JPH08305132A

JPH08305132A - 半導電性ロール

Info

Publication number: JPH08305132A
Application number: JP11083695A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Ueishi; 健太郎上石
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1995-05-09
Filing date: 1995-05-09
Publication date: 1996-11-22
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: JP3379280B2

Abstract

(57)【要約】【目的】イオン導電性が高くかつ電気抵抗特性が安定
であり、プロセススピードの高速化に対応できる画像形
成装置の半導電性ロールを提供することにある。【構成】本発明の半導電性ロール(Ａ)は、回転軸(１)
とその外周に形成されたイオン導電化剤を含有する円筒
状のポリウレタン弾性体層(２)とからなる。ポリウレタ
ンのポリオール成分としては、少なくともポリエーテル
連鎖に炭素数４以上の炭化水素基、ハロゲン化アルキル
基、ポリエーテル基またはポリエステル基が分岐したポ
リエーテルポリオールを用いる。半導電性ロールは弾性
体層表面に同じポリウレタン弾性体で構成されたスキン
層を形成したものが好ましい。また、イオン導電化剤と
しては過塩素酸リチウム等が使用され、そのポリウレタ
ンに対する配合割合は０．０５〜２０重量％である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真複写機、プリ
ンター、ファクシミリ等の電子写真方式を採用した画像
形成装置における帯電部材、転写部材または現像部材と
して使用される半導電性ロールに関する。より詳しく
は、回転軸の外周にイオン導電化剤を含有するポリウレ
タン弾性体層を形成し、軽量化、高速化に好適な画像形
成装置の半導電性ロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】画像形成装置の帯電部材において、エチ
レン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ウレタン
ゴム、シリコーンゴム、ポリオレフィンゴム等の一般エ
ラストマーに、カーボンブラック等の導電性粉末や導電
性金属酸化物またはイオン導電化剤を分散させて導電性
を持たせたロールが、従来から使用されている。ロール
の半導電性抵抗層としては、高分子組成物に導電性粉末
を含有させた樹脂混合物の塗膜やチューブの他に、界面
活性剤等を主成分とする帯電防止剤を添加した各種樹脂
またはゴム組成物が用いられている。しかし、導電性粉
末としてカーボンブラックや金属酸化物等を用いた場合
には、ロールの電気抵抗値を１０⁴〜１０⁹Ω程度の範囲
内に設定しようとすると、抵抗値のバラツキが大きく、
黒点、白点、部分的帯電不良等の画像欠陥の発生が見ら
れる。一方、導電剤として各種の帯電防止剤あるいは高
誘電性液体等を用いることが試みられているが、形成さ
れる半導電性弾性層の電気抵抗が不安定であり、低温低
湿環境下では感光体の帯電不良を発生することがある。
また、導電剤の滲み出しによる感光体の汚染が問題とな
る。これらの問題点を解決するために、イオン導電化剤
として過塩素酸塩を用い、半導電性発泡高分子層のマト
リックス成分として繰り返し単位中にポリエーテル結合
を有する高分子化合物を用いた半導電性ロールが、例え
ば特開平５−１００５４９号公報等に提案されている。
また、イオン導電化剤として例えば過塩素酸リチウムを
用い、ロールのゴム素材として耐摩耗性、被汚染性、永
久歪特性などに優れたポリウレタンを用いた半導電性ロ
ールが、特開平６−３５２９８号公報、特開平６−２０
０９２１号公報等に提案されている。これらの半導電性
ロールは、電気抵抗値のバラツキが小さく、安定した導
電性を示す上に、導電化剤の滲み出しによる感光体の汚
染を回避できるという利点がある。

【０００３】しかしながら、これらの半導電性ロール
は、イオン導電化剤とポリウレタンマトリックスとの静
電的相互作用が大きく、画像形成装置の高速化に対応し
た比較的低抵抗領域での電気特性が不安定で、長期間連
続使用後の性能低下が早い。そのため、ロールの寿命が
比較的短いので、帯電部材としての交換頻度が増し、経
済的に不利である。また、ポリエチレンオキサイドやポ
リプロピレンオキサイド等のポリオキシアルキレンをポ
リオール成分とするポリウレタンマトリックス中に分散
した過塩素酸リチウムを含有する半導電性弾性体層は、
１０⁵〜１０⁹Ω程度の導電性しかなく、しかもポリオキ
シアルキレンのポリエーテル連鎖に沿ってイオン移動が
起こるために、イオン導電性がポリウレタンのセグメン
ト運動の影響を受けやすく、架橋度やガラス転移温度
（Ｔｇ）により束縛される。このような半導電性ロール
は、マトリックス成分がポリエーテルまたはポリエステ
ル構造を主鎖とする無定形非晶質のポリマーが主体であ
り、マトリックス中に過塩素酸リチウムを０．０５〜
０．１％含有する場合、１０〜２０℃程度またはそれ以
下でポリオキシアルキレン成分が結晶化して、導電率が
１０⁹ Ωまで急激に低下する。そのため、イオン導電化
剤を含有する従来のポリウレタン半導電性ロールにおい
ては、感光体を帯電させたりあるいは感光体からトナー
像を転写するのに充分な電流を供給することが不可能で
あった。

