JP4514176B2

JP4514176B2 - 帯電ローラ

Info

Publication number: JP4514176B2
Application number: JP2001003220A
Authority: JP
Inventors: 翼松葉; 康範見方
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2001-01-11
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2021-01-11
Also published as: JP2002251053A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真装置における接触方式の帯電に用いられる帯電ローラに関し、特にローラ表面へのトナーや紙粉の付着による帯電むらの生じにくい帯電ローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機、ファクシミリ、プリンタなどの電子写真装置においては、静電潜像保持体（感光体）の周囲には帯電、現像、転写、清掃などの各装置が配置されており、感光体が回転して各装置を経由することによって、画像形成が行われる。このうち帯電装置には、感光体に接触して帯電させる帯電ロ−ラが使用されるケ−スが多くなっている。この帯電ロ−ラは、感光体と所定の接触幅をもって使用されることが多いため、変形しやすく、圧接力が除去された後は変形が回復しやすいことが必要であり、従来から回転軸の外周にＮＢＲ、ＣＲ及びＥＰＤＭなどのゴム配合物からなり、ＪＩＳ−Ａ硬度で２０〜４０度の低硬度で、金属粉末やカ−ボンなどを配合した電気抵抗１０⁶Ω〜１０¹²Ωの導電性弾性層を形成したものが採用されている。
【０００３】
さらにローラとしての電気抵抗を調整したり、導電弾性層からの軟化剤などのローラ表面への滲み出し防止や表面の離型性を向上するために、中間調整層及びその外周面上に表面層が同心に積層形成されている。表面層としては、一般に導電性材料を分散させた、ポリアミド樹脂やフッ素樹脂などが使用されている。表面にトナーや紙粉が付着するのを防ぎ、導電弾性層から低分子量成分が滲み出し、それにトナーが付着する汚染を防ぐためフッ素樹脂を使用する場合には、ＰＴＦＥなどの溶剤非可溶性のフッ素樹脂チューブを導電弾性層の外周に被せたり、粉末ＰＴＦＥを分散させたディスパージョンにより塗膜を形成する。溶剤に可溶にするために部分フッ素化された溶剤可溶性フッ素樹脂を主成分とする塗料をローラ表面に塗工して表面層を形成している。しかしながら、溶剤非可溶性フッ素樹脂は、ローラ表面へのトナーや紙粉付着性防止や内添剤の移行防止性に優れるが、電気抵抗の制御が困難であり、柔軟性に劣るので、帯電ローラへの使用が難しく、しかも溶剤塗工できず薄膜形成が困難であるという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
帯電ローラでは、帯電性の制御、柔軟性や非付着性の必要から、上述するようにフッ素樹脂がローラ表面層として開発され、電気抵抗の調整のために導電付与剤を添加し、柔軟な膜層を得るために溶剤可溶性フッ素樹脂が使用されている。
また、部分フッ素化した溶剤可溶性フッ素樹脂は、ＰＴＦＥなどの非可溶性フッ素樹脂に比べると表面へトナーや紙粉が付着しやすいので、帯電むらを生じやすいという問題が残されていた。さらに上記従来技術の場合、表面層の樹脂と中間層の接着性が悪く、変形のくり返しにより、表面層が、中間層より剥離しやすいという問題を有していた。
そこで、本発明は、帯電ローラの表面へのトナーや紙粉の付着が生じにくく、感光体表面から離れ易く、しかも中間層との剥離が生じにくい帯電ローラを提供することを課題とする。
【０００５】
【問題を解決するための手段】
