JP2009288433A - 電子写真装置用帯電ローラならびに電子写真装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電子写真装置の印刷品質の低下を防止させ得る電子写真装置用帯電ローラならびに優れた印刷品質を長期間維持させ得る電子写真装置を提供することを課題としている。
【解決手段】電子写真感光体の表面を帯電させるべく、外周面を前記電子写真感光体に接触させて用いられる電子写真装置用帯電ローラであって、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体をベースポリマーとして含有するポリマー組成物によりＪＩＳ Ａ 硬度で４０度以上５８度以下の硬さに形成された弾性体層が導電性軸心の外側に設けられており、該弾性体層のさらに外側には、前記電子写真感光体に接触される表面層が設けられており、該表面層が内側にイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜で形成されており、該ダイヤモンドライクカーボン被膜の厚みが２０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする電子写真装置用帯電ローラなどを提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真装置用帯電ローラならびに電子写真装置に関し、より詳しくは、電子写真感光体の表面を帯電させるべく、外周面を前記電子写真感光体に接触させて用いられる電子写真装置用帯電ローラと、このような電子写真装置用帯電ローラが備えられている電子写真装置に関する。

近年、電子写真装置用感光体（以下、単に「感光体」ともいう）の表面を帯電処理する手段として、導電性の帯電部材をかかる感光体の表面に接触させる接触帯電方式が採用されている。
この接触帯電方式においては、導電性の帯電部材として電子写真装置用帯電ローラ（以下、単に「帯電ローラ」ともいう）が用いられており、この帯電ローラを感光体に加圧接触させ、ある種の閾値電圧を超える電圧を印加することによって感光体を帯電させることが行われている。

この感光体表面の帯電状態が不均一になると電子写真装置の印刷品質を低下させるおそれがあるため、帯電ローラには感光体の表面に均質な帯電状態を形成させることが従来求められている。
このようなことから、その表面を感光体表面に密着させ得るように導電性軸心の外周側に弾性体層を形成させ、前記弾性体層よりも導電性に優れたポリマー組成物が用いられてなる導電性被膜によって感光体と接触する表面層が形成された帯電ローラが用いられたりしている。

また、電子写真装置が使用される期間中に印刷品質を低下させることを防止すべく、帯電ローラには、感光体に対する優れた帯電性能を長期に亘って維持可能であることが求められている。

ところで、帯電ローラの使用期間中に発生する問題として“表面汚れ”と呼ばれる現象が知られている。
この“表面汚れ”とは、例えば、感光体の表面に付着しているトナーや外添剤と呼ばれる微粒子（コロイダルシリカや酸化チタンなどの微粒子）などがクリーニングブレードをすり抜け、感光体と帯電ローラとの接触箇所に到達して帯電ローラの表面に圧接されることによってその表面に付着してしまう現象であり、このような付着物が帯電ローラの表面に形成されると、この付着物が不意に脱落して被印刷物に付着するおそれがあるばかりでなく、感光体への帯電性能に影響を与えて電子写真装置の印刷品質を低下させるおそれを有する。

このような問題に対し、近年、フッ素系樹脂が用いられてなるシームレスチューブを弾性体層に外嵌させて帯電ローラを形成させることが検討されたりしている（例えば、下記特許文献１）。
すなわち、フッ素系樹脂によって表面層を形成させることにより、汚れの原因となる物質が帯電ローラの表面に付着することを防止すると共に、仮に付着しても帯電ローラの表面から脱落しやすくさせることで電子写真装置の印刷品質の低下を防止することが検討されている。

また、このようなシームレスチューブを用いた方法に加えて、フッ素系樹脂が用いられたコーティング剤によって表面層を形成させる方法や、弾性体層の表面に紫外線照射を行って表面改質させる方法などが検討されている。
この内、フッ素系樹脂を用いる場合には、帯電ローラの表面のすべり性、非粘着性を向上させることができ、汚れの原因となる物質が付着することを防止し得るもののフッ素系樹脂は、一般に軟質であることから表面に傷を発生させやすく、この傷を原因とした印刷品質の低下を招くおそれを有する。
また、弾性体層の表面を紫外線で改質する方法は、帯電ローラの表面のすべり性、非粘着性を十分向上させることが困難で、“表面汚れ”を十分防止することができずに電子写真装置の印刷品質を低下させるおそれを有する。
すなわち、従来の帯電ローラは、電子写真装置の印刷品質の低下を防止することが困難であるという問題を有している。
したがって、従来の電子写真装置は、優れた印刷品質を長期間維持することが困難であるという問題を有している。

特開平９−３２５５７１号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、電子写真装置の印刷品質の低下を防止させ得る電子写真装置用帯電ローラならびに優れた印刷品質を長期間維持させ得る電子写真装置を提供することを課題としている。

本発明は、上記課題を解決すべく、電子写真感光体の表面を帯電させるべく、外周面を前記電子写真感光体に接触させて用いられる電子写真装置用帯電ローラであって、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体をベースポリマーとして含有するポリマー組成物によりＪＩＳ Ａ 硬度で４０度以上５８度以下の硬さに形成された弾性体層が導電性軸心の外側に設けられており、該弾性体層のさらに外側には、前記電子写真感光体に接触される表面層が設けられており、該表面層が内側にイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜で形成されており、該ダイヤモンドライクカーボン被膜の厚みが２０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする電子写真装置用帯電ローラを提供する。

