JP2000258976A

JP2000258976A - 帯電部材及びこれを用いる画像形成装置

Info

Publication number: JP2000258976A
Application number: JP11062665A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Narita; 豊成田; Noriyuki Ito; 伯志伊藤; Koji Kamiya; 公二神谷; Norihiko Yasuse; 徳彦安瀬; Hiroyuki Kitano; 浩之北野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-03-10
Filing date: 1999-03-10
Publication date: 2000-09-22

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】製造工程における消費エネルギーの低減や、
リサイクル可能といった環境保護観点上の利点を有し、
かつ、帯電不良を防止することができ、併せて優れた画
像品質を得ることができる帯電部材を提供する。【解決手段】導電性支持体２０１上に半導電性弾性層
２０２を形成した帯電部材であって、半導電性弾性層２
０２を形成する材料がニトリル基を含む熱可塑性エラス
トマーとされていることを特徴とする。上記半導電性弾
性層２０２の表面には、保護層２０３が形成されていて
も良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＰＰＣ、ＬＢＰ、
ファクシミリ等の電子写真方式を採用した画像形成装置
における感光体に対して帯電処理を行う帯電部材及びこ
の帯電部材を用いる画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像形成装置で、静電潜像を形成
する像担持体である感光体上を一様に帯電するために、
コロトロン、スコロトロン方式等の非接触方式が多く用
いられていた。しかし、最近は非接触方式の場合に発生
するオゾンの問題から、帯電方式としては接触方式の帯
電ローラ方式が画像形成装置において多く採用されるよ
うになってきた。図１に、画像形成装置の概略構成図で
ある。図１の画像形成装置１００は、静電潜像が形成さ
れる感光体ドラム１０１と、感光体ドラム１０１に接触
して帯電処理を行う帯電部材（帯電ローラ１０２）と、
レーザ光あるいは原稿の反対光等の露光１０３と、感光
体１０１の静電潜像にトナーを付着させる現像ローラ１
０４と、帯電ローラ１０２に電圧を印加するためのパワ
ーパック１０５と、感光体ドラム１０１上のトナー像を
記録紙１０７に転写処理する転写ローラ１０６と、給紙
部から搬送されてきた記録紙１０７と、感光体ドラム１
０１の表面電位を測定する表面電位計１０９とを備えて
いる。

【０００３】ここで、画像形成装置１００における基本
的な作像動作について説明する。感光体ドラム１０１の
表面を、該感光体ドラム１０１に接触された帯電ローラ
１０１に対して電圧をパワーパック１０５から給電する
ことによって一様に高電位に帯電させる。その直後、感
光体ドラム１０１面に画像光（露光１０３）が照射され
ると、照射された部分は電位が低下する。画像光は、画
像の黒／白に応じた光量の分布であるため、画像光の照
射によって感光体ドラム１０１の面には記録画像に対応
する電位分布、すなわち静電潜像が形成される。静電潜
像が形成された部分が現像ローラ１０４を通過すると、
その電位の高低に応じてトナーが付着し、静電潜像を可
視像化したトナー像が形成される。トナー像が形成され
た部分に所定のタイミングでレジストローラ（図示せ
ず）により記録紙１０７が搬送され、上記トナー像に重
ね合わされる。このトナー像が、転写ローラ１０６によ
って記録紙１０７に転写された後、記録紙１０７は、感
光体ドラム１０１から分離される。分離された記録紙１
０７は搬送経路を通って搬送され、定着ユニット（図示
せず）によって、熱加圧定着された後、機外へと排出さ
れる。また、上記転写終了後、感光体ドラム１０１の表
面は、クリーニング装置１０８によりクリーニング処理
され、さらにクエンチングランプ（図示せず）により、
残留電荷が消去され、次回の作像処理に備えるようにさ
れている。

