JP4223227B2 - 帯電部材及び帯電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンター等において、静電潜像形成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のに使用する帯電部材及びこれを用いた帯電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機、プリンター等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、次いで、トナーの付着によりトナー像を形成し、紙等の記録媒体へのトナー像の転写により、プリントする方法がとられている。
この場合、最初の感光体を帯電させる操作として、コロナ放電方式が一般的に採用されてきた。しかしながら、このコロナ放電方式は６〜１０ｋＶ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等の有害物質が発生するため、環境上の問題もある。
このため、コロナ放電に比べて低い印加電圧で帯電を行なうことができ、かつオゾン等の有害物質の発生を抑制することができる帯電方式への取り組みがなされてきている。かかる帯電方式の試みとして、電圧を印加した帯電部材を感光体等の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、接触方式による方法が提案されている。
この接触帯電方式で使用される帯電部材としては、例えば、ゴムやウレタンフォーム等の弾性層の表面に、表面の平滑性確保や電気抵抗の調整、帯電特性向上のために、（メタ）アクリル，ウレタン，ナイロン，ポリエチレン，エポキシ，ポリエステル，ポリエーテル，ポリスチレン，フェノール，ポリアミド，ウレタン変性（メタ）アクリル等の樹脂溶液をディッピング法やスプレー法等により塗布して、樹脂層を形成したものが知られている。なお、（メタ）アクリルとは、メタクリルとアクリルとを指す。
とりわけ、上記ウレタン変性（メタ）アクリル樹脂が、帯電特性、帯電環境安定性に優れたものであり、さらに製造上、帯電性能のばらつきがないといった特性を持つことは、すでに特開平７−３１１４９３号公報、特開平８−２１１６９６号公報に開示されている。また、この樹脂は、ウレタン部を持つことにより、弾性力や塗膜強度が大きいといった特性も持っており、変形に対する戻り性が優れるといった特性も持っている。
しかし、近年の低コスト化、高性能化、多機能化、多環境化に伴い、接触帯電方式では、上記の樹脂が長期間感光体に当接することにより、感光体との間で密着が生じ、塗膜剥離及びそれに伴う感光体汚染が生じてしまうといった問題が生じ始めている。また、帯電部材へのトナー付着による帯電不良、さらには粘着性の強さによっては帯電部材へのトナー付着、そして感光体との摩擦が原因となるトナー融着や感光体削れによる画像不良の発生も同様にクローズアップされてきている。このため、近年、帯電部材を被覆する塗膜には、感光体への密着性や粘着性、トナー付着性が小さいという特性への要求がより強くなってきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、複写機、プリンター等の潜像形成において、感光体に密着しにくく、摩擦が小さく、さらにトナー付着がなく、帯電特性、帯電環境安定性に優れ、良好な画像を得ることのできる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。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、以下のことを見出した。すなわち、上記問題の改善策として、主鎖のウレタンプレポリマーにシリコーン鎖を含有させる、あるいは側鎖にポリシロキサン含有アクリルをグラフトさせるなどの処方により、ウレタン変性アクリル樹脂にシリコーン成分を含有させるなどといった方法があった。しかし、この方法によると、感光体への摩擦性においては安定した改善が見られるものの、トナー付着性、感光体への密着性や感光体汚染に対しては、安定した効果が得られなかった。
本発明者らは、さらに鋭意検討を重ねた結果、弾性層と樹脂層からなる帯電部材において、その樹脂層中の最表層をポリシロキサン含有（メタ）アクリルモノマーを特定量含む樹脂で形成することにより、少量のシロキサン含有量で、容易に上記目的が達成されることを見出した。本発明はかかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、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、該帯電部材が、弾性層と少なくとも１層の樹脂層からなり、該樹脂層が、ポリシロキサン含有（メタ）アクリルモノマーを２０質量％以下含む樹脂で形成されることを特徴とする帯電部材及びこの帯電部材を用いた帯電装置を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明についてさらに詳しく説明する。本発明の帯電部材は、接触帯電方式のものであるから、被帯電体と接触し得るものであればよく、特にその形状は限定されるものではないが、例えばロール状，プレート状，ブロック状などの各種形状のものが適用可能であり、通常はロール状とすることが好ましい。ロール状の場合は、ロールの内部に金属製又はプラスチック製のシャフトを配設してもよい。
本発明の帯電部材の構造は、弾性層と樹脂層とを有する構造であり、弾性層は弾性体で形成される。この弾性体としては特に制限はなく、従来から帯電部材の弾性層として用いられているゴムや樹脂、あるいはこれらの発泡体（フォーム）で形成することができる。具体的には、ポリウレタン，シリコーンゴム，ブタジエンゴム，イソプレンゴム，クロロプレンゴム，スチレン−ブタジエンゴム，エチレン−プロピレンゴム，ポリノルボルネンゴム，スチレン−ブタジエン−スチレンゴム，エピクロルヒドリンゴム等を基材ゴムとするゴム組成物が例示されるが、特にポリウレタンが好ましく、より好ましくは発泡倍率が1.５〜５０倍のポリウレタンフォームが用いられる。なお、この場合のフォームの密度は、0.０５〜0.９ｇ／ｃｍ3 程度が適当である。この密度が0.０５ｇ／ｃｍ3 未満であると、被帯電体との接触圧力が不十分となるおそれがあり、また、0.９ｇ／ｃｍ3 を超えると、被帯電体との接触圧力が大きすぎることとなるため、被帯電体を損傷するおそれがある。
【０００６】
この弾性層には、イオン導電剤や電子導電剤などの導電剤を添加することにより、所定の導電性を付与することができる。イオン導電剤の例としては、テトラエチルアンモニウム，テトラブチルアンモニウム，ラウリルトリメチルアンモニウムなどのドデシルトリメチルアンモニウム，ステアリルトリメチルアンモニウムなどのオクタデシルトリメチルアンモニウム，ヘキサデシルトリメチルアンモニウム，ベンジルトリメチルアンモニウム，変性脂肪族ジメチルエチルアンモニウムなどの過塩素酸塩，塩素酸塩，塩酸塩，臭素酸塩，ヨウ素酸塩，ホウフッ化水素酸塩，硫酸塩，アルキル硫酸塩，カルボン酸塩，スルホン酸塩などのアンモニウム塩；リチウム，ナトリウム，カルシウム，マグネシウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属の過塩素酸塩，塩素酸塩，塩酸塩，臭素酸塩，ヨウ素酸塩，ホウフッ化水素酸塩，トリフルオロメチル硫酸塩，スルホン酸塩などが挙げられる。
【０００７】
一方、電子導電剤の例としては、ケッチェンブラック，アセチレンブラック等の導電性カーボンブラック；ＳＡＦ，ＩＳＡＦ，ＨＡＦ，ＦＥＦ，ＧＰＦ，ＳＲＦ，ＦＴ，ＭＴ等のゴム用カーボンブラック；酸化処理を施したインク用カーボンブラック，熱分解カーボンブラック，グラファイト；酸化スズ，酸化チタン，酸化亜鉛等の導電性金属酸化物；ニッケル，銅等の金属等が挙げられる。