また、本発明は、上記課題を解決すべく、電子写真感光体と、該電子写真感光体の表面を帯電させるべく外周面を前記電子写真感光体に接触させて用いられる電子写真装置用帯電ローラとが備えられている電子写真装置であって、前記電子写真装置用帯電ローラは、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体をベースポリマーとして含有するポリマー組成物によりＪＩＳ Ａ 硬度で４０度以上５８度以下の硬さに形成された弾性体層を導電性軸心の外側に有し、該弾性体層のさらに外側に、前記電子写真感光体に接触される表面層が設けられており、該表面層が内側にイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜で形成され、該ダイヤモンドライクカーボン被膜の厚みが２０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする電子写真装置を提供する。

なお、本明細書中における、“ダイヤモンドライクカーボン”との用語は、炭素と水素とを主たる成分とし、炭素−炭素の結合状態がダイヤモンド構造とグラファイト構造とが混在するアモルファスな状態に形成されているものを意味しており、炭素と水素のみを成分とするもののみならず、これらに加えて窒素原子、フッ素原子あるいは金属原子などを含有するものも含む意味で用いている。

本発明の電子写真装置用帯電ローラには、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体をベースポリマーとして含有するポリマー組成物により形成された弾性体層が設けられている。このエピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体は、他の一般的なゴムなどよりも比較的体積抵抗率が低いことから、弾性体層を他のゴムなどにて形成させた場合に比べて導電性軸心から表面層までの導電性を向上させうる。

また、この弾性体層がＪＩＳ Ａ 硬度で４０度以上５８度以下の硬さに形成されていることから、帯電ローラと感光体とを良好なる状態で接触させうる。
したがって、帯電ローラに優れた帯電性能を発揮させることができ、電子写真装置に優れた印刷品質を付与させうる。

また、本発明の電子写真装置用帯電ローラには、ダイヤモンドライクカーボン被膜によって形成された表面層が備えられている。
このダイヤモンドライクカーボン被膜は、通常、優れたすべり性ならびに非粘着性を示し、しかも、フッ素系樹脂に比べて十分硬質なものである。
したがって、“表面汚れ”ならびに“傷”が帯電ローラの表面に形成されることを抑制し得る。

しかも、単なるダイヤモンドライクカーボン被膜によって形成された表面層を弾性体層の外側に設けるだけでは、帯電ローラの表面にシワが発生して印刷品質の低下を招くおそれがあるところ、本発明においては、内側にイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜によって表面層が形成されている。

さらに、上記のようにＪＩＳ Ａ 硬度で４０度以上５８度以下の硬さに形成された弾性体層の外側に前記ダイヤモンドライクカーボン被膜が２０ｎｍ以上１μｍ以下の厚みで形成されていることからシワの発生も抑制させ得る。

したがって、本発明の電子写真装置用帯電ローラによれば、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体が用いられることによって得られる優れた帯電性能をダイヤモンドライクカーボン被膜によって形成された表面層によって長期間に亘って維持させることができ、電子写真装置の印刷品質が低下することを抑制し得る。

以下に、本発明の好ましい実施の形態について図を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態の帯電ローラの概略構成を示す斜視図である。
図２は、本実施形態の帯電ローラの側面図である。

図中の符号１は、電子写真感光体（図示せず）の表面を帯電させるべく、その外周面を前記電子写真感光体に接触させて電子写真装置に用いられる帯電ローラ（電子写真装置用帯電ローラ）を示している。
前記帯電ローラ１は、細長円柱状に形成されており、該円柱形状の中心軸方向に沿って延在する軸体（以下「導電性軸心２」ともいう）を有し、電子写真感光体の回転時に外周面を電子写真感光体の表面に接触させつつ中心軸周りに回転させ得るように前記導電性軸心２の両端部が支持されて電子写真装置に備えられる。

この帯電ローラ１には前記導電性軸心２の外側に弾性体層３が備えられており、該弾性体層３のさらに外側に帯電ローラ１の外周面をなす表面層４が備えられている。
本実施形態の帯電ローラ１は、“表面汚れ”や“傷”を抑制し得るように、前記表面層４がダイヤモンドライクカーボン被膜によって形成されている。
前記弾性体層３は、その内周面を前記導電性軸心２の外周面に接触させており、前記表面層４は、前記弾性体層３の外周部にダイヤモンドライクカーボン被膜の成分が注入されて形成されたイオン注入層（図示せず）を介して弾性体層３の外側に積層されている。
すなわち、本実施形態の帯電ローラ１には、導電性軸心２から外周面側に向けて、弾性体層３、イオン注入層、表面層４（ダイヤモンドライクカーボン被膜）の順となる３層の積層構造が形成されており、弾性体層３と表面層４との間には、例えば、弾性体層よりも導電性に優れたポリマー組成物によって形成された中間層などが設けられてはいない。

前記導電性軸心２は、本実施形態においては、導電性を有する材料によって中空又は中実の丸棒状の外形となるように形成されている。
前記導電性の材料としては、例えば、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル等の金属及びその合金が挙げられる。
なお、要すれば、前記帯電ローラ１の導電性軸心２として、前記弾性体層３と接する表面に溶融めっき、電解めっき、無電解めっきなどめっきが施されてなるものを用いることも可能である。
特に、強度、耐久性に優れるステンレス鋼に、導電性向上と、弾性体層との密着性向上とを図るべく無電解ニッケルめっきが施されたものが導電性軸心２として好適である。

