JP2001305832A - 帯電部材及び該帯電部材を備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長期使用で感光体汚染やトナー固着を生じさ
せない帯電部材等を提供する。 【解決手段】 本発明を適用した帯電部材２は、導電性
支持体２ａ上に少なくとも半導電性の弾性体層２ｂと、
該弾性体層２ｂ上に形成される保護層２ｃとを有し、該
保護層２ｃが、一般式 ＲＳｉ（ＯＲ）_３ （式中のＲ
は、有機基を示す）で表されるオルガノアルコキシシラ
ンから誘導される高分子を主成分とする組成物からなる
ことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、導電性支持体上
に、少なくとも半導電性の弾性体層と、該弾性体層上の
表面層して保護層とが形成された帯電部材及び該帯電部
材を備えた画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】複写機、プリンター等の画像形成装置に
おける感光体の帯電プロセスでは、高圧電源が不要で環
境負荷要因となるオゾン発生がないといった点におい
て、接触帯電方式が有利とされている。接触帯電方式で
は、帯電部材である帯電ローラを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せ感光体ドラムに接触
回転させている。この帯電メカニズムは、帯電ローラと
感光体ドラムの間に形成された微小空間へのパッシェン
の法則に従った放電が行われるものと説明される。この
場合に帯電部材に充分な柔軟性がないと感光体面の僅か
な窪みで浮きが生じ、感光体面との間に形成される微少
空間にばらつきが出て、これが原因で帯電不良を生じ
る。したがって、図４に示すように、帯電ローラ２には
導電性支持体２ａの上に弾性体層２ｂを設けて感光体ド
ラム１との間に形成される微少空間のばらつきを防いで
いる。このような弾性体層２ａとしては、一般にエチレ
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
ゴム材料が用いられる。また、近年は環境保護の目的か
らリサイクル可能な熱可塑性エラストマーを適用する動
きもある。

【０００３】また、帯電ローラには感光体ドラムを所定
の帯電電位に保持可能な機能が求められ、このために弾
性体層の抵抗値を半導電性領域（１０^５〜１０^９Ωcm程
度）に制御する必要がある。抵抗値の制御手法として
は、カーボンブラック等の導電性顔料を分散させ帯電部
材を半導電性領域に設定する手法が一般的である。しか
し、導電性顔料を用いる場合は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やすい。一
方、弾性体層を半導電化する別の手法として、イオン導
電材料を用いるものがある。この場合、イオン導電材料
が弾性体層のポリマーマトリックス中に分子レベルで分
散するため、上記導電性顔料の分散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
とならないといった利点を有している。

【０００４】ところが、そのイオン導電剤に移行性があ
ることから、イオン導電剤が弾性体層から経時的に帯電
ローラ表面へブリードアウトし、感光体ドラムを汚染
し、画像不良を引き起こすといった問題があった。

【０００５】従来、そのようなイオン導電剤の移行性に
起因する画像不良の問題を解決するため、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
提案されている。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、薄肉かつ均一で良好な表面性が必要
とされ、その形成は、一般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って行われる。保護層の
具体的な材料としては、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、
ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられてい
る。

【０００６】例えば、特開平１０−３９５８２号公報に
は、弾性層としてイオン導電剤を含有させたエピクロル
ヒドリンゴム、保護層として弾性層表面にポリウレタン
等からなる導電化樹脂層を設けた導電性ロールが記載さ
れている。シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂等からな
る保護層によれば、有機感光体（ＯＰＣ）の汚染が無く
画像欠陥が発生しないされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、保護層
を設けた場合においても、帯電ローラを画像形成装置に
搭載して長期間使用すると、ローラ表面にトナーが付着
し固化してしまう、いわゆる固着現象が生じる。これは
現像ローラやクリーニング装置周辺から飛散したトナー
が付着してしまうのもので、保護層を形成する樹脂材料
がトナー材料との間に相溶性があるからである。また、
弾性体層からのイオン導電剤のブリードアウトが長期間
使用によって少なからず進行し、この点も固着に寄与し
ていると考えられる。このようなトナー固着の発生に伴
って帯電ローラの抵抗値が部分的に変化し、この結果、
帯電機能が劣化してしまうという問題があった。

【０００８】そこで、本発明は、そのような問題を解決
するためになされたものであり、その目的とするところ
は、イオン導電剤のブリードアウト、これに伴う感光体
等の被帯電体の汚染や長期使用時のトナー固着が発生し
ない帯電部材及び該帯電部材を備えた画像形成装置を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の帯電部材は、少なくとも導電性支持体上に
形成された半導電性の弾性体層と、該弾性体層上に形成
された保護層とを有する帯電部材において、上記保護層
が、一般式 ＲＳｉ（ＯＲ）_３ （式中のＲは、有機基
を示す）で表されるオルガノアルコキシシランから誘導
される高分子を主成分とする組成物からなることを特徴
としている。

