JP2008299109A - 導電性ローラ、その製造方法、電子写真装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 導電性粒子を含有する導電性ローラにおいて、ローラ中央部の電圧依存性よりもローラ端部の電圧依存性を小さくする。
【選択図】 図1
Description
感光性(光導電性)物質を利用した被帯電体上に電位を付与し(帯電工程)、
被帯電体上を部分的に露光することで電気的潜像を形成し(露光工程)、
ついで該潜像をトナーで可視像とし(現像工程)、紙等の転写材にトナー画像を転写し(転写工程)、
その後、熱・圧力等により転写材上にトナー画像を定着して(定着工程)
画像を得る方法が挙げられる。
導電性弾性層をローラ軸方向に対して8分割した際(本発明では、導電性弾性層が帯電される領域を8分割するものとする)、
その両端部の電気抵抗の相加平均を端部の電気抵抗Re、その中央部2点の相加平均を中央部の電気抵抗Rcとし、
印加電圧が50V及び500Vのときの該端部の電気抵抗及び該中央部の電気抵抗をRe(50V)、Rc(50V)及びRe(500V)、Rc(500V)とし、
印加電圧が200Vときの軸方向全長の電気抵抗をR(200V)とするとき、
0.1<log[Re(50V)/Re(500V)]/log[Rc(50V)/Rc(500V)]≦0.9かつ
1.0≦log(Re(50V)/Re(500V))≦2.2かつ
1.7≦log(Rc(50V)/Rc(500V))を満たし、
さらに104Ω≦R(200V)≦106Ωを満たす
ことを特徴とする導電性ローラを提供する。
導電性弾性層の端部の電気抵抗Re、
中央部の電気抵抗Rc、
軸方向全長の電気抵抗R(200V)
を、以下の条件とすることで、当接跡の発生及びピンホールリークによる画像不良を低減できる導電性ローラを提供できるということを見出し、本発明に至った。
ポリウレタンゴム、シリコーンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、ポリノルボルネンゴム、スチレン−ブタジエン−スチレンゴム、エピクロルヒドリンゴム
等を含むゴム組成物が好適に用いられる。
エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム
に代表される極性エラストマーとその極性エラストマーの中で電離し、かつそのイオンの移動度が高いイオン導電剤からなるものが一般的である。しかし、イオン導電機構の導電性エラストマーは、電気抵抗の環境依存性が大きく、イオンが移行することによって導電性が発現するという機構上の問題で、当接跡の原因となるブリード・ブルームを起こしやすい。
ケッチェンブラックEC、アセチレンブラック等の導電性カーボン;
SAF、ISAF、HAF、FEF、GPF、SRF、FT、MT等のゴム用カーボン;
酸化処理を施したカラー(インク)用カーボン、熱分解カーボン、天然グラファイト、人造グラファイト;
酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛、銅、銀等の金属及び金属酸化物
等が挙げられる。
加工助剤、架橋剤、架橋促進剤、架橋促進助剤、架橋遅延剤、充填剤、分散剤、発泡剤、滑剤、老化防止剤、オゾン劣化防止剤、酸化防止剤、導電剤
等を適宜添加することができる。
本発明では、曲率という場合にはすべて真円の曲率であり、ある3点を通る真円の半径をrとしたときに、1/rの値を曲率と定義する。
砥石研削面の軸方向の両端間の距離が1/4と2/4と3/4の位置である3点の砥石の直径を測定し、その3点を通る真円の曲率をkBとするとき、
kA/kBの値を砥石の全長と半全長との曲率比と定義する。
導電性弾性層の軸方向の両端間の距離が1/4と2/4と3/4の位置である3点の導電性弾性層の直径を測定し、その3点を通る真円の曲率をKBとするとき、
KA/KBの値を導電性弾性層の全長と半全長との曲率比と定義する。
紫外線積算光量(mJ/cm2)=紫外線強度(mW/cm2)×照射時間(sec)
紫外線の積算光量については、表面改質の効果に応じて適宜選択すれば良い。その調節は、照射時間、ランプ出力、ランプとローラとの距離のいずれでも行うことが可能であり、所望の積算光量が得られるように決めればよい。
導電性弾性層の主体となるゴムとしてNBR(商品名「N230SL」:JSR(株)製) 100質量部、
導電性粒子としてカーボンブラック(商品名「トーカブラック#7360SB」:東海カーボン製、DBP吸油量87ml/100g) 52質量部、
