JP2001013766A

JP2001013766A - 帯電部材

Info

Publication number: JP2001013766A
Application number: JP11185511A
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: 1999-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】製造工程でのエネルギーの低減や、リサイク
ルが可能であるといった利点を有する熱可塑性エラスト
マー材料を半導電性弾性層に用いる帯電ローラにおい
て、画像欠陥や被帯電体の汚染等の不具合が発生するこ
とのない帯電ローラを提供する。【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を形成する材料がイオン導電材料とともにカーボン
ブラックを分散した熱可塑性エラストマーであることを
特徴とする帯電ローラである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式の画
像形成装置において、感光体に対し帯電処理を実行する
帯電ローラ等の帯電部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４をもとに、帯電ローラ方式の画像形
成装置１１０について説明する。帯電ローラは、画像形
成装置に使用される帯電部材として最も一般的なもので
ある。図４に示すように、画像形成装置１１０は、静電
潜像が形成される感光体ドラム１０１と、帯電部材とし
ての帯電ローラ１０２と、レーザー光あるいは原稿の反
射光等の露光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１０４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１０１の表面電位を測定する
表面電位計１０８とを備えている。なお、図４では、他
の電子写真プロセスにおいて通常必要な機能ユニット
は、その記載を省略してある。

【０００３】以上のように構成された画像形成装置１１
０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１０
５から給電することによって一様に高電位に帯電する。

【０００４】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
面に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。

【０００５】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、上記トナー像に重なる。

【０００６】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、該記録紙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、熱加圧定着されたあと、機外へ排出される。

【０００７】また、上記転写終了後、感光体ドラム１０
１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。

【０００８】上記した帯電ローラによる、感光体ドラム
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は金
属基体からなる感光体ドラムに所定の押圧力で当接さ
れ、感光体ドラムの回転に伴い接触回転するため、帯電
ローラが充分な柔軟性を持っていない場合、表面のわず
かなくぼみにおいて感光体ドラムの間に浮きが発生し、
前述の微少空間がばらつくことから、帯電不良を生じる
ことになる。

【０００９】そのため、帯電ローラでは、導電性支持体
の上に半導電性弾性層を設けることで、感光体ドラムに
対する浮きを防いでいる。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る。

【００１０】ところで、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。

【００１１】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成
形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考えられる。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、加硫工程の省略、リサイクルといった環境保護
面でのメリットがある。

【００１２】ところが、この熱可塑性エラストマーを帯
電ローラへ適用する場合、熱可塑性エラストマーの半導
電化が重要な課題となる。特開平７−１２１００６号公
報には、電子写真画像形成装置に用いられる帯電部材と
して、導電性顔料（例えばカーボンブラック等）を分散
した熱可塑性エラストマーを用いたものが提案されてい
る。

【００１３】しかし、導電性顔料を用いた場合には、帯
電部材を半導電性領域（１０⁵〜１０⁹Ωｃｍ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。この画像欠
陥の発生は、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。

【００１４】また、導電性顔料をそのまま熱可塑性エラ
ストマーに分散させると、半導電性弾性層自体の硬度が
上昇する。これにより、半導電性弾性層の柔軟性が損な
われ、感光体ドラムへの接触不良により、同時に帯電不
良が生じる。

【００１５】一方、半導電化した熱可塑性エラストマー
として、導電性顔料ではなく、イオン導電材料を分散す
るものがある。この種の熱可塑性エラストマーは、導電
性顔料が分散する上記のものに比べて抵抗値のばらつき
が小さく、部分的な帯電不良は画像品質的に問題となら
ない。ところが、このイオン導電材料が分散する熱可塑
性エラストマーを用いると、帯電ローラの感光体ドラム
への押圧、長期の放置により帯電ローラの表面上へイオ
ン導電剤がブリードする。このブリードは感光体ドラム
を汚染し、感光体ドラムの変質、画像不良を引き起こ
す。また、帯電ローラの表面にもトナーが付着してしま
うので、そのトナーの堆積による帯電不良も引き起こ
す。

【００１６】この問題点を解決するための手段として、
半導電性弾性体層の表面にバリア機能を有する保護層を
設けることが考えられる。この保護層は帯電ローラとし
ての機能を損なわないよう、薄肉かつ均一で、表面性が
良好であることが必要とされる。そのため保護層の形成
は、一般的に樹脂を溶剤に希釈し、スプレー塗装やディ
ッピング処理により行われる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな手段で保護層を形成した帯電ローラにおいても、保
護層表面に半導電性弾性体層からイオン導電材料がブリ
ードし、感光体表面が汚染されてしまうことがあった。
この現象はイオン導電材料の配合量を多くした際に顕著
であった。

