JP2810492B2 - 帯電用部材および電子写真装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は帯電用部材に関し、特には感光体に対し一次
帯電、転写帯電、除電帯電などの帯電を行う帯電部材に
関する。また、本発明は前記帯電用部材を有する電子写
真装置に関する。

〔従来の技術〕

電子写真感光体を用いた電子写真プロセスにおける帯
電プロセスは、従来より殆ど金属ワイヤーに高電圧（DC
5〜8KV）を印加し発生するコロナにより帯電を行ってい
る。しかし、この方法ではコロナ発生時にオゾンやNO_X
等のコロナ生成物により感光体表面を変質させ画像ボケ
や劣化を進行させたり、ワイヤーの汚れが画像品質に影
響し、画像白抜けや黒スジを生じる等の問題があった。
一方、電力的にも感光体に向かう電流は、その５〜30％
にすぎず、殆どがシールド板に流れ帯電手段としては効
率の悪いものであった。

こうした欠点を補うために、感光体に帯電用部材を接
触させ、帯電用部外に外部より電圧を印加して感光体に
帯電を行う直接帯電方法が研究され多数提案されている
（特開昭57−17826号公報、特開昭56−104351号公報、
特開昭58−40566号公報、特開昭58−139156号公報、特
開昭58−150975号公報）。

帯電用部材の表面層には、体積抵抗が10⁶〜10¹²Ω・c
mの樹脂、又は導電性粒子分散樹脂膜が用いられるが、
樹脂単独の場合は環境を含め、その体積抵抗値の制御、
安全性等に問題が多く、材料選択の幅が非常に限られて
いた。それに対し、導電性粒子分散樹脂膜は環境を含め
その体積抵抗値の制御が容易であり、かつ安定性におい
ても信頼できる為、積層構造の帯電用部材の表面層に用
いた場合、非常に有効である。しかし、こうした導電性
粒子を分散した樹脂膜でも、導電性粒子の粒径及び分散
性などによってはたとえ帯電用部材の保護のために樹脂
層を更に積層した場合でも帯電部材の放電絶縁破壊、表
面抵抗のばらつきなどによる帯電不良を起こし良好な画
像を安定して供給しえない場合があった。これらの現象
は導電性粒子の平均粒径が表面層への分散前から大きい
場合や、カーボンの様に分散前には小さくとも分散後凝
集等により塗膜中での平均粒径が大きくなっている場合
などに見られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、上述の如き欠点、すなわち帯電用部
材の表面層に用いる導電性粒子分散樹脂膜の放電絶縁破
壊、表面抵抗のばらつきを防止し、画像欠陥のない高品
質な画像を安定して供給できる帯電用部材を提供するこ
とにある。また、本発明の目的は、前記帯電用部材を有
する電子写真装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち、本発明は、導電性粒子を分散含有する表面
層を有する帯電用部材において、該表面層が10〜500μ
ｍの膜厚を有し、かつ該導電性粒子が該表面層の膜厚の
1/100以下の大きさの平均粒径を有することを特徴とす
る帯電部材である。

また、本発明は、電子写真感光体および電子写真感光
体に接触配置されている帯電用部材を有する電子写真装
置において、該帯電用部材が、導電性粒子を分散含有す
る表面層を有する帯電用部材であって、該表面層が10〜
500μｍの膜厚を有し、かつ該導電性粒子が該表面層の
膜厚の1/100以下の大きさの平均粒径を有することを特
徴とする電子写真装置である。

樹脂の絶縁耐圧は第１図に示す様にその膜厚が減少す
ると共に低下する（ただし、この場合樹脂はポリカーボ
ネート）。第２図、第３図は導電性粒子を樹脂に分散し
た状態を示しているが、塗膜中での平均粒径が大きい導
電性粒子を分散した場合、表面層の膜厚ａは局部的に薄
くなる（第２図）。それに対し塗膜中での平均粒径の小
さい導電性粒子を分散した場合、表面層の膜厚が局部的
に薄くなることはない（第３図）。このことから分散さ
せる導電性粒子の塗膜中での平均粒径は絶縁耐圧の高低
に大きく関与していることがわかる。さらに表面層の抵
抗値のばらつきに関しても、導電性粒子の塗膜中での平
均粒径が小さいものほど小さく抑えられると考えられ
る。