これらの導電剤は一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、これらの導電剤の添加量としては特に制限はなく、各種状況に応じて適宜選定されるが、イオン導電剤の場合には、ゴム材料１００質量部に対して、通常0.０１〜５質量部、好ましくは0.０５〜２質量部の範囲である。また、電子導電剤の場合は、通常0.５〜５０質量部、好ましくは１〜４０質量部の範囲である。これにより、弾性層の体積抵抗率を１０3 〜１０10Ω・ｃｍ、特に１０4 〜１０8 Ω・ｃｍに調整するのが好ましい。
なお、この導電性弾性層には、上記導電剤以外に、必要に応じてその他の導電剤、充填剤、架橋剤、発泡剤、その他のゴム用添加剤を添加することができる。
【０００８】
本発明の帯電部材は、１層以上の樹脂層を有するものである。本発明において、樹脂層に用いられる樹脂としては、（メタ）アクリル，ウレタン，ナイロン，ポリエチレン，エポキシ，ポリエステル，ポリエーテル，ポリスチレン，フェノール，ポリアミド，ＡＢＳ，ウレタン変性（メタ）アクリル等の樹脂が挙げられる。これらのうち、特にウレタン変性（メタ）アクリル樹脂が好ましい。これらの樹脂と分子量３０００以上の高分子量ポリシロキサンを含有する（メタ）アクリルモノマーをグラフト処理、共重合、あるいは活性水素基とイソシアネート基を用いることにより結合するなどの方法により、樹脂に直接的に分子量３０００以上の高分子量ポリシロキサンを含有する（メタ）アクリルモノマーを結合させた樹脂を用いることにより、摩擦低減、密着防止、トナー付着低減という効果が、より向上する。
ここで、高分子量ポリシロキサン含有（メタ）アクリルモノマーの種類は特に限定されるものではないが、例えば下記式（１）で示すようなメチルメタクリレートの片末端にポリシロキサンが結合したものなどが挙げられる。
【０００９】
【化１】
【００１０】
ウレタン変性（メタ）アクリル樹脂は、相溶性、液安定性、膜柔軟性等の観点から、ウレタン樹脂と（メタ）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、（メタ）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式（２）
【００１１】
【化２】
【００１２】
（式中、Ａは（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸エステルモノマー又は（メタ）（メタ）アクリル酸エステルオリゴマーを示す。）
で表されるように、分子末端（片末端又は両末端）に水酸基をもつ（メタ）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。このようにして得られる重合体において、ウレタン鎖と（メタ）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。
また、数種のポリオールと２官能型イソシアネート〔例えばＨＤＩ（ヘキサメチレンジイソシアネート）〕を用いて、主鎖となるウレタンプレポリマーを生成し、そのウレタンプレポリマーの側鎖部分にメルカプト基を含有させておき、そして、（メタ）アクリルモノマーとラジカル開始剤とを組み合わせ、ウレタン部へ（メタ）アクリルモノマーをグラフトさせ、また、（メタ）アクリルモノマーの重合も同時に行なって合成するという方法もよく用いられる。
【００１３】
本発明で用いるウレタン変性（メタ）アクリル樹脂を得る方法は、上述の方法に限定されるものではなく、その他にも（メタ）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、（メタ）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（メタ）（メタ）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Ｔg 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。この際のウレタン変性（メタ）（メタ）アクリル樹脂中における（メタ）アクリル樹脂成分の組成としては５〜８０質量％、特に１０〜６０質量％であることが好ましく、更に２０〜５０質量％であることがより好ましい。
【００１４】
さらに、帯電部材と感光体との密着性を改良する観点から、ウレタンプレポリマー中にもシリコーンを含有させることができる。このときシリコーン成分は、ウレタンプレポリマー中に２〜８０質量％、特に５〜５０質量％含有することが好ましい。
これらのウレタンプレポリマーに数種の（メタ）アクリルモノマー及び分子量３０００以上の高分子量ポリシロキサン含有（メタ）アクリルモノマーを側鎖にグラフトさせる。この場合、ウレタン変性（メタ）アクリル樹脂中の高分子量ポリシロキサン含有（メタ）アクリルモノマー成分の組成としては２０質量％以下、特に0.１〜１０質量％であることが好ましい。この理由としては、過剰に含有させると、樹脂溶液が白濁したり、あるいは相分離してしまうといったことが起こる場合があり、２０質量％以上含有させても改善効果が向上するものでもない。さらには、反応性の問題から、未反応の高分子量ポリシロキサン（メタ）アクリルモノマーが、逆に感光体汚染成分となってしまうことがあるからである。
また、高分子量ポリシロキサン含有（メタ）アクリルモノマーのポリシロキサンの分子量は３０００以上、特に５０００〜２００００が好ましい。この理由としては、分子量が３０００以上であると、本発明の効果が顕著になり、２００００を超えても改善効果が変わらず、逆に（メタ）アクリルモノマーの反応性が低くなるなどといった問題も生じてくるからである。
【００１５】
高分子量ポリシロキサン含有ウレタン変性（メタ）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（メタ）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。
この表面層には離型剤などの外添剤を添加することにより、表面性をより改良することができる場合がある。さらに、この外添剤とシリカ粒子を組み合わせることにより、接触面積の低下という理由から、感光体への密着性がより改良される場合もある。
この表面層には、上記と同様の導電剤、好ましくはカーボンを添加することにより、所定の導電性を付与することができる。表面層の厚みは特に限定されないが、３０μｍ以下、特に５〜２０μｍとすることが好ましく、３０μｍを超えると硬くなるため、樹脂層の柔軟性が損なわれてしまう。
【００１６】
ウレタン変性（メタ）アクリル樹脂は、樹脂の末端又は側鎖に活性水素基を含有させて、ポリイソシアネート化合物等で架橋させて用いるのが好ましい。架橋剤として添加されるポリイソシアネート化合物は、分子中に２個以上のイソシアネート基をもつ化合物であり、一般にポリウレタンの製造原料として用いられているポリイソシアネートと同様のものを用いることができる。具体的には、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、トリジンジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、フェニレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、テトラメチルキシリレンジイソシアネート（ＴＭＸＤＩ）、シクロヘキサンジイソシアネート、リジンエステルトリイソシアネート、ウンデカントリイソシアネート、ヘキサメチレントリイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、及びこれらイソシアネート化合物の重合体、誘導体、変性体、水素添加体等が挙げられる。これらの中では、特にヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等の脂肪族又は脂環族イソシアネート及びこれらの重合体、誘導体、変性体が耐オゾン性や耐熱性などに優れる点から好ましく用いられる。
【００１７】
