JP2005091455A - 帯電ローラおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明の課題は、直流帯電方式に使用される際の不均一な帯電の問題を解決した帯電ローラを提供することである。
【解決手段】 本発明の課題は、直流帯電方式に使用される帯電ローラであって、芯金の周囲に付設した導電性弾性体層の周囲に、導電性表面層を形成してなる帯電ローラにおいて、上記導電性表面層の形成は、マトリックス樹脂と粒子とを含む混合物を、得られる導電性表面層中、粒径5〜20μmの粒子の分布割合が、25〜250個/mm2となり、かつ20μmを越える粒径を有する粒子の分布割合が、5個/mm2以下となるように塗布することによって行われることを特徴とする帯電ローラによって解決される。
【選択図】 図1
【解決手段】 本発明の課題は、直流帯電方式に使用される帯電ローラであって、芯金の周囲に付設した導電性弾性体層の周囲に、導電性表面層を形成してなる帯電ローラにおいて、上記導電性表面層の形成は、マトリックス樹脂と粒子とを含む混合物を、得られる導電性表面層中、粒径5〜20μmの粒子の分布割合が、25〜250個/mm2となり、かつ20μmを越える粒径を有する粒子の分布割合が、5個/mm2以下となるように塗布することによって行われることを特徴とする帯電ローラによって解決される。
【選択図】 図1
Description
本発明は、帯電ローラおよびその製造方法に関する。更に詳しくは、本発明は、複写機などの電子写真装置の感光体を帯電させるための帯電ローラおよびその製造方法に関する。
近年、電子写真感光体を帯電処理する手段として、伝統的なコロナ放電方式に代えて、導電性の帯電部材をかかる電子写真感光体に接触させる接触帯電方式が採用されている。この接触帯電方式によれば、一般に導電性の帯電部材として帯電ローラを用い、これを電子写真感光体に加圧接触させ、ある種の閾値電圧を越える電圧を印加することによってかかる電子写真感光体を帯電させている。
接触帯電方式は、直流電圧のみを用いて帯電する直流帯電方式（DC帯電方式）と、直流電圧に交流振動電圧を重畳させた交流帯電方式（AC帯電方式）とに分類される。
後者のAC帯電方式は、交流電圧による感光体の電位ならし効果を奏するものの、直流電源の装置を設置することに加え、交流電源の装置をも設置する必要があるため、コスト高となる欠点を有する。またAC帯電方式は、交流振動電圧を使用しているため、帯電ローラが振動して振動音が発生する欠点を有する。
一方、直流電圧のみを用いるDC帯電方式によれば、コスト高および振動音発生の問題は解消されるものの、交流電圧を用いていないため、電位ならし効果が得られず、その結果、感光体の表面電位が不均一となって、画像欠陥となる欠点を有している。この欠点の解決手段として、種々の方法が提案されているが、未だ満足するような手段は、存在しない〔以下の特許文献１、参照〕。
特開2002-296873号公報
後者のAC帯電方式は、交流電圧による感光体の電位ならし効果を奏するものの、直流電源の装置を設置することに加え、交流電源の装置をも設置する必要があるため、コスト高となる欠点を有する。またAC帯電方式は、交流振動電圧を使用しているため、帯電ローラが振動して振動音が発生する欠点を有する。
一方、直流電圧のみを用いるDC帯電方式によれば、コスト高および振動音発生の問題は解消されるものの、交流電圧を用いていないため、電位ならし効果が得られず、その結果、感光体の表面電位が不均一となって、画像欠陥となる欠点を有している。この欠点の解決手段として、種々の方法が提案されているが、未だ満足するような手段は、存在しない〔以下の特許文献１、参照〕。
また、従来技術の帯電ローラは、感光体から移動したトナーやトナー外添剤などの材料（以下、トナー材料という。）による汚染が問題となっている。すなわち、感光体の均一な表面電位を達成するには、帯電ローラの表面に所定の高さの凸部を設け、放電（帯電）ポイントを設定することが必要であるが、この凸部と凸部の間に、トナー材料が堆積して、帯電ローラを汚染し、これにより、帯電ローラの抵抗変化や抵抗ムラとなり、その結果、感光体の帯電は、不均一となる問題がある。
そこで、上記問題点に鑑み、本発明の課題は、直流帯電方式に使用される際の不均一な帯電の問題を解決した帯電ローラを提供することである。
本発明者らは、直流帯電方式に使用される際の不均一な帯電の問題を解決すべく、鋭意検討した結果、帯電ローラの表面に、所定粒径の粒子を所定の分布割合で存在させかつこの所定粒径よりも大きい粒径の粒子（大径粒子）の存在を一定の分布割合以下に制限すると、上記問題を回避できることを見出し、この知見に基づき、本発明が完成するに至ったのである。
すなわち、本発明は、直流帯電方式に使用される帯電ローラであって、芯金の周囲に付設した導電性弾性体層の周囲に、導電性表面層を形成してなる帯電ローラを提供する。本発明の帯電ローラは、上記導電性表面層の形成が、マトリックス樹脂と粒子とを含む混合物を、得られる導電性表面層中、粒径5〜20μmの粒子の分布割合が、25〜250個/mm2となり、かつ20μmを越える粒径を有する粒子（大径粒子）の分布割合が、5個/mm2以下となるように塗布することによって行われることを特徴とする。
また本発明は、本発明の帯電ローラを製造する製造方法であって、芯金の周囲に導電性弾性体層を付設し、次いで導電性弾性体層の周囲に、マトリックス樹脂と粒子とを含む混合物を塗布することを特徴とする製造方法を提供する。
