JP6480707B2 - 帯電ローラおよび画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、帯電ローラおよび画像形成装置に関する。
従来、複写機、プリンター等の画像形成装置では、まず、感光体等の被帯電体の表面を一様に帯電させ、この被帯電体に光学系から映像を投射して、光の当たった部分の帯電を消去することによって潜像を形成する静電潜像形成プロセスにより静電潜像を得、次いで、トナーの付着によるトナー像の形成、紙等の記録媒体へのトナー像の転写等により、プリントする方法がとられている。
ここで、上記の静電潜像形成プロセスにおいて、被帯電体の表面の帯電は、例えば接触方式で行うことができ、具体的には、電圧を印加した帯電用部材(例えば特許文献1に示すような帯電ローラ)を、当該被帯電体に対して当接させる直前に放電させることにより行われる。
特開2008−203571号公報
ところで、近年の画像形成装置の省エネ化に伴い、被帯電体を帯電するための電圧の印加は、より低電圧で行うことが望まれている。しかし、上述のように、被帯電体の表面の帯電は、帯電ローラの被帯電体に対する放電により行われるところ、帯電ローラに印加する電圧を低下させると、被帯電体に対する放電量が不足する虞があった。さらに、この帯電ローラの印加電圧を低下させて電力消費を抑制する際には、同時に画像不良の発生を抑制させつつ行うことも肝要であった。
そこで、本発明は、印加電圧が低い場合であっても、放電量を確保しつつ画像不良の発生を抑制することができる帯電ローラを提供することを目的とする。また、本発明は、電力消費を抑制しつつ、画像不良の発生を抑制した画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明の帯電ローラは、被帯電体との間に電圧を印加することにより該被帯電体を帯電させる帯電ローラであって、シャフトと、該シャフトの外周側に形成された基層と、前記帯電ローラの表面を形成する表層とを備え、前記表層の十点表面粗さRzが14〜28μmであり、前記表層の表面抵抗値が、5≦表面抵抗値(MΩ)≦4.0×Rz−3.6であることを特徴とする。
この発明の帯電ローラによれば、印加電圧が低い場合であっても、放電量を確保しつつ画像不良の発生を抑制することができる。
なお、本発明において「十点表面粗さRz」は、JIS82Rzに従い測定するものとする。
ここで、本発明の帯電ローラでは、表層が樹脂および導電剤を含み、該導電剤の含有量が該樹脂100重量部に対して20〜30重量部であることが好ましい。この構成によれば、表層の表面抵抗値を、好適に所望の範囲にすることができる。
また、本発明の帯電ローラでは、前記表層が樹脂および導電剤を含み、該導電剤がカーボンブラックであることが好ましい。この構成によれば、より放電量を確保しつつ画像不良の発生を効果的に抑制することができる。
また、本発明の帯電ローラでは、前記表層が、直径20〜40μmの粒子を有することが好ましい。この構成によれば、表層の十点表面粗さRzを、好適に所望の範囲にすることができる。
本発明の画像形成装置は、上記の帯電ローラを有することを特徴とする。この発明の画像形成装置によれば、電力消費を抑制しつつ、画像不良の発生を抑制することができる。
本発明によれば、印加電圧が低い場合であっても、放電量を確保しつつ画像不良の発生を抑制することができる帯電ローラを提供することができる。また、本発明によれば、電力消費を抑制しつつ、画像不良の発生を抑制した画像形成装置を提供することができる。
本発明の帯電ローラの一実施形態を示す、帯電ローラの軸方向に直交する方向での断面図である。 帯電ローラの表面を形成する表層の表面抵抗値の測定方法を示す図である。 本発明の画像形成装置の一実施形態を示す部分断面図である。
以下に図面を参照しつつ、本発明の帯電ローラの実施形態について例示説明する。図1は、本発明の帯電ローラ1の一例の構造を示す、帯電ローラ1の軸方向に直交する方向での断面図である。