樹脂層の層形成法については、特に制限されるものではないが、各層を形成する各成分を含む塗工液を調製し、この塗工液をディッピング法、あるいはスプレー法により塗布する方法が好ましく用いられる。本発明の樹脂層において、最表層に用いられるフッ素含有ウレタン変性（メタ）アクリル樹脂は、溶媒が水系でも溶剤系のどちらでもよいが、溶剤系の場合、特に平滑性確保、耐久性、帯電均一化、製造安定化の観点から、弾性層との間に１層以上の水系樹脂層を挟むのが好ましい。水系樹脂は、溶媒が水であればいかなるタイプでもよく、水溶性タイプ、エマルジョンタイプ、サスペンジョンタイプ等があるが、特にカルボキシル基、水酸基、アミノ基等の活性水素基を持つ樹脂が好適に用いられる。例えば、ポリエステル系、（メタ）アクリル系、ウレタン系、ポリジオキソラン等の温水可溶性系樹脂などが挙げられる。このうち、（メタ）アクリル樹脂を用いると、従来、帯電部材用樹脂として用いられていたウレタンやナイロン等に比べて、かなり誘電率が小さいために、静電容量も小さくなり、交流印加による帯電部材／感光体間の電気的引力や反発力が低減され、帯電音が改良されるので好ましい。（メタ）アクリル樹脂の中でも、とりわけガラス転移温度が−５０〜１０℃で、カルボキシル基や水酸基の含有率が２〜５質量％で、ソープフリーのエマルジョンタイプのものが、架橋効果がよく、かつ低硬度であるため好ましい。この中間層には、導電剤を添加して導電性を付与することもできる。この導電剤に制限はないが、特にカーボンが好ましく用いられる。
【００１８】
この場合、カーボンとしては、特に限定されるものではないが、酸素含有量が５質量％以上、特に７質量％以上、さらには９質量％以上であり、ｐＨが５以上、特に６以上さらには７以上であることが好ましい。なお、通常のカーボンの酸素含有量は0.１〜３質量％程度である。一部に、酸化処理を施したカーボンも存在するが、この酸化処理を施したカーボンは、酸素含有量が若干増加するにつれて、ｐＨが酸性側へシフトしてしまう傾向があり、カーボンが酸性であると、水系樹脂に添加した場合に安定性が低下するおそれがある。これに対して、本発明で好適に用いられる上記カーボンは、酸素含有量が多いにも関わらず、中性ないしアルカリ性を維持したものであり、安定的に水系樹脂に添加し得るものである。また、カーボン表面にカルボキシル基、水酸基、ケトン基等の官能基を有し、しかもこれらの基が有する水素の一部をナトリウム等のアルカリ金属に置換させたものが好適に用いられる。
【００１９】
樹脂層の体積抵抗率は、１×１０3 〜１×１０12Ω・ｃｍ、特に１×１０5 〜１×１０10Ω・ｃｍとなるようにとすることが好ましく、通常、カーボンの添加量は0.０１〜４０質量％、特に５〜２０質量％程度とされる。
いずれの構成においても、本発明の帯電部材の体積抵抗率は、良好な画像を得るためには１×１０3 〜１×１０12Ω・ｃｍであることが好ましく、特に１×１０5 〜１×１０10Ω・ｃｍが好ましい。
また、帯電部材の表面に凹凸があると、トナーが詰まってしまい、画像不良の原因となるため、帯電部材の表面はできるだけ平滑であることが好ましく、具体的にはＪＩＳ十点平均粗さＲｚ（ＪＩＳ−Ｂ０６０１に準拠）で、４μｍ以下、特に３μｍ以下、さらに２μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
本発明の帯電部材は、帯電部材に１Ｎ（約１００ｇｆ）の荷重をかけたときのセルロース１００％、３０ｇ／ｍ2 、７０メッシュの布に対する摩擦係数が0.３以下となるものである。以下にその測定法について述べる。
上記摩擦係数は、新東科学（株）製の摩擦試験機「ＨＥＩＤＯＮトライボギア」を用い、図１に示す方法に従って、帯電部材の摩擦抵抗を測定した。図１に示すように帯電部材１を基台２に設けられた可動ステージ３に固定し、摩擦速度１００ｍｍ／分にて移動させた。摩擦の相手材はセルロース１００％、３０ｇ／ｍ2 、７０メッシュの布（旭化成工業社製、ベンコットリントフリー）４であり、負荷荷重５により負荷を１Ｎとして摩擦させた。このときの摩擦抵抗をロードセル６により測定した。摩擦の相手材としてセルロース１００％、３０ｇ／ｍ2 、７０メッシュの布を選択したのは、帯電部材の表面性と最も相関があり、測定装置の測定範囲に適しているからである。
【００２１】
また、本発明の帯電部材は、トナー付着が少なく、画像出し前後において光沢度の差はさほどない。ここで、表面光沢度は、下記の方法により測定した。すなわち、ヘイズーグロスメーター（ビッグーガードナー社製）の測定口に、帯電部材の最上面が測定面となるように設置する。帯電部材がローラ形状のときは、ローラの長さを１０ｃｍに調整し、ローラ形状に合わせてはめ込み可能な黒色固定台にローラを固定する。そして、入射角度８５°（測定面積８×６０ｍｍ）で表面光沢度を測定する。この場合、測定値として、ＤＩＮ６７５３０による黒色ガラス標準板の反射指数1.５６７を表面光沢度１００とした値が得られる。
【００２２】
本発明の帯電装置としては、例えば、図２に示すように、被帯電体である感光ドラム１０に、本発明の帯電部材である帯電ローラ２０を接触させつつ従動回転させるとともに、電圧印加手段３０により、感光ドラム１０と帯電ローラ２０との間に、直流電圧あるいは直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加して感光ドラム１０を帯電させるように構成した帯電装置を例示することができる。本発明の帯電部材を装着し得る帯電装置は、これに限定されるものではなく、被帯電体や帯電部材の形態、あるいは電圧印加方式を適宜変更することができる。
【００２３】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
［実施例１］
密度0.４ｇ／ｃｍ3 の導電性のウレタンフォームからなる弾性層の表面に、厚さ１００μｍの樹脂層Ａを形成し、さらにその上に厚さ１０μｍの樹脂層Ｂを形成し、帯電ローラを作製した。
樹脂層Ａは、水系アクリル樹脂にカーボンを添加した塗工液を塗布することにより形成し、体積抵抗率を５×１０7 Ω・ｃｍに調整した。樹脂層Ｂは、アクリル成分が５０質量％であり、さらにその全アクリルモノマー中に分子量が１００００のポリシロキサンを含む、高分子量ポリシロキサン含有アクリルモノマーが１０質量％含まれるウレタン変性アクリル樹脂（アクリル部のガラス転移温度Ｔg は２７℃）を、溶媒であるＭＥＫ（メチルエチルケトン）に溶解させ、イソシアネート架橋剤を加えたものとした。
得られた帯電ローラの表面粗さは、ＪＩＳ十点平均粗さＲｚで0.８μｍであった。このローラを温度２２℃／湿度５０％ＲＨの条件で、セルロース１００％、３０ｇ／ｍ2 、７０メッシュの布を用いて上述した方法により摩擦試験を行なったところ、摩擦係数は0.１２であった。
このローラをプリンターカートリッジに装着し、温度４０℃／湿度９５％ＲＨにて２週間放置したところ、感光体（ＯＰＣ）との密着は見られかった。さらに、そのカートリッジを用いて連続１００００枚の画像出しを行なったところ、画像の劣化はなかった。
また、画像出し前後の、ローラの入射角度８５°での表面光沢度を上述した方法により測定したところ、画像出し前が４3.５であったのに対して、画像出し後は４2.３であり、画像出しの前後でほとんど変化はなかった。
【００２４】
［実施例２］
密度0.４ｇ／ｃｍ3 の導電性のウレタンフォームからなる弾性層の表面に、厚さ１００μｍの樹脂層Ａを形成し、さらにその上に厚さ１０μｍの樹脂層Ｃを形成し、帯電ローラを作製した。
樹脂層Ａは、水系アクリル樹脂にカーボンを添加した塗工液を塗布することにより形成し、体積抵抗率を５×１０7 Ω・ｃｍに調整した。樹脂層Ｃは、アクリル成分が５０質量％であり、さらにその全アクリルモノマー中に分子量が１００００のポリシロキサンを含む、高分子量ポリシロキサン含有アクリルモノマーが２０質量％含まれるウレタン変性アクリル樹脂（アクリル部のガラス転移温度Ｔg は８０℃）を、溶媒であるＭＥＫに溶解させ、イソシアネート架橋剤を加えたものとした。
得られた帯電ローラの表面粗さは、ＪＩＳ十点平均粗さＲｚで0.８μｍであった。このローラを温度２２℃／湿度５０％ＲＨの条件で、セルロース１００％、３０ｇ／ｍ2 、７０メッシュの布を用いて上述した方法により摩擦試験を行なったところ、摩擦係数は0.０７であった。
