JPH07311493A

JPH07311493A - 帯電部材及び帯電装置

Info

Publication number: JPH07311493A
Application number: JP21888494A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Takizawa; 喜夫滝沢; Manabu Yakushiji; 薬師寺　　学; Takahiro Kawagoe; 隆博川越; Kazuya Murata; 和也村田; Shohei Morikawa; 昌平森川
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1993-09-22
Filing date: 1994-09-13
Publication date: 1995-11-28
Anticipated expiration: 2018-09-29
Also published as: JP3451738B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の帯電部材によれば、従来の帯電部材
におけるトナーの像担持体への融着等の欠点を大幅に改
善し、更に、帯電特性、性能安定性に優れた帯電部材を
提供し得る。【構成】接触帯電させる帯電部材において、その帯電
部材の被帯電体との当接部表面をアクリル樹脂成分が５
〜８０重量％含有したウレタン変性アクリル樹脂を含む
樹脂層からなることを特徴とする帯電部材及びそれを用
いた帯電装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機、プリンター等
において、電子写真や静電記録プロセスに用いられる感
光体等の被帯電体を帯電させる帯電部材及び帯電装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
複写機における電子写真プロセスでは、まず感光体の表
面を一様に帯電させ、この感光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
て潜像を形成し、更にトナーの付着、紙へのトナー像の
転写により、複写を行う方法がとられている。

【０００３】この場合、最初の感光体を帯電させる操作
は、コロナ放電方式が一般的に採用されている。しかし
ながら、このコロナ放電方式は５〜１０ｋＶもの高電圧
印加が必要とされるため、機械の安全保守の観点から好
ましくないものである。また、コロナ放電中にオゾン、
ＮＯ_X 等の有害物質が発生するため、環境上の問題もあ
る。

【０００４】そこで、最近では、特開平１−２０５１８
０公報、特開平１−２１１７７９公報に記載されている
ような電圧を印加した帯電部材を感光体等の被帯電体を
接触させることにより、被帯電体を帯電させる方法が提
案されている。このような接触帯電方式によれば、コロ
ナ放電方式に比べて低い印加電圧で帯電を行うことがで
き、また、オゾンの発生もごく少なく、上記コロナ放電
方式の問題を解決し得る可能性がある。

【０００５】このような接触方式に使われる帯電部材と
しては、従来、カーボン等の導電性粒子を分散した導電
ゴムローラやこれらにナイロンもしくはポリウレタンを
被覆したローラがあった。

【０００６】しかし、前者のような導電ゴムローラは、
その低抵抗性を保持するため、導電性粒子の量を多くす
る必要があり、このためゴム硬度が上昇して被帯電体表
面を傷つけてしまう恐れがある。更に、ゴム中に配合さ
れた薬品類が表皮層に移行し、感光体を汚染して帯電性
能を劣化させてしまう恐れもある。

【０００７】また、後者のようなナイロン等を被覆した
ローラは、感光体の汚染は防止できるものの、環境によ
る抵抗の変化が大きく、例えば低温、低湿下では均一に
帯電できないため、反転現像で黒ポチやカブリが発生す
る場合がある。更に、このような表皮層の抵抗を導電性
粒子の添加でコントロールする場合には、添加量によ
り、抵抗値が大きく変化するため、製造上所望の抵抗値
が得られにくく、帯電性能のばらつきが生じ易いという
問題もある。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、帯電特性、帯電環境安定性に優れ、更に製造上帯電
性能のばらつき及び像担持体へのトナー融着のない帯電
部材及び該帯電部材を用いた帯電装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【発明を解決するための手段及び作用】本発明の帯電部
材は、帯電装置に使用される帯電部材において、帯電部
材の表面をアクリル樹脂成分が５〜８０重量％含有され
たウレタン変性アクリル樹脂を含む樹脂層で形成したこ
とを特徴とする。

