JP2004037650A

JP2004037650A - 帯電付与部材

Info

Publication number: JP2004037650A
Application number: JP2002192327A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Matsui; 松井　洋介; Harusuke Nagami; 永見　晴資
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 2002-07-01
Filing date: 2002-07-01
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】交流成分を含む電圧を印加して使用した場合に発生する帯電音を装置の大幅な設計変更なしに耳障りにならないレベルに低減することができる電子写真装置用の帯電付与部材を提供する。
【解決手段】帯電付与部材は、良導電性軸体２の外面上に半導電性の発泡弾性層３を接着一体化して設け、発泡弾性層３の外面上に表面層４を接着せず密着して設ける構成にする。ニップ接触による力が大きく作用する軸体２と半導電性発泡弾性層３とは接着固定してずれを防ぎ、それよりも半径方向外方における導電発泡弾性層と表面層とは接着せず密着した状態にすることにより、帯電音振動を遮断吸収できる。前記接着せず密着した構成は、発泡弾性層３を、表面層用チューブに空気を流しながら挿入被覆することにより、容易に実現できる。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真装置に用いる帯電付与部材に関し、さらに詳しくは帯電音の低減効果を有する導電性ローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、感光体ドラムを初期化帯電するための帯電器としてコロナ放電器が用いられてきた。しかし、コロナ放電は多量のオゾンを発生し、作業環境上の問題があること、また近年、ＯＡ機器は小型化の潮流にあることなどの理由により、コロナ放電に代わるものとして帯電ローラなどを用いる接触帯電方式が採用されるようになってきている。
【０００３】
接触帯電方式では、帯電ローラなどの帯電部材を、感光体などの被帯電部材に接触させて帯電を行う。このとき被帯電部材である感光体の表面を均一に、安定して帯電するために、交流成分を含む電圧を印加した振動電圧を帯電部材である帯電ローラ等に印加して、感光体の帯電が行われることがある。たとえば、ピーク間電圧Ｖｐｐを有する交流電圧Ｖａｃと直流電圧Ｖｄｃとを重畳した電圧Ｖ１（＝Ｖａｃ＋Ｖｄｃ）を帯電ローラに印加することによって感光体を均一に帯電することができる。しかし交流成分を含む電圧を印加した振動電圧を用いると、印加した電圧の交流成分のために帯電ローラと感光体との間に作用力が発生し、感光体が振動して、帯電音と呼ばれる振動音が発生するという問題が生じる。特に、高速複写機や高速プリンタなどで振動音は顕著である。
【０００４】
帯電音に対する対策としては、特開平５−１８８７３３号公報には、図５に示したような導電性フィルムチューブ（帯電フィルム５６）を用いて、フィルムチューブ５６内側から押圧することなく感光体１１に接触させて帯電を行い、帯電音を低減する技術が開示されている。芯金５２の外面に発泡弾性層５３が設けられて、フィルムチューブ５６のための給電・駆動部材を構成し、さらにバックアップローラ５４が設けられる。しかし、この構成では駆動ローラ、帯電チューブ６およびフィルムの押圧手段など複雑なシステムが必要になる。
【０００５】
また特開平７−９２７７６号公報には、チューブの内側に芯金を立てチューブと芯金の隙間に発泡部材を配して発泡させ発泡部材の外周面を導電性チューブで被覆したローラを用いて帯電音を低減する技術が開示されている。該公報に開示のものは、段落［００２０］に記載のように芯金、発泡部材およびチューブは分離しており、それにより帯電音を小さくする技術であるが、チューブ表面と被帯電体との接触により発生する力により、芯金と発泡部材との間に軸方向や周方向にずれを生じやすく、帯電が不安定になりやすいという問題を有している。