【００１８】そこで、本発明は、製造工程でのエネルギ
ーの低減や、リサイクルが可能であるといった利点を有
する熱可塑性エラストマー材料を半導電性弾性層に用い
る帯電部材において、上記画像欠陥や被帯電体の汚染等
の不具合が発生することのない帯電部材を提供すること
を目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、導電性支持体上に半導電性弾性層
を形成した帯電部材であって、前記半導電性弾性層を形
成する材料がイオン導電材料とともにカーボンブラック
を分散した熱可塑性エラストマーであることを特徴とす
る帯電部材である。この構成では、半導電性弾性層を形
成する材料がイオン導電材料とともにカーボンブラック
を分散した熱可塑性エラストマーであるため、イオン導
電材料は均一に分散されるので、抵抗値のバラツキを防
止し、カーボンブラックによりイオン導電材料の配合量
の増加を抑えて、イオン導電材料のブリードによる感光
体表面の汚染を防止することが出来る。

【００２０】また、請求項２の発明は、請求項１記載の
帯電部材において、前記カーボンブラックのジブチルフ
タレート吸油量が１００ｃｃ／１００ｇ以上であること
を特徴としている。この構成では、イオン導電材料の配
合だけでは満たされない低位抵抗化不足分を補う程度の
カーボンブラックの少ない添加量で所望の導電性を得る
ことができる。

【００２１】また、請求項３の発明は、請求項１〜２の
何れかに記載の帯電部材において、前記半導電性弾性層
の表面に保護層を形成したことを特徴としている。この
構成では、表面性を改良することが出来、帯電の均一性
を向上させることが出来る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明における帯電部材の
一例である帯電ローラの断面図である。この帯電ローラ
は、導電性支持体２０１上に半導電性弾性層２０２が被
覆された構成となっている。半導電性弾性層２０２はイ
オン導電材料とともにカーボンブラックを分散した熱可
塑性エラストマーで形成されている。

【００２３】熱可塑性エラストマーへのイオン導電材料
及びカーボンブラックの分散は、各々二軸混練機、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、導電性支持体２０１を熱可塑性エラストマー
組成物で被覆する場合には、押出成形機や射出成形機等
の手段を用いることで、ゴム組成物に必要な加硫工程を
経ることなく、半導電性弾性層２０２を任意の形状に成
形することができる。

【００２４】イオン導電剤としては、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、燐酸エステル塩等が挙げられる。イオン導電剤の
配合量については、ブリードの発生を抑制する必要があ
ることから、１００重量部の基材に対して０．１〜５重
量部の範囲で配合することが好ましい。

【００２５】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、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ないし、部
分的帯電不良等に起因する画像欠陥が発生することもな
い。

【００２６】半導電性弾性体層２０２として用いられる
熱可塑性エラストマーは、帯電ローラに求められる柔軟
性を有していれば良く、該エラストマーの種類等は特に
限定されるものではないが、好ましくは構成成分として
ポリエーテル連鎖、あるいはポリエステル連鎖が含まれ
ているエラストマーのほうが、イオンの移動が容易に行
えるので、半導電性弾性体層２０２の抵抗値のバラツキ
がより小さくなり、安定した導電性を示す帯電ローラが
得られる。

【００２７】カーボンブラックとしては、半導電性弾性
体層２０２の硬度上昇を避ける狙いから、少量で所定の
範囲（１０⁵〜１０⁹Ωｃｍ程度）に抵抗を制御する必
要があり、ストラクチャーの比較的大きいもの、具体的
にはＤＢＰ吸油量（ジブチルフタレート吸油量）が１０
０ｃｃ/１００ｇ以上のものが望ましい。例えば、アセ
チレンブラック、ケッチェンブラック等が挙げられる。
ここで、カーボンブラックはイオン導電材料の配合だけ
では満たされない低抵抗化不足分を補う程度の範囲内
で、少量配合することがポイントである。これにより、
カーボンブラックの使用による抵抗値ばらつき、それに
伴う部分的帯電不良を極めて起りにくくしている。具体
的な配合量としては、基材１００重量部に対して３〜１
０重量部の範囲内にあることが好ましい。

【００２８】図１に示すように、導電性支持体２０１上
に半導電性弾性層２０２のみを形成して帯電ローラを構
成すると、半導電性弾性層２０２の表面性が良くない場
合には帯電の均一性が劣る場合がある。この場合には、
図２に示すように、半導電性弾性層２０２の上に更に保
護層２０３を形成することで、改良が可能である。保護
層２０３を形成する材料としては、感光体ドラムやトナ
ーに対する非粘着性に優れるものが望ましく、ポリアミ
ド樹脂、フッ素樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリ
エステル樹脂等が挙げられる。保護層２０３としてこの
非粘着性に優れた材料を用いた場合には、被帯電体への
汚染やトナー固着に対して優れた効果が得られる。