本発明では、帯電ローラの中間層として表面層形成用塗工液の溶剤に可溶性のある樹脂組成物を、表面層に溶剤可溶性のフッ素系樹脂組成物を使用し、表面層を形成するフッ素系樹脂組成物のマイクロ硬度（高分子計器社製ＭＤ−１による）が８０〜９５度で、膜厚が１０μｍ以下とすることにより、帯電ロ−ラに要求されるトナーや紙粉の付着防止性と導電弾性層の変形し易さを損なわない柔軟性や膜強度を同時に確保し、感光体表面からは離れ易く、中間層から剥離が生じ難い帯電ロ−ラが得られた。
【０００６】
本発明の基本的な構成は、以下のとおりである。
（１）回転軸上に導電性弾性層、中間層及び表面層が同心に積層形成され、感光体に接触して帯電するローラにおいて、中間層が、上記表面層の形成用塗工液の溶剤に可溶又は膨潤可能である樹脂組成物からなり、表面層が膜厚３００μｍ以上でのマイクロ硬度８０〜９５度の溶剤可溶性フッ素系樹脂をベースとし、少なくとも導電付与剤及びフッ素系表面改質剤を含有する樹脂組成物からなり、かつ厚さが０．３〜１０μｍに形成されていることを特徴とする帯電ローラ。
（２）中間層が、導電付与剤を含む熱可塑性ポリウレタンであることを特徴とする上記（１）帯電ローラ。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の帯電ローラは、回転軸体（芯金）上に導電弾性層を設け、その上に５０μｍ以上の膜厚で、表面平滑性及び電気抵抗を調節するために中間層を設け、さらにその上に表面層を設けた導電性ローラにおいて、中間層及び表面層を形成する樹脂組成物及びその特性を規定したものである。表面層を溶剤可溶性で、硬度の高いフッ素系樹脂をベースにした樹脂組成物で、極薄膜に形成し、中間層を表面層形成用塗布液の溶剤に可溶又は膨潤する樹脂をベースとして、５０μｍ以上の厚膜に形成する。
本発明の上記帯電ロ−ラを図面で示すと、図１は、本発明の帯電ロ−ラの断面図を示し、１は回転軸、２は導電弾性層、３は中間層、４は表面層をそれぞれ示す。
【０００８】
本発明では、上記表面層を形成するフッ素系樹脂組成物のベース樹脂の膜厚３００μｍ以上でのマイクロ硬度が８０〜９５度で、膜厚が１０μｍ以下とすることにより、帯電ロ−ラに要求されるトナーや紙粉の付着防止性と導電弾性層の変形し易さを損なわない柔軟性及び膜強度を同時に確保することができる。膜厚３００μｍ以上にするのは、通常、金属等の剛性基板上に塗膜を形成して測定するため、基板の影響を回避するためである。上記溶剤可溶性フッ素系樹脂としては、フルオロオレフィンと炭化水素系ビニルエーテルの共重合体や、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）樹脂及びポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）樹脂などが使用できる。溶剤としては、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）やジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）トルエン又はそれらの混合体が通常用いられる。さらに、上記表面層を形成する際、フッ素系表面改質剤を用いると、表面の非付着性のさらなる向上をはかることができる。フッ素系樹脂表面改質剤としては、フッ化アルキルとカルボン酸又はその塩及びアルコール、エーテルなどからなるもの、主鎖や側鎖にフッ化アルキルを有する共重合体などが使用される。また、溶剤可溶性フッ素系樹脂にフッ素系表面改質剤を添加し、溶剤に溶解した市販の塗料（大日本インキ化学社製ＥＸｐ４２など）に導電性付与剤を分散させたものを用いてもよい。表面層の厚さは１０μｍ以下、好ましくは０．５〜３μｍである。
【０００９】
