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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は帯電部材に関し、詳しくは、電圧を印加して被帯電体である電子写真感光体表面を所定の電位に帯電処理するための帯電部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真画像形成装置の一次帯電の方法として、接触帯電方法が実用化されている。これは、導電性支持体（芯金）の外周に導電性弾性層を設け、該導電性弾性層外周に抵抗層を被覆して設けた帯電ローラを用い、芯金に電圧を印加し、帯電ローラと感光体の当接ニップの近傍で微小な放電をさせて感光体の表面を帯電する方法である。
【０００３】
実際に普及している方法としては、例えば特許文献１のように、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加するＡＣ＋ＤＣ帯電方式で、この場合、帯電の均一性を得るために重畳する交流電圧には、直流電圧印加時の帯電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧Ｖｐｐを持つ電圧が使用されている。
【０００４】
ＡＣ＋ＤＣ帯電方式は、交流電圧を印加することにより安定した帯電を行える方法であるが、交流の電圧源を使用する分、帯電部材に直流電圧のみを印加するＤＣ帯電方式に比較して、画像形成装置のコストが高くなってしまう。そこで、例えば特許文献２では、ＤＣ帯電方式についての提案がなされている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１−２０４０８１号公報
【特許文献２】
特開平５−３４１６２７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＤＣ帯電方式は、ＡＣ帯電方式に比較して一般的にコストが低いが問題点もある。つまり、ＡＣ＋ＤＣ帯電のようにＡＣ電流の均し効果が無いため、帯電の均一性が、ＡＣ＋ＤＣ帯電方式に比較して劣る。また、やはり均し効果が無いということで、帯電ローラ表面に付着した汚れや、帯電ローラ自身の電気抵抗の不均一性が画像に出易いという問題もある。
【０００７】
例えば前記特開平５−３４１６２７号公報は、帯電ローラの構成の場合、導電性弾性体基層の電気抵抗が大き過ぎて、特に１５℃／１０％ＲＨの様な低温低湿の環境中では感光体を帯電する能力が不充分である。つまり低温低湿の環境中では、例えば６００ｄｐｉの中間調画像の様な高精細画像を出力した場合に細かい白スジが発生する。
【０００８】
そこで、抵抗を小さくするために導電性弾性体に電子導電性の導電剤を添加した場合、今度はローラの部位による電気抵抗のムラが画像上に現れてしまい、やはり充分に均一な帯電が不可能となる。特開平１１−１００５４９号公報にはカーボンブラックで抵抗を調整したＮＢＲゴムにポリオレフィン系ポリオールを２種類以上のイソシアネートで架橋した表層をコートした事務機器用部材が記載されているが、このような構成の帯電部材では抵抗の均一性の要求特性が厳しいＤＣ帯電用帯電部材として用いた場合に良好な帯電特性を得ることはできない。
【０００９】
また、印刷メディアの厚さ等の理由により、電子写真装置を異なる２つ以上のプロセススピードで駆動して画像を出力するような場合には、ＤＣ帯電方式は、ＡＣ帯電方式と比較して良好な帯電特性を発揮するプロセススピードの範囲が狭いという問題点もある。つまり、印刷メディアの熱容量に応じ、メディアの厚みが厚い印刷メディアの場合にプロセススピードを遅くして定着部分を通過する時間を長くしたい場合や、あるいは、トランスペアレンシーシートに印刷する場合の様に、光の散乱を極力抑え、光の透過性の良い画像を得るために定着部でトナーを充分に溶融、混合させるためやはり定着部分を通過する時間を長くしたい場合等の場面で、ＤＣ帯電方式は、ＡＣ帯電方式に比較して良好な帯電を行うことがより困難であるという課題があった。
【００１０】
本発明の目的は、このような課題に対処してなされたもので、ＤＣ帯電法によって、例えば６００ｄｐｉの中間調画像の様な高精細画像を出力した場合においても、良好な帯電特性により、異なるプロセススピードで使用しても長期間安定した帯電が行える帯電部材を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に従って、導電性支持体と、該導電性支持体上に設けられた、導電性弾性体基層と、該導電性弾性体基層の上に少なくとも表層を有する帯電部材において、該帯電部材の表面粗さがＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４による十点平均粗さＲｚで２μｍ以上２０μｍ以下、かつピーク間距離Ｓｍが０．５ｍｍ以下であり、更に、使用状態と同じ当接力で感光体と同じ曲率の円柱に当接させたときのローラ軸方向の当接力の位置バラツキが、軸方向５ｍｍ毎の当接力の最大値と最小値の比で１５倍以下であることを特徴とする帯電部材が提供される。
【００１２】
第２の本発明によれば、前記表層が少なくとも無機微粒子と有機微粒子とを含有する表層である帯電部材。
【００１３】
第３の本発明によれば、前記有機微粒子が絶縁性の微粒子である帯電部材。
【００１４】
第４の本発明によれば、前記有機微粒子が架橋した樹脂微粒子である帯電部材。
【００１５】
第５の本発明によれば、前記有機微粒子の平均円形度が０．９以上で、かつ円形度標準偏差が０．０４未満ある帯電部材。
【００１６】
第６の本発明によれば、前記有機微粒子は質量平均粒径の３倍以上の大きさの粒径の粒子を含まない帯電部材。
【００１７】
第７の本発明によれば、前記有機微粒子が架橋したビニル系樹脂である帯電部材。
【００１８】
第８の本発明によれば、前記有機微粒子がエチレングリコールビスメタクリレートとメタクリル酸メチルとの共重合体である帯電部材。
【００１９】
第９の本発明によれば、前記無機微粒子が絶縁性の微粒子である帯電部材。
【００２０】
第１０の本発明によれば、前記無機微粒子が、シランカップリング剤又はシリコーンオイル、もしくはシランカップリング剤とシリコーンオイルの両方で表面処理された無機微粒子である帯電部材。
【００２１】
第１１の本発明によれば、前記無機微粒子が酸化チタン微粒子である帯電部材。
【００２２】
第１２の本発明によれば、導電性弾性体基層がエピクロルヒドリンゴムを主成分とする帯電部材。
【００２３】
第１３の本発明によれば、導電性弾性体基層にイオン導電剤を含有する帯電部材。
【００２４】
第１４の本発明によれば、前記イオン導電剤が４級アンモニウム塩である帯電部材。
【００２５】
第１５の本発明によれば、表層がウレタン樹脂をバインダーとする帯電部材。
【００２６】
第１６の本発明によれば、表層のウレタン樹脂バインダーが、イソホロンジイソシアネートとヘキサメチレンジイソシアネートとラクトン変性アクリルポリオールとの共重合体である帯電部材。
【００２７】
第１７の本発明によれば、イソホロンジイソシアネートとヘキサメチレンジイソシアネートとがイソシアヌレートタイプの３量体である帯電部材。
【００２８】
第１８の本発明によれば、イソホロンジイソシアネートとヘキサメチレンジイソシアネートとがオキシムブロックタイプのイソシアネートである帯電部材。
【００２９】
第１９の本発明によれば、表層に導電性粉体を含有する帯電部材。
【００３０】
第２０の本発明によれば、導電性粉体が酸化スズにアンチモンをドープした導電性酸化スズである帯電部材。
【００３１】
第２１の本発明によれば、導電性酸化スズが表面をシランカップリング剤でカップリング剤処理された酸化スズである帯電部材。
【００３２】
第２２の本発明によれば、帯電部材を画像形成装置に用いた場合の使用状態と同様の応力で、感光体と同じ曲率の円相形金属に当接させて、使用状態と同様の回転速度で円柱形金属を回転させながら直流電圧−２５０Ｖを印加したときの帯電部材の電気抵抗が、３０℃／８０％ＲＨの高温高湿環境中では１×１０５Ω以上であり、１５℃／１０％ＲＨの低温低湿環境中では５×１０７Ω以下である帯電部材。
【００３３】
第２３の本発明によれば、像担持体と、像担持体を所定の電位に帯電させる帯電手段と、該像担持体の帯電面に静電潜像を形成する露光手段と、該像担持体上に形成された静電潜像にトナーを転移させて可視化しトナー像を形成させる現像手段と、該トナー像を被転写部材に転写させる転写手段とを備えた画像形成装置において、該帯電手段は上記帯電部材であり、該帯電部材に直流電圧のみを印加して像担持体を帯電させることを特徴とする画像形成装置。
【００３４】
第２４の本発明によれば、前記現像手段が、前記像担持体に対してトナーの薄層を介して接触した状態で静電潜像を現像する接触現像手段である画像形成装置。
【００３５】
第２５の本発明によれば、被帯電体を帯電手段で帯電させる帯電方法において、該帯電手段が上記帯電部材であり、該帯電部材に直流電圧のみを印加して被帯電体を帯電させることを特徴とする帯電方法。
【００３６】
第２６の本発明によれば、像担持体上に形成された静電潜像をトナーを転移させて可視化してトナー像を形成し、該トナー像を被転写部材に転写することにより画像を形成する画像形成装置から着脱自在に構成されているプロセスカートリッジにおいて、像担持体と、該像担持体上に形成された静電潜像にトナーを転移させて可視化しトナー像を形成させる現像手段と、前記被転写部材にトナー像が転写された後に該像担持体上に残留したトナーを除去するクリーニング手段と、から選ばれる少なくとも１つが、上記帯電部材と一体に支持されることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００３８】
本発明者らは、ＤＣ帯電用帯電部材の構成として、導電性支持体と、該導電性支持体上に設けられた、導電性弾性体基層と、該導電性弾性体基層の上に少なくとも表層を有する帯電部材において、該帯電部材のＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４による十点平均粗さＲｚとピーク間距離Ｓｍとを適切な値に調整し、かつ、使用状態と同じ当接力で感光体と同じ曲率の円柱に当接させたときのローラ軸方向の当接力の位置バラツキを小さくすることにより、異なるプロセススピードで使用しても長期間安定した帯電が行える帯電部材を提供することができるという知見をして本発明に至った。
【００３９】
従来、ＤＣ帯電方式では低温低湿環境下で安定な帯電を得ることが難しかった。また、印刷メディアの厚さ等の理由により、一つの電子写真装置を異なる２つ以上のプロセススピードで使用するような場合には、ＤＣ帯電方式は、ＡＣ帯電方式に比較して良好な帯電特性を発揮するプロセススピードの範囲が狭いという問題点もあった。本発明においては、帯電部材のＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４による十点平均粗さＲｚとＳｍとを適切な値に調整し、かつ使用状態と同じ当接力で感光体と同じ曲率の円柱に当接させたときのローラ軸方向の当接力の位置バラツキを小さくすることにより、ＤＣ帯電法によって、例えば６００ｄｐｉの中間調画像の様な高精細画像を出力した場合においても、良好な帯電特性により、異なるプロセススピードで使用しても長期間安定した帯電が行える帯電部材を提供することできるということを発見し本発明に至った。
【００４０】
すなわち、従来のＤＣ帯電方式に比較して、帯電部材の表面を適切に粗面化することにより安定な帯電特性を得られるプロセススピードや温湿度の範囲が広がる効果がある。しかし、帯電部材と感光体との当接力が、帯電部材のローラ軸方向で極端にばらつきを有していると、帯電部材と感光体との接触状態がローラの軸方向の位置バラツキが大きくなり、表面を粗面化する効果が発揮されなくなる。すなわち、帯電部材と感光体との当接力が局所的に大きいと、帯電部材の表面を粗面化しても当接力により粗面の山が潰されてしまい、当接部では帯電部材が変形してあたかも表面粗度が小さい帯電部材と同じ用に振舞ってしまい、粗面化によるＤＣ帯電の安定化の効果が失われてしまう。逆に当接力が局所的に小さいと帯電部材と感光体とが局所的に浮いたり、あるいは帯電部材表面と感光体表面との間の距離が大部分で安定なＤＣ帯電が出来ないほど離れてしまったりといった弊害が発生し、やはり帯電部材表面粗面化によるＤＣ帯電の安定化の効果が失われてしまう。そこで、後述するように検討をしたところ、帯電部材表面の表面粗度を適切に制御し、かつ帯電部材と感光体との当接力を実際に測定し、当接力の位置バラツキが１５倍以下であるようにすれば、ＤＣ帯電法によって、例えば６００ｄｐｉの中間調画像の様な高精細画像を出力した場合においても、良好な帯電特性により、異なるプロセススピードで使用しても長期間安定した帯電が行える帯電部材を提供することできるということを発見し本発明に至った。
【００４１】
次に、本発明の帯電部材、それを用いた画像形成装置、帯電方法及びプロセスカートリッジを説明する。
【００４２】
＜１＞帯電部材
本発明の帯電部材の具体的な構成を図１に示す。図１（ａ）は、帯電部材の横断面を示し、図１の（ｂ）は、縦断面を示したものである。
【００４３】
本発明の帯電部材は、導電性支持体１とその外周に形成された導電性弾性体基層２と、該導電性弾性体基層２の外周を被覆する表層３とを有する帯電部材である。そして該帯電部材の表面粗さが、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４による十点平均粗さＲｚで１μｍ以上２０μｍ以下かつ、ピーク間距離Ｓｍが０．５ｍｍ以下で、使用状態と同じ当接力で感光体と同じ曲率の円柱に当接させたときのローラ軸方向の当接力が、軸方向５ｍｍ毎の当接力の最大値と最小値の比で１５倍以下であることを特徴とする。
【００４４】
帯電部材の軸方向の当接力の分布を測定する方法について説明する。
【００４５】
本発明においては、図２に示すようにシート状の感圧センサーを用いて当接力を測定する。このセンサーは、０．１ｍｍ程度の薄い可撓性のシートの中に、応力に応じて導電率が変化する弾性体の挟みこまれており、更にその弾性体シートの表裏に電極が形成された構造となっている。導電率が変化する弾性体シートと電極は、電極が外部の測定回路に接触する部分以外は可撓性のシートにラミネートされている。表裏の電極は、互いに垂直な方向に並んでおり、その電極の端部を外部からの抵抗測定系へ接続し、表裏の電極の交わる任意の位置の抵抗を測定することにより、目的とする位置に加わる応力を検知することができる。抵抗測定回路では、電極に印加する電圧をスキャンすることにより、任意の位置の電気抵抗を測定し、その位置の応力を知ることができる。
【００４６】
このようなシート型の応力分布の測定器として、（株）ニッタ製のタクタイルセンサーが挙げられる。本発明においてもこのタクタイルセンサーを利用し、帯電部材の軸方向の当接力の分布を測定する。
【００４７】
本発明における帯電部材の当接力の軸方向の分布の実際の測定について説明すると、まず図３のように該帯電ローラが実際に使用される電子写真装置の感光体と同じ曲率の円柱帯電部材との間に該タクタイルセンサーを挟み、帯電部材に実際に使用される場合と同じ荷重をかける。本発明で測定に用いたタクタイルセンサーは、帯電部材の軸方向に５ｍｍピッチで合計４４点測定可能になるように電極がプリントされたセンサー部分の構成となっている。該センサーからは、それぞれの等接点での荷重に応じた出力信号が発生しており、この信号をコンピュータに取込んで当接力の分布を観察する。
【００４８】
当接力の絶対値のキャリブレーションは以下のように行う。すなわち、該センサーで測定した４４点の値を合計し、該合計した信号の総和が、帯電部材に加えた荷重と帯電部材自身の自重の合計に等しくなるように計算を行い、４４点の各測定ポイントにおける当接力の絶対値を決定した。図４に、本発明の帯電ローラの当接力の一例を示す。
【００４９】
以下、本発明の帯電部材の詳細について説明する。
【００５０】
図１に示す本発明で使用する導電性支持体１は、炭素鋼合金表面に５μｍの厚さのニッケルメッキを施した円柱である。炭素鋼合金としては、円柱形状への加工がしやすい快削鋼が特に好ましい。快削鋼の例としては硫黄を含んだＳＵＭ１１、ＳＵＭ１２、ＳＵＭ２１、ＳＵＭ２２、ＳＵＭ３１及びＳＵＭ３２等が挙げられる。導電性支持体を構成する材料として他にも、例えば鉄、アルミニウム、チタン、銅及びニッケル等の金属やこれらの金属を含むステンレス、ジュラルミン、真鍮及び青銅等の合金、更にカーボンブラックや炭素繊維をプラスチックで固めた複合材料等の、剛直で導電性を示す公知の材料を使用することもできる。また、形状としては円柱形状の他に、中心部分を空洞とした円筒形状とすることもできる。
【００５１】
本発明では、まず上記導電性支持体１の外周に導電性弾性体基層２を成形する。導電性弾性体基層２は導電性弾性体からなっている。導電性弾性体は、導電剤と高分子弾性体とを混合して成形される。導電剤は少なくともイオン導電剤が含有されている。高分子弾性体としては、特にエピクロルヒドリンゴムが好適に用いられる。エピクロルヒドリンゴムは、ゴム自体に若干の導電性があり、導電剤の添加量が少なくても良好な導電性を発揮することができ、また、環境や位置による電気抵抗のバラツキも小さくすることができるので、高分子弾性体として好適に用いられる。
【００５２】
エピクロルヒドリンゴムは、エピクロルヒドリンを中心とする環状のエーテルの開環重合体であり、ゴムを構成する主な単量体には、エピクロルヒドリン、エチレンオキシド及びアクリルグリシジルエーテル等が挙げられる。
【００５３】
重合体であるエピクロルヒドリンゴムとしては、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−アリルグリシジルエーテル共重合体及び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三元共重合体等が挙げられる。この中でも安定した中抵抗領域の導電性を示すことから、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三元共重合体が特に好適に用いられる。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三元共重合体は、重合度や組成比を任意に調整することで導電性や加工性を制御できる。
【００５４】
高分子弾性体はエピクロルヒドリンゴムを主成分とするが、必要に応じてその他の一般的なゴムを含有されてもよい。
【００５５】
