JP2006084544A - 帯電部材、画像形成装置、帯電方法及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】 転写電流の履歴によらず帯電の均一性に優れ、長期使用においても良好な画像を達成する帯電部材を提供する
【解決手段】 シリカ粒子の表面にカーボンブラックを被覆した導電性粒子と、１×１０³Ωｃｍ以上、１×１０⁸Ωｃｍ以下の粉体抵抗を有する粉体とを含有する抵抗層を具備している帯電部材において、該粉体は、比表面積が、３０ｍ^２／ｇ以上、６０ｍ^２／ｇ以下である。好ましい態様として、前記粉体が酸化亜鉛であることが例示される。
【選択図】図２

Description

本発明は帯電部材、それを用いた画像形成装置、帯電方法、及びプロセスカートリッジに関する。詳しくは、本発明は電圧を印加して像担持体である電子写真感光体表面を所定の電位に帯電処理するための帯電部材、それを用いた画像形成装置、帯電方法、及びプロセスカートリッジに関する。

電子写真装置における帯電部材と像担持体との帯電現象は、接触又は近接部分に狭い空間を形成し、パッシェンの法則で解釈できる放電可能領域、例えば数１０μｍの空隙で放電を形成することにより帯電する方法があげられる（例えば特許文献１参照）。

従来の接触帯電装置において像担持体である感光体表面を均一に帯電させる方式として、帯電部材に交流電圧（ＡＣ）と直流電圧（ＤＣ）を同時に印加する方式がある。この方式では、交流の電圧源を使用する分、帯電部材に直流電圧のみを印加するＤＣ帯電方式に比較して、画像形成装置のコストが高くなってしまう。

そこで、ＤＣ帯電方式についての提案がなされている（例えば特許文献２参照）。ＤＣ帯電方式は、ＡＣ＋ＤＣ帯電方式に比較して一般的にコストが低いが問題点もある。つまり、ＡＣ＋ＤＣ帯電のようにＡＣ電流の均し効果が無いため、帯電ローラ自身の電気抵抗の不均一性が画像に出やすく、ＡＣ＋ＤＣ帯電方式に比較して像担持体の均一な帯電が困難である。

帯電の均一性に対して、帯電部材の物性として余裕幅が少ないと思われるＤＣ帯電方式に対して、昨今の電子写真装置は高速化と共に高耐久化が急速に進展しており、帯電部材における一層の性能の向上が急務になっている。

感光体表面を均一に帯電するための接触帯電装置では、鉄やＳＵＳ等の導電性基体上にゴムや樹脂からなる抵抗層を設けた構成を有する帯電部材が一般的に使用されている。抵抗層には、導電性カーボンブラックや金属粉等の導電材料が添加され導電性が付与されると共に、感光体との当接部（ニップ）を確保するため、また長期使用に伴いトナー、紙粉等が付着することによる帯電不良の発生を抑制するため、適度な弾性を保持させる。抵抗層に弾性を持たせるためには、一般にオイルや可塑剤等の軟化剤を添加するが、これらの軟化剤は一般に移行性があることから感光体を汚染する場合があり、必要に応じて、汚染防止と帯電部材の弾性維持を両立する抵抗層を表面に施す必要がある。

帯電部材の導電特性として、一般に体積抵抗が高すぎると感光体の帯電ムラや帯電不良による異常画像が発生する。一方抵抗層に導電材料を大量に添加することで帯電部材の抵抗値を下げ過ぎると帯電不良による異常画像は抑制できるが、感光体表面に製造上又は取り扱い上等の原因でピンホールが生じた場合そのピンホール部に対応する画像上に反転現像時の菱形状の異常画像（以下、リーク画像と略す）が発生したり、帯電部材の硬度が上昇することで感光体との当接が弱まったり、長期使用に伴うトナー、紙粉等の付着による帯電不良を招くなど、帯電部材の抵抗層特に表面抵抗層の抵抗値及び硬度には適正な領域が存在する。

表面抵抗層の抵抗値は、導電材の電気特性および樹脂等のバインダー中での分散特性により大きく左右される。導電材料としては、電子導電性を発現する導電性カーボンブラックや導電性酸化チタン等の金属酸化物、またイオン導電性を発現する四級アンモニウム塩といったイオン性化合物のほか、ポリエチレン樹脂やアクリル樹脂といったカーボンブラックに比べて大きい粒径を有する有機高分子からなる母粒子にカーボンブラックが乗った導電粒子を添加する技術が開示されている（例えば特許文献３参照）。

少量の導電材料により抵抗層の抵抗値を下げる手段として、ポリエステル樹脂等の樹脂溶液中に、母粒子の表面がカーボンブラック等の導電材料で被覆された複合粒子からなる導電材料と共に、複合粒子を構成するカーボンブラック等の導電材料を遊離の状態で共存させる方法やカーボンブラック、酸化チタン等の導電材料を混合する方法が提案されている（例えば特許文献３参照）。
特開昭５７−１７８２５７号公報 特開平０５−３４１６２７号公報 特開２００３−１６２１０６号公報

例えば特許文献１では、ポリエチレン樹脂やアクリル樹脂といったカーボンブラックに比べて大きい粒径を有する有機高分子からなる母粒子にカーボンブラックが乗った導電粒子を添加しているが、このようにカーボンブラックを巨大な粒子に担持させることでカーボンブラック自体の凝集を抑制することができ、このような構成においては母粒子が数珠状に接触してネットワークを形成し、導電層中にカーボンブラックが偏在した状態となり、少量添加で容易に抵抗層の低抵抗化が可能であるとされている。