【０００４】帯電ローラ１０２による感光体ドラム１０
１表面への帯電メカニズムは、帯電ローラ１０２と感光
体ドラム１０１の微小空間におけるパッシェンの法則に
従った放電であることが知られている。接触型の帯電ロ
ーラ１０２は、金属基体からなる感光体ドラム１０１に
所定の押圧力で当接され、感光体ドラム１０１の回転に
伴い接触回転するため、帯電ローラ１０２が充分な柔軟
性を持っていない場合、表面のわずかな窪みにおいて感
光体ドラムの間に浮きが発生し、上述の微小空間におけ
る感光体ドラム１０１との間の離間のばらつきが生じ、
帯電不良を生じることになる。そのため、帯電ローラ１
０２は、図２に示すように、導電性支持体の上に半導電
性弾性層を設けることで、感光体ドラム１０１に対する
浮きを防ぐようにされている。この半導電性弾性層に
は、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）や
ウレタンゴム、シリコーンゴム、エピクロルヒドリンゴ
ム等の加硫ゴム材料が一般的に用いられている。近年、
全世界的に環境保護活動がクローズアップされており、
各企業においても製造時のエネルギー消費量の低減や、
廃棄物の削減といった環境重視の活動が求められてい
る。しかしながら、前述の半導電性弾性層に使用される
加硫ゴム材料は、製造時の加硫工程においてエネルギー
を消費する上、一度加硫を行ってしまうと再形成による
リサイクルが不可能であるために、環境保護の観点から
は非常に不利な材料であることは否めない。そこで、加
硫ゴム材料の代替えとして熱可塑性エラストマー材料を
弾性層に適用することが注目されている。熱可塑性エラ
ストマーは、熱可塑性樹脂と同様の成形加工が可能なこ
とから、加硫工程レス、リサイクルといった環境保護に
対するメリットがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この熱可塑性
エラストマーを帯電部材へ適用する場合には、熱可塑性
エラストマーの半導電化が重要な技術課題となる。この
ための技術として、特開平７−１２１００６号公報では
例えばカーボンブラックと言った導電性顔料を分散した
熱可塑性エラストマーを、半導電性弾性体層に用いた帯
電部材が提案されている。しかしながら、導電性顔料を
用いた場合には、帯電部材を半導電性領域（１０ ^５〜
１０^９Ωｃｍ程度）に設定しようとすると、抵抗値の
バラツキが大きく、部分的帯電不良等の画像欠陥が発生
してしまう。これは、導電性顔料を熱可塑性エラストマ
ー中に均一に分散させるのが難しく、分散不良が生じる
ことにより引き起こされるものである。また、導電性顔
料を分散させることによって生じる不具合として、弾性
体層自体の硬度が上昇することを挙げることができる。
これにより弾性体層の柔軟性が損なわれ、感光体ドラム
１０１表面への接触により、帯電不良が生じるという問
題がある。

