JP4938294B2 - 導電性部材及びこの導電性部材を用いた帯電部材及びこの帯電部材を用いたプロセスカートリッジ及びこのプロセスカートリッジを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Description
本発明は、導電性部材及びこの導電性部材を用いた帯電部材及びこの帯電部材を用いたプロセスカートリッジ及びこのプロセスカートリッジを用いた画像形成装置に関する。
従来から、複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置には、感光体ドラム（像担持体）に対して帯電処理を行う帯電部材や、感光体ドラム上のトナーに対して転写処理を行う転写部材として導電性部材が用いられている。
図１は画像形成装置の模式図を示したものであり、画像形成装置１は、静電潜像が形成される像担持体としての感光体ドラム４と、感光体ドラム４に対して帯電処理を行う帯電部材としての帯電ローラ２と、帯電ローラ２に電圧を印加するためのパワーパック（電圧印加源）３と、感光体ドラム４の表面電位を測定する表面電位計５と、感光体ドラム４の静電潜像にトナーを固着させる現像ローラ６と、感光体ドラム４上のトナー像を記録紙Ｓに転写処理する転写ローラ７と、転写処理後の感光体ドラム４をクリーニングするクリーニング装置８とを備えている。なお、図２に示すように、感光体ドラム４、帯電ローラ２、現像ローラ６、クリーニング装置８を一括して有するプロセスカートリッジ９が画像形成装置１内に設置される場合もある。
帯電ローラ２はパワーパック３より電源供給を受け、感光体ドラム４を所望の電位に帯電させる。この感光体ドラム４は図示を略す駆動機構により矢印Ａ方向に回転する。表面電位計５はその回転方向に沿って帯電ローラ２の直後に設けられ、感光体ドラム４の表面４ａの電位を測定する。
現像ローラ６は帯電した感光体ドラム４にトナーを付着させ、転写ローラ７は感光体ドラム４に付着したトナーを記録紙Ｓに転写する。クリーニング装置８は感光体ドラム４に残留したトナーを除去し、感光体ドラム４をクリーニングする。
この画像形成装置１による画像形成過程では、まず、帯電ローラ２により感光体ドラム４の表面４ａが負の高電位に帯電される。続いて、その表面４ａが露光される。この露光Ｌにより表面４ａの各電位が受光量に応じた電位分布となり、これにより、静電潜像がその表面４ａに形成される。
感光体ドラム４が回転して、その表面４ａの静電潜像が形成された部分が現像ローラ６を通過すると、表面４ａには電位分布に応じたトナーが付着して静電潜像がトナー像として可視化される。このトナー像は所定のタイミングで給送される記録紙Ｓに転写ローラ７により転写され、記録紙Ｓは図示を略す定着ユニットに向かって矢印Ｂ方向に搬送される。
一方、転写後、感光体ドラム４は、表面４ａに残留するトナーがクリーニング装置８により除去されてクリーニングされると共に、図示を略すクエンチングランプにより電荷が除去されて次回の作像処理に移行する。
上記の画像形成装置１における一般的な帯電方式として帯電ローラ２を感光体ドラム４に接触させる接触帯電方式が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
しかしながら、接触帯電方式からなる帯電ローラ２を用いた場合には、以下に掲げるような問題がある。
（１）帯電ローラの構成物質が帯電ローラから染み出して感光体ドラムの表面に固着し、この固着が進行すると、感光体ドラムの表面に帯電ローラの跡が残る。
（２）帯電ローラ２に交流電圧を印加した際に、感光体ドラムに接触している帯電ローラが振動して帯電音が起こる。
（３）感光体ドラムの表面のトナーが帯電ローラに固着して帯電性能が低下する。特に、帯電ローラにおいて（１）の染み出しが生じると、トナーが一層固着し易くなる。
（４）帯電ローラを構成している物質が感光体に固着し易い。
（５）感光体ドラムを長期間駆動しないと、帯電ローラに永久変形が生じる。
（１）帯電ローラの構成物質が帯電ローラから染み出して感光体ドラムの表面に固着し、この固着が進行すると、感光体ドラムの表面に帯電ローラの跡が残る。
（２）帯電ローラ２に交流電圧を印加した際に、感光体ドラムに接触している帯電ローラが振動して帯電音が起こる。
（３）感光体ドラムの表面のトナーが帯電ローラに固着して帯電性能が低下する。特に、帯電ローラにおいて（１）の染み出しが生じると、トナーが一層固着し易くなる。
（４）帯電ローラを構成している物質が感光体に固着し易い。
（５）感光体ドラムを長期間駆動しないと、帯電ローラに永久変形が生じる。
このような問題に対処するために、帯電ローラ２を感光体ドラム４に接触するのではなく近接させる近接帯電方式が考案されている（特開平３−２４００７６号公報等）。この近接帯電方式は、帯電ローラ２と感光体ドラム４との最近接距離（以下、空隙という）が５０μｍ〜３００μｍとなるように両者を対向させ、帯電ローラ２に電圧を印加して感光体ドラム４の帯電を行うものである。
近接帯電方式では帯電ローラ２と感光体ドラム４とが接触していないので、接触帯電方式で問題となる「帯電ローラの構成物質の感光体ドラムへの固着」、及び「長期間の不使用により生じる帯電ローラの永久変形」は問題とはならない。また、「トナーの固着による帯電ローラの帯電性能の低下」についても、帯電ローラに固着するトナーが少なくなるため、近接帯電方式が優れている。
非接触帯電方式では、感光体ドラムに帯電ローラが当たらないために、弾性体を用いる必要はなく、従って、硬質の熱可塑性樹脂を用いることができる。
