JP3617829B2

JP3617829B2 - 帯電部材、プロセスカートリッジ及び電子写真装置

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Publication number: JP3617829B2
Application number: JP2001343547A
Authority: JP
Inventors: 仁志柿井; 武史鈴木; 大輔山田; 寛池田; 健二石井; 俊光中澤; 美江高橋
Original assignee: Canon Chemicals Inc
Current assignee: Canon Chemicals Inc
Priority date: 2000-11-08
Filing date: 2001-11-08
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2021-11-08
Also published as: JP2002236407A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被帯電体に接触配置され、電圧を印加されることにより該被帯電体を帯電する帯電部材に関する。また、本発明は、かかる帯電部材を具備するプロセスカートリッジ及び電子写真装置である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子写真装置や静電記録装置などの画像形成装置に用いられる帯電手段として、接触帯電方式の帯電手段の採用が進められている。接触帯電は、被帯電体に接触配置された帯電部材に電圧を印加することによって被帯電体を所定の極性及び電位に帯電させるものであり、電源の電圧を低くすることができる、オゾンなどのコロナ生成物の発生を少なくすることができる、構造が簡単で低コスト化を図ることができるなどの利点がある。
【０００３】
帯電部材に印加する電圧は直流のみを印加する方式（ＤＣ印加方式）の他に、直流電圧を接触帯電部材に印加したときの被帯電体の帯電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を有する振動電界（時間と共に電圧値が周期的に変化する電界）を接触帯電部材と被帯電体との間に形成して被帯電体面を帯電処理する手法（ＡＣ印加方式）があり、この方がより均一な帯電をすることが可能である。
【０００４】
また、接触帯電装置は、被帯電体に接触させる帯電部材の形状や形態から、帯電部材をローラ状部材（帯電ローラ）としたローラ型帯電器（特開昭６３−７３８０号公報及び特開昭５６−９１２５３号公報など）、ブレード状部材（帯電ブレード）としたブレード型帯電器（特開昭５６−１９４３４９号公報など）及びブラシ状部材（帯電ブラシ）としたブラシ型帯電器（特開昭６４−２４２６４号公報など）などに大別される。
【０００５】
帯電ローラは回転自由に軸受支持されて被帯電体に所定の圧力で圧接され、被帯電体の移動に伴い従動回転する。また、上記帯電ローラは通常、基体として中心に設けた芯金と、該芯金の外周にローラ状に設けた導電性の弾性層と、更にその外周に中間層及び表面層などを設けた多層構造体である。
【０００６】
上記各層のうち、芯金（金属層）はローラの形状を維持するための剛体であると共に、給電電極としての役割を有している。
【０００７】
また、上記弾性層には、１×１０^２〜１×１０^１０Ω・ｃｍの体積固有抵抗を有すること、及び弾性変形することにより被帯電体との均一な接触を確保できることが要求されるため、通常、導電性が付与されたゴム硬度（ＪＩＳＡ）７０度以下の柔軟性を有する加硫ゴムが使用される。そして、従来の帯電ローラには、弾性層としてゴム発泡体（またはスポンジ状ゴム）を使用した発泡タイプとゴム発泡体を使用しないソリッドタイプがあった。前記ＡＣ印加方式では、振動電界の作用により帯電ローラと被帯電体の間に力が働き、被帯電体が振動して騒音が発生するという問題があったため、弾性層としてより低硬度なゴム発泡体を使用することが好ましいとされている。
【０００８】
また、上記中間層は、弾性層の圧縮永久歪みを緩和する、及び弾性層の硬度を低下させるために用いられるオイルや可塑剤などの軟化剤のブリードを防止することにより表面層に用いる材質の自由度を高めるなどの機能を有している。中間層の表面抵抗率は通常１×１０^５〜１×１０^１２Ω／□であり、従来、導電性塗料を塗布すること、あるいはシームレスチューブを被覆することなどにより形成されていた。
【０００９】
また、上記表面層は被帯電体の帯電均一性を向上させ、被帯電体表面のピンホールなどに起因するリークの発生を防止すると共に、トナー粒子や紙粉などの固着を防止する機能も有している。表面層の表面抵抗率は通常１×１０^５〜１×１０^１３Ω／□であり、中間層と同様、導電性塗料を塗布すること、あるいはシームレスチューブを被覆することなどにより形成されていた。
【００１０】
弾性層の製造方法としては、未加硫未発泡の半導電性発泡性ゴム材料を押出し機によりチューブ状に押出した後、加硫炉などで加熱し加硫・発泡させて半導電性発泡ゴムチューブを作成し、さらに、ホットメルト接着剤を塗布した芯金をこの半導電性発泡ゴムチューブに挿入して、加熱することにより、芯金と半導電性発泡ゴムチューブを接着する方法が知られている。しかしながら、この方法は、工程数が多いため、製造コストが高くなるという問題点を有していた。
【００１１】