本発明の帯電ローラによれば、上記要件、特に、所定粒径の粒子が所定の分布割合で存在しかつ大径粒子の存在が一定の分布割合以下となるように、導電性表面層を形成すると、所定の高さを有する凸部の形成によって放電ポイントを確保でき、かつ、トナー材料の堆積を回避しうるに充分な面積を有する凹部（放電ポイントとなる凸部以外の帯電ローラ表面部分）の形成によって帯電ローラの抵抗変化や抵抗ムラを回避でき、これらにより、感光体の不均一な帯電の問題を解決できるという、技術的効果を奏することができるのである。
本発明の好適な態様によれば、導電性表面層中、30 μmを越える粒径を有する粒子は、存在しない。
また、本発明の好適な態様によれば、導電性表面層中、粒径1μm以上であって5μm未満の粒子の分布割合は、50個/mm2以下である。
また、本発明の好適な態様によれば、上記導電性表面層は、膜厚5〜50μmを有することができる。
また、本発明の好適な態様によれば、導電性表面層中、粒径1μm以上であって5μm未満の粒子の分布割合は、50個/mm2以下である。
また、本発明の好適な態様によれば、上記導電性表面層は、膜厚5〜50μmを有することができる。
本発明の実施形態によれば、帯電ローラ80は、導電性表面層80A、導電性弾性体層80Bおよび芯金80Cを有する（図1、参照）。
本実施形態に関し、帯電ローラは、感光体に加圧接触させながら直流電圧を印加させる、直流帯電方式に使用される。
したがって、本実施形態の帯電ローラは、直流電圧と交流電圧とを用いるAC帯電方式ではなく、直流電圧のみを用いるDC帯電方式に使用される帯電ローラである。本実施形態の帯電ローラは、直流電圧のみを用いたDC帯電方式に用いられるため、AC帯電方式に比し、コスト的に安価であり、かつ振動音発生を防止できるという、利点を有する。
したがって、本実施形態の帯電ローラは、直流電圧と交流電圧とを用いるAC帯電方式ではなく、直流電圧のみを用いるDC帯電方式に使用される帯電ローラである。本実施形態の帯電ローラは、直流電圧のみを用いたDC帯電方式に用いられるため、AC帯電方式に比し、コスト的に安価であり、かつ振動音発生を防止できるという、利点を有する。
本実施形態の帯電ローラは、芯金の周囲に付設した導電性弾性体層の周囲に、導電性表面層を好ましくは最外層として形成してなる。
芯金および導電性弾性体層
本実施形態に使用される芯金は、導電性弾性体層を付設しうるものであれば、いずれであってもよい。好ましくは、導電性および耐久性の観点から、金属、特に銅、鉄、スレンレススチール、アルミニウム、ニッケルなどの材料を用いた円柱体である。この円柱体は、中実または中空であってよい。また、導電性弾性体層に使用される導電性弾性体は、好ましくは導電性材料を添加してなるゴム弾性体である。導電性材料として、カーボンブラック、金属酸化物（例えば、酸化スズ、酸化チタンなど）、イオン性導電剤（例えば、四級アンモニウム塩など）を使用することができる。またゴム弾性体は、汎用ゴム（天然ゴムまたは合成ゴム）、特殊ゴム、熱可塑性エラストマーのいずれであってもよく、例えば、天然ゴムとしてNR（ポリイソプレン）など、合成ゴムとしてEPDM（エチレン・プロピレン・ジエンターポリマー）、EPM（エチレン・プロピレン・コポリマー）など、特殊ゴムとしてNBR（アクリロニトリル・ブタジエンゴム）、Q（シリコーンゴム）など、熱可塑性エラストマーゴムとしてウレタン系ゴムを挙げることができる。好ましくは、EPDMを用いる。
本実施形態に使用される芯金は、導電性弾性体層を付設しうるものであれば、いずれであってもよい。好ましくは、導電性および耐久性の観点から、金属、特に銅、鉄、スレンレススチール、アルミニウム、ニッケルなどの材料を用いた円柱体である。この円柱体は、中実または中空であってよい。また、導電性弾性体層に使用される導電性弾性体は、好ましくは導電性材料を添加してなるゴム弾性体である。導電性材料として、カーボンブラック、金属酸化物（例えば、酸化スズ、酸化チタンなど）、イオン性導電剤（例えば、四級アンモニウム塩など）を使用することができる。またゴム弾性体は、汎用ゴム（天然ゴムまたは合成ゴム）、特殊ゴム、熱可塑性エラストマーのいずれであってもよく、例えば、天然ゴムとしてNR（ポリイソプレン）など、合成ゴムとしてEPDM（エチレン・プロピレン・ジエンターポリマー）、EPM（エチレン・プロピレン・コポリマー）など、特殊ゴムとしてNBR（アクリロニトリル・ブタジエンゴム）、Q（シリコーンゴム）など、熱可塑性エラストマーゴムとしてウレタン系ゴムを挙げることができる。好ましくは、EPDMを用いる。
導電性表面層
導電性表面層の膜厚は、好ましくは5〜50μmである。膜厚の測定法は、実施例記載の方法で測定される。膜厚に関し、上記範囲内であれば、より均一な放電に有効な凸部と凹部とが形成されるという、利点が得られる。なお、膜厚に関し、下限値を下回ると、導電性表面の凹凸が増加してトナーによる汚れが増加し、その結果、耐久帯電性（以下の実施例、参照）がやや不良となる。他方、上限値を上回ると、導電性表面の凹凸が減少し、初期帯電性および耐久帯電性（以下の実施例、参照）が共にやや不良となる。なお、導電性表面層には、上記構成成分の他に、放電ポイントの形成に悪影響を与えない限り、他の添加剤も添加することができる。