本発明者らの検討の結果、導電性粒子を分散含有する
表面層を有する帯電用部材において、表面層中の導電性
粒子の平均粒径を表面層膜厚の1/100以下とすることに
より、前述の問題点を解決し優れた帯電特性を得ること
ができることを見い出した。さらに、表面層塗膜中にお
いて、表面層膜厚の1/50以上の大きさの粒径をもった導
電性粒子が全粒子数の10％以下分散含有されていること
によりこれらの特性は優れたものとなる。

本発明の帯電用部材は、第４図に示すように導電性基
体１上に積層構成をとっていることを基本形態としてい
る。表面層３は、酸化スズ粒子、アルミニウム粒子、酸
化インジウム粒子、酸化チタン粒子などの導電性粒子４
をポリエステル、酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体、ポ
リメタクリル酸メチルなどの樹脂５中に分散させること
により形成することができる。膜厚は10〜500μｍ、特
には20〜200μｍの範囲が好ましい。導電性粒子の樹脂
への分散方法は、サンドミル、ボールミル、ローラーミ
ルなどいずれを用いてもよい。また表面層中にはレベリ
ング剤、分散助剤などの添加剤を加えてもよい。表面層
の体積抵抗値は10⁶〜10¹²Ω・cmの範囲が好ましい。導
電性基体１としては、鉄，銅，ステンレスなどを用いる
ことができる。

導電性基体１と表面層３の間の層は、アルミニウム，
鉄，銅などの金属、ポリアセチレン，ポリピロール，ポ
リチオフエンなどの導電性高分子やカーボンなどを分散
含有させて導電性処理したゴムや樹脂、またはポリカー
ボネート、ポリエステルなどの絶縁性樹脂やゴムの表面
を金属や他の導電性物質によってラミネートコートした
ものなどを用いることができる。導電性基体と表面層の
間の層の体積抵抗値としては、10⁰〜10¹¹Ω・cm、特に
は10²〜10¹⁰Ω・cmの範囲が好ましい。また表面層の体
積抵抗は表面層に接する下層の体積抵抗より大きいこと
が好ましい。さらにこの層２は必要に応じて機能分離し
たような多層構成であってもよい。

本発明における表面層は、導電性粒子を分散含有した
樹脂層単層でもよいし、導電性粒子を含有した樹脂層の
上に導電性粒子を分散含有しない樹脂層を設けた積層構
造の表面層でもよい。この導電性粒子を分散含有しない
層に用いられる樹脂６としては、Ｎ−アルコキシメチル
化ナイロンまたはＮ−アルコキシエチル化ナイロンに、
他の樹脂、例えばナイロン６、ナイロン66、ナイロン1
1、ナイロン12等またはこれらを共重合させた樹脂等の
ポリアミド樹脂を含有させた物等が挙げられる。

本発明における表面層の膜厚は10〜500μｍであり、5
0〜200μｍがより好ましい。積層構造の場合、導電性粒
子を分散含有していない層の膜厚は１〜250μｍが好ま
しく、５〜100μｍがより好ましい。

帯電用部材の形状はローラー形状やブレード形状など
いずれでもよいが、均一帯電の点ではローラー形状が好
ましい。

電子写真感光体は、導電性支持体上に感光層を設けた
構成を基本としている。導電性支持体としては、支持体
自体が導電性をもつもの、例えばアルミニウム、アルミ
ニウム合金、ステンレス、クロム、チタンなどを用いる
ことができ、そのほかにアルミニウム、アルミニウム合
金、酸化インジウム−酸化錫合金などを真空蒸着によっ
て被膜形成された層を有する前記導電性支持体やプラス
チツク、導電性粒子（例えばカーボンブラツク、酸化錫
粒子など）を適当なバインダーとともにプラスチツクや
紙に含浸した支持体、導電性バインダーを有するプラス
チツクなどを用いることができる。