【０００６】
特開平１１−１２５９５６号公報には、導電性発泡体の表面に、導電性樹脂体から成るチューブを被着して形成し、帯電部材としての製品硬度がＡＳＫＥＲ−Ｆ硬度９０゜以下であるローラが開示されている。しかしＡＳＫＥＲ−Ｆ硬度を９０゜以下にするためには、フィルムの材質および厚さの制約や発泡弾性層の制約が大きくなり、適合するローラを実現するのは困難である。
【０００７】
その他、システム側から帯電音を低減させるための技術として、感光体中にゴムなどの重りを挿入して共振周波数を変化させる技術も提案されている。しかしこのような防振部材を使用する構成では、感光体ドラムの変形や重量化、さらには製造原価が高くなるなどの問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、交流成分を含む重畳電圧を印加して使用した場合も、帯電音の発生を耳障りにならないレベルに抑えることができ、しかも、接触帯電に起因する力による導電性支持体と発泡弾性層のずれがなく安定した帯電ができる電子写真装置用の帯電付与部材を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被帯電部材に接触し、交流成分を含む重畳電圧を印加して被帯電部材を帯電させる帯電付与部材において、
良導電性支持体と、該良導電性支持体の外面上に接着一体化して設けられた半導電性を有する発泡弾性層と、該発泡弾性層の外面上に接着せず密着して設けられた表面層とを有することを特徴とする帯電付与部材である。
【００１０】
本発明に従えば、良導電性支持体とその外面上に設けられた半導電性の発泡弾性層は接着一体化されており、発泡弾性層とその外面上に設けられた表面層とは、接着せず密着して構成されているので、発泡弾性層による振動吸収性および発泡弾性層と表面層の非接着密着・分離により、良導電性支持体に印加される振動電圧のエネルギーを低減して、接触面に伝えるので、帯電音を小さくすることができる。しかも、良導電性支持体と発泡弾性層は接着一体化されているので、被帯電部材と表面層の接触により発生する力が作用しても、良導電性支持体と発泡弾性層のずれは生じない。また、発泡弾性層と表面層の間は、作用する力が小さく（ロール形状の場合、軸心からの径に反比例する）、層間のずれは生じにくい。
【００１１】
また本発明は、前記半導電性を有する発泡弾性層の体積固有抵抗が、
１×１０^３〜１×１０^７Ω・ｃｍであることを特徴とする。
【００１２】
本発明に従えば、低い印加電圧で、電荷を表面層に移送することが可能となる。
【００１３】
本発明は、前記良導電性支持体が回転軸であり、前記表面層が熱可塑性樹脂から成るチューブであり、帯電付与部材が帯電ローラであることを特徴とする。
【００１４】
本発明は、前記良導電性支持体が板状金具であり、該金具の少なくとも表裏面上に前記発泡弾性層が接着一体化して設けられ、表面層が熱可塑性樹脂から成る膜層であり、帯電付与部材が帯電ブレードであることを特徴とする。
【００１５】
本発明の帯電付与部材としては、ローラ形状のもの、ブレード形状のもの、平ベルト形状のものが好ましく、特に上述のローラ形状およびブレード形状が好ましい。
【００１６】
本発明は、前記表面層が、ナイロン１２をベースとする熱可塑性樹脂組成物より成ることを特徴とする。
【００１７】
ナイロン１２をベースとする熱可塑性樹脂組成物より成る表面層を形成することにより、内側の発泡弾性層より移送された電荷をリークせずに被帯電部材に移すことができ、しかも剛性と柔軟性のバランスが良好で、発泡弾性層の変形に追従し、耐久する。また長時間圧接後でも変形回復が速い。
【００１８】
また本発明は、良導電性支持体の外面上に設けられた導電性を有する発泡弾性層と、該発泡弾性層の外面上に設けられた表面層とを有する帯電付与部材の製造方法において、