その他の一般的なゴムとしては、例えばＥＰＭ（エチレン・プロピレンゴム）、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレンゴム）、ノルボーネンゴム、ＮＢＲ（ニトリルゴム）、クロロプレンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレン、ウレタンゴム、ＳＢＳ（スチレン・ブタジエン・スチレン−ブロックコポリマー）、ＳＥＢＳ（スチレン・エチレンブチレン・スチレン−ブロックコポリマー）等のスチレン系ブロックコポリマー及びシリコーンゴム等が挙げられる。上記の一般的なゴムを含有する場合、その含有量は、高分子弾性体全量に対し１〜５０質量％であるのが好ましい。
【００５６】
導電剤としては、導電性弾性体基層の電気抵抗率のムラを小さくするという目的により、イオン導電剤を含有することが必要である。イオン導電剤が高分子弾性体の中に均一に分散し、導電性弾性体の電子抵抗率を均一化することにより、帯電ローラを直流電圧のみの電圧印加で使用したときでも均一な帯電を得ることができる。
【００５７】
イオン導電剤としては、例えば、ＬｉＣｌＯ４やＮａＣｌＯ４等の過塩素酸塩、４級アンモニウム塩等が挙げられ、これらを単独又は２種類以上組み合わせて用いることができる。イオン導電剤の中でも、環境変化に対して抵抗が安定なことから特に過塩素酸４級アンモニウム塩が好適に用いられる。
【００５８】
イオン導電剤に加えて、導電性弾性体の電気抵抗にムラを生じさせない範囲で、電子導電性の導電剤を添加することができる。電子導電性の導電剤は、電子導電性の導電剤の担う導電性が、イオン導電剤の担う導電性よりも小さい範囲で使用することができる。すなわち、電子導電性の導電剤は、高分子弾性体にイオン導電剤のみを添加した場合の体積抵抗率に対して、電子導電性の導電剤を加えて添加した場合の体積抵抗率が１／２以上であるような配合割合で使用することができる。電子導電性の導電剤としては、例えば、アルミニウム、パラジウム、鉄、銅及び銀等の金属系の粉体や繊維、カーボンブラック、金属粉や酸化チタン、酸化錫及び酸化亜鉛等の金属酸化物、硫化銅、硫化亜鉛等の金属化合物粉、又は適当な粒子の表面を酸化スズ、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化モリブデン、亜鉛、アルミニウム、金、銀、銅、クロム、コバルト、鉄、鉛、白金、ロジウム等で電解処理、スプレー塗工、混合振とうにより付着させた粉体、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系カーボン、ピッチ系カーボン等のカーボン粉がある。これらを単独で又は２種以上組み合わせて用いることができる。
【００５９】
本発明において、これらの導電剤の配合量は導電性弾性体の体積抵抗率が、低温低湿環境（Ｌ／Ｌ：１５℃／１０％ＲＨ）、常温常湿環境（Ｎ／Ｎ：２３℃／５５％ＲＨ）、高温高湿環境（Ｈ／Ｈ：３０℃／８０％ＲＨ）で、中抵抗領域（体積抵抗率が１×１０４〜１×１０７Ω・ｃｍ）になるような量が好ましい。
【００６０】
導電性弾性体の体積抵抗は、厚さ１ｍｍのシートに成形した後、両面に金属を蒸着して電極とガード電極とを作製し、微小電流計（ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ Ｒ８３４０Ａ ＵＬＴＲＡ ＨＩＧＨ ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ ＭＥＴＥＲ （株）アドバンテスト社製）を用いて２００Ｖの電圧を印加して３０秒後の電流を測定し、膜厚と電極面積とから計算して求める。
【００６１】
導電性弾性体の体積抵抗率がこれよりも小さいと、像担持体である感光体にピンホールがあった場合に大電流がピンホールに一気に集中してしまい、穴をより大きくしてしまったり、穴以外の場所に電流が流れなくなって高精細なハーフトーン画像上に黒い帯となって帯電電位が不足した部分が現れてしまったりといった不具合が発生する恐れがある。逆に体積抵抗率が大き過ぎると、導電性弾性層中で印加電圧が降下してしまい、必要な放電電流が得られずに感光体を所望する電位に均一に帯電させることができなくなることがある。
【００６２】
この他にも導電性弾性体には必要に応じて、可塑剤、充填剤、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、スコーチ防止剤、分散剤及び離型剤等の配合剤を加えることも好ましい。
【００６３】
導電性弾性体の成形方法としては、上記の導電性弾性体の原料を混合して、例えば、押し出し成形、射出成形及び圧縮成形等の公知の方法が挙げられる。また、導電性弾性体基層は、導電性支持体の上に直接導電性弾性体を成形して作製してもよいし、チューブ形状に成形した導電性弾性体を導電性支持体に被覆させてもよい。必要に応じて導電性支持体と導電性弾性体とを接着剤で接着してもよい。接着剤は熱可塑性の接着剤や熱硬化性の接着剤を必要に応じて使用する。接着剤は導電性でもよいし、絶縁性の接着剤を薄く塗って使用してもよい。なお、導電性弾性体基層の作製後に表面を研磨して形状を整えてもよい。
【００６４】
導電性弾性体基層の形状は、帯電部材が実際に使用されるときの当接力の分布を均一にするため、導電性弾性体基層ローラの中央部の直径が端部の直径よりも大きいクラウン形状とする。また、出来上がったローラの当接ニップ幅が均一となるために、導電性弾性体基層ローラの振れが小さい方が好ましい。
【００６５】
振れの測定値は、図５のように、導電性基体を回転軸として導電性弾性体基層ローラを回転させ、回転軸と垂直に非接触レーザー測長器（本発明においては、（株）キーエンス製 ＬＳ−５０００）で測定した導電性弾性体基層の半径の最大値と最小値の差を値として求める。導電性弾性体基層の軸方向に５ｍｍピッチで前記半径の最大値と最小値の差を求め、その値の中で最大の値を導電性弾性体基層ローラの振れの値とする。
【００６６】
導電性弾性体基層ローラの振れの好ましい値は、ローラ中央部の直径の１．０％以下、より好ましくは０．５％以下である。本発明のローラの直径は８ｍｍ程度が好ましいので、振れの値は具体的には８０μｍ以下が好ましく、より好ましくは４０μｍ以下とする。
【００６７】
また、ローラの直径とは、同様に導電性基体を回転軸として導電性弾性体基層ローラを回転させ、回転軸と垂直に非接触レーザー測長器で測定した導電性弾性体基層の直径の最大値と最小値の平均とする。
【００６８】
Ａ４サイズの印刷メディア用の帯電部材の場合、導電性弾性体基層ローラの軸方向中央部の直径と、弾性体の中央部から９０ｍｍの部分の直径の値２つの平均との差を、クラウン量の値として求める。クラウン量の値は出来上がった帯電部材の当接応力が均一になるように決めるが、好ましくはローラ直径の０．１〜５．０％、具体的には８μｍ〜３００μｍが好ましい。
【００６９】
一般的に導電性弾性体基層の軸方向中心部分の直径をＺ（ｍｍ）とすると、中心から端部側へｘ（ｍｍ）離れた場所の導電性弾性体基層直径Ｙ（ｍｍ）を以下のようにすると当接応力のばらつきが小さくなるので、好ましい。
【００７０】
Ｙ＝Ｚ−α＊（Ａ＊Ｂ２＊ｘ）／（Ｃ＊Ｄ＊Ｅ２＊Ｆ）
Ａ：帯電部材が使用状態で、導電性支持体の片側端部に印加される荷重（Ｎ）
Ｂ：導電性弾性体基層の全長（ｍｍ）
Ｃ：導電性弾性体基層のアスカーＣ硬度（°）
Ｄ：導電性支持体の弾性率（ＧＰａ）
Ｅ：導電性支持体の直径（ｍｍ）
Ｆ：導電性弾性体基層の軸方向中心部分の肉厚（ｍｍ）
α：定数（０．２２±０．０２）
【００７１】
上記の様な精密な導電性弾性体基層形状とするため、導電性弾性体基層は、研磨によって成形することが好ましい。更に、微妙なクラウン形状を精密に仕上げるため、導電性弾性体基層の軸方向全長よりも幅の広い回転砥石を用いて研磨することがより好ましい。研磨の一例を図６に示す。図６の様に帯電部材は回転する砥石と平行に保持され回転している。帯電部材の回転軸と砥石の回転軸とを平衡を保ったまま距離を変化させることにより、研磨がなされ、導電性弾性体基層の表面形状がクラウン形状となり、表面粗さも一定になる。砥石の形状は、導電性弾性体基層の形状が良好なクラウン形状となるように、ダイヤモンドの刃物を使って精密な形状に整えられる。砥石の材質は、グリーンカーボランダム等の公知の材質で、研磨条件に応じて砥石の番手を決定する。
【００７２】
導電性弾性体のアスカーＣ硬度は、９０°以下が好ましく、より好ましくは８５°以下である。アスカーＣ硬度が９０°を超えると、帯電部材と感光体との間のニップ幅が小さくなり、帯電部材と感光体との間の当接力が狭い面積に集中し、当接圧力が大きくなる。これによって帯電が安定しなくなったり、あるいは感光体や帯電部材の表面に現像剤その他が付着し易くなったりする等の弊害が顕著になる。
【００７３】
なお、「アスカーＣ硬度」とは、日本ゴム協会標準規格ＳＲＩＳ０１０１に準拠したアスカーＣ型スプリング式ゴム硬度計（高分子計器株式会社製）を用いて測定した帯電部材の硬度であり、常温常湿（２３℃／５５％ＲＨ）の環境中に１２時間以上放置した帯電部材に対して該硬度計を１０Ｎの力で当接させてから３０秒後に測定した値とする。
【００７４】
アスカーＣ硬度を小さくするため、導電性弾性体に可塑剤を配合する。配合量は、好ましくは１質量部以上、より好ましくは３質量部以上である。可塑剤としては、例えばセバシン酸とプロピレングリコールの共重合体のような、エステル系の高分子可塑剤を用いることができる。このようなエステル系の可塑剤はエピクロルヒドリンゴムとの極性が近く、比較的大量に配合することが可能であり、基層の硬度を小さく制御できるメリットがある。高分子可塑剤の分子量は、好ましくは２０００以上、より好ましくは４０００以上である。分子量が２０００より小さいと可塑剤がローラの表面に染み出してきて感光体を汚染する可能性がある。
【００７５】
また、導電性弾性体基層の表面は、表層の塗工に影響しないよう、粗さを一定以下に小さくしておく。表面粗さの測定方法は、表層の説明部分に記載する。基層の好ましい表面粗さとしては、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４の表面粗さに基づき十点平均粗さＲｚの値として１０μｍ以下、ピーク間距離Ｓｍの値として、２００μｍ以下とすることが好ましい。表面粗さがこれよりも大きいと、基層の表面粗さが表層の塗工後にも帯電部材表面に現れてしまい、好ましくない。
【００７６】
導電性弾性体基層は、必要に応じて導電性支持体と接着剤を介して接着される。この場合、接着剤は導電性であることが好ましい。導電性とするため、接着剤には公知の導電剤を有することができる。
【００７７】
接着剤のバインダーとしては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等の樹脂が挙げられ、ウレタン系、アクリル系、ポリエステル系、ポリエーテル系及びエポキシ系等の公知の接着剤を用いることができる。
【００７８】
導電剤としては、例えば、ＬｉＣｌＯ４やＮａＣｌＯ４等の過塩素酸塩、４級アンモニウム塩等のイオン導電剤、アルミニウム、パラジウム、鉄、銅及び銀等の金属系の粉体や繊維、カーボンブラック、金属粉や酸化チタン、酸化錫及び酸化亜鉛等の金属酸化物、硫化銅、硫化亜鉛等の金属化合物粉、又は適当な粒子の表面を酸化スズ、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化モリブデン、亜鉛、アルミニウム、金、銀、銅、クロム、コバルト、鉄、鉛、白金、ロジウム等で電解処理、スプレー塗工、混合振とうにより付着させた粉体、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系カーボン、ピッチ系カーボン等のカーボン粉がある。これらを単独で又は２種以上組み合わせて用いることができる。
【００７９】
導電性弾性体基層が完成した後に、その被覆層として表層３を設ける。
【００８０】
本発明の帯電部材の表層は、少なくとも無機微粒子と有機微粒子とを含有することが好ましい。無機粒子は、表面処理をされていることがより好ましい。
【００８１】
無機粒子としては、酸化チタン粉体を含有することが好ましい。酸化チタンを含有すると、高抵抗な帯電ローラを使用しても帯電電位の絶対値が大きくなり、かつ安定するので、ＤＣ帯電ローラ用として特に好ましい。工業的な酸化チタンとしては結晶形態の異なるアナターゼ型（鋭錐石）、ルチル型（金紅石）、ブルカイト型（板チタン石）の３種類があるが、ブルカイト型は学術的に取り上げられるのみで、工業面での利用は殆どなく、実質上、用いられるのはアナターゼ型とルチル型である。酸化チタンの一次粒子径は、１．０μｍ以下程度の微粒子であることが好ましい。酸化チタンの製造法としては、硫酸チタンを加水分解して焼成する硫酸法や四塩化チタンを高温で酸化する塩素法等がある。
【００８２】
更に、本発明においては、表面を疎水化処理されている酸化チタン微粉体を用いることが好ましい。疎水化処理するには、酸化チタン微粉体と反応あるいは物理吸着する有機ケイ素化合物で化学的に処理することによって付与される。好ましい方法としては、シランカップリング剤で処理する方法、あるいはシリコーンオイルの如き有機ケイ素化合物で処理する方法、あるいはシランカップリング剤で処理した後、あるいはシランカップリング剤で処理すると同時にシリコーンオイルの如き有機ケイ素化合物で処理する方法等が挙げられる。
【００８３】
疎水化処理に使用されるシランカップリング剤としては、例えば、ヘキサメチルジシラザン、トリメチルシラン、トリメチルクロルシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、β−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、トリオルガノシランメルカプタン、トリメチルシリルメルカプタン、トリオルガノシリルアクリレート、ビニルジメチルアセトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン、１，３−ジビニルテトラメチルジシロキサン及び１，３−ジフェニルテトラメチルジシロキサンが挙げられる。
【００８４】
疎水化処理に使用される有機ケイ素化合物としては、シリコーンオイルが挙げられ、好ましいシリコーンオイルとしては、２５℃における粘度がおよそ３０〜１，０００センチストークスのものが用いられる。例えば、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、α−メチルスチレン変性シリコーンオイル、クロルフェニルシリコーンオイル又はフッ素変性シリコーンオイルを用いることが好ましい。
【００８５】
シリコーンオイルによる疎水化処理の方法としては、例えば、シランカップリング剤で処理された酸化チタン微粉体とシリコーンオイルとをヘンシェルミキサーの如き混合機を用いて直接混合してもよいし、ベースとなる酸化チタンヘシリコーンオイルを噴射する方法によってもよい。あるいは、適当な溶剤にシリコーンオイルを溶解あるいは分散せしめた後、ベースの酸化チタン微粉体と混合し、溶剤を除去することによって疎水化処理してもよい。
【００８６】
無機粒子の添加量は、塗工後の表層中の質量割合として０．１〜１０％が好ましい。少な過ぎると無機粒子を添加して帯電が安定する効果が得られ難く、多過ぎると表層塗料の粘度の制御が難しくなり、均一に塗工することが難しくなるので、好ましくない。
【００８７】
次に、表層に含有する有機粒子としては、架橋した高分子微粒子を用いることが好ましい。架橋していないと表層塗工用の塗料としたときに溶解する恐れがあるので好ましくない。架橋した高分子微粒子を作るモノマーとしては、特には限定しないが、重合の容易さ等から、ビニル系のモノマーが好適に用いられる。
【００８８】
本発明に用いるビニル系モノマーは、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸２−エチルへキシル等のアクリル酸エステル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸へキシル等のメタクリル酸エステル、スチレン、ｐ−メチルスチレン、α−メチルスチレン等の芳香族系ビニル単量体、酢酸ビニル及びアクリロニトリル等が挙げられる。
【００８９】
樹脂粒子が架橋された高分子微粒子となるために、本発明においては、上記のビニル系モノマー以外に、分子内にビニル基を２つ以上有する架橋性のビニル系モノマーを使用する。このような架橋性のビニル系モノマーとしては、例えば、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート及びトリメチロールプロパントリメタアクリレート等が挙げられる。これら架橋性のビニル系モノマーの添加量は、非架橋性のビニルモノマーに対して０．５〜３０質量部が好ましい。
【００９０】
これらの架橋された高分子微粒子は、シード乳化重合、分散重合又は懸濁重合等により重合されるが、低分子の界面活性剤等の残留が少ないので、懸濁重合によって重合されることが好ましい。重合開始剤は、特に限定されないが、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル等の過酸化物系触媒、アゾビスイソブチロニトリルのようなアゾ系触媒が挙げられる。
【００９１】
本発明で使用される架橋された高分子微粒子は、形状がより真球形状に近いことがより好ましい。具体的には、平均円形度が０．９５以上で、円形度標準偏差が０．０４０未満となるように高分子微粒子の粒子形状を精密に制御することにより、帯電ローラの表面粗さが均一になり、異なるプロセススピードで使用してもより均一な帯電特性を得ることができる。
【００９２】
本発明における円形度は、粒子の形状を定量的に表現する簡便な方法として用いたものであり、本発明では東亜医用電子社製フロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−１０００を用いて粒子形状の測定を行い、円形度を下式により求める。更に、下式で示すように、測定された全粒子の円形度の総和を全粒子数で除した値を平均円形度と定義する。
【００９３】
【数１】
ここで、「粒子投影面積」とは二値化されたトナー粒子像の面積であり、「粒子投影像の周囲長」とは該トナー粒子像のエッジ点を結んで得られる輪郭線の長さと定義する。
【００９５】
なお、本発明で用いている測定装置である「ＦＰＩＡ−１０００」は、各粒子の円形度を算出後、平均円形度及び円形度標準偏差の算出に当たって、粒子を得られた円形度によって、円形度０．４００〜１．０００を０．０１０間隔で、０．４００以上０．４１０未満、０．４１０以上０．４２０未満…０．９９０以上１．０００未満及び１．０００の如くに６１分割した分割範囲に分け、分割点の中心値と頻度を用いて平均円形度及び円形度標準偏差の算出を行う算出法を用いている。
