JP4119072B2 - Contact-type charger and method for manufacturing the same - Google Patents

Description

【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の接触型帯電器、及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の帯電方式は、コロナ放電を用いたコロトロンおよびスコロトロンが主流であった。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ＮＯ_X などの有害物質を大量に発生することや、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コストが高く、かつ人体に対し危険性があるといった欠点があった。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、ローラー帯電へと移行しつつある。
【０００３】
図１１は従来の接触型帯電器１１１０（帯電ローラーすなわち導電性ゴムローラー）を示す概略横断面図である。この図において、符号１１００は有機感光体（ＯＰＣ）、符号１１０１はＡｌ基体、符号１１０２は有機感光層である。また、符号１１０３は直流電源、符号１１１１は芯金、符号１１２４は導電性ゴム（摺擦帯電部材）である。
【０００４】
図１２は、従来の接触型帯電器２１１０（帯電ブラシ）を示す概略横断面図である。この図において符号２１００は有機感光体（ＯＰＣ）、符号２１０１はＡｌ基体、符号２１０２は有機感光層である。また、符号２１０３は直流電源、符号２１１１は芯金、符号２１２４は導電性ブラシ（帯電ブラシ本体：摺擦帯電部材）である。
【０００５】
ローラー帯電とは、導電性ゴムローラーを感光体と接触させ、感光体と帯電ローラーの間の微小空隙で放電を起こし、感光体表面を帯電させる方法であり、コロトロンと比較し、オゾン発生量が著しく低減（１／１００〜１／５００に低下）する。
【０００６】
しかしながら、帯電ローラーも感光体・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、オゾン発生量をゼロにすることは原理的にできない。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。したがって、オゾンが全く発生しない帯電方式が強く望まれ、最近では電荷注入方式が注目されている。
【０００７】
電荷注入方式とは、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方法である。そのため原理的にオゾンは発生しない。電荷注入においては、接触型帯電器と感光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号公報に記載の技術では、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と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製している。
【０００９】
しかしながら香川、古川、新川らによるＪａｐａｎ Ｈａｒｄｃｏｐｙ‘９２，ｐｐ．２８７〜２９０の報告では，８０％ＲＨの高湿下では有機感光体（以後ＯＰＣと略すことがある）は十分な帯電電圧が得られるが、３０〜５０％ＲＨの湿度下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示されている。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推察される。
【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する（ゴム硬度が高くなる）結果、上記接触面積が小さくなるためではないかと考えられる。例えば特開平６−７５４５９号公報では、導電性ゴムの抵抗は１０⁶ Ω・ｃｍ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考えられる。また上記のように、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、接触型帯電器の構造が複雑になる。
【００１１】
一方、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わたって厳密に制御する必要があるが、これでは接触型帯電器の構造が複雑になり、安価に製造することができない。
【００１２】
また、特開平９−１０１６４９号公報には、帯電ブラシの導電性繊維をエッチング繊維または分割繊維と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に溶解し、１本の導電性繊維を太さ方向で複数本に分離した繊維である。また分割繊維とは、加熱時における各部の熱収縮差を利用し、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、感光体との接触面積を増加させることができる。
【００１３】
しかしながら、分離または分割された繊維の引張り強度は、分離・分割前の導電性繊維と比較し、分離・分割された分だけ低くなる。その結果、感光体と接触した場合、繊維が切断しやすくなり、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しても、導電性繊維の分離・分割数を多くすることはできないため接触面積の著しい増加は期待できず、電荷注入速度の大幅な向上は困難である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、従来技術の上記問題点を解決した接触型帯電器、及びその製造方法を提供することである。すなわち、電荷注入によって感光体を帯電させる接触型帯電器においては、注入速度が速いため感光体に十分な帯電電圧を与えられ、かつ湿度等の環境変動に対し十分な耐性があり、しかも長期の使用においては帯電電圧の変動が小さい接触型帯電器を提供することにある。
【００１５】
また、感光体・接触型帯電器間の微小空隙でのコロナ放電を利用する接触型帯電器においては、オゾンやＮＯ_X の発生を低減でき、かつ外部電源の低電圧化を実現できる接触型帯電器を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の接触型帯電器は、導電性部材と導電性を有する繊維状部材とからなる摺擦帯電部材を備え、該摺擦帯電部材を感光体表面に摺擦接触させながら感光体・摺擦帯電部材間に電位差を印加することにより感光体に所定の表面電位を与える接触型帯電器であって、金属芯と、該金属芯の表面に設けられ多数の前記導電性部材としての導電性繊維および前記導電性を有する繊維状部材からなる摺擦帯電部材とを備え、前記導電性を有する繊維状部材は、前記導電性部材の少なくとも一部に形成され、かつ一端部が前記導電性部材内部に保持され他端部が前記導電性部材の表面から外部に突出している帯電ブラシであることを特徴とする。
【００１９】
請求項２に記載の接触型帯電器は、請求項１において、前記導電性繊維が多層構造を有し、その最外層のみで前記繊維状部材が保持されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項３に記載の接触型帯電器は、請求項１〜２のいずれかにおいて、前記繊維状部材がカーボンナノチューブであることを特徴とする。
【００２５】
請求項４に記載の接触型帯電器は、請求項３において、前記カーボンナノチューブが、下記数式（１）および（２）のカイラルベクトル（Ｃｈ）で示される単層カーボンナノチューブであることを特徴とする。
【００２６】
【数２】

【００２７】
上記数式（１）および（２）において、ａ１およびａ２は二次元六角格子の基本並進ベクトルを示し、ｎ，ｍおよびｋは整数を示す。
【００２８】
請求項５に記載の接触型帯電器は、請求項３において、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブであることを特徴とする。
【００２９】
請求項６に記載の接触型帯電器の製造方法は、請求項３〜５のいずれかに記載の接触型帯電器を製造する方法であって、カーボンナノチューブを保持すべき前記導電性部材中に該カーボンナノチューブを分散させた後、前記導電性部材の表面を機械研磨することによりカーボンナノチューブを前記導電性部材の表面から外部に突出させる工程を有することを特徴とする。
【００３１】
【実施例】
本発明を、図面に示す実施例に従って述べる。
＜実施例１＞
図１（ａ）は、接触型帯電器（帯電ブラシ）１１０の構造を示す模式的横断面図、図１（ｂ）は上記摺擦帯電部材としての帯電ブラシ本体１２４の模式的縦断面図である。
【００３２】
この帯電ブラシ１１０では、金属芯１１１と帯電ブラシ本体１２４とが接続している。この帯電ブラシ本体１２４（帯電ブラシ１１０の毛）は、上記導電性部材としての導電性繊維１２３と、上記した導電性を有する繊維状部材としてのカーボンナノチューブ１２０とからなり、カーボンナノチューブ１２０が導電性繊維１２３の内面から表面に突出している構造を持つ。この導電性繊維１２３は、高分子繊維中にカーボンブラック１２２等の導電性微粒子を分散させることにより導電性を付与したものであり、これについては後記する。そして、帯電ブラシ本体１２４は、主にカーボンナノチューブ１２０がＯＰＣ１００の表面と接触する。なお、一部では導電性繊維１２３が直接ＯＰＣ１００の表面と接触していても何ら構わない。
【００３３】
ＯＰＣ１００は、ドラム形状のＡｌ基体１０１と有機感光層１０２から構成され、必要に応じてＡｌ基体１０１と有機感光層１０２との間に電荷注入阻止層が設けられる。帯電ブラシ１１０の金属芯１１１は外部の直流電源１０３に接続され、主にカーボンナノチューブ１２０から有機感光層１０２に直接電子を注入（つまり負帯電の電荷注入）することで、ＯＰＣ１００を帯電させる構造となっている。なお、一部の電荷は有機感光層１０２と直接接触する導電性繊維１２３から注入されても良く、またカーボンナノチューブ１２０から電子が電界放出によって引き出されて有機感光層１０２を帯電しても構わない。
【００３４】
カーボンナノチューブ１２０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とがあり、単層カーボンナノチューブは触媒によって大きさが異なり、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は直径が０．７〜５ｎｍ、長さが３０ｎｍ〜１００μｍである。一方、多層カーボンナノチューブは直径が２〜５００ｎｍで、長さは１０ｎｍ〜１ｍｍであり、より合成しやすい大きさは直径が４〜５０ｎｍで、長さが５００ｎｍ以上である。単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブのいずれもアスペクト比が非常に大きい極細の形状を有する。
【００３５】
上記カーボンナノチューブ１２０の大きさは上記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であれば、本発明に含まれるものとする。また、カーボンナノチューブ１２０はシームレス構造であるため、非常に高い弾性率を持ち、チューブ軸方向の引張り強度が高い。カーボンナノチューブ１２０は極細の直径を持つため、軸方向で導電性繊維１２３に密集して配置することが可能である。
【００３６】
カーボンナノチューブ１２０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１２０から電荷を直接有機感光層１０２へ注入することが可能である。そのため、導電性繊維１２３にカーボンナノチューブ１２０を接続した帯電ブラシ１１０においては、導電性繊維がエッチング繊維、分割繊維からなる従来の帯電ブラシと比較し、有機感光層１０２と帯電ブラシ１１０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向上させることができる。そのため、高速の画像記録装置においても十分な帯電電圧が得られる。さらに、カーボンナノチューブ１２０は軸方向の引張り強度が高いため、極細でも有機感光層１０２との接触において破断することが非常に少なく、また長期的には帯電電圧のバラツキが非常に少なく、帯電ブラシ１１０の長寿命化が実現できる。
【００３７】
前述のようにカーボンナノチューブは半導体性または金属性の電気伝導を示すが、帯電ブラシ１１０に用いる場合は、帯電ブラシ１１０と有機感光層１０２の接触抵抗を小さくすることから、金属性の電気伝導がより好ましい。本発明において、導電性を有する繊維状部材はカーボンナノチューブに限定されるものではなく、カーボンナノチューブと同様な形状・特性を有するものであれば良い。
【００３８】
図２は、単層カーボンナノチューブを切り開いて広げた六員環を示す模式的説明図である。単層カーボンチューブのカイラルベクトルＣｈは、次の数式（１）のように記述される。
【００３９】
【数３】

【００４０】
上記数式（１）において、ａ１およびａ２は二次元六角格子の基本並進ベクトルを示し、ｎおよびｍは整数を示す。
【００４１】
なお、図２の単層カーボンナノチューブの上記Ｃｈは（ｎ，ｍ）＝（３，０）を示している。また、単層カーボンナノチューブが金属性の導電性を示すための条件は、次の数式（２）が成り立つことであることが判っている。
【００４２】
【数４】