【００１０】または、少なくとも導電性支持体上に形成
された半導電性の弾性体層と、該弾性体層上に形成され
た保護層とを有する帯電部材において、上記保護層が、
オルガノポリシロキサンからなる網目状高分子構造を有
する構成とすることができる。

【００１１】また、本発明の画像形成装置は、感光体の
帯電手段として上記帯電部材を備えたことを特徴として
いる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本実施の形態に関わる画
像形成装置の主要部を示す概略構成図である。同図では
最も一般的な画像形成装置の画像形成プロセスの主要部
である感光体周りを模式的に示しており、本発明が特に
関与しないスキャナ部、給紙部、定着部等の他の構成部
分は公知の通りである。

【００１３】感光体ドラム１の周りには、帯電部材であ
る帯電ローラ２、露光部、現像ローラ３、転写ローラ
４、クリーニング部５が周設されている。帯電ローラ２
には、この帯電ローラ２へ電圧を印加するためのパワー
パック６が接続されている。矢印で示す如く感光体ドラ
ム１が回転すると、感光体ドラム１に回転接触する帯電
ローラ２に対する電圧がパワーパック１０５から給電さ
れ、感光体ドラム１の表面は一様に高電位に帯電させら
れる。

【００１４】その下流近傍に位置する露光部では、図示
しない原稿からの反射光又は走査光学系の照射するレー
ザ等の画像光Ｌが照射される。帯電ローラ２による帯電
の後に、感光体ドラム１面に画像光Ｌが照射され、照射
された部分の電位が低下する。画像光Ｌは画像の黒／白
に応じた光量の分布であるため、画像光Ｌの走査によっ
て感光体ドラム１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。符号７は、感光体ドラム
１の表面電位を測定するための表面電位計である。

【００１５】感光体ドラム１上に形成された静電潜像に
は、その電位の高低に応じて現像ローラ４からトナーが
付着し、静電潜像はトナー像に可視像化される。図示し
ない給紙レジスト部ではレジストローラが駆動され、上
記トナー像を形成した感光体面へ、そのトナー像とのレ
ジストタイミングをとるように記録紙Ｐが送られる。感
光体ドラム１と転写ローラ４との間でトナー像が記録紙
Ｐに重なりこの記録紙Ｐ上にトナー像が転写される。ト
ナー像が転写された記録紙Ｐは、感光体ドラム１から分
離され、搬送経路を通って図示しない定着ユニットへ搬
送される。定着ユニットで紙面にトナーが熱加圧定着さ
れた後、記録紙Ｐは機外へ排出される。なお、転写終了
後の感光体ドラム１の表面は、クリーニング部５により
クリーニング処理され、さらに図示しないクエンチング
ランプにより、残留電荷が消去され、次回の作像処理に
備える。

【００１６】図２は、本実施の形態に関わる上記帯電ロ
ーラ２の断面図である。本発明に係わる帯電ローラ２
は、導電支持体２ａ上に半導電性の弾性体層２ｂを形成
し、さらに、この半導電性の弾性体層２ｂ上に保護層２
ｃを被覆した構成である。優れたイオン導電性を示す弾
性体層２ｂとしては、イオン導電性の加硫ゴムあるいは
熱可塑性エラストマー等がある。つまり、ポリマー中の
イオン移動が容易である点で、ポリエーテル連鎖やポリ
エステル連鎖が含まれている加硫ゴム又は熱可塑性エラ
ストマーが好ましい。具体的にはエピクロルヒドリンゴ
ムーエチレンオキサイド共重合体組成物、ポリエステル
系熱可塑性エラストマー組成物、ポリエーテル系熱可塑
性エラストマー組成物等があげられる。半導電性の弾性
体層２ｂの形成は、押出成形や射出成形等の手段を用い
て導電支持体２ａ上に上記の組成物を被覆することによ
って行う。このようなポリエーテル連鎖又はポリエステ
ル連鎖を構成成分として含む加硫ゴム又は熱可塑性エラ
ストマーからなる弾性体層２ｂによれば、抵抗値のバラ
ツキが小さく、安定した導電性を示す帯電ローラ２が得
られる。

【００１７】イオン導電性を付与する目的から、上記組
成物中に添加するイオン導電材料としては、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
アルカリ金属過塩素酸塩、テトラブチルアンンモニウム
塩等の４級アンモニウム塩、燐酸エステル塩等があげら
れる。イオン導電剤の配合量については、弾性層抵抗値
を所望の値にしかつブリードの発生を低減する観点か
ら、基材１００重量部に対して０．１〜５重量部の範囲
が好ましい。イオン導電材料の添加は、二軸混練機やニ
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。このようなイオン導電材料は、マトリクスポリマ
ー中の不対電子を有する原子と一種の配位結合し、マト
リクスポリ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弾性体層に見られるよ
うな導電性顔料の分散不良に伴う抵抗値のバラツキが生
じないのである。