導電粒子として、母粒子の表面がカーボンブラック等の導電材料で被覆された複合粒子を使用することで、帯電部材に要求される半導電領域を達成することはできる。しかしながら、抵抗層の内部では、ネットワークのような電気導通部が導電層中に形成されるため、帯電部材の表面抵抗層に適用した場合、感光体に欠陥によりリークが発生しやすいことや、カーボンブラックが存在する導電性である部分と存在しない絶縁性である部分の偏りが大きいため抵抗ムラが大きくなることから、特に、像担持体上に形成されたトナー像を被転写部材に転写させるために転写手段に流れる転写電流において、通紙時の転写電流の絶対値に比べ、非通紙時の転写電流の絶対値を少なくする制御を有する電子写真装置では、非通紙部の転写電流を抑制する制御がなされた像担持体の領域では、像担持体が回転して次の印刷が実施された場合、他の領域に比べ帯電不良による横方向のスジ状異常画像が発生しやすいという問題があった。少量の導電材料の添加で抵抗層を所望の抵抗値に制御するため、導電材料として母粒子の表面が導電材料で被覆された複合粒子からなる導電材料と共に、さらに複合粒子を構成する導電材料も導電材料として遊離の状態で分散させる方法では、少量の導電材料により抵抗層の抵抗値を低下できる。

しかしながら、複合粒子に加え遊離のカーボンブラックが存在する事で、抵抗層の低抵抗化は達成されるが、抵抗層内部では導電材料の偏在は更に高まり、ネットワークのような電気導通部が抵抗層中に形成すると、抵抗層のマクロ的な電気抵抗は低下できるが、導電材料の偏在する部分と導電材料が存在せず絶縁性である部分の偏りがさらに大きくなるため抵抗ムラが大きくなる。そのため上に述べた転写電流の履歴に関連するスジ状の異常画像が発生しやすくなっていた。また抵抗層を構成するバインダーとの接着力が過大になり、抵抗層の硬度が増加することで長期使用によるトナーや紙粉等の付着による帯電不良が発生するという問題があった。

また例えば特許文献１では、母粒子の表面がカーボンブラック等の導電材料で被覆された複合粒子からなる導電材料と共に、カーボンブラック、酸化チタン等の導電材料を混合してもよいとの記載があるが、その作用および効果が明示されていない。従来用いられてきたカーボンブラック、酸化チタン等の導電材料をその粉体抵抗のみに着目して混合した場合、少量の導電材料の添加で抵抗層を所望の抵抗値に低下することはできるが、複合粒子からなる導電材料とカーボンブラック等の導電材料が凝集することで、抵抗層内部では導電材料の偏在が高まり、導電材料の偏在する部分と導電材料が存在せず絶縁性である部分の偏りがさらに大きくなるため抵抗ムラが大きくなり、上に述べた転写電流の履歴に関連するスジ状の異常画像が発生するという問題があった。また、使用初期の状態で帯電ムラやリーク画像の発生を抑制するため、帯電部材の電流値の所定の値に制御できても、長期使用においては、ドラム表面への放電量が不足することで表面ドラム１周目に相当する画像領域、すなわちφ３０ｍｍの感光ドラムであれば紙の上端から凡そ９２ｍｍと２周目以降、すなわち凡そ９２ｍｍ以降の画像領域では濃度ムラが発生するという問題があった。

以上述べたように、従来技術では抵抗層の抵抗値を半導電領域に達成できても、スジ状の異常画像や濃度ムラの発生を抑制し、さらに長期使用においても良好な帯電状態を得る方法は達成されていない。

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、通紙時の転写電流の絶対値に比べ、非通紙時の転写電流の絶対値を少なくする制御を有する電子写真装置においても転写電流の履歴に関連するスジ状の異常画像や濃度ムラの発生が無く、長期使用においても安定した帯電性能を有する帯電部材を提供するものである。

本発明は、シリカ粒子の表面にカーボンブラックを被覆した導電性粒子と、１×１０³Ωｃｍ以上、１×１０⁸Ωｃｍ以下の粉体抵抗を有する粉体とを含有する抵抗層を具備している帯電部材において、該粉体は、比表面積が、３０ｍ^２／ｇ以上、６０ｍ^２／ｇ以下であることを特徴としている。

本発明者らは、スジ状の異常画像や濃度ムラの発生と長期使用によるそれら特に転写電流の履歴に関連するスジ状の異常画像の発生について、感光ドラムと接触する帯電部材の表面の抵抗層について詳細に検討した。その結果、ポリウレタンやポリエステル等のバインダー中に、カーボンブラックを被覆した無機化合物粒子と共に同時に特定の比表面積と粉体抵抗を有する粉体を組み合わせて含有させることで、スジ状の異常画像や濃度ムラの発生についても良好な画像が得られることが分かった。

カーボンブラックを被覆した無機化合物粒子と同時に含有される粉体の比表面積の大小は、粉体の平均粒径や、表面の凹凸の程度に影響される。そのため所定の粉体抵抗を有し、かつ所定の比表面積を有する粉体を使用することで、抵抗層中の金属酸化物の分散状態を制御し、かつ抵抗のムラを抑制することができると考えられる。シリカ粒子の表面にカーボンブラックを被覆した導電性粒子と、１×１０^３Ωｃｍ以上、１×１０⁸Ωｃｍ以下の粉体抵抗を有する粉体とを含有する抵抗層を具備している帯電部材において、該粉体の比表面積を３０ｍ^２／ｇ以上とすることで、粉体表面をある程度ポーラスな状態にするため、抵抗層中での特定の粉体抵抗を有する粉体と結着樹脂との凝集力が低下せず、またカーボンブラックを被覆した無機化合物粒子と特定の粉体抵抗を有する粉体との凝集力を制御してカーボンブラックを被覆した無機化合物粒子の周囲に特定の粉体抵抗を有する粉体が取り囲む状態となるため、カーボンブラックを被覆した無機化合物粒子の移動、凝集による帯電ムラを発生させなくなると考えられる。また特定の粉体抵抗を有する粉体は適度に凝集した状態で存在していると考えられ、誘電体が帯電部材表面の抵抗層に存在することになる。これにより、カーボンブラックを被覆した無機化合物粒子による導電特性と共に特定の粉体抵抗を有する粉体が抵抗層の誘電特性を向上させることで帯電ムラ、濃度ムラを抑制するこができる。

