JP4662644B2

JP4662644B2 - 帯電ローラおよびそれを用いた帯電装置

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Publication number: JP4662644B2
Application number: JP2001028726A
Authority: JP
Inventors: 康井上; 武史村山
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2001-02-05
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2021-02-05
Also published as: JP2002229305A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンター等における静電潜像プロセスにおいて、感光体等の被帯電体を帯電させる場合に好適に用いられる帯電ローラ（以下、単に「ローラ」とも称する）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機、プリンター等の電子写真装置では、まず、感光体の表面を一様に帯電させ、この感光体に光学系から映像を投射して、光の当たった部分の帯電を消去することによって潜像を形成する静電潜像プロセスにより静電潜像を得、次いで、トナーの付着によるトナー像の形成、紙等の記録媒体へのトナー像の転写により、プリントする方法がとられている。
【０００３】
この場合、最初の感光体を帯電させる操作としては、従来、コロナ放電方式が一般に採用されていた。しかし、このコロナ放電方式は６〜１０ｋＶもの高電圧印加が必要とされるために、機械の安全保守の観点から好ましくなく、また、コロナ放電中にオゾン、ＮＯ_x等の有害物質が発生するために、環境上の問題もあった。
【０００４】
このため、コロナ放電に比べて低い印加電圧で帯電を行うことができ、かつ、オゾン等の有害物質の発生を抑制することができる帯電方式への取り組みがなされており、新たな帯電方式として、電圧を印加した帯電用部材を感光体等の被帯電体に所定の圧力で接触させることにより被帯電体を帯電させる、接触方式による帯電方法が提案されている。
【０００５】
この接触帯電方式で使用される帯電部材としては、例えば、芯金（シャフト）の外周にゴムやウレタンフォーム等からなる導電性弾性層（基層）を形成し、さらに、表面の平滑性確保やトナーの付着防止のために、ウレタン、ナイロン等の樹脂を有機溶剤に溶解した樹脂溶液や水に溶解もしくは分散させた樹脂溶液をディッピング法やスプレー法などにより塗布してなる塗膜層を設けた帯電ローラが知られている。
【０００６】
かかる帯電ローラにおいては、抵抗値が高すぎると感光体等の被帯電体の帯電不良により画像不良が発生し、逆に低すぎると感光体に流れる電流値が大きくなるために感光体の寿命を短くしてしまう等の不都合があることから、ローラ抵抗として適正な領域が存在する。そのため、かかる適正なローラ抵抗を得るために、基層上に、さらに複数の抵抗層を設けることが行われている。例えば、基層上に上層および下層からなる二層の抵抗層を設けた層構成のローラにおいては、これら三層の抵抗を適宜設定することにより帯電ローラとしての所望の抵抗を得るものである。
【０００７】
一方、多層の膜構成を有する帯電ローラにおいて、特に、基層としてウレタンフォーム等の発泡体を用いた場合には、基層表面に発泡セルが存在すると、基層と、その上に設けられる抵抗層（下層）との間の接着性が不十分となるという問題がある。層間の接着性が不十分だと、抵抗層の塗膜の機械的強度が低いために劣化が生じやすく、帯電性能が低下して帯電不良が生じたり、また、実機での使用時に塗膜剥離が起こる場合もあることから、これを解消するために、基層と下層との間に、密着性を向上するための接着層を設けることが知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる接着層を設けた従来の帯電ローラにおいては、基層と下層との間の接着性は改良されるものの、帯電能力の点に問題があり、画像上に黒いポチ（斑点）が発生して、画像不良を引き起こすことがあった。
【０００９】
そこで本発明の目的は、基層と抵抗層との間に接着層を設けた構成を有する多層膜構造の帯電ローラにおいて、基層と接着層との抵抗を適正な範囲内とすることにより、良好な帯電性能を有し、画像不良を生ずることのない、高性能の帯電ローラを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の帯電ローラは、以下のとおりである。