【００９６】
この算出法で算出される平均円形度及び円形度標準偏差の各値と、上述した各粒子の円形度を直接用いる算出式によって算出される平均円形度及び円形度標準偏差の各値との誤差は、非常に少なく、実質的には無視できる程度であるため、本発明においては、算出時間の短絡化や算出演算式の簡略化の如きデータの取り扱い上の理由で、上述した各粒子の円形度を直接用いる算出式の概念を利用し、一部変更したこの様な算出法を用いている。
【００９７】
本発明における円形度は、粒子の凹凸の度合いを示す指標であり、粒子が完全な球形の場合に１．０００を示し、表面形状が複雑になる程、円形度は小さな値となる。
【００９８】
具体的な測定方法としては、容器中に予め不純固形物等を除去したイオン交換水１０ｍｌを用意し、その中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を加えた後、更に測定試料を０．０２ｇを加え、均一に分散させる。分散させる手段としては、超音波分散機「ＵＨ−５０型」（エスエムテー社製）に振動子として５ｍｍφのチタン合金チップを装着したものを用い、５分間分散処理を用い、測定用の分散液とする。その際、該分散液の温度が４０℃以上とならない様に適宜冷却する。
【００９９】
樹脂粒子の形状測定には、前記フロー式粒子像測定装置を用い、測定時のトナー粒子濃度が３０００〜１万個／μｌとなる様に該分散液濃度を再調整し、トナー粒子を１０００個以上計測する。
【０１００】
樹脂粒子の平均粒径は、１００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．５〜５０μｍであり、更に好ましくは１〜２５μｍである。また、質量平均粒径の３倍以上の粒径を有す樹脂粒子が実質的に皆無であることが好ましい。粒径が大き過ぎると帯電ローラ表面が粗れ過ぎて帯電が不均一になってしまうという弊害がある。また、小さ過ぎると樹脂粒子を添加して低プロセススピードの領域での帯電を安定化させる効果が現れないので好ましくない。
【０１０１】
以下に、本発明における樹脂粒子の粒径測定の具体例を示す。
【０１０２】
電解質溶液１００〜１５０ｍｌに界面活性剤（アルキルベンゼンスルホン酸塩）を０．１〜５ｍｌ添加し、これに測定試料を２〜２０ｍｇ添加する。試料を懸濁した電解液を超音波分散器で１〜３分間分散処理して、前述したコールターカウンターマルチサイザーにより１７μｍ又は１００μｍ等の適宜樹脂粒子サイズに合わせたアパチャーを用いて体積を基準として０．３〜４０μｍの粒度分布等を測定するものとする。この条件で測定した個数平均粒径、質量平均粒径をコンピュータ処理により求め、体積基準の粒度分布より重量平均粒径の３倍径累積分布以上の累積割合を計算し、３倍径累積分布以上の累積値を求める。
【０１０３】
樹脂粒子の添加量は、塗工後の表層中の質量割合として１〜８０質量％が好ましい。少な過ぎると樹脂粒子を添加して帯電が安定する効果が得られないし、多過ぎると表層塗料の粘度の制御が難しくなり、均一に塗工することが難しくなるので、好ましくない。
【０１０４】
表層のバインダーとしては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等の樹脂が用いられる。本発明の表層のバインダーとしては、ラクトン変性アクリルポリオールを、イソホロンジイソシアネートとヘキサメチレンジイソシアネートとで架橋したウレタン樹脂が特に好適に用いられる。
【０１０５】
表層のポリオールを架橋させるイソシアネートとしてヘキサメチレンジイソシアネートを単独で用いた場合、表層が柔軟でローラの塗工後の表面が均一に仕上がるというメリットがある反面、苛酷な高温高湿環境では出来上がった表層が基層中の未加硫成分（例えば、イオン導電剤や可塑剤）がローラ表面へ染み出してくることを充分に阻止できない可能性がある。このような染み出し物質が存在すると、感光体を汚染する可能性がある。
【０１０６】
一方、表層のポリオールを架橋させるイソシアネートとしてイソホロンジイソシアネートを単独で用いた場合、表層が基層からの染み出し物質の染み出しを防止する効果は大きいが、表層が固くなり過ぎて基層ゴムの熱収縮に追従できず、出来上がったローラの表面にシワが発生し、ローラの表面粗さや形状の面で望みのローラを得ることができないという弊害がある。
【０１０７】
本発明のローラの表層は、イソホロンジイソシアネートの染み出し物質ブロック性とヘキサメチレンジイソシアネートの柔軟性とを併せ持った良好な特性を持つ表層樹脂を提供し、イオン性の基層からの染み出し物質がローラ表面に染み出してくることを防止しつつ、良好な表面形状を有する帯電ローラを得ることができる。
【０１０８】
すなわち、本発明において表層に用いる樹脂は、ラクトン変性アクリルポリオールとイソホロンジイソシアネートとヘキサメチレンジイソシアネートとをブレンドし硬化させることにより、ラクトン変性アクリルポリオールに対してイソホロンジイソシアネートとヘキサメチレンジイソシアネートとがランダムに反応して、架橋構造が形成されたものが好ましい。
【０１０９】
本発明に用いるイソシアネートは、イソシアヌレート型の３量体とすることがより好ましい。分子の剛直な３量体が架橋点となり、表層がより密に架橋することができ、イオン性の基層からの染み出し物質がローラ表面に染み出してくることをより一層効果的に防止することができる。
【０１１０】
また、本発明に用いるイソシアネートは、イソシアネート基がブロック剤によりブロックされたブロックイソシアネートとすることがより好ましい。この理由としては、上記イソシアネート基は反応し易く、表層塗料を常温に長時間放置しておくと徐々に反応が進み、塗料の特性が変化してしまう恐れがあるからである。これに対してブロックイソシアネートは、活性なイソシアネート基がブロックされ、ブロック剤の解離温度までは反応しないので、塗料の取扱が容易になるというメリットがある。マスキングを行うブロック剤には、フェノール、クレゾール等のフェノール類、ε−カプロラクタムのラクタム類及びメチルエチルケトオキシム等のオキシム類等が挙げられるが、本発明の場合、解離温度が比較的低温のオキシム類が好ましい。
【０１１１】
本発明の表層樹脂を構成するラクトン変性アクリルポリオールとブロックイソシアネートの３量体を図示する。
【０１１２】
【化１】
【化２】
【化３】
一方、ラクトン変性アクリルポリオールのＯＨ価は８０ＫＯＨｍｇ／ｇ程度であることが好ましい。ＯＨ価が少ないと、イソシアネートで架橋され難くなり、それによって樹脂が柔らかくなり過ぎて感光体に貼り付き易くなる。ＯＨ基が大き過ぎると塗膜が硬くなり過ぎて割れ易くなる。
【０１１６】
本発明のラクトン変性アクリルポリオールは、分子鎖骨格がスチレンとアクリルの共重合体であり、適度な硬度と非汚染性を有する。また、末端に水酸基を有する変性したラクトン基が多数の架橋点となり、イソシアネートで密に架橋することが可能であり、基層からの未加硫成分の染み出しを防止することができる。このようなラクトン変性アクリルポリオールとしては、例えば、プラクセルＤＣ２０１６（ダイセル化学工業株式会社製）が挙げられる。
【０１１７】
表層に用いる樹脂のガラス転移温度Ｔｇは粘弾性測定法で、ピーク温度が４５℃以上が好ましく、特には５０℃以上あることが好ましい。４５℃未満であると、感光体と当接したまま長期間放置した場合に感光体に貼り付いてしまったり、あるいは帯電ローラ表面がトナー等によって汚れ易くなったりするという弊害があるので、好ましくない。
【０１１８】
本発明におけるガラス転移温度Ｔｇの測定方法は、以下のようにする。まず、測定用の表層サンプルは、ローラ状態から表層を剥がし、５ｍｍ×４０ｍｍ程度の短冊形に切り出す。測定装置は、動的粘弾性測定装置ＲＳＡ−ＩＩ（レオメトリックス・サイエンティフィック・エフ・イー（株）製）を用い、また治具としてフィルムテンションフィクスチャーを用いる。測定は、−５０℃〜１５０℃の温度範囲において測定周波数６．２８ｒａｄ／ｓｅｃ、昇温速度５℃／ｍｉｎ．、初期歪０．０７〜０．２５％のオートテンションモードで行う。損失正接ｔａｎδの温度分散を測定し、ピーク温度をＴｇとする。
【０１１９】
また特に限定はしないが、あまりＴｇが高過ぎても樹脂の可撓性がなくなり、塗膜が割れ易くなるので好ましくない。Ｔｇは、架橋させるイソシアネートの比率又は量によって調節する。
【０１２０】
ラクトン変性アクリルポリオール樹脂とイソシアネートとの配合比は、配合した塗料中のイソシアネートの中のＮＣＯ基の数（Ａ）と、ラクトン変性アクリルポリオール樹脂中のＯＨ基の数（Ｂ）との比、ＮＣＯ／ＯＨ比＝Ａ／Ｂが０．１〜２．０が好ましく、特に好ましくは０．３〜１．５の範囲になるように調整する。
【０１２１】
ラクトン変性アクリルポリオールをイソシアネートで架橋することにより、導電性弾性体基層からの低分子成分の染み出しを防止すると共に、帯電ローラ自体がトナー等に対して汚れ難く、かつ感光体を汚染しない表層を形成することができる。
【０１２２】
表層を形成する樹脂塗料には、各種の導電剤やレべリング剤を混合することも好ましい。レべリング剤としては、例えばシリコーンオイルが挙げられる。
【０１２３】
表層に用いる導電剤としては、例えばアルミニウム、パラジウム、鉄、銅及び銀等の金属系の粉体や繊維、カーボンブラック、金属粉や酸化チタン、酸化錫及び酸化亜鉛等の金属酸化物、硫化銅や硫化亜鉛等の金属化合物、酸化スズ、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化モリブデン、亜鉛、アルミニウム、金、銀、銅、クロム、コバルト、鉄、鉛、白金及びロジウム等を電解処理、スプレー塗工、混合振とうにより表面に付着させた粉体、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ＰＡＮ系カーボン及びピッチ系カーボン等のカーボン粉が挙げられる。
【０１２４】
本発明においては、導電剤としては、アンチモンをドープした導電性酸化スズが特に好適に用いられる。その理由は、アンチモンをドープした導電性酸化スズは、導電剤自体の体積抵抗率が比較的大きく、導電剤を分散する樹脂の体積抵抗率との差が他の導電剤に比較して小さいので、導電剤を分散して中抵抗の表層材料としたときに、導電剤の分布の僅かな差が表層材料の抵抗の差を生じ難く、抵抗の位置によるばらつきを比較的小さく抑制することができることが、本発明の表層材料の導電剤として好適であるからである。
【０１２５】
表層の樹脂に加えるこれらの導電剤の配合量は、表層の樹脂の体積抵抗率が低温低湿環境（Ｌ／Ｌ：１５℃／１０％ＲＨ）、常温常湿環境（Ｎ／Ｎ：２３℃／５５％ＲＨ）、高温高湿環境（Ｈ／Ｈ：３０℃／８０％ＲＨ）で、中抵抗領域（体積抵抗率が１×１０６〜１×１０１５Ω・ｃｍ）になるように決める。
【０１２６】
表層の体積抵抗率がこれよりも小さいと、帯電ローラとして使用した場合、感光体にピンホールがあるときにピンホールに過大な電流が流れてリークしてしまい、リークした跡が画像に表れてしまうので好ましくない。逆に体積抵抗率が大き過ぎると、帯電ローラに電流が流れず、感光体を所定の電位に帯電することができず画像が所望する濃度にならないという弊害がある。また、ある程度の電位に帯電したとしても帯電が不均一になり画像上に表れてしまうので好ましくない。
【０１２７】
表層の体積抵抗は、ローラ状態から表層を剥がし、５ｍｍ×５ｍｍ程度の短冊形に切り出す。両面に金属を蒸着して電極とガード電極とを作製し、微小電流計（ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ Ｒ８３４０Ａ ＵＬＴＲＡ ＨＩＧＨ ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ ＭＥＴＥＲ （株）アドバンテスト社製）を用いて２００Ｖの電圧を印加して３０秒後の電流を測定し、膜厚と電極面積とから計算して求める。
【０１２８】
導電性酸化スズの配合量としては、塗工後の表層に対して１０〜８０質量％が好ましく、特に好ましくは２０〜６０質量％である。導電性酸化スズの一次粒径は、示差走査型電子顕微鏡観察で０．１μｍ以下が好ましい。表層塗料中で二次粒子が小さくなるまで公知の方法で分散する。二次粒子径は、遠心沈降式粒度分布計（ＣＡＰＡ７００：堀場製作所製）による体積平均粒径ＭＥＤＩＡＮの値で、１．０μｍ以下が好ましく、特に好ましくは０．５μｍ以下に分散する。二次粒子径が大きいと表層材料の抵抗の位置によるばらつきが大きくなり、帯電ムラの原因となるので好ましくない。
【０１２９】
本発明に用いられる導電性酸化スズは、表面がカップリング剤で表面処理されていることが好ましい。上記カップリング剤は、同一分子内に加水分解可能な基と疎水基を有し、珪素、アルミニウム、チタン又はジルコニウム等の中心元素に結合している化合物で、この疎水基部分に長鎖アルキル基を有するものである。
【０１３０】
加水分解基としては、例えば比較的親水性の高い、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基及びブトキシ基等のアルコキシ基等が用いられる。その他、アクリロキシ基、メタクリロキシ基、これらの変性体及びハロゲン等も用いられる。また疎水基としては、その構造中に炭素原子が６個以上直鎖状に連なる構成を含むものであればよく、中心元素との結合形態においては、カルボン酸エステル、アルコキシ、スルホン酸エステル又は燐酸エステルを介して、あるいはダイレクトに結合していてもよい。更に、疎水基の構造中に、エーテル結合、エポキシ基又はアミノ基等の官能基を含んでもよい。カップリング剤処理することで酸化スズ表面への水分の吸着を抑え、より環境変動の小さい表層材料を得ることができる。本発明に用いるカップリング剤としては、反応性が高いシランカップリング剤が好ましい。
【０１３１】
シランカップリング剤としては、例えば、ヘキサメチルジシラザン、トリメチルシラン、トリメチルクロルシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン及びヘキシルトリメトキシシラン等が挙げられるが、特に導電剤の体積抵抗率の環境変動を小さく抑えることができるので、トリフルオロプロピルトリメトキシシランが特に好ましい。
【０１３２】
表層の成形方法としては、上記の表層を構成する材料を、サンドミル、ペイントシェーカ、ダイノミル及びパールミル等のビーズを利用した従来公知の分散装置を用いて公知の方法により分散させ、得られた表層形成用の樹脂塗料を、ディッピング法やスプレーコート法により、帯電部材の表面、本発明においては導電性弾性体基層の上に塗工する。表層塗料の利用効率を考慮すると、ディッピング法が好ましい。
【０１３３】
表層の膜厚は、好ましくは５〜１００μｍであり、より好ましくは１０〜５０μｍである。表層の膜厚が１００μｍよりも厚いと、膜厚を均一にして表層の抵抗を均一にし、帯電を均一にすることが非常に難しくなり、画像上ローラの軸方向に細かい白スジが発生するので好ましくない。膜厚は、ローラ断面を、例えば剃刀の刃のような鋭利な刃物で切り出して、光学顕微鏡や電子顕微鏡で観察することで測定できる。断面の一例を図７に示す。
【０１３４】
本発明の帯電部材の表層の膜厚としては、電子顕微鏡で撮った断面写真中の表層の膜厚の平均を帯電部材の表層の膜厚とする。
【０１３５】
表層膜厚を調整するために表層塗料の樹脂の固形分と塗工引き上げ速度を制御する。表層塗料中の樹脂の固形分を大きくすると表層の膜厚が大きくなり、固形分を小さくすると膜厚も小さくなる。表層塗料においては、揮発する溶媒に対する樹脂の固形分を１２〜４０％に調整する。また、塗工引き上げ速度を大きくすると膜厚が大きくなり、速度を小さくすると膜厚も小さくなるので、本発明においては塗工引き上げ速度を２０〜５０００ｍｍ／ｍｉｎ．に調整する。
【０１３６】
本発明の帯電部材の表面粗さとしては、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４による十点平均粗さＲｚで２μｍ以上２０μｍ以下、ピーク間距離Ｓｍが０．５ｍｍ以下、である。表面粗さがあまり大き過ぎると、仮に帯電部材の当接力の位置バラツキが良好であっても、帯電部材と感光体との間に大きな隙間ができ易く、帯電不良の原因となる。表面粗さが小さ過ぎると樹脂粒子を添加して遅いプロセススピードでの帯電を安定させた効果が現れない。
【０１３７】
平均粗さ（Ｒｚ）の測定方法としては、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４の表面粗さに基づき、小坂研究所製サーフコーダーＳＥ３４００にて、軸方向３点×周方向２点の計６点について各々測定し、その平均値をとる。本発明においては、接触針は先端半径２μｍのダイヤモンドとし、測定スピード０．５ｍｍ／ｓ、カットオフλｃ０．８ｍｍ、基準長さ０．８ｍｍ、評価長さ８．０ｍｍとした。
【０１３８】
上記範囲の表面粗さを有する帯電部材とするため、基層の表面粗さ、表層の膜厚、樹脂粒子の平均粒径と添加量を調整する。基層の十点平均粗さはＲｚで２０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下とする。
【０１３９】
また、本発明の帯電部材は、図５の様に、画像形成装置に用いた場合の使用状態と同様の応力で、感光体と同じ曲率の円相形円柱形金属に当接させて、使用状態と同様の回転速度で円柱形金属を回転させながら（本発明では軸の両端にそれぞれ５Ｎの力を加えて、直径２４ｍｍの金属円柱に当接させ、該金属円柱の周速４５ｍｍ／ｓで回転させた）直流電圧−２００Ｖを印加したときの帯電部材の電気抵抗が、３０℃／８０％ＲＨの高温高湿の環境中では１×１０５Ω以上であり、１５℃／１０％の低温低湿の環境中では５×１０７Ω以下であることが好ましい。より好ましくは、３０℃／８０％ＲＨの高温高湿の環境中では１．４×１０６Ω以上であり、１５℃／１０％の低温低湿環境中では５×１０６Ω以下であることが好ましい。
【０１４０】
低温低湿の環境中の抵抗が上記範囲より小さいと、帯電ムラによるハーフトーン画像上の細かい横白スジがほとんど発生しないので好ましい。また、高温高湿環境中の抵抗が上記範囲より大きいと、感光体にピンホールがあったとしても印加電流がリークせず、ハーフトーン画像上に帯電の濃度ムラが現れることがないので好ましい。
【０１４１】
電気抵抗を上記範囲とするには、帯電部材の導電性弾性体基層の体積抵抗率を１×１０４〜１×１０７Ω・ｃｍに、また表層の体積抵抗率が１×１０７〜１×１０１３Ω・ｃｍでかつ表層の膜厚が５〜４０μｍになるように調整すればよい。
