JP4739968B2

JP4739968B2 - 帯電ロール、プロセスカートリッジ及び電子写真装置

Info

Publication number: JP4739968B2
Application number: JP2006026665A
Authority: JP
Inventors: 博司阿邊; 宏文高橋; 智哉川上; 力糸永; 武史鈴木
Original assignee: Canon Chemicals Inc
Current assignee: Canon Chemicals Inc
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2026-02-03
Also published as: JP2007206484A

Description

本発明は、帯電ロール及び該帯電ロールを有するプロセスカートリッジ及び電子写真装置に関し、詳しくは、電子写真感光体に接触配置された帯電ロールに電圧を印加することで電子写真感光体表面を所定の電位に帯電する帯電ロール、及び該帯電ロールを有するプロセスカートリッジ及び電子写真装置に関する。

従来、電子写真法としては多数の方法が知られているが、一般には光導電性物質を利用し、種々の手段により電子写真感光体上に電気的潜像を形成し、次いで該潜像をトナーで現像を行って可視像とし、必要に応じて紙等の転写材にトナー画像を転写した後、熱・圧力等により転写材上にトナー画像を定着して複写物を得るものである。また、転写材上に転写されずに電子写真感光体上に残ったトナー粒子は、クリーニング工程により電子写真感光体上より除去される。

従来、電子写真の帯電装置としては、コロナ帯電器が使用されてきた。近年、これに代って、接触帯電装置が実用化されてきている。これは、低オゾン・低消費電力を目的としており、この中でも特に帯電部材として導電ロールを用いたロール帯電方式が、帯電の安定性という点から好ましく用いられている。

ロール帯電では、導電性の弾性ロールを被帯電体に加圧当接させ、これに電圧を印加することによって被帯電体への帯電を行う。

具体的には、帯電は帯電部材から被帯電体への放電によって行われるため、ある閾値電圧以上の電圧を印加することによって帯電が開始される。例を示すと、厚さ２５μｍの感光層を有する有機電子写真感光体（ＯＰＣ電子写真感光体）に対して帯電ロールを加圧当接させた場合には、絶対値で約６４０Ｖ以上の電圧を印加すれば電子写真感光体の表面電位が上昇し始め、それ以降は印加電圧に対して傾き１で線形に電子写真感光体の表面電位が増加する。以後、この閾値電圧を帯電開始電圧Ｖｔｈと定義する。

つまり、電子写真に必要とされる電子写真感光体の表面電位Ｖｄを得るためには、帯電ロールにはＶｄ＋Ｖｔｈという画像形成自体に必要とされる以上のＤＣ電圧が必要となる。このようにしてＤＣ電圧のみを接触帯電部材に印加して帯電を行う方法をＤＣ帯電と称する。

しかし、ＤＣ帯電においては環境変動等によって接触帯電部材の抵抗値が変動し易いため、また、電子写真感光体が削れることによって膜厚が変化するとＶｔｈが変動するため、電子写真感光体の電位を所望の値にすることが難しかった。

このため、更なる帯電の均一化を図るために、所望のＶｄに相当するＤＣ電圧に２×Ｖｔｈ以上のピーク間電圧を持つＡＣ成分を重畳した電圧を接触帯電部材に印加するＡＣ＋ＤＣ帯電方式が用いられる。これは、ＡＣによる電位の均し効果を目的としたものであり、被帯電体の電位はＡＣ電圧のピークの中央であるＶｄに収束し、環境等の外乱には影響され難い。

帯電用の帯電部材としては、導電性支持部材上に導電性シームレスチューブにより表面層を形成した例がある（例えば、特許文献１参照）。更には、フッ素樹脂からなるシームレスチューブが開示され、導電性の異なる層構成よりなる多層チューブも開示されている。帯電部材としての製造にかかる方法としては、前記従来技術として、挿入により形成する方法が挙げられている。また、クロスヘッド押し出し機を用いた表面形成方法も提案されている。

このような、シームレスチューブにより帯電ロールを形成する方法は、基体上の弾性層として発泡体を用いても、それを更にシームレスチューブによって被覆することにより、均一な面を形成することができ、より均一な帯電ができ易い。

