JP2007206148A

JP2007206148A - 電子写真用帯電ローラ

Info

Publication number: JP2007206148A
Application number: JP2006022124A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Suzuki; 武史鈴木; Hiroshi Abe; 博司阿邊
Original assignee: Canon Chemicals Inc
Current assignee: Canon Chemicals Inc
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2007-08-16

Abstract

【課題】セット性や表面への付着性を抑えつつなおかつ帯電音も抑制された、好適な帯電ローラを提供することにある。
【解決手段】導電性芯金の外周に少なくとも導電性弾性層が設けられた電子写真用帯電ローラにおいて、ローラの各物性を下記のような記号で置いたとき、芯金片側あたりの加重がＷ（ｇｆ）である条件下にて使用する場合に以下の関係式を満たすようにローラを設計する。
〔｛２^(38-A)/2Ｗｍ¹⁰ｒ（１−ｃｏｓθ）（１＋ｔａｎ²θ）｝／
｛ｌＡ（ｋ＋１００）｝〕×１０^-12≧３００
（但し、該導電性弾性層の形状に関してローラ中央部の半径をｒ（ｍｍ）、全長をｌ（ｍｍ）、クラウン量をｋ（μｍ）とし、Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度をＡ、マイクロゴム硬度をｍとする。さらにローラ端部の半径に関しては、絞り込み量を角度θで表している。）
【選択図】図６

Description

本発明は、プリンタ・複写機等の電子写真装置において使用する電子写真用帯電ローラに関する。

プリンタ・複写機等の電子写真装置においては、表面に電荷が保持されるドラム等の画像形成体が設けられ、保持された電荷のうち一部が除電されることで該画像形成体表面に静電潜像が形成される。現像は、該静電潜像の上に帯電したトナーが供給されることで行われる。こうして得られた画像形成体上のトナー像が紙に転写され、定着されることで電子写真装置における画像の出力が完了する。

画像形成体表面の帯電には以前はコロナ放電方式が用いられ、均一に帯電することで出力画像の濃度均一性を得てきた。しかしコロナ放電方式は例えば６〜１０ｋＶといった高電圧を要しエネルギー効率が悪い上、安全保守の点からも望ましくなく、またオゾンやＮＯｘ等の有害物質を発生することも環境衛生上問題となっている。このため近年は、消費電力を節減し有害物質の発生を極力抑制することができるような、低い印加電圧で済む帯電方式への切り替えが進んでいる。接触式の帯電ローラを用いる方式はその１つである。このような帯電ローラでは画像形成体に接触する部分の近傍でのみコロナ放電が発生し、極僅かなオゾンの発生で画像形成体を帯電させることができる。

この方式では発生させるコロナの量がコロナ放電方式に比べれば僅かであるが、帯電ローラには物性上、非常に高い均一性が求められる。この均一性を直接帯電ローラに求めても良いが、帯電ローラ製造上の難易度は少しでも緩和されるのが望ましく、このため電源部に工夫を凝らし、交流と直流の重畳電圧によって帯電させる方式が考えられている（例えば特許文献１）。

この帯電方式は帯電の均一性を確保するために、直流電圧の他、直流電圧印加時における帯電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を持つ交流電圧を付加したものである。こうすることで帯電ローラに要求される均一性をだいぶ緩和することができるが、半面、直流電圧だけを印加するＤＣ帯電方式に比べて電子写真装置に交流電源を設ける分のコストが余分にかかってしまう。しかしながらこの方式は画像の安定度が高く、ローラに要求される物理特性の許容範囲が広いが故に技術的に比較的容易である。よって帯電ローラのコストが、高い歩留まりに支えられて低く抑えられる等、優れた点も多い。そのため直流電圧・交流電圧の重畳方式は、現在に至るまで広く用いられてきている。

しかしながらこの直流電圧・交流電圧の重畳方式は、変動する電界の影響で帯電ローラの径の大きさもそれに合わせて振動するという特徴を持つ。このため、ローラ表面が該画像形成体表面に接触する境界付近で該表面を連打することになり、帯電音と呼ばれる騒音を発生する欠点が指摘されてきた。とりわけ最近は小型のプリンタも多くなり、プリンタ本体の遮音性の確保が難しくなる一方、ユーザーサイドで使う機会が増えるなど、帯電音に関する要求は高まっていく一方である。

