JP6415221B2 - 帯電ローラ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
1)電気抵抗と電流に対する制動性とが低くなる傾向がある:
具体的には、帯電ローラの軸方向への異常放電や、ピンホールリーク等が起こる場合があり、その結果、電子写真装置の画質向上化に限界が生じることがある。
2)長期使用に不利な傾向がある:
具体的には、帯電ローラの外周面の凹部(例えば、電極体の表面)にトナーや外添剤等が堆積し、帯電ローラの電気特性が低下する場合があり、その結果、電子写真装置に適用する際に放電特性が低下することがある。
電子写真方式の工程の一つに、感光性(光導電性)物質を利用した被帯電体(感光体)上に、帯電ローラによって電位を付与する帯電工程がある。被帯電体には、通常は画像不良にはならないミリメートル以下の微小な凹み(ピンホール)がある場合がある。この凹み部分に非常に大量の電流が流れると、その電荷が凹みの周囲まで流れ込み、凹みの大きさよりも何倍も大きい数mm単位の画像不良が発生することがある。また、ひどい場合には、電荷が被帯電体の軸方向の両端まで流れ込み画像上に横線が入るという画像不良が発生することもある。なお、導電性ローラの電気抵抗が低いほど大量の電流が流れやすいことから、この異常放電やピンホールリークは導電性ローラの電気抵抗が低いほど発生しやすいということが知られている。
以下、帯電部材として用いられる本発明の導電性ローラについて説明する。
本発明に用いる軸体(軸材)は、本発明の効果を得られるものであれば適宜用いることができ、特に限定されない。この軸体としては、例えば、電子写真装置の分野で公知の弾性ローラを挙げることができる。より具体的には、例えば、ステンレス鋼、銅、及び錫などの金属製の芯棒と、この芯棒上に形成された、導電性カーボンやその他の導電性材料を含有する樹脂層(導電層)とを有するローラなどを挙げることができる。この樹脂層は、芯棒の外周面に直接形成されていても良いし、この芯棒と樹脂層との間に他の層(例えば接着層)が形成されていても良い。また、軸体は、表面に導電性接着剤(粘着剤)からなる層を有していても良いし、軸体の表面がタック処理されていても良い。
本発明に用いる導電性を有するポリマーファイバーは、少なくとも1種類以上のポリマー(例えば、有機ポリマー)を含む導電性を有するファイバーであれば良い。このポリマーファイバーとしては、例えば電子写真装置の分野で従来公知の導電性のポリマーファイバーを適宜用いることが可能であり、特に限定されない。
・それ自体が導電性を有するポリマーからなるファイバー。
・導電性を持たないポリマーに導電性を付与するための導電材料を配合した材料からなるファイバー。
・導電性を有するポリマーに導電材料を更に追加して導電性を改善した材料からなるファイバー。
これらから目的とする性能を導電ローラに付与できる導電性などの性質を有するものを少なくとも1種選択して用いることができる。
導電性ポリマーファイバーを構成するポリマーは、導電性高分子化合物のようにそれ自身が導電性を示すものや、導電材料と複合化可能なものであれば特に限定されるものではない。しかし、特に導電材料と複合化させるポリマーは、複合させる導電材料に対する親和性が高いことが、導電材料の均一分散性を高める観点から好ましい。
なおこれらは単独あるいは複数を組み合わせて用いてもよく、また官能基化してもよいし、他のポリマーとの共重合体としてもよい。
ポリマーファイバーに含有できる導電材料としては、例えば、電子写真装置の分野で従来公知の導電材料から目的とする導電性をポリマーファイバーに得ることができる材料を適宜用いることが可能である。この導電材料としては、例えば、導電性を有する微粒子、導電性を有するフィラー(例えば、繊維状のフィラー)を挙げることができる。これらの導電性を有する微粒子および導電性を有する繊維状のフィラーのいずれか一方または両方を用いることができる。
ポリマーファイバーでは、導電性の観点からは、ポリマー量に対して導電材料の割合が高ければ高いほど好ましい。しかし、ポリマーファイバー中のポリマーの含有量の上限は、95質量%、特には、88質量%であることが好ましい。ポリマー量が95質量%以下である場合には、上記導電性物質(導電材料)の含有量が相対的に少なくなることによって、導電性などの面から実用的な使用が困難となることを容易に抑制できる。