ステアリン酸亜鉛 1質量部、
酸化亜鉛 5質量部、
炭酸カルシウム(商品名「ナノックス#30」:丸尾カルシウム(株)製) 20質量部、
液状エポキシ化ポリブタジエン(商品名「アデカザイザーBF−1000」:旭電化工業(株)製) 10質量部
を加圧式ニーダーで15分間混練した。さらに、
ジベンゾチアゾリルジスルフィド(商品名「ノクセラーDM−P」:大内新興化学(株)製) 1質量部、
テトラベンジルチウラムジスルフィド(商品名「ノクセラーTBzTD」:大内新興化学(株)製) 3質量部、
加硫剤として硫黄 0.8質量部
を加えて15分間オープンロールで混練した。
導電性弾性層1を研削した図8(1A)の形状をした砥石の替わりに砥石の曲率比がkA/kB=1.0である図9(2A)の形状の砥石を用いた。また、ローラの研削速度が20mm/minのところを0.2mm/minとした。それら以外は、導電性弾性層1aと同様の方法で作製したものを導電性弾性層2aとした。導電性弾性層の形状は図9(2a)のようになり、曲率比はKA/KB=1.1であった。
導電性弾性層中の導電性粒子としてカーボンブラック(商品名「トーカブラック#7360SB」:東海カーボン製)52質量部の替わりにカーボンブラック(商品名「#1000B」:三菱化学(株)製、DBP吸油量49ml/100g)45質量部用いた。それ以外は、導電性弾性層1aと同様の方法で作製したものを導電性弾性層3とした。導電性弾性層3の曲率比はKA/KB=1.1であった。
導電性弾性層中の導電性粒子としてカーボンブラック(商品名「トーカブラック#7360SB」:東海カーボン製)52質量部の替わりにカーボンブラック(商品名「旭#35」:旭カーボン(株)製、DBP吸油量50ml/100g)100質量部用いた。それ以外は、導電性弾性層1aと同様の方法で作製したものを導電性弾性層4とした。導電性弾性層4の曲率比はKA/KB=0.9であった。
導電性弾性層中の導電性粒子であるカーボンブラック(商品名「トーカブラック#7360SB」:東海カーボン製) 52質量部を49質量部に減らした以外は、導電性弾性層1aと同様の方法で作製したものを導電性弾性層5とした。導電性弾性層5の曲率比はKA/KB=1.0であった。
導電性弾性層中の導電性粒子であるカーボンブラック(商品名「トーカブラック#7360SB」:東海カーボン製) 52質量部を56質量部に増やした以外は、導電性弾性層1aと同様の方法で作製したものを導電性弾性層6とした。導電性弾性層6の曲率比はKA/KB=1.0であった。
グリシドキシプロピルトリエトキシシラン(GPTES)27.84g(0.1mol)、
メチルトリエトキシシラン(MTES)17.83g(0.1mol)、
トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチルトリエトキシシラン(FTS、パーフルオロアルキル基の炭素数6)7.68g(0.0151mol(加水分解性シラン化合物総量に対して7mol%相当))、
水17.43g及び
エタノール37.88g
を混合した後、室温で攪拌し、次いで24時間加熱還流を行うことによって、有機無機ハイブリッドゾルを得た。
導電性弾性層1aに塗布液をリング塗工により塗布した。その後、低圧水銀ランプを用いて、254nmのセンサーにおける感度で、紫外線の光量が8000mJ/cm2になるよう上記導電性弾性層1aを回転させながら紫外線を均一に照射した導電性ローラを実施例1とした。紫外線の照射には、ハリソン東芝ライティング(株)製の低圧水銀ランプを用いた。
実施例1における導電性弾性層1aの替わりに導電性弾性層1bを用いた以外は、実施例1と同様の方法で導電性ローラを作製したものを実施例2とした。
実施例1における導電性弾性層1aの替わりに導電性弾性層3を用いた以外は、実施例1と同様の方法で導電性ローラを作製したものを実施例3とした。
実施例1における導電性弾性層1aの替わりに導電性弾性層4を用いた以外は、実施例1と同様の方法で導電性ローラを作製したものを実施例4とした。
導電性弾性層1aにおける加圧式ニーダーでの混練時間を15分から5分に短縮した以外は、実施例1と同様の方法で導電性ローラを作製したものを実施例5とした。
導電性弾性層1aにおける加圧式ニーダーでの混練時間を15分から30分に延長した以外は、実施例1と同様の方法で導電性ローラを作製したものを実施例6とした。
実施例1における導電性弾性層1aの替わりに導電性弾性層2aを用いた以外は、実施例1と同様の方法で導電性ローラを作製したものを比較例1とした。
