JP3560080B2

JP3560080B2 - 導電部材及びこれを用いた電子写真装置

Info

Publication number: JP3560080B2
Application number: JP9247395A
Authority: JP
Inventors: 光治高木; 喜夫滝沢; 太郎宮本; 善友増田; 博金田; 隆博川越
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1995-04-18
Filing date: 1995-04-18
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: JPH08286470A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電子写真装置や静電記録装置等における帯電、現像、転写、クリーニング等に用いられる導電部材及び該導電部材を用いた電子写真装置等に関する。
尚、本発明は、以下、特に複写機、プリンター等の電子写真装置等における、静電潜像を非磁性一成分現像剤で可視化するための現像部材としての導電部材及び該現像部材を用いた現像装置について、その抵抗域の調整が容易かつ抵抗安定性に優れ、良好な画像を確実に得ることができる現像ローラ（導電部材）及び、これを用いた現像装置についてその詳細を中心的に記載するが、元々、本発明の導電部材或はこれを用いた諸装置、すなわち、帯電部材用、転写部材用、或はクリーニング部材用等としての導電部材、或はそれを使用した電子写真装置等でもあり、その用途を現像用、或は現像装置のみに限定するものではない。
【０００２】
【従来の技術】
従来、導電部材において、例えば複写機、プリンター等の電子写真装置や静電記録装置等において、潜像を保持した感光ドラム等に非磁性一成分現像剤を供給し、感光ドラム等の潜像に該現像剤を付着させて潜像を可視化する現像方法として、加圧現像法が知られており（米国特許第３１５２０１２号、同第３７３１１４６号等）、この方法によれば、磁性材料が不要であるため装置の簡素化、小型化が容易であると共に、トナーのカラー化が容易である。
【０００３】
この加圧現像法は、トナー（非磁性一成分現像剤）を担持した現像ローラを感光ドラム等の静電潜像を保持した潜像保持体に接触させて、トナーを該潜像保持体の潜像に付着させることにより現像を行うもので、このため上記現像ローラを導電性を有する弾性体で形成する必要がある。
【０００４】
即ち、この加圧現像法では、例えば図２に示されているように、トナーを供給するためのトナー塗布用ローラ４と静電潜像を保持した感光ドラム５との間に、上記現像ローラ１が感光ドラム５と触した状態でかつトナー塗布用ローラ４とは若干離間して配設され、これら現像ローラ１、感光ドラム５及びトナー塗布用ローラ４がそれぞれ図中矢印方向に回転することにより、トナー６がトナー塗布用ローラ４により現像ローラ１の表面に供給され、このトナーが成層ブレード７により均一な薄層に整えられ、この状態で現像ローラ１が感光ドラム５と接触しながら回転することにより、薄層に形成されたトナーが現像ローラ１から感光ドラム５の潜像に付着して、該潜像が可視化するようになっている。なお、図中８は転写部であり、ここで紙等の記録媒体にトナー画像を転写するようになっており、また９はクリーニング部であり、そのクリーニングブレード１０により転写後に感光ドラム５表面に残留するトナーを除去するようになっている。
【０００５】
この場合、現像ローラ１は、感光ドラム５に密着した状態を確実に保持しつつ回転しなければならず、このため図１に示されているように、金属等の良導電性材料からなるシャフト２の外周にシリコーンゴム、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ等の弾性ゴムやウレタンフォーム等に導電剤を配合して導電性を付与した弾性体からなる弾性層３を形成した構造となっている。
さらに、これらの表面摩擦性、画質等を改良する目的で弾性層３の上に導電粉体を配合して導電性を付与した表面層を設けることも提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の導電現像ローラには以下の欠点がある。
（１）導電弾性層の抵抗は、用途によって１０^５〜１０^９ Ωｃｍ程度とする必要があり、その抵抗コントロールが困難である。
（２）導電性粉体により導電性を制御する場合、抵抗が部分的に不均一になり易い為、ハーフトーン等において濃度ムラが発生する。
（３）抵抗の均一化のためにはイオン性導電剤の添加により制御することも可能だが、この場合、特に湿度の影響により抵抗レベルが大きく変動してしまい、すべての環境において安定的な品質が得られない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、抵抗域のコントロールが容易であり、さらに抵抗のバラツキが少なく、環境変動においても抵抗が安定しているため、安定した高品質な画像が得られる導電部材、及び該導電部材を用いた電子写真装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、導電性シャフト上にローラ形状に形成され、電子写真装置に使用される導電部材において、該導電部材が導電性粉体を含む高分子材料からなり、さらに該高分子材料中にシリカ微粒子を分散させることによって抵抗レベルが上昇することを見い出した。該シリカ微粒子の配合部数によって抵抗領域が容易に制御でき、また、通常の導電性粉体のみでは抵抗が不安定となる中高抵抗領域においても抵抗のバラツキも少ない導電部材が得られることを見い出した。さらに、用いるシリカ微粒子に、表面にアミノ基を持った正帯電性シリカを用いることにより、さらに安定した抵抗制御が可能となることを見い出し、本発明に至ったものである。
【０００８】
以下、本発明について詳しく説明する。
本発明における基材は、ポリウレタン又はＥＰＤＭ等のエラストマーやフォーム材料を基材として用い、それに導電性粉体としてカーボンブラック、金属、金属酸化物粉等の導電性粉体を混入することにより、導電性を用途に応じて最適な中抵抗領域１０^３〜１０^７ Ωｃｍに調整されたものが好適である。
【０００９】
この場合、基材はポリウレタン、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、シリコーンゴム、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、アクリルゴム、及びこれらの混合物等が挙げられるが、特にポリウレタンとＥＰＤＭが好ましい。
【００１０】
まずポリウレタンについて記述すると、ポリウレタンエラストマーやフォーム材は種々の方法で製造されたいずれのものでも良く、例えばカーボンブラック等をポリウレタンプレポリマー中に配合し、プレポリマーを架橋反応させる方法、ポリオールに導電性粉体を配合し、このポリオールをワン・ショット法にてポリイソシアネートと反応させる方法等の方法で得ることができる。
【００１１】
