JP3618991B2 - 帯電部材およびそれを用いた電子写真装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真画像形成装置に用いられる帯電部材、およびこの帯電部材を備えた電子写真装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子複写機、静電記録装置等の電子写真装置は、被帯電体を均一に帯電する工程を含んでいる。その帯電処理方法として、一般的にはコロナ帯電法が用いられているが、コロナ帯電法はオゾン等の生成物の発生が多く、その対処のための付加手段、機構を必要とし、そのため装置が大型化、高コスト化し易い問題点を有している。
【０００３】
そこで最近では、コロナ帯電法に代わる新しい帯電法として、接触帯電法の検討が行われ、一部において実用化されている。
【０００４】
接触帯電法は電圧を印加した帯電部材を被帯電体に所定の押圧力で当接させて被帯電体を帯電させるものである。オゾンの発生がコロナ帯電法に比べて大幅に減少することから、コロナ帯電法では不可欠な付加手段、機構が不要であるといった長所がある。印加電圧には、直流電圧と直流電圧を帯電部材に印加したときの帯電開始電圧の２倍程度のピーク間電圧を有する交流電圧との重畳電圧を用いる場合が多い。
【０００５】
帯電部材は、通常導電性支持体とその周囲に形成されたゴムや発泡体等からなる導電性弾性層と、さらにその上に、例えば、耐摩耗性向上や耐感光体汚染性向上等の目的に応じて、１層以上の導電性被覆層を設けた構成のものが使用されることが多い。
【０００６】
導電性被覆層等を設ける手段としては、
１）導電性を付与した塗料をディッピング、スプレー法等により薄くコーティングする方法
２）導電性を付与したチューブ状に成形したものを被覆、あるいは、直接弾性層上に押し出し成形する方法
等がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の方法により作製される現状の帯電部材には次のような問題がある。
（１）導電性被覆層等を設ける手段がコーティングである場合：
１）材料を有機溶剤に溶かし塗料としなくてはならないため使用材料に制約がある。
【０００８】
２）チューブ被覆と比較し製造工程が複雑であるため、製造コストがかさむ。
【０００９】
３）チューブ被覆と比較し、表面を平滑に仕上げるのは困難である。特に支持部材に発泡体を用いた場合その表面の凹凸に影響されやすく、表面の平滑性が不十分である場合、帯電が不均一となり画像不良を発生したり、放電量の増加によりドラム削れが増大することがある。
（２）導電性被覆層等を設ける手段がチューブ被覆等の場合：
例えば、特開平５−２３１３号公報にはフッ素樹脂からなるシームレスチューブが開示されている。
【００１０】
フッ素樹脂は、他樹脂と比較し環境安定性が良い、非粘着性や非汚染性に優れるため耐久安定性が良いなどの長所があるものの次の様な欠点を有している。
【００１１】
１）フッ素樹脂自体の材料コストが高い上、接着性が悪いためチューブの内面をエッチング処理する必要があり、工程簡略化によるコストダウン効果は以外に小さい。
【００１２】
２）フッ素樹脂は一般に硬度が高い。必然的に帯電部材の表面硬度が高くなり感光体表面に現像剤の融着を発生させるおそれがある。
【００１３】
３）フッ素樹脂は弾性変形しにくく接合の際に発生する大きな力によりチューブが破れたり偏肉するおそれがある。
【００１４】
４）フッ素樹脂は抵抗調整のために添加する導電性顔料を均一に分散するのが難しく、これが原因で帯電の均一性が不十分となり画像不良を発生する可能性がある。
【００１５】
さらに、特開平６−５８３２５号公報には、クロスヘッド押し出し機を用いて、各種熱可塑性樹脂を導電性弾性層上に直接成形する方法が挙げられている。
【００１６】
単純な工程で表面層を形成することができるため、大幅なコスト低減にはつながるものの、材料の選択によっては次のような問題が発生する。
【００１７】
例えば
１）ポリアミド系、ポリエステル系エラストマーは、一般的に硬度が高く使用時にトナー融着を発生し画像不良を起こしやすい、吸水性が高く環境安定性に劣る、原料単価が高いなどの欠点を有する。
【００１８】
２）ポリオレフィン系、スチレン系エラストマーは分子構造中の極性基が極めて少ないため抵抗調整のため添加する導電性材料を均一に分散するのが難しく、これが原因で帯電不良を起こし画像不良を発生する場合がある。
【００１９】
３）ポリウレタン系エラストマーは吸水性が高く環境安定性に劣る、成形時にかかる熱、使用時の温湿度、等の影響により分解、低分子量化し、これが原因で感光体を汚染し特性を悪化させることがある。
等の問題が存在する。
【００２０】
そこで、本発明の目的は、上記の様な問題のない、高品質、高耐久で低コストな帯電部材およびそれを用いた電子写真装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、少なくとも導電性弾性層と表面層を有する帯電部材において、該表面層はオレフィン系エラストマーおよびエステル系エラストマーを含有しており、該オレフィン系エラストマー１００重量部に対する該エステル系エラストマーの混合量が５重量部以上７０重量部以下であり、且つ該エステル系エラストマーがポリブチレンテレフタレートをハードセグメントとして有するものであることを特徴とする帯電部材である。
