JP4945175B2 - 接触式帯電／除電用導電シート - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリなどの電子写真装置において感光体と接触・摺動するとともに感光体表面を帯電または除電させるための導電シート、すなわち感光体の接触式帯電／除電用導電シートに関する。

プリンター、複写機、ファクシミリなどにおける電子写真装置において感光体は表面を一様に帯電された後、露光によって静電潜像を形成され、トナーによって現像されてトナー像を保持する。感光体は保持したトナー像を紙などの画像媒体に転写させた後、表面を除電され、新たな帯電に供される。転写後において表面に残留したトナーは感光体表面に圧接・配置されたクリーニングブレード等によって所望によりクリーニング・除去される。

感光体を帯電させるためには、帯電ローラや帯電ブレードなどによる方法が一般に知られているが、部品点数の低減・感光体周辺のコンパクト化などの観点から、コストメリットの大きなシート状のものが提案されている。

例えば、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、カーボンブラック等の導電性付与剤、および架橋剤を特定の割合で含んで成るシートを架橋処理した、特定の体積抵抗率の半導電性シート部材が報告されている（特許文献１）。

また例えば、ナイロン１２（共）重合体と導電性カーボンブラックとを特定の割合で含有する樹脂組成物から形成された導電性シートであって、特定の厚み、体積抵抗率および算術平均粗さを有する導電性シートが報告されている（特許文献２）。

導電シートは片面で感光体表面と接触しながら固定され、そのような状態で、感光体が回転・摺動する。

しかしながら、クリーニングしたとしても残留トナーを完全に除去することはできず、感光体表面にはトナー成分が依然として残留するので、種々の問題が生じていた。例えば、感光体表面に残留したトナーが導電シート表面に固着する問題が生じていた。導電シートにおける感光体との接触部においてトナー固着が起こると、感光体に対して所定の帯電を有効に行えないので、帯電用部材としての使用に耐えない。その結果、印字画像に筋状のノイズが発生した。また例えば、外添剤が導電シートやクリーニングブレードと感光体との間を通過する際、感光体表面にキズが発生するという問題が生じていた。また例えば、導電シートやクリーニングブレードと感光体との間を通過して感光体表面に付着するトナー成分の量が増えると、印字画像に筋状のノイズがより一層発生した。

一方、感光体と接触するポリイミド層等に二硫化モリブデン粉体が固形分全体の中で６０％程度分散されていることを特徴とする電子写真感光体用の接触帯電部材が開示されているが（特許文献３）、二硫化モリブデン単独では、感光体と接触する層に所定の導電性を発現させるためには、大量の二硫化モリブデンが必要となり、結果として、表面粗さが大きくなり、接触層へのトナー固着量が増加する、また、接触層自体が脆くなるといった不良現象が発生する。
特開２００４−２５８３９５号公報 特開２００４−２６９６３２号公報 特開平９−３２５５７７号公報

本発明は、感光体表面でのキズの発生およびトナー成分の付着を防止し、自己の表面へのトナー固着を防止する接触式帯電／除電用導電シートを提供することを目的とする。

本発明は、
ベース樹脂；
導電性充填材；および
鱗片状無機物質、モース硬度２〜５の粒子状無機物質、および分解温度３５０℃以上の粒子状有機ポリマーからなる群から選択される１種類以上の研磨性充填材；
を含むことを特徴とする接触式帯電／除電用導電シートに関する。

本発明の導電シートは、感光体表面へのキズの発生およびトナー成分の付着を十分に防止し、自己の表面へのトナー固着を有効に防止する。

本発明の導電シート１は、例えば図１に示すように、電気系統３によって電圧を印加されながら、感光体２と接触させて感光体２を帯電または除電させるものであり、特定のベース樹脂、導電性充填材および研磨性充填材を含んでなっている。

導電シートを構成するベース樹脂は、感光体の接触式帯電／除電用導電シートの分野で従来よりベース樹脂として使用されているものが使用できる。具体例として、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ナイロン、およびそれらの混合物等が挙げられる。ベース樹脂を選択することによって、導電シートに対するトナー固着をより有効に防止できる。すなわち導電シートに対するトナー固着防止の観点から、好ましいベース樹脂はＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰまたはそれらの混合物であり、より好ましくはＰＴＦＥである。

ＰＴＦＥは市販のものが使用可能であり、例えば、ポリフロンＰＴＦＥ（ダイキン社製）、テフロン（Ｒ）（三井デュポンフロロケミカル社製）、フルオンＰＴＦＥ（旭硝子社製）、ホスタフロンＰＴＦＥ（住友３Ｍ社製）として入手可能である。

