JP2009244824A - 導電性ロール、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】導電性支持体12と、該導電性支持体の周囲に接着された導電性を有する発泡弾性層14とを含む導電性ロール10であって、発泡弾性層が、気泡18の形状の配向性を有し、導電性支持体と発泡弾性層とが、導電性が異なる少なくとも2種類の接着層16a,16bを介して接着され、該導電性ロールの軸方向から見て、発泡弾性層の気泡の長手方向の一方を該導電性ロールの周方向の0°位置と定義したときに、接着層として、少なくとも−20°〜20°及び160°〜200°の位置に第1の接着層が設けられており、少なくとも70°〜110°及び250°〜290°の位置に第2の接着層が設けられ、第1の接着層は第2の接着層よりも導電性が低い。
【選択図】図2
Description
請求項2の発明によれば、本構成を有しない場合に比べて、抵抗ムラがより確実に緩和された導電性ロールが得られる。
請求項3の発明によれば、本構成を有しない場合に比べて、抵抗ムラがより確実に緩和された導電性ロールが得られる。
請求項4の発明によれば、本構成を有しない場合に比べて、抵抗ムラがより確実に緩和された導電性ロールが得られる。
請求項5の発明によれば、発泡弾性層の気泡がより確実に配向性を有する一方、本構成を有しない場合に比べて、抵抗ムラがより確実に緩和された導電性ロールが得られる。
請求項6の発明によれば、本構成を有しない場合に比べて、画像形成装置により適した導電性ロールが得られる。
請求項7の発明によれば、本構成を有しない場合に比べて、画像の濃度ムラが発生し難いプロセスカートリッジが得られる。
請求項8の発明によれば、本構成を有しない場合に比べて、画像の濃度ムラが発生し難い画像形成装置が得られる。
例えば、発泡セル(気泡)の形状に異方性(配向性)を持つウレタンスラブを円筒形状に加工し、その中心孔に芯金を接着させて導電性ロール(バイアスロール)を作製すると、発泡セルの配向性により発泡弾性層の周方向に高抵抗部と低抵抗部が形成され、0.1〜0.8logΩ程度の範囲で比較的大きな面内抵抗ムラが生じ易い。そして、このような導電性ロールを画像形成装置の転写ロールとして使用し続けると、導電性ロール(発泡弾性層)の高抵抗部と低抵抗部が異なる割合で抵抗が上昇し、高抵抗部と低抵抗部の抵抗差が1.0logΩ以上まで大きくなる。このように導電性ロールの周方向における抵抗差が増大する結果、画像の濃度ムラが生じる。
そこで、本発明者らは、発泡弾性層に含まれる気泡の形状の配向性に起因する導電性の差に応じ、発泡弾性層の低抵抗部と高抵抗部に分けて支持体(芯金)との間に導電性の異なる接着層を介して接着させることにより、すなわち、発泡弾性層の低抵抗部と芯金を接着する接着層の抵抗を、発泡弾性層の高抵抗部と芯金を接着する接着層の抵抗よりも高くすることにより、ロール全体としての抵抗(導電性)の均一化が図られ、画像の濃度ムラの発生が効果的に抑制されることを見出した。
導電性支持体12は、導電性ロール10の電極及び支持部材として機能するものであり、棒状部材、好ましくは、円柱状又は円筒状の部材であって、外径が3〜20mmの範囲のものを使用する。このような導電性支持体12は、強度及び電気的特性の点から、例えば、アルミニウム、銅合金、ステンレス鋼等の金属又は合金;クロム、ニッケル等で鍍金処理を施した鉄;導電性樹脂;などの導電性(体積抵抗率が104Ωcm以下)の材質により構成することができる。
発泡弾性層14は導電性を有し、多数の気泡(セル)18が配向性を持った状態で形成されている。例えば、弾性材料を発泡させてセル骨格を形成し、これに導電剤を分散させることによって導電性を有する発泡弾性層14とする。なお、発泡弾性層14の気泡構造は、独立気泡構造でもよいし、連続気泡構造でもよい。
例えば、本実施形態の導電性ロール10を例えば転写ロールとして使用する場合には、発泡弾性層14は、100Paの外力印加により変形しても、もとの形状に復元され、感光体、中間転写体等の他の部材との接触位置において適度な接触面積を形成するものが好ましい。
