JP6746396B2

JP6746396B2 - 電子写真用ローラおよび帯電装置

Info

Publication number: JP6746396B2
Application number: JP2016124601A
Authority: JP
Inventors: 山田　聡; 聡山田; 敏郎鈴木; 雄也友水; 俊光中澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2020-08-26
Anticipated expiration: 2036-06-23
Also published as: WO2017002336A1; US20180188666A1; US10139747B2; JP2017016126A

Description

本発明は、電子写真用ローラおよび帯電装置に関する。

接触帯電装置を備えた電子写真画像形成装置において、静電像を形成るための感光体と、該感光体に接触して配置された帯電ローラが用いられることがある。ここで、特許文献１には、静電像を形成するための像担持体と、該像担持体に対向して配置され、該像担持体を帯電させる帯電部材と、該帯電部材に該像担持体へ向けて加圧力を付与する加圧手段と、該帯電部材の両側に取り付けられ、該像担持体の表面に当接して該像担持体と該帯電部材との間隙を保持する間隙保持部材とを備え、該像担持体と該間隙保持部材との間で生じる摩擦力により該帯電部材を該像担持体に対し従動回転させるように構成された画像形成装置が開示されている。

そして、特許文献１の段落００３７において、スペーサ部材の外径が１２．０ｍｍで、芯金の半径が６．０ｍｍで、軸受けと芯金との間の摩擦係数が０．１３であるとき、帯電ローラと感光ドラムとの軸が水平で、感光ドラムの回転速度が２００ｒｐｍである場合に、摩擦係数が０．０６５より大きければ帯電ローラが回転することが記載されている。

特開２００６―１６２６４６号公報

本発明者らが、特許文献１に係る画像形成装置について検討した結果、帯電ローラの長期間の使用によって異音を生じる場合があった。

本発明の一態様は、電子写真画像形成装置の稼働時における異音の発生の抑制に資する電子写真用ローラの提供に向けたものである。また、本発明の他の態様は、長期間の使用によっても、帯電ローラの回転に起因する異音の発生が抑制された帯電装置の提供に向けたものである。

本発明の一態様によれば、表面に金属層を有する導電性の軸芯体と、該軸芯体上の弾性層と、を有する電子写真用ローラであって、該軸芯体の端部外周面と、ポリエステル樹脂との動摩擦係数を、該軸芯体の一周分について測定したときに、該動摩擦係数の平均値μｒが、０．０５以上０．５０以下であり、かつ、該端部外周面を、該軸芯体の周方向に３等分割した各々の範囲を、領域Ａ１、領域Ａ２及び領域Ａ３としたときに、各々の領域において、該動摩擦係数が１．５μｒ〜１．８μｒの範囲にある位置と、該動摩擦係数が０．２μｒ〜０．５μｒの範囲にある位置が存在する電子写真用ローラが提供される。

また、本発明の他の態様によれば、感光体を帯電させる電子写真用ローラと、該電子写真用ローラを支持する軸受けとを備えている帯電装置であって、該電子写真用ローラは、表面に金属層を有する導電性の軸芯体と、該軸芯体上の弾性層と、を有し、該軸受けは、該電子写真用ローラの該軸芯体の端部外周面を摺動可能に支持してなり、該軸芯体の該端部外周面と、該軸受けとの動摩擦係数を、該軸芯体の一周分について測定したときに、該動摩擦係数の平均値μｒが、０．０５以上０．５０以下であり、かつ、該軸芯体の該端部外周面を、該軸芯体の周方向に３等分割した各々の範囲を、領域Ａ１、領域Ａ２及び領域Ａ３としたときに、各々の領域において、該動摩擦係数が１．５μｒ〜１．８μｒの範囲にある位置と、該動摩擦係数が０．２μｒ〜０．５μｒの範囲にある位置が存在する帯電装置が提供される。

本発明の一態様によれば、電子写真画像形成装置の稼働中の異音の発生の抑制に資する電子写真用ローラを得ることができる。また、本発明の他の態様によれば、帯電ローラに起因する異音の発生が抑制された帯電装置が提供される。