これに対し、特開平１０−２２１９３０号公報には、接着剤を塗布した芯金を押し出し機のクロスヘッドダイを通過させて、芯金２の外周上に未加硫未発泡の半導電性発泡性ゴム材料を配置後に、加硫缶・連続加硫炉などを用いることによって、ゴム材料の加硫、発泡と、芯金と半導電性発泡ゴムとの接着を同時に行うことにより、工程数を削減する方法が記載されている。
【００１２】
しかしながら、この方法では、発泡倍率が高い半導電性発泡性ゴム組成物を用いると半導電性発泡性ゴムの発泡により、芯金から半導電性発泡ゴムが浮き上がりやすくなるため、発泡倍率を上げることができず、十分に低硬度な発泡ゴムを得られなかったり、浮き上がり部の影響で帯電ムラを引き起こすなどの問題を有していた。
【００１３】
また、低硬度の発泡ゴムを得るための別の手法として、ゴム組成物中に多量の軟化剤を添加する方法も知られているが、単に多量の軟化剤を添加した場合には、混練り加工中にスリップを起こして混練り加工ができなかったり、スリップを起こさないように軟化剤を少量ずつ多量に添加した場合には、混練りに多大な時間がかかりコストアップにつながってしまうといった問題があった。
【００１４】
一方、チューブの被覆方法としては、まず円筒状金型の内壁に中間層チューブの両端部を固定し、チューブと円筒状金型内壁との間を減圧してチューブを金型内壁に密着した状態にし、芯金外周に弾性層を形成した弾性ローラを加圧しながら挿入する方法が挙げられる。表面層チューブも同様にして被覆することができる。
【００１５】
しかしながら、単一層のチューブを複数個用意して弾性層に一個づつ外嵌処理することにより、重ね合わせて形成した被覆層を帯電ローラを電子写真用として使用する場合、帯電ローラの両端部に荷重をかけ、被帯電体に所定の圧力で圧接し、帯電体の移動に伴い従動回転する際に、端部と中央部との圧接力の違いによるねじれ力が働き、重ね合わせたチューブ層間にズレが生じてチューブがよじれる結果、端部と中央部で画像濃度差を生じることがあった。この現象は、弾性層が軟らかければ軟らかいほど、また、両端部の圧接力が大きいほど生じやすくなる。
【００１６】
このチューブのよじれを防ぐ方法としては、弾性層の外径に対するチューブ内径の差を大きくし、チューブの弾性層に対する締め付け力を大きくすることが挙げられるが、弊害として弾性層の見かけの硬度が固くなり帯電音が大きくなりやすかった。
【００１７】
また、チューブの材質が熱可塑性の樹脂の場合や、弾性層の硬度が硬い場合には、チューブの伸びによって帯電ローラの外径が大きくなり、その結果、抵抗値が高くなり、被帯電体を十分に帯電させることができないことがあった。この現象も、弾性層が硬ければ硬いほど顕著に生じる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、十分な弾性と芯金に対する接着性を有する弾性層を有し、かつ弾性層上の被覆層がよじれることもなく、非常に均一な帯電性を示す帯電部材を提供することにある。
【００１９】
また、本発明の目的は、かかる帯電部材を有するプロセスカートリッジ及び電子写真装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、導電性の芯金、該芯金外周上の半導電性発泡弾性層及び該半導電性発泡弾性層外周上の機能性複層膜を有する帯電部材において、
該半導電性発泡弾性層が、該芯金と未加硫未発泡の半導電性ゴム組成物を押し出し機のクロスヘッドダイを通過させて、該芯金外周上に配置したものを加硫発泡させたものであり、
該半導電性ゴム組成物が、ムーニー粘度が１５〜３０であり、かつ、該発泡圧が５０％に達したときの加硫％が４０％以下であり、該機能性複層膜が、単独でチューブとして形成し被覆することが困難な薄肉の層を含む複層チューブであり、該機能性複層膜が、複層肉厚で１５０μｍ〜８００μｍであり、且つ前記単独でチューブとして形成し被覆することが困難な薄肉の層が、１００μｍ以下であることを特徴とする帯電部材である。
【００２１】
また、本発明は、上記帯電部材を有するプロセスカートリッジ及び電子写真装置である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳しく説明する。
【００２３】
図１は本発明の帯電部材（以下、帯電ローラともいう）１の一例を示すもので、電子写真装置の帯電器として使用するものである。この帯電ローラは、金属、合金及び導電性プラスチックなどの良導電性材料からなる芯金２の外周に弾性材料からなる半導電性発泡弾性層３を有し、この半導電性発泡弾性層３の外周にチューブ状の機能性複層膜４を有する。図１の場合、機能性複層膜４は内部層４ｂと外部層４ａからなる。
【００２４】
本発明における芯金（金属層）２としては、例えばアルミニウム、ステンレススチール、めっき処理した鉄、黄銅またはこれらを含む合金などの良導体が好適に用いられる。本発明に用いられる芯金２は、３〜１０ｍｍの直径を有していることが好ましく、０．１〜１．５ｍｍ程度の厚さを有する金属管であっても、また棒状であってもよい。
【００２５】
上記半導電性発泡弾性層３は、導電性の芯金２と未加硫未発泡の半導電性ゴム組成物を押し出し機のクロスヘッドダイを通過させて、該芯金２の外周上に配置した後、加硫・発泡させることによって得ることができる。
【００２６】
本発明においては、かかる半導電性ゴム組成物の粘度は、ＪＩＳＫ−６３００に準拠した１００℃のムーニー粘度（ＭＬ１＋４）で１５〜３０である。ムーニー粘度が１５よりも小さいと混練り時にロールに粘着するなど混練り加工性が著しく悪化し、３０よりも大きいと発泡倍率を上げることが難しくなる上、押し出し加工時の芯金２とゴム組成物の密着が劣り、発泡加硫時に接着性が悪くなる。