図示の帯電ローラ1は、複写機、プリンター等の画像形成装置で用いることが可能であって、電圧を印加した帯電ローラ1を、画像形成装置内の感光体等の被帯電体に当接または近接させるとともに当該被帯電体に対して放電させることにより当該被帯電体を帯電させるものである(接触方式)。なお、この接触方式では、帯電ローラ1に電圧を印加させる方法として、直流電流により印加するDC帯電方式と、直流電流に交流電流を重畳させて印加するDC+AC帯電方式とが挙げられるが、環境条件に左右されない作像が可能となり安定した電位が得られるという点から、DC+AC帯電方式とするのが好ましい。
ここで、帯電ローラ1は、図1に示すように、少なくとも、シャフト2と、帯電ローラ1の表面を形成するとともに、被帯電体に当接しまたは近接(数10μmの隙間)する表層3と、を備える。具体的には、図示の例では、シャフト2の外周面上に、径方向内側から外側に向かって、基層4、接着層5、下層6および表層3が形成されている。
シャフト2は、帯電ローラ1の軸となるものであり、良好な導電性を有するものであれば限定されないが、例えば、硫黄快削鋼などの鋼材にニッケルや亜鉛のメッキを施したものや、鉄、ステンレススチールおよびアルミニウムなどの金属製とすることができる。また、シャフト2は、十分な剛性を有していればその形状は限定されないが、中実体、またはその内部を中空にくりぬいた円筒体などにすることができる。
本実施形態において、基層4は、シャフト2の外周側、図示の例では外周面上に形成される、導電性および弾性を有する層であり、帯電ローラ1が被帯電体に当接した際の圧力を吸収するとともにシャフト2からの電流を帯電ローラ1の表面まで通電させる層である。
基層4は、ゴム、樹脂またはこれらの発泡体などの材料から形成することができる。また、ゴムまたは樹脂としては、限定されるものではないが、例えば、ポリウレタン、シリコーンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、ポリノルボルネンゴム、エピクロルヒドリンゴム等から選択される1つ以上を用いることができる。帯電ローラを用いた装置内で、当該帯電ローラが物理的に凹み、その履歴が残ると画像不良となる観点から、基層4を構成する材料が、発泡させたポリウレタンであることが好ましい。これにより、基層4が、優れた弾性(凹み回復性)を有することとなるためである。
基層4には、導電性を備えるために、イオン導電剤や電子導電剤等の導電剤を含むことができる。イオン導電剤としては、限定されるものではないが、例えば、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム(例えば、ラウリルトリメチルアンモニウム)、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、オクタデシルトリメチルアンモニウム(例えば、ステアリルトリメチルアンモニウム)、ベンジルトリメチルアンモニウム、変性脂肪酸ジメチルエチルアンモニウムなどと過塩素酸、塩素酸、塩酸、臭素酸、ヨウ素酸、ホウフッ化水素酸、硫酸、エチル硫酸、カルボン酸、スルホン酸などとのアンモニウム塩;リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属と過塩素酸、塩素酸、塩酸、臭素酸、ヨウ素酸、ホウフッ化水素酸、トリフルオロメチル硫酸、スルホン酸などとのアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩;が挙げられる。また、電子導電剤としては、限定されるものではないが、例えば、SAF、ISAF、HAF、FEF、GPF、SRF、FT、MTなどファーネスブラックの他、アセチレンブラックやケッチェンブラックなどの導電性であるカーボンブラック;酸化処理を施したインク用カーボン、熱分解カーボン、天然グラファイト、人造グラファイト;酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の導電性金属酸化物;ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属などが挙げられる。これらの導電剤は単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