支持部材にシームレスチューブを被覆するには、シームレスチューブ内径を被覆すべき支持部材の外径よりも大とし、物理的あるいは化学的手段、例えば熱によりチューブを収縮させ嵌合させるか、シームレスチューブ内径を被覆すべき支持部材の外径よりも小とし、物理あるいは化学的手段、例えば空気圧によりチューブを押し広げ嵌合させるかの手段がとられる。また、多層同時成形チューブとすることも可能である（例えば、特許文献２参照）。

シームレスチューブに導電性を持たせる手法としては、一般的に塩を導電剤として用いるイオン伝導法とカーボンブラック、導電性金属酸化物及び金属粉末等を導電剤として用いる電子伝導法とが挙げられる。イオン伝導により導電性を持たせた場合、抵抗値の環境変動が大きくなり易く、また、電子写真感光体と当接するため塩が電子写真感光体を汚染し易いといった問題がある。

このように、支持部材として用いられる発泡弾性体の反発力と、チューブの締め付け力によってのみ導電性被覆部材であるシームレスチューブを固定させる場合、チューブとある程度の締め付け力、つまりチューブの内径に対して、支持部材の外径をより大きくすることで、非接着、未反応であっても、チューブを支持部材に固定し、ズレに対して対応してきた。

しかしながら、支持部材として用いられる発泡弾性体の反発力と、チューブの締め付け力によってのみ導電性被覆部材であるシームレスチューブを固定させた場合、ローラー長が長い場合や、帯電部材を感光体に押し付ける圧力が高いと、チューブが長手方向にずれることがあり、帯電ロールの軸受けへの接触、チューブのゆがみ等により、良好な画像品質を損なうばかりか、画像出力自体が困難となり、Ａ３サイズのような大きな画像を必要とする電子写真や高速印字の電子写真用として、安定かつ良好な均一帯電特性と出力画像品質を得る帯電ロールを提供することが困難であった。

また、よりズレに対して、より強固にチューブを固定するために、締め付け力を大きくすることで対応は可能だが、締め付け力を大きくすることで、発泡弾性体がつぶされ、ローラー硬度があがり、帯電音が大きくなる、感光体との当接が均一にならず、画像品質が悪くなる等の問題があり、ズレの防止は困難であった。

その解決手段として、チューブの端部を折り曲げ、発泡弾性ゴムに固定させる手段が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。しかし、ＡＣ＋ＤＣ帯電方式において、従来より問題とされている帯電音を解決する手段として、支持部材として、発泡弾性ゴムは必須であり、さらに柔らかくあるいは、動的粘弾性による貯蔵弾性率と損失弾性率との比で表されるｔａｎδの値を大きくしなければ、品質が満足されないため、支持部材の形状変形が大きく、発泡弾性ゴムに固定しただけでは、ズレの防止は困難であった。あるいは、チューブを硬く、厚くしなければ、ズレに対して十分な抵抗力をつけることが困難であった。

米国特許４，９６７，２３１号明細書特開平１１−１２５９５２公報特開２００４−３４７９６０公報

本発明の目的は、発泡弾性体にシームレスチューブを被覆した接触式の帯電ロールに関し、チューブのズレを防止し、安定かつ良好な均一帯電特性と出力画像品質が得られる帯電ロール、及び該帯電ロール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である。

本発明に従って、被帯電体に接触し電圧を印加して帯電を行う帯電ロールであって、導電性基体が両端部が中央の外径よりも小さい段付き状の円柱状軸であり、発泡弾性ロールの端部が段付き位置よりも内側になるように構成された支持部材と熱可塑性樹脂よりなるシームレスチューブで構成される導電性被覆部材を有する帯電ロールであって、支持部材と導電性被覆部材が物理的に固定されてなる帯電ロールにおいて、導電性被覆部材の端部を内側へ溶融変形させ、その変形が発泡弾性ロールの内径よりも小さい外径になるように変形されたことを特徴とする帯電ロールが提供される。

また、本発明に従って、電子写真感光体と、帯電部材と、現像手段、クリーニング手段とを一体に支持し、電子写真装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、該帯電部材が、該電子写真感光体に接触配置され、交流成分を含む電圧を印加されることにより該電子写真感光体を帯電する帯電部材であって、上記記載の帯電ロールを用いたことを特徴とするプロセスカートリッジが提供される。