【００２９】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
ピンホールへの電圧集中、異常放電（リーク）を回避す
ることができる。ただし、保護層２０３の抵抗を高くし
すぎると帯電効率が低下するため、保護層２０３と半導
電性弾性層との抵抗値の差を１０³Ωｃｍ以下にするこ
とが好ましい。この場合、保護層２０３の抵抗値の調整
は、上記原料樹脂に対して各種の導電剤をブレンドする
ことによって行うことができる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例及び比較例について説
明する〈実施例１〉ステンレススチール製の芯軸（φ６ｍｍの
導電性支持体）を半導電性弾性層で被覆した、図１に示
す構造の帯電ローラを作製した。半導電性弾性層の材料
として、ポリエステル成分を含む熱可塑性エラストマー
（エラステージＥＳ５０００Ａ、東ソー社製）１００重
量部に過塩素酸アンモニウム２重量部、カーボンブラッ
ク（デンカブラック；電気化学工業社製）１０重量部を
配合した組成物を用い、この材料を押出成形機により成
形して芯軸を被覆し、φ１４ｍｍの帯電ローラを得た。
この帯電ローラの表面硬度はＪＩＳ−Ａで５０°、抵抗
値は４×１０⁸Ωｃｍであった。

【００３１】〈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、保護層をコーティング
した、図２に示す構造の帯電ローラを作製した。保護層
の材料として、ポリアミド樹脂（ダイアミドT-171、ダ
イセルヒュルス社製）、酸化スズ（全固形分に対して60
重量%）からなる混合物（抵抗値；２×１０¹⁰Ωｃｍ）
を採用し、これを約７μｍの膜厚にコーティングした。

【００３２】〈実施例３〉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、保護層をコーティング
した、図２に示す構造の帯電ローラを作製した。保護層
の材料として、フッ素樹脂（ルミフロンＬＦ−６００、
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、シリカからなる混合物（抵抗値；３×１０
¹⁰Ωｃｍ）を採用し、これを約７μｍの膜厚にコーティ
ングした。

【００３３】〈実施例４〉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、保護層をコーティング
した、図２に示す構造の帯電ローラを作製した。保護層
の材料として、ポリビニルブチラール樹脂（デンカブチ
ラール３０００−２、電気化学工業社製）、イソシアネ
ート系硬化剤、及び酸化スズ（全固形分に対して60重量
％）からなる混合物（抵抗；３×１０¹⁰Ωｃｍ）を採用
し、これを約７μｍの膜厚にコーティングした。

【００３４】〈実施例５〉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、保護層をコーティング
した、図２に示す構造の帯電ローラを作製した。保護層
の材料として、ポリエステル樹脂（バイロン２０ＳＳ、
東洋紡製）、イソシアネート系硬化剤、及び酸化スズ
（全固形分に対して60重量％）からなる混合物（抵抗
値；１×１０¹⁰Ωｃｍ）を採用し、これを約７μｍの膜
厚にコーティングした。

【００３５】〈実施例６〉ステンレススチール製の芯軸
（φ６ｍｍの導電性支持体）を半導電性弾性層で被覆し
た、図１に示す構造の帯電ローラを作製した。半導電性
弾性層の材料として、ポリエステル成分を含む熱可塑性
エラストマー（エラステージＥＳ５０００Ａ、東ソー社
製）１００重量部に過塩素酸アンモニウム３重量部、カ
ーボンブラック８重量部を配合した組成物を用い、この
材料を押出成形機により成形して芯軸を被覆し、φ１４
ｍｍの帯電ローラを得た。この帯電ローラの表面硬度は
ＪＩＳ−Ａで５０°、抵抗値は３×１０⁸Ωｃｍであっ
た。

【００３６】〈実施例７〉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保護層をコーティングし
た、図２に示す構造の帯電ローラを作製した。保護層の
材料として、ポリアミド樹脂（ダイアミドＴ−１７１、
ダイセルヒュルス社製）、酸化スズ（全固形分に対して
６０重量％）からなる混合物（抵抗値；２×１０¹⁰Ωｃ
ｍ）を採用し、これを約７μｍの膜厚にコーティングし
た。

【００３７】〈実施例８〉実施例１で半導電性弾性層の
形成材料として用いた熱可塑性エラストマー組成物を約
５ｍｍ角のペレット状に粉砕し、リサイクル分５０重量
％となるように新しい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φ１４ｍｍの帯
電ローラを得た。