【０００４】電子写真方式を採用した画像形成装置で
は、例えば帯電ロールは通常その両端部に荷重をかけて
使用する。そのため、前記特開平５−１００５４９号公
報にも記載のように、半導電性ソリッドロールにおいて
は、ロール端部および中央部でロールと感光体表面との
接触幅（ニップ幅）が異なり、鼓状の不均一なニップ状
態になることがある。そのため、電子写真式プリンター
によりＡ３タイプの用紙に印字するような場合には、ロ
ールの中央部分が感光体と接触しないことがあり、感光
体表面の帯電が不均一となる。そこで均一なニップを得
るために、直径の大きな芯金を使用して荷重を増加させ
る方法が考えられる。しかし、荷重を増加させると、た
とえロール自体の硬度を低くしても、ロールと感光体と
のニップ圧は上昇することから、感光体の磨耗量が増加
したり、その表面にトナーが固着したりして、帯電不良
や画像欠陥を生じる恐れがある。一方、帯電防止剤とし
て界面活性剤（シリコーン系整泡剤）を配合して形成さ
れた単層のスポンジロールが、特開平６−７４２３１号
公報に記載されている。このスポンジロールによれば、
感光体の汚染を回避できる上に、フィルミングの発生も
ないとしている。しかし、帯電ロールにおいては、スポ
ンジ層が大きなセル（気泡）径を有する場合、スポンジ
層と接する感光体表面に帯電ムラが発生しやすいため
に、発泡セルパターンが画像上に現れる恐れがある。ま
た、転写ロールにおいては、ピンホール部での転写ムラ
による黒点・白点が現れ、安定した画質が得られ難い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の半
導電性ロールはいずれも実用上充分に満足できるもので
はない。すなわち、ポリウレタン中に分散したイオン導
電化剤を含有する半導電性ロールでは、中抵抗領域での
低抵抗側の電気特性が不安定で画像形成装置の高速化に
対応できず、また過塩素酸リチウムの導電性がマトリッ
クスの架橋度やＴｇにより束縛されやすく、かつ低温環
境下での帯電または転写時に充分な電流を供給すること
ができないという問題点があった。一方、半導電性ソリ
ッドロールを帯電部材として使用する場合、ロールと感
光体とのニップ状態が不均一になることがあり、感光体
表面を均一に帯電することができないという問題点があ
る。さらに、界面活性剤を含有した単層のスポンジロー
ルでは、帯電ムラや転写ムラを発生する恐れがある。そ
こで、本発明の目的は、上述の問題点を解決しようとす
るものであって、プロセススピードの高速化に対応でき
る画像形成装置の半導電性ロールを提供することにあ
る。また、本発明の別の目的は、マトリックスを構成す
るポリエーテル成分の低温環境下での結晶化を防止し、
架橋点での陰イオンの束縛を少なくすることにより、イ
オン導電性が高く、かつ環境変化に対しても電気抵抗特
性の安定した半導電性ロールを提供することにある。さ
らに、本発明の他の目的は、帯電ムラや転写ムラを発生
する恐れのない半導電性ロールを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、画像形成装
置で使用される中抵抗領域にある半導電性ロールについ
て、電気特性の不安定さを改善すべく鋭意研究を重ねて
きたところ、電気抵抗のバラツキが比較的小さいイオン
導電化剤を含有させたポリウレタンマトリックスにおい
て、イオン導電性がマトリックスの架橋度やＴｇにより
束縛され、ポリウレタンのポリエーテル成分が低温環境
下で結晶化して導電性が急激に低下するという知見を得
たものである。そして、この知見に基づいて、ポリウレ
タンのポリオール成分として特定の置換基を導入したポ
リエーテルポリオールを用いることにより、１０⁴〜１
０⁹Ωの範囲内で電気抵抗の安定した半導電性ロールが
得られることを見い出して、本発明をなし得たものであ
る。すなわち、本発明の半導電性ロールは、回転軸とそ
の外周に形成されたイオン導電化剤を含有する円筒状の
ポリウレタン弾性体層とからなり、ポリウレタンのポリ
オール成分として、少なくともポリエーテル連鎖に炭素
数４以上の炭化水素基、ハロゲン化アルキル基、ポリエ
ーテル基またはポリエステル基が分岐したポリエーテル
ポリオールを用いることを特徴とする。

【０００７】本発明の好ましい実施態様は、ポリウレタ
ン弾性体層表面にポリウレタン弾性体で構成されたスキ
ン層を形成した半導電性ロールが挙げられる。また、イ
オン導電化剤として使用される過塩素酸塩をポリウレタ
ン弾性体層を構成するポリウレタンに対して０．０５〜
２０重量％配合する。上記ポリエーテルポリオールとし
ては、下記一般式（Ｉ）で表されるクロロメチル化変性
ポリエチレングリコール、一般式（II）で表されるアル
コキシメチル化変性ポリエチレングリコール、一般式
（III）で表されるポリオキシエチレン変性グリセロー
ル、化学式（IV）で表されるメトキシエトキシエチルグ
リシジルエーテルで変性されたポリエステルポリオール
および上記グリシジルエーテルで変性されたポリエーテ
ルポリオールから選ばれる１種または２種以上が好まし
く使用される。