【００４３】
上記数式（２）において、ｎ，ｍおよびｋは整数を示す。
【００４４】
よって、単層カーボンナノチューブを帯電ブラシ１１０に用いる場合には、上記数式（１）および（２）を共に満たすと、帯電ブラシと有機感光層の接触抵抗を低減できるので、より望ましい。なお図２中に、上記式（１）（２）を満たすＣｈを○で示した。
【００４５】
一方、多層カーボンナノチューブの場合、各層のグラフェン間での相互作用が小さいため、各層の導電性が混合されたものとなり、概ね金属性の導電性を示すが帯電ブラシにより適した構造は一意に定められない。しかしながら、単層カーボンナノチューブでは１枚のグラフェンのみが電気伝導に寄与するが、多層カーボンナノチューブでは各層のグラフェンが電気伝導に寄与するため、帯電ブラシ１１０に多層カーボンナノチューブ１２０を用いると、より多くの電荷を有機感光層１０２に注入できる利点がある。なお、単層カーボンナノチューブはグラフェンが単層（１枚）のもの、多層カーボンナノチューブはグラフェンが多層のものを言う。
【００４６】
次に、カーボンナノチューブの作製方法について説明する。単層型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，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｌａ，Ｙ等の金属触媒を混合したコンポジット棒を、陰極としてグラファイト棒をそれぞれ用い、圧力１００〜７００Ｔｏｒｒ（１．３３×１０⁴ 〜９．３１×１０⁴ Ｐａ）のＨｅまたはＨ₂ 雰囲気でのアーク放電によって合成する。単層カーボンナノチューブは、金属触媒の種類によってチャンバー内壁の煤（チャンバー煤）か、または陰極表面の煤（陰極煤）の中に存在する。
【００４７】
また、前記のコンポジット棒を電気炉中で１０００〜１４００℃に加熱し、圧力５００Ｔｏｒｒ（６．６５×１０⁴ Ｐａ）のＡｒ雰囲気で、Ｎｄ：ＹＡＧパルスレーザー光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％以上の純度に精製するのが良い。
【００４８】
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、圧力１００〜７００Ｔｏｒｒ（１．３３×１０⁴ 〜９．３１×１０⁴ Ｐａ）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せた後、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。なお、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。
【００４９】
次に図３（ａ）に、金属芯１１１に帯電ブラシ本体１２４を設けた上記帯電ブラシ１１０の作製方法の一例を示す。図３（ｂ）は帯電ブラシ本体１２４の模式的縦断面図である。帯電ブラシ１１０は円柱構造をしており、帯電ブラシ本体１２４は金属芯１１１の外周面全体にわたって一様に接続されている。
【００５０】
カーボンナノチューブ１２０を分散させ、その長手方向の一部を表面に突出させた導電性繊維１２３である帯電ブラシ本体１２４を、ＳＵＳ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｃｕ等の金属や合金からなる金属芯１１１に、図３（ａ）に示すように電気植毛によって植え付ける。導電性繊維１２３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る。植毛密度は、一般的な帯電ブラシと同様に５０〜３００本／ｍｍ² 程度にするのが良い。
【００５１】
繊維に導電性を付与することにより上記導電性繊維１２３を作製する方法としては、図３（ｂ）に示すように、カーボンブラック１２２や金属微粒子等の導電性微粒子を高分子繊維中に分散させる方法が採用できるが、摺動性のよい炭素系の微粒子を用いるのが望ましい。また、帯電ブラシ本体１２４を作製するには、繊維形成原料に上記導電性微粒子を分散させるのと同時に、高純度に精製したカーボンナノチューブを所望の配合比率で配合・分散させ、紡糸する。紡糸して得られた繊維の表面を機械的に研磨することにより、分散させたカーボンナノチューブの長手方向の一部を繊維表面から突出させる。カーボンナノチューブの別の突出方法として、酸素プラズマアッシング等を用い、母材であるレーヨン、ナイロン、ポリエステル等の高分子材を灰化し、カーボンナノチューブを繊維表面から突出させる方法も採用できる。
【００５２】
また、これらのプロセスは、紡糸一環プロセスとして実施しても良く、紡糸後に研磨、酸素プラズマアッシング等の処理を実施しても良い。研磨プロセスは遊離砥粒を用いる方法、具体的には、酸化セリウム、ウレタン等のパッドで上記繊維を挟み、繊維に１〜５００ｇ／ｃｍ² の荷重を印加し、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研磨する。パッドは繊維の巻取り速度（引出し速度）により、一段または、対角上に設置した複数段を組み合わせて使用する。
【００５３】
繊維にカーボンナノチューブを分散させる際、高純度に精製したカーボンナノチューブを用いた例を示したが、アーク放電法等で合成したカーボンナノパーテイクルを混合したカーボンナノチューブを用いても良い。他の方法として、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、高分子繊維全体に導電性を付与しても良い。この時、同時に高純度に精製したカーボンナノチューブを分散させ紡糸する。紡糸後、上記のようにしてカーボンナノチューブを繊維表面から突出させる。
【００５４】
いずれの方法においても、カーボンナノチューブの分散量は表面突出密度が０．０１本／μｍ² 以上となる量とするのが望ましく、１本／μｍ² 以上となる量を配合すれば、安定した帯電が可能である。本実施例ではカーボンナノチューブの分散量を２ｗｔ％とした。
【００５５】
図４、図５はそれぞれ帯電ブラシ本体１２４の他の構造例を示す模式的縦断面図である。図４の帯電ブラシ本体１２４は、導電性繊維１２３ａを芯とし、その外周側の導電性繊維１２３ｂを鞘とする鞘・芯構造となっている。導電性繊維１２３ｂは、繊維中にカーボンブラック１２２や金属微粒子と、カーボンナノチューブ１２０とを分散させたものである。導電性繊維１２３ａには直径２μｍ〜１０μｍ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を用い、導電性繊維１２３ｂでは、同材質の導電性レーヨン、導電性ナイロン、導電性ポリエステル等にカーボンナノチューブを分散させ、これら導電性繊維１２３ａおよび１２３ｂを複合紡糸することにより、二重構造の繊維とした。カーボンナノチューブを分散させた層（上記鞘）の厚さは０．１μｍ〜１０μｍとした。
【００５６】
次に、上記ＯＰＣ１００について説明する。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ドラム形状のＡｌ基体１０１上に、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ＣＴＬと略す）からなる積層の有機感光層１０２を形成した。
【００５７】
ＣＧＬは電荷発生材料（以後ＣＧＭと略す）をブチラール樹脂、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。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およびアゾ顔料等が、また、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それぞれ使用できる。
【００５８】
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。
【００５９】
なお、本例のＯＰＣは、光によって発生するキャリアのうちホールを用いるＯＰＣ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、帯電ブラシとしては前記のものがそのまま使用できる。
【００６０】
また、本例では機能分離型のＯＰＣ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ＯＰＣ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ＯＰＣとしても良い。またシート状のＯＰＣでも良い。更に本発明は、ＯＰＣに用いられる接触型帯電器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、本発明では感光体の種類は限定されない。
【００６１】
なお、本例はロール状の帯電ブラシ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。加えて、図１の帯電ブラシ１１０は直流電源１０３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。
【００６２】
図３（ａ）の作製方法に従って帯電ブラシを作製した。構成を以下に示す。

【００６３】
上記帯電ブラシを−５００Ｖの直流電源に接続し、ＣＴＬ／ＣＧＬ／ホール注入阻止層／Ａｌ基体からなるＯＰＣに接触させ帯電を行った。なお、ＯＰＣの周速は３００ｍｍ／ｓなので、帯電ブラシとＯＰＣの接触時間は０．０５１ｓとなる。ＯＰＣは帯電ブラシと接触する間に−４４０Ｖまで帯電され、導電性繊維にカーボンナノチューブ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、ＯＰＣ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。
【００６４】
＜実施例２＞
図６は接触型帯電器（帯電ローラー）５１０の構造を示す模式的横断面図である。この帯電ローラー５１０では、金属芯５１１が上記摺擦帯電部材として帯電ローラー本体５２４で被覆されている。また、この帯電ローラー本体５２４は、円環状の導電性ゴム５２３にカーボンナノチューブ５２０を分散させ、研磨等によりカーボンナノチューブ５２０をこの導電性ゴム５２３の表面から突出させた構造となっている。このその突出長さは、導電性ゴム５２３表面の研磨量コントロールにより０．１μｍ〜４００μｍの範囲で制御するのが望ましいが、０．２μｍ〜５μｍ突出していれば良い。また、帯電ローラー本体５２４としては、カーボンナノチューブ５２０が導電性ゴム５２３内の一部に含有され、表層に密集している構造のもの、表層から内部にかけて均一に含有されている構造のもの、さらには表層から内部にかけて含有密度勾配を持たせた構造のものなどが採用できるが、表層に均一に密集している構造、表層から内部にかけて均一に含有している構造が望ましい。これらの構造により、導電性繊維が摩滅しても内部から新しいカーボンナノチューブが突出する長所がある。
【００６５】
カーボンナノチューブの分散量は、表面突出密度が０．０１本／μｍ² 以上となる量とするのが望ましく、１本／μｍ² 以上となる量を配合すれば安定した帯電が可能である。本実施例では、カーボンナノチューブの分散量を２ｗｔ％としている。
【００６６】
帯電ローラー本体５２４は、主にカーボンナノチューブ５２０でＯＰＣ５００の表面と接触している。なお、一部の導電性ゴム５２３がＯＰＣ５００の表面と直接接触しても良い。ＯＰＣ５００はドラム形状のＡｌ基体５０１と有機感光層５０２から構成されており、必要に応じてＡｌ基体５０１と有機感光層５０２の間に電荷注入阻止層が設けられる。なお、帯電ローラー５１０の金属芯５１１は外部の直流電源５０３に接続され、主にカーボンナノチューブ５２０から有機感光層５０２に直接電子を注入（つまり負帯電の電荷注入）することで、ＯＰＣ５００を帯電させている。また、一部の電荷は有機感光層５０２と直接接触する導電性ゴム５２３から注入されても良く、さらにカーボンナノチューブから電子が電界放出によって引き出され、有機感光層５０２を帯電しても構わない。
【００６７】
上記有機感光層５０２と帯電ローラー５１０の導電性の接点はカーボンナノチューブ５２０で形成される。カーボンナノチューブ５２０はダングリングボンドを持たないため化学的に安定であり、かつシームレス構造のため機械的強度が非常に高い。そのため、導電性の接点の安定性が非常に良く、これを用いて帯電ローラーを構成した場合には、従来の全体に導電性が付与された導電性ゴムや吸水性のスポンジローラーと比較し、環境による変動が少なく、長期にわたって安定した帯電能力を維持することができる。
【００６８】
また、カーボンナノチューブ５２０は大きな弾性を持つため、有機感光層５０２と接触すると撓むことができ、カーボンナノチューブ５２０の先端のみではなく、側面でも有機感光層５０２と接触することができる。そのため、導電性ゴム５２３にカーボンナノチューブ５２０を配合した帯電ローラー５１０においては、帯電ブラシの場合ほど著しくはないが有機感光層５０２との導電性の接点を大きくでき、電荷の注入速度を向上させることができる。
【００６９】
次に、上記帯電ローラー５１０の作製方法の一例について説明する。
ＳＵＳ，Ａｌ，ＦｅまたはＣｕからなる金属芯５１１を、ゴムにカーボンナノチューブ５２０を分散させた導電性ゴム５２３でモールド工法により被覆した。導電性ゴム５２３の厚さは１〜３０ｍｍが良い。その後、導電性ゴム５２３の表面を円筒研削により粗研削し、さらにこの粗研削表面をアルミナ砥粒等により研磨した。研磨プロセスは、粒径１０μｍ→５μｍ→１μｍと変化させてローラー表面（導電性ゴム５２３の表面）を研磨し、カーボンナノチューブを帯電ローラー５１０の表面から突出させた。この突出長さは、研磨量のコントロールにより０．２μｍ〜５μｍとした。なお、上記導電性ゴム５２３用のゴムとしてはＥＰＤＭ、ポリウレタン、ＮＢＲ、シリコーンゴム等が使用できる。また、図５の帯電ローラー５１０は直流電源５０３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。
【００７０】
上記の作製方法に従って帯電ローラーを作製した。構成を以下に示す。