また比表面積を６０ｍ^２／ｇ以下にすることで、特定の粉体抵抗を有する粉体の過度の凝集が抑えられることから、誘電特性を向上させることで帯電ムラ、濃度ムラを抑制しているとともに、結着樹脂との間で過大な凝集力が発生せず、抵抗層の硬度増加を招かないため帯電部材表面へのトナー紙粉等の付着を抑え長期使用においても安定した性能を達成できる。

本発明は、さらに、帯電部材表面の抵抗層が、導電材料としてカーボンブラックを被覆した無機化合物粒子を含有し、かつ同時に比表面積が、３０ｍ^２／ｇ以上、６０ｍ^２／ｇ以下、粉体抵抗が１×１０^３Ωｃｍ以上、１×１０⁸Ωｃｍである粉体として酸化亜鉛を含有することを特徴としている。

従来、帯電部材の表面抵抗層に添加されていた酸化亜鉛は、比表面積が４から１０ｍ^２／ｇ程度で、かつ粉体抵抗が１×１０^２Ωｃｍ以上、５×１０^２Ωｃｍ以下のものが使用されていた。しかし従来の発明に明示されていない、本発明が示す特定の酸化亜鉛を使用することで、バインダー中での酸化亜鉛の分散およびカーボンブラックを被覆した無機化合物粒子との凝集を容易に制御できることから、帯電ムラによるスジ状の異常画像や濃度ムラの発生を抑制できるとともに、耐磨耗性など抵抗層の膜強度を向上しトナー等の付着を抑制できる。

本発明は、さらにまた、帯電部材表面の抵抗層に、体積基準の平均粒子径が０．５μｍ以上１０μｍ以下の樹脂粒子を含有させたことを特徴としている。

導電材料としてカーボンブラックを被覆した無機化合物粒子を含有し、かつ同時に比表面積が、３０ｍ^２／ｇ以上、６０ｍ^２／ｇ以下、粉体抵抗が１×１０^３Ωｃｍ以上、１×１０⁸Ωｃｍである粉体とともに、０．５μｍ以上の樹脂粒子を含有することで、樹脂粒子を含有することにより抵抗層の抵抗値を抑制させると共に、帯電部材表面を適度に粗面化することで、微量の紙粉等が付着したとしても、その異物に起因する電荷の集中による異常画像を抑制できる。また樹脂粒子を添加することにより抵抗層の抵抗値を抑制することができる。また１０μｍ以下の樹脂粒子を含有することで、帯電部材表面の祖面化により凹部に対応した帯電不良が発生することを抑制できる。

本発明は、像担持体と、前記像担持体を所定の電位に帯電させる帯電手段と、前記像担持体の帯電面に静電潜像を形成する露光手段と、前記像担持体上に形成された静電潜像にトナーを転移させて可視化しトナー像を形成させる現像手段と、前記トナー像を被転写部材に転写させる転写手段と、を有する画像形成装置において、前記帯電手段は、上記のいずれかの帯電部材であり、該帯電部材に直流電圧のみを印加して前記像担持体を帯電させることを特徴とする。

本発明は、また、像担持体を帯電手段で帯電させる帯電方法において、前記帯電手段が上記のいずれかの帯電部材であり、該帯電部材に直流電圧のみを印加して前記像担持体を帯電させることを特徴とする。

本発明は、さらに、像担持体上に形成された静電潜像にトナーを転移させて可視化してトナー像を形成し、該トナー像を被転写部材に転写することにより画像を形成する画像形成装置から着脱可能に構成されているプロセスカートリッジであって、前記像担持体と、前記像担持体上に形成された静電潜像にトナーを転移させて可視化しトナー像を形成させる現像手段と、前記被転写部材にトナー像が転写された後に前記像担持体上に残留したトナーを除去するクリーニング手段と、からなる群より選ばれる少なくとも一つが、上記のいずれかの帯電部材と一体に支持されることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、通紙時の転写電流の絶対値に比べ、非通紙時の転写電流の絶対値を少なくする制御を有する電子写真装置においても転写電流の履歴に関連するスジ状の異常画像の発生が無く、低温低湿度下での使用による帯電ムラの発生が無く、長期使用においてもトナーや紙粉等の付着が無く、抵抗上昇が無く、安定した帯電特性を達成する帯電部材を提供できる。

本発明に使用する、１×１０^３Ωｃｍ以上、１×１０⁸Ωｃｍ以下の粉体抵抗を有し、比表面積が、３０ｍ^２／ｇ以上、６０ｍ^２／ｇ以下である粉体としては、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化アンチモン、酸化ビスマス、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化バナジウムの固溶体等を使用することができる。特に酸化亜鉛にアルミニウム、インジウム、チタン、スズ、ストロンチウム、ホウ素、ケイ素の一種又は二種以上をドープしたもの、酸化亜鉛とこれらの一種以上の酸化物との固溶体、酸素欠損タイプの導電性酸化亜鉛が上述の理由により好ましい。

比表面積はＢＥＴ法に従い、比表面積測定装置「ジェミニ２３７５ Ｖｅｒ．５．０」（島津製作所社製）を用いて資料表面に窒素ガスを吸着させ、ＢＥＴ多点法を用いてＢＥＴ比表面積（ｃｍ^２／ｇ）を算出した。

