JP3284626B2 - 帯電部材 - Google Patents

帯電部材

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、被帯電体に接触してこ
れに所定極性の電位を付与する帯電部材に関し、更に詳
述すると、低温低湿条件下においても極めて良好な帯電
操作を確実に行うことができ、電子写真記録装置の現像
帯電用、一次帯電用、転写帯電用、除電帯電用等として
好適に用いられる帯電部材に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】複写機
やレーザービームプリンタ等に広く利用されている電子
写真記録装置は、一般にドラム状の感光体(以下、感光
ドラムと称す)を備えており、その感光ドラムに対して
帯電、露光を行って静電画像を形成し、その後感光ドラ
ム上の潜像に応じてトナーを付着させて現像し、次にそ
の感光ドラム上のトナーを記録用紙等の記録媒体に転移
させて転写し、その後その感光ドラムを所定の電位に除
電すると共に、感光ドラム上に残留するトナーを清掃
し、次の記録に備えるようになっている。また、転写に
よって記録媒体に担持されたトナーは溶融圧着されるこ
とにより記録媒体に定着し、これにより一連の記録作業
が完了する。
【0003】この電子写真記録装置の感光ドラムに対し
てその帯電領域に所定の電位を付与する帯電手段、転写
領域に搬送されてきた記録媒体に対して所定電位を付与
する転写手段、あるいは転写後の感光ドラムにおいてそ
の帯電領域を一定電位に均一化させる除電手段として
は、従来細径のワイヤに数百〜数千ボルトの高電圧を印
加してコロナ放電を起こすように構成したコロナ帯電方
式のものが一般的に採用されている。
【0004】しかしながら、このようなコロナ帯電方式
を用いたものにあっては、コロナ放電に伴って発生する
オゾン等の活性分子が感光ドラムやその他の部品を劣化
させて画像の低下を招いたり、人体に悪影響を及ぼした
りするおそれがあり、また、高電圧による感電事故等の
危険、ワイヤの汚損や断線に対する保守管理の面でも問
題がある。
【0005】そこで、最近では、電圧を印加した帯電部
材を感光ドラムに接触させることにより、感光ドラムを
帯電させる方法が提案されている。このような接触方式
によれば、コロナ放電方式に比べて低い印加電圧で帯電
を行うことができ、またオゾン等の活性分子の発生もほ
とんどなく、上記コロナ放電方式の問題点を解決し得る
帯電方式として注目されている。
【0006】従来、接触帯電方式に用いられる帯電部材
としては、良導電性シャフトの外周に導電性の弾性層を
形成した帯電ロールが知られており、この帯電ロールを
感光体に接触させながら両者間に電圧、特に直流電圧に
交流電圧を重畳した電圧を印加して感光ドラム表面に電
位を付与することが行われる。このような、接触帯電方
式の場合、帯電ロールの電気抵抗値を所定値に調整する
ため、即ち帯電ロールが所定電圧を得て感光ドラムに所
定電位を付与し、所望の帯電電位を得るため、かつ感光
ドラムにトナーが融着して感光ドラムが汚染することを
防止するため、カーボンなどの導電材を分散して導電性
を調整したナイロン膜等の皮膜層を導電性弾性層上に形
成することが一般的である。
【0007】しかしながら、このような帯電ロールは、
環境による抵抗値の変化が大きく、特に低温低湿下では
印加電圧のバラツキ等に起因する帯電電位の不均一によ
り、反転現像で黒ポチやカブリ等の画像欠陥が発生する
場合がある。この現象は、15℃,10%RH程度の通
常の使用範囲内の低温低湿下でも生じることがあり、ま
た直流電圧に重畳する交流電圧のピーク間電圧が低い場
合に特に顕著である。
【0008】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、環境による性能の劣化、特に低温低湿下における帯
電不良の発生を確実に防止して、電子写真装置において
鮮明な画像を確実に得ることができる帯電部材を提供す
ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、上記
目的を達成するため、良導電性の支持体と、該支持体上
に形成された単層又は複数層構造の導電性弾性層と、該
導電性弾性層上に形成された皮膜層とを有し、被帯電体