これらの要求に対しては、従来ローラの硬度を下げたり、粘弾性を確保したりする等の対策が図られてきた（例えば特許文献２〜５）。しかしこれらの対策で効果を上げようとすると、帯電ローラが長期間ドラムに特定部位で当接されることによる変形の跡が出力画像に現れる、いわゆるセット性が悪くなる問題があり、また、ローラへのトナー成分の付着性が大きくなることで耐久性能が劣化したりするといったように、他の特性が悪くなることもまた明らかであった。今後のプリンタは高速印刷化やそれに伴う高耐久化等、より厳しい条件が課せられてきており、これに対応するには上述した問題点が全て解決されることが求められている。いわば、帯電音を含むトータルとしてのローラ特性を最適な条件の範囲内に抑える必要性があるものと思われた。

特開平１−２０４０８１号公報特開平８−２１１７０２号公報特開平８−２４０９６２号公報特開平８−２６２８３５号公報特開平９−２５８５２５号公報

以上の状況を鑑みた本発明の目的は、セット性や表面への付着性を抑えつつなおかつ帯電音も抑制された、好適な帯電ローラを提供することにある。

本発明は、導電性芯金の外周に少なくとも導電性弾性層が設けられた電子写真用帯電ローラにおいて、ローラの各物性を下記のような記号で置いたとき、芯金片側あたりの加重がＷ（ｇｆ）である条件下にて使用する場合に以下の関係式を満たすようにローラを設計することにより達成される。
〔｛２^(38-A)/2Ｗｍ¹⁰ｒ（１−ｃｏｓθ）（１＋ｔａｎ²θ）｝／
｛ｌＡ（ｋ＋１００）｝〕×１０^-12≧３００

但し、該導電性弾性層の形状に関してローラ中央部の半径をｒ（ｍｍ）、全長をｌ（ｍｍ）、クラウン量をｋ（μｍ）とし、Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度をＡ、マイクロゴム硬度をｍとする。さらにローラ端部の半径に関しては、絞り込み量を角度θで表している。

直流電圧・交流電圧の重畳方式を用いた電子写真装置において、セット性・表面付着性等の力学的及び化学的要求特性を満たしつつも好適に帯電音の発生が抑制された帯電ローラの柔軟な設計が可能となり、効率的に高性能な帯電ローラを供給することが出来るようになる。

本発明者らは上記の課題を解決すべく検討を進めてきた。検討の結果、電子写真用帯電ローラにおいて、単に硬度や粘弾性を調整するだけでは、帯電音の抑制及びセット性・表面付着性等の抑制といった複数の目的を達成するには困難であり、それらの欠陥の発生原因を根本から解決するものとはならないことが判明した。帯電音とは、振動する帯電ローラの表面が接している該画像形成体の表面を連打する際の音であると捉えることができる。このプロセスの中でエネルギーの変換作用が生じるが、打撃を加える側のローラ表面が軟らかければローラの振動に使われたエネルギーの多くがローラ表面付近の内部変形のエネルギーに費やされ、音に変換されるエネルギーは相対的に小さくなるということがエネルギー保存の法則より明らかである。一旦ローラの変形にエネルギーが使われた後も、交流電圧が印加され続ける限り直ぐ新たに振動のエネルギーが再度供給され続けるので、形は速やかに元に戻ると考えられ特に問題とはならない。しかしながら電圧が印加されないで長期間一定の圧力下に置かれる時はローラが軟らかければ問題となり易い。ローラは変形の影響を受け易く、長期間の圧力下で元に戻らなくなる可能性が高くなる。これはセット性の悪化を意味する。微粒子もめり込み易くなると考えられるので、表面付着性も同様に悪化すると言える。このように軟らかくすることだけに注意を集中して検討しても、相反する複数の条件を満たす構成を見出すのは極めて困難であると言える。

セット性の向上や表面付着性の抑制が必要であるならば、むしろ表面は硬くすることが必須である。その一方で、圧力が掛かった際に表面層が塑性変形を起こしてしまうわけには行かない。従って表面層の下層側は弾性に富んでいた方が良い。この条件の下で、尚且つ帯電音を抑制出来る条件を探し求めるのがローラの設計に当たっては妥当であると考えられる。

帯電音の発生はローラ表面が該画像形成体を連打することによって生じる現象であることから、帯電音の大きさを決定する要因が２つ考えられる。ひとつは上述したようにローラの硬度や粘弾性であり、もう１つは叩く面積の大きさである。この面積とはローラが該画像形成体と当接するニップ部の近傍における面積のことであり、ローラの該画像形成体への当接の状態により違ってくるものと考えられる。すなわち、図２〜４を参照しつつ説明すると、ニップ部４が安定していれば上述した面積もほぼ最小の状態で一定であり（図中５参照）、帯電音も最小になると考えられる。これに対してニップ部４が安定しておらず時折大きめの隙間が発生したりするようなことがあればその隙間の発生部分がそのまま帯電音の発生領域に加わり（図中８参照）、帯電音は増大する。