粉体抵抗の測定方法は、Ｌｏｒｅｓｔａ（ロレスタ）−ＧＰ ＭＣＰ−Ｔ６００（三菱化学株式会社製）を用いて測定した抵抗より算出した。印加圧力は１０ＭＰａとした。

本発明に用いるカーボンブラックを被覆した無機化合物粒子において、コアに用いられる粒子は導電性が低いものが良く、好ましくは体積抵抗が１０^５Ω・ｃｍ以上である。小粒径が得られやすい無機化合物が好ましく、シリカ、酸化チタン等の酸化物、複酸化物等や窒化物、炭化物、セラミックなどを用いることができる。なかでもコア粒子としてシリカは、比重が軽く塗料に混合した際に沈降等の弊害が無い点で好ましい。このような粒子をコアに用いることにより導電粒子の抵抗を容易に調節できる。導電粒子の体積抵抗は１０^０Ω・ｃｍから１０^５Ω・ｃｍの範囲にあることが好ましい。導電粒子の体積抵抗が１０^０Ω・ｃｍより低いと、耐リーク性が悪化するため、好ましくない。

カーボンブラックの被覆厚さは０．５〜１０ｎｍの範囲にあることが好ましく、０．５ｎｍ未満とすると、導電粒子の抵抗が高くなり、導電性を発現しなくなる。また、１０ｎｍより大きいと、被覆材であるカーボンブラックの抵抗とほぼ同じ導電性となり、中抵抗の導電粒子が得られずらくなる。導電粒子のコート厚さは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いてカーボンブラックからなる炭素層の結晶構造を確認することにより測定できる。

カーボンブラックを被覆した無機化合物粒子を本発明で使用する理由は、表面が有機膜で覆われていることから導電粒子表面の疎水性が高いため、帯電部材の各環境下における吸水による抵抗変動を抑制するためである。また、表面に被覆されるカーボンブラックはストラクチャー構造を有さないカーボンブラックからなる場合が最も良い。コア粒子に、カーボンブラックのストラクチャー構造を壊した状態でコートすればよく、カーボンブラックが本来有するストラクチャー構造がないため、分散性が良好であり、また補強性が低減されるので樹脂層の硬度の上昇を抑制することができる。特に好ましくは、先にあげた理由によりＰＨは、２〜５の範囲にあるカーボンブラックが好ましい。

また、カーボンブラックを被覆した無機化合物粒子の大きさは、粒径は１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲が好ましい。導電粒子が５００ｎｍより大きいと、樹脂層中での絶縁性部位と導電性部位のムラが大きくなるために帯電均一性が悪化する。また、帯電部材の最外層とした場合には、部材の表面粗さが大きくなるために、トナーなどの汚染物の付着が悪化するために帯電不良が発生する場合がある。１０ｎｍより小さいと、樹脂中に分散したとき粘度が高くなり、安定して製造することが困難である。

カーボンブラックを被覆した無機化合物粒子の体積抵抗は１０^０Ω・ｃｍから１０^５Ω・ｃｍの範囲にあることが好ましい。導電粒子の体積抵抗が１０^０Ω・ｃｍより低いと、耐リーク性が悪化するため、好ましくない。これは汎用的に使用するカーボンブラックの体積抵抗とほぼ同じ領域であり、樹脂層の抵抗を安定させるのが困難となるからである。また、１０^５Ω・ｃｍよりも高い場合には、帯電部材として所望の抵抗を得るには大量の導電粒子が必要となるため、樹脂層の強度が下がるため好ましくない。粒子の体積抵抗の測定方法は、Ｌｏｒｅｓｔａ−ＧＰ ＭＣＰ−Ｔ６００（三菱化学株式会社製）を用いて印加圧力を１０ＭＰａにして測定できる。

本発明の帯電部材について、実施の形態を詳細に述べる。

本発明の帯電部材は図２に示すようにローラ形状であり、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と、該弾性層の外周に形成された抵抗層２ｃから構成されている。弾性層は複数の抵抗層より構成されていても良いが、本実施例では、単層の弾性層上に抵抗層２ｃを被覆した構成とした。

本発明に用いられる導電性支持体２ａは、鉄、銅、ステンレススチール、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構わないが、導電性を損なわないことが必要である。

帯電ローラ２において、弾性層２ｂは像担持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１の均一性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２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１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２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１０^１０Ωｃｍ未満に調整されるのがよい。また、カーボンブラックからなる導電材料がコートされた前記導電粒子を用いてもよい。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。

像担持体の帯電処理を行う帯電部材においては、帯電均一性を達成するために、特に中抵抗の極性ゴム（例えば、エピクロルヒドリンゴム、ＮＢＲ、ＣＲ及びウレタンゴム等）やポリウレタン樹脂を弾性材料として用いるのが好ましい。これらの極性ゴムやポリウレタン樹脂は、ゴムや樹脂中の水分や不純物がキャリアとなり、僅かではあるが導電性をもつと考えられ、これらの導電機構はイオン伝導であると考えられる。但し、これらの極性ゴムやポリウレタン樹脂に導電剤を全く添加しないで弾性層を作製し、得られた帯電部材は低温低湿環境（Ｌ／Ｌ）において、抵抗値が高くなり１０^１０Ωｃｍ以上となってしまうものもあるため帯電部材に高電圧を印加しなければならなくなる。

そこで、Ｌ／Ｌ環境で帯電部材の抵抗値が１０^１０Ωｃｍ未満になるように、前述した電子導電機構を有する導電剤やイオン導電機構を有する導電剤を適宜添加して調整するのが好ましい。しかしながら、イオン導電機構を有する導電剤は抵抗値を低くする効果が小さく、特にＬ／Ｌ環境でその効果が小さい。そのため、イオン導電機構を有する導電剤の添加と併せて電子導電機構を有する導電剤を補助的に添加して抵抗調整を行ってもよい。

また、弾性層２ｂには、必要に応じて加硫剤が配合される。加硫剤としては、使用するゴムの種類により、硫黄系加硫剤、有機過酸化物、キノイド系加硫剤、樹脂架橋剤、金属酸化物架橋剤、アミン架橋剤、トリアジン系架橋剤、マレイミド系架橋剤、など公知の加硫剤を適宜使用できる。

