JP2005296776A - 帯電ローラの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗の経時変化の小さい塗工液を使用した帯電ローラの製造方法を提供する。
【解決手段】導電性支持体の外周に形成された弾性層の外周に、導電性微粒子を含有する表面層を塗膜形成する工程を有する帯電ローラの製造方法において、該表面層の塗膜形成に用いる塗工液が導電性微粒子を含有するものであり、該塗工液において、塗工液作成直後からｔ₁時間後のＢ型粘度変化率Ａ₁〔%/h〕、ｔ₁時間後からｔ₂時間後のＢ型粘度変化率Ａ₂〔%/h〕、及びｔ₂時間後からｔ₃時間後のＢ型粘度変化率Ａ₃〔%/h〕としたとき、該Ｂ型粘度の経時変化率Ａ₁、Ａ₂及びＡ₃が、22±2℃の範囲で下記の関係を満たすことを特徴とする帯電ローラの製造方法：
Ａ₁＜0.30
Ａ₁≧Ａ₂またはＡ₁≧Ａ₃
（ここで、ｔ₁は、粘度変化を認識できる経過時間とし、ｔ₂、ｔ₃はｔ₁に任意の倍数をかけた経過時間とする）。
【選択図】なし

Description

本発明は、プリンタ、ファクシミリ及び複写機等の電子写真方式を採用した画像形成装置における帯電ローラの製造方法に関する。

従来、電子写真画像形成装置の帯電装置としてはコロナ帯電器が使用されてきたが、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、中でも特に帯電部材として導電性ローラを用いたローラ帯電方式が、帯電の安定性という点で好ましく、広く用いられている。

ローラ帯電方式では、導電性の弾性ローラ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放電により被帯電体への帯電を行う。

具体的には、放電開始電圧（ＯＰＣ感光体に対して帯電ローラを加圧当接させた場合には、約550Ｖ）に、必要とされる感光体表面電位Ｖｄを足したＤＣ電圧を印加することで帯電を行うＤＣ帯電方式、あるいは、環境・耐久変動等による電位の変動を改善する目的として、必要とされる感光体表面電位Ｖｄに相当するＤＣ電圧に放電開始電圧の２倍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ことで帯電を行うＡＣ帯電方式がある（例えば、特許文献１を参照）。

これは、ＡＣ電圧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電位Ｖｄに収束し、環境等の外乱には影響されることはなく、接触帯電方式として優れた方法である。

しかしながら、ＡＣ帯電方式では直流電圧印加時における放電開始電圧（ＶTH）の２倍以上のピーク間電圧である高圧の交流電圧を重畳させるため、直流電源とは別に交流電源が必要となり、装置自体のコストアップを招く。更には、交流電流を多量に消費することにより、帯電ローラ及び感光体の耐久性が低下し易いという問題点があった。

これらの問題点は、帯電ローラに直流電圧のみを印加して帯電を行うＤＣ帯電方式により解消されるものの、帯電ローラに直流電圧のみを印加すると、帯電ローラ被覆層の膜厚ムラや塗工ムラがＡＣ帯電方式に比べ、画像不良として現れやすい傾向にある。

一般的な帯電ローラの被覆層の形成方法としては、均一な被覆層を形成するのに優れている浸漬塗工法が主に用いられ、数μｍ〜数十μｍの膜が形成されることが多い。この被覆層により、帯電ムラを防止する効果があるが、塗工液を用いて被覆層を形成するため、塗工液の濃度や温度および基材の表面温度、更には塗工工程の環境温度を十分に管理することが、膜厚ムラや塗工ムラを防止し、安定した抵抗の帯電ローラを生産していく上で重要な項目となる。しかしながら、塗工液の処方や分散方法、導電剤のロット、導電剤の処理方法（例えば導電剤の水分量）によっては抵抗の経時変化の大きい、または粘度の上昇が起こる等いわゆる液ライフの短い塗工液ができてしまう問題はいまだに残っているのが実状である。
特開平１０−１７７２９０号公報