【００２７】
半導電性ゴム組成物の粘度は、ゴム成分や導電材、さらには軟化剤など、用いる材料の種類及び配合量に加え、これらを練るときの条件などに影響され得るが、本発明においては、ムーニー粘度が１５〜３０であれば、その達成手段は特に限定されるものではない。
【００２８】
また、本発明において用いられる半導電性ゴム組成物は、１４０℃で測定したときの発泡速度と加硫速度の関係が、発泡圧の最大値を１００％としたとき５０％に達したときの加硫％（以下％Ｃｕｒｅ＠ＴＰ５０）が加硫％の最大値の４０％以下である。即ち、加硫速度に対して発泡速度が優勢な関係にある。％Ｃｕｒｅ＠ＴＰ５０が４０％よりも大きいと芯金２と発泡ゴムの接着性が悪化する。この原因については定かではないが、発泡ガス発生反応の初期段階（最終発泡ガス発生反応量の５０％反応終了時まで）に加硫反応がある程度以上（最終加硫反応量の４０％よりも多く）進行する発泡ゴム組成物を用いた場合、ローラの外側からの加熱によってローラ表面の加硫が進行した後に多量の発泡ガスが発生するため、過剰に発生した発泡ガスが表面から外に放出されずに芯金２とゴムの間に溜まり易くなるためと推測される。好ましくは、％Ｃｕｒｅ＠ＴＰ５０は２０％以下に設定する。％Ｃｕｒｅ＠ＴＰ５０を２０％以下に設定することで発泡倍率が高い材料においても芯金２と発泡ゴムとの充分な密着が得られる。
【００２９】
発泡圧と加硫％の関係の例を表わすグラフを図２に示す。図中、５は発泡圧曲線を示し、６は加硫曲線（加硫の進行度合は、試験片に加わるトルクで表現される）を示す。７は発泡圧が５０％の地点で、発泡圧が５０％に達したときの加硫％、即ちＣｕｒｅ＠ＴＰ５０）は８である。９は加硫％が４０％の点を示す。
【００３０】
なお、％Ｃｕｒｅ＠ＴＰ５０の調整は、加硫促進剤種や発泡剤種及び発泡助剤などによって適宜調整される。
【００３１】
本発明に用いられる半導電性ゴム材料のゴム成分には、特に制限はないが、種々の加硫方法で硫黄加硫が可能なゴムが好ましい。具体的には、エチレンープロピレンージエン共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン−ブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）などが好ましく、中でも、耐オゾン性に優れている、加硫速度の調整が容易であるという観点から、エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（ＥＰＤＭ）がより好ましい。
【００３２】
また、加硫促進剤も、特に制限はなく、一般のゴム用加硫促進剤が使用可能である。
【００３３】
発泡剤としては、スポンジゴム用の発泡剤が使用でき、例えば、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、ｐ，ｐ’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）（ＯＢＳＨ）、Ｎ，Ｎ’−ジニトロペンタメチレンテトラミン（ＤＰＴ）、炭酸水素ナトリウムなどが好ましく、中でも、加硫速度が速くなりにくいという観点からアゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）がより好ましい。
【００３４】
発泡助剤は、一般の発泡助剤が使用できる。
【００３５】
これらゴム組成物に配合する導電材としては、カーボンブラック、黒鉛、金属及び導電性の各種金属酸化物（酸化錫及び酸化チタンなど）などの導電性粉体や、カーボンファイバー及び金属酸化物の短繊維などの各種導電性繊維を用いることができる。その配合量は、本発明の構成要素にあるカーボンブラックも含めて、全ゴム成分１００質量部に対して好ましくは４〜１００質量部、特に好ましくは５〜５０質量部であり、これにより半導電性発泡弾性層３の体積抵抗を１×１０^４〜１×１０^９Ω・ｃｍ程度に調整することが好ましい。
【００３６】
本発明においては、特に、半導電性ゴム組成物が、ＤＢＰ吸油量３００（ｍｌ／１００ｇ）以上の導電性カーボンブラックをゴム成分１００質量部あたり４〜１５質量部含み、かつ、該導電性カーボンブラック量の２倍以上の軟化剤を含有する半導電性ゴム組成物であることが好ましい。カーボンブラックにＤＢＰ吸油量３００（ｍｌ／１００ｇ）以上と非常に高いカーボンブラックを用いることにより、混練りの初期段階において軟化剤を吸い込むため、多量の軟化剤を添加しても混練り中にスリップが生じにくくなる。また、上記カーボンブラックの添加量が、ゴム成分１００質量部あたり、４質量部以下では、スリップ防止効果が得られにくく、１５質量部を超えると、硬度が増大しやすくなる。本発明においては、ＤＢＰ吸油量が４００（ｍｌ／１００ｇ）以上であることがより好ましい。なお、本発明におけるＤＢＰ吸油量は、カーボンブラックにＤＢＰを添加したときの１００ｇ当りのＤＢＰ吸油量であり、アブソープトメーターによって測定することができる。
【００３７】
ＤＢＰ吸油量３００（ｍｌ／１００ｇ）以上のカーボンブラックとしては、多孔質なカーボンブラックが挙げられ、例えば、ケッチェンブラックＥＣ及びケッチェンブラック６００ＪＤなどが挙げられる。また、軟化剤としては、一般のゴム用軟化剤が使用でき、中でもパラフィンオイルが好ましい。
【００３８】
本発明においては、必要に応じて、半導電性ゴム組成物に、他の導電性付与剤、補強剤、充填剤、老化防止剤及び加硫促進剤などの通常のゴム用配合剤を適宜混合することができる。