【００３８】〈比較例１〉ステンレススチール製の芯軸
（φ６ｍｍの導電性支持体）を半導電性弾性層で被覆し
た構造の帯電ローラを作製した。半導電性弾性層の材料
として、ポリエステル成分を含む熱可塑性エラストマー
（エラステージＥＳ５０００Ａ、東ソー社製）１００重
量部に過塩素酸アンモニウム６重量部を配合した組成物
を用い、この材料を押出成形機により成形して芯軸を被
覆し、φ１４ｍｍの帯電ローラを得た。この帯電ローラ
の表面硬度はＪＩＳ−Ａで５０°、抵抗値は５×１０⁸
Ωｃｍであった。

【００３９】〈比較例２〉比較例１と同様に作製した帯
電ローラの半導電性弾性層上に、保護層をコーティング
した帯電ローラを作製した。保護層の材料として、ポリ
アミド樹脂（ダイアミドＴ−１７１、ダイセルヒュルス
社製）、酸化スズ（全固形分に対して６０重量％）から
なる混合物（抵抗値；２×１０１０Ωｃｍ）を採用し、
これを約７μｍの膜厚にコーティングした。

【００４０】〈比較例３〉ステンレススチール製の芯軸
（φ６ｍｍの導電性支持体）を半導電性弾性層で被覆し
た構造の帯電ローラを作製した。半導電性弾性層の材料
として、オレフィン系熱可塑性エラストマー（サントプ
レーン２１１−５５、ＡＥＳジャパン製）にカーボンブ
ラック（デンカブラック、電気化学工業社製）を１８重
量％配合した組成物を用い、この材料を押出成形機によ
り成形して芯軸を被覆し、φ１４ｍｍの帯電ローラを得
た。この帯電ローラの表面硬度はＪＩＳ−Ａで６０°、
抵抗値は６×１０⁸Ωｃｍであった。

【００４１】以上の帯電ローラについて、図４に示した
画像形成装置を使用して、画像評価を行った。この場
合、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、感光体ピンホールへ
の電圧集中、異常放電による生じる異常画像の評価で
は、以下のランク付けを行った。ランク１；画像上に異常放電による白抜けが起きてない
か、または、白抜けのさしわたしの径が２ｍｍ未満であ
る。ランク２；白抜けのさしわたしの径が２ｍｍ以上である
が、スジ状になっていない。ランク３；画像上にスジ状の白抜けが生じている。

【００４２】感光体ドラムへの汚染試験については、図
３に示すような方法で行った。感光体に帯電ローラを
６．５Ｎの力で押し当て、温度３０℃、湿度９０％ＲＨ
の環境下で５日間放置した。その後、感光体を図４に示
した画像形成装置に設置し、画像評価を行った。仮に感
光体が汚染している場合、汚染箇所は帯電しないため、
異常画像（白抜け）となって現れる。この白抜けが生じ
ているかどうかを確認した。

【００４３】

【表１】

【００４４】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種
々変形して実施することができる。

【００４５】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、半導電性弾性
層を形成する材料がイオン導電材料とともにカーボンブ
ラックを分散した熱可塑性エラストマーであるため、製
造工程での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保持しつつも、部分的帯電不
良等による画像欠陥や非帯電体への汚染が生じない帯電
部材が得られる。

【００４６】請求項２の発明によれば、ＤＢＰ吸油量が
１００ｃｃ／１００ｇ以上のカーボンブラックを使用す
ることにより、少ない添加量で所望の導電性を得ること
ができるため、柔軟性を維持した帯電部材を得ることが
できる。

【００４７】請求項３の発明によれば、半導電性弾性層
の表面に保護層を形成したことにより、極めて良好な表
面性を得ることが出来、帯電の均一性を大幅に向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる帯電ローラの一例を示す横断面
図である。

【図２】本発明に係わる帯電ローラの別例を示す横断面
図である。

【図３】感光体ドラムの汚染試験方法を示す説明図であ
る。

【図４】帯電ローラを用いた画像形成装置の構成を示す
説明図である。

【符号の説明】

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半導電性弾性層２０３保護層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｇ 21/06 Ｇ０３Ｇ 21/00 ３４０ (72)発明者神谷公二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 AA12 BB11 CC05 EE11 2H032 AA05 2H035 AA15 AZ05 2H077 AD02 AD06 FA12 FA25 3J103 AA02 AA14 AA51 FA15 FA20 FA30 GA02 GA52 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形成
した帯電部材であって、前記半導電性弾性層を形成する
材料がイオン導電材料とともにカーボンブラックを分散
した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】前記カーボンブラックのジブチルフタレ
ート吸油量が１００ｃｃ／１００ｇ以上であることを特
徴とする請求項１記載の帯電部材。
【請求項３】前記半導電性弾性層の表面に保護層を形
成したことを特徴とする請求項１〜２の何れかに記載の
帯電部材。