導電性支持体と感光層の中間に、バリヤー機能と接着
機能をもつ下引層を設けることもできる。下引層はカゼ
イン、ポリビニルアルコール、ニトロセルロース、エチ
レン−アクリル酸コポリマー、ポリアミド、ポリウレタ
ン、ゼラチン、酸化アルミニウムなどによって形成でき
る。下引層の膜厚は、５μｍ以下、好ましくは0.5〜３
μｍが適当である。下引層はその機能を発揮するために
は、10⁷Ω・cm以上であることが望ましい。

感光層はたとえば、有機光導電体、アモルフアスシリ
コン、セレンなどの光導電体を必要に応じて結着剤と共
に塗料化して塗布形成または真空蒸着によってされる。
また、有機光導電体を用いる場合、露光により電荷担体
を発生する電荷発生層と発生した電荷担体を輸送する能
力を持つ電荷輸送層との組み合わせからなる感光層も有
効に用いることができる。

電荷発生層は、アゾ顔料、キノン顔料、キノシアニン
顔料、ペリレン顔料、インジゴ顔料、ビスベンゾイミダ
ゾール顔料、フタロシアニン顔料、キナクドリン顔料な
どの電荷発生材料の１種類あるいは２種類以上を蒸着す
るか、または適当なバインダーと共に（バインダーが無
くても可）分散した塗工によって形成できる。

バインダーは広範囲な絶縁性樹脂または有機光導電性
ポリマーから選択できる。たとえば絶縁性樹脂としては
ポリビニルブチラール、ポリアリレート（ビスフエノー
ルＡとフタル酸の縮重合体等）、ポリカーボネート、ポ
リエステル、フエノキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリアク
リルアミド樹脂、ポリアミド、セルロール系樹脂、ウレ
タン樹脂、エポキシ樹脂、カゼイン、ポリビニルアルコ
ールなどをあげることができる。また、有機光導電性ポ
リマーとしては、カルバゾール、ポリビニルアントラセ
ン、ポリビニルピレンなどが挙げられる。

電荷発生層の膜厚は0.01〜15μｍ、好ましくは0.05〜
５μｍであり、電荷発生層と結着剤との重量比は10:1〜
1:20である。

電荷発生層用塗料に用いる溶剤は、使用する樹脂や電
荷輸送材料の溶解性や分散安定性から選択されるが、有
機溶剤としてはアルコール類、スルホキシド類、エーテ
ル類、エステル類、脂肪族ハロゲン化炭化水素類あるい
は芳香族化合物などを用いることができる。

塗工は、浸漬コーテイング法、スプレーコーテイング
法、マイヤーバーコーテイング法、ブレードコーテイン
グ法などのコーテイング法を用いて行うことができる。

電荷輸送層は、電荷輸送材料を成膜性のある樹脂に溶
解させて形成される。本発明に用いられる有機の電荷輸
送材料の例としては、ヒドラゾン系化合物、スチルベン
系化合物、ピラゾリン系化合物、オキサゾール系化合
物、チアゾール系化合物、トリアリールメタン系化合物
などが挙げられる。これらの電荷輸送物質は１種または
２種以上組み合わせて用いることができる。

電荷輸送層に用いる結着剤の例としては、フエノキシ
樹脂、ポリアクリルアミド、ポリビニルブチラール、ポ
リアリレート、ポリスルホン、ポリアミド、アクリル樹
脂、アクリロニトリル樹脂、メタクリル樹脂、塩化ビニ
ル樹脂、酢酸ビニル樹脂、フエノール樹脂、エポキシ樹
脂、ポリエステル、アルキド樹脂、ポリカーボネート、
ポリウレタンあるいはこれらの樹脂の繰返し単位のうち
２つ以上を含む共重合体、たとえばスチレン−ブタジエ
ンコポリマー、スチレン−アクリロニトリルコポリマ
ー、スチレン−マレイン酸コポリマーなどを挙げること
ができる。またポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ポリビ
ニルアントラセン、ポリビニルピレンなどの有機光導電
性ポリマーからも選択できる。

電荷輸送層の膜厚は５〜50μｍ、好ましくは８〜20μ
ｍであり、電荷輸送物質と結着剤との重量比は5:1〜1:
5、好ましくは3:1〜1:3程度である。塗工は前述のよう
なコーテイング法を行うことができる。