【００３９】
本発明においては、半導電性ゴム組成物の加硫発泡後に弾性層を３ｍｍまで研磨した後のローラーの５００ｇ荷重時のアスカーＣ硬度が３３度以下であることが好ましい。これより硬度が大きい場合には、帯電音が大きくなりやすい。また、被帯電体との当接時に弾性層が歪みやすくなるため、帯電ローラと被帯電体との当接隙間ができず均一な当接となり、その結果騒音のリップルも少なく、トナー汚れの不均一による画像ムラの生じにくい帯電ローラを得ることができる。
【００４０】
なお、本発明においては、弾性層の厚みは帯電部材を実装する機種に応じて適宜調整することができるが、１〜２０ｍｍであることが好ましく、特には２〜２０ｍｍであることが好ましい。
【００４１】
次に、本発明において用いられる機能性複層膜４について説明する。本発明における機能性複層膜４は予めシームレスチューブの形態に成膜された重合体であって、前記芯金２外周上の半導電性発泡弾性層３に被覆する。
【００４２】
機能性複層膜４を構成する材料としては、押し出し成形可能なゴムまたは熱可塑性樹脂であればいずれのものでもよく、具体的には、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、エチレン酢酸ビニル、エチレンエチルアクリレート、エチレンアクリル酸メチル、スチレンブタジエンゴム、ポリエステル、ポリウレタン、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１、ナイロン１２及びその他の共重合ナイロンなどのポリアミド、スチレンエチレンブチル、エチレンブチル、ニトリルブタジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、多硫化ゴム、塩素化ポリエチレン、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、１，２−ポリブタジエン、イソプレンゴム及びポリノルボルネンゴムなどのゴム、及びスチレン−ブタジエン−スチレン（ＳＢＳ）及びスチレン−ブタジエン−スチレンの水添加物（ＳＥＢＳ）などの熱可塑性ゴムを使用することができるが、特に制限されるものではない。
【００４３】
あるいは、上記の各樹脂や共重合体よりなるエラストマー及び変性体などのエラストマーと、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）及びポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの飽和ポリエステル、ポリエーテル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリスチレン、ハイインパクトポリスチレン（ＨＩＰＳ）、ポリウレタン、ポリフェニレンオキサイド、ポリ酢酸ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ）、アクリロニトリル−エチレンプロピレンゴム−スチレン樹脂（ＡＥＳ）及びアクリロニトリル−アクリルゴム−スチレン樹脂（ＡＡＳ）などのスチレン系樹脂、及びアクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂などの各樹脂及びこれらの共重合体からなる材料の組み合わせが好ましい。
【００４４】
さらに、上記ゴム、熱可塑性エラストマー及び熱可塑性樹脂から選ばれた２種以上の重合体からなるポリマーアロイまたはポリマーブレンドも使用できる。本発明の機能性複層膜４のチューブは上記各種重合体と、下記の導電材及び必要ならばその他の添加剤からなる導電性重合体組成物を押し出し成形法、射出成形法及びブロー成形法などによりチューブ状に成膜することにより得ることができる。上記各種成形法のうちでは押し出し成形法が特に好適である。さらには、形成するチューブの各薄膜層の膜厚均一性、また導電材などの分散性がより均一であるものを得るために、縦型のチューブ押し出し機を使用することが好ましい。
【００４５】
なお、上記導電材としては、公知の素材が使用でき、例えば、カーボンブラック及びグラファイトなどの炭素微粒子；ニッケル、銀、アルミニウム及び銅などの金属微粒子；酸化スズ、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化アルミニウム及びシリカなどを主成分とし、これに原子価の異なる不純物イオンをドーピングした導電性金属酸化物微粒子；炭素繊維などの導電性繊維；ステンレス繊維などの金属繊維；炭素ウィスカやチタン酸カリウムウィスカの表面を金属酸化物や炭素などにより導電化処理した導電性チタン酸カリウムウィスカなどの導電性ウィスカ；及びポリアニリン及びポリピロールなどの導電性重合体微粒子などが挙げられる。
【００４６】
本発明に用いられる機能性複層膜４のチューブは単に上記各種成形法により形成しただけでも使用できるが、例えばより優れた耐久性や耐環境性などを得ることを目的として、上記各種成形法により得られたシームレスチューブを更に架橋させて導電性架橋重合体とすることもできる。チューブ状に成膜された導電性重合体を架橋させる方法としては、重合体の種類に応じて硫黄、有機過酸化物及びアミン類などの架橋剤を予め添加しておき、高温下に架橋結合を生成させる化学的架橋法や、電子線やγ線などの放射線を照射することにより架橋させる放射線架橋法などが有効である。上記各種架橋法のうちでは電子線架橋法が架橋剤またはその分解生成物の移行による被帯電体の汚染の恐れがなく、更に、高温処理の必要がない点及び安全性の点で好ましい。