【００１０】更に、本発明の帯電部材は、上記帯電部材
の表面にウレタン変性アクリル樹脂中にシリコーン成分
を１〜５０重量％含む樹脂層で形成したことを特徴とす
る。

【００１１】更に、本発明の帯電部材は、上記樹脂層に
硬化剤を添加しても良い。また、更に、場合によって樹
脂層にシリカを添加することにより、ピンホールリーク
性や感光ドラムとの密着性を改善することも出来る。
又、上記樹脂層は、架橋された形態を取ることにより塗
膜の強さを増大させる、或は密着性を改善させることも
可能である。

【００１２】更に、本発明の帯電部材は、上記樹脂層に
導電性粉体を含有することを特徴とする。

【００１３】すなわち、被帯電体に当接させ、電圧を印
加することにより、被帯電体に帯電させる帯電部材にお
いて、その帯電部材の被帯電体との当接部表面、例えば
導電ゴムローラの表面を被覆する表皮層をアクリル樹脂
成分が５〜８０重量％含有されたウレタン変性アクリル
樹脂を含む樹脂層で形成することにより、環境による抵
抗変化が少なく、帯電環境安定性に優れた帯電部材を得
ることができ、しかも導電性粒子の添加により表面抵抗
を調節する場合には添加量に応じて比較的緩徐に抵抗値
が変化し、このため所望の抵抗値に確実に調節すること
ができ、しかも、帯電部材を用いた画像形成装置におい
て、トナー融着等の発生のない高品位な画像が得られ
る。

【００１４】以下に、本発明につき更に詳しく説明す
る。ナイロン皮膜を帯電部材の最外層に用いることは上
述のように被帯電体の耐汚染性に対し、かなりの効果が
あるが、よく用いられるＮ−メトキシメチル化ナイロン
は溶液での粘度が経時で上昇する上、皮膜も架橋等によ
り抵抗が上昇する。これに対し、通常のウレタンエラス
トマーは膜として柔軟である上溶液粘度も安定してお
り、皮膜の抵抗も経時で変化が少ない。しかし、ウレタ
ンエラストマーは一般に粘着性が高く、帯電部材の表皮
層として用いた場合、被帯電体と密着しやすく、はく離
が滑らかに行われない。また、トナー、ゴミ等が付着し
やすく帯電不良の原因となる。

【００１５】一方、アクリル樹脂は粘着性が低く、耐汚
染性も良好であるが、一般に硬度が高く、帯電部材の表
皮層として用いた場合、部材全体の硬度を高め、帯電を
不均一にするばかりではなく、トナー融着発生の原因と
なる。ここでのトナー融着とは、例えば帯電部材として
帯電ローラを図３に示す画像形成装置に用いた場合、ク
リーニングブレード１２をすりぬけたトナーが像担持体
６に接触している帯電ローラ５によって像担持体６に押
しつけられて像担持体表面に融着する現象をいう。この
トナー融着現象は上述の発生機構より、帯電部材表面層
の硬度が高い程発生しやすい。

【００１６】本発明におけるウレタン変性アクリル樹脂
とは、相溶性、液安定性、膜柔軟性等の観点から、ウレ
タン樹脂とアクリル樹脂成分を化学的に結合することが
より効果的である。具体的な方法としては、β−ヒドロ
キシエチルメタクリレート等により、アクリル重合体に
水酸基を導入したポリマーと分子末端にイソシアネート
基をもつウレタンプレポリマーとの反応又は下記のよう
な分子末端に（片末端又は両末端）に水酸基をもつアク
リル成分とウレタンプレポリマーとの反応により、合成
される（Ａ：アクリル酸、アクリル酸エステルモノマー
あるいはオリゴマー）。こうして得られる重合体におい
て、ウレタン鎖とアクリル鎖は互いにブロック型で結合
していてもよく又グラフト型で結合していてもよい。