上記導電性材料層の基材として用いられるウレタンとしては、ポリヒドロキシル化合物として、一般の軟質ポリウレタンフォームやウレタンエラストマー製造に用いられるポリオール、例えば、末端にポリヒドロキシル基を有するポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、及び両者の混合物が挙げられるほか、ポリブタジエンポリオールやポリイソプレンポリオール等のポリオレフィンポリオール、ポリオール中でエチレン性不飽和単量体を重合させて得られる所謂ポリマーポリオール等の一般的なポリオールが使用できる。又、ポリイソシアネート化合物としては、同様に一般的な軟質ポリウレタンフォームやウレタンエラストマー製造に使用されるポリイソシアネート、即ち、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、粗製ＴＤＩ、４，４−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ），粗製ＭＤＩ，炭素数２〜１８の脂肪族ポリイソシアネート、炭素数４〜１５の脂環式ポリイソシアネート及びこれらポリイソシアネートの混合物や変性物、例えば部分的にポリオール類と反応させて得られるプレポリマー等が用いられる。
【００１２】
一方、ＥＰＤＭについては、この場合エチレンとプロピレンと第３成分からなる三元重合体であり、上記第３成分としては、特に制限されるものではないが、ジシクロペンタジエン、エチリデンノルボルネン、１，４−ヘキサジエン等が好適に用いられる。又上記エチレン、プロピレン及び第３成分の割合は、特に制限されるものではないが、エチレンの含有量が５〜９５重量％、プロピレンの含有量が５〜９５重量％、第３成分の含有量がヨウ素価で０〜５０とすることが好ましい。なお、ヨウ素価の異なる２種以上のＥＰＤＭを混合して用いることもできる。上記ＥＰＤＭには、シリコーンゴム又はシリコーン変性ＥＰＤＭあるいはこれらの双方をブレンドして用いることもできる。この場合、シリコーンゴム、シリコーン変性ＥＰＤＭの混合量は、ＥＰＤＭ１００重量部に対して５〜８０重量部とすることができる。なお、上記シリコーン変性ＥＰＤＭとは、シラノール化合物やシロキサンを介してＥＰＤＭ及びシリコーンの両ポリマー間の結合力を高めたハイブリッドゴムをいう。
【００１３】
更に又、弾性層を架橋してゴム状物質とするために架橋剤、加硫剤を添加することができる。この場合、有機過酸化物架橋及び硫黄架橋のいずれの場合でも加硫助剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、加硫遅延剤等を用いることができる。更に又、上記以外にもゴムの配合材として一般に用いられているしゃく解剤、発泡剤、可塑剤、軟化剤、粘着付与剤、粘着防止剤、分離剤、離型剤、増量剤、着色剤等を添加することができる。
【００１４】
このポリウレタン又はＥＰＤＭを主基材とする弾性層には、例えば現像部材として使用する際の表面上のトナー帯電量をコントロールする目的でニグロシン、トリアミノフェニルメタン、カチオン染料等の各種荷電制御剤、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、ナイロン等の微粉体を添加することができる。この場合、これら添加剤の添加量は、上記ポリウレタン又はＥＰＤＭ１００重量部に対して、上記荷電制御剤は１〜５重量部、上記微粉体は１〜１０重量部とすることが好ましい。
【００１５】
導電性粉体としては、ケッチェンブラックＥＣ、アセチレンブラック等の導電性カーボン、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ、ＦＴ、ＭＴ等のゴム用カーボン、酸化処理等を施したカラー（インク）用カーボン、熱分解カーボン、天然グラファイト、人造グラファイト、アンチモンドープの酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛、ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属及び金属酸化物、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン等の導電性ポリマー等が挙げられる。この中で、価格が安く、少量で導電性を制御し易いものは、カーボンブラックである。通常は、ウレタンを例に挙げれば、ウレタン１００重量部に対して０．５〜５０重量部、特に１〜３０重量部の範囲で好適に用いられるが、シリカ微粒子の混入によって抵抗レベルを上昇させる時に、より抵抗のバラツキを安定させるためには、添加した導電性粉体が十分パーコレートするまで添加部数を増やすことが望ましい。
【００１６】
シリカ微粒子は、通常の表面に親水性官能基を持つシリカ微粒子、表面を疎水化処理したものが好適に用いられるが、特にシリカ表面をアミノ基を官能基として含むカップリング剤で処理したような、正帯電シリカが好適に用いられる。添加部数として、通常は基材にウレタンを例に挙げれば、ウレタン１００重量部に対して０．０１〜１０重量部、特に０．１〜５重量部の範囲で好適に用いられる。シリカ微粒子を添加することによって抵抗レベルが上昇する機構は必ずしも明確ではないが、シリカ微粒子が導電性粉体の基材への分散性を高める効果があることが考えられる。特に、正帯電シリカの場合、表面に正帯電性の官能基を持つために、導電性粉体との電気的インタラクションが起こり、導電性粉体の分散性を変質させることも考えられる。シリカ微粒子の添加方法としては、特に制限はないが、導電性粉体と同時に基材中へ混入・混練りすることが通常である。
【００１７】
【実施例】
以下に、さらに本発明の導電部材及び該部材を使用した装置についての詳細を実施例にて説明するが、これに限定されるものではない。
［実施例１］
平均粒径６μｍのシリカ微粒子に、アミノシランカップリング剤を用いて表面処理を行い、正帯電性シリカ微粒子を作成した。
ここで、本実施例に用いた処方は次の通りである。
グリセリンにプロピレンオキサイドとエチレンオキサイドを付加して、分子量５０００としたポリエーテルポリオール（ＯＨ価３３）（旭硝子（株）製・エクセノール８２８）１００部、ウレタン変性ＭＤＩ（ＮＣＯ％＝２３％・住友バイエルウレタン（株）製・スミジュールＰＦ）２５．０部、１，４−ブタンジオール２．５部、ジブチルチンジラウレート０．０１部、ＨＡＦカーボン（ＤＥＧＵＳＳＡ製）９．０部、正帯電シリカ１．０部。
上記の配合処方にてこれを攪拌し、次いで１１０℃に加熱した金型に注入し、２時間硬化させて金属製のシャフトの外周に導電層を形成して導電部材を得た。得られた導電部材の表面を乾式研磨してローラ状にした。
【００１８】
そしてローラ体積抵抗の測定を次のように行った。
導電ローラを直径５ｃｍのローラ状アルミ対極に片側５００ｇの荷重で圧接し、アルミ対極を６ｒｐｍで回転させると同時に、導電ローラに１００Ｖの直流電圧を印加して、その時に流れる電流値からローラ全体の体積抵抗を換算した。また、幅１ｃｍの分割対極を用いて同様の測定を行い、導電ローラ内の部分抵抗を測定して部分抵抗の最高値、最低値を算出することから導電ローラの抵抗のバラツキの指標とした。なお、これらの測定結果は表１に示してある。
【００１９】
【表１】