ＰＦＡは市販のものが使用可能であり、例えば、フルオンＰＦＡ（旭硝子社製）、ネオフロンＰＦＡ（ダイキン工業社製）、テフロンＰＦＡ（三井デュポンフロロケミカル社製）として入手可能である。
ＦＥＰは市販のものが使用可能であり、例えば、ネオフロンＦＥＰ（ダイキン工業社製）、テフロンＦＥＰ（三井デュポンフロロケミカル社製）として入手可能である。
ＰＶＤＦは市販のものが使用可能であり、例えば、ＫＦポリマー（クレハ社製）として入手可能である。
ナイロンは市販のものが使用可能であり、例えば、ＵＢＥＳＴＡ（宇部興産社製）として入手可能である。

導電性充填材は感光体の接触式帯電／除電用導電シートの分野で従来より導電性充填材として使用されている物質であって、樹脂シートに導電性を付与し得る物質である。例えば、ＰＴＦＥに対して所望量添加し、それらの混合物を成形して得られるシートが、後述の表面抵抗率を達成するようになるものである。導電性充填材を含有させないと、感光体表面上が所定量帯電されず、トナーが感光体表面の電荷パターン上に付着しない、もしくは感光体全面にトナーが付着して印刷画像が全面塗りつぶされる、といった不良現象が発生する。

そのような導電性充填材の具体例として、例えば、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、球状カーボン、およびそれらの混合物等が挙げられる。好ましい導電性充填材はカーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーまたはそれらの混合物、特にカーボンブラックである。また、導電コーティングされたチタン酸カリウムウィスカや酸化チタンなど、それ自体、導電性を付与し得ない物質であっても、表面処理を行うことによって導電性を付与し得るようになった物質も導電性充填材として使用可能である。

導電性充填材の含有量は、導電シートの構成材料全量に対して０．５〜２０重量％であることが好ましく、より好ましくは１〜１５重量％である。２種類以上の導電性充填材が含有されてもよく、その場合、それらの合計量が上記範囲内であればよい。

研磨性充填材は、当該充填材が導電シートに含有されることによって、当該導電シートに接触して摺動する感光体表面を適度に研磨し得る物質であり、詳しくは、鱗片状無機物質、粒子状無機物質、および粒子状有機ポリマーからなる群から選択される１種類以上の物質を使用する。これによって、本発明の導電シートが、感光体表面へのトナー成分付着を防止できるようになる。本発明の導電シートが、感光体表面へのトナー成分付着を防止するメカニズムの詳細は明らかではないが、以下のメカニズムに基づくものと考えられる。残留によって感光体表面に存在するトナー成分は導電シートやクリーニングブレードと感光体との間を通過する際、ストレスを受けるため、通過の回数が増えるに従って、感光体表面に徐々に埋没されて、クリーニングブレードで除去され難くなり、結果として感光体表面に付着する。本発明の導電シートは、感光体表面にキズを付けることなく、感光体表面を適度に研磨する研磨作用を有する。そのため、たとえ埋没され始めのトナー成分であっても、導電シートと感光体表面との間を通過する際、研磨作用によって有効に掘り起こされ、さらなる埋没を抑制するので、クリーニングブレードによる除去が容易になる。その結果、感光体表面のキズを防止しながら、感光体表面のトナー成分付着を防止できるものと考えられる。例えば、炭素繊維等の繊維長の大きい繊維状の物質を用いると、シート表面に過度の凹凸が形成されるため、適度な研磨作用が発揮されず、感光体表面にキズが発生する。また、モース硬度の大きいガラス系材料など剛性の高いを用いると、感光体表面にキズが発生する。研磨性充填材を含有させないと、導電シートが研磨作用を発揮しないので、トナー成分の付着を十分に防止できない。一方で、研磨作用を発揮するために研磨性充填材を使用すると、シートの表面平滑性が損なわれ、感光体とシートの間にトナー粒子が積層し、シート上にトナーが固着する。よって、本発明においては表面平滑性を損なわないためにも、研磨性充填材は、鱗片状無機物質や粒子状無機物質、および粒子状有機ポリマーである必要がある。

鱗片状無機物質は、鱗片状または扁平形状または薄片状の形状を有する無機物質である。鱗片状無機物質の大きさは特に制限されないが、長軸方向の径が通常１〜１００μｍ、厚さが通常０．０１〜１０μｍ程度のものであって、このような大きさの鱗片状無機物質は、市販品として入手可能である。好ましくはモース硬度２〜５、特に２〜４のものを用いる。具体的には、例えば、二硫化モリブデン、マイカ、タルク、窒化ホウ素、チタン酸マグネシウムカリウム、チタン酸リチウムカリウムおよびそれらの混合物等が使用できる。好ましい鱗片状無機物質は二硫化モリブデン、マイカ、チタン酸マグネシウムカリウム、チタン酸リチウムカリウムまたはそれらの混合物、特に二硫化モリブテン、チタン酸マグネシウムカリウムまたはそれらの混合物である。鱗片状無機物質はシート表面の平滑性を保ちつつ、感光体表面を有効に研磨する効果が比較的高いので好ましい。