次に、帯電音が悪化する要因について考察していく。まずローラが使用される電子写真装置において、ローラの軸には一定の圧力が掛けられるので、理想的にはローラはしっかりと隙間無く該画像形成体に押さえつけられていると考えられる。

しかしながら実際には軸に掛けられる圧力が大きいと条件によってはローラ端部が支点となって軸が撓み、ローラの中央部に隙間が生じ易くなることが知られている。この状態は図４に示したとおりであるが、このような弊害に対しては、広いニップ部を生じるためにローラ径が大きい方が効果的と考えられる。また、多少のクラウンが軸方向についているとなお良い（図５）。但しクラウンの場合、無闇と大きなクラウンにすると端部を中心として却ってニップ部が不安定となるので、必要最小限に留めた方が良い。

また、ローラの長さは長いほど軸が撓み易く、不利となる。帯電ローラの帯電音を抑制する場合、以上のような各特性のメリット・デメリットを総合して、最も有利な構成を選択することが肝要である。

但し実際の開発においては、ローラの径や長さ、及び軸に掛かる圧力といった要素はプロセス上の要請から決定されるものであり、ローラの開発者が自由に選択できる類のものではない。故に帯電音の改良のためには、別の方策をも取り入れる必要がある。種々の検討を行った結果、本発明者らは帯電音の発生領域を安定させる新たな形状因子として、ローラ端部の絞り込みを調整する方策を採用するに至った。ローラの径・長さ・当接状態に応じて、ローラへの力の掛かり方を柔軟に調整できるので、帯電音の発生領域を適宜安定化させるのに好適である。

端部の形状は図６のようになる。この端部絞り込みが急峻で大きいほどニップ部の安定化に効果があり、ひいては帯電音の抑制に繋がる。というのもまず第１に、この絞り込みが存在することによって軸が撓む際に支点となる部分がローラ端部から内側にシフトするので、両端の支点間距離が短くなり撓みそのものが生じにくくなる。また第２に、それと同時に図７に示すように、ローラが瞬間的に点線で示すように大きく撓んだとしても、そのとき支点となった部分よりも内側の領域の半径が若干大きめであることから、直ぐにより内側を支点にするように矢印１３のような復元力が働くからである。このためローラは結局図７における１２の位置が支点となるが、撓ませようという力に対して常に復元力が働いている状態になるため、両端部のこの２点を支点とするローラの支持は極めて安定しており、敢えてクラウンを大きくつけなくてもローラ中央寄りは浮き難くなり、隙間の発生を抑制することに繋がっている。また、支点１２はある程度軟らかい方がローラ全体の当接部が軽くつぶれ気味になることで該画像形成体との間に隙間を生じ難くなるので、よりニップ部の安定化ひいては帯電音の抑制に繋がる。さらにこのように軽くつぶれ気味になるのは当接部全面が軽くつぶれ気味になるということでもあり、支点の存在そのものがはっきりしなくなり圧力が均等にニップ部に加わり、軸を撓ませなくなる方向にも繋がる。このような現象を起こさせるためにはローラの硬度が小さい方が有利であり、Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度で４０°以下であれば良いことが判明した。このような条件においては軸にかかる圧力は大きいほうが良い。一方Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度が４０°を超えると支点がつぶれ難くなり軸を撓ませ易くなることから、軸を抑える圧力は小さめの方が良いようになる。

以上のようなローラの様々な構成要素は１つの数式の元に定式化できる。ローラ端部の絞り込みは厳密には円弧状ではないが、おおよその近似としては円弧と考えて差し支えない。この絞り込みの大きさを表すには図６において弧の急峻さを示す量と、絶対的な絞り込み量の組合せを考えれば良いだろう。

弧の急峻さは図６より、ｘで代表させることが出来る。絶対的な絞り込み量はｔａｎθ／Δｌである。そこでこれらを組み合わせた量、ｘｔａｎθ／Δｌについてその大きさと帯電音の関係を考えれば良い。これが基本となる。