このローラをプリンターカートリッジに装着し、温度４０℃／湿度９５％ＲＨにて２週間放置したところ、感光体との密着は見られかった。さらに、そのカートリッジを用いて連続１００００枚の画像出しを行なったところ、画像の劣化はなかった。
また、画像出し前後の、ローラの入射角度８５°での表面光沢度を上述した方法により測定したところ、画像出し前が４5.８であったのに対して、画像出し後は４5.０であり、画像出しの前後でほとんど変化はなかった。
【００２５】
［実施例３］
密度0.４ｇ／ｃｍ3 の導電性のウレタンフォームからなる弾性層の表面に、厚さ１００μｍの樹脂層Ａを形成し、さらにその上に厚さ１０μｍの樹脂層Ｄを形成し、帯電ローラを作製した。
樹脂層Ａは、水系アクリル樹脂にカーボンを添加した塗工液を塗布することにより形成し、体積抵抗率を５×１０7 Ω・ｃｍに調整した。樹脂層Ｄは、アクリル成分が６０質量％であり、さらにその全アクリルモノマー中に分子量が５０００のポリシロキサンを含む、高分子量ポリシロキサン含有アクリルモノマーが６質量％含まれるウレタン変性アクリル樹脂（アクリル部のガラス転移温度Ｔg は８０℃）を、溶媒であるＭＥＫに溶解させ、イソシアネート架橋剤を加えたものとした。
得られた帯電ローラの表面粗さは、ＪＩＳ十点平均粗さＲｚで0.６μｍであった。このローラを温度２２℃／湿度５０％ＲＨの条件で、セルロース１００％、３０ｇ／ｍ2 、７０メッシュの布を用いて上述した方法により摩擦試験を行なったところ、摩擦係数は0.２３であった。
このローラをプリンターカートリッジに装着し、温度４０℃／湿度９５％ＲＨにて２週間放置したところ、感光体との密着は見られかった。さらに、そのカートリッジを用いて連続１００００枚の画像出しを行なったところ、画像の劣化はなかった。
また、画像出し前後の、ローラの入射角度８５°での表面光沢度を上述した方法により測定したところ、画像出し前が５0.５であったのに対して、画像出し後は５0.１であり、画像出しの前後でほとんど変化はなかった。
【００２６】
［比較例１］
密度0.３ｇ／ｃｍ3 の導電性のウレタンフォームからなる弾性層の表面に、厚さ１００μｍの樹脂層Ａを形成し、さらにその上に厚さ１０μｍの樹脂層Ｅを形成し、帯電ローラを作製した。
樹脂層Ａは、水系アクリル樹脂にカーボンを添加した塗工液を塗布することにより形成し、体積抵抗率を５×１０7 Ω・ｃｍに調整した。樹脂層Ｅは、アクリル成分が５０質量％であり、そのアクリルモノマーがフッ素やシリコーンを含有しない、ウレタン変性アクリル樹脂（アクリル部のガラス転移温度Ｔg は２７℃）を、溶媒であるＭＥＫに溶解させ、イソシアネート架橋剤を加えたものとした。
得られた帯電ローラの表面粗さは、ＪＩＳ十点平均粗さＲｚで0.７μｍであった。このローラを温度２２℃／湿度５０％ＲＨの条件で、セルロース１００％、３０ｇ／ｍ2 、７０メッシュの布を用いて上述した方法により摩擦試験を行なったところ、摩擦係数は2.５であった。
このローラをプリンターカートリッジに装着し、温度４０℃／湿度９５％ＲＨにて２週間放置したところ、感光体との密着が発生した。さらに、そのカートリッジを用いて連続画像出しを行なったところ、帯電ローラへのトナー付着による画像の劣化が、２０００枚を印刷した時点で見られた。
また、画像出し前後の、ローラの入射角度８５°での表面光沢度を上述した方法により測定したところ、画像出し前が５1.０であったのに対して、画像出し後は２7.９であり、表面光沢度が大きく低下した。
【００２７】
［比較例２］
密度0.４ｇ／ｃｍ3 の導電性のウレタンフォームからなる弾性層の表面に、厚さ１００μｍの樹脂層Ａを形成し、さらにその上に厚さ１０μｍの樹脂層Ｆを形成し、帯電ローラを作製した。
樹脂層Ａは、水系アクリル樹脂にカーボンを添加した塗工液を塗布することにより形成し、体積抵抗率を５×１０7 Ω・ｃｍに調整した。樹脂層Ｆは、アクリル成分が５０質量％であり、そのアクリルモノマーがフッ素やシリコーンを含有しない、ウレタン変性アクリル樹脂（アクリル部のガラス転移温度Ｔg は８０℃）を、溶媒であるＭＥＫに溶解させ、イソシアネート架橋剤を加えたものとした。
得られた帯電ローラの表面粗さは、ＪＩＳ十点平均粗さＲｚで0.８μｍであった。このローラを温度２２℃／湿度５０％ＲＨの条件で、セルロース１００％、３０ｇ／ｍ2 、７０メッシュの布を用いて上述した方法により摩擦試験を行なったところ、摩擦係数は1.１であった。
このローラをプリンターカートリッジに装着し、温度４０℃／湿度９５％ＲＨにて２週間放置したところ、感光体との密着が発生した。さらに、そのカートリッジを用いて連続画像出しを行なったところ、帯電ローラへのトナー付着による画像の劣化が、５０００枚を印刷した時点で見られた。
また、画像出し前後の、ローラの入射角度８５°での表面光沢度を上述した方法により測定したところ、画像出し前が５7.０であったのに対して、画像出し後は４4.５であり、表面光沢度が大きく低下した。
【００２８】
［比較例３］
密度0.４ｇ／ｃｍ3 の導電性のウレタンフォームからなる弾性層の表面に、厚さ１００μｍの樹脂層Ａを形成し、さらにその上に厚さ１０μｍの樹脂層Ｇを形成し、帯電ローラを作製した。
樹脂層Ａは、水系アクリル樹脂にカーボンを添加した塗工液を塗布することにより形成し、体積抵抗率を５×１０7 Ω・ｃｍに調整した。樹脂層Ｇは、アクリル成分が５０質量％であり、さらにその全アクリルモノマー中に分子量が１０００のポリシロキサンを含む、ポリシロキサン含有アクリルモノマーが４０質量％含まれるウレタン変性アクリル樹脂（アクリル部のガラス転移温度Ｔg は２７℃）を、溶媒であるＭＥＫに溶解させ、イソシアネート架橋剤を加えたものとした。
得られた帯電ローラの表面粗さは、ＪＩＳ十点平均粗さＲｚで0.８μｍであった。このローラを温度２２℃／湿度５０％ＲＨの条件で、セルロース１００％、３０ｇ／ｍ2 、７０メッシュの布を用いて上述した方法により摩擦試験を行なったところ、摩擦係数は0.４９であった。
このローラをプリンターカートリッジに装着し、温度４０℃／湿度９５％ＲＨにて２週間放置したところ、感光体との密着は見られなかった。さらに、そのカートリッジを用いて連続画像出しを行なったところ、帯電ローラへのトナー付着による画像の劣化が、５０００枚を印刷した時点で見られた。
また、画像出し前後の、ローラの入射角度８５°での表面光沢度を上述した方法により測定したところ、画像出し前が５4.５であったのに対して、画像出し後は４0.３であり、表面光沢度が大きく低下した。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の帯電部材は、感光体に密着しにくく、摩擦が小さく、さらにトナー付着のない、帯電特性、帯電環境安定性に優れたものであり、この帯電部材を用いた帯電装置を画像形成装置に装着することにより、良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 帯電部材の摩擦係数の測定方法を示す模式図である。
【図２】 本発明の帯電装置の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１０ 感光ドラム
２０ 帯電ローラ
３０ 電圧印加手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンター等において、静電潜像形成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のに使用する帯電部材及びこれを用いた帯電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機、プリンター等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、次いで、トナーの付着によりトナー像を形成し、紙等の記録媒体へのトナー像の転写により、プリントする方法がとられている。