さらに、色素、顔料、有機電荷輸送物質などは、一般
に、紫外線、オゾン、オイルなどによる汚れ、金属など
に弱いため必要に応じて保護層を設けてもよい。この保
護層上に静電潜像を形成するためには表面抵抗率が10¹¹
Ω以上であることが望ましい。

本発明で用いることができる保護層はポリビニルブチ
ラール、ポリエステル、ポリカーボネート、アクリル樹
脂、メタクリル樹脂、ナイロン、ポリイミド、ポリアリ
レート、ポリウレタン、スチレン−ブタジエンコポリマ
ー、スチレン−アクリル酸コポリマー、スチレン−アク
リロニトリルコポリマーなどの樹脂を適当な有機溶剤に
よって溶解した液を感光層を上に塗布、乾燥して形成で
きる。この際、保護層の膜厚は、一般に0.05〜20μｍの
範囲である。この保護層中に紫外線吸収剤などを含ませ
てもよい。

本発明の帯電用部材は、例えば第６図に示すような電
子写真装置に適用することができる。この装置は、電子
写真感光体13の周面上に帯電用部材７、像露光手段８、
現像手段９、転写帯電手段10、クリーニング手段11、前
露光手段12が配置されている。

電子写真感光体13上に接触配置されている帯電用部材
７に、外部より電圧（例えば200V以上2000V以下の直流
電圧とピーク間電圧4000V以下の交流電圧を重畳した脈
流電圧）を印加し、電子写真感光体13表面を帯電させ、
像露光手段８によって原稿上の画像を感光体に像露光し
静電潜像を形成する。次に現像手段９中の現像剤を感光
体に付着させることにより、感光体上の静電潜像を現像
（可視像化）し、さらに感光体上の現像剤を転写帯電手
段10によって、紙などの被転写部材14に転写し、クリー
ニング手段11によって転写時に紙に転写されずに感光体
上に残った現像剤を回収する。

このような電子写真プロセスによって画像を形成する
ことができるが、感光体に残留電荷が残るような場合に
は、１次帯電を行う前に前露光手段12によって感光体に
光を当て残留電荷を除電したほうがよい。

本発明の帯電用部材は、機械的強度、化学的安定性の
点で劣化しやすい、有機光導電体を含有する感光層を有
する電子写真感光体に適用することにより、その特性を
顕著に発揮することができる。

本発明における感光体に接触させる帯電用部材の設置
については特定の方法に限らず、帯電用部材は固定方
式、感光体と同方向または逆方向で回転等の移動方式の
いずれの方式を用いることもできる。さらに帯電用部材
に感光体上の現像剤クリーニング装置として機能させる
ことも可能である。

本発明の直接帯電における帯電用部材への印加電圧、
印加方法に関しては、各々の電子写真装置の仕様にもよ
るが瞬時に所望する電圧を印加する方式の他にも感光体
の保護の目的で段階的に印加電圧を上げていく方式、直
流に交流を重畳させた形で印加の場合ならば直流交流
または交流直流の順序で電圧を印加する方式をとるこ
とができる。

また、本発明においては、画像露光、現像およびクリ
ーニング等のプロセスは静電写真の分野に公知の任意の
方法を採用することができ現像剤の種類など特定のもの
に限定されるものではない。本発明の帯電用部材は複写
機だけでなく、レーザープリンターやCRTプリンター、
電子写真式製版システムなどの電子写真応用分野にも用
いることができる。

〔実施例１〕 導電性支持体として、肉厚0.5mmで60φ×260mmのアル
ミニウムシリンダーを用意した。

共重合ナイロン（商品名:CM8000、東レ（株）製）４
部およびタイプ８ナイロン（商品名：ラツカマイド500
3、大日本インキ（株）製）４部をメタノール50部、ｎ
−ブタノール50部に溶解し、上記支持体上に浸漬塗布し
て0.6μｍ厚の下引き層を形成した。

下記構造式のジスアゾ顔料を10部、 及びポリビニルブチラール樹脂（商品名：エスレツクBM
2積水化学（株）製）10部をシクロヘキサノン120部と共
にサンドミル装置で10時間分散した。分散液にメチルエ
チルケトン30部を加えて上記下引き層上に塗布し、0.15
μｍ厚の電荷発生層を形成した。