実施例1における導電性弾性層1aの替わりに導電性弾性層2bを用いた以外は、実施例1と同様の方法で導電性ローラを作製したものを比較例2とした。
実施例1における導電性弾性層1aの替わりに導電性弾性層5を用いた以外は、実施例1と同様の方法で導電性ローラを作製したものを比較例3とした。
実施例1における導電性弾性層1aの替わりに導電性弾性層6を用い加圧式ニーダーでの混練時間を15分から30分に延長した以外は、実施例1と同様の方法で導電性ローラを作製したものを比較例4とした。
<塗布層の膜厚測定>
紫外線照射によって架橋された塗布液の塗膜の膜厚を透過型電子顕微鏡(TEM)にて測定したところ、実施例1〜6、比較例1〜4のすべて0.1μm以下であった。通常、この程度の膜厚であると導電性弾性層の電気特性に大きな変化をもたらすことはなく、ピンホールリークを防止する保護膜としての効果は発揮しない。しかし、本発明の範囲の電気特性を持つ導電性弾性層を用いればピンホールリークの発生を低減することができる。
上記の実施例1〜6と、比較例1〜4のlog[Re(50V)/Re(500V)]/log[Rc(50V)/Rc(500V)]とlog(Re(50V)/Re(500V))を以下の方法で測定し算出した。図10に帯電領域の導電性弾性層部位をローラ軸方向に対して8分割した導電性ローラと分割抵抗測定器の概略図を示す。8つの独立したφ24のステンレスシリンダ101の上に導電性ローラ102を乗せ、それぞれのシリンダに100gの荷重をかけ当接させて、シリンダの回転速度を30rpmにして、導電性ローラを従動回転させた。103は固定抵抗器(1kΩ)、104はレコーダー、105はバイアス印加電源である。その印可電圧を50Vと500Vにして通電した。試験環境としては、温度23℃湿度50%RHで行った。この状態で200Hzの間隔で電気抵抗をサンプリングし、2秒間の平均値を、ローラ軸方向8箇所の電気抵抗として測定した。
上記の実施例1〜6と、比較例1〜4の導電性ローラの電気抵抗を以下の方法で測定した。図11に抵抗測定器の概略図を示す。φ24のステンレスシリンダ111の上に導電性ローラ112を乗せ、その両端の導電性支持体上に500gの荷重をかけ当接させて、シリンダの回転速度を30rpmにして、導電性ローラを従動回転させた。113は固定抵抗器(1kΩ)、114はレコーダー、115はバイアス印加電源である。その印可電圧を200Vにして通電した。試験環境としては、温度23℃湿度50%RHで行った。この状態で200Hzの間隔で電気抵抗をサンプリングし、2秒間の平均値を、ローラの軸方向全長の電気抵抗として測定した。
<当接跡試験>
上述の実施例1〜6、比較例1〜4で得られた導電性ローラを、カートリッジ(商品名「トナーカートリッジ307」:キヤノン(株)製)に帯電ローラとして組み込み、室温40℃湿度95%の恒温恒湿槽に1ヶ月放置した。その実施例1〜6及び比較例1〜4の組み込まれたカートリッジを、恒温恒湿槽から取り出し、電子写真装置であるLBP5000(キヤノン(株)製)にて、温度23℃、湿度50%RHの環境下においてハーフトーン画像を出力した。
カートリッジの被帯電体に直径が0.3mmであり、深さが下引き層の手前までのピンホールを被帯電体表面に対し垂直に空け、上述の実施例1〜6、比較例1〜4で得られた導電性ローラを、帯電ローラとして組み込んだ。そして、電子写真装置にて、温度23℃、湿度50%RHの環境下においてハーフトーン画像を出力した。このときに被帯電体上のピンホールの位置から画像出力方向に対し水平に周囲との画像濃度が著しく異なる場合をピンホールリークという画像不良が起こっていると判断した。ピンホールリークがある場合には×、低減されている場合には○、ほとんど見られない場合には◎、という3段階で評価した。なお、使用したカートリッジは、キヤノン(株)製の商品名「トナーカートリッジ307」である。また、使用した電子写真装置は、キヤノン(株)製の商品名「LBP5000」である。
〔実施例1〕
実施例1の導電性ローラにける軸方向の電気抵抗を図12に示す。
実施例1の導電性ローラは、当接跡の発生およびピンホールリークの画像不良はほとんど見られなかった。
実施例2におけるlog[Re(50V)/Re(500V)]は2.1、log[Rc(50V)/Rc(500V)]は2.6、log[Re(50V)/Re(500V)]/log[Rc(50V)/Rc(500V)]は0.8であった。また、R(200V)は1×105Ωであった。
実施例2の導電性ローラは、当接跡の発生は低減されていた。また、ピンホールリークの画像不良はほとんど見られなかった。