基層4には、導電剤の他に任意の添加剤、例えば、フェノールやフェニルアミン等の酸化防止剤、低摩擦化剤、電荷調整剤、整泡剤、界面活性剤、充填剤、架橋剤、および分散剤などを添加することができる。
基層4の形成は、限定されるものではないが、例えば、前述のゴムまたは樹脂に上記の導電剤および添加剤を混合し、その後、混合物を、シャフト2を配置した金型内に注入して硬化させることにより行うことができる。またゴムまたは樹脂を予め発泡させる場合には、上記の混合物を、例えば、メカニカルフロス法、水発泡法、発泡剤フロス法等の方法を用いて発泡させることができる。
接着層5は、基層4と下層6との間の密着性を向上させるために設けている。
接着層5は、限定されるものではないが、例えば、ポリアミド(ナイロンなど)、ポリエステル、ウレタン変性アクリル樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂、尿素樹脂等の材料から形成することができる。なお、接着性および導電性の観点から、接着層5を構成する材料は、低Tg且つ低抵抗な材料であることが好ましい。
また、接着層5には、基層4に添加することが可能な導電剤や添加剤、例えば、フェノールやフェニルアミン等の酸化防止剤、低摩擦化剤、電荷調整剤、整泡剤、界面活性剤、充填剤、架橋剤、および分散剤などを任意に添加することができる。
下層6は、抵抗値を調整し、クラウン形状を作成し、基層4が溶剤による悪影響を防止するための耐溶剤性を付与するために設けている。
下層6は、限定されるものではないが、ポリアミド(ナイロンなど)、ポリエステル、ウレタン変性アクリル樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、尿素樹脂、フッ素樹脂等の材料から形成することができる。なお、良好な抵抗値および耐溶剤性等が得られるとともにコストを抑えられるとの観点から、下層6を構成する材料はアクリル樹脂であることが好ましい。
また、下層6には、基層4に添加することが可能な導電剤や添加剤、例えば、フェノールやフェニルアミン等の酸化防止剤、低摩擦化剤、電荷調整剤、整泡剤、界面活性剤、充填剤、架橋剤、および分散剤など、さらに、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適宜所望に応じて適量添加することができ、この場合添加剤は無機系、有機系のいずれであってもよい。
なお、図示の例では、下層6は1層で構成されるが、帯電ローラ1またはその製造において目的とする性能に応じて、下層6を2層以上の同じまたは相互に異なる材料からなる層で構成することもできる。
表層3は、帯電ローラ1の表面を形成するとともに、感光体などの被帯電体に電圧を印加させる際に当該被帯電体に当接する層である。表層3は、限定されるものではないが、下層6の材料と同様のものを用いて形成することができる。なお、表層3を構成する材料は、トナー成分が表層に付着すると、被帯電体への電位付与ができなくなる虞があるところ、トナー成分の付着防止の観点からフッ素樹脂であることが好ましい。
また、表層3には、基層4や下層6に添加することが可能な導電剤や添加剤、さらに架橋剤や分散剤を添加することができる。また、表層3には、後述のように、その表面の十点表面粗さRzを所望の範囲の値にするために、アクリル樹脂、ポリウレタンまたはポリアミド(ナイロンなど)からなる粒子を添加することができる。
ところで、上記の接着層5、下層6および表層3の形成は限定されるものではないが、各層を形成するための上記の材料および添加剤等を含む塗料を調整し、この塗料を例えばディッピング法やスプレー法により塗布することにより行うことができる。
上記のような帯電ローラでは、画像形成装置の省エネ化に伴い、帯電ローラに対する電圧の印加をより低電圧で行うことが望まれているものの、帯電ローラに対する電圧の印加を低電圧で行うと、帯電ローラからの被帯電体に対する放電量が不足する虞があった。さらに、この帯電ローラの印加電圧を低下させて電力消費を抑制する際には、同時に画像不良の発生を抑制させつつ行うことも肝要であった。