本発明は前記問題点を解決し、抵抗の経時変化の小さい塗工液を使用した帯電ローラの製造方法を提供することを目的とする。

すなわち本発明は、導電性支持体の外周に形成された弾性層の外周に、導電性微粒子を含有する表面層を塗膜形成する工程を有する帯電ローラの製造方法において、該表面層の塗膜形成に用いる塗工液が導電性微粒子を含有するものであり、該塗工液において、塗工液作成直後からｔ₁時間後のＢ型粘度変化率Ａ₁〔%/h〕、ｔ₁時間後からｔ₂時間後のＢ型粘度変化率Ａ₂〔%/h〕、及びｔ₂時間後からｔ₃時間後のＢ型粘度変化率Ａ₃〔%/h〕としたとき、該Ｂ型粘度の経時変化率Ａ₁、Ａ₂及びＡ₃が、22±2℃の範囲で下記の関係を満たすことを特徴とする帯電ローラの製造方法：
Ａ₁＜0.30
Ａ₁≧Ａ₂またはＡ₁≧Ａ₃
（ここで、ｔ₁は、粘度変化を認識できる経過時間とし、ｔ₂、ｔ₃はｔ₁に任意の倍数をかけた経過時間とする）。

更に、該導電性微粒子が金属酸化物からなる前記帯電ローラの製造方法である。

更に、前記金属酸化物が、導電性酸化スズである前記帯電ローラの製造方法である。

本発明によれば、塗工液の初期における粘度変化率の変化から、塗工液の処方や分散方法、導電剤のロット、導電剤の処理方法（例えば導電剤の水分量）によって抵抗の経時変化や粘度変化等が起こる、いわゆる液ライフの短い塗工液を製造の早期段階で発見することができ、生産性の向上に大きく貢献することができる。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。

粘度変化は、塗工液の調製後、塗工液中の材料が、互いに馴染むに従って起こることが多い。通常、調製直後と一定経過時間後とでは、粘度が変化している。そして、著しく粘度の変化する塗工液は、その調製後の比較的短い時間の粘度変化の状態で、その後の異常な粘度変化を推測できることが多い。

本発明は、このような経時変化の観察から、ある一定の法則を見出し、帯電ローラの製造方法に活用したものである。使用する材料の種類、ロット差によっても、こうした粘度の変動のあり方は一様ではないが、生産のリズムを勘案して、調製直後と１時間経過または、１晩経過後の粘度変化を確認することが通常採用される。

従って、本発明でｔ₁は、６時間〜18時間の範囲で決められる。

なお、より正確を期するために、本発明では少なくとも３段階の粘度変化の確認を行っているが、粘度変化がより単純な塗工液の場合には、２段階の粘度変化の確認であってもよいとすることは可能である。

（１）塗工液
一般に塗工液の管理は、液温を一定に保った上で液粘度を管理する手法がその大半を占める。その理由としては、浸漬塗工法で膜を形成する場合、膜厚は塗工液の粘度が支配的であるからである。しかし、構造粘性のある塗工液では、経時や液の保存状態により構造粘性が変化することが多い。実際には、塗工液循環機中で塗工液を循環し、液粘度を一定にするため、溶剤で希釈して液粘度を一定に合わせるが、構造粘性が経時で変化するような塗工液では、後に希望粘度を外れてしまうことが往々にして発生する。このとき塗工液の固形分濃度としては薄まり過ぎたり、濃すぎたりするが、濃い場合には希釈により塗工できる液に戻すことは比較的容易であるが、薄めすぎたときは、濃縮するのは極めて困難であり、濃縮が可能であったとしてもかなりの時間を要することとなる。

以上のように、塗工液に構造粘性があり、更に液の保存状態や経時で構造粘性が変化する塗工液では、液温度を一定に保ったとしても、粘度を一定に保つことは困難で、塗工液の固形分濃度が大きくずれてしまう結果となる。また希釈、濃縮により粘度を管理しても抵抗の経時変化が大きくなる等の影響を及ぼす。