【００２０】
［実施例２］
実施例１における正帯電性シリカのかわりに、疎水性シリカ（ＳＳ２０・日本シリカ工業製）にした以外は、実施例１と同様にして導電ローラを作製し抵抗値を測定した。なお、これらの測定結果は表１に示してある。
【００２１】
［実施例３］
実施例１におけるＨＡＦカーボンの代わりに、デンカブラック（デンカ工業製）３．５部、正帯電シリカ２部にした以外は実施例１と同様にして導電ローラを作製し抵抗値を測定した。なお、これらの測定結果は表１に示してある。
【００２２】
［比較例１］
実施例１において正帯電性シリカを除いた以外は、実施例１と同様にして導電ローラを作製し、抵抗値を測定した。なお、これらの測定結果は表１に示してある。
【００２３】
［比較例２］
比較例１において、ＨＡＦカーボン部数を３部として実施例１と同様の抵抗領域にした以外は、実施例１と同様にして導電ローラを作製し抵抗値を測定した。これらの測定結果は表１に示してある。
【００２４】
［比較例３］
比較例１において、ＨＡＦカーボンのかわりにイオン導電性物質である４級アンモニウム塩（花王（株）製・ＫＳ−５５５）０．２５部添加した以外は、実施例１と同様にして導電ローラを作製し抵抗値を測定した。
また、温湿度を変化させ、抵抗の環境安定性を測定し、その結果を表２に示した。
【００２５】
【表２】