【０１４２】
＜２＞画像形成装置
図８に本発明の帯電部材の一つの実施の形態である帯電ローラ６を用いた画像形成装置を示す。像担持体である感光体ドラム５は矢印の方向に回転しながら、帯電ローラ６によって一次帯電され、次に露光手段により露光光１１が照射され静電潜像が形成される。現像手段である現像ローラ４上の薄層になったトナーは、トナー帯電ローラ２９で帯電され、次いで感光体ドラム５の表面と接触することによって、静電潜像が現像され、可視化したトナー像が形成される。
【０１４３】
現像されたトナー像は、転写部材である転写ローラ８と感光体ドラム５の間の現像部において、感光体ドラム５から被転写部材である印刷メディア７に転写され、その後定着部９で熱と圧力により定着され、永久画像となる。帯電前露光装置によって感光体ドラムに残った潜像に露光し、感光体ドラムの電位がアース電位に戻る。転写されなかった転写残トナーは、クリーニングブレード１０で回収される。
【０１４４】
現像ローラ４、トナー帯電ローラ２９、帯電ローラ６、転写ローラ８のそれぞれには画像形成装置の電源１８、１９、２０、２２から、それぞれ電圧が印加されている。
【０１４５】
ここで、本発明の帯電部材である帯電ローラ６には、電源２０から直流電圧が印加される。印加電圧に直流電圧を用いることで、電源のコストを低く抑えることができるという利点がある。また、交流電圧を印加したときに発生する帯電音が発生しないという利点がある。
【０１４６】
印加する直流電圧の絶対値は、空気の放電開始電圧と被帯電体表面（感光体表面）の一次帯電電位との和とすることが好ましい。通常空気の放電開始電圧は６００〜７００Ｖ程度、感光体表面の一次帯電電位は３００〜８００Ｖ程度なので、具体的な一次帯電電圧としては９００〜１５００Ｖとすることが好ましい。
【０１４７】
また、フルカラー画像形成装置とする場合は、図９の様に感光体ドラム５ａ〜ｄ、転写ローラ８ａ〜ｄ、帯電ローラ６ａ〜ｄ、トナー帯電ローラ２９ａ〜ｄ、弾性規制ブレード３０ａ〜ｄ、露光光１１ａ〜ｄ、トナー容器３１ａ〜ｄ等をそれぞれ４色分用意して、直列に配置することもできる。
【０１４８】
あるいは、感光体を４色の現像装置で共有し、図１０の様に現像装置を１色の現像毎に回転させてもよい。
【０１４９】
更に、図１１の様に各色のプロセス部分を縦に並べて画像形成装置とすることもできる。
【０１５０】
＜３＞帯電方法
本発明は、帯電部材に直流電圧を印加することにより、被帯電体を帯電させる帯電方法を提供する。
【０１５１】
＜４＞プロセスカートリッジ
本発明は、像担持体と、前記像担持体上に形成された静電潜像にトナーを転移させて可視化しトナー像を形成させる現像手段と、前記被転写部材にトナー像が転写された後に前記像担持体上に残留したトナーを除去するクリーニング手段と、から選ばれる少なくとも１つが、本発明の帯電部材と一体に支持され、画像形成装置から着脱自在に構成されているプロセスカートリッジである。
【０１５２】
本発明のプロセスカートリッジは、例えば、図１２に示すように、感光体ドラム５や帯電ローラ６、現像ローラ４及びクリーニングブレード１０等が一体に支持された、画像形成装置の本体と脱着自在な構成である。
【０１５３】
電子写真プロセスカートリッジが使用される前には、トナーシール２７で現像ローラ４とトナーの接触を避けておくことが好ましい。
【０１５４】
【実施例】
以下に本発明を実施例をもって説明するが、本発明は実施例よって制限されるものではない。
【０１５５】
（実施例１）
＜帯電ローラの作製＞
（１）導電性弾性体基層の調製
エピクロルヒドリンゴム（商品名：エピクロマーＣＧ１０２、ダイソー（株）製）１００質量部、充填剤としての炭酸カルシウム３０質量部、滑剤としてのステアリン酸亜鉛１質量部、研磨性改善のための補強材としての着色グレードカーボン（商品名：シーストＳＯ、東海カーボン製）４質量部、酸化亜鉛５質量部、可塑剤として、セバシン酸とプロピレングリコールの共重合体（分子量８０００）を５質量部、下記式で示される過塩素酸４級アンモニウム塩２質量部、
【０１５６】
【化４】
【０１５７】
これをゴム押し出し機を使用して、外径１１ｍｍ、内径５．５ｍｍの円筒形に押し出し、２５０ｍｍの長さに裁断し、加硫缶を使用して、１６０℃の水蒸気中で４０分間一次加硫し、導電性弾性体基層ゴム一次加硫チューブを得た。
【０１５８】
次に、直径６ｍｍ、長さ２５６ｍｍの円柱形の導電性支持体（快削鋼ＳＵＭ２２製、表面はニッケルメッキ６μｍ）の円柱面の軸方向中央部２３１ｍｍに金属とゴムとの導電性熱硬化性接着剤（商品名：メタロックＵ−２０）を塗布し、８０℃で３０分間乾燥した後、１２０℃で１時間乾燥した。この導電性支持体を、前記導電性弾性体基層ゴム一次加硫チューブに挿入し、その後、電気オーブンの中で１６０℃で２時間、二次加硫と接着剤の硬化を行い、未研磨層を得た。
【０１５９】
この未研磨層のゴム部分の両端部を突っ切り、ゴム部分の長さを２３１ｍｍとした後、ゴム部分を回転砥石で研磨し、軸方向中央部直径８．４０ｍｍ、中央部から端部方向９０ｍｍの部分の直径８．２８ｍｍ、のクラウン形状で表面の十点平均粗さＲｚ６μｍ、振れ２５μｍの導電性弾性体基層を有する帯電ローラを得た。
【０１６０】
導電性弾性体基層を有する帯電ローラをＮ／Ｎ（常温常湿：２３℃／５５％ＲＨ）環境に２４時間以上放置した後、導電性弾性体基層を有する帯電ローラの抵抗を測定したところ、２．２×１０５Ωであった。また、ゴム部分のアスカーＣ硬度は７５°であった。
【０１６１】
（２）表層の調製
導電性酸化スズ粉体（商品名：ＳＮ−１００Ｐ、石原産業（株）製）５０質量部に、トリフルオロプロピルトリメトキシシランの１％イソプロピルアルコール溶液を５００質量部と平均粒径０．８ｍｍのガラスビーズ３００質量部を加え、ペイントシェーカで７０時間分散後、分散液を５００メッシュの網で濾過し、次にこの溶液をナウターミキサーで攪拌しながら１００℃の湯浴で暖めてアルコールを飛ばして乾燥させ、表面にシランカップリング剤を付与し表面処理導電性酸化スズ粉体を得た。
【０１６２】
ラクトン変性アクリルポリオール（商品名：プラクセルＤＣ２０１６、ダイセル化学工業（株）製）３００質量部を、１３１６質量部のＭＩＢＫ（メチルイソブチルケトン）に溶解し、固形分１３質量％の溶液とした。このアクリルポリオール溶液２００質量部に対して前記表面処理導電性酸化スズ粉体を４４質量部、シリコーンオイル（商品名：ＳＨ−２８ＰＡ、東レ・ダウコーニングシリコーン（株）製）を０．０４質量部、ヘキサメチレンジシラザンとジメチルシリコーンオイルで表面処理した微粒子酸化チタン（一次粒径０．０１５μｍ）３．０質量部、平均粒径８μｍの架橋ポリメチルメタクリレート（商品名：ＭＢＸ−８、積水化成品工業（株）製）１６質量部を配合し、これに直径０．８ｍｍのガラスビーズ２００質量部を加えて、４５０ｍｌのマヨネーズビンに入れてペイントシェーカを使い１２時間分散した。用いた樹脂粒子の粒径分布のチャートを図１３に示す。
【０１６３】
この分散液３７０質量部にイソホロンジイソシアネートのブロックタイプのイソシアヌレート型３量体（商品名：ベスタナートＢ１３７０、デグサ・ヒュルス製）を１９．２質量部とヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート型３量体（商品名：デュラネートＴＰＡ−Ｂ８０Ｅ、旭化成工業製）を１２．３質量部を混合し、ボールミルで１時間攪拌し、最後に２００メッシュの網で溶液を濾過して表層塗料を得た。塗料の粘度は２３℃の環境下で７．３ｍＰａ・ｓであった。
【０１６４】
前記表層塗料をディッピンク法により前記導電性弾性体基層を有する帯電ローラの表面に塗工した。引き上げ速度４００ｍｍ／ｍｉｎで塗工し、２０分間風乾した後、ローラの塗工時の軸方向を反転してもう一度引き上げ速度４００ｍｍ／ｍｉｎで塗工し、もう一度３０分間風乾した後、１６０℃で１００分間乾燥した。膜厚は１８μｍ、表層の体積抵抗率は８×１０１２Ω・ｃｍであった。こうして完成したローラを実施例１の帯電ローラとした。
【０１６５】
＜帯電ローラの評価＞
上記のようにして得られた帯電ローラを用いて、以下に示すようにして評価を行った。
【０１６６】
当接応力の分布と表面粗さは、前述の方法で測定した。
＜画像評価＞
本試験で使用した電子写真式レーザプリンタはＡ４縦出力用のマシンで、記録メディアの出力スピードは、１００ｍｍ／ｓｅｃと３０ｍｍ／ｓｅｃの２種類、画像の解像度は６００ｄｐｉである。
【０１６７】
感光体はアルミニウムシリンダーに膜厚１４μｍのＯＰＣ層をコートした反転現像方式の感光ドラムであり、最外層は変性ポリカーボネートをバインダー樹脂とする電荷輸送層である。
【０１６８】
トナーは、ワックスを中心に荷電制御剤と色素等を含むスチレンとブチルアクリレートのランダムコポリマーを重合させ、更に表面にポリエステル薄層を重合させシリカ微粒子等を外添した、ガラス転移温度６３℃、質量平均粒径５．５μｍの重合トナーである。
【０１６９】
一次帯電は、上記で得られた実施例１の帯電ローラを用い、直流電圧−１１５０Ｖを帯電ローラに印加した。
【０１７０】
画像の評価は全て、ハーフトーン（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）画像を出力して行った。
【０１７１】
低温低湿環境（Ｌ／Ｌ：１５℃／１０％ＲＨ）、高温高湿環境（Ｈ／Ｈ：３０℃／８０％ＲＨ）における帯電が原因の初期画像不良としては、細かい横白スジが予想されるので、この横スジが全く発生しなかったものを◎、ほんの少し発生したが実用上はほとんど気が付かないレベルのものを〇、少し発生したが実用上は問題無いものを△、大量に発生したものを×とした。
【０１７２】
更に、各環境で印字濃度４％（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ような画像）を連続でプロセススピード１００ｍｍ／ｓｅｃで５０００枚耐久し、各環境でハーフトーン画像を出力した。この場合、帯電ローラの表面当接力の分布のムラに起因する汚れが帯電ムラとなって発生しないかどうかを見た。帯電ムラが発生しないものを◎、少し発生したが実用上は問題無いものを〇、中程度に発生するものを△、非常にムラが大きかったものを×とした。
【０１７３】
なお、Ｌ／ＬとＨ／Ｈでは初期画出しを行う前に帯電ローラの抵抗を測定した。抵抗の測定方法としては、まず図１４（ａ）の様に、帯電ローラの両端の軸１を荷重のかかった軸受け３３ａと３３ｂとにより感光体と同じ曲率の円柱形金属３２に対して帯電ローラが平行になるように当接させる。次に図１４（ｂ）の様に、図示しないモーターにより円柱形金属３２を帯電ローラ使用状態と同様の回転速度で回転させ、ローラを円柱形金属に当接させたまま従動回転させながら安定化電源３４から直流電圧−２００Ｖを印加したときに帯電ローラに流れる電流を電流計３５で測定して帯電ローラの抵抗を計算した（本発明では軸の両端にそれぞれ５Ｎの力を加えて、直径φ２４ｍｍの金属円柱に当接させ、該金属円柱の周速４５ｍｍ／ｓで回転させた）。
【０１７４】
実施例１の帯電ローラは良好な表面性で、高温高湿環境でも低温低湿環境でも良好な画像を２種類のプロセススピードで出力し、耐久後も良好な画像を出力した。評価結果を表１と表２に示す。
【０１７５】
（実施例２〜７）
導電性弾性体基層のクラウン量を０．０３〜０．３０ｍｍに変更した以外は、実施例１の帯電部材と同様にして実施例２〜５の帯電部材を得た。当接力の位置バラツキが大きくなると画像上にスジが少し見えるようになるが、実用上は問題ない画像が得られた。更に、耐久後もクラウン量が大きい帯電部材には多少の帯電ムラが見られたが、実用上は問題なかった。
【０１７６】
（実施例８、９、１０）
表層に加える樹脂粒子の添加量を３２質量部、５０質量部、８質量部に代えた以外は、実施例１の帯電部材と同様にして実施例８と実施例９と実施例１０の帯電部材を得た。５０質量部添加すると耐久後の画像上に中程度の汚れが発生したが、実用上は問題なかった。その他の画像も、初期、耐久後の画像とも実用上問題なかった。
【０１７７】
（実施例１１）
表層に加える樹脂粒子の平均粒径を３μｍに代えた以外は、実施例１の帯電部材と同様にして実施例１１の帯電部材を得た。耐久後の画像上に帯電ムラが僅か見られたが、実用上は問題なかった。
【０１７８】
（実施例１２）
表層に加える樹脂粒子を、変更した。アクリル樹脂の塊をグラインダーで粉砕し、次に液体窒素温度で更に粉砕し、風圧で分級することにより、平均粒径８μｍかつ、平均円形度０．８μｍ、円形度標準偏差０．１の樹脂粒子を得た。この樹脂粒子を使用した以外は、実施例１の帯電部材と同様にして実施例１２の帯電部材を得た。耐久後の画像上に帯電ムラが見られたが、実用上は問題なかった。
【０１７９】
（実施例１３）
表層に加える樹脂粒子を、変更した。実施例１の樹脂粒子と同様にして作った、平均粒径１５μｍの樹脂粒子と、同じく実施例１の樹脂粒子と同様にして作った、平均粒径５μｍの樹脂粒子とを、１：２の割合で混合し、実施例１３の樹脂粒子とした。この樹脂粒子の平均粒径は８μｍであるが、２４μｍ以上の粒径を有する樹脂粒子成分を３．５％以上含んでいた。この樹脂粒子を使用した以外は、実施例１の帯電部材と同様にして実施例１３の帯電部材を得た。粗大粒子に起因すると考えられる帯電ムラが僅かに見られたが、実用上は問題なかった。
【０１８０】
（実施例１４、１５）
表層のアクリルポリオール溶液の濃度を変え、表層の膜厚を８μｍと２９μｍに代えた以外は、実施例１の帯電部材と同様にして実施例１４と１５の帯電部材を得た。膜厚が大きくなると初期画像に僅かに横スジが発生したが、実用上は問題なかった。
（実施例１６〜２０）
導電剤の導電性酸化スズの配合量を３０質量部、３５質量部、４０質量部、５０質量部、６０質量部に代えた以外は、実施例１の帯電部材と同様にして実施例１６〜２０の帯電部材を得た。導電材の配合量を減らすと横スジが見られたが、初期、耐久後の画像とも実用上は問題なかった。
【０１８１】
（比較例１）
導電性弾性体基層のクラウンを全くつけずにストレート基層とした以外は、実施例１の帯電部材と同様にして比較例１の帯電部材を得た。中央部と端部とで当接力に１６倍の差が発生し、初期から中央部に横スジが顕著に発生した。
【０１８２】
（比較例２）
導電性弾性体基層のクラウンを０．５０ｍｍとした以外は、実施例１の帯電部材と同様にして比較例２の帯電部材を得た。帯電部材の端部が浮いてしまい、端部に初期から横スジが顕著に発生した。
【０１８３】
（比較例３、４）
表層に添加する樹脂粒子の添加量を０質量部と８５質量部に代えた以外は、実施例１の帯電部材と同様にして、比較例３と４の帯電部材を得た。初期から顕著な横スジが発生し、帯電部材として不良であった。
【０１８４】
（比較例５）
表層に加える樹脂粒子の添加量を１０質量部にし、かつ平均粒径を３０μｍに代えた以外は、実施例１の帯電部材と同様にして比較例５の帯電部材を得た。初期から顕著な横スジが発生し、帯電部材として不良であった。
【０１８５】
以上、実施例と比較例の結果を表１及び表２に示す。
【０１８６】
【表１】
【表２】
本発明の帯電部材が異なるプロセススピードで使用しても長期間安定したＤＣ帯電を行うことができる理由に関しては、以下のことが考えられる。
【０１８９】
すなわち、帯電部材表面の十点平均粗さＲｚが適度に粗れていることにより、帯電部材と感光体との間に適度な空隙が存在し、この適度な空隙が帯電を安定させ、プロセススピードを変化させて帯電を行っても良好な帯電を得られるのではないかと考えられる。また、ピーク間距離Ｓｍが適度に小さいことにより、帯電部材からの放電が、広範囲には広がらず、帯電のムラとしては見えないのではないかと考えられる。
【０１９０】
更に、導電性弾性体基層の形状が最適化され、帯電部材と感光体との当接応力のバラツキを小さく抑えていることにより、表面粗さが適度に粗れていることによる効果を画像領域の全域に亘って均一に発現せしめていると考えられる。
【０１９１】
【発明の効果】
本発明により、ＤＣ帯電法によって、例えば６００ｄｐｉの中間調画像の様な高精細画像を出力した場合においても、良好な帯電特性により、異なるプロセススピードで使用しても長期間安定した帯電が行える帯電部材を提供することが可能となった。
【０１９２】
また、本発明の帯電部材を使用することにより、ＤＣ帯電法によって高精細画像を出力した場合においても、良好な帯電特性により、異なるプロセススピードで長期間安定した帯電が行える画像形成装置、帯電方法及びプロセスカートリッジを提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の帯電部材の一つの実施の形態の断面を表す概略図を示す。
（ａ）帯電部材の横断図、（ｂ）帯電部材の断面図
【図２】本発明における帯電部材の当接力を測定するシート状の感圧センサーの概略図である。
【図３】本発明における帯電部材の当接力の軸方向の分布の測定方法の概略図である。
【図４】本発明にかかる帯電ローラの当接力の一例を示す図である。
【図５】本発明にかかる帯電ローラの振れの測定方法の概略図である。
【図６】本発明にかかる帯電ローラの研磨の一例を示す図である。
【図７】本発明にかかる帯電ローラの表層を電子顕微鏡で撮った断面写真である。
【図８】本発明の帯電部材の一つの実施の形態である帯電ローラを用いた画像形成装置の概略図である。
【図９】本発明の帯電部材の一つの実施の形態である帯電ローラを用いたフルカラー画像形成装置の概略図である。
【図１０】本発明の帯電部材の一つの実施の形態である帯電ローラを用いた別のフルカラー画像形成装置の概略図である。
【図１１】本発明の帯電部材の一つの実施の形態である帯電ローラを用いた別のフルカラー画像形成装置の概略図である。
【図１２】本発明の帯電部材と一体に支持されているプロセスカートリッジの概略図である。
【図１３】実施例に用いた樹脂粒子の粒径分布のチャート図である。
【図１４】実施例に用いた帯電ローラの抵抗の測定方法の概略図である。
【符号の説明】
１ 導電性支持体
２ 導電性弾性体基層
３ 表層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a charging member, and more particularly, to a charging member for applying a voltage to charge a surface of an electrophotographic photosensitive member, which is a member to be charged, to a predetermined potential.