このような塗工液の特性は、同一処方でも材料のロットが違うだけで異なる可能性があるというのが実状である。

本発明者等は、塗工液の電流値経時変化とＢ型粘度の変化について検討を重ねた結果、塗工液作成直後からｔ₁時間後のＢ型粘度変化率をＡ₁〔%/h〕、以下同様にｔ₁時間後からｔ₂時間後をＡ₂〔%/h〕、ｔ₂時間後からｔ₃時間後をＡ₃〔%/h〕と定義したときに、該塗工液のＢ型粘度の経時変化率が、22±2℃の範囲で
Ａ₁＜0.33
Ａ₁≧Ａ₂またはＡ₁≧Ａ₃
を満足した時に塗工液の電流値経時変化が小さく、塗工ムラも起こらない安定な塗工液を供給できることを見出した。

ｔ₁は、6時間〜18時間の範囲が、通常選択されると考えられる。

ここで、Ｂ型粘度の経時変化率は以下のように定義している。

Ａ₁=100|α₁-α₀|/α₀（ｔ₁-t₀）
Ａ₂=100|α₂-α₁|/α₁（ｔ₂-ｔ₁）
Ａ₃=100|α₃-α₂|/α₂（ｔ₃-ｔ₂）
α₀：塗工液作成直後のＢ型粘度
α₁：塗工液作成からｔ₁時間後のＢ型粘度
α₂：塗工液作成からｔ₂時間後のＢ型粘度
α₃：塗工液作成からｔ₃時間後のＢ型粘度

ｔ₁は、粘度変化を認識できる経過時間とし、ｔ₂、ｔ₃はｔ₁に任意の倍数をかけた経過時間とする。

本発明の方法を適用した場合、塗工液の構造粘性の経時変化が起こり、電流値の経時変化の大きい塗工液、いわゆるライフの短い塗工液を循環機へ投入することを未然に防ぐことができ、その判断を少量で且つ迅速に行うことができる。

ここで、実施例のサンプルは、上記のＡ₁、Ａ₂、Ａ₃が所望の数値関係にあるものであり、表１におけるサンプル名称は、塗工液ロットＡ〜Ｈである。

また、比較例のサンプルは、上記のＡ₁、Ａ₂、Ａ₃が所望の数値関係に無いものであり、表１におけるサンプル名称は、塗工液ロットＩ〜Ｍである。

（２）帯電ローラ
本発明の帯電ローラの表面層は、上記の塗工液を塗布して形成したものであり、その電気特性をもって良否判定を行っている。

表面層の抵抗値は、１０⁴〜１０¹⁵Ωｃｍであることが好ましい。

また、厚さは１〜500μｍであることが好ましく、特には１〜50μｍであることが好ましい。

帯電部材は図１に示すようにローラ形状であり、基本的、導電性支持体2aと、その外周に一体に形成された弾性層2bから構成されている。

本発明において、帯電ローラは、図２に示すように、弾性層2bと、被覆層としての表面層2cからなる２層であってもよいし、弾性層2bと、被覆層としての抵抗層2d及び表面層2cからなる３層及び、抵抗層2dと表面層2cの間に第２の抵抗層2eを設けた、４層以上を導電性支持体2aの上に形成した構成としてもよい。

本発明に用いられる導電性支持体2aは、鉄、銅、ステンレス、アルミニウム及びニッケル等の金属材料の丸棒を用いることができる。更に、これらの金属表面に防錆や耐傷性付与を目的としてメッキ処理を施してもさしつかえないが、導電性を損なわないことが好ましい。

帯電ローラにおいて、弾性層2bは被帯電体としての電子写真感光体に対する給電や、電子写真感光体１に対する良好な均一密着性を確保するために適当な導電性と弾性を持たせてある。また、帯電ローラ２と電子写真感光体の均一密着性を確保するために弾性層2bを研磨によって中央部を一番太く、両端部に行くほど細くなる形状、いわゆるクラウン形状に形成することが好ましい。一般に使用されている帯電ローラが、支持体2aの両端部に所定の押圧力を与えて電子写真感光体と当接されているので、中央部の押圧力が小さく、両端部ほど大きくなっているために、帯電ローラの真直度が十分であれば問題ないが、十分でない場合には中央部と両端部に対応する画像に濃度ムラが生じてしまう場合がある。クラウン形状は、これを防止するために形成する。