【０００８】

【化３】（式中、ｍ₁，ｎ₁，ｍ₂，ｎ₂は、ｍ₁とｎ₁およびｍ₂と
ｎ₂がそれぞれモル比で５０〜７０：５０〜３０であ
る。また、ｎ₃，ｎ₄およびｎ₅ は、それぞれ１〜３の整
数である。）

【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
半導電性ロールは、少なくとも、回転軸と、その外周に
形成されたイオン導電化剤を含有するポリウレタン弾性
体層とから構成される。回転軸としては、例えばアルミ
ニウム，銅合金，ステンレス鋼，クロムまたはニッケル
鍍金処理を施した鉄等の導電性の芯金や中空の円筒体が
用いられる。ポリウレタン弾性体層は、ポリイソシアネ
ート成分とイオン導電化剤を含有するポリオール成分と
を重合させることによって形成することができる。

【００１０】ポリイソシアネート成分としては、ヘキサ
メチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネー
ト、水添キシリレンジイソシアネート、４，４′−ジシ
クロヘキシルメタンジイソシアネート、ｍ−フェニレン
ジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、
２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレン
ジイソシアネート、ｍ−キシリレンジイソシアネート、
ｐ−キシリレンジイソシアネート、１，５−ナフタレン
ジイソシアネート、３，３′−ジフェニルジイソシアネ
ート、４，４′−ジフェニルジイソシアネート、ｏ−ト
リジンジイソシアネート、ｍ−トリジンジイソシアネー
ト、３，３′−ジフェニルメタンジイソシアネート、
４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート、末端に
イソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物と
ポリオールとのプレポリマー等が挙げられる。これらの
ポリイソシアネート成分は単独または２種以上混合して
用いることができる。

【００１１】ポリオール成分としては、ポリエチレング
リコール，ポリプロピレングリコール，ポリテトラメチ
レングリコール等のポリアルキレングリコール、ポリ
（オキシエチレン−オキシプロピレン）グリコール等の
ポリアルキレングリコール共重合体などのポリエーテル
ポリオール、末端に水酸基を有する飽和ポリエステル，
末端に水酸基を有するε−カプロラクトン開環重合体，
例えばエチレンカーボネートとヘキサメチレングリコー
ルとから得られるポリカーボネートポリオール等のポリ
エステルポリオールなどが挙げられる。また、鎖延長剤
をポリオール成分として用いることができる。鎖延長剤
としては、エチレングリコール、プロピレングリコー
ル、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオー
ル、１，６−ヘキサンジオール、グリセリン、ヘキサン
トリオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリ
トール、ソルビトール、ハイドロキノン、ビスフェノー
ルＡ、ビスフェノールＦ等が挙げられる。

【００１２】本発明においては、ポリオール成分とし
て、少なくとも、ポリエーテル連鎖に炭素数４以上の炭
化水素基、ハロゲン化アルキル基、ポリエーテル基また
はポリエステル基が分岐したポリエーテルポリオールを
使用する。ここで、「ポリエーテル連鎖」とは、前記し
たようなポリエーテルポリオールの鎖状構造をいう。炭
素数４以上の炭化水素基としては、ブチル基，ヘキシル
基，オクチル基，ドデシル基，オクタデシル基等の直鎖
状または分岐状のアルキル基、フェニル基，ナフチル基
等のアリール基、ベンジル基等が挙げられる。ハロゲン
化アルキル基としては、フッ素，塩素，臭素等のハロゲ
ン原子が１個または複数個置換した上記アルキル基やメ
チル基，エチル基，プロピル基等が挙げられる。ポリエ
ーテル基は、末端にアルキル基を置換（酸素原子と結合
してアルコキシ基を形成）することのある前記ポリエー
テルポリオールの１価残基が直接ポリエーテル連鎖に置
換していても、あるいはメチル基，エチル基，プロピル
基，ブチル基等のアルキル基に上記１価残基が置換した
もの、すなわち複数個の酸素原子（エーテル基）を有す
るアルキル基がポリエーテル連鎖に置換していてもよ
い。ポリエステル基は、ポリエーテル基と同様に、末端
にアルキル基を置換（酸素原子と結合してエステル基を
形成）することのある前記ポリエステルポリオールの１
価残基が直接ポリエーテル連鎖に置換していても、ある
いは上記１価残基を置換したアルキル基がポリエーテル
連鎖に置換していてもよい。また、ポリエーテル基およ
びポリエステル基は、１つの分岐側鎖に両基を同時に含
むポリエーテル−ポリエステル基またはポリエステル−
ポリエーテル基であってもよい。