さらに前述した、ローラ径・長さ・クラウン及び表面の硬さを表すマイクロゴム硬度と、ローラの軸に掛ける加重の帯電音への影響を考慮すべく検討した結果、帯電音の抑制には以下の式を満足するようにローラを設計すれば良いことが判った。
〔｛２^(40-A)/2Ｗｍ¹⁰ ｒｘｔａｎθ｝／
｛ｌΔｌＡ（ｋ＋１００）｝〕×１０^-12≧３００（１）

但し
Ｗ：ローラへの片側あたりの加重
Ａ：Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度ｍ：マイクロゴム硬度
ｋ：クラウン量ｌ：ローラ全長（ゴム部）
ｒ：ローラ半径ｘ，θ，Δｌ：図６中の寸法
である。

（１）の変形を試みる。図６より
ｔａｎθ＝Δｒ／Δｌ（２）
ｃｏｓθ＝Δｌ／√（Δｌ²＋Δｒ²）（３）
２ｙｃｏｓθ＝Δｌ（４）
ｙ＝Ｒｓｉｎθ （５）
ｘ＝Ｒ（１−ｃｏｓθ）（６）
であって、（４）・（５）より
Ｒ＝Δｌ／２ｓｉｎθｃｏｓθ （７）
であるので、（６）・（７）より
ｘ＝〔√（Δｌ²＋Δｒ²）｛√（Δｌ²＋Δｒ²）−Δｌ｝〕／２Δｒ（８）
である。以上を考慮すると、
〔｛２^(38-A)/2Ｗｍ¹⁰ｒ（１−ｃｏｓθ）（１＋ｔａｎ²θ）｝／
｛ｌＡ（ｋ＋１００）｝〕×１０^-12≧３００（９）
（９）を満足するように絞り込み部分を調整すれば良い。

以下に、本発明を実施するための帯電ローラの作製について述べる。本発明の帯電ローラは図１のような断面をしており、導電性軸芯体１の外周に少なくとも導電性弾性層２を設けた構造をしている。更に機能上の必要性から該弾性層２の外周上に一層以上の被覆層３を設けている。この場合被覆層には、弾性体からのドラム汚染防止、セット跡の防止、帯電特性の改善あるいは紙粉・トナー構成成分の付着防止等の機能が期待されている。

上記帯電ローラの導電性軸芯体には、炭素鋼合金表面に５μｍ厚さの工業ニッケルメッキを施した円柱を用いる。導電性軸芯体を構成する材料としては他にも、例えば鉄・アルミニウム・チタン・銅及びニッケル等の金属やこれらの金属を含むステンレス・ジュラルミン・真鍮及び青銅等の合金等を使用することもできる。また該導電性芯金は単なる円柱ではない、中心部分を空洞とした円筒形状とすることもできる。

（導電性弾性層の作製）
本発明における帯電ローラの製造にあたっては、先ず上記導電性軸芯体の外周に導電性弾性層を形成する。該弾性層には画像形成体との接触面を均一に保つために適度な低硬度及び低圧縮永久歪を得ることができる材質を使用するのが望ましく、この目的を達成できるものであれば種類を問われない。

導電性弾性層に用いられるゴムに関しては分子量に特に制限が無く、低分子量（オリゴマー）から高分子量まで含有される。このようなゴムは、メーカーから入手して使用することができる。

上記ゴムには、低硬度及び低圧縮永久歪の特徴を阻害しない範囲内であれば、通常使用される各種の配合剤を添加することができる。これらの配合物は、必要に応じて弾性層材料を製造する過程において添加してもよい。例えば、ゴムとしては、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、（メタ）アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレン−（メタ）アクリレートゴム、エピクロルヒドリンゴム等である。

添加される補強充填剤及び増量剤としては、例えば、導電性のカーボンブラック、導電性のフィラー、導電性可塑剤、ＫＳＣＮ、ＬｉＣｌＯ₄、ＮａＣｌＯ₄、４級アンモニウム塩等のイオン導電物質、ヒュームドシリカ、湿式シリカ、石英微粉末、ケイソウ土、カーボンブラック、酸化亜鉛、塩基性炭酸マグネシウム、活性炭酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウム、二酸化チタン、タルク、雲母粉末、硫酸アルミニウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ガラス繊維、有機補強剤、有機充填剤を挙げることができる。これらの充填剤の表面は有機珪素化合物、例えば、ポリジオルガノシロキサン等で処理して疎水化してもよい。