【化１】

【００１７】本発明のウレタン変性アクリル樹脂は、上
述の方法に限定されるものではなく、その他にもアクリ
ルジオール混合系にジイソシアネートを添加する方法、
アクリルモノマーに両末端イソシアネートポリエステ
ル、ポリエーテル等を付加し、そのウレタンアクリレー
トを重合する方法等によっても得ることができる。ま
た、これらの合成に用いられるアクリル樹脂成分として
は、ポリマーとしてのガラス転移温度Ｔ_g が室温から約
８０℃までのものが好ましく、上記β−ヒドロキシエチ
ルメタクリレートの他に、例えば、エチルメタクリレー
ト、イソブチルメタクリレート、グリシジルメタクリレ
ートなどを含むものが用いられる。この際のウレタン変
性アクリル樹脂中におけるアクリル樹脂成分の組成とし
ては５〜８０重量％、特に１０〜６０重量％であること
が好ましく、更に２０〜５０重量％であることがより好
ましい。

【００１８】更に、感光体との密着性改良の観点から、
ウレタン変性アクリル樹脂中にシリコ−ン成分を含むこ
ともできる。具体的には、例えばシリコ−ン鎖を含むポ
リオ−ルを原料として用いたウレタンプレポリマ−とア
クリル成分との反応により合成する等の方法が考えられ
る。この場合、ウレタンプレポリマ−中におけるシリコ
−ン成分の組成としては２〜８０重量％、特に５〜５０
重量％であることが好ましい。又、反応後のウレタン変
性アクリル樹脂中におけるシリコ−ン成分の組成として
は１〜５０重量％、特に３〜３０重量％であることが望
ましい。

【００１９】ウレタン変性アクリル樹脂は、帯電部材の
表面層に単独で含有されても、２種以上が含有されても
差し支えなく、他の樹脂を混合して用いてもよい。この
場合、ウレタン変性アクリル樹脂以外の樹脂としては、
ポリエステル、フェノール樹脂、ポリアミド、エポキシ
樹脂、尿素樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。

【００２０】ここで、帯電部材の当接部（表皮層）は、
その体積抵抗率を１０⁶ 〜１０¹³Ωｃｍ、特に１０⁷ 〜
１０¹¹Ωｃｍとすることが好ましく、１０⁶ Ωｃｍより
小さいと電圧印加により帯電部材が破壊する場合があ
り、一方１０¹³Ωｃｍより大きいと帯電性が低下する場
合がある。この体積抵抗率の調節は、この当接部を構成
する上記アクリル変性ウレタン樹脂を含む材料中に導電
性粒子を添加することにより行うことができ、導電性粒
子としては、カーボンブラック、酸化スズ粒子、酸化チ
タン等の金属酸化物粒子を用いることができるが、特
に、カーボンブラックが好ましく使用される。更に、カ
ーボンブラックと金属酸化物の併用も可能である。この
場合、本発明帯電部材の当接部を形成する材料は、これ
らの導電性粒子の添加により、その添加量に応じて比較
的緩徐に抵抗値が変化し、このため当接部を所望の抵抗
値に容易かつ確実に調節することができる。

【００２１】更に、カーボンブラック等で全体の抵抗を
調節した樹脂層に、部分的なピンホールリークや、感光
ドラムとの密着性改良のために、いわゆるシリカ（ホワ
イトカーボン）を添加しても良い。シリカは微粒子珪酸
及び珪酸塩であり、通常カーボンブラックに次ぐ補強性
を有し、ゴム等の強伸度、硬度、耐摩耗性等を改良し、
透明ないし鮮明な製品に使用されるもので、これらは一
般に１０〜５０μｍの超微粒なかさ高い白色粉末で、天
然産の珪酸や珪酸塩の粉砕品とは製法、性質が異なる。
シリカを製法上から分類すれば、乾式法による無水珪酸
（デグッサ製アエロジル等）、湿式法による含水珪酸
（バイエル製ブルカシル等）及び合成珪酸塩（珪酸マグ
ネシウムなど）等が挙げられる。