【００１３】このようなポリエーテルポリオールのう
ち、代表的には、一般式（Ｉ）で表されるクロロメチル
化変性ポリエチレングリコール、すなわちポリ［オキシ
エチレン-CO-オキシ（クロロメチル）エチレン］グリコ
ール（Ｉ）、

【化４】一般式（II）で表されるアルコキシメチル化変性ポリエ
チレングリコール、すなわちポリ［オキシエチレン-CO-
オキシ（メトキシジエトキシメチル）エチレン］グリコ
ール（II）、

【化５】一般式（III）で表されるポリオキシエチレン変性グリ
セロール、すなわちグリセロール−１，２，３−トリ
［ポリオキシ（メトキシジエトキシメチル）エチレン］
エーテル・トリオール（III）、

【化６】化学式（IV）で表されるメトキシエトキシエチルグリシ
ジルエーテル（IV）

【化７】で変性された前記ポリエーテルポリオールおよび前記ポ
リエステルポリオールを例示することができる。

【００１４】前記一般式（Ｉ）〜（III）で表されるポ
リエーテルポリオールの分子量は、３０００〜５０００
の範囲にあることが好ましい。分子量が３０００未満で
あると、ポリウレタンに占めるハードセグメント（ポリ
イソシアネート成分および場合によっては鎖延長剤）の
相対割合が高まり、ポリウレタン弾性体層の硬度が高く
なりすぎる。一方、分子量が５０００を越えると、後述
するポリウレタン弾性体層形成用組成物の粘度が高くな
って、この組成物中にイオン導電化剤を均一に分散させ
ることが困難となり、製造される半導電性ロールの電気
抵抗値にバラツキが見られるようになる。一般式（Ｉ）
〜（III）中の符号ｍ₁，ｍ₂およびｎ₁〜ｎ₅は、前記し
た定義のとおり、ｍ₁とｎ₁およびｍ₂とｎ₂がそれぞれモ
ル比で５０〜７０：５０〜３０であり、ｎ₃，ｎ₄および
ｎ₅ がそれぞれ１〜３の整数である。ｎ₁，ｎ₂が３０モ
ル％未満であると、イオン導電化剤と主鎖中のエーテル
鎖との静電相互作用によりイオンの取り込みがあり、Ｔ
ｇも従来の−５０℃程度に近くなり、充分なイオン導電
性が発揮できない。一方、ｎ₁，ｎ₂が５０モル％を越え
ると、生成するポリマーの重合度が低下してポリウレタ
ン弾性体層の硬度が高くなり、架橋密度が高くなりすぎ
る。また、ｎ₃〜ｎ₅が４以上の整数であると、ポリオキ
シエチレン変性グリセロール（III）中のポリオキシエ
チレン側鎖の立体障害が大きく、上記変性グリセロール
（III）がコモノマー成分として共重合され難いため、
オキシエチレン主鎖としては１〜３量体が適当である。
以上の各種ポリオール成分は単独または２種以上混合し
て用いてもよく、また前記ポリエーテルポリオールのみ
をポリオール成分とすることもできる。

【００１５】イオン導電化剤としては、フッ化リチウ
ム，塩化リチウム，塩素酸リチウム，過塩素酸リチウ
ム，炭酸リチウム，硫酸水素ナトリウム，リン酸ナトリ
ウム，過塩素酸ナトリウム，チオシアン酸ナトリウム，
リン酸カリウム，過塩素酸カリウム，チオシアン酸カリ
ウム，ＫＭｇＣｌ₃ ，ＰｂＣｌＦ，ＮａＡｌ（Ｓ
Ｏ₄）₂，リンモリブデン酸塩，リンタングステン酸塩等
の金属塩、水酸化テトラメチルアンモニウム、オクチル
トリメチルアンモニウム，ラウリ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，ベンジル
トリメチルアンモニウム，ジオクチルジメチルアンモニ
ウム，ジラウリルジメチルアンモニウム等の第四級アン
モニウムの塩化物，臭化物，亜硝酸塩，硫酸塩，過塩素
酸塩などが挙げられる。これらの中でもポリオール成分
との相溶性の高い過塩素酸塩が好ましく使用され、特に
過塩素酸リチウムが好ましい。これらのイオン導電化剤
は単独または２種以上混合して用いることができる。イ
オン導電化剤は、ポリウレタン弾性体層を構成するポリ
ウレタン、すなわちポリウレタンの重合成分の総和に対
して、０．０５〜２０重量％含有させることが好適であ
る。イオン導電化剤の含有量が０．０５重量％未満であ
ると、弾性体層の電気抵抗を充分に低下させることがで
きず、半導電性ロールの電気抵抗を所定の範囲（１０⁴
〜１０⁹Ω）に調整することが困難である。一方、含有
量が２０重量％を越えると、ポリウレタンとの相溶性が
悪化し、イオン導電化剤を弾性体層中に均一に分散でき
なくなるばかりでなく、重合成分の反応性が低下して生
成するポリウレタン中の低分子量ポリマーの比率が高ま
り、半導電性ロールの耐久性が劣るようになる。特に、
イオン導電化剤の含有量が０．１〜２重量％の範囲にあ
ると、重合反応（ウレタン化反応）速度が低下するよう
なこともなく好ましい。