粒子状無機物質は、鱗片状もしくは繊維状とは異なり、球状もしくは不定形無機物質といわれるものであり、モース硬度２〜５、特に２〜４のものを用いる。具体的には、例えば、酸化亜鉛、酸化チタン、硫酸バリウムおよびそれらの混合物等が使用できる。好ましい粒子状無機物質は酸化亜鉛、硫酸バリウムまたはそれらの混合物、特に酸化亜鉛である。ガラスビーズ等のモース硬度が大きすぎる無機物質を用いると、適度な研磨作用が発揮されず、感光体表面にキズが発生する。

粒子状有機ポリマーは、導電シートの製造時の加熱によっても分解が起こらない分解温度３５０℃以上、特に３８０℃以上のものである。具体的には、例えば、熱硬化性ポリイミド、熱可塑性ポリイミド、液晶ポリマー、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）およびそれらの混合物等が使用できる。好ましい粒子状有機ポリマーは熱硬化性ポリイミドである。

本明細書中、分解温度とは、熱重量測定（昇温速度１０℃／ｍｉｎ）において、重量損失が５％以上となる温度である。

研磨性充填材の含有量は、導電シートの構成材料全量に対して１〜３０重量％、特に２〜２５重量％が好ましい。２種類以上の研磨性充填材が含有されてもよく、その場合、それらの合計量が上記範囲内であればよい。

より好ましい実施形態において、感光体表面でのキズの発生および外添剤の付着ならびに導電シート表面のトナー固着をより有効に高レベルで防止する観点から、導電シートに含まれる「ベース樹脂−導電性充填材−研磨性充填材」の組み合わせの具体例として、以下に示す組み合わせ（Ａ）が好ましく、組み合わせ（Ｂ）がより好ましい。
（Ａ）ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰまたはそれらの混合物−カーボンブラック−二硫化モリブテン、チタン酸マグネシウムカリウム、酸化亜鉛、熱硬化性ポリイミドまたはそれらの混合物；
（Ｂ）ＰＴＦＥ−カーボンブラック−二硫化モリブテン、熱硬化性ポリイミド、酸化亜鉛またはそれらの混合物。

導電シートは、例えば、いわゆる加圧成形焼成法や溶融押出成形法等によって製造できる。
例えば、ベース樹脂としてＰＴＦＥを用いて加圧成形焼成法を採用する場合、まず、ベース樹脂および所望により充填材を十分混合した後、混合物を所定の金型に充填し、圧縮成型し、次いで３５０℃以上の温度で加熱焼成し成型体を得る。その後、金属刃物によって所定の厚みにスカイビングしてシートを成形し、導電シートを得る。

また例えば、ベース樹脂としてＰＦＡ、ＦＥＰ、ＰＶＤＦ、ナイロン等を用いて溶融押出成形法を採用する場合、まず、ベース樹脂および所望により充填材を十分混合した後、混合物を押出機により溶融押出し、溶融樹脂をシート状に成形しつつ、冷却ロールで冷却し、シートを成形し、導電シートを得る。

導電シートの厚さは本発明の目的が達成される限り特に制限されるものではないが、通常は０．０３〜３．０ｍｍ、特に０．０７〜０．５ｍｍである。なお、０．０３〜０．３ｍｍ程度の厚み範囲は、フィルムと定義することもあるが、本発明においては、前記範囲も含めて「シート」と定義する。

導電シートの表面粗さＲａは０．０５〜０．８μｍ、特に０．１〜０．４μｍであることが好ましい。Ｒａが小さすぎると、感光体表面に付着するトナー成分の除去効果が小さくなる。Ｒａが大きすぎると、シート表面の凹凸の部分にトナー粒子が侵入しやすく、シート表面にトナー固着量が増加し、シートから感光体への帯電不良が生じる。Ｒａは充填材、特に研磨性充填材の含有量によって制御できる。例えば、充填材の含有量が多いと、Ｒａは大きくなる。また例えば、充填材の含有量が少ないと、Ｒａは小さくなる。