（１）被帯電体に当接させて、該被帯電体との間に電圧を印加することにより該被帯電体を帯電させる帯電ローラであって、シャフトの外周面上に、基層と、接着層と、少なくとも下層および上層の二層を含む塗膜層とが順次設けられてなる帯電ローラにおいて、
上記基層がウレタンフォームからなり、上記塗膜層のうち下層がアクリル樹脂を含み、上記塗膜層のうち上層がフッ素樹脂を含むとともに、上記基層の体積抵抗値が０．０１〜０．０３ＭΩ・ｃｍであり、上記接着層の体積抵抗値が０．０１〜２ＭΩ・ｃｍであり、かつ、前記塗膜層の各層の体積抵抗値が１０^３〜１０^１２Ω・ｃｍであることを特徴とする帯電ローラである。
【００１４】
（２）上記（１）の帯電ローラにおいて、上記接着層の厚さが１〜１００μｍである帯電ローラである。
【００１５】
（３）上記（１）または（２）の帯電ローラにおいて、部材表面のＪＩＳ１０点平均粗さＲｚが６μｍ以下である帯電ローラである。
【００１６】
（４）上記（１）〜（３）のいずれかの帯電ローラを用いたことを特徴とする帯電装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
本発明の帯電ローラは、上述のように、導電性の弾性層である基層上に接着層を介して複数の塗膜層を形成した多層膜構成であり、基層および接着層の抵抗値を所定範囲内とすることにより良好な帯電性能を実現したものである。図１に、基層３をシャフト２の外周に形成し、該弾性層３の外側に、接着層４を介して下層５ａおよび上層５ｂからなる塗膜層５を形成した帯電ローラ１を例示する。この場合、シャフト２としては、金属あるいはプラスチック製のシャフトを用いることができ、また帯電ローラの形態や帯電ローラが用いられる帯電装置の機構などによっては、このシャフト２を省略することもできる。
【００１８】
本発明においては、基層３の体積抵抗値（以下、「抵抗値」とも称する）が０．０３ＭΩ・ｃｍ以下、好ましくは０．０１ＭΩ・ｃｍ〜０．０３ＭΩ・ｃｍであり、かつ、接着層４の体積抵抗値（以下、「抵抗値」とも称する）が２ＭΩ・ｃｍ以下、好ましくは０．０１ＭΩ・ｃｍ〜２ＭΩ・ｃｍである。従来、基層および接着層の体積抵抗値を夫々０．０５ＭΩ・ｃｍおよび６ＭΩ・ｃｍとすることは知られているが、本発明においては、これら各層の体積抵抗値を上記範囲内とすることにより、帯電ローラとしての適正な帯電性能を有し、実機使用時に画像上の黒ポチ等の画像不良の発生がない、優れた帯電ローラを実現したものである。
【００１９】
基層３は、抵抗値が上記範囲を満たすものであれば、他には特に限定されず、ゴムあるいは樹脂、またはこれらの発泡体（以下「フォーム」という）で形成することができ、具体的には、例えば、ポリウレタン、シリコーンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、ポリノルボルネンゴム、スチレン−ブタジエン−スチレンゴム、エピクロルヒドリンゴム等を基材ゴムとするゴム組成物が挙げられる。中でも、特にポリウレタンが好ましく、より好ましくは発泡倍率が１．５〜５０倍のポリウレタンフォームを用いる。なお、この場合のフォーム密度は、０．０５〜０．９ｇ／ｃｍ³程度が適当である。
【００２０】
本発明においては、上記範囲を満たす抵抗値を得るために、基層３中に導電剤を添加する。使用する導電剤としては、特に限定されず、ラウリルトリメチルアンモニウム、ステアリルトリメチルアンモニウム、オクタドデシルトリメチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、変性脂肪酸・ジメチルエチルアンモニウム塩の過塩素酸塩、塩素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、エトサルフェート塩、臭化ベンジル塩、塩化ベンジル塩等のハロゲン化ベンジル塩等の第四級アンモニウム塩等の陽イオン性界面活性剤、脂肪族スルホン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加硫酸エステル塩、高級アルコール燐酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加燐酸エステル塩等の陰イオン界面活性剤、各種ベタイン等の両性イオン界面活性剤、高級アルコールエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、多価アルコール脂肪酸エステル等の非イオン性帯電防止剤等の帯電防止剤、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＮａＣｌ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＮａＳＣＮ、ＫＳＣＮ、ＮａＣｌ等のＬｉ⁺、Ｎａ⁺、Ｋ⁺等の周期律表第１族の金属塩、あるいはＮＨ₄ ⁺塩等の電解質、また、Ｃａ（ＣｌＯ₄）₂等のＣａ²⁺、Ｂａ²⁺等の周期律表第２族の金属塩、およびこれらの帯電防止剤が、少なくとも１個以上の水酸基、カルボキシル基、一級ないし二級アミン基等のイソシアネートと反応する活性水素を有する基を持ったものが挙げられる。更には、それら等と１，４−ブタンジオール、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール等の多価アルコールとその誘導体等の錯体あるいはエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等のモノオールとの錯体等のイオン導電剤、またはケッチェンブラックＥＣ、アセチレンブラック等の導電性カーボン、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ、ＦＴ、ＭＴ等のゴム用カーボン、酸化処理を施したカラー（インク）用カーボン、熱分解カーボン、天然グラファイト、人造グラファイト、アンチモンドープの酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛、ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属および金属酸化物、ポリアニリンポリピロール、ポリアセチレン等の導電性ポリマー等が挙げられる。これら導電剤の配合量は、所望の抵抗値を得るためには、０．５重量％〜５０重量％、特には１重量％〜４０重量％とすることが好ましい。
【００２１】
また、接着層４は、抵抗値が上記範囲を満たし、基層３と塗膜層５との間の密着性を向上する機能を担うものである。形成材料としては、例えば、ナイロン、ポリエステル、ウレタン変性アクリル樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂等を挙げることができ、これに上記導電剤を適宜添加することにより上記範囲の抵抗値とする。かかる導電剤の添加量としては、１重量％〜１００重量％、特には１０重量％〜３０重量％とすることが好ましく、これにより所望の抵抗値を実現することができる。尚、接着層４の厚さは、基層３と塗膜層５との間の接着性確保のために、好ましくは１〜１００μｍ、より好ましくは１０〜３０μｍである。
【００２２】
塗膜層５は、図示する例では下層５ａおよび上層５ｂからなる二層構成であるが、特にこれには限定されず、三層以上としてもよい。塗膜層５の各層は、目的に応じて適切な樹脂で形成することができ、例えば、ナイロン、ポリエステル、ウレタン変性アクリル樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、尿素樹脂、フッ素樹脂等を挙げることができるが、これらには制限されない。特には、塗膜層５のうち少なくとも一層がアクリル樹脂を含有することが好ましい。アクリル樹脂は、従来より帯電ローラ用樹脂として一般的に用いられてきたウレタンやナイロン等に比べてかなり誘電率が小さいため、静電容量が小さくなり、交流電圧印加による帯電ローラ／被帯電体間の電気的引力・反発力が低減することから、帯電音を低減化することができるためである。
【００２３】
この場合、アクリル樹脂は、特に制限されるものではないが、ガラス転移温度が−６０〜２０℃、好ましくは−５０〜１０℃のものが好適に用いられる。即ち、ガラス転移温度が２０℃を超えるものは、塗膜を形成することは可能であるが、帯電動作時にすぐに割れ等が生じ易く、実用に耐えない場合があり、一方ガラス転移温度が−６０℃よりも低いものは、良好な柔軟性を有するものの、粘着が激しく、塗膜形成時の作業性や被帯電体として一般的な感光体との相性の問題で実用上あまり好ましくない。また、アクリル樹脂には、熱可塑性タイプと、自己架橋、メラミン架橋、イソシアネート架橋等の架橋タイプとがあるが、上記ガラス転移温度の範囲内のものであれば、いずれのタイプのものも好適に使用することができる。特には、塗膜形成工程上、および、硬度の面から、熱可塑性タイプが好ましく用いられる。
【００２４】