ポリウレタンとしては、特に限定するものではなく、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリエステルやアクリルポリールなどのポリオールと、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネートや4,4−ジフェニルメタンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートなどのイソシアネートの反応を伴っていれば良く、1,4−ブタンジオール、トリメチロールプロパンなど鎖延長剤が混合されていることが好ましい。
例えば、ポリウレタンに発泡剤等を添加して発泡させると、ウレタンフォームが垂直方向に膨張するときに気泡(発泡セル)18も垂直方向に延びて略楕円形の断面を有する形状となり、セル形状(気泡径)に配向性が生じる。
電子導電剤の例としては、ファーネスブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、カラーブラック等のカーボンブラック;熱分解カーボン;グラファイト;アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼等の各種金属又は合金;酸化スズ、酸化インジウム、酸化チタン、酸化スズ−酸化アンチモン固溶体、酸化スズ−酸化インジウム固溶体等の各種金属酸化物;絶縁物質の表面を導電化処理したもの;などの微粉末を挙げることができる。また、イオン導電剤の例としては、テトラエチルアンモニウム、ラウリルトリメチルアンモニウム等の過塩素酸塩、塩素酸塩等;リチウム、マグネシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属の過塩素酸塩、塩素酸塩等;を挙げられる。
前記体積抵抗率の測定は、例えば、シート状の測定サンプルに対し、測定治具(R12702A/Bレジスティビティ・チェンバ:アドバンテスト社製)と高抵抗測定器(R8340Aデジタル高抵抗/微小電流計:アドバンテスト社製)とを用い、電場(印加電圧/組成物シート厚)が1000V/cmになるよう調節した電圧を30秒印加後の電流値より、下記式(1)を用いて算出される。
体積抵抗率(Ω・cm)=(19.63×印加電圧(V))/(電流値(A)×測定サンプルシート厚(cm)) ・・・ 式(1)
また、導電性ロール10の周囲の電気抵抗の測定は、例えば、導電性ロール10を銅版などの金属板の表面にロールの両端に各々等量の荷重がかかるように載せ、微小電流測定器(Advantest社製R8320)を用い、導電性ロール(芯金を有する場合は芯金)と前記金属板との間に100Vの電圧を印加して測定される。
本実施形態に係る導電性ロール10では、導電性支持体12と発泡弾性層14が、気泡18の配向性に起因する発泡弾性層14の導電性の差を抑制するように導電性が異なる2種類の接着層16a,16bを介して接着している。図2に示されるように、発泡弾性層14は、導電性ロール10の軸方向から見てセル形状(セル径)が配向している。このように発泡弾性層14における気泡18の形状(径)が配向性を有する場合、通常は90°間隔で高抵抗部と低抵抗部が現れる。具体的には、気泡18の長手方向の一方(図2におけるL方向)を該導電性ロール10の周方向の0°位置と定義したときに、通常は、−45°〜45°の領域及び135°〜225°の領域を低抵抗部、45°〜135°の領域及び225°〜315°(−45°)の領域を高抵抗部に分けられる。
また、例えば、接着層16aと16bとして同一の導電剤を含有する接着剤を使用する場合、接着層16aに含まれる導電剤の含有量を接着層16bに含まれる導電剤よりも少なくすることで、接着層16aの導電性が接着層16bの導電性に比べ低くなる。この性質を利用し、発泡弾性層14の低抵抗部の体積抵抗上昇割合を高抵抗部の抵抗上昇割合と同等又はそれ以上にすることでも、使用中の抵抗面内ムラの拡大が抑制される。
