため、樹脂基体の接着表面は適当に荒らしたよう
に形成した。固定層２２２の長手方向の末端からオーミ
ックコンタクトをとり、配線を繋ぐ。配線は固定層２２
２の両端からとり、できるだけ固定層２２２による電圧
低下の影響が帯電状態にでないように工夫した。配線に
よって、被帯電体３と固定層２２２との間に電圧が印加
できるようになる。固定層の材料はその製造方法からく
る制約で決められているところが大きい。ブラシ２３と
の接触がオーミックでありできるだけ接触抵抗を下げら
れようにする。そのため、今回はブラシ２３に用いられ
ている、導電性樹脂を塗布することによって用いた。た
だし、この固定層は導電性があり、ブラシを固定できれ
ば、ＡｌやＣｕ、Ａｕ、Ｉｎなどの低融点金属、その他
導電性樹脂なども利用することができる。

【０１３６】ブラシ型帯電器５ｃのブラシを説明する。
ブラシ２３は基体２２に固定され、また、その先端にお
いて微少突起を固定し、かつ基体と被帯電体との間にか
かる応力をその弾性によって支持しなければならない。
ブラシが機能している状態を図７にイメージとして示し
ているが、応力によって適当に撓る必要がある。これに
よって、被帯電体と微少突起との距離ができるだけ短か
くなるように調節できる。この場合、ブラシは被帯電体
に1部接し、その応力を支持していればよく、ブラシが
被帯電体と積極的に大きな面積を接している必要はな
い。接触面積が大きくなれば、それだけ接触抵抗を低減
でき、注入による帯電能力が向上する。電界放出など非
接触型の帯電現象はその空間ギャップにより大きく影響
するので、できるだけ微少突起と被帯電体との距離は短
い方がよい。そのために先に示した図７のようにブラシ
２３は撓っていることが必要である。ブラシ２３が上述
のように撓るために、押し圧とブラシ２３の密度及びブ
ラシの強度（弾性力）を最適化する必要がある。また、
その機械強度は被帯電体３を削らないように調節する必
要がある。ブラシの弾性はその長さ、細さ、材質など決
められる。今回はナイロンを用いた。この他にも繊維形
状にし易いものであれば、ＰＥＴ、ＰＥＳ、弾性のある
エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール、塩化ビニル系、
などが適当だと考えらる。また、このような材質に限ら
ず、本発明の帯電器５ｃは形成することができる。

【０１３７】このように、ブラシ２３は導電性をもち、
かつ固定層２２２及び微少突起との間に大きな接触抵抗
を持たないように工夫する必要がある。ブラシ２３の材
料としては導電性のナイロン樹脂を用いる。樹脂に導電
性を持たせる方法として、カーボンブラックや金属粒子
を分散させる方法がある。今回は高分子のネットワーク
にＴＣＮＱとＴＴＦなどの不純物をいれる方法を取っ
た。この方法の方がより微細に均一に導電性を得ること
ができる。前者の方法では導電性微粒子の分散の不均一
性や、少なくともその粒子以下の均一性を得ることがで
きない。これによって、固定化した微少突起のなかで、
この導電性粒子からの距離如何によっては、基体との導
電性を得られないものが出てくる。画像での帯電ではミ
クロン以下程度のオーダーは無視できるが、本発明での
微少突起は1桁から2桁近く細いものをも考えているの
で、このオーダーでの不均一性は、十分に考慮しなけれ
ばならない。

【０１３８】ブラシ２３の抵抗値は、被帯電体３の抵抗
値に比べ、大きいことが望まれる。これは被帯電体３の
ピンホール対策として必要なものであり、これによっ
て、被帯電体３のピンホールに微少突起やブラシが接触
しても、そこへの電荷集中を避けることができる。帯電
器５ｃの抵抗値は基体２２でコントロールすることよ
り、ブラシ２３でコントロールされていた方が、ピンホ
ールに接した時に起きる電圧低下する領域が小さくてす
む。例えば帯電器５ｃの根元でコントロールしている場
合は、1部がショートすることで、帯電器全体での電圧
降下を引き起こす。それに対し、ブラシ２３で抵抗をコ
ントロールしている場合は、そのショートしている微少
突起を支持しているブラシ1本分以外は影響を受けな
い。また、帯電能力としては、抵抗値はより小さい方が
望まれる。それは、その抵抗値が直列的に等価回路には
いることを考えると判断が付く。このようにブラシ２３
の抵抗値はこの2つの観点から最適化することが望まれ
る。ドープしたＴＣＮＱとＴＴＦの量を変化させること
で、ブラシの抵抗をコントロールすることができる。

【０１３９】ブラシ２３の形状は、帯電器５ｃの帯電能
力という観点から考えると、微少突起を高密度にするこ
とが望まれる。そのために、ブラシを細くし、高密度化
を図る必要がある。微少突起からの帯電は微少突起と被
帯電体３との距離に大きく依存し、できるだけ、距離は
小さいほうが良い。この微少突起化及び高密度化のスペ
ックをできる限り満足し、製造が可能なものが、現実的
に作製できる帯電器となる。製造方法としては、より低
コストになるように、簡便な方法が望まれる。また、寿
命、機械的耐性なども念頭において、適当な形状になる
ものを設計しなければならない。

【０１４０】微少突起及びＣＮＴについては図１、２の
ローラ帯電器５ａにおいて記述したものでよく、重複説
明を略す。このような「帯電器の実施例３」としてのブ
ラシ式帯電器５ｃの仕様を図９に示した横からの概要図
とともに説明する。本実施例３は先に示した各要素をそ
れぞれ組み合わせることで構成している。製造方法等は
先に述べたのでここでは重複説明を略す。＜基本仕様＞基体材質：ＡＢＳ樹脂幅：３ｍｍ被帯電体への押し込み：０．５ｍｍ固定層ＴＣＮＱとＴＴＦをドープしたナイロン樹脂ブラシ直径：１０μｍ、長さ：２ｍｍ、密度：１２０本／ｍｍ^２材質：ＴＣＮＱとＴＴＦをドープしたナイロン繊維ＣＮＴ直径：１０〜２５ｎｍ、長さ：１０μｍ以上材質：多層カーボンナノチューブ合成法：アーク放電突出方法：酸素プラズマアッシング法導電性接着剤材質：熱硬化型エポキシ系導電性接着剤印加電圧 −５００Ｖ帯電能力３０ｃｐｍ次に、ブラシ式帯電器５ｃの印加電圧を３ブロック５ｃ
−１、５ｃ−２、５ｃ−３に分けた（３段ブレードブラ
シ型）仕様の概要を図１０に示した。

【０１４１】図１０には３段ブレードブラシ型仕様の帯
電器５ｃ’を横から見た概要を示す。それぞれのブロッ
クの間にはＰＥＴフィルム２５を挟み、それぞれのブロ
ック間でのショートを防いでいる。それぞれの電位を−
２００，−４００，−５００Ｖとした。これによって放
電することなく帯電した。＜基本仕様＞基体材質：ＡＢＳ樹脂幅：２ｍｍのものを3ブロック被帯電体への押し込み：０．５ｍｍ絶縁フィルム PETフィルム：0.5mm 固定層ＴＣＮＱとＴＴＦをドープしたナイロン樹脂ブラシ直径：１０μｍ、長さ：２ｍｍ、密度：１２０本／ｍｍ２材質：ＴＣＮＱとＴＴＦをドープしたナイロン繊維ＣＮＴ直径：１０〜２５ｎｍ、長さ：１０μｍ以上、材質：多層カーボンナノチューブ合成法：アーク放電、精製：遠心分離法と限外ろ過法の併用突出方法：酸素プラズマアッシング法導電性接着剤材質：熱硬化型エポキシ系導電性接着剤印加電圧 −２００Ｖ，−４００Ｖ，−５００Ｖ帯電能力３０ｃｐｍ次に、ブラシ式帯電器（ブラシローラー型５ｃ”）仕様
の概要図を図１１に示した。

【０１４２】図１１に示すようにここでのブラシ式帯電
器５ｃ”はブラシローラー型とし、ローラ基体２７には
先に述べたブラシ布、即ち、ＣＮＴ２４付のナイロン繊
維製の各ブラシ２９を固定布によって固定してなるブラ
シ布を巻きつけてある。ローラ基体２７の回転数は被帯
電体３の回転数の３倍としてその回転方向は逆向きとし
た。これによって６０ｃｐｍの帯電能力を得た。＜基本仕様＞基体材質：ＳＵＳ半径：１０ｍｍ被帯電体への押し込み：０．５ｍｍ固定層ＴＣＮＱとＴＴＦをドープしたナイロン樹脂ブラシ直径：１０μｍ、長さ：２ｍｍ、密度：１２０本／ｍｍ２材質：ＴＣＮＱとＴＴＦをドープしたナイロン繊維ＣＮＴ直径：１０〜２５ｎｍ、長さ：１０μｍ以上材質：多層カーボンナノチューブ合成法：アーク放電、精製：遠心分離法と限外ろ過法の併用突出方法：酸素プラズマアッシング法導電性接着剤材質：熱硬化型エポキシ系導電性接着剤印加電圧 −５００Ｖ帯電ローラ動作被帯電体回転数の３倍帯電能力６０ｃｐｍ［２−Ｄ］帯電器及び被帯電体の他の実施例次に、被帯電体３のピンホールの帯電影響を考慮した
「帯電器」及び「被帯電体」の他の実施例について説明
を追加する。

【０１４３】図１３は実施例４としての接触型であるブ
ラシ式帯電器（ブラシローラー型）５ｄを用いたもので
あり、ブラシ式帯電器５ｄに用いられる電性繊維がカー
ボンナノチューブで構成されている。本発明のブラシ式
帯電器５ｄは金属芯３１上に抵抗層３２が形成され、更
に抵抗層３２上にカーボンナノチューブ３０が保持され
る構造となっている。そしてブラシ式帯電器５ｄは主に
カーボンナノチューブ３０で被帯電体であるＯＰＣ３ａ
の表面と接触している。

【０１４４】「被帯電体の実施例３」としてのＯＰＣ３
ａはドラム形状のＡｌ基体３ａ１と有機感光層３ａ２か
ら構成されており、必要に応じてＡｌ基体３ａ１と有機
感光層３ａ２の間に電荷注入阻止層が設けられている。
図示されてはいないが、ブラシ式帯電器５ｄの金属芯３
１は外部の直流電源に接続され、主にカーボンナノチュ
ーブ３０から有機感光層３ａ２に直接電子を注入（つま
り負帯電の電荷注入）することでＯＰＣ３ａを帯電させ
ている。なお、一部の電荷はカーボンナノチューブ３０
から電子が電界放出によって引き出され有機感光層３ａ
２を帯電しても構わない。

【０１４５】電荷注入は接触型帯電器５ｄと有機感光層
３ａの接触部で直接電荷の授受を行うため、実用的な注
入速度を得るためには接触型帯電器５ｄと有機感光層３
ａの接触面積を大きくしなければならない。しかしなが
ら一般的には帯電ブラシの導電性繊維の直径は１０〜２
０μｍ程度であり、ＯＰＣ３ａが高速回転する高速な画
像形成装置では十分な接触面積を確保することはできな
かった。また注入速度の向上の他に、実際のＯＰＣ３ａ
の有機感光層３ａ２にはピンホールがあることが多く、
有機感光層のピンホールと接触型帯電器が接触した場合
の過電流によって生じる直流電源の電圧低下を抑制する
必要があった。