これにより、感光体と帯電ローラとの間の空隙を均一にすることが可能となる。帯電ローラによる感光体ドラムの表面の帯電メカニズムは、帯電ローラと感光体ドラムとの間の微小放電によるパッシェンの法則に従った放電であることが知られている。感光体ドラムを所定の帯電電位に保持する機能を得るためには、熱可塑性樹脂の電気抵抗値を半導電性領域（１０6Ωｃｍ〜１０9Ωｃｍ程度）に制御する必要がある。
電気抵抗値を制御する方法としては、熱可塑性樹脂中にカーボンブラック等の導電性顔料を分散させる方法が知られている。しかし、導電性顔料を用いて電気抵抗調整層を半導電性領域に設定しようとすると、電気抵抗値のばらつきが大きくなるので、部分的に帯電不良が起こるか、又は、電子伝導により局所放電（リーク放電）が発生し、画像欠陥を発生させるという問題がある。
一方、電気抵抗値を制御するための別の手段として、イオン導電性材料を用いることにより、電気抵抗値のばらつきを小さくし、かつ、電子伝導系を用いた場合に生じるような局所的リークを防止できるため、帯電不良を防止できる。
イオン導電性材料としては、アルカリ金属塩、アンモニウム塩のような電解質塩があるが、低分子量であるので、マトリックス樹脂の表面にブリードアウトしやすい性質があり、その結果、帯電ローラの表面へブリードアウトした場合に、トナーの固着が発生し、画像不良が発生するという問題がある。また、通電により分極が生じるため、経時変化により電気抵抗値が上昇する。
そこで、ブリードアウトを避けるために、高分子量のイオン導電性材料を使用するものが提案されている（特開２００５−９１８１８号公報）。このものでは、イオン導電性材料がマトリックス樹脂中に分散固定化されるため、表面へのブリードアウトが起こり難い。この種の高分子型イオン導電性材料としては、主にポリアミドエラストマー（ＰＥＥＡ）が用いられている。
特開昭６３−１４９６６８号公報
特開平１−２１１１７７９号公報
特開平１−２６７６６７号公報
ところが、この種の高分子のイオン導電性材料だけでは、導電性部材として用いたとしても目的とする低い抵抗値を得ることができないという問題がある。これを解決するためには、塩を添加することが考えられ、これにより望ましい抵抗値が得られる。この抵抗値を低くするためには、塩がイオン解離しやすいことが条件となる。
これには、過塩素酸塩が用いられることが多い。そこで、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸リチウム等が用いることが考えられるが、これらを用いた場合には、過塩素酸ナトリウムがイオン解離した際に、空気中の水分と反応して、強アルカリ性の水酸化ナトリウムを生じ、経時的変化により熱可塑性樹脂が劣化し、ソルベントクラックが発生するという問題がある。
なお、本発明と類似の技術として、熱可塑性樹脂に有機ホスホニウム塩を加えたものとして、特開２００２−３１１６８７号公報に開示のものが知られている。
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、電気抵抗調整層の低抵抗化を達成できかつ経時的な熱可塑性樹脂の劣化を防止でき、ひいては、ソルベントクラックの発生をも防止できる導電性部材、更には、熱可塑性樹脂の経時的な劣化を防止しつつ、電気抵抗調整層として目標とする電気抵抗値を容易に得ることができる導電性部材及びこの導電性部材を用いた帯電部材及びこの帯電部材を用いたプロセスカートリッジ及びこのプロセスカートリッジを用いた画像形成装置を提供することにある。
請求項１に記載の導電性部材は、一方から他方に向かって延びかつ所定電位が印加される長尺形状の導電性支持体と、該導電性支持体の周面を包囲するように形成されかつ電気抵抗を調整する電気抵抗調整層と、該電気抵抗調整層の表面を被覆するようにして設けられて前記電気抵抗調整層の表面を保護する表面保護層とを有するものにおいて、
前記電気抵抗調整層には分子中にエーテル基を有する熱可塑性樹脂材料と有機ホスホニウム塩とが含まれていることを特徴とする。
前記電気抵抗調整層には分子中にエーテル基を有する熱可塑性樹脂材料と有機ホスホニウム塩とが含まれていることを特徴とする。
請求項２に記載の導電性部材は、前記エーテル基を有する熱可塑性樹脂材料がポリエーテルエステルアミドであることを特徴とする。
請求項３に記載の導電性部材は、前記電気抵抗調整層が前記エーテル基を有する熱可塑性樹脂材料と該エーテル基を有する熱可塑性樹脂材料よりも硬度が高い熱可塑性樹脂材料との混合生成物からなり、該混合生成物は、両熱可塑性樹脂材料を溶融状態で混練し、溶融状態の混練物を硬化して生成されていることを特徴とする。
請求項４に記載の導電性部材は、前記溶融状態の混練物には、相溶化剤としてグリシジルメタクリレート基を含有する熱可塑性樹脂が添加されていることを特徴とする。
請求項５に記載の導電性部材は、前記表面保護層には非トナー付着性の樹脂層が用いられていることを特徴とする。
請求項６に記載の導電性部材は、前記電気抵抗調整層が像担持体に与える帯電電位を調整するために用いられ、前記導電性支持体の延びる方向両端部に前記像担持体と前記表面保護層との間に空隙を形成して該空隙を保持する空隙保持部材がそれぞれ設けられていることを特徴とする。
請求項７に記載の導電性部材は、前記各空隙保持部材が前記導電性支持体と前記電気抵抗調整層との少なくとも一方に接着固定されていることを特徴とする。
請求項８に記載の導電性部材は、前記各空隙保持部材の接着面がプライマー処理されていることを特徴とする。
請求項９に記載の導電性部材は、前記導電性支持体が円柱形状であることを特徴とする。