表面粗さＲａ（算術平均粗さ）は、以下の方法によって測定された値を用いているが、当該方法によって測定されなければならないというわけではなく、原理・原則が以下の方法と同様の方法であれば、いかなる方法によって測定されてもよい。
ＪＩＳ−Ｂ０６０１（１９８２年）に基づいて測定を行う。具体的には、シート表面を触診式の表面粗さ測定器（サーフテスト；ミツトヨ社製）を用いて測定される。そのときの測定条件は、カットオフ値２．５ｍｍ、測定長さ７．５ｍｍ、２５℃／５０％である。

導電シートの表面抵抗率は１．０×１０^２〜１．０×１０^９Ω／□、特に１．０×１０^４〜１．０×１０^８Ω／□であることが好ましい。通常、導電シートによって感光体を帯電させた後、レーザーにより露光して原稿と同じ形の電荷パターンを作成し、その上にトナーを付着させるが、表面抵抗率が所定の範囲外である場合、トナーが感光体上の所定の位置に付着しない、もしくは感光体全面にトナーが付着する、といった不良現象が発生する。表面抵抗率は充填材、特に導電性充填材の含有量によって制御できる。例えば、充填材の含有量が多いと、表面抵抗率は小さくなる。また例えば、充填材の含有量が少ないと、表面抵抗率は大きくなる。

表面抵抗率は、以下の方法によって測定された値を用いているが、当該方法によって測定されなければならないというわけではなく、原理・原則が以下の方法と同様の方法であれば、いかなる方法によって測定されてもよい。また、測定機器により、好ましい測定抵抗領域が異なるので、測定機器の測定可能な抵抗領域に応じて、測定機器を選択すればよい。
１．０×１０^７Ω／□未満の抵抗領域は、抵抗率測定器（ロレスタＧＰ；ダイヤインスツルメンツ社製）を用いて測定される。測定方法は、ＪＩＳ−Ｋ７１９４（１９９４年）に基づいて測定され、測定環境は２３±２℃／相対湿度５０±５％である。
１．０×１０^７Ω／□以上の抵抗領域は、抵抗率測定器（ハイレスタＩＰ；ダイヤインスツルメンツ社製）を用いて測定される。測定方法は、ＪＩＳ−Ｋ６９１１（１９９５年）に基づいて測定され、そのときの印加電圧は１００Ｖ、測定環境は２３±２℃／相対湿度５０±５％である。

導電シートが図１に示すように感光体２と接触させて感光体を帯電または除電させるときの圧力は、導電シートと感光体表面との接触を確保できる限り特に制限されない。

以下、本発明を、実施例を挙げてさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に制限されて解釈されるべきではない。

（実施例１〜１０および比較例１〜３）
表１に記載の材料からなる混合物を所定の金型に充填し、４００ｋｇｆ／ｃｍ^２で圧縮成型し、３７０℃で８時間加熱焼成して成型体を得た。次いで、成型体を金属刃物でスカイビングすることによって厚み１００μｍのシートを成形し、導電シートを得た。

（実施例１１、１２）
表１に記載の材料からなる混合物を二軸スクリュー押出機（ダイ温度３５０℃）で直径約３ｍｍ程度にペレット化した。このようにペレット化した原料を単軸スクリュー押出機で、リップクリアランス０．４ｍｍのＴ型ダイ（ダイ温度３５０℃）に供給し、ダイから押出された溶融樹脂を２００℃の冷却ローラによって厚み１００μｍのフィルムに成形し、導電シートを得た。

（実施例１３）
表１に記載の材料からなる混合物を単軸スクリュー押出機（ダイ温度２７０℃）に供給して、リップクリアランス０．４ｍｍのＴ型ダイスから溶融押出し、溶融状態のシートを直ちに両端２０ｍｍの部分のみをロール状の引取機で支持しつつ引き取り、その間に空冷し、さらに、１３０℃の冷却ロールで冷却し、厚み１００μｍのシートを成形し、導電シートを得た。

（実施例１４）
表１に記載の材料からなる混合物を二軸スクリュー押出機（ダイ温度２２０℃）で直径約３ｍｍ程度にペレット化した。このようにペレット化した原料を単軸スクリュー押出機で、リップクリアランス０．７ｍｍのＴ型ダイ（ダイ温度２３０℃）に供給し、ダイから押出された溶融樹脂を１２０℃の冷却ローラによって厚み１００μｍのフィルムに成形し、導電シートを得た。

（評価）
各実施例／比較例で得られた導電シートを図１に示すようにプリンターに組み込んで耐久試験を行った。プリンターは帯電部材として所定の導電シートを用いたこと以外、市販のモノクロレーザープリンタＬＰ−１４００（エプソン社製）と同様である。耐久試験は、白黒比（黒／白）０．５％の文字画像を、Ａ４版縦方向通紙で２０００枚印字した。