弾性層２ｂには、この他に、加硫促進剤、老化防止剤、可塑剤等を添加してもよい。弾性層２ｂの製造方法は、公知の方法が使用でき弾性体素材を押出成形し、これを加熱して加硫硬化して芯金を圧入した後、所望の形状に研磨する方法、弾性体素材を、所定形状を有する金型内に注入するインジェクションやトランスファー等が挙げられる。

表面抵抗層２ｃに使用する結着樹脂の材料は、弾性層２ｂの染み出し防止やトナー等の付着性防止の観点から架橋性の樹脂が好ましく、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂、ＲＢ（ブタジエン樹脂）、ＳＢＳ（スチレン・ブタジエン・スチレンエラストマー）等のポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン樹脂、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、アクリル系樹脂、スチレン・酢酸ビニル共重合体、ブタジエン・アクリロニトリル共重合体等の高分子材料を用いることができる。表面抵抗層を形成するために、これらの材料の１種を用いても、２種以上を併用してもよい。また、表面抵抗層に、架橋剤を配合する場合、架橋剤としてはイソシアネート系架橋剤、メラミン系架橋剤、アミン系架橋剤など通常使われている架橋剤が使用できる。本発明では、表面抵抗層の成形性および柔軟性の観点からアクリル樹脂を使用し硬化剤としてイソシアネート系架橋剤を使用した。

また、帯電部材の表面粗さを調節するために、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等の粒子を混合することができる。

高分子原料に対する分散手段としては、ロールニーダー、バンバリーミキサー、ボールミル、サンドグラインダー、ペイントシェーカー等を適宜利用すればよい。

表面抵抗層２ｃの体積抵抗値は、像担持体への過剰電流を防止する点で１×１０^４Ω・ｃｍ以上が好ましく、また、像担持体表面を帯電させるためには１×１０^１３Ω・ｃｍ以下が好ましい。表面抵抗層の厚さは特に限定されないが通常１μｍから５０μｍ程度である。
表面抵抗層の被覆方法は、押出機等を使用してチューブ状に押出すと共に基材上に被覆される方法によっても製造されるが、好ましくは、スプレー、ディッピング、ロールコータ、コイルコータ、カーテンフローコータ、電着塗装、静電塗装、粉体塗装等の塗工により、液状塗料や粉体塗料を適宜使用して被覆層を設けることが基材との接着性、帯電部材の形状の安定性、基材との接着性などから好ましく、特に帯電部材がロール状の場合にはリング塗工が基材の膨潤がなく、軸方向における被覆層の厚み制御が容易で形状精度に優れることから好ましい。

本発明の画像形成装置について、実施の形態を詳細に述べる。

図１は本発明に従う電子写真装置の概略構成図である。本例の電子写真装置は、転写式電子写真利用の反転現像方式、接触現像方式の装置である。

像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体４は、矢示の方向に所定の周速度（プロセススピード）で回転駆動される。

電子写真感光体の帯電手段としての帯電ローラ２（導電性ローラ）は、電子写真感光体４に所定の押圧力で接触させてあり、本例では帯電ローラを駆動し、電子写真感光体４と等速回転する。この帯電ローラ２に対して帯電バイアス印加電源３から所定の直流電圧（この場合−１３００Ｖとした）のみが印加されることで回転する電子写真感光体４の面が所定の極性電位（暗部電位−７００Ｖとした）に一様に接触帯電方式・ＤＣ帯電方式で帯電処理される。

１０は露光手段であり、例えばレーザービームスキャナーである。回転する電子写真感光体４の一様帯電処理面に該露光手段１０により目的の画像情報に対応した露光Ｌがなされることにより、電子写真感光体帯電面の露光明部の電位（明部電位−１２０Ｖとした）が選択的に低下（減衰）して静電潜像が形成される。

反転現像手段１１は、電子写真感光体面の静電潜像の露光明部に、電子写真感光体の帯電極性と同極性に帯電（現像バイアス−３５０Ｖ）しているトナー（ネガトナー）を選択的に付着させて静電潜像をトナー画像として可視化する。

転写手段としての転写ローラ１２は、電子写真感光体４に所定の押圧力で接触させて転写ニップ部を形成させてあり、電子写真感光体の回転と順方向に電子写真感光体の回転周速度とほぼ同じ周速度で回転する。また、転写バイアス印加電源Ｓ２からトナーの帯電極性とは逆極性の転写電圧が印加される。転写ニップ部に対して不図示の給紙機構部から転写材Ｐが所定の制御タイミングで給紙され、その給紙された転写材Ｐの裏面が転写電圧を印加した転写ローラ１２によりトナーの帯電極性とは逆極性に帯電されることにより、転写ニップ部において電子写真感光体１面側のトナー画像が転写材Ｐの表面側に静電転写される。

転写ニップ部でトナー画像の転写を受けた転写材は、回転する電子写真感光体面から分離されて、不図示のトナー画像定着手段へ導入されてトナー画像の定着処理を受けて画像形成物として出力される。両面画像形成モードや多重画像形成モードの場合は、この画像形成物が不図示の再循環搬送機構に導入されて転写ニップ部へ再導入される。

本電子写真装置は、転写されず電子写真感光体上に残存したトナーを回収するクリーナー装置１３を有する。

転写バイアスにより生じた電子写真感光体上の電荷を除電するための前露光手段としての光照射部材（不図示）は、前記転写工程後かつ帯電工程前の領域に照射されるように配置される。前記光照射部材からの除電光は、現像工程後かつ転写工程前の領域に照射されるように前記光照射部材を配置されてもよい。また、光照射部材からの除電光は、クリーニング工程後かつ帯電工程前の領域に照射されるように前記光照射部材を配置されてもよい。前記光照射部材からの除電光は前記カートリッジに設けることも可能であり、更に、前記電子写真装置本体に設けることも可能である。