【００２２】
オレフィン系エラストマーは成型性に優れる、原料単価が低い、など材料面、生産面からの低コスト化が可能である。また、低吸水性であるため、環境安定性に優れる、低硬度なため感光体へのトナー融着等に起因する画像不良を生じないなどの長所を有している。
【００２３】
しかし、短所として上述の様に抵抗調整のために添加する導電性顔料を均一に分散するのが難しく、これが原因で帯電の均一性が不十分となり画像不良を発生する場合がある。
【００２４】
この問題を解決すべく、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、オレフィン系エラストマーにエステル系エラストマーを適正量混合することで、導電剤の分散性が飛躍的に向上することが分かり、本発明の目的とする、高品質化、高耐久化、低コスト化を両立できる帯電部材およびそれを用いた電子写真装置を得ることができた。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の帯電部材において、上記オレフィン系エラストマーとしては、例えばポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂に、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、ＣＲ、天然ゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム等の汎用ゴムをブレンドしたもの、同様な組成でさらに動的架橋を施したものや、ポリオレフィン／α−オレフィンコポリマーをハロゲン化メラミンで動的架橋をしたもの、ポリオレフィン／第１ゴム成分／第２ゴム成分とし、第２成分だけ架橋剤架橋したもの、天然ゴムをベースとした動的部分架橋ＴＰＥ、ニトリルゴム／塩素化ポリオレフィン系の動的架橋ＴＰＥなどのポリマーアロイなどが挙げられる。
【００２６】
上記エステル系エラストマーとしては、ＰＢＴ（１，４ブタンジオールとテレフタル酸の縮合物）等のポリエステルをハードセグメントに、ＰＴＭＥＧＴ（ポリテトラメチレングリコールとテレフタル酸の縮合物）等のポリエーテルをソフトセグメントに使用したポリエステル・ポリエーテル型の他、ソフトセグメントにポリエステルを使用したポリエステル・ポリエステル型等が挙げられる。
【００２７】
なお、上記のオレフィン系エラストマー、エステル系エラストマーはそれぞれ単独または２種以上組み合わせて使用してもよい。
【００２８】
本発明のオレフィン系エラストマー１００重量部に対するエステル系エラストマーの混合量は５〜７０重量部、好ましくは１０〜５０重量部である。５重量部以下であると効果が不十分であり、７０重量部以上であると、一般にエステル系エラストマーは硬度が高いため、必然的に帯電部材の表面層の硬度も高くなり、感光体へのトナー融着が起こりやすくなる。また、エステル系エラストマーは原料単価が高いため帯電部材のコストも高くなる。
【００２９】
本発明の帯電部材の表面のマイクロゴム硬度計硬度は９０度以下、好ましくは８５度以下である。９０度以上であると帯電特性はよいものの、被帯電体へのトナー等の融着が起こりやすく、これが原因で画像不良となる場合がある。そのため、表面層に含有させる上記エステル系エラストマーも比較的硬度の低いものを使用する必要がある。表面硬度は高分子計器株式会社製のマイクロゴム硬度計で測定した値である。
【００３０】
表面層に用いるこれら高分子化合物には、導電性付与剤、潤滑剤、硬化剤や、その他の添加剤を添加してもよい。導電性付与剤の一部としては、カーボンブラック、グラファイトや、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、等の金属酸化物や、金、銀、銅、ニッケル等の金属粉、等が挙げられ、これらを単独または２種以上組み合わせて使用してもよい。
【００３１】
表面層の形成方法としては、例えば金型や押し出し成型等適当な手段によって、チューブ状に成型したものを被覆する。この時、チューブが熱収縮性を有する場合には支持体より内径を大きくしておいて、チューブ内に支持体を挿入後、加熱収縮することによって被覆できる。熱収縮性を有しない場合にはチューブ内径を支持体よりも小さくして、エアー等の適当な手段で膨らませた後嵌合させてもよい。
【００３２】
本発明においては、必要に応じて導電性弾性層を設けてもよい。
【００３３】
導電性弾性層には、例えば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、シリコーンゴム、フッ素ゴム、等のゴム材料、や、例えばポリスチレン、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、系の熱可塑性エラストマー等いづれも用いることができる。なお、弾性層には、ソリッド、スポンジいずれも用いることができるが、帯電音低減等の観点からは、スポンジが好ましい。
【００３４】