この場合、最初の感光体を帯電させる操作として、コロナ放電方式が一般的に採用されてきた。しかしながら、このコロナ放電方式は６〜１０ｋＶ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等の有害物質が発生するため、環境上の問題もある。
このため、コロナ放電に比べて低い印加電圧で帯電を行なうことができ、かつオゾン等の有害物質の発生を抑制することができる帯電方式への取り組みがなされてきている。かかる帯電方式の試みとして、電圧を印加した帯電部材を感光体等の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、接触方式による方法が提案されている。
この接触帯電方式で使用される帯電部材としては、例えば、ゴムやウレタンフォーム等の弾性層の表面に、表面の平滑性確保や電気抵抗の調整、帯電特性向上のために、（メタ）アクリル，ウレタン，ナイロン，ポリエチレン，エポキシ，ポリエステル，ポリエーテル，ポリスチレン，フェノール，ポリアミド，ウレタン変性（メタ）アクリル等の樹脂溶液をディッピング法やスプレー法等により塗布して、樹脂層を形成したものが知られている。なお、（メタ）アクリルとは、メタクリルとアクリルとを指す。
とりわけ、上記ウレタン変性（メタ）アクリル樹脂が、帯電特性、帯電環境安定性に優れたものであり、さらに製造上、帯電性能のばらつきがないといった特性を持つことは、すでに特開平７−３１１４９３号公報、特開平８−２１１６９６号公報に開示されている。また、この樹脂は、ウレタン部を持つことにより、弾性力や塗膜強度が大きいといった特性も持っており、変形に対する戻り性が優れるといった特性も持っている。
しかし、近年の低コスト化、高性能化、多機能化、多環境化に伴い、接触帯電方式では、上記の樹脂が長期間感光体に当接することにより、感光体との間で密着が生じ、塗膜剥離及びそれに伴う感光体汚染が生じてしまうといった問題が生じ始めている。また、帯電部材へのトナー付着による帯電不良、さらには粘着性の強さによっては帯電部材へのトナー付着、そして感光体との摩擦が原因となるトナー融着や感光体削れによる画像不良の発生も同様にクローズアップされてきている。このため、近年、帯電部材を被覆する塗膜には、感光体への密着性や粘着性、トナー付着性が小さいという特性への要求がより強くなってきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、複写機、プリンター等の潜像形成において、感光体に密着しにくく、摩擦が小さく、さらにトナー付着がなく、帯電特性、帯電環境安定性に優れ、良好な画像を得ることのできる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。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、以下のことを見出した。すなわち、上記問題の改善策として、主鎖のウレタンプレポリマーにシリコーン鎖を含有させる、あるいは側鎖にポリシロキサン含有アクリルをグラフトさせるなどの処方により、ウレタン変性アクリル樹脂にシリコーン成分を含有させるなどといった方法があった。しかし、この方法によると、感光体への摩擦性においては安定した改善が見られるものの、トナー付着性、感光体への密着性や感光体汚染に対しては、安定した効果が得られなかった。
本発明者らは、さらに鋭意検討を重ねた結果、弾性層と樹脂層からなる帯電部材において、その樹脂層中の最表層をポリシロキサン含有（メタ）アクリルモノマーを特定量含む樹脂で形成することにより、少量のシロキサン含有量で、容易に上記目的が達成されることを見出した。本発明はかかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、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、該帯電部材が、弾性層と少なくとも１層の樹脂層からなり、該樹脂層が、ポリシロキサン含有（メタ）アクリルモノマーを２０質量％以下含む樹脂で形成されることを特徴とする帯電部材及びこの帯電部材を用いた帯電装置を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明についてさらに詳しく説明する。本発明の帯電部材は、接触帯電方式のものであるから、被帯電体と接触し得るものであればよく、特にその形状は限定されるものではないが、例えばロール状，プレート状，ブロック状などの各種形状のものが適用可能であり、通常はロール状とすることが好ましい。ロール状の場合は、ロールの内部に金属製又はプラスチック製のシャフトを配設してもよい。
本発明の帯電部材の構造は、弾性層と樹脂層とを有する構造であり、弾性層は弾性体で形成される。この弾性体としては特に制限はなく、従来から帯電部材の弾性層として用いられているゴムや樹脂、あるいはこれらの発泡体（フォーム）で形成することができる。具体的には、ポリウレタン，シリコーンゴム，ブタジエンゴム，イソプレンゴム，クロロプレンゴム，スチレン−ブタジエンゴム，エチレン−プロピレンゴム，ポリノルボルネンゴム，スチレン−ブタジエン−スチレンゴム，エピクロルヒドリンゴム等を基材ゴムとするゴム組成物が例示されるが、特にポリウレタンが好ましく、より好ましくは発泡倍率が1.５〜５０倍のポリウレタンフォームが用いられる。なお、この場合のフォームの密度は、0.０５〜0.９ｇ／ｃｍ3 程度が適当である。この密度が0.０５ｇ／ｃｍ3 未満であると、被帯電体との接触圧力が不十分となるおそれがあり、また、0.９ｇ／ｃｍ3 を超えると、被帯電体との接触圧力が大きすぎることとなるため、被帯電体を損傷するおそれがある。
【０００６】
この弾性層には、イオン導電剤や電子導電剤などの導電剤を添加することにより、所定の導電性を付与することができる。イオン導電剤の例としては、テトラエチルアンモニウム，テトラブチルアンモニウム，ラウリルトリメチルアンモニウムなどのドデシルトリメチルアンモニウム，ステアリルトリメチルアンモニウムなどのオクタデシルトリメチルアンモニウム，ヘキサデシルトリメチルアンモニウム，ベンジルトリメチルアンモニウム，変性脂肪族ジメチルエチルアンモニウムなどの過塩素酸塩，塩素酸塩，塩酸塩，臭素酸塩，ヨウ素酸塩，ホウフッ化水素酸塩，硫酸塩，アルキル硫酸塩，カルボン酸塩，スルホン酸塩などのアンモニウム塩；リチウム，ナトリウム，カルシウム，マグネシウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属の過塩素酸塩，塩素酸塩，塩酸塩，臭素酸塩，ヨウ素酸塩，ホウフッ化水素酸塩，トリフルオロメチル硫酸塩，スルホン酸塩などが挙げられる。
【０００７】
一方、電子導電剤の例としては、ケッチェンブラック，アセチレンブラック等の導電性カーボンブラック；ＳＡＦ，ＩＳＡＦ，ＨＡＦ，ＦＥＦ，ＧＰＦ，ＳＲＦ，ＦＴ，ＭＴ等のゴム用カーボンブラック；酸化処理を施したインク用カーボンブラック，熱分解カーボンブラック，グラファイト；酸化スズ，酸化チタン，酸化亜鉛等の導電性金属酸化物；ニッケル，銅等の金属等が挙げられる。
これらの導電剤は一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、これらの導電剤の添加量としては特に制限はなく、各種状況に応じて適宜選定されるが、イオン導電剤の場合には、ゴム材料１００質量部に対して、通常0.０１〜５質量部、好ましくは0.０５〜２質量部の範囲である。また、電子導電剤の場合は、通常0.５〜５０質量部、好ましくは１〜４０質量部の範囲である。これにより、弾性層の体積抵抗率を１０3 〜１０10Ω・ｃｍ、特に１０4 〜１０8 Ω・ｃｍに調整するのが好ましい。
なお、この導電性弾性層には、上記導電剤以外に、必要に応じてその他の導電剤、充填剤、架橋剤、発泡剤、その他のゴム用添加剤を添加することができる。
【０００８】