本発明に用いる導電性ポリマーファイバーを、軸体の外周面に同一方向に隙間なく配向させることで、この軸体の外周面をこのポリマーファイバーによって被覆することができる。即ち、このポリマーファイバーは、軸体上で同一方向(例えば、軸体の軸方向に交差する方向、好ましくは直交する方向)に配向していると言える。なお、本発明において「同一方向(同方向)」とは、ポリマーファイバーの目的とする配向方向において所望とする特性や効果が導電ローラに得られる範囲内における配向方向のずれを包含する略同一方向(略同方向)を含むものである。また、その好ましい配向方向としての軸体の軸方向に対して直行する方向(垂直方向)にも「ほぼ垂直な方向」が含まれる。
軸体を被覆するポリマーファイバーからなる層(電極層)の導電性ローラの軸方向の電気抵抗率は、以下の方法で測定することができる。つまり、導電性ローラの軸方向に沿って、この電極層表面の4点(A点、B点、C点、D点)間に、A〜Dの順に金属ペーストで直径50μmの金線を接合し、A−D間の金線に定電流源で一定電流を流し、B−C間に接続した接点間の電圧を測定することで測定できる。また同様に、この電極層のポリマーファイバーの配向方向の電気抵抗率は、以下の方法で測定することができる。つまり、この巻き付け方向に沿って、電極層表面の4点(E点、F点、G点、H点)間に、E〜Hの順に金属ペーストで直径50μmの金線を接合し、E−H間の金線に定電流源で一定電流を流し、F−G間に接続した接点間の電圧を測定することで測定できる。
軸体の外周面に巻き付けられたポリマーファイバーが形成する被覆層(電極層)の厚さは、本発明の導電性ローラの帯電特性及び放電特性を阻害しない範囲で適宜設定することができ、特に限定されない。しかし、例えば図1(a)に示すように、中心部の芯棒2aと、この芯棒の外周面に形成された導電層2bとを有する既存の導電ゴムローラ(軸体2)に、ポリマーファイバー3を被覆して本発明の導電性ローラ1とする場合には、以下のようにすることが好ましい。即ち、電極層の積層厚を、0.1μm以上5mm以下とすることが好ましい。積層厚がこの範囲内であれば、ポリマーファイバーを軸体の外周面に容易に均一に被覆することができ、作業性に優れる。
ここで、ポリマーファイバーの太さとは、ポリマーファイバーの断面が円形状のものでは、その断面の円の直径のことを指すが、それ以外では、その断面における重心を通る最長直線の長さのことである。
本発明の導電性ローラは、軸体の外周面に導電性を有するポリマーファイバーを同一方向に隙間なく配置する工程(被覆工程)を有する製造方法によって製造することができる。なお、この製造方法は、この工程の前に軸体を作製する工程やポリマーファイバーを作製する工程を有することもできる。
本発明に用いる軸体は従来公知の方法で適宜作製できる。例えば、軸体が、ステンレス鋼等の金属製の芯棒の周囲(例えば、外周面)に、カーボンブラック等の導電性材料を含有する樹脂からなる導電層が形成された導電性ゴムローラである場合は、例えば、以下の方法でこの軸体を作製することができる。即ち、この芯棒の周囲に、射出成形、押出成形、トランスファー成形、プレス成形等の公知の成形方法によって上記樹脂からなる導電層を形成し、必要に応じてこの導電層を加熱及び研磨することで作製することができる。
ポリマーファイバーの作製方法としては、例えば、エレクトロスピニング法(電界紡糸法・静電紡糸法)、複合紡糸法、ポリマーブレンド紡糸法、メルトブロー紡糸法、フラッシュ紡糸法等が挙げられ、特に限定されない。
軸体の外周面へのポリマーファイバーの被覆方法は、特に限定されるものではなく、従来公知の技術を適宜、また場合によっては組み合わせて用いることができる。例えば、上述したように、一旦ポリマーファイバーを一軸方向に配向した膜を作製した後に、この膜で軸体を被覆する方法を用いることができる。しかし、図2に示すように、ファイバーの巻き取りを可能とするための回転治具に、本発明の導電性ローラの軸体をセットしてコレクター9とするエレクトロスピニング法を用いることによって、軸体の外周面に導電性ポリマーファイバーが同一方向に隙間なく配向した導電性ローラを直接作製でき、作業性に優れる。