可塑剤としては、例えばポリジメチルシロキサンオイル・ジフェニルシランジオール・トリメチルシラノール・フタル酸誘導体・アジピン酸誘導体等を用いることができる。また軟化剤としては、例えば潤滑油・プロセスオイル・コールタール・ヒマシ油が使用可能である。その他老化防止剤としては例えばフェニレンジアミン類・フォスフェート類・キノリン類・クレゾール類・フェノール類・ジチオカルバメート金属塩類等が、耐熱剤としては酸化鉄・酸化セリウム・水酸化カリウム・ナフテン酸鉄・ナフテン酸カリウム等が使用でき、その他にも加工助剤、着色剤、紫外線吸収剤、難燃剤、耐油性向上剤、発泡剤、スコーチ防止剤、粘着付与剤、滑剤等を添加できる。

導電性フィラーとしては、例えばアルミニウム・パラジウム・鉄・銅・銀等の金属系の粉体や繊維を用いることができ、またカーボンブラック・金属粉や酸化チタン・酸化スズ・酸化亜鉛等の金属酸化物や、硫化銅・硫化亜鉛等の金属化合物粉を用いても良い。さらには適当な粒子の表面を酸化スズ・酸化アンチモン・酸化インジウム・酸化モリブデンや、亜鉛・アルミニウム・金・銀・銅・クロム・コバルト・鉄・鉛・白金・ロジウムを電解処理・スプレー塗工・混合振とうにより付着させた粉体も使用可能であり、またアセチレンブラック・ケッチェンブラック・ＰＡＮ系カーボンブラック・ピッチ系カーボンブラック等のカーボン粉も使用可能な候補として挙げられる。更にＬｉＣｌＯ₄、ＮａＣｌＯ₄等の過塩素酸塩、４級アンモニウム塩等のイオン導電物質等も挙げられ、これらを単独または２種類以上組み合わせて用いることができる。

導電性フィラーとして特に好ましいのはカーボンブラックである。少量の添加で電気抵抗率を低下させることができ、ゴム組成物の硬度を大きくすることなく導電性を付与することができる。カーボンブラックの銘柄としては、例えばケッチェンブラックＥＣ、ケッチェンブラックＥＣ６００ＪＤ（ともに「ケッチェンブラックインターナショナル」製）等を挙げることができる。

導電性フィラーの配合量は適度に調整する必要がある。体積抵抗率が１０⁴〜１０⁷Ω・ｃｍ程度の中抵抗領域に収めるように決めるのが良い。体積抵抗率がこれよりも小さいと感光体にピンホール等の表面欠陥が生じていると大電流がピンホールに集中し、穴をより大きくしてしまったり、穴以外の場所に電流が流れなくなり、帯電電位が不足した部分が高精細なハーフトーン画像上に黒い帯となって現れてしまったりといった不具合が発生する恐れがあるからである。また、極端な場合は帯電ローラ自体の通電破壊に至る。逆に体積抵抗率が大きすぎると導電性弾性体層中での電圧降下が大きすぎ、画像形成体を均一に帯電するために必要な放電電流が得られない。さらには電気抵抗率の調整が難しくなり均一分散も困難になる等、導電性の制御が難しくなる。

弾性層の形成方法は押し出し成形や射出成形、圧縮成形などの公知の方法を挙げることができる。弾性体は導電性軸芯体の上にクロスヘッド押し出し機を用いて直接成形しても良いし、チューブ状に成形した弾性体を導電性軸芯体に被覆しても良い。また必要であれば、成形後に弾性体表面を研磨して形状を整えても良い。

（被覆層の形成）
以上のようにして形成された導電性弾性体層の外周上には、必要であれば一層以上の被覆層が設けられる。被覆層としては塗料をコートすることで塗膜を形成しても良いし、単層あるいは複数層のシームレスチューブを成形し、これを該導電性弾性層に外嵌することで形成しても良い。

塗膜を形成する場合、材料としては各種のポリアミド・フッ素樹脂・水素添加スチレン−ブチレン樹脂・ウレタン樹脂・シリコーン樹脂・ポリエステル樹脂・フェノール樹脂・イミド樹脂・オレフィン樹脂等が挙げられる。上記被覆層をウレタン樹脂から形成すると、ポリオール並びにジイソシアナートの構造と配合比を種々変化させることで物性を広範囲に変化させることができる。

導電性ローラの被覆層の形成材料としてウレタン樹脂用イソシアナートを用いる場合には、通常二官能性あるいは三官能性イソシアナート及び変性イソシアナートが用いられる。これらのうちで芳香族系では１，５−ナフタレンジイソシアナート・２，４−／２，６−トリレンジイソシアナート・４，４’−ジフェニルメタンジイソシアナート・ｐ−フェニレンジイソシアナート・ｍ−／ｐ−キシリレンジイソシアナートが挙げられ、脂環族にはイソホロンジイソシアナート・４，４’−ジシクロへキシルメタンジイソシアナート、脂肪族には１，６−ヘキサメチレンジイソシアナート・リジンジイソシアナート・１，６，１１−ウンデカントリイソシアナートが挙げられる。