また、この導電性弾性層は、体積固有抵抗値が１０２以上１０１０Ωｃｍ以下、好ましくは１０３以上１０９Ωｃｍ以下が望ましい。１０２Ωｃｍ未満であると、帯電部材として必要な抵抗に制御することが困難となる場合がある。また多量の導電性付与剤が必要となるため不経済であるだけでなく、例えば高導電性のカーボンブラックを用いた場合でさえも、ベース材料の硬度が非常に高くなることがある。また１０１０Ωｃｍを越えると、良好な帯電特性を示す帯電部材を構成するのに必要な抵抗が得にくい。
【００３５】
本発明の帯電部材を用いた画像形成装置の一例の概略構成図を図１に示す。
【００３６】
図１において、符号１は被帯電体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）であり、矢示の時計方向に所定の周速度（プロセススピード）をもって回転駆動される。１ａは該感光ドラム１のアルミニウム等の導電性ドラム基体、１ｂはそのドラム基体１ａの外周面に形成した感光層である。
【００３７】
２は接触帯電部材であり、本例は感光ドラム１面にドラム母線方向に略平行にして所定の押圧力で当接させて配設したローラー体（以下、帯電ローラーと記す）で、感光ドラム１の回転に従動回転する。
【００３８】
本例の帯電ローラー２は、図２に示すように、導電性芯金２ａと、該芯金に同心一体に金型成形等でローラー状に成形した導電性ゴム等の弾性層２ｂと、さらにその外周に形成した表面層２ｃとからなる複合層構造のものである。さらに、必要に応じて弾性層２ｂと表面層２ｃの間に中間層を設けることができる。本例の帯電ローラー２は被帯電体である感光ドラム１の面に接する材料層である表面層２ｃに上述の高分子化合物を用いている。
【００３９】
３は帯電ローラー２に対する電圧印加電源であり、この電源から帯電ローラー２の芯金２ａに所定の電圧を印加することで、回転する感光ドラム１の周面が所定の極性、電位に接触帯電式で帯電処理される。
【００４０】
帯電ローラー２に対する電圧は直流電圧だけでもよいが、被帯電体としての感光ドラム１面を均一に帯電処理するために直流電圧ＶＤＣと交流電圧ＶＡＣの重畳電圧（振動電圧）を印加する方が好ましい。
【００４１】
帯電ローラー２により所定の電位に均一に一次帯電処理された感光ドラム１面に対して、不図示のレーザースキャナ（画像露光手段）による目的画像情報のレーザービーム走査露光４、現像器５によるトナー現像、形成トナー像の転写手段６による転写材７に対する転写の工程が順次に実行され、トナー像転写を受けて感光ドラム１面から分離された転写材７が不図示の定着手段へ導入されて画像形成物（プリント）として出力される。トナー像転写後の感光ドラム１面はクリーニング装置８で転写残りトナーの付着汚損物の除去がなされて清浄面化され、繰り返して作像に供される。
【００４２】
【実施例】
以下、実施例について説明する。
【００４３】
（実施例１）
［弾性層の作製］
ＥＰＤＭ１００重量部、酸化亜鉛５重量部、高級脂肪酸１重量部、導電性カーボンブラック５重量部、パラフィンオイル１０重量部、硫黄２重量部、加硫促進剤ＭＢＴ１重量部、加硫促進剤ＴＭＴＤ１重量部、加硫促進剤ＺｎＭＤＣ１．５重量部、発泡剤（重炭酸ナトリウム）１０重量部を２本ロールにて冷却しながら２０分間混合し、コンパウンドを作製した。
【００４４】
直径６ｍｍのステンレス製芯金に上記コンパウンドを１５０℃で１５分間加熱発泡加硫させ、厚さ３ｍｍの弾性層を有するスポンジローラーを得た。
【００４５】
［表面層の作製］
オレフィン系エラストマー（ポリプロピレン／ＥＰＤＭ）１００重量部、エステル系エラストマー（ＰＢＴ／ＰＴＭＥＧＴ）３０重量部を１８０℃で５分間あらかじめ混練する。この混合物９０重量部と導電性カーボン１０重量部を加圧式ニーダー中で１８０℃で１０分間溶融混練し、冷却粉砕後単軸の押し出し機を用いてペレット化した。さらに、このペレットを二軸押し出し機を用いて、内径が１１．５ｍｍ、肉厚が約１５０μｍのシームレスチューブを作製した。
【００４６】
［帯電ローラーの作製、評価］
上記表面層用チューブの内側にエアーを吹き込み内径を広げた後、上記弾性層を挿入し帯電部材を得た。表面のマイクロ硬度を測定したところ７０度であった。
【００４７】
この帯電ローラーをレーザービームプリンター（レーザージェット４ｓｉ ヒューレットパッカード製）に用いられるカートリッジの一次帯電器位置に取り付け、
直流電圧 −７５０Ｖ
交流電圧 ２．０ｋＶ（ピーク間電圧）
周波数 ６５０Ｈｚ
のバイアスを印加し低湿環境（１５℃−１０％ＲＨ）、高湿環境（３２．５℃−８０％ＲＨ）下で初期画像評価および８０００枚の耐久試験を行った。結果を表１に示す。
【００４８】
（実施例２）
［弾性層の作製］
実施例１に同じ。
【００４９】
［表面層の作製］
オレフィン系エラストマー１００重量部、エステル系エラストマー５重量部とした以外は実施例１に同じ方法にて、内径が１１．５ｍｍ、肉厚が約１５０μｍのシームレスチューブを作製した。
【００５０】
［帯電ローラーの作製、評価］
実施例１と同様な方法により帯電部材を得た。表面のマイクロ硬度は、６０度であった。
【００５１】
この帯電ローラーにつき実施例１と同様の評価を行った。結果を表１に示す。
【００５２】
