JP2005315978A

JP2005315978A - 帯電ローラー、プロセスカートリッジ及び電子写真装置

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Publication number: JP2005315978A
Application number: JP2004131439A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Shishizuka; 和之宍塚
Original assignee: Canon Chemicals Inc
Current assignee: Canon Chemicals Inc
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2005-11-10

Abstract

【課題】導電剤として添加されるカーボンブラックによって表面粗さを一定値以下に制御し、これにより良好な画像を得ることができる帯電ローラー、該帯電ローラーを有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。
【解決手段】少なくとも支持部材と導電性被覆部材を有する帯電ローラーにおいて、該導電性被覆部材がバインダー樹脂と、粒子径２５０〜３００ｎｍかつＮ₂吸着比表面積１〜１１ｍ²／ｇ以下かつＤＢＰ吸油量２０〜４０ｃｍ³／１００ｇ以下のカーボンブラックを含有し、表面粗さＲｚjis94が１．５μｍ以下かつＲＳｍが５０μｍ以下であることを特徴とする帯電ローラー、該帯電ローラーを有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。詳しくは、帯電ローラー、電圧を印加した帯電ローラーを用い、電子写真感光体に接触配置させることで電子写真感光体表面を所定の電位に帯電する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による電位のなら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１参照）。

押出し成形したシームレスチューブを表層として導電性基層上に被覆して帯電部材を形成させる場合、シームレスチューブの材料としては導電剤を含有した熱可塑性エラストマーが用いられるが、多くの場合、熱可塑性エラストマーの物性、例えば溶融粘度の温度依存性や金型との離型性などによってシームレスチューブの表面粗さが決まってしまうことが多かった。

ところが、Ｒｚjis94、ＲＳｍで表される帯電部材の表面粗さは、ＡＣ帯電方式において幾つかの帯電現象に影響を与えることが知られており、表面粗さの制御はや帯電ローラーを設計する上で重要な因子となる（例えば、特許文献３、４参照）。

例えば、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曲線を測定するための装置を図４に示す。プロセスカートリッジのＣ容器１７の帯電ローラー、１６の感光ドラムが組み込まれている２４の容器のφ１２ｍｍの感光ドラム１６をモーター２０で３０ｒｐｍの速度で回転させ、外部電源１４の高圧出力２１を帯電ローラーの給電位置である導通バネ１８につなぎ、感光ドラムから電子写真装置本体に戻る電流２２を通すための感光ドラムの端部面中央にある金属製のピンまたは、感光ドラムを固定させる外枠にあるネジと外部電源のアース２３とをつなぎ、ファンクションジェネレータ１５によりＤＣ電圧、ＡＣ周波数を設定し、ＡＣバイアスＶｐｐを任意に変えてＤＣ電圧とＡＣ電圧を印加し、そのとき２２に流れる電流値Ｉａｃをデジタルマルチメータ１９で記録した。

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’が多す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。帯電ローラーの表面粗さＲｚjis94が大きいとＩａｃ’も大きくなることから、安易にＲｚjis94を大きくすることは感光ドラムの削れを促進して、先述した弊害を招く恐れがある（例えば、特許文献４、５参照）。

また、帯電ローラーの表面粗さが大きいほど、トナーに含まれる外添剤がクリーニングブレードをすり抜けた場合に帯電ローラーに付着し易く、その場合、帯電ローラーが高抵抗化して帯電不良を引き起こしてしまうという問題もある。
特開平５−９６６４８号公報特開２０００−２９３０１２号公報特開２００２−４０７５６号公報特開２００３−２５５６７０号公報特開平１１−１４３１７６号公報

このように、表面粗さは帯電ローラーにおいて重要な因子であるが、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、表面粗さを大きくするには、無機顔料等の粗し粒子の添加や金型のダイス面をブラスト処理するなどの手法が採られる。しかし、表面粗さを小さくしようとする場合、熱可塑性エラストマーの物性、例えば溶融粘度の温度依存性（メルトフラクチャー）や金型との離型性などによってシームレスチューブの表面粗さが決まってしまうために材料選択や成形性の点で制約ができてしまうことが課題となっていた。