【００７１】
上記の帯電ローラーを−５００Ｖの直流電源に接続し、ＣＴＬ／ＣＧＬ／ホール注入阻止層／Ａｌ基体からなるＯＰＣに接触させ帯電を行った。なお、ＯＰＣの周速は１５０ｍｍ／ｓなので、帯電ローラーとＯＰＣの接触時間は０．０１３ｓとなる。
【００７２】
ＯＰＣは帯電ローラーと接触する間に−３７０Ｖまで帯電され、導電性ゴムにカーボンナノチューブを接続した帯電ローラーが十分な帯電能力を持つことが確認された。また、湿度３０〜８０％ＲＨで同様の帯電試験を行ったが、帯電電圧のバラツキは１０％以内であり、環境変動に対し十分な耐性を持つことが判った。
【００７３】
図７は参考例であり、図７（ａ）は帯電ローラーの他の構造例を示す模式的横断面図である。図７（ｂ）は図７（ａ）の一部拡大図であって、この帯電ローラーの摺擦接触部材である帯電ローラー本体の構造を示すものである。この帯電ローラー５１０は、金属芯５１１の外周に内層の導電性ゴム５２３ａが被覆され、さらにこの導電性ゴム５２３ａの外周に外層の導電性ゴム５２３ｂが被覆された二層構造となっている。導電性ゴム５２３ｂでは、導電性ゴムにカーボンナノチューブ５２０が分散し、研磨等によりカーボンナノチューブ５２０がローラー表面から突出している。この場合も、導電性ゴム５２３ｂにおけるカーボンナノチューブ５２０の分散量は前述した例と同等であり、導電性ゴム５２３ｂの厚さは１μｍ〜５００μｍ、特に２０μｍ〜１００μｍの範囲が好ましい。
【００７４】
上記帯電ローラー５１０の作製方法について説明する。はじめに、ＳＵＳ，Ａｌ，ＦｅまたはＣｕからなる金属芯５１１を導電性ゴム５２３ａでモールド工法により被覆した。その後、この導電性ゴム５２３ａ上に、導電性ゴム５２３ａと同一のゴムにカーボンナノチューブ５２０を分散させた導電性ゴム５２３ｂを、モールド工法により被覆した。導電性ゴム５２３ｂの厚さは１〜３０ｍｍが良い。その後、円筒研削により表面を粗研削し、さらに表面をアルミナ砥粒等により研磨した。研磨プロセスは、粒径１０μｍ→５μｍ→１μｍと変化させ、ローラー表面を研磨し、カーボンナノチューブ５２０をローラー表面から突出させた。この突出長さは、研磨量のコントロールにより０．２μｍ〜５μｍとした。
【００７５】
図７（ｂ）は、カーボンナノチューブ５２０を分散させた導電性ゴム５２３ａの拡大断面図で、カーボンナノチューブ５２０は導電性ゴムの全層にわたって均一に分散し、研磨によってカーボンナノチューブ５２０がローラー表面から外部から突出している。なお、突出の方向はとくに規定されるものではない。
【００７６】
＜参考例１＞
図８（ａ）は接触帯電器としての帯電ブレード６１０の模式的正面断面図、図８（ｂ）はその側面断面図である。この帯電ブレード６１０では金属板６１１の片面に、摺擦帯電部材としての帯電ブレード本体６２４が貼付されている。この帯電ブレード本体６２４では、導電性ゴム６２３中にカーボンナノチューブ６２０が分散し、研磨等によりカーボンナノチューブ６２０がブレード（導電性ゴム６２３）表面から外部に突出している。そして、帯電ブレード本体６２４は主にカーボンナノチューブ６２０でＯＰＣ６００の表面と接触している。なお、一部の導電性ゴム６２３がＯＰＣ６００表面と直接接触しても良い。
【００７７】
ＯＰＣ６００は、ドラム形状のＡｌ基体６０１と有機感光層６０２から構成され、必要に応じてＡｌ基体６０１と有機感光層６０２の間に電荷注入阻止層が設けられる。なお、帯電ブレード６１０の金属板６１１は外部の直流電源６０３に接続され、主にカーボンナノチューブ６２０から有機感光層６０２に直接電子を注入（つまり負帯電の電荷注入）することでＯＰＣ６００を帯電させている。また、一部の電荷は有機感光層６０２と直接接触する導電性ゴム６１２から注入されても良く、さらにカーボンナノチューブから電子が電界放出によって引き出され有機感光層６０２を帯電しても構わない。
【００７８】
カーボンナノチューブ６２０は固体潤滑材としての機能を持つ。帯電ブレード６１０は有機感光層６０２と、主にカーボンナノチューブ６２０で接触するため、従来のカーボンナノチューブのない帯電ブレードと比較し、帯電ブレード６００とＯＰＣとの摩擦係数を低下させることができ、長期の使用においては『ＯＰＣ６００を削る』、『ＯＰＣ６００を磨耗させる』などの機械的ダメージを与えにくくなり、ＯＰＣ６００の寿命を向上させる。また、カーボンナノチューブ６２０は大きな弾性を持つため、有機感光層６０２と接触すると撓むことができ、カーボンナノチューブ６２０の先端のみならず、側面でも有機感光層６０２と接触することができる。そのため、導電性ゴム６２３にカーボンナノチューブ６２０を接続した帯電ブレード６１０においては、帯電ブラシに用いた場合ほど著しくはないが、有機感光層６０２との導電性の接点を大きくでき、電荷の注入速度を向上させることできる。
【００７９】
次に、帯電ブレード６１０の作製方法の一例について説明する。ＳＵＳ，Ａｌ，ＦｅまたはＣｕからなる金属板６１１の片面に導電性ゴム６２３を貼り付ける。導電性ゴム６２３の厚さとしては１〜３０ｍｍが良い。ゴムに導電性を付与する方法としては、カーボンブラックや金属微粒子を高分子中に分散させる方法や、電子受容性化合物と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、高分全体に導電性を付与する方法が採用できる。なお、ゴムとしてはＥＰＤＭ、ポリウレタン、ＮＢＲ、シリコーンゴム等が使用できる。
【００８０】
図９は、帯電ブレード６１０の別例を示す模式的側面断面図である。この帯電ブレード６１０では、導電性ゴム６２３の側面断面形状が三角形で、その先端部がエッジ状となっている。ブレードの側面断面形状は図８（ｂ）の四角形、図９の三角形の他に台形、菱形、楕円形、５角形等でも同様の効果が得られる。
【００８１】
図１０（ａ）はさらに別の帯電ブレード６１０を示す模式的正面断面図、図１０（ｂ）はその側面断面図である。この帯電ブレード６１０は、金属板６１１の片面に導電性ゴム６２３ａと、その上に導電性ゴム６２３ｂとを設けた二重構造となっている。これら導電性ゴム６２３ａと導電性ゴム６２３ｂとにより、上記摺擦帯電部材が構成されている。導電性ゴム６２３ｂでは、導電性ゴム６２３にカーボンナノチューブ６２０が分散し、カーボンナノチューブ６２０が研磨等により導電性ゴム６２３の表面から突出している。この場合も、カーボンナノチューブ６２０の分散量は、前述の例と同等であり、導電層６２３ｂの厚さは１μｍ〜５００μｍ、特に２０μｍ〜１００μｍの範囲が好ましい。なお、図８（ａ）の帯電ブレード６１０は直流電源６０３に接続されているが、電源は直流電源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。
【００８２】
図８（ａ）に示す帯電ブレードを以下の条件で作製した。