そして重量平均分子量12万のポリカーボネートＺ樹脂
（三菱瓦斯化学（株）製）10部を用意し、下記構造式の
ヒドラゾン化合物 10部と共にモノクロルベンゼン80部に溶解した。これを
上記電荷発生層上に塗布して、16μｍ厚の電荷輸送層を
形成し、電子写真感光体を製造した。

次にクロロプレンゴム100重量部に導電性カーボン５
重量部を熔融混練し、中心にφ８×260mmのステンレス
軸を通してφ20×240mmになるように成型し、ローラー
形状帯電用部材の基層を設けた。

このローラー形状帯電用部材基層の体積抵抗を、温度
22℃、湿度60％の環境で抵抗を測ると３×10⁴Ω・cmで
ある。

次にポリメチルメタクリレート10重量部と酸化インジ
ウム粒子10重量部とMEK80重量部をサンドミル装置で分
散し、前記ローラー形状帯電用部材に基層上に浸漬コー
テイング法により、表面層を形成しローラー形状帯電用
部材を製造した。塗膜中での酸化インジウム粒子の平均
粒径は0.5μｍであり、粒径分布は表−１に示した。こ
れらの測定は走査型電子顕微鏡で観察して行った。表面
層の膜厚はそれぞれ50μm,100μm,150μm,200μｍで、2
3℃/50％での体積抵抗は表−１に示す通りである。

このローラー形状帯電用部材を正現像方式複写機PC−
20（キヤノン製）の一次コロナ帯電器の代わりに取りつ
け、前記感光体を用い、23℃/50％の環境で暗電位と明
電位の電位測定及び5000枚の通紙耐久を行い、一次帯電
ローラーのリークによるピンホールの観察を行った。一
次帯電は直流電圧−750Vと交流ピーク間電圧1500Vの重
畳を行った。結果を表−１に示した。

さらに15℃/10％,32.5℃/90％の環境下でのローラー
形状帯電用部材の表面層の体積抵抗と、この帯電用部材
を前記正現像方式複写機にとりつけた時の電位特性と画
像を同様に検討し、その結果を表−２、表−３に示し
た。

〔実施例２〕 ローラー形状帯電用部材の表面層に分散する酸インジ
ウムの塗膜中での平均粒径が1.0μｍであり、表−４に
示す粒径分布を持つ以外は実施例１と同様のローラー形
状帯電用部材を用い、実施例１と同様な評価を行った。
結果を表−４、表−５および表−６に示した。

〔実施例３〕 ローラー形状帯電用部材の表面層に分散する酸化イン
ジウムの塗膜中での平均粒径が1.5μｍであり、表−７
に示す粒径分布を持つ以外は実施例１と同様のローラー
形状帯電用部材を用い、実施例１と同様な評価を行っ
た。結果を表−７、表−８および表−９に示した。

〔実施例４〕 ローラー形状帯電用部材の表面層に分散する酸化イン
ジウムの塗膜中での平均粒径が2.0μｍであり、表−10
に示す粒径分布を持つ以外は実施例１と同様のローラー
形状帯電用部材を用い、実施例１と同様な評価を行っ
た。結果を表−10、表−11および表−12に示した。

〔実施例５〕 ローラー形状帯電用部材の表面層にアルミニウム粒子
を分散させ、その塗膜中での平均粒径が0.5μｍであ
り、表−13に示す粒径分布を持つ以外は実施例１と同様
のローラー形状帯電用部材を用い、実施例１と同様な評
価を行った。結果を表−13、表−14および表−15に示し
た。

〔実施例６〕 ローラー形状帯電用部材の表面層に分散するアルミニ
ウム粒子の塗膜中での平均粒径が1.0μｍであり、表−1
6に示す粒径分布を持つ以外は実施例１と同様のローラ
ー形状帯電用部材を用い、実施例１と同様な評価を行っ
た。結果を表−16、表−17および表−18に示した。