実施例1では、表面をタック処理した、キヤノン社製の金属芯棒の外周が導電ゴム層で覆われた、市販の導電ゴムローラ(φ(直径)12mm、幅(軸方向の長さ)250mm、体積抵抗率(105Ωcm)をポリマーファイバーで被覆した導電性ローラを作製した。
導電材料として、デンカブラックと三菱化学社製のカーボンブラックとの質量比が7:6の混合物を使用し、ポリマー材料として、ARKEMA社製のポリアミド(PA12、商品名:Rilsan A)と、ダイセル・エボニック社製のポリアミド(PA610、商品名:VESTAMID Terra HS16)との質量比40:47の混合物を使用した。また、これらの配合比(質量部)を表1に示す配合割合に設定した。それら以外は、実施例1と同様にして、ポリマーファイバーが同一方向に10μmの厚みで被覆された導電性ローラを作製した。
導電材料として、東海カーボン社製のトーカブラックを使用し、ポリマー材料として、ARKEMA社製のポリアミド(PA12、商品名:Rilsan A)と、ダイセル・エボニック社製のポリアミド(PA610、商品名:VESTAMID Terra HS16)との質量比50:13の混合物を使用した。また、これらの配合比(質量部)を表1に示す配合割合に設定した。それら以外は実施例1と同様にして、ポリマーファイバーが同一方向に10μmの厚みで被覆された導電性ローラを作製した。
導電材料として、デンカブラックとライオン社製のケッチェンブラックとの質量比が2:1の混合物を使用し、その配合比(質量部)を表1に示す配合割合に設定した。それ以外は実施例1と同様にして、ポリマーファイバーが同一方向に10μmの厚みで被覆された導電性ローラを作製した。
導電材料として、デンカブラックとライオン社製のケッチェンブラックとの質量比が28:5の混合物を使用し、各材料の配合比(質量部)を表1に示す配合割合とした。それ以外は実施例1と同様にして、ポリマーファイバーが同一方向に10μmの厚みで被覆された導電性ローラを作製した。
導電材料として、デンカブラックとライオン社製のケッチェンブラックとの質量比が7:6の混合物を使用し、ポリマー材料として、ARKEMA社製のポリアミド(PA12、商品名:Rilsan A)と、ダイセル・エボニック社製のポリアミド(PA610、商品名:VESTAMID Terra HS16)との質量比が40:47の混合物を使用した。また、これらの配合比(質量部)を表1に示す配合割合に設定した。さらに、エレクトロスピニング装置における、ドラム式回転コレクターとして用いた上記市販の導電ゴムローラの周方向の回転速度を5m/sに変更した。それら以外は実施例1と同様にして、ポリマーファイバーが10μmの厚みで被覆された導電性ローラを作製した。
上記実施例1〜4、参考例、及び比較例1より得られる各導電性ローラを、帯電ローラとして電子写真装置(レーザープリンター、商品名:LBP5400、キヤノン株式会社製)に組み込んだ。そして、この電子写真装置のプロセススピードを70mm/sに設定し、1枚画像を出力して帯電ローラの回転を停止させた後、また画像形成動作を再開するという動作を繰り返し行う間欠印刷を、印字率1%で、5000枚行う耐久試験(画像評価及び性能評価試験)を行った。
A:ローラの軸方向への異常放電及びピンホールリークに起因した画像ムラが発生しない。
B:ローラの軸方向への異常放電及びピンホールリークに起因した画像ムラの発生が極めて軽微で、実用上に問題が無い。
C:ローラの軸方向への異常放電及びピンホールリークに起因した画像ムラが画像の一部あるいは画像全体に発生し、画像の品質が低下している。
(1)評価の準備;
(汚れ付着促進工程)
実施例1〜3より得られる各導電性ローラを、HP社製のレーザープリンター(商品名:カラーレーザージェット3800)用のプロセスカートリッジに帯電ローラとして装着し、当該プロセスカートリッジを上記レーザープリンターに装填した。次いで、このレーザープリンターを用いて、常温常湿環境下(25℃、50%RH)で単色ベタ画像を50枚連続出力し、その後、ベタ白画像を1枚通紙した。この操作を6回繰り返して、合計で300枚の単色ベタ画像を出力した。その後、上記レーザープリンターからプロセスカートリッジを取り外し、該プロセスカートリッジから、各実施例に係る導電性ローラを取り出した。なお、この工程は、各実施例に係る導電性ローラ表面に、強制的にトナーや外添剤を付着させるためのものである。
