JP5202637B2 - 帯電ローラ - Google Patents

Description

本発明は、帯電ローラ（以下、単に「ローラ」とも称する）に関し、詳しくは、より簡単に作製され、少ない導電剤量で良好な導電特性を有する帯電ローラに関する。

一般に、複写機やプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式を用いた画像形成装置においては、画像形成の各工程で、転写ローラ、現像ローラ、トナー供給ローラ、帯電ローラ、クリーニングローラ、中間転写ローラ、ベルト駆動ローラ等の、導電性を付与したローラが用いられている。

かかる導電性ローラとして、金属あるいは樹脂からなる導電シャフトに、発泡もしくは非発泡ゴムからなる弾性層を設け、その上に１層以上のスキン層を設けて形成される帯電ローラ等が知られている。特に、有機感光体（ＯＰＣ）が均一に帯電するために、帯電ローラの弾性層には、感光体との接触面を均一に保つための適度な低硬度および低圧縮永久歪が必要であり、そのために、弾性層の材料として従来から、ゴム、エラストマー、発泡ウレタン等が用いられている（特許文献１〜３）。また、従来から、帯電ローラには、必要な抵抗を確保するために、カーボンブラックやイオン導電剤などの導電剤が使用されている。

一方、導電性ローラの弾性層として、紫外線硬化型樹脂を使用することが知られ、紫外線硬化樹脂を用いて作製された各種導電性ローラにおいてもイオン導電剤が用いられている。

しかしながら、イオン導電剤は、体積固有抵抗の環境依存性が大きく、また、多量の使用によりしみ出しがある。

そこで、環境変動の小さい導電剤の使用が検討され、特許文献４には、弾性層が、ウレタンアクリレートオリゴマー、光重合開始剤およびリチウム塩を含む弾性層用原料を紫外線照射で硬化させた紫外線硬化型樹脂からなる導電性ローラが、開示されている。

特開平９−３２５５６３号公報 特開２００７−１６３５７４号公報 特開２００７−１２１４４５号公報 特開２００７−２０６４４３号公報

しかしながら、特許文献４記載の方法は、環境変動の小さい導電剤を使用しているため良好な導電特性を有する帯電ローラを提供できるものの、導電剤の配合を必須としているため、コスト面や導電特性の点で改良の余地がある。

また、特許文献１〜３記載の従来の導電性ローラは、弾性層が発泡ゴム又は非発泡ゴムにより形成されているため、工程として、型組み工程、予熱工程、注型工程、加熱キュア工程、冷却工程、さらに、ソリッド層（抵抗調整層等）作製工程が必要で、特に、乾燥工程で長い時間が必要であり、その改良が望まれている。

そこで本発明の目的は、上記問題を解消して、より簡単に作製され、少ない導電剤量で良好な導電特性を有する帯電ローラを提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意検討した結果、弾性層を特定の紫外線硬化型樹脂で形成することで、より簡単に作製され、少ない導電剤量で良好な導電特性を有する帯電ローラが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の帯電ローラは、シャフトと、該シャフトの外周に形成された弾性層と、該弾性層の外周面に形成された表層と、を備える帯電ローラにおいて、
前記弾性層が、リン酸エステル基を有する紫外線硬化型樹脂で形成されてなることを特徴とするものである。

また、本発明の帯電ローラにおいては、前記紫外線硬化型樹脂が、下記一般式（１）、

（一般式（１）中、Ｒ_１は、下記一般式（２）、

（一般式（２）中、ｍは１〜１０の整数を示す）であり、Ｒ_２は、下記一般式（３）〜（９）、

のうちのいずれかであり、Ｒ_３は、下記一般式（１０）〜（１２）、

（一般式（１０）〜（１２）中、ｒ、ｓおよびｔは１０〜１５０の整数を示す）のうちのいずれかであり、ｎは、１〜１０の整数を示す）で表される化合物からなることが好ましく、前記弾性層の体積固有抵抗が、１×１０^４〜１×１０^８Ω・ｃｍであることが好ましい。

