JP2006119529A - 導電性ロール、プロセスカートリッジ及び電子写真装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 導電性ロールに関して、ロール表面に粉体を擦りつけ、粉体の層を形成させ、光沢度を用いて塗布状態を判断し、ローラー表面へのトナー及び外添剤の付着を低減し、更に電子写真感光体の削れ粉付着による画像不良を防止し、耐久初期から最後まで良好に帯電する導電性ロールを提供し、これを用いた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。
【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導電性ロールであって、該導電性被覆部材が熱可塑性エラストマーを含むシームレスチューブで構成され、ロール表面に粉体の層を形成させ、かつ粉体層形成後のロールの光沢度が７．５％以上１２．０％未満になるように表面を処理したことを特徴とする導電性ロール、該導電性ロールを用いたプロセスカートリッジ及び電子写真装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、導電性ロールを用いたプロセスカートリッジ及び電子写真装置に関する。

従来、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、種々の手段により電子写真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電子写真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電子写真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の有機電子写真感光体（ＯＰＣ電子写真感光体）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電子写真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で線形に電子写真感光体の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電子写真感光体の表面電位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、電子写真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、電子写真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）。

しかし、このような方法によって得られたローラーは表層に熱可塑性樹脂を用いているために、樹脂の架橋密度が低く耐久によりトナー、外添剤及び電子写真感光体の削れ粉が付着し画像不良の原因となることがあった。

これを解決する手段として、一般的に表面粗さ（Ｒｚ；十点平均粗さ）を下げ、平滑化する手法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、熱可塑性エラストマーをベースとしたシームレスチューブを作製した場合、特性上軟らかいために、表面粗さ（Ｒｚｊｉｓ；十点平均粗さ）を下げ、平滑化するだけでは、電子写真感光体の削れ粉付着による画像不良の改善をすることが充分とはいえなかった。

ローラー上のトナーや外添材の付着を防ぐ他の手段として、スポンジ、ブラシ又はブレードを適当な押付け圧で帯電ローラーに圧接してクリーニングを行い、帯電能力を保持する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

しかし、上記のような構成では、ブレードの場合は専用の除去トナーを収容する容器が必要で装置の小型化が困難であり、スポンジやブラシの場合は、気泡内に閉じこめたトナー量が一定量以上になるとクリーニング能力が低下してしまい、付着防止効果が薄れてしまうという問題があった。

そこでローラー表面上に各種金属酸化物又はフッ素系微粒子を塗布し、帯電ローラーの表面性を改善することでトナーや外添剤の付着を低減する方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
特開平５−９６６４８号公報 特開２０００−１３７３６９号公報 特開平６−１４９０２０号公報 特開平１０−２４００３６号公報

しかし、ローラー上の塗布状態で付着低減効果は大きく変わり、各種粉体を単に塗布しただけでは耐久を進めるにつれて、付着低減効果が薄れてしまうという課題もあった。また、目視又は表面粗さによる判断ができないものにも付着低減効果に大きな差が出てしまうので、塗布後の付着低減効果を判断することは困難であった。

本発明の目的は、導電性ロールに関して、ロール表面に粉体を擦りつけ、粉体の層を形成させ、光沢度を用いて塗布状態を判断し、ローラー表面へのトナー及び外添剤の付着を低減し、更に電子写真感光体の削れ粉付着による画像不良を防止し、耐久初期から最後まで良好に帯電する導電性ロールを提供し、これを用いた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導電性被覆部材を有する導電性ロールであって、該導電性被覆部材が熱可塑性エラストマーを含むシームレスチューブで構成され、ロール表面に粉体の層を形成させ、かつ粉体層形成後のロールの光沢度が７．５％以上１２．０％未満になるように表面を処理したことを特徴とする導電性ロールが提供される。

また、本発明に従って、上記導電性ロールを用いたプロセスカートリッジ及び電子写真装置が提供される。

以上により、本発明は、ロール表面へのトナー及び外添剤の付着を低減させ、電子写真感光体の削れ粉付着による画像不良を防止し、耐久初期から最後まで良好に帯電する導電性ロールを提供することが可能となった。

本発明は上記したように、少なくとも支持部材と導電性被覆部材を有する導電性ロールにおいて、該導電性被覆部材が熱可塑性エラストマーを含むシームレスチューブで構成され、ロール表面に粉体の層を形成させ、かつ粉体層形成後のロールの光沢度が７．５％以上１２．０％未満になるように表面を処理したことを特徴とする導電性ロールによる。

光沢度の測定は、日本電色工業社製の型式ＶＧ２０００を用いて行った。測定は粉体層形成後のφ１２ｍｍのローラーを形状が変化しないように、また測定位置の中心にくるよう両端部を固定し、行った。測定位置より外部の光が入る可能性があったので、測定中は暗幕により他からの光を遮断した。入射角度は７５°とした。

該導電性被覆部材は特に制限されることはないが、各種粉体を均一強固に定着させるために、熱可塑性エラストマーを含むシームレスチューブを用いた。

熱可塑性エラストマーとしては、押出し成形可能なものであればいずれのものでもよく、具体的には、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）、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）や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、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）等のスチレン系樹脂／アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂及び塩化ビニリデン樹脂等の各樹脂及び共重合体が好ましい。