表面層が薄いので、中間弾性層の表面粗さが直接ローラの表面粗さに影響するので、ローラの表面粗さを５μｍ以下（好ましくは２μｍ以下）に抑える場合に、中間層の表面粗さを８μｍ以下にする必要があり、望ましくは５μｍ以下が良い。表面層に用いる材料の硬度が高いと、ローラを感光体に押し当てた際の歪みにより表面層が割れたり、中間から剥離しやすくなるが、上記のように表面層を極薄にし、しかも表面層形成用塗布液の溶剤に可溶な樹脂を中間層にしているので、表面層と中間層の界面近傍で混合し合って接着されているため、表面層が割れたり剥離することが生じにくくなる。回転軸としては、強度が大きく良導電性のもので、防錆処理をした鋼製のものやアルミニウムやステンレススチールなどの金属製の芯金が一般的であり、軸端部は、軸受や駆動ギヤを嵌合するため、精密加工されている。外径４〜８ｍｍで、長さは２００ｍｍ〜６００ｍｍのものが通常用いられる。
【００１０】
導電弾性層を形成するベースゴムとしては、シリコンゴム、イソプレンゴム、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−非共役ジエン三元共重合体）エピクロルヒドリンゴム又はＳＢＲ（スチレン−ブタジエンゴム）などが使用できる。電気抵抗が１０³〜１０¹⁰Ω・ｃｍの半導電性領域において、導電性ローラに要求される３桁以内に電気抵抗が制御しやすい点から、ＥＰＤＭやエピロクロルヒドリンゴムが好ましく用いられる。ベースゴムに、導電性付与材（カーボンブラックなど）、軟化剤（液状ゴムや可塑剤など）、加硫剤（イオウなど）、加硫促進剤、その他配合剤を添加、混練りして素材ゴムを得、回転軸外周に押出し、加硫することにより、導電弾性層を形成する。この導電弾性層は発泡、非発泡いずれも使用でき、厚みは、１．０〜５ｍｍが一般的である。
【００１１】
【実施例】
＜導電弾性層の形成＞
表１の配合表に基づき、ＥＰＤＭをベースとするゴム配合物を得、スクリュー式押出機で外形１２ｍｍ、内径７．５ｍｍのチューブ状に押出し、長さ約２７５ｍｍにカットして円筒ロール素材を得た。外径７ｍｍ、長さ３２０ｍｍで、両端を軸受け嵌合用に、片端を駆動ギヤ嵌合用Ｄ形に精密加工したステンレス製の回転軸に接着剤を塗布して準備し、円筒ロール素材の内径側に挿通した。別途内径が１６ｍｍの鋼製円筒からなる中型に、回転軸を挿通したロール素材を入れ、回転軸の両端をシール型の中心部の穴に通した後、シール型を中型の両端にテーパー嵌合して型組みを完了した。金型全体を１５０℃に加熱することにより、ロール素材を発泡倍率２００％で発泡加硫させ、冷却後、成形体を金型から取出し、外形を研削盤で研磨し、回転軸の外周に、導電弾性層を形成した。
【００１２】
＜中間層の形成＞
ＪＩＳ−Ａ硬度が８０度のカプロラクトンエステル系の熱可塑性ポリウレタン１００部をＭＥＫ／ＤＭＦ＝５０／５０の溶媒に、固形分が２０％になるように溶解し、カーボンブラック３部を分散させた塗布液に、上記導電弾性層を浸漬して、中間層を形成した。レーザーマイクロによる浸漬前後の外径差より求めた中間層の厚みは１５０μｍであった。
この中間層形成ローラを素材として、次のように実施例、比較例のローラを得た。
【００１３】
【実施例１】
フッ素系樹脂を溶剤ＭＥＫに溶解した塗料（大日本インキ化学工業社製Ｅｘｐ４２固形分２０％）１００重両部（固形分として）にフッ素系表面改質材のＭＥＫ溶液（大日本インキ化学工業社製ＭＣＦ−３２３固形分３０％）１重量部（固形分として）及びカーボンブラックのＭＥＫ分散液（三菱化学社製ＭＨ１５７３２Ｍ固形分２０％）８重量部（固形分として）を混合し、膜厚４００μｍでのマイクロ硬度が９０度の樹脂組成物からなる粘性液を得、さらにＭＥＫ／ＤＭＦ＝５０／５０の混合溶媒で固形分５％になるよう希釈し、表面層塗工液を調製した。塗工液槽に中間層形成ローラ素材を浸漬し、乾燥して表面層を形成し、本発明の帯電ローラを得た。レーザマイクロで浸漬前後の外径差より求めた表面層の厚みは２μｍであった。