さらに、本発明の帯電ローラにおいては、前記弾性層の厚みが、０．９〜１．３ｍｍであることが好ましく、前記シャフトが、金属製の中空円筒体または中実円柱体であることが好ましい。

本発明によれば、より簡単に作製され、少ない導電剤量で良好な導電特性を有する帯電ローラを提供することが可能となった。

本発明の好適実施形態に係る帯電ローラの一例を示す図である。 本発明の好適実施形態に係る帯電ローラの他の一例を示す図である。

以下、本発明の好適実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の好適実施形態に係る帯電ローラの一例を示す図である。本発明の帯電ローラ１０は、シャフト１と、該シャフト１の外周に形成された弾性層２と、該弾性層２の外周面に形成された表層３と、を備えるものである。

また、本発明においては、弾性層２がリン酸エステル基を有する紫外線硬化型樹脂で形成されてなることが肝要である。かかる紫外線硬化型樹脂を弾性層２に使用することで、硬化を短時間で行うことができ、乾燥工程にかかる時間および熱エネルギーを省くことができる。また、イオン導電剤を使用しない、あるいはその使用量を極めて少なくできるため、イオン導電剤のブリードを防止でき、さらに、材料のコストを低減できる。その結果、より簡単に作製され、少ない導電剤量で良好な導電特性を有する帯電ローラ１０を提供することができる。なお、本発明においては、イオン導電剤を使用しないことが好ましい。

本発明において、紫外線硬化型樹脂としては、リン酸エステル基を有し、本発明の所期の効果が得られれば限定されないが、下記一般式（１）、

（一般式（１）中、Ｒ_１は、下記一般式（２）、

（一般式（２）中、ｍは１〜１０の整数を示す）であり、Ｒ_２は、下記一般式（３）〜（９）、

のうちのいずれかであり、Ｒ_３は、下記一般式（１０）〜（１２）、

（一般式（１０）〜（１２）中、ｒ、ｓおよびｔは１０〜１５０の整数を示す）のうちのいずれかであり、ｎは、１〜１０の整数を示す）で表される化合物からなることが好ましく、特に、オリゴマーであることが好ましい。

上記紫外線硬化型樹脂は、１種単独でも、あるいは分子鎖の異なるものを２種以上混合して用いてもよい。上記化合物には、後述の導電剤を極めて少ない量配合する他、必要に応じて反応性希釈剤を含むことができる。上記化合物には、光重合開始剤、光重合促進剤を含むことが好ましい。その他、必要に応じて公知の添加剤を含んでもよい。

また、本発明において、弾性層２の紫外線硬化型樹脂に添加できる導電剤としては適宜のものが採用され得るが、カーボン系導電剤としては、ケッチェンブラックやアセチレンブラックが、ゴム用カーボンブラックとしては、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＦＴ、ＭＴ等が用いられる他、酸化カーブンブラック等のインク用カーボンブラック、熱分解カーボンブラック、グラファイト等も用いることができる。

また、導電剤として高分子イオン導電剤を添加でき、かかる高分子イオン導電剤としては、例えば、特開平９−２２７７１７号公報、特開平１０−１２０９２４号公報および特開２０００−３２７９２２号公報に記載されているものを用いることができるが、特に限定されるものではない。