上記導電性ロールは以下の方法にて得た。まず、熱可塑性エラストマーやカーボンブラック等の導電顔料を必要な添加剤と共に混練、続いてペレット化する。次に、得られたペレットを押出し成形機によりシームレスチューブとする。そして、成形加工されたシームレスチューブを支持部材に被覆し、導電性ロールを得た。

塗布させる粉体としては、各種金属酸化物、層状化合物及びフッ素系微粒子等が挙げられるが、ローラー表面上に均一な薄膜を形成するハイドロタルサイト、ベントナイト、ゼオライト及びカーボン等の層状化合物が好ましい。乾式で塗膜を形成させるので、層状構造であり、塗布ムラも少なく付着防止効果の大きいハイドロタルサイトがより好ましい。

層状化合物とは、二次元的に強く結合した原子が板状の層を作り、この層が積み重なって、結晶になっているものの総称である。

塗布粉体の粒径としては、０.０１μｍ以上４μｍ以下が好ましい。粒径が４μｍより大きいとローラー表面に定着し難く付着防止効果は薄れてしまい、画像ムラなどの問題も発生し易くなる。また、粒径が０.０１μｍより小さいと均一に塗布し難くなり、ローラー面が傷ついてしまう問題も生じ易くなる。

塗布の方法としては種々選択することができるが、粘着ローラーに粉体を吸着させ、粘着ローラーに直接導電性ロールを接触し、粘着ローラーを回転させ、均一に塗布を行う方法が効果的である。

更に、塗布後直径３μｍ以下の繊維で構成される拭取り部材により、層状化合物をローラー面に固着させ層を形成させた。塗布時の光沢度は７．５％以上１２．０％未満である必要がある。光沢度が７．５％未満である場合、粉体はローラー面上で完全には層を形成せず、表面性の改質が不十分でトナーや外添剤又は電子写真感光体の削れ粉の付着防止効果は薄れてしまう。また、１２．０％を超える場合、粉体粒子の層がつぶれ過ぎ、付着防止効果は薄れてしまうので１２．０％を上限とした。そのため、更に好ましくは光沢度８．０％以上１１．０％未満である。

また、対水接触角としては１２４．０°以下にすることが好ましい。１２４．０°より高い場合はローラー面上で粉体層が完全には形成されておらず、付着防止効果は薄れてしまう。対水接触角を用いるのは、ローラー面の粗さでははっきりとした違いが出ないため、判断できないからである。そのため、対水接触角を用いてローラー面の粉体状態を判断する。

以下、実施例を挙げて説明をするが、本発明は実施例に限定されるものではない。なお、実施例中の「部」は「質量部」を示す。

（芯金）
芯金は、鉄材を押出し成形により、直径約５ｍｍの棒材に押し出し、長さ２４２ｍｍに切断後、これに化学メッキを膜厚３μｍ施したものを用意した。

（発泡弾性体層の形成）
内径４．５ｍｍ、外径１１．５ｍｍのホース状の発泡弾性体層［（エチレン−プロピレン−ジエン系ゴム（ＥＰＤＭ）に、カーボンブラック、パラフィン系可塑剤、加硫材及び発泡剤を配合し、混合したものを押出し成形機によりホース状に成形し、その中心孔に、上記芯金を挿入した。

（導電性ロール用被覆チューブの形成）
被覆チューブの外部層の材料として、スチレン系の熱可塑性エラストマーＳＥＢＣ（スチレン含有２０％）［融点１００℃、ＭＦＲ５．６ｇ／１０分（２３０℃、２．１６Ｋｇ）］６０部、耐衝撃性ポリスチレン４０部、酸性カーボンブラック３０部、酸化マグネシウム１０部、ステアリン酸カルシウム１部を添加し、加圧式ニーダーを用いて１８０℃で３０分間混練し、冷却後に粉砕機で粉砕し、単軸押し出し機でペレット化した。

チューブ内部層用として、熱可塑性ポリウレタンエラストマー（ＴＰＵ）１００部にカーボンブラック１６部、導電性酸化チタン２０部、酸化マグネシウム１０部、ステアリン酸カルシウム１部を添加し、加圧式ニーダーを用いて１８０℃で１５分間混練し、外部層の材料と同様の工程でペレット化した。

上記のペレットを用いて、内径φ１６．５ｍｍのダイスと外径φ１８．５ｍｍのポイントを備えた二層押し出し機で押し出し成形後、サイジング、冷却工程を経て、内径φ１１．５ｍｍ、表面層の厚さ１００μｍ、内部層の厚さ４００μｍのシームレスチューブに成形加工した。得られたシームレスチューブを上記発泡弾性体層に被覆し、導電性ロールを作製した。