【００１８】上記イオン導電性の弾性体層２ｂには、下
記の化学構造で特徴づけられる保護層２ｃが設けられ
る。この保護層２ｃは、 一般式 ＲＳｉ（ＯＲ）_３ で表されるオルガノアルコキシシランから誘導される高
分子を主成分とする組成物（以下、オルガノアルコキシ
シラン組成物と称する）である。式中のＲは、アルキル
基又はこれと同等で物理化学上許容される範囲の有機基
である。

【００１９】上記保護層２ｃの形成は、上記オルガノア
ルコキシシラン組成物を有機溶媒に分散して塗料を作製
し、スプレー塗装、ディッピング等によって上記弾性体
層２ｂ上にコーティングした後、硬化反応（オルガノア
ルコキシシランの加水分解、縮合反応）により行う。こ
こで硬化反応を促進するために、塗料中にアルカリ金属
水酸化物、有機酸、４級アンモニウム水酸化物等を添加
してもよい。また、保護層の柔軟性を向上させる目的か
ら、上記オルガノアルコキシシラン組成物にシリル基含
有したビニル系樹脂等を加えてもよい。

【００２０】上記のようにして形成された保護層２ｃ
は、オルガノポリシロキサン構造、すなわち、一般式
｛Ｒ_２ＳｉＯ｝_ｎ （式中のＲはアルキル基又はこれと
同等で物理化学上許容される範囲の有機基を示す、ま
た、ｎは物理化学上許容される範囲の自然数を示す）。
で表される網目状の高分子構造を有し、いわゆるガラス
（セラミックス）と同様の性質となる。したがって、こ
の保護層２ｃは、従来の樹脂塗料から形成される保護層
と比較して、イオン導電材料に対するバリアー性とトナ
ーの離型性とを長期時間に亘って維持することができ
る。

【００２１】また、上記保護層２ｃの電気抵抗値を、弾
性体層２ｂ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。ここで保護層２ｃの抵抗値をあま
りに高くしすぎると帯電効率が低下するため、抵抗値の
差を１０^３Ωcm以下にする。この保護層２ｃの抵抗値の
調整は、上記オルガノアルコキシシラン組成物中に各種
導電材料（カーボンブラック、金属酸化物等）を分散さ
せることによって行う。抵抗値の差を１０^３Ωcm以下に
することで、帯電効率の低下を防ぐことができる。ま
た、そのような抵抗値調整は、保護層２ｃに導電性粒子
を分散させることで容易に行うことができる。

【００２２】以下、本発明の実施例を説明する。 ［実施例１］エピクロルクロルヒドリンゴム（エピクロ
マーＣＧ、ダイソー社製）１００重量部、炭酸カルシウ
ム（ホワイトンＳＯ、白石カルシウム製）１５重量部、
加硫促進剤（ノクセラーＴＴ、大内新興化学製）１．０
重量部、加硫剤（サルファックスＰＭＣ、鶴見化学製）
０．２５重量部、過塩素酸アンモニウム３重量部からな
る配合物を２本ローラで１５分間混練した後、ステンレ
スからなる芯軸（φ８mm）上に、押出成形により被覆
し、加硫工程を経て、φ１４の半導電性の弾性体層を形
成した（表面硬度ＪＩＳ−Ａ；４６°、抵抗；２×１０
^８Ωcm）。次いでこの弾性体層に、保護層としてオルガ
ノアルコキシシラン組成物（グラスカＨＰＣ７５０６、
ＪＳＲ社製）、ジルコニウム系硬化促進剤（グラスカＨ
ＰＣ４０６Ｈ、ＪＳＲ社製）、及び酸化スズ（全固形分
に対して６０重量％）からなる混合物を約7μmの膜厚に
コーティングした（保護層の抵抗；１×１０^１０Ωc
m）。

【００２３】［実施例２］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４重量部
を配合した組成物を、ステンレスからなる芯軸（φ８m
m）上に、押出成形により被覆し、φ１４の半導電性の
弾性体層を形成した（表面硬度ＪＩＳ−Ａ；５０°、抵
抗；５×１０ ^８Ωcm）。次いで、この半導電性の弾性体
層に保護層として、オルガノアルコキシシラン組成物
（グラスカＨＰＣ７５０６、ＪＳＲ社製）、ジルコニウ
ム系硬化促進剤（グラスカＨＰＣ４０６Ｈ、ＪＳＲ社
製）、及び酸化スズ（全固形分に対して６０重量％）か
らなる混合物を約７μmの膜厚にコーティングした（保
護層の抵抗；１×１０^１０Ωcm）。

