JP2005234329A - 帯電ローラー、プロセスカートリッジ及び電子写真装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 導電剤として添加されるカーボンブラックのストラクチャーを抑えることで、低放電量にて均一な帯電を実現する帯電ローラー、この帯電ローラーを具備するプロセスカートリッジ及び電子写真装置を提供することである。
【解決手段】 少なくとも支持部材とカーボンブラック含有の押出し成形したシームレスチューブからなる導電性被覆部材を有する帯電ローラーにおいて、該導電性被覆部材表面の外部層の主材がスチレン系熱可塑性エラストマーと耐衝撃性ポリスチレンからなり、該導電性被覆部材中のカーボンブラック含有量が主材１００質量部に対して１０〜５０質量部であり、該カーボンブラックが粒径１００ｎｍ以下であり、且つＮ_２吸着比表面積２００ｍ^２／ｇ以下であることを特徴する帯電ローラー、この帯電ローラーを具備するプロセスカートリッジ及び電子写真装置。
【選択図】 なし

Description

本発明は、帯電ローラー、プロセスカートリッジ及び電子写真装置に関する。

電子写真法としては多数の方法が知られているが、一般には光導電性物質を利用し、種々の手段により感光体上に電気的潜像を形成し、次いで該潜像をトナーで現像を行って可視像とし、必要に応じて紙等の転写材にトナー画像を転写した後、熱・圧力等により転写材上にトナー画像を定着して複写物を得るものである。また、転写材上に転写されずに感光体上に残ったトナー粒子はクリーニング工程により感光体上より除去される。

従来、電子写真の帯電装置としては、コロナ帯電器が使用されてきた。近年、これに代って、接触帯電装置が実用化されてきている。これは、低オゾン、低電力を目的としており、この中でも特に帯電部材として導電ローラーを用いたローラー帯電方式が、帯電の安定性という点から好ましく用いられている。

ローラー帯電では、導電性の弾性ローラーを被帯電体に加圧当接させ、これに電圧を印加することによって被帯電体への帯電を行う。

具体的には、帯電は帯電部材から被帯電体への放電によって行われるため、ある閾値電圧以上の電圧を印加することによって帯電が開始される。例を示すと、厚さ２５μｍの有機感光体（ＯＰＣ感光体）に対して帯電ローラーを加圧当接させた場合には、約６４０Ｖ以上の電圧を印加すれば感光体の表面電位が上昇し始め、それ以降は印加電圧に対して傾き１で線形に感光体表面電位が増加する。以後、この閾値電圧を帯電開始電圧Ｖｔｈと定義する。

つまり、電子写真に必要とされる感光体表面電位Ｖｄを得るためには帯電ローラーにはＶｄ＋Ｖｔｈという必要とされる以上のＤＣ電圧が必要となる。このようにしてＤＣ電圧のみを接触帯電部材に印加して帯電を行う方法をＤＣ帯電と称する。

しかし、ＤＣ帯電においては環境変動等によって接触帯電部材の抵抗値が変動するため、また、感光体が削れることによって膜厚が変化するとＶｔｈが変動するため、感光体の電位を所望の値にすることが難しかった。

このため、更なる帯電の均一化を図るために、所望のＶｄに相当するＤＣ電圧に２×Ｖｔｈ以上のピーク間電圧を持つＡＣ成分を重畳した電圧を接触帯電部材に印加するＡＣ帯電方式が用いられる。これは、ＡＣによる電位の均し効果を目的としたものであり、被帯電体の電位はＡＣ電圧のピークの中央であるＶｄに収束し、環境等の外乱には影響されることはない。近年、像担持体にローラー状の帯電部材を接触させ前記像担持体表面を帯電する接触帯電が広く用いられている。接触帯電部材は、その構造が簡単であることやオゾンの発生量が極めて少ない等の利点を有している。