【０００６】したがって、本発明の目的は、製造工程に
おける消費エネルギーの低減や、リサイクル可能といっ
た環境保護観点上の利点を有し、かつ、帯電不良を防止
することができ、併せて優れた画像品質を得ることがで
きる帯電部材を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、本
発明の帯電部材を提供することによって解決される。請
求項１に記載の発明は、導電性支持体上に半導電性弾
性層を設ける帯電部材であって、半導電性弾性層を形
成する材料がニトリル基を含む熱可塑性エラストマーで
ある帯電部材である。請求項２に記載の発明、請求項
１に記載の帯電部材において、前記熱可塑性エラスト
マーにイオン導電性を有する可塑剤を分散させる帯電部
材である。請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求
項２に記載の帯電部材において、前記半導電性弾性層の
表面に保護層を設ける帯電部材である。請求項４に記載
の発明は、請求項３に記載の帯電部材において、前記
保護層の抵抗値は、前記半導電性弾性層の抵抗値よりも
大きい帯電部材である。請求項５に記載の発明は、請求
項３又は請求項４に記載の帯電部材において、前記保護
層は、樹脂中に導電性粒子を分散させる帯電部材であ
る。請求項６に記載の発明では、感光体に接触して帯電
処理を行う帯電部材を備える画像形成装置において、
帯電部材が、導電性支持体上に半導電性弾性層を設け、
かつ半導電性弾性層を形成する材料がニトリル基を含む
熱可塑性エラストマーにより構成される画像形成装置で
ある。請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の画
像形成装置において、前記帯電部材の熱可塑性エラス
トマーにイオン導電性を有する可塑剤を分散させる画像
形成装置である。請求項８に記載の発明は、請求項７
に記載の画像形成装置において、前記帯電部材の半導
電性弾性層の表面に保護層を設ける画像形成装置であ
る。請求項９に記載の発明は、請求項７又は請求項８
に記載の画像形成装置において、前記帯電部材の保護
層の抵抗値を、前記半導電性弾性層の抵抗値よりも大き
い画像形成装置である。請求項１０に記載の発明は、請
求項９に記載の画像形成装置において、前記帯電部材
の保護層に、樹脂中に導電性粒子を分散させる画像形成
装置である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を持って本発明を説明
する。図２は、本発明における帯電ローラの断面図であ
る。本発明の帯電ローラは、導電性支持体２０１上に半
導電性弾性層２０２が被覆されて形成されている。半導
電性弾性層は、ニトリル基を含む熱可塑性エラストマー
で形成されている。また可塑剤の分散により、半導電性
弾性層２０２に帯電ローラ１０２として充分使用可能な
柔軟性を持たせることができる。熱可塑性エラストマー
ヘの可塑剤の分散は、二軸混練機、ニーダー等の手段を
用いることにより容易に行うことができる。また熱可塑
性エラストマー組成物の支持体への被覆は、押出成形機
や射出成形等の手段で、ゴム組成物に必要な加硫工程を
経ることなく、任意の形状に成形できる。本発明におい
ては、上述の熱可塑性エラストマーに添加される可塑剤
にイオン導電性を持たせることを特徴とする。可塑剤に
イオン導電性を持たせる目的から、可塑剤としては、過
酸化リチウム等のアルカリ金属過酸化物、過塩素酸リチ
ウム等の過塩素酸塩、テトラブチルアンモニウム塩等の
４級アンモニウム塩、燐酸エステル塩等のイオン導電体
を用いることが好ましい。このようなイオン導電体を混
入することにより、イオン導電性を付与することが可能
となる。この際、可塑剤中にポリエーテル鎖またはポリ
エステル鎖を含有する可塑剤は、イオンの移動を容易に
することができるためにさらに好ましい。

【０００９】上述のイオン導電剤は、熱可塑性エラスト
マー中の不対電子を有する原子と一種の配位結合をする
ため、ニトリル基を含む熱可塑性エラストマー中に分子
レベルで均一に分散される。したがって、導電性顔料を
分散したエラストマーに見られるような分散不良に伴う
抵抗値のバラツキが生じず、部分的帯電不良等による画
像欠陥が発生することがない。また、半導電性弾性層２
０２内に混入されたイオン導電性を有する可塑剤のブリ
ードアウトを低減させ、帯電ローラに対して長期信頼性
を付与することも可能である。図３は、本発明の別実施
例の帯電ローラを示した図である。この別実施例の帯電
ローラ１０２は、ステンレススチール製の芯軸２０１
と、半導電性弾性層２０２と、保護層２０３とから構成
されている。芯軸２０１に対して半導電性弾性層２０２
を被覆する工程は、上述した第１の実施例と同様にして
行うことができる。本発明の別実施例では、上述した半
導電性弾性層２０２の表面に保護層２０３を形成させ
て、帯電ローラ１０２が半導電性弾性層２０２のみで構
成される場合に、表面性の微小な凹凸によって生じる帯
電の均一性の劣化を防止する構成とされている。この場
合、半導電性弾性層２０２の周囲にフッ素樹脂等から形
成される保護層２０３を設けることによって改良が可能
である。このような保護層２０３には、さらに従来知ら
れているＥＰＤＭゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴ
ム、エピクロロヒドリン樹脂といった樹脂を特性が許容
される範囲内で含有させることが可能である。また、イ
ソシアネート系硬化剤、エポキシ系硬化剤、アミン系硬
化剤、有機金属系硬化剤といった硬化剤を添加すること
によってさらに耐摩耗性を向上させることが可能であ
る。