【００８３】
上記帯電ブレードを−５００Ｖの直流電源に接続し、ＣＴＬ／ＣＧＬ／ホール注入阻止層／Ａｌ基体からなるＯＰＣに接触させ帯電を行った。なお、ＯＰＣの周速は２００ｍｍ／ｓなので、帯電ブレードとＯＰＣの接触時間は０．０２ｓとなる。ＯＰＣは帯電ブレードと接触する間に−３９０Ｖまで帯電され、導電性ゴムにカーボンナノチューブを接続した帯電ブレードが十分な帯電能力を持つことが確認された。また、ＯＰＣと帯電ブレードの摩擦係数を測定したところ、カーボンナノチューブのない従来の帯電ブレードと比較し、上記の帯電ブレードは押し圧の条件により摩擦係数が１／２〜１／１０に低減していることが確認された。
【００８４】
＜実施例３＞
実施例１〜２で作製した各々の接触型帯電器と、−５００Ｖの直流電源とを電子写真方式の複写機の帯電システムとして搭載し、テストチャートの複写を行った。なお、現像は低電位現像（白黒の２値現像）を用い、階調はドット数で表示した。リファレンスは５ｋＶの電源とコロトロンとして搭載した複写機を用い、リファレンスの帯電電圧は８００Ｖであったため低電位現像を行わず、階調はアナログで表示した。
【００８５】
実施例１〜２の接触型帯電器を載せた複写機で複写を行った結果、全てで良好な画像が得られた。特に帯電ブラシを用いた場合は、リファレンスの複写機で得られた画像より多くの階調表示が可能で、解像度も向上していた。なお、帯電ローラー、帯電ブレードを搭載した複写機の画像が帯電ブラシで得られた画像と比較し若干劣化していたのは低電位現像に起因するものであり、今後現像が更に低電位化された場合は同等の画像が得られると推定される。また、実施例１〜２の接触型帯電器を載せた複写機では、感光体の帯電プロセス中にオゾンやＮＯ_X が殆ど検出されなかった。
【００８６】
したがって、本発明の接触型帯電器を搭載した複写機は、オゾンやＮＯ_X を発生させないで、かつ帯電システムの外部電源を低電圧化しつつ、良好な画像記録が行えることが確認された。また、全ての複写機で寿命試験を行ったところ、長期にわたって良好な画像が得られ、接触型帯電器の長期信頼性が優れていることが判った。また、これにより接触型帯電器の交換頻度を少なくすることができた。さらに、全ての複写機において接触型帯電器がＯＰＣを削ることは殆ど観察されず、従来の帯電ローラーや帯電ブレードを搭載した複写機と比較し、ＯＰＣの寿命を格段に伸ばすことができた。
【００８７】
以上の結果から、今後カーボンナノチューブの製造コストが低下すれば複写機のトータルコストを低減できる可能性がある。なお、プリンター、ファクシミリ等の画像記録装置においても、同様の効果が期待できる。
【００８８】
＜実施例４＞
実施例１〜２では、帯電は主に電荷注入によって行われていた。一般的に大きな帯電電圧（６００Ｖ〜１ｋＶ程度）が必要とされる場合、ＯＰＣの帯電は主に感光体と接触型帯電器の微小空隙でのコロナ放電によって行われる。本発明の接触型帯電器においても、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Ｖ_th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。特にカーボンナノチューブは極細の針状をしているため、カーボンナノチューブ先端での不平等電界が強くなり、Ｖ_thを下げることができる。
【００８９】
実施例２のカーボンナノチューブが接触した帯電ローラーでＶ_thを測定したところ、カーボンナノチューブのない帯電ローラーのＶ_thよりも低下していることが確認された。よってカーボンナノチューブ先端でのコロナ放電を用いてＯＰＣを帯電する場合、従来のローラー帯電（帯電ローラーを用いてコロナ放電を利用する放電方式）と比較し、印加する電圧を低くすることができた。また、微小空隙でのコロナ放電によってＯＰＣを帯電させる場合に発生するオゾンやＮＯ_X を測定したところ、カーボンナノチューブが接続された帯電ローラーはカーボンナノチューブのない従来の帯電ローラーよりもオゾンやＮＯ_X 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、カーボンナノチューブの接続された帯電ローラーでは放電空間が小さく、かつ印加電圧が小さいため、オゾンやＮＯ_X の発生が抑えられたためと考えられる。
【００９０】
よって、摺擦帯電部材の先端にカーボンナノチューブを接続した帯電ローラーには、コロナ放電によってＯＰＣを帯電させる場合においても、オゾンやＮＯ_X の低減や、外部電源の低電圧化が実現できる利点がある。なお、本例では帯電ローラーを用いて説明を行ったが帯電ブラシ、帯電ブレードにおいても同様の効果がある。
【００９１】
以上のように、本発明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帯電器について言及している。また実施例では帯電ブラシ、帯電ローラー、帯電ブレードの形状について説明を行ったが、本発明は実施例の形状に制限されるものではなく、本発明には帯電部材の先端にカーボンナノチューブが接続された全ての接触型帯電器が含まれる。
【００９２】
【発明の効果】
請求項１、２に記載の発明に係る接触型帯電器では摺擦帯電部材が導電性部材と、導電性を有する繊維状部材とを備え、該繊維状部材は、前記導電性部材の少なくとも一部に形成され、かつ一端部が前記導電性部材内部に保持され他端部が前記導電性部材の表面から外部に突出している。このため、この接触型帯電器によれば、摺擦帯電部材と感光体との接触面積を大きくすることができて電荷注入速度が速くなり、感光体に十分な帯電電圧を与えことが可能になる。また、この接触型帯電器では、前記繊維状部材は前記導電性部材の内部に保持されているため、感光体との接触に起因する、前記導電性部材からの脱離が生じにくいので耐久性に富む。さらに支持体（導電性部材）に摩耗等が発生しても、内部の前記繊維状部材が表面から突出して初期特性を維持でき、安定な帯電が可能となる。
【００９３】
請求項３、５に記載の接触型帯電器では、前記繊維状部材がカーボンナノチューブであるため、請求項１、２に記載の接触型帯電器による効果に加えて、湿度等の環境変動に対し十分な耐性があり、しかも長期の使用においては帯電電圧の変動が小さい接触型帯電器を提供することができる。また、感光体・接触型帯電器間の微小空隙でのコロナ放電を利用する接触型帯電器においては、オゾンやＮＯ_X の発生を低減でき、かつ外部電源の低電圧化を実現できる接触型帯電器を提供することができる。以下これについて説明する。
【００９４】
請求項３、５に記載の接触型帯電器では、導電性を有する極細で高アスペクト比のカーボンナノチューブが感光体と接触する。電荷注入によって感光体を帯電させる場合、カーボンナノチューブは極細で高アスペクト比であるため、感光層との接触面に密集して配置することが可能であり、かつカーボンナノチューブは大きな弾性を持つため、感光層と接触すると撓むことができ、カーボンナノチューブの先端のみではなく、側面でも感光層と接触することができ、実質的に接触型帯電器と感光層の接触面積を大きくでき、電荷の注入速度を向上させることできる。その結果、感光体に十分な帯電電圧を与えることができる。
【００９５】
一方、感光層・接触型帯電器間の微小空隙でのコロナ放電で感光体を帯電する場合においては、カーボンナノチューブが極細の針状をしているため、カーボンナノチューブ先端での不平等電界が強くなり、放電開始電圧を下げることができる。そのため、従来のローラー帯電と比較して印加する電圧を小さくでき、かつコロナ放電空間を小さくできる。その結果、放電空間で発生するオゾンやＮＯ_X の量を低減することができる。
【００９６】
また、カーボンナノチューブは軸方向の引張り強度が高いため、極細でも感光層との接触において破断することが非常に少なく、かつ支持体内部（前記導電性部材の内部）まで均一に分散・保持され固定化されており、トナー粒子や紙粉等の混入による局所的な力による破壊・欠落等に対する耐性が向上しており、長期的には帯電電圧のバラツキが非常に少なく、接触型帯電器の長寿命化が実現できる。また、支持体の摩耗等が発生しても内部のカーボンナノチューブが表面に突出し、初期特性を維持でき、安定な帯電が可能となる。
【００９７】
請求項４の接触型帯電器では、請求項３においてカーボンナノチューブとして、上記数式（１）および（２）を同時に満たす単層カーボンナノチューブを用いている。このため、この単層ナノチューブは金属性の導電性を持ち、接触型帯電器と感光層との接触抵抗を小さくすることができる。その結果、より効率的な電荷注入が可能になる。
【００９８】
請求項５の接触型帯電器においては、カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブであるため、概ね金属性の導電性を持ち、かつ多層カーボンナノチューブを構成する各層のグラフェンが電気伝導に寄与するため、より多くの電荷を感光層に注入できる。
【００９９】
請求項１の接触型帯電器のうち請求項３に記載された接触型帯電器は、導電性繊維にカーボンナノチューブが保持・接続された帯電ブラシである。カーボンナノチューブは極細の直径を持つため、軸方向で導電性繊維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、感光層と接触すると撓むことができ、カーボンナノチューブの先端のみではなく、側面でも感光層と接触することができる。そのため導電性繊維がエッチング繊維、分割繊維からなる従来の帯電ブラシと比較し、感光層と帯電ブラシの接触面積を著しく大きくすることができる。その結果、電荷の注入速度を向上できる。また、支持体（前記導電性繊維）の摩耗等が発生しても、内部のカーボンナノチューブが表面に突出して初期特性を維持でき、安定な帯電が可能となる。
【０１０２】
請求項６に記載の接触型帯電器の製造方法では、カーボンナノチューブが分散した支持体（導電性部材）を、アルミナ等の研磨微粒子を用いて機械研磨し、カーボンナノチューブを支持体の表面から突出させる。このため、請求項３〜５の接触型帯電器を低コストで作製することができる。
【０１０３】
請求項１〜５の接触型帯電器を搭載した画像記録装置によれば、これらの接触型帯電器による上記効果が得られる。すなわち、電荷注入で感光体を帯電させる場合、感光体・接触型帯電器間の微小空隙のコロナ放電で帯電させる場合のいずれにおいても、感光層に十分な帯電電圧を与えることができ、引き続き現像を行うことによって良好な画像が得られる。特に帯電ブラシ、磁気ブラシを搭載した画像記録装置では階調性の優れた画像が得られる。また、電荷注入で感光体を帯電させる場合は、帯電プロセス中にオゾンやＮＯ_X が発生せず、さらに、微小空隙でのコロナ放電で感光体を帯電させる場合は、コロナ放電空間を小さくでき、かつ放電空間で発生するオゾンやＮＯ_X の量を低減できる。さらに電荷注入、微小空隙でのコロナ放電の両方式で帯電効率が良くなるため、画像記録装置に搭載する帯電用の外部電源を低電圧化できる。さらに、接触型帯電器の長期信頼性が向上し、感光体特にＯＰＣの寿命が伸びることによって、接触型帯電器や感光体特にＯＰＣの交換頻度を少なくすることが可能となる。よって将来的には、カーボンナノチューブの製造コストが更に低下することで、画像記録装置のトータルコストを低減できる可能性もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接触型帯電器の一例（帯電ブラシ）を示すもので、（ａ）はその全体の模式的横断面図、（ｂ）は帯電ブラシ本体の模式的縦断面図である。
【図２】単層カーボンナノチューブを切り開いて広げた六員環の模式図である。
【図３】（ａ）は図１の接触型帯電器を作製する方法の説明図、（ｂ）は帯電ブラシ本体の模式的縦断面図である。
【図４】帯電ブラシ本体の別例を示す模式的縦断面図である。
【図５】帯電ブラシ本体のさらに別の例を示す模式的縦断面図である。
【図６】比較の接触型帯電器の別例（帯電ローラー）を示す模式的横断面図である。
【図７】比較の帯電ローラーの別例を示すもので、（ａ）は全体の模式的横断面図、（ｂ）はその一部の拡大図である。
【図８】比較の接触型帯電器のさらに別の例（帯電ブレード）を示すもので、（ａ）は模式的正面断面図、（ｂ）は模式的側面断面図である。
【図９】帯電ブレードの別例を示す模式的側面断面図である。
【図１０】帯電ブレードのさらに別の例を示すもので、（ａ）は模式的正面断面図、（ｂ）は模式的側面断面図である。
【図１１】従来の接触型帯電器（導電性ゴムローラー）の概略横断面図である。
【図１２】従来の接触型帯電器（帯電ブラシ）の概略横断面図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a contact charger for an image recording apparatus such as an electrophotographic copying machine, a printer, a facsimile machine, as well as Its manufacture On the way It is related.
[0002]
[Prior art]
Conventional charging systems have mainly been corotrons and scorotrons using corona discharge. However, since corona discharge applies an electric field in the air, ozone and NO _X There are drawbacks such as the generation of a large amount of harmful substances such as high power consumption due to low charging efficiency, high cost due to the need for a high voltage power supply of 4-6 kV, and danger to the human body. . It is an urgent need to improve such a charging system in consideration of the environment in recent years, and it is shifting to roller charging.
[0003]
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a conventional contact charger 1110 (charging roller or conductive rubber roller). In this figure, reference numeral 1100 is an organic photoreceptor (OPC), reference numeral 1101 is an Al substrate, and reference numeral 1102 is an organic photosensitive layer. Reference numeral 1103 denotes a DC power source, reference numeral 1111 denotes a cored bar, and reference numeral 1124 denotes a conductive rubber (sliding charging member).
[0004]
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a conventional contact charger 2110 (charging brush). In this figure, reference numeral 2100 denotes an organic photoreceptor (OPC), reference numeral 2101 denotes an Al substrate, and reference numeral 2102 denotes an organic photosensitive layer. Reference numeral 2103 denotes a DC power source, reference numeral 2111 denotes a cored bar, and reference numeral 2124 denotes a conductive brush (charging brush body: rubbing charging member).
[0005]
Roller charging is a method in which a conductive rubber roller is brought into contact with a photoconductor, and a discharge is generated in a minute gap between the photoconductor and the charging roller to charge the surface of the photoconductor. Compared with corotron, the amount of ozone generated is smaller. Remarkably reduced (reduced to 1/100 to 1/500).
[0006]
However, since the charging roller also applies a voltage to the minute gap between the photoconductor and the charging roller to cause corona discharge, it is impossible in principle to reduce the amount of ozone generated to zero. Further, since ozone is generated in the vicinity of the photoconductor, deterioration of the photoconductor due to ozone still remains a problem. Therefore, a charging method that does not generate ozone is strongly desired, and recently, a charge injection method has been attracting attention.
[0007]
The charge injection method is a method in which charges are directly injected into a photosensitive layer from a contact charger without causing discharge. Therefore, ozone is not generated in principle. In charge injection, the contact resistance between the contact-type charger and the photosensitive member and the capacity of the minute gap affect the injection speed when the charge is injected, so it is considered that the lower the contact resistance, the better.
[0008]
Therefore, in the technique described in JP-A-6-75459, a charge transfer complex comprising an electron accepting compound such as tetracyanoquinodimethane (TCNQ) and an electron donating compound such as tetrathiafulvalene (TTF) is used. Is replaced with a polymer network, and a charging roller is made of a conductive rubber made of a polymer material imparted with conductivity.
[0009]
However, Japan Hardcopy '92, pp. By Kagawa, Furukawa, Shinkawa et al. According to a report of 287 to 290, an organic photoreceptor (hereinafter sometimes abbreviated as OPC) can obtain a sufficient charging voltage at a high humidity of 80% RH, but half of the applied voltage at a humidity of 30 to 50% RH. It is shown that the injection rate is slow. This is presumably because the contact area (nip width) of the charging roller is small and the resistance of the conductive rubber is not sufficiently reduced.
[0010]
In other words, to obtain a low resistance conductive rubber, it is necessary to dope a large amount of charge transfer complex, but as the doping amount increases, the flexibility of the network of the polymer itself decreases (the rubber hardness increases). This is probably because the contact area is small. For example, in JP-A-6-75459, the resistance of conductive rubber is 10 ⁶ It is Ω · cm, and it is considered difficult to reduce the resistance of the conductive rubber while maintaining an appropriate rubber hardness from the viewpoint of selecting a polymer material. In addition, as described above, conductive rubber made of a polymer material that has been imparted with conductivity as a whole is sensitive to humidity because the charging potential is sensitive to humidity, so the environment must be strictly controlled, and the structure of the contact charger is complicated. become.
[0011]
On the other hand, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-140729, charges are injected into the photoreceptor using a water-absorbing sponge roller. When a water-absorbing sponge roller is used, the water content of the roller has a great influence on the roller resistance and the charge injection speed, so that the charging potential may fluctuate due to the evaporation of moisture from the roller. In order to suppress the fluctuation of the charging potential, it is necessary to strictly control the evaporation of water from the roller over a long period of time. However, this complicates the structure of the contact charger and cannot be manufactured at low cost.
[0012]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-101649 discloses that the contact area between the conductive fiber and the photosensitive member is increased by using the conductive fiber of the charging brush as an etching fiber or a split fiber, thereby improving the charge injection speed. Has been proposed. The etching fiber is a fiber obtained by dissolving a part of the conductive fiber component in a chemical solution and separating one conductive fiber into a plurality of pieces in the thickness direction. Further, the split fiber is a fiber obtained by splitting one conductive fiber in the thickness direction using a difference in heat shrinkage of each part during heating. By these treatments, conductive fibers having a substantially smaller diameter are used, and the contact area with the photoreceptor can be increased.
[0013]
However, the tensile strength of the separated or divided fibers is lower than the conductive fibers before separation / division by the amount of separation / division. As a result, when it comes into contact with the photoconductor, the fibers are easily cut, and when used for a long period of time, the charged potential varies, causing the life of the contact charger to be shortened. On the other hand, even if you try to obtain a long-life contact charger, you cannot expect a significant increase in contact area because the number of conductive fiber separation / division cannot be increased, and it is difficult to significantly improve the charge injection rate. is there.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a contact charger that solves the above-mentioned problems of the prior art, as well as Its manufacture method Is to provide. That is, in a contact charger that charges a photoconductor by charge injection, since the injection speed is high, a sufficient charging voltage can be applied to the photoconductor, and it is sufficiently resistant to environmental fluctuations such as humidity, and long-term. It is an object of the present invention to provide a contact type charger having a small variation in charging voltage in use.
[0015]
In a contact charger using corona discharge in a minute gap between the photoreceptor and the contact charger, ozone or NO _X It is an object of the present invention to provide a contact-type charger that can reduce the generation of the external power supply and realize a low voltage of an external power source.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The contact charger according to claim 1, Consists of a conductive member and a conductive fibrous member A contact-type charger comprising a rubbing charging member and applying a potential difference between the photoconductor and the rubbing charging member while the rubbing charging member is in rubbing contact with the surface of the photoconductor to give a predetermined surface potential to the photoconductor A metal core, and a plurality of conductive fibers provided on the surface of the metal core as the conductive member, and Said And a frictional charging member made of a conductive fibrous member, wherein the conductive fibrous member is formed on at least a part of the conductive member, and one end is held inside the conductive member. The other end portion is a charging brush protruding outward from the surface of the conductive member.
[0019]
Claim 2 The contact-type charger according to claim 1, 1 The conductive fiber has a multilayer structure, and the fibrous member is held only by the outermost layer.
[0024]
Claim 3 The contact charger according to claim 1, wherein 2 In any of the above, the fibrous member is a carbon nanotube.
[0025]
Claim 4 The contact-type charger according to claim 1, 3 The carbon nanotube is a single-walled carbon nanotube represented by a chiral vector (Ch) in the following mathematical formulas (1) and (2).
[0026]
[Expression 2]