したがって、本発明の帯電ローラ1では、表層3は、十点表面粗さRzが14〜28μmであり、且つ、表面抵抗値が、
5≦表面抵抗値(MΩ)≦4.0×Rz−3.6
である。
この構成によれば、表層3の表面粗さRzを14μm以上として粗くしたため、印加電圧を低下させた場合であっても、被帯電体に対する放電が発生しやすくなり放電量を確保することができる。具体的には、帯電ローラ1では、十点表面粗さRzが大きくなるに従い、表層3の表面の凸凹形状およびそこでの電荷分布で不均一性が増すので放電が発生しやすくなる。また、十点表面粗さRzを28μm以下にしたので、表層が粗過ぎることによる異常放電の発生を防止することができる。
ところで、上記のように表面粗さRzを大きくすると、画像に欠点が発生する。これは、表面粗さRzを大きくすると、局所的に生じた放電に、周囲からの電流が集中して起こる異常放電が生じているためと考えられる。帯電ローラ1で異常放電が生じると、異常放電に電流が集中するので、その周囲では電位が低下し、それ故に、被帯電体の表面において、異常放電を受けた高電位に帯電した部分と、その周囲に低電位に帯電した部分とが生じるので、画像に欠点(例えば砂地カブリ)が発生する。
そこで、本実施形態の帯電ローラ1では、表面抵抗値を5MΩ以上とすることにより、局所的に生じた放電に周囲からの電流が集中しないので、異常放電が生じるのを防止でき、それ故に画像に欠点が発生するのを抑制することができる。また、表層3において均一な表面抵抗値を得るとの観点から、帯電ローラ1の表面抵抗値の上限は、
表面抵抗値MΩ=4.0×Rz(μm)−3.6の式で求まる値以下である。
したがって、本発明によれば、印加電圧が低い場合であっても、放電量を確保しつつ画像不良の発生を抑制することができる。さらに、印加電圧を低くすることができるので、DC+AC帯電方式を採用した帯電ローラ1の場合には、DC+AC帯電方式に特有の、帯電ローラ1および被帯電体の帯電時に発生しやすい帯電音を低減することができる。
ここで、表層3の表面抵抗値は、図2に示すように、帯電ローラ1を、1cm離間させた2枚の銅電板7(幅1cm)を1組とする3組の電極8の上に載せ、シャフト2の軸方向両端に、それぞれ500g(全体で1kg)の荷重をかけた後、250Vの電圧を印加して各電極8で得られた3つの抵抗値の平均値とする。なお、3組の電極8は、帯電ローラ1の一端側から軸方向長さの1/4の地点(図示では左)、1/2の地点(図示では中)、3/4の地点(図示では右)に配置する。
ところで、この実施形態では、表層3が樹脂および導電剤を含み、導電剤の含有量が、当該表層3を構成する樹脂(材料)100重量部に対して30重量部以下であることが好ましい。含有量を30重量部以下にすることにより、表層3の表面抵抗値を大きくし画像不良の発生を抑制することができる。
また、この実施形態では、表層3に含まれる導電剤の含有量が、当該表層3を構成する樹脂(材料)100重量部に対して20重量部以上であることが好ましい。含有量を20重量部以上にすることにより、表層3内での導電剤の局在化(即ち、分散しにくくなる)を防止することができ、それ故に、表層3の表面での帯電が均一になり、画像不良(カブリなど)の発生を防止することができる。
表層3に添加する導電剤としては、特に限定されるものではないが、金属粉末、イオン導電剤、イオン性液体、導電性高分子のブレンドおよびカーボンブラックを用いることが好ましく、中でもカーボンブラックがより好ましい。カーボンブラックを用いることにより、より放電量を確保しつつ画像不良の発生を効果的に抑制することができる。また、カーボンブラックは、安価であり、環境変動が小さい点でも有利である。
また、この実施形態では、表層3が、直径20〜40μmの粒子を有することが好ましい。これによれば、表層3の十点表面粗さRzを好適に所望の範囲にすることができる。
なお、同様な観点からは、粒子は、直径30μmであることがより好ましい。
