JP2004109528A

JP2004109528A - 帯電部材及び帯電部材を用いた画像形成装置

Info

Publication number: JP2004109528A
Application number: JP2002272339A
Authority: JP
Inventors: Akiko Tanaka; 田中　亜希子; Yutaka Narita; 成田　豊
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】抵抗値ばらつき、トナー固着およびそれらに伴う帯電不良を防止するとともに、感光体欠陥や、抵抗不均一による異常放電を防止し、かつ長期使用時の耐久性に優れた画像品質を得るための帯電部材を提供する。
【解決手段】導電性支持体２０１上に、高分子型イオン導電材料を分散した熱可塑性樹脂組成物からなる抵抗調整層２０２と、該抵抗調整層２０２の表面を被覆する保護層２０３とを順次形成した帯電部材（帯電ローラ１０２）であって、前記保護層２０３が、アクリル骨格中にフッ素成分とポリシロキサンオリゴマーを含有するハイブリッド樹脂で構成されている。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリなどの電子写真方式を採用した画像形成装置および、感光体に対し帯電処理を実行する帯電部材（帯電ローラ等）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置において、感光体に対して帯電処理を行う帯電部材としては、帯電ローラが一般的に用いられている。
【０００３】
帯電ローラとしては、導電性支持体の周囲に抵抗調整層を有した半導電性ローラが一般的に使用される。抵抗調整層には一般に加硫ゴムが用いられることが多いが、近年環境保護の観点からリサイクル性を有する熱可塑性樹脂の適用が検討されている。
【０００４】
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・感光体ドラム間の微小放電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。感光体ドラムを所定の帯電電位に保持する機能を得るためには、熱可塑性樹脂の抵抗値を半導電性領域（１０^６〜１０^９Ωｃｍ程度）に制御することが必要となるが、抵抗値を制御する方法としては、熱可塑性樹脂中に４級アンモニウム塩基やカーボンブラック等の導電性顔料を分散させる方法が一般的である。しかし、導電性顔料を用いて抵抗調整層を半導電性領域に設定しようとすると、抵抗値のばらつきが大きく、部分的帯電不良等の画像欠陥が発生するなどの問題がある。
【０００５】
一方、抵抗を制御するための別の手段としてイオン導電性材料、すなわちＬｉ塩等の電解質塩を用いる方法がある（特許文献１等を参照。）。電解質塩はマトリックス樹脂中に分子レベルで分散するため、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。
【０００６】
ところが、このような電解質塩は、マトリックス樹脂の表面にブリードアウトしやすい性質があるため、保護層と抵抗調整層の密着不良を引き起こしたり、保護層を透過して帯電ローラ表面へブリードアウトした場合にはトナーの固着を発生させ、画像不良等の不具合を引き起こしたりするという問題がある。
【０００７】
そこでブリードアウトを避けるために、ポリアルキレンオキシド等のポリエーテル基を有するノニオン性高分子型導電剤を使用することが考えられる。これらの導電剤は高分子量であるため、マトリックス樹脂中に分散固定化され、表面へのブリードアウトが起こり難い。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−１６１３９７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ノニオン性高分子型導電剤は単体でも１０^８〜１０^１１Ω・ｃｍ程度の抵抗値であることから、電解質塩と比較して抵抗を下げる効果が小さいので、帯電ローラに求められる中抵抗領域（１０^６〜１０^９Ω・ｃｍ）に制御することが困難である。
【００１０】
また、帯電ローラ表面へのトナー固着防止や、放電時に生成するオゾンなどの放電生成物による抵抗調整層劣化の防止、感光体層の厚みムラ・ピンホール等の欠陥部分への電圧集中・異常放電（リーク）解決のための手段として、抵抗調整層の表面に抵抗調整層よりも高い値に抵抗調整した保護層を設けることが考えられる。
【００１１】
この保護層は、トナー固着防止や耐放電生成物のため高離型・高耐候である必要があり、また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要求される。そのため保護層の形成は、一般的に樹脂を溶剤に溶解・希釈し、金属酸化物などの導電性微粒子を分散して抵抗調整したものを、スプレー塗装やディッピング処理することにより行われる。