（実施例３）
［弾性層の作製］
実施例１に同じ。
【００５３】
［表面層の作製］
オレフィン系エラストマー１００重量部、エステル系エラストマー７０重量部とした以外は実施例１に同じ方法にて、内径が１１．５ｍｍ、肉厚が約１５０μｍのシームレスチューブを作製した。
【００５４】
［帯電ローラーの作製、評価］
実施例１と同様な方法により帯電部材を得た。表面のマイクロ硬度は、９０度であった。
【００５５】
この帯電ローラーにつき実施例１と同様の評価を行った。結果を表１に示す。
【００５６】
（実施例４）
［弾性層の作製］
実施例１に同じ。
【００５７】
［表面層の作製］
オレフィン系エラストマー１００重量部、エステル系エラストマー１０重量部とした以外は実施例１に同じ方法にて、内径が１１．５ｍｍ、肉厚が約１５０μｍのシームレスチューブを作製した。
【００５８】
［帯電ローラーの作製、評価］
実施例１と同様な方法により帯電部材を得た。表面のマイクロ硬度は、６５度であった。
【００５９】
この帯電ローラーにつき実施例１と同様の評価を行った。結果を表１に示す。
【００６０】
（実施例５）
［弾性層の作製］
実施例１に同じ。
【００６１】
［表面層の作製］
オレフィン系エラストマー１００重量部、エステル系エラストマー５０重量部とした以外は実施例１に同じ方法にて、内径が１１．５ｍｍ、肉厚が約１５０μｍのシームレスチューブを作製した。
【００６２】
［帯電ローラーの作製、評価］
実施例１と同様な方法により帯電部材を得た。表面のマイクロ硬度は、８０度であった。
【００６３】
この帯電ローラーにつき実施例１と同様の評価を行った。結果を表１に示す。
【００６４】
（比較例１）
［弾性層の作製］
実施例１に同じ。
【００６５】
［表面層の作製］
オレフィン系エラストマー１００重量部のみとした以外は実施例１に同じ方法にて、内径が１１．５ｍｍ、肉厚が約１５０μｍのシームレスチューブを作製した。
【００６６】
［帯電ローラーの作製、評価］
実施例１と同様な方法により帯電部材を得た。表面のマイクロ硬度は、５５度であった。
【００６７】
この帯電ローラーにつき実施例１と同様の評価を行った。結果を表１に示す。
【００６８】
（比較例２）
［弾性層の作製］
実施例１に同じ。
【００６９】
［表面層の作製］
オレフィン系エラストマー１００重量部、エステル系エラストマー３重量部とした以外は実施例１に同じ方法にて、内径が１１．５ｍｍ、肉厚が約１５０μｍのシームレスチューブを作製した。
【００７０】
［帯電ローラーの作製、評価］
実施例１と同様な方法により帯電部材を得た。表面のマイクロ硬度は、５８度であった。
【００７１】
この帯電ローラーにつき実施例１と同様の評価を行った。結果を表１に示す。
【００７２】
（比較例３）
［弾性層の作製］
実施例１に同じ。
【００７３】
［表面層の作製］
オレフィン系エラストマー１００重量部、エステル系エラストマー９０重量部とした以外は実施例１に同じ方法にて、内径が１１．５ｍｍ、肉厚が約１５０μｍのシームレスチューブを作製した。
【００７４】
［帯電ローラーの作製、評価］
実施例１と同様な方法により帯電部材を得た。表面のマイクロ硬度は、９５度であった。
【００７５】
この帯電ローラーにつき実施例１と同様の評価を行った。結果を表１に示す。
【００７６】
【表１】
【００７７】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、少なくとも導電性弾性層と表面層を有する帯電部材において、該表面層はオレフィン系エラストマーおよびエステル系エラストマーを含有しており、該オレフィン系エラストマー１００重量部に対する該エステル系エラストマーの混合量が５重量部以上７０重量部以下であり、且つ該エステル系エラストマーがポリブチレンテレフタレートをハードセグメントとして有するものであることにより、電子写真画像形成装置で使用されたとき、品質、耐久性において優れた特性を発揮するのに加え、低コストな帯電部材を構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における帯電部材を用いた画像形成装置の一例の概略的縦断面図。
【図２】本発明による帯電部材の一例を示す縦断面図。
【符号の説明】
１ 感光ドラム
２ 帯電ローラー
２ａ 芯金
２ｂ 弾性層
２ｃ 中間層
２ｄ 表面層
３ 電圧印加電源
４ 像露光手段
５ 現像手段
６ 転写手段
７ 転写材
８ クリーニング手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真画像形成装置に用いられる帯電部材、およびこの帯電部材を備えた電子写真装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子複写機、静電記録装置等の電子写真装置は、被帯電体を均一に帯電する工程を含んでいる。その帯電処理方法として、一般的にはコロナ帯電法が用いられているが、コロナ帯電法はオゾン等の生成物の発生が多く、その対処のための付加手段、機構を必要とし、そのため装置が大型化、高コスト化し易い問題点を有している。
【０００３】
そこで最近では、コロナ帯電法に代わる新しい帯電法として、接触帯電法の検討が行われ、一部において実用化されている。
