JP3451738B2

JP3451738B2 - 帯電部材及び帯電装置

Info

Publication number: JP3451738B2
Application number: JP21888494A
Authority: JP
Inventors: 喜夫滝沢; 薬師寺　　学; 隆博川越; 和也村田; 昌平森川
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1993-09-22
Filing date: 1994-09-13
Publication date: 2003-09-29
Anticipated expiration: 2018-09-29
Also published as: JPH07311493A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機、プリンター等
において、電子写真や静電記録プロセスに用いられる感
光体等の被帯電体を帯電させる帯電部材及び帯電装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
複写機における電子写真プロセスでは、まず感光体の表
面を一様に帯電させ、この感光体に光学系から映像を投
射して、光の当たった部分の帯電を消去することによっ
て潜像を形成し、更にトナーの付着、紙へのトナー像の
転写により、複写を行う方法がとられている。

【０００３】この場合、最初の感光体を帯電させる操作
は、コロナ放電方式が一般的に採用されている。しかし
ながら、このコロナ放電方式は５〜１０ｋＶもの高電圧
印加が必要とされるため、機械の安全保守の観点から好
ましくないものである。また、コロナ放電中にオゾン、
ＮＯ_X 等の有害物質が発生するため、環境上の問題もあ
る。

【０００４】そこで、最近では、特開平１−２０５１８
０公報、特開平１−２１１７７９公報に記載されている
ような電圧を印加した帯電部材を感光体等の被帯電体を
接触させることにより、被帯電体を帯電させる方法が提
案されている。このような接触帯電方式によれば、コロ
ナ放電方式に比べて低い印加電圧で帯電を行うことがで
き、また、オゾンの発生もごく少なく、上記コロナ放電
方式の問題を解決し得る可能性がある。

【０００５】このような接触方式に使われる帯電部材と
しては、従来、カーボン等の導電性粒子を分散した導電
ゴムローラやこれらにナイロンもしくはポリウレタンを
被覆したローラがあった。

【０００６】しかし、前者のような導電ゴムローラは、
その低抵抗性を保持するため、導電性粒子の量を多くす
る必要があり、このためゴム硬度が上昇して被帯電体表
面を傷つけてしまう恐れがある。更に、ゴム中に配合さ
れた薬品類が表皮層に移行し、感光体を汚染して帯電性
能を劣化させてしまう恐れもある。

【０００７】また、後者のようなナイロン等を被覆した
ローラは、感光体の汚染は防止できるものの、環境によ
る抵抗の変化が大きく、例えば低温、低湿下では均一に
帯電できないため、反転現像で黒ポチやカブリが発生す
る場合がある。更に、このような表皮層の抵抗を導電性
粒子の添加でコントロールする場合には、添加量によ
り、抵抗値が大きく変化するため、製造上所望の抵抗値
が得られにくく、帯電性能のばらつきが生じ易いという
問題もある。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、帯電特性、帯電環境安定性に優れ、更に製造上帯電
性能のばらつき及び像担持体へのトナー融着のない帯電
部材及び該帯電部材を用いた帯電装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明の帯電部
材は、帯電装置に使用される帯電部材において、帯電部
材の表面を、ウレタン変性アクリル樹脂と、該ウレタン
変性アクリル樹脂の硬化剤として２官能のジイソシアネ
ート類、又は２官能以上のポリイソシアネートを含む樹
脂層で形成し、かつ上記ウレタン変性アクリル樹脂中の
アクリル樹脂成分の含有割合を５０〜６０重量％とした
ことを特徴とする。

【００１０】更に、本発明の帯電部材は、上記帯電部材
の表面を形成する樹脂層中の上記ウレタン変性アクリル
樹脂が、シリコーン成分を３〜３０重量％含有すること
を特徴とする。