[0027]
In the above formulas (1) and (2), a1 and a2 represent basic translation vectors of a two-dimensional hexagonal lattice, and n, m, and k represent integers.
[0028]
Claim 5 The contact-type charger according to claim 1, 3 The carbon nanotube is a multi-walled carbon nanotube.
[0029]
Claim 6 The manufacturing method of the contact charger according to claim 1 3 ~ 5 A method of manufacturing a contact charger according to any one of the above, wherein the carbon nanotubes are dispersed in the conductive member to hold the carbon nanotubes, and then the surface of the conductive member is mechanically polished A step of causing the carbon nanotube to protrude from the surface of the conductive member to the outside.
[0031]
【Example】
The invention will now be described according to the embodiments shown in the drawings.
<Example 1>
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing the structure of a contact-type charger (charging brush) 110, and FIG. 1B is a schematic vertical cross-sectional view of a charging brush main body 124 as a frictional charging member. is there.
[0032]
In the charging brush 110, the metal core 111 and the charging brush body 124 are connected. The charging brush body 124 (the hair of the charging brush 110) includes the conductive fiber 123 as the conductive member and the carbon nanotube 120 as the fibrous member having the above-described conductivity. The carbon nanotube 120 is conductive. The fiber 123 has a structure protruding from the inner surface to the surface. The conductive fibers 123 are provided with conductivity by dispersing conductive fine particles such as carbon black 122 in polymer fibers, which will be described later. In the charging brush main body 124, the carbon nanotubes 120 are mainly in contact with the surface of the OPC 100. In some cases, the conductive fiber 123 may be in direct contact with the surface of the OPC 100.
[0033]
The OPC 100 includes a drum-shaped Al base 101 and an organic photosensitive layer 102, and a charge injection blocking layer is provided between the Al base 101 and the organic photosensitive layer 102 as necessary. The metal core 111 of the charging brush 110 is connected to an external DC power source 103, and mainly has a structure for charging the OPC 100 by injecting electrons directly from the carbon nanotubes 120 into the organic photosensitive layer 102 (that is, negatively charged charge injection). It has become. A part of the charge may be injected from the conductive fiber 123 that is in direct contact with the organic photosensitive layer 102, or electrons may be extracted from the carbon nanotube 120 by field emission to charge the organic photosensitive layer 102. .
[0034]
The carbon nanotube 120 includes a single-walled carbon nanotube and a multi-walled carbon nanotube. The size of the single-walled carbon nanotube varies depending on the catalyst, the diameter is 0.7 to 50 nm, and the axial length (hereinafter abbreviated as length) is The size which is 10 nm to 1 mm and is easier to synthesize is 0.7 to 5 nm in diameter and 30 to 100 μm in length. On the other hand, the multi-walled carbon nanotube has a diameter of 2 to 500 nm and a length of 10 nm to 1 mm, and a size that is easier to synthesize is a diameter of 4 to 50 nm and a length of 500 nm or more. Both single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes have an extremely fine shape with a very large aspect ratio.
[0035]
The size of the carbon nanotube 120 is not limited to the above range, and any carbon nanotube having a diameter of less than 1 μm is included in the present invention. Further, since the carbon nanotube 120 has a seamless structure, it has a very high elastic modulus and a high tensile strength in the tube axis direction. Since the carbon nanotube 120 has an extremely fine diameter, it can be densely arranged in the conductive fiber 123 in the axial direction.
[0036]
Since the carbon nanotubes 120 have semiconducting or metallic (ie, ohmic contact) conductive properties, it is possible to inject charges directly from the carbon nanotubes 120 into the organic photosensitive layer 102. Therefore, in the charging brush 110 in which the carbon nanotube 120 is connected to the conductive fiber 123, the charge between the organic photosensitive layer 102 and the charging brush 110 is larger than that of a conventional charging brush in which the conductive fiber is formed of etching fibers and split fibers. , That is, a substantial contact area (hereinafter referred to as a conductive contact) can be significantly increased, and as a result, the charge injection rate can be improved. Therefore, a sufficient charging voltage can be obtained even in a high-speed image recording apparatus. Further, since the carbon nanotube 120 has a high tensile strength in the axial direction, even if it is extremely thin, it is very unlikely to break when in contact with the organic photosensitive layer 102, and there is very little variation in charging voltage in the long term. Longer service life can be realized.
[0037]
As described above, carbon nanotubes exhibit semiconducting or metallic electrical conductivity. However, when used for the charging brush 110, the contact resistance between the charging brush 110 and the organic photosensitive layer 102 is reduced, so that the metallic electrical conductivity is reduced. More preferred. In the present invention, the conductive fibrous member is not limited to carbon nanotubes, and may be any member having the same shape and characteristics as carbon nanotubes.
[0038]
FIG. 2 is a schematic explanatory view showing a six-membered ring that is obtained by cutting and expanding a single-walled carbon nanotube. The chiral vector Ch of the single-walled carbon tube is described as the following formula (1).
[0039]
[Equation 3]

[0040]
In the above formula (1), a1 and a2 represent basic translation vectors of a two-dimensional hexagonal lattice, and n and m represent integers.
[0041]
The Ch of the single-walled carbon nanotube of FIG. 2 indicates (n, m) = (3, 0). Further, it has been found that the condition for the single-walled carbon nanotube to exhibit metallic conductivity is that the following mathematical formula (2) holds.
[0042]
[Expression 4]