また、この実施形態では、表層3への粒子の含有量は、表層3を構成する樹脂(材料)100重量部に対して20〜80重量部であることが好ましい。粒子の含有量を上記の範囲にすることにより、表面粗さRzを好適に所望の範囲にすることができる。なお、表層3を構成する樹脂(材料)100重量部に対して20重量部以上であると、所望の表面粗さRzになりやすい傾向があり、また、80重量部以下であると、塗膜が割れににくくなる。
ところで帯電ローラ1は、限定されるものではないが、例えば、帯電ローラ1の外径を6〜20mmにし、表層3の厚さを3〜14μmにすることができる。
ここで、本発明の画像形成装置の一実施形態について、以下に図面を参照しつつ、例示説明する。
本発明の画像形成装置は、上述した帯電ローラを有することを特徴とする。本発明の画像形成装置は、上記帯電ローラを有する以外、特に制限はなく公知の構成とすることができる。
図3は、本発明の画像形成装置9の一実施形態を示す部分断面図である。図示例の画像形成装置9は、静電潜像を保持する感光体(被帯電体)10と、感光体10の近傍(図では上方)に位置して感光体10を帯電させるための帯電ローラ1と、感光体10の近傍(図では右方)に位置してトナーを感光体10に供給するための現像ローラ11と、感光体10の近傍(図では下方)に位置して紙等の記録媒体にトナーを転写させる転写ローラ12と、感光体10に隣接して配置して感光体10表面上の余分なトナーを掻き取るクリーニングブレード13と、トナーが転写された記録媒体上のトナーを定着させる定着ローラ14とを備えている。なお、本発明の画像形成装置9は、更に画像形成装置に通常用いられる公知の部品を備えることができる。
図示例の画像形成装置9においては、感光体10に帯電ローラ1を当接させて、感光体10と帯電ローラ1との間に電圧を印加して、感光体10を一定電位に帯電させた後、露光機(図示せず)により静電潜像を感光体10上に形成する。次に、感光体10と、現像ローラ11とが、図中の矢印方向に回転することで、トナーが現像ローラ11を経て感光体10に送られる。現像ローラ11上のトナーは、現像ローラ11と感光体10とが接触しながら回転することにより、現像ローラ11から感光体10の静電潜像に付着し、該潜像が可視化する。潜像に付着したトナーは、転写ローラ12で紙等の記録媒体に転写され、その後、定着ローラ14による熱と圧力で記録媒体に定着する。また、転写後に感光体10上に残留するトナーは、クリーニングブレード13によって除去される。ここで、本発明の画像形成装置9においては、上述した本発明の帯電ローラ1を用いることで、電力消費を抑制しつつ、画像不良の発生を抑制した画像を形成することが可能となる。
以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明の帯電ローラおよび画像形成装置は、上記一例に限定されることは無く、適宜変更を加えることができる。
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例になんら限定されるものではない。
下記に示すような構成を有する帯電ローラを作成して、それらを画像形成装置に用いた。そして、感光体へ帯電させた際の感光体の放電量の適否、およびプリントした画像の適否(即ち、不良(砂地カブリなど)が生じるか否か)を検討した。
実施例1の帯電ローラは、図1に示すように、シャフト(φ6mm、長さ260mm、材質:硫黄快削鋼)、基層(材料:ウレタン、導電剤:カーボンブラック)、接着層(材料:ウレタン、導電剤:カーボンブラック)、下層(材料:アクリル樹脂、導電剤:カーボンブラック)、および表層(材料:フッ素樹脂、導電剤:カーボンブラック、粒子:アクリル樹脂、架橋剤:フッ素樹脂の反応基に対して2.4等量)を有している。また、実施例1の帯電ローラは、表1に示すような、含有粒子の粒子径およびその際の十点表面粗さRz、並びに導電剤の含有量および表面抵抗値を有している。
実施例2〜8、並びに比較例1〜10の帯電ローラは、表1に示す諸元を変化させた以外、実施例1の帯電ローラと同じ構成を有する。