導電性基層上に導電性シームレスチューブを被覆して表層を形成した例が示されており、導電性の異なる層構成よりなる多層チューブが開示されている。帯電部材としての製造にかかる方法としては、前記従来技術として、挿入により形成する方法が挙げられている（例えば、特許文献１）。

帯電ローラーの帯電特性は、帯電ローラーにＡＣバイアス（Ｖｐｐ）とＤＣバイアスを重畳して印加したとき感光ドラムに流れるＡＣ電流実行値（Ｉａｃ）とすると、図１に示すＶ−Ｉ曲線により表される。

Ｖ−Ｉ曲線はＶｐｐを０から順に上げていくと、初めＩａｃは線形に増加するが、放電開始電圧Ｖｔｈになると放電が始まりＩａｃが急速に増加してグラフの傾きが大きくなる。Ｖ−Ｉ曲線におけるＩａｃが線形に増加する部分を延長して外挿した直線が帯電ローラーと感光ドラムで形成されるニップ部を流れるＡＣ電流量を表している。ニップ電流量とＶ−Ｉ曲線の差が放電電流量Ｉａｃ’を表しており、Ｉａｃ’が少ないと感光ドラム上の電位が不足して画像不良になることから、Ｉａｃ’が多いほど帯電特性に有利であると考えられる。

しかし、Ｉａｃ’が多過ぎると感光ドラムを放電により削ってしまい、感光ドラムの寿命を縮めたり、感光ドラムが削られることによって感光ドラムの摩擦係数が上がって感光ドラムに当接するトナークリーニングブレードがめくれてしまうという弊害が起こる。

帯電ローラーにおいては少ない放電量で均一に帯電することが重要であるが、シームレスチューブの材料として導電剤を含有した熱可塑性エラストマーを用いる場合、適正なローラー抵抗を実現させるために、導電剤にストラクチャーが大きい良導電性カーボンを用いていた（例えば、特許文献２）。しかし、ストラクチャーが大きいカーボンを用いることにより低電圧印加時から局部的に放電開始してしまうため、適正な画像を出すために必要な放電量が多くなってしまう問題点があった。
特開平５−９６６４８号公報 特開２００２−１６８２３５号公報

本発明の目的は、導電剤として添加されるカーボンブラックのストラクチャーを抑えることで、低放電量にて均一な帯電を実現する帯電ローラー、この帯電ローラーを具備するプロセスカートリッジ及び電子写真装置の提供することである。

本発明に従って、少なくとも支持部材とカーボンブラック含有の押出し成形したシームレスチューブからなる導電性被覆部材を有する帯電ローラーにおいて、該導電性被覆部材表面の外部層の主材がスチレン系熱可塑性エラストマーと耐衝撃性ポリスチレンからなり、該導電性被覆部材中のカーボンブラック含有量が主材１００質量部に対して１０〜５０質量部であり、該カーボンブラックが粒径１００ｎｍ以下であり、且つＮ_２吸着比表面積２００ｍ^２／ｇ以下であることを特徴する帯電ローラーが提供される。

また、本発明に従って、上記帯電ローラーを具備するプロセスカートリッジ及び電子写真装置が提供される。

本発明により、導電剤として添加されるカーボンブラックによって低放電量においても、均一に帯電する帯電ローラーを得ることができ、これにより良好な画像を得ることができた。

本発明においては図２に例示した帯電ローラー構成において、外部層３（ｏ）に使用されるカーボンブラックが粒径１００ｎｍ以下であり、かつＮ_２吸着比表面積２００ｍ^２／ｇ以下である。このＮ_２吸着比表面積２００ｍ^２／ｇを超えるカーボンブラック、もしくは粒径１００ｎｍを超えるカーボンブラックを用いると、局部的に低電圧から放電開始されるため、画像領域全体にわたって均一な放電が行われる時点における総放電量が多くなってしまい、トナークリーニングブレードがめくれてしまうという弊害が起こる。外部層３（ｏ）のカーボンブラック含有量は、主材１００質量部に対して１０〜５０質量部である。１０質量部未満であると上記したようなカーボンブラックの効果が発揮されず、また５０質量部を超えると外部層中の均一に分散させることが困難となり画像不良を起こすことがある。