請求項１０に記載の導電性部材は、一方から他方に向かって延びかつ所定電位が印加される長尺形状の導電性支持体と、該導電性支持体の周面を包囲するように形成されかつ電気抵抗を調整する電気抵抗調整層と、該電気抵抗調整層の表面を被覆するようにして設けられて前記電気抵抗調整層の表面を保護する表面保護層とを有するものにおいて、
前記電気抵抗調整層には分子中にエーテル基を有して吸水率の低い熱可塑性樹脂材料と分子中にエーテル基を有して吸水率の高い熱可塑性樹脂材料との混合生成物と有機ホスホニウム塩とが含まれていることを特徴とする。
前記電気抵抗調整層には分子中にエーテル基を有して吸水率の低い熱可塑性樹脂材料と分子中にエーテル基を有して吸水率の高い熱可塑性樹脂材料との混合生成物と有機ホスホニウム塩とが含まれていることを特徴とする。
請求項１１に記載の導電性部材は、前記混合生成物は、両熱可塑性樹脂材料を溶融状態で混練し、溶融状態の混練物を硬化して生成されていることを特徴とする。
請求項１２に記載の導電性部材は、前記溶融状態の混練物には、相溶化剤としてグリシジルメタクリレート基を含有する熱可塑性樹脂が添加されていることを特徴とする。
請求項１３に記載の導電性部材は、前記電気抵抗調整層が像担持体に与える帯電電位を調整するために用いられ、前記導電性支持体の延びる方向両端部に前記像担持体と前記表面保護層との間に空隙を形成して該空隙を保持する空隙保持部材がそれぞれ設けられていることを特徴とする。
請求項１４に記載の導電性部材は、前記各空隙保持部材が前記導電性支持体と前記電気抵抗調整層との少なくとも一方に接着固定されていることを特徴とする。
請求項１５に記載の導電性部材は、前記各空隙保持部材の接着面がプライマー処理されていることを特徴とする。
請求項１６に記載の導電性部材は、前記導電性支持体が円柱形状であることを特徴とする。
請求項１７に記載の帯電部材は、請求項３又は請求項１０に記載の導電性部材からなることを特徴とする。
請求項１８に記載のプロセスカートリッジは、請求項１７に記載の帯電部材を有することを特徴とする。
請求項１９に記載の画像形成装置は、請求項１８に記載のプロセスカートリッジを有することを特徴とする。
請求項１に記載の発明によれば、イオン解離しにくいと考えられかつイオン解離してもアルカリ性の物質が生じない有機ホスホニウム塩を電気抵抗調整層に含有させたので、導電性部材として目標とする抵抗値を得ることができ、かつ、アルカリ性物質が生じないため、樹脂の劣化を防止でき、従って、通電時の経時的な熱可塑性樹脂材料の劣化を防止できるという効果を奏する。
請求項２に記載の発明によれば、エーテル基を有する熱可塑性樹脂材料としてポリエーテルエステルアミドを用いることにしたので、機械加工性を損なうことなく、導電性部材として目標とする抵抗値を得ることができかつイオン解離によって生成された物質に起因するソルベントクラックを防止できるという効果を奏する。
請求項３に記載の発明によれば、エーテル基を有する熱可塑性樹脂材料の硬度と、このエーテル基を有する熱可塑性樹脂材料の硬度よりも高い熱可塑性樹脂材料とを溶融混練して生成された混合生成物を用いることにしたので、請求項２に記載の発明に較べて、より一層機械加工性能を向上させることができるという効果を奏する。
請求項４に記載の発明によれば、相溶化剤としてグリシジルメタクリレート基を含有する熱可塑性樹脂を添加することにしたので、エーテル基を有する熱可塑性樹脂材料とこのエーテル基を有する熱可塑性樹脂材料の硬度よりも高い熱可塑性樹脂材料との分散性能の向上を図ることができ、導電性部材としてより一層目標とする抵抗値に近づけることができるという効果を奏する。また、成形加工によって形成される電気抵抗調整層のウエルドラインの強度の向上を図ることができるため、通電の繰り返し或いは連続通電時の樹脂劣化に起因するクラックの発生を防止できるという効果を奏する。
請求項５に記載の発明によれば、表面保護層を非トナー付着性の樹脂材料を用いて形成したので、トナーが表面保護層に付着するのを防止でき、従って、画像形成装置に用いた場合に、安定した品質の画像を提供できるという効果を奏する。
請求項６に記載の発明によれば、像担持体と表面保護層との間を空隙保持部材を用いて非接触に保つことにしたので、導電性部材を構成する物質の像担持体への付着、長期間の不使用により生じる導電性部材の変形を回避できるという効果を奏する。
請求項７に記載の発明によれば、空隙保持部材を電気抵抗調整層と導電性支持体との少なくとも一方に接着固定する構成としたので、導電性支持部材を回転させながらその導電性支持体の長手方向に電気抵抗調整層と空隙保持部材とを切削加工する場合に、電気抵抗調整層と空隙保持部材とが相対回転するのを防止できる。
請求項８に記載の発明によれば、空隙保持部材を電気抵抗調整層と導電性支持体との少なくとも一方に対する接着強度の向上を図ることができるという効果を奏する。
請求項９に記載の発明によれば、電荷の局所的集中を防止できるので導電性部材の寿命を延ばすことができるという効果を奏する。
請求項１０に記載の発明によれば、分子中にエーテル基を有して吸水率の低い熱可塑性樹脂材料と分子中にエーテル基を有して吸水率の高い熱可塑性樹脂材料とを溶融混練して硬化させて生成した混合生成物を用いて電気抵抗調整層を形成したので、吸水率が低くて抵抗値の高い傾向にある熱可塑性樹脂材料と吸水率が高くてかつ抵抗値が低い傾向にある熱可塑性樹脂材料との両者の長所を取り入れ、目標とする電気抵抗調整層の抵抗値に近づけつつかつ機械加工性を損なうことを防止できる導電性部材を提供できるという効果を奏する。