具体的には、（Ａ）有機ポリマー材料、（Ｂ）イオン導電可能なポリマーまたはコポリマーおよび（Ｃ）無機または低分子量有機塩からなる混合物を挙げることができ、ここで、成分（Ａ）は、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリアミド、ポリウレタンまたはポリエステルであり、成分（Ｂ）は、オリゴエトキシ化アクリレートもしくはメタクリレート、芳香族環についてオリゴエトキシ化されたスチレン、ポリエーテルウレタン、ポリエーテル尿素、ポリエーテルアミド、ポリエーテルエステルアミドまたはポリエーテルエステルであり、また成分（Ｃ）は、無機または低分子量有機プロトン酸のアルカリ金属、アルカリ土類金属、亜鉛またはアンモニウム塩であり、好ましくは、ＬｉＣｌｏ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＮａＣｌｏ_４、ＬｉＢＦ_４、ＮａＢＦ_４、ＫＢＦ_４、ＮａＣＦ_４ＳＯ_３、ＫＣｌＯ_４、ＫＰＦ_６、ＫＣＦ_３ＳＯ_３、ＫＣ_４Ｆ_９ＳＯ_３、Ｃａ（ＣｌＯ_４）_２、Ｃａ（ＰＦ_６）_２、Ｍｇ（ＣｌＯ_４）_２、Ｍｇ（ＣＦ_３ＳＯ_３）_２、Ｚｎ（ＣｌＯ_４）_２、Ｚｎ（ＰＦ_６）_２、またはＣａ（ＣＦ_３ＳＯ_３）_２等である。

本発明において、上記弾性層２を形成する方法は、特に制限されるものではないが、通常は上記紫外線硬化型樹脂成分及び導電剤等を分散又は溶解した塗料溶液を調製し、この塗料溶液をディッピング法、スプレー法、ロールコーター法、ダイコート法などにより上記シャフト１上に塗布して乾燥固化させる方法が採用され、特にディッピング法が好ましく用いられる。シャフト１に直接紫外線型硬化樹脂を塗布することで、製造工程の簡略化が可能となる。

本発明の帯電ローラ１０は、弾性層２の体積固有抵抗が、１×１０^４〜１×１０^８Ω・ｃｍであることが好ましい。かかる範囲とすることにより、より良好な導電特性を有する帯電ローラを得ることができ、該帯電ローラを画像形成装置に使用することで、より良好な画像を得ることができる。

また、本発明の帯電ローラ１０は、弾性層２の厚みが、０．９〜１．３ｍｍであることが好ましい。弾性層２の厚みをかかる範囲とすることで、スパーク放電を防止することができる。弾性層２の厚みが０．９ｍｍ未満であると、特に中米などに代表される高温低湿地域において芯金（シャフト）から感光体へスパーク放電が発生するおそれがあり、好ましくない。一方、弾性層２の厚みが１．３ｍｍを超えると、ディッピング塗布時における外径の制御が著しく困難となり、左右差が生じやすくなるため、好ましくない。なお、ローラの外径左右差が大きすぎると、帯電ローラの感光体への密着性が均一でなくなり、特に外径が細い側において、感光体への密着が十分でなくなって帯電能力が十分発揮できず、画像評価で黒抜けの不具合を生ずるおそれがある。

本発明において、シャフト１としては、金属製あるいはプラスチック製で、中空円筒体または中実円柱体のものを使用することができるが、好ましくは、金属製の中空円筒体または中実円柱体であり、より好ましくは、金属製の中空円筒体である。これにより、よりコストを下げることができる。

本発明において、上記表層３を形成する樹脂としては、通常帯電ローラに用いられる樹脂を使用でき、例えば、後述の紫外線硬化樹脂および熱硬化型樹脂等を挙げることができる。

表層３に使用できる紫外線硬化型樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、アミノ樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、アクリルウレタン樹脂、ウレタン樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ビニルエーテル系樹脂、ビニルエステル系樹脂およびこれら樹脂に特定の官能基を導入した変性樹脂等が挙げられ、これら樹脂は、１種単独でも、２種以上を混合して用いてもよい。上記化合物には、極めて少ない量の上記導電剤、必要に応じて反応性希釈剤等を含むことができる。上記化合物には、光重合開始剤、光重合促進剤を含むのが好ましい。その他、必要に応じて公知の添加剤を含んでもよい。