本発明の帯電方法について説明する。

本発明は、また、本発明の帯電部材に直流電圧を印加することにより、像担持体を帯電させる帯電方法を提供する。

本発明のプロセスカートリッジについて説明する。

本発明は、像担持体と、前記像担持体上に形成された静電潜像にトナーを転移させて可視化しトナー像を形成させる現像手段と、前記被転写部材にトナー像が転写された後に前記像担持体上に残留したトナーを除去するクリーニング手段と、から選ばれる１つ又は２つ以上が、本発明の帯電部材と一体に支持され、画像形成装置から着脱可能に構成されているプロセスカートリッジである。

本発明のプロセスカートリッジは、例えば、感光体ドラム４や帯電ローラ２、現像器１１、クリーニングブレード１３等が一体に支持された、画像形成装置の本体と脱着可能な構成である。

以下、本発明を、実施例を用いて、更に詳細に説明する。

下記の要領で本発明の帯電部材としての帯電ローラを作製した。

＜弾性抵抗層の作製＞
エピクロルヒドリンゴム（商品名：エピクロマーＣＧ１０２、ダイソー（株）製）１００質量部、充填剤としての炭酸カルシウム３０質量部、カーボンブラック（商品名：シーストＳＯ、東海カーボン製）５質量部、酸化亜鉛５質量部、ステアリン酸２質量部、可塑剤としてのＤＯＰ５質量部、４級アンモニウム塩２重量部、老化防止剤としての２−メルカプトベンズイミダゾール１質量部を６０℃に調節した密閉型ミキサーにて１０分間混練し、原料コンパウンドを調整した。このコンパウンドに加硫促進剤としてのＤＭ１質量部、加硫促進剤としてのＴＳ１質量部、加硫剤としての硫黄１質量部を加えて更に１５分間オープンロールで混練した。

得られたコンパウンドを、ゴム押出機を使用して、熱硬化性接着剤（商品名：メタロックＵ−２０）を塗布した直径６ｍｍ、長さ２５０ｍｍの円柱形の導電性支持体（鋼製、表面はニッケルメッキ）の周囲にローラ状になるように成形し、電気オーブンの中で、１６０℃で２時間、加硫および接着剤の硬化を行った後、ゴム部分の両端部を突っ切り、ゴム部分を回転砥石で研磨し、端部直径１２．００ｍｍ、中央部直径１２．１０ｍｍのクラウン形状の弾性抵抗層を有する帯電ローラを得た。また、この帯電ローラの弾性抵抗層のＪＩＳ−Ａ硬度は５４度であった。

＜表面層の作製＞
ラクトン変性アクリルポリオール（商品名：プラクセルＤＣ２００９、ダイセル化学工業（株）製）２００重量部を、５００重量部のＭＩＢＫ（メチルイソブチルケトン）に溶解し、固形分２０重量％の溶液とした。このアクリルポリオール溶液２００重量部に対してカーボンブラックをシリカに被覆した導電材料（一次粒子径 １４ｎｍ、コート厚さ ２．０ｎｍ）３０質量部、１×１０^３Ωｃｍ以上、１×１０⁸Ωｃｍ以下の粉体抵抗を有する粉体として比表面積４０ｍ^２／ｇ、粉体抵抗５×１０^４Ωｃｍの酸化亜鉛（商品名：パゼットＡＫ ハクスイテック（株）製）５０質量部平均粒径０．５４μｍのアクリル粒子（商品名：シーホスター ＫＥ−Ｐ５０ (株)日本触媒製）を５０質量部、これに直径０．８ｍｍのガラスビーズ２００重量部を加えて、４５０ｍｌのビンに入れてペイントシェーカーを使い１２時間分散した。

金属酸化物の粉体抵抗は、Ｌｏｒｅｓｔａ−ＧＰ ＭＣＰ−Ｔ６００（三菱化学株式会社製）を用いて印加圧力を１０ＭＰａにして測定した。

樹脂粒子の平均粒径は、コールターマルチサイザー（コールター社製）を用いて、重量分布を測定して平均粒子径を求めた。

この分散液３７０質量部にヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート型３量体（商品名：デュラネートＴＰＡ−Ｂ８０Ｅ、旭化成工業製）を２５重量部混合し、ボールミルで１時間攪拌して表層塗料を得た。

前記表層塗料をディッピンク法により前記導電性弾性体基層を有する帯電ローラの表面に塗工し、３０分間風乾した後、１６０℃で１２０分間乾燥して、帯電部材１を得た。なお、帯電部材１のマイクロ硬度（ＪＩＳ−Ａ）は５５度であった。また、得られた帯電ローラの温度２５℃湿度５０％における電気抵抗は１×１０^６Ωであった。帯電部材の電気抵抗の測定は図３に示すような方法で行った。図中、２は帯電部材、１５はステンレススチール製の円筒電極、１６は抵抗、１７はレコーダーを示す。これらの間の押圧力は用いられる画像形成装置と同様にし、外部電源３から−２００Ｖを印加した際の抵抗値を測定したものである。帯電部材２の表面抵抗層をＴＥＭで観測したところ、遊離のカーボンブラックが観測されなかった。

＜導電材料の作製方法＞
本発明のカーボンブラックで被覆したシリカは、カーボンブラックとシリカをホイール型混練機にて粉体にせん断力を加えることにより作製したものである。シリカは表面にシランカップリグ剤を糊剤として被覆したものを用いた。混練条件としては、混練時間、ホイール回転数は適宜設定し、カーボンブラックのほとんどがシリカに付着するまで混練する。このようにせん断を加えながらカーボンブラックを付着させることにより得られた導電粒子の表面にコートされたカーボンブラックはストラクチャー構造がなく、シリカの形状及び粒径を反映した構造となる。