に接触してこれに所定極性の電位を付与する帯電部材に
おいて、上記皮膜層が、絶縁性金属酸化物又は絶縁性複
合金属酸化物、或いはこれらの両方を分散してなる層で
あることを特徴とする帯電部材を提供する。
【0010】即ち、本発明者は、接触帯電方式により帯
電操作を行う場合に、環境による性能の劣化、特に低温
低湿下における帯電不良の発生を確実に防止することが
できる帯電部材を得るべく、被帯電体と直接接触する皮
膜層に着目し、種々の皮膜層を有する帯電部材を作製し
て、その帯電性能の評価を行った。その結果、ナイロン
やポリウレタン等の高分子物質からなるバインダー中に
絶縁性の金属酸化物や複合金属酸化物を分散した皮膜
層、特に酸化ジルコニウム、ルチル型の酸化チタン、酸
化ハフニウム等の金属酸化物や、チタン酸バリウム、チ
タン酸鉛、チタン酸ストロンチウム等の複合金属酸化物
など、4A族元素(IUPAC,1965)を含む絶縁
性の金属酸化物や複合金属酸化物を分散して形成した皮
膜層を有する帯電部材が、低温低湿下においても被帯電
体を均一電位にムラなく確実に帯電させることができ、
これを電子写真装置に採用した場合、鮮明な画像を確実
に得ることができることを見出し、本発明を完成したも
のである。
【0011】以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の帯電部材は、上述のように、良導電性支持体上
に導電性弾性層を形成し、更にこの導電性弾性層上に絶
縁性の金属酸化物又は複合金属酸化物を分散した皮膜層
を形成したもので、具体的には、図1に示した帯電部材
1を例示することができる。即ち、図中1は、本発明帯
電部材の一例を示すもので、シャフト状の支持体2の外
周に導電性弾性層3を形成し、更にこの導電性弾性層3
の外周に皮膜層4を形成したものである。そして、この
帯電部材1は、図2に示したように、その表面を感光ド
ラム(被帯電体)5に密着させながら回転させると共
に、この帯電部材1と感光ドラム5との間に電源6によ
り直流あるいは直流に交流を重畳した電圧を印加するこ
とにより感光ドラム5表面を所定極性に帯電させるもの
である。
【0012】ここで、支持体2を形成する良導電体とし
ては、スチール、ステンレススチール、黄銅等の金属あ
るいは導電性プラスチックなどを挙げることができる
が、これらに限定されるものではない。
【0013】また、上記導電性弾性層3は、特に限定さ
れるものではないが、アルミニウム,鉄等の金属、ポリ
アセチレン,ポリピロール,ポリアニリン等の導電性高
分子、カーボン,導電性金属酸化物などの導電材を分散
させて導電性処理したゴムやプラスチックエラストマ
ー、プラスチック発泡体で形成することができる。この
導電性弾性層3は、特に制限されるものではないが、そ
の体積抵抗値を103〜1010Ω・cmとするとが好ま
しい。更に、この導電性弾性層3は単一材質からなる層
としても、基材層と抵抗値を調整する層とからなる2層
構造とするなど、必要に応じて機能分離した複数層構造
としてもよい。
【0014】本発明の帯電部材は、この導電性弾性層3
上に絶縁性の金属酸化物又は絶縁性の複合金属酸化物、
或いはこれらの両方を含有してなる皮膜層4を形成した
ものである。この場合、金属酸化物及び複合金属酸化物
としては、特に制限されるものではないが、4A族元素
(IUPAC,1965)を含むものが好ましく使用さ
れ、具体的には、絶縁性金属酸化物としては酸化ジルコ
ニウム、導電処理を施していないルチル型の酸化チタ
ン、酸化ハフニウムなどを挙げることができ、また絶縁
性の複合金属酸化物としてはチタン酸バリウム、チタン
酸鉛、チタン酸ストロンチウムなどを例示することがで
きる。
【0015】また、皮膜層4を形成するバインダーとし
ては、エピクロルヒドリン、アクリルゴム、シリコンゴ
ム、クロルスルホン化ポリエチレン、フルオロオレフィ
ンビニルエーテル共重合体、一液性又は二液性ポリウレ
タン、N−メトキシメチル化ナイロン,ナイロンとポリ
エーテルとの共重合体等の各種ナイロン、ポリエステル
エラストマーなど、種々の高分子物質を用いることがで
きる。
【0016】皮膜層4は、これらバインダーに上記絶縁
性の金属酸化物及び/又は複合金属酸化物を分散させ、
上記導電性弾性層3上にディップ法等の通常の方法によ