前記弾性体層３は、カーボンブラックを含む導電性のポリマー組成物により形成されている。
しかも、ＪＩＳ Ａ 硬度で４０度以上５８度以下のいずれかの硬度となるように前記ポリマー組成物によって形成されている。
この弾性体層３を形成するポリマー組成物としては、ベースポリマーと、カーボンブラックと、各種添加剤とを含むものが挙げられる。

この弾性体層３を形成するポリマー組成物のベースポリマーには、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体（以下、「ＧＥＣＯ」ともいう）が用いられる。
なお、“ベースポリマーにＧＥＣＯが用いられている”とは、重量割合で、前記ポリマー組成物に含有されるポリマー成分中の半分（５０重量％）以上がＧＥＣＯであることを意図しており、本発明の効果が著しく損なわれたりしない範囲においては他のポリマー成分を、弾性体層３を形成するポリマー組成物に含有させることも可能である。
ただし、弾性体層３を導電性に優れた状態に形成させやすく、帯電ローラ１に優れた帯電性能を付与させうる点において、ポリマー成分に占めるＧＥＣＯの割合は、９０重量％以上であることが好ましく、９５重量％以上であることがさらに好ましい。ポリマー組成物に含有されるポリマー成分がＧＥＣＯのみで構成されることが最も好ましい。

また、ポリマー成分の半分以上の割合となるＧＥＣＯは、単一種類である必要はなく、複数種類のＧＥＣＯが、合計でポリマー成分の半分以上となる割合で含有されている場合も本発明の意図する範囲である。

このベースポリマーとして用いられるＧＥＣＯとしては、エピクロルヒドリン（ＥＰ）が５０モル％以上９５モル％未満含有され、エチレンオキサイド（ＥＯ）が５モル％以上４０モル％以下含有され、アリルグリシジルエーテル（ＡＧＥ）が０モル％を超え１０モル％以下含有されているものを例示することができる。
特に、（ＥＰ／ＥＯ／ＡＧＥ）＝（６０〜８５モル％／１０〜３０モル％／５〜１０モル％）のいずれかの割合であることが導電性の調整及び感光体汚染性防止の観点で好ましい。

前記カーボンブラックとしては、特に限定されず、各種のカーボンブラックを使用することができる。
特に、ＭＴカーボン（ＡＳＴＭ Ｎ９９０）を使用することでＧＥＣＯの持つイオン導電性に干渉することなくポリマー組成物に押出加工などにおける優れた加工性を付与し得る点において好適である。
また、イオン導電の補助としてカーボン導電を適宜付与する手段としてケッチェンブラック（商品名、ライオンアクゾ社製）のような高導電カーボンも有用である。
このカーボンブラックは、弾性体層３の体積抵抗率の値が、通常、１０³〜１０⁹Ω・ｃｍのいずれかとなる量で前記ポリマー組成物に配合される。
なお、本実施形態の帯電ローラ１においては、弾性体層３のベースポリマーに用いられているＧＥＣＯがその体積抵抗率が他のゴムなどよりも比較的低い値であることから、弾性体層をこのような体積抵抗率に調整することが容易に実施されうる。

前記添加剤としては、架橋剤、加工助剤、酸化防止剤等の機能性薬剤や、充填剤、顔料などといった一般にゴム、プラスチックスに用いられている配合剤を適宜選択して用いることができる。

なお、前記弾性体層３のＪＩＳ Ａ 硬度が上記のように４０度以上とされているのは、弾性体層３の硬度が低すぎる場合には、帯電ローラに十分な強度を付与することが困難になるおそれを有するばかりでなく、表面層４にシワを発生させるおそれを有するためである。
このシワの発生を、より確実に防止し得る点において、前記弾性体層３のＪＩＳ Ａ 硬度は、４５度以上であることが好適である。
一方で、弾性体層３のＪＩＳ Ａ 硬度が５８度以下とされているのは、弾性体層３が５８度を超える硬度であると電子写真装置用として求められる柔軟性を帯電ローラに付与することが困難になるばかりでなく、感光体の外周面に対する追従性が低下して十分な接触状態を確保することが困難となるためである。

なお、本明細書中における“ＪＩＳ Ａ 硬度”との用語は、ＪＩＳ Ｋ ７３１２に準じて、スプリング式タイプＡ硬さ試験機により標準的な環境下（例えば、温度２３±２℃、相対湿度５０±１０％）において測定される瞬時値を意図している。
そして弾性体層３がＪＩＳ Ａ 硬度でどのような硬度に形成されているかについては、実際の帯電ローラ１から硬度測定用の試料を採取して測定してもよく、帯電ローラ１から硬度測定用の試料の採取が困難な場合には、弾性体層３の形成に用いられるポリマー組成物を用いてシート状のテストピースを別途作製して測定することも可能である。

前記イオン注入層は、前記弾性体層３を形成するポリマー組成物中に、前記ダイヤモンドライクカーボン被膜の成分を拡散させて形成されており、表面層４を形成するダイヤモンドライクカーボン被膜を、例えば、プラズマイオン注入法などによって形成させることにより該ダイヤモンドライクカーボン被膜とともにその内側に形成されうる。
該イオン注入層は、前記弾性体層３と前記表面層４との中間的性質を有することから、通常、高硬度に形成されるダイヤモンドライクカーボン被膜と、柔軟に形成される前記弾性体層３との間における緩衝層として作用し、前記表面層４を形成するダイヤモンドライクカーボン被膜にシワが発生することを防止するための必須の構成である。