【０００４】
接触帯電法は電圧を印加した帯電部材を被帯電体に所定の押圧力で当接させて被帯電体を帯電させるものである。オゾンの発生がコロナ帯電法に比べて大幅に減少することから、コロナ帯電法では不可欠な付加手段、機構が不要であるといった長所がある。印加電圧には、直流電圧と直流電圧を帯電部材に印加したときの帯電開始電圧の２倍程度のピーク間電圧を有する交流電圧との重畳電圧を用いる場合が多い。
【０００５】
帯電部材は、通常導電性支持体とその周囲に形成されたゴムや発泡体等からなる導電性弾性層と、さらにその上に、例えば、耐摩耗性向上や耐感光体汚染性向上等の目的に応じて、１層以上の導電性被覆層を設けた構成のものが使用されることが多い。
【０００６】
導電性被覆層等を設ける手段としては、
１）導電性を付与した塗料をディッピング、スプレー法等により薄くコーティングする方法
２）導電性を付与したチューブ状に成形したものを被覆、あるいは、直接弾性層上に押し出し成形する方法
等がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の方法により作製される現状の帯電部材には次のような問題がある。
（１）導電性被覆層等を設ける手段がコーティングである場合：
１）材料を有機溶剤に溶かし塗料としなくてはならないため使用材料に制約がある。
【０００８】
２）チューブ被覆と比較し製造工程が複雑であるため、製造コストがかさむ。
【０００９】
３）チューブ被覆と比較し、表面を平滑に仕上げるのは困難である。特に支持部材に発泡体を用いた場合その表面の凹凸に影響されやすく、表面の平滑性が不十分である場合、帯電が不均一となり画像不良を発生したり、放電量の増加によりドラム削れが増大することがある。
（２）導電性被覆層等を設ける手段がチューブ被覆等の場合：
例えば、特開平５−２３１３号公報にはフッ素樹脂からなるシームレスチューブが開示されている。
【００１０】
フッ素樹脂は、他樹脂と比較し環境安定性が良い、非粘着性や非汚染性に優れるため耐久安定性が良いなどの長所があるものの次の様な欠点を有している。
【００１１】
１）フッ素樹脂自体の材料コストが高い上、接着性が悪いためチューブの内面をエッチング処理する必要があり、工程簡略化によるコストダウン効果は以外に小さい。
【００１２】
２）フッ素樹脂は一般に硬度が高い。必然的に帯電部材の表面硬度が高くなり感光体表面に現像剤の融着を発生させるおそれがある。
【００１３】
３）フッ素樹脂は弾性変形しにくく接合の際に発生する大きな力によりチューブが破れたり偏肉するおそれがある。
【００１４】
４）フッ素樹脂は抵抗調整のために添加する導電性顔料を均一に分散するのが難しく、これが原因で帯電の均一性が不十分となり画像不良を発生する可能性がある。
【００１５】
さらに、特開平６−５８３２５号公報には、クロスヘッド押し出し機を用いて、各種熱可塑性樹脂を導電性弾性層上に直接成形する方法が挙げられている。
【００１６】
単純な工程で表面層を形成することができるため、大幅なコスト低減にはつながるものの、材料の選択によっては次のような問題が発生する。
【００１７】
例えば
１）ポリアミド系、ポリエステル系エラストマーは、一般的に硬度が高く使用時にトナー融着を発生し画像不良を起こしやすい、吸水性が高く環境安定性に劣る、原料単価が高いなどの欠点を有する。
【００１８】
２）ポリオレフィン系、スチレン系エラストマーは分子構造中の極性基が極めて少ないため抵抗調整のため添加する導電性材料を均一に分散するのが難しく、これが原因で帯電不良を起こし画像不良を発生する場合がある。
【００１９】
３）ポリウレタン系エラストマーは吸水性が高く環境安定性に劣る、成形時にかかる熱、使用時の温湿度、等の影響により分解、低分子量化し、これが原因で感光体を汚染し特性を悪化させることがある。
等の問題が存在する。
【００２０】
そこで、本発明の目的は、上記の様な問題のない、高品質、高耐久で低コストな帯電部材およびそれを用いた電子写真装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、少なくとも導電性弾性層と表面層を有する帯電部材において、該表面層はオレフィン系エラストマーおよびエステル系エラストマーを含有しており、該オレフィン系エラストマー１００重量部に対する該エステル系エラストマーの混合量が５重量部以上７０重量部以下であり、且つ該エステル系エラストマーがポリブチレンテレフタレートをハードセグメントとして有するものであることを特徴とする帯電部材である。
【００２２】
オレフィン系エラストマーは成型性に優れる、原料単価が低い、など材料面、生産面からの低コスト化が可能である。また、低吸水性であるため、環境安定性に優れる、低硬度なため感光体へのトナー融着等に起因する画像不良を生じないなどの長所を有している。
【００２３】
しかし、短所として上述の様に抵抗調整のために添加する導電性顔料を均一に分散するのが難しく、これが原因で帯電の均一性が不十分となり画像不良を発生する場合がある。
【００２４】