(2−1)画像出力の準備;
上記(1)で得た各実施例に係る導電性ローラを、レーザープリンター(商品名:カラーレーザージェット3800:HP社製)を元に改造されたレーザープリンター用のプロセスカートリッジに帯電ローラとして装着し、このプロセスカートリッジを上記改造されたレーザープリンターに装填した。
(2−2)画像形成工程;
まず、評価用のハーフトーン画像(感光体の回転方向と垂直方向に幅1ドット、間隔2ドットの横線を描くような画像)を1枚出力した。このハーフトーン画像を、「評価画像1」とする。
「評価画像1」を出力後、感光体の回転方向と垂直方向に幅2ドット、間隔50ドットの横線を描く、印字濃度が4%の画像を出力画像とし、画像形成は、1枚の画像を出力する毎に、電子写真感光体の回転を停止させる、いわゆる、間欠モードにて3000枚出力した。3000枚目の画像を形成した後、評価用のハーフトーン画像を1枚出力した。このハーフトーン画像を、「評価画像2」とする。
「評価画像2」を出力後、レーザープリンターの電源を切り、12時間後に電源を入れ、再度、評価用のハーフトーン画像を1枚出力した。このハーフトーン画像を、「評価画像3」とする。
「評価画像3」を出力後、再び間欠モードにて3000枚出力した。3000枚目の画像を形成した後、評価用のハーフトーン画像を1枚出力した。このハーフトーン画像を、「評価画像4」とする。
「評価画像4」を出力後、レーザープリンターの電源を切り、12時間後に電源を入れ、再度、評価用のハーフトーン画像を1枚出力した。このハーフトーン画像を、「評価画像5」とする。
「評価画像1」、「評価画像2」、「評価画像3」、「評価画像4」及び「評価画像5」について、帯電ムラが原因で発生する細かいスジ状の濃度ムラ(横スジ)の有無を目視で確認した。
上記(2−2)に記載の画像形成工程を、下記表2に記載したように、画像出力の環境およびプロセススピードを変化させて行った。
2・・・軸体
2a・・芯棒
2b・・導電層
3・・・導電性を有するポリマーファイバー(導電性ポリマーファイバー)
4・・・1本の導電性を有するポリマーファイバー
5・・・導電性フィラー
6・・・絶縁物
Claims (6)
- 導電性の軸体と、
該軸体の外周面上の、導電性ポリマーファイバーで構成された電極層としての表面層と、を備えた帯電ローラであって、
該導電性ポリマーファイバーは、該軸体の外周面に隙間なく巻き付けられ、該軸体の軸方向に対して交差する方向に配向しており、
該導電性ポリマーファイバーの配向方向の表面抵抗率が、1.0×10 3 Ω/sq.以上9.9×10 10 Ω/sq.以下であり、
該表面層の該軸体の軸方向の表面抵抗率が、該導電性ポリマーファイバーの配向方向の表面抵抗率の10倍以上である
ことを特徴とする帯電ローラ。 - 前記導電性ポリマーファイバーの平均径が、0.01μm以上、10μm未満である請求項1に記載の帯電ローラ。
- 前記導電性ポリマーファイバーが、導電性ポリマーまたは導電材料とポリマーとの複合体からなる請求項1または2に記載の帯電ローラ。
- 前記導電材料が、導電性を有する微粒子、および導電性を有する繊維状のフィラーのいずれか一方または両方である請求項3に記載の帯電ローラ。
- 前記導電性ポリマーファイバーが、電界紡糸糸である請求項1〜4のいずれか一項に記載の帯電ローラ。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の帯電ローラの製造方法であって、
エレクトロスピニング法により、前記導電性ポリマーファイバーを、前記軸体の外周面に、該軸体の軸方向に対して交差する方向に配向するように巻き付ける工程を有することを特徴とする帯電ローラの製造方法。
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