実施例3におけるlog[Re(50V)/Re(500V)]は1.6、log[Rc(50V)/Rc(500V)]は2.0、log[Re(50V)/Re(500V)]/log[Rc(50V)/Rc(500V)]は0.8であった。また、R(200V)は3×105Ωであった。
実施例3の導電性ローラは、当接跡の発生はほとんど見られなかった。またピンホールリークの画像不良は低減されていた。
実施例4におけるlog[Re(50V)/Re(500V)]は1.5、log[Rc(50V)/Rc(500V)]は1.7、log[Re(50V)/Re(500V)]/log[Rc(50V)/Rc(500V)]は0.8であった。また、R(200V)は8×105Ωであった。
実施例4の導電性ローラは、当接跡の発生は低減されていた、また、ピンホールリークの画像不良は低減されていた。
実施例5におけるlog[Re(50V)/Re(500V)]は2.2、log[Rc(50V)/Rc(500V)]は3.7、log[Re(50V)/Re(500V)]/log[Rc(50V)/Rc(500V)]は0.6であった。また、R(200V)は1×104Ωであった。
実施例5の導電性ローラは、当接跡の発生は低減されていた。また、ピンホールリークの画像不良はほとんど見られなかった。
実施例6におけるlog[Re(50V)/Re(500V)]は1.2、log[Rc(50V)/Rc(500V)]は1.7、log[Re(50V)/Re(500V)]/log[Rc(50V)/Rc(500V)]は0.7であった。また、R(200V)は1×106Ωであった。
実施例6の導電性ローラは、当接跡の発生はほとんど見られなかった。また、ピンホールリークの画像不良は低減されていた。
比較例1の導電性ローラにおける軸方向の電気抵抗を図13に示す。
比較例1の導電性ローラは、当接跡の発生が見られた。また、ピンホールリークの画像不良はほとんど見られなかった。
比較例2の導電性ローラにおける軸方向の電気抵抗を図14に示す。
比較例2の導電性ローラは、当接跡の発生が見られた。また、ピンホールリークの画像不良はほとんど見られなかった。
比較例3におけるlog[Re(50V)/Re(500V)]は1.7、log[Rc(50V)/Rc(500V)]は2.4、log[Re(50V)/Re(500V)]/log[Rc(50V)/Rc(500V)]は0.7であった。また、R(200V)は4×106Ωであった。
比較例3の導電性ローラは、当接跡の発生が見られた。また、ピンホールリークの画像不良はほとんど見られなかった。
比較例4におけるlog[Re(50V)/Re(500V)]は1.1、log[Rc(50V)/Rc(500V)]は1.5、log[Re(50V)/Re(500V)]/log[Rc(50V)/Rc(500V)]は0.7であった。また、R(200V)は7×104Ωであった。
比較例4の導電性ローラは、当接跡の発生はほとんど見られなかった。また、ピンホールリークの画像不良が見られた。
12 導電性弾性層
13 表面処理
21 押出機のクロスヘッド
22 導電性支持体送りローラ
23 導電性支持体
24 押出スクリュー
25 切断・除去処理
26 未加硫ゴムローラ
401 主軸台ユニット
403 コレットチャック
406 芯押台ユニット
407 芯押軸受け部
408 芯押軸センタ
410 ダイヤモンドドレッサー
412 加硫ゴムローラ
413 研削砥石
415 砥石台
416 切込み用モータ
417 スラスト移動台
419 スラスト移動用モータ
422 砥石用モータ
71 電子写真感光体(被帯電体)
72 帯電部材(帯電ローラ)
73 露光手段
74 現像手段
74a トナー担持体
74b 撹拌部材
74c トナー規制部材
75 転写手段
76 クリーニング手段
77 前露光手段
L レーザー光
S1、S2 バイアス印加電源
P 転写材
101 8つの独立したステンレスシリンダ
102 導電性ローラ
103 固定抵抗器(1kΩ)
104 レコーダー
105 バイアス印加電源
111 ステンレスシリンダ
112 導電性ローラ
113 固定抵抗器(1kΩ)
114 レコーダー
115 バイアス印加電源
Claims (13)
- 導電性支持体上に、少なくとも導電性粒子を含む導電性弾性層を有する導電性ローラにおいて、
導電性弾性層をローラ軸方向に対して8分割した際、
該導電性ローラの両端部の電気抵抗の相加平均を端部の電気抵抗Re、中央部2点の相加平均を中央部の電気抵抗Rcとし、