そこで本発明の目的は、導電剤として添加されるカーボンブラックによって表面粗さを一定値以下に制御し、これにより良好な画像を得ることができる帯電ローラー、該帯電ローラーを有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。

本発明は、少なくとも支持部材と導電性被覆部材を有する帯電ローラーにおいて、該導電性被覆部材が粒子径２５０〜３００ｎｍかつＮ₂吸着比表面積１〜１１ｍ²／ｇ以下かつＤＢＰ吸油量２０〜４０ｃｍ³／１００ｇ以下のカーボンブラックを含有し、表面粗さＲｚjis94が１．５μｍ以下かつＲＳｍが５０μｍ以下であることを特徴とする帯電ローラーである。

また、本発明は、該帯電ローラーを有するプロセスカートリッジ及び電子写真装置である。

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表面粗さを一定値以下に制御し、これにより良好な画像を得ることができる帯電ローラー、該帯電ローラーを有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ができた。

以下、本発明につき更に詳しく説明する。

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、またはこれらを含む合金など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また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など）などの導電性粉体や、カーボンファイバー及び金属酸化物の短繊維など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１Ｅ１〜１Ｅ９Ω・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など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などのポリアミド、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などの通常のゴム、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）など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などのエラストマーと、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）など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、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリスチレン、ハイインパクトポリスチレン（ＨＩＰＳ）、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、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）などのスチレン系樹脂及びアクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、など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。

導電剤として用いられるカーボンブラックは、一般的に、熱分解によるサーマル法、アセチレン分解法や不完全燃焼によるコンタクト法、ガスファーネス法、オイルファーネス法などの製造法により大きく分類されるが、それぞれカーボンブラックとしては、粒子径、比表面積、ＤＢＰ吸油量、２４Ｍ４ＤＢＰ吸油量、揮発分、ｐＨ値などの物性によって着色、補強、導電性などによって選択され使用される。導電性被覆部材中のカーボンブラックの含有量が、全バインダー樹脂１００質量部に対して４０〜１００質量部であることが好ましい。

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最表面層３（ｏ）の材料は、スチレン系の熱可塑性エラストマー“ＪＳＲ（株）ダイナロン４６００Ｐ”をベースとし耐衝撃性ポリスチレン“Ａ＆Ｍポリスチレン（株）Ｈ９１５２”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の質量の和を１００質量部となるように前者を６０部、後者を４０部とし、さらに滑剤として、ステアリン酸カルシウム“日本油脂（株）ステアリン酸カルシウム”を１質量部添加している。

導電剤として用いるカーボンブラックは、請求項１に記載のカーボンブラック“Engineered Carbons inc.Ｎ９９０”を４０、１００質量部（実施例１、実施例２）添加している。また、比較例として、“旭カーボン（株）＃１５”を６０質量部（比較例１）、“デグサヒュルスジャパン（株）スペシャルブラック２５０”を３５質量部（比較例２）、“東海カーボン（株）ＧＦ−Ｙ”を３０質量部（比較例３）、“ケッチェンブラックインターナショナル（株）ケッチェンブラックＥＣ”を８質量部添加している。

該最表面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）用材料料としては、エーテル系のウレタンエラストマー樹脂“クラレ（株）クラミロン９１８０”１００質量部、ＤＢＰ吸油量が３００〜５００ｃｍ³／１００ｇの高導電性カーボンブラック“ケッチェンブラックインターナショナル（株）ケッチェンブラックＥＣ”を１４〜１９質量部、導電性酸化チタン“石原産業（株）ＥＴ−５００Ｗ”２０部、酸化マグネシウム“神島化学（株）スターマグＰ”１０質量部、ステアリン酸カルシウム“日本油脂（株）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。