接着処理した良導電性支持体の外面上に発泡弾性層を接着一体化して形成することによってローラ状やブレード状の成形体を製造する工程と、
熱可塑性樹脂をベースとする樹脂組成物から成る表面層形成材を形成する工程と、
前記成形体を、前記表面層形成材に、接着せず密着して、発泡弾性層の外面上に表面層を形成する工程とを含むことを特徴とする帯電付与部材の製造方法である。
【００１９】
本発明は、前記表面層形成材が、チューブ形状であり、前記成形体の外径より小さく形成された外径を有するチューブである前記表面層形成材に、空気を吹込みつつ、前記表面層形成材に、前記成形体を挿入することを特徴とする。
【００２０】
本発明に従えば、良導電性支持体の外面上に発泡弾性層を接着一体化して形成し、表面層を発泡弾性層の外面上に接着せず密着して形成しているので、振動電圧のエネルギーを小さくでき、しかも発泡弾性層が空転したり、軸方向にずれたりすることがなく、帯電音を低減でき、均一帯電性や耐久性に優れた帯電付与部材を製造することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の帯電付与部材について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の一形態による帯電付与部材である帯電ローラ１の斜視図であり、図２は、図１の帯電ローラ１の軸線に直角な断面図である。帯電ローラ１は、良導電性の軸体２と、該軸体２の外周面上に形成された半導電性の発泡弾性層３と、発泡弾性層３の外周面上に積層された表面層４とを含む多層構造を有する。軸体２は、両端を軸支したり、駆動部品を嵌合するため両端を精密加工した細長い直円柱状であり、金属、たとえば鉄、アルミニウム合金、ステンレス鋼などが好適に用いられる。
【００２２】
発泡弾性層３は、帯電付与部材が適切なニップ幅をもって被帯電部材を押圧し、被帯電部材表面を均一に帯電できるように、発泡ゴムから成り導電性微粒子を分散し含有させて電気抵抗を制御する。発泡ゴムとしては、アクリロニトリル・ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンジエン３元共重体（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴムなどを挙げることができる。
【００２３】
導電性微粒子としては、カーボンブラック、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛等の金属酸化物粒子を用いることができる。導電性付与性が大きく、補強性にも優れる点で、カーボンブラックが好ましく用いられる。
【００２４】
発泡弾性層３の体積固有抵抗値は、１×１０^３〜１×１０^７Ω・ｃｍに制御することが好ましい。また発泡弾性層３の層厚としては、２．５ｍｍ〜１０ｍｍが好ましく、３ｍｍ〜８ｍｍがより好ましい。
【００２５】
表面層４の被覆用チューブを形成する熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、フッ素系樹脂などを挙げることができる。なかでもポリアミド１２が、剛性、変形追従性、耐屈曲性の点で好ましい。表面層４の体積固有抵抗値は、１×１０^５〜１×１０^９Ω・ｃｍであって、発泡弾性層の体積固有抵抗値より２〜４桁大きくなるよう制御することが好ましい。また表面層４の層厚としては、０．１ｍｍ〜０．４ｍｍが好ましく、０．２ｍｍ〜０．３ｍｍがより好ましい。
【００２６】
本発明の帯電ローラ１には、ローラ表面にトナーやごみなどが付着するのを防止するために、表面層４をフッ素系樹脂などでコーティングして保護層を設けてもよい。
【００２７】