ウレタン樹脂用ポリオールとしては２〜３官能性で数平均分子量が数百〜数千のポリエーテル・ポリエステル・ポリブタジエンポリオール・アクリルポリオール・ケン化エチレン−酢酸ビニル共重合体などが用いられる。これらのイソシアナート並びにポリオールの官能性・数平均分子量を調整することにより、導電性ローラ表面に弾性等の望みの物性を与えることができる。

これらの被覆層を構成する材料は、サンドミル、ペイントシェーカー、ダイノミル、パールミル、ビスコミル等のビーズを利用した分散装置かボールミルを用いた分散装置のような従来公知の分散装置を使用して分散させる。得られた被覆層形成用の塗料は、スプレー塗工法、ディッピング法等により導電性弾性層の表面に塗工される。被覆層の厚みとしては、５〜５００μｍが良く、特に５〜３０μｍが好ましい。厚みが少なすぎると基層中の低分子量成分の染み出しにより感光体を汚染する恐れがあるし、厚すぎると導電性ローラが硬くなり、融着やセット跡の回復性悪化の原因となり好ましくない。

上記の如くして形成する被覆層中には平均粒径が１〜５０μｍの微粒子を分散しても良く、これにより帯電ローラ表面に適度の粗さを付与して画像形成体に張り付き難くし、あるいはパッシェンの法則に従うコロナ放電領域の面積を積極的に増やして、画像形成体を均一帯電するといった目的を達成しやすくする。このような目的に使用する微粒子としては、例えば、ポリメチルメタクリル酸メチル微粒子、シリコーンゴム微粒子、ポリウレタン微粒子、ポリスチレン微粒子、アミノ樹脂微粒子、フェノール樹脂微粒子等のプラスチックピグメントが挙げられるが、特にポリメチルメタクリル酸メチル微粒子、ポリウレタン微粒子、及びシリコーンゴム微粒子が好ましい。これらの微粒子は前記被覆層の約５〜２００質量％の範囲で添加することが好ましい。

求める表面物性が得られるならば上記被覆層は１層でも良いが、２層以上であっても良い。ドラムアタック防止、長期の感光体への密着によるセット変形の防止といった複数機能を達成させる場合には、２層以上の方が設計し易いこともありうる。

また被覆層がシームレスチューブによって構成されている場合、使用される樹脂・エラストマー及び共重合体などは、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良い。具体的にはエチレンプロピレンゴム、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、クロロスルホン化ポリエチレン、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−スチレン及びスチレン−ブタジエン−スチレンの水添加物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及びポリブチレンテレフタレート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、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、アクリロニトリル−エチレン／プロピレンゴム−スチレン樹脂及びアクリロニトリル−アクリルゴム−スチレン樹脂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合せが好ましい。これらに後述する導電性フィラー等を適宜配合することにより、所望の特性を有するチューブ構成が得られる。

また、上記ゴム・熱可塑性エラストマー及び熱可塑性樹脂から選ばれた２種以上の重合体からなるポリマーアロイまたはポリマーブレンドも使用できる。

シームレスチューブは上記各種重合体と、下記の導電性フィラー及び必要ならばその他の添加剤からなる導電性重合体組成物を使用して、押出成形法・射出成形法及びブロー成形法などにより成膜することにより得ることができる。上記各種成形法のうちでは押出成形法が特に好適である。

特に、形成するチューブの各薄膜層の膜厚均一性、また導電材などの分散性がより均一であるものを得るためには、縦型のチューブ押出し機を使用する。

シームレスチューブが複数層からなる場合、個々の単層チューブを作製して外嵌を複数回繰り返すことによりローラを完成させても良いが、工程の簡略化と外嵌後の特性の安定性といった観点からは、複数層からなるシームレスチューブを一度に成形し、外嵌も一度で済ませた方が良い。この際のチューブ成形にはクロスヘッド押出し機を用いる。