[0002]
[Prior art]
As a primary charging method of an electrophotographic image forming apparatus, a contact charging method has been put to practical use. This is achieved by applying a voltage to the core by using a charging roller provided with a conductive elastic layer provided on the outer periphery of a conductive support (core) and a resistive layer coated on the outer periphery of the conductive elastic layer. This is a method of charging the surface of the photoconductor by causing a minute discharge in the vicinity of the contact nip between the roller and the photoconductor.
[0003]
As a method that is actually widespread, for example, as in Patent Document 1, an AC + DC charging method in which a voltage obtained by superimposing an AC voltage on a DC voltage is applied. In this case, an AC voltage that is superimposed to obtain uniform charging is used. Is a voltage having a peak-to-peak voltage Vpp that is at least twice the charging start voltage when a DC voltage is applied.
[0004]
The AC + DC charging method is a method capable of performing stable charging by applying an AC voltage. However, compared to the DC charging method in which only a DC voltage is applied to a charging member, the use of an AC voltage source reduces image formation. The cost of the device increases. Therefore, for example,
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 1-204081
[Patent Document 2]
JP-A-5-341627
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The DC charging system is generally lower in cost than the AC charging system, but has a problem. That is, since there is no AC current leveling effect as in the case of AC + DC charging, the uniformity of charging is inferior to that of the AC + DC charging method. In addition, since there is no leveling effect, there is also a problem that dirt attached to the surface of the charging roller and non-uniformity of the electric resistance of the charging roller itself easily appear in an image.
[0007]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-341627 discloses that in the case of a charging roller configuration, the electric resistance of a conductive elastic body base layer is too large, and particularly, the photoreceptor is used in a low temperature and low humidity environment such as 15 ° C./10% RH. Insufficient charging ability. That is, in a low-temperature and low-humidity environment, fine white stripes are generated when a high-definition image such as a 600 dpi halftone image is output.
[0008]
Therefore, when an electronic conductive agent is added to the conductive elastic body in order to reduce the resistance, unevenness of the electric resistance due to the roller portion appears on the image, and a sufficiently uniform charging is also impossible. It becomes possible. Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-100549 describes a member for office equipment in which a surface layer obtained by crosslinking a polyolefin-based polyol with two or more isocyanates is coated on an NBR rubber whose resistance is adjusted with carbon black. In the case of the charging member described above, good charging characteristics cannot be obtained when the charging member is used as a DC charging charging member that requires strict requirements for uniformity of resistance.
[0009]
In addition, when the electrophotographic apparatus is driven at two or more different process speeds to output an image due to the thickness of the print medium or the like, the DC charging method is better than the AC charging method. There is also a problem that the range of the process speed for exhibiting the excellent charging characteristics is narrow. In other words, depending on the heat capacity of the print media, if you want to slow down the process speed and increase the time to pass through the fixing part in the case of thick print media, or if you want to print on a transparency sheet, The DC charging method is used in situations such as when it is desired to extend the time required to pass through the fixing portion in order to sufficiently melt and mix the toner in the fixing portion in order to suppress scattering of light as much as possible and obtain an image with good light transmission. In addition, there is a problem that it is more difficult to perform good charging as compared with the AC charging method.
[0010]
An object of the present invention is to address such a problem, and even when a high-definition image such as a halftone image of 600 dpi is output by the DC charging method, different charging characteristics are obtained. An object of the present invention is to provide a charging member capable of performing stable charging for a long period of time even when used at a process speed.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a conductive support, a conductive elastic base layer provided on the conductive support, and a charging member having at least a surface layer on the conductive elastic base layer, the surface of the charging member The surface has a ten-point average roughness Rz according to JIS B0601-1994 of 2 μm or more and 20 μm or less, and a peak-to-peak distance Sm of 0.5 mm or less. The charging member is characterized in that the positional variation of the contact force in the roller axial direction when the contact is made is 15 times or less in the ratio of the maximum value and the minimum value of the contact force every 5 mm in the axial direction.
[0012]
According to the second aspect of the present invention, there is provided a charging member wherein the surface layer is a surface layer containing at least inorganic fine particles and organic fine particles.
[0013]
According to the third aspect of the present invention, the charging member, wherein the organic fine particles are insulating fine particles.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, the charging member is a resin particle in which the organic fine particles are crosslinked.
[0015]
According to the fifth aspect of the present invention, the charging member has an average circularity of the organic fine particles of 0.9 or more and a circularity standard deviation of less than 0.04.
[0016]
According to the sixth aspect of the present invention, there is provided a charging member, wherein the organic fine particles do not include particles having a particle size that is three times or more the mass average particle size.
[0017]
According to the seventh aspect of the present invention, the charging member is a vinyl resin in which the organic fine particles are crosslinked.
[0018]
According to an eighth aspect of the present invention, in the charging member, the organic fine particles are a copolymer of ethylene glycol bis methacrylate and methyl methacrylate.
[0019]
According to a ninth aspect of the present invention, in the charging member, the inorganic fine particles are insulating fine particles.
[0020]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a charging member, wherein the inorganic fine particles are inorganic fine particles surface-treated with a silane coupling agent or silicone oil, or with both a silane coupling agent and silicone oil.
[0021]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the charging member, the inorganic fine particles are titanium oxide fine particles.
[0022]
According to the twelfth aspect of the present invention, there is provided a charging member in which the conductive elastic base layer mainly contains epichlorohydrin rubber.
[0023]
According to the thirteenth aspect of the present invention, there is provided a charging member comprising a conductive elastic base layer containing an ion conductive agent.
[0024]
According to a fourteenth aspect, in the charging member, the ionic conductive agent is a quaternary ammonium salt.
[0025]
According to the fifteenth aspect of the present invention, there is provided a charging member whose surface layer uses a urethane resin as a binder.
[0026]
According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided a charging member wherein the urethane resin binder in the surface layer is a copolymer of isophorone diisocyanate, hexamethylene diisocyanate and lactone-modified acrylic polyol.
[0027]
According to the seventeenth aspect of the present invention, there is provided a charging member wherein isophorone diisocyanate and hexamethylene diisocyanate are isocyanurate type trimers.
[0028]
According to the eighteenth aspect of the present invention, the charging member wherein isophorone diisocyanate and hexamethylene diisocyanate are oxime block type isocyanates.
[0029]
According to the nineteenth aspect of the present invention, a charging member containing a conductive powder in a surface layer.
[0030]
According to a twentieth aspect of the present invention, there is provided a charging member wherein the conductive powder is conductive tin oxide obtained by doping tin oxide with antimony.
[0031]
According to the twenty-first aspect, the charging member, wherein the conductive tin oxide is tin oxide whose surface is treated with a silane coupling agent for a coupling agent.
[0032]
According to the twenty-second aspect of the invention, the charging member is brought into contact with a circular phase metal having the same curvature as that of the photoconductor with the same stress as in the use state when the charging member is used in the image forming apparatus, and the rotation speed is the same as that in the use state The electric resistance of the charging member when a DC voltage of -250 V is applied while rotating the columnar metal at 1 ° C. in a high temperature and high humidity environment of 30 ° C./80% RH. 5 Ω or more, and 5 × 10 5 in a low temperature and low humidity environment of 15 ° C./10% RH. 7 A charging member having a resistance of Ω or less.
[0033]
According to the twenty-third aspect of the present invention, an image carrier, a charging unit for charging the image carrier to a predetermined potential, an exposure unit for forming an electrostatic latent image on a charged surface of the image carrier, An image forming apparatus comprising: developing means for transferring toner to an electrostatic latent image formed on a body to visualize and form a toner image; and transfer means for transferring the toner image to a member to be transferred. The image forming apparatus is characterized in that the means is the charging member, and the image carrier is charged by applying only a DC voltage to the charging member.
[0034]
According to a twenty-fourth aspect of the present invention, in the image forming apparatus, the developing unit is a contact developing unit that develops an electrostatic latent image in a state of being in contact with the image carrier via a thin layer of toner.
[0035]
According to a twenty-fifth aspect of the present invention, in the charging method for charging an object to be charged by a charging unit, the charging unit is the charging member, and the charging member is charged by applying only a DC voltage to the charging member. A charging method characterized in that:
[0036]
According to the twenty-sixth aspect of the present invention, the electrostatic latent image formed on the image carrier is visualized by transferring toner to form a toner image, and the image is formed by transferring the toner image to a member to be transferred. In a process cartridge detachably configured from an image forming apparatus to be formed, an image carrier and a developing unit that transfers toner to an electrostatic latent image formed on the image carrier to visualize the toner and form a toner image And cleaning means for removing toner remaining on the image carrier after the toner image has been transferred to the transfer-receiving member, at least one selected from the group consisting of: Process cartridge.
[0037]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[0038]
The present inventors, as a configuration of the charging member for DC charging, a conductive support, a conductive elastic base layer provided on the conductive support, and at least a surface layer on the conductive elastic base layer In the charging member having the following characteristics, the ten-point average roughness Rz and the peak-to-peak distance Sm according to JIS B0601-1994 of the charging member are adjusted to appropriate values, and the charging member has the same contact force as the used state and the same curvature as the photosensitive member. By reducing the variation in the position of the contact force in the axial direction of the roller when contacting the cylinder, it has been found that a charging member that can stably charge for a long time even when used at different process speeds can be provided. This has led to the present invention.
[0039]
Conventionally, it has been difficult to obtain stable charging under a low-temperature and low-humidity environment by the DC charging method. Also, when one electrophotographic apparatus is used at two or more different process speeds due to the thickness of the print medium, etc., the DC charging method has better charging characteristics than the AC charging method. There is also a problem that the range of the process speed for exhibiting is narrow. In the present invention, the ten-point average roughness Rz and Sm according to JIS B0601-1994 of the charging member are adjusted to appropriate values, and the charging member is brought into contact with a cylinder having the same curvature as the photoreceptor with the same contact force as in the use state. In the case where a high-definition image such as a 600 dpi halftone image is output by the DC charging method by reducing the variation in the position of the contact force in the roller axis direction at the time, a good charging characteristic can be used to achieve a different process speed. It has been found that a charging member capable of performing stable charging for a long period of time can be provided even when used in the present invention, and the present invention has been accomplished.
[0040]
That is, as compared with the conventional DC charging method, there is an effect that the range of the process speed and temperature / humidity in which stable charging characteristics can be obtained by appropriately roughening the surface of the charging member is widened. However, if the contact force between the charging member and the photoreceptor extremely varies in the roller axial direction of the charging member, the contact state between the charging member and the photoreceptor greatly varies in the axial direction of the roller. The effect of roughening the surface is not exhibited. In other words, if the contact force between the charging member and the photosensitive member is locally large, even if the surface of the charging member is roughened, the peak of the rough surface is crushed by the contact force, and the charging member is deformed at the contact portion. It behaves as if it were the same as a charging member having a small surface roughness, and the effect of stabilizing DC charging by roughening is lost. Conversely, if the contact force is locally small, the charging member and the photoreceptor are locally floating, or the distance between the charging member surface and the photoreceptor surface is so large that stable DC charging cannot be performed. Such an adverse effect as described above occurs, and the effect of stabilizing DC charging by roughening the surface of the charging member is lost. Therefore, when examined as described later, the surface roughness of the charging member surface was appropriately controlled, and the contact force between the charging member and the photosensitive member was actually measured. With such a configuration, even when a high-definition image such as a 600 dpi halftone image is output by the DC charging method, stable charging can be performed for a long period of time even when used at different process speeds due to good charging characteristics. The present inventors have found that a charging member that can be used can be provided, and have reached the present invention.
[0041]
Next, the charging member of the present invention, an image forming apparatus using the same, a charging method, and a process cartridge will be described.
[0042]
<1> Charging member
FIG. 1 shows a specific configuration of the charging member of the present invention. 1A shows a cross section of the charging member, and FIG. 1B shows a vertical cross section.
[0043]
The charging member of the present invention is a charging member having a conductive support 1, a conductive
[0044]
A method for measuring the distribution of the contact force in the axial direction of the charging member will be described.
[0045]
In the present invention, as shown in FIG. 2, the contact force is measured using a sheet-shaped pressure-sensitive sensor. In this sensor, an elastic body whose electric conductivity changes according to stress is sandwiched in a thin flexible sheet of about 0.1 mm, and electrodes are formed on the front and back of the elastic sheet. It has a structure. The elastic sheet and the electrodes whose electrical conductivity changes are laminated on a flexible sheet except for the part where the electrodes are in contact with an external measurement circuit. The front and back electrodes are arranged in a direction perpendicular to each other, and the ends of the electrodes are connected to an external resistance measurement system, and the resistance at an arbitrary position where the front and back electrodes intersect is measured to obtain a desired position. Can be detected. In the resistance measurement circuit, by scanning the voltage applied to the electrode, the electric resistance at an arbitrary position can be measured, and the stress at that position can be known.
[0046]
Tactile sensors manufactured by Nitta Corporation are examples of such sheet-type stress distribution measuring instruments. The present invention also utilizes this tactile sensor to measure the distribution of the contact force in the axial direction of the charging member.
[0047]
The actual measurement of the distribution of the contact force of the charging member in the axial direction in the present invention will be described. First, as shown in FIG. 3, a cylindrical charging member having the same curvature as the photosensitive member of an electrophotographic apparatus in which the charging roller is actually used is used. The tactile sensor is interposed between them, and the same load as when actually used for the charging member is applied. The tactile sensor used for measurement in the present invention has a configuration of a sensor portion on which electrodes are printed so that a total of 44 points can be measured at a pitch of 5 mm in the axial direction of the charging member. An output signal corresponding to the load at each of the iso-contacts is generated from the sensor, and this signal is taken into a computer to observe the distribution of the contact force.
[0048]
Calibration of the absolute value of the contact force is performed as follows. That is, the values of the 44 points measured by the sensor are summed, and the sum of the summed signals is calculated so that the sum of the load applied to the charging member and the own weight of the charging member itself is calculated. The absolute value of the contact force at the measurement point was determined. FIG. 4 shows an example of the contact force of the charging roller of the present invention.
[0049]
Hereinafter, the charging member of the present invention will be described in detail.
[0050]
The conductive support 1 used in the present invention shown in FIG. 1 is a column in which the surface of a carbon steel alloy is plated with nickel having a thickness of 5 μm. As the carbon steel alloy, a free-cutting steel that can be easily processed into a cylindrical shape is particularly preferable. Examples of free-cutting steel include SUM11, SUM12, SUM21, SUM22, SUM31 and SUM32 containing sulfur. Other materials constituting the conductive support include, for example, metals such as iron, aluminum, titanium, copper and nickel, and stainless steels containing these metals, duralumin, alloys such as brass and bronze, and carbon black and carbon fibers. A well-known rigid and conductive material such as a composite material solidified with plastic can also be used. In addition to the cylindrical shape, the shape may be a cylindrical shape having a hollow central portion.