次に、本発明の帯電ローラ１の製造方法について述べる。発泡弾性層３をゴムで形成する場合は、ベースゴムに、カーボンブラック、加硫剤、加硫促進剤、劣化防止剤、発泡剤、発泡助剤、老化防止剤などを配合し、ロールやニーダで混練してゴム組成物を得、チューブやシート状に形成して軸体２の外面上に供給して、加熱加硫してローラ成形体７を作製する。また発泡弾性層３をウレタンで形成する場合は、ポリオール中にカーボンブラックを添加し、３本ロールなどで混練分散させ、イソシアネート、硬化剤、発泡剤などを添加混合し、円筒状金型に注入して、軸体２の外面上に供給し、加熱硬化させてローラ成形体７を作製する。これらのローラ成形体７の弾性層３の外径を研削して、寸法、表面状態を調整する。
【００２８】
図３は、表面層４の形成方法を示す図である。まず、所定のカーボンブラック等を配合し所定の体積固有抵抗に調整された熱可塑性樹脂組成物を押出成形によって表面層形成材であるチューブを成形する。チューブの内径は、発泡弾性層３の外面上に表面層４となるチューブが密着しているが、接着していない被覆状態を実現するために、研削仕上げしたローラ成形体７の外径より０．０５ｍｍ〜０．２０ｍｍ小さくするのが好ましい。次いで、図３に示すように空気を吹き込みながら、ローラ成形体７を、チューブに挿入して表面層４を形成し、本発明の帯電ローラ１を得る。帯電ローラ１の製造途中における構成要素にも、理解の便宜のために、対応する参照符を付して示すことがある。
【００２９】
図４は、本発明の帯電ローラ１の使われ方を、レーザプリンタの構成を示す断面図を基に説明する。帯電ローラ１の軸体２には、高圧電源装置５によって直流電圧Ｖｄｃに交流電圧Ｖａｃを重畳した電圧Ｖ１が印加される。感光体１１は、帯電ローラ１によって、負または正の電荷がその表面に均一に付与され、矢符１６の方向に回転駆動されて、露光領域１２に至り、露光手段２２が露光され、静電潜像が形成される。
【００３０】
感光体１１は、さらに回転駆動されて、現像領域１３に至り、前記静電潜像がトナーによって現像される。トナーは、供給ローラ２５を介して現像ローラ２６に供給され、規制ブレード２７によって層厚を調整し、さらに帯電され現像ローラ２６に担持されて、感光体１１の現像域に運ばれた静電潜像を、トナー像として現像される。
【００３１】
感光体１１は、さらに回転駆動されて転写領域１４に至り、前記トナー像が紙２８などの記録媒体に転写され、転写後、感光体１１上の残留トナーがクリーニングされる。紙２８は、画像が転写された後、定着装置４７に搬送され、トナー像が定着される。
【００３２】
なお本発明に係る帯電付与部材は、前述のローラ形状が好ましいが、ブレード形状やベルト形状などとして機器設計に応じて使用することができる。
【００３３】
以下、ローラ形状へ適用した場合について実施例および比較例によって、本発明をさらに具体的に説明する。
【００３４】
（実施例１）
ニトリル量３３％の中高ニトリルＮＢＲ１００重量部（以下、重量部を部と略する）をベースゴムとし、ＨＡＦカーボンブラック４０部、軟化剤（ジオクチルフタレート）１０部、酸化亜鉛５部、ステアリン酸１部、加硫剤（オイルサルファー）３．５部、加硫促進剤（チウラム系）２．５部、発泡剤（Ｐ，Ｐ’−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジン）２部および発泡助剤（セルトンＮＰ）４部を添加し、オーブンロールで混練して素材ゴムを得た。この素材ゴムをスクリュー式押出機で混練すると同時に、外径１１ｍｍφ、内径８．５ｍｍφのチューブ状に押出し、長さ約２７５ｍｍに切断して、発泡弾性層３のための円筒状ローラ素材を得た。
【００３５】
次いで、外径８ｍｍφ、長さ３２０ｍｍで、両端を軸支するために精密加工し、さらに片端に駆動ギアを嵌合するための断面Ｄ形加工をしたステンレス鋼製の軸体２に、ゴムと金属の接着処理をして、前記円筒状ローラ素材の内径に挿通した。これを内径が１４ｍｍφの鋼製の円筒から成る中型に入れ、軸体２の両端をシール型の中心孔に通し、シール型を中型の両端にテーパ嵌合して型組を行い、金型を組立てた。さらに金型全体を１５０℃に加熱してローラ素材を発泡加硫させ（発泡倍率：２００％）、冷却後、ローラ成形体７を金型から取りだし、発泡弾性層３の両端を切断し、研磨仕上げして、外径１３．８ｍｍφ、発泡層３の長さ２７０ｍｍのローラ成形体７を得た。