本発明に従って、電子写真感光体、帯電部材、露光手段、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、該電子写真感光体に接触配置され、電圧を印加されることにより該電子写真感光体を帯電する帯電部材であって、上記記載の帯電ロールを用いたことを特徴とする電子写真装置が提供される。

本発明により、発泡弾性体にシームレスチューブを被覆した接触式の帯電ロールに関し、チューブのズレを防止し、安定かつ良好な均一帯電特性と出力画像品質が得られる帯電ロールを提供することが可能となった。

以下、更に詳細に本発明について説明する。

本発明者が鋭意検討を行った結果、帯電ロールの導電性被覆部材としてのシームレスチューブの横方向へのズレ力に絶えうる手段として、シームレスチューブが熱可塑性樹脂よりなることに着目し、その端部を支持部材の発泡弾性ロールの端部位置よりも長くし、シームレスチューブの端部を熱により溶融、内側に折り曲げることによって、チューブのズレを防止することが可能となった。

つまり、導電性基体である、軸体を中央の外径よりも小さい段付き状の円柱状軸を用い、軸体を覆う発泡弾性ロールの端部が段付き位置よりも内側になるように構成されることにより、チューブ端部の折り曲げ処理により、発泡弾性ロールを完全に覆い、なおかつ、チューブ端部を段付き位置に引っ掛けることにより、物理的に軸体とシームレスチューブを固定させることにより、発泡弾性ロールがどのような物性値であっても、チューブのズレを効果的に防止することが可能となる。シームレスチューブにより、発泡弾性ロールを完全に覆ったとしても、軸体の段付き位置とチューブ端部を固定させなければ、発泡弾性ロールの柔軟さゆえ、チューブのズレを解消することが困難となり、最終的に画像不良が発生する。

本発明の帯電ロール１１の構成の例を図１に示す。図１は導電性被覆層が２層の場合であり、図中１は導電性基体、２は弾性層、３が導電性被覆層であり、３（ｉ）が内部層、３（ｏ）が表面層である。

導電性基体１の材質としては、鉄、銅及びステンレス等の金属、カーボン分散樹脂、金属あるいは金属酸化物分散樹脂等が用いられ、その形態としては、円柱状及び両端部が中央の外径よりも小さい段付き状の円柱状軸等が使用できる。例えば、弾性ロールの構成としては、導電性基体上に弾性層２を設け、更に導電層又は抵抗層を設けたもの等が用いられる。弾性層としては、クロロプレンゴム、イソプレンゴム、ＥＰＤＭゴム、ポリウレタンゴム、エポキシゴム及びブチルゴム等のゴム又はスポンジや、スチレンブタジエン、ポリウレタン、ポリエステル及びエチレン−酢酸ビニル等の熱可塑性樹脂で形成することができる。これらのゴムや樹脂にカーボンブラック、金属及び金属酸化物粒子等の導電剤を含有させてもよい。

導電性被覆部材に用いられる材料としては、チューブ端部を溶融変形させるために、熱可塑性樹脂、またはエラストマーを含むシームレスチューブであることが必要である。

熱可塑性エラストマーを用いる場合として具体的には、オレフィン系（ＴＰＯ）、スチレン系（ＴＰＳ）、ウレタン系（ＴＰＵ）、エステル系（ＴＰＥＥ）、アミド系（ＴＰＡ）、塩化ビニル（ＰＶＣ）系などが挙げられる。これらの熱可塑性エラストマーにカーボンブラック、金属及び金属酸化物粒子等の導電剤を含有させてもよい。

また、上記熱可塑性エラストマーのほかに、さらに熱可塑性樹脂、無機顔料等添加することは何ら問題ない。

次に本発明の導電性被覆層を形成するシームレスチューブの製造方法としては、まず熱可塑性エラストマー、カーボンブラック等の導電顔料を必要な添加剤とともに混練し、続いてペレット化する。次に得られたペレットを押出し成形機によりシームレスチューブとする。そして、成形加工されたシームレスチューブを支持部材に被覆し、帯電部材とするのである。

本発明におけるシームレスチューブの厚みには特に制限はないが、好ましくは１００〜６００μｍである。また、多層同時成形チューブとすることもなんら制限されるものではない。