【００１１】また、更に、場合によって樹脂層にシリカ
を添加することにより、ピンホールリーク性や感光ドラ
ムとの密着性を改善することも出来る。

【００１２】更に、本発明の帯電部材は、上記樹脂層に
導電性粉体を含有することを特徴とする。

【００１３】すなわち、被帯電体に当接させ、電圧を印
加することにより、被帯電体に帯電させる帯電部材にお
いて、その帯電部材の被帯電体との当接部表面、例えば
導電ゴムローラの表面を被覆する表皮層をアクリル樹脂
成分が５０〜６０重量％含有されたウレタン変性アクリ
ル樹脂を含む樹脂層で形成することにより、環境による
抵抗変化が少なく、帯電環境安定性に優れた帯電部材を
得ることができ、しかも導電性粒子の添加により表面抵
抗を調節する場合には添加量に応じて比較的緩徐に抵抗
値が変化し、このため所望の抵抗値に確実に調節するこ
とができ、しかも、帯電部材を用いた画像形成装置にお
いて、トナー融着等の発生のない高品位な画像が得られ
る。その上、本発明では、上記樹脂層を構成するウレタ
ン変性アクリル樹脂の硬化剤として２官能のジイソシア
ネート類、又は２官能以上のポリイソシアネートが添加
され、これにより、樹脂層を架橋された形態とすること
ができ、この形態をとることにより塗膜の強さを増大さ
せる、或いは密着性を改善させることができるものであ
る。

【００１４】以下に、本発明につき更に詳しく説明す
る。ナイロン皮膜を帯電部材の最外層に用いることは上
述のように被帯電体の耐汚染性に対し、かなりの効果が
あるが、よく用いられるＮ−メトキシメチル化ナイロン
は溶液での粘度が経時で上昇する上、皮膜も架橋等によ
り抵抗が上昇する。これに対し、通常のウレタンエラス
トマーは膜として柔軟である上溶液粘度も安定してお
り、皮膜の抵抗も経時で変化が少ない。しかし、ウレタ
ンエラストマーは一般に粘着性が高く、帯電部材の表皮
層として用いた場合、被帯電体と密着しやすく、はく離
が滑らかに行われない。また、トナー、ゴミ等が付着し
やすく帯電不良の原因となる。

【００１５】一方、アクリル樹脂は粘着性が低く、耐汚
染性も良好であるが、一般に硬度が高く、帯電部材の表
皮層として用いた場合、部材全体の硬度を高め、帯電を
不均一にするばかりではなく、トナー融着発生の原因と
なる。ここでのトナー融着とは、例えば帯電部材として
帯電ローラを図３に示す画像形成装置に用いた場合、ク
リーニングブレード１２をすりぬけたトナーが像担持体
６に接触している帯電ローラ５によって像担持体６に押
しつけられて像担持体表面に融着する現象をいう。この
トナー融着現象は上述の発生機構より、帯電部材表面層
の硬度が高い程発生しやすい。

【００１６】本発明におけるウレタン変性アクリル樹脂
とは、相溶性、液安定性、膜柔軟性等の観点から、ウレ
タン樹脂とアクリル樹脂成分を化学的に結合することが
より効果的である。具体的な方法としては、β−ヒドロ
キシエチルメタクリレート等により、アクリル重合体に
水酸基を導入したポリマーと分子末端にイソシアネート
基をもつウレタンプレポリマーとの反応又は下記のよう
な分子末端に（片末端又は両末端）に水酸基をもつアク
リル成分とウレタンプレポリマーとの反応により、合成
される（Ａ：アクリル酸、アクリル酸エステルモノマー
あるいはオリゴマー）。こうして得られる重合体におい
て、ウレタン鎖とアクリル鎖は互いにブロック型で結合
していてもよく又グラフト型で結合していてもよい。