[0051]
In the present invention, a conductive
[0052]
Epichlorohydrin rubber is a ring-opened polymer of a cyclic ether centered on epichlorohydrin, and the main monomers constituting the rubber include epichlorohydrin, ethylene oxide, acrylglycidyl ether and the like.
[0053]
Examples of the epichlorohydrin rubber, which is a polymer, include epichlorohydrin homopolymer, epichlorohydrin-ethylene oxide copolymer, epichlorohydrin-allyl glycidyl ether copolymer, and epichlorohydrin-ethylene oxide-allyl glycidyl ether terpolymer. Among these, an epichlorohydrin-ethylene oxide-allyl glycidyl ether terpolymer is particularly preferably used because it exhibits stable conductivity in a medium resistance region. The conductivity and processability of the terpolymer of epichlorohydrin-ethylene oxide-allyl glycidyl ether can be controlled by arbitrarily adjusting the degree of polymerization and the composition ratio.
[0054]
The polymer elastic body contains epichlorohydrin rubber as a main component, but may contain other general rubbers as necessary.
[0055]
Other general rubbers include, for example, EPM (ethylene / propylene rubber), EPDM (ethylene / propylene rubber), norbornene rubber, NBR (nitrile rubber), chloroprene rubber, natural rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene- Styrene block copolymers such as butadiene rubber, chlorosulfonated polyethylene, urethane rubber, SBS (styrene-butadiene-styrene-block copolymer), SEBS (styrene-ethylene-butylene-styrene-block copolymer), and silicone rubber. When the above general rubber is contained, its content is preferably 1 to 50% by mass based on the total amount of the elastic polymer.
[0056]
As the conductive agent, it is necessary to contain an ionic conductive agent for the purpose of reducing the unevenness of the electric resistivity of the conductive elastic base layer. By uniformly dispersing the ionic conductive agent in the polymer elastic body and uniforming the electronic resistivity of the conductive elastic body, uniform charging can be obtained even when the charging roller is used with only DC voltage applied. be able to.
[0057]
As the ion conductive agent, for example, LiClO 4 And NaClO 4 And quaternary ammonium salts. These can be used alone or in combination of two or more. Among ionic conductive agents, quaternary ammonium perchlorate is particularly preferably used because of its stable resistance to environmental changes.
[0058]
In addition to the ionic conductive agent, an electronic conductive conductive agent can be added in a range that does not cause unevenness in the electric resistance of the conductive elastic body. The electronic conductive agent can be used in a range in which the conductivity of the electronic conductive agent is smaller than the conductivity of the ionic conductive agent. In other words, the volume resistivity when the electronic conductive agent is added by adding the electronic conductive agent to the volume resistivity when only the ionic conductive agent is added to the elastic polymer is 1 /. It can be used in a compounding ratio of 2 or more. Examples of the electronic conductive agent include, for example, metal powders and fibers such as aluminum, palladium, iron, copper and silver, carbon black, metal powder and titanium oxide, metal oxides such as tin oxide and zinc oxide, Copper sulfide, metal compound powder such as zinc sulfide, or the surface of suitable particles is tin oxide, antimony oxide, indium oxide, molybdenum oxide, zinc, aluminum, gold, silver, copper, chromium, cobalt, iron, lead, platinum, There are carbon powders such as powder, acetylene black, Ketjen black, PAN (polyacrylonitrile) -based carbon, pitch-based carbon and the like which are adhered by electrolytic treatment, spray coating, and mixing and shaking with rhodium or the like. These can be used alone or in combination of two or more.
[0059]
In the present invention, the amount of these conductive agents is such that the volume resistivity of the conductive elastic body is such that the low temperature and low humidity environment (L / L: 15 ° C./10% RH) and the normal temperature and normal humidity environment (N / N: 23 ° C. / 55% RH) in a high-temperature and high-humidity environment (H / H: 30 ° C./80% RH) in a medium resistance region (volume resistivity is 1 × 10 4 ~ 1 × 10 7 (Ω · cm) is preferable.
[0060]
The volume resistance of the conductive elastic body is determined by forming an electrode and a guard electrode by forming a metal sheet on both sides after forming the sheet into a sheet having a thickness of 1 mm, and forming a microammeter (ADVANTEST R8340A ULTRA HIGH RESISTANCE METER Co., Ltd.) ) Is applied, a current is measured 30 seconds after a voltage of 200 V is applied, and the current is calculated from the film thickness and the electrode area.
[0061]
If the volume resistivity of the conductive elastic body is smaller than this, if there is a pinhole in the photoreceptor that is the image carrier, a large current will be concentrated on the pinhole at once, and the hole may become larger. In addition, there is a possibility that a current may not flow to a place other than the hole, and a black band may appear on a high-definition halftone image, and a portion having insufficient charging potential may appear. On the other hand, if the volume resistivity is too large, the applied voltage drops in the conductive elastic layer, and it becomes impossible to uniformly charge the photoconductor to a desired potential without obtaining a necessary discharge current. is there.
[0062]
In addition, if necessary, compounding agents such as a plasticizer, a filler, a vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, an antioxidant, an anti-scorch agent, a dispersant, and a release agent are added to the conductive elastic body. It is also preferred.
[0063]
Examples of the method for forming the conductive elastic body include known methods such as extrusion molding, injection molding, and compression molding by mixing the above-described raw materials for the conductive elastic body. In addition, the conductive elastic base layer may be formed by molding a conductive elastic body directly on the conductive support, or by coating the conductive elastic body formed in a tube shape on the conductive support. Is also good. If necessary, the conductive support and the conductive elastic body may be bonded with an adhesive. As the adhesive, a thermoplastic adhesive or a thermosetting adhesive is used as necessary. The adhesive may be conductive, or may be used by applying a thin insulating adhesive. The surface may be polished and the shape may be adjusted after the formation of the conductive elastic body base layer.
[0064]
The shape of the conductive elastic base layer has a crown shape in which the diameter of the central portion of the conductive elastic base layer roller is larger than the end diameter in order to make the distribution of the contact force uniform when the charging member is actually used. And In addition, in order to make the contact nip width of the completed roller uniform, it is preferable that the conductive elastic base layer roller has a small run-out.
[0065]
As shown in FIG. 5, the measurement value of the run-out is obtained by rotating the conductive elastic base layer roller about the conductive base as a rotation axis, and making a non-contact laser length measuring device perpendicular to the rotation axis (in the present invention, Keyence Corporation). The difference between the maximum value and the minimum value of the radius of the conductive elastic base layer measured by LS-5000) is determined as a value. The difference between the maximum value and the minimum value of the radius is determined at a pitch of 5 mm in the axial direction of the conductive elastic base layer, and the maximum value among the values is defined as the value of the deflection of the conductive elastic base layer roller.
[0066]
The preferable value of the run-out of the conductive elastic base layer roller is 1.0% or less, more preferably 0.5% or less, of the diameter of the central portion of the roller. Since the diameter of the roller of the present invention is preferably about 8 mm, the value of the run-out is specifically preferably 80 μm or less, more preferably 40 μm or less.
[0067]
Similarly, the roller diameter is the maximum diameter of the conductive elastic base layer measured by a non-contact laser length measuring device perpendicular to the rotation axis by rotating the conductive elastic base layer roller with the conductive base as the rotation axis. The average of the value and the minimum value.
[0068]
In the case of a charging member for an A4 size print medium, the difference between the average of two values of the diameter of the conductive elastic base roller in the center in the axial direction and the diameter of a portion 90 mm from the center of the elastic is defined as the crown amount. As the value of The value of the crown amount is determined so that the contact stress of the completed charging member becomes uniform, but it is preferably 0.1 to 5.0% of the roller diameter, specifically 8 μm to 300 μm.
[0069]
Generally, assuming that the diameter of the central portion in the axial direction of the conductive elastic base layer is Z (mm), the conductive elastic base layer diameter Y (mm) at a position x (mm) away from the center toward the end portion is as follows. This is preferable because variation in contact stress is reduced.
[0070]
Y = Z-α * (A * B 2 * X) / (C * D * E 2 * F)
A: Load (N) applied to one end of the conductive support when the charging member is in use
B: Total length of conductive elastic base layer (mm)
C: Asker C hardness of conductive elastic base layer (°)
D: Elastic modulus (GPa) of conductive support
E: diameter of conductive support (mm)
F: Thickness (mm) of the center portion in the axial direction of the conductive elastic base layer
α: constant (0.22 ± 0.02)
[0071]
In order to obtain a precise conductive elastic body base layer shape as described above, the conductive elastic body base layer is preferably formed by polishing. Further, in order to precisely finish a delicate crown shape, it is more preferable to polish using a rotating grindstone wider than the entire axial length of the conductive elastic base layer. FIG. 6 shows an example of polishing. As shown in FIG. 6, the charging member is held and rotated in parallel with the rotating grindstone. By changing the distance while maintaining the balance between the rotation axis of the charging member and the rotation axis of the grindstone, polishing is performed, the surface shape of the conductive elastic base layer becomes a crown shape, and the surface roughness becomes constant. The shape of the grindstone is adjusted to a precise shape using a diamond blade so that the shape of the conductive elastic body base layer has a favorable crown shape. The material of the grindstone is a known material such as green carborundum and the number of the grindstone is determined according to the polishing conditions.
[0072]
The Asker C hardness of the conductive elastic body is preferably 90 ° or less, and more preferably 85 ° or less. If the Asker C hardness exceeds 90 °, the nip width between the charging member and the photoconductor becomes small, the contact force between the charging member and the photoconductor is concentrated on a small area, and the contact pressure increases. As a result, adverse effects such as instability of charging or the tendency of the developer or the like to easily adhere to the surface of the photosensitive member or the charging member become remarkable.
[0073]
The “Asker C hardness” is the hardness of a charging member measured using an Asker C type spring rubber hardness meter (manufactured by Kobunshi Keiki Co., Ltd.) based on the Japan Rubber Association Standard SRIS0101, and is normal temperature and normal humidity. (23 ° C./55% RH) The value is measured 30 seconds after the hardness tester is brought into contact with the charging member left for 12 hours or more in an environment of (23 ° C./55% RH) with a force of 10 N.
[0074]
In order to reduce Asker C hardness, a plasticizer is added to the conductive elastic body. The amount is preferably 1 part by mass or more, more preferably 3 parts by mass or more. As the plasticizer, for example, an ester polymer plasticizer such as a copolymer of sebacic acid and propylene glycol can be used. Such an ester-based plasticizer has a polarity close to that of epichlorohydrin rubber, can be blended in a relatively large amount, and has an advantage that the hardness of the base layer can be controlled to be small. The molecular weight of the polymer plasticizer is preferably 2000 or more, more preferably 4000 or more. If the molecular weight is smaller than 2,000, the plasticizer may seep out to the surface of the roller and contaminate the photoreceptor.
[0075]
In addition, the surface of the conductive elastic body base layer has a roughness smaller than a certain value so as not to affect the coating of the surface layer. The method for measuring the surface roughness will be described in the description of the surface layer. The preferable surface roughness of the base layer is preferably 10 μm or less as the value of the ten-point average roughness Rz based on the surface roughness of JIS B0601-1994, and 200 μm or less as the value of the distance between peaks Sm. If the surface roughness is larger than this, the surface roughness of the base layer undesirably appears on the charging member surface even after the surface layer is coated.
[0076]
The conductive elastic base layer is bonded to the conductive support via an adhesive as needed. In this case, the adhesive is preferably conductive. In order to make the adhesive conductive, the adhesive may have a known conductive agent.
[0077]
Examples of the binder for the adhesive include resins such as thermosetting resins and thermoplastic resins, and known adhesives such as urethane, acrylic, polyester, polyether, and epoxy resins can be used.
[0078]
As the conductive agent, for example, LiClO 4 And NaClO 4 Ionic conductive agents such as perchlorates, quaternary ammonium salts, etc., metal powders and fibers such as aluminum, palladium, iron, copper and silver, carbon black, metal powders, titanium oxide, tin oxide and zinc oxide Such as metal oxides, copper sulfide, metal compound powders such as zinc sulfide, or the surface of suitable particles, tin oxide, antimony oxide, indium oxide, molybdenum oxide, zinc, aluminum, gold, silver, copper, chromium, cobalt, There are powders of iron, lead, platinum, rhodium, etc., which are applied by electrolytic treatment, spray coating, and mixing and shaking, and carbon powders such as acetylene black, ketjen black, PAN (polyacrylonitrile) carbon, and pitch carbon. . These can be used alone or in combination of two or more.
[0079]
After the conductive elastic base layer is completed, the
[0080]
The surface layer of the charging member of the present invention preferably contains at least inorganic fine particles and organic fine particles. The inorganic particles are more preferably subjected to a surface treatment.
[0081]
The inorganic particles preferably contain titanium oxide powder. When titanium oxide is contained, the absolute value of the charging potential becomes large and stable even when a high-resistance charging roller is used, so that it is particularly preferable for a DC charging roller. There are three types of industrial titanium oxides: anatase-type (pyroxene), rutile-type (golden stone), and brookite-type (brookite), which have different crystal forms. There is almost no industrial use, and practically the anatase type and rutile type are used. It is preferable that the titanium oxide has a primary particle diameter of about 1.0 μm or less. Examples of the method for producing titanium oxide include a sulfuric acid method in which titanium sulfate is hydrolyzed and calcined, and a chlorine method in which titanium tetrachloride is oxidized at a high temperature.
[0082]
Further, in the present invention, it is preferable to use titanium oxide fine powder whose surface has been subjected to a hydrophobic treatment. Hydrophobizing treatment is provided by chemically treating with an organosilicon compound which reacts or physically adsorbs with titanium oxide fine powder. Preferable methods include a method of treating with a silane coupling agent, a method of treating with an organosilicon compound such as silicone oil, or a method of treating with a silane coupling agent, or a method of treating with a silane coupling agent and simultaneously using a silicone oil. Examples of the method include treatment with an organosilicon compound.
[0083]
Examples of the silane coupling agent used for the hydrophobizing treatment include, for example, hexamethyldisilazane, trimethylsilane, trimethylchlorosilane, trimethylethoxysilane, dimethyldichlorosilane, methyltrichlorosilane, allyldimethylchlorosilane, allylphenyldichloro Silane, benzyldimethylchlorosilane, bromomethyldimethylchlorosilane, α-chloroethyltrichlorosilane, β-chloroethyltrichlorosilane, chloromethyldimethylchlorosilane, triorganosilanemercaptan, trimethylsilylmercaptan, triorganosilyl acrylate, vinyldimethylacetoxysilane , Dimethylethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, hexamethyldisiloxane, 1,3-divinyl Letetramethyldisiloxane and 1,3-diphenyltetramethyldisiloxane.
[0084]
Examples of the organosilicon compound used in the hydrophobizing treatment include silicone oils. Preferred silicone oils have a viscosity at 25 ° C. of about 30 to 1,000 centistokes. For example, it is preferable to use dimethyl silicone oil, methylphenyl silicone oil, α-methylstyrene-modified silicone oil, chlorophenyl silicone oil, or fluorine-modified silicone oil.
[0085]
As a method of hydrophobizing treatment with silicone oil, for example, titanium oxide fine powder treated with a silane coupling agent and silicone oil may be directly mixed using a mixer such as a Henschel mixer, or may be used as a base. A method of injecting silicone oil into titanium oxide may be used. Alternatively, after the silicone oil is dissolved or dispersed in an appropriate solvent, the mixture may be mixed with the base titanium oxide fine powder, and the solvent may be removed to perform the hydrophobic treatment.
[0086]
The addition amount of the inorganic particles is preferably 0.1 to 10% as a mass ratio in the surface layer after coating. If the amount is too small, it is difficult to obtain the effect of adding the inorganic particles to stabilize the charging, and if the amount is too large, it becomes difficult to control the viscosity of the surface coating, and it is difficult to apply the coating uniformly, which is not preferable.
[0087]
Next, it is preferable to use crosslinked polymer fine particles as the organic particles contained in the surface layer. If it is not crosslinked, it is not preferable because it may be dissolved when it is used as a coating for surface coating. The monomer for forming the crosslinked polymer fine particles is not particularly limited, but a vinyl-based monomer is preferably used from the viewpoint of easiness of polymerization and the like.
[0088]
Vinyl-based monomer used in the present invention, for example, acrylates such as methyl acrylate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, methacrylates such as methyl methacrylate, butyl methacrylate, hexyl methacrylate, Examples include aromatic vinyl monomers such as styrene, p-methylstyrene and α-methylstyrene, vinyl acetate and acrylonitrile.
[0089]
In the present invention, a crosslinkable vinyl monomer having two or more vinyl groups in the molecule is used in the present invention in order to obtain polymer fine particles in which the resin particles are crosslinked. Examples of such a crosslinkable vinyl monomer include ethylene glycol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, and trimethylolpropane trimethacrylate. The addition amount of these crosslinkable vinyl monomers is preferably 0.5 to 30 parts by mass based on the non-crosslinkable vinyl monomer.
[0090]
These crosslinked polymer fine particles are polymerized by seed emulsion polymerization, dispersion polymerization, suspension polymerization, or the like, but are preferably polymerized by suspension polymerization because there is little residual low molecular surfactant and the like. . The polymerization initiator is not particularly limited, and examples thereof include peroxide catalysts such as benzoyl peroxide and lauroyl peroxide, and azo catalysts such as azobisisobutyronitrile.