[0043]
In the above mathematical formula (2), n, m, and k represent integers.
[0044]
Therefore, when single-walled carbon nanotubes are used for the charging brush 110, it is more desirable to satisfy both the above formulas (1) and (2) because the contact resistance between the charging brush and the organic photosensitive layer can be reduced. In FIG. 2, “Ch” satisfying the above formulas (1) and (2) is indicated by “◯”.
[0045]
On the other hand, in the case of multi-walled carbon nanotubes, the interaction between the graphene of each layer is small, so the conductivity of each layer is mixed, and generally shows metallic conductivity, but a structure suitable for the charging brush is uniquely determined. I can't. However, in single-walled carbon nanotubes, only one graphene contributes to electrical conduction, but in multi-walled carbon nanotubes, graphene in each layer contributes to electrical conduction. There is an advantage that charges can be injected into the organic photosensitive layer 102. Single-walled carbon nanotubes are single-layer (one) graphene, and multi-walled carbon nanotubes are multi-layered graphene.
[0046]
Next, a method for producing a carbon nanotube will be described. Single-walled carbon nanotubes use a composite rod in which graphite is mixed with a metal catalyst such as Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, La, and Y as a cathode, and a graphite rod as a cathode. , Pressure 100-700 Torr (1.33 × 10 ^Four ~ 9.31 × 10 ^Four Pa) He or H ₂ Synthesize by arc discharge in atmosphere. Single-walled carbon nanotubes are present in the cage on the inner wall of the chamber (chamber cage) or in the cage on the cathode surface (cathode cage) depending on the type of metal catalyst.
[0047]
Further, the composite rod was heated to 1000 to 1400 ° C. in an electric furnace, and the pressure was 500 Torr (6.65 × 10 6 ^Four Single-walled carbon nanotubes may be synthesized by irradiation with Nd: YAG pulsed laser light in an Ar atmosphere of Pa). Since the synthesized single-walled carbon nanotube contains various impurities, it is preferably purified to a purity of 80% or more by a hydrothermal method, a centrifugal separation method, an ultrafiltration method or the like.
[0048]
On the other hand, multi-walled carbon nanotubes use graphite rods for both the anode and cathode, and have a pressure of 100 to 700 Torr (1.33 × 10 6 ^Four ~ 9.31 × 10 ^Four Synthesis using arc discharge in He atmosphere of Pa). The multi-walled carbon nanotube exists in the center of the cylindrical deposit on the cathode. Also, hydrocarbons such as benzene, ethylene, acetylene, etc. ₂ It can also be obtained by pyrolysis at 1000 to 1500 ° C. under a gas flow. Multi-walled carbon nanotubes also contain various impurities after synthesis, so they should be dispersed in an organic solvent or an aqueous solution to which a surfactant is added, and then purified to high purity by centrifugation or ultrafiltration. . The tip of the carbon nanotube may have a closed tube shape or an open tube shape.
[0049]
Next, FIG. 3A shows an example of a manufacturing method of the charging brush 110 in which the charging brush body 124 is provided on the metal core 111. FIG. 3B is a schematic longitudinal sectional view of the charging brush body 124. The charging brush 110 has a cylindrical structure, and the charging brush body 124 is uniformly connected over the entire outer peripheral surface of the metal core 111.
[0050]
A charging brush main body 124, which is a conductive fiber 123 in which carbon nanotubes 120 are dispersed and a part of the longitudinal direction of the carbon nanotube 120 protrudes from the surface, is attached to a metal core 111 made of a metal or an alloy such as SUS, Al, Fe, or Cu. As shown in FIG. 3A, planting is performed by electric flocking. As the conductive fiber 123, conductive rayon having a diameter of 5 to 20 μm, conductive nylon, conductive polyester, or the like can be used. The flocking density is 50 to 300 / mm, similar to general charging brushes. ² A good level.
[0051]
As a method for producing the conductive fiber 123 by imparting conductivity to the fiber, as shown in FIG. 3B, conductive fine particles such as carbon black 122 and metal fine particles are dispersed in the polymer fiber. Although the method can be adopted, it is desirable to use carbon-based fine particles having good slidability. In order to fabricate the charging brush body 124, the conductive fine particles are dispersed in the fiber forming raw material, and at the same time, the carbon nanotubes purified to a high purity are blended and dispersed at a desired blending ratio and spun. By mechanically polishing the surface of the fiber obtained by spinning, a part of the dispersed carbon nanotubes in the longitudinal direction is projected from the fiber surface. As another method for projecting carbon nanotubes, a method of using oxygen plasma ashing or the like, ashing a polymer material such as rayon, nylon, or polyester as a base material and projecting the carbon nanotubes from the fiber surface can be employed.
[0052]
In addition, these processes may be performed as a spinning process, or may be performed after spinning, such as polishing and oxygen plasma ashing. The polishing process is a method using loose abrasive grains, specifically, the fibers are sandwiched between pads of cerium oxide, urethane, etc., and 1 to 500 g / cm between the fibers. ² In the meantime, alumina having a particle diameter of 1 μm is supplied, and the fibers are pulled out from one side and polished. Depending on the fiber winding speed (drawing speed), the pad is used in one stage or a combination of a plurality of stages installed on the diagonal.
[0053]
An example of using carbon nanotubes purified to a high purity when dispersing carbon nanotubes in fibers has been shown, but carbon nanotubes mixed with carbon nanoparticle synthesized by an arc discharge method or the like may be used. As another method, a polymer fiber is substituted by replacing a charge transfer complex composed of an electron accepting compound such as tetracyanoquinodimethane (TCNQ) and an electron donating compound such as tetrathiafulvalene (TTF) with a polymer network. You may give electroconductivity to the whole. At the same time, the carbon nanotubes purified to high purity are dispersed and spun. After spinning, the carbon nanotubes are projected from the fiber surface as described above.
[0054]
In any method, the amount of carbon nanotubes dispersed is 0.01 / μm on the surface protrusion density. ² Desirably, the amount is 1 / μm ² If the above amount is added, stable charging is possible. In this example, the amount of carbon nanotube dispersion was 2 wt%.
[0055]
4 and 5 are schematic longitudinal sectional views showing other structural examples of the charging brush body 124, respectively. The charging brush main body 124 of FIG. 4 has a sheath / core structure in which the conductive fiber 123a is a core and the outer peripheral conductive fiber 123b is a sheath. The conductive fiber 123b is obtained by dispersing carbon black 122, metal fine particles, and carbon nanotubes 120 in the fiber. The conductive fiber 123a is made of conductive rayon, conductive nylon, conductive polyester or the like having a diameter of 2 μm to 10 μm. The conductive fiber 123b is made of carbon nanotubes made of the same material, such as conductive rayon, conductive nylon, conductive polyester or the like. Was dispersed, and these conductive fibers 123a and 123b were composite-spun to obtain a double-structured fiber. The thickness of the layer in which the carbon nanotubes were dispersed (the sheath) was 0.1 μm to 10 μm.
[0056]
Next, the OPC 100 will be described. A hole injection blocking layer in which titanium oxide fine particles are dispersed in a binder resin is formed on a drum-shaped Al substrate 101 with a thickness of 1 to 5 μm by dip coating, and then a charge generation layer (hereinafter abbreviated as CGL) and charge transport. A laminated organic photosensitive layer 102 composed of layers (hereinafter abbreviated as CTL) was formed.
[0057]
CGL consists of a charge generation material (hereinafter abbreviated as CGM) dispersed in a binder resin such as butyral resin, thermosetting modified acrylic resin, phenol resin, etc., and is formed with a thickness of 0.1-1 μm by dipping coating. did. CGM includes squarylium dye, metal-free phthalocyanine, metal phthalocyanine, azurenium salt dye and azo pigment having a sensitivity in the vicinity of a wavelength of 740 to 780 nm. Perylene or azo pigments can be used.
[0058]
The CTL consists of a carrier transport material for holes (hereinafter abbreviated as CTM) dispersed in a binder resin such as a bisphenol polycarbonate resin, and has a film thickness of about 10 to 40 μm and is formed by a dipping coating method. As the CTM, an oxadiazole derivative, a pyrarizone derivative, a triphenylmethane derivative, an oxazole derivative, a triarylamine derivative, a butadiene derivative, or the like is used.
[0059]
The OPC in this example is an OPC that uses holes among the carriers generated by light. However, CGM that generates electrons and CTM that transports electrons have been developed to some extent. There is no problem even if the OPC is used. In that case, the positive and negative of the DC power supply are reversed and used for positive charging, but the above-mentioned charging brush can be used as it is.
[0060]
In this example, the function separation type OPC is described as an example. However, the present invention is not limited to the function separation type, and may be a single layer type OPC. Although this example is a drum-shaped OPC, a belt having a conductive layer formed on the surface may be adopted instead of the Al base, and a belt-shaped OPC may be used. A sheet-like OPC may also be used. Further, the present invention is not limited to the contact type charger used for OPC, and the same contact type charger can be used even for an inorganic photoreceptor such as Se-based, a-Si, ZnO, etc. Then, the type of the photoreceptor is not limited.
[0061]
Although the present embodiment has been described with respect to a roll-shaped charging brush, the effect of the present invention can be similarly realized even with a fixed brush, and the shape of the charging brush is not limited. In addition, although the charging brush 110 of FIG. 1 is connected to the DC power source 103, the power source is not limited to DC, and DC and AC may be superimposed.
[0062]
A charging brush was produced according to the production method of FIG. The configuration is shown below.

[0063]
The charging brush was connected to a DC power supply of −500 V and charged by contacting with OPC composed of CTL / CGL / hole injection blocking layer / Al base. Since the peripheral speed of OPC is 300 mm / s, the contact time between the charging brush and OPC is 0.051 s. The OPC was charged to −440 V while in contact with the charging brush, and it was confirmed that the charging brush in which the carbon nanotubes were connected to the conductive fibers had sufficient charging ability. Further, the variation in charging voltage in the longitudinal direction of OPC was within 5%, and sufficient uniformity was obtained.
[0064]
<Example 2>
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the contact charger (charging roller) 510. In the charging roller 510, a metal core 511 is covered with a charging roller body 524 as the frictional charging member. The charging roller body 524 has a structure in which the carbon nanotubes 520 are dispersed in an annular conductive rubber 523 and the carbon nanotubes 520 are protruded from the surface of the conductive rubber 523 by polishing or the like. The protruding length is desirably controlled in the range of 0.1 μm to 400 μm by controlling the polishing amount on the surface of the conductive rubber 523, but it is sufficient that the protruding length is 0.2 μm to 5 μm. Further, as the charging roller body 524, the carbon nanotube 520 is contained in a part of the conductive rubber 523 and has a structure in which the carbon nanotubes 520 are concentrated in the surface layer, a structure in which the carbon nanotube 520 is uniformly contained from the surface layer to the inside, Although a structure having a content density gradient from the surface layer to the inside can be adopted, a structure that is uniformly dense on the surface layer or a structure that is uniformly contained from the surface layer to the inside is desirable. These structures have an advantage that new carbon nanotubes protrude from the inside even when the conductive fibers are worn away.
[0065]
The amount of carbon nanotube dispersion is 0.01 / μm on the surface protrusion density. ² Desirably, the amount is 1 / μm ² If the above amount is added, stable charging is possible. In this embodiment, the amount of carbon nanotube dispersion is 2 wt%.
[0066]
The charging roller main body 524 is mainly in contact with the surface of the OPC 500 through the carbon nanotubes 520. A part of the conductive rubber 523 may be in direct contact with the surface of the OPC 500. The OPC 500 includes a drum-shaped Al base 501 and an organic photosensitive layer 502, and a charge injection blocking layer is provided between the Al base 501 and the organic photosensitive layer 502 as necessary. Note that the metal core 511 of the charging roller 510 is connected to an external DC power source 503, and the OPC 500 is charged mainly by injecting electrons directly from the carbon nanotubes 520 into the organic photosensitive layer 502 (that is, negatively charged charge injection). ing. Further, a part of the electric charge may be injected from the conductive rubber 523 that is in direct contact with the organic photosensitive layer 502, and electrons may be extracted from the carbon nanotubes by field emission to charge the organic photosensitive layer 502.
[0067]
The conductive contact between the organic photosensitive layer 502 and the charging roller 510 is formed by carbon nanotubes 520. The carbon nanotubes 520 are chemically stable because they do not have dangling bonds, and have a very high mechanical strength due to the seamless structure. Therefore, the stability of the conductive contact is very good, and when this is used to configure the charging roller, compared to conventional conductive rubber or water-absorbing sponge roller with conductivity imparted to the whole, There is little fluctuation due to the environment, and stable charging ability can be maintained over a long period of time.
[0068]
Further, since the carbon nanotube 520 has great elasticity, it can be bent when it comes into contact with the organic photosensitive layer 502, and can contact the organic photosensitive layer 502 not only at the tip but also at the side surface. Therefore, in the charging roller 510 in which the carbon nanotubes 520 are blended with the conductive rubber 523, the conductive contact point with the organic photosensitive layer 502 can be increased, but the charge injection speed is improved, although not as remarkable as in the case of the charging brush. Can do.
[0069]
Next, an example of a method for manufacturing the charging roller 510 will be described.
A metal core 511 made of SUS, Al, Fe, or Cu was coated with a conductive rubber 523 in which carbon nanotubes 520 were dispersed in rubber by a molding method. The thickness of the conductive rubber 523 is preferably 1 to 30 mm. Thereafter, the surface of the conductive rubber 523 was roughly ground by cylindrical grinding, and the rough ground surface was polished with alumina abrasive grains or the like. The polishing process was performed by changing the particle size from 10 μm → 5 μm → 1 μm to polish the roller surface (the surface of the conductive rubber 523), and to project the carbon nanotubes from the surface of the charging roller 510. This protrusion length was set to 0.2 μm to 5 μm by controlling the polishing amount. As the rubber for the conductive rubber 523, EPDM, polyurethane, NBR, silicone rubber or the like can be used. 5 is connected to the direct current power source 503, the power source is not limited to direct current, and direct current and alternating current may be superimposed.
[0070]
A charging roller was produced according to the above production method. The configuration is shown below.