シームレスチューブを導電性被覆部材とした帯電ロールのチューブズレの評価は、実際に用いられるプロセスカートリッジに帯電ロールを組み込み、チューブのズレ、画像品質について評価した。評価にあたり、苛酷な温度、湿度変化に伴って、発泡弾性層の膨張、収縮、シームレスチューブの劣化、軟化を考慮し、４０℃／９５％ＲＨ下において、３０日間放置後に、レーザービームプリンターに装着、画像出しし、チューブのズレ量、画像品質評価を行った。

図３に本発明の帯電ロール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の例を示す。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グ手段は、特に限定されるものではない。

図３において、１３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１３は、回転過程において、接触配置されている一次帯電手段としての本発明の帯電ロール１１によりその周面に交流成分を含む正又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１４を受ける。こうして電子写真感光体１３の周面に静電潜像が順次形成されていく。

形成された静電潜像は、次いで現像手段１５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１３と転写手段１６との間に電子写真感光体１３の回転と同期取りされて給紙された転写材１７に、転写装置１６により順次転写されていく。

像転写を受けた転写材１７は、電子写真感光体面から分離されて像定着手段１８へ導入されて像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。

像転写後の電子写真感光体１３の表面は、クリーニング手段１９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。

以下、実施例をあげて説明をするが、本発明は実施例に限定されるものではない。なお本実施例中の「部」は質量部を示す。

（発泡弾性層支持部材の作製例）
導電性基体として、鉄材を押出し成形により、直径８ｍｍの棒材に押出し、長さ３８０ｍｍに切断後、両端部２０ｍｍを直径６ｍｍにまで削り、これに化学メッキを厚さ約３μｍ施したものを用意した。次に、発泡弾性層の材料として、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）を１００部、カーボンブラック（一次粒径３０ｎｍ、比表面積１２００ｍ²／ｇ、ＤＢＰ吸油量５００、ｐＨ９．０）を１０部と発泡剤、加硫剤及びその他の添加剤を適量加え２本ロールで混練分散し、ゴムコンパウンドを得た。得られたゴムコンパウンドを単軸押し出し機でチューブ状に押し出し成型し、１６０℃，０．７ＭＰａの水蒸気中で３０分間発泡と加硫を行い、直径１２．５ｍｍ，長さ３８０ｍｍ、中心部の穴の直径４ｍｍのチューブ状発泡弾性層を作製した。この発泡弾性層チューブを、表面に導電性接着剤を塗布した上記導電性基体上に被覆し、続いて２００℃，０．７ＭＰａの水蒸気中で３０分間加硫した後、不要な端部のゴムを導電性基体の端面より２２ｍｍ内側にて両端カットして、導電性スポンジゴム基層を作った。その後、研磨によって直径１３．５ｍｍの発泡弾性層支持部材を得た。

（シームレスチューブの作製例１／チューブ１）
チューブ表面層用として、スチレン−水添ブタジエン−結晶性オレフィンブロック共重合体エラストマー（ＳＥＢＣ）（スチレン含率２０％）を６０部、耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）４０部、カーボンブラック（一次粒径３０ｎｍ、比表面積８００ｍ²／ｇ、ＤＢＰ吸油量３６０、ｐＨ９．０）１０部、ステアリン酸カルシウム１部を添加し、加圧式ニーダーを用いて１８０℃で１５分間混練し、冷却粉砕後に造粒用押し出し機によりペレット化した。

チューブ内層用として、熱可塑性ポリウレタンエラストマー（ＴＰＵ）１００部にカーボンブラック（一次粒径３０ｎｍ、比表面積８００ｍ²／ｇ、ＤＢＰ吸油量３６０、ｐＨ９．０）１６部、ステアリン酸カルシウム１部を添加し、加圧式ニーダーを用いて１８０℃で１５分間混練し、冷却粉砕後に造粒用押し出し機によりペレット化した。

上記のペレットを用いて、内径φ２０．０ｍｍのダイスと外径φ１８．７ｍｍのポイントを備えた二色押し出し機で押し出し成形後、サイジング、冷却工程を経て、内径φ１３．１ｍｍ、表面層の厚さ１００μｍ、内部層の厚さ４００μｍのシームレスチューブに成形加工した。