本発明に係る電子写真用ローラの一例の概略断面図である。動摩擦係数の測定結果の一例を示す図である。動摩擦係数の測定方法を示す概略図である。導電性の軸芯体の端部外周面が研磨加工された一例を示す図である。

本発明者らは、特許文献１に係る帯電ローラを長期間に亘って使用した場合に生じる異音が、帯電ローラが回転したときの、帯電ローラの軸芯体の端部と、当該端部を回転可能に支持する軸受けとの接触状態に起因するものであることを見出した。そして、本発明者らは、更なる検討の結果、軸受けと摺動可能に接している軸芯体の端部の外周面のポリエステル樹脂に対する動摩擦係数を規定することで、当該接触状態に起因する異音の発生を抑制し得ることを見出した。

即ち、該軸芯体の端部外周面と、ポリエステル樹脂との動摩擦係数を、該軸芯体の一周分について測定したときに、該動摩擦係数の平均値μｒが、０．０５以上０．５０以下であり、かつ、該端部外周面を、該軸芯体の周方向に３等分割した各々の範囲を、領域Ａ１、領域Ａ２及び領域Ａ３としたときに、各々の領域において、該動摩擦係数が１．５μｒ〜１．８μｒの範囲にある位置と、該動摩擦係数が０．２μｒ〜０．５μｒの範囲にある位置が存在することで、当該接触状態に起因する異音を抑制し得ることを見出した。

以下、本発明に係る電子写真用ローラの一態様としての帯電ローラおよび帯電装置について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る帯電ローラの一例の概略断面図（帯電ローラを導電性の軸芯体の軸方向に対して垂直に切断した際の概略断面図）である。本発明の帯電ローラは、導電性の軸芯体１０１と、その外周に設けられた弾性層１０２とを有する。また、必要に応じて導電性の軸芯体１０１と弾性層１０２の間に接着層、弾性層１０２上に表面層を設けてもよい。

〔導電性の軸芯体〕
導電性の軸芯体は、表面に金属層を有し導電性を有するものである。導電性の軸芯体は、表面に金属層を有していればいかなる形状であってもよい。例えば、中実構造の円柱体、中空構造の円筒体が挙げられる。特に、中空構造の場合、中実構造に比べ剛性が低いため、振動を生じ易く、そのため異音が発生し易いので、本発明により異音の発生を抑える効果は大きい。また、金属板等の平板をプレス加工により円筒状に成形した導電性の軸芯体は、平板の合わせ目があるため、異音が発生し易く、本発明による異音の発生の抑制効果は、より大きい。更に、帯電ローラを、軸受けを介してバネ等により感光体の方向に押し付け、加圧して感光体に押し付ける構造の場合にも大きな効果を発揮する。

また、導電性の軸芯体は、単層構成、複層構成であってもよい。複層構成としては、絶縁性の材料の表面に金属層を形成したものが挙げられる。金属層としては、鉄、銅、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケルなどの層が挙げられる。複層構成の場合に用いられる絶縁性材料としては、樹脂、セラミック等が挙げられる。

「軸芯体の端部外周面」とは、軸芯体の両端部の、軸芯体の表面に弾性層が形成されていない部分であって、軸芯体が軸受けに接触する部分である。

該軸芯体の端部外周面とポリエステル樹脂との動摩擦係数を該軸芯体の一周分について測定した時、周方向一周の動摩擦係数の平均値μｒは、０．０５以上０．５０以下である。周方向一周の動摩擦係数の平均値μｒが、０．０５以上０．５０以下であり平均値μｒを０．５０以下とすることで、軸芯体の端部外周面と軸受けとの摩擦力が小さくなり、帯電ローラを回転させる力が小さくなる。特に帯電ローラを感光体に当接させて従動駆動させる場合には、安定して従動回転させることができる。

しかし、動摩擦係数の平均値μｒを小さく抑えるためには、高精度な加工を必要とし、コストアップの要因となる。また、長期間の使用において安定して小さい動摩擦係数を維持することは容易ではない。更に、平均値μｒを０．０５以下としても、帯電ローラを安定して回転させる上での効果は限定的であった。以上の検討結果を踏まえ、本発明の一態様に係る電子写真用ローラにおいては、軸芯体の端部外周面と、ポリエステル樹脂との動摩擦係数の平均値μｒを、０．０５以上０．５０以下とする。