【００１６】本発明の半導電性ロールは、ワンショット
法およびプレポリマー法のいずれでも製造可能である
が、例えばワンショット法では次のようにして製造され
る。まず、ポリイソシアネート成分、少なくとも前記ポ
リエーテルポリオールを含むポリオール成分、イオン導
電化剤、および必要に応じて適宜の添加剤を充分に混合
して、ポリウレタン弾性体層形成用組成物を調製する。
次いで、押出成形法や反応射出成形法等により、回転軸
を支持した金型内に上記弾性体層形成用組成物を注入
し、１００〜１６０℃で３０分〜２時間加熱する。この
間、ポリイソシアネート成分とポリオール成分とが重合
してゴム状のポリウレタンが生成する。その後、ポリウ
レタンを冷却して金型内からこれを取り出すと、図１に
示すように、回転軸１の外周にイオン導電化剤を含有す
る円筒状のポリウレタン弾性体層２が形成された半導電
性ロールＡが得られる。ポリウレタン弾性体層は独立気
泡を有する発泡体であることが好適である。発泡体を形
成するには、上記弾性体層形成用組成物に予め発泡剤を
配合するかあるいは気体混入法により不活性ガスを混入
させておき、金型内でポリウレタン中に発泡剤の発泡ガ
スまたは不活性ガスを混入させればよい。

【００１７】発泡剤としては、従来公知のものが用いら
れるが、例えばアゾジカルボンアミド，ジアゾアミノベ
ンゼン等のアゾ系、ベンゼンスルホニルヒドラジド，ｐ
−トルエンスルホニルヒドラジド等のスルホヒドラジド
系、ジニトロソペンタメチレンテトラミン等のニトロソ
系化合物などが挙げられる。前記ポリウレタンに対する
発泡剤の配合量は２〜８重量％の範囲が好適である。不
活性ガスには窒素ガスや炭酸ガス等が用いられる。ま
た、前記添加剤としては、オクタン酸錫，ジブチル錫ジ
ラウレート等の重合触媒、シリコーン系の整泡剤、架橋
剤、発泡助剤、老化防止剤などが挙げられる。前記発泡
体の発泡倍率は、１１０〜２００％の範囲が好ましく、
１３０〜１４０％の範囲が特に好ましい。発泡倍率が１
１０％未満であると、比較的剛性の半導電性ロールが得
られ、半導電性ロールを帯電部材として使用する場合、
長期にわたって感光体表面を帯電するとその表面を損傷
する恐れがある。一方、発泡倍率が２００％を越える
と、上記弾性体層の発泡領域が一部連続気泡となって、
弾性復元力が小さくなり好ましくない。

【００１８】以上ような半導電性ロールＡは、サンドイ
ッチ射出成型法により、図２Ａに示すように、金型面と
接するポリウレタン弾性体層２表面に０．１〜１ｍｍ程
度のスキン層３を形成したロール(Ａ１)が好ましい。ス
キン層３を形成した場合は、半導電層(２，３)が単層構
造であっても感光体との密着性が向上するので、感光体
表面をより均一に帯電させることができる。また、クリ
ーニング性が向上し、感光体表面が汚染されるようなこ
ともない。さらに、半導電性ロールＡは、図２Ｂに示す
ように、スキン層３に代えて上記弾性体層２表面を保護
層４で被覆したロール(Ａ２)であってもよい。また、図
２Ｃに示すように、弾性体層２と保護層４′との間に抵
抗調整層５を設けた半導電性ロール(Ａ３)であってもよ
い。上記保護層４は半導電層２を例えば薄層のポリウレ
タン等のゴム状ポリマーで被覆することにより形成され
る。また、抵抗調整層５は、ポリウレタン，エピクロル
ヒドリン−エチレンオキサイド，ポリオレフィン等のゴ
ム状ポリマーに、前記イオン導電化剤やカーボンブラッ
ク，酸化錫と酸化アンチモンの固溶体，酸化錫と酸化イ
ンジウムの固溶体等の導電性粉末を含有させた層からな
り、イオン導電化剤と導電性粉末とを別々に含む２層と
することが好ましい。保護層４′は例えばＮ−メトキシ
メチル化ナイロン等の薄層で構成される。

【００１９】本発明の半導電性ロールＡ(以下、Ａ１〜
Ａ３も含めて「Ａ」で代表する)は、帯電ロールだけで
なく、現像ロールおよび転写ロールとして使用すること
もできる。帯電ロールとして使用する場合は、その電気
抵抗を１０⁴〜１０⁷Ωの範囲に調整する必要がある。ま
た、現像ロールとして使用する場合は、一成分または二
成分系の磁性現像装置に適用され、その電気抵抗は１０
⁵〜１０⁶Ωの範囲にある。転写ロールとして使用する場
合は、用紙等の転写材を介して感光体表面に圧接するの
で、図２に示すスキン層３や保護層４を必ずしも形成す
る必要はない。その電気抵抗は１０⁶〜１０⁹Ωの範囲に
ある。しかし、ポリウレタン弾性体層２の発泡セル径が
大きい場合、トナー像を転写するための転写電流がロー
ルＡに充分に流れず、抵抗ムラとなって転写不良が発生
しやすくなるので、スキン層３を形成しておくことが好
ましい。