【００４７】
本発明に用いられる機能性複層膜４の表面抵抗率は、１×１０^５〜１×１０^１１Ω／□であることが好ましく、特に１×１０^６〜１×１０^９Ω／□であることが好ましい。
【００４８】
また、本発明における機能性複層膜４は、適切に機能分離した薄層のチューブが一体的に同時に形成された複層膜であるので、各層を必要以上に厚い膜とする必要がないので、半導電性発泡弾性層３の柔軟性を効果的に引き出すことが可能となっている。機能性複層膜４の好ましい厚さは、複層肉厚で１５０μｍ〜８００μｍであり、さらには２００μｍ〜６００μｍである。
【００４９】
次に、本発明に用いる押し出し装置を図３を用いて説明する。成形に用いるダイス１０には、空気導入用の中央通孔１１の周囲に内外二重の環状の押し出し流路が設けられており、成形に際しては、内側流路に第１押し出し機１２から機能性複層膜４を構成する内部層４ｂ用エラストマー１３を、また外側流路に第２押し出し機１４から機能性複層膜４を構成する外部層４ａ用エラストマー１５をそれぞれ加圧注入し、内部層４ｂと外部層４ａを重ね合わせ一体化して押し出して得られた機能性複層膜４のチューブ１７を、その外周に設けた水冷リング１６にて冷却し、これをチューブ送り装置１８により引っ張り、所定の長さに順次切断し、帯電ローラ用の機能性複層膜４として、次工程にて、芯金２を有する半導電性発泡弾性層３に被覆する。
【００５０】
このように、本発明においては、単層での肉厚が１００μｍ以下といった単独でチューブとして被覆することが困難な薄肉でも、複層の肉厚では１５０μｍ以上、好ましくは２００μｍ以上として得ることができるので、単独のチューブとして取り扱うことが可能である。例えば、外層部４ａ／内層部４ｂの肉厚が、７５μｍ／７５μｍ、７５μｍ／１２５μｍというように単独でチューブとして被覆することが困難な薄肉の層同士を複層化することによって単独のチューブとして取り扱うことができる。また無論、外層部４ａ／内層部４ｂの肉厚が１００μｍ／４００μｍ、１００μｍ／２００μｍ、５０μｍ／３５０μｍ、２０μｍ／３５０μｍというように一方に単独でチューブとして被覆することが困難な薄肉の層を含む機能性複層膜も被覆することができる。
【００５１】
なお、薄肉層をより薄く形成する為には、押出し成形時における、引き取りを大きくし、押出し口での膜厚をさらに薄くする手段も効果的である。また、延伸後、エージングを適正に行うことで、薄肉化のための延伸によるストレスを緩和できる。
【００５２】
本発明においては、例えば外部層４ａに耐圧性を持たせるべく１×１０^６〜１×１０^１２Ω／□、好ましくは１×１０^７〜１×１０^９Ω／□の表面抵抗の樹脂層を配置し、内部層４ｂに１×１０^４〜１×１０^１０Ω／□、好ましくは１×１０^８〜１×１０^１０Ω／□の樹脂層を配置することができ、帯電ローラの如き、ローラの表面電位のコントロールが必要なローラには理想的な機能性複層膜となる。
【００５３】
また、複数のチューブを形成して、これを重ね合せて一体とする工程が必要な場合、各層の材料が同種の樹脂であっても、異種の樹脂であっても、界面空間を有するために、各層間の接着性が不十分となり易い。その結果、チューブの弾性層に対する締め付け力を強くしないと、帯電ローラーとして使用中にチューブ間にズレが生じ、画像不良の原因となる。ところが、上述のように、締め付け力が強いと弾性層の見かけの硬度が固くなり帯電音が悪くなるという弊害も現れる。
【００５４】
これに対し、本発明においては異種の樹脂を用いても、同時複層押し出し過程で高圧溶融状態で接触し、複層となって外に押し出しされ、その状態で固定されるので、帯電部材として十分な密着性が得られるため、チューブの弾性層に対する締め付け力も弱くすることが可能である。
【００５５】
本発明により得られた機能性複層膜４のチューブの内径は特に制限されるものではなく、これを用いるローラの外径によって決定されるが、直径７〜２０ｍｍ、好ましくは１０〜２０ｍｍの小径チューブを使用するのが一般的である。
【００５６】
本発明により得られた機能性複層膜４のチューブを用いて帯電ローラや現像ローラを製造する場合には、予め芯金２の外周に半導電性発泡弾性層３を被覆したローラの外周に、機能性複層膜４のチューブを嵌め込めばよい。
【００５７】
この嵌め込みにおいて、機能性複層膜４のチューブの内径は半導電性発泡弾性層３の外径よりもやや小さめであることが、ローラに皺などを生じないことから好ましく、例えば、製品としてのローラの外径が１２．０ｍｍで、機能性複層膜４のチューブの肉厚が内外層を併せて０．４ｍｍの場合、芯金２を有する半導電性発泡弾性層３の外径を１１．３ｍｍにして、機能性複層膜４のチューブの内径を１１．１ｍｍ程度にすることが好ましい。
【００５８】
また、機能性複層膜４のチューブの嵌め込みの際に、必要に応じてその内面または半導電性発泡弾性層３の外周にプライマー処理して接着してもよいが、この処理を行わないで圧着により固着することも可能である。
【００５９】
本発明に用いられる電子写真感光体、露光手段、現像手段、転写手段及びクリーニン手段は、特に限定されるものではない。
【００６０】
図４に本発明の導電性部材を一次帯電手段として有するプロセスカートリッジを具備する電子写真装置の構成を例に示す。
【００６１】