本発明において、上記表層３に使用できる熱硬化型樹脂としては、帯電部材の表層を形成する場合に用いられる公知のゴムや樹脂を用いることができ、特に制限されるものではないが、ウレタン変性アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、及びフッ素樹脂等が例示され、これらの１種又は２種以上を混合して用いることができる。これらの中で、帯電ローラ表面の耐トナー付着性を付与できるという観点から、フッ素樹脂が好ましく用いられる。

このフッ素樹脂として具体的には、ポリテトラフルオロエチレン、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、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ビニリデンフルオライド共重合体、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオライド等が例示される。

また、この表層３を形成する樹脂中には、特に制限されるものではないが、極めて少ない量の導電剤を添加して表層の導電性（電気抵抗）を付与又は調整することができる。この場合、導電剤としては、特に制限はなく、各種電子導電剤や各種イオン導電剤を用いることができるが、本発明では特にカーボンを用いることが好ましい。

導電剤の添加量は、所望とする抵抗が得られるように適宜調整することができる。この場合、表層３の体積固有抵抗は、１×１０^４〜１×１０^１２Ω・ｃｍ、特に１×１０^６〜１×１０^８Ω・ｃｍとすることが好ましく、このような体積固有抵抗を達成するように導電剤の添加量を調整することができ、導電剤としてカーボンを用いた場合の添加量は、通常、基材樹脂に対して１〜１００ｐｈｒ、特に１０〜７０ｐｈｒ程度とされる。

なお、この表層３を形成する樹脂組成物には、架橋剤、増粘剤、チクソトロピー性付与剤、構造粘性付与剤等の添加剤を必要に応じて添加することができる。

上記表層３を形成する方法は特に制限されるものではないが、通常は上記樹脂成分及び導電剤等分散又は溶解した塗料溶液を調整し、この塗料溶液をディッピング法、スプレー法、ロールコーター法などにより塗布した後熱硬化等させる方法が一般的である。なお、上記塗料溶液を調製するための溶媒としては、樹脂組成物を構成する基材樹脂の種類などに応じて適宜選定すればよく、例えば基材樹脂としてフッ素樹脂を用いる場合には、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、トルエン、キシレン等が好適に用いられる。

また、表層３の厚さは、帯電ローラ１０の形態等に応じて設定され、特に制限されるものではないが通常１〜３０μｍ、特に１〜２０μｍとすることができ、１μｍ未満であると、ローラの耐久性に劣る場合があり、一方２０μｍを超えると帯電特性に悪影響を与えたり、表面にしわを生じたりするなど、良好な表面性が得られない場合がある。

図２は、本発明の好適実施形態に係る帯電ローラの他の一例を示す図である。感光ドラムに押圧される際長さ方向に均一な当たり面を形成することが重要であるため、帯電ローラ２０は、長さ方向中央部が端部よりも径が大きいクラウン形状を有している。

ローラ長さ方向断面において、長さ方向中央が端部より突出され、その突出の程度を表すクラウン量としては、５０〜３００μｍとすることが好ましく、このようにすることによって、通常の画像を一層良好なものにすることができる。クラウン量を５０μｍ未満とした場合には、ローラ長さ方向中央部の接触圧が低くなり、一方、これを、３００μｍを超えるものとした場合には、ローラ長さ方向中央部が強く接触しすぎ、いずれの場合も帯電量の不均一を招くおそれがある。なお、本発明における帯電ローラのクラウン量の測定は、ミツトヨ（株）製高精度レーザ測定機ＬＳＭ−４３０ｖを用いて行った。本測定機により、ローラ中央部及び中央部から端部へ向かう９０ｍｍの位置において外径を測定し、中央部の外径と両端部方向へ各９０ｍｍの位置における外径の平均値との差をローラクラウン量とする。例えばローラ長２５０ｍｍの帯電ローラにおいては、一方の端から３５ｍｍ、１２５ｍｍ、２１５ｍｍの３点において外径を測定する。その際、一方の端から３５ｍｍ位置における外径をＡ（ｍｍ）、１２５ｍｍ位置における外径をＢ（ｍｍ）、２１５ｍｍ位置における外径をＣ（ｍｍ）とすると、クラウン量（μｍ）は下記計算式（１）、
クラウン量（μｍ）＝｛Ｂ−（Ａ＋Ｃ）／２｝×１０００ （１）
で求めることができる。