弾性層2bの導電性は、ゴム等の弾性材料中にカーボンブラック、グラファイト及び導電性金属酸化物等の電子伝導機構を有する導電剤、及びアルカリ金属塩や四級アンモニウム塩等のイオン伝導機構を有する導電剤を適宜添加することにより１０¹⁰Ωｃｍ未満に調整されるのがよい。弾性層2bの具体的弾性材料としては、例えば、天然ゴム、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、シリコンーンゴム、ウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、ニトリルブタジエンゴム(NBR)及びクロロプレンゴム(CR)等の合成ゴム、更にはポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂及びシリコーン樹脂等も挙げられる。

表面層2cは、弾性層に接した位置に形成されるため弾性層中に含有される軟化油や可塑剤等の帯電ローラ表面へのブリードアウトを防止する目的で設けたり、帯電ローラ全体の電気抵抗を調整する目的で設ける。また、表面層2cは、帯電ローラの表面を構成し、被帯電体である感光体と接触するため感光体を汚染してしまう材料構成であってはならない。表面層2c及び必要に応じて設けても良い抵抗層2d、2eは、導電性もしくは半導電性を有していることが好ましい。本発明においては、導電性、半導電性の発現のための導電剤として、各種電子伝導機構を有する導電剤（導電性カーボン、グラファイト、導電性酸化錫などの導電性金属酸化物、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄粉等）を含有することが好ましく、特には、表面処理されて導電性を有する金属酸化物微粒子を含有することが好ましい。

本発明の特性を発揮させるための表面層2c、抵抗層2d及び2eに用い得る結着樹脂材料としては、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ブチラール樹脂、スチレン−エチレン・ブチレン−オレフィン共重合体(SEBC)及びオレフィン−エチレン・ブチレン−オレフィン共重合体(CEBC)等が挙げられる。

以下に具体的な実施例を用いて本発明を更に詳細に説明する。以下の実施例及び比較例においては、塗工液で使用する導電剤のロットを変え、13種類のサンプルを作成した。また各々の塗工液ロットについて、電流値確認用ローラを５本作成した。ローラ作成は塗工液作成の１日後と２ヶ月後に行い、ＤＣ200Ｖ印加時の電流値を測定した。塗工液の安定性の指標となる電流値変化の評価は１日後作成したローラ５本の平均電流値を100としたときの、２ヶ月後作成したローラ５本の平均電流値のパーセンテージで評価し、85％以上を良(OK)、85％未満を不良(NG)と判定した。なお、実施例中の「部」は質量部を示す。

下記の仕様で本発明の帯電部材としての帯電ローラを作成した。

（弾性層）
エピクロルヒドリンゴム 100部
四級アンモニウム塩 2部
炭酸カルシウム 30部
酸化亜鉛 5部
脂肪酸 5部

以上の材料を60℃に調節した密閉型ミキサーにて10分間混練した後、エピクロルヒドリンゴム100部に対してエーテルエステル系可塑剤15部を加え、20℃に冷却した密閉型ミキサーで更に20分間混練し、原料コンパウンドを調製した。このコンパウンドに原料ゴムのエピクロルヒドリンゴム100部に対し加硫剤としての硫黄１部、加硫促進剤としてのノクセラーDM １部及びノクセラーTS 0.5部を加え、20℃に冷却した２本ロール機にて10分間混練した。得られたコンパウンドをφ６mmステンレス製支持体の周囲にローラ状になるように押出成型機にて成型し、加熱加硫成型した後、外径φ8.5mmになるように研磨処理して弾性層を得た。