【化１】

【００１７】本発明のウレタン変性アクリル樹脂は、上
述の方法に限定されるものではなく、その他にもアクリ
ルジオール混合系にジイソシアネートを添加する方法、
アクリルモノマーに両末端イソシアネートポリエステ
ル、ポリエーテル等を付加し、そのウレタンアクリレー
トを重合する方法等によっても得ることができる。ま
た、これらの合成に用いられるアクリル樹脂成分として
は、ポリマーとしてのガラス転移温度Ｔ_gが室温から約
８０℃までのものが好ましく、上記β−ヒドロキシエチ
ルメタクリレートの他に、例えば、エチルメタクリレー
ト、イソブチルメタクリレート、グリシジルメタクリレ
ートなどを含むものが用いられる。この際、ウレタン変
性アクリル樹脂中におけるアクリル樹脂成分の組成は、
５０〜６０重量％とされる。

【００１８】更に、感光体との密着性改良の観点から、
ウレタン変性アクリル樹脂中にシリコーン成分を含むこ
ともできる。具体的には、例えばシリコーン鎖を含むポ
リオールを原料として用いたウレタンプレポリマーとア
クリル成分との反応により合成する等の方法が考えられ
る。この場合、ウレタンプレポリマー中におけるシリコ
ーン成分の組成としては２〜８０重量％、特に５〜５０
重量％であることが好ましい。又、反応後のウレタン変
性アクリル樹脂中におけるシリコーン成分の組成として
は３〜３０重量％であることが望ましい。

【００１９】ウレタン変性アクリル樹脂は、帯電部材の
表面層に単独で含有されても、２種以上が含有されても
差し支えなく、他の樹脂を混合して用いてもよい。この
場合、ウレタン変性アクリル樹脂以外の樹脂としては、
ポリエステル、フェノール樹脂、ポリアミド、エポキシ
樹脂、尿素樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。

【００２０】ここで、帯電部材の当接部（表皮層）は、
その体積抵抗率を１０⁶ 〜１０¹³Ωｃｍ、特に１０⁷ 〜
１０¹¹Ωｃｍとすることが好ましく、１０⁶ Ωｃｍより
小さいと電圧印加により帯電部材が破壊する場合があ
り、一方１０¹³Ωｃｍより大きいと帯電性が低下する場
合がある。この体積抵抗率の調節は、この当接部を構成
する上記アクリル変性ウレタン樹脂を含む材料中に導電
性粒子を添加することにより行うことができ、導電性粒
子としては、カーボンブラック、酸化スズ粒子、酸化チ
タン等の金属酸化物粒子を用いることができるが、特
に、カーボンブラックが好ましく使用される。更に、カ
ーボンブラックと金属酸化物の併用も可能である。この
場合、本発明帯電部材の当接部を形成する材料は、これ
らの導電性粒子の添加により、その添加量に応じて比較
的緩徐に抵抗値が変化し、このため当接部を所望の抵抗
値に容易かつ確実に調節することができる。

【００２１】更に、カーボンブラック等で全体の抵抗を
調節した樹脂層に、部分的なピンホールリークや、感光
ドラムとの密着性改良のために、いわゆるシリカ（ホワ
イトカーボン）を添加しても良い。シリカは微粒子珪酸
及び珪酸塩であり、通常カーボンブラックに次ぐ補強性
を有し、ゴム等の強伸度、硬度、耐摩耗性等を改良し、
透明ないし鮮明な製品に使用されるもので、これらは一
般に１０〜５０μｍの超微粒なかさ高い白色粉末で、天
然産の珪酸や珪酸塩の粉砕品とは製法、性質が異なる。
シリカを製法上から分類すれば、乾式法による無水珪酸
（デグッサ製アエロジル等）、湿式法による含水珪酸
（バイエル製ブルカシル等）及び合成珪酸塩（珪酸マグ
ネシウムなど）等が挙げられる。

【００２２】また、更に本樹脂層は、その塗膜の強さを
増大させるため、硬化剤を用いて架橋される。架橋は、
主剤と硬化剤に水酸基とイソシアネート基を反応基とし
て含有させて行う。この場合、硬化剤としては、２官能
のジイソシアネート類、又は２官能以上のポリイソシア
ネートが用いられ、硬化剤に柔軟性を与える基を導入す
る等により、強伸度を容易にアップさせ、塗膜の耐久性
を改良すること等ができる。また、硬化剤には密着性を
より改善する等で、硬化剤にシリコーン成分を含有して
も良い。

