JP3998192B2

JP3998192B2 - 帯電ローラおよびそれを用いた帯電装置

Info

Publication number: JP3998192B2
Application number: JP2003033536A
Authority: JP
Inventors: 哲一上野; 頼信石井
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2023-02-12
Also published as: JP2004245933A

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、転写ベルトや中間転写ベルト等の転写部材、または、トナーを直接帯電させる場合など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）、特にはクリーニングローラおよび帯電装置に関する。
【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多層構造の帯電ローラが知られている。また、基層と塗膜層との間の接着性の改良のために、これらの層の間に接着層を設ける技術もよく知られている。
【０００６】
一方、帯電ローラにおいて良好な帯電性能を得るためには抵抗値の調整が重要となることから、かかる多層膜を有する帯電ローラにおいて、各層の夫々につき異なる抵抗域を設定して、所望の性能を得る技術も公知である。例えば、本出願人においても、基層上に接着層を介して少なくとも二層以上の塗膜層を設けた帯電ローラにおいて、基層および接着層の抵抗値を夫々所定範囲としたことにより、良好な帯電性能を実現する技術を提案している（特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２２９３０５号公報（特許請求の範囲等）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、転写部材やトナー等を帯電させるためには、帯電能力を上げるために高電圧を印加する必要がある。しかしながら、これまで用いられている帯電ローラでは、現状の要求に対して耐圧性能が不足しており、また、高電圧下における耐久性能についても十分ではなく、これら各性能を向上した帯電ローラが求められていた。
【０００９】
そこで本発明の目的は、芯金上に複数の層を積層してなる多層膜構造の帯電ローラにおいて、良好な帯電性能を保持しつつ耐圧性能および耐久性能を向上した、高性能の帯電ローラおよびそれを用いた帯電装置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、芯金の外周面上に、基層と、少なくとも一層の下層と、表面層とが順次設けられてなる帯電ローラにおいて、
前記下層が、１０^１０〜１０^１６Ω・ｃｍの範囲内の抵抗値を有する高抵抗層を少なくとも一層含み、前記表面層がフッ素樹脂であり、かつ、前記高抵抗層の抵抗値が、他の層の抵抗値より２桁以上大きいことを特徴とする帯電ローラである。
【００１１】
（２）上記（１）の帯電ローラにおいて、前記基層と下層との間に、さらに、接着層を有する帯電ローラである。
【００１３】
（３）上記（１）または（２）の帯電ローラにおいて、前記高抵抗層の厚みが３０〜１５０μｍの範囲内である帯電ローラである。
【００１４】
（４）上記（１）〜（３）のいずれか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。
【００１５】
（５）上記（１）〜（４）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。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施の形態につき、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、上述したように、導電性の弾性層である基層上に、少なくとも一層の下層および表面層を形成した多層膜構成であり、この下層のうちの一層として所定の抵抗値を有する高抵抗層を設けたことにより、優れた耐圧性能および耐久性能を実現したものである。図１に、本発明の帯電ローラの一好適例の断面図を示す。図示する帯電ローラ１においては、芯金２の外周面上に基層３が形成され、さらに、接着層４を介して、下層としての高抵抗層５および表面層６が順次設けられている。
【００１７】
本発明に係る高抵抗層５は、従来の一般的な帯電ローラ膜の抵抗域１０²〜１０¹²Ω・ｃｍに比して極めて高い、１０¹⁰〜１０¹⁶Ω・ｃｍ、好適には１０¹²〜１０¹⁵Ω・ｃｍの範囲内の抵抗値を有するよう形成されている。これにより、耐圧性能を高めるとともに、高電圧下における耐久性能をも向上することができ、要求ローラ性能を高度に満足した高性能の帯電ローラを実現することができる。特には、高抵抗層５の抵抗値を他の層の抵抗値よりも２桁以上大きい値とすることが好ましく、これにより本発明の効果をより良好に得ることができる。
【００１８】
図示するように、高抵抗層５は、基層３上に下層として設けるものであり、少なくとも一層設ければ本発明の効果を得ることができるが、二層以上設けてもよい。図示する例では高抵抗層５としての下層を一層のみ設けているが、下層を複数層にて設けて、そのうちの一層ないし二層以上を高抵抗層とすることも可能である。この場合には、二層以上の各高抵抗層が、全て本発明に係る上記範囲内の抵抗値を有することが必要である。
【００１９】
本発明においては、帯電ローラ１において、芯金２上に形成された基層３と最表面層となる表面層６との間に上記高抵抗層５を設けた点のみを満足するものであればよく、これにより本発明に係る耐圧性能および耐久性能向上効果を得ることができる。その他の具体的なローラ構成については、特に制限されるものではないが、例えば、以下のようにすることができる。
【００２０】
芯金２としては、従来用いられている金属またはプラスチック製の芯金を適宜用いることができ、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、この芯金２を省略することもできる。
【００２１】
基層３は、導電性を付与した弾性層からなり、その基材としては、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。
【００２２】
基層３の抵抗値を調整するために添加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。
【００２３】
基層３の抵抗値は、特に制限されないが、通常、１０²〜１０¹²Ω・ｃｍ、特には、１０⁴〜１０⁵Ω・ｃｍ程度とすることができる。このような抵抗値を得るための導電剤の配合量としては、２．５〜１０重量％、特には、３．０〜５．０重量％程度である。
【００２４】
接着層４は、本発明においては必須ではなく、基層３と下層との間の密着性を向上する機能を果たさせるために、必要に応じ適宜設けることができる。その形成材料としては、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、基層２の場合と同様に抵抗値を調整することができる。
【００２５】
接着層４の抵抗値としては、１０²〜１０⁸Ω・ｃｍ、特には、１０⁴〜１０⁶Ω・ｃｍ程度であり、この範囲の抵抗値を得るための導電剤の配合量としては、１０〜８０重量％、特には、２０〜６０重量％程度である。尚、接着層４の厚みは、基層３と下層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程度とする。
【００２６】
高抵抗層５を含む下層および表面層６は、所望に応じ適切な樹脂で形成することができ、かかる樹脂としては、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、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、これらの層、中でも下層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。
【００２７】
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。
【００２８】
また、帯電ローラ１の最表面層を形成する表面層６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、例えば、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。
【００２９】
高抵抗層５を含む下層および表面層６には、基層３等と同様に夫々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。特に、高抵抗層５に関しては、導電剤を未添加とすることも可能である。導電剤を添加する場合は、使用する導電剤としては上記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、帯電ローラの最表面層を形成する表面層６には、導電剤としてカーボンを用いることが好ましい。
【００３０】
導電剤の添加量は、所望の抵抗値が得られるように適宜調整することができるが、高抵抗層５の上記抵抗値を実現するためには、０〜２０重量％、特には０〜１０重量％程度の導電剤を用いることが好ましい。また、高抵抗層５以外の下層および表面層６の抵抗値としては、１０³〜１０¹²Ω・ｃｍの範囲内、特には１０⁵〜１０¹⁰Ω・ｃｍの範囲内程度が好ましく、かかる抵抗値を得るための導電剤の添加量は、通常１０〜１００重量％、特には２０〜５０重量％程度である。
【００３１】
また、下層および表面層には、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。
【００３２】
下層および表面層の総厚みは、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、５０〜４５０μｍ程度とする。特に、高抵抗層５の厚みについては、本発明の耐圧性能および耐久性能向上効果を適切に得るために、３０〜１５０μｍの範囲内とすることが好ましい。
【００３３】
尚、接着層４、下層および表面層６の各層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。
【００３４】
また、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、転写体等の被帯電体に当接した状態にて配設され、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を転写体等の被帯電体８に当接させ、電圧印加手段７から被帯電体８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８、帯電ローラ１の形態や電圧印加手段７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、比較例１〜４および参考例
最初に、導電性基体としての芯金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（形成されたポリウレタン１００重量部に対する添加量）を下記表１に示すよう変化させることにより、下記表２中に示すように抵抗値を調整したポリウレタンの基層３を、厚さ３ｍｍにて形成した。
＜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、実施例３を除き、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整した接着層４を、厚さ２０μｍにて形成した。
＜接着層の材料＞
ポリウレタン樹脂１００重量部
【００４０】
次に、この接着層４上に、下層および表面層６を、上記と同様にして抵抗値を調整して、夫々下記表３に示す厚さおよび５μｍにて順次成膜し、帯電ローラ１を作製した。得られた各ローラ表面のＪＩＳ１０点平均粗さＲｚは約１．０μｍであった。
＜下層１，２の材料＞
アクリル樹脂１００重量部
＜表面層の材料＞
フッ素樹脂１００重量部
【００４１】
なお、各層の抵抗値は、図３に示すように、各層のシート１０をφ５０の金属円盤１１と金属板１３との間に挟み、金属円盤１１の上から５００ｇの金属重り１２をのせたのち、金属円盤１１と金属板１３との間に２５０Ｖを印加した際の抵抗値を測定することにより得た。この場合、シート１０と金属板１１との間、および、シート１０と金属板１３との間の夫々に、導電性ゴム（１０¹〜１０³Ω・ｃｍ）を挟んで、密着性を高めて測定を行ってもよい。
【００４２】
【表１】