また、塗膜層５の最表面層、図示する例では上層５ｂは、トナー付着防止や表面平滑性確保等の目的に応じた材料構成とすることが好ましく、特に、帯電ローラの表面平滑性や感光体等との低密着性などの観点から、フッ素樹脂が好適に用いられる。フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオライド等が挙げられ、これらを溶液中で重合させたものや重合後の樹脂を有機溶剤に溶解させた溶剤系フッ素樹脂等が用いられる。
【００２５】
塗膜層５には、導電剤を添加して導電性を付与または調整することができる。使用する導電剤としては、上記したと同様のものを挙げることができ、特に制限されないが、好適にはカーボンであり、特に帯電ローラの表面を形成する塗膜層の最表面層には、導電剤としてカーボンを用いることが好ましい。
【００２６】
上記導電剤の添加量は、所望の抵抗が得られるように適宜調整することができ、これにより、塗膜層５の各層の抵抗を、夫々、体積抵抗値が１０³〜１０¹²Ω・ｃｍ、特には１０⁵〜１０¹⁰Ω・ｃｍとすることが好ましい。導電剤としてカーボンを用いた場合の添加量は、通常、外層の１０〜１００重量％であり、特には２０〜４０重量％程度である。
【００２７】
また、塗膜層５には、増粘剤、チクソトロピー性付与剤、構造粘性付与剤等の適宜添加剤を所望に応じて適量添加することができ、この場合添加剤は無機系、有機系のいずれであってもよい。
【００２８】
塗膜層５の厚さは、特に制限されるものではないが、基層３の柔軟性を損なわないために薄層とすることが好ましく、具体的には、１〜３０μｍ、特には１〜１０μｍとすることが好ましい。
【００２９】
尚、接着層４および塗膜層５の形成方法としては、特に制限はないが、これら各層を形成する各成分を含む塗料を調製し、この塗料をディッピング法やスプレー法により塗布する方法を好ましく用いることができる。
【００３０】
本発明の帯電ローラとしての抵抗値は、装着される帯電装置や被帯電体に応じて適宜選定すればよく、特に制限はないが、良好な画像を得るためには、体積抵抗値が１０²〜１０¹²Ω・ｃｍ、特には１０⁵〜１０¹⁰Ω・ｃｍであることが好ましい。
【００３１】
また、本発明の帯電ローラは、好適には、静電容量が１×１０^-9Ｆ以下、特には８×１０^-10Ｆ以下、更には６×１０^-10Ｆ以下であり、これにより帯電動作時の騒音発生をより効果的に抑制することができる。尚、この場合、静電容量は、例えばインピーダンスアナライザー測定機を用いる測定方法や金属ドラムを相手とした電気測定等により求めることができる。
【００３２】
静電容量の測定方法について詳述すると、まずインピーダンスアナライザーによる測定は、例えばロール状の帯電ローラの場合、金属等の高導電性板やドラムにロール状帯電ローラを押し当て、ロールと高導電性板やドラムとの間にインピーダンスアナライザー測定機を接続し、インピーダンスアナライザーにより静電容量を算出する方法である。
【００３３】
また、金属ドラムを相手とした電気測定は、帯電ローラがプリンターや複写機等の中で稼働している状態を想定して静電容量を算出する方法である。例えば、ロール状帯電ローラの場合、金属製のドラムとロールとを圧接させた状態で回転させ、この圧接状態で回転する両者間に所定の条件で電圧を印加する。この場合、所定の条件とは帯電ローラがプリンターや複写機内で印加される電圧とほぼ同一の条件であり、例えば有機感光ドラムの場合はその帯電電位は約−７００Ｖ前後のものが多く、この場合その帯電電荷を補給するために、ロールには約７μＡ程度の直流電流が流れていることになり、金属ドラムを相手にこの電流を流すことにより直流抵抗を求めることができる。更に、帯電電位を均一に保つために交流電流を流すタイプのプリンターや複写機もあり、その交流電流は定電流制御され、金属ドラムを相手にこの交流電流を流すことにより、交流抵抗を求めることができる。従って、ロールの回路モデルを直流抵抗成分と静電容量成分の並列モデルとして、上記直流抵抗値と交流抵抗値を代入すれば、静電容量が算出できる。
【００３４】
尚、帯電ローラの表面に凹凸があると、この凹部内にトナーが詰まって画像不良の原因となることがあるため、部材表面はできるだけ平滑であることが好ましく、好適には、ＪＩＳ１０点平均粗さＲｚで６μｍ以下、特に３μｍ以下、更には２μｍ以下とする。
【００３５】