図４において、１９は電子写真感光体であり、矢印方向に所定の周速度で回転駆動される。電子写真感光体１９は、回転過程において、一次帯電手段としての本発明の帯電部材１によりその周面に正または負の所定電位の均一帯電を受け、次いで、スリット露光やレーザービーム走査露光等の露光手段（不図示）からの露光光２０を受ける。こうして電子写真感光体１９の周面に静電潜像が順次形成されていく。
【００６２】
形成された静電潜像は、次いで現像手段２１によりトナー現像され、現像されたトナー現像像は、不図示の給紙部から電子写真感光体１９と転写手段２２との間に電子写真感光体１９の回転と同期取りされて給紙された転写材２３に、転写手段２２により順次転写されていく。
【００６３】
転写を受けた転写材２３は、電子写真感光体面から分離されて定着手段２４へ導入されて定着を受けることにより複写物（コピー）として装置外へプリントアウトされる。
【００６４】
転写後の電子写真感光体１９の表面は、クリーニング手段２５によって転写残りトナーの除去を受けて清浄面化され、繰り返し像形成に使用される。
【００６５】
本発明においては、電子写真感光体及び帯電部材を一体に支持し、レール２６などの手段を用いて電子写真装置に着脱自在なプロセスカートリッジ２７とすることもできる。かかるプロセスカートリッジは、さらに現像手段及び／またはクリーニング手段を有していてもよい。
【００６６】
【実施例】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。
［実施例１］
【００６７】
（芯金）
芯金２は、鉄材を押し出し成形により、直径約６ｍｍの棒材に押し出し、長さ２６０ｍｍに切断後、これにニッケルメッキを厚さ約３μｍ施したものとした。さらに、該芯金２表面に、ホットメルト接着剤を塗布した。
【００６８】
主原料であるＥＰＤＭ（商品名エスプレン５０５、住友化学工業株式会社製）を１００質量部、導電性カーボンブラック（商品名ケッチェンブラック６００ＪＤ、ライオンアクゾ社製）を１２質量部、パラフィンオイル（商品名ダイアナプロセスオイルＰＷ−３８０、出光興産社製）を７５質量部、酸化亜鉛２種をそれぞれ５質量部、ステアリン酸を１質量部、脱水剤として酸化カルシウム（商品名ベスタＢＳ、井上石灰工業社製）を５質量部、加硫促進剤として２−メルカプトベンゾチアゾール（ＭＢＴ）２質量部、ジブチルジチオカルバミン酸亜鉛（ＺＤＢＣ）１質量部、ジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド（ＤＰＴＴ）２質量部、ジエチルジチオカルバミン酸テルル（ＴＤＥＣ）２質量部、加硫剤として硫黄２質量部、発泡剤としてｐ，ｐ’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）（ＯＢＳＨ）６．５質量部及びアゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）５．５質量部を混練りして半導電性発泡弾性層３用の半導電性発泡性ゴム組成物を得た。
【００６９】
得られた組成物についてＪＩＳＫ−６３００に準拠して１００℃にてムーニー粘度（ＭＬ１＋４）を測定したところ、２１であった。また、発泡圧測定機能付き加硫試験機ＭＤＲ−２００Ｐ（アルファテクノロジーズ社製）を用いて１４０℃にて％Ｃｕｒｅ＠ＴＰ５０を測定したところ、３５％であった。次に、この半導電性発泡性ゴム組成物と接着剤を塗布した上記芯金２を同時にクロスヘッドダイ押し出し機により芯金２の外周上に未加硫・未発泡の半導電性ゴム層を形成した。
【００７０】
次に、これを２００℃の連続熱風炉に投入して加硫発泡を行い、弾性層端部を切断除去して軸方向の長さを２２５ｍｍとし、ゴムローラ用研削機（トラバース研磨機、水口製作所製）にて弾性層の厚みを３ｍｍまで研削して硬度測定を行った後、外径１１．３ｍｍの半導電性発泡弾性層を得た。５００ｇ荷重時のアスカーＣ硬度は２８度であった。
【００７１】
（機能性複層膜４のチューブ形成）
機能性複層膜４の外部層４ａの材料として、スチレン系エラストマー（スチレン−エチレン・ブチレン−オレフィン共重合体エラストマー（商品名ダイナロン、日本合成ゴム社製）１００質量部、低密度ポリエチレン５０質量部及びカーボンブラック（商品名ケッチェンブラックＥＣ、ライオンアクゾ社製）１４質量部をＶ型ブレンダーで数分間混合した。これをさらに加圧式ニーダーを用いて１９０℃で１０分間溶融混練し、冷却後、粉砕機で粉砕し、単軸押し出し機でペレット化した。
【００７２】
内部層４ｂの材料として、ポリウレタンエラストマー（商品名クラミロン、クラレ社製）１００質量部、カーボンブラック（ケッチェンブラックＥＣ、ライオンアクゾ社製）１７質量部、酸化マグネシウム１０質量部及びステアリン酸カルシウム１質量部を、外部層４ａの材料と同様の工程でペレット化した。
【００７３】
これらのペレットを縦型押し出し機（プラ技研社製の特注品、図３参照）を用いて、一つのクロスヘッドで２重層となるように合流させ、適温の熱水（４０〜９０℃）中に押し出し、冷却後、引き取った。このようにして、内径約１１．１ｍｍの機能性複層膜４のチューブを得た。
【００７４】
半導電性発泡弾性層３への被覆に使用しないチューブの一部をサンプリングし、切り開いて内部層４ｂ（裏面側）と外部層４ａ（表面側）の表面抵抗率を高抵抗率計（ハイレスタＩＰ、ダイアインスツルメンツ社製）にて測定したところ、内部層４ｂの表面抵抗率は２．０×１０^８Ω／□であり、外部層４ａの表面抵抗率は５．０×１０^８Ω／□であった。また、その断面をビデオマイクロスコープにて観察し、内部層４ｂと外部層４ａの厚みを観察したところ、内部層４ｂの厚みは４００μｍ、外部層４ａの厚みは１００μｍであった。