また、本発明において、帯電ローラ１０、２０は、振れ（膜厚精度）をローラ長さ方向全領域において、７０μｍ以下とすることが好ましい。帯電ローラ１０、２０と感光体とは接触しながら回転しているが、帯電ローラ１０、２０の振れが大きい場合には、帯電ローラ１０、２０と感光体との間に空隙が生じてくる。更にその空隙距離も様々になってしまう。この場合、感光体上に残留しているトナー粒子及び外添剤が、その空隙に侵入しやすくなり、帯電ローラ１０、２０にムラとなって付着する。従って、ローラ表面は、まだらに汚れる結果となり、画像不良の原因となってしまう。なお、本発明における帯電ローラ１０、２０の振れの測定は、ミツトヨ（株）製高精度レーザ測定機ＬＳＭ−４３０ｖを用いて行った。本測定機により、外径を、ローラ長さ方向各５点について測定し、各点について測定した外径の最大値と最小値との差の平均値を振れとした。

帯電ローラ１０、２０の製造方法は、リン酸エステル基を有する紫外線硬化型樹脂を配合した塗料をシャフト１に塗布し、紫外線（ＵＶ）を照射して、弾性層２を形成する。次いで、弾性層２上に表層３の塗料溶液を塗布した後、熱硬化または紫外線（ＵＶ）等を照射する。なお、表層に熱硬化型樹脂の水系塗料を用いた場合には、この際の硬化温度は、例えば、溶剤の沸点以上の温度として、約１０５℃以上とすることができる。弾性層を紫外線硬化型樹脂で形成することで、帯電ローラの作製工程および作製時間を簡略化できる。

また、本発明において、紫外線硬化型樹脂を硬化させるための紫外線（ＵＶ）の照射量および積算光量は、十分に紫外線硬化型樹脂を硬化できれば限定されないが、例えば、ＵＶ照射強度１００〜７００Ｗ／ｃｍ^２で積算光量が２００〜３０００ｍＪ／ｃｍ^２となるように照射する。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
（実施例１、比較例１および２）
中空円筒体状の金属シャフト部材１（材質：アルミＡ６０６３，長さ：２３０ｍｍ，厚み０．７ｍｍ，外径φ１８ｍｍ）の表面に、下記表１に示す配合処方の塗工液をダイコーターにて塗布し、ＵＶ照射強度１５００Ｗ／ｃｍ^２で５秒照射して、紫外線硬化型樹脂からなる厚み１ｍｍの弾性層を得た。得られた紫外線硬化型樹脂からなる弾性層の体積固有抵抗（Ω・ｃｍ）を測定した。なお、表１中のオリゴマーＡ〜Ｃは、同一の骨格を有するものであり、リン酸エステル基の有無のみが異なっている構造のものである。

＜体積固有抵抗の測定＞
温度２３℃、相対湿度５０％にて、測定装置として、ハイレスターＵＰ（三菱化学社製）にＵＲプローブを接続したものを用いて、測定電圧２５０Ｖにおける体積固有抵抗（Ω・ｃｍ）を測定した。

さらに、得られた紫外線硬化型樹脂からなる弾性層の外側に、下記表２に示す配合処方の塗料溶液をディッピング法により塗布して厚さ７μｍの樹脂表層を形成し、図１に示す帯電ローラを得た。