【０１４６】本発明者は上記の問題を鋭意検討を重ねた
結果、以下の発明に至った。ここではＯＰＣ３ａと極細
い構造を持つカーボンナノチューブ３０が接触すること
と、カーボンナノチューブ３０と金属芯の間に抵抗層３
２を介在させたことにある。ブラシ式帯電器５ｄでは有
機感光層３ａ２とカーボンナノチューブ３０が接触する
構造となるため、有機感光層３ａ２のピンホールともカ
ーボンナノチューブ３０で接触する。カーボンナノチュ
ーブ３０は極細い径を持つため、有機感光層３ａ２のピ
ンホールから流れ込む電流はカーボンナノチューブ１本
当たりでは大きな電流密度になる。カーボンナノチュー
ブは大気中で１本当たり１０^−８〜― ^９Ａ以上の電流を
流すと発熱し、空気中の酸素によって酸化され先端が消
耗してしまうので、ピンホールと接触したカーボンナノ
チューブ３０は瞬時に先端が短くなり、有機感光層３ａ
２のピンホールから離れる。つまり有機感光層３ａ２の
ピンホールと接触したカーボンナノチューブ３０の先端
が消耗することによって、ブラシ式帯電器５ｄが有機感
光層３ａ２のピンホールを除く表面と接触する状況を自
動的にかつ瞬時に作り出すことができる。

【０１４７】なお、カーボンナノチューブ３０はＳＰ２
混成軌道の炭素原子からのみ構成されているので、先端
が消耗しても新たに生じる先端はやはり炭素原子の６員
環であり、何ら構造に変化はなく帯電特性には変化が生
じない。また有機感光層３ａ２のピンホールとカーボン
ナノチューブ３０が接触し過電流が生じた場合でも、抵
抗層３２が保護抵抗となり過電流の大きさを抑制するた
め、直流電源の電圧低下を防止できる。

【０１４８】上記の２つの効果によって、外付けコイル
や中抵抗部材を用いた従来の接触型帯電器（図２７参
照）と比較してピンホールの影響を更に小さくでき、Ｏ
ＰＣを均一に帯電できる。また有機感光層３ａ２表面に
導電性微粒子を分散させていないため、導電性微粒子で
の光の吸収や散乱がなく、画像記録装置の解像度や階調
が低下しない。さらに従来のＯＰＣ有機感光層を用いＯ
ＰＣをそのまま流用することができ、画像記録装置自体
としてはコストアップを抑制することができる。

【０１４９】電荷注入の速度に関しては、カーボンナノ
チューブ３０は極細の直径を持つため、抵抗層３２に密
集して配置することが可能である。またカーボンナノチ
ューブは大きな弾性を持つため、有機感光層３ａ２と接
触すると撓ることができ、カーボンナノチューブ３０の
先端のみではなく、側面でも有機感光層３ａ２と接触す
ることができる。

【０１５０】ここでカーボンナノチューブ３０は半導体
性や金属性（つまりオーミック接触をしている）の導電
特性を持つため、カーボンナノチューブから電荷を直接
有機感光層３ａ２へ注入することが可能である。そのた
め金属芯３１に抵抗層３２を介してカーボンナノチュー
ブ３０を接続したブラシ式帯電器５ｄにおいては、導電
性繊維からなる従来の帯電ブラシと比較し、有機感光層
とブラシ式帯電器の間で電荷の授受が行える面積、つま
り実質的な接触面積（以後導電性の接点と記述する）を
著しく大きくでき、その結果電荷の注入速度を著しく向
上できる。

【０１５１】なお、抵抗層３２を設けた場合でも、カー
ボンナノチューブ３０が有機感光層１０２と接触するた
め、導電性繊維からなる従来の帯電ブラシと比較して有
機感光層３ａ２とブラシ式帯電器５ｄの間で電荷の授受
が行える導電性の接点を著しく大きくできるので、電荷
の注入速度は低下せず、ＯＰＣへ十分な帯電電圧を与え
ることができる。

【０１５２】次に、ブラシ式帯電器５ｄの構成部材につ
いて説明する。金属芯３１はＦｅ、Ａｌ、Ｃｕ、ステン
レス等の金属や合金から構成され、外部の直流電源と接
続され、抵抗層３２を介してＯＰＣ３ａ２を帯電させる
ための電荷をカーボンナノチューブ３０へ供給する働き
をしている。抵抗層３２としては有機感光層３ａ２のピ
ンホールによる過電流の大きさを制限するために、抵抗
値は１０^４〜１０^８Ωが望ましい。抵抗値が１０^３Ω以
下ではピンホールによる過電流が大きくなり、直流電源
の電圧が低下し、帯電電圧の不均一を招く。また抵抗値
が１０^９Ω以上の場合では、帯電ブラシ全体の抵抗が大
きくなり、電荷注入速度が小さくなり、ＯＰＣの帯電電
圧が低下してしまう。

【０１５３】抵抗層３２は上述の抵抗値を持つ無機材料
を金属芯上に形成することによって作ることができる。
例えばポーラスシリコンやＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｐｔ等の金属や合金等の導電性粒子を添加し
て抵抗率を制御したアルミナ、シリカ、ゼオライト等の
セラミックス等が使用できる。これらの材料は耐熱温度
が高く、抵抗層上にカーボンナノチューブ３０を直接熱
ＣＶＤ（化学的気相成長）法によって形成できるため、
帯電ブラシの作製プロセスを簡略化できる。

【０１５４】また抵抗層３２はポリカーボネート、ポリ
アクリレート、ポリテレフタレート、エポキシ樹脂等の
高分子樹脂に、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、
Ｐｔ等の金属や合金、またはグラファイト、フラーレ
ン、カーボンナノチューブの導電性無機材料、または表
面にＮｉ、Ｃｏ、Ａｌ等の金属薄膜を形成して導電処理
した高分子樹脂等の導電性粒子を添加して抵抗率を制御
した材料を金属芯上に形成して作製しても良い。上述の
材料を用いる場合、抵抗値が導電性粒子の添加量と抵抗
層３２の膜厚によって決まるため、抵抗値制御が非常に
簡単にでき、所望の抵抗値を持つ抵抗層を容易に得るこ
とができる。

【０１５５】また、金属芯３１に上述の抵抗層３２の材
料を塗付または吹き付けによって、あるいは金属芯３１
を抵抗層の材料にディップすることによって抵抗層を形
成できるため、抵抗層３２の作製コストを抑えることが
できる。なお導電性粒子の大きさは作製しやすい大きさ
であれば良く、金属、合金、高分子樹脂、グラファイト
等であれば数μｍ〜数１００μｍが適当であり、フラー
レン、カーボンナノチューブであれば数ｎｍ〜１μｍが
良い。

【０１５６】カーボンナノチューブ３０には単層カーボ
ンナノチューブと多層カーボンナノチューブがあり、単
層カーボンナノチューブは直径が０．７〜５０ｎｍ、軸
方向の長さ（以後長さと略す）は１０ｎｍ〜１mmであ
り、より合成しやすい大きさとしては直径が０．７〜５
ｎｍ、長さは３０ｎｍ〜１００μｍである。一方多層カ
ーボンナノチューブは直径が１〜５００ｎｍで、長さは
１０ｎｍ〜１ｍｍであり、より合成しやすい大きさとし
ては直径が２〜５０ｎｍで、長さは１μｍ以上であり、
単層、多層カーボンナノチューブともアスペクト比が非
常に大きい極細の繊維形状をしている。ここでのカーボ
ンナノチューブ３０は上述の大きさの範囲に限定される
ものではなく、直径が１μｍ未満のカーボンナノチュー
ブ３０であれば本発明に含まれるものとする。

【０１５７】次に上述のようなカーボンナノチューブの
作製法を[ａ]、[ｂ]に、同カーボンナノチューブを用い
たブラシ式帯電器の作製法を[ｃ]、[ｄ]に沿って述べ
る。 [ａ]単層カーボンナノチューブは、陽極としてグラファ
イトにＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉ
ｒ、Ｐｔ、Ｌａ、Ｙ等の金属触媒を混合したコンポジッ
ト棒を用い、陰極としてグラファイト棒を用い、１００
〜７００ＴｏｒｒのＨｅないしＨ２雰囲気でのアーク放
電により合成する。単層カーボンナノチューブは金属触
媒に種類によってチャンバー内壁の煤（チャンバー煤）
か、陰極表面の煤（陰極煤）の中に存在する。また前記
のコンポジット棒を電気炉中で１０００〜１４００℃に
加熱し、５００ＴｏｒｒのＡｒ雰囲気で、Ｎｄ：ＹＡＧ
パルスレーザーを照射して単層カーボンナノチューブを
合成しても良い。合成された単層カーボンナノチューブ
は種々の不純物を含むため、水熱法、遠心分離法、限外
ろ過法等によって８０％以上の純度に精製されるのが良
い。

【０１５８】[ｂ]一方多層カーボンナノチューブは、陽
極、陰極ともグラファイト棒を用い、１００〜７００Ｔ
ｏｒｒのＨｅ雰囲気でのアーク放電を用いて合成する。
多層カーボンナノチューブは陰極上の円柱状堆積物の中
心に存在する。またベンゼン、エチレン、アセチレン等
の炭化水素をＨ２ガス流下で１０００〜１５００℃で熱
分解することによっても得られる。多層カーボンナノチ
ューブも合成後は種々の不純物が含まれるため、有機溶
媒や界面活性剤が添加された水溶液に分散された後、遠
心分離法や限外ろ過法によって高純度に精製するのが良
い。またカーボンナノチューブの先端は閉管、開管のど
ちらの形状でも良い。さらに抵抗層上に触媒層を形成
し、熱ＣＶＤ法によって抵抗層上にカーボンナノチュー
ブを直接形成しても良い。

【０１５９】[ｃ]次にブラシ式帯電器５ｄの作製法を述
べる。なお図１４（ａ）〜（ｄ）はブラシ式帯電器５ｄ
の一部の概要を示している。ブラシ式帯電器５ｄは円柱
構造をしており、カーボンナノチューブ３０は金属芯３
１の側面全てに保持されているものとする。（ａ）ＳＵＳ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕ等の金属や合金からな
る金属芯３１をＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、
Ｐｔ等の金属や合金、またはグラファイト、フラーレ
ン、カーボンナノチューブの導電性無機材料、または表
面にＮｉ、Ｃｏ、Ａｌ等の金属薄膜を形成して導電処理
した高分子樹脂等の導電性粒子を添加して抵抗率を制御
したポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリテレフ
タレート、エポキシ樹脂等の高分子樹脂にディップし
て、所定の膜厚の抵抗層３２を形成する。

【０１６０】なお、抵抗層３２の抵抗値は前述の通り、
導電性粒子の添加量と抵抗層の膜厚によって制御する。（ｂ）その後、抵抗層３２に導電性接着剤３３を厚さ２
〜１０μｍで塗布し、（ｃ）静電力を利用してカーボンナノチューブ３０を抵
抗層３２に吸い上げて接触させ、（ｄ）さらに導電性接着剤３３を熱硬化させ、カーボン
ナノチューブ３０を抵抗層３２に固定し、ブラシ式帯電
器５ｄを完成させる。