まず、ポリウレタンに発泡剤を添加して板状のウレタンフォームを作製する。このとき、ウレタンフォームが発泡しながら垂直方向に膨張するとともに、気泡18も垂直方向に延びてセル形状(気泡径)の配向性が生じる。このウレタンフォームから例えば円柱状の発泡弾性体を所望の大きさで切り出して中心孔を形成し、水、架橋性樹脂、導電剤等を含む導電処理液に浸漬させる。これにより、導電処理液がウレタンフォームの気泡18内に含浸する。次いで、これをロール間に通して水分等を除去した後、加熱乾燥させる。これにより発泡弾性層14に含まれる気泡18の壁面(セル骨格の表面)に導電性物質を含有したポリマーが形成され、図4に示すように気泡18の形状が配向した導電性を有する発泡弾性体14が得られる。
本実施形態に係る導電性ロール10の用途は特に限定されないが、例えば、画像形成装置、或いはそのプロセスカートリッジにおける転写ロールとして好適に使用される。図5〜図8は、それぞれ本実施形態に係る導電性ロール10を備えたプロセスカートリッジ又は画像形成装置の構成を示す概略図である。
転写ロール40は中間転写体50を介して電子写真感光体1に対向する位置に配置されており、中間転写体50はその一部が電子写真感光体1に当接可能に配置されている。なお、転写ロール40及び中間転写体50をプロセスカートリッジ20に含ませてもよい。
なお、本実施形態に係る導電性ロールを用いた画像形成装置において使用するトナーは特に限定されず、公知のトナーであればいずれも使用することができる。
トナーは、例えば、平均形状係数(ML2/A×π/4×100、ここでMLはトナー粒子の最大長を表し、Aはトナー粒子の投影面積を表し、πは円周率を表す)が100以上150以下であることが望ましく、100以上140以下であることがより望ましい。さらに、トナーは、体積平均粒子径が2μm以上12μm以下であることが望ましく、3μm以上12μm以下であることがより望ましく、3μm以上9μm以下であることがさらに望ましい。このような平均形状係数及び体積平均粒子径を満たすトナーを用いることにより、現像性及び転写性が高く、高画質の画像が得られる。
クリーニング装置27は、繊維状部材(ロール形状)27aと、クリーニングブレード(ブレード部材)27bとを備える。
クリーニング装置27は、繊維状部材27a及びクリーニングブレード27bが設けられているが、どちらか一方を備えるものでもよい。繊維状部材27aとしては、ロール形状の他に歯ブラシ状(平ブラシ状)としてもよい。また、繊維状部材27aは、クリーニング装置本体に固定してもよく、回転可能に支持されていてもよく、さらに感光体軸方向にオシレーション可能に支持されていてもよい。繊維状部材27aとしては、ポリエステル、ナイロン、アクリル等や、トレシー(東レ社製)等の極細繊維からなる布状のもの、ナイロン、アクリル、ポリオレフィン、ポリエステル等の樹脂繊維を基材状又は絨毯状に植毛したブラシ状のもの等が挙げられる。また、繊維状部材27aとしては、上述したものに、導電性粉末やイオン導電剤を配合して導電性を付与したり、繊維一本一本の内部又は外部に導電層が形成されたもの等を用いてもよい。導電性を付与した場合、その抵抗値としては繊維単体で102Ω以上109Ω以下のものが望ましい。また、繊維状部材27aの繊維の太さは、望ましくは30d(デニール)以下、より望ましくは20d以下であり、繊維の密度は望ましくは2万本/inch2以上、より望ましくは3万本/inch2以上である。
露光装置30としては、帯電した電子写真感光体1を露光して静電潜像を形成させるものであればよい。また、露光装置30の光源としては、マルチビーム方式の面発光レーザを用いることが望ましい。
中間転写体50としては、半導電性を付与したポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル、ゴム等のベルト状のもの(中間転写ベルト)が使用される。また、中間転写体50の形態としては、ベルト状以外にドラム状のものが用いられる。なお、この中間転写体を備えていない直接転写方式の画像形成装置としてもよい。
このようなタンデム方式の画像形成装置120でも、発泡弾性層14の気泡18の配向性に起因する導電性の差を抑制するように芯金と発泡弾性層14との間の接着剤16a,16bが塗り分けられた転写ロールを備えることで、画像の濃度ムラの発生が効果的に抑制される。