印加電圧が50V及び500Vのときの該端部の電気抵抗及び該中央部の電気抵抗をRe(50V)、Rc(50V)及びRe(500V)、Rc(500V)とし、
印加電圧が200Vときの軸方向全長の電気抵抗をR(200V)とするとき、
下記(1)式かつ(2)式かつ(3)式を満たし、さらに(4)式を満たすことを特徴とする導電性ローラ。
0.1<log[Re(50V)/Re(500V)]/log[Rc(50V)/Rc(500V)]≦0.9 (1)
1.0≦log(Re(50V)/Re(500V))≦2.2 (2)
1.7≦log(Rc(50V)/Rc(500V)) (3)
104Ω≦R(200V)≦106Ω (4) - 前記端部の電気抵抗Re及び前記中央部の電気抵抗Rcが
0.6≦log[Re(50V)/Re(500V)]/log[Rc(50V)/Rc(500V)]≦0.8
かつ
1.2≦log(Re(50V)/Re(500V))≦1.8
かつ
2.2≦log(Rc(50V)/Rc(500V))
を満たすことを特徴とする請求項1に記載の導電性ローラ。 - 前記導電性弾性層が押出成形により形成されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の導電性ローラ。
- 導電性支持体上に、ポリマーの中に導電性粒子を含む導電性弾性層を有する導電性ローラにおいて、
導電性粒子の充填量が、ポリマー100質量部に対して0.5質量部以上100質量部以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の導電性ローラ。 - 前記導電性粒子の充填量が、前記ポリマー100質量部に対して2質量部以上50質量部以下であることを特徴とする請求項4に記載の導電性ローラ。
- 前記導電性粒子がカーボンブラックであり、該カーボンブラックのDBP吸油量が40ml/100g以上300ml/100g以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の導電性ローラ。
- 前記カーボンブラックのDBP吸油量が80ml/100g以上150ml/100g以下であることを特徴とする請求項6に記載の導電性ローラ。
- 電子写真感光体、帯電手段、露光手段、現像手段及び転写手段を有する電子写真装置において、該帯電手段、該現像手段及び該転写手段の少なくとも1つに、請求項1乃至7のいずれかに記載の導電性ローラを用いたことを特徴とする電子写真装置。
- 少なくとも電子写真感光体と、帯電手段と、現像手段とを一体として電子写真装置本体に着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、
該帯電手段及び該現像手段のうち少なくとも1つに請求項1乃至8のいずれかに記載の導電性ローラを用いたことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 導電性支持体上に、導電性粒子を含む導電性弾性層を有する導電性ローラを、導電性弾性層よりも幅が広い円筒状の砥石で研削して製造する製造方法において、
砥石研削面の軸方向の両端間の距離の0/4と2/4と4/4の位置である3点を通る真円の曲率をkAとし、
砥石研削面の軸方向の両端間の距離の1/4と2/4と3/4の位置である3点を通る真円の曲率をkBとしたとき、
砥石の曲率比kA/kBが1.2以上70.0以下の砥石で研削する
ことを特徴とする請求項1乃至9に記載の導電性ローラの製造方法。 - 前記砥石の曲率比kA/kBが5.0以上20.0以下の砥石で研削することを特徴とする請求項10に記載の導電性ローラの製造方法。
- 請求項10又は11に記載された導電性ローラの製造方法により製造された導電性ローラであって、
導電性弾性層の軸方向の距離の0/4と2/4と4/4の位置である3点を通る真円の曲率をKAとし、
導電性弾性層の軸方向の両端間の距離の1/4と2/4と3/4の位置である3点を通る真円の曲率をKBとするとき、
導電性弾性層の曲率比KA/KBが0.8以上1.2以下となるように成形された
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の導電性ローラ。 - 請求項10又は11に記載された導電性ローラの製造方法により製造された導電性ローラであって、
前記導電性弾性層の曲率比KA/KBが0.9以上1.1以下となるように成形された
ことを特徴とする請求項12に記載の導電性ローラ。
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