【００２６】
［比較例４］
実施例１において、ＨＡＦカーボンを除いた以外は同様にして、ローラ状部材を作製した。このローラの体積抵抗を計測したところ電流は流れず、絶縁性体となっていることが示された。
【００２７】
以下、各ローラに使用した場合について詳細に説明する。
［現像ローラ画像評価］
実施例１で得られたローラと、比較例１で得られたローラを用い、市販のレーザービーム・プリンター（ＩＢＭ製４０２９）の現像カートリッジに組み込んで、黒ベタ画像、印字部１２％画像を印刷することにより、画像評価を行った。表３に示すように、実施例１のローラは、高品質な画像が得られた。
【００２８】
【表３】

【００２９】
［帯電ローラ画像評価］
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アクリル変性ウレタン樹脂（三洋化成社製、ＩＢ−５８２、アクリル樹脂成分４０重量％）中にカーボンブラック２４００Ｂ（三洋化成社製）を２０ｐｈｒ添加し、レッドデビルで混合して分散液を得た。
実施例３で得られたローラを、この分散液に浸漬し、ローラ上に約５０μｍの表皮層を形成して帯電ローラを作成した。本ローラと感光体ドラムを対向させて配置し、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、感光体の帯電電位を計測した。その結果、帯電電圧は−６３０Ｖであり、ムラもなく良好な帯電が行われていることが示された。本ローラを市販のレーザ−ビーム・プリンター（ＨＰＬａｅｓｅｒＪｅｔ４Ｌ）に組み込み画像印刷したところ良好な画質の印刷が行われた。
【００３０】
［比較例５］
実施例３において、正帯電性シリカを除いた以外は、実施例３と同様にして導電ローラを作製し、抵抗値を測定した。なお、これらの結果は表４に示してある。
比較例５で作成したローラを用い、同様に帯電ローラを作成して画像印刷をしたところ、部分的に白地に砂地模様の画像不良が発生し、部分的に帯電不良が起こっていることが示された。
【００３１】
【表４】