[0071]
The charging roller was connected to a DC power supply of −500 V, and charged by contacting with OPC composed of CTL / CGL / hole injection blocking layer / Al base. Since the peripheral speed of OPC is 150 mm / s, the contact time between the charging roller and OPC is 0.013 s.
[0072]
The OPC was charged to −370 V while in contact with the charging roller, and it was confirmed that the charging roller in which the carbon nanotubes were connected to the conductive rubber had a sufficient charging ability. Further, the same charging test was performed at a humidity of 30 to 80% RH, but the variation in charging voltage was within 10%, and it was found that the battery had sufficient resistance against environmental fluctuations.
[0073]
FIG. 7 is a reference example. FIG. 7A is a schematic cross-sectional view showing another example of the structure of the charging roller. FIG. 7 (b) is a partially enlarged view of FIG. 7 (a) and shows the structure of a charging roller body which is a sliding contact member of the charging roller. The charging roller 510 has a two-layer structure in which the outer periphery of the metal core 511 is covered with an inner conductive rubber 523a, and the outer periphery of the conductive rubber 523a is covered with an outer conductive rubber 523b. In the conductive rubber 523b, the carbon nanotubes 520 are dispersed in the conductive rubber, and the carbon nanotubes 520 protrude from the roller surface by polishing or the like. Also in this case, the dispersion amount of the carbon nanotubes 520 in the conductive rubber 523b is equivalent to the above-described example, and the thickness of the conductive rubber 523b is preferably 1 μm to 500 μm, particularly preferably 20 μm to 100 μm.
[0074]
A method for manufacturing the charging roller 510 will be described. First, a metal core 511 made of SUS, Al, Fe, or Cu was coated with a conductive rubber 523a by a molding method. Thereafter, a conductive rubber 523b in which carbon nanotubes 520 are dispersed in the same rubber as the conductive rubber 523a is coated on the conductive rubber 523a by a molding method. The thickness of the conductive rubber 523b is preferably 1 to 30 mm. Thereafter, the surface was roughly ground by cylindrical grinding, and the surface was further polished with alumina abrasive grains or the like. In the polishing process, the particle diameter was changed from 10 μm → 5 μm → 1 μm, the roller surface was polished, and the carbon nanotubes 520 were protruded from the roller surface. This protrusion length was set to 0.2 μm to 5 μm by controlling the polishing amount.
[0075]
FIG. 7B is an enlarged cross-sectional view of the conductive rubber 523a in which the carbon nanotubes 520 are dispersed. The carbon nanotubes 520 are uniformly dispersed over the entire layer of the conductive rubber, and the carbon nanotubes 520 are externally exposed from the roller surface by polishing. Protruding from. The direction of protrusion is not particularly specified.
[0076]
< Reference example 1 >
FIG. 8A is a schematic front sectional view of a charging blade 610 as a contact charger, and FIG. 8B is a side sectional view thereof. In the charging blade 610, a charging blade body 624 as a frictional charging member is attached to one side of a metal plate 611. In the charging blade main body 624, the carbon nanotubes 620 are dispersed in the conductive rubber 623, and the carbon nanotubes 620 protrude from the blade (conductive rubber 623) surface to the outside by polishing or the like. The charging blade body 624 is mainly in contact with the surface of the OPC 600 through the carbon nanotubes 620. A part of the conductive rubber 623 may be in direct contact with the OPC 600 surface.
[0077]
The OPC 600 includes a drum-shaped Al base 601 and an organic photosensitive layer 602, and a charge injection blocking layer is provided between the Al base 601 and the organic photosensitive layer 602 as necessary. Note that the metal plate 611 of the charging blade 610 is connected to an external DC power supply 603, and the OPC 600 is charged mainly by directly injecting electrons from the carbon nanotubes 620 into the organic photosensitive layer 602 (that is, negatively charged charge injection). Yes. Further, a part of the electric charge may be injected from the conductive rubber 612 that is in direct contact with the organic photosensitive layer 602, and electrons may be extracted from the carbon nanotube by field emission to charge the organic photosensitive layer 602.
[0078]
The carbon nanotube 620 has a function as a solid lubricant. Since the charging blade 610 is in contact with the organic photosensitive layer 602 mainly by the carbon nanotubes 620, the friction coefficient between the charging blade 600 and the OPC can be reduced as compared with a conventional charging blade without carbon nanotubes. In use, mechanical damage such as “scraping the OPC 600” and “wearing the OPC 600” is less likely to occur, and the life of the OPC 600 is improved. Further, since the carbon nanotube 620 has great elasticity, it can be bent when it comes into contact with the organic photosensitive layer 602, and can contact the organic photosensitive layer 602 not only at the tip but also at the side surface. Therefore, in the charging blade 610 in which the carbon nanotubes 620 are connected to the conductive rubber 623, the contact point with the organic photosensitive layer 602 can be increased, and the charge injection speed can be increased. Can be improved.
[0079]
Next, the belt An example of a method for manufacturing the electric blade 610 will be described. A conductive rubber 623 is attached to one side of a metal plate 611 made of SUS, Al, Fe, or Cu. The thickness of the conductive rubber 623 is preferably 1 to 30 mm. As a method of imparting conductivity to rubber, a method of dispersing carbon black or metal fine particles in a polymer, a charge transfer complex composed of an electron accepting compound and an electron donating compound is replaced with a polymer network, A method of imparting conductivity to the entire height can be adopted. As the rubber, EPDM, polyurethane, NBR, silicone rubber or the like can be used.
[0080]
FIG. 9 is a schematic side sectional view showing another example of the charging blade 610. In the charging blade 610, the side cross-sectional shape of the conductive rubber 623 is a triangle, and the tip is an edge. The same effect can be obtained when the side cross-sectional shape of the blade is trapezoid, rhombus, ellipse, pentagon, etc. in addition to the quadrangle of FIG. 8B and the triangle of FIG.
[0081]
FIG. 10A is a schematic front sectional view showing still another charging blade 610, and FIG. 10B is a side sectional view thereof. The charging blade 610 has a double structure in which a conductive rubber 623a is provided on one surface of a metal plate 611 and a conductive rubber 623b is provided thereon. These conductive rubber 623a and conductive rubber 623b constitute the frictional charging member. In the conductive rubber 623b, the carbon nanotubes 620 are dispersed in the conductive rubber 623, and the carbon nanotubes 620 protrude from the surface of the conductive rubber 623 by polishing or the like. Also in this case, the dispersion amount of the carbon nanotubes 620 is equivalent to the above example, and the thickness of the conductive layer 623b is preferably 1 μm to 500 μm, particularly preferably 20 μm to 100 μm. 8A is connected to the DC power source 603, the power source is not limited to the DC power source, and DC and AC may be superimposed.
[0082]
The charging blade shown in FIG. 8A was produced under the following conditions.