＜画像の評価＞
得られた帯電ローラを市販の画像形成装置に設置し、画像を評価した。結果を表１に併記する。なお、画像評価の評価基準は、夫々以下に示すとおりである。
＜評価基準＞
良好：濃度ムラ、黒抜けなし（転写残りなし）
不良：濃度ムラあり、黒抜け４か所以上
＊濃度ムラおよび黒抜けは、ローラ抵抗値が低いほど発生しにくい不具合である。

※１）ウレタンオリゴマーＡ、２官能アクリルウレタンオリゴマーでリン酸エステル基あり
※２）ウレタンオリゴマーＢ、２官能アクリルウレタンオリゴマーでリン酸エステル基なし
※３）ウレタンオリゴマーＣ、２官能アクリルウレタンオリゴマーでリン酸エステル基なし（アミン基導入）
※４）商品名：ＭＴＧ−Ａ、共栄社化学株式会社製
※５）商品名：ＩＲＧＡＣＵＲＥ１８４、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製

※６）ヌレート変性ＨＤＩ（ヘキサメチレンジイソシアネート）

実施例１の帯電ローラは、比較例１および２の帯電ローラと比較して、良好な体積固有抵抗を有し、いずれも導電剤のブリードアウト等の問題はなかった。また、実施例１、比較例１および２の帯電ローラを画像形成装置に使用した場合の画像は、実施例１のみが良好であった。

（実施例２〜５）
次に、弾性層の厚みを下記表３中に示すように変えた以外は実施例１と同様にして、帯電ローラを作製した。得られた各帯電ローラについて、以下に従い外径左右差の測定および画像評価を行った。その結果を、下記の表３中に併せて示す。

＜外径左右差の測定＞
ミツトヨ（株）製高精度レーザ測定機ＬＳＭ−４３０ｖを用いて、ローラ中央部から端部へ向かう９０ｍｍの位置において外径を測定し、両端部方向へ各９０ｍｍの位置における外径の差を求めて、外径左右差（μｍ）とした。

＜画像の評価＞
得られた帯電ローラをＨＰ社製プリンター Ｌａｓｅｒ ｊｅｔ ＣＰ１２１０に組み込み、トナー濃度の均一性により、画像を評価した。画像評価の評価基準は、以下に示すとおりである。
＜評価基準＞
○：画像全面にわたって濃度のムラがなく、均一である。
△：画像の一部に黒抜けがあり、濃度ムラが一部認められる。
×：画像の大部分に黒抜けがあり、濃度ムラが多く認められる。

上記表中に示すように、弾性層の厚みが厚すぎると、ローラの外径左右差が大きくなり、画像性が低下することがわかる。

１ シャフト
２ 弾性層
３ 表層
１０，２０ 帯電ローラ

Claims (5)

1. シャフトと、該シャフトの外周に形成された弾性層と、該弾性層の外周面に形成された表層と、を備える帯電ローラにおいて、
   前記弾性層が、リン酸エステル基を有する紫外線硬化型樹脂で形成されてなることを特徴とする帯電ローラ。
2. 前記紫外線硬化型樹脂が、下記一般式（１）、
   

   

   （一般式（１）中、Ｒ_１は、下記一般式（２）、
   

   

   （一般式（２）中、ｍは１〜１０の整数を示す）であり、Ｒ_２は、下記一般式（３）〜（９）、
   

   

   

   

   

   

   

   

   のうちのいずれかであり、Ｒ_３は、下記一般式（１０）〜（１２）、
   

   

   

   

   （一般式（１０）〜（１２）中、ｒ、ｓおよびｔは１０〜１５０の整数を示す）のうちのいずれかであり、ｎは、１〜１０の整数を示す）で表される化合物からなる請求項１記載の帯電ローラ。
3. 前記弾性層の体積固有抵抗が、１×１０^４〜１×１０^８Ω・ｃｍである請求項１記載の帯電ローラ。
4. 前記弾性層の厚みが、０．９〜１．３ｍｍである請求項１記載の帯電ローラ。
5. 前記シャフトが、金属製の中空円筒体または中実円柱体である請求項１記載の帯電ローラ。

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