【０１６１】[ｄ]ブラシ式帯電器５ｄの別の作製方法を
図１５に示す。なお、図１５はブラシ式帯電器５ｄの断
面の一部を示しており、ブラシ式帯電器５ｄは円柱構造
をしており、カーボンナノチューブ３０は金属芯３１の
側面全てに保持されているものとする。（ａ）ＳＵＳ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕ等の金属や合金からな
る金属芯１１１をＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａ
ｇ、Ｐｔ等の金属や合金、またはグラファイト、フラー
レン、カーボンナノチューブの導電性無機材料、または
表面にＮｉ、Ｃｏ、Ａｌ等の金属薄膜を形成して導電処
理した高分子樹脂等の導電性粒子を添加して抵抗率を制
御したポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリテレ
フタレート、エポキシ樹脂等の高分子樹脂にディップし
て、所定の膜厚の抵抗層３２を形成する。

【０１６２】（ｂ）その後抵抗層３４にポリメチルフェ
ニルシラン３４を厚さ０．１〜３μｍで塗布し、超高圧
水銀灯により波長４００ｎｍ程度の光を照射し、ポリメ
チルフェニルシラン３４のＳｉ−Ｓｉ結合を切断する。（ｃ）その後イソプロピルアルコール中にカーボンナノ
チューブを分散させた溶液（ＩＰＡ溶液と略す）３５に
抵抗層３２を浸漬し、Ａｌ電極を対向電極３６として金
属芯３１を外部電源３７に接続し負電圧を印加して、電
気泳動によりカーボンナノチューブ３０を抵抗層３２に
接触させる。

【０１６３】カーボンナノチューブ３０は印加された電
界と平行な方向に移動し、抵抗層３２に接触してＳｉ−
Ｓｉ結合の切れたポリメチルフェニルシランに突き刺さ
り、固定化される（今後電気泳動法と略す）。なお、金
属芯３１の側面にある全ての抵抗層３２にカーボンナノ
チューブ３０を固定化するためには、ＩＰＡ溶液中で金
属芯３１をの長さ方向円周方向に回転させればよい。

【０１６４】（ｄ）その後抵抗層３２をＩＰＡ溶液３５
から引き上げ、イソプロピルアルコールを蒸発させ、ブ
ラシ式帯電器５ｄを完成させる。

【０１６５】[ｅ]またブラシ式帯電器５ｄは図１６
（ａ）〜（ｄ）の方法によっても作製できる。なお、図
１６はブラシ式帯電器５ｄの一部の概要を示しており、
ブラシ式帯電器５ｄは円柱構造をしており、カーボンナ
ノチューブ３０は金属芯３１の側面全てに保持されてい
るものとする。

【０１６６】（ａ）ＳＵＳ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕ等の金属
や合金からなる金属芯３１をＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、
Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ等の金属や合金、またはグラファイ
ト、フラーレン、カーボンナノチューブの導電性無機材
料、または表面にＮｉ、Ｃｏ、Ａｌ等の金属薄膜を形成
して導電処理した高分子樹脂等の導電性粒子を添加して
抵抗率を制御したポリカーボネート、ポリアクリレー
ト、ポリテレフタレート、エポキシ樹脂等の高分子樹脂
にディップして、所定の膜厚の抵抗層３２を形成する。

【０１６７】なお、抵抗層３２の抵抗値は前述の通り、
導電性粒子の添加量と抵抗層の膜厚によって制御する。（ｂ）その後、抵抗層３２上に導電性接着剤３３を介
し、カーボンナノチューブ３０を含有した高分子樹脂か
らなる保持層３８を形成する。保護層３８の材料として
は一般的な高分子樹脂が用いられ、例えばポリカーボネ
ート、ポリアクリレート、ポリテレフタレート、エポキ
シ樹脂等が良く、これらの高分子樹脂にカーボンナノチ
ューブ３０分散させた後、抵抗層３２上に保護層３８を
塗付ないしディップによって形成するのが良い。

【０１６８】なお、保護層３８の表面にカーボンナノチ
ューブ３０は露出していても、露出していなくても良
い。（ｃ）その後保持層３８を機械的に研磨してカーボンナ
ノチューブ３０の先端を保持層３８から突出させ、ブラ
シ式帯電器５ｄを完成させる。保護層３８をアルミナ等
の砥粒で機械的に研磨すると、比較的柔らかい高分子樹
脂のみが選択的に研磨され、カーボンナノチューブ３０
は研磨されない。その結果最終的には保護層１５０の表
面からカーボンナノチューブ３０が突出した構造が得ら
れる。

【０１６９】なお保護層３８から突出するカーボンナノ
チューブ３０の長さは０．１μm以上あれば、ブラシ式
帯電器として十分な帯電能力が確保できる。本方法によ
ると、静電吸着や電気泳動法等のカーボンナノチューブ
３０の配向プロセスが不要になるため、ブラシ式帯電器
５ｄの製造コストを抑えることができる。またカーボン
ナノチューブ３０が保護層３８の高分子樹脂に埋め込ま
れた構造になっているため、カーボンナノチューブが抵
抗層３２に強く保持され、ブラシ式帯電器５ｄがＯＰＣ
３ａを摺動する間にカーボンナノチューブ３０が抵抗層
３２から剥離しにくく、ブラシ式帯電器の長期安定性が
向上する。

【０１７０】[ｆ]またブラシ式帯電器５ｄは図１７の方
法によっても作製できる。本方法は抵抗層３２上に熱Ｃ
ＶＤ法によって直接カーボンナノチューブ３０を形成す
る方法であり、ブラシ式帯電器５ｄの作製コストを抑制
できる。例えばＦｅを触媒層３９とする場合は、（ａ）ＳＵＳ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｃｕ等の金属や合金からな
る金属芯３１にＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、
Ｐｔ等の金属や合金等の導電性粒子を添加したＴＥＯＳ
溶液を塗付し、その後４５０℃で加熱して金属芯３１上
に所望の抵抗値を持つシリコン酸化膜からなる抵抗層３
２を形成する。

【０１７１】また抵抗層３２としてはポーラスシリコン
や導電性粒子を添加して抵抗率を制御したアルミナやゼ
オライト等のセラミックスも使用できる。（ｂ）その後抵抗層３２上にＦｅを真空蒸着法またはス
パッタリング法によって膜厚が２〜４０ｎｍで成膜し、
触媒層３９を形成する。なお、金属芯３１が円柱構造の
場合は金属芯を回転させながら成膜し、触媒層３９を抵
抗層３２上の全ての表面に成膜する。（ｃ）その後触媒層３２が形成された金属芯３１を石英
管４１に挿入し、Ｈｅガスを導入して電気炉４２を用い
７００〜８００℃で１０分間アニールを行い、触媒層３
９を大きさが数十ｎｍの粒子に微粒子化する。その後石
英管４１にＣ２Ｈ２ガスを導入し、基板温度を６５０〜
７５０℃としてＣ２Ｈ２を熱分解して、触媒層３９上に
カーボンナノチューブ３０を成長させる。またＣ２Ｈ２
ガスと同時にＨｅ、Ａｒ等の不活性ガスや、Ｈ２ガスを
導入しても良く、ＣＶＤは減圧ないし大気圧のどちらで
行っても良い。また石英管４１内にプラズマを発生させ
Ｃ２Ｈ２の熱分解を促進させても良い。なお６５０℃の
成長温度ではカーボンナノチューブ３０は抵抗層３２上
にランダムな方向に成長するが、６７５〜７５０℃では
抵抗層３２からほぼ垂直な方向にカーボンナノチューブ
３０は成長する。（ｄ）触媒層３９上に所望の長さのカーボンナノチュー
ブ３０が成長できたら、石英管４１内のＣ２Ｈ２ガスを
Ｈｅ、Ａｒ等の不活性ガスで置換し、室温まで冷却して
金属芯３１を取り出しブラシ式帯電器５ｄを完成させ
る。

【０１７２】また帯電ブラシを水またはエチルアルコー
ル、イソプロピルアルコール、アセトン、トルエン等の
有機溶媒が満たされ、超音波発振器の付いた超音波洗浄
槽に浸積して、超音波振動を加え、バンドルを形成して
いるカーボンナノチューブ３０を個々のカーボンナノチ
ューブに分割しても良い。さらにカーボンナノチューブ
３０を成長させた後、酸化雰囲気で６００〜７００℃で
加熱し、僅かに析出するカーボンパーティクル等を除去
しても良く、また必要に応じて低粘度の接着剤を触媒層
３９の上に薄く広げ、接着剤を硬化させカーボンナノチ
ューブ３０と触媒層３９との固着強度や触媒層３９と抵
抗層３２との密着強度を向上させても良い。なお触媒層
３９としてはＦｅ以外にＮｉやＣｏ、Ｆｅ合金、Ｎｉ合
金、Ｃｏ合金、Ｆｅ酸化物、Ｎｉ酸化物、Ｃｏ酸化物が
使用でき、またＦｅ化合物、Ｎｉ化合物、Ｃｏ化合物を
溶媒に溶かし抵抗層３２に塗付し、その後溶媒を蒸発さ
せて触媒層３９としても良い。また上記の金属、合金、
酸化物、化合物は単独で用いても良いが、数種の触媒を
混合して使用しても何ら構わない。

【０１７３】また本例では触媒層３９を抵抗層３２の全
面に形成したが、比較的長いカーボンナノチューブを用
いるブラシ式帯電器５ｄの場合は、触媒層３９を離散し
て配置し、カーボンナノチューブ３０を離散して形成し
ても良い。その場合はカーボンナノチューブの撓りの程
度や長さを考慮して、触媒層３９の距離を決めるのが良
い。更にＣ_２Ｈ_２ガスの代わりＣ_２Ｈ_４等の不飽和炭化
水素ガスやＣＨ_４等の飽和炭化水素ガスを用いても同様
に触媒層１１２上にカーボンナノチューブ３０が成長す
る。

【０１７４】なおＣ_２Ｈ_２ガス、Ｃ_２Ｈ_４ガス、ＣＨ_４
ガス等は単独で用いられても良いが、混合して使用して
も良く、またＡｒ，Ｈｅ等の不活性ガスで希釈して用い
ても構わない。なお、触媒層３９や炭化水素ガスの種類
によってカーボンナノチューブ３０が抵抗層３２から成
長する温度範囲は変化する。

【０１７５】本方法によると、抵抗層３２から直接カー
ボンナノチューブを成長させることができるので、カー
ボンナノチューブの分離精製プロセスが不要になり、ブ
ラシ式帯電器５ｄのコストを抑えることができる。また
比較的長いカーボンチューブが得られるので、導電性の
接点が増加し、電荷の注入速度が向上する。なお、本例
はロール状のブラシ式帯電器５ｄについて説明したが、
固定ブラシであっても本発明の効果は同様に実現でき、
帯電ブラシの形状は何ら問わないものとする。加えてブ
ラシ式帯電器５ｄは直流電源に接続されているが、電源
は直流に限定されるものではなく、直流と交流が重畳さ
れていても構わないものとする。

【０１７６】次に、図１３を参照して、ここで用いられ
る被帯電体（感光体）であるＯＰＣ３ａについて述べ
る。ドラム形状のＡｌ基体３ａ１酸化チタン微粒子をバ
インダー樹脂に分散させたホール注入阻止層をディップ
コーティング法により厚さ１〜５μｍで形成し、その後
電荷発生層（以後ＣＧＬと略す）と電荷輸送層（以後Ｃ
ＴＬと略す）からなる積層の有機感光層３ａ２を形成し
た。ＣＧＬは電荷発生材料（以後ＣＧＭと略す）をプチ
ラール樹脂、熱硬化型の変性アクリル樹脂、フェノール
樹脂などのバインダー樹脂に分散させたものからなり、
ディッピングコーティング法により厚さ０．１〜１μｍ
で形成した。