また、本発明の導電性表面層に関し、その導電性は、層全体として有すれば足り、マトリックス樹脂および／または粒子自体が導電性を有する場合、またはマトリックス樹脂および粒子は導電性を有せずに導電剤を添加した場合のいずれであってもよい。また、導電性表面層の導電性の程度は、当該導電性表面層を感光体に加圧接触させた場合、当該感光体を帯電しうる程度で足りる。
導電性表面層の膜厚は、好ましくは5〜50μmである。膜厚の測定法は、実施例記載の方法で測定される。膜厚に関し、上記範囲内であれば、より均一な放電に有効な凸部と凹部とが形成されるという、利点が得られる。なお、膜厚に関し、下限値を下回ると、導電性表面の凹凸が増加してトナーによる汚れが増加し、その結果、耐久帯電性（以下の実施例、参照）がやや不良となる。他方、上限値を上回ると、導電性表面の凹凸が減少し、初期帯電性および耐久帯電性（以下の実施例、参照）が共にやや不良となる。なお、導電性表面層には、上記構成成分の他に、放電ポイントの形成に悪影響を与えない限り、他の添加剤も添加することができる。
また、本発明の導電性表面層に関し、その導電性は、層全体として有すれば足り、マトリックス樹脂および／または粒子自体が導電性を有する場合、またはマトリックス樹脂および粒子は導電性を有せずに導電剤を添加した場合のいずれであってもよい。また、導電性表面層の導電性の程度は、当該導電性表面層を感光体に加圧接触させた場合、当該感光体を帯電しうる程度で足りる。
粒子
本発明において、粒子としては、好ましくは、マトリックス樹脂（場合により、マトリックス樹脂および導電剤）に対し化学的に不活性な材料からなる。粒子を構成する材料として、有機物質、特にポリマー、無機物質、例えば炭酸カルシウム、シリカ、水酸化マグネシウムなどを例示することができるが、好ましくはポリマーである。
本発明において、粒子としては、好ましくは、マトリックス樹脂（場合により、マトリックス樹脂および導電剤）に対し化学的に不活性な材料からなる。粒子を構成する材料として、有機物質、特にポリマー、無機物質、例えば炭酸カルシウム、シリカ、水酸化マグネシウムなどを例示することができるが、好ましくはポリマーである。
ポリマー粒子
かかるポリマーとして、付加重合系ポリマー、重付加系ポリマー、重縮合系ポリマーまたは付加縮合系ポリマーを例示することができる。
付加重合系ポリマーには、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ABS樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリアクリルアミド、フッ素樹脂、ポリアセタール、ポリエーテル系プラスチックが包含される。重付加系ポリマーには、エポキシ樹脂、ポリウレタン、特に熱可塑性ポリウレタンが包含される。重縮合系ポリマーには、アルキッド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ポリスルホン系樹脂が包含される。付加縮合系ポリマーには、フェノール樹脂、キシレン樹脂、アミノ樹脂が包含される。以上のポリマーは、単独の形態または混合物の形態で使用することができる。
粒子の構成材料として好適に使用しうるポリマーは、特にポリウレタン系ポリマー、ポリカーボネートポリマー、ポリエステルポリマーであって、これらのポリマーからなる粒子は、球形に近い粒子が得られ粒度分布が均一となるような重合様式、例えば、溶液重合、塊状重合、懸濁重合、乳化重合、界面重合などによって製造される。
また、ポリマー自体が導電性を示す導電性ポリマーを、粒子を構成する材料として使用することができる。導電性ポリマーには、第１群として、一次元π電子共役系が長くつづく化学構造からなるポリマーに適切なドーパントを添加したものが包含される。この第１群の導電性ポリマーとドーパントの組合せとして、ポリアセチレン（AsF3）、ポリピロール（ClO4）、ポリ（N-メチルピロール）（BF4）、ポリ（3-メチルピロール）（BF4）、ポリフラン（BF4）、ポリチオフェン（ClO4）、ポリ（3-メチルチオフェン）（ClO4）、ポリ（p-フェニレンスルフィド）（AsF5）、ポリ（p-フェニレンセレニド）（AsF5）、ポリ（p-フェニレン）（AsF5）、ポリ（p-フェニレンビニレン）（AsF5）などを例示することができる。第２群の導電性ポリマーは、適切なポリマーフィルムまたは繊維を不活性気体中で熱分解させることによりグラファイトのような二次元または三次元π電子共役系を形成したもので、例えば、アセトニトリルのプラズマ重合膜熱処理物、ポリイミドの熱処理物、ポリオキサジアゾールの熱処理物などを例示することができる。
かかるポリマーとして、付加重合系ポリマー、重付加系ポリマー、重縮合系ポリマーまたは付加縮合系ポリマーを例示することができる。
付加重合系ポリマーには、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ABS樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリアクリルアミド、フッ素樹脂、ポリアセタール、ポリエーテル系プラスチックが包含される。重付加系ポリマーには、エポキシ樹脂、ポリウレタン、特に熱可塑性ポリウレタンが包含される。重縮合系ポリマーには、アルキッド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ポリスルホン系樹脂が包含される。付加縮合系ポリマーには、フェノール樹脂、キシレン樹脂、アミノ樹脂が包含される。以上のポリマーは、単独の形態または混合物の形態で使用することができる。