[0083]
The charging blade was connected to a DC power source of −500 V and charged by contacting with OPC composed of CTL / CGL / hole injection blocking layer / Al base. Since the peripheral speed of OPC is 200 mm / s, the contact time between the charging blade and OPC is 0.02 s. The OPC was charged to −390 V while in contact with the charging blade, and it was confirmed that the charging blade in which carbon nanotubes were connected to conductive rubber had a sufficient charging ability. In addition, when the friction coefficient between the OPC and the charging blade was measured, compared with a conventional charging blade without carbon nanotubes, above It was confirmed that the friction coefficient of the charging blade was reduced to 1/2 to 1/10 depending on the pressure condition.
[0084]
<Example 3 >
Example 1 2 Each of the contact type chargers manufactured in the above and a DC power supply of −500 V were mounted as a charging system for an electrophotographic copying machine, and a test chart was copied. For development, low-potential development (black and white binary development) was used, and the gradation was expressed by the number of dots. As a reference, a 5 kV power source and a copier mounted as a corotron were used. Since the reference charging voltage was 800 V, low potential development was not performed, and gradation was displayed in analog.
[0085]
Example 1 2 As a result of copying with a copier equipped with a contact type charger, good images were obtained. In particular, when a charging brush is used, more gradations can be displayed than the image obtained with the reference copying machine, and the resolution is improved. The image of the copier equipped with a charging roller and charging blade was slightly deteriorated compared to the image obtained with the charging brush because of low-potential development. It is estimated that an equivalent image can be obtained. Examples 1 to 2 In a copier equipped with a contact-type charger, ozone or NO is charged during the charging process of the photoreceptor. _X Was hardly detected.
[0086]
Therefore, a copying machine equipped with the contact-type charger of the present invention is not ozone or NO. _X It has been confirmed that good image recording can be performed without generating voltage and reducing the external power supply of the charging system. Further, when a life test was conducted on all copying machines, it was found that good images were obtained over a long period of time, and the long-term reliability of the contact charger was excellent. In addition, the replacement frequency of the contact charger can be reduced. Further, it was hardly observed that the contact chargers scraped the OPC in all the copying machines, and the life of the OPC could be greatly extended compared with the copying machines equipped with the conventional charging roller and charging blade.
[0087]
From the above results, there is a possibility that the total cost of the copying machine can be reduced if the production cost of carbon nanotubes is lowered in the future. Similar effects can be expected in image recording apparatuses such as printers and facsimiles.
[0088]
<Example 4 >
Example 1 2 In this case, charging is mainly performed by charge injection. In general, when a large charging voltage (about 600 V to 1 kV) is required, OPC charging is performed mainly by corona discharge in a minute gap between the photosensitive member and the contact charger. Also in the contact-type charger of the present invention, a discharge start voltage V is generated in a minute gap between the carbon nanotube and the OPC. _th When the above voltage is applied, corona discharge is generated in the minute gap between the carbon nanotube and the OPC, and the OPC is charged. In particular, since carbon nanotubes have an extremely fine needle shape, an unequal electric field at the tip of the carbon nanotube becomes strong, and V _th Can be lowered.
[0089]
In the charging roller in contact with the carbon nanotube of Example 2, V _th The V of a charging roller without carbon nanotubes was measured. _th It was confirmed that it was lower than. Therefore, when the OPC is charged using corona discharge at the tip of the carbon nanotube, the applied voltage can be lowered as compared with conventional roller charging (discharge method using corona discharge using a charging roller). In addition, ozone and NO generated when OPC is charged by corona discharge in a minute gap _X As a result of measurement, the charging roller connected with the carbon nanotube is more ozone and NO than the conventional charging roller without the carbon nanotube. _X There were few. This is because corona discharge occurs only at the tips of the carbon nanotubes, so the discharge space is small and the applied voltage is small in the charging roller to which the carbon nanotubes are connected. _X This is thought to be due to the suppression of occurrence.
[0090]
Therefore, even when charging the OPC by corona discharge, the charging roller in which the carbon nanotube is connected to the tip of the rubbing charging member is charged with ozone or NO. _X There is an advantage that it is possible to realize a reduction in voltage and a reduction in the voltage of the external power supply. In this example, the description has been made using the charging roller. However, the charging brush and the charging blade have the same effect.
[0091]
As described above, the present invention is not limited to a charging method such as charge injection, field emission, or corona discharge in a minute gap, and refers to all contact chargers including the structure of the present invention. In the embodiments, the shapes of the charging brush, charging roller, and charging blade have been described. However, the present invention is not limited to the shapes of the embodiments, and in the present invention, a carbon nanotube is connected to the tip of the charging member. All contact chargers are included.
[0092]
【The invention's effect】
Claim 1, 2 In the contact charger according to the invention described above, the frictional charging member includes a conductive member and a fibrous member having conductivity, and the fibrous member is formed on at least a part of the conductive member, and One end is held inside the conductive member, and the other end protrudes from the surface of the conductive member. Therefore, according to this contact-type charger, the contact area between the frictional charging member and the photosensitive member can be increased, the charge injection speed is increased, and a sufficient charging voltage can be applied to the photosensitive member. Become. Further, in this contact type charger, the fibrous member is held inside the conductive member, so that it is difficult to detach from the conductive member due to contact with the photosensitive member. Rich. Further, even if wear or the like occurs on the support (conductive member), the internal fibrous member protrudes from the surface and can maintain the initial characteristics, thereby enabling stable charging.
[0093]
Claim 3 , 5 In the contact charger according to claim 1, since the fibrous member is a carbon nanotube, 1, 2 In addition to the effects of the contact charger described in (1), it is possible to provide a contact charger that is sufficiently resistant to environmental fluctuations such as humidity and has a small fluctuation in charging voltage in long-term use. In a contact charger using corona discharge in a minute gap between the photoreceptor and the contact charger, ozone or NO _X Therefore, it is possible to provide a contact type charger that can reduce the occurrence of voltage and can realize a low voltage of an external power source. This will be described below.
[0094]
Claim 3, 5 In the contact-type charger described in 1), the ultrafine and high aspect ratio carbon nanotubes having conductivity are in contact with the photoreceptor. When charging the photoreceptor by charge injection, the carbon nanotubes are extremely fine and have a high aspect ratio, so they can be placed close to the contact surface with the photosensitive layer, and the carbon nanotubes have great elasticity, Can be deflected when in contact with the photosensitive layer, can contact the photosensitive layer not only at the tip of the carbon nanotube, but also at the side, substantially increasing the contact area between the contact charger and the photosensitive layer, and injection of charge Speed can be improved. As a result, a sufficient charging voltage can be applied to the photoreceptor.
[0095]
On the other hand, when the photoconductor is charged by corona discharge in the minute gap between the photosensitive layer and the contact charger, the unequal electric field at the tip of the carbon nanotube is strong because the carbon nanotube has an extremely fine needle shape. Thus, the discharge start voltage can be lowered. Therefore, compared with the conventional roller charging, the applied voltage can be reduced and the corona discharge space can be reduced. As a result, ozone and NO generated in the discharge space _X The amount of can be reduced.
[0096]
In addition, since carbon nanotubes have high tensile strength in the axial direction, even if they are extremely thin, they are very unlikely to break when in contact with the photosensitive layer, and are uniformly dispersed and held even inside the support (inside the conductive member). It has improved resistance to destruction and omission due to local force due to mixing of toner particles, paper powder, etc., and there is very little variation in charging voltage in the long term. Life expectancy can be realized. In addition, even when the support is worn, carbon nanotubes inside protrude from the surface, maintain initial characteristics, and enable stable charging.
[0097]
Claim 4 In the contact-type charger, 3 As the carbon nanotubes, single-walled carbon nanotubes that simultaneously satisfy the equations (1) and (2) are used. For this reason, this single-walled nanotube has metallic conductivity, and the contact resistance between the contact charger and the photosensitive layer can be reduced. As a result, more efficient charge injection is possible.
[0098]
Claim 5 In the contact-type charger, since the carbon nanotube is a multi-walled carbon nanotube, it has a substantially metallic conductivity, and the graphene of each layer constituting the multi-walled carbon nanotube contributes to the electric conduction, so that a larger amount of charge is generated. Can be injected into the photosensitive layer.
[0099]
Claim 1 Of the contact type charger 3 Is a charging brush in which carbon nanotubes are held and connected to conductive fibers. Since carbon nanotubes have an extremely fine diameter, they can be densely arranged in conductive fibers in the axial direction. In addition, since carbon nanotubes have great elasticity, they can be bent when they come into contact with the photosensitive layer, and can contact the photosensitive layer not only at the tips of the carbon nanotubes but also at the side surfaces. Therefore, the contact area between the photosensitive layer and the charging brush can be remarkably increased as compared with the conventional charging brush in which the conductive fibers are made of etching fibers and split fibers. As a result, the charge injection rate can be improved. Even if the support (conductive fiber) is worn or the like, the internal carbon nanotubes protrude from the surface and can maintain the initial characteristics, thereby enabling stable charging.
[0102]
Claim 6 In the method for manufacturing a contact charger described in 1), a support (conductive member) in which carbon nanotubes are dispersed is mechanically polished using abrasive fine particles such as alumina, and the carbon nanotubes are projected from the surface of the support. For this reason, the claim 3 ~ 5 The contact type charger can be manufactured at low cost.
[0103]
According to the image recording apparatus equipped with the contact type charger according to claim 1, The above effects can be obtained by these contact-type chargers. That is, when charging the photosensitive member by charge injection or charging by a corona discharge of a minute gap between the photosensitive member and the contact charger, a sufficient charging voltage can be applied to the photosensitive layer, and the development is continued. By performing the above, a good image can be obtained. In particular, an image recording apparatus equipped with a charging brush and a magnetic brush can provide an image with excellent gradation. Also, when charging the photoconductor by charge injection, ozone or NO during the charging process. _X In addition, when the photosensitive member is charged by corona discharge in a minute gap, the corona discharge space can be reduced and ozone or NO generated in the discharge space can be reduced. _X Can be reduced. Furthermore, since charging efficiency is improved by both charge injection and corona discharge in a minute gap, the voltage of the external power supply for charging mounted in the image recording apparatus can be lowered. Furthermore, the long-term reliability of the contact charger is improved, and the life of the photoreceptor, particularly OPC, is extended, so that the frequency of replacement of the contact charger and photoreceptor, particularly OPC, can be reduced. Therefore, in the future, there is a possibility that the total cost of the image recording apparatus can be reduced by further reducing the production cost of the carbon nanotubes.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show an example (charging brush) of a contact charger according to the present invention, in which FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of the whole, and FIG. 1B is a schematic vertical cross-sectional view of a charging brush body; .
FIG. 2 is a schematic diagram of a six-membered ring obtained by opening and expanding a single-walled carbon nanotube.
3A is an explanatory view of a method of manufacturing the contact charger of FIG. 1, and FIG. 3B is a schematic longitudinal sectional view of a charging brush body.
FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view showing another example of the charging brush body.
FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view showing still another example of the charging brush body.
[Fig. 6] Comparative It is a typical cross-sectional view showing another example (charging roller) of the contact charger.
[Fig. 7] Comparative The other example of a charging roller is shown, (a) is a typical schematic cross section of the whole, (b) is the one part enlarged view.
[Fig. 8] Comparative FIG. 4 shows still another example (charging blade) of a contact charger, in which (a) is a schematic front sectional view and (b) is a schematic side sectional view.
FIG. 9 is a schematic side sectional view showing another example of the charging blade.
10A and 10B show still another example of a charging blade, wherein FIG. 10A is a schematic front sectional view, and FIG. 10B is a schematic side sectional view.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a conventional contact charger (conductive rubber roller).
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a conventional contact charger (charging brush).

Claims (6)

導電性部材と導電性を有する繊維状部材とからなる摺擦帯電部材を備え、該摺擦帯電部材を感光体表面に摺擦接触させながら感光体・摺擦帯電部材間に電位差を印加することにより感光体に所定の表面電位を与える接触型帯電器であって、金属芯と、該金属芯の表面に設けられ多数の前記導電性部材としての導電性繊維および前記導電性を有する繊維状部材からなる摺擦帯電部材とを備え、前記導電性を有する繊維状部材は、前記導電性部材の少なくとも一部に形成され、かつ一端部が前記導電性部材内部に保持され他端部が前記導電性部材の表面から外部に突出している帯電ブラシであることを特徴とする接触型帯電器。 A friction charging member comprising a conductive member and a conductive fibrous member is provided, and a potential difference is applied between the photosensitive member and the sliding charging member while the sliding charging member is in sliding contact with the surface of the photosensitive member. by a contact type charging device to give a predetermined surface potential on the photosensitive member, a fibrous member having a metal core, a conductive fiber and the conductive as many of the conductive member provided on the surface of the metal core The conductive fibrous member is formed on at least a part of the conductive member, and one end is held inside the conductive member and the other end is the conductive member. A contact-type charger characterized by being a charging brush protruding outward from the surface of a conductive member. 前記導電性繊維が多層構造を有し、その最外層のみで前記繊維状部材が保持されていることを特徴とする請求項１記載の接触型帯電器。 2. The contact charger according to claim 1, wherein the conductive fiber has a multilayer structure, and the fibrous member is held only by the outermost layer. 前記繊維状部材がカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の接触型帯電器。 The contact charger according to claim 1, wherein the fibrous member is a carbon nanotube. 前記カーボンナノチューブが、下記数式（１）および（２）のカイラルベクトル（Ｃｈ）で示される単層カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項３記載の接触型帯電器。
〔数１〕
Ｃｈ＝ｎａ１＋ｍａ２
ｎ−ｍ＝３ｋ
（式中、ａ１およびａ２は二次元六角格子の基本並進ベクトルを示し、ｎ，ｍおよびｋは整数を示す。）The contact-type charger according to claim 3, wherein the carbon nanotube is a single-walled carbon nanotube represented by a chiral vector (Ch) in the following formulas (1) and (2).
[Equation 1]
Ch = na1 + ma2
nm-3k
(In the formula, a1 and a2 represent basic translation vectors of a two-dimensional hexagonal lattice, and n, m, and k represent integers.) 前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項３記載の接触型帯電器。 4. The contact charger according to claim 3, wherein the carbon nanotube is a multi-walled carbon nanotube. 請求項３〜５のいずれかに記載の接触型帯電器の製造方法であって、カーボンナノチューブを保持すべき導電性部材中に前記カーボンナノチューブを分散させた後、前記導電性部材の表面を機械研磨することにより前記カーボンナノチューブを前記導電性部材の表面から外部に突出させる工程を有することを特徴とする接触型帯電器の製造方法。 6. The method of manufacturing a contact charger according to claim 3, wherein the carbon nanotubes are dispersed in a conductive member that should hold the carbon nanotubes, and then the surface of the conductive member is machined. A method of manufacturing a contact charger, comprising a step of projecting the carbon nanotubes outward from the surface of the conductive member by polishing.

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