【０１７７】ＣＧＭとしては波長７４０〜７８０ｎｍ付
近に感度を持つスクエアリリウム色素、無金属フタロシ
アニン、金属フタロシアニン、アズレニウム塩色素、及
びアゾ顔料等が、６３５〜６５０ｎｍ付近に感度のある
チアピリリウム塩や多環キノン系、ペリレン系又はアゾ
顔料系等が使用できる。ＣＴＬはホールのキャリア輸送
材料（以後ＣＴＭと略す）をビスフェノール系ポリカー
ボネイト樹脂等のバインダー樹脂に分散させたものから
なり、膜厚は１０〜４０μｍ程度でディッピングコーテ
ィング法によって形成した。ＣＴＭとしてはオキサジア
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が用いられる。

【０１７８】なお、本実施例では光によって発生するキ
ャリアのうちホールを用いるＯＰＣ３ａ２であるが、電
子を発生するＣＧＭ、電子を輸送するＣＴＭも若干では
あるが開発されており、光生成キャリアのうち電子を用
いるＯＰＣであっても何ら構わない。その場合は直流電
源の正負が逆となり正帯電で使用されるが、ブラシ式帯
電器５ｄとしては前記のものがそのまま使用できる。ま
た本例は機能分離型のＯＰＣ３ａを例に取り説明を行っ
たが、本発明は機能分離型に限定されるわけではなく、
単層型のＯＰＣであっても何ら構わない。また本例はド
ラム形状のＯＰＣ３ａであるが、Ａｌ基体の代わりに表
面に導電層を形成したベルトを採用し、ベルト状のＯＰ
Ｃとしても良い。またシート状のＯＰＣでも良い。

【０１７９】更にここでの接触型帯電器はＯＰＣ３ａに
用いられるものに限定されるわけではなく、Ｓｅ系、ａ
−Ｓｉ、ＺｎＯ等の無機感光体であっても同じ接触型帯
電器が使用できるので、感光体の種類が本発明の接触型
帯電器の請求の範囲を限定するものではない。

【０１８０】［２−Ｅ］本発明の他の接触型帯電器であ
る「帯電器の実施例５」を図１８に従って述べる。図１
８は接触型帯電器の形状としてブラシ式帯電器５ｅを用
いたものであり、電性繊維４３にカーボンナノチューブ
４４が結合した構造となっている。実施例５のブラシ式
帯電器５ｅは金属芯４１上に抵抗層４２が形成され、更
に抵抗層４２上にカーボンナノチューブ４４が結合した
導電性繊維４３が保持される構造となっている。

【０１８１】そしてブラシ式帯電器５ｅは主にカーボン
ナノチューブ４４でＯＰＣ３ａの表面と接触している。
なお、抵抗層４２の抵抗値としては抵抗値が１０^４〜１
０^８Ωであることが望ましい。被帯電体としてのＯＰＣ
３ａはドラム形状のＡｌ基体３ａ１と有機感光層３ａ２
から構成されており、必要に応じてＡｌ基体３ａ１と有
機感光層３ａ２の間に電荷注入阻止層が設けられてい
る。

【０１８２】図示されてはいないが、ブラシ式帯電器５
ｅの金属芯４１は外部の直流電源に接続され、主にカー
ボンナノチューブ４４から有機感光層３ａ２に直接電子
を注入することでＯＰＣ３を帯電させている。なお、一
部の電荷はカーボンナノチューブ６２０から電子が電界
放出によって引き出され有機感光層３ａ２を帯電しても
構わない。実施例５においても、有機感光層３ａ２のピ
ンホールともカーボンナノチューブ４４で接触すると、
カーボンナノチューブ４４に流れる過電流によってカー
ボンナノチューブ４４の先端が発熱し、空気中の酸素に
よって酸化され先端が消耗して、ピンホールと接触した
カーボンナノチューブ４４は瞬時に先端が短くなり、有
機感光層３ａ２のピンホールから離れる。

【０１８３】また有機感光層３ａ２のピンホールとカー
ボンナノチューブ４４が接触し過電流が生じた場合で
も、抵抗層４２が保護抵抗となり過電流の大きさを抑制
するため、直流電源の電圧低下を防止できる。上記の２
つの効果によって、ピンホールの影響を更に小さくで
き、ＯＰＣを均一に帯電できる。また有機感光層表面に
導電性微粒子を分散させていないため、導電性微粒子で
の光の吸収や散乱がなく、画像記録装置の解像度や階調
が低下しない。さらに従来のＯＰＣ有機感光層３ａ２を
用いＯＰＣをそのまま流用することができ、画像記録装
置自体としてはコストアップを抑制することができる。

【０１８４】電荷注入の速度に関しては、本例において
もカーボンナノチューブ４４は極細の直径を持つため、
抵抗層４２に密集して配置することが可能である。また
カーボンナノチューブ４４は大きな弾性を持つため、有
機感光層３ａ２と接触すると撓ることができ、カーボン
ナノチューブ４４の先端のみではなく、側面でも有機感
光層３ａ２と接触することができる。そのため、抵抗層
４２を設けた場合でも有機感光層３ａ２とブラシ式帯電
器５ｅの間で電荷の授受が行える導電性の接点を著しく
大きくでき、電荷の注入速度を著しく向上できる。その
結果、ＯＰＣ１００へ十分な帯電電圧を与えることがで
きる。

【０１８５】次に実施例５のブラシ式帯電器５ｅの構成
部材について説明する。金属芯４１、抵抗層４２、カー
ボンナノチューブ４４は実施例［２−D］と同様のもの
が使用できる。導電性繊維４３としては、カーボンブラ
ックや金属微粒子をレーヨン樹脂やナイロン樹脂、アク
リル樹脂、ポリエステル樹脂等に分散させた後、紡糸し
て繊維形状にしたものや、あるいはテトラシアノキノジ
メタン（ＴＣＮＱ）等の電子受容性化合物とテトラチア
フルバレン（ＴＴＦ）等の電子供与性化合物から構成さ
れる電荷移動錯体を高分子ネットワークに置換した高分
子樹脂を紡糸したものが用いられる。

【０１８６】次にブラシ式帯電器５ｅの作製法の一例を
図１８、図１９（ａ）〜（ｅ）を参照して述べる。な
お、図１８はブラシ式帯電器５ｅの一部の概略を示して
おり、ブラシ式帯電器５ｅは円柱構造をしており、導電
性繊維４３は抵抗層４２の表面全てに接続されているも
のとする。（ａ）ＳＵＳ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕ等の金属や合金からな
る金属芯４１をＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、
Ｐｔ等の金属や合金、またはグラファイト、フラーレ
ン、カーボンナノチューブの導電性無機材料、または表
面にＮｉ、Ｃｏ、Ａｌ等の金属薄膜を形成して導電処理
した高分子樹脂等の導電性粒子を添加して抵抗率を制御
したポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリテレフ
タレート、エポキシ樹脂等の高分子樹脂にディップし
て、所定の膜厚の抵抗層４２を形成する。

【０１８７】（ｂ）その後抵抗層４２上に導電性繊維４
３を電気植毛によって植え付ける。導電性繊維４３とし
ては直径が５〜２０μｍの導電性レーヨン、導電性ナイ
ロン、導電性ポリエステル等が使用でき、植毛の密度と
しては一般的な帯電ブラシと同様に５０〜３００本／ｍ
ｍ２程度にするのが良い。また導電性繊維４２をパイル
地にして、テープ状に切断したのち、抵抗層４２に巻き
付けても良い。（ｃ）その後導電性繊維４３の先端にのみ導電性接着剤
４５を厚さ２〜１０μｍで塗布し、（ｄ）静電力を利用して、カーボンナノチューブ４４を
導電性繊維４３に吸い上げて接触させ、（ｅ）その後導電性接着剤４５を熱硬化させ、カーボン
ナノチューブ４４を固定し、ブラシ式帯電器５ｅを完成
させる。

【０１８８】また導電性接着剤の替わりに導電性繊維自
体を加熱し、カーボンナノチューブと融着させて固定し
ても良い。また１本の長い導電性繊維４３にカーボンナ
ノチューブ４４を導電性接着剤４５で接着した後、導電
性繊維を１〜２ｍｍに切断し、導電性繊維４３を電気植
毛によって抵抗層４２に植え付けてブラシ式帯電器５ｅ
としても良い。更にカーボンナノチューブ４４が接着さ
れた長い導電性繊維をパイル地にして、テープ状に切断
したのち、抵抗層に巻き付けてブラシ式帯電器５ｅとし
ても良い。

【０１８９】また実施例５のブラシ式帯電器５ｅの別の
作製方法を図２０（ａ）〜（ｅ）に従って述べる。な
お、図２０はブラシ式帯電器５ｅの一部の概略を示して
おり、ブラシ式帯電器５ｅは円柱構造をしており、導電
性繊維４３は抵抗層４２の表面全てに接続されているも
のとする。

【０１９０】（ａ）ＳＵＳ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕ等の金属
や合金からなる金属芯４１をＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、
Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ等の金属や合金、またはグラファイ
ト、フラーレン、カーボンナノチューブの導電性無機材
料、または表面にＮｉ、Ｃｏ、Ａｌ等の金属薄膜を形成
して導電処理した高分子樹脂等の導電性粒子を添加して
抵抗率を制御したポリカーボネート、ポリアクリレー
ト、ポリテレフタレート、エポキシ樹脂等の高分子樹脂
にディップして、所定の膜厚の抵抗層４２を形成する。

【０１９１】（ｂ）その後抵抗層４２上に導電性繊維４
３を電気植毛によって植え付ける。導電性繊維４３とし
ては直径が５〜２０μｍの導電性レーヨン、導電性ナイ
ロン、導電性ポリエステル等が使用でき、植毛の密度と
しては一般的な帯電ブラシと同様に５０〜３００本／ｍ
ｍ２程度にするのが良い。また導電性繊維４３をパイル
地にして、テープ状に切断したのち、抵抗層４２に巻き
付けても良い。（ｃ）その後導電性繊維４３の先端にのみポリメチルフ
ェニルシラン４６を厚さ０．１〜３μｍで塗布し、超高
圧水銀灯により波長４００ｎｍ程度の光を照射し、ポリ
メチルフェニルシラン４６のＳｉ−Ｓｉ結合を切断する（ｄ）その後イソプロピルアルコール中にカーボンナノ
チューブを分散させた溶液（ＩＰＡ溶液と略す）４７に
導電性繊維４３を浸漬し、Ａｌ電極を対向電極４８とし
て金属芯４１に外部電源に接続し負電圧を印加して、電
気泳動によりカーボンナノチューブ４４を導電性繊維４
３に接触させる。カーボンナノチューブ４４は印加され
た電界と平行な方向に移動し、導電性繊維４３に接触し
てＳｉ−Ｓｉ結合の切れたポリメチルフェニルシラン４
６に突き刺さり、固定化される。