更には、その混合生成物にはイオン解離しにくいと考えられかつイオン解離してもアルカリ性の物質が生じない有機ホスホニウム塩を電気抵抗調整層に含有させたので、導電性部材としてより目標とする抵抗値を得ることができ、かつ、アルカリ性物質が生じないため、樹脂の劣化を防止でき、従って、通電時の経時的な熱可塑性樹脂材料の劣化を防止できるという効果を奏する。
請求項１１に記載の発明によれば、請求項１０に記載の効果をより一層向上させる効果がある。
請求項１２に記載の発明によれば、導電性部材としてより一層目標とする抵抗値に近づけることができるという効果を奏する。また、成形加工によって形成される電気抵抗調整層のウエルドラインの強度の向上を図ることができるため、通電の繰り返し或いは連続通電時の樹脂劣化に起因するクラックの発生を防止できるという効果を奏する。
請求項１３に記載の発明によれば、像担持体と表面保護層との間を空隙保持部材を用いて非接触に保つことにしたので、導電性部材を構成する物質の像担持体への付着、長期間の不使用により生じる導電性部材の変形を回避できるという効果を奏する。
請求項１４に記載の発明によれば、導電性支持体を回転させながらその導電性支持体の長手方向に電気抵抗調整層と空隙保持部材とを切削加工する場合に、電気抵抗調整層と空隙保持部材とが相対回転するのを防止できるという効果を奏する。
請求項１５に記載の発明によれば、空隙保持部材を電気抵抗調整層と導電性支持体との少なくとも一方に対する接着強度の向上を図ることができるという効果を奏する。
請求項１６に記載の発明によれば、電荷の局所的集中を防止できるので導電性部材の寿命を延ばすことができるという効果を奏する。
請求項１７に記載の発明によれば、長期間に渡って安定した帯電電位を像担持体に与えることができるという効果を奏する。
請求項１８に記載の発明によれば、交換可能なプロセスカートリッジを提供できるという効果を奏する。
請求項１９に記載の発明によれば、高品質でかつ長期の使用に対して安定した画像を得ることができる画像形成装置を提供できるという効果を奏する。
以下に、本発明に係わる導電性部材及びこの導電性部材を用いた帯電部材及びこの帯電部材を用いたプロセスカートリッジ及びこのプロセスカートリッジを用いた画像形成装置の発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
（実施例１）
図３は、画像形成装置１の帯電ローラ（帯電部材）２として使用される導電性部材の構成を示している。その画像形成装置１の概略構成は、図１を用いて説明したものと同様の構成であるので、ここでは、画像形成装置１の構成の説明は省略する。帯電ローラ２は近接帯電方式のものであって、一方から他方に向かって延びかつ所定電位が印加される長尺形状の導電性支持体１０と、この外周面１０ａを包囲するようにして形成されて電気抵抗を調整する電気抵抗調整層１１とを備えている。導電性支持体１０の両端部には電気抵抗調整層１１の端部にそれぞれ当接するようにして一対の空隙保持部材１２が設けられている。
図３は、画像形成装置１の帯電ローラ（帯電部材）２として使用される導電性部材の構成を示している。その画像形成装置１の概略構成は、図１を用いて説明したものと同様の構成であるので、ここでは、画像形成装置１の構成の説明は省略する。帯電ローラ２は近接帯電方式のものであって、一方から他方に向かって延びかつ所定電位が印加される長尺形状の導電性支持体１０と、この外周面１０ａを包囲するようにして形成されて電気抵抗を調整する電気抵抗調整層１１とを備えている。導電性支持体１０の両端部には電気抵抗調整層１１の端部にそれぞれ当接するようにして一対の空隙保持部材１２が設けられている。
その一対の空隙保持部材１２の間が、図４に示すように、感光体ドラム４の表面４ａに対して所定量の空隙Ｇを保持するように対して対向される対向軸部１１Ａとなっている。その空隙Ｇは一対の空隙保持部材１２が像担持体としての感光体ドラム４の表面４ａに当接したときに形成される。
導電性支持体１０は円柱状の芯金から構成され、その円柱状芯金１０には帯電ローラ２に電圧を印加するためのパワーパック（電圧印加源）３（図１参照）が接続される。電気抵抗調整層１１は導電性支持体１０を中心軸とする円筒状を呈する。空隙保持部材１２と対向軸部１１Ａとの間には高低差が設けられており、この高低差は導電性支持体１０を回転させながら空隙保持部材１２と電気抵抗調整層１１とを切削又は研磨処理することにより形成される。その対向軸部１１Ａには非トナー付着性の樹脂層からなる表面保護層１３が形成されている。
その表面保護層１３は、トナーの付着、トナー構成成分の付着により帯電ローラ２（導電性部材）の機能が劣化するため、これを防止するために形成されている。表面保護層１３の電気抵抗値は、電気抵抗調整層１１の抵抗値よりも大きく形成されている。これにより、像担持体の欠陥部への電圧集中、異常放電（リーク）を回避することができる。ただし、表面保護層１３の電気抵抗値を高くしすぎると、帯電能力や転写能力が不足するので、表面保護層１３と電気抵抗調整層１１との抵抗値の差を１０3ｃｍ以下とするのが望ましい。この表面保護層１３を形成する材料には、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂等が非粘着性に優れ、トナー固着防止の面で好ましい。
また、樹脂材料が、電気的に絶縁性を有するので、樹脂材料に対して各種導電性材料を分散させることによって、表面保護層１３の電気抵抗値を調整する。この表面保護層１３を電気抵抗調整層１１の表面に形成するには、表面保護層１３を形成するのに用いる材料を有機溶媒に溶解させて塗料を作製し、スプレー塗装、ディッピング、ロールコート等の各種のコーティング方法を用いることができる。その表面保護層１３の膜厚は、５μｍ〜３０μｍが好ましい。