この問題を解決すべく、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、オレフィン系エラストマーにエステル系エラストマーを適正量混合することで、導電剤の分散性が飛躍的に向上することが分かり、本発明の目的とする、高品質化、高耐久化、低コスト化を両立できる帯電部材およびそれを用いた電子写真装置を得ることができた。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の帯電部材において、上記オレフィン系エラストマーとしては、例えばポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂に、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、ＣＲ、天然ゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム等の汎用ゴムをブレンドしたもの、同様な組成でさらに動的架橋を施したものや、ポリオレフィン／α−オレフィンコポリマーをハロゲン化メラミンで動的架橋をしたもの、ポリオレフィン／第１ゴム成分／第２ゴム成分とし、第２成分だけ架橋剤架橋したもの、天然ゴムをベースとした動的部分架橋ＴＰＥ、ニトリルゴム／塩素化ポリオレフィン系の動的架橋ＴＰＥなどのポリマーアロイなどが挙げられる。
【００２６】
上記エステル系エラストマーとしては、ＰＢＴ（１，４ブタンジオールとテレフタル酸の縮合物）等のポリエステルをハードセグメントに、ＰＴＭＥＧＴ（ポリテトラメチレングリコールとテレフタル酸の縮合物）等のポリエーテルをソフトセグメントに使用したポリエステル・ポリエーテル型の他、ソフトセグメントにポリエステルを使用したポリエステル・ポリエステル型等が挙げられる。
【００２７】
なお、上記のオレフィン系エラストマー、エステル系エラストマーはそれぞれ単独または２種以上組み合わせて使用してもよい。
【００２８】
本発明のオレフィン系エラストマー１００重量部に対するエステル系エラストマーの混合量は５〜７０重量部、好ましくは１０〜５０重量部である。５重量部以下であると効果が不十分であり、７０重量部以上であると、一般にエステル系エラストマーは硬度が高いため、必然的に帯電部材の表面層の硬度も高くなり、感光体へのトナー融着が起こりやすくなる。また、エステル系エラストマーは原料単価が高いため帯電部材のコストも高くなる。
【００２９】
本発明の帯電部材の表面のマイクロゴム硬度計硬度は９０度以下、好ましくは８５度以下である。９０度以上であると帯電特性はよいものの、被帯電体へのトナー等の融着が起こりやすく、これが原因で画像不良となる場合がある。そのため、表面層に含有させる上記エステル系エラストマーも比較的硬度の低いものを使用する必要がある。表面硬度は高分子計器株式会社製のマイクロゴム硬度計で測定した値である。
【００３０】
表面層に用いるこれら高分子化合物には、導電性付与剤、潤滑剤、硬化剤や、その他の添加剤を添加してもよい。導電性付与剤の一部としては、カーボンブラック、グラファイトや、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、等の金属酸化物や、金、銀、銅、ニッケル等の金属粉、等が挙げられ、これらを単独または２種以上組み合わせて使用してもよい。
【００３１】
表面層の形成方法としては、例えば金型や押し出し成型等適当な手段によって、チューブ状に成型したものを被覆する。この時、チューブが熱収縮性を有する場合には支持体より内径を大きくしておいて、チューブ内に支持体を挿入後、加熱収縮することによって被覆できる。熱収縮性を有しない場合にはチューブ内径を支持体よりも小さくして、エアー等の適当な手段で膨らませた後嵌合させてもよい。
【００３２】
本発明においては、必要に応じて導電性弾性層を設けてもよい。
【００３３】
導電性弾性層には、例えば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、シリコーンゴム、フッ素ゴム、等のゴム材料、や、例えばポリスチレン、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、系の熱可塑性エラストマー等いづれも用いることができる。なお、弾性層には、ソリッド、スポンジいずれも用いることができるが、帯電音低減等の観点からは、スポンジが好ましい。
【００３４】
また、この導電性弾性層は、体積固有抵抗値が１０２以上１０１０Ωｃｍ以下、好ましくは１０３以上１０９Ωｃｍ以下が望ましい。１０２Ωｃｍ未満であると、帯電部材として必要な抵抗に制御することが困難となる場合がある。また多量の導電性付与剤が必要となるため不経済であるだけでなく、例えば高導電性のカーボンブラックを用いた場合でさえも、ベース材料の硬度が非常に高くなることがある。また１０１０Ωｃｍを越えると、良好な帯電特性を示す帯電部材を構成するのに必要な抵抗が得にくい。
【００３５】
本発明の帯電部材を用いた画像形成装置の一例の概略構成図を図１に示す。
【００３６】
図１において、符号１は被帯電体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）であり、矢示の時計方向に所定の周速度（プロセススピード）をもって回転駆動される。１ａは該感光ドラム１のアルミニウム等の導電性ドラム基体、１ｂはそのドラム基体１ａの外周面に形成した感光層である。