（表面層）
上記弾性層の上に以下に示すような表層面を被覆形成した。表面層2cの材料として、
アクリルポリオール溶液（有効成分70質量％、希釈溶剤としてキシレン30質量％を含有）
100部
イソシアネートＡ（IPDI）（有効成分60質量％；希釈溶剤としてn-酢酸ブチルを15質量％、キシレン25質量％を含有） 40部
イソシアネートＢ(HDI)（有効成分80質量％、希釈溶剤として酢酸エチル20質量％含有）
30部
表面処理した導電性酸化錫（処理剤；フルオロアルキルアルコキシシラン）
（導電剤ロット：Ａ〜Ｈの８種類） 90部
ポリメチルメタクリレート(PMMA)樹脂粒子（粒径８μｍ） 35部
メチルイソブチルケトン 340部
をミキサーを用いて撹拌し、混合溶液を調製した。ついで、その混合溶液を循環式のビーズミル分散機を用いて分散処理（処理速度500ml/min）を行い、導電性酸化錫のロットＡ〜Ｈに対応する塗工液ロットＡ〜Ｈを作成した（導電剤ロットとリンクさせて同じアルファベットを用いた）。

次に、ステンレス製支持体を前記塗工液の表面に対して垂直状態に保持して、塗工液中に浸漬し、表面層を形成した。この際、下方のステンレス製支持体2aにポリアセタール製のマスキング用キャップを被せた。その後、熱風乾燥機にて80℃で１時間、更に160℃で１時間乾燥させ、表面層を被覆形成したローラ形状の帯電部材を得、これを塗工液と同様に導電性酸化錫のロットＡ〜Ｈに対応した帯電ローラＡ〜Ｈとした。各ロットに対応して、帯電ローラのサンプルを各々５本作成し、評価した。

また、上記の表面層塗工液の一部を用いて分散終了後、Ｂ型粘度を測定し、回転架台上で回転させ、更に16時間後、32時間後及び48時間後のＢ型粘度を測定した。測定時の液温は22±2℃とした。

［比較例］
導電性酸化錫のロットをＩ〜Ｍの５種類とした以外は、実施例と同様にして塗工液を調製し、ローラを作成した。

以上説明したように、本発明によれば、塗工液の初期における粘度の経時変化率から、塗工液の処方や分散方法、導電剤のロット、導電剤の処理方法（例えば導電剤の水分量）によって抵抗の経時変化や粘度の経時変化等が起こる、いわゆる液ライフの短い塗工液を製造の早期段階で発見することができ、生産性の向上に大きく貢献することができる。

帯電ローラの概略図である。 別の帯電ローラの概略図である。

符号の説明

2a 導電性支持体
2b 弾性層
2c 表面層
2d 抵抗層
2e 第２の抵抗層

Claims (3)

1. 導電性支持体の外周に形成された弾性層の外周に、導電性微粒子を含有する表面層を塗膜形成する工程を有する帯電ローラの製造方法において、該表面層の塗膜形成に用いる塗工液が導電性微粒子を含有するものであり、該塗工液において、塗工液作成直後からｔ₁時間後のＢ型粘度変化率Ａ₁〔%/h〕、ｔ₁時間後からｔ₂時間後のＢ型粘度変化率Ａ₂〔%/h〕、及びｔ₂時間後からｔ₃時間後のＢ型粘度変化率Ａ₃〔%/h〕としたとき、該Ｂ型粘度の経時変化率Ａ₁、Ａ₂及びＡ₃が、22±2℃の範囲で下記の関係を満たすことを特徴とする帯電ローラの製造方法：
   Ａ₁＜0.30
   Ａ₁≧Ａ₂またはＡ₁≧Ａ₃
   （ここで、ｔ₁は、粘度変化を認識できる経過時間とし、ｔ₂、ｔ₃はｔ₁に任意の倍数をかけた経過時間とする）。
2. 前記導電性微粒子が金属酸化物からなる請求項１に記載の帯電ローラの製造方法。
3. 前記金属酸化物が導電性酸化スズである請求項１または２に記載の帯電ローラの製造方法。