【００３６】
次に、ナイロン１２をベース樹脂とし、体積固有抵抗１．５５×１０^５Ω・ｃｍに調整された樹脂組成物（ダイセル・ヒルズ社製Ｘ−３５００）を用いて、薄肉チューブに押出し成形し、長さ方向に切断をして、外径１４ｍｍφ、内径１３．７ｍｍφ、長さ２７０ｍｍの表面層のための被覆チューブ４を得た。
【００３７】
ローラ成形体７の発泡弾性層３片端より被覆チューブ４に空気を吹き込みながら、チューブ４内にローラ成形体７の発泡弾性層３を圧入し、ローラ形状の帯電付与部材を作製した。
【００３８】
（実施例２）
ポリエーテル系ポリオール（ＳＢＵポリオール０３６３、住友バイエルウレタン社製、水酸基価＝２４ｍｇＫＯＨ／ｇ）１００部に、カーボンブラック（ケッチェンブラックＥＣ、ライオンアクゾ社製）２部を添加し、３本ロールで混練分散した。得られたポリオール分散液に、反応調整剤として１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセンー７のオクチル酸塩（ｕ−ｃａｔＳＡ１０２、サンアプロ社製）０．７部および発泡剤として水１．０部を添加し、混合して、混合ポリオール液を得た。
【００３９】
次いで、得られた混合ポリオール液１００部に対し、イソシアネート成分としてポリメリックＭＤＩ（スミジュール４４ｖ−２０、住友バイエルウレタン社製、イソシアネート基３１．５％）２０．２部を添加（官能基モル比［ＮＣＯ］／［ＯＨ］＝１．０２）して、混合した後、内面を鏡面仕上げした内径１４ｍｍφの円筒状中型の両端に、軸体２を保持する中心孔を有するフランジ型を組んだ型に注入した。４５℃で１５分間架橋硬化した後、脱型し、発泡弾性層３の外径が１３．８ｍｍφ、長さ２７０ｍｍのローラ成形体７を得た。次いで、実施例１と同様にして、被覆チューブ４にローラ成形体７の発泡弾性層３を圧入して、ローラ形状の帯電付与部材を作製した。
【００４０】
（比較例１）
実施例１の金型内径を約０．２ｍｍ大きくした以外は、実施例１と同様にして、外径１４ｍｍφ、発泡弾性層３の長さ２７０ｍｍでＮＢＲゴムベースのローラ成形体７を得、外表面を研磨して、チューブによる被覆のないローラ形状の帯電付与部材を作製した。
【００４１】
（比較例２）
実施例２の金型内径を約０．２ｍｍ大きくした以外は、実施例２と同様にして、外径１４ｍｍφ、発泡弾性層３の長さ２７０ｍｍでウレタンベースのローラ成形体７を得、外表面を研磨してチューブによる被覆のないローラ形状の帯電付与部材を作製した。
【００４２】
（評価試験）
ニップ抵抗値の測定
実施例１，２および比較例１，２で得られた帯電付与部材であるローラの軸体２の両端部に、４．９Ｎの荷重を加えて金属平板に押しつけローラ外径が金属平板に沿って変形接触（ニップ）させて、２５０Ｖの電圧を印加したときの軸体２と金属平板の間の電気抵抗値を、電流計を用いて測定した。帯電音圧は、ローラ外面と軸体間の帯電電流の大小により影響を受けるので、ニップ抵抗すなわち帯電電流をほぼ同じレベルにして、次の帯電音圧の評価を行った。
【００４３】
帯電音圧の測定
実施例１，２および比較例１，２で得られた帯電付与部材であるローラの軸体２の両端部に２．９４Ｎの荷重を加えて、外径３０ｍｍφの感光体ドラム１１に押し当てて、ピーク間電圧２ｋＶ／４００Ｈｚの交流電界を印加したときの音圧を３０ｍ離れた場所に置いた音圧計（Ｓｏｕｎｄ　Ｌｅｖｅｌ　Ｍｅｔｅｒ　Ｔｙｐｅ２２３０、　Ｂ＆Ｋ社製）を用いて測定した。なお参考比較のため、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエン３元共重合体）ソリッドローラを用いて、感光体中に重りを挿入詰めして消音を図った場合と、重りを挿入しなかった詰めなしの場合の帯電音圧の測定も行った。
評価試験の結果を表１に纏めて示す。
【００４４】