粒子の構成材料として好適に使用しうるポリマーは、特にポリウレタン系ポリマー、ポリカーボネートポリマー、ポリエステルポリマーであって、これらのポリマーからなる粒子は、球形に近い粒子が得られ粒度分布が均一となるような重合様式、例えば、溶液重合、塊状重合、懸濁重合、乳化重合、界面重合などによって製造される。
また、ポリマー自体が導電性を示す導電性ポリマーを、粒子を構成する材料として使用することができる。導電性ポリマーには、第１群として、一次元π電子共役系が長くつづく化学構造からなるポリマーに適切なドーパントを添加したものが包含される。この第１群の導電性ポリマーとドーパントの組合せとして、ポリアセチレン（AsF3）、ポリピロール（ClO4）、ポリ（N-メチルピロール）（BF4）、ポリ（3-メチルピロール）（BF4）、ポリフラン（BF4）、ポリチオフェン（ClO4）、ポリ（3-メチルチオフェン）（ClO4）、ポリ（p-フェニレンスルフィド）（AsF5）、ポリ（p-フェニレンセレニド）（AsF5）、ポリ（p-フェニレン）（AsF5）、ポリ（p-フェニレンビニレン）（AsF5）などを例示することができる。第２群の導電性ポリマーは、適切なポリマーフィルムまたは繊維を不活性気体中で熱分解させることによりグラファイトのような二次元または三次元π電子共役系を形成したもので、例えば、アセトニトリルのプラズマ重合膜熱処理物、ポリイミドの熱処理物、ポリオキサジアゾールの熱処理物などを例示することができる。
粒子の粒径および分布割合
本発明の導電性表面層の形成は、マトリックス樹脂と粒子とを含む混合物を、得られる導電性表面層中、所定粒径の粒子の分布割合が所定の範囲となるように塗布することによって行われる。
すなわち、塗布した導電性表面層中、
粒径1μm以上であって5μm未満の粒子の分布割合は、50個/mm2以下であること（以下、要件（A）という。）が好ましく、
粒径5〜20μmの粒子の分布割合は、25〜250個/mm2であること（以下、要件（B）という。）が必要であり、
20μmを越える粒径を有する粒子の分布割合は、5個/mm2以下であること（以下、要件（C）という。）が必要である。
これら３つの要件のうち、重要な要件は、要件（B）である。この要件（B）に関し、粒径5〜20μmの粒子が上記分布割合の下限値を下回る状態で存在する場合、充分な面積を有する凹部が形成されるため、感光体からのトナー材料の堆積が起こりにくくなるものの、導電性表面において適切な高さの凸部が形成されないため、帯電（放電）ポイントが不安定になり、その結果、帯電ローラから感光体への適切な帯電作用を奏することが不可能となる。他方、粒径5〜20μmの粒子が上記分布割合の上限値を上回る状態で存在する場合、放電ポイントは安定化するものの、導電性表面においてトナー材料の堆積を回避しうるに充分な面積を有する凹部が形成されないため、感光体からのトナー材料の堆積が起こって、帯電ローラの表面は、トナー材料で汚染され、その結果、抵抗ムラおよび／または帯電ムラが起こり、均一な帯電は、不可能となる。粒子の粒径は、実施例記載の方法によって測定される。したがって、本明細書に用いられる「粒径」なる用語は、画像処理法による円相当径を意味する。また、粒子の個数も、実施例記載の方法によって測定される。
また、前記したように、粒径1μm以上であって5μm未満の粒子の分布割合は、50個/mm2以下であることが好ましい（上記要件（A））。
このような小径粒子の分布割合が50個/mm2以下であれば、凹部の良好な平滑化が達成され、その結果、前記したようなトナー材料による汚染を、より一層防止することができ、主として耐久帯電性（以下の実施例、参照）に関して良好な結果が得られる。したがって、最も好ましくは、このような粒子の分布割合は、0である。また、本発明による均一な帯電効果を阻害しない限り、粒径1μm未満の粒子を含んでもよい。また、粒径は、実施例記載の方法によって測定される。
さらに、前記したように、20μmを越える粒径を有する粒子の分布割合は、5個/mm2以下であることが必要である（上記要件（C））。
このような大径の粒子が存在すると、必要以上に高い凸部が形成され、この高い凸部に放電が集中し、その結果、不均一な帯電しか得られないからであり、また凹部が狭くなってトナー材料による汚染が起こるからである。したがって、最も好ましくは、このような大径の粒子の分布割合は、0である。また、また、粒径は、前記と同様に実施例記載の方法によって測定される。
本発明の導電性表面層の形成は、マトリックス樹脂と粒子とを含む混合物を、得られる導電性表面層中、所定粒径の粒子の分布割合が所定の範囲となるように塗布することによって行われる。
すなわち、塗布した導電性表面層中、
粒径1μm以上であって5μm未満の粒子の分布割合は、50個/mm2以下であること（以下、要件（A）という。）が好ましく、
粒径5〜20μmの粒子の分布割合は、25〜250個/mm2であること（以下、要件（B）という。）が必要であり、
20μmを越える粒径を有する粒子の分布割合は、5個/mm2以下であること（以下、要件（C）という。）が必要である。