本発明の帯電部材は、１層以上の樹脂層を有するものである。本発明において、樹脂層に用いられる樹脂としては、（メタ）アクリル，ウレタン，ナイロン，ポリエチレン，エポキシ，ポリエステル，ポリエーテル，ポリスチレン，フェノール，ポリアミド，ＡＢＳ，ウレタン変性（メタ）アクリル等の樹脂が挙げられる。これらのうち、特にウレタン変性（メタ）アクリル樹脂が好ましい。これらの樹脂と分子量３０００以上の高分子量ポリシロキサンを含有する（メタ）アクリルモノマーをグラフト処理、共重合、あるいは活性水素基とイソシアネート基を用いることにより結合するなどの方法により、樹脂に直接的に分子量３０００以上の高分子量ポリシロキサンを含有する（メタ）アクリルモノマーを結合させた樹脂を用いることにより、摩擦低減、密着防止、トナー付着低減という効果が、より向上する。
ここで、高分子量ポリシロキサン含有（メタ）アクリルモノマーの種類は特に限定されるものではないが、例えば下記式（１）で示すようなメチルメタクリレートの片末端にポリシロキサンが結合したものなどが挙げられる。
【０００９】
【化１】
ウレタン変性（メタ）アクリル樹脂は、相溶性、液安定性、膜柔軟性等の観点から、ウレタン樹脂と（メタ）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、（メタ）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式（２）
【００１１】
【化２】
（式中、Ａは（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸エステルモノマー又は（メタ）（メタ）アクリル酸エステルオリゴマーを示す。）
で表されるように、分子末端（片末端又は両末端）に水酸基をもつ（メタ）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。このようにして得られる重合体において、ウレタン鎖と（メタ）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。
また、数種のポリオールと２官能型イソシアネート〔例えばＨＤＩ（ヘキサメチレンジイソシアネート）〕を用いて、主鎖となるウレタンプレポリマーを生成し、そのウレタンプレポリマーの側鎖部分にメルカプト基を含有させておき、そして、（メタ）アクリルモノマーとラジカル開始剤とを組み合わせ、ウレタン部へ（メタ）アクリルモノマーをグラフトさせ、また、（メタ）アクリルモノマーの重合も同時に行なって合成するという方法もよく用いられる。
【００１３】
本発明で用いるウレタン変性（メタ）アクリル樹脂を得る方法は、上述の方法に限定されるものではなく、その他にも（メタ）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、（メタ）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（メタ）（メタ）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Ｔg 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。この際のウレタン変性（メタ）（メタ）アクリル樹脂中における（メタ）アクリル樹脂成分の組成としては５〜８０質量％、特に１０〜６０質量％であることが好ましく、更に２０〜５０質量％であることがより好ましい。
【００１４】
さらに、帯電部材と感光体との密着性を改良する観点から、ウレタンプレポリマー中にもシリコーンを含有させることができる。このときシリコーン成分は、ウレタンプレポリマー中に２〜８０質量％、特に５〜５０質量％含有することが好ましい。
これらのウレタンプレポリマーに数種の（メタ）アクリルモノマー及び分子量３０００以上の高分子量ポリシロキサン含有（メタ）アクリルモノマーを側鎖にグラフトさせる。この場合、ウレタン変性（メタ）アクリル樹脂中の高分子量ポリシロキサン含有（メタ）アクリルモノマー成分の組成としては２０質量％以下、特に0.１〜１０質量％であることが好ましい。この理由としては、過剰に含有させると、樹脂溶液が白濁したり、あるいは相分離してしまうといったことが起こる場合があり、２０質量％以上含有させても改善効果が向上するものでもない。さらには、反応性の問題から、未反応の高分子量ポリシロキサン（メタ）アクリルモノマーが、逆に感光体汚染成分となってしまうことがあるからである。
また、高分子量ポリシロキサン含有（メタ）アクリルモノマーのポリシロキサンの分子量は３０００以上、特に５０００〜２００００が好ましい。この理由としては、分子量が３０００以上であると、本発明の効果が顕著になり、２００００を超えても改善効果が変わらず、逆に（メタ）アクリルモノマーの反応性が低くなるなどといった問題も生じてくるからである。
【００１５】
高分子量ポリシロキサン含有ウレタン変性（メタ）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（メタ）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。
この表面層には離型剤などの外添剤を添加することにより、表面性をより改良することができる場合がある。さらに、この外添剤とシリカ粒子を組み合わせることにより、接触面積の低下という理由から、感光体への密着性がより改良される場合もある。
この表面層には、上記と同様の導電剤、好ましくはカーボンを添加することにより、所定の導電性を付与することができる。表面層の厚みは特に限定されないが、３０μｍ以下、特に５〜２０μｍとすることが好ましく、３０μｍを超えると硬くなるため、樹脂層の柔軟性が損なわれてしまう。
【００１６】
ウレタン変性（メタ）アクリル樹脂は、樹脂の末端又は側鎖に活性水素基を含有させて、ポリイソシアネート化合物等で架橋させて用いるのが好ましい。架橋剤として添加されるポリイソシアネート化合物は、分子中に２個以上のイソシアネート基をもつ化合物であり、一般にポリウレタンの製造原料として用いられているポリイソシアネートと同様のものを用いることができる。具体的には、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、トリジンジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、フェニレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、テトラメチルキシリレンジイソシアネート（ＴＭＸＤＩ）、シクロヘキサンジイソシアネート、リジンエステルトリイソシアネート、ウンデカントリイソシアネート、ヘキサメチレントリイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、及びこれらイソシアネート化合物の重合体、誘導体、変性体、水素添加体等が挙げられる。これらの中では、特にヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等の脂肪族又は脂環族イソシアネート及びこれらの重合体、誘導体、変性体が耐オゾン性や耐熱性などに優れる点から好ましく用いられる。
【００１７】
樹脂層の層形成法については、特に制限されるものではないが、各層を形成する各成分を含む塗工液を調製し、この塗工液をディッピング法、あるいはスプレー法により塗布する方法が好ましく用いられる。本発明の樹脂層において、最表層に用いられるフッ素含有ウレタン変性（メタ）アクリル樹脂は、溶媒が水系でも溶剤系のどちらでもよいが、溶剤系の場合、特に平滑性確保、耐久性、帯電均一化、製造安定化の観点から、弾性層との間に１層以上の水系樹脂層を挟むのが好ましい。水系樹脂は、溶媒が水であればいかなるタイプでもよく、水溶性タイプ、エマルジョンタイプ、サスペンジョンタイプ等があるが、特にカルボキシル基、水酸基、アミノ基等の活性水素基を持つ樹脂が好適に用いられる。例えば、ポリエステル系、（メタ）アクリル系、ウレタン系、ポリジオキソラン等の温水可溶性系樹脂などが挙げられる。このうち、（メタ）アクリル樹脂を用いると、従来、帯電部材用樹脂として用いられていたウレタンやナイロン等に比べて、かなり誘電率が小さいために、静電容量も小さくなり、交流印加による帯電部材／感光体間の電気的引力や反発力が低減され、帯電音が改良されるので好ましい。（メタ）アクリル樹脂の中でも、とりわけガラス転移温度が−５０〜１０℃で、カルボキシル基や水酸基の含有率が２〜５質量％で、ソープフリーのエマルジョンタイプのものが、架橋効果がよく、かつ低硬度であるため好ましい。この中間層には、導電剤を添加して導電性を付与することもできる。この導電剤に制限はないが、特にカーボンが好ましく用いられる。