その空隙保持部材１２は電気抵抗調整層１１又は導電性支持体１０のいずれか一方に接着固定される。その接着固定の際には、空隙保持部材１２を電気抵抗調整層１１又は導電性支持体１０のいずれか一方に強固に接着させるためにプライマー処理を施すのが望ましい。
接着剤としては、エポキシ系、シアノアクリレート系等、各種の接着剤を用いることができるが、硬化時間の短いシアノアクリレート系が量産性の向上を図るうえで望ましい。
ここで、接着剤を用いることにしたのは、導電性支持部材１０を回転させながらその導電性支持部材１０の長手方向に電気抵抗調整層１１と空隙保持部材１２とを切削加工する場合に、電気抵抗調整層１１と空隙保持部材１２とが相対回転するのを防止できるからである。
図４は図３に示す帯電ローラ２を感光体ドラム４に隣接設置した状態を示した模式図であり、帯電ローラ２は感光体ドラム４に対して所定の圧力で当接されて配置される。この帯電ローラ２は、その対向軸部１１Ａの外径が空隙保持部材１２の外径に対して僅かに小径を呈する。
帯電ローラ２の空隙保持部材１２の外周面は感光体ドラム４の表面４ａに当接するが、空隙保持部材１２と対向軸部１１Ａとの間に高低差があるので、表面保護層１３と感光体ドラムの表面４ａとの間に空隙Ｇが形成される。
帯電ローラ２は、その空隙保持部材１２が感光体ドラム４の画像形成領域Ｘ１以外の感光層塗布領域（非画像形成領域Ｘ２）に当接するようにして設置される。この状態で帯電ローラ２に電圧を印加することにより、感光体ドラム４はその画像形成領域Ｘ１が帯電される。
感光体ドラム４は、ここでは、円筒状を呈するものを用いているが、ベルト状のものであっても良く、導電性部材も円筒状でなくとも、例えば楕円筒形状のものであっても構わないが、感光体ドラム４、導電性部材は円筒状のものであることが望ましい。
というのは、導電性部材と感光体ドラム４との同じ面を常時対向させた状態にして帯電を行わせることにすると、通電ストレスによる化学的変化が導電性部材の表面と感光体ドラム４の表面４ａとに生じるが、帯電ローラ２と感光体ドラム４とを円筒形状にして両者を回転駆動させることにすれば、互いに対向する面を回転に伴って変化させることが可能となるからである。
対向軸部１１Ａと感光体ドラム４の表面４ａとの間の空隙Ｇの量は、画像を形成したときに帯電ムラによる画像不良の発生を防止するために、対向軸部１１Ａの一方から他方に向かっての空隙Ｇの量のバラツキを２０μｍ以下とするのが望ましい。
電気抵抗調整層１１には、分子中にエーテル基を有する熱可塑性樹脂材料と有機ホスホニウム塩とが含まれている。イオン導電性が必要なわけは、カーボンブラックのような電子導電系の導電剤を用いると、電荷がカーボンブラックを通じて像担持体に向かって放電するために、カーボンブラックの分散状態に起因する微小な放電ムラが生じ易く、高画質化を図ることができないからである。特に、高電圧の印加時にこの放電ムラによる画質不良が生じる傾向にある。
イオン導電性の熱可塑性樹脂材料としては、アルカリ金属塩、アンモニウム塩のような低分子量の塩もあるが、通電すると、分極を生じやすく、ブリードアウトが生じやすい。従って、高分子型イオン導電性の熱可塑性樹脂材料として、ポリエーテル基を含む高分子型イオン導電性の熱可塑性樹脂材料が用いられる。ポリエーテル基を含む熱可塑性の樹脂材料としてはポリアミドエラストマーとして用いられているポリエーテルエステルアミドがある。ポリエーテルエステルアミドは、ポリエーテルとポリアミドとの共重合体であり、ポリアミドとポリエーテルとの割合は任意に選べる。このポリエーテルエステルアミドは、イオン導電性の高分子材料であり、像担持体へのリークが起こり難く、また、マトリックス樹脂中の表面へのブリードアウトも生じがたい。
しかし、ポリエーテル基を含む高分子型イオン導電性の熱可塑性樹脂材料のみでは、目標とする電気抵抗値を有する電気抵抗調整層１１を形成しがたい。そこで、塩を併用することにより目標とする低抵抗の電気抵抗値を有する電気抵抗調整層１１を製作することが考えられる。
塩としては、過塩素酸塩が一般的に用いられているが、水との反応によりアルカリ性物質を形成し易く、このアルカリ性物質の生成に起因する熱可塑性樹脂層の劣化が生じやすくなるので、導電性部材の耐久性が問題となる。そこで、過塩素酸塩の代わりに、有機ホスホニウム塩を用いる。この有機ホスホニウム塩は、分子中にアルカリ性の金属物質を有しないので、アルカリ性の物質が生じることがない。
電気抵抗調整層１１の体積固有抵抗値としては、１０5Ωｃｍから１０9Ωｃｍ程度が望ましい。というのは、体積固有抵抗率が１０9Ωｃｍを超えると、帯電量の不足により均一な画像を得るのに十分な帯電電位を感光体ドラム４に与えることができず、体積固有抵抗率が１０5Ωｃｍよりも低いと、感光体ドラム４への欠陥部があると、その欠陥部に電圧集中が生じ、異常放電（リーク）が生じるからである。より好ましくは、１０5Ωｃｍから１０6Ωｃｍの範囲を電気抵抗調整層１１の体積固有抵抗値の目標範囲とするのが望ましい。体積固有抵抗値のバラツキが小さいほど、画像品質のバラツキを小さくできるからである。