〔実施例７〕 ローラー形状帯電用部材の表面層に分散するアルミニ
ウム粒子の塗膜中での平均粒径が1.5μｍであり、表−1
9に示す粒径分布を持つ以外は実施例５と同様のローラ
ー形状帯電用部材を用い、実施例１と同様な評価を行っ
た。結果を表−19、表−20および表−21に示した。

〔実施例８〕 ローラー形状帯電用部材の表面層に分散するアルミニ
ウム粒子の塗膜中での平均粒径が2.0μｍであり、表−2
2に示す粒径分布を持つ以外は実施例１と同様のローラ
ー形状帯電用部材を用い、実施例１と同様な評価を行っ
た。結果を表−22、表−23および表−24に示した。

〔実施例９〕 Ｎ−エトキシエチル化ナイロン６（エトキシメチル化
率20％）10重量部をメタノール90重量部に溶解し、浸漬
塗工により更に積層し、積層型の表面層とした以外は実
施例１と同様のローラー形状帯電用部材を作製した。

なお、表面層中、酸化インジウム粒子を分散含有させ
た層の膜厚はそれぞれ30μｍ、80μｍ、130μｍ、180μ
ｍで、更に積層した酸化インジウム粒子を分散含有して
いない樹脂層の乾燥後の膜圧はそれぞれ20μｍであっ
た。

このローラー状帯電用部材を用い、実施例１と同様の
評価を行った。結果を表−25、表−26および表−27に示
した。

実施例１においては、帯電用部材の表面層の膜厚が10
0μｍ以上であれば各環境で帯電は安定し、5000枚の通
紙耐久後でもピンホールは見られない。膜厚が50μｍの
場合、導電性粒子の粒径分布で1.0μｍ以上の粒子が全
粒子数の10％以下であれば各環境で問題がない。また、
実施例2,3および４の結果を総合すると、導電性粒子の
平均粒径が表面層の膜厚の1/100以下であれば、23℃/50
％の環境では帯電は安定し、ピンホールも見られない。
さらに表面層の膜厚1/50以上のものが全粒子数の10％以
下であれば各環境でまったく問題は見られない。また実
施例5,6,7,8および９の結果からも同様の結果が得られ
ている。

〔発明の効果〕

以上のように、帯電用部材の表面層として膜厚10〜50
0μｍの導電性粒子分散樹脂層を用い、分散する導電性
粒子の塗膜中での平均粒径を表面層膜厚の1/100以下、
さらに表面層膜厚の1/50以上の大きさの粒径のものを全
粒子数の10％以下とすることにより、表面層の放電絶縁
破壊を防止し、さらに表面抵抗の均一化により安定した
帯電を行うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は樹脂の絶縁耐圧を示したグラフ図、第２図およ
び第３図は導電性粒子を樹脂に分散させた状態を示した
模式図、第４図および第５図はローラー形状帯電用部材
の中心軸方向断面図、第６図は電子写真装置の断面図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03G 15/02 101 G03G 15/16 103 G03G 21/00 340

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性粒子を分散含有する表面層を有する
   帯電用部材において、該表面層が10〜500μｍの膜厚を
   有し、かつ該導電性粒子が該表面層の膜厚の1/100以下
   の大きさの平均粒径を有することを特徴とする帯電部
   材。
2. 【請求項２】前記表面層の膜厚の1/50以上の大きさの粒
   径を持った導電性粒子が全導電性粒子数の10％以下であ
   る請求項１記載の帯電用部材。
3. 【請求項３】電子写真プロセスに用いられる請求項１ま
   たは２記載の帯電用部材。
4. 【請求項４】電子写真感光体および電子写真感光体に接
   触配置されている帯電用部材を有する電子写真装置にお
   いて、該帯電用部材が、導電性粒子を分散含有する表面
   層を有する帯電用部材であって、該表面層が10〜500μ
   ｍの膜厚を有し、かつ該導電性粒子が該表面層の膜厚の
   1/100以下の大きさの平均粒径を有することを特徴とす
   る電子写真装置。
5. 【請求項５】前記表面層の膜厚の1/50以上の大きさの粒
   径を持った導電性粒子が全導電性粒子数の10％以下であ
   る請求項４記載の電子写真装置。