一方、本発明者らは、軸芯体の動摩擦係数が周方向においてムラを有することで、異音を防止できることを見出した。本発明において、軸芯体の端部外周面を該軸芯体の周方向に３等分割した各々の範囲を、領域Ａ１、領域Ａ２及び領域Ａ３としたときに、各々の領域において、動摩擦係数が１．５μｒ〜１．８μｒの範囲にある位置と、動摩擦係数が０．２μｒ〜０．５μｒの範囲にある位置が存在することが必要である。

図２に、本発明の一態様に係る電子写真画像形成装置の軸芯体外周面の、ポリエステル樹脂に対する動摩擦係数の測定結果の概略を示す。軸芯体の端部外周面を周方向に３等分割した領域Ａ１、Ａ２及びＡ３の各領域とは、軸芯体を周方向に３分割した各領域１２０°相当である。その各領域内において、動摩擦係数が変動することが必要である。図中、領域Ａ１においては０°から約１０°までの間、動摩擦係数が１．５μｒ〜１．８μｒの範囲となっている。また、４０°前後から動摩擦係数が０．２μｒ〜０．５μｒの範囲となり、更に動摩擦係数が０．２μｒを下回った後、増加して、約８０°から約９０°までの間、動摩擦係数が０．２μｒ〜０．５μｒの範囲となる。領域Ａ２及び領域Ａ３においても同様に動摩擦係数が１．５μｒ〜１．８μｒの範囲となる位置、０．２μｒ〜０．５μｒの範囲となる位置が存在する。領域Ａ１においては最小値が０．２μｒ〜０．５μｒより小さく、領域Ａ３においては最大値が１．５μｒ〜１．８μｒより大きいが、何れの領域においても動摩擦係数が０．２μｒ〜０．５μｒの範囲にある位置、及び１．５μｒ〜１．８μｒの範囲にある位置が存在する。動摩擦係数を上記の様に変動させることで、長期間の使用により発生する帯電ローラの軸芯体と軸受けとの接触状態に起因する異音を抑えることが可能となる。

本発明の一態様に係る電子写真用ローラを用いることによって、帯電装置の異音の発生を抑制できる理由について、本発明者らは、以下のように推測している。動摩擦係数が均一であると、軸芯体と軸受けが常に同じ接触状態を維持する。軸芯体と軸受けは帯電ローラの回転に伴い、摩擦によって削れが生じる。その削れにより、軸芯体と軸受けの接触面積が大きくなり、軸芯体と軸受けの摩擦が大きくなっていき、振動を生じ、異音が発生する。特に、軸受けが樹脂からなる場合、摩擦により削れ易く異音が発生し易い。

軸受けに使用される樹脂としては、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリ四フッ化エチレン樹脂、ポリエステル樹脂が挙げられる。

なお、本発明における帯電ローラの軸芯体の端部外周面の動摩擦係数に係る規定は、ポリエステル樹脂を基準に測定される動摩擦係数に基づくものである。しかしながら、端部外周面が、ポリエステル樹脂を基準として測定される動摩擦係数が本発明に係る規定を満たすような粗さを有する軸芯体を有する電子写真用ローラは、軸受けの該軸芯体との摺動部分の材質によらず、本発明の効果を奏するものである。

一方で、動摩擦係数を変動させると、軸芯体と軸受けの接触状態が変化する。そのため、軸芯体と軸受けは摩擦により削れが生じるが、接触面積が大きくなることを抑えることができる。そのため、異音の発生を抑制することができる。

動摩擦係数を変動させる手段としては、軸芯体の端部外周面に表面加工や表面塗装等の表面処理を施す方法が挙げられる。表面加工としては、例えば、やすり、サンドペーパー等で表面を加工する方法が挙げられる。