【００２２】また、更に本樹脂層は、その塗膜の強さを
増大させるため、硬化剤を用いて架橋させても良い。架
橋は、主剤と硬化剤に水酸基とイソシアネート基のよう
な反応基を含有させて行なうことが出来る。硬化剤に
は、例えば２官能のジイソシアネート類、或はそれ以上
の官能基を有するポリイソシアネート等を用い、硬化剤
に柔軟性を与える基を導入する等により、強伸度を容易
にアップさせ、塗膜の耐久性を改良すること等ができ
る。また、硬化剤には密着性をより改善する等で、硬化
剤にシリコーン成分を含有しても良い。

【００２３】なお、帯電部材の当接部（表皮層）を形成
する樹脂層の厚さは１〜２００μｍとすることが好まし
い。これらの表皮層を基体上に形成する方法としては、
本発明のナイロン及び導電性粉体を溶解・分散した塗料
中に基体を浸漬し、引き上げることにより塗工形成して
もよく、また、上記塗装材料を溶融し、チューブ状とし
た中に基体を挿入し、密着形成してもよい。また、この
塗工方法は本発明のようなローラ以外にもスプレー等に
用いることも可能である。

【００２４】本発明の帯電部材は通常、図１及び図２に
示すように適度な導電性を有する材質からなる基体（図
１では基体２）上に上記ウレタン変性アクリル樹脂を含
む表皮層を接合した構成とされるが、基体は２層以上の
多層構成となっていてもよく、また上記ウレタン変性ア
クリル樹脂を含む層のみから帯電部材を構成することも
できる。なお、基体の材質としては、金属、ウレタン、
天然ゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、ポリイソプレン
ゴム、ポリブタジエンゴム、シリコーン、スチレン−ブ
タジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロプレ
ンゴム等及びこれらの発泡体が挙げられ、適宜、カーボ
ンブラック等の導電性付与剤が添加される。また、本発
明帯電部材の形状は図１及び図２に示したようにロール
状に限定されるものではなく、プレート状、四角ブロッ
ク状、球状、ブラシ状等の種々の形状とすることができ
るが、通常はロール状またはブラシ状とすることが好ま
しい。更に、本発明帯電部材を用いた帯電装置も図３に
限定されるものではなく、適宜変更することができる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の帯電部材の実施例につき詳細
に説明する。図３は本発明の帯電装置を使用した画像形
成装置の概略図である。（１）画像形成装置の構成６はドラム型の電子写真感光体としての像担持体であ
り、矢印ａ方向に１００ｍｍ／ｓｅｃで回転する。帯電
部材としての帯電ローラ５には、一定直流電圧または必
要に応じて直流電圧に交流電圧を重畳した高電圧を印加
し、感光体を均一に帯電させる。この感光ドラム上に半
導体レーザーによる走査露光またはＬＥＤ、ハロゲンラ
ンプ等による露光７を行うことにより、静電潜像が形成
される。その潜像が現像装置８によってトナー像として
可視化され、その後転写ローラまたは転写極９により、
紙等の転写材１０に転写され、定着部１３を通ってプリ
ントとして排出される。

【００２６】（２）帯電ローラの構成本実施例の帯電ローラは図１及び図２に断面図を示した
ように鉄、ＳＵＳ等の芯金１のまわりに２層または３層
を順次形成した多層構造のものである。図１における基
体２はウレタンゴム、ウレタンフォームまたはエチレン
−プロピレンゴムに導電性カーボンを分散することによ
って導電化（〜１０⁷ Ω）した導電性弾性層である。図
２における層２はブタジエンゴム又はイソプレンゴムに
導電性カーボンを分散することによって導電化（１０³
Ω）した導電性弾性層である。層３は抵抗層であり、ウ
レタンゴムに導電性カーボンを分散させて抵抗値制御し
たものである。図１における層２、図２における層３の
上に本発明の表皮層（層４）がコーティング層として設
けられている。