なお、厳密には、ポリマーが用いられて形成された部材を下地とし、その表面にダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させると、通常の方法であれば少なくとも部材表面の極浅い部分にその成分が侵入することにはなるが、本発明においては、このようなものまでをもイオン注入層として含めることは意図していない。
本発明におけるイオン注入層とは、緩衝作用に実質上機能させうるものを意図しており、通常、数ｎｍ以上（例えば、５ｎｍ以上）程度の厚みであれば、緩衝作用に実質上の機能を発揮させ得る。
その緩衝作用をより効果的に発揮させ得る点において、前記イオン注入層は、２０ｎｍ以上の厚みに形成されることが好ましい。
一方で、所定以上にイオン注入層の厚みを増大させても、緩衝作用をそれまで以上に発揮させることが困難となるばかりでなく、帯電ローラ１の製造に多大な手間を発生させるおそれを有する点において、最大でも１５０ｎｍの厚みとされることが好ましい。
このイオン注入層の厚みについては、例えば、ダイヤモンドライクカーボン被膜がプラズマイオン注入法によって形成されるような場合においては、プラズマ状態とされたダイヤモンドライクカーボン被膜の成分を下地（弾性体層３）に向けて加速させる加速電圧などの電気的条件や、温度条件によって調整することができる。

このイオン注入層の厚みについては、例えば、その厚みが数ｍｍ〜数ｃｍとなるような倍率を選定して、走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡を用いて断面観察を実施し、任意に１０箇所程度の厚み測定を実施し、その算術平均によって求めることができる。
例えば、図４、図５は、熱可塑性ポリウレタン樹脂が用いられて形成された部材（下地部材）の表面にイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させたものの断面を透過型電子顕微鏡で観察した写真であり、この写真中央部を上下に縦断する濃色部分がイオン注入層である。
したがって、この濃色部分の幅を測定することでイオン注入層の厚みを求めることができる。

前記表面層４は、ダイヤモンドライクカーボン被膜によって形成されており、２０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲の内のいずれかの厚みとなるように形成されている。
この表面層４を形成するダイヤモンドライクカーボンは、その成分が特に限定されるものではなく、摺動部材などに用いられている一般的なダイヤモンドライクカーボンと同様の炭素原子と水素原子との組成比を有するものを用いることができる。
また、炭素原子と水素原子以外に窒素原子やフッ素原子あるいは金属原子などが含有されたダイヤモンドライクカーボンも前記表面層４の形成に採用可能である。
ただし、炭素原子と水素原子以外の成分をあまり多く含有させると表面に十分なすべり性を付与することが困難となるおそれを有する。
このような点において、炭素原子と水素原子以外に含有される他の原子は、その含有量が合計で４０ｍｏｌ％以下であることが好適である。

なお、炭素原子と水素原子以外の成分としては、表面層４に対して適度な柔軟性を付与し得るとともに帯電ローラ表面の非粘着性をより向上させうる点においてフッ素原子が好適である。
また、フッ素原子を導入することで水などの液体に対する表面層４の接触角を調整させることもできる。

前記表面層４が、ダイヤモンドライクカーボンによって２０ｎｍ以上の厚みとなるよう形成されているのは、２０ｎｍ未満の厚みでは帯電ローラ１の外周面に十分なすべり性、非粘着性を付与することができず、短期間に“表面汚れ”が発生するおそれを有するためである。
一方で表面層４の厚みが１μｍ以下とされているのは、１μｍを超える厚みとすると帯電ローラ１の外周面（表面層の表面）にシワや割れが形成されやすくなり放電安定性の低下による印刷品質の低下を電子写真装置に発生させるおそれを有するためである。
なお、この表面層４の厚みについては、前記イオン注入層と同様に測定することができ、例えば、その厚みが数ｍｍ〜数ｃｍとなるような倍率を選定して、走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡を用いて断面観察を実施し、任意に１０箇所程度の厚み測定を実施し、その算術平均によって求めることができる。

また、この表面層４の表面には、その表面粗さがＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４に規定されている十点平均粗さ（Ｒ_{Z JIS 94}）で２μｍ以上４μｍ以下となるように微細な凹凸が形成されていることが好ましい。
このような表面性状を帯電ローラ１に付与させることにより前記凹凸によって放電の起点となる箇所（放電ポイント）が帯電ローラの外周面に一様に形成されることとなり、優れた帯電性能を発揮させることができる。

以上のごとく構成されている帯電ローラ１は、ダイヤモンドライクカーボン被膜によって表面層４が形成されていることから表面のすべり性、非粘着性に優れ、仮に、クリーニングブレードにより電子写真感光体の表面のクリーニングがなされている箇所をトナーなどが通過して、当該帯電ローラ１と電子写真感光体との接触箇所に到達したとしてもこのトナーなどによる付着物が帯電ローラ１の表面に形成されることを抑制させ得る。
したがって、帯電ローラに“表面汚れ”が発生することを防止することができ、この“表面汚れ”によって電子写真装置の印刷品質が低下してしまうことを抑制させ得る。
しかも、このダイヤモンドライクカーボン被膜が、所定の硬度を有する弾性体層３の外側にイオン注入層を介して所定厚みに形成されていることにより、外周面にシワなどが発生されて帯電特性にバラツキが生じたりすることを抑制させ得る。
したがって、本実施形態の帯電ローラによれば、優れた印刷品質を長期持続可能な電子写真装置を提供し得る。