【００３２】
［実施例４］
実施例１で作製した正帯電シリカを用い、以下の配合で導電ローラを作製した。
グリセリンにプロピレンオキサイドとエチレンオキサイドを付加して、分子量
５０００としたポリエーテルポリオール（ＯＨ価３３）（旭硝子（株）製・エク
セノール８２８）１００重量部
１，４−ブタンジオール６．５６重量部
トリレンジイソシアネート２２重量部
シリコーン系界面活性剤２重量部
ジブチルチンジラウレート０．０１重量部
アセチレンブラック２．５重量部
正帯電シリカ１．０重量部
【００３３】
以上をハンドミキサーで混合し、空気を巻き込んで１１０度に加熱した金型に注入し、２時間硬化させて金属製のシャフト外周に導電層を形成してフォーム材料の導電部材を得た。得られた導電部材の表面を乾式研磨してローラ状にした。本導電ローラの抵抗値を、実施例１の方法で測定した。表５にその結果を示す。
【００３４】
［比較例６］
実施例４において、正帯電シリカを除いた以外は同様にして導電ローラを作製した。本導電ローラの抵抗値を、実施例１の方法で測定した。表５にその結果を示す。
【００３５】
【表５】

【００３６】
［転写ローラ画像評価］
実施例４で得られたローラと、比較例６で得られたローラを用い、市販のレーザービーム・プリンター（スター精密ＬＳ５５ＴＴ）の転写部分に組み込んで、黒ベタ画像を印刷することにより画像評価を行った。表６に示すように、実施例４のローラは、高品質の画像が得られた。比較例６のものは、特に抵抗が高い部分にて転写バイアス不足による転写不良と思われる画像不良が発生した。
【００３７】
【表６】

【００３８】
【発明の効果】
以上、上述し、また実施例・比較例を示して説明したように、本発明により、電子写真などに使用される導電部材において、該導電部材が導電性粉体を含む高分子材料からなり、さらに該高分子材料中にシリカ微粒子を分散させることによって抵抗レベルが上昇することを見い出した。該シリカ微粒子の配合部数によって抵抗領域が容易に制御でき、また、通常の導電性粉体のみでは抵抗が不安定となる中高抵抗領域においても抵抗のバラツキも少ない導電部材が得られることを見い出した。さらに、用いるシリカ微粒子に、表面にアミノ基を持った正帯電性シリカを用いることにより、さらに安定した抵抗制御が可能となることを見い出し、本発明に至ったものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一例を示す帯電ローラ、転写ローラ、現像ローラの概略断面図である。
【図２】図２は本発明の一例を示す電子写真装置の概略断面図である。
【符号の説明】
１現像ローラ
２シャフト
３弾性体（導電体）
４トナー塗布ローラ
５感光ドラム
６トナー（非磁性一成分現像剤）
７成層ブレード
８転写部
９クリーニング部
１０クリーニングブレード
１１帯電部

Claims

導電性シャフト上にローラ形状に形成され、電子写真装置に使用される導電部材において、該導電部材が導電性粉体を含む高分子材料からなり、さらに該高分子材料中に正帯電性シリカ微粒子を分散させたことを特徴とする導電部材。
前記正帯電性シリカ微粒子が、疎水性シリカ微粒子であることを特徴とする請求項１記載の導電部材。
前記正帯電性シリカ微粒子が、シリカ表面をアミノ基を含むカップリング剤で処理したことを特徴とする請求項１又は２記載の導電部材。
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、被帯電体を帯電させる帯電部材である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の導電部材。
表面に現像剤を担持して該現像剤の薄膜を形成し、前記薄膜から前記現像剤を、静電潜像を表面に保持した潜像保持体表面に付着させ、該静電潜像を可視化する現像剤担持部材である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の導電部材。
転写紙を帯電させ、現像剤によって可視化された静電潜像保持体から現像剤を転写紙に転写させる転写部材である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の導電部材。
転写後の感光体上の残存トナーを清掃除去するためのクリーニング用部材である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の導電部材。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の導電部材を、帯電部材として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を帯電させる帯電装置を有することを特徴とする電子写真装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の導電部材を、現像剤担持部材として用い、該現像剤担持部材の表面に現像剤を担持して該現像剤の薄膜を形成し、前記薄膜から前記現像剤を、静電潜像を表面に保持した潜像保持体表面に付着させ、該静電潜像を可視化する現像装置を有することを特徴とする電子写真装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の導電部材を、転写部材として用い、該転写部材により転写紙を帯電させ、現像剤によって可視化された静電潜像保持体から現像剤を転写紙に転写させる転写装置を有することを特徴とする電子写真装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の導電部材を、クリーニング用部材として用い、該クリーニング用部材により転写後の感光体上の残存トナーを清掃除去するクリーニング装置を有することを特徴とする電子写真装置。