本発明で用いた被覆される支持部材と導電性被覆部材の構成、材質あるいは製造方法を例示する。図２は本発明の帯電ローラーの一例を示すものであり、この帯電ローラーは、良導電性材料からなる芯金１の外周に導電性の弾性材料からなる発泡弾性体層２を設け、更にこの発泡弾性体層２の外周にチューブ状の機能性複層膜３を被覆したものである。図２の場合、機能性複層膜は内部層３（ｉ）と外部層３（ｏ）からなる。

芯金（金属層）としては、例えば、芯金として、鉄、銅及びステンレス等の金属、カーボン分散樹脂、金属あるいは金属酸化物分散樹脂等が用いられ、その形状としては、棒状及び板状等が使用できる。本発明における芯金としては、ステンレススチール、めっき処理した鉄、黄銅及び導電性プラスチック、アルミニウム、銅、鉄、又はこれらを含む合金等の良導体が好適に用いられる。０．１〜１．５ｍｍ程度の厚さを有する金属管であっても、また棒状であってもよい。

ここで、上記発泡弾性体層２を構成する導電性を有する弾性材料としては、導電材を配合した発泡導電性ゴム組成物あるいは導電性ポリウレタンフォームを用いることができる。この場合、発泡導電性ゴム組成物を構成するゴム成分としては、特に制限されるものではないが、エチレン−プロピレン−ジエン系ゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレン、クロロスルフォン化ポリエチレンに導電材を配合したものの発泡体、エピクロルヒドリンとエチレンオキサイドとの共重合ゴムの発泡体又はエピクロルヒドリンとエチレンオキサイドとの共重合ゴムに導電材を配合したものの発泡体を好適に使用することができる。

これらゴム組成物に配合する導電材としては、カーボンブラック、黒鉛、金属及び導電性の各種金属酸化物（酸化錫及び酸化チタン等）等の導電性粉体や、カーボンファイバー及び金属酸化物の短繊維等の各種導電性繊維を用いることができる。その配合量は、全ゴム成分１００質量部に対して好ましくは３〜１００質量部、特に好ましくは５〜５０質量部であり、これにより発泡弾性体層２の体積抵抗を１×１０^１〜１×１０^９Ω・ｃｍ程度に調整することが好ましい。なお、この発泡弾性体層２の形成は、公知の加硫成形法により行うことができ、その厚さは帯電ローラーの用途等に応じて適宜設定されるが、通常１〜２０ｍｍが好ましい。

一般的には、前記機能性複層膜３を構成する熱可塑性樹脂としては、押出し成形可能な熱可塑性樹脂であればいずれのものでもよく、具体的には、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、エチレン酢酸ビニル、エチレンエチルアクリレート、エチレンアクリル酸メチル、スチレンブタジエンゴム、ポリエステル、ポリウレタン、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１、ナイロン１２及びその他の共重合ナイロン等のポリアミド、スチレンエチレンブチル、エチレンブチル、ニトリルブタジエンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレン、多硫化ゴム、塩素化ポリエチレン、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、１，２−ポリブタジエン、イソプレンゴム及びポリノルボルネンゴム等の通常のゴム、及びスチレン−ブタジエン−スチレン（ＳＢＳ）及びスチレン−ブタジエン−スチレンの水添加物（ＳＥＢＳ）等の熱可塑性ゴムを使用することができ、特に制限されるものではない。あるいは、上記の各樹脂や共重合体よりなるエラストマー及び変性体等のエラストマーと、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）及びポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の飽和ポリエステル、ポリエーテル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリウレタン、ポリフェニレンオキサイド、ポリ酢酸ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスチレン、ハイインパクトポリスチレン（ＨＩＰＳ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ）、アクリロニトリル−エチレン／プロピレンゴム−スチレン樹脂（ＡＥＳ）及びアクリロニトリル−アクリルゴム−スチレン樹脂（ＡＡＳ）等のスチレン系樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂等の各樹脂及び共重合体からなる材料の組み合わせが好ましい。