【００１０】保護層２０３の電気抵抗値は、半導電性弾
性層２０２の抵抗値よりも大きくすることが好ましい。
保護層２０３の抵抗値を半導電性弾性層２０２の抵抗値
よりも大きくすることによって、感光体ピンホールヘの
電圧集中、異常放電（リーク）を回避することができ
る。しかしながら、保護層２０３の抵抗をあまり高くし
すぎると帯電効率が低下するため、保護層と半導電性弾
性層２０２との間の抵抗値の差を１０^３Ωｃｍ以下に
することが好ましい。保護層２０２の抵抗値の調整は、
上述の樹脂にカーボンブラック、金属酸化物といった導
電性粒子を抵抗値を考慮しながらブレンドすることによ
って行うことができる。この際、導電性粒子の添加量
は、添加する導電性粉体の種類に応じて適宜調節するこ
とができる。この他、本発明の保護層２０３には、潤滑
性、摩耗性といった表面特性を改善するために種々の添
加剤、例えばシリカ、酸化チタン等の無機粒子、テフロ
ンパウダーといった有機粒子等を添加することが可能で
ある。また、上述の保護層２０３は、半導電性弾性層２
０２上に種々の手段で設けることが可能であり、湿式法
としては例えば浸漬コーティング、スプレーコーティン
グ等を挙げることが可能であるし、乾式法としては溶融
押出法も可能である。しかしながら、膜圧の調整、導電
性の調整といった観点からは、湿式法を用いることが好
ましく、より具体的には浸漬コーティングを用いること
が好ましい。

【００１１】さらに、本発明の帯電ローラ１０２は、リ
サイクルが可能であるという特徴を有する。具体的にい
えば、例えば使用済み、又は不良ないし不合格となった
帯電ローラ１０２から半導電性弾性層２０２を回収する
ことが可能となる。本発明の保護層２０３が設けられた
帯電ローラ１０２は、その保護層２０３を溶剤で溶解し
たり、研磨により除去することができる。上述した保護
層２０３を除去した後、半導電性弾性層２０２を剥離、
又は溶剤に溶解させること等による回収工程により半導
電性弾性層２０２を回収することができる。このように
回収された半導電性弾性層２０２は、射出成形機、押出
成形機で芯軸上に被覆させることで再度帯電ローラ１０
２へと成形することが可能であり、上述した半導電性弾
性層２０２をリサイクル使用することが可能となる。

【００１２】以下、本発明の具体的な実施例について説
明する。（実施例１）ステンレスからなる芯軸（φ８ｍｍ）上に
半導電性弾性層としてニトリル基を含む熱可塑性エラス
トマー（デンカＬＣＳ、電気化学工業社製）１００重量
部に二塩基酸エステル系可塑剤（ＵＳ−７０、三建化工
社製）２０重量部及び過塩素酸アンモニウム２重量部を
配合した組成物を押し出し成形により被覆して半導電性
弾性層を形成し、帯電ローラを形成した。この時、ロー
ラ表面のゴム硬度（ＪＩＳ−Ａ）；４５°、抵抗；６×
１０^８Ωｃｍであった。（実施例２）実施例１と同様に作製した帯電ローラの半
導電性弾性層上に、フッ素樹脂（ルミフロンＬＦ−６０
０、旭硝子社製）、イソシアネート系硬化剤、エピクロ
ルヒドリンゴムとシリカとからなる混合物（抵抗；３×
１０^１０Ωｃｍ）を約７μｍの膜厚となるようにコーテ
ィングして保護層を形成させ、φ１４ｍｍの帯電ローラ
を得た。この時、ローラ表面のゴム硬度（ＪＩＳ−
Ａ）；４５°、抵抗：２×１０^９Ωｃｍであった。（実施例３）実施例１で得られた帯電ローラから半導電
性弾性層を回収した。この回収半導電性弾性層を約５ｍ
ｍ角のペレット状に粉砕し、リサイクル分５０ｗｔ％と
なるように実施例１と同じ組成の熱可塑性エラストマー
組成物中にブレンドして、実施例１と同様の方法でφ１
４ｍｍの帯電ローラを得た。この時、ローラ表面のゴム
硬度（ＪＩＳ−Ａ）；４６°、抵抗；３×１０^９Ωｃ
ｍであり、リサイクル分を含まない場合とほぼ同様であ
った。