【００２０】

【作用】本発明の半導電性ロール(Ａ)は、ポリウレタン
弾性体層(２)を構成するポリウレタンのポリオール成分
として、少なくともポリエーテル連鎖に炭素数４以上の
炭化水素基、ハロゲン化アルキル基、ポリエーテル基ま
たはポリエステル基が分岐したポリエーテルポリオール
を使用するものである。そして、ポリエーテル連鎖を有
する極性ポリウレタンマトリックス中の酸素原子とイオ
ン導電化剤の陽イオンとが錯体を形成してポリエーテル
連鎖が架橋し、ポリウレタンセグメントの分子運動によ
ってイオンが移動する。このような架橋ポリエーテル連
鎖にポリオキシエチレン等のコポリマーやプレポリマー
あるいはクロロメチル基などのバルキーな短い側鎖を導
入することにより、ポリウレタンのＴｇが低下し、架橋
点でのイオンの束縛が少なくなる。その結果、ポリウレ
タンのセグメント運動が一層促進されるため、低温環境
下でもイオンが移動しやすくなり、高い電気伝導性の付
与が可能となるばかりでなく、半導電性ロール(Ａ)の電
気抵抗の環境依存性が小さくなる。また、スキン層(３)
を有する半導電性ロール(Ａ１)を用いる場合は、低ニッ
プ圧で均一なニップ幅が得られ、黒点・白点の等の発生
もない安定した画像が得られる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を実施例によって具体的に説明
するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではな
い。（画像形成装置）図３は本発明の半導電性ロールが帯電
部材として組み込まれた画像形成装置の全体説明図であ
って、中央部左右方向の縦断面図である。図３におい
て、画像形成装置Ｕ本体内部には、矢印方向に回転する
円筒状の感光体１１が配置されていて、静電潜像担持体
として機能する。画像形成装置Ｕ本体内部の一側部に
は、感光体１１表面に静電潜像を書き込むレーザ書込装
置１２が配置されている。感光体１１の周囲には、その
回転方向に沿って、順次感光体１１表面を一様に帯電す
る帯電器１３、上記静電潜像を顕像化する現像器１４、
顕像化されたトナー像を用紙（転写材）に転写させる転
写器１５、および感光体１１上の残留トナーを除去する
クリーニング装置１６が、それぞれ配置されている。上
記現像器１４は現像容器１４ａを備えている。この現像
容器１４ａ内には、トナーを撹拌する撹拌部材１４ｂ，
１４ｂと、現像ローラ１４ｃと、これにトナーを供給す
るトナー供給ローラ１４ｄとが設けられている。現像ロ
ーラ１４ｃは、現像容器１４ａの開口部に臨んでいて、
感光体１１表面と僅かな間隙を介して現像容器１４ａに
支持されている。また、上記クリーニング装置１６はケ
ーシング１６ａを備えている。このケーシング１６ａに
は金属製のブレードホルダ１６ｂが固定されていて、そ
の先端部にはシート状のクリーニングブレード１６ｃが
固着されている。クリーニングブレード１６ｃは、その
先端のエッジ部が感光体１１表面に当接している。

【００２２】画像形成装置Ｕ本体の下部には、用紙を収
容する給紙トレイ１７が配置されている。給紙トレイ１
７の上面端部には給紙トレイ１７から用紙を一枚ずつ取
り出す用紙取出ローラ１８が配置されている。用紙取出
ローラ１８の側部上方には、一対の用紙搬送ローラ１９
によって搬送される用紙をガイドする一対の用紙ガイド
２０が配置されている。画像形成装置Ｕ本体内部の他側
部上部には、加熱ローラ２１ａおよび加圧ローラ２１ｂ
を有する定着装置２１が配置されていて、定着装置２１
と前記転写器１５との間にはトナー像が転写された用紙
を搬送する搬送路２２が設けられている。また、定着装
置２１の上方には、一対の排出ローラ２３と、トナー像
が定着された用紙を定着装置２１から排出ローラ２３ま
でガイドする搬送路２４が設けられている。そして、画
像形成装置Ｕ本体の上面には、上記排出ローラ２３から
排出される用紙を収容する排出トレイ２５が形成されて
いる。