次いで、本実施形態の電子写真装置用帯電ローラの製造方法について説明する。
この電子写真装置用帯電ローラの弾性体層は、一般的なゴム製ローラの製造方法と同様の方法を採用することができ、例えば、ＧＥＣＯにカーボンブラックなどの材料を定められた配合量で配合して未加硫状態のポリマー組成物を作製し、該ポリマー組成物を導電性軸心上に押し出し被覆して予備成形品を作製し、該予備成形品を加硫した後に表面研磨してその表面性状を均一化させることで形成することができる。
このとき弾性体層の表面を適度に粗化しておき、後述するプラズマイオン注入法によってダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させることで、帯電ローラの表面粗さを、例えば、十点平均粗さ（Ｒ_{Z JIS 94}）で２μｍ以上４μｍ以下となるように調整することができる。

さらに、前記イオン注入層は、前記弾性体層上に、例えば、プラズマイオン注入法などによってダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させることにより該ダイヤモンドライクカーボン被膜にともなわせて形成させることができ、前記表面層と同時に形成させることができる。

すなわち、プラズマイオン注入法においては、ダイヤモンドライクカーボン被膜の下地となる層にイオンが注入されて下地の表面近傍にイオン注入層が形成されることから弾性体層上にダイヤモンドライクカーボン被膜を形成することにより弾性体層の表面側をイオン注入層に変化させつつダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させてイオン注入層と表面層とを同時に形成させることができる。

このプラズマイオン注入法は、イオン注入層の形成によるダイヤモンドライクカーボン被膜のシワ防止のみならずダイヤモンドライクカーボン被膜の剥離強度の向上にも有効である。
特に、本実施形態の帯電ローラのごとくダイヤモンドライクカーボンと大きく硬度が異なる弾性体層が下地である場合においては、プラズマイオン注入法以外の形成方法ではダイヤモンドライクカーボン被膜（表面層）の剥離が生じやすいが、このプラズマイオン注入法によってイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させることによりこのような問題が生じることを十分防止させることができる。

このプラズマイオン注入法の中でも、特に、炭素や水素などの正イオンを含むプラズマを発生させた状態で、ダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させる対象物（以下「被加工体」ともいう）に対して正のパルス電圧を印加し、引き続き負のパルス電圧を印加することで前記正イオンを被加工体に注入させてイオン注入層を形成しつつダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させる方法が特に好適である。

このような正負パルス電圧を印加してダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させる方法について、図３を参照しつつさらに詳しく説明する。
図３は、本実施形態の帯電ローラの製造に用いるのに好適なプラズマイオン注入成膜装置の概略図であり、このプラズマイオン注入成膜装置は、ダイヤモンドライクカーボン被膜が施される前の帯電ローラの半製品１ｘ（導電性軸心上に弾性体層が形成されたもの）が収容され、該半製品１ｘにイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させるための真空チャンバー１００、前記半製品１ｘに対して正負パルス電圧を印加すべく導電性軸心に対して電気的に接続される正負パルス電圧印加ライン２００、真空チャンバー１００内にダイヤモンドライクカーボンの形成原料となる原料ガスをプラズマ状態にさせるべく設けられたプラズマ励起用アンテナ３００、前記半製品１ｘの周囲に高密度のプラズマ及び高濃度のラジカルを発生させるべく半製品１ｘとプラズマ励起用アンテナ３００との間に設けられ、しかも、半製品１ｘに接触しないように僅かに離間した位置に配された高電圧パルス印加電極４００、及び前記高電圧パルス印加電極４００に高電圧の負のパルス電圧を印加するための高電圧パルス印加ライン５００とを有している。

このようなプラズマイオン注入成膜装置を用いてダイヤモンドライクカーボン被膜を半製品１ｘ上に形成させて帯電ローラを完成させるには、例えば、導電性軸心に正負パルス電圧印加ライン２００を接続した状態で真空チャンバー１００内に半製品１ｘを収容させ、弾性体層の表面にクリーニング処理工程を行った後に、ダイヤモンドライクカーボン被膜形成工程を行う方法を採用しうる。

このクリーニング処理工程は、真空チャンバー１００の内部が、例えば０．０１Ｐａ以下の高真空となるように排気を行った後、水素ガスとアルゴンガスとの混合ガス（例えば、水素ガス／アルゴンガス＝２０／８０の比率で混合された混合ガス）を導入して真空チャンバー１００内の圧力が０．１〜１．０Ｐａ程度となるように調整し、周波数が数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ、出力が０．１ｋＷ〜数ｋＷ、持続時間が数マイクロ秒〜１００マイクロ秒のラジオ波（ＲＦ）をプラズマ励起用アンテナ３００に印加して放電プラズマを励起させ、その直後に高電圧パルス印加用電極に１０ｋＶ〜３０ｋＶ程度の高電圧パルスを印加して半製品１ｘの表面に高密度プラズマを発生させるとともに、導電性軸心に数ｋＶ程度の負のパルス電圧を印加して実施することができる。