<接着層の形成>
電子導電剤としてカーボンブラック(SPECIAL BLACK 4(Degussa社製)を含むホットメルト接着剤A(主剤:ポリアミド)と、イオン導電剤として過塩素酸リチウムを含むホットメルト接着剤B(主剤:ポリアミド)をそれぞれ用意した。なお、各導電剤は、ホットメルト接着剤の主剤を溶媒(トルエン/メタノール 1:1混合溶媒)に溶解させた溶液に分散させた。
図2及び図4に示すように、芯金(直径:7mm、長さ:310mm、材質:SUM24L)の表面に、軸方向に沿ってホットメルト接着剤A及びBを90°毎に交互に塗布した。塗布後、乾燥炉で接着剤を乾燥させ、ホットメルト接着層を芯金上に形成した。
軟質スラブフォーム(株式会社イノアックコーポレーション製、商品名「EP70」)から、縦300〜400mm、横350〜500mm、高さ25mmの直方体を切り出した。このフォームを、カーボンブラックが36質量%含有され、かつ分散された水分散体と、アクリル系エマルジョン(日本ゼオン株式会社製、商品名「Nipol LX852」)とを1:1に混合した導電処理液に20℃で10分間浸漬した。
上記のような処理を施した直方体のフォームから断面20mm角、長さ300mmの角柱体を切り出し、断面中心部に、その軸方向の全長さに渡って芯金を装通するための直径6mmの貫通孔を設けた。その後、表面に接着層を形成した上記の芯金を、フォームの気泡の配向性と接着層との位置を合わせて上記の貫通孔に挿入して接着した。次いで、その表面を常法によって研磨し外径12mmの導電性ロールを得た。
上記の導電性ロールを、4サイクル型の画像形成装置(製品名:Docu Print C3050)の1次転写ロールとして用い、画像の濃度ムラの発生に対する耐久性を評価した。また、Advantest R8320を用い実機評価前後の導電性ロールの抵抗面内ムラを評価した。
実施例1で用いたものと同じ材質及び形状を有する芯金及び導電性ウレタンフォームを用い、接着層を代えた以外は実施例1と同様にして導電性ロールを作製した。接着剤として、導電剤を含まずポリアミドのみからなる絶縁性接着剤(比較例1)、接着剤A(比較例2)、又は接着剤B(比較例3)をそれぞれ用い、各接着剤を芯金の周囲全面に塗布して接着層を形成した。
実施例1及び比較例1〜3の各導電性ロールを用いた場合の評価結果を表1に示す。
接着剤の形成を下記の通り変更した以外は、実施例1と同様にして導電性ロールを作製し、評価を行った。
<接着層の形成>
導電剤として カーボンブラック(SPECIAL BLACK 4、Degussa社製)を20質量部含むホットメルト接着剤C(主剤:ポリアミド)と、カーボンブラック(SPECIAL BLACK 4、Degussa社製)を10質量部含むホットメルト接着剤D(主剤:ポリアミド)をそれぞれ用意した。なお、各導電剤は、ホットメルト接着剤の主剤を溶媒(トルエン)に溶解させた溶液に分散させた。
図2及び図4に示すように、芯金(直径:7mm、長さ:310mm、材質:SUM24L)の表面に、軸方向に沿ってホットメルト接着剤C及びDを90°毎に交互に塗布した。塗布後、乾燥炉で接着剤を乾燥させ、ホットメルト接着層を芯金上に形成した。
上記の導電性ロールを、4サイクル型の画像形成装置(製品名:Docu PrintC3050)の1次転写ロールとして用い、画像の濃度ムラの発生に対する耐久性を評価した。また、Advantest R8320を用い実機評価前後の導電性ロールの抵抗面内ムラを評価した。
表2に示すように実施例2よりも抵抗ムラが大きなウレタンフォームを用いた以外は実施例2と同様にして導電性ロールを作製し、評価を行った。
<接着層の形成>
導電剤としてカーボンブラック(SPECIAL BLACK 4、Degussa社製)を15質量部含むホットメルト接着剤(主剤:ポリアミド)を用意した。なお、導電剤は、ホットメルト接着剤の主剤を溶媒(トルエン)に溶解させた溶液に分散させた。