【００１８】
この場合、カーボンとしては、特に限定されるものではないが、酸素含有量が５質量％以上、特に７質量％以上、さらには９質量％以上であり、ｐＨが５以上、特に６以上さらには７以上であることが好ましい。なお、通常のカーボンの酸素含有量は0.１〜３質量％程度である。一部に、酸化処理を施したカーボンも存在するが、この酸化処理を施したカーボンは、酸素含有量が若干増加するにつれて、ｐＨが酸性側へシフトしてしまう傾向があり、カーボンが酸性であると、水系樹脂に添加した場合に安定性が低下するおそれがある。これに対して、本発明で好適に用いられる上記カーボンは、酸素含有量が多いにも関わらず、中性ないしアルカリ性を維持したものであり、安定的に水系樹脂に添加し得るものである。また、カーボン表面にカルボキシル基、水酸基、ケトン基等の官能基を有し、しかもこれらの基が有する水素の一部をナトリウム等のアルカリ金属に置換させたものが好適に用いられる。
【００１９】
樹脂層の体積抵抗率は、１×１０3 〜１×１０12Ω・ｃｍ、特に１×１０5 〜１×１０10Ω・ｃｍとなるようにとすることが好ましく、通常、カーボンの添加量は0.０１〜４０質量％、特に５〜２０質量％程度とされる。
いずれの構成においても、本発明の帯電部材の体積抵抗率は、良好な画像を得るためには１×１０3 〜１×１０12Ω・ｃｍであることが好ましく、特に１×１０5 〜１×１０10Ω・ｃｍが好ましい。
また、帯電部材の表面に凹凸があると、トナーが詰まってしまい、画像不良の原因となるため、帯電部材の表面はできるだけ平滑であることが好ましく、具体的にはＪＩＳ十点平均粗さＲｚ（ＪＩＳ−Ｂ０６０１に準拠）で、４μｍ以下、特に３μｍ以下、さらに２μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
本発明の帯電部材は、帯電部材に１Ｎ（約１００ｇｆ）の荷重をかけたときのセルロース１００％、３０ｇ／ｍ2 、７０メッシュの布に対する摩擦係数が0.３以下となるものである。以下にその測定法について述べる。
上記摩擦係数は、新東科学（株）製の摩擦試験機「ＨＥＩＤＯＮトライボギア」を用い、図１に示す方法に従って、帯電部材の摩擦抵抗を測定した。図１に示すように帯電部材１を基台２に設けられた可動ステージ３に固定し、摩擦速度１００ｍｍ／分にて移動させた。摩擦の相手材はセルロース１００％、３０ｇ／ｍ2 、７０メッシュの布（旭化成工業社製、ベンコットリントフリー）４であり、負荷荷重５により負荷を１Ｎとして摩擦させた。このときの摩擦抵抗をロードセル６により測定した。摩擦の相手材としてセルロース１００％、３０ｇ／ｍ2 、７０メッシュの布を選択したのは、帯電部材の表面性と最も相関があり、測定装置の測定範囲に適しているからである。
【００２１】
また、本発明の帯電部材は、トナー付着が少なく、画像出し前後において光沢度の差はさほどない。ここで、表面光沢度は、下記の方法により測定した。すなわち、ヘイズーグロスメーター（ビッグーガードナー社製）の測定口に、帯電部材の最上面が測定面となるように設置する。帯電部材がローラ形状のときは、ローラの長さを１０ｃｍに調整し、ローラ形状に合わせてはめ込み可能な黒色固定台にローラを固定する。そして、入射角度８５°（測定面積８×６０ｍｍ）で表面光沢度を測定する。この場合、測定値として、ＤＩＮ６７５３０による黒色ガラス標準板の反射指数1.５６７を表面光沢度１００とした値が得られる。
【００２２】
本発明の帯電装置としては、例えば、図２に示すように、被帯電体である感光ドラム１０に、本発明の帯電部材である帯電ローラ２０を接触させつつ従動回転させるとともに、電圧印加手段３０により、感光ドラム１０と帯電ローラ２０との間に、直流電圧あるいは直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加して感光ドラム１０を帯電させるように構成した帯電装置を例示することができる。本発明の帯電部材を装着し得る帯電装置は、これに限定されるものではなく、被帯電体や帯電部材の形態、あるいは電圧印加方式を適宜変更することができる。
【００２３】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
［実施例１］
密度0.４ｇ／ｃｍ3 の導電性のウレタンフォームからなる弾性層の表面に、厚さ１００μｍの樹脂層Ａを形成し、さらにその上に厚さ１０μｍの樹脂層Ｂを形成し、帯電ローラを作製した。
樹脂層Ａは、水系アクリル樹脂にカーボンを添加した塗工液を塗布することにより形成し、体積抵抗率を５×１０7 Ω・ｃｍに調整した。樹脂層Ｂは、アクリル成分が５０質量％であり、さらにその全アクリルモノマー中に分子量が１００００のポリシロキサンを含む、高分子量ポリシロキサン含有アクリルモノマーが１０質量％含まれるウレタン変性アクリル樹脂（アクリル部のガラス転移温度Ｔg は２７℃）を、溶媒であるＭＥＫ（メチルエチルケトン）に溶解させ、イソシアネート架橋剤を加えたものとした。
得られた帯電ローラの表面粗さは、ＪＩＳ十点平均粗さＲｚで0.８μｍであった。このローラを温度２２℃／湿度５０％ＲＨの条件で、セルロース１００％、３０ｇ／ｍ2 、７０メッシュの布を用いて上述した方法により摩擦試験を行なったところ、摩擦係数は0.１２であった。
このローラをプリンターカートリッジに装着し、温度４０℃／湿度９５％ＲＨにて２週間放置したところ、感光体（ＯＰＣ）との密着は見られかった。さらに、そのカートリッジを用いて連続１００００枚の画像出しを行なったところ、画像の劣化はなかった。
また、画像出し前後の、ローラの入射角度８５°での表面光沢度を上述した方法により測定したところ、画像出し前が４3.５であったのに対して、画像出し後は４2.３であり、画像出しの前後でほとんど変化はなかった。
【００２４】
［実施例２］
密度0.４ｇ／ｃｍ3 の導電性のウレタンフォームからなる弾性層の表面に、厚さ１００μｍの樹脂層Ａを形成し、さらにその上に厚さ１０μｍの樹脂層Ｃを形成し、帯電ローラを作製した。
樹脂層Ａは、水系アクリル樹脂にカーボンを添加した塗工液を塗布することにより形成し、体積抵抗率を５×１０7 Ω・ｃｍに調整した。樹脂層Ｃは、アクリル成分が５０質量％であり、さらにその全アクリルモノマー中に分子量が１００００のポリシロキサンを含む、高分子量ポリシロキサン含有アクリルモノマーが２０質量％含まれるウレタン変性アクリル樹脂（アクリル部のガラス転移温度Ｔg は８０℃）を、溶媒であるＭＥＫに溶解させ、イソシアネート架橋剤を加えたものとした。
得られた帯電ローラの表面粗さは、ＪＩＳ十点平均粗さＲｚで0.８μｍであった。このローラを温度２２℃／湿度５０％ＲＨの条件で、セルロース１００％、３０ｇ／ｍ2 、７０メッシュの布を用いて上述した方法により摩擦試験を行なったところ、摩擦係数は0.０７であった。
このローラをプリンターカートリッジに装着し、温度４０℃／湿度９５％ＲＨにて２週間放置したところ、感光体との密着は見られかった。さらに、そのカートリッジを用いて連続１００００枚の画像出しを行なったところ、画像の劣化はなかった。
また、画像出し前後の、ローラの入射角度８５°での表面光沢度を上述した方法により測定したところ、画像出し前が４5.８であったのに対して、画像出し後は４5.０であり、画像出しの前後でほとんど変化はなかった。
【００２５】
［実施例３］
密度0.４ｇ／ｃｍ3 の導電性のウレタンフォームからなる弾性層の表面に、厚さ１００μｍの樹脂層Ａを形成し、さらにその上に厚さ１０μｍの樹脂層Ｄを形成し、帯電ローラを作製した。