ポリエーテルエステルアミドは、従来から熱可塑性のエラストマーとして用いられているように、柔らかくて機械加工しにくいという問題がある。そこで、ポリエーテルエステルアミドよりも硬度が高い熱可塑性樹脂材料とポリエーテルエステルアミドとの両熱可塑性樹脂材料を溶融状態で混練し、この溶融状態の混練物を熱硬化させて混合生成物を製作することにすると、ポリエーテルエステルアミドを単独で用いたときの硬度よりも高い硬度を有する電気抵抗調整層１１を製作することができ、機械加工性が向上する。ポリエーテルエステルアミドよりも硬度の高い熱可塑性樹脂材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル、ＡＢＳ、ポリスチレン、及びその共重合体等の汎用樹脂、ポリカーボネート、ポリアセタール等のエンジニアリングプラスチック等がある。
配合量については、高分子のイオン導電性の熱可塑性物質３０重量％〜８０重量％に対して、この高分子のイオン導電性の熱可塑性物質の硬度よりも硬度の高い熱可塑性樹脂の配合量を７０重量％〜２０重量％程度にするのが、目標とする体積固有抵抗率に近づけるうえで望ましい。
両熱可塑性物質の相溶性を高めるために、相溶化剤を添加するのが望ましい。相溶化剤としては、熱可塑性樹脂同士間に化学作用して、相溶性を向上させるために、ブロックグラフト・コポリマーが多くて主鎖にポリカーボネート、ポリオレフィンを有するものを用いるのが望ましく、特に、反応性基としてグリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）基を有するものが望ましい。
対向軸部１１Ａの表面と空隙保持部材１２との高低差は１００μｍ以下であることが望ましい。空隙Ｇが大きくなると、既述したように、像担持体の劣化や異常放電が生じやすくなるからである。
この空隙保持部材１２の体積抵抗率は１０13Ωｃｍ以上であることが望ましい。これ未満であると、その空隙保持部材１２は像担持体との接触の際に像担持体の基層との間にショート電流が発生するおそれがあるからである。
なお、空隙保持部材１２の全部が電気絶縁性を有する必要はなく、少なくとも像担持体との接触部分が電気絶縁性を有しているなら、ショート電流の発生を防止できる。空隙保持部材１２の材料としては、絶縁性材料である他は特に限定されないが、像担持体を傷つけない程度に柔らかいこと、トナーが固着しにくいこと等の理由から、ポリエチレン等のオレフィン系樹脂やフッ素樹脂等が好ましい。
具体的には、高密度ＰＥ（ポリエチレン）や高分子量ＰＥ（ポリエチレン）等がトナー非粘着性と像担持体に対する低摩耗性の観点から望ましい。トナー非粘着性の樹脂材料には、ここでは、例えばオレフィン系のものを用いる。このトナー非粘着性の樹脂材料は接着し難い性質を有する。従って、空隙保持部材１２を電気抵抗調整層１１と導電性支持部材１０との少なくとも一方に接着する際に、その空隙保持部材１２が接着される箇所に予めプライマー処理を施して、トナー非粘着性の樹脂材料を除去しておくのが望ましい。これにより、空隙保持部材１２の電気抵抗調整層１１と導電性支持部材１０とに対する接着不良を防止できる。
この導電性部材は、例えば、導電性支持体１０としての円柱状芯金の外周に電気抵抗調整層１１を射出成形により形成する工程と、両端部に予めプライマー処理が施された空隙保持部材１２を接着固定する工程と、導電性支持体１０を回転させながら電気抵抗調整層１１と空隙保持部材１２とを一方の端部から他方の端部に向かって切削又は研削することにより高低差のばらつきを解消しつつ一定の高低差を形成する工程と、切削又は研削加工された電気抵抗調整層１１の外周面に表面保護層１３を形成する工程とを経て製作される。
以下に、実施例及び比較例について説明する。
下記の表１に示す熱可塑性樹脂Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、塩を表１に示す各配合比の条件のもとで溶融状態で混練した後、ＳＵＭ（Ｎiメッキが施された金属）からなる外径１０ｍｍの円柱状芯金（導電性支持体）１０に射出成形により電気抵抗調整層１１を形成した。その後、電気抵抗調整層１１のゲート部相当箇所をカットし、電気抵抗調整層１１の長さ調整を行った。
そして、電気抵抗調整層１１の両端部に密着するように導電性支持体１０の端部にそれぞれリング形状の空隙保持部材１２を圧入した。このリング形状の空隙保持部材１２には高密度ポリエチレン樹脂（ノバテックＰＰ ＨＹ５４０ 日本ポリケム社製）のものを用いた。場合に応じて、この空隙保持部材１２にはあらかじめプライマー（ＰＲ５５０）処理を行った。その後、導電性支持体１０の端部に接着剤（アルテコＤ）を塗布した後、導電性支持体１０の端部に空隙保持部材１２を接着固定した。その後、成形時の応力歪みを緩和するためにアニール処理を行った。次に、切削連続加工によって、空隙保持部材１２の外径を１２．５ｍｍ、電気抵抗調整層１１の外径を１２．４ｍｍに仕上げた。
次に、電気抵抗調整層１１の表面に、アクリルシリコーン樹脂（３０００ＶＨ−Ｐ、川上塗料製）、イソシアネート系硬化剤（川上塗料製）、及びカーボンブラック（全固形分に対して２５重量％）からなる混合物をスプレーコーティングすることにより、膜厚１０μｍの表面保護層１３を形成した。その後、オーブンで８０度Ｃ、３０分間、加熱硬化させることにより、表１に示す実験例及び比較例の導電性部材を得た。
また、熱可塑性樹脂Ｘ３、塩については、熱可塑性樹脂Ｘ１と熱可塑性樹脂Ｘ２の合計の重量を１００ｇとしたときの重量（ｇ）で表している。