導電性被覆部材表面の外部層はスチレン系樹脂からなり、詳しくは主材がスチレン系熱可塑性エラストマーと耐衝撃性ポリスチレンからなる。

（実施例１）
以下、特に本発明にかかる被覆層の形成について説明する。

本発明においては、この発泡弾性体層２上に機能性複層膜３を押出し成形されたシームレスチューブの形態で被覆する外部層３（ｏ）の材料は、スチレン系の熱可塑性エラストマー（商品名：ダイナロン４６００Ｐ ＪＳＲ社製）をベースとし耐衝撃性ポリスチレン（商品名：ＨＩＰＳ９１５２ ＰＳジャパン社製）を有する。スチレン系の熱可塑性エラストマー樹脂の質量と耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）の質量の和を１００質量部となるように前者を６０質量部、後者を４０質量部、とし、更に滑剤として、ステアリン酸カルシウムを１質量部、導電剤として表１に示したカーボンブラック（商品名：スペシャルブラック５５０ デグサヒュルスジャパン社製）を２７質量部添加している。

外部層の樹脂と顔料は、加圧式ニーダーを用いて２０〜２２０℃で溶融混練した後、冷却、粉砕機で粉砕し、単軸押出し機を用いて１４０℃〜２００℃で造粒したペレットを使用する。

図２の内部層３（ｉ）用材料としては、エーテル系のウレタンエラストマー樹脂１００質量部、カーボンブラック（商品名：ケッチェン・ブラック インターナショナル社製）を１７質量部、導電性酸化チタン２０質量部、酸化マグネシウム１０質量部、ステアリン酸カルシウム１質量部を加圧式ニーダーで１５０℃〜２００℃にて混練、冷却、粉砕を行い、単軸押出し機で１６０℃〜２００℃にて造粒したペレットを使用する。

外部層と内部層に用いるペレットは、押出し成形する前に７０℃〜８０℃の熱風乾燥機もしくは脱湿乾燥機に入れて２時間以上乾燥させることで押出し成形する際に起きる加水分解による粘度低下を防ぐ。

次に、本発明の帯電ローターの導電性被覆部材を作製するのに用いた共押出し装置を図３により説明する。

成形に用いるダイス３４は１４５〜１７０℃に加熱され、その内部には空気導入用の中央通孔３５の周囲に内外二重の環状の押出し流路３６、３７が設けられており、内側流路３６に第１押出機３８から機能性複層膜を構成する内層用エラストマーを、また外側流路３７に第２押出機３９から機能性複層膜を構成する外層用エラストマーをそれぞれ加圧注入し、内層チューブ３２と外層チューブ３３を重ね合わせ一体化した機能性複層膜のシームレスチューブを押し出しながら、その外周に設けた水冷リング４０にて冷却し、これを送り装置３１により引っ張り、所定長さに順次切断する。更に、残留歪みを取り除くために８０〜１３０℃で１〜２４時間熱処理を加えた後、帯電ローラー用の機能性複層膜として、次工程にて、芯金を有する発泡弾性体層に被覆して図２に示される帯電ローラーを製造する。

（実施例２）
スチレン系の熱可塑性エラストマー６０質量部、耐衝撃性ポリスチレン４０質量部、ステアリン酸カルシウム１質量部、表１に示したカーボンブラック（商品名：ＭＡ７７ 三菱化学社製）を３３質量部添加した以外は、実施例１と同様にして帯電ローラーを得た。

（比較例１）
スチレン系の熱可塑性エラストマー６０質量部、耐衝撃性ポリスチレン４０質量部、ステアリン酸カルシウム１質量部、表１に示したカーボンブラック（商品名：ケッチェン・ブラック インターナショナル社製）を８質量部添加した以外は、実施例１と同様にして帯電ローラーを得た。