〔動摩擦係数の測定〕
動摩擦係数は、軸芯体の端部と基準物質としてのポリエステル樹脂製のフィルムとの動摩擦係数を測定することによって求める。

図３は、動摩擦係数の測定方法の説明図である。具体的な測定方法は以下の通りである。先ず、一端がロードセル或いはテンションゲージ３０１に接続されるとともに、他端に一定の荷重Ｗ３０２が与えられたポリエステルフィルム３０３（商品名：ルミラーＳ１０＃１００、東レ社製）を、軸芯体３０４の表面に所定の巻付け角度θ（実施例では９０°）で接触させる。次いで、該軸芯体を矢印方向に一定速度で回転させることによりポリエステルフィルムを該軸芯体の表面で摺動させたときのポリエステルフィルムの張力Ｔを検出する。

検出された張力Ｔ、荷重Ｗ及び巻付け角度θを、次のオイラーの式に適用して動摩擦係数μを求めることができる。
μ＝（１／θ）×ｌｎ（Ｔ／Ｗ）
μ：動摩擦係数
θ：巻付け角度（ラジアン）
Ｗ：荷重（ｇ）
Ｔ：張力（ｇ）。

荷重は、５〜３００ｇで測定することが好ましく、ローラ回転数は、１０〜３００ｒｐｍが好ましい。また張力は、０．００１〜０．１秒間ごとにサンプリングすることが好ましい。

〔弾性層〕
弾性層を構成する材料は、特に限定されず、ゴム材料、樹脂材料等の弾性材を用いることが可能である。ゴム材料としては、特に限定されず、電子写真用導電性部材の分野において公知のゴムを用いることができ、例えば以下のものが挙げられる。エピクロルヒドリン単独重合体、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド共重合体、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル３元共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体の水素添加物、シリコーンゴム、アクリルゴム及びウレタンゴム等。樹脂材料も、特に限定されず、電子写真用導電性部材の分野において公知の樹脂を用いることができ、例えば以下のものが挙げられる。アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等。

弾性層の電気抵抗値の調整のため、これらのゴム材料または樹脂材料中には必要に応じて、導電剤を添加することができる。導電剤としては、例えば以下のものが挙げられる。電子導電性を示すカーボンブラック、グラファイト、及び酸化錫等の酸化物、銅、銀等の金属、酸化物や金属を粒子表面に被覆して導電性を付与した導電性粒子；イオン導電性を示す第四級アンモニウム塩、スルホン酸塩等。また、本発明の効果を損なわない範囲で、ゴムまたは樹脂の配合剤として一般的に用いられている充填剤、軟化剤、加工助剤、粘着付与剤、粘着防止剤、分散剤、発泡剤、粗し粒子等を添加することができる。弾性層の体積抵抗率の目安としては、１×１０^３Ω・ｃｍ以上１×１０^９Ω・ｃｍ以下である。

〔帯電装置〕
帯電装置は、感光体を帯電させる、本発明に係る電子写真用ローラ（帯電ローラ）と、該電子写真用ローラを支持する軸受けとを備えている。該帯電ローラは、表面に金属層を有する導電性の軸芯体と、該軸芯体上の弾性層と、を有している。前記軸受けは、帯電ローラの軸芯体の端部外周面を摺動可能に支持している。軸受けの、軸芯体の端部外周面との摺動面は、ポリエステル樹脂を含む材料で構成されていることが好ましい。

帯電装置は、該軸芯体の該端部外周面と、該軸受けとの動摩擦係数を、該軸芯体の一周分について測定したときに、該動摩擦係数の平均値μｒが、０．０５以上０．５０以下であり、かつ、該軸芯体の該端部外周面を、該軸芯体の周方向に３等分割した各々の範囲を、領域Ａ１、領域Ａ２及び領域Ａ３としたときに、各々の領域において、該動摩擦係数が１．５μｒ〜１．８μｒの範囲にある位置と、該動摩擦係数が０．２μｒ〜０．５μｒの範囲にある位置が存在する。