【００１２】
具体的な樹脂材料としては、フッ素樹脂が挙げられるが、フッ素樹脂は高い離型性と耐候性を示す半面、これらの特性向上のためにフッ素含有率を高めると、保護層の抵抗調整層への密着が低下して剥離が発生してしまう。そのため、保護層表面の高離型性・高耐候性と抵抗調整層への密着性を両立することは困難である。
【００１３】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、抵抗値ばらつき、トナー固着およびそれらに伴う帯電不良を防止するとともに、感光体欠陥や、抵抗不均一による異常放電を防止し、かつ長期使用時の耐久性に優れた画像品質を得るための帯電部材およびこの帯電部材を用いた画像形成装置を提供することである。
【００１４】
【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記載の発明は、導電性支持体上に、高分子型イオン導電材料を分散した熱可塑性樹脂組成物からなる抵抗調整層と、該抵抗調整層の表面を被覆する保護層とを順次形成した帯電部材であって、前記保護層が、アクリル骨格中にフッ素成分とポリシロキサンオリゴマーを含有するハイブリッド樹脂で構成されている帯電部材を最も主要な特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の発明は、前記高分子型イオン導電材料が、ポリエーテルエステルアミド含有化合物である請求項１記載の帯電部材を主要な特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明は、前記保護層の抵抗値が、前記抵抗調整層の抵抗値よりも大きい請求項１または２記載の帯電部材を主要な特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の発明は、前記保護層と前記抵抗調整層の抵抗値の差が１０^３Ω・ｃｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載の帯電部材を主要な特徴とする。
【００１８】
請求項５記載の発明は、前記保護層に導電性粒子を分散させた請求項１〜４のいずれかに記載の帯電部材を主要な特徴とする。
【００１９】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の帯電部材を被帯電体上に近接配置させて用いる画像形成装置を最も主要な特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。図１は電子写真方式の画像形成装置の概略図である。静電潜像が形成される感光体ドラム１０１、感光体ドラム１０１に近接配置されて帯電処理を行う帯電ローラ１０２、レーザー光あるいは原稿の反射光等の露光系１０３、感光体ドラム１０１の静電潜像にトナーを付着させる現像ローラ１０４、帯電ローラ１０２に電圧を印加するためのパワーパック１０５、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、給紙部から搬送されてきた記録紙１０７、転写処理後の感光体ドラム１０１をクリーニングするためのクリーニング装置１０８、感光体ドラム１０１の表面電位を測定する表面電位計１０９が示されている。なお、図１において、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、本発明では必要としないので省略してある。
【００２１】
画像形成装置では次のような工程で画像の形成を行う。
１．帯電ローラ１０２が、感光体ドラム１０１の表面を所望の電位に帯電する。２．露光系１０３が、感光体ドラム１０１に画像光を投射して、所望の画像に対応する静電潜像を感光体ドラム１０１上に形成する。
３．現像ローラ１０４が、静電潜像をトナーによって現像し、感光体ドラム１０１上にトナー像（顕像）を形成する。
４．転写ローラ１０６が、感光体ドラム１０１上のトナー像を、記録紙１０７に転写する。
５．クリーニング装置１０８が、転写されず感光体ドラム１０１上に残留したトナーを清掃する。
６．転写ローラ１０６によって、トナー像を転写された記録紙１０７は、不図示の定着装置へと搬送される。定着装置は、トナーを加熱および加圧して記録紙１０７上に定着する。
上記の１から６の手順を繰り返すことによって、記録紙１０７上に所望の画像が形成されていく。
【００２２】
図２は本発明の実施の形態に係る帯電ローラの断面図である。本帯電ローラ１０２は、導電性支持体２０１の表面に抵抗調整層２０２が形成され、さらに抵抗調整層２０２の表面に保護層２０３が形成されることで構成されている。