これら３つの要件のうち、重要な要件は、要件（B）である。この要件（B）に関し、粒径5〜20μmの粒子が上記分布割合の下限値を下回る状態で存在する場合、充分な面積を有する凹部が形成されるため、感光体からのトナー材料の堆積が起こりにくくなるものの、導電性表面において適切な高さの凸部が形成されないため、帯電（放電）ポイントが不安定になり、その結果、帯電ローラから感光体への適切な帯電作用を奏することが不可能となる。他方、粒径5〜20μmの粒子が上記分布割合の上限値を上回る状態で存在する場合、放電ポイントは安定化するものの、導電性表面においてトナー材料の堆積を回避しうるに充分な面積を有する凹部が形成されないため、感光体からのトナー材料の堆積が起こって、帯電ローラの表面は、トナー材料で汚染され、その結果、抵抗ムラおよび／または帯電ムラが起こり、均一な帯電は、不可能となる。粒子の粒径は、実施例記載の方法によって測定される。したがって、本明細書に用いられる「粒径」なる用語は、画像処理法による円相当径を意味する。また、粒子の個数も、実施例記載の方法によって測定される。
また、前記したように、粒径1μm以上であって5μm未満の粒子の分布割合は、50個/mm2以下であることが好ましい（上記要件（A））。
このような小径粒子の分布割合が50個/mm2以下であれば、凹部の良好な平滑化が達成され、その結果、前記したようなトナー材料による汚染を、より一層防止することができ、主として耐久帯電性（以下の実施例、参照）に関して良好な結果が得られる。したがって、最も好ましくは、このような粒子の分布割合は、0である。また、本発明による均一な帯電効果を阻害しない限り、粒径1μm未満の粒子を含んでもよい。また、粒径は、実施例記載の方法によって測定される。
さらに、前記したように、20μmを越える粒径を有する粒子の分布割合は、5個/mm2以下であることが必要である（上記要件（C））。
このような大径の粒子が存在すると、必要以上に高い凸部が形成され、この高い凸部に放電が集中し、その結果、不均一な帯電しか得られないからであり、また凹部が狭くなってトナー材料による汚染が起こるからである。したがって、最も好ましくは、このような大径の粒子の分布割合は、0である。また、また、粒径は、前記と同様に実施例記載の方法によって測定される。
前記要件（B）に関し、好ましい粒子の分布割合範囲は、50〜200個/mm2、より好ましい範囲は、75〜150個/mm2である。
前記要件（C）に関し、好ましくは、導電性表面層中、30 μmを越える粒径を有する粒子は、存在しない。
また好ましくは、粒子は、平均円径度0.920〜0.995（円径度スキャッツタグラムにおける平均円径度、粒子の粒子像測定装置で計測される個数基準の円相当径）を有する。
マトリックス樹脂
マトリックス樹脂は、導電性弾性体層に接着し、かつ導電剤および粒子を担持しうる材料あれば、いずれであってもよく、ポリマー粒子に関して前記したポリマーを例示することができる。好ましくは、熱可塑性ポリウレタン、ポリアミド樹脂（特に脂肪族ポリアミド樹脂、例えばアルコール可溶性のナイロン）、フッ素樹脂（例えば、ポリメチルメタクリレート（PMMA）/フッ素化オレフィン共重合体樹脂）などを使用することができる。特に好ましくはフッ素樹脂を用いることができる。
マトリックス樹脂は、導電性弾性体層に接着し、かつ導電剤および粒子を担持しうる材料あれば、いずれであってもよく、ポリマー粒子に関して前記したポリマーを例示することができる。好ましくは、熱可塑性ポリウレタン、ポリアミド樹脂（特に脂肪族ポリアミド樹脂、例えばアルコール可溶性のナイロン）、フッ素樹脂（例えば、ポリメチルメタクリレート（PMMA）/フッ素化オレフィン共重合体樹脂）などを使用することができる。特に好ましくはフッ素樹脂を用いることができる。
導電剤
導電剤は、導電性弾性体層に使用される前記導電性材料、すなわちカーボンブラック、金属酸化物（例えば酸化スズ、酸化チタンなど）、イオン性導電剤（例えば四級アンモニウム塩など）を使用することができる。導電剤として、カーボンブラックが好ましく、例えば、ファーネストブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラックなどを挙げることができる。特に好ましくは、ファーネストブラックを使用することができる。
導電剤は、導電性弾性体層に使用される前記導電性材料、すなわちカーボンブラック、金属酸化物（例えば酸化スズ、酸化チタンなど）、イオン性導電剤（例えば四級アンモニウム塩など）を使用することができる。導電剤として、カーボンブラックが好ましく、例えば、ファーネストブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラックなどを挙げることができる。特に好ましくは、ファーネストブラックを使用することができる。
塗布
本発明の導電性表面層の形成は、前記したように、前記混合物の塗布によって実施され、好ましくは、次のように実施される。
まず、マトリックス樹脂と、導電剤と、粒子（例えば、ポリマー製の粒子）とを、有利には希釈溶剤を用いて撹拌混合し、所定の粘度、好ましくは粘度50〜300 mPa・sに調節して、コーティング液を調製する。次いで、コーティング溶液を塗布、例えば、ロール塗装、ディッピング塗装、スプレー塗装（エアスプレーまたはエアレススプレー塗装）、カーテンフロー塗装、またはハケ塗り塗装し、乾燥、例えば熱風乾燥して溶剤を除去して、導電性表面層を形成することができる。また、好適な塗布法は、ロールコーターを用いるロール塗装法、ディッピング塗装法およびスプレー塗装法である。なお、本発明の塗布方法は、放電に有効な凸部と凹部とを形成しうる方法であれば、上記以外の方法であってもよい。