（実施例１）
塗布粉体として粒径０．４μｍのハイドロタルサイトを用い、粘着ローラーにて上記で作製した導電性ロールに粉体を塗布した。

導電性ロールを１０００ｒｐｍで回転させながら拭き取り部材（直径２μｍのポリエステル繊維からなるトレシー（商品名、東レ社製）を用いた）を巻きつけたスポンジローラーを０．６Ｋｇの荷重がかかるように押し当て、拭き取り部材をローラー長手方向に６００ｍｍ／ｓｅｃの速度で３０秒間往復移動させることで、図１に示すようなローラー全面にハイドロタルサイトの層を形成した導電性ロールを得た。

（実施例２）
実施例１と同様の手順で塗布を行い、導電性ロールを２５０ｒｐｍで回転させながら拭き取り部材を６００ｍｍ／ｓｅｃで３０秒間往復移動させることでハイドロタルサイトの層を形成した導電性ロールを得た。

（実施例３）
実施例１と同様の手順で塗布を行い、導電性ロールを２５０ｒｐｍで回転させながら拭き取り部材を６００ｍｍ／ｓｅｃで２０秒間往復移動させることでハイドロタルサイトの層を形成した導電性ロールを得た。

（実施例４）
実施例１と同様の手順で塗布を行い、導電性ロールを１０００ｒｐｍで回転させながら拭き取り部材を６００ｍｍ／ｓｅｃで４５秒間往復移動させることでハイドロタルサイトの層を形成した導電性ロールを得た。

（実施例５）
粉体として粒径０.０２μｍのハイドロタルサイトを用い、実施例１と同様の手順で塗布を行い、導電性ロールを１０００ｒｐｍで回転させながら拭き取り部材を６００ｍｍ／ｓｅｃで４５秒間往復移動させることでハイドロタルサイトの層を形成した導電性ロールを得た。

（比較例１）
実施例１と同様の手順で粉体を塗布し、導電性ロールを２５０ｒｐｍで回転させながら拭き取り部材を６００ｍｍ／ｓｅｃで１５秒間往復移動させることでハイドロタルサイトの層を形成した導電性ロールを得た。

（比較例２）
粉体として粒径４．０μｍの窒化ホウ素を用い、実施例１と同様の手順で塗布を行い、導電性ロールを１０００ｒｐｍで回転させながら拭き取り部材を６００ｍｍ／ｓｅｃで３０秒間往復移動させることで窒化ホウ素の層を形成した導電性ロールを得た。

（比較例３）
比較のためロール表面に粉体塗布は行わなかった。

画像の評価は、ＬＢＰ本体（ヒューレット・パッカード社製 Ｌａｓｅｒ Ｊｅｔ １２００）を用いて図２に示すプロセスカートリッジ（Ｃ７１１５Ｘ）に得られた導電性ロールを帯電ローラーとして組み込み、間欠３０００枚画像出しを行った。付着由来による画像不良の発生有無と耐久後のローラーを抜き取り、目視によりローラー上のトナー外添剤付着量の確認を行った。付着性の○はトナーが付着し難いことを示し、×はトナーが付着し易いことを示す。付着由来の画像不良の○は画像不良の発生がないことを示し、△は数枚程度で画像不良がなくなり実用領域のものを示し、×は数十枚出しても画像不良がなくならないものを示す。結果を表１及び表２に示す。

以上により、ロール表面全面に粉体の層を形成させ、かつ粉体層形成後のロールの光沢度が７．５％以上１２．０％未満になるように表面を処理したことにより、トナー及び外添剤の付着性が低減され、電子写真感光体削れ粉付着由来による画像不良が発生しづらくなっていることが検証された。

本発明において塗布した導電性ロールの構成を示す断面図である。 本発明の導電性ロールを備えたプロセスカートリッジを具備する電子写真装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 導電性基体
２ 弾性層
３ 導電性被覆層
３（ａ） 内部層
３（ｂ） 外部層
３（ｃ） 粉体層
１１ 帯電装置
１２ 電源
１３ 電子写真感光体
１４ 露光光
１５ 現像装置
１６ 転写装置
１７ 転写材
１８ 定着装置
１９ クリーニング装置
２０ プロセスカートリッジ装着のための装置本体レール
２１ プロセスカートリッジ

Claims (5)

1. 少なくとも支持部材と導電性被覆部材を有する導電性ロールであって、該導電性被覆部材が熱可塑性エラストマーを含むシームレスチューブで構成され、ロール表面に粉体の層を形成させ、かつ粉体層形成後のロールの光沢度が７．５％以上１２．０％未満になるように表面を処理したことを特徴とする導電性ロール。
2. 前記粉体がハイドロタルサイトである請求項１に記載の導電性ロール。
3. 前記導電性ロール表面の対水接触角が１２４．０°以下である請求項１又は２に記載の導電性ロール。
4. 電子写真感光体と、帯電部材と、或いは現像手段、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、該電子写真感光体に接触配置され、電圧を印加されることにより該電子写真感光体を帯電する帯電部材であって、請求項１〜３のいずれかに記載の導電性ロールを用いたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
5. 電子写真感光体、帯電部材、露光手段、現像手段及び転写手段を有する電子写真装置において、該帯電部材が、該電子写真感光体に接触配置され、電圧を印加されることにより該電子写真感光体を帯電する帯電部材であって、請求項１〜３のいずれかに記載の導電性ロールを用いたことを特徴とする電子写真装置。

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