り積層形成されるが、この場合上記絶縁性金属酸化物、
絶縁性複合金属酸化物の分散量は、特に限定されるもの
ではないが、5〜150重量%、特に10〜100重量
%とすることが好ましい。また、これら絶縁性金属酸化
物、絶縁性複合金属酸化物は、通常粉末状でバインダー
中に分散されるが、この場合粒子径は0.01〜20μ
m程度とすることが好ましい。更に、皮膜層4の膜厚は
特に限定されないが、通常は5〜100μm程度とさ
れ、特には10〜60μmとすることが好ましい。な
お、この皮膜層には本発明の効果を損なわない範囲であ
れば、絶縁性金属酸化物又は複合金属酸化物以外の充填
材を添加しても差し支えない。
【0017】本発明の帯電部材は、被帯電体を所定極性
の電位に帯電させる用途であれば、いずれの用途にも好
適に使用されるが、特にレーザービームプリンタや複写
機等の電子写真装置の一次帯電用部材、転写帯電用部
材、除電帯電用部材に好適に用いられ、これらの用途に
おいて低温低湿の条件下でも帯電ムラの発生を可及的に
防止して鮮明な画像を確実に再現することができる。な
お、これらの用途のうちでもとりわけ一次帯電用部材と
してその効果が顕著である。
【0018】また、本発明の帯電部材は、図1,2に示
したロール状に限定されるものではなく、その形態は用
途等に応じてロール状、プレート状、四角ブロック状、
球状、ブラシ状などの種々の形態とすることができる
が、通常はロール状又はブラシ状とすることが好まし
い。更に、帯電操作時の被帯電体との接触方式や電圧の
印加手段等も図2に制限されるものではなく、帯電部材
の形態や用途等に応じて適宜変更することができる。
【0019】
【実施例】以下、実施例,比較例を示して本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるもの
ではない。
【0020】[実施例1] 良導電性支持体として6φのスチール製シャフトを用
い、このシャフトの外周に導電性弾性層として次に処方
により導電性発泡ウレタン層を形成した。即ち、グリセ
リンにプロピレンオキサイドとエチレンオキサイドを付
加して分子量5000としたポリエーテルポリオール
(旭ガラス社製、エクセノール828)100部(重量
部、以下同様)、1,4−ブタンジオール(東洋曹達社
製)7.5部、ウレタン変性MDI(住友バイエルン社
製、スミジュールPF)50部、シリコン系界面活性剤
(日本ユニカー社製、SZ1618)1.5部、触媒と
して4,8−ジアザビシクロ〔5,4,0〕ウンデセン
−7のトルエンスルホン酸塩0.5部とジブチル錫ジラ
ウレート0.0015部、平均粒径2.5μm,炭素含
有率99%の天然グラファイト(日本黒鉛株式会社製、
高純度AOP)50部を混合してMONDOMIX社製
泡立て注入機で泡立て、この泡体を円筒状モールドに注
入して上記シャフト外周に導電性発泡ウレタン層を形成
し、12φの円柱状ローラを得た。
【0021】次に、平均粒径0.4μmの酸化ジルコニ
ウム粉末(関東化学社製、試薬1級)を樹脂固形分比7
0重量%分散させたN−メトキシメチル化ナイロンのメ
タノール溶液に上記ロールをディップし、乾燥すること
により、導電性発泡ウレタン層上に厚さ15μmの皮膜
層を形成してロール状の帯電部材を得た。
【0022】この帯電部材をレーザービームプリンタ
(ヒューレット パッカード社製、Laser Jet
III Si)に装着し、15℃,10%RHの低温
低湿下で−700V,550Hzの直流電圧に交流電圧
を重畳した電圧を外部電源から印加して帯電を行なうこ
とにより、電子写真画像を得た。この場合、交流電圧の
ピーク間電圧を2100〜1300Vの範囲で変化さ
せ、得られた画像を評価した。結果を表1に示す。
【0023】[実施例2] 平均粒径0.4μmのルチル型酸化チタン粉末(三津和
化学薬品(株)製、純度99.9%)を樹脂固形分比7
0重量%分散させたN−メトキシメチル化ナイロンのメ
タノール溶液に上記ロールをディップし、乾燥すること
により、15μmの皮膜層を形成した以外は実施例1と
同様にして帯電部材を得た。
【0024】得られた帯電部材を用いて、実施例1と同
様に電子写真画像を得、得られた画像を評価した。結果
を表1に示す。
【0025】[実施例3] 平均粒径0.6μmのチタン酸バリウム粉末(関東化学