また、ダイヤモンドライクカーボン被膜形成工程は、前記クリーニング工程後、真空チャンバー１００の内部を再び圧力が０．０１Ｐａ以下となるように排気を実施した後、原料ガスを導入して実施されうる。
なお、この原料ガスとしては、特に限定されるものではなく、例えば、アセチレン、メタン、エタン、ベンゼン、トルエンなどの炭化水素系ガスや、二フッ化炭素、四フッ化炭素、フッ化アルゴンなどのフッ素含有ガスなどを単独または複数混合して用いることができる。
そして、この原料ガスを導入させた状態で真空チャンバー１００の内部の圧力を０．５〜１Ｐａ程度に保持して、プラズマ励起用アンテナ３００によって原料ガスをプラズマ状態にさせるとともに、高電圧パルス印加電極４００によって前記半製品１ｘの周囲に高密度のプラズマ及び高濃度のラジカルを発生させつつ正負パルス電圧印加ライン２００で導電性軸心に正負パルス電圧を印加することにより炭素、水素、フッ素などの原料ガスに含有されている成分による正イオンを高エネルギーで弾性体層に注入させてイオン注入層を形成させるとともにダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させることができる。

なお、このときの高電圧パルス印加電極４００には、例えば、高電圧パルス印加ライン５００によって、高電圧パルスとしてパルス波高が５ｋＶ〜３０ｋＶ程度（例えば、１５ｋＶ）、パルス幅が１マイクロ秒〜数十マイクロ秒（例えば、１０マイクロ秒）の負のパルス電圧を印加させることで高密度のプラズマを発生させうる。

また、導電性軸心に対しては、例えば、正負パルス電圧印加ライン２００によって、パルス波高が１ｋＶ〜５ｋＶ（例えば、２ｋＶ）、パルス幅１マイクロ秒〜数十マイクロ秒（例えば、１０マイクロ秒）の正のパルス電圧を印加した後、瞬時に反転するパルス波高が１ｋＶ〜５ｋＶ（例えば、２ｋＶ）、パルス幅が１マイクロ秒〜数十マイクロ秒（例えば、１０マイクロ秒）の負のパルス電圧を印加し、この一対の正負パルス電圧を繰り返し周期１ミリ秒程度で所定の時間印加することで均質で剥離強度の高いダイヤモンドライクカーボン被膜をイオン注入層を介して弾性体層の上に形成させうる。
なお、正負パルス電圧の印加については、正パルス電圧と、負パルス電圧とをそれぞれ所定の間隔を設けて繰り返し印加させる方法や、一波長分の正弦波パルス電圧を所定間隔を設けて繰り返し印加させる方法を採用することができる。

この正のパルス電圧に引き続き負のパルス電圧を半製品に印加してイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させる方法は、特に、本実施形態の電子写真装置用帯電ローラの弾性体層のごとく体積抵抗率が比較的高い材質のものの表面にダイヤモンドライクカーボン被膜を成膜する場合に有効である。
例えば、帯電ローラの弾性体層は、通常、先述のような体積抵抗率となるように形成されていることから正のパルス電圧を印加することでこの弾性体層の表面近傍のプラズマから電子を加速させた状態で弾性体層に入射させることができ表面を負帯電させることができる。
そして、引き続いて実施される負のパルス電圧の印加によって、弾性体層の表面近傍のプラズマから正イオンが加速されて弾性体層に入射してイオン注入層が形成されることとなる。
したがって、正負パルス電圧対を印加することによって、はじめの正のパルス電圧の印加時に弾性体層の表面に生じた負帯電の分だけ大きなエネルギーで正イオンを弾性体層に注入させることができる。
このことにより、他のダイヤモンドライクカーボン成膜形成方法に比べて弾性体層が低温となる状態でダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させることができ、ダイヤモンドライクカーボンによる表面層の形成時と電子写真装置内での運転時との温度差を減少させることができる。
このことによって熱による膨張、収縮が抑制されることとなり、ダイヤモンドライクカーボン被膜にシワなどが形成されることがよりいっそう抑制される。
しかも、正負パルス電圧対を印加することにより、負パルス電圧のみを印加する場合に比べて局所的な電荷の偏りを防止することができ均質なダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させうる。
そして、このような方法を採用することにより、均一な厚みでダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させることができ、下地となる弾性体層の表面の微細な凹凸を表面層の表面性状に比較的忠実に再現させうる。
したがって、上記のようなプラズマイオン注入法によるダイヤモンドライクカーボン被膜形成を実施する場合には、帯電ローラの表面粗さを、十点平均粗さ（Ｒ_{Z JIS 94}）で２μｍ以上４μｍ以下となるように調整することも容易となる。

なお、本実施形態においては、表面層（ダイヤモンドライクカーボン被膜）を優れた剥離強度で形成させうることから、プラズマイオン注入法の中でも、特に、炭素や水素などの正イオンを含むプラズマを発生させた状態で、ダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させる対象物に対して正のパルス電圧を印加し、引き続き負のパルス電圧を印加することで前記正イオンを被加工体に注入させてイオン注入層を形成しつつダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させる方法を例示しているが、本発明においては、イオン注入層が形成される方法であればダイヤモンドライクカーボンによって表面層を形成させる方法を上記のような方法に限定するものではない。

本実施形態においては、ＧＥＣＯがベースポリマーとして用いられている導電性のポリマー組成物によって弾性体層が形成されていることから、特に、弾性体層の表面に別の導電性のポリマー組成物で形成された層を設けることなく帯電ローラに優れた帯電性能を付与することができる。
したがって、ダイヤモンドライクカーボン被膜によって形成された表面層と弾性体層との間にイオン注入層のみを介在させるという単純な構造でありながらも帯電ローラに優れた帯電性能を発揮させ得る。
また、構造が単純化されることで、帯電ローラを製造容易なものとすることができる。