導電粒子のコート層厚さは、前記製造条件においてシリカ等のコア粒子に対するカーボンブラック等の導電材料の添加量により制御することができる。本実施例では一次粒子径１４ｎｍのシリカにカーボンブラックを厚さ２ｎｍでコートさせるため、シリカ１００質量部に対しシランカップリング剤を１０質量部、カーボンブラックを１１０質量部添加して混練することにより作製した。

＜帯電ローラの評価＞
上記のようにして得られた帯電ローラを用いて、以下に示す方法で評価を行った。

本試験で使用した電子写真式レーザープリンターは、出力スピード９０ｍｍ／ｓｅｃ、画像の解像度は６００ｄｐｉで、ｎ枚目の紙とｎ＋１枚目の紙の間（紙間）では転写バイアスをオフにする設定にしたものである。

前記プリンターに用いる感光体はφ３０ｍｍのアルミニウムシリンダーに膜厚１８μｍのＯＰＣ層をコートした反転現像方式の感光ドラムであり、最外層は変性ポリカーボネートをバインダー樹脂とする電荷輸送層である。

トナーは、ワックスを中心に荷電制御剤と色素等を含むスチレンとブチルアクリレートのランダムコポリマーを重合させ、更にポリエステル薄層を重合させシリカ微粒子等を外添した、ガラス転移点６３℃、質量平均粒径６μｍの重合トナーである。

一次帯電は、上記で得られた実施例１の帯電ローラを用い、画出し条件としては、直流電圧−１１００Ｖを帯電ローラに印加し、感光ドラムの暗部電位Ｖ_Ｄが−５００Ｖ付近となるようにしたＤＣ帯電方式とした。

上記プリンターを用いて、温度１５℃、湿度１０％の低温低湿環境下において、ハーフトーン画像（幅１ドット、間隔２ドットの横線）を出力し、転写バイアスの履歴による帯電ムラの発生について画像評価を行った。評価結果を表１に示す。

この帯電ムラに起因する横スジの異常画像について、全く発生しなかったものを○、若干発生しているが実使用上問題ないものを△、はっきりと異常画像が確認できるものを×とした。評価の手順としては、１枚目の初期画像と２００００枚連続で画像を出力した後の耐久後画像を評価した。また２００００枚連続で画像を出力した後の耐久画像については、帯電部材表面の汚れに起因する、帯電部材の回転方向における縦スジ欠陥の発生について評価した。

帯電部材１の評価結果を表１に示す。

帯電部材１は初期画像及び耐久後の帯電ムラについては問題なかった。また耐久後の縦スジ欠陥、濃度ムラも発生しなかった。

樹脂粒子として平均粒径１０μｍ（エポスターＭＡ１０１０ （株）日本触媒製）を混合した以外は実施例１と同様に操作し、抵抗が８×１０⁶Ω、マイクロ硬度が６０°の帯電部材２を作製した。帯電部材２の表面抵抗層をＴＥＭで観測したところ、遊離のカーボンブラックが観測されなかった。

帯電部材２は初期画像及び耐久後の帯電ムラについては問題なかった。また耐久後の縦スジ欠陥、濃度ムラも発生しなかった。

樹脂粒子として平均粒径１２μｍ（テクノポリマー ＭＢＸ１２ 積水化成品工業（株）製）を混合した以外は実施例１と同様に操作し、抵抗が２×１０⁷Ω、マイクロ硬度が５８°の帯電部材３を作製した。帯電部材３の表面抵抗層をＴＥＭで観測したところ、遊離のカーボンブラックが観測されなかった。

金属酸化物として比表面積４０ｍ^２／ｇ、粉体抵抗５×１０^４Ωｃｍの酸化亜鉛（商品名：パゼットＡＫ ハクスイテック（株）製）５０質量部を混合した以外は実施例１と同様に操作し、ローラ抵抗が３×１０^６Ω、マイクロ硬度が５５°の帯電部材３を作製した。帯電部材３の表面抵抗層をＴＥＭで観測したところ、遊離のカーボンブラックが観測されなかった。

帯電部材３は初期画像及び耐久後の帯電ムラについては問題なかった。ただし耐久後に縦スジ欠陥が若干観測できたが実使用上問題ないレベルであった。

樹脂粒子として平均粒径０．１２μｍ（シーホスターＫＥＰ−１０ （株）日本触媒製）を混合した以外は実施例１と同様に操作し、抵抗が２×１０⁷Ω、マイクロ硬度が６２°の帯電部材４を作製した。帯電部材４の表面抵抗層をＴＥＭで観測したところ、遊離のカーボンブラックが観測されなかった。

帯電部材４の画像評価結果は、初期画像では帯電ムラによる異常画像の発生は無く、また耐久後の縦スジ欠陥、濃度ムラは無かった。ただし耐久後に帯電ムラが若干観測できたが実使用上問題ないレベルであった。

１×１０^３Ωｃｍ以上、１×１０⁸Ωｃｍ以下の粉体抵抗を有する粉体として、比表面積３０ｍ^２／ｇ、粉体抵抗１×１０^３Ωｃｍの酸化亜鉛（商品名：パゼットＣＫ ハクスイテック（株）製）５０質量部を使用し、樹脂粒子は添加しなかった以外は実施例１と同様に操作し、ローラ抵抗が８×１０^５Ω、マイクロ硬度が６５°の帯電部材５を作製した。帯電部材５の表面抵抗層をＴＥＭで観測したところ、遊離のカーボンブラックが観測されなかった。