・感光体キズ
耐久試験後の感光体を取り出し、その表面を目視観察し、以下の基準に従って評価した。
○：感光体にキズは全く発生していなかった；
△：感光体に微小のキズがわずかに発生していたが、実用上問題なかった；
×：感光体にキズが多量に発生しており、実用上問題があった。

・感光体表面のトナー成分付着
耐久試験後の感光体を取り出し、その表面を目視観察し、以下の基準に従って評価した。
◎：感光体表面にトナー成分は全く付着していなかった；
○：感光体表面にトナー成分がかすかに筋状に付着していたが、画像に筋状の印刷不良は全く発生しておらず、実用上問題なかった；
△：感光体表面にトナー成分が「○」よりは多い量で筋状に付着していたが、画像に筋状の印刷不良は全く発生しておらず、実用上問題なかった；
×：感光体表面にトナー成分が「△」よりは多い量で全体的に付着し、画像に筋状の印刷不良が明らかに発生しており、実用上問題があった。

・シートトナー固着
耐久試験後の導電シートを取り出し、導電シートにおける感光体との接触部を目視観察するとともに、印字画像を目視観察し、以下の基準に従って評価した。
◎◎：導電シートに固着は全く発生していなかった；
◎：導電シートに固着がわずかに発生していたが、画像に筋状の印刷不良は全く発生しておらず、実用上問題なかった；
○：導電シートに固着が「◎」よりは多い量で発生していたが、画像に筋状の印刷不良は全く発生しておらず、実用上問題なかった；
△：導電シートに固着が「○」よりは多い量で発生し、画像に筋状の印刷不良がかすかに発生したが、実用上問題なかった；
×：導電シートに固着が多量に発生し、画像に筋状の印刷不良が明らかに発生しており、実用上問題があった。

表中の材料は以下の通りである。
ＰＴＦＥ；商品名ポリフロンＰＴＦＥ（ダイキン工業社製）
ＰＦＡ；商品名フルオンＰＦＡ（旭硝子社製）
ＦＥＰ；商品名ネオフロンＦＥＰ（ダイキン工業社製）
ＰＶＤＦ；商品名ＫＦポリマー（クレハ社製）
ナイロン；商品名ＵＢＥＳＴＡＲ（宇部興産社製）
カーボンブラック；商品名デンカブラック（電気化学工業社製）
二硫化モリブデン；ＮｅＯ Ｚパウダー（大東潤滑社製；モース硬度２）
酸化亜鉛微粒子；第一種（堺化学社製；モース硬度４）
チタン酸マグネシウムカリウム；テラセスＰＳ（大塚化学社製；モース硬度４）
非膨潤性マイカ；ＭＫ−１００（コープケミカル社製；モース硬度２）
硫酸バリウム；ＢＡ（堺化学社製；モース硬度３）
炭素繊維；ＫＧＦ−２００（クレハ社製）
熱硬化性ポリイミド；ＵＩＰ−Ｒ（宇部興産社製；分解温度５００℃以上）
ガラスビーズ；商品名ＥＭＢ−１０（東芝バロティーニ社製；モース硬度７）

本発明の導電シートは、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真装置において感光体と接触しながら、感光体表面を帯電させたり、または除電させたりするための部材として有用である。本発明の導電シートは、感光体に対する接触式帯電用導電シートとして最も有用である。

本発明の導電シートを感光体に対して接触させて使用するときの概略断面構成図の一例である。

符号の説明

１：導電シート、２：感光体、３：電気系統。

Claims (8)

1. ベース樹脂；
   カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、またはそれらの混合物である導電性充填材；および
   鱗片状無機物質、モース硬度２〜５の粒子状無機物質、および分解温度３５０℃以上の粒子状有機ポリマーからなる群から選択される１種類以上の研磨性充填材；
   を含むことを特徴とする接触式帯電／除電用導電シート。
2. ベース樹脂がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、またはそれらの混合物であることを特徴とする請求項１に記載の導電シート。
3. 鱗片状無機物質のモース硬度が２〜５であることを特徴とする請求項１または２に記載の導電シート。
4. 鱗片状無機物質が二硫化モリブテン、チタン酸マグネシウムカリウム、またはそれらの混合物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の導電シート。
5. 粒子状無機物質が酸化亜鉛であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の導電シート。
6. 粒子状有機ポリマーが熱硬化性ポリイミド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導電シート。
7. 表面抵抗率が１０^２〜１０⁹Ω／□であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の導電シート。
8. 表面粗さＲａ（算術平均粗さ）が０．０５〜０．８μｍであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の導電シート。

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