【００２７】（実施例１）トルエン−イソプロピルアル
コール−ブタノ−ル混合液を溶媒として溶解させたアク
リル変性ウレタン樹脂（ＩＢ−５８２、三洋化成社製、
アクリル樹脂成分４０重量％）中にカーボンブラック２
４００Ｂ（三菱化成社製）を２０ｐｈｒ添加し、レッド
デビルで混合して分散液を得た。この分散液中に抵抗１
０⁷ Ωのポリウレタンローラを浸漬し、乾燥することに
より、ポリウレタン上に約５０μｍの表皮層を形成して
図１に示すようなローラ状の帯電部材を作成した。

【００２８】この帯電部材の表皮層の体積抵抗率を測定
すると共に、帯電性能を評価した。結果を表１に示す。

【表１】なお、この場合、抵抗率の測定及び帯電性能試験は、温
度２３℃、湿度５５％の場合と、温度１５℃、湿度１０
％の場合において行い、抵抗率の測定はアルミニウムシ
ート上に上記と同様の表皮層を形成して行い、また、帯
電性能試験は、図３において帯電部材として上記ローラ
を用い、帯電部材、感光体両者を回転させながら、両者
間に−０．７５ｋＶの直流に１．５ｋＶの交流を重畳し
た電圧を印加して、現像の位置での感光体の帯電電位を
測定することにより行った。また、トナー融着に関して
は、図３の画像形成装置を用い、高温高湿（温度３３
℃、湿度８５％）環境下において連続画像出しテストを
行い、５０００プリント後の画像、感光体の表面状態を
観察し、評価した。

【００２９】（実施例２）実施例１において、ウレタン
変性アクリル樹脂をＥＡＵ−２Ｂ（亜細亜工業社製、ア
クリル樹脂成分６０重量％）とした以外は実施例１と同
様に帯電ローラを作成し、同様の評価を行った。

【００３０】（実施例３）実施例１において、ウレタン
変性アクリル樹脂をＥＡＵ−２Ｂ（亜細亜工業社製）、
アクリル樹脂成分６０重量％、シリコ−ン成分含有５
％）とした以外は実施例１と同様に帯電ロ−ラを作成
し、同様の評価を行った。

【００３１】（実施例４）実施例１において、ウレタン
変性アクリル樹脂をＥＡＵ１４Ｂ−１（亜細亜工業社
製）アクリル樹脂成分６０重量％とし、更にアエロジル
Ｒ９７２（日本エアルジル社製）を１７ＰＨＲ追加した
以外は同様にして図２に示すような約４０μｍの表皮層
を有する帯電ローラを作成し、実施例１と同様の評価を
行った。

【００３２】（実施例５）実施例１において、分散液中
にディップするローラとして、イソプレンゴムからなる
導電性弾性層上にウレタンゴムからなる抵抗層を設けた
ものを用いた以外は実施例１と同様にして図２に示すよ
うな約１０μｍの表皮層を有するローラを作成し、同様
の評価を行った。

【００３３】（実施例６）ウレタン変性アクリル樹脂Ｅ
ＡＵ−２９Ｂにカーボンブラック２４００Ｂを２０部、
アエロジルＲ９７４（デグッサ製）を２３部添加し、レ
ッドデビルで混合して分散液を得た。この分散液を用
い、実施例１と同様のローラを作成して同様の評価を行
った。作成したローラに対して感光ドラムにピンホール
をあけ、図３の画像形成装置を用いてピンホールリーク
レストを行なった。また感光ドラムに上記ローラを両端
に５００ｇの加重をかけ当接し、６０℃×３日の密着性
テストを行なった。その結果は、シリカの添加によりリ
ーク性、密着性とも改善される。

【００３４】（実施例７）ウレタン変性アクリル樹脂Ｅ
ＡＵ２１Ｂ（ＥＡＵ−８１−１の側鎖に水酸基を持たせ
る）に、カーボンブラック２４００Ｂを２０部とアエロ
ジルＲ９７４を２３部とを添加しレッドデビルで混合し
て分散液を得た。これに末端にイソシアネート基をもっ
た硬化剤（ヘキサメチレンジイソシアネート三量体）を
添加して分散液を得た。この分散液を用い、実施例１と
同様のローラを作成し同様の評価を行った。このように
して作成したサンプルに対してプッシュプルゲージを用
いて圧縮破壊荷重を測定し、また感光ドラムに上記ロー
ラの両端に１ｋｇの加重をかけて当接し、回転による耐
久テストを実施した。結果は適切な架橋で塗膜の頑強さ
が増し、割れにくくなる。