以下、製造例及び実施例によって、本発明をより具体的に説明する。

〔製造例１〕
１．導電性の軸芯体の作製
導電性の軸芯体用の材料（以下、「基材」という。）としてステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製の全長２５２ｍｍ、直径６ｍｍの円柱中実の棒状体（中実棒a）を用意した。図４に示すようにこの基材の両端部から各１０ｍｍの領域の周面を、紙やすり（三共理化学株式会社製、ＬＷＣＳ−ＭＳ、＃１２０と＃４００）により、表面を研磨加工して領域４０１を作成した。続いて、１２０°間隔で番手が＃１８０と＃８０の紙やすりを用いて部分的に表面を加工して領域４０２を形成し、導電性の軸芯体１を作製した。

２．摩擦力の測定
図３に示す装置を用いて、温度２３．５℃、相対湿度６０％の環境下で、総荷重１００ｇ、巻付け角度９０°、ローラ回転数３０ｒｐｍ、０．０１秒ごとに張力のサンプリングを行う条件で、前記導電性の軸芯体の両端部（端部１及び端部２）の動摩擦係数を測定した。平均値μｒは上記の測定でサンプリングした張力から求めた動摩擦係数を１回転分平均して算出した。評価結果を表１に示す。

〔製造例２〜１１〕
基材としてステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製の全長２５２ｍｍ、外径６ｍｍ、内径４．８ｍｍの中空の引き抜き材（中空引き抜き棒ｂ）を用意した。また、基材として、ＳＵＳ３０４製の平板（ｔ＝０．６）を用意し、プレス加工により全長２５２ｍｍ、直径６ｍｍの円柱中空棒（中空プレス加工棒ｃ）に加工した。

基材として、中実棒a、中空引き抜き棒ｂまたは中空プレス加工棒ｃを用いて、研磨加工条件を適宜変更して、製造例１の場合と同様にして、軸芯体の両端部から各１０ｍｍの領域の周面が研磨加工された導電性の軸芯体２〜１１を得た。尚、各製造例においては、加工に用いる紙やすりの番手を適宜変更した。また製造例１と同様にして、動摩擦係数を測定した。評価結果を表１に示す。

〔実施例１〕
１．弾性ローラの作製
表２に示す量の成分（１）を容量６Ｌニーダー内で２０分間混練し、次いで表２に示す量の成分（２）を加え、オープンロールでさらに８分間混練することによって、未加硫ゴム組成物を得た。一方、導電性の軸芯体１の円柱面の軸方向中央を挟んで両側１１５．５ｍｍまでの領域（あわせて軸方向幅２３１ｍｍの領域）に、金属およびゴムを含む熱硬化性接着剤（商品名：メタロックＵ‐２０、（株）東洋化学研究所製）を塗布し、これを温度８０℃で３０分間乾燥させた後、さらに温度１２０℃で１時間乾燥させた。

次にクロスヘッド押出機を使用して、上記接着層付き導電性の軸芯体上に未加硫ゴム組成物を同軸状に外径８．７５〜８．９０ｍｍの円筒形に押出し、端部を切断して、軸芯体の外周に未加硫の導電性弾性層（長さ２４２ｍｍ）を積層した。押出機はシリンダー径７０ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝２０の押出機を使用し、押出時の温度条件はヘッドの温度を９０℃とし、シリンダーの温度を９０℃とし、スクリューの温度を９０℃とした。

このようにして得られたローラを、異なる温度設定にした２つのゾーンをもつ連続加熱炉内に導入して未加硫ゴム組成物を加硫した。第１ゾーンを温度８０℃に設定して３０分間で通過させ、第２ゾーンを温度１６０℃に設定して３０分間で通過させ、未加硫ゴム組成物を加硫することによって、加硫ゴム層を有するローラを得た。

次に、このローラのゴム層の両端のゴム層を切断し、ゴム層の軸方向幅を２３２ｍｍとした。その後、ゴム層の表面を回転砥石で研磨することによって、端部直径８．２６ｍｍ、中央部直径８．５ｍｍのクラウン形状の弾性層を形成した弾性ローラを得た。

２．帯電ローラの作製
次いで、この弾性ローラの弾性層に２５４ｎｍの波長の紫外線を積算光量が９０００ｍＪ／ｃｍ^２になるように照射した。紫外線の照射には、低圧水銀ランプを用いた。以上のようにして帯電ローラ１を得た。