更に、表１中の記号又は名称 ＴＰＡＥ Ｈ１５１、ＴＰＡＥ １０ＨＰ、ＭＶ３０００、ＭＶ１０４１、ペレスタットＮＣ６３２１、イルガスタットＰ１６、ＰＡ１２ ３０１４Ｂ、ＰＡ１２ ３０１４Ｂ、ペレスタット３００は熱可塑性樹脂Ｘ１の商品名を示し、ＡＢＳ ＧＲ３０００、ＡＢＳ ＧＲ３０００、ＡＢＳ ＧＲ５００、ＰＣ ＡＤ５５０３、ハイトレル３５４８２、ＰＯＭ Ｍ９０−４４は、熱可塑性樹脂Ｘ２の商品名を示し、モディパーＣＬ４４０Ｇ、モディパー Ａ４４００、ロタダ ＡＸ８８４０、モディパー Ａ５４００（ＧＭＡを有しない）は熱可塑性樹脂Ｘ３の商品名を示し、ＥＴＰＰ−ＦＢ、ＰＸ−４１６ＦＢ、ＥＴＰＰ−Ｉ、過塩素酸Ｎａ、テトラメチルアンモニウムクロライドは塩の商品名を示している。ここで、ＥＴＰＰ−ＦＢ、ＰＸ−４１６ＦＢ、ＥＴＰＰ−Ｉは有機ホスホニウム塩である。
試験１として、実施例及び比較例とも、導電性部材を常温・常湿で２４時間放置後、温度１０度Ｃかつ相対湿度１５％で２４時間放置して導電性部材の電気抵抗値の測定を行った。その後、画像形成装置（株式会社リコー製の製品名 imagio Neo C600）に搭載し、ハーフトーンの画像出力を行い、帯電ムラ発生状況を評価した。
また、試験２として、実施例及び比較例とも、導電性部材を画像形成装置（株式会社リコー製の製品名 imagio Neo C600）に搭載し、印加電圧をＤＣ＝８００Ｖ、ＡＣ＝２．４ＫＶｐｐ（周波数２ＫＨｚ）に設定し、Ａ４の用紙を用いて３０００００枚の通紙試験を行った後、導電性部材の耐久性を評価した。この評価環境条件は、温度２３度Ｃ、相対湿度６０％のもとで行った。その導電性部材の耐久性は、電気抵抗調整層１１にクラックが生じているか否かにより判定した。なお、比較例１、３、４については、電気抵抗値が高すぎて、連続して通紙実験を行うことができないので、耐久性評価を行っていない。
この評価結果から、明らかなように有機ホスホニウム塩を含有させて製作した電気抵抗調整層１１を有する導電性部材（実施例１〜実施例４）は、有機ホスホニウム塩を含有させずに製作した電気抵抗調整層１１を有する導電性部材（比較例１〜比較例３）に較べて、電気抵抗調整層１１の電気抵抗値が低く、また、耐久性も良好であることが理解できる。
なお、その画像形成装置は、公知の構造のものであり、図５に示すように、装置本体の下部に給紙部を有し、その上方に感光体ドラム４等を有する作像部２１を有し、その上方に排紙ローラ２２、２３を有し、ビントレイ２４、排紙トレイ２５に排出する構造のものであり、各給紙段には給紙ローラが設けられ、書き込みユニット２６により感光体ドラム４に書き込みが行われ、この感光体ドラム４の外周に接して帯電ローラとしての導電性部材２が設けられている。
（実施例２）
図６は分子中にエーテル基を有する熱可塑性樹脂の吸水率と体積固有抵抗値との関係を示すグラフである。この図６において、白三角印は各株式会社製の単独での吸水率の低い熱可塑性樹脂材料を示している。各会社の製品とも、吸水率の低い熱可塑性樹脂材料は一般に体積固有抵抗値が高い傾向にある。また、黒三角印は各株式会社製の単独での吸水率の高い熱可塑性樹脂材料を示している。各会社の製品とも、吸水率の高い熱可塑性樹脂材料は一般に体積固有抵抗値が低い傾向にある。Ｘ印はその吸水率の低い熱可塑性樹脂材料とその吸水率の高い熱可塑性樹脂材料とを溶融状態で混合して生成した混合生成物（いわゆるブレンド品）である。この図６に示すグラフから明らかなように、混合生成物は、吸水率が両者の中間付近にあり、体積固有抵抗値も両者の中間程度にあり、目標とする体積固有抵抗値に近いものが得られている。
（実施例２）
図６は分子中にエーテル基を有する熱可塑性樹脂の吸水率と体積固有抵抗値との関係を示すグラフである。この図６において、白三角印は各株式会社製の単独での吸水率の低い熱可塑性樹脂材料を示している。各会社の製品とも、吸水率の低い熱可塑性樹脂材料は一般に体積固有抵抗値が高い傾向にある。また、黒三角印は各株式会社製の単独での吸水率の高い熱可塑性樹脂材料を示している。各会社の製品とも、吸水率の高い熱可塑性樹脂材料は一般に体積固有抵抗値が低い傾向にある。Ｘ印はその吸水率の低い熱可塑性樹脂材料とその吸水率の高い熱可塑性樹脂材料とを溶融状態で混合して生成した混合生成物（いわゆるブレンド品）である。この図６に示すグラフから明らかなように、混合生成物は、吸水率が両者の中間付近にあり、体積固有抵抗値も両者の中間程度にあり、目標とする体積固有抵抗値に近いものが得られている。
従って、分子中にエーテル基を有して吸水率の低い熱可塑性樹脂材料と分子中にエーテル基を有して吸水率の高い熱可塑性樹脂材料とを溶融混練して硬化させて生成した混合生成物を用いて電気抵抗調整層を形成することにすると、吸水率が低くて抵抗値の高い傾向にある熱可塑性樹脂材料と吸水率が高くて抵抗値が低い傾向にある熱可塑性樹脂材料との両者の長所を取り入れ、目標とする電気抵抗調整層の抵抗値に近づけつつかつ機械加工性を損なうことを防止できる導電性部材を提供できることになる。
図６に示す混合生成物には、全て有機ホスホニウム塩が基本的に含まれている。ちなみに、材料の組成としては、ＡＢＳ／ＰＥＥＡ／相溶化剤／ホスホニウム塩である。その比率は４０／６０／４．５／３である。ブレンドする場合、ＰＥＥＡを５０／５０の比率とし、６０の部分が３０／３０ということになる。
すなわち、溶融状態の混練物に、相溶化剤としてグリシジルメタクリレート基を含有する熱可塑性樹脂を添加すると、導電性部材としてより一層目標とする抵抗値に近づけることができ、また、成形加工によって形成される電気抵抗調整層のウエルドラインの強度の向上を図ることができるため、通電の繰り返し或いは連続通電時の樹脂劣化に起因するクラックの発生を防止できることにもなる。
電気抵抗調整層１１を像担持体に与える帯電電位を調整するために用い、導電性支持体１０の延びる方向両端部に像担持体と表面保護層１３との間に空隙を形成して空隙を保持する空隙保持部材１２をそれぞれ設けると、像担持体と表面保護層１３との間を空隙保持部材１２を用いて非接触に保つことができるので、導電性部材を構成する物質の像担持体への付着、長期間の不使用により生じる導電性部材の変形を回避できることとなる。