【００７５】
次に、上記機能性複層膜４のチューブを２３０ｍｍ長さに切断したものを、チューブ被覆装置（不図示）により半導電性発泡弾性層３の外周に嵌め込み、圧密着させて帯電ローラを得た。帯電ローラの外径は、１２．１５ｍｍであった。
【００７６】
この帯電ローラをレーザービームプリンター（商品名ＬＢＰ−１６６０、キヤノン製）の一次帯電器（帯電ローラの被帯電体への両端当接での当接バネ圧は片側各５００ｇ）に用いて画像形成を行った結果、機能性複層膜４と半導電性発泡弾性層３の間に隙間が発生することなく、機能性複層膜４に皺が寄ることもなく、画像ムラや線状、点状の異常部もない良好な画像が得られた。
【００７７】
さらに、画像形成中の騒音を評価するために、騒音計（商品名ＮＬ−０５、ＲＩＯＮ社製）を用いて電子写真感光体の母線方向の中心線から２０ｃｍの距離でＡ特性補正音厚レベルを測定したところ、帯電ローラ１回転周期の帯電音の変化量は１ｄＢ以内であった。
【００７８】
また、この帯電ローラを３ヶ月間放置後に外形を測定したところ、外径１２．１５ｍｍと変わらず、良好な画像が得られた。
【００７９】
［比較例１］
実施例１と同様の外径１１．３ｍｍ、アスカーＣ硬度２８度の半導電性発泡弾性層３を作製した。
【００８０】
外部層４ａの材料として、スチレン系エラストマー（スチレン−エチレン・ブチレン−オレフィン共重合体エラストマー、商品名ダイナロン、日本合成ゴム社製）１００質量部、低密度ポリエチレン５０質量部及びカーボンブラック（商品名ケッチェンブラックＥＣ、ライオンアクゾ社製）１４質量部をＶ型ブレンダーで数分間混合した。これをさら加圧式ニーダーを用いて１９０℃で１０分間溶融混練し、冷却後、粉砕機で粉砕し、単軸押し出し機でペレット化した。
【００８１】
このペレットを縦型押し出し機（プラ技研社製の特注品）を用いて、単層用のクロスヘッドで外部層のみを適温の熱水（４０〜９０℃）中に押し出し、さらに冷却し引き取った。このようにして、内径１１．８ｍｍ、膜厚２００μｍ、表面抵抗率８．０×１０^７Ω／□の表面層チューブ（外部層用単層チューブ）を得た。
【００８２】
内部層４ｂの材料として、ポリウレタンエラストマー（商品名クラミロン、クラレ社製）１００質量部、カーボンブラック（ケッチェンブラックＥＣ、ライオンアクゾ社製）１７質量部、酸化マグネシウム１０質量部及びステアリン酸カルシウム１質量部を、外部層４ａの材料と同様の工程でペレット化した。
【００８３】
このペレットを表面層と同様に縦型押し出し機（プラ技研社製の特注品、図３参照）を用いて、単層用のクロスヘッドで内部層のみを適温の熱水（４０〜９０℃）中に押し出し、さらに冷却し引き取った。このようにして、内径１１．１ｍｍ、膜厚４００μｍ、表面抵抗率３．０×１０^８Ω／□の中間層チューブ（内部層用単層チューブ）を得た。
【００８４】
次に、中間層チューブを２３０ｍｍ長さに切断したものを、チューブ被覆装置（不図示）により半導電性発泡弾性層３の外周に嵌め込み、圧密着させて外径１１．９５ｍｍのローラとし、さらに表面層チューブを２３０ｍｍ長さに切断したものを、チューブ被覆装置（不図示）により中間層の上に重ねて嵌め込み帯電ローラを得た。帯電ローラの外径は１２．３５ｍｍであった。
【００８５】
この帯電ローラを実施例１と同様にして連続１００枚の画像形成を行った結果、両端部に画像濃度カブリが見られた。帯電ローラを取り出して観察したところ表面層と中間層の間で表面層の両端部が中央部に比べ約３ｍｍ程ずれが生じ、ネジレ状態になっていた。ただし帯電ローラを３ヶ月間放置後に外形を測定したところ、外径１２．３５ｍｍと変化は見られなかった。
【００８６】
［比較例２］
比較例１と同様の外径１１．３ｍｍ、アスカーＣ硬度２８度の半導電性発泡弾性層３を作製した。
【００８７】
また、比較例１と同様にして、内径１１．３ｍｍ、膜厚２００μｍ、表面抵抗率８．０×１０^７Ω／□の表面層チューブ（外部層用単層チューブ）及び内径１１．１ｍｍ、膜厚４００μｍ、表面抵抗率３．０×１０^８Ω／□の中間層チューブ（内部層用単層チューブ）を得た。
【００８８】
次に、中間層チューブを２３０ｍｍ長さに切断したものを、チューブ被覆装置（不図示）により半導電性発泡弾性層３の外周に嵌め込み、圧密着させて外径１１．９５ｍｍのローラとし、さらに表面層チューブを２３０ｍｍ長さに切断したものを、チューブ被覆装置（不図示）により中間層の上に重ねて嵌め込み帯電ローラを得た。帯電ローラの外径は１２．２０ｍｍであった。
【００８９】
この帯電ローラを実施例１と同様にして評価した結果、表面層と中間層のずれは無く、画像ムラや線状、点状の異常部もない良好な画像が得られた。
【００９０】
ただしこの帯電ローラを３ヶ月間放置後に外形を測定したところ、外径１２．３０ｍｍで０．１ｍｍ増大しており表面層の表面抵抗率も７．０×１０^１２Ω／□に高抵抗化しており、被帯電体への帯電不足のため画像全体にカブリを生じた。
【００９１】
［実施例２］
実施例１と同様の外径１１．３ｍｍ、アスカーＣ硬度２８度の半導電性発泡弾性層３を作成した。
【００９２】
また、実施例１と同様にして、内径１１．１ｍｍの機能性複層膜４のチューブを得た。内部層の表面抵抗率は５．０×１０^８Ω／□で、厚みは２００μｍであり、外部層の表面抵抗率は１．０×１０^１０Ω／□で、厚みは２５μｍであった。
【００９３】
次に、上記機能性複層膜４のチューブを２３０ｍｍ長さに切断したものを、チューブ被覆装置（不図示）により半導電性発泡弾性層３の外周に嵌め込み、圧密着させて外径１１．６０ｍｍの帯電ローラを得た。