（比較例２）
スチレン系の熱可塑性エラストマー６０質量部、耐衝撃性ポリスチレン４０質量部、ステアリン酸カルシウム１質量部、表１に示したカーボンブラック（高級カラー ＨＣＦ＃２３００）を１８質量部添加した以外は、実施例１と同様にして帯電ローラーを得た。

（比較例３）
スチレン系の熱可塑性エラストマー６０質量部、耐衝撃性ポリスチレン４０質量部、ステアリン酸カルシウム１質量部、表１に示したカーボンブラック（商品名：シーストＧＦ−Ｙ 東海カーボン社製）を３０質量部添加した以外は、実施例１と同様にして帯電ローラーを得た。

（比較例４）
スチレン系の熱可塑性エラストマー６０質量部、耐衝撃性ポリスチレン４０質量部、ステアリン酸カルシウム１質量部、表１に示したカーボンブラック（商品名：旭＃１５ 旭カーボン社製）を６３質量部添加した以外は、実施例１と同様にして帯電ローラーを得た。

導電ローラーの最表面層３（ｏ）に用いた導電剤としてのカーボンブラックの物性と放電量を一定にして画像評価した結果を表１に示す。

カーボンブラックの粒径の測定方法は、電子顕微鏡写真による測定の算術平均値であり、比表面積の測定方法は、低温窒素吸着法による比表面積（JIS K6217）である。

なお、画像評価は電子写真装置本体とプロセスカートリッジを使用し、外部電源にてＡＣ帯電にて放電量が３０μＡになるようにＡＣ電圧を調整して行った。画像評価は、砂地画像パターンにおいて画像上に帯電不良による白ポチがないものを◎、白ポチがほとんどないものを○、白ポチが多量にあるものを×とした。

比較例１〜４に示す粒子径、Ｎ_２吸着比表面積の異なるカーボンブラックでは画像上に白ポチが多く均一に帯電されていない結果となったが、本発明の範囲内のカーボンブラックを用いた実施例１と実施例２は、３０μＡの低放電量においても良好な画像が得られ、均一な帯電を実現した。

ＡＣ帯電による放電電流の測定（Ｖ−Ｉ曲線）図である。 本発明の帯電ローラーの概略構成図である。 本発明の帯電ローターの導電性被覆部材を作製するのに用いた共押出し装置の概略図である。

符号の説明

１ 芯金
２ 発泡弾性体層
３ 機能性複層膜
３（ｉ） 内部層
３（ｏ） 外部層
４ 帯電部材
３１ チューブ引き取り装置部
３２ 内層チューブ
３３ 外層チューブ
３４ ダイス
３５ 中央通孔
３６，３７ 押し出し流路
３８ 第１押し出機
３９ 第２押し出機
４０ 水冷リング

Claims (3)

1. 少なくとも支持部材とカーボンブラック含有の押出し成形したシームレスチューブからなる導電性被覆部材を有する帯電ローラーにおいて、該導電性被覆部材表面の外部層の主材がスチレン系熱可塑性エラストマーと耐衝撃性ポリスチレンからなり、該導電性被覆部材中のカーボンブラック含有量が主材１００質量部に対して１０〜５０質量部であり、該カーボンブラックが粒径１００ｎｍ以下であり、且つＮ_２吸着比表面積２００ｍ^２／ｇ以下であることを特徴する帯電ローラー。
2. 電子写真感光体及び帯電部材、又は
   電子写真感光体と、帯電部材と、現像手段、クリーニング手段の一方又は両方の手段と、
   を一体に支持し、電子写真装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、該帯電部材が請求項１に記載の帯電ローラーであることを特徴とするプロセスカートリッジ。
3. 請求項２に記載のプロセスカートリッジを具備していることを特徴とする電子写真装置。

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