また、各空隙保持部材１２を導電性支持体１０と電気抵抗調整層１１との少なくとも一方に接着固定する構成とすると、導電性支持体１０を回転させながらその導電性支持体１０の長手方向に沿って電気抵抗調整層１１の外周面と空隙保持部材１２の外周面とを切削加工する場合に、電気抵抗調整層１１と空隙保持部材１２とが相対回転するのを防止できることになる。
各空隙保持部材１２の接着面をプライマー処理すると、空隙保持部材１２を電気抵抗調整層１１と導電性支持体１０との少なくとも一方に対する接着強度の向上を図ることができる。
導電性支持体１０を円柱形状とすると、電荷の局所的集中を防止できるので導電性部材の寿命を延ばすことができる。
この導電性部材は帯電部材として用いることができ、この帯電部材をプロセスカートリッジに組み込んで、これを記載の画像形成装置に搭載することができる。
１０…導電性支持体
１１…電気抵抗調整層
１３…表面保護層
１１…電気抵抗調整層
１３…表面保護層
Claims (19)
- 一方から他方に向かって延びかつ所定電位が印加される長尺形状の導電性支持体と、該導電性支持体の周面を包囲するように形成されかつ電気抵抗を調整する電気抵抗調整層と、該電気抵抗調整層の表面を被覆するようにして設けられて前記電気抵抗調整層の表面を保護する表面保護層とを有する導電性部材において、
前記電気抵抗調整層には分子中にエーテル基を有する熱可塑性樹脂材料と有機ホスホニウム塩とが含まれていることを特徴とする導電性部材。 - 前記エーテル基を有する熱可塑性樹脂材料がポリエーテルエステルアミドであることを特徴とする請求項１に記載の導電性部材。
- 前記電気抵抗調整層は、前記エーテル基を有する熱可塑性樹脂材料と該エーテル基を有する熱可塑性樹脂材料よりも硬度が高い熱可塑性樹脂材料との混合生成物からなり、該混合生成物は、両熱可塑性樹脂材料を溶融状態で混練し、溶融状態の混練物を硬化して生成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の導電性部材。
- 前記溶融状態の混練物には、相溶化剤としてグリシジルメタクリレート基を含有する熱可塑性樹脂が添加されていることを特徴とする請求項３に記載の導電性部材。
- 前記表面保護層には非トナー付着性の樹脂層が用いられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の導電性部材。
- 前記電気抵抗調整層は像担持体に与える帯電電位を調整するために用いられ、前記導電性支持体の延びる方向両端部に前記像担持体と前記表面保護層との間に空隙を形成して該空隙を保持する空隙保持部材がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１にないし請求項５のいずれか１項に記載の導電性部材。
- 前記各空隙保持部材が前記導電性支持体と前記電気抵抗調整層との少なくとも一方に接着固定されていることを特徴とする請求項６に記載の導電性部材。
- 前記各空隙保持部材の接着面がプライマー処理されていることを特徴とする請求項７に記載の導電性部材。
- 前記導電性支持体が円柱形状であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の導電性部材。
- 一方から他方に向かって延びかつ所定電位が印加される長尺形状の導電性支持体と、該導電性支持体の周面を包囲するように形成されかつ電気抵抗を調整する電気抵抗調整層と、該電気抵抗調整層の表面を被覆するようにして設けられて前記電気抵抗調整層の表面を保護する表面保護層とを有する導電性部材において、
前記電気抵抗調整層には分子中にエーテル基を有して吸水率の低い熱可塑性樹脂材料と分子中にエーテル基を有して吸水率の高い熱可塑性樹脂材料との混合生成物と有機ホスホニウム塩とが含まれていることを特徴とする導電性部材。 - 前記混合生成物は、両熱可塑性樹脂材料を溶融状態で混練し、溶融状態の混練物を硬化して生成されていることを特徴とする請求項１０に記載の導電性部材。
- 前記溶融状態の混練物には、相溶化剤としてグリシジルメタクリレート基を含有する熱可塑性樹脂が添加されていることを特徴とする請求項１１に記載の導電性部材。
- 前記電気抵抗調整層は像担持体に与える帯電電位を調整するために用いられ、前記導電性支持体の延びる方向両端部に前記像担持体と前記表面保護層との間に空隙を形成して該空隙を保持する空隙保持部材がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１０ないし請求項１２のいずれか１項に記載の導電性部材。
- 前記各空隙保持部材が前記導電性支持体と前記電気抵抗調整層との少なくとも一方に接着固定されていることを特徴とする請求項１３に記載の導電性部材。
- 前記各空隙保持部材の接着面がプライマー処理されていることを特徴とする請求項１４に記載の導電性部材。
- 前記導電性支持体が円柱形状であることを特徴とする請求項１０ないし請求項１５のいずれか１項に記載の導電性部材。
- 請求項１ないし請求項１６のいずれか１項に記載の導電性部材からなる帯電部材。
- 請求項１７に記載の帯電部材を有するプロセスカートリッジ。
- 請求項１８に記載のプロセスカートリッジを有する画像形成装置。
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