本発明の帯電ローラは、上述したように、感光ドラム等の被帯電体に当接した状態に配設され、被帯電体と本発明の帯電ローラとの間に電圧を印加することにより被帯電体を帯電させるものである。この場合、帯電ローラと被帯電体との間に印加する電圧は、直流電圧であっても交流電圧であってもよく、特に制限されないが、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加して帯電を行うようにすることが好ましく、これにより被帯電体をより均一に帯電させることができる。また、本発明の帯電ローラと被帯電体との間の接触圧力は、５０〜２０００ｇ、特には１００〜１０００ｇとすることが好ましく、これにより良好な帯電を確実に得ることができる。
【００３６】
本発明の帯電ローラを用いた帯電装置については、例えば、図２に示したように、本発明の帯電ローラ１を感光ドラム等の被帯電体７に当接させ、電圧印加手段６から被帯電体７との間に電圧を印加するように構成した帯電装置を例示することができるが、これに限定されるものではなく、被帯電体７、帯電ローラ１の形態や電圧印加手段６による電圧印加方式等は適宜変更することが可能である。
【００３７】
【実施例】
以下、実施例および比較例を示して、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００３８】
実施例１〜３および比較例１〜３
最初に、導電性基体としてのシャフト２の外周上に、以下に示す材料に加え、導電剤としてのカーボンブラックの添加量を下記表１に示すよう変化させることにより抵抗値を調製した基層３を、厚さ３ｍｍにて形成した。この際、抵抗値の測定は、図３に示すように、芯金と０．５ｃｍ幅の電極間に２５０Ｖの電圧を印加して、そのときの抵抗を測定することにより行った。
＜基層の材料＞
ポリオール：１００重量部
イソシアネート：３０重量部
【００３９】
次に、この基層３上に、上記と同様に導電剤の量を変化させることにより抵抗値を調製した接着層４を、厚さ３０μｍにて形成した。
＜接着層の材料＞
ウレタン樹脂：１００重量部
【００４０】
次に、この接着層４上に、図１に示す下層５ａおよび上層５ｂを順次成膜して、帯電ローラ１を作製した。尚、このローラ表面のＪＩＳ１０点平均粗さＲｚは１．０μｍ、静電容量は６×１０^-10Ｆであった。なお、静電容量は、得られたローラと金属ドラムとを圧接させた状態で回転させ、両者間に直流電流７μＡを通電した時の直流電圧から直流抵抗値を求めると共に、交流電流５６０μＡを通電した時の交流電圧を測定して、ローラを直流抵抗成分と静電容量成分との並列モデルとして算出した。
＜下層の材料＞
アクリル樹脂：１００重量部
抵抗値：１０⁶Ω・ｃｍ
＜上層の材料＞
フッ素樹脂：１００重量部
抵抗値：１０⁶Ω・ｃｍ
【００４１】
得られた各帯電ローラをプリンターに装着して、温度２５℃、湿度５５％ＲＨにて画像出しを行い、画像上の黒ポチの発生について評価を行った。評価基準は以下の通りである。得られた結果を下記表１に併記する。
○：黒ポチなし
△：１ｃｍ²内の黒ポチ数１〜５個
×：１ｃｍ²内の黒ポチ数６個以上
【００４２】
【表１】

【００４３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、良好な帯電性能を有する帯電ローラを得ることができ、この帯電ローラを搭載した帯電装置においては、黒ポチ等の画像不良の発生のない高い画像性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の帯電ローラの一例を示す断面図である。
【図２】本発明に係る帯電装置の一例を示す概略図である。
【図３】実施例で用いた抵抗測定方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１帯電ローラ
２シャフト
３基層
４接着層
５塗膜層
５ａ下層
５ｂ上層
６電圧印加手段
７被帯電体
８リング電極

Claims

被帯電体に当接させて、該被帯電体との間に電圧を印加することにより該被帯電体を帯電させる帯電ローラであって、シャフトの外周面上に、基層と、接着層と、少なくとも下層および上層の二層を含む塗膜層とが順次設けられてなる帯電ローラにおいて、
上記基層がウレタンフォームからなり、上記塗膜層のうち下層がアクリル樹脂を含み、上記塗膜層のうち上層がフッ素樹脂を含むとともに、上記基層の体積抵抗値が０．０１〜０．０３ＭΩ・ｃｍであり、上記接着層の体積抵抗値が０．０１〜２ＭΩ・ｃｍであり、かつ、前記塗膜層の各層の体積抵抗値が１０^３〜１０^１２Ω・ｃｍであることを特徴とする帯電ローラ。
上記接着層の厚さが１〜１００μｍである請求項１記載の帯電ローラ。
部材表面のＪＩＳ１０点平均粗さＲｚが６μｍ以下である請求項１または２記載の帯電ローラ。
請求項１〜３のうちいずれか一項記載の帯電ローラを用いたことを特徴とする帯電装置。