【００１３】（比較例１）ステンレスからなる芯軸（φ
８ｍｍ）上に、半導電性弾性層としてオレフィン系熱可
塑性エラスマー（サントプレーン２１１−５５、ＡＥＳ
ジャパン製）に、導電性カーボンブラック（ケッチェン
ブラックＥＣ、ケッチェンブラックインターナショナル
社製）を１０重量％配合した組成物を押出成形により被
覆し、φ１４ｍｍの帯電ローラを得た。この時、ローラ
表面のゴム硬度（ＪＩＳ−Ａ）；６９°、抵抗；４×１
０^７Ωｃｍであった。

【００１４】以上の帯電ローラについて、図１に示した
画像形成装置を使用して、評価を行った。この際、帯電
ローラに印加する電圧をＤＣ−１６００Ｖとした。表１
に評価結果を示す。なお、感光体ピンホールヘの電圧集
中、異常放電により生じる異常画像の評価については以
下のランク付けにより行った。ランク１（良好）；画像上に異常放電による白抜けが起
きない、若しくは、さしわたしの径
が２ｍｍ以内である。ランク２（実用上問題なし）；白抜けが２ｍｍ以上であ
るが、スジ状にはなっていない。ランク３（不良）；画像上にスジ状となって白抜けが起
きる。上述の帯電ローラを用いた画像形成装置の総合評価を、
画像特性と電位特性とを用いて評価した。画像評価は、
複写画像を形成させた後、この複写画像上で部分的な帯
電不良が見られるものを不合格（×）とし、帯電不良に
よる画像欠陥が見られなかったものを合格（○）とし
た。電位特性については、帯電電位のバラツキ幅とピン
ホールヘの異常放電の２項目について評価を行い、これ
ら２項目について特に優れるものを優良（◎）とし、他
を良（○）として行った。

【００１５】（表１）

【００１６】実施例１では、感光体の帯電電位は−１０
００Ｖ以上あり、感光体の帯電電位のバラツキ幅が２５
Ｖと小さく、また感光タイピンホールへの異常放電は白
抜けがあったものの２ｍｍ以下の大きさで、実用上問題
のない範囲であり、画像上にムラとしては生じなかっ
た。実施例２では、感光体の帯電電位は−９２０Ｖで−
１０００Ｖより低いが、画像形成には問題が無く、ま
た、帯電電位のバラツキ幅は１０Ｖ以下で、異常放電に
よる白抜けはなく、画像ムラもなかった。総合評価とし
ては、特に優れていた。実施例３では、実施例１と同様
に、感光体の帯電電位は−１０００Ｖ以上あり、感光体
の帯電電位のバラツキ幅が２８Ｖと小さく、また感光タ
イピンホールへの異常放電は白抜けがあったものの２ｍ
ｍ以下の大きさで、実用上問題のない範囲であり、画像
上にムラとしては生じなかった。また、比較例では、感
光体の帯電電位は−９６０Ｖで−１０００Ｖより低く、
感光体の帯電電位のバラツキ幅が６０Ｖと大きく、さら
に、感光タイピンホールへの異常放電は白抜けがあり、
しかも２ｍｍ以上の大きさであった。さらに、画像上に
ムラが生じており実用上問題のある画像であった。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明では、半導電性弾性層を形成する材料がニトリル基
を含む熱可塑性エラストマーとされているため、その極
性によりイオンの移動が容易となって、導電剤の分散不
良に伴う抵抗値のバラツキが生じないので、部分的帯電
不良等による画像欠陥を防止することができ、かつ、製
造工程での省エネルギー化及びリサイクルが可能とな
る。請求項２に記載の発明では、ニトリル基を含む熱可
塑性エラストマーにイオン導電性の可塑剤が分散されて
いるので、柔軟性を有し、かつ抵抗値のバラツキが小さ
く、安定した導電性を示す帯電部材が得られる。請求項
３に記載の発明では、半導電性弾性層の表面に保護層を
形成したので、表面性の凹凸が防止され、例えば帯電の
均一性が良好となる。請求項４に記載の発明では、保護
層の抵抗値を半導電性弾性層の抵抗値よりも大きくする
ことにより、帯電電流を適切に流すことができるので、
感光体ピンホールヘの電圧集中、異常放電を回避するこ
とができる。請求項５に記載の発明では、保護層が樹脂
中に導電性粒子を分散させた構成であるので、保護層の
抵抗値の制御が容易であり、帯電電流を適切に流すこと
ができる。さらに、上述の帯電部材を画像形成装置に配
置することにより、請求項６に記載の画像形成装置で
は、部分的帯電不良等による画像欠陥を防止する画像形
成装置を提供することができる。請求項７に記載の画像
形成装置では、抵抗値のバラツキが小さく、安定した導
電性を示す帯電部材を配置することにより、良好な画像
を安定して得ることができる。請求項８に記載の画層形
成装置では、感光体の帯電で均一なため、高品位の画質
を得ることができる。請求項９に記載の画像形成装置で
は、感光体ピンホールへの電圧集中等がないため、白抜
けのない高品位の画像を得ることができる。請求項１０
に記載の画像形成装置では、感光体の表面電位の制御が
容易であり、地肌汚れのない良好な画像をえることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】帯電ローラを用いた画像形成装置の概略構成を
示す図である。