（シームレスチューブの作製例２／チューブ２）
チューブ表面層用として、ＴＨＶ（住友３Ｍ製ＴＨＶ−２２０Ｇ、ポリ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン）共重合体エラストマー）を１００部、カーボンブラック（一次粒径３０ｎｍ、比表面積８００ｍ²／ｇ、ＤＢＰ吸油量３６０、ｐＨ９．０）２０部、ステアリン酸カルシウム１部を添加し、加圧式ニーダーを用いて１８０℃で１５分間混練し、冷却粉砕後に造粒用押し出し機によりペレット化した。チューブ内層用及び、その後の工程はシームレスチューブ作製例１と同様の製造工程を経て、内径φ１３．１ｍｍ、表面層の厚さ１００μｍ、内部層の厚さ４００μｍのシームレスチューブに成形加工した。

（実施例及び比較例）
得られたシームレスチューブを前記発泡弾性層支持部材に被覆し、図１に示すような帯電ロール１１を作製した。さらに、端部の折り曲げ処理として、図２に示すように、発泡弾性層２の内径よりも小さい径にまで折り曲げ処理した（図２−ａ）。また比較例として、端部の折り曲げを発泡弾性層の内径と同一の場合（図２−ｂ）、同内径よりも小さい場合（図２−ｃ）について作製した。以下にこれらの評価方法を記載する。

＜過酷保管評価／チューブズレの評価＞
実施例及び比較例で得られた帯電ロールを図３に示すプロセスカートリッジに組み込み、苛酷保管環境（４０℃／９５％ＲＨ）にて３０日間放置し、その後、プロセスカートリッジをレーザービームプリンターに装着、画像出しし、画像出し後のローラー端部を観察して発泡弾性体層の端部とシームレスチューブの端部の位置が導電性基体の端部の位置を起点として、初期の値からどの程度ズレたかにより数値化した。また、画像端部にチューブズレによる画像不良の発生の有無を確認した。結果を表１に示した。なお表中の○は、全領域において画像不良がないことを示し、×は画像端部にチューブズレによる帯電不良に伴う黒帯等の画像不良が発生したことを示した。

以上の結果から、発泡弾性体にシームレスチューブを被覆した接触式の帯電ロールに関し、チューブの端面を発泡弾性層の内径よりも小さく折り曲げることにより、チューブのズレを防止し、安定かつ良好な均一帯電特性と出力画像品質が得られる帯電ロールを提供することが可能となった。

本発明の帯電ロールの概略断面図である。本発明の帯電ロールの端部処理形状の概略図である。本発明の帯電ロール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構成図である。

符号の説明

１導電性基体
２弾性層
３導電性被覆層
３（ｉ）内部層
３（ｏ）外部層
１１帯電ロール
１２電源
１３電子写真感光体
１４露光光
１５現像機
１６転写装置
１７転写材
１８定着装置
１９クリーニング装置
２０プロセスカートリッジ装着のための装置本体レール
２１プロセスカートリッジ

Claims

導電性基体が両端部が中央の外径よりも小さい段付き状の円柱状軸であり、発泡弾性ロールの端部が段付き位置よりも内側になるように構成された支持部材と熱可塑性樹脂よりなるシームレスチューブで構成される導電性被覆部材を有する帯電ロールであって、支持部材と導電性被覆部材が物理的に固定されてなる帯電ロールにおいて、導電性被覆部材の端部を内側へ溶融変形させ、その変形が発泡弾性ロールの内径よりも小さい外径になるように変形されたことを特徴とする帯電ロール。
電子写真感光体と、帯電部材と、現像手段、クリーニング手段とを一体に支持し、電子写真装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、該帯電部材が、該電子写真感光体に接触配置され、交流成分を含む電圧を印加されることにより該電子写真感光体を帯電する帯電部材であって、請求項１に記載の帯電ロールを用いた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、帯電部材、露光手段、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、該電子写真感光体に接触配置され、交流成分を含む電圧を印加されることにより該電子写真感光体を帯電する帯電部材であって、請求項１に記載の帯電ロールを用いたことを特徴とする電子写真装置。