社製、純度98%)を樹脂固形分比70重量%分散させ
たN−メトキシメチル化ナイロンのメタノール溶液に上
記ロールをディップし、乾燥することにより、15μm
の皮膜層を形成した以外は実施例1と同様にして帯電部
材を得た。
【0026】得られた帯電部材を用いて、実施例1と同
様に電子写真画像を得、得られた画像を評価した。結果
を表1に示す。
【0027】[比較例1] 平均粒径0.25μmの導電性酸化チタン粉末(石原産
業(株)製、ET500W,ルチル型)を樹脂固形分比
70重量%分散させたN−メトキシメチル化ナイロンの
メタノール溶液に上記ロールをディップし、乾燥するこ
とにより、15μmの皮膜層を形成した以外は実施例1
と同様にして帯電部材を得た。
【0028】得られた帯電部材を用いて、実施例1と同
様に電子写真画像を得、得られた画像を評価した。結果
を表1に示す。
【0029】[比較例2] 平均粒径0.02μmの導電性酸化錫粉末(三菱マテリ
アル社製、T−1)を樹脂固形分比70重量%分散させ
たN−メトキシメチル化ナイロンのメタノール溶液に上
記ロールをディップし、乾燥することにより、15μm
の皮膜層を形成した以外は実施例1と同様にして帯電部
材を得た。
【0030】得られた帯電部材を用いて、実施例1と同
様に電子写真画像を得、得られた画像を評価した。結果
を表1に示す。
【0031】[比較例3] 平均粒径0.3μmの二酸化鉛粉末(和光純薬工業社
製)を樹脂固形分比70重量%分散させたN−メトキシ
メチル化ナイロンのメタノール溶液に上記ロールをディ
ップし、乾燥することにより、15μmの皮膜層を形成
した以外は実施例1と同様にして帯電部材を得た。
【0032】得られた帯電部材を用いて、実施例1と同
様に電子写真画像を得、得られた画像を評価した。結果
を表1に示す。
【0033】
【表1】
【0034】表1に示した結果から明らかなように、絶
縁性の金属酸化物又は複合金属酸化物を分散してなる皮
膜層を有する本発明の帯電部材は、低温低湿下において
も良好な画像が得られることが認められる。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の帯電部材
によれば、環境による性能の劣化、特に低温低湿下にお
ける印加電圧のバラツキ等に起因する帯電不良の発生を
確実に防止して、電子写真プロセスにおいて鮮明な画像
を確実に得ることができる。これは、単に印加電圧の変
動に強いことを意味するだけではなく、電子写真システ
ムの設計の自由度の拡大を図ることができ、その経済的
効果は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例にかかる帯電部材を示す概略
断面図である。
【図2】同帯電部材を用いて感光ドラムを帯電させる際
の操作を説明する概略図である。
【符号の説明】
1 帯電部材 2 シャフト(支持体) 3 導電性弾性層 4 皮膜層 5 感光ドラム(被帯電体) 6 電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−124033(JP,A) 特開 昭63−170673(JP,A) 特開 昭58−4157(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16C 13/00 G03G 15/02 101 G03G 15/16 103

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 良導電性の支持体と、該支持体上に形成
    された単層又は複数層構造の導電性弾性層と、該導電性
    弾性層上に形成された皮膜層とを有し、被帯電体に接触
    してこれに所定極性の電位を付与する帯電部材におい
    て、上記皮膜層が、絶縁性金属酸化物又は絶縁性複合金
    属酸化物、或いはこれらの両方を分散してなる層である
    ことを特徴とする帯電部材。
  2. 【請求項2】 上記皮膜層が、4A族元素を含む絶縁性
    金属酸化物又は4A族元素を含む絶縁性複合金属酸化
    物、或いはこれらの両方を分散してなる層である請求項
    1記載の帯電部材。
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