【００２３】
抵抗調整層２０２は、高分子型イオン導電剤を分散させた熱可塑性樹脂組成物により形成されている。この抵抗調整層２０２に使用される材料の体積固有抵抗は１０^６〜１０^９Ω・ｃｍであることが望ましい。１０^９Ω・ｃｍを越えると帯電量の不足により、均一画像を得るための十分な帯電電位を得ることができなくなる。１０^６Ω・ｃｍよりも体積固有抵抗が低いと、感光体全体への電圧集中（リーク）、異常放電が生じてしまう。
【００２４】
抵抗調整層２０２に用いられる熱可塑性樹脂は、非弾性体であれば特に限定するものではないが、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）およびその共重合体（ＡＳ、ＡＢＳ等）等の汎用樹脂を用いたほうが、成形加工が容易であり好ましい。
【００２５】
その熱可塑性樹脂に分散させる高分子型イオン導電剤としては、単体の抵抗値が１０^６〜１０^１０Ω・ｃｍ程度であり、樹脂抵抗を下げやすいことより、ポリエーテルエステルアミド含有化合物が用いられる。配合量については、抵抗値を所望の値にする必要があることから、基材１００重量部に対して３０〜９０重量部の範囲で配合することが好ましい。樹脂への分散は、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。イオン導電性の材料はマトリックスポリマー中に分子レベルで均一に分散される。
【００２６】
したがって、導電性顔料を分散した抵抗調整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ばらつきが生じない。またイオン導電性の材料が高分子化合物であるため、マトリックスポリマー中に均一に分散固定化されることにより、ブリードアウトが生じ難い。
【００２７】
抵抗調整層２０２の導電性支持体２０１上への形成は、押出成形や射出成形等の手段で導電性支持体に上記半導電性樹脂組成物を被覆することによって、簡便に行うことができる。また、任意の段階で表面を切削、研削加工して必要とされる表面精度を得ることができる。
【００２８】
また、本発明の帯電ローラ１０２は、抵抗調整層２０２の表面がフッ素成分とポリシロキサンオリゴマーを含有するセラミックハイブリッド材料から成る保護層２０３に被覆されている。保護層２０３の形成は、前述のハイブリッド材料および硬化剤と導電性微粒子を有機溶剤に分散して塗料を作成し、スプレー塗装やディッピングによって抵抗調整層にコーティングした後、過熱処理により硬化させることで行う。
【００２９】
形成された保護層２０２は、アクリル骨格の効果により基体（抵抗調整層２０２）と良好に密着し、フッ素の効果により高い耐候性を持つ。また、保護層２０３の表面はフッ素樹脂成分とシロキサン成分の効果により、強い撥水・撥油性を持つことになる。このようにして、抵抗調整層２０２への密着性と保護層２０３表面の耐候性・離型性を同時に満たすことができる。
【００３０】
また保護層２０３の電気抵抗値を、抵抗調整層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の抵抗をあまり高くしすぎると帯電効率が低下するため、抵抗値の差で１０^３Ω・ｃｍ以下にする必要がある。この場合、保護層２０３の抵抗値の調整は、上記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。
【００３１】
以下、本発明の具体的な実施例を説明する。
〈実施例１〉
ステンレスからなる芯軸（φ８ｍｍ）に、ＡＢＳ樹脂（ＧＲ−０５００、電気化学工業製）１００重量部に、ポリエーテルエステルアミド成分を含有するイオン導電性の高分子化合物（ＩＲＧＡＳＴＡＴ　Ｐ１８、チバスペシャルティケミカルズ製）６０重量部を配合した組成物（体積抵抗１×１０^６Ω・ｃｍ）を、射出成形により被覆し、抵抗調整層２０２を形成した。
【００３２】
次いでこの表面にアクリル骨格中にフッ素樹脂成分とポリシロキサン成分を含有したセラミックスハイブリッド樹脂塗料（ダイナセラＦＰＸ−３０Ｇ、ＪＳＲ製）、硬化剤、および酸化スズ（全固形分に対して６４ｗｔ％）からなる混合物により保護層２０３を形成し、帯電ローラ（φ１２ｍｍ）を得た。この保護層２０３の抵抗値は３×１０^１０Ω・ｃｍ、膜厚は約１０μｍである。
【００３３】
〈比較例１〉
ステンレスからなる芯軸（φ８ｍｍ）に、ＡＢＳ樹脂（ＧＲ−０５００、電気化学工業製）１００重量部に、ポリエーテルエステルアミド成分を含有するイオン導電性の高分子化合物（ＩＲＧＡＳＴＡＴ　Ｐ１８、チバスペシャルティケミカルズ製）６０重量部を配合した組成物（体積抵抗１×１０^６Ω・ｃｍ）を、射出成形により被覆し、抵抗調整層２０２を形成した。
【００３４】