なお、表層に用いたフッ素樹脂は、旭硝子株式会社製LF200であり、カーボンブラックは、DBP吸油量:70cm3/100g、一次粒径:23nm、粒径:110〜120nmの物性値を有し、アクリル樹脂の粒子は、積水化成品工業株式会社製テクポリマーMBX−30であり、架橋剤は、亜細亜工業株式会社製エクセルハードナーHXである。
上記の各実施例1〜8並びに比較例1〜10の帯電ローラの感光体への放電量の適否および画像不良について、下記の方法で評価し、その結果を表1に示す。
[放電量起因の画像不良]
各実施例1〜8並びに比較例1〜10の帯電ローラの感光体への放電量の適否を、帯電ローラに印加した電圧と、そのときの電流との関係に基づいて評価した。
具体的には、帯電ローラへの印加電圧およびそのときの電流値を測定して、印加電圧に対する電流値との関係を調査した。当該関係は、ある特定の電圧までは直線状に変化するが、放電が生じると、その特定の電圧からは電流値が直線状の関係から乖離し、計測される電流値が上昇する(その乖離した量が放電量である)。そして、放電現象が生じる始める電圧以上の電圧である1.4kV程度の印加電圧において、電流値が550μAとなる時の放電量(即ち、直線状の関係から乖離した量)について、適否を評価した。
評価基準は以下のようにした。
○・・・65以上であり、25%ハーフトーンを印字した際に印字画像より黒くならなかった為OK
△・・・50以上65未満であり、25%ハーフトーンを印字した際に印字画像より黒くならなかった為OK
×・・・50未満であり、25%ハーフトーンを印字した際に印字画像よりも黒くなった為NG
[Rz起因の画像不良]
上記の帯電ローラについて、プリントした画像に不良(カブリ)が生じたか否か、またその個数について評価した結果を表1に示す。
なお、評価基準は以下のようにした。
○・・・印加電圧1.3Vの時にカブリが発生しなかった為OK
△・・・印加電圧1.4Vの時にカブリが発生しなかった為OK
×・・・印加電圧1.4Vの時にカブリが発生した為NG
Figure 0006480707
表1の結果より、十点表面粗さRzが14〜28μmの範囲内、且つ、表面抵抗値が5≦表面抵抗値(MΩ)≦4.0×Rz−3.6である実施例1〜8の帯電ローラは、比較例1〜10の帯電ローラよりも、印加電圧を低下させた場合(従来は印加電圧1.8kV程度であり、上記の実験では印加電圧1.4kV程度)であっても、放電量を確保しつつ画像不良の発生を抑制することができることがわかった。
本発明によれば、印加電圧が低い場合であっても、放電量を確保しつつ画像不良の発生を抑制することができる帯電ローラを提供することができる。また、本発明によれば、電力消費を抑制しつつ、画像不良の発生を抑制した画像形成装置を提供することができる。
1:帯電ローラ
2:シャフト
3:表層
4:基層
5:接着層
6:下層
7:銅電板
8:電極
9:画像形成装置
10:感光体(被帯電体)
11:現像ローラ
12:転写ローラ
13:クリーニングブレード
14:定着ローラ

Claims (5)

  1. 被帯電体との間に電圧を印加することにより該被帯電体を帯電させる帯電ローラであって、
    シャフトと、該シャフトの外周側に形成された基層と、前記帯電ローラの表面を形成する表層とを備え、
    前記表層の十点表面粗さRzが14〜28μmであり、
    前記表層の表面抵抗値が、
    5≦表面抵抗値(MΩ)≦4.0×Rz(μm)−3.6であり、
    前記表層が樹脂および導電剤を含み、該導電剤の含有量が該樹脂100重量部に対して20〜30重量部であり、
    前記導電剤がカーボンブラックであることを特徴とする帯電ローラ。
  2. 前記表層が、直径20〜40μmの粒子を有する、請求項1に記載の帯電ローラ。
  3. 前記帯電ローラは、DC+AC帯電方式である、請求項1又は2に記載の帯電ローラ。
  4. 前記表層の表面抵抗値(MΩ)が、10.3〜37.1である、請求項1〜のいずれかに記載の帯電ローラ。
  5. 請求項1〜のいずれかに記載の帯電ローラを有することを特徴とする、画像形成装置。
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