【００３５】（比較例１）メタノールを溶媒として溶解
させたＮ−メトキシメチル化ナイロン６中に実施例１で
使用したポリウレタンロールをディップし、乾燥するこ
とにより、ポリウレタン上に約５０μｍの表皮層を形成
して図１に示すようなローラ状の帯電部材を作成した。
実施例１と同様の評価を行った。

【００３６】（比較例２）実施例１で用いた表皮層形成
前のポリウレタンロールをそのまま帯電部材として使用
し、実施例１と同様の評価を行った。

【００３７】（比較例３）実施例４において樹脂をアク
リル樹脂１００重量部のみとした以外は同様にローラを
作成し、実施例１と同様の評価を行った。

【００３８】（比較例４）実施例４において樹脂をウレ
タン樹脂１００重量部のみとした以外は同様にローラを
作成し、実施例１と同様の評価を行った。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の帯電部材
によれば、ゴムローラの感光体への汚染、反転現像での
黒ポチやカブリ及びトナー融着の発生等の欠点を大幅に
改善し、帯電特性、性能安定性に優れた帯電装置を提供
する。従って、本発明の帯電部材及び帯電装置は複写
機、プリンターなどの電子写真や静電プロセスに幅広く
用いることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の帯電ローラの一例を示す概略断面図で
ある。

【図２】本発明の帯電ローラの一例を示す概略断面図で
ある。

【図３】本発明の帯電装置を使用した画像形成装置の一
例を示す概略図である。

【符号の説明】

１芯金２導電性弾性層３抵抗層４表皮層５帯電ローラ６像担持体７露光８現像装置９転写極１０転写材１１クリーニング部材１２クリーニングブレード１３定着部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被帯電体に当接させ、被帯電体との間に
電圧を印加することにより、被帯電体に帯電させる帯電
部材において、その帯電部材の被帯電体との当接部表面
をアクリル樹脂成分が５〜８０重量％含有されたウレタ
ン変性アクリル樹脂を含む樹脂層で形成したことを特徴
とする帯電部材。
【請求項２】上記ウレタン変性アクリル樹脂がシリコ
ーン成分を１〜５０重量％含有することを特徴とする請
求項１記載の帯電部材。
【請求項３】上記樹脂層が硬化剤を含有することを特
徴とする請求項１又は２記載の帯電部材。
【請求項４】上記樹脂層が導電性粉体を含有すること
を特徴とする請求項１、２及びいずれかに記載の帯電部
材。
【請求項５】上記樹脂層がシリカを含有することを特
徴とする請求項１、２、３及び４のいずれかに記載の帯
電部材。
【請求項６】被帯電部材に当接し、該被帯電体を帯電
させる帯電部材と、被帯電体と帯電部材との間に電圧を
印加する電圧印加手段を具備してなる帯電装置におい
て、上記帯電部材の被帯電体との当接表面をアクリル樹
脂成分が５〜８０重量％含有されたウレタン変性アクリ
ル樹脂を含む樹脂層で形成したことを特徴とし、或はこ
れを用いたことを特徴とする帯電装置。
【請求項７】上記ウレタン変性アクリル樹脂がシリコ
ーン成分を１〜５０重量％含有することを特徴とする請
求項６記載の帯電装置。
【請求項８】上記樹脂層が硬化剤を含有することを特
徴とする請求項６又は７記載の帯電装置。
【請求項９】上記樹脂層が導電性粉体を含有すること
を特徴とする請求項６、７または８記載の帯電装置。
【請求項１０】上記樹脂層がシリカを含有することを
特徴とする請求項６、７、８又は９いずれかに記載の帯
電装置。