得られた帯電ローラをレーザプリンタ（キャノン社製ＬＢＰ７３０）に取付け、１００００枚標準画像出し後、画像及びローラ表面を目視観察し、画像のかぶりや白抜け有無、ローラ表面のトナー付着有無及び表面層の破れ、剥離（しわ）有無を調べた。
結果を表１のローラ評価欄に示す。
【００１４】
【実施例２】
マイクロ硬度８５°のフッ素系樹脂組成物からなる塗工液の濃度を固形分で５％に希釈し、２回塗工を行った以外、実施例１と同様に表面層の厚みが１０μｍの帯電ローラを得、評価した。
結果を表１に示す。
【００１５】
【実施例３】
マイクロ硬度９５度のフッ素系樹脂組成物からなる塗工液を濃度を固形分で３％に希釈した以外、実施例１と同様にして表面層の厚みが０．５μｍの帯電ローラを得、評価した。
結果を表１に示す。
【００１６】
【比較例１】
フッ素系樹塗料の代わりに、マイクロ硬度８５°の熱可塑ポリウレタンをＭＥＫ／ＤＭＦ金剛溶媒に溶かした塗料を用いた以外、実施例２と同様にして表面層の厚みが１０μｍの帯電ローラを得、評価した。
結果を表１に示す。
【００１７】
【比較例２】
フッ素系表面改質剤を用いなかった以外、実施例１と同様にして表面層の厚みが２μｍの帯電ローラを得、評価した。
結果を表１に示す。
【００１８】
【比較例３】
塗工液の濃度を固形分で２０％にし、塗工を４回行った以外、実施例１と同様にして表面層の厚みが１５μｍの帯電ローラを得、評価した。
結果を表１に示す。
【００１９】
【比較例４】
表面層を塗工する代わりに、導電弾性層を研磨し厚み５００μｍのＰＴＦＥ製チューブを被せて帯電ローラを得、評価した。
結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】

【００２１】
（１）ローラ表面耐汚れ性
低温低湿環境（１５℃／１０％）において、ＰＰＣ（普通紙コピー機）で４，０００枚連続画像出しを行った後に、帯電ローラ表面を目視により観察し評価した。
（２）画像形成
高温高湿環境（３２．５℃−８５％）において、ＰＰＣ（普通紙コピー機）で４，０００枚連続画像出しを行なった後に、画像の濃さと鮮明さを目視により観察し評価した。
（３）耐久性（破れ、剥離）
上記（１）及び（２）の評価後、帯電ローラ表面を目視により観察し、評価した。
【００２２】
結果の考察
以上の結果、実施例１〜３の帯電ロ−ラは、比較例１、２、４のロ−ラに比して、明らかにトナ−の付着が少なかった。また、画像品質においても優れていた。
さらに、表面層が破れたり、剥離したりするロ−ラ耐久性の面で、圧倒的に本発明のものが勝っていた。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の帯電ロ−ラは、表面層を極薄にし、表面層形成用塗布液の溶剤に可溶な樹脂を中間層にしており、導電弾性層の変形し易さを損なわない柔軟性や膜強度をともに確保しているので、本来の要求性能たるトナ−や紙粉の付着防止性の達成はもちろん、表面層が剥がれたり剥離することがなく、しかもできるという顕著な効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の帯電ロ−ラの断面図
【符号の説明】
１回転軸
２導電弾性層
３中間層
４表面層

Claims

回転軸上に導電性弾性層、中間層及び表面層が同心に積層形成され、感光体に接触して帯電するローラにおいて、中間層が、上記表面層の形成用塗工液の溶剤に可溶又は膨潤可能である樹脂組成物からなり、表面層が溶剤可溶性フッ素系樹脂をベースとし、少なくとも導電性付与材及びフッ素系表面改質剤を含有する膜厚３００μｍ以上でのマイクロ硬度（高分子計器社製ＭＤ−１による）が８０〜９５度の樹脂組成物からなり、かつ厚さが０．３〜１０μｍに形成されていることを特徴とする帯電ローラ。
中間層が、導電付与剤を含む熱可塑性ポリウレタンであることを特徴とする請求項１記載の帯電ローラ。