【００４３】
得られた各帯電ローラをプリンターに装着して、帯電性能、耐圧性能および耐久性能の夫々につき評価を行った。帯電性能については、正常な画像が出るか否かにつき評価して、正常なものを○、異常なものを×とした。耐圧性能については、異常放電が起きないかどうかにつき評価して、起きないものを○、起こるものを×とした。耐久性能については、初期帯電性能の７０％以上を保持できるか否かにつき評価して、７０％以上保持できるものを○、７０％未満のものを×とした。得られた結果を下記の表２中に各層の抵抗値と併せて示す。
【００４４】
【表２】

【００４５】
【表３】

【００４６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、良好な帯電性能を保持しつつ耐圧性能および耐久性能を向上した、高性能の帯電ローラおよびそれを用いた帯電装置を提供することができる。
【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】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値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芯金
３基層
４接着層
５高抵抗層
６表面層
７電圧印加手段
８被帯電体
１０各層のシート
１１金属円盤
１２金属重り
１３金属板

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、芯金の外周面上に、基層と、２層からなる下層と、表面層とが順次設けられてなる帯電ローラにおいて、
前記下層が、１０ ^１１〜１０ ^１３ Ω・ｃｍの範囲内の抵抗値を有する高抵抗層と、１０ ^５〜１０ ^１０ Ω・ｃｍの範囲内の抵抗値を有する層とからなり、前記高抵抗層の厚みが３０〜１５０μｍの範囲内で、かつ、前記下層および前記表面層の総厚みが５０〜４５０μｍであり、前記表面層が、１０ ^５〜１０ ^１０ Ω・ｃｍの範囲内の抵抗値を有するフッ素樹脂であり、かつ、前記高抵抗層の抵抗値が、他の層の抵抗値より２桁以上大きいことを特徴とする帯電ローラ。
前記基層と下層との間に、さらに、接着層を有する請求項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。