ただし、要すれば、例えば、弾性体層と表面層との間に中間層を設けてもよく、このような中間層を有する帯電ローラも本発明の意図する範囲である。
すなわち、導電性軸心から外周面側に向けて、弾性体層、中間層、イオン注入層、表面層の順となる４層の積層構造が形成された帯電ローラも本発明の意図する範囲である。

なお、本発明の電子写真装置は、ダイヤモンドライクカーボン被膜によって表面層が形成されている前記帯電ローラに加えて、現像ローラや感光体といった従来公知の構成を採用して形成することができ、このような帯電ローラを備えていることによって使用開始直後の優れた印刷品質を長期間にわたって維持させうる。

次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１〜８、比較例１〜１３）
（帯電ローラの形成）
（弾性体層の形成）
弾性体層の形成には、下記表１に示す市販の配合剤が下記表１に示す割合で配合されたポリマー組成物を用いた。

上記表１に示す配合剤の内、硫黄等の加硫剤を除くものをバンバリーミキサーにて混練し、得られた混練物を５０〜６０℃に温度調整されたロール混練機に移し、ここで硫黄等の加硫剤を加えてロール練りを実施した。
得られたポリマー組成物を押出し機に投入して押出しを実施し、該押出し機の先端部に設けられたクロスヘッドを、直径約６ｍｍ、長さ約２５０ｍｍの導電性軸心を通過させて導電性軸心の外側にポリマー組成物を被覆した。
このポリマー組成物を被覆した導電性軸心を金型にセットして加硫を実施した後に、円筒研削盤による粗研磨とテープ研磨機による仕上げ研磨とをその表面に対して実施して外径が８．５ｍｍとなるように弾性体層を形成させた。このとき仕上げ研磨に用いる砥粒の番手を、表２、３に示すように各実施例、比較例で異ならせたところ、弾性体層の表面が、表２、３に示す表面粗さとなった。
なお、この表２、３に示す表面粗さの値は、弾性体層の表面の十点平均粗さを導電性軸心の中心軸と平行な方向（ローラの長さ方向）に沿ってＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４に準拠する方法で測定することにより得られた値（Ｒ_{Z JIS 94}）である。
また、各実施例、比較例の帯電ローラの弾性体層の硬度（ＪＩＳ Ａ 硬度）を測定したところ、いずれも５０度であることが確認できた。
なお、弾性体層は、長さ約２５０ｍｍの導電性軸心の両端部１０ｍｍの区間を除く約２３０ｍｍの区間に形成させた。

（表面層の形成）
さらに、実施例１〜８、及び、比較例２〜８においては、この弾性体層の表面に、正負パルス電圧対を印加するプラズマイオン注入法により表２、３に示す厚みとなるようにダイヤモンドライクカーボン被膜を設けて表面層を形成させた。
このとき原料ガスを調整してダイヤモンドライクカーボン中のフッ素原子含有量（フッ素導入量）を表２、３の割合（「フッ素含有量」、単位：ｍｏｌ％）となるよう調整した。
なお、この実施例１〜８、及び、比較例２〜８の帯電ローラには、イオン注入層が約６０ｎｍの厚みで形成されていることが電子顕微鏡による観察によって確認された。

一方で、比較例９、１０の帯電ローラは、イオン注入層を形成させることなくダイヤモンドライクカーボン被膜を形成し、比較例１、１１〜１３の帯電ローラには、ダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させなかった。
この内、比較例１、１１は表面層自体を設けずに弾性体層が最表面側となるようにした。ただし、比較例１１は、この弾性体層の表面の非粘着性を向上させるべく紫外線処理を実施した。

また、比較例１２の帯電ローラについては、ダイヤモンドライクカーボン被膜に代えて弾性体層の表面にフッ素樹脂系コーティング剤（大日本インキ社製、商品名「ディフェンサ ＴＲ−３０６」）を用いたコーティング被膜を設けて表面層を形成させた。
より詳しくは、下記配合による塗工液を調整して導電性軸心上に弾性体層を形成させたものに前記塗工液をディップコートし、７０℃×１０分間の一次乾燥の後、１００℃×３０分の二次乾燥を実施し、さらに、１５０℃×２０分間の三次乾燥を実施して乾燥後の厚みが４０μｍの表面層を形成させた。
なお、この表面層の厚みの調整は、塗工液の粘度を溶媒（ジメチルフォルムアミド）で調整することにより実施した。
＜比較例１２の表面層配合＞
コーティング剤：１００重量部
カーボンブラック：１５重量部
有機物粒子：３重量部
溶媒（メチルエチルケトン）： 適宜
なお、「コーティング剤」には、上記に示したように大日本インキ社製、商品名「ディフェンサ ＴＲ−３０６」（樹脂分２０重量％）を用い、カーボンブラックには、東海カーボン社製の商品名「トーカブラックＴＢ５５００」を用い、「有機物粒子」には、大日精化工業社製のポリマー粒子（商品名「ダイニックビーズＵＣＮ−５１５０クリヤー」、粒度調整品（５μｍ以下及び２０μｍ以上の粒子をカット））を用いた。

さらに、比較例１３の帯電ローラについては、ダイヤモンドライクカーボン被膜の形成に代えて、テトラフロロエチレン−パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）が用いられてなる導電性のチューブ（厚み１００μｍ）を弾性体層に外嵌させて表面層を形成した。