次いでこの表面にフッ素樹脂（テフロン（Ｒ）ＬＦ−６００、旭硝子製）、および酸化スズ（全固形分に対して６４ｗｔ％）からなる混合物により保護層２０３を形成し、帯電ローラ（φ１２ｍｍ）を得た。この保護層２０３の抵抗値は３×１０^１０Ω・ｃｍ、膜厚は約１０μｍである。
【００３５】
〈比較例２〉
ステンレスからなる芯軸（φ８ｍｍ）に、ＡＢＳ樹脂（ＧＲ−０５００、電気化学工業製）１００重量部に、４級アンモニウム成分を含有するイオン導電性の高分子化合物（レオレックスＡＳ−１７２０、第一工業製薬製）４０重量部を配合した組成物（体積抵抗１×１０^６Ω・ｃｍ）を、射出成形により被覆し、抵抗調整層を形成させた。
【００３６】
次いでこの表面にアクリル樹脂塗料（ヒタロイド３００１、日立化成（株））、メラミン
系硬化剤、および酸化スズ（全固形分に対して６４ｗｔ％）からなる混合物により保護層２０３を形成し、帯電ローラ（φ１２ｍｍ）１０２を得た。この保護層２０３の抵抗値は３×１０^１０Ω・ｃｍ、膜厚は約１０μｍである。
【００３７】
以上の帯電ローラ１０２について、図１に示した画像形成装置を使用して、感光体の帯電電位および画像評価を行った。帯電ローラ１０２に印加する電圧はＤＣ＝−８００Ｖ、ＡＣ＝２４００Ｖｐｐ（周波数＝２ｋＨｚ）とし、感光体欠陥部への電圧集中、異常放電（リーク）によって生じる異常画像の有無を評価した。
【００３８】
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と保護層２０３の密着状態を評価した。また、塗膜の耐候性確認のため、帯電ローラ１０２表面にＵＶランプを照射し、照射前後での塗膜表面変色の有無を評価した。照射条件は、ＵＶランプ／ワーク距離：２ｃｍ、照射時間３ｍｉｎである。
表１に評価結果を示す。
【００３９】
【表１】

【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、抵抗調整層に使用する導電剤として高分子型イオン導電材料を用い、かつ保護層材料としてアクリル骨格中にフッ素成分とポリシロキサンオリゴマーを含有するセラミックハイブリッド材料を用いることにより、抵抗値ばらつき、ブリードアウト、放電に伴う部材劣化、トナー固着およびそれらに伴う帯電不良や異常放電等の問題が無く、長期使用時の耐久性に優れた帯電部材を得ることができる。
【００４１】
請求項２記載の発明によれば、高分子型イオン導電剤として、ポリエーテルエステルアミドを含有した化合物を用いることで、抵抗調整層に要求される抵抗値を容易に得ることができる。
【００４２】
請求項３記載の発明によれば、保護層の抵抗値を抵抗調整層の抵抗値よりも大きくすることにより、感光体ピンホールへの電圧集中、異常放電を回避することができる。
【００４３】
請求項４記載の発明によれば、保護層と半導電性弾性層の抵抗値の差を１０^３Ω・ｃｍ以下とすることにより帯電効率の低下を防ぐことができる。
【００４４】
請求項５記載の発明によれば、保護層に導電性粒子を分散させることにより、上述の抵抗値調整が容易に行える。
【００４５】
請求項６記載の発明によれば、請求項１〜５に記載の帯電部材を用いることで、優れた画像品質が得られる近接帯電方式の画像形成装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子写真方式の画像形成装置の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る帯電ローラの断面図である。
【符号の説明】
１０１　感光体ドラム
１０２　帯電ローラ
１０３　露光系
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（芯金）
２０２　抵抗調整層
２０３　保護層

Claims

導電性支持体上に、高分子型イオン導電材料を分散した熱可塑性樹脂組成物からなる抵抗調整層と、該抵抗調整層の表面を被覆する保護層とを順次形成した帯電部材であって、前記保護層が、アクリル骨格中にフッ素成分とポリシロキサンオリゴマーを含有するハイブリッド樹脂で構成されていることを特徴とする帯電部材。
前記高分子型イオン導電材料が、ポリエーテルエステルアミド含有化合物であることを特徴とする請求項１記載の帯電部材。
前記保護層の抵抗値が、前記抵抗調整層の抵抗値よりも大きいことを特徴とする請求項１または２記載の帯電部材。
前記保護層と前記抵抗調整層の抵抗値の差が１０^３Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の帯電部材。
前記保護層に導電性粒子を分散させたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の帯電部材。
請求項１〜５のいずれかに記載の帯電部材を被帯電体上に近接配置させて用いることを特徴とする画像形成装置。