【図２】本発明における帯電ローラの構成を示す断面図
である。

【図３】本発明における他の実施例の帯電ローラの構成
を示す断面図である。

【符号の説明】

１００画像形成装置１０１感光体ドラム１０２帯電ローラ１０３露光１０４現像ローラ１０５パワーパック１０６転写ローラ１０７記録紙１０８クリーニング装置１０９表面電位計２０１導電性支持体２０２導電性弾性層２０３保護層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安瀬徳彦東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者北野浩之東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内Ｆターム(参考） 2H003 BB11 BB16 CC05 3J103 AA02 AA13 AA14 BA41 FA15 FA20 FA30 GA02 GA52 GA60 HA03 HA12 HA20 HA22 HA41

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性支持体上に半導電性弾性層を設け
る帯電部材であって、半導電性弾性層を形成する材料がニトリル基を含む熱可
塑性エラストマーであることを特徴とする帯電部材。
【請求項２】請求項１に記載の帯電部材において、前記熱可塑性エラストマーにイオン導電性を有する可塑
剤を分散させることを特徴とする帯電部材。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の帯電部材
において、前記半導電性弾性層の表面に保護層を設けることを特徴
とする帯電部材。
【請求項４】請求項３に記載の帯電部材において、前記保護層の抵抗値は、前記半導電性弾性層の抵抗値よ
りも大きいことを特徴とする帯電部材。
【請求項５】請求項３又は請求項４に記載の帯電部材
において、前記保護層は、樹脂中に導電性粒子を分散させることを
特徴とする帯電部材。
【請求項６】感光体に接触して帯電処理を行う帯電部
材を備える画像形成装置において、帯電部材が、導電性支持体上に半導電性弾性層を設け、
かつ半導電性弾性層を形成する材料がニトリル基を含む
熱可塑性エラストマーにより構成されることを特徴とす
る画像形成装置。
【請求項７】請求項６に記載の画像形成装置におい
て、前記帯電部材の熱可塑性エラストマーにイオン導電性を
有する可塑剤を分散させることを特徴とする画像形成装
置。
【請求項８】請求項７に記載の画像形成装置におい
て、前記帯電部材の半導電性弾性層の表面に保護層を設ける
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】請求項７又は請求項８に記載の画像形成
装置において、前記帯電部材の保護層の抵抗値を、前記半導電性弾性層
の抵抗値よりも大きいことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】請求項９に記載の画像形成装置におい
て、前記帯電部材の保護層に、樹脂中に導電性粒子を分散さ
せることを特徴とする画像形成装置。