【表１】

【００４５】
表１より、ニップ抵抗値を略同一にした、実施例１と比較例１および実施例２と比較例２を対比すると、帯電音圧は１４ｄＢおよび１１ｄＢ実施例が下がっている。また、ニップ抵抗値を同一レベルに調整しない場合でも、帯電音圧は９〜１９ｄＢ低くなることが判る。すなわち、発泡弾性層３と表面層４を接着剤で接着することなく、発泡弾性層３の外面上に表面層４を設けることによって、交流成分を含む電圧を印加して印加することに伴う帯電音を、ＥＰＤＭをベースとするソリッドローラを用い、感光体中に重りを挿入詰めした場合と、同等の帯電音に低下した。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、電子写真装置に用いる帯電付与部材であって、良導電性支持体の外面上に半導電性の発泡弾性層を接着一体化して設け、発泡弾性層の外面上に接着せず密着して表面層を設けた構成によって、直流に交流を重畳して印加した場合に発生する帯電音を約１０〜２０ｄＢ低減させ、感光体の中に砂等の減衰材を詰めた場合と同様、耳障りに感じないレベルにすることができる。すなわち、本発明の帯電付与部材を用いることにより、電子写真装置に、大幅な設計変更を加えることなく交流を重畳して印加して、帯電均一性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態による帯電ローラ１の斜視図である。
【図２】図１の帯電ローラ１の軸線に直角な断面図である。
【図３】図１の帯電ローラ１の表面層４の形成方法を示す図である。
【図４】図１の帯電ローラ１を装着する電子写真装置であるレーザプリンタの構成を示す断面図である。
【図５】帯電フィルム５６を使用した従来技術を示す断面図である。
【符号の説明】
１　帯電ローラ
２　導電性軸体
３　発泡弾性層
４　表面層（チューブ）
５　高圧電源装置
６　帯電フィルムチューブ
１１　感光体
２１　転写搬送ベルト
２３　現像装置
２８　記録媒体
４７　定着装置

Claims

被帯電部材に接触し、交流成分を含む重畳電圧を印加して被帯電部材を帯電させる帯電付与部材において、
良導電性支持体と、該良導電性支持体の外面上に接着一体化して設けられた半導電性を有する発泡弾性層と、該発泡弾性層の外面上に接着せず密着して設けられた表面層とを有することを特徴とする帯電付与部材。
前記半導電性を有する発泡弾性層の体積固有抵抗が、
１×１０^３〜１×１０^７Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項１記載の帯電付与部材。
前記良導電性支持体が回転軸であり、前記表面層が熱可塑性樹脂から成るチューブであり、帯電付与部材が帯電ローラであることを特徴とする請求項１または２記載の帯電付与部材。
前記良導電性支持体が板状金具であり、該金具の少なくとも表裏面上に前記発泡弾性層が接着一体化して設けられ、表面層が熱可塑性樹脂から成る膜層であり、帯電付与部材が帯電ブレードであることを特徴とする請求項１または２記載の帯電付与部材。
前記表面層が、ナイロン１２をベースとする熱可塑性樹脂組成物より成ることを特徴とする請求項３または４記載の帯電付与部材。
良導電性支持体の外面上に設けられた導電性を有する発泡弾性層と、該発泡弾性層の外面上に設けられた表面層とを有する帯電付与部材の製造方法において、
接着処理した良導電性支持体の外面上に発泡弾性層を接着一体化して形成することによって成形体を製造する工程と、
熱可塑性樹脂をベースとする樹脂組成物から成る表面層形成材を形成する工程と、
前記成形体を、前記表面層形成材に、接着せず密着して、発泡弾性層の外面上に表面層を形成する工程とを含むことを特徴とする帯電付与部材の製造方法。
前記表面層形成材が、チューブ形状であり、前記成形体の外径より小さく形成された外径を有するチューブである前記表面層形成材に、空気を吹込みつつ、前記表面層形成材に、前記成形体を挿入することを特徴とする請求項６記載の帯電付与部材の製造方法。