本発明の導電性表面層の形成は、前記したように、前記混合物の塗布によって実施され、好ましくは、次のように実施される。
まず、マトリックス樹脂と、導電剤と、粒子（例えば、ポリマー製の粒子）とを、有利には希釈溶剤を用いて撹拌混合し、所定の粘度、好ましくは粘度50〜300 mPa・sに調節して、コーティング液を調製する。次いで、コーティング溶液を塗布、例えば、ロール塗装、ディッピング塗装、スプレー塗装（エアスプレーまたはエアレススプレー塗装）、カーテンフロー塗装、またはハケ塗り塗装し、乾燥、例えば熱風乾燥して溶剤を除去して、導電性表面層を形成することができる。また、好適な塗布法は、ロールコーターを用いるロール塗装法、ディッピング塗装法およびスプレー塗装法である。なお、本発明の塗布方法は、放電に有効な凸部と凹部とを形成しうる方法であれば、上記以外の方法であってもよい。
帯電ローラの製造方法
本実施形態の帯電ローラを製造するには、例えば、まず芯金を、導電性弾性体と共に、成形、特に同時押出成形し、加熱により加硫し、要すれば、芯金周囲に形成した導電性弾性体層の表面を研削して、その形状を整え、次いで、導電性弾性体層上に、前記混合物を塗布して導電性表面層を形成し、これにより、本発明の帯電ローラを製造することができる。
本実施形態の帯電ローラを製造するには、例えば、まず芯金を、導電性弾性体と共に、成形、特に同時押出成形し、加熱により加硫し、要すれば、芯金周囲に形成した導電性弾性体層の表面を研削して、その形状を整え、次いで、導電性弾性体層上に、前記混合物を塗布して導電性表面層を形成し、これにより、本発明の帯電ローラを製造することができる。
次に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。なお実施例において、特に断らない限り、割合は、全て質量（重量）を基準とする。
導電性表面層の膜厚の測定法
まず、芯金の周囲に導電性弾性体層を付設した帯電ローラの外径を、レーザー外径測定器〔キーエンス社、LS-5000〕によって測定し、次いで、導電性表面層の周囲を形成した後に、上記と同様に、帯電ローラの外径を測定した。
（導電性弾性体層の形成前後の外径差）×１／２を、導電性弾性体層の膜厚とした。
粒子の粒径および粒子の個数の測定法
シスメックス（株）製のフロー式粒子像分析装置FPIA-2100を用い、フロー式画像解析法によって、粒子の粒径および個数を測定した。
なお、フロー式画像解析法では、粒子を溶媒中に凝集を起こさずに分散させることが必要であり、粒子の材料に応じて、水、アルコール等を溶媒として選択した。
また、粒子の画像は、得られる画像が鮮明となるような撮影条件下に、対物レンズを通してCCDカメラで静止画像として得た。粒子の画像を画像解析して、投影面積と周囲長とから円相当径（面積基準）および円形度を算出した。得られた円相当径および円径度を用い、二次元スキャッタグラムとして表示し、粒子の個数を計数した。
まず、芯金の周囲に導電性弾性体層を付設した帯電ローラの外径を、レーザー外径測定器〔キーエンス社、LS-5000〕によって測定し、次いで、導電性表面層の周囲を形成した後に、上記と同様に、帯電ローラの外径を測定した。
（導電性弾性体層の形成前後の外径差）×１／２を、導電性弾性体層の膜厚とした。
粒子の粒径および粒子の個数の測定法
シスメックス（株）製のフロー式粒子像分析装置FPIA-2100を用い、フロー式画像解析法によって、粒子の粒径および個数を測定した。
なお、フロー式画像解析法では、粒子を溶媒中に凝集を起こさずに分散させることが必要であり、粒子の材料に応じて、水、アルコール等を溶媒として選択した。
また、粒子の画像は、得られる画像が鮮明となるような撮影条件下に、対物レンズを通してCCDカメラで静止画像として得た。粒子の画像を画像解析して、投影面積と周囲長とから円相当径（面積基準）および円形度を算出した。得られた円相当径および円径度を用い、二次元スキャッタグラムとして表示し、粒子の個数を計数した。
調製例1：EPDM導電性弾性体
まず、カーボンブラック（ファーネストブラック）導線性材料40部〔トーカブラック♯5500、東海カーボン〕を、EPDMゴム弾性体100部〔EPT8075E、三井化学〕に混合して、EPDM導線性弾性体を調製した。
芯金〔材質SUM23L、無電解ニッケルメッキ〕およびEPDM導電性弾性体を用い、これらを押出機によって押出成形し、次いで加熱加硫し、研削して、芯金を有する導電性弾性体層を形成した。
まず、カーボンブラック（ファーネストブラック）導線性材料40部〔トーカブラック♯5500、東海カーボン〕を、EPDMゴム弾性体100部〔EPT8075E、三井化学〕に混合して、EPDM導線性弾性体を調製した。
芯金〔材質SUM23L、無電解ニッケルメッキ〕およびEPDM導電性弾性体を用い、これらを押出機によって押出成形し、次いで加熱加硫し、研削して、芯金を有する導電性弾性体層を形成した。
実施例1：ウレタンポリマー製の粒子を含む導電性表面層を有する帯電ローラ
まず、マトリックス樹脂としての樹脂分16％のPMMA/フッ素化オレフィン共重合体樹脂塗料100部〔ディフェンサーTR-230K、大日本インク〕と、導電剤としての調製例1と同じカーボンブラック10部と、ポリマー製粒子としての、粒径15μm程度を中心としたウレタン2部〔ダイニックビーズUCN-5150Dクリヤー、大日精化工業〕〔5 μm未満の微粉末および20 μmを越える粗粒子をカットした粉末〕とを混合し、この混合物に希釈剤を加え、撹拌分散させて、コーティング液を生成した。