【００２３】（半導電性帯電ロール）図４は前記帯電器
の構造を示す図３の要部拡大図である。図４において、
帯電器１３は帯電部材としての前記半導電性ロールＡを
備えている。半導電性ロールＡは、その回転軸１の両端
部がクリーニング装置１６の前記ケーシング１６ａに固
定された支持部材３１により支承されている。また、一
端が支持部材３１に他端が回転軸１の端部にそれぞれ固
定された２つの加圧スプリング３２の付勢力によって、
半導電性ロールＡは感光体１１表面に当接している。上
記支持部材３１には金属製のパッドホルダ３３が固定さ
れていて、その先端部に固着されたシート状のクリーニ
ングパッド３４により、半導電性ロールＡ表面にトナー
が極く僅かに付着してもこれを取り除くようになってい
る。さらに、半導電性ロールＡの回転軸１には、直列に
接続した直流電源３５からの直流成分と交流電源３６か
らの正弦波の交流成分とによって、バイアス電圧である
重畳振動電圧が印加されるようになっている。したがっ
て、導電性の回転軸１を介してポリウレタン弾性体層２
によって、この弾性体層２と当接しながら所定の方向に
回転する感光体１１表面を一様に帯電することができ
る。

【００２４】本発明における画像形成装置Ｕの作用は、
従来のものと同様であり、簡単に説明すると次のとおり
である。上述のように、重畳振動電圧が印加された半導
電性ロールＡによって、矢印方向に回転する感光体１１
はその表面が一様に帯電される。一様に帯電された感光
体１１はレーザ書込装置１２により静電潜像が書き込ま
れる。感光体１１上の静電潜像は現像器１４によりトナ
ー像に現像される。トナー像は転写器１５により給紙ト
レイ１７から搬送されてくる用紙に転写される。転写さ
れたトナー像が定着装置２１により定着された後、用紙
は排出ローラ２３により排出トレイ２５上に排出され
る。また、上記トナー像が用紙に転写された後、感光体
１１表面に残留していたトナーは、クリーニング装置１
６により除去される。

【００２５】実施例１下記の組成物を充分に攪拌した後、４℃に冷却し、次い
でトリレンジイソシアネート（ＰＡＰＩ−１３５：三菱
化成ダウ社製）３５重量部を添加し、窒素ガスを吹き込
みながら攪拌して窒素ガスの気泡を含む混合物を得た。ポリエステルポリオール（分子量１０００）７０重量部（サンエスターNo２２：三洋化成社製）ポリエーテルポリオール２０重量部（Ｐ−Ｌ２１００：三洋化成社製）クロロメチル化変性ポリエチレングリコール（Ｉ）１０重量部（分子量３４００；ｍ₁：ｎ₁＝５４：４６）過塩素酸リチウム０.５重量部シリコーン整泡剤（分子量２０００）２重量部水０.３重量部外径６ｍｍのＳＵＳ（ステンレス鋼）製回転軸(１)が支
持され、１２０℃に予熱した内径１２ｍｍの金型に上記
混合物を注入し、同温度で１時間維持して、両端部を除
く回転軸(１)の外周にポリウレタン弾性体層(２)を形成
した。このようにして製造された半導電性ロール(Ａ)
は、低温低湿（１５℃，３０％ＲＨ）下での直流１００
Ｖ印加時の抵抗が４.０×１０⁵Ωであり、硬度（アスカ
ーＡ）が３６°であった。

【００２６】（プリントテスト）以上ようにして製造さ
れた半導電性ロール(Ａ)を帯電器(１３)の帯電部材とし
て、図３に示す画像形成装置(Ｕ)に装着した。本実施例
では、この画像形成装置(Ｕ)をレーザビームプリンター
として使用する。直列に接続した直流電源(３５)と交流
電源(３６)とから、−３５０Ｖの直流成分と周波数３５
０Ｈｚおよびピーク間ピーク電圧(Ｖ_PP)２０００Ｖの正
弦波交流成分との重畳振動電圧を外径１２ｍｍの半導電
性ロール(Ａ)に印加し、半導電性ロール(Ａ)と当接した
状態にある外径３０ｍｍの感光体(１１)表面を一様に−
３５０Ｖに帯電処理した。プリンターのプロセススピー
ドは２８ｍｍ／ｓｅｃおよび５６ｍｍ／ｓｅｃの２段に
可変できる構成となっている。前述した画像形成装置
(Ｕ)と同様の作用を有する上記レーザビームプリンター
を作動させて、低温低湿（１５℃，３０％ＲＨ）下で画
像試験を行ったところ、いずれのプロセススピードでも
良好な画質が得られた。

【００２７】実施例２組成物を次のように変更した以外は、実施例１と同様に
して半導電性ロールを製造した。その低温低湿（１５
℃，３０％ＲＨ）下での直流１００Ｖ印加時の抵抗は
２.５×１０⁴Ωであり、硬度（アスカーＡ）は５３°で
あった。下記の付加物１０８.６重量部実施例１のポリエステルポリオール 100wt メトキシエトキシエチルグリシジルエーテル（IV） 8.6wt ポリオキシエチレン変性グリセロール(III) １０.５重量部（ｎ₃〜ｎ₅＝１）過塩素酸リチウム０.２重量部実施例１のシリコーン整泡剤２重量部水０.３重量部（プリントテスト）製造された半導電性ロールを実施例
１と同様に図３に示す画像形成装置に装着し、実施例１
と同様にして画像試験を行ったところ、２８および５６
ｍｍ／ｓｅｃのいずれのプロセススピードでも良好な画
質が得られた。