【００２３】なお、帯電部材の当接部（表皮層）を形成
する樹脂層の厚さは１〜２００μｍとすることが好まし
い。これらの表皮層を基体上に形成する方法としては、
本発明のウレタン変性アクリル樹脂及び導電性粉体を溶
解・分散した塗料中に基体を浸漬し、引き上げることに
より塗工形成してもよく、また、上記塗装材料を溶融
し、チューブ状とした中に基体を挿入し、密着形成して
もよい。また、この塗工方法は本発明のようなローラ以
外にもスプレー等に用いることも可能である。

【００２４】本発明の帯電部材は通常、図１及び図２に
示すように適度な導電性を有する材質からなる基体（図
１では基体２）上に上記ウレタン変性アクリル樹脂を含
む表皮層を接合した構成とされるが、基体は２層以上の
多層構成となっていてもよく、また上記ウレタン変性ア
クリル樹脂を含む層のみから帯電部材を構成することも
できる。なお、基体の材質としては、金属、ウレタン、
天然ゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、ポリイソプレン
ゴム、ポリブタジエンゴム、シリコーン、スチレン−ブ
タジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロプレ
ンゴム等及びこれらの発泡体が挙げられ、適宜、カーボ
ンブラック等の導電性付与剤が添加される。また、本発
明帯電部材の形状は図１及び図２に示したようにロール
状に限定されるものではなく、プレート状、四角ブロッ
ク状、球状、ブラシ状等の種々の形状とすることができ
るが、通常はロール状またはブラシ状とすることが好ま
しい。更に、本発明帯電部材を用いた帯電装置も図３に
限定されるものではなく、適宜変更することができる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の帯電部材の実施例につき詳細
に説明する。図３は本発明の帯電装置を使用した画像形
成装置の概略図である。（１）画像形成装置の構成６はドラム型の電子写真感光体としての像担持体であ
り、矢印ａ方向に１００ｍｍ／ｓｅｃで回転する。帯電
部材としての帯電ローラ５には、一定直流電圧または必
要に応じて直流電圧に交流電圧を重畳した高電圧を印加
し、感光体を均一に帯電させる。この感光ドラム上に半
導体レーザーによる走査露光またはＬＥＤ、ハロゲンラ
ンプ等による露光７を行うことにより、静電潜像が形成
される。その潜像が現像装置８によってトナー像として
可視化され、その後転写ローラまたは転写極９により、
紙等の転写材１０に転写され、定着部１３を通ってプリ
ントとして排出される。

【００２６】（２）帯電ローラの構成本実施例の帯電ローラは図１及び図２に断面図を示した
ように鉄、ＳＵＳ等の芯金１のまわりに２層または３層
を順次形成した多層構造のものである。図１における基
体２はウレタンゴム、ウレタンフォームまたはエチレン
−プロピレンゴムに導電性カーボンを分散することによ
って導電化（〜１０⁷ Ω）した導電性弾性層である。図
２における層２はブタジエンゴム又はイソプレンゴムに
導電性カーボンを分散することによって導電化（１０³
Ω）した導電性弾性層である。層３は抵抗層であり、ウ
レタンゴムに導電性カーボンを分散させて抵抗値制御し
たものである。図１における層２、図２における層３の
上に本発明の表皮層（層４）がコーティング層として設
けられている。

【００２７】（参考例１）トルエン−イソプロピルアルコール−ブタノール混合液
を溶媒として溶解させたウレタン変性アクリル樹脂（Ｅ
ＡＵ−２Ｂ、亜細亜工業社製、アクリル樹脂成分６０重
量％）中にカーボンブラック２４００Ｂ（三菱化成社
製）を２０ｐｈｒ添加し、レッドデビルで混合して分散
液を得た。この分散液中に抵抗１０⁷Ωのポリウレタン
ローラを浸漬し、乾燥することにより、ポリウレタン上
に約５０μｍの表皮層を形成して図１に示すようなロー
ラ状の帯電部材を作成した。