【００２４】［比較例１］実施例１と同様に作製した半
導電性の弾性体層上に、保護層として、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、及び酸化スズ（全固形分に対して６０重量
％）からなる混合物を約７μmの膜厚にコーティングし
た（保護層の抵抗；３×１０^１０Ωcm）。

【００２５】［比較例２］実施例１と同様に作製した半
導電性の弾性体層上に保護層として、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
らなる混合物を約７μmの膜厚にコーティングした（保
護層の抵抗；２×１０^１０Ωcm）。

【００２６】［比較例３］実施例２と同様に作製した半
導電性の弾性体層上に、保護層として、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、及び酸化スズ（全固形分に対して60重量%）
からなる混合物を約７μmの膜厚にコーティングした
（保護層の抵抗；３×１０^１０Ωcm）。

【００２７】以上の各実施例及び各比較例の帯電ローラ
を、図１に示した構成の画像形成装置に搭載し、上記表
面電位計７を使用して感光体ドラム１の帯電電位の計測
しながら、記録紙等の目視観察による画像評価を行っ
た。

【００２８】なお、帯電ローラに印加する電圧はＤＣ−
１６００Ｖとし、感光体ドラムへの汚染試験のために、
図３に示すように感光体ドラム１に帯電ローラ２を押し
当て、押し当て力が６．５Ｎ、温度３０℃、湿度９０％
ＲＨの環境下で、５日間放置した。その後、放置された
感光体ドラム１のそれぞれを画像形成装置に設置し、同
一条件で画像評価を行った。もし感光体ドラム１が帯電
ローラ２で汚染している場合は、汚染箇所が帯電せずに
異常画像（白抜け）となって現れる。この白抜けが生じ
ているかどうかを目視で確認した。次いで連続複写を行
い、１００，０００枚通紙後のローラ表面へのトナー固
着、及びそれに起因すると思われる画像ムラ（部分的帯
電不良）の有無について、目視観察による評価を行っ
た。

【００２９】評価結果を表１に示す。

【表１】

【００３０】上記表１に示される総合評価の基準は、次
の通りである。 × ： 感光体ドラムの汚染、連続複写後のローラ表面
へのトナー固着、又は連続複写後の画像ムラが見られ
る。 ○ ： 感光体ドラムの汚染や連続複写後等の異常が全
く見られない。 表１で明らかなように、実施例の総合評価は双方とも
○、比較例はすべて×となった。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
関わる帯電部材は、導電性支持体上に少なくとも半導電
性の弾性体層と、該弾性体層上に形成される保護層とを
有し、上記保護層が、一般式 ＲＳｉ（ＯＲ）_３ （式
中のＲは、有機基を示す）で表されるオルガノアルコキ
シシランから誘導される高分子を主成分とする組成物か
らなる構成なので、上記保護層によりイオン導電材料に
対するバリアー性やトナーに対する離型性に優れ、感光
体等の被帯電体の汚染や長期使用時のトナー固着が生じ
ない帯電部材を提供できる。

【００３２】また、本発明に関わる画像形成装置は、感
光体の帯電手段として上記請求項１又は２に記載の帯電
部材を備えた構成なので、イオン導電材料に対するバリ
アー性やトナーに対する離型性に優れた保護層を設けた
帯電部材を用いることによって、感光体の汚染や長期使
用時にトナー固着が生じない画像形成装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関わる画像形成装置の主要部を示す概
略構成図である。

【図２】図１の帯電ローラを拡大して示す断面図であ
る。

【図３】感光体ドラムの汚染試験の説明図である。

【図４】従来の帯電ローラの構成例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 感光体ドラム（感光体） ２ 帯電ローラ（帯電部材） ２ａ 導電性支持体 ２ｂ 弾性体層 ２ｃ 保護層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 亜希子 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 Ｆターム(参考） 2H003 BB11 CC05 3J103 AA02 AA14 AA33 AA51 BA41 FA06 FA07 FA14 GA02 GA52 GA57 GA58 GA60 HA03 HA04 HA05 HA11 HA12 HA15 HA20 HA33 HA41 HA44 HA45 HA53 HA54

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも導電性支持体上に形成された
   半導電性の弾性体層と、該弾性体層上に形成された保護
   層とを有する帯電部材において、上記保護層が、一般式
   ＲＳｉ（ＯＲ）_３ （式中のＲは、有機基を示す）で
   表されるオルガノアルコキシシランから誘導される高分
   子を主成分とする組成物からなることを特徴とする帯電
   部材。
2. 【請求項２】 少なくとも導電性支持体上に形成された
   半導電性の弾性体層と、該弾性体層上に形成された保護
   層とを有する帯電部材において、上記保護層が、オルガ
   ノポリシロキサンからなる網目状高分子構造を有するこ
   とを特徴とする帯電部材。
3. 【請求項３】 感光体の帯電手段として上記請求項１又
   は２に記載の帯電部材を備えた画像形成装置。