【０１９２】（ｅ）その後導電性繊維４３をＩＰＡ溶液
４７から引き上げ、イソプロピルアルコールを蒸発さ
せ、ブラシ式帯電器５ｅを完成させる。また上述したよ
うに、１本の長い導電性繊維４３にカーボンナノチュー
ブ４４を電気泳動法によって固定化してから、導電性繊
維を１〜２ｍｍに切断し、その後導電性繊維を電気植毛
によって抵抗層に植え付けてブラシ式帯電器５ｅとして
も良い。

【０１９３】更にカーボンナノチューブを電気泳動法に
より固定化した長い導電性繊維をパイル地にして、テー
プ状に切断したのち、抵抗層に巻き付けてブラシ式帯電
器５ｅとしても良い。なお、本例で使用されるＯＰＣは
［２−Ｄ］で説明した「被帯電体の実施例３」と同様の
ＯＰＣ３ａが使用できる。

【０１９４】［２−Ｆ］本発明の接触型の帯電器の実施
例６を図２１に従って述べる。本例の接触型帯電器は帯
電ローラーの形状をしている。図２１の実施例６として
の帯電ローラー５ｆは金属芯５１上に抵抗層５２が形成
され、かつ抵抗層５２中に保持されたカーボンナノチュ
ーブ５０の先端が抵抗層５２から突出している構造を持
つ。そして帯電ローラー５ｆは主にカーボンナノチュー
ブ５０で被帯電体をなすＯＰＣ３ａの表面と接触してい
る。ＯＰＣ３ａはドラム形状のＡｌ基体３ａ１と有機感
光層３ａ２から構成されており、「被帯電体の実施例
３」と同様のＯＰＣ３ａと同様のものが使用されてい
る。

【０１９５】図示されてはいないが、帯電ローラー５ｆ
の金属芯５１は外部の直流電源に接続され、主にカーボ
ンナノチューブ５０から有機感光層３ａ２に直接電子を
注入することでＯＰＣ３ａを帯電させている。なお、一
部の電荷はカーボンナノチューブ５０から電子が電界放
出によって引き出され有機感光層３ａ２を帯電しても構
わない。本例においても、有機感光層３ａ２のピンホー
ルともカーボンナノチューブ５０で接触すると、カーボ
ンナノチューブ５０に流れる過電流によってカーボンナ
ノチューブ５０の先端が発熱し、空気中の酸素によって
酸化され先端が消耗して、ピンホールと接触したカーボ
ンナノチューブ５０は瞬時に先端が短くなり、有機感光
層３ａ２のピンホールから離れる。

【０１９６】また有機感光層３ａ２ピンホールとカーボ
ンナノチューブ５０が接触し過電流が生じた場合でも、
抵抗層５２が保護抵抗となり過電流の大きさを抑制する
ため、直流電源の電圧低下を防止できる。

【０１９７】上記の２つの効果によって、ピンホールの
影響を更に小さくでき、ＯＰＣ３ａを均一に帯電でき
る。また有機感光層表面に導電性微粒子を分散させてい
ないため、導電性微粒子での光の吸収や散乱がなく、画
像記録装置の解像度や階調が低下しない。さらに従来の
ＯＰＣ有機感光層用いＯＰＣ３ａをそのまま流用するこ
とができ、画像記録装置自体としてはコストアップを抑
制することができる。

【０１９８】電荷注入の速度に関しては、本例において
もカーボンナノチューブ５０は極細の直径を持つため、
抵抗層５２に密集して配置することが可能である。また
カーボンナノチューブ５０は大きな弾性を持つため、有
機感光層３ａ２と接触すると撓ることができ、カーボン
ナノチューブ５０の先端のみではなく、側面でも有機感
光層３ａ２と接触することができる。そのため、抵抗層
５２を設けた場合でも有機感光層３ａ２とブラシ式帯電
器５ｆ間で電荷の授受が行える導電性の接点を著しく大
きくでき、電荷の注入速度を著しく向上できる。

【０１９９】その結果、ＯＰＣ３ａへ十分な帯電電圧を
与えることができる。さらにカーボンナノチューブ５０
が抵抗層５２中に埋め込まれ、カーボンナノチューブ５
０の先端が抵抗層５２から突出する構造であるため、カ
ーボンナノチューブ５０は抵抗層５２と強固に結合して
おり、ブラシ式帯電器５ｆがＯＰＣ３ａを摺動する間に
カーボンナノチューブ５０がブラシ式帯電器５ｆから離
脱することがなく、長期信頼性が向上する。また抵抗層
５２中にカーボンナノチューブ５０を分散させることに
よってカーボンナノチューブを固定化することにより、
カーボンナノチューブの配向プロセスや固定化プロセス
が不要になることから、ブラシ式帯電器５ｅの低コスト
化が期待される。

【０２００】次に本例使用されるブラシ式帯電器５ｆの
断面構成部材について説明する。

【０２０１】本例の金属芯５１、カーボンナノチューブ
は［２−D］で説明したカーボンナノチューブ３０と同
様のものが使用できる。抵抗層５２は有機感光層３ａ２
のピンホールによる過電流の大きさを制限するために、
抵抗値は１０^４〜１０^８Ωが望ましい。抵抗値が１０^３
Ω以下ではピンホールによる過電流が大きくなり、直流
電源の電圧が低下し、帯電圧の不均一を招く。また抵抗
値が１０^９Ω以上の場合では、帯電ブラシ全体の抵抗が
大きくなり、電荷注入速度が小さくなり、ＯＰＣの帯電
電圧が低下してしまう。

【０２０２】また抵抗層５２はポリカーボネート、ポリ
アクリレート、ポリテレフタレート、エポキシ樹脂等の
高分子樹脂にカーボンナノチューブ５０を分散させた構
造を持つ、分散させたカーボンナノチューブ９２０の少
なくても一部は抵抗層５２の表面から突出しているが、
カーボンナノチューブ５０の他にＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａ
ｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ等の金属や合金、またはグラファ
イト、フラーレンの導電性無機材料、または表面にＮ
ｉ、Ｃｏ、Ａｌ等の金属薄膜を形成して導電処理した高
分子樹脂等の導電性粒子を添加しても良い。これらの導
電性粒子を高分子樹脂に添加した場合、抵抗層９１２の
表面から突出するカーボンナノチューブ５０の数と抵抗
層５２の抵抗値を独立に制御できるため、抵抗層５２の
抵抗値を最適化しやすいという利点を持つ。なお導電性
粒子の大きさは作製しやすい大きさであれば良く、金
属、合金、高分子樹脂、グラファイト等であれば数μｍ
〜数１００μｍが適当であり、フラーレンであれば数ｎ
ｍ〜１μｍが良い。

【０２０３】次に本例のブラシ式帯電器５ｆの作製方法
を図２２（ａ）、（ｂ）に従って述べる。図２２はブラ
シ式帯電器５ｆの一部の概略を示しており、ブラシ式帯
電器５ｆは円柱構造をしており、カーボンナノチューブ
５０は抵抗層５２の表面全てから突出しているものとす
る。（ａ）ＳＵＳ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕ等の金属や合金か
らなる金属芯５１をカーボンナノチューブ５０を分散さ
せたポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリテレフ
タレート、エポキシ樹脂等の高分子樹脂にディップし
て、所定の膜厚の抵抗層５２を形成する。

【０２０４】なお、高分子樹脂にはカーボンナノチュー
ブ５０の他にＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐ
ｔ等の金属や合金、またはグラファイト、フラーレン等
の導電性無機材料または表面にＮｉ、Ｃｏ、Ａｌ等の金
属薄膜を形成して導電処理した高分子樹脂等の導電性粒
子を添加しても良い。抵抗層５２の抵抗値はカーボンナ
ノチューブ及び導電性粒子の添加量と抵抗層の膜厚によ
って制御する。（ｂ）その後抵抗層５２を機械的に研磨
してカーボンナノチューブ５０の先端を抵抗層５２から
突出させ、ブラシ式帯電器５ｅを完成させる。

【０２０５】抵抗層５２をアルミナ等の砥粒で機械的に
研磨すると、比較的柔らかい高分子樹脂のみが選択的に
研磨され、カーボンナノチューブは研磨されない。その
結果最終的には抵抗層５２の表面からカーボンナノチュ
ーブ９２０が突出した構造が得られる。なお抵抗層５２
から突出するカーボンナノチューブ５０の長さは０．１
μm以上あれば、帯電ローラーとして十分な帯電能力が
確保できる。なお、本例はブラシ式帯電器５ｅのローラ
ー形状を用いて説明を行ったが、帯電ブレードの形状で
も何ら問題はなく、接触型の帯電器の形状が本発明の請
求の範囲を限定するものではない。

【０２０６】［２−Ｇ］本発明の接触型の各帯電器５ｄ
〜５ｆの作動を説明する。上述の「帯電器の実施例４〜
６」としての接触型の帯電器の一つと−５００Ｖの直流
電源を被帯電体であるＯＰＣの帯電システムとして複写
機に搭載して、テストチャートの複写を行った。現像は
白黒の２値現像とし、階調はドット数で表示した。な
お、今回使用したＯＰＣは有機感光層表面に大きさが１
０〜２０μｍのピンホールが１０〜４０個程度あった。
「帯電器の実施例４〜６」の接触型の帯電器の一つを載
せた画像形成装置としての複写機（図１参照）で複写を
行った結果、被帯電体であるＯＰＣ全面で帯電ムラは生
じず、ピンホールの影響が現れなかった。また通常のア
ナログ表示の複写機と比較し解像度、階調が向上してお
り、テストチャート全面で良好な複写がなされた。また
「帯電器の実施例４〜６」の帯電器では感光体の帯電プ
ロセス中にオゾンやＮＯｘがほとんど検出されなかっ
た。

【０２０７】よって本発明の帯電器を搭載した複写機
は、ＯＰＣの有機感光層にピンホールがあった場合にお
いても、オゾンやＮＯｘを発生させないで、良好な画像
記録が行えることが確認された。なお、プリンター、フ
ァクシミリ等の画像形成装置においても、同様の効果が
期待できる。

【０２０８】［２−Ｈ］［２−Ｄ］〜［２−Ｇ］で述べ
たように、「帯電器の実施例４〜６」の帯電器は主に電
荷注入によって帯電が行われていた。さらに大きな帯電
電位（６００Ｖ〜１ｋＶ程度）が必要とされる場合、Ｏ
ＰＣの帯電は主にＯＰＣと接触型の帯電器の微小空隙で
のコロナ放電によって行われる。本発明の帯電器におい
ても、カーボンナノチューブとＯＰＣ間の微小空隙に放
電開始電圧Ｖｔｈ以上の電圧が印加されると、カーボン
ナノチューブとＯＰＣ間の微小空隙でコロナ放電が発生
し、ＯＰＣが帯電される。

【０２０９】特にカーボンナノチューブは極細の針状の
形状を持つため、カーボンナノチューブ先端での不平等
電界が強くなり、放電開始電圧Ｖｔｈを下げることがで
きる。またカーボンナノチューブは大気圧において電界
放出を起こすため、電界放出による電子がコロナ放電の
トリガーとなり、Ｖｔｈを更に下げる効果もある。［２
−Ｄ］〜［２−Ｆ］で述べた各帯電器において、帯電ブ
ラシでＶｔｈを測定したところ、カーボンナノチューブ
が保持されていない帯電ブラシより小さなＶｔｈを持つ
ことが確認され、従来の接触型帯電器より印加電圧を小
さくできることが判った。