【００２８】この帯電部材の表皮層の体積抵抗率を測定
すると共に、帯電性能を評価した。結果を表１に示す。

【表１】上段：２３℃，５５％ＲＨ、下段：１５℃，１０％ＲＨ
における数値。なお、この場合、抵抗率の測定及び帯電性能試験は、温
度２３℃、湿度５５％の場合と、温度１５℃、湿度１０
％の場合において行い、抵抗率の測定はアルミニウムシ
ート上に上記と同様の表皮層を形成して行い、また、帯
電性能試験は、図３において帯電部材として上記ローラ
を用い、帯電部材、感光体両者を回転させながら、両者
間に−０．７５ｋＶの直流に１．５ｋＶの交流を重畳し
た電圧を印加して、現像の位置での感光体の帯電電位を
測定することにより行った。また、トナー融着に関して
は、図３の画像形成装置を用い、高温高湿（温度３３
℃、湿度８５％）環境下において連続画像出しテストを
行い、５０００プリント後の画像、感光体の表面状態を
観察し、評価した。

【００２９】

【００３０】（参考例２）参考例１において、ウレタン変性アクリル樹脂をＥＡＵ
−２Ｂ（亜細亜工業社製、アクリル樹脂成分６０重量
％、シリコーン成分含有５％）とした以外は参考例１と
同様に帯電ローラを作成し、同様の評価を行った。

【００３１】（参考例３）参考例１において、ウレタン変性アクリル樹脂をＥＡＵ
１４Ｂ−１（亜細亜工業社製、アクリル樹脂成分６０重
量％）とし、更にアエロジルＲ９７２（日本エアルジル
社製）を１７ｐｈｒ追加した以外は同様にして図２に示
すような約４０μｍの表面層を有する帯電ローラを作成
し、参考例１と同様の評価を行った。

【００３２】

【００３３】（参考例４）ウレタン変性アクリル樹脂ＥＡＵ−２９Ｂにカーボンブ
ラック２４００Ｂを２０部、アエロジルＲ９７４（デグ
ッサ製）を２３部添加し、レッドデビルで混合して分散
液を得た。この分散液を用い、参考例１と同様のローラ
を作成して同様の評価を行った。作成したローラに対し
て感光ドラムにピンホールをあけ、図３の画像形成装置
を用いてピンホールリークテストを行なった。また感光
ドラムに上記ローラを両端に５００ｇの加重をかけ当接
し、６０℃×３日の密着性テストを行なった。その結果
は、シリカの添加によりリーク性、密着性とも改善され
る。

【００３４】（実施例）ウレタン変性アクリル樹脂ＥＡＵ２１Ｂ（ＥＡＵ−８１
−１の側鎖に水酸基を持たせる）に、カーボンブラック
２４００Ｂを２０部とアエルジルＲ９７４を２３部とを
添加しレッドデビルで混合して分散液を得た。これに末
端にイソシアネート基をもった硬化剤（ヘキサメチレン
ジイソシアネート三量体）を添加して分散液を得た。こ
の分散液を用い、参考例１と同様のローラを作成し同様
の評価を行った。このようにして作成したサンプルに対
してプッシュプルゲージを用いて圧縮破壊荷重を測定
し、また感光ドラムに上記ローラの両端に１ｋｇの加重
をかけて当接し、回転による耐久テストを実施した。結
果は適切な架橋で塗膜の頑強さが増し、割れにくくな
る。

【００３５】（比較例１）メタノールを溶媒として溶解させたＮ−メトキシメチル
化ナイロン６中に参考例１で使用したポリウレタンロー
ルをディップし、乾燥することにより、ポリウレタン上
に約５０μｍの表皮層を形成して図１に示すようなロー
ラ状の帯電部材を作成した。参考例１と同様の評価を行
った。