図2及び図4に示すように、芯金(直径:7mm、長さ:310mm、材質:SUM24L)の表面に、軸方向に沿ってホットメルト接着剤を90°毎に乾燥後の厚さが50μmと70μmとなるように交互に塗布した。塗布後、乾燥炉で接着剤を乾燥させ、ホットメルト接着層を芯金上に形成した。
実施例1と同様の方法により導電性ウレタンフォームを作製した。
得られた直方体のフォームから断面20mm角、長さ300mmの角柱体を切り出し、断面中心部に、その軸方向の全長さに渡って芯金を装通するための直径6mmの貫通孔を設けた。その後、表面に接着層を形成した上記の芯金を、上記の貫通孔に挿入して接着した。次いで、その表面を常法によって研磨し外径12mmの導電性ロールを得た。
上記の導電性ロールを、4サイクル型の画像形成装置(製品名:Docu PrintC3050)の1次転写ロールとして用い、画像の濃度ムラの発生に対する耐久性を評価した。また、Advantest R8320を用い実機評価前後の導電性ロールの抵抗面内ムラを評価した。その結果、評価テスト前の抵抗ムラはΔ=0.20logΩ,評価テスト後の抵抗ムラはΔ=0.28logΩであった。
実施例6で用いたものと同じ材質及び形状を有する芯金及び導電性ウレタンフォームで、ウレタンフォームの抵抗ムラが実施例6で用いたものより大きなフォームを用いて実施例6と同様にして導電性ロールを作製し、評価した。
その結果、実機評価テスト前後の抵抗ムラの変動幅は実施例6よりも大きくなった。
実施例6で用いたものと同じ材質及び形状を有する芯金及び導電性ウレタンフォームを用い、接着層を代えた以外は実施例6と同様にして導電性ロールを作製した。接着剤として、前述の実施例6で用いたものと同じ種類の接着剤(比較例4)又は絶縁性接着剤(比較例5)を用い、それぞれ芯金の周囲全面に均一の厚さになるように塗布して接着層を形成した。
実施例6〜20及び比較例4及び5の各導電性ロールを用いた場合の評価結果を表3に示す。
Claims (8)
- 導電性支持体と、該導電性支持体の周囲に接着された導電性を有する発泡弾性層とを含む導電性ロールであって、
前記発泡弾性層が、気泡の形状の配向性を有し、前記導電性支持体と前記発泡弾性層とが、導電性が異なる少なくとも2種類の接着層を介して接着され、前記導電性ロールの軸方向から見て、前記発泡弾性層の気泡の長手方向の一方を該導電性ロールの周方向の0°位置と定義したときに、前記接着層として、少なくとも−20°〜20°及び160°〜200°の位置に第1の接着層が設けられており、少なくとも70°〜110°及び250°〜290°の位置に第2の接着層が設けられ、前記第1の接着層は前記第2の接着層よりも導電性が低いことを特徴とする導電性ロール。 - 前記第1の接着層がイオン導電性を有し、前記第2の接着層が電子導電性を有することを特徴とする請求項1に記載の導電性ロール。
- 前記第1の接着層と前記第2の接着層とが同じ導電剤を含有し、前記第1の接着層の導電剤の含有量が、前記第2の接着層の導電剤の含有量よりも少ないことを特徴とする請求項1に記載の導電性ロール。
- 前記第1の接着層の厚みが、前記第2の接着層の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の導電性ロール。
- 前記発泡弾性層が、ウレタンフォームであることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の導電性ロール。
- 前記発泡弾性層が、該発泡弾性層の気泡の壁面に導電性物質を含有したポリマーが形成されていることで導電性が付与されていることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の導電性ロール。
- 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の導電性ロールを備えることを特徴とするプロセスカートリッジ。
- 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の導電性ロールを備えることを特徴とする画像形成装置。
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