【００３７】
２は接触帯電部材であり、本例は感光ドラム１面にドラム母線方向に略平行にして所定の押圧力で当接させて配設したローラー体（以下、帯電ローラーと記す）で、感光ドラム１の回転に従動回転する。
【００３８】
本例の帯電ローラー２は、図２に示すように、導電性芯金２ａと、該芯金に同心一体に金型成形等でローラー状に成形した導電性ゴム等の弾性層２ｂと、さらにその外周に形成した表面層２ｃとからなる複合層構造のものである。さらに、必要に応じて弾性層２ｂと表面層２ｃの間に中間層を設けることができる。本例の帯電ローラー２は被帯電体である感光ドラム１の面に接する材料層である表面層２ｃに上述の高分子化合物を用いている。
【００３９】
３は帯電ローラー２に対する電圧印加電源であり、この電源から帯電ローラー２の芯金２ａに所定の電圧を印加することで、回転する感光ドラム１の周面が所定の極性、電位に接触帯電式で帯電処理される。
【００４０】
帯電ローラー２に対する電圧は直流電圧だけでもよいが、被帯電体としての感光ドラム１面を均一に帯電処理するために直流電圧ＶＤＣと交流電圧ＶＡＣの重畳電圧（振動電圧）を印加する方が好ましい。
【００４１】
帯電ローラー２により所定の電位に均一に一次帯電処理された感光ドラム１面に対して、不図示のレーザースキャナ（画像露光手段）による目的画像情報のレーザービーム走査露光４、現像器５によるトナー現像、形成トナー像の転写手段６による転写材７に対する転写の工程が順次に実行され、トナー像転写を受けて感光ドラム１面から分離された転写材７が不図示の定着手段へ導入されて画像形成物（プリント）として出力される。トナー像転写後の感光ドラム１面はクリーニング装置８で転写残りトナーの付着汚損物の除去がなされて清浄面化され、繰り返して作像に供される。
【００４２】
【実施例】
以下、実施例について説明する。
【００４３】
（実施例１）
［弾性層の作製］
ＥＰＤＭ１００重量部、酸化亜鉛５重量部、高級脂肪酸１重量部、導電性カーボンブラック５重量部、パラフィンオイル１０重量部、硫黄２重量部、加硫促進剤ＭＢＴ１重量部、加硫促進剤ＴＭＴＤ１重量部、加硫促進剤ＺｎＭＤＣ１．５重量部、発泡剤（重炭酸ナトリウム）１０重量部を２本ロールにて冷却しながら２０分間混合し、コンパウンドを作製した。
【００４４】
直径６ｍｍのステンレス製芯金に上記コンパウンドを１５０℃で１５分間加熱発泡加硫させ、厚さ３ｍｍの弾性層を有するスポンジローラーを得た。
【００４５】
［表面層の作製］
オレフィン系エラストマー（ポリプロピレン／ＥＰＤＭ）１００重量部、エステル系エラストマー（ＰＢＴ／ＰＴＭＥＧＴ）３０重量部を１８０℃で５分間あらかじめ混練する。この混合物９０重量部と導電性カーボン１０重量部を加圧式ニーダー中で１８０℃で１０分間溶融混練し、冷却粉砕後単軸の押し出し機を用いてペレット化した。さらに、このペレットを二軸押し出し機を用いて、内径が１１．５ｍｍ、肉厚が約１５０μｍのシームレスチューブを作製した。
【００４６】
［帯電ローラーの作製、評価］
上記表面層用チューブの内側にエアーを吹き込み内径を広げた後、上記弾性層を挿入し帯電部材を得た。表面のマイクロ硬度を測定したところ７０度であった。
【００４７】
この帯電ローラーをレーザービームプリンター（レーザージェット４ｓｉ ヒューレットパッカード製）に用いられるカートリッジの一次帯電器位置に取り付け、
直流電圧 −７５０Ｖ
交流電圧 ２．０ｋＶ（ピーク間電圧）
周波数 ６５０Ｈｚ
のバイアスを印加し低湿環境（１５℃−１０％ＲＨ）、高湿環境（３２．５℃−８０％ＲＨ）下で初期画像評価および８０００枚の耐久試験を行った。結果を表１に示す。
【００４８】
（実施例２）
［弾性層の作製］
実施例１に同じ。
【００４９】
［表面層の作製］
オレフィン系エラストマー１００重量部、エステル系エラストマー５重量部とした以外は実施例１に同じ方法にて、内径が１１．５ｍｍ、肉厚が約１５０μｍのシームレスチューブを作製した。
【００５０】
［帯電ローラーの作製、評価］
実施例１と同様な方法により帯電部材を得た。表面のマイクロ硬度は、６０度であった。
【００５１】
この帯電ローラーにつき実施例１と同様の評価を行った。結果を表１に示す。
【００５２】
（実施例３）
［弾性層の作製］
実施例１に同じ。
【００５３】
［表面層の作製］
オレフィン系エラストマー１００重量部、エステル系エラストマー７０重量部とした以外は実施例１に同じ方法にて、内径が１１．５ｍｍ、肉厚が約１５０μｍのシームレスチューブを作製した。
【００５４】
［帯電ローラーの作製、評価］
実施例１と同様な方法により帯電部材を得た。表面のマイクロ硬度は、９０度であった。
【００５５】
この帯電ローラーにつき実施例１と同様の評価を行った。結果を表１に示す。
【００５６】
（実施例４）
［弾性層の作製］
実施例１に同じ。
【００５７】
［表面層の作製］
オレフィン系エラストマー１００重量部、エステル系エラストマー１０重量部とした以外は実施例１に同じ方法にて、内径が１１．５ｍｍ、肉厚が約１５０μｍのシームレスチューブを作製した。