【０２１０】また微小空隙でのコロナ放電によってＯＰ
Ｃを帯電させる場合に発生するオゾンやＮＯｘを測定し
た結果、実施例２の帯電ブラシはカーボンナノチューブ
が保持されていない接触型帯電器よりもオゾンやＮＯｘ
が少なかった。これはカーボンナノチューブの先端のみ
でコロナ放電が起きるため、実施例２の帯電ブラシでは
放電空間が狭くかつ印加電圧が小さいため、オゾンやＮ
Ｏｘの発生が抑えられたと考えられる。

【０２１１】また実際に「被帯電体の実施例５」等の帯
電ブラシを載せた複写機で複写を行った結果、ＯＰＣ全
面で帯電ムラは生じず、ピンホールの影響が現れず、通
常のアナログ表示の複写機と比較し解像度、階調が向上
しており、テストチャート全面で良好な複写がなされ
た。なお、ここでの帯電器は電荷注入や電界放出、微小
空隙でのコロナ放電といった帯電方式に制限されるもの
ではなく、本発明の構造が含まれる全ての接触型の帯電
器についても同様である。

【０２１２】［３］転写装置８について説明する。図１
に示す画像形成装置１としての複写機において、転写装
置８は記録媒体である記録材ｐを搬送する転写ベルト１
３と、転写ベルトに転写電荷を供給する電荷付与材１４
及び電源１５から構成されている。［３−Ａ］図２３には「転写装置の実施例１」として第
１の転写装置８ｂを搭載した複写機１ｂを示した。

【０２１３】この複写機１ｂは図1の複写機１と比較
し、転写装置８ｂ以外は同様の構成のため、重複説明を
略した。転写装置８ｂの電荷付与材として、ＣＮＴを表
面に突出させたブレードタイプのものを作製した。

【０２１４】作製方法を以下に述べる。上述の技術を利
用し、カーボンナノチューブを作製する。雰囲気ガスに
ヘリウムを用い、５００Ｔｏｒｒの圧力で、陽極、陰極
ともグラファイト棒を用いたＤＣアーク放電法により合
成した。電流量は約１００Ａで、電極径は１ｃｍ、電極
間距離は、約１ｍｍとした。陰極の先端に約１ｃｍ径の
円柱状堆積物が生成し、多層カーボンナノチューブが束
になったものが観察された。

【０２１５】多層カーボンナノチューブ６２は、合成後
は種々の不純物が含まれるため、有機溶媒や界面活性剤
が添加された水溶液に分散された後、遠心分離法や限外
ろ過法によって高純度に精製するのが良い。この多層カ
ーボンナノチューブをエポキシ樹脂と混合し、１００℃
１ｈｒ加熱硬化し、Ａｌ基体上にＣＮＴ樹脂マトリクス
を形成した。その後、アルミナ研磨材（粒径０．３μ
ｍ）と発泡ウレタンの研磨パッドを用いて研磨を行い、
カーボンナノチューブ樹脂マトリクス表面に多層カーボ
ンナノチューブ１４を突出させた。多層カーボンナノチ
ューブは、０〜数μｍの長さで、ほぼ表面にランダムに
突出していた。

【０２１６】この様にして、感光体（被帯電体）３ｂと
転写ベルト１３ｂのニップ幅と同じ幅２ｍｍのブレード
状の電荷付与材６１を形成した。転写ベルト１３ｂの材
質としては、金属やカーボンブラックなど導電性粒子や
イオン導電性物質などで抵抗を制御し、体積抵抗率１０
^８Ωｃｍ以上のプラスチック材料やゴム材料を採用でき
る。ここでは、ＰＥＴにカーボンブラックを添加して体
積抵抗率を１０^１３Ωｃｍに調整した１５０μｍ厚のフ
ィルム状部材を用いた。

【０２１７】上述のＣＮＴ接触型帯電器であるブレード
型帯電器５ｂにより、感光体ドラム４は負電荷で、約６
００Ｖに一様に帯電している。そして露光装置６によ
り、画像信号に基づいてラスタ露光を行う。このラスタ
露光によって、電荷が消失し、感光体（被帯電体）上の
露光された部分の電位は、−６００Ｖから約−５０Ｖま
で低下し、静電潜像が形成される。ここで、現像装置７
の現像ローラー７０２上の負電荷を持つトナーが接触す
ることで、感光体（被帯電体）３の電荷が残っている部
分にはトナーが付着せず、電荷のない部分、つまり、露
光された部分には、トナーが吸着し、静電潜像と相似な
トナー像が感光体上に形成される。このトナー像は、感
光体３と接触して、等速で駆動している転写ベルト１３
ｂにより搬送される記録材ｐに、ニップ部で、先のＣＮ
Ｔが突出したブレード状の電荷付与材６１から、トナー
粒子とは反対極性の電荷を転写ベルト１３ｂに供給され
ることによって形成される電場により、転写され、図示
しない定着装置に送られて、記録材ｐ上に転写される。
ブレード状の電荷付与材６１は、転写ベルト１３ｂに接
触して電荷の供給を行っている。このブレードの幅は、
ニップｎｐの幅と同じにしてあるため、転写に必要な領
域にのみ電荷を供給し、入口側での不要な電圧印加が発
生せず、“プレ転写”を防止できる。

【０２１８】この場合、従来のブラシやローラー型で起
こるパッシェン則に従ったコロナ放電による電荷の移動
ではなく、電荷注入による電荷の移動が起こっていると
思われる。コロナ放電の場合、ギャップや対向する誘電
体膜厚等に従った、放電開始のしきい値があるが、電荷
注入は、そのようなしきい値はなく、より低電圧で転写
できた。また、オゾンやＮＯｘも検出されず、“転写チ
リ”などによる画像の劣化も低減できた。また、先の転
写ベルト１３ｂにこのブレード状の電圧付与材６１を接
触させて、２５０ｈｒの電圧印加を行い、抵抗は、１０
^１３Ωｃｍからほとんど変化していないことを確認し
た。また、転写ベルト１３ｂの磨耗も従来の金属やカー
ボンブラックを添加した樹脂を用いたブレードなどに比
べて著しく低減されている。

【０２１９】また、同じブレードをベルトに対して約５
０μｍのギャップを設けて電圧印加したところ、接触の
場合よりは多少大きな電圧を要したが、従来のローラー
型よりは十分小さな電圧で転写することができ、画像劣
化も見られなかった。本実施例では、転写ベルト１３ｂ
をもつものに対して行ったが、転写ブレードとして、ブ
レード単体で直接転写体に電荷を供給しても良い。上述
のところに示した数値はこれに限定されるものではな
く、説明を補足する。

【０２２０】ここでは、カーボンナノチューブとして、
多層カーボンナノチューブ６２を用いたが、単層カーボ
ンナノチューブでも良い。また、どちらにおいてもその
チューブの先端が閉じているものと開いているものがあ
る。この例では閉じた多層カーボンナノチューブ６２を
用いたが、開管したナノチューブであっても良い。

【０２２１】また、ＣＮＴを突出させる方法としてここ
では研磨を用いたが、ドライエッチングやアッシング、
薬液による処理など他の方法でも問題ない。

【０２２２】保持する樹脂として、エポキシ樹脂を用い
たが、ポリエチレン、ポリテレフタル酸エチレン（ＰＥ
Ｔ）やポリテレフタル酸ブチレン（ＰＢＴ）などのポリ
エステル、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリ
デン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアミド
（ＰＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（Ｐ
Ｓ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリウレタン、エチ
レン−ビニルアルコール共重合体などの樹脂や軟質塩化
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、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、シリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム
等が用いられる。

【０２２３】更に、抵抗のコントロールは、カーボンナ
ノチューブ単体だけではなく、金属フィラーやカーボン
ブラック、テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）等の
電子受容性化合物とテトラチアフルバレン（ＴＴＦ）等
の電子供与性化合物から構成される電荷移動錯体を併用
してもかまわない。ここでは像担持体として感光体ドラ
ム４の例を示したが、中間転写体でもよい。逆に記録媒
体として記録紙をあげたが、中間転写体（ベルト）でも
良い。

【０２２４】［３−Ｂ］次いで、「転写装置の実施例
２」として第２の転写装置８ｃを用いた画像形成装置を
説明する。図２４に示すように、ここでの画像形成装置
としての複写機１ｃは図２３の複写機１ｂと比べ、転写
装置８ｃ以外の帯電装置５ｂ、露光装置６、現像装置
７、クリーニング装置１１等は同じであるため重複説明
を省略した。

【０２２５】まず、ＣＮＴを表面に突出させた転写装置
としてのローラー転写器８ｃの作製について説明する。
まず公知技術によって、単層カーボンナノチューブ６３
を作製する。ここでは、陽極としてグラファイトにＦｅ
−Ｎｉの金属触媒を混合したコンポジット棒を用い、陰
極としてグラファイト棒を用い、５００ＴｏｒｒのＨｅ
雰囲気でのアーク放電により単層カーボンナノチューブ
を作製した。合成した単層カーボンナノチューブ６３を
遠心分離法及び限外ろ過を用いて精製した。

【０２２６】ローラー転写器８ｃの基体６４は、Ａｌ、
ＳＵＳ、Ｆｅなどの金属などが用いられる。ここでは、
Ａｌを用いた。ＥＰＤＭ（ｅｔｈｙｌｅｎｅｐｒｏｐ
ｙｌｅｎｅｄｉｅｎｅｒｕｂｂｅｒ）発泡体に、上
記単層カーボンナノチューブ６３を分散して、抵抗値１
０^８Ωの一層構成のローラーを形成した。表面を研削加
工して、ＣＮＴを突出させた。「転写装置の実施例１」
と同様の方法で、感光体ドラム４上の被帯電体である感
光体３ｃにトナー像を形成し、転写ローラー８ｃと対向
するニップ部ｎｐに送る。搬送ローラー６５からおくら
れた、記録媒体である記録材ｐは、単層カーボンナノチ
ューブ６３が表面に突出した転写ローラー８ｃに電源６
６から供給されるバイアスによって、トナーと反対極性
の転写電荷（この場合は、プラス）を与えられ、記録材
ｐ上に転写される。記録材ｐは、定着装置である定着ロ
ーラー６７に送られて記録材ｐ上に定着される。

【０２２７】この場合も、従来のローラー転写器に比
べ、より低電圧で転写でき、オゾンやＮＯｘも検出され
ず、“転写チリ”などによる画像の劣化も低減できた。
また、画像担持体である感光体の磨耗も少なく、オゾン
やＮＯｘによる磨耗も低減された。本実施例は、直接記
録材ｐに電荷を供給するものとしたが、搬送ベルトを兼
ねた転写ベルトに対して電荷付与材として用いても良
い。また、転写ローラー８ｃの構造は、１層のものを用
いたが、感光体（被帯電体）３ｃのピンホール対策など
外側にＣＮＴを突出させ、より体積抵抗率の高い層を形
成するなどの多層構造でも良い。なお、上述のところに
示した数値はこれに限定されるものではなく、「転写装
置の実施例１」と同様の補足説明が適用されるが、ここ
では重複説明を略す。