【００２８】比較例ポリオール成分として１，４−ブタンジオール１．５重
量部およびトリメチロールプロパン（徳山曹達社製）
８．６重量部、ポリイソシアネート成分として４，４′
−ジフェニルメタンジイソシアネート（ミリオネートＭ
ＴＬ：日本ポリウレタン社製）３０重量部を使用した以
外は、実施例１と同様にして半導電性ロールを製造し
た。その低温低湿（１５℃，３０％ＲＨ）下での直流１
００Ｖ印加時の抵抗は５.０×１０⁷Ωであり、硬度（ア
スカーＡ）は５０°であった。（プリントテスト）製造された半導電性ロールを実施例
１と同様に図３に示す画像形成装置に装着し、実施例１
と同様にして画像試験を行ったところ、プロセススピー
ド２８ｍｍ／ｓｅｃでは良好な画質が得られたが、高速
のプロセススピード５６ｍｍ／ｓｅｃでは帯電不良が発
生した。

【００２９】

【発明の効果】本発明の半導電性ロールによれば、ポリ
ウレタンマトリックス中のエーテル基とイオン導電化剤
の陽イオンとの配位結合を抑えることができるため、低
温低湿から高温高湿のあらゆる環境下においても、かつ
長期間にわたって電気抵抗特性が安定する。したがっ
て、本発明の半導電性ロールを帯電部材として使用した
場合、過塩素酸リチウム等のイオン導電化剤やカーボン
ブラック等の非イオン導電性粉末を分散させた従来の帯
電ロールと比較して、１０⁴〜１０⁶Ωの比較的低い中抵
抗領域で電気抵抗の均一性に優れた半導電性ロールが得
られ、帯電電流の集中によるピンホールリークの発生を
防止することが可能となる。また、低温低湿下でも電気
抵抗の変動が小さく、しかもロールが低硬度であるため
感光体表面に均一なニップ幅で接触するので、画像形成
装置のプロセススピードを高速化することが可能であ
り、帯電部材だけでなく、中抵抗領域の現像部材および
転写部材としても好適に使用することができる。さら
に、ポリウレタン弾性体層表面にスキン層を形成した本
発明の実施態様によれば、単層構造でも感光体との密着
性が向上するので、特に感光体表面を均一に帯電させる
帯電ロールとして好適に使用することができる。また、
抵抗ムラのない転写ロールとしても好適であり、その場
合画質欠陥の発生の恐れがなく、良好な画像が形成され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例として示す半導電性ロールの縦
断面図である。

【図２】本発明の別の例として示す半導電性ロールの
縦断面図であって、図２Ａはサンドイッチ射出成形法に
より成形された半導電性ロールであり、図２Ｂは図２Ａ
とは表面層が異なる半導電性ロールであり、図２Ｃは抵
抗調整層を設けた半導電性ロールである。

【図３】本発明の半導電性ロールが帯電部材として組
み込まれた画像形成装置の全体説明図であって、中央部
左右方向の縦断面図である。

【図４】帯電器の構造を示す図３の要部拡大図であ
る。

【符号の説明】

Ａ，Ａ１，Ａ２，Ａ３…半導電性ロール、１…回転軸、
２…ポリウレタン弾性体層、３…スキン層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸とその外周に形成されたイオン導
電化剤を含有する円筒状のポリウレタン弾性体層とから
なり、ポリウレタンのポリオール成分として、少なくと
もポリエーテル連鎖に炭素数４以上の炭化水素基、ハロ
ゲン化アルキル基、ポリエーテル基またはポリエステル
基が分岐したポリエーテルポリオールを用いることを特
徴とする半導電性ロール。
【請求項２】前記イオン導電化剤が過塩素酸塩であ
り、前記ポリウレタン弾性体層を構成するポリウレタン
に対して過塩素酸塩が０．０５〜２０重量％含有されて
いる請求項１記載の半導電性ロール。
【請求項３】前記ポリエーテルポリオールが、下記一
般式（Ｉ）で表されるクロロメチル化変性ポリエチレン
グリコール、一般式（II）で表されるアルコキシメチル
化変性ポリエチレングリコール、一般式（III）で表さ
れるポリオキシエチレン変性グリセロール、化学式（I
V）で表されるメトキシエトキシエチルグリシジルエー
テルで変性されたポリエステルポリオールおよびポリエ
ーテルポリオールから選ばれる１種または２種以上であ
る請求項１または２に記載の半導電性ロール。【化１】【化２】（式中、ｍ₁，ｎ₁，ｍ₂，ｎ₂は、ｍ₁とｎ₁およびｍ₂と
ｎ₂がそれぞれモル比で５０〜７０：５０〜３０であ
る。また、ｎ₃，ｎ₄およびｎ₅ は、それぞれ１〜３の整
数である。）