３．感光体との従動性の評価
感光体に帯電ローラを従動回転させた時の、感光体の周速度と帯電ローラの周速度を測定した。周速度は、帯電ローラ及び感光体の十回転に要する時間をストップウォッチにより測定し、計算により算出した。測定は、三回実施し、その平均値を用い、感光体の周速度に対する帯電ローラの周速度を比率で示す。
周速比＝（帯電ローラの周速度）／（感光体の周速度）×１００（％）
本試験において周速比が９５％以上であれば、画像上に課題を生じることはなく、実使用上問題ない。

４．耐久試験
電子写真式レーザープリンター（商品名：ＬＢＰ５４００、キヤノン株式会社製）を改造し、記録メディアの出力スピードは、２００ｍｍ／ｓｅｃで画像解像度は６００ｄｐｉとした。ＬＢＰ５４００の帯電ローラの軸受けの材料は、ポリアセタール樹脂である。

この改造電子写真画像形成装置に帯電ローラ１を組み込んで、画像評価を行った。１枚画像を出力すると電子写真画像形成装置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（Ｅ文字１％印字画像を間欠耐久）、２００００枚の画像出力耐久試験を行った。その際に異音の発生した枚数で評価した。枚数は５００枚単位とし、５００枚未満は切り捨てて表示した。尚、本試験で、異音が発生するまでの印字枚数が１００００枚以上であれば、想定した寿命以上であると判定した。また、本試験での軸芯体と軸受けで発生する異音は、感光体の帯電中に発生する音であり、その他の音、例えばモーター音とは、発生のタイミング、音質が異なり、容易に聞き分けることが可能である。評価結果を表３に示す。

〔実施例２〜８、比較例１〜３〕
導電性の軸芯体１を表３に示す導電性の軸芯体に変更した以外は、実施例１と同様にして帯電ローラ２〜１１を作製し、感光体との従動性の評価及び耐久試験を行った。評価結果を表３に示す。

１０１：導電性の軸芯体
１０２：弾性層
３０１：ロードセル或いはテンションゲージ
３０２：一定荷重Ｗ
３０３：ポリエステルフィルム
３０４：軸芯体

Claims

表面に金属層を有する導電性の軸芯体と、該軸芯体上の弾性層と、を有する電子写真用ローラであって、
該軸芯体の端部外周面と、ポリエステル樹脂との動摩擦係数を、該軸芯体の一周分について測定したときに、該動摩擦係数の平均値μｒが、０．０５以上０．５０以下であり、かつ、
該端部外周面を、該軸芯体の周方向に３等分割した各々の範囲を、領域Ａ１、領域Ａ２及び領域Ａ３としたときに、各々の領域において、該動摩擦係数が１．５μｒ〜１．８μｒの範囲にある位置と、該動摩擦係数が０．２μｒ〜０．５μｒの範囲にある位置が存在することを特徴とする電子写真用ローラ。
前記軸芯体が中空構造である請求項１に記載の電子写真用ローラ。
前記軸芯体が金属板をプレス加工により円筒状に成形したものである請求項１または２に記載の電子写真用ローラ。
感光体を帯電させる電子写真用ローラと、該電子写真用ローラを支持する軸受けとを備えている帯電装置であって、
該電子写真用ローラは、表面に金属層を有する導電性の軸芯体と、該軸芯体上の弾性層と、を有し、
該軸受けは、該電子写真用ローラの該軸芯体の端部外周面を摺動可能に支持してなり、
該軸芯体の該端部外周面と、該軸受けとの動摩擦係数を、該軸芯体の一周分について測定したときに、該動摩擦係数の平均値μｒが、０．０５以上０．５０以下であり、かつ、該軸芯体の該端部外周面を、該軸芯体の周方向に３等分割した各々の範囲を、領域Ａ１、領域Ａ２及び領域Ａ３としたときに、各々の領域において、該動摩擦係数が１．５μｒ〜１．８μｒの範囲にある位置と、該動摩擦係数が０．２μｒ〜０．５μｒの範囲にある位置が存在することを特徴とする帯電装置。
前記軸受けの、該軸芯体の端部外周面との摺動面が、ポリエステル樹脂を含む材料で構成されている請求項４に記載の帯電装置。