【０２２８】［３−Ｃ］次いで、「転写装置の実施例
３」として第３の転写装置８ｄを用いた画像形成装置を
説明する。まず「転写装置の実施例１」と同様の手法で
多層カーボンナノチューブ６２を作製した。この多層カ
ーボンナノチューブ６２をナイロン樹脂に分散（分散量
５ｗｔ％）し、溶融紡糸する。ウレタンのパッドで上記
繊維を挟み、繊維に電荷を印加し、その間に粒径１μｍ
のアルミナを供給し繊維を片側から引き出し、表面を機
械的に研磨し、繊維表層にカーボンナノチューブ６２を
露出させる。対角線に配置したウレタンパッドを２段直
交するように配置し、繊維の外周全てでカーボンナノチ
ューブが露出するようにした。荷重や引き出し速度等に
よっては、１段でもまた複数段でもかまわない。

【０２２９】この様なカーボンナノチューブ６２を露出
させた導電性繊維を保持部材６７に植毛して、転写ブラ
シ８ｄを形成した。図２６に示すように、転写ブラシ８
ｄの繊維６８の表面にＣＮＴ６２が突出している。ここ
では、樹脂中にカーボンナノチューブを分散させる方法
を用いたが、カーボンナノチューブ６２が、数１００μ
ｍと十分長く、直接保持部材に植毛して、カーボンナノ
チューブ単独でブラシを形成しても良い。この様にして
作製した転写ブラシ８ｄを、中間転写方式の画像形成装
置であるカラー複写機１ｄに用いた。ここでは、画像担
持体としての感光体ドラム３ｄと中間転写ベルト６９の
転写部分のみを図示している。

【０２３０】中間転写ベルト６９は、トナー像を保持す
ることや転写の面から、体積抵抗率が１０^１２Ωｃｍ以
上であることが望ましい。本実施例では、体積抵抗率１
０^１ ^３Ωｃｍのものを用いた。構造については、ここで
は、３層構造のベルト材からなるものを用いたが、単層
のみでもかまわない。この中間転写ベルト６９を感光体
ドラム４に接触させ、感光体（被帯電体）３に対して反
対側から、電荷供給部材であるＣＮＴ６２を突出させた
転写ブラシ８ｄを中間転写ベルト６９に接触させ、転写
に必要な電圧を印加して、転写を行う。

【０２３１】ブラック、シアン、マゼンダ、イエローに
分割されたカラー画像情報を実施例［３−Ａ］と同様な
方法で、感光体（被帯電体）３ｄ上にトナー像を形成
し、各々中間転写ベルト６９に転写することでブラッ
ク、シアン、マゼンダ、イエローの重ね合ったトナー像
が形成される。その後、２次転写によって記録媒体であ
る記録材（図示せず）にカラー画像として一括転写され
る。従来のブラシ転写に比べて、オゾンやＮＯｘの発生
がなく、画像ボケや転写チリによる画像劣化が低減し
た。また、１５０ｈｒの連続電圧印加においても、中間
転写ベルト６９の抵抗率の低下は見られなかった。

【０２３２】ここでは、中間転写ベルト６９を用いて、
転写ブラシ８ｄを電荷付与材として用いたが、直接転写
媒体に転写ブラシ８ｄで、転写電圧を印加しても良い。
また、像担持体として感光体ドラム３ｄを用いたが、２
次転写の場合の中間転写体でも良い。同様に、転写部材
も、この場合は中間転写体（ベルト）であるが、記録媒
体としての記録材でも良い。ブラシとしては、回転体に
ＣＮＴを突出させた導電性繊維を植毛した回転ブラシで
も良い。なお、上述のところに示した数値はこれに限定
されるものではなく、「転写装置の実施例１」と同様の
補足説明が適用されるが、ここでは重複説明を略す。

【０２３３】上述のところで、画像形成装置として電子
写真方式の複写機１、カラー複写機１ｄを説明したが、
これに限定されるものではなく、ファクシミリ、プリン
タ、あるいはこれらの機能を複合して持ち合わせ、これ
ら各機能での書き込み処理に必要とされる画像情報をデ
ジタル処理するデジタル複写機等に本発明を適用しても
良く、これらの場合も同様の作用効果を得られる。

【０２３４】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明は、放電
による帯電と比べ、注入型の帯電においては、その電子
（ホール）が保持される準位が必要であることより、こ
こでは必要な帯電電位に対し、必要なトラップ準位の数
を規定し、それ以上あるような材質の被帯電体を作製し
た。トラップ準位が必要な数以上あることによって、被
帯電体の帯電効率が向上する。請求項２の発明は、トラ
ップ準位がホッピング伝導が問題にならない程度の量に
規定すべく、ｎ＜｛４πεｋＴ／ｑ^２＊ｌｏｇ（σ’／σ）｝
^３という式を満たすトラップ準位が得られるよう被帯電体
を作製することで、ホッピングによる抵抗低下を避けら
れる。

【０２３５】請求項３の発明は、Ｖ＞０のときＮ
ａ＞ＣＶ／ｑ、Ｖ＜０のときＮｄ＞ＣＶ／ｑとするこ
とにより、正帯電及び、負帯電ともに十分な帯電を施す
ことができる。請求項４の発明は、カーボンナノチュー
ブはその形状から非常に細く、機械強度が高い、電界放
出素子部材として安定性にも長け、固体潤滑材としての
性質を持ちあわせている等の帯電器として有効利用でき
る特徴を持っている。このため、このような帯電器と請
求項１乃至３記載の被帯電体を選択的に採用してなる画
像形成装置は各帯電器及び各被帯電体相当の効果を画像
形成装置としても同様に有し、しかも、画像形成装置と
しての商品性を向上できる。

【０２３６】請求項５の発明は、請求項４の発明と同様
の効果が得られ、しかも、帯電器をブレード型にするこ
とで、帯電器表面が被帯電体表面を滑ることとなり、被
帯電体表面に接触する領域が大きく広がることより、被
帯電体表面ラフネスで接触領域、非接触領域を形成して
も、表面を滑ることで、それぞれの領域が交互に入れ替
わり、均一帯電が可能となる。請求項６の発明は、請求
項４の発明と同様の効果が得られ、しかも、帯電器をロ
ーラ型にすることで、被帯電体と接していない部分でク
リーニングを行い、十分にその効果を発揮することがで
きる。またこれと同時にクリーナーによって帯電器表面
を研磨でき、研磨工程を帯電プロセス内に組み込むこと
で、また、被帯電体と回転スピードを違え、相互の表面
を滑らせることで、ブレード型と同様の効果を得ること
ができ、通常のローラー帯電器での不具合である、接触
面積の不足を補うことができ、帯電むらを排除できる。

【０２３７】請求項７の発明は、請求項４の発明と同様
の効果が得られ、しかも、帯電器の表面をブラシにする
ことで、トナーが混入してギャップが大きく変動するこ
とを排除できる。しかも、ブラシの製造方法などを転用
することで、製造コストを低減できる。請求項８、９の
各発明は、帯電器のカーボンナノチューブがピンホール
と接触すると、カーボンナノチューブに過電流が流れ、
カーボンナノチューブの先端が発熱し、空気中の酸素に
よって酸化されて消耗し、感光体のピンホールからカー
ボンナノチューブが瞬時に離れてしまう。また過電流の
大きさも、抵抗層が保護抵抗となって抑制される。その
結果、直流電源の電圧が低下しない。よってピンホール
があった場合も、感光体を均一に帯電できる。請求項１
０の発明は、高分子樹脂からなる抵抗層に導電性粒子を
分散させているので、導電性粒子の分散量と抵抗層の膜
厚によって抵抗値の制御が容易に行える。

【０２３８】請求項１１の方法発明は、静電吸着や電気
泳動法等のカーボンナノチューブを配向させるプロセス
が不要になり、接触型の帯電器の製造コストを抑えるこ
とができる。また、カーボンナノチューブが保持層に強
く保持されるので、接触型帯電器が被帯電体を摺動して
いる間に抵抗層からカーボンナノチューブが剥離しにく
く、帯電器の長期安定性が向上する。請求項１２の発明
は、カーボンナノチューブの分離精製プロセスが不要に
なるので、接触型の帯電器の製造コストを抑えることが
できる。また比較的長いカーボンチューブが得られるの
で、導電性の接点が増加し、電荷の注入速度が向上す
る。

【０２３９】請求項１３、１４の各発明は、帯電器のカ
ーボンナノチューブがピンホールと接触すると、カーボ
ンナノチューブに過電流が流れ、カーボンナノチューブ
の先端が発熱し、空気中の酸素によって酸化されて消耗
し、感光体のピンホールからカーボンナノチューブが瞬
時に離れてしまう。また過電流の大きさも、抵抗層が保
護抵抗となって抑制される。その結果、直流電源の電圧
が低下しない。よってピンホールがあった場合も、感光
体を均一に帯電できる。更にカーボンナノチューブが抵
抗層に埋め込まれた構造になっているため、カーボンナ
ノチューブが抵抗層に強く保持される。その結果接触型
帯電器が被帯電体を摺動している間に抵抗層からカーボ
ンナノチューブが剥離しにくく、帯電器の長期安定性が
向上する。

【０２４０】請求項１５の発明は、高分子樹脂からなる
抵抗層に導電性粒子を分散させているので、抵抗層の表
面から突出するカーボンナノチューブの数と抵抗層の抵
抗値を独立に制御でき、抵抗層の抵抗値を最適化しやす
い。請求項１６の方法発明は、カーボンナノチューブを
含有した抵抗層を感光体と対抗する面に形成する工程
と、前記抵抗層を研磨してカーボンナノチューブの先端
を抵抗層から突出させる工程からなる。そのためカーボ
ンナノチューブの配向プロセスや固定化プロセスが不要
になり、接触型帯電器の低コスト化が期待される。

【０２４１】請求項１７の発明は、請求項１１、１２ま
たは１６の帯電器を搭載しているため、被帯電体にピン
ホールがある場合においても被帯電体に帯電ムラは発生
せず、良好な画像が得られる。また電荷注入によって被
帯電体を帯電させる場合は、オゾンやＮＯｘが発生しな
い。更にコロナ放電で被帯電体を帯電させる場合も、従
来の接触型の帯電器より低電圧で帯電が可能であり、オ
ゾンやＮＯｘも減らすことができる。請求項１８の発明
は、カーボンナノチューブが表面に突出した電荷付与材
を用いることによって、より低電圧で転写が可能で、オ
ゾンやＮＯｘが低減し、転写チリなどによる画像の劣化
も低減できる。また、ＣＮＴの摩擦係数が小さいことか
ら、対向する像担持体や転写部材の磨耗を抑制できる。

【０２４２】請求項１９の方法発明は、カーボンナノチ
ューブが表面に突出した電荷付与材を用いるので、より
低電圧で転写が可能で、オゾンやＮＯｘが低減し、転写
チリなどによる画像の劣化も低減できる。また、ＣＮＴ
の摩擦係数が小さいことから、対向する像担持体や転写
部材の磨耗を抑制できる。請求項２０の発明は、請求項
１、２又は３の被帯電体を用い、帯電の効率を向上さ
せ、しかも、カーボンナノチューブが表面に突出した電
荷付与材を用いることによって、より低電圧で転写が可
能で、オゾンやＮＯｘが低減し、転写チリなどによる画
像の劣化も低減できる。また、ＣＮＴの摩擦係数が小さ
いことから、対向する被帯電体を成す像担持体や転写部
材の磨耗を抑制できる。