[0091]
The crosslinked polymer fine particles used in the present invention more preferably have a shape closer to a true sphere. Specifically, by precisely controlling the particle shape of the polymer fine particles so that the average circularity is 0.95 or more and the circularity standard deviation is less than 0.040, the surface roughness of the charging roller is uniform. And a more uniform charging characteristic can be obtained even when used at different process speeds.
[0092]
The circularity in the present invention is used as a simple method for quantitatively expressing the shape of a particle. In the present invention, the particle shape is measured using a flow-type particle image analyzer FPIA-1000 manufactured by Toa Medical Electronics Co., Ltd. And the circularity is determined by the following equation. Further, as shown by the following equation, a value obtained by dividing the total of the measured circularities of all the particles by the total number of particles is defined as an average circularity.
[0093]
(Equation 1)
Here, the “particle projection area” is the area of the binarized toner particle image, and the “perimeter of the particle projection image” is the length of the contour obtained by connecting the edge points of the toner particle image. Define.
[0095]
In addition, "FPIA-1000" which is a measuring device used in the present invention calculates a circularity of each particle, and then calculates an average circularity and a circularity standard deviation. A degree of 0.400 to 1.000 is divided into 61 at intervals of 0.010, such as 0.400 or more and less than 0.410, 0.410 or more and less than 0.420 ... 0.990 or more and less than 1.000 and 1.000. A calculation method of calculating the average circularity and the circularity standard deviation using the center value and the frequency of the division points is used.
[0096]
Error between each value of the average circularity and the standard deviation of the circularity calculated by this calculation method, and each value of the average circularity and the standard deviation of the circularity calculated by the above-described calculation formula directly using the circularity of each particle. Is very small and practically negligible. In the present invention, the circular shape of each particle described above is used for data handling reasons such as short calculation time and simplification of calculation formulas. Utilizing the concept of a calculation formula that directly uses degrees, such a calculation method partially modified is used.
[0097]
The circularity in the present invention is an index indicating the degree of unevenness of the particles, and is 1.000 when the particles are perfectly spherical, and the circularity becomes smaller as the surface shape becomes more complicated.
[0098]
As a specific measuring method, 10 ml of ion-exchanged water from which impurity solids and the like have been removed in advance in a container is prepared, and a surfactant, preferably an alkylbenzene sulfonate, is added as a dispersant therein, and then further measured. Add 0.02 g of sample and disperse uniformly. As a means for dispersing, using a dispersing treatment for 5 minutes using a ultrasonic disperser “UH-50” (manufactured by SMT Corporation) with a titanium alloy chip of 5 mmφ as a vibrator, I do. At this time, the dispersion is appropriately cooled so that the temperature of the dispersion does not exceed 40 ° C.
[0099]
For measuring the shape of the resin particles, the flow particle image measuring device was used, and the concentration of the dispersion was readjusted so that the concentration of the toner particles at the time of measurement was 3000 to 10,000 particles / μl. Measure above.
[0100]
The average particle size of the resin particles is preferably 100 μm or less, more preferably 0.5 to 50 μm, and still more preferably 1 to 25 μm. Further, it is preferable that there is substantially no resin particles having a particle diameter three times or more the mass average particle diameter. If the particle size is too large, there is a problem that the charging roller surface becomes too rough and charging becomes non-uniform. On the other hand, if the particle size is too small, the effect of adding the resin particles to stabilize the charging in a low process speed region is not exhibited, which is not preferable.
[0101]
Hereinafter, specific examples of the particle size measurement of the resin particles according to the present invention will be described.
[0102]
0.1 to 5 ml of a surfactant (alkylbenzene sulfonate) is added to 100 to 150 ml of the electrolyte solution, and 2 to 20 mg of a measurement sample is added thereto. The electrolyte solution in which the sample was suspended was subjected to dispersion treatment for 1 to 3 minutes by an ultrasonic disperser, and the above-mentioned Coulter counter multisizer was used to measure the volume of the electrolyte solution to 0 to 10 μm using an aperture appropriately adjusted to the resin particle size of 17 μm or 100 μm. A particle size distribution of 3 to 40 μm is to be measured. The number average particle diameter and the mass average particle diameter measured under these conditions are obtained by computer processing, and the cumulative ratio of three times or more of the weight average particle diameter of the weight average particle diameter is calculated from the volume-based particle diameter distribution, Find the cumulative value of.
[0103]
The addition amount of the resin particles is preferably from 1 to 80% by mass as the mass ratio in the surface layer after coating. When the amount is too small, the effect of adding the resin particles to stabilize the charge cannot be obtained, and when the amount is too large, it is difficult to control the viscosity of the surface coating material, and it is difficult to uniformly coat the coating material.
[0104]
As the binder for the surface layer, a resin such as a thermosetting resin or a thermoplastic resin is used. As the binder for the surface layer of the present invention, a urethane resin obtained by crosslinking lactone-modified acrylic polyol with isophorone diisocyanate and hexamethylene diisocyanate is particularly preferably used.
[0105]
When hexamethylene diisocyanate is used alone as an isocyanate to crosslink the polyol of the surface layer, the surface layer is flexible and the surface after coating the roller is uniformly finished, but the surface layer formed in a severe high-temperature and high-humidity environment has an advantage. There is a possibility that unvulcanized components (for example, an ion conductive agent or a plasticizer) in the base layer cannot sufficiently be prevented from seeping out to the roller surface. The presence of such a seepage substance may contaminate the photoreceptor.
[0106]
On the other hand, when isophorone diisocyanate alone is used as the isocyanate to crosslink the polyol of the surface layer, the surface layer has a large effect of preventing the exudation of the material seeping out from the base layer, but the surface layer becomes too hard and the heat shrinkage of the base layer rubber is caused. There is a drawback that the roller cannot be followed, wrinkles are generated on the surface of the completed roller, and a desired roller cannot be obtained in terms of surface roughness and shape of the roller.
[0107]
The surface layer of the roller of the present invention provides a surface layer resin having good properties having both the exuding substance blocking property of isophorone diisocyanate and the flexibility of hexamethylene diisocyanate. Thus, a charging roller having a good surface shape can be obtained while preventing the bleeding from occurring.
[0108]
That is, the resin used for the surface layer in the present invention is obtained by blending and curing lactone-modified acrylic polyol, isophorone diisocyanate, and hexamethylene diisocyanate. Thus, those having a crosslinked structure are preferred.
[0109]
The isocyanate used in the present invention is more preferably a trimer of the isocyanurate type. The rigid trimer of the molecule becomes a cross-linking point, the surface layer can be cross-linked more densely, and the oozing substance from the ionic base layer is more effectively prevented from oozing on the roller surface. Can be.
[0110]
The isocyanate used in the present invention is more preferably a blocked isocyanate in which an isocyanate group is blocked by a blocking agent. The reason for this is that the isocyanate group is liable to react, and if the surface coating is left at room temperature for a long period of time, the reaction will gradually proceed and the properties of the coating may be changed. On the other hand, the blocked isocyanate has an advantage that the coating is easy to handle because the active isocyanate group is blocked and does not react up to the dissociation temperature of the blocking agent. Blocking agents for masking include phenols such as phenol and cresol, lactams such as ε-caprolactam, and oximes such as methylethylketoxime.In the present invention, oximes having a relatively low dissociation temperature are used. preferable.
[0111]
The trimer of lactone-modified acrylic polyol and blocked isocyanate constituting the surface resin of the present invention is illustrated.
[0112]
Embedded image
Embedded image
Embedded image
On the other hand, the OH value of the lactone-modified acrylic polyol is preferably about 80 KOHmg / g. If the OH value is low, it is difficult to crosslink with isocyanate, whereby the resin becomes too soft and easily sticks to the photoreceptor. If the OH group is too large, the coating film becomes too hard and easily cracks.
[0116]
The lactone-modified acrylic polyol of the present invention has a molecular chain skeleton of a copolymer of styrene and acrylic, and has appropriate hardness and non-staining properties. Further, the modified lactone group having a hydroxyl group at a terminal becomes a large number of crosslinking points, and it is possible to densely crosslink with isocyanate, thereby preventing the unvulcanized component from seeping out from the base layer. Examples of such a lactone-modified acrylic polyol include Plaxel DC2016 (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.).
[0117]
The glass transition temperature Tg of the resin used for the surface layer is preferably 45 ° C. or higher, more preferably 50 ° C. or higher, as measured by viscoelasticity. If the temperature is lower than 45 ° C., it is not preferable because it is stuck to the photoconductor when left in contact with the photoconductor for a long period of time, or the surface of the charging roller is easily stained by toner or the like. .
[0118]
The method for measuring the glass transition temperature Tg in the present invention is as follows. First, the surface layer sample for measurement is peeled from the roller state and cut out into a rectangular shape of about 5 mm × 40 mm. As a measuring device, a dynamic viscoelasticity measuring device RSA-II (manufactured by Rheometrics Scientific F. E. Ltd.) is used, and a film tension fixture is used as a jig. The measurement was performed at a measurement frequency of 6.28 rad / sec and a heating rate of 5 ° C./min. And in an auto tension mode with an initial strain of 0.07 to 0.25%. The temperature variance of the loss tangent tan δ is measured, and the peak temperature is defined as Tg.
[0119]
Although not particularly limited, too high Tg is not preferable because the flexibility of the resin is lost and the coating film is easily broken. Tg is adjusted by the ratio or amount of the isocyanate to be crosslinked.
[0120]
The mixing ratio of the lactone-modified acrylic polyol resin and the isocyanate is determined by the ratio of the number of NCO groups in the isocyanate (A) to the number of OH groups in the lactone-modified acrylic polyol resin (B), The ratio is adjusted so that the / OH ratio = A / B is preferably in the range of 0.1 to 2.0, particularly preferably in the range of 0.3 to 1.5.
[0121]
By cross-linking the lactone-modified acrylic polyol with isocyanate, while preventing the exudation of low molecular components from the conductive elastic base layer, the charging roller itself is hardly stained by toner and the like, and the surface layer that does not contaminate the photoconductor is reduced. Can be formed.
[0122]
It is also preferable to mix various conductive agents and leveling agents in the resin coating forming the surface layer. Examples of the leveling agent include silicone oil.
[0123]
Examples of the conductive agent used for the surface layer include metal powders and fibers such as aluminum, palladium, iron, copper, and silver, carbon black, metal powder, metal oxides such as titanium oxide, tin oxide, and zinc oxide, and copper sulfide. And zinc oxide and other metal compounds, tin oxide, antimony oxide, indium oxide, molybdenum oxide, zinc, aluminum, gold, silver, copper, chromium, cobalt, iron, lead, platinum and rhodium, etc. Examples of the powder include carbon powders such as acetylene black, Ketjen black, PAN-based carbon, and pitch-based carbon that are adhered to the surface by mixing and shaking.
[0124]
In the present invention, conductive tin oxide doped with antimony is particularly preferably used as the conductive agent. The reason is that conductive tin oxide doped with antimony has a relatively large volume resistivity of the conductive agent itself, and the difference from the volume resistivity of the resin in which the conductive agent is dispersed is smaller than that of other conductive agents. When the conductive agent is dispersed into a medium-resistance surface layer material, a slight difference in the distribution of the conductive agent hardly causes a difference in the resistance of the surface layer material, and the variation due to the position of the resistance can be suppressed relatively small. Is suitable as a conductive agent for the surface layer material of the present invention.
[0125]
The amount of the conductive agent added to the surface layer resin is such that the volume resistivity of the surface layer resin is low temperature and low humidity environment (L / L: 15 ° C./10% RH), normal temperature and normal humidity environment (N / N: 23 ° C. / 55% RH) in a high-temperature and high-humidity environment (H / H: 30 ° C./80% RH) in a medium resistance region (volume resistivity is 1 × 10 6 ~ 1 × 10 Fifteen Ω · cm).
[0126]
If the volume resistivity of the surface layer is smaller than this, when used as a charging roller, if there is a pinhole in the photoconductor, an excessive current will flow through the pinhole and leak, and the trace of the leak will appear on the image It is not preferable. On the other hand, if the volume resistivity is too large, no current flows to the charging roller, and the photosensitive member cannot be charged to a predetermined potential, and the image does not have a desired density. Further, even if it is charged to a certain potential, the charging becomes non-uniform and appears on an image, which is not preferable.
[0127]
For the volume resistance of the surface layer, the surface layer is peeled from the roller state and cut into a rectangular shape of about 5 mm × 5 mm. A metal is vapor-deposited on both surfaces to form an electrode and a guard electrode, and a current of 30 V is measured by applying a voltage of 200 V using a microammeter (ADVANTEST R8340A ULTRA HIGH RESISTANCE METER, manufactured by Advantest Corporation). Then, it is calculated from the film thickness and the electrode area.
[0128]
The compounding amount of the conductive tin oxide is preferably from 10 to 80% by mass, particularly preferably from 20 to 60% by mass, based on the surface layer after coating. The primary particle diameter of the conductive tin oxide is preferably 0.1 μm or less as observed by a differential scanning electron microscope. The secondary particles are dispersed in the surface coating by a known method until the secondary particles become small. The secondary particle size is a value of a volume average particle size MEDIAN measured by a centrifugal sedimentation type particle size distribution meter (CAPA700: manufactured by HORIBA, Ltd.), and is preferably 1.0 μm or less, particularly preferably 0.5 μm or less. If the secondary particle diameter is large, the resistance of the surface layer material varies greatly depending on the position, which causes charging unevenness, which is not preferable.
[0129]
The surface of the conductive tin oxide used in the present invention is preferably surface-treated with a coupling agent. The coupling agent is a compound having a hydrolyzable group and a hydrophobic group in the same molecule and bonded to a central element such as silicon, aluminum, titanium or zirconium. It has.
[0130]
As the hydrolyzable group, for example, an alkoxy group such as a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group and a butoxy group, which are relatively hydrophilic, is used. In addition, an acryloxy group, a methacryloxy group, a modified product thereof, and a halogen are also used. As the hydrophobic group, any structure may be used as long as it has a structure in which 6 or more carbon atoms are linearly connected in its structure. In the form of bonding with the central element, carboxylate, alkoxy, sulfonate or phosphoric acid They may be bonded via an ester or directly. Further, the structure of the hydrophobic group may contain a functional group such as an ether bond, an epoxy group or an amino group. By performing the treatment with the coupling agent, adsorption of moisture on the surface of tin oxide can be suppressed, and a surface material with less environmental fluctuation can be obtained. As the coupling agent used in the present invention, a silane coupling agent having high reactivity is preferable.
[0131]
Examples of the silane coupling agent include hexamethyldisilazane, trimethylsilane, trimethylchlorosilane, trimethylethoxysilane, dimethyldichlorosilane, methyltrichlorosilane, allyldimethylchlorosilane, allylphenyldichlorosilane, trifluoropropyltrimethoxy Examples thereof include silane and hexyltrimethoxysilane, and trifluoropropyltrimethoxysilane is particularly preferable because environmental fluctuation of the volume resistivity of the conductive agent can be suppressed.
[0132]
As a method of forming the surface layer, the material constituting the above surface layer is dispersed by a known method using a conventionally known dispersing apparatus using beads such as a sand mill, a paint shaker, a dyno mill, and a pearl mill, and the obtained surface layer is formed. Resin coating is applied by a dipping method or a spray coating method on the surface of the charging member, in the present invention, on the conductive elastic base layer. Considering the utilization efficiency of the surface coating, the dipping method is preferred.
[0133]
The thickness of the surface layer is preferably 5 to 100 μm, and more preferably 10 to 50 μm. If the thickness of the surface layer is larger than 100 μm, it is very difficult to make the film thickness uniform to make the resistance of the surface layer uniform and to make charging uniform, and fine white stripes occur in the axial direction of the roller on the image. Not preferred. The film thickness can be measured by cutting a roller cross section with a sharp blade, such as a razor blade, and observing it with an optical microscope or an electron microscope. FIG. 7 shows an example of the cross section.
[0134]
As the thickness of the surface layer of the charging member of the present invention, the average of the thickness of the surface layer in a cross-sectional photograph taken with an electron microscope is defined as the thickness of the surface layer of the charging member.
[0135]
In order to adjust the surface layer thickness, the solid content of the resin in the surface layer paint and the coating pull-up speed are controlled. Increasing the solid content of the resin in the surface coating increases the thickness of the surface layer, and decreasing the solid content decreases the film thickness. In the surface coating, the solid content of the resin with respect to the solvent that evaporates is adjusted to 12 to 40%. Further, when the coating pulling speed is increased, the film thickness increases, and when the coating pulling speed is reduced, the film thickness decreases. Therefore, in the present invention, the coating pulling speed is set to 20 to 5000 mm / min. Adjust to
[0136]
The surface roughness of the charging member of the present invention is 2 μm or more and 20 μm or less as a ten-point average roughness Rz according to JIS B0601-1994, and the peak-to-peak distance Sm is 0.5 mm or less. If the surface roughness is too large, a large gap is easily formed between the charging member and the photoreceptor even if the contact force of the charging member has a good positional variation, which causes charging failure. If the surface roughness is too small, the effect of adding the resin particles to stabilize the charging at a low process speed does not appear.
[0137]
As a method of measuring the average roughness (Rz), based on the surface roughness of JIS B0601-1994, a surf coder SE3400 manufactured by Kosaka Laboratories was used to measure each of a total of 6 points of 3 points in the axial direction × 2 points in the circumferential direction. And take the average. In the present invention, the contact needle was a diamond having a tip radius of 2 μm, the measurement speed was 0.5 mm / s, the cutoff λc was 0.8 mm, the reference length was 0.8 mm, and the evaluation length was 8.0 mm.
[0138]
In order to obtain a charging member having a surface roughness in the above range, the surface roughness of the base layer, the thickness of the surface layer, the average particle size of the resin particles, and the amount added are adjusted. The ten-point average roughness of the base layer is 20 μm or less in Rz, more preferably 15 μm or less.