上記導電性フィラーとしては公知の素材が使用でき、例えば、カーボンブラック及びグラファイトなどの炭素微粒子；ニッケル、銀、アルミニウム及び銅などの金属微粒子；酸化スズ、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化アルミニウム及びシリカなどを主成分とし、これに原子価の異なる不純物イオンをドーピングした導電性金属酸化物微粒子；炭素繊維などの導電性繊維；ステンレス繊維などの金属繊維；炭素ウイスカやチタン酸カリウムウイスカの表面を金属酸化物や炭素などにより導電化処理した導電性チタン酸カリウムウイスカなどの導電性ウイスカ；及びポリアニリン及びポリピロールなどの導電性重合体微粒子などが挙げられる。

単層又は複数層のシームレスチューブは単に上記各種成形法により形成しただけでも使用できるが、例えばより優れた耐久性や耐環境性などを得ることを目的として、上記各種成形法により得られたシームレスチューブを更に架橋させて導電性架橋重合体とすることもできる。チューブ状に成膜された導電性重合体を架橋させる方法としては、重合体の種類に応じて硫黄、有機過酸化物及びアミン類などの架橋剤を予め添加しておき、高温下に架橋結合を生成させる化学的架橋法や、電子線やγ線などの放射線を照射することにより架橋させる放射線架橋法などが有効である。上記各種架橋法のうちでは電子線架橋法が架橋剤またはその分解生成物の移行による被帯電体の汚染の恐れがなく、更に、高温処理の必要がない点及び安全性の点で好ましい。

使用するシームレスチューブは非熱収縮性と熱収縮性のいずれであっても良いが、実施例では非熱収縮性のものを採用している。

非熱収縮シームレスチューブの場合、導電性弾性体層との密着性を確保するためには、シームレスチューブ内径は弾性体層の外径以下であることが必要である。圧縮空気を吹き込むことによりシームレスチューブ径を拡大させた状態で導電性軸芯体を有する弾性体層に挿入し、空気圧を解除すれば外嵌処理が完了する。

（端部処理）
以上のようにして作製した帯電ローラに端部処理を施す。図８に示すように、ローラ端部の表面部に、加熱した金属板１４を斜めにあてがい、一定時間処理する。これによりローラ端面はエッジが絞り込まれた状態になる。このときの加熱温度は１００℃が望ましく、加熱時間は１分が望ましい。金属板からローラに向けて加える圧力は意図する絞り込み形状によって異なるが、あてがう金属板の形状についても、断面が平板状であっても良いし、曲面状にしても構わない（図８（ｂ））。

以上の処理を終えることにより、帯電ローラが完成する。

以下、実施例・比較例を示して発明の効果をより明らかにするが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。

ローラ径φ８．５ｍｍ・φ１２ｍｍ・φ１６ｍｍの各種帯電ローラを作製し、クラウンと端部絞り込みの大きさを変えることによってローラの帯電音がどう変化するかを調べた。ローラの最外層はシームレスチューブのタイプで試作を行うこととした。導電性軸芯体の径はローラ径がφ１６ｍｍのもののみφ８ｍｍで、他のものはφ６ｍｍとした。但しローラ径φ１６ｍｍのものであっても、端部の加重を受ける部分はφ６ｍｍになるように設計されている。

Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度でバリエーションを持たせる為、導電性弾性体は発泡体とそうでないものの両方を用意している。導電性弾性体の中央部の径と端部径を調整することでクラウン量を調節する。更にシームレスチューブは２層タイプとし、チューブの外層の厚みを変えることによりマイクロゴム硬度にも変化を持たせている。

ローラ長はＡ３印刷用とＡ４印刷用の２種類用意し、導電性軸芯体の長さはＡ３用が３５４ｍｍ、Ａ４用は２５８ｍｍとしている。導電性弾性体の長さはローラによって微妙に異なるが、Ａ３用が３２４ｍｍ前後でＡ４用が２３３ｍｍ前後としている。端部の絞り込み量は端部にあてがう金属板の角度を変え、一部は曲面をあてがうことによってバリエーションを用意した。

クラウン量は、ローラ中央部の径から一定間隔だけ離れた両側２点の径の平均を引くことにより算出している。Ａ３用の場合１１５ｍｍ間隔であり、Ａ４用の場合は９０ｍｍ間隔である。

（試験１・帯電音測定）
これら様々のバリエーションを持ったローラの帯電音を測定するにあたっては専用の冶具を用意した。冶具にはφ３０ｍｍの画像形成体がセットされ、その上部に帯電ローラが乗せられて軸に加重が掛けられ、一定速度で回転しながら直流・交流の重畳電圧が印加される。加重の大きさはバネの交換により変更可能である。