【００５８】
［帯電ローラーの作製、評価］
実施例１と同様な方法により帯電部材を得た。表面のマイクロ硬度は、６５度であった。
【００５９】
この帯電ローラーにつき実施例１と同様の評価を行った。結果を表１に示す。
【００６０】
（実施例５）
［弾性層の作製］
実施例１に同じ。
【００６１】
［表面層の作製］
オレフィン系エラストマー１００重量部、エステル系エラストマー５０重量部とした以外は実施例１に同じ方法にて、内径が１１．５ｍｍ、肉厚が約１５０μｍのシームレスチューブを作製した。
【００６２】
［帯電ローラーの作製、評価］
実施例１と同様な方法により帯電部材を得た。表面のマイクロ硬度は、８０度であった。
【００６３】
この帯電ローラーにつき実施例１と同様の評価を行った。結果を表１に示す。
【００６４】
（比較例１）
［弾性層の作製］
実施例１に同じ。
【００６５】
［表面層の作製］
オレフィン系エラストマー１００重量部のみとした以外は実施例１に同じ方法にて、内径が１１．５ｍｍ、肉厚が約１５０μｍのシームレスチューブを作製した。
【００６６】
［帯電ローラーの作製、評価］
実施例１と同様な方法により帯電部材を得た。表面のマイクロ硬度は、５５度であった。
【００６７】
この帯電ローラーにつき実施例１と同様の評価を行った。結果を表１に示す。
【００６８】
（比較例２）
［弾性層の作製］
実施例１に同じ。
【００６９】
［表面層の作製］
オレフィン系エラストマー１００重量部、エステル系エラストマー３重量部とした以外は実施例１に同じ方法にて、内径が１１．５ｍｍ、肉厚が約１５０μｍのシームレスチューブを作製した。
【００７０】
［帯電ローラーの作製、評価］
実施例１と同様な方法により帯電部材を得た。表面のマイクロ硬度は、５８度であった。
【００７１】
この帯電ローラーにつき実施例１と同様の評価を行った。結果を表１に示す。
【００７２】
（比較例３）
［弾性層の作製］
実施例１に同じ。
【００７３】
［表面層の作製］
オレフィン系エラストマー１００重量部、エステル系エラストマー９０重量部とした以外は実施例１に同じ方法にて、内径が１１．５ｍｍ、肉厚が約１５０μｍのシームレスチューブを作製した。
【００７４】
［帯電ローラーの作製、評価］
実施例１と同様な方法により帯電部材を得た。表面のマイクロ硬度は、９５度であった。
【００７５】
この帯電ローラーにつき実施例１と同様の評価を行った。結果を表１に示す。
【００７６】
【表１】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、少なくとも導電性弾性層と表面層を有する帯電部材において、該表面層はオレフィン系エラストマーおよびエステル系エラストマーを含有しており、該オレフィン系エラストマー１００重量部に対する該エステル系エラストマーの混合量が５重量部以上７０重量部以下であり、且つ該エステル系エラストマーがポリブチレンテレフタレートをハードセグメントとして有するものであることにより、電子写真画像形成装置で使用されたとき、品質、耐久性において優れた特性を発揮するのに加え、低コストな帯電部材を構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における帯電部材を用いた画像形成装置の一例の概略的縦断面図。
【図２】本発明による帯電部材の一例を示す縦断面図。
【符号の説明】
１ 感光ドラム
２ 帯電ローラー
２ａ 芯金
２ｂ 弾性層
２ｃ 中間層
２ｄ 表面層
３ 電圧印加電源
４ 像露光手段
５ 現像手段
６ 転写手段
７ 転写材
８ クリーニング手段
Claims (7)
- 少なくとも導電性弾性層と表面層を有する帯電部材において、該表面層はオレフィン系エラストマーおよびエステル系エラストマーを含有しており、該オレフィン系エラストマー１００重量部に対する該エステル系エラストマーの混合量が５重量部以上７０重量部以下であり、且つ該エステル系エラストマーがポリブチレンテレフタレートをハードセグメントとして有するものであることを特徴とする帯電部材。
- 前記オレフィン系エラストマーが、ポリオレフィン樹脂とゴムより構成される請求項１に記載の帯電部材。
- 前記ゴムがＥＰＤＭである請求項２に記載の帯電部材。
- 前記ポリオレフィン樹脂がポリプロピレンである請求項２または３に記載の帯電部材。
- 前記エステル系エラストマーがポリテトラメチレングリコールとテレフタル酸の縮合物をソフトセグメントとして有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の帯電部材。
- 前記帯電部材表面のマイクロ硬度が９０度以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の帯電部材。
- 感光体、潜像形成手段、形成した潜像を現像する手段および現像した像を転写材に転写する手段を有する電子写真装置において、該潜像形成手段として該感光体を帯電処理するための帯電部材として請求項１〜６のいずれか１項に記載の帯電部材を有することを特徴とする電子写真装置。
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