帯電部材５の画像評価結果は、耐久後の縦スジ欠陥、濃度ムラは無かった。ただし初期画像及び耐久後に帯電ムラが若干観測できたが実使用上問題ないレベルであった。

１×１０^３Ωｃｍ以上、１×１０⁸Ωｃｍ以下の粉体抵抗を有する粉体として、比表面積６０ｍ^２／ｇ、粉体抵抗１×１０^７Ωｃｍの酸化亜鉛（商品名：パゼットＡＢ ハクスイテック（株）製）を使用した以外は実施例５と同様に操作し、ローラ抵抗が１×１０⁷Ω、マイクロ硬度が６３°の帯電部材６を作製した。

帯電部材６の画像評価結果は、耐久後の縦スジ欠陥、濃度ムラは無かった。ただし初期画像及び耐久後に帯電ムラが若干観測できたが実使用上問題ないレベルであった。
［比較例１］
二酸化チタンを水に分散させた分散液を７０℃に加温し、分散液をアンモニア水を用いてｐＨ７前後に調節しながら、塩化第二スズを塩酸に溶かした溶液を添加し、ついで塩化インジウム、塩化第二スズを塩酸に溶かした溶液を1時間かけて添加した。分散液を濾過し、空気中で５００℃にて１時間熱処理して、導電性酸化チタン粉体（比表面積８ｍ^２／ｇ、粉体抵抗５×１０³Ωｃｍ）を得た。

１×１０^３Ωｃｍ以上、１×１０⁸Ωｃｍ以下の粉体抵抗を有する粉体として、得られた酸化チタン粉体を使用した以外は実施例５と同様に操作し、ローラ抵抗が７×１０^６Ω、マイクロ硬度が６２°の帯電部材７を作製した。

帯電部材７の画像評価結果は、初期画像及び耐久後に帯電ムラが発生しており、実使用上問題があるレベルであった。また耐久後に縦スジ欠陥は発生しないが、濃度ムラが著しく発生した。
［比較例２］
二酸化チタンを水に分散させた分散液を７５℃に加温し、分散液を、アンモニア水を用いて、ｐＨ７前後に調節しながら、塩化第二スズを塩酸に溶かした溶液を添加し、ついで塩化インジウム、塩化第二スズを塩酸に溶かした溶液を３時間かけて添加した。分散液を濾過し、空気中で５００℃にて１時間熱処理して、導電性酸化チタン粉体を得た。ついで粉砕処理を行い、導電性酸化チタン粉体（比表面積７５ｍ^２／ｇ、粉体抵抗１×１０⁵Ωｃｍ）を得た。

１×１０^３Ωｃｍ以上、１×１０⁸Ωｃｍ以下の粉体抵抗を有する粉体として、得られた酸化チタン粉体を使用した以外は実施例５と同様に操作し、ローラ抵抗が４×１０⁷Ω、マイクロ硬度が６８°の帯電部材８を作製した。

帯電部材８の画像評価結果は、初期及び耐久後の画像評価で帯電ムラが発生しており、実使用上問題があるレベルであった。また耐久後に縦スジ欠陥は発生しないが、濃度ムラが若干発生した。

本発明は上記の効果を有するものであり、帯電部材としても利用価値が高い。また、これはプロセスカートリッジや画像形成装置に利用されること大である。

本発明の帯電部材が適用される電子写真装置の構成図 本発明の導電性部材の概略断面図 帯電部材の電気抵抗の測定装置概略図

符号の説明

２ 帯電ローラ（導電性ローラ）
２ａ 導電性支持体
２ｂ 弾性層（弾性抵抗層）
２ｃ 表面層（表面抵抗層）
３ 帯電バイアス印加電源
４ 電子写真感光体（感光ドラム）
１０ 露光手段
１１ 現像器
１２ 転写ローラ
１３ クリーニングブレード
１５ ステンレススチール製の円筒電極
１６ 抵抗
１７ レコーダー
Ｐ 転写材
Ｓ２ 転写バイアス印加電源

Claims (6)

1. シリカ粒子の表面にカーボンブラックを被覆した導電性粒子と、１×１０³Ωｃｍ以上、１×１０⁸Ωｃｍ以下の粉体抵抗を有する粉体とを含有する抵抗層を具備している帯電部材において、該粉体は、比表面積が、３０ｍ^２／ｇ以上、６０ｍ^２／ｇ以下であることを特徴とする帯電部材。
2. 該粉体が、酸化亜鉛である請求項１に記載の帯電部材。
3. 該抵抗層が、更に体積基準の平均粒子径が０．５μｍ以上１０μｍ以下の樹脂粒子を含んでいる請求項１又は２に記載の帯電部材。
4. 像担持体と、前記像担持体を所定の電位に帯電させる帯電手段と、前記像担持体の帯電面に静電潜像を形成する露光手段と、前記像担持体上に形成された静電潜像にトナーを転移させて可視化しトナー像を形成させる現像手段と、前記トナー像を被転写部材に転写させる転写手段と、を有する画像形成装置において、前記帯電手段は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の帯電部材であり、該帯電部材に直流電圧のみを印加して前記像担持体を帯電させることを特徴とする画像形成装置。
5. 像担持体を帯電手段で帯電させる帯電方法において、前記帯電手段が請求項１乃至３のいずれか１項に記載の帯電部材であり、該帯電部材に直流電圧のみを印加して前記像担持体を帯電させることを特徴とする帯電方法。
6. 像担持体上に形成された静電潜像にトナーを転移させて可視化してトナー像を形成し、該トナー像を被転写部材に転写することにより画像を形成する画像形成装置から着脱可能に構成されているプロセスカートリッジであって、前記像担持体と、前記像担持体上に形成された静電潜像にトナーを転移させて可視化しトナー像を形成させる現像手段と、前記被転写部材にトナー像が転写された後に前記像担持体上に残留したトナーを除去するクリーニング手段と、からなる群より選ばれる少なくとも一つが、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の帯電部材と一体に支持されることを特徴とするプロセスカートリッジ。