（評価）
（表面粗さ）
このようにして形成された各実施例、比較例の帯電ローラの表面（表面層）の十点平均粗さを弾性体層の表面と同様にして導電性軸心の中心軸と平行な方向（ローラの長さ方向）に沿ってＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４に準拠する方法で測定した。
得られた値（Ｒ_{Z JIS 94}）を表２、３に併せて示す。

（外観評価）
各実施例、比較例の帯電ローラの表面における“シワ”、“割れ”などの発生状況を目視にて観察した。
結果を、表２、３に示す。

（水接触角評価）
各実施例、比較例の帯電ローラの表面の水接触角をＪＩＳ Ｒ ３２５７（１９９９）に準拠して求めた。
結果を表２、３に示す。

（電気抵抗値の測定）
帯電ローラの表面に接着させた箔電極と導電性軸心との間に直流電圧（５００Ｖ）を印加して各実施例、比較例の帯電ローラの導電性軸心から表面にいたるまでの体積抵抗率を求めた。
結果を表２、３に示す。

（実機評価）
各実施例、比較例の帯電ローラを実際の電子写真装置（ＨＰ社製カラーレーザープリンタ「Ｃｏｌｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｊｅｔ ３５００」の黒カートリッジ）に装着させて“表面汚れ”の発生状況、ならびに、印刷品質の低下状況についての評価試験を実施した。
なお両評価試験は、帯電バイアス直流電圧を調整して電子写真感光体の表面に−４５０Ｖの表面電位が発生するようにし、電子写真装置を常温低湿度環境下（２３℃、相対湿度１０％）に設置して、Ａ４上質紙に対して５％画像濃度にて連続印刷して実施した。
また、両両評価試験とも、評価中にトナー切れが生じた際には、そのカートリッジから帯電ローラと感光体とを取り外して新たなカートリッジに移設して試験を継続させた。

（“表面汚れ”の評価試験）
“表面汚れ”の評価においては、印刷枚数３０００枚ごとに１２０００枚まで、帯電ローラの表面を目視にて観察し、汚れが殆ど見られない場合を「◎」、表面がやや白化している場合あるいは印刷画像に影響しない白スジがごく薄く観察された場合を「○」、表面全体が白化している場合あるいは印刷画像に影響しない白スジが部分的に観察された場合を「△」、表面が顕著に白化している場合あるいは画像に影響が出る白スジが観察された場合を「×」として判定した。
この判定結果ならびに評価終了後の帯電ローラの表面の状態（途中で評価を終えたものは、その際の表面状態、その他は、１２０００枚印刷後の表面状態）を表２、３に示す。

（印刷品質の評価試験）
印刷画像の品質を、印刷開始直後、ならびに、印刷枚数３０００枚ごとに１２０００枚まで目視にて観察した。
結果を表２、３に示す。

この表からも、本発明の帯電ローラによれば電子写真装置の印刷品質の低下を防止させ得ることがわかる。

一実施形態の電子写真装置用帯電ローラを示す斜視図。 同帯電ローラの側面図。 ダイヤモンドライクカーボン被膜（表面層）形成方法を示す概略図。 下地部材/イオン注入層/ダイヤモンドライクカーボン被膜（表面層）の断面の様子を示す図（ＳＥＭ写真）。 下地部材/イオン注入層/ダイヤモンドライクカーボン被膜（表面層）の断面の様子を示す図（ＳＥＭ写真）。

符号の説明

１：電子写真装置用帯電ローラ、２：導電性軸心、３：弾性体層、４：表面層（ダイヤモンドライクカーボン被膜）

Claims (5)

1. 電子写真感光体の表面を帯電させるべく、外周面を前記電子写真感光体に接触させて用いられる電子写真装置用帯電ローラであって、
   エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体をベースポリマーとして含有するポリマー組成物によりＪＩＳ Ａ 硬度で４０度以上５８度以下の硬さに形成された弾性体層が導電性軸心の外側に設けられており、該弾性体層のさらに外側には、前記電子写真感光体に接触される表面層が設けられており、該表面層が内側にイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜で形成されており、該ダイヤモンドライクカーボン被膜の厚みが２０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする電子写真装置用帯電ローラ。
2. 前記イオン注入層が２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の厚みに形成されている請求項１記載の電子写真装置用帯電ローラ。
3. 前記ダイヤモンドライクカーボン被膜が、炭素と水素に加えてフッ素が含有されて形成されている請求項１又は２に記載の電子写真装置用帯電ローラ。
4. 前記表面層の表面粗さが、十点平均粗さ（Ｒ_{Z JIS 94}）で２μｍ以上４μｍ以下となるように形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子写真装置用帯電ローラ。
5. 電子写真感光体と、該電子写真感光体の表面を帯電させるべく外周面を前記電子写真感光体に接触させて用いられる電子写真装置用帯電ローラとが備えられている電子写真装置であって、
   前記電子写真装置用帯電ローラは、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体をベースポリマーとして含有するポリマー組成物によりＪＩＳ Ａ 硬度で４０度以上５８度以下の硬さに形成された弾性体層を導電性軸心の外側に有し、該弾性体層のさらに外側に、前記電子写真感光体に接触される表面層が設けられており、該表面層が内側にイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜で形成され、該ダイヤモンドライクカーボン被膜の厚みが２０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする電子写真装置。