[0139]
Further, as shown in FIG. 5, the charging member of the present invention is brought into contact with a circular phase cylindrical metal having the same curvature as that of the photoreceptor under the same stress as in the use state when used in the image forming apparatus. While rotating the cylindrical metal at the same rotational speed as in the above (in the present invention, a force of 5 N is applied to both ends of the shaft to abut against a metal cylinder having a diameter of 24 mm, and the metal cylinder is rotated at a peripheral speed of 45 mm / s). The electric resistance of the charging member when a DC voltage of -200 V is applied is 1 × 10 3 in a high temperature and high humidity environment of 30 ° C./80% RH. 5 Ω or more and 5 × 10 5 in a low temperature and low humidity environment of 15 ° C./10%. 7 Ω or less is preferable. More preferably, it is 1.4 × 10 4 in a high temperature and high humidity environment of 30 ° C./80% RH. 6 Ω or more and 5 × 10 5 in a low temperature and low humidity environment of 15 ° C./10%. 6 Ω or less is preferable.
[0140]
If the resistance in a low-temperature and low-humidity environment is smaller than the above range, fine horizontal white stripes on a halftone image due to charging unevenness hardly occur, which is preferable. Further, when the resistance in a high-temperature and high-humidity environment is larger than the above range, even if there is a pinhole in the photoreceptor, the applied current does not leak, and the density unevenness of charging does not appear on the halftone image, which is preferable.
[0141]
In order to set the electric resistance in the above range, the volume resistivity of the conductive elastic base layer of the charging member is set to 1 × 10 4 ~ 1 × 10 7 Ω · cm and the volume resistivity of the surface layer is 1 × 10 7 ~ 1 × 10 Thirteen It may be adjusted so that Ω · cm and the thickness of the surface layer is 5 to 40 μm.
[0142]
<2> Image forming apparatus
FIG. 8 shows an image forming apparatus using a charging
[0143]
The developed toner image is transferred from the photosensitive drum 5 to the print medium 7 as the transfer-receiving member at a developing section between the
[0144]
A voltage is applied to each of the developing
[0145]
Here, a DC voltage is applied from the
[0146]
It is preferable that the absolute value of the applied DC voltage is the sum of the air discharge starting voltage and the primary charging potential of the surface of the member to be charged (the surface of the photosensitive member). Usually, the discharge starting voltage of air is about 600 to 700 V, and the primary charging potential of the photoreceptor surface is about 300 to 800 V. Therefore, it is preferable that the specific primary charging voltage is 900 to 1500 V.
[0147]
In the case of a full-color image forming apparatus, as shown in FIG. 9, the photosensitive drums 5a to 5d, the transfer rollers 8a to 8d, the charging rollers 6a to 6d, the
[0148]
Alternatively, the photoconductor may be shared by the four color developing devices, and the developing device may be rotated for each color development as shown in FIG.
[0149]
Further, as shown in FIG. 11, the image forming apparatus can be formed by vertically arranging the process portions of each color.
[0150]
<3> Charging method
The present invention provides a charging method for charging a member to be charged by applying a DC voltage to a charging member.
[0151]
<4> Process cartridge
According to the present invention, an image carrier, developing means for transferring toner to an electrostatic latent image formed on the image carrier to visualize and form a toner image, and a toner image transferred to the transfer-receiving member At least one of cleaning means for removing the toner remaining on the image carrier later is a process cartridge which is integrally supported with the charging member of the present invention and is configured to be detachable from the image forming apparatus. .
[0152]
For example, as shown in FIG. 12, the process cartridge of the present invention has a structure in which a photosensitive drum 5, a charging
[0153]
Before the electrophotographic process cartridge is used, it is preferable that the toner seal 27 avoids contact between the developing
[0154]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples.
[0155]
(Example 1)
<Preparation of charging roller>
(1) Preparation of conductive elastic base layer
100 parts by mass of epichlorohydrin rubber (trade name: Epichromer CG102, manufactured by Daiso Co., Ltd.), 30 parts by mass of calcium carbonate as a filler, 1 part by mass of zinc stearate as a lubricant, coloring as a reinforcing material for improving
[0156]
Embedded image
[0157]
This was extruded into a cylindrical shape having an outer diameter of 11 mm and an inner diameter of 5.5 mm using a rubber extruder, cut into a length of 250 mm, and subjected to primary vulcanization in steam at 160 ° C. for 40 minutes using a vulcanizing can. The resultant was vulcanized to obtain a primary vulcanized tube of a conductive elastic base layer rubber.
[0158]
Next, a conductive thermoset of metal and rubber is formed at 231 mm in the axial center portion of the cylindrical surface of a cylindrical conductive support (made of free-cutting steel SUM22, the surface of which is nickel-plated 6 μm) having a diameter of 6 mm and a length of 256 mm. An adhesive (trade name: METALOK U-20) was applied, dried at 80 ° C for 30 minutes, and then dried at 120 ° C for 1 hour. This conductive support is inserted into the conductive elastic base layer rubber primary vulcanization tube, and then subjected to secondary vulcanization and curing of the adhesive at 160 ° C. for 2 hours in an electric oven, to thereby obtain an unpolished layer. Got.
[0159]
Both ends of the rubber portion of this unpolished layer were cut off, the length of the rubber portion was set to 231 mm, and then the rubber portion was polished with a rotary grindstone to have a center diameter of 8.40 mm in the axial direction and 90 mm in the end direction from the center to the end portion. A charging roller having a conductive elastic base layer having a crown shape having a diameter of 8.28 mm, a ten-point average roughness Rz of 6 μm on the surface, and a runout of 25 μm was obtained.
[0160]
After the charging roller having the conductive elastic base layer was left in an N / N (normal temperature and normal humidity: 23 ° C./55% RH) environment for 24 hours or more, the resistance of the charging roller having the conductive elastic base layer was measured. 2.2 × 10 5 Ω. The Asker C hardness of the rubber portion was 75 °.
[0161]
(2) Preparation of surface layer
To 50 parts by mass of a conductive tin oxide powder (trade name: SN-100P, manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.), 500 parts by mass of a 1% isopropyl alcohol solution of trifluoropropyltrimethoxysilane and an average particle size of 0.8 mm were used. After adding 300 parts by mass of glass beads and dispersing with a paint shaker for 70 hours, the dispersion was filtered through a 500-mesh net, and then the solution was warmed in a 100 ° C water bath while stirring with a Nauta mixer to remove alcohol. Then, a silane coupling agent was applied to the surface to obtain a surface-treated conductive tin oxide powder.
[0162]
300 parts by mass of a lactone-modified acrylic polyol (trade name: Praxel DC2016, manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in 1316 parts by mass of MIBK (methyl isobutyl ketone) to obtain a solution having a solid content of 13% by mass. 44 parts by mass of the surface-treated conductive tin oxide powder and 0.04 parts by mass of silicone oil (trade name: SH-28PA, manufactured by Dow Corning Toray Silicone Co., Ltd.) are added to 200 parts by mass of the acrylic polyol solution. 3.0 parts by mass of fine particle titanium oxide (primary particle size 0.015 μm), surface-treated with hexamethylene disilazane and dimethyl silicone oil, crosslinked polymethyl methacrylate having an average particle size of 8 μm (trade name: MBX-8, Sekisui Plastics) 16 parts by mass (manufactured by Kogyo Co., Ltd.) were added, and 200 parts by mass of glass beads having a diameter of 0.8 mm were added thereto, and the mixture was placed in a 450 ml mayonnaise bottle and dispersed using a paint shaker for 12 hours. FIG. 13 shows a chart of the particle size distribution of the used resin particles.
[0163]
To 370 parts by mass of this dispersion, 19.2 parts by mass of a block-type isocyanurate-type trimer of isophorone diisocyanate (trade name: Vestanat B1370, manufactured by Degussa Hürs) and isocyanurate-type trimer of hexamethylene diisocyanate (commercially available) (Duranate TPA-B80E, manufactured by Asahi Kasei Corporation) was mixed with 12.3 parts by mass, stirred for 1 hour with a ball mill, and finally, the solution was filtered with a 200 mesh net to obtain a surface layer paint. The viscosity of the paint was 7.3 mPa · s under an environment of 23 ° C.
[0164]
The surface paint was applied to the surface of the charging roller having the conductive elastic base layer by a dip coating method. After coating at a lifting speed of 400 mm / min and air-drying for 20 minutes, the axial direction at the time of coating the roller was reversed, coating was performed again at a lifting speed of 400 mm / min, air-dried again for 30 minutes, and then dried at 160 ° C. for 100 minutes. Dried for minutes. The film thickness is 18 μm, and the volume resistivity of the surface layer is 8 × 10 12 Ω · cm. The roller thus completed was used as the charging roller of Example 1.
[0165]
<Evaluation of charging roller>
Using the charging roller obtained as described above, evaluation was performed as described below.
[0166]
The distribution of the contact stress and the surface roughness were measured by the methods described above.
<Image evaluation>
The electrophotographic laser printer used in this test is an A4 vertical output machine. The output speed of the recording medium is 100 mm / sec and 30 mm / sec, and the image resolution is 600 dpi.
[0167]
The photoreceptor is a reversal developing type photosensitive drum in which an OPC layer having a thickness of 14 μm is coated on an aluminum cylinder, and the outermost layer is a charge transport layer using modified polycarbonate as a binder resin.
[0168]
The toner is obtained by polymerizing a random copolymer of styrene and butyl acrylate containing a charge control agent and a dye, mainly a wax, further polymerizing a thin polyester layer on the surface, and externally adding silica fine particles and the like. The polymerized toner has an average particle size of 5.5 μm.
[0169]
For primary charging, the charging roller of Example 1 obtained above was used, and a DC voltage of -1150 V was applied to the charging roller.
[0170]
All the evaluations of the images were performed by outputting halftone images (images in which a horizontal line having a width of 1 dot and a spacing of 2 dots were drawn in the direction perpendicular to the rotation direction of the photoconductor).
[0171]
A fine horizontal white line is expected as an initial image defect due to charging in a low temperature and low humidity environment (L / L: 15 ° C./10% RH) and a high temperature and high humidity environment (H / H: 30 ° C./80% RH). Therefore, those with no horizontal stripes at all ◎, those with slight occurrence but hardly noticeable in practical use〇, those with slight occurrence but no problem in practical use △ Those were marked as x.
[0172]
Furthermore, in each environment, a print density of 4% (an image in which a horizontal line having a width of 2 dots and a space of 50 dots is drawn in the direction perpendicular to the rotation direction of the photoreceptor) is continuously printed on 5000 sheets at a process speed of 100 mm / sec. Output a halftone image. In this case, it was examined whether or not contamination due to uneven distribution of the surface contact force of the charging roller was generated as uneven charging. ◎ indicates that no charging unevenness occurred, 〇 indicates a slight occurrence but no problem in practical use, △ indicates a medium occurrence, and X indicates a very large unevenness.
[0173]
In addition, in L / L and H / H, the resistance of the charging roller was measured before performing the initial image formation. As a method of measuring the resistance, first, as shown in FIG. 14 (a), the shafts 1 at both ends of the charging roller are fixed to the
[0174]
The charging roller of Example 1 had good surface properties and output a good image at two different process speeds in both a high-temperature, high-humidity environment and a low-temperature, low-humidity environment, and output a good image even after running. The evaluation results are shown in Tables 1 and 2.
[0175]
(Examples 2 to 7)
The charging members of Examples 2 to 5 were obtained in the same manner as the charging member of Example 1, except that the crown amount of the conductive elastic base layer was changed to 0.03 to 0.30 mm. When the positional variation of the contact force becomes large, the stripes become slightly visible on the image, but an image having no practical problem was obtained. Further, even after the endurance, the charging member having a large crown amount showed some charging unevenness, but there was no problem in practical use.
[0176]
(Examples 8, 9, 10)
The charging members of Examples 8, 9 and 10 were made in the same manner as the charging member of Example 1 except that the addition amount of the resin particles added to the surface layer was changed to 32 parts by mass, 50 parts by mass, and 8 parts by mass. Got. Addition of 50 parts by mass resulted in moderate stain on the image after durability, but no problem in practical use. There were no practical problems with other images, both initial and after durability.
[0177]
(Example 11)
A charging member of Example 11 was obtained in the same manner as the charging member of Example 1, except that the average particle size of the resin particles added to the surface layer was changed to 3 µm. Although slight charging unevenness was observed on the image after the durability test, there was no problem in practical use.
[0178]
(Example 12)
The resin particles added to the surface layer were changed. The acrylic resin mass is pulverized with a grinder, then further pulverized at a liquid nitrogen temperature, and classified by wind pressure to obtain resin particles having an average particle diameter of 8 μm, an average circularity of 0.8 μm, and a circularity standard deviation of 0.1. Got. A charging member of Example 12 was obtained in the same manner as in the charging member of Example 1, except that the resin particles were used. Although uneven charging was observed on the image after durability, there was no problem in practical use.
[0179]
(Example 13)
The resin particles added to the surface layer were changed. A resin particle having an average particle size of 15 μm, which was produced in the same manner as the resin particles of Example 1, and a resin particle having an average particle size of 5 μm, which was produced in the same manner as the resin particles of Example 1, were mixed in a ratio of 1: 2. The resin particles were mixed at a ratio to obtain resin particles of Example 13. The average particle size of the resin particles was 8 μm, but contained 3.5% or more of resin particle components having a particle size of 24 μm or more. A charging member of Example 13 was obtained in the same manner as in the charging member of Example 1, except that the resin particles were used. Although charging unevenness considered to be caused by the coarse particles was slightly observed, there was no problem in practical use.
[0180]
(Examples 14 and 15)
The charging members of Examples 14 and 15 were obtained in the same manner as the charging member of Example 1, except that the concentration of the acrylic polyol solution in the surface layer was changed and the film thickness of the surface layer was changed to 8 μm and 29 μm. When the film thickness was increased, horizontal stripes were slightly generated in the initial image, but there was no problem in practical use.
(Examples 16 to 20)
Except that the compounding amount of the conductive tin oxide of the conductive agent was changed to 30 parts by mass, 35 parts by mass, 40 parts by mass, 50 parts by mass, and 60 parts by mass, the same procedure as in Example 1 was repeated. 20 charging members were obtained. When the compounding amount of the conductive material was reduced, horizontal streaks were observed, but there were no practical problems in the initial and endurance images.
[0181]
(Comparative Example 1)
A charging member of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as the charging member of Example 1, except that a straight base layer was used without any crown of the conductive elastic base layer. A difference of 16 times was generated in the contact force between the central portion and the end portion, and a remarkable horizontal streak was generated in the central portion from the beginning.
[0182]
(Comparative Example 2)
A charging member of Comparative Example 2 was obtained in the same manner as the charging member of Example 1 except that the crown of the conductive elastic base layer was set to 0.50 mm. The end portion of the charging member floated, and remarkable horizontal streaks were generated at the end portion from the beginning.
[0183]
(Comparative Examples 3 and 4)
The charging members of Comparative Examples 3 and 4 were obtained in the same manner as in the charging member of Example 1, except that the amount of the resin particles added to the surface layer was changed to 0 parts by mass and 85 parts by mass. Remarkable horizontal stripes were generated from the beginning, and the charging member was defective.
[0184]
(Comparative Example 5)
A charging member of Comparative Example 5 was obtained in the same manner as the charging member of Example 1, except that the amount of the resin particles added to the surface layer was changed to 10 parts by mass and the average particle size was changed to 30 μm. Remarkable horizontal stripes were generated from the beginning, and the charging member was defective.
[0185]
Tables 1 and 2 show the results of Examples and Comparative Examples.
[0186]
[Table 1]
[Table 2]
The following can be considered as reasons why the charging member of the present invention can perform DC charging stably for a long time even when used at different process speeds.
[0189]
That is, since the ten-point average roughness Rz of the charging member surface is appropriately rough, an appropriate gap exists between the charging member and the photoreceptor, and the appropriate gap stabilizes charging, and the process speed is reduced. It can be considered that good charging can be obtained even if charging is performed by changing. In addition, it is considered that the discharge from the charging member does not spread over a wide range and is not visible as uneven charging because the peak-to-peak distance Sm is appropriately small.
[0190]
Furthermore, by optimizing the shape of the conductive elastic base layer and suppressing the variation in the contact stress between the charging member and the photoreceptor, the effect of the moderate surface roughness can be reduced. Is considered to be uniformly expressed over the entire region.
[0191]
【The invention's effect】
According to the present invention, even when a high-definition image such as a 600 dpi halftone image is output by the DC charging method, good charging characteristics enable stable charging over a long period of time even when used at different process speeds. It has become possible to provide members.
[0192]
Further, by using the charging member of the present invention, even when a high-definition image is output by the DC charging method, an image forming apparatus and a charging method capable of performing stable charging at different process speeds for a long period of time due to good charging characteristics. And a process cartridge can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross section of one embodiment of a charging member of the present invention.
(A) Cross section of charging member, (b) Cross section of charging member
FIG. 2 is a schematic diagram of a sheet-shaped pressure-sensitive sensor for measuring a contact force of a charging member according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of a method for measuring an axial distribution of a contact force of a charging member according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a contact force of a charging roller according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic view of a method for measuring the run-out of a charging roller according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an example of polishing of a charging roller according to the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional photograph taken by an electron microscope of a surface layer of the charging roller according to the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram of an image forming apparatus using a charging roller as one embodiment of the charging member of the present invention.
FIG. 9 is a schematic diagram of a full-color image forming apparatus using a charging roller as one embodiment of the charging member of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram of another full-color image forming apparatus using a charging roller as one embodiment of the charging member of the present invention.
FIG. 11 is a schematic view of another full-color image forming apparatus using a charging roller as one embodiment of the charging member of the present invention.
FIG. 12 is a schematic view of a process cartridge supported integrally with the charging member of the present invention.
FIG. 13 is a chart showing a particle size distribution of resin particles used in Examples.
FIG. 14 is a schematic view of a method for measuring the resistance of the charging roller used in the example.
[Explanation of symbols]
1 conductive support
2 Conductive elastic base layer
3 surface layer
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