帯電音は、小野測器製精密騒音計ＬＡ−５１１１で測定した。マイクの位置が帯電ローラと画像形成体との当接部から水平方向に２０ｃｍ離れた位置になるように設置し、Ａ特性のフィルタをかけている。冶具と騒音計の間には音を遮るものは何も介在させず、直接音を拾う形である。

印加電圧は直流−６００Ｖ、交流１６８０Ｈｚ・２０００Ｖｐｐである。帯電音の測定はバネ圧を片側５００ｇｆ（４．９Ｎ）、７００ｇｆ（６．８６Ｎ）、１０００ｇｆ（９．８Ｎ）、１５００ｇｆ（１４．７Ｎ）の４種類に変えて行っている。１ｍｉｎの平均値及びリップルを取得する。この際、ローラの回転速度は２５ｍｍ／ｓｅｃである。

（試験２・セット性能試験）
帯電音測定後、ローラを電子写真用カートリッジ（ＣＲＧ）に組み込み、４０℃９５％ＲＨの過酷環境下に１ヶ月放置した後に２３℃５３％ＲＨ環境下に戻し、速やかにプリンタでハーフトーンの画像出力を行うことで出力画像に画像形成体との当接跡が現れるか否かを調べた。

（硬度測定）
セット性能試験後、各ローラの硬度を測定する。Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度はＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度計を用い、マイクロゴム硬度はＭＤ−１硬度計を用いる。各ローラにつき９点測定し、平均を求める。

（試験３・表面付着性試験）
ローラをＣＲＧ内に戻し、８０００枚の画像耐久試験を行った。印字には印字率２％の通紙用パターンを用い、８０００枚出力後にハーフトーンの出力を行うと共にローラ表面を観察し、出力画像のカブリと表面へのトナー等の付着度を調べている。出力画像・表面共に良好なものを〇、画像は良好だが表面に付着が目視で見られるものを△、画像品質が悪いものを×で表した。

以上の結果を以下に表としてまとめた。実施例を表１、比較例を表２にまとめている。

実施例・比較例から解るように、帯電ローラの各物性を下記のような記号で置いたとき、芯金片側あたりの加重がＷ（ｇ）である条件下にて使用する場合に以下の関係式を満たすようにローラを設計することにより、帯電音の抑制とセット性の維持および表面付着性の低減が同時に達成される。
〔｛２^(38-A)/2Ｗｍ¹⁰ｒ（１−ｃｏｓθ）（１＋ｔａｎ²θ）｝／
｛ｌＡ（ｋ＋１００）｝〕×１０^-12≧３００

帯電ローラの断面を示す概略図。帯電ローラと画像形成体の当接部断面（通常部）。帯電ローラと画像形成体の当接部断面（隙間発生部）。隙間発生時の帯電ローラの状態。帯電ローラにクラウンがついた状態。帯電ローラの絞り込み部を示す概略図。帯電ローラの画像形成体への接触状態を示す概略図（端部絞り込み存在時）。帯電ローラにおける端部絞り込みのつけ方。

符号の説明

１：導電性軸芯体
２：導電性弾性層
３：被覆層
４：帯電ローラと画像形成体の当接部（ニップ）幅
５：帯電音発生部（通常時）
６：画像形成体
７：帯電ローラ
８：帯電音発生部（隙間発生時）
９：帯電ローラへの加重
１０：絞り込みによってずれた支点の移動量
１１：絞り込みを設けない場合の支点位置
１２：ローラが両端で支持される位置
１３：ローラが撓んだ後復帰する方向を表す矢印
１４：端部絞り込み形状形成用金属板

Claims

導電性芯金の外周に少なくとも導電性弾性層が設けられた電子写真用帯電ローラにおいて、その形状に関してローラ中央部の半径をｒ（ｍｍ）、全長をｌ（ｍｍ）、クラウン量をｋ（μｍ）とし、Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度をＡ、マイクロゴム硬度をｍ、さらにローラ端部の半径に関して絞り込み量を角度θで表すとき、芯金片側あたりの加重がＷ（ｇｆ）である条件下にて使用する場合に以下の関係式を満たすことを特徴とする電子写真用帯電ローラ。
〔｛２^(38-A)/2Ｗｍ¹⁰ｒ（１−ｃｏｓθ）（１＋ｔａｎ²θ）｝／
｛ｌＡ（ｋ＋１００）｝〕×１０^-12≧３００
請求項１に記載の電子写真用帯電ローラを使用することを特徴とする電子写真用カートリッジ。
請求項１に記載の電子写真用帯電ローラを使用することを特徴とする電子写真装置。