【００９４】
この帯電ローラを実施例１と同様にして評価した結果、機能性複層膜４と半導電性発泡弾性層３の間に隙間が発生することなく、機能性複層膜４に皺が寄ることもなく、画像ムラや線状、点状の異常部もない良好な画像が得られた。３ヶ月間放置後の外形も１１．６０ｍｍと変わらず、良好な画像が得られた。
【００９５】
さらにこの帯電ローラを、被帯電体（電子写真感光体）に針で０．５ｍｍのピンホールを開けた状態で画像形成を行った結果、ハーフトーン画像で０．５ｍｍの黒点画像以外の画像欠陥は見られなかった。
【００９６】
同様の評価を実施例１及び比較例２の帯電ローラについて行ったところ実施例１の帯電ローラではハーフトーン画像で０．５ｍｍの黒点画像以外の画像欠陥は見られなかったが、比較例２の帯電ローラでは黒点が約０．６ｍｍに広がっており、母線方向に横黒スジ画像も見られた。
【００９７】
［比較例３］
実施例１の弾性層配合のうち、ダイアナプロセスオイルＰＷ−３８０の使用量を４５質量部に変更した以外は実施例１と同様にして半導電性発泡弾性層３用の半導電性発泡性ゴム組成物を得た。
【００９８】
得られた組成物の１００℃におけるムーニー粘度（ＭＬ１＋４）は３５で、％Ｃｕｒｅ＠ＴＰ５０は３６％であった。
【００９９】
この半導電性発泡性ゴム組成物を用いた以外は実施例１と同様にして芯金２の外周上に外径１１．３ｍｍ、アスカーＣ硬度３９度の半導電性発泡弾性層３を作成した。
【０１００】
また、実施例１と同様にして、内径１１．１ｍｍの機能性複層膜４のチューブを得た。内部層の表面抵抗率は２．０×１０^８Ω／□で、厚みは４００μｍであり、外部層の表面抵抗率は５．０×１０^８Ω／□で、厚みは１００μｍであった。
【０１０１】
次に、上記機能性複層膜４のチューブを２３０ｍｍ長さに切断したものを、チューブ被覆装置（不図示）により半導電性発泡弾性層３の外周に嵌め込み、圧密着させて外径１２．２０ｍｍの帯電ローラを得た。
【０１０２】
この帯電ローラを実施例１と同様にして評価したところ、３０００枚を超えたところからハーフトーン画像において画像中央部にかぶりが見られた。また、被帯電体と帯電ローラの当接状態を測定したところ、中央部で約３０μｍ程浮いていた。
【０１０３】
また、実施例１と同様にして騒音を評価したところ、帯電ローラ一回転周期の帯電音の変化量は４ｄＢであった。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明による低硬度な弾性層に機能性複層膜を被覆した帯電ローラは、チューブがよじれにくいため、チューブの弾性層に対する締め付け力を小さくすることが可能である。その結果、弾性層の見かけの硬度が固くなることもなく、本発明に用いられる弾性層のメリットを非常に効果的に導き出すことができる。さらに、チューブが伸びにくいため、帯電ローラ外径が大きくなることも少なく、抵抗値の変化も少ない帯電ローラを得ることが可能である。このように、本願発明においては、弾性層と弾性層上の被覆層の構成が相乗的に作用し、極めて優れた帯電均一性を得ることができた。また、かかる帯電部材を具備するプロセスカートリッジ及び電子写真装置が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の帯電部材の一例の概略構成図である。
【図２】本発明に用いる半導電性ゴム組成物の加硫曲線と発泡圧曲線の一例を示す図である。
【図３】本発明に用いる押し出し機の一例の概略構成図である。
【図４】本発明の帯電部材を有するプロセスカートリッジを具備する電子写真装置の概略図である。

Claims

導電性の芯金、該芯金外周上の半導電性発泡弾性層及び該半導電性発泡弾性層外周上の機能性複層膜を有する帯電部材において、
該半導電性発泡弾性層が、該芯金と未加硫未発泡の半導電性ゴム組成物を押し出し機のクロスヘッドダイを通過させて、該芯金外周上に配置したものを加硫発泡させたものであり、
該半導電性ゴム組成物が、ムーニー粘度が１５〜３０であり、かつ、該発泡圧が５０％に達したときの加硫％が４０％以下であり、該機能性複層膜が、単独でチューブとして形成し被覆することが困難な薄肉の層を含む複層チューブであり、該機能性複層膜が、複層肉厚で１５０μｍ〜８００μｍであり、且つ前記単独でチューブとして形成し被覆することが困難な薄肉の層が、１００μｍ以下であることを特徴とする帯電部材。
半導電性ゴム組成物が、ＤＢＰ吸油量３００（ｍｌ／１００ｇ）以上の導電性カーボンブラックをゴム成分１００質量部あたり４〜１５質量部含み、かつ、該導電性カーボンブラック量の２倍以上の軟化剤を含有する請求項１記載の帯電部材。
半導電性ゴム組成物が、ゴム成分としてエチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴムを含有する請求項１または２に記載の帯電部材。
機能性複層膜が、複層肉厚で２００μｍ〜６００μｍである請求項１に記載の帯電部材。
電子写真感光体及び該電子写真感光体に接触配置された帯電部材を有するプロセスカートリッジにおいて、
該電子写真感光体及び該帯電部材は一体に支持され、電子写真装置本体に着脱自在であり、
該帯電部材が、請求項１に記載の帯電部材であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
電子写真感光体、該電子写真感光体に接触配置された帯電部材、現像手段及び転写手段を有する電子写真装置において、
該帯電部材が、請求項１に記載の帯電部材であることを特徴とする電子写真装置。