樹脂層Ａは、水系アクリル樹脂にカーボンを添加した塗工液を塗布することにより形成し、体積抵抗率を５×１０7 Ω・ｃｍに調整した。樹脂層Ｄは、アクリル成分が６０質量％であり、さらにその全アクリルモノマー中に分子量が５０００のポリシロキサンを含む、高分子量ポリシロキサン含有アクリルモノマーが６質量％含まれるウレタン変性アクリル樹脂（アクリル部のガラス転移温度Ｔg は８０℃）を、溶媒であるＭＥＫに溶解させ、イソシアネート架橋剤を加えたものとした。
得られた帯電ローラの表面粗さは、ＪＩＳ十点平均粗さＲｚで0.６μｍであった。このローラを温度２２℃／湿度５０％ＲＨの条件で、セルロース１００％、３０ｇ／ｍ2 、７０メッシュの布を用いて上述した方法により摩擦試験を行なったところ、摩擦係数は0.２３であった。
このローラをプリンターカートリッジに装着し、温度４０℃／湿度９５％ＲＨにて２週間放置したところ、感光体との密着は見られかった。さらに、そのカートリッジを用いて連続１００００枚の画像出しを行なったところ、画像の劣化はなかった。
また、画像出し前後の、ローラの入射角度８５°での表面光沢度を上述した方法により測定したところ、画像出し前が５0.５であったのに対して、画像出し後は５0.１であり、画像出しの前後でほとんど変化はなかった。
【００２６】
［比較例１］
密度0.３ｇ／ｃｍ3 の導電性のウレタンフォームからなる弾性層の表面に、厚さ１００μｍの樹脂層Ａを形成し、さらにその上に厚さ１０μｍの樹脂層Ｅを形成し、帯電ローラを作製した。
樹脂層Ａは、水系アクリル樹脂にカーボンを添加した塗工液を塗布することにより形成し、体積抵抗率を５×１０7 Ω・ｃｍに調整した。樹脂層Ｅは、アクリル成分が５０質量％であり、そのアクリルモノマーがフッ素やシリコーンを含有しない、ウレタン変性アクリル樹脂（アクリル部のガラス転移温度Ｔg は２７℃）を、溶媒であるＭＥＫに溶解させ、イソシアネート架橋剤を加えたものとした。
得られた帯電ローラの表面粗さは、ＪＩＳ十点平均粗さＲｚで0.７μｍであった。このローラを温度２２℃／湿度５０％ＲＨの条件で、セルロース１００％、３０ｇ／ｍ2 、７０メッシュの布を用いて上述した方法により摩擦試験を行なったところ、摩擦係数は2.５であった。
このローラをプリンターカートリッジに装着し、温度４０℃／湿度９５％ＲＨにて２週間放置したところ、感光体との密着が発生した。さらに、そのカートリッジを用いて連続画像出しを行なったところ、帯電ローラへのトナー付着による画像の劣化が、２０００枚を印刷した時点で見られた。
また、画像出し前後の、ローラの入射角度８５°での表面光沢度を上述した方法により測定したところ、画像出し前が５1.０であったのに対して、画像出し後は２7.９であり、表面光沢度が大きく低下した。
【００２７】
［比較例２］
密度0.４ｇ／ｃｍ3 の導電性のウレタンフォームからなる弾性層の表面に、厚さ１００μｍの樹脂層Ａを形成し、さらにその上に厚さ１０μｍの樹脂層Ｆを形成し、帯電ローラを作製した。
樹脂層Ａは、水系アクリル樹脂にカーボンを添加した塗工液を塗布することにより形成し、体積抵抗率を５×１０7 Ω・ｃｍに調整した。樹脂層Ｆは、アクリル成分が５０質量％であり、そのアクリルモノマーがフッ素やシリコーンを含有しない、ウレタン変性アクリル樹脂（アクリル部のガラス転移温度Ｔg は８０℃）を、溶媒であるＭＥＫに溶解させ、イソシアネート架橋剤を加えたものとした。
得られた帯電ローラの表面粗さは、ＪＩＳ十点平均粗さＲｚで0.８μｍであった。このローラを温度２２℃／湿度５０％ＲＨの条件で、セルロース１００％、３０ｇ／ｍ2 、７０メッシュの布を用いて上述した方法により摩擦試験を行なったところ、摩擦係数は1.１であった。
このローラをプリンターカートリッジに装着し、温度４０℃／湿度９５％ＲＨにて２週間放置したところ、感光体との密着が発生した。さらに、そのカートリッジを用いて連続画像出しを行なったところ、帯電ローラへのトナー付着による画像の劣化が、５０００枚を印刷した時点で見られた。
また、画像出し前後の、ローラの入射角度８５°での表面光沢度を上述した方法により測定したところ、画像出し前が５7.０であったのに対して、画像出し後は４4.５であり、表面光沢度が大きく低下した。
【００２８】
［比較例３］
密度0.４ｇ／ｃｍ3 の導電性のウレタンフォームからなる弾性層の表面に、厚さ１００μｍの樹脂層Ａを形成し、さらにその上に厚さ１０μｍの樹脂層Ｇを形成し、帯電ローラを作製した。
樹脂層Ａは、水系アクリル樹脂にカーボンを添加した塗工液を塗布することにより形成し、体積抵抗率を５×１０7 Ω・ｃｍに調整した。樹脂層Ｇは、アクリル成分が５０質量％であり、さらにその全アクリルモノマー中に分子量が１０００のポリシロキサンを含む、ポリシロキサン含有アクリルモノマーが４０質量％含まれるウレタン変性アクリル樹脂（アクリル部のガラス転移温度Ｔg は２７℃）を、溶媒であるＭＥＫに溶解させ、イソシアネート架橋剤を加えたものとした。
得られた帯電ローラの表面粗さは、ＪＩＳ十点平均粗さＲｚで0.８μｍであった。このローラを温度２２℃／湿度５０％ＲＨの条件で、セルロース１００％、３０ｇ／ｍ2 、７０メッシュの布を用いて上述した方法により摩擦試験を行なったところ、摩擦係数は0.４９であった。
このローラをプリンターカートリッジに装着し、温度４０℃／湿度９５％ＲＨにて２週間放置したところ、感光体との密着は見られなかった。さらに、そのカートリッジを用いて連続画像出しを行なったところ、帯電ローラへのトナー付着による画像の劣化が、５０００枚を印刷した時点で見られた。
また、画像出し前後の、ローラの入射角度８５°での表面光沢度を上述した方法により測定したところ、画像出し前が５4.５であったのに対して、画像出し後は４0.３であり、表面光沢度が大きく低下した。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の帯電部材は、感光体に密着しにくく、摩擦が小さく、さらにトナー付着のない、帯電特性、帯電環境安定性に優れたものであり、この帯電部材を用いた帯電装置を画像形成装置に装着することにより、良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 帯電部材の摩擦係数の測定方法を示す模式図である。
【図２】 本発明の帯電装置の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１０ 感光ドラム
２０ 帯電ローラ
３０ 電圧印加手段
Claims (6)
- 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、該帯電部材が、弾性層と少なくとも１層の樹脂層からなり、該樹脂層が、ウレタン変性（メタ）アクリル樹脂で形成され、該ウレタン変性（メタ）アクリル樹脂中、（メタ）アクリル樹脂成分を５〜８０質量％含有し、該（メタ）アクリル樹脂成分の（メタ）アクリルモノマー中、ポリシロキサン含有（メタ）アクリルモノマーを２０質量％以下含み、該ポリシロキサン含有（メタ）アクリルモノマーのポリシロキサン分子量が３０００以上であることを特徴とする帯電部材。
- 樹脂層が、２官能以上のイソシアネート架橋剤を含有するものである請求項１に記載の帯電部材。
- 樹脂層が、導電性粉体を含有するものである請求項１または２に記載の帯電部材。
- 弾性層が、密度０.０５〜０.９ｇ／ｃｍ3 のウレタンフォームからなるものである請求項１〜３のいずれかに記載の帯電部材。
- 帯電部材が、１Ｎの荷重をかけたときのセルロース１００％、３０ｇ／ｍ2 、７０メッシュの布に対する摩擦係数が０.３以下のものである請求項１〜４のいずれかに記載の帯電部材。
- 被帯電部材に当接し、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を具備してなる帯電装置において、上記帯電部材として請求項１〜５のいずれかに記載の帯電部材を用いたことを特徴とする帯電装置。
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