【００３６】（比較例２）参考例１で用いた表皮層形成前のポリウレタンロールを
そのまま帯電部材として使用し、参考例１と同様の評価
を行った。

【００３７】（比較例３）参考例３において樹脂をアクリル樹脂１００重量部のみ
とした以外は同様にローラを作成し、参考例１と同様の
評価を行った。

【００３８】（比較例４）参考例３において樹脂をウレタン樹脂１００重量部のみ
とした以外は同様にローラを作成し、参考例１と同様の
評価を行った。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の帯電部材
によれば、ゴムローラの感光体への汚染、反転現像での
黒ポチやカブリ及びトナー融着の発生等の欠点を大幅に
改善し、帯電特性、性能安定性に優れた帯電装置を提供
する。従って、本発明の帯電部材及び帯電装置は複写
機、プリンターなどの電子写真や静電プロセスに幅広く
用いることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の帯電ローラの一例を示す概略断面図で
ある。

【図２】本発明の帯電ローラの一例を示す概略断面図で
ある。

【図３】本発明の帯電装置を使用した画像形成装置の一
例を示す概略図である。

【符号の説明】

１芯金２導電性弾性層３抵抗層４表皮層５帯電ローラ６像担持体７露光８現像装置９転写極１０転写材１１クリーニング部材１２クリーニングブレード１３定着部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−38663（ＪＰ，Ａ) 特開平４−7567（ＪＰ，Ａ) 国際公開91／010942（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/02 G03G 15/16 103

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被帯電体に当接させ、被帯電体との間に
電圧を印加することにより、被帯電体に帯電させる帯電
部材において、その帯電部材の被帯電体との当接部表面
を、ウレタン変性アクリル樹脂と、該ウレタン変性アク
リル樹脂の硬化剤として２官能のジイソシアネート類、
又は２官能以上のポリイソシアネートを含む樹脂層で形
成し、かつ上記ウレタン変性アクリル樹脂中のアクリル
樹脂成分の含有割合を５０〜６０重量％としたことを特
徴とする帯電部材。
【請求項２】上記ウレタン変性アクリル樹脂中にシリ
コーン成分が３〜３０重量％含有されていることを特徴
とする請求項１記載の帯電部材。
【請求項３】上記樹脂層が導電性粉体を含有すること
を特徴とする請求項１又は２記載の帯電部材。
【請求項４】上記導電性粉体として、カーボンブラッ
ク、酸化チタンのいずれか一方又は双方を含有すること
を特徴とする請求項３記載の帯電部材。
【請求項５】上記樹脂層がシリカを含有することを特
徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の帯電部
材。
【請求項６】被帯電体に当接し、該被帯電体を帯電さ
せる帯電部材と、被帯電体と帯電部材との間に電圧を印
加する電圧印加手段とを具備してなる帯電装置におい
て、上記帯電部材の被帯電体との当接部表面を、ウレタ
ン変性アクリル樹脂と、該ウレタン変性アクリル樹脂の
硬化剤として２官能のジイソシアネート類、又は２官能
以上のポリイソシアネートを含む樹脂層で形成し、かつ
上記ウレタン変性アクリル樹脂中のアクリル樹脂成分の
含有割合を５０〜６０重量％としたことを特徴とする帯
電装置。
【請求項７】上記ウレタン変性アクリル樹脂中にシリ
コーン成分が３〜３０重量％含有されていることを特徴
とする請求項６記載の帯電装置。
【請求項８】上記樹脂層が導電性粉体を含有すること
を特徴とする請求項６又は７記載の帯電装置。
【請求項９】上記導電性粉体として、カーボンブラッ
ク、酸化チタンのいずれか一方又は双方を含有すること
を特徴とする請求項８記載の帯電装置。
【請求項１０】上記樹脂層がシリカを含有することを
特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の帯電装
置。