最上層と下層の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、本発明に用いる共押出し装置を図３により説明する。

成形に用いるダイス７は１４５〜１７０℃に加熱され、その内部には空気導入用の中央通孔８の周囲に内外二重の環状の押出し流路９、１０が設けられており、内側流路９に第１押出機１１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１０に第２押出機１２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５と外層チューブ６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１３にて冷却し、これを送り装置４により引っ張り、所定長さに順次切断する。さらに、残留ひずみをとるために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の帯電ローラーを製造する。

該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押出し成形したシームレスチューブの表面粗さを表１に示す。

比較例１〜４に示すカーボンブラックでは表面粗さＲｚjis94が１．９〜４．７μｍ、ＲＳｍが８４〜１２０μｍとなっているのに対し、請求項１に記載するカーボンブラックを用いた実施例１と実施例２はＲｚjis94が１．４μｍ以下、ＲＳｍが４７μｍ以下の表面粗さの小さい帯電ローラーを得ることができた。

尚、本発明において、Ｒｚjis94は、JIS B 0601：1994に基づく十点平均粗さであり、またＲＳｍは、JIS B 0601:2001に基づく基準長さにおける粗さ曲線要素の長さＸｓの平均値である。また基準長さは２．５ｍｍ、カットオフ周波数は０．８ｍｍとした。更にＲＳｍの算出に用いる最小高さの定義は、JIS B 0601：2001に於ける粗さ曲線の最大高さ粗さ（maximum height of profile）Ｒｚの10％とした。

Ｖ−Ｉ曲線で、Ｖｐｐ（ＡＣバイアス）対Ｉａｃを示す。本発明の帯電ローラーの一例を示す。本発明に用いる共押出し装置の一例を示す。本発明のプロセスカートリッジの一例を示す。

符号の説明

１’ ；帯電部材
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；チューブ引き取り装置部
５；内層チューブ
６；外層チューブ
７；ダイス
８；中央通孔
９；押し出し流路
１０；押し出し流路
１１；第１押し出機
１２；第２押し出機
１３；水冷リング
１４；高圧電源
１５；ファンクションジェネレータ
１６；感光ドラム
１７；帯電ローラー
１８；導通バネ
１９；デジタルマルチメータ
２０；モーター
２１；高圧出力
２２；感光ドラムから電子写真装置本体に戻る電流
２３；外部電源のアース
２４；Ｃ容器

Claims

少なくとも支持部材と導電性被覆部材を有する帯電ローラーにおいて、該導電性被覆部材がバインダー樹脂と、粒子径２５０〜３００ｎｍかつＮ₂吸着比表面積１〜１１ｍ²／ｇ以下かつＤＢＰ吸油量２０〜４０ｃｍ³／１００ｇ以下のカーボンブラックを含有し、表面粗さＲｚjis94が１．５μｍ以下かつＲＳｍが５０μｍ以下であることを特徴とする帯電ローラー。
該導電性被覆部材が、バインダー樹脂としての熱可塑性エラストマーと、該カーボンブラックを押出し成形して得られたシームレスチューブからなる請求項１に記載の帯電ローラー。
該導電性被覆部材が、バインダー樹脂としてのスチレン系熱可塑性エラストマー及び耐衝撃性ポリスチレンと、該カーボンブラックを押出し成形して得られたシームレスチューブからなる請求項１に記載の帯電ローラー。
該導電性被覆部材中のカーボンブラックの含有量が、全バインダー樹脂１００質量部に対して４０〜１００質量部である請求項１〜３のいずれかに記載の帯電ローラー。
電子写真感光体及び帯電部材、あるいは、電子写真感光体、帯電部材及び現像手段及びクリーニング手段の一方または両方の手段を一体に支持し、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１〜４のいずれか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。
請求項５に記載のプロセスカートリッジを搭載することを特徴とする電子写真装置。