【０２４３】請求項２１の発明は、カーボンナノチュー
ブが表面に突出した電荷付与材を用いることによって、
オゾンやＮＯｘが低減し、転写ベルトの表面抵抗が経時
変化によって低減せず、転写チリなどによる画像の劣化
も低減できる。また、ＣＮＴの摩擦係数が小さいことか
ら、ベルトの磨耗を抑制でき、ベルトの長寿命化がおこ
なえ、製品のメンテナンスフリー、コスト低減につなが
る。請求項２２の発明は、カーボンナノチューブが表面
に突出した電荷付与材を用いることによって、オゾンや
ＮＯｘが低減し、中間転写ベルトの表面抵抗が経時変化
によって低減せず、画像ボケや転写チリなどによる画像
の劣化も低減できる。また、ＣＮＴの摩擦係数が小さい
ことから、ベルトの磨耗を抑制でき、ベルトの長寿命化
がおこなえ、製品のメンテナンスフリー、コスト低減に
つながる。

【０２４４】請求項２３の発明は、カーボンナノチュー
ブが表面に突出したブレード状の電荷付与材を用いるこ
とによって、低電圧で転写が可能で、オゾンやNOxが低
減し、転写チリなどによる画像の劣化も低減できる。更
に特定領域にのみ電荷を供給でき、ニップ入口に電荷を
与えることがないため、プレ転写を抑制でき、転写チリ
による画像の劣化を低減できる。請求項２４の発明は、
カーボンナノチューブが表面に突出したローラー状の電
荷付与材を用いることによって、低電圧で転写が可能
で、オゾンやＮＯｘが低減し、搬送ベルトなどの付加的
な搬送手段を必要とせず、転写チリによる画像の劣化を
低減できる。

【０２４５】請求項２５の発明は、カーボンナノチュー
ブが表面に突出したローラー状の電荷付与材を用いるこ
とによって、低電圧で転写が可能で、オゾンやＮＯｘが
低減し、転写チリによる画像の劣化を低減できる。ま
た、対向するものの磨耗を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての被帯電体を装備する
画像形成装置の概略構成図である。

【図２】図１の画像形成装置と同装置が用いるローラ帯
電器の概略構成図を示す。

【図３】図２のローラ帯電器の概略拡大断面図を示す。

【図４】図２のローラ帯電器の被帯電体でのピンホール
部の等価回路図を示す。

【図５】図２のローラ帯電器の被帯電体の拡大断面構成
説明図を示す。

【図６】本発明の他の実施例としてのブラシ型帯電器を
装備する画像形成装置の概略構成図である。

【図７】図6のブラシ型帯電器の変形例の機能説明図で
ある。

【図８】図７のブラシ型帯電器の全体概略構成図であ
る。

【図９】図７のブラシ型帯電器の横からの概要図であ
る。

【図１０】図6のブラシ型帯電器の他の変形例の全体概
略構成図である。

【図１１】本発明の他の実施形態としてのブラシ型帯電
器の断面構成説明図を示す。

【図１２】図6等のブラシ型帯電器の作動説明図で
（ａ）はローラー型の場合を、（ｂ）はブレード型の場
合を示す。

【図１３】本発明の他の実施形態としてのブラシ型帯電
器及び被帯電体の要部断面図である。

【図１４】図１３のブラシ型帯電器の作製工程を（ａ）
乃至（ｄ）に分割して説明する図である。

【図１５】図１３のブラシ型帯電器の他の作製工程を
（ａ）乃至（ｄ）に分割して説明する図である。

【図１６】図１３のブラシ型帯電器の他の作製工程を
（ａ）乃至（ｄ）に分割して説明する図である。

【図１７】図１３のブラシ型帯電器の他の作製工程を
（ａ）乃至（ｄ）に分割して説明する図である。

【図１８】本発明の他の実施例としてのブラシ型帯電器
及び被帯電体の要部断面図である。

【図１９】図１８のブラシ型帯電器の作製工程を（ａ）
乃至（ｅ）に分割して説明する図である。

【図２０】図１８のブラシ型帯電器の他の作製工程を
（ａ）乃至（ｅ）に分割して説明する図である。

【図２１】本発明の他の実施例としてのブラシ型帯電器
及び被帯電体の要部断面図である。

【図２２】図２１のブラシ型帯電器の作製工程を
（ａ）、（ｂ）に分割して説明する図である。

【図２３】本発明の他の実施例としてのブレードタイプ
の転写装置を装備する画像形成装置の概略構成図であ
る。

【図２４】本発明の他の実施例としてのローラー転写器
と同転写器の画像形成装置に対する配置構成図である。

【図２５】本発明の他の実施例としてのブレードタイプ
の転写装置の概略構成図である。

【図２６】図２５のブレードタイプの転写装置のブラシ
部分の拡大切欠側面図である。

【図２７】従来のローラ帯電器の概略構成図である。

【図２８】従来の他のローラ帯電器の概略構成図であ
る。

【図２９】従来の転写装置を装備する画像形成装置の概
略構成図である。

【図３０】従来の他の転写装置の概略構成図である。

【符号の説明】１、１ａ〜１ｃ画像形成装置３，３ａ〜３ｄ被帯電体４感光体ドラム５、５ａ〜５ｆ帯電器８，８ａ〜８ｄ転写装置ｑ素電荷Ｃ被帯電体単位面積あたりの容量Ｎトラップ準位の数Ｖ所望の電圧２４，３０ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村上明繁東京都大田区中馬込１丁目３番６号・株式会社リコー内Ｆターム(参考） 2H200 FA18 GA13 GA23 HA03 HA13 HB07 HB12 HB14 HB45 HB46 JA02 JA25 JA26 JB10 MA04 MA06 MA14 MA20 MB04 3J103 AA02 AA14 AA15 AA24 AA33 AA51 AA72 BA41 BA43 BA46 EA02 EA11 EA20 GA02 GA52 HA03 HA04 HA05 HA12 HA15 HA18 HA32 HA37 HA47 HA51 HA52 HA53

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯電器表面から電荷が直接もしくは間接的
に被帯電体表面に移動することで、帯電を行うシステム
において、その被帯電体がもつ単位面積当たりのトラッ
プ準位の数Ｎ（１／ｃｍ^２）が以下の条件を満たすこと
を特徴とした被帯電体。Ｎ＞ＣＶ／ｑここで、Ｃ：被帯電体単位面積あたりの容量（１／ｃｍ^２）Ｖ：所望の電圧ｑ：素電荷
【請求項２】請求項１記載の被帯電体において、単位体
積当たりのトラップ準位の数ｎ（アクセプター：ｎａ、
ドナー：ｎｄ）が以下の条件を満たすことを特徴とした
被帯電体。ｎ＜｛４πεｋＴ／ｑ^２＊ｌｏｇ（σ’／σ）｝
^３ここで、 σ：所望の被帯電体暗中導電率（１／Ωｃｍ） σ’：トラップ準位がないときの導電率ｋ：ボルツマン定数Ｔ：温度（Ｋ） ε：誘電率ｎ：ｎａ、ｎｄの小さい方（個／ｃｍ^３）
【請求項３】請求項１のトラップ準位として、電子をト
ラップする準位をＮｄ、ホールをトラップする準位をＮ
ａとしたとき、以下の条件を満たすことを特徴とした被
帯電体。Ｖ＞０のときＮａ＞ＣＶ／ｑＶ＜０のときＮｄ＞ＣＶ／ｑ
【請求項４】請求項１、２または３の被帯電体を用いた
画像形成装置において、帯電器としてＣＮＴ（カーボン
ナノチューブ）を用いることを特徴とした画像形成装
置。
【請求項５】請求項４の帯電器をブレード状にしたこと
を特徴とした画像形成装置。
【請求項６】請求項４の帯電器をローラー状にしたこと
を特徴とした画像形成装置。
【請求項７】請求項４の帯電器をブラシ状にしたことを
特徴とした画像形成装置。
【請求項８】請求項４の帯電器を有した画像形成装置に
おいて、前記被帯電体と対抗する面に抵抗層を有し、か
つ抵抗層上にＣＮＴ（カーボンナノチューブ）が保持さ
れていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】請求項４の帯電器を有した画像形成装置に
おいて、前記抵抗層の抵抗値が１０ ^４〜１０^８Ωである
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】請求項８または９に記載の帯電器を有し
た画像形成装置において、前記抵抗層が導電性粒子を分
散させた高分子樹脂からなることを特徴とする画像形成
装置。
【請求項１１】請求項８、９または１０に記載の帯電器
の作製方法において、前記抵抗層上にカーボンナノチュ
ーブを含有した高分子樹脂からなる保持層を形成する工
程と、前記保持層を研磨してカーボンナノチューブの先
端を保持層から突出させる工程を含むことを特徴とする
帯電器作製方法。
【請求項１２】請求項８または９に記載の帯電器作製方
法において、前記抵抗層上に少なくてもＦｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉの１つを含む金属、合金、または化合物からなる触媒
層を形成する工程と、前記の触媒層上に少なくてもアセ
チレン、エチレン、メタン等の炭化水素ガスの１つを用
いた化学的気相成長法によってカーボンナノチューブを
形成する工程を含むことを特徴とする帯電器作製方法。
【請求項１３】請求項４の帯電器を有した画像形成装置
において、前記被帯電体と対抗する面に抵抗層を有し、
かつ抵抗層中に保持されたカーボンナノチューブの先端
が抵抗層から突出していることを特徴とする画像形成装
置。
【請求項１４】請求項１３に記載の帯電器を有した画像
形成装置において、前記抵抗層の抵抗値が１０^４〜１０
^８Ωであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１５】請求項１３または１４に記載の帯電器を
有した画像形成装置において、前記抵抗層が導電性粒子
を分散させた高分子樹脂からなることを特徴とする画像
形成装置。
【請求項１６】請求項１３、１４または１５に記載の帯
電器作製方法において、前記カーボンナノチューブを含
有した抵抗層を被帯電体と対抗する面に形成する工程
と、前記抵抗層を研磨してカーボンナノチューブの先端
を抵抗層から突出させる工程を含むことを特徴とする帯
電器作製方法。
【請求項１７】請求項１１、１２または１６の前記帯電
器を搭載した画像形成装置。
【請求項１８】被帯電体からなる画像担持体上に形成さ
れたトナー像を、所定の転写ニップ領域にて近接または
接触するように配置された記録材に転写して画像を形成
する画像形成装置において、ＣＮＴ（カーボンナノチュ
ーブ）が表面に突出した電荷付与材を転写装置に用いる
ことを特徴とした画像形成装置。
【請求項１９】被帯電体からなる画像担持体上に形成さ
れたトナー像を、所定の転写ニップ領域にて近接または
接触するように配置された記録材に転写して画像を形成
する画像形成方法において、ＣＮＴ（カーボンナノチュ
ーブ）が表面に突出した電荷付与材を転写装置に用いる
ことを特徴とした画像形成方法。
【請求項２０】請求項１９の被帯電体が請求項１、２又
は３の被帯電体であることを特徴とした画像形成装置。
【請求項２１】請求項１８の画像形成装置において、前
記転写装置は記録材を搬送することを兼ねるベルトであ
ることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２２】請求項１８の画像形成装置において、前
記記録材もしくは像担持体は、中間転写体であることを
特徴とする画像形成装置。
【請求項２３】請求項８の画像形成装置において、前記
電荷付与材はブレード形状であることを特徴とする画像
形成装置。
【請求項２４】請求項８の画像形成装置において、前記
電荷付与材はローラー形状であることを特徴とする画像
形成装置。
【請求項２５】請求項８の画像形成装置において、前記
電荷付与材はブラシ形状であることを特徴とする画像形
成装置。