次いで、コーティング液を、調製例1で調製した導線性弾性体層上にディッピングにより塗布し、乾燥して溶剤を揮発させ、膜厚約30μmの導線性表面層を形成し、本発明の帯電ローラを製造した。
得られた導線性表面層は、粒径5〜20μmのウレタンポリマー製粒子を、100個/mm2の分布割合で含む。また、粒径1μm以上であって5μm未満の粒子の分布割合は、0個/mm2であり、20μmを越える粒径を有する粒子の分布割合は、0個/mm2である。
まず、マトリックス樹脂としての樹脂分16％のPMMA/フッ素化オレフィン共重合体樹脂塗料100部〔ディフェンサーTR-230K、大日本インク〕と、導電剤としての調製例1と同じカーボンブラック10部と、ポリマー製粒子としての、粒径15μm程度を中心としたウレタン2部〔ダイニックビーズUCN-5150Dクリヤー、大日精化工業〕〔5 μm未満の微粉末および20 μmを越える粗粒子をカットした粉末〕とを混合し、この混合物に希釈剤を加え、撹拌分散させて、コーティング液を生成した。
次いで、コーティング液を、調製例1で調製した導線性弾性体層上にディッピングにより塗布し、乾燥して溶剤を揮発させ、膜厚約30μmの導線性表面層を形成し、本発明の帯電ローラを製造した。
得られた導線性表面層は、粒径5〜20μmのウレタンポリマー製粒子を、100個/mm2の分布割合で含む。また、粒径1μm以上であって5μm未満の粒子の分布割合は、0個/mm2であり、20μmを越える粒径を有する粒子の分布割合は、0個/mm2である。
実施例2〜9
前記実施例1と同様な方法に従い、以下の表に示した粒径等を有する本発明の帯電ローラを製造した。
前記実施例1と同様な方法に従い、以下の表に示した粒径等を有する本発明の帯電ローラを製造した。
比較例1〜3
前記実施例1と同様な方法に従い、以下の表に示した粒径等を有する比較例としての帯電ローラを製造した。
前記実施例1と同様な方法に従い、以下の表に示した粒径等を有する比較例としての帯電ローラを製造した。
帯電性評価の一般的試験法
次のようにして、帯電性を比較した。
（1）カラーLBP（レーザービームプリンター）〔キャノン製カラーLBP-2510〕の黒のカートリッジ内に、前記した実施例および比較例で作製した帯電ローラを組込んだ。このカラーLBPによって、黒単色モードおよび低温低湿条件（特に帯電性に関して苛酷な条件）にて、ハーフトーン画像で画像出しを行った。得られた画像を目視により評価し、これを、帯電ローラの初期帯電性評価とする。
（2）また、上記（1）と同じカラーLBPを用い、黒単色モードにて、白黒比5％A4パターンで3,000枚の画像出しののち、かかる複写機を低温低湿（15℃および10％RH）の条件下に、24時間以上放置させ、その後、上記（1）と同様にハーフトーン画像で画像出しを行った。得られた画像を、上記と同様に目視評価し、これを、帯電ローラの耐久帯電性評価とする。
（3）評価基準は、次のとおりである。
＋＋：非常に良好。黒点および濃度ムラは、全く見られない。
＋：良好。黒点は、全く存在しなが、濃度ムラが、わずかに見られる。
−：不合格。黒点または濃度ムラがかなり見られる。
次のようにして、帯電性を比較した。
（1）カラーLBP（レーザービームプリンター）〔キャノン製カラーLBP-2510〕の黒のカートリッジ内に、前記した実施例および比較例で作製した帯電ローラを組込んだ。このカラーLBPによって、黒単色モードおよび低温低湿条件（特に帯電性に関して苛酷な条件）にて、ハーフトーン画像で画像出しを行った。得られた画像を目視により評価し、これを、帯電ローラの初期帯電性評価とする。
（2）また、上記（1）と同じカラーLBPを用い、黒単色モードにて、白黒比5％A4パターンで3,000枚の画像出しののち、かかる複写機を低温低湿（15℃および10％RH）の条件下に、24時間以上放置させ、その後、上記（1）と同様にハーフトーン画像で画像出しを行った。得られた画像を、上記と同様に目視評価し、これを、帯電ローラの耐久帯電性評価とする。
（3）評価基準は、次のとおりである。
＋＋：非常に良好。黒点および濃度ムラは、全く見られない。
＋：良好。黒点は、全く存在しなが、濃度ムラが、わずかに見られる。
−：不合格。黒点または濃度ムラがかなり見られる。
試験例1
上記試験法に従い、前記した実施例および比較例の帯電ローラの帯電性を評価した。得られた結果を以下の表にまとめた。なお、以下の表には、各実施例および各比較例の粒径および膜厚を併せて記載した。
上記試験法に従い、前記した実施例および比較例の帯電ローラの帯電性を評価した。得られた結果を以下の表にまとめた。なお、以下の表には、各実施例および各比較例の粒径および膜厚を併せて記載した。
評価
表１に示すように、本発明の帯電ローラは、帯電性に関して満足のゆく結果が得られた。これに対し、本発明の前記要件（B）および（C）のいずれか１つを充足しない比較例1〜3の帯電ローラは、帯電性に関し、満足のゆかない結果が得られた。したがって、本発明の帯電ローラは、優れた技術的効果を奏することが証明された。
表１に示すように、本発明の帯電ローラは、帯電性に関して満足のゆく結果が得られた。これに対し、本発明の前記要件（B）および（C）のいずれか１つを充足しない比較例1〜3の帯電ローラは、帯電性に関し、満足のゆかない結果が得られた。したがって、本発明の帯電ローラは、優れた技術的効果を奏することが証明された。
以上のように製造した帯電ローラは、好ましくは、図2に示すような電子写真装置において使用される。
本実施形態の帯電ローラ80は、導電性表面層80A、導電性弾性体層80Bおよび芯金80Cを有し、DC電源801によって帯電され、感光体ドラム1に対し、帯電部（帯電ニップ部）Nで加圧接触して、感光体ドラム1を帯電させることができる。コピーなどの画像形成物は、次のように形成される。
まず、本実施形態の帯電ローラ80で帯電させた感光体ドラム1に対し、レーザー光7を照射して、感光体ドラム1の表面に露光されたパターンに対応した潜像画像を形成する。感光体ドラム1は、現像スリーブ2と、現像部Dで接触し、これにより、潜像画像は、反転現像される。現像スリーブ2には、ドクターブレード3が弾圧接触しており、このドクターブレード3によって、現像装置6のトナーtを現像スリーブ2に付着させる。
現像画像は、感光体ドラム1と転写ローラ4との接触部分である転写部Tにおいて、紙などの転写材5に転写され、その後、画像定着手段（図示せず）によって画像形成物として、電子写真装置から排出される。
本実施形態の帯電ローラ80は、導電性表面層80A、導電性弾性体層80Bおよび芯金80Cを有し、DC電源801によって帯電され、感光体ドラム1に対し、帯電部（帯電ニップ部）Nで加圧接触して、感光体ドラム1を帯電させることができる。コピーなどの画像形成物は、次のように形成される。
まず、本実施形態の帯電ローラ80で帯電させた感光体ドラム1に対し、レーザー光7を照射して、感光体ドラム1の表面に露光されたパターンに対応した潜像画像を形成する。感光体ドラム1は、現像スリーブ2と、現像部Dで接触し、これにより、潜像画像は、反転現像される。現像スリーブ2には、ドクターブレード3が弾圧接触しており、このドクターブレード3によって、現像装置6のトナーtを現像スリーブ2に付着させる。
現像画像は、感光体ドラム1と転写ローラ4との接触部分である転写部Tにおいて、紙などの転写材5に転写され、その後、画像定着手段（図示せず）によって画像形成物として、電子写真装置から排出される。
1：感光体ドラム、2：現像スリーブ、3：ドクターブレード、4：転写ローラ、5：転写材、6：現像装置、7：レーザー光、80：帯電ローラ、80A：導電性表面、80B：導電性弾性体層、80C：芯金、801：DC電源、D：現像部、N：帯電部、T：転写部、t：トナー
Claims (5)
- 直流帯電方式に使用される帯電ローラであって、
芯金の周囲に付設した導電性弾性体層の周囲に、導電性表面層を形成してなる帯電ローラにおいて、
上記導電性表面層の形成は、マトリックス樹脂と粒子とを含む混合物を、得られる導電性表面層中、粒径5〜20μmの粒子の分布割合が、25〜250個/mm2となり、かつ20μmを越える粒径を有する粒子の分布割合が、5個/mm2以下となるように塗布することによって行われることを特徴とする帯電ローラ。 - 導電性表面層中、30 μmを越える粒径を有する粒子は、存在しない請求項1記載の帯電ローラ。
- 導電性表面層中、粒径1μm以上であって5μm未満の粒子の分布割合は、50個/mm2以下である請求項1に記載の帯電ローラ。
- 導電性表面層は、5〜50μmの膜厚を有する請求項1に記載の帯電ローラ。
- 請求項1に記載の帯電ローラを製造する製造方法であって、
芯金の周囲に導電性弾性体層を付設し、次いで
導電性弾性体層の周囲に、マトリックス樹脂と粒子とを含む混合物を塗布することを特徴とする製造方法。
Priority Applications (1)
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| JP2003321411A JP2005091455A (ja) | 2003-09-12 | 2003-09-12 | 帯電ローラおよびその製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2007225914A (ja) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Tokai Rubber Ind Ltd | 帯電ロール |
| JP2007329116A (ja) * | 2006-05-09 | 2007-12-20 | Murakami Corp | 発熱ガラスシステム |
| JP2017032821A (ja) * | 2015-08-03 | 2017-02-09 | 株式会社ブリヂストン | 帯電ローラ |
| JP2019003171A (ja) * | 2017-06-15 | 2019-01-10 | キヤノン株式会社 | 画像形成装置、帯電部材、カートリッジ、及び帯電部材の製造方法 |
| JP2020098247A (ja) * | 2018-12-17 | 2020-06-25 | 株式会社ブリヂストン | 帯電ローラ、および帯電ローラの製造方法 |
-
2003
- 2003-09-12 JP JP2003321411A patent/JP2005091455A/ja active Pending
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| JP2007329116A (ja) * | 2006-